JP4207303B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、詳しくは０．２５μｍ世代以降のデバイスプロセスに用いられる多層配線構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化にともなって、配線の微細化、配線ピッチの縮小化が必要となっている。また、同時に、低消費電力化および高速化などの要求にともない、層間絶縁膜の低誘電率化および配線の低抵抗化が必要になってきた。特にロジック系のデバイスでは、微細配線による抵抗の上昇、配線容量の増加がデバイスの速度劣化につながるため、低誘電率膜を層間絶縁膜に用いた多層配線が必要となっている。
【０００３】
配線幅の微細化、配線ピッチの縮小化は、配線自体の縦横比を大きくするだけでなく、配線間のスペース（空いている部分）のアスペクト比を大きくし、結果として、縦に細長い配線を形成する技術、微細な配線間を層間絶縁膜で埋め込む技術などに負担がかかり、プロセスを複雑にすると同時に、プロセス数の増大を招いている。
【０００４】
またリフロースパッタリングによって、アルミニウム系金属または銅系金属で接続孔と配線溝とを同時に埋め込んだ後、化学的機械研磨（以下、ＣＭＰという、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の略）法によって、接続孔および配線溝が形成されている層間絶縁膜上の余分な金属を除去するダマシンプロセスでは、高アスペクト比の金属配線をエッチングで形成することも、配線間の狭隙を層間絶縁膜で埋め込む必要もなく、大幅にプロセス数を減らすことが可能である。このプロセスは、配線アスペクト比が高くなるほど、また配線総数が増大するほど、総コストの削減に大きく寄与する。
【０００５】
一方、層間絶縁膜の低誘電率化は、配線間の容量を低減するが、０．１８μｍルール以下のデバイスに適用される、比誘電率が２．５以下の膜は、従来のデバイスに用いられている、酸化シリコン膜と膜質が大きく異なり、それらの低誘電率膜に対応したプロセス技術が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
層間絶縁膜の材料として、比誘電率が２．０以下が期待できるキセロゲルを採用することが注目されている。このキセロゲルはシリカゲルという名称で乾燥剤に使われるなど、一般に広く知られた材料である。このキセロゲルを半導体装置へ応用するには、様々な信頼性に対する要求のため、現状では半導体装置に適用することは困難である。すなわち、キセロゲルはその体積の５０％〜９０％が気泡であり、比誘電率が２．５以上の有機ポリマーと比較して、機械的強度、耐湿性、密着性などに問題があり、配線構造の信頼性を確保することが困難であった。
【０００７】
また、キセロゲルのような酸化シリコン系の材料で層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成するには、層間絶縁膜の中間層として、従来は酸化シリコンに対してエッチングマスクとなる窒化シリコン膜を設けていた。ところが、窒化シリコン膜は比誘電率の高い材料であるため、層間絶縁膜の実効的な比誘電率を高めることになっていた。その結果、配線層間容量の増大を招いていた。
【０００８】
また層間絶縁膜上に形成した有機膜上に、配線溝を形成するための配線溝パターンを形成したエッチングマスクを形成する場合、接続孔を形成するための接続孔パターンを形成したエッチングマスクとを形成する場合に、それぞれのエッチングマスクをレジストで形成すると、下地の有機膜を損傷することなくレジストの再生処理を行うことが困難となる。すなわち、有機膜とレジストのエッチング特性が類似しているために、レジスト膜を再生処理する際にレジスト膜を除去すると、同時に有機膜も除去されてしまう。そのため、パターニングに失敗したレジストマスクを除去して新たなるレジストマスクを形成しなおすというレジストの再生処理を行うことが困難であった。また、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とで上記エッチングマスクを形成すると、キセロゲルからなる層間絶縁膜をエッチングする際に、エッチングマスクも同時にエッチングされてエッチングマスクとしての機能を果たさなくなる可能性があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体装置およびその製造方法である。
【００１０】
半導体装置は、キセロゲル膜を含む層間絶縁膜を備えたもので、その層間絶縁膜は、キセロゲル膜からなる第１の絶縁膜と、この第１の絶縁膜上に形成した第１の有機絶縁膜と、この第１の有機絶縁膜上に形成したものでキセロゲルからなる第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成した第２の有機絶縁膜と、前記第２の有機絶縁膜上に形成した無機膜からなり、前記無機膜から第２の絶縁膜にわたって形成された配線溝と、この配線溝の底部に少なくとも接続するもので第１の有機絶縁膜から第１の絶縁膜にわたって形成された接続孔とを備えたものである。
【００１１】
上記半導体装置では、層間絶縁膜がキセロゲルからなる第１の絶縁膜と第１の有機絶縁膜とキセロゲルからなる第２の絶縁膜とから形成されていることから、第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜によりキセロゲルからなる第１の絶縁膜、第２の絶縁膜の機械的強度を補強している。また第１の絶縁膜の上部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜に防ぎ、また第２の絶縁膜の上部および下部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜により防ぐことが可能になる。さらに第１の有機絶縁膜により、キセロゲルからなる第２の絶縁膜の下地に対する密着性が向上する。
【００１２】
また、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間に第１の有機絶縁膜を形成したことから、この第１の有機絶縁膜は第１の絶縁膜に接続孔を形成する際にエッチングマスクとして機能する。このようにエッチングマスクとして機能する膜を有機絶縁膜で形成しているので、従来の窒化シリコン膜よりなるエッチングマスクよりも比誘電率を低減することが可能となり、層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が小さくなる。したがって、層間絶縁膜にキセロゲルを用いて比誘電率を低減するようにした効果が十分に引き出される。
【００１３】
半導体装置の製造方法は、基体上にキセロゲルからなる第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜上に第２の有機絶縁膜を形成する工程と、第２の有機絶縁膜上に、上層に配線溝パターンを形成するとともに下層に接続孔パターンを形成する無機膜を設ける工程と、無機膜をマスクにしたエッチングにより第２の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とに接続孔パターンを転写して開口部を形成する工程と、無機膜をマスクにして第２の有機絶縁膜をエッチングし配線溝パターンを転写して配線溝の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜をマスクにして第１の有機絶縁膜をエッチングし接続孔パターンを転写して接続孔の上部を形成する工程と、第２の有機絶縁膜をマスクにして第２の絶縁膜をエッチングし配線溝を形成するとともに、第１の有機絶縁膜をマスクにして第１の絶縁膜をエッチングし接続孔を形成する工程とを備えている。
【００１４】
上記半導体装置の製造方法では、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間に第１の有機絶縁膜を形成して、第１の絶縁膜に接続孔を形成する際のエッチングマスクとしてその第１の有機絶縁膜を用いていることから、従来のような窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低くすることができる。したがって、従来の製造方法よりもエッチングマスクによる層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が抑制される。
【００１５】
また第２の有機絶縁膜上に無機膜を形成する際に、無機膜に配線溝パターンを形成した後、接続孔パターンを形成することにより、配線溝パターン、接続孔パターンを形成する際に用いるレジストプロセスにおいて、レジストの再生処理を行うことが可能になる。すなわち、配線溝パターンを形成する際には、無機膜の下層が残っていて下地の第２の有機絶縁膜を覆っているために、また接続孔パターンを形成する際には、少なくとも下層の無機膜が残っているために、第２の有機絶縁膜を無機膜で覆った状態で、無機膜上に配線溝パターンおよび接続孔パターンを形成するためのマスクとなるレジスト膜を形成することが可能になる。そのため、たとえレジストパターニングを失敗しても、無機膜の下地である第２の有機絶縁膜を損傷することなく、パターニングに失敗したレジスト膜を除去して新たなレジスト膜を成膜し、そのレジスト膜をパターニングして再度レジストマスクを形成することが可能になる。
【００１６】
さらに無機膜をマスクにして第２の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とをエッチングして接続孔パターンを転写する工程を備えていることから、第１の有機絶縁膜上まで接続孔パターンが転写されて開口されている。そのため、無機膜に形成されている配線溝パターンを第２の有機絶縁膜に転写するエッチングの際に、同時に第２の絶縁膜をマスクにして第１の有機絶縁膜に接続孔パターンを転写することが可能になる。
【００１７】
無機膜をマスクにして第２の有機絶縁膜をエッチングし配線溝パターンを転写して配線溝の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜をマスクにして第１の有機絶縁膜をエッチングし接続孔パターンを転写して接続孔の上部を形成する工程とを備えていることから、第２の絶縁膜に配線溝を形成する際のエッチングマスクとして第２の有機絶縁膜を用いることが可能になり、また第１の有機絶縁膜を第１の絶縁膜に接続孔を形成する際のエッチングマスクに用いることが可能となる。それによって、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜とをエッチングマスクに用いて同時にエッチングすることが可能となる。また、第２の有機絶縁膜の下地はキセロゲルの第２の絶縁膜であり、第１の有機絶縁膜の下地はキセロゲルの第１の絶縁膜となっていることから、第２，第１有機絶縁膜のエッチングでは、第２，第１の絶縁膜がエッチングストッパとなって、そのエッチングを停止させている。
【００１８】
また第２の有機絶縁膜をマスクに用いて第２の絶縁膜をエッチングし、配線溝を形成するとともに、第１の有機絶縁膜をマスクにして第１の絶縁膜をエッチングし、接続孔を形成する工程とを備えていることから、このエッチングでは、配線溝と接続孔とが同時に形成される。また第２の絶縁膜の下地が第１の有機絶縁膜となっているため、第１の有機絶縁膜がエッチングストッパとなって、配線溝を形成するためのエッチングは第１の有機絶縁膜上で停止される。
【００１９】
キセロゲルからなる第１の絶縁膜とキセロゲルからなる第２の絶縁膜との間に第１の有機絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上に第２の有機絶縁膜を形成することから、第１の絶縁膜および第２の絶縁膜の機械的強度が第１の有機絶縁膜および第２の有機絶縁膜によって補強される。また第１の絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成することから、第１の絶縁膜の上部より侵入しようとする水分が阻止され、第１の有機絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、その上に第２の有機絶縁膜を形成することから、第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜により第２の絶縁膜の上下より侵入しようとする水分が阻止される。さらに第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成することから、第２の絶縁膜の下地に対する密着性が高められる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置に係わる実施の形態の一例を、図１の概略構成図によって説明する。
【００２１】
図１に示すように、一例として、基板５１上に半導体素子（図示省略）が形成され、それを覆う層間絶縁膜５２中に配線５３、プラグ（図示省略）等が形成された基体１１を用いる。なお、基体１１は上記構成に限定されることはなく他の構成であってもよい。
【００２２】
上記基体１１上には、層間絶縁膜１２の下層部分となる第１の絶縁膜１３が形成されている。この第１の絶縁膜１３は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さのキセロゲルからなる。上記キセロゲルは、一例として、ナノグラス社が開発したNanoporous Silica を用いている。このNanoporous Silica は、ポーラスシリカの１種であり、上記Nanoporous Silica に使用は限定されない。すなわち、芳香族などの比較的高分子のアルキル基を有するシラノール樹脂をウエハ上に塗布し、それをゲル化させ、シランカップリング剤もしくは水素化処理により疎水化処理を行って形成したものであれば、どのようなキセロゲルであってもよい。
【００２３】
なお、必要に応じて、配線５３と第１の絶縁膜１３との間には、拡散防止層（図示省略）が形成されている。この拡散防止層は、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さの窒化シリコン膜もしくは炭化シリコン膜で形成されていて、特に、配線５３が銅もしくは銅合金で形成されている場合に必要となる。
【００２４】
上記第１の絶縁膜１３上には第１の有機絶縁膜１４が形成されている。この第１の有機絶縁膜１４は、一例として、ポリアリールエーテルと総称される有機ポリマーで形成されている。このポリアリールエーテルには、例えばアライドシグナル社製のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等がある。
【００２５】
上記第１の有機絶縁膜１４上には層間絶縁膜１２の上層部分となる第２の絶縁膜１５が形成されている。この第２の絶縁膜１５は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さのキセロゲルで形成されている。
【００２６】
上記第２の絶縁膜１５上には、第２の有機絶縁膜１６が形成されている。この第２の有機絶縁膜１６は、例えば上記第１の有機絶縁膜と同様なる材料で形成されている。
【００２７】
なお、上記第１、第２の有機絶縁膜１４、１６は、フッ素樹脂、ＢＣＢ膜、ポリイミド膜、アモルファスカーボン膜などで形成されていてもよい。フッ素樹脂の一例としては、フルオロカーボン膜（環状フッ素樹脂、テフロン（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン〔例えば、デュポン社製：テフロンＡＦ（商品名）〕、フッ化アリールエーテルもしくはフッ化ポリイミドを用いることができる。なお、上記アモルファステフロンはテフロンＡＦに限定されることはなく、下記の化学式（１）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００２８】
【化１】
【００２９】
またシクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂〔例えばサイトップ（商品名）〕を用いることも可能である。シクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂は上記サイトップに限定されることはなく、下記の化学式（２）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００３０】
【化２】
【００３１】
また上記フッ化ポリアリルエーテル系樹脂は上記ＦＬＡＲＥに限定されることはなく、下記の化学式（３）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００３２】
【化３】
【００３３】
そして上記第２の有機絶縁膜１６から第２の絶縁膜１５にかけて配線溝３１が形成され、第１の有機絶縁膜１４から第１の絶縁膜１３にかけて接続孔３２が形成されている。
【００３４】
上記配線溝３１および上記接続孔３２の各内壁には、窒化タンタル等のバリアメタル層３３が形成されている。さらに配線溝３１内にバリアメタル層３３を介して金属からなる配線３４が形成され、接続孔３２内にバリアメタル層３３を介して金属からなるプラグ３５が形成されている。当然のことながら、上記配線３４とプラグ３５とは例えば銅からなり一体に形成されている。
【００３５】
上記説明では、第２の有機絶縁膜１６を設けた構成としたが、この第２の有機絶縁膜１６を除去した構成としてもよく、また第２の有機絶縁膜１６上にエッチングマスクおよび研磨ストッパとして用いた無機膜（図示省略）を残した構成としてもよい。その構成では、配線溝３１は無機膜から第２の絶縁膜１５にかけて形成され、その配線溝３１に配線３４が形成される構成となる。
【００３６】
なお、図示はしないが、上記構成の配線構造を多層に形成して多層配線を構成することも可能である。
【００３７】
上記半導体装置では、第１の絶縁膜１３および第２の絶縁膜１５がキセロゲルからなり、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４が形成され、第２の絶縁膜１５上に第２の有機絶縁膜１６が形成されていることから、第１の有機絶縁膜１４、第２の有機絶縁膜１６によりキセロゲルからなる第１の絶縁膜１３、第２の絶縁膜１５の機械的強度を補強している。また第１の絶縁膜１３の上部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜１４に防ぎ、また第２の絶縁膜１５の上部および下部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜１４、第２の有機絶縁膜１６により防ぐことが可能になる。さらに第１の有機絶縁膜１４により、キセロゲルからなる第２の絶縁膜１５の下地に対する密着性が向上する。
【００３８】
また、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４を形成したことから、この第１の有機絶縁膜１４は第１の絶縁膜１３に接続孔３２を形成する際にエッチングマスクとして機能する。このようにエッチングマスクとして機能する膜を有機絶縁膜で形成しているので、従来の窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低減することが可能となり、層間絶縁膜１２の全体の実効的な比誘電率の上昇が小さくなる。したがって、低誘電率（比誘電率≒２．０）を有するキセロゲルを層間絶縁膜１２に用いる効果を十分に引き出すことが可能になる。
【００３９】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態を、図２の製造工程図によって説明する。
【００４０】
図２の（１）に示すように、基体１１は、一例として、基板５１上に半導体素子（図示省略）が形成され、それを覆う層間絶縁膜５２中に配線５３、プラグ（図示省略）等が形成されたものである。このような基体１１上に層間絶縁膜１２の下層部分となる第１の絶縁膜１３を、例えばキセロゲルを３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さに成膜して形成する。上記キセロゲルは、一例として、ナノグラス社が開発したNanoporous Silica を用い、同社が開発したスピンコーターで成膜を行った。Nanoporous Silica は、ポーラスシリカの１種であり、上記ポーラスシリカに使用は限定されない。すなわち、芳香族などの比較的高分子のアルキル基を有するシラノール樹脂をウエハ上に塗布し、それをゲル化させ、シランカップリング剤もしくは水素化処理により疎水化処理を行って形成したものであれば、どのようなキセロゲルであってもよい。
【００４１】
なお、必要に応じて、配線５３と第１の絶縁膜１３との間に拡散防止層（図示省略）を、例えば窒化シリコン膜もしくは炭化シリコン膜を例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに形成する。特に、配線５３が銅もしくは銅合金で形成されている場合には、銅の拡散を防止するために、上記拡散防止層は必要となる。
【００４２】
次いで上記第１の絶縁膜１３上に第１の有機絶縁膜１４を形成する。この第１の有機絶縁膜１４には、一例として、ポリアリールエーテルと総称される有機ポリマーを用いた。このポリアリールエーテルには、例えばアライドシグナル社製のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等がある。
【００４３】
上記有機ポリマーを形成するには、例えば、前駆体を回転塗布により第１の絶縁膜１３上に成膜し、その後３００℃〜４５０℃でキュア（焼成）を行えばよい。
【００４４】
次いで上記第１の有機絶縁膜１４上に層間絶縁膜１２の上層部分となる第２の絶縁膜１５を、上記第１の絶縁膜１３と同様にキセロゲルを３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さに成膜して形成する。ここで用いたキセロゲルは、上記説明したものと同様のものであり、その成膜方法も上記説明した成膜方法と同等である。
【００４５】
次いで上記第２の絶縁膜１５上に第２の有機絶縁膜１６を、上記説明した第１の有機絶縁膜と同様に、一例として、ポリアリールエーテルと総称される有機ポリマーで形成する。このポリアリールエーテルには、上記説明したのと同様に、例えばアライドシグナル社製のフッ化ポリアリルエーテル系樹脂〔例えばＦＬＡＲＥ（商品名）〕、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等がある。
【００４６】
上記第１、第２の有機絶縁膜１４、１６は、フッ素樹脂、ＢＣＢ膜、ポリイミド膜、アモルファスカーボン膜などで形成することも可能である。フッ素樹脂の一例としては、フルオロカーボン膜（環状フッ素樹脂、テフロン（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン〔例えば、デュポン社製：テフロンＡＦ（商品名）〕、フッ化アリールエーテルもしくはフッ化ポリイミドを用いることができる。上記フッ素樹脂を成膜するには、回転塗布装置によりフッ素樹脂の前駆体を塗布し、その後、３００℃〜４５０℃でキュアする。なお、フッ素化アモルファスカーボン等の材料はアセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、フルオロカーボンガス〔例えばオクタフルオロブテン（Ｃ4 Ｆ8 ）〕をプロセスガスに用いたプラズマＣＶＤ法により成膜することが可能である。この場合も成膜後に３００℃〜４５０℃でキュアする。なお、上記アモルファステフロンはテフロンＡＦに限定されることはなく、前記示した化学式（１）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００４７】
またシクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂〔例えばサイトップ（商品名）〕を用いることも可能である。シクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂は上記サイトップに限定されることはなく、前記示した化学式（２）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００４８】
また上記フッ化ポリアリルエーテル系樹脂は上記ＦＬＡＲＥに限定されることはなく、前記示した化学式（３）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００４９】
続いて、第２の有機絶縁膜１６上に無機膜１７を異なる材料で２層に形成する。例えば第１の無機膜１８を、例えば酸化シリコン膜を５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さに成膜して形成し、さらにその上に第２の無機膜１９を、例えば窒化シリコン膜を５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。もしくは、酸化シリコン膜のみを８０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに成膜して上記無機膜１７を１層の膜で形成してもよい。
【００５０】
上記酸化シリコン膜は、例えば、回転塗布法を用い、市販の無機ＳＯＧ（シラノールを主成分とするＳＯＧもしくはシラノールを含むポリマーを主成分とするＳＯＧ）を、例えば３０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成する。この際、回転塗布後は、１５０℃〜２００℃で１分間程度のベーキングを行い、さらに３５０℃〜４５０℃で３０分〜１時間程度のキュアを行う。
【００５１】
なお、上記酸化シリコン膜は、市販のプラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤ法によって形成してもよい。一例として、酸化剤として一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスを用い、シリコン源としてシラン系ガス〔モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）もしくはトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）〕を用い、基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、プラズマパワーを３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１ｋＰａ程度に設定して成膜する。
【００５２】
上記窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜を行う。その際に使用するガスとしては、一例として、シリコン源には、シラン系ガス〔モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等〕を用い、窒化剤にはアンモニア、ヒドラジン等を用い、酸化剤としては、一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）を用い、キャリアガスには、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性なガスを用いる。また、成膜条件は、一例として、基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、プラズマパワーを３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１ｋＰａ程度に設定する。
【００５３】
また第１の無機膜１８を形成する前には、必要に応じて、特に第２の有機絶縁膜１６の酸化が問題となる場合には、窒化シリコン膜、アモルファスシリコン膜、窒化酸化シリコン膜もしくは化学量論よりシリコンが多い酸化シリコン膜を形成することが好ましい。その際、還元性雰囲気のＣＶＤ法により成膜を行うことが望ましい。そしてその膜厚はできるだけ薄いほうが好ましく、例えば１０ｎｍ程度の厚さとする。
【００５４】
なお、上記無機膜１７としては、上記記載した膜の他に、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルなどの金属膜もしくは金属化合物膜を用いることができる。その膜厚は、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍが好ましい。また、成膜方法は、一例として、金属膜や金属化合物膜の成膜で一般的なスパッタリングを用いることが可能である。
【００５５】
次に、図２の（２）に示すように、上記第２の無機膜１９上に通常のレジスト塗布技術（例えば回転塗布法）を用いてレジスト膜２１を成膜する。その後、リソグラフィー技術により、レジスト膜２１をパターニングして、配線溝を形成するための開口部２２を形成する。
【００５６】
続いて、上記レジスト膜２１をエッチングマスクに用いて、上記第２の無機膜１９のみをエッチングし、配線溝を形成するための配線溝パターン２３を形成する。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を用いて、第２の無機膜１９のみを選択的にエッチングする。第２の無機膜１９が窒化シリコン膜で形成されている場合のエッチング条件としては、一例として、エッチングガスに、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）（５ｓｃｃｍ）と酸素（Ｏ2 ）（５ｓｃｃｍ）とアルゴン（Ａｒ）（２０ｓｃｃｍ）とを用い、ＲＦプラズマを６００Ｗに設定する。第２の無機膜１９が金属化合物膜で形成されている場合には、エッチングガスに、一例として、塩化ホウ素（ＢＣｌ）、塩素（Ｃｌ2 ）等の塩素系のエッチングガスを用いる。その後、レジスト膜２１をアッシングにより除去する。なお、図２の（２）では、レジスト膜２１を除去する前の状態を示した。
【００５７】
図示はしないが、上記無機膜１７〔前記図２の（１）参照〕を酸化シリコン膜の１層で形成した場合には、エッチングを途中で停止して、酸化シリコン膜を５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さだけ残し、無機膜１７の上層に配線溝を形成するための配線溝パターン２３を形成する。この場合も、配線溝パターン２３を形成した後、レジスト膜２１をアッシングにより除去する。
【００５８】
次に図２の（３）に示すように、上記第２の無機膜１９および第１の無機膜１８上に通常のレジスト塗布技術（例えば回転塗布法）を用いてレジスト膜２４を成膜する。その後、リソグラフィー技術により、レジスト膜２４をパターニングして、接続孔を形成するための開口部２５を、レイアウト上、上記配線溝パターン２３に接続するように形成する。
【００５９】
続いて、上記レジスト膜２４をエッチングマスクに用いて、上記第１の無機膜１８のみをエッチングし、接続孔パターン２６を形成する。このエッチングは、例えば一般的なエッチング装置を用いて第１の無機膜１８のみを選択的にエッチングする。第１の無機膜１８が酸化シリコン膜で形成されている場合のエッチング条件としては、一例として、エッチングガスに、ヘキサフルオロエタン（Ｃ2 Ｆ6 ）（１４ｓｃｃｍ）と一酸化炭素（ＣＯ）（１８０ｓｃｃｍ）とアルゴン（Ａｒ）（２４０ｓｃｃｍ）とを用い、ＲＦプラズマを１．５ｋＷに設定する。
【００６０】
また、上記第１の無機膜１８が金属化合物膜で形成されている場合には、第２の無機膜１９が金属化合物膜で形成されている場合と同様に、一例として、塩化ホウ素（ＢＣｌ）、塩素（Ｃｌ2 ）等の塩素系のエッチングガスを用いてエッチングを行えばよい。
【００６１】
続いて、一般的なエッチング装置を用いて、第１の無機膜１８をエッチングマスクに用いて第２の有機絶縁膜１６を、エッチングする。このエッチング条件の一例としては、エッチングガスに、窒素（Ｎ2 ）（５０ｓｃｃｍ）とアルゴン（２５０ｓｃｃｍ）とを用い、もしくはそれらのエッチングガスに水素（Ｈ2 ）（〜１００ｓｃｃｍ）を加えて用いる。したがって、このエッチングは第２の絶縁膜１５上で停止される。このとき、レジスト膜２４もエッチングされて膜厚が減少する。
【００６２】
続いて第１の無機膜１８および第２の有機絶縁膜１６をエッチングマスクに用い、一般的なエッチング装置を用いて、第２の絶縁膜１５をエッチングし、接続孔パターン２６を転写した開口部２８を形成する。このエッチングでは、上記酸化シリコン膜のエッチング条件と同様なる条件を用いる。そのため、第２の絶縁膜１５をエッチングしている間に第１の無機膜１８の露出している部分もエッチングされるが、その場合には第２の有機絶縁膜１６がエッチングマスクとなるため、開口部２８は接続孔パターン２６を転写した断面形状となる。またこのエッチングは、第１の有機絶縁膜１４がエッチングストッパとして機能して、第１の有機絶縁膜１４上で停止される。
【００６３】
その後、第２の無機膜１９をマスクにして第１の無機膜１８をエッチングし、第１の無機膜１８に配線溝パターン２３を転写する。さらに図２の（４）に示すように、第２の有機絶縁膜１６をエッチングし、配線溝パターン２３を転写して配線溝３１の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４をエッチングし開口部２８〔前記図２の（３）参照〕を転写して接続孔３２の上部を形成する。このエッチングは、一例として、一般的なエッチング装置を用い、エッチングガスに窒素を用いる、もしくは窒素に酸素、アンモニアおよび水素のうちの少なくとも１種を添加したガスを用いて行う。なお、上記エッチングによって、レジスト膜２４〔前記図２の（３）参照〕は完全に除去される。このため、レジストアッシングを行う必要はない。
【００６４】
さらに、配線溝３１の上部を形成した第２の有機絶縁膜１６をマスクにして第２の絶縁膜１５をエッチングし配線溝３１を完成させるとともに、接続孔３２の上部を形成した第１の有機絶縁膜１４をマスクにして第１の絶縁膜１３をエッチングし接続孔３２を完成させる。このエッチングにおけるエッチングガスには、上記酸化シリコン膜のエッチング条件と同様なる条件を用いた。なお、このエッチングでは、第２の無機膜１９がエッチングされて除去されても差し支えはない。なお、図２の（４）の図面では、第２の無機膜１９が除去された状態を示した。
【００６５】
次に、ダマシン法で配線およびプラグを形成する。まず図３の（１）に示すように、スパッタリングもしくはＣＶＤ法によって、配線溝３１および接続孔３２の各内壁に窒化タンタル等のバリアメタル層３３を形成する。その際、バリアメタル層３３は、第１の無機膜１８上にも成膜される。次いで、スパッタリングもしくはＣＶＤ法もしくは電解メッキ法によって、配線材料（金属）３６、例えば銅を堆積する。なお、電解メッキ法で金属を堆積する場合には、予め、堆積する金属と同種の金属でシード層（図示省略）を形成しておく。
【００６６】
その後、例えばＣＭＰによって、第１の無機膜１８上の余分な金属およびバリアメタル層３３を研磨して除去し、図３の（２）に示すように、配線溝３１内にバリアメタル層３３を介して配線材料３６からなる配線３４を形成し、接続孔３２内にバリアメタル層３３を介して配線材料３６からなるプラグ３５を形成する。その際に、第１の無機膜１８が研磨ストッパとなるが、第１の無機膜１８の厚さによっては、第１の無機膜１８は完全に除去されることがある。このＣＭＰでは、一例として、スラリーにアルミナスラリーを用いた。
【００６７】
図示はしないが、さらに上記層間絶縁膜１２の形成工程から配線３４およびプラグ３５の形成工程までを繰り返し行うことによって、多層配線を形成することが可能になる。また、上記配線５３間の層間絶縁膜５２の部分も、上記同様のプロセスによって、キセロゲル膜で形成することが可能である。
【００６８】
上記説明では、基体１１に半導体素子を設けたものを用いたが、その他の構成を有する基体を用いて、上記説明したような製造方法によりデュアルダマシン構造を形成することは可能である。
【００６９】
上記半導体装置の製造方法では、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４を形成して、第１の絶縁膜１３に接続孔３２を形成する際のエッチングマスクとしてその第１の有機絶縁膜１４を用いていることから、従来のような窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低くすることができる。したがって、従来の製造方法よりもエッチングマスクによる層間絶縁膜１２全体の実効的な比誘電率の上昇が抑制される。したがって、低誘電率（比誘電率≒２．０）を有するキセロゲルを層間絶縁膜１２に用いる効果を十分に引き出すことが可能になる。
【００７０】
また第２の有機絶縁膜１６上に無機膜１７を形成する際に、無機膜１７に配線溝パターン２３を形成した後、接続孔パターン２６を形成することにより、配線溝パターン２３、接続孔パターン２６を形成する際に用いるレジストプロセスにおいて、レジストの再生処理を行うことが可能になる。すなわち、配線溝パターン２３を形成する際には、無機膜１７の下層（第１の無機膜１８）が残っていて下地の第２の有機絶縁膜１６を覆っているために、また接続孔パターン２６を形成する際には、少なくとも無機膜１７の下層（第１の無機膜１８）が残っているために、第２の有機絶縁膜１６を無機膜１７で覆った状態で、無機膜１７上に配線溝パターン２３を形成するためのマスクとなるレジスト膜２１および接続孔パターン２６を形成するためのマスクとなるレジスト膜２４を形成することが可能になる。そのため、たとえレジストパターニングを失敗しても、無機膜１７の下地である第２の有機絶縁膜１６を損傷することなく、パターニングに失敗したレジスト膜を除去して新たなレジスト膜を成膜し、そのレジスト膜をパターニングして再度レジストマスクを形成することが可能になる。
【００７１】
さらに無機膜１７をマスクにして第２の有機絶縁膜１６と第２の絶縁膜１５とをエッチングして接続孔パターン２６を転写する工程を備えていることから、第１の有機絶縁膜１４上まで接続孔パターン２６が転写されて開口される。そのため、無機膜１７に形成されている配線溝パターン２３を第２の有機絶縁膜１６に転写するエッチングの際に、同時に第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４に接続孔パターン２６を転写することが可能になる。
【００７２】
無機膜１７（第１の無機膜１８）をマスクにして第２の有機絶縁膜１６をエッチングし第１の無機膜１８に転写された配線溝パターン２３をさらに転写して配線溝３１の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４をエッチングし第２の絶縁膜１５に転写された接続孔パターン２６をさらに転写して接続孔３２の上部を形成する工程とを備えていることから、第２の絶縁膜１５に配線溝３１を形成する際のエッチングマスクとして第２の有機絶縁膜１６を用いることが可能になり、また第１の有機絶縁膜１４を第１の絶縁膜１３に接続孔３２を形成する際のエッチングマスクに用いることが可能となる。それによって、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５とを第１の有機絶縁膜１４と第２の有機絶縁膜１６とをエッチングマスクに用いて同時にエッチングすることが可能となる。すなわち、配線溝と接続孔とを同時のエッチングで形成することが可能になる。
【００７３】
また第２の有機絶縁膜１６の下地はキセロゲルの第２の絶縁膜１５であり、第１の有機絶縁膜１４の下地はキセロゲルの第１の絶縁膜１３となっていることから、第２，第１の有機絶縁膜１６、１４のエッチングでは、第２，第１の絶縁膜１５、１３がエッチングストッパとなって、エッチングが停止される。
【００７４】
また第２の絶縁膜の下地が第１の有機絶縁膜となっているため、第１の有機絶縁膜がエッチングストッパとなって、配線溝を形成するためのエッチングは第１の有機絶縁膜上で停止される。
【００７５】
またキセロゲルからなる第１の絶縁膜１３とキセロゲルからなる第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４を形成し、第２の絶縁膜１５上に第２の有機絶縁膜１６を形成することから、第１の絶縁膜１３および第２の絶縁膜１５の機械的強度が第１の有機絶縁膜１４および第２の有機絶縁膜１６によって補強することが可能になる。また第１の絶縁膜１３上に第１の有機絶縁膜１４を形成することから、第１の有機絶縁膜１４が第１の絶縁膜１３の上部より侵入しようとする水分が阻止され、第１の有機絶縁膜１４上に第２の絶縁膜１５を形成し、その上に第２の有機絶縁膜１６を形成することから、第１の有機絶縁膜１４、第２の有機絶縁膜１６により第２の絶縁膜１５の上下より侵入しようとする水分が阻止される。さらに第１の有機絶縁膜１４上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜１５を形成することから、第２の絶縁膜１５の下地に対する密着性が高められる。
【００７６】
上記製造方法では、無機膜１７を第１の無機膜１８と第２の無機膜１９との２層にして形成したが、１層の無機膜を形成するだけでもよい。その場合には、無機膜１７を例えば酸化シリコン膜で形成し、その無機膜１７の上層に配線溝を形成するための配線溝パターン２３を形成し、その無機膜１７の下層に接続孔を形成するための接続孔パターン２６を形成する。
【００７７】
そして、上記説明したのと同様にして無機膜１７をマスクに用いてエッチングを行う。その際、第２の絶縁膜１６に説明孔パターンを形成すると同時に無機膜も異方性エッチングされて、無機膜１７の上層に形成した配線溝パターン２３をこの無機膜１７の下層に転写して、無機膜１７に配線溝パターン２３のみを形成するようにする。このエッチングでは、無機膜１７の上層部分はエッチングされて除去される。
【００７８】
次いで、配線溝パターン２３を形成した無機膜１７をマスクにして第２の有機絶縁膜１６に配線溝３１の上部を形成するとともに。第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４に接続孔３２の上部を形成する。その後、上記説明したのと同様にして、配線溝３１および接続孔３２を形成する。
【００７９】
上記製造方法では、無機膜の成膜工程を１回にすることが可能になり、成膜工程が削減される。よって、製造コストの低減、スループットの向上が図れる。
【００８０】
なお、上記実施の形態中で説明した各種エッチング条件は、上記した条件に限定されることはなく、エッチング対象物が選択的にエッチングされるようなエッチング条件であれば、どのような条件であってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の半導体装置によれば、キセロゲルからなる第１の絶縁膜、第１の有機絶縁膜、キセロゲルからなる第２の絶縁膜、第２の有機絶縁膜が順に積層されているので、第１、第２の有機絶縁膜によりキセロゲルからなる第１、第２の絶縁膜の機械的強度を補強することができる。また第１の絶縁膜の上部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜が防ぎ、また第２の絶縁膜の上部および下部より侵入しようとする水分を第１、第２の有機絶縁膜が防ぐので耐湿性を高めることができる。さらに第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜が形成されているので、第２の絶縁膜の下地に対する密着性は高いものとなる。よって、キセロゲルを用いた層間絶縁膜の信頼性の向上が図れる。
【００８２】
また、第１、第２の絶縁膜間にエッチングマスクとして機能する膜を第１の有機絶縁膜で形成したので、従来の窒化シリコン膜よりなるエッチングマスクよりも比誘電率を低減することが可能となり、層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が小さくすることができる。したがって、層間絶縁膜にキセロゲルを用いて比誘電率を低減するようにした効果を損なうことがない。
【００８３】
よって、比誘電率が２．０程度のキセロゲルで層間絶縁膜を形成することができるので、配線層間容量、配線間容量を低減し、動作速度の向上、微細化の向上が図れ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【００８４】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、第１の絶縁膜に接続孔を形成する際のエッチングマスクに第１の有機絶縁膜を用いているので、従来のような窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低くすることができる。したがって、従来の製造方法よりもエッチングマスクによる層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が抑制できる。
【００８５】
また第２の有機絶縁膜上に無機膜を形成する際に、無機膜に配線溝パターンを形成した後、接続孔パターンを形成するので、配線溝パターン、接続孔パターンを形成する際に用いるレジストプロセスでは、下地の第２の有機絶縁膜が露出することはなく、そのため、レジストの再生処理を行うことができる。よって、製造歩留りの向上が図れる。
【００８６】
また第２の有機絶縁膜のエッチングと第１の有機絶縁膜のエッチングとを同時に行うことができ、その際に有機絶縁膜とエッチング特性が類似しているレジスト膜もエッチング除去できるので、接続孔パターンを形成する際に用いたレジスト膜の除去工程を省略することができる。また第２の絶縁膜に配線溝を形成するエッチングと第１の絶縁膜に接続孔を形成するエッチングとを同時に行うことができる。よって、工程を簡素化できる。
【００８７】
本発明の製造方法では、キセロゲルからなる第１の絶縁膜、第１の有機絶縁膜、キセロゲルからなる第２の絶縁膜、第２の有機絶縁膜を順に積層しているので、第１、第２の有機絶縁膜によって第１、第２の絶縁膜の機械的強度を補強することができる。また第１、第２の絶縁膜に侵入しようとする水分を第１、第２の有機絶膜で阻止することができる。さらに第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成するので、第２の絶縁膜の下地に対する密着性を高めることができる。
【００８８】
よって、層間絶縁膜をキセロゲルで形成しても、信頼性の高い層間絶縁膜構造を備えた半導体装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置に係わる実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態を示す製造工程図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１２…層間絶縁膜、１３…第１の絶縁膜、１４…第１の有機絶縁膜、１５…第２の絶縁膜、３１…配線溝、３２…接続孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、詳しくは０．２５μｍ世代以降のデバイスプロセスに用いられる多層配線構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化にともなって、配線の微細化、配線ピッチの縮小化が必要となっている。また、同時に、低消費電力化および高速化などの要求にともない、層間絶縁膜の低誘電率化および配線の低抵抗化が必要になってきた。特にロジック系のデバイスでは、微細配線による抵抗の上昇、配線容量の増加がデバイスの速度劣化につながるため、低誘電率膜を層間絶縁膜に用いた多層配線が必要となっている。
【０００３】
配線幅の微細化、配線ピッチの縮小化は、配線自体の縦横比を大きくするだけでなく、配線間のスペース（空いている部分）のアスペクト比を大きくし、結果として、縦に細長い配線を形成する技術、微細な配線間を層間絶縁膜で埋め込む技術などに負担がかかり、プロセスを複雑にすると同時に、プロセス数の増大を招いている。
【０００４】
またリフロースパッタリングによって、アルミニウム系金属または銅系金属で接続孔と配線溝とを同時に埋め込んだ後、化学的機械研磨（以下、ＣＭＰという、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の略）法によって、接続孔および配線溝が形成されている層間絶縁膜上の余分な金属を除去するダマシンプロセスでは、高アスペクト比の金属配線をエッチングで形成することも、配線間の狭隙を層間絶縁膜で埋め込む必要もなく、大幅にプロセス数を減らすことが可能である。このプロセスは、配線アスペクト比が高くなるほど、また配線総数が増大するほど、総コストの削減に大きく寄与する。
【０００５】
一方、層間絶縁膜の低誘電率化は、配線間の容量を低減するが、０．１８μｍルール以下のデバイスに適用される、比誘電率が２．５以下の膜は、従来のデバイスに用いられている、酸化シリコン膜と膜質が大きく異なり、それらの低誘電率膜に対応したプロセス技術が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
層間絶縁膜の材料として、比誘電率が２．０以下が期待できるキセロゲルを採用することが注目されている。このキセロゲルはシリカゲルという名称で乾燥剤に使われるなど、一般に広く知られた材料である。このキセロゲルを半導体装置へ応用するには、様々な信頼性に対する要求のため、現状では半導体装置に適用することは困難である。すなわち、キセロゲルはその体積の５０％〜９０％が気泡であり、比誘電率が２．５以上の有機ポリマーと比較して、機械的強度、耐湿性、密着性などに問題があり、配線構造の信頼性を確保することが困難であった。
【０００７】
また、キセロゲルのような酸化シリコン系の材料で層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成するには、層間絶縁膜の中間層として、従来は酸化シリコンに対してエッチングマスクとなる窒化シリコン膜を設けていた。ところが、窒化シリコン膜は比誘電率の高い材料であるため、層間絶縁膜の実効的な比誘電率を高めることになっていた。その結果、配線層間容量の増大を招いていた。
【０００８】
また層間絶縁膜上に形成した有機膜上に、配線溝を形成するための配線溝パターンを形成したエッチングマスクを形成する場合、接続孔を形成するための接続孔パターンを形成したエッチングマスクとを形成する場合に、それぞれのエッチングマスクをレジストで形成すると、下地の有機膜を損傷することなくレジストの再生処理を行うことが困難となる。すなわち、有機膜とレジストのエッチング特性が類似しているために、レジスト膜を再生処理する際にレジスト膜を除去すると、同時に有機膜も除去されてしまう。そのため、パターニングに失敗したレジストマスクを除去して新たなるレジストマスクを形成しなおすというレジストの再生処理を行うことが困難であった。また、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とで上記エッチングマスクを形成すると、キセロゲルからなる層間絶縁膜をエッチングする際に、エッチングマスクも同時にエッチングされてエッチングマスクとしての機能を果たさなくなる可能性があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体装置およびその製造方法である。
【００１０】
半導体装置は、キセロゲル膜を含む層間絶縁膜を備えたもので、その層間絶縁膜は、キセロゲル膜からなる第１の絶縁膜と、この第１の絶縁膜上に形成した第１の有機絶縁膜と、この第１の有機絶縁膜上に形成したものでキセロゲルからなる第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成した第２の有機絶縁膜と、前記第２の有機絶縁膜上に形成した無機膜からなり、前記無機膜から第２の絶縁膜にわたって形成された配線溝と、この配線溝の底部に少なくとも接続するもので第１の有機絶縁膜から第１の絶縁膜にわたって形成された接続孔とを備えたものである。
【００１１】
上記半導体装置では、層間絶縁膜がキセロゲルからなる第１の絶縁膜と第１の有機絶縁膜とキセロゲルからなる第２の絶縁膜とから形成されていることから、第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜によりキセロゲルからなる第１の絶縁膜、第２の絶縁膜の機械的強度を補強している。また第１の絶縁膜の上部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜に防ぎ、また第２の絶縁膜の上部および下部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜により防ぐことが可能になる。さらに第１の有機絶縁膜により、キセロゲルからなる第２の絶縁膜の下地に対する密着性が向上する。
【００１２】
また、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間に第１の有機絶縁膜を形成したことから、この第１の有機絶縁膜は第１の絶縁膜に接続孔を形成する際にエッチングマスクとして機能する。このようにエッチングマスクとして機能する膜を有機絶縁膜で形成しているので、従来の窒化シリコン膜よりなるエッチングマスクよりも比誘電率を低減することが可能となり、層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が小さくなる。したがって、層間絶縁膜にキセロゲルを用いて比誘電率を低減するようにした効果が十分に引き出される。
【００１３】
半導体装置の製造方法は、基体上にキセロゲルからなる第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜上に第２の有機絶縁膜を形成する工程と、第２の有機絶縁膜上に、上層に配線溝パターンを形成するとともに下層に接続孔パターンを形成する無機膜を設ける工程と、無機膜をマスクにしたエッチングにより第２の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とに接続孔パターンを転写して開口部を形成する工程と、無機膜をマスクにして第２の有機絶縁膜をエッチングし配線溝パターンを転写して配線溝の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜をマスクにして第１の有機絶縁膜をエッチングし接続孔パターンを転写して接続孔の上部を形成する工程と、第２の有機絶縁膜をマスクにして第２の絶縁膜をエッチングし配線溝を形成するとともに、第１の有機絶縁膜をマスクにして第１の絶縁膜をエッチングし接続孔を形成する工程とを備えている。
【００１４】
上記半導体装置の製造方法では、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間に第１の有機絶縁膜を形成して、第１の絶縁膜に接続孔を形成する際のエッチングマスクとしてその第１の有機絶縁膜を用いていることから、従来のような窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低くすることができる。したがって、従来の製造方法よりもエッチングマスクによる層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が抑制される。
【００１５】
また第２の有機絶縁膜上に無機膜を形成する際に、無機膜に配線溝パターンを形成した後、接続孔パターンを形成することにより、配線溝パターン、接続孔パターンを形成する際に用いるレジストプロセスにおいて、レジストの再生処理を行うことが可能になる。すなわち、配線溝パターンを形成する際には、無機膜の下層が残っていて下地の第２の有機絶縁膜を覆っているために、また接続孔パターンを形成する際には、少なくとも下層の無機膜が残っているために、第２の有機絶縁膜を無機膜で覆った状態で、無機膜上に配線溝パターンおよび接続孔パターンを形成するためのマスクとなるレジスト膜を形成することが可能になる。そのため、たとえレジストパターニングを失敗しても、無機膜の下地である第２の有機絶縁膜を損傷することなく、パターニングに失敗したレジスト膜を除去して新たなレジスト膜を成膜し、そのレジスト膜をパターニングして再度レジストマスクを形成することが可能になる。
【００１６】
さらに無機膜をマスクにして第２の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とをエッチングして接続孔パターンを転写する工程を備えていることから、第１の有機絶縁膜上まで接続孔パターンが転写されて開口されている。そのため、無機膜に形成されている配線溝パターンを第２の有機絶縁膜に転写するエッチングの際に、同時に第２の絶縁膜をマスクにして第１の有機絶縁膜に接続孔パターンを転写することが可能になる。
【００１７】
無機膜をマスクにして第２の有機絶縁膜をエッチングし配線溝パターンを転写して配線溝の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜をマスクにして第１の有機絶縁膜をエッチングし接続孔パターンを転写して接続孔の上部を形成する工程とを備えていることから、第２の絶縁膜に配線溝を形成する際のエッチングマスクとして第２の有機絶縁膜を用いることが可能になり、また第１の有機絶縁膜を第１の絶縁膜に接続孔を形成する際のエッチングマスクに用いることが可能となる。それによって、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜とをエッチングマスクに用いて同時にエッチングすることが可能となる。また、第２の有機絶縁膜の下地はキセロゲルの第２の絶縁膜であり、第１の有機絶縁膜の下地はキセロゲルの第１の絶縁膜となっていることから、第２，第１有機絶縁膜のエッチングでは、第２，第１の絶縁膜がエッチングストッパとなって、そのエッチングを停止させている。
【００１８】
また第２の有機絶縁膜をマスクに用いて第２の絶縁膜をエッチングし、配線溝を形成するとともに、第１の有機絶縁膜をマスクにして第１の絶縁膜をエッチングし、接続孔を形成する工程とを備えていることから、このエッチングでは、配線溝と接続孔とが同時に形成される。また第２の絶縁膜の下地が第１の有機絶縁膜となっているため、第１の有機絶縁膜がエッチングストッパとなって、配線溝を形成するためのエッチングは第１の有機絶縁膜上で停止される。
【００１９】
キセロゲルからなる第１の絶縁膜とキセロゲルからなる第２の絶縁膜との間に第１の有機絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜上に第２の有機絶縁膜を形成することから、第１の絶縁膜および第２の絶縁膜の機械的強度が第１の有機絶縁膜および第２の有機絶縁膜によって補強される。また第１の絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成することから、第１の絶縁膜の上部より侵入しようとする水分が阻止され、第１の有機絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、その上に第２の有機絶縁膜を形成することから、第１の有機絶縁膜、第２の有機絶縁膜により第２の絶縁膜の上下より侵入しようとする水分が阻止される。さらに第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成することから、第２の絶縁膜の下地に対する密着性が高められる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置に係わる実施の形態の一例を、図１の概略構成図によって説明する。
【００２１】
図１に示すように、一例として、基板５１上に半導体素子（図示省略）が形成され、それを覆う層間絶縁膜５２中に配線５３、プラグ（図示省略）等が形成された基体１１を用いる。なお、基体１１は上記構成に限定されることはなく他の構成であってもよい。
【００２２】
上記基体１１上には、層間絶縁膜１２の下層部分となる第１の絶縁膜１３が形成されている。この第１の絶縁膜１３は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さのキセロゲルからなる。上記キセロゲルは、一例として、ナノグラス社が開発したNanoporous Silica を用いている。このNanoporous Silica は、ポーラスシリカの１種であり、上記Nanoporous Silica に使用は限定されない。すなわち、芳香族などの比較的高分子のアルキル基を有するシラノール樹脂をウエハ上に塗布し、それをゲル化させ、シランカップリング剤もしくは水素化処理により疎水化処理を行って形成したものであれば、どのようなキセロゲルであってもよい。
【００２３】
なお、必要に応じて、配線５３と第１の絶縁膜１３との間には、拡散防止層（図示省略）が形成されている。この拡散防止層は、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さの窒化シリコン膜もしくは炭化シリコン膜で形成されていて、特に、配線５３が銅もしくは銅合金で形成されている場合に必要となる。
【００２４】
上記第１の絶縁膜１３上には第１の有機絶縁膜１４が形成されている。この第１の有機絶縁膜１４は、一例として、ポリアリールエーテルと総称される有機ポリマーで形成されている。このポリアリールエーテルには、例えばアライドシグナル社製のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等がある。
【００２５】
上記第１の有機絶縁膜１４上には層間絶縁膜１２の上層部分となる第２の絶縁膜１５が形成されている。この第２の絶縁膜１５は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さのキセロゲルで形成されている。
【００２６】
上記第２の絶縁膜１５上には、第２の有機絶縁膜１６が形成されている。この第２の有機絶縁膜１６は、例えば上記第１の有機絶縁膜と同様なる材料で形成されている。
【００２７】
なお、上記第１、第２の有機絶縁膜１４、１６は、フッ素樹脂、ＢＣＢ膜、ポリイミド膜、アモルファスカーボン膜などで形成されていてもよい。フッ素樹脂の一例としては、フルオロカーボン膜（環状フッ素樹脂、テフロン（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン〔例えば、デュポン社製：テフロンＡＦ（商品名）〕、フッ化アリールエーテルもしくはフッ化ポリイミドを用いることができる。なお、上記アモルファステフロンはテフロンＡＦに限定されることはなく、下記の化学式（１）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００２８】
【化１】
またシクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂〔例えばサイトップ（商品名）〕を用いることも可能である。シクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂は上記サイトップに限定されることはなく、下記の化学式（２）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００３０】
【化２】
また上記フッ化ポリアリルエーテル系樹脂は上記ＦＬＡＲＥに限定されることはなく、下記の化学式（３）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００３２】
【化３】
そして上記第２の有機絶縁膜１６から第２の絶縁膜１５にかけて配線溝３１が形成され、第１の有機絶縁膜１４から第１の絶縁膜１３にかけて接続孔３２が形成されている。
【００３４】
上記配線溝３１および上記接続孔３２の各内壁には、窒化タンタル等のバリアメタル層３３が形成されている。さらに配線溝３１内にバリアメタル層３３を介して金属からなる配線３４が形成され、接続孔３２内にバリアメタル層３３を介して金属からなるプラグ３５が形成されている。当然のことながら、上記配線３４とプラグ３５とは例えば銅からなり一体に形成されている。
【００３５】
上記説明では、第２の有機絶縁膜１６を設けた構成としたが、この第２の有機絶縁膜１６を除去した構成としてもよく、また第２の有機絶縁膜１６上にエッチングマスクおよび研磨ストッパとして用いた無機膜（図示省略）を残した構成としてもよい。その構成では、配線溝３１は無機膜から第２の絶縁膜１５にかけて形成され、その配線溝３１に配線３４が形成される構成となる。
【００３６】
なお、図示はしないが、上記構成の配線構造を多層に形成して多層配線を構成することも可能である。
【００３７】
上記半導体装置では、第１の絶縁膜１３および第２の絶縁膜１５がキセロゲルからなり、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４が形成され、第２の絶縁膜１５上に第２の有機絶縁膜１６が形成されていることから、第１の有機絶縁膜１４、第２の有機絶縁膜１６によりキセロゲルからなる第１の絶縁膜１３、第２の絶縁膜１５の機械的強度を補強している。また第１の絶縁膜１３の上部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜１４に防ぎ、また第２の絶縁膜１５の上部および下部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜１４、第２の有機絶縁膜１６により防ぐことが可能になる。さらに第１の有機絶縁膜１４により、キセロゲルからなる第２の絶縁膜１５の下地に対する密着性が向上する。
【００３８】
また、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４を形成したことから、この第１の有機絶縁膜１４は第１の絶縁膜１３に接続孔３２を形成する際にエッチングマスクとして機能する。このようにエッチングマスクとして機能する膜を有機絶縁膜で形成しているので、従来の窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低減することが可能となり、層間絶縁膜１２の全体の実効的な比誘電率の上昇が小さくなる。したがって、低誘電率（比誘電率≒２．０）を有するキセロゲルを層間絶縁膜１２に用いる効果を十分に引き出すことが可能になる。
【００３９】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態を、図２の製造工程図によって説明する。
【００４０】
図２の（１）に示すように、基体１１は、一例として、基板５１上に半導体素子（図示省略）が形成され、それを覆う層間絶縁膜５２中に配線５３、プラグ（図示省略）等が形成されたものである。このような基体１１上に層間絶縁膜１２の下層部分となる第１の絶縁膜１３を、例えばキセロゲルを３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さに成膜して形成する。上記キセロゲルは、一例として、ナノグラス社が開発したNanoporous Silica を用い、同社が開発したスピンコーターで成膜を行った。Nanoporous Silica は、ポーラスシリカの１種であり、上記ポーラスシリカに使用は限定されない。すなわち、芳香族などの比較的高分子のアルキル基を有するシラノール樹脂をウエハ上に塗布し、それをゲル化させ、シランカップリング剤もしくは水素化処理により疎水化処理を行って形成したものであれば、どのようなキセロゲルであってもよい。
【００４１】
なお、必要に応じて、配線５３と第１の絶縁膜１３との間に拡散防止層（図示省略）を、例えば窒化シリコン膜もしくは炭化シリコン膜を例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに形成する。特に、配線５３が銅もしくは銅合金で形成されている場合には、銅の拡散を防止するために、上記拡散防止層は必要となる。
【００４２】
次いで上記第１の絶縁膜１３上に第１の有機絶縁膜１４を形成する。この第１の有機絶縁膜１４には、一例として、ポリアリールエーテルと総称される有機ポリマーを用いた。このポリアリールエーテルには、例えばアライドシグナル社製のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等がある。
【００４３】
上記有機ポリマーを形成するには、例えば、前駆体を回転塗布により第１の絶縁膜１３上に成膜し、その後３００℃〜４５０℃でキュア（焼成）を行えばよい。
【００４４】
次いで上記第１の有機絶縁膜１４上に層間絶縁膜１２の上層部分となる第２の絶縁膜１５を、上記第１の絶縁膜１３と同様にキセロゲルを３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さに成膜して形成する。ここで用いたキセロゲルは、上記説明したものと同様のものであり、その成膜方法も上記説明した成膜方法と同等である。
【００４５】
次いで上記第２の絶縁膜１５上に第２の有機絶縁膜１６を、上記説明した第１の有機絶縁膜と同様に、一例として、ポリアリールエーテルと総称される有機ポリマーで形成する。このポリアリールエーテルには、上記説明したのと同様に、例えばアライドシグナル社製のフッ化ポリアリルエーテル系樹脂〔例えばＦＬＡＲＥ（商品名）〕、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等がある。
【００４６】
上記第１、第２の有機絶縁膜１４、１６は、フッ素樹脂、ＢＣＢ膜、ポリイミド膜、アモルファスカーボン膜などで形成することも可能である。フッ素樹脂の一例としては、フルオロカーボン膜（環状フッ素樹脂、テフロン（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン〔例えば、デュポン社製：テフロンＡＦ（商品名）〕、フッ化アリールエーテルもしくはフッ化ポリイミドを用いることができる。上記フッ素樹脂を成膜するには、回転塗布装置によりフッ素樹脂の前駆体を塗布し、その後、３００℃〜４５０℃でキュアする。なお、フッ素化アモルファスカーボン等の材料はアセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、フルオロカーボンガス〔例えばオクタフルオロブテン（Ｃ4 Ｆ8 ）〕をプロセスガスに用いたプラズマＣＶＤ法により成膜することが可能である。この場合も成膜後に３００℃〜４５０℃でキュアする。なお、上記アモルファステフロンはテフロンＡＦに限定されることはなく、前記示した化学式（１）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００４７】
またシクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂〔例えばサイトップ（商品名）〕を用いることも可能である。シクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー系樹脂は上記サイトップに限定されることはなく、前記示した化学式（２）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００４８】
また上記フッ化ポリアリルエーテル系樹脂は上記ＦＬＡＲＥに限定されることはなく、前記示した化学式（３）に示す構造を有するものであれば何でもよい。
【００４９】
続いて、第２の有機絶縁膜１６上に無機膜１７を異なる材料で２層に形成する。例えば第１の無機膜１８を、例えば酸化シリコン膜を５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さに成膜して形成し、さらにその上に第２の無機膜１９を、例えば窒化シリコン膜を５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。もしくは、酸化シリコン膜のみを８０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さに成膜して上記無機膜１７を１層の膜で形成してもよい。
【００５０】
上記酸化シリコン膜は、例えば、回転塗布法を用い、市販の無機ＳＯＧ（シラノールを主成分とするＳＯＧもしくはシラノールを含むポリマーを主成分とするＳＯＧ）を、例えば３０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成する。この際、回転塗布後は、１５０℃〜２００℃で１分間程度のベーキングを行い、さらに３５０℃〜４５０℃で３０分〜１時間程度のキュアを行う。
【００５１】
なお、上記酸化シリコン膜は、市販のプラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤ法によって形成してもよい。一例として、酸化剤として一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスを用い、シリコン源としてシラン系ガス〔モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）もしくはトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）〕を用い、基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、プラズマパワーを３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１ｋＰａ程度に設定して成膜する。
【００５２】
上記窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜を行う。その際に使用するガスとしては、一例として、シリコン源には、シラン系ガス〔モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等〕を用い、窒化剤にはアンモニア、ヒドラジン等を用い、酸化剤としては、一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）を用い、キャリアガスには、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性なガスを用いる。また、成膜条件は、一例として、基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、プラズマパワーを３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１ｋＰａ程度に設定する。
【００５３】
また第１の無機膜１８を形成する前には、必要に応じて、特に第２の有機絶縁膜１６の酸化が問題となる場合には、窒化シリコン膜、アモルファスシリコン膜、窒化酸化シリコン膜もしくは化学量論よりシリコンが多い酸化シリコン膜を形成することが好ましい。その際、還元性雰囲気のＣＶＤ法により成膜を行うことが望ましい。そしてその膜厚はできるだけ薄いほうが好ましく、例えば１０ｎｍ程度の厚さとする。
【００５４】
なお、上記無機膜１７としては、上記記載した膜の他に、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルなどの金属膜もしくは金属化合物膜を用いることができる。その膜厚は、例えば５０ｎｍ〜１５０ｎｍが好ましい。また、成膜方法は、一例として、金属膜や金属化合物膜の成膜で一般的なスパッタリングを用いることが可能である。
【００５５】
次に、図２の（２）に示すように、上記第２の無機膜１９上に通常のレジスト塗布技術（例えば回転塗布法）を用いてレジスト膜２１を成膜する。その後、リソグラフィー技術により、レジスト膜２１をパターニングして、配線溝を形成するための開口部２２を形成する。
【００５６】
続いて、上記レジスト膜２１をエッチングマスクに用いて、上記第２の無機膜１９のみをエッチングし、配線溝を形成するための配線溝パターン２３を形成する。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を用いて、第２の無機膜１９のみを選択的にエッチングする。第２の無機膜１９が窒化シリコン膜で形成されている場合のエッチング条件としては、一例として、エッチングガスに、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）（５ｓｃｃｍ）と酸素（Ｏ2 ）（５ｓｃｃｍ）とアルゴン（Ａｒ）（２０ｓｃｃｍ）とを用い、ＲＦプラズマを６００Ｗに設定する。第２の無機膜１９が金属化合物膜で形成されている場合には、エッチングガスに、一例として、塩化ホウ素（ＢＣｌ）、塩素（Ｃｌ2 ）等の塩素系のエッチングガスを用いる。その後、レジスト膜２１をアッシングにより除去する。なお、図２の（２）では、レジスト膜２１を除去する前の状態を示した。
【００５７】
図示はしないが、上記無機膜１７〔前記図２の（１）参照〕を酸化シリコン膜の１層で形成した場合には、エッチングを途中で停止して、酸化シリコン膜を５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さだけ残し、無機膜１７の上層に配線溝を形成するための配線溝パターン２３を形成する。この場合も、配線溝パターン２３を形成した後、レジスト膜２１をアッシングにより除去する。
【００５８】
次に図２の（３）に示すように、上記第２の無機膜１９および第１の無機膜１８上に通常のレジスト塗布技術（例えば回転塗布法）を用いてレジスト膜２４を成膜する。その後、リソグラフィー技術により、レジスト膜２４をパターニングして、接続孔を形成するための開口部２５を、レイアウト上、上記配線溝パターン２３に接続するように形成する。
【００５９】
続いて、上記レジスト膜２４をエッチングマスクに用いて、上記第１の無機膜１８のみをエッチングし、接続孔パターン２６を形成する。このエッチングは、例えば一般的なエッチング装置を用いて第１の無機膜１８のみを選択的にエッチングする。第１の無機膜１８が酸化シリコン膜で形成されている場合のエッチング条件としては、一例として、エッチングガスに、ヘキサフルオロエタン（Ｃ2 Ｆ6 ）（１４ｓｃｃｍ）と一酸化炭素（ＣＯ）（１８０ｓｃｃｍ）とアルゴン（Ａｒ）（２４０ｓｃｃｍ）とを用い、ＲＦプラズマを１．５ｋＷに設定する。
【００６０】
また、上記第１の無機膜１８が金属化合物膜で形成されている場合には、第２の無機膜１９が金属化合物膜で形成されている場合と同様に、一例として、塩化ホウ素（ＢＣｌ）、塩素（Ｃｌ2 ）等の塩素系のエッチングガスを用いてエッチングを行えばよい。
【００６１】
続いて、一般的なエッチング装置を用いて、第１の無機膜１８をエッチングマスクに用いて第２の有機絶縁膜１６を、エッチングする。このエッチング条件の一例としては、エッチングガスに、窒素（Ｎ2 ）（５０ｓｃｃｍ）とアルゴン（２５０ｓｃｃｍ）とを用い、もしくはそれらのエッチングガスに水素（Ｈ2 ）（〜１００ｓｃｃｍ）を加えて用いる。したがって、このエッチングは第２の絶縁膜１５上で停止される。このとき、レジスト膜２４もエッチングされて膜厚が減少する。
【００６２】
続いて第１の無機膜１８および第２の有機絶縁膜１６をエッチングマスクに用い、一般的なエッチング装置を用いて、第２の絶縁膜１５をエッチングし、接続孔パターン２６を転写した開口部２８を形成する。このエッチングでは、上記酸化シリコン膜のエッチング条件と同様なる条件を用いる。そのため、第２の絶縁膜１５をエッチングしている間に第１の無機膜１８の露出している部分もエッチングされるが、その場合には第２の有機絶縁膜１６がエッチングマスクとなるため、開口部２８は接続孔パターン２６を転写した断面形状となる。またこのエッチングは、第１の有機絶縁膜１４がエッチングストッパとして機能して、第１の有機絶縁膜１４上で停止される。
【００６３】
その後、第２の無機膜１９をマスクにして第１の無機膜１８をエッチングし、第１の無機膜１８に配線溝パターン２３を転写する。さらに図２の（４）に示すように、第２の有機絶縁膜１６をエッチングし、配線溝パターン２３を転写して配線溝３１の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４をエッチングし開口部２８〔前記図２の（３）参照〕を転写して接続孔３２の上部を形成する。このエッチングは、一例として、一般的なエッチング装置を用い、エッチングガスに窒素を用いる、もしくは窒素に酸素、アンモニアおよび水素のうちの少なくとも１種を添加したガスを用いて行う。なお、上記エッチングによって、レジスト膜２４〔前記図２の（３）参照〕は完全に除去される。このため、レジストアッシングを行う必要はない。
【００６４】
さらに、配線溝３１の上部を形成した第２の有機絶縁膜１６をマスクにして第２の絶縁膜１５をエッチングし配線溝３１を完成させるとともに、接続孔３２の上部を形成した第１の有機絶縁膜１４をマスクにして第１の絶縁膜１３をエッチングし接続孔３２を完成させる。このエッチングにおけるエッチングガスには、上記酸化シリコン膜のエッチング条件と同様なる条件を用いた。なお、このエッチングでは、第２の無機膜１９がエッチングされて除去されても差し支えはない。なお、図２の（４）の図面では、第２の無機膜１９が除去された状態を示した。
【００６５】
次に、ダマシン法で配線およびプラグを形成する。まず図３の（１）に示すように、スパッタリングもしくはＣＶＤ法によって、配線溝３１および接続孔３２の各内壁に窒化タンタル等のバリアメタル層３３を形成する。その際、バリアメタル層３３は、第１の無機膜１８上にも成膜される。次いで、スパッタリングもしくはＣＶＤ法もしくは電解メッキ法によって、配線材料（金属）３６、例えば銅を堆積する。なお、電解メッキ法で金属を堆積する場合には、予め、堆積する金属と同種の金属でシード層（図示省略）を形成しておく。
【００６６】
その後、例えばＣＭＰによって、第１の無機膜１８上の余分な金属およびバリアメタル層３３を研磨して除去し、図３の（２）に示すように、配線溝３１内にバリアメタル層３３を介して配線材料３６からなる配線３４を形成し、接続孔３２内にバリアメタル層３３を介して配線材料３６からなるプラグ３５を形成する。その際に、第１の無機膜１８が研磨ストッパとなるが、第１の無機膜１８の厚さによっては、第１の無機膜１８は完全に除去されることがある。このＣＭＰでは、一例として、スラリーにアルミナスラリーを用いた。
【００６７】
図示はしないが、さらに上記層間絶縁膜１２の形成工程から配線３４およびプラグ３５の形成工程までを繰り返し行うことによって、多層配線を形成することが可能になる。また、上記配線５３間の層間絶縁膜５２の部分も、上記同様のプロセスによって、キセロゲル膜で形成することが可能である。
【００６８】
上記説明では、基体１１に半導体素子を設けたものを用いたが、その他の構成を有する基体を用いて、上記説明したような製造方法によりデュアルダマシン構造を形成することは可能である。
【００６９】
上記半導体装置の製造方法では、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４を形成して、第１の絶縁膜１３に接続孔３２を形成する際のエッチングマスクとしてその第１の有機絶縁膜１４を用いていることから、従来のような窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低くすることができる。したがって、従来の製造方法よりもエッチングマスクによる層間絶縁膜１２全体の実効的な比誘電率の上昇が抑制される。したがって、低誘電率（比誘電率≒２．０）を有するキセロゲルを層間絶縁膜１２に用いる効果を十分に引き出すことが可能になる。
【００７０】
また第２の有機絶縁膜１６上に無機膜１７を形成する際に、無機膜１７に配線溝パターン２３を形成した後、接続孔パターン２６を形成することにより、配線溝パターン２３、接続孔パターン２６を形成する際に用いるレジストプロセスにおいて、レジストの再生処理を行うことが可能になる。すなわち、配線溝パターン２３を形成する際には、無機膜１７の下層（第１の無機膜１８）が残っていて下地の第２の有機絶縁膜１６を覆っているために、また接続孔パターン２６を形成する際には、少なくとも無機膜１７の下層（第１の無機膜１８）が残っているために、第２の有機絶縁膜１６を無機膜１７で覆った状態で、無機膜１７上に配線溝パターン２３を形成するためのマスクとなるレジスト膜２１および接続孔パターン２６を形成するためのマスクとなるレジスト膜２４を形成することが可能になる。そのため、たとえレジストパターニングを失敗しても、無機膜１７の下地である第２の有機絶縁膜１６を損傷することなく、パターニングに失敗したレジスト膜を除去して新たなレジスト膜を成膜し、そのレジスト膜をパターニングして再度レジストマスクを形成することが可能になる。
【００７１】
さらに無機膜１７をマスクにして第２の有機絶縁膜１６と第２の絶縁膜１５とをエッチングして接続孔パターン２６を転写する工程を備えていることから、第１の有機絶縁膜１４上まで接続孔パターン２６が転写されて開口される。そのため、無機膜１７に形成されている配線溝パターン２３を第２の有機絶縁膜１６に転写するエッチングの際に、同時に第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４に接続孔パターン２６を転写することが可能になる。
【００７２】
無機膜１７（第１の無機膜１８）をマスクにして第２の有機絶縁膜１６をエッチングし第１の無機膜１８に転写された配線溝パターン２３をさらに転写して配線溝３１の上部を形成するとともに、第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４をエッチングし第２の絶縁膜１５に転写された接続孔パターン２６をさらに転写して接続孔３２の上部を形成する工程とを備えていることから、第２の絶縁膜１５に配線溝３１を形成する際のエッチングマスクとして第２の有機絶縁膜１６を用いることが可能になり、また第１の有機絶縁膜１４を第１の絶縁膜１３に接続孔３２を形成する際のエッチングマスクに用いることが可能となる。それによって、第１の絶縁膜１３と第２の絶縁膜１５とを第１の有機絶縁膜１４と第２の有機絶縁膜１６とをエッチングマスクに用いて同時にエッチングすることが可能となる。すなわち、配線溝と接続孔とを同時のエッチングで形成することが可能になる。
【００７３】
また第２の有機絶縁膜１６の下地はキセロゲルの第２の絶縁膜１５であり、第１の有機絶縁膜１４の下地はキセロゲルの第１の絶縁膜１３となっていることから、第２，第１の有機絶縁膜１６、１４のエッチングでは、第２，第１の絶縁膜１５、１３がエッチングストッパとなって、エッチングが停止される。
【００７４】
また第２の絶縁膜の下地が第１の有機絶縁膜となっているため、第１の有機絶縁膜がエッチングストッパとなって、配線溝を形成するためのエッチングは第１の有機絶縁膜上で停止される。
【００７５】
またキセロゲルからなる第１の絶縁膜１３とキセロゲルからなる第２の絶縁膜１５との間に第１の有機絶縁膜１４を形成し、第２の絶縁膜１５上に第２の有機絶縁膜１６を形成することから、第１の絶縁膜１３および第２の絶縁膜１５の機械的強度が第１の有機絶縁膜１４および第２の有機絶縁膜１６によって補強することが可能になる。また第１の絶縁膜１３上に第１の有機絶縁膜１４を形成することから、第１の有機絶縁膜１４が第１の絶縁膜１３の上部より侵入しようとする水分が阻止され、第１の有機絶縁膜１４上に第２の絶縁膜１５を形成し、その上に第２の有機絶縁膜１６を形成することから、第１の有機絶縁膜１４、第２の有機絶縁膜１６により第２の絶縁膜１５の上下より侵入しようとする水分が阻止される。さらに第１の有機絶縁膜１４上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜１５を形成することから、第２の絶縁膜１５の下地に対する密着性が高められる。
【００７６】
上記製造方法では、無機膜１７を第１の無機膜１８と第２の無機膜１９との２層にして形成したが、１層の無機膜を形成するだけでもよい。その場合には、無機膜１７を例えば酸化シリコン膜で形成し、その無機膜１７の上層に配線溝を形成するための配線溝パターン２３を形成し、その無機膜１７の下層に接続孔を形成するための接続孔パターン２６を形成する。
【００７７】
そして、上記説明したのと同様にして無機膜１７をマスクに用いてエッチングを行う。その際、第２の絶縁膜１６に説明孔パターンを形成すると同時に無機膜も異方性エッチングされて、無機膜１７の上層に形成した配線溝パターン２３をこの無機膜１７の下層に転写して、無機膜１７に配線溝パターン２３のみを形成するようにする。このエッチングでは、無機膜１７の上層部分はエッチングされて除去される。
【００７８】
次いで、配線溝パターン２３を形成した無機膜１７をマスクにして第２の有機絶縁膜１６に配線溝３１の上部を形成するとともに。第２の絶縁膜１５をマスクにして第１の有機絶縁膜１４に接続孔３２の上部を形成する。その後、上記説明したのと同様にして、配線溝３１および接続孔３２を形成する。
【００７９】
上記製造方法では、無機膜の成膜工程を１回にすることが可能になり、成膜工程が削減される。よって、製造コストの低減、スループットの向上が図れる。
【００８０】
なお、上記実施の形態中で説明した各種エッチング条件は、上記した条件に限定されることはなく、エッチング対象物が選択的にエッチングされるようなエッチング条件であれば、どのような条件であってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の半導体装置によれば、キセロゲルからなる第１の絶縁膜、第１の有機絶縁膜、キセロゲルからなる第２の絶縁膜、第２の有機絶縁膜が順に積層されているので、第１、第２の有機絶縁膜によりキセロゲルからなる第１、第２の絶縁膜の機械的強度を補強することができる。また第１の絶縁膜の上部より侵入しようとする水分を第１の有機絶縁膜が防ぎ、また第２の絶縁膜の上部および下部より侵入しようとする水分を第１、第２の有機絶縁膜が防ぐので耐湿性を高めることができる。さらに第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜が形成されているので、第２の絶縁膜の下地に対する密着性は高いものとなる。よって、キセロゲルを用いた層間絶縁膜の信頼性の向上が図れる。
【００８２】
また、第１、第２の絶縁膜間にエッチングマスクとして機能する膜を第１の有機絶縁膜で形成したので、従来の窒化シリコン膜よりなるエッチングマスクよりも比誘電率を低減することが可能となり、層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が小さくすることができる。したがって、層間絶縁膜にキセロゲルを用いて比誘電率を低減するようにした効果を損なうことがない。
【００８３】
よって、比誘電率が２．０程度のキセロゲルで層間絶縁膜を形成することができるので、配線層間容量、配線間容量を低減し、動作速度の向上、微細化の向上が図れ、半導体装置の性能を向上させることができる。
【００８４】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、第１の絶縁膜に接続孔を形成する際のエッチングマスクに第１の有機絶縁膜を用いているので、従来のような窒化シリコン膜からなるエッチングマスクよりも比誘電率を低くすることができる。したがって、従来の製造方法よりもエッチングマスクによる層間絶縁膜全体の実効的な比誘電率の上昇が抑制できる。
【００８５】
また第２の有機絶縁膜上に無機膜を形成する際に、無機膜に配線溝パターンを形成した後、接続孔パターンを形成するので、配線溝パターン、接続孔パターンを形成する際に用いるレジストプロセスでは、下地の第２の有機絶縁膜が露出することはなく、そのため、レジストの再生処理を行うことができる。よって、製造歩留りの向上が図れる。
【００８６】
また第２の有機絶縁膜のエッチングと第１の有機絶縁膜のエッチングとを同時に行うことができ、その際に有機絶縁膜とエッチング特性が類似しているレジスト膜もエッチング除去できるので、接続孔パターンを形成する際に用いたレジスト膜の除去工程を省略することができる。また第２の絶縁膜に配線溝を形成するエッチングと第１の絶縁膜に接続孔を形成するエッチングとを同時に行うことができる。よって、工程を簡素化できる。
【００８７】
本発明の製造方法では、キセロゲルからなる第１の絶縁膜、第１の有機絶縁膜、キセロゲルからなる第２の絶縁膜、第２の有機絶縁膜を順に積層しているので、第１、第２の有機絶縁膜によって第１、第２の絶縁膜の機械的強度を補強することができる。また第１、第２の絶縁膜に侵入しようとする水分を第１、第２の有機絶膜で阻止することができる。さらに第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成するので、第２の絶縁膜の下地に対する密着性を高めることができる。
【００８８】
よって、層間絶縁膜をキセロゲルで形成しても、信頼性の高い層間絶縁膜構造を備えた半導体装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置に係わる実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態を示す製造工程図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の形態を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１２…層間絶縁膜、１３…第１の絶縁膜、１４…第１の有機絶縁膜、１５…第２の絶縁膜、３１…配線溝、３２…接続孔
Claims (5)
- キセロゲル膜からなる第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成した第１の有機絶縁膜と、
前記第１の有機絶縁膜上に形成したものでキセロゲルからなる第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成した第２の有機絶縁膜と、
前記第２の有機絶縁膜上に形成した無機膜を備え、
前記無機膜から第２の絶縁膜にわたって配線溝が形成され、
前記配線溝の底部に少なくとも接続するもので前記第１の有機絶縁膜から前記第１の絶縁膜にわたって形成された接続孔を備えた
半導体装置。 - 前記接続孔を埋め込む状態に形成された導電性を有するプラグと、
前記配線溝を埋め込むとともに前記プラグに接続する状態に形成された溝配線と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 基体上にキセロゲルからなる第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第１の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の有機絶縁膜上にキセロゲルからなる第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上に第２の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の有機絶縁膜上に、上層に配線溝パターンを形成するとともに下層に接続孔パターンを形成する無機膜を設ける工程と、
前記無機膜をマスクにしたエッチングにより前記第２の有機絶縁膜と前記第２の絶縁膜とに前記接続孔パターンを転写して開口部を形成する工程と、
前記無機膜をマスクにして前記第２の有機絶縁膜をエッチングし前記配線溝パターンを転写して配線溝の上部を形成するとともに、前記第２の絶縁膜をマスクにして前記第１の有機絶縁膜をエッチングし前記接続孔パターンを転写して接続孔の上部を形成する工程と、
前記第２の有機絶縁膜をマスクにして前記第２の絶縁膜をエッチングし配線溝を形成するとともに、前記第１の有機絶縁膜をマスクにして前記第１の絶縁膜をエッチングし接続孔を形成する工程と
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記無機膜を設ける工程では、
前記配線溝パターンを前記無機膜の上層に形成した後、前記接続孔パターンを前記無機膜の下層に形成する
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。 - 前記接続孔を埋め込む状態に導電性を有するプラグを形成するとともに、前記配線溝を埋め込む状態に前記プラグに接続する溝配線を形成する工程
を備えたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
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