JPH10189590A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｃｕ膜配線が形成される半導体基板上の絶縁
膜にクラックや窪みが生じることを防止し、信頼性の高
い半導体装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 この発明に係る半導体装置は、半導体基
板１と、この半導体基板１上に形成され、開口部４を有
する第１の絶縁膜２と、この開口部４の内壁部を覆う導
電性膜５と、この開口部４の内部に埋め込こんで形成し
たＣｕ膜配線６１を備えた半導体装置において、このＣ
ｕ膜配線６１の上端部が上記第１の絶縁膜２の表面から
突出するように形成し、このＣｕ膜配線６１の上端部を
第２の絶縁膜７で覆うようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｃｕ膜配線を備
えた半導体装置及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化と高速化が要求さ
れるなか、配線幅及び配線間隔の微細化が進んでいる。
ところで、半導体装置の配線材料としては、従来からＡ
ｌ（アルミニウム）膜が広く用いられてきた。しかし、
配線の微細化が進むにつれ、Ａｌ膜のエレクトロマイグ
レーション耐性、ストレスマイグレーション耐性につい
ての問題や配線抵抗の増大による信号遅延の問題が生じ
るようになった。このような状況下、Ａｌ膜に代わり、
エレクトロマイグレーション耐性にすぐれ且つ抵抗の低
いＣｕ（銅）膜が配線材料として用いられるようになっ
てきた。

【０００３】しかし、Ｃｕはそのハロゲン化物の蒸気圧
が低く、Ａｌのように低温でＲＩＥ法によりエッチング
することができない等の理由により、微細加工すること
が困難であるという問題がある。そこで、従来より、Ｃ
ｕ膜配線の形成方法として、半導体基板上に開口部を有
する絶縁膜を形成し、その開口部の中にＣｕを埋め込ん
だ後に化学機械研磨法により表面を平坦化してＣｕ膜配
線を形成するという方法が採られてきた。以下に、この
ようにして形成された従来のＣｕ膜配線及びその形成方
法の詳細について説明する。

【０００４】図２６〜図３２は従来のＣｕ膜配線の形成
方法を工程順に示す半導体装置の断面図である。まず、
図２６に示すようにシリコンからなる半導体基板１上に
シリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜２をＣＶＤ法等に
よって１μｍ程度の厚さに形成する。次に、図２７に示
すように、第１の絶縁膜２上にレジスト膜を形成した
後、写真製版法によりパターニングしてレジストパター
ン３を形成する。次いで図２８に示すように、このレジ
ストパターン３をマスクとしてドライエッチングにより
第１の絶縁膜２に開口部４を、例えば幅０．３μｍ深さ
０．６μｍ程度に形成する。

【０００５】その後、レジストパターン３を除去し、図
２９に示すように導電性膜５、例えば厚さ０．０５μｍ
程度のＴｉＮ膜を第１の絶縁膜２の開口部４を含む表面
上にスパッタ法又はＣＶＤ法により形成する。次いで、
図３０に示すように、Ｃｕ膜６を同様の方法により、第
１の絶縁膜２の開口部４の内部を埋め込むようにして
０．５μｍ程度の厚さに形成する。なお、このＴｉＮ膜
は、一般的にＣｕとシリコンの相互拡散を防止する等の
目的のために設けるものである。次に、図３１に示すよ
うに、化学機械研磨法により、絶縁膜２上の平坦部のＴ
ｉＮ膜５とＣｕ膜６とを除去する。このような工程を経
て、図３２に示すような絶縁膜２に設けられた開口部４
の内部に埋め込まれた状態のＣｕ膜配線６０を備えた半
導体装置が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置は以
上のようにして形成されるが、図３２に示すように、Ｃ
ｕ膜配線６０の上部が絶縁膜２の表面に対して平坦にな
るような構成としていた。従って、図３１に示す化学機
械研磨法によってＣｕ膜６及びＴｉＮ膜５の不要部分を
除去する際に、この研磨を第１の絶縁膜２が露出するま
で行う必要があった。このため、ＴｉＮ膜５が研磨され
た後に第１の絶縁膜２の一部も同時に研磨され、図３２
に示すように、第１の絶縁膜２の表面にスクラッチ（引
っ掻き傷）が形成されるという問題があった。このよう
なスクラッチが形成されるとその部分にＣｕやＴｉＮが
残存し、不必要に配線を短絡し、半導体装置の信頼性に
影響を及ぼすことになる。

【０００７】また、従来の半導体装置では、化学機械研
磨法によってＴｉＮ膜５及びＣｕ膜６の不要部分を除去
する際に、図３２に示すように、配線パターンの密集部
分ではその中央部に窪みが形成されやすくなる。このよ
うな窪みが半導体装置に形成されると、その部分のＣｕ
膜配線の高さが相対的に低くなり、結果的にその部分の
配線抵抗が増加するという問題が発生する。さらに、従
来の半導体装置ではＣｕ膜配線が酸化しやすいという問
題があった。

【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、半導体基板上の絶縁膜にクラ
ックや窪みが生じることを防止し、信頼性の高い半導体
装置及びその製造方法を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】また、この発明は耐酸化性に優れたＣｕ膜
配線を備えた半導体装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、半導体基板と、この半導体基板上に形成され、開
口部を有する絶縁膜と、この絶縁膜の開口部内部に埋め
込こんで形成したＣｕ膜配線を備えた半導体装置におい
て、このＣｕ膜配線の上端部が上記絶縁膜の表面から突
出するようにしたものである。

【００１１】また、この発明に係る半導体装置は、半導
体基板と、この半導体基板上に形成され、開口部を有す
る絶縁膜と、この絶縁膜の開口部の内壁部を覆う導電性
膜と、この開口部内部に埋め込こんで形成したＣｕ膜配
線を備えた半導体装置において、このＣｕ膜配線の上端
部が上記絶縁膜の表面から突出するようにしたものであ
る。

【００１２】さらに、この発明に係る半導体装置は、上
記絶縁膜の開口部の内壁部を覆う導電性膜のうち、開口
部の側壁部に形成される導電性膜の膜厚が開口部の底面
部に形成される導電性膜の膜厚より薄くなるようにした
ものである。

【００１３】また、この発明に係る半導体装置は、上記
の半導体基板上に形成した絶縁膜の表面から突出してい
るＣｕ膜配線の上端部をシリコン酸化膜で覆うようにし
たものである。

【００１４】また、この発明に係る半導体装置は、上記
の絶縁膜の表面から突出しているＣｕ膜配線の上端部を
シリコン窒化膜で覆うようにしたものである。

【００１５】また、この発明に係る半導体装置は、半導
体基板と、この半導体基板上に形成され、開口部を有す
る絶縁膜と、この開口部の底面部を覆う導電性膜と、こ
の開口部内部に埋め込こんで形成したＣｕ膜配線を備え
た半導体装置において、このＣｕ膜配線の上端部が上記
絶縁膜の表面から突出するように形成し、さらに、上記
Ｃｕ膜配線の側面部及び上面部をシリコン窒化膜で覆う
ようにしたものである。

【００１６】また、この発明に係る半導体装置は、半導
体基板と、この半導体基板上に形成され、開口部を有す
る絶縁膜と、この開口部の底面部を覆う導電性膜と、こ
の開口部内部に埋め込こんで形成したＣｕ膜配線を備え
た半導体装置において、このＣｕ膜配線の上端部が上記
絶縁膜の表面から突出するように形成し、さらに、上記
Ｃｕ膜配線の側面部及び上面部をＡｌ膜で覆うようにし
たものである。

【００１７】さらに、この発明に係る半導体装置は、上
記絶縁膜の開口部を覆う導電性膜をチタン窒化膜、チタ
ンシリコン窒化膜又はアルミニウム合金膜のいずれかで
構成するようにしたものである。

【００１８】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶
縁膜に開口部を形成する工程と、この開口部の内壁部を
含む絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、この導電性
膜上にＣｕ膜を形成する工程と、上記絶縁膜の平坦部の
上の導電性膜が残存するように上記Ｃｕ膜を研磨する工
程と、上記絶縁膜の平坦部の上に残存する導電性膜を除
去する工程とを含むようにしたものである。

【００１９】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶
縁膜に開口部を形成する工程と、この開口部の内壁部を
含む絶縁膜上に導電性膜を、上記絶縁膜の開口部の側壁
部に形成される導電性膜の膜厚が前記絶縁膜の平坦部の
上に形成される導電性膜の膜厚よりも薄くなるように形
成する工程と、上記導電性膜上にＣｕ膜を形成する工程
と、上記絶縁膜の平坦部の上の導電性膜が残存するよう
にこのＣｕ膜を研磨する工程と、上記絶縁膜の平坦部の
上に残存する導電性膜を除去する工程とを含むようにし
たものである。

【００２０】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶
縁膜上に第１の導電性膜を形成する工程と、この第１の
導電性膜を貫通して上記絶縁膜に開口部を形成する工程
と、第２の導電性膜を上記開口部の内壁部及び上記第１
の導電性膜の表面に形成する工程と、上記第２の導電性
膜上にＣｕ膜を形成する工程と、少なくとも上記絶縁膜
の平坦部の上の上記第１の導電性膜が残存するように上
記Ｃｕ膜を研磨する工程と、上記絶縁膜の平坦部の上に
残存する第１の導電性膜及びこの第１の導電性膜の表面
の第２の導電性膜を除去する工程とを含むようにしたも
のである。

【００２１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１につい
て、図１〜図９に基づいて説明する。図１はこの発明の
実施の形態１を示す半導体装置の断面図である。図１に
おいて、１はシリコン基板からなる半導体基板、２は半
導体基板１上に形成されたシリコン酸化膜からなる第１
の絶縁膜、４は第１の絶縁膜に形成した開口部、５は開
口部４の内壁を覆うように形成されたＴｉＮ（窒化チタ
ン）からなる導電性膜、６１は導電性膜５で覆われた絶
縁膜２の開口部４の内部に埋め込まれ、上端部が第１の
絶縁膜２の表面から突出するように形成されたＣｕ
（銅）膜配線、７は第１の絶縁膜２の表面及びこの第１
の絶縁膜２の表面から突出しているＣｕ膜配線６１の上
端部を覆うようにして形成されたシリコン酸化膜からな
る第２の絶縁膜である。

【００２２】次に、このように構成された半導体装置の
製造方法について、図２〜図９に基づいて説明する。ま
ず、図２に示すように、シリコン基板からなる半導体基
板１の表面に熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等により、
シリコン酸化膜を厚さ１μｍ程度堆積することにより第
１の絶縁膜２を形成する。次いで、図３に示すように、
この第１の絶縁膜２の表面上にレジスト膜を形成し、写
真製版法によりパターニングしてレジストパターン３を
形成する。次いで、図４に示すように、このレジストパ
ターン３をマスクとして異方性のドライエッチングを行
い、幅０．３μｍ深さ０．５μｍ程度の溝形状の開口部
４を第１の絶縁膜２に形成する。

【００２３】次に、レジストパターン３を除去した後、
図５に示すように、開口部４の内壁部を含む第１の絶縁
膜２の表面に導電性膜５、例えばＴｉＮ膜を形成する。
ここで、この導電性膜５のうち、開口部４の側壁部に形
成される部分の導電性膜５ｂの厚さが第１の絶縁膜２の
平坦部、すなわち絶縁膜２の開口部４が形成されていな
い部分の表面に形成される導電性膜５ａの厚さよりも薄
くなるように形成する。例えば、絶縁膜２の平坦部に形
成される導電性膜５ａの膜厚を０．２μｍとすると、開
口部４の側壁部に形成される導電性膜５ｂの厚さはその
５％〜１０％、すなわち０．０１μｍ〜０．０２μｍに
なるように形成する。

【００２４】このような導電性膜５は、コリメーション
スパッタ法や遠距離スパッタ法、イオン化スパッタ法な
どの指向性のあるスパッタ法、またはプラズマＣＶＤ法
などにより形成できる。なお、一般に、このような指向
性のあるスパッタ法により導電性膜を形成すると、開口
部４の側壁部に形成される導電性膜の厚さは開口部４の
底面部に形成される導電性膜よりも薄くなる。また、こ
の導電性膜５の材料は後に形成されるＣｕ膜６とエッチ
ング特性の異なる材料、すなわちＣｕとの選択エッチン
グが可能な材料であることが必要であり、例えばＴｉＮ
膜の他、Ｔｉとシリコンと窒素の化合物からなる膜など
が用いられる。また、塩素によって容易にエッチングで
きるようなアルミニウム合金膜であってもよい。

【００２５】次いで、図６に示すように、Ｃｕ膜６をス
パッタ法またはＣＶＤ法により、その内壁部が導電性膜
５で覆われた開口部４の内部を埋め込むように、かつそ
の厚さが第１の導電性膜５の表面上０．４μｍ程度にな
るように形成する。なお、ここで形成するＣｕ膜６は純
粋なＣｕに限られず、Ｃｕを主成分とし第１の導電性膜
５と選択エッチングが可能な他の膜でもよい。例えば、
１％程度の微量なＡｌ（アルミニウム）やＴｉ（チタ
ン）等の他の金属を含んだＣｕであっても同様に適用で
きる。

【００２６】次に、図７に示すように、化学機械研磨法
によりＣｕ膜６の表面を研磨し、Ｃｕ膜配線６１を形成
する。ここで、このＣｕ膜６の研磨は、第１の絶縁膜２
の平坦部に形成された導電性膜５ａの上のＣｕ膜が完全
に除去され、かつその下地の導電性膜５ａが残存するよ
うに行う。すなわち、この研磨によって、絶縁膜２の平
坦部の導電性膜５ａは露出し、幾分、例えば０．０５μ
ｍ程度除去されるが、完全には除去されず第１の絶縁膜
２上に残存するように行うのである。従って、この工程
によって形成されるＣｕ膜配線６１は、図８に示すよう
に第１の絶縁膜２の平坦部の表面に対してではなく、残
存した導電性膜５ａの表面に対して平坦になるように形
成される。

【００２７】次に、図９に示すようにドライエッチング
により、第１の絶縁膜２の平坦部の上に残存している第
１の導電性膜５ａを選択的に除去する。ただし、このエ
ッチングは、導電性膜５のうち、絶縁膜２の開口部４の
内壁部を覆う部分については残存するように行う。この
ようなエッチングの条件としては、例えば、導電性膜５
の材料がＴｉＮである場合は、エッチングガスとして塩
素を含むガスを用いて、数℃〜数１０℃の比較的低温で
エッチングを行う。このエッチング工程により、図９に
示すように、Ｃｕ膜６１はその上端部が、残存した導電
性膜５ａの厚さの分だけ絶縁膜２の表面から突出した状
態で形成される。なお、このエッチング工程により、開
口部４の側壁部の導電性膜５ｂは第１の絶縁膜２の平坦
部と同一の高さか又はオーバーエッチングによりやや低
くなる。

【００２８】次に、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法な
どにより、第２の絶縁膜７、例えば厚さ０．８μｍのシ
リコン酸化膜を第１の絶縁膜２及びＣｕ膜配線６１の上
端部を覆うように形成する。このような工程により、図
１に示したような構成の半導体装置が得られる。

【００２９】以上のようにして形成した半導体装置は、
Ｃｕ膜配線６１を研磨により形成する工程において、そ
の研磨をＣｕ膜６が第１の絶縁膜２の表面に対して平坦
になるまで研磨を行わず、絶縁膜２の表面に対して突出
した状態で研磨を終了している。従って、絶縁膜２が露
出するまで研磨は行なわれず、この絶縁膜２の表面が直
接研磨されることはない。その結果、その表面にスクラ
ッチや窪みが形成されることもなくなる。

【００３０】言い換えると、絶縁膜２の平坦部の上に残
存した導電性膜５ａが、研磨工程において、常に絶縁膜
２の保護膜として作用しているのである。その結果、絶
縁膜２上のスクラッチに残存したＣｕやＴｉＮにより配
線が短絡されたり、Ｃｕ膜配線の抵抗が増加するという
従来あった問題が回避されることになる。

【００３１】ところで、上記の半導体装置では、導電性
膜５を形成する際に、絶縁膜２の平坦部に形成した導電
性膜５ａの膜厚に対して開口部４の側壁部に形成した導
電性膜５ｂの膜厚が薄くなるようにしているが、側壁部
の導電性膜５ｂの厚さと平坦部の導電性膜５ａの厚さを
同一とした場合であっても、上記のような効果を発揮し
うる。しかし、絶縁膜２の開口部４の内部に形成される
Ｃｕ膜配線６１の幅は開口部４の側壁部に形成される第
１の導電性膜５ｂの厚さの分だけ減少する。一方、導電
性膜５ａを研磨工程における絶縁膜２の保護膜として機
能させるためには、この導電性膜５ａをある程度の厚さ
に形成しておく必要がある。従って、導電性膜５ａを厚
く形成する場合に、開口部４の側壁部に形成される導電
性膜５ｂを導電性膜５ａと同様の厚さに形成したので
は、Ｃｕ膜配線６１の幅の減少が大きくなり、配線抵抗
の増加を招くことになる。

【００３２】そこで、上記に示した半導体装置では、絶
縁膜２の平坦部に形成した導電性膜５ａの膜厚に対して
開口部４の側壁部に形成した導電性膜５ｂの膜厚が薄く
なるように形成している。すなわち、絶縁膜２の平坦部
に形成した導電性膜５ａの膜厚を０．２μｍとした場合
に、開口部４の側壁部に形成した導電性膜５ｂの膜厚が
０．０１μｍ〜０．０２μｍとなるように、指向性のあ
るスパッタ法などを用いて形成している。従って、この
ような半導体装置では、上記の絶縁膜２の表面にスクラ
ッチや窪みが形成されることを防止できるばかりでな
く、煩雑な製造工程を経ることなく、開口部４の側壁部
に形成された導電性膜５ｂの影響により、Ｃｕ膜配線６
１の幅が不必要に減少することを抑制できる。

【００３３】なお、上記の半導体装置では、開口部４の
側壁部の導電性膜５ｂの厚さが平坦部の導電性膜５ａの
膜厚の５％〜１０％となるようにしたが、これ以外の比
率としても上記の半導体装置が製造可能なことはいうま
でもない。また、上記の半導体装置では、配線が１層の
場合について説明したが、２層以上の多層配線構造の半
導体装置についてもこの発明を適用することが可能であ
る。さらに、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の材料とし
てシリコン酸化膜を用いたが、研磨によりスクラッチが
形成され易いポリイミド膜や有機ＳＯＧのような有機材
料であってもよく、この場合本発明は特に効果的であ
る。また、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の材料は異な
るものであってもよい。さらに、第２の絶縁膜を設けな
い構造としてもよい。

【００３４】実施の形態２．上記の実施の形態１に示す
半導体装置では、図１に示すように、第１の絶縁膜２及
びＣｕ膜配線６１をシリコン酸化膜からなる第２の絶縁
膜７で覆うような構成とした。しかし、図１０に示すよ
うに、Ｃｕ膜配線６１の突出している上端部をシリコン
窒化膜からなる第３の絶縁膜８で覆い、さらにシリコン
酸化膜からなる第２の絶縁膜７でその上を覆うような構
造としてもよい。

【００３５】このような構成の半導体装置は、実施の形
態１において図９で示したドライエッチングにより第１
の絶縁膜２上の第１の導電性膜５ａを選択的に除去する
工程の終了後に、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法によりシ
リコン窒化膜を０．０５μｍ程度形成してＣｕ膜配線６
１の上端部を含む領域を覆い、次いで、同様の方法によ
り第２の絶縁膜７である厚さ０．８μｍのシリコン酸化
膜を第３の絶縁膜８の上に形成することによって得られ
る。

【００３６】Ｃｕ膜は、一般的に酸化され易いという性
質を有する。従って、Ｃｕ膜配線が直接酸化膜等と接す
ると、その表面が酸化するという問題が発生する。しか
し、この実施の形態２で示した半導体装置では、Ｃｕ膜
配線６１の上端部がシリコン窒化膜からなる第３の絶縁
膜８で覆われており、Ｃｕ膜配線が直接酸化膜等に接す
ることはないので、耐酸化性に優れるＣｕ膜配線が形成
できるという特徴がある。なお、上記実施の形態２の半
導体装置では第３の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成す
ることとしたが、第２の絶縁膜を形成しない構造として
もよい。また、第３の絶縁膜はシリコン窒化膜に限ら
ず、酸素を含まない組成の他の絶縁膜であってもよい。

【００３７】実施の形態３．図１１はこの発明の実施形
態３を示す半導体装置の断面図である。図１１において
８１は、第１の絶縁膜２の開口部４の側壁部とＣｕ膜配
線６１との間に介在してＣｕ膜配線６１の側面部及び上
面部を覆うようにして形成されたシリコン窒化膜からな
る第３の絶縁膜である。なお、その他の部分は実施の形
態１で示した半導体装置と同様である。

【００３８】次に、図１１に示す半導体装置の製造方法
について説明する。まず、実施の形態１において図２〜
図９に基づいて説明したものと同様の工程を行う。次い
で、図１２に示すように、開口部４の側壁部の第１の導
電性膜５ｂをドライエッチングにより選択的に除去し、
開口部４の側壁部とＣｕ膜配線６１との間に空隙９を形
成する。なお、このドライエッチングは、例えば導電性
膜５の材料がＴｉＮである場合は、エッチングガスとし
て塩素を含むガスを用いて行う。次に、図１３に示すよ
うに、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法により、シリコン窒
化膜からなる第３の絶縁膜８１を、空隙９を埋め込むよ
うにして形成し、Ｃｕ膜配線６１の側面部と上部とを覆
う。次いで、同様の方法により、第２の絶縁膜７である
厚さ０．８μｍのシリコン酸化膜を第３の絶縁膜８１の
上に形成することにより、図１１に示したような半導体
装置が得られる。

【００３９】このような実施の形態３で示した半導体装
置では、Ｃｕ膜配線６１の上面部及び側面部がシリコン
窒化膜からなる第３の絶縁膜で覆われているため、より
耐酸化性に優れるＣｕ膜配線が形成できるという特徴が
ある。なお、上記実施の形態３の半導体装置では第３の
絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成することとしたが、第
２の絶縁膜を形成しない構造としてもよい。また、第３
の絶縁膜はシリコン窒化膜に限らず、酸素を含まない組
成の他の絶縁膜であってもよい。

【００４０】実施の形態４．上記の実施の形態３の半導
体装置では、Ｃｕ膜配線６１の上面部及び側面部をシリ
コン窒化膜８１などの絶縁膜で覆う構成としたが、この
実施の形態４に示す半導体装置は、Ｃｕ膜配線６１の上
面部及び側面部をＡｌ膜で覆う構成としたものである。
図１４はこの発明の実施の形態４の半導体装置の構造を
示す断面図である。図１４において、１０は第１の絶縁
膜２の開口部４の側壁部とＣｕ膜配線６１との間に介在
して、Ｃｕ膜配線６１の側面部及び上面部を覆うように
して形成されたＡｌ膜である。なお、その他の部分につ
いては、実施の形態１で示した半導体装置と同様であ
る。

【００４１】次に、図１４に示すように構成された半導
体装置の製造方法について説明する。まず、実施の形態
３において図１２に示したのと同様の工程により、第１
の絶縁膜２の開口部４の側壁部とＣｕ膜配線６１との間
に空隙９を形成する。次いで、図１５に示すように、Ｃ
ＶＤ法により第２の導電性膜１０であるＡｌ膜をＣｕ膜
配線６１の表面についてのみ選択成長し、Ａｌ膜１０で
空隙９を埋め込むようにＣｕ膜配線６１の側面部及び上
面部を覆う。このようなＡｌ膜１０の選択成長は、例え
ば、ソースガスとしてジメチルアルミハイドライドを用
い、温度２００℃、圧力１〜５ｔｏｒｒの条件で成膜す
ることにより、シリコン酸化膜である第１の絶縁膜２上
には形成せずにＣｕ膜配線６１の表面上のみに選択的に
Ａｌ膜を形成することが可能となる。

【００４２】次に、プラズマＣＶＤ法などにより、第２
の絶縁膜７である厚さ０．８μｍのシリコン酸化膜をＡ
ｌ膜１０で覆われたＣｕ膜配線６１及び第１の絶縁膜２
の上に形成することにより、図１４に示したような半導
体装置が得られる。このような実施の形態４で示した半
導体装置では、Ｃｕ膜配線６１の底面部が導電性膜５で
覆われているのみならず、側面部と上面部がＡｌ膜で覆
われているため、耐酸化性に優れるＣｕ膜配線が形成で
きるという特徴がある。さらに、Ａｌ膜は電気抵抗が低
いため、上記の実施の形態３で示したようなＣｕ膜配線
６１の側面部及び上面部を第３の絶縁膜で覆う場合に比
較して配線抵抗を低くすることが可能になり、半導体装
置の高速化を図ることが可能になるという特徴がある。

【００４３】なお、上記実施の形態４では、Ａｌ膜を採
用した場合について説明したが、Ａｌ膜に変えて、Ｃｕ
膜配線の酸化を防止でき、かつ抵抗の低い他の導電性物
質を使用してもよい。また、上記実施の形態４では、第
２の絶縁膜７をＡｌ膜１０で覆われたＣｕ膜配線６１及
び第１の絶縁膜２の上に形成することとしたが、第２の
絶縁膜を形成しない構造としてもよい。

【００４４】実施の形態５．上記の実施の形態１では、
図５に基づいて説明したように、絶縁膜２の上に導電性
膜５を形成する際に、指向性のある成膜方法により一回
の成膜工程で、絶縁膜２の平坦部に形成した膜厚に対し
て開口部４の側壁部に形成した膜厚が薄くなるように形
成している。このような成膜方法では、工程数は少なく
なるものの、開口部４の側壁部に形成される導電性膜５
ｂと第１の絶縁膜２の平坦部に形成される導電性膜５ａ
の膜厚の比は、成膜条件によって左右され、その制御が
独立にできなかった。この実施の形態５では、このよう
な膜厚比の制御が独立に行える半導体装置の製造方法を
提供するものである。以下、実施の形態５の半導体装置
の製造方法を図１６〜図２５に基づいて説明する。

【００４５】まず、図１６に示すように、シリコン基板
からなる半導体基板１の表面に熱ＣＶＤ法やプラズマＣ
ＶＤ法等により、シリコン酸化膜を厚さ１μｍ程度堆積
することにより第１の絶縁膜２を形成した後、さらに第
１の導電性膜１１であるＴｉＮ膜をＣＶＤ法又はスパッ
タ法で０．２μｍ〜０．３μｍの厚さに形成する。次
に、図１７に示すように、この第１の導電性膜１１の表
面上にレジスト膜を形成し、写真製版法によりパターニ
ングしてレジストパターン３を形成した後、図１８及び
図１９に示すように、異方性のドライエッチングにより
第１の導電性膜１１及び第１の絶縁膜２をエッチング
し、第１の導電性膜１１を貫通して開口部４を第１の絶
縁膜２に形成する。

【００４６】次に、図２０に示すように、レジストパタ
ーン３を除去した後、図２１に示すように第２の導電性
膜５０であるＴｉＮ膜をＣＶＤ法又はスパッタ法で０．
０５μｍ程度の厚さに、上記開口部４の内壁部及び上記
第１の導電性膜１１の表面に形成し、さらに図２２に示
すように、同様の方法でのＣｕ膜６を開口部４を埋め込
むように、かつその厚さが第１の導電性膜５０の表面上
０．４μｍ程度になるように形成する。なお、ここで形
成するＣｕ膜６は純粋なＣｕに限られないことは実施の
形態１で述べたのと同様である。

【００４７】次に、図２３に示すように、化学機械研磨
法により、Ｃｕ膜６の研磨を、第１の導電性膜１１の上
のＣｕ膜が完全に除去されるまで行うことにより、Ｃｕ
膜配線６１を形成する。ここで、この研磨は、少なくと
も第１の導電性膜が残存するように上記Ｃｕ膜を研磨す
る。すなわち、この研磨は、絶縁膜２の平坦部の第２の
導電性膜５０の一部又は全部が除去されるが、少なくと
もその下の第１の導電性膜１１は、完全には除去されず
第１の絶縁膜２上に残存するように行われる。従って、
この工程によって形成されるＣｕ膜配線６１は、第１の
絶縁膜２に対してではなく、残存した第１の導電性膜１
１又は第２の導電性膜５０の表面に対して平坦になるよ
うに形成される。

【００４８】次に、図２４に示すように、ドライエッチ
ングにより、残存した第１の導電性膜１１及び第１の導
電性膜１１の表面の第２の導電性膜５０を選択的に除去
する。ここで、このエッチングの条件としては、例え
ば、第１の導電性膜１１及び第２の導電性膜５の材料が
ともにＴｉＮである場合は、エッチングガスとして塩素
を含むガスを用いて、数℃〜数１０℃の比較的低温でエ
ッチングを行う。このようなエッチング工程により、Ｃ
ｕ膜６１は第１の絶縁膜２の平坦部に対して突出した状
態で形成される。

【００４９】次に、図２５に示すように、熱ＣＶＤ法又
はプラズマＣＶＤ法などにより、第２の絶縁膜７である
厚さ０．８μｍのシリコン酸化膜を第１の絶縁膜２及び
Ｃｕ膜配線６１の表面を覆うように形成する。

【００５０】この実施の形態５の製造方法で得られる半
導体装置は、実施の形態１で示した半導体装置と同様の
構成のものである。しかし、この実施の形態５で示した
製造方法では、第１の導電性膜１１を第１の絶縁膜２の
平坦部にのみ形成したことにより、第１の絶縁膜２の平
坦部に形成する導電性膜の厚さと開口部４の側壁部に形
成される導電性膜の厚さとを独立に制御することが可能
になる。その結果、研磨工程等他のプロセス条件の設定
の自由度が増し、またＣｕ膜配線６１が第１の絶縁膜２
より突出する部分の高さを制御することも可能となるた
め、実施の形態１で示した半導体装置がより制御よく製
造できるという効果がある。

【００５１】なお、上記の実施の形態５で説明した半導
体装置の製造方法は、実施の形態２乃至実施の形態４で
説明した半導体装置の製造について適用できることはい
うまでもない。また、この第１の導電性膜１１及び第２
の導電性膜５０の材料はＣｕ膜配線６１とエッチング特
性の異なる材料であればＴｉＮ膜に限られずその他の材
料でもよく、例えばＴｉとシリコンと窒素の化合物から
なる膜や塩素によって容易にエッチングできるようなア
ルミニウム合金膜であってもよい。また、配線が１層の
場合のみならず、２層以上の多層配線構造の半導体装置
について適用してもよい。さらに、図２０における第２
の導電性膜５０の形成を省略して、Ｃｕ膜６を直接絶縁
膜２の開口部４の内部に形成する構成としてもよい。

【００５２】

【発明の効果】この発明に係る半導体装置は、Ｃｕ膜配
線を半導体基板上に形成された第１の絶縁膜から突出す
るような構成としたので、Ｃｕ膜を研磨する際に、Ｃｕ
膜が第１の絶縁膜２に対して平坦になるまで研磨を行う
必要がなく、第１の絶縁膜の表面が直接研磨されること
はない。その結果、第１の絶縁膜表面にスクラッチが形
成されることがなくなり、スクラッチに残存したＣｕや
ＴｉＮにより配線が短絡されるという問題が回避できる
効果がある。また、第１の絶縁膜の表面に窪みが形成さ
れることもなくなるため、窪みの形成によりＣｕ膜配線
の抵抗が増加するという問題が回避できる効果がある。

【００５３】さらに、この発明に係る半導体装置は、絶
縁膜の開口部の内壁部を覆う導電性膜のうち、開口部の
側壁部分の導電性膜の膜厚が開口部の底面部の導電性膜
の膜厚より薄くなるように形成したので、煩雑な製造工
程を経ることなく、Ｃｕ膜配線の幅が不必要に減少する
ことを抑制できるという効果がある。

【００５４】また、この発明に係る半導体装置は、絶縁
膜の表面から突出しているＣｕ膜配線の上端部をシリコ
ン窒化膜で覆うようにしたので、耐酸化性に優れるＣｕ
膜配線が形成できるという効果がある。

【００５５】さらに、この発明に係る半導体装置は、Ｃ
ｕ膜配線の側面部及び上面部をシリコン窒化膜で覆うよ
うにしたので、耐酸化性に優れるＣｕ膜配線が形成でき
るという効果がある。

【００５６】また、この発明に係る半導体装置は、Ｃｕ
膜配線の側面部及び上面部をＡｌ膜で覆うようにしたの
で、耐酸化性に優れるとともに配線抵抗の低いＣｕ膜配
線が形成できるという効果がある。

【００５７】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶
縁膜に開口部を形成する工程と、この開口部の内壁部を
含む絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、この導電性
膜上にＣｕ膜を形成する工程と、上記絶縁膜の平坦部の
上の導電性膜が残存するように上記Ｃｕ膜を研磨する工
程と、上記絶縁膜の平坦部の上に残存する導電性膜を除
去する工程とを含むようにしたので、絶縁膜の表面が直
接研磨されることがなくなり、絶縁膜の表面にスクラッ
チや窪みが形成されることを防止でき、信頼性の高い半
導体装置の製造が可能になるという効果がある。

【００５８】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶
縁膜に開口部を形成する工程と、この開口部の内壁部を
含む絶縁膜上に導電性膜を、上記絶縁膜の開口部の側壁
部に形成される導電性膜の膜厚が前記絶縁膜の平坦部の
上に形成される導電性膜の膜厚よりも薄くなるように形
成する工程と、上記導電性膜上にＣｕ膜を形成する工程
と、上記絶縁膜の平坦部の上の導電性膜が残存するよう
にこのＣｕ膜を研磨する工程と、上記絶縁膜の平坦部の
上に残存する導電性膜を除去する工程とを含むようにし
たので、絶縁膜の表面が直接研磨されることがなくな
り、絶縁膜の表面にスクラッチや窪みが形成されること
を防止できるとともに、Ｃｕ膜配線の幅が不必要に減少
することを抑制できる半導体装置の製造が可能になると
いう効果がある。

【００５９】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、この絶
縁膜上に第１の導電性膜を形成する工程と、この第１の
導電性膜を貫通して上記絶縁膜に開口部を形成する工程
と、第２の導電性膜を上記開口部の内壁部及び上記第１
の導電性膜の表面に形成する工程と、上記開口部を埋め
込むように上記第２の導電性膜上にＣｕ膜を形成する工
程と、少なくとも上記絶縁膜の平坦部の上の第１の導電
性膜が残存するように上記Ｃｕ膜を研磨する工程と、上
記絶縁膜の平坦部の上に残存する第１の導電性膜及びこ
の第１の導電性膜の表面の第２の導電性膜を除去する工
程とを含むようにしたので、第１の絶縁膜の平坦部に形
成する導電性膜の厚さと開口部の側壁部に形成される導
電性膜の厚さとを独立に制御することが可能になる。そ
の結果、第１の絶縁膜の表面にスクラッチや窪みが形成
されることを防止できるとともに、Ｃｕ膜配線の幅が不
必要に減少することを抑制できるような半導体装置が制
御よく製造できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の半導体装置を示す断
面図。

【図２】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図３】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図４】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図５】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図６】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図７】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図８】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図９】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方
法を示す断面図。

【図１０】この発明の実施の形態２の半導体装置を示す
断面図。

【図１１】この発明の実施の形態３の半導体装置を示す
断面図。

【図１２】この発明の実施の形態３の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図１３】この発明の実施の形態３の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図１４】この発明の実施の形態４の半導体装置を示す
断面図。

【図１５】この発明の実施の形態４の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図１６】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図１７】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図１８】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図１９】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２０】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２１】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２２】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２３】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２４】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２５】この発明の実施の形態５の半導体装置の製造
方法を示す断面図。

【図２６】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【図２７】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【図２８】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【図２９】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【図３０】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【図３１】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【図３２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 第１の絶縁
膜 ３ レジストパターン ４ 第１の絶縁
膜に形成した開口部 ５ 導電性膜 ５ａ 絶縁膜の
平坦部の導電性膜 ５ｂ 開口部の側壁部の導電性膜 ６ Ｃｕ膜 ６１ Ｃｕ膜配線 ７ 第２の絶縁
膜 ８ 第３の絶縁膜 ８１ 第３の絶
縁膜 ９ 空隙 １０ Ａｌ膜 １１ 第１の導電性膜 ５０ 第２の導
電性膜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
   され、開口部を有する絶縁膜と、前記絶縁膜の開口部内
   部に埋め込まれ、上端部が前記絶縁膜の表面から突出し
   ているＣｕ膜配線とを備えたことを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
   され、開口部を有する絶縁膜と、前記開口部の内壁部を
   覆う導電性膜と、前記開口部内部に埋め込まれ、上端部
   が前記絶縁膜の表面から突出しているＣｕ膜配線とを備
   えたことを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 開口部の側壁部の導電性膜が前記開口部
   の底面部の導電性膜より薄いことを特徴とする請求項２
   記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 半導体基板上に形成された絶縁膜の表面
   から突出しているＣｕ膜配線の上端部がシリコン酸化膜
   で覆われていることを特徴とする請求項１、請求項２又
   は請求項３記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 半導体基板上に形成された絶縁膜の表面
   から突出しているＣｕ膜配線の上端部がシリコン窒化膜
   で覆われていることを特徴とする請求項１、請求項２又
   は請求項３記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
   され、開口部を有する絶縁膜と、前記開口部の底面部を
   覆う導電性膜と、前記開口部内部に埋め込まれ、上端部
   が前記絶縁膜の表面から突出しており、かつ上面部及び
   側面部がシリコン窒化膜で覆われているＣｕ膜配線とを
   備えたことを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
   され、開口部を有する絶縁膜と、前記開口部の底面部を
   覆う導電性膜と、前記開口部内部に埋め込まれ、上端部
   が前記絶縁膜の表面から突出しており、かつ上面部及び
   側面部がＡｌ膜で覆われているＣｕ膜配線とを備えたこ
   とを特徴とする半導体装置。
8. 【請求項８】 絶縁膜の開口部を覆う導電性膜はチタン
   窒化膜、チタンシリコン窒化膜又はアルミニウム合金膜
   のいずれかであることを特徴とする請求項２、請求項
   ３、請求項６又は請求項７記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
   と、前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部
   の内壁部を含む前記絶縁膜上に導電性膜を形成する工程
   と、前記導電性膜上にＣｕ膜を形成する工程と、前記絶
   縁膜の平坦部の上の導電性膜が残存するように前記Ｃｕ
   膜を研磨する工程と、前記絶縁膜の平坦部の上に残存す
   る導電性膜を除去する工程とを含むことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部
    の内壁部を含む前記絶縁膜上に導電性膜を、前記絶縁膜
    の開口部の側壁部に形成される導電性膜の膜厚が前記絶
    縁膜の平坦部の上に形成される導電性膜の膜厚よりも薄
    くなるように形成する工程と、前記導電性膜上にＣｕ膜
    を形成する工程と、前記絶縁膜の平坦部の上の導電性膜
    が残存するように前記Ｃｕ膜を研磨する工程と、前記絶
    縁膜の平坦部の上に残存する導電性膜を除去する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜上に第１の導電性膜を形成する工程と、
    前記第１の導電性膜を貫通して前記絶縁膜に開口部を形
    成する工程と、第２の導電性膜を前記絶縁膜の開口部の
    内壁部及び前記第１の導電性膜の表面に形成する工程
    と、前記第２の導電性膜上にＣｕ膜を形成する工程と、
    少なくとも前記絶縁膜の平坦部の上の第１の導電性膜が
    残存するように前記Ｃｕ膜を研磨する工程と、前記絶縁
    膜の平坦部の上に残存する第１の導電性膜及びこの第１
    の導電性膜の表面の第２の導電性膜を除去する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。