JP2008066498A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】埋め込み配線技術への適用が容易で、確実に大きな空洞を配線間に形成す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】基板１上に、ダミー膜３およびキャップ絶縁膜４をこの順に成膜し、当該キャップ絶縁膜４およびダミー膜３に溝パターンを形成する。溝パターンの内壁を覆う状態で薄膜状のバイパス形成膜６を成膜する。バイパス形成膜６を介して溝パターン内を埋め込む状態でバリアメタル層７、銅膜８を成膜し、これらを研磨することにより溝パターン内のみにこれらを残した埋込配線８ａを形成する。またバイパス形成膜６を露出させる。バイパス形成膜６をエッチング除去することにより、埋込配線８ａとキャップ絶縁膜４との間にダミー膜３に達する隙間をバイパスＳとして形成する。バイパスＳを介してダミー膜３をエッチング除去することにより、キャップ絶縁膜４の下方に空洞Ａを形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特には埋め込み配線を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法およびこれによって得られる半導体装置に関する。

半導体装置における配線構造は、層間絶縁膜に低誘電率膜を適用することにより、層間および線間の容量を低減させる事で配線の高速化をはかっている。その究極ともいえる空気を利用した低誘電率膜としてAir-Gapが注目されている。

例えばアルミニウム（Ａｌ）配線を使用した際のAir-Gap形成技術は、先ず、Ａｌ配線間にフォトレジスト等からなるダミー層を埋め込み成膜し、次にＡｌ配線が露出するまでダミー層を平坦化し、エッチバックで更にアスペクトを下げる。その後、ダミー層および配線上にブリッチ膜となるパッシベーション膜などの絶縁膜を積層し、この絶縁膜に対してダミー層に達する貫通孔を形成する。次に、この貫通孔からダミー層をエッチング除去して空洞（すなわちAir-Gap）を形成する手法が採用されている（例えば下記特許文献１参照）。

また、銅等からなる埋め込み配線を使用した際のAir-Gap形成技術としては、先ず、層間絶縁膜に形成した溝パターン内に埋め込み配線を形成した後、層間絶縁膜をダミー層としてエッチバック除去する、その後、カバレッジの悪い膜で埋め込み配線間を埋め戻して意図的に『す』形成させる事で、これをAir-Gapとする手法が報告されている（例えば下記非特許文献１参照）。

特開平８−３０６７７５号公報 「International Interconnect Technology Conference」、"Dual Damascene Process for Air-Gap Cu Interconnects Using Conventional CVD Films as Sacrificial Layers"、２００５年、p.174-176

近年、半導体装置の微細化、高集積化の更なる進展に伴い、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。このため、上述したようなAir-Gap形成技術の他にも、配線構造を維持した状態で確実にAir-Gapを形成することが可能な技術が求められている。

そこで本発明は、特に埋め込み配線技術への適用が容易で、確実に大きな空洞を配線間に形成す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。

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、次の工程を行うことを特徴としている。先ず、基板上に、ダミー膜およびキャップ絶縁膜をこの順に成膜し、当該キャップ絶縁膜およびダミー膜に溝パターンを形成する。次に、溝パターンの内壁を覆う状態で薄膜状のバイパス形成膜を成膜する。次いで、バイパス形成膜を介して前記溝パターン内を埋め込む状態で導電性材料膜を成膜する。その後、導電性材料膜を研磨することにより、溝パターン内のみに導電性材料膜を残した埋込配線を形成する。またこれにより埋込配線とキャップ絶縁膜との間にバイパス形成膜を露出させる。次いで、露出部分からバイパス形成膜をエッチング除去することにより、埋込配線とキャップ絶縁膜との間に、キャップ絶縁膜の下層のダミー膜に達する隙間をバイパスとして形成する。その後、バイパスを介してダミー膜をエッチング除去することにより、キャップ絶縁膜の下方に空洞を形成する。

このような製造方法では、埋込配線を形成した後に、埋込配線とキャップ絶縁膜との間に隙間を形成してバイパスとし、このバイパスからキャップ絶縁膜の下層のダミー膜をエッチング除去することで空洞が形成される。したがって、エッチング量に応じた大きさの空洞がキャップ絶縁膜の下層に形成され、このキャップ絶縁膜と空洞とからなる絶縁層によって埋込配線間が絶縁される。

また本発明は上記製造方法によって得られる半導体装置でもあり、基板上に、絶縁層と、当該絶縁層に設けた溝パターン内に埋め込まれた埋込配線とを備えた半導体装置において、絶縁層は、表面層を構成するキャップ絶縁膜と、当該キャップ絶縁膜の下層に形成された空洞とを備えている。そして、キャップ絶縁膜と前記埋込配線との間には前記空洞に連通する隙間状のバイパスが設けられていることを特徴としている。

以上説明したように本発明によれば、埋込配線間のキャップ絶縁膜下にエッチング量に応じた大きさの空洞を形成することができる。この結果、大きな空洞を含む絶縁層によって埋込配線間を絶縁し、埋込配線間の容量を低減して配線の高速化を図ることが可能になる。

次に、本発明の半導体装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図８には、本発明を適用した第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図を示す。以下、これらの断面工程図に従って第１実施形態を説明する。

先ず、図１（１）に示すように、半層体素子が形成された基板１上に、例えば酸化シリコンからなる下地絶縁膜２を形成する。ここでの図示は省略したが、この下地絶縁膜２には半導体素子に接続されたプラグが埋め込み形成されていることとする。次に、下地絶縁膜２上に、少なくともその一部が後で除去されるダミー膜３を成膜する。このダミー膜３は、最終的に一部分が残される場合も考慮し、絶縁性材料で構成されることが好ましい。例えばここでは、ダミー膜３として、ＣＶＤ法によってＨＳＱ（ハイドロシルセスキオキサン）膜を８０ｎｍの膜厚で成膜することとする。

次に、このダミー膜３上に、キャップ絶縁膜４を形成する。このキャップ絶縁膜４は、ダミー膜３のエッチングの際にエッチング選択比が低く抑えられる材料で構成されることとし、さらには比誘電率が低い材料であることが好ましい。このようなキャップ絶縁膜４として、一例としてＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜（比誘電率が２．５程度）を１３０ｎｍの膜厚で成膜することとする。

次に、図１（２）に示すように、キャップ絶縁膜４およびダミー膜３に、幅７５ｎｍ程度の配線溝５を溝パターンとして形成する。この際、先ず化学増幅型レジストを用いたＡｒＦエキシマレーザによるリソグラフィー技術によってレジストパターン（図示省略）を形成し、このレジストパターンをマスクにしてキャップ絶縁膜４およびダミー膜３を順にドライエッチングする。ＭＳＱからなるキャップ絶縁膜４およびＨＳＱからなるダミー膜３のドライエッチングともに、例えばＣＦ₄、ＣＨ₂Ｆ₂などのフロロカーボン系のエッチングガスにＯ₂を微量に添加した条件で加工するのが良い。尚、ドライエッチングによって配線溝５を形成した後には、レジストパターンを除去する。

次いで、図１（３）に示すように、配線溝５の内壁を含むキャップ絶縁膜４上に、超薄膜のバイパス形成膜６を成膜する。このバイパス形成膜６は、キャップ絶縁膜４および配線溝５の底部を構成する材料（ここでは下地絶縁膜２）に対して選択的に除去可能な材料で形成されることとする。またこのバイパス形成膜６は、配線溝５の内壁の上部を構成するキャップ絶縁膜４の側壁においては、少なくともキャップ絶縁膜４の厚み方向に連続し、その下部を構成するダミー膜３の側壁および配線溝５の底面には不連続な島状の成膜状態となるように、膜厚またはこれに対応する成膜時間が調整されることが好ましい。このような成膜状態（超薄膜）のバイパス形成膜６は、成膜時間を秒単位の極短時間に設定した、いわゆるフラッシュ成膜によって形成されることとする。

ここではバイパス形成膜６として、例えばスパッタ法によって、膜厚２ｎｍ程度の超薄膜でチタン（Ｔｉ）膜をフラッシュ成膜する。この際、例えばステージ温度を常温、成膜雰囲気内圧力を６７Ｐａ（０．５Torr）、ＤＣパワーを４ｋｗ、ＡＣバイアスを５００Ｗの成膜条件としたスパッタ法を行う。

図２には、このようにしてチタンからなるバイパス形成膜をフラッシュ成膜した配線溝５の側壁を正面から見た図を示す。この図に示すように、スパッタ法によるチタン膜のフラッシュ成膜では、配線溝５の側壁において、その上部におけるＴｉ粒子（図面上に黒点で示す）の堆積が下部よりも多い。そして、成膜条件（成膜時間など）を調整することにより、上部側壁においてはＴｉ粒子の付着が厚み方向に連続し、その下部側壁においてはＴｉ粒子の付着が不連続となって島状の成膜状態となっていることが確認される。また、配線溝５の上部側壁においても、Ｔｉ粒子が付着しておらず基板面方向に不連続な部分が発生していることがわかる。

以上の後には、図３（１）に示すように、異方性の高いエッチング方法により、キャップ絶縁膜４上および配線溝５底部のバイパス形成膜６をエッチング除去し、配線溝５の側壁のみにバイパス形成膜６を残す。この際、特にキャップ絶縁膜４の側壁においては、キャップ絶縁膜４の厚み方向に連続した状態でバイパス形成膜６を残すことが重要である。

尚、図３（１）の工程は、必要に応じて行えば良い。例えば、バイパス形成膜６をフラッシュ成膜した状態で、配線溝５の底部の露出面積が多く、次に成膜するバリアメタル層と配線溝５の底部の下地絶縁膜２との密着性が充分であり、かつバリアメタル層と下地絶縁膜２に形成されたプラグとの接続が充分であれば、本工程を行う必要はない。

また、図１（３）を用いて説明した工程では、バイパス形成膜６を連続膜として成膜しても良い。ただしこの場合、配線溝５の内壁の全面がバイパス形成膜６で覆われるため、図３（１）の工程を必ず行うことで、下地絶縁膜２およびこれに形成されたプラグ上からバイパス形成膜６を除去しておくことが重要である。

次に、図３（２）に示すように、配線溝５の側壁に残したバイパス形成膜６を介して配線溝５の内壁の全面を連続して覆う状態で、バリアメタル層７を成膜する。このバリアメタル層７は、バイパス形成膜６およびダミー膜４のエッチングに対して耐性を備えた材料で構成されることとする。このようなバリアメタル層７として、例えば、スパッタ法によってタンタル（Ｔａ）膜、もしくは窒化タンタル(ＴａＮ)膜等を成膜することとする。ここでは例えば、膜厚７ｎｍのＴａ膜からなるバリアメタル層７を成膜する。

以上の後には、スパッタ法によって銅薄膜を４５ｎｍ程度の膜厚でバリアメタル層７上に成膜し、次にこの銅薄膜をシード層とした電界メッキ法によって配線溝５内を完全に埋め込む膜厚で銅膜８を成膜する。

次に、図３（３）に示すように、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により、キャップ絶縁膜４上の銅膜８およびバリアメタル層７を除去する。また、キャップ絶縁膜４上にバイパス形成膜６が残っている場合には、これも除去する。これにより、配線溝５内のみに、バリアメタル層７を介して銅膜８が埋め込まれた状態で残した埋込配線８ａを形成する。またこれと同時に、配線溝５の内壁に形成されたバイパス形成層６を露出させる。

次いで、図４（１）に示すように、バイパス形成膜（Ｔｉ）６を、キャップ絶縁膜（ＭＳＱ）４およびバリアメタル層（ＴａまたはＴａＮ）７に対して選択的にエッチング除去する。このためここでは、希フッ酸を用いたウェットエッチングによってバイパス形成膜６を選択エッチングする。バイパス形成膜６のエッチングは、少なくともダミー膜３に達するまで行われることとする。これにより、キャップ絶縁膜４と埋込配線８ａとの間に、ダミー膜３にまで達する隙間をバイパスＳとして形成する。

その後、図４（２）に示すように、バイパスＳを介してダミー膜３をエッチング除去する。この際、キャップ絶縁膜（ＭＳＱ）４およびバリアメタル層（ＴａまたはＴａＮ）７に対して選択的に、ダミー膜（ＨＳＱ）３をエッチング除去する。ここでは、引き続き希フッ酸を用いたウェットエッチングによって、ダミー膜３をエッチング除去する。これにより、ダミー膜３を除去した部分に空洞（Air Gap）Ａを形成する。この際、バリアメタル層７は、配線溝５底部の下地絶縁膜２との密着性が充分であるため、バリアメタル層７および埋込配線８ａが基板１上から離脱することない。

尚、このエッチング工程では、ダミー膜３のエッチング量を制御することにより、空洞Ａの大きさをコントロールしながら行う。この際、ダミー膜３が全て除去されるまでエッチングを行っても良い。また、ダミー膜３の体積が大きい部分では、キャップ絶縁膜４を支持するためのダミー膜３を部分的に残すようにダミー膜３のエッチング量を制御しても良い。これにより、ダミー膜３の除去による構造の崩れを防止でき、構造強度を強化することができる。

以上の後には、必要に応じてさらに上層の埋込配線を形成する。例えば上層にデュアルダマシン構造の埋込配線を形成する場合には、次のように行う。

先ず、図５（１）に示すように、キャップ絶縁膜４上に、拡散防止膜１１、層間絶縁膜１２、ダミー膜１３、キャップ絶縁膜１４、第１ハードマスク層１５、および第２ハードマスク層１６をこの順に成膜する。

このうち拡散防止膜１１は、埋込配線８ａを構成する銅の拡散を防止するための膜であり、例えばＳｉＣＮ膜を３５ｎｍ程成の膜厚で成膜する。この上層の層間絶縁膜１２は、接続孔部分を構成する層間絶縁膜１２として成膜され、ダミー膜１３のエッチングに対する耐性を有する材料で構成されることとする。このため例えば、層間絶縁膜１２として、ＭＳＱ膜を８５ｎｍの膜厚で成膜する。その後、ダミー膜１３として例えばＨＳＱ膜を８０ｎｍの膜厚で成膜し、さらにキャップ絶縁膜１４として例えばＭＳＱ膜を１３０ｎｍの膜厚で成膜する。さらにこの上部の第１ハードマスク層１５として、プラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜（Ｐ-ＳｉＮ）を５０ｎｍの膜厚で成膜し、第２ハードマスク層１６としてプラズマＣＶＤ法による酸化シリコン膜（Ｐ-ＳｉＯ₂）を５０ｎｍの膜厚で成膜する。

次に、第２ハードマスク層１６に配線溝パターンを形成し、また第１ハードマスク層１５に接続孔パターンを形成する。そして、これらのパターンが形成された第２ハードマスク層１６および第１ハードマスク層１５上から、下層の絶縁膜のエッチングを行う。

これにより、図５（２）に示すように、キャップ絶縁膜１４およびダミー膜１３に配線溝１７ａを形成すると共に、層間絶縁膜１２および拡散防止膜１１に下層の埋込配線８ａに達する接続孔１７ｂを形成し、配線溝１７ａの底部から接続孔１７ｂを掘下げたデュアルダマシン構造の溝パターンを形成する。ここでは、このようなデュアルダマシン構造の形成手順が限定されることはなく、配線溝１７ａを形成してその底部に接続孔１７ｂを形成する先溝法、接続孔１７ｂを形成してその上部に配線溝１７ａを形成する先ヴィア法、さらにはその他の手順によってデュアルダマシン構造を形成しても良い。

例えば先ヴィア法であれば、レジストパターンをマスクにしたエッチングによって第２ハードマスク（１６）に配線溝パターンを形成する。次に、別のレジストパターンをマスクにしたエッチングによって第１ハードマスク（１５）に接続孔パターンを形成する。これらのレジストパターンの形成は、化学増幅型レジストを用いたＡｒＦエキシマレーザによるリソグラフィー技術によって行う。その後、第１ハードマスク１５上からのエッチングによって埋込配線８ａに達する接続孔１７ｂを形成し、次に第２ハードマスク１８上からのエッチングによって接続孔１７ｂの上方開口幅を広げるように配線溝１７ａを形成する。

次に、図６（１）に示すように、配線溝１７ａおよび接続孔１７ｂの内壁に、バイパス形成膜２１を形成する。このバイパス形成膜２１は、キャップ絶縁膜（ＭＳＱ）１４および層間絶縁膜（ＭＳＱ）１２に対して選択的に除去可能な材料で形成されることとする。さらに、バイパス形成膜２１は、拡散防止膜（ＳｉＣＮ）、埋込配線８ａを構成する銅およびバリアメタル層（ＴａまたはＴａＮ）７に対して選択的に除去可能な材料であることが好ましい。

またこのバイパス形成膜２１は、図１（３）を用いて説明したバイパス形成膜（６）と同様に、配線溝１７ａの内壁の上部を構成するキャップ絶縁膜１４の側壁においては、少なくともキャップ絶縁膜１４の厚み方向に連続し、その下部を構成するダミー膜１３の側壁および配線溝１７ａの底面には不連続な島状の成膜状態となるように成膜されることとする。

そこでここでは、図１（３）を用いて説明したバイパス形成膜（６）と同様のスパッタ法により、膜厚２ｎｍ程度の超薄膜でチタン（Ｔｉ）膜からなるバイパス形成膜２１をフラッシュ成膜する。尚、成膜条件も同様であって良い。

以上の後には、図３（１）〜図４（２）を用いて説明した工程を繰り返し行う。

すなわち先ず、図６（２）に示すように、異方性の高いエッチング方法により、キャップ絶縁膜１４上、さらには配線溝１７ａおよび接続孔１７ｂ底部のバイパス形成膜２１をエッチング除去し、少なくとも配線溝１７ａの側壁にバイパス形成膜２１を残す。この際、特にキャップ絶縁膜１４の側壁においては、キャップ絶縁膜１４の厚み方向に連続した状態でバイパス形成膜２１を残すことが重要である。また接続孔１７ｂの側壁のバイパス形成膜２１は除去されても良い。

尚、図６（２）の工程は、必要に応じて行えば良い。例えば、バイパス形成膜２１をフラッシュ成膜した状態で、配線溝１７ａの底部および接続孔１７ｂの内壁の露出面積が多く、次に成膜するバリアメタル層とこれらの面との密着性が充分であり、かつ接続孔１７ｂの底部の露出面積が多く、次に成膜するバリアメタル層と下層の埋込配線８ａとの接続が充分であれば、本工程を行う必要はない。

また、図６（１）を用いて説明した工程では、バイパス形成膜２１を連続膜として成膜しても良い。この場合、配線溝１７ａおよび接続孔１７ｂの内壁の全面がバイパス形成膜２１で覆われた状態となる。このため、図６（２）の工程を必ず行うことで、配線溝１７ａや接続孔１７ｂの底部のバイパス系成膜２１を除去することが重要である。

次いで、図７（１）に示すように、バイパス形成膜１６を介して配線溝１７ａおよび接続孔１７ｂの内壁の全面を連続して覆う状態で、バリアメタル層２２を成膜する。その後、スパッタ法によって銅薄膜を成膜し、これをシード層とした電界メッキ法によって配線溝１７ａおよび接続孔１７ｂ内を完全に埋め込む膜厚で銅膜２３を成膜する。この工程は、図３（２）を用いて説明したと同様に行われる。

次に、図７（２）に示すように、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により、キャップ絶縁膜１４上の銅膜２８およびバリアメタル層２２を除去する。また、キャップ絶縁膜１４上にバイパス形成膜２１が残っている場合には、これも除去する。これにより、配線溝１７ａおよび接続孔１７ｂ内のみに、バリアメタル層２２を介して銅膜２３が埋め込まれた埋込配線２３ａを形成する。またこれと同時に、配線溝１７ａの内壁に形成されたバイパス形成層２１を露出させる。

その後、図８（１）に示すように、バイパス形成膜（Ｔｉ）２１を、キャップ絶縁膜（ＭＳＱ）１４およびバリアメタル層（ＴａまたはＴａＮ）２２に対して選択的にエッチング除去する。このためここでは、希フッ酸を用いたウェットエッチングによってバイパス形成膜６を選択エッチングする。バイパス形成膜２１のエッチングは、少なくともダミー膜１３に達するまで行われることとする。これにより、キャップ絶縁膜１４と埋込配線２３ａとの間に、ダミー膜１３にまで達する隙間をバイパスＳとして形成する。

その後、図８（２）に示すように、バイパスＳを介してダミー膜１３をエッチング除去する。この際、キャップ絶縁膜（ＭＳＱ）１４およびバリアメタル層（ＴａまたはＴａＮ）２２に対して選択的に、ダミー膜（ＨＳＱ）１３をエッチング除去する。ここでは、引き続き希フッ酸を用いたウェットエッチングによって、ダミー膜１３をエッチング除去する。これにより、ダミー膜１３を除去した部分に空洞（Air Gap）Ａを形成する。この際、バリアメタル層２２は、配線溝１７ａ底部の層間絶縁膜１２との密着性が充分であるため、バリアメタル層２２および埋込配線２３ａが基板１上から離脱することない。

尚、このエッチング工程では、ダミー膜１３のエッチング量を制御することにより、空洞Ａの大きさをコントロールしながら行う。この際、ダミー膜１３が全て除去されるまでエッチングを行っても良い。また、ダミー膜１３の体積が大きい部分では、キャップ絶縁膜１４を支持するためのダミー膜１３を部分的に残すようにダミー膜１３のエッチング量を制御しても良い。これにより、ダミー膜１３の除去による構造の崩れを防止でき、構造強度を強化することができる。

以上の後には、さらに必要に応じてさらに上層の埋込配線を形成する。

以上のようにして、基板１上に、キャップ絶縁膜４，１４とその下層の空洞Ａとで構成された絶縁層に、埋込配線８ａ，２３ａが形成された半導体装置が得られる。この半導体装置は、キャップ絶縁膜４，１４と埋込配線８ａ，２３ａとの間に、空洞Ａに連通する隙間状のバイパスＳが設けられたものとなる。

以上説明した製造方法では、図４（２）および図８（２）を用いて説明したように、埋込配線８ａとキャップ絶縁膜４との間、埋込配線２３ａとキャップ絶縁膜１４との間に隙間を形成してバイパスＳとし、このバイパスＳ部分からキャップ絶縁膜４，１４の下層のダミー膜３，１３をエッチング除去することで空洞Ａを形成する構成である。このため、ダミー膜３，１３のエッチング量に応じた大きさの空洞Ａをキャップ絶縁膜４，１４の下層に形成することができる。そして、キャップ絶縁膜４と空洞Ａとからなる絶縁層によって埋込配線８ａ間が絶縁される。またキャップ絶縁膜１４と空洞Ａと備えた絶縁層によって埋込配線２３ａ間が絶縁される。

これにより埋込配線８ａ，２３ａ間を大きな空洞Ａを含む絶縁層で絶縁し、埋込配線８ａ，２３ａ間の容量を低減して配線の高速化を図ることが可能になる。

＜第２実施形態＞
本第２実施形態は、第１実施形態と同様の工程手順において、一部の層の材質を変更した実施形態である。

すなわち、第１実施形態の製造方法においては、ダミー膜３，１３をＨＳＱ、キャップ絶縁膜４，１４をＭＳＱ、バイパス形成膜６，２１をチタンで形成する手順を例示した。しかしながら、上述した手順で空銅Ａを形成する製造方法においては、これらの膜はＲＩＥなどのドライエッチングの制御性が良好で、かつダミー膜３，１３およびバイパス形成膜６，２１の異方性エッチングにおける選択的が良好であれば、このような材料に限定されることはない。

一例として本第２実施形態においては、上述した第１実施形態の構成においてＨＳＱからなるダミー膜３，１３をＰＡＥ（ポリアリールエーテル）からなるものに変更した構成を示す。

本構造を適用した場合には、ＭＳＱからなるキャップ絶縁膜４，１４と、ＰＡＥからなるダミー膜３，１３のエッチングは選択性が取れるよう、ガス種類を変えて行う。例えば、ＭＳＱからなるキャップ絶縁膜４，１４のエッチングは、ＣＦ₄、ＣＨ₂Ｆ₂などのフロロカーボン系のエッチングガスにＯ₂を微量に添加した条件で加工し、ＰＡＥからなるダミー膜３，１３のエッチングは、アンモニアガス（ＮＨ₃）、または窒素ガス／水素ガス（Ｎ₂／Ｈ₂）、または窒素ガス／酸素ガス（Ｎ₂／Ｏ₂）で行う。尚、ドライエッチングによって配線溝５を形成した後には、レジストパターンを除去する。

また、図４（２）や図８（２）を用いて説明した空洞Ａの形成においては、上記エッチングガスを用いたドライエッチングにより、キャップ絶縁膜（ＭＳＱ）４，１４およびバリアメタル層（ＴａまたはＴａＮ）７，２２に対して選択的にＰＡＥからなるダミー膜３，１３を除去する。尚、この工程では、チタンからなるバイパス形成膜６，２１がエッチング除去されることはない。

このような第２実施形態の製造方法であっても、埋込配線８ａ，２３ａ間を大きな空洞Ａを備えた絶縁層で絶縁し、埋込配線８ａ，２３ａ間の容量を低減して配線の高速化を図ることが可能になる。

尚、上述した第１実施形態と第２実施形態とは、組み合わせて行うことができる。すなわちダミー膜３，１３は、同一の材質で構成される必要はなく、他層に対して選択的にエッチング除去できれば、ダミー膜３とダミー膜１３とをそれぞれ別の材質で構成しても良い。

実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。 チタンをフラッシュ成膜した配線溝の正面図である。 実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。 実施形態の製造方法を示す断面工程図（その３）である。 実施形態の製造方法を示す断面工程図（その４）である。 実施形態の製造方法を示す断面工程図（その５）である。 実施形態の製造方法を示す断面工程図（その６）である。 実施形態の製造方法を示す断面工程図（その７）である。

符号の説明

１…基板、３，１３…ダミー膜、４，１４…キャップ絶縁膜、５，１７ａ…配線溝（溝パターン）、６，２１…バイパス形成膜、７，２２…バリアメタル層（導電性材料膜）、８，２３…銅膜（導電性材料層）、８ａ，２３ａ…埋込配線、１７ｂ…接続孔（溝パターン）、Ａ…空洞、Ｓ…隙間

Claims (7)

1. 基板上に、ダミー膜およびキャップ絶縁膜をこの順に成膜し、当該キャップ絶縁膜およびダミー膜に溝パターンを形成する工程と、
   前記溝パターンの内壁を覆う状態で薄膜状のバイパス形成膜を成膜する工程と、
   前記バイパス形成膜を介して前記溝パターン内を埋め込む状態で前記バイパス形成膜上に導電性材料膜を成膜する工程と、
   前記導電性材料膜を研磨することにより前記溝パターン内のみに当該導電性材料膜を残した埋込配線を形成すると共に前記バイパス形成膜を露出させる工程と、
   前記バイパス形成膜をエッチング除去することにより前記埋込配線と前記キャップ絶縁膜との間に前記ダミー膜に達する隙間をバイパスとして形成する工程と、
   前記バイパスを介して前記ダミー膜をエッチング除去することにより、前記キャップ絶縁膜の下方に空洞を形成する工程とを行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記ダミー膜を絶縁性材料で構成し、当該ダミー膜をエッチング除去する量を調整することにより、前記キャップ絶縁膜と空洞とダミー膜とからなる絶縁層の誘電率および構造強度を調整する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記バイパス形成膜を成膜する工程では、前記溝パターンの上部で前記キャップ絶縁膜の膜厚方法に連続すると共に当該溝パターンの下部で不連続膜となる超薄膜状に当該バイパス形成膜を成膜する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記バイパス形成膜を成膜した後、前記導電性材料膜を成膜する前に、前記溝パターン底部における当該バイパス形成膜を部分的に除去する工程を行う
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記空洞を形成する工程では、前記導電性材料膜およびキャップ絶縁膜に対して選択的に前記バイパス形成膜をエッチング除去する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記バイパスの形成と前記空洞の形成とは、同一工程で連続して行われる
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 基板上に、絶縁層と、当該絶縁層に設けた溝パターン内に埋め込まれた埋込配線とを備えた半導体装置において、
   前記絶縁層は、表面層を構成するキャップ絶縁膜と、当該キャップ絶縁膜の下層に形成された空洞とを備え、
   前記キャップ絶縁膜と前記埋込配線との間には前記空洞に連通する隙間状のバイパスが設けられている
   ことを特徴とする半導体装置。
   

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