半導体装置の製造方法及び半導体装置
【課題】疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くし、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようにする。
【解決手段】配線層間絶縁膜（第１の配線層間絶縁膜３）に配線形成用溝（第１層配線形成用溝２１）を形成する。配線形成用溝内にＣｕ配線（第１層配線４）を形成し、Ｃｕ配線の構成材料のうち配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する。Ｃｕ配線上及び配線層間絶縁膜上にＳｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層（第１の有機ポリマー層６）を形成する。Ｃｕ配線上の絶縁膜層を選択的に除去し、Ｃｕ配線上にキャップメタル（第１のキャップメタル５）を選択的に形成する。
【解決手段】配線層間絶縁膜（第１の配線層間絶縁膜３）に配線形成用溝（第１層配線形成用溝２１）を形成する。配線形成用溝内にＣｕ配線（第１層配線４）を形成し、Ｃｕ配線の構成材料のうち配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する。Ｃｕ配線上及び配線層間絶縁膜上にＳｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層（第１の有機ポリマー層６）を形成する。Ｃｕ配線上の絶縁膜層を選択的に除去し、Ｃｕ配線上にキャップメタル（第１のキャップメタル５）を選択的に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のＣｕ配線上に、例えばＣｏを含む金属材料によりキャップメタルを成膜する技術が知られている。
【０００３】
Ｃｕ配線上にキャップメタルを成膜する技術においては、そのキャップメタルの成膜工程における選択性を十分に確保することが困難であり、本来成膜されないことが好ましい配線層間絶縁膜上にも、キャップメタルの成膜箇所が生じてしまうことがあるという課題がある。Ｃｕ表面と配線層間絶縁膜表面の両方に対し、同様の無電界めっき処理がなされてしまうことが、その課題を生じる理由である。
【０００４】
非特許文献１、２には、配線層間絶縁膜の主要部であるポーラスな低誘電率膜の上に形成されるキャップ膜としての絶縁膜材料の特性が記載されている。このキャップ膜は、Ｃｕ配線を構成するＣｕ膜をＣＭＰする際の低誘電率膜の剥がれや吸湿等に対する保護機能を有するものである。
【０００５】
非特許文献１では、このキャップ膜を疎水性の材料とすることにより、キャップメタルとしてのＣｏＷＰをＣｕ配線上に選択的に形成でき、配線間リーク電流のレベルを改善（抑制）できることが記載されている。
【０００６】
非特許文献２にも、配線層間絶縁膜として疎水性のＳｉＯＣ膜を用いることにより、Ｃｕ配線上のキャップメタル（ＣｏＷＰ膜）の選択成膜性を改善（向上）できることが記載されている。
【０００７】
非特許文献３には、ＣＭＰ後のＣｕの表面に対してＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｎ． Ｋａｗａｈａｒａ ｅｔ ａｌ．，" Ａ Ｎｏｖｅｌ ＣｏＷＰ Ｃａｐ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌｏｗ−Ｗ／Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ Ｗｉｔｈ ＮＨ３ Ｐｌａｓｍａ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ Ｌｏｗ−ｋ Ｔｏｐ （ＬＫＴ） Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ"， Ｉｎｔ． Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈ． Ｃｏｎｆ． ７．１６ （２００６） ｐ．１５２．
【非特許文献２】Ｓ． Ｋｏｎｄｏ ｅｔ ａｌ．，" Ｄｉｒｅｃｔ ＣＭＰ ｏｎ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌｏｗ−ｋ Ｆｉｌｍ ｆｏｒ Ｄａｍａｇｅ−ｌｅｓｓ Ｃｕ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ"， Ｉｎｔ． Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈ． Ｃｏｎｆ． ８．２ （２００６） ｐ．１６４．
【非特許文献３】Ｔ． Ｋｉｋｋａｗａ ｅｔ ａｌ．， "Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｕｌｔｒａｌｏｗ−ｋ／Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ３２ ｎｍ ＣＭＯＳ ＵＬＳＩ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ ＣｏＷＰ Ｂａｒｒｉｅｒ"， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ， ４．５ （２００５） ｐ． ９９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１、２に記載されているように、配線層間絶縁膜の表層部に疎水性のキャップ膜を形成することにより、キャップメタル（ＣｏＷＰ膜）の成膜時の選択性を改善することができる。しかし、キャップ膜は、一般に、ＣＭＰ時にＣｕとともに削られるため、ある程度厚く（例えば５０ｎｍ以上の膜厚に）形成されていることが好ましい。また、配線層間絶縁膜の表面の疎水化を実現するキャップ膜の材料としては、ＳｉＯ２（ｋ〜４．２）、ＳｉＯＣ（ｋ〜２．９）が挙げられる。これらの材料は、配線層間絶縁膜を構成する材料としては、（特に、４５ｎｍ ＣＭＯＳ世代以降の半導体装置の配線層間絶縁膜の構成材料としては、）比誘電率が大きい。このように比誘電率の大きい材料が低誘電率膜上に厚く形成されていると、隣り合うＣｕ配線間の容量が増加する。この結果、回路の遅延時間が大きくなり、半導体装置の性能を十分に引き出すことが困難となる。従って、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層は、できるだけ薄いことが好ましい。
【００１０】
これに対し、ＣＭＰ後に、配線層間絶縁膜としての低誘電率膜上に、非特許文献３に記載されているようなＴＭＣＴＳ処理を実施すれば、配線層間絶縁膜の表面にＴＭＣＴＳの薄膜を形成するだけで、配線層間絶縁膜表面の疎水化を行うことができる。つまり、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くしたいという要求を満たすことができる。しかしながら、非特許文献３の技術では、ＴＭＣＴＳ処理により、配線層間絶縁膜上だけでなく、Ｃｕ上にもＴＭＣＴＳの薄膜が付着してしまう。このため、Ｃｕ上のＴＭＣＴＳ膜の存在により、その後のキャップメタルの成膜工程において、Ｃｕとキャップメタル（ＣｏＷＰ）との反応が阻害されてしまう。つまり、Ｃｕ上にＣｏＷＰを成長させることができないか、或いは成長させることが可能であってもその成長速度が非常に遅くなってしまうと考えられる。
【００１１】
このように、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くし、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようにすることは困難だった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、配線層間絶縁膜に配線形成用溝を形成する第１工程と、前記配線形成用溝内にＣｕ配線を形成する第２工程と、前記Ｃｕ配線の構成材料のうち、前記配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する第３工程と、前記Ｃｕ配線上及び前記配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層を形成する第４工程と、前記Ｃｕ配線上の前記絶縁膜層を選択的に除去する第５工程と、前記Ｃｕ配線上にキャップメタルを選択的に形成する第６工程と、をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１３】
この半導体装置の製造方法によれば、配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層、すなわち疎水性の絶縁膜層を形成した後で、キャップメタルの形成を行うので、配線層間絶縁膜上へのキャップメタルの成膜を好適に抑制することができる。これにより、配線間リーク電流のレベルを改善（抑制）し、絶縁破壊信頼性（絶縁破壊耐性）を向上することができるとともに、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）等の信頼性寿命を長くすることができる。しかも、Ｃｕ配線上の絶縁膜層を選択的に除去した後で、キャップメタルの形成を行うので、Ｃｕ配線上には支障なくキャップメタルを成膜することができる。従って、キャップメタルをＣｕ配線上に選択的に形成することができる。また、Ｃｕ配線の構成材料のうち、配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去した後で、絶縁膜層を形成するので、この絶縁膜層はその除去工程において膜厚が削られない。このため、絶縁膜層は必要最小限の膜厚で良い。要するに、この半導体装置の製造方法によれば、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くすることができ、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようになる。
【００１４】
また、本発明は、複数のＣｕ配線と、前記Ｃｕ配線の間に配置されている配線層間絶縁膜と、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、前記配線層間絶縁膜上に形成され、前記Ｃｕ配線上には形成されていない絶縁膜層と、前記Ｃｕ配線上に形成されているキャップメタルと、を有していることを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄することができ、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３】ＣＭＰ後の紫外線照射処理で用いる紫外線の適切な波長範囲を説明するための図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を説明するための断面図、図２は第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図、図３はＣＭＰ後の紫外線照射処理で用いる紫外線の適切な波長範囲を説明するための図である。
【００１９】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、配線層間絶縁膜（例えば、第１の配線層間絶縁膜３）に配線形成用溝（例えば、第１層配線形成用溝２１）を形成する第１工程と、配線形成用溝内にＣｕ配線（例えば、第１層配線４）を形成する第２工程と、Ｃｕ配線の構成材料のうち、配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する第３工程と、Ｃｕ配線上及び配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層（例えば、第１の有機ポリマー層６）を形成する第４工程と、Ｃｕ配線上の絶縁膜層を選択的に除去する第５工程と、Ｃｕ配線上にキャップメタル（例えば、第１のキャップメタル５）を選択的に形成する第６工程と、をこの順に行う。
また、本実施形態に係る半導体装置１００は、複数のＣｕ配線（例えば、第１層配線４）と、Ｃｕ配線の間に配置されている配線層間絶縁膜（例えば、第１の配線層間絶縁膜３）と、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、配線層間絶縁膜上に形成され、Ｃｕ配線上には形成されていない絶縁膜層（例えば、第１の有機ポリマー層６）と、Ｃｕ配線上に形成されているキャップメタル（例えば、第１のキャップメタル５）と、を有している。
以下、詳細に説明する。
【００２０】
図１を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００２１】
先ず、図１（ａ）に示す半導体基板１上に、図示は省略するが、トランジスタ等のアクティブ素子、これら素子の分離用の絶縁膜領域、シリサイド層等を選択的に形成する。次に、これらアクティブ素子、絶縁膜領域及びシリサイド層等の上に、第１の層間絶縁膜２を形成する。次に、この第１の層間絶縁膜２にコンタクト開口部（図示略）を形成する。
【００２２】
次に、図１（ａ）に示すように、第１の層間絶縁膜２上に第１の配線層間絶縁膜３を形成する。この第１の配線層間絶縁膜３は、比誘電率ｋが３以下、好ましくは比誘電率ｋが２．７以下の低誘電率膜とする。この第１の配線層間絶縁膜３は、例えば、ポーラスな低誘電率膜（ポーラス低誘電率膜）であり、例えば、膜厚が５ｎｍ乃至２０ｎｍのポーラスシリカ（空孔を含むシリカ）である。ここで、空孔を含むシリカとは、ＳｉＯ２膜が多孔質状に形成されたものを意味する。なお、空孔を含むシリカには、シリル化処理によって、膜の表面と、空孔の内周と、エッチングにより露出した表面（後述する第１層配線形成用溝２１の形成により露出した内周側面及び底部）と、のうちの少なくとも何れか１箇所に有機膜が形成されている。この有機膜は、例えば、メチル基を含む。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の配線層間絶縁膜３に第１層配線形成用溝２１を選択的に形成する。この第１層配線形成用溝２１は、第１の配線層間絶縁膜３の表裏を貫通して第１の層間絶縁膜２に達する深さとする。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１層配線形成用溝２１内に、Ｃｕを主な材料とする金属材料によりＣｕ配線（第１層配線４）を形成する。この第１層配線４は、具体的には、例えば、第１層配線形成用溝２１の底面及び側面にＴａＮ層（図示略）を形成し、このＴａＮ層上にＴａ層（図示略）を形成し、このＴａ層上に、第１層配線形成用溝２１内の残りの部分を埋めるＣｕ層（図示略）を形成することによって、構成することができる。Ｃｕ層の形成においては、先ず、Ｔａ層上にシードＣｕ層を形成した後に、このシードＣｕ層上にＣｕ層を成膜する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることが挙げられる。
【００２５】
次に、第１層配線４の構成材料（例えば、ＴａＮ、Ｔａ及びＣｕ）のうち、第１層配線形成用溝２１以外の箇所に形成された部分をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により除去する。
【００２６】
次に、第１層配線４上及び第１の配線層間絶縁膜３上に、第１の有機ポリマー層６を形成する。この第１の有機ポリマー層６は、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層である。この第１の有機ポリマー層６は、疎水性を示す。
【００２７】
この第１の有機ポリマー層６は、例えば、第１の配線層間絶縁膜３及び第１層配線４の表面をＳｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む有機ポリマーのガス雰囲気に曝す処理を行うことによって形成することができる。また、このガス雰囲気処理は、例えば、２５０℃以上４００℃以下の温度条件下で行うことが好ましく、特に３５０℃近辺（例えば、３３５℃以上３６５℃以下）の温度条件下で行うことが好ましい。この温度条件は、例えば、半導体基板１の温度の条件とすることができる。
【００２８】
この有機ポリマーは、例えば、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ：Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）とヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ：Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）とのうちの少なくとも何れか一方を含むことが好ましい。このうちＴＭＣＴＳは、例えば、１，３，５，７テトラメチルシクロテトラシロキサン（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）、又は、２，４，６，８テトラメチルシクロテトラシロキサン（２，４，６，８−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）である。
【００２９】
第１の有機ポリマー層６は、例えば、上述の温度条件下で、上述の材料により形成するため、該第１の有機ポリマー層６は、例えば、ＴＭＣＴＳとＨＭＤＳとのうちの少なくとも一方が焼成されたものとなる。
【００３０】
このように、ＣＭＰ後に第１の有機ポリマー層６を形成するので、第１の有機ポリマー層６はＣＭＰにおいて削られない。このため、第１の有機ポリマー層６は必要最小限の膜厚（例えば、１０ｎｍ以下）で良い。よって、配線間容量の増大を抑制することができる。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去し、該第１の有機ポリマー層６を第１の配線層間絶縁膜３上に選択的に残留させる処理を行う。この処理は、例えば、不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中で第１の有機ポリマー層６に紫外線を照射する紫外線照射処理とすることができる。
【００３２】
Ｃｕ−Ｏの結合エネルギーは、２６９．０（ｋＪ／ｍｏｌ）であり、Ｓｉ−Ｏの結合エネルギーの７９９．６（ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｏの結合エネルギーの１０７６．５（ｋＪ／ｍｏｌ）と比較してかなり低い。このため、紫外線照射処理で照射する紫外線の波長と照射時間とを適切に設定することにより、第１層配線４の表層のＣｕ−Ｏの結合は切断する一方で、第１の配線層間絶縁膜３の表層のＳｉ−Ｏの結合、及び、Ｃ−Ｏの結合は維持することができる。よって、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６は気化して第１層配線４上から除去される。こうして、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去し、第１の配線層間絶縁膜３上の第１の有機ポリマー層６は選択的に残留させることができる。
【００３３】
ここで、図３を参照して、紫外線照射処理で照射する紫外線の適切な波長範囲の例を説明する。図３は、Ｃｕ−Ｏの結合、Ｓｉ−Ｏの結合、及び、Ｃ−Ｏの結合がそれぞれ切断される紫外線の波長範囲を示す。図３に示すように、Ｃｕ−Ｏの結合は約４５０ｎｍ以下の波長の光線が照射されると切断される。同様に、Ｓｉ−Ｏの結合は約１５０ｎｍ以下の波長の光線が照射されると切断され、Ｃ−Ｏの結合は約１１５ｎｍ以下の波長の光線が照射されると切断される。従って、Ｃｕ−Ｏの結合は切断できるがＳｉ−Ｏ及びＣ−Ｏの結合は切断できない波長の紫外線を第１の有機ポリマー層６に照射することにより、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６は選択的に除去する一方で、第１の配線層間絶縁膜３上の第１の有機ポリマー層６は選択的に残留させることができる。そこで、紫外線照射処理では、具体的には、例えば、図３に波長範囲Ａとして示すように、２００ｎｍ乃至４００ｎｍの波長範囲の紫外線を第１の有機ポリマー層６に照射する。なお、このような紫外線照射処理において第１の有機ポリマー層６に照射する光には、波長範囲Ａよりも波長が長い光線（可視光等）が含まれていても良い。また、紫外線照射処理の時間は、例えば、３０秒以上１０分以下とすることができる。なお、紫外線照射処理においては、照射される光線により第１の有機ポリマー層６等が加熱されることはあっても、例えば、ヒーター等を用いた特別な加熱処理は行う必要がない。また、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６が除去されると第１層配線４の表面のＣｕが露出するが、この紫外線照射処理を不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中、窒素ガス雰囲気中、又は真空中（例えば、１００Ｔｏｒｒ以下）で行うことにより、第１層配線４の表層のＣｕが酸化されてしまうといった不具合の発生を抑制することができる。
【００３４】
こうして、第１の有機ポリマー層６を、第１層配線４上からは選択的に除去し、第１の配線層間絶縁膜３上には選択的に残留させることができる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１層配線４上に第１のキャップメタル５を選択的に形成する。第１のキャップメタル５の形成は、例えば、無電界めっき法により行うことができる。この無電解めっき法は、例えば、第１のキャップメタル５の構成材料と硫酸とを含む硫酸系溶液（以下、めっき液）を第１層配線４の表面に接触させる処理によって行うことができる。この処理は、例えば、そのめっき液を半導体基板１の全体にかける（注ぐ）ことにより、或いは、半導体基板１の全体をそのめっき液に浸すことにより行うことができる。なお、無電界めっき法に、還元性の薬液（例えばヒドラジン）による処理を組み合わせて、第１のキャップメタル５を形成することも可能である。
【００３６】
第１のキャップメタル５の材料は、例えば、Ｃｏを含む高融点金属であることが好ましい。このような高融点金属を第１のキャップメタル５の材料とすることにより、第１層配線４の酸化等を好適に抑制することができる。より具体的には、第１のキャップメタル５の材料は、ＣｏＷＰとＣｏＷＢとのうちの少なくとも何れか一方を含むことが好ましい。第１のキャップメタル５は、具体的には、例えば、５ｎｍ乃至３０ｎｍの膜厚のＣｏＷＰとすることができる。
【００３７】
ここで、第１の配線層間絶縁膜３上に選択的に残留している第１の有機ポリマー層６は、疎水性である。このため、第１のキャップメタル５の形成の際には、この第１の有機ポリマー層６によって、第１のキャップメタル５の構成材料は、第１の配線層間絶縁膜３上からは、はじかれて、第１層配線４上に選択的に付着する。すなわち、無電解めっき法により第１のキャップメタル５を形成する場合には、第１の配線層間絶縁膜３上ではめっき液を短時間で乾燥させることができるので、めっき液中の第１のキャップメタル５の材料が第１の配線層間絶縁膜３上に残留してしまうことを抑制することができる。よって、第１のキャップメタル５を第１層配線４上に選択的に形成することができる。
【００３８】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１層配線４上の第１のキャップメタル５の上、及び、第１の配線層間絶縁膜３上の第１の有機ポリマー層６の上に、第１のバリア絶縁膜７を形成する。第１のバリア絶縁膜７の材料は、例えば、ＳｉＣとすることができる。第１のバリア絶縁膜７の膜厚は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３９】
次に、第１のバリア絶縁膜７の上にビア層間膜８を形成する。ビア層間膜８は、例えば、ポーラスＳｉＯＣにより構成することができる。このビア層間膜８の膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【００４０】
次に、ビア層間膜８上に第２の配線層間絶縁膜１０を形成する。第２の配線層間絶縁膜１０の材質及び膜厚は、第１の配線層間絶縁膜３と同様である。
【００４１】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２層配線形成用溝１５とビアホール９とを形成する。第２層配線形成用溝１５は、第２の配線層間絶縁膜１０の表裏を貫通してビア層間膜８に達する深さに形成する。ビアホール９は、ビア２２（図１（ｅ））の形成箇所にのみ形成する。このビアホール９は、図１（ｄ）に示すように、第２層配線形成用溝１５の底面から第１のキャップメタル５に達する深さに、第２層配線形成用溝１５と連続的に形成する。
【００４２】
次に、図１（ｅ）に示すように、ビアホール９内にビア２２を形成するとともに、第２層配線形成用溝１５内に第２層配線１２を形成する。これらビア２２及び第２層配線１２は、第１層配線４と同様の金属材料により構成される。具体的には、例えば、ビア２２の形成箇所以外においては第１層配線形成用溝２１の底面及び側面にＴａＮ層（図示略）を形成する。また、ビア２２の形成箇所においてはビアホール９の底面と、ビアホール９及び第１層配線形成用溝２１の側面にＴａＮ層（図示略）を形成する。そして、このＴａＮ層上にＴａ層（図示略）を形成し、このＴａ層上に、第１層配線形成用溝２１内及びビアホール９内の残りの部分を埋めるＣｕ層（図示略）を形成することによって、ビア２２及び第２層配線１２を形成する。Ｃｕ層の形成においては、先ず、Ｔａ層上にシードＣｕ層を形成した後に、このシードＣｕ層上にＣｕ層を成膜する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることができる。
【００４３】
次に、第２層配線１２の構成材料（例えば、ＴａＮ、Ｔａ及びＣｕ）のうち、第２層配線形成用溝１５以外の箇所に形成された部分をＣＭＰにより除去する。
【００４４】
次に、第２層配線１２上及び第２の配線層間絶縁膜１０上に、第２の有機ポリマー層１３を形成する。この第２の有機ポリマー層１３の材質は、第１の有機ポリマー層６と同様である。第２の有機ポリマー層１３は、第１の有機ポリマー層６と同様の方法により、第２層配線１２上及び第２の配線層間絶縁膜１０上に形成することができる。
【００４５】
次に、図１（ｅ）に示すように、第２層配線１２上の第２の有機ポリマー層１３を選択的に除去し、該第２の有機ポリマー層１３を第２の配線層間絶縁膜１０上に選択的に残留させる処理を行う。この処理は、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去し、該第１の有機ポリマー層６を第１の配線層間絶縁膜３上に選択的に残留させる処理と同様に行うことができる。
【００４６】
次に、図１（ｆ）に示すように、第２層配線１２上に第２のキャップメタル２３を選択的に形成する。第２のキャップメタル２３の材質及び膜厚は、第１のキャップメタル５と同様である。第２のキャップメタル２３は、第１のキャップメタル５を第１層配線４上に選択的に形成するのと同様の方法により、第２層配線１２上に選択的に形成することができる。
【００４７】
次に、図１（ｆ）に示すように、第２層配線１２上の第２のキャップメタル２３の上、及び、第２の配線層間絶縁膜１０上の第２の有機ポリマー層１３の上に、第２のバリア絶縁膜１４を形成する。第２のバリア絶縁膜１４の材質及び膜厚は、第１のバリア絶縁膜７と同様である。
【００４８】
以上により、第１の実施形態に係る半導体装置１００を製造することができる。
【００４９】
次に、以上のような製造方法によって製造される第１の実施形態に係る半導体装置１００の構成を説明する。
【００５０】
図２に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置１００は、半導体基板１を有し、この半導体基板１には、図示は省略するがトランジスタ等のアクティブ素子、素子分離用の絶縁膜領域、シリサイド層等が選択的に形成されている。
【００５１】
更に、これらアクティブ素子、絶縁膜領域及びシリサイド層の上には、第１の層間絶縁膜２が形成されている。この第１の層間絶縁膜２には、図示は省略するがコンタクト開口部が形成されている。
【００５２】
更に、第１の層間絶縁膜２上には、第１の配線層間絶縁膜３が形成されている。この第１の配線層間絶縁膜３は、比誘電率ｋが３以下、好ましくは比誘電率ｋが２．７以下の低誘電率膜である。この第１の配線層間絶縁膜３は、例えば、ポーラスな低誘電率膜（ポーラス低誘電率膜）とすることができる。このポーラス低誘電率膜は、具体的には、例えば、膜厚が５ｎｍ乃至２０ｎｍのポーラスシリカ（空孔を含むシリカ）である。
【００５３】
この第１の配線層間絶縁膜３には、選択的に第１層配線形成用溝２１が形成され、この第１層配線形成用溝２１内には、Ｃｕを主な材料とする金属材料によりＣｕ配線（第１層配線４）が形成されている。この第１層配線４は、具体的には、例えば、第１層配線形成用溝２１の底面及び側面に形成されたＴａＮ層と、このＴａＮ層上に形成されたＴａ層（図示略）と、このＴａ層上に第１層配線形成用溝２１内の残りの部分を埋めるように形成されたＣｕ層（図示略）と、を有している。これらＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度である。
【００５４】
第１層配線４の上面には、第１のキャップメタル５が選択的に形成されている。第１のキャップメタル５の材料としては、例えば、Ｃｏを含む高融点金属が挙げられる。より具体的には、第１のキャップメタル５の材料は、ＣｏＷＰとＣｏＷＢとのうちの少なくとも何れか一方を含むことが好ましい。第１のキャップメタル５は、具体的には、例えば、５ｎｍ乃至３０ｎｍの膜厚のＣｏＷＰとすることができる。
【００５５】
また、第１層配線４の間隔に位置する第１の配線層間絶縁膜３の上面には、第１の有機ポリマー層６が選択的に形成されている。この第１の有機ポリマー層６は、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層である。この第１の有機ポリマー層６は、例えば、焼成されたＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ、又は、２，４，６，８−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）と、焼成されたＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）と、のうちの少なくとも何れか一方により構成されている。なお、第１の有機ポリマー層６は、第１層配線４上には形成されていない。
【００５６】
第１のキャップメタル５及び第１の有機ポリマー層６の上には、第１のバリア絶縁膜７が形成されている。第１のバリア絶縁膜７の材料は、例えば、ＳｉＣとすることができ、その膜厚は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。
【００５７】
第１のバリア絶縁膜７の上には、ビア層間膜８が形成されている。ビア層間膜８は、例えば、ポーラスＳｉＯＣにより構成することができ、その膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【００５８】
ビア層間膜８にはビアホール９が形成され、ビアホール９内にはビア２２が形成されている。ビア２２の下端はキャップメタル５に接触している。このビア２２は、第１層配線４と同様の材質により構成され、例えば、ビアホール９の底面及び側面に形成されたＴａＮ層（図示略）と、このＴａＮ層上に形成されたＴａ層（図示略）と、このＴａ層上に、ビアホール９内の残りの部分を埋めるように形成されたＣｕ層（図示略）と、を有する。また、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることができる。
【００５９】
ビア層間膜８上には、第２の配線層間絶縁膜１０が形成されている。第２の配線層間絶縁膜１０の材質及び膜厚は、第１の配線層間絶縁膜３と同様である。第２の配線層間絶縁膜１０には、第２の配線層間絶縁膜１０の表裏を貫通してビア層間膜８に達する深さの第２層配線形成用溝１５が形成されている。
【００６０】
第２層配線形成用溝１５内には、第２層配線１２が形成されている。この第２層配線１２は、第１層配線４と同様の金属材料により構成され、例えば、第１層配線形成用溝２１の底面及び側面に形成されたＴａＮ層（図示略）と、このＴａＮ層上に形成されたＴａ層（図示略）と、このＴａ層上に、第２層配線形成用溝１５内の残りの部分を埋めるように形成されたＣｕ層（図示略）と、を有する。これらＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。また、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることができる。なお、ビア２２の形成箇所では、ビアホール９と連続的に第２層配線形成用溝１５が形成されており、当該第２層配線形成用溝１５内の第２層配線１２はビア２２と一体形成されている。
【００６１】
第２層配線１２上には、第２のキャップメタル２３が選択的に形成されている。第２のキャップメタル２３の材質及び膜厚は、第１のキャップメタル５と同様である。
【００６２】
また、第２層配線１２の間隔に位置する第２の配線層間絶縁膜１０の上面には、第２の有機ポリマー層１３が選択的に形成されている。この第２の有機ポリマー層１３の材料は、第１の有機ポリマー層６と同様である。
【００６３】
第２のキャップメタル２３上、及び、第２の有機ポリマー層１３上には、第２のバリア絶縁膜１４が形成されている。第２のバリア絶縁膜１４の材質及び膜厚は第１のバリア絶縁膜７と同様である。
【００６４】
なお、図２及び図１（ｆ）では、配線層が２層（第１層配線４及び第２層配線１２の２層）である例を示しているが、第１層配線４上のバリア絶縁膜７から、第２のバリア絶縁膜１４の直下（第２のキャップメタル２３及び第２の有機ポリマー層１３）までの構造を縦方向に繰り返し形成することにより、３層以上の多層配線構造とすることができる。更に、その上にセミグローバル層やグローバル層、さらには、アルミパッドやパッシベーション膜が形成される場合もあるが、これらについては、周知の構造を用いることができるため、図示及び詳細な説明を省略する。
【００６５】
以上のような第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層、すなわち疎水性の絶縁膜層としての第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を形成した後で、第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の形成を行うので、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜を好適に抑制することができる。これにより、配線間リーク電流のレベルを改善（抑制）し、絶縁破壊信頼性（絶縁破壊耐性）を向上することができるとともに、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）等の信頼性寿命を長くすることができる。
【００６６】
なお、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜の抑制効果は、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）が親水性の場合（例えば、ポーラスシリカにより構成される場合）に、特に有効である。
【００６７】
また、第１層配線４（第２層配線１２）上の第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を選択的に除去した後で、第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の形成を行うので、第１層配線４（第２層配線１２）上には支障なく第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）を成膜することができる。従って、第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）を第１層配線４上（第２層配線１２上）に選択的に形成することができる。
【００６８】
また、第１層配線４（第２層配線１２）の構成材料のうち、第１層配線形成用溝２１（第２層配線形成用溝１５）以外の箇所に形成された部分を除去した後で、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を形成するので、この第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）はその除去工程（ＣＭＰ）において削られない。このため、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）は必要最小限の膜厚（例えば、１０ｎｍ以下）で良い。よって、配線間容量の増大を抑制することができる。
【００６９】
このような配線間容量の抑制効果は、例えば、酸化膜系の材料を第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）の主要部分に用いる場合に、極めて有効である。例えば、ポーラスシリカを第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）を構成する主要な低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）材料として用いた場合、ＳｉＯ２を第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上のキャップ膜の材料とした場合（第２の実施形態参照）、主要な低誘電率材料に関わりなく、ＣＭＰにより第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上のキャップ膜が完全に除去された場合（第２の実施形態参照）、及び、主要な低誘電率材料自体をＣＭＰでＣｕと一緒に削る場合においても適用可能である。
【００７０】
このように、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、疎水化のために第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）の表面に形成する層をできるだけ薄くすることができ、且つ、第１層配線４（第２層配線１２）上に支障なく第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）を成膜できるようになる。
【００７１】
また、このような第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置１００は、複数の第１層配線４（第２層配線１２）と、第１層配線４（第２層配線１２）の間に配置されている第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）と、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に形成され、第１層配線４（第２層配線１２）上には形成されていない第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）と、第１層配線４（第２層配線１２）上に形成されている第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）と、を有している。
【００７２】
このような第１の実施形態に係る半導体装置１００によれば、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様の効果が得られる。
【００７３】
このような半導体装置１００は、例えば、高性能ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、デジタルコンシューマ、低消費電力向け半導体チップ全般、車載向け高信頼性ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の用途に好適に適用できる。
【００７４】
〔第２の実施形態〕
図４は第２の実施形態に係る半導体装置２００の構成を示す断面図である。
【００７５】
本実施形態に係る半導体装置２００においては、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）が形成されている。また、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）は、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）上に形成されている。本実施形態に係る半導体装置２００は、その他の点については第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。
【００７６】
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下に説明する点でのみ第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と相違し、その他の点では第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。
【００７７】
本実施形態の場合、第１の層間絶縁膜２上に第１の配線層間絶縁膜３を形成した後、この第１の配線層間絶縁膜３上に第１のキャップ絶縁膜２５を形成する。キャップ絶縁膜２５は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮのうちの少なくとも何れか１つにより構成することができる。
【００７８】
このキャップ絶縁膜２５は、ＣＭＰの際の研磨によるダメージから第１の配線層間絶縁膜３を保護する機能と、ＣＭＰの際の水分から第１の配線層間絶縁膜３を保護する機能とを有する。
【００７９】
次に、第１層配線形成用溝２１を形成する。本実施形態の場合の第１層配線形成用溝２１は、第１のキャップ絶縁膜２５及び第１の配線層間絶縁膜３の表裏を貫通して第１の層間絶縁膜２に達する。次に、第１層配線形成用溝２１内に第１層配線４を形成する。
【００８０】
次に、第１層配線４の構成材料のうち、第１層配線形成用溝２１以外の箇所に形成された部分をＣＭＰにより除去する。
【００８１】
次に、第１層配線４上及び第１のキャップ絶縁膜２５上に第１の有機ポリマー層６を形成する。
【００８２】
次に、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去することにより、該第１の有機ポリマー層６を第１のキャップ絶縁膜２５上に選択的に残留させる。
【００８３】
次に、第１層配線４上に第１のキャップメタル５を選択的に形成する。次に、第１層配線４上の第１のキャップメタル５の上、及び、第１のキャップ絶縁膜２５上の第１の有機ポリマー層６の上に、第１のバリア絶縁膜７を形成する。
【００８４】
次に、第１のバリア絶縁膜７の上にビア層間膜８を形成し、ビア層間膜８上に第２の配線層間絶縁膜１０を形成する。更に、第２の配線層間絶縁膜１０上に第２のキャップ絶縁膜２６を形成する。第２のキャップ絶縁膜２６の材質は第１のキャップ絶縁膜２５と同様である。
【００８５】
次に、第２層配線形成用溝１５とビアホール９とを形成する。本実施形態の場合の第２層配線形成用溝１５は、第２のキャップ絶縁膜２６及び第２の配線層間絶縁膜１０の表裏を貫通してビア層間膜８に達する。更に、ビアホール９は、ビア２２の形成箇所に形成する。ビアホール９は、第２層配線形成用溝１５の底面から第１のキャップメタル５に達する深さとなるよう、第２層配線形成用溝１５と連続的に形成する。
【００８６】
次に、ビアホール９内にビア２２を形成するとともに、第２層配線形成用溝１５内に第２層配線１２を形成する。
【００８７】
次に、第２層配線１２の構成材料のうち、第２層配線形成用溝１５以外の箇所に形成された部分をＣＭＰにより除去する。
【００８８】
次に、第２層配線１２上及び第２のキャップ絶縁膜２６上に、第２の有機ポリマー層１３を形成する。
【００８９】
次に、第２層配線１２上の第２の有機ポリマー層１３を選択的に除去し、該第２の有機ポリマー層１３を第２のキャップ絶縁膜２６上に選択的に残留させる。
【００９０】
次に、第２層配線１２上に第２のキャップメタル２３を選択的に形成した後、第２層配線１２上の第２のキャップメタル２３の上、及び、第２のキャップ絶縁膜２６上の第２の有機ポリマー層１３の上に、第２のバリア絶縁膜１４を形成する。
【００９１】
以上のような第２の実施形態によれば、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）を形成する場合において、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９２】
第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜の抑制効果は、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）が親水性の場合に、特に有効である。なお、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）がＳｉＯＣ等、疎水性の材料により構成されている場合にも、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合が第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の表面に存在すると、さらに疎水性を高めることができるため、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜の抑制効果を更に向上させることができる。
【００９３】
また、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）もまた、ＣＭＰ工程で水分や圧力の影響でダメージを受ける可能性もある。このダメージを受けた第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の表面に対して、第１の有機ポリマー層６を形成することにより、このダメージを受けた第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の状態を回復させることができる。このダメージの回復は、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の表面において、ダメージにより結合が切れた箇所に、例えば、ＯとＣとメチル基とを含む有機ポリマーを結合させて、その表面を修復及び疎水化させる処理である。このようにダメージを回復させることにより、リーク電流の抑制効果、及び、配線間容量の抑制効果を更に向上させることができる。
【００９４】
なお、第２の実施形態では、第１のキャップ絶縁膜２５の一部は、ＣＭＰによって第１層配線４の構成材料とともに除去しても良い。すなわち、例えば、第１のキャップ絶縁膜２５の表層部を除去したり、或いは、第１のキャップ絶縁膜２５を半導体装置２００の面内において位置選択的に除去したりしても良い。
【００９５】
或いは、図示は省略するが、第２の実施形態の製造工程において、第１のキャップ絶縁膜２５の全部をＣＭＰにより除去しても良い。この場合、半導体装置の構造は、結果的に、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様の構造となる。
【００９６】
また、上記の各実施形態では、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を第１層配線４（第２層配線１２）上から選択的に除去する処理として、紫外線照射処理を行う例を説明したが、例えば、１５０℃以上４００℃以上の熱処理を行うことによっても、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を第１層配線４（第２層配線１２）上から選択的に除去することができる。また、この熱処理も、不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中、窒素ガス雰囲気中、又は、真空中で行うことにより、第１層配線４（第２層配線１２）上の第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）の除去後に露出する第１層配線４（第２層配線１２）の表面のＣｕが酸化されてしまうといった不具合の発生を抑制することができる。また、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を第１層配線４（第２層配線１２）上から選択的に除去する処理は、このような熱処理と紫外線照射処理とを組み合わせて行うようにしても良い。
【００９７】
また、上記の各実施形態では、Ｃｕ拡散バリア絶縁膜として第１及び第２のバリア絶縁膜７、１４を形成する例を説明したが、第１及び第２のバリア絶縁膜７、１４は形成せずに、Ｃｕの拡散をＣｕ表面のキャップメタル（第１のキャップメタル５、第２のキャップメタル２３）だけで抑制することも可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 半導体基板
２ 第１の層間絶縁膜
３ 第１の配線層間絶縁膜
４ 第１層配線
５ 第１のキャップメタル
６ 第１の有機ポリマー層
７ 第１のバリア絶縁膜
８ ビア層間膜
９ ビアホール
１０ 第２の配線層間絶縁膜
１２ 第２層配線
１３ 第２の有機ポリマー層
１４ 第２のバリア絶縁膜
１５ 第２層配線形成用溝
２１ 第１層配線形成用溝
２２ ビア
２３ 第２のキャップメタル
２５ 第１のキャップ絶縁膜
２６ 第２のキャップ絶縁膜
１００、２００ 半導体装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のＣｕ配線上に、例えばＣｏを含む金属材料によりキャップメタルを成膜する技術が知られている。
【０００３】
Ｃｕ配線上にキャップメタルを成膜する技術においては、そのキャップメタルの成膜工程における選択性を十分に確保することが困難であり、本来成膜されないことが好ましい配線層間絶縁膜上にも、キャップメタルの成膜箇所が生じてしまうことがあるという課題がある。Ｃｕ表面と配線層間絶縁膜表面の両方に対し、同様の無電界めっき処理がなされてしまうことが、その課題を生じる理由である。
【０００４】
非特許文献１、２には、配線層間絶縁膜の主要部であるポーラスな低誘電率膜の上に形成されるキャップ膜としての絶縁膜材料の特性が記載されている。このキャップ膜は、Ｃｕ配線を構成するＣｕ膜をＣＭＰする際の低誘電率膜の剥がれや吸湿等に対する保護機能を有するものである。
【０００５】
非特許文献１では、このキャップ膜を疎水性の材料とすることにより、キャップメタルとしてのＣｏＷＰをＣｕ配線上に選択的に形成でき、配線間リーク電流のレベルを改善（抑制）できることが記載されている。
【０００６】
非特許文献２にも、配線層間絶縁膜として疎水性のＳｉＯＣ膜を用いることにより、Ｃｕ配線上のキャップメタル（ＣｏＷＰ膜）の選択成膜性を改善（向上）できることが記載されている。
【０００７】
非特許文献３には、ＣＭＰ後のＣｕの表面に対してＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｎ． Ｋａｗａｈａｒａ ｅｔ ａｌ．，" Ａ Ｎｏｖｅｌ ＣｏＷＰ Ｃａｐ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌｏｗ−Ｗ／Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ Ｗｉｔｈ ＮＨ３ Ｐｌａｓｍａ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ Ｌｏｗ−ｋ Ｔｏｐ （ＬＫＴ） Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ"， Ｉｎｔ． Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈ． Ｃｏｎｆ． ７．１６ （２００６） ｐ．１５２．
【非特許文献２】Ｓ． Ｋｏｎｄｏ ｅｔ ａｌ．，" Ｄｉｒｅｃｔ ＣＭＰ ｏｎ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌｏｗ−ｋ Ｆｉｌｍ ｆｏｒ Ｄａｍａｇｅ−ｌｅｓｓ Ｃｕ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ"， Ｉｎｔ． Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈ． Ｃｏｎｆ． ８．２ （２００６） ｐ．１６４．
【非特許文献３】Ｔ． Ｋｉｋｋａｗａ ｅｔ ａｌ．， "Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｕｌｔｒａｌｏｗ−ｋ／Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ３２ ｎｍ ＣＭＯＳ ＵＬＳＩ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ ＣｏＷＰ Ｂａｒｒｉｅｒ"， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ， ４．５ （２００５） ｐ． ９９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１、２に記載されているように、配線層間絶縁膜の表層部に疎水性のキャップ膜を形成することにより、キャップメタル（ＣｏＷＰ膜）の成膜時の選択性を改善することができる。しかし、キャップ膜は、一般に、ＣＭＰ時にＣｕとともに削られるため、ある程度厚く（例えば５０ｎｍ以上の膜厚に）形成されていることが好ましい。また、配線層間絶縁膜の表面の疎水化を実現するキャップ膜の材料としては、ＳｉＯ２（ｋ〜４．２）、ＳｉＯＣ（ｋ〜２．９）が挙げられる。これらの材料は、配線層間絶縁膜を構成する材料としては、（特に、４５ｎｍ ＣＭＯＳ世代以降の半導体装置の配線層間絶縁膜の構成材料としては、）比誘電率が大きい。このように比誘電率の大きい材料が低誘電率膜上に厚く形成されていると、隣り合うＣｕ配線間の容量が増加する。この結果、回路の遅延時間が大きくなり、半導体装置の性能を十分に引き出すことが困難となる。従って、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層は、できるだけ薄いことが好ましい。
【００１０】
これに対し、ＣＭＰ後に、配線層間絶縁膜としての低誘電率膜上に、非特許文献３に記載されているようなＴＭＣＴＳ処理を実施すれば、配線層間絶縁膜の表面にＴＭＣＴＳの薄膜を形成するだけで、配線層間絶縁膜表面の疎水化を行うことができる。つまり、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くしたいという要求を満たすことができる。しかしながら、非特許文献３の技術では、ＴＭＣＴＳ処理により、配線層間絶縁膜上だけでなく、Ｃｕ上にもＴＭＣＴＳの薄膜が付着してしまう。このため、Ｃｕ上のＴＭＣＴＳ膜の存在により、その後のキャップメタルの成膜工程において、Ｃｕとキャップメタル（ＣｏＷＰ）との反応が阻害されてしまう。つまり、Ｃｕ上にＣｏＷＰを成長させることができないか、或いは成長させることが可能であってもその成長速度が非常に遅くなってしまうと考えられる。
【００１１】
このように、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くし、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようにすることは困難だった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、配線層間絶縁膜に配線形成用溝を形成する第１工程と、前記配線形成用溝内にＣｕ配線を形成する第２工程と、前記Ｃｕ配線の構成材料のうち、前記配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する第３工程と、前記Ｃｕ配線上及び前記配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層を形成する第４工程と、前記Ｃｕ配線上の前記絶縁膜層を選択的に除去する第５工程と、前記Ｃｕ配線上にキャップメタルを選択的に形成する第６工程と、をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１３】
この半導体装置の製造方法によれば、配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層、すなわち疎水性の絶縁膜層を形成した後で、キャップメタルの形成を行うので、配線層間絶縁膜上へのキャップメタルの成膜を好適に抑制することができる。これにより、配線間リーク電流のレベルを改善（抑制）し、絶縁破壊信頼性（絶縁破壊耐性）を向上することができるとともに、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）等の信頼性寿命を長くすることができる。しかも、Ｃｕ配線上の絶縁膜層を選択的に除去した後で、キャップメタルの形成を行うので、Ｃｕ配線上には支障なくキャップメタルを成膜することができる。従って、キャップメタルをＣｕ配線上に選択的に形成することができる。また、Ｃｕ配線の構成材料のうち、配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去した後で、絶縁膜層を形成するので、この絶縁膜層はその除去工程において膜厚が削られない。このため、絶縁膜層は必要最小限の膜厚で良い。要するに、この半導体装置の製造方法によれば、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄くすることができ、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようになる。
【００１４】
また、本発明は、複数のＣｕ配線と、前記Ｃｕ配線の間に配置されている配線層間絶縁膜と、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、前記配線層間絶縁膜上に形成され、前記Ｃｕ配線上には形成されていない絶縁膜層と、前記Ｃｕ配線上に形成されているキャップメタルと、を有していることを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、疎水化のために配線層間絶縁膜の表面に形成する層をできるだけ薄することができ、且つ、Ｃｕ配線上に支障なくキャップメタルを成膜できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を説明するための断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３】ＣＭＰ後の紫外線照射処理で用いる紫外線の適切な波長範囲を説明するための図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一連の工程を説明するための断面図、図２は第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図、図３はＣＭＰ後の紫外線照射処理で用いる紫外線の適切な波長範囲を説明するための図である。
【００１９】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、配線層間絶縁膜（例えば、第１の配線層間絶縁膜３）に配線形成用溝（例えば、第１層配線形成用溝２１）を形成する第１工程と、配線形成用溝内にＣｕ配線（例えば、第１層配線４）を形成する第２工程と、Ｃｕ配線の構成材料のうち、配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する第３工程と、Ｃｕ配線上及び配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層（例えば、第１の有機ポリマー層６）を形成する第４工程と、Ｃｕ配線上の絶縁膜層を選択的に除去する第５工程と、Ｃｕ配線上にキャップメタル（例えば、第１のキャップメタル５）を選択的に形成する第６工程と、をこの順に行う。
また、本実施形態に係る半導体装置１００は、複数のＣｕ配線（例えば、第１層配線４）と、Ｃｕ配線の間に配置されている配線層間絶縁膜（例えば、第１の配線層間絶縁膜３）と、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、配線層間絶縁膜上に形成され、Ｃｕ配線上には形成されていない絶縁膜層（例えば、第１の有機ポリマー層６）と、Ｃｕ配線上に形成されているキャップメタル（例えば、第１のキャップメタル５）と、を有している。
以下、詳細に説明する。
【００２０】
図１を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００２１】
先ず、図１（ａ）に示す半導体基板１上に、図示は省略するが、トランジスタ等のアクティブ素子、これら素子の分離用の絶縁膜領域、シリサイド層等を選択的に形成する。次に、これらアクティブ素子、絶縁膜領域及びシリサイド層等の上に、第１の層間絶縁膜２を形成する。次に、この第１の層間絶縁膜２にコンタクト開口部（図示略）を形成する。
【００２２】
次に、図１（ａ）に示すように、第１の層間絶縁膜２上に第１の配線層間絶縁膜３を形成する。この第１の配線層間絶縁膜３は、比誘電率ｋが３以下、好ましくは比誘電率ｋが２．７以下の低誘電率膜とする。この第１の配線層間絶縁膜３は、例えば、ポーラスな低誘電率膜（ポーラス低誘電率膜）であり、例えば、膜厚が５ｎｍ乃至２０ｎｍのポーラスシリカ（空孔を含むシリカ）である。ここで、空孔を含むシリカとは、ＳｉＯ２膜が多孔質状に形成されたものを意味する。なお、空孔を含むシリカには、シリル化処理によって、膜の表面と、空孔の内周と、エッチングにより露出した表面（後述する第１層配線形成用溝２１の形成により露出した内周側面及び底部）と、のうちの少なくとも何れか１箇所に有機膜が形成されている。この有機膜は、例えば、メチル基を含む。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の配線層間絶縁膜３に第１層配線形成用溝２１を選択的に形成する。この第１層配線形成用溝２１は、第１の配線層間絶縁膜３の表裏を貫通して第１の層間絶縁膜２に達する深さとする。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１層配線形成用溝２１内に、Ｃｕを主な材料とする金属材料によりＣｕ配線（第１層配線４）を形成する。この第１層配線４は、具体的には、例えば、第１層配線形成用溝２１の底面及び側面にＴａＮ層（図示略）を形成し、このＴａＮ層上にＴａ層（図示略）を形成し、このＴａ層上に、第１層配線形成用溝２１内の残りの部分を埋めるＣｕ層（図示略）を形成することによって、構成することができる。Ｃｕ層の形成においては、先ず、Ｔａ層上にシードＣｕ層を形成した後に、このシードＣｕ層上にＣｕ層を成膜する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることが挙げられる。
【００２５】
次に、第１層配線４の構成材料（例えば、ＴａＮ、Ｔａ及びＣｕ）のうち、第１層配線形成用溝２１以外の箇所に形成された部分をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により除去する。
【００２６】
次に、第１層配線４上及び第１の配線層間絶縁膜３上に、第１の有機ポリマー層６を形成する。この第１の有機ポリマー層６は、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層である。この第１の有機ポリマー層６は、疎水性を示す。
【００２７】
この第１の有機ポリマー層６は、例えば、第１の配線層間絶縁膜３及び第１層配線４の表面をＳｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む有機ポリマーのガス雰囲気に曝す処理を行うことによって形成することができる。また、このガス雰囲気処理は、例えば、２５０℃以上４００℃以下の温度条件下で行うことが好ましく、特に３５０℃近辺（例えば、３３５℃以上３６５℃以下）の温度条件下で行うことが好ましい。この温度条件は、例えば、半導体基板１の温度の条件とすることができる。
【００２８】
この有機ポリマーは、例えば、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ：Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）とヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ：Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）とのうちの少なくとも何れか一方を含むことが好ましい。このうちＴＭＣＴＳは、例えば、１，３，５，７テトラメチルシクロテトラシロキサン（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）、又は、２，４，６，８テトラメチルシクロテトラシロキサン（２，４，６，８−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）である。
【００２９】
第１の有機ポリマー層６は、例えば、上述の温度条件下で、上述の材料により形成するため、該第１の有機ポリマー層６は、例えば、ＴＭＣＴＳとＨＭＤＳとのうちの少なくとも一方が焼成されたものとなる。
【００３０】
このように、ＣＭＰ後に第１の有機ポリマー層６を形成するので、第１の有機ポリマー層６はＣＭＰにおいて削られない。このため、第１の有機ポリマー層６は必要最小限の膜厚（例えば、１０ｎｍ以下）で良い。よって、配線間容量の増大を抑制することができる。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去し、該第１の有機ポリマー層６を第１の配線層間絶縁膜３上に選択的に残留させる処理を行う。この処理は、例えば、不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中で第１の有機ポリマー層６に紫外線を照射する紫外線照射処理とすることができる。
【００３２】
Ｃｕ−Ｏの結合エネルギーは、２６９．０（ｋＪ／ｍｏｌ）であり、Ｓｉ−Ｏの結合エネルギーの７９９．６（ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｏの結合エネルギーの１０７６．５（ｋＪ／ｍｏｌ）と比較してかなり低い。このため、紫外線照射処理で照射する紫外線の波長と照射時間とを適切に設定することにより、第１層配線４の表層のＣｕ−Ｏの結合は切断する一方で、第１の配線層間絶縁膜３の表層のＳｉ−Ｏの結合、及び、Ｃ−Ｏの結合は維持することができる。よって、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６は気化して第１層配線４上から除去される。こうして、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去し、第１の配線層間絶縁膜３上の第１の有機ポリマー層６は選択的に残留させることができる。
【００３３】
ここで、図３を参照して、紫外線照射処理で照射する紫外線の適切な波長範囲の例を説明する。図３は、Ｃｕ−Ｏの結合、Ｓｉ−Ｏの結合、及び、Ｃ−Ｏの結合がそれぞれ切断される紫外線の波長範囲を示す。図３に示すように、Ｃｕ−Ｏの結合は約４５０ｎｍ以下の波長の光線が照射されると切断される。同様に、Ｓｉ−Ｏの結合は約１５０ｎｍ以下の波長の光線が照射されると切断され、Ｃ−Ｏの結合は約１１５ｎｍ以下の波長の光線が照射されると切断される。従って、Ｃｕ−Ｏの結合は切断できるがＳｉ−Ｏ及びＣ−Ｏの結合は切断できない波長の紫外線を第１の有機ポリマー層６に照射することにより、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６は選択的に除去する一方で、第１の配線層間絶縁膜３上の第１の有機ポリマー層６は選択的に残留させることができる。そこで、紫外線照射処理では、具体的には、例えば、図３に波長範囲Ａとして示すように、２００ｎｍ乃至４００ｎｍの波長範囲の紫外線を第１の有機ポリマー層６に照射する。なお、このような紫外線照射処理において第１の有機ポリマー層６に照射する光には、波長範囲Ａよりも波長が長い光線（可視光等）が含まれていても良い。また、紫外線照射処理の時間は、例えば、３０秒以上１０分以下とすることができる。なお、紫外線照射処理においては、照射される光線により第１の有機ポリマー層６等が加熱されることはあっても、例えば、ヒーター等を用いた特別な加熱処理は行う必要がない。また、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６が除去されると第１層配線４の表面のＣｕが露出するが、この紫外線照射処理を不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中、窒素ガス雰囲気中、又は真空中（例えば、１００Ｔｏｒｒ以下）で行うことにより、第１層配線４の表層のＣｕが酸化されてしまうといった不具合の発生を抑制することができる。
【００３４】
こうして、第１の有機ポリマー層６を、第１層配線４上からは選択的に除去し、第１の配線層間絶縁膜３上には選択的に残留させることができる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１層配線４上に第１のキャップメタル５を選択的に形成する。第１のキャップメタル５の形成は、例えば、無電界めっき法により行うことができる。この無電解めっき法は、例えば、第１のキャップメタル５の構成材料と硫酸とを含む硫酸系溶液（以下、めっき液）を第１層配線４の表面に接触させる処理によって行うことができる。この処理は、例えば、そのめっき液を半導体基板１の全体にかける（注ぐ）ことにより、或いは、半導体基板１の全体をそのめっき液に浸すことにより行うことができる。なお、無電界めっき法に、還元性の薬液（例えばヒドラジン）による処理を組み合わせて、第１のキャップメタル５を形成することも可能である。
【００３６】
第１のキャップメタル５の材料は、例えば、Ｃｏを含む高融点金属であることが好ましい。このような高融点金属を第１のキャップメタル５の材料とすることにより、第１層配線４の酸化等を好適に抑制することができる。より具体的には、第１のキャップメタル５の材料は、ＣｏＷＰとＣｏＷＢとのうちの少なくとも何れか一方を含むことが好ましい。第１のキャップメタル５は、具体的には、例えば、５ｎｍ乃至３０ｎｍの膜厚のＣｏＷＰとすることができる。
【００３７】
ここで、第１の配線層間絶縁膜３上に選択的に残留している第１の有機ポリマー層６は、疎水性である。このため、第１のキャップメタル５の形成の際には、この第１の有機ポリマー層６によって、第１のキャップメタル５の構成材料は、第１の配線層間絶縁膜３上からは、はじかれて、第１層配線４上に選択的に付着する。すなわち、無電解めっき法により第１のキャップメタル５を形成する場合には、第１の配線層間絶縁膜３上ではめっき液を短時間で乾燥させることができるので、めっき液中の第１のキャップメタル５の材料が第１の配線層間絶縁膜３上に残留してしまうことを抑制することができる。よって、第１のキャップメタル５を第１層配線４上に選択的に形成することができる。
【００３８】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１層配線４上の第１のキャップメタル５の上、及び、第１の配線層間絶縁膜３上の第１の有機ポリマー層６の上に、第１のバリア絶縁膜７を形成する。第１のバリア絶縁膜７の材料は、例えば、ＳｉＣとすることができる。第１のバリア絶縁膜７の膜厚は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。
【００３９】
次に、第１のバリア絶縁膜７の上にビア層間膜８を形成する。ビア層間膜８は、例えば、ポーラスＳｉＯＣにより構成することができる。このビア層間膜８の膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【００４０】
次に、ビア層間膜８上に第２の配線層間絶縁膜１０を形成する。第２の配線層間絶縁膜１０の材質及び膜厚は、第１の配線層間絶縁膜３と同様である。
【００４１】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２層配線形成用溝１５とビアホール９とを形成する。第２層配線形成用溝１５は、第２の配線層間絶縁膜１０の表裏を貫通してビア層間膜８に達する深さに形成する。ビアホール９は、ビア２２（図１（ｅ））の形成箇所にのみ形成する。このビアホール９は、図１（ｄ）に示すように、第２層配線形成用溝１５の底面から第１のキャップメタル５に達する深さに、第２層配線形成用溝１５と連続的に形成する。
【００４２】
次に、図１（ｅ）に示すように、ビアホール９内にビア２２を形成するとともに、第２層配線形成用溝１５内に第２層配線１２を形成する。これらビア２２及び第２層配線１２は、第１層配線４と同様の金属材料により構成される。具体的には、例えば、ビア２２の形成箇所以外においては第１層配線形成用溝２１の底面及び側面にＴａＮ層（図示略）を形成する。また、ビア２２の形成箇所においてはビアホール９の底面と、ビアホール９及び第１層配線形成用溝２１の側面にＴａＮ層（図示略）を形成する。そして、このＴａＮ層上にＴａ層（図示略）を形成し、このＴａ層上に、第１層配線形成用溝２１内及びビアホール９内の残りの部分を埋めるＣｕ層（図示略）を形成することによって、ビア２２及び第２層配線１２を形成する。Ｃｕ層の形成においては、先ず、Ｔａ層上にシードＣｕ層を形成した後に、このシードＣｕ層上にＣｕ層を成膜する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることができる。
【００４３】
次に、第２層配線１２の構成材料（例えば、ＴａＮ、Ｔａ及びＣｕ）のうち、第２層配線形成用溝１５以外の箇所に形成された部分をＣＭＰにより除去する。
【００４４】
次に、第２層配線１２上及び第２の配線層間絶縁膜１０上に、第２の有機ポリマー層１３を形成する。この第２の有機ポリマー層１３の材質は、第１の有機ポリマー層６と同様である。第２の有機ポリマー層１３は、第１の有機ポリマー層６と同様の方法により、第２層配線１２上及び第２の配線層間絶縁膜１０上に形成することができる。
【００４５】
次に、図１（ｅ）に示すように、第２層配線１２上の第２の有機ポリマー層１３を選択的に除去し、該第２の有機ポリマー層１３を第２の配線層間絶縁膜１０上に選択的に残留させる処理を行う。この処理は、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去し、該第１の有機ポリマー層６を第１の配線層間絶縁膜３上に選択的に残留させる処理と同様に行うことができる。
【００４６】
次に、図１（ｆ）に示すように、第２層配線１２上に第２のキャップメタル２３を選択的に形成する。第２のキャップメタル２３の材質及び膜厚は、第１のキャップメタル５と同様である。第２のキャップメタル２３は、第１のキャップメタル５を第１層配線４上に選択的に形成するのと同様の方法により、第２層配線１２上に選択的に形成することができる。
【００４７】
次に、図１（ｆ）に示すように、第２層配線１２上の第２のキャップメタル２３の上、及び、第２の配線層間絶縁膜１０上の第２の有機ポリマー層１３の上に、第２のバリア絶縁膜１４を形成する。第２のバリア絶縁膜１４の材質及び膜厚は、第１のバリア絶縁膜７と同様である。
【００４８】
以上により、第１の実施形態に係る半導体装置１００を製造することができる。
【００４９】
次に、以上のような製造方法によって製造される第１の実施形態に係る半導体装置１００の構成を説明する。
【００５０】
図２に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置１００は、半導体基板１を有し、この半導体基板１には、図示は省略するがトランジスタ等のアクティブ素子、素子分離用の絶縁膜領域、シリサイド層等が選択的に形成されている。
【００５１】
更に、これらアクティブ素子、絶縁膜領域及びシリサイド層の上には、第１の層間絶縁膜２が形成されている。この第１の層間絶縁膜２には、図示は省略するがコンタクト開口部が形成されている。
【００５２】
更に、第１の層間絶縁膜２上には、第１の配線層間絶縁膜３が形成されている。この第１の配線層間絶縁膜３は、比誘電率ｋが３以下、好ましくは比誘電率ｋが２．７以下の低誘電率膜である。この第１の配線層間絶縁膜３は、例えば、ポーラスな低誘電率膜（ポーラス低誘電率膜）とすることができる。このポーラス低誘電率膜は、具体的には、例えば、膜厚が５ｎｍ乃至２０ｎｍのポーラスシリカ（空孔を含むシリカ）である。
【００５３】
この第１の配線層間絶縁膜３には、選択的に第１層配線形成用溝２１が形成され、この第１層配線形成用溝２１内には、Ｃｕを主な材料とする金属材料によりＣｕ配線（第１層配線４）が形成されている。この第１層配線４は、具体的には、例えば、第１層配線形成用溝２１の底面及び側面に形成されたＴａＮ層と、このＴａＮ層上に形成されたＴａ層（図示略）と、このＴａ層上に第１層配線形成用溝２１内の残りの部分を埋めるように形成されたＣｕ層（図示略）と、を有している。これらＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。なお、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度である。
【００５４】
第１層配線４の上面には、第１のキャップメタル５が選択的に形成されている。第１のキャップメタル５の材料としては、例えば、Ｃｏを含む高融点金属が挙げられる。より具体的には、第１のキャップメタル５の材料は、ＣｏＷＰとＣｏＷＢとのうちの少なくとも何れか一方を含むことが好ましい。第１のキャップメタル５は、具体的には、例えば、５ｎｍ乃至３０ｎｍの膜厚のＣｏＷＰとすることができる。
【００５５】
また、第１層配線４の間隔に位置する第１の配線層間絶縁膜３の上面には、第１の有機ポリマー層６が選択的に形成されている。この第１の有機ポリマー層６は、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層である。この第１の有機ポリマー層６は、例えば、焼成されたＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ、又は、２，４，６，８−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）と、焼成されたＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）と、のうちの少なくとも何れか一方により構成されている。なお、第１の有機ポリマー層６は、第１層配線４上には形成されていない。
【００５６】
第１のキャップメタル５及び第１の有機ポリマー層６の上には、第１のバリア絶縁膜７が形成されている。第１のバリア絶縁膜７の材料は、例えば、ＳｉＣとすることができ、その膜厚は、例えば、５０ｎｍ程度とすることができる。
【００５７】
第１のバリア絶縁膜７の上には、ビア層間膜８が形成されている。ビア層間膜８は、例えば、ポーラスＳｉＯＣにより構成することができ、その膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【００５８】
ビア層間膜８にはビアホール９が形成され、ビアホール９内にはビア２２が形成されている。ビア２２の下端はキャップメタル５に接触している。このビア２２は、第１層配線４と同様の材質により構成され、例えば、ビアホール９の底面及び側面に形成されたＴａＮ層（図示略）と、このＴａＮ層上に形成されたＴａ層（図示略）と、このＴａ層上に、ビアホール９内の残りの部分を埋めるように形成されたＣｕ層（図示略）と、を有する。また、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることができる。
【００５９】
ビア層間膜８上には、第２の配線層間絶縁膜１０が形成されている。第２の配線層間絶縁膜１０の材質及び膜厚は、第１の配線層間絶縁膜３と同様である。第２の配線層間絶縁膜１０には、第２の配線層間絶縁膜１０の表裏を貫通してビア層間膜８に達する深さの第２層配線形成用溝１５が形成されている。
【００６０】
第２層配線形成用溝１５内には、第２層配線１２が形成されている。この第２層配線１２は、第１層配線４と同様の金属材料により構成され、例えば、第１層配線形成用溝２１の底面及び側面に形成されたＴａＮ層（図示略）と、このＴａＮ層上に形成されたＴａ層（図示略）と、このＴａ層上に、第２層配線形成用溝１５内の残りの部分を埋めるように形成されたＣｕ層（図示略）と、を有する。これらＴａＮ層及びＴａ層はバリアメタルを構成する。また、ＴａＮ層及びＴａ層の膜厚は、例えば、それぞれ５ｎｍ程度とすることができる。なお、ビア２２の形成箇所では、ビアホール９と連続的に第２層配線形成用溝１５が形成されており、当該第２層配線形成用溝１５内の第２層配線１２はビア２２と一体形成されている。
【００６１】
第２層配線１２上には、第２のキャップメタル２３が選択的に形成されている。第２のキャップメタル２３の材質及び膜厚は、第１のキャップメタル５と同様である。
【００６２】
また、第２層配線１２の間隔に位置する第２の配線層間絶縁膜１０の上面には、第２の有機ポリマー層１３が選択的に形成されている。この第２の有機ポリマー層１３の材料は、第１の有機ポリマー層６と同様である。
【００６３】
第２のキャップメタル２３上、及び、第２の有機ポリマー層１３上には、第２のバリア絶縁膜１４が形成されている。第２のバリア絶縁膜１４の材質及び膜厚は第１のバリア絶縁膜７と同様である。
【００６４】
なお、図２及び図１（ｆ）では、配線層が２層（第１層配線４及び第２層配線１２の２層）である例を示しているが、第１層配線４上のバリア絶縁膜７から、第２のバリア絶縁膜１４の直下（第２のキャップメタル２３及び第２の有機ポリマー層１３）までの構造を縦方向に繰り返し形成することにより、３層以上の多層配線構造とすることができる。更に、その上にセミグローバル層やグローバル層、さらには、アルミパッドやパッシベーション膜が形成される場合もあるが、これらについては、周知の構造を用いることができるため、図示及び詳細な説明を省略する。
【００６５】
以上のような第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層、すなわち疎水性の絶縁膜層としての第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を形成した後で、第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の形成を行うので、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜を好適に抑制することができる。これにより、配線間リーク電流のレベルを改善（抑制）し、絶縁破壊信頼性（絶縁破壊耐性）を向上することができるとともに、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）等の信頼性寿命を長くすることができる。
【００６６】
なお、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜の抑制効果は、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）が親水性の場合（例えば、ポーラスシリカにより構成される場合）に、特に有効である。
【００６７】
また、第１層配線４（第２層配線１２）上の第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を選択的に除去した後で、第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の形成を行うので、第１層配線４（第２層配線１２）上には支障なく第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）を成膜することができる。従って、第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）を第１層配線４上（第２層配線１２上）に選択的に形成することができる。
【００６８】
また、第１層配線４（第２層配線１２）の構成材料のうち、第１層配線形成用溝２１（第２層配線形成用溝１５）以外の箇所に形成された部分を除去した後で、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を形成するので、この第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）はその除去工程（ＣＭＰ）において削られない。このため、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）は必要最小限の膜厚（例えば、１０ｎｍ以下）で良い。よって、配線間容量の増大を抑制することができる。
【００６９】
このような配線間容量の抑制効果は、例えば、酸化膜系の材料を第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）の主要部分に用いる場合に、極めて有効である。例えば、ポーラスシリカを第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）を構成する主要な低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）材料として用いた場合、ＳｉＯ２を第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上のキャップ膜の材料とした場合（第２の実施形態参照）、主要な低誘電率材料に関わりなく、ＣＭＰにより第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上のキャップ膜が完全に除去された場合（第２の実施形態参照）、及び、主要な低誘電率材料自体をＣＭＰでＣｕと一緒に削る場合においても適用可能である。
【００７０】
このように、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、疎水化のために第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）の表面に形成する層をできるだけ薄くすることができ、且つ、第１層配線４（第２層配線１２）上に支障なく第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）を成膜できるようになる。
【００７１】
また、このような第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置１００は、複数の第１層配線４（第２層配線１２）と、第１層配線４（第２層配線１２）の間に配置されている第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）と、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に形成され、第１層配線４（第２層配線１２）上には形成されていない第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）と、第１層配線４（第２層配線１２）上に形成されている第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）と、を有している。
【００７２】
このような第１の実施形態に係る半導体装置１００によれば、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様の効果が得られる。
【００７３】
このような半導体装置１００は、例えば、高性能ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、デジタルコンシューマ、低消費電力向け半導体チップ全般、車載向け高信頼性ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の用途に好適に適用できる。
【００７４】
〔第２の実施形態〕
図４は第２の実施形態に係る半導体装置２００の構成を示す断面図である。
【００７５】
本実施形態に係る半導体装置２００においては、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）が形成されている。また、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）は、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）上に形成されている。本実施形態に係る半導体装置２００は、その他の点については第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様に構成されている。
【００７６】
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下に説明する点でのみ第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と相違し、その他の点では第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。
【００７７】
本実施形態の場合、第１の層間絶縁膜２上に第１の配線層間絶縁膜３を形成した後、この第１の配線層間絶縁膜３上に第１のキャップ絶縁膜２５を形成する。キャップ絶縁膜２５は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮのうちの少なくとも何れか１つにより構成することができる。
【００７８】
このキャップ絶縁膜２５は、ＣＭＰの際の研磨によるダメージから第１の配線層間絶縁膜３を保護する機能と、ＣＭＰの際の水分から第１の配線層間絶縁膜３を保護する機能とを有する。
【００７９】
次に、第１層配線形成用溝２１を形成する。本実施形態の場合の第１層配線形成用溝２１は、第１のキャップ絶縁膜２５及び第１の配線層間絶縁膜３の表裏を貫通して第１の層間絶縁膜２に達する。次に、第１層配線形成用溝２１内に第１層配線４を形成する。
【００８０】
次に、第１層配線４の構成材料のうち、第１層配線形成用溝２１以外の箇所に形成された部分をＣＭＰにより除去する。
【００８１】
次に、第１層配線４上及び第１のキャップ絶縁膜２５上に第１の有機ポリマー層６を形成する。
【００８２】
次に、第１層配線４上の第１の有機ポリマー層６を選択的に除去することにより、該第１の有機ポリマー層６を第１のキャップ絶縁膜２５上に選択的に残留させる。
【００８３】
次に、第１層配線４上に第１のキャップメタル５を選択的に形成する。次に、第１層配線４上の第１のキャップメタル５の上、及び、第１のキャップ絶縁膜２５上の第１の有機ポリマー層６の上に、第１のバリア絶縁膜７を形成する。
【００８４】
次に、第１のバリア絶縁膜７の上にビア層間膜８を形成し、ビア層間膜８上に第２の配線層間絶縁膜１０を形成する。更に、第２の配線層間絶縁膜１０上に第２のキャップ絶縁膜２６を形成する。第２のキャップ絶縁膜２６の材質は第１のキャップ絶縁膜２５と同様である。
【００８５】
次に、第２層配線形成用溝１５とビアホール９とを形成する。本実施形態の場合の第２層配線形成用溝１５は、第２のキャップ絶縁膜２６及び第２の配線層間絶縁膜１０の表裏を貫通してビア層間膜８に達する。更に、ビアホール９は、ビア２２の形成箇所に形成する。ビアホール９は、第２層配線形成用溝１５の底面から第１のキャップメタル５に達する深さとなるよう、第２層配線形成用溝１５と連続的に形成する。
【００８６】
次に、ビアホール９内にビア２２を形成するとともに、第２層配線形成用溝１５内に第２層配線１２を形成する。
【００８７】
次に、第２層配線１２の構成材料のうち、第２層配線形成用溝１５以外の箇所に形成された部分をＣＭＰにより除去する。
【００８８】
次に、第２層配線１２上及び第２のキャップ絶縁膜２６上に、第２の有機ポリマー層１３を形成する。
【００８９】
次に、第２層配線１２上の第２の有機ポリマー層１３を選択的に除去し、該第２の有機ポリマー層１３を第２のキャップ絶縁膜２６上に選択的に残留させる。
【００９０】
次に、第２層配線１２上に第２のキャップメタル２３を選択的に形成した後、第２層配線１２上の第２のキャップメタル２３の上、及び、第２のキャップ絶縁膜２６上の第２の有機ポリマー層１３の上に、第２のバリア絶縁膜１４を形成する。
【００９１】
以上のような第２の実施形態によれば、第１の配線層間絶縁膜３（第２の配線層間絶縁膜１０）上に第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）を形成する場合において、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９２】
第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜の抑制効果は、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）が親水性の場合に、特に有効である。なお、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）がＳｉＯＣ等、疎水性の材料により構成されている場合にも、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合が第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の表面に存在すると、さらに疎水性を高めることができるため、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）上への第１のキャップメタル５（第２のキャップメタル２３）の成膜の抑制効果を更に向上させることができる。
【００９３】
また、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）もまた、ＣＭＰ工程で水分や圧力の影響でダメージを受ける可能性もある。このダメージを受けた第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の表面に対して、第１の有機ポリマー層６を形成することにより、このダメージを受けた第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の状態を回復させることができる。このダメージの回復は、第１のキャップ絶縁膜２５（第２のキャップ絶縁膜２６）の表面において、ダメージにより結合が切れた箇所に、例えば、ＯとＣとメチル基とを含む有機ポリマーを結合させて、その表面を修復及び疎水化させる処理である。このようにダメージを回復させることにより、リーク電流の抑制効果、及び、配線間容量の抑制効果を更に向上させることができる。
【００９４】
なお、第２の実施形態では、第１のキャップ絶縁膜２５の一部は、ＣＭＰによって第１層配線４の構成材料とともに除去しても良い。すなわち、例えば、第１のキャップ絶縁膜２５の表層部を除去したり、或いは、第１のキャップ絶縁膜２５を半導体装置２００の面内において位置選択的に除去したりしても良い。
【００９５】
或いは、図示は省略するが、第２の実施形態の製造工程において、第１のキャップ絶縁膜２５の全部をＣＭＰにより除去しても良い。この場合、半導体装置の構造は、結果的に、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様の構造となる。
【００９６】
また、上記の各実施形態では、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を第１層配線４（第２層配線１２）上から選択的に除去する処理として、紫外線照射処理を行う例を説明したが、例えば、１５０℃以上４００℃以上の熱処理を行うことによっても、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を第１層配線４（第２層配線１２）上から選択的に除去することができる。また、この熱処理も、不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中、窒素ガス雰囲気中、又は、真空中で行うことにより、第１層配線４（第２層配線１２）上の第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）の除去後に露出する第１層配線４（第２層配線１２）の表面のＣｕが酸化されてしまうといった不具合の発生を抑制することができる。また、第１の有機ポリマー層６（第２の有機ポリマー層１３）を第１層配線４（第２層配線１２）上から選択的に除去する処理は、このような熱処理と紫外線照射処理とを組み合わせて行うようにしても良い。
【００９７】
また、上記の各実施形態では、Ｃｕ拡散バリア絶縁膜として第１及び第２のバリア絶縁膜７、１４を形成する例を説明したが、第１及び第２のバリア絶縁膜７、１４は形成せずに、Ｃｕの拡散をＣｕ表面のキャップメタル（第１のキャップメタル５、第２のキャップメタル２３）だけで抑制することも可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 半導体基板
２ 第１の層間絶縁膜
３ 第１の配線層間絶縁膜
４ 第１層配線
５ 第１のキャップメタル
６ 第１の有機ポリマー層
７ 第１のバリア絶縁膜
８ ビア層間膜
９ ビアホール
１０ 第２の配線層間絶縁膜
１２ 第２層配線
１３ 第２の有機ポリマー層
１４ 第２のバリア絶縁膜
１５ 第２層配線形成用溝
２１ 第１層配線形成用溝
２２ ビア
２３ 第２のキャップメタル
２５ 第１のキャップ絶縁膜
２６ 第２のキャップ絶縁膜
１００、２００ 半導体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層間絶縁膜に配線形成用溝を形成する第１工程と、
前記配線形成用溝内にＣｕ配線を形成する第２工程と、
前記Ｃｕ配線の構成材料のうち、前記配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する第３工程と、
前記Ｃｕ配線上及び前記配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層を形成する第４工程と、
前記Ｃｕ配線上の前記絶縁膜層を選択的に除去する第５工程と、
前記Ｃｕ配線上にキャップメタルを選択的に形成する第６工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第５工程には、前記絶縁膜層に紫外線を照射する紫外線照射処理が含まれることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第５工程には、１５０℃以上４００℃以下の熱処理が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第５工程を不活性ガス雰囲気中、窒素ガス雰囲気中又は真空中で行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程は、前記配線層間絶縁膜及び前記Ｃｕ配線の表面を、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む有機ポリマーのガス雰囲気に曝すことによって行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機ポリマーは、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）とヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）とのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第４工程を、２５０℃以上４００℃以下の温度条件下で行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第６工程には、無電界めっき法により前記キャップメタルを形成する処理が含まれることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記無電解めっき法には、前記キャップメタルの構成材料と硫酸とを含む溶液を前記Ｃｕ配線の表面に接触させる処理が含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記配線層間絶縁膜はポーラス低誘電率膜であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線層間絶縁膜は、ポーラス低誘電率膜と、前記ポーラス低誘電率膜上に形成され該ポーラス低誘電率膜を保護するキャップ絶縁膜と、を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記キャップ絶縁膜を、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮのうちの少なくとも何れか１つにより構成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程では、前記キャップ絶縁膜の一部又は全部を除去することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ポーラス低誘電率膜は、ポーラスシリカを含むことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第６工程では、Ｃｏを含む高融点金属により前記キャップメタルを形成することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記高融点金属には、ＣｏＷＰとＣｏＷＢとのうちの少なくとも何れか一方が含まれることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
複数のＣｕ配線と、
前記Ｃｕ配線の間に配置されている配線層間絶縁膜と、
Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、前記配線層間絶縁膜上に形成され、前記Ｃｕ配線上には形成されていない絶縁膜層と、
前記Ｃｕ配線上に形成されているキャップメタルと、
を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】
前記絶縁膜層は、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）とヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）とのうちの少なくとも一方により構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記配線層間絶縁膜は、ポーラス低誘電率膜であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記配線層間絶縁膜は、ポーラス低誘電率膜と、前記ポーラス低誘電率膜上に形成され該ポーラス低誘電率膜を保護するキャップ絶縁膜と、を有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の半導体装置。
【請求項１】
配線層間絶縁膜に配線形成用溝を形成する第１工程と、
前記配線形成用溝内にＣｕ配線を形成する第２工程と、
前記Ｃｕ配線の構成材料のうち、前記配線形成用溝以外の箇所に形成された部分を除去する第３工程と、
前記Ｃｕ配線上及び前記配線層間絶縁膜上に、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む絶縁膜層を形成する第４工程と、
前記Ｃｕ配線上の前記絶縁膜層を選択的に除去する第５工程と、
前記Ｃｕ配線上にキャップメタルを選択的に形成する第６工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第５工程には、前記絶縁膜層に紫外線を照射する紫外線照射処理が含まれることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第５工程には、１５０℃以上４００℃以下の熱処理が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第５工程を不活性ガス雰囲気中、窒素ガス雰囲気中又は真空中で行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程は、前記配線層間絶縁膜及び前記Ｃｕ配線の表面を、Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含む有機ポリマーのガス雰囲気に曝すことによって行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機ポリマーは、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）とヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）とのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第４工程を、２５０℃以上４００℃以下の温度条件下で行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第６工程には、無電界めっき法により前記キャップメタルを形成する処理が含まれることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記無電解めっき法には、前記キャップメタルの構成材料と硫酸とを含む溶液を前記Ｃｕ配線の表面に接触させる処理が含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記配線層間絶縁膜はポーラス低誘電率膜であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線層間絶縁膜は、ポーラス低誘電率膜と、前記ポーラス低誘電率膜上に形成され該ポーラス低誘電率膜を保護するキャップ絶縁膜と、を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記キャップ絶縁膜を、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮのうちの少なくとも何れか１つにより構成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程では、前記キャップ絶縁膜の一部又は全部を除去することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ポーラス低誘電率膜は、ポーラスシリカを含むことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第６工程では、Ｃｏを含む高融点金属により前記キャップメタルを形成することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記高融点金属には、ＣｏＷＰとＣｏＷＢとのうちの少なくとも何れか一方が含まれることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
複数のＣｕ配線と、
前記Ｃｕ配線の間に配置されている配線層間絶縁膜と、
Ｓｉ−Ｏ、Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−ＣＨ３、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｃ及びＣ−Ｈのうちの少なくとも何れか１つの結合を含み、前記配線層間絶縁膜上に形成され、前記Ｃｕ配線上には形成されていない絶縁膜層と、
前記Ｃｕ配線上に形成されているキャップメタルと、
を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】
前記絶縁膜層は、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）とヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）とのうちの少なくとも一方により構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記配線層間絶縁膜は、ポーラス低誘電率膜であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記配線層間絶縁膜は、ポーラス低誘電率膜と、前記ポーラス低誘電率膜上に形成され該ポーラス低誘電率膜を保護するキャップ絶縁膜と、を有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２９２４５（Ｐ２０１１−２９２４５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０７５３（Ｐ２００９−１７０７５３）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【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２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【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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