JP2004119698A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性の高い配線層を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置１００は、第１の導電層３０と、第１の導電層３０の上に形成された層間絶縁層２４と、スルーホール７２と、スルーホール７２と連続する配線溝７４と、スルーホール７２および配線溝７４の側面に形成された拡散防止層８２と、バリア層８４と、バリア層８４を介してスルーホール７２および配線溝７４に形成された第２の導電層９０とを含む。バリア層８４は、スルーホール７２の側面および配線溝７４の側面にて拡散防止層８２上に形成され、かつ、配線溝７４の底面にて第３絶縁層５０上に形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の半導体装置１００は、第１の導電層３０と、第１の導電層３０の上に形成された層間絶縁層２４と、スルーホール７２と、スルーホール７２と連続する配線溝７４と、スルーホール７２および配線溝７４の側面に形成された拡散防止層８２と、バリア層８４と、バリア層８４を介してスルーホール７２および配線溝７４に形成された第２の導電層９０とを含む。バリア層８４は、スルーホール７２の側面および配線溝７４の側面にて拡散防止層８２上に形成され、かつ、配線溝７４の底面にて第３絶縁層５０上に形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、配線層に特徴を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、半導体装置の微細化、高集積化に伴い、より信頼性の高い配線層の形成が望まれている。異なる層の配線を相互に接続する配線層の形成方法の一つに、いわゆるデュアルダマシン法がある。このデュアルダマシン法は、スルーホールと配線溝とを同時に形成する方法であり（例えば、特許文献１参照）、特に、配線層が多層化している場合に有効である。
【０００３】
デュアルダマシン法では、以下のようにして配線層が形成される。まず、第１の配線層の上に、層間絶縁層を形成する。層間絶縁層には、スルーホールと、該スルーホールより大きい開口を有する配線溝が連続して形成される。その後、スルーホールおよび配線溝に導電層が形成され、スルーホールには、コンタクト層、配線溝には、第２の配線層が形成されることで異なる層の配線を相互に接続する配線層を形成することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１７９１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような技術において、スルーホールおよび配線溝に導電層を埋め込む前に、前記第１の配線層の表面に対してクリーニングが行なわれる。このクリーニングには、スパッタエッチングが用いられることがある。スパッタエッチングは、物理的作用が強いため、前記第１の配線層のうち、スルーホールの底面にある部分が削られてしまい、その一部がスルーホールの側面を形成している層間絶縁層に付着してしまうことがある。このことは、層間絶縁層でのリーク電流を増加させ、デバイスの特性や寿命の低下の要因となることがある。
【０００６】
本発明の目的は、信頼性の高い配線層を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
１．第１の半導体装置およびその製造方法
［第１の半導体装置］
本発明の第１の半導体装置は、
第１の導電層と、
前記第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、および第４絶縁層が順に積層されて形成された層間絶縁層と、
前記第１，第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールと、
前記スルーホールと連続し、前記第４絶縁層に形成された配線溝と、
前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に形成された拡散防止層と、
前記スルーホールの側面および前記配線溝の側面にて前記拡散防止層上に形成され、かつ、前記配線溝の底面にて前記第３絶縁層上に形成されたバリア層と、前記バリア層を介して、前記スルーホールおよび前記配線溝に形成された第２の導電層と、
を含む。
【０００８】
本発明の第１の半導体装置によれば、前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、前記拡散防止層および前記バリア層が形成されている。また、前記配線溝の底面に、前記第３絶縁層および前記バリア層が形成されている。その結果、バリア性が向上した前記第２の導電層を得ることができる。
【０００９】
本発明の第１の半導体装置は、以下の態様（Ａ）〜（Ｃ）をとることができる。
【００１０】
（Ａ）前記第１および第３絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層から形成できる。
【００１１】
本明細書中において、「バリア性」とは、金属層と絶縁層との間、半導体層と金属層との間、あるいは異なる金属層間で起こる原子の拡散を防止する性質をいう。例えば、Ｓｉを含む絶縁層と、Ｃｕを含む金属層との間では、ＳｉがＣｕを含む金属層中に拡散し、かわりにＣｕがＳｉを含む絶縁層中に拡散する。このような拡散を防止するために、前記拡散防止層が形成される。
【００１２】
したがって、前記第１および第３絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層から形成することにより、前記スルーホールの底面および配線溝の側面および底面におけるバリア性をさらに高めることができる。
【００１３】
（Ｂ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１および第３絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。この構成によれば、前記第１および第３絶縁層のバリア性を前記第２および第４絶縁層より高くすることができる。
【００１４】
（Ｃ）前記第１の導電層は、第１の配線層であり、前記第２の導電層は、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とからなることができる。
【００１５】
この場合、前記コンタクト層は前記スルーホールに形成でき、前記第２の配線層は前記配線溝に形成できる。
【００１６】
［第１の半導体装置の製造方法］
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、
（ａ）第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、および第４絶縁層を順に積層して層間絶縁層を形成し、
（ｂ）前記第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールを形成し、
（ｃ）前記第４絶縁層に、前記スルーホールと連続する配線溝を形成し、
（ｄ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、拡散防止層を形成し、
（ｅ）前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出するまで、前記拡散防止層ならびに前記第１および第３絶縁層をエッチングし、
（ｆ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面および底面にバリア層を形成し、
（ｇ）前記スルーホールおよび前記配線溝に、前記バリア層を介して第２の導電層を形成すること、
を含み、
前記（ｅ）のエッチング後において、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させる。
【００１７】
本発明の第１の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも、前記スルーホールおよび前記配線溝の側面が前記拡散防止層で覆われる。このため、前記第２の導電層との密着性が向上し、前記第２の導電層を良好に形成することができる。
【００１８】
また、前記本発明の製造方法は、前記第２の導電層を形成する前に、前記スルーホールおよび前記配線溝の表面をクリーニングする場合に利点がある。このクリーニングに、スパッタエッチングを用いる場合、スパッタエッチングは、物理的作用が強いため、前記スルーホールの底面にある前記第１の配線層が削られてしまうことがある。削られた前記第１の配線層の一部が、前記層間絶縁層に付着することにより、前記層間絶縁層でのリーク電流が増加するなどの問題が起きることがある。
【００１９】
しかしながら、前記本発明の製造方法では、前記拡散防止層が、前記層間絶縁層を保護する役割を果たしており、そのような問題を防ぐことができる。
【００２０】
また、前記本発明の製造方法においては、前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出した時点で、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させる。このため、前記（ｅ）のエッチングにおける前記第１および第３絶縁層のエッチングレートの差を考慮したうえで、前記（ａ）のエッチングにおいて、前記第１および第３絶縁層それぞれを所定の膜厚に形成する。
【００２１】
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、以下の態様（Ａ）〜（Ｈ）をとることができる。
【００２２】
（Ａ）前記（ｇ）の前に、前記スルーホールの底面にて露出した前記第１の導電層の表面をクリーニングすることを含むことができる。これにより、前記第１の導電層の表面を清浄な状態にすることにより、前記第１導電層と前記第２導電層との間で良好な電気的接触を得ることができる。
【００２３】
（Ｂ）前記（ａ）において、前記第３絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚よりも大きく形成することができる。これにより、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に確実に残存させることができる。
【００２４】
（Ｃ）前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記第１および第３絶縁層は同じエッチングレートを有することができる。これにより、第３絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きくすることによって、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に残存させることができる。
【００２５】
この場合、前記第１および第３絶縁層は同じ材質から形成することができる。
【００２６】
（Ｄ）前記（ｂ）のエッチングにおいて、前記第１絶縁層は、前記スルーホールを形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００２７】
（Ｅ）前記（ｃ）のエッチングにおいて、前記第３絶縁層は、前記配線溝を形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００２８】
（Ｆ）前記第１および第３絶縁層を、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層で形成することができる。これにより、前記第１および第２の導電層のバリア性を高めることができる。
【００２９】
（Ｇ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１および第３絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。
【００３０】
（Ｈ）前記第１の導電層として第１の配線層を形成し、前記第２の導電層として、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とを形成することができる。
【００３１】
この場合、前記コンタクト層を、前記スルーホールに形成し、前記第２の配線層を、前記配線溝に形成することができる。
２．第２の半導体装置およびその製造方法
［第２の半導体装置］
本発明の第２の半導体装置は、
第１の導電層と、
前記第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層、および第５絶縁層が順に積層されて形成された層間絶縁層と、
前記第１，第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールと、
前記スルーホールと連続し、前記第４および第５絶縁層に形成された配線溝と、
前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に形成された拡散防止層と、
前記スルーホールおよび前記配線溝に形成された第２の導電層と、
を含む。
【００３２】
本発明の第２の半導体装置によれば、前記第４絶縁層の上に、前記第５絶縁層が形成されている。前述したように、前記第５絶縁層は前記第４絶縁層よりもバリア性が高い層からなる。したがって、例えば、前記第３の層間絶縁層上にさらに金属層を形成する場合、前記第５絶縁層がバリア層として機能するため、前記第３の層間絶縁層のバリア性を向上させることができる。
【００３３】
本発明の第２の半導体装置は、以下の態様（Ａ）〜（Ｄ）をとることができる。
【００３４】
（Ａ）前記第２の導電層は、前記スルーホールの側面および前記配線溝の側面にて前記拡散防止層上に形成でき、かつ、前記配線溝の底面にて前記第３絶縁層上に形成できる。この構成によれば、バリア性がより向上した前記第２の導電層を得ることができる。
【００３５】
（Ｂ）前記第１，第３および第５絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層からなることができる。これにより、バリア性がさらに向上した前記第２の導電層を得ることができる。
【００３６】
（Ｃ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１，第３および第５絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。
【００３７】
（Ｄ）前記第１の導電層は、第１の配線層であり、前記第２の導電層は、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とからなることができる。
【００３８】
この場合、前記コンタクト層は前記スルーホールに形成でき、前記第２の配線層は前記配線溝に形成できる。
【００３９】
［第２の半導体装置の製造方法］
本発明の半導体装置の製造方法は、
（ａ）第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層、および第５絶縁層を順に積層して層間絶縁層を形成し、その際に、前記第３および第５絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きく形成し、
（ｂ）前記第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールを形成し、
（ｃ）前記第４および第５絶縁層に、前記スルーホールと連続する配線溝を形成し、
（ｄ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、拡散防止層を形成し、
（ｅ）前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出するまで、前記拡散防止層ならびに前記第１，第３および第５絶縁層をエッチングし、
（ｆ）前記スルーホールおよび前記配線溝に第２の導電層を形成すること、
を含む。
【００４０】
本発明の第２の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも、前記スルーホールおよび前記配線溝の側面が前記拡散防止層で覆われる。このため、前記第２の導電層との密着性が向上し、前記第２の導電層を良好に形成することができる。また、本発明は、前記第２の導電層を形成する前に、前記スルーホールおよび前記配線溝の表面をクリーニングする場合に利点がある。このクリーニングに、スパッタエッチングを用いる場合、スパッタエッチングは、物理的作用が強いため、前記スルーホールの底面にある前記第１の配線層が削られてしまうことがある。削られた前記第１の配線層の一部が、前記層間絶縁層に付着することにより、前記層間絶縁層でのリーク電流が増加するなどの問題が起きることがある。しかしながら、本発明では、前記拡散防止層が、前記層間絶縁層を保護する役割を果しており、そのような問題を防ぐことができる。
【００４１】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、以下の態様（Ａ）〜（Ｊ）をとることができる。
【００４２】
（Ａ）前記（ｅ）のエッチング後において、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させることができる。これにより、バリア性をさらに向上させることができ、前記第２の導電層の信頼性を高めることができる。
【００４３】
（Ｂ）前記（ｅ）のエッチング後において、前記第４絶縁層上に前記第５絶縁層を残存させることができる。これにより、前記第４絶縁層の上に前記第５絶縁層が形成されている状態で、前記（ｆ）において、前記スルーホールおよび前記配線溝に前記第２の導電層が形成される。これにより、前記第２の導電層を形成する際に、前記第２の導電層を形成するための金属が、前記第４の絶縁層に付着するのを防止することができる。その結果、前記金属が前記第４絶縁層へと拡散するのを防止することができ、前記第２の導電層の信頼性を高めることができる。
【００４４】
（Ｃ）前記（ｇ）の前に、前記スルーホールの底面にて露出した前記第１の導電層の表面をクリーニングすることを含むことができる。これにより、前記第１の導電層の表面を清浄な状態にすることにより、前記第１導電層と前記第２導電層との間で良好な電気的接触を得ることができる。
【００４５】
（Ｄ）前記（ａ）において、前記第３および第５絶縁層の膜厚を、前記第１絶縁層の膜厚よりも大きく形成することができる。これにより、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に、前記第５絶縁層を前記第４絶縁層の上に、それぞれ確実に残存させることができる。
【００４６】
（Ｅ）前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記第１，第３および第５絶縁層は同じエッチングレートを有することができる。これにより、第３および第５絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きくすることによって、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に、前記第５絶縁層を前記第４絶縁層の上に、それぞれ確実に残存させることができる。
【００４７】
この場合、前記第１，第３および第５絶縁層は同じ材質からなることができる。
【００４８】
（Ｆ）前記（ｂ）のエッチングにおいて、前記第１絶縁層は、前記スルーホールを形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００４９】
（Ｇ）前記（ｃ）のエッチングにおいて、前記第３絶縁層は、前記配線溝を形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００５０】
（Ｈ）前記第１，第３および第５絶縁層を、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層で形成することができる。これにより、前記第１および第２の導電層のバリア性を高めることができる。
【００５１】
（Ｉ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１，第３および第５絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。
【００５２】
（Ｊ）前記第１の導電層として第１の配線層を形成し、前記第２の導電層として、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とを形成することができる。
【００５３】
この場合、前記コンタクト層を、前記スルーホールに形成し、前記第２の配線層を、前記配線溝に形成することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる半導体装置１００を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、配線溝と、スルーホールを同時に形成するデュアルダマシン法により形成された半導体装置に本発明を適用した場合を例として説明する。具体的には、第３の層間絶縁層２４にスルーホール７２および配線溝７４が形成される場合を例にとり説明する。
１．半導体装置
半導体装置１００は、基板１０の上に、第１の層間絶縁層２０が配置されている。また、第１の層間絶縁層２０の上には第２の層間絶縁層２２が形成され、さらに、第２の層間絶縁層２２には第１の配線層（第１の導電層）３０が形成されている。
【００５５】
第２の層間絶縁層２２の上には、第３の層間絶縁層２４が形成されている。この第３の層間絶縁層２４には、第２の導電層９０が形成されている。第２の導電層９０は、第１の配線層３０の上方にバリア層８４を介して形成されている。
【００５６】
第３の層間絶縁層２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、第４絶縁層６０が順に積層されて形成されている。第１および第３絶縁層３２，５０は、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性が高い層からなる。例えば、第１および第３絶縁層３２，５０が窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかからなり、第２および第４絶縁層４０，６０が酸化シリコン層であることができる。
【００５７】
第２の導電層９０は、コンタクト層９２および第２の配線層９４を含む。コンタクト層９２はスルーホール７２に形成されている。このスルーホール７２は第１の配線層３０の上方に形成され、かつ、第１，第２および第３絶縁層３２，４０，５０を貫通している。第２の配線層９４は、コンタクト層９２上に連続して形成されている。また、第２の配線層９４は、第４絶縁層６０に形成された配線溝７４に形成されている。また、この配線溝７４はスルーホール７２上に連続して形成されている。第１の配線層３０と第２の配線層９４は、コンタクト層９２を介して電気的に接続されている。
【００５８】
そして、スルーホール７２および配線溝７４の側面には、拡散防止層８２が形成されている。さらに、スルーホール７２の側面および底面、ならびに配線溝７４の側面および底面に、バリア層８４が形成されている。すなわち、スルーホール７２および配線溝７４の側面には、拡散防止層８２とバリア層８４との２層が形成されている。また、配線溝７４の底面には、第３絶縁層５０とバリア層８４との２層が形成されている。
【００５９】
本実施の形態の半導体装置は、以下の利点を有する。
【００６０】
第１に、スルーホール７２および配線溝７４の側面には、拡散防止層８２とバリア層８４との積層膜が設けられているため、よりバリア性が向上した半導体装置を得ることができる。たとえば、第１の配線層３０と、第２の配線層９４との電気的な接続をより確実に行なうには、バリア層８４の膜厚は薄いことが望ましい。本発明では、少なくとも、スルーホール７２および配線溝７４の側面に拡散防止層８２が形成されているため、バリア層８４の膜厚が薄い場合においても、全体的なバリア性を確保することができる。
【００６１】
第２に、配線溝７４の底面には、第３絶縁層５０とバリア層８４との積層膜が形成されている。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝７４の底面において、バリア層８４の下に第３絶縁層５０が形成されていることにより、バリア性をさらに向上させることができる。
【００６２】
第３に、第１絶縁層３２が第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。図１に示すように、第１の配線層３０と第２絶縁層４０の間には第１絶縁層３２が形成されている。これにより、バリア性をさらに向上させることができる。
２．半導体装置の製造方法
以下、第１の実施の形態にかかる半導体装置１００の製造方法について説明する。図２〜図７は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００６３】
（１）まず、第１の層間絶縁層２０上に第２の層間絶縁層２２を形成した後、この第２の層間絶縁層２２に第１の配線層３０を形成する（図２参照）。
【００６４】
具体的には、まず、図２に示すように、基板１０上に、第１の層間絶縁層２０を順に積層する。なお、基板１０には、半導体素子（たとえばＭＯＳＦＥＴ）、配線層および素子分離領域（いずれも図示せず）が形成されている。第１の層間絶縁層２０の材質としては、たとえば酸化シリコンを挙げることができる。第１層間絶縁層２０の形成方法としては、たとえばＣＶＤ法，塗布法を挙げることができる。
【００６５】
そして、第１の層間絶縁層２０に、コンタクトホール（図示せず）を形成する。コンタクトホールは、たとえば、異方性の反応性イオンエッチングにより形成される。コンタクトホール内に、公知の方法により、コンタクト層（図示せず）を形成する。コンタクト層は、たとえば、タングステンプラグ，アルミニウム合金層からなる。
【００６６】
次に、第１の層間絶縁層２０の上に、第２の層間絶縁層２２を形成する。次いで、この第２の層間絶縁層２２に開口部（図示せず）を形成する。この開口部は前記コンタクト層上に形成する。次いで、公知の方法により、前記開口部に金属を埋め込むことにより、所定のパターンを有する第１の配線層（第１の導電層）３０を形成する。第１の配線層３０の材質としては、特に限定されず、たとえば銅、銀、アルミニウム、およびそれらの合金などを挙げることができる。第１の配線層３０の形成方法としては、たとえばスパッタリング法（たとえば反応性スパッタリング法）を挙げることができる。
【００６７】
（２）次いで、第２の層間絶縁層２２および第１の配線層３０の上に、第３の層間絶縁層２４を形成する（図３参照）。
【００６８】
この第３の層間絶縁層２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、および第４絶縁層６０が順に積層されて形成されている。前述したように、第１および第３絶縁層３２，５０は、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性が高い層からなる。また、本実施の形態においては、第１および第３絶縁層３２，５０を同じ材質にて形成する場合について説明する。具体的には、第１および第３絶縁層３２，５０を窒化シリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）、または酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）にて形成し、第２および第４絶縁層４０，６０を酸化シリコンにて形成する。
【００６９】
第１絶縁層３２は、スルーホール７２（図５参照）を形成する際のエッチングストッパとしての役割を果たすのに加えて、反射防止膜としての役割を果たすことができる。本実施の形態では、第１絶縁層３２は、開口部７０を形成する際のエッチングストッパとして機能する。開口部７０はスルーホール７２を形成するために形成される。また、第３絶縁層５０は、配線溝７４（図５参照）を形成する際のエッチングストッパとして機能を有する。
【００７０】
第１および第３絶縁層３２，５０の形成方法としては、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）法，熱ＣＶＤ法，ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法などを挙げることができる。
【００７１】
第１および第３絶縁層３２，５０の膜厚は、その機能が達成される範囲で選択され、かつ、第３絶縁層５０の膜厚は、後述する（６）の工程において、スルーホール７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、少なくとも第３絶縁層５０が残存する程度の膜厚に形成される。
【００７２】
本実施の形態においては、図３に示すように、第３絶縁層５０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚よりも厚く形成する場合について説明する。具体的には、第３絶縁層５０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚の２倍以上に形成する。この場合、後述する（６）の工程において、スルーホール７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、第３絶縁層５０を配線溝７４の底面に十分に残存させることができる。
【００７３】
また、第２および第４の層間絶縁層４０，６０の材質として酸化シリコンを用いる場合には、酸化シリコンにリン，ホウ素などを含有してもよい。第２および第４の層間絶縁層４０，６０の形成方法としては、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）法，熱ＣＶＤ法，ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法などを挙げることができる。第２および第４の層間絶縁層４０，６０の膜厚は、デバイスの設計により適宜選択される。
【００７４】
次に、図３に示すように、第３の層間絶縁層２４の上に、レジスト層Ｒ１を形成する。このレジスト層Ｒ１は、後述するスルーホール７２（図５参照）を形成するためのパターンを有する。
【００７５】
（３）次いで、第２，第３および第４絶縁層４０，５０，６０を貫通する開口部７０を形成する（図４参照）。
【００７６】
具体的には、図４に示すように、レジスト層Ｒ１をマスクとして、第２，第３および第４絶縁層４０，５０，６０を除去する。この工程において、第１絶縁層３２はエッチングストッパ層として機能する。第２，第３および第４絶縁層４０，５０，６０のエッチング方法としては、異方性ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング，誘導結合型プラズマエッチング，ＥＣＲプラズマエッチングなどを用いることができる。その後、レジスト層Ｒ１をアッシングなどにより除去する。以上により、開口部７０が形成される。
【００７７】
（４）次いで、第３の層間絶縁層２４に、スルーホール７２および配線溝７４を形成する（図５参照）。
【００７８】
具体的には、まず、図５に示すように、第３の層間絶縁層２４の上にレジスト層Ｒ２を形成する。このレジスト層Ｒ２は、後述する配線溝７４を形成するためのパターンを有する。次に、図５に示すように、レジスト層Ｒ２を用いて第４絶縁層６０をエッチングし、配線溝７４を形成する。この工程において、第３絶縁層５０はエッチングストッパ層として機能する。以上により、スルーホール７２および配線溝７４を形成する。図５に示すように、スルーホール７２と配線溝７４とは連続する。また、スルーホール７２は第２および第３絶縁層４０，５０を貫通し、配線溝７４は第４絶縁層６０に形成される。上記工程において、第４絶縁層６０のエッチング方法としては、前記（３）の工程において、開口部７０の形成にて用いた方法を適用することができる。その後、レジスト層Ｒ２をアッシングなどにより除去する。
【００７９】
（５）次いで、スルーホール７２および配線溝７４の表面に、拡散防止層８２を形成する（図６参照）。
【００８０】
拡散防止層８２の材質としては、導電性の材質が付着した場合などに、その拡散を防止することができる材質であれば特に限定されず、たとえば窒化タンタルなど挙げることができる。拡散防止層８２の形成方法としては、たとえばＣＶＤ法やスパッタ法を挙げることができる。拡散防止層８２の膜厚としては、その機能を達成できる範囲にあればよい。
【００８１】
（６）次いで、エッチングにより、スルーホール７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図７参照）。
【００８２】
具体的には、図７に示すように、スルーホール７２の底面にある拡散防止層８２および第１絶縁層３２をエッチングし、第１の配線層３０を露出させる。前記エッチングは第１の配線層３０が露出した時点で終了する。この工程において、スルーホール７２および配線溝７４の底面にある拡散防止層８２が主に除去される。より具体的には、スルーホール７２の底面にある拡散防止層８２および第１絶縁層３２とともに、配線溝７４の底面に形成された拡散防止層８２および第３絶縁層５０がエッチングされる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、第１および第３絶縁層３２，５０は同じ材質からなる。したがって、前記エッチング工程において、第１および第３絶縁層３２，５０のエッチングレートが等しい。また、第３絶縁層５０の膜厚は第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成されている。これにより、前記エッチング工程では、第１の配線層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面には第３絶縁層５０が残存している（図７参照）。
【００８４】
拡散防止層８２ならびに第１および第３絶縁層３２，５０のエッチング方法としては、異方性ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング，誘導結合型プラズマエッチング，ＥＣＲプラズマエッチングなどを用いることができる。拡散防止層８２および第１絶縁層３２は、同様のエッチング条件でエッチングをすることができる。または、必要に応じて、エッチングガスを変えて、エッチングを行なってもよい。
【００８５】
次いで、スルーホール７２および配線溝７４に導電層を埋め込むための前処理として、スルーホール７２および配線溝７４の表面をクリーニングする。このクリーニング方法として、たとえば、アルゴンガスなどの不活性ガスによるスパッタエッチングを行なう。このスパッタエッチングにより、スルーホール７２の底面にある第１の配線層３０の表面の自然酸化膜などを除去し、清浄な配線表面を露出させることにより、第１の配線層３０と第２の導電層９０との間で良好な電気的接触を得ることができる。
【００８６】
（７）次いで、図１に示すように、スルーホール７２および配線溝７４の表面にバリア層８４を形成した後、バリア層８４上に第２の導電層９０を形成する（図１参照）。
【００８７】
バリア層８４の材質としては、高融点金属またはそれらの化合物を用いることができ、たとえば、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタルなどを挙げることができる。バリア層８４の膜厚としては、その機能を達成できる範囲にあればよい。
【００８８】
次いで、スルーホール７２および配線溝７４に第２の導電層９０を形成する。このようにして、スルーホール７２にはコンタクト層９２が形成され、配線溝７４には第２の配線層９４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置１００が得られる（図１参照）。
【００８９】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は以下の利点を有する。
【００９０】
第１に、本実施の形態の製造方法によれば、前記（５）の工程において、少なくとも、スルーホール７２および配線溝７４の側面に拡散防止層８２を形成した後に（図６参照）、前記（６）の工程において、エッチングにより、スルーホール７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図７参照）。その後に、スルーホール７２および配線溝７４の表面のクリーニングを行なう。したがって、前記クリーニング時には、スルーホール７２および配線溝７４の側面に拡散防止層８２が形成されているため、前記クリーニング時に、スルーホール７２の底面にある第１の配線層３０が削られて、第２および第４絶縁層４０，６０の側面に第１の配線層３０の一部が付着することがない。このため、第２および第４絶縁層４０，６０に第１の配線層３０の一部が付着することによって生じるリーク電流の増大等の発生を防止することができる。
【００９１】
第２に、前記（６）および（７）の工程において、配線溝７４の底面に、バリア層８４と第３絶縁層５０との積層膜を形成する。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝７４の底面において、バリア層８４の下に第３絶縁層５０を形成することにより、バリア性をさらに向上させることができ、信頼性に優れた配線（第２の配線層９４）を形成することができる。
【００９２】
なお、第１および第３絶縁層３２，５０が異なる材質からなる場合であっても、前記エッチングにおける第１および第３絶縁層３２，５０のエッチングレートの差を考慮したうえで、第１および第３絶縁層３２，５０それぞれを所定の膜厚に形成する。これにより、前記エッチングによってスルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させることができる。例えば、前記エッチングにおける第１絶縁層３２のエッチングレートが第３絶縁層５０のエッチングレートよりも大きい場合、第１および第３絶縁層３２，５０を同じ膜厚に形成すれば、前記エッチングによってスルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させることができる。
【００９３】
本実施の形態においては、第１および第３絶縁層３２，５０は同じ材質からなり、前記（２）の工程において、第３絶縁層５０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成しておいてから、前記（６）の工程において、第１および第３絶縁層３２，５０をエッチングする。これにより、前記エッチングにおいて、スルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させることができる。
【００９４】
第３に、前記（６）および（７）の工程において、スルーホール７２および配線溝７４の側面に、拡散防止層８２とバリア層８４との積層膜を形成する。これにより、第２の導電層９０との密着性を向上させることができ、第２の導電層９０を良好に形成することができる。たとえば、拡散防止層８２を窒化タンタル、バリア層８４をタンタルで形成している場合において、コンタクト層９２をＣｕで形成すると、コンタクト層９２と、バリア層８４との密着性がよく、良好な配線を形成することができる。
【００９５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法について、図面を参照して説明する。図８は、第２の実施の形態にかかる半導体装置２００を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、配線溝と、スルーホールを同時に形成するデュアルダマシン法により形成された半導体装置に本発明を適用した場合を例として説明する。具体的には、第３の層間絶縁層１２４にスルーホール１７２および配線溝１７４が形成される場合を例にとり説明する。なお、第１の実施の形態に係る半導体装置１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には原則として同一符号を付して、原則としてその詳細な説明を省略する。
１．半導体装置
第２の実施の形態に係る半導体装置２００は主に、第３の層間絶縁層１２４が第５絶縁層８０を含む点、スルーホール１７２および配線溝１７４にバリア層を介さずに拡散防止層１８２を介して第２の導電層９０が形成されている点、ならびに、配線溝１７４の底面においてバリア層を介さずに第３絶縁層５０が形成されている点等で、第１の実施の形態の半導体装置１００と異なる構成を有する。
【００９６】
半導体装置２００は、基板１０の上に、第１の層間絶縁層２０が配置され、第１の層間絶縁層２０の上には第２の層間絶縁層２２が形成され、さらに、第２の層間絶縁層２２には第１の配線層（第１の導電層）３０が形成されている。この点で、第１の実施の形態の半導体装置１００と同様の構造を有する。
【００９７】
第２の層間絶縁層２２の上には、第３の層間絶縁層１２４が形成されている。第３の層間絶縁層１２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、第４絶縁層６０、および第５絶縁層８０が順に積層されて形成されている。第５絶縁層８０は、第１，第３絶縁層３２，５０と同様に、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性の高い層からなる。例えば、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０が窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかからなり、第２および第４絶縁層４０，６０が酸化シリコン層であることができる。
【００９８】
第２の導電層９０は、コンタクト層９２および第２の配線層９４を含む。コンタクト層９２はスルーホール１７２に形成されている。このスルーホール１７２は第１の配線層３０の上方に形成され、かつ、第１，第２および第３絶縁層３２，４０，５０を貫通している。第２の配線層９４は、コンタクト層９２上に連続して形成されている。また、第２の配線層９４は配線溝１７４に形成されている。この配線溝１７４は第４絶縁層６０および第５絶縁層８０に形成されている。また、この配線溝１７４はスルーホール１７２上に連続して形成されている。第１の配線層３０と第２の配線層９４は、コンタクト層９２を介して電気的に接続されている。
【００９９】
そして、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面には、拡散防止層１８２が形成されている。すなわち、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面には、拡散防止層１８２が形成されている。また、配線溝１７４の底面には、第３絶縁層５０が形成されている。拡散防止層１８２は第１の実施の形態の拡散防止層８２と同様の材質から形成することができる。
【０１００】
本実施の形態の半導体装置は、以下の利点を有する。
【０１０１】
第１に、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面には、拡散防止層１８２が設けられているため、よりバリア性が向上した半導体装置を得ることができる。
【０１０２】
第２に、配線溝１７４の底面には、第３絶縁層５０が形成されている。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝１７４の底面において、第３絶縁層５０が形成されていることにより、バリア性をさらに向上させることができる。
【０１０３】
第３に、第４絶縁層６０の上に、第５絶縁層８０が形成されている。前述したように、第５絶縁層８０は第４絶縁層６０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、例えば、第３の層間絶縁層１２４上にさらに金属層を形成する場合、第５絶縁層８０がバリア層として機能するため、第３の層間絶縁層１２４のバリア性をさらに向上させることができる。
【０１０４】
第４に、第１絶縁層３２が第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。図８に示すように、第１の配線層３０と第２絶縁層４０の間には第１絶縁層３２が形成されている。これにより、バリア性をさらに向上させることができる。
２．半導体装置の製造方法
以下、第２の実施の形態にかかる半導体装置２００の製造方法について説明する。図９〜図１４は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【０１０５】
（１）まず、第１の層間絶縁層２０上に第２の層間絶縁層２２を形成した後、この第２の層間絶縁層２２に第１の配線層３０を形成する（図９参照）。この工程については、第１の実施の形態の半導体装置１００の製造工程（（１）の工程に相当）と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１０６】
（２）次いで、第２の層間絶縁層２２および第１の配線層３０の上に、第３の層間絶縁層１２４を形成する（図１０参照）。
【０１０７】
この第３の層間絶縁層２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、第４絶縁層６０、および第５絶縁層８０が順に積層されて形成されている。第３の層間絶縁層２４を構成する各層の形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様の方法を用いることができる。
【０１０８】
前述したように、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０は、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性が高い層からなる。また、本実施の形態においては、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０を同じ材質にて形成する。具体的には、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０を窒化シリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）、または酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）にて形成し、第２および第４絶縁層４０，６０を酸化シリコンにて形成する場合について説明する。
【０１０９】
第１絶縁層３２は、スルーホール１７２（図１２参照）を形成する際のエッチングストッパとしての役割を果たすのに加えて、反射防止膜としての役割を果たすことができる。本実施の形態では、第１絶縁層３２は、スルーホール１７２を形成するための開口部１７０を形成する際のエッチングストッパとして機能する。また、第３絶縁層５０は、配線溝１７４（図１２参照）を形成する際のエッチングストッパとして機能を有する。
【０１１０】
第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０の膜厚は、その機能が達成され、かつ、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚は、後述する（６）の工程において、スルーホール１７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、少なくとも第３および第５絶縁層５０，８０が残存する程度の膜厚に形成される。
【０１１１】
本実施の形態においては、図１０に示すように、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚を厚く形成する場合について説明する。具体的には、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚の２倍以上に形成する。この場合、後述する（６）の工程において、スルーホール１７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、第３および第５絶縁層５０，８０を十分に残存させることができる。
【０１１２】
次に、図１０に示すように、第３の層間絶縁層２４の上に、レジスト層Ｒ３を形成する。このレジスト層Ｒ３は、後述するスルーホール１７２（図１２参照）を形成するためのパターンを有する。
【０１１３】
（３）次いで、第２，第３，第４および第５絶縁層４０，５０，６０，８０を貫通する開口部１７０を形成する（図１１参照）。
【０１１４】
具体的には、図１１に示すように、レジスト層Ｒ３をマスクとして、第２，第３，第４および第５絶縁層４０，５０，６０，８０を除去する。この工程において、第１絶縁層３２はエッチングストッパ層として機能する。各層のエッチング方法としては、第１の実施の形態において開口部７０（図４参照）を形成する際に用いた方法と同様の方法を用いることができる。その後、レジスト層Ｒ３をアッシングなどにより除去する。以上により、開口部１７０が形成される。
【０１１５】
（４）次いで、第３の層間絶縁層２４に、スルーホール１７２および配線溝１７４を形成する（図１２参照）。
【０１１６】
具体的には、まず、図１２に示すように、第３の層間絶縁層２４の上にレジスト層Ｒ４を形成する。このレジスト層Ｒ４は、後述する配線溝１７４を形成するためのパターンを有する。次に、図１２に示すように、レジスト層Ｒ４を用いて第４および第５絶縁層６０，８０をエッチングし、配線溝１７４を形成する。この工程において、第３絶縁層５０はエッチングストッパ層として機能する。以上により、スルーホール１７２および配線溝１７４を形成する。図１２に示すように、スルーホール１７２と配線溝１７４とは連続する。また、スルーホール１７２は第２および第３絶縁層４０，５０を貫通し、配線溝１７４は第４および第５絶縁層６０，８０に形成される。上記工程において、第４および第５絶縁層６０，８０のエッチング方法としては、前記（３）の工程において、開口部１７０の形成にて用いた方法を適用することができる。その後、レジスト層Ｒ４をアッシングなどにより除去する。
【０１１７】
（５）次いで、スルーホール１７２および配線溝１７４の表面に、拡散防止層１８２を形成する（図１３参照）。
【０１１８】
拡散防止層１８２の形成方法としては、第１の実施の形態において、拡散防止層８２を形成した場合と同様の方法を用いることができる。また、拡散防止層１８２の膜厚としては、その機能を達成できる範囲にあればよい。
【０１１９】
（６）次いで、エッチングにより、スルーホール１７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図１４参照）。
【０１２０】
具体的には、図１４に示すように、スルーホール１７２の底面にある拡散防止層１８２および第１絶縁層３２をエッチングし、第１の配線層３０を露出させる。前記エッチングは第１の配線層３０が露出した時点で終了する。この工程において、スルーホール１７２および配線溝１７４の底面にある拡散防止層１８２が主に除去される。より具体的には、スルーホール１７２の底面にある拡散防止層１８２および第１絶縁層３２とともに、配線溝１７４の底面に形成された拡散防止層１８２および第３絶縁層５０もエッチングされる。
【０１２１】
また、本実施の形態においては、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０は同じ材質からなる。したがって、前記エッチング工程において、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０のエッチングレートが等しい。また、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚は第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成されている。これにより、前記エッチング工程では、第１の配線層３０が露出した時点で、配線溝１７４の底面には第３絶縁層５０が残存し、第４絶縁層６０の上には第５絶縁層８０がそれぞれ残存している（図１４参照）。
【０１２２】
次いで、スルーホール１７２および配線溝１７４に導電層を埋め込むための前処理として、スルーホール１７２および配線溝１７４の表面をクリーニングする。前記エッチング方法および前記クリーニング方法は、第１の実施の形態において用いた方法（第１の実施形態の（６）の工程参照）と同様の方法を用いることができる。
【０１２３】
（７）次いで、図８に示すように、スルーホール１７２および配線溝１７４に第２の導電層９０を形成する（図８参照）。
【０１２４】
これにより、スルーホール１７２にはコンタクト層９２が形成され、配線溝１７４には第２の配線層９４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置２００が得られる（図８参照）。
【０１２５】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は以下の利点を有する。
【０１２６】
第１に、本実施の形態の製造方法によれば、前記（５）の工程において、少なくとも、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面に拡散防止層１８２を形成した後に（図１３参照）、前記（６）の工程において、エッチングにより、スルーホール１７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図１４参照）。その後に、スルーホール１７２および配線溝１７４の表面のクリーニングを行なう。したがって、前記クリーニング時には、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面に拡散防止層１８２が形成されているため、前記クリーニング時に、スルーホール１７２の底面にある第１の配線層３０が削られて、第２および第４絶縁層４０，６０の側面に第１の配線層３０の一部が付着することがない。このため、第２および第４絶縁層４０，６０に第１の配線層３０の一部が付着することによって生じるリーク電流の増大等の発生を防止することができる。
【０１２７】
第２に、前記（６）の工程において、配線溝１７４の底面に、第３絶縁層５０を形成する。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝１７４の底面において、第３絶縁層５０を形成することにより、バリア性をさらに向上させることができ、信頼性に優れた配線（第２の配線層９４）を形成することができる。
【０１２８】
第３に、前記（６）の工程において、第４絶縁層６０の上に、第５絶縁層８０を形成する。前述したように、第５絶縁層８０は第４絶縁層６０よりもバリア性が高い層からなる。よって、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０が形成されている状態で、前記（７）の工程において、スルーホール１７２および配線溝１７４に第２の導電層９０が形成される。これにより、第２の導電層９０を形成する際に、第２の導電層９０を形成するための金属が第４絶縁層６０に付着するのを防止することができ、前記金属が第４絶縁層６０へと拡散するのを防止することができる。
【０１２９】
なお、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０が異なる材質からなる場合であっても、前記エッチングにおける第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０のエッチングレートの差を考慮したうえで、前記の各層をそれぞれ所定の膜厚に形成する。これにより、前記エッチングによってスルーホール１７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０を、それぞれ残存させることができる。例えば、前記エッチングにおける第１絶縁層３２のエッチングレートが、第３および第５絶縁層５０，８０のエッチングレートよりも大きい場合、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０を同じ膜厚に形成すれば、前記エッチングによってスルーホール１７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させ、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０を残存させることができる。
【０１３０】
本実施の形態においては、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０は同じ材質からなり、前記（２）の工程において、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成しておいてから、前記（６）の工程において、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０をエッチングする。これにより、前記エッチングにおいて、スルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０を、それぞれ残存させることができる。
【０１３１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１３２】
たとえば、上述の実施の形態においては、３層目の層間絶縁層にスルーホール（開口部）を形成する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されず、他の層間絶縁層にも適用できる。たとえば、第１の配線層は、拡散層、基板の表面に形成された半導体素子および配線層、あるいは２層目以上の層間絶縁層の上に形成された配線層であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図９】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板、２０ 第１の層間絶縁層、２２ 第２の層間絶縁層、２４，１２４第３の層間絶縁層、３０ 第１の配線層（第１の導電層）、３２ 第１絶縁層、４０ 第２絶縁層、５０ 第３絶縁層、６０ 第４絶縁層、７０，１７０ 開口部、７２，１７２ スルーホール、７４，１７４ 配線溝、８０ 第５絶縁層、８２，１８２ 拡散防止層、８４ バリア層、９０ 第２の導電層、９２ コンタクト層、９４ 第２の配線層、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ レジスト層、１００、２００ 半導体装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、配線層に特徴を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、半導体装置の微細化、高集積化に伴い、より信頼性の高い配線層の形成が望まれている。異なる層の配線を相互に接続する配線層の形成方法の一つに、いわゆるデュアルダマシン法がある。このデュアルダマシン法は、スルーホールと配線溝とを同時に形成する方法であり（例えば、特許文献１参照）、特に、配線層が多層化している場合に有効である。
【０００３】
デュアルダマシン法では、以下のようにして配線層が形成される。まず、第１の配線層の上に、層間絶縁層を形成する。層間絶縁層には、スルーホールと、該スルーホールより大きい開口を有する配線溝が連続して形成される。その後、スルーホールおよび配線溝に導電層が形成され、スルーホールには、コンタクト層、配線溝には、第２の配線層が形成されることで異なる層の配線を相互に接続する配線層を形成することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１７９１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような技術において、スルーホールおよび配線溝に導電層を埋め込む前に、前記第１の配線層の表面に対してクリーニングが行なわれる。このクリーニングには、スパッタエッチングが用いられることがある。スパッタエッチングは、物理的作用が強いため、前記第１の配線層のうち、スルーホールの底面にある部分が削られてしまい、その一部がスルーホールの側面を形成している層間絶縁層に付着してしまうことがある。このことは、層間絶縁層でのリーク電流を増加させ、デバイスの特性や寿命の低下の要因となることがある。
【０００６】
本発明の目的は、信頼性の高い配線層を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
１．第１の半導体装置およびその製造方法
［第１の半導体装置］
本発明の第１の半導体装置は、
第１の導電層と、
前記第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、および第４絶縁層が順に積層されて形成された層間絶縁層と、
前記第１，第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールと、
前記スルーホールと連続し、前記第４絶縁層に形成された配線溝と、
前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に形成された拡散防止層と、
前記スルーホールの側面および前記配線溝の側面にて前記拡散防止層上に形成され、かつ、前記配線溝の底面にて前記第３絶縁層上に形成されたバリア層と、前記バリア層を介して、前記スルーホールおよび前記配線溝に形成された第２の導電層と、
を含む。
【０００８】
本発明の第１の半導体装置によれば、前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、前記拡散防止層および前記バリア層が形成されている。また、前記配線溝の底面に、前記第３絶縁層および前記バリア層が形成されている。その結果、バリア性が向上した前記第２の導電層を得ることができる。
【０００９】
本発明の第１の半導体装置は、以下の態様（Ａ）〜（Ｃ）をとることができる。
【００１０】
（Ａ）前記第１および第３絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層から形成できる。
【００１１】
本明細書中において、「バリア性」とは、金属層と絶縁層との間、半導体層と金属層との間、あるいは異なる金属層間で起こる原子の拡散を防止する性質をいう。例えば、Ｓｉを含む絶縁層と、Ｃｕを含む金属層との間では、ＳｉがＣｕを含む金属層中に拡散し、かわりにＣｕがＳｉを含む絶縁層中に拡散する。このような拡散を防止するために、前記拡散防止層が形成される。
【００１２】
したがって、前記第１および第３絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層から形成することにより、前記スルーホールの底面および配線溝の側面および底面におけるバリア性をさらに高めることができる。
【００１３】
（Ｂ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１および第３絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。この構成によれば、前記第１および第３絶縁層のバリア性を前記第２および第４絶縁層より高くすることができる。
【００１４】
（Ｃ）前記第１の導電層は、第１の配線層であり、前記第２の導電層は、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とからなることができる。
【００１５】
この場合、前記コンタクト層は前記スルーホールに形成でき、前記第２の配線層は前記配線溝に形成できる。
【００１６】
［第１の半導体装置の製造方法］
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、
（ａ）第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、および第４絶縁層を順に積層して層間絶縁層を形成し、
（ｂ）前記第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールを形成し、
（ｃ）前記第４絶縁層に、前記スルーホールと連続する配線溝を形成し、
（ｄ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、拡散防止層を形成し、
（ｅ）前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出するまで、前記拡散防止層ならびに前記第１および第３絶縁層をエッチングし、
（ｆ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面および底面にバリア層を形成し、
（ｇ）前記スルーホールおよび前記配線溝に、前記バリア層を介して第２の導電層を形成すること、
を含み、
前記（ｅ）のエッチング後において、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させる。
【００１７】
本発明の第１の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも、前記スルーホールおよび前記配線溝の側面が前記拡散防止層で覆われる。このため、前記第２の導電層との密着性が向上し、前記第２の導電層を良好に形成することができる。
【００１８】
また、前記本発明の製造方法は、前記第２の導電層を形成する前に、前記スルーホールおよび前記配線溝の表面をクリーニングする場合に利点がある。このクリーニングに、スパッタエッチングを用いる場合、スパッタエッチングは、物理的作用が強いため、前記スルーホールの底面にある前記第１の配線層が削られてしまうことがある。削られた前記第１の配線層の一部が、前記層間絶縁層に付着することにより、前記層間絶縁層でのリーク電流が増加するなどの問題が起きることがある。
【００１９】
しかしながら、前記本発明の製造方法では、前記拡散防止層が、前記層間絶縁層を保護する役割を果たしており、そのような問題を防ぐことができる。
【００２０】
また、前記本発明の製造方法においては、前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出した時点で、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させる。このため、前記（ｅ）のエッチングにおける前記第１および第３絶縁層のエッチングレートの差を考慮したうえで、前記（ａ）のエッチングにおいて、前記第１および第３絶縁層それぞれを所定の膜厚に形成する。
【００２１】
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、以下の態様（Ａ）〜（Ｈ）をとることができる。
【００２２】
（Ａ）前記（ｇ）の前に、前記スルーホールの底面にて露出した前記第１の導電層の表面をクリーニングすることを含むことができる。これにより、前記第１の導電層の表面を清浄な状態にすることにより、前記第１導電層と前記第２導電層との間で良好な電気的接触を得ることができる。
【００２３】
（Ｂ）前記（ａ）において、前記第３絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚よりも大きく形成することができる。これにより、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に確実に残存させることができる。
【００２４】
（Ｃ）前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記第１および第３絶縁層は同じエッチングレートを有することができる。これにより、第３絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きくすることによって、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に残存させることができる。
【００２５】
この場合、前記第１および第３絶縁層は同じ材質から形成することができる。
【００２６】
（Ｄ）前記（ｂ）のエッチングにおいて、前記第１絶縁層は、前記スルーホールを形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００２７】
（Ｅ）前記（ｃ）のエッチングにおいて、前記第３絶縁層は、前記配線溝を形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００２８】
（Ｆ）前記第１および第３絶縁層を、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層で形成することができる。これにより、前記第１および第２の導電層のバリア性を高めることができる。
【００２９】
（Ｇ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１および第３絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。
【００３０】
（Ｈ）前記第１の導電層として第１の配線層を形成し、前記第２の導電層として、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とを形成することができる。
【００３１】
この場合、前記コンタクト層を、前記スルーホールに形成し、前記第２の配線層を、前記配線溝に形成することができる。
２．第２の半導体装置およびその製造方法
［第２の半導体装置］
本発明の第２の半導体装置は、
第１の導電層と、
前記第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層、および第５絶縁層が順に積層されて形成された層間絶縁層と、
前記第１，第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールと、
前記スルーホールと連続し、前記第４および第５絶縁層に形成された配線溝と、
前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に形成された拡散防止層と、
前記スルーホールおよび前記配線溝に形成された第２の導電層と、
を含む。
【００３２】
本発明の第２の半導体装置によれば、前記第４絶縁層の上に、前記第５絶縁層が形成されている。前述したように、前記第５絶縁層は前記第４絶縁層よりもバリア性が高い層からなる。したがって、例えば、前記第３の層間絶縁層上にさらに金属層を形成する場合、前記第５絶縁層がバリア層として機能するため、前記第３の層間絶縁層のバリア性を向上させることができる。
【００３３】
本発明の第２の半導体装置は、以下の態様（Ａ）〜（Ｄ）をとることができる。
【００３４】
（Ａ）前記第２の導電層は、前記スルーホールの側面および前記配線溝の側面にて前記拡散防止層上に形成でき、かつ、前記配線溝の底面にて前記第３絶縁層上に形成できる。この構成によれば、バリア性がより向上した前記第２の導電層を得ることができる。
【００３５】
（Ｂ）前記第１，第３および第５絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層からなることができる。これにより、バリア性がさらに向上した前記第２の導電層を得ることができる。
【００３６】
（Ｃ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１，第３および第５絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。
【００３７】
（Ｄ）前記第１の導電層は、第１の配線層であり、前記第２の導電層は、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とからなることができる。
【００３８】
この場合、前記コンタクト層は前記スルーホールに形成でき、前記第２の配線層は前記配線溝に形成できる。
【００３９】
［第２の半導体装置の製造方法］
本発明の半導体装置の製造方法は、
（ａ）第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層、および第５絶縁層を順に積層して層間絶縁層を形成し、その際に、前記第３および第５絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きく形成し、
（ｂ）前記第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールを形成し、
（ｃ）前記第４および第５絶縁層に、前記スルーホールと連続する配線溝を形成し、
（ｄ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、拡散防止層を形成し、
（ｅ）前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出するまで、前記拡散防止層ならびに前記第１，第３および第５絶縁層をエッチングし、
（ｆ）前記スルーホールおよび前記配線溝に第２の導電層を形成すること、
を含む。
【００４０】
本発明の第２の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも、前記スルーホールおよび前記配線溝の側面が前記拡散防止層で覆われる。このため、前記第２の導電層との密着性が向上し、前記第２の導電層を良好に形成することができる。また、本発明は、前記第２の導電層を形成する前に、前記スルーホールおよび前記配線溝の表面をクリーニングする場合に利点がある。このクリーニングに、スパッタエッチングを用いる場合、スパッタエッチングは、物理的作用が強いため、前記スルーホールの底面にある前記第１の配線層が削られてしまうことがある。削られた前記第１の配線層の一部が、前記層間絶縁層に付着することにより、前記層間絶縁層でのリーク電流が増加するなどの問題が起きることがある。しかしながら、本発明では、前記拡散防止層が、前記層間絶縁層を保護する役割を果しており、そのような問題を防ぐことができる。
【００４１】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、以下の態様（Ａ）〜（Ｊ）をとることができる。
【００４２】
（Ａ）前記（ｅ）のエッチング後において、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させることができる。これにより、バリア性をさらに向上させることができ、前記第２の導電層の信頼性を高めることができる。
【００４３】
（Ｂ）前記（ｅ）のエッチング後において、前記第４絶縁層上に前記第５絶縁層を残存させることができる。これにより、前記第４絶縁層の上に前記第５絶縁層が形成されている状態で、前記（ｆ）において、前記スルーホールおよび前記配線溝に前記第２の導電層が形成される。これにより、前記第２の導電層を形成する際に、前記第２の導電層を形成するための金属が、前記第４の絶縁層に付着するのを防止することができる。その結果、前記金属が前記第４絶縁層へと拡散するのを防止することができ、前記第２の導電層の信頼性を高めることができる。
【００４４】
（Ｃ）前記（ｇ）の前に、前記スルーホールの底面にて露出した前記第１の導電層の表面をクリーニングすることを含むことができる。これにより、前記第１の導電層の表面を清浄な状態にすることにより、前記第１導電層と前記第２導電層との間で良好な電気的接触を得ることができる。
【００４５】
（Ｄ）前記（ａ）において、前記第３および第５絶縁層の膜厚を、前記第１絶縁層の膜厚よりも大きく形成することができる。これにより、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に、前記第５絶縁層を前記第４絶縁層の上に、それぞれ確実に残存させることができる。
【００４６】
（Ｅ）前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記第１，第３および第５絶縁層は同じエッチングレートを有することができる。これにより、第３および第５絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きくすることによって、前記（ｅ）のエッチング後に、前記第３絶縁層を前記配線溝の底面に、前記第５絶縁層を前記第４絶縁層の上に、それぞれ確実に残存させることができる。
【００４７】
この場合、前記第１，第３および第５絶縁層は同じ材質からなることができる。
【００４８】
（Ｆ）前記（ｂ）のエッチングにおいて、前記第１絶縁層は、前記スルーホールを形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００４９】
（Ｇ）前記（ｃ）のエッチングにおいて、前記第３絶縁層は、前記配線溝を形成する際のストッパ層としての機能を有することができる。
【００５０】
（Ｈ）前記第１，第３および第５絶縁層を、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層で形成することができる。これにより、前記第１および第２の導電層のバリア性を高めることができる。
【００５１】
（Ｉ）前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、前記第１，第３および第５絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかであることができる。
【００５２】
（Ｊ）前記第１の導電層として第１の配線層を形成し、前記第２の導電層として、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とを形成することができる。
【００５３】
この場合、前記コンタクト層を、前記スルーホールに形成し、前記第２の配線層を、前記配線溝に形成することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる半導体装置１００を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、配線溝と、スルーホールを同時に形成するデュアルダマシン法により形成された半導体装置に本発明を適用した場合を例として説明する。具体的には、第３の層間絶縁層２４にスルーホール７２および配線溝７４が形成される場合を例にとり説明する。
１．半導体装置
半導体装置１００は、基板１０の上に、第１の層間絶縁層２０が配置されている。また、第１の層間絶縁層２０の上には第２の層間絶縁層２２が形成され、さらに、第２の層間絶縁層２２には第１の配線層（第１の導電層）３０が形成されている。
【００５５】
第２の層間絶縁層２２の上には、第３の層間絶縁層２４が形成されている。この第３の層間絶縁層２４には、第２の導電層９０が形成されている。第２の導電層９０は、第１の配線層３０の上方にバリア層８４を介して形成されている。
【００５６】
第３の層間絶縁層２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、第４絶縁層６０が順に積層されて形成されている。第１および第３絶縁層３２，５０は、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性が高い層からなる。例えば、第１および第３絶縁層３２，５０が窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかからなり、第２および第４絶縁層４０，６０が酸化シリコン層であることができる。
【００５７】
第２の導電層９０は、コンタクト層９２および第２の配線層９４を含む。コンタクト層９２はスルーホール７２に形成されている。このスルーホール７２は第１の配線層３０の上方に形成され、かつ、第１，第２および第３絶縁層３２，４０，５０を貫通している。第２の配線層９４は、コンタクト層９２上に連続して形成されている。また、第２の配線層９４は、第４絶縁層６０に形成された配線溝７４に形成されている。また、この配線溝７４はスルーホール７２上に連続して形成されている。第１の配線層３０と第２の配線層９４は、コンタクト層９２を介して電気的に接続されている。
【００５８】
そして、スルーホール７２および配線溝７４の側面には、拡散防止層８２が形成されている。さらに、スルーホール７２の側面および底面、ならびに配線溝７４の側面および底面に、バリア層８４が形成されている。すなわち、スルーホール７２および配線溝７４の側面には、拡散防止層８２とバリア層８４との２層が形成されている。また、配線溝７４の底面には、第３絶縁層５０とバリア層８４との２層が形成されている。
【００５９】
本実施の形態の半導体装置は、以下の利点を有する。
【００６０】
第１に、スルーホール７２および配線溝７４の側面には、拡散防止層８２とバリア層８４との積層膜が設けられているため、よりバリア性が向上した半導体装置を得ることができる。たとえば、第１の配線層３０と、第２の配線層９４との電気的な接続をより確実に行なうには、バリア層８４の膜厚は薄いことが望ましい。本発明では、少なくとも、スルーホール７２および配線溝７４の側面に拡散防止層８２が形成されているため、バリア層８４の膜厚が薄い場合においても、全体的なバリア性を確保することができる。
【００６１】
第２に、配線溝７４の底面には、第３絶縁層５０とバリア層８４との積層膜が形成されている。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝７４の底面において、バリア層８４の下に第３絶縁層５０が形成されていることにより、バリア性をさらに向上させることができる。
【００６２】
第３に、第１絶縁層３２が第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。図１に示すように、第１の配線層３０と第２絶縁層４０の間には第１絶縁層３２が形成されている。これにより、バリア性をさらに向上させることができる。
２．半導体装置の製造方法
以下、第１の実施の形態にかかる半導体装置１００の製造方法について説明する。図２〜図７は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００６３】
（１）まず、第１の層間絶縁層２０上に第２の層間絶縁層２２を形成した後、この第２の層間絶縁層２２に第１の配線層３０を形成する（図２参照）。
【００６４】
具体的には、まず、図２に示すように、基板１０上に、第１の層間絶縁層２０を順に積層する。なお、基板１０には、半導体素子（たとえばＭＯＳＦＥＴ）、配線層および素子分離領域（いずれも図示せず）が形成されている。第１の層間絶縁層２０の材質としては、たとえば酸化シリコンを挙げることができる。第１層間絶縁層２０の形成方法としては、たとえばＣＶＤ法，塗布法を挙げることができる。
【００６５】
そして、第１の層間絶縁層２０に、コンタクトホール（図示せず）を形成する。コンタクトホールは、たとえば、異方性の反応性イオンエッチングにより形成される。コンタクトホール内に、公知の方法により、コンタクト層（図示せず）を形成する。コンタクト層は、たとえば、タングステンプラグ，アルミニウム合金層からなる。
【００６６】
次に、第１の層間絶縁層２０の上に、第２の層間絶縁層２２を形成する。次いで、この第２の層間絶縁層２２に開口部（図示せず）を形成する。この開口部は前記コンタクト層上に形成する。次いで、公知の方法により、前記開口部に金属を埋め込むことにより、所定のパターンを有する第１の配線層（第１の導電層）３０を形成する。第１の配線層３０の材質としては、特に限定されず、たとえば銅、銀、アルミニウム、およびそれらの合金などを挙げることができる。第１の配線層３０の形成方法としては、たとえばスパッタリング法（たとえば反応性スパッタリング法）を挙げることができる。
【００６７】
（２）次いで、第２の層間絶縁層２２および第１の配線層３０の上に、第３の層間絶縁層２４を形成する（図３参照）。
【００６８】
この第３の層間絶縁層２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、および第４絶縁層６０が順に積層されて形成されている。前述したように、第１および第３絶縁層３２，５０は、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性が高い層からなる。また、本実施の形態においては、第１および第３絶縁層３２，５０を同じ材質にて形成する場合について説明する。具体的には、第１および第３絶縁層３２，５０を窒化シリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）、または酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）にて形成し、第２および第４絶縁層４０，６０を酸化シリコンにて形成する。
【００６９】
第１絶縁層３２は、スルーホール７２（図５参照）を形成する際のエッチングストッパとしての役割を果たすのに加えて、反射防止膜としての役割を果たすことができる。本実施の形態では、第１絶縁層３２は、開口部７０を形成する際のエッチングストッパとして機能する。開口部７０はスルーホール７２を形成するために形成される。また、第３絶縁層５０は、配線溝７４（図５参照）を形成する際のエッチングストッパとして機能を有する。
【００７０】
第１および第３絶縁層３２，５０の形成方法としては、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）法，熱ＣＶＤ法，ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法などを挙げることができる。
【００７１】
第１および第３絶縁層３２，５０の膜厚は、その機能が達成される範囲で選択され、かつ、第３絶縁層５０の膜厚は、後述する（６）の工程において、スルーホール７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、少なくとも第３絶縁層５０が残存する程度の膜厚に形成される。
【００７２】
本実施の形態においては、図３に示すように、第３絶縁層５０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚よりも厚く形成する場合について説明する。具体的には、第３絶縁層５０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚の２倍以上に形成する。この場合、後述する（６）の工程において、スルーホール７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、第３絶縁層５０を配線溝７４の底面に十分に残存させることができる。
【００７３】
また、第２および第４の層間絶縁層４０，６０の材質として酸化シリコンを用いる場合には、酸化シリコンにリン，ホウ素などを含有してもよい。第２および第４の層間絶縁層４０，６０の形成方法としては、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ−ＣＶＤ）法，熱ＣＶＤ法，ＴＥＯＳプラズマＣＶＤ法などを挙げることができる。第２および第４の層間絶縁層４０，６０の膜厚は、デバイスの設計により適宜選択される。
【００７４】
次に、図３に示すように、第３の層間絶縁層２４の上に、レジスト層Ｒ１を形成する。このレジスト層Ｒ１は、後述するスルーホール７２（図５参照）を形成するためのパターンを有する。
【００７５】
（３）次いで、第２，第３および第４絶縁層４０，５０，６０を貫通する開口部７０を形成する（図４参照）。
【００７６】
具体的には、図４に示すように、レジスト層Ｒ１をマスクとして、第２，第３および第４絶縁層４０，５０，６０を除去する。この工程において、第１絶縁層３２はエッチングストッパ層として機能する。第２，第３および第４絶縁層４０，５０，６０のエッチング方法としては、異方性ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング，誘導結合型プラズマエッチング，ＥＣＲプラズマエッチングなどを用いることができる。その後、レジスト層Ｒ１をアッシングなどにより除去する。以上により、開口部７０が形成される。
【００７７】
（４）次いで、第３の層間絶縁層２４に、スルーホール７２および配線溝７４を形成する（図５参照）。
【００７８】
具体的には、まず、図５に示すように、第３の層間絶縁層２４の上にレジスト層Ｒ２を形成する。このレジスト層Ｒ２は、後述する配線溝７４を形成するためのパターンを有する。次に、図５に示すように、レジスト層Ｒ２を用いて第４絶縁層６０をエッチングし、配線溝７４を形成する。この工程において、第３絶縁層５０はエッチングストッパ層として機能する。以上により、スルーホール７２および配線溝７４を形成する。図５に示すように、スルーホール７２と配線溝７４とは連続する。また、スルーホール７２は第２および第３絶縁層４０，５０を貫通し、配線溝７４は第４絶縁層６０に形成される。上記工程において、第４絶縁層６０のエッチング方法としては、前記（３）の工程において、開口部７０の形成にて用いた方法を適用することができる。その後、レジスト層Ｒ２をアッシングなどにより除去する。
【００７９】
（５）次いで、スルーホール７２および配線溝７４の表面に、拡散防止層８２を形成する（図６参照）。
【００８０】
拡散防止層８２の材質としては、導電性の材質が付着した場合などに、その拡散を防止することができる材質であれば特に限定されず、たとえば窒化タンタルなど挙げることができる。拡散防止層８２の形成方法としては、たとえばＣＶＤ法やスパッタ法を挙げることができる。拡散防止層８２の膜厚としては、その機能を達成できる範囲にあればよい。
【００８１】
（６）次いで、エッチングにより、スルーホール７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図７参照）。
【００８２】
具体的には、図７に示すように、スルーホール７２の底面にある拡散防止層８２および第１絶縁層３２をエッチングし、第１の配線層３０を露出させる。前記エッチングは第１の配線層３０が露出した時点で終了する。この工程において、スルーホール７２および配線溝７４の底面にある拡散防止層８２が主に除去される。より具体的には、スルーホール７２の底面にある拡散防止層８２および第１絶縁層３２とともに、配線溝７４の底面に形成された拡散防止層８２および第３絶縁層５０がエッチングされる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、第１および第３絶縁層３２，５０は同じ材質からなる。したがって、前記エッチング工程において、第１および第３絶縁層３２，５０のエッチングレートが等しい。また、第３絶縁層５０の膜厚は第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成されている。これにより、前記エッチング工程では、第１の配線層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面には第３絶縁層５０が残存している（図７参照）。
【００８４】
拡散防止層８２ならびに第１および第３絶縁層３２，５０のエッチング方法としては、異方性ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング，誘導結合型プラズマエッチング，ＥＣＲプラズマエッチングなどを用いることができる。拡散防止層８２および第１絶縁層３２は、同様のエッチング条件でエッチングをすることができる。または、必要に応じて、エッチングガスを変えて、エッチングを行なってもよい。
【００８５】
次いで、スルーホール７２および配線溝７４に導電層を埋め込むための前処理として、スルーホール７２および配線溝７４の表面をクリーニングする。このクリーニング方法として、たとえば、アルゴンガスなどの不活性ガスによるスパッタエッチングを行なう。このスパッタエッチングにより、スルーホール７２の底面にある第１の配線層３０の表面の自然酸化膜などを除去し、清浄な配線表面を露出させることにより、第１の配線層３０と第２の導電層９０との間で良好な電気的接触を得ることができる。
【００８６】
（７）次いで、図１に示すように、スルーホール７２および配線溝７４の表面にバリア層８４を形成した後、バリア層８４上に第２の導電層９０を形成する（図１参照）。
【００８７】
バリア層８４の材質としては、高融点金属またはそれらの化合物を用いることができ、たとえば、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタルなどを挙げることができる。バリア層８４の膜厚としては、その機能を達成できる範囲にあればよい。
【００８８】
次いで、スルーホール７２および配線溝７４に第２の導電層９０を形成する。このようにして、スルーホール７２にはコンタクト層９２が形成され、配線溝７４には第２の配線層９４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置１００が得られる（図１参照）。
【００８９】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は以下の利点を有する。
【００９０】
第１に、本実施の形態の製造方法によれば、前記（５）の工程において、少なくとも、スルーホール７２および配線溝７４の側面に拡散防止層８２を形成した後に（図６参照）、前記（６）の工程において、エッチングにより、スルーホール７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図７参照）。その後に、スルーホール７２および配線溝７４の表面のクリーニングを行なう。したがって、前記クリーニング時には、スルーホール７２および配線溝７４の側面に拡散防止層８２が形成されているため、前記クリーニング時に、スルーホール７２の底面にある第１の配線層３０が削られて、第２および第４絶縁層４０，６０の側面に第１の配線層３０の一部が付着することがない。このため、第２および第４絶縁層４０，６０に第１の配線層３０の一部が付着することによって生じるリーク電流の増大等の発生を防止することができる。
【００９１】
第２に、前記（６）および（７）の工程において、配線溝７４の底面に、バリア層８４と第３絶縁層５０との積層膜を形成する。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝７４の底面において、バリア層８４の下に第３絶縁層５０を形成することにより、バリア性をさらに向上させることができ、信頼性に優れた配線（第２の配線層９４）を形成することができる。
【００９２】
なお、第１および第３絶縁層３２，５０が異なる材質からなる場合であっても、前記エッチングにおける第１および第３絶縁層３２，５０のエッチングレートの差を考慮したうえで、第１および第３絶縁層３２，５０それぞれを所定の膜厚に形成する。これにより、前記エッチングによってスルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させることができる。例えば、前記エッチングにおける第１絶縁層３２のエッチングレートが第３絶縁層５０のエッチングレートよりも大きい場合、第１および第３絶縁層３２，５０を同じ膜厚に形成すれば、前記エッチングによってスルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させることができる。
【００９３】
本実施の形態においては、第１および第３絶縁層３２，５０は同じ材質からなり、前記（２）の工程において、第３絶縁層５０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成しておいてから、前記（６）の工程において、第１および第３絶縁層３２，５０をエッチングする。これにより、前記エッチングにおいて、スルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させることができる。
【００９４】
第３に、前記（６）および（７）の工程において、スルーホール７２および配線溝７４の側面に、拡散防止層８２とバリア層８４との積層膜を形成する。これにより、第２の導電層９０との密着性を向上させることができ、第２の導電層９０を良好に形成することができる。たとえば、拡散防止層８２を窒化タンタル、バリア層８４をタンタルで形成している場合において、コンタクト層９２をＣｕで形成すると、コンタクト層９２と、バリア層８４との密着性がよく、良好な配線を形成することができる。
【００９５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法について、図面を参照して説明する。図８は、第２の実施の形態にかかる半導体装置２００を模式的に示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、配線溝と、スルーホールを同時に形成するデュアルダマシン法により形成された半導体装置に本発明を適用した場合を例として説明する。具体的には、第３の層間絶縁層１２４にスルーホール１７２および配線溝１７４が形成される場合を例にとり説明する。なお、第１の実施の形態に係る半導体装置１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には原則として同一符号を付して、原則としてその詳細な説明を省略する。
１．半導体装置
第２の実施の形態に係る半導体装置２００は主に、第３の層間絶縁層１２４が第５絶縁層８０を含む点、スルーホール１７２および配線溝１７４にバリア層を介さずに拡散防止層１８２を介して第２の導電層９０が形成されている点、ならびに、配線溝１７４の底面においてバリア層を介さずに第３絶縁層５０が形成されている点等で、第１の実施の形態の半導体装置１００と異なる構成を有する。
【００９６】
半導体装置２００は、基板１０の上に、第１の層間絶縁層２０が配置され、第１の層間絶縁層２０の上には第２の層間絶縁層２２が形成され、さらに、第２の層間絶縁層２２には第１の配線層（第１の導電層）３０が形成されている。この点で、第１の実施の形態の半導体装置１００と同様の構造を有する。
【００９７】
第２の層間絶縁層２２の上には、第３の層間絶縁層１２４が形成されている。第３の層間絶縁層１２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、第４絶縁層６０、および第５絶縁層８０が順に積層されて形成されている。第５絶縁層８０は、第１，第３絶縁層３２，５０と同様に、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性の高い層からなる。例えば、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０が窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかからなり、第２および第４絶縁層４０，６０が酸化シリコン層であることができる。
【００９８】
第２の導電層９０は、コンタクト層９２および第２の配線層９４を含む。コンタクト層９２はスルーホール１７２に形成されている。このスルーホール１７２は第１の配線層３０の上方に形成され、かつ、第１，第２および第３絶縁層３２，４０，５０を貫通している。第２の配線層９４は、コンタクト層９２上に連続して形成されている。また、第２の配線層９４は配線溝１７４に形成されている。この配線溝１７４は第４絶縁層６０および第５絶縁層８０に形成されている。また、この配線溝１７４はスルーホール１７２上に連続して形成されている。第１の配線層３０と第２の配線層９４は、コンタクト層９２を介して電気的に接続されている。
【００９９】
そして、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面には、拡散防止層１８２が形成されている。すなわち、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面には、拡散防止層１８２が形成されている。また、配線溝１７４の底面には、第３絶縁層５０が形成されている。拡散防止層１８２は第１の実施の形態の拡散防止層８２と同様の材質から形成することができる。
【０１００】
本実施の形態の半導体装置は、以下の利点を有する。
【０１０１】
第１に、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面には、拡散防止層１８２が設けられているため、よりバリア性が向上した半導体装置を得ることができる。
【０１０２】
第２に、配線溝１７４の底面には、第３絶縁層５０が形成されている。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝１７４の底面において、第３絶縁層５０が形成されていることにより、バリア性をさらに向上させることができる。
【０１０３】
第３に、第４絶縁層６０の上に、第５絶縁層８０が形成されている。前述したように、第５絶縁層８０は第４絶縁層６０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、例えば、第３の層間絶縁層１２４上にさらに金属層を形成する場合、第５絶縁層８０がバリア層として機能するため、第３の層間絶縁層１２４のバリア性をさらに向上させることができる。
【０１０４】
第４に、第１絶縁層３２が第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。図８に示すように、第１の配線層３０と第２絶縁層４０の間には第１絶縁層３２が形成されている。これにより、バリア性をさらに向上させることができる。
２．半導体装置の製造方法
以下、第２の実施の形態にかかる半導体装置２００の製造方法について説明する。図９〜図１４は、本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【０１０５】
（１）まず、第１の層間絶縁層２０上に第２の層間絶縁層２２を形成した後、この第２の層間絶縁層２２に第１の配線層３０を形成する（図９参照）。この工程については、第１の実施の形態の半導体装置１００の製造工程（（１）の工程に相当）と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１０６】
（２）次いで、第２の層間絶縁層２２および第１の配線層３０の上に、第３の層間絶縁層１２４を形成する（図１０参照）。
【０１０７】
この第３の層間絶縁層２４は、第１絶縁層３２、第２絶縁層４０、第３絶縁層５０、第４絶縁層６０、および第５絶縁層８０が順に積層されて形成されている。第３の層間絶縁層２４を構成する各層の形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様の方法を用いることができる。
【０１０８】
前述したように、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０は、第２および第４絶縁層４０，６０よりもバリア性が高い層からなる。また、本実施の形態においては、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０を同じ材質にて形成する。具体的には、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０を窒化シリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）、または酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）にて形成し、第２および第４絶縁層４０，６０を酸化シリコンにて形成する場合について説明する。
【０１０９】
第１絶縁層３２は、スルーホール１７２（図１２参照）を形成する際のエッチングストッパとしての役割を果たすのに加えて、反射防止膜としての役割を果たすことができる。本実施の形態では、第１絶縁層３２は、スルーホール１７２を形成するための開口部１７０を形成する際のエッチングストッパとして機能する。また、第３絶縁層５０は、配線溝１７４（図１２参照）を形成する際のエッチングストッパとして機能を有する。
【０１１０】
第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０の膜厚は、その機能が達成され、かつ、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚は、後述する（６）の工程において、スルーホール１７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、少なくとも第３および第５絶縁層５０，８０が残存する程度の膜厚に形成される。
【０１１１】
本実施の形態においては、図１０に示すように、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚を厚く形成する場合について説明する。具体的には、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚の２倍以上に形成する。この場合、後述する（６）の工程において、スルーホール１７２の底面にある第１絶縁層３２を除去する際に、第３および第５絶縁層５０，８０を十分に残存させることができる。
【０１１２】
次に、図１０に示すように、第３の層間絶縁層２４の上に、レジスト層Ｒ３を形成する。このレジスト層Ｒ３は、後述するスルーホール１７２（図１２参照）を形成するためのパターンを有する。
【０１１３】
（３）次いで、第２，第３，第４および第５絶縁層４０，５０，６０，８０を貫通する開口部１７０を形成する（図１１参照）。
【０１１４】
具体的には、図１１に示すように、レジスト層Ｒ３をマスクとして、第２，第３，第４および第５絶縁層４０，５０，６０，８０を除去する。この工程において、第１絶縁層３２はエッチングストッパ層として機能する。各層のエッチング方法としては、第１の実施の形態において開口部７０（図４参照）を形成する際に用いた方法と同様の方法を用いることができる。その後、レジスト層Ｒ３をアッシングなどにより除去する。以上により、開口部１７０が形成される。
【０１１５】
（４）次いで、第３の層間絶縁層２４に、スルーホール１７２および配線溝１７４を形成する（図１２参照）。
【０１１６】
具体的には、まず、図１２に示すように、第３の層間絶縁層２４の上にレジスト層Ｒ４を形成する。このレジスト層Ｒ４は、後述する配線溝１７４を形成するためのパターンを有する。次に、図１２に示すように、レジスト層Ｒ４を用いて第４および第５絶縁層６０，８０をエッチングし、配線溝１７４を形成する。この工程において、第３絶縁層５０はエッチングストッパ層として機能する。以上により、スルーホール１７２および配線溝１７４を形成する。図１２に示すように、スルーホール１７２と配線溝１７４とは連続する。また、スルーホール１７２は第２および第３絶縁層４０，５０を貫通し、配線溝１７４は第４および第５絶縁層６０，８０に形成される。上記工程において、第４および第５絶縁層６０，８０のエッチング方法としては、前記（３）の工程において、開口部１７０の形成にて用いた方法を適用することができる。その後、レジスト層Ｒ４をアッシングなどにより除去する。
【０１１７】
（５）次いで、スルーホール１７２および配線溝１７４の表面に、拡散防止層１８２を形成する（図１３参照）。
【０１１８】
拡散防止層１８２の形成方法としては、第１の実施の形態において、拡散防止層８２を形成した場合と同様の方法を用いることができる。また、拡散防止層１８２の膜厚としては、その機能を達成できる範囲にあればよい。
【０１１９】
（６）次いで、エッチングにより、スルーホール１７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図１４参照）。
【０１２０】
具体的には、図１４に示すように、スルーホール１７２の底面にある拡散防止層１８２および第１絶縁層３２をエッチングし、第１の配線層３０を露出させる。前記エッチングは第１の配線層３０が露出した時点で終了する。この工程において、スルーホール１７２および配線溝１７４の底面にある拡散防止層１８２が主に除去される。より具体的には、スルーホール１７２の底面にある拡散防止層１８２および第１絶縁層３２とともに、配線溝１７４の底面に形成された拡散防止層１８２および第３絶縁層５０もエッチングされる。
【０１２１】
また、本実施の形態においては、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０は同じ材質からなる。したがって、前記エッチング工程において、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０のエッチングレートが等しい。また、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚は第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成されている。これにより、前記エッチング工程では、第１の配線層３０が露出した時点で、配線溝１７４の底面には第３絶縁層５０が残存し、第４絶縁層６０の上には第５絶縁層８０がそれぞれ残存している（図１４参照）。
【０１２２】
次いで、スルーホール１７２および配線溝１７４に導電層を埋め込むための前処理として、スルーホール１７２および配線溝１７４の表面をクリーニングする。前記エッチング方法および前記クリーニング方法は、第１の実施の形態において用いた方法（第１の実施形態の（６）の工程参照）と同様の方法を用いることができる。
【０１２３】
（７）次いで、図８に示すように、スルーホール１７２および配線溝１７４に第２の導電層９０を形成する（図８参照）。
【０１２４】
これにより、スルーホール１７２にはコンタクト層９２が形成され、配線溝１７４には第２の配線層９４が形成される。以上の工程を経て、半導体装置２００が得られる（図８参照）。
【０１２５】
本実施の形態の半導体装置の製造方法は以下の利点を有する。
【０１２６】
第１に、本実施の形態の製造方法によれば、前記（５）の工程において、少なくとも、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面に拡散防止層１８２を形成した後に（図１３参照）、前記（６）の工程において、エッチングにより、スルーホール１７２の底面にて第１の配線層３０を露出させる（図１４参照）。その後に、スルーホール１７２および配線溝１７４の表面のクリーニングを行なう。したがって、前記クリーニング時には、スルーホール１７２および配線溝１７４の側面に拡散防止層１８２が形成されているため、前記クリーニング時に、スルーホール１７２の底面にある第１の配線層３０が削られて、第２および第４絶縁層４０，６０の側面に第１の配線層３０の一部が付着することがない。このため、第２および第４絶縁層４０，６０に第１の配線層３０の一部が付着することによって生じるリーク電流の増大等の発生を防止することができる。
【０１２７】
第２に、前記（６）の工程において、配線溝１７４の底面に、第３絶縁層５０を形成する。前述したように、第３絶縁層５０は第２絶縁層４０よりもバリア性が高い層からなる。したがって、配線溝１７４の底面において、第３絶縁層５０を形成することにより、バリア性をさらに向上させることができ、信頼性に優れた配線（第２の配線層９４）を形成することができる。
【０１２８】
第３に、前記（６）の工程において、第４絶縁層６０の上に、第５絶縁層８０を形成する。前述したように、第５絶縁層８０は第４絶縁層６０よりもバリア性が高い層からなる。よって、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０が形成されている状態で、前記（７）の工程において、スルーホール１７２および配線溝１７４に第２の導電層９０が形成される。これにより、第２の導電層９０を形成する際に、第２の導電層９０を形成するための金属が第４絶縁層６０に付着するのを防止することができ、前記金属が第４絶縁層６０へと拡散するのを防止することができる。
【０１２９】
なお、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０が異なる材質からなる場合であっても、前記エッチングにおける第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０のエッチングレートの差を考慮したうえで、前記の各層をそれぞれ所定の膜厚に形成する。これにより、前記エッチングによってスルーホール１７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０を、それぞれ残存させることができる。例えば、前記エッチングにおける第１絶縁層３２のエッチングレートが、第３および第５絶縁層５０，８０のエッチングレートよりも大きい場合、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０を同じ膜厚に形成すれば、前記エッチングによってスルーホール１７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を残存させ、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０を残存させることができる。
【０１３０】
本実施の形態においては、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０は同じ材質からなり、前記（２）の工程において、第３および第５絶縁層５０，８０の膜厚を第１絶縁層３２の膜厚よりも大きく形成しておいてから、前記（６）の工程において、第１，第３および第５絶縁層３２，５０，８０をエッチングする。これにより、前記エッチングにおいて、スルーホール７２の底面にて第１の導電層３０が露出した時点で、配線溝７４の底面に第３絶縁層５０を、第４絶縁層６０の上に第５絶縁層８０を、それぞれ残存させることができる。
【０１３１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１３２】
たとえば、上述の実施の形態においては、３層目の層間絶縁層にスルーホール（開口部）を形成する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されず、他の層間絶縁層にも適用できる。たとえば、第１の配線層は、拡散層、基板の表面に形成された半導体素子および配線層、あるいは２層目以上の層間絶縁層の上に形成された配線層であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】図１に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図９】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１１】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１２】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】図８に示す半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板、２０ 第１の層間絶縁層、２２ 第２の層間絶縁層、２４，１２４第３の層間絶縁層、３０ 第１の配線層（第１の導電層）、３２ 第１絶縁層、４０ 第２絶縁層、５０ 第３絶縁層、６０ 第４絶縁層、７０，１７０ 開口部、７２，１７２ スルーホール、７４，１７４ 配線溝、８０ 第５絶縁層、８２，１８２ 拡散防止層、８４ バリア層、９０ 第２の導電層、９２ コンタクト層、９４ 第２の配線層、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ レジスト層、１００、２００ 半導体装置
Claims (31)
- 第１の導電層と、
前記第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、および第４絶縁層が順に積層されて形成された層間絶縁層と、
前記第１，第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールと、
前記スルーホールと連続し、前記第４絶縁層に形成された配線溝と、
前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に形成された拡散防止層と、
前記スルーホールの側面および前記配線溝の側面にて前記拡散防止層上に形成され、かつ、前記配線溝の底面にて前記第３絶縁層上に形成されたバリア層と、
前記バリア層を介して、前記スルーホールおよび前記配線溝に形成された第２の導電層と、
を含む、半導体装置。 - 請求項１において、
前記第１および第３絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層からなる、半導体装置。 - 請求項１または２において、
前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、
前記第１および第３絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかである、半導体装置。 - 第１の導電層と、
前記第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層、および第５絶縁層が順に積層されて形成された層間絶縁層と、
前記第１，第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールと、
前記スルーホールと連続し、前記第４および第５絶縁層に形成された配線溝と、
前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に形成された拡散防止層と、
前記スルーホールおよび前記配線溝に形成された第２の導電層と、
を含む、半導体装置。 - 請求項４において、
前記第２の導電層は、前記スルーホールの側面および前記配線溝の側面にて前記拡散防止層上に形成され、かつ、前記配線溝の底面にて前記第３絶縁層上に形成されている、半導体装置。 - 請求項４または５において、
前記第１，第３および第５絶縁層は、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層からなる、半導体装置。 - 請求項４ないし６のいずれかにおいて、
前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、
前記第１，第３および第５絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかである、半導体装置。 - 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記第１の導電層は、第１の配線層であり、
前記第２の導電層は、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とからなる、半導体装置。 - 請求項８において、
前記コンタクト層は、前記スルーホールに形成され、
前記第２の配線層は、前記配線溝に形成される、半導体装置。 - （ａ）第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、および第４絶縁層を順に積層して層間絶縁層を形成し、
（ｂ）前記第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールを形成し、
（ｃ）前記第４絶縁層に、前記スルーホールと連続する配線溝を形成し、
（ｄ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、拡散防止層を形成し、
（ｅ）前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出するまで、前記拡散防止層ならびに前記第１および第３絶縁層をエッチングし、
（ｆ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面および底面にバリア層を形成し、
（ｇ）前記スルーホールおよび前記配線溝に、前記バリア層を介して第２の導電層を形成すること、
を含み、
前記（ｅ）のエッチング後において、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させる、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０において、
前記（ｇ）の前に、前記スルーホールの底面にて露出した前記第１の導電層の表面をクリーニングすること、を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０または１１において、
前記（ａ）において、前記第３絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚よりも大きく形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０ないし１２のいずれかにおいて、
前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記第１および第３絶縁層は同じエッチングレートを有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１３において、
前記第１および第３絶縁層は同じ材質からなる、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０ないし１４のいずれかにおいて、
前記（ｂ）のエッチングにおいて、前記第１絶縁層は、前記スルーホールを形成する際のストッパ層としての機能を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０ないし１５のいずれかにおいて、
前記（ｃ）のエッチングにおいて、前記第３絶縁層は、前記配線溝を形成する際のストッパ層としての機能を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０ないし１６のいずれかにおいて、
前記第１および第３絶縁層を、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層で形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１０ないし１７のいずれかにおいて、
前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、
前記第１および第３絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかである、半導体装置の製造方法。 - （ａ）第１の導電層の上に、第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層、および第５絶縁層を順に積層して層間絶縁層を形成し、その際に、前記第３および第５絶縁層の膜厚を前記第１絶縁層の膜厚より大きく形成し、
（ｂ）前記第２および第３絶縁層を貫通するスルーホールを形成し、
（ｃ）前記第４および第５絶縁層に、前記スルーホールと連続する配線溝を形成し、
（ｄ）前記スルーホールおよび前記配線溝の側面に、拡散防止層を形成し、
（ｅ）前記スルーホールの底面にて前記第１の導電層が露出するまで、前記拡散防止層ならびに前記第１，第３および第５絶縁層をエッチングし、
（ｆ）前記スルーホールおよび前記配線溝に第２の導電層を形成すること、
を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９において、
前記（ｅ）のエッチング後において、前記配線溝の底面に前記第３絶縁層を残存させる、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９または２０において、
前記（ｅ）のエッチング後において、前記第４絶縁層上に前記第５絶縁層を残存させる、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２１のいずれかにおいて、
前記（ｇ）の前に、前記スルーホールの底面にて露出した前記第１の導電層の表面をクリーニングすること、を含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２２のいずれかにおいて、
前記（ａ）において、前記第３および第５絶縁層の膜厚を、前記第１絶縁層の膜厚よりも大きく形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２３のいずれかにおいて、
前記（ｅ）のエッチングにおいて、前記第１，第３および第５絶縁層は同じエッチングレートを有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項２４において、
前記第１，第３および第５絶縁層は同じ材質からなる、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２５のいずれかにおいて、
前記（ｂ）のエッチングにおいて、前記第１絶縁層は、前記スルーホールを形成する際のストッパ層としての機能を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２６のいずれかにおいて、
前記（ｃ）のエッチングにおいて、前記第３絶縁層は、前記配線溝を形成する際のストッパ層としての機能を有する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２７のいずれかにおいて、
前記第１，第３および第５絶縁層を、前記第２および第４絶縁層よりもバリア性が高い層で形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項１９ないし２８のいずれかにおいて、
前記第２および第４絶縁層は、酸化シリコン層であり、
前記第１，第３および第５絶縁層は、窒化シリコン層、珪化シリコン層、炭化酸化シリコン層のいずれかである、半導体装置の製造方法。 - 請求項９ないし２９のいずれかにおいて、
前記第１の導電層として第１の配線層を形成し、
前記第２の導電層として、コンタクト層と、該コンタクト層上に連続して形成された第２の配線層とを形成する、半導体装置の製造方法。 - 請求項３０において、
前記コンタクト層を、前記スルーホールに形成し、
前記第２の配線層を、前記配線溝に形成する、半導体装置の製造方法。
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