半導体装置およびその製造方法
【課題】配線層の配線同士間の容量を低くしたままで、機械強度の低下を防ぐことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供すること目的とする。
【解決手段】本発明に係る半導体装置およびその製造方法によれば、下地層１，２，３上に形成された第１の配線層６と、第１の配線層６と同一面内に形成され、所定の温度で気化する配線層間膜４とを備える。そして、第１の配線層６上、および、配線層間膜４上に形成された拡散防止膜７を備え、第１の配線層６に沿って第１の配線層６と同一面内にエアギャップ８が設けられている。
【解決手段】本発明に係る半導体装置およびその製造方法によれば、下地層１，２，３上に形成された第１の配線層６と、第１の配線層６と同一面内に形成され、所定の温度で気化する配線層間膜４とを備える。そして、第１の配線層６上、および、配線層間膜４上に形成された拡散防止膜７を備え、第１の配線層６に沿って第１の配線層６と同一面内にエアギャップ８が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、集積性や高速性が追い求められ、微細化が進んでいる。半導体装置の製造工程の一部である配線工程においても微細化が進んでいる。従来では、微細化を推し進めることによって、高速化も同時に達成することができた。ところが、動作速度に対して、以前は問題にならなかった配線起因の遅延の比重が大きくなり、問題となってきている。配線起因の遅延は、配線抵抗Ｒと容量Ｃの積に比例し、ＲＣ遅延と呼ばれている。配線抵抗Ｒを低下させるには、配線材料に比抵抗の低いＣｕを導入することが考えられ、１３０ｎｍノード世代から徐々に導入され始められた。対して、容量Ｃの対策としては、配線層と同一面内に形成される絶縁膜（以下、配線層間膜と記すこともある）の材料として、低誘電率膜、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜の導入が実施されている。
【０００３】
しかしながら、さらなる微細化に伴い、ますますＲＣ遅延の比重が大きくなっているため、各世代で配線層間膜の低誘電率化が推し進められている。この究極に位置するのが、配線層間膜に相当する領域を真空にする構造、または、その領域に気体を封入する構造である。これらの構造は、エアギャップ構造やエアブリッジ構造、空中配線などと呼ばれているが、以下では、真空領域、または、気体封入領域をエアギャップと記し、エアギャップを有する構造をエアギャップ構造と記す。このようなエアギャップ構造をとることにより、配線層の配線同士間の容量は低減されている。エアギャップ構造に関して、いくつかの製造方法が提案されている。
【０００４】
その一つとして、配線層間膜を犠牲膜として用い、それを気化することにより、エアギャップを形成する方法がある。例えば、通常のダマシン法にて、カーボン膜からなる配線層間膜に溝を設け、その溝内に配線層を形成した後、配線層上および配線層間膜上にＳｉＮ膜を成膜する。その後、酸素プラズマ処理にさらすことで、カーボン膜からなる配線層間膜全てを気化し、エアギャップを形成する方法が知られている。
【０００５】
多層構造にする場合には、まず、下地層上に、上述と同じ材質からなる配線層間膜を形成する。その後、デュアルダマシン形成フローに従って、ビアおよび配線となる溝を配線層間膜に形成し、メタルを埋め込む。そして、余分なメタルを、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去することで、第１の配線層およびビアが形成される。その後、メタルに対してバリアとなる絶縁膜を、第１の配線層上に形成する。それから、上述の工程と同様、酸素プラズマ処理で、第１の配線層と同一面内の配線層間膜全てを気化する。その後、第１の配線層より上側の第２の配線層を形成するために、通常のダマシン法のフローに従い、上述のバリアとなる絶縁膜上に、絶縁膜を形成した後、その絶縁膜にビアおよび配線となる溝を形成する。最後にメタルの埋め込みと余分なメタルの除去を行うことで、第２の配線層が完成する。
【０００６】
特許文献１では、配線層間膜の材料として、高温（３００℃程度）で気化する材料、例えば、鎖式ポリマー膜を用いる。そして、通常のダマシン法にて、配線層間膜に設けた溝内に配線層を形成した後、配線層上および配線層間膜上に絶縁膜を成膜する。その後、熱処理を加えることで、配線層間膜全てを気化し、エアギャップを形成する。配線層の材料として通常よく用いられるＣｕは、４００℃程度の熱処理では安定であり、配線層間膜を適切に選ぶことでエアギャップを形成することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１０７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のエアギャップ構造では、犠牲膜として用いられる配線層間膜全てを加熱して気化するため、機械強度が低下するという問題があった。特に、配線層の配線同士間の距離が大きい場合、例えば、中空の部分が１０μｍ以上にわたって存在する場合には、機械強度が低いという問題があった。また、アセンブリなどで応力がかかると、支えとなる絶縁膜がないため、特に大面積にわたって中空となる部分でクラックが生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、配線層の配線同士間の容量を低くしたままで、機械強度の低下を防ぐことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態に係る半導体装置は、下地層上に形成された配線層と、前記配線層と同一面内に形成され、所定の温度で気化する第１の絶縁膜とを備える。そして、前記配線層上、および、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜を備え、前記配線層に沿って前記面内にエアギャップが設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置によれば、配線層の配線同士間に、エアギャップが設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、配線層と同一面内において、配線層の配線から離れた場所には、第１の絶縁膜が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る半導体装置について説明する前に、従来の半導体装置の構成について説明する。図７は、従来の半導体装置の構成を示す断面図であり、この半導体装置は、基板コンタクト層間膜１と、基板コンタクト層２と、エッチングストッパー膜３と、第１の配線層６と、拡散防止膜７，１３と、ビア層間膜９と、第２の配線層１２とを備える。従来の半導体装置では、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の容量を低くするため、真空領域または気体封入領域であるエアギャップ８，１４が、第１、第２の配線層６，１２と同一面内に設けられている。しかしながら、このような半導体装置では、内部にエアギャップ８，１４が設けられているため、機械強度が低下するという問題があった。
【００１３】
次に、図１の断面図を用いて、この問題を解決する本実施の形態に係る半導体装置の構成を説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、基板コンタクト層間膜１と、基板コンタクト層２と、エッチングストッパー膜３と、配線層間膜４，１０と、第１の配線層６と、拡散防止膜７，１３と、ビア層間膜９と、第２の配線層１２とを備える。
【００１４】
本実施の形態に係る配線層である第１の配線層６は、基板コンタクト層間膜１および基板コンタクト層２およびエッチングストッパー膜３からなる下地層上に形成される。また、本実施の形態に係る配線層である第２の配線層１２は、ビア層間膜９からなる下地層上に形成される。第２の配線層１２は、拡散防止膜７およびビア層間膜９に形成された溝内にも設けられ、第１の配線層６と接続されている。
【００１５】
本実施の形態に係る半導体装置が備える第１の絶縁膜である配線層間膜４，１０は、第１，第２の配線層６，１２と同一面内に形成され、所定の温度で気化する。その所定の温度は、本実施の形態では、３００℃程度であるものとする。本実施の形態に係る半導体装置が備える第２の絶縁膜である拡散防止膜７，１３は、第１，第２の配線層６，１２上、および、配線層間膜４，１０上に形成される。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、第１，第２の配線層６，１２に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４が設けられている。本実施の形態では、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が小さい配線間には、エアギャップ８，１４のみが形成されている。それに対し、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が大きい配線間には、エアギャップ８，１４に加えて、配線層間膜４，１０も形成されている。
【００１６】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００１７】
なお、一般に、配線同士間の容量は、配線間距離に反比例するため、配線間距離が小さい配線同士間の容量は大きくなる傾向がある。しかしながら、本実施の形態に係る半導体装置では、第１，第２の配線層６，１２において、配線間距離が小さい配線間には、配線層間膜４，１０が形成されずにエアギャップ８，１４のみが形成されるので、低誘電率が確保される。一方、第１，第２の配線層６，１２において、配線間距離が大きい配線間には、エアギャップ８，１４に加え、機械強度の低下を防止する配線層間膜４，１０も形成されるが、もともと配線同士間の容量は小さいため問題がない。
【００１８】
次に、以上のような半導体装置の製造方法を、図２を用いて説明する。本実施の形態では、第１の配線層６をシングルダマシン法で形成するものとして、以下、その工程について説明する。まず、図２（ａ）の構成を形成する工程では、基板コンタクト層間膜１および基板コンタクト層２およびエッチングストッパー膜３からなる下地層を準備する。基板コンタクト層２の導電材料には、通常、タングステン（Ｗ）が用いられる。エッチングストッパー膜３の材質としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯを用いる。
【００１９】
それから、上述の下地層上に、所定の温度で気化する配線層間膜４を形成する。配線層間膜４は、例えば、３００℃程度の温度で気化する鎖式ポリマー膜を用いる。続いて、後工程のアッシング法等によるダメージを防ぐために、配線層間膜４上にキャップ膜５を形成する。このキャップ膜５には、例えば、シリコン酸化膜や、ＳｉＯＮ膜が用いられる。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、配線用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜５、および、配線層間膜４を加工し、それら膜に溝を形成する。その後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。そして、エッチングストッパー膜３を、例えば、ドライエッチング法に加工することにより、配線用の溝が完成する。
【００２１】
その後、図２（ｃ）に示す工程を行う。この工程では、まず、拡散バリアとなるバリアメタル層（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ）を配線層間膜４上に形成し、メッキ法でのシードとなるシード層を、上述の配線用の溝内に形成する。メタル層およびシード層は、例えば、スパッタ法により形成する。続いて、メッキ法により、配線用の溝内に、第１の配線層６となるメタル、例えば、Ｃｕを埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により余分なＣｕおよびバリアメタル層を除去する。
【００２２】
本実施の形態では、キャップ膜５は、図２（ｂ）に係る工程のドライエッチング法、および、図２（ｃ）に係る工程のＣＭＰ法により完全に除去されるものとする。なお、キャップ膜５には、誘電率が比較的高い膜が一般的に用いられるので、キャップ膜５が残る場合には、配線全体の誘電率が上昇することになる。従って、本実施の形態のように、キャップ膜５が完全に除去されていることが望ましい。以上により、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の下地層上に、３００℃程度の温度で気化する配線層間膜４と、第１の配線層６とを互いに接して同一面内に形成する。
【００２３】
続いて、図２（ｄ）に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜４上、および、第１の配線層６上に拡散防止膜７を形成する。この拡散防止膜７は、第１の配線層６の配線材料、例えば、Ｃｕの拡散を防止するためのものであるが、後工程では、エッチングストッパーとして用いられる。拡散防止膜７には、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣＯ膜を用いる。
【００２４】
図２（ｄ）に係る工程後、図２（ｅ）に示すように、第１の配線層６を３００℃程度の温度まで加熱し、配線層間膜４の第１の配線層６と接する部分を気化することにより、当該第１の配線層６に沿ってエアギャップ８を形成する。本実施の形態では、Induction Heatingにより、第１の配線層６を加熱する。こうして、第１の配線層６のみを加熱するため、第１の配線層６の配線から所定の距離以内に存在する配線層間膜４までは熱が伝わり、その部分の配線層間膜４が気化する。その一方で、第１の配線層６の配線から所定の距離よりも離れて存在する配線層間膜４には熱が伝わらないので、その部分の配線層間膜４は気化しない。
【００２５】
この所定の距離は、第１の配線層６を加熱する時間により制御される。この所定の距離が大きくなればなるほど、エアギャップ８が形成される領域が大きくなるため、第１の配線層６の配線同士間の容量は小さくなるメリットがあるが、機械強度が小さくなるデメリットがある。従って、所定の距離が、これら両者を考慮した最適値となるように、加熱する時間を制御することが望ましい。
【００２６】
以上は、第１の配線層６の形成方法について説明したが、次に、第２の配線層１２の形成方法について続けて説明する。なお、第１の配線層６より上側の第２の配線層１２は、例えば、後述するデュアルダマシン法で形成されることが多い。そこで、本実施の形態では、第２の配線層１２は、レジストパターンをマスクに用いて、ビアファーストのデュアルダマシン法で形成されるものとして説明する。
【００２７】
図２（ｅ）に係る工程後、図２（ｆ）に係る工程を行う。この工程では、まず、拡散防止膜７上に、ビア層間膜９を形成する。このビア層間膜９には、例えば、シリコン酸化膜、ＳｉＯＦ膜、Ｌｏｗ−ｋ膜、ＵＬＫ膜、ＥＬＫ膜が用いられる。ビア層間膜９は、ビア層の絶縁膜であるため、可及的に低誘電率の膜を用いることが望ましい。それから、下地層であるビア層間膜９上に、所定の温度で気化する配線層間膜１０を形成する。配線層間膜１０は、例えば、３００℃程度の温度で気化する鎖式ポリマー膜を用いる。続いて、後工程で行うアッシング法等によるダメージを防ぐために、配線層間膜１０上にキャップ膜１１を形成する。このキャップ膜１１には、例えば、シリコン酸化膜や、ＳｉＯＮ膜が用いられる。
【００２８】
次に、図３（ａ）に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、ビア用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜１１、および、配線層間膜１０、および、ビア層間膜９を加工し、それら膜に溝を形成する。この加工は、例えば、ドライエッチング法を用いられ、通常、拡散防止膜７は、エッチングストッパーとして用いられる。加工後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。
【００２９】
続いて、図３（ｂ）に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、配線用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜１１、および、配線層間膜１０を加工することにより、配線用の溝が完成する。加工後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。そして、拡散防止膜７を、例えば、ドライエッチング法に加工することにより、ビア用の溝が完成する。
【００３０】
その後、図３（ｃ）に示すように、通常のダマシンプロセスに従って、上述の工程により形成した溝内に第２の配線層１２となるメタルの埋め込みを行う。この工程では、まず、拡散バリアとなるバリアメタル層（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ）を配線層間膜１０上に形成し、メッキ法でのシードとなるシード層を、上述により形成した溝内に形成する。メタル層およびシード層は、例えば、スパッタ法により形成する。続いて、メッキ法により、配線用の溝内、および、ビア用の溝内に、第２の配線層１２となるメタル、例えば、Ｃｕを埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により余分なＣｕおよびバリアメタル層を除去する。本実施の形態では、これと同時に、キャップ膜１１が完全に除去されるものとする。こうして、上述の溝内に第２の配線層１２が形成される。
【００３１】
続いて、図３（ｄ）に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜１０上、および、第２の配線層１２上に拡散防止膜１３を形成する。この拡散防止膜１３は、第２の配線層１２の配線材料、例えば、Ｃｕの拡散を防止するためのものである。拡散防止膜１３には、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣＯ膜を用いる。拡散防止膜１３を形成した後、第２の配線層１２を３００℃程度の温度まで加熱し、配線層間膜１０の第２の配線層１２と接する部分を気化することにより、当該第２の配線層１２に沿ってエアギャップ１４を形成する。本実施の形態では、Induction Heatingにより、第２の配線層１２を加熱する。
【００３２】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、以上のような本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、配線層間膜４，１０の第１，第２の配線層６，１２と接する部分を気化する。これにより、第１，第２の配線層６，１２に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４を形成することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、エッチングストッパー膜３を形成する構成について説明したが、これに限ったものではなく、エッチングストッパー膜３を省いたものであってもよい。この場合、配線層間膜４は、基板コンタクト層間膜１上、および、基板コンタクト層２上に直接形成される。
【００３５】
また、本実施の形態では、ビアファーストのデュアルダマシン法で、第２の配線層１２を形成する方法について説明したが、これに限ったものではなく、シングルダマシン法を用いてもよいし、トレンチファーストのデュアルダマシン法を用いてもよい。また、本実施の形態では、第１，第２の配線層６，１２からなる２層配線構造を形成する場合について説明したが、さらに第３の配線層を形成することを望む場合には、同様のフローを繰り返すことにより形成することができる。
【００３６】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、配線層間膜４，１０に熱を与えることにより、エアギャップ８，１４を形成した。本実施の形態では、配線層間膜４，１０に熱を与えるのではなく、酸化させることにより、エアギャップ８，１４を形成する。以下、本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成については、同じ符号を付すものとする。
【００３７】
図４は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図４に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１の半導体装置の構成に加えて、酸化作用膜１５，１６をさらに備える。本実施の形態に係る配線層である第１の配線層６は、基板コンタクト層間膜１および基板コンタクト層２およびエッチングストッパー膜３からなる下地層上に形成される。また、本実施の形態に係る配線層である第２の配線層１２は、ビア層間膜９からなる下地層上に形成される。
【００３８】
本実施の形態に係る半導体装置が備える膜である酸化作用膜１５，１６は、第１，第２の配線層６，１２の側面上に形成され、光触媒により酸化作用する。第１の絶縁膜である配線層間膜４，１０は、第１，第２の配線層６，１２と同一面内に形成され、酸化により気化する。第２の絶縁膜である拡散防止膜７，１３は、第１，第２の配線層６，１２上、および、酸化作用膜１５，１６上、および、配線層間膜４，１０上に形成される。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、酸化作用膜１５，１６に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４が設けられている。
【００３９】
本実施の形態では、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が小さい配線間には、エアギャップ８，１４のみが形成されている。それに対し、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が大きい配線間には、エアギャップ８，１４に加えて、配線層間膜４，１０が形成されている。
【００４０】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１と同様、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００４１】
次に、以上のような半導体装置の製造方法を、図を用いて説明する。まず、実施の形態１の図２（ａ）および（ｂ）と同じ工程を行い、図５（ａ）に係る構造を形成する。ただし、本実施の形態では、配線層間膜４は、所定の温度で気化する絶縁膜ではなく、酸化により気化する絶縁膜、例えば、カーボン膜であるものとする。
【００４２】
その後、図５（ｂ）に示すように、少なくとも配線層間膜４側面上に、光触媒により酸化作用する酸化作用膜１５を形成する。本実施の形態では、この酸化作用膜１５の材質に、光（紫外線）を受けた場合に酸化作用する二酸化チタンを用いる。次に、図５（ｃ）に示すように、配線層間膜４側面上にのみ酸化作用膜１５が残るように、酸化作用膜１５を選択的にエッチングする。続いて、実施の形態１と同様、通常のダマシンプロセスに従って、図５（ｄ）に示すように、配線用の溝内に、第１の配線層６となるメタルを埋め込む。
【００４３】
こうして、上述の下地層上に、酸化により気化する配線層間膜４と、第１の配線層６と、配線層間膜４および第１の配線層６に接して設けられ光触媒により酸化作用する酸化作用膜１５とを同一面内に形成する。続いて、図５（ｅ）に示すように、配線層間膜４上、および、第１の配線層６上、および、酸化作用膜１５上に、拡散防止膜７を形成する。拡散防止膜７には、酸化により気化しない絶縁膜を用いる。
【００４４】
ここで、仮に、酸化作用膜１５に光（紫外線）を照射すると、二酸化チタンの光触媒作用が働き、周囲の膜が酸化される。本実施の形態では、配線層間膜４に、酸化により気化する絶縁膜を用いているため、酸化作用膜１５の酸化作用により気化される。そこで、図５（ｆ）に示すように、拡散防止膜７を形成後、酸化作用膜１５に光を照射し、配線層間膜４の酸化作用膜１５と接する部分を気化することにより、当該酸化作用膜１５に沿ってエアギャップ８を形成する。
【００４５】
以上は、第１の配線層６の形成方法について説明したが、次に、第２の配線層１２の形成方法について続けて説明する。上述の図５（ｆ）に係る工程後、図５（ｇ）に示すように、拡散防止膜７上に、ビア層間膜９、配線層間膜１０、キャップ膜１１を順に形成する。本実施の形態では、配線層間膜１０は、酸化により気化する絶縁膜、例えば、カーボン膜であるものとする。そして、図６（ａ）に示すように、通常のダマシン法により、ビア用の溝、および、配線用の溝を形成する。
【００４６】
その後、図６（ｂ）に係る工程を行う。この工程では、まず、少なくとも配線層間膜１０側面上に、光触媒により酸化作用する酸化作用膜１６を形成する。次に、配線層間膜１０側面上にのみ酸化作用膜１６が残るように、酸化作用膜１６を選択的にエッチングする。続いて、通常のダマシンプロセスに従って、図６（ｃ）に示すように、溝内に、第２の配線層１２となるメタルを埋め込む。
【００４７】
続いて、図６（ｄ）に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜１０上、および、第２の配線層１２上、および、酸化作用膜１６上に、拡散防止膜１３を形成する。拡散防止膜１３には、酸化により気化しない絶縁膜を用いる。そして、拡散防止膜１３を形成後、酸化作用膜１６に光を照射し、配線層間膜１０の酸化作用膜１６と接する部分を気化することにより、当該酸化作用膜１６に沿ってエアギャップ１４を形成する。
【００４８】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１と同様、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００４９】
また、以上のような本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、酸化作用膜１５，１６の第１，第２の配線層６，１２と接する部分を気化する。これにより、実質的に第１，第２の配線層６，１２に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 基板コンタクト層間膜、２ 基板コンタクト層、３ エッチングストッパー膜、４，１０ 配線層間膜、５，１１ キャップ膜、６ 第１の配線層、７，１３ 拡散防止膜、８，１４ エアギャップ、９ ビア層間膜、１２ 第２の配線層、１５，１６ 酸化作用膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、集積性や高速性が追い求められ、微細化が進んでいる。半導体装置の製造工程の一部である配線工程においても微細化が進んでいる。従来では、微細化を推し進めることによって、高速化も同時に達成することができた。ところが、動作速度に対して、以前は問題にならなかった配線起因の遅延の比重が大きくなり、問題となってきている。配線起因の遅延は、配線抵抗Ｒと容量Ｃの積に比例し、ＲＣ遅延と呼ばれている。配線抵抗Ｒを低下させるには、配線材料に比抵抗の低いＣｕを導入することが考えられ、１３０ｎｍノード世代から徐々に導入され始められた。対して、容量Ｃの対策としては、配線層と同一面内に形成される絶縁膜（以下、配線層間膜と記すこともある）の材料として、低誘電率膜、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜の導入が実施されている。
【０００３】
しかしながら、さらなる微細化に伴い、ますますＲＣ遅延の比重が大きくなっているため、各世代で配線層間膜の低誘電率化が推し進められている。この究極に位置するのが、配線層間膜に相当する領域を真空にする構造、または、その領域に気体を封入する構造である。これらの構造は、エアギャップ構造やエアブリッジ構造、空中配線などと呼ばれているが、以下では、真空領域、または、気体封入領域をエアギャップと記し、エアギャップを有する構造をエアギャップ構造と記す。このようなエアギャップ構造をとることにより、配線層の配線同士間の容量は低減されている。エアギャップ構造に関して、いくつかの製造方法が提案されている。
【０００４】
その一つとして、配線層間膜を犠牲膜として用い、それを気化することにより、エアギャップを形成する方法がある。例えば、通常のダマシン法にて、カーボン膜からなる配線層間膜に溝を設け、その溝内に配線層を形成した後、配線層上および配線層間膜上にＳｉＮ膜を成膜する。その後、酸素プラズマ処理にさらすことで、カーボン膜からなる配線層間膜全てを気化し、エアギャップを形成する方法が知られている。
【０００５】
多層構造にする場合には、まず、下地層上に、上述と同じ材質からなる配線層間膜を形成する。その後、デュアルダマシン形成フローに従って、ビアおよび配線となる溝を配線層間膜に形成し、メタルを埋め込む。そして、余分なメタルを、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去することで、第１の配線層およびビアが形成される。その後、メタルに対してバリアとなる絶縁膜を、第１の配線層上に形成する。それから、上述の工程と同様、酸素プラズマ処理で、第１の配線層と同一面内の配線層間膜全てを気化する。その後、第１の配線層より上側の第２の配線層を形成するために、通常のダマシン法のフローに従い、上述のバリアとなる絶縁膜上に、絶縁膜を形成した後、その絶縁膜にビアおよび配線となる溝を形成する。最後にメタルの埋め込みと余分なメタルの除去を行うことで、第２の配線層が完成する。
【０００６】
特許文献１では、配線層間膜の材料として、高温（３００℃程度）で気化する材料、例えば、鎖式ポリマー膜を用いる。そして、通常のダマシン法にて、配線層間膜に設けた溝内に配線層を形成した後、配線層上および配線層間膜上に絶縁膜を成膜する。その後、熱処理を加えることで、配線層間膜全てを気化し、エアギャップを形成する。配線層の材料として通常よく用いられるＣｕは、４００℃程度の熱処理では安定であり、配線層間膜を適切に選ぶことでエアギャップを形成することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１０７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のエアギャップ構造では、犠牲膜として用いられる配線層間膜全てを加熱して気化するため、機械強度が低下するという問題があった。特に、配線層の配線同士間の距離が大きい場合、例えば、中空の部分が１０μｍ以上にわたって存在する場合には、機械強度が低いという問題があった。また、アセンブリなどで応力がかかると、支えとなる絶縁膜がないため、特に大面積にわたって中空となる部分でクラックが生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、配線層の配線同士間の容量を低くしたままで、機械強度の低下を防ぐことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施の形態に係る半導体装置は、下地層上に形成された配線層と、前記配線層と同一面内に形成され、所定の温度で気化する第１の絶縁膜とを備える。そして、前記配線層上、および、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜を備え、前記配線層に沿って前記面内にエアギャップが設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置によれば、配線層の配線同士間に、エアギャップが設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、配線層と同一面内において、配線層の配線から離れた場所には、第１の絶縁膜が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る半導体装置について説明する前に、従来の半導体装置の構成について説明する。図７は、従来の半導体装置の構成を示す断面図であり、この半導体装置は、基板コンタクト層間膜１と、基板コンタクト層２と、エッチングストッパー膜３と、第１の配線層６と、拡散防止膜７，１３と、ビア層間膜９と、第２の配線層１２とを備える。従来の半導体装置では、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の容量を低くするため、真空領域または気体封入領域であるエアギャップ８，１４が、第１、第２の配線層６，１２と同一面内に設けられている。しかしながら、このような半導体装置では、内部にエアギャップ８，１４が設けられているため、機械強度が低下するという問題があった。
【００１３】
次に、図１の断面図を用いて、この問題を解決する本実施の形態に係る半導体装置の構成を説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、基板コンタクト層間膜１と、基板コンタクト層２と、エッチングストッパー膜３と、配線層間膜４，１０と、第１の配線層６と、拡散防止膜７，１３と、ビア層間膜９と、第２の配線層１２とを備える。
【００１４】
本実施の形態に係る配線層である第１の配線層６は、基板コンタクト層間膜１および基板コンタクト層２およびエッチングストッパー膜３からなる下地層上に形成される。また、本実施の形態に係る配線層である第２の配線層１２は、ビア層間膜９からなる下地層上に形成される。第２の配線層１２は、拡散防止膜７およびビア層間膜９に形成された溝内にも設けられ、第１の配線層６と接続されている。
【００１５】
本実施の形態に係る半導体装置が備える第１の絶縁膜である配線層間膜４，１０は、第１，第２の配線層６，１２と同一面内に形成され、所定の温度で気化する。その所定の温度は、本実施の形態では、３００℃程度であるものとする。本実施の形態に係る半導体装置が備える第２の絶縁膜である拡散防止膜７，１３は、第１，第２の配線層６，１２上、および、配線層間膜４，１０上に形成される。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、第１，第２の配線層６，１２に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４が設けられている。本実施の形態では、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が小さい配線間には、エアギャップ８，１４のみが形成されている。それに対し、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が大きい配線間には、エアギャップ８，１４に加えて、配線層間膜４，１０も形成されている。
【００１６】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００１７】
なお、一般に、配線同士間の容量は、配線間距離に反比例するため、配線間距離が小さい配線同士間の容量は大きくなる傾向がある。しかしながら、本実施の形態に係る半導体装置では、第１，第２の配線層６，１２において、配線間距離が小さい配線間には、配線層間膜４，１０が形成されずにエアギャップ８，１４のみが形成されるので、低誘電率が確保される。一方、第１，第２の配線層６，１２において、配線間距離が大きい配線間には、エアギャップ８，１４に加え、機械強度の低下を防止する配線層間膜４，１０も形成されるが、もともと配線同士間の容量は小さいため問題がない。
【００１８】
次に、以上のような半導体装置の製造方法を、図２を用いて説明する。本実施の形態では、第１の配線層６をシングルダマシン法で形成するものとして、以下、その工程について説明する。まず、図２（ａ）の構成を形成する工程では、基板コンタクト層間膜１および基板コンタクト層２およびエッチングストッパー膜３からなる下地層を準備する。基板コンタクト層２の導電材料には、通常、タングステン（Ｗ）が用いられる。エッチングストッパー膜３の材質としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯを用いる。
【００１９】
それから、上述の下地層上に、所定の温度で気化する配線層間膜４を形成する。配線層間膜４は、例えば、３００℃程度の温度で気化する鎖式ポリマー膜を用いる。続いて、後工程のアッシング法等によるダメージを防ぐために、配線層間膜４上にキャップ膜５を形成する。このキャップ膜５には、例えば、シリコン酸化膜や、ＳｉＯＮ膜が用いられる。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、配線用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜５、および、配線層間膜４を加工し、それら膜に溝を形成する。その後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。そして、エッチングストッパー膜３を、例えば、ドライエッチング法に加工することにより、配線用の溝が完成する。
【００２１】
その後、図２（ｃ）に示す工程を行う。この工程では、まず、拡散バリアとなるバリアメタル層（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ）を配線層間膜４上に形成し、メッキ法でのシードとなるシード層を、上述の配線用の溝内に形成する。メタル層およびシード層は、例えば、スパッタ法により形成する。続いて、メッキ法により、配線用の溝内に、第１の配線層６となるメタル、例えば、Ｃｕを埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により余分なＣｕおよびバリアメタル層を除去する。
【００２２】
本実施の形態では、キャップ膜５は、図２（ｂ）に係る工程のドライエッチング法、および、図２（ｃ）に係る工程のＣＭＰ法により完全に除去されるものとする。なお、キャップ膜５には、誘電率が比較的高い膜が一般的に用いられるので、キャップ膜５が残る場合には、配線全体の誘電率が上昇することになる。従って、本実施の形態のように、キャップ膜５が完全に除去されていることが望ましい。以上により、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の下地層上に、３００℃程度の温度で気化する配線層間膜４と、第１の配線層６とを互いに接して同一面内に形成する。
【００２３】
続いて、図２（ｄ）に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜４上、および、第１の配線層６上に拡散防止膜７を形成する。この拡散防止膜７は、第１の配線層６の配線材料、例えば、Ｃｕの拡散を防止するためのものであるが、後工程では、エッチングストッパーとして用いられる。拡散防止膜７には、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣＯ膜を用いる。
【００２４】
図２（ｄ）に係る工程後、図２（ｅ）に示すように、第１の配線層６を３００℃程度の温度まで加熱し、配線層間膜４の第１の配線層６と接する部分を気化することにより、当該第１の配線層６に沿ってエアギャップ８を形成する。本実施の形態では、Induction Heatingにより、第１の配線層６を加熱する。こうして、第１の配線層６のみを加熱するため、第１の配線層６の配線から所定の距離以内に存在する配線層間膜４までは熱が伝わり、その部分の配線層間膜４が気化する。その一方で、第１の配線層６の配線から所定の距離よりも離れて存在する配線層間膜４には熱が伝わらないので、その部分の配線層間膜４は気化しない。
【００２５】
この所定の距離は、第１の配線層６を加熱する時間により制御される。この所定の距離が大きくなればなるほど、エアギャップ８が形成される領域が大きくなるため、第１の配線層６の配線同士間の容量は小さくなるメリットがあるが、機械強度が小さくなるデメリットがある。従って、所定の距離が、これら両者を考慮した最適値となるように、加熱する時間を制御することが望ましい。
【００２６】
以上は、第１の配線層６の形成方法について説明したが、次に、第２の配線層１２の形成方法について続けて説明する。なお、第１の配線層６より上側の第２の配線層１２は、例えば、後述するデュアルダマシン法で形成されることが多い。そこで、本実施の形態では、第２の配線層１２は、レジストパターンをマスクに用いて、ビアファーストのデュアルダマシン法で形成されるものとして説明する。
【００２７】
図２（ｅ）に係る工程後、図２（ｆ）に係る工程を行う。この工程では、まず、拡散防止膜７上に、ビア層間膜９を形成する。このビア層間膜９には、例えば、シリコン酸化膜、ＳｉＯＦ膜、Ｌｏｗ−ｋ膜、ＵＬＫ膜、ＥＬＫ膜が用いられる。ビア層間膜９は、ビア層の絶縁膜であるため、可及的に低誘電率の膜を用いることが望ましい。それから、下地層であるビア層間膜９上に、所定の温度で気化する配線層間膜１０を形成する。配線層間膜１０は、例えば、３００℃程度の温度で気化する鎖式ポリマー膜を用いる。続いて、後工程で行うアッシング法等によるダメージを防ぐために、配線層間膜１０上にキャップ膜１１を形成する。このキャップ膜１１には、例えば、シリコン酸化膜や、ＳｉＯＮ膜が用いられる。
【００２８】
次に、図３（ａ）に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、ビア用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜１１、および、配線層間膜１０、および、ビア層間膜９を加工し、それら膜に溝を形成する。この加工は、例えば、ドライエッチング法を用いられ、通常、拡散防止膜７は、エッチングストッパーとして用いられる。加工後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。
【００２９】
続いて、図３（ｂ）に係る工程を行う。この工程では、まず、通常の写真製版プロセスを用いて、配線用のレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにして、キャップ膜１１、および、配線層間膜１０を加工することにより、配線用の溝が完成する。加工後、レジストパターンをアッシング法や、薬液によるウェット法で除去する。そして、拡散防止膜７を、例えば、ドライエッチング法に加工することにより、ビア用の溝が完成する。
【００３０】
その後、図３（ｃ）に示すように、通常のダマシンプロセスに従って、上述の工程により形成した溝内に第２の配線層１２となるメタルの埋め込みを行う。この工程では、まず、拡散バリアとなるバリアメタル層（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ）を配線層間膜１０上に形成し、メッキ法でのシードとなるシード層を、上述により形成した溝内に形成する。メタル層およびシード層は、例えば、スパッタ法により形成する。続いて、メッキ法により、配線用の溝内、および、ビア用の溝内に、第２の配線層１２となるメタル、例えば、Ｃｕを埋め込む。続いて、ＣＭＰ法により余分なＣｕおよびバリアメタル層を除去する。本実施の形態では、これと同時に、キャップ膜１１が完全に除去されるものとする。こうして、上述の溝内に第２の配線層１２が形成される。
【００３１】
続いて、図３（ｄ）に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜１０上、および、第２の配線層１２上に拡散防止膜１３を形成する。この拡散防止膜１３は、第２の配線層１２の配線材料、例えば、Ｃｕの拡散を防止するためのものである。拡散防止膜１３には、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣＯ膜を用いる。拡散防止膜１３を形成した後、第２の配線層１２を３００℃程度の温度まで加熱し、配線層間膜１０の第２の配線層１２と接する部分を気化することにより、当該第２の配線層１２に沿ってエアギャップ１４を形成する。本実施の形態では、Induction Heatingにより、第２の配線層１２を加熱する。
【００３２】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、以上のような本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、配線層間膜４，１０の第１，第２の配線層６，１２と接する部分を気化する。これにより、第１，第２の配線層６，１２に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４を形成することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、エッチングストッパー膜３を形成する構成について説明したが、これに限ったものではなく、エッチングストッパー膜３を省いたものであってもよい。この場合、配線層間膜４は、基板コンタクト層間膜１上、および、基板コンタクト層２上に直接形成される。
【００３５】
また、本実施の形態では、ビアファーストのデュアルダマシン法で、第２の配線層１２を形成する方法について説明したが、これに限ったものではなく、シングルダマシン法を用いてもよいし、トレンチファーストのデュアルダマシン法を用いてもよい。また、本実施の形態では、第１，第２の配線層６，１２からなる２層配線構造を形成する場合について説明したが、さらに第３の配線層を形成することを望む場合には、同様のフローを繰り返すことにより形成することができる。
【００３６】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、配線層間膜４，１０に熱を与えることにより、エアギャップ８，１４を形成した。本実施の形態では、配線層間膜４，１０に熱を与えるのではなく、酸化させることにより、エアギャップ８，１４を形成する。以下、本実施の形態において、実施の形態１と同じ構成については、同じ符号を付すものとする。
【００３７】
図４は、本実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図４に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１の半導体装置の構成に加えて、酸化作用膜１５，１６をさらに備える。本実施の形態に係る配線層である第１の配線層６は、基板コンタクト層間膜１および基板コンタクト層２およびエッチングストッパー膜３からなる下地層上に形成される。また、本実施の形態に係る配線層である第２の配線層１２は、ビア層間膜９からなる下地層上に形成される。
【００３８】
本実施の形態に係る半導体装置が備える膜である酸化作用膜１５，１６は、第１，第２の配線層６，１２の側面上に形成され、光触媒により酸化作用する。第１の絶縁膜である配線層間膜４，１０は、第１，第２の配線層６，１２と同一面内に形成され、酸化により気化する。第２の絶縁膜である拡散防止膜７，１３は、第１，第２の配線層６，１２上、および、酸化作用膜１５，１６上、および、配線層間膜４，１０上に形成される。そして、本実施の形態に係る半導体装置では、酸化作用膜１５，１６に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４が設けられている。
【００３９】
本実施の形態では、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が小さい配線間には、エアギャップ８，１４のみが形成されている。それに対し、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間の距離が大きい配線間には、エアギャップ８，１４に加えて、配線層間膜４，１０が形成されている。
【００４０】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１と同様、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００４１】
次に、以上のような半導体装置の製造方法を、図を用いて説明する。まず、実施の形態１の図２（ａ）および（ｂ）と同じ工程を行い、図５（ａ）に係る構造を形成する。ただし、本実施の形態では、配線層間膜４は、所定の温度で気化する絶縁膜ではなく、酸化により気化する絶縁膜、例えば、カーボン膜であるものとする。
【００４２】
その後、図５（ｂ）に示すように、少なくとも配線層間膜４側面上に、光触媒により酸化作用する酸化作用膜１５を形成する。本実施の形態では、この酸化作用膜１５の材質に、光（紫外線）を受けた場合に酸化作用する二酸化チタンを用いる。次に、図５（ｃ）に示すように、配線層間膜４側面上にのみ酸化作用膜１５が残るように、酸化作用膜１５を選択的にエッチングする。続いて、実施の形態１と同様、通常のダマシンプロセスに従って、図５（ｄ）に示すように、配線用の溝内に、第１の配線層６となるメタルを埋め込む。
【００４３】
こうして、上述の下地層上に、酸化により気化する配線層間膜４と、第１の配線層６と、配線層間膜４および第１の配線層６に接して設けられ光触媒により酸化作用する酸化作用膜１５とを同一面内に形成する。続いて、図５（ｅ）に示すように、配線層間膜４上、および、第１の配線層６上、および、酸化作用膜１５上に、拡散防止膜７を形成する。拡散防止膜７には、酸化により気化しない絶縁膜を用いる。
【００４４】
ここで、仮に、酸化作用膜１５に光（紫外線）を照射すると、二酸化チタンの光触媒作用が働き、周囲の膜が酸化される。本実施の形態では、配線層間膜４に、酸化により気化する絶縁膜を用いているため、酸化作用膜１５の酸化作用により気化される。そこで、図５（ｆ）に示すように、拡散防止膜７を形成後、酸化作用膜１５に光を照射し、配線層間膜４の酸化作用膜１５と接する部分を気化することにより、当該酸化作用膜１５に沿ってエアギャップ８を形成する。
【００４５】
以上は、第１の配線層６の形成方法について説明したが、次に、第２の配線層１２の形成方法について続けて説明する。上述の図５（ｆ）に係る工程後、図５（ｇ）に示すように、拡散防止膜７上に、ビア層間膜９、配線層間膜１０、キャップ膜１１を順に形成する。本実施の形態では、配線層間膜１０は、酸化により気化する絶縁膜、例えば、カーボン膜であるものとする。そして、図６（ａ）に示すように、通常のダマシン法により、ビア用の溝、および、配線用の溝を形成する。
【００４６】
その後、図６（ｂ）に係る工程を行う。この工程では、まず、少なくとも配線層間膜１０側面上に、光触媒により酸化作用する酸化作用膜１６を形成する。次に、配線層間膜１０側面上にのみ酸化作用膜１６が残るように、酸化作用膜１６を選択的にエッチングする。続いて、通常のダマシンプロセスに従って、図６（ｃ）に示すように、溝内に、第２の配線層１２となるメタルを埋め込む。
【００４７】
続いて、図６（ｄ）に係る工程を行う。この工程では、まず、配線層間膜１０上、および、第２の配線層１２上、および、酸化作用膜１６上に、拡散防止膜１３を形成する。拡散防止膜１３には、酸化により気化しない絶縁膜を用いる。そして、拡散防止膜１３を形成後、酸化作用膜１６に光を照射し、配線層間膜１０の酸化作用膜１６と接する部分を気化することにより、当該酸化作用膜１６に沿ってエアギャップ１４を形成する。
【００４８】
以上のような本実施の形態に係る半導体装置は、実施の形態１と同様、第１，第２の配線層６，１２それぞれの配線同士間に、エアギャップ８，１４が設けられているため、配線同士間の容量を低くすることができる。また、第１，第２の配線層６，１２と同一面内において、第１，第２の配線層６，１２の配線から離れた場所には、配線層間膜４，１０が形成されているため、機械強度の低下を防ぐことができる。
【００４９】
また、以上のような本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、酸化作用膜１５，１６の第１，第２の配線層６，１２と接する部分を気化する。これにより、実質的に第１，第２の配線層６，１２に沿って、第１，第２の配線層６，１２と同一面内にエアギャップ８，１４を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 基板コンタクト層間膜、２ 基板コンタクト層、３ エッチングストッパー膜、４，１０ 配線層間膜、５，１１ キャップ膜、６ 第１の配線層、７，１３ 拡散防止膜、８，１４ エアギャップ、９ ビア層間膜、１２ 第２の配線層、１５，１６ 酸化作用膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層上に形成された配線層と、
前記配線層と同一面内に形成され、所定の温度で気化する第１の絶縁膜と、
前記配線層上、および、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記配線層に沿って前記面内にエアギャップが設けられた、
半導体装置。
【請求項２】
下地層上に形成された配線層と、
前記配線層側面上に形成され、光触媒により酸化作用する膜と、
前記配線層と同一面内に形成され、酸化により気化する第１の絶縁膜と、
前記配線層上、および、前記膜上、および、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記膜に沿って前記面内にエアギャップが設けられた、
半導体装置。
【請求項３】
（ａ）下地層上に、所定の温度で気化する第１の絶縁膜と、配線層とを互いに接して同一面内に形成する工程と、
（ｂ）前記第１の絶縁膜上、および、前記配線層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）後、前記配線層を前記所定の温度まで加熱し、前記第１の絶縁膜の当該配線層と接する部分を気化することにより、当該配線層に沿ってエアギャップを形成する工程とを備える、
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（ａ）下地層上に、酸化により気化する第１の絶縁膜と、配線層と、前記第１の絶縁膜および前記配線層に接して設けられ光触媒により酸化作用する膜とを同一面内に形成する工程と、
（ｂ）前記第１の絶縁膜上、および、前記配線層上、および、前記膜上に、第２の絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）後、前記膜に光を照射し、前記第１の絶縁膜の当該膜と接する部分を気化することにより、当該膜に沿ってエアギャップを形成する工程とを備える、
半導体装置の製造方法。
【請求項１】
下地層上に形成された配線層と、
前記配線層と同一面内に形成され、所定の温度で気化する第１の絶縁膜と、
前記配線層上、および、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記配線層に沿って前記面内にエアギャップが設けられた、
半導体装置。
【請求項２】
下地層上に形成された配線層と、
前記配線層側面上に形成され、光触媒により酸化作用する膜と、
前記配線層と同一面内に形成され、酸化により気化する第１の絶縁膜と、
前記配線層上、および、前記膜上、および、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記膜に沿って前記面内にエアギャップが設けられた、
半導体装置。
【請求項３】
（ａ）下地層上に、所定の温度で気化する第１の絶縁膜と、配線層とを互いに接して同一面内に形成する工程と、
（ｂ）前記第１の絶縁膜上、および、前記配線層上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）後、前記配線層を前記所定の温度まで加熱し、前記第１の絶縁膜の当該配線層と接する部分を気化することにより、当該配線層に沿ってエアギャップを形成する工程とを備える、
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（ａ）下地層上に、酸化により気化する第１の絶縁膜と、配線層と、前記第１の絶縁膜および前記配線層に接して設けられ光触媒により酸化作用する膜とを同一面内に形成する工程と、
（ｂ）前記第１の絶縁膜上、および、前記配線層上、および、前記膜上に、第２の絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）後、前記膜に光を照射し、前記第１の絶縁膜の当該膜と接する部分を気化することにより、当該膜に沿ってエアギャップを形成する工程とを備える、
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２０１０−５０１１８（Ｐ２０１０−５０１１８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０３７９（Ｐ２００８−２１０３７９）
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
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