(57)【要約】【課題】  ダマシン構造を有する多層配線構造の半導体装置で、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持しつつ、配線間容量を効果的に低減する。【解決手段】  半導体装置１００は、デュアルダマシン構造を有し、シリコン基板１０上に順次に積層された、第１の配線層間絶縁膜１２、キャップ層１３、ビア層間絶縁膜１４、第２の配線層間絶縁膜を構成する有機系絶縁膜１５及び低誘電率無機系絶縁膜１６を備える。有機系絶縁膜１５には、芳香族を主成分とするポリマーが、低誘電率無機系絶縁膜１６には、水素基又はアルキル基を側鎖として有するシロキサンを主成分とするポリマー、又は、側鎖に水素基又はアルキル基を側鎖として有するシルセスキオキサンを主成分とするポリマーが用いられる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属配線を収容する収容溝がそれぞれ形成された複数の配線層間絶縁膜と、隣接する２つの前記配線層間絶縁膜に挟まれてビアプラグを収容するビア層間絶縁膜とを備える多層配線構造の半導体装置において、
前記配線層間絶縁膜及びビア層間絶縁膜の内少なくとも１つの絶縁膜が、有機系絶縁膜と、該有機系絶縁膜上に形成され、水素基又はアルキル基を側鎖として有するシロキサンを主成分とするポリマー、又は、水素基又はアルキル基を側鎖として有するシルセスキオキサンを主成分とするポリマーで形成される絶縁膜（以下、低誘電率無機系絶縁膜と呼ぶ）とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記有機系絶縁膜が芳香族を主成分とするポリマーで形成される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
配線層間絶縁膜が前記有機系絶縁膜及び低誘電率無機系絶縁膜を備えており、該配線層間絶縁膜の下側に隣接するビア層間絶縁膜が無機系絶縁膜である、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
配線層間絶縁膜が前記有機系絶縁膜及び低誘電率無機系絶縁膜を備えており、該配線層間絶縁膜の下側に隣接するビア層間絶縁膜が、第１絶縁膜及び該第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜を備え、前記第２絶縁膜と前記有機系絶縁膜との間のエッチ選択比が前記第１絶縁膜と前記有機系絶縁膜との間のエッチ選択比よりも高い材料で形成される、請求項１〜３の何れか１項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、ダマシン構造を有する多層配線構造の半導体装置に関し、特に、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持しつつ、配線容量を効果的に低減することが出来る半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高性能化及び回路規模の増大化の要求に対応するため、配線の高密度化及び多層化が求められている。この配線の高密度化及び多層化を実現する技術として、絶縁膜に形成されたビアホールや配線溝内に導電性材料を埋め込んで金属配線を形成する、いわゆるダマシン法が実用化されている。
【０００３】
ところが、配線の高密度化及び多層化に伴って、隣接する金属配線それぞれを流れる信号の相互作用に起因する電気信号の遅延、つまりＲＣ遅延が発生し、これに伴う半導体装置の動作速度の低下及び消費電力の増大の問題が無視できなくなってきている。そこで、配線抵抗及び配線間容量を低減してＲＣ遅延を抑制するべく、様々な検討がなされている。
【０００４】
配線抵抗を低減するために、配線材料として従来のアルミニウムに代えて、抵抗値の小さなＣｕを用いる技術が実用化されている。また、配線間容量を低減するために、配線を収容する配線溝が形成された絶縁膜（配線層間絶縁膜）の材料に比誘電率の小さな材料を適用することが試みられており、従来から配線層間絶縁膜として用いられていたシリコン酸化膜（比誘電率ｋ：４．０〜４．５）に代えて、比誘電率ｋがシリコン酸化膜より小さな絶縁膜（low-k膜）の適用が検討されている。この場合、配線間容量の有効な低減のためには、配線層間絶縁膜の比誘電率ｋを例えば３．０以下に低減することが望ましい。
【０００５】
水素化シスセスキオキサンやメチルシスセスキオキサンに代表される、シルセスキオサン系の材料は、比誘電率ｋが３．０以下の小さな比誘電率を有し、配線層間絶縁膜の材料として注目されている。また、ポリアリルエーテルなどの有機系絶縁膜には、更に、比誘電率ｋが２．７以下という極めて小さな比誘電率を有するものがある。しかし、有機系絶縁膜は、一般的に機械的強度が非常に低いので、配線層間絶縁膜に適用した場合、ＣＭＰ等の工程に際して配線層に損傷が生じる恐れがある。
【０００６】
図７に、特許文献１に記載された従来の多層配線構造の半導体装置を示す。半導体装置３０は、デュアルダマシン構造を有する半導体装置であって、シリコン基板３１上に形成されたＭＯＳトランジスタ等の素子上に順次に積層された、シリコン酸化膜から成る第１の配線層間絶縁膜、シリコン窒化膜から成る保護膜３３、メチルシルセスキオキサンから成るビア層間絶縁膜３４、シリコン酸化膜から成るエッチストッパ膜３５、比誘電率ｋ＝２．７のポリアリルエーテルから成る絶縁膜（第２の配線層間絶縁膜）３６を備える。なお、第２の配線層間絶縁膜３６上には、半導体装置３０の製造工程においてＣＭＰ法による研磨工程の際にハードマスクとして形成された酸化シリコン膜３７がそのまま残されている。
【０００７】
第１の配線層間絶縁膜中には下層配線３８が、保護膜３３、ビア層間絶縁膜３４、及びエッチストッパ３５中にはビアプラグ３９が、第２の配線層間絶縁膜中には上層配線４０が、それぞれ埋め込まれている。ビアプラグ３９と上層配線４０とは同一の工程で埋め込まれており、下層配線３８、ビアプラグ３９、及び上層配線４０は何れもＣｕで構成されている。
【０００８】
上記特許文献によれば、上層配線を埋め込む第２の配線層間絶縁膜を低い比誘電率を有する有機系絶縁膜で形成し、これを高い機械的強度を有する酸化シリコン膜で保護することにより、高い機械的強度を有する半導体装置を得ている。
【特許文献１】特開２００２−１３４６０９号公報（段落００３８〜００７０、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献記載の半導体装置では、上記のように、配線層間絶縁膜を低い比誘電率を有する有機系絶縁膜で形成し、これを酸化シリコン膜で保護することによって、配線間容量を低減させている。しかし、この構造では、機械的強度を得るために設けられた酸化シリコン膜が高い比誘電率を有するので、配線間容量の低減が不十分であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑み、ダマシン構造を有する多層配線構造の半導体装置であって、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持しつつ、配線容量を効果的に低減することが出来る半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、金属配線を収容する収容溝がそれぞれ形成された複数の配線層間絶縁膜と、隣接する２つの前記配線層間絶縁膜に挟まれてビアプラグを収容するビア層間絶縁膜とを備える多層配線構造の半導体装置において、
前記配線層間絶縁膜及びビア層間絶縁膜の内少なくとも１つの絶縁膜が、有機系絶縁膜と、該有機系絶縁膜上に形成され、水素基又はアルキル基を側鎖として有するシロキサンを主成分とするポリマー、又は、水素基又はアルキル基を側鎖として有するシルセスキオキサンを主成分とするポリマーで形成される絶縁膜（以下、低誘電率無機系絶縁膜と呼ぶ）とを備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る半導体装置では、前記配線層間絶縁膜及びビア層間絶縁膜の内少なくとも１つの絶縁膜が、有機系絶縁膜と、該有機系絶縁膜上に形成され、本発明で定義される低誘電率無機系絶縁膜とを備えることにより、この配線層間絶縁膜又はビア層間絶縁膜の低誘電率無機系絶縁膜が、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持することができる。また、有機系絶縁膜と低い比誘電率を有する低誘電率無機系絶縁膜とにより、配線間容量を効果的に低減し、電気信号のＲＣ遅延を抑制することができる。更に、有機系絶縁膜が低誘電率無機系絶縁膜との間で良好な密着性を有するので、層間剥がれを抑制し、半導体装置の機械的強度を更に高めることができる。
【００１３】
更に、配線層間絶縁膜又はビア層間絶縁膜の下部が有機系絶縁膜で構成されることにより、この配線層間絶縁膜又はビア層間絶縁膜の下側に隣接する無機系絶縁膜やエッチストッパ膜との間で高いエッチ選択比を得ることができる。従って、配線溝又はビアホールの形成の際のエッチストップ性を高めて、良好な配線又はビアプラグの形状を得ることが出来る。
【００１４】
低誘電率無機系絶縁膜の例として、水素化シルセスキオキサン（ＨＳＱ：Hydrogen Silsesquioxane）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ：Methyl Silsesquioxane）、水素化メチルシルセスキオキサン（ＨＭＳＱ：Hydrogen Methyl Silsesquioxane）、又は、これらのうちの複数種を適当な比率で重合したものを挙げることができる。低誘電率無機系絶縁膜の内で側鎖にアルキル基を有する材料は、本発明で有機無機ハイブリッド膜とも呼ぶ。
【００１５】
低誘電率無機系絶縁膜は、塗布法などを用いて形成することができる。低誘電率無機系絶縁膜の膜厚は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。低誘電率無機系絶縁膜の膜厚が１００ｎｍ未満であるとＣＭＰ工程に耐える機械的強度が不足し、２００ｎｍを越えると配線間容量が増大するからである。また、低誘電率無機系絶縁膜の膜厚は、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持するために、有機系絶縁膜の膜厚と同じか、又はそれ以上の値に設定することが望ましい。
【００１６】
本発明の好適な実施態様では、前記有機系絶縁膜が芳香族を主成分とするポリマーで形成される。低誘電率有機系絶縁膜は、ｋ＝２．０〜２．５という極めて低い比誘電率を有するので、本発明の有機系絶縁膜として好適に適用できる。低誘電率有機系絶縁膜の例として、ポリアリルエーテルを挙げることができる。
【００１７】
本発明の好適な実施態様では、配線層間絶縁膜が前記有機系絶縁膜及び低誘電率無機系絶縁膜を備えており、該配線層間絶縁膜の下側に隣接するビア層間絶縁膜が無機系絶縁膜である。これにより、配線層間絶縁膜に配線溝を形成する際の、良好なエッチストップ性を得ることができる。
【００１８】
本発明の好適な実施態様では、配線層間絶縁膜が前記有機系絶縁膜及び低誘電率無機系絶縁膜を備えており、該配線層間絶縁膜の下側に隣接するビア層間絶縁膜が、第１絶縁膜及び該第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜を備え、前記第２絶縁膜と前記有機系絶縁膜との間のエッチ選択比が前記第１絶縁膜と前記有機系絶縁膜との間のエッチ選択比よりも高い材料で形成される。これにより、本発明の半導体装置の製造に際して、第２絶縁膜の上面でエッチングをより確実に停止させることができるので、より良好な形状を有する配線溝を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る半導体装置によれば、配線層間絶縁膜及びビア層間絶縁膜の内少なくとも１つの絶縁膜が、有機系絶縁膜と、該有機系絶縁膜上に形成され、本発明で定義される低誘電率無機系絶縁膜とを備えることにより、この配線層間絶縁膜又はビア層間絶縁膜の低誘電率無機系絶縁膜が、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持することができる。また、有機系絶縁膜と低い比誘電率を有する低誘電率無機系絶縁膜とにより、配線間容量を効果的に低減し、電気信号のＲＣ遅延を抑制することができる。更に、有機系絶縁膜が低誘電率無機系絶縁膜との間で良好な密着性を有するので、層間剥がれを抑制し、半導体装置の機械的強度を更に高めることができる。
【００２０】
更に、上記配線層間絶縁膜又はビア層間絶縁膜の下部が有機系絶縁膜で構成されることにより、上記配線層間絶縁膜又はビア層間絶縁膜の下側に隣接する無機系絶縁膜やエッチストッパ膜との間で高いエッチ選択比を得ることができる。従って、配線溝又はビアホールの形成の際のエッチストップ性を高めて、良好な配線又はビアプラグの形状を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態例に係る多層配線構造の半導体装置の構成を示す断面図である。多層配線構造とは、２層以上の配線層を積層して形成した構造である。半導体装置１００は、デュアルダマシン構造を有する半導体装置であり、シリコン基板１０上に形成されたＭＯＳトランジスタ等の素子上に順次に積層された、第１の配線層間絶縁膜１２、キャップ層１３、ビア層間絶縁膜１４、第２の配線層間絶縁膜を構成する芳香族系有機ポリマー膜１５及びメチルシルセスキオキサン膜１６を備える。
【００２２】
芳香族系有機ポリマー膜１５は、膜厚が１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に形成され、また、メチルシルセスキオキサン膜１６は、膜厚が１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に形成される。ここで、メチルシルセスキオキサン膜１６は、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持するために、芳香族系有機ポリマー膜１５と同じか又はこれより大きな膜厚に設定するのが好ましい。キャップ層１３は、膜厚が５０ｎｍ程度のＳｉＣＮ膜又はＳｉＣ膜から成る。ビア層間絶縁膜１４は、膜厚が１５０ｎｍ〜３００ｎｍの、低誘電率無機系絶縁膜及びＳｉＯ2膜などの無機系絶縁膜から成る。
【００２３】
第１の配線層間絶縁膜１２には、下層配線溝１１が形成され、この下層配線溝１１には、Ｃｕから成る下層配線１１ａが埋め込まれている。第２の配線層間絶縁膜１５、１６には、上層配線溝２２が形成され、上層配線溝２２には、Ｃｕから成る上層配線２４ａが埋め込まれている。キャップ層１３及びビア層間絶縁膜１４には、内径が８０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のビアホール２３が形成され、ビアホール２３には、Ｃｕから成るビアプラグ２４ｂが埋め込まれている。ビアプラグ２４ｂは、上層の配線層２４ａと下層の配線層１１ａとを接続している。ビアプラグ２４ｂと上層配線２４ａとは同一の工程で形成される。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ｅ）〜（ｈ）は、本実施形態例に係る半導体装置の製造方法を段階的に示す断面図である。以下、本実施形態例に係る半導体装置１００を、デュアルハードマスクを用いて製造する例について説明する。まず、シリコン基板１０上に、ＭＯＳトランジスタ等の素子を形成し、次いで、その上に、下層配線溝１１が形成された第１の配線層間絶縁膜１２を形成する。下層配線溝１１は、下層配線１１ａを収容する。
【００２５】
次いで、キャップ層１３、ビア層間絶縁膜１４、芳香族系有機ポリマー膜１５及びメチルシルセスキオキサン膜１６から成る２層構造の第２の配線層間絶縁膜、第１のハードマスク形成層１７ａ、並びに、第２のハードマスク形成層１８ａを順次に形成する（図２（ａ））。第１のハードマスク形成層１７ａ、及び、第２のハードマスク形成層１８ａは、相互に高いエッチ選択比を有する材料で形成され、例えば、ＳｉＯ2膜及びＳｉＮ膜をそれぞれ用いることができる。
【００２６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、第２のハードマスク形成層１８ａ上にフォトレジストを塗布し、得られたフォトレジスト膜に上層配線パターンを露光、現像して転写し、第１のフォトレジストマスク１９とする。続いて、第１のフォトレジストマスク１９をマスクとして、第２のハードマスク形成層１８ａを選択的にエッチングし、上層配線パターンを有する第２のハードマスク１８を形成し、次いで、第１のフォトレジストマスク１９を除去する（図２（ｃ））。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、第２のハードマスク１８上に、有機ＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflective Coating：下層反射防止膜、図示せず）を塗布し、この上にフォトレジストを塗布する。続いて、得られたフォトレジスト膜にビアパターンを露光、現像して転写し、第２のフォトレジストマスク２０とし、これをマスクとして第１のハードマスク形成層１７ａを選択的にエッチングし、ビアパターンを有する第１のハードマスク１７を形成する。これによって、第１のハードマスク１７及び第２のハードマスク１８からなるデュアルハードマスクを得る。
【００２８】
次いで、図３（ｅ）に示すように、第１のハードマスク１７をマスクとして、メチルシルセスキオキサン膜１６及び芳香族系有機ポリマー膜１５を選択的にエッチングする。この際、エッチングガスとして、芳香族系有機ポリマー膜１５のエッチングには、ＣＨＦ3、ＣＦ4などのフルオロカーボン（Fluorocarbon）系のガスにＡｒ、Ｎ2などを混合した混合ガス（以下、第１のエッチングガスと呼ぶ）を用い、メチルシルセスキオキサン膜１６のエッチングには、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2、又はこれらの混合ガス（以下、第２のエッチングガスと呼ぶ）を用いる。第１のエッチングガスは低誘電率有機系絶縁膜をエッチングするエッチレートが２００〜３００ｎｍ／min程度であり、第２のエッチングガスは低誘電率無機系絶縁膜をエッチングするエッチレートが２００〜３００ｎｍ／min程度である。
【００２９】
第１のエッチングガスは、低誘電率無機系絶縁膜を含む無機系絶縁膜をエッチングするエッチレートが５０ｎｍ／min以下と小さく、また、第２のエッチングガスは、低誘電率有機系絶縁膜を含む有機系絶縁膜をエッチングするエッチレートが５０ｎｍ／min以下と小さい。従って、それぞれのエッチングガスに対して無機系絶縁膜と有機系絶縁膜との間で高いエッチ選択比を得ることができる。このため、無機系絶縁膜で構成されるビア層間絶縁膜１４の上面で精度良くエッチングを停止させることができる。続いて、第２のハードマスク１８上に残存した第２のフォトレジストマスク２０及びＢＡＲＣ膜を除去することにより、芳香族系有機ポリマー膜１５及びメチルシルセスキオキサン膜１６に、所定の径を有するビアホール形成孔２１を形成することができる。
【００３０】
次に、図３（ｆ）に示すように、第２のハードマスク１８をマスクとして、第１のハードマスク１７、メチルシルセスキオキサン膜１６、及び芳香族系有機ポリマー膜１５を選択的にエッチングすると共に、ビアホール形成孔２１の断面形状に沿ってビア層間絶縁膜１４及びキャップ層１３を選択的にエッチングする。
【００３１】
選択エッチングに際して、芳香族系有機ポリマー膜１５のエッチングには、第１のエッチングガスを用い、メチルシルセスキオキサン膜１６及びビア層間絶縁膜１４のエッチングには、第２のエッチングガスを用いる。これにより、ビアホール形成孔２１の形成工程と同様に、それぞれのエッチングガスに対して低誘電率有機系絶縁膜とビア層間絶縁膜１４との間で高いエッチ選択比を得ることができる。このため、ビア層間絶縁膜１４の上面で正確にエッチングを停止させることができる。この選択エッチング工程によって、芳香族系有機ポリマー膜１５及びメチルシルセスキオキサン膜１６に上層配線溝２２が、また、ビア層間絶縁膜１４及びキャップ層１３にビアホール２３が形成される。
【００３２】
更に、図３（ｇ）に示すように、全面にＣｕを堆積し、上層配線溝２２及びビアホール２３内にＣｕから成る配線材料２４を埋め込む。引き続き、ＣＭＰ（化学機械研磨）法により、第１のハードマスク１７及び第２のハードマスク１８を除去する。このＣＭＰ法による研磨は、メチルシルセスキオキサン膜１６の上面に達するまで行う。これにより、図３（ｈ）に示すように、上層配線溝２２内に形成された上層配線２４ａと、この上層配線２４ａと下層配線２０とを接続するビアプラグ２４ｂとを有するデュアルダマシン構造の半導体装置１００が得られる。
【００３３】
本実施形態例の半導体装置１００によれば、芳香族系有機ポリマー膜１５が低い比誘電率を有し、メチルシルセスキオキサン膜１６が低い比誘電率及び高い機械的強度を有する。従って、メチルシルセスキオキサン膜１６によって第２の配線層間絶縁膜全体として、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持しつつ、芳香族系有機ポリマー膜１５及びメチルシルセスキオキサン膜１６によって配線間容量を効果的に低減し、電気信号のＲＣ遅延を抑制することができる。
【００３４】
本実施形態例の半導体装置１００によれば、ビア層間絶縁膜１４を構成する無機系絶縁膜と芳香族系有機ポリマー膜１５との間で高いエッチ選択比が得られる。従って、ビア層間絶縁膜１４と第２の配線層間絶縁膜との間に従来設けられていたエッチストッパ膜を省いても良好な配線形状が得られる。更に、芳香族系有機ポリマー膜１５がメチルシルセスキオキサン膜１６及びビア層間絶縁膜１４を構成する無機系絶縁膜との間で良好な密着性を有するので、層間剥がれを防止し、半導体装置１００の機械的強度を更に高めることができる。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施形態例に係る半導体装置を示す断面図である。半導体装置１０１は、図１に示した第１実施形態例の半導体装置とは、ビア層間絶縁膜１４と芳香族系有機ポリマー膜１５との間に膜厚が５０ｎｍ程度のエッチストッパ膜２５が設けられていることを除いては、第１実施形態例の半導体装置と同様の構成を有している。エッチストッパ膜２５としては、例えば、ＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜、又は、ＳｉＯ2膜が用いられる。
【００３６】
本実施形態例の半導体装置１０１の製造方法は、第１実施形態例の半導体装置の製造方法と下記の点において異なる。まず、図２（ａ）に示した工程において、ビア層間絶縁膜１４と芳香族系有機ポリマー膜１５との間に、エッチストッパ膜２５を介在させる。図３（ｅ）に示した第１のハードマスク１７を用いたエッチングでは、エッチストッパ膜２５の上面でエッチングを停止させる。図３（ｆ）に示した第２のハードマスク１８を用いたエッチングでは、エッチストッパ膜２５の上面で上層配線溝２２を形成するエッチングを停止させる。
【００３７】
本実施形態例の半導体装置１０１では、ビア層間絶縁膜１４と芳香族系有機ポリマー膜１５との間に、エッチストッパ膜２５を介在させることにより、エッチストッパ膜２５と芳香族系有機ポリマー膜１５との間では、ビア層間絶縁膜１４と芳香族系有機ポリマー膜１５との間よりも高いエッチ選択比が得られる。従って、エッチストッパ膜２５の上面で更に精度良くエッチングを停止させることができるので、より良好な形状を有する上層配線溝２２が形成できる。また、芳香族系有機ポリマー膜１５がエッチストッパ膜２５との間で良好な密着性を有するので、層間剥がれを防止し、良好な機械的強度を維持することができる。
【００３８】
図５は、本発明の第３実施形態例に係る半導体装置を示す断面図である。本実施形態例の半導体装置１０２は、ビア層間絶縁膜が、膜厚が１００〜２００ｎｍの芳香族系有機ポリマー膜２６と、この上に形成された、膜厚が１００〜２００ｎｍのメチルシルセスキオキサン層２７とから構成され、キャップ層１３の膜厚が２０ｎｍ以下に形成されていることを除いては、第１実施形態例の半導体装置と同様の構成を有している。
【００３９】
本実施形態例の半導体装置１０２の製造方法は、第１実施形態例の半導体装置の製造方法と下記の点において異なる。まず、図２（ａ）に示した工程において、キャップ層１３の膜厚を２０ｎｍ以下に形成し、且つビア層間絶縁膜１４に代えて、芳香族系有機ポリマー層２６及びメチルシルセスキオキサン層２７を形成する。図３（ｆ）に示した工程において、第２の配線層間絶縁膜におけるメチルシルセスキオキサン層１６及びビア層間絶縁膜におけるメチルシルセスキオキサン層２７のエッチングには、第１のエッチングガスを用いて、これらのエッチングを同時に行う。また、第２の配線層間絶縁膜における芳香族系有機ポリマー層１５及びビア層間絶縁膜における芳香族系有機ポリマー層２６のエッチングには、第２のエッチングガスを用いて、これらのエッチングを同時に行う。
【００４０】
本実施形態例の半導体装置１０２は、第１実施形態例の半導体装置の奏する効果の他に下記の効果を奏する。即ち、メチルシルセスキオキサン層２７によってビア層間絶縁膜全体として、ＣＭＰ工程に耐える十分な機械的強度を維持しつつ、芳香族系有機ポリマー膜２６及びメチルシルセスキオキサン層２７によって配線間容量を効果的に低減し、電気信号のＲＣ遅延を抑制することができる。また、キャップ層１３と芳香族系有機ポリマー層２６との間で高いエッチ選択比が得られるので、キャップ層１３の膜厚を従来より小さくしても良好なビア形状が得られる。更に、芳香族系有機ポリマー層２６がメチルシルセスキオキサン層との間で良好な密着性を有するので、層間剥がれを防止し、半導体装置１０２の機械的強度を更に高めることができる。
【００４１】
図６は、本発明の第４実施形態例に係る半導体装置を示す断面図である。本実施形態例の半導体装置１０３は、ビア層間絶縁膜が、膜厚が１００〜２００ｎｍの芳香族系有機ポリマー膜２６と、この上に形成された、膜厚が１００〜２００ｎｍのメチルシルセスキオキサン層２７とから構成され、キャップ層１３の膜厚が２０ｎｍ以下に形成されていることを除いては、第２実施形態例の半導体装置と同様の構成を有している。
【００４２】
本実施形態例の半導体装置１０３の製造方法は、第２実施形態例の半導体装置の製造方法と下記の点において異なる。まず、図２（ａ）に示した工程において、キャップ層１３の膜厚を２０ｎｍ以下に形成し、且つビア層間絶縁膜１４に代えて、芳香族系有機ポリマー層２６及びメチルシルセスキオキサン層２７を形成する。図３（ｆ）に示した工程において、第２の配線層間絶縁膜におけるメチルシルセスキオキサン層１６及びビア層間絶縁膜におけるメチルシルセスキオキサン層２７のエッチングには、第１のエッチングガスを用いて、これらのエッチングを同時に行う。また、第２の配線層間絶縁膜における芳香族系有機ポリマー層１５及びビア層間絶縁膜における芳香族系有機ポリマー層２６のエッチングには、第２のエッチングガスを用いて、これらのエッチングを同時に行う。本実施形態例の半導体装置１０３は、第２実施形態例の半導体装置の奏する効果の他に、第３実施形態例の半導体装置の奏する効果と同様の効果を奏する。
【００４３】
尚、第１実施形態例〜第４実施形態例に記載した、芳香族系有機ポリマー膜としては、例えば、ポリアリルエーテルを用いることができる。また、第１実施形態例〜第４実施形態例では、低誘電率無機系絶縁膜として、メチルシルセスキオキサン膜１６、２７を用いた例を示したが、これに代えて、他の低誘電率無機系絶縁膜、例えば、水素化シルセスキオキサン膜、水素化メチルシルセスキオキサン膜、又は、これらのうちの複数種を適当な比率で重合したものを用いることが出来る。
【００４４】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明に係る半導体装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導体装置も、本発明の範囲に含まれる。例えば、第１〜第４実施形態例では、第２の配線層間絶縁膜が低誘電率有機系絶縁膜とこの低誘電率有機系絶縁膜上に形成された低誘電率無機系絶縁膜との２層で構成されるものとした。しかし、第２の配線層間絶縁膜以外の他の配線層間絶縁膜についても、低誘電率有機系絶縁膜と低誘電率無機系絶縁膜の２層構造で構成されるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態例の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態例の半導体装置の製造方法を段階的に示す断面図である。
【図３】図３（ｅ）〜（ｈ）は、第１実施形態例の半導体装置の製造方法を段階的に示す、図２に後続する段階の断面図である。
【図４】第２実施形態例の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図５】第３実施形態例の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図６】第４実施形態例の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図７】特許文献１に記載された半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：シリコン基板
１１：下層配線溝
１１ａ：下層配線
１２：第１の配線層間絶縁膜
１３：キャップ層
１４：ビア層間絶縁膜
１５：芳香族系有機ポリマー膜
１６：メチルシルセスキオキサン膜
１７：第１のハードマスク
１８：第２のハードマスク
１９：第１のフォトレジストマスク
２０：第２のフォトレジストマスク
２１：ビアホール形成孔
２２：上層配線溝
２３：ビアホール
２４：配線材料
２４ａ：上層配線
２４ｂ：ビアプラグ
２５：エッチストッパ膜
２６：芳香族系有機ポリマー膜
２７：メチルシルセスキオキサン膜
３１：半導体基板
３２：第１の配線層間絶縁膜
３３：保護膜
３４：ビア層間絶縁膜
３５：エッチストッパ膜
３６：絶縁膜
３７：酸化シリコン膜
３８：下層配線
３９：ビアプラグ
４０：上層配線
【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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