半導体装置及びその製造方法
【課題】層間絶縁膜の膜強度を十分に確保する。
【解決手段】第１の配線層絶縁膜と、第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線８と、第１の銅配線８上及び第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）と、を有する。層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜と、第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線１６と、を有する。第１、第２の配線層絶縁膜は、第１、第２の低誘電率膜（第１の低誘電率膜４、第３の低誘電率膜１１）を含む。層間絶縁膜は、第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度である。
【解決手段】第１の配線層絶縁膜と、第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線８と、第１の銅配線８上及び第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）と、を有する。層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜と、第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線１６と、を有する。第１、第２の配線層絶縁膜は、第１、第２の低誘電率膜（第１の低誘電率膜４、第３の低誘電率膜１１）を含む。層間絶縁膜は、第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅配線と低誘電率な配線層絶縁膜とを有する多層配線構造を備える半導体装置においては、配線層絶縁膜と層間絶縁膜とで同じ材料の膜を用いることが一般的である。そのような半導体装置は、例えば、非特許文献１に記載されている。
【０００３】
なお、特許文献１には、埋め込み配線を形成した後に、これを覆うように圧縮応力を有する拡散防止膜を形成し、その後、紫外線照射を伴う熱処理を行うことにより、配線層絶縁膜の硬度及び弾性率を増加させることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、埋め込み配線を形成した後で、配線層絶縁膜に紫外線照射を行うことによって、配線層絶縁膜の上部を低密度化し、配線間容量を低減させることが記載されている。また、特許文献２の技術では、配線層絶縁膜をその表裏に亘って改質するのではなく、層間絶縁膜の上部のみを改質する。
【０００５】
特許文献３には、紫外線照射を行うことによって、多孔質の配線層絶縁膜の表層部を緻密化することが記載されている。また、特許文献３の技術では、配線層絶縁膜をその表裏に亘って改質するのではなく、配線層絶縁膜の表層部のみを改質する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１４４０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９１１６号公報
【特許文献３】特開２００６−１９０８７２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００３ ＩＩＴＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ） Ｊｕｎｅ２−４、２００３ ２．５ ｐ．１５−１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、配線層絶縁膜と層間絶縁膜とが同じ材料の膜であると、層間絶縁膜の膜強度が不足し、層間絶縁膜にクラックが生じたり、層間絶縁膜の膜剥がれが生じたりする可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の配線層絶縁膜と、前記第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線と、前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜と、前記第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線と、を有し、前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第１の低誘電率膜を含み、前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第２の低誘電率膜を含み、前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、層間絶縁膜が配線層絶縁膜の低誘電率膜よりも高強度であるので、層間絶縁膜の膜強度を十分に確保することができる。よって、層間絶縁膜へのクラックの発生や、層間絶縁膜の膜剥がれが好適に抑制された半導体装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明は、第１の配線層絶縁膜を形成する工程と、前記第１の配線層絶縁膜に複数の第１の銅配線を埋め込み形成する工程と、前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に第２の配線層絶縁膜を形成する工程と、前記第２の配線層絶縁膜に複数の第２の銅配線を埋め込み形成する工程と、をこの順に行い、前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第１の低誘電率膜を含み、前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第２の低誘電率膜を含み、前記層間絶縁膜を形成する前記工程では、前記層間絶縁膜を前記第１及び第２の低誘電率膜よりも高強度に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、層間絶縁膜の膜強度を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】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ための一連の工程図である。
【図３】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ための一連の工程図である。
【図４】配線層絶縁膜を構成する材料と層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）を構成する材料との好ましい組み合わせの例を示す図である。
【図５】第１の実施形態による効果を説明するための図である。
【図６】第２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の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
〔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要部の構成を示す断面図である。図２及び図３は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための一連の工程図であり、それぞれ半導体装置の要部の切断端面を示す。図４は配線層絶縁膜を構成する材料と層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）を構成する材料との好ましい組み合わせの例を示す図である。図５は第１の実施形態による効果を説明するための図である。
【００１６】
本実施形態に係る半導体装置は、第１の配線層絶縁膜（例えば、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５を含む）と、第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線８と、第１の銅配線８上及び第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜（例えば、第２の低誘電率膜１０）と、層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜（例えば、第３の低誘電率膜１１及び第２のキャップ絶縁膜１２を含む）と、第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線１６と、を有している。第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第１の低誘電率膜（例えば、第１の低誘電率膜４）を含み、第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第２の低誘電率膜（例えば、第３の低誘電率膜１１）を含む。層間絶縁膜は、第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度である。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の配線層絶縁膜（例えば、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５）を形成する工程と、第１の配線層絶縁膜に複数の第１の銅配線８を埋め込み形成する工程と、第１の銅配線８上及び第１の配線層絶縁膜上に層間絶縁膜（例えば、第２の低誘電率膜１０）を形成する工程と、層間絶縁膜上に第２の配線層絶縁膜（例えば、第３の低誘電率膜１１及び第２のキャップ絶縁膜１２）を形成する工程と、第２の配線層絶縁膜に複数の第２の銅配線１６を埋め込み形成する工程と、をこの順に行う。第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第１の低誘電率膜（例えば、第１の低誘電率膜４）を含む。第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第２の低誘電率膜（例えば、第３の低誘電率膜１１）を含む。層間絶縁膜を形成する工程では、層間絶縁膜を第１及び第２の低誘電率膜よりも高強度に形成する。
以下、詳細に説明する。
【００１７】
先ず、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する。
【００１８】
図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置は、シリコンにより構成された半導体基板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能動素子と、容量、抵抗などの受動素子と、が形成されている。これら素子等の上には、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上には、溝エッチング停止層３、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５がこの順に積層形成されている。
【００１９】
溝エッチング停止層３は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、或いは、それらの積層構造により構成されている。溝エッチング停止層３の膜厚は、例えば、２０ｎｍ乃至７０ｎｍとなっている。
【００２０】
第１の低誘電率膜４は、例えば、紫外線照射を伴う焼成工程によって焼成されたものである。第１の低誘電率膜４は、例えば、空孔を有するＳｉｗＯｘＣｙＨｚにより構成されている。ここで、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。第１の低誘電率膜４の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００２１】
第１のキャップ絶縁膜５は、例えば、カーボンがドープされたシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）膜により構成されている。なお、第１のキャップ絶縁膜５の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００２２】
第１の配線形成用溝６は、第１のキャップ絶縁膜５及び第１の低誘電率膜４を貫通して第１の層間絶縁膜２に達する深さに形成されている。第１の配線形成用溝６には、第１のバリアメタル７をライナーとして第１の銅配線８が形成されている。すなわち、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５により構成される第１の配線層絶縁膜に、複数の第１の銅配線８が埋め込み形成されている。
【００２３】
第１の銅配線８の直上の層には、ビアエッチング停止層９が形成されている。ビアエッチング停止層９は、例えば、ＳｉＣＮを含む。
【００２４】
ビアエッチング停止層９の上には、第２の低誘電率膜１０が形成されている。すなわち、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０が、第１の銅配線８上及び第１のキャップ絶縁膜５上に形成されている。この第２の低誘電率膜１０には、例えば、紫外線照射を伴わない、加熱のみによる焼成が施されている。
【００２５】
第２の低誘電率膜１０の上には、第３の低誘電率膜１１が形成されている。この第３の低誘電率膜１１には、例えば、紫外線照射を伴う焼成が施されている。第３の低誘電率膜１１の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００２６】
第３の低誘電率膜１１の上には、該第３の低誘電率膜１１を保護するための第２のキャップ絶縁膜１２が形成されている。第２のキャップ絶縁膜１２の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００２７】
このように、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０上には、第２の配線層絶縁膜としての第３の低誘電率膜１１及び第２のキャップ絶縁膜１２が形成されている。
【００２８】
第２の低誘電率膜１０には、ビアホール１３が選択的に形成されている。第３の低誘電率膜１１には、第２の配線形成用溝１４が形成されている。ビアホール１３及び第２の配線形成用溝１４の内部には、第２のバリアメタル１５をライナーとして第２の銅配線１６が形成されている。すなわち、第２の配線層絶縁膜に、複数の第２の銅配線１６が埋め込み形成されている。
【００２９】
ここで、第１の配線層絶縁膜を構成する第１の低誘電率膜４は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている。同様に、第２の配線層絶縁膜を構成する第３の低誘電率膜１１（第２の低誘電率膜）は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている。
【００３０】
また、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０は、第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度である。
【００３１】
次に、配線層絶縁膜を構成する第１及び第３の低誘電率膜４、１１の好適な材料と、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０の好適な材料の例について説明する。
【００３２】
第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１は、例えば、ポーラスＳｉＯ、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、ラダーオキサイド、及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）のうちの少なくとも何れか１つを含むものとして構成されていることが好ましい。なお、第１の低誘電率膜４の材料と第３の低誘電率膜１１の材料とは互いに同一であっても良いし、互いに異なっていても良い。
【００３３】
第２の低誘電率膜１０は、例えば、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ（空孔が無いＳｉＯＣ）、デンスＳｉＯ２（空孔が無いＳｉＯ２）、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つを含むものとして構成されていることが好ましい。
【００３４】
ここで、ポーラスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯＣは、それぞれポーラスＳｉｘＯｙＣｚ、デンスＳｉｘＯｙＣｚと表すことができる。ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。同様に、ポーラスＳｉＯＣＨは、ポーラスＳｉｗＯｘＣｙＨｚと表すことができる。ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。
【００３５】
ただし、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０と、の材料の組み合わせは、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるように選択する。なお、第２の低誘電率膜１０の弾性率は、例えば、４ＧＰａ以上であることが好ましい。
【００３６】
また、第２の低誘電率膜１０は、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも耐薬品性に優れた材料により構成することが好ましい。更に、第２の低誘電率膜１０は、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも耐熱性に優れた材料により構成することが好ましい。
【００３７】
また、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１と、第２の低誘電率膜１０と、の双方がポーラスな低誘電率膜である場合、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が空孔占有率が小さくなるように、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０と、の材料の組み合わせを選択することが好ましい。これにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにできる。
【００３８】
なお、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、互いに同一の材料により構成する場合にも、組成比を適宜に設定することにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。
【００３９】
すなわち、例えば、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれポーラスＳｉｘＯｙＣｚを含むものとして構成する場合には、ｘ、ｙ、ｚの値を適宜に設定することにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。同様に、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれポーラスＳｉｗＯｘＣｙＨｚを含むものとして構成する場合には、ｗ、ｘ、ｙ、ｚの値を適宜に設定することにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。
【００４０】
また、成膜方法、或いは成膜後に行う薬液処理で用いる薬液の種類を異ならせることによっても、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。
【００４１】
例えば、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれ同じ材料により構成する場合（例えば、ポーラスＳｉＯ又はポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成する場合）において、それらの膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する場合を説明する。この場合、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも、テンプレートとなる物質の分子量が大きくなるようにして、ＣＶＤを行う。これにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも、空孔の径が大きくなり、第２の低誘電率膜１０の方が、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも、高強度になる。
【００４２】
次に、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれ同じ材料により構成する場合（例えば、ポーラスＳｉＯ又はポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成する場合）において、それらの膜をスピン塗布法で成膜する場合を説明する。この場合は、成膜後の膜にメチル基を付着させるためのシリル化処理としての薬液処理に用いられる薬液に含有されるミセルの分子量を、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも大きくなるようにする。これにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも、空孔の径が大きくなり、第２の低誘電率膜１０の方が、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも、高強度になる。
【００４３】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれ同じ材料により構成する場合に、紫外線照射の有無により、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の空孔占有率を小さくすることができる。すなわち、第１及び第３の低誘電率膜４、１１に対しては紫外線照射を伴う焼成を行う一方で、第２の低誘電率膜１０に対しては熱のみによる焼成を行うことによって、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の空孔占有率を小さくすることができる。
【００４４】
次に、図４を参照して、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０と、の材料の具体的な組み合わせの例を説明する。
【００４５】
例えば、配線層絶縁膜としての第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯを含むものとして構成する場合は、層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）としての第２の低誘電率膜１０は、ポーラスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２のうちの何れかを含むものとして構成することが好ましい。このような組み合わせとすることにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０を高強度にすることができる。
【００４６】
なお、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯを含むものとして構成する場合は、シリル化処理を行うことによって、ポーラスＳｉＯ膜にメチル基を付着させる。このシリル化処理によって、空孔の内周と、ポーラスＳｉＯ膜の表面と、のうちの少なくとも何れか一方にメチル基を付着させる。
【００４７】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯを含むものとして構成し、且つ、第２の低誘電率膜１０もポーラスＳｉＯを含むものとして構成しても良い。ただし、この場合は、上述したように、ポーラスＳｉＯの成膜に用いる薬液又は成膜方法を第１及び第３の低誘電率膜４、１１と第２の低誘電率膜１０とで互いに異ならせることにより、第２の低誘電率膜１０の方を高強度にさせる。構造の具体的な相違点としては、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が空孔の径が相対的に大きく、第２低誘電率膜１０の方が空孔の径が相対的に小さいことが挙げられる。
【００４８】
また、例えば、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成する場合は、第２の低誘電率膜１０は、デンスＳｉＯＣ又はデンスＳｉＯ２を含むものとして構成することが好ましい。このような組み合わせとすることにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０を高強度にすることができる。
【００４９】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成し、且つ、第２の低誘電率膜１０もポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成しても良い。ただし、この場合は、上述したように、ポーラスＳｉＯＣの成膜に用いる薬液又は成膜方法を第１及び第３の低誘電率膜４、１１と第２の低誘電率膜１０とで互いに異ならせることにより、第２の低誘電率膜１０の方を高強度にさせる。構造の具体的な相違点としては、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が空孔の径が相対的に大きく、第２低誘電率膜１０の方が空孔の径が相対的に小さいことが挙げられる。
【００５０】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をラダーオキサイド又はＨＳＱを含むものとして構成する場合は、第２の低誘電率膜１０は、デンスＳｉＯ２を含むものとして構成することが好ましい。このような組み合わせとすることにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０を高強度にすることができる。
【００５１】
なお、ポーラスＳｉＯＣＨ（ポーラスＳｉｗＯｘＣｙＨｚ）或いはポーラスＳｉＯＣ（ポーラスＳｉｘＯｙＣｚ）の成膜は、例えば、シロキサンを含むオリゴマー或いはメチルシランを含む原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により行うことができる。シロキサンを含むオリゴマーの例としては、例えば、ＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）が挙げられ、メチルシランの例としては、例えば、３ＭＳ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌａｎｅ）、４ＭＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌａｎｅ）が挙げられる。
【００５２】
また、ポーラスＳｉＯ２の成膜は、例えば、シリカオリゴマーを含む薬液を回転塗布法で成膜した後、３５０℃以上４５０℃以下で焼成することにより行うことができる。更に、焼成後のポーラスＳｉＯ２に対し、ＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）或いはＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）を用いたシリル化処理を行っても良い。
【００５３】
ここで、ビア層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）として水分を多く含有する膜を使用すると、その水分が配線層絶縁膜へと拡散し、多孔質膜である配線層絶縁膜が劣化する結果、配線間リーク電流が大きくなってしまう可能性がある。配線の間隔が狭い（狭ピッチである）ほど、このリーク電流の増加は顕著となってしまう。
【００５４】
そこで、ビア層間絶縁膜としては、含有する水分量がなるべく少ないものを選択することが好ましい。具体的には、例えば、ビア層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）としては、ＳｉＯ２又は空孔径が２ｎｍ未満のポーラスＳｉＯを用いることが好ましい。また、ビア層間絶縁膜として、ポーラスＳｉＯＣを用いても良いが、この場合には、成膜原料として、ＤＭＤＯＳＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｄｉｏｘｙｓｉｌｙｌｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）或いはＤＭＤＭＯＳ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｄｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）のように膜中の水分量が多くなる原料を用いるよりも、ＤＥＭＳ（ｄｉｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）又はＤＭＯＭＳ（ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）のように、膜中の水分量が少なくなるものを用いると良い。或いは、ビア層間絶縁膜は、デンス（ｄｅｎｓｅ）ＳｉＯＣ（空孔が無いＳｉＯＣ）又はデンス（ｄｅｎｓｅ）ＳｉＯＣＨ（空孔が無いＳｉＯＣＨ）により構成しても良い。このように、ビア層間絶縁膜として、膜中の水分量が少ないこれらの膜を使用することにより、配線間リーク電流を低減できるとともに、膜強度を向上させることができる。
【００５５】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００５６】
先ず、図２（ａ）に示すように、シリコンにより構成された半導体基板１上に、何れも図示は省略するが、トランジスタ等の能動素子と、容量、抵抗等の受動素子と、を形成する。
【００５７】
次に、これら素子と後述する第１の銅配線８（図２（ｃ））とをコンタクト導通部（図示略）以外の部分においては相互に絶縁させるための第１の層間絶縁膜２を形成する。この第１の層間絶縁膜２は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）を含む材料により、２００ｎｍ乃至８００ｎｍの膜厚に形成する。
【００５８】
次に、第１の層間絶縁膜２上に、溝エッチング停止層３を形成する。この溝エッチング停止層３は、後で形成される第１の配線形成用溝６（図２（ｃ））の深さバラツキを一定の範囲以下に抑制するためのものである。この溝エッチング停止層３は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、又はこれらの積層構造により形成する。この溝エッチング停止層３は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、３０ｎｍ程度の膜厚に形成する。
【００５９】
次に、溝エッチング停止層３上に、配線層絶縁膜としての第１の低誘電率膜（ポーラスＬｏｗ−ｋ膜）４を形成する。この第１の低誘電率膜４は、例えば、ＳｉｗＯｘＣｙＨｚにより構成することができる。ここで、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。第１の低誘電率膜４は、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。なお、第１の低誘電率膜４は、ＣＶＤ法ではなく塗布法により形成することもできる。第１の低誘電率膜４の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００６０】
次に、紫外線照射処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉにより構成される第１の低誘電率膜４の骨格部分を強固にするとともに、Ｃ−Ｈｎ（ｎは１、２又は３）により構成されるポロジェンの第１の低誘電率膜４からの脱離（つまり、第１の低誘電率膜４中の空孔の形成）を促進する。これにより、第１の低誘電率膜４をその表裏に亘って効果的に理想的構造に近づけることができる。ここでいう理想的構造とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの骨格が形成されることにより膜強度が向上されており、且つ、空孔が所望の大きさ分布に形成された構造を意味する。この紫外線照射処理では、例えば、２００ｎｍ乃至５００ｎｍの波長の紫外線１７ａ（図２（ａ））を、半導体基板１の温度が３５０℃乃至４２０℃となる条件下で、第１の低誘電率膜４に照射する。すなわち、紫外線照射を伴う焼成処理を行う。この焼成処理により、第１の低誘電率膜４は表裏に亘ってその膜強度が向上されるとともに、第１の低誘電率膜４の表裏に亘って空孔が形成される。つまり、第１の低誘電率膜４は表裏に亘って改質される。
【００６１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の低誘電率膜４上に第１のキャップ絶縁膜５を形成する。この第１のキャップ絶縁膜５は、例えば、カーボンがドープされたシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）によって構成することができる。第１のキャップ絶縁膜５は、例えば、ＣＶＤ法によって成膜する。なお、第１のキャップ絶縁膜５の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００６２】
次に、図２（ｃ）に示すように、所望のパターンの第１の配線形成用溝６を形成する。この第１の配線形成用溝６は、例えば、第１のキャップ絶縁膜５、第１の低誘電率膜４及び溝エッチング停止層３を貫通し、第１の層間絶縁膜２に達する深さに形成する。この第１の配線形成用溝６は、例えば、フォトリソグラフィー工程、反応性ドライエッチング工程及びアッシング工程をこの順に行うことによって形成することができる。次に、第１の配線形成用溝６の内部を第１のバリアメタル７及び第１の銅配線８で埋設する。ここで、第１のバリアメタル７としては、例えばＴａを含む高融点金属を用いる。次に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により、余剰の第１の銅配線８及び第１のバリアメタル７を除去する。すなわち、第１の銅配線８の構成材料のうち該第１の銅配線８の形成領域（第１の配線形成用溝６）からはみ出た余剰分をＣＭＰにより除去する。
【００６３】
次に、図２（ｄ）に示すように、ビアエッチング停止層９を形成する。このビアエッチング停止層９は、後で形成されるビアホール１３（図２（ｅ））の深さバラツキを一定の範囲以下に抑制するためのものである。このビアエッチング停止層９は、例えば、ＳｉＣＮを含み、膜厚３０ｎｍ程度の膜厚に形成する。
【００６４】
次に、ビアエッチング停止層９上に、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０を成膜する。次に、３００℃乃至４２０℃の熱処理を行うことにより、第２の低誘電率膜１０を焼成する。この熱処理は、不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中、又は窒素雰囲気中で行うことが好ましい。この第２の低誘電率膜１０の焼成の際には、加熱のみにより行い、紫外線照射を行わない。
【００６５】
次に、第２の低誘電率膜１０上に、配線層絶縁膜としての第３の低誘電率膜（ポーラスＬｏｗ−ｋ膜）１１を形成する。この第３の低誘電率膜１１は、例えば、ＳｉｗＯｘＣｙＨｚにより構成することができる。ここで、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。第３の低誘電率膜１１は、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。なお、第３の低誘電率膜１１は、ＣＶＤ法ではなく塗布法により形成することもできる。第３の低誘電率膜１１の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００６６】
次に、紫外線照射処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉにより構成される第３の低誘電率膜１１の骨格部分を強固にするとともに、Ｃ−Ｈｎ（ｎは１、２又は３）により構成されるポロジェンの第３の低誘電率膜１１からの脱離（つまり、第３の低誘電率膜１１中の空孔の形成）を促進する。この紫外線照射処理では、例えば、２００ｎｍ乃至５００ｎｍの波長の紫外線１７ｂ（図２（ｄ））を、半導体基板１の温度が３５０℃乃至４２０℃となる条件下で、第３の低誘電率膜１１に照射する。すなわち、紫外線照射を伴う焼成処理を行う。この焼成処理により、第３の低誘電率膜１１は表裏に亘ってその膜強度が向上されるとともに、第３の低誘電率膜１１の表裏に亘って空孔が形成される。つまり、第３の低誘電率膜１１は表裏に亘って改質される。
【００６７】
次に、第３の低誘電率膜１１上に第２のキャップ絶縁膜１２を形成する。この第２のキャップ絶縁膜１２は、第１のキャップ絶縁膜５と同様の材質により、第１のキャップ絶縁膜５と同様にＣＶＤ法によって形成することができる。第２のキャップ絶縁膜１２の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００６８】
次に、図２（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィー工程及び反応性イオンエッチングによりビアホール１３を形成する。このとき、ビアホール１３の底が、ビアエッチング停止層９に達し、且つ、第１の銅配線８までは達しないようにする。なお、反応性イオンエッチングの原料ガスとしては、例えば、ＣＦ４を含む混合ガスを用いることができる。この混合ガスを、例えば、０．１乃至１０Ｔｏｒｒの圧力条件下で、１３．５６ＭＨｚの高周波電力によりプラズマ化して、エッチングを行う。
【００６９】
次に、図３（ａ）に示すように、ビアホール１３内に、ビアエッチング停止層９の表面に接する有機膜１８を埋設形成する。この有機膜１８は、例えば、回転塗布法及び熱処理をこの順に行うことによって形成することができる。
【００７０】
次に、第２の配線溝形成用フォトレジスト１９を有機膜１８上に成膜し、この第２の配線溝形成用フォトレジスト１９を所望のパターン形状に加工する。なお、第２の配線溝形成用フォトレジスト１９は、単層構造と積層構造の何れでも良い。積層構造の場合に何層までを露光及び現像により選択的に除去するかについては説明を省略する。
【００７１】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２の配線溝形成用フォトレジスト１９をマスクとして、第２の配線形成用溝１４を反応性イオンエッチングにより開口する。このとき、ビアホール１３の底部に有機膜１８の一部分が残るようにし、反応性イオンエッチ時にビアホール１３の底にＣｕ（第１の銅配線８の表面）が露出しないようにする。次に、有機膜１８を除去する。
【００７２】
次に、図３（ｃ）に示すように、ビアホール１３及び第２の配線形成用溝１４に、第２のバリアメタル１５をスパッタ法により形成し、Ｃｕめっきによりビアホール１３及び第２の配線形成用溝１４の内部にＣｕを含むメタル材料を埋設する。次に、余剰のＣｕ及びバリアメタルをＣＭＰ工程により除去する。すなわち、第２の銅配線１６の構成材料のうち該第２の銅配線１６の形成領域（第２の配線形成用溝１４）からはみ出た余剰分をＣＭＰにより除去する。こうして、第２の銅配線１６を形成する。
【００７３】
なお、本実施形態では、配線層が、第１の銅配線８を含む配線層と、第２の銅配線１６を含む配線層との２層である例を説明したが、配線層は３層以上であっても良い。３層以上の銅配線層を形成する場合には、配線層が１層増える毎に、図２（ｄ）、（ｅ）、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）までの一連の工程を追加すれば良い。なお、最上層の配線層を形成した後は、組立て時のボンディング用のパッド（図示略）を最上層の銅配線上に形成する工程を行うが、この工程については、詳細な説明を省略する。
【００７４】
また、上述した製造方法では、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の焼成時に紫外線照射を行う例を説明したが、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をラダーオキサイド又はＨＳＱを含むものとして構成する場合には、その焼成時に紫外線照射を行わないことが好ましい。
【００７５】
以上のような第１の実施形態によれば、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０が配線層絶縁膜を構成する第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも高強度であるので、層間絶縁膜の膜強度を十分に確保することができる。よって、層間絶縁膜へのクラックの発生や、層間絶縁膜の膜剥がれが好適に抑制された半導体装置を提供することができる。
【００７６】
ところで、配線層絶縁膜が、低誘電率膜と、その低誘電率膜上に形成されたキャップ絶縁膜と、を含んで構成されている構造の半導体装置の場合には、そのキャップ絶縁膜が紫外線照射によるダメージを受けて、以下のようなデメリットを生じることがある。キャップ絶縁膜は、Ｃｕの化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ））工程における保護層としての機能を有するものであり、例えば、ＳｉＯＣ膜により構成される。キャップ絶縁膜を有する半導体装置を製造するに際し、キャップ絶縁膜に紫外線を照射するプロセスを行うと、キャップ絶縁膜内、或いはキャップ絶縁膜の上下界面に欠陥が発生することがある。その欠陥は、リーク電流のパスとなるため、その欠陥が生じると、配線間リーク電流増加、配線層絶縁膜の破壊電界強度の低下（絶縁耐圧の低下）、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）試験での寿命劣化等の問題が発生しやすくなってしまう。この理由は、例えば、紫外線照射によりキャップ絶縁膜内の結合が切れたり、キャップ絶縁膜と上下の配線層絶縁膜及び層間絶縁膜との間の結合が切れたりすることにより、隣り合う配線間に電位差を与えたときにリーク電流が流れるからである。昨今、低誘電率膜に対して焼成時に紫外線照射を行うことが多くなっている。配線層絶縁膜の形成時だけでなく、その上層の層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）の形成時にも紫外線照射を行うと、この紫外線が、配線層絶縁膜の上面に位置するキャップ絶縁膜にまで到達して該キャップ絶縁膜に影響を与え、リーク電流が流れたり、比較的低い電圧で絶縁破壊に至ることがある。
【００７７】
層間絶縁膜に対し、紫外線照射を伴わない熱による焼成を行うとすれば、層間絶縁膜の構成材料を適切に選択しないと、層間絶縁膜の膜強度が十分に得られず、ＣＭＰ工程等において層間絶縁膜にクラックが生じたり、層間絶縁膜の膜剥がれが生じたりする可能性がある。
【００７８】
これに対し、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第２の低誘電率膜１０を形成する工程は、第２の低誘電率膜１０に対し、熱のみによる焼成を行う工程を含み、第３の低誘電率膜１１を形成する工程は、第３の低誘電率膜１１に対し、紫外線照射を伴う焼成を行うことにより、第３の低誘電率膜を表裏に亘って改質する工程を含むので、第３の低誘電率膜１１を紫外線照射により表裏に亘って改質することができるとともに、第２の低誘電率膜１０の焼成でも紫外線照射を伴う焼成を行う場合と比べて、第１のキャップ絶縁膜５に対する紫外線のダメージを低減できる。これにより、第１のキャップ絶縁膜５及びその上下界面における欠陥の発生を抑制できる。よって、その欠陥に起因する第１の銅配線８間のリーク電流の抑制、第１の低誘電率膜４の破壊電界強度の低下の抑制、及び、ＴＤＤＢ試験での寿命劣化の抑制が可能となる。
【００７９】
しかも、第２の低誘電率膜１０は、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つにより形成するので、第２の低誘電率膜１０に対し、熱のみによる焼成を行うだけで、十分な膜強度を有する第２の低誘電率膜１０を形成することができる。よって、ＣＭＰ工程等において第２の低誘電率膜１０にクラックが生じたり、第２の低誘電率膜１０の膜剥がれが生じたりする可能性を低減することができる。
【００８０】
このように、本実施形態によれば、配線層絶縁膜（第２の配線層絶縁膜）の低誘電率膜（第２の低誘電率膜（第３の低誘電率膜１１））を紫外線照射により表裏に亘って改質し、且つ、その下層の配線層絶縁膜（第１の配線層絶縁膜）のキャップ絶縁膜（第１のキャップ絶縁膜５）が紫外線照射によってダメージを被ってしまうことを抑制するとともに、そのキャップ絶縁膜（第１のキャップ絶縁膜５）の上層の層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）の膜強度を十分に確保することができる。
【００８１】
ここで、第１のキャップ絶縁膜５に対する紫外線のダメージを低減できるメカニズムをより詳しく説明すると、紫外線照射により焼成された第１の低誘電率膜４が、該紫外線照射の次に紫外線を浴びるのは、加熱のみによって焼成された第２の低誘電率膜１０の成膜後、第３の低誘電率膜１１を成膜した後である。従って、この際の紫外線は、第２の低誘電率膜１０と第３の低誘電率膜１１との２層を通して照射される。このため、この紫外線照射による第１の低誘電率膜４とその上の第１のキャップ絶縁膜５との結合状態への影響を小さく抑えることができる。よって、紫外線照射により第１のキャップ絶縁膜５であるＳｉＯＣ内の結合が切れたり、ＳｉＯＣと上下の絶縁膜との間の結合が切れたりすることによる、隣接配線間のリーク電流増加を防ぎ、また、ＴＤＤＢ寿命の劣化も防ぐことができる。
【００８２】
図５は、配線への印加電圧（横軸）と隣り合う配線間のリーク電流（縦軸）との関係を示す図であり、このうちＬ１は本実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置のデータである。また、Ｌ２は配線層が一層である半導体装置のデータである。また、Ｌ３は第２の低誘電率膜１０に対しても紫外線照射を伴う焼成を行った点でのみ、本実施形態に係る半導体装置の製造方法とは異なる製造方法によって製造された半導体装置のデータである。
【００８３】
Ｌ３とＬ２との比較から分かるように、配線層絶縁膜としての第１の低誘電率膜４と、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０と、の何れの焼成にも紫外線照射を用いた場合（Ｌ３）には、第１銅配線８の配線間リーク電流が増加し、絶縁耐圧も減少する。
【００８４】
これに対し、Ｌ１とＬ２との比較から分かるように、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０の焼成には紫外線照射を用いない本実施形態の場合（Ｌ１）には、配線間リーク電流と絶縁耐圧のレベルを、配線層が一層の場合（Ｌ２）と同程度に抑制することができる。つまり、Ｌ１の場合は、Ｌ３の場合と比べて、リーク電流は低減できているとともに、絶縁耐圧は向上することができている。
【００８５】
また、本実施形態のように、第１の低誘電率膜４の焼成に紫外線照射を用いる場合には、第２の低誘電率膜１０の焼成にも紫外線照射を用いると、第１の低誘電率膜４が紫外線照射を受ける回数が本実施形態と比べて多くなり、該第１の低誘電率膜４自体も紫外線照射によるダメージを受けてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、第２の低誘電率膜１０の焼成には紫外線照射を用いないので、第２の低誘電率膜４が紫外線照射により受けるダメージを低減することができる。
【００８６】
〔第２の実施形態〕
図６は第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。
【００８７】
図６に示す半導体装置は、図１に示す半導体装置と比べて、第２の低誘電率膜１０と第３の低誘電率膜１１との間に、溝エッチング停止層３２０が介在している点でのみ相違し、その他の点では、図１に示す半導体装置と同様に構成されている。
【００８８】
溝エッチング停止層３２０は、例えば、ＳｉＣ又はＳｉＣＮを含む絶縁膜により構成されている。溝エッチング停止層３２０の膜厚は、例えば、１０ｎｍ乃至３０ｎｍに設定されている。この溝エッチング停止層３２０は、後で形成される第２の配線形成用溝１４（図６）の深さバラツキを一定の範囲以下に抑制するためのものである。
【００８９】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２の低誘電率膜１０の形成後（具体的には、例えば、第２の低誘電率膜１０の焼成後）、該第２の低誘電率膜１０上に溝エッチング停止層３２０を形成する点でのみ相違する。
【００９０】
第２の実施形態によれば、第２の低誘電率膜１０と第３の低誘電率膜１１との間に溝エッチング停止層３２０が介在しているので、第３の低誘電率膜１１の焼成時の紫外線が第１の低誘電率膜４と第１のキャップ絶縁膜５との結合状態に及ぼす影響を更に低減することができる。その結果、リーク電流増加並びにＴＤＤＢ寿命劣化を更に抑制できる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 半導体基板
２ 第１の層間絶縁膜
３ 溝エッチング停止層
４ 第１の低誘電率膜
５ 第１のキャップ絶縁膜
６ 第１の配線形成用溝
７ 第１のバリアメタル
８ 第１の銅配線
９ ビアエッチング停止層
１０ 第２の低誘電率膜（層間絶縁膜）
１１ 第３の低誘電率膜（第２の低誘電率膜）
１２ 第２のキャップ絶縁膜
１３ ビアホール
１４ 第２の配線形成用溝
１５ 第２のバリアメタル
１６ 第２の銅配線
１７ａ 紫外線
１７ｂ 紫外線
１８ 有機膜
１９ 第２の配線溝形成用フォトレジスト
３２０ 溝エッチング停止層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅配線と低誘電率な配線層絶縁膜とを有する多層配線構造を備える半導体装置においては、配線層絶縁膜と層間絶縁膜とで同じ材料の膜を用いることが一般的である。そのような半導体装置は、例えば、非特許文献１に記載されている。
【０００３】
なお、特許文献１には、埋め込み配線を形成した後に、これを覆うように圧縮応力を有する拡散防止膜を形成し、その後、紫外線照射を伴う熱処理を行うことにより、配線層絶縁膜の硬度及び弾性率を増加させることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、埋め込み配線を形成した後で、配線層絶縁膜に紫外線照射を行うことによって、配線層絶縁膜の上部を低密度化し、配線間容量を低減させることが記載されている。また、特許文献２の技術では、配線層絶縁膜をその表裏に亘って改質するのではなく、層間絶縁膜の上部のみを改質する。
【０００５】
特許文献３には、紫外線照射を行うことによって、多孔質の配線層絶縁膜の表層部を緻密化することが記載されている。また、特許文献３の技術では、配線層絶縁膜をその表裏に亘って改質するのではなく、配線層絶縁膜の表層部のみを改質する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１４４０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９１１６号公報
【特許文献３】特開２００６−１９０８７２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００３ ＩＩＴＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ） Ｊｕｎｅ２−４、２００３ ２．５ ｐ．１５−１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、配線層絶縁膜と層間絶縁膜とが同じ材料の膜であると、層間絶縁膜の膜強度が不足し、層間絶縁膜にクラックが生じたり、層間絶縁膜の膜剥がれが生じたりする可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の配線層絶縁膜と、前記第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線と、前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜と、前記第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線と、を有し、前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第１の低誘電率膜を含み、前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第２の低誘電率膜を含み、前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、層間絶縁膜が配線層絶縁膜の低誘電率膜よりも高強度であるので、層間絶縁膜の膜強度を十分に確保することができる。よって、層間絶縁膜へのクラックの発生や、層間絶縁膜の膜剥がれが好適に抑制された半導体装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明は、第１の配線層絶縁膜を形成する工程と、前記第１の配線層絶縁膜に複数の第１の銅配線を埋め込み形成する工程と、前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に第２の配線層絶縁膜を形成する工程と、前記第２の配線層絶縁膜に複数の第２の銅配線を埋め込み形成する工程と、をこの順に行い、前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第１の低誘電率膜を含み、前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第２の低誘電率膜を含み、前記層間絶縁膜を形成する前記工程では、前記層間絶縁膜を前記第１及び第２の低誘電率膜よりも高強度に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、層間絶縁膜の膜強度を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】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ための一連の工程図である。
【図３】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ための一連の工程図である。
【図４】配線層絶縁膜を構成する材料と層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）を構成する材料との好ましい組み合わせの例を示す図である。
【図５】第１の実施形態による効果を説明するための図である。
【図６】第２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の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
〔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要部の構成を示す断面図である。図２及び図３は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための一連の工程図であり、それぞれ半導体装置の要部の切断端面を示す。図４は配線層絶縁膜を構成する材料と層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）を構成する材料との好ましい組み合わせの例を示す図である。図５は第１の実施形態による効果を説明するための図である。
【００１６】
本実施形態に係る半導体装置は、第１の配線層絶縁膜（例えば、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５を含む）と、第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線８と、第１の銅配線８上及び第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜（例えば、第２の低誘電率膜１０）と、層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜（例えば、第３の低誘電率膜１１及び第２のキャップ絶縁膜１２を含む）と、第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線１６と、を有している。第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第１の低誘電率膜（例えば、第１の低誘電率膜４）を含み、第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第２の低誘電率膜（例えば、第３の低誘電率膜１１）を含む。層間絶縁膜は、第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度である。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の配線層絶縁膜（例えば、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５）を形成する工程と、第１の配線層絶縁膜に複数の第１の銅配線８を埋め込み形成する工程と、第１の銅配線８上及び第１の配線層絶縁膜上に層間絶縁膜（例えば、第２の低誘電率膜１０）を形成する工程と、層間絶縁膜上に第２の配線層絶縁膜（例えば、第３の低誘電率膜１１及び第２のキャップ絶縁膜１２）を形成する工程と、第２の配線層絶縁膜に複数の第２の銅配線１６を埋め込み形成する工程と、をこの順に行う。第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第１の低誘電率膜（例えば、第１の低誘電率膜４）を含む。第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第２の低誘電率膜（例えば、第３の低誘電率膜１１）を含む。層間絶縁膜を形成する工程では、層間絶縁膜を第１及び第２の低誘電率膜よりも高強度に形成する。
以下、詳細に説明する。
【００１７】
先ず、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を説明する。
【００１８】
図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置は、シリコンにより構成された半導体基板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能動素子と、容量、抵抗などの受動素子と、が形成されている。これら素子等の上には、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上には、溝エッチング停止層３、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５がこの順に積層形成されている。
【００１９】
溝エッチング停止層３は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、或いは、それらの積層構造により構成されている。溝エッチング停止層３の膜厚は、例えば、２０ｎｍ乃至７０ｎｍとなっている。
【００２０】
第１の低誘電率膜４は、例えば、紫外線照射を伴う焼成工程によって焼成されたものである。第１の低誘電率膜４は、例えば、空孔を有するＳｉｗＯｘＣｙＨｚにより構成されている。ここで、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。第１の低誘電率膜４の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００２１】
第１のキャップ絶縁膜５は、例えば、カーボンがドープされたシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）膜により構成されている。なお、第１のキャップ絶縁膜５の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００２２】
第１の配線形成用溝６は、第１のキャップ絶縁膜５及び第１の低誘電率膜４を貫通して第１の層間絶縁膜２に達する深さに形成されている。第１の配線形成用溝６には、第１のバリアメタル７をライナーとして第１の銅配線８が形成されている。すなわち、第１の低誘電率膜４及び第１のキャップ絶縁膜５により構成される第１の配線層絶縁膜に、複数の第１の銅配線８が埋め込み形成されている。
【００２３】
第１の銅配線８の直上の層には、ビアエッチング停止層９が形成されている。ビアエッチング停止層９は、例えば、ＳｉＣＮを含む。
【００２４】
ビアエッチング停止層９の上には、第２の低誘電率膜１０が形成されている。すなわち、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０が、第１の銅配線８上及び第１のキャップ絶縁膜５上に形成されている。この第２の低誘電率膜１０には、例えば、紫外線照射を伴わない、加熱のみによる焼成が施されている。
【００２５】
第２の低誘電率膜１０の上には、第３の低誘電率膜１１が形成されている。この第３の低誘電率膜１１には、例えば、紫外線照射を伴う焼成が施されている。第３の低誘電率膜１１の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００２６】
第３の低誘電率膜１１の上には、該第３の低誘電率膜１１を保護するための第２のキャップ絶縁膜１２が形成されている。第２のキャップ絶縁膜１２の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００２７】
このように、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０上には、第２の配線層絶縁膜としての第３の低誘電率膜１１及び第２のキャップ絶縁膜１２が形成されている。
【００２８】
第２の低誘電率膜１０には、ビアホール１３が選択的に形成されている。第３の低誘電率膜１１には、第２の配線形成用溝１４が形成されている。ビアホール１３及び第２の配線形成用溝１４の内部には、第２のバリアメタル１５をライナーとして第２の銅配線１６が形成されている。すなわち、第２の配線層絶縁膜に、複数の第２の銅配線１６が埋め込み形成されている。
【００２９】
ここで、第１の配線層絶縁膜を構成する第１の低誘電率膜４は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている。同様に、第２の配線層絶縁膜を構成する第３の低誘電率膜１１（第２の低誘電率膜）は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている。
【００３０】
また、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０は、第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度である。
【００３１】
次に、配線層絶縁膜を構成する第１及び第３の低誘電率膜４、１１の好適な材料と、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０の好適な材料の例について説明する。
【００３２】
第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１は、例えば、ポーラスＳｉＯ、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、ラダーオキサイド、及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）のうちの少なくとも何れか１つを含むものとして構成されていることが好ましい。なお、第１の低誘電率膜４の材料と第３の低誘電率膜１１の材料とは互いに同一であっても良いし、互いに異なっていても良い。
【００３３】
第２の低誘電率膜１０は、例えば、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ（空孔が無いＳｉＯＣ）、デンスＳｉＯ２（空孔が無いＳｉＯ２）、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つを含むものとして構成されていることが好ましい。
【００３４】
ここで、ポーラスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯＣは、それぞれポーラスＳｉｘＯｙＣｚ、デンスＳｉｘＯｙＣｚと表すことができる。ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。同様に、ポーラスＳｉＯＣＨは、ポーラスＳｉｗＯｘＣｙＨｚと表すことができる。ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。
【００３５】
ただし、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０と、の材料の組み合わせは、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるように選択する。なお、第２の低誘電率膜１０の弾性率は、例えば、４ＧＰａ以上であることが好ましい。
【００３６】
また、第２の低誘電率膜１０は、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも耐薬品性に優れた材料により構成することが好ましい。更に、第２の低誘電率膜１０は、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも耐熱性に優れた材料により構成することが好ましい。
【００３７】
また、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１と、第２の低誘電率膜１０と、の双方がポーラスな低誘電率膜である場合、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が空孔占有率が小さくなるように、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０と、の材料の組み合わせを選択することが好ましい。これにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにできる。
【００３８】
なお、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、互いに同一の材料により構成する場合にも、組成比を適宜に設定することにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。
【００３９】
すなわち、例えば、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれポーラスＳｉｘＯｙＣｚを含むものとして構成する場合には、ｘ、ｙ、ｚの値を適宜に設定することにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。同様に、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれポーラスＳｉｗＯｘＣｙＨｚを含むものとして構成する場合には、ｗ、ｘ、ｙ、ｚの値を適宜に設定することにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。
【００４０】
また、成膜方法、或いは成膜後に行う薬液処理で用いる薬液の種類を異ならせることによっても、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の方が高強度となるようにすることができる。
【００４１】
例えば、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれ同じ材料により構成する場合（例えば、ポーラスＳｉＯ又はポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成する場合）において、それらの膜をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する場合を説明する。この場合、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも、テンプレートとなる物質の分子量が大きくなるようにして、ＣＶＤを行う。これにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも、空孔の径が大きくなり、第２の低誘電率膜１０の方が、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも、高強度になる。
【００４２】
次に、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれ同じ材料により構成する場合（例えば、ポーラスＳｉＯ又はポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成する場合）において、それらの膜をスピン塗布法で成膜する場合を説明する。この場合は、成膜後の膜にメチル基を付着させるためのシリル化処理としての薬液処理に用いられる薬液に含有されるミセルの分子量を、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも大きくなるようにする。これにより、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が、第２の低誘電率膜１０よりも、空孔の径が大きくなり、第２の低誘電率膜１０の方が、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも、高強度になる。
【００４３】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０とを、それぞれ同じ材料により構成する場合に、紫外線照射の有無により、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の空孔占有率を小さくすることができる。すなわち、第１及び第３の低誘電率膜４、１１に対しては紫外線照射を伴う焼成を行う一方で、第２の低誘電率膜１０に対しては熱のみによる焼成を行うことによって、第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも第２の低誘電率膜１０の空孔占有率を小さくすることができる。
【００４４】
次に、図４を参照して、第１及び第３の低誘電率膜４、１１と、第２の低誘電率膜１０と、の材料の具体的な組み合わせの例を説明する。
【００４５】
例えば、配線層絶縁膜としての第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯを含むものとして構成する場合は、層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）としての第２の低誘電率膜１０は、ポーラスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２のうちの何れかを含むものとして構成することが好ましい。このような組み合わせとすることにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０を高強度にすることができる。
【００４６】
なお、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯを含むものとして構成する場合は、シリル化処理を行うことによって、ポーラスＳｉＯ膜にメチル基を付着させる。このシリル化処理によって、空孔の内周と、ポーラスＳｉＯ膜の表面と、のうちの少なくとも何れか一方にメチル基を付着させる。
【００４７】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯを含むものとして構成し、且つ、第２の低誘電率膜１０もポーラスＳｉＯを含むものとして構成しても良い。ただし、この場合は、上述したように、ポーラスＳｉＯの成膜に用いる薬液又は成膜方法を第１及び第３の低誘電率膜４、１１と第２の低誘電率膜１０とで互いに異ならせることにより、第２の低誘電率膜１０の方を高強度にさせる。構造の具体的な相違点としては、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が空孔の径が相対的に大きく、第２低誘電率膜１０の方が空孔の径が相対的に小さいことが挙げられる。
【００４８】
また、例えば、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成する場合は、第２の低誘電率膜１０は、デンスＳｉＯＣ又はデンスＳｉＯ２を含むものとして構成することが好ましい。このような組み合わせとすることにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０を高強度にすることができる。
【００４９】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成し、且つ、第２の低誘電率膜１０もポーラスＳｉＯＣを含むものとして構成しても良い。ただし、この場合は、上述したように、ポーラスＳｉＯＣの成膜に用いる薬液又は成膜方法を第１及び第３の低誘電率膜４、１１と第２の低誘電率膜１０とで互いに異ならせることにより、第２の低誘電率膜１０の方を高強度にさせる。構造の具体的な相違点としては、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の方が空孔の径が相対的に大きく、第２低誘電率膜１０の方が空孔の径が相対的に小さいことが挙げられる。
【００５０】
また、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をラダーオキサイド又はＨＳＱを含むものとして構成する場合は、第２の低誘電率膜１０は、デンスＳｉＯ２を含むものとして構成することが好ましい。このような組み合わせとすることにより、第１の低誘電率膜４及び第３の低誘電率膜１１よりも第２の低誘電率膜１０を高強度にすることができる。
【００５１】
なお、ポーラスＳｉＯＣＨ（ポーラスＳｉｗＯｘＣｙＨｚ）或いはポーラスＳｉＯＣ（ポーラスＳｉｘＯｙＣｚ）の成膜は、例えば、シロキサンを含むオリゴマー或いはメチルシランを含む原料ガスを用いるプラズマＣＶＤ法により行うことができる。シロキサンを含むオリゴマーの例としては、例えば、ＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）が挙げられ、メチルシランの例としては、例えば、３ＭＳ（Ｔｒｉ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌａｎｅ）、４ＭＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌａｎｅ）が挙げられる。
【００５２】
また、ポーラスＳｉＯ２の成膜は、例えば、シリカオリゴマーを含む薬液を回転塗布法で成膜した後、３５０℃以上４５０℃以下で焼成することにより行うことができる。更に、焼成後のポーラスＳｉＯ２に対し、ＴＭＣＴＳ（１，３，５，７−Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｃｙｃｌｏ−Ｔｅｔｒａ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）或いはＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ−Ｍｅｔｈｙｌ−Ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）を用いたシリル化処理を行っても良い。
【００５３】
ここで、ビア層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）として水分を多く含有する膜を使用すると、その水分が配線層絶縁膜へと拡散し、多孔質膜である配線層絶縁膜が劣化する結果、配線間リーク電流が大きくなってしまう可能性がある。配線の間隔が狭い（狭ピッチである）ほど、このリーク電流の増加は顕著となってしまう。
【００５４】
そこで、ビア層間絶縁膜としては、含有する水分量がなるべく少ないものを選択することが好ましい。具体的には、例えば、ビア層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）としては、ＳｉＯ２又は空孔径が２ｎｍ未満のポーラスＳｉＯを用いることが好ましい。また、ビア層間絶縁膜として、ポーラスＳｉＯＣを用いても良いが、この場合には、成膜原料として、ＤＭＤＯＳＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｄｉｏｘｙｓｉｌｙｌｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）或いはＤＭＤＭＯＳ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｄｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）のように膜中の水分量が多くなる原料を用いるよりも、ＤＥＭＳ（ｄｉｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）又はＤＭＯＭＳ（ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）のように、膜中の水分量が少なくなるものを用いると良い。或いは、ビア層間絶縁膜は、デンス（ｄｅｎｓｅ）ＳｉＯＣ（空孔が無いＳｉＯＣ）又はデンス（ｄｅｎｓｅ）ＳｉＯＣＨ（空孔が無いＳｉＯＣＨ）により構成しても良い。このように、ビア層間絶縁膜として、膜中の水分量が少ないこれらの膜を使用することにより、配線間リーク電流を低減できるとともに、膜強度を向上させることができる。
【００５５】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
【００５６】
先ず、図２（ａ）に示すように、シリコンにより構成された半導体基板１上に、何れも図示は省略するが、トランジスタ等の能動素子と、容量、抵抗等の受動素子と、を形成する。
【００５７】
次に、これら素子と後述する第１の銅配線８（図２（ｃ））とをコンタクト導通部（図示略）以外の部分においては相互に絶縁させるための第１の層間絶縁膜２を形成する。この第１の層間絶縁膜２は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）を含む材料により、２００ｎｍ乃至８００ｎｍの膜厚に形成する。
【００５８】
次に、第１の層間絶縁膜２上に、溝エッチング停止層３を形成する。この溝エッチング停止層３は、後で形成される第１の配線形成用溝６（図２（ｃ））の深さバラツキを一定の範囲以下に抑制するためのものである。この溝エッチング停止層３は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、又はこれらの積層構造により形成する。この溝エッチング停止層３は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、３０ｎｍ程度の膜厚に形成する。
【００５９】
次に、溝エッチング停止層３上に、配線層絶縁膜としての第１の低誘電率膜（ポーラスＬｏｗ−ｋ膜）４を形成する。この第１の低誘電率膜４は、例えば、ＳｉｗＯｘＣｙＨｚにより構成することができる。ここで、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。第１の低誘電率膜４は、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。なお、第１の低誘電率膜４は、ＣＶＤ法ではなく塗布法により形成することもできる。第１の低誘電率膜４の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００６０】
次に、紫外線照射処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉにより構成される第１の低誘電率膜４の骨格部分を強固にするとともに、Ｃ−Ｈｎ（ｎは１、２又は３）により構成されるポロジェンの第１の低誘電率膜４からの脱離（つまり、第１の低誘電率膜４中の空孔の形成）を促進する。これにより、第１の低誘電率膜４をその表裏に亘って効果的に理想的構造に近づけることができる。ここでいう理想的構造とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの骨格が形成されることにより膜強度が向上されており、且つ、空孔が所望の大きさ分布に形成された構造を意味する。この紫外線照射処理では、例えば、２００ｎｍ乃至５００ｎｍの波長の紫外線１７ａ（図２（ａ））を、半導体基板１の温度が３５０℃乃至４２０℃となる条件下で、第１の低誘電率膜４に照射する。すなわち、紫外線照射を伴う焼成処理を行う。この焼成処理により、第１の低誘電率膜４は表裏に亘ってその膜強度が向上されるとともに、第１の低誘電率膜４の表裏に亘って空孔が形成される。つまり、第１の低誘電率膜４は表裏に亘って改質される。
【００６１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の低誘電率膜４上に第１のキャップ絶縁膜５を形成する。この第１のキャップ絶縁膜５は、例えば、カーボンがドープされたシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）によって構成することができる。第１のキャップ絶縁膜５は、例えば、ＣＶＤ法によって成膜する。なお、第１のキャップ絶縁膜５の膜厚は、例えば、第１の低誘電率膜４がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第１の低誘電率膜４がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００６２】
次に、図２（ｃ）に示すように、所望のパターンの第１の配線形成用溝６を形成する。この第１の配線形成用溝６は、例えば、第１のキャップ絶縁膜５、第１の低誘電率膜４及び溝エッチング停止層３を貫通し、第１の層間絶縁膜２に達する深さに形成する。この第１の配線形成用溝６は、例えば、フォトリソグラフィー工程、反応性ドライエッチング工程及びアッシング工程をこの順に行うことによって形成することができる。次に、第１の配線形成用溝６の内部を第１のバリアメタル７及び第１の銅配線８で埋設する。ここで、第１のバリアメタル７としては、例えばＴａを含む高融点金属を用いる。次に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）により、余剰の第１の銅配線８及び第１のバリアメタル７を除去する。すなわち、第１の銅配線８の構成材料のうち該第１の銅配線８の形成領域（第１の配線形成用溝６）からはみ出た余剰分をＣＭＰにより除去する。
【００６３】
次に、図２（ｄ）に示すように、ビアエッチング停止層９を形成する。このビアエッチング停止層９は、後で形成されるビアホール１３（図２（ｅ））の深さバラツキを一定の範囲以下に抑制するためのものである。このビアエッチング停止層９は、例えば、ＳｉＣＮを含み、膜厚３０ｎｍ程度の膜厚に形成する。
【００６４】
次に、ビアエッチング停止層９上に、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０を成膜する。次に、３００℃乃至４２０℃の熱処理を行うことにより、第２の低誘電率膜１０を焼成する。この熱処理は、不活性ガス雰囲気（希ガス雰囲気）中、又は窒素雰囲気中で行うことが好ましい。この第２の低誘電率膜１０の焼成の際には、加熱のみにより行い、紫外線照射を行わない。
【００６５】
次に、第２の低誘電率膜１０上に、配線層絶縁膜としての第３の低誘電率膜（ポーラスＬｏｗ−ｋ膜）１１を形成する。この第３の低誘電率膜１１は、例えば、ＳｉｗＯｘＣｙＨｚにより構成することができる。ここで、ｗ、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ正の値である。第３の低誘電率膜１１は、例えば、ＣＶＤ法によって形成する。なお、第３の低誘電率膜１１は、ＣＶＤ法ではなく塗布法により形成することもできる。第３の低誘電率膜１１の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、３０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下にすることができ、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下にすることができる。
【００６６】
次に、紫外線照射処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉにより構成される第３の低誘電率膜１１の骨格部分を強固にするとともに、Ｃ−Ｈｎ（ｎは１、２又は３）により構成されるポロジェンの第３の低誘電率膜１１からの脱離（つまり、第３の低誘電率膜１１中の空孔の形成）を促進する。この紫外線照射処理では、例えば、２００ｎｍ乃至５００ｎｍの波長の紫外線１７ｂ（図２（ｄ））を、半導体基板１の温度が３５０℃乃至４２０℃となる条件下で、第３の低誘電率膜１１に照射する。すなわち、紫外線照射を伴う焼成処理を行う。この焼成処理により、第３の低誘電率膜１１は表裏に亘ってその膜強度が向上されるとともに、第３の低誘電率膜１１の表裏に亘って空孔が形成される。つまり、第３の低誘電率膜１１は表裏に亘って改質される。
【００６７】
次に、第３の低誘電率膜１１上に第２のキャップ絶縁膜１２を形成する。この第２のキャップ絶縁膜１２は、第１のキャップ絶縁膜５と同様の材質により、第１のキャップ絶縁膜５と同様にＣＶＤ法によって形成することができる。第２のキャップ絶縁膜１２の膜厚についても、例えば、第３の低誘電率膜１１がローカルレイヤー又はインターミディエイトレイヤー（中間層）である場合には、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下にし、第３の低誘電率膜１１がセミグローバルレイヤー又はグローバルレイヤーである場合には、例えば、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。
【００６８】
次に、図２（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィー工程及び反応性イオンエッチングによりビアホール１３を形成する。このとき、ビアホール１３の底が、ビアエッチング停止層９に達し、且つ、第１の銅配線８までは達しないようにする。なお、反応性イオンエッチングの原料ガスとしては、例えば、ＣＦ４を含む混合ガスを用いることができる。この混合ガスを、例えば、０．１乃至１０Ｔｏｒｒの圧力条件下で、１３．５６ＭＨｚの高周波電力によりプラズマ化して、エッチングを行う。
【００６９】
次に、図３（ａ）に示すように、ビアホール１３内に、ビアエッチング停止層９の表面に接する有機膜１８を埋設形成する。この有機膜１８は、例えば、回転塗布法及び熱処理をこの順に行うことによって形成することができる。
【００７０】
次に、第２の配線溝形成用フォトレジスト１９を有機膜１８上に成膜し、この第２の配線溝形成用フォトレジスト１９を所望のパターン形状に加工する。なお、第２の配線溝形成用フォトレジスト１９は、単層構造と積層構造の何れでも良い。積層構造の場合に何層までを露光及び現像により選択的に除去するかについては説明を省略する。
【００７１】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２の配線溝形成用フォトレジスト１９をマスクとして、第２の配線形成用溝１４を反応性イオンエッチングにより開口する。このとき、ビアホール１３の底部に有機膜１８の一部分が残るようにし、反応性イオンエッチ時にビアホール１３の底にＣｕ（第１の銅配線８の表面）が露出しないようにする。次に、有機膜１８を除去する。
【００７２】
次に、図３（ｃ）に示すように、ビアホール１３及び第２の配線形成用溝１４に、第２のバリアメタル１５をスパッタ法により形成し、Ｃｕめっきによりビアホール１３及び第２の配線形成用溝１４の内部にＣｕを含むメタル材料を埋設する。次に、余剰のＣｕ及びバリアメタルをＣＭＰ工程により除去する。すなわち、第２の銅配線１６の構成材料のうち該第２の銅配線１６の形成領域（第２の配線形成用溝１４）からはみ出た余剰分をＣＭＰにより除去する。こうして、第２の銅配線１６を形成する。
【００７３】
なお、本実施形態では、配線層が、第１の銅配線８を含む配線層と、第２の銅配線１６を含む配線層との２層である例を説明したが、配線層は３層以上であっても良い。３層以上の銅配線層を形成する場合には、配線層が１層増える毎に、図２（ｄ）、（ｅ）、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）までの一連の工程を追加すれば良い。なお、最上層の配線層を形成した後は、組立て時のボンディング用のパッド（図示略）を最上層の銅配線上に形成する工程を行うが、この工程については、詳細な説明を省略する。
【００７４】
また、上述した製造方法では、第１及び第３の低誘電率膜４、１１の焼成時に紫外線照射を行う例を説明したが、第１及び第３の低誘電率膜４、１１をラダーオキサイド又はＨＳＱを含むものとして構成する場合には、その焼成時に紫外線照射を行わないことが好ましい。
【００７５】
以上のような第１の実施形態によれば、層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０が配線層絶縁膜を構成する第１及び第３の低誘電率膜４、１１よりも高強度であるので、層間絶縁膜の膜強度を十分に確保することができる。よって、層間絶縁膜へのクラックの発生や、層間絶縁膜の膜剥がれが好適に抑制された半導体装置を提供することができる。
【００７６】
ところで、配線層絶縁膜が、低誘電率膜と、その低誘電率膜上に形成されたキャップ絶縁膜と、を含んで構成されている構造の半導体装置の場合には、そのキャップ絶縁膜が紫外線照射によるダメージを受けて、以下のようなデメリットを生じることがある。キャップ絶縁膜は、Ｃｕの化学的機械的研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ））工程における保護層としての機能を有するものであり、例えば、ＳｉＯＣ膜により構成される。キャップ絶縁膜を有する半導体装置を製造するに際し、キャップ絶縁膜に紫外線を照射するプロセスを行うと、キャップ絶縁膜内、或いはキャップ絶縁膜の上下界面に欠陥が発生することがある。その欠陥は、リーク電流のパスとなるため、その欠陥が生じると、配線間リーク電流増加、配線層絶縁膜の破壊電界強度の低下（絶縁耐圧の低下）、ＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）試験での寿命劣化等の問題が発生しやすくなってしまう。この理由は、例えば、紫外線照射によりキャップ絶縁膜内の結合が切れたり、キャップ絶縁膜と上下の配線層絶縁膜及び層間絶縁膜との間の結合が切れたりすることにより、隣り合う配線間に電位差を与えたときにリーク電流が流れるからである。昨今、低誘電率膜に対して焼成時に紫外線照射を行うことが多くなっている。配線層絶縁膜の形成時だけでなく、その上層の層間絶縁膜（ビア層間絶縁膜）の形成時にも紫外線照射を行うと、この紫外線が、配線層絶縁膜の上面に位置するキャップ絶縁膜にまで到達して該キャップ絶縁膜に影響を与え、リーク電流が流れたり、比較的低い電圧で絶縁破壊に至ることがある。
【００７７】
層間絶縁膜に対し、紫外線照射を伴わない熱による焼成を行うとすれば、層間絶縁膜の構成材料を適切に選択しないと、層間絶縁膜の膜強度が十分に得られず、ＣＭＰ工程等において層間絶縁膜にクラックが生じたり、層間絶縁膜の膜剥がれが生じたりする可能性がある。
【００７８】
これに対し、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第２の低誘電率膜１０を形成する工程は、第２の低誘電率膜１０に対し、熱のみによる焼成を行う工程を含み、第３の低誘電率膜１１を形成する工程は、第３の低誘電率膜１１に対し、紫外線照射を伴う焼成を行うことにより、第３の低誘電率膜を表裏に亘って改質する工程を含むので、第３の低誘電率膜１１を紫外線照射により表裏に亘って改質することができるとともに、第２の低誘電率膜１０の焼成でも紫外線照射を伴う焼成を行う場合と比べて、第１のキャップ絶縁膜５に対する紫外線のダメージを低減できる。これにより、第１のキャップ絶縁膜５及びその上下界面における欠陥の発生を抑制できる。よって、その欠陥に起因する第１の銅配線８間のリーク電流の抑制、第１の低誘電率膜４の破壊電界強度の低下の抑制、及び、ＴＤＤＢ試験での寿命劣化の抑制が可能となる。
【００７９】
しかも、第２の低誘電率膜１０は、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つにより形成するので、第２の低誘電率膜１０に対し、熱のみによる焼成を行うだけで、十分な膜強度を有する第２の低誘電率膜１０を形成することができる。よって、ＣＭＰ工程等において第２の低誘電率膜１０にクラックが生じたり、第２の低誘電率膜１０の膜剥がれが生じたりする可能性を低減することができる。
【００８０】
このように、本実施形態によれば、配線層絶縁膜（第２の配線層絶縁膜）の低誘電率膜（第２の低誘電率膜（第３の低誘電率膜１１））を紫外線照射により表裏に亘って改質し、且つ、その下層の配線層絶縁膜（第１の配線層絶縁膜）のキャップ絶縁膜（第１のキャップ絶縁膜５）が紫外線照射によってダメージを被ってしまうことを抑制するとともに、そのキャップ絶縁膜（第１のキャップ絶縁膜５）の上層の層間絶縁膜（第２の低誘電率膜１０）の膜強度を十分に確保することができる。
【００８１】
ここで、第１のキャップ絶縁膜５に対する紫外線のダメージを低減できるメカニズムをより詳しく説明すると、紫外線照射により焼成された第１の低誘電率膜４が、該紫外線照射の次に紫外線を浴びるのは、加熱のみによって焼成された第２の低誘電率膜１０の成膜後、第３の低誘電率膜１１を成膜した後である。従って、この際の紫外線は、第２の低誘電率膜１０と第３の低誘電率膜１１との２層を通して照射される。このため、この紫外線照射による第１の低誘電率膜４とその上の第１のキャップ絶縁膜５との結合状態への影響を小さく抑えることができる。よって、紫外線照射により第１のキャップ絶縁膜５であるＳｉＯＣ内の結合が切れたり、ＳｉＯＣと上下の絶縁膜との間の結合が切れたりすることによる、隣接配線間のリーク電流増加を防ぎ、また、ＴＤＤＢ寿命の劣化も防ぐことができる。
【００８２】
図５は、配線への印加電圧（横軸）と隣り合う配線間のリーク電流（縦軸）との関係を示す図であり、このうちＬ１は本実施形態に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置のデータである。また、Ｌ２は配線層が一層である半導体装置のデータである。また、Ｌ３は第２の低誘電率膜１０に対しても紫外線照射を伴う焼成を行った点でのみ、本実施形態に係る半導体装置の製造方法とは異なる製造方法によって製造された半導体装置のデータである。
【００８３】
Ｌ３とＬ２との比較から分かるように、配線層絶縁膜としての第１の低誘電率膜４と、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０と、の何れの焼成にも紫外線照射を用いた場合（Ｌ３）には、第１銅配線８の配線間リーク電流が増加し、絶縁耐圧も減少する。
【００８４】
これに対し、Ｌ１とＬ２との比較から分かるように、ビア層間絶縁膜としての第２の低誘電率膜１０の焼成には紫外線照射を用いない本実施形態の場合（Ｌ１）には、配線間リーク電流と絶縁耐圧のレベルを、配線層が一層の場合（Ｌ２）と同程度に抑制することができる。つまり、Ｌ１の場合は、Ｌ３の場合と比べて、リーク電流は低減できているとともに、絶縁耐圧は向上することができている。
【００８５】
また、本実施形態のように、第１の低誘電率膜４の焼成に紫外線照射を用いる場合には、第２の低誘電率膜１０の焼成にも紫外線照射を用いると、第１の低誘電率膜４が紫外線照射を受ける回数が本実施形態と比べて多くなり、該第１の低誘電率膜４自体も紫外線照射によるダメージを受けてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、第２の低誘電率膜１０の焼成には紫外線照射を用いないので、第２の低誘電率膜４が紫外線照射により受けるダメージを低減することができる。
【００８６】
〔第２の実施形態〕
図６は第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。
【００８７】
図６に示す半導体装置は、図１に示す半導体装置と比べて、第２の低誘電率膜１０と第３の低誘電率膜１１との間に、溝エッチング停止層３２０が介在している点でのみ相違し、その他の点では、図１に示す半導体装置と同様に構成されている。
【００８８】
溝エッチング停止層３２０は、例えば、ＳｉＣ又はＳｉＣＮを含む絶縁膜により構成されている。溝エッチング停止層３２０の膜厚は、例えば、１０ｎｍ乃至３０ｎｍに設定されている。この溝エッチング停止層３２０は、後で形成される第２の配線形成用溝１４（図６）の深さバラツキを一定の範囲以下に抑制するためのものである。
【００８９】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第２の低誘電率膜１０の形成後（具体的には、例えば、第２の低誘電率膜１０の焼成後）、該第２の低誘電率膜１０上に溝エッチング停止層３２０を形成する点でのみ相違する。
【００９０】
第２の実施形態によれば、第２の低誘電率膜１０と第３の低誘電率膜１１との間に溝エッチング停止層３２０が介在しているので、第３の低誘電率膜１１の焼成時の紫外線が第１の低誘電率膜４と第１のキャップ絶縁膜５との結合状態に及ぼす影響を更に低減することができる。その結果、リーク電流増加並びにＴＤＤＢ寿命劣化を更に抑制できる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 半導体基板
２ 第１の層間絶縁膜
３ 溝エッチング停止層
４ 第１の低誘電率膜
５ 第１のキャップ絶縁膜
６ 第１の配線形成用溝
７ 第１のバリアメタル
８ 第１の銅配線
９ ビアエッチング停止層
１０ 第２の低誘電率膜（層間絶縁膜）
１１ 第３の低誘電率膜（第２の低誘電率膜）
１２ 第２のキャップ絶縁膜
１３ ビアホール
１４ 第２の配線形成用溝
１５ 第２のバリアメタル
１６ 第２の銅配線
１７ａ 紫外線
１７ｂ 紫外線
１８ 有機膜
１９ 第２の配線溝形成用フォトレジスト
３２０ 溝エッチング停止層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線層絶縁膜と、
前記第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線と、
前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜と、
前記第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線と、
を有し、
前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第１の低誘電率膜を含み、
前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第２の低誘電率膜を含み、
前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記層間絶縁膜は、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の低誘電率膜は、ポーラスＳｉＯ、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、ラダーオキサイド、及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）のうちの少なくとも何れか１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記層間絶縁膜、前記第１の低誘電率膜、及び前記第２の低誘電率膜は、それぞれポーラス膜であり、
前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の低誘電率膜よりも空孔占有率が小さいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の配線層絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の配線層絶縁膜に複数の第１の銅配線を埋め込み形成する工程と、
前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に第２の配線層絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の配線層絶縁膜に複数の第２の銅配線を埋め込み形成する工程と、
をこの順に行い、
前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第１の低誘電率膜を含み、
前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第２の低誘電率膜を含み、
前記層間絶縁膜を形成する前記工程では、前記層間絶縁膜を前記第１及び第２の低誘電率膜よりも高強度に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６】
前記層間絶縁膜を、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つを含むものとして形成する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１及び第２の低誘電率膜を、ポーラスＳｉＯ、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、ラダーオキサイド、及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）のうちの少なくとも何れか１つを含むものとして形成する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１の配線層絶縁膜は、前記第１の低誘電率膜上に形成される第１のキャップ絶縁膜を更に含み、
前記第２の配線層絶縁膜は、前記第２の低誘電率膜上に形成される第２のキャップ絶縁膜を更に含み、
前記第２の銅配線を埋め込み形成する前記工程の後で、
前記第２の銅配線の構成材料のうち該第２の銅配線の形成領域からはみ出た余剰分をＣＭＰにより除去する工程を行い、
前記層間絶縁膜を形成する前記工程は、前記層間絶縁膜に対し、熱のみによる焼成を行う工程を含み、
前記第２の配線層絶縁膜を形成する前記工程は、前記第２の低誘電率膜に対し、紫外線照射を伴う焼成を行うことにより、該第２の低誘電率膜を表裏に亘って改質する工程を含むことを特徴とする請求項５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】
前記紫外線照射を伴う前記焼成において照射する紫外線の波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であ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】
前記層間絶縁膜、前記第１の低誘電率膜、及び前記第２の低誘電率膜は、それぞれポーラス膜であり、
前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の低誘電率膜よりも空孔占有率が小さいことを特徴とする請求項５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】
前記層間絶縁膜を形成する前記工程は、成膜原料としてＤＥＭＳ（ｄｉｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）又はＤＭＯＭＳ（ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）を用いてポーラスＳｉＯＣ膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５乃至１０の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
第１の配線層絶縁膜と、
前記第１の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第１の銅配線と、
前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に形成されている層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されている第２の配線層絶縁膜と、
前記第２の配線層絶縁膜に埋め込み形成されている複数の第２の銅配線と、
を有し、
前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第１の低誘電率膜を含み、
前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成されている第２の低誘電率膜を含み、
前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の配線層絶縁膜よりも高強度であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記層間絶縁膜は、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の低誘電率膜は、ポーラスＳｉＯ、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、ラダーオキサイド、及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）のうちの少なくとも何れか１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記層間絶縁膜、前記第１の低誘電率膜、及び前記第２の低誘電率膜は、それぞれポーラス膜であり、
前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の低誘電率膜よりも空孔占有率が小さいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の配線層絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の配線層絶縁膜に複数の第１の銅配線を埋め込み形成する工程と、
前記第１の銅配線上及び前記第１の配線層絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に第２の配線層絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の配線層絶縁膜に複数の第２の銅配線を埋め込み形成する工程と、
をこの順に行い、
前記第１の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第１の低誘電率膜を含み、
前記第２の配線層絶縁膜は、比誘電率が３．０よりも小さい絶縁膜材料により構成される第２の低誘電率膜を含み、
前記層間絶縁膜を形成する前記工程では、前記層間絶縁膜を前記第１及び第２の低誘電率膜よりも高強度に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６】
前記層間絶縁膜を、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、デンスＳｉＯＣ、デンスＳｉＯ２、及びポーラスＳｉＯのうちの少なくとも何れか１つを含むものとして形成する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１及び第２の低誘電率膜を、ポーラスＳｉＯ、ポーラスＳｉＯＣ、ポーラスＳｉＯＣＨ、ラダーオキサイド、及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）のうちの少なくとも何れか１つを含むものとして形成する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１の配線層絶縁膜は、前記第１の低誘電率膜上に形成される第１のキャップ絶縁膜を更に含み、
前記第２の配線層絶縁膜は、前記第２の低誘電率膜上に形成される第２のキャップ絶縁膜を更に含み、
前記第２の銅配線を埋め込み形成する前記工程の後で、
前記第２の銅配線の構成材料のうち該第２の銅配線の形成領域からはみ出た余剰分をＣＭＰにより除去する工程を行い、
前記層間絶縁膜を形成する前記工程は、前記層間絶縁膜に対し、熱のみによる焼成を行う工程を含み、
前記第２の配線層絶縁膜を形成する前記工程は、前記第２の低誘電率膜に対し、紫外線照射を伴う焼成を行うことにより、該第２の低誘電率膜を表裏に亘って改質する工程を含むことを特徴とする請求項５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】
前記紫外線照射を伴う前記焼成において照射する紫外線の波長は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であ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】
前記層間絶縁膜、前記第１の低誘電率膜、及び前記第２の低誘電率膜は、それぞれポーラス膜であり、
前記層間絶縁膜は、前記第１及び第２の低誘電率膜よりも空孔占有率が小さいことを特徴とする請求項５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】
前記層間絶縁膜を形成する前記工程は、成膜原料としてＤＥＭＳ（ｄｉｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）又はＤＭＯＭＳ（ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）を用いてポーラスＳｉＯＣ膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５乃至１０の何れか一項に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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−４９２１７（Ｐ２０１１−４９２１７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４１４５（Ｐ２００９−１９４１４５）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度 独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代半導体材料・プロセス基盤（ＭＩＲＡＩ）プロジェクト」継続研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度 独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代半導体材料・プロセス基盤（ＭＩＲＡＩ）プロジェクト」継続研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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