(57)【要約】【課題】多孔質絶縁膜を用いた構成において、動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】空孔形成材料を含有する非多孔質の絶縁膜３を基板１上に成膜する。次に、この絶縁膜３に対してエッチング加工を施して接続孔７を形成する。その後、熱処理によって絶縁膜３中の空孔形成材料を分解除去することにより、絶縁膜３中に孔Ａを形成して多孔質絶縁膜３Ａとする。【選択図】図１
2007115863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空孔形成材料を含有する非多孔質の絶縁膜を基板上に成膜する第1工程と、
前記絶縁膜に対してエッチング加工を施す第２工程と、
前記第２工程の後、熱処理によって前記絶縁膜中の前記空孔形成材料を分解除去することにより、当該絶縁膜中に孔を形成して多孔質化する第３工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
空孔形成材料を含有する非多孔質の第１絶縁膜を基板上に成膜する第1工程と、
空孔形成材料を含有し前記第１絶縁膜と異なる材料を用いて構成された第２絶縁膜を当該第１絶縁膜上に成膜する第２工程と、
前記第１絶縁膜に達するまで前記第２絶縁膜のエッチングを行う第３工程と、
前記第３工程の後、熱処理によって前記第１絶縁膜および第２絶縁膜中の前記空孔形成材料を分解除去し、当該第１絶縁膜および第２絶縁膜を多孔質化する第４工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３工程では、前記第１絶縁膜をストッパにしたパターンエッチングによって前記第２絶縁膜に配線溝を形成するとともに、前記配線溝の底部に露出する前記第１絶縁膜をパターンエッチングすることにより当該第１絶縁膜に接続孔を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
空孔形成材料を含有する非多孔質の第１絶縁膜を基板上に成膜し、熱処理によって当該第１絶縁膜中の前記空孔形成材料を分解除去し、当該第１絶縁膜を多孔質化する第１工程と、
前記多孔質化させた第１絶縁膜上に、空孔形成材料を含有する非多孔質の第２絶縁膜を成膜する第２工程と、
前記第１絶縁膜に達するまで前記第２絶縁膜のエッチングを行う第３工程と、
前記第３工程の後、熱処理によって前記第２絶縁膜中の前記空孔形成材料を分解除去し、当該第２絶縁膜を多孔質化する第４工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記第３工程では、前記第１絶縁膜をストッパにしたパターンエッチングによって前記第２絶縁膜に配線溝を形成するとともに、前記配線溝の底部に露出する前記第１絶縁膜をパターンエッチングすることにより当該第１絶縁膜に接続孔を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
空孔形成材料を含有する非多孔質の第１絶縁膜を基板上に成膜する第1工程と、
前記第１絶縁膜の空孔形成材料よりも低温で分解される空孔形成材料を含有する非多孔質の第２絶縁膜を当該第１絶縁膜上に成膜する第２工程と、
熱処理によって前記第２絶縁膜中の前記空孔形成材料のみを分解除去し、当該第２絶縁膜を多孔質化する第３工程と、
少なくとも前記第１絶縁膜に達するまで前記多孔質化された前記第２絶縁膜のエッチングを行う第４工程と、
前記第４工程の後、熱処理によって前記第１絶縁膜中の前記空孔形成材料を分解除去し、当該第１絶縁膜を多孔質化する第５工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
前記第４工程では、前記第１絶縁膜をストッパにしたエッチングによって前記第２絶縁膜に配線溝を形成するとともに、前記配線溝の底部に露出する前記第１絶縁膜をエッチングすることにより当該第１絶縁膜に接続孔を形成する
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】
半導体装置の製造方法に関し、特には多孔質絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化、高集積化に伴い、配線の時定数に起因する電気信号の遅れが深刻な問題となっている。そこで、多層配線構造で用いられる導電層には、アルミニウム（Ａl）系合金の配線に代わり、低電気抵抗の銅（Ｃｕ）配線が導入されるようになっている。また、高集積化された半導体装置では、配線容量の増大が半導体装置の動作速度の低下を招くために、層間絶縁膜を低誘電率化することによる配線容量の増大の抑制が不可欠となっている。
【０００３】
そこで、比誘電率３．５程度のフッ素含有酸化シリコン（ＦＳＧ）、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）に代表される有機シリコン系のポリマー、さらにはハイドロゲンシルセキオサン（ＨＳＱ）やメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）に代表される無機系材料など、酸化シリコン（ＳｉＯ2）よりも誘電率の低い、いわゆる低誘電率膜が、層間絶縁膜として導入されるようになってきている。また近年では、さらにこれらを多孔質化させて比誘電率を２．３前後にまで低下させた低誘電率膜の適用も試みられている。
【０００４】
このように多孔質化された絶縁膜(多孔質絶縁膜）を形成する場合には、先ず、マトリックスと呼ばれる骨格形成用材料に、有機ポリマーで構成されるポロジェン（空孔形成用材料）を混ぜ込む形で成膜を行う。その後、熱処理を行うことによりポロジェンを分解除去する。これにより、ポロジェンが除去された部分に孔が形成された多孔質絶縁膜が得られる（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３５５４８号公報（特に００２８段落参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した多孔質絶縁膜は、誘電率は低く抑えられるものの、低密度であるために脆弱である。このため、エッチングプロセスにおいてダメージを受け易い。もともと、多孔質絶縁膜は吸湿性が高いが、この多孔質絶縁膜がエッチングプロセスにおいてダメージを受けることにより、さらに吸湿性が高くなる。このため、後のプロセス(例えば洗浄プロセス）においての吸湿により、誘電率が上昇したり、この多孔質膜を覆うバリアメタルとの間に剥がれが生じて断線を引き起こす要因ともなる。
【０００７】
そこで本発明は、多孔質絶縁膜を用いた構成において、動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、先ず、空孔形成材料を含有する非多孔質の絶縁膜を基板上に成膜し、次いで絶縁膜に対してエッチング加工を施した後に、熱処理によって前記絶縁膜中の前記空孔形成材料を分解除去することにより、当該絶縁膜中に孔を形成して多孔質化することを特徴としている。
【０００９】
このような本発明では、非多孔質の絶縁膜をエッチング加工した後、熱処理によって当該絶縁膜を多孔質化する手順としたことにより、多孔質化によって脆弱化した絶縁膜に対してエッチング加工の影響が加わることがない。これにより、多孔質化させた絶縁膜に対してエッチングによるダメージが加わり、吸湿性がさらに高くることを防止できる。しかも、エッチング加工した後に多孔質化のための熱処理が施されることによりエッチング加工表面の吸着水分が除去される。
【００１０】
したがって、多孔質化した絶縁膜の吸湿によって、誘電率が上昇することが防止され、さらにこの絶縁膜を覆うバリアメタルとの間に剥がれが生じて断線を引き起こすことも防止される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、多孔質化された絶縁膜を用いた構成において、吸湿による誘電率の上昇を抑えることが可能で動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した各実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態を説明する断面工程図である。本第１実施形態においては、エッチングが施された単層の多孔質絶縁膜を形成する手順を説明する。
【００１４】
先ず、図１（１）に示すように、基板１上に、非多孔質の絶縁膜３を成膜する。この絶縁膜３は、多孔質絶縁膜の骨格を形成する前駆体材料である骨格形成材料中に、空孔形成材料であるポロジェンを含有させた膜であり、例えば塗布成膜によって行う。
【００１５】
ここで、絶縁膜３を構成する骨格形成材料としては、主骨格として炭素鎖を有するポリアリールエーテル（ＰＡＥ）のような有機材料、または主骨格として−Ｓｉ−Ｏ−結合を有するメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）のような無機材料が用いられる。
【００１６】
また、ポロジェンとしては、（１）ＣｘＨｙで表される炭化水素や、（２）ＣｘＨｙＯｚで表される酸素含有炭化水素が用いられる。（１）、（２）いずれの場合においてもxは１〜１２のものが好ましく、分子構造が鎖状でも分岐していても良い。また、ポロジェンは、例えばベンゼンあるいはシクロヘキサンのような環状分子構造を持つことが好ましい。
【００１７】
そして、塗布成膜によって上述した非多孔質の絶縁膜３を形成した後には、必要に応じて絶縁膜３を加熱処理することにより、骨格形成材料を焼成する。この加熱処理は、ポロジェンの分解温度よりも低温で行われることとする。
【００１８】
次に、図１（２）に示すように、絶縁膜３上にマスクパターン５を形成する。このマスクパターン５は、例えば無機材料からなることとする。このようなマスクパターン５の形成は、無機材料膜上に形成したレジストパターン（図示省略）をマスクにして、当該無機材料膜をパターンエッチングすることによって形成される。
【００１９】
次に、このマスクパターン５上からのエッチングにより、非多孔質の絶縁膜３をエッチング加工する。これにより、例えば絶縁膜３に、接続孔７を形成する。またこのエッチング加工の後には、必要に応じて絶縁膜３上のマスクパターン５を除去する工程を行う。
【００２０】
その後、図１（３）に示すように、熱処理を行うことにより、絶縁膜３内に含有されているポロジェンを分解除去する。ここでは、用いたポロジェンに応じて、当該ポロジェンが分解し、かつ骨格形成材料５が分解することのない温度で熱処理を行うこととする。これにより、絶縁膜３を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる多孔質絶縁膜３Ａとする。
【００２１】
以上の後には、ここでの図示は省略したが、例えば接続孔７内を導電性材料によって埋め込み、基板１に接続されたコンタクトを形成する。
【００２２】
このような第１実施形態の製造方法によれば、図１（３）を用いて説明したように、エッチングによって接続孔７が形成された非多孔質の絶縁膜（３）に対して熱処理を施すことにより、この絶縁膜（３）中の空孔形成材料を分解除去して多孔質絶縁膜３Ａとする構成であるため、多孔質化によって脆弱化した多孔質絶縁膜３Ａに対して、接続孔７を形成するためのエッチングダメージが加わることがない。このため、多孔質絶縁膜３Ａに対してエッチングダメージが加わることによる、吸湿性の上昇を抑えることができる。しかも、エッチング加工した後に多孔質化のための熱処理が施されることにより、エッチング加工表面、すなわち接続孔７の内壁に対する吸着水分を除去することができる。
【００２３】
したがって、多孔質化した絶縁膜の吸湿によって、誘電率が上昇することが防止され、さらにこの絶縁膜を覆うバリアメタルとの間に剥がれが生じて断線を引き起こすことも防止される。この結果、多孔質絶縁膜３Ａを用いた構成において、吸湿による誘電率の上昇を抑えることが可能で動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【００２４】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態を説明する断面工程図である。本第２実施形態においては、エッチングが施された積層構造の多孔質絶縁膜を形成する手順を説明する。
【００２５】
先ず、図２（１）に示すように、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、基板１上に骨格形成材料中にポロジェンを含有させた非多孔質の第１絶縁膜３を成膜する。
【００２６】
次に、この第１絶縁膜３上に、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、骨格形成材料中にポロジェンを含有させた第２絶縁膜９を成膜する。ただしここでは、この第２絶縁膜９は、第１絶縁膜３と異なる材料を用いて構成され、第１絶縁膜３よりもエッチング速度が速くなるように構成されていることが好ましい。
【００２７】
この場合、例えば、第１絶縁膜３の骨格形成材料には無機材料を用い、第２絶縁膜９の骨格形成材料には有機材料を用いるようにするか、またはこの逆であっても良い。具体例として、第１絶縁膜３の骨格形成材料としてＰＡＥを用いた場合、第２絶縁膜９の骨格形成材料としてＭＳＱが用いられる。
【００２８】
尚、この第２絶縁膜で用いるポロジェンは、第１絶縁膜３のポロジェン７と同一材料であっても良く異なる材料であっても良い。ただし同程度の加熱温度で分解除去できる材料であることが好ましい。
【００２９】
次に、図２（２）に示すように、第２絶縁膜９上に第１マスクパターン１１を形成する。この第１マスクパターン１１は、例えば無機材料からなることとし、第１実施形態において図１（２）を用いて説明したと同様に形成されることとする。
【００３０】
次に、この第１マスクパターン１１上からのエッチングにより、第１絶縁膜３に達するまで第２絶縁膜９をエッチング加工する。この際、第１絶縁膜３のエッチング速度が第２絶縁膜９のエッチング速度よりも遅くなり、第１絶縁膜３がエッチングストッパとなる条件でエッチングを行う。これにより、例えば第２絶縁膜９に配線溝１３を形成する。またこのエッチング加工の後には、第２絶縁膜９上の第１マスクパターン１１を除去する工程を行う。
【００３１】
その後、図２（３）に示すように、第２絶縁膜９上に、第２マスクパターン１５を形成する。この第２マスクパターン１５は、例えば第１絶縁膜３のエッチングの際にマスクとなり得る無機材料からなることとし、第１マスクパターン（１１）と同様に形成される。
【００３２】
次に、この第２マスクパターン１５上からのエッチングにより、配線溝１３の底部に露出させた第１絶縁膜３をエッチング加工する。これにより、例えば第１絶縁膜３に接続孔１７を形成する。またこのエッチング加工の後には、必要に応じて第２マスクパターン１５を除去する工程を行う。
【００３３】
以上の後、図２（４）に示すように、熱処理を行うことにより、第１絶縁膜３および第２絶縁膜９の両方に含有されているポロジェンを分解除去する。ここでは、第１絶縁膜３および第２絶縁膜９に含有されているポロジェンの両方が分解除去される温度で熱処理を行うこととする。これにより、第１絶縁膜３を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる第１多孔質絶縁膜３Ａとする。また同様に、第２絶縁膜９を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる第２多孔質絶縁膜９Ａとする。
【００３４】
以上の後には、ここでの図示は省略したが、例えば配線溝１３および接続孔１７内を導電性材料によって埋め込み、基板１に接続された配線およびコンタクトを形成する。
【００３５】
以上のような第２実施形態の製造方法によれば、図２（４）を用いて説明したように、エッチングによって配線溝１３および接続孔１７が形成された非多孔質の第１絶縁膜（３）および第２絶縁膜（９）に対して熱処理を施すことにより、これら絶縁膜（３），（９）中の空孔形成材料を分解除去して多孔質絶縁膜３Ａ，９Ａとする構成であるため、多孔質化によって脆弱化した多孔質絶縁膜３Ａ，９Ａに対して、配線溝１３および接続孔１７を形成するためのエッチングダメージが加わることがない。
【００３６】
このため、第１実施形態と同様に、多孔質絶縁膜３Ａ，９Ａを用いた構成において、吸湿による誘電率の上昇を抑えることが可能で動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図３および図４は、第３実施形態を説明する断面工程図である。本第３実施形態においては、エッチングが施された積層構造の多孔質絶縁膜を形成する場合の他の例を説明する。
【００３８】
先ず、図３（１）に示すように、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、基板１上に骨格形成材料中にポロジェンを含有させた非多孔質の第１絶縁膜３を成膜する。
【００３９】
次に、図３（２）に示すように、熱処理を行うことにより、骨格形成材料５内に含有されているポロジェンを分解除去する。これにより、第１絶縁膜３を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる第１多孔質絶縁膜３Ａとする。
【００４０】
その後、図３（３）に示すように、第１多孔質絶縁膜３Ａ上に、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、骨格形成材料中にポロジェンを含有させた第２絶縁膜９を成膜する。ただし、ここではポロジェンを含有する非多孔質の第２絶縁膜９が、第１多孔質絶縁膜３Ａよりもエッチング速度が速くなるように構成されていることが好ましい。この場合、例えば、第１多孔質絶縁膜３Ａ（すなわち第１絶縁膜３）の骨格形成材料には無機材料を用い、第２絶縁膜９の骨格形成材料には有機材料を用いるようにする。具体例として、第１絶縁膜３の骨格形成材料としてＭＳＱを用いた場合、第２絶縁膜９の骨格形成材料としてＰＡＥが用いられる。
【００４１】
次に、図４（４）に示すように、第２絶縁膜９上に第１マスクパターン１１を形成し、この第１マスクパターン１１上からのエッチングにより、第１多孔質絶縁膜３Ａに達するまで第２絶縁膜９をエッチング加工する。この際、第１多孔質絶縁膜３Ａのエッチング速度が第２絶縁膜９のエッチング速度よりも遅くなり、第１多孔質絶縁膜３Ａがエッチングストッパとなる条件でエッチングを行う。これにより、例えば第２絶縁膜９に配線溝１３を形成する。またこのエッチング加工の後には、第２絶縁膜９上の第１マスクパターン１１を除去する工程を行う。
【００４２】
次に、図４（５）に示すように、第２絶縁膜９上に、第２マスクパターン１５を形成し、この第２マスクパターン１５上からのエッチングにより、配線溝１３の底部に露出させた第１多孔質絶縁膜３Ａをエッチング加工する。これにより、第１多孔質絶縁膜３Ａに接続孔１７を形成する。またこのエッチング加工の後には、必要に応じて第２マスクパターン１５を除去する工程を行う。
【００４３】
以上の後、図４（６）に示すように、熱処理を行うことにより、第２絶縁膜９に含有されているポロジェンを分解除去する。これにより、第２絶縁膜９を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる第２多孔質絶縁膜９Ａとする。
【００４４】
以上の後には、ここでの図示は省略したが、例えば配線溝１３および接続孔１７内を導電性材料によって埋め込み、基板１に接続されたコンタクトおよび埋め込み配線を形成する。
【００４５】
以上のような第３実施形態の製造方法によれば、図４（６）を用いて説明したように、エッチングによって配線溝１３が形成された非多孔質の第２絶縁膜（９）に対して熱処理を施すことにより、この第２絶縁膜（９）中の空孔形成材料を分解除去して多孔質絶縁膜９Ａとする構成であるため、多孔質化によって脆弱化した第２多孔質絶縁膜９Ａに対して、配線溝１３および接続孔１７を形成するためのエッチングダメージが加わることがない。
【００４６】
このため、多孔質絶縁膜３Ａ，９Ａを積層させた構成において、特に上層に配置された第２多孔質絶縁膜９Ａの吸湿による誘電率の上昇を抑えることが可能で動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【００４７】
＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態を説明する断面工程図である。本第４実施形態においては、エッチングが施された積層構造の多孔質絶縁膜を形成する場合のさらに他の例を説明する。
【００４８】
先ず、図５（１）に示すように、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、基板１上に骨格形成材料中にポロジェンを含有させた第１絶縁膜３を成膜する。
【００４９】
次に、この第１絶縁膜３上に、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、骨格形成材料中にポロジェンを含有させた第２絶縁膜９を成膜する。ただし、第２絶縁膜９を構成するポロジェンは、第１絶縁膜３を構成するポロジェンと比較して、低温での加熱によって分解除去可能な物質を用いて構成されていることが重要である。
【００５０】
このような材料として、第１絶縁膜３に含有されるポロジェンとして、例えばシクロヘキサンを用いた場合、第２絶縁膜９に含有されるポロジェンとして、例えばベンゼンが用いられる。尚、第１絶縁膜３と第２絶縁膜９との骨格形成材料は、同じ材料であっても良い。また、異なる材料である場合には、第２絶縁膜９からポロジェンを除去した状態での骨格形成材料のエッチング速度が、第１絶縁膜３のエッチング速度よりも速くなるように、それぞれの骨格形成材料が選択されていることが好ましい。
【００５１】
以上により、ポロジェンを含有した非多孔質の第１絶縁膜３と、第１絶縁膜３よりも低い温度で分解されるポロジェンを含有した非多孔質の第２絶縁膜９とを積層させた構成の絶縁膜を得る。
【００５２】
次に、図５（２）に示すように、第１絶縁膜３中のポロジェンが分解されずに、第２絶縁膜９中のポロジェン物質のみが分解される温度での熱処理を行い、第２絶縁膜９中のポロジェンのみを分解除去する。これにより、第２絶縁膜９を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる第２多孔質絶縁膜９Ａとする。
【００５３】
次に、図５（３）に示すように、第２多孔質絶縁膜９Ａ上に、第１マスクパターン１１を形成する。この第１マスクパターン１１は、例えば無機材料からなることとし、第１実施形態において図１（２）を用いて説明したと同様に形成されることとする。
【００５４】
次に、この第１マスクパターン１１上からのエッチングにより、第１絶縁膜３に達するまで第２多孔質絶縁膜９Ａをエッチング加工する。この際、第１絶縁膜３のエッチング速度が第２多孔質絶縁膜９Ａのエッチング速度よりも遅くなり、第１絶縁膜３がエッチングストッパとなる条件でエッチングを行う。これにより、例えば第２多孔質絶縁膜９に配線溝１３を形成する。またこのエッチング加工の後には、第２多孔質絶縁膜９上の第１マスクパターン１１を除去する工程を行う。
【００５５】
ここで図６には、高密度膜と低密度膜とに関する、エッチングガス流量に対するエッチングレートを示す。この図に示すように、低密度膜（Ｌｏｗ  Ｄｅｎｓ．）は、高密度膜（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓ．）と比較してエッチング速度が速い。このため、図５（３）に示した第２多孔質絶縁膜９Ａのエッチングにおいては、第２多孔質絶縁膜９Ａと非多孔質の第１絶縁膜３とが、同様の骨格形成材料を用いて構成されていた場合であっても、第１絶縁膜３をストッパにして第２多孔質絶縁膜９Ａのエッチングが行われる。
【００５６】
以上のようにして配線溝１３を形成した後、図５（４）に示すように、第２多孔質絶縁膜９Ａ上に、第２マスクパターン１５を形成する。この第２マスクパターン１５は、例えば無機材料からなることとし、第１マスクパターン（１１）と同様に形成される。
【００５７】
次に、この第２マスクパターン１５上からのエッチングにより、配線溝１３の底部に露出する第１絶縁膜３をエッチング加工する。これにより、第１絶縁膜３に接続孔１７を形成する。またこのエッチング加工の後には、必要に応じて第２マスクパターン１５を除去する工程を行う。
【００５８】
以上の後、図４（６）に示すように、熱処理を行うことにより、第１絶縁膜３に含有されているポロジェンを分解除去する。これにより、第１絶縁膜３を、ポロジェンが分解除去された複数の孔Ａを設けてなる第１多孔質絶縁膜３Ａとする。
【００５９】
以上の後には、ここでの図示は省略したが、例えば配線溝１３および接続孔１７内を導電性材料によって埋め込み、基板１に接続されたコンタクトおよび埋め込み配線を形成する。
【００６０】
以上のような第４実施形態の製造方法によれば、図５（５）を用いて説明したように、エッチングによって接続孔１７が形成された非多孔質の第１絶縁膜（３）に対して熱処理を施すことにより、この第１絶縁膜（３）中の空孔形成材料を分解除去して第１多孔質絶縁膜３Ａとする構成であるため、多孔質化によって脆弱化した第１多孔質絶縁膜３Ａに対して、配線溝１３および接続孔１７を形成するためのエッチングダメージが加わることがない。
【００６１】
このため、多孔質絶縁膜３Ａ，９Ａを積層させた構成において、特に下層に配置された第１多孔質絶縁膜３Ａの吸湿による誘電率の上昇を抑えることが可能で動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【００６２】
特に、下層に配置された第１多孔質絶縁膜３Ａには、接続孔１７が形成されることになるが、この接続孔１７においては、当該接続孔１７内に埋め込まれた導電性材料が、第１多孔質絶縁膜３Ａの吸湿によってわずかな剥がれを生じた場合であっても、断線にいたる。このため、上述したように、第１多孔質絶縁膜３Ａの吸湿による断線を防止できることにより、半導体装置の信頼性の向上を確実に図ることが可能である。
【００６３】
また特に、本第４実施形態においては、図５（３）を用いて説明したように、非多孔質の第１絶縁膜３上において、第２多孔質絶縁膜９Ａのエッチング加工が行われる。これにより、第１絶縁膜３と第２絶縁膜９との間に、誘電率の高いエッチングストッパ層を設けることなく、また、第１絶縁膜３と第２多孔質絶縁膜９Ａとを構成する骨格形成材料に同一材料を用いた場合であっても、第１絶縁膜３に対して第２多孔質絶縁膜９Ａのエッチング速度を速めることができる。
【００６４】
したがって、誘電率の高いエッチングストッパ層を設けることによる配線溝１７および接続孔１３の形成層の誘電率の上昇を抑えることができ、このことからも半導体装置の動作速度の向上を図ることが可能になる。また、エッチングストッパ層を設けることによるコストの上昇を抑えることも可能である。
【００６５】
また、第１絶縁膜３と第２多孔質絶縁膜９Ａとを構成する骨格形成材料に同一材料を用いた場合であっても、第１絶縁膜３に対して第２多孔質絶縁膜９Ａのエッチング速度を速めることができる。これにより、多孔質絶縁膜３Ａ，９Ａを構成する骨格形成材料として同一材料を用いることによるコストの上昇を抑えることができる。
【００６６】
＜第５実施形態＞
次に、本発明をデュアルダマシン工程に適用した第５実施形態を、図７〜図１０の断面工程図に基づいて説明する。尚、本第５実施形態は、図１を用いて説明した第１実施形態、および図３，４を用いて説明した第３実施形態の応用例である。
【００６７】
先ず、図７（１）に示すように、図示しない下地絶縁膜でおおわれた基板１０１上に、有機膜１０２と酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１０３とからなる積層膜を層間絶縁膜として成膜し、次いで銅（Ｃｕ）膜の埋め込み配線（Ｃｕ配線）１０４を形成する。続いて、Ｃｕ配線１０４上に、酸化防止および銅の拡散防止、さらにはエッチングストッパとして機能するストッパ層１０５を形成する。このストッパ層１０５は、例えば４０ｎｍの窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜で構成されていることとする。
【００６８】
次に、ストッパ層１０５上に、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、骨格形成材料中にポロジェンを含有させた非多孔質の第１絶縁膜１０６を９０ｎｍの膜厚で成膜する。
【００６９】
その後、図７（２）に示すように、例えばファーネスアニールといった４００℃以下の熱プロセスにて、第１絶縁膜（１０６）中のポロジェンを除去する。これにより、非多孔質の第１絶縁膜（１０６）を、ポロジェンを分解除去してなる複数の孔Ａを備えた第１多孔質絶縁膜１０６Ａとする。
【００７０】
その後、図７（３）に示すように、第１多孔質絶縁膜１０６Ａ上に、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様の手順で、骨格形成材料中にポロジェンを含有させた第２絶縁膜１０７を９０ｎｍの膜厚で成膜する。ただしここでは、第３実施形態において図３（３）を用いて説明したと同様に、ポロジェンを含有する非多孔質の第２絶縁膜１０７が、第１多孔質絶縁膜１０６Ａよりもエッチング速度が速くなるように構成されていることが好ましい。この場合、例えば、第１多孔質絶縁膜１０６Ａ（すなわち第１絶縁膜１０６）の骨格形成材料には無機材料を用い、第２絶縁膜１０７の骨格形成材料には有機材料を用いるようにする。具体例として、第１絶縁膜１０６の骨格形成材料としてＭＳＱを用いた場合、第２絶縁膜１０７の骨格形成材料としてＰＡＥが用いられる。
【００７１】
その後続けて、第２絶縁膜１０７上に、第１マスク形成層２０１、第２マスク形成層２０２、および第３マスク形成層２０３を順次形成する。これらのマスク形成層は、例えば第１マスク形成層２０１が酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜からなり、第２マスク形成層２０２が窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）からなり、第３マスク形成層２０３が酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる。
【００７２】
これらのマスク形成層２０１〜２０３のうち、ＳｉＯ2からなる第１マスク形成層２０１と第３マスク形成層２０３とは、例えばシリコン源としてモノシラン(ＳｉＨ4）を用い、酸化剤として一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜される。また、ＳｉＣＮからなる第２マスク形成層２０２は、プラズマＣＶＤ法により成膜される。
【００７３】
次いで、図８（４）に示すように、第３マスク形成層２０３上に、配線溝パターンを有するレジストマスク３０１を形成する。そして、レジストマスク３０１をエッチングマスクとして用いたドライエッチング法により、第３マスク形成層２０３をエッチングして、配線溝パターンを有する第３マスク２０３Ａを形成する。
【００７４】
ここでは、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いたエッチングを行う。そして、このエッチングによって第３マスク２０３Ａを形成した後、例えば酸素（Ｏ2）プラズマをベースとしたアッシング処理と有機アミン系の薬液処理を施すことにより、レジストマスク３０１及びエッチング処理の際に生じた残留付着物を完全に除去する。
【００７５】
次に、図８（５）に示すように、第３マスク２０３Ａ上を含む第２マスク形成層２０２上に、接続孔パターンを有するレジストマスク３０２を形成する。この際、レジストマスク３０２に設けられた接続孔パターンの少なくとも一部が、第３マスク２０３Ａの配線溝パターンの開口部内に重なるようにレジストマスク３０２をパターン形成する。
【００７６】
次に、図９（６）に示すように、レジストマスク３０２をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、第３マスク２０３Ａ、第２マスク形成層２０２、および第１マスク形成層２０１をエッチングし、さらに第２絶縁膜１０７をエッチングする。これにより、第１多孔質絶縁膜１０６Ａを露出させた接続孔３０３を形成する。この際、レジストマスク３０２は、第２絶縁膜１０７のエッチングにおいて同時に除去される。そして、このエッチングによって残存する第３マスク２０３Ａは、配線溝パターンのマスクとなる。また、第２マスク形成層２０２のエッチングによってパターン形成された第２マスク２０２Ａは、接続孔パターンのマスクとなる。
【００７７】
以上のようなエッチングにおいて、第３マスク（ＳｉＯ2）２０３Ａから第１マスク形成層（ＳｉＯ2膜）２０１までのエッチングは、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてトリフロロメタン（ＣＨＦ3）、酸素（Ｏ2）、およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比をＣＨＦ3：Ｏ2：Ａｒ＝５：１：５０、バイアスパワーを１０００Ｗ、基板温度を４０℃に設定して行われる。
【００７８】
また、これらの下層の第２絶縁膜１０７のエッチングにも、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置が用いられる。
【００７９】
次に、図９（７）に示すように第３マスク（ＳｉＯ2）２０３Ａをエッチングマスクとしたドライエッチング法により、第２マスク（ＳｉＣＮ）２０２Ａをエッチングする。これにより、第２マスク２０２Ａが配線溝パターンのマスクとなる。また、第１マスク形成層２０１は、接続孔パターンが形成された第１マスク２０１Ａになる。このドライエッチングにおいては、接続孔３０３の底部に露出する第１多孔質絶縁膜１０６Ａが途中までエッチングされて接続孔３０３が掘り下げられる。
【００８０】
次に、図９（８）に示すように、第１マスク（ＳｉＯ2）２０１Ａをエッチングマスクにして、第１多孔質絶縁膜１０６Ａの下部層をエッチングして、接続孔３０３をさらに掘り下げてストッパ層１０５を露出させる。この際、第３マスク（ＳｉＯ2）２０３Ａと第２マスク（ＳｉＣＮ）２０２Ａをエッチングマスクとして、第１マスク（ＳｉＯ2）２０１Ａが同時に除去され、第１マスク２０１Ａに配線溝３０４が形成される。
【００８１】
このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて行われる。そして、第１多孔質絶縁膜１０６Ａを構成する骨格形成材料として、炭素鎖を有する有機材料を用いている場合は、エッチングガスとして例えばアンモニア(ＮＨ3)、メタン(ＣＨ4)、およびそれらに酸素（Ｏ2）または窒素（Ｎ2）を添加したガスを用い、ＲＦパワーを１５０Ｗ、基板温度を２０℃に設定したエッチングが行われる。
【００８２】
一方、第１多孔質絶縁膜１０６Ａを構成する骨格形成材料として−Sｉ−Ｏ−結合を有する無機材料を用いている場合には、例えばエッチングガスとしてのオクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ2）、およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比をＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ｎ2：Ａｒ＝３：１０：２００：５００、バイアスパワーを１０００Ｗ、基板温度を２０℃に設定したエッチングが行われる。
【００８３】
続いて、図１０（９）に示すように、第２マスク（ＳｉＣＮ）２０２Ａをエッチングマスクにして、配線溝３０４の底部に残存するポロジェンを含む非多孔質の第２絶縁膜１０７をエッチングする。これにより、第１マスク２０１Ａに形成された配線溝３０４をさらに掘り下げ、第１マスク２０１Ａと第２絶縁膜１０７とに、配線溝３０４を形成する。
【００８４】
第２絶縁膜１０７のエッチングは、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を使用して行われる。そして、第２絶縁膜１０７を構成する骨格形成材料として炭素鎖を有する有機材料を用いている場合は、エッチングガスとして例えばアンモニア(ＮＨ3)、メタン(ＣＨ4)、およびそれらに酸素（Ｏ2）または窒素（Ｎ2）を添加したガスを用い、ＲＦパワーを１５０Ｗ、基板温度を２０℃に設定したエッチングが行われる。
【００８５】
一方、第２絶縁膜１０７を構成する骨格形成材料として−Sｉ−Ｏ−結合を有する無機材料を用いている場合には、例えばエッチングガスとしてのオクタフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素（Ｎ2）、およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比をＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ｎ2：Ａｒ＝３：１０：２００：５００、バイアスパワーを１０００Ｗ、基板温度を２０℃に設定したエッチングが行われる。
【００８６】
尚、第２絶縁膜１０７のエッチングにおいては、下地が第１多孔質絶縁膜１０６Ａである。このため、通常は、下地である第１多孔質絶縁膜１０６Ａの方が、非多孔質である第２絶縁膜１０７よりも密度が小さくエッチング速度が速い。しかしながら、図７（３）を用いて説明したように、この第２絶縁膜１０７が、第１多孔質絶縁膜１０６Ａと異なる材料を用いて構成され、第１多孔質絶縁膜１０６Ａよりもエッチング速度が速くなるように構成されていれば、第１多孔質絶縁膜１０６Ａの膜減りを小さく抑えて第２絶縁膜１０７のエッチングを行うことができる。またここでは、第２絶縁膜１０７のエッチングをエッチングレートの遅い条件、有機材料の場合は、上述した条件よりもＲＦパワーを1００Ｗと低くした条件、また、無機材料の場合は、上述した条件よりもバイアスパワーを２００Ｗと低くした条件とすることにより、第２絶縁膜１０７のエッチング速度を十分に遅くして第１多孔質絶縁膜１０６Ａの膜減りを抑えることとする。
【００８７】
続いて、接続孔３０３底部に残存しているストッパ層１０５の最下層膜（ＳｉＣＮ膜）をエッチングすることにより、配線溝３０４の底部に開口させた接続孔３０３をＣｕ埋め込み層１０４に連通させ、所定のデュアルダマシン加工を完了させる。このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、例えばエッチングガスとしてジフルオルメタン（ＣＨ2Ｆ2）、酸素（Ｏ2）、及びアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比（ＣＨ2Ｆ2：Ｏ2：Ａｒ）を２：１：５、バイアスパワーを１００Ｗに設定して行われる。
【００８８】
次に、図１０（１０）に示すように、例えばファーネスアニールといった４００℃以下の熱プロセスにて、第２絶縁膜（１０７）中のポロジェンを除去する。これにより、非多孔質の第２絶縁膜（１０７）を、ポロジェンを分解除去してなる複数の孔Ａを備えた第２多孔質絶縁膜１０７Ａとする。またこの熱プロセスにより、第２絶縁膜１０７に含有されているポロジェンの分解除去とともに、配線溝３０４および接続孔３０３開口部付近に吸着した水分の除去を行う。
【００８９】
次に、図１０（１１）に示すように、例えばＴａからなるバリアメタル膜２０４をスパッタリング法により成膜し、Ｃｕ膜２０５を電解めっき法あるいはスパッタリング法により堆積し、配線溝３０４と接続孔３０３への導電膜の埋め込みを同時に行う。
【００９０】
その後、図１０（１２）に示すように、Ｃｕ膜２０５およびバリアメタル膜２０４のうち、配線パターンとして不要な部分（第１マスク２０１Ａ上に残された部分）を化学機械研磨（ＣＭＰ）法により除去することにより、デュアルダマシン構造の多層配線構造を形成することができる。そして、Ｃｕ膜２０５を覆う状態で、酸化防止及び銅の拡散防止層をかねるストッパ層２０６（例えばＳｉＣ膜）を成膜する。
【００９１】
以上説明した第５実施形態では、図１０（１０）を用いて説明したように、エッチングによって配線溝３０４が形成された非多孔質の第２絶縁膜（１０７）に対して熱処理を施すことにより、この第２絶縁膜（１０７）中の空孔形成材料を分解除去して第２多孔質絶縁膜１０７Ａとする構成であるため、多孔質化によって脆弱化した第２多孔質絶縁膜１０７Ａに対して、配線溝３０４および接続孔３０３を形成するためのエッチングダメージが加わることがない。
【００９２】
このため、多孔質絶縁膜１０６Ａ，１０７Ａを積層させた構成において、特に上層に配置された第２多孔質絶縁膜１０７Ａの吸湿による誘電率の上昇を抑えることが可能で動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【００９３】
尚、上述した第２実施形態〜第５実施形態においては、第１多孔質絶縁膜と第２多孔質絶縁膜との間にエッチングストッパ層を設けない構成を説明した。しかしながら、第１多孔質絶縁膜と第２多孔質絶縁膜との間にエッチングストッパ層を設けた構成であっても、多孔質絶縁膜の吸湿による誘電率の上昇を抑えることは可能であり、動作速度が高く電気的特性に優れ、かつ断線を防止して信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１実施形態を説明する断面工程図である。
【図２】第２実施形態を説明する断面工程図である。
【図３】第３実施形態を説明する断面工程図（その１）である。
【図４】第３実施形態を説明する断面工程図（その２）である。
【図５】第４実施形態を説明する断面工程図である。
【図６】高密度膜と低密度膜とに関する、エッチングガス流量に対するエッチングレートを示すグラフである。
【図７】第５実施形態を説明する断面工程図（その１）である。
【図８】第５実施形態を説明する断面工程図（その２）である。
【図９】第５実施形態を説明する断面工程図（その３）である。
【図１０】第５実施形態を説明する断面工程図（その４）である。
【符号の説明】
【００９５】
１，１０１…基板、３，１０６…絶縁膜（第１絶縁膜）、３Ａ，１０６Ａ…多孔質絶縁膜（第１多孔質絶縁膜）、７，１７，３０３…接続孔、９，１０７…第２絶縁膜、９Ａ，１０７Ａ…第２多孔質絶縁膜、１３，３０４…配線溝、Ａ…孔
【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】
2007115863.tif 000008
【図７】
2007115863.tif 000009
【図８】
2007115863.tif 000010
【図９】
2007115863.tif 000011
【図１０】
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