(57)【要約】【課題】選択メタルキャップを用いることなしに、生産性の高いエアギャップ配線を形成する。【解決手段】ウエハ１４上の絶縁膜２００にCuダマシン配線２１０を形成する第１の工程と、ウエハ１４上に第１のバリア膜２２０を形成する第２の工程と、後続する接続孔２４２を開口する工程において、接続孔２４２の孔底部２４４に露出するCu配線２０６と隣接する絶縁膜２００、及び最小寸法スペースの３倍以上の幅をもつ幅広スペース２００ａを保護するように、第１のバリア膜２２０をパターニングする第３の工程と、第１のバリア膜２２０をマスクとして絶縁膜２００を除去する第４の工程と、ウエハ１４上に第２のバリア膜２２４を形成する第５の工程と、Cu配線２０６間にエアギャップ２３２を残しつつ絶縁膜２３０を形成する第６の工程と、を有する。【選択図】図５
2012049290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の第１の絶縁膜にCuダマシン配線を形成する第１の工程と、
前記基板上に第１の保護膜を形成する第２の工程と、
前記第２の工程により形成された第１の保護膜をパターニングする第３の工程と、
前記第１の保護膜をマスクとして第１の絶縁膜を除去する第４の工程と、
前記基板上に第２の保護膜を形成する第５の工程と、
Cu配線間に空隙を残しつつ第２の絶縁膜を形成する第６の工程と、
前記第６の工程により第２の絶縁膜が形成された前記基板上にCu配線と接続する接続孔を開口する第７の工程と、
を有し、
前記第３の工程は、前記接続孔と隣接するように設計された第１の絶縁膜を保護するようにパターニングする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の絶縁膜にCuダマシン配線が形成された基板上に第１の保護膜を形成する第１の工程と、
前記第１の保護膜をパターニングし、一部が露出したCu配線及び残存する前記第１の保護膜をマスクとして前記第１の絶縁膜をエッチングして凹パターンが形成された前記基板上に第２の保護膜を形成する第２の工程と、
前記基板上にCu配線間の空隙を残しつつ第２の絶縁膜を形成する第３の工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法を用いて製造される半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI（Large Scale Integration）の高速化を実現するために、銅（Cu）配線やLow-k絶縁膜（低誘電率層間絶縁膜）が用いられている。特に、Low-k絶縁膜を比誘電率の低い材料に変更することでLSIの更なる高性能化を図ることができるため、Ultra Low-k絶縁膜（超低誘電率層間絶縁膜）の材料開発が精力的に行われている。
しかし、比誘電率が極端に低いUltra Low-k絶縁膜は機械的強度が低下する等の問題があり、その実用化が遅延している。
【０００３】
このため、既存の材料を用いて実効誘電率の低減を図ることができるエアギャップ配線技術が注目されている。このエアギャップ配線技術は、ダマシン配線間の微細スペース部分をエッチバックし、その後、ステップカバレッジ（段差被覆性）の悪い条件で層間絶縁膜を形成することにより、微細スペースに空隙（エアギャップ）を形成するというものである。エアギャップの誘電率はほぼ１であり、層間膜に比較的誘電率の高い材料を用いた場合でも、この空隙により実効誘電率を低く抑えることができる。
【０００４】
エアギャップ配線技術においては、配線上の上層配線と電気的に接続するためのVia（貫通孔）を層間絶縁膜に形成する。この際、アライメントずれが生じ、歩留まりが低下するという問題がある。この問題を防止するために、選択メタルキャップとハードマスクを兼用する技術が提案されている。
この技術は、ダマシン配線上に選択メタルキャップを選択メッキ法によって形成した後、ハードマスクをパターニングし、Viaが開口しない微細パターン部のみにエアギャップを形成するというものである。選択メタルキャップとしては、Cu配線の拡散を防止するバリアメタルとなるコバルトタングステン（CoW）合金等が用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Cu配線上にのみバリアメタルを形成する選択メタルキャップ技術は、選択性の確保が困難である。このため、選択性が破れた場合に隣接する配線間で電流がリークしたり、長期的な信頼性が低下したりする等の問題があった。
【０００６】
本発明は、選択メタルキャップを用いることなしに、生産性の高いエアギャップ配線を形成することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴とするところは、基板上の第１の絶縁膜にCuダマシン配線を形成する第１の工程と、前記基板上に第１の保護膜を形成する第２の工程と、前記第２の工程により形成された第１の保護膜をパターニングする第３の工程と、前記第１の保護膜をマスクとして第１の絶縁膜を除去する第４の工程と、前記基板上に第２の保護膜を形成する第５の工程と、Cu配線間に空隙を残しつつ第２の絶縁膜を形成する第６の工程と、前記第６の工程により第２の絶縁膜が形成された前記基板上にCu配線と接続する接続孔を開口する第７の工程と、を有し、前記第３の工程は、前記接続孔と隣接するように設計された第１の絶縁膜を保護するようにパターニングする半導体装置の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、選択メタルキャップを用いることなしに、生産性の高いエアギャップ配線を形成することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略を示す斜透視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る処理炉及びその周辺構造の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】エアギャップ形成プロセスを説明する模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る第１のバリア膜のパターニングを説明する模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る配線のレイアウトの改善方法を説明する説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る成膜プロセスを説明するフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る成膜プロセスのプロセスシーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０の構成について、図に基づいて説明する。
【００１１】
［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態として用いられる基板処理装置１０の斜透視図である。
基板処理装置１０は筺体１２を備え、シリコン等からなるウエハ（基板）１４を収納するウエハキャリアとしてカセット１６が使用される。筐体１２の正面壁１２ａの下方には、メンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１８が開設され、この正面メンテナンス口１８を開閉する正面メンテナンス扉２０が建て付けられている。
【００１２】
正面メンテナンス扉２０には、カセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）２２が筐体１２内外を連通するように開設されており、このカセット搬入搬出口２２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）２４によって開閉されるようになっている。
【００１３】
カセット搬入搬出口２２の筐体１２内側には、カセットステージ（基板収容器受渡し台）２６が設置されている。カセット１６は、工程内搬送装置（非図示）によってカセットステージ２６上に搬入、及びこのカセットステージ２６上から搬出されるようになっている。
【００１４】
カセット１６は、工程内搬送装置によって、このカセット１６内のウエハ１４が垂直姿勢となり、カセット１６のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにカセットステージ２６上に載置される。カセットステージ２６は、このカセットステージ２６上のカセット１６を筐体１２の後方に縦方向９０°回転させ、このカセット１６内のウエハ１４が水平姿勢となり、カセット１６のウエハ出し入れ口が筐体１２の後方を向くように動作する構成となっている。
【００１５】
筐体１２内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）２８が設置されており、このカセット棚２８は、複数段複数列にて複数個のカセット１６を保管するように構成されている。カセット棚２８には、後述するウエハ移載機構３６の搬送対象となるカセット１６が収納される移載棚３０が設けられている。
また、カセットステージ２６の上方には予備カセット棚３２が設けられ、予備的にカセット１６を保管するように構成されている。
【００１６】
カセットステージ２６とカセット棚２８との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）３４が設置されている。カセット搬送装置３４は、カセット１６を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）３４ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）３４ｂとで構成されている。カセット搬送装置３４は、カセットエレベータ３４ａとカセット搬送機構３４ｂとの連続動作により、カセットステージ２６、カセット棚２８、及び予備カセット棚３２の間で、カセット１６を搬送するように構成されている。
【００１７】
カセット棚２８の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）３６が設置されている。ウエハ移載機構３６は、ウエハ１４を水平方向に回転あるいは直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）３６ａ、及びこのウエハ移載装置３６ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）３６ｂで構成されている。ウエハ移載装置エレベータ３６ｂは、筐体１２の右側端部に設置されている。
【００１８】
ウエハ移載機構３６は、ウエハ移載装置３６ａ及びウエハ移載装置エレベータ３６ｂの連続動作により、ウエハ移載装置３６ａのツイーザ（基板保持体）３６ｃをウエハ１４の載置部として、ボート（基板保持具）３８に対してウエハ１４を装填（チャージング）あるいは脱装（ディスチャージング）する。
【００１９】
ボート３８は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ１４をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。ボート３８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成される。
【００２０】
筐体１２の後部上方には、処理炉４０が設けられている。処理炉４０の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）４２により開閉されるように構成されている。
【００２１】
処理炉４０の下方には、ボート３８を処理炉４０に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）４４が設けられている。ボートエレベータ４４の昇降台に連結された連結具としてのアーム４６には、蓋体としてのシールキャップ４８が水平に据え付けられている。
【００２２】
シールキャップ４８は、ボート３８を垂直に支持し、処理炉４０の下端部を閉塞可能なように構成されている。シールキャップ４８が、ボートエレベータ４４によって垂直方向に昇降されることで、ボート３８を処理炉４０内に対し搬入搬出することが可能となっている。
シールキャップ４８は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。
【００２３】
カセット棚２８の後方には、ウエハ１４を冷却する冷却ステージ５０が設けられている。冷却ステージ５０上のウエハ１４を載置する部分は、空冷、水冷、又は液冷等により低温に維持されている。処理後、熱をもったウエハ１４を冷却ステージ５０に載置することで、ウエハ１４が急速に冷却される。
【００２４】
処理炉４０の下方に、ボート３８を冷却する冷却装置（非図示）を設けるようしてもよい。冷却装置は、空冷、水冷、又は液冷等により、処理炉４０から搬出されたボート３８の周囲雰囲気全体を冷却する。これにより、処理後のボート３８（及びこのボート３８に保持されたウエハ１４）が急速に冷却される。
【００２５】
カセット棚２８の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット５２が設けられており、クリーンエアを筐体１２の内部に流通させるように構成されている。
【００２６】
ウエハ移載装置エレベータ３６ｂ及びボートエレベータ４４と対向する筐体１２の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット（非図示）が設置されている。このクリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置３６ａ、ボート３８を流通した後に、後述する真空ポンプ１４６（図２参照）に吸い込まれて、筐体１２の外部に排気される。
【００２７】
［処理炉構成］
次に、基板処理装置１０の処理炉４０の詳細について説明する。
図２は、処理炉４０及びその周辺構造の断面図を示す。
【００２８】
処理炉４０には加熱手段（加熱機構）としてのヒータ８２が設けられている。ヒータ８２は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（非図示）に支持されることにより垂直に据え付けられている。
ヒータ８２の内側には、ボート３８ごとウエハ１４を収容する反応管８４が設けられている。反応管８４は、例えば石英で構成されている。
【００２９】
反応管８４の下方に、反応管８４の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ４８が設けられている。シールキャップ４８は、反応管８４の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。
シールキャップ４８の上面には、反応管８４の下端と当接するシール部材としてのＯリング８６が設けられている。
【００３０】
処理炉４０では、少なくとも、反応管８４及びシールキャップ４８によりウエハ１４を処理する処理室９０が形成されている。
【００３１】
シールキャップ４８の処理室９０と反対側には、ボート３８を回転させる回転機構９２が設けられている。回転機構９２の回転軸９４は、シールキャップ４８を貫通してボート３８に接続されており、このボート３８を回転させることでウエハ１４を回転させるように構成されている。
【００３２】
シールキャップ４８には、断熱部材としての石英キャップ９６を介してボート３８が立設される。石英キャップ９６は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能するとともに、ボート３８を保持する保持体となっている。
【００３３】
処理室９０内であって反応管８４の下部には、第１のノズル１００ａ及び第２のノズル１００ｂが、反応管８４を貫通するように設けられている。
第１のノズル１００ａには、第１のガス供給管１０２ａが接続され、第２のノズル１００ｂには、第２のガス供給管１０２ｂが接続されている。
このように反応管８４には、２本のノズル１００ａ、１００ｂと、２本のガス供給管１０２ａ、１０２ｂが設けられており、処理室９０内へ複数種類（本実施形態では少なくとも２種類）のガスを供給することができるように構成されている。
【００３４】
第１のガス供給管１０２ａには上流方向から順に、開閉弁であるバルブ１０４ａ、気化器（気化装置）１０６、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１０ａ、バルブ１１２ａ、ガス溜め部１１４、及びバルブ１１６ａが設けられている。
【００３５】
ガス溜め部１１４は、例えば通常の配管よりもガス容量の大きなガスタンク又は螺旋配管等で構成されている。このため、バルブ１１２ａ及びバルブ１１６ａを開閉することにより、第１のガス供給管１０２ａを流れるガスをガス溜め部１１４に溜めたり、このガス溜め部１１４に溜めたガスを処理室９０に供給したりするようになっている。
【００３６】
また、第１のガス供給管１０２ａには、第１の不活性ガス供給管１０２ｃが接続されている。第１の不活性ガス供給管１０２ｃには上流方向から順に、ＭＦＣ１１０ｃ及びバルブ１１２ｃが設けられている。
【００３７】
第１のガス供給管１０２ａの先端部に、第１のノズル１００ａが接続されている。
第１のノズル１００ａは、反応管８４の内壁とウエハ１４との間における円弧状の空間に、反応管８４の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ１４の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第１のノズル１００ａは、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。第１のノズル１００ａの側面には、ガスを供給するガス供給孔１２０ａが設けられている。
【００３８】
ガス供給孔１２０ａは、反応管８４の中心を向くように開口している。ガス供給孔１２０ａは、反応管８４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００３９】
主に、第１のガス供給管１０２ａ、バルブ１０４ａ、１１２ａ、バルブ１１６ａ、気化器１０６、ＭＦＣ１１０ａ、及び第１のノズル１００ａにより、第１のガス供給系が構成される。
また、主に、第１の不活性ガス供給管１０２ｃ、ＭＦＣ１１０ｃ、バルブ１１２ｃにより第１の不活性ガス供給系が構成される。
【００４０】
第２のガス供給管１０２ｂには上流方向から順に、ＭＦＣ１１０ｂ及びバルブ１１２ｂが設けられている。
【００４１】
また、第２のガス供給管１０２ｂのバルブ１１２ｂよりも下流側には、第２の不活性ガス供給管１０２ｄが接続されている。第２の不活性ガス供給管１０２ｄには上流方向から順に、ＭＦＣ１１０ｄ及びバルブ１１２ｄが設けられている。
【００４２】
第２のガス供給管１０２ｂの先端部に、第２のノズル１００ｂが接続されている。第２のノズル１００ｂは、ガス分散空間であるバッファ室１３０内に設けられている。
【００４３】
バッファ室１３０は、反応管８４の内壁とウエハ１４との間における円弧状の空間に、反応管８４内壁の下部から上部にわたり、ウエハ１４の積載方向に沿って設けられている。
バッファ室１３０のウエハ１４と隣接する壁の端部には、処理室９０内にガスを供給するガス供給孔１３２が設けられている。ガス供給孔１３２は、反応管８４の中心を向くように開口している。ガス供給孔１３２は、反応管８４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００４４】
第２のノズル１００ｂは、バッファ室１３０のガス供給孔１３２が設けられた端部とは反対側の端部に、反応管８４の内壁の下部から上部に沿って、ウエハ１４の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第２のノズル１００ｂは、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。第２のノズル１００ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔１２０ｂが設けられている。ガス供給孔１２０ｂは、バッファ室１３０の中心を向くように開口している。
【００４５】
ガス供給孔１２０ｂは、バッファ室１３０のガス供給孔１３２と同様に、反応管８４の下部から上部にわたって複数設けられている。
複数のガス供給孔１２０ｂそれぞれの開口面積は、バッファ室１３０内と処理室９０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよく、差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００４６】
本実施形態においては、各ガス供給孔１２０ｂの開口面積や開口ピッチが、上流側から下流側にかけて上述のように調節された構成となっている。つまり、まず、ガス供給孔１２０ｂそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量のガスを噴出させる。そして、このガス供給孔１２０ｂのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室１３０内に導入することで、このバッファ室１３０内において、ガスの流速差が均一化される。
【００４７】
すなわち、第２のノズル１００ｂの各ガス供給孔１２０ｂからバッファ室１３０内に噴出したガスは、バッファ室１３０内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室１３０のガス供給孔１３２から処理室９０内に噴出する。これにより、各ガス供給孔１２０ｂからバッファ室１３０内に噴出したガスは、各ガス供給孔１３２から処理室９０内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなっている。
【００４８】
主に、第２のガス供給管１０２ｂ、ＭＦＣ１１０ｂ、バルブ１１２ｂ、第２のノズル１００ｂ、及びバッファ室１３０により第２のガス供給系が構成される。
また、主に、第２の不活性ガス供給管１０２ｄ、ＭＦＣ１１０ｄ、バルブ１１２ｄにより第２の不活性ガス供給系が構成される。
【００４９】
第１のガス供給管１０２ａからは、例えば、第１の元素としてのシリコン（Si）を含むガス（Si含有ガス）が第１の処理ガスとして、バルブ１０４ａ、気化器１０６、ＭＦＣ１１０ａ、バルブ１１２ａ、第１のノズル１００ａを介して処理室９０内に供給される。
【００５０】
Si含有ガスとしては、例えばヘキサクロロジシラン（HCD：Si2Cl6）ガスやジクロロシラン（DCS：SiH2Cl2）ガス等を用いることができる。なお、第１の処理ガスは、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第１の処理ガスが常温常圧で気体の場合は、気化器１０６を設ける必要はない。
本実施形態においては、第１の処理ガスが常温常圧で液体である場合を例として説明する。
【００５１】
第２のガス供給管１０２ｂからは、例えば、第２の元素としての窒素（Ｎ）を含むガス（N含有ガス）が第２の処理ガスとして、ＭＦＣ１１０ｂ、バルブ１１２ｂ、第２のノズル１００ｂ、及びバッファ室１３０を介して処理室９０内に供給される。
N含有ガスとしては、例えばアンモニア（NH3）ガス等を用いることができる。
【００５２】
第１の不活性ガス供給管１０２ｃからは、不活性ガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスが、ＭＦＣ１１０ｃ、バルブ１１２ｃ、第１のガス供給管１０２ａ、及び第１のノズル１００ａを介して処理室９０内に供給される。
【００５３】
第２の不活性ガス供給管１０２ｄからは、不活性ガスとして例えばＮ２ガスが、ＭＦＣ１１０ｄ、バルブ１１２、第２のガス供給管１０２ｂ、第２のノズル１００ｂ、及びバッファ室１３０を介して処理室９０内に供給される。
【００５４】
なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスを流す場合、第１のガス供給系により原料ガス供給系、すなわちSi含有ガス供給系（シラン系ガス供給系）が構成される。また、第２のガス供給系により改質ガス供給系、すなわちN含有ガス供給系が構成される。
【００５５】
反応管８４には、処理室９０内の雰囲気を排気する排気管１４０が設けられている。排気管１４０には、処理室９０内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ１４２、及び圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１４４を介して真空排気装置としての真空ポンプ１４６が接続されている。このため、処理室９０内が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気するように構成されている。
【００５６】
ＡＰＣバルブ１４４は、弁を開閉することで処理室９０内の真空排気を実行・停止するができ、さらに弁開度を調節することで圧力調整可能となっている開閉弁である。
【００５７】
主に、排気管１４０、圧力センサ１４２、ＡＰＣバルブ１４４、及び真空ポンプ１４６により排気系が構成される。
【００５８】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図を示す。
バッファ室１３０内には、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極１５０及び第２の電極である第２の棒状電極１５２が、反応管８４の下部から上部にわたりウエハ１４の積層方向に沿って配設されている。
【００５９】
第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２は、第２のノズル１００ｂと平行に設けられており、上部から下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管１５４によりそれぞれ覆われている。
【００６０】
第１の棒状電極１５０又は第２の棒状電極１５２のいずれか一方（本実施形態においては第２の棒状電極１５２）は、整合器１５６を介して高周波電源１５８に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２間のプラズマ生成領域１６０にプラズマが生成される。
【００６１】
主に、第１の棒状電極１５０、第２の棒状電極１５２、電極保護管１５４、整合器１５６、及び高周波電源１５８によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。なお、プラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。
【００６２】
プラズマ源は、水素（H2）、NH3、N2等のリモートプラズマにより、ウエハ１４を前処理できる構成となっている。リモートプラズマとは、ウエハ１４（堆積領域）から離れた位置でプラズマを発生させ（プラズマ発生領域）、必要な活性種をプラズマ発生領域から堆積領域へ移送するものをいう。
【００６３】
第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２それぞれは、電極保護管１５４により、バッファ室１３０内の雰囲気と隔離された状態で、このバッファ室１３０内に挿入されている構造となっている。
【００６４】
電極保護管１５４の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管１５４に挿入された第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２は、ヒータ８２による熱で酸化される。そこで、電極保護管１５４の内部には、N2などの不活性ガスを充填、あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２の酸化を防止する不活性ガスパージ機構（非図示）が設けられている。
【００６５】
反応管８４内には、温度検出器としての温度センサ１６２が設置されている。温度センサ１６２により検出された温度情報に基づいてヒータ８２への通電具合を調整することで、処理室９０内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。
温度センサ１６２は、ノズル１００ａ及び１００ｂ、と同様にＬ字型に構成されており、反応管８４の内壁に沿って設けられている。
【００６６】
制御部（制御手段）であるコントローラ１７０は、ＭＦＣ１１０ａ−ｄ、バルブ１０４ａ、１１２ａ−ｄ、気化器１０６、圧力センサ１４２、ＡＰＣバルブ１４４、真空ポンプ１４６、ヒータ８２、温度センサ１６２、回転機構９２、ボートエレベータ４４、高周波電源１５８、整合器１５６等に接続されている。
【００６７】
コントローラ１７０により、ＭＦＣ１１０ａ−ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ１０４ａ、１１２ａ−ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ１４４の開閉及び圧力センサ１４２に基づく圧力調整動作、温度センサ１６２に基づくヒータ８２の温度調整動作、気化器１０６の制御、真空ポンプ１４６の起動・停止、回転機構９２の回転速度調節動作、ボートエレベータ４４の昇降動作等の制御や、高周波電源１５８の電力供給制御、整合器１５６によるインピーダンス制御が行われる。
【００６８】
［配線層の形成］
次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、配線層を形成するプロセスフローについて説明する。
【００６９】
まず、空隙（エアギャップ）を形成するプロセスについて説明する。
図４は、本実施形態におけるエアギャップ形成プロセスを説明する図である。
【００７０】
（ステップ１）
絶縁膜２００を成膜し、この絶縁膜２００に例えばドライエッチング法により凹パターンを形成する。その後、凹パターンの内部に、バリアメタル２０２及び銅（Cu）膜２０４からなるCu配線２０６を形成する。凹パターン上部の余分なCu配線２０６を、CMP（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨して除去する。
これにより、ダマシン配線２１０が形成される（図４（ａ））。
【００７１】
（ステップ２）
続いて、第１のバリア膜２２０を成膜する。その後、例えばフォトリソグラフィ−技術を用いて、第１のバリア膜２２０をパターニングする（図４（ｂ））。
この際、前処理として、H2、NH3、N2等のいずれかによるプラズマ処理を行うようにしてもよい。
また、第１のバリア膜２２０を成膜した後、この第１のバリア膜２２０が成膜されたウエハ１４を急速に冷却するようにしてもよい。
第１のバリア膜２２０は、マスクとしての機能の他に、配線を構成するCuの絶縁膜中への拡散を抑制する機能を有する。
【００７２】
（ステップ３）
第１のバリア膜２２０及びCu配線２０６をマスクとして、絶縁膜２００をエッチングする。
これにより、エッチバック領域２２２が形成される（図４（ｃ））。
【００７３】
（ステップ４）
続いて、第２のバリア膜２２４を成膜する。第２のバリア膜２２４は、エッチバック領域２２２の形状に追従するように、ステップカバレッジ（段差被覆性）の優れる方式・条件で成膜される。
これにより、第２のバリア膜２２４は、エッチバック領域２２２の内部の面と密着する状態で成膜される（図４（ｄ））
ステップ２と同様に、前処理として、H2、NH3、N2等のいずれかによるプラズマ処理を行うようにしてもよい。
また、第２のバリア膜２２４を成膜した後、この第２のバリア膜２２４が成膜されたウエハ１４を急速に冷却するようにしてもよい。
第２のバリア膜２２４は、マスクとしての機能の他に、配線を構成するCuの絶縁膜中への拡散を抑制する機能を有する。
【００７４】
（ステップ５）
続いて、絶縁膜２３０を成膜する。この絶縁膜２３０は、エッチバック領域２２２の形状に追従しないように、ステップカバレッジの劣る方式・条件で成膜される。
これにより、絶縁膜２３０は、エッチバック領域２２２内部を埋めることなく、上方でこのエッチバック領域２２２を覆うようにして成膜される。つまり、エッチバック領域２２２において、絶縁膜２３０と第２のバリア膜２２４との間に空間が形成された構造となっている。
このようにして、空隙（エアギャップ）２３２が形成される（図４（ｅ））。
【００７５】
この際、Cu配線２０６の上面は、第１のバリア膜２２０又は第２のバリア膜２２４いずれかで覆われた構造となっている。また、Cu配線２０６のエアギャップ２３２と対向する側面は、第２のバリア膜２２４で覆われた構造となっている。
【００７６】
（ステップ６）
続いて、Cu配線２０６上に成膜された絶縁膜２３０に、例えばドライエッチング法により、凹パターンを形成する（図４（ｆ））。
これにより、上層と下層のCu配線２０６を接続するための接続孔（Via）２４２が形成される（接続孔開口工程）。接続孔２４２の孔底部２４４に、Cu配線２０６の接続面２０８が露出する。
【００７７】
好ましくは、第１のバリア膜２２０及び第２のバリア膜２２４のうち少なくとも一方の膜厚は、これらが下面で接するダマシン配線２１０の厚さの１０分の１以下となるようにする。
好ましくは、第１のバリア膜２２０及び第２のバリア膜２２４を成膜する工程は、３５０℃以下で行う。
【００７８】
第１のバリア膜２２０及び第２のバリア膜２２４は、Cu配線２０６上面と直接、接する。このため、第１のバリア膜２２０及び第２のバリア膜２２４の膜質としては、Cu配線２０６から絶縁膜２００、２３０へのCuの拡散を阻止する能力が要求される。
したがって、より高品質の膜を形成する必要がある。高品質の膜を形成するには、一般的に、成膜速度を遅くする（低デポレート）方が有利となる。ただし、枚葉成膜を行う場合には、生産性を確保する上で、成膜速度を遅くすることには限界がある。
【００７９】
Cuの拡散バリア性の確保に有効な膜は、一般的に、誘電率が高い傾向があり、実行誘電率の低減に対しては不利な効果を有する。このため、第１のバリア膜２２０及び第２のバリア膜２２４の膜厚を薄くすることが有効となる。ただし、低品質の膜では、薄膜化した場合に拡散バリア性を確保できないおそれがある。
【００８０】
エアギャップ構造を形成する場合、通常の場合と比較して凹凸の激しい基板上に第２のバリア膜を形成する必要がある。このため、良好なステップカバレッジを確保する必要がある。ステップカバレッジが良好でない場合、特に、段差部でCu配線２０６に対する被覆が悪くなり、Cuの拡散を阻止する能力が十分に発揮されない。
【００８１】
良好なステップカバレッジを確保するには、一般的に、成膜速度を遅くする方が有利となる。ただし、枚葉成膜を行う場合には、生産性を確保する上で、成膜速度を遅くすることには限界がある。
【００８２】
次に、第１のバリア膜２２０のパターニング（ステップ２）の詳細について説明する。
図５は、第１のバリア膜２２０のパターニングを説明する概略図である。なお、図５においては、簡略化のためバリアメタル２０２の図示を省略する。また図中、部分Ａ−Ｉ等については、該当する箇所が複数ある場合でも、簡略化のため代表する箇所にのみ符号を付してある。
図５（ａ）は、第１のバリア膜２２０のパターニング後（ステップ２）の概略図を示し、図５（ｂ）は、絶縁膜２００を除去して、第２のバリア膜２２４を成膜した後（ステップ４）の概略図を示し、図５（ｃ）は、接続孔２４２を形成した後（ステップ６）の概略図を示す。
【００８３】
第１のバリア膜２２０を、接続孔２４２が形成された場合に、この接続孔２４２の孔底部２４４に露出するCu配線２０６の接続面２０８（部分Ａ）、及びこの接続面２０８と隣接するように設計された絶縁膜２００（部分Ｂ）を保護するように残存させる。
この際、保護する絶縁膜２００（部分Ｂ）の幅（長さ）は、少なくとも、隣り合うCu配線２０６の間隔（以下、スペース部分と称す）のうち、その幅（距離）が最小のもの（以下、最小寸法スペースと称す（部分Ｃ）、幅Ｌ０）と同等以上となるようにする。つまり、孔底部２４４の端部から、最小寸法スペースの幅Ｌ０の範囲内にある絶縁膜２００は、除去されずに残る。
なお、接続孔２４２と隣接する絶縁膜２００は、隣接配線間の横断方向についてはその幅に関係なく全体を保護するようにしてもよい。
【００８４】
第１のバリア膜２２０を、最小寸法スペースの３倍以上の幅（≧Ｌ０×３）をもつ絶縁膜２００（以下、幅広スペース２００ａと称す（部分Ｄ））を保護するように残存させる。
なお、最小寸法スペースの３倍未満の幅（＜Ｌ０×３）をもつ絶縁膜２００を、以下、微細スペース２００ｂと称する。
【００８５】
このため、第１のバリア膜２２０が残存しない部分の絶縁膜２００（部分Ｅ）は除去され、これに対応する位置にエアギャップ２３２が形成される。
【００８６】
また、第１のバリア膜２２０を、Cu配線２０６のうちその幅が最小のもの（以下、最小寸法配線と称す（部分Ｆ））の２倍以上の幅をもつCu配線２０６（以下、幅広配線２０６ａと称す（部分Ｇ））の内側を保護するように残存させる。つまり、第１のバリア膜２２０（部分Ｈ）が、幅広配線２０６ａの両端から水平方向に対しはみ出ないようにする。
【００８７】
なお、幅広配線２０６ａ上には、第１のバリア膜２２０（部分Ｈ）を残存させないようにしてもよい。
【００８８】
幅広配線２０６ａに接続する接続孔２４２を形成する場合、接続孔２４２の孔底部２４４の端部から幅広配線２０６ａの端部までの距離Ｌ1が、最小寸法スペースの幅Ｌ０以上となるようにする。つまり、接続面２０８が、幅広配線２０６ａの端部から、少なくとも最小寸法スペースの幅Ｌ０以上内側となるようにする。
これにより、幅広配線２０６ａと隣接する絶縁膜２００（部分Ｉ）に、エアギャップ２３２を形成することができる。
【００８９】
例えば、幅広配線２０６ａの端部が、一方で幅広スペース２００ａと隣接し、他方で微細スペース２００ｂと隣接しているとする。この場合、孔底部２４４を、幅広配線２０６ａの微細スペース２００ｂ側の端部から、最小寸法スペースの幅Ｌ０以上内側に設けるようにする。
このようにすることで、効果的にエアギャップ２３２を形成することが可能となる。
【００９０】
上記のように配線構造を形成するため、本構成を有さない場合と比較して、実行誘電率を低くすることができる。
【００９１】
上記のように第１のバリア膜２２０をパターニングすることで、製造工程における接続孔２４２の目外れ（アライメントずれ）による歩留まりの低下を抑止することができる。
また、上記のようにエアギャップ２３２を有する配線構造を形成するため、第１のバリア膜２２０及び第２のバリア膜２２４に誘電率の高い材料を用いたとしても、その膜厚を薄くすることができる。
さらに、第１のバリア膜２２０としてエッチングレートの低い膜を使用することで、エッチバック時に効果的な保護が可能となる。
【００９２】
次に、配線のレイアウトを改善する方法について説明する。
図６は、配線のレイアウトの改善方法を説明する図である。図６（ａ）は、改善前のレイアウトを例示し、図６（ｂ）は、改善後のレイアウトを例示する。
【００９３】
図６（ａ）に示すレイアウトでは、接続面２０８が微細スペース２００ｂと隣接している。この場合、上記規則に従うパターニングにおいては、この隣接する微細スペース２００ｂにエアギャップ２３２を形成することができない。
そこで、図６（ｂ）に示すように、孔底部２４４の端部から微細スペース２００ｂまでの距離Ｌ1が、少なくとも最小寸法スペースの幅Ｌ０と同等以上の長さを確保できるように、対応するCu配線２０６の幅を太くする。
このようなレイアウトとすることで、接続孔２４２を介して上層と接続されるCu配線２０６の隣接する位置（部分Ｊ）に、エアギャップ２３２を形成することができるようになる。
【００９４】
［絶縁膜の成膜］
次に、基板処理装置１０を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、成膜のプロセスフローについて説明する。
【００９５】
従来の成膜法は、例えば、CVD（Chemical Vapor Deposition）法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、また、ALD（Atomic Layer Deposition）法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、プラズマパワーなどの供給条件を制御することによりシリコン窒化膜（SiN膜）やシリコン酸化膜（SiO膜）を形成する。
【００９６】
これらの技術では、例えばSiN膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるN／Si ≒ 1.33となるように、またSiO膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるO／Si ≒ 2となるように、ガスの供給条件を制御する。
【００９７】
一方、形成する膜の組成比が、化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、供給条件を制御することも可能である。
つまり、形成する膜を構成する複数の元素のうち、少なくとも一つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるように、供給条件を制御する。このようにして、形成する膜を構成する複数の元素の比率（膜の組成比）を制御しつつ成膜を行うことも可能である。
【００９８】
以下、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して、化学両論組成を有する膜を形成するシーケンス例について説明する。
【００９９】
本実施形態では、第１の元素をSiとして、この第１の元素を含む第１の処理ガスにSi含有ガスであるDCSガスを用い、第２の元素を窒素（N）として、この第２の元素を含む第２の処理ガスにN含有ガスであるNH3ガスを用い、ウエハ１４上に絶縁膜としてSiN膜を形成する例について説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１７０により制御される。
図７は、本実施形態における成膜プロセスを説明するフローチャートを示し、図８は、プロセスシーケンスを示す図である。
【０１００】
＜基板搬入工程（Ｓ１０２）、基板載置工程（Ｓ１０４）＞
ウエハ１４を収納したカセット１６がカセットステージ２６に供給されるのに先立って、カセット搬入搬出口２２がフロントシャッタ２４によって開放される。次いで、カセット１６はカセット搬入搬出口２２から搬入され、カセットステージ２６上にウエハ１４が垂直姿勢であって、カセット１６のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１６は、カセットステージ２６によって、カセット１６内のウエハ１４が水平姿勢となり、カセット１６のウエハ出し入れ口が筐体１２の後方を向けるように、筐体１２の後方に縦方向９０°回転させられる。
【０１０１】
続いて、カセット１６は、カセット棚２８又は予備カセット棚３２の指定された棚の位置へ、カセット搬送装置３４によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚２８又は予備カセット棚３２からカセット搬送装置３４によって移載棚３０に移載されるか、もしくは直接移載棚３０に搬送される。
【０１０２】
カセット１６が移載棚３０に移載されると、ウエハ１４はカセット１６からウエハ移載装置３６ａのツイーザ３６ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、処理炉４０の下方にあるボート３８に装填（チャージング）される。ボート３８にウエハ１４を受け渡したウエハ移載装置３６ａはカセット１６に戻り、次のウエハ１４をボート３８に装填する。
【０１０３】
複数枚のウエハ１４がボート３８に装填（ウエハチャージ）されると、複数枚のウエハ１４を支持したボート３８は、ボートエレベータ４４によって持ち上げられて、処理室９０内に搬入（ボートロード）される。シールキャップ４８は、Ｏリング８６を介して反応管８４の下端をシールした状態となる。
【０１０４】
＜圧力調整工程（Ｓ１０６）、昇温工程（Ｓ１０８）＞
処理室９０内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ１４６によって真空排気される。この際、処理室９０内の圧力は、圧力センサ１４２で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ１４４がフィードバック制御される（圧力調整）。
【０１０５】
また、処理室９０内が所望の温度となるようにヒータ８２によって加熱される。この際、処理室９０内が所望の温度分布となるように、温度センサ１６２が検出した温度情報に基づきヒータ８２への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。
【０１０６】
続いて、回転機構９２により、ボート３８が回転されることで、ウエハ１４が回転される。
【０１０７】
＜成膜工程（Ｓ１１０）＞
（ステップ１１１）
ステップ１１１では、DCSガスを供給する。
具体的には、第１のガス供給管１０２ａのバルブ１０４ａ、バルブ１１２ａを開き、気化器１０６を介して第１のガス供給管１０２ａ内にDCSガスを流す。第１のガス供給管１０２ａ内を流れたDCSガスは、ＭＦＣ１１０ａにより流量調整される。
さらに、バルブ１１６ａを開くことで、流量調整されたDCSガスは、ガス溜め部１１４を介して第１のノズル１００ａのガス供給孔１２０ａから処理室９０内に供給されつつ、排気管１４０から排気される。
【０１０８】
DCSガスを供給する際、同時にバルブ１１２ｃを開き、第１の不活性ガス供給管１０２ｃ内に不活性ガスを流す。本例では、ヒータ８２の温度、すなわちウエハ１４の温度（以下、処理温度と称する）が低く設定されているため、不活性ガスとして窒素（N2）ガスを用いている。
なお、不活性ガスとしては、ヘリウム（He）ガス、ネオン（Ne）ガス、アルゴン（Ar）ガス、キセノン（Xe）等の１８族元素ガスを用いるようにしてもよい。
【０１０９】
第１の不活性ガス供給管１０２ｃ内を流れたN2ガスは、ＭＦＣ１１０ｃにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは、DCSガスとともに処理室９０内に供給されつつ、排気管１４０から排気される。
【０１１０】
このとき、ＡＰＣバルブ１４４を適正に調整し、処理室９０内の圧力は、例えば10〜1000 Paの範囲内とする。
ＭＦＣ１１０ａで制御するDCSガスの供給流量は、例えば100〜5000 sccmの範囲内とする。
DCSガスをウエハ１４に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば2〜120秒間の範囲内とする。
処理温度は、例えば300〜600 ℃の範囲内となるように設定する。好ましくは350 ℃以下とする。
【０１１１】
DCSガスの供給により、ウエハ１４表面の下地膜上に、第１の元素としてのSiを含む第１の層が形成される。すなわち、ウエハ１４上（下地膜上）に１原子層未満から数原子層のSi含有層としてのシリコン層（Si層）が形成される。Si含有層は、DCSの化学吸着（表面吸着）層であってもよい。
【０１１２】
Siは、それ単独で固体となる元素である。
Si層とは、Siにより構成される連続的な層の他に、不連続な層や、これらが重なってできる薄膜も含むものである。Siにより構成される連続的な層を薄膜という場合もある。
DCSの化学吸着層とは、DCS分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層も含むものである。
【０１１３】
ウエハ１４上に形成されるSi含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ１１３での窒化の作用がSi含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ１４上に形成可能なSi含有層の最小値は１原子層未満である。このため、Si含有層の厚さは、１原子層未満から数原子層とするのが好ましい。
【０１１４】
ウエハ１４の温度及び処理室９０内の圧力等の条件を調整することにより、DCSガスが自己分解する条件、又は自己分解しない条件に設定することができ、これに応じて、ウエハ１４上に形成される層を調整することができる。
DCSガスが自己分解する条件下では、ウエハ１４上にSiが堆積することでSi層が形成される。一方、DCSガスが自己分解しない条件下では、ウエハ１４上にDCSが化学吸着することでDCSの化学吸着層が形成される。
【０１１５】
ウエハ１４上にSi層を形成する場合、ウエハ１４上にDCSの化学吸着層を形成する場合と比較して、成膜レートを高く（成膜速度を速く）することができる。
また、ウエハ１４上にSi層を形成する場合、ウエハ１４上にDCSの化学吸着層を形成する場合と比較して、より緻密な層を形成することができる。
【０１１６】
（ステップ１１２）
ステップ１１２では、Si含有層が形成された後、バルブ１１６ａを閉じ、処理室９０内へのDCSガスの供給を停止する。
このとき、排気管１４０のＡＰＣバルブ１４４は開いたままとして、真空ポンプ１４６により処理室９０内を真空排気し、処理室９０内に残留する未反応もしくはSi含有層形成に寄与した後のDCSガス（以下、これらを残留DCSガスと称す）を処理室９０内から排除する。
【０１１７】
この際、バルブ１０４ａ、バルブ１１２ａは開いた状態であり、バルブ１１６ａは閉じた状態となっている。このため、ガス溜め部１１４へのDCSの供給は維持されている。
【０１１８】
（ステップ１１３）
ステップ１１３では、NH3ガスを処理室９０内に供給する。これと並行して、ステップ１１２と同様に、DCSガスをガス溜め部１１４に溜めておく。
【０１１９】
具体的には、第２のガス供給管１０２ｂのバルブ１１２ｂを開き、第２のガス供給管１０２ｂ内にNH3ガスを流す。第２のガス供給管１０２ｂ内を流れたNH3ガスは、ＭＦＣ１１０ｂにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは、第２のノズル１００ｂのガス供給孔１２０ｂからバッファ室１３０内に供給される。
【０１２０】
このとき、第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２間に高周波電源１５８から整合器１５６を介して高周波電力を印加することで、バッファ室１３０内に供給されたNH3ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔１３２から処理室９０内に供給されつつ、排気管１４０から排気される。
【０１２１】
NH3ガスを供給する際、同時にバルブ１１２ｄを開き、不活性ガス供給管１０２ｄ内にN2ガスを流す。N2ガスは、NH3ガスとともに処理室９０内に供給されつつ、排気管１４０から排気される。
【０１２２】
NH3ガスをプラズマ励起し活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ１４４を適正に調整して、処理室９０内の圧力を例えば10〜100 Paの範囲内とする。
ＭＦＣ１１０ｂで制御するNH3ガスの供給流量は、例えば1000〜10000 sccmの範囲内とする。
NH3ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ１４を晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば2〜120秒間の範囲内とする。
このときの処理温度は、300〜600 ℃の範囲内となるように設定する。好ましくは350 ℃以下とする。
高周波電源１５８から第１の棒状電極１５０及び第２の棒状電極１５２間に印加する高周波電力は、例えば50〜1000 Wの範囲内となるように設定する。
【０１２３】
NH3ガスは反応温度が高く、上記のような処理温度、圧力では反応しづらい。このため、プラズマ励起することにより活性種としてからウエハ１４に供給するようにことで、本構成を有さない場合と比較して、処理温度を上述のように低い範囲とすることができる。
なお、NH3ガスを供給する際にプラズマ励起せず、ノンプラズマで熱的に活性化することも可能である。NH3ガスを熱的に活性化する場合、ヒータ８２の温度を適正に調整して処理温度を例えば600 ℃以上とし、ＡＰＣバルブ１４４を適正に調整して処理室９０内の圧力を例えば50〜3000 Paの範囲内とする。
【０１２４】
NH3ガスを熱により活性化させて反応させた場合、NH3ガスを他の方法により反応させた場合と比較して、NH3（N）と他の物質とを、穏やか（ソフト）に反応させることができる。
【０１２５】
一方、第１のガス供給管のバルブ１０４ａ、バルブ１１２ａは開いた状態であり、バルブ１１６ａは閉じた状態となっている。このため、ガス溜め部１１４内にDCSガスが流れている。
このように、処理室９０内へのNH3ガスの供給と並行して、ガス溜め部１１４内にDCSガスを溜めるようにする。
【０１２６】
つまり、このとき処理室９０内に流しているガスは、NH3ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（もしくは、処理室９０内圧力を高くすることで熱的に活性化されたNH3ガス）であり、DCSガスは処理室９０内には流していない。
したがって、NH3ガスは気相反応を起こすことはなく、活性種となった（もしくは活性化された）NH3ガスは、ステップ１１１でウエハ１４上に形成された第１の層としてのSi含有層の一部と反応する。これによりSi含有層は窒化されて、シリコン（第１の元素）及び窒素（第２の元素）を含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（SiN層）へと改質される。
【０１２７】
＜ステップ１１４＞
ステップ１１４では、第２のガス供給管１０２ｂのバルブ１１２ｂを閉じて、NH3ガスの供給を停止する。
このとき、排気管１４０のＡＰＣバルブ１４４は開いたままとして、真空ポンプ１４６により処理室９０内を真空排気し、処理室９０内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のNH3ガス（以下、これらを残留NH3ガスと称す）を処理室９０内から排除する。
【０１２８】
バルブ１１２ｄは開いたままとして、N2ガスの処理室９０内への供給を維持する。これにより、処理室９０内の残留NH3ガスを処理室９０内から排除する効果を高める。
【０１２９】
ステップ１１４の際も、ガス溜め部１１４へのDCSの供給を維持するようにしてもよい。
【０１３０】
＜ステップ１１５＞
上述したステップ１１１〜１１４を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う。これにより、ウエハ１４上に所定膜厚のSi（第１の元素）及びN（第２の元素）を含むSiN膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
【０１３１】
２サイクル目以降のステップ１１１においては、ＡＰＣバルブ１４４を閉じて排気を停止し、第１のガス供給管１０２ａのバルブ１１６ａのみを開けるようにする。これにより、ガス溜め部１１４に溜められたDCSが処理室９０内に供給される。
このような構成となっているため、ガス溜め部１１４を有さない場合と比較して、処理室９０内の圧力を速く上げることができる。
【０１３２】
また、ステップ１１２〜ステップ１１４の処理と並行して、ガス溜め部１１４にDCSガスを溜める構成となっているため、本構成を有さない場合と比較して、処理全体としてのスループットを上げることができる。
【０１３３】
成膜工程（Ｓ１１０）に先立って、H2、NH3、N2等いずれかのリモートプラズマにより、ウエハ１４を前処理するようにしてもよい。
【０１３４】
＜基板搬出工程（Ｓ１２２）＞
所定膜厚のSiN膜を形成する成膜処理がなされると、N2ガス等の不活性ガスが処理室９０内へ供給されつつ排気されることで、この処理室９０内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。続いて、処理室９０内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室９０内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【０１３５】
その後、ボートエレベータ４４によりシールキャップ４８が下降されて、反応管８４の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ１４がボート３８に支持された状態で反応管８４の下端から反応管８４の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、ウエハ移載装置３６ａは、処理済のウエハ１４をボート３８から取出し（ウエハディスチャージ）、冷却ステージ５０に載置する。
【０１３６】
ウエハ１４を冷却ステージ５０上に所定時間載置した後、ウエハ移載装置３６ａは、このウエハ１４を移載棚３０のカセット１６に収容する。その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１２）に示した手順とは逆の手順により、所望膜厚のSiN膜が形成されたウエハ１４を基板処理装置１０から搬出して、成膜処理工程を完了する。
【０１３７】
これにより、DCSガスとNH3ガスとを用いてウエハ１４の表面にSiN膜（初期SiN膜）が成膜される。
【０１３８】
本実施形態では、Si含有ガスとしてDCSガスを用いてSiN膜を形成する例について説明したが、これに限らず、Si含有ガスとしては、テトラクロロシラン（TCS：SiCl4）、モノシラン（SiH4）等の無機原料、及びアミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（4DMAS：(Si(N(CH3)2)4）、トリスジメチルアミノシラン（3DMAS：(Si(N(CH3)2)3H)、ビスジエチルアミノシラン（2DEAS：(Si(N(C2H5)2H2)、ビスターシャリーブチルアミノシラン（BTBAS：(SiH2(NH(C4H9))2)等の有機原料を用いてもよい。
【０１３９】
また、N含有ガスとしてNH3ガスを用いて説明したが、これに限らず、N2ガス、NF3ガス、N3H5ガス等を用いてもよく、また、これらのガスを、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスで希釈したものを用いてもよい。
【０１４０】
成膜工程におけるステップ１１３では、Si含有層の窒化反応は飽和させないようにしてもよい。
ステップ１１１で、例えば、数原子層のSi層を形成した場合は、その表面層（表面の１原子層）の少なくとも一部を窒化させるようにする。この場合、数原子層のSi層の全体を窒化させないように、Si層の窒化反応が非飽和となる条件下で窒化を行う。
【０１４１】
条件によって、数原子層のSi層の表面層から下の数層を窒化させることもできる。しかし、Si層の表面層だけを窒化させる方が、表面層から下の数層を窒化させる場合と比較して、SiN膜の組成比の制御性を向上させることができるため、好ましい。
【０１４２】
また、ステップ１１１で、例えば、１原子層又は１原子層未満のSi層を形成した場合は、そのSi層の一部を窒化させるようにする。この場合も、１原子層又は１原子層未満のSi層の全体を窒化させないように、Si層の窒化反応が非飽和となる条件下で窒化を行う。なお、Nは、それ単独では固体とはならない元素である。
【０１４３】
このとき、ステップ１１１における処理室９０内の圧力、又は、圧力及びガス供給時間を、化学量論的な組成を持つSiN膜（以下、量論的なSiN膜と称す）を形成する場合の条件よりも大きく、あるいは長くする。このように処理条件を設定し、量論的なSiN膜を形成する場合よりも、ステップ１１１におけるSiの供給量が過剰となるようにする。
【０１４４】
そして、このステップ１１１におけるSiの過剰供給により、ステップ１１３におけるSi含有層の窒化反応を飽和させないようにする。すなわち、量論的なSiN膜を形成する場合よりも、ステップ１１１で与えるSi原子の数を過剰とすることで、ステップ１１３でのSi含有層の窒化反応を抑制させる。このようにして、SiN膜の組成比を、化学量論的な組成に対しSiの方がNよりも過剰となるように制御する。
【０１４５】
もしくは反対に、ステップ１１３における処理室９０内の圧力、又は、圧力及びガス供給時間を、量論的なSiN膜を形成する場合の条件よりも小さく、あるいは短くする。このように処理条件を設定し、量論的なSiN膜を形成する場合よりも、ステップ１１３におけるNの供給量が不足するようにする。
【０１４６】
そして、このステップ１１３におけるNの不足供給により、ステップ１１３におけるSi含有層の窒化反応を飽和させないようにする。すなわち、量論的なSiN膜を形成する場合よりも、ステップ１１３で与えるN原子の数を不足させ、これにより、ステップ１１３でのSi含有層の窒化反応を抑制させる。このようにして、SiN膜の組成比を、化学量論的な組成に対しSiの方がNよりも過剰となるように制御する。
【０１４７】
上記実施形態においては、SiN膜を形成する例について説明したが、これに限らず、SiON膜、SiCN膜、SiOCN膜、SiBCN膜、BN膜、SiBN膜等を形成する場合にも適用することができる。
【０１４８】
また、本発明は色々な形態で実施され得るので、本発明の範囲は、上述の実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明は、１枚又は２〜３枚のウエハを収容する収容室を有する枚葉装置を用いて枚葉処理する場合についても適用可能である。
【０１４９】
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１５０】
本発明の態様によれば、基板上の第１の絶縁膜にCuダマシン配線を形成する第１の工程と、  前記基板上に第１の保護膜を形成する第２の工程と、前記第２の工程により形成された第１の保護膜をパターニングする第３の工程と、  前記第１の保護膜をマスクとして第１の絶縁膜を除去する第４の工程と、前記基板上に第２の保護膜を形成する第５の工程と、Cu配線間に空隙を残しつつ第２の絶縁膜を形成する第６の工程と、前記第６の工程により第２の絶縁膜が形成された前記基板上にCu配線と接続する接続孔を開口する第７の工程と、を有し、前記第３の工程は、前記接続孔と隣接するように設計された第１の絶縁膜を保護するようにパターニングする半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５１】
好ましくは、前記第３の工程は、第１の絶縁膜のうち幅が最小であるものの少なくとも３倍以上の幅を有する絶縁膜をさらに保護するようにパターニングする。
【０１５２】
本発明の他の態様によれば、第１の絶縁膜にCuダマシン配線が形成された基板上に第１の保護膜を形成する第１の工程と、前記第１の保護膜をパターニングし、一部が露出したCu配線及び残存する前記第１の保護膜をマスクとして前記第１の絶縁膜をエッチングして凹パターンが形成された前記基板上に第２の保護膜を形成する第２の工程と、前記基板上にCu配線間の空隙を残しつつ第２の絶縁膜を形成する第３の工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５３】
本発明の他の態様によれば、上記いずれか記載の半導体装置の製造方法を用いて製造される半導体装置が提供される。
【０１５４】
（１）本発明の他の態様によれば、配線層において、配線間の絶縁構造内にエアギャップを有する半導体装置の製造方法であって、
絶縁膜に接続孔及び配線用溝などの凹パターンを開口した後に、導体バリア膜及び導体膜を埋め込む工程（ａ）と、
前記凹パターン外部の導体膜をCMP法や電解研磨法で除去することで凹パターン内部に配線を形成する工程（ｂ）と、
半導体基板上に第１の絶縁膜バリアを形成した後、後続する接続孔開口工程において孔底に露出する部分の周辺の絶縁膜、及び少なくとも最小スペースの３倍以上の広がりをもつスペース部分の絶縁膜を保護するように、前記第１の絶縁膜バリアを残存させる工程（ｃ）と、
パターニングされた第１の絶縁膜バリアをマスクに露出した部分のうち、配線間スペースに存在する絶縁膜を除去する工程（ｄ）と、
表面に凹凸が形成された前記半導体基板上に、第２の絶縁膜バリアを良好な段差被覆性を持って形成する工程（ｅ）と、
前記半導体基板上に、配線間の空隙を残しつつ絶縁膜を形成する工程（ｆ）と、
絶縁膜形成後の表面の凹凸をCMP法や電界研磨法を用いて改善する工程（ｇ）と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５５】
（２）前記第１の絶縁膜バリア又は前記第２の絶縁膜バリアのうち少なくとも一方の厚さが、それらの下面で接する配線の高さの１０分の１以下である上記（１）記載の半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５６】
（３）前記第１の絶縁膜バリア又は前記第２の絶縁膜バリアのうち、少なくとも一方の成膜工程は、
NH3、N2、又はH2いずれかによるプラズマ処理を実施する工程（ｈ）と、
絶縁膜を成膜する工程（ｉ）と、
を有し、
工程（ｉ）は、原料ガスをパルス状に供給することにより１原子層以下の成膜を逐次的に行うALD法を用いるもの、１〜１０原子層の成膜を行うCVD法を間欠的に少なくとも１回以上用いるもの、ALD法又はCVD法による成膜と、反応性又は不活性ガスを導入しての後処理とのセットを少なくとも１回以上行うもの、のいずれかである上記（１）、（２）記載の半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５７】
（４）前記第１の絶縁膜バリア又は前記第２の絶縁膜バリアのうち、少なくとも一方の成膜工程は、基板をバッチ処理し、
NH3、N2、又はH2いずれかによるプラズマ処理を実施する工程（ｈ）と、
絶縁膜を成膜する工程（ｉ）と、
成膜後の半導体基板を急冷却する工程（ｊ）と、
を有する上記（１）、（２）記載の半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５８】
（５）工程（ｉ）は、ALD法を用いるもの、CVD法を間欠的に少なくとも１回以上用いるもの、ALD法又はCVD法による成膜と、反応性又は不活性ガスを導入しての後処理とのセットを少なくとも１回以上行うもの、のいずれかである上記（４）記載の半導体装置の製造方法が提供される。
【０１５９】
（６）工程（ｉ）は、350 ℃以下で行われる上記（３）〜（５）記載の半導体装置の製造方法が提供される。
【０１６０】
（７）好ましくは、前記第１の絶縁膜バリア及び前記第２の絶縁膜バリアのうち少なくとも一方は、SiN、SiON、SiCN、SiOCN、SiBCN、SiBN、及びBNのいずれかである上記（１）〜（６）記載の半導体装置の製造方法が提供される。
【０１６１】
（８）好ましくは、上記（１）〜（７）記載の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置が提供される。
【０１６２】
（９）上記（１）〜（８）記載の半導体装置の製造方法に供する半導体装置の製造装置であって、
前記第１の絶縁膜バリア又は前記第２の絶縁膜バリアの少なくとも一方の成膜に用いられる製造装置は、
NH3、N2、又はH2のうち少なくともいずれか１つのガスの導入が可能であり、かつ、これらのガス種を用いたプラズマ処理機能を有する半導体装置の製造装置が提供される。
【０１６３】
（１０）上記（１）〜（８）記載の半導体装置の製造方法に供する半導体装置の製造装置であって、
前記第１の絶縁膜バリア又は前記第２の絶縁膜バリアの少なくとも一方の成膜に用いられる製造装置は、
成膜後のボートダウン後の半導体基板の周囲雰囲気を冷却するための空冷、水冷、液冷機構、
及び、ボートダウン後の移載時に半導体基板を冷却するための空冷、水冷、液冷ステージをもつ搬送系機構、
のうち少なくともいずれかを有する半導体装置の製造装置が提供される。
【０１６４】
（１１）好ましくは、上記（９）〜（１０）記載の半導体装置の製造装置を用いて製造された半導体装置が提供される。
【０１６５】
（１２）本発明の他の態様によれば、半導体装置の配線層において、
（ａ）微細スペースで配線が隔てられており、かつ前記配線に対してその上方から接続孔が接続されていない場合には、前記配線に隣接する微細スペースに空隙が形成されており、かつ前記配線の上面に位置する絶縁膜バリアが前記微細スペース内では空隙の下方に位置し、
（ｂ）少なくとも最小寸法の２倍を超えるスペースで配線が隔てられている場合には、前記スペースに空隙は形成されておらず、かつ前記配線の上面に位置する絶縁膜バリア膜が前記の広いスペース部でも概ね配線上と同じ標高に位置し、
（ｃ）微細スペースで配線が隔てられており、かつ前記配線に対してその情報から接続孔が接続されている場合には、前記配線に隣接する微細スペースに空隙が形成されておらず、かつ前記配線の上面に位置する絶縁膜バリア膜が前記の広いスペース部でも概ね配線上と同じ標高に位置し、
（ｄ）前記の広いスペースの部分及び接続孔形成部周辺への空隙形成の防止のため、当該部分において、上記の連続する絶縁膜バリア膜の下方にパターニングされた別の絶縁膜バリアが存在する、
半導体装置、及び半導体装置のレイアウト方法が提供される。
【０１６６】
（１３）さらに、
（ｅ）少なくとも最小寸法の２倍を超えるスペースで配線が隔てられており、かつ前記配線に対してその上方から接続孔が接続されている場合には、当該部分で配線長方向及び配線幅方向が共に最小寸法の２倍以上となっており、
（ｆ）前記（ｅ）記載の配線のもう一方のスペースが最小寸法で形成されている場合には、当該スペースに空隙が形成されている、上記（１２）記載の半導体装置、及び半導体装置のレイアウト方法が提供される。
【０１６７】
（１４）半導体装置の配線層において、
配線層内の一部領域に空隙が形成されており、かつ配線幅が最小寸法の２倍以上の場合に、その部分に対し上方より接続する接続孔は、配線端部より内側に偏在している半導体装置、及び半導体装置のレイアウト方法が提供される。
【０１６８】
（１５）接続孔の周囲にパターニングされた別の絶縁膜バリアが存在し、かつその絶縁膜バリアが上方から見て被覆する当該配線内に収まっている上記（１４）記載の半導体装置、及び半導体装置のレイアウト方法が提供される。
【符号の説明】
【０１６９】
１０    基板処理装置
１４      ウエハ
１６    カセット
２８    カセット棚
３０    移載棚
３２    予備カセット棚
３４    カセット搬送装置
３６    ウエハ移載機構
３８    ボート
４０    処理炉
４８    シールキャップ
５０    冷却ステージ
８２    ヒータ
８４    反応管
９０    処理室
９４    回転軸
１００ａ、ｂ    ノズル
１０２ａ、ｂ    ガス供給管
１０２ｃ、ｄ    不活性ガス供給管
１０６    気化器
１１４    ガス溜め部
１３０    バッファ室
１４０    排気管
１４２    圧力センサ
１７０    コントローラ
２００、２３０    絶縁膜
２００ａ    幅広スペース
２００ｂ    微細スペース
２０２    バリアメタル
２０４    Cu膜
２０６    Cu配線
２０６ａ    幅広配線
２０８    接続面
２１０    ダマシン配線
２２０    第１のバリア膜
２２２    エッチバック領域
２２４    第２のバリア膜
２３２    エアギャップ
２３４    底面部
２４２    接続孔
２４４    孔底部
【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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