(57)【要約】【課題】多孔質絶縁膜を含む半導体装置に関し、配線間容量が低く絶縁性の高い半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】下地基板上に形成された多孔質絶縁材料を含む絶縁膜４４，４８と、絶縁膜４４，４８の少なくとも表面側に形成された溝６０に埋め込まれ、銅を含む配線６４ｂと、絶縁膜４８上及び配線６４ｂ上に形成され、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜６６とを有する。【選択図】図１
2010021401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板上に形成された多孔質絶縁材料を含む絶縁膜と、
前記絶縁膜の少なくとも表面側に形成された溝に埋め込まれ、銅を含む配線と、
前記絶縁膜上及び前記配線上に形成され、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記バリア絶縁膜は、塗布型の絶縁材料により形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記含窒素複素環化合物は、イミダゾール骨格を有する化合物、ピロール骨格を有する化合物、インドール骨格を有する化合物、プリン骨格を有する化合物、ピラゾール骨格を有する化合物、オキサゾール骨格を有する化合物及びチアゾール骨格を有する化合物を含む群から選択される化合物である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記バリア絶縁膜は、連続膜である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
下地基板上に、多孔質絶縁材料を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に、銅を含む配線を形成する工程と、
前記絶縁膜上及び前記配線上に、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜を形成する工程と
を有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５記載の半導体装置の製造方法において、
前記バリア絶縁膜は、絶縁膜形成用組成物を塗布した後、前記絶縁膜形成用組成物を硬化させることにより形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の半導体装置の製造方法において、
前記バリア絶縁膜は、イミダゾール骨格を有する化合物、ピロール骨格を有する化合物、インドール骨格を有する化合物、プリン骨格を有する化合物、ピラゾール骨格を有する化合物、オキサゾール骨格を有する化合物及びチアゾール骨格を有する化合物を含む群から選択される前記含窒素複素環化合物を含む前記絶縁材料により形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線を形成する工程の後、前記バリア絶縁膜を形成する工程の前に、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤により洗浄する工程を更に有する
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８記載の半導体装置の製造方法において、
前記アルコール系溶剤は、イソプロピルアルコール、エタノール又はメタノールである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
前記ケトン系溶剤は、アセトン、メチルエチルケトン又はメチルイソブチルケトンである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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係り、特に、多孔質絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の集積度の増加及び素子密度の向上に伴い、半導体素子の多層化への要求が高まっている。一方、高集積化に伴い配線間隔は狭くなり、配線間の容量増大による配線遅延が問題となってきている。
【０００３】
配線遅延Ｔは、配線抵抗及び配線間の容量により影響を受け、配線抵抗をＲ、配線間の容量をＣとすると、
Ｔ ∝ ＣＲ
として表される。この式において、配線間隔をｄ、電極面積（対向する配線の側面の面積）をＳ、配線間に設けられている絶縁材料の誘電率をεｒ、真空誘電率をε０と表すと、配線間の容量Ｃは、
Ｃ ＝ε０εｒＳ／ｄ
として表される。したがって、配線遅延を小さくするには、絶縁膜の低誘電率化が有効な手段となる。
【０００４】
従来、絶縁材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等の無機膜或いはポリイミドなどの有機系高分子が用いられてきた。しかしながら、半導体デバイスで最も用いられているＣＶＤ−ＳｉＯ２膜の誘電率は約４程度である。また、低誘電率ＣＶＤ膜として検討されているＳｉＯＦ膜は誘電率約３．３〜３．５であるが、吸湿性が高く、吸湿に伴って誘電率が上昇してしまう。
【０００５】
さらに、近年、比誘電率が更に低い絶縁材料として、多孔質絶縁膜が注目されている。多孔質絶縁膜は、膜中に多数の空孔を有する絶縁膜である。
【特許文献１】特開平１０−０８７９８９号公報
【特許文献２】特開２００２−３３４８７２号公報
【特許文献３】特開２００５−１３９２７１号公報
【特許文献４】特開２００５−２９０１９２号公報
【特許文献５】特表２００７−５３１２６５号公報
【非特許文献１】J. J. Applied Physics Vol. 46, No. 3, 2007, pp. 903-906
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多孔質絶縁材料は、空孔を設けることで比誘電率を下げたものであるが、空孔があるが故に強度は低く、ＣＶＤ系絶縁膜を上部に積層する場合には成膜時のプラズマによるダメージを受けやすい。また、ダメージを受けることにより、比誘電率が上昇したり絶縁性が低下したりするなどの特性劣化を生じる虞がある。
【０００７】
本発明の目的は、多孔質絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法に関し、多孔質絶縁膜の受けるダメージを低減し、配線間容量が低く絶縁性の高い配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一観点によれば、下地基板上に形成された多孔質絶縁材料を含む絶縁膜と、前記絶縁膜の少なくとも表面側に形成された溝に埋め込まれ、銅を含む配線と、前記絶縁膜上及び前記配線上に形成され、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜とを有する半導体装置が提供される。
【０００９】
また、実施形態の他の観点によれば、下地基板上に、多孔質絶縁材料を含む絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、開口部を形成する工程と、前記開口部内に、銅を含む配線を形成する工程と、前記絶縁膜上及び前記配線上に、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体装置及びその製造方法によれば、配線からの銅の拡散を防止するバリア絶縁膜の形成の際に、多孔質材料を含む絶縁膜に与えるダメージを低減することができる。これにより、多孔質材料を含む絶縁膜の誘電率の上昇や絶縁性の低下を防止することができ、配線間容量が低く絶縁性の高い半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１乃至図６を用いて説明する。
【００１２】
図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図２乃至図６は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００１３】
まず、本実施形態による半導体装置の構造について図１を用いて説明する。
【００１４】
半導体基板１０の表面側には、素子分離絶縁膜１２が埋め込まれている。素子分離絶縁膜１２により画定された半導体基板１０の活性領域上には、半導体基板１０上にゲート絶縁膜１４を介して形成されたゲート電極１６と、ゲート電極１６の両側の半導体基板１０内に形成されたソース／ドレイン領域１８とを有するＭＩＳトランジスタ２０が形成されている。
【００１５】
ＭＩＳトランジスタ２０が形成された半導体基板１０上には、層間絶縁膜２２が形成されている。層間絶縁膜２２にはソース／ドレイン領域１８に接続されたコンタクトプラグ２４が埋め込まれている。
【００１６】
コンタクトプラグ２４が埋め込まれた層間絶縁膜２２上には、エッチングストッパ膜２６と、多孔質絶縁材料の層間絶縁膜２８とが形成されている。層間絶縁膜２８及びエッチングストッパ膜２６には、コンタクトプラグ２４に接続された配線４０が埋め込まれている。
【００１７】
配線４０が埋め込まれた層間絶縁膜２８上には、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜４２と、多孔質絶縁材料の層間絶縁膜４４と、エッチングストッパ膜４６と、多孔質絶縁材料の層間絶縁膜４８とが形成されている。バリア絶縁膜４２、層間絶縁膜４４及びエッチングストッパ膜４６には、ビアプラグ６４ａが埋め込まれている。層間絶縁膜４８には、ビアプラグ６４ａと一体形成された配線６４ｂが埋め込まれている。
【００１８】
配線６４ｂが埋め込まれた層間絶縁膜４８上には、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜６６が形成されている。バリア絶縁膜６６上には、配線６８を含む多層配線層７０が形成されている。
【００１９】
多層配線層７０上には、エッチングストッパ膜７２及び層間絶縁膜７４が形成されている。層間絶縁膜７４及びエッチングストッパ膜７２には、配線６８に接続されたコンタクトプラグ７８が埋め込まれている。
【００２０】
コンタクトプラグ７８が埋め込まれた層間絶縁膜７４上には、コンタクトプラグ７８を介して配線６８に接続されたパッド電極８０が形成されている。パッド電極８０が形成された層間絶縁膜７４上には、パッド電極８０上に開口部８４を有するパッシベーション膜８２が形成されている。
【００２１】
このように、本実施形態による半導体装置では、多孔質絶縁材料の層間絶縁膜２８，４８上に形成されたバリア絶縁膜４２，６６が、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜４２により形成されている。バリア絶縁膜４２の主たる目的は、配線４０，６４ｂの主たる構成材料である銅（Ｃｕ）が層間絶縁膜中に拡散するのを防止することである。含窒素複素環化合物を含む絶縁材料は、含窒素複素環化合物の骨格中の非共有電子対を有する窒素がＣｕを捕獲し、Ｃｕの拡散防止に寄与する。これにより、Ｃｕの拡散バリアとして機能する。
【００２２】
含窒素複素環化合物としては、特に限定されるものではないが、含窒素五員環化合物若しくは含窒素六員環化合物又はこれらの誘導体、例えば、イミダゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリイミダゾール系ポリマー）、ピロール骨格を有する化合物（例えば、ポリピロール系ポリマー）、インドール骨格を有する化合物（例えば、ポリインドール系ポリマー）、プリン骨格を有する化合物（例えば、ポリプリン系ポリマー）、ピラゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリピラゾール系ポリマー）、オキサゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリオキサゾール系ポリマー）、チアゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリチアゾール系ポリマー）等が挙げられる。これら化合物は、塗布型の絶縁材料であり、塗布（ＳＯＤ：Spin On Dielectric）法により形成が可能である。
【００２３】
Ｃｕの拡散防止膜としては、プラズマＣＶＤ法により成長した膜、例えばＳｉＯＣ膜などが一般的に用いられている。しかしながら、プラズマＣＶＤ法によりバリア絶縁膜を形成する場合、バリア絶縁膜の形成過程において、下地の層間絶縁膜がプラズマに曝される。多孔質絶縁材料は、空孔を設けることで比誘電率を下げたものであるが、空孔があるが故にバルク強度は低く、プラズマに対しても脆弱である。このため、本実施形態のように層間絶縁膜２８，４８を多孔質絶縁材料により形成する場合、バルク絶縁膜の成膜の際のプラズマによって、多孔質絶縁材料の比誘電率が上昇したり絶縁性が低下したりするなどの特性劣化を生じる虞がある。
【００２４】
塗布型の絶縁膜を用いることにより、多孔質絶縁材料の層間絶縁膜２８，４８にダメージを与えることなく、バリア絶縁膜４２，６６を形成することができる。また、上述のバリア絶縁膜材料は、比誘電率が２．７〜３．６程度であり、バリア絶縁膜として一般的に用いられているＳｉＯＣ膜（比誘電率：３．６程度）と比較して同程度以下である。したがって、上述のバリア絶縁膜材料を用いることにより、層間絶縁膜の低誘電率化が可能である。
【００２５】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図２乃至図６を用いて説明する。
【００２６】
まず、例えばシリコン基板である半導体基板１０内に、例えばシャロートレンチ素子分離（ＳＴＩ：Shallow Trench Isolation）法により、素子分離絶縁膜１２を形成する。
【００２７】
次いで、素子分離絶縁膜１２により画定された半導体基板１０の活性領域に、通常のＭＩＳトランジスタの製造方法と同様にして、半導体基板１０上にゲート絶縁膜１４を介して形成されたゲート電極１６と、ゲート電極１６の両側の半導体基板１０内に形成されたソース／ドレイン領域１８とを有するＭＩＳトランジスタ２０を形成する（図２（ａ））。
【００２８】
次いで、ＭＩＳトランジスタ２０が形成された半導体基板１０上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚１．５μｍのリンガラス（ＰＳＧ：Phosphosilicate glass）膜を堆積する。
【００２９】
次いで、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法によりＰＳＧ膜の表面を研磨して平坦化し、表面が平坦化された層間絶縁膜２２を形成する。
【００３０】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜２２に、ソース／ドレイン領域１８に達するコンタクトホールを形成する。
【００３１】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、コンタクトプラグ材料として、例えば膜厚１０ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）膜等のバリアメタルと、例えば膜厚５００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜とを堆積する。
【００３２】
次いで、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜２２上のタングステン膜及び窒化チタン膜を選択的に除去し、コンタクトホール内に埋め込まれ、ソース／ドレイン領域１８に接続されたコンタクトプラグ２４を形成する（図２（ｂ））。
【００３３】
次いで、コンタクトプラグ２４が埋め込まれた層間絶縁膜２２上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚３０ｎｍのシリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）を堆積し、ＳｉＯＣ膜のエッチングストッパ膜２６を形成する。
【００３４】
次いで、エッチングストッパ膜２６上に、例えば塗布（ＳＯＤ：Spin On Dielectric）法により、例えば膜厚１５０ｎｍの多孔質絶縁材料の層間絶縁膜２８を形成する（図２（ｃ））。
【００３５】
塗布型の多孔質絶縁材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、無機ＳＯＧ（silicon on glass）材料であるポーラスＨＳＱ(ハイドロジェンシルセスキオキサン：hydrogensilsesquioxane)や、有機ＳＯＧ材料であるポーラスＭＳＱ(メチルシルセスキオキサン：methylsilsesquioxane)等を適用することができる。
【００３６】
多孔質絶縁材料としては、例えば、有機ＳＯＧに熱分解性樹脂などを添加し、加熱により熱分解させることにより空孔を形成するテンプレートタイプと、アルカリ中でシリカ粒子を形成し、粒子間の間隙を利用して空孔を形成したノンテンプレートタイプとが挙げられる。このうち、微細な空孔を均一に形成できるノンプレートタイプが好適である。ノンテンプレートタイプのポーラスＭＳＱとしては、触媒化成工業社製のＮＣＳシリーズ、ＪＳＲ社製のＬＫＤシリーズなどが挙げられる。
【００３７】
塗布型の絶縁材料を用いた絶縁膜は、例えば、絶縁膜形成用組成物をスピンコートにより塗布する工程と、３５０〜４５０℃程度の温度で絶縁膜形成用組成物をキュアする工程とにより形成することができる。ポーラスＭＳＱの場合、例えば、絶縁膜形成用組成物を塗布した後、４００℃、６０分程度のキュアを行うことにより、形成することができる。このようにして形成したポーラスＭＳＱの層間絶縁膜２８の比誘電率は、例えば２．４程度である。
【００３８】
次いで、層間絶縁膜２８上に、フォトリソグラフィにより、コンタクトプラグ２４に接続される配線を埋め込むための配線溝の形成領域に開口部３２を有するフォトレジスト膜３０を形成する。
【００３９】
次いで、フォトレジスト膜３０をマスクとして層間絶縁膜２８及びエッチングストッパ膜２６をドライエッチングし、層間絶縁膜２８及びエッチングストッパ膜２６に、コンタクトプラグ２４に達する配線溝３４を形成する（図３（ａ））。
【００４０】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜３０を除去する。
【００４１】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１５ｎｍのタンタル（Ｔａ）膜を形成し、Ｔａ膜のバリアメタル膜３６を形成する。
【００４２】
次いで、バリアメタル膜３６上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚５０ｎｍの銅（Ｃｕ）を堆積し、Ｃｕ膜のシード膜（図示せず）を堆積する。
【００４３】
次いで、例えば電気めっき法により、シード膜をシードとしてＣｕ膜を成長し、シード層と併せたトータルの膜厚が例えば３００ｎｍのＣｕ膜３８を形成する。
【００４４】
次いで、例えばＣＭＰ法により、絶縁膜２８上のＣｕ膜３８及びバリアメタル３６を選択的に除去し、配線溝３４内に埋め込まれた配線４０を形成する（図３（ｂ））。
【００４５】
次いで、配線４０が埋め込まれた層間絶縁膜２８の表面を、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤により洗浄する。アルコール系溶剤としては、特に限定されるものではないが、室温で安定に液状を保つ物質であることが望ましく、例えば、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール等を適用することができる。また、ケトン系溶剤としては、特に限定されるものではないが、室温で安定に液状を保つ物質であることが望ましく、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等を適用することができる。
【００４６】
次いで、配線４０が埋め込まれた層間絶縁膜２８上に、ＳＯＤ法により、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜４２を形成する（図３（ｃ））。
【００４７】
なお、前述のアルコール系溶剤又はケトン系溶剤を用いた洗浄工程は、バリア絶縁膜４２を堆積する際の前処理に相当する。バリア絶縁膜の形成にプラズマＣＶＤ法等のＳＯＤ法ではない成膜プロセスを用いる場合には、成膜前にプラズマ処理を行うなど、成膜装置内での前処理が可能である。一方、本実施形態ではＳＯＤ法によりバリア絶縁膜４２を形成するため、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤を用いて洗浄を行い、バリア絶縁膜４２の形成面を清浄化している。
【００４８】
バリア絶縁膜４２をＳＯＤ法により形成するのは、多孔質絶縁材料の層間絶縁膜２８にダメージを与えることなく、バリア絶縁膜４２を形成するためである。
【００４９】
バリア絶縁膜４２は、配線４０からのＣｕの拡散を防止するための膜であり、高密度の絶縁膜を用いるのが一般である。このような絶縁膜としては、プラズマＣＶＤ法により成長した膜、例えばＳｉＯＣ膜などが一般的に用いられている。しかしながら、プラズマＣＶＤ法によりバリア絶縁膜を形成する場合、バリア絶縁膜の形成過程において、下地の層間絶縁膜がプラズマに曝される。
【００５０】
多孔質絶縁材料は、空孔を設けることで比誘電率を下げたものであるが、空孔があるが故にバルク強度は低く、プラズマに対しても脆弱である。このため、本実施形態のように層間絶縁膜２８を多孔質絶縁材料により形成する場合、バルク絶縁膜の成膜の際のプラズマによって、多孔質絶縁材料の比誘電率が上昇したり絶縁性が低下したりするなどの特性劣化を生じる虞がある。
【００５１】
そこで、本実施形態では、バリア絶縁膜４２の形成に、成膜過程で下地材料にダメージを与えることのないＳＯＤ法を適用している。
【００５２】
含窒素複素環化合物としては、特に限定されるものではないが、イミダゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリイミダゾール系ポリマー）、ピロール骨格を有する化合物（例えば、ポリピロール系ポリマー）、インドール骨格を有する化合物（例えば、ポリインドール系ポリマー）、プリン骨格を有する化合物（例えば、ポリプリン系ポリマー）、ピラゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリピラゾール系ポリマー）、オキサゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリオキサゾール系ポリマー）、チアゾール骨格を有する化合物（例えば、ポリチアゾール系ポリマー）等が挙げられる。含窒素複素環化合物を含む絶縁材料によってバリア絶縁膜を形成するのは、含窒素複素環化合物の骨格中の非共有電子対を有する窒素の存在が、Ｃｕの拡散防止に寄与するためである。
【００５３】
以下に、ポリイミダゾール系ポリマーのバリア絶縁膜４２を形成する方法の一例を示す。
【００５４】
まず、例えば、第１のモノマーとしての１，３，５−トリカルボキシルアダマンタンと、第２のモノマーとしてのＮ，Ｎ，Ｎ−トリイソプロピリデンビフェニル−１，３，４，３’−テトラアミンと、溶剤とを含むバリア絶縁膜形成用組成物を調製する。
【００５５】
なお、第１のモノマーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、１つ以上のカルボキシル基を有するアダマンタン誘導体、例えば、１−カルボキシルアダマンタン誘導体、１，３−ジカルボキシルアダマンタン誘導体、１，３，５−トリカルボキシルアダマンタン誘導体、１，３，５，７−テトラカルボキシルアダマンタン誘導体等を適用することができる。これらアダマンタン誘導体を混合して用いてもよい。また、第２のモノマーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、２以上のアミノ基を有するジアミン誘導体、トリアミン誘導体類、テトラアミン誘導体類を適用することができる。
【００５６】
次いで、このバリア絶縁膜形成用組成物を、配線が埋め込まれた層間絶縁膜２８上に、スピンコータを用いて塗布する。
【００５７】
次いで、ホットプレートにより、３５０〜４５０℃の温度範囲、例えば４００℃、１時間の熱処理を行い、バリア絶縁膜形成用組成物を重合・硬化する。これにより、膜厚２０〜５０ｎｍ程度、例えば３０ｎｍのポリイミダゾール系ポリマーのバリア絶縁膜４２を形成する。
【００５８】
バリア絶縁膜４２の形成の際には、加熱処理に加え、紫外線照射を行ってもよい。紫外線の照射は、バリア絶縁膜形成用組成物の重合反応の促進に寄与する。照射する紫外線としては、短波長の紫外線又は１５０〜５００ｎｍの波長の複数波長を含むブロードバンドの紫外線を適用することができる。例えば、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの複数波長を含み４．９〜６．７ｅＶの電子エネルギーを有する紫外線を用いることができる。
【００５９】
なお、本実施形態のバリア絶縁膜形成用組成物には、テンプレートタイプの多孔質絶縁材料に含まれているような犠牲有機分子は含まれていない。犠牲有機分子を含む材料では、犠牲有機分子が膜から抜け出るときに膜中に空孔が形成される。これに対し、本実施形態のバリア絶縁膜形成用組成物には犠牲有機分子が含まれないため、形成したバリア絶縁膜４２中には空孔は形成されない。本願明細書では、膜中に空孔が形成されていない膜を「連続膜」と表現することもある。
【００６０】
このようにして形成したポリイミダゾール系ポリマーのバリア絶縁膜４２の比誘電率は、２．９程度であり、一般的なＳｉＯＣ膜の比誘電率である３．６と比較して極めて低い値である。
【００６１】
次いで、このようにして形成したバリア絶縁膜４２上に、例えばＳＯＤ法により、例えば膜厚１５０ｎｍの多孔質絶縁材料の層間絶縁膜４４を形成する。層間絶縁膜４４の形成には、上述の層間絶縁膜２８と同様の形成方法及び材料を適用することができる。
【００６２】
次いで、層間絶縁膜４４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＳｉＯＣ膜を堆積し、ＳｉＯＣ膜のエッチングストッパ膜４６を形成する。
【００６３】
次いで、エッチングストッパ膜４６上に、例えばＳＯＤ法により、例えば膜厚１５０ｎｍの多孔質絶縁材料の層間絶縁膜４８を形成する（図４（ａ））。層間絶縁膜４８の形成には、上述の層間絶縁膜２８と同様の形成方法及び構成材料を適用することができる。
【００６４】
次いで、層間絶縁膜４８上に、フォトリソグラフィにより、配線４０に接続されるビアホールの形成予定領域に開口部５２を有するフォトレジスト膜５０を形成する。
【００６５】
次いで、フォトレジスト膜５０をマスクとして、層間絶縁膜４８、エッチングストッパ膜４６及び層間絶縁膜４４を順次ドライエッチングし、バリア絶縁膜４２に達するビアホール５４を形成する（図４（ｂ））。
【００６６】
ポリイミダゾール系ポリマーのバリア絶縁膜４２中に含まれる窒素の存在により、多孔質絶縁材料よりなる層間絶縁膜４４とバリア絶縁膜４２との間において、エッチング選択性を確保することができる。層間絶縁膜４８、エッチングストッパ膜４６及び層間絶縁膜４４をエッチングする際に、例えばＣ４Ｆ６ガスを用いることにより、バリア絶縁膜４２に対して１０程度の選択比を確保することができる。
【００６７】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜５０を除去する。
【００６８】
次いで、ビアホール５４が形成された層間絶縁膜４８上に、フォトリソグラフィにより、ビアホール５４に接続される配線を埋め込むための配線溝の形成予定領域に開口部５８を有するフォトレジスト膜５６を形成する。
【００６９】
次いで、フォトレジスト膜５６をマスクとして及びエッチングストッパ膜４６をストッパとして、層間絶縁膜４８をドライエッチングし、層間絶縁膜４８に、エッチングストッパ膜４６に達する配線溝６０を形成する。
【００７０】
次いで、フォトレジスト膜５６及びエッチングストッパ膜４６をマスクとして、バリア絶縁膜４２をドライエッチングし、ビアホール５４を配線４０上まで開口する（図５（ａ））。バリア絶縁膜４２は、例えば、窒素を含むフッ素化合物を用いることにより、層間絶縁膜４４，４８及びエッチングストッパ膜４６に対して選択的にエッチングすることができる。
【００７１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜５６を除去する。
【００７２】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１５ｎｍのＴａを堆積し、Ｔａ膜のバリアメタル膜６１を形成する。
【００７３】
次いで、バリアメタル膜６１上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚５０ｎｍの銅（Ｃｕ）を堆積し、Ｃｕ膜のシード膜（図示せず）を堆積する。
【００７４】
次いで、例えば電気めっき法により、シード膜をシードとしてＣｕ膜を成長し、シード層と併せたトータルの膜厚が例えば３００ｎｍのＣｕ膜６２を形成する。
【００７５】
次いで、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜４８上のＣｕ膜６２及びバリアメタル膜６１を選択的に除去し、ビアホール５４内に埋め込まれたビアプラグ６４ａと、配線溝６０に埋め込まれた配線６４ｂとを一体形成する（図５（ｂ））。なお、なお、このようにビアプラグ６４ａと配線６４ｂとを一体形成する製造プロセスは、デュアルダマシン法と称される。
【００７６】
次いで、配線６４ｂが埋め込まれた層間絶縁膜４８の表面を、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤により洗浄する。本工程は、上述のバリア絶縁膜４２の形成前に行う前処理工程と同様である。
【００７７】
次いで、配線６４ｂが埋め込まれた層間絶縁膜４８上に、例えばバリア絶縁膜４２の形成方法と同様にして、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜６６を形成する（図６（ａ））。
【００７８】
この後、上記と同様の配線形成プロセスを行い、配線を含む多層配線層７０を形成する。
【００７９】
次いで、多層配線層７０上に、例えばＣＶＤ法により、例えばＳｉＯＣ膜のエッチングストッパ膜７２と、シリコン酸化膜の層間絶縁膜７４を形成する。
【００８０】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜７４及びエッチングストッパ膜７２に、配線６８に達するコンタクトホール７６を形成する。
【００８１】
次いで、例えばコンタクトプラグ２４の形成方法と同様にして、コンタクトホール７６内に、配線６８に接続されたコンタクトプラグ７８を形成する。
【００８２】
次いで、コンタクトプラグが埋め込まれた層間絶縁膜上に、例えばスパッタ法により、アルミニウム（Ａｌ）膜を形成する。
【００８３】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、このアルミニウム膜をパターニングし、コンタクトプラグ７８を介して配線６８に接続されたパッド電極８０を形成する。
【００８４】
次いで、パッド電極８０が形成された層間絶縁膜７４上に、例えばＣＶＤ法により、窒化シリコンを堆積し、窒化シリコン膜のパッシベーション膜８２を形成する。
【００８５】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、パッシベーション膜８２に、電極パッドを露出する開口部８４を形成する。
【００８６】
こうして、図１に示す本実施形態による半導体装置を完成する。
【００８７】
このように、本実施形態によれば、配線からの銅の拡散を防止するバリア絶縁膜の形成の際に、多孔質材料を含む絶縁膜に与えるダメージを低減することができる。これにより、多孔質材料を含む絶縁膜の誘電率の上昇や絶縁性の低下を防止することができ、配線間容量が低く絶縁性の高い半導体装置を実現することができる。
【００８８】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８９】
例えば、上記実施形態では、含窒素複素環化合物を含む絶縁材料のバリア絶縁膜４２，６６を形成する前に、前処理として、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤による洗浄処理を行っているが、本工程は必ずしも行う必要はない。
【００９０】
また、上記実施形態では、デュアルダマシンプロセスに用いる中間ストッパ層（エッチングストッパ膜４６）として、プラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＯＣ膜を用いたが、バリア絶縁膜４２，６６と同様の含窒素複素環化合物を含む絶縁材料を用いてもよい。これにより、エッチングストッパ膜４６を形成する際に層間絶縁膜４４に加わるダメージを低減することができる。
【００９１】
また、本発明は、上記実施形態に開示の半導体装置の構造及びその製造方法に限定されるものではなく、下地基板上に形成された多孔質絶縁膜に埋め込まれた銅配線を有する半導体装置の製造に広く適用することができる。半導体装置を形成する各層の膜厚や構成材料についても、適宜変更することができる。
【００９２】
なお、本願明細書において下地基板とは、シリコン基板等の半導体基板そのもののみならず、トランジスタなどの素子や配線層が形成された半導体基板をも含むものである。
【実施例】
【００９３】
［実施例１］
バリア絶縁膜４２，６６としてポリイミダゾール系ポリマーを、層間絶縁膜２８，４４，４６として触媒化成工業株式会社製の「ＮＣＳ」（比誘電率：２．４）を用い、上述の実施形態に記載の製造プロセスにより半導体装置を製造した。
【００９４】
製造した半導体装置において、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）が７０／７０ｎｍ、厚さ１３０ｎｍの櫛歯型の配線（総対向配線長：２０００００μｍ）における印加電圧２Ｖ印加時のリーク電流を測定したところ、１×１０−１４Ａ以下の良好な特性を有していた。また、配線間容量は、０．１０ｐＦであった。
【００９５】
［比較例１］
バリア絶縁膜４２，６６として、テトラメチルシラン及び炭酸ガスを用いたＣＶＤ法により堆積したＳｉＯＣ膜を用いるほかは、実施例１と同様にして半導体装置を製造した。
【００９６】
製造した半導体装置において、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）が７０／７０ｎｍ、厚さ１３０ｎｍの櫛歯型の配線（総対向配線長：２０００００μｍ）における印加電圧２Ｖ印加時のリーク電流を測定したところ、１×１０−７Ａ程度であり、配線間リークが発生していた。また、配線間容量は、０．１３ｐＦであった。
【００９７】
［実施例２］
バリア絶縁膜４２，６６としてポリイミダゾール系ポリマーを、層間絶縁膜２８，４４，４６として日本ＡＳＭ社製の「ＡｕｒｏｒａＵＬＫ」（比誘電率：２．６）を用い、上述の実施形態に記載の製造プロセスにより半導体装置を製造した。
【００９８】
製造した半導体装置において、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）が７０／７０ｎｍ、厚さ１３０ｎｍの櫛歯型の配線（総対向配線長：２０００００μｍ）における印加電圧２Ｖ印加時のリーク電流を測定したところ、１×１０−１４Ａ以下の良好な特性を有していた。また、配線間容量は、０．１２ｐＦであった。
【００９９】
［比較例２］
バリア絶縁膜４２，６６として、テトラメチルシラン及び炭酸ガスを用いたＣＶＤ法により堆積したＳｉＯＣ膜を用いるほかは、実施例１と同様にして半導体装置を製造した。
【０１００】
製造した半導体装置において、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）が７０／７０ｎｍ、厚さ１３０ｎｍの櫛歯型の配線（総対向配線長：２０００００μｍ）における印加電圧２Ｖ印加時のリーク電流を測定したところ、１×１０−７Ａ程度であり、配線間リークが発生していた。また、配線間容量は、０．１４ｐＦであった。
【０１０１】
［実施例３］
上述の実施形態に記載の製造プロセスを用い、バリア絶縁膜４２，６６の形成前にアルコール系溶剤又はケトン系溶剤による洗浄処理を行わずに製造した半導体装置と、バリア絶縁膜４２，６６の形成前にアルコール系溶剤又はケトン系溶剤による洗浄処理を行って製造した半導体装置とを用意した。
【０１０２】
これら半導体装置について、Ｗ／Ｓ＝９０／９０ｎｍの櫛歯型パターンのＩ−Ｖ特性を、φ３００ｍｍウェーハ上の面内１６箇所をランダムに測定した。その結果、いずれの半導体装置についても良好なＩ−Ｖ特性が得られたが、アルコール系溶剤又はケトン系溶剤による洗浄処理を行って製造した半導体装置の方がＩ−Ｖ特性のばらつきが小さかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図６】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…半導体基板
１２…素子分離絶縁膜
１４…ゲート絶縁膜
１６…ゲート電極
１８…ソース／ドレイン領域
２０…ＭＩＳトランジスタ
２２，２８，４４，４８，７４…層間絶縁膜
２４，７８…コンタクトプラグ
２６，４６，７２…エッチングストッパ膜
３０，５０，５６…フォトレジスト膜
３２，５２，５８，８４…開口部
３４，６０…配線溝
３６，６１…バリアメタル膜
３８，６２…Ｃｕ膜
４０，６４ｂ，６８…配線
４２，６６…バリア絶縁膜
５４…ビアホール
６４ａ…ビアプラグ
７０…多層配線層
７６…コンタクトホール
８０…パッド電極
８２…パッシベーション膜
【図１】
2010021401.tif 000003
【図２】
2010021401.tif 000004
【図３】
2010021401.tif 000005
【図４】
2010021401.tif 000006
【図５】
2010021401.tif 000007
【図６】
2010021401.tif 000008