(57)【要約】【課題】  配線間の容量を低減し、ＬＳＩの性能の向上を図る。【解決手段】  絶縁層２５上には、ＭＯＳトランジスタのソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに接続される配線Ｗ１が形成される。配線Ｗ１は、銅などの金属２８ａ，２８ｂと、金属２８ａ，２８ｂの表面を覆うバリア層２７ａ，２７ｂとから構成される。配線Ｗ１上には、絶縁層２９，３０，３２が形成される。配線Ｗ１間は、空洞３１になっている。空洞３１内には、酸素及び二酸化炭素の混合ガス、又は空気が満たされている。絶縁層３２上には、配線Ｗ２が形成される。配線Ｗ２間も、配線Ｗ１間と同様に、空洞３８になっている。空洞３８内には、酸素及び二酸化炭素の混合ガス、又は空気が満たされている。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に形成される複数の第１の配線と、前記複数の第１の配線の間が完全に空洞になるように前記複数の第１の配線上に形成される第２の絶縁層と、前記複数の第１の配線上の前記第２の絶縁層にそれぞれ形成される複数の第１のコンタクトホ−ルと、前記複数の第１のコンタクトホール内及び上にそれぞれ形成される柱状の複数の導電層と、前記複数の導電層の間が完全に空洞になるように前記複数の導電層上に形成される第３の絶縁層と、前記複数の導電層上の前記第３の絶縁層にそれぞれ形成される複数の第２のコンタクトホ−ルと、前記複数の第２のコンタクトホール内及び上にそれぞれ形成される複数の第２の配線と、前記複数の第２の配線の間が完全に空洞になるように前記複数の第２の配線上に形成される第４の絶縁層とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記複数の導電層と前記複数の第２の配線層は、全体としてダマシン構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の第１の配線の間の空洞内、前記複数の導電層の間の空洞内及び前記複数の第２の配線の間の空洞内には、それぞれ酸素と二酸化炭素の混合ガスが満たされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の第１の配線の間の空洞内、前記複数の導電層の間の空洞内及び前記複数の第２の配線の間の空洞内には、それぞれ空気が満たされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２、第３及び第４の絶縁層の表面は、平坦であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記複数の第１の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第１の配線を取り囲むように前記第１の絶縁層上に形成される部分、
前記複数の第２の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第２の配線を取り囲むように前記第３の絶縁層上に形成される部分、及び
前記複数の導電層の構成と同様の構成を有し、前記複数の導電層を取り囲むように前記複数の第１の配線と前記複数の第２の配線の間に形成される部分
とから構成されるガ−ドリングを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記複数の第１の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第１の配線の間に形成され、前記第２の絶縁層を支えるダミー配線と、
前記複数の第２の配線の構成と同様の構成を有し、前記複数の第２の配線の間に形成され、前記第３の絶縁層を支えるダミー配線と
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記複数の第１の配線と前記第２の絶縁層とを結合する結合層を具備し、前記第２の絶縁層が酸化シリコンから構成される場合には、前記結合層は、前記シリコンと反応する材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記複数の第１の配線と前記第２の絶縁層とを結合する結合層を具備し、前記第２の絶縁層が酸化金属から構成される場合には、前記結合層は、前記酸化金属と反応する材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
半導体基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の固体層を形成する工程と、前記第１の固体層に複数の第１の溝を形成する工程と、前記複数の第１の溝内に第１の導電体を埋め込んで複数の第１の配線を形成する工程と、前記第１の固体層上及び前記複数の第１の配線上に酸素を透過させる性質を持つ第２の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第２の絶縁層を透過させて前記第１の固体層と反応させることにより前記第１の固体層を酸化し、前記第１の固体層を第１のガス層に変換する工程と、前記第２の絶縁層上に第２の固体層を形成する工程と、前記第２の固体層及び前記第２の絶縁層に前記複数の第１の配線に達する複数の第１のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第１のコンタクトホ−ル内に第２の導電体を埋め込んで柱状の複数の導電層を形成する工程と、前記第２の固体層上及び前記複数の導電層上に前記酸素を透過させる性質を持つ第３の絶縁層を形成する工程と、前記第３の絶縁層上に第３の固体層を形成する工程と、前記第３の固体層に複数の第２の溝を形成する工程と、前記第３の絶縁層に前記複数の導電層に達する複数の第２のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第２の溝内及び前記複数の第２のコンタクトホ−ル内に第３の導電体を埋め込んで複数の第２の配線を形成する工程と、前記第３の固体層上及び前記複数の第２の配線上に前記酸素を透過させる性質を持つ第４の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第３及び第４の絶縁層を透過させて前記第２及び第３の固体層と反応させることにより前記第２及び第３の固体層を酸化し、前記第２及び第３の固体層を第２及び第３のガス層に変換する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の固体層を形成する工程と、前記第１の固体層に複数の第１の溝を形成する工程と、前記複数の第１の溝内に第１の導電体を埋め込んで複数の第１の配線を形成する工程と、前記第１の固体層上及び前記複数の第１の配線上に酸素を透過させる性質を持つ第２の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第２の絶縁層を透過させて前記第１の固体層と反応させることにより前記第１の固体層を酸化し、前記第１の固体層を第１のガス層に変換する工程と、前記第２の絶縁層上に第２の固体層を形成する工程と、前記第２の固体層上に前記酸素を透過させる性質を持つ第３の絶縁層を形成する工程と、前記第３の絶縁層上に第３の固体層を形成する工程と、前記第３の固体層に複数の第２の溝を形成する工程と、前記第３の絶縁層、前記第２の固体層及び前記第２の絶縁層に前記複数の第１の配線に達する複数のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第２の溝内及び前記複数のコンタクトホ−ル内に第２の導電体を埋め込んで複数の第２の配線及び柱状の複数の導電層を同時に形成する工程と、前記第３の固体層上及び前記複数の第２の配線上に前記酸素を透過する性質を持つ第４の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第３及び第４の絶縁層を透過させて前記第２及び第３の固体層と反応させることにより前記第２及び第３の固体層を酸化し、前記第２及び第３の固体層を第２及び第３のガス層に変換する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１、第２及び第３の固体層は、炭素層であり、前記炭素層を灰化することにより、前記複数の第１の配線の間、前記複数の第２の配線の間、及び、前記複数の導電層の間を、それぞれ酸素と二酸化炭素の混合ガスが満たされた空洞にすることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の固体層は、前記複数の第１の溝内に前記第１の導電体を形成する際の温度以下で固体であり、酸化によりガス層に変化する材料から構成されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２及び第３の固体層は、前記複数の第１のコンタクトホール内に前記第２の導電体を形成する際の温度以下及び前記複数の第２の溝内及び前記複数の第２のコンタクトホール内に前記第３の導電体を形成する際の温度以下で固体であり、酸化によりガス層に変化する材料から構成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２及び第３の固体層は、前記複数の第２の溝内及び前記複数のコンタクトホール内に前記第２の導電体を形成する際の温度以下で固体であり、酸化によりガス層に変化する材料から構成されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記複数の第１の溝及び前記複数の第２の溝は、レジストをマスクにして異方性エッチングにより形成され、前記レジストは、薬液により剥離されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記複数の第１の溝及び前記複数の第２の溝は、絶縁マスクをマスクにして異方性エッチングにより形成され、前記絶縁マスクは、レジストをマスクにして異方性エッチングにより形成され、前記レジストは、薬液により剥離されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記絶縁マスクが酸化物から構成される場合に、前記絶縁マスクは、スパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第２、第３及び第４の絶縁層が酸化物から構成される場合に、前記第２、第３及び第４の絶縁層は、それぞれスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１、第２及び第３の固体層の酸化は、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により達成されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１、第２及び第３のガス層内に空気を満たす工程を具備することを特徴とする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、配線間の絶縁構造に特徴を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの性能の向上は、基本的に、素子の集積度を高めること、即ち素子の微細化を図ることにより達成できる。しかし、素子の集積度が極端に高くなると配線間の容量が増大するため、ＬＳＩの性能（高速動作など）を向上させることが容易ではなくなる。
【０００３】
従って、マイクロプロセッサなどの超大規模集積回路（ＵＬＳＩＣ）においては、その性能の向上を達成するために集積回路の内部配線の寄生抵抗及び寄生容量を減少させることが不可欠である。
【０００４】
内部配線の寄生抵抗の減少は、抵抗率が低い材料により内部配線を構成することにより達成できる。現在では、アルミニウム合金に比べて抵抗率が３０％以上低い銅を、アルミニウム合金に変えて内部配線に用いることが研究されている。
【０００５】
内部配線の寄生容量には、二つの成分がある。
【０００６】
一つめは、異なるレベルに存在する配線間に生じる容量、即ち上下の配線間に生じる容量である。この容量は、下側の配線上に形成される層間絶縁膜の厚さを増すことにより減少させることが可能である。
【０００７】
二つめは、同じレベルに存在する配線間に生じる容量、即ち左右の配線間に生じる容量である。この容量は、配線の間隔を広げること及び配線の厚さを減らすことにより達成できる。
【０００８】
しかし、配線の間隔を広げると素子の集積度を低下させることになり、配線の厚さを減らすと配線抵抗が増大することになるため、かえってＬＳＩの性能の向上を図ることができない。
【０００９】
そこで、現在では、内部配線の寄生容量を減少させるために、配線間の絶縁層に誘電率εの低いものを使用することが研究されている。
【００１０】
図２３３は、配線間に誘電率εの低い絶縁層を満たした構造の半導体装置を示すものである。
【００１１】
半導体基板１１上には絶縁層１２が形成されている。配線１３は、絶縁層１２上に配置されている。配線１３間及び配線１３上には、弗素を含むプラズマＴＥＯＳ層１４が形成されている。
【００１２】
この弗素を含むプラズマＴＥＯＳ層１４は、誘電率εが約３．３であり、弗素を含まないプラズマＴＥＯＳ層に比べて誘電率εを約１５％減少させている。
【００１３】
しかし、近年の素子の集積度の向上に伴い、ＬＳＩの性能の向上は、配線間の誘電率εを３．３以下にしなければ達成できない状態になっている。
【００１４】
このように、従来は、ＬＳＩの性能の向上を図るため、配線間の絶縁層の誘電率を減少させることが必須である。しかし、絶縁層の誘電率を３．３以下にすることは非常に困難であるため、絶縁層の誘電率は、素子の集積度が進む中で、ＬＳＩの性能の向上の支障となっている。
【００１５】
一方、近年では、同じレベルに存在する配線間を空洞にすることで、配線間の寄生容量を低減しようとする試みがなされている。
【００１６】
特許文献１は、同じレベルに存在する配線間を空洞にする技術を開示している。この技術の特徴は、予め配線間に満たしておいた氷膜を蒸発させる点にある。
【００１７】
しかし、この技術は、材料の相転移を利用しているために以下の欠点がある。第一に、配線間の水を凍結する際に体積膨脹が生じて配線に悪影響を与える。この欠点は、配線を形成した後に、相転移を利用して材料を埋め込むことに起因しており、氷膜に限られず、文献が示す全ての材料について生じる。第二に、ＣＭＰ（化学的機械研磨）により氷膜を研磨する際に、摩擦熱により氷膜の全てが溶けてしまう場合がある。第三に、固体膜の蒸発前の全ての工程を低温（氷膜の場合、摂氏零度以下）で行う必要があり、ウェハの取り扱いが困難になる。
【００１８】
また、この技術では、配線間の空洞には水蒸気が満たされることになるため、この水蒸気が配線のショ−トや腐食の原因となり、配線の信頼性に悪影響を与える。さらに、この技術では、異なるレベルに存在する配線間を空洞にする技術を開示していないため、配線間の寄生容量の低減は必ずしも十分とはいえない。
【特許文献１】特開平７−４５７０１号公報
【特許文献２】特開平２−２１８１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の例では、配線間に誘電率が低く、配線に悪影響を与えないようなガスを満たすことにより、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の例の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に形成される複数の第１の配線と、前記複数の第１の配線の間が完全に空洞になるように前記複数の第１の配線上に形成される第２の絶縁層と、前記複数の第１の配線上の前記第２の絶縁層にそれぞれ形成される複数の第１のコンタクトホ−ルと、前記複数の第１のコンタクトホール内及び上にそれぞれ形成される柱状の複数の導電層と、前記複数の導電層の間が完全に空洞になるように前記複数の導電層上に形成される第３の絶縁層と、前記複数の導電層上の前記第３の絶縁層にそれぞれ形成される複数の第２のコンタクトホ−ルと、前記複数の第２のコンタクトホール内及び上にそれぞれ形成される複数の第２の配線と、前記複数の第２の配線の間が完全に空洞になるように前記複数の第２の配線上に形成される第４の絶縁層とを備える。
【００２１】
本発明の例に関わる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の固体層を形成する工程と、前記第１の固体層に複数の第１の溝を形成する工程と、前記複数の第１の溝内に第１の導電体を埋め込んで複数の第１の配線を形成する工程と、前記第１の固体層上及び前記複数の第１の配線上に酸素を透過させる性質を持つ第２の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第２の絶縁層を透過させて前記第１の固体層と反応させることにより前記第１の固体層を酸化し、前記第１の固体層を第１のガス層に変換する工程と、前記第２の絶縁層上に第２の固体層を形成する工程と、前記第２の固体層及び前記第２の絶縁層に前記複数の第１の配線に達する複数の第１のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第１のコンタクトホ−ル内に第２の導電体を埋め込んで柱状の複数の導電層を形成する工程と、前記第２の固体層上及び前記複数の導電層上に前記酸素を透過させる性質を持つ第３の絶縁層を形成する工程と、前記第３の絶縁層上に第３の固体層を形成する工程と、前記第３の固体層に複数の第２の溝を形成する工程と、前記第３の絶縁層に前記複数の導電層に達する複数の第２のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第２の溝内及び前記複数の第２のコンタクトホ−ル内に第３の導電体を埋め込んで複数の第２の配線を形成する工程と、前記第３の固体層上及び前記複数の第２の配線上に前記酸素を透過させる性質を持つ第４の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第３及び第４の絶縁層を透過させて前記第２及び第３の固体層と反応させることにより前記第２及び第３の固体層を酸化し、前記第２及び第３の固体層を第２及び第３のガス層に変換する工程とを備える。
【００２２】
本発明の例に関わる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の固体層を形成する工程と、前記第１の固体層に複数の第１の溝を形成する工程と、前記複数の第１の溝内に第１の導電体を埋め込んで複数の第１の配線を形成する工程と、前記第１の固体層上及び前記複数の第１の配線上に酸素を透過させる性質を持つ第２の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第２の絶縁層を透過させて前記第１の固体層と反応させることにより前記第１の固体層を酸化し、前記第１の固体層を第１のガス層に変換する工程と、前記第２の絶縁層上に第２の固体層を形成する工程と、前記第２の固体層上に前記酸素を透過させる性質を持つ第３の絶縁層を形成する工程と、前記第３の絶縁層上に第３の固体層を形成する工程と、前記第３の固体層に複数の第２の溝を形成する工程と、前記第３の絶縁層、前記第２の固体層及び前記第２の絶縁層に前記複数の第１の配線に達する複数のコンタクトホ−ルを形成する工程と、前記複数の第２の溝内及び前記複数のコンタクトホ−ル内に第２の導電体を埋め込んで複数の第２の配線及び柱状の複数の導電層を同時に形成する工程と、前記第３の固体層上及び前記複数の第２の配線上に前記酸素を透過する性質を持つ第４の絶縁層を形成する工程と、前記酸素を前記第３及び第４の絶縁層を透過させて前記第２及び第３の固体層と反応させることにより前記第２及び第３の固体層を酸化し、前記第２及び第３の固体層を第２及び第３のガス層に変換する工程とを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の例によれば、配線間に誘電率が低く、配線に悪影響を与えないようなガスを満たすことにより、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【００２６】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）１１上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）１２が形成されている。配線１３は、絶縁層１２上に配置されている。配線１３は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
【００２７】
配線１３間を満たすことがない板状の絶縁層（例えば、シリコン酸化層）１４は、配線１３を柱として、配線１３上に形成されている。つまり、配線１３間は、空洞（キャビティ）１５になっている。空洞１５内には、誘電率εが１．０程度のガス、即ち、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされている。
【００２８】
なお、空洞内の二酸化炭素ＣＯ2 のガスの濃度は、少なくとも空気（大気）中の二酸化炭素のガスの濃度よりも高くなっている。また、空洞１５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞１５内に空気を満たすようにしてもよい。
【００２９】
上記構成の半導体装置によれば、配線１３間には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス、又は空気が満たされている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線１３間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【００３０】
次に、図１の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、図２に示すように、半導体基板１１上に絶縁層１２を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層１２上に炭素（カ−ボン）層１６を形成する。ここで、炭素層１６の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【００３２】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層１６上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）１７を形成する。ここで、マスク材１７が酸化物により構成されている場合には、マスク材１７は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層１６が消滅する場合があるからである。
【００３３】
次に、マスク材１７上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材１７をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材１７をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層１６をエッチングし、炭素層１６に溝を形成する。
【００３４】
なお、炭素層１６は、レジストをマスクにしてエッチングしてもよい。
【００３５】
レジストの剥離は、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層１６も消滅してしまうからである。
【００３６】
次に、図３に示すように、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、半導体基板１１上の全面に銅などから構成される導電層を形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層１６の間の溝内にのみ導電層を残存させ、配線１３を形成する。
【００３７】
なお、ＣＭＰの代わりに、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線１３を形成するようにしてもよい。
【００３８】
この後、マスク材１７は、剥離される。
【００３９】
次に、図４に示すように、スパッタリング法により、配線１３及び炭素層１６上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）１４を形成する。ここで、絶縁層１４がシリコン酸化層のような酸化物の場合には、ＣＶＤ法を用いない方がよい。なぜなら、反応ガスの中に酸素Ｏ2 が含まれているため、絶縁層１４の形成時に、炭素層１６が除去されてしまう可能性があるからである。
【００４０】
次に、図５及び図６に示すように、炭素層１６を灰化し、炭素層１６を、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされた空洞１５に変換する。なお、炭素層１６の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【００４１】
一つめは、酸素雰囲気中（酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい）での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層１６が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層１６の体積の膨脹による絶縁層１４の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【００４２】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層１６が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層１６の体積の膨脹による絶縁層１４の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層１４の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【００４３】
なお、空洞１５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞１５内に空気を満たすようにしてもよい。
【００４４】
上述の方法によれば、配線を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１の半導体装置を提供することができる。
【００４５】
図７は、本発明の第２の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【００４６】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【００４７】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【００４８】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【００４９】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【００５０】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【００５１】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【００５２】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【００５３】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【００５４】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【００５５】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【００５６】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【００５７】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【００５８】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【００５９】
なお、絶縁層３６は、配線Ｗ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【００６０】
なお、空洞３１，３８を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８内に空気を満たすようにしてもよい。
【００６１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【００６２】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【００６３】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【００６４】
次に、図７の半導体装置の製造方法について説明する。
【００６５】
まず、図８に示すように、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【００６６】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【００６７】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【００６８】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【００６９】
次に、図９に示すように、スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【００７０】
次に、図１０に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【００７１】
ここで、マスク材２９が酸化物から構成される場合には、マスク材２９は、炭素層３９の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
【００７２】
次に、図１１に示すように、マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材２９のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
【００７３】
次に、図１２に示すように、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【００７４】
なお、本実施例では、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングしている。
【００７５】
この理由は、以下のとおりである。ＰＥＰに用いるレジストは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）、又はＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層３９が同時に除去されてしまう。一方、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層（高融点金属の場合のみ）２６ａ，２６ｂが同時に除去されてしまう。
【００７６】
そこで、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングするのがよい。
【００７７】
次に、図１３に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７を、配線溝ＸＸの内面上及びマスク材２９上に形成する。
【００７８】
次に、図１４に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属２８を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【００７９】
次に、図１５に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【００８０】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線Ｗ１を形成してもよい。
【００８１】
次に、図１６に示すように、スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。
【００８２】
ここで、絶縁層３０が酸化物の場合には、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【００８３】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【００８４】
次に、図１７及び図１８に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【００８５】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【００８６】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層２９，３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【００８７】
次に、図１９に示すように、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３０上に低い誘電率を有する絶縁層（例えば、弗素を含むＴＥＯＳなど）３２を形成する。
【００８８】
次に、図２０に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを絶縁層３０，３２に設ける。
【００８９】
次に、図２１に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【００９０】
次に、図２２に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【００９１】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層３２上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）３６を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【００９２】
この後、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材３６をパタ−ニングする。また、マスク材３６をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層３４ａ，３４ｂを形成する。
【００９３】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層３４ａ，３４ｂ上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層３４ａ，３４ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【００９４】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ２を形成するようにしてもよい。
【００９５】
スパッタリング法により、マスク材３６上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【００９６】
なお、空洞３１，３８を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８内に空気を満たすようにしてもよい。
【００９７】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図７の半導体装置を提供することができる。
【００９８】
図２３は、本発明の第３の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【００９９】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０１００】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０１０１】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０１０２】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０１０３】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０１０４】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０１０５】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０１０６】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０１０７】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０１０８】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０１０９】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０１１０】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０１１１】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０１１２】
絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０１１３】
なお、空洞３１，３８を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８内に空気を満たすようにしてもよい。
【０１１４】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【０１１５】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０１１６】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０１１７】
次に、図２３の半導体装置の製造方法について説明する。
【０１１８】
まず、図２４に示すように、絶縁層２５上に炭素層３９を形成するまでを、上述の第２の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０１１９】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０１２０】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０１２１】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０１２２】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０１２３】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０１２４】
スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０１２５】
マスク材上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【０１２６】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層３９をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０１２７】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層３９をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層３９をエッチングするのがよい。
【０１２８】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７を、配線溝ＸＸの内面上及び炭素層３９上に形成する。
【０１２９】
次に、図２５に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属２８を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０１３０】
次に、図２６に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【０１３１】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０１３２】
次に、図２７に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０１３３】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０１３４】
次に、図２８及び図２９に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０１３５】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０１３６】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【０１３７】
次に、図３０に示すように、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３０上に低い誘電率を有する絶縁層（例えば、弗素を含むＴＥＯＳなど）３２を形成する。
【０１３８】
次に、図３１に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを絶縁層３０，３２に設ける。
【０１３９】
次に、図３２に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０１４０】
次に、図３３に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【０１４１】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層３２上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０１４２】
この後、マスク材上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０１４３】
また、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層３４ａ，３４ｂを形成する。
【０１４４】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層３４ａ，３４ｂ上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層３４ａ，３４ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【０１４５】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ２を形成するようにしてもよい。
【０１４６】
スパッタリング法により、炭素層上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０１４７】
なお、空洞３１，３８を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８内に空気を満たすようにしてもよい。
【０１４８】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図２３の半導体装置を提供することができる。
【０１４９】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【０１５０】
図３４は、本発明の第４の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０１５１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０１５２】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０１５３】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０１５４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０１５５】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０１５６】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０１５７】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０１５８】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０１５９】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。
【０１６０】
但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０１６１】
柱状の導電層３３ａ，３３ｂの上部には、棚状の絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。柱状の導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０１６２】
なお、絶縁層３６は、導電層３３ａ，３３ｂの位置や断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０１６３】
なお、空洞３１，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０１６４】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂの間にも、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【０１６５】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び導電層３３ａ，３３ｂの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０１６６】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０１６７】
次に、図３４の半導体装置の製造方法について説明する。
【０１６８】
まず、図３５に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第２の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０１６９】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０１７０】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０１７１】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０１７２】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０１７３】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０１７４】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０１７５】
また、マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０１７６】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０１７７】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０１７８】
この後、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７ａ，２７ｂを形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７ａ，２７ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【０１７９】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０１８０】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【０１８１】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０１８２】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０１８３】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０１８４】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０１８５】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）３６を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０１８６】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材３６をパタ−ニングする。このマスク材３６をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層４１及び絶縁層３０をエッチングする。その結果、炭素層４１及び絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するビアホ−ルが形成される。
【０１８７】
次に、図３６に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０及び炭素層４１のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０１８８】
次に、図３７に示すように、スパッタリング法により、マスク材３６上及び導電層３３ａ，３３ｂ上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。ここで、絶縁層３７は、炭素層４１の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。
【０１８９】
また、絶縁層３７の厚さは、絶縁層３７がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７の種類や質などにより、絶縁層３７の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０１９０】
次に、図３８及び図３９に示すように、炭素層４１を灰化し、この炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換する。炭素層４１の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０１９１】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層４１が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層４１の体積の膨脹による絶縁層３６，３７の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０１９２】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層４１が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層４１の体積の膨脹による絶縁層３６，３７の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層３６，３７の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【０１９３】
なお、空洞３１，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０１９４】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０１９５】
また、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層３３ａ，３３ｂを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０１９６】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０１９７】
図４０は、本発明の第５の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０１９８】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０１９９】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０２００】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０２０１】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０２０２】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０２０３】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０２０４】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０２０５】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０２０６】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。
【０２０７】
但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０２０８】
柱状の導電層３３ａ，３３ｂの上部には、棚状の絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。柱状の導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０２０９】
絶縁層３６は、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０２１０】
なお、空洞３１，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０２１１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂの間にも、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【０２１２】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び導電層３３ａ，３３ｂの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０２１３】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０２１４】
次に、図４０の半導体装置の製造方法について説明する。
【０２１５】
まず、図４１に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第３の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０２１６】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０２１７】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０２１８】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０２１９】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０２２０】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０２２１】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０２２２】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０２２３】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０２２４】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７ａ，２７ｂを形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７ａ，２７ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属２８ａ，２８ｂを形成する。
【０２２５】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０２２６】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成してもよい。
【０２２７】
スパッタリング法により、炭素層上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０２２８】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０２２９】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０２３０】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）３６を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０２３１】
マスク材３６上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材３６をパタ−ニングする。
【０２３２】
この後、レジストを剥離し、マスク材３６をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層４１及び絶縁層３０をエッチングする。その結果、炭素層４１及び絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するビアホ−ルが形成される。この後、マスク材３６は、除去される。
【０２３３】
次に、図４２に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０２３４】
次に、図４３に示すように、スパッタリング法により、炭素層４１上及び導電層３３ａ，３３ｂ上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。ここで、絶縁層３７は、炭素層４１の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。
【０２３５】
また、絶縁層３７の厚さは、絶縁層３７がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７の種類や質などにより、絶縁層３７の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０２３６】
次に、図４４及び図４５に示すように、炭素層４１を灰化し、この炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換する。炭素層４１の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０２３７】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層４１が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層４１の体積の膨脹による絶縁層３６，３７の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０２３８】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層４１が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層４１の体積の膨脹による絶縁層３６，３７の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層３６，３７の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【０２３９】
なお、空洞３１，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０２４０】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０２４１】
また、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層３３ａ，３３ｂを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０２４２】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０２４３】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【０２４４】
図４６は、本発明の第６の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０２４５】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０２４６】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０２４７】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０２４８】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０２４９】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０２５０】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０２５１】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０２５２】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０２５３】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０２５４】
導電層３３ａ，３３ｂの上部には、絶縁層４２，４３が形成されている。この絶縁層４２，４３は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０２５５】
なお、絶縁層４２は、導電層３３ａ，３３ｂの位置及び断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層４３は、導電層３３ａ，３３ｂの間に空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層４３上に配線Ｗ２を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層４３は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０２５６】
配線Ｗ２は、絶縁層４３上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０２５７】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０２５８】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０２５９】
絶縁層３６は、配線Ｗ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０２６０】
なお、空洞３１，３８，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０に空気を満たすようにしてもよい。
【０２６１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【０２６２】
さらに、導電層３３ａ，３３ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【０２６３】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０２６４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０２６５】
次に、図４６の半導体装置の製造方法について説明する。
【０２６６】
まず、図４７に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第２の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０２６７】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０２６８】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０２６９】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０２７０】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０２７１】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０２７２】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０２７３】
マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０２７４】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０２７５】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０２７６】
この後、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７ａ，２７ｂを形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７ａ，２７ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属２８ａ，２８ｂを形成する。
【０２７７】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０２７８】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０２７９】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０２８０】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０２８１】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０２８２】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）４２を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０２８３】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材４２をパタ−ニングする。このマスク材４２をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層４１及び絶縁層３０をエッチングする。その結果、炭素層４１及び絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するビアホ−ルが形成される。
【０２８４】
次に、図４８に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０及び炭素層４１のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０２８５】
次に、図４９に示すように、スパッタリング法により、マスク材４２及び導電層３３ａ，３３ｂ上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を形成する。ここで、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【０２８６】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０２８７】
次に、図５０に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【０２８８】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素（カ−ボン）層４４を形成する。ここで、炭素層４４の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層４４上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）３６を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０２８９】
マスク材３６上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材３６をパタ−ニングする。
【０２９０】
この後、レジストを剥離し、マスク材３６をマスクにして異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングする。
【０２９１】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層３４ａ，３４ｂを、絶縁層４３上及びマスク材３６上に形成する。
【０２９２】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層３４ａ，３４ｂ上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層３４ａ，３４ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【０２９３】
スパッタリング法により、マスク材３６上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。
【０２９４】
絶縁層３７の厚さは、絶縁層３７がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７の種類や質などにより、絶縁層３７の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０２９５】
次に、図５１及び図５２に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時に灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０２９６】
なお、空洞３１，３８，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０に空気を満たすようにしてもよい。
【０２９７】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０２９８】
また、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層３３ａ，３３ｂを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０２９９】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０３００】
図５３は、本発明の第７の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０３０１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０３０２】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０３０３】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０３０４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０３０５】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０３０６】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０３０７】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０３０８】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０３０９】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０３１０】
導電層３３ａ，３３ｂの上部には、絶縁層４３が形成されている。この絶縁層４３は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０３１１】
絶縁層４３は、導電層３３ａ，３３ｂの間に空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層４３上に配線Ｗ２を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層４３は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０３１２】
配線Ｗ２は、絶縁層４３上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０３１３】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０３１４】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０３１５】
絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０３１６】
なお、空洞３１，３８，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０に空気を満たすようにしてもよい。
【０３１７】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【０３１８】
さらに、導電層３３ａ，３３ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【０３１９】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０３２０】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０３２１】
次に、図５３の半導体装置の製造方法について説明する。
【０３２２】
まず、図５４に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第３の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０３２３】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０３２４】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０３２５】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０３２６】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０３２７】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０３２８】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材２９をパタ−ニングする。このマスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０３２９】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０３３０】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０３３１】
この後、マスク材２９を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７ａ，２７ｂを形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７ａ，２７ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属２８ａ，２８ｂを形成する。
【０３３２】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０３３３】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０３３４】
スパッタリング法により、炭素層上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０３３５】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０３３６】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０３３７】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）４２を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０３３８】
マスク材４２上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材４２をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材４２をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層４１及び絶縁層３０をエッチングする。その結果、炭素層４１及び絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するビアホ−ルが形成される。
【０３３９】
次に、図５５に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０及び炭素層４１のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０３４０】
次に、図５６に示すように、スパッタリング法により、炭素層４１及び導電層３３ａ，３３ｂ上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を形成する。ここで、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【０３４１】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０３４２】
次に、図５７に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【０３４３】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素（カ−ボン）層４４を形成する。ここで、炭素層４４の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層４４上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０３４４】
この後、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層４４及び絶縁層４３をエッチングする。
【０３４５】
マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層３４ａ，３４ｂを、配線溝ＹＹの内面上及び炭素層４４上に形成する。
【０３４６】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層３４ａ，３４ｂ上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層３４ａ，３４ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【０３４７】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ２を形成するようにしてもよい。
【０３４８】
スパッタリング法により、炭素層４４上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。
【０３４９】
絶縁層３７の厚さは、絶縁層３７がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７の種類や質などにより、絶縁層３７の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０３５０】
次に、図５８及び図５９に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時に灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０３５１】
なお、空洞３１，３８，４０を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０に空気を満たすようにしてもよい。
【０３５２】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０３５３】
また、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂを形成するためのビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、ビアホ−ル内に導電層３３ａ，３３ｂを形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０３５４】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０３５５】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【０３５６】
図６０は、本発明の第８の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０３５７】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０３５８】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０３５９】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０３６０】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０３６１】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０３６２】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０３６３】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０３６４】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０３６５】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うバリア層３４ａ，３４ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【０３６６】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０３６７】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【０３６８】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０３６９】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０３７０】
なお、空洞３１，３８，４０を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０３７１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【０３７２】
さらに、導電層３３ａ，３３ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【０３７３】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０３７４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０３７５】
次に、図６０の半導体装置の製造方法について説明する。
【０３７６】
まず、図６１に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第２の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０３７７】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０３７８】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０３７９】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０３８０】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０３８１】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０３８２】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０３８３】
マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材２９をマスクにして異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０３８４】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０３８５】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０３８６】
この後、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７ａ，２７ｂを形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７ａ，２７ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【０３８７】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０３８８】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成してもよい。
【０３８９】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
【０３９０】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０３９１】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０３９２】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０３９３】
なお、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【０３９４】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０３９５】
続けて、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素層４４を形成する。
【０３９６】
この後、炭素層４４をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層４４に設ける。炭素層４４のパタ−ニングには、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）とＲＩＥを用いる方法と、ＰＥＰとＲＩＥで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の２つがある。
【０３９７】
本実施例では、ＰＥＰとＲＩＥを用いる方法について述べる。即ち、炭素層４４上にレジスト４５を形成する。レジスト４５をパタ−ニングした後、このレジスト４５をマスクに異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングし、炭素層４４に溝を形成する。
【０３９８】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４５を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４４の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４５の剥離に用いない。
【０３９９】
次に、図６２に示すように、炭素層４４上に再びレジスト４６を形成する。レジスト４６をパタ−ニングした後、このレジスト４６をマスクにして、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層４３及び炭素層４１をエッチングする。
【０４００】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４６を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４６の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４６の剥離に用いない。
【０４０１】
次に、図６３に示すように、異方性エッチングを用いて、溝の底部に露出した絶縁層３０をエッチングし、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを形成する。
【０４０２】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層３４を、炭素層４４上、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層３４上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５を形成する。
【０４０３】
次に、図６４に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）又はエッチングにより、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、それぞれバリア層３４ａ，３４ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させる。
【０４０４】
また、スパッタリング法により、炭素層４４上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０４０５】
なお、絶縁層３７，４３の厚さは、絶縁層３７，４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７，４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７，４３の種類や質などにより、絶縁層３７，４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０４０６】
次に、図６５及び図６６に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時を灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０４０７】
なお、空洞３１，３８，４０を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０４０８】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０４０９】
また、配線Ｗ２は、コンタクトプラグを用いることなく、配線Ｗ１に直接接続されるため、上述の第２〜７の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。
【０４１０】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０４１１】
図６７は、本発明の第９の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０４１２】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０４１３】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０４１４】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０４１５】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０４１６】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０４１７】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０４１８】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０４１９】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０４２０】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うバリア層３４ａ，３４ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【０４２１】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０４２２】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【０４２３】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０４２４】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０４２５】
なお、空洞３１，３８，４０を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０４２６】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【０４２７】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０，４３が形成されている。
【０４２８】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０４２９】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０４３０】
次に、図６７の半導体装置の製造方法について説明する。
【０４３１】
まず、図６８に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第３の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０４３２】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０４３３】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０４３４】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０４３５】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０４３６】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０４３７】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０４３８】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０４３９】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０４４０】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層２７ａ，２７ｂを形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層２７上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【０４４１】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０４４２】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、バリア層２７ａ，２７ｂ及び金属層２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０４４３】
スパッタリング法により、炭素層上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
【０４４４】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０４４５】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０４４６】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０４４７】
なお、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【０４４８】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０４４９】
続けて、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素層４４を形成する。
【０４５０】
この後、炭素層４４をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層４４に設ける。炭素層４４のパタ−ニングには、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）とＲＩＥを用いる方法と、ＰＥＰとＲＩＥで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の２つがある。
【０４５１】
本実施例では、ＰＥＰとＲＩＥを用いる方法について述べる。即ち、炭素層４４上にレジスト４５を形成する。レジスト４５をパタ−ニングした後、このレジスト４５をマスクに異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングし、炭素層４４に溝を形成する。
【０４５２】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４５を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４４の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４５の剥離に用いない。
【０４５３】
次に、図６９に示すように、炭素層４４上に再びレジスト４６を形成する。レジスト４６をパタ−ニングした後、このレジスト４６をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層４３及び炭素層４１をエッチングする。
【０４５４】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４６を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４６の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４６の剥離に用いない。
【０４５５】
次に、図７０に示すように、異方性エッチングを用いて、溝の底部に露出した絶縁層３０をエッチングし、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを形成する。
【０４５６】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、チタンと窒化チタンの積層から構成されるバリア層３４を、炭素層４４上、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、バリア層３４上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５を形成する。
【０４５７】
次に、図７１に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）又はエッチングにより、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、それぞれバリア層３４ａ，３４ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させる。
【０４５８】
また、スパッタリング法により、炭素層４４上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０４５９】
なお、絶縁層３７，４３の厚さは、絶縁層３７，４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７，４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７，４３の種類や質などにより、絶縁層３７，４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０４６０】
次に、図７２及び図７３に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時を灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０４６１】
なお、空洞３１，３８，４０を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０４６２】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０４６３】
また、配線Ｗ２は、コンタクトプラグを用いることなく、配線Ｗ１に直接接続されるため、上述の第２〜７の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。
【０４６４】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０４６５】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【０４６６】
図７４乃至図７６は、本発明の第１０の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０４６７】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０４６８】
図７６を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０４６９】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０４７０】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０４７１】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０４７２】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０４７３】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０４７４】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０４７５】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０４７６】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０４７７】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０４７８】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０４７９】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０４８０】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０４８１】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０４８２】
なお、絶縁層３６は、配線Ｗ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０４８３】
また、各チップ４８の縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃと、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属層３５ｃと、絶縁層３０，３２中に形成される導電層３３ｃとから構成される。
【０４８４】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属層３５ｃは、配線Ｗ２と同じ構成を有し、絶縁層３０，３２中に形成される導電層３３ｃは、導電層  （コンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂと同じ構成を有している。
【０４８５】
なお、図７７に示すように、絶縁層３０，３２中の導電層３３ｃは、なくてもよい。
【０４８６】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０４８７】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０４８８】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０４８９】
さらに、チップ４８の縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，３８を介して配線Ｗ１，Ｗ２に達するという事態が回避できる。
【０４９０】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１，Ｗ２を、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０４９１】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第２の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０４９２】
図７８及び図７９は、本発明の第１１の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０４９３】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０４９４】
図７８を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０４９５】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０４９６】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０４９７】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０４９８】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０４９９】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０５００】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０５０１】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５０２】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５０３】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０５０４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５０５】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０５０６】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０５０７】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５０８】
絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５０９】
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃと、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃと、絶縁層３０，３２中に形成される導電層３３ｃとから構成される。
【０５１０】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属層３５ｃは、配線Ｗ２と同じ構成を有し、絶縁層３０，３２中に形成される導電層３３ｃは、導電層  （コンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂと同じ構成を有している。
【０５１１】
なお、図７９に示すように、絶縁層３０，３２中の導電層３３ｃは、なくてもよい。
【０５１２】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０５１３】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０５１４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０５１５】
さらに、チップ４８の縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，３８を介して配線Ｗ１，Ｗ２に達するという事態が回避できる。
【０５１６】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１，Ｗ２を、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０５１７】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第３の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０５１８】
図８０は、本発明の第１２の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０５１９】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０５２０】
図８０を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０５２１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０５２２】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０５２３】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０５２４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５２５】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０５２６】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０５２７】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５２８】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５２９】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。
【０５３０】
但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５３１】
柱状の導電層３３ａ，３３ｂの上部には、棚状の絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。柱状の導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５３２】
なお、絶縁層３６は、導電層３３ａ，３３ｂの位置や断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５３３】
また、各チップ４８の縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃと、空洞４０に形成される導電層３３ｃとから構成されている。
【０５３４】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞４０に形成される導電層３３ｃは、導電層（コンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂと同じ構成を有している。
【０５３５】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂの間にも、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０５３６】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び導電層３３ａ，３３ｂの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０５３７】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０５３８】
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，４０を介して配線Ｗ１及び導電層３３ａ，３３ｂに達するという事態が回避できる。
【０５３９】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１及び導電層３３ａ，３３ｂを、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０５４０】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第４の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０５４１】
図８１は、本発明の第１３の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０５４２】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０５４３】
図８１を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０５４４】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０５４５】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０５４６】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０５４７】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５４８】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０５４９】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０５５０】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５５１】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５５２】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。
【０５５３】
但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５５４】
柱状の導電層３３ａ，３３ｂの上部には、棚状の絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。柱状の導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５５５】
なお、絶縁層３６は、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上にさらに配線を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５５６】
また、各チップ４８縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃと、空洞４０に形成される導電層３３ｃとから構成されている。
【０５５７】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞４０に形成される導電層３３ｃは、導電層（コンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂと同じ構成を有している。
【０５５８】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、導電層（上下配線のコンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂの間にも、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０５５９】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び導電層３３ａ，３３ｂの間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０５６０】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０５６１】
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，４０を介して配線Ｗ１及び導電層３３ａ，３３ｂに達するという事態が回避できる。
【０５６２】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１及び導電層３３ａ，３３ｂを、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０５６３】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第５の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０５６４】
図８２は、本発明の第１４の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０５６５】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０５６６】
図８２を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０５６７】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０５６８】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０５６９】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０５７０】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５７１】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０５７２】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０５７３】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５７４】
なお、絶縁層２９の上部は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５７５】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５７６】
導電層３３ａ，３３ｂ上には、絶縁層４２，４３が形成されている。この絶縁層４２，４３は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５７７】
なお、絶縁層４２は、導電層３３ａ，３３ｂの位置及び断面積を決めるもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層４３は、導電層３３ａ，３３ｂの間に空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層４３上に配線Ｗ２を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層４３は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５７８】
配線Ｗ２は、絶縁層４３上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０５７９】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０５８０】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０５８１】
なお、絶縁層３６は、配線Ｗ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０５８２】
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃと、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃと、空洞４０に形成される導電層３３ｃとから構成されている。
【０５８３】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃは、配線Ｗ２と同じ構成を有し、空洞４０に形成される導電層３３ｃは、導電層（コンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂと同じ構成を有している。
【０５８４】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０５８５】
さらに、導電層３３ａ，３３ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０５８６】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０５８７】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０５８８】
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，３８，４０を介して配線Ｗ１，Ｗ２及び導電層３３ａ，３３ｂに達するという事態が回避できる。
【０５８９】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１，Ｗ２及び導電層３３ａ，３３ｂを、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０５９０】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第６の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０５９１】
図８３は、本発明の第１５の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０５９２】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０５９３】
図８３を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０５９４】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０５９５】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０５９６】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０５９７】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０５９８】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０５９９】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０６００】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６０１】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６０２】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、タングステンやタンタルなどの高融点金属から構成される柱状の導電層３３ａ，３３ｂが形成されている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０６０３】
導電層３３ａ，３３ｂの上部には、絶縁層４３が形成されている。この絶縁層４３は、導電層３３ａ，３３ｂに支えられている。導電層３３ａ，３３ｂの間は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６０４】
絶縁層４３は、導電層３３ａ，３３ｂの間に空洞４０を設ける際に重要となると共に、絶縁層４３上に配線Ｗ２を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層４３は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６０５】
配線Ｗ２は、絶縁層４３上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【０６０６】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０６０７】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６０８】
絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６０９】
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃと、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属層３５ｃと、空洞４０に形成される導電層３３ｃとから構成されている。
【０６１０】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属層２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞３８に形成されるバリア層３４ｃ及び金属層３５ｃは、配線Ｗ２と同じ構成を有し、空洞４０に形成される導電層３３ｃは、導電層（コンタクトプラグ）３３ａ，３３ｂと同じ構成を有している。
【０６１１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０６１２】
さらに、導電層３３ａ，３３ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０６１３】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０６１４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０６１５】
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，３８，４０を介して配線Ｗ１，Ｗ２及び導電層３３ａ，３３ｂに達するという事態が回避できる。
【０６１６】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１，Ｗ２及び導電層３３ａ，３３ｂを、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０６１７】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第７の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０６１８】
図８４は、本発明の第１６の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０６１９】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０６２０】
図８４を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０６２１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０６２２】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０６２３】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０６２４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０６２５】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０６２６】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０６２７】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６２８】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６２９】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うバリア層３４ａ，３４ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【０６３０】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０６３１】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【０６３２】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６３３】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６３４】
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃと、空洞３８，４０に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃとから構成されている。
【０６３５】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞３８，４０に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃは、配線Ｗ２と同じ構成を有している。
【０６３６】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０６３７】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０６３８】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０６３９】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０６４０】
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，３８，４０を介して配線Ｗ１，Ｗ２に達するという事態が回避できる。
【０６４１】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１，Ｗ２を、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０６４２】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第８の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０６４３】
図８５は、本発明の第１７の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０６４４】
この半導体装置は、図７４に示すように、ウェハ４７に形成される複数のチップ４８の各々に形成される。
【０６４５】
図８５を参照して、この実施の形態に関わる半導体装置について説明する。
【０６４６】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０６４７】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０６４８】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０６４９】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０６５０】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【０６５１】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０６５２】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６５３】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６５４】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うバリア層３４ａ，３４ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【０６５５】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【０６５６】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【０６５７】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６５８】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６５９】
また、各チップの縁部には、そのチップの縁に沿ってリング状のガ−ドリングＧが形成されている。このガ−ドリングＧは、空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃと、空洞３８，４０に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃとから構成されている。
【０６６０】
空洞３１に形成されるバリア層２７ｃ及び金属２８ｃは、配線Ｗ１と同じ構成を有し、空洞３８，４０に形成されるバリア層３４ｃ及び金属３５ｃは、配線Ｗ２と同じ構成を有している。
【０６６１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０６６２】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０６６３】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０６６４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０６６５】
さらに、チップの縁部には、リング状のガ−ドリングＧが形成されている。従って、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞３１，３８，４０を介して配線Ｗ１，Ｗ２に達するという事態が回避できる。
【０６６６】
即ち、ガ−ドリングＧを設けることにより、チップ内の配線Ｗ１，Ｗ２を、水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【０６６７】
また、この実施の形態における半導体装置は、上述の第９の実施の形態における製造方法を用いることにより、容易に形成することができる。
【０６６８】
図８６は、本発明の第１８の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０６６９】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０６７０】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０６７１】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０６７２】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０６７３】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状の配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【０６７４】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０６７５】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０６７６】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６７７】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６７８】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０６７９】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０６８０】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状の配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成されている。
【０６８１】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０６８２】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０６８３】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０６８４】
なお、絶縁層３６は、配線Ｗ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０６８５】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０６８６】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０６８７】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０６８８】
また、少なくとも配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【０６８９】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【０６９０】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【０６９１】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【０６９２】
また、配線Ｗ１，Ｗ２は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【０６９３】
次に、図８６の半導体装置の製造方法について説明する。
【０６９４】
まず、図８７に示すように、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０６９５】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０６９６】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０６９７】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０６９８】
次に、図８８に示すように、スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素  （カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０６９９】
次に、図８９に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ここで、マスク材２９は、炭素層３９の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法でなく、スパッタリング法で形成する。
【０７００】
次に、図９０に示すように、マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材２９のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
【０７０１】
次に、図９１に示すように、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【０７０２】
なお、本実施例では、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングしている。
【０７０３】
この理由は、以下のとおりである。ＰＥＰに用いるレジストは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）、又はＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層３９が同時に除去されてしまう。一方、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層（高融点金属の場合のみ）２６ａ，２６ｂが同時に除去されてしまう。
【０７０４】
そこで、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングするのがよい。
【０７０５】
次に、図９２に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５０を、絶縁層２５上及びマスク材２９上に形成する。
【０７０６】
次に、図９３に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５０上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属２８を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０７０７】
次に、図９４に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【０７０８】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いることにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０７０９】
次に、図９５に示すように、スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０７１０】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０７１１】
次に、図９６及び図９７に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０７１２】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０７１３】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層２９，３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【０７１４】
次に、図９８に示すように、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３０上に低い誘電率を有する絶縁層（例えば、弗素を含むＴＥＯＳなど）３２を形成する。
【０７１５】
次に、図９９に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを絶縁層３０，３２に設ける。
【０７１６】
次に、図１００に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０７１７】
次に、図１０１に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【０７１８】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層３２上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）３６を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０７１９】
この後、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材３６をパタ−ニングする。マスク材３６をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５１ａ，５１ｂを、絶縁層３２上及びマスク材３６上に形成する。
【０７２０】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５１ａ，５１ｂ上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【０７２１】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより、配線Ｗ２を形成するようにしてもよい。
【０７２２】
スパッタリング法により、マスク材３６上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０７２３】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図８６の半導体装置を提供することができる。
【０７２４】
図１０２は、本発明の第１９の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０７２５】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０７２６】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０７２７】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０７２８】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０７２９】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状の配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【０７３０】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０７３１】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０７３２】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０７３３】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０７３４】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０７３５】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０７３６】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状の配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成されている。
【０７３７】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。
【０７３８】
また、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０７３９】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０７４０】
絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０７４１】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０７４２】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０７４３】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０７４４】
また、少なくとも配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【０７４５】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【０７４６】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【０７４７】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【０７４８】
また、配線Ｗ１，Ｗ２は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【０７４９】
次に、図１０２の半導体装置の製造方法について説明する。
【０７５０】
まず、図１０３に示すように、絶縁層２５上に炭素層３９を形成するまでを、上述の第１８の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０７５１】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０７５２】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０７５３】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０７５４】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０７５５】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０７５６】
スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【０７５７】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層３９をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０７５８】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層３９をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層３９をエッチングするのがよい。
【０７５９】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５０を、絶縁層２５上及び炭素層３９上に形成する。
【０７６０】
次に、図１０４に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５０上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層２８を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０７６１】
次に、図１０５に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【０７６２】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０７６３】
次に、図１０６に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０７６４】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０７６５】
次に、図１０７及び図１０８に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０７６６】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０７６７】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【０７６８】
次に、図１０９に示すように、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３０上に低い誘電率を有する絶縁層（例えば、弗素を含むＴＥＯＳなど）３２を形成する。
【０７６９】
次に、図１１０に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを絶縁層３０，３２に設ける。
【０７７０】
次に、図１１１に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０７７１】
次に、図１１２に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【０７７２】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層３２上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０７７３】
この後、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５１ａ，５１ｂを、絶縁層３２上及び炭素層上に形成する。
【０７７４】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５１ａ，５１ｂ上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【０７７５】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いることにより配線Ｗ２を形成するようにしてもよい。
【０７７６】
スパッタリング法により、炭素層上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０７７７】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１０２の半導体装置を提供することができる。
【０７７８】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【０７７９】
図１１３は、本発明の第２０の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０７８０】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０７８１】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０７８２】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０７８３】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０７８４】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状の配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【０７８５】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０７８６】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０７８７】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０７８８】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０７８９】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆う配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【０７９０】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０７９１】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０７９２】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【０７９３】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０７９４】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０７９５】
なお、空洞３１，３８，４０を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【０７９６】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【０７９７】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【０７９８】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０７９９】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０８００】
また、少なくとも配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８，４０を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【０８０１】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【０８０２】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【０８０３】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【０８０４】
また、配線Ｗ１，Ｗ２は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【０８０５】
次に、図１１３の半導体装置の製造方法について説明する。
【０８０６】
まず、図１１４に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第１８の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０８０７】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０８０８】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０８０９】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０８１０】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０８１１】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０８１２】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材２９をパタ−ニングする。このマスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０８１３】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０８１４】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０８１５】
この後、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５０ａ，５０ｂを、マスク材２９上及び炭素層に形成された溝内に形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５０ａ，５０ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【０８１６】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。
【０８１７】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属層２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０８１８】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
【０８１９】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０８２０】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０８２１】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０８２２】
なお、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【０８２３】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０８２４】
続けて、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素層４４を形成する。
【０８２５】
この後、炭素層４４をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層４４に設ける。炭素層４４のパタ−ニングには、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）とＲＩＥを用いる方法と、ＰＥＰとＲＩＥで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の２つがある。
【０８２６】
本実施例では、ＰＥＰとＲＩＥを用いる方法について述べる。即ち、炭素層４４上にレジスト４５を形成する。レジスト４５をパタ−ニングした後、このレジスト４５をマスクに異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングし、炭素層４４に溝を形成する。
【０８２７】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４５を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４４の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４５の剥離に用いない。
【０８２８】
次に、図１１５に示すように、炭素層４４上に再びレジスト４６を形成する。レジスト４６をパタ−ニングした後、このレジスト４６をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層４３及び炭素層４１をエッチングする。
【０８２９】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４６を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４６の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４６の剥離に用いない。
【０８３０】
次に、図１１６に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層３０を除去し、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを形成する。
【０８３１】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５１を、炭素層４４上、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５１上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５を形成する。
【０８３２】
次に、図１１７に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属３５ａ，３５ｂを残存させる。
【０８３３】
また、スパッタリング法により、炭素層４４上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０８３４】
なお、絶縁層３７，４３の厚さは、絶縁層３７，４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７，４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７，４３の種類や質などにより、絶縁層３７，４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０８３５】
次に、図１１８及び図１１９に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時を灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０８３６】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０８３７】
また、配線Ｗ２は、コンタクトプラグを用いることなく、配線Ｗ１に直接接続されるため、上述の第２〜７の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。
【０８３８】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０８３９】
図１２０は、本発明の第２１の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０８４０】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０８４１】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０８４２】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０８４３】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０８４４】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状の配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【０８４５】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０８４６】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０８４７】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０８４８】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０８４９】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆う配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【０８５０】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。
【０８５１】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、例えば、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、モリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、導電性を有し、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０８５２】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【０８５３】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０８５４】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０８５５】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０８５６】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【０８５７】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０８５８】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０８５９】
また、少なくとも配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８，４０を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【０８６０】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【０８６１】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【０８６２】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【０８６３】
また、配線Ｗ１，Ｗ２は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【０８６４】
次に、図１２０の半導体装置の製造方法について説明する。
【０８６５】
まず、図１２１に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第１９の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０８６６】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０８６７】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０８６８】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０８６９】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０８７０】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０８７１】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０８７２】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０８７３】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【０８７４】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５０ａ，５０ｂを、絶縁層２５上及び炭素層上に形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５０ａ，５０ｂ上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【０８７５】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。
【０８７６】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属層２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０８７７】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
【０８７８】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０８７９】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【０８８０】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０８８１】
なお、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【０８８２】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０８８３】
続けて、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素層４４を形成する。
【０８８４】
この後、炭素層４４をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層４４に設ける。炭素層４４のパタ−ニングには、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）とＲＩＥを用いる方法と、ＰＥＰとＲＩＥで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の２つがある。
【０８８５】
本実施例では、ＰＥＰとＲＩＥを用いる方法について述べる。即ち、炭素層４４上にレジスト４５を形成する。レジスト４５をパタ−ニングした後、このレジスト４５をマスクに異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングし、炭素層４４に溝を形成する。
【０８８６】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４５を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４４の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４５の剥離に用いない。
【０８８７】
次に、図１２２に示すように、炭素層４４上に再びレジスト４６を形成する。レジスト４６をパタ−ニングした後、このレジスト４６をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層４３及び炭素層４１をエッチングする。
【０８８８】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４６を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４６の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４６の剥離に用いない。
【０８８９】
次に、図１２３に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層３０を除去し、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを形成する。
【０８９０】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、モリブデンから構成される配線保護層５１を、炭素層４４上、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に形成する。また、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５１上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５を形成する。
【０８９１】
次に、図１２４に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させる。また、スパッタリング法により、炭素層４４上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０８９２】
なお、絶縁層３７，４３の厚さは、絶縁層３７，４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７，４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７，４３の種類や質などにより、絶縁層３７，４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０８９３】
次に、図１２５及び図１２６に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時を灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０８９４】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【０８９５】
また、配線Ｗ２は、コンタクトプラグを用いることなく、配線Ｗ１に直接接続されるため、上述の第２〜７の実施の形態における製造方法に比べて大幅に工程数を減らすことができる。
【０８９６】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【０８９７】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【０８９８】
図１２７は、本発明の第２２の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０８９９】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０９００】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０９０１】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０９０２】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０９０３】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの側面を覆う配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【０９０４】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０９０５】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０９０６】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０９０７】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０９０８】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０９０９】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０９１０】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの側面を覆う配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成されている。
【０９１１】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０９１２】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０９１３】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０９１４】
なお、絶縁層３６は、配線Ｗ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０９１５】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０９１６】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０９１７】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０９１８】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【０９１９】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【０９２０】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【０９２１】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【０９２２】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【０９２３】
次に、図１２７の半導体装置の製造方法について説明する。
【０９２４】
まず、図１２８に示すように、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０９２５】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０９２６】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０９２７】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０９２８】
次に、図１２９に示すように、スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０９２９】
次に、図１３０に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ここで、マスク材２９は、炭素層３９の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法でなく、スパッタリング法で形成する。
【０９３０】
次に、図１３１に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材２９をパタ−ニングする。このマスク材２９のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
【０９３１】
次に、図１３２に示すように、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【０９３２】
なお、本実施例では、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングしている。
【０９３３】
この理由は、以下のとおりである。ＰＥＰに用いるレジストは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）、又はＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層３９が同時に除去されてしまう。一方、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層（高融点金属の場合のみ）２６ａ，２６ｂが同時に除去されてしまう。
【０９３４】
そこで、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングするのがよい。
【０９３５】
次に、図１３３に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５０ａ，５０ｂを、絶縁層２５上、マスク材２９上、及び炭素層３９に形成された溝の側壁に形成する。また、この配線保護層５０ａ，５０ｂをエッチングし、配線保護層５０ａ，５０ｂを炭素層３９に形成された溝の側壁のみに残存させる。
【０９３６】
次に、図１３４に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５０上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層２８を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【０９３７】
次に、図１３５に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【０９３８】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０９３９】
次に、図１３６に示すように、スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０９４０】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０９４１】
次に、図１３７及び図１３８に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０９４２】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０９４３】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層２９，３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【０９４４】
次に、図１３９に示すように、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３０上に低い誘電率を有する絶縁層（例えば、弗素を含むＴＥＯＳなど）３２を形成する。
【０９４５】
次に、図１４０に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを絶縁層３０，３２に設ける。
【０９４６】
次に、図１４１に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０９４７】
次に、図１４２に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【０９４８】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層３２上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）３６を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【０９４９】
この後、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材３６をパタ−ニングする。マスク材３６をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【０９５０】
スパッタリング法又はＣＶＤ法、及びＲＩＥを用いて、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５１ａ，５１ｂを炭素層の側壁に形成する。
【０９５１】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層上及び炭素層に設けられた溝内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【０９５２】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ２を形成するようにしてもよい。
【０９５３】
スパッタリング法により、マスク材３６上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【０９５４】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１２７の半導体装置を提供することができる。
【０９５５】
図１４３は、本発明の第２３の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【０９５６】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【０９５７】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【０９５８】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０９５９】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０９６０】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの側面を覆う配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【０９６１】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【０９６２】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０９６３】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０９６４】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【０９６５】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。絶縁層３２には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【０９６６】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂが埋め込まれている。但し、導電層３３ａ，３３ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【０９６７】
配線Ｗ２は、絶縁層３２上に配置され、導電層３３ａ，３３ｂに接続されている。配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属３５ａ，３５ｂと、この金属３５ａ，３５ｂの側面を覆う配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成されている。
【０９６８】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。
【０９６９】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【０９７０】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【０９７１】
絶縁層３７は、配線Ｗ２間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化層などから構成される。
【０９７２】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【０９７３】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【０９７４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【０９７５】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【０９７６】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【０９７７】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【０９７８】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【０９７９】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【０９８０】
次に、図１４３の半導体装置の製造方法について説明する。
【０９８１】
まず、図１４４に示すように、絶縁層２５上に炭素層３９を形成するまでを、上述の第１８の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【０９８２】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【０９８３】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【０９８４】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【０９８５】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【０９８６】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【０９８７】
スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【０９８８】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層３９をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【０９８９】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層３９をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層３９をエッチングするのがよい。
【０９９０】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５０を、絶縁層２５上及び炭素層３９上に形成する。
【０９９１】
次に、図１４５に示すように、ＲＩＥにより配線保護層をエッチングし、配線保護層５０ａ，５０ｂを炭素層３９の溝の側壁のみに残存させる。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層３９上及び炭素層３９に形成された溝内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層２８を形成する。
【０９９２】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。
【０９９３】
次に、図１４６に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属層２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。
【０９９４】
なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【０９９５】
次に、図１４７に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層３９が除去されてしまう可能性があるからである。
【０９９６】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【０９９７】
次に、図１４８及び図１４９に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【０９９８】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【０９９９】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１０００】
次に、図１５０に示すように、ＣＶＤ法を用いて、絶縁層３０上に低い誘電率を有する絶縁層（例えば、弗素を含むＴＥＯＳなど）３２を形成する。
【１００１】
次に、図１５１に示すように、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを絶縁層３０，３２に設ける。
【１００２】
次に、図１５２に示すように、選択成長法を用いて、ビアホ−ル内のみに、タングステンやタンタルなどの高融点金属から構成される導電層３３ａ，３３ｂを埋め込む。
【１００３】
なお、絶縁層３０，３２のビアホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【１００４】
次に、図１５３に示すように、配線Ｗ１を形成する際に使用した工程と同様の工程により配線Ｗ２を形成する。
【１００５】
即ち、まず、スパッタリング法により、絶縁層３２上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、配線Ｗ２の厚さと等しい値に設定されている。スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１００６】
この後、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。マスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法、及びＲＩＥを用いて、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５１ａ，５１ｂを、炭素層の溝の側壁に形成する。
【１００７】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層上及び炭素層に形成された溝内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属３５ａ，３５ｂを形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の溝内にのみ、配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属３５ａ，３５ｂを残存させ、配線Ｗ２を形成する。
【１００８】
スパッタリング法により、炭素層上及び配線Ｗ２上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を形成する。この後、炭素層を灰化し、炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【１００９】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１４３の半導体装置を提供することができる。
【１０１０】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【１０１１】
図１５４は、本発明の第２４の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１０１２】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【１０１３】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【１０１４】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【１０１５】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【１０１６】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの側面を覆う配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【１０１７】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【１０１８】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【１０１９】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１０２０】
なお、絶縁層２９は、配線Ｗ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【１０２１】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの側面を覆う配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【１０２２】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。
【１０２３】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【１０２４】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【１０２５】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１０２６】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１０２７】
なお、空洞３１，３８，４０を製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞３１，３８，４０内に空気を満たすようにしてもよい。
【１０２８】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３８が形成されている。
【１０２９】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞４０が形成されている。
【１０３０】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１０３１】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１０３２】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８，４０を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【１０３３】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【１０３４】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【１０３５】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【１０３６】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【１０３７】
次に、図１５４の半導体装置の製造方法について説明する。
【１０３８】
まず、図１５５に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第２２の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【１０３９】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【１０４０】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【１０４１】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【１０４２】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【１０４３】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【１０４４】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材２９をパタ−ニングする。このマスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【１０４５】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【１０４６】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【１０４７】
この後、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層を、炭素層上及び炭素層に形成された溝内に形成する。ＲＩＥにより配線保護層をエッチングし、配線保護層５０ａ，５０ｂを炭素層に形成された溝の側壁のみに残存させる。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、配線保護層５０上に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【１０４８】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。
【１０４９】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【１０５０】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
【１０５１】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【１０５２】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【１０５３】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１０５４】
なお、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【１０５５】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【１０５６】
続けて、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素層４４を形成する。
【１０５７】
この後、炭素層４４をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層４４に設ける。炭素層４４のパタ−ニングには、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）とＲＩＥを用いる方法と、ＰＥＰとＲＩＥで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の２つがある。
【１０５８】
本実施例では、ＰＥＰとＲＩＥを用いる方法について述べる。即ち、炭素層４４上にレジスト４５を形成する。レジスト４５をパタ−ニングした後、このレジスト４５をマスクに異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングし、炭素層４４に溝を形成する。
【１０５９】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４５を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４４の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４５の剥離に用いない。
【１０６０】
次に、図１５６に示すように、炭素層４４上に再びレジスト４６を形成する。レジスト４６をパタ−ニングした後、このレジスト４６をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層４３及び炭素層４１をエッチングする。
【１０６１】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４６を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４６の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４６の剥離に用いない。
【１０６２】
次に、図１５７に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層３０を除去し、配線Ｗ１に達するビアホ−ルを形成する。
【１０６３】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５１ａ，５１ｂを、炭素層４４の溝の側壁及び炭素層４１のビアホ−ルの側壁に形成する。また、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層４４上、炭素層４４の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５を形成する。
【１０６４】
次に、図１５８に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属３５ａ，３５ｂを残存させる。また、スパッタリング法により、炭素層４４上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１０６５】
なお、絶縁層３７，４３の厚さは、絶縁層３７，４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７，４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７，４３の種類や質などにより、絶縁層３７，４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【１０６６】
次に、図１５９及び図１６０に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時を灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【１０６７】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【１０６８】
また、配線Ｗ２は、コンタクトプラグを用いることなく、配線Ｗ１に直接接続されるため、製造工程数を減らすことができる。
【１０６９】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【１０７０】
図１６１は、本発明の第２５の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１０７１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【１０７２】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【１０７３】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【１０７４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【１０７５】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上に配置され、導電層２６ａ，２６ｂに接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの側面を覆う配線保護層５０ａ，５０ｂとから構成されている。
【１０７６】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属から構成してもよい。
【１０７７】
また、配線保護層５０ａ，５０ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５０ａ，５０ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【１０７８】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１に支えられている。配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１０７９】
絶縁層３０は、配線Ｗ１間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【１０８０】
絶縁層３０には、配線Ｗ１に達するコンタクトホ−ルが形成されている。このコンタクトホ−ル内及びコンタクトホ−ル上には、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの側面を覆う配線保護層５１ａ，５１ｂとから構成される配線Ｗ２が形成されている。
【１０８１】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。
【１０８２】
また、配線保護層５１ａ，５１ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁体、窒化チタニウム、チタニウムとタングステンの合金、白金などの遷移金属又はその合金、又はモリブデンなどから構成することができる。即ち、配線保護層５１ａ，５１ｂは、薬品に腐食され難く、酸化され難いものであれば何でもよい。
【１０８３】
配線Ｗ２の上部と下部の間には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３が形成されている。この絶縁層４３は、配線Ｗ２に支えられている。配線Ｗ２の下部は、柱状であり、また、配線Ｗ２の上部は、線状であり、絶縁層４３上に配置されている。
【１０８４】
配線Ｗ２上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７が形成されている。配線Ｗ２の下部の間（上下の配線Ｗ１と配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）４０になっている。この空洞４０には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１０８５】
配線Ｗ２の上部の間（左右の配線Ｗ２の間）は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１０８６】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【１０８７】
さらに、導電層３５ａ，３５ｂの間、即ち、配線Ｗ１と配線Ｗ２の間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０が形成されている。
【１０８８】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１０８９】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１０９０】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護層５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、チップの縁から空洞３１，３８，４０を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線Ｗ１，Ｗ２の金属に直接到達することがない。
【１０９１】
従って、個々の配線Ｗ１，Ｗ２を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【１０９２】
また、この実施の形態における半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞３１，３８は、空気で満たされると共に、この空気が循環することにより、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。
【１０９３】
従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【１０９４】
また、配線Ｗ１，Ｗ２の側面は、配線保護膜５０ａ，５０ｂ；５１ａ，５１ｂに覆われているため、配線Ｗ１，Ｗ２にヒロックが発生し難くなる。
【１０９５】
次に、図１６１の半導体装置の製造方法について説明する。
【１０９６】
まず、図１６２に示すように、絶縁層２５上に配線Ｗ１を形成するまでを、上述の第２３の実施の形態における製造方法と同様の方法により行う。
【１０９７】
即ち、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【１０９８】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【１０９９】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【１１００】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【１１０１】
スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層を形成する。ここで、炭素層の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【１１０２】
スパッタリング法により、炭素層上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）を、約０．０５μｍの厚さで形成する。ＰＥＰ（写真蝕刻工程）及び異方性エッチングを用いて、マスク材をパタ−ニングする。このマスク材をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層をエッチングする。
【１１０３】
なお、ＰＥＰにより、直接、炭素層をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクにして炭素層をエッチングする理由は、上述の第２の実施の形態における製造方法で説明した理由と同じである。
【１１０４】
従って、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材をマスクに炭素層をエッチングし、導電層２６ａ，２６ｂがＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により腐蝕されないような材質である場合には、レジストをマスクに炭素層をエッチングするのがよい。
【１１０５】
この後、マスク材を除去し、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５０ａ，５０ｂを、炭素層に形成された溝の側壁に形成する。スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層上及び炭素層に形成された溝内に、銅、アルミニウム合金などから構成される金属層２８ａ，２８ｂを形成する。
【１１０６】
なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステン、タンタルなどの高融点金属であってもよい。
【１１０７】
化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層の間の溝内にのみ、配線保護層５０ａ，５０ｂ及び金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングにより配線Ｗ１を形成するようにしてもよい。
【１１０８】
スパッタリング法により、マスク材２９上及び配線Ｗ１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３０を形成する。ここで、絶縁層３０は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層３０を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層３０の形成時に、炭素層が除去されてしまう可能性があるからである。
【１１０９】
また、絶縁層３０の厚さは、絶縁層３０がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３０の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３０の種類や質などにより、絶縁層３０の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【１１１０】
この後、炭素層を灰化し、この炭素層を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。
【１１１１】
上述の工程により配線Ｗ１を形成した後、スパッタリング法により、絶縁層３０上に炭素層４１を形成する。また、スパッタリング法により、炭素層４１上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）４３を約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１１１２】
なお、絶縁層４３は、ＣＶＤ法により形成しない方がよい。なぜなら、絶縁層４３を形成する際の反応ガス中には、酸素Ｏ2 ガスが含まれているため、絶縁層４３の形成時に、炭素層４１が除去されてしまう可能性があるからである。
【１１１３】
また、絶縁層４３の厚さは、絶縁層４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層４３の種類や質などにより、絶縁層４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【１１１４】
続けて、スパッタリング法により、絶縁層４３上に炭素層４４を形成する。
【１１１５】
この後、炭素層４４をパタ−ニングして、配線を形成するための溝を炭素層４４に設ける。炭素層４４パタ−ニングには、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）とＲＩＥを用いる方法と、ＰＥＰとＲＩＥで加工したマスク材をマスクにパタ−ニングする方法の２つがある。
【１１１６】
本実施例では、ＰＥＰとＲＩＥを用いる方法について述べる。即ち、炭素層４４上にレジスト４５を形成する。レジスト４５をパタ−ニングした後、このレジスト４５をマスクに異方性エッチングにより炭素層４４をエッチングし、炭素層４４に溝を形成する。
【１１１７】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４５を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４４の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４５の剥離に用いない。
【１１１８】
次に、図１６３に示すように、炭素層４４上に再びレジスト４６を形成する。レジスト４６をパタ−ニングした後、このレジスト４６をマスクにして異方性エッチングにより溝の底部に露出した絶縁層４３及び炭素層４１をエッチングする。
【１１１９】
この後、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液を用いて、レジスト４６を除去する。なお、酸素プラズマ処理は炭素層４６の消滅を招くため、この酸素プラズマ処理はレジスト４６の剥離に用いない。
【１１２０】
次に、図１６４に示すように、異方性エッチングにより、溝の底部に露出した絶縁層３０をエッチングし、溝の底部の一部に配線Ｗ１に達するビアホ−ルを形成する。
【１１２１】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンから構成される配線保護層５１ａ，５１ｂを、炭素層４４の溝の側壁及び炭素層４１のビアホ−ルの側壁に形成する。また、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層４４上、炭素層４４の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属層３５を形成する。
【１１２２】
次に、図１６５に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層４４の間の溝内及び炭素層４１のビアホ−ル内に、それぞれ配線保護層５１ａ，５１ｂ及び金属層３５ａ，３５ｂを残存させる。また、スパッタリング法により、炭素層４４上に絶縁層（例えば、シリコン酸化層）３７を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１１２３】
なお、絶縁層３７，４３の厚さは、絶縁層３７，４３がシリコン酸化層の場合は、０．０１〜０．１μｍの範囲にあるのが、絶縁層３７，４３の破裂なしに灰化を行うのに都合がよい。但し、絶縁層３７，４３の種類や質などにより、絶縁層３７，４３の最適な厚さは、それぞれ異なる。
【１１２４】
次に、図１６６及び図１６７に示すように、酸素雰囲気中での熱処理又は酸素プラズマ処理により、炭素層４１，４４を同時を灰化し、炭素層４１を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞４０に変換し、炭素層４４を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８に変換する。
【１１２５】
上述の製造方法によれば、配線Ｗ１，Ｗ２を形成するための溝又はビアホ−ルを有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内及びビアホ−ル内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。
【１１２６】
また、配線Ｗ２は、コンタクトプラグを用いることなく、配線Ｗ１に直接接続されるため、製造工程数を減らすことができる。
【１１２７】
これにより、多層配線構造の半導体装置において、同一層（左右）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たし、かつ、異なる層（上下）の配線間に酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気を満たすことができる。
【１１２８】
また、マスク材は、炭素層をパタ−ニングした後、炭素層の灰化前に、除去されている。従って、炭素層の灰化を迅速かつ正確に行うことができる。
【１１２９】
図１６８は、本発明の第２６の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１１３０】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、絶縁層２５が形成されている。絶縁層２５上には、配線Ｗ１が形成されている。配線Ｗ１は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂと、この金属２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【１１３１】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１３２】
互いに隣接する配線Ｗ１の間隔は、Ｈである。この間隔Ｈが非常に広い場合、配線Ｗ１の間には、ダミ−配線Ｄ１が形成される。
【１１３３】
ダミ−配線Ｄ１は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ｄ，２８ｄと、この金属層２８ｄ，２８ｄの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ｄ，２７ｄとから構成されている。
【１１３４】
なお、ダミ−配線Ｄ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ｄ，２７ｄは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１３５】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層２９，３０が形成されている。この絶縁層２９，３０は、配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１に支えられている。配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１の間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１１３６】
なお、ダミ−配線Ｄ１は、絶縁層２９，３０が空洞３１内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
【１１３７】
また、絶縁層２９は、配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３０は、配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１の間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【１１３８】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。
【１１３９】
絶縁層３２上には、配線Ｗ２が形成されている。配線Ｗ２は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【１１４０】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１４１】
互いに隣接する配線Ｗ２の間隔は、Ｈである。この間隔Ｈが非常に広い場合、配線Ｗ２の間には、ダミ−配線Ｄ２が形成される。
【１１４２】
ダミ−配線Ｄ２は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ｄ，３５ｄと、この金属層３５ｄ，３５ｄの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ｄ，３４ｄとから構成されている。
【１１４３】
なお、ダミ−配線Ｄ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ｄ，３４ｄは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１４４】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３６，３７が形成されている。この絶縁層３６，３７は、配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２に支えられている。配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２の間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１１４５】
なお、ダミ−配線Ｄ２は、絶縁層３６，３７が空洞３８内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
【１１４６】
また、絶縁層３６は、配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２のパタ−ンを決定するもので、例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層などから構成される。絶縁層３７は、配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２の間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【１１４７】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【１１４８】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１１４９】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１１５０】
また、互いに隣接する配線Ｗ１の間隔Ｈが非常に広い場合に、配線Ｗ１の間には、ダミ−配線Ｄ１を形成している。同様に、互いに隣接する配線Ｗ２の間隔Ｈが非常に広い場合に、配線Ｗ２の間には、ダミ−配線Ｄ２を形成している。
【１１５１】
従って、配線Ｗ１，Ｗ２上の絶縁膜が空洞３１，３８内に崩れ落ちるという事態が生じることもない。
【１１５２】
図１６９は、本発明の第２７の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１１５３】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、絶縁層２５が形成されている。絶縁層２５上には、配線Ｗ１が形成されている。配線Ｗ１は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ａ，２８ｂと、この金属層２８ａ，２８ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ａ，２７ｂとから構成されている。
【１１５４】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１５５】
互いに隣接する配線Ｗ１の間隔は、Ｈである。この間隔Ｈが非常に広い場合、配線Ｗ１の間には、ダミ−配線Ｄ１が形成される。
【１１５６】
ダミ−配線Ｄ１は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層２８ｄ，２８ｄと、この金属層２８ｄ，２８ｄの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層２７ｄ，２７ｄとから構成されている。
【１１５７】
なお、ダミ−配線Ｄ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ｄ，２７ｄは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１５８】
配線Ｗ１の上部には、絶縁層３０が形成されている。この絶縁層３０は、配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１に支えられている。配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１の間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１１５９】
なお、ダミ−配線Ｄ１は、絶縁層３０が空洞３１内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
【１１６０】
絶縁層３０は、配線Ｗ１及びダミ−配線Ｄ１の間に空洞３１を設ける際に重要となると共に、絶縁層３０上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３０は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【１１６１】
絶縁層３０上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は、例えば、シリコン酸化層から構成される。
【１１６２】
絶縁層３２上には、配線Ｗ２が形成されている。配線Ｗ２は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属層３５ａ，３５ｂと、この金属層３５ａ，３５ｂの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ａ，３４ｂとから構成されている。
【１１６３】
なお、配線Ｗ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ａ，３４ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１６４】
互いに隣接する配線Ｗ２の間隔は、Ｈである。この間隔Ｈが非常に広い場合、配線Ｗ２の間には、ダミ−配線Ｄ２が形成される。
【１１６５】
ダミ−配線Ｄ２は、例えば、銅、アルミニウム合金などの金属３５ｄ，３５ｄと、この金属３５ｄ，３５ｄの底面及び側面を覆うＵ字溝状のバリア層３４ｄ，３４ｄとから構成されている。
【１１６６】
なお、ダミ−配線Ｄ２は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層３４ｄ，３４ｄは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１１６７】
配線Ｗ２の上部には、絶縁層３７が形成されている。この絶縁層３７は、配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２に支えられている。配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２の間は、空洞（キャビティ）３８になっている。この空洞３８には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１１６８】
なお、ダミ−配線Ｄ２は、絶縁層３７が空洞３８内に崩れ落ちないようにするためのものであり、通常の配線としての機能を有していない。
【１１６９】
絶縁層３７は、配線Ｗ２及びダミ−配線Ｄ２の間に空洞３８を設ける際に重要となると共に、絶縁層３７上に層を積み重ねる際の土台となる重要なものである。絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化膜などから構成される。
【１１７０】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１が形成され、配線Ｗ２間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３８が形成されている。
【１１７１】
この混合ガスの誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１１７２】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１１７３】
また、互いに隣接する配線Ｗ１の間隔Ｈが非常に広い場合に、配線Ｗ１の間には、ダミ−配線Ｄ１を形成している。同様に、互いに隣接する配線Ｗ２の間隔Ｈが非常に広い場合に、配線Ｗ２の間には、ダミ−配線Ｄ２を形成している。
【１１７４】
従って、配線Ｗ１，Ｗ２上の絶縁膜が空洞３１，３８内に崩れ落ちるという事態が生じることもない。
【１１７５】
図１７０は、本発明の第２８の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１１７６】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）１１上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）１２が形成されている。配線１３は、絶縁層１２上に配置されている。配線１３は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
【１１７７】
配線１３間を満たすことがない板状の絶縁層１４は、配線１３を柱として、配線１３上に形成されている。つまり、配線１３間は、空洞（キャビティ）１５になっている。空洞１５内には、誘電率εが１．０程度のガス、即ち、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされている。
【１１７８】
絶縁層１４は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。
【１１７９】
なお、空洞１５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞１５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１１８０】
さらに、配線１３と絶縁層１４の間には、結合層６１が形成されている。この結合層６１は、配線１３と絶縁層１４を互いに強固に結合する役割を果たしている。
【１１８１】
結合層６１は、配線１３を構成する金属と、シリコン、ジルコニウム、ハフニウム、クロムなどの材料とから構成される。
【１１８２】
上記構成の半導体装置によれば、配線１３間には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス、又は空気が満たされている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線１３間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１１８３】
また、配線１３と絶縁層１４の間には結合層６１が形成されているため、配線１３と絶縁層１４は、この結合層６１により互いに強固に結合される。従って、配線間が空洞であっても、強度的に十分な半導体装置を提供できる。
【１１８４】
次に、図１７０の半導体装置の製造方法について説明する。
【１１８５】
まず、図１７１に示すように、半導体基板１１上に絶縁層１２を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層１２上に炭素（カ−ボン）層１６を形成する。ここで、炭素層１６の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【１１８６】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層１６上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）１７を形成する。ここで、マスク材１７が酸化物により構成されている場合には、マスク材１７は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層１６が消滅する場合があるからである。
【１１８７】
次に、図１７２に示すように、マスク材１７上にレジストを塗布し、ＰＥＰ  （写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材１７をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材１７をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層１６をエッチングし、炭素層１６に溝を形成する。
【１１８８】
なお、炭素層１６は、レジストをマスクにしてエッチングしてもよい。
【１１８９】
レジストの剥離は、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層１６も消滅してしまうからである。
【１１９０】
次に、図１７３に示すように、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、半導体基板１１上の全面に銅などから構成される導電層を形成する。化学機械的研磨  （ＣＭＰ）により、炭素層１６の間の溝内にのみ導電層を残存させ、配線１３を形成する。
【１１９１】
なお、ＣＭＰの代わりに、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線１３を形成するようにしてもよい。
【１１９２】
この後、マスク材１７は、剥離される。
【１１９３】
次に、図１７４に示すように、スパッタリング法により、配線１３及び炭素層１６上に、シリコン層（アモルファスシリコン、多結晶シリコンなど）６０を形成する。
【１１９４】
次に、図１７５及び図１７６に示すように、炭素層１６を灰化し、炭素層１６を、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされた空洞１５に変換する。なお、炭素層１６の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１１９５】
一つめは、酸素雰囲気中（酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい）での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層１６が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層１６の体積の膨脹による絶縁層１４の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１１９６】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層１６が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層１６の体積の膨脹による絶縁層１４の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層１４の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１１９７】
炭素層１６の灰化の際、シリコン層６０は、絶縁層（シリコン酸化層）１４に変化する。即ち、炭素層１６の灰化に使用する酸素がシリコン層６０と反応して絶縁層１４が形成される。
【１１９８】
また、同時に、配線１３と絶縁層１４の間には、結合層６１が形成される。この結合層６１は、炭素層１６の灰化時に、配線１３を構成する材料（銅、アルミニウムなど）とシリコンが反応することにより形成される。
【１１９９】
なお、灰化処理前に配線１３上に設ける層は、シリコン層に限られない。即ち、炭素層１６の灰化時に、絶縁層に変わると共に、配線を構成する材料と反応して結合層を形成する材料であればよい。
【１２００】
そのような材料としては、例えば、ハフニウム、ジルコニウム、クロムなどが考えられる。
【１２０１】
上述の方法によれば、配線を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１７０の半導体装置を提供することができる。また、炭素層の灰化時に、シリコン層が絶縁層に変化すると共に、シリコン層と配線との間に結合層が形成され、シリコン層と配線が強固に結合される。従って、配線間が空洞である半導体装置の機械的強度を改善することができる。
【１２０２】
図１７７は、本発明の第２９の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１２０３】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）１１上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）１２が形成されている。配線１３は、絶縁層１２上に配置されている。配線１３は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
【１２０４】
絶縁層１２と配線１３の間には、金属層６２が形成されている。金属層６２は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
【１２０５】
配線１３間は、空洞（キャビティ）１５になっている。空洞１５内には、誘電率εが１．０程度のガス、即ち、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされている。
【１２０６】
配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上には、酸化金属層６３が形成されている。酸化金属層６３は、金属層６２を構成する材料の酸化物から構成される。なお、配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上には、酸化金属層でなく、窒化金属層を設けてもよい。この場合、窒化金属層は、金属層６２を構成する材料の窒化物から構成される。
【１２０７】
配線１３上及び酸化金属層６３上には、絶縁層６４が形成されている。絶縁層６４は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。
【１２０８】
なお、空洞１５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞１５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１２０９】
上記構成の半導体装置によれば、配線１３間には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス、又は空気が満たされている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線１３間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１２１０】
また、配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上には、酸化金属層６３が形成されている。この酸化金属層６３は、機械的強度に優れているため、配線間が空洞１５であっても、強度的に十分な半導体装置を提供できる。
【１２１１】
次に、図１７７の半導体装置の製造方法について説明する。
【１２１２】
まず、図１７８に示すように、半導体基板１１上に絶縁層１２を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層１２上に炭素（カ−ボン）層１６を形成する。ここで、炭素層１６の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【１２１３】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層１６上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）１７を形成する。ここで、マスク材１７が酸化物により構成されている場合には、マスク材１７は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層１６が消滅する場合があるからである。
【１２１４】
次に、マスク材１７上にレジストを塗布し、ＰＥＰ（写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材１７をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材１７をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層１６をエッチングし、炭素層１６に溝を形成する。
【１２１５】
なお、炭素層１６は、レジストをマスクにしてエッチングしてもよい。
【１２１６】
レジストの剥離は、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層１６も消滅してしまうからである。
【１２１７】
この後、マスク材１７は、剥離される。
【１２１８】
次に、図１７９に示すように、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、半導体基板１１上の全面、即ち炭素層１６の溝の内面及び上面に、金属層６２を形成する。この金属層６２は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
【１２１９】
続けて、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、金属層６２上に銅、アルミニウムなどから構成される導電層を形成する。化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層１６の間の溝内にのみ導電層を残存させ、配線１３を形成する。
【１２２０】
なお、ＣＭＰの代わりに、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線１３を形成するようにしてもよい。
【１２２１】
次に、図１８０及び図１８１に示すように、炭素層１６を灰化し、炭素層１６を、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされた空洞１５に変換する。なお、炭素層１６の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１２２２】
一つめは、酸素雰囲気中（酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい）での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層１６が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層１６の体積の膨脹による絶縁層１４の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１２２３】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層１６が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層１６の体積の膨脹による絶縁層１４の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層１４の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１２２４】
次に、図１８２に示すように、酸素雰囲気中において、選択酸化処理（温度約４５０℃、時間３０分程度）を行い、金属層６２の一部、即ち配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上に存在する金属層６２を酸化する。その結果、配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上の金属層６２は、酸化金属層６３に変化する。
【１２２５】
なお、選択酸化処理の温度、時間などは、配線１３直下に存在する金属層６２が酸化されないことを条件にして決定される。また、雰囲気は、Ｈ2 ，Ｈ2 Ｏ雰囲気などであってもよい。
【１２２６】
また、本実施の形態では、選択酸化処理を行っているが、これに変えて窒素雰囲気中での窒化処理を行ってもよい。この場合、配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上の金属層６２は、窒化金属層に変化する。
【１２２７】
また、本実施の形態では、炭素層１６の灰化と金属層６２の酸化を別工程で行っているが、同一の工程で行うようにしてもよい。例えば、金属層６２がハフニウムから構成される場合には、灰化処理を、酸素雰囲気中で、温度約４００℃、時間１ｈ程度行えば、炭素層１６の灰化と同時に、配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上の金属層６２のみが酸化される。
【１２２８】
次に、図１８３に示すように、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、配線１３上及び酸化金属層６３上に、低い誘電率を有する絶縁層６４を形成する。この絶縁層６４は、弗素が添加された酸化シリコンなどを用いることができる。
【１２２９】
上述の方法によれば、配線を形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１７７の半導体装置を提供することができる。また、選択酸化処理により、配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上の金属層６２を酸化金属層６３に変換している。この酸化金属層６３は、機械的強度が優れているため、配線間が空洞１５であっても、この空洞１５が潰れるということがない。
【１２３０】
図１８４は、本発明の第３０の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１２３１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【１２３２】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【１２３３】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【１２３４】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【１２３５】
配線Ｗ１は、絶縁層２５上及び導電層２６ａ，２６ｂ上に配置されている。また、配線Ｗ１と、絶縁層２５及び導電層２６ａ，２６ｂとの間には、金属層６２が形成されている。
【１２３６】
金属層６２は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
【１２３７】
従って、配線Ｗ１は、導電層２６ａ，２６ｂに電気的に接続されている。配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属２８ａ，２８ｂから構成される。
【１２３８】
なお、配線Ｗ１は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成してもよい。また、バリア層２７ａ，２７ｂは、例えば、チタンと窒化チタンの積層などから構成することができる。
【１２３９】
配線Ｗ１間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１２４０】
配線Ｗ１の側壁及び配線間の空洞３１上には、酸化金属層６３が形成されている。この酸化金属層６３は、金属層６２を構成する材料を酸化したものから構成される。
【１２４１】
なお、配線Ｗ１の側壁及び配線間の空洞３１上には、酸化金属層６３に変えて、窒化金属層を設けるようにしてもよい。この場合、窒化金属層は、金属層６２を構成する材料を窒化することにより形成される。
【１２４２】
配線Ｗ１上及び酸化金属層６３上には、低い誘電率を有する絶縁層６４が形成されている。絶縁層６４は、例えば、弗素を含む酸化シリコンなどから構成することができる。
【１２４３】
上記構成の半導体装置によれば、配線Ｗ１間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成されている。
【１２４４】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１２４５】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１２４６】
次に、図１８４の半導体装置の製造方法について説明する。
【１２４７】
まず、図１８５に示すように、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【１２４８】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【１２４９】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【１２５０】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【１２５１】
次に、図１８６に示すように、スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【１２５２】
次に、図１８７に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１２５３】
ここで、マスク材２９が酸化物から構成される場合には、マスク材２９は、炭素層３９の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
【１２５４】
次に、図１８８に示すように、マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ  （写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材２９のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
【１２５５】
次に、図１８９に示すように、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【１２５６】
なお、本実施例では、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングしている。
【１２５７】
この理由は、以下のとおりである。ＰＥＰに用いるレジストは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）、又はＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層３９が同時に除去されてしまう。一方、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層（高融点金属の場合のみ）２６ａ，２６ｂが同時に除去されてしまう。
【１２５８】
そこで、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングするのがよい。
【１２５９】
この後、マスク材２９は、除去される。
【１２６０】
次に、図１９０に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層３９に形成された溝ＸＸの内面及び炭素層３９の上面に、金属層６２を形成する。金属層６２は、ジルコニウム、ハフニウム、ベリリウム、マグネシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、イットリウム、インジウム、バリウム、ランタン、セリウム、ルテニウム、鉛、ビスマス、トリウム、クロムなどの材料から構成される。
【１２６１】
次に、図１９１に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、金属層６２上に、銅、アルミニウム合金などなどから構成される金属２８を形成する。なお、配線は、銅、アルミニウム合金などの金属に限られず、例えば、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属であってもよい。
【１２６２】
次に、図１９２に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、金属２８ａ，２８ｂを残存させ、配線Ｗ１を形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線Ｗ１を形成してもよい。
【１２６３】
次に、図１９３及び図１９４に示すように、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１２６４】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１２６５】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層２９，３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１２６６】
次に、図１９５に示すように、酸素雰囲気中において、選択酸化処理（温度約４５０℃、時間３０分程度）を行い、金属層６２の一部、即ち配線１３の側壁及び配線間の空洞１５上に存在する金属層６２を酸化する。その結果、配線２８ａ，２８ｂの側壁及び配線間の空洞３１上の金属層６２は、酸化金属層６３に変化する。
【１２６７】
なお、選択酸化処理の温度、時間などは、配線２８ａ，２８ｂ直下に存在する金属層６２が酸化されないことを条件にして決定される。また、雰囲気は、Ｈ2 ，Ｈ2 Ｏ雰囲気などであってもよい。
【１２６８】
また、本実施の形態では、選択酸化処理を行っているが、これに変えて窒素雰囲気中での窒化処理を行ってもよい。この場合、配線２８ａ，２８ｂの側壁及び配線間の空洞３１上の金属層６２は、窒化金属層に変化する。
【１２６９】
また、本実施の形態では、炭素層３９の灰化と金属層６２の酸化を別工程で行っているが、同一の工程で行うようにしてもよい。例えば、金属層６２がハフニウムから構成される場合には、灰化処理を、酸素雰囲気中で、温度約４００℃、時間１ｈ程度行えば、炭素層３９の灰化と同時に、配線２８ａ，２８ｂの側壁及び配線間の空洞３１上の金属層６２のみが酸化される。
【１２７０】
次に、図１９６に示すように、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、配線２８ａ，２８ｂ上及び酸化金属層６３上に、低い誘電率を有する絶縁層６４を形成する。この絶縁層６４は、弗素が添加された酸化シリコンなどを用いることができる。
【１２７１】
上述の製造方法によれば、配線２８ａ，２８ｂを形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１８４の半導体装置を提供することができる。また、選択酸化処理により、配線２８ａ，２８ｂの側壁及び配線間の空洞３１上の金属層６２を酸化金属層６３に変換している。この酸化金属層６３は、機械的強度が優れているため、配線間が空洞３１であっても、この空洞３１が潰れるということがない。
【１２７２】
以上、説明してきた各実施の形態において、炭素層の灰化は、酸素雰囲気中において行われる。
【１２７３】
図１９７及び図１９８は、配線に銅などの酸化され易い金属を用いた場合における炭素層の灰化工程を示すものである。
【１２７４】
配線１３に銅などを用いる場合には、配線１３と炭素層１６の反応を防止するため、配線１３の側面及び底面には、防護金属層６５が形成される。この防護金属層６５は、例えば、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成することができる。
【１２７５】
ところが、配線１３上には、炭素層１６を灰化するために、酸化シリコン層などの酸素（Ｏ2 ）を透過するような絶縁層１４が形成される。
【１２７６】
従って、炭素層１６の灰化時には、必然的に配線１３の上面も酸化され、酸化金属層６６が形成される。この酸化金属層６６は、配線１３の抵抗値を増大させたり、配線１３の信頼性を低下させる。
【１２７７】
以下の実施の形態では、炭素層の灰化時に、配線１３が酸化されることがないような半導体装置及びその製造方法を提供する。
【１２７８】
図１９９は、本発明の第３１の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１２７９】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）２１上には、フィ−ルド酸化層（例えば、シリコン酸化層）２２が形成されている。フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域には、ＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタは、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有している。
【１２８０】
絶縁層２５は、ＭＯＳトランジスタを覆っている。絶縁層２５は、例えば、硼素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）や燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などから構成することができる。
【１２８１】
絶縁層２５の表面は、平坦である。絶縁層２５の表面は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により平坦にすることができる。絶縁層２５には、ソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルが形成されている。
【１２８２】
このコンタクトホ−ル内には、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂが埋め込まれている。但し、導電層２６ａ，２６ｂは、高融点金属以外の他の材料から構成しても構わない。
【１２８３】
配線２８ａ，２８ｂは、絶縁層２５上及び導電層２６ａ，２６ｂ上に配置されている。また、配線２８ａ，２８ｂの側面及び底面は、防護金属層６５により覆われている。防護金属層６５は、酸素を透過させないような層、例えばチタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどから構成することができる。
【１２８４】
また、配線２８ａ，２８ｂの上面は、酸素を透過させないような防護層６７、例えばチタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどの金属層、又は窒化シリコンなどの絶縁層から構成することができる。
【１２８５】
即ち、配線２８ａ，２８ｂの少なくとも下面を覆う防護層は、導電層２６ａ，２６ｂと電気的に接続をとるため、金属層から構成される必要があるが、配線２８ａ，２８ｂの上面を覆う防護層は、金属層でも絶縁層でもよい。
【１２８６】
なお、配線２８ａ，２８ｂは、銅などの酸化され易い金属から構成される。
【１２８７】
配線２８ａ，２８ｂ間は、空洞（キャビティ）３１になっている。この空洞３１には、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされている。
【１２８８】
配線２８ａ，２８ｂ上には、絶縁層６８が形成されている。絶縁層６８は、酸化シリコンなどから構成される。
【１２８９】
上記構成の半導体装置によれば、配線２８ａ，２８ｂ間には、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞３１が形成されている。
【１２９０】
この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、配線Ｗ１間及び配線Ｗ２間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１２９１】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１２９２】
また、少なくとも炭素層の灰化時には、配線２８ａ，２８ｂは、酸素を透過しないような防護層により完全に覆われている。
【１２９３】
従って、配線２８ａ，２８ｂの抵抗値の増大や信頼性の低下を防止することができる。
【１２９４】
次に、図１９９の半導体装置の製造方法について説明する。
【１２９５】
まず、図２００に示すように、ＬＯＣＯＳ法により半導体基板２１上にフィ−ルド酸化層２２を形成する。また、フィ−ルド酸化層２２に囲まれた素子領域に、例えば、ゲ−ト電極２３及びソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂを有するＭＯＳトランジスタを形成する。
【１２９６】
半導体基板２１上の全面に、ＭＯＳトランンジスタを完全に覆う絶縁層（ＢＰＳＧやＰＳＧなど）２５を形成する。この後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行い、絶縁層２５の表面を平坦にする。
【１２９７】
ＰＥＰ（写真蝕刻工程）により、絶縁層２５にソ−ス・ドレイン領域２４ａ，２４ｂに達するコンタクトホ−ルを形成する。選択成長法により、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内のみに、タングステンなどの高融点金属から構成される導電層２６ａ，２６ｂを埋め込む。
【１２９８】
なお、絶縁層２５のコンタクトホ−ル内には、高融点金属以外の他の材料を埋め込んでも構わない。
【１２９９】
次に、図２０１に示すように、スパッタリング法により、絶縁層２５上に炭素（カ−ボン）層３９を形成する。ここで、炭素層３９の厚さは、ＬＳＩの内部配線の厚さと等しい値（例えば、約０．７〜約０．２μｍ）に設定される。
【１３００】
次に、図２０２に示すように、スパッタリング法により、炭素層３９上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）２９を、約０．０５μｍの厚さで形成する。
【１３０１】
ここで、マスク材２９が酸化物から構成される場合には、マスク材２９は、炭素層３９の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
【１３０２】
次に、図２０３に示すように、マスク材２９上にレジストを塗布し、ＰＥＰ  （写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材２９をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離する。マスク材２９のパタ−ンは、配線のパタ−ンと同じになる。
【１３０３】
次に、図２０４に示すように、マスク材２９をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層３９をエッチングする。
【１３０４】
なお、本実施例では、ＰＥＰにより、直接、炭素層３９をエッチングすることなく、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングしている。
【１３０５】
この理由は、以下のとおりである。ＰＥＰに用いるレジストは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）、又はＨ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により除去される。しかし、酸素プラズマ処理でレジストを除去する場合は、せっかくパタ−ニングした炭素層３９が同時に除去されてしまう。一方、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液によりレジストを除去する場合は、導電層（高融点金属の場合のみ）２６ａ，２６ｂが同時に除去されてしまう。
【１３０６】
そこで、導電層２６ａ，２６ｂが高融点金属の場合には、ＰＥＰで加工したマスク材２９をマスクにして炭素層３９をエッチングするのがよい。
【１３０７】
この後、マスク材２９は、除去される。
【１３０８】
次に、図２０５に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層３９に形成された溝ＸＸの内面及び炭素層３９の上面に、防護金属層６５を形成する。防護金属層６５は、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどの材料から構成される。
【１３０９】
次に、図２０６に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、防護金属層６５上に、銅などの酸化され易い材料から構成される金属２８を形成する。
【１３１０】
次に、図２０７に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、炭素層３９の間の溝内にのみ、金属を残存させ、配線２８ａ，２８ｂを形成する。なお、ＣＭＰに代えて、異方性エッチング又は等方性エッチングを用いて配線Ｗ１を形成してもよい。
【１３１１】
この時、配線２８ａ，２８ｂの上面は、炭素層３９の上面よりも僅かに低いレベルに配置されるようにする。
【１３１２】
次に、図２０８に示すように、配線２８ａ，２８ｂ上及び炭素層３９上に、３００〜６００℃の範囲において酸素の透過を防止し得る防護層６７を形成する。防護層６７は、チタンと窒化チタンの積層や、窒化チタンシリコンなどの金属層、又は窒化シリコンなどの絶縁層から構成することができる。
【１３１３】
なお、３００〜６００℃の温度範囲において酸素の透過を防止し得るとしたのは、炭素層の灰化が、かかる温度範囲で行われるからである。
【１３１４】
次に、図２０９に示すように、ＣＭＰを行い、配線２８ａ，２８ｂ上にのみ、防護層６７を残存させる。ここで、炭素層３９の上面と防護層６７の上面は、同一面に配置されることになる。
【１３１５】
次に、図２１０及び図２１１に示すように、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により、炭素層３９上及び防護層６７上に、厚さ約０．０５μｍの絶縁層６８を形成する。ここで、絶縁層６８が酸化物から構成される場合には、絶縁層６８は、炭素層３９の消滅を防ぐため、ＣＶＤ法でなく、スパッタリング法で形成するのがよい。
【１３１６】
この後、炭素層３９を灰化し、炭素層３９を、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが満たされた空洞３１に変換する。炭素層３９の灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１３１７】
一つめは、酸素雰囲気中での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１３１８】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層３９が二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層３９の体積の膨脹による絶縁層２９，３０の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層２９，３０の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１３１９】
上述の製造方法によれば、配線２８ａ，２８ｂを形成するための溝を有する絶縁層に炭素層を用い、かつ、溝内に配線を形成した後にこの炭素層を灰化してガスが満たされた空洞に変換している。従って、容易に、図１９９の半導体装置を提供することができる。また、少なくとも灰化処理時には、配線２８ａ，２８ｂは、酸素を透過しない防護層により完全に覆われている。従って、炭素層３９の灰化時に配線２８ａ，２８ｂが酸化されることがなく、配線２８ａ，２８ｂの抵抗値の増大や信頼性の低下を防止することができる。
【１３２０】
図２１２は、本発明の第３２の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１３２１】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）７１上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）７２が形成されている。配線７３は、絶縁層７２上に配置されている。配線７３は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
【１３２２】
絶縁層７４は、配線７３を完全に覆っている。但し、絶縁層７４は、配線７３に接触していない。従って、配線７３と絶縁層７４の間には、空洞（キャビティ）７５が設けられている。空洞７５内には、誘電率εが１．０程度のガス、即ち、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされている。
【１３２３】
絶縁層７４は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。絶縁層７４上には、低い誘電率を有する絶縁層７６、例えば弗素を含む酸化シリコン層が形成されている。
【１３２４】
なお、７７は、配線７３をパタ−ニングする際に用いたマスク材である。ところで、空洞７５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞７５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１３２５】
上記構成の半導体装置によれば、配線７３は、絶縁層７４に覆われている。しかも、配線７３と絶縁層７４の間は、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされる空洞７５となっている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。
【１３２６】
つまり、少なくとも電荷が集中し易い配線７３の角部には、空洞７５が形成されているため、配線７３間をシリコン酸化層などの絶縁層で完全に満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１３２７】
次に、図２１２の半導体装置の製造方法について説明する。
【１３２８】
まず、図２１３に示すように、半導体基板７１上に絶縁層７２を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層７２上に金属層７３ａを形成する。ここで、金属層７３ａの厚さは、０．７〜０．２μｍに設定される。金属層７３ａは、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタンなどから構成することができる。
【１３２９】
また、スパッタリング法などにより、金属層７３ａ上に炭素層８０ａを形成する。さらに、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層８０ａ上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）７７を形成する。ここで、マスク材７７が酸化物により構成されている場合には、マスク材７７は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層８０ａが消滅する場合があるからである。
【１３３０】
次に、図２１４に示すように、マスク材７７上にレジストを塗布し、ＰＥＰ  （写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材７７をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材７７をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層及び金属層をエッチングし、配線７３を形成する。
【１３３１】
なお、レジストの剥離は、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層１６も消滅してしまうからである。
【１３３２】
次に、図２１５に示すように、スパッタリング法などにより、配線７３の側壁及び配線７３上に炭素層８０ｂを形成する。異方性エッチングにより、炭素層８０ｂをエッチングし、この炭素層８０ｂを配線７３の側壁部のみに残存させる。
【１３３３】
まず、図２１６及び図２１７に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、半導体基板７１上の全面、即ち絶縁層７２上、炭素層８０ｂ上、及びマスク材７７上に、厚さ約０．０５μｍの絶縁層（例えば、酸化シリコンなど）７４を形成する。
【１３３４】
ここで、絶縁層７４が酸化物により構成されている場合には、絶縁層７４は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層８０ａ，８０ｂが消滅する場合があるからである。
【１３３５】
この後、炭素層８０ａ，８０ｂを灰化し、炭素層８０ａ，８０ｂを、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされた空洞７５に変換する。なお、炭素層８０ａ，８０ｂの灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１３３６】
一つめは、酸素雰囲気中（酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい）での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層８０ａ，８０ｂが二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層８０ａ，８０ｂの体積の膨脹による絶縁層７４の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１３３７】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層８０ａ，８０ｂが二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層８０ａ，８０ｂの体積の膨脹による絶縁層７４の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層７４の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１３３８】
なお、空洞７５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を開けておくことにより、空洞７５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１３３９】
次に、図２１８に示すように、絶縁層７４上に低い誘電率を有する絶縁層７６、例えば弗素を含む酸化シリコン層を形成する。なお、絶縁層７６の表面は、ＣＭＰ法などにより平坦化される。
【１３４０】
上述の方法によれば、配線７３の側面及び上面に形成された炭素層８０ａ，８０ｂを灰化することにより、少なくとも配線７３の周辺が空洞となるようにしている。従って、容易に、図２１２の半導体装置を提供することができる。また、本実施の形態では、電荷が蓄積され易い配線７３のエッジ部分に空洞を設けているため、配線間の寄生容量の低減に効果的である。
【１３４１】
図２１９は、本発明の第３３の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１３４２】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）７１上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）７２が形成されている。配線７３は、絶縁層７２上に配置されている。配線７３は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
【１３４３】
絶縁層７４は、配線７３を完全に覆っている。但し、絶縁層７４は、配線７３に接触していない。従って、配線７３と絶縁層７４の間には、空洞（キャビティ）７５が設けられている。空洞７５内には、誘電率εが１．０程度のガス、即ち、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされている。
【１３４４】
絶縁層７４は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。絶縁層７４上には、低い誘電率を有する絶縁層７６、例えば弗素を含む酸化シリコン層が形成されている。
【１３４５】
なお、空洞７５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞７５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１３４６】
上記構成の半導体装置によれば、配線７３は、絶縁層７４に覆われている。しかも、配線７３と絶縁層７４の間は、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされる空洞７５となっている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。
【１３４７】
つまり、少なくとも電荷が集中し易い配線７３の角部には、空洞７５が形成されているため、配線７３間をシリコン酸化層などの絶縁層で完全に満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１３４８】
次に、図２１９の半導体装置の製造方法について説明する。
【１３４９】
まず、図２２０に示すように、半導体基板７１上に絶縁層７２を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層７２上に金属層７３ａを形成する。ここで、金属層７３ａの厚さは、０．７〜０．２μｍに設定される。金属層７３ａは、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタンなどから構成することができる。
【１３５０】
また、スパッタリング法などにより、金属層７３ａ上に炭素層８０ａを形成する。さらに、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、炭素層８０ａ上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）７７を形成する。ここで、マスク材７７が酸化物により構成されている場合には、マスク材７７は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層８０ａが消滅する場合があるからである。
【１３５１】
次に、図２２１に示すように、マスク材７７上にレジストを塗布し、ＰＥＰ  （写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材７７をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材７７をマスクにして、異方性エッチングにより炭素層及び金属層をエッチングし、配線７３を形成する。この後、マスク材７７が残存している場合には、このマスク材７７を剥離する。
【１３５２】
なお、レジストの剥離は、Ｈ2 ＳＯ4 とＨ2 Ｏ2 の薬液により行われる。レジストは、酸素プラズマ処理でも剥離できるが、酸素プラズマ処理を用いると、炭素層１６も消滅してしまうからである。
【１３５３】
次に、図２２２に示すように、スパッタリング法などにより、配線７３の側壁及び配線７３上に炭素層８０ｂを形成する。異方性エッチングにより、炭素層８０ｂをエッチングし、この炭素層８０ｂを配線７３の側壁部のみに残存させる。
【１３５４】
まず、図２２３及び図２２４に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、半導体基板７１上の全面、即ち絶縁層７２上及び炭素層８０ａ，８０ｂ上に厚さ約０．０５μｍの絶縁層（例えば、酸化シリコンなど）７４を形成する。
【１３５５】
ここで、絶縁層７４が酸化物により構成されている場合には、絶縁層７４は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層８０ａ，８０ｂが消滅する場合があるからである。
【１３５６】
この後、炭素層８０ａ，８０ｂを灰化し、炭素層８０ａ，８０ｂを、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされた空洞７５に変換する。なお、炭素層８０ａ，８０ｂの灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１３５７】
一つめは、酸素雰囲気中（酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい）での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層８０ａ，８０ｂが二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層８０ａ，８０ｂの体積の膨脹による絶縁層７４の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１３５８】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層８０ａ，８０ｂが二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層８０ａ，８０ｂの体積の膨脹による絶縁層７４の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層７４の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１３５９】
なお、空洞７５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を開けておくことにより、空洞７５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１３６０】
次に、図２２５に示すように、絶縁層７４上に低い誘電率を有する絶縁層７６、例えば弗素を含む酸化シリコン層を形成する。なお、絶縁層７６の表面は、ＣＭＰ法などにより平坦化される。
【１３６１】
上述の方法によれば、配線７３の側面及び上面に形成された炭素層８０ａ，８０ｂを灰化することにより、少なくとも配線７３の周辺が空洞となるようにしている。従って、容易に、図２１２の半導体装置を提供することができる。また、本実施の形態では、電荷が蓄積され易い配線７３のエッジ部分に空洞を設けているため、配線間の寄生容量の低減に効果的である。
【１３６２】
図２２６は、本発明の第３４の実施の形態に関わる半導体装置を示している。
【１３６３】
半導体基板（例えば、シリコンウェハ）７１上には、絶縁層（例えば、シリコン酸化層）７２が形成されている。配線７３は、絶縁層７２上に配置されている。配線７３は、銅、アルミニウム合金などの金属、不純物を含むポリシリコンなどの半導体、タングステンなどの高融点金属から構成されている。
【１３６４】
絶縁層７４は、配線７３を完全に覆っている。但し、絶縁層７４は、配線７３の上面に接触し、側面には接触していない。従って、配線７３の側面と絶縁層７４の間には、空洞（キャビティ）７５が設けられている。空洞７５内には、誘電率εが１．０程度のガス、即ち、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされている。
【１３６５】
絶縁層７４は、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化クロムなどから構成される。絶縁層７４上には、低い誘電率を有する絶縁層７６、例えば弗素を含む酸化シリコン層が形成されている。
【１３６６】
なお、空洞７５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を設けておくことにより、空洞７５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１３６７】
上記構成の半導体装置によれば、配線７３は、絶縁層７４に覆われている。しかも、配線７３の側面と絶縁層７４の間は、主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされる空洞７５となっている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。従って、配線７３間をシリコン酸化層などの絶縁層で完全に満たす場合に比べて誘電率を低下させることができ、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１３６８】
次に、図２２６の半導体装置の製造方法について説明する。
【１３６９】
まず、図２２７に示すように、半導体基板７１上に絶縁層７２を形成する。スパッタリング法などにより絶縁層７２上に金属層７３ａを形成する。ここで、金属層７３ａの厚さは、０．７〜０．２μｍに設定される。金属層７３ａは、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタンなどから構成することができる。
【１３７０】
スパッタリング法又はＣＶＤ法により、金属層７３ａ上にマスク材（例えば、シリコン酸化層やシリコン窒化層など）７７を形成する。
【１３７１】
次に、図２２８に示すように、マスク材７７上にレジストを塗布し、ＰＥＰ  （写真蝕刻工程）を用いてこのレジストをパタ−ニングする。また、パタ−ニングされたレジストをマスクにしてマスク材７７をパタ−ニングする。この後、レジストを剥離し、マスク材７７をマスクにして、異方性エッチングにより金属層をエッチングし、配線７３を形成する。この後、マスク材７７が残存している場合には、このマスク材７７を剥離する。
【１３７２】
なお、本実施の形態では、マスク材を用いずに、レジストをマスクにして、直接、金属層７３ａをエッチングするようにしてもよい。
【１３７３】
次に、図２２９に示すように、スパッタリング法などにより、配線７３の側壁及び配線７３上に炭素層８０ｂを形成する。異方性エッチングにより、炭素層８０ｂをエッチングし、この炭素層８０ｂを配線７３の側壁部のみに残存させる。
【１３７４】
まず、図２３０及び図２３１に示すように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により、半導体基板７１上の全面、即ち絶縁層７２上、炭素層８０ｂ上、及び配線７３上に、厚さ約０．０５μｍの絶縁層（例えば、酸化シリコンなど）７４を形成する。
【１３７５】
ここで、絶縁層７４が酸化物により構成されている場合には、絶縁層７４は、スパッタリング法により形成するのがよい。ＣＶＤ法を用いる場合、反応ガスに含まれる酸素により炭素層８０ｂが消滅する場合があるからである。
【１３７６】
この後、炭素層８０ｂを灰化し、炭素層８０ｂを、酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガスが主として満たされた空洞７５に変換する。なお、炭素層８０ｂの灰化は、以下の二つの方法のいずれかを使用することにより達成される。
【１３７７】
一つめは、酸素雰囲気中（酸素を含む雰囲気のことをいう、例えば大気中でもよい）での熱処理（温度４００〜４５０℃、時間２ｈ程度）である。この方法では、炭素層８０ａ，８０ｂが二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が緩やかに進むため、炭素層８０ａ，８０ｂの体積の膨脹による絶縁層７４の破裂を防止できる利点がある反面、処理時間が長くなる欠点がある。
【１３７８】
二つめは、酸素プラズマ処理（アッシャ−）である。この方法では、炭素層８０ａ，８０ｂが二酸化炭素ＣＯ2 に変換する反応が速やかに進むため、処理時間が短くなる利点がある反面、炭素層８０ａ，８０ｂの体積の膨脹による絶縁層７４の破裂が生じる可能性が高くなるという欠点がある。しかし、この欠点は、絶縁層７４の質の改善や酸素プラズマ処理の温度の低下などにより回避できる。
【１３７９】
なお、空洞７５を、製造時に空気に接触させることにより、又はパッケ−ジに穴を開けておくことにより、空洞７５内に空気を満たすようにしてもよい。
【１３８０】
次に、図２３２に示すように、絶縁層７４上に低い誘電率を有する絶縁層７６、例えば弗素を含む酸化シリコン層を形成する。なお、絶縁層７６の表面は、ＣＭＰ法などにより平坦化される。
【１３８１】
上述の方法によれば、配線７３の側面及び上面に形成された炭素層８０ｂを灰化することにより、少なくとも配線７３の側壁部が空洞となるようにしている。従って、容易に、図２２６の半導体装置を提供することができる。
【１３８２】
以上、説明したように、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、次のような効果を奏する。
【１３８３】
左右の配線間又は上下の配線間には、それぞれ主として酸素Ｏ2 と二酸化炭素ＣＯ2 の混合ガス又は空気が満たされた空洞が形成されている。この混合ガス又は空気の誘電率εは、１．０程度である。これにより、同一層（左右）の配線間及び異なる層（上下）の配線間をシリコン酸化層などの絶縁層で満たす場合に比べて、極端に誘電率を低下させることができる。
【１３８４】
従って、素子の集積度の向上とＬＳＩの性能の向上を同時に達成することができる。
【１３８５】
また、チップの縁部にリング状のガ−ドリングを形成しておけば、ウェハから個々のチップを切り出した後において、水分Ｈ2 Ｏがチップの縁から空洞を介して配線に達するという事態が回避できる。即ち、ガ−ドリングを設けることにより、チップ内の配線を水分Ｈ2 Ｏに対して保護することができる。
【１３８６】
また、少なくとも配線の側面を配線保護層で覆えば、チップの縁から空洞を介して進入してきた水分Ｈ2 Ｏは、配線の金属に直接到達することがない。従って、個々の配線を水分Ｈ2 Ｏから保護することができる。
【１３８７】
上述のような半導体装置（チップ）が搭載されるパッケ−ジに、パッケ−ジ外部と内部を接続する穴を設けておけば、空洞内の空気が循環し、チップ内で生じる熱は、パッケ−ジ外部へ効率よく排出される。従って、熱による不良が発生し難い半導体装置を提供することができる。
【１３８８】
また、配線を配線保護層で覆うことによりヒロックを防止できる。
【１３８９】
また、配線間の空洞は、酸素雰囲気中でのアニ−ル又は酸素プラズマ処理を用いて炭素層を灰化することにより簡単に形成できる。
【１３９０】
半導体装置の機械的強度を増すためには、炭素層上及び配線上に、シリコンなどの配線と反応する材料を設ければよい。また、空洞上に酸化金属層を設けることによっても、半導体装置の機械的強度を増すことができる。
【１３９１】
また、炭素層の灰化時に、配線の酸化を防止するためには、配線を、酸素を透過しない防護層により取り囲めばよい。
【１３９２】
配線の周囲を空洞で取り囲んでしまえば、同一のレベルにおける配線間の寄生容量の低減に効果的である。
【１３９３】
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【１３９４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わる半導体装置を示す断面図。
【図２】図１の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図３】図１の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図４】図１の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５】図１の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図６】図１の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１７】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１８】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２１】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２２】図７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２３】本発明の第３の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図２４】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２５】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２６】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２７】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２８】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２９】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３０】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３１】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３２】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３３】図２３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３４】本発明の第４の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図３５】図３４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３６】図３４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３７】図３４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３８】図３４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図３９】図３４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４０】本発明の第５の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図４１】図４０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４２】図４０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４３】図４０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４４】図４０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４５】図４０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４６】本発明の第６の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図４７】図４６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４８】図４６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図４９】図４６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５０】図４６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５１】図４６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５２】図４６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５３】本発明の第７の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図５４】図５３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５５】図５３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５６】図５３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５７】図５３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５８】図５３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図５９】図５３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６０】本発明の第８の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図６１】図６０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６２】図６０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６３】図６０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６４】図６０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６５】図６０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６６】図６０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６７】本発明の第９の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図６８】図６７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図６９】図６７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図７０】図６７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図７１】図６７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図７２】図６７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図７３】図６７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図７４】本発明の第１０〜第１７の実施の形態に関わるウェハを示す図。
【図７５】本発明の第１０〜第１７の実施の形態に関わるウェハの一部を示す図。
【図７６】本発明の第１０の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図７７】本発明の第１０の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図７８】本発明の第１１の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図７９】本発明の第１１の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８０】本発明の第１２の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８１】本発明の第１３の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８２】本発明の第１４の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８３】本発明の第１５の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８４】本発明の第１６の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８５】本発明の第１７の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８６】本発明の第１８の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図８７】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図８８】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図８９】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９０】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９１】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９２】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９３】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９４】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９５】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９６】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９７】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９８】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図９９】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１００】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０１】図８６の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０２】本発明の第１９の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１０３】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０４】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０５】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０６】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０７】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０８】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１０９】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１０】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１１】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１２】図１０２の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１３】本発明の第２０の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１１４】図１１３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１５】図１１３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１６】図１１３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１７】図１１３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１８】図１１３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１１９】図１１３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２０】本発明の第２１の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１２１】図１２０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２２】図１２０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２３】図１２０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２４】図１２０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２５】図１２０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２６】図１２０の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２７】本発明の第２２の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１２８】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１２９】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３０】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３１】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３２】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３３】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３４】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３５】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３６】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３７】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３８】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１３９】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４０】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４１】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４２】図１２７の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４３】本発明の第２３の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１４４】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４５】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４６】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４７】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４８】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１４９】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５０】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５１】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５２】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５３】図１４３の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５４】本発明の第２４の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１５５】図１５４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５６】図１５４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５７】図１５４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５８】図１５４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１５９】図１５４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６０】図１５４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６１】本発明の第２５の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１６２】図１６１の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６３】図１６１の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６４】図１６１の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６５】図１６１の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６６】図１６１の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６７】図１６１の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１６８】本発明の第２６の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１６９】本発明の第２７の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１７０】本発明の第２８の実施の形態に関わる半導体装置を示す断面図。
【図１７１】図１７０の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７２】図１７０の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７３】図１７０の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７４】図１７０の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７５】図１７０の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７６】図１７０の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７７】本発明の第２９の実施の形態に関わる半導体装置を示す断面図。
【図１７８】図１７７の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１７９】図１７７の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１８０】図１７７の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１８１】図１７７の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１８２】図１７７の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１８３】図１７７の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図１８４】本発明の第３０の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図１８５】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１８６】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１８７】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１８８】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１８９】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９０】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９１】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９２】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９３】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９４】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９５】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９６】図１８４の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図１９７】炭素層の灰化処理の一工程を示す断面図。
【図１９８】炭素層の灰化処理の一工程を示す断面図。
【図１９９】本発明の第３１の実施の形態に関わる半導体装置を示す斜視図。
【図２００】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０１】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０２】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０３】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０４】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０５】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０６】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０７】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０８】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２０９】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２１０】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２１１】図１９９の半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図。
【図２１２】本発明の第３２の実施の形態に関わる半導体装置を示す断面図。
【図２１３】図２１２の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２１４】図２１２の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２１５】図２１２の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２１６】図２１２の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２１７】図２１２の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２１８】図２１２の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２１９】本発明の第３３の実施の形態に関わる半導体装置を示す断面図。
【図２２０】図２１９の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２１】図２１９の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２２】図２１９の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２３】図２１９の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２４】図２１９の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２５】図２１９の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２６】本発明の第３４の実施の形態に関わる半導体装置を示す断面図。
【図２２７】図２２６の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２８】図２２６の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２２９】図２２６の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２３０】図２２６の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２３１】図２２６の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２３２】図２２６の半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図２３３】従来の半導体装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【１３９５】
１１，７１：  半導体基板、  １２，１４，７２，７４，７６：  絶縁層、  １３，７３，Ｗ１，Ｗ２：  配線、  １５，７５：  空洞、  １６，３９，４１，４４，８０ａ，８０ｂ：  炭素層、  １７，７７：  マスク材、  ２１：  半導体基板、  ２２：  フィ−ルド酸化層、  ２３：  ゲ−ト電極、  ２４ａ，２４ｂ：  ソ−ス・ドレイン領域、  ２５，３２：  絶縁層、  ２６ａ〜２６ｃ，３３ａ〜３３ｃ：  導電層、  ２７ａ〜２７ｄ，３４ａ〜３４ｄ：  バリア層、  ２８ａ〜２８ｄ，３５ａ〜３５ｄ：  金属、  ２９，３０，３６，３７，４２，４３：  絶縁層、  ３１，３８，４０：  空洞、  ３２：  絶縁層、  ４５，４６：  レジスト、  ４７：  ウェハ、  ４８：  チップ、  ４９：  ダイシングライン、  ５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ：  配線保護層、  ６０：  シリコン層、  ６１：  合金層、  ６２：  金属層、  ６３：  酸化金属層、  ６４，６８：  絶縁層、  ６５：  防護金属層、  ６６：  酸化層、  ６７：  防護層、  Ｇ：  ガ−ドリング、  Ｄ１：  ダミ−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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図６０】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９６】
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【図９７】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０４】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２９】
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【図１３０】
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【図１３３】
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【図１５１】
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【図１５６】
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【図１５７】
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【図１５９】
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【図１６０】
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【図１６５】
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【図１６７】
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【図１６８】
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【図１６９】
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【図１７０】
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【図１７１】
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【図１７９】
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【図１８０】
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【図１８１】
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【図１８２】
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【図１８７】
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【図１９０】
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【図１９６】
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【図１９７】
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【図１９８】
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【図１９９】
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【図２００】
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【図２０１】
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【図２０５】
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【図２０６】
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【図２０７】
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【図２０８】
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【図２０９】
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【図２１０】
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【図２１１】
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【図２１３】
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【図２１４】
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【図２１５】
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【図２１７】
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【図２１８】
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【図２１９】
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【図２２０】
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【図２２１】
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【図２２２】
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【図２２３】
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【図２２４】
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【図２２５】
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【図２２６】
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【図２２７】
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【図２２８】
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【図２２９】
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【図２３０】
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【図２３１】
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【図２３２】
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【図２３３】
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