半導体装置の製造方法
【課題】本発明の目的は、層間絶縁膜に密着用の膜を追加することなく、簡易に有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板１上に、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１１，１３の積層膜を含む層間絶縁膜１０を形成する工程と、層間絶縁膜１０に対して電子線ＥＢあるいは紫外線ＵＶを照射して、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１１，１３とを密着させる工程とを有する。
【解決手段】本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板１上に、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１１，１３の積層膜を含む層間絶縁膜１０を形成する工程と、層間絶縁膜１０に対して電子線ＥＢあるいは紫外線ＵＶを照射して、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１１，１３とを密着させる工程とを有する。
【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に関し、特に、層間絶縁膜として有機絶縁膜を採用する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の高速動作に対する要求に伴い、層間絶縁膜を従来の酸化シリコン膜（誘電率ｋ＝４．３程度）から低誘電率化した材料に変更し、配線間容量を低減する検討が行われている。低誘電率絶縁材料として、誘電率が３程度のＳｉＯＣ膜やＳｉＯ膜などの無機絶縁膜材料、並びにポリアリレン等の有機絶縁膜材料がある。
【０００３】
さらなる低誘電率化のために、これらの膜中に微細な空孔（ポア）を導入したり、モノマーの分子構造を空隙のある構造とすることで膜の密度を下げた、いわゆるポーラス材料が開発されている。ポーラス材料の中には、誘電率を２．２程度まで下げたものも報告されている。このような材料を層間絶縁膜に用いることで、配線間のクロストークを低減でき、半導体素子の高速動作を実現することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、低誘電率絶縁材料からなる膜は、その膜の上部または下部に形成される膜と密着不良を起こす場合がある。特に、有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性は著しく低下する。さらにこれらの絶縁膜材料をポーラス化した場合、膜密度が低下し、密着性の低下が顕著となる。
【０００５】
低誘電率膜の密着不良を解決する技術が、特許文献１および２に開示されている。
特許文献１では、密着性の低い絶縁膜間に、ＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスオキサン）膜を設けることで密着性の向上を図る技術が開示されている。特許文献２では、密着性の低い絶縁膜間にＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜を設けることで密着性の向上を図る技術が開示されている。
【０００６】
上記した従来技術では、層間絶縁膜にＭＨＳＱ膜やＢＣＢ膜などの密着用の膜を追加するものであるが、この場合にはこれらの膜により誘電率が上昇し、層間絶縁膜の低誘電率化の効果が低減するという問題があった。また、層間絶縁膜の層構造を増やすということは、製造プロセスの工程数の増加、層間絶縁膜の加工プロセスの変更や、加工プロセスの複雑化に繋がるという問題もある。
【０００７】
層間絶縁膜に密着用の膜を追加せずに、密着性の低い絶縁膜同士の密着力を向上させる技術が特許文献３および４に開示されている。特許文献３では、下地の絶縁膜を形成した後に、紫外線を照射し、その後、上層の絶縁膜を形成することで、下地の絶縁膜と上層の絶縁膜の密着性を向上する技術が開示されている。特許文献４では、下地の絶縁膜を形成した後に、電子線を照射し、その後、上層の絶縁膜を形成することで、下地の絶縁膜と上層の絶縁膜の密着性を向上する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３２６２２２号公報
【特許文献２】特開２００４−９５８６３号公報
【特許文献３】特開平１０−２０９２７５号公報
【特許文献４】特開２００４−１８６５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献３，４では、いずれも下地の絶縁膜の表面に、紫外線あるいは電子線を照射した後に、上層の絶縁膜を形成するものである。これらの方法では、下地の絶縁膜の表面に紫外線あるいは電子線を照射することで、ダングリングボンド（未結合手）を形成するものと考えられる。しかしながら、この方法では、紫外線等を照射した後に、上層の絶縁膜を形成するための成膜装置への搬送中に基板が大気に晒されるため、上層の絶縁膜との密着性の向上効果が低減するという問題があった。この原因としては、紫外線等の照射により形成したダングリングボンドが、大気中の粒子を捕捉してしまっていると考えられる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、層間絶縁膜に密着用の膜を追加することなく、簡易に有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に対して電子線あるいは紫外線を照射して、前記有機絶縁膜と前記無機絶縁膜とを密着させる工程とを有する。
【００１１】
上記の本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板上に有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜を含む層間絶縁膜を形成した後に、層間絶縁膜に電子線あるいは紫外線を照射する。層間絶縁膜に電子線あるいは紫外線を照射すると、層間絶縁膜中を電子線あるいは紫外線が通過して、層間絶縁膜中の無機絶縁膜および有機絶縁膜の各結合手にエネルギーが与えられて結合が切断されて、未結合手（ダングリングボンド）が発生する。未結合手は、エネルギー的に安定する方向へ進むように、近傍の未結合手と結合する。上記の再結合の過程において、無機絶縁膜と有機絶縁膜の界面において、無機絶縁膜の未結合手と有機絶縁膜の未結合手が結合することにより、無機絶縁膜と有機絶縁膜の密着性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜に密着用の膜を追加することなく、簡易に有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、半導体基板１の上層に、無機絶縁膜１１と、有機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１３の積層膜からなる層間絶縁膜１０を形成する場合について説明する。
【００１５】
無機絶縁膜１１としては、炭素含有シリコン系膜、あるいはシリコン系膜を用いる。ここで、無機絶縁膜１１として、二酸化シリコンの誘電率（誘電率ｋ＝４．３）よりも低い誘電率をもつ無機絶縁膜１１を使用することが好ましい。このような低誘電率材料のうち、炭素含有シリコン系膜としてはＳｉＯＣ膜があり、シリコン系膜としてはＳｉＯ膜がある。ＳｉＯＣ膜や、ＳｉＯ膜の誘電率は、３程度である。
【００１６】
ＳｉＯＣ膜は、例えば回転塗布法あるいはＣＶＤ法により形成される。例えば、半導体基板１上にＭＳＱ（Methyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン）溶液を回転塗布した後に、加熱処理を行い溶媒を乾燥させるとともにメチルシルセスオキサンを固化させることによりＳｉＯＣ膜を形成する。あるいは、原料ガスとしてトリメチルシランおよびＮ２Ｏ、トリメチルシランおよびＮ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ２、またはＯＭＣＴＳおよびＮ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ２の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＣ膜を形成する。
【００１７】
ＳｉＯ膜は、例えば回転塗布法あるいはＣＶＤ法により形成される。例えば、半導体基板１上にＨＳＱ（Hydrogen Silsesquioxane:ハイドロジェンシルセスキオキサン）溶液を回転塗布した後に、加熱処理を行い溶媒を乾燥させるとともにハイドロジェンシルセスキオキサンを固化させることによりＳｉＯ膜を形成する。
【００１８】
無機絶縁膜１１を形成した後に、有機絶縁膜１２を形成する。有機絶縁膜１２としては、二酸化シリコンの誘電率（誘電率ｋ＝４．３）よりも低い誘電率をもつ有機絶縁膜材料を用いる。例えば、有機絶縁膜１２として芳香環を含む有機化合物材料であるポリアリレンを用いる。有機絶縁膜１２は、例えば回転塗布法により形成される。
【００１９】
有機絶縁膜１２を形成した後に、無機絶縁膜１３を形成する。無機絶縁膜１３を形成するのは、有機絶縁膜１２は機械的強度に劣るため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程等で有機絶縁膜１２に応力がかかり、有機絶縁膜１２が損傷することがあるからである。そこで有機絶縁膜１２の上に機械的強度のある無機絶縁膜１３を保護膜として積層し、低誘電率を保つとともに機械的強度を確保している。
【００２０】
無機絶縁膜１３としては、無機絶縁膜１１と同様に、炭素含有シリコン系膜、あるいはシリコン系膜を用いる。低誘電率化の観点からは、無機絶縁膜１１として、二酸化シリコンの誘電率（誘電率ｋ＝４．３）よりも低い誘電率をもつ無機絶縁膜１１を使用することが好ましい。このような低誘電率材料のうち、炭素含有シリコン系膜としてはＳｉＯＣ膜があり、シリコン系膜としてはＳｉＯ膜がある。
【００２１】
上記の無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２、並びに有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３は、密着性が低い。例えば、無機絶縁膜１１を成膜した時点で、無機絶縁膜１１中の原子は化学的に安定な状態を取っている。このため、上層の有機絶縁膜１２を形成した場合には、下地の無機絶縁膜１１は既に化学的に安定な状態にあるため、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１１との間での化学結合の促進は期待できない。有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３との間でも同様である。各膜の密着性が低いと、層間絶縁膜１０に配線溝等を形成し、配線溝内に導電層を埋め込み、層間絶縁膜上の余剰の導電層をＣＭＰで除去する際に、絶縁膜１１〜１３が剥がれる可能性がある。
【００２２】
本実施形態では無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２、並びに有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３との間での再結合を促して密着性を改善するため、図１（ｂ）に示すように、積層膜からなる層間絶縁膜１０を形成した後に、電子線（ＥＢ）照射あるいは紫外線（ＵＶ）照射処理を行う。電子線照射あるいは紫外線処理において、同時に加熱処理を行うことが好ましい。
【００２３】
層間絶縁膜１０に電子線あるいは紫外線を照射すると、層間絶縁膜１０中を電子が通過して、層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３の各結合手にエネルギーが与えられて結合が切断されて、ダングリングボンド（未結合手）が発生する。ダングリングボンドは、エネルギー的に安定する方向へ進むように、近傍のダングリングボンドと再結合する。
【００２４】
上記の再結合の過程において、無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２の界面において、無機絶縁膜１１のダングリングボンドと有機絶縁膜１２のダングリングボンドが結合することにより、無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２の密着性が向上する。また、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３の界面において、有機絶縁膜１２のダングリングボンドと無機絶縁膜１３のダングリングボンドが結合することにより、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３の密着性が向上する。
【００２５】
本実施形態では、無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３を積層した後に、電子線あるいは紫外線を照射するため、発生したダングリングボンドは近傍のダングリングボンドと効果的に再結合する。このため、無機絶縁膜１１を形成し、電子線あるいは紫外線を照射した後に、有機絶縁膜１２を形成する従来方法に比べて、大気中の粒子を捕捉することが防止されるため、本実施形態に係る方法は従来よりも密着性の向上効果が大きい。
【００２６】
電子線あるいは紫外線を照射しながら、同時に加熱処理を施すことにより、ダングリングボンドの再結合を促進することができる。このため、無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２間、および有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３間の密着力をさらに向上させることができる。
【００２７】
密着性の向上効果の観点からは、電子線および紫外線の双方ともに効果的であるが、電子線よりも紫外線を用いる方が好ましい。電子線の場合には、電子線が到達する深さを加速電圧により調整可能であるが、半導体基板１にまで到達してしまう場合もあるからである。半導体基板１には、トランジスタ等が形成されているため、電子線が半導体基板１にまで到達してトランジスタのゲート絶縁膜に電子が捕獲されると、トランジスタのしきい値が変わってしまい、誤作動の原因となるからである。
【００２８】
これに対して、紫外線の場合には、半導体基板１には到達せずに層間絶縁膜１０中にのみ紫外線を照射することが可能となる。また、紫外線の場合には、高エネルギーの電子線の場合と異なり、波長の設定により切断対象となる結合を選択できる。結合によって吸収する波長帯が異なるからである。このため、無機絶縁膜１１，１３と有機絶縁膜１２の材料に応じて適切な波長を選択することにより、膜中の全ての結合を切断せずに、再結合による密着力の向上に必要な結合のみを切断することができる。
【００２９】
膜中の結合を切断する他の方法としては、熱処理およびプラズマ処理が考えられる。しかしながら、無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３を成膜した後に、熱処理あるいはプラズマ処理を行ったが、密着性の向上効果が小さかった。これは、熱処理ではエネルギーが低く、結合を効果的に切断することができなかったためである。また、プラズマ処理では層間絶縁膜１０の最表面の結合は切断できるが、層間絶縁膜１０中の各膜の界面での結合を切断することができなかったためである。
【００３０】
以上のように、層間絶縁膜１０を形成した後に、電子線および紫外線処理を行うことにより、層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２、および有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３の密着性を向上させることができる。
【００３１】
次に、より詳細な半導体装置の製造工程について説明する。本実施形態では、例えば図２に示す配線構造をもつ半導体装置を形成する例について説明する。
【００３２】
シリコン等の半導体基板１の上層には、層間絶縁膜３が形成されている。層間絶縁膜３は、例えば有機絶縁膜４と、無機絶縁膜５の積層膜からなる。有機絶縁膜４は、例えばポリアリレンからなる。無機絶縁膜５は、例えばＳｉＯＣ膜からなる。無機絶縁膜５は、機械的強度の弱い有機絶縁膜４の保護層としての役割と、ハードマスクとしての役割をもつ。
【００３３】
層間絶縁膜３には、配線溝３ａが形成されており、配線溝３ａ内にはバリアメタル層６を介して例えば銅からなる導電層７が埋め込まれている。配線溝３ａに埋め込まれた導電層７により、第１金属配線Ｍ１が形成される。導電層７として銅を用いる場合には、銅は周囲の絶縁性材料に拡散しやすい。この銅の拡散を防止するため、導電層７と層間絶縁膜３との間に、バリアメタル層６が設けられている。バリアメタル層６は、例えばタンタル、あるいは窒化タンタルとタンタルの積層膜からなる。
【００３４】
導電層７および層間絶縁膜３の下層には、例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜２が形成されている。エッチングストッパ膜２は、第１金属配線Ｍ１を構成する金属の拡散を防止する拡散防止膜としても機能する。図示はしないが、エッチングストッパ膜２と半導体基板１との間にはさらに層間絶縁膜が形成されており、当該層間絶縁膜にはコンタクトが形成されている。半導体基板１には、トランジスタやその他の半導体素子が形成されており、当該コンタクトを通じて半導体素子と第１金属配線Ｍ１が接続されている。
【００３５】
導電層７および層間絶縁膜３の上層には、例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜８が形成されている。エッチングストッパ膜８は、第１金属配線Ｍ１を構成する金属の拡散を防止する拡散防止膜としても機能する。
【００３６】
エッチングストッパ膜８上には、層間絶縁膜１０が形成されている。層間絶縁膜１０は、無機絶縁膜１１と、有機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１３の積層膜により形成されている。無機絶縁膜１３は、機械的強度の弱い有機絶縁膜１２の保護層としての役割と、ハードマスクとしての役割をもつ。無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３については、図１を参照して説明した通りである。
【００３７】
層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１３および有機絶縁膜１２には、配線溝１０ｂが形成されており、無機絶縁膜１１には接続孔１０ａが形成されている。接続孔１０ａは、エッチングストッパ膜８にも形成されている。
【００３８】
接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂには、バリアメタル層１６を介して、例えば銅からなる導電層１７が埋め込まれている。配線溝１０ｂに埋め込まれた導電層１７により、第２金属配線Ｍ２が形成される。接続孔１０ａに埋め込まれた導電層１７により、第２金属配線Ｍ２と第１金属配線Ｍ１とを接続するコンタクトＣが形成される。バリアメタル層１６は、銅の拡散を防止するものであり、タンタル、あるいは窒化タンタルとタンタルの積層膜により形成されている。
【００３９】
第２金属配線Ｍ２および層間絶縁膜１０上には、例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜１８が形成されており、図示はしないが、エッチングストッパ膜１８上には、層間絶縁膜および第３金属配線が形成される。
【００４０】
上記の半導体装置の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。
【００４１】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１にトランジスタやその他の半導体素子を形成した後に、図示しない層間絶縁膜およびエッチングストッパ膜２を形成し、当該層間絶縁膜およびエッチングストッパ膜２にコンタクトを形成する。その後、エッチングストッパ膜２上に、有機絶縁膜４と無機絶縁膜５の積層膜からなる層間絶縁膜３を形成する。続いて、層間絶縁膜３に配線溝３ａを形成し、配線溝３ａを埋め込むようにバリアメタル層６および導電層７を堆積させた後、層間絶縁膜３上の余剰のバリアメタル層６および導電層７をＣＭＰ法により除去する。その後、第１金属配線Ｍ１および層間絶縁膜３上に、ＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜８を形成する。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０を形成する。層間絶縁膜１０の形成では、例えば、エッチングストッパ膜８上にＳｉＯＣからなる無機絶縁膜１１を形成し、無機絶縁膜１１上にポリアリレンからなる有機絶縁膜１２を形成し、有機絶縁膜１２上にＳｉＯＣからなる無機絶縁膜１３を形成する。
【００４３】
無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２および無機絶縁膜１３の形成方法については、上記で説明した通りである。すなわち、無機絶縁膜１１および無機絶縁膜１３となるＳｉＯＣ膜は、回転塗布法あるいはプラズマＣＶＤ法により形成され、有機絶縁膜１２は回転塗布法により形成される。
【００４４】
層間絶縁膜１０を形成した後、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行う。電子線照射処理あるいは紫外線照射処理においては、電子線あるいは紫外線を照射しながら、同時に加熱処理を行う。これにより、積層膜からなる層間絶縁膜１０中の原子の結合が切断されて、再結合が起こり、異なる種類の絶縁膜間における密着性が向上する。
【００４５】
次に、図４（ａ）に示すように、無機絶縁膜１３上に接続孔１０ａのパターンをもつ第１ハードマスク１４と、配線溝１０ｂのパターンをもつ第２ハードマスク１５を形成する。第１ハードマスク１４は、例えば窒化シリコン膜からなる。第２ハードマスク１５は、例えば酸化シリコン膜からなる。上記のハードマスクの形成では、無機絶縁膜１３上に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を積層させた後、レジストマスクを用いたエッチングにより酸化シリコン膜に配線溝１０ｂのパターンを形成して第２ハードマスク１５を形成する。レジストマスクを除去した後、再びレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いたエッチングにより、窒化シリコン膜に接続孔１０ａのパターンを形成する。図示はしないが、窒化シリコン膜のパターニングに用いたレジストマスクは残しておいてよい。ここで、上記した電子線照射処理あるいは紫外線照射処理は、第１および第２ハードマスクとなる窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を形成した後、パターニング前に、行ってもよい。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１ハードマスク１４をエッチングマスクとして、無機絶縁膜１３をドライエッチングし、さらに有機絶縁膜１２をドライエッチングする。これにより、無機絶縁膜１３および有機絶縁膜１２に接続孔１０ａが形成される。第１ハードマスク１４を加工する際に用いたレジストマスクは、有機絶縁膜１２のドライエッチングにおいて、除去される。
【００４７】
次に、図５（ａ）に示すように、第２ハードマスク１５をエッチングマスクとして、第１ハードマスク１４をドライエッチングして、第１ハードマスク１４に配線溝１０ｂのパターンを形成する。このとき、ＳｉＯＣからなる無機絶縁膜１１の一部がエッチングされて、無機絶縁膜１１の途中の深さまで接続孔１０ａが形成される。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１ハードマスク１４をエッチングマスクとして、無機絶縁膜１３をドライエッチングすることにより、無機絶縁膜１３に配線溝１０ｂを形成する。このとき、無機絶縁膜１１もエッチングされて、エッチングストッパ膜８に達する接続孔１０ａが形成される。また、このときのドライエッチングにより、酸化シリコンからなる第２ハードマスク１５が除去される。
【００４９】
次に、図６（ａ）に示すように、第１金属配線Ｍ１上のエッチングストッパ膜８をドライエッチングして、エッチングストッパ膜８に接続孔１０ａを形成する。このエッチングにより、ＳｉＮからなる第１ハードマスク１４は除去される。
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、無機絶縁膜１３をエッチングマスクとして、有機絶縁膜１２をエッチングすることにより、有機絶縁膜１２に配線溝１０ｂを形成する。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂの内壁を被覆するように、層間絶縁膜１０上にバリアメタル層１６を形成する。バリアメタル層１６として、例えば窒化タンタルとタンタルの積層膜を形成する。続いて、接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂを埋め込むように層間絶縁膜１０上に例えば銅からなる導電層１７を形成する。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０上の余剰の導電層１７およびバリアメタル層１６をＣＭＰ法により除去する。層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３の密着性を向上させていることから、このＣＭＰ処理において絶縁膜の剥離を防止することができる。配線溝１０ｂに埋め込まれた導電層１７により第２金属配線Ｍ２が形成され、接続孔１０ａに埋め込まれた導電層１７によりコンタクトＣが形成される。
【００５３】
次に、第２金属配線Ｍ２および層間絶縁膜１０上に例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜１８を形成することにより、図２に示す構造に至る。以降の工程としては、同様にして、層間絶縁膜の形成工程、層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成工程、導電層の埋め込み工程を再度行うことにより多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、互いに密着性の低い膜、例えば、無機絶縁膜１１と、有機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１３を積層させた後に、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行うことにより、膜中の結合を切断して未結合手を生成して、上下層間における当該未結合手の再結合を促すことにより、上下層間における密着力を向上させることができる。
【００５５】
１つの膜を成膜した後に電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行った場合には、その後の搬送工程において大気に晒されることにより未結合手が大気中の粒子を捕捉して少なくなり、上層の絶縁膜との密着性の向上効果が低くなる。これに対して、本実施形態では、互いに密着性の低い膜を積層させた後に電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行うことにより、発生した未結合手を周囲の未結合手に効果的に結合させることができる。ここで、紫外線照射処理あるいは電子線照射処理において、紫外線あるいは電子線を照射しながら加熱を行うことにより、発生した未結合手の再結合を促進させることができる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜１２と、有機絶縁膜１２の上下の無機絶縁膜１１，１３との密着性の問題を解決できることから、半導体装置の信頼性や歩留まりを維持しつつ、層間絶縁膜の低誘電率化を図ることができる。層間絶縁膜１０の低誘電率化を図ることができることから、配線間のクロストークを低減でき、半導体素子の高速動作を実現することが可能となる。
【００５７】
また、有機絶縁膜１２の上下の無機絶縁膜１１，１３として、二酸化シリコンの誘電率よりも低い低誘電率材料を用いることにより、層間絶縁膜１０全体の誘電率をさらに下げることができる。
【００５８】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
無機絶縁膜１１，１３および有機絶縁膜１２としては、これらの膜をポーラス化させた材料を用いても良い。また、無機絶縁膜１１，１３として低誘電率膜材料を採用した例について説明したが、無機絶縁膜１１，１３としては、二酸化シリコン膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜を採用してもよい。これらの膜と有機絶縁膜１２との密着性も低いため、本発明は有効である。また、有機絶縁膜１２の材料には特に限定はない。
【００５９】
また、本実施形態では、無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３を積層させた後に電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行う例について説明したが、少なくとも膜種の異なる２層、例えば無機絶縁膜１１および有機絶縁膜１２を積層させた後に、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行っても良い。
【００６０】
また、本実施形態では、層間絶縁膜１０への接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂの形成方法の一例について説明したが、これに限定されるものではない。また、例えば層間絶縁膜３である有機絶縁膜４および無機絶縁膜５を形成した後、層間絶縁膜３への配線溝３ａの加工前にも、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行って、有機絶縁膜４と無機絶縁膜５の密着性を向上させてもよい。また、本実施形態では、層間絶縁膜１０に接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂを同時に形成するデュアルダマシンプロセスについて説明したが、層間絶縁膜１０に接続孔１０ａあるいは配線溝１０ｂを形成するシングルダマシンプロセスに本発明を適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の製造における電子線あるいは紫外線照射処理を説明するための図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法により形成される半導体装置の一例を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図４】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図６】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…半導体基板、２…エッチングストッパ膜、３…層間絶縁膜、３ａ…配線溝、４…有機絶縁膜、５…無機絶縁膜、６…バリアメタル層、７…導電層、８…エッチングストッパ膜、１０…層間絶縁膜、１０ａ…接続孔、１０ｂ…配線溝、１１…無機絶縁膜、１２…有機絶縁膜、１３…無機絶縁膜、１４…第１ハードマスク、１５…第２ハードマスク、１６…バリアメタル層、１７…導電層、１８…エッチングストッパ膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、層間絶縁膜として有機絶縁膜を採用する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の高速動作に対する要求に伴い、層間絶縁膜を従来の酸化シリコン膜（誘電率ｋ＝４．３程度）から低誘電率化した材料に変更し、配線間容量を低減する検討が行われている。低誘電率絶縁材料として、誘電率が３程度のＳｉＯＣ膜やＳｉＯ膜などの無機絶縁膜材料、並びにポリアリレン等の有機絶縁膜材料がある。
【０００３】
さらなる低誘電率化のために、これらの膜中に微細な空孔（ポア）を導入したり、モノマーの分子構造を空隙のある構造とすることで膜の密度を下げた、いわゆるポーラス材料が開発されている。ポーラス材料の中には、誘電率を２．２程度まで下げたものも報告されている。このような材料を層間絶縁膜に用いることで、配線間のクロストークを低減でき、半導体素子の高速動作を実現することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、低誘電率絶縁材料からなる膜は、その膜の上部または下部に形成される膜と密着不良を起こす場合がある。特に、有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性は著しく低下する。さらにこれらの絶縁膜材料をポーラス化した場合、膜密度が低下し、密着性の低下が顕著となる。
【０００５】
低誘電率膜の密着不良を解決する技術が、特許文献１および２に開示されている。
特許文献１では、密着性の低い絶縁膜間に、ＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスオキサン）膜を設けることで密着性の向上を図る技術が開示されている。特許文献２では、密着性の低い絶縁膜間にＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜を設けることで密着性の向上を図る技術が開示されている。
【０００６】
上記した従来技術では、層間絶縁膜にＭＨＳＱ膜やＢＣＢ膜などの密着用の膜を追加するものであるが、この場合にはこれらの膜により誘電率が上昇し、層間絶縁膜の低誘電率化の効果が低減するという問題があった。また、層間絶縁膜の層構造を増やすということは、製造プロセスの工程数の増加、層間絶縁膜の加工プロセスの変更や、加工プロセスの複雑化に繋がるという問題もある。
【０００７】
層間絶縁膜に密着用の膜を追加せずに、密着性の低い絶縁膜同士の密着力を向上させる技術が特許文献３および４に開示されている。特許文献３では、下地の絶縁膜を形成した後に、紫外線を照射し、その後、上層の絶縁膜を形成することで、下地の絶縁膜と上層の絶縁膜の密着性を向上する技術が開示されている。特許文献４では、下地の絶縁膜を形成した後に、電子線を照射し、その後、上層の絶縁膜を形成することで、下地の絶縁膜と上層の絶縁膜の密着性を向上する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３２６２２２号公報
【特許文献２】特開２００４−９５８６３号公報
【特許文献３】特開平１０−２０９２７５号公報
【特許文献４】特開２００４−１８６５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献３，４では、いずれも下地の絶縁膜の表面に、紫外線あるいは電子線を照射した後に、上層の絶縁膜を形成するものである。これらの方法では、下地の絶縁膜の表面に紫外線あるいは電子線を照射することで、ダングリングボンド（未結合手）を形成するものと考えられる。しかしながら、この方法では、紫外線等を照射した後に、上層の絶縁膜を形成するための成膜装置への搬送中に基板が大気に晒されるため、上層の絶縁膜との密着性の向上効果が低減するという問題があった。この原因としては、紫外線等の照射により形成したダングリングボンドが、大気中の粒子を捕捉してしまっていると考えられる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、層間絶縁膜に密着用の膜を追加することなく、簡易に有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に対して電子線あるいは紫外線を照射して、前記有機絶縁膜と前記無機絶縁膜とを密着させる工程とを有する。
【００１１】
上記の本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板上に有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜を含む層間絶縁膜を形成した後に、層間絶縁膜に電子線あるいは紫外線を照射する。層間絶縁膜に電子線あるいは紫外線を照射すると、層間絶縁膜中を電子線あるいは紫外線が通過して、層間絶縁膜中の無機絶縁膜および有機絶縁膜の各結合手にエネルギーが与えられて結合が切断されて、未結合手（ダングリングボンド）が発生する。未結合手は、エネルギー的に安定する方向へ進むように、近傍の未結合手と結合する。上記の再結合の過程において、無機絶縁膜と有機絶縁膜の界面において、無機絶縁膜の未結合手と有機絶縁膜の未結合手が結合することにより、無機絶縁膜と有機絶縁膜の密着性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜に密着用の膜を追加することなく、簡易に有機絶縁膜と無機絶縁膜との密着性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、半導体基板１の上層に、無機絶縁膜１１と、有機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１３の積層膜からなる層間絶縁膜１０を形成する場合について説明する。
【００１５】
無機絶縁膜１１としては、炭素含有シリコン系膜、あるいはシリコン系膜を用いる。ここで、無機絶縁膜１１として、二酸化シリコンの誘電率（誘電率ｋ＝４．３）よりも低い誘電率をもつ無機絶縁膜１１を使用することが好ましい。このような低誘電率材料のうち、炭素含有シリコン系膜としてはＳｉＯＣ膜があり、シリコン系膜としてはＳｉＯ膜がある。ＳｉＯＣ膜や、ＳｉＯ膜の誘電率は、３程度である。
【００１６】
ＳｉＯＣ膜は、例えば回転塗布法あるいはＣＶＤ法により形成される。例えば、半導体基板１上にＭＳＱ（Methyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン）溶液を回転塗布した後に、加熱処理を行い溶媒を乾燥させるとともにメチルシルセスオキサンを固化させることによりＳｉＯＣ膜を形成する。あるいは、原料ガスとしてトリメチルシランおよびＮ２Ｏ、トリメチルシランおよびＮ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ２、またはＯＭＣＴＳおよびＮ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ２の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＣ膜を形成する。
【００１７】
ＳｉＯ膜は、例えば回転塗布法あるいはＣＶＤ法により形成される。例えば、半導体基板１上にＨＳＱ（Hydrogen Silsesquioxane:ハイドロジェンシルセスキオキサン）溶液を回転塗布した後に、加熱処理を行い溶媒を乾燥させるとともにハイドロジェンシルセスキオキサンを固化させることによりＳｉＯ膜を形成する。
【００１８】
無機絶縁膜１１を形成した後に、有機絶縁膜１２を形成する。有機絶縁膜１２としては、二酸化シリコンの誘電率（誘電率ｋ＝４．３）よりも低い誘電率をもつ有機絶縁膜材料を用いる。例えば、有機絶縁膜１２として芳香環を含む有機化合物材料であるポリアリレンを用いる。有機絶縁膜１２は、例えば回転塗布法により形成される。
【００１９】
有機絶縁膜１２を形成した後に、無機絶縁膜１３を形成する。無機絶縁膜１３を形成するのは、有機絶縁膜１２は機械的強度に劣るため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程等で有機絶縁膜１２に応力がかかり、有機絶縁膜１２が損傷することがあるからである。そこで有機絶縁膜１２の上に機械的強度のある無機絶縁膜１３を保護膜として積層し、低誘電率を保つとともに機械的強度を確保している。
【００２０】
無機絶縁膜１３としては、無機絶縁膜１１と同様に、炭素含有シリコン系膜、あるいはシリコン系膜を用いる。低誘電率化の観点からは、無機絶縁膜１１として、二酸化シリコンの誘電率（誘電率ｋ＝４．３）よりも低い誘電率をもつ無機絶縁膜１１を使用することが好ましい。このような低誘電率材料のうち、炭素含有シリコン系膜としてはＳｉＯＣ膜があり、シリコン系膜としてはＳｉＯ膜がある。
【００２１】
上記の無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２、並びに有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３は、密着性が低い。例えば、無機絶縁膜１１を成膜した時点で、無機絶縁膜１１中の原子は化学的に安定な状態を取っている。このため、上層の有機絶縁膜１２を形成した場合には、下地の無機絶縁膜１１は既に化学的に安定な状態にあるため、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１１との間での化学結合の促進は期待できない。有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３との間でも同様である。各膜の密着性が低いと、層間絶縁膜１０に配線溝等を形成し、配線溝内に導電層を埋め込み、層間絶縁膜上の余剰の導電層をＣＭＰで除去する際に、絶縁膜１１〜１３が剥がれる可能性がある。
【００２２】
本実施形態では無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２、並びに有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３との間での再結合を促して密着性を改善するため、図１（ｂ）に示すように、積層膜からなる層間絶縁膜１０を形成した後に、電子線（ＥＢ）照射あるいは紫外線（ＵＶ）照射処理を行う。電子線照射あるいは紫外線処理において、同時に加熱処理を行うことが好ましい。
【００２３】
層間絶縁膜１０に電子線あるいは紫外線を照射すると、層間絶縁膜１０中を電子が通過して、層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３の各結合手にエネルギーが与えられて結合が切断されて、ダングリングボンド（未結合手）が発生する。ダングリングボンドは、エネルギー的に安定する方向へ進むように、近傍のダングリングボンドと再結合する。
【００２４】
上記の再結合の過程において、無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２の界面において、無機絶縁膜１１のダングリングボンドと有機絶縁膜１２のダングリングボンドが結合することにより、無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２の密着性が向上する。また、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３の界面において、有機絶縁膜１２のダングリングボンドと無機絶縁膜１３のダングリングボンドが結合することにより、有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３の密着性が向上する。
【００２５】
本実施形態では、無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３を積層した後に、電子線あるいは紫外線を照射するため、発生したダングリングボンドは近傍のダングリングボンドと効果的に再結合する。このため、無機絶縁膜１１を形成し、電子線あるいは紫外線を照射した後に、有機絶縁膜１２を形成する従来方法に比べて、大気中の粒子を捕捉することが防止されるため、本実施形態に係る方法は従来よりも密着性の向上効果が大きい。
【００２６】
電子線あるいは紫外線を照射しながら、同時に加熱処理を施すことにより、ダングリングボンドの再結合を促進することができる。このため、無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２間、および有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３間の密着力をさらに向上させることができる。
【００２７】
密着性の向上効果の観点からは、電子線および紫外線の双方ともに効果的であるが、電子線よりも紫外線を用いる方が好ましい。電子線の場合には、電子線が到達する深さを加速電圧により調整可能であるが、半導体基板１にまで到達してしまう場合もあるからである。半導体基板１には、トランジスタ等が形成されているため、電子線が半導体基板１にまで到達してトランジスタのゲート絶縁膜に電子が捕獲されると、トランジスタのしきい値が変わってしまい、誤作動の原因となるからである。
【００２８】
これに対して、紫外線の場合には、半導体基板１には到達せずに層間絶縁膜１０中にのみ紫外線を照射することが可能となる。また、紫外線の場合には、高エネルギーの電子線の場合と異なり、波長の設定により切断対象となる結合を選択できる。結合によって吸収する波長帯が異なるからである。このため、無機絶縁膜１１，１３と有機絶縁膜１２の材料に応じて適切な波長を選択することにより、膜中の全ての結合を切断せずに、再結合による密着力の向上に必要な結合のみを切断することができる。
【００２９】
膜中の結合を切断する他の方法としては、熱処理およびプラズマ処理が考えられる。しかしながら、無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３を成膜した後に、熱処理あるいはプラズマ処理を行ったが、密着性の向上効果が小さかった。これは、熱処理ではエネルギーが低く、結合を効果的に切断することができなかったためである。また、プラズマ処理では層間絶縁膜１０の最表面の結合は切断できるが、層間絶縁膜１０中の各膜の界面での結合を切断することができなかったためである。
【００３０】
以上のように、層間絶縁膜１０を形成した後に、電子線および紫外線処理を行うことにより、層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１１と有機絶縁膜１２、および有機絶縁膜１２と無機絶縁膜１３の密着性を向上させることができる。
【００３１】
次に、より詳細な半導体装置の製造工程について説明する。本実施形態では、例えば図２に示す配線構造をもつ半導体装置を形成する例について説明する。
【００３２】
シリコン等の半導体基板１の上層には、層間絶縁膜３が形成されている。層間絶縁膜３は、例えば有機絶縁膜４と、無機絶縁膜５の積層膜からなる。有機絶縁膜４は、例えばポリアリレンからなる。無機絶縁膜５は、例えばＳｉＯＣ膜からなる。無機絶縁膜５は、機械的強度の弱い有機絶縁膜４の保護層としての役割と、ハードマスクとしての役割をもつ。
【００３３】
層間絶縁膜３には、配線溝３ａが形成されており、配線溝３ａ内にはバリアメタル層６を介して例えば銅からなる導電層７が埋め込まれている。配線溝３ａに埋め込まれた導電層７により、第１金属配線Ｍ１が形成される。導電層７として銅を用いる場合には、銅は周囲の絶縁性材料に拡散しやすい。この銅の拡散を防止するため、導電層７と層間絶縁膜３との間に、バリアメタル層６が設けられている。バリアメタル層６は、例えばタンタル、あるいは窒化タンタルとタンタルの積層膜からなる。
【００３４】
導電層７および層間絶縁膜３の下層には、例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜２が形成されている。エッチングストッパ膜２は、第１金属配線Ｍ１を構成する金属の拡散を防止する拡散防止膜としても機能する。図示はしないが、エッチングストッパ膜２と半導体基板１との間にはさらに層間絶縁膜が形成されており、当該層間絶縁膜にはコンタクトが形成されている。半導体基板１には、トランジスタやその他の半導体素子が形成されており、当該コンタクトを通じて半導体素子と第１金属配線Ｍ１が接続されている。
【００３５】
導電層７および層間絶縁膜３の上層には、例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜８が形成されている。エッチングストッパ膜８は、第１金属配線Ｍ１を構成する金属の拡散を防止する拡散防止膜としても機能する。
【００３６】
エッチングストッパ膜８上には、層間絶縁膜１０が形成されている。層間絶縁膜１０は、無機絶縁膜１１と、有機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１３の積層膜により形成されている。無機絶縁膜１３は、機械的強度の弱い有機絶縁膜１２の保護層としての役割と、ハードマスクとしての役割をもつ。無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３については、図１を参照して説明した通りである。
【００３７】
層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１３および有機絶縁膜１２には、配線溝１０ｂが形成されており、無機絶縁膜１１には接続孔１０ａが形成されている。接続孔１０ａは、エッチングストッパ膜８にも形成されている。
【００３８】
接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂには、バリアメタル層１６を介して、例えば銅からなる導電層１７が埋め込まれている。配線溝１０ｂに埋め込まれた導電層１７により、第２金属配線Ｍ２が形成される。接続孔１０ａに埋め込まれた導電層１７により、第２金属配線Ｍ２と第１金属配線Ｍ１とを接続するコンタクトＣが形成される。バリアメタル層１６は、銅の拡散を防止するものであり、タンタル、あるいは窒化タンタルとタンタルの積層膜により形成されている。
【００３９】
第２金属配線Ｍ２および層間絶縁膜１０上には、例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜１８が形成されており、図示はしないが、エッチングストッパ膜１８上には、層間絶縁膜および第３金属配線が形成される。
【００４０】
上記の半導体装置の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。
【００４１】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１にトランジスタやその他の半導体素子を形成した後に、図示しない層間絶縁膜およびエッチングストッパ膜２を形成し、当該層間絶縁膜およびエッチングストッパ膜２にコンタクトを形成する。その後、エッチングストッパ膜２上に、有機絶縁膜４と無機絶縁膜５の積層膜からなる層間絶縁膜３を形成する。続いて、層間絶縁膜３に配線溝３ａを形成し、配線溝３ａを埋め込むようにバリアメタル層６および導電層７を堆積させた後、層間絶縁膜３上の余剰のバリアメタル層６および導電層７をＣＭＰ法により除去する。その後、第１金属配線Ｍ１および層間絶縁膜３上に、ＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜８を形成する。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０を形成する。層間絶縁膜１０の形成では、例えば、エッチングストッパ膜８上にＳｉＯＣからなる無機絶縁膜１１を形成し、無機絶縁膜１１上にポリアリレンからなる有機絶縁膜１２を形成し、有機絶縁膜１２上にＳｉＯＣからなる無機絶縁膜１３を形成する。
【００４３】
無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２および無機絶縁膜１３の形成方法については、上記で説明した通りである。すなわち、無機絶縁膜１１および無機絶縁膜１３となるＳｉＯＣ膜は、回転塗布法あるいはプラズマＣＶＤ法により形成され、有機絶縁膜１２は回転塗布法により形成される。
【００４４】
層間絶縁膜１０を形成した後、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行う。電子線照射処理あるいは紫外線照射処理においては、電子線あるいは紫外線を照射しながら、同時に加熱処理を行う。これにより、積層膜からなる層間絶縁膜１０中の原子の結合が切断されて、再結合が起こり、異なる種類の絶縁膜間における密着性が向上する。
【００４５】
次に、図４（ａ）に示すように、無機絶縁膜１３上に接続孔１０ａのパターンをもつ第１ハードマスク１４と、配線溝１０ｂのパターンをもつ第２ハードマスク１５を形成する。第１ハードマスク１４は、例えば窒化シリコン膜からなる。第２ハードマスク１５は、例えば酸化シリコン膜からなる。上記のハードマスクの形成では、無機絶縁膜１３上に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を積層させた後、レジストマスクを用いたエッチングにより酸化シリコン膜に配線溝１０ｂのパターンを形成して第２ハードマスク１５を形成する。レジストマスクを除去した後、再びレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いたエッチングにより、窒化シリコン膜に接続孔１０ａのパターンを形成する。図示はしないが、窒化シリコン膜のパターニングに用いたレジストマスクは残しておいてよい。ここで、上記した電子線照射処理あるいは紫外線照射処理は、第１および第２ハードマスクとなる窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を形成した後、パターニング前に、行ってもよい。
【００４６】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１ハードマスク１４をエッチングマスクとして、無機絶縁膜１３をドライエッチングし、さらに有機絶縁膜１２をドライエッチングする。これにより、無機絶縁膜１３および有機絶縁膜１２に接続孔１０ａが形成される。第１ハードマスク１４を加工する際に用いたレジストマスクは、有機絶縁膜１２のドライエッチングにおいて、除去される。
【００４７】
次に、図５（ａ）に示すように、第２ハードマスク１５をエッチングマスクとして、第１ハードマスク１４をドライエッチングして、第１ハードマスク１４に配線溝１０ｂのパターンを形成する。このとき、ＳｉＯＣからなる無機絶縁膜１１の一部がエッチングされて、無機絶縁膜１１の途中の深さまで接続孔１０ａが形成される。
【００４８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１ハードマスク１４をエッチングマスクとして、無機絶縁膜１３をドライエッチングすることにより、無機絶縁膜１３に配線溝１０ｂを形成する。このとき、無機絶縁膜１１もエッチングされて、エッチングストッパ膜８に達する接続孔１０ａが形成される。また、このときのドライエッチングにより、酸化シリコンからなる第２ハードマスク１５が除去される。
【００４９】
次に、図６（ａ）に示すように、第１金属配線Ｍ１上のエッチングストッパ膜８をドライエッチングして、エッチングストッパ膜８に接続孔１０ａを形成する。このエッチングにより、ＳｉＮからなる第１ハードマスク１４は除去される。
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、無機絶縁膜１３をエッチングマスクとして、有機絶縁膜１２をエッチングすることにより、有機絶縁膜１２に配線溝１０ｂを形成する。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂの内壁を被覆するように、層間絶縁膜１０上にバリアメタル層１６を形成する。バリアメタル層１６として、例えば窒化タンタルとタンタルの積層膜を形成する。続いて、接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂを埋め込むように層間絶縁膜１０上に例えば銅からなる導電層１７を形成する。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０上の余剰の導電層１７およびバリアメタル層１６をＣＭＰ法により除去する。層間絶縁膜１０中の無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３の密着性を向上させていることから、このＣＭＰ処理において絶縁膜の剥離を防止することができる。配線溝１０ｂに埋め込まれた導電層１７により第２金属配線Ｍ２が形成され、接続孔１０ａに埋め込まれた導電層１７によりコンタクトＣが形成される。
【００５３】
次に、第２金属配線Ｍ２および層間絶縁膜１０上に例えばＳｉＣＮからなるエッチングストッパ膜１８を形成することにより、図２に示す構造に至る。以降の工程としては、同様にして、層間絶縁膜の形成工程、層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成工程、導電層の埋め込み工程を再度行うことにより多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、互いに密着性の低い膜、例えば、無機絶縁膜１１と、有機絶縁膜１２と、無機絶縁膜１３を積層させた後に、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行うことにより、膜中の結合を切断して未結合手を生成して、上下層間における当該未結合手の再結合を促すことにより、上下層間における密着力を向上させることができる。
【００５５】
１つの膜を成膜した後に電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行った場合には、その後の搬送工程において大気に晒されることにより未結合手が大気中の粒子を捕捉して少なくなり、上層の絶縁膜との密着性の向上効果が低くなる。これに対して、本実施形態では、互いに密着性の低い膜を積層させた後に電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行うことにより、発生した未結合手を周囲の未結合手に効果的に結合させることができる。ここで、紫外線照射処理あるいは電子線照射処理において、紫外線あるいは電子線を照射しながら加熱を行うことにより、発生した未結合手の再結合を促進させることができる。
【００５６】
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜１２と、有機絶縁膜１２の上下の無機絶縁膜１１，１３との密着性の問題を解決できることから、半導体装置の信頼性や歩留まりを維持しつつ、層間絶縁膜の低誘電率化を図ることができる。層間絶縁膜１０の低誘電率化を図ることができることから、配線間のクロストークを低減でき、半導体素子の高速動作を実現することが可能となる。
【００５７】
また、有機絶縁膜１２の上下の無機絶縁膜１１，１３として、二酸化シリコンの誘電率よりも低い低誘電率材料を用いることにより、層間絶縁膜１０全体の誘電率をさらに下げることができる。
【００５８】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
無機絶縁膜１１，１３および有機絶縁膜１２としては、これらの膜をポーラス化させた材料を用いても良い。また、無機絶縁膜１１，１３として低誘電率膜材料を採用した例について説明したが、無機絶縁膜１１，１３としては、二酸化シリコン膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜を採用してもよい。これらの膜と有機絶縁膜１２との密着性も低いため、本発明は有効である。また、有機絶縁膜１２の材料には特に限定はない。
【００５９】
また、本実施形態では、無機絶縁膜１１、有機絶縁膜１２、無機絶縁膜１３を積層させた後に電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行う例について説明したが、少なくとも膜種の異なる２層、例えば無機絶縁膜１１および有機絶縁膜１２を積層させた後に、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行っても良い。
【００６０】
また、本実施形態では、層間絶縁膜１０への接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂの形成方法の一例について説明したが、これに限定されるものではない。また、例えば層間絶縁膜３である有機絶縁膜４および無機絶縁膜５を形成した後、層間絶縁膜３への配線溝３ａの加工前にも、電子線照射処理あるいは紫外線照射処理を行って、有機絶縁膜４と無機絶縁膜５の密着性を向上させてもよい。また、本実施形態では、層間絶縁膜１０に接続孔１０ａおよび配線溝１０ｂを同時に形成するデュアルダマシンプロセスについて説明したが、層間絶縁膜１０に接続孔１０ａあるいは配線溝１０ｂを形成するシングルダマシンプロセスに本発明を適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の製造における電子線あるいは紫外線照射処理を説明するための図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法により形成される半導体装置の一例を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図４】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図６】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…半導体基板、２…エッチングストッパ膜、３…層間絶縁膜、３ａ…配線溝、４…有機絶縁膜、５…無機絶縁膜、６…バリアメタル層、７…導電層、８…エッチングストッパ膜、１０…層間絶縁膜、１０ａ…接続孔、１０ｂ…配線溝、１１…無機絶縁膜、１２…有機絶縁膜、１３…無機絶縁膜、１４…第１ハードマスク、１５…第２ハードマスク、１６…バリアメタル層、１７…導電層、１８…エッチングストッパ膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に対して電子線あるいは紫外線を照射して、前記有機絶縁膜と前記無機絶縁膜とを密着させる工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記層間絶縁膜を形成する工程において、無機絶縁膜、有機絶縁膜および無機絶縁膜を順に形成する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電子線あるいは紫外線を照射しながら、同時に加熱を行う
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記有機絶縁膜は、芳香環を含む化合物材料からなる
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記無機絶縁膜は、シリコン系膜、あるいは炭素含有シリコン系膜からなる
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
電子線あるいは紫外線を照射する工程の後に、
前記層間絶縁膜に配線溝あるいは接続孔を形成する工程と、
前記配線溝あるいは接続孔を埋め込むように前記層間絶縁膜上に導電層を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上の導電層を研磨して、前記配線溝あるいは接続孔にのみ前記導電層を残す工程と
を有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に対して電子線あるいは紫外線を照射して、前記有機絶縁膜と前記無機絶縁膜とを密着させる工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記層間絶縁膜を形成する工程において、無機絶縁膜、有機絶縁膜および無機絶縁膜を順に形成する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電子線あるいは紫外線を照射しながら、同時に加熱を行う
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記有機絶縁膜は、芳香環を含む化合物材料からなる
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記無機絶縁膜は、シリコン系膜、あるいは炭素含有シリコン系膜からなる
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
電子線あるいは紫外線を照射する工程の後に、
前記層間絶縁膜に配線溝あるいは接続孔を形成する工程と、
前記配線溝あるいは接続孔を埋め込むように前記層間絶縁膜上に導電層を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上の導電層を研磨して、前記配線溝あるいは接続孔にのみ前記導電層を残す工程と
を有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３６０６７（Ｐ２００７−３６０６７Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１９６６１（Ｐ２００５−２１９６６１）
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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