(57)【要約】【課題】  配線間の寄生容量が小さく、安定な構造を有する半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  第１の絶縁層に埋設される、導電材料よりなる配線構造を形成する配線構造形成工程と、前記第１の絶縁層を除去して前記配線構造を露出させる第１の絶縁層除去工程と、前記配線構造を埋めるように第２の絶縁層を形成する絶縁層埋設工程と、前記第２の絶縁層上にキャップ膜を形成するキャップ膜形成工程と、前記第２の絶縁層を除去する第２の絶縁層除去工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。【選択図】  図４Ｌ
2006351732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルダマシン法により形成される多層配線構造を含む半導体装置の製造方法であって、
第１の絶縁層に埋設される、導電材料よりなる配線構造を形成する配線構造形成工程と、
前記第１の絶縁層を除去して前記配線構造を露出させる第１の絶縁層除去工程と、
前記配線構造を埋めるように第２の絶縁層を形成する絶縁層埋設工程と、
前記第２の絶縁層上にキャップ膜を形成するキャップ膜形成工程と、
前記第２の絶縁層を除去する第２の絶縁層除去工程と、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２】
前記第１の絶縁層除去工程では、前記第１の絶縁層を薬液によるウェットエッチングにより除去することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の絶縁層除去工程では、前記第２の絶縁層を薬液によるウェットエッチングにより除去することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２の絶縁層除去工程は、前記キャップ膜に、前記薬液を前記第２の絶縁層に供給する供給口を形成する供給口形成工程と、
前記供給口から、前記薬液を前記第２の絶縁層に供給するエッチング媒体供給工程と、を有することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の絶縁層除去工程の後、前記供給口に対応する位置に、前記キャップ膜と前記配線構造の下層に形成された下層絶縁層とを支持する支持構造体を形成する支持構造体形成工程をさらに有することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記支持構造体は、ＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記支持構造体が、前記下層絶縁層上に複数形成されることを特徴とする請求項５または６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記支持構造体が、前記配線構造の周囲を囲むように形成されることを特徴とする請求項５または６記載の半導体装置の形成方法。
【請求項９】
前記配線構造形成工程では、前記配線構造を構成するトレンチ配線とビアプアグが形成されるとともに、前記第１の絶縁層が形成されている領域を、前記支持構造体形成工程において、前記支持構造体が形成される領域と前記支持構造体が形成されない領域とに分離する分離構造体が形成されることを特徴とする請求項５乃至８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記分離構造体は、前記下層絶縁層上に形成される、前記導電材料よるなる複数のパターン構造体を有することを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記エッチング媒体供給工程では、前記複数のパターン構造体の間から前記薬液が前記第２の絶縁層に供給されることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記配線構造形成工程では、前記配線構造を補強する前記導電材料よりなる補強構造体が形成されることを特徴とする請求項１乃至１１のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記導電材料はＣｕよりなることを特徴とする請求項１乃至１２のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の絶縁層除去工程の後に、露出された前記配線構造表面に前記導電材料の拡散防止膜を形成する拡散防止膜形成工程を有することを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記拡散防止膜形成工程では、前記配線構造表面を窒化する窒化処理が行われることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記拡散防止膜形成工程の前に、露出された前記配線構造表面の酸化膜を除去する還元工程が実施されることを特徴とする請求項１４または１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の絶縁層は、多孔質材料よりなることを特徴とする請求項１乃至１６のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記多孔質材料は、多孔質シリカ材料よりなることを特徴とする請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の絶縁層は、多孔質材料よりなることを特徴とする請求項１乃至１８のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記多孔質材料は、多孔質シリカ材料よりなることを特徴とする請求項１９記載の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、半導体装置の製造方法に係り、特には多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の超ＬＳＩ開発では、半導体素子を微細化することにより、高集積化することが行われており、スケーリング則に沿った動作速度の高速化が図られている。このように半導体素子が微細化された場合、半導体装置の配線パターンが微細化されるため、配線パターンの微細化に伴う配線遅延を防止することと、また高速度半導体装置の低消費電力化を図ることが課題となっている。
【０００３】
例えば、上記の課題を解決するために、配線材料の抵抗値を下げる方法があり、近年はＡｌに変わってＣｕを用いた配線が多く用いられるようになってきている。さらに、上記の課題を解決するためには、配線パターン間の寄生容量を低下させる方法があり、層間絶縁膜に誘電率の低いものを用いて、寄生容量を低下させることが様々に検討されている。
【０００４】
層間絶縁膜として従来使われてきたＣＶＤ−ＳｉＯ２膜の誘電率は４程度である。この誘電率を低下させるために、ＣＶＤ−ＳｉＯ２膜にフッ素を添加したＳｉＯＦ膜を用いた場合でも誘電率は３．３〜３．５程度が限界であり、近年の高密度半導体集積回路においては寄生容量の低減効果が十分ではなく、必要な動作速度が得られない場合がある。
【０００５】
そのため、さらに誘電率の低い、いわゆる低誘電率層間絶縁膜として多孔質絶縁膜（ボーラス絶縁膜）を用いることが着目されている。前記多孔質絶縁膜は、加熱により蒸発または分解する材料などを塗布材料に添加して、例えばスピンコート法により塗布した後、塗布材料を加熱することによって添加した材料を蒸発または分解させて絶縁膜を多孔質化して形成される。また、多孔質絶縁膜は、ＣＶＤ法などにより形成することも可能である。
【０００６】
このように、絶縁膜を多孔質化することによって、例えば絶縁膜の誘電率を２．５以下に低下させることが可能であり、これを低誘電率層間絶縁膜として半導体装置の層間絶縁膜に用いることが検討されてきた。
【０００７】
図１Ａ〜図１Ｄは、層間絶縁膜として多孔質絶縁膜を用いた場合の、半導体装置の配線構造の形成方法の一例を、手順を追って示したものである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０００８】
例えば、図１Ａには、図示を省略するＭＯＳトランジスタなどの半導体基板に形成された半導体素子上に、配線構造が形成される過程の状態を示している。
【０００９】
図１Ａを参照するに、多孔質絶縁膜よりなる絶縁層１が形成され、当該絶縁層１中には、Ｃｕよりなるトレンチ配線２が形成されている。当該トレンチ配線２および絶縁層１上には、Ｃｕの拡散を防止するためのキャップ膜３が形成されている。次の図１Ｂ以下では、当該トレンチ配線２上に、配線構造を形成する方法を示す。
【００１０】
図１Ｂに示す工程では、前記キャップ膜３上に、多孔質絶縁膜よりなる絶縁層４を形成し、当該絶縁層４上に必要に応じてエッチストッパ膜５を形成する。次に、当該エッチストッパ膜５上に、多孔質絶縁膜よりなる絶縁層６を形成する。さらに、前記絶縁層６上に、ハードマスク７とレジスト８を積層する。前記ハードマスク７は、多孔質絶縁膜よりなる前記絶縁層６を保護する目的で設けられる場合があり、また前記レジスト８と前記絶縁層６のエッチングの選択比が小さい場合（例えば前記絶縁層６が有機材料よりなる場合）にエッチングの選択比が大きいハードマスクを用いる場合があるが、省略することも可能である。
【００１１】
次に、図１Ｃに示す工程において、前記レジスト８をフォトリソグラフィ法により、露光した後で現像し、パターニングする。次に、パターニングされた当該レジスト８をマスクに、前記ハードマスク７をエッチングしてパターニングする。
【００１２】
次に、パターニングされたレジストまたはハードマスクをマスクにして、例えばプラズマエッチングにより、前記絶縁層１０を貫通するトレンチ１０と、当該トレンチ１０に連通し、前記絶縁層４から前記キャップ膜３にかけて形成されて前記トレンチ配線２に到達するビアホール９を形成する。この場合、まず先にビアホールを形成した後、トレンチを形成してもよいし、トレンチを形成した後にビアホールを形成してもよい。また、前記絶縁層４と前記絶縁層６の間にエッチストッパ層５が形成されていると、前記トレンチ１０を形成することが容易となる。
【００１３】
次に、図１Ｄに示す工程で、前記ビアホール９および前記トレンチ１０に、導電性材料、例えばＣｕをメッキ法などにより埋設し、前記ビアホール９にビアプラグ１１を、前記トレンチ１０にトレンチ配線１２をそれぞれ形成する。さらに、当該トレンチ配線１０を覆うようにキャップ膜１３を形成することで、さらに上層の配線構造を形成することが可能である。
【００１４】
また、図１Ｄでは図示を省略しているが、前記絶縁層４、前記絶縁層６と、前記導電性材料との間には、導電性材料（Ｃｕ）の拡散防止膜（バリア膜）が形成されていることが好ましく、例えばＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，Ｗ，ＷＮなどの高融点金属や高融点金属の窒化物などが拡散防止膜として用いられている。
【特許文献１】特許第３０６３８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上記の半導体装置の製造方法においては、特に低誘電率の層間絶縁膜（前記絶縁層４、前記絶縁層６）にダメージが生じてしまう問題があった。このような層間絶縁膜へのダメージは、特に多孔質材料よりなる絶縁膜を用いた場合には大きな問題となっていた。上記の半導体装置の製造工程において、前記絶縁層４、前記絶縁層６などの層間絶縁膜には、例えば以下に示すようなダメージが生じる可能性が考えられる。
【００１６】
例えば、絶縁層４上にエッチストッパ層５を形成する場合や、前記絶縁層６上にハードマスク７を形成する場合には、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて形成する場合には、絶縁層にプラズマによるダメージが生じる場合があった。また、これらの膜を塗布法（スピンオン）で形成する場合には、塗布に用いられる薬液によっては絶縁層に浸透し、ダメージを与える可能性が考えられる。
【００１７】
また、前記レジスト８を剥離する場合には、レジストの現像やレジストの剥離、残渣処理のためには前記絶縁層４、前記絶縁層６を薬液処理する必要があり、薬液処理（ウェット処理）で絶縁層にダメージが生じする場合がある。さらに、前記レジスト８をアッシングにより除去する場合には、アッシングに用いるプラズマにより、前記絶縁層４、前記絶縁層６に、例えばＯ２プラズマなどのアッシング処理に伴うプラズマによって、ダメージが生じる場合があった。
【００１８】
また、Ｃｕなどの導電性材料をビアホールやトレンチに埋設した後には、当該導電性材料をＣＭＰ（化学機械研磨）により研磨する工程を設けることが一般的である。このようなＣＭＰ工程においては、前記絶縁層４、前記絶縁層６に大きなストレスがかかり、層間絶縁膜に機械的なダメージが生じることが懸念される。
【００１９】
また、前記絶縁層４、前記絶縁層６とＣｕなどの導電性材料の間に拡散防止膜を形成する場合には、前記ビアホール９の内壁面や前記トレンチ１０の内壁面に、例えばスパッタリング法により、またはＣＶＤ法により、例えばＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，Ｗ，ＷＮなどの高融点金属や高融点金属の窒化物などを形成することが一般的であった。
【００２０】
この場合、拡散防止膜を形成する場合にプラズマにより絶縁層にダメージが生じる場合があった。また、絶縁層が多孔質材料であるため、上記の拡散防止膜材料が多孔質膜の内部に侵入してしまう問題や、または拡散防止膜にピンホールが形成されてしまい、拡散防止膜の信頼性低下が生じる場合がある。このように、特に多孔質材料よりなる絶縁膜に対しては、拡散防止膜を形成することが困難である問題が生じていた。
【００２１】
このように層間絶縁膜がダメージを受けた場合、例えば、層間絶縁膜と配線構造の膜剥がれが生じる場合があり、製造の歩留りが低下する場合がある。また、製造される半導体装置の特性にばらつきが生じる場合があり、特に電気特性がばらついてしまう場合が考えられる。
【００２２】
そこで、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な半導体装置の製造方法を提供することを統括的課題としている。
【００２３】
本発明の具体的な課題は、配線間の寄生容量が小さく、安定な構造を有する半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明では上記の課題を、第１の絶縁層に埋設される、導電材料よりなる配線構造を形成する配線構造形成工程と、前記第１の絶縁層を除去して前記配線構造を露出させる第１の絶縁層除去工程と、前記配線構造を埋めるように第２の絶縁層を形成する絶縁層埋設工程と、前記第２の絶縁層上にキャップ膜を形成するキャップ膜形成工程と、前記第２の絶縁層を除去する第２の絶縁層除去工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法により、解決する。
【００２５】
当該製造方法によれば、配線間の寄生容量が小さく、安定な構造を有する半導体装置を製造することが可能になる。
【００２６】
また、前記第１の絶縁層除去工程では、前記第１の絶縁層を薬液によるウェットエッチングにより除去すると、容易に前記第１の絶縁層を除去することが可能である。
【００２７】
また、前記第２の絶縁層除去工程では、前記第２の絶縁層を薬液よりなるエッチング媒体によるウェットエッチングにより除去すると、容易に前記第２の絶縁層を除去することが可能である。
【００２８】
また、前記第２の絶縁層除去工程は、前記キャップ膜に、前記薬液を前記第２の絶縁層に供給する供給口を形成する供給口形成工程と、前記供給口から、前記薬液を前記第２の絶縁層に供給するエッチング媒体供給工程と、を有すると、前記キャップ膜で前記配線構造を覆った状態のままで、前記第２の絶縁層を除去することが可能となる。
【００２９】
また、前記第２の絶縁層除去工程の後、前記供給口に対応する位置に、前記キャップ膜と前記配線構造の下層に形成された下層絶縁層とを支持する支持構造体を形成する支持構造体形成工程をさらに有すると、半導体装置の剛性を向上させることが可能となり、好適である。
【００３０】
また、前記支持構造体は、ＣＶＤ法により形成されると、容易に前記開口部に対応する位置に支持構造体を形成することが可能となり、好適である。
【００３１】
また、前記支持構造体が、前記下層絶縁層上に複数形成されると、半導体装置の剛性を向上させることが可能となり、好適である。
【００３２】
また、前記支持構造体が、前記配線構造の周囲を囲むように形成されると、前記配線構造を前記支持構造体により外気より隔絶した構造とすることが可能となり、好適である。
【００３３】
また、前記配線構造形成工程では、前記配線構造を構成するトレンチ配線とビアプアグが形成されるとともに、前記第１の絶縁層が形成されている領域を、前記支持構造体形成工程において、前記支持構造体が形成される領域と前記支持構造体が形成されない領域とに分離する分離構造体が形成されると、前記支持構造体の形成が容易となり、好適である。
【００３４】
また、前記分離構造体は、前記下層絶縁層上に形成される、前記導電材料よるなる複数のパターン構造体を有すると、前記複数のパターン構造体の間を前記エッチング媒体が通過可能になり、好適である。
【００３５】
また、前記エッチング媒体供給工程では、前記複数のパターン構造体の間から前記エッチング媒体が前記第２の絶縁層に供給されると、当該パターン構造体によって前記支持構造体が形成される領域を構成するとともに、前記供給口から前記エッチング媒体を前記第２の絶縁層に供給することが可能となり、好適である。
【００３６】
また、前記配線構造形成工程では、前記配線構造を補強する前記導電材料よりなる補強構造体が形成されると、当該配線構造へのダメージを抑制することが可能となり、好適である。
【００３７】
また、前記導電材料はＣｕよりなると、配線構造の抵抗値を低減することが可能となり、好適である。
【００３８】
また、前記第１の絶縁層除去工程の後に、露出された前記配線構造表面に前記導電材料の拡散防止膜を形成する拡散防止膜形成工程を有すると、前記導電材料が前記第２の絶縁層に拡散することが抑制され、好適である。
【００３９】
また、前記拡散防止膜形成工程では、前記配線構造表面を窒化する窒化処理が行われると、前記導電材料が前記第２の絶縁層に拡散することが抑制され、好適である。
【００４０】
また、前記拡散防止膜形成工程の前に、露出された前記配線構造表面の酸化膜を除去する還元工程が実施されると、前記拡散防止膜と前記配線構造の密着性が良好となり、好適である。
【００４１】
また、前記第１の絶縁層は、多孔質材料よりなると、当該第１の絶縁層を除去することが容易となる。
【００４２】
また、前記第２の絶縁層は、多孔質材料よりなると、当該第２の絶縁層を除去することが容易となる。
【００４３】
また、前記多孔質材料は、多孔質シリカ材料を用いてもよい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、配線間の寄生容量が小さく、安定な構造を有する半導体装置を製造する半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
まず、本発明の概要について以下に説明する。
【００４６】
本発明による半導体装置の製造方法では、第１の絶縁層に埋設される、導電材料よりなる配線構造を形成する配線構造形成工程と、前記第１の絶縁層を除去して前記配線構造を露出させる第１の絶縁層除去工程と、前記配線構造を埋めるように第２の絶縁層を形成する絶縁層埋設工程と、前記第２の絶縁層上にキャップ膜を形成するキャップ膜形成工程と、前記第２の絶縁層を除去する第２の絶縁層除去工程と、を有することを特徴としている。
【００４７】
上記の製造方法の場合、前記配線構造を形成する過程において、例えばプラズマ処理やウェット処理などにより、ダメージを受けている可能性が高い前記第１の絶縁層が除去されている。
【００４８】
さらに、別途前記第２の絶縁層が前記配線構造の周囲に当該配線構造を埋めるように形成されることで、当該第２の絶縁層上にキャップ膜を形成することが可能となっている。当該キャップ膜が形成されることで、当該配線構造が外気より隔絶される構造となり、さらに当該キャップ膜上に別の配線構造が形成可能になる。当該キャップ膜が形成された後、前記第２の絶縁膜を除去して配線構造の寄生容量を低減している。
【００４９】
また、当該キャップ膜上に再び絶縁層を形成し、上記の工程を繰り返し実施することで、キャップ膜により隔絶された、複数の配線構造が積層された多層配線構造を形成することが可能となる。この場合、当該キャップ膜は、配線構造を外気より隔絶するとともに、配線構造の外壁となって多層配線構造を支持する構造体の一部となる。
【００５０】
上記の構造では、前記配線構造の周囲には実質的に空気または不活性ガスなどの気体が存在する状態となり、層間絶縁膜を用いる従来の構造に比べて前記配線構造の寄生容量を大幅に低減することが可能となる。
【００５１】
また、従来のように、例えば製造工程でダメージを受けた層間絶縁膜が配線構造間に残留していないため、例えば、層間絶縁膜と配線構造の膜剥がれがなどの問題が発生することがない。また、層間絶縁膜のダメージに起因する、製造される半導体装置の特性、例えば電気特性のばらつきが抑制され、半導体装置の製造歩留りが向上する効果を奏する。
【００５２】
また、この場合、前記第１の絶縁層、第２の絶縁層は、例えば薬液に溶解（ウェットエッチング）することにより、容易に除去できる。特に、当該第１の絶縁層または第２の絶縁層に、溶液によるウェットエッチング速度が大きい多孔質材料（例えば多孔質シリカなど）を用いると好適である。
【００５３】
例えば、図２は、酸溶液およびアルカリ溶液中の様々な種類の絶縁膜のエッチング速度を比較した図である。図２には、○にてＣＶＤ法で形成した酸化膜（以下文中ＣＶＤ酸化膜）の、◆にて多孔質材料よりなる多孔質絶縁膜の、●にて当該多孔質絶縁膜をプラズマドライエッチングしてプラズマに曝した後の、溶液中のウェットエッチング速度の測定結果をそれぞれ示している。また、グラフの横軸は溶液中のＰＨを示している。また、この実験では酸溶液としてＨＣｌの溶液を、アルカリ溶液としてＮＨ４ＯＨの溶液をそれぞれ用いている。
【００５４】
図２を参照するに、特にＰＨが大きい領域、すなわちアルカリ溶液中ではそれぞれの絶縁膜のエッチング速度が大きくなることがわかる。特に、ＣＶＤ酸化膜に比べて多孔質絶縁膜のエッチング速度が大きくなっている。これは、多孔質絶縁膜の表面積がＣＶＤ酸化膜に比べて大きく、溶液に触れる面積が大きいためと考えられる。
【００５５】
さらに、プラズマに曝された（プラズマによるドライエッチング後の）多孔質絶縁膜は、プラズマに曝される前の多孔質絶縁膜に比べてさらにウェットエッチング速度が大きくなっていることがわかる。これは、プラズマに曝されることで多孔質絶縁膜がダメージを受けていることを示唆すると共に、特にプラズマに曝された多孔質絶縁膜はアルカリ溶液によって容易にウェットエッチングして除去できることを示している。
【００５６】
また、図３は、フッ酸（ＨＦ）溶液中の様々な種類の絶縁膜のエッチング速度を比較した図である。図３には、○にてＣＶＤ酸化膜の、◇にて熱酸化膜の、◆にて多孔質材料よりなる多孔質絶縁膜の、●にて当該多孔質絶縁膜をプラズマドライエッチングしてプラズマに曝した場合の、フッ酸溶液中のウェットエッチング速度の測定結果をそれぞれ示している。また、グラフの横軸は溶液中のＰＨを示している。
【００５７】
図３を参照するに、それぞれの絶縁膜のエッチング速度を比較すると、多孔質絶縁膜のウェットエッチング速度が、ＣＶＤ酸化膜、熱酸化膜に比べて特に大きく、プラズマに曝された（プラズマによるドライエッチング後の）多孔質絶縁膜ではさらにウェットエッチング速度が大きくなっている。
【００５８】
このように、ウェットエッチングの溶液としてフッ酸を用いた場合にも多孔質絶縁膜のウェットエッチング速度は大きく、さらにプラズマに曝された多孔質絶縁膜のウェットエッチング速度はさらに大きくなっていることがわかる。
【００５９】
本発明では上記の性質を利用すると好適であり、例えば前記第１の絶縁膜または前記第２の絶縁膜として多孔質絶縁膜を用いると、ウェットエッチング速度が大きく、当該第１の絶縁層または第２の絶縁膜を除去することが容易となり、好適である。
【００６０】
また、配線構造を構成する導電性材料、例えばＣｕの層間絶縁膜への拡散を防止するため、従来は、層間絶縁膜側に拡散防止膜を形成していた。しかし、層間絶縁膜に拡散防止膜を形成する場合には以下の問題が生じていた。まず、１）拡散防止膜形成時にプラズマを用いる場合（スパッタリング、ＣＶＤなど）には当該プラズマにより絶縁層にダメージが生じる問題、また、２）拡散防止膜が絶縁層に浸透してしまう問題、３）拡散防止膜にピンホールが形成されてしまう問題、があり、特に絶縁層が多孔質材料よりなる場合にこれらの問題が顕著であった。一方、本発明では、前記配線構造を露出させる工程をとるため、露出した配線構造表面に、配線構造を構成する導電性材料（例えばＣｕ）の拡散防止膜（バリア膜）を形成することが容易になっている。そのため、拡散防止膜を形成する上での上記の従来の問題を抑制することができる。
【００６１】
また、上記の製造方法において配線構造を形成する場合に、様々な応力が配線構造やキャップ膜に負荷される。特に本発明の場合には層間絶縁膜を除去する工程を有するため、配線構造やキャップ膜を支持する（または補強する）構造を有することが好ましい。
【００６２】
例えば、これらの構造体を形成する場合に、ＣＶＤ法により、絶縁物よって配線構造を挟んで対向するキャップ膜を接続するように構造体を形成すると、半導体装置全体の剛性が向上し、好適である、また、例えば前記配線構造を構成する導電材料と同様の材料によって、例えば配線構造を形成する工程において、当該配線構造を補強する構造を設けると好適である。
【００６３】
これらの構造の具体的な構成例に関しては以下の実施例中で詳細を後述する。
【００６４】
次に、本発明の実施の形態に関して、図面に基づき、具体的に説明する。
【実施例１】
【００６５】
図４Ａ〜図４Ｌは、本発明の実施例１による半導体装置の製造方法の一例を、手順を追って示した図である。
【００６６】
まず、図４Ａに示す、配線構造を形成過程にある半導体装置は、定法により形成された、図示を省略するＭＯＳトランジスタなどの半導体素子上に、絶縁層２０１が形成されている。前記絶縁層２０１中には、例えば前記ＭＯＳトランジスタにその一部が接続される、例えばＣｕよりなるトレンチ配線２０２が形成されている。また、前記絶縁層２０２は、以下の工程で示す方法と同様にして、除去された構造としてもよい。
【００６７】
ここで、本図に示す工程では、前記絶縁層２０１上にキャップ膜１０１を形成し、当該キャップ膜１０１上に、多孔質（ポーラス）材料よりなる絶縁層１０２を形成する。前記キャップ膜１０１は、前記トレンチ配線２０２を覆うように形成されている。また、前記絶縁層１０２は、例えば多孔質シリカよりなり、例えばＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）法により形成される。また、このような多孔質材料は、ＣＶＤ法により形成することも可能である。
【００６８】
次に、図４Ｂに示す工程において、前記絶縁層１０２上にレジストを形成し、当該レジストをフォトリソグラフィ法によりパターニングした後、パターニングされたレジストをマスクにして前記絶縁層１０２をエッチングし、ビアホール１０３と、当該ビアホール１０３上に当該ビアホール１０３に連通するトレンチ１０４を形成する。この場合、前記ビアホール１０３は、前記絶縁層１０２の側から前記キャップ層１０１を貫通するように形成され、当該ビアホール１０３の底部では前記トレンチ配線２０２の一部が露出するように形成される。
【００６９】
この場合、前記レジストと前記絶縁層１０２の間にはハードマスクを形成するようにしてもよい。前記ハードマスクは、多孔質材料よりなる前記絶縁層１０２を保護する効果を奏する。また、前記レジストと前記絶縁層１０２のエッチングの選択比が小さい場合（例えば前記絶縁層１０２が有機材料で形成される場合など）には、前記レジストをマスクにして一端ハードマスクのパターニングを行い、パターニングされたハードマスクを実質的なマスクとして前記絶縁層１０２のエッチングを行ってもよい。
【００７０】
また、前記絶縁層１０２中には、前記ビアホール１０３と前記トレンチ１０４の境界となる付近の高さの位置に、エッチストッパ層を設けてもよい。エッチストッパ層を設けると、前記トレンチ１０４の深さの制御が容易となる効果を奏する。
【００７１】
また、上記のハードマスクやエッチストッパ層は、後の工程において前記絶縁層１０２をウェットエッチングにより除去する場合に、同様にしてウェットエッチングにより除去できる材料であると好ましく、前記絶縁層１０２とウェットエッチング速度の差が小さい材料であるとさらに好ましい。
【００７２】
さらに、本実施例の場合、前記絶縁層１０２に、複数の前記トレンチ１０４を互いに接続するブリッジ溝１０５を形成することが好ましい。当該ブリッジ溝１０５には、後工程において、トレンチ１０４に形成される複数のトレンチ配線を互いに接続し、複数のトレンチ配線を支持するブリッジ構造が形成される。前記ブリッジ溝１０５は、例えば前記トレンチ１０４と直交する方向に、隣接する２つのトレンチを接続するようにして、複数形成される。
【００７３】
また、前記ブリッジ溝１０５の深さは、前記トレンチ１０４より浅くなるように形成されることが好ましい。これは、後の工程において、ＣＭＰによってブリッジ溝に形成されるブリッジ構造を除去可能にするためである。
【００７４】
また、本工程では、前記ビアホール１０３に加えて、ビアホール１０６を形成しておくことが好ましい。後の工程において、前記ビアホール１０３には、前記トレンチ１０４に形成されるトレンチ配線と、前記トレンチ配線２０２を電気的に接続するビアプラグが形成される。一方、前記ビアホール１０６には、前記トレンチ１０４に形成されるトレンチ配線を支持するための補強構造体であるビアプラグが形成される。
【００７５】
次に、図４Ｃに示す工程において、前記ビアホール１０３、前記ビアホール１０６、前記トレンチ１０４、および前記ブリッジ溝１０５に、配線構造を形成する導電性材料、例えばＣｕを埋設する。その結果、前記ビアホール１０３，１０６にビアプラグ１０３Ａ、１０６Ａが、前記トレンチ１０４にトレンチ配線１０４Ａが、前記ブリッジ溝１０５にブリッジ構造１０５Ａが、それぞれ形成される。この場合、前記ビアプラグ１０３Ａは、前記トレンチ配線２０２と電気的に接続され、当該トレンチ配線２０２と前記トレンチ配線１０４Ａが電気的に接続される。
【００７６】
また、前記ビアプラグ１０６Ａは、当該トレンチ配線１０４Ａを支持するための補強構造体であるため、当該トレンチ配線１０４Ａ以外の配線とは接続されない。このような補強構造体については詳細を後述する。
【００７７】
前記ビアホール１０３、前記ビアホール１０６、前記トレンチ１０４、および前記ブリッジ溝１０５に、Ｃｕを埋設する場合、例えばメッキ法により実施することが可能であるが、メッキに先立ち、スパッタリング法やＣＶＤ法によって、メッキのシード層を形成しておくことが好ましい。また、Ｃｕの埋設は、メッキ法に限定されず、スパッタリング法や、ＣＶＤ法によって実施することも可能である。
【００７８】
また、従来はＣｕの埋設に先立ち、前記絶縁層１０２の側に、Ｃｕの拡散防止膜を形成することが一般的に行われていたが、本実施例では後の工程において配線構造側（Ｃｕ側）に拡散防止膜形成するため、この工程において拡散防止膜を形成することを要しない。
【００７９】
また、Ｃｕは、前記トレンチ１０４上とブリッジ溝１０５上に、またさらに前記絶縁層１０２全体を覆うように形成される。
【００８０】
次に、図４Ｄに示す工程において、前記トレンチ１０４上とブリッジ溝１０５上に、またさらに前記絶縁層１０２全体を覆うように形成された導電性材料をＣＭＰにより研磨する。本工程においては前記絶縁層１０２、前記トレンチ配線１０４Ａ、および前記ブリッジ構造１０５Ａが露出する程度に導電性材料（Ｃｕ）をＣＭＰにより削除する。
【００８１】
このようにして、前記トレンチ配線１０４Ａ，前記ビアプラグ１０３Ａ，１０６Ａ，前記ブリッジ構造１０５Ａよりなる、配線構造が形成される。当該配線構造は、半導体装置の電気的な配線に用いられる前記トレンチ配線１０４Ａ、前記ビアプラグ１０３Ａを有すると共に、当該配線構造の機械的な強度を補強するための、前記ブリッジ構造１０５Ａ，前記ビアプラグ１０６Ａを有している。
【００８２】
例えば前記ブリッジ構造１０５Ａや前記ビアプラグ１０６Ａは、前記トレンチ配線１０４Ａを支持（補強）する構造体であり、半導体装置の製造工程において、前記配線構造にかかる応力に対して、当該配線構造がダメージを受けることを抑制している。例えば、ＣＭＰによる応力や、熱処理やプラズマによる応力変化、ウェット処理する場合にかかる応力によって配線構造が破壊されたり、変形することを抑制している。
【００８３】
次に、図４Ｅに示す工程において、前記絶縁層１０２を溶液によるウェットエッチングにより、溶解して除去する。前記絶縁層１０２を溶解するための溶液としては、例えば図２または図３に示したように、アンモニア溶液などのアルカリ溶液、またはフッ酸溶液などを用いることが可能であるが、これらのほかにフッ化アンモニウム溶液などを用いることも可能である。また、これらの溶液を混合して用いることも可能である。また、この場合、前記キャップ膜１０１は当該溶液に溶解されずに残留することが好ましいため、当該キャップ膜１０１は当該溶液に対する耐性を有していることが好ましい。
【００８４】
また、前記溶液には、例えばＣｕなどの導電性材料（配線構造）の薬液による腐食を防止する腐食防止剤や、当該導電性材料の酸化を防止する酸化防止剤を添加してもよい。例えば、前記腐食防止剤としては、ＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）、前記酸化防止剤としては、アスコルビン酸やアスパラギン酸などを用いることが可能である。
【００８５】
また、前記配線構造表面には、エッチング残渣などの付着物が残留している場合がある。これらの付着物を除去するため、前記配線構造の洗浄が行われることが好ましい。
【００８６】
次に、前記配線構造表面に、当該配線構造を構成する導電性材料、例えばＣｕが、後の工程において形成される層間絶縁膜に拡散することを防止する拡散防止膜の形成を行う。従来は、層間絶縁膜側に配線構造の拡散防止膜を形成していたが、この場合には層間絶縁膜がダメージがうけるなどの様々な問題が生じていた。本実施例の場合には配線構造側に拡散防止膜を形成することで、層間絶縁膜側に拡散防止膜を形成する上での問題を回避することができる。
【００８７】
例えば、前記拡散防止膜は、Ｗ（タングステン）などの加熱触媒体に、例えばＮＨ３ガスなどの窒素元素を含むガスを通し、前記配線構造に供給することにより、前記配線構造表面（Ｃｕ表面）を窒化して不動態化することで形成することができる。
【００８８】
また、上記の拡散防止膜を形成する前に、前記配線構造表面に形成された酸化膜を除去するために、酸化膜の還元を行う事が好ましい。この場合、前記酸化膜の還元は、例えば加熱Ｈ２ガスを前記配線構造に供給することにより、実施することができる。
【００８９】
また、前記拡散防止膜を形成する方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、前記配線構造表面にＣＶＤ法や、ＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition法）により絶縁性の膜を形成することも可能である。また、前記配線構造表面に自己組織化膜（ＳＡＭ膜）を形成する方法もあり、この場合には所定の自己組織化膜を形成する成分を含んだ溶液中に、前記配線構造を浸浸すればよい。
【００９０】
なお、図中では、上記の拡散防止膜の図示は省略している。
【００９１】
次に、図４Ｆに示した工程において、前記配線構造を埋めるようにして、前記キャップ膜１０１上に、例えば多孔質シリカなどの多孔質材料よりなる絶縁層１０７を形成する。この場合、前記絶縁層１０７は、例えば例えばＳＯＤ法により形成される。また、このような多孔質材料は、ＣＶＤ法により形成することも可能である。
【００９２】
次に、図４Ｇに示す工程において、余剰な前記絶縁層１０７をＣＭＰによって除去する。さらにＣＭＰによって、前記トレンチ配線１０４Ａとともに前記ブリッジ構造１０５Ａを研磨し、当該ブリッジ構造１０５Ａを除去する。このため、前記ブリッジ構造１０５Ａに対して前記トレンチ配線１０４Ａは厚く形成されていることが好ましく、前記ブリッジ構造１０５Ａを研磨により除去した状態において、パターン配線として用いるのに好適な厚さになるように前記トレンチ配線１０４Ａが形成されていることが好ましい。
【００９３】
次に、図４Ｈに示す工程において、前記絶縁層１０７と、当該絶縁層１０７より露出した前記トレンチ配線１０４Ａの上に、キャップ膜６０１を形成する。なお、本図（図４Ｈ）から図４Ｌにかけては、半導体装置において、図４Ａから図４Ｉにて示した領域より広い領域を図示する。例えば、図４Ｇに示した前記トレンチ配線１０４Ａ，ビアプラグ１０３Ａ，１０６Ａなどの配線構造は、図４Ｈの領域Ａに形成されている。すなわち、図４Ｈと図４Ｇでは図面の縮尺が異なっている。また、本図以降では、前記トレンチ配線２０２、絶縁層２０１などの下層の構造は図示を省略する。
【００９４】
また、本図に示すように、前記キャップ膜１０１上の、前記領域Ａの間には、前記絶縁層１０７を貫通するビアプラグ１０８が複数形成されている。例えば、前記ビアプラグ１０８は、前記絶縁層１０７を貫通するようにして前記キャップ膜１０１と前記キャップ膜６０１に接するように形成されている。前記ビアプラグ１０８を形成する場合には、図４Ｂに示した工程において、前記絶縁層１０２に、当該絶縁層１０２を貫通するビアホールを形成し、図４Ｃに示す工程において、当該ビアホールに、例えばＣｕなどの導電性材料を埋設してビアプラグを形成すればよい。前記ビアプラグ１０８は、半導体装置全体の強度を向上させることに寄与している。
【００９５】
次に、図４Ｉに示す工程において、前記キャップ膜６０１の所定の位置に、前記絶縁層１０７を除去するための薬液を供給するための供給口６０２を形成する。この場合、前記供給口６０２は、例えばフォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストパターンをマスクにしたドライエッチング法などで形成される。当該供給口６０２は、前記キャップ膜６０１を貫通するように（前記絶縁層１０７に到達するように）形成される。
【００９６】
また、例えば、前記供給口６０２に対応する位置（図中に領域Ｂで図示）には、前記絶縁層１０７が除去された後に、前記キャップ膜１０１と前記キャップ膜６０１を支持する、例えば柱状の支持構造体が形成されることが好ましい。そのためには、前記領域Ｂには、支持構造体を形成するための所定の構造を設けておくことが好ましいが、これについては後述する。
【００９７】
次に、図４Ｊに示す工程において、前記供給口６０２から、前記絶縁層１０７を溶解して除去するため薬液を供給して、当該絶縁層１０７をウェットエッチングにより除去する。例えば、当該薬液としては、図４Ｅに示した工程で用いた薬液と同様のもの（アルカリ溶液、フッ酸溶液、またはフッ化アンモニウム溶液など）を用いることが可能である。
【００９８】
ここで、例えば領域Ａでは、前記トレンチ配線１０４Ａ，ビアプラグ１０３Ａ，１０６Ａなどの配線構造が実質的に露出した状態となる。但しこの場合、前記拡散防止膜は当該配線構造上に形成されている。
【００９９】
次に、図４Ｋに示した工程において、前記供給口６０２に対応する位置に、例えばＣＶＤ法などを用いて、例えばＳｉＯ２よりなる、例えば柱状の支持構造体６０３を形成する。この場合、前記キャップ膜１０１上の前記供給口６０２に対応する位置に、前記支持構造体６０３が形成される領域と、前記支持構造体６０３が形成されない領域を分離する分離構造が形成されていることが好ましい。当該分離構造は、支持構造体を形成するための成膜ガスが、前記配線構造が形成された側の空間に入り込まないように、成膜ガスなどの侵入を抑制する。このような分離構造体の構造については、図５以下で説明する。
【０１００】
また、例えばＣＶＤ法により形成されるＳｉＯ２は、前記キャップ膜６０１上にも形成される。
【０１０１】
そこで、図４Ｌに示す工程において、必要に応じて前記キャップ膜６０１上に形成されたＳｉＯ２膜を、例えばエッチバックにて、またはリフトオフにて除去する。また、当該ＳｉＯ２膜は、ＣＭＰにより除去することも可能である。当該ＳｉＯ２膜は、必ずしも除去することが必要となるわけではない。
【０１０２】
このようにして上層と下層をキャップ膜で挟まれた配線構造を有する半導体装置が形成される。また、この後の工程において、必要に応じて、図４Ａから図４Ｌと同様の工程を繰り返すことにより、任意の層数の多層配線構造を形成することができることは明らかである。例えば、図４Ｌの工程の後、図４Ａの工程と同様にして、前記キャップ膜６０１上に、前記絶縁層１０２に相当する絶縁層を形成し、以下は、図４Ｂ以下に相当する工程を実施すればよい。
【０１０３】
上記の配線構造周囲には、いわゆる層間絶縁膜が形成されていない。そのため、前記配線構造の周囲には実質的に空気または不活性ガスなどの気体が存在する状態となり、層間絶縁膜を用いる従来の構造に比べて前記配線構造の寄生容量を大幅に低減することが可能となる。
【０１０４】
また、従来のように、例えば製造工程でダメージを受けた層間絶縁膜が配線構造間に残留していないため、例えば、層間絶縁膜と配線構造の膜剥がれがなどの問題が発生することがない。また、層間絶縁膜のダメージに起因する、製造される半導体装置の特性、例えば電気特性のばらつきが抑制され、半導体装置の製造歩留りが向上する効果を奏する。
【０１０５】
また、本実施例による製造方法では、絶縁層に埋設された配線構造を一旦露出させ、当該配線構造を構成する導電材料の拡散防止膜を、配線構造側に形成している。その後、再び絶縁層で当該配線構造埋設し、配線構造を隔絶するとともに半導体装置の支持構造となるキャップ膜を形成している。
【０１０６】
このように、本実施例による製造方法では、配線構造がキャップ膜に覆われていない状態で、一旦配線構造を露出させる工程をとることで、当該配線構造の表面に、例えば拡散防止膜を形成することや、当該配線構造表面の還元処理を行って酸化膜を除去することなど、配線構造の表面処理が可能になっている。
【０１０７】
また、拡散防止膜を層間絶縁層側に形成する必要が無いため、拡散防止膜を層間絶縁層側に形成する上で問題になっていた問題を回避することができる。
【０１０８】
また、本実施例では、層間絶縁膜が除去され、配線構造が実質的に露出した構造となるため、半導体装置の剛性を補強する構造を設けると好適である。例えば、上記の例では、前記キャップ膜１０１と前記キャップ膜６０１とを支持する支持構造体６０３を設けている。このような支持構造体は、例えばＣＶＤ法により、形成することができるが、次に、当該支持構造体６０３を形成する場合の好適な方法や構造について説明する。
【０１０９】
この場合、先に説明したように、例えば前記絶縁層１０７の前記供給口６０２に対応する位置に、前記支持構造体６０３を形成する場合に成膜ガスの拡散を抑制する分離構造が形成されていることが好ましい。当該分離構造は、配線構造の周囲の、前記絶縁層１０７が形成されている領域を、前記支持構造体６０３が形成される領域と前記支持構造体６０３が形成されない領域とに実質的に分離する。
【０１１０】
図５は、上記の分離構造体の構成の一例である、分離構造体６５０を平面視した図である。本図は、図４Ｉに示した工程において、前記供給口６０２の側から、前記絶縁層１０７に形成された前記分離構造体６５０を平面視した場合の図である。
【０１１１】
図５を参照するに、前記分離構造６５０は、例えば前記配線構造と同じ導電材料よりなる、パターン構造体６５１，６５２，６５３が、前記供給口６０２に対応する絶縁層１０７の領域６０２ａを囲むようにして形成されてなる。これらのパターン構造体が形成する隙間から、図４Ｊに示した工程では、前記絶縁層１０７を溶解するための薬液が当該絶縁層１０７側に供給される。
【０１１２】
また、図４Ｋに示した工程では、ＣＶＤ法により前記パターン構造体６５１，６５２，６５３の内側の領域、すなわち領域６０２ａに略該当する領域に、支持構造体６０３が形成される。この場合、ＣＶＤ法に用いる成膜ガス、例えばＴＥＯＳ、ＳｉＨ４などの成膜ガスは、殆ど前記パターン構造体６５１，６５２，６５３の隙間を通過せず、成膜はおもに前記領域６０２ａで起こることになる。
【０１１３】
すなわち、前記パターン構造体６５１，６５２，６５３の隙間は、前記絶縁層１０７を溶解させる溶解液を通過させるように、また、前記支持構造体６０３を形成するための成膜ガスを実質的に通過させない程度に形成されることが好ましい。
【０１１４】
例えば、前記パターン構造体６５１は、略平板形状よりなり、前記キャップ膜１０１上に起立するように形成され、平面視した場合に長手方向が前記領域６０２ａから当該領域６０２ａの外側に向かう方向に実質的に一致するように形成される。
【０１１５】
また、前記パターン構造体６５１は、前記領域６０２ａを囲むように、例えば正方形に配列され、当該正方形の角部には四角柱形状の前記パターン構造体６５２が配置される。
【０１１６】
また、配列された複数のパターン構造体６５１とその長手方向が直交する向きに、略平板形状の前記パターン構造体６５３が当該パターン構造体６５１の周囲に設置され、隙間のコンダクタンスを小さくするように設置されている。
【０１１７】
また、図６には、図５に示した前記分離構造体６５０のＸ−Ｘ’断面図を示す。図５を参照するに、前記パターン構造体６５１および前記パターン構造体６５２は、例えば前記絶縁層１０７を貫通するように、前記キャップ膜１０１上から前記キャップ膜６０１に到達する高さに形成される。この場合、パターン構造体の隙間ｄが、前記薬液が通過し、また、前記成膜ガスが実質通過しない程度に形成される。
【０１１８】
また、これらのパターン構造体６５１、６５２、６５３は、例えば前記配線構造（トレンチ配線１０４Ａ、ビアプラグ１０３Ａなど）を形成する工程において同時に形成することができる。例えば、図４Ｂに示した工程において、前記絶縁層１０２に、前記トレンチ１０４と前記ビアプラグ１０８を形成する場合に、同様に当該絶縁層１０２に上記のパターン構造体を形成するための溝部を形成し、図４Ｃに示す工程において、当該溝部に、例えばＣｕなどの導電性材料を埋設して前記パターン構造体６５１、６５２、６５３を形成すればよい。
【０１１９】
また、図７は、当該分離構造体６５０の内側に、前記支持構造体６０３が形成された状態を平面視した図である（図４Ｌに相当する状態）。このように、例えばＳｉＯ２よりなる支持構造体は、パターン構造体６５１，６５２，６５３の略内側に形成される。
【０１２０】
また、このような支持構造体は、上記のように、例えば柱状に、トレンチ配線の間に点在するように形成される場合に限定されず、他にも様々な形状、構造で形成することが可能である。
【０１２１】
図８は、支持構造体の形成例を示す図であり、図４Ｌに相当する工程において、半導体基板上に形成される構造の、図４Ｌよりさらに広い範囲を平面視した図である。
【０１２２】
図８を参照するに、半導体基板上の、領域Ｃには、トランジスタやその上層配線などが形成され、最終的に切り離されて半導体チップとなる領域を示している。すなわち、図４Ｌに示したビアプラグ１０８や、配線構造を含む領域Ａ，支持構造体６０３は、すべて当該領域Ｃに含まれている。この場合、これらの構造物の図示は省略している。
【０１２３】
前記領域Ｃを囲むように、パターン構造体７０１〜７０３を含む、前記分離構造体６５０と同様の構造の分離構造体７００が形成され、さらに当該分離構造体７００の外側の領域Ｄには、支持構造体６０３Ｗが形成されている。
【０１２４】
この場合、前記支持構造体６０３Ｗは、先に説明した支持構造体６０３と同様の方法にて形成される。すなわち、図４Ｉに示した工程において、前記キャップ膜６０１に前記供給口６０２を形成する場合と同じようにして、当該キャップ膜６０１の前記領域Ｄに対応する部分を除去（開口）する。さらに、図４Ｌに示した工程において、例えばＣＶＤ法により、領域Ｄに、例えばＳｉＯ２よりなる支持構造体６０３Ｗを形成する。
【０１２５】
このように、半導体チップが形成される領域Ｃを囲むように支持構造体６０３Ｗが形成されることで、前記配線構造が外気より実質的に隔絶される構造とすることができる。この場合、配線構造の上層と下層はキャップ膜により、また側面は支持構造体６０３Ｗで覆われることになる。
【０１２６】
また、前記支持構造体６０３Ｗは、半導体装置を構成する場合の実質的な骨格構造となり、半導体装置の剛性を向上させることが可能となる。また、前記支持構造体６０３Ｗをスクラブラインにそって形成すると、半導体チップを切り出す場合のダイシングが容易となり、好適である。
【０１２７】
また、このような支持構造体を形成する場合に、例えば半導体装置に形成される電極パッドの直下に形成すると、電極パッドに加わる衝撃により配線構造がダメージを受けることを防止することができる。
【０１２８】
図９は、支持構造体の別の構成例を示す図である。なお、本図では、半導体基板や半導体素子、また配線構造の一部の図示は省略しているが、本図に示す支持構造体は上記の製造方法と同様にして形成することができる。図９を参照するに、本図に示す半導体装置では、下層から順に、キャップ膜４０１、４０２，４０３，４０４が積層され、キャップ膜の間の層間絶縁層は除去されている。
【０１２９】
さらに、前記キャップ膜４０１上には、前記キャップ膜４０２，４０３，４０４を貫通する支持構造体４１３が形成されている。前記支持構造体４１３上には、ビアプラグ４１４を介して、接続部４１６を有する電極パッド４１５が形成されている。また、前記電極パッド４１５には、配線構造である、例えばパターン配線４１１、ビアプラグ４１０、４１２などが必要に応じて接続される。
【０１３０】
従来は、前記電極パッド４１５に対して、例えばボンディングにより、ワイヤ配線などを接続する場合に、ボンティングの衝撃によって半導体装置側の配線構造が断線するなどの不具合が生じる場合があった。
【０１３１】
そこで、本図に示す構造の場合には、前記電極パッド４１５の直下に、前記支持構造体４１３を設けることで、ボンディング時の衝撃に対して配線構造が破損することを防止することができる。
【０１３２】
また、本実施例による半導体装置の製造方法においては、配線構造周囲に実質的な層間絶縁膜が存在しないため、先に説明した支持構造体６０３，６０３Ｗの他にも、配線構造を補強する補強構造体を設けることが好ましい。本実施例では、当該補強構造体の一例として、前記ブリッジ構造１０５Ａ，前記ビアプラグ１０６Ａ、１０８を設けている。
【０１３３】
例えば前記ブリッジ構造１０５Ａや前記ビアプラグ１０６Ａ、１０８は、前記トレンチ配線１０４Ａ、または半導体装置全体を支持（補強）する構造体であり、半導体装置の製造工程において、前記配線構造にかかる応力に対して、当該配線構造がダメージを受けることを抑制している。例えば、ＣＭＰによる応力や、熱処理やプラズマによる応力変化、ウェット処理する場合にかかる応力によって配線構造が破壊されたり、変形することを抑制している。
【０１３４】
また、このような補強構造体は、様々な形状・構造により形成することが可能である。
【０１３５】
図１０は、図４Ｌに示す半導体装置の一部断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１３６】
図１０を参照するに、例えば前記トレンチ配線１０４Ａを支持する補強構造体である前記ビアプラグ１０６Ａは、前記トレンチ配線１０４Ａ以外の配線とは接続されない構造となっている。
【０１３７】
例えば、前記ビアプラグ１０６Ａは、その先端が前記キャップ膜１０１を貫通するように形成してもよく、また前記キャップ膜１０１に半没させるように形成してもよい。また、当該先端が前記キャップ膜１０１に触れるように形成してもよい。
【０１３８】
例えば、前記キャップ層１０１に前記ビアプラグ１０６Ａの先端を半没させるように形成する場合には、前記キャップ膜１０１に、エッチバック法で段差を作ったり、またはリフトオフ法により段差が形成されるようにすればよい。
【０１３９】
また、補強構造体は、上記の構造に限定されるものではない。例えば図１１には、上記の図１０に示した半導体装置の変形例を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１４０】
図１０を参照するに、本図に示す半導体装置では、補強構構造体として、前記ビアプラグ１０６Ａに加えて、ビアプラグ１０８，１１０，１０６Ｂ，１１１，およびブリッジ構造１０９が形成されている。
【０１４１】
例えば、前記ビアプラグ１０８、１１０は、前記キャップ膜１０１とキャップ膜６０１を支持するように形成されている。前記ビアプラグ１０８，１１０を形成する場合には、図４Ｂに示した工程において、前記絶縁層１０２に、当該絶縁層１０２を貫通するビアホールを形成し、図４Ｃに示す工程において、当該ビアホールに、例えばＣｕなどの導電性材料を埋設してビアプラグを形成すればよい。前記ビアプラグ１０８，１１０は、半導体装置全体の強度を向上させることに寄与している。
【０１４２】
また、前記ブリッジ構造１０９は、前記ビアプラグ１０８と前記トレンチ配線１０４Ａを接続するように形成された補強構造体である。前記ブリッジ構造１０９を形成する場合は、前記ブリッジ構造１０５Ａを形成する場合と同様にして形成することができる。
【０１４３】
例えば、図４Ｂに示した工程において、前記絶縁層１０２に、前記トレンチ１０４と前記ビアプラグ１０８を形成するためのビアホールを接続するブリッジ溝を形成し、図４Ｃに示す工程において、当該ブリッジ溝に、例えばＣｕなどの導電性材料を埋設して前記ブリッジ構造１０９を形成すればよい。
【０１４４】
なお、前記絶縁層２０１は除去された構造として、トレンチ配線１０４Ａの下層も同様に層間絶縁層が削除された構成としてもよい。
【０１４５】
また、このような補強構造体は前記トレンチ配線１０４Ａが形成された層に限定されず、さらに上層または下層に形成されるようにしてもよい。例えば、前記絶縁層２０１には、前記ビアプラグ１０６Ａと接続される前記ビアプラグ１０６Ｂが形成されており、同様に、前記ビアプラグ１１０と接続されるビアプラグ２０１が形成されている。このように、補強構造体は様々な形状・構造により、構成することが可能である。
【０１４６】
また、本図には、本実施例による配線構造に接続される、半導体基板上に形成される半導体素子の一例である、ＭＯＳトランジスタの構成例を示す。但し、ＭＯＳトランジスタと配線構造の接続の途中の構造は一部図示を省略している。
【０１４７】
前記ＭＯＳトランジスタは、シリコンよりなる半導体基板３０１上に形成され、当該半導体基板上に形成された素子分離絶縁膜３０２で分離された素子形成領域に形成される。前記素子分離領域には、パターニングされたゲート絶縁膜３０３が形成され、当該ゲート絶縁膜３０３上にゲート電極３０４が形成された構造を有している。
【０１４８】
また、キャリアが移動する前記ゲート絶縁膜３０３直下のチャネル領域を挟んで、ソース領域３０６Ａと、ドレイン領域３０６Ｂが、それぞれ対向するように形成されている。
【０１４９】
この場合、前記ゲート電極３０４の側壁面には、絶縁膜３０５が形成されており、前記ソース領域３０６Ａ、およびドレイン領域３０６Ｂでは、当該絶縁膜３０５に覆われた領域では不純物拡散領域が浅く、当該絶縁膜３０５で覆われていない部分では不純物拡散領域が深くなるように形成されている。
【０１５０】
前記ゲート電極３０４と、前記ソース領域３０６Ａ，ドレイン領域３０６Ｂを覆うように絶縁層３０９、３１０が積層されている。前記絶縁層３０９には、前記ソース領域３０６Ａ、ドレイン領域３０６Ｂに接続される、例えばＷ（タングステン）などよりなるコンタクト配線３０７が形成され、前記絶縁層３１０には、当該コンタクト配線３０７に接続されるトレンチ配線３０８が形成されている。
【０１５１】
また、前記半導体基板上には、ＭＯＳトランジスタに限定されず、例えば双極型トランジスタや、またはキャパシタ、光電変換素子、発光素子など様々な素子が形成されていてもよい。
【０１５２】
また、本図に示した構成は一例であり、本図に示した構成に限定されず、他にも様々に補強構造体を設置することができることは明らかである。
【実施例２】
【０１５３】
また、実施例１に示した製造方法においては、配線構造毎に層間絶縁膜の除去・再形成・再除去を繰り返し、当該配線構造を積層して多層配線構造を形成するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、以下に示すように複数の配線構造の周囲にそれぞれ形成された層間絶縁膜を同時に溶解して再形成・再除去することも可能である。以下に、本実施例による半導体装置の製造方法を図１２Ａ〜図１２Ｇに基づき、手順を追って説明する。
【０１５４】
まず、図１２Ａに示す工程において、実施例１の図４Ａに示した工程と同様にしてトレンチ配線５０２が形成された絶縁層５０１上に、キャップ膜５０３、絶縁層５０４を積層する。本実施例における、絶縁層５０１、５０４、キャップ膜５０３、およびトレンチ配線５０２は、実施例１における、絶縁層２０１、１０２、キャップ膜１０１、およびトレンチ配線２０２にそれぞれ対応し、同様の方法で形成することができる。
【０１５５】
次に、図１２Ｂに示す工程において、実施例１の図４Ｂ〜図４Ｇに示した工程と同様にして、前記絶縁層５０４に、ビアプラグ５０５，５０６，５０８、およびトレンチ配線５０７を形成する。本実施例におけるビアプラグ５０５，５０６，５０８、および前記トレンチ配線５０７は実施例１におけるビアプラグ１０３Ａ，１０６Ａ，１１０，およびトレンチ配線１０４Ａに相当し、同様の方法で形成することができる。ここで、前記トレンチ配線５０７、および前記ビアプラグ５０５，５０６，５０８よりなる下層配線構造が形成される。
【０１５６】
次に、図１２Ｃに示す工程において、前記絶縁層５０４上に、絶縁層５０９を形成する。この場合、前記絶縁層５０４と前記絶縁層５０９の間にキャップ膜は形成しない。また、当該絶縁層５０４と当該絶縁層５０９は同じ材料（多孔質材料）とすることが好ましい。
【０１５７】
次に、図９Ｂに示した工程と同様にして、前記絶縁層５０９に、ビアプラグ５１０，５１１，トレンチ配線５１２を形成する。この場合、前記ビアプラグ５１０，５１１は前記ビアプラグ５０６，５０５と、前記トレンチ配線５１２は前記トレンチ配線５０７と同様にして形成することができる。ここで、前記トレンチ配線５１２，および前記ビアプラグ５１０，５１１よりなる上層配線構造が形成される。
【０１５８】
次に、図１２Ｅに示す工程において、実施例１の図４Ｅに示す工程と同様にして、前記絶縁層５０９，５０４を、例えば薬液によるウェットエッチングにより、除去する。さらに、実施例１の場合と同様にして、前記下層配線構造および上層配線構造の表面に拡散防止膜を形成する。当該拡散防止膜の形成に先立ち、前記下層配線構造および上層配線構造の表面の酸化膜の還元工程を設けることが好ましい。
【０１５９】
次に、図１２Ｆの工程において、実施例１の図４Ｆに示した工程と同様にして、前記下層配線構造、および前記上層配線構造を埋めるようにして、例えば多孔質材料よりなる絶縁層５１３を形成する。
【０１６０】
次に、図１２Ｇに示す工程において、前記絶縁層５１３を例えばＣＭＰにより研磨し、前記トレンチ配線５１２が露出するようにして、さらに当該トレンチ配線５１２と前記絶縁層５１４を覆うように、キャップ膜５１４を形成する。さらに、実施例１の図４Ｉ〜図４Ｌに示した工程と同様にして前記絶縁層５１４を除去する。
【０１６１】
これ以降は、図１２Ａ〜図１２Ｇに示した工程を繰り返すことによって、さらに上層に多層配線を形成することができる。
【０１６２】
本実施例の場合には、前記絶縁層５０４と前記絶縁層５０９の間にキャップ膜を形成する必要がない。また、絶縁層５０４，５０９を同じ工程で除去し、また絶縁層５０４，５０９に対応する絶縁層５１３を一工程で再形成し、さらに再除去している。そのため、半導体装置の製造異工程が単純になる効果を奏する。
【０１６３】
このように、除去する絶縁層や、再形成する絶縁層の構造は様々に変形、変更することが可能である。
【０１６４】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明によれば、層間絶縁膜に与えるダメージが抑制された、半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１Ａ】従来の半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図１Ｂ】従来の半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図１Ｃ】従来の半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図１Ｄ】従来の半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。
【図２】酸溶液およびアルカリ溶液中の様々な種類の絶縁膜のエッチング速度を比較した図である。
【図３】フッ酸（ＨＦ）溶液中の様々な種類の絶縁膜のエッチング速度を比較した図である。
【図４Ａ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その１）である。
【図４Ｂ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その２）である。
【図４Ｃ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その３）である。
【図４Ｄ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その４）である。
【図４Ｅ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その５）である。
【図４Ｆ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その６）である。
【図４Ｇ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その７）である。
【図４Ｈ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その８）である。
【図４Ｉ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その９）である。
【図４Ｊ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その１０）である。
【図４Ｋ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その１１）である。
【図４Ｌ】実施例１による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その１２）である。
【図５】実施例１の半導体装置に用いる分離構造体の構成の一例を示す図である。
【図６】図５の分離構造体断面図である。
【図７】図５の分離構造体に支持構造体を形成した例である。
【図８】支持構造体の別の構成例を示す図である。
【図９】支持構造体のさらに別の構成例を示す図である。
【図１０】図４Ｌに示した半導体装置の断面図である。
【図１１】図１０に示した半導体装置の変形例である。
【図１２Ａ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その１）である。
【図１２Ｂ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その２）である。
【図１２Ｃ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その３）である。
【図１２Ｄ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その４）である。
【図１２Ｅ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その５）である。
【図１２Ｆ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その６）である。
【図１２Ｇ】実施例２による半導体装置の製造方法を手順を追って示した図（その７）である。
【符号の説明】
【０１６７】
１，４，６，２０１，１０２，１０７，３０９，３１０，４０２，４０４，４０６，４０８，５０１，５０４，５１３  絶縁層
５  エッチストッパ層
３，７，１０１，４０１，４０３，４０５，４０７，４０９，５０３，５１４  キャップ膜
２，１２，２０２，１０４Ａ，４１１，４１５，５０７，５１２  トレンチ配線
１１，１０３Ａ，１０６Ａ，１０６Ｂ，１０８，１１０，１１１，４１０，４１２，４１３，４１４,５０５，５０６，５０８，５１０，５１１  ビアプラグ
９，１０３，１０６  ビアホール
１０，１０４  トレンチ
６５０，７００  分離構造体
６５１，６５２，６５３，７０１，７０２，７０３  パターン構造体
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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【図４Ｌ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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