(57)【要約】  半導体基板（１０１）の上に空孔形成材（１０７）を含む第２の層間絶縁膜（１０８）を形成する。続いて、第２の層間絶縁膜（１０８）に対して紫外線（ＵＶ）を照射する。この紫外線照射工程において、紫外線を少なくとも２回に分けて照射する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、空孔形成材を含む第１の層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ｂ）は、前記紫外線を少なくとも２回に分けて照射する工程である半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工程（ｂ）は、
前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記空孔形成材を脱離するように、第１の紫外線を照射する工程（ｂ１）と、
前記第１の層間絶縁膜の機械的強度を高めるように、第２の紫外線を照射する工程（ｂ２）とを含み、
前記工程（ｂ１）における前記第１の紫外線の波長と、前記工程（ｂ２）における前記第２の紫外線の波長とは互いに異なる半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の紫外線の波長は、前記第２の紫外線の波長よりも短い半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記第１の紫外線は、１５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であり、
前記第２の紫外線は、２００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線である半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、
前記第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去するように、第３の紫外線を照射する工程（ｂ３）を含み、
前記工程（ｂ２）における前記第２の紫外線の波長と、前記工程（ｂ３）における前記第３の紫外線の波長とは互いに異なる半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の紫外線の波長は、前記第３の紫外線の波長よりも短い半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記第３の紫外線は、３００ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記第１の層間絶縁膜は、比誘電率が２．５以下で且つ空孔径が０．８ｎｍ以上である半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記空孔形成材は、炭化水素系材料である半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）よりも後に、前記第１の層間絶縁膜に複数の第１の配線を形成する工程（ｃ）をさらに備えている半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記工程（ｃ）よりも後に、
前記第１の層間絶縁膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、
前記第２の層間絶縁膜に複数の第２の配線を形成する工程（ｅ）とをさらに備え、
前記工程（ｅ）において、前記第２の層間絶縁膜には、少なくとも２回に分けた紫外線照射を行わない半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記工程（ｅ）において、前記第２の層間絶縁膜に対して紫外線照射を行わない半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
前記第１の配線における配線同士の間隔は、前記第２の配線における配線同士の間隔よりも小さい半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）における前記紫外線の光源は、１種類である半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）における少なくとも２回の紫外線照射は、同一装置内で連続的に行われる半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと前記半導体基板との間に設けられ、前記紫外線を分光する分光装置を通して前記紫外線を照射する半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記分光装置は、回折格子を備えており、
前記回折格子の角度を調節することにより、前記紫外線を分光する半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと前記半導体基板との間に設けられたフィルタを通して前記紫外線を照射する半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記フィルタは、前記半導体基板の主面の面内方向に可動に設けられている半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１５のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと前記半導体基板との間に配されたガスを通して前記紫外線を照射する半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記ガスは、前記紫外線ランプと前記半導体基板との間に流されている半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項１において、
前記工程（ｂ）は、前記空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線を照射する構成、前記第１の層間絶縁膜の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線を照射する構成、及び前記第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去する波長を持つ第３の紫外線を照射する構成を備えた製造装置により実行される半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
半導体基板の上に、空孔形成材を含む層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ｂ）において、前記紫外線には、１８０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線を用いる半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記工程（ｂ）は、前記紫外線を照射することにより、前記層間絶縁膜に含まれる前記空孔形成材を脱離させ、且つ前記層間絶縁膜の機械的強度を高める半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
半導体基板の上に形成され、複数の第１の配線が形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜の上に形成され、複数の第２の配線が形成された第２の層間絶縁膜とを備え、
前記第１の層間絶縁膜の誘電率は、前記第２の層間絶縁膜の誘電率よりも低い半導体装置。
【請求項２６】
請求項２５において、
少なくとも前記第１の層間絶縁膜は空孔を有しており、
前記第１の層間絶縁膜の空孔率は、前記第２の層間絶縁膜の空孔率よりも高い半導体装置。
【請求項２７】
請求項２５又は２６において、
前記第２の層間絶縁膜の膜強度は、前記第１の層間絶縁膜の膜強度よりも高い半導体装置。
【請求項２８】
請求項２５〜２７のいずれか１項において、
前記第１の配線における配線同士の間隔は、前記第２の配線における配線同士の間隔よりも小さい半導体装置。
【請求項２９】
請求項２５〜２８のいずれか１項において、
前記第１の層間絶縁膜には、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔が形成されている半導体装置。
【請求項３０】
請求項２５〜２９のいずれか１項において、
前記第１の層間絶縁膜は、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔を有する炭素含有酸化シリコン膜である半導体装置。
【請求項３１】
請求項２５〜３０のいずれか１項において、
前記第２の層間絶縁膜は、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜である半導体装置。
【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し、特に、層間絶縁膜に配線を形成する配線技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化に伴う配線寸法の縮小により、配線間容量が増大し、配線のＲＣ遅延が問題となっている。このため、層間絶縁膜の低誘電率化が求められている。層間絶縁膜を低誘電率化する方法の１つとして、空孔形成材を用いて絶縁膜中に多数の空孔を形成する技術が知られている。空孔形成材を脱離させる方法としては、熱アニール又はＵＶ（紫外線）照射等が挙げられる。半導体製造装置のスループット向上の観点からＵＶ照射による空孔形成材の脱離が有効とされている。しかしながら、低誘電率化を図るために、絶縁膜中に空孔を形成するため、膜の機械的強度が極端に低下して、配線歩留まり、信頼性及びアセンブリ耐性が悪化してしまう。この不具合を解決する手法として、以下の特許文献１に記載のように、半導体製造装置のスループット向上の観点からＵＶ照射による膜硬化（ＵＶキュア）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／０４３２０６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、空孔形成材を用いて絶縁膜中に空孔を形成し、且つ、膜の機械的強度を増大させるために、波長を考慮することなくＵＶ照射を行った場合は、膜中の化学結合の切断によるダメージによって層間絶縁膜が吸湿する。これにより、比誘電率が上昇し、さらには水分がリークパスとなって配線間耐圧劣化する等の半導体装置の歩留まり及びその信頼性を大きく低下させてしまうという問題がある。【０００５】
本発明は、前記従来の問題を鑑み、空孔が形成された低誘電率絶縁膜に金属配線（例えば銅配線）を形成する場合に、高歩留り且つ高信頼性且つ高性能な半導体装置を得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造方法を、空孔を有する低誘電率絶縁膜を形成する際に、互いに波長が異なるＵＶ照射を少なくとも２回に分けて行う構成とする。【０００７】
具体的に、本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成され、複数の第１の配線が形成された第１の層間絶縁膜と、第１の層間絶縁膜の上に形成され、複数の第２の配線が形成された第２の層間絶縁膜とを備え、第１の層間絶縁膜の誘電率は、第２の層間絶縁膜の誘電率よりも低いことを特徴とする。【０００８】
本発明の半導体装置は、高速動作及び低消費電力を実現するために、半導体装置の下層の層間絶縁膜に誘電率が低い絶縁膜を用いている。また、上層配線においては、配線幅及び配線分離幅が下層配線よりも広いことから、配線のＲＣ遅延が大きな問題とならず、このため、上層の層間絶縁膜に誘電率がそれほど低くない絶縁膜を用いている。このような構成とすることによって、より上層の層間絶縁膜に対しては、製造コストを低減することができる。【０００９】
本発明の半導体装置において、少なくとも第１の層間絶縁膜は空孔を有しており、第１の層間絶縁膜の空孔率は、第２の層間絶縁膜の空孔率よりも高いことが好ましい。【００１０】
このようにすると、より下層の第１の層間絶縁膜の誘電率を確実に下げることができる。【００１１】
本発明の半導体装置において、第２の層間絶縁膜の膜強度は、第１の層間絶縁膜の膜強度よりも高いことが好ましい。【００１２】
このようにすると、アセンブリ耐性がより向上する。【００１３】
本発明の半導体装置において、第１の配線における配線同士の間隔は、第２の配線における配線同士の間隔よりも小さいことが好ましい。【００１４】
このように、配線同士の間隔が小さくなるように配線が形成されている第１の層間絶縁膜に、誘電率が低い絶縁膜を用いているため、高速動作及び低消費電力を実現することが可能となる。【００１５】
本発明の半導体装置において、第１の層間絶縁膜には、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔が形成されていることが好ましい。【００１６】
本発明の半導体装置において、第１の層間絶縁膜には、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔を有する炭素含有酸化シリコン膜を用いることができる。【００１７】
本発明の半導体装置において、第２の層間絶縁膜には、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜を用いることができる。【００１８】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、空孔形成材を含む第１の層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、工程（ｂ）は、紫外線を少なくとも２回に分けて照射する工程であることを特徴とする。【００１９】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程において、紫外線を少なくとも２回に分けて照射するため、各回の波長を変えて多段階に照射することにより、低誘電率化と、機械的強度の向上とを同時に図ることができる。【００２０】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、第１の層間絶縁膜に含まれる空孔形成材を脱離するように、第１の紫外線を照射する工程（ｂ１）と、第１の層間絶縁膜の機械的強度を高めるように、第２の紫外線を照射する工程（ｂ２）とを含み、工程（ｂ１）における第１の紫外線の波長と、工程（ｂ２）における第２の紫外線の波長とは互いに異なることが好ましい。【００２１】
この場合に、第１の紫外線の波長は、第２の紫外線の波長よりも短いことが好ましい。【００２２】
このようにすると、紫外線の波長が短い方が空孔形成材の脱離速度が速いことから、スループットが向上し、且つ製造コストを低減することができる。【００２３】
また、この場合に、第１の紫外線は、１５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であり、第２の紫外線は、２００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であることが好ましい。【００２４】
このように、紫外線の波長が、２００ｎｍ以下であると、空孔形成材の脱離速度が速く、波長が２００ｎｍ以上であると、ダメージを与えることなく膜強度を向上することができる。【００２５】
また、この場合に、工程（ｂ）は、第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去するように、第３の紫外線を照射する工程（ｂ３）を含み、工程（ｂ２）における第２の紫外線の波長と、工程（ｂ３）における第３の紫外線の波長とは互いに異なることが好ましい。【００２６】
このようにすると、第３の紫外線を照射することにより、第１の層間絶縁膜に誘電率の上昇の原因となるダメージ結合が生じた場合にも、ダメージ結合を除去することができるため、第１の増刊絶縁膜の誘電率の上昇を抑えることができる。【００２７】
この場合に、第１の紫外線の波長は、第３の紫外線の波長よりも短いことが好ましい。【００２８】
また、この場合に、第３の紫外線は、３００ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であることが好ましい。【００２９】
このようにすると、第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合をほぼ完全に除去することが可能となる。【００３０】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の層間絶縁膜は、比誘電率が２．５以下で且つ空孔径が０．８ｎｍ以上であることが好ましい。【００３１】
第１の半導体装置の製造方法において、空孔形成材には、炭化水素系材料を用いることができる。【００３２】
第１の半導体装置の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、第１の層間絶縁膜に複数の第１の配線を形成する工程（ｃ）をさらに備えていてもよい。【００３３】
この場合に、工程（ｃ）よりも後に、第１の層間絶縁膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、第２の層間絶縁膜に複数の第２の配線を形成する工程（ｅ）とをさらに備え、工程（ｅ）において、第２の層間絶縁膜には、少なくとも２回に分けた紫外線照射を行わないことが好ましい。【００３４】
このようにすると、高速動作及び低消費電力を実現するために、半導体装置のより下層の層間絶縁膜として誘電率が低い絶縁膜を形成することができる。また、上層配線においては、配線幅及び配線分離幅が下層配線よりも広いことから、配線のＲＣ遅延が大きな問題とはならない。このため、上層の層間絶縁膜として誘電率がそれほど低くない絶縁膜を用いることができる。従って、より上層の層間絶縁膜に対しては、製造コストを低減することができる。【００３５】
この場合に、工程（ｅ）において、第２の層間絶縁膜に対して紫外線照射を行わないことが好ましい。【００３６】
また、この場合に、第１の配線における配線同士の間隔は、第２の配線における配線同士の間隔よりも小さいことが好ましい。【００３７】
このように、配線同士の間隔が小さくなるように配線が形成された第１の層間絶縁膜に、誘電率が低い絶縁膜を使用するため、高速動作及び低消費電力を実現することができる。【００３８】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）における紫外線の光源は、１種類であってもよい。【００３９】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）における少なくとも２回の紫外線照射は、同一装置内で連続的に行われることが好ましい。【００４０】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと半導体基板との間に設けられ、紫外線を分光する分光装置を通して紫外線を照射してもよい。【００４１】
この場合に、分光装置は回折格子を備えており、回折格子の角度を調節することにより、紫外線を分光してもよい。【００４２】
また、第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと半導体基板との間に設けられたフィルタを通して紫外線を照射してもよい。【００４３】
この場合に、フィルタは、半導体基板の主面の面内方向に可動に設けられていてもよい。【００４４】
また、第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと半導体基板との間に配されたガスを通して紫外線を照射してもよい。【００４５】
この場合に、ガスは、紫外線ランプと半導体基板との間に流されていてもよい。【００４６】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線を照射する構成、第１の層間絶縁膜の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線を照射する構成、及び第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去する波長を持つ第３の紫外線を照射する構成を備えた製造装置により実行されてもよい。【００４７】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、空孔形成材を含む層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、工程（ｂ）において、紫外線には、１８０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線を用いることを特徴とする。【００４８】
第２の半導体装置の製造方法によると、層間絶縁膜に照射する紫外線に、波長の主成分が１８０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を用いているため、少なくとも２回に分けた多段階照射を行わなくても、空孔形成材の脱離と層間絶縁膜の機械的強度の向上とを同時に実現することができる。【００４９】
第２の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、紫外線を照射することにより、層間絶縁膜に含まれる空孔形成材を脱離させ、且つ層間絶縁膜の機械的強度を高めることが好ましい。【００５０】
なお、以上の特徴を矛盾が生じないように適宜組み合わせることができることはいうまでもない。また、それぞれの特徴において、効果が複数期待できるときも、全ての効果を発揮できなければいけないわけではない。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、空孔形成材を含む層間絶縁膜に対して、膜中の空孔形成による低誘電率化と機械的強度の向上とを同時に実現できる。これにより、水分吸着による比誘電率上昇及び配線間耐圧劣化が抑制されるので、半導体装置の歩留まり及び信頼性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す要部の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｊ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図４】図４（ａ）は空孔形成材の脱離速度のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図４（ｂ）は膜強度の増加率のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図４（ｃ）は膜中のダメージ結合量のＵＶ波長依存性を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｋ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図７】図７（ａ）は空孔形成材の脱離速度のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図７（ｂ）は膜強度の増加率のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図７（ｃ）は膜中のダメージ結合量のＵＶ波長依存性を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法及び第２の製造方法を実現する、分光装置を備えた第１の製造装置を示す模式的な断面図である。
【図９】図９は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法及び第２の製造方法を実現する、フィルタを備えた第２の製造装置を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法及び第２の製造方法を実現する、フィルタチャンバを備えた第３の製造装置を示す模式的な断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｉ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第３の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第３の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は空孔形成材の脱離速度のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図１３（ｂ）は膜強度の増加率のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図１３（ｃ）は膜中のダメージ結合量のＵＶ波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
（一実施形態）
本発明の一実施形態に係る半導体装置を、図１を参照して説明する。なお、本発明で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００５４】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、複数の半導体素子が形成された、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板（図示せず）の上に形成された第１構造と、第１構造の上に形成された第２構造と、第２構造の上に形成された第３構造とを有している。
【００５５】
ここで、第１構造は、第１の層間絶縁膜１０１と、第１の層間絶縁膜に形成された第１の配線１０５とを有している。
【００５６】
第２構造は、第１構造の上に形成された第１のライナ膜１０６と、第１のライナ膜１０６の上に形成された第２の層間絶縁膜１０８と、第２の層間絶縁膜１０８に形成された第１のビア１１５と、第２の層間絶縁膜１０８に形成され、第１のビア１１５と接続される第２の配線１１４とを有している。ここで、第２構造は、実質的に同様な構造が２層分積層された積層構造である。なお、それぞれの配線構造の間には、ライナ膜１１６が形成されていてもよい。
【００５７】
第３構造は、第２構造の上に形成された第２のライナ膜１１６と、第２のライナ膜１１６の上に形成された第４の層間絶縁膜１１７と、第４の層間絶縁膜１１７に形成された第２のビア１２４と、第４の層間絶縁膜１１７に形成され、第２のビア１２４と接続される第３の配線１２３とを有している。
【００５８】
ここで、第２構造中の第２の層間絶縁膜１０８は、第３構造中の第４の層間絶縁膜１１７よりも誘電率が低い。すなわち、第２の層間絶縁膜１０８は、空孔を多数有する絶縁膜から構成されており、具体的には、空孔形成材（例えばポロジェン）を含ませた炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜から空孔形成材を脱離させることによって形成された絶縁膜から構成されている。一方、第４の層間絶縁膜１１７は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は空孔形成材を含まないＳｉＯＣ膜から形成されている。従って、第２の層間絶縁膜１０８は、第４の層間絶縁膜１１７よりも空孔率が高く、誘電率が低い。また、第４の層間絶縁膜１１７は第２の層間絶縁膜１０８よりも空孔率が低いため、第４の層間絶縁膜１１７の方が膜強度は高い。ここで、第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その空孔径の平均値は約０．８ｎｍ以上であり、弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以上である。一方、第４の層間絶縁膜１１７の比誘電率は約２．７以上である。
【００５９】
以上のように、本実施形態においては、高速動作及び低消費電力を実現する必要性が高い、より下層の層間絶縁膜、ここでは第２の層間絶縁膜１０８に誘電率が低い絶縁性材料を用いている。また、高速動作及び低消費電力をそれほど必要としない、より上層の層間絶縁膜、ここでは第４の層間絶縁膜１１７に、誘電率がそれほど低くない絶縁性材料を用いている。このような構成とすることにより、より上層の層間絶縁膜に対しては、低誘電率化のためのコストを低減することができるという効果がある。
【００６０】
また、図１に示すように、第２構造における第２の配線１１４は、互いの距離が第３構造における第３の配線１２３同士の距離よりも短くなるように配置されている。配線同士の間の距離が短い方が、配線間の誘電率を低減する必要性が高いからである。
【００６１】
また、第２構造として、２層の積層構造を図示して説明したが、３層以上の積層構造であってもよい。また、第３構造として、１層の積層構造を図示して説明したが、２層以上の積層構造でもよい。
【００６２】
なお、第１の層間絶縁膜１０１は、膜厚が約２００ｎｍのＳｉＯＣからなる絶縁膜であることが好ましく、第１のライナ膜１０６は、膜厚が共に約３０ｎｍの酸素含有炭化シリコン（ＳｉＣＯ）と窒素含有炭化シリコン（ＳｉＣＮ）とが積層された絶縁膜であることが好ましい。
【００６３】
また、例えば、第２の層間絶縁膜１０８の膜厚は、約２００ｎｍであることが好ましく、第２のライナ膜１１６は、膜厚が約６０ｎｍのＳｉＣＮからなる絶縁膜であることが好ましい。
【００６４】
また、第１の配線１０５、第２の配線１１４及び第３の配線１２３の各側面及び底面と、第１のビア１１５及び第２のビア１２４の各側面及び底面には、タンタル（Ｔａ）膜、チタン（Ｔｉ）膜若しくはルテニウム（Ｒｕ）膜又はこれらの窒化膜若しくはこれらの合金等からなる単層膜若しくは積層膜により構成されたバリア膜を設けることが好ましい。
【００６５】
また、各配線１０５、１１４及び１２３と、各ビア１１５及び１２４とには、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いることが好ましい。
【００６６】
（一実施形態の第１の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を図２（ａ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）を参照して説明する。また、本製造方法で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。
【００６７】
図２（ａ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法における各工程の断面構成を示している。
【００６８】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、複数の半導体素子が形成された、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板（図示せず）の上に、膜厚が約２００ｎｍのＳｉＯＣからなる第１の層間絶縁膜１０１を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第１の層間絶縁膜１０１に、互いに間隔をおいた複数の第１の配線形成用溝１０２を形成する。
【００６９】
次に、図２（ｂ）に示すように、スパッタ法及びめっき法により、第１の層間絶縁膜１０１の上に、第１の配線形成用溝１０２を含む全面にわたって、タンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリア膜１０３及び銅膜１０４を順次堆積する。なお、本製造方法においては、バリア膜１０３にＴａ膜とＴａＮ膜との積層膜を用いたが、Ｔａ膜、Ｔｉ膜若しくはＲｕ膜又はこれらの窒化膜若しくは合金等の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。また、第１の配線形成用溝１０２に埋め込む導電膜に銅（Ｃｕ）を用いたが、銅に限られず、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００７０】
次に、図２（ｃ）に示すように、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法により、第１の層間絶縁膜１０１の上の第１の配線形成用溝１０２を除く領域に堆積された不要なバリア膜１０３及び銅膜１０４を除去する。これにより、第１の配線形成用溝１０２にバリア膜１０３と銅膜１０４とからなる第１の配線１０５がそれぞれ形成される。
【００７１】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１の層間絶縁膜１０１及び第１の配線１０５を含む全面にわたって、例えばＣＶＤ法により、膜厚が共に約３０ｎｍのＳｉＣＯ／ＳｉＣＮの積層膜からなる第１のライナ膜１０６を形成する。
【００７２】
次に、図２（ｅ）に示すように、第１のライナ膜１０６の上に、第２の層間絶縁膜として、空孔形成材１０７を含ませた、厚さが約２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１０８を堆積する。
【００７３】
次に、図２（ｆ）に示すように、ＳｉＯＣ膜１０８に、第１の紫外線ＵＶ１を含む第１の紫外線（ＵＶ）照射を行って、空孔形成材１０７を脱離することにより、ＳｉＯＣ膜１０８の膜中に複数の空孔を形成する。このときの第１の紫外線ＵＶ１は、約２００ｎｍ以下の波長成分が、約２００ｎｍ以上の波長成分と比べてその光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約２００ｍＷ／ｃｍ２である。また、このときの空孔が形成されたＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以下である。また、空孔形成材１０７としては、ポロジェンの他に、炭化水素系材料であるα−テルピネンを用いることができる。本製造方法においては、短波長のＵＶ光を照射することにより、空孔形成材の脱離速度を向上させている。このため、半導体製造装置のスループットが向上するというメリットがある。
【００７４】
次に、図２（ｇ）に示すように、第１の紫外線ＵＶ１とは異なる波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を含む第２の紫外線（ＵＶ）照射を行うことにより、ＳｉＯＣ膜１０８の機械的強度を向上させる。このときの第２の紫外線ＵＶ２は、約２００ｎｍ以上の波長成分が、約２００ｎｍ以下の波長成分と比べてその光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約２００ｍＷ／ｃｍ２である。また、この第２の紫外線ＵＶ２を照射した後のＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以上である。このようにＵＶ照射を複数回に分けて多段階で行うことにより、低誘電率で且つ高強度な第２の層間絶縁膜１０８を得ることができる。また、最終的に第２の層間絶縁膜１０８に形成される空孔径の平均値は、約０．８ｎｍ以上である。
【００７５】
多段階のＵＶ照射においては、各波長において膜質変化の役割が異なるため、照射する波長の順番を変えて行った場合でも、すなわち第２の紫外線ＵＶ２を先に照射し、第１の紫外線ＵＶ１を後に照射しても同等の膜質を得ることができる。この第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率が低いほど、配線間容量を下げることができるため、半導体デバイスの高速動作及び低消費電力化を実現することができる。
【００７６】
次に、図２（ｈ）に示すように、第２の層間絶縁膜１０８の上に、膜厚が約１００ｎｍのＳｉＯ２からなる第３の層間絶縁膜１０９を形成する。ここで、ＳｉＯ２からなる第３の層間絶縁膜１０９には、比誘電率が約２．７以上のＳｉＯＣからなる絶縁膜を用いてもよく、またその積層膜でもよい。さらに、ＳｉＯ２からなる第３の層間絶縁膜１０９は、加工時のハードマスクとして用いる場合に、ＳｉＯ２又はＳｉＯＣからなる絶縁膜の上に、ＴｉＮ又はＴａＮ等の金属膜を積層した膜を用いてもよい。また、このように第２の層間絶縁膜１０８の上に第３の層間絶縁膜１０９を形成することにより、その後のエッチング工程又はアッシング工程におけるプラズマが発する光が第２の層間絶縁膜１０８を改質することを抑制することができる。また、エッチング工程又はアッシング工程を行う前に、多段階のＵＶ照射を行って第２の層間絶縁膜１０８の強度を高めているため、エッチング又はアッシングによるプラズマダメージ耐性が向上し、その結果、配線間容量をさらに低減することができる。
【００７７】
次に、図２（ｉ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２の層間絶縁膜１０８と第３の層間絶縁膜１０９に互いに間隔をおいた複数の第２の配線形成用溝１１０を形成する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第１のライナ膜１０６と第２の層間絶縁膜１０８とに第１の配線１０５と接続される第１のビア形成用ホール１１１を形成する。
【００７８】
次に、図２（ｊ）に示すように、スパッタ法及びめっき法により、第３の層間絶縁膜１０９の上に、第２の配線形成用溝１１０と第１のビア形成用ホール１１１とを含む全面にわたって、タンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリア膜１１２、及び銅膜１１３を順次堆積する。なお、本製造方法においては、バリア膜１１２にＴａ膜とＴａＮ膜との積層膜を用いたが、Ｔａ膜、Ｔｉ膜若しくはＲｕ膜又はこれらの窒化膜若しくは合金等の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。また、第２の配線形成用溝１１０と第１のビア形成用ホール１１１とに埋め込む導電膜に銅（Ｃｕ）を用いたが、銅に限られず、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００７９】
次に、図３（ａ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、第３の層間絶縁膜１０９の上の第２の配線形成用溝１１０を除く領域に堆積された不要なバリア膜１１２、銅膜１１３及び第３の層間絶縁膜１０９を除去する。さらに、第２の層間絶縁膜１０８を約２０ｎｍだけ研磨することにより、第２の配線形成用溝１１０と第１のビア形成用ホール１１１とに、それぞれバリア膜１１２及び銅膜１１３からなる第２の配線１１４と第１のビア１１５とを形成する。
【００８０】
この後、図２（ｄ）〜図３（ａ）に示す一連の工程を繰り返すことにより、図３（ｂ）に示す３層の配線構造が形成される。
【００８１】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、３層構造の上に全面にわたって、膜厚が約６０ｎｍのＳｉＣＮからなる第２のライナ膜１１６を形成する。その後、第２のライナ膜１１６の上に、膜厚が約４００ｎｍのＳｉＯＣからなる第４の層間絶縁膜１１７を形成する。その後、第４の層間絶縁膜１１７の上に、膜厚が約１００ｎｍのＳｉＯ２からなる第５の層間絶縁膜１１８を形成する。なお、本製造方法においては、第２のライナ膜にはＳｉＣＮを用いたが、ＳｉＮを用いてもよい。また、ＳｉＯＣからなる第４の層間絶縁膜１１７には、比誘電率が約２．７以上のＳｉＯＣ膜を用いるのがよい。
【００８２】
次に、図３（ｄ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第４の層間絶縁膜１１７と第５の層間絶縁膜１１８とに第３の配線形成用溝１１９を形成する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２のライナ膜１１６と第４の層間絶縁膜１１７とに第２の配線１１４と接続する第２のビア形成用ホール１２０を選択的に形成する。
【００８３】
次に、図３（ｅ）に示すように、スパッタ法及びめっき法により、第５の層間絶縁膜１１８の上に各第３の配線形成用溝１１９と第２のビア形成用ホール１２０とを含む全面にわたって、タンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリア膜１２１、及び銅膜１２２を順次堆積する。なお、本製造方法においては、バリア膜１２１にＴａ膜とＴａＮ膜との積層膜を用いたが、Ｔａ膜、Ｔｉ膜若しくはＲｕ膜又はこれらの窒化膜若しくは合金等の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。また、第３の配線形成用溝１１９と第２のビア形成用ホール１２０とに埋め込む導電膜に銅（Ｃｕ）を用いたが、銅に限られず、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００８４】
次に、図３（ｆ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、第５の層間絶縁膜１１８の上の各第３の配線形成用溝１１９を除く領域に堆積された不要なバリア膜１２１、銅膜１２２及び第５の層間絶縁膜１１８を除去する。さらに、第４の層間絶縁膜１１７を約２０ｎｍだけ研磨することにより、第３の配線形成用溝１１９と第２のビア形成用ホール１２０とに、それぞれバリア膜１２１及び銅膜１２２からなる第３の配線１２３と第２のビア１２４とを形成する。
【００８５】
ここで、図３（ｆ）に示す４構造のうち、中間の２層、すなわち第２の層間絶縁膜１０８に形成される第２の配線１１４には、高速動作及び低消費電力を実現するため比誘電率が低い層間絶縁膜が求められる。これに対し、第２の層間絶縁膜１０８よりも上層の第４の層間絶縁膜１１７に形成される第３の配線１２３においては、電力を安定に供給できる配線であればよく、誘電率が低い層間絶縁膜は必ずしも用いなくてもよい。なお、本製造方法においては、４層構造のうちの中間の２層に比誘電率が低い層間絶縁膜を用いたが、半導体デバイスの要求仕様により変動するため、この限りではない。
【００８６】
以上説明したように、第１の製造方法においては、空孔形成材１０７を含む第２の層間絶縁膜１０８に、多段階のＵＶ照射を行っている。具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線ＵＶ１を照射する第１のＵＶ照射を行い、その後、第２の層間絶縁膜１０８の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を照射する第２のＵＶ照射を行っている。ここで、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１と第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２とは、前述したように互いの波長が異なる。このため、低誘電率化と機械的強度との向上をスループット良く達成することができる。
【００８７】
具体的には、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２の波長よりも短いことが好ましい。より具体的には、第１のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射することが好ましい。この理由について、図４を参照しながら説明する。
【００８８】
図４（ａ）は、空孔形成材を含む層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と空孔形成材の脱離速度との関係を表している。図４（ａ）から、照射するＵＶの波長が約２００ｎｍ以下のとき、空孔形成材の脱離速度が非常に速いことが分かる。なお、照射するＵＶの波長が約１８０ｎｍ以下の方が、スループット向上の観点からより好ましいが、約２００ｎｍ以下であれば十分である。また、照射するＵＶの波長が約２００ｎｍを超えると、空孔形成材の脱離速度が遅くなってしまう。
【００８９】
図４（ｂ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜強度の増加率との関係を表している。また、図４（ｃ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜中のダメージ結合量との関係を表している。図４（ｂ）からは、照射するＵＶの波長が約３００ｎｍ以下のとき、膜強度が増加することが分かる。また図４（ｃ）からは、照射するＵＶの波長が約２００ｎｍ以上のとき、膜中のダメージ結合量が減少することが分かる。従って、層間絶縁膜のダメージの低減且つ機械的強度の向上の観点からは、照射するＵＶの波長は、約２００ｎｍを超える方が望ましい。なお、図４（ｂ）から分かるように、照射するＵＶの波長が約１５０ｎｍより小さい場合、膜強度が急激に弱くなる。従って、照射するＵＶの波長は、約１５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９０】
以上の理由から、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２の波長よりも短いことが好ましい。また、第１のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、一方、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射することが好ましい。
【００９１】
さらにいえば、第１のＵＶ照射においては、約１５０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上且つ約３００ｎｍ以下の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射することが好ましい。従って、図２（ｆ）に示す工程で行った第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長の主成分は、約１５０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、図２（ｇ）に示す工程で行った第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２の波長の主成分は、約２００ｎｍ以上且つ約３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
（一実施形態の第２の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を図５（ａ）〜図５（ｋ）及び図６（ａ）〜図６（ｆ）を参照して説明する。また、本製造方法で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。
【００９３】
図５（ａ）〜図５（ｋ）及び図６（ａ）〜図６（ｆ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における各工程の断面構成を示している。
【００９４】
なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す工程と同一であるため説明を省略する。また、図５（ｉ）〜図５（ｋ）及び図６（ａ）〜図６（ｆ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ｈ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）に示す工程と同一であるため説明を省略する。ここでは、第１の製造方法とは異なる図５（ｆ）〜図５（ｈ）の工程について説明する。
【００９５】
図５（ｅ）に示すように、第１のライナ膜１０６の上に、第２の層間絶縁膜として空孔形成材１０７を含ませた、厚さが約２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１０８を堆積する。  その後、図５（ｆ）に示すように、ＳｉＯＣ膜１０８に、第１の紫外線ＵＶ１を含む第１のＵＶ照射を行うことにより、空孔形成材１０７を脱離させてＳｉＯＣ膜１０８の膜中に空孔を形成する。このときの第１の紫外線ＵＶ１は約２００ｎｍ以下の波長成分が、約２００ｎｍ以上の波長成分と比べて光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約２００ｍＷ／ｃｍ２である。また、このときの空孔が形成されたＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以下である。また、空孔形成材１０７としては、炭化水素系材料であるα−テルピネンを用いている。本製造方法においては、短波長のＵＶ光を照射することにより、空孔形成材の脱離速度を向上させている。このため、半導体製造装置のスループットが高くなるという効果がある。
【００９６】
次に、図５（ｇ）に示すように、第１の紫外線ＵＶ１とは異なる波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を含む第２のＵＶ照射を行うことにより、ＳｉＯＣ膜１０８の機械的強度を向上させる。このときの第２の紫外線ＵＶ２は約２００ｎｍ以上の波長成分が、約２００ｎｍ以下の波長成分と比べて光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約２００ｍＷ／ｃｍ２である。また、第２のＵＶ照射をした後のＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜８ＧＰａ以上である。このようにＵＶ照射を複数回に分けて多段階で行うことにより、低誘電率で且つ高強度な第２の層間絶縁膜１０８を得ることができる。
【００９７】
次に、図５（ｈ）に示すように、さらに異なる波長を持つ第３の紫外線ＵＶ３を含む第３のＵＶ照射を行うことにより、ＳｉＯＣ膜１０８のダメージ結合を除去する。このときの第３の紫外線ＵＶ３は、約３００ｎｍ以上の波長成分が、約３００ｎｍ以下の波長成分と比べて光量が極端に多く、その照度は約５０ｍＷ／ｃｍ２〜約１５０ｍＷ／ｃｍ２である。この第３のＵＶ照射によりダメージ結合を除去することによって、後の工程であるエッチング又はアッシングによるプラズマダメージ耐性が向上する。また、この多段階のＵＶ照射においては、各波長において膜質変化の役割が異なるため、照射する波長の順番を変えて行った場合でも同等の膜質を得ることができる。すなわち、第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率が低いほど、配線間容量を下げることができるため、半導体デバイスの高速動作及び低消費電力化を実現することができる。
【００９８】
ここで、ダメージ結合とは、ＳｉＯＣ膜中の水素が関係する結合基を指し、具体的には、Ｓｉ−Ｈ結合及びＳｉ−ＯＨ結合である。膜中にＨ及びＯＨが存在することにより不安定な結合状態となり、層間絶縁膜の吸湿及びプラズマダメージ耐性の劣化が問題となる。このようなダメージ結合は、ＵＶ照射の副産物として必然的に形成される。このため、ダメージ結合が残っている状態では、誘電率が上昇してしまう。従って、このようなダメージ結合を除去することがより好ましい。なお、ＳｉＯＣ膜とは、ＳｉＯ２にＣＨ３基を含有させた膜のこという。このことは、本製造方法に限らず、一実施形態及び他の製造方法においても同様である。
【００９９】
以上説明したように、第２の製造方法においては、空孔形成材１０７を含む第２の層間絶縁膜１０８に、多段階のＵＶ照射を行っている。具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長を有する第１の紫外線ＵＶ１を照射する第１のＵＶ照射を行い、第２の層間絶縁膜１０８の機械的強度を高める波長を有する第２の紫外線ＵＶ２を照射する第２のＵＶ照射を行い、さらに、第２の層間絶縁膜１０８中のダメージ結合を除去する波長を有する第３の紫外線ＵＶ３を照射する第３のＵＶ照射を行っている。ここで、第１の紫外線ＵＶ１、第２の紫外線ＵＶ２及び第３の紫外線ＵＶ３の波長は、前述したようにそれぞれ異なる。このため、低誘電率化と機械的強度の向上をスループット良く達成することができる。
【０１００】
具体的には、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第３のＵＶ照射に用いる第３の紫外線ＵＶ３の波長よりも短いことが好ましい。逆にいえば、第３の紫外線ＵＶ３の波長は、第１の紫外線ＵＶ１の波長よりも長いことが好ましい。さらには、第１のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射し、第３のＵＶ照射においては、約３００ｎｍ以上の波長を主成分とする第３の紫外線ＵＶ３を照射することが好ましい。
【０１０１】
ここで、第３のＵＶ照射に使用する第３の紫外線ＵＶ３の波長について、図７（ｃ）を参照しながら説明する。なお、第１のＵＶ照射及び第２のＵＶ照射に使用する波長については、第１の製造方法において詳しく説明したため、ここでは説明を省略する。また、図７（ａ）及び（ｂ）についても、第１のＵＶ照射及び第２のＵＶ照射に使用する波長についての説明として、第１の製造方法において詳しく説明したため、説明を省略する。
【０１０２】
図７（ｃ）は、空孔形成材を含む層間絶縁膜に照射するＵＶの波長とダメージ結合量との関係を表している。図７（ｃ）からは、照射するＵＶの波長が約３００ｎｍ以上のとき、ダメージ結合量が極めて少ないことが分かる。以上の理由から、第３のＵＶ照射に用いる第３の紫外線ＵＶ３の波長は、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長よりも長いことが好ましい。逆にいえば、第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第３の紫外線ＵＶ３の波長よりも短いことが好ましい。また、第３のＵＶ照射においては、約３００ｎｍ以上の波長を主成分とする第３の紫外線ＵＶ３を照射することが好ましい。なお、ダメージ結合の除去に効果的な波長の上限は約５００ｎｍであるため、第３のＵＶ照射においては、約３００ｎｍ以上且つ約５００ｎｍ以下の波長を主成分とするＵＶを照射することが、より好ましい。従って、図５（ｈ）において行った第３のＵＶ照射における第３の紫外線ＵＶ３の波長の主成分は、約３００ｎｍ以上且つ約５００ｎｍ以下であることが、より好ましい。
【０１０３】
なお、上述した第１の製造方法及び第２の製造方法において、多段階のＵＶ照射は、１種類の光源からのＵＶ光を照射することによって行われることが好ましい。
【０１０４】
また、選択したＵＶ波長を多段階にわたって照射する場合には、ウェハを移動させることなく、同一の製造装置内で連続的に行われることがスループット向上の点から好ましい。
【０１０５】
以下、第１の製造方法及び第２の製造方法に共通するＵＶ照射の方法及び装置についての具体例を詳しく説明する。
【０１０６】
−第１の製造装置−
図８は１種類の光源を用いて、ＵＶ光の波長を選択的にウェハに照射できる分光装置を備えた第１の製造装置を模式的に表している。
【０１０７】
図８（ａ）に示すように、第１の製造装置は、ウェハ（シリコン基板）Ａ０１を格納する反応チャンバＡ０２と、分光装置Ａ０８と、光源となるＵＶランプＡ０７とから構成されている。
【０１０８】
反応チャンバＡ０２には、内部に設けられ、ウェハＡ０１を保持するホルダＡ０３と、側面に設けられたガス導入口Ａ０４と、底面に設けられ、ガス排出口となるドライポンプＡ０５と、側面に設けられた石英窓Ａ０６とを有している。
【０１０９】
分光装置Ａ０８は、ＵＶランプＡ０７と反応チャンバＡ０２との間に設けられており、図８（ｂ）に示すように、複数の回折格子（グレーティング）を有している。ＵＶランプＡ０７は、１種類の光源が複数個配置されて構成されている。ＵＶランプＡ０７と分光装置Ａ０８とはいずれもコントロールユニットＡ０９と接続されており、複数の回折格子の角度及びＵＶランプの投入電力を制御することにより、任意に選択したＵＶ光の波長の光強度を任意に調節することが可能である。
【０１１０】
以上説明した第１の製造装置によると、分光装置Ａ０８を通過したＵＶ光がウェハＡ０１に照射されることにより、多段階のＵＶ照射が可能となる。
【０１１１】
具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長となるように、分光装置Ａ０８内の回折格子の角度を所定の第１の角度に設定して、第１のＵＶ照射を行う。
【０１１２】
さらに、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長となるように、分光装置Ａ０８内の回折格子の角度を所定の第２の角度に設定して、第２のＵＶ照射を行う。
【０１１３】
さらに、第２の製造方法の場合には、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長となるように、分光装置Ａ０８内の回折格子の角度を所定の第３の角度に設定して、第３のＵＶ照射を行う。
【０１１４】
なお、ウェハＡ０１を保持するホルダＡ０３は、ヒータ機能を備えており、該ヒータ機能は、例えば室温から６００℃程度にまで可変ではあるが、本製造装置においては、３５０℃〜４００℃程度の範囲に設定する。
【０１１５】
また、反応チャンバＡ０２においては、種々のガス雰囲気及び圧力下においてＵＶ照射が可能である。ここで、反応チャンバＡ０２は、ウェハＡ０１にＵＶ照射を行った後、石英窓Ａ０６をクリーニングする機能をも備えている。
【０１１６】
また、ＵＶランプＡ０７には、水銀、ヘリウム又は重水素等を用いることができる。本製造装置においては水銀ランプを使用している。
【０１１７】
−第２の製造装置−
図９は１種類の光源を用いて、ＵＶ光の波長を選択的にウェハに照射できるフィルタを備えた第２の製造装置を模式的に表している。
【０１１８】
図９に示すように、第２の製造装置は、ウェハ（シリコン基板）Ｂ０１を格納する反応チャンバＢ０２と、少なくとも１枚のフィルタＢ０８と、光源となるＵＶランプＢ０７とから構成されている。なお、反応チャンバＢ０２には、内部に設けられ、ウェハＢ０１を保持するホルダＢ０３と、側面に設けられたガス導入口Ｂ０４と、底面に設けられ、ガス排出口となるドライポンプＢ０５と、側面に設けられた石英窓Ｂ０６とを有している。
【０１１９】
フィルタＢ０８は、ＵＶランプＢ０７と反応チャンバＢ０２との間に設けられており、ウェハＢ０１の主面に平行な方向（シリコン基板の主面の面内方向）に可動な構成を採る。また、ＵＶランプＢ０７は、１種類の光源が複数配置されて構成されている。ＵＶランプＢ０７とフィルタＢ０８とはコントロールユニットＢ０９と接続されており、フィルタＢ０８の有無、該フィルタＢ０８の投入枚数及びＵＶランプＢ０７の投入電力を制御することにより、任意に選択したＵＶ光の波長の光強度を任意に調節することが可能となる。
【０１２０】
以上説明した第２の製造装置によると、フィルタＢ０８を通過したＵＶ光がウェハＢ０１に照射されることにより、多段階のＵＶ照射が可能となる。
【０１２１】
具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長で、第１のＵＶ照射を行う。
【０１２２】
さらに、ＵＶ光を、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長となるような第１のフィルタを通過させることにより、第２のＵＶ照射を行う。
【０１２３】
さらに、第２の製造方法の場合には、ＵＶ光を、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長となるような第２のフィルタを通過させることにより、第３のＵＶ照射を行う。
【０１２４】
なお、第１のＵＶ照射で使用する波長に合わせて、すなわち第１のＵＶ照射で使用する波長を基準としてその波長を変えられるような第１のフィルタ及び第２のフィルタを用意することを説明したが、第２のＵＶ照射で使用する波長を基準としてその波長を変えられるような第１のフィルタ及び第２のフィルタを用意してもよい。この場合には、第１のフィルタは、第１のＵＶ照射時に使用し、第２のフィルタは、第３のＵＶ照射時に使用することとなる。このことは、使用するフィルタを第３のＵＶ照射で使用する波長を基準とする場合にも同様である。
【０１２５】
また、ウェハＢ０１を保持するホルダＢ０３はヒータ機能を備えており、該ヒータ機能は室温から６００℃程度にまで可変ではあるが、本製造装置においては、３５０℃〜４００℃程度の範囲に設定する。
【０１２６】
また、反応チャンバＢ０２においては、種々のガス雰囲気及び圧力下においてＵＶ照射が可能である。ここで、反応チャンバＢ０２は、ウェハＢ０１にＵＶ照射を行った後、石英窓Ｂ０６をクリーニングする機能をも備えている。
【０１２７】
また、ＵＶランプＢ０７には、水銀、ヘリウム又は重水素等を用いることができる。本製造装置においては、水銀ランプを使用している。
【０１２８】
また、フィルタＢ０８は、可動式バンドパスフィルタＢ０８であることが好ましい。
【０１２９】
−第３の製造装置−
図１０は１種類の光源を用いて、ＵＶの波長を選択的にウェハに照射できるフィルタチャンバを備えた第３の製造装置を模式的に表している。
【０１３０】
図１０に示すように、第１の製造装置は、ウェハ（シリコン基板）Ｃ０１を格納する反応チャンバＣ０２と、該反応チャンバＣ０２内にガスの導入及び排出が可能な機構を有するフィルタチャンバＣ０８と、光源となるＵＶランプＣ０７とから構成されている。
【０１３１】
反応チャンバＣ０２には、内部に設けられ、ウェハＣ０１を保持するホルダＣ０３と、側面に設けられた第１のガス導入口Ｃ０４と、底面に設けられ、ガス排出口となる第１のドライポンプＣ０５と、側面に設けられた第１の石英窓Ｃ０６とを有している。
【０１３２】
フィルタチャンバＣ０８は、複数のＵＶランプＣ０７と反応チャンバＣ０２との間に設けられており、それぞれ側面に設けられた、第２のガス導入口Ｃ０９、ガス排出口となる第２のドライポンプＣ１０及び第２の石英窓Ｃ１１を有している。
【０１３３】
ＵＶランプＣ０７は、１種類の光源が複数個配置されて構成されている。ＵＶランプＣ０７とフィルタチャンバＣ０８とはいずれもコントロールユニットＣ１２と接続されており、フィルタチャンバの雰囲気に応じて、ＵＶランプＣ０７の投入電力を制御することにより、選択したＵＶ光の波長の光強度を任意に調節することが可能である。
【０１３４】
以上説明した第３の製造装置によると、フィルタチャンバＣ０８内のガスを通過したＵＶ光がウェハＣ０１に照射されることにより、多段階のＵＶ照射が可能となる。
【０１３５】
具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長となるようなガスをフィルタチャンバＣ０８内に導入し、導入されたガスをＵＶ光が通過するように第１のＵＶ照射を行う。このようなガスとしては、窒素（Ｎ２）ガスが挙げられる。より詳細には、フィルタチャンバＣ０８内には、Ｎ２の流量が５００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）で、圧力が０．１Ｐａ〜１００Ｐａとすることが好ましい。これにより、波長が２００ｎｍ以下のＵＶ光は大気中の酸素（Ｏ２）に吸収されて光強度を失うことがなくなる。但し、多少は吸収されても、１００ｍＷ／ｃｍ２〜２００ｍＷ／ｃｍ２の光強度がウェハＣ０１に照射されれば問題はない。また、波長が２００ｎｍ以上のＵＶ光がウェハＣ０１に照射されたとしてもその光量は微量であるため、ＳｉＯＣ膜の膜質劣化は発生しない。
【０１３６】
さらに、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長となるようなガスをフィルタチャンバＣ０８内に導入し、導入されたガスをＵＶ光が通過するように第２のＵＶ照射を行う。このようなガスとしては、酸素（Ｏ２）ガス等が挙げられる。より詳細には、フィルタチャンバＣ０８内には、Ｏ２の流量が５ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）〜１０ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）で、圧力が１ｘ１０２Ｐａ〜１ｘ１０５Ｐａとすることが好ましい。但し、この値は設定する光強度によって異なる。これにより、波長が２００ｎｍよりも小さいＵＶ光はフィルタチャンバＣ０８内のＯ２に吸収されてウェハＣ０１に照射されることがなくなるからである。
【０１３７】
さらに、第２の製造方法の場合には、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長となるようなガスをフィルタチャンバＣ０８内に導入し、導入されたガスをＵＶ光が通過するように第３のＵＶ照射を行う。このようなガスとしては、酸素（Ｏ２）及び４ＭＳ(テトラメチルシラン)の混合ガス、又は酸素（Ｏ２）及びＤＥＭＳ(ジエトキシメチルシラン)の混合ガス等が挙げられる。より詳細には、フィルタチャンバＣ０８にはＯ２の流量が５ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）〜１０ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）、４ＭＳ（テトラメチルシラン）又はＤＥＭＳ（ジエトキシメチルシラン）の流量が１ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）〜５ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）で、圧力が１ｘ１０２Ｐａ〜１ｘ１０５Ｐａとすることが好ましい。但し、これらの値は設定する光強度によって異なる。これにより、波長が２００ｎｍよりも小さいＵＶ光はＯ２に吸収され、且つ、波長が２００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下のＵＶ光は４ＭＳ又はＤＥＭＳに吸収されてウェハＣ０１に照射されることがなくなる。
【０１３８】
なお、ガス種に関しては、フィルタの役割を果たせば、種々のガス種においても実施可能であり、第１のＵＶ照射、第２のＵＶ照射及び第３のＵＶ照射の際にそれぞれ使用するガス種は、上記のガス種に限定されない。このように、特定のガスに、ＵＶ光の特定の波長を吸収させることにより、ＵＶ光の波長を選択的にウェハＣ０１に照射することが可能となる。
【０１３９】
また、各ＵＶ照射の際に使用するガスは、フィルタチャンバＣ０８内をフローするように流すことが好ましい。
【０１４０】
また、ウェハＣ０１を保持するホルダＣ０３はヒータ機能を備えており、該ヒータ機能は室温から６００℃程度にまで可変ではあるが、本製造装置においては、３５０℃〜４００℃程度の範囲に設定する。
【０１４１】
また、反応チャンバＣ０２においては、種々のガス雰囲気及び圧力下においてＵＶ照射が可能である。ここで、反応チャンバＣ０２は、ウェハＣ０１にＵＶ照射を行った後、第１の石英窓Ｃ０６をクリーニングする機能をも備えている。
【０１４２】
また、ＵＶランプＣ０７には、水銀、ヘリウム又は重水素等を用いることができる。本製造装置においては、水銀ランプを使用している。
【０１４３】
また、フィルタチャンバＣ０８とＵＶランプＣ０７との間には第２の石英窓Ｃ１１が取り付けられており、フィルタチャンバＣ０８は、ガスフィルタの役割に加え、第２の石英窓Ｃ１１のクリーニング機能も兼ねている。
【０１４４】
なお、分光装置を備えた第１の製造装置、フィルタを備えた第２の製造装置及びフィルタチャンバを備えた第３の製造装置について個々に説明したが、それぞれの特徴である分光装置、フィルタ及びフィルタチャンバ並びにそれらと同等の機能を持つ構成を矛盾のない範囲で少なくとも２個備えるような製造装置を用いて、多段階のＵＶ照射を行っても構わない。
【０１４５】
以上のように、多段階のＵＶ照射を行うことができる上記の各製造装置、具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線ＵＶ１を用いる第１のＵＶ照射を行える構成、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を用いる第２のＵＶ照射を行える構成、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長を持つ第３の紫外線ＵＶ３を用いる第３のＵＶ照射を行える構成のいずれかを備えた製造装置により、高歩留りで且つ高信頼性且つ高性能な半導体装置を実現することが可能となる。
【０１４６】
（一実施形態の第３の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の第３の製造方法を図１１（ａ）〜図１１（ｉ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｆ）を参照して説明する。また、本製造方法で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。
【０１４７】
図１１（ａ）〜図１１（ｉ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における各工程の断面図を示している。
【０１４８】
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す工程と同いつであるため説明を省略する。また、図１１（ｇ）〜図１１（ｉ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｆ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ｈ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）の工程と同一であるため説明を省略する。ここでは、第１の製造方法と異なる図１１（ｆ）の工程について説明する。
【０１４９】
図１１（ｅ）に示すように、第１のライナ膜１０６の上に、第２の層間絶縁膜として空孔形成材１０７を含ませた、厚さが約２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１０８を堆積する。
【０１５０】
その後、図１１（ｆ）に示すように、ＳｉＯＣ膜１０８に、第４の紫外線ＵＶ４を含むＵＶ照射を行うことにより、空孔形成材１０７を脱離させて、ＳｉＯＣ膜１０８の膜中に空孔を形成し、且つＳｉＯＣ膜１０８の機械的強度を向上させる。このときの第４の紫外線ＵＶ４は、約１８０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲の波長成分が、他の波長成分と比べて光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ２〜約２００ｍＷ／ｃｍ２である。ＵＶ照射をして空孔が形成されたＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以上である。また、空孔形成材１０７として炭化水素系材料であるα−テルピネンを用いている。このようにＵＶ照射を行うことにより、低誘電率で且つ高強度な第２の層間絶縁膜１０８を得ることができる。この第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率が低いほど、配線間容量を下げることができるため、半導体デバイスの高速動作及び低消費電力化を実現することができる。
【０１５１】
以上説明したように、第３の製造方法においては、空孔形成材１０７を含む第２の層間絶縁膜１０８に、ＵＶ照射を１回のみ行っている。具体的には、空孔形成材１０７の脱離速度を速め、且つ第２の層間絶縁膜１０８の機械的強度を向上する波長を持つ第４の紫外線ＵＶ４を照射している。より具体的には、約１８０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第４の紫外線ＵＶ４を照射することが好ましい。この光源は、レーザ励起によるアルゴンプラズマ光を分光して照射することにより得ることができる。このように、波長域が狭い波長であれば、スループット良く、低誘電率化と機械的強度の向上とを達成することができる。これは、前述の特許文献１でも知られていない技術である。この理由について、図１３を参照しながら説明する。
【０１５２】
図１３（ａ）は、空孔形成材を含む層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と空孔形成材の脱離速度との関係を表し、図１３（ｂ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜強度の増加率との関係を示し、図１３（ｃ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜中のダメージ結合量との関係を表している。図１３（ａ）より、空孔形成材を脱離させるには、ＵＶの波長が約２００ｎｍ以下が必要不可欠である。また、図１３（ｂ）より、膜強度を増加させるには、ＵＶの波長が約１５０ｎｍ以上且つ約３００ｎｍ以下であることが必要であり、より短波長側の膜強度の増加率が大きい。また、図１３（ｃ）より、照射するＵＶの波長が約１８０ｎｍ以下のとき、膜中のダメージ結合量が極端に増加することが分かる。逆に照射するＵＶの波長が約１８０ｎｍ以上のときは、ダメージ結合量は波長の増大の共に減少することが分かる。このことから、約１８０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第４の紫外線ＵＶ４を照射することにより、低誘電率で且つ高強度且つダメージを低減したＳｉＯＣ膜を１回のＵＶ照射工程で形成することができるため、製造コストの低減に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、絶縁膜の比誘電率の上昇及び配線間耐圧の劣化が抑制されて、半導体装置の歩留まり及び信頼性の低下を防ぐことができ、特に、層間絶縁膜に配線を形成する配線形成方法等に有用である。
【符号の説明】
【０１５４】
１０１  第１の層間絶縁膜
１０２  第１の配線形成用溝
１０３  バリア膜
１０４  銅膜
１０５  第１の配線
１０６  第１の配線上ライナ膜
１０７  空孔形成材
１０８  第２の層間絶縁膜（ＳｉＯＣ膜）
１０９  第３の層間絶縁膜
１１０  第２の配線形成用溝
１１１  第１のビア形成用ホール
１１２  バリア膜
１１３  銅膜
１１４  第２の配線
１１５  第１のビア
１１６  第２の配線上ライナ膜
１１７  第４の層間絶縁膜
１１８  第５の層間絶縁膜
１１９  第３の配線形成用
１２０  第２のビア形成用ホール
１２１  バリア膜
１２２  銅膜
１２３  第３の配線
１２４  第２のビア
Ａ０１  ウェハ
Ａ０２  反応チャンバ
Ａ０３  ホルダ
Ａ０４  ガス導入口
Ａ０５  ドライポンプ
Ａ０６  石英窓
Ａ０７  ＵＶランプ
Ａ０８  分光装置
Ａ０９  コントロールユニット
Ｂ０１  ウェハ
Ｂ０２  反応チャンバ
Ｂ０３  ホルダ
Ｂ０４  ガス導入口
Ｂ０５  ドライポンプ
Ｂ０６  石英窓
Ｂ０７  ＵＶランプ
Ｂ０８  フィルタ
Ｂ０９  コントロールユニット
Ｃ０１  ウェハ
Ｃ０２  反応チャンバ
Ｃ０３  ホルダ
Ｃ０４  第１のガス導入口
Ｃ０５  第１のドライポンプ
Ｃ０６  第１の石英窓
Ｃ０７  ＵＶランプ
Ｃ０８  フィルタチャンバ
Ｃ０９  第２のガス導入口
Ｃ１０  第１のドライポンプ
Ｃ１１  第２の石英窓
Ｃ１２  コントロールユニット
【図１】
2010082250.tif 000003
【図２】
2010082250.tif 000004
【図３】
2010082250.tif 000005
【図４】
2010082250.tif 000006
【図５】
2010082250.tif 000007
【図６】
2010082250.tif 000008
【図７】
2010082250.tif 000009
【図８】
2010082250.tif 000010
【図９】
2010082250.tif 000011
【図１０】
2010082250.tif 000012
【図１１】
2010082250.tif 000013
【図１２】
2010082250.tif 000014
【図１３】
2010082250.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月17日(2011.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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し、特に、層間絶縁膜に配線を形成する配線技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化に伴う配線寸法の縮小により、配線間容量が増大し、配線のＲＣ遅延が問題となっている。このため、層間絶縁膜の低誘電率化が求められている。層間絶縁膜を低誘電率化する方法の１つとして、空孔形成材を用いて絶縁膜中に多数の空孔を形成する技術が知られている。空孔形成材を脱離させる方法としては、熱アニール又はＵＶ（紫外線）照射等が挙げられる。半導体製造装置のスループット向上の観点からＵＶ照射による空孔形成材の脱離が有効とされている。しかしながら、低誘電率化を図るために、絶縁膜中に空孔を形成するため、膜の機械的強度が極端に低下して、配線歩留まり、信頼性及びアセンブリ耐性が悪化してしまう。この不具合を解決する手法として、以下の特許文献１に記載のように、半導体製造装置のスループット向上の観点からＵＶ照射による膜硬化（ＵＶキュア）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／０４３２０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、空孔形成材を用いて絶縁膜中に空孔を形成し、且つ、膜の機械的強度を増大させるために、波長を考慮することなくＵＶ照射を行った場合は、膜中の化学結合の切断によるダメージによって層間絶縁膜が吸湿する。これにより、比誘電率が上昇し、さらには水分がリークパスとなって配線間耐圧劣化する等の半導体装置の歩留まり及びその信頼性を大きく低下させてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を鑑み、空孔が形成された低誘電率絶縁膜に金属配線（例えば銅配線）を形成する場合に、高歩留り且つ高信頼性且つ高性能な半導体装置を得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造方法を、空孔を有する低誘電率絶縁膜を形成する際に、互いに波長が異なるＵＶ照射を少なくとも２回に分けて行う構成とする。
【０００７】
具体的に、本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成され、複数の第１の配線が形成された第１の層間絶縁膜と、第１の層間絶縁膜の上に形成され、複数の第２の配線が形成された第２の層間絶縁膜とを備え、第１の層間絶縁膜の誘電率は、第２の層間絶縁膜の誘電率よりも低いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体装置は、高速動作及び低消費電力を実現するために、半導体装置の下層の層間絶縁膜に誘電率が低い絶縁膜を用いている。また、上層配線においては、配線幅及び配線分離幅が下層配線よりも広いことから、配線のＲＣ遅延が大きな問題とならず、このため、上層の層間絶縁膜に誘電率がそれほど低くない絶縁膜を用いている。このような構成とすることによって、より上層の層間絶縁膜に対しては、製造コストを低減することができる。
【０００９】
本発明の半導体装置において、少なくとも第１の層間絶縁膜は空孔を有しており、第１の層間絶縁膜の空孔率は、第２の層間絶縁膜の空孔率よりも高いことが好ましい。
【００１０】
このようにすると、より下層の第１の層間絶縁膜の誘電率を確実に下げることができる。
【００１１】
本発明の半導体装置において、第２の層間絶縁膜の膜強度は、第１の層間絶縁膜の膜強度よりも高いことが好ましい。
【００１２】
このようにすると、アセンブリ耐性がより向上する。
【００１３】
本発明の半導体装置において、第１の配線における配線同士の間隔は、第２の配線における配線同士の間隔よりも小さいことが好ましい。
【００１４】
このように、配線同士の間隔が小さくなるように配線が形成されている第１の層間絶縁膜に、誘電率が低い絶縁膜を用いているため、高速動作及び低消費電力を実現することが可能となる。
【００１５】
本発明の半導体装置において、第１の層間絶縁膜には、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔が形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体装置において、第１の層間絶縁膜には、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔を有する炭素含有酸化シリコン膜を用いることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置において、第２の層間絶縁膜には、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜を用いることができる。
【００１８】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、空孔形成材を含む第１の層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、工程（ｂ）は、紫外線を少なくとも２回に分けて照射する工程であることを特徴とする。
【００１９】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程において、紫外線を少なくとも２回に分けて照射するため、各回の波長を変えて多段階に照射することにより、低誘電率化と、機械的強度の向上とを同時に図ることができる。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、第１の層間絶縁膜に含まれる空孔形成材を脱離するように、第１の紫外線を照射する工程（ｂ１）と、第１の層間絶縁膜の機械的強度を高めるように、第２の紫外線を照射する工程（ｂ２）とを含み、工程（ｂ１）における第１の紫外線の波長と、工程（ｂ２）における第２の紫外線の波長とは互いに異なることが好ましい。
【００２１】
この場合に、第１の紫外線の波長は、第２の紫外線の波長よりも短いことが好ましい。
【００２２】
このようにすると、紫外線の波長が短い方が空孔形成材の脱離速度が速いことから、スループットが向上し、且つ製造コストを低減することができる。
【００２３】
また、この場合に、第１の紫外線は、１５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であり、第２の紫外線は、２００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であることが好ましい。
【００２４】
このように、紫外線の波長が、２００ｎｍ以下であると、空孔形成材の脱離速度が速く、波長が２００ｎｍ以上であると、ダメージを与えることなく膜強度を向上することができる。
【００２５】
また、この場合に、工程（ｂ）は、第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去するように、第３の紫外線を照射する工程（ｂ３）を含み、工程（ｂ２）における第２の紫外線の波長と、工程（ｂ３）における第３の紫外線の波長とは互いに異なることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、第３の紫外線を照射することにより、第１の層間絶縁膜に誘電率の上昇の原因となるダメージ結合が生じた場合にも、ダメージ結合を除去することができるため、第１の増刊絶縁膜の誘電率の上昇を抑えることができる。
【００２７】
この場合に、第１の紫外線の波長は、第３の紫外線の波長よりも短いことが好ましい。
【００２８】
また、この場合に、第３の紫外線は、３００ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合をほぼ完全に除去することが可能となる。
【００３０】
第１の半導体装置の製造方法において、第１の層間絶縁膜は、比誘電率が２．５以下で且つ空孔径が０．８ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
第１の半導体装置の製造方法において、空孔形成材には、炭化水素系材料を用いることができる。
【００３２】
第１の半導体装置の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、第１の層間絶縁膜に複数の第１の配線を形成する工程（ｃ）をさらに備えていてもよい。
【００３３】
この場合に、工程（ｃ）よりも後に、第１の層間絶縁膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、第２の層間絶縁膜に複数の第２の配線を形成する工程（ｅ）とをさらに備え、工程（ｅ）において、第２の層間絶縁膜には、少なくとも２回に分けた紫外線照射を行わないことが好ましい。
【００３４】
このようにすると、高速動作及び低消費電力を実現するために、半導体装置のより下層の層間絶縁膜として誘電率が低い絶縁膜を形成することができる。また、上層配線においては、配線幅及び配線分離幅が下層配線よりも広いことから、配線のＲＣ遅延が大きな問題とはならない。このため、上層の層間絶縁膜として誘電率がそれほど低くない絶縁膜を用いることができる。従って、より上層の層間絶縁膜に対しては、製造コストを低減することができる。
【００３５】
この場合に、工程（ｅ）において、第２の層間絶縁膜に対して紫外線照射を行わないことが好ましい。
【００３６】
また、この場合に、第１の配線における配線同士の間隔は、第２の配線における配線同士の間隔よりも小さいことが好ましい。
【００３７】
このように、配線同士の間隔が小さくなるように配線が形成された第１の層間絶縁膜に、誘電率が低い絶縁膜を使用するため、高速動作及び低消費電力を実現することができる。
【００３８】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）における紫外線の光源は、１種類であってもよい。
【００３９】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）における少なくとも２回の紫外線照射は、同一装置内で連続的に行われることが好ましい。
【００４０】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと半導体基板との間に設けられ、紫外線を分光する分光装置を通して紫外線を照射してもよい。
【００４１】
この場合に、分光装置は回折格子を備えており、回折格子の角度を調節することにより、紫外線を分光してもよい。
【００４２】
また、第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと半導体基板との間に設けられたフィルタを通して紫外線を照射してもよい。
【００４３】
この場合に、フィルタは、半導体基板の主面の面内方向に可動に設けられていてもよい。
【００４４】
また、第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと半導体基板との間に配されたガスを通して紫外線を照射してもよい。
【００４５】
この場合に、ガスは、紫外線ランプと半導体基板との間に流されていてもよい。
【００４６】
第１の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線を照射する構成、第１の層間絶縁膜の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線を照射する構成、及び第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去する波長を持つ第３の紫外線を照射する構成を備えた製造装置により実行されてもよい。
【００４７】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、空孔形成材を含む層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、工程（ｂ）において、紫外線には、１８０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線を用いることを特徴とする。
【００４８】
第２の半導体装置の製造方法によると、層間絶縁膜に照射する紫外線に、波長の主成分が１８０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を用いているため、少なくとも２回に分けた多段階照射を行わなくても、空孔形成材の脱離と層間絶縁膜の機械的強度の向上とを同時に実現することができる。
【００４９】
第２の半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、紫外線を照射することにより、層間絶縁膜に含まれる空孔形成材を脱離させ、且つ層間絶縁膜の機械的強度を高めることが好ましい。
【００５０】
なお、以上の特徴を矛盾が生じないように適宜組み合わせることができることはいうまでもない。また、それぞれの特徴において、効果が複数期待できるときも、全ての効果を発揮できなければいけないわけではない。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、空孔形成材を含む層間絶縁膜に対して、膜中の空孔形成による低誘電率化と機械的強度の向上とを同時に実現できる。これにより、水分吸着による比誘電率上昇及び配線間耐圧劣化が抑制されるので、半導体装置の歩留まり及び信頼性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す要部の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｊ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図４】図４（ａ）は空孔形成材の脱離速度のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図４（ｂ）は膜強度の増加率のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図４（ｃ）は膜中のダメージ結合量のＵＶ波長依存性を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｋ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図７】図７（ａ）は空孔形成材の脱離速度のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図７（ｂ）は膜強度の増加率のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図７（ｃ）は膜中のダメージ結合量のＵＶ波長依存性を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法及び第２の製造方法を実現する、分光装置を備えた第１の製造装置を示す模式的な断面図である。
【図９】図９は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法及び第２の製造方法を実現する、フィルタを備えた第２の製造装置を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法及び第２の製造方法を実現する、フィルタチャンバを備えた第３の製造装置を示す模式的な断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｉ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第３の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の第３の製造方法を示す各工程の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は空孔形成材の脱離速度のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図１３（ｂ）は膜強度の増加率のＵＶ波長依存性を示すグラフである。図１３（ｃ）は膜中のダメージ結合量のＵＶ波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
（一実施形態）
本発明の一実施形態に係る半導体装置を、図１を参照して説明する。なお、本発明で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００５４】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、複数の半導体素子が形成された、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板（図示せず）の上に形成された第１構造と、第１構造の上に形成された第２構造と、第２構造の上に形成された第３構造とを有している。
【００５５】
ここで、第１構造は、第１の層間絶縁膜１０１と、第１の層間絶縁膜に形成された第１の配線１０５とを有している。
【００５６】
第２構造は、第１構造の上に形成された第１のライナ膜１０６と、第１のライナ膜１０６の上に形成された第２の層間絶縁膜１０８と、第２の層間絶縁膜１０８に形成された第１のビア１１５と、第２の層間絶縁膜１０８に形成され、第１のビア１１５と接続される第２の配線１１４とを有している。ここで、第２構造は、実質的に同様な構造が２層分積層された積層構造である。なお、それぞれの配線構造の間には、ライナ膜１１６が形成されていてもよい。
【００５７】
第３構造は、第２構造の上に形成された第２のライナ膜１１６と、第２のライナ膜１１６の上に形成された第４の層間絶縁膜１１７と、第４の層間絶縁膜１１７に形成された第２のビア１２４と、第４の層間絶縁膜１１７に形成され、第２のビア１２４と接続される第３の配線１２３とを有している。
【００５８】
ここで、第２構造中の第２の層間絶縁膜１０８は、第３構造中の第４の層間絶縁膜１１７よりも誘電率が低い。すなわち、第２の層間絶縁膜１０８は、空孔を多数有する絶縁膜から構成されており、具体的には、空孔形成材（例えばポロジェン）を含ませた炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜から空孔形成材を脱離させることによって形成された絶縁膜から構成されている。一方、第４の層間絶縁膜１１７は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）又は空孔形成材を含まないＳｉＯＣ膜から形成されている。従って、第２の層間絶縁膜１０８は、第４の層間絶縁膜１１７よりも空孔率が高く、誘電率が低い。また、第４の層間絶縁膜１１７は第２の層間絶縁膜１０８よりも空孔率が低いため、第４の層間絶縁膜１１７の方が膜強度は高い。ここで、第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その空孔径の平均値は約０．８ｎｍ以上であり、弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以上である。一方、第４の層間絶縁膜１１７の比誘電率は約２．７以上である。
【００５９】
以上のように、本実施形態においては、高速動作及び低消費電力を実現する必要性が高い、より下層の層間絶縁膜、ここでは第２の層間絶縁膜１０８に誘電率が低い絶縁性材料を用いている。また、高速動作及び低消費電力をそれほど必要としない、より上層の層間絶縁膜、ここでは第４の層間絶縁膜１１７に、誘電率がそれほど低くない絶縁性材料を用いている。このような構成とすることにより、より上層の層間絶縁膜に対しては、低誘電率化のためのコストを低減することができるという効果がある。
【００６０】
また、図１に示すように、第２構造における第２の配線１１４は、互いの距離が第３構造における第３の配線１２３同士の距離よりも短くなるように配置されている。配線同士の間の距離が短い方が、配線間の誘電率を低減する必要性が高いからである。
【００６１】
また、第２構造として、２層の積層構造を図示して説明したが、３層以上の積層構造であってもよい。また、第３構造として、１層の積層構造を図示して説明したが、２層以上の積層構造でもよい。
【００６２】
なお、第１の層間絶縁膜１０１は、膜厚が約２００ｎｍのＳｉＯＣからなる絶縁膜であることが好ましく、第１のライナ膜１０６は、膜厚が共に約３０ｎｍの酸素含有炭化シリコン（ＳｉＣＯ）と窒素含有炭化シリコン（ＳｉＣＮ）とが積層された絶縁膜であることが好ましい。
【００６３】
また、例えば、第２の層間絶縁膜１０８の膜厚は、約２００ｎｍであることが好ましく、第２のライナ膜１１６は、膜厚が約６０ｎｍのＳｉＣＮからなる絶縁膜であることが好ましい。
【００６４】
また、第１の配線１０５、第２の配線１１４及び第３の配線１２３の各側面及び底面と、第１のビア１１５及び第２のビア１２４の各側面及び底面には、タンタル（Ｔａ）膜、チタン（Ｔｉ）膜若しくはルテニウム（Ｒｕ）膜又はこれらの窒化膜若しくはこれらの合金等からなる単層膜若しくは積層膜により構成されたバリア膜を設けることが好ましい。
【００６５】
また、各配線１０５、１１４及び１２３と、各ビア１１５及び１２４とには、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いることが好ましい。
【００６６】
（一実施形態の第１の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法を図２（ａ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）を参照して説明する。また、本製造方法で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。
【００６７】
図２（ａ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法における各工程の断面構成を示している。
【００６８】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、複数の半導体素子が形成された、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板（図示せず）の上に、膜厚が約２００ｎｍのＳｉＯＣからなる第１の層間絶縁膜１０１を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第１の層間絶縁膜１０１に、互いに間隔をおいた複数の第１の配線形成用溝１０２を形成する。
【００６９】
次に、図２（ｂ）に示すように、スパッタ法及びめっき法により、第１の層間絶縁膜１０１の上に、第１の配線形成用溝１０２を含む全面にわたって、タンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリア膜１０３及び銅膜１０４を順次堆積する。なお、本製造方法においては、バリア膜１０３にＴａ膜とＴａＮ膜との積層膜を用いたが、Ｔａ膜、Ｔｉ膜若しくはＲｕ膜又はこれらの窒化膜若しくは合金等の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。また、第１の配線形成用溝１０２に埋め込む導電膜に銅（Ｃｕ）を用いたが、銅に限られず、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００７０】
次に、図２（ｃ）に示すように、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法により、第１の層間絶縁膜１０１の上の第１の配線形成用溝１０２を除く領域に堆積された不要なバリア膜１０３及び銅膜１０４を除去する。これにより、第１の配線形成用溝１０２にバリア膜１０３と銅膜１０４とからなる第１の配線１０５がそれぞれ形成される。
【００７１】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１の層間絶縁膜１０１及び第１の配線１０５を含む全面にわたって、例えばＣＶＤ法により、膜厚が共に約３０ｎｍのＳｉＣＯ／ＳｉＣＮの積層膜からなる第１のライナ膜１０６を形成する。
【００７２】
次に、図２（ｅ）に示すように、第１のライナ膜１０６の上に、第２の層間絶縁膜として、空孔形成材１０７を含ませた、厚さが約２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１０８を堆積する。
【００７３】
次に、図２（ｆ）に示すように、ＳｉＯＣ膜１０８に、第１の紫外線ＵＶ１を含む第１の紫外線（ＵＶ）照射を行って、空孔形成材１０７を脱離することにより、ＳｉＯＣ膜１０８の膜中に複数の空孔を形成する。このときの第１の紫外線ＵＶ１は、約２００ｎｍ以下の波長成分が、約２００ｎｍ以上の波長成分と比べてその光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ2〜約２００ｍＷ／ｃｍ2である。また、このときの空孔が形成されたＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以下である。また、空孔形成材１０７としては、ポロジェンの他に、炭化水素系材料であるα−テルピネンを用いることができる。本製造方法においては、短波長のＵＶ光を照射することにより、空孔形成材の脱離速度を向上させている。このため、半導体製造装置のスループットが向上するというメリットがある。
【００７４】
次に、図２（ｇ）に示すように、第１の紫外線ＵＶ１とは異なる波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を含む第２の紫外線（ＵＶ）照射を行うことにより、ＳｉＯＣ膜１０８の機械的強度を向上させる。このときの第２の紫外線ＵＶ２は、約２００ｎｍ以上の波長成分が、約２００ｎｍ以下の波長成分と比べてその光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ2〜約２００ｍＷ／ｃｍ2である。また、この第２の紫外線ＵＶ２を照射した後のＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以上である。このようにＵＶ照射を複数回に分けて多段階で行うことにより、低誘電率で且つ高強度な第２の層間絶縁膜１０８を得ることができる。また、最終的に第２の層間絶縁膜１０８に形成される空孔径の平均値は、約０．８ｎｍ以上である。
【００７５】
多段階のＵＶ照射においては、各波長において膜質変化の役割が異なるため、照射する波長の順番を変えて行った場合でも、すなわち第２の紫外線ＵＶ２を先に照射し、第１の紫外線ＵＶ１を後に照射しても同等の膜質を得ることができる。この第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率が低いほど、配線間容量を下げることができるため、半導体デバイスの高速動作及び低消費電力化を実現することができる。
【００７６】
次に、図２（ｈ）に示すように、第２の層間絶縁膜１０８の上に、膜厚が約１００ｎｍのＳｉＯ2からなる第３の層間絶縁膜１０９を形成する。ここで、ＳｉＯ2からなる第３の層間絶縁膜１０９には、比誘電率が約２．７以上のＳｉＯＣからなる絶縁膜を用いてもよく、またその積層膜でもよい。さらに、ＳｉＯ2からなる第３の層間絶縁膜１０９は、加工時のハードマスクとして用いる場合に、ＳｉＯ2又はＳｉＯＣからなる絶縁膜の上に、ＴｉＮ又はＴａＮ等の金属膜を積層した膜を用いてもよい。また、このように第２の層間絶縁膜１０８の上に第３の層間絶縁膜１０９を形成することにより、その後のエッチング工程又はアッシング工程におけるプラズマが発する光が第２の層間絶縁膜１０８を改質することを抑制することができる。また、エッチング工程又はアッシング工程を行う前に、多段階のＵＶ照射を行って第２の層間絶縁膜１０８の強度を高めているため、エッチング又はアッシングによるプラズマダメージ耐性が向上し、その結果、配線間容量をさらに低減することができる。
【００７７】
次に、図２（ｉ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２の層間絶縁膜１０８と第３の層間絶縁膜１０９に互いに間隔をおいた複数の第２の配線形成用溝１１０を形成する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第１のライナ膜１０６と第２の層間絶縁膜１０８とに第１の配線１０５と接続される第１のビア形成用ホール１１１を形成する。
【００７８】
次に、図２（ｊ）に示すように、スパッタ法及びめっき法により、第３の層間絶縁膜１０９の上に、第２の配線形成用溝１１０と第１のビア形成用ホール１１１とを含む全面にわたって、タンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリア膜１１２、及び銅膜１１３を順次堆積する。なお、本製造方法においては、バリア膜１１２にＴａ膜とＴａＮ膜との積層膜を用いたが、Ｔａ膜、Ｔｉ膜若しくはＲｕ膜又はこれらの窒化膜若しくは合金等の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。また、第２の配線形成用溝１１０と第１のビア形成用ホール１１１とに埋め込む導電膜に銅（Ｃｕ）を用いたが、銅に限られず、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００７９】
次に、図３（ａ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、第３の層間絶縁膜１０９の上の第２の配線形成用溝１１０を除く領域に堆積された不要なバリア膜１１２、銅膜１１３及び第３の層間絶縁膜１０９を除去する。さらに、第２の層間絶縁膜１０８を約２０ｎｍだけ研磨することにより、第２の配線形成用溝１１０と第１のビア形成用ホール１１１とに、それぞれバリア膜１１２及び銅膜１１３からなる第２の配線１１４と第１のビア１１５とを形成する。
【００８０】
この後、図２（ｄ）〜図３（ａ）に示す一連の工程を繰り返すことにより、図３（ｂ）に示す３層の配線構造が形成される。
【００８１】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、３層構造の上に全面にわたって、膜厚が約６０ｎｍのＳｉＣＮからなる第２のライナ膜１１６を形成する。その後、第２のライナ膜１１６の上に、膜厚が約４００ｎｍのＳｉＯＣからなる第４の層間絶縁膜１１７を形成する。その後、第４の層間絶縁膜１１７の上に、膜厚が約１００ｎｍのＳｉＯ2からなる第５の層間絶縁膜１１８を形成する。なお、本製造方法においては、第２のライナ膜にはＳｉＣＮを用いたが、ＳｉＮを用いてもよい。また、ＳｉＯＣからなる第４の層間絶縁膜１１７には、比誘電率が約２．７以上のＳｉＯＣ膜を用いるのがよい。
【００８２】
次に、図３（ｄ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第４の層間絶縁膜１１７と第５の層間絶縁膜１１８とに第３の配線形成用溝１１９を形成する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２のライナ膜１１６と第４の層間絶縁膜１１７とに第２の配線１１４と接続する第２のビア形成用ホール１２０を選択的に形成する。
【００８３】
次に、図３（ｅ）に示すように、スパッタ法及びめっき法により、第５の層間絶縁膜１１８の上に各第３の配線形成用溝１１９と第２のビア形成用ホール１２０とを含む全面にわたって、タンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮ）からなるバリア膜１２１、及び銅膜１２２を順次堆積する。なお、本製造方法においては、バリア膜１２１にＴａ膜とＴａＮ膜との積層膜を用いたが、Ｔａ膜、Ｔｉ膜若しくはＲｕ膜又はこれらの窒化膜若しくは合金等の単層膜若しくは積層膜を用いてもよい。また、第３の配線形成用溝１１９と第２のビア形成用ホール１２０とに埋め込む導電膜に銅（Ｃｕ）を用いたが、銅に限られず、銀（Ａｇ）若しくはアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００８４】
次に、図３（ｆ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、第５の層間絶縁膜１１８の上の各第３の配線形成用溝１１９を除く領域に堆積された不要なバリア膜１２１、銅膜１２２及び第５の層間絶縁膜１１８を除去する。さらに、第４の層間絶縁膜１１７を約２０ｎｍだけ研磨することにより、第３の配線形成用溝１１９と第２のビア形成用ホール１２０とに、それぞれバリア膜１２１及び銅膜１２２からなる第３の配線１２３と第２のビア１２４とを形成する。
【００８５】
ここで、図３（ｆ）に示す４構造のうち、中間の２層、すなわち第２の層間絶縁膜１０８に形成される第２の配線１１４には、高速動作及び低消費電力を実現するため比誘電率が低い層間絶縁膜が求められる。これに対し、第２の層間絶縁膜１０８よりも上層の第４の層間絶縁膜１１７に形成される第３の配線１２３においては、電力を安定に供給できる配線であればよく、誘電率が低い層間絶縁膜は必ずしも用いなくてもよい。なお、本製造方法においては、４層構造のうちの中間の２層に比誘電率が低い層間絶縁膜を用いたが、半導体デバイスの要求仕様により変動するため、この限りではない。
【００８６】
以上説明したように、第１の製造方法においては、空孔形成材１０７を含む第２の層間絶縁膜１０８に、多段階のＵＶ照射を行っている。具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線ＵＶ１を照射する第１のＵＶ照射を行い、その後、第２の層間絶縁膜１０８の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を照射する第２のＵＶ照射を行っている。ここで、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１と第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２とは、前述したように互いの波長が異なる。このため、低誘電率化と機械的強度との向上をスループット良く達成することができる。
【００８７】
具体的には、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２の波長よりも短いことが好ましい。より具体的には、第１のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射することが好ましい。この理由について、図４を参照しながら説明する。
【００８８】
図４（ａ）は、空孔形成材を含む層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と空孔形成材の脱離速度との関係を表している。図４（ａ）から、照射するＵＶの波長が約２００ｎｍ以下のとき、空孔形成材の脱離速度が非常に速いことが分かる。なお、照射するＵＶの波長が約１８０ｎｍ以下の方が、スループット向上の観点からより好ましいが、約２００ｎｍ以下であれば十分である。また、照射するＵＶの波長が約２００ｎｍを超えると、空孔形成材の脱離速度が遅くなってしまう。
【００８９】
図４（ｂ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜強度の増加率との関係を表している。また、図４（ｃ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜中のダメージ結合量との関係を表している。図４（ｂ）からは、照射するＵＶの波長が約３００ｎｍ以下のとき、膜強度が増加することが分かる。また図４（ｃ）からは、照射するＵＶの波長が約２００ｎｍ以上のとき、膜中のダメージ結合量が減少することが分かる。従って、層間絶縁膜のダメージの低減且つ機械的強度の向上の観点からは、照射するＵＶの波長は、約２００ｎｍを超える方が望ましい。なお、図４（ｂ）から分かるように、照射するＵＶの波長が約１５０ｎｍより小さい場合、膜強度が急激に弱くなる。従って、照射するＵＶの波長は、約１５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９０】
以上の理由から、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２の波長よりも短いことが好ましい。また、第１のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、一方、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射することが好ましい。
【００９１】
さらにいえば、第１のＵＶ照射においては、約１５０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上且つ約３００ｎｍ以下の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射することが好ましい。従って、図２（ｆ）に示す工程で行った第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長の主成分は、約１５０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、図２（ｇ）に示す工程で行った第２のＵＶ照射に用いる第２の紫外線ＵＶ２の波長の主成分は、約２００ｎｍ以上且つ約３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
（一実施形態の第２の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法を図５（ａ）〜図５（ｋ）及び図６（ａ）〜図６（ｆ）を参照して説明する。また、本製造方法で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。
【００９３】
図５（ａ）〜図５（ｋ）及び図６（ａ）〜図６（ｆ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における各工程の断面構成を示している。
【００９４】
なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す工程と同一であるため説明を省略する。また、図５（ｉ）〜図５（ｋ）及び図６（ａ）〜図６（ｆ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ｈ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）に示す工程と同一であるため説明を省略する。ここでは、第１の製造方法とは異なる図５（ｆ）〜図５（ｈ）の工程について説明する。
【００９５】
図５（ｅ）に示すように、第１のライナ膜１０６の上に、第２の層間絶縁膜として空孔形成材１０７を含ませた、厚さが約２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１０８を堆積する。  その後、図５（ｆ）に示すように、ＳｉＯＣ膜１０８に、第１の紫外線ＵＶ１を含む第１のＵＶ照射を行うことにより、空孔形成材１０７を脱離させてＳｉＯＣ膜１０８の膜中に空孔を形成する。このときの第１の紫外線ＵＶ１は約２００ｎｍ以下の波長成分が、約２００ｎｍ以上の波長成分と比べて光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ2〜約２００ｍＷ／ｃｍ2である。また、このときの空孔が形成されたＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以下である。また、空孔形成材１０７としては、炭化水素系材料であるα−テルピネンを用いている。本製造方法においては、短波長のＵＶ光を照射することにより、空孔形成材の脱離速度を向上させている。このため、半導体製造装置のスループットが高くなるという効果がある。
【００９６】
次に、図５（ｇ）に示すように、第１の紫外線ＵＶ１とは異なる波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を含む第２のＵＶ照射を行うことにより、ＳｉＯＣ膜１０８の機械的強度を向上させる。このときの第２の紫外線ＵＶ２は約２００ｎｍ以上の波長成分が、約２００ｎｍ以下の波長成分と比べて光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ2〜約２００ｍＷ／ｃｍ2である。また、第２のＵＶ照射をした後のＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜８ＧＰａ以上である。このようにＵＶ照射を複数回に分けて多段階で行うことにより、低誘電率で且つ高強度な第２の層間絶縁膜１０８を得ることができる。
【００９７】
次に、図５（ｈ）に示すように、さらに異なる波長を持つ第３の紫外線ＵＶ３を含む第３のＵＶ照射を行うことにより、ＳｉＯＣ膜１０８のダメージ結合を除去する。このときの第３の紫外線ＵＶ３は、約３００ｎｍ以上の波長成分が、約３００ｎｍ以下の波長成分と比べて光量が極端に多く、その照度は約５０ｍＷ／ｃｍ2〜約１５０ｍＷ／ｃｍ2である。この第３のＵＶ照射によりダメージ結合を除去することによって、後の工程であるエッチング又はアッシングによるプラズマダメージ耐性が向上する。また、この多段階のＵＶ照射においては、各波長において膜質変化の役割が異なるため、照射する波長の順番を変えて行った場合でも同等の膜質を得ることができる。すなわち、第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率が低いほど、配線間容量を下げることができるため、半導体デバイスの高速動作及び低消費電力化を実現することができる。
【００９８】
ここで、ダメージ結合とは、ＳｉＯＣ膜中の水素が関係する結合基を指し、具体的には、Ｓｉ−Ｈ結合及びＳｉ−ＯＨ結合である。膜中にＨ及びＯＨが存在することにより不安定な結合状態となり、層間絶縁膜の吸湿及びプラズマダメージ耐性の劣化が問題となる。このようなダメージ結合は、ＵＶ照射の副産物として必然的に形成される。このため、ダメージ結合が残っている状態では、誘電率が上昇してしまう。従って、このようなダメージ結合を除去することがより好ましい。なお、ＳｉＯＣ膜とは、ＳｉＯ2にＣＨ3基を含有させた膜のこという。このことは、本製造方法に限らず、一実施形態及び他の製造方法においても同様である。
【００９９】
以上説明したように、第２の製造方法においては、空孔形成材１０７を含む第２の層間絶縁膜１０８に、多段階のＵＶ照射を行っている。具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長を有する第１の紫外線ＵＶ１を照射する第１のＵＶ照射を行い、第２の層間絶縁膜１０８の機械的強度を高める波長を有する第２の紫外線ＵＶ２を照射する第２のＵＶ照射を行い、さらに、第２の層間絶縁膜１０８中のダメージ結合を除去する波長を有する第３の紫外線ＵＶ３を照射する第３のＵＶ照射を行っている。ここで、第１の紫外線ＵＶ１、第２の紫外線ＵＶ２及び第３の紫外線ＵＶ３の波長は、前述したようにそれぞれ異なる。このため、低誘電率化と機械的強度の向上をスループット良く達成することができる。
【０１００】
具体的には、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第３のＵＶ照射に用いる第３の紫外線ＵＶ３の波長よりも短いことが好ましい。逆にいえば、第３の紫外線ＵＶ３の波長は、第１の紫外線ＵＶ１の波長よりも長いことが好ましい。さらには、第１のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第１の紫外線ＵＶ１を照射し、第２のＵＶ照射においては、約２００ｎｍ以上の波長を主成分とする第２の紫外線ＵＶ２を照射し、第３のＵＶ照射においては、約３００ｎｍ以上の波長を主成分とする第３の紫外線ＵＶ３を照射することが好ましい。
【０１０１】
ここで、第３のＵＶ照射に使用する第３の紫外線ＵＶ３の波長について、図７（ｃ）を参照しながら説明する。なお、第１のＵＶ照射及び第２のＵＶ照射に使用する波長については、第１の製造方法において詳しく説明したため、ここでは説明を省略する。また、図７（ａ）及び（ｂ）についても、第１のＵＶ照射及び第２のＵＶ照射に使用する波長についての説明として、第１の製造方法において詳しく説明したため、説明を省略する。
【０１０２】
図７（ｃ）は、空孔形成材を含む層間絶縁膜に照射するＵＶの波長とダメージ結合量との関係を表している。図７（ｃ）からは、照射するＵＶの波長が約３００ｎｍ以上のとき、ダメージ結合量が極めて少ないことが分かる。以上の理由から、第３のＵＶ照射に用いる第３の紫外線ＵＶ３の波長は、第１のＵＶ照射に用いる第１の紫外線ＵＶ１の波長よりも長いことが好ましい。逆にいえば、第１の紫外線ＵＶ１の波長は、第３の紫外線ＵＶ３の波長よりも短いことが好ましい。また、第３のＵＶ照射においては、約３００ｎｍ以上の波長を主成分とする第３の紫外線ＵＶ３を照射することが好ましい。なお、ダメージ結合の除去に効果的な波長の上限は約５００ｎｍであるため、第３のＵＶ照射においては、約３００ｎｍ以上且つ約５００ｎｍ以下の波長を主成分とするＵＶを照射することが、より好ましい。従って、図５（ｈ）において行った第３のＵＶ照射における第３の紫外線ＵＶ３の波長の主成分は、約３００ｎｍ以上且つ約５００ｎｍ以下であることが、より好ましい。
【０１０３】
なお、上述した第１の製造方法及び第２の製造方法において、多段階のＵＶ照射は、１種類の光源からのＵＶ光を照射することによって行われることが好ましい。
【０１０４】
また、選択したＵＶ波長を多段階にわたって照射する場合には、ウェハを移動させることなく、同一の製造装置内で連続的に行われることがスループット向上の点から好ましい。
【０１０５】
以下、第１の製造方法及び第２の製造方法に共通するＵＶ照射の方法及び装置についての具体例を詳しく説明する。
【０１０６】
−第１の製造装置−
図８は１種類の光源を用いて、ＵＶ光の波長を選択的にウェハに照射できる分光装置を備えた第１の製造装置を模式的に表している。
【０１０７】
図８（ａ）に示すように、第１の製造装置は、ウェハ（シリコン基板）Ａ０１を格納する反応チャンバＡ０２と、分光装置Ａ０８と、光源となるＵＶランプＡ０７とから構成されている。
【０１０８】
反応チャンバＡ０２には、内部に設けられ、ウェハＡ０１を保持するホルダＡ０３と、側面に設けられたガス導入口Ａ０４と、底面に設けられ、ガス排出口となるドライポンプＡ０５と、側面に設けられた石英窓Ａ０６とを有している。
【０１０９】
分光装置Ａ０８は、ＵＶランプＡ０７と反応チャンバＡ０２との間に設けられており、図８（ｂ）に示すように、複数の回折格子（グレーティング）を有している。ＵＶランプＡ０７は、１種類の光源が複数個配置されて構成されている。ＵＶランプＡ０７と分光装置Ａ０８とはいずれもコントロールユニットＡ０９と接続されており、複数の回折格子の角度及びＵＶランプの投入電力を制御することにより、任意に選択したＵＶ光の波長の光強度を任意に調節することが可能である。
【０１１０】
以上説明した第１の製造装置によると、分光装置Ａ０８を通過したＵＶ光がウェハＡ０１に照射されることにより、多段階のＵＶ照射が可能となる。
【０１１１】
具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長となるように、分光装置Ａ０８内の回折格子の角度を所定の第１の角度に設定して、第１のＵＶ照射を行う。
【０１１２】
さらに、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長となるように、分光装置Ａ０８内の回折格子の角度を所定の第２の角度に設定して、第２のＵＶ照射を行う。
【０１１３】
さらに、第２の製造方法の場合には、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長となるように、分光装置Ａ０８内の回折格子の角度を所定の第３の角度に設定して、第３のＵＶ照射を行う。
【０１１４】
なお、ウェハＡ０１を保持するホルダＡ０３は、ヒータ機能を備えており、該ヒータ機能は、例えば室温から６００℃程度にまで可変ではあるが、本製造装置においては、３５０℃〜４００℃程度の範囲に設定する。
【０１１５】
また、反応チャンバＡ０２においては、種々のガス雰囲気及び圧力下においてＵＶ照射が可能である。ここで、反応チャンバＡ０２は、ウェハＡ０１にＵＶ照射を行った後、石英窓Ａ０６をクリーニングする機能をも備えている。
【０１１６】
また、ＵＶランプＡ０７には、水銀、ヘリウム又は重水素等を用いることができる。本製造装置においては水銀ランプを使用している。
【０１１７】
−第２の製造装置−
図９は１種類の光源を用いて、ＵＶ光の波長を選択的にウェハに照射できるフィルタを備えた第２の製造装置を模式的に表している。
【０１１８】
図９に示すように、第２の製造装置は、ウェハ（シリコン基板）Ｂ０１を格納する反応チャンバＢ０２と、少なくとも１枚のフィルタＢ０８と、光源となるＵＶランプＢ０７とから構成されている。なお、反応チャンバＢ０２には、内部に設けられ、ウェハＢ０１を保持するホルダＢ０３と、側面に設けられたガス導入口Ｂ０４と、底面に設けられ、ガス排出口となるドライポンプＢ０５と、側面に設けられた石英窓Ｂ０６とを有している。
【０１１９】
フィルタＢ０８は、ＵＶランプＢ０７と反応チャンバＢ０２との間に設けられており、ウェハＢ０１の主面に平行な方向（シリコン基板の主面の面内方向）に可動な構成を採る。また、ＵＶランプＢ０７は、１種類の光源が複数配置されて構成されている。ＵＶランプＢ０７とフィルタＢ０８とはコントロールユニットＢ０９と接続されており、フィルタＢ０８の有無、該フィルタＢ０８の投入枚数及びＵＶランプＢ０７の投入電力を制御することにより、任意に選択したＵＶ光の波長の光強度を任意に調節することが可能となる。
【０１２０】
以上説明した第２の製造装置によると、フィルタＢ０８を通過したＵＶ光がウェハＢ０１に照射されることにより、多段階のＵＶ照射が可能となる。
【０１２１】
具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長で、第１のＵＶ照射を行う。
【０１２２】
さらに、ＵＶ光を、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長となるような第１のフィルタを通過させることにより、第２のＵＶ照射を行う。
【０１２３】
さらに、第２の製造方法の場合には、ＵＶ光を、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長となるような第２のフィルタを通過させることにより、第３のＵＶ照射を行う。
【０１２４】
なお、第１のＵＶ照射で使用する波長に合わせて、すなわち第１のＵＶ照射で使用する波長を基準としてその波長を変えられるような第１のフィルタ及び第２のフィルタを用意することを説明したが、第２のＵＶ照射で使用する波長を基準としてその波長を変えられるような第１のフィルタ及び第２のフィルタを用意してもよい。この場合には、第１のフィルタは、第１のＵＶ照射時に使用し、第２のフィルタは、第３のＵＶ照射時に使用することとなる。このことは、使用するフィルタを第３のＵＶ照射で使用する波長を基準とする場合にも同様である。
【０１２５】
また、ウェハＢ０１を保持するホルダＢ０３はヒータ機能を備えており、該ヒータ機能は室温から６００℃程度にまで可変ではあるが、本製造装置においては、３５０℃〜４００℃程度の範囲に設定する。
【０１２６】
また、反応チャンバＢ０２においては、種々のガス雰囲気及び圧力下においてＵＶ照射が可能である。ここで、反応チャンバＢ０２は、ウェハＢ０１にＵＶ照射を行った後、石英窓Ｂ０６をクリーニングする機能をも備えている。
【０１２７】
また、ＵＶランプＢ０７には、水銀、ヘリウム又は重水素等を用いることができる。本製造装置においては、水銀ランプを使用している。
【０１２８】
また、フィルタＢ０８は、可動式バンドパスフィルタＢ０８であることが好ましい。
【０１２９】
−第３の製造装置−
図１０は１種類の光源を用いて、ＵＶの波長を選択的にウェハに照射できるフィルタチャンバを備えた第３の製造装置を模式的に表している。
【０１３０】
図１０に示すように、第１の製造装置は、ウェハ（シリコン基板）Ｃ０１を格納する反応チャンバＣ０２と、該反応チャンバＣ０２内にガスの導入及び排出が可能な機構を有するフィルタチャンバＣ０８と、光源となるＵＶランプＣ０７とから構成されている。
【０１３１】
反応チャンバＣ０２には、内部に設けられ、ウェハＣ０１を保持するホルダＣ０３と、側面に設けられた第１のガス導入口Ｃ０４と、底面に設けられ、ガス排出口となる第１のドライポンプＣ０５と、側面に設けられた第１の石英窓Ｃ０６とを有している。
【０１３２】
フィルタチャンバＣ０８は、複数のＵＶランプＣ０７と反応チャンバＣ０２との間に設けられており、それぞれ側面に設けられた、第２のガス導入口Ｃ０９、ガス排出口となる第２のドライポンプＣ１０及び第２の石英窓Ｃ１１を有している。
【０１３３】
ＵＶランプＣ０７は、１種類の光源が複数個配置されて構成されている。ＵＶランプＣ０７とフィルタチャンバＣ０８とはいずれもコントロールユニットＣ１２と接続されており、フィルタチャンバの雰囲気に応じて、ＵＶランプＣ０７の投入電力を制御することにより、選択したＵＶ光の波長の光強度を任意に調節することが可能である。
【０１３４】
以上説明した第３の製造装置によると、フィルタチャンバＣ０８内のガスを通過したＵＶ光がウェハＣ０１に照射されることにより、多段階のＵＶ照射が可能となる。
【０１３５】
具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長となるようなガスをフィルタチャンバＣ０８内に導入し、導入されたガスをＵＶ光が通過するように第１のＵＶ照射を行う。このようなガスとしては、窒素（Ｎ2）ガスが挙げられる。より詳細には、フィルタチャンバＣ０８内には、Ｎ2の流量が５００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）で、圧力が０．１Ｐａ〜１００Ｐａとすることが好ましい。これにより、波長が２００ｎｍ以下のＵＶ光は大気中の酸素（Ｏ2）に吸収されて光強度を失うことがなくなる。但し、多少は吸収されても、１００ｍＷ／ｃｍ2〜２００ｍＷ／ｃｍ2の光強度がウェハＣ０１に照射されれば問題はない。また、波長が２００ｎｍ以上のＵＶ光がウェハＣ０１に照射されたとしてもその光量は微量であるため、ＳｉＯＣ膜の膜質劣化は発生しない。
【０１３６】
さらに、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長となるようなガスをフィルタチャンバＣ０８内に導入し、導入されたガスをＵＶ光が通過するように第２のＵＶ照射を行う。このようなガスとしては、酸素（Ｏ2）ガス等が挙げられる。より詳細には、フィルタチャンバＣ０８内には、Ｏ2の流量が５ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）〜１０ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）で、圧力が１ｘ１０2Ｐａ〜１ｘ１０5Ｐａとすることが好ましい。但し、この値は設定する光強度によって異なる。これにより、波長が２００ｎｍよりも小さいＵＶ光はフィルタチャンバＣ０８内のＯ2に吸収されてウェハＣ０１に照射されることがなくなるからである。
【０１３７】
さらに、第２の製造方法の場合には、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長となるようなガスをフィルタチャンバＣ０８内に導入し、導入されたガスをＵＶ光が通過するように第３のＵＶ照射を行う。このようなガスとしては、酸素（Ｏ2）及び４ＭＳ(テトラメチルシラン)の混合ガス、又は酸素（Ｏ2）及びＤＥＭＳ(ジエトキシメチルシラン)の混合ガス等が挙げられる。より詳細には、フィルタチャンバＣ０８にはＯ2の流量が５ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）〜１０ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）、４ＭＳ（テトラメチルシラン）又はＤＥＭＳ（ジエトキシメチルシラン）の流量が１ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）〜５ｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）で、圧力が１ｘ１０2Ｐａ〜１ｘ１０5Ｐａとすることが好ましい。但し、これらの値は設定する光強度によって異なる。これにより、波長が２００ｎｍよりも小さいＵＶ光はＯ2に吸収され、且つ、波長が２００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下のＵＶ光は４ＭＳ又はＤＥＭＳに吸収されてウェハＣ０１に照射されることがなくなる。
【０１３８】
なお、ガス種に関しては、フィルタの役割を果たせば、種々のガス種においても実施可能であり、第１のＵＶ照射、第２のＵＶ照射及び第３のＵＶ照射の際にそれぞれ使用するガス種は、上記のガス種に限定されない。このように、特定のガスに、ＵＶ光の特定の波長を吸収させることにより、ＵＶ光の波長を選択的にウェハＣ０１に照射することが可能となる。
【０１３９】
また、各ＵＶ照射の際に使用するガスは、フィルタチャンバＣ０８内をフローするように流すことが好ましい。
【０１４０】
また、ウェハＣ０１を保持するホルダＣ０３はヒータ機能を備えており、該ヒータ機能は室温から６００℃程度にまで可変ではあるが、本製造装置においては、３５０℃〜４００℃程度の範囲に設定する。
【０１４１】
また、反応チャンバＣ０２においては、種々のガス雰囲気及び圧力下においてＵＶ照射が可能である。ここで、反応チャンバＣ０２は、ウェハＣ０１にＵＶ照射を行った後、第１の石英窓Ｃ０６をクリーニングする機能をも備えている。
【０１４２】
また、ＵＶランプＣ０７には、水銀、ヘリウム又は重水素等を用いることができる。本製造装置においては、水銀ランプを使用している。
【０１４３】
また、フィルタチャンバＣ０８とＵＶランプＣ０７との間には第２の石英窓Ｃ１１が取り付けられており、フィルタチャンバＣ０８は、ガスフィルタの役割に加え、第２の石英窓Ｃ１１のクリーニング機能も兼ねている。
【０１４４】
なお、分光装置を備えた第１の製造装置、フィルタを備えた第２の製造装置及びフィルタチャンバを備えた第３の製造装置について個々に説明したが、それぞれの特徴である分光装置、フィルタ及びフィルタチャンバ並びにそれらと同等の機能を持つ構成を矛盾のない範囲で少なくとも２個備えるような製造装置を用いて、多段階のＵＶ照射を行っても構わない。
【０１４５】
以上のように、多段階のＵＶ照射を行うことができる上記の各製造装置、具体的には、空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線ＵＶ１を用いる第１のＵＶ照射を行える構成、層間絶縁膜の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線ＵＶ２を用いる第２のＵＶ照射を行える構成、層間絶縁膜中のダメージ結合を除去する波長を持つ第３の紫外線ＵＶ３を用いる第３のＵＶ照射を行える構成のいずれかを備えた製造装置により、高歩留りで且つ高信頼性且つ高性能な半導体装置を実現することが可能となる。
【０１４６】
（一実施形態の第３の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の第３の製造方法を図１１（ａ）〜図１１（ｉ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｆ）を参照して説明する。また、本製造方法で使用している材料及び数値は好ましい例を示すに過ぎず、この形態に限定されることはない。また、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。
【０１４７】
図１１（ａ）〜図１１（ｉ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｆ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における各工程の断面図を示している。
【０１４８】
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す工程と同いつであるため説明を省略する。また、図１１（ｇ）〜図１１（ｉ）及び図１２（ａ）〜図１２（ｆ）に示す工程は、第１の製造方法における図２（ｈ）〜図２（ｊ）及び図３（ａ）〜図３（ｆ）の工程と同一であるため説明を省略する。ここでは、第１の製造方法と異なる図１１（ｆ）の工程について説明する。
【０１４９】
図１１（ｅ）に示すように、第１のライナ膜１０６の上に、第２の層間絶縁膜として空孔形成材１０７を含ませた、厚さが約２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１０８を堆積する。
【０１５０】
その後、図１１（ｆ）に示すように、ＳｉＯＣ膜１０８に、第４の紫外線ＵＶ４を含むＵＶ照射を行うことにより、空孔形成材１０７を脱離させて、ＳｉＯＣ膜１０８の膜中に空孔を形成し、且つＳｉＯＣ膜１０８の機械的強度を向上させる。このときの第４の紫外線ＵＶ４は、約１８０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲の波長成分が、他の波長成分と比べて光量が極端に多く、照度は約１００ｍＷ／ｃｍ2〜約２００ｍＷ／ｃｍ2である。ＵＶ照射をして空孔が形成されたＳｉＯＣ膜１０８の比誘電率は約２．３〜約２．５であり、その弾性率は約６ＧＰａ〜約８ＧＰａ以上である。また、空孔形成材１０７として炭化水素系材料であるα−テルピネンを用いている。このようにＵＶ照射を行うことにより、低誘電率で且つ高強度な第２の層間絶縁膜１０８を得ることができる。この第２の層間絶縁膜１０８の比誘電率が低いほど、配線間容量を下げることができるため、半導体デバイスの高速動作及び低消費電力化を実現することができる。
【０１５１】
以上説明したように、第３の製造方法においては、空孔形成材１０７を含む第２の層間絶縁膜１０８に、ＵＶ照射を１回のみ行っている。具体的には、空孔形成材１０７の脱離速度を速め、且つ第２の層間絶縁膜１０８の機械的強度を向上する波長を持つ第４の紫外線ＵＶ４を照射している。より具体的には、約１８０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第４の紫外線ＵＶ４を照射することが好ましい。この光源は、レーザ励起によるアルゴンプラズマ光を分光して照射することにより得ることができる。このように、波長域が狭い波長であれば、スループット良く、低誘電率化と機械的強度の向上とを達成することができる。これは、前述の特許文献１でも知られていない技術である。この理由について、図１３を参照しながら説明する。
【０１５２】
図１３（ａ）は、空孔形成材を含む層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と空孔形成材の脱離速度との関係を表し、図１３（ｂ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜強度の増加率との関係を示し、図１３（ｃ）は、層間絶縁膜に照射するＵＶの波長と膜中のダメージ結合量との関係を表している。図１３（ａ）より、空孔形成材を脱離させるには、ＵＶの波長が約２００ｎｍ以下が必要不可欠である。また、図１３（ｂ）より、膜強度を増加させるには、ＵＶの波長が約１５０ｎｍ以上且つ約３００ｎｍ以下であることが必要であり、より短波長側の膜強度の増加率が大きい。また、図１３（ｃ）より、照射するＵＶの波長が約１８０ｎｍ以下のとき、膜中のダメージ結合量が極端に増加することが分かる。逆に照射するＵＶの波長が約１８０ｎｍ以上のときは、ダメージ結合量は波長の増大の共に減少することが分かる。このことから、約１８０ｎｍ以上且つ約２００ｎｍ以下の波長を主成分とする第４の紫外線ＵＶ４を照射することにより、低誘電率で且つ高強度且つダメージを低減したＳｉＯＣ膜を１回のＵＶ照射工程で形成することができるため、製造コストの低減に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、絶縁膜の比誘電率の上昇及び配線間耐圧の劣化が抑制されて、半導体装置の歩留まり及び信頼性の低下を防ぐことができ、特に、層間絶縁膜に配線を形成する配線形成方法等に有用である。
【符号の説明】
【０１５４】
１０１  第１の層間絶縁膜
１０２  第１の配線形成用溝
１０３  バリア膜
１０４  銅膜
１０５  第１の配線
１０６  第１の配線上ライナ膜
１０７  空孔形成材
１０８  第２の層間絶縁膜（ＳｉＯＣ膜）
１０９  第３の層間絶縁膜
１１０  第２の配線形成用溝
１１１  第１のビア形成用ホール
１１２  バリア膜
１１３  銅膜
１１４  第２の配線
１１５  第１のビア
１１６  第２の配線上ライナ膜
１１７  第４の層間絶縁膜
１１８  第５の層間絶縁膜
１１９  第３の配線形成用
１２０  第２のビア形成用ホール
１２１  バリア膜
１２２  銅膜
１２３  第３の配線
１２４  第２のビア
Ａ０１  ウェハ
Ａ０２  反応チャンバ
Ａ０３  ホルダ
Ａ０４  ガス導入口
Ａ０５  ドライポンプ
Ａ０６  石英窓
Ａ０７  ＵＶランプ
Ａ０８  分光装置
Ａ０９  コントロールユニット
Ｂ０１  ウェハ
Ｂ０２  反応チャンバ
Ｂ０３  ホルダ
Ｂ０４  ガス導入口
Ｂ０５  ドライポンプ
Ｂ０６  石英窓
Ｂ０７  ＵＶランプ
Ｂ０８  フィルタ
Ｂ０９  コントロールユニット
Ｃ０１  ウェハ
Ｃ０２  反応チャンバ
Ｃ０３  ホルダ
Ｃ０４  第１のガス導入口
Ｃ０５  第１のドライポンプ
Ｃ０６  第１の石英窓
Ｃ０７  ＵＶランプ
Ｃ０８  フィルタチャンバ
Ｃ０９  第２のガス導入口
Ｃ１０  第１のドライポンプ
Ｃ１１  第２の石英窓
Ｃ１２  コントロールユニット
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、空孔形成材を含む第１の層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ｂ）は、
前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記空孔形成材を脱離するように、第１の紫外線を照射する工程（ｂ１）と、
前記第１の層間絶縁膜の機械的強度を高めるように、第２の紫外線を照射する工程（ｂ２）と、
前記第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去するように、第３の紫外線を照射する工程（ｂ３）とを含み、
前記工程（ｂ２）における前記第２の紫外線の波長と、前記工程（ｂ３）における前記第３の紫外線の波長とは互いに異なる半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の紫外線の波長は、前記第３の紫外線の波長よりも短い半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の紫外線は、１５０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線であり、
前記第２の紫外線は、２００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記第３の紫外線は、３００ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外線である半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第１の層間絶縁膜は、比誘電率が２．５以下で且つ空孔径が０．８ｎｍ以上である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記空孔形成材は、炭化水素系材料である半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）よりも後に、前記第１の層間絶縁膜に複数の第１の配線を形成する工程（ｃ）をさらに備えている半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記工程（ｃ）よりも後に、
前記第１の層間絶縁膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程（ｄ）と、
前記第２の層間絶縁膜に複数の第２の配線を形成する工程（ｅ）とをさらに備え、
前記工程（ｅ）において、前記第２の層間絶縁膜には、少なくとも２回に分けた紫外線照射を行わない半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記工程（ｅ）において、前記第２の層間絶縁膜に対して紫外線照射を行わない半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記第１の配線における配線同士の間隔は、前記第２の配線における配線同士の間隔よりも小さい半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）における前記紫外線の光源は、１種類である半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）における少なくとも２回の紫外線照射は、同一装置内で連続的に行われる半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと前記半導体基板との間に設けられ、前記紫外線を分光する分光装置を通して前記紫外線を照射する半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記分光装置は、回折格子を備えており、
前記回折格子の角度を調節することにより、前記紫外線を分光する半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと前記半導体基板との間に設けられたフィルタを通して前記紫外線を照射する半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記フィルタは、前記半導体基板の主面の面内方向に可動に設けられている半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１２のいずれか１項において、
前記工程（ｂ）は、光源となる紫外線ランプと前記半導体基板との間に配されたガスを通して前記紫外線を照射する半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記ガスは、前記紫外線ランプと前記半導体基板との間に流されている半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
半導体基板の上に、空孔形成材を含む第１の層間絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層間絶縁膜に対して紫外線を照射する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ｂ）は、前記空孔形成材の脱離速度を速める波長を持つ第１の紫外線を照射する構成、前記第１の層間絶縁膜の機械的強度を高める波長を持つ第２の紫外線を照射する構成、及び前記第１の層間絶縁膜に生じたダメージ結合を除去する波長を持つ第３の紫外線を照射する構成を備えた製造装置により実行される半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
半導体基板の上に形成され、複数の第１の配線が形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜の上に形成され、複数の第２の配線が形成された第２の層間絶縁膜とを備え、
前記第１の層間絶縁膜の誘電率は、前記第２の層間絶縁膜の誘電率よりも低い半導体装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
少なくとも前記第１の層間絶縁膜は空孔を有しており、
前記第１の層間絶縁膜の空孔率は、前記第２の層間絶縁膜の空孔率よりも高い半導体装置。
【請求項２２】
請求項２０又は２１において、
前記第２の層間絶縁膜の膜強度は、前記第１の層間絶縁膜の膜強度よりも高い半導体装置。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか１項において、
前記第１の配線における配線同士の間隔は、前記第２の配線における配線同士の間隔よりも小さい半導体装置。
【請求項２４】
請求項２０〜２３のいずれか１項において、
前記第１の層間絶縁膜には、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔が形成されている半導体装置。
【請求項２５】
請求項２０〜２４のいずれか１項において、
前記第１の層間絶縁膜は、空孔形成材が除去されてなる複数の空孔を有する炭素含有酸化シリコン膜である半導体装置。
【請求項２６】
請求項２０〜２５のいずれか１項において、
前記第２の層間絶縁膜は、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜である半導体装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010082250.tif 000016
【図２】
2010082250.tif 000017
【図３】
2010082250.tif 000018
【図４】
2010082250.tif 000019
【図５】
2010082250.tif 000020
【図６】
2010082250.tif 000021
【図７】
2010082250.tif 000022
【図８】
2010082250.tif 000023
【図９】
2010082250.tif 000024
【図１０】
2010082250.tif 000025
【図１１】
2010082250.tif 000026
【図１２】
2010082250.tif 000027
【図１３】
2010082250.tif 000028
【国際調査報告】
2010082250.tif 000029
2010082250.tif 000030
2010082250.tif 000031
2010082250.tif 000032
2010082250.tif 000033
2010082250.tif 000034
2010082250.tif 000035
2010082250.tif 000036