專利名稱：多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法，尤其涉及使用了低介電常數(shù)且具有防止銅離子擴(kuò)散的功能的有機(jī)層間絕緣膜的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
以往，在具有銅配線的超LSI(Large Scale Integration)中，作為銅擴(kuò)散防止膜使用的絕緣膜為人所知的為SiN膜、SiON膜、SiC膜、或者SiCO膜等，但是任一絕緣膜都具有4以上的高比介電常數(shù)。因此，在多層配線結(jié)構(gòu)中，層間絕緣膜即使使用了低介電常數(shù)膜，作為所述的銅擴(kuò)散防止膜的絕緣膜的比介電常數(shù)的影響也處于支配地位。因而現(xiàn)狀是，構(gòu)成多層配線結(jié)構(gòu)的由低介電常數(shù)膜形成的層間絕緣膜降低比介電常數(shù)的效果被作為所述的銅擴(kuò)散防止膜的絕緣膜的比介電常數(shù)抵消，從而多層配線整體的有效比介電常數(shù)不能實(shí)現(xiàn)足夠低的值。
為了應(yīng)對此種問題，需要降低作為銅擴(kuò)散防止膜使用的絕緣膜的比介電常數(shù)或者使由低介電常數(shù)膜形成的層間絕緣膜具有作為銅擴(kuò)散防止膜的功能。
作為用來降低銅擴(kuò)散防止膜的比介電常數(shù)的以往的技術(shù)，公開有通過使用了三甲基乙烯基硅烷的等離子體CVD法來形成SiCN膜的方法，但是該SiCN膜的比介電常數(shù)為4。此外，公開有通過使用了二乙烯基硅氧烷·雙·苯并環(huán)丁烯的等離子體CVD法來形成具有銅擴(kuò)散防止膜的功能的低介電常數(shù)的層間絕緣膜的方法，該層間絕緣膜的比介電常數(shù)為2.7左右(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1專利第3190886號然而，首先，使用了三甲基乙烯基硅氧烷形成的作為銅擴(kuò)散防止膜的SiCN膜的情況，存在其比介電場數(shù)為4，比介電常數(shù)的值高的問題。
另一方面，使用了二乙烯基硅氧烷·雙·苯并環(huán)丁烯形成的具有作為銅擴(kuò)散防止膜的功能的低介電常數(shù)的層間絕緣膜的情況，比介電常數(shù)低至2.7左右，但是使用二乙烯基硅氧烷·雙·苯并環(huán)丁烯形成的層間絕緣膜如果使用涂敷法形成，則因?yàn)樾纬傻膶娱g絕緣膜的銅離子的擴(kuò)散防止效果劣化，所以使用等離子體CVD法形成。但是，通過使用了二乙烯基硅氧烷·雙·苯并環(huán)丁烯的等離子體CVD法在銅表面上形成層間絕緣膜的情況下，在其成膜初期過程中，銅離子向膜中擴(kuò)散。如此的銅離子的擴(kuò)散被認(rèn)為是在成膜初期過程中還未形成捕獲銅離子的膜結(jié)構(gòu)，所以在成膜處理中施加的熱的作用下，銅離子向膜中擴(kuò)散。此外，通過使用了二乙烯基硅氧烷·雙·苯并環(huán)丁烯的等離子體CVD法來形成層間絕緣膜的情況，因?yàn)樵诨鍦囟?00℃以上的高溫下進(jìn)行，所以銅離子的擴(kuò)散更加顯著。如此，如果通過使用了二乙烯基硅氧烷·雙·苯并環(huán)丁烯的等離子體CVD法，在與銅直接接觸的部位形成層間絕緣膜，則在成膜初期過程中銅離子向膜中擴(kuò)散，同時(shí)進(jìn)行膜生長，因此產(chǎn)生所擴(kuò)散的銅離子導(dǎo)致的漏電流及產(chǎn)生耐壓的降低等膜質(zhì)的劣化，從而存在配線的壽命顯著降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于所述問題，本發(fā)明的目的在于防止在具有銅離子的擴(kuò)散防止功能的低介電常數(shù)的層間絕緣膜的成膜初期時(shí)來自銅配線的銅離子的擴(kuò)散。
為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種多層配線結(jié)構(gòu)，其在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成有由銅構(gòu)成的上層配線，并且下層配線和上層配線經(jīng)由在層間絕緣膜中形成的連通路(ビア)連接，所述多層配線結(jié)構(gòu)的特征在于，層間絕緣膜的與下層配線相接的層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
此外，本發(fā)明的第一方面提供一種多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其具備在下層配線上形成層間絕緣膜的工序；在層間絕緣膜中形成連通路和經(jīng)由該連通路與下層配線連接的上層配線的工序，所述多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法的特征在于，形成層間絕緣膜的工序包括形成以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層來作為層間絕緣膜的與下層配線相接的層的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法，由于具有孤立電子對的氮原子與銅離子形成配位鍵，從而銅離子被捕獲，所以能夠防止在層間絕緣膜的成膜初期過程中來自下層配線的銅離子的擴(kuò)散。因而，能夠防止通過下層配線和層間絕緣膜的界面，在相鄰的銅配線間銅離子擴(kuò)散所產(chǎn)生的絕緣不良。
本發(fā)明的第二方面提供一種多層配線結(jié)構(gòu)，其在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成有由銅構(gòu)成的上層配線，并且下層配線和上層配線經(jīng)由在層間絕緣膜中形成的連通路連接，所述多層配線結(jié)構(gòu)的特征在于，層間絕緣膜的最上層及最下層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
此外，本發(fā)明的第二方面提供一種多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其具備在由銅構(gòu)成的下層配線上形成層間絕緣膜的工序；在層間絕緣膜中形成連通路和經(jīng)由該連通路與下層配線連接的由銅構(gòu)成的上層配線的工序，所述多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法的特征在于，形成層間絕緣膜的工序包括形成以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層來作為層間絕緣膜的最上層和最下層的工序。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法，由于具有孤立電子對的氮原子與銅離子形成配位鍵，從而銅離子被捕獲，所以能夠防止在層間絕緣膜的成膜初期過程中來自下層配線的銅離子的擴(kuò)散。因而，能夠防止通過下層配線和層間絕緣膜的界面，在相鄰的銅配線間銅離子擴(kuò)散所產(chǎn)生的絕緣不良。特別地，能形成為如下的結(jié)構(gòu)，即，作為來自銅配線的銅的擴(kuò)散路徑的、與銅配線的最表面同一的面可從其上下被以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜夾持，從而能夠更有效地防止在相鄰的銅配線間銅離子擴(kuò)散。
在本發(fā)明的第一或第二方面所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，若芳香族化合物具有金剛烷骨架，則能夠得到耐熱性及強(qiáng)度優(yōu)越的層間絕緣膜。此外，若是咪唑衍生物或唑衍生物，則在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子。
如果本發(fā)明的第一或第二方面所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法使用涂敷法，則在溶液中或基板上以低溫形成可防止銅離子擴(kuò)散的分子結(jié)構(gòu)，所以能夠更有效地防止在成膜過程中的銅離子的擴(kuò)散。
根據(jù)本發(fā)明所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法，能夠防止在具有銅離子的擴(kuò)散防止功能的低介電常數(shù)的層間絕緣膜的成膜初期時(shí)來自銅配線的銅離子的擴(kuò)散。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)有效比介電常數(shù)低即延遲時(shí)間短且高速的多層配線。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的多層配線結(jié)構(gòu)。


圖1是表示以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的絕緣膜的結(jié)構(gòu)的一例的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示利用具有孤立電子對的氮原子防止銅離子的擴(kuò)散的機(jī)理的示意圖。
圖3是表示以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的絕緣膜的結(jié)構(gòu)的一例的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
圖4是表示以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的絕緣膜的結(jié)構(gòu)的一例的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法的要部剖面圖。
圖6是用于說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法的要部剖面圖。
圖中1-層間絕緣膜；2-第一絕緣膜；3-隔層金屬(バリアメタル)膜；4-下層配線；5-第一有機(jī)層間絕緣膜；6-第二絕緣膜；7a-連接孔；7b-配線槽；8-隔層金屬膜；9a-連通路；9b-上層配線；10-第二有機(jī)層間絕緣膜；11-隔層金屬膜；12-連通路；21-第一絕緣膜；22-第一有機(jī)層間絕緣膜；23-隔層金屬膜；24-下層配線；25-第二有機(jī)層間絕緣膜；26-第二絕緣膜；27-第三有機(jī)層間絕緣膜；28a-連接孔；28b-配線槽；29-隔層金屬膜；30a-連通路；30b-上層配線；31-第三有機(jī)層間絕緣膜；32-第三絕緣膜；33-隔層金屬膜；34-連通路；2a-孤立電子對。
具體實(shí)施例方式
首先，對本發(fā)明的第一及第二實(shí)施方式中共同的特征，參照圖1～4進(jìn)行說明。
在本發(fā)明的第一及第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，其特征為，為了防止所述的問題即在具有銅離子的擴(kuò)散防止功能的低介電常數(shù)的層間絕緣膜的成膜初期時(shí)來自銅配線的銅離子的擴(kuò)散，使用以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜。
如此，由于具有孤立電子對的氮原子的存在，從銅配線中擴(kuò)散的銅離子與氮原子形成配位鍵，從而銅離子被捕獲，所以可防止在層間絕緣膜的成膜初期過程中來自銅配線的銅離子的擴(kuò)散。
此處，作為成為層間絕緣膜的主成分的在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物的一例，例如可列舉如圖1所示的物質(zhì)。如圖1所示，在圖1的芳香族化合物中，構(gòu)成成分包括咪唑衍生物及金剛烷衍生物。此情況如圖2所示，通過在咪唑衍生物中包含的具有孤立電子對2a的氮原子(N)與銅離子(Cu2+)形成配位鍵，能夠防止來自銅配線的銅離子的擴(kuò)散。此外，在芳香族化合物中含有金剛烷骨架，所以能夠?qū)崿F(xiàn)耐熱性及強(qiáng)度優(yōu)越的層間絕緣膜。
此外，作為在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物的一例，代替圖1所示的咪唑衍生物，如圖3或圖4所示，即使是使用了在芳香環(huán)內(nèi)含有孤立電子對的唑衍生物或吡啶衍生物的芳香族化合物也能獲得與所述同樣的效果。而且，在含有唑衍生物的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)更低介電常數(shù)且吸水性低的層間絕緣膜。
此外，作為所述第一及第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，可使用涂敷法。如此，在溶液中或基板上以低溫形成可防止銅離子擴(kuò)散的分子結(jié)構(gòu)，所以能夠更有效地防止成膜處理中的銅離子的擴(kuò)散。
而且，以上以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為例進(jìn)行了說明，但有時(shí)也可代替具有孤立電子對的氮原子，使用硫(S)或磷(P)。
以下，對本發(fā)明的第一及第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法參照圖5及圖6進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施方式)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)為，在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成由銅構(gòu)成的上層配線，且，下層配線和上層配線經(jīng)由在層間絕緣膜中形成的連通路連接，所述多層配線結(jié)構(gòu)的特征為，層間絕緣膜的與下層配線相接的層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
此外，本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法為多層配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其具備在由銅構(gòu)成的下層配線上形成層間絕緣膜的工序；在層間絕緣膜中形成連通路和經(jīng)由該連通路與下層配線連接的由銅構(gòu)成的上層配線的工序，所述多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法的特征為，形成層間絕緣膜的工序包括形成以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層來作為層間絕緣膜的與下層配線相接的層的工序。
以下，具體地說明。
圖5表示用于說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法的要部剖面圖。
如圖5所示，在基板(未圖示)上的層間絕緣膜1的上面形成有例如由SiOC膜構(gòu)成的第一絕緣膜2，在第一絕緣膜2及層間絕緣膜1中，形成底面及側(cè)面被隔層金屬膜3覆蓋，并且上面從第一絕緣膜2露出的由銅構(gòu)成的下層配線4。第一絕緣膜2及下層配線4上形成有500nm的第一有機(jī)層間絕緣膜5，在該第一有機(jī)層間絕緣膜5上形成有50nm的例如由SiOC膜構(gòu)成的第二絕緣膜6。此處，第一有機(jī)層間絕緣膜5由所述的以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜構(gòu)成。而且，作為層間絕緣膜1，例如，可以是由與第一絕緣膜2或第二絕緣膜6相同組成的層間絕緣膜構(gòu)成的情況，也可以是由不同組成的層間絕緣膜構(gòu)成的情況，還可以是由與第一有機(jī)層間絕緣膜5相同組成的材料構(gòu)成的情況。
此外，在第二絕緣膜6及第一有機(jī)層間絕緣層5中，形成有側(cè)面及底面被隔層金屬膜8覆蓋的由銅構(gòu)成的上層配線9b，在第二絕緣膜6及第一有機(jī)層間絕緣膜5中的上層配線9b的下部，形成有側(cè)面及底面被隔層金屬膜8覆蓋，且將下層配線4和上層配線9連接的連通路9a。此外，在第二絕緣膜6及上層配線9b上形成有與由所述的第一有機(jī)層間絕緣膜5構(gòu)成的層同樣構(gòu)成的第二有機(jī)層間絕緣膜(例如，由以圖1所示的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜構(gòu)成)10、及未圖示第三絕緣膜。也就是說，在第二有機(jī)層間絕緣膜10及第三絕緣膜中，上層配線9b與再上層形成的配線(未圖示)經(jīng)由隔層金屬膜11由連通路12連接。如此，重復(fù)與由第一有機(jī)層間絕緣膜5及第二絕緣膜6構(gòu)成的層的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)，從而形成多層配線結(jié)構(gòu)。
此處，由隔層金屬膜8覆蓋的連通路9a及上層配線9b通過以下的工序形成。即，首先，使用光刻技術(shù)及干蝕刻技術(shù)，在第一有機(jī)層間絕緣膜5中形成到達(dá)下層配線4的連接孔7a后，在第二絕緣膜6及第一有機(jī)層間絕緣膜5中，形成與連接孔7a連通的配線槽7b。然后，由隔層金屬膜8覆蓋第二絕緣膜6上、連接孔7a及配線槽7b的壁部及底部，并在該隔層金屬膜8上形成銅種層(銅シ一ド )后，通過鍍敷法形成銅膜直至連接孔7a及配線槽7b內(nèi)被完全填埋。然后，通過CMP法，研磨去除隔層金屬膜8及銅膜露出配線槽7b的部分，從而形成由隔層金屬膜8覆蓋的連通路9a及上層配線9b。而且，如果相對于第二有機(jī)層間絕緣膜10及第三絕緣膜(未圖示)重復(fù)進(jìn)行所述工序，則在第二有機(jī)層間絕緣膜10及第三絕緣膜中，形成由隔層金屬膜11覆蓋的連通路12及更上層的配線。如此，通過重復(fù)進(jìn)行所述工序，形成所述的多層配線結(jié)構(gòu)。
如此，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法，第一有機(jī)層間絕緣膜5由以例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜構(gòu)成，所以如上所述，由于具有孤立電子對的氮原子的存在，能夠防止第一有機(jī)層間絕緣膜5的成膜初期過程中來自下層配線4的銅離子的擴(kuò)散。因而，能夠防止通過下層配線4和第一有機(jī)層間絕緣膜5的界面，在相鄰的銅配線間銅離子擴(kuò)散所產(chǎn)生的絕緣不良。而且，第一有機(jī)層間絕緣膜5及第二有機(jī)層間絕緣膜10的比介電常數(shù)為2.5，所以與將比介電常數(shù)3.5以上的以往的SiC膜或SiCN膜覆蓋在下層配線4上的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)介電常數(shù)低的多層配線結(jié)構(gòu)。此外，通過設(shè)置有第二有機(jī)層間絕緣膜10，也同樣能夠防止通過上層配線9b和第二有機(jī)層間絕緣膜10的界面，在相鄰的銅配線間銅離子擴(kuò)散所產(chǎn)生的絕緣不良。
在以上的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，對第一絕緣膜2、第二絕緣膜6及第三絕緣膜由SiOC膜形成的情況進(jìn)行了說明，但可以是由與第一有機(jī)層間絕緣膜5及第二有機(jī)層間絕緣膜10相同組成的絕緣膜形成的情況，也可以是由不同組成的絕緣膜形成的情況。
此外，在以上的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，以由第一有機(jī)層間絕緣膜5及第二絕緣膜6形成的層結(jié)構(gòu)為例，但并不限定于此。例如，在具有與由第一有機(jī)層間絕緣膜5及第二絕緣膜6形成的層相同的層結(jié)構(gòu)的多層配線結(jié)構(gòu)的各層中，位于下層的有機(jī)層間絕緣膜的膜厚和位于上層的絕緣膜的膜厚在各層中可以相同，也可以不同。
此外，在以上的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，作為包括第一有機(jī)層間絕緣膜5的位于配線槽7b的底部的正下方的區(qū)域的層，可以夾有與第一有機(jī)層間絕緣膜5的組成不同的組成的絕緣膜。如此，與第一有機(jī)層間絕緣膜5的組成不同的組成的絕緣膜具有在將第一有機(jī)層間絕緣膜5蝕刻而形成配線槽7b時(shí)的蝕刻停止器(etching stopper)的功能，所以能夠降低配線槽7b的深度的加工偏差。而且，該點(diǎn)并不限定于第一有機(jī)層間絕緣膜5，第二有機(jī)層間絕緣膜10等多層配線結(jié)構(gòu)中的各層也同樣。
此外，在以上的第一實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，對在第一有機(jī)層間絕緣膜5中形成連接孔7a及配線槽7b的情況進(jìn)行了說明，但形成連接孔7a的層和形成配線槽7b的層也可以由相互不同的組成的絕緣膜形成。例如，作為形成配線槽7b的絕緣膜使用空穴率高于形成連接孔7a的絕緣膜的空穴率的多孔質(zhì)膜，由此可實(shí)現(xiàn)能夠抑制機(jī)械強(qiáng)度的劣化的多層配線結(jié)構(gòu)。而且，該點(diǎn)并不限定于第一有機(jī)層間絕緣膜5，第二有機(jī)層間絕緣膜10等多層配線結(jié)構(gòu)中的各層也同樣。
進(jìn)而，作為形成配線槽7b的絕緣膜，使用以有機(jī)成分為主成分的層間絕緣膜，并且作為形成連接孔7a的絕緣膜，使用以硅氧烷成分為主成分的層間絕緣膜，由此不需要夾有所述的具有蝕刻停止器功能的層，可實(shí)現(xiàn)能夠降低配線槽7b的深度的加工偏差，并且能夠抑制機(jī)械強(qiáng)度的劣化的多層配線結(jié)構(gòu)。而且，該點(diǎn)并不限定于第一有機(jī)層間絕緣膜5，第二有機(jī)層間絕緣膜10等多層配線結(jié)構(gòu)中的各層也同樣。
(第二實(shí)施方式)本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)為，在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成由銅構(gòu)成的上層配線，且下層配線和上層配線經(jīng)由在層間絕緣膜中形成的連通路連接，所述多層配線結(jié)構(gòu)的特征為，層間絕緣膜的最上層和最下層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
此外，本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法為多層配線結(jié)構(gòu)的制造方法，其具備在由銅構(gòu)成的下層配線上形成層間絕緣膜的工序；在層間絕緣膜中形成連通路和經(jīng)由該連通路與下層配線連接的由銅構(gòu)成的上層配線的工序，所述多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法的特征為，形成層間絕緣膜的工序包含形成以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層來作為層間絕緣膜的最上層和最下層的工序。
以下，具體地說明。
圖6表示用于說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法的要部剖面圖。
如圖6所示，在基板(未圖示)上例如由SiOC膜形成的第一絕緣膜21的上面形成有50nm的第一有機(jī)層間絕緣膜22，在第一有機(jī)層間絕緣膜22及第一絕緣膜21中，形成有底面及側(cè)面被隔層金屬膜23覆蓋，并且上面從第一有機(jī)層間絕緣膜22露出的由銅構(gòu)成的下層配線24。第一有機(jī)層間絕緣膜22及下層配線24上形成有50nm的第二有機(jī)層間絕緣膜25，在該第二有機(jī)層間絕緣膜25上形成有500nm的例如由SiOC膜構(gòu)成的第二絕緣膜26。進(jìn)而，在該第二絕緣膜26上形成有50nm的第三有機(jī)層間絕緣膜27。此處，第一、第二、第三有機(jī)層間絕緣膜22、25、27由所述的以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜構(gòu)成。
此外，在第三有機(jī)層間絕緣膜27及第二絕緣層26中，形成有側(cè)面及底面被隔層金屬膜29覆蓋的由銅構(gòu)成的上層配線30b，在第二絕緣膜26及第二有機(jī)層間絕緣膜25中的上層配線30b的下部，形成有側(cè)面及底面被隔層金屬膜29覆蓋，且將下層配線24和上層配線30b連接的連通路30a。此外，在第三有機(jī)層間絕緣膜27、上層配線30b及隔層金屬膜29上形成有與由所述的第一有機(jī)層間絕緣膜22、第二有機(jī)層間絕緣膜25及第三有機(jī)層間絕緣膜27構(gòu)成的層同樣構(gòu)成的第四有機(jī)層間絕緣膜(由以例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜構(gòu)成)31、第三絕緣膜32(由SiOC膜構(gòu)成)及未圖示的第五有機(jī)層間絕緣膜(由以例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的層間絕緣膜構(gòu)成)。也就是說，在該第四有機(jī)層間絕緣膜31、第三絕緣膜32及第五有機(jī)層間絕緣膜中，上層配線30b與再上層形成的配線(未圖示)經(jīng)由隔層金屬膜33由連通路34連接。如此，重復(fù)與由第二有機(jī)層間絕緣膜25、第二絕緣膜26及第三有機(jī)層間絕緣膜27構(gòu)成的層的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)，從而形成多層配線結(jié)構(gòu)。
此處，由隔層金屬膜29覆蓋的連通路30a及上層配線30b由以下的工序形成。即，首先，使用光刻技術(shù)及干蝕刻技術(shù)，在第二有機(jī)層間絕緣膜25及第二絕緣膜26中形成到達(dá)下層配線24的連接孔28a后，在第二絕緣膜26及第三有機(jī)層間絕緣膜27中，形成與連接孔28a連通的配線槽28b。然后，由隔層金屬膜29覆蓋第三有機(jī)層間絕緣膜27上、連接孔28a及配線槽28b的壁部及底部，并在該隔層金屬膜29上形成銅種層后，通過鍍敷法形成銅膜直至連接孔28a及配線槽28b內(nèi)被完全填埋。然后，通過CMP法，研磨去除隔層金屬膜29及銅膜露出配線槽28b的部分，由此形成由隔層金屬膜29覆蓋的連通路30a及上層配線30b。而且，如果相對于第四有機(jī)層間絕緣膜31、第三絕緣膜32及第五有機(jī)層間絕緣膜(未圖示)重復(fù)進(jìn)行所述工序，則在第四有機(jī)層間絕緣膜31、第三絕緣膜32及第五有機(jī)層間絕緣膜中，形成由隔層金屬膜33覆蓋的連通路34及再上層的配線。如此，通過重復(fù)使用所述工序，形成所述的多層配線結(jié)構(gòu)。
如上所述，在本發(fā)明的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，以從上下夾入與銅配線(下層配線24、上層配線30b)的最表面同一的面的方式，形成有以例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的有機(jī)層間絕緣膜(相對于下層配線24，第一有機(jī)層間絕緣膜22和第二有機(jī)層間絕緣膜25，相對于上層配線30b，第三有機(jī)層間絕緣膜27和第四有機(jī)層間絕緣膜31)。因此，通過從上下夾入與銅配線的最表面同一的面的有機(jī)層間絕緣膜中包含的具有孤立電子對的氮原子，能夠防止在有機(jī)層間絕緣膜的成膜初期過程中來自銅配線的銅離子的擴(kuò)散。特別在本實(shí)施方式中，作為來自銅配線的銅的擴(kuò)散路徑，與銅配線的最表面同一的面為以例如圖1所示的芳香族化合物為主成分的有機(jī)層間絕緣膜間的界面，所以能夠防止在相鄰的銅配線間銅離子擴(kuò)散所產(chǎn)生的絕緣不良。此外，第一、第二、第三、第四有機(jī)層間絕緣膜22、25、27、31的比介電常數(shù)為2.5，所以與將比介電常數(shù)3.5以上的以往的SiC膜或SiCN膜覆蓋在銅配線上的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)介電常數(shù)低的多層配線結(jié)構(gòu)。
此外，在以上的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，以由第二有機(jī)層間絕緣膜25、第二絕緣膜26及第三有機(jī)層間絕緣膜27形成的層結(jié)構(gòu)為例，但并不限定于此。例如，在具有與由第二有機(jī)層間絕緣膜25、第二絕緣膜26及第三有機(jī)層間絕緣膜27形成的層相同的層結(jié)構(gòu)的多層配線結(jié)構(gòu)的各層中，位于下層及上層的有機(jī)層間絕緣膜的膜厚和位于中間的絕緣膜的膜厚在各層中可以相同，也可以不同。
此外，在以上的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，對第一絕緣膜21、第二絕緣膜26或第三絕緣膜由SiOC膜形成的情況進(jìn)行了說明，但是也可以是由與第一有機(jī)層間絕緣膜22、第二有機(jī)層間絕緣膜25、第三有機(jī)層間絕緣膜27或第四有機(jī)層間絕緣膜31相同組成的層間絕緣膜形成的情況，也可以是由不同的組成的層間絕緣膜形成的情況。
此外，在以上的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，作為包括第二絕緣膜26的位于配線槽28b的底部的正下方的區(qū)域的層，可以夾有與第二絕緣膜26的組成不同的組成的絕緣膜。如此，與第二絕緣膜26的組成不同的組成的絕緣膜具有在將第二絕緣膜26蝕刻而形成配線槽28b時(shí)的蝕刻停止器的功能，所以能夠降低配線槽28b的深度的加工偏差。而且，該點(diǎn)并不限定于第二絕緣膜26，第三絕緣膜32等多層配線結(jié)構(gòu)中的各層也同樣。
此外，在以上的第二實(shí)施方式所述的多層配線結(jié)構(gòu)及其形成方法中，對在第二絕緣膜26中形成連接孔28a及配線槽28b的情況進(jìn)行了說明，但形成連接孔28a的層和形成配線槽28b的層也可以由相互不同的組成的絕緣膜形成。例如，作為形成配線槽28b的絕緣膜，使用空穴率高于形成連接孔28a的絕緣膜的空穴率的多孔質(zhì)膜，由此可實(shí)現(xiàn)能夠抑制機(jī)械強(qiáng)度的劣化的多層配線結(jié)構(gòu)。而且，該點(diǎn)并不限定于第二絕緣膜26，第三絕緣膜32等多層配線結(jié)構(gòu)中的各層也同樣。
進(jìn)而，作為形成配線槽28b的絕緣膜，使用以有機(jī)成分為主成分的層間絕緣膜，并且作為形成連接孔7a的絕緣膜，使用以硅氧烷成分為主成分的層間絕緣膜，由此不需要夾有所述的具有蝕刻停止器功能的層，可實(shí)現(xiàn)能夠降低配線槽28b的深度的加工偏差，并且能夠抑制機(jī)械強(qiáng)度的劣化的多層配線結(jié)構(gòu)。而且，該點(diǎn)并不限定于第二絕緣膜26，第三絕緣膜32等多層配線結(jié)構(gòu)中的各層也同樣。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明對配線延遲小且高速的多層配線的形成是有用的。
權(quán)利要求
1.一種多層配線結(jié)構(gòu)，其在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成有由銅構(gòu)成的上層配線，并且所述下層配線和所述上層配線經(jīng)由在所述層間絕緣膜中形成的連通路連接，所述多層配線結(jié)構(gòu)的特征在于，所述層間絕緣膜的與所述下層配線相接的層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
2.如權(quán)利要求1所述的多層配線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芳香族化合物具有金剛烷骨架。
3.如權(quán)利要求1所述的多層配線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芳香族化合物含有咪唑衍生物或唑衍生物。
4.一種多層配線結(jié)構(gòu)，其在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成有由銅構(gòu)成的上層配線，并且所述下層配線和所述上層配線經(jīng)由在所述層間絕緣膜中形成的連通路連接，所述多層配線結(jié)構(gòu)的特征在于，所述層間絕緣膜的最上層及最下層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
5.如權(quán)利要求4所述的多層配線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芳香族化合物具有金剛烷骨架。
6.如權(quán)利要求4所述的多層配線結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芳香族化合物含有咪唑衍生物或唑衍生物。
7.一種多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其具備在由銅構(gòu)成的下層配線上形成層間絕緣膜的工序；在所述層間絕緣膜中形成連通路和經(jīng)由該連通路與所述下層配線連接的由銅構(gòu)成的上層配線的工序，所述多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法的特征在于，形成所述層間絕緣膜的工序包括形成以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層來作為所述層間絕緣膜的與所述下層配線相接的層的工序。
8.如權(quán)利要求7所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述芳香族化合物具有金剛烷骨架。
9.如權(quán)利要求7所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述芳香族化合物含有咪唑衍生物或唑衍生物。
10.如權(quán)利要求7所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述層間絕緣膜的工序使用涂敷法進(jìn)行。
11.一種多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其具備在由銅構(gòu)成的下層配線上形成層間絕緣膜的工序；在所述層間絕緣膜中形成連通路和經(jīng)由該連通路與所述下層配線連接的由銅構(gòu)成的上層配線的工序，所述多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法的特征在于，形成所述層間絕緣膜的工序包括形成以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層來作為所述層間絕緣膜的最上層和最下層的工序。
12.如權(quán)利要求11所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述芳香族化合物具有金剛烷骨架。
13.如權(quán)利要求11所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述芳香族化合物含有咪唑衍生物或唑衍生物。
14.如權(quán)利要求11所述的多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述層間絕緣膜的工序使用涂敷法進(jìn)行。
全文摘要
一種多層配線結(jié)構(gòu)，其在由銅構(gòu)成的下層配線上的層間絕緣膜中形成有上層配線，并且由銅構(gòu)成的下層配線和上層配線經(jīng)由在層間絕緣膜中形成的連通路連接。并且，層間絕緣膜的與下層配線相接的層由以在芳香環(huán)內(nèi)含有具有孤立電子對的氮原子的芳香族化合物為主成分的層形成。
文檔編號H01L21/02GK101080813SQ200680001378
公開日2007年11月28日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者青井信雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社