(57)【要約】【課題】複雑・長時間の工程を追加することなく、配線疎密に依存しないエアーギャップ構造を有する配線を容易に形成することを可能とする。【解決手段】基板上に形成した第１絶縁膜を除去して形成された空洞２０と、第１絶縁膜上に形成されたもので空洞２０上の第２絶縁膜１３と、第２絶縁膜１３に形成された配線溝１４より基板に達するようにバリア膜１５を介して形成された配線１７とを備えた半導体装置１であって、配線１７の側壁に空洞２０につながるスリット１８を備えたことを特徴とするもので、第２絶縁膜１３上の余剰な材料を除去する工程で配線１７側壁に第１絶縁膜に達するスリット１８を形成し、スリット１８から第１絶縁膜を除去して該除去領域に空洞２０を形成したものである。【選択図】図１
2008010534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成した第１絶縁膜を除去して形成された空洞と、
前記第１絶縁膜上に形成されたもので前記空洞上の第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜に形成された配線溝より前記基板に達するようにバリア膜を介して形成された配線とを備えた半導体装置であって、
前記配線側壁に前記空洞につながるスリットを備えた
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記スリットは前記配線の側壁に断続的に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記空洞内で前記配線の下部に前記配線と下層の配線とを接続するプラグを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
基板上に、第１絶縁膜と、該第１絶縁膜上に該第１絶縁膜と材質の異なる第２絶縁膜とを形成する工程と、
前記第２絶縁膜と前記第１絶縁膜とに溝を形成した後、該溝内にバリア膜を介して配線材料を埋め込む工程と、
前記第２絶縁膜上の余剰な材料を除去して、前記溝内にバリア膜を介して前記配線材料からなる配線を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって
前記第２絶縁膜上の余剰な材料を除去する工程で前記配線側壁に前記第１絶縁膜に達するスリットを形成し、
前記スリットから前記第１絶縁膜を除去して該除去領域に空洞を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記スリットは前記配線の側壁に断続的に形成する
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】
前記バリア膜はタンタル膜からなる
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７】
前記バリア膜にタンタル膜を用いた場合、前記前記第２絶縁膜上の余剰な材料を除去する工程は、酸性の薬液を用いた研磨による
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８】
前記第２絶縁膜はシリコン化合物からなり、
前記バリア膜はマンガンと前記第２絶縁膜と反応させたマンガン化合物膜からなる
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９】
前記バリア膜にマンガン化合物膜を用いた場合、前記前記第２絶縁膜上の余剰な材料を除去する工程は、アルカリ性の薬液を用いた研磨による
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線下部に空洞が設けられた溝配線構造の半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの高集積化による配線の微細化に伴い、配線間容量の増大による信号遅延時間増大が問題となってきており、近年では、低誘電率膜（low-k膜）を用いた微細な多層配線が不可欠となっている。低誘電率膜の材料としては、従来より比較的実績のある比誘電率３．５程度のフッ素含有酸化シリコン（ＦＳＧ）のみならず、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）に代表される有機シリコン系のポリマーや、ハイドロゲンシルセキオサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）に代表される無機系材料などの比誘電率２．７前後の低誘電率膜が挙げられる。さらに、４５ｎｍ世代以降のＬＳＩの配線については、より低誘電率の層間絶縁膜が必要とされているが、近年では上記低誘電率膜を多孔質（ポーラス）化させて比誘電率を２．２前後とした材料の導入が試みられている。
【０００３】
以上のような低誘電率膜を使用した配線よりもさらに容量を低減させる構成として、いわゆるエアーギャップ配線が注目されている。エアーギャップ配線とは、層間絶縁膜の部分に空気あるいは真空の空洞領域が形成されている配線構成であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いた配線については、次の方法により形成することができる。
【０００４】
アルミニウム配線を形成した後に、後に除去することになるダミー絶縁膜をアルミニウム配線間に埋め込み、アルミニウム配線が露出するまで化学機械研磨法（ＣＭＰ）等で平坦化する。続けて、エッチバックでさらにアスペクトを下げ、その後ダミー絶縁膜および配線上にブリッジ膜となる絶縁膜を積層し、その後なんらかの反応を利用してダミー絶縁膜を除去する。このダミー絶縁膜を除去してできた空間をエアーギャップとする手法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、銅（Ｃｕ）配線については、例えば、次のような方法でエアーギャップ配線が形成される。後に除去することになるダミー絶縁膜を用いたデュアルダマシン構造に対してＣｕ配線を形成した後、配線間のダミー絶縁膜をエッチバックにより除去し、続けてカバレッジの悪い条件で絶縁膜を形成することにより配線層間にボイドのような空洞領域を備えたエアーギャップ配線を形成することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
いずれの手法についても、誘電率（ｋ）＝１の真空領域を備えるため、劇的な容量低減を達成することができるが、ダミー絶縁膜を成膜する工程、カバレッジの悪い絶縁膜を成膜する工程、その後の平坦化工程等、エアーギャップ構造を有さない配線形成プロセスと比較して、複雑でかつＴＡＴ（Turn Around Time）の長い工程が追加されるため、製造コストも増大するといった問題が発生する。さらに、エアーギャップ構造を形成する際の、絶縁膜のカバレッジ制御が困難である。具体的には、一般的には配線構造には疎密差があるため、比較的密な領域ではカバレッジの低下によりピンチオフしやすいため、エアーギャップ構造が形成しやすいが、比較的疎な領域では絶縁膜がコンフォーマルに形成されるため、エアーギャップ構造を形成するのは非常に困難である。
【０００７】
【特許文献１】特許平８-３０６７７５号公報
【非特許文献１】「Dual Damascene Process for Air-Gap Cu Interconnects Using Conventional CVD Films as Sacrificial Layers」ＩＥＥＥ ＩＩＴＣ（International Interconnect Technology Conference）２００５  p.１７４-１７６  ２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、比較的疎な配線構造の領域では絶縁膜がコンフォーマルに形成されるため、エアーギャップ構造を形成するのは非常に困難な点であり、また、エアーギャップ構造を形成する工程が複雑かつＴＡＴが長い点である。
【０００９】
本発明は、複雑・長時間の工程を追加することなく、配線疎密に依存しないエアーギャップ構造を有する配線を容易に形成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、基板上に形成した第１絶縁膜を除去して形成された空洞と、前記第１絶縁膜上に形成されたもので前記空洞上の第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜に形成された配線溝より前記基板に達するようにバリア膜を介して形成された配線とを備えた半導体装置であって前記配線側壁に前記空洞につながるスリットを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置では、配線側壁に空洞につながるスリットを備えたことから、第１絶縁膜をスリットより除去することで、配線の粗密に依存することなく、空洞の形成が可能となる。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に、第１絶縁膜と、該第１絶縁膜上に該第１絶縁膜と材質の異なる第２絶縁膜とを形成する工程と、前記第２絶縁膜と前記第１絶縁膜とに溝を形成した後、該溝内にバリア膜を介して配線材料を埋め込む工程と、前記第２絶縁膜上の余剰な材料を除去して、前記溝内にバリア膜を介して前記配線材料からなる配線を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記第２絶縁膜上の余剰な材料を除去する工程で前記配線側壁に前記第１絶縁膜に達するスリットを形成し、前記スリットから前記第１絶縁膜を除去して該除去領域に空洞を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法では、第２絶縁膜上の余剰な材料を除去する工程で配線側壁にスリットを形成することから、スリットを形成するための工程増がない。またスリットから第１絶縁膜を除去することから、配線の粗密に依存することなく、空洞が形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体装置によれば、配線の側壁に形成されたスリットから第１絶縁膜が除去されて空洞が形成されるため、配線の疎密に依存しないエアーギャップ構造を有するので、配線間容量を低減することができる。これによって、高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、配線の側壁に形成したスリットから第１絶縁膜を除去して空洞を形成するため、配線の疎密に依存することなくエアーギャップ構造を形成することができるので、配線間容量を低減した配線構造を容易に形成できる。これによって、高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第１実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００１７】
図１に示すように、基体（図示せず）に形成された下地１１上に形成した第１絶縁膜（図示せず）を除去して空洞２０が形成されている。この第１絶縁膜は、例えば有機系絶縁膜で形成される。この有機系絶縁膜は、例えばポリアリールエーテル膜で、例えば１００ｎｍの厚さに形成されている。上記空洞２０上には、上記第１絶縁膜上に成膜した第２絶縁膜１３が形成されている。この第２絶縁膜１３は、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば１５０ｎｍの厚さに形成されている。この第２絶縁膜１３には配線溝１４が形成され、この配線溝１４には、下地１１に達するようにバリア膜１５を介して配線１７が形成されている。このバリア膜１５は、例えばタンタル（Ｔａ）膜で形成されている。このバリア膜１５は、タンタル（Ｔａ）膜に限定されることはなく、配線を形成する材料の拡散を防止するとともに酸素の配線１７への侵入を防止するものであればよい。また配線１７の側壁、具体的にはバリア膜１５と第２絶縁膜１３との間には上記空洞２０につながるスリット１８が形成されている。このスリット１８は断続的に形成されているため、第２絶縁膜１３の一部はバリア膜１５を介して配線１７に支持されているので、落ちることはない。
【００１８】
上記第２絶縁膜１３は、化学的機械研磨によってスリット１８を形成しやすくするために、ポリアリールエーテル膜と炭化酸化シリコン膜との膜厚比を１以上にするのが望ましい。したがって、本実施例では上述のように設定した。
【００１９】
上記第１絶縁膜と第２絶縁膜１３とは、材質の異なる絶縁膜で形成され、例えば第２絶縁膜１３を残して第１絶縁膜が選択的にエッチングされる材料で形成されるものであって、化学的機械研磨時にスリット１８が形成されるものであればよい。例えば、第１絶縁膜を有機系絶縁膜で形成し、第２絶縁膜１３を無機系絶縁膜で形成することができる。上記例では、有機系絶縁膜にポリアリールエーテル膜を用い、無機系絶縁膜に炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を用いているが、有機系絶縁膜にポリイミド系絶縁膜、ポリアミド系絶縁膜、その他の有機絶縁膜であってもよく、無機系絶縁膜に炭化窒化シリコン膜等、その他の無機絶縁膜であってもよい。
【００２０】
上記配線１７上には、銅の拡散防止となる絶縁膜２１が形成されている。通常、この絶縁膜２１には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。
【００２１】
本発明の半導体装置１では、配線１７の側壁に空洞２０につながるスリット１８が形成されていることから、第１絶縁膜をスリット１８より除去することで、配線１７の粗密に依存することなく、空洞２０の形成が可能となる。このように、配線の疎密に依存しないエアーギャップ構造を有するので、配線間容量を低減することができる。これによって、信号遅延を低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００２２】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第１実施例）を、図２〜図４の製造工程断面図によって説明する。
【００２３】
図２（１）に示すように、基体（図示せず）に形成された下地１１上に第１絶縁膜１２が形成されている。この第１絶縁膜１２は、例えばポリアリールエーテル膜で、例えば１００ｎｍの厚さに形成される。このポリアリールエーテル膜は、ポリアリールエーテルの前駆体をスピンコート法により塗布した後、例えば、３５０℃、６０分のキュア処理を行うことにより形成することができる。さらに第１絶縁膜１２上に、ハードマスクとなる第２絶縁膜１３を形成する。上記第２絶縁膜１３は、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば１５０ｎｍの厚さに形成される。このＳｉＯＣ膜は、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、シリコン源としてメチルシラン（ＳｉＣＨ3）を用いて成膜される。
【００２４】
ここでの第２絶縁膜１３は、後の化学的機械研磨時にスリットを形成しやすくするために、ポリアリールエーテル膜と炭化酸化シリコン膜との膜厚比を１以上にするのが望ましい。本実施例では上述のように設定した。
【００２５】
上記第１絶縁膜１２と第２絶縁膜１３とは、材質の異なる絶縁膜で形成され、例えば第２絶縁膜１３を残して第１絶縁膜１２が選択的にエッチングされる材料で形成されるものであって、後の化学的機械研磨時にスリットが形成されるものであればよい。例えば、第１絶縁膜１２を有機系絶縁膜で形成し、第２絶縁膜１３を無機系絶縁膜で形成することができる。上記例では、有機系絶縁膜にポリアリールエーテル膜を用い、無機系絶縁膜に炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を用いているが、有機系絶縁膜にポリイミド系絶縁膜、ポリアミド系絶縁膜、その他の有機絶縁膜であってもよく、無機系絶縁膜に炭化窒化シリコン膜等、その他の無機絶縁膜であってもよい。
【００２６】
次に、図２（２）に示すように、配線溝パターンのレジストマスク（図示せず）を用いて、第２絶縁膜１３と第１絶縁膜１２に配線溝１４を形成する。第２絶縁膜１３のＳｉＯＣ膜の加工は、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、エッチングガスとしてオクタフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、バイアスパワーを４００Ｗに設定する。ガス流量比を、例えば、Ｃ4Ｆ8：Ａｒ＝１：４とし、基板温度は２０℃に設定する。また、ポリアリールエーテル膜のエッチングは、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用いて行う。ＲＦパワーは１５０Ｗ、基盤温度は１０℃に設定する。このエッチング条件での配線溝パターンレジストのエッチングレートはポリアリールエーテル膜のエッチングレートとほぼ同等であるため、ポリアリールエーテル膜の開口中にレジストマスクは後退していくが、ＳｉＯＣからなるハードマスク１３があるため、配線溝１４は良好な開口形状を得ることができる。その後、しかるべき薬液を用いた後洗浄により、配線溝１４が完成される。
【００２７】
次に、図３（３）に示すように、しかるべき脱ガス処理を行った後、上記配線溝１４の内面にバリア膜１５を形成する。このバリア膜１５は、銅配線の第２絶縁膜１３に対する拡散防止膜となるもので、例えばタンタル（Ｔａ）を例えば１０ｎｍの厚さに成膜して形成する。この成膜は、例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用いて、タンタルターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。
【００２８】
次いで、上記配線溝１４の内部にバリア膜１５を介して、銅もしくは銅を含む合金からなる配線材料１６を埋め込む。この配線材料の形成は、例えば、電解めっき法もしくはスパッタリング法もしくはＣＶＤ法を用いる。上記電解めっき法を用いる場合、予め、上記配線溝１４の内面に銅めっきのシードとなる層（図示せず）を形成しておく。ここでのバリア膜１５の成膜は配線溝１４にカバレッジ良く形成される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法もしくは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法を用いるのが良い。また、後の化学的機械研磨時にスリットを形成しやすくするために、バリア膜１５の膜厚は１０ｎｍ以上にするのが望ましい。本実施例では１０ｎｍに設定した。
【００２９】
次に、図３（４）に示すように、第１絶縁膜１２上の余剰な配線材料１６およびバリア膜１５を除去する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。この結果、配線溝１４にバリア膜１５を介して配線材料１６からなる配線１７が形成される。
【００３０】
このとき、図４（５）に示すように、第１絶縁膜１２のポリアリールエーテル膜、第２絶縁膜１３のＳｉＯＣ膜、バリア膜１５のタンタル膜の膜厚を上記のごとく設定していることにより、化学的機械研磨時に第１絶縁膜１２上のバリア膜１５が除去された時点で、バリア膜１５の膜ストレスの解放により、配線１７側壁のバリア膜１５と第２絶縁膜１３との間に、第１絶縁膜１２まで到達するスリット１８が形成される。このスリット１８は断続的に形成されるという特徴がある。ここでのポイントは、特別な工程を追加することなく、スリット１８を形成される点である。また、配線１７表面には銅酸化膜１９が形成される。
【００３１】
次に、図４（６）に示すように、配線１７表面の銅酸化膜１９〔前記図４（５）参照〕を除去することを目的として、前処理を行う。この前処理は、例えばアンモニア（ＮＨ3）プラズマを用いる。このプラズマ処理により、配線１７表面の銅酸化膜が還元されて除去される。これとともに、上記スリット１８を介して、第１絶縁膜１２のポリアリールエーテル膜が除去され、空洞（エアーギャップ）２０が形成される。このように、空洞２０の形成工程は、スリット１８を介したポリアリールエーテル膜の除去であるため、配線１７の疎密に依存することなく、容易且つ確実に、さらには特別な工程を追加することなく、エアーギャップ構造を形成することが可能となる。
【００３２】
次に、図４（７）に示すように、上記前処理に続けて、上記配線１７を被覆するように、銅の拡散防止となる絶縁膜２１を形成する。通常、この絶縁膜２１には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。上記工程を行うことによって、エアーギャップ構造を有する銅配線を形成することができる。
【００３３】
上記第１実施例の製造方法では、第１絶縁膜１２の有機絶縁膜としてポリアリールエーテルを用いたが、絶縁膜２１の前処理として用いるプラズマによりエッチング（除去）される物であれば、どのような有機絶縁膜でも適用することができる。また、有機絶縁膜上のキャップ膜となる第２絶縁膜１３としてＳｉＯＣ膜を用いたが、ＰＡＥと加工選択比が十分に取れるものであればどんな無機系絶縁膜でも適用することができる。ただし、効率的にスリットを形成するためには、圧縮応力を有するような膜であることが望ましい。
【００３４】
上記製造方法（第１実施例）では、第２絶縁膜１３上の余剰な材料を除去する工程で配線１７の側壁にスリット１８を形成することから、スリット１８を形成するための工程増がない。またスリット１８から第１絶縁膜１２を除去することから、配線１７の粗密に依存することなく、空洞２０が形成される。このように、配線１７の疎密に依存しないエアーギャップ構造を形成することができるので、配線間容量を低減した配線構造を形成できる。これによって、信号遅延を低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００３５】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第２実施例）を、図５の概略構成断面図によって説明する。
【００３６】
図５に示すように、基体（図示せず）に形成された下地１１上に形成した第１絶縁膜（図示せず）を除去して空洞２０が形成されている。この第１絶縁膜は、例えば有機系絶縁膜で形成される。この有機系絶縁膜は、例えばポリアリールエーテル膜で、例えば１００ｎｍの厚さに形成されている。上記空洞２０上には、上記第１絶縁膜上に成膜した第２絶縁膜１３が形成されている。この第２絶縁膜１３は、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば１５０ｎｍの厚さに形成されている。この第２絶縁膜１３には配線溝１４が形成され、この配線溝１４には、下地１１に達するようにバリア膜１５を介して配線１７が形成されている。このバリア膜１５は、例えばシリコン含有マンガン酸化（ＭｎＳｉxＯy）膜で形成されている。このバリア膜１５は、シリコン含有マンガン酸化膜に限定されることはなく、配線を形成する材料の拡散を防止するとともに酸素の配線１７への侵入を防止するものであればよい。また配線１７の側壁には上記空洞２０につながるスリット１８が形成されている。このスリット１８は断続的に形成されているため、第２絶縁膜１３はバリア膜１５を介して配線１７に支持されているので、落ちることはない。
【００３７】
上記第１絶縁膜と第２絶縁膜１３とは、材質の異なる絶縁膜で形成され、例えば第２絶縁膜１３を残して第１絶縁膜が選択的にエッチングされる材料で形成されるものであって、化学的機械研磨時にバリア膜１５の一部がエッチングされてスリット１８が形成されるものであればよい。例えば、第１絶縁膜を有機系絶縁膜で形成し、第２絶縁膜１３を無機系絶縁膜で形成することができる。上記例では、有機系絶縁膜にポリアリールエーテル膜を用い、無機系絶縁膜に炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を用いているが、有機系絶縁膜にポリイミド系絶縁膜、ポリアミド系絶縁膜、その他の有機絶縁膜であってもよく、無機系絶縁膜に炭化窒化シリコン膜等、その他の無機絶縁膜であってもよい。
【００３８】
上記配線１７上には、銅の拡散防止となる絶縁膜２１が形成されている。通常、この絶縁膜２１には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。
【００３９】
本発明の半導体装置２では、配線１７の側壁に空洞２０につながるスリット１８を備えたことから、第１絶縁膜をスリット１８より除去することで、配線１７の粗密に依存することなく、空洞２０の形成が可能となる。このように、配線の疎密に依存しないエアーギャップ構造を有するので、配線間容量を低減することができる。これによって、信号遅延を低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００４０】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第２実施例）を、図６〜図８の製造工程断面図によって説明する。
【００４１】
図６（１）に示すように、基体（図示せず）に形成された下地１１上に第１絶縁膜１２が形成されている。この第１絶縁膜１２は、例えばポリアリールエーテル膜で、例えば１００ｎｍの厚さに形成される。このポリアリールエーテル膜は、ポリアリールエーテルの前駆体をスピンコート法により塗布した後、例えば、３５０℃、６０分のキュア処理を行うことにより形成することができる。さらに第１絶縁膜１２上に、ハードマスクとなる第２絶縁膜１３を形成する。上記第２絶縁膜１３は、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば１５０ｎｍの厚さに形成される。このＳｉＯＣ膜は、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、シリコン源としてメチルシラン（ＳｉＣＨ3）を用いて成膜される。
【００４２】
上記第１絶縁膜１２と第２絶縁膜１３とは、材質の異なる絶縁膜で形成され、例えば第２絶縁膜１３を残して第１絶縁膜１２が選択的にエッチングされる材料で形成されるものであればよい。例えば、第１絶縁膜１２を有機系絶縁膜で形成し、第２絶縁膜１３を無機系絶縁膜で形成することができる。上記例では、有機系絶縁膜にポリアリールエーテル膜を用い、無機系絶縁膜に炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を用いているが、有機系絶縁膜にポリイミド系絶縁膜、ポリアミド系絶縁膜、その他の有機絶縁膜であってもよく、無機系絶縁膜に炭化窒化シリコン膜等、その他の無機絶縁膜であってもよい。
【００４３】
次に、図６（２）に示すように、配線溝パターンのレジストマスク（図示せず）を用いて、第２絶縁膜１３と第１絶縁膜１２に配線溝１４を形成する。第２絶縁膜１３のＳｉＯＣ膜の加工は、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、エッチングガスとしてオクタフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、バイアスパワーを４００Ｗに設定する。ガス流量比を、例えば、Ｃ4Ｆ8：Ａｒ＝１：４とし、基板温度は２０℃に設定する。また、第１絶縁膜１２のポリアリールエーテル膜のエッチングは、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用いて行う。ＲＦパワーは１５０Ｗ、基盤温度は１０℃に設定する。このエッチング条件での配線溝パターンレジストのエッチングレートはポリアリールエーテル膜のエッチングレートとほぼ同等であるため、ポリアリールエーテル膜の開口中にレジストマスクは後退していくが、ＳｉＯＣからなる第２絶縁膜１３があるため、配線溝１４は良好な開口形状を得ることができる。その後、しかるべき薬液を用いた後洗浄により、配線溝１４が完成される。
【００４４】
次に、図７（３）に示すように、しかるべき脱ガス処理を行った後、配線材料の銅を電解めっき法で成膜するためのシード層としてマンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜３１をスパッタリング法にて成膜する。ここでのＣｕＭｎ膜の成膜は、配線溝１４内面にカバレッジ良く形成される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法もしくは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法を用いるのが良い。本実施例では、マンガン（Ｍｎ）を５％含む銅（Ｃｕ）ターゲットを用いて、指向性スパッタリング法にて、６０ｎｍの厚さに成膜した。続けて、電気めっき法もしくはスパッタリング法もしくはＣＶＤ法にて配線材料１６を銅（Ｃｕ）で形成する。
【００４５】
次に、図７（４）に示すように、熱処理を行って、マンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜３１中のマンガン（Ｍｎ）と第２絶縁膜１３中のシリコンとを反応させて、銅（Ｃｕ）に対してバリア性の高いシリコン含有マンガン酸化膜（ＭｎＳｉxＯy）からなるバリア膜３２を自己整合的に形成する。上記熱処理は、例えば、窒素（Ｎ2）が１００％の雰囲気中にて、３００℃のアニール処理温度で行う。上記シリコン含有マンガン酸化膜の生成メカニズムは、例えば、第６５回応用物理学会予稿集ｐ７１１「銅配線における自己拡散バリア層形成のための新規合金元素」に開示されている。また、上記熱処理では、反応しきれないマンガンが上記配線材料１６表面に析出され、マンガン層３３となる。なお、バリア膜３２の配線材料１６側に上記マンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜（図示せず）が残る場合もある。
【００４６】
次に、図８（５）に示すように、第２絶縁膜１３上の余剰な配線材料１６およびマンガン層３３〔前記図７（４）参照〕およびバリア膜３２を除去する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。この結果、配線溝１４にバリア膜３２を介して配線材料１６からなる配線１７が形成される。この化学的機械研磨では、ｐＨ９以上のアルカリ性スラリーを用いることにより、シリコン含有マンガン酸化膜からなるバリア膜３２がエッチングされるので、配線１７側壁とＳｉＯＣからなる第２絶縁膜１３との間に、第１絶縁膜１２に到達するスリット１８を形成する。このスリット１８は断続的に形成されるという特徴がある。ここでのポイントは、特別な工程を追加することなく、スリット１８を形成することができる点である。また、配線１７表面には銅酸化膜１９が形成される。
【００４７】
次に、図８（６）に示すように、配線１７表面の銅酸化膜１９〔前記図８（５）参照〕を除去することを目的として、前処理を行う。この前処理は、例えばアンモニア（ＮＨ3）プラズマを用いる。このプラズマ処理により、配線１７表面の銅酸化膜１９が還元されて除去される。これとともに、上記スリット１８を介して、第１絶縁膜１２〔前記図８（５）参照〕のポリアリールエーテル膜が除去され、空洞（エアーギャップ）２０が形成される。このように、空洞２０の形成工程は、スリット１８を介したポリアリールエーテル膜の除去であるため、配線１７の疎密に依存することなく、容易且つ確実に、さらには特別な工程を追加することなく、エアーギャップ構造を形成することが可能となる。
【００４８】
次に、図８（７）に示すように、上記前処理に続けて、上記配線１７を被覆するように、銅の拡散防止となる絶縁膜２１を形成する。通常、この絶縁膜２１には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。上記工程を行うことによって、エアーギャップ構造を有する銅配線を形成することができる。
【００４９】
上記製造方法（第２実施例）によれば、第１絶縁膜１２の有機絶縁膜としてポリアリールエーテルを用いたが、絶縁膜２１の前処理として用いるプラズマによりエッチング（除去）される物であれば、どのような有機絶縁膜でも適用することができる。また、有機絶縁膜上のキャップ膜となる第２絶縁膜１３としてＳｉＯＣ膜を用いたが、有機絶縁膜と加工選択比が十分に取れるものであればどのような無機系絶縁膜でも適用することができる。
【００５０】
またシード層としてＣｕＭｎを用いたが、スラリーによってスリットを発生させることができる組み合わせであれば何でもよい。例えば、ＣｕＭｎの代わりにチタン（Ｔｉ）を用いて、スラリーに、フッ酸（ＨＦ）を含むような、酸性のものを用いれば、同様のスリットおよびエアーギャップ構造を形成することができる。また、バリアメタルは単層である必要は無く、例えばＣｕＭｎを成膜した後にタンタル（Ｔａ）膜を形成すれば、スリット１８の内側（配線側）にバリア膜を有する配線を形成することができ、より高信頼性な半導体装置を提供することが可能である。
【００５１】
上記製造方法（第２実施例）では、第２絶縁膜１３上の余剰な材料を除去する工程で配線１７の側壁にスリット１８を形成することから、スリット１８を形成するための工程増がない。またスリット１８から第１絶縁膜１２を除去することから、配線１７の粗密に依存することなく、空洞２０が形成される。このように、配線１７の疎密に依存しないエアーギャップ構造を形成することができるので、配線間容量を低減した配線構造を形成できる。これによって、信号遅延を低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００５２】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第３実施例）を、図９の概略構成断面図によって説明する。
【００５３】
図９に示すように、基体（図示せず）に形成された下地４１上に配線層絶縁膜４２が形成されている。この配線層絶縁膜４２は、例えば、ポリアリールエーテル膜と炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜との積層膜で形成されている。この配線層絶縁膜１２に、バリア膜４３を介して銅（Ｃｕ）からなる第１配線４４が形成されている。ここでは第１配線４４は、その高さが１５０ｎｍとなるよう形成され、第１配線４４上に銅の拡散および酸化を防止するストッパ膜４５が形成されている。このストッパ膜４５は、例えば炭化窒化シリコン（ＳｉＣＮ）膜を例えば３５ｎｍの厚さに成膜して形成されている。
【００５４】
上記ストッパ膜４５上には、配線溝および接続孔を形成するための絶縁膜４６が形成されている。この絶縁膜１６は、例えば、接続孔を形成する絶縁膜４６１が、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば１５０ｎｍの厚さに形成され、空洞５８を介して、第２絶縁膜４６３が、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば８０ｎｍの厚さに形成されている。
【００５５】
上記絶縁膜４６の第２絶縁膜４６３には配線溝４９が形成され、配線溝４９の下方の接続孔を形成する絶縁膜４６１には接続孔５０が形成されている。この配線溝４９には、接続孔を形成する絶縁膜４６１に達するようにバリア膜５２を介して第２配線５４が形成され、この第２配線５４の下部の上記接続孔５０にはこの側壁部にバリア膜５２を介して第２配線５４に連続して第１配線４４に接続されるプラグ５５が形成されている。このバリア膜５２は、例えばシリコン含有マンガン酸化（ＭｎＳｉxＯy）膜で形成されている。なおバリア膜５２は、シリコン含有マンガン酸化膜に限定されることはなく、配線を形成する材料の拡散を防止するとともに酸素の配線材料への侵入を防止するものであればよい。また第２配線５４の側壁には上記空洞５８につながるスリット５６が断続的に形成されている。このスリット５６は断続的に形成されているため、第２絶縁膜４６３はバリア膜５２を介して配線５４に支持されているので、落ちることはない。
【００５６】
本実施例では、上記スリット５６は、バリア膜５２の一部を除去することで形成されているが、第１実施例のように、バリア膜５２と第２絶縁膜４６３との間に設けることも可能である。
【００５７】
上記第２配線５４上には、銅の拡散防止となる絶縁膜５９が形成されている。通常、この絶縁膜５９には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。
【００５８】
本発明の半導体装置３では、第２配線５４の側壁に空洞５８につながるスリット５６が形成されていることから、第１絶縁膜をスリット５６より除去することで、第２配線５４の粗密に依存することなく、空洞５８の形成が可能となる。このように、配線の疎密に依存しないエアーギャップ構造を有するので、配線間容量を低減することができる。これによって、信号遅延を低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００５９】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第３実施例）を、図１０〜図１３の製造工程断面図によって説明する。
【００６０】
図１０（１）に示すように、基体（図示せず）に形成された下地４１上に配線層絶縁膜４２が形成されている。この配線層絶縁膜４２は、例えば、ポリアリールエーテル膜と炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜との積層膜で形成される。この配線層絶縁膜１２に、バリア膜４３を介して銅（Ｃｕ）からなる第１配線４４を形成する。ここでは第１配線４４は、その高さが１５０ｎｍとなるよう形成され、第１配線４４上に銅の拡散および酸化を防止するストッパ膜４５を形成する。このストッパ膜４５は、例えば炭化窒化シリコン（ＳｉＣＮ）膜を例えば３５ｎｍの厚さに成膜して形成され、後の工程において、エッチングストッパとしても機能する。このＳｉＣＮ膜の成膜には、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて、メチルシラン（ＳｉＣＨ3）をシリコン源として、圧力を５５０Ｐａ、プラズマパワーを２００Ｗとして成膜する。
【００６１】
続けて上記ストッパ膜４５上に配線溝および接続孔を形成するための絶縁膜４６を形成する。この絶縁膜１６は、例えば、接続孔を形成する絶縁膜４６１を、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で形成し、配線を形成する第１絶縁膜４６２を例えばポリアリールエーテル膜で形成し、第２絶縁膜４６３を例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で形成する。このように、絶縁膜４６は、接続孔を形成する絶縁膜４６１、第１絶縁膜４６２、第２絶縁膜４６３の積層膜で形成される。上記接続孔を形成する絶縁膜４６１は炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で例えば１５０ｎｍの厚さに成膜される。この炭化シリコン酸化膜４６１は、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、その原料ガスのうちシリコン源としてメチルシラン（ＳｉＣＨ3）を用いる。上記第１絶縁膜４６２のポリアリールエーテル膜は、ポリアリールエーテルの前駆体をスピンコート法により塗布した後、例えば３５０℃、３０分のキュア処理を行うことにより形成する。上記第２絶縁膜４６３の炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜は、例えば８０ｎｍの厚さに成膜される。この炭化シリコン酸化膜は、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、その原料ガスのうちシリコン源としてメチルシラン（ＳｉＣＨ3）を用いる。この第２絶縁膜４６３は、後のエッチング工程においてハードマスクとしての機能も果たす。
【００６２】
さらに、絶縁膜４６上に、第１ハードマスク４７、第２ハードマスク４８を積層して形成する。この第１ハードマスク４７は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜で形成され、第２ハードマスク４８は、例えば酸化シリコン膜で形成される。
【００６３】
次に、図１０（２）に示すように、上記第２ハードマスク４８〔前記図１０（１）参照〕、第１ハードマスク４７〔前記図１０（１）参照〕等の積層ハードマスクに配線溝４９を開口後、接続孔５０を途中開口し、その後上記第２ハードマスク４８、第１ハードマスク４７を用いて配線溝４９と接続孔５０とを完全開口する手法を用いる。このようにして、絶縁膜４６に配線溝４９およびこの配線溝４９の底部に接続孔５０を形成して、いわゆるデュアルダマシン構造を得る。すなわち、上記炭化酸化シリコン膜４６３、ポリアリールエーテル膜４６２に上記配線溝４９を形成し、上記炭化酸化シリコン膜４６１に上記接続孔５０を形成する。そして、接続孔５０の底部の上記ストッパ膜４５を除去する。
【００６４】
次に、図１１（３）に示すように、しかるべき脱ガス処理を行った後、配線材料の銅を電解めっき法で成膜するためのシード層としてマンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６１をスパッタリング法にて成膜する。ここでのＣｕＭｎ膜の成膜は、配線溝４９および接続孔５０の内面にカバレッジ良く形成される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法もしくは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法を用いるのが良い。本実施例では、マンガン（Ｍｎ）を５％含む銅（Ｃｕ）ターゲットを用いて、指向性スパッタリング法にて、６０ｎｍの厚さに成膜した。続けて、電気めっき法もしくはスパッタリング法もしくはＣＶＤ法にて配線材料５１を銅（Ｃｕ）で形成する。
【００６５】
次に、図１１（４）に示すように、熱処理を行って、マンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６１〔前記図１１（３）参照〕中のマンガン（Ｍｎ）と絶縁膜４６（炭化酸化シリコン膜４６１、４６３）、ストッパ膜４５中のシリコンとを反応させて、銅（Ｃｕ）に対してバリア性の高いシリコン含有マンガン酸化膜（ＭｎＳｉxＯy）からなるバリア膜５２を自己整合的に形成する。上記熱処理は、例えば、窒素（Ｎ2）が１００％の雰囲気中にて、３００℃のアニール処理温度で行う。上記シリコン含有マンガン酸化膜の生成メカニズムは、例えば、第６５回応用物理学会予稿集ｐ７１１「銅配線における自己拡散バリア層形成のための新規合金元素」に開示されている。また、上記熱処理では、反応しきれないマンガンが上記配線材料５１表面に析出され、マンガン層５３となる。なお、バリア膜５２の配線材料１６側に上記マンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜（図示せず）が残る場合もある。
【００６６】
次に、図１２（５）に示すように、絶縁膜４６上の余剰な配線材料５１およびマンガン層５３およびバリア膜５２を除去する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。この結果、配線溝５０にバリア膜５２を介して配線材料５１からなる第２配線５４が形成されるとともに、接続孔５０の内部にバリア膜５２を介してプラグ５５が形成される。この化学的機械研磨では、ｐＨ９以上のアルカリ性スラリーを用いることにより、シリコン含有マンガン酸化膜からなるバリア膜５２がエッチングされるので、配線５４側壁と絶縁膜４６の上記炭化酸化シリコン膜４６３との間に、ポリアリールエーテル膜４６３に到達するスリット５６が形成される。このスリット５６は断続的に形成されるという特徴がある。ここでのポイントは、特別な工程を追加することなく、スリット５６を形成することができる点である。また、配線５４表面には銅酸化膜５７が形成される。
【００６７】
次に、図１２（６）に示すように、配線５４表面の銅酸化膜５７〔前記図１１（５）参照〕を除去することを目的として、前処理を行う。この前処理は、例えばアンモニア（ＮＨ3）プラズマを用いる。このプラズマ処理により、第２配線５４表面の銅酸化膜５７が還元されて除去される。これとともに、上記スリット５６を介して、第１絶縁膜４６２のポリアリールエーテル膜が除去され、空洞（エアーギャップ）５８が形成される。このように、空洞５８の形成工程は、スリット５６を通じたポリアリールエーテル膜の除去であるため、第２配線５４の疎密に依存することなく、容易且つ確実に、さらには特別な工程を追加することなく、エアーギャップ構造を形成することが可能となる。
【００６８】
最後に、図１３（７）に示すように、上記前処理に続けて、上記第２配線５４を被覆するように、銅の拡散防止となる絶縁膜５９を形成する。通常、この絶縁膜５９には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。上記工程を行うことによって、エアーギャップ構造を有する銅配線を形成することができる。
【００６９】
上記製造方法（第３実施例）によれば、第１絶縁膜４６２の有機絶縁膜としてポリアリールエーテルを用いたが、絶縁膜５９の成膜の前処理として用いるプラズマによりエッチング（除去）される物であれば、どのような有機絶縁膜でも適用することができる。また、有機絶縁膜上のキャップ膜となる第２絶縁膜４６３として炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を用いたが、有機絶縁膜と加工選択比が十分に取れるものであればどんな無機系絶縁膜でも適用することができる。
【００７０】
またシード層としてＣｕＭｎを用いたが、スラリーによってスリットを発生させることができる組み合わせであれば何でもよい。例えば、ＣｕＭｎの代わりにチタン（Ｔｉ）を用いて、スラリーに、フッ酸（ＨＦ）を含むような、酸性のものを用いれば、同様のスリットおよびエアーギャップ構造を形成することができる。また、バリアメタルは単層である必要は無く、例えばＣｕＭｎを成膜した後にタンタル（Ｔａ）膜を形成すれば、スリットの内側（配線側）にバリアメタルを有する配線を形成することができ、より高信頼性な半導体装置を提供することが可能である。
【００７１】
上記製造方法（第３実施例）では、第２絶縁膜４６３上の余剰な材料を除去する工程で第２配線５４の側壁にスリット５６を形成することから、スリット５６を形成するための工程増がない。またスリット５６から第１絶縁膜４６２を除去することから、第２配線５４の粗密に依存することなく、空洞５８が形成される。このように、第２配線５４の疎密に依存しないエアーギャップ構造を形成することができるので、配線間容量を低減した配線構造を形成できる。これによって、信号遅延を低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００７２】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第４実施例）を、図１４の概略構成断面図によって説明する。
【００７３】
図１４に示すように、基体（図示せず）に形成された下地４１上に配線層絶縁膜４２が形成されている。この配線層絶縁膜４２は、例えば、ポリアリールエーテル膜と炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜との積層膜で形成されている。この配線層絶縁膜１２に、バリア膜４３を介して銅（Ｃｕ）からなる第１配線４４が形成されている。ここでは第１配線４４は、その高さが１５０ｎｍとなるよう形成され、第１配線４４上に銅の拡散および酸化を防止するストッパ膜４５が形成されている。このストッパ膜４５は、例えば炭化窒化シリコン（ＳｉＣＮ）膜を例えば３５ｎｍの厚さに成膜して形成されている。
【００７４】
上記ストッパ膜４５上には、このストッパ膜４５上に形成した第１絶縁膜（図示せず）を除去して空洞５８が形成されている。この第１絶縁膜は、例えば有機系絶縁膜で形成される。この有機系絶縁膜は、例えばポリアリールエーテル膜で、例えば２００ｎｍの厚さに形成されている。上記空洞５８上には、上記第１絶縁膜上に成膜した第２絶縁膜７２が形成されている。この第２絶縁膜７２は、例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で、例えば１４０ｎｍの厚さに形成されている。この第２絶縁膜７２には配線溝４９が形成され、この配線溝４９には、下地１１に達するようにバリア膜５２を介して第２配線５４とその下部に第１配線４４と接続するプラグ５５とが形成されている。このバリア膜５２は、例えばシリコン含有マンガン酸化（ＭｎＳｉxＯy）膜で形成されている。なおバリア膜５２は、シリコン含有マンガン酸化膜に限定されることはなく、配線を形成する材料の拡散を防止するとともに酸素の配線材料への侵入を防止するものであればよい。また第２配線５４の側壁には上記空洞５８につながるスリット５６が断続的に形成されている。このスリット５６は断続的に形成されているため、第２絶縁膜４６３はバリア膜５２を介して第２配線５４に支持されているので、落ちることはない。
【００７５】
本実施例では、上記スリット５６は、バリア膜５２の一部を除去することで形成されているが、第１実施例のように、バリア膜５２と第２絶縁膜７２との間に設けることも可能である。
【００７６】
上記第２配線５４上には、銅の拡散防止となる絶縁膜５９が形成されている。通常、この絶縁膜５９には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。
【００７７】
本発明の半導体装置４では、第２配線５４の側壁に空洞５８につながるスリット５６が形成されていることから、第１絶縁膜をスリット５６より除去することで、第２配線５４の粗密に依存することなく、空洞５８の形成が可能となる。このように、配線の疎密に依存しないエアーギャップ構造を有するので、配線間容量を低減することができる。これによって、信号遅延を大幅に低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００７８】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第４実施例）を、図１５〜図１８の製造工程断面図によって説明する。
【００７９】
図１５（１）に示すように、基体（図示せず）に形成された下地４１上に配線層絶縁膜４２が形成されている。この配線層絶縁膜４２は、例えば、ポリアリールエーテル膜と炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜との積層膜で形成される。この配線層絶縁膜１２に、バリア膜４３を介して銅（Ｃｕ）からなる第１配線４４を形成する。ここでは第１配線４４は、その高さが１５０ｎｍとなるよう形成され、第１配線４４上に銅の拡散および酸化を防止するストッパ膜４５を形成する。このストッパ膜４５は、例えば炭化窒化シリコン（ＳｉＣＮ）膜を例えば３５ｎｍの厚さに成膜して形成され、後の工程において、エッチングストッパとしても機能する。このＳｉＣＮ膜の成膜には、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて、メチルシラン（ＳｉＣＨ3）をシリコン源として、圧力を５５０Ｐａ、プラズマパワーを２００Ｗとして成膜する。
【００８０】
続けて上記ストッパ膜４５上に配線溝および接続孔を形成するための絶縁膜４６を形成する。この絶縁膜４６は、第１絶縁膜７１を例えばポリアリールエーテル膜で形成し、第２絶縁膜７２を例えば炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で形成する。上記第１絶縁膜７１のポリアリールエーテル膜は、例えば２００ｎｍの厚さに形成され、その形成方法は、一例として、ポリアリールエーテルの前駆体をスピンコート法により塗布した後、例えば３５０℃、３０分のキュア処理を行うことにより形成する。上記第２絶縁膜７２の炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜は、例えば１４０ｎｍの厚さに成膜される。この炭化シリコン酸化膜は、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、その原料ガスのうちシリコン源としてメチルシラン（ＳｉＣＨ3）を用いる。この第２絶縁膜７２は、後のエッチング工程においてハードマスクとしての機能も果たす。
【００８１】
さらに、絶縁膜４６上に、ハードマスク７３形成する。このハードマスク７３は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜で形成される。
【００８２】
次に、図１５（２）に示すように、接続孔パターンのレジストマスク（図示せず）およびハードマスク７３〔前記図１３（１）参照〕を用いて、ドライエッチング法により、第１絶縁膜７２のＳｉＯＣ膜および第１絶縁膜７１のポリアリールエーテル膜に配線溝４９および配線溝４９の底部に接続孔５０を形成する。ここでの第２絶縁膜７２のＳｉＯＣ膜の加工は、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、エッチングガスとしてオクタフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、バイアスパワーを４００Ｗに設定する。またガス流量比を例えば、Ｃ4Ｆ8：Ａｒ＝１：４とし、基板温度を例えば２０℃に設定する。
【００８３】
また、ここでの第１絶縁膜７１のポリアリールエーテル膜の加工は、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用いて行う。例えば、ＲＦパワーを１５０Ｗ、基板温度を１０℃に設定する。また、加工した配線溝４９の深さが１５０ｎｍになるよう加工時間を設定した。このエッチング条件における第２絶縁膜７１のＳｉＯＣ膜および下層の配線層間絶縁膜１２のＳｉＯＣ膜に対するエッチング選択比は１００以上得られるため、接続孔５０と第１配線４４とで合わせずれを発生させた場合でもいわゆる下層突き抜けを発生させることなく、制御性良く行うことができる。
【００８４】
次に、図１６（３）に示すように、しかるべき脱ガス処理を行った後、配線材料の銅を電解めっき法で成膜するためのシード層としてマンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６１をスパッタリング法にて成膜する。ここでのＣｕＭｎ膜の成膜は、配線溝４９および接続孔５０の内面にカバレッジ良く形成される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法もしくは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法を用いるのが良い。本実施例では、マンガン（Ｍｎ）を５％含む銅（Ｃｕ）ターゲットを用いて、指向性スパッタリング法にて、６０ｎｍの厚さに成膜した。続けて、電気めっき法もしくはスパッタリング法もしくはＣＶＤ法にて配線材料５１を銅（Ｃｕ）で形成する。
【００８５】
次に、図１６（４）に示すように、熱処理を行って、マンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６１〔前記図１６（３）参照〕中のマンガン（Ｍｎ）と第２絶縁膜７２、ストッパ膜４５中のシリコンとを反応させて、銅（Ｃｕ）に対してバリア性の高いシリコン含有マンガン酸化膜（ＭｎＳｉxＯy）からなるバリア膜５２を自己整合的に形成する。上記熱処理は、例えば、窒素（Ｎ2）が１００％の雰囲気中にて、３００℃のアニール処理温度で行う。上記シリコン含有マンガン酸化膜の生成メカニズムは、例えば、第６５回応用物理学会予稿集ｐ７１１「銅配線における自己拡散バリア層形成のための新規合金元素」に開示されている。また、上記熱処理では、反応しきれないマンガンが上記配線材料５１表面に析出され、マンガン層５３となる。なお、バリア膜５２の配線材料１６側に上記マンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜（図示せず）が残る場合もある。
【００８６】
次に、図１７（５）に示すように、絶縁膜４６上の余剰な配線材料５１およびマンガン層５３〔前記図１６（４）参照〕およびバリア膜５２を除去する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。この結果、配線溝４９にバリア膜５２を介して配線材料５１からなる第２配線５４が形成されるとともに、接続孔５０の内部にバリア膜５２を介してプラグ５５が形成される。この化学的機械研磨では、ｐＨ９以上のアルカリ性スラリーを用いることにより、シリコン含有マンガン酸化膜からなるバリア膜５２がエッチングされるので、配線５４側壁と上記第２絶縁膜７２との間に、第１絶縁膜７１に到達するスリット５６を形成する。このスリット５６は断続的に形成されるという特徴がある。ここでのポイントは、特別な工程を追加することなく、スリット５６を形成することができる点である。また、配線５４表面には銅酸化膜５７が形成される。
【００８７】
次に、図１７（６）に示すように、配線５４表面の銅酸化膜５７〔前記図１７（５）参照〕を除去することを目的として、前処理を行う。この前処理は、例えばアンモニア（ＮＨ3）プラズマを用いる。このプラズマ処理により、配線５４表面の銅酸化膜５７が還元されて除去される。これとともに、上記スリット５６を介して、第１絶縁膜７１〔前記図１７（５）参照〕のポリアリールエーテル膜が除去され、空洞（エアーギャップ）５８が形成される。このように、空洞５８の形成工程は、スリット５６を通じた第１絶縁膜７１のポリアリールエーテル膜の除去であるため、配線５４の疎密に依存することなく、容易且つ確実に、さらには特別な工程を追加することなく、エアーギャップ構造を形成することが可能となる。
【００８８】
最後に、図１８（７）に示すように、上記前処理に続けて、上記配線５４を被覆するように、銅の拡散防止となる絶縁膜５９を形成する。通常、この絶縁膜５９には、例えば炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）を用い、例えば５０ｎｍの厚さに形成する。上記工程を行うことによって、エアーギャップ構造を有する銅配線を形成することができる。
【００８９】
上記製造方法（第４実施例）によれば、第１絶縁膜７１の有機絶縁膜としてポリアリールエーテルを用いたが、絶縁膜５９の成膜の前処理として用いるプラズマによりエッチング（除去）される物であれば、どのような有機絶縁膜でも適用することができる。また、有機絶縁膜上のキャップ膜となる第２絶縁膜７２として炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を用いたが、有機絶縁膜と加工選択比が十分に取れるものであればどんな無機系絶縁膜でも適用することができる。
【００９０】
またシード層としてＣｕＭｎを用いたが、スラリーによってスリットを発生させることができる組み合わせであれば何でもよい。例えば、ＣｕＭｎの代わりにチタン（Ｔｉ）を用いて、スラリーに、例えばフッ酸（ＨＦ）を含むような、酸性のものを用いれば、同様のスリットおよびエアーギャップ構造を形成することができる。また、バリアメタルは単層である必要は無く、例えばＣｕＭｎを成膜した後にタンタル（Ｔａ）膜を形成すれば、スリットの内側（配線側）にバリアメタルを有する配線を形成することができ、より高信頼性な半導体装置を提供することが可能である。
【００９１】
上記製造方法（第４実施例）では、第２絶縁膜７２上の余剰な材料を除去する工程で第２配線５４の側壁にスリット５６を形成することから、スリット５６を形成するための工程増がない。またスリット５６から第１絶縁膜４６２を除去することから、第２配線５４の粗密に依存することなく、空洞５８が形成される。このように、第２配線５４の疎密に依存しないエアーギャップ構造を形成することができるので、配線間容量を低減した配線構造を形成できる。さらに、プラグ５５が形成される層も空洞５８が形成されていることによって、第３実施例よりもさらに配線間容量、配線層間の容量を低減することが可能になる。これによって、信号遅延を大幅に低減できるので、高速な高性能半導体装置を提供することが可能になるという利点がある。
【００９２】
上記各実施例においては、バリア膜に、タンタル膜を用いても、シリコン含有マンガン酸化膜を用いてもよく、また、配線材料の拡散を防止するとともに、配線材料の酸化を防止するような、その他のバリア膜を用いることもできる。
【００９３】
上記説明したように、上記製造方法では、従来の銅配線プロセスと比較して、複雑、長時間の工程を追加することなく、確実、容易かつ制御性よく配線の疎密に依存しないエアーギャップ構造を有する配線を形成することが可能となり、良好な高性能半導体装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第１実施例）を示した概略構成断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第２実施例）を示した概略構成断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図９】本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第３実施例）を示した概略構成断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第３実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第３実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第３実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第３実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１４】本発明の半導体装置に係る一実施の形態（半導体装置の第４実施例）を示した概略構成断面図である。
【図１５】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第４実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第４実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第４実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（製造方法の第４実施例）を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…半導体装置、１３…第２絶縁膜、１４…配線溝、１５…バリア膜、１７…配線、１８…スリット、２０…空洞
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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