半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】ビア深さのバラツキを抑制することができる半導体装置の構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板上に、ＳｉおよびＣを含むキャップ絶縁膜を形成する工程と、キャップ絶縁膜上に、キャップ絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜を形成する工程と、不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、有機シリカ膜に、異なる開口径を有する２以上の凹部を形成する工程と、を含む。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板上に、ＳｉおよびＣを含むキャップ絶縁膜を形成する工程と、キャップ絶縁膜上に、キャップ絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜を形成する工程と、不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、有機シリカ膜に、異なる開口径を有する２以上の凹部を形成する工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩの微細化にともない、配線層間絶縁膜としては、比誘電率が低い絶縁膜が主に用いられている。くわえて、低誘電率化を目的として、エッチングストッパであるキャップ絶縁膜が薄膜化してきている。これにより、ビア配線形成工程においてエッチングストップ性が低下してしまうことが顕在化してきている。さらに、ビア抵抗を低減するために開口径の大きい、スリットビアの導入が求められている。このため、今後のＬＳＩ配線においては、通常のビアとビアより大きいスリットビアとを同時に加工する技術の重要性が増してきている。
【０００３】
このような開口径の異なるスリットビアパターンを形成する技術については、例えば特許文献１に記載されている。同文献によれば、ＳｉＣＮのキャップ絶縁膜上に設けられたＳｉＣＯＨの層間絶縁膜において、開口径が大きいスリットビアパターン部におけるエッチストッパを、部分的に厚くすることが記載されている。これにより、エッチングストップ性を大きくして、ビア間の深さのバラツキを抑制することができると記載されている。また、特許文献１には、ガス種については記載されていない。
【０００４】
なお、特許文献２には、アスペクト比の異なるトレンチのエッチングレートを制御する技術が記載されている。すなわち、同文献によれば、ＳｉＣ等のキャップ絶縁膜上に設けられたＣＦ系の層間絶縁膜に対して、ＣＨ３Ｆガス等の水素含有ガスとＮ２ガスを併用して、トレンチを形成する。トレンチ形成工程では、アスペクト比の小さいビアホールにおいては、底部にデポが堆積し、一方、アスペクト比の高いビアポールにおいては、底部にデポが堆積しない。このため、アスペクト比の小さいビアホールにおいて、デポによりエッチレートを小さくすることができると記載されている。
【０００５】
一方、キャップ絶縁膜のエッチングストップ性を改善する技術としては、例えば特許文献３に記載されている。特許文献３においては、ＳｉＮのキャップ絶縁膜上に設けられた（ＨＯ）３ＳｉＣＨ３の層間絶縁膜に対して、ＣＦガス／Ｏ２ガス／Ａｒガスの混合ガスのうち、Ｏ２ガスをＮ２ガスに変えて、プラズマ処理を行っている。Ｎ２ガスは、ＣＦ系の堆積膜を化学的エッチングできないため、ＣＦ系の堆積膜が存在する層間絶縁膜のＣＨ３の引き抜き現象が生じないと記載されている。これにより、サブトレンチの発生を抑制しつつ、ＳｉＮに対する選択比を上げられるとされている。
【０００６】
また、非特許文献１には、高炭素含有有機シリカ膜を用いて、エッチングダメージを抑制することができると記載されている。非特許文献１に示すように、この高炭素含有有機シリカ膜の炭素含有量は、上記特許文献１に示すような一般に汎用されている多孔質ＳｉＯＣＨ膜の炭素含有量よりも高くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１８１２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５２７２号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７５９６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｕｅｋｉ、ＩＥＥＥ、ｐｐ６１９−６２２（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、キャップ絶縁膜が削られないようにするためには、ガス種として適切なものを選択する必要がある。くわえて、層間絶縁膜としては、低誘電率膜が求められており、各種の膜が存在する。このため、キャップ絶縁膜との選択比を考慮すると、層間絶縁膜の材料やその組み合わせを変える場合には、適用するガス種を変更する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
基板上に、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜を形成する工程と、
不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、前記有機シリカ膜に、異なる開口径を有する２以上の凹部を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、
上記半導体装置の製造方法で得られた半導体装置が提供される。
【００１２】
Ｎを含むガス中のＮは、励起されると、炭素と反応する。本発明においては、有機シリカ膜中の炭素含有量を多くし、一方、絶縁膜の炭素含有量を少なくしている。これにより、有機シリカ膜の炭素のエッチングレートを上げつつ、絶縁膜の炭素のエッチングレートを下げることができる。このように、Ｎを含むガスによるエッチング選択比を向上させることができる。そして、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキを抑制することができる。
【００１３】
本発明によれば、
基板と、
前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に複数の配線溝が設けられており、前記配線溝にそれぞれ埋め込まれた第１の金属膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられており、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられており、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜と、
前記有機シリカ膜に第１の凹部と前記第１の凹部より開口径が大きい第２の凹部が設けられており、前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれに埋め込まれた第２の金属膜と、を備え、
前記第２の金属膜と前記第１の金属膜とは電気的に接続しており、
前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれにおける前記第２の金属膜と前記第１の金属膜との間の前記第１の金属膜の表面において、透過型電子顕微鏡と電子エネルギ損失分光法とにより測定したとき、前記第１の金属膜を構成する金属の酸化物に相当するピークを有しないように構成されている、半導体装置が提供される。
【００１４】
本発明の半導体装置においては、有機シリカ膜中の炭素含有量が多く、一方、絶縁膜の炭素含有量が少ない構成となっている。このため、半導体装置の製造過程において、前述の通り、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキが抑制される。その結果、第１の凹部および第２の凹部における絶縁膜の残存膜厚のバラツキが抑制され、凹部を形成する際、第１の金属膜の表面を酸化から保護することができる。このため、第１の金属膜の表面において、第１の金属膜を構成する金属の酸化物が実質的に存在しないように構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ビア深さのバラツキを抑制することができ、信頼性に優れた半導体装置の構造およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エッチング選択比とＮ２／Ａｒ比との関係を示す図である。
【図２】エッチング速度とＣＦ４の流量との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施形態における成膜装置の概略を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態による効果を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態のラインとビアの断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【図１１】本発明の実施形態に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【図１２】本発明の実施形態に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【図１３】キャップ絶縁膜の残膜と歩留まりとの関係を示す図である。
【図１４】キャップ絶縁膜の残膜と信頼性との関係を示す図である。
【図１５】ビアホール下の銅配線の表面および内部における組成成分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
（半導体装置）
図９（ｃ）は、本実施の形態の半導体装置の模式的な断面図を示す。
本実施の形態の半導体装置は、基板（シリコン基板）と、下層配線構造２０１と、下層配線構造２０１中のＳｉおよびＣを含むキャップ絶縁膜２０１ｄ上に設けられており、キャップ絶縁膜２０１ｄと比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比（以下、Ｃ／Ｓｉと称する）が高い、有機シリカ膜２０２と、有機シリカ膜２０２内に第１の凹部（開口部２０８）および第２の凹部（開口部２０９）が設けられており、これらの開口部に埋め込まれた第２の金属膜（Ｃｕ膜２１１）とを備える。
開口部２０８と開口部２０９との開口径（または開口面積）は異なる。例えば、開口部２０８の開口径は、開口部２０９より大きい。そして、開口部２０８におけるＣｕ膜２１１およびＣｕ膜２０１ｃ（第１の金属膜）の界面組成と、開口部２０９におけるＣｕ膜２１１およびＣｕ膜２０１ｃの界面組成とについては、開口率に依存することなく均質である（だたし、Ｃｕ膜２１１の底部にバリアメタル膜２１０が形成されている場合には、バリアメタル膜２１０とＣｕ膜２０１ｃと界面組成が均質となるように構成させている）。このため、開口部２０８および開口部２０９のそれぞれにおけるＣｕ膜２１１とＣｕ膜２０１ｃとの間のＣｕ膜２０１ｃの表面において、Ｃｕ膜２０１ｃを構成する金属（Ｃｕ）の酸化物（ＣｕＯ）が実質的に存在しないように構成されている。
ここで、酸化物（ＣｕＯ）が実質的に存在しないとは、開口部２０８および開口部２０９のそれぞれにおけるＣｕ膜２１１とＣｕ膜２０１ｃとの間のＣｕ膜２０１ｃの表面において、透過型電子顕微鏡と電子エネルギ損失分光法とにより測定した（ＴＥＭ−ＥＥＬＳ）、Ｃｕ膜２０１ｃを構成する金属（Ｃｕ）のピークと比較して突出している、酸化物（ＣｕＯ）に相当するピークが存在しないことを意味する。
【００１９】
図９（ｃ）に示すように、本実施の形態の半導体装置は、不図示の半導体基板（シリコン基板）上に形成され、配線（銅配線）および絶縁層（層間絶縁膜）により構成された配線層が複数積層された多層配線層を有する。有機シリカ膜２０１ａおよび有機シリカ膜２０２（第１の層間絶縁膜および第２の層間絶縁膜）には、それぞれ複数の配線溝が形成されている。各配線溝に、Ｃｕ膜２０１ｃ、Ｃｕ膜２１１（第１の金属配線および第２の金属配線）が埋め込まれている。第１の金属配線（Ｃｕ膜２０１ｃ）と第２の金属配線（Ｃｕ膜２１１）とは電気的に接続されている。Ｃｕ膜２１１はデュアルダマシン構造を有してもよいが、シングルダマシン構造を有してもよい。また、上層配線構造２２０においては、ライン状のＣｕ膜２１１とビア状（柱状）のＣｕ膜２１１が形成されている。それぞれのＣｕ膜２１１の開口径（または開口面積）は異なる。そして、各配線溝内には、Ｃｕ膜２０１ｃ、Ｃｕ膜２１１を覆うようにバリアメタル膜２０１ｂ、バリアメタル膜２１０が形成されている。有機シリカ膜２０１ａと有機シリカ膜２０２との間には、キャップ絶縁膜２０１ｄが形成されている。一方、有機シリカ膜２０２上およびＣｕ膜２１１上には、キャップ絶縁膜２１２が形成されている。
【００２０】
本実施の形態の半導体装置においては、開口径（開口面積）の異なる複数のスリットビアパターンを有するＣｕ多層配線の一括形成に際して、十分な加工制御性を有する。この開口部における下層配線の界面組成については、開口率に依存することなく、均質となる。このため、本実施の形態の半導体装置においては、製造プロセスの影響によりデバイス性能を阻害されない多層銅配線が得られる。したがって、本実施の形態においては、信頼性に優れた半導体装置が得られる。
【００２１】
次に、本実施の形態の製造方法について説明する。
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基板上に、ＳｉおよびＣを含むキャップ絶縁膜２０１ｄを形成する工程と、キャップ絶縁膜２０１ｄ上に、キャップ絶縁膜２０１ｄと比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜２０２を形成する工程と、不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、有機シリカ膜２０２に、異なる開口径を有する２以上の凹部（開口部２０８、開口部２０９）を形成する工程と、を含む。
【００２２】
本発明者は、有機シリカ膜の高い炭素含有量を利用し、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜の高選択性エッチングが可能であることを見出した、これにより、本実施の形態においては、加工制御性に優れた多層配線を実現することができる。
【００２３】
本実施の形態のビアの一括形成の一例として、不活性ガスとしてＡｒ、Ｎを含むガス（反応促進ガス）としてＮ２、フッ化炭素ガスとしてＣＦ４、および酸化剤ガスとしてＯ２を用いる。また、有機シリカ膜としてＳｉＯＣＨ膜、キャップ絶縁膜としてＳｉＣ膜を用い、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上とする。また、ビアとしては、ライン状のビアと、ライン状のビアより開口径が小さいビアホールを用いる。
【００２４】
図１は、キャップ絶縁膜に対する有機シリカ膜のエッチング選択比とＮ２／Ａｒ比との関係を示す。
図１に示すように、Ｎ２ガスの流量が増加すると、キャップ絶縁膜に対する有機シリカ膜のエッチング選択比（以下、エッチング選択比と略称する）が、増加する。また、不活性ガスを基準に換算すると、Ｎ２／Ａｒ比が増加すると、エッチング選択比も増加する。
この点について説明する。まず、Ｎ２ガス中のＮは、励起されると、有機シリカ膜中のＣと反応する。有機シリカ膜の炭素含有量を多くし、一方キャップ絶縁膜の炭素含有量を少なくする。これにより、有機シリカ膜のエッチレートが増加し、一方キャップ絶縁膜のエッチレートが低下する。このため、上記エッチング選択比が高くなる。
また、Ｎ２はイオン化しやすい元素であり、かつＡｒよりも原子番号が小さくイオンボンバードメントが小さいため、高イオン性エッチングに用いてもサブトレンチの形成が抑制できる。そのため、加工均一性の高いエッチングを実現することができる。
Ｎ２／Ａｒ比としては、特に限定されないが、１以上が好ましく、１．５以上がより好ましい。
以上により、Ｎ２ガスを用いると、キャップ絶縁膜よりも炭素含有量が高い有機シリカ膜において、エッチング選択比を向上させることができる。この点は、Ｎ２ガスに限らず、Ｎを含むガスについても言える。そして、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキを抑制することができる。
したがって、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）を１以上、より好ましくは２以上とすることにより、Ｎを含むガスによるエッチング選択比を向上させることができる。
【００２５】
また、図２は、エッチング速度とＣＦ４の流量との関係を示す。図２中の（ｉ）は、Ｏ２ガスの流量が１５ｓｃｃｍの条件の場合のエッチング速度を示し、一方、（ｉｉ）は、Ｏ２ガスの流量が１０ｓｃｃｍの条件の場合のエッチング速度を示す。
図２に示すように、Ｃ／Ｓｉ比が１以上の有機シリカ膜のエッチングにおいては、ＣＦ４の流量が所定値以上の場合、エッチング速度が飽和し、一定となる。また、Ｏ２ガスを基準に換算すると、ＣＦ４／Ｏ２比が、所定値以上の場合、エッチング速度は飽和し、一定となる。図２から、ＣＦ４／Ｏ２比が４以上のとき、エッチング速度は飽和し、一定となることが分かる。
したがって、このようなＣＦ４／Ｏ２比でエッチングを行うと、ビア間の開口径（または開口面積）に依存せずに、エッチング速度が一定となるため、開口径が異なるビア間において、ビア深さを同じにすることができる。
【００２６】
また、エッチング速度が一定となるＣＦ４／Ｏ２比（以下、飽和ＣＦ４／Ｏ２比と称する）は、Ｃ／Ｓｉ比で決定され、Ｃが多いほど飽和ＣＦ４／Ｏ２比は小さくなる。また、エッチング速度が一定となるＣＦ４流量（以下、飽和ＣＦ４流量と称する）は、Ｃ／Ｓｉ比で決定され、Ｃが多いほど飽和ＣＦ４流量は小さくなる。
本実施の形態においては、ＣＦ４／Ｏ２比は、１．０以上、５．０以下が好ましい。ＣＦ４／Ｏ２比を下限値以上とすることにより、エッチング速度のバラツキを抑制することができ、一方、上限値以下とすることにより、エッチング選択性が向上し、加工制御性に優れる。
したがって、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上、より好ましくは２以上とすることにより、フッ化炭素ガスによるエッチング選択比を向上させることができる。
【００２７】
また、高炭素含有有機シリカ膜は、キャップ絶縁膜（エッチストッパ）よりもＣ／Ｓｉ比が高いため、ＣＦ４／Ｏ２比が低い側でエッチストップ性が最大となる。
この点について補足する。ＣＦ４流量が小さくなると、Ｓｉエッチレートが小さくなる。本実施の形態においては、Ｓｉ含有量においては、有機シリカ膜では小さく、キャップ絶縁膜では大きい。このため、キャップ絶縁膜のエッチレートが小さくなる。これにより、エッチング選択比を向上させることができる。
【００２８】
また、Ｓｉの除去は、ＣＦｘラジカルが支配的であることが、パターン間差が生まれる主たる要因である。しかしながら、本実施の形態においては、ＣＦ４（ＣＦｘラジカル）の流量を、飽和ＣＦ４／Ｏ２比の飽和ＣＦ４流量よりも大きくする場合には、エッチング速度が一定となるため、開口径によりＣＦｘラジカル供給量が変化してもエッチング速度は変化しない。つまり、開口径の異なるビア間のエッチング速度を同じにすることができる。このため、エッチング速度のパターン間差を解消することが可能となる。
【００２９】
また、ＣＦ４流量が、飽和ＣＦ４／Ｏ２比の飽和ＣＦ４流量よりも大きい場合には、ビア加工において、開口径・開口面積に依らず、同時にスリットビアが開口される。このため、キャップ開口後、スリットビア部におけるＣｕ配線へのオーバーエッチング量は同等となる。そして、オーバーエッチングの影響によるＣｕ表面の酸化や付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度についても、開口径・開口面積に依存せずに、同等とすることができる。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのスリットビアで同等であり、ウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。本実施の形態においては、ビア／Ｃｕ配線界面の組成や形状が均質に制御できるので、ビア抵抗のバラツキを小さくすることが可能であり、ビア信頼性も向上する。
【００３０】
また、高イオン性エッチングでは、イオンボンバードメントにより結合が破壊され、エッチングが促進される。しかし、Ｃ／Ｓｉ比が１よりも大きい高炭素含有有機シリカ膜はキャップ絶縁膜と同様に比較的結合の弱いＣＨ−＊（＊はＳｉやＣ）で形成されており、強固なＳｉ−Ｏ結合が少ないため、高Ａｒ流量ではむしろエッチング速度が低下する。つまり、高炭素含有有機シリカ膜のエッチングでは、高Ａｒ流量エッチングでもサブトレンチ形状となりにくい。また、Ａｒに代わるガスとして、Ｎ２を使用しても、Ｎイオンの供給量に依らず、飽和ＣＦ４／Ｏ２比によりエッチング速度は一定であるため、同様にサブトレンチ形状とはなりにくい。そのため、高炭素含有有機シリカ膜のエッチングにおいて、高Ａｒ流量かつ高Ｎ２流量による高イオン性エッチングが可能となる。特にＮ２／Ａｒ比が１以上のとき、高炭素含有有機シリカ膜／キャップ絶縁膜の加工選択性が向上する。
【００３１】
また、Ｎ２／Ａｒ比が１以上、且つＣＦ４／Ｏ２比が５以下の混合ガスを用いることで、開口径の異なるスリットビアパターンのパターン間差を抑制しつつ、キャップ絶縁膜のエッチングストップ性を実現することが可能となる。このように、本発明者は、高炭素含有有機シリカ膜はイオンボンバードメントによるエッチングレート向上効果が小さいという物性を利用したエッチングにおいて、一定以上のＣＦ４／Ｏ２比により、異なる開口径を有するビア間における有機シリカ膜のエッチングレートを一定に出来るということを見出した。
これにより、開口径が異なるビア間において、ビア深さのバラツキを抑制することができる。また、ビア直下のエッチング絶縁膜の残膜をビア間で同等にできるので、それぞれの開口部における下層配線の界面組成については、開口率に依存することなく、均質とすることができる。
【００３２】
以下、本実施の形態に係る各ガスの成分や有機シリカ膜の材料等について詳述する。
【００３３】
Ｎを含むガスとしては、窒素ガス、アンモニアガス、第１級アミンガス、第２級アミンガス、第３級アミンガス、または第４級アンモニウム等を用いることができる（ただし、酸化剤ガスを除く）。これらのガスは、プラズマ中で励起されると、有機シリカ膜中のＣと反応する反応促進ガスである。
【００３４】
不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等のガスを用いることができる（ただし、窒素を含むガスを除く）。
【００３５】
フッ化炭素ガスとしては、ＣｘＨｙＦｚで表されるガスを用いることができる（ｘとｚは、それぞれ同一または異なる自然数、ｙが０または自然数）。具体的には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，Ｃ２Ｈ４Ｆ２，Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ４Ｆ４，Ｃ３Ｈ６Ｆ２、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３Ｈ３Ｆ３，Ｃ３Ｈ４Ｆ２またはＣ３Ｈ５Ｆ等が挙げられる。
【００３６】
酸化剤ガスとしては、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３，ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４またはＮ２Ｏ５ガスを用いることができる。
【００３７】
キャップ絶縁膜としては、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコンカーバイト（ＳｉＣＮ）のいずれか、またはこれらの積層膜である。また、キャップ絶縁膜としては、不飽和炭化水素とアモルファスカーボンと酸素を含む酸素含有シリコンカーバイト（ＳｉＣＯＮ）、もしくはＳｉＣＮ、ＳｉＣと該酸素含有シリコンカーバイト膜との積層膜である。また、キャップ絶縁膜のＣ／Ｓｉ比は、１．０〜１．５であることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態に係る有機シリカ膜は、多孔質ＳｉＯＣＨ膜である。この多孔質ＳｉＯＣＨ膜は、環状有機シロキサンを含む。
環状有機シロキサンは、環状シロキサン構造と、その側鎖に炭化水素基を有する。
環状シロキサンは、Ｓｉ−Ｏ（シロキサン結合）を１ユニットとして数えた場合に、複数のユニットからなる環状構造を有する。この環状シロキサンは、同数のシリコン（Ｓｉ）原子と酸素（Ｏ）原子が交互に連なった環状構造を有する。環状構造としては、例えば、３員環、４員環、５員環が挙げられる。環状構造としては、プロセス安定性の観点から、空孔径が小さい３員環が好ましい。
【００３９】
また、多孔質ＳｉＯＣＨ膜は、個々の空孔が接続されていない独立空孔で構成されている。ここで、多孔質ＳｉＯＣＨ膜の空孔の形成メカニズムを説明する。多孔質ＳｉＯＣＨ膜の膜中の空孔の起源は、環状シロキサン骨格にある。このため、多孔質ＳｉＯＣＨ膜は、個々の空孔が接続されていない独立空孔によって多孔質化されている。言い換えると、本実施の形態では、ポロジェンを脱離させて多孔質化するプロセスが不要となる。したがって、本実施の形態に係る多孔質ＳｉＯＣＨ膜には、脱離に起因する連続空孔が形成されない。
【００４０】
有機シリカ膜は、下記式（１）で表される構造を有する環状有機シロキサン化合物を用いて得られる。例えば、有機シリカ膜は、プラズマ重合法により得られる。これにより、空孔径が小さい多孔質ＳｉＯＣＨ膜が形成される。
【００４１】
【化１】
【００４２】
式（１）中、Ｒ１およびＲ２は、同一または相異なり、それぞれ炭化水素基を表す。炭化水素基としては、直鎖もしくは分枝のアルキル基、環状のアルキル基、アルケニル基等が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、１〜８の炭素数を有するアルキル基である。アルキル基の一例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。
アルケニル基としては、例えば、１〜８の炭素数を有するアルケニル基である。アルケニル基の一例としては、ビニル基、アリル基等である。
【００４３】
環状有機シロキサン構造を有する化合物が、Ｒ１が不飽和炭化水素基であり、Ｒ２が飽和炭化水素基であってもよい。この場合、Ｒ１の不飽和炭化水素基のプラズマ重合反応により環状シロキサンを結合させた低誘電率絶縁膜を成長できる。具体的には、Ｒ１がビニル基であり、Ｒ２が立体障害の大きな分岐構造を有する飽和炭化水素基であり、例えばイソプロピル基（下記式（３）で表される環状有機シロキサン構造）を有する化合物であってもよい。側鎖Ｒ２の立体障害が大きいことにより膜密度を減らし、比誘電率を低減させることができるので望ましい。なお、立体障害の大きな分岐構造を有する飽和炭化水素（Ｒ２）としては、イソブチル、ターシャリーブチル等でもよいことは自明である。
【００４４】
特に環状シロキサン構造を持つ環状有機シリカ化合物は、少なくとも炭素数３個以上を有する炭化水素基と不飽和炭化水素基の双方を含むことが好ましい。このようにシロキサン構造が不飽和炭化水素基と炭素原子数が３以上の炭化水素基の双方を含むことで、不飽和炭化水素基の強い結合エネルギーにより脱炭素速度を低下させ、かつ、炭素数の多い炭化水素基によって炭化水素成分を多く保ち、炭素組成に富んだ有機シリカ膜とすることができる。
【００４５】
また、有機シリカ膜は、下記式（２）または（３）に示す環状有機シロキサン構造を有する化合物を材料に用いて、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。このとき、有機シリカ膜は、平均空孔径が１ｎｍ未満、例えば、０．３〜０．７ｎｍである小さい空孔構造を有することができる。
平均空孔径は、小角エックス線散乱法や陽電子消滅法、高分解能の電子顕微鏡観察等により測定することができる。
【００４６】
【化２】
【００４７】
【化３】
【００４８】
有機シリカ膜の誘電率は、特に限定されないが、例えば２．７以下であり、より好ましくは２．６以下とすることができ、一方、２．０以上であり、２．２以上とすることができる。
【００４９】
また、有機シリカ膜におけるＣ／Ｓｉ比率は、例えば、１以上であり、よりこのましくは２以上とすることができ、一方、２０以下、５以下とすることができる。また、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）は、１より大きく、２以上であることが好ましい。
このＣ／Ｓｉ比率を上記範囲内とすることにより、エッチング選択比の向上とプロセス安定性の両立を実現できる。とくに、Ｃ／Ｓｉ比率が２以上のＣ含有量の多い有機シリカ膜を用いると、エッチング生成物であるＣｘＦｙ膜を形成しやすく、飽和ＣＦ４／Ｏ２比を利用したエッチングレートのコントロールが容易となる。また、Ｓｉを主とするキャップ絶縁膜との組成の相違を大きくすることにより、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜のエッチング選択性が向上して、加工選択性が向上する。
【００５０】
次に、本実施の形態の第１例について説明する。
図３は、本実施形態の第１例に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。図４は、本実施形態における成膜装置の概略を示す。図５は、本実施の形態による効果を説明する図である。図６は、本実施の形態のラインとビアの断面図である。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、予め下層配線構造１が形成された半導体基板上に、上層配線用の有機シリカ膜２、ハードマスク３（ＳｉＯ２）を順次形成する。ここで、下層配線構造１は、有機シリカ膜１ａ、バリアメタル膜１ｂ、Ｃｕ膜１ｃおよびキャップ絶縁膜１ｄで構成される。
有機シリカ膜２の成膜方法については、プラズマ重合法を用いる。また、ハードマスク３の形成にＣＶＤ法を用いても良いが、有機シリカ膜２の形成にもＣＶＤ法を用いても良い。このとき、ハードマスク３は、有機シリカ膜２と組成が異なる本実施の形態に係る有機シリカ膜２を用いた積層構造を有してもよい。ハードマスク３上にはレジストマスク４を形成し、これを用いて開口径の異なるライン状のビア５と柱状のビア６とをドライエッチングにより形成する（図１（ｂ））。ビアの形成においては、開口径が異なっていても同等のエッチング速度で、ビアホールをキャップ絶縁膜１ｄまでエッチングできる。このため、キャップ絶縁膜へのオーバーエッチング量は、開口径・開口面積に依らず同等である。このとき、キャップ絶縁膜の残膜厚も開口径・開口面積に依らず同等である。
【００５２】
ここで、有機シリカ膜を成膜する方法について詳述する。
本実施の形態に係る有機シリカ膜の一例としては、組成比がＳｉ：Ｏ：Ｃ＝１：０．９：２．７の多孔質ＳｉＯＣＨ膜を用いることができる。この多孔質ＳｉＯＣＨ膜の空孔は、独立空孔であり径が０．８ｎｍ以下とすることができる。
図４は、有機シリカ膜の成膜装置の模式図を示す。本実施の形態に係る成膜装置は、リザーバ１０１、原料圧送部１０２、キャリアガス供給部１０３、液体マスフロー１０４、ガスマスフロー１０５、気化器１０６、リアクタ１０７、ＲＦ電源１０９、排気ポンプ１１０を備える。
【００５３】
以下、成膜装置の各構成について説明する。
リザーバ１０１は、モノマー原料を保管・貯蔵する容器である。原料圧送部１０２は、リザーバ１０１内の原料を圧送するガスを供給する。圧送ガスには、Ｈｅが使われる。キャリアガス供給部１０３は、モノマー原料を輸送するためのＨｅを供給する。液体マスフロー１０４は、供給する原料流量を制御する。ガスマスフロー１０５は、キャリアガスであるＨｅ流量を制御する。気化器１０６は、モノマー原料を気化する。気化温度は、原料の沸点や蒸気圧、重合開始温度から決めることが好ましく、一般には５０℃〜２００℃であり、７５℃〜１５０℃であることが適切である。気化温度が５０℃以下と低温の場合、気化が不安定になる場合がある。一方、２００℃以上の高温の場合、原料分子の一部が気化前に熱分解あるいは熱重合してしまう場合もある。リアクタ１０７は、気体となった原料をプラズマ重合により成膜を行う成膜室である。
【００５４】
ＲＦ電源１０９は、高周波電力を供給する。これにより、気体となったモノマー原料やキャリアガスがプラズマ化される。リアクタ１０７内に載置される基板１０８上に、化学気相成長により有機シリカ膜が成膜される。排気ポンプ１１０は、リアクタ１０７に導入された原料ガスとキャリアガスを排気する。また、リアクタ１０７には原料とは異なる系統（図示せず）で、励起ガスや酸化性ガスを導入することもできる。励起ガスには、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガスが用いられるのが一般的であり、好ましくはキャリアガスと同一のガスを選択することが好ましい。また、酸化性ガスには酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）などを用いることができる。
【００５５】
続いて、本実施の形態に係る成膜装置を用いて、有機シリカ膜を成膜する工程について説明する。ここで、上記一般式（１）に示す環状有機シリカ構造を有する原料を使い成膜を行う。
まず、原料圧送部１０２が供給するＨｅガスにより、リザーバ１０１から原料が送り出される。液体マスフロー１０４により、原料流量は制御される。一方、キャリアガス供給部１０３からはＨｅガスが供給される。Ｈｅガス流量は、ガスマスフロー１０５によって制御される。原料とキャリガスであるＨｅガスは、気化器１０６の直前で混合され、気化器１０６内に導入される。気化器１０６内には加熱されたヒータブロック（図示せず）が配置されている。気化器１０６内で、液体モノマー原料は気化され、気化物はキャリアガスと共にリアクタ１０７に導入される。リアクタ１０７内では、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波により、気化したモノマー原料とキャリアガスがプラズマ化し、基板１０８上に有機シリカ膜が成膜される。
【００５６】
リアクタ１０７に導入する原料モノマー流量は、０．１ｇ／ｍｉｎ以上１０ｇ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２ｇ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。キャリアガスであるＨｅ流量は、５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。リアクタ１０７内の圧力は、１３３〜１３３３Ｐａであることが好ましい。ＲＦ電源１０９の出力は３００ｍｍウエハに対して２０００Ｗ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１０００Ｗ以下であることが好ましい。
【００５７】
図５は、第１例で示した開口径の異なるビアを同等のレートでドライエッチングする場合のエッチングレートを示している。図５中において、（ｉ）は、有機シリカ膜を示し、（ｉｉ）は、キャップ絶縁膜を示す。ＣＦ４が２０〜５０ｓｃｃｍの部分で高炭素含有有機シリカ膜のエッチング速度が一定であることが分かる。つまり、パターンによってプラズマからのＣＦ４の供給量が２倍以上異なっても、加工レートは同等となる。このときのＣＦ４流量以外のエッチング条件としては、例えば、Ａｒ：６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００ｓｃｃｍ、Ｏ２：１０ｓｃｃｍ、圧力：３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１２００Ｗである。このとき、Ｎ２／Ａｒ比は３．０、飽和ＣＦ４／Ｏ２比は１．５以上である。そして、ＣＦ４／Ｏ２が５．０以下の場合に選択性が大きくなる。Ｎ２に代えて、アンモニアガスやメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンのようなアミン系ガスでも、Ｎ２と同様の効果が得られる。
【００５８】
図６は、第１例で示した開口径のことなるビアを同時にドライエッチングした場合の断面を示している。図６（ａ）は、ライン状のビア６を示し、図６（ｂ）は、柱状のビア５を示す。ＣＦ４／Ｏ２比が２．５の条件で実際にドライエッチングを行なった場合、開口径の異なるスリット（ライン）パターンとビアパターンでも、ビア深さが同じであることが分かる。すなわち、開口径の異なるスリット間で、エッチングレートが同じであることが分かる。
【００５９】
その後、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜選択比の高さを利用し、オーバーエッチングを行う。（図３（ｃ））このときエッチング条件は、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００〜８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１５００Ｗ、時間：１０〜６０秒に設定することが好ましい。
このとき、不活性ガスは、Ａｒに代えて、Ｈｅ等の希ガスであっても良い。
反応促進ガスは、Ｎ２に代えて、アンモニアガスやメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンのようなアミン系ガスでも良く、炭酸アンモニウムのような第４級アンモニウムであっても良く、これらの複合ガスであっても良い。
また、フッ化炭素ガスは、ＣＦ４に代えて、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，Ｃ２Ｈ４Ｆ２，Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ４Ｆ４，Ｃ３Ｈ６Ｆ２、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３Ｈ３Ｆ３，Ｃ３Ｈ４Ｆ２またはＣ３Ｈ５Ｆ等、またはこれらの複合ガスであっても良い。また、酸化剤ガスは、Ｏ２に代えて、ＣＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３，ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４またはＮ２Ｏ５の内どれかのガスあっても良く、これらの複合ガスであっても良い。
【００６０】
ビアエッチング後、デュアルダマシンエッチング、薬液処理、メタライズ工程、ＣＭＰ処理を行い、開口径の異なるビア配線を有する配線構造を形成する。このとき、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜厚は、開口径・開口面積に依らず同等である。このため、デュアルダマシンエッチング時のビア下のキャップ絶縁膜の開口も、開口径・開口面積に依らず同時となる。デュアルダマシンエッチングには、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：５０〜４００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜５０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：２００〜１０００Ｗ、時間：１０〜６０秒となるエッチング条件を用いることが好ましい。
【００６１】
また、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄの残膜によるＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）の保護により、キャップ絶縁膜１ｄの開口部分のＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）を制御性良く管理することができる。例えば、ビア加工後のレジスト剥離にＯ２やＣＯ２を使用したアッシング処理が行われ、またキャップ絶縁膜１ｄには炭素が含まれるため、デュアルダマシンエッチングにＯ２を用いることから、キャップ絶縁膜１ｄの開口部分のＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）は酸化されやすくなっている。図１３は、ビアファーストデュアルダマシンプロセスにおける、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄとビア歩留りの関係を示す。図１３に示すように、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜が１０ｎｍ未満の領域ではビア歩留りが劣化することが分かる。また、図１４に示すようにＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）信頼性試験においても、キャップ絶縁膜残膜依存性が見られる。図１４に示すように、残膜が１５ｎｍ（丸形）、５ｎｍ（ひし形）、０ｎｍ（三角形）のように、残膜が薄いほど、ＥＭ寿命は劣化することが分かる。このように、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜の不足はビア信頼性に大きく影響する。しかしながら、本第１例では、前述の通り、ビア深さのバラツキを容易に低減できるため、ビアの開口径・開口面積に依らず残膜１０ｎｍ以上の確保は容易となる。このため、本第１例においては、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄの残膜は同等であり、酸化等からＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）を保護することが可能となる。また、残膜が同等であることから、デュアルダマシンエッチング時のキャップ開口も同時であるため、開口後のＣｕ配線へのオーバーエッチング量、例えばキャップ絶縁膜残膜厚１５ｎｍに対して１５ｎｍ（１００％＝２０秒）のオーバーエッチングは開口径・開口面積に依らず全てのビアで同等となる。つまり、全てのビア下Ｃｕ配線（Ｃｕ膜１ｃ）の表面において、プラズマに曝される時間が２０秒で同じであることから、オーバーエッチングの影響によるＣｕ膜１ｃの表面の酸化や、さらには付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度も開口径・開口面積に依存せず、これらのバラツキが抑制される。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのビア間（ビア５やビア６等）で同等となる。
以上により、ビア部へのＣｕ埋設後において、ウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。ここで、界面組成とは、例えばＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）の表面付近の酸素の含有量などを指す。本第１例のおいては、ビアホール（ビア５）とスリットビアパターン（ビア６）とのビア／Ｃｕ配線界面の組成分析を行っても、検出される状態は同等となる。
【００６２】
反対に、キャップ絶縁膜でのストップ性が不足した場合、例えばビアホール形成中にキャップ絶縁膜が除去されると、ビアホール下のＣｕ表面が酸化することがある（図１５（ａ））。その結果、図１５（ｂ）に示すようにＴＥＭ−ＥＥＬＳによりビアホール下の部分のみＣｕＯ（ＣｕＯに相当するピーク：９３０〜９４０（ｅＶ））が検出されることとなる。Ａ点においては、このＣｕＯに相当するピークは、Ｃｕに相当するピークに対して突出しているため、ＣｕＯが存在することが分かる。一方、Ｂ点（参照）においては、Ｃｕに相当するピークに対して突出している、ＣｕＯに相当するピークがないため、ＣｕＯが存在しないことが分かる。
これに対して、本第１例では、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜を制御できる。本第１例においては、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄの残膜は同程度であり、酸化等からＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）を保護することが可能となる。このため、本第１例においては、開口径の異なるビア間のＣｕ配線の表面全体については、ＴＥＭ−ＥＥＬＳにより測定されるＣｕに相当するピークに対して突出する、ＣｕＯに相当するピークが存在しないように構成されている。すなわち、開口径の異なるビア間のＣｕ配線の表面全体においては、酸化を防止されており、ＣｕＯが実質的に存在しない構成となっている。このため、ビア／Ｃｕ配線界面の組成や形状がウエハ面内で均質に制御でき、ビア抵抗のバラツキを小さくすることが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００６３】
ここで、第１例の効果の説明についてまとめる。
本実施の形態においては、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上とすることにより、Ｎを含むガスによるエッチング選択比を向上させることができる。そして、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキを抑制することができる。
【００６４】
本実施の形態においては、また、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上とすることにより、フッ化炭素ガスによるエッチング選択比を向上させることができる。とくに、飽和ＣＦ４／Ｏ２比でエッチングを行うと、ビア間の開口径（または開口面積）に依存せずに、エッチング速度が一定となるため、開口径が異なるビア間において、ビア深さを同じにすることができる。すなわち、Ｎ２／Ａｒ比が１以上、且つＣＦ４／Ｏ２比が５以下の混合ガスを用いることで、開口径の異なるスリットビアパターンのパターン間差を削減しつつ、キャップ絶縁膜でのエッチングストップ性を実現することが可能となる。この際、不活性ガスと反応促進ガスとフッ化炭素ガスと酸化剤ガスを含む混合ガスを用いることにより、開口面積の異なる複数のビアホールを一括して形成することが可能となる。
【００６５】
一般的にパターン間差の抑制には、高Ａｒ流量化による高イオン性エッチングが有効である。高イオン性エッチングであれば、バイアス電圧の印加によりエッチャントをエッチング面に引き込めるためである。しかし、炭素濃度の低い多孔質有機シリカ膜のエッチングでは、イオンボンバードメントによるエッチングレート向上効果が大きくなりすぎ、多量のＡｒイオンを含む高イオン性エッチングではサブトレンチ形状となる懸念がある。
これに対して、本実施の形態においては、炭素に富んだ有機シリカ膜（例えば、（Ｃ／Ｓｉ）が２以上）を用いることにより、プロセスダメージ抑制することができる。高Ａｒ流量化による高イオン性エッチングを用いつつも、上記懸念を回避することができる。
【００６６】
低炭素多孔質有機シリカ膜（（Ｃ／Ｓｉ）＜１）に対しＯ２を用いたエッチングを行うと、エッチング中に膜中の炭素が引き抜かれ、ビア側壁などの部分がＳｉＯ２に近い膜となり、誘電率が上昇してしまうことがある。特に、スリット形状のビアパターンでは、通常のビアパターンに比較して、ビア側壁の面積が大きいため、誘電率の増加の影響が大きくなり、デバイス性能を低下させてしまうことがある。
これに対して、本実施の形態においては、炭素に富んだ有機シリカ膜（例えば、（Ｃ／Ｓｉ）が１以上）を用いることにより、このような弊害を回避することができる。
【００６７】
また、前述の通り、本実施の形態においては、キャップ絶縁膜に対する層間絶縁膜のエッチング選択比を充分得られる。このため、キャップ絶縁膜を厚膜化することにより、エッチングストップ性は向上させることが不要となる。これにより、実効誘電率を下げることができ、ＬＳＩの高性能化・低消費電力化を実現することができる。
【００６８】
次に、本実施の形態の第２例について説明する。
図７〜図９は、本実施形態の第２例に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。図１０は、本実施形態の第２例に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【００６９】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板（不図示）上に下層配線構造２０１をシングルダマシン法によって形成する。この下層配線構造２０１は、有機シリカ膜２０１ａ、バリアメタル２０１膜ｂ、Ｃｕ膜２０１ｃ、キャップ絶縁膜２０１ｄで構成される。
【００７０】
続いて、図７（ｂ）に示すように、下層配線構造２０１上に有機シリカ膜２０２を形成する。この有機シリカ膜２０２は、上記式３に示す環状有機シリカ構造化合物を用いて、プラズマ重合法により成膜する。有機シリカ膜２０２としては、例えば、厚さ２３０ｎｍで比誘電率が２．５とする。有機シリカ膜２０２としては、例えば、組成比がＳｉ：Ｏ：Ｃ＝１：０．９：２．７で膜中に空孔をもつ多孔質有機シリカ膜であって、空孔が独立空孔であり、空孔径が０．８ｎｍ以下とする。その後、例えば、処理時間１５〜３０秒のＨｅプラズマ処理を行い、同一チャンバーにて、ＳｉＨ４をソースガスに用いたプラズマＣＶＤ法により、ハードマスク２０３を成膜する。このハードマスク２０３は、厚さ８０ｎｍのＳｉＯ２膜とする。ハードマスク２０３のＳｉＯ２膜としては、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）をソースガスに用いたＳｉＯ２膜を用いてもよい。また、Ｈｅプラズマ処理による表面改質層の形成と、ハードマスク２０３の成膜とは別チャンバーで行ってもよい。その後、リソグラフィーにより、レジスト２０４にスリットビアパターンを形成する。このとき、最も開口径の小さいスリットビアパターンは、ビアホールとなる。
【００７１】
続いて、図７（ｃ）に示すように、高均一性／高選択性エッチング条件にて開口径の異なる複数の凹部（ビア２０５、ビア２０６）を形成する。すなわち、開口径の大きいスリット状のビア２０５、開口径の小さいビア２０６を、ドライエッチングにより同時に形成する。そして、各ビアの底部がキャップ絶縁膜２０１ｄに達するまでエッチングを行う（図８（ａ））。ビア２０５およびビア２０６は孤立の疎パターンになってもよいが、それぞれ複数のビアが密集した密ビアパターン郡であってもよい。このときエッチング条件は、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００〜８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１５００Ｗ、時間：１０〜６０秒に設定することが好ましい。また、キャップ絶縁膜２０１ｄの材料は、前述の材料を用い、Ｃ／Ｓｉ比が１．０〜１．５であることが好ましい。
ビア２０５およびビア２０６の形成に際しては、第１例で示したビア５およびビア６と同様の手法により形成してもよい。
【００７２】
続いて、リソグラフィーとドライエッチングによって、レジスト２０７を用いて、有機シリカ膜２０２中に配線溝（開口部２０８、開口部２０９）を形成する（図８（ｂ）、図８（ｃ））。これらの配線溝を形成するとき、同時にキャップ絶縁膜２０１ｄを開口し、下層配線構造２０１のＣｕ配線２０１ｃを露出させる。配線溝のドライエッチングの条件としては、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：５０〜４００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜５０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：２００〜１０００Ｗ、時間：１０〜６０秒となるエッチング条件を用いることが好ましい。キャップ絶縁膜２０１ｄの残膜は、ビアの開口径に依らず同等であるため、キャップ絶縁膜２０１ｄの開口径の大きい開口部２０８と開口径の小さい開口部２０９とは同時に開口される。このとき、開口部２０８、開口部２０９は孤立の疎ビアパターンであっても、密集した密ビアパターン郡であってもよい。
【００７３】
次に、薬液処理にて開口部２０８および開口部２０９のＣｕ配線表面のＣｕ酸化物やエッチング生成物などを清浄にする。このとき、薬液はフッ素を含むことが望ましい。フッ素を含有する薬液は、Ｃｕ酸化物除去や、エッチング生成物除去に効果が高いためである。前述の通り、開口径・開口面積に依らず、キャップ絶縁膜２０１ｄが同時に開口されることから、全てのＣｕ配線表面において、プラズマに曝される時間が同じとなる。このため、オーバーエッチングの影響によるＣｕ表面の酸化や付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度も、開口径・開口面積に依存せず、同等となる。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのビアで同等となり、ウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。開口部におけるＣｕ配線の表面組成や表面形状がウエハ面内で均質に制御できれば、ビア抵抗のバラツキを小さくすることができる。
【００７４】
図９（ａ）に示すように、薬液処理後、基板表面全面にイオン化スパッタ法によって、ＴａＮ膜とＴａ膜のバリアメタル膜２１０、およびＣｕ薄膜を形成する。そして、このＣｕ薄膜を電極として電界めっき法によってＣｕまたはＣｕ合金等のＣｕ膜２１１を形成する。
【００７５】
その後、図９（ｂ）に示すように、Ｃｕ粒成長のために窒素雰囲気中で３５０℃、２分間の熱処理をした後、余剰なＣｕをＣＭＰにより除去する。そして、スラリー、研磨ヘッドを変えて、余剰なＴａ、ＴａＮ及び、ハードマスク２０３をＣＭＰにて除去する。有機シリカ膜２０２の表面を露出させて、ＣＭＰを完了する。その後、図９（ｃ）に示すように、Ｃｕ膜２１１および有機シリカ膜２０２の全面にキャップ絶縁膜２１２としてＳｉＣＮ膜を形成する。
以上のようにして、図１０に示すような本実施の形態の半導体装置が得られる。
【００７６】
従来の方法では、有機シリカ／キャップ絶縁膜選択比が小さく、パターン間差が大きいビア加工プロセスとなる。その結果、２層配線を形成後において、ビア／下層Ｃｕ配線界面の組成は、ビアの開口径・開口面積に依存し、開口径が大きいほど酸素等のＣｕ配線中不純物の検出量が大きくなってしまうことがあった。
これに対して、本実施例ではウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となっている。このため、開口径・開口面積に依らず、Ｃｕ配線中不純物の検出量は同等となる。これらのビア／下層Ｃｕ配線界面の組成は、ＴＥＭ−ＥＥＬＳ等の物理分析手法により検出できる。
【００７７】
本実施の形態においては、有機シリカ膜としてはＣ／Ｓｉ原子組成比が２以上とＣ含有量が多いものが望ましい。Ｃ含有量の多い膜はエッチング生成物であるＣｘＦｙ膜を形成しやすい。これにより、飽和ＣＦ４／Ｏ２比を利用したエッチングレートのコントロールが容易となる。また、Ｓｉを主とするキャップ絶縁膜との組成の相違が大きくなり、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜のエッチング選択性が向上する。このため、加工選択性が向上する。
第２例においても、第１例と同様の効果が得られる。
【００７８】
次に、本実施の形態の第３例について説明する。
図１１は、本実施形態の第３例に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
第３例の半導体装置においては、アナログ／ＲＦ等の信号処理を行う。この場合には、インダクタとしてＣｕ配線を渦形状に形成することができる。
【００７９】
本実施例の半導体装置においては、基板（不図示）上に、ダマシン法によって形成した下層Ｃｕ配線３０１と、Ｃｕ配線上に形成されたシリコンカーバイトを主成分とするキャップ絶縁膜（不図示）と、その上に少なくともキャップ絶縁膜よりも大きい（Ｃ／Ｓｉ）を有する有機シリカ膜と、この有機シリカ膜中に形成された上層Ｃｕ配線３０３とを備える。上層Ｃｕ配線３０３は、スリットビア３０２を介して下層Ｃｕ配線３０１と接続する。抵抗の低いスリットビアを介して、上下配線を接続する。これにより、２層分のＣｕ配線を１本のインダクタとして使用することができる。したがって、第３例によれば、インダクタ素子としての回路機能を十分に発揮させることができる。
【００８０】
下層Ｃｕ配線３０１上に形成された有機シリカ膜とハードマスクの積層構造を形成（不図示）し、第２例と同様の手法により、レジストにスリットビアパターンを形成する。引き続いて、高均一性／高選択性エッチング条件にて、開口径の異なる、開口径の大きいスリットビア３０２および開口径の小さいビア（不図示）を同時にドライエッチングにより形成し、キャップ絶縁膜まで加工する。開口径が異なっていても同等のエッチング速度でビアホールをキャップ絶縁膜までエッチングできることから、キャップ絶縁膜へのオーバーエッチング量は開口径・開口面積に依らず同等である。このとき、キャップ絶縁膜残膜厚も開口径・開口面積に依らず同等である。このとき、スリットビア３０２の形成には、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００〜８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１５００Ｗ、時間：１０〜６０秒というエッチング条件を使用することが好ましい。スリットビア３０２の形成に際しては、第１例のビア形成と同様の手法により形成できる。
【００８１】
上下配線を接続するスリットビア３０２は、開口径および形状の異なる複数のビアであっても良い。また、インダクタとして用いるＣｕ配線層は、３層または４層であっても良い。
【００８２】
第３例においては、微細Ｃｕ配線中にインダクタを形成する場合に、配線幅を太くしつつ、配線抵抗を低くすることができる。これにより、インダクタが発熱してパワーロスが大きくなり、デバイスの機能低下が起こることを抑制することができる。
第３例においても、第１例と同様の効果が得られる。
【００８３】
次に、本実施の形態の第４例について説明する。
図１２は、本実施形態の第４例に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
第４例の半導体装置のおいては、アナログ信号とデジタル信号を変換するＡ／Ｄコンバータにおいて、ローカル配線の配線間容量を、平行平板の容量素子の容量として用いる構成を有する。
【００８４】
本実施例の半導体装置においては、基板（不図示）上に、ダマシン法によって形成した下層Ｃｕ配線４０１と、Ｃｕ配線上に形成されたシリコンカーバイトを主成分とするキャップ絶縁膜（不図示）と、その上に少なくともキャップ絶縁膜の（Ｃ／Ｓｉ）よりも大きい（Ｃ／Ｓｉ）を有する有機シリカ膜と、この有機シリカ膜中に形成された上層Ｃｕ配線４０３とを備える。上層Ｃｕ配線４０３は、スリットビア４０２を介して下層Ｃｕ配線４０１と接続する。抵抗の低いスリットビア４０２を介して、上下配線を接続する。これにより、ローカル配線を、Ｃｕ配線中の容量素子としての機能させることができる。
【００８５】
スリットビア４０２の形成に際しては、第３例で示したスリットビア３０２と同様の手法により形成する。開口径の異なる、開口径の大きいスリットビア４０２および開口径の小さいビア（不図示）を同時にドライエッチングにより形成する。スリットビア４０２の加工条件についても、第１例と同様である。ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜厚は、前述の通り、開口径・開口面積に依らず同等である。このため、デュアルダマシンエッチング時のビア下のキャップ絶縁膜の開口も開口径・開口面積に依らず同時となる。したがって、開口後の全てのビア下Ｃｕ配線表面において、プラズマに曝される時間が同じになる。このことから、オーバーエッチングの影響によるＣｕ表面の酸化や付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度も開口径・開口面積に依存せず、同等となる。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのビアで同等となり、ビア中へのＣｕ埋設後もウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。
【００８６】
スリットビア４０２を隣接する配線間で最端距離となるように設置することで、配線間の寄生容量を大きくすることができ、容量素子としてのバラツキを抑制することが可能となる。
ただし、上層Ｃｕ配線４０３については、図１２に示す構造に限定されるものではなく、スリットビア４０２よりも太い配線幅であっても良いし、同等の配線幅であっても良い。また、スリットビア４０２は開口径または形状の異なる複数のビアであっても良い。
【００８７】
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【００８８】
本実施の形態においては、縦横比が２未満のビアホールと縦横比が２以上のビアホールが混在しもよい。
【００８９】
本実施の形態においては、スリット型のビア構造と、円筒型のスルーホールビアとを混載することができる。スリット型のビア構造を用いることにより、接触面積を増加させて、抵抗を小さくできる。このため、本実施の形態においては、高速アナログ／オンチップインダクタ等の動作速度低下や特性劣化を回避することができる。
【００９０】
本実施の形態においては、開口径の異なるスリットビアパターンのパターン間差が無いように加工できることから、有機シリカ膜とキャップ絶縁膜との界面において、オーバーエッチングによるビア加工深さ調整を行わないトレンチファーストプロセスについても、本実施の形態のビアエッチングプロセスに使用することが出来る。本実施の形態においては、エッチング選択比が大きいプロセスを実現できるため、ビア加工のプロセスマージンを大きく取ることができる。さらに、選択性を利用し、ビア加工時のハードマスクには、キャップ絶縁膜を使用できる。このため、本実施の形態においては、取り扱いが難しいメタルハードマスク等を用いる従来のトレンチファーストプロセスよりも制御性良く加工を行うことも可能となる。
【００９１】
また、本実施の形態においては、エッチング選択比を向上させることができるので、ビアファースト・デュアルダマシン加工法を適用することができる。
ここで、スルーホールビアをトレンチ配線より先に形成する、いわゆるビアファースト・デュアルダマシン加工法では、銅配線上に形成されているキャップ絶縁膜上でエッチングをストップさせ、さらに、オーバーエッチングを行うことで、エッチング速度のパターン間差や面内バラツキ等を吸収している。さらに、このキャップ絶縁膜によって下層Ｃｕ配線が保護された状態であることにより、配線層間絶縁膜にトレンチ配線形成を行う次工程における、下層Ｃｕ配線層の酸化などの表面変質による接続歩留まり低下や信頼性劣化を防止している。そのため、ビアファースト・デュアルダマシン加工法は、ビア加工深さバラツキが小さく、ビア下の開口制御が容易であることから、ビア加工を途中で止めるトレンチファースト・デュアルダマシン加工法よりも加工制御性が高いプロセスとされている。
【００９２】
以下、本願明細書の用語について補足する。
絶縁膜とは、例えば配線材を絶縁分離する膜（層間絶縁膜）であり、低誘電率絶縁膜とは、半導体素子を接続する多層配線間の容量を低減するために使用される、シリコン酸化膜（比誘電率３．９〜４．５）よりも比誘電率の低い材料を指す。特に、多孔質絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜を多孔質化して、比誘電率を小さくした材料や、ＨＳＱ（ハイドロゲンシルセスキオキサン（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ））膜、もしくは有機シリカ膜、ＳｉＯＣ（例えば、Ｂｌａｃｋ ＤｉａｍｏｎｄＴＭ、ＣＯＲＡＬＴＭ、ＡｕｒｏｒａＴＭ）などを多孔質化して、比誘電率を小さくした材料などがある。これらの膜のさらなる低誘電率化が望まれているところである。
【００９３】
本実施の形態において、金属配線材とは、Ｃｕを主成分とする。金属配線材の信頼性を向上させるため、Ｃｕ以外の金属元素がＣｕからなる部材に含まれていても良く、Ｃｕ以外の金属元素がＣｕの上面や側面などに形成されていても良い。
【００９４】
ダマシン配線とは、あらかじめ形成された層間絶縁膜の溝に、金属配線材を埋め込み、溝内以外の余剰な金属を、例えばＣＭＰなどにより除去することで形成される埋め込み配線をさす。Ｃｕによりダマシン配線を形成する場合には、Ｃｕ配線の側面および外周をバリアメタルで覆い、Ｃｕ配線の上面を絶縁性バリア膜で覆う配線構造が一般に用いられる。
【００９５】
ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法とは、多層配線形成プロセス中に生じるウエハ表面の凹凸を、研磨液をウエハ表面に流しながら回転させた研磨パッドに接触させて研磨することによって平坦化する方法である。ダマシン法による配線形成においては、特に、配線溝あるいはビアホールに対し金属を埋設した後に、余剰の金属部分を除去し、平坦な配線表面を得るために用いる。
【００９６】
バリアメタルとは、配線を構成する金属元素が層間絶縁膜や下層へ拡散することを防止するために、配線の側面および底面を被覆する、バリア性を有する導電性膜を示す。例えば、配線がＣｕを主成分とする金属元素からなる場合には、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化タングステン（ＷＣＮ）のような高融点金属やその窒化物等、またはそれらの積層膜が使用される。
【００９７】
キャップ絶縁膜とはＣｕ配線の上面に形成され、Ｃｕの酸化や絶縁膜中へのＣｕの拡散を防ぐ機能、および加工時にエッチングストッパ層としての役割を有する。配線信号伝達遅延の改善には、より低誘電率な絶縁性バリア膜の導入が望まれているところである。キャップ絶縁膜は、バリア絶縁膜とも呼ばれる。
【００９８】
半導体基板とは、多層銅配線が構成された基板であり、特に単結晶シリコン基板上に作られたものだけでなく、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、液晶製造用基板などの基板も含む。
【００９９】
ハードマスクとは、層間絶縁膜の低誘電率化による強度低下により、直接ＣＭＰを行うのが困難な場合に、層間絶縁膜上に積層し、保護する役割の絶縁膜をさす。
【０１００】
パッシベーション膜とは、半導体素子の最上層に形成され、外部からの水分などから半導体素子を保護する役割を有する。一般的にプラズマＣＶＤ法で形成したシリコン酸窒素化膜（ＳｉＯＮ）や、ポリイミド膜などが用いられる。
【０１０１】
プラズマＣＶＤ法とは、例えば、気体状の原料を減圧下の反応室に連続的に供給し、プラズマエネルギーによって、分子を励起状態にし、気相反応、あるいは基板表面反応などによって基板上に連続膜を形成する手法である。
【０１０２】
ＰＶＤ法とは、通常のスパッタリング法のほか、埋め込み特性の向上や、膜質の向上や、膜厚のウエハ面内均一性を図る上では、例えばロングスロースパッタリング法やコリメートスパッタリング法、イオナイズドスパッタリング法、などの指向性の高いスパッタリング法を用いることもできる。合金をスパッタする場合には、あらかじめ金属ターゲット内に主成分以外の金属を固溶限以下で含有させることで、成膜された金属膜を合金膜とすることができる。本発明中では、主にダマシンＣｕ配線を形成する際のＣｕシード層やＣｕ合金シード層、及びバリアメタル層を形成する際に使用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 下層配線構造
１ａ 有機シリカ膜
１ｂ バリアメタル膜
１ｃ Ｃｕ膜
１ｄ キャップ絶縁膜
２ 有機シリカ膜
３ ハードマスク
４ レジスト
５ ビア
６ ビア
１０１ リザーバ
１０２ 原料圧送部
１０３ キャリアガス供給部
１０４ 液体マスフロー
１０５ ガスマスフロー
１０６ 気化器
１０７ リアクタ
１０８ 基板
１０９ ＲＦ電源
１１０ 排気ポンプ
２０１ 下層配線構造
２０１ａ 有機シリカ膜
２０１ｂ バリアメタル膜
２０１ｃ Ｃｕ膜
２０１ｄ キャップ絶縁膜
２０２ 有機シリカ膜
２０３ ハードマスク
２０４ レジスト
２０５ ビア
２０６ ビア
２０７ レジスト
２０８ 開口部
２０９ 開口部
２１０ バリアメタル膜
２１１ Ｃｕ膜
２１２ キャップ絶縁膜
２２０ 上層配線構造
３０１ 下層Ｃｕ配線
３０２ スリットビア
３０３ 上層Ｃｕ配線
４０１ 下層Ｃｕ配線
４０２ スリットビア
４０３ 上層Ｃｕ配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩの微細化にともない、配線層間絶縁膜としては、比誘電率が低い絶縁膜が主に用いられている。くわえて、低誘電率化を目的として、エッチングストッパであるキャップ絶縁膜が薄膜化してきている。これにより、ビア配線形成工程においてエッチングストップ性が低下してしまうことが顕在化してきている。さらに、ビア抵抗を低減するために開口径の大きい、スリットビアの導入が求められている。このため、今後のＬＳＩ配線においては、通常のビアとビアより大きいスリットビアとを同時に加工する技術の重要性が増してきている。
【０００３】
このような開口径の異なるスリットビアパターンを形成する技術については、例えば特許文献１に記載されている。同文献によれば、ＳｉＣＮのキャップ絶縁膜上に設けられたＳｉＣＯＨの層間絶縁膜において、開口径が大きいスリットビアパターン部におけるエッチストッパを、部分的に厚くすることが記載されている。これにより、エッチングストップ性を大きくして、ビア間の深さのバラツキを抑制することができると記載されている。また、特許文献１には、ガス種については記載されていない。
【０００４】
なお、特許文献２には、アスペクト比の異なるトレンチのエッチングレートを制御する技術が記載されている。すなわち、同文献によれば、ＳｉＣ等のキャップ絶縁膜上に設けられたＣＦ系の層間絶縁膜に対して、ＣＨ３Ｆガス等の水素含有ガスとＮ２ガスを併用して、トレンチを形成する。トレンチ形成工程では、アスペクト比の小さいビアホールにおいては、底部にデポが堆積し、一方、アスペクト比の高いビアポールにおいては、底部にデポが堆積しない。このため、アスペクト比の小さいビアホールにおいて、デポによりエッチレートを小さくすることができると記載されている。
【０００５】
一方、キャップ絶縁膜のエッチングストップ性を改善する技術としては、例えば特許文献３に記載されている。特許文献３においては、ＳｉＮのキャップ絶縁膜上に設けられた（ＨＯ）３ＳｉＣＨ３の層間絶縁膜に対して、ＣＦガス／Ｏ２ガス／Ａｒガスの混合ガスのうち、Ｏ２ガスをＮ２ガスに変えて、プラズマ処理を行っている。Ｎ２ガスは、ＣＦ系の堆積膜を化学的エッチングできないため、ＣＦ系の堆積膜が存在する層間絶縁膜のＣＨ３の引き抜き現象が生じないと記載されている。これにより、サブトレンチの発生を抑制しつつ、ＳｉＮに対する選択比を上げられるとされている。
【０００６】
また、非特許文献１には、高炭素含有有機シリカ膜を用いて、エッチングダメージを抑制することができると記載されている。非特許文献１に示すように、この高炭素含有有機シリカ膜の炭素含有量は、上記特許文献１に示すような一般に汎用されている多孔質ＳｉＯＣＨ膜の炭素含有量よりも高くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１８１２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５２７２号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７５９６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｕｅｋｉ、ＩＥＥＥ、ｐｐ６１９−６２２（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、キャップ絶縁膜が削られないようにするためには、ガス種として適切なものを選択する必要がある。くわえて、層間絶縁膜としては、低誘電率膜が求められており、各種の膜が存在する。このため、キャップ絶縁膜との選択比を考慮すると、層間絶縁膜の材料やその組み合わせを変える場合には、適用するガス種を変更する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
基板上に、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜を形成する工程と、
不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、前記有機シリカ膜に、異なる開口径を有する２以上の凹部を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、
上記半導体装置の製造方法で得られた半導体装置が提供される。
【００１２】
Ｎを含むガス中のＮは、励起されると、炭素と反応する。本発明においては、有機シリカ膜中の炭素含有量を多くし、一方、絶縁膜の炭素含有量を少なくしている。これにより、有機シリカ膜の炭素のエッチングレートを上げつつ、絶縁膜の炭素のエッチングレートを下げることができる。このように、Ｎを含むガスによるエッチング選択比を向上させることができる。そして、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキを抑制することができる。
【００１３】
本発明によれば、
基板と、
前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に複数の配線溝が設けられており、前記配線溝にそれぞれ埋め込まれた第１の金属膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられており、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられており、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜と、
前記有機シリカ膜に第１の凹部と前記第１の凹部より開口径が大きい第２の凹部が設けられており、前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれに埋め込まれた第２の金属膜と、を備え、
前記第２の金属膜と前記第１の金属膜とは電気的に接続しており、
前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれにおける前記第２の金属膜と前記第１の金属膜との間の前記第１の金属膜の表面において、透過型電子顕微鏡と電子エネルギ損失分光法とにより測定したとき、前記第１の金属膜を構成する金属の酸化物に相当するピークを有しないように構成されている、半導体装置が提供される。
【００１４】
本発明の半導体装置においては、有機シリカ膜中の炭素含有量が多く、一方、絶縁膜の炭素含有量が少ない構成となっている。このため、半導体装置の製造過程において、前述の通り、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキが抑制される。その結果、第１の凹部および第２の凹部における絶縁膜の残存膜厚のバラツキが抑制され、凹部を形成する際、第１の金属膜の表面を酸化から保護することができる。このため、第１の金属膜の表面において、第１の金属膜を構成する金属の酸化物が実質的に存在しないように構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ビア深さのバラツキを抑制することができ、信頼性に優れた半導体装置の構造およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エッチング選択比とＮ２／Ａｒ比との関係を示す図である。
【図２】エッチング速度とＣＦ４の流量との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施形態における成膜装置の概略を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態による効果を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態のラインとビアの断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【図１１】本発明の実施形態に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【図１２】本発明の実施形態に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【図１３】キャップ絶縁膜の残膜と歩留まりとの関係を示す図である。
【図１４】キャップ絶縁膜の残膜と信頼性との関係を示す図である。
【図１５】ビアホール下の銅配線の表面および内部における組成成分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
（半導体装置）
図９（ｃ）は、本実施の形態の半導体装置の模式的な断面図を示す。
本実施の形態の半導体装置は、基板（シリコン基板）と、下層配線構造２０１と、下層配線構造２０１中のＳｉおよびＣを含むキャップ絶縁膜２０１ｄ上に設けられており、キャップ絶縁膜２０１ｄと比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比（以下、Ｃ／Ｓｉと称する）が高い、有機シリカ膜２０２と、有機シリカ膜２０２内に第１の凹部（開口部２０８）および第２の凹部（開口部２０９）が設けられており、これらの開口部に埋め込まれた第２の金属膜（Ｃｕ膜２１１）とを備える。
開口部２０８と開口部２０９との開口径（または開口面積）は異なる。例えば、開口部２０８の開口径は、開口部２０９より大きい。そして、開口部２０８におけるＣｕ膜２１１およびＣｕ膜２０１ｃ（第１の金属膜）の界面組成と、開口部２０９におけるＣｕ膜２１１およびＣｕ膜２０１ｃの界面組成とについては、開口率に依存することなく均質である（だたし、Ｃｕ膜２１１の底部にバリアメタル膜２１０が形成されている場合には、バリアメタル膜２１０とＣｕ膜２０１ｃと界面組成が均質となるように構成させている）。このため、開口部２０８および開口部２０９のそれぞれにおけるＣｕ膜２１１とＣｕ膜２０１ｃとの間のＣｕ膜２０１ｃの表面において、Ｃｕ膜２０１ｃを構成する金属（Ｃｕ）の酸化物（ＣｕＯ）が実質的に存在しないように構成されている。
ここで、酸化物（ＣｕＯ）が実質的に存在しないとは、開口部２０８および開口部２０９のそれぞれにおけるＣｕ膜２１１とＣｕ膜２０１ｃとの間のＣｕ膜２０１ｃの表面において、透過型電子顕微鏡と電子エネルギ損失分光法とにより測定した（ＴＥＭ−ＥＥＬＳ）、Ｃｕ膜２０１ｃを構成する金属（Ｃｕ）のピークと比較して突出している、酸化物（ＣｕＯ）に相当するピークが存在しないことを意味する。
【００１９】
図９（ｃ）に示すように、本実施の形態の半導体装置は、不図示の半導体基板（シリコン基板）上に形成され、配線（銅配線）および絶縁層（層間絶縁膜）により構成された配線層が複数積層された多層配線層を有する。有機シリカ膜２０１ａおよび有機シリカ膜２０２（第１の層間絶縁膜および第２の層間絶縁膜）には、それぞれ複数の配線溝が形成されている。各配線溝に、Ｃｕ膜２０１ｃ、Ｃｕ膜２１１（第１の金属配線および第２の金属配線）が埋め込まれている。第１の金属配線（Ｃｕ膜２０１ｃ）と第２の金属配線（Ｃｕ膜２１１）とは電気的に接続されている。Ｃｕ膜２１１はデュアルダマシン構造を有してもよいが、シングルダマシン構造を有してもよい。また、上層配線構造２２０においては、ライン状のＣｕ膜２１１とビア状（柱状）のＣｕ膜２１１が形成されている。それぞれのＣｕ膜２１１の開口径（または開口面積）は異なる。そして、各配線溝内には、Ｃｕ膜２０１ｃ、Ｃｕ膜２１１を覆うようにバリアメタル膜２０１ｂ、バリアメタル膜２１０が形成されている。有機シリカ膜２０１ａと有機シリカ膜２０２との間には、キャップ絶縁膜２０１ｄが形成されている。一方、有機シリカ膜２０２上およびＣｕ膜２１１上には、キャップ絶縁膜２１２が形成されている。
【００２０】
本実施の形態の半導体装置においては、開口径（開口面積）の異なる複数のスリットビアパターンを有するＣｕ多層配線の一括形成に際して、十分な加工制御性を有する。この開口部における下層配線の界面組成については、開口率に依存することなく、均質となる。このため、本実施の形態の半導体装置においては、製造プロセスの影響によりデバイス性能を阻害されない多層銅配線が得られる。したがって、本実施の形態においては、信頼性に優れた半導体装置が得られる。
【００２１】
次に、本実施の形態の製造方法について説明する。
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、基板上に、ＳｉおよびＣを含むキャップ絶縁膜２０１ｄを形成する工程と、キャップ絶縁膜２０１ｄ上に、キャップ絶縁膜２０１ｄと比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜２０２を形成する工程と、不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、有機シリカ膜２０２に、異なる開口径を有する２以上の凹部（開口部２０８、開口部２０９）を形成する工程と、を含む。
【００２２】
本発明者は、有機シリカ膜の高い炭素含有量を利用し、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜の高選択性エッチングが可能であることを見出した、これにより、本実施の形態においては、加工制御性に優れた多層配線を実現することができる。
【００２３】
本実施の形態のビアの一括形成の一例として、不活性ガスとしてＡｒ、Ｎを含むガス（反応促進ガス）としてＮ２、フッ化炭素ガスとしてＣＦ４、および酸化剤ガスとしてＯ２を用いる。また、有機シリカ膜としてＳｉＯＣＨ膜、キャップ絶縁膜としてＳｉＣ膜を用い、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上とする。また、ビアとしては、ライン状のビアと、ライン状のビアより開口径が小さいビアホールを用いる。
【００２４】
図１は、キャップ絶縁膜に対する有機シリカ膜のエッチング選択比とＮ２／Ａｒ比との関係を示す。
図１に示すように、Ｎ２ガスの流量が増加すると、キャップ絶縁膜に対する有機シリカ膜のエッチング選択比（以下、エッチング選択比と略称する）が、増加する。また、不活性ガスを基準に換算すると、Ｎ２／Ａｒ比が増加すると、エッチング選択比も増加する。
この点について説明する。まず、Ｎ２ガス中のＮは、励起されると、有機シリカ膜中のＣと反応する。有機シリカ膜の炭素含有量を多くし、一方キャップ絶縁膜の炭素含有量を少なくする。これにより、有機シリカ膜のエッチレートが増加し、一方キャップ絶縁膜のエッチレートが低下する。このため、上記エッチング選択比が高くなる。
また、Ｎ２はイオン化しやすい元素であり、かつＡｒよりも原子番号が小さくイオンボンバードメントが小さいため、高イオン性エッチングに用いてもサブトレンチの形成が抑制できる。そのため、加工均一性の高いエッチングを実現することができる。
Ｎ２／Ａｒ比としては、特に限定されないが、１以上が好ましく、１．５以上がより好ましい。
以上により、Ｎ２ガスを用いると、キャップ絶縁膜よりも炭素含有量が高い有機シリカ膜において、エッチング選択比を向上させることができる。この点は、Ｎ２ガスに限らず、Ｎを含むガスについても言える。そして、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキを抑制することができる。
したがって、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）を１以上、より好ましくは２以上とすることにより、Ｎを含むガスによるエッチング選択比を向上させることができる。
【００２５】
また、図２は、エッチング速度とＣＦ４の流量との関係を示す。図２中の（ｉ）は、Ｏ２ガスの流量が１５ｓｃｃｍの条件の場合のエッチング速度を示し、一方、（ｉｉ）は、Ｏ２ガスの流量が１０ｓｃｃｍの条件の場合のエッチング速度を示す。
図２に示すように、Ｃ／Ｓｉ比が１以上の有機シリカ膜のエッチングにおいては、ＣＦ４の流量が所定値以上の場合、エッチング速度が飽和し、一定となる。また、Ｏ２ガスを基準に換算すると、ＣＦ４／Ｏ２比が、所定値以上の場合、エッチング速度は飽和し、一定となる。図２から、ＣＦ４／Ｏ２比が４以上のとき、エッチング速度は飽和し、一定となることが分かる。
したがって、このようなＣＦ４／Ｏ２比でエッチングを行うと、ビア間の開口径（または開口面積）に依存せずに、エッチング速度が一定となるため、開口径が異なるビア間において、ビア深さを同じにすることができる。
【００２６】
また、エッチング速度が一定となるＣＦ４／Ｏ２比（以下、飽和ＣＦ４／Ｏ２比と称する）は、Ｃ／Ｓｉ比で決定され、Ｃが多いほど飽和ＣＦ４／Ｏ２比は小さくなる。また、エッチング速度が一定となるＣＦ４流量（以下、飽和ＣＦ４流量と称する）は、Ｃ／Ｓｉ比で決定され、Ｃが多いほど飽和ＣＦ４流量は小さくなる。
本実施の形態においては、ＣＦ４／Ｏ２比は、１．０以上、５．０以下が好ましい。ＣＦ４／Ｏ２比を下限値以上とすることにより、エッチング速度のバラツキを抑制することができ、一方、上限値以下とすることにより、エッチング選択性が向上し、加工制御性に優れる。
したがって、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上、より好ましくは２以上とすることにより、フッ化炭素ガスによるエッチング選択比を向上させることができる。
【００２７】
また、高炭素含有有機シリカ膜は、キャップ絶縁膜（エッチストッパ）よりもＣ／Ｓｉ比が高いため、ＣＦ４／Ｏ２比が低い側でエッチストップ性が最大となる。
この点について補足する。ＣＦ４流量が小さくなると、Ｓｉエッチレートが小さくなる。本実施の形態においては、Ｓｉ含有量においては、有機シリカ膜では小さく、キャップ絶縁膜では大きい。このため、キャップ絶縁膜のエッチレートが小さくなる。これにより、エッチング選択比を向上させることができる。
【００２８】
また、Ｓｉの除去は、ＣＦｘラジカルが支配的であることが、パターン間差が生まれる主たる要因である。しかしながら、本実施の形態においては、ＣＦ４（ＣＦｘラジカル）の流量を、飽和ＣＦ４／Ｏ２比の飽和ＣＦ４流量よりも大きくする場合には、エッチング速度が一定となるため、開口径によりＣＦｘラジカル供給量が変化してもエッチング速度は変化しない。つまり、開口径の異なるビア間のエッチング速度を同じにすることができる。このため、エッチング速度のパターン間差を解消することが可能となる。
【００２９】
また、ＣＦ４流量が、飽和ＣＦ４／Ｏ２比の飽和ＣＦ４流量よりも大きい場合には、ビア加工において、開口径・開口面積に依らず、同時にスリットビアが開口される。このため、キャップ開口後、スリットビア部におけるＣｕ配線へのオーバーエッチング量は同等となる。そして、オーバーエッチングの影響によるＣｕ表面の酸化や付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度についても、開口径・開口面積に依存せずに、同等とすることができる。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのスリットビアで同等であり、ウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。本実施の形態においては、ビア／Ｃｕ配線界面の組成や形状が均質に制御できるので、ビア抵抗のバラツキを小さくすることが可能であり、ビア信頼性も向上する。
【００３０】
また、高イオン性エッチングでは、イオンボンバードメントにより結合が破壊され、エッチングが促進される。しかし、Ｃ／Ｓｉ比が１よりも大きい高炭素含有有機シリカ膜はキャップ絶縁膜と同様に比較的結合の弱いＣＨ−＊（＊はＳｉやＣ）で形成されており、強固なＳｉ−Ｏ結合が少ないため、高Ａｒ流量ではむしろエッチング速度が低下する。つまり、高炭素含有有機シリカ膜のエッチングでは、高Ａｒ流量エッチングでもサブトレンチ形状となりにくい。また、Ａｒに代わるガスとして、Ｎ２を使用しても、Ｎイオンの供給量に依らず、飽和ＣＦ４／Ｏ２比によりエッチング速度は一定であるため、同様にサブトレンチ形状とはなりにくい。そのため、高炭素含有有機シリカ膜のエッチングにおいて、高Ａｒ流量かつ高Ｎ２流量による高イオン性エッチングが可能となる。特にＮ２／Ａｒ比が１以上のとき、高炭素含有有機シリカ膜／キャップ絶縁膜の加工選択性が向上する。
【００３１】
また、Ｎ２／Ａｒ比が１以上、且つＣＦ４／Ｏ２比が５以下の混合ガスを用いることで、開口径の異なるスリットビアパターンのパターン間差を抑制しつつ、キャップ絶縁膜のエッチングストップ性を実現することが可能となる。このように、本発明者は、高炭素含有有機シリカ膜はイオンボンバードメントによるエッチングレート向上効果が小さいという物性を利用したエッチングにおいて、一定以上のＣＦ４／Ｏ２比により、異なる開口径を有するビア間における有機シリカ膜のエッチングレートを一定に出来るということを見出した。
これにより、開口径が異なるビア間において、ビア深さのバラツキを抑制することができる。また、ビア直下のエッチング絶縁膜の残膜をビア間で同等にできるので、それぞれの開口部における下層配線の界面組成については、開口率に依存することなく、均質とすることができる。
【００３２】
以下、本実施の形態に係る各ガスの成分や有機シリカ膜の材料等について詳述する。
【００３３】
Ｎを含むガスとしては、窒素ガス、アンモニアガス、第１級アミンガス、第２級アミンガス、第３級アミンガス、または第４級アンモニウム等を用いることができる（ただし、酸化剤ガスを除く）。これらのガスは、プラズマ中で励起されると、有機シリカ膜中のＣと反応する反応促進ガスである。
【００３４】
不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等のガスを用いることができる（ただし、窒素を含むガスを除く）。
【００３５】
フッ化炭素ガスとしては、ＣｘＨｙＦｚで表されるガスを用いることができる（ｘとｚは、それぞれ同一または異なる自然数、ｙが０または自然数）。具体的には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，Ｃ２Ｈ４Ｆ２，Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ４Ｆ４，Ｃ３Ｈ６Ｆ２、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３Ｈ３Ｆ３，Ｃ３Ｈ４Ｆ２またはＣ３Ｈ５Ｆ等が挙げられる。
【００３６】
酸化剤ガスとしては、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３，ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４またはＮ２Ｏ５ガスを用いることができる。
【００３７】
キャップ絶縁膜としては、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコンカーバイト（ＳｉＣＮ）のいずれか、またはこれらの積層膜である。また、キャップ絶縁膜としては、不飽和炭化水素とアモルファスカーボンと酸素を含む酸素含有シリコンカーバイト（ＳｉＣＯＮ）、もしくはＳｉＣＮ、ＳｉＣと該酸素含有シリコンカーバイト膜との積層膜である。また、キャップ絶縁膜のＣ／Ｓｉ比は、１．０〜１．５であることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態に係る有機シリカ膜は、多孔質ＳｉＯＣＨ膜である。この多孔質ＳｉＯＣＨ膜は、環状有機シロキサンを含む。
環状有機シロキサンは、環状シロキサン構造と、その側鎖に炭化水素基を有する。
環状シロキサンは、Ｓｉ−Ｏ（シロキサン結合）を１ユニットとして数えた場合に、複数のユニットからなる環状構造を有する。この環状シロキサンは、同数のシリコン（Ｓｉ）原子と酸素（Ｏ）原子が交互に連なった環状構造を有する。環状構造としては、例えば、３員環、４員環、５員環が挙げられる。環状構造としては、プロセス安定性の観点から、空孔径が小さい３員環が好ましい。
【００３９】
また、多孔質ＳｉＯＣＨ膜は、個々の空孔が接続されていない独立空孔で構成されている。ここで、多孔質ＳｉＯＣＨ膜の空孔の形成メカニズムを説明する。多孔質ＳｉＯＣＨ膜の膜中の空孔の起源は、環状シロキサン骨格にある。このため、多孔質ＳｉＯＣＨ膜は、個々の空孔が接続されていない独立空孔によって多孔質化されている。言い換えると、本実施の形態では、ポロジェンを脱離させて多孔質化するプロセスが不要となる。したがって、本実施の形態に係る多孔質ＳｉＯＣＨ膜には、脱離に起因する連続空孔が形成されない。
【００４０】
有機シリカ膜は、下記式（１）で表される構造を有する環状有機シロキサン化合物を用いて得られる。例えば、有機シリカ膜は、プラズマ重合法により得られる。これにより、空孔径が小さい多孔質ＳｉＯＣＨ膜が形成される。
【００４１】
【化１】
【００４２】
式（１）中、Ｒ１およびＲ２は、同一または相異なり、それぞれ炭化水素基を表す。炭化水素基としては、直鎖もしくは分枝のアルキル基、環状のアルキル基、アルケニル基等が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、１〜８の炭素数を有するアルキル基である。アルキル基の一例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。
アルケニル基としては、例えば、１〜８の炭素数を有するアルケニル基である。アルケニル基の一例としては、ビニル基、アリル基等である。
【００４３】
環状有機シロキサン構造を有する化合物が、Ｒ１が不飽和炭化水素基であり、Ｒ２が飽和炭化水素基であってもよい。この場合、Ｒ１の不飽和炭化水素基のプラズマ重合反応により環状シロキサンを結合させた低誘電率絶縁膜を成長できる。具体的には、Ｒ１がビニル基であり、Ｒ２が立体障害の大きな分岐構造を有する飽和炭化水素基であり、例えばイソプロピル基（下記式（３）で表される環状有機シロキサン構造）を有する化合物であってもよい。側鎖Ｒ２の立体障害が大きいことにより膜密度を減らし、比誘電率を低減させることができるので望ましい。なお、立体障害の大きな分岐構造を有する飽和炭化水素（Ｒ２）としては、イソブチル、ターシャリーブチル等でもよいことは自明である。
【００４４】
特に環状シロキサン構造を持つ環状有機シリカ化合物は、少なくとも炭素数３個以上を有する炭化水素基と不飽和炭化水素基の双方を含むことが好ましい。このようにシロキサン構造が不飽和炭化水素基と炭素原子数が３以上の炭化水素基の双方を含むことで、不飽和炭化水素基の強い結合エネルギーにより脱炭素速度を低下させ、かつ、炭素数の多い炭化水素基によって炭化水素成分を多く保ち、炭素組成に富んだ有機シリカ膜とすることができる。
【００４５】
また、有機シリカ膜は、下記式（２）または（３）に示す環状有機シロキサン構造を有する化合物を材料に用いて、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。このとき、有機シリカ膜は、平均空孔径が１ｎｍ未満、例えば、０．３〜０．７ｎｍである小さい空孔構造を有することができる。
平均空孔径は、小角エックス線散乱法や陽電子消滅法、高分解能の電子顕微鏡観察等により測定することができる。
【００４６】
【化２】
【００４７】
【化３】
【００４８】
有機シリカ膜の誘電率は、特に限定されないが、例えば２．７以下であり、より好ましくは２．６以下とすることができ、一方、２．０以上であり、２．２以上とすることができる。
【００４９】
また、有機シリカ膜におけるＣ／Ｓｉ比率は、例えば、１以上であり、よりこのましくは２以上とすることができ、一方、２０以下、５以下とすることができる。また、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）は、１より大きく、２以上であることが好ましい。
このＣ／Ｓｉ比率を上記範囲内とすることにより、エッチング選択比の向上とプロセス安定性の両立を実現できる。とくに、Ｃ／Ｓｉ比率が２以上のＣ含有量の多い有機シリカ膜を用いると、エッチング生成物であるＣｘＦｙ膜を形成しやすく、飽和ＣＦ４／Ｏ２比を利用したエッチングレートのコントロールが容易となる。また、Ｓｉを主とするキャップ絶縁膜との組成の相違を大きくすることにより、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜のエッチング選択性が向上して、加工選択性が向上する。
【００５０】
次に、本実施の形態の第１例について説明する。
図３は、本実施形態の第１例に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。図４は、本実施形態における成膜装置の概略を示す。図５は、本実施の形態による効果を説明する図である。図６は、本実施の形態のラインとビアの断面図である。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、予め下層配線構造１が形成された半導体基板上に、上層配線用の有機シリカ膜２、ハードマスク３（ＳｉＯ２）を順次形成する。ここで、下層配線構造１は、有機シリカ膜１ａ、バリアメタル膜１ｂ、Ｃｕ膜１ｃおよびキャップ絶縁膜１ｄで構成される。
有機シリカ膜２の成膜方法については、プラズマ重合法を用いる。また、ハードマスク３の形成にＣＶＤ法を用いても良いが、有機シリカ膜２の形成にもＣＶＤ法を用いても良い。このとき、ハードマスク３は、有機シリカ膜２と組成が異なる本実施の形態に係る有機シリカ膜２を用いた積層構造を有してもよい。ハードマスク３上にはレジストマスク４を形成し、これを用いて開口径の異なるライン状のビア５と柱状のビア６とをドライエッチングにより形成する（図１（ｂ））。ビアの形成においては、開口径が異なっていても同等のエッチング速度で、ビアホールをキャップ絶縁膜１ｄまでエッチングできる。このため、キャップ絶縁膜へのオーバーエッチング量は、開口径・開口面積に依らず同等である。このとき、キャップ絶縁膜の残膜厚も開口径・開口面積に依らず同等である。
【００５２】
ここで、有機シリカ膜を成膜する方法について詳述する。
本実施の形態に係る有機シリカ膜の一例としては、組成比がＳｉ：Ｏ：Ｃ＝１：０．９：２．７の多孔質ＳｉＯＣＨ膜を用いることができる。この多孔質ＳｉＯＣＨ膜の空孔は、独立空孔であり径が０．８ｎｍ以下とすることができる。
図４は、有機シリカ膜の成膜装置の模式図を示す。本実施の形態に係る成膜装置は、リザーバ１０１、原料圧送部１０２、キャリアガス供給部１０３、液体マスフロー１０４、ガスマスフロー１０５、気化器１０６、リアクタ１０７、ＲＦ電源１０９、排気ポンプ１１０を備える。
【００５３】
以下、成膜装置の各構成について説明する。
リザーバ１０１は、モノマー原料を保管・貯蔵する容器である。原料圧送部１０２は、リザーバ１０１内の原料を圧送するガスを供給する。圧送ガスには、Ｈｅが使われる。キャリアガス供給部１０３は、モノマー原料を輸送するためのＨｅを供給する。液体マスフロー１０４は、供給する原料流量を制御する。ガスマスフロー１０５は、キャリアガスであるＨｅ流量を制御する。気化器１０６は、モノマー原料を気化する。気化温度は、原料の沸点や蒸気圧、重合開始温度から決めることが好ましく、一般には５０℃〜２００℃であり、７５℃〜１５０℃であることが適切である。気化温度が５０℃以下と低温の場合、気化が不安定になる場合がある。一方、２００℃以上の高温の場合、原料分子の一部が気化前に熱分解あるいは熱重合してしまう場合もある。リアクタ１０７は、気体となった原料をプラズマ重合により成膜を行う成膜室である。
【００５４】
ＲＦ電源１０９は、高周波電力を供給する。これにより、気体となったモノマー原料やキャリアガスがプラズマ化される。リアクタ１０７内に載置される基板１０８上に、化学気相成長により有機シリカ膜が成膜される。排気ポンプ１１０は、リアクタ１０７に導入された原料ガスとキャリアガスを排気する。また、リアクタ１０７には原料とは異なる系統（図示せず）で、励起ガスや酸化性ガスを導入することもできる。励起ガスには、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガスが用いられるのが一般的であり、好ましくはキャリアガスと同一のガスを選択することが好ましい。また、酸化性ガスには酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（Ｎ２Ｏ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）などを用いることができる。
【００５５】
続いて、本実施の形態に係る成膜装置を用いて、有機シリカ膜を成膜する工程について説明する。ここで、上記一般式（１）に示す環状有機シリカ構造を有する原料を使い成膜を行う。
まず、原料圧送部１０２が供給するＨｅガスにより、リザーバ１０１から原料が送り出される。液体マスフロー１０４により、原料流量は制御される。一方、キャリアガス供給部１０３からはＨｅガスが供給される。Ｈｅガス流量は、ガスマスフロー１０５によって制御される。原料とキャリガスであるＨｅガスは、気化器１０６の直前で混合され、気化器１０６内に導入される。気化器１０６内には加熱されたヒータブロック（図示せず）が配置されている。気化器１０６内で、液体モノマー原料は気化され、気化物はキャリアガスと共にリアクタ１０７に導入される。リアクタ１０７内では、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波により、気化したモノマー原料とキャリアガスがプラズマ化し、基板１０８上に有機シリカ膜が成膜される。
【００５６】
リアクタ１０７に導入する原料モノマー流量は、０．１ｇ／ｍｉｎ以上１０ｇ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２ｇ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。キャリアガスであるＨｅ流量は、５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましい。リアクタ１０７内の圧力は、１３３〜１３３３Ｐａであることが好ましい。ＲＦ電源１０９の出力は３００ｍｍウエハに対して２０００Ｗ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１０００Ｗ以下であることが好ましい。
【００５７】
図５は、第１例で示した開口径の異なるビアを同等のレートでドライエッチングする場合のエッチングレートを示している。図５中において、（ｉ）は、有機シリカ膜を示し、（ｉｉ）は、キャップ絶縁膜を示す。ＣＦ４が２０〜５０ｓｃｃｍの部分で高炭素含有有機シリカ膜のエッチング速度が一定であることが分かる。つまり、パターンによってプラズマからのＣＦ４の供給量が２倍以上異なっても、加工レートは同等となる。このときのＣＦ４流量以外のエッチング条件としては、例えば、Ａｒ：６００ｓｃｃｍ、Ｎ２：２００ｓｃｃｍ、Ｏ２：１０ｓｃｃｍ、圧力：３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１２００Ｗである。このとき、Ｎ２／Ａｒ比は３．０、飽和ＣＦ４／Ｏ２比は１．５以上である。そして、ＣＦ４／Ｏ２が５．０以下の場合に選択性が大きくなる。Ｎ２に代えて、アンモニアガスやメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンのようなアミン系ガスでも、Ｎ２と同様の効果が得られる。
【００５８】
図６は、第１例で示した開口径のことなるビアを同時にドライエッチングした場合の断面を示している。図６（ａ）は、ライン状のビア６を示し、図６（ｂ）は、柱状のビア５を示す。ＣＦ４／Ｏ２比が２．５の条件で実際にドライエッチングを行なった場合、開口径の異なるスリット（ライン）パターンとビアパターンでも、ビア深さが同じであることが分かる。すなわち、開口径の異なるスリット間で、エッチングレートが同じであることが分かる。
【００５９】
その後、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜選択比の高さを利用し、オーバーエッチングを行う。（図３（ｃ））このときエッチング条件は、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００〜８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１５００Ｗ、時間：１０〜６０秒に設定することが好ましい。
このとき、不活性ガスは、Ａｒに代えて、Ｈｅ等の希ガスであっても良い。
反応促進ガスは、Ｎ２に代えて、アンモニアガスやメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンのようなアミン系ガスでも良く、炭酸アンモニウムのような第４級アンモニウムであっても良く、これらの複合ガスであっても良い。
また、フッ化炭素ガスは、ＣＦ４に代えて、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，Ｃ２Ｈ４Ｆ２，Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ４Ｆ４，Ｃ３Ｈ６Ｆ２、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３Ｈ３Ｆ３，Ｃ３Ｈ４Ｆ２またはＣ３Ｈ５Ｆ等、またはこれらの複合ガスであっても良い。また、酸化剤ガスは、Ｏ２に代えて、ＣＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３，ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４またはＮ２Ｏ５の内どれかのガスあっても良く、これらの複合ガスであっても良い。
【００６０】
ビアエッチング後、デュアルダマシンエッチング、薬液処理、メタライズ工程、ＣＭＰ処理を行い、開口径の異なるビア配線を有する配線構造を形成する。このとき、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜厚は、開口径・開口面積に依らず同等である。このため、デュアルダマシンエッチング時のビア下のキャップ絶縁膜の開口も、開口径・開口面積に依らず同時となる。デュアルダマシンエッチングには、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：５０〜４００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜５０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：２００〜１０００Ｗ、時間：１０〜６０秒となるエッチング条件を用いることが好ましい。
【００６１】
また、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄの残膜によるＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）の保護により、キャップ絶縁膜１ｄの開口部分のＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）を制御性良く管理することができる。例えば、ビア加工後のレジスト剥離にＯ２やＣＯ２を使用したアッシング処理が行われ、またキャップ絶縁膜１ｄには炭素が含まれるため、デュアルダマシンエッチングにＯ２を用いることから、キャップ絶縁膜１ｄの開口部分のＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）は酸化されやすくなっている。図１３は、ビアファーストデュアルダマシンプロセスにおける、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄとビア歩留りの関係を示す。図１３に示すように、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜が１０ｎｍ未満の領域ではビア歩留りが劣化することが分かる。また、図１４に示すようにＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）信頼性試験においても、キャップ絶縁膜残膜依存性が見られる。図１４に示すように、残膜が１５ｎｍ（丸形）、５ｎｍ（ひし形）、０ｎｍ（三角形）のように、残膜が薄いほど、ＥＭ寿命は劣化することが分かる。このように、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜の不足はビア信頼性に大きく影響する。しかしながら、本第１例では、前述の通り、ビア深さのバラツキを容易に低減できるため、ビアの開口径・開口面積に依らず残膜１０ｎｍ以上の確保は容易となる。このため、本第１例においては、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄの残膜は同等であり、酸化等からＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）を保護することが可能となる。また、残膜が同等であることから、デュアルダマシンエッチング時のキャップ開口も同時であるため、開口後のＣｕ配線へのオーバーエッチング量、例えばキャップ絶縁膜残膜厚１５ｎｍに対して１５ｎｍ（１００％＝２０秒）のオーバーエッチングは開口径・開口面積に依らず全てのビアで同等となる。つまり、全てのビア下Ｃｕ配線（Ｃｕ膜１ｃ）の表面において、プラズマに曝される時間が２０秒で同じであることから、オーバーエッチングの影響によるＣｕ膜１ｃの表面の酸化や、さらには付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度も開口径・開口面積に依存せず、これらのバラツキが抑制される。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのビア間（ビア５やビア６等）で同等となる。
以上により、ビア部へのＣｕ埋設後において、ウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。ここで、界面組成とは、例えばＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）の表面付近の酸素の含有量などを指す。本第１例のおいては、ビアホール（ビア５）とスリットビアパターン（ビア６）とのビア／Ｃｕ配線界面の組成分析を行っても、検出される状態は同等となる。
【００６２】
反対に、キャップ絶縁膜でのストップ性が不足した場合、例えばビアホール形成中にキャップ絶縁膜が除去されると、ビアホール下のＣｕ表面が酸化することがある（図１５（ａ））。その結果、図１５（ｂ）に示すようにＴＥＭ−ＥＥＬＳによりビアホール下の部分のみＣｕＯ（ＣｕＯに相当するピーク：９３０〜９４０（ｅＶ））が検出されることとなる。Ａ点においては、このＣｕＯに相当するピークは、Ｃｕに相当するピークに対して突出しているため、ＣｕＯが存在することが分かる。一方、Ｂ点（参照）においては、Ｃｕに相当するピークに対して突出している、ＣｕＯに相当するピークがないため、ＣｕＯが存在しないことが分かる。
これに対して、本第１例では、ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜を制御できる。本第１例においては、ビア加工後のキャップ絶縁膜１ｄの残膜は同程度であり、酸化等からＣｕ（Ｃｕ膜１ｃ）を保護することが可能となる。このため、本第１例においては、開口径の異なるビア間のＣｕ配線の表面全体については、ＴＥＭ−ＥＥＬＳにより測定されるＣｕに相当するピークに対して突出する、ＣｕＯに相当するピークが存在しないように構成されている。すなわち、開口径の異なるビア間のＣｕ配線の表面全体においては、酸化を防止されており、ＣｕＯが実質的に存在しない構成となっている。このため、ビア／Ｃｕ配線界面の組成や形状がウエハ面内で均質に制御でき、ビア抵抗のバラツキを小さくすることが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００６３】
ここで、第１例の効果の説明についてまとめる。
本実施の形態においては、キャップ絶縁膜に対する、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上とすることにより、Ｎを含むガスによるエッチング選択比を向上させることができる。そして、エッチング選択比を向上させることにより、開口径が異なるビア間の深さのバラツキを抑制することができる。
【００６４】
本実施の形態においては、また、有機シリカ膜の（Ｃ／Ｓｉ）が１以上とすることにより、フッ化炭素ガスによるエッチング選択比を向上させることができる。とくに、飽和ＣＦ４／Ｏ２比でエッチングを行うと、ビア間の開口径（または開口面積）に依存せずに、エッチング速度が一定となるため、開口径が異なるビア間において、ビア深さを同じにすることができる。すなわち、Ｎ２／Ａｒ比が１以上、且つＣＦ４／Ｏ２比が５以下の混合ガスを用いることで、開口径の異なるスリットビアパターンのパターン間差を削減しつつ、キャップ絶縁膜でのエッチングストップ性を実現することが可能となる。この際、不活性ガスと反応促進ガスとフッ化炭素ガスと酸化剤ガスを含む混合ガスを用いることにより、開口面積の異なる複数のビアホールを一括して形成することが可能となる。
【００６５】
一般的にパターン間差の抑制には、高Ａｒ流量化による高イオン性エッチングが有効である。高イオン性エッチングであれば、バイアス電圧の印加によりエッチャントをエッチング面に引き込めるためである。しかし、炭素濃度の低い多孔質有機シリカ膜のエッチングでは、イオンボンバードメントによるエッチングレート向上効果が大きくなりすぎ、多量のＡｒイオンを含む高イオン性エッチングではサブトレンチ形状となる懸念がある。
これに対して、本実施の形態においては、炭素に富んだ有機シリカ膜（例えば、（Ｃ／Ｓｉ）が２以上）を用いることにより、プロセスダメージ抑制することができる。高Ａｒ流量化による高イオン性エッチングを用いつつも、上記懸念を回避することができる。
【００６６】
低炭素多孔質有機シリカ膜（（Ｃ／Ｓｉ）＜１）に対しＯ２を用いたエッチングを行うと、エッチング中に膜中の炭素が引き抜かれ、ビア側壁などの部分がＳｉＯ２に近い膜となり、誘電率が上昇してしまうことがある。特に、スリット形状のビアパターンでは、通常のビアパターンに比較して、ビア側壁の面積が大きいため、誘電率の増加の影響が大きくなり、デバイス性能を低下させてしまうことがある。
これに対して、本実施の形態においては、炭素に富んだ有機シリカ膜（例えば、（Ｃ／Ｓｉ）が１以上）を用いることにより、このような弊害を回避することができる。
【００６７】
また、前述の通り、本実施の形態においては、キャップ絶縁膜に対する層間絶縁膜のエッチング選択比を充分得られる。このため、キャップ絶縁膜を厚膜化することにより、エッチングストップ性は向上させることが不要となる。これにより、実効誘電率を下げることができ、ＬＳＩの高性能化・低消費電力化を実現することができる。
【００６８】
次に、本実施の形態の第２例について説明する。
図７〜図９は、本実施形態の第２例に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。図１０は、本実施形態の第２例に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
【００６９】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板（不図示）上に下層配線構造２０１をシングルダマシン法によって形成する。この下層配線構造２０１は、有機シリカ膜２０１ａ、バリアメタル２０１膜ｂ、Ｃｕ膜２０１ｃ、キャップ絶縁膜２０１ｄで構成される。
【００７０】
続いて、図７（ｂ）に示すように、下層配線構造２０１上に有機シリカ膜２０２を形成する。この有機シリカ膜２０２は、上記式３に示す環状有機シリカ構造化合物を用いて、プラズマ重合法により成膜する。有機シリカ膜２０２としては、例えば、厚さ２３０ｎｍで比誘電率が２．５とする。有機シリカ膜２０２としては、例えば、組成比がＳｉ：Ｏ：Ｃ＝１：０．９：２．７で膜中に空孔をもつ多孔質有機シリカ膜であって、空孔が独立空孔であり、空孔径が０．８ｎｍ以下とする。その後、例えば、処理時間１５〜３０秒のＨｅプラズマ処理を行い、同一チャンバーにて、ＳｉＨ４をソースガスに用いたプラズマＣＶＤ法により、ハードマスク２０３を成膜する。このハードマスク２０３は、厚さ８０ｎｍのＳｉＯ２膜とする。ハードマスク２０３のＳｉＯ２膜としては、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）をソースガスに用いたＳｉＯ２膜を用いてもよい。また、Ｈｅプラズマ処理による表面改質層の形成と、ハードマスク２０３の成膜とは別チャンバーで行ってもよい。その後、リソグラフィーにより、レジスト２０４にスリットビアパターンを形成する。このとき、最も開口径の小さいスリットビアパターンは、ビアホールとなる。
【００７１】
続いて、図７（ｃ）に示すように、高均一性／高選択性エッチング条件にて開口径の異なる複数の凹部（ビア２０５、ビア２０６）を形成する。すなわち、開口径の大きいスリット状のビア２０５、開口径の小さいビア２０６を、ドライエッチングにより同時に形成する。そして、各ビアの底部がキャップ絶縁膜２０１ｄに達するまでエッチングを行う（図８（ａ））。ビア２０５およびビア２０６は孤立の疎パターンになってもよいが、それぞれ複数のビアが密集した密ビアパターン郡であってもよい。このときエッチング条件は、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００〜８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１５００Ｗ、時間：１０〜６０秒に設定することが好ましい。また、キャップ絶縁膜２０１ｄの材料は、前述の材料を用い、Ｃ／Ｓｉ比が１．０〜１．５であることが好ましい。
ビア２０５およびビア２０６の形成に際しては、第１例で示したビア５およびビア６と同様の手法により形成してもよい。
【００７２】
続いて、リソグラフィーとドライエッチングによって、レジスト２０７を用いて、有機シリカ膜２０２中に配線溝（開口部２０８、開口部２０９）を形成する（図８（ｂ）、図８（ｃ））。これらの配線溝を形成するとき、同時にキャップ絶縁膜２０１ｄを開口し、下層配線構造２０１のＣｕ配線２０１ｃを露出させる。配線溝のドライエッチングの条件としては、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：５０〜４００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜５０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：２００〜１０００Ｗ、時間：１０〜６０秒となるエッチング条件を用いることが好ましい。キャップ絶縁膜２０１ｄの残膜は、ビアの開口径に依らず同等であるため、キャップ絶縁膜２０１ｄの開口径の大きい開口部２０８と開口径の小さい開口部２０９とは同時に開口される。このとき、開口部２０８、開口部２０９は孤立の疎ビアパターンであっても、密集した密ビアパターン郡であってもよい。
【００７３】
次に、薬液処理にて開口部２０８および開口部２０９のＣｕ配線表面のＣｕ酸化物やエッチング生成物などを清浄にする。このとき、薬液はフッ素を含むことが望ましい。フッ素を含有する薬液は、Ｃｕ酸化物除去や、エッチング生成物除去に効果が高いためである。前述の通り、開口径・開口面積に依らず、キャップ絶縁膜２０１ｄが同時に開口されることから、全てのＣｕ配線表面において、プラズマに曝される時間が同じとなる。このため、オーバーエッチングの影響によるＣｕ表面の酸化や付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度も、開口径・開口面積に依存せず、同等となる。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのビアで同等となり、ウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。開口部におけるＣｕ配線の表面組成や表面形状がウエハ面内で均質に制御できれば、ビア抵抗のバラツキを小さくすることができる。
【００７４】
図９（ａ）に示すように、薬液処理後、基板表面全面にイオン化スパッタ法によって、ＴａＮ膜とＴａ膜のバリアメタル膜２１０、およびＣｕ薄膜を形成する。そして、このＣｕ薄膜を電極として電界めっき法によってＣｕまたはＣｕ合金等のＣｕ膜２１１を形成する。
【００７５】
その後、図９（ｂ）に示すように、Ｃｕ粒成長のために窒素雰囲気中で３５０℃、２分間の熱処理をした後、余剰なＣｕをＣＭＰにより除去する。そして、スラリー、研磨ヘッドを変えて、余剰なＴａ、ＴａＮ及び、ハードマスク２０３をＣＭＰにて除去する。有機シリカ膜２０２の表面を露出させて、ＣＭＰを完了する。その後、図９（ｃ）に示すように、Ｃｕ膜２１１および有機シリカ膜２０２の全面にキャップ絶縁膜２１２としてＳｉＣＮ膜を形成する。
以上のようにして、図１０に示すような本実施の形態の半導体装置が得られる。
【００７６】
従来の方法では、有機シリカ／キャップ絶縁膜選択比が小さく、パターン間差が大きいビア加工プロセスとなる。その結果、２層配線を形成後において、ビア／下層Ｃｕ配線界面の組成は、ビアの開口径・開口面積に依存し、開口径が大きいほど酸素等のＣｕ配線中不純物の検出量が大きくなってしまうことがあった。
これに対して、本実施例ではウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となっている。このため、開口径・開口面積に依らず、Ｃｕ配線中不純物の検出量は同等となる。これらのビア／下層Ｃｕ配線界面の組成は、ＴＥＭ−ＥＥＬＳ等の物理分析手法により検出できる。
【００７７】
本実施の形態においては、有機シリカ膜としてはＣ／Ｓｉ原子組成比が２以上とＣ含有量が多いものが望ましい。Ｃ含有量の多い膜はエッチング生成物であるＣｘＦｙ膜を形成しやすい。これにより、飽和ＣＦ４／Ｏ２比を利用したエッチングレートのコントロールが容易となる。また、Ｓｉを主とするキャップ絶縁膜との組成の相違が大きくなり、有機シリカ膜／キャップ絶縁膜のエッチング選択性が向上する。このため、加工選択性が向上する。
第２例においても、第１例と同様の効果が得られる。
【００７８】
次に、本実施の形態の第３例について説明する。
図１１は、本実施形態の第３例に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
第３例の半導体装置においては、アナログ／ＲＦ等の信号処理を行う。この場合には、インダクタとしてＣｕ配線を渦形状に形成することができる。
【００７９】
本実施例の半導体装置においては、基板（不図示）上に、ダマシン法によって形成した下層Ｃｕ配線３０１と、Ｃｕ配線上に形成されたシリコンカーバイトを主成分とするキャップ絶縁膜（不図示）と、その上に少なくともキャップ絶縁膜よりも大きい（Ｃ／Ｓｉ）を有する有機シリカ膜と、この有機シリカ膜中に形成された上層Ｃｕ配線３０３とを備える。上層Ｃｕ配線３０３は、スリットビア３０２を介して下層Ｃｕ配線３０１と接続する。抵抗の低いスリットビアを介して、上下配線を接続する。これにより、２層分のＣｕ配線を１本のインダクタとして使用することができる。したがって、第３例によれば、インダクタ素子としての回路機能を十分に発揮させることができる。
【００８０】
下層Ｃｕ配線３０１上に形成された有機シリカ膜とハードマスクの積層構造を形成（不図示）し、第２例と同様の手法により、レジストにスリットビアパターンを形成する。引き続いて、高均一性／高選択性エッチング条件にて、開口径の異なる、開口径の大きいスリットビア３０２および開口径の小さいビア（不図示）を同時にドライエッチングにより形成し、キャップ絶縁膜まで加工する。開口径が異なっていても同等のエッチング速度でビアホールをキャップ絶縁膜までエッチングできることから、キャップ絶縁膜へのオーバーエッチング量は開口径・開口面積に依らず同等である。このとき、キャップ絶縁膜残膜厚も開口径・開口面積に依らず同等である。このとき、スリットビア３０２の形成には、例えば、Ａｒ：１００〜４００ｓｃｃｍ、Ｎ２：４００〜８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２：３〜２０ｓｃｃｍ、圧力：１５〜３０ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー：５００〜１５００Ｗ、時間：１０〜６０秒というエッチング条件を使用することが好ましい。スリットビア３０２の形成に際しては、第１例のビア形成と同様の手法により形成できる。
【００８１】
上下配線を接続するスリットビア３０２は、開口径および形状の異なる複数のビアであっても良い。また、インダクタとして用いるＣｕ配線層は、３層または４層であっても良い。
【００８２】
第３例においては、微細Ｃｕ配線中にインダクタを形成する場合に、配線幅を太くしつつ、配線抵抗を低くすることができる。これにより、インダクタが発熱してパワーロスが大きくなり、デバイスの機能低下が起こることを抑制することができる。
第３例においても、第１例と同様の効果が得られる。
【００８３】
次に、本実施の形態の第４例について説明する。
図１２は、本実施形態の第４例に係わる半導体装置の鳥瞰図である。
第４例の半導体装置のおいては、アナログ信号とデジタル信号を変換するＡ／Ｄコンバータにおいて、ローカル配線の配線間容量を、平行平板の容量素子の容量として用いる構成を有する。
【００８４】
本実施例の半導体装置においては、基板（不図示）上に、ダマシン法によって形成した下層Ｃｕ配線４０１と、Ｃｕ配線上に形成されたシリコンカーバイトを主成分とするキャップ絶縁膜（不図示）と、その上に少なくともキャップ絶縁膜の（Ｃ／Ｓｉ）よりも大きい（Ｃ／Ｓｉ）を有する有機シリカ膜と、この有機シリカ膜中に形成された上層Ｃｕ配線４０３とを備える。上層Ｃｕ配線４０３は、スリットビア４０２を介して下層Ｃｕ配線４０１と接続する。抵抗の低いスリットビア４０２を介して、上下配線を接続する。これにより、ローカル配線を、Ｃｕ配線中の容量素子としての機能させることができる。
【００８５】
スリットビア４０２の形成に際しては、第３例で示したスリットビア３０２と同様の手法により形成する。開口径の異なる、開口径の大きいスリットビア４０２および開口径の小さいビア（不図示）を同時にドライエッチングにより形成する。スリットビア４０２の加工条件についても、第１例と同様である。ビア加工後のキャップ絶縁膜の残膜厚は、前述の通り、開口径・開口面積に依らず同等である。このため、デュアルダマシンエッチング時のビア下のキャップ絶縁膜の開口も開口径・開口面積に依らず同時となる。したがって、開口後の全てのビア下Ｃｕ配線表面において、プラズマに曝される時間が同じになる。このことから、オーバーエッチングの影響によるＣｕ表面の酸化や付着するエッチング生成物、Ｃｕの変形量等の程度も開口径・開口面積に依存せず、同等となる。そのため、薬液処理による洗浄効果も全てのビアで同等となり、ビア中へのＣｕ埋設後もウエハ面内でビアと下層Ｃｕ配線の界面組成および形状は均質となる。
【００８６】
スリットビア４０２を隣接する配線間で最端距離となるように設置することで、配線間の寄生容量を大きくすることができ、容量素子としてのバラツキを抑制することが可能となる。
ただし、上層Ｃｕ配線４０３については、図１２に示す構造に限定されるものではなく、スリットビア４０２よりも太い配線幅であっても良いし、同等の配線幅であっても良い。また、スリットビア４０２は開口径または形状の異なる複数のビアであっても良い。
【００８７】
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【００８８】
本実施の形態においては、縦横比が２未満のビアホールと縦横比が２以上のビアホールが混在しもよい。
【００８９】
本実施の形態においては、スリット型のビア構造と、円筒型のスルーホールビアとを混載することができる。スリット型のビア構造を用いることにより、接触面積を増加させて、抵抗を小さくできる。このため、本実施の形態においては、高速アナログ／オンチップインダクタ等の動作速度低下や特性劣化を回避することができる。
【００９０】
本実施の形態においては、開口径の異なるスリットビアパターンのパターン間差が無いように加工できることから、有機シリカ膜とキャップ絶縁膜との界面において、オーバーエッチングによるビア加工深さ調整を行わないトレンチファーストプロセスについても、本実施の形態のビアエッチングプロセスに使用することが出来る。本実施の形態においては、エッチング選択比が大きいプロセスを実現できるため、ビア加工のプロセスマージンを大きく取ることができる。さらに、選択性を利用し、ビア加工時のハードマスクには、キャップ絶縁膜を使用できる。このため、本実施の形態においては、取り扱いが難しいメタルハードマスク等を用いる従来のトレンチファーストプロセスよりも制御性良く加工を行うことも可能となる。
【００９１】
また、本実施の形態においては、エッチング選択比を向上させることができるので、ビアファースト・デュアルダマシン加工法を適用することができる。
ここで、スルーホールビアをトレンチ配線より先に形成する、いわゆるビアファースト・デュアルダマシン加工法では、銅配線上に形成されているキャップ絶縁膜上でエッチングをストップさせ、さらに、オーバーエッチングを行うことで、エッチング速度のパターン間差や面内バラツキ等を吸収している。さらに、このキャップ絶縁膜によって下層Ｃｕ配線が保護された状態であることにより、配線層間絶縁膜にトレンチ配線形成を行う次工程における、下層Ｃｕ配線層の酸化などの表面変質による接続歩留まり低下や信頼性劣化を防止している。そのため、ビアファースト・デュアルダマシン加工法は、ビア加工深さバラツキが小さく、ビア下の開口制御が容易であることから、ビア加工を途中で止めるトレンチファースト・デュアルダマシン加工法よりも加工制御性が高いプロセスとされている。
【００９２】
以下、本願明細書の用語について補足する。
絶縁膜とは、例えば配線材を絶縁分離する膜（層間絶縁膜）であり、低誘電率絶縁膜とは、半導体素子を接続する多層配線間の容量を低減するために使用される、シリコン酸化膜（比誘電率３．９〜４．５）よりも比誘電率の低い材料を指す。特に、多孔質絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化膜を多孔質化して、比誘電率を小さくした材料や、ＨＳＱ（ハイドロゲンシルセスキオキサン（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ））膜、もしくは有機シリカ膜、ＳｉＯＣ（例えば、Ｂｌａｃｋ ＤｉａｍｏｎｄＴＭ、ＣＯＲＡＬＴＭ、ＡｕｒｏｒａＴＭ）などを多孔質化して、比誘電率を小さくした材料などがある。これらの膜のさらなる低誘電率化が望まれているところである。
【００９３】
本実施の形態において、金属配線材とは、Ｃｕを主成分とする。金属配線材の信頼性を向上させるため、Ｃｕ以外の金属元素がＣｕからなる部材に含まれていても良く、Ｃｕ以外の金属元素がＣｕの上面や側面などに形成されていても良い。
【００９４】
ダマシン配線とは、あらかじめ形成された層間絶縁膜の溝に、金属配線材を埋め込み、溝内以外の余剰な金属を、例えばＣＭＰなどにより除去することで形成される埋め込み配線をさす。Ｃｕによりダマシン配線を形成する場合には、Ｃｕ配線の側面および外周をバリアメタルで覆い、Ｃｕ配線の上面を絶縁性バリア膜で覆う配線構造が一般に用いられる。
【００９５】
ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法とは、多層配線形成プロセス中に生じるウエハ表面の凹凸を、研磨液をウエハ表面に流しながら回転させた研磨パッドに接触させて研磨することによって平坦化する方法である。ダマシン法による配線形成においては、特に、配線溝あるいはビアホールに対し金属を埋設した後に、余剰の金属部分を除去し、平坦な配線表面を得るために用いる。
【００９６】
バリアメタルとは、配線を構成する金属元素が層間絶縁膜や下層へ拡散することを防止するために、配線の側面および底面を被覆する、バリア性を有する導電性膜を示す。例えば、配線がＣｕを主成分とする金属元素からなる場合には、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化タングステン（ＷＣＮ）のような高融点金属やその窒化物等、またはそれらの積層膜が使用される。
【００９７】
キャップ絶縁膜とはＣｕ配線の上面に形成され、Ｃｕの酸化や絶縁膜中へのＣｕの拡散を防ぐ機能、および加工時にエッチングストッパ層としての役割を有する。配線信号伝達遅延の改善には、より低誘電率な絶縁性バリア膜の導入が望まれているところである。キャップ絶縁膜は、バリア絶縁膜とも呼ばれる。
【００９８】
半導体基板とは、多層銅配線が構成された基板であり、特に単結晶シリコン基板上に作られたものだけでなく、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、液晶製造用基板などの基板も含む。
【００９９】
ハードマスクとは、層間絶縁膜の低誘電率化による強度低下により、直接ＣＭＰを行うのが困難な場合に、層間絶縁膜上に積層し、保護する役割の絶縁膜をさす。
【０１００】
パッシベーション膜とは、半導体素子の最上層に形成され、外部からの水分などから半導体素子を保護する役割を有する。一般的にプラズマＣＶＤ法で形成したシリコン酸窒素化膜（ＳｉＯＮ）や、ポリイミド膜などが用いられる。
【０１０１】
プラズマＣＶＤ法とは、例えば、気体状の原料を減圧下の反応室に連続的に供給し、プラズマエネルギーによって、分子を励起状態にし、気相反応、あるいは基板表面反応などによって基板上に連続膜を形成する手法である。
【０１０２】
ＰＶＤ法とは、通常のスパッタリング法のほか、埋め込み特性の向上や、膜質の向上や、膜厚のウエハ面内均一性を図る上では、例えばロングスロースパッタリング法やコリメートスパッタリング法、イオナイズドスパッタリング法、などの指向性の高いスパッタリング法を用いることもできる。合金をスパッタする場合には、あらかじめ金属ターゲット内に主成分以外の金属を固溶限以下で含有させることで、成膜された金属膜を合金膜とすることができる。本発明中では、主にダマシンＣｕ配線を形成する際のＣｕシード層やＣｕ合金シード層、及びバリアメタル層を形成する際に使用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 下層配線構造
１ａ 有機シリカ膜
１ｂ バリアメタル膜
１ｃ Ｃｕ膜
１ｄ キャップ絶縁膜
２ 有機シリカ膜
３ ハードマスク
４ レジスト
５ ビア
６ ビア
１０１ リザーバ
１０２ 原料圧送部
１０３ キャリアガス供給部
１０４ 液体マスフロー
１０５ ガスマスフロー
１０６ 気化器
１０７ リアクタ
１０８ 基板
１０９ ＲＦ電源
１１０ 排気ポンプ
２０１ 下層配線構造
２０１ａ 有機シリカ膜
２０１ｂ バリアメタル膜
２０１ｃ Ｃｕ膜
２０１ｄ キャップ絶縁膜
２０２ 有機シリカ膜
２０３ ハードマスク
２０４ レジスト
２０５ ビア
２０６ ビア
２０７ レジスト
２０８ 開口部
２０９ 開口部
２１０ バリアメタル膜
２１１ Ｃｕ膜
２１２ キャップ絶縁膜
２２０ 上層配線構造
３０１ 下層Ｃｕ配線
３０２ スリットビア
３０３ 上層Ｃｕ配線
４０１ 下層Ｃｕ配線
４０２ スリットビア
４０３ 上層Ｃｕ配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜を形成する工程と、
不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、前記有機シリカ膜に、異なる開口径を有する２以上の凹部を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガスの流量に対する前記Ｎを含むガスの流量の比が、１以上である、請求項１に記載の半導体装置の製造棒法。
【請求項３】
前記酸化剤ガスの流量に対する前記フッ化炭素ガスの流量の比が、１以上５以下である、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜に対する、前記有機シリカ膜の前記組成比が２以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｎを含むガスが、窒素ガス、アンモニアガス、アミンガスからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記フッ化炭素ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，Ｃ２Ｈ４Ｆ２，Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ４Ｆ４，Ｃ３Ｈ６Ｆ２、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３Ｈ３Ｆ３，Ｃ３Ｈ４Ｆ２あるいはＣ３Ｈ５Ｆからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化剤ガスが、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３，ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４およびＮ２Ｏ５からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜が、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、またはＳｉＯＣＮ、を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記有機シリカ膜が、多孔質絶縁膜であり、前記多孔質絶縁膜の平均空孔径が１ｎｍ未満である、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記有機シリカ膜は、下記一般式（１）で表される環状有機シロキサン構造を有する化合物を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【化１】
（式中、Ｒ１およびＲ２は、同一または相異なり、それぞれ炭化水素基を表す。）
【請求項１１】
前記環状有機シロキサン構造を有する化合物は、下記式（２）または下記式（３）で表される、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【化２】
【化３】
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法で得られた半導体装置。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に複数の配線溝が設けられており、前記配線溝にそれぞれ埋め込まれた第１の金属膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられており、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられており、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜と、
前記有機シリカ膜に第１の凹部と前記第１の凹部より開口径が大きい第２の凹部が設けられており、前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれに埋め込まれた第２の金属膜と、を備え、
前記第２の金属膜と前記第１の金属膜とは電気的に接続しており、
前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれにおける前記第２の金属膜と前記第１の金属膜との間の前記第１の金属膜の表面において、透過型電子顕微鏡と電子エネルギ損失分光法とにより測定したとき、前記第１の金属膜を構成する金属の酸化物に相当するピークを有しないように構成されている、半導体装置。
【請求項１４】
前記絶縁膜に対する、前記有機シリカ膜の前記組成比が２以上である、請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記絶縁膜が、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、またはＳｉＯＣＮ、を含む、請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記有機シリカ膜が、多孔質絶縁膜であり、前記多孔質絶縁膜の平均空孔径が１ｎｍ未満である、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記有機シリカ膜は、下記一般式（１）で表される環状有機シロキサン構造を有する化合物を含む、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【化４】
（式中、Ｒ１およびＲ２は、同一または相異なり、それぞれ炭化水素基を表す。）
【請求項１８】
前記環状有機シロキサン構造を有する化合物は、下記式（２）または下記式（３）で表される、請求項１７に記載の半導体装置。
【化５】
【化６】
【請求項１９】
前記金属がＣｕであり、前記酸化物がＣｕＯである、請求項１３から１８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１】
基板上に、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜を形成する工程と、
不活性ガス、Ｎを含むガス、フッ化炭素ガスおよび酸化剤ガスを含む混合ガスを用いたプラズマ処理により、前記有機シリカ膜に、異なる開口径を有する２以上の凹部を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガスの流量に対する前記Ｎを含むガスの流量の比が、１以上である、請求項１に記載の半導体装置の製造棒法。
【請求項３】
前記酸化剤ガスの流量に対する前記フッ化炭素ガスの流量の比が、１以上５以下である、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜に対する、前記有機シリカ膜の前記組成比が２以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｎを含むガスが、窒素ガス、アンモニアガス、アミンガスからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記フッ化炭素ガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６，Ｃ２Ｈ２Ｆ４，Ｃ２Ｈ４Ｆ２，Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｈ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ４Ｆ４，Ｃ３Ｈ６Ｆ２、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３Ｈ３Ｆ３，Ｃ３Ｈ４Ｆ２あるいはＣ３Ｈ５Ｆからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化剤ガスが、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３，ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４およびＮ２Ｏ５からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜が、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、またはＳｉＯＣＮ、を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記有機シリカ膜が、多孔質絶縁膜であり、前記多孔質絶縁膜の平均空孔径が１ｎｍ未満である、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記有機シリカ膜は、下記一般式（１）で表される環状有機シロキサン構造を有する化合物を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【化１】
（式中、Ｒ１およびＲ２は、同一または相異なり、それぞれ炭化水素基を表す。）
【請求項１１】
前記環状有機シロキサン構造を有する化合物は、下記式（２）または下記式（３）で表される、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【化２】
【化３】
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法で得られた半導体装置。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に複数の配線溝が設けられており、前記配線溝にそれぞれ埋め込まれた第１の金属膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられており、ＳｉおよびＣを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられており、前記絶縁膜と比較して、シリコン原子数に対する炭素原子数の組成比が高い、有機シリカ膜と、
前記有機シリカ膜に第１の凹部と前記第１の凹部より開口径が大きい第２の凹部が設けられており、前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれに埋め込まれた第２の金属膜と、を備え、
前記第２の金属膜と前記第１の金属膜とは電気的に接続しており、
前記第１の凹部および前記第２の凹部のそれぞれにおける前記第２の金属膜と前記第１の金属膜との間の前記第１の金属膜の表面において、透過型電子顕微鏡と電子エネルギ損失分光法とにより測定したとき、前記第１の金属膜を構成する金属の酸化物に相当するピークを有しないように構成されている、半導体装置。
【請求項１４】
前記絶縁膜に対する、前記有機シリカ膜の前記組成比が２以上である、請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記絶縁膜が、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、またはＳｉＯＣＮ、を含む、請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記有機シリカ膜が、多孔質絶縁膜であり、前記多孔質絶縁膜の平均空孔径が１ｎｍ未満である、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記有機シリカ膜は、下記一般式（１）で表される環状有機シロキサン構造を有する化合物を含む、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【化４】
（式中、Ｒ１およびＲ２は、同一または相異なり、それぞれ炭化水素基を表す。）
【請求項１８】
前記環状有機シロキサン構造を有する化合物は、下記式（２）または下記式（３）で表される、請求項１７に記載の半導体装置。
【化５】
【化６】
【請求項１９】
前記金属がＣｕであり、前記酸化物がＣｕＯである、請求項１３から１８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２３８７０４（Ｐ２０１１−２３８７０４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７６９８（Ｐ２０１０−１０７６９８）
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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