半導体装置の製造方法
【課題】機械的強度が高く、かつ誘電率が低く安定した絶縁膜を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンに炭化水素基を結合させたＳｉＯＣ系材料からなる多孔質の第１層間絶縁膜５を基板１上に成膜する工程と、第１層間絶縁膜５に電子線ＥＢを照射することにより第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、電子線ＥＢを照射した後に、第１層間絶縁膜５を酸素雰囲気中においてアニール処理を行い、Ｓｉ−Ｈ結合をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に置き換える。
【解決手段】シリコンに炭化水素基を結合させたＳｉＯＣ系材料からなる多孔質の第１層間絶縁膜５を基板１上に成膜する工程と、第１層間絶縁膜５に電子線ＥＢを照射することにより第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、電子線ＥＢを照射した後に、第１層間絶縁膜５を酸素雰囲気中においてアニール処理を行い、Ｓｉ−Ｈ結合をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に置き換える。
【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、特には層間絶縁膜に形成した溝パターン内に金属配線が埋め込み形成された半導体装置の製造に好適な方法である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高速化・微細化にともなう信号遅延の防止を目的とし、配線間の容量を低減することが求められている。配線間の容量を低減するためには、配線間に設けられる絶縁膜の比誘電率を下げる必要がある。このため、従来から絶縁膜として用いられてきている酸化シリコン膜（ＳｉＯ2：比誘電率ε＝４．０）に換えて、これよりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜の開発が行われてきた。
【０００３】
例えば、Ｐ−ＴＭＯＳ（フェニルトリメトキシシラン）のようなシリコン系炭化水素を材料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、比誘電率ε＝３.１の低誘電率絶縁膜を得ることができる。
【０００４】
また、材料ガスとして複数のアルコキシを含有するシリコン系炭化水素を用いたプラズマＣＶＤ法によれば、条件を最適化することで重合したオリゴマーがシロキサンのような線状構造を形成することにより多孔質構造が形成されるため、比誘電率がε＝２．５程度にまで低減された低誘電率膜を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、線状構造のオリゴマーは、オリゴマー同士の結合力が弱く、膜の機械的強度が弱いという問題を有する。
【０００６】
そこでシリコン系炭化水素を用いたプラズマＣＶＤ法によって、シリコン系の低誘電率絶縁膜を形成した後に、電子線を照射することにより、絶縁膜の比誘電率を実質的に変化させることなく、当該絶縁膜の機械的強度を増加させる方法が提案されている。この場合、好適には電子線照射前の絶縁膜は、５.０ＧＰａまたはそれ以上の弾性率、およい２.８またはそれ以下の比誘電率を有し、その後電子線照射が実行され、実質的に比誘電率を変化させずに１〜１０ＧＰａだけ弾性率が増加するとしている(以上、下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６４５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のような電子線照射を行う方法では、電子線照射によって低誘電率絶縁膜における炭化水素基が脱離し、脱離した不対結合手同士が結合してランダムネットワークが強化される。このため、図４（１）に示すように、電子線照射の時間（ＥＢＣｕｒｅＴｉｍｅ）が長いほど、低誘電率絶縁膜の膜強度（Ｍｏｄｕｌｕｓ）が高くなる。しかしながら、電子線照射によって炭化水素基が脱離したシリコン部分には、炭化水素基の分解によって発生した水素基も結合する。このため、図４（２）に示すように、電子線照射の時間（ＥＢＣｕｒｅＴｉｍｅ）が長いほど、低誘電率絶縁膜中においてのＳｉ−Ｏ結合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合（Ｓｉ−Ｈ／Ｓｉ−Ｏ）が増加する。そして、このように低誘電率絶縁膜中におけるＳｉ−Ｈ結合量が増加することにより、低誘電率絶縁膜の吸湿性が上昇し、時間経過とともに低誘電率絶縁膜の誘電率が上昇するといった問題が発生する。
【０００９】
そこで本発明は、機械的強度が高く、かつＳｉ−Ｈ結合量を抑えることで誘電率が低い値で径時的に安定している絶縁膜を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための本発明は、ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、成膜した絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、第１の製造方法では、エネルギー線を照射した後に、絶縁膜を酸素雰囲気中においてアニール処理する工程を行うことを特徴としている。また第２の製造方法では、絶縁膜にエネルギー線を照射する工程を、酸素雰囲気中で行うことを特徴としている。さらに第３の方法では、エネルギー線を照射した後に、絶縁膜を炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理する工程を行うことを特徴としている。
【００１１】
以上のように、ＳｉＯＣ系の絶縁膜にエネルギー線を照射する工程では、炭素含有基が絶縁膜から脱離することで発生した不対結合手同士の結合によって機械的強度が高められると同時に、炭素含有基が分解して生じた水素が不対結合手部分に再結合し、Ｓｉ−Ｈ結合が形成される。
【００１２】
したがって、上述した第１の製造方法のように、エネルギー線を照射した後に絶縁膜を酸素雰囲気中でアニール処理する工程を行うことにより、上記Ｓｉ−Ｈ結合の水素が酸素に置き換えられ、絶縁膜におけるＳｉ−Ｈ結合量が抑えられる。
【００１３】
また、上述した第２の製造方法のように、エネルギー線の照射を酸素雰囲気内で行うことにより、エネルギー線の照射によって分解した酸素が絶縁膜に結合し、絶縁膜に対する水素の再結合が抑えられ、絶縁膜におけるＳｉ−Ｈ結合量が抑えられる。
【００１４】
さらに、上述した第３の方法のように、エネルギー線の照射した後に絶縁膜を炭化水素ガス雰囲気中でアニール処理する工程を行うことにより、絶縁膜に再結合した水素や絶縁膜に結合している水素が炭化水素基に置き換えられ、絶縁膜におけるＳｉ−Ｈ結合量が抑えられる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明の第１〜第３の製造方法によれば、エネルギー線の照射によって機械的強度を高めたＳｉＯＣ系材料からなる絶縁膜において、Ｓｉ−Ｈ結合量を低く抑えて吸湿性を低く保つことができる。これにより、機械的強度が高く、かつ吸湿性が低いことによって誘電率が安定的に低い値に保たれる絶縁膜を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以上、本発明の製造方法を適用した実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
先ず、図１（１）に示すように、トランジスタ等の半導体素子やこれに接続された配線等を絶縁膜で覆ってなる基板１上に、バリア絶縁膜３を成膜する。このバリア絶縁膜３は、例えばＳｉＣＮ(またはＳｉＮやＳｉＣ)からなり、成膜ガスとしてトリメチルシラン（３ＭＳ）とＮＨ3とを用いたＣＶＤ法によって成膜する。
【００１８】
次に、バリア絶縁膜３上に、ＳｉＯＣ系材料からなる低誘電率の第１層間絶縁膜５を成膜する。この第１層間絶縁膜５は、例えば材料ガスとして複数のアルコキシを含有するシリコン系炭化水素を用いたプラズマＣＶＤ法によって形成され、メチル基（−ＣＨ3）のような炭化水素基がシリコン（Ｓｉ）に結合した構成となる。またこのプラズマＣＶＤ法による第１層間絶縁膜５の成膜は、線状構造のオリゴマーによって多孔質構造が得られるように条件を最適化して行われることが好ましい。またこの他にも、ＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５は、ＳＯＧ法を適用することによって形成しても良い。
【００１９】
次いで、図１（２）に示すように、第１層間絶縁膜５に対して、電子線ＥＢのようなエネルギー線を照射する。これにより、第１層間絶縁膜５のシリコンに結合している炭化水素基を脱離させ、その部分に発生させた不対結合手同士を結合させてランダムネットワークを形成し、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める。
【００２０】
ここで図２には、ＳｉＯＣ系の絶縁膜に対する電子線照射の時間（ＥＢＣｕｒｅＴｉｍｅ）と比誘電率（ΔDielectric Constant）との関係を示す。このグラフに示すように、電子線ＥＢの照射時間が長い範囲では、ＳｉＯＣ系の絶縁膜における比誘電率が上昇することがわかる。このため、このような電子線ＥＢの照射は、電子線ＥＢの照射による第１層間絶縁膜５の上昇が小さく抑えられる程度の範囲で行われることが重要である。
【００２１】
このような第１層間絶縁膜５に対する電子線ＥＢの照射は、例えば以下の条件で行われる。
処理雰囲気 ：ヘリウム（Ｈｅ）ガス、
処理雰囲気内圧力：１３．３ｋＰａ以下が望ましく、例えば８．６ｋＰａ
処理温度 ：３５０〜４００℃が望ましく、例えば３５０℃、
処理時間 ：５分以内が望ましく、例えば１４０秒。
【００２２】
尚、第１層間絶縁膜５に照射するエネルギー線は、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める効果を有していれば電子線ＥＢに限定されることはなく、例えば紫外線（ＵＶ）であっても良い。
【００２３】
エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を照射する場合には、例えば以下の条件で行われる。
紫外線波長 ：１７２ｎｍ、
処理雰囲気 ：窒素ガス（Ｎ2）、
処理雰囲気内圧力：１３３Ｐａ、
処理温度 ：３５０℃、
処理時間 ：５分以内が望ましく、例えば２分。
【００２４】
以上のような電子線ＥＢ（または紫外線などの他のエネルギー線）の照射においては、第１層間絶縁膜５から炭化水素基が脱離することにより発生した不対結合手同士の結合によってランダムネットワークが形成されるが、これと同時に、脱離した炭化水素基（例えばメチル基）が電子線ＥＢの照射によって分解して水素基が発生する。この水素基は、炭化水素基が脱離した部分に再結合し第１層間絶縁膜５にシリコン−水素結合（Ｓｉ-Ｈ）を形成する。このため、吸湿性が高くなり、誘電率の径時的な上昇が引き起こされる。
【００２５】
そこで、図１（３）に示すように、第１層間絶縁膜５を酸素（Ｏ2）雰囲気中においてアニール処理する。これにより、第１層間絶縁膜５におけるシリコン−水素結合（Ｓｉ-Ｈ）の結合を切り、その部分にＳｉ-Ｏ-Ｓｉを形成する。
【００２６】
このようなアニール処理は、例えば次のような条件で行われる。
処理雰囲気 ：酸素（Ｏ2）ガス、
処理雰囲気内圧力：０．１ｋＰａ〜９ｋＰａ
処理温度 ：４００℃以下が望ましく、例えば３７０℃。
【００２７】
尚、このアニール処理は、電子線ＥＢの照射と同一のチャンバ内で連続して行うことができる。この際、処理雰囲気内の圧力および温度を、電子線ＥＢの照射と同じ条件とすることで、調圧、調温の時間が短縮され、スループットの低下を抑えることが可能である。ただし、スループットを考えなければ、アニール処理を大気圧下で行うことも可能である。
【００２８】
また、以上のようなアニール処理は、エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を用いた場合であっても同様に行われる。
【００２９】
以上の後には、図１（４）に示すように、ＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５上に、例えばポリアリレン（ＰＡr）のような芳香族含有有機材料などからなる低誘電率の第２層間絶縁膜７を、塗布法によって成膜する。
【００３０】
さらに第２層間絶縁膜７上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第３層間絶縁膜９をＣＶＤ法によって形成する。
【００３１】
その後、図３（１）に示すように、第３層間絶縁膜９および第２層間絶縁膜７に溝パターン１１を形成すると共に、これらの下層の第１層間絶縁膜５およびバリア絶縁膜３に接続孔１３を形成し、溝パターン１１の底部に接続孔１３を掘下げたデュアルダマシン構造を形成する。ここでは、このようなデュアルダマシン構造の形成手順が限定されることはなく、溝パターン１１を形成してその底部に接続孔１３を形成する先溝法、接続孔１３を形成してその上部に溝パターン１１を形成する先ヴィア法、さらにはその他の手順によってデュアルダマシン構造を形成しても良い。
【００３２】
次に、図３（２）に示すように、これらの溝パターン１１および接続孔１３の内壁を覆う状態で、バリアメタル層１５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が用いられる。続いて、接続孔１３および溝パターン１１内を埋め込むように例えば銅からなる導電層１７を形成する。
【００３３】
次に、図３（３）に示すように、接続孔１３および溝パターン１１内のみにバリアメタル層１５および導電層１７を残すように、第３層間絶縁膜９上の導電層１７およびバリアメタル層１５をＣＭＰ法により除去する。これにより、溝パターン１１内に、バリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなる埋め込み配線Ｍを形成し、また接続孔１３内にバリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなるコンタクトＣを形成する。
【００３４】
以上の後には、埋め込み配線Ｍおよび第３層間絶縁膜９上を覆う状態で、例えばＳｉＣＮ(またはＳｉＮやＳｉＣ)からなるバリア絶縁膜２３を成膜する。
【００３５】
そして、さらに上層の配線を形成する場合には、上述した図１（２）を用いて説明した工程以降を繰り返し行う。
【００３６】
以上のような手順を行う第１実施形態の製造方法では、電子線ＥＢを照射することによってＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５の機械的強度を高めた後、酸素雰囲気中でアニール処理する工程を追加している。このアニール処理により、電子線ＥＢを照射する工程において第１層間絶縁膜５に再結合した水素基が酸素に置き換えられ、第１層間絶縁膜５中におけるＳｉ-Ｈ結合がＳｉ-Ｏ-Ｓｉ結合に置き換えられる。これにより、Ｓｉ−Ｈ結合を含有することによる吸湿性の上昇を抑えることができる。
【００３７】
またさらに、第１層間絶縁膜５中にＳｉ-Ｏ-Ｓｉの結合が多く生成されることになり、機械的強度をさらに増強させることができる。
【００３８】
以上よりＳｉＯＣ系材料からなる多孔構造の第１層間絶縁膜５において、機械的強度を高く維持でき、かつ吸湿による誘電率の径時的な上昇を抑えることが可能になる。
【００３９】
この結果、例えば図３（３）を用いて説明した埋め込み配線Ｍの形成におけるＣＭＰ工程において、積層された絶縁膜５〜９の破壊や膜剥がれ、さらには最終工程で行うパッケージングの際の剥離を防止することが可能である。しかも、安定的に低誘電率であるため、埋め込み配線Ｍ間の容量および埋込配線配線Ｍとその上層および下層の配線との間の容量を低く抑える効果を維持できる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の製造方法は、先の第１実施形態の製造方法において図１（２）を用いて説明した電子線ＥＢのようなエネルギー線の照射によって第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を、酸素雰囲気中で行う方法である。
【００４１】
ここでは、第１層間絶縁膜５に対して、電子線ＥＢのようなエネルギー線を照射することにより、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める。そして、このような電子線ＥＢの照射を酸素雰囲気中で行うことにより、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高めると同時に、電子線ＥＢの照射によって炭化水素基が脱離した不対結合手に酸素を結合させる。この際、酸素ガスに電子線ＥＢが照射されることでＯ2プラズマが発生し、第１層間絶縁膜５のシリコン（Ｓｉ）に酸素（Ｏ）が結合し易くなる。これにより、脱離した炭化水素基が電子線ＥＢの照射によって分解して発生した水素基が第１層間絶縁膜５に対して再結合してシリコン−水素（Ｓｉ−Ｈ）結合を形成することが防止される。
【００４２】
また以上の処理は、処理雰囲気内の圧力を低圧（１３３Ｐａ以下）にして行うことで、電子線ＥＢが第１層間絶縁膜５に届く確率を高くして処理速度を速めることとする。これにより、第１層間絶縁膜５におけるランダムネットワークの形成とＳｉ-Ｏ-Ｓi結合の生成とによって機械的強度が高められると同時に、この処理中において酸素ガスに電子線ＥＢが照射されることで発生したＯ2プラズマによる第１層間絶縁膜５のダメージを最低限に抑える。
【００４３】
このような第１層間絶縁膜５に対する電子線ＥＢの照射は、例えば次のような条件で行われる。
処理雰囲気 ：酸素（Ｏ2）ガス、
処理雰囲気内圧力：１３３Ｐａ以下、
処理温度 ：３７０℃、
処理時間 ：５分以内。
【００４４】
処理温度は例えば３７０℃とすることで、第１層間絶縁膜５の改質（機械的強度の向上）が進む。また、以上の処理は、処理雰囲気内に放出される電子線ＥＢの量やエネルギーの増減によっても処理条件の最適化を図ることができ、Ｏ2プラズマの発生を制御して第１層間絶縁膜５のダメージを回避しつつ、第１層間絶縁膜５における不対結合手同士の結合によりランダムネットワークの形成と、炭化水素基が脱離した部分への酸素の結合とを行うことができる。尚、電子線ＥＢの量やエネルギーの増減は、処理装置における管電流値、加速電圧によって調整される。
【００４５】
尚、第１層間絶縁膜５に照射するエネルギー線は、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める効果を有していれば電子線ＥＢに限定されることはなく、例えば紫外線（ＵＶ）であっても良い。
【００４６】
エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を照射する場合には、例えば以下の条件で行われる。
紫外線波長 ：１７２ｎｍ
処理雰囲気 ：酸素（Ｏ2）ガス、
処理雰囲気内圧力：１３３Ｐａ、
処理温度 ：３７０℃、
処理時間 ：５分以内が望ましく、例えば２分。
【００４７】
以上の後には、図１（４）に示すように、ＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５上に、例えばポリアリレン（ＰＡr）のような芳香族含有有機材料などからなる低誘電率の第２層間絶縁膜７を塗布法によって成膜し、さらに酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第３層間絶縁膜９をＣＶＤ法によって形成する。
【００４８】
その後は、第１実施形態と同様に、図３（１）〜図３（３）を用いて説明したと同様の工程を行うことにより、溝パターン１１内に、バリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなる埋め込み配線Ｍを形成し、また接続孔１３内にバリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなるコンタクトＣを形成し、これらを覆うバリア絶縁膜２３を成膜する。
【００４９】
また、さらに上層の配線を形成する場合には、上述した図１（２）に示される工程において、エネルギー線の照射による第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を酸素雰囲気中で行った後、図１（４）以降の工程を順次行う手順を繰り返す。
【００５０】
以上のような手順を行う第２実施形態の製造方法では、電子線ＥＢを照射することによってＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を、酸素雰囲気中で行う構成としている。これにより、第１層間絶縁膜５の機械的強度の高めると同時に、第１層間絶縁膜５中におけるＳｉ-Ｈ結合をＳｉ-Ｏ-Ｓｉ結合に置き換えることができる。したがって、第１実施形態と同様に機械的強度を高めた第１層間絶縁膜５において、Ｓｉ−Ｈ結合を含有することによる吸湿性の上昇を抑えることができると共に、第１層間絶縁膜５中にＳｉ-Ｏ-Ｓｉの結合が多く生成されて機械的強度をさらに増強させることもできる。
【００５１】
以上より第１実施形態と同様に、ＳｉＯＣ系材料からなる多孔構造の第１層間絶縁膜５において、機械的強度を高く維持でき、かつ吸湿による誘電率の径時的な上昇を抑えることが可能になり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
第２実施形態の製造方法は、先の第１実施形態の製造方法において図１（２）を用いて説明した電子線ＥＢのようなエネルギー線の照射によって第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を行った後、第１層間絶縁膜５に対して炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理を施す方法である。
【００５３】
この場合、第１実施形態において図１（１）および図１（２）を用いて説明した工程を同様に行った後、図１（３）を用いて説明した工程では、酸素雰囲気中においてのアニール処理に変えて、第１層間絶縁膜５を炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理する工程を行う。炭化水素ガスとしては、例えばメチレンガス（Ｃ2Ｈ4）やメタンガス（ＣＨ4）が用いられる。これにより、第１層間絶縁膜５におけるシリコン−水素結合（Ｓｉ-Ｈ）の結合を切り、その部分に炭化水素基（例えば−ＣＨ3）を結合させて終端させる。
【００５４】
このようなアニール処理は、例えば次のような条件で行われる。
処理雰囲気 ：Ｃ2Ｈ4またはＣＨ4など、
処理雰囲気内圧力：０．１ｋＰａ〜９ｋＰａ、
処理温度 ：４００℃以下が望ましく、例えば３７０℃。
【００５５】
尚、このアニール処理は、電子線ＥＢの照射と同一のチャンバ内で連続して行うことができる。この際、処理雰囲気内の圧力および温度を、電子線ＥＢの照射と同じ条件とすることで、調圧、調温の時間が短縮され、スループットの低下を抑えることが可能である。ただし、スループットを考えなければ、アニール処理を大気圧下で行うことも可能である。
【００５６】
以上のようなアニール処理は、エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を用いた場合であっても同様に行われる。
【００５７】
以降の工程は、第１実施形態において図１（４）および図３（１）〜図３（３）を用いて説明した工程を同様の手順で行い、溝パターン１１内に、バリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなる埋め込み配線Ｍを形成し、また接続孔１３内にバリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなるコンタクトＣを形成し、これらを覆うバリア絶縁膜２３を成膜する。
【００５８】
また、さらに上層の配線を形成する場合には、図１（２）の工程、図１（３）に示される工程において炭化水素ガス雰囲気中でのアニール処理を行う工程、さらに図１（４）以降の工程を順次行う手順を繰り返す。
【００５９】
以上のような手順を行う第３実施形態の製造方法では、電子線ＥＢを照射することによってＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５の機械的強度を高めた後、炭化水素ガス雰囲気中でアニール処理する工程を追加している。このアニール処理により、電子線ＥＢを照射する工程において第１層間絶縁膜５に再結合した水素基が、疎水性である炭化水素基に置き換えられて終端される。これにより、Ｓｉ−Ｈ結合を含有することによる吸湿性の上昇を抑えることができるだけではなく、末端に疎水基で終端させたことによる吸湿性の低下も期待でき、第１実施形態および第２実施形態と比較して、第１層間絶縁膜５の吸湿性をさらに低下させることが可能になる。
【００６０】
以上よりＳｉＯＣ系材料からなる多孔構造の第１層間絶縁膜５において、機械的強度を高く維持でき、かつ吸湿による誘電率の径時的な上昇を確実に抑えることが可能になり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
尚、以上説明した第１実施形態〜第３実施形態においては、第１層間絶縁膜５を成膜した直後にエネルギー線の照射によって機械的強度を高める処理やアニール処理を行う構成とした。しかしながら、これらの工程は、例えば図３（１）で説明したデュアルダマシン構造の形成の後に行っても良い。これより、第１層間絶縁膜５の露出分部に対して、部分的ではあるが機械的強度を高める処理やアニール処理の効果を得ることができる。
【００６２】
また、上述した第１実施形態〜第３実施形態は、組み合わせて用いることが可能であり、多層配線構造における各層の埋め込み配線の形成に対して、それぞれ異なる実施形態を適用しても良い。
【００６３】
さらにまた、本発明は、層間絶縁膜にデュアルダマシン形状を形成する構成への適用に限定されることはなく、ＳｉＯＣ系の層間絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法に広く適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を適用した実施形態を説明するための断面工程図（その１）である。
【図２】ＳｉＯＣ系膜に対する電子線の照射時間と比誘電率との関係を示す図である。
【図３】本発明を適用した実施形態を説明するための断面工程図（その２）である。
【図４】（１）はＳｉＯＣ系膜に対する電子線の照射時間と膜強度との関係を示す図であり、（２）はＳｉＯＣ系膜に対する電子線の照射時間とＳｉ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｏ結合比を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…基板、５…第１層間絶縁膜（ＳｉＯＣ系）、ＥＢ…電子線、（ＵＶ）…紫外線、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特には層間絶縁膜に形成した溝パターン内に金属配線が埋め込み形成された半導体装置の製造に好適な方法である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高速化・微細化にともなう信号遅延の防止を目的とし、配線間の容量を低減することが求められている。配線間の容量を低減するためには、配線間に設けられる絶縁膜の比誘電率を下げる必要がある。このため、従来から絶縁膜として用いられてきている酸化シリコン膜（ＳｉＯ2：比誘電率ε＝４．０）に換えて、これよりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜の開発が行われてきた。
【０００３】
例えば、Ｐ−ＴＭＯＳ（フェニルトリメトキシシラン）のようなシリコン系炭化水素を材料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、比誘電率ε＝３.１の低誘電率絶縁膜を得ることができる。
【０００４】
また、材料ガスとして複数のアルコキシを含有するシリコン系炭化水素を用いたプラズマＣＶＤ法によれば、条件を最適化することで重合したオリゴマーがシロキサンのような線状構造を形成することにより多孔質構造が形成されるため、比誘電率がε＝２．５程度にまで低減された低誘電率膜を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、線状構造のオリゴマーは、オリゴマー同士の結合力が弱く、膜の機械的強度が弱いという問題を有する。
【０００６】
そこでシリコン系炭化水素を用いたプラズマＣＶＤ法によって、シリコン系の低誘電率絶縁膜を形成した後に、電子線を照射することにより、絶縁膜の比誘電率を実質的に変化させることなく、当該絶縁膜の機械的強度を増加させる方法が提案されている。この場合、好適には電子線照射前の絶縁膜は、５.０ＧＰａまたはそれ以上の弾性率、およい２.８またはそれ以下の比誘電率を有し、その後電子線照射が実行され、実質的に比誘電率を変化させずに１〜１０ＧＰａだけ弾性率が増加するとしている(以上、下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６４５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のような電子線照射を行う方法では、電子線照射によって低誘電率絶縁膜における炭化水素基が脱離し、脱離した不対結合手同士が結合してランダムネットワークが強化される。このため、図４（１）に示すように、電子線照射の時間（ＥＢＣｕｒｅＴｉｍｅ）が長いほど、低誘電率絶縁膜の膜強度（Ｍｏｄｕｌｕｓ）が高くなる。しかしながら、電子線照射によって炭化水素基が脱離したシリコン部分には、炭化水素基の分解によって発生した水素基も結合する。このため、図４（２）に示すように、電子線照射の時間（ＥＢＣｕｒｅＴｉｍｅ）が長いほど、低誘電率絶縁膜中においてのＳｉ−Ｏ結合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合（Ｓｉ−Ｈ／Ｓｉ−Ｏ）が増加する。そして、このように低誘電率絶縁膜中におけるＳｉ−Ｈ結合量が増加することにより、低誘電率絶縁膜の吸湿性が上昇し、時間経過とともに低誘電率絶縁膜の誘電率が上昇するといった問題が発生する。
【０００９】
そこで本発明は、機械的強度が高く、かつＳｉ−Ｈ結合量を抑えることで誘電率が低い値で径時的に安定している絶縁膜を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための本発明は、ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、成膜した絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、第１の製造方法では、エネルギー線を照射した後に、絶縁膜を酸素雰囲気中においてアニール処理する工程を行うことを特徴としている。また第２の製造方法では、絶縁膜にエネルギー線を照射する工程を、酸素雰囲気中で行うことを特徴としている。さらに第３の方法では、エネルギー線を照射した後に、絶縁膜を炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理する工程を行うことを特徴としている。
【００１１】
以上のように、ＳｉＯＣ系の絶縁膜にエネルギー線を照射する工程では、炭素含有基が絶縁膜から脱離することで発生した不対結合手同士の結合によって機械的強度が高められると同時に、炭素含有基が分解して生じた水素が不対結合手部分に再結合し、Ｓｉ−Ｈ結合が形成される。
【００１２】
したがって、上述した第１の製造方法のように、エネルギー線を照射した後に絶縁膜を酸素雰囲気中でアニール処理する工程を行うことにより、上記Ｓｉ−Ｈ結合の水素が酸素に置き換えられ、絶縁膜におけるＳｉ−Ｈ結合量が抑えられる。
【００１３】
また、上述した第２の製造方法のように、エネルギー線の照射を酸素雰囲気内で行うことにより、エネルギー線の照射によって分解した酸素が絶縁膜に結合し、絶縁膜に対する水素の再結合が抑えられ、絶縁膜におけるＳｉ−Ｈ結合量が抑えられる。
【００１４】
さらに、上述した第３の方法のように、エネルギー線の照射した後に絶縁膜を炭化水素ガス雰囲気中でアニール処理する工程を行うことにより、絶縁膜に再結合した水素や絶縁膜に結合している水素が炭化水素基に置き換えられ、絶縁膜におけるＳｉ−Ｈ結合量が抑えられる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明の第１〜第３の製造方法によれば、エネルギー線の照射によって機械的強度を高めたＳｉＯＣ系材料からなる絶縁膜において、Ｓｉ−Ｈ結合量を低く抑えて吸湿性を低く保つことができる。これにより、機械的強度が高く、かつ吸湿性が低いことによって誘電率が安定的に低い値に保たれる絶縁膜を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以上、本発明の製造方法を適用した実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
先ず、図１（１）に示すように、トランジスタ等の半導体素子やこれに接続された配線等を絶縁膜で覆ってなる基板１上に、バリア絶縁膜３を成膜する。このバリア絶縁膜３は、例えばＳｉＣＮ(またはＳｉＮやＳｉＣ)からなり、成膜ガスとしてトリメチルシラン（３ＭＳ）とＮＨ3とを用いたＣＶＤ法によって成膜する。
【００１８】
次に、バリア絶縁膜３上に、ＳｉＯＣ系材料からなる低誘電率の第１層間絶縁膜５を成膜する。この第１層間絶縁膜５は、例えば材料ガスとして複数のアルコキシを含有するシリコン系炭化水素を用いたプラズマＣＶＤ法によって形成され、メチル基（−ＣＨ3）のような炭化水素基がシリコン（Ｓｉ）に結合した構成となる。またこのプラズマＣＶＤ法による第１層間絶縁膜５の成膜は、線状構造のオリゴマーによって多孔質構造が得られるように条件を最適化して行われることが好ましい。またこの他にも、ＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５は、ＳＯＧ法を適用することによって形成しても良い。
【００１９】
次いで、図１（２）に示すように、第１層間絶縁膜５に対して、電子線ＥＢのようなエネルギー線を照射する。これにより、第１層間絶縁膜５のシリコンに結合している炭化水素基を脱離させ、その部分に発生させた不対結合手同士を結合させてランダムネットワークを形成し、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める。
【００２０】
ここで図２には、ＳｉＯＣ系の絶縁膜に対する電子線照射の時間（ＥＢＣｕｒｅＴｉｍｅ）と比誘電率（ΔDielectric Constant）との関係を示す。このグラフに示すように、電子線ＥＢの照射時間が長い範囲では、ＳｉＯＣ系の絶縁膜における比誘電率が上昇することがわかる。このため、このような電子線ＥＢの照射は、電子線ＥＢの照射による第１層間絶縁膜５の上昇が小さく抑えられる程度の範囲で行われることが重要である。
【００２１】
このような第１層間絶縁膜５に対する電子線ＥＢの照射は、例えば以下の条件で行われる。
処理雰囲気 ：ヘリウム（Ｈｅ）ガス、
処理雰囲気内圧力：１３．３ｋＰａ以下が望ましく、例えば８．６ｋＰａ
処理温度 ：３５０〜４００℃が望ましく、例えば３５０℃、
処理時間 ：５分以内が望ましく、例えば１４０秒。
【００２２】
尚、第１層間絶縁膜５に照射するエネルギー線は、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める効果を有していれば電子線ＥＢに限定されることはなく、例えば紫外線（ＵＶ）であっても良い。
【００２３】
エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を照射する場合には、例えば以下の条件で行われる。
紫外線波長 ：１７２ｎｍ、
処理雰囲気 ：窒素ガス（Ｎ2）、
処理雰囲気内圧力：１３３Ｐａ、
処理温度 ：３５０℃、
処理時間 ：５分以内が望ましく、例えば２分。
【００２４】
以上のような電子線ＥＢ（または紫外線などの他のエネルギー線）の照射においては、第１層間絶縁膜５から炭化水素基が脱離することにより発生した不対結合手同士の結合によってランダムネットワークが形成されるが、これと同時に、脱離した炭化水素基（例えばメチル基）が電子線ＥＢの照射によって分解して水素基が発生する。この水素基は、炭化水素基が脱離した部分に再結合し第１層間絶縁膜５にシリコン−水素結合（Ｓｉ-Ｈ）を形成する。このため、吸湿性が高くなり、誘電率の径時的な上昇が引き起こされる。
【００２５】
そこで、図１（３）に示すように、第１層間絶縁膜５を酸素（Ｏ2）雰囲気中においてアニール処理する。これにより、第１層間絶縁膜５におけるシリコン−水素結合（Ｓｉ-Ｈ）の結合を切り、その部分にＳｉ-Ｏ-Ｓｉを形成する。
【００２６】
このようなアニール処理は、例えば次のような条件で行われる。
処理雰囲気 ：酸素（Ｏ2）ガス、
処理雰囲気内圧力：０．１ｋＰａ〜９ｋＰａ
処理温度 ：４００℃以下が望ましく、例えば３７０℃。
【００２７】
尚、このアニール処理は、電子線ＥＢの照射と同一のチャンバ内で連続して行うことができる。この際、処理雰囲気内の圧力および温度を、電子線ＥＢの照射と同じ条件とすることで、調圧、調温の時間が短縮され、スループットの低下を抑えることが可能である。ただし、スループットを考えなければ、アニール処理を大気圧下で行うことも可能である。
【００２８】
また、以上のようなアニール処理は、エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を用いた場合であっても同様に行われる。
【００２９】
以上の後には、図１（４）に示すように、ＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５上に、例えばポリアリレン（ＰＡr）のような芳香族含有有機材料などからなる低誘電率の第２層間絶縁膜７を、塗布法によって成膜する。
【００３０】
さらに第２層間絶縁膜７上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第３層間絶縁膜９をＣＶＤ法によって形成する。
【００３１】
その後、図３（１）に示すように、第３層間絶縁膜９および第２層間絶縁膜７に溝パターン１１を形成すると共に、これらの下層の第１層間絶縁膜５およびバリア絶縁膜３に接続孔１３を形成し、溝パターン１１の底部に接続孔１３を掘下げたデュアルダマシン構造を形成する。ここでは、このようなデュアルダマシン構造の形成手順が限定されることはなく、溝パターン１１を形成してその底部に接続孔１３を形成する先溝法、接続孔１３を形成してその上部に溝パターン１１を形成する先ヴィア法、さらにはその他の手順によってデュアルダマシン構造を形成しても良い。
【００３２】
次に、図３（２）に示すように、これらの溝パターン１１および接続孔１３の内壁を覆う状態で、バリアメタル層１５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が用いられる。続いて、接続孔１３および溝パターン１１内を埋め込むように例えば銅からなる導電層１７を形成する。
【００３３】
次に、図３（３）に示すように、接続孔１３および溝パターン１１内のみにバリアメタル層１５および導電層１７を残すように、第３層間絶縁膜９上の導電層１７およびバリアメタル層１５をＣＭＰ法により除去する。これにより、溝パターン１１内に、バリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなる埋め込み配線Ｍを形成し、また接続孔１３内にバリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなるコンタクトＣを形成する。
【００３４】
以上の後には、埋め込み配線Ｍおよび第３層間絶縁膜９上を覆う状態で、例えばＳｉＣＮ(またはＳｉＮやＳｉＣ)からなるバリア絶縁膜２３を成膜する。
【００３５】
そして、さらに上層の配線を形成する場合には、上述した図１（２）を用いて説明した工程以降を繰り返し行う。
【００３６】
以上のような手順を行う第１実施形態の製造方法では、電子線ＥＢを照射することによってＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５の機械的強度を高めた後、酸素雰囲気中でアニール処理する工程を追加している。このアニール処理により、電子線ＥＢを照射する工程において第１層間絶縁膜５に再結合した水素基が酸素に置き換えられ、第１層間絶縁膜５中におけるＳｉ-Ｈ結合がＳｉ-Ｏ-Ｓｉ結合に置き換えられる。これにより、Ｓｉ−Ｈ結合を含有することによる吸湿性の上昇を抑えることができる。
【００３７】
またさらに、第１層間絶縁膜５中にＳｉ-Ｏ-Ｓｉの結合が多く生成されることになり、機械的強度をさらに増強させることができる。
【００３８】
以上よりＳｉＯＣ系材料からなる多孔構造の第１層間絶縁膜５において、機械的強度を高く維持でき、かつ吸湿による誘電率の径時的な上昇を抑えることが可能になる。
【００３９】
この結果、例えば図３（３）を用いて説明した埋め込み配線Ｍの形成におけるＣＭＰ工程において、積層された絶縁膜５〜９の破壊や膜剥がれ、さらには最終工程で行うパッケージングの際の剥離を防止することが可能である。しかも、安定的に低誘電率であるため、埋め込み配線Ｍ間の容量および埋込配線配線Ｍとその上層および下層の配線との間の容量を低く抑える効果を維持できる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の製造方法は、先の第１実施形態の製造方法において図１（２）を用いて説明した電子線ＥＢのようなエネルギー線の照射によって第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を、酸素雰囲気中で行う方法である。
【００４１】
ここでは、第１層間絶縁膜５に対して、電子線ＥＢのようなエネルギー線を照射することにより、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める。そして、このような電子線ＥＢの照射を酸素雰囲気中で行うことにより、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高めると同時に、電子線ＥＢの照射によって炭化水素基が脱離した不対結合手に酸素を結合させる。この際、酸素ガスに電子線ＥＢが照射されることでＯ2プラズマが発生し、第１層間絶縁膜５のシリコン（Ｓｉ）に酸素（Ｏ）が結合し易くなる。これにより、脱離した炭化水素基が電子線ＥＢの照射によって分解して発生した水素基が第１層間絶縁膜５に対して再結合してシリコン−水素（Ｓｉ−Ｈ）結合を形成することが防止される。
【００４２】
また以上の処理は、処理雰囲気内の圧力を低圧（１３３Ｐａ以下）にして行うことで、電子線ＥＢが第１層間絶縁膜５に届く確率を高くして処理速度を速めることとする。これにより、第１層間絶縁膜５におけるランダムネットワークの形成とＳｉ-Ｏ-Ｓi結合の生成とによって機械的強度が高められると同時に、この処理中において酸素ガスに電子線ＥＢが照射されることで発生したＯ2プラズマによる第１層間絶縁膜５のダメージを最低限に抑える。
【００４３】
このような第１層間絶縁膜５に対する電子線ＥＢの照射は、例えば次のような条件で行われる。
処理雰囲気 ：酸素（Ｏ2）ガス、
処理雰囲気内圧力：１３３Ｐａ以下、
処理温度 ：３７０℃、
処理時間 ：５分以内。
【００４４】
処理温度は例えば３７０℃とすることで、第１層間絶縁膜５の改質（機械的強度の向上）が進む。また、以上の処理は、処理雰囲気内に放出される電子線ＥＢの量やエネルギーの増減によっても処理条件の最適化を図ることができ、Ｏ2プラズマの発生を制御して第１層間絶縁膜５のダメージを回避しつつ、第１層間絶縁膜５における不対結合手同士の結合によりランダムネットワークの形成と、炭化水素基が脱離した部分への酸素の結合とを行うことができる。尚、電子線ＥＢの量やエネルギーの増減は、処理装置における管電流値、加速電圧によって調整される。
【００４５】
尚、第１層間絶縁膜５に照射するエネルギー線は、第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める効果を有していれば電子線ＥＢに限定されることはなく、例えば紫外線（ＵＶ）であっても良い。
【００４６】
エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を照射する場合には、例えば以下の条件で行われる。
紫外線波長 ：１７２ｎｍ
処理雰囲気 ：酸素（Ｏ2）ガス、
処理雰囲気内圧力：１３３Ｐａ、
処理温度 ：３７０℃、
処理時間 ：５分以内が望ましく、例えば２分。
【００４７】
以上の後には、図１（４）に示すように、ＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５上に、例えばポリアリレン（ＰＡr）のような芳香族含有有機材料などからなる低誘電率の第２層間絶縁膜７を塗布法によって成膜し、さらに酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第３層間絶縁膜９をＣＶＤ法によって形成する。
【００４８】
その後は、第１実施形態と同様に、図３（１）〜図３（３）を用いて説明したと同様の工程を行うことにより、溝パターン１１内に、バリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなる埋め込み配線Ｍを形成し、また接続孔１３内にバリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなるコンタクトＣを形成し、これらを覆うバリア絶縁膜２３を成膜する。
【００４９】
また、さらに上層の配線を形成する場合には、上述した図１（２）に示される工程において、エネルギー線の照射による第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を酸素雰囲気中で行った後、図１（４）以降の工程を順次行う手順を繰り返す。
【００５０】
以上のような手順を行う第２実施形態の製造方法では、電子線ＥＢを照射することによってＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を、酸素雰囲気中で行う構成としている。これにより、第１層間絶縁膜５の機械的強度の高めると同時に、第１層間絶縁膜５中におけるＳｉ-Ｈ結合をＳｉ-Ｏ-Ｓｉ結合に置き換えることができる。したがって、第１実施形態と同様に機械的強度を高めた第１層間絶縁膜５において、Ｓｉ−Ｈ結合を含有することによる吸湿性の上昇を抑えることができると共に、第１層間絶縁膜５中にＳｉ-Ｏ-Ｓｉの結合が多く生成されて機械的強度をさらに増強させることもできる。
【００５１】
以上より第１実施形態と同様に、ＳｉＯＣ系材料からなる多孔構造の第１層間絶縁膜５において、機械的強度を高く維持でき、かつ吸湿による誘電率の径時的な上昇を抑えることが可能になり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
第２実施形態の製造方法は、先の第１実施形態の製造方法において図１（２）を用いて説明した電子線ＥＢのようなエネルギー線の照射によって第１層間絶縁膜５の機械的強度を高める工程を行った後、第１層間絶縁膜５に対して炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理を施す方法である。
【００５３】
この場合、第１実施形態において図１（１）および図１（２）を用いて説明した工程を同様に行った後、図１（３）を用いて説明した工程では、酸素雰囲気中においてのアニール処理に変えて、第１層間絶縁膜５を炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理する工程を行う。炭化水素ガスとしては、例えばメチレンガス（Ｃ2Ｈ4）やメタンガス（ＣＨ4）が用いられる。これにより、第１層間絶縁膜５におけるシリコン−水素結合（Ｓｉ-Ｈ）の結合を切り、その部分に炭化水素基（例えば−ＣＨ3）を結合させて終端させる。
【００５４】
このようなアニール処理は、例えば次のような条件で行われる。
処理雰囲気 ：Ｃ2Ｈ4またはＣＨ4など、
処理雰囲気内圧力：０．１ｋＰａ〜９ｋＰａ、
処理温度 ：４００℃以下が望ましく、例えば３７０℃。
【００５５】
尚、このアニール処理は、電子線ＥＢの照射と同一のチャンバ内で連続して行うことができる。この際、処理雰囲気内の圧力および温度を、電子線ＥＢの照射と同じ条件とすることで、調圧、調温の時間が短縮され、スループットの低下を抑えることが可能である。ただし、スループットを考えなければ、アニール処理を大気圧下で行うことも可能である。
【００５６】
以上のようなアニール処理は、エネルギー線として紫外線（ＵＶ）を用いた場合であっても同様に行われる。
【００５７】
以降の工程は、第１実施形態において図１（４）および図３（１）〜図３（３）を用いて説明した工程を同様の手順で行い、溝パターン１１内に、バリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなる埋め込み配線Ｍを形成し、また接続孔１３内にバリアメタル層１５を介して導電層１７を埋め込んでなるコンタクトＣを形成し、これらを覆うバリア絶縁膜２３を成膜する。
【００５８】
また、さらに上層の配線を形成する場合には、図１（２）の工程、図１（３）に示される工程において炭化水素ガス雰囲気中でのアニール処理を行う工程、さらに図１（４）以降の工程を順次行う手順を繰り返す。
【００５９】
以上のような手順を行う第３実施形態の製造方法では、電子線ＥＢを照射することによってＳｉＯＣ系材料からなる第１層間絶縁膜５の機械的強度を高めた後、炭化水素ガス雰囲気中でアニール処理する工程を追加している。このアニール処理により、電子線ＥＢを照射する工程において第１層間絶縁膜５に再結合した水素基が、疎水性である炭化水素基に置き換えられて終端される。これにより、Ｓｉ−Ｈ結合を含有することによる吸湿性の上昇を抑えることができるだけではなく、末端に疎水基で終端させたことによる吸湿性の低下も期待でき、第１実施形態および第２実施形態と比較して、第１層間絶縁膜５の吸湿性をさらに低下させることが可能になる。
【００６０】
以上よりＳｉＯＣ系材料からなる多孔構造の第１層間絶縁膜５において、機械的強度を高く維持でき、かつ吸湿による誘電率の径時的な上昇を確実に抑えることが可能になり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
尚、以上説明した第１実施形態〜第３実施形態においては、第１層間絶縁膜５を成膜した直後にエネルギー線の照射によって機械的強度を高める処理やアニール処理を行う構成とした。しかしながら、これらの工程は、例えば図３（１）で説明したデュアルダマシン構造の形成の後に行っても良い。これより、第１層間絶縁膜５の露出分部に対して、部分的ではあるが機械的強度を高める処理やアニール処理の効果を得ることができる。
【００６２】
また、上述した第１実施形態〜第３実施形態は、組み合わせて用いることが可能であり、多層配線構造における各層の埋め込み配線の形成に対して、それぞれ異なる実施形態を適用しても良い。
【００６３】
さらにまた、本発明は、層間絶縁膜にデュアルダマシン形状を形成する構成への適用に限定されることはなく、ＳｉＯＣ系の層間絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法に広く適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を適用した実施形態を説明するための断面工程図（その１）である。
【図２】ＳｉＯＣ系膜に対する電子線の照射時間と比誘電率との関係を示す図である。
【図３】本発明を適用した実施形態を説明するための断面工程図（その２）である。
【図４】（１）はＳｉＯＣ系膜に対する電子線の照射時間と膜強度との関係を示す図であり、（２）はＳｉＯＣ系膜に対する電子線の照射時間とＳｉ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｏ結合比を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…基板、５…第１層間絶縁膜（ＳｉＯＣ系）、ＥＢ…電子線、（ＵＶ）…紫外線、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、前記絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜にエネルギー線を照射した後、前記絶縁膜を酸素雰囲気中においてアニール処理する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記エネルギー線として電子線または紫外線を照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＳｉＯＣ系の絶縁膜として、シリコンに炭化水素基を結合させた材料からなる多孔質膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、前記絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜にエネルギー線を照射する工程を酸素雰囲気中で行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記エネルギー線として電子線または紫外線を照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＳｉＯＣ系の絶縁膜として、シリコンに炭化水素基を結合させた材料からなる多孔質膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、前記絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜にエネルギー線を照射した後、前記絶縁膜を炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記エネルギー線として電子線または紫外線を照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＳｉＯＣ系の絶縁膜として、シリコンに炭化水素基を結合させた材料からなる多孔質膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、前記絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜にエネルギー線を照射した後、前記絶縁膜を酸素雰囲気中においてアニール処理する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記エネルギー線として電子線または紫外線を照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＳｉＯＣ系の絶縁膜として、シリコンに炭化水素基を結合させた材料からなる多孔質膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、前記絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜にエネルギー線を照射する工程を酸素雰囲気中で行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記エネルギー線として電子線または紫外線を照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＳｉＯＣ系の絶縁膜として、シリコンに炭化水素基を結合させた材料からなる多孔質膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
ＳｉＯＣ系の絶縁膜を基板上に成膜する工程と、前記絶縁膜にエネルギー線を照射することにより当該絶縁膜の機械的強度を高める工程とを行う半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜にエネルギー線を照射した後、前記絶縁膜を炭化水素ガス雰囲気中においてアニール処理する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記エネルギー線として電子線または紫外線を照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＳｉＯＣ系の絶縁膜として、シリコンに炭化水素基を結合させた材料からなる多孔質膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−５３４０２（Ｐ２００８−５３４０２Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２７３８９（Ｐ２００６−２２７３８９）
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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