(57)【要約】【課題】高速動作可能な半導体装置を歩留まりよく製造する。【解決手段】エアギャップを形成させない領域１、及び、エアギャップを形成させる領域２がそれぞれ設けられた絶縁膜１０２を用意し、領域１の表面をレジスト１０４で覆い、領域１がレジスト１０４で覆われた絶縁膜１０２の領域２をプラズマ処理し、プラズマ処理された絶縁膜１０２からレジスト１０４を除去し、レジスト１０４を除去した絶縁膜１０２の領域１、２にＣｕ配線１０５を埋め込み、プラズマ処理された領域２の絶縁膜１０２を除去してＣｕ配線１０５の側面にエアギャップ１０８を形成して半導体装置を製造する。【選択図】図４
2011009581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアギャップを形成させない第一の領域、及び、エアギャップを形成させる第二の領域がそれぞれ設けられた絶縁膜を用意する工程と、
前記第一の領域の表面をマスク膜で覆う工程と、
前記第一の領域が前記マスク膜で覆われた前記絶縁膜の前記第二の領域をプラズマ処理する工程と、
前記プラズマ処理された前記絶縁膜から前記マスク膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去した前記絶縁膜の前記第一、第二の領域に金属配線を埋め込む工程と、
プラズマ処理された前記第二の領域の前記絶縁膜を除去して前記金属配線の側面にエアギャップを形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エアギャップを形成する前記工程において、
前記絶縁膜の前記第一、第二の領域に拡散防止膜を形成する工程と、
前記第二領域の前記拡散防止膜の一部を開口させて開口部を形成するとともに前記開口部の底面において前記絶縁膜を露出させる工程と、
を含み、
露出した前記絶縁膜をエッチングにより除去して前記エアギャップを形成する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記拡散防止膜は、ＳｉＣＮ膜またはＳｉＣ膜である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜を露出する前記工程において、前記第一の領域と前記第二の領域との境界と、前記開口部の外周との間の距離を０．５μｍ以上１μｍ以下とする、請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理する前記工程において、プラズマソースとして、アンモニア、ヘリウム、ネオン及びアルゴンからなる群から選択されるガスを用いる、請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記エアギャップを形成する前記工程において、フッ化水素酸またはその塩を含むエッチング液を用いて前記絶縁膜を除去する、請求項１乃至５いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁膜がＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｃ結合とを有する膜である、請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜の上部に配線層を形成する工程と、
前記第一の領域に形成された前記配線層の最上層に電極パッドを形成する工程とをさらに含む、請求項１乃至７いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
絶縁膜と、
前記絶縁膜に埋め込まれた金属配線と、
前記金属配線の側面に形成されたエアギャップと、
前記絶縁膜の上部に形成された配線層と、
前記絶縁膜と前記配線層との間に設けられた孔と
を有し、
前記孔は、前記エアギャップの直上に形成され、前記エアギャップと接続している半導体装置。
【請求項１０】
前記絶縁膜がＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｃ結合とを有する膜である、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記絶縁膜と前記配線層との間に前記金属配線の表面を覆う拡散防止膜をさらに有し、
前記拡散防止膜に前記エアギャップと接続している前記孔を備える、請求項９または１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記配線層の最上層に電極パッドを備え、前記電極パッドが形成された前記配線層の直下の前記絶縁膜に前記エアギャップが形成されていない、請求項９乃至１１いずれかに記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記エアギャップの外周と前記孔の外周との間の距離が０．５μｍ以上１μｍ以下である、請求項９乃至１２いずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及びその半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線での信号伝搬の遅延が素子動作を律速している。配線での遅延定数は、配線抵抗と配線間容量との積で表されるので、配線間容量を下げて素子動作を高速化する必要がある。
【０００３】
また、チップの微細化に伴い、下層配線間は、設計上、狭ピッチで配置することが求められている。そのため、下層配線間の容量が大きいことによる、クロストークの発生や、トランジスタ付帯容量の増加に依る電力消費などの大きな問題が生じやすくなっている。
【０００４】
ところで、近年、低抵抗配線形成技術として、銅多層配線をダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法で形成する方法が普及している。ダマシン法では、ある配線の上層に別の配線層を形成する過程において、リソグラフィー技術により形成したパターンに基づいたドライエッチング法により、配線層間に形成した絶縁膜をエッチング加工する。層間絶縁膜は、銅配線を形成するプロセスにおける鋳型として機能するため、絶縁膜中に空孔を形成してｋ値（比誘電率）を低下させたり、配線形成後に絶縁膜を除去して空隙（エアギャップ）を形成することで、配線間容量を低下させることができる。
【０００５】
非特許文献１では、以下の方法により、エアギャップを形成させている。まず、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）を層間絶縁膜として、ダマシン法により配線層を形成する。ついで、配線層上に薄いＳｉＣＮ膜を成膜する。ついで、その上に感光性レジストを用いて、薬液の導入口をパターニングする。ついで、ドライエッチングで薬液導入口を形成した後、レジストを除去して、ウェハ表面からフッ化水素酸（ＨＦ）を導入し、ＳｉＯ２膜を溶解させてエアギャップを形成する。その後、引き続いて、上層配線層を形成する。
【０００６】
一方、下層配線間の絶縁膜のエアギャップが大きいと、機械的強度が不足する。そのため、エアギャップが形成された配線上に半田バンプに形成したり、ボンディングワイヤを接続したりすると、強い圧力がかかる。これにより、直下の配線にパターン倒れが発生するなどの問題が生じる。そこで、同一の下層配線層のうち、特に低配線間容量を必要とする領域のみ絶縁膜を除去し、機械的に強固な構造を求められる領域には絶縁膜を残すプロセスが求められている。
【０００７】
特許文献１には、必要な領域にのみエアギャップを有し、エアギャップに起因する機械的強度の低下を抑える技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１６６７２６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】R.Gras et al., proceedings of IITC 2008, p196
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、エアギャップを形成すべき領域と形成すべきでない領域とを、メタルリングで仕切る必要がある。このメタルリング周辺では、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程でのエロージョンが発生するおそれがある。このため、銅などを用いた金属配線における抵抗規格を満たすには、配線とメタルリングとの距離を一定以上に離さなければならないという設計上の制約が生じる。
【００１１】
また、メタルリング形成後にプラズマ工程が存在すると、メタルリングにプラズマ由来の荷電粒子が蓄積することでリングが切断されることがある。これにより、メタルが周囲に拡散するおそれもある。拡散した金属が周辺に存在する配線と癒着し、ショート異常を起こす危険性が高くなる。また、メタルリングの大きさが小さい場合には、上記の荷電粒子が蓄積する過程で、リング内に渦磁場が発生する。したがって、リング内に存在する配線を通じて、トランジスタに影響を及ぼす危険性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、
エアギャップを形成させない第一の領域、及び、エアギャップを形成させる第二の領域がそれぞれ設けられた絶縁膜を用意する工程と、
前記第一の領域の表面をマスク膜で覆う工程と、
前記第一の領域が前記マスク膜で覆われた前記絶縁膜の前記第二の領域をプラズマ処理する工程と、
前記プラズマ処理された前記絶縁膜から前記前記マスク膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去した前記絶縁膜の前記第一、第二の領域に金属配線を埋め込む工程と、
プラズマ処理された前記第二の領域の前記絶縁膜を除去して前記金属配線の側面にエアギャップを形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、
絶縁膜と、
前記絶縁膜に埋め込まれた金属配線と、
前記金属配線の側面に形成されたエアギャップと、
前記絶縁膜の上部に形成された配線層と、
前記絶縁膜と前記配線層との間に設けられた孔と
を有し、
前記孔は、前記エアギャップの直上に形成され、前記エアギャップと接続している半導体装置が提供される。
【００１４】
この発明によれば、絶縁膜の特定の領域をマスク膜で覆うことで、マスク膜で覆われていない領域を選択的にプラズマ処理する。これにより、プラズマ処理された領域の絶縁膜のエッチング速度を相対的に大きくすることができる。したがって、プラズマ処理された領域の絶縁膜を選択的に除去して、エアギャップを形成させつつ機械的強度が必要な箇所には絶縁膜を残すことができる。よって、高速動作可能な半導体装置を歩留まりよく製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速動作可能な半導体装置を歩留まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】実施の形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【図６】実施の形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。
【図７】実施の形態に係る半導体装置の配線構造の平面図である。
【図８】実施の形態に係る半導体装置の配線構造の平面図である。
【図９】実施例の結果を示す図である。
【図１０】実施例の結果を示す図である。
【図１１】実施例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１８】
図１〜４は、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施形態の半導体装置の製造方法は、エアギャップを形成させない領域１（第一の領域）、及び、エアギャップを形成させる領域２（第二の領域）がそれぞれ設けられた絶縁膜１０２を用意する工程（図１（ａ））と、領域１の表面をレジスト１０４（マスク膜）で覆う工程（図１（ｂ））と、領域１がレジスト１０４で覆われた絶縁膜１０２の領域２をプラズマ処理する工程（図２（ｃ））と、プラズマ処理された絶縁膜１０２からレジスト１０４を除去する工程（図２（ｄ））と、レジスト１０４を除去した絶縁膜１０２の領域１、２に銅（Ｃｕ）配線１０５（金属配線）を埋め込む工程と（図３（ｅ））、プラズマ処理された領域２の絶縁膜１０２を除去してＣｕ配線１０５の側面にエアギャップ１０８を形成する工程と（図４（ｇ））、を含む。
【００１９】
以下、各工程について具体的に説明する。
まず、図１（ａ）で示すように基板１０１上に絶縁膜１０２を成膜する。基板１０１には、図５、６で示すようにトランジスタが形成されているが、図１〜４では省略する。絶縁膜１０２は、Ｓｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｃ結合とを有する膜とし、たとえば、ｋ値（比誘電率）が２．７以下のＳｉＯＣ膜とする。具体的には、Ｓｉ−Ｏの結合エネルギーが低く、空孔率が高いＳｉＯＣ膜が好ましい。より具体的には、ＢＤ（ｋ＝２．３５）、ＢＤ２．７（ｋ＝２．４），ＢＤ２ｘ（ｋ＝２．５）等のブラックダイヤモンド、ＯＭＣＴＳ（Ｏｃｔａｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｔｅｔｒａｓｉｌｏｘａｎｅ；［（ＣＨ３）２ＳｉＯ］４）等の環状シロキサンを用いた有機シリカ膜、ｐ−ＳｉＣＯＨ等のポーラスシリカ膜が挙げられる。絶縁膜１０２の層厚は、たとえば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍとする。
【００２０】
ついで、絶縁膜１０２上にレジスト１０４と親和性を有する中間層１０３を形成する。中間層１０３を成膜することで、レジスト１０４の濡れ性を向上させることができる。中間層１０３の膜厚は５０ｎｍ以下とすると好ましい。こうすることで、後述するプラズマ処理工程において、中間層１０３を通じて絶縁膜１０２にプラズマダメージを浸透させることができる。中間層１０３としては、たとえば、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯ２膜等が挙げられ、特に、ＳＯＧ（シリコン・スピン・グラス）、及び成膜温度が２５０℃以下の低温酸化膜が好ましい。
【００２１】
ついで、中間層１０３の表面にレジスト１０４を塗布する。レジスト１０４の密度は、絶縁膜１０２の密度よりも大きくてもよい。これは、絶縁膜１０２では、空孔を形成して比誘電率を低くしているためである。また、レジスト１０４の厚みは、絶縁膜１０２と同程度の厚みとする。ついで、露光および現像を行って領域１のみにレジスト１０４が残るようにパターニングする（図１（ｂ））。
【００２２】
ついで、領域１のレジスト１０４表面および領域２の中間層１０３表面をプラズマ照射する（図２（ｃ））。具体的には、絶縁膜１０２に対し、ウェハ垂直方向に指向性を持たせたプラズマ処理を行う。プラズマソースとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス、または、アンモニアガス等を用いることができる。中間層１０３表面に照射されたプラズマは、中間層１０３を介して絶縁膜１０２に浸透する。一方、領域１の絶縁膜１０２は、レジスト１０４で保護されるため、プラズマ処理されない。これにより、領域２の絶縁膜１０２のみを改質させることができる。また、プラズマソース、プラズマ処理時間、印加電力を絶縁膜１０２の種類に併せて適宜設計することで、プラズマの浸透距離を制御することができる。そのため、絶縁膜１０２を所望の深さで改質させることができる。なお、プラズマの浸透距離は、レジスト１０４の厚み以下にする。
【００２３】
ついで、レジスト１０４をアッシングした後、中間層１０３をエッチバックにて除去する（図２（ｄ））。
【００２４】
ついで、通常のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により絶縁膜１０２内に配線溝を形成し、その後、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、メッキ法、ＣＭＰ技術を用いたダマシン法によりＣｕ配線１０５を形成する（図３（ｅ））。
【００２５】
ついで、領域１、２に形成されたＣｕ配線１０５の表面を覆うように拡散防止膜１０６を形成する。拡散防止膜１０６は、Ｃｕ配線１０５のＣｕ拡散を防止する膜であり、たとえば、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣ膜等を用いる。拡散防止膜１０６の膜厚は、たとえば１０ｎｍ〜１００ｎｍとする。
【００２６】
ついで、感光性レジストを用いてパターニングにより拡散防止膜１０６の一部を開口させて、エッチング液の導入口（開口部）１０７を形成するとともに導入口１０７の底面において絶縁膜１０２を露出させる（図３（ｆ））。導入口１０７の開口径ｄ１は、１００ｎｍ程度とすると好ましい。また、領域１と領域２との境界から導入口１０７の外周と間の距離（ΔＤ）は、０．５μｍ〜１μｍとすると好ましい。
【００２７】
ついで、導入口１０７からエッチング液を導入し、絶縁膜１０２をエッチングにより除去する。エッチング液として、フッ化水素酸（ＨＦ）又はその塩を用いることができる。ＨＦの塩としては、たとえば、フッ化アンモニウムを用いることができる。エッチング液中のフッ素の含量は、モル比で溶液全体の０．５％とするとよい。また、エッチング液のｐＨは１〜８とするとよい。こうすることで、エッチング液と接液したＣｕ配線１０５の酸化による表面荒れ、粒界腐食などを抑制することができる。
【００２８】
ここで、拡散防止膜１０６はＳｉ−Ｃ結合を含む膜とすることで、ＨＦで除去されにくくなる。また、絶縁膜１０２のプラズマ処理された領域は、プラズマにより改質し、エッチングされやすくなっている。そのため、導入口１０７の底面の絶縁膜１０２から順に除去されることとなる。
【００２９】
一方、領域１の絶縁膜１０２はプラズマ処理されていないため、エッチングされにくい。そのため、領域１と領域２との境界でエッチング速度が低下する。したがって、領域２のみにエアギャップ１０８を形成させることができる。なお、図２（ｂ）において、レジスト１０４の層厚をエアギャップ１０８の深さ以上にすることで、領域１にエアギャップ１０８が形成されることを防止することができる。
【００３０】
また、領域２の絶縁膜１０２のうちプラズマが到達していない部分もまた、改質していないため、エッチングされにくい。そのため、エッチング液が領域２のプラズマ処理されていない箇所に到達すると、エッチング速度が低下する。したがって、絶縁膜１０２を貫通させることなく所望の深さのエアギャップ１０８を形成させることができる。エアギャップ１０８の深さを絶縁膜１０２の層厚より小さくすることで、領域２において必要な機械的強度を保つことができる。
【００３１】
ついで、拡散防止膜１０６上にさらに絶縁膜１０２ｂを形成する（図４（ｈ））。絶縁膜１０２ｂの材料は、絶縁膜１０２で例示したものと同じものを用いることができる。このとき、絶縁膜１０２ｂの膜厚（ｔ）は、導入口１０７の径（ｄ１）に対して、ｄ１≦０．９×ｔの関係を満たすようにするとよい。図示するように、エアギャップ１０８上に絶縁膜１０２ｂを形成すると、ボイド１０９が形成されてしまう。これは、ＣＶＤがコンフォーマルにデポジットされる性質を持つためである。このボイド１０９が大きすぎると機械的強度が低下する等の問題がある。しかしながら、絶縁膜１０２ｂの厚みを確保することで、ボイド１０９が大きくなりすぎず、ボイド１０９による機械的低下等の影響が無視できる程度にすることができる。
【００３２】
ついで、図１（ｂ）で示すリソグラフィー工程及び図２（ｃ）（ｄ）で示すプラズマ処理を同様に繰り返した後、絶縁膜１０２ｂにビア１１０を形成する。ビア径（φ）はたとえば２０ｎｍ〜１８０ｎｍ、ビア高さはたとえば１００ｎｍ〜１５００ｎｍとする。その後、Ｃｕ膜を埋めこみ、たとえば５０ｎｍ〜１０００ｎｍの高さのＣｕ配線を形成する。
【００３３】
ついで、図３（ｆ）、図４（ｇ）で示すエッチング工程を繰り返し、さらに、図１（ｂ）から図３（ｇ）の工程を繰り返して絶縁膜１０２の上部に多層配線層を形成する。このように多層配線層を形成した後、領域１の最上層の配線層に電極パッドを形成する。
【００３４】
図５、６に完成した半導体装置の例を示す。図１〜４では省略したが、基板１０１には複数のトランジスタが設けられている。各トランジスタは素子分離層２０２で分離されている。ゲート電極２０３がＣｕ配線１０５にコンタクト２０４している。トランジスタ上に、絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２に埋め込まれたＣｕ配線１０５と、Ｃｕ配線１０５の側面に形成されたエアギャップ１０８とからなる配線層が形成され、この配線層が繰り返し形成されている。絶縁膜１０２と上層配線層との間に形成された拡散防止膜１０６に、エッチング液の導入のため形成された導入口１０７が残存している。この導入口１０７は、エアギャップ１０８の直上に形成され、エアギャップ１０８と接続している。また、配線層の最上層に電極パッドが形成されている。電極パッドが形成された配線層の直下の絶縁膜１０２にはエアギャップ１０８が形成されていない。
【００３５】
図５で例示する半導体装置の電極パッドは、チタン層２０７、アルミニウム層２０８及びニッケル層２０９がこの順で積層された金属多層膜からなる。最上層のニッケル層２０９に半田ボール２１０が形成されている。半田ボール２１０は、この金属多層膜を介して配線層と接続している。配線層の最上層には、ポリイミド等からなる絶縁層２０６が形成されている。
【００３６】
また、図６で例示する半導体装置では、電極パッドとして、アルミニウム等のボンディングパッド３０７が形成されている。ボンディングパッド３０７には、ボンディングワイヤ３１０が接続している。また、ボンディングワイヤ３１０は、アルミニウム等のボンディングパッド３０７を介して配線層と接続している。図６でも、配線層の最上層には、ポリイミド等からなる絶縁層２０６が形成されている。
【００３７】
つづいて、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の製造方法によれば、絶縁膜１０２の領域１をレジスト１０４で覆うことで、レジスト１０４で覆われていない領域２を選択的にプラズマ処理する。これにより、プラズマ処理された領域２の絶縁膜１０２のエッチング速度を相対的に大きくすることができる。したがって、プラズマ処理された領域２の絶縁膜１０２を選択的に除去して、エアギャップ１０８を形成させつつ機械的強度が必要な箇所には絶縁膜１０２を残すことができる。よって、高速動作可能な半導体装置を歩留まりよく製造することができる。
【００３８】
以下、本実施形態の効果について詳細に説明する。従来、エアギャップの形成により、配線間抵抗を低下させることができることが知られていた。そのため、エアギャップの形成により、高速動作が可能な半導体装置が実現できると期待されていた。しかしながら、エアギャップの形成により機械的強度の低下が問題となっていた。
【００３９】
たとえば、外部接続端子として半田ボールを形成した場合、下層の絶縁膜と半田との応力差により、製造過程での熱処理や、装置出荷後の温度変化によって、絶縁膜の剥がれなどを引き起こす可能性がある。絶縁膜に一定以上の面積のエアギャップを形成すると、この応力変化による膜剥がれ現象が加速されるため、特に剥がれの発生箇所となりやすくなるという問題がある。
【００４０】
また、ボンディングワイヤを形成する場合、ボンディング工程やテストパッドでの針当では、半導体装置の上部から強い力が装置全体に加えられる。このときに加わる力は、主にパッド直下方向に加わる。そのため、ボンディングパッドの直下にエアギャップを形成すると、針当による外力によって半導体装置の下層膜自体が破壊されるという問題がある。
【００４１】
そこで、本実施形態では、絶縁膜１０２にエアギャップ１０８を形成する領域（領域２）及び形成しない領域（領域１）を設けて、フォトリソグラフィー処理、プラズマ処理及びエッチング処理を組み合わせて処理する。こうすることで、プラズマ処理された領域２のみエアギャップ１０８が形成され、領域１と領域２との間に明確な境界を形成することができる。したがって、エアギャップの形成されていない領域１に外部のパッケージと接続するための電極パッドを設けつつ、エアギャップ１０８の形成された領域２で配線間抵抗を低下させることができる。また、プラズマ処理条件を制御することで、エアギャップ深さを自在に制御できるため、領域２では、配線間抵抗と機械的強度とのバランスを考慮しつつエアギャップ１０８を形成することができる。さらに、エアギャップの形成されていない領域１では、ｋ値の低い絶縁膜を形成することで、配線間抵抗を低下させることができる。
【００４２】
本実施形態の効果は、プラズマ処理により絶縁膜の改質が生じることで得られるものと推察される。絶縁膜１０２としてＳｉＯＣ膜を用いた場合、プラズマ処理によって、特に結合エネルギーの弱いＳｉ−Ｃ結合が物理的に切断され、少ないＳｉ−Ｏの架橋構造で形成された膜となる。この膜はＨＦに対して高い溶解性を示すが、Ｓｉ−Ｃ結合の存在する膜はＨＦに対する溶解性がない。これにより、プラズマ処理された部分と、プラズマ処理をされていない部分とでエッチングに対する高い選択比が得られると考えられる。また、プラズマ処理によってＳｉ−Ｃ結合が破壊される深さは、プラズマ処理に用いるソースの質量やエネルギーに依存して決まると考えられる。そのため、プラズマ条件を制御することにより、絶縁膜１０２のＳｉ−Ｃ結合が切断されない領域を形成させることができ、その結果、所望の深さのエアギャップ１０８を形成させることができると考えられる。
【００４３】
本実施形態の方法では、特許文献２のように、横方向へのエッチング液の拡散を防止するメタルリングが存在しないため、チップ面積を縮小させることができる。また、深さ方向のエッチング液の拡散を制御できるため、絶縁膜１０２を２層構造にすることなく、配線１０５の機械的強度を保つことができる。したがって、従来以上に容量の低減効果が期待でき、製造コストやゴミ発生量、プラズマダメージ量の低減も図ることができる。
【００４４】
ここで、本実施形態で作製する配線構造の設計方法の一例について図を用いつつ説明する。図７は、配線構造の平面図である。下部配線１０５ａは、エアギャップ１０８が形成された絶縁膜１０２と同一層内に形成されたＣｕ配線である。また、ビア１１０は、エアギャップ１０８が形成された絶縁膜１０２の上層に形成されている。また、上層配線１０５ｂは、ビア１１０と同一層に形成されたＣｕ配線である。
【００４５】
まず、エッチング液の導入口１０７は、１．０μｍ以下のピッチ（ｄ２）で形成するとよい。こうすることで、導入口１０７から絶縁膜１０２内に十分にエッチング液は拡散することができる。これにより、所望の大きさのエアギャップ１０８を形成させることができる。
【００４６】
また、エッチング液の導入口１０７はエアギャップを作製しない領域１とエアギャップを作製する領域２との境界から０．５μｍ〜１μｍの距離（ΔＤ）に作製するとよい。空孔を有するＳｉＯＣ膜を絶縁膜１０２とする場合、絶縁膜１０２自体の密度が小さくなることから、プラズマ処理されていない領域１にもエッチング液が浸透する可能性がある。エッチング液に含まれるフッ化物イオンが絶縁膜中に残存すると、その後の熱工程によって拡散し、銅の腐食や層間膜の溶解を引き起こす懸念がある。そこで、エアギャップを形成してはいけない領域１に、エッチング液が浸透することを予防することが必要となる。
【００４７】
本発明者らが、比誘電率が２．７以下のＳｉＯＣ膜を用いてＨＦの拡散距離を調べたところ、最大で０．３μｍであることがわかった。この結果に加え、プラズマ処理自体が横方向に進むこと、並びに、レジスト１０４形成時、Ｃｕ配線１０５の形成時及び導入口１０７の形成時における各リソグラフィー工程の間の合わせずれを考慮すると、ΔＤを０．５μｍ以上確保することで、領域１へのエッチング液の浸透を防止することができると考えられる。また、ΔＤを１μｍ以下とすることで、前述のようにエアギャップを形成させた領域にエッチング液を十分に拡散させることができる。このように導入口１０７をレイアウトすることで、エアギャップ１０８の外周と導入口１０７の外周との間の距離（ΔＤ）が０．５μｍ以上１μｍ以下の配線構造が得られる。
【００４８】
また、エッチング液の導入口１０７と下層配線１０５ａとの間の距離（ｄ３）は、３０ｎｍ以上とするとよい。こうすることで、下層配線１０５ａの表面が露出して銅が漏れ出ることを防止することができる。
【００４９】
また、エッチング液の導入口１０７と上層配線１０５ｂとの間の距離（ｄ４）は、３０ｎｍ以上とするとよい。導入口１０７の上部に絶縁膜１０２を形成すると、図４（ｈ）に示すように、導入口１０７の直上にはボイド１０９が形成される。導入口１０７の直上部分にダマシン法で配線溝を形成してしまうと、このボイド１０９の部分と上層配線１０５ｂの溝底とが接合してしまう。この場合、配線溝の溝底に穴が空いた状態になり、この穴から銅が漏れ出す恐れがある。銅は、エアギャップ１０８を介して、下層配線１０５ａとも接する可能性があるため、異層間・下層の同層間ショートが発生する懸念がある。ｄ４を３０ｎｍ以上とすることで、このような問題は生じなくなる。
【００５０】
また、エアギャップ１０８の上部に形成されたビア１１０は、平面視で下層配線１０５ａに重なるように配置するが、平面視で下層配線１０５ａの外周からｄ５≧３０ｎｍとなる位置に形成するとよい。これにより、ビア１１０とエアギャップ１０８との接合を防止することができる。同様な理由から、エアギャップ１０８が形成されていない領域１に形成させるビア１１０もまた、エアギャップ１０８の外周からｄ６≧３０ｎｍとなる位置に形成するとよい。
【００５１】
図８もまた配線構造の平面図である。図示するように配線１０５をエアギャップ１０８に跨がせる場合は、所定の位置に絶縁膜１０２が残るようにエアギャップ１０８を形成する。こうすることで、配線の機械的強度の劣化を防止することができる。
【００５２】
具体的には、たとえば、図８（ａ）で示すように、配線１０５をエアギャップ１０８内に延在させる場合は、配線１０５を所定の配線長（ｄ８）の単位で区分し、各単位における配線１０５の両端に絶縁膜１０２を残す。絶縁膜１０２で埋め込まれた配線１０５の配線長（ｄ７ａ、ｄ７ｂ）とエアギャップ１０８内に浮いた配線１０５の配線長（ｄ８−ｄ７ａ−ｄ７ｂ）との割合は、配線１０５の幅及び深さにあわせて制御することができるが、たとえば、配線１０５の深さが１１５ｎｍ、配線幅が５０ｎｍの場合、ｄ８は１０μｍ以下とし、ｄ７ａ、ｄ７ｂはそれぞれ０．５μｍ以上とすると好ましい。
【００５３】
また、配線１０５の端部の側面には、絶縁膜１０２を残すとよい。たとえば、図８（ｂ）では、配線１０５を架橋する部位を示すが、図示するように、各配線１０５の端部には、絶縁膜１０２を残す。ｄ７ｃは０．５μｍ以上とすると好ましい。
【００５４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
図１（ａ）で、ＢＤ２ｘ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）を絶縁膜１０２として成膜した。膜厚は２００ｎｍとした。図１（ｂ）で、絶縁膜１０２上に２００℃にて、中間層１０３としてＳＯＧ（スピン・オン・グラス）を５０ｎｍ成膜した。レジスト１０４を５００ｎｍ塗布した後、エアギャップ領域２を形成するためのリソグラフィーを行った。ついで、プラズマＣＶＤ装置（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ）を用い、アンモニアガス（ＮＨ３）をソースとしてパワー；３００Ｗ、処理時間；２０秒、流量；９００ｓｃｃｍ、ガス圧；５３３Ｐａ（４．０Ｔｏｒｒ）、温度；３３５℃、電極間距離；３２０ｍｉｌｓにてプラズマ処理を行った（図２（ｃ））。レジスト１０４をアッシングした後に、中間層１０３をエッチバックにて除去した（図２（ｄ））。絶縁膜１０２上にＳｉＯ２膜を成膜し、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ビア及び配線溝を形成した。その後、ＰＶＤ、メッキ法、ＣＭＰによってダマシン法でＣｕ配線１０５を形成した（図３（ｅ））。配線膜厚は１１５ｎｍとした、また、絶縁膜１０２の成膜時からＣＭＰに至るまでのＢＤ２ｘの膜減り量は３０ｎｍとした。また、エアギャップ１０８を形成する領域２の直上にビア１１０を形成するＣｕ配線１０５では、ビア径５０ｎｍに対しＣｕ配線１０５のエクステンションをＸ，Ｙ全４方向に３０ｎｍ形成して、ハンマーヘッド状になるようにした。Ｃｕ配線１０５上に拡散防止膜１０６として、ＳｉＣＮ膜を３５ｎｍ成膜し、その上に感光性レジストを用いて、エッチング液の導入口１０７をパターニングした（図３（ｆ））。ΔＤが０．８μｍのところに導入口１０７が形成されるようにレイアウトし、導入口１０７の径（ｄ１）は１００ｎｍとし、ピッチ（図７、ｄ２）は１μｍとした。また、Ｃｕ配線１０５との距離が３０ｎｍ以上あるようにレイアウトした。Ｃｕ配線１０５に対するメズレは最大２０ｎｍ以内に管理してリソグラフィーを行った。ドライエッチングでエッチング液の導入口１０７を形成した後（図３（ｆ））、レジストを除去し、ウェハ表面から重量比１：２００のＨＦを３０秒吐出して、深さ約７０ｎｍのエアギャップ１０８を形成した（図４（ｇ））。ついで、上層配線層を形成した（図４（ｈ））。この際、上層の絶縁膜１０２ｂは、膜厚２００ｎｍのＢＤ２ｘとし、ビア径（φ）は５０ｎｍ、ビア高さ９０ｎｍ、配線高さは１１５ｎｍとした。また、ビア１１９のレイアウトが直下層及びエアギャップ形成層に対してメズレは最大３０ｎｍ以内となるように管理してリソグラフィーを行った。また、上層配線１０５ｂのレイアウトも、直下層配線、エッチング液の導入口１０７に対してメズレが最大３０ｎｍ以内となるように管理してリソグラフィーを行った。エアギャップのない領域１のビア１１０のうち、エアギャップ１０８との境界に近いビア１０１は、境界からの距離が３０ｎｍ以上にあるようにレイアウトした。
【００５６】
（実施例２）
実施例１のプラズマ処理工程（図２（ｃ））において、印加パワー及び処理時間を変えてプラズマ処理を行い、エアギャップ１０８の深さと印加パワーと処理時間との関係を調べた。印加パワー（１００Ｗ、１５０Ｗ、３００Ｗ）及び処理時間を変えた以外は実施例１と同様にした。結果を図９に示す。なお、図９中縦軸は、エアギャップ１０８の底面直下の絶縁膜１０２の厚み（図４（ｇ）のΔｘ）を示す。
【００５７】
（実施例３）
実施例１のプラズマ処理工程（図２（ｃ））において、プラズマソース及びプラズマ処理時間を変えてプラズマ処理を行い、エアギャップ１０８の深さとプラズマソースとプラズマ処理時間との関係を調べた。プラズマの安定性を考慮して、処理条件は以下の通りに固定した。その他は実施例１と同様にした。
・Ｈｅ処理
パワー；４４０Ｗ、流量；５２００ｓｃｃｍ、ガス圧；１０６７Ｐａ（８．０Ｔｏｒｒ）、温度；３３５℃、電極間距離；４３０ｍｉｌｓ
・Ａｒ処理
パワー；６００Ｗ、流量；４００ｓｃｃｍ、ガス圧；８６７Ｐａ（６．５Ｔｏｒｒ）、温度；３３５℃、電極間距離；３５０ｍｉｌｓ
【００５８】
結果を図１０に示す。図１０中縦軸は、エアギャップ１０８の底面直下の絶縁膜１０２の厚み（図４（ｇ）のΔｘ）を示す。この結果から、ヘリウムガスをプラズマソースとすると、特にエアギャップ１０８の深さを浅く制御するときに有効であることがわかった。
【００５９】
（実施例４）
絶縁膜１０２の種類を変えるとともに、実施例１のプラズマ処理工程（図２（ｃ））において、プラズマ処理時間を変えてプラズマ処理を行い、エアギャップ１０８の深さと絶縁膜１０２の種類とプラズマ処理時間との関係を調べた。絶縁膜１０２として、以下のものを用いた。その他は実施例１と同様にした。
・ＢＤ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）
・ポーラスＳｉＣＯＨ（ｐ−ＳｉＣＯＨ）；プラズマＣＶＤ装置（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、ＰＲＯＤＵＣＥＲ）により成膜した。
・環状シロキサン膜；ＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）ガスを用い、プラズマＣＶＤ装置（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、ＰＲＯＤＵＣＥＲ）により成膜した。
・Ａｕｒｏｒａ（登録商標、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）
【００６０】
結果を図１１に示す。図１１中、縦軸は、エアギャップ１０８の底面直下の絶縁膜１０２の厚み（図４（ｇ）のΔｘ）を示す。この結果から、エアギャップ１０８を形成させない領域１に形成するＣｕ配線１０５の特性に合わせて、絶縁膜１０２を比較的自由に選定することが可能であることがわかった。
【００６１】
本発明の他の態様を以下に例示する。
（１）Ｃｕ配線の同一配線層上にエアギャップを形成する領域と、エアギャップを形成しない領域との双方が共存することを特徴とする。
（２）（１）で形成する配線層のうち、エアギャップを形成しない領域の層間絶縁膜がＳｉ−Ｏ結合で架橋された構造を持ち、かつＳｉ−Ｃ結合を有し、プラズマ処理を施さなければ、フッ化水素酸等に対するエッチング量の極めて少ない膜であることを特徴とする。
（３）（１）に記載するエアギャップの深さが、層間絶縁膜の厚さよりも小なることを特徴とする。 
（４）（２）に記載する配線層間のエアギャップを形成する手法として、絶縁膜を成膜した直後に、レジストとの親和性の高い膜を薄く成膜し、その上にレジストを塗布し、その後露光・現像を行って、将来エアギャップを形成する領域をパターニングし、然る後にウェハ垂直方向に指向性を持たせたプラズマ処理を行うことを特徴とする。
（５）（２）に記載する配線層間のエアギャップを形成する手法として、エアギャップを形成する領域の層間絶縁膜の直上に成膜されたＣｕ拡散防止絶縁膜に薬液の導入口をパターニング形成し、この導入口から絶縁膜を溶解する薬液を導入して絶縁膜を溶解することを特徴とする。
（６）（２）に記載する絶縁膜であるＳｉＯＣ膜のｋ値が２．７以下であることを特徴とする。
（７）（４）に記載する絶縁膜の直上に成膜するレジストとの親和性の高い膜の厚さを５０ｎｍ以下とすることを特徴とする。
（８）（４）に記載する絶縁膜の直上に成膜するレジストとの親和性の高い膜として成膜温度を２５０℃以下に制御したＳｉＯ２膜を用いることを特徴とする。
（９）（４）に記載する絶縁膜の直上に成膜するレジストとの親和性の高い膜としてＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜を用いることを特徴とする。
（１０）（４）で用いるレジストの密度が、層間絶縁膜の密度よりも大なることを特徴とする。
（１１）（４）で用いるレジストの厚さが、形成すべきエアギャップの厚さよりも大なることを特徴とする。
（１２）（５）でプラズマ処理を行う際に、そのソースとして、ＮＨ３、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等絶縁膜と化学的に反応を起こしにくいものを用いることを特徴とする。
（１３）（５）で用いる薬液として、フッ化水素酸、もしくはその塩の溶液を用いることを特徴とする。
（１４）（１３）で用いる薬液に含まれるフッ素の存在量が、モル比で溶液全体の０．５％以上であることを特徴とする。
（１５）（５）で形成する薬液の導入口が、少なくとも互いに１μｍ以内の間隔で配置されていることを特徴とする。
（１６）（５）で形成する薬液の導入口が、エアギャップを形成しない領域との境界から少なくとも０．５μｍ以上１μｍ以内の範囲に配置されていることを特徴とする。
（１７）（５）で形成する薬液とエアギャップを形成する領域内に配置された配線とが接触しないよう、前記導入口の一端と前記配線の最も近い一端との距離が、３０ｎｍ以上となるように配置されていることを特徴とする。
（１８）（５）で形成する薬液とエアギャップを形成する領域内に配置された配線とが接触しないよう、前記導入口の一端と前記配線の最も近い一端との距離が、薬液の導入口をパターニングする際に想定される下層配線とのミスアライメント量の最大値と、薬液の導入口の径の設計値に対して形成上最大成り得る径との差の半分の値と、前記配線幅の設計値に対して形成上最大成り得る配線幅との差の半分の値の総和よりも大きな値となるように配置することを特徴とする。
（１９）（５）で形成する薬液とエアギャップを形成する配線層の直上層に形成する配線とが接触しないよう、前記導入口の一端と前記直上配線の最も近い一端との距離が、３０ｎｍ以上となるように配置されていることを特徴とする。
（２０）（５）で形成する薬液とエアギャップを形成する配線層の直上層に形成する配線とが接触しないよう、前記導入口の一端と前記直上配線の最も近い一端との距離が、上層配線をパターニングする際に想定される薬液導入口とのミスアライメント量の最大値と、薬液の導入口の径の設計値に対して形成上最大成り得る径との差の半分の値と、上層配線幅の設計値に対して形成上最大成り得る配線幅との差の半分の値の総和よりも大きな値となるように配置することを特徴とする。
（２１）（５）で形成する薬液の導入口の径が、エアギャップを形成する配線層上に成膜されたＣｕ拡散バリア絶縁膜上に形成すべき層間絶縁膜の厚さの０．９倍を超えないことを特徴とする。
（２２）（５）で形成する薬液の導入口の径が、エアギャップを形成する配線層上に成膜されたＣｕ拡散バリア絶縁膜上に形成すべき層間絶縁膜の厚さの０．９倍を超えないことを特徴とする。
（２３）（１）に記載するエアギャップを形成する領域内に配置された配線とその上層の配線とを接続するためのビアが、その底面のいかなる領域も必ず下層の配線と接触するように、前記ビアの一端と、前記エアギャップを形成する領域内に配置された配線の最も近い一端の距離が、３０ｎｍ以上となるように配置されていることを特徴とする。
（２４）（１）に記載するエアギャップを形成する領域内に配置された配線とその上層の配線とを接続するためのビアが、その底面のいかなる領域も必ず下層の配線と接触するように、ビアをパターニングする際に想定される下層配線とのミスアライメント量の最大値と、ビア径の設計値に対して形成上最大成り得る径との差の半分の値と、前記配線幅の設計値に対して形成上最大成り得る配線幅との差の半分の値の総和よりも大きな値となるように配置することを特徴とする。
（２５）（１）に記載するエアギャップを形成しない領域内に配置された配線とその上層の配線とを接続するためのビアの一端のうち最もエアギャップを形成する領域との境界に近い一端が、前記境界から少なくとも３０ｎｍ以上離れて配置されていることを特徴とする。
（２６）（１）に記載するエアギャップを形成しない領域内に配置された配線とその上層の配線とを接続するためのビアの最もエアギャップを形成する領域との境界に近い一端が、ビアをパターニングする際に想定される薬液導入口とのミスアライメント量の最大値と、ビア径の設計値に対して形成上最大成り得る径との差の半分の値の総和よりも大きな値となるように配置することを特徴とする。  
（２７）（４）に記載するプラズマ処理において、処理を行う層間絶縁膜の膜種に対して、プラズマ処理の印加電力やプラズマソース、処理時間などを、適切に制御することによって、エアギャップの深さを配線の高さに対して、自在に制御できることを特徴とする。
（２８）（１）に記載するエアギャップ領域の内部のみで完結する配線が存在する場合、前記エアギャップの深さが配線の高さよりも小なることを特徴とする。
（２９）（１）に記載するＣｕ配線がすべて、（１）に記載するエアギャップを形成しない領域と、エアギャップを形成する領域の両方を跨いで配置する構造になっている場合、前記配線のいずれも、そのエアギャップを形成しない領域にかかる配線長の配線長全体に占める割合が１０％以上であり、かつ少なくとも配線の両端２箇所以上がエアギャップを形成しない領域に掛かり、さらに任意の２つのエアギャップを形成しない領域同士で架橋された、エアギャップ領域内の配線が直線状に形成されている限りにおいて、前記エアギャップの深さが配線の高さよりも大なることを特徴とする。
（３０）（１）に記載するＣｕ配線がすべて、（１）に記載するエアギャップを形成しない領域と、エアギャップを形成する領域の両方を跨いで配置する構造になっている場合、前記配線の長手方向のうち任意の１０μｍの範囲内で、少なくとも配線の両端２箇所以上が０．５μｍ以上エアギャップを形成しない領域に掛かり、さらに任意の２つのエアギャップを形成しない領域同士で架橋された、エアギャップ領域内の配線が直線状に形成されている限りにおいて、前記エアギャップの深さが配線の高さよりも大なることを特徴とする。
（３１）（１）に記載するエアギャップ領域が、その上層配線に形成すべきボンディングパッドの直下に配置されないように設計されることを特徴とする。
（３２）（５）に記載するＣｕ拡散防止絶縁膜として、ＳｉＣもしくはＳｉＣＮ膜を用いることを特徴とする。
【符号の説明】
【００６２】
１０１    基板
１０２    絶縁膜
１０２ｂ    絶縁膜
１０３    中間層
１０４    レジスト
１０５    配線
１０５ａ    下層配線
１０５ｂ    上層配線
１０６    拡散防止膜
１０７    導入口
１０８    エアギャップ
１０９    ボイド
１１０    ビア
２０２    素子分離層
２０３    ゲート電極
２０４    コンタクト
２０６    絶縁層
２０７    チタン層
２０８    アルミニウム層
２０９    ニッケル層
２１０    半田ボール
３０７    ボンディングパッド
３１０    ボンディングワイヤ
【図１】
2011009581.tif 000003
【図２】
2011009581.tif 000004
【図３】
2011009581.tif 000005
【図４】
2011009581.tif 000006
【図５】
2011009581.tif 000007
【図６】
2011009581.tif 000008
【図７】
2011009581.tif 000009
【図８】
2011009581.tif 000010
【図９】
2011009581.tif 000011
【図１０】
2011009581.tif 000012
【図１１】
2011009581.tif 000013