半導体装置、およびその製造方法
【課題】配線間絶縁膜からビア間絶縁膜への水分の移動を抑制し、配線間の実効誘電率に与える影響の少ない絶縁膜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】本発明の実施の形態による半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線２ｂと、前記配線２ｂと同じ層に形成された配線間絶縁膜４ｂと、前記配線２ｂの下面に接続された第１のビア７ａと、前記第１のビア７ａと同じ層に形成された第１のビア間絶縁膜８ａと、前記配線２ｂの上面に接続された第２のビア７ｂと、前記第２のビア７ｂと同じ層に形成された第２のビア間絶縁膜８ｂと、前記配線間絶縁膜４ｂと前記第１のビア間絶縁膜８ａとの間、および前記配線間絶縁膜４ｂと前記第２のビア間絶縁膜８ｂとの間の少なくともいずれか一方に形成されたＣｕＳｉＮ膜９と、を有する。
【解決手段】本発明の実施の形態による半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線２ｂと、前記配線２ｂと同じ層に形成された配線間絶縁膜４ｂと、前記配線２ｂの下面に接続された第１のビア７ａと、前記第１のビア７ａと同じ層に形成された第１のビア間絶縁膜８ａと、前記配線２ｂの上面に接続された第２のビア７ｂと、前記第２のビア７ｂと同じ層に形成された第２のビア間絶縁膜８ｂと、前記配線間絶縁膜４ｂと前記第１のビア間絶縁膜８ａとの間、および前記配線間絶縁膜４ｂと前記第２のビア間絶縁膜８ｂとの間の少なくともいずれか一方に形成されたＣｕＳｉＮ膜９と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の多層配線構造を有する半導体装置の高性能化に伴い、配線間絶縁膜やビア間絶縁膜に低誘電絶縁材料が用いられる傾向にある。一般に、低誘電材料は空孔率が高く、水分を含みやすいという性質を持つ。配線間絶縁膜やビア間絶縁膜に水分が多く含まれると、その水分により配線やビアを覆うバリアメタルが酸化するおそれがある。バリアメタルの酸化が進行すると、ビア底面におけるバリアメタルやバリアメタルで覆われた配線自体までもが酸化されて電気伝導が妨げられ、電気的特性の劣化等が生じる可能性がある。特に、ビアにおいては、表面積の体積に対する比率が配線と比較して大きいため、バリアメタルの酸化による影響が大きい。
【０００３】
従来の半導体装置として、配線間絶縁膜とビア間絶縁膜との間にプラズマシリコン酸化膜を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置によれば、プラズマシリコン酸化膜に対して配線間絶縁膜やビア間絶縁膜のエッチング選択比を大きくとることができるため、例えば膜厚数十ｎｍ程度のプラズマシリコン酸化膜をエッチングストッパとして用いることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された半導体装置によると、プラズマシリコン酸化膜は水分を遮断する機能を有しないため、配線間絶縁膜中の水分がビア間絶縁膜中に移動し、ビア間絶縁膜中の水分のみならず配線間絶縁膜中の水分までがビアを覆うバリアメタルの酸化を促すおそれがある。また、プラズマシリコン酸化膜は誘電率が大きく、この場合は配線間の実効誘電率の上昇を招くことが懸念される。
【特許文献１】特開２０００−２９４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、配線間絶縁膜からビア間絶縁膜への水分の移動を抑制し、配線間の実効誘電率に与える影響の少ない絶縁膜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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、表面に半導体素子を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線と、前記配線と同じ層に形成された配線間絶縁膜と、前記配線の下面に接続された第１のビアと、前記第１のビアと同じ層に形成された第１のビア間絶縁膜と、前記配線の上面に接続された第２のビアと、前記第２のビアと同じ層に形成された第２のビア間絶縁膜と、前記配線間絶縁膜と前記第１のビア間絶縁膜との間、および前記配線間絶縁膜と前記第２のビア間絶縁膜との間の少なくともいずれか一方に形成されたＣｕＳｉＮ膜と、を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、表面に半導体素子が形成された半導体基板上にビア間絶縁膜を形成する工程と、前記ビア間絶縁膜上にＣｕ膜を形成し、前記Ｃｕ膜をＳｉ含有ガスに曝してＣｕ−Ｓｉ化合物膜を形成し、前記Ｃｕ−Ｓｉ化合物膜に窒化処理を行うことによりＣｕＳｉＮ膜を形成する工程と、前記ＣｕＳｉＮ膜上に配線間絶縁膜を形成する工程と、前記ビア間絶縁膜、前記ＣｕＳｉＮ膜、および前記配線間絶縁膜を加工して、前記ビア間絶縁膜にビア溝、前記配線間絶縁膜中に配線溝、前記ＣｕＳｉＮ膜中にビア溝および配線溝の少なくともいずれか一方、を形成する工程と、前記ビア溝中にビア、前記配線溝中に配線を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、配線間絶縁膜からビア間絶縁膜への水分の移動を抑制し、配線間の実効誘電率に与える影響の少ない絶縁膜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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
〔第１の実施の形態〕
（半導体装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００１０】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図１は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００１１】
半導体装置１は、配線２ａ、２ｂと、配線２ａ、２ｂと同じ層に形成され、配線２ａ、２ｂと周辺の配線（図示しない）との間に形成された配線間絶縁膜４ａ、４ｂと、配線２ａと配線２ｂを電気的に接続するビア７ａと、配線２ｂと上層の配線（図示しない）とを電気的に接続するビア７ｂと、ビア７ａ、７ｂと同じ層に形成され、ビア７ａ、７ｂと周囲のビア（図示しない）との間に形成されたビア間絶縁膜８ａ、８ｂとを有する。なお、配線２ａ、２ｂ、ビア７ａ、７ｂ等の配置は図１に示したものに限られない。
【００１２】
また、配線間絶縁膜４ａ、４ｂ上にはキャップ層５ａ、５ｂが形成され、配線２ａ、２ｂおよびキャップ層５ａ、５ｂ上にはエッチングストッパ６ａ、６ｂが形成されている。また、配線２ａの表面にはバリアメタル３ａが、配線２ｂおよびビア７ａの表面にはバリアメタル３ｂが、ビア７ｂの表面にはバリアメタル３ｃが形成されている。
【００１３】
また、配線間絶縁膜４ｂならびに配線２ｂとビア間絶縁膜８ａとの間に、ＣｕＳｉＮ膜９が形成されている。
【００１４】
配線２ａ、２ｂおよびビア７ａ、７ｂは、例えば、Ｃｕからなる。
【００１５】
バリアメタル３ａ、３ｂ、３ｃは、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属材料あるいはこれらの金属材料の化合物からなる。また、バリアメタル３ａ、３ｂ、３ｃは、配線２ａ、２ｂおよびビア７ａ、７ｂ内の金属が配線間絶縁膜４ａ、４ｂ、ビア間絶縁膜８ａ、８ｂ等の隣接する部材へ拡散することを防ぐ機能を有する。
【００１６】
ビア間絶縁膜８ａ、８ｂは、ＳｉＯＣ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＦ等の絶縁材料からなる。また、ビア間絶縁膜８ａ、８ｂは、例えば、１５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００１７】
配線間絶縁膜４ａ、４ｂは、ビア間絶縁膜８ａ、８ｂと同様の材料を用いることができる。また、ポリアリーレン、ベンゾオキサゾール等の有機絶縁材料を用いてもよい。また、配線間絶縁膜４ａ、４ｂは、例えば、１５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００１８】
キャップ層５ａ、５ｂは、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＣ等の絶縁材料からなり、配線２ａ、２ｂを形成する際のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による平坦化処理のためのストッパ等として用いられる。また、キャップ層５ａ、５ｂは、例えば、１００ｎｍ程度の厚さを有する。なお、ＣＭＰ等を行う際における配線間絶縁膜４ａ、４ｂのダメージがさほど問題とならない場合は、キャップ層５ａ、５ｂの形成を省略してもよい。
【００１９】
エッチングストッパ６ａ、６ｂは、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等のビア間絶縁膜８ａ、８ｂとの間で高いエッチング選択比を有する絶縁材料からなり、配線２ａ、２ｂの上層の部材をエッチングする際のストッパとして働く。また、配線２ａ、２ｂ内の金属の上層の部材への拡散を防ぐ。なお、エッチングストッパ６ａ、６ｂは、配線２ａ、２ｂの上面にのみ形成されるものであってもよい。また、エッチングストッパ６ａ、６ｂは、例えば、５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２０】
ＣｕＳｉＮ膜９は、水分をほとんど通さないという性質を有するため、配線間絶縁膜４ｂとビア間絶縁膜８ａの間の水分の移動を遮断することができる。また、ＣｕＳｉＮ膜９は、１〜１０ｎｍの厚さを有する。これは、１ｎｍより薄い場合は水分を遮断する効果が薄くなるおそれがあり、１０ｎｍよりも厚い場合は、周囲の配線間の実効誘電率を大きく上昇させるおそれがあるためである。
【００２１】
（半導体装置の製造方法）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、図示しない半導体基板上にバリアメタル３ａにより表面を覆われた配線２ａ、配線間絶縁膜４ａ、およびキャップ層５ａを形成する。下層の配線２ａは、例えば、配線溝が形成された配線間絶縁膜４ａ、およびキャップ層５ａ上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法もしくはＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法によりバリアメタル３ａ、およびめっき法により配線２ａとなるＣｕを堆積した後、ＣＭＰにより配線溝外のバリアメタル３ａおよびＣｕを除去することで、配線構内に埋め込み形成される。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、配線２ａ、およびキャップ層５ａ上に、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを積層する。
【００２４】
ここで、ＣｕＳｉＮ膜９は以下に示す工程により形成する。まず、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によりビア間絶縁膜８ａ上にＣｕ膜を１〜１０ｎｍ程度の厚さに形成した後、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス等のＳｉ含有ガスに曝すことにより、Ｃｕ−Ｓｉ化合物膜を形成する。その後、ＮＨ３プラズマ照射等によりＣｕ−Ｓｉ化合物膜に窒化処理を行い、ＣｕＳｉＮ膜９を形成する。なお、ＣｕＳｉＮ膜９の膜厚は上記各工程の条件を変動させることにより制御することができる。また、各工程の実施時間、温度は、例えば、各工程毎１〜３０秒、２５０〜４５０℃の範囲で調節する。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを加工し、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、およびＣｕＳｉＮ膜９中にビア溝１１、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂ中に配線溝１０を形成する。本実施の形態においては、ビア間絶縁膜８ａの上面にＣｕＳｉＮ膜９が残るため、ビア間絶縁膜８ａの上面をエッチングによるダメージから守ることができる。
【００２６】
なお、配線溝１０およびビア溝１１を形成した後、配線溝１０およびビア溝１１の内面に生じたエッチングによるダメージの補修を行ってもよい。補修は、例えば配線間絶縁膜４ｂ、ビア間絶縁膜８ａがメチルシロキサン等のシロキサン結合を主骨格とする材料からなる場合、シラノール基を有する有機系ガスや有機系薬液からなる修復剤を用いて、エッチングによりメチル基が欠損した箇所にメチル基等の炭化水素基を再結合させることにより行う。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、下層配線の場合と同様の方法で、バリアメタル３ｂにより表面を覆われた配線２ｂおよびビア７ａを配線溝１０およびビア溝１１内に形成する。
【００２８】
この後、エッチングストッパ６ｂ、バリアメタル３ｃにより表面を覆われたビア７ｃ、ビア間絶縁膜８ｂ等を上層に形成することにより、図１に示した半導体装置１を形成する。
【００２９】
（第１の実施の形態の効果）
本発明の第１の実施の形態によれば、ＣｕＳｉＮ膜９が形成されているために配線間絶縁膜４ｂ中の水分がビア間絶縁膜８ａに移動しない。そのため、配線間絶縁膜４ｂ中の水分によりビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化が促進されることがない。
【００３０】
また、ＣｕＳｉＮ膜９は、膜厚の制御が比較的容易であり、超薄膜として形成することができる。膜厚が薄いと言うことは、ＣｕＳｉＮ膜９自体の誘電率が配線間の実効誘電率にほとんど影響を及ぼさないということである。なお、シミュレーションによれば、例えば、３２ｎｍノードの多層配線構造においてビア間絶縁膜上に２ｎｍのＣｕＳｉＮ膜を形成した場合の配線間の実効誘電率の上昇率は１％以下であり、ＣｕＳｉＮ膜の配線間の実効誘電率への影響は無視できる程に小さい。
【００３１】
また、ＣｕＳｉＮ膜９は、配線間絶縁膜４ｂやビア間絶縁膜８ａとの間のエッチング選択比を大きくとることができ、配線溝１０およびビア溝１１の形成時に除去されるおそれが少ない。そのため、ＣｕＳｉＮ膜９が配線２ｂの下にも形成され、ビア間絶縁膜８ａ中の水分による配線２ｂの下面のバリアメタル３ｂの酸化を抑制することができる。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態は、ＣｕＳｉＮ膜の形成される位置において第１の実施の形態と異なる。他の部材の構成等、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
【００３３】
（半導体装置の構成）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００３４】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図３は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００３５】
本実施の形態においては、ＣｕＳｉＮ膜９ｂが配線間絶縁膜４ｂとビア間絶縁膜８ａとの間に形成され、配線２ｂの下には形成されない。また、配線間絶縁膜４ａと下層のビア間絶縁膜（図示しない）との間にＣｕＳｉＮ膜９ａが形成されている。
【００３６】
（半導体装置の製造方法）
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００３７】
まず、図４（ａ）に示すように、図示しない半導体基板上にバリアメタル３ａにより表面を覆われた配線２ａ、配線間絶縁膜９ａ、４ａ、およびキャップ層５ａを形成する。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、配線２ａ、およびキャップ層５ａ上に、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９ｂ、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを積層する。
【００３９】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９ｂ、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを加工し、配線溝１０およびビア溝１１を形成する。本実施の形態においては、配線２ｂが形成される位置に対応する部分のＣｕＳｉＮ膜９ｂは除去される。このため、配線溝１０およびビア溝１１の形成後に熱処理を施し、ＣｕＳｉＮ膜９ｂの形成されていないビア間絶縁膜８ａの上面からビア間絶縁膜８ａ内の水分を蒸発させ、ビア間絶縁膜８ａの水分含有量を減少させることができる。この熱処理は、例えば３００℃で６０ｓ行われる。本実施の形態において、ＣｕＳｉＮ膜９ａ、９ｂは、前述した第１の実施の形態のＣｕＳｉＮ膜９と同様の工程により形成することができる。
【００４０】
なお、配線溝１０およびビア溝１１を形成した後、配線溝１０およびビア溝１１の内面に生じたエッチングによるダメージの補修を行ってもよい。補修は、例えば配線間絶縁膜４ｂ、ビア間絶縁膜８ａがメチルシロキサン等のシロキサン結合を主骨格とする材料からなる場合、シラノール基を有する有機系ガスや有機系薬液からなる修復剤を用いて、エッチングによりメチル基が欠損した箇所にメチル基等の炭化水素基を再結合させることにより行う。
【００４１】
次に、図４（ｄ）に示すように、バリアメタル３ｂにより表面を覆われた配線２ｂおよびビア７ａを配線溝１０およびビア溝１１内に形成する。
【００４２】
この後、エッチングストッパ６ｂ、バリアメタル３ｃにより表面を覆われたビア７ｃ、ビア間絶縁膜８ｂ等を上層に形成することにより、図３に示した半導体装置１を形成する。
【００４３】
（第２の実施の形態の効果）
本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、ＣｕＳｉＮ膜９ｂにより配線間絶縁膜４ｂ中の水分がビア間絶縁膜８ａに移動することを防ぐことができる。そのため、配線間絶縁膜４ｂ中の水分によりビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化が促進されることがない。
【００４４】
また、熱処理工程を行い、ＣｕＳｉＮ膜９ｂの形成されていないビア間絶縁膜８ａの上面からビア間絶縁膜８ａ内の水分を蒸発させ、ビア間絶縁膜８ａの水分含有量を減少させることができる。これにより、ビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化が抑制される。
【００４５】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態は、ＣｕＳｉＮ膜の形成される位置において第１の実施の形態と異なる。他の部材の構成等、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
【００４６】
（半導体装置の構成）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００４７】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図５は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００４８】
本実施の形態においては、ＣｕＳｉＮ膜９が配線間絶縁膜４ｂならびに配線２ｂとビア間絶縁膜８ａとの間に形成される。また、ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂがエッチングストッパ６ａ、６ｂとキャップ層５ａ、５ｂならびに配線２ａ、２ｂとの間に形成される。ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂは、ＣｕＳｉＮ膜９と同様の工程により形成される。
【００４９】
なお、ＣｕＳｉＮ膜９は、第２の実施の形態におけるＣｕＳｉＮ膜９ｂと同様に、配線２ｂ下の部分が除去された形状であってもよい。また、ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂは、配線２ａ、２ｂ上には形成されずに、キャップ層５ａ、５ｂ上にのみ形成される構成であってもよい。また、ＣｕＳｉＮ膜９が形成されずに、ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂのみが形成された構成であってもよい。
【００５０】
（第３の実施の形態の効果）
本発明の第３の実施の形態によれば、ビア間絶縁膜８ａとその上下の配線間絶縁膜４ａ、４ｂとの間にＣｕＳｉＮ膜１２ａ、９を形成することにより、上下の配線間絶縁膜４ａ、４ｂ中の水分がビア間絶縁膜８ａに移動することを防ぐことができる。そのため、ビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化をより効果的に抑制することができる。また、ビア７ｂの表面のバリアメタル３ｃの酸化も同様に抑制することができる。
【００５１】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態は、配線間絶縁膜中にエアギャップが形成される点において第１の実施の形態と異なる。他の部材の構成等、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
【００５２】
（半導体装置の構成）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００５３】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図６は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００５４】
本実施の形態においては、エアギャップ１３が配線間絶縁膜４ｂ、ＣｕＳｉＮ膜９、キャップ層５ｂ、エッチングストッパ６ｂ中に形成される。なお、エアギャップ１３の配置は、図６に示したものに限られない。また、エアギャップ１３は、配線間絶縁膜４ａ中に形成されてもよい。
【００５５】
また、ＣｕＳｉＮ膜９は、第２の実施の形態におけるＣｕＳｉＮ膜９ｂと同様に、配線２ｂ下の部分が除去された形状であってもよい。また、第３の実施の形態と同様に、エッチングストッパ６ａ、６ｂとキャップ層５ａ、５ｂならびに配線２ａ、２ｂとの間、またはエッチングストッパ６ａ、６ｂとキャップ層５ａ、５ｂとの間にＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂが形成されてもよい。
【００５６】
（半導体装置の製造方法）
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００５７】
まず、図７（ａ）に示すように、第１の実施の形態における図２（ｄ）に示した配線２ｂを形成するまでの工程を行う。
【００５８】
次に、図７（ｂ）に示すように、エッチングストッパ６ｂを形成した後、例えばフォトリソグラフィ法とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、エッチングストッパ６ｂ、キャップ層５ｂ、配線間絶縁膜４ｂ、ＣｕＳｉＮ膜９を加工してエアギャップ１３を形成する。なお、エアギャップ１３の形成後に熱処理を施し、エアギャップ１３を通してビア間絶縁膜８ａ内の水分を蒸発させ、ビア間絶縁膜８ａの水分含有量を減少させることができる。
【００５９】
次に、図７（ｃ）に示すように、エッチングストッパ６ｂ上にビア間絶縁膜８ｂを形成する。
【００６０】
この後、ビア間絶縁膜８ｂ中にバリアメタル３ｃにより表面を覆われたビア７ｃを形成することにより、図６に示した半導体装置１を形成する。
【００６１】
（第４の実施の形態の効果）
第１の実施の形態において示した半導体装置１の製造方法によれば、ＣｕＳｉＮ膜９を形成する際に、ＣｕＳｉＮ膜９だけでなく、Ｃｕ膜等の導電性の物質が同時に形成されてしまうおそれがある。このような導電性の物質がＣｕＳｉＮ膜９の表面や内部に形成されると、配線間のリークを引き起こすおそれがある。そこで、本発明の第４の実施の形態によれば、エアギャップ１３を形成してＣｕＳｉＮ膜９を部分的に分断することにより、水分の移動を抑制する効果は薄れるものの、導電性の物質の存在による配線間のリークを防ぐことができる。
【００６２】
また、エアギャップ１３により、配線２ｂとその周辺の配線（図示しない）との配線間容量を下げることができる。
【００６３】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００６４】
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 半導体装置
２ａ、２ｂ 配線
４ａ、４ｂ 配線間絶縁膜
７ａ、７ｂ ビア
８ａ、８ｂ ビア間絶縁膜
９、９ａ、９ｂ、１２ａ、１２ｂ ＣｕＳｉＮ膜
１１ ビア溝
１３ エアギャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線構造を有する半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の多層配線構造を有する半導体装置の高性能化に伴い、配線間絶縁膜やビア間絶縁膜に低誘電絶縁材料が用いられる傾向にある。一般に、低誘電材料は空孔率が高く、水分を含みやすいという性質を持つ。配線間絶縁膜やビア間絶縁膜に水分が多く含まれると、その水分により配線やビアを覆うバリアメタルが酸化するおそれがある。バリアメタルの酸化が進行すると、ビア底面におけるバリアメタルやバリアメタルで覆われた配線自体までもが酸化されて電気伝導が妨げられ、電気的特性の劣化等が生じる可能性がある。特に、ビアにおいては、表面積の体積に対する比率が配線と比較して大きいため、バリアメタルの酸化による影響が大きい。
【０００３】
従来の半導体装置として、配線間絶縁膜とビア間絶縁膜との間にプラズマシリコン酸化膜を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置によれば、プラズマシリコン酸化膜に対して配線間絶縁膜やビア間絶縁膜のエッチング選択比を大きくとることができるため、例えば膜厚数十ｎｍ程度のプラズマシリコン酸化膜をエッチングストッパとして用いることができる。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された半導体装置によると、プラズマシリコン酸化膜は水分を遮断する機能を有しないため、配線間絶縁膜中の水分がビア間絶縁膜中に移動し、ビア間絶縁膜中の水分のみならず配線間絶縁膜中の水分までがビアを覆うバリアメタルの酸化を促すおそれがある。また、プラズマシリコン酸化膜は誘電率が大きく、この場合は配線間の実効誘電率の上昇を招くことが懸念される。
【特許文献１】特開２０００−２９４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、配線間絶縁膜からビア間絶縁膜への水分の移動を抑制し、配線間の実効誘電率に与える影響の少ない絶縁膜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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、表面に半導体素子を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成された配線と、前記配線と同じ層に形成された配線間絶縁膜と、前記配線の下面に接続された第１のビアと、前記第１のビアと同じ層に形成された第１のビア間絶縁膜と、前記配線の上面に接続された第２のビアと、前記第２のビアと同じ層に形成された第２のビア間絶縁膜と、前記配線間絶縁膜と前記第１のビア間絶縁膜との間、および前記配線間絶縁膜と前記第２のビア間絶縁膜との間の少なくともいずれか一方に形成されたＣｕＳｉＮ膜と、を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、表面に半導体素子が形成された半導体基板上にビア間絶縁膜を形成する工程と、前記ビア間絶縁膜上にＣｕ膜を形成し、前記Ｃｕ膜をＳｉ含有ガスに曝してＣｕ−Ｓｉ化合物膜を形成し、前記Ｃｕ−Ｓｉ化合物膜に窒化処理を行うことによりＣｕＳｉＮ膜を形成する工程と、前記ＣｕＳｉＮ膜上に配線間絶縁膜を形成する工程と、前記ビア間絶縁膜、前記ＣｕＳｉＮ膜、および前記配線間絶縁膜を加工して、前記ビア間絶縁膜にビア溝、前記配線間絶縁膜中に配線溝、前記ＣｕＳｉＮ膜中にビア溝および配線溝の少なくともいずれか一方、を形成する工程と、前記ビア溝中にビア、前記配線溝中に配線を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、配線間絶縁膜からビア間絶縁膜への水分の移動を抑制し、配線間の実効誘電率に与える影響の少ない絶縁膜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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
〔第１の実施の形態〕
（半導体装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００１０】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図１は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００１１】
半導体装置１は、配線２ａ、２ｂと、配線２ａ、２ｂと同じ層に形成され、配線２ａ、２ｂと周辺の配線（図示しない）との間に形成された配線間絶縁膜４ａ、４ｂと、配線２ａと配線２ｂを電気的に接続するビア７ａと、配線２ｂと上層の配線（図示しない）とを電気的に接続するビア７ｂと、ビア７ａ、７ｂと同じ層に形成され、ビア７ａ、７ｂと周囲のビア（図示しない）との間に形成されたビア間絶縁膜８ａ、８ｂとを有する。なお、配線２ａ、２ｂ、ビア７ａ、７ｂ等の配置は図１に示したものに限られない。
【００１２】
また、配線間絶縁膜４ａ、４ｂ上にはキャップ層５ａ、５ｂが形成され、配線２ａ、２ｂおよびキャップ層５ａ、５ｂ上にはエッチングストッパ６ａ、６ｂが形成されている。また、配線２ａの表面にはバリアメタル３ａが、配線２ｂおよびビア７ａの表面にはバリアメタル３ｂが、ビア７ｂの表面にはバリアメタル３ｃが形成されている。
【００１３】
また、配線間絶縁膜４ｂならびに配線２ｂとビア間絶縁膜８ａとの間に、ＣｕＳｉＮ膜９が形成されている。
【００１４】
配線２ａ、２ｂおよびビア７ａ、７ｂは、例えば、Ｃｕからなる。
【００１５】
バリアメタル３ａ、３ｂ、３ｃは、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｏ等の金属材料あるいはこれらの金属材料の化合物からなる。また、バリアメタル３ａ、３ｂ、３ｃは、配線２ａ、２ｂおよびビア７ａ、７ｂ内の金属が配線間絶縁膜４ａ、４ｂ、ビア間絶縁膜８ａ、８ｂ等の隣接する部材へ拡散することを防ぐ機能を有する。
【００１６】
ビア間絶縁膜８ａ、８ｂは、ＳｉＯＣ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＦ等の絶縁材料からなる。また、ビア間絶縁膜８ａ、８ｂは、例えば、１５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００１７】
配線間絶縁膜４ａ、４ｂは、ビア間絶縁膜８ａ、８ｂと同様の材料を用いることができる。また、ポリアリーレン、ベンゾオキサゾール等の有機絶縁材料を用いてもよい。また、配線間絶縁膜４ａ、４ｂは、例えば、１５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００１８】
キャップ層５ａ、５ｂは、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＣ等の絶縁材料からなり、配線２ａ、２ｂを形成する際のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による平坦化処理のためのストッパ等として用いられる。また、キャップ層５ａ、５ｂは、例えば、１００ｎｍ程度の厚さを有する。なお、ＣＭＰ等を行う際における配線間絶縁膜４ａ、４ｂのダメージがさほど問題とならない場合は、キャップ層５ａ、５ｂの形成を省略してもよい。
【００１９】
エッチングストッパ６ａ、６ｂは、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等のビア間絶縁膜８ａ、８ｂとの間で高いエッチング選択比を有する絶縁材料からなり、配線２ａ、２ｂの上層の部材をエッチングする際のストッパとして働く。また、配線２ａ、２ｂ内の金属の上層の部材への拡散を防ぐ。なお、エッチングストッパ６ａ、６ｂは、配線２ａ、２ｂの上面にのみ形成されるものであってもよい。また、エッチングストッパ６ａ、６ｂは、例えば、５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２０】
ＣｕＳｉＮ膜９は、水分をほとんど通さないという性質を有するため、配線間絶縁膜４ｂとビア間絶縁膜８ａの間の水分の移動を遮断することができる。また、ＣｕＳｉＮ膜９は、１〜１０ｎｍの厚さを有する。これは、１ｎｍより薄い場合は水分を遮断する効果が薄くなるおそれがあり、１０ｎｍよりも厚い場合は、周囲の配線間の実効誘電率を大きく上昇させるおそれがあるためである。
【００２１】
（半導体装置の製造方法）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、図示しない半導体基板上にバリアメタル３ａにより表面を覆われた配線２ａ、配線間絶縁膜４ａ、およびキャップ層５ａを形成する。下層の配線２ａは、例えば、配線溝が形成された配線間絶縁膜４ａ、およびキャップ層５ａ上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法もしくはＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法によりバリアメタル３ａ、およびめっき法により配線２ａとなるＣｕを堆積した後、ＣＭＰにより配線溝外のバリアメタル３ａおよびＣｕを除去することで、配線構内に埋め込み形成される。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、配線２ａ、およびキャップ層５ａ上に、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを積層する。
【００２４】
ここで、ＣｕＳｉＮ膜９は以下に示す工程により形成する。まず、ＣＶＤ法もしくはＰＶＤ法によりビア間絶縁膜８ａ上にＣｕ膜を１〜１０ｎｍ程度の厚さに形成した後、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス等のＳｉ含有ガスに曝すことにより、Ｃｕ−Ｓｉ化合物膜を形成する。その後、ＮＨ３プラズマ照射等によりＣｕ−Ｓｉ化合物膜に窒化処理を行い、ＣｕＳｉＮ膜９を形成する。なお、ＣｕＳｉＮ膜９の膜厚は上記各工程の条件を変動させることにより制御することができる。また、各工程の実施時間、温度は、例えば、各工程毎１〜３０秒、２５０〜４５０℃の範囲で調節する。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを加工し、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、およびＣｕＳｉＮ膜９中にビア溝１１、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂ中に配線溝１０を形成する。本実施の形態においては、ビア間絶縁膜８ａの上面にＣｕＳｉＮ膜９が残るため、ビア間絶縁膜８ａの上面をエッチングによるダメージから守ることができる。
【００２６】
なお、配線溝１０およびビア溝１１を形成した後、配線溝１０およびビア溝１１の内面に生じたエッチングによるダメージの補修を行ってもよい。補修は、例えば配線間絶縁膜４ｂ、ビア間絶縁膜８ａがメチルシロキサン等のシロキサン結合を主骨格とする材料からなる場合、シラノール基を有する有機系ガスや有機系薬液からなる修復剤を用いて、エッチングによりメチル基が欠損した箇所にメチル基等の炭化水素基を再結合させることにより行う。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、下層配線の場合と同様の方法で、バリアメタル３ｂにより表面を覆われた配線２ｂおよびビア７ａを配線溝１０およびビア溝１１内に形成する。
【００２８】
この後、エッチングストッパ６ｂ、バリアメタル３ｃにより表面を覆われたビア７ｃ、ビア間絶縁膜８ｂ等を上層に形成することにより、図１に示した半導体装置１を形成する。
【００２９】
（第１の実施の形態の効果）
本発明の第１の実施の形態によれば、ＣｕＳｉＮ膜９が形成されているために配線間絶縁膜４ｂ中の水分がビア間絶縁膜８ａに移動しない。そのため、配線間絶縁膜４ｂ中の水分によりビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化が促進されることがない。
【００３０】
また、ＣｕＳｉＮ膜９は、膜厚の制御が比較的容易であり、超薄膜として形成することができる。膜厚が薄いと言うことは、ＣｕＳｉＮ膜９自体の誘電率が配線間の実効誘電率にほとんど影響を及ぼさないということである。なお、シミュレーションによれば、例えば、３２ｎｍノードの多層配線構造においてビア間絶縁膜上に２ｎｍのＣｕＳｉＮ膜を形成した場合の配線間の実効誘電率の上昇率は１％以下であり、ＣｕＳｉＮ膜の配線間の実効誘電率への影響は無視できる程に小さい。
【００３１】
また、ＣｕＳｉＮ膜９は、配線間絶縁膜４ｂやビア間絶縁膜８ａとの間のエッチング選択比を大きくとることができ、配線溝１０およびビア溝１１の形成時に除去されるおそれが少ない。そのため、ＣｕＳｉＮ膜９が配線２ｂの下にも形成され、ビア間絶縁膜８ａ中の水分による配線２ｂの下面のバリアメタル３ｂの酸化を抑制することができる。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態は、ＣｕＳｉＮ膜の形成される位置において第１の実施の形態と異なる。他の部材の構成等、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
【００３３】
（半導体装置の構成）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００３４】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図３は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００３５】
本実施の形態においては、ＣｕＳｉＮ膜９ｂが配線間絶縁膜４ｂとビア間絶縁膜８ａとの間に形成され、配線２ｂの下には形成されない。また、配線間絶縁膜４ａと下層のビア間絶縁膜（図示しない）との間にＣｕＳｉＮ膜９ａが形成されている。
【００３６】
（半導体装置の製造方法）
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００３７】
まず、図４（ａ）に示すように、図示しない半導体基板上にバリアメタル３ａにより表面を覆われた配線２ａ、配線間絶縁膜９ａ、４ａ、およびキャップ層５ａを形成する。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、配線２ａ、およびキャップ層５ａ上に、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９ｂ、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを積層する。
【００３９】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、エッチングストッパ６ａ、ビア間絶縁膜８ａ、ＣｕＳｉＮ膜９ｂ、配線間絶縁膜４ｂ、およびキャップ層５ｂを加工し、配線溝１０およびビア溝１１を形成する。本実施の形態においては、配線２ｂが形成される位置に対応する部分のＣｕＳｉＮ膜９ｂは除去される。このため、配線溝１０およびビア溝１１の形成後に熱処理を施し、ＣｕＳｉＮ膜９ｂの形成されていないビア間絶縁膜８ａの上面からビア間絶縁膜８ａ内の水分を蒸発させ、ビア間絶縁膜８ａの水分含有量を減少させることができる。この熱処理は、例えば３００℃で６０ｓ行われる。本実施の形態において、ＣｕＳｉＮ膜９ａ、９ｂは、前述した第１の実施の形態のＣｕＳｉＮ膜９と同様の工程により形成することができる。
【００４０】
なお、配線溝１０およびビア溝１１を形成した後、配線溝１０およびビア溝１１の内面に生じたエッチングによるダメージの補修を行ってもよい。補修は、例えば配線間絶縁膜４ｂ、ビア間絶縁膜８ａがメチルシロキサン等のシロキサン結合を主骨格とする材料からなる場合、シラノール基を有する有機系ガスや有機系薬液からなる修復剤を用いて、エッチングによりメチル基が欠損した箇所にメチル基等の炭化水素基を再結合させることにより行う。
【００４１】
次に、図４（ｄ）に示すように、バリアメタル３ｂにより表面を覆われた配線２ｂおよびビア７ａを配線溝１０およびビア溝１１内に形成する。
【００４２】
この後、エッチングストッパ６ｂ、バリアメタル３ｃにより表面を覆われたビア７ｃ、ビア間絶縁膜８ｂ等を上層に形成することにより、図３に示した半導体装置１を形成する。
【００４３】
（第２の実施の形態の効果）
本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、ＣｕＳｉＮ膜９ｂにより配線間絶縁膜４ｂ中の水分がビア間絶縁膜８ａに移動することを防ぐことができる。そのため、配線間絶縁膜４ｂ中の水分によりビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化が促進されることがない。
【００４４】
また、熱処理工程を行い、ＣｕＳｉＮ膜９ｂの形成されていないビア間絶縁膜８ａの上面からビア間絶縁膜８ａ内の水分を蒸発させ、ビア間絶縁膜８ａの水分含有量を減少させることができる。これにより、ビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化が抑制される。
【００４５】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態は、ＣｕＳｉＮ膜の形成される位置において第１の実施の形態と異なる。他の部材の構成等、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
【００４６】
（半導体装置の構成）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００４７】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図５は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００４８】
本実施の形態においては、ＣｕＳｉＮ膜９が配線間絶縁膜４ｂならびに配線２ｂとビア間絶縁膜８ａとの間に形成される。また、ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂがエッチングストッパ６ａ、６ｂとキャップ層５ａ、５ｂならびに配線２ａ、２ｂとの間に形成される。ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂは、ＣｕＳｉＮ膜９と同様の工程により形成される。
【００４９】
なお、ＣｕＳｉＮ膜９は、第２の実施の形態におけるＣｕＳｉＮ膜９ｂと同様に、配線２ｂ下の部分が除去された形状であってもよい。また、ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂは、配線２ａ、２ｂ上には形成されずに、キャップ層５ａ、５ｂ上にのみ形成される構成であってもよい。また、ＣｕＳｉＮ膜９が形成されずに、ＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂのみが形成された構成であってもよい。
【００５０】
（第３の実施の形態の効果）
本発明の第３の実施の形態によれば、ビア間絶縁膜８ａとその上下の配線間絶縁膜４ａ、４ｂとの間にＣｕＳｉＮ膜１２ａ、９を形成することにより、上下の配線間絶縁膜４ａ、４ｂ中の水分がビア間絶縁膜８ａに移動することを防ぐことができる。そのため、ビア７ａの表面のバリアメタル３ｂの酸化をより効果的に抑制することができる。また、ビア７ｂの表面のバリアメタル３ｃの酸化も同様に抑制することができる。
【００５１】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態は、配線間絶縁膜中にエアギャップが形成される点において第１の実施の形態と異なる。他の部材の構成等、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略する。
【００５２】
（半導体装置の構成）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００５３】
半導体装置１は、表面に半導体素子を有する半導体基板（図示しない）と、半導体基板上に積層された多層配線構造を有する。図６は、この多層配線構造の一部を示す断面図である。
【００５４】
本実施の形態においては、エアギャップ１３が配線間絶縁膜４ｂ、ＣｕＳｉＮ膜９、キャップ層５ｂ、エッチングストッパ６ｂ中に形成される。なお、エアギャップ１３の配置は、図６に示したものに限られない。また、エアギャップ１３は、配線間絶縁膜４ａ中に形成されてもよい。
【００５５】
また、ＣｕＳｉＮ膜９は、第２の実施の形態におけるＣｕＳｉＮ膜９ｂと同様に、配線２ｂ下の部分が除去された形状であってもよい。また、第３の実施の形態と同様に、エッチングストッパ６ａ、６ｂとキャップ層５ａ、５ｂならびに配線２ａ、２ｂとの間、またはエッチングストッパ６ａ、６ｂとキャップ層５ａ、５ｂとの間にＣｕＳｉＮ膜１２ａ、１２ｂが形成されてもよい。
【００５６】
（半導体装置の製造方法）
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００５７】
まず、図７（ａ）に示すように、第１の実施の形態における図２（ｄ）に示した配線２ｂを形成するまでの工程を行う。
【００５８】
次に、図７（ｂ）に示すように、エッチングストッパ６ｂを形成した後、例えばフォトリソグラフィ法とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、エッチングストッパ６ｂ、キャップ層５ｂ、配線間絶縁膜４ｂ、ＣｕＳｉＮ膜９を加工してエアギャップ１３を形成する。なお、エアギャップ１３の形成後に熱処理を施し、エアギャップ１３を通してビア間絶縁膜８ａ内の水分を蒸発させ、ビア間絶縁膜８ａの水分含有量を減少させることができる。
【００５９】
次に、図７（ｃ）に示すように、エッチングストッパ６ｂ上にビア間絶縁膜８ｂを形成する。
【００６０】
この後、ビア間絶縁膜８ｂ中にバリアメタル３ｃにより表面を覆われたビア７ｃを形成することにより、図６に示した半導体装置１を形成する。
【００６１】
（第４の実施の形態の効果）
第１の実施の形態において示した半導体装置１の製造方法によれば、ＣｕＳｉＮ膜９を形成する際に、ＣｕＳｉＮ膜９だけでなく、Ｃｕ膜等の導電性の物質が同時に形成されてしまうおそれがある。このような導電性の物質がＣｕＳｉＮ膜９の表面や内部に形成されると、配線間のリークを引き起こすおそれがある。そこで、本発明の第４の実施の形態によれば、エアギャップ１３を形成してＣｕＳｉＮ膜９を部分的に分断することにより、水分の移動を抑制する効果は薄れるものの、導電性の物質の存在による配線間のリークを防ぐことができる。
【００６２】
また、エアギャップ１３により、配線２ｂとその周辺の配線（図示しない）との配線間容量を下げることができる。
【００６３】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００６４】
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 半導体装置
２ａ、２ｂ 配線
４ａ、４ｂ 配線間絶縁膜
７ａ、７ｂ ビア
８ａ、８ｂ ビア間絶縁膜
９、９ａ、９ｂ、１２ａ、１２ｂ ＣｕＳｉＮ膜
１１ ビア溝
１３ エアギャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に半導体素子を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された配線と、
前記配線と同じ層に形成された配線間絶縁膜と、
前記配線の下面に接続された第１のビアと、
前記第１のビアと同じ層に形成された第１のビア間絶縁膜と、
前記配線の上面に接続された第２のビアと、
前記第２のビアと同じ層に形成された第２のビア間絶縁膜と、
前記配線間絶縁膜と前記第１のビア間絶縁膜との間、および前記配線間絶縁膜と前記第２のビア間絶縁膜との間の少なくともいずれか一方に形成されたＣｕＳｉＮ膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ＣｕＳｉＮ膜は、前記配線間絶縁膜ならびに前記配線と前記第１のビア間絶縁膜との間、および前記配線間絶縁膜ならびに前記配線と前記第２のビア間絶縁膜との間の少なくともいずれか一方に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記配線間絶縁膜およびＣｕＳｉＮ膜は、エアギャップを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ＣｕＳｉＮ膜は、１〜１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
表面に半導体素子が形成された半導体基板上にビア間絶縁膜を形成する工程と、
前記ビア間絶縁膜上にＣｕ膜を形成し、前記Ｃｕ膜をＳｉ含有ガスに曝してＣｕ−Ｓｉ化合物膜を形成し、前記Ｃｕ−Ｓｉ化合物膜に窒化処理を行うことによりＣｕＳｉＮ膜を形成する工程と、
前記ＣｕＳｉＮ膜上に配線間絶縁膜を形成する工程と、
前記ビア間絶縁膜、前記ＣｕＳｉＮ膜、および前記配線間絶縁膜を加工して、前記ビア間絶縁膜にビア溝、前記配線間絶縁膜中に配線溝、前記ＣｕＳｉＮ膜中にビア溝および配線溝の少なくともいずれか一方、を形成する工程と、
前記ビア溝中にビア、前記配線溝中に配線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
表面に半導体素子を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された配線と、
前記配線と同じ層に形成された配線間絶縁膜と、
前記配線の下面に接続された第１のビアと、
前記第１のビアと同じ層に形成された第１のビア間絶縁膜と、
前記配線の上面に接続された第２のビアと、
前記第２のビアと同じ層に形成された第２のビア間絶縁膜と、
前記配線間絶縁膜と前記第１のビア間絶縁膜との間、および前記配線間絶縁膜と前記第２のビア間絶縁膜との間の少なくともいずれか一方に形成されたＣｕＳｉＮ膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ＣｕＳｉＮ膜は、前記配線間絶縁膜ならびに前記配線と前記第１のビア間絶縁膜との間、および前記配線間絶縁膜ならびに前記配線と前記第２のビア間絶縁膜との間の少なくともいずれか一方に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記配線間絶縁膜およびＣｕＳｉＮ膜は、エアギャップを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ＣｕＳｉＮ膜は、１〜１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
表面に半導体素子が形成された半導体基板上にビア間絶縁膜を形成する工程と、
前記ビア間絶縁膜上にＣｕ膜を形成し、前記Ｃｕ膜をＳｉ含有ガスに曝してＣｕ−Ｓｉ化合物膜を形成し、前記Ｃｕ−Ｓｉ化合物膜に窒化処理を行うことによりＣｕＳｉＮ膜を形成する工程と、
前記ＣｕＳｉＮ膜上に配線間絶縁膜を形成する工程と、
前記ビア間絶縁膜、前記ＣｕＳｉＮ膜、および前記配線間絶縁膜を加工して、前記ビア間絶縁膜にビア溝、前記配線間絶縁膜中に配線溝、前記ＣｕＳｉＮ膜中にビア溝および配線溝の少なくともいずれか一方、を形成する工程と、
前記ビア溝中にビア、前記配線溝中に配線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２５８４３１（Ｐ２００８−２５８４３１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９９５３３（Ｐ２００７−９９５３３）
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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