半導体装置の製造方法
【課題】安定した形状の信頼性の高いエアギャップを効率良く形成する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法では、半導体基板上に、ビアホール及びエアギャップ用トレンチを含む複数のホールを有する層間絶縁膜を形成する。次に、エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる。また、ビアホール内にビアプラグを形成する。この後、エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する。
【解決手段】半導体装置の製造方法では、半導体基板上に、ビアホール及びエアギャップ用トレンチを含む複数のホールを有する層間絶縁膜を形成する。次に、エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる。また、ビアホール内にビアプラグを形成する。この後、エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線の微細化と集積化が進むにつれて、配線間の容量が高速化の妨げとなっている。これを抑制するためには、配線材料の低抵抗化とともに層間絶縁膜の低誘電率化が求められている。層間絶縁膜に用いる低誘電率材料として、エアギャップ構造を用いた半導体装置の開発が進んでいる。
【０００３】
特許文献１（特開２００９−３０２１１６号公報）には、多結晶シリコン層からなるゲート電極の側面に対する熱酸化処理によりシリコン酸化膜を形成した後、薬液を用いたエッチングによりシリコン酸化膜を除去して、ゲート電極用の多結晶シリコン層の各側面に凹部を形成する工程が開示されている。特許文献１に開示の方法では、この後、複数のゲート電極間に絶縁膜を埋め込み、埋め込まれた絶縁膜の中の凹部に対応する部分にエアギャップを形成する工程が開示されている。
【０００４】
特許文献２（特開２００９−１８２２０３号公報）には、エアギャップを設ける領域に相当する隣り合う金属配線の間の間隔を測定し、この間隔に応じて第２の絶縁膜の膜厚を決定し、決定した膜厚の第２の絶縁膜を堆積させて隣り合う上記金属配線の間に溝部を形成する工程が開示されている。特許文献２に開示の方法では、この後、エアギャップを設ける領域に相当する隣り合う金属配線の間の溝部内に、第３の絶縁膜を形成することによりエアギャップを設ける工程が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０２１１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８２２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び２のような従来の製造方法では、隣り合う導電層の間にエアギャップ用トレンチを形成し、このエアギャップ用トレンチの内壁側面の形状や幅を制御することによって、エアギャップを形成していた。しかしながら、エアギャップ用トレンチの内壁側面の形状や幅の制御は容易ではなく、安定した形状の信頼性の高いエアギャップを形成することは困難であった。特に、半導体装置の微細化が進んだ場合には、エアギャップの形成はより困難となっていた。また、エアギャップ用トレンチ中に絶縁膜を埋め込むことによってエアギャップを形成するため、エアギャップの占める領域が小さなものとなっていた。
【０００７】
更に、上記特許文献１及び２とは異なり、隣り合う導電層の間にエアギャップ用トレンチを形成しない場合、従来の製造方法では、導電層用ホールの形成工程以外に、エアギャップ用トレンチの形成工程を設ける必要があった。このため、エアギャップ用トレンチの形成工程のために余分なコストがかかり、効率よくエアギャップを形成することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安定した形状の信頼性の高いエアギャップを効率良く形成する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】
【０００９】
一実施形態は、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記有機材料を埋め込んだエアギャップ用トレンチの上に第１のマスクを設ける工程と、
前記ホール内に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記有機材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【００１０】
他の実施形態は、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【００１１】
他の実施形態は、
半導体基板上の層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させ、前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【００１２】
他の実施形態は、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
エッチバックを行うことにより、前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部内に絶縁材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチの上方に第１のマスクが位置するように、前記層間絶縁膜の上方に第１のマスクを形成する工程と、
前記ホール内に埋め込まれた絶縁材料及び有機材料を除去する除去工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内の絶縁材料を残留させるように、前記エアギャップ用トレンチ内の有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１３】
ホールの形成と同時にエアギャップ用トレンチを形成することにより、効率的にエアギャップを形成することができる。また、安定した形状で信頼性が高く、占有体積の大きなエアギャップを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の半導体装置の一例を説明する図である。
【図２Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図２Ｄ】図２ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図３Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図３Ｃ】図３ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図３Ｄ】図３ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図４Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図４Ｃ】図４ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図４Ｄ】図４ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図５Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図５Ｄ】図５ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図６Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図６Ｃ】図６ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図６Ｄ】図６ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図７Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図７Ｃ】図７ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図７Ｄ】図７ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図８Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図８Ｃ】図８ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図８Ｄ】図８ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図９Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図９Ｃ】図９ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図９Ｄ】図９ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１０Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１０Ｃ】図１０ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１０Ｄ】図１０ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１１Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１１Ｂ】図１１ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１１Ｃ】図１１ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１１Ｄ】図１１ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１２Ａ】第１実施例の半導体装置を説明する図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１２Ｄ】図１２ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１３Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１３Ｄ】図１３ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１４Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１４Ｄ】図１４ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１５Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１５Ｃ】図１５ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１５Ｄ】図１５ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１６Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１６Ｂ】図１６ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１６Ｄ】図１６ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１７Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１７Ｂ】図１７ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１７Ｃ】図１７ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１７Ｄ】図１７ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１８Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１８Ｂ】図１８ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１８Ｃ】図１８ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１８Ｄ】図１８ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１９Ａ】第２実施例の半導体装置を説明する図である。
【図１９Ｂ】図１８ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１９Ｃ】図１８ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１９Ｄ】図１８ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
半導体装置の製造方法の一態様では、層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを同時に形成する。ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる。ホール内に埋め込まれた有機材料のみを除去した後、導電材料を埋め込む。この後、エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する。
【００１６】
上記半導体装置の製造方法では、ホールの形成と同時にエアギャップ用トレンチを形成することにより、工程を短縮して効率的にエアギャップを形成することができる。また、最初に形成したエアギャップ用トレンチを利用してエアギャップを形成するため、安定した形状で信頼性が高く、占有体積の大きなエアギャップを形成することができる。
【００１７】
以下では、図面を参照して、本発明の具体的な態様を説明する。なお、下記実施例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００１８】
なお、下記実施例において、示される図面は図１に示すチップ３１上に設けられた複数の回路領域３２のうち、一つの回路領域３２を示すものである。また、図２〜１３において、Ａ図は上面図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ方向の断面図、Ｃ図はＡ図のＢ−Ｂ方向の断面図、Ｄ図はＡ図のＣ−Ｃ方向の断面図を表す。
【００１９】
（第１実施例）
以下、図２〜１２を参照して、本実施例の半導体装置の製造方法を説明する。なお、図９Ａ、１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ中の破線部分は、ビアプラグの位置を表す透視図である。また、図１０〜１２において、各Ｃ図とＤ図中の開口１２の位置は厳密に一致していない。
【００２０】
図２に示すように、半導体基板４を準備し、半導体基板４内に第２の方向２２に配列された複数の第２の金属配線１を形成する。まず、半導体基板４上に、リソグラフィー法で形成するフォトレジストパターン（図示していない）をマスクとして用いてドライエッチングを行うことにより、第２の金属配線用トレンチを形成する。次に、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、金属配線用トレンチ内に金属膜などを埋め込んだ後、半導体基板４上の余分な金属膜を除去することによって、第２の金属配線１を形成する。図２Ａでは、第１の方向２１に延在した４つの第２の金属配線が形成されている。また、複数の第２の金属配線が、第２の方向２２に配列されている。
【００２１】
この後、半導体基板４上に、層間絶縁膜３を形成する。層間絶縁膜３は酸化シリコン膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜、窒化シリコン膜などからなり、ＣＶＤ法や回転塗布法を用いて形成する。リソグラフィー法で形成するフォトレジスト（図示していない）をマスクに用いたドライエッチング法により、層間絶縁膜３を第２の金属配線１が露出するまで異方性エッチングを行い、ホール２ａを形成する。また、この際、ホール２ａの形成と同時に、エアギャップ用トレンチ２ｂも形成する。図２Ａでは、第２の方向２２において、隣り合う第２の金属配線の間にエアギャップ用トレンチが設けられている。
【００２２】
次に、図３に示すように、ホール２ａ、及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内に有機材料５を埋め込んだ後、層間絶縁膜３上の余分な有機材料をＣＭＰによって除去する。なお、層間絶縁膜３上の余分な有機材料はエッチバックによって除去しても良い。有機材料５としては、アクリル樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂（ＰＨＳ）等を用いることができる。ホール２ａ、及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内に埋め込んだ有機材料５に対して、高温のベーク（焼きしめ）の条件で硬化処理を行う。このべークの条件は例えば、温度９０〜１７０℃、時間４０〜８０ｓｅｃに設定することができる。
【００２３】
次に、図４に示すように、層間絶縁膜３上の全面に、有機材料５を保護するためのキャップ絶縁膜６を形成する。キャップ絶縁膜６としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を使用することができる。
【００２４】
次に、図５に示すように、リソグラフィー法により、キャップ絶縁膜６上に、第２の金属配線１に対応する位置に開口を有するフォトレジスト７（第１のマスクに相当する）を設ける。本実施例では、第１の方向２１に延在する開口を有するフォトレジスト７を設けた。この開口は、第１の方向２１の長さがエアギャップ用トレンチ２ｂよりも短くなるようにした。この時、エアギャップ用トレンチ２ｂ上に埋め込まれた有機材料５の上方にはフォトレジスト７が設けられており、開口は設けられていない。
【００２５】
次に、図６に示すように、フォトレジスト７をマスクに用いた異方性エッチングにより、キャップ絶縁膜６、層間絶縁膜３の上部及びホール２ａの上部の有機材料５を除去する。これにより、複数のホール２ａの下部に連通する第１の金属配線用トレンチ８ａ（破線で囲まれた部分）が形成された。
【００２６】
この後、図７に示すように、プラズマアッシングによりフォトレジスト７とホールの下部に埋め込まれた有機材料５を除去する。この際、エアギャップ用トレンチ２ｂ上に埋め込まれた有機材料５の上方にはキャップ絶縁膜６が設けられているため、エアギャップ用トレンチ２ｂ上に埋め込まれた有機材料５は除去されない。
【００２７】
次に、図８に示すように、デュアルダマシン法により、ホール８ｂ及び第１の金属配線用トレンチ８ａ内を埋め込むようにＣＶＤ法又はめっき法により導電膜を成膜した。ＣＭＰによってキャップ絶縁膜６上の余剰な導電膜を除去する。これにより、第２の金属配線１と接続されたビアプラグ９ｂ及び第１の金属配線９ａが形成される。導電膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）を用いることができる。また、コンタクトメタルとしてチタン（Ｔｉ）、バリアメタルとして窒化チタン（ＴｉＮ）を使用しても良い。
【００２８】
次に、図９に示すように、キャップ絶縁膜６上の全面に、ビアプラグを保護するためのキャップ絶縁膜１０を形成する。
【００２９】
次に、図１０に示すように、リソグラフィー法により、キャップ絶縁膜１０上に、有機材料５の少なくとも一部の上方に開口１２を有するフォトレジスト１１（第２のマスクに相当する）を設ける。本実施例では、エアギャップ用トレンチの第１の方向２１の長さを第１の金属配線用トレンチよりも長くしたため、エアギャップ用トレンチは第１の金属配線用トレンチよりも第１の方向２１に延びた端部を有している。この端部の上に開口１２を有するようにフォトレジスト１１を設けた。この時、第１の金属配線９ａの上方にはフォトレジスト１１が設けられており、開口は設けられていない。
【００３０】
次に、図１１に示すように、フォトレジスト１１をマスクに用いた異方性エッチングを行い、キャップ絶縁膜６及び１０を除去する。この後、図１１Ｄに示すように、プラズマアッシングによりフォトレジスト１１、及びエアギャップ用トレンチ内に埋め込んだ有機材料５を除去して、エアギャップ１４を形成する。有機材料５を除去する条件は、図７と同じ条件とする。この際、図１１Ｃに示すように、キャップ絶縁膜６及び１０の除去により層間絶縁膜３が露出する領域では、層間絶縁膜３は除去されない。
【００３１】
次に、図１２に示すように、キャップ絶縁膜１０上の全面に保護膜１３を形成する。保護膜１３の材料としては、シリコン酸化膜を用いることができる。
【００３２】
なお、保護膜１３の代わりに、キャップ絶縁膜１０上の全面に層間絶縁膜を形成し、上記と同様の方法によって、別のビアプラグ、金属配線、及びエアギャップを形成しても良い。
【００３３】
本実施例では、ホール形成と同時にエアギャップ用トレンチを形成する。これにより、効率的にエアギャップを形成することができる。また、図２の工程で形成したエアギャップ用トレンチがそのままエアギャップとなるため、安定した形状で信頼性が高く、占有体積の大きなエアギャップを形成することができる。
【００３４】
（第２実施例）
本実施例は、第１実施例の変形例に相当するものであり、エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、エアギャップ用トレンチの上部の有機材料を除去し、更に絶縁材料を埋め込む。そして、この絶縁材料を、エアギャップ形成後も残留させる点が第１実施例とは異なる。このようにエアギャップ用トレンチ上部の有機材料が除去されるまで有機材料を除去することにより、層間絶縁膜上に残留する有機材料を確実に除去することができる。この結果、層間絶縁膜上に有機材料が残留することにより、後の工程で層間絶縁膜上にキャップ絶縁膜が成膜されないことを防ぐことができる。そして、第１の金属配線を形成するためにホール及び金属配線用トレンチ内の有機材料を除去する際に、エアギャップ用トレンチ内の有機材料も除去されることを防ぐことができる。
【００３５】
図１３〜１８は第２実施例の製造方法を表す図である。なお、図１３〜１８において、Ａ図は上面図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ方向の断面図、Ｃ図はＡ図のＢ−Ｂ方向の断面図、Ｄ図はＡ図のＣ−Ｃ方向の断面図を表す。図１８Ａ及び１９Ａ中の破線部分は、第１の金属配線の位置を表す透視図である。また、図１８及び１９において、Ｃ図とＤ図中の開口１２の位置は厳密には一致していない。
【００３６】
以下では、本実施例に特有の工程及び重要な工程のみを示し、その他の工程の説明は省略する。
【００３７】
図２及び３の工程までは、第１実施例と同様にホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂを形成し、ホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内に有機材料を埋め込む。次に、図１３に示すように、エッチバックによりホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂの上部に埋め込まれた有機材料を除去する。エッチバックの条件としては例えば、使用するガスＯ2、ガスの流量４００ｓｃｃｍ、温度２０℃とすることができる。
【００３８】
次に、図１４に示すように、層間絶縁膜３上、ホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂの上部内に第１の絶縁膜６を形成する。第１の絶縁膜６としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を使用することができる。
【００３９】
次に、図１５に示すように、第１実施例と同様の開口を有するフォトレジスト７（第１のマスクに相当する）を設ける。
【００４０】
次に、図１６に示すように、フォトレジスト７をマスクに用いた異方性エッチングにより、キャップ絶縁膜６、層間絶縁膜３の上部、並びにホール２ａの上部の第１の絶縁膜６及び有機材料を除去する。これにより、複数のホールの下部に連通する第１の金属配線用トレンチ８ａ（共に破線で囲まれた部分）が形成された。
【００４１】
この後、プラズマアッシングによりフォトレジスト７とホールの下部に埋め込まれた有機材料５を除去して、ビアホール８ｂを形成する。この際、エアギャップ用トレンチ２ｂ内に埋め込まれた有機材料５の上方にはキャップ絶縁膜６が設けられているため、エアギャップ用トレンチ２ｂ内に埋め込まれた有機材料５は除去されない。
【００４２】
次に、図１７に示すように、第１実施例と同様のデュアルダマシン法により、ホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内にそれぞれ導電材料を埋め込むことにより、ビアプラグ９ｂ及び第１の金属配線９ａを形成する。
【００４３】
次に、図１８に示すように、第１実施例と同様の方法で、フォトレジストとエアギャップ用トレンチ内の有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する。この際、エアギャップ用トレンチの上部に埋め込まれたキャップ絶縁膜６は、除去されずに残留する。
【００４４】
次に、図１９に示すように、キャップ絶縁膜１０上の全面に保護膜１３を形成する。保護膜１３の材料としては、シリコン酸化膜を用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 第２の金属配線
２ａ ホール
２ｂ エアギャップ用トレンチ
３ 層間絶縁膜
４ 半導体基板
５ 有機材料
６、１０ キャップ絶縁膜
７、１１ フォトレジスト
８ａ 第１の金属配線用トレンチ
８ｂ ビアホール
９ａ 第１の金属配線
９ｂ ビアプラグ
１２ 開口
１３ 保護膜
１４ エアギャップ
２１ 第１の方向
２２ 第２の方向
３１ チップ
３２ 回路領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線の微細化と集積化が進むにつれて、配線間の容量が高速化の妨げとなっている。これを抑制するためには、配線材料の低抵抗化とともに層間絶縁膜の低誘電率化が求められている。層間絶縁膜に用いる低誘電率材料として、エアギャップ構造を用いた半導体装置の開発が進んでいる。
【０００３】
特許文献１（特開２００９−３０２１１６号公報）には、多結晶シリコン層からなるゲート電極の側面に対する熱酸化処理によりシリコン酸化膜を形成した後、薬液を用いたエッチングによりシリコン酸化膜を除去して、ゲート電極用の多結晶シリコン層の各側面に凹部を形成する工程が開示されている。特許文献１に開示の方法では、この後、複数のゲート電極間に絶縁膜を埋め込み、埋め込まれた絶縁膜の中の凹部に対応する部分にエアギャップを形成する工程が開示されている。
【０００４】
特許文献２（特開２００９−１８２２０３号公報）には、エアギャップを設ける領域に相当する隣り合う金属配線の間の間隔を測定し、この間隔に応じて第２の絶縁膜の膜厚を決定し、決定した膜厚の第２の絶縁膜を堆積させて隣り合う上記金属配線の間に溝部を形成する工程が開示されている。特許文献２に開示の方法では、この後、エアギャップを設ける領域に相当する隣り合う金属配線の間の溝部内に、第３の絶縁膜を形成することによりエアギャップを設ける工程が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０２１１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８２２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び２のような従来の製造方法では、隣り合う導電層の間にエアギャップ用トレンチを形成し、このエアギャップ用トレンチの内壁側面の形状や幅を制御することによって、エアギャップを形成していた。しかしながら、エアギャップ用トレンチの内壁側面の形状や幅の制御は容易ではなく、安定した形状の信頼性の高いエアギャップを形成することは困難であった。特に、半導体装置の微細化が進んだ場合には、エアギャップの形成はより困難となっていた。また、エアギャップ用トレンチ中に絶縁膜を埋め込むことによってエアギャップを形成するため、エアギャップの占める領域が小さなものとなっていた。
【０００７】
更に、上記特許文献１及び２とは異なり、隣り合う導電層の間にエアギャップ用トレンチを形成しない場合、従来の製造方法では、導電層用ホールの形成工程以外に、エアギャップ用トレンチの形成工程を設ける必要があった。このため、エアギャップ用トレンチの形成工程のために余分なコストがかかり、効率よくエアギャップを形成することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安定した形状の信頼性の高いエアギャップを効率良く形成する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】
【０００９】
一実施形態は、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記有機材料を埋め込んだエアギャップ用トレンチの上に第１のマスクを設ける工程と、
前記ホール内に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記有機材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【００１０】
他の実施形態は、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【００１１】
他の実施形態は、
半導体基板上の層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させ、前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【００１２】
他の実施形態は、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
エッチバックを行うことにより、前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部内に絶縁材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチの上方に第１のマスクが位置するように、前記層間絶縁膜の上方に第１のマスクを形成する工程と、
前記ホール内に埋め込まれた絶縁材料及び有機材料を除去する除去工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内の絶縁材料を残留させるように、前記エアギャップ用トレンチ内の有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１３】
ホールの形成と同時にエアギャップ用トレンチを形成することにより、効率的にエアギャップを形成することができる。また、安定した形状で信頼性が高く、占有体積の大きなエアギャップを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の半導体装置の一例を説明する図である。
【図２Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図２Ｄ】図２ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図３Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図３Ｃ】図３ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図３Ｄ】図３ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図４Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図４Ｃ】図４ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図４Ｄ】図４ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図５Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図５Ｄ】図５ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図６Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図６Ｃ】図６ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図６Ｄ】図６ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図７Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図７Ｃ】図７ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図７Ｄ】図７ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図８Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図８Ｃ】図８ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図８Ｄ】図８ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図９Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図９Ｃ】図９ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図９Ｄ】図９ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１０Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１０Ｃ】図１０ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１０Ｄ】図１０ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１１Ａ】第１実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１１Ｂ】図１１ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１１Ｃ】図１１ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１１Ｄ】図１１ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１２Ａ】第１実施例の半導体装置を説明する図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１２Ｄ】図１２ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１３Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１３Ｄ】図１３ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１４Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１４Ｄ】図１４ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１５Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１５Ｃ】図１５ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１５Ｄ】図１５ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１６Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１６Ｂ】図１６ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１６Ｃ】図１６ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１６Ｄ】図１６ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１７Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１７Ｂ】図１７ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１７Ｃ】図１７ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１７Ｄ】図１７ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１８Ａ】第２実施例の半導体装置の製造方法の一工程を説明する図である。
【図１８Ｂ】図１８ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１８Ｃ】図１８ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１８Ｄ】図１８ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【図１９Ａ】第２実施例の半導体装置を説明する図である。
【図１９Ｂ】図１８ＡのＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【図１９Ｃ】図１８ＡのＢ−Ｂ断面を表す断面図である。
【図１９Ｄ】図１８ＡのＣ−Ｃ断面を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
半導体装置の製造方法の一態様では、層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを同時に形成する。ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる。ホール内に埋め込まれた有機材料のみを除去した後、導電材料を埋め込む。この後、エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する。
【００１６】
上記半導体装置の製造方法では、ホールの形成と同時にエアギャップ用トレンチを形成することにより、工程を短縮して効率的にエアギャップを形成することができる。また、最初に形成したエアギャップ用トレンチを利用してエアギャップを形成するため、安定した形状で信頼性が高く、占有体積の大きなエアギャップを形成することができる。
【００１７】
以下では、図面を参照して、本発明の具体的な態様を説明する。なお、下記実施例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００１８】
なお、下記実施例において、示される図面は図１に示すチップ３１上に設けられた複数の回路領域３２のうち、一つの回路領域３２を示すものである。また、図２〜１３において、Ａ図は上面図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ方向の断面図、Ｃ図はＡ図のＢ−Ｂ方向の断面図、Ｄ図はＡ図のＣ−Ｃ方向の断面図を表す。
【００１９】
（第１実施例）
以下、図２〜１２を参照して、本実施例の半導体装置の製造方法を説明する。なお、図９Ａ、１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ中の破線部分は、ビアプラグの位置を表す透視図である。また、図１０〜１２において、各Ｃ図とＤ図中の開口１２の位置は厳密に一致していない。
【００２０】
図２に示すように、半導体基板４を準備し、半導体基板４内に第２の方向２２に配列された複数の第２の金属配線１を形成する。まず、半導体基板４上に、リソグラフィー法で形成するフォトレジストパターン（図示していない）をマスクとして用いてドライエッチングを行うことにより、第２の金属配線用トレンチを形成する。次に、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、金属配線用トレンチ内に金属膜などを埋め込んだ後、半導体基板４上の余分な金属膜を除去することによって、第２の金属配線１を形成する。図２Ａでは、第１の方向２１に延在した４つの第２の金属配線が形成されている。また、複数の第２の金属配線が、第２の方向２２に配列されている。
【００２１】
この後、半導体基板４上に、層間絶縁膜３を形成する。層間絶縁膜３は酸化シリコン膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜、窒化シリコン膜などからなり、ＣＶＤ法や回転塗布法を用いて形成する。リソグラフィー法で形成するフォトレジスト（図示していない）をマスクに用いたドライエッチング法により、層間絶縁膜３を第２の金属配線１が露出するまで異方性エッチングを行い、ホール２ａを形成する。また、この際、ホール２ａの形成と同時に、エアギャップ用トレンチ２ｂも形成する。図２Ａでは、第２の方向２２において、隣り合う第２の金属配線の間にエアギャップ用トレンチが設けられている。
【００２２】
次に、図３に示すように、ホール２ａ、及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内に有機材料５を埋め込んだ後、層間絶縁膜３上の余分な有機材料をＣＭＰによって除去する。なお、層間絶縁膜３上の余分な有機材料はエッチバックによって除去しても良い。有機材料５としては、アクリル樹脂、ポリヒドロキシスチレン樹脂（ＰＨＳ）等を用いることができる。ホール２ａ、及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内に埋め込んだ有機材料５に対して、高温のベーク（焼きしめ）の条件で硬化処理を行う。このべークの条件は例えば、温度９０〜１７０℃、時間４０〜８０ｓｅｃに設定することができる。
【００２３】
次に、図４に示すように、層間絶縁膜３上の全面に、有機材料５を保護するためのキャップ絶縁膜６を形成する。キャップ絶縁膜６としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を使用することができる。
【００２４】
次に、図５に示すように、リソグラフィー法により、キャップ絶縁膜６上に、第２の金属配線１に対応する位置に開口を有するフォトレジスト７（第１のマスクに相当する）を設ける。本実施例では、第１の方向２１に延在する開口を有するフォトレジスト７を設けた。この開口は、第１の方向２１の長さがエアギャップ用トレンチ２ｂよりも短くなるようにした。この時、エアギャップ用トレンチ２ｂ上に埋め込まれた有機材料５の上方にはフォトレジスト７が設けられており、開口は設けられていない。
【００２５】
次に、図６に示すように、フォトレジスト７をマスクに用いた異方性エッチングにより、キャップ絶縁膜６、層間絶縁膜３の上部及びホール２ａの上部の有機材料５を除去する。これにより、複数のホール２ａの下部に連通する第１の金属配線用トレンチ８ａ（破線で囲まれた部分）が形成された。
【００２６】
この後、図７に示すように、プラズマアッシングによりフォトレジスト７とホールの下部に埋め込まれた有機材料５を除去する。この際、エアギャップ用トレンチ２ｂ上に埋め込まれた有機材料５の上方にはキャップ絶縁膜６が設けられているため、エアギャップ用トレンチ２ｂ上に埋め込まれた有機材料５は除去されない。
【００２７】
次に、図８に示すように、デュアルダマシン法により、ホール８ｂ及び第１の金属配線用トレンチ８ａ内を埋め込むようにＣＶＤ法又はめっき法により導電膜を成膜した。ＣＭＰによってキャップ絶縁膜６上の余剰な導電膜を除去する。これにより、第２の金属配線１と接続されたビアプラグ９ｂ及び第１の金属配線９ａが形成される。導電膜の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）を用いることができる。また、コンタクトメタルとしてチタン（Ｔｉ）、バリアメタルとして窒化チタン（ＴｉＮ）を使用しても良い。
【００２８】
次に、図９に示すように、キャップ絶縁膜６上の全面に、ビアプラグを保護するためのキャップ絶縁膜１０を形成する。
【００２９】
次に、図１０に示すように、リソグラフィー法により、キャップ絶縁膜１０上に、有機材料５の少なくとも一部の上方に開口１２を有するフォトレジスト１１（第２のマスクに相当する）を設ける。本実施例では、エアギャップ用トレンチの第１の方向２１の長さを第１の金属配線用トレンチよりも長くしたため、エアギャップ用トレンチは第１の金属配線用トレンチよりも第１の方向２１に延びた端部を有している。この端部の上に開口１２を有するようにフォトレジスト１１を設けた。この時、第１の金属配線９ａの上方にはフォトレジスト１１が設けられており、開口は設けられていない。
【００３０】
次に、図１１に示すように、フォトレジスト１１をマスクに用いた異方性エッチングを行い、キャップ絶縁膜６及び１０を除去する。この後、図１１Ｄに示すように、プラズマアッシングによりフォトレジスト１１、及びエアギャップ用トレンチ内に埋め込んだ有機材料５を除去して、エアギャップ１４を形成する。有機材料５を除去する条件は、図７と同じ条件とする。この際、図１１Ｃに示すように、キャップ絶縁膜６及び１０の除去により層間絶縁膜３が露出する領域では、層間絶縁膜３は除去されない。
【００３１】
次に、図１２に示すように、キャップ絶縁膜１０上の全面に保護膜１３を形成する。保護膜１３の材料としては、シリコン酸化膜を用いることができる。
【００３２】
なお、保護膜１３の代わりに、キャップ絶縁膜１０上の全面に層間絶縁膜を形成し、上記と同様の方法によって、別のビアプラグ、金属配線、及びエアギャップを形成しても良い。
【００３３】
本実施例では、ホール形成と同時にエアギャップ用トレンチを形成する。これにより、効率的にエアギャップを形成することができる。また、図２の工程で形成したエアギャップ用トレンチがそのままエアギャップとなるため、安定した形状で信頼性が高く、占有体積の大きなエアギャップを形成することができる。
【００３４】
（第２実施例）
本実施例は、第１実施例の変形例に相当するものであり、エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、エアギャップ用トレンチの上部の有機材料を除去し、更に絶縁材料を埋め込む。そして、この絶縁材料を、エアギャップ形成後も残留させる点が第１実施例とは異なる。このようにエアギャップ用トレンチ上部の有機材料が除去されるまで有機材料を除去することにより、層間絶縁膜上に残留する有機材料を確実に除去することができる。この結果、層間絶縁膜上に有機材料が残留することにより、後の工程で層間絶縁膜上にキャップ絶縁膜が成膜されないことを防ぐことができる。そして、第１の金属配線を形成するためにホール及び金属配線用トレンチ内の有機材料を除去する際に、エアギャップ用トレンチ内の有機材料も除去されることを防ぐことができる。
【００３５】
図１３〜１８は第２実施例の製造方法を表す図である。なお、図１３〜１８において、Ａ図は上面図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ方向の断面図、Ｃ図はＡ図のＢ−Ｂ方向の断面図、Ｄ図はＡ図のＣ−Ｃ方向の断面図を表す。図１８Ａ及び１９Ａ中の破線部分は、第１の金属配線の位置を表す透視図である。また、図１８及び１９において、Ｃ図とＤ図中の開口１２の位置は厳密には一致していない。
【００３６】
以下では、本実施例に特有の工程及び重要な工程のみを示し、その他の工程の説明は省略する。
【００３７】
図２及び３の工程までは、第１実施例と同様にホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂを形成し、ホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内に有機材料を埋め込む。次に、図１３に示すように、エッチバックによりホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂの上部に埋め込まれた有機材料を除去する。エッチバックの条件としては例えば、使用するガスＯ2、ガスの流量４００ｓｃｃｍ、温度２０℃とすることができる。
【００３８】
次に、図１４に示すように、層間絶縁膜３上、ホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂの上部内に第１の絶縁膜６を形成する。第１の絶縁膜６としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等を使用することができる。
【００３９】
次に、図１５に示すように、第１実施例と同様の開口を有するフォトレジスト７（第１のマスクに相当する）を設ける。
【００４０】
次に、図１６に示すように、フォトレジスト７をマスクに用いた異方性エッチングにより、キャップ絶縁膜６、層間絶縁膜３の上部、並びにホール２ａの上部の第１の絶縁膜６及び有機材料を除去する。これにより、複数のホールの下部に連通する第１の金属配線用トレンチ８ａ（共に破線で囲まれた部分）が形成された。
【００４１】
この後、プラズマアッシングによりフォトレジスト７とホールの下部に埋め込まれた有機材料５を除去して、ビアホール８ｂを形成する。この際、エアギャップ用トレンチ２ｂ内に埋め込まれた有機材料５の上方にはキャップ絶縁膜６が設けられているため、エアギャップ用トレンチ２ｂ内に埋め込まれた有機材料５は除去されない。
【００４２】
次に、図１７に示すように、第１実施例と同様のデュアルダマシン法により、ホール２ａ及びエアギャップ用トレンチ２ｂ内にそれぞれ導電材料を埋め込むことにより、ビアプラグ９ｂ及び第１の金属配線９ａを形成する。
【００４３】
次に、図１８に示すように、第１実施例と同様の方法で、フォトレジストとエアギャップ用トレンチ内の有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する。この際、エアギャップ用トレンチの上部に埋め込まれたキャップ絶縁膜６は、除去されずに残留する。
【００４４】
次に、図１９に示すように、キャップ絶縁膜１０上の全面に保護膜１３を形成する。保護膜１３の材料としては、シリコン酸化膜を用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 第２の金属配線
２ａ ホール
２ｂ エアギャップ用トレンチ
３ 層間絶縁膜
４ 半導体基板
５ 有機材料
６、１０ キャップ絶縁膜
７、１１ フォトレジスト
８ａ 第１の金属配線用トレンチ
８ｂ ビアホール
９ａ 第１の金属配線
９ｂ ビアプラグ
１２ 開口
１３ 保護膜
１４ エアギャップ
２１ 第１の方向
２２ 第２の方向
３１ チップ
３２ 回路領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記有機材料を埋め込んだエアギャップ用トレンチの上に第１のマスクを設ける工程と、
前記ホール内に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記有機材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上の層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させ、前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
エッチバックを行うことにより、前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部内に絶縁材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチの上方に第１のマスクが位置するように、前記層間絶縁膜の上方に第１のマスクを形成する工程と、
前記ホール内に埋め込まれた絶縁材料及び有機材料を除去する除去工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内の絶縁材料を残留させるように、前記エアギャップ用トレンチ内の有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記ホールを複数、形成し、
前記導電材料を埋め込む工程の前に、
複数のホールの下部を互いに連通するように金属配線用トレンチを形成する工程を有し、
前記導電材料を埋め込む工程において、
前記ホールの下部及び金属配線用トレンチ内にそれぞれ、導電材料を埋め込むことによりビアプラグ及び第1の金属配線を形成する、請求項１又は４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記ホールを複数、形成し、
前記ホール内に埋め込まれた有機材料を除去する工程は、
前記第１のマスクを用いたドライエッチングにより、前記ホールの上部に埋め込まれた有機材料及び前記層間絶縁膜の一部を除去して、複数のホールの下部を連通する金属配線用トレンチを形成する工程と、
ジアルキルスルホキシドとアミンを含有する水溶液を用いて、前記ホールの下部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
を有し、
前記導電材料を埋め込む工程において、
前記ホールの下部及び金属配線用トレンチ内にそれぞれ、導電材料を埋め込むことによりビアプラグ及び第1の金属配線を形成する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記ホールを複数、形成し、
前記除去工程は、
前記第１のマスクを用いたドライエッチングにより、前記ホールの上部に埋め込まれた有機材料及び絶縁材料、並びに前記層間絶縁膜の一部を除去して、複数のホールの下部を連通する金属配線用トレンチを形成する工程と、
プラズマアッシングにより前記ホールの下部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
を有し、
前記導電材料を埋め込む工程において、
前記ホールの下部及び金属配線用トレンチ内にそれぞれ、導電材料を埋め込むことによりビアプラグ及び第1の金属配線を形成する、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記エアギャップを形成する工程の後に更に、
前記層間絶縁膜の上方に保護膜を形成する工程を有する、請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜はシリコン酸化膜である、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記有機材料は、アクリル樹脂及びポリヒドロキシスチレン樹脂（ＰＨＳ）のうち少なくとも一方である、請求項１〜９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記有機材料の硬化は、温度９０〜１７０℃、時間４０〜８０ｓｅｃの条件で行われる、請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記エアギャップを形成する工程において、
プラズマアッシングにより前記有機材料を除去することにより前記エアギャップを形成する、請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体基板は第２の金属配線を有し、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記第２の金属配線を露出させるように前記ホールを形成する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の金属配線は、第１の方向に延在し、
前記金属配線用トレンチは、前記第１の方向に延在し、
前記エアギャップ用トレンチは、前記第１の方向に延在する、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体基板は、第２の方向に一定の間隔で配置された複数の前記第２の金属配線を有し、
前記金属配線用トレンチは、前記第２の方向に前記一定の間隔で配置され、
前記エアギャップ用トレンチは、隣り合う金属配線用トレンチの間に位置するように配置される、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記エアギャップ用トレンチは、前記金属配線用トレンチよりも前記第１の方向に延びた端部を有し、
前記第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程において、
前記端部上に前記開口が位置するように前記第２のマスクを設ける、請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記有機材料を埋め込んだエアギャップ用トレンチの上に第１のマスクを設ける工程と、
前記ホール内に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記有機材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上の層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させ、前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内に埋め込まれた有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に、ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチ内に有機材料を埋め込んだ後、硬化させる工程と、
エッチバックを行うことにより、前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチの上部内に絶縁材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチの上方に第１のマスクが位置するように、前記層間絶縁膜の上方に第１のマスクを形成する工程と、
前記ホール内に埋め込まれた絶縁材料及び有機材料を除去する除去工程と、
前記第１のマスクを除去する工程と、
前記ホール内に導電材料を埋め込む工程と、
前記絶縁材料が埋め込まれたエアギャップ用トレンチ上に開口を有する第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程と、
前記エアギャップ用トレンチ内の絶縁材料を残留させるように、前記エアギャップ用トレンチ内の有機材料を除去することにより、エアギャップを形成する工程と、
前記第２のマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記ホールを複数、形成し、
前記導電材料を埋め込む工程の前に、
複数のホールの下部を互いに連通するように金属配線用トレンチを形成する工程を有し、
前記導電材料を埋め込む工程において、
前記ホールの下部及び金属配線用トレンチ内にそれぞれ、導電材料を埋め込むことによりビアプラグ及び第1の金属配線を形成する、請求項１又は４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記ホールを複数、形成し、
前記ホール内に埋め込まれた有機材料を除去する工程は、
前記第１のマスクを用いたドライエッチングにより、前記ホールの上部に埋め込まれた有機材料及び前記層間絶縁膜の一部を除去して、複数のホールの下部を連通する金属配線用トレンチを形成する工程と、
ジアルキルスルホキシドとアミンを含有する水溶液を用いて、前記ホールの下部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
を有し、
前記導電材料を埋め込む工程において、
前記ホールの下部及び金属配線用トレンチ内にそれぞれ、導電材料を埋め込むことによりビアプラグ及び第1の金属配線を形成する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記ホールを複数、形成し、
前記除去工程は、
前記第１のマスクを用いたドライエッチングにより、前記ホールの上部に埋め込まれた有機材料及び絶縁材料、並びに前記層間絶縁膜の一部を除去して、複数のホールの下部を連通する金属配線用トレンチを形成する工程と、
プラズマアッシングにより前記ホールの下部に埋め込まれた有機材料を除去する工程と、
を有し、
前記導電材料を埋め込む工程において、
前記ホールの下部及び金属配線用トレンチ内にそれぞれ、導電材料を埋め込むことによりビアプラグ及び第1の金属配線を形成する、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記エアギャップを形成する工程の後に更に、
前記層間絶縁膜の上方に保護膜を形成する工程を有する、請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜はシリコン酸化膜である、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記有機材料は、アクリル樹脂及びポリヒドロキシスチレン樹脂（ＰＨＳ）のうち少なくとも一方である、請求項１〜９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記有機材料の硬化は、温度９０〜１７０℃、時間４０〜８０ｓｅｃの条件で行われる、請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記エアギャップを形成する工程において、
プラズマアッシングにより前記有機材料を除去することにより前記エアギャップを形成する、請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体基板は第２の金属配線を有し、
前記ホール及びエアギャップ用トレンチを形成する工程において、
前記第２の金属配線を露出させるように前記ホールを形成する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の金属配線は、第１の方向に延在し、
前記金属配線用トレンチは、前記第１の方向に延在し、
前記エアギャップ用トレンチは、前記第１の方向に延在する、請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体基板は、第２の方向に一定の間隔で配置された複数の前記第２の金属配線を有し、
前記金属配線用トレンチは、前記第２の方向に前記一定の間隔で配置され、
前記エアギャップ用トレンチは、隣り合う金属配線用トレンチの間に位置するように配置される、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記エアギャップ用トレンチは、前記金属配線用トレンチよりも前記第１の方向に延びた端部を有し、
前記第２のマスクを、前記層間絶縁膜上に設ける工程において、
前記端部上に前記開口が位置するように前記第２のマスクを設ける、請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１８Ｄ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図１９Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図１６Ｄ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１８Ｄ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図１９Ｄ】
【公開番号】特開２０１１−２４３６３９（Ｐ２０１１−２４３６３９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２１７９（Ｐ２０１０−１１２１７９）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]