JP4223012B2 - 絶縁膜の形成方法、多層構造の形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

絶縁膜の形成方法、多層構造の形成方法および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は絶縁膜の形成方法、多層構造の形成方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、低誘電率絶縁材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）を用いた絶縁膜の形成方法、そのような絶縁膜を用いた多層構造の形成方法、およびそのような多層構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置を構成する際等に現在広く利用されている多層配線構造では、信号の伝播速度が主に配線抵抗と配線間に存在する絶縁膜の寄生容量で決まる。配線間隔が１μｍ以上であれば配線間容量は小さくデバイス全体の速度に影響することは少ないが、配線間隔が０．５μｍ以下程度になるとその影響は大きくなってくる。特に今後０．２μｍ以下の配線間隔で回路を形成することも想定されており、そのような場合には配線間容量がデバイス速度に非常に大きく影響してくることが予想されている。また、近年では半導体装置の高集積化が進み、配線間隔がいっそう狭くなってきているため、これまでと同じ配線厚のままでは配線間容量が増大してしまうことになる。したがって、配線厚を薄くして配線間の絶縁膜領域を小さくすれば、配線間容量を低減することは可能である。
しかし、配線厚を薄くすれば配線抵抗は上昇することになり、回路動作の高速化は妨げられることになる。そこで、現在では、配線間容量の低減を図るためには用いる絶縁膜の低誘電率化が最も有力な手段と考えられており、誘電率２．０〜２．５程度のＬｏｗ−ｋ材料が注目されている。
Ｌｏｗ−ｋ材料を用いた絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜）の形成方法のひとつに、いわゆるスピンオンプロセスがある。スピンオンプロセスとは、Ｌｏｗ−ｋ材料を溶媒中に分散させた前駆体溶液をスピンコートによって所定基板上に塗布し、溶媒の沸点付近の温度で塗膜を加熱して溶媒を除去した後（ベーク処理）、より高温で一定時間加熱処理することによって塗膜を焼結させてＬｏｗ−ｋ材料内の分子同士が架橋したネットワーク構造を形成し（キュア処理）、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜を形成するプロセスである。
スピンオンプロセスを用いた多層配線構造の形成では、例えば、導電材料としてダマシン法により下層の銅（Ｃｕ）配線を形成し、その上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法でＣｕの拡散防止用の拡散バリア膜を形成した後、層間絶縁膜としてスピンオンプロセスでＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成し、再びＣＶＤ法でエッチングストッパ膜（ミドルストッパ膜）やキャップ膜を形成し、そのＬｏｗ−ｋ絶縁膜内に下層のＣｕ配線に通じるビアやより上層のＣｕ配線を形成する、といった工程を含む方法が用いられることが多い。現在では、層間絶縁膜と共に拡散バリア膜にも低誘電率化が求められ、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、特に酸素含有量の少ないＳｉＣ等が用いられるようになってきている。
ただし、そのような材料を用いて形成された拡散バリア膜上にＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成する場合には、拡散バリア膜とＬｏｗ−ｋ絶縁膜の間の密着性が問題になる。このような問題に対し、発明者等は、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜形成後でエッチングストッパ膜等の形成前に、そのＬｏｗ−ｋ絶縁膜を水素プラズマに晒すことで、それらの密着性を向上させることができることを見出している。
また、一般に多層配線構造では下層に微細な配線を用いる場合が多く、そのような場合、上記のような配線間容量の問題がより顕著になるため、特にそのような部分にＬｏｗ−ｋ材料を用いることが強く求められている。一方で、そのような微細な配線を用いている部分では、電場の広がりによって上下層の配線間容量も無視できなくなる。したがって、現在では、横方向の配線間のみならず上下方向の配線間にもＬｏｗ−ｋ絶縁膜を設ける必要性が高まっている。
なお、従来、多層配線構造の形成において上記のようにプラズマを利用した例としては、ダマシン法で形成したＣｕ配線の表面をアンモニアプラズマ等で処理して清浄化等を行った後に真空状態を保ったままＳｉＮ等を堆積する方法が提案されている（特許文献１参照）。さらに、この提案では、そのようにアンモニアプラズマ等で処理することで、Ｃｕ配線とＣｕ配線間に存在するシリコンオキサイド膜との密着性が向上することが示されている。
特開２００１−２９１７２０号公報
しかし、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜を形成するスピンオンプロセスでは、上記のように、ベーク処理やキュア処理といった熱処理が必要になり、特にその熱処理に要する時間の大半がキュア処理で占められている。
キュア処理は、通常、不活性な雰囲気で４００℃程度の温度で行われるが、このときの処理時間によってＬｏｗ−ｋ絶縁膜の機械的物性が左右されたりＬｏｗ−ｋ絶縁膜が形成される下地の膜やその上に形成されるエッチングストッパ膜等との密着性が低下したりすることも珍しくない。キュア処理には、ホットプレートを使ってウェハを枚葉式で処理する方法や、複数枚（例えば２５枚）のウェハを炉を使って一括処理する方法が用いられる。このうちホットプレートを使って枚葉式で処理する方法では、複数枚のウェハの処理に長時間を要してしまう。その点では炉を使って一括処理する方法の方が有利と言える。
しかし、そのように炉を使って一括処理する場合でも、４００℃程度で６０分程度の加熱が必要になることに加え、この加熱に伴い、炉内へのウェハの搬入、炉内雰囲気の置換、昇温、降温、炉外へのウェハの搬出等が必要になる。そのため、キュア処理に要する時間は、合計９０分から１２０分程度になり、場合によってはそれ以上になることもある。
さらに、炉を使って一括処理する場合には、通常は炉内の温度分布が均一でないので、特にウェハの枚数が多くなったりウェハのサイズが大きくなったりすると、ウェハ間やウェハ面内で熱の加わり方が一様でなくなり、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜を均質に形成することが難しくなる。
また、ウェハサイズの大型化に備え、スピンオンプロセスのために、そのようなウェハを複数枚一括処理できる大型炉を導入することは、設備投資が膨大となるため好ましくない。また、そのような大型炉を導入しても、キュア処理時間が長い、炉内の温度分布が均一でない、といった上記の問題は依然残ってしまう。
新たな設備を導入することなくスピンオンプロセスを行い、かつ、それに要する時間を短縮できれば、プロセスコストを大幅に低減することが可能になる。また、当然、その後にエッチングストッパ膜等を形成して多層配線構造を形成するプロセス全体に要する時間が短縮され、プロセス全体のコストも低減される。さらに、ウェハの枚数やサイズによらず均質なＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成できれば、高品質かつ高性能な多層配線構造、およびそのような多層配線構造を有する半導体装置を効率的に低コストで形成することも可能になる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、均質な絶縁膜を効率的に形成することのできる絶縁膜の形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明では、そのようにして形成される絶縁膜を用いた多層構造の形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明では、そのようにして形成される多層構造を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、絶縁膜の形成方法において、絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに水素プラズマを照射する工程と、を有し、前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射する工程においては、前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射することを特徴とする絶縁膜の形成方法が提供される。
このような絶縁膜の形成方法によれば、絶縁材料を含む溶液を塗布して塗膜を形成した後に、その塗膜中の溶媒を除去し、その塗膜の上にバリア膜を形成して、その塗膜に対しバリア膜越しに水素プラズマを照射する。この水素プラズマの照射によって絶縁材料内の分子同士が架橋されるようになる。すなわちキュア処理が行われる。水素プラズマの照射によるキュア処理は、例えば数十秒程度で行うことが可能であり、従来に比べ非常に短時間で絶縁膜が形成されるようになる。さらに、このような水素プラズマの照射には、例えば既存のＣＶＤ装置を用いることが可能であり、キュア処理のための新たな設備の導入が不要になる。また、このように水素プラズマの照射によってキュア処理を行う場合、炉を使った場合等と異なり、均質な絶縁膜を形成することが可能になる。
また、本発明では、絶縁膜を用いた多層構造の形成方法において、絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、を有し、前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程においては、前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成することを特徴とする多層構造の形成方法が提供される。
このような多層構造の形成方法によれば、絶縁材料を含む溶液を塗布して塗膜を形成した後に、その塗膜中の溶媒を除去し、その塗膜の上にバリア膜を形成して、その塗膜に対しバリア膜越しに水素プラズマを照射するため、キュア処理を短時間で行って均質な絶縁膜を形成することができるようになる。そのような絶縁膜を用いて多層構造を形成することにより、多層構造を効率的に低コストで形成することが可能になる。
また、本発明では、絶縁膜を用いた多層構造を有する半導体装置の製造方法において、絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、を有し、前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程においては、前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
このような半導体装置の製造方法によれば、絶縁材料を含む溶液を塗布して塗膜を形成した後に、その塗膜中の溶媒を除去し、その塗膜の上にバリア膜を形成して、その塗膜に対しバリア膜越しに水素プラズマを照射するため、キュア処理を短時間で行って均質な絶縁膜を形成することができるようになる。そのような絶縁膜を用いて多層構造を形成することにより、多層構造を有する半導体装置を効率的に低コストで製造することが可能になる。
本発明では、絶縁材料を含む溶液を塗布して塗膜を形成し、その塗膜から溶媒を加熱除去した後に、溶媒除去後の塗膜に対してバリア膜越しに水素プラズマを照射することによって絶縁膜を形成するようにした。これにより、スピンオンプロセスを短時間で行うことができるようになり、均質な絶縁膜を効率的に低コストで形成することが可能になる。また、水素プラズマの照射には既存の設備を用いることが可能であり、新たな設備の導入が不要になる。
さらに、このような方法を用いることにより、高品質かつ高性能な多層構造、およびそのような多層構造を有する半導体装置を効率的に低コストで形成することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１はスピンオンプロセスを用いたＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成フローの一例である。
スピンオンプロセスを用いたＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成では、まず、Ｌｏｗ−ｋ材料を溶媒中に分散させた前駆体溶液を形成する（ステップＳ１）。Ｌｏｗ−ｋ材料としては、例えば、有機系のポリアリーレンやポリアリルエーテル、無機系の水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、有機・無機ハイブリット系のメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、あるいはＨＳＱとＭＳＱの混合材料を用いることができる。
次いで、その前駆体溶液をＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成する下地の基板や層の上にスピンコートによって塗布する（ステップＳ２）。形成するＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚は、下地の上に滴下する前駆体溶液の粘性や量、下地の回転速度等で制御することができる。
次いで、スピンコート後の塗膜に対してベーク処理を行う（ステップＳ３）。ベーク処理では、前駆体溶液中の溶媒の沸点付近の温度でその塗膜をおよそ数分間加熱し、溶媒を除去する。
次いで、ベーク処理後の塗膜の上に、ＣＶＤ法を用いてＳｉＣ、シリコンオキサイド（ＳｉＯ2）、ＳｉＮ、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、テトラエトキシシラン等の適当な膜を適当な膜厚で成膜してバリア膜を形成する（ステップＳ４）。例えば、ＳｉＣ膜は、原料にテトラメチルシランガスだけを用いて、あるいはテトラメチルシランガスと二酸化炭素等の酸化剤ガスを用いて、ＣＶＤ法により成膜することができる。また、ＳｉＣ膜は、原料にジメチルフェニルシランだけを用いて、あるいはジメチルフェニルシランと酸化剤ガスを用いて、ＣＶＤ法により成膜することもできる。このほか、ＳｉＯＣ膜は、テトラメチルシクロテトラシロキサンと酸化剤ガスを用いてＣＶＤ法により成膜することができる。
そして、このバリア膜を形成した際のＣＶＤ装置から取り出すことなく、そのＣＶＤ装置を用いて、バリア膜の上からベーク処理後の塗膜に対して水素プラズマの照射を行う（ステップＳ５）。例えば、バリア膜形成後の処理体を、そのＣＶＤ装置内で、そのまま４００℃程度に加熱し、あるいは４００℃に加熱された処理領域まで搬送して、バリア膜側から所定量の水素プラズマを所定時間だけ照射する。
このように、水素プラズマを照射する処理（水素プラズマ処理）を行うことにより、Ｌｏｗ−ｋ材料内の分子同士が架橋してネットワーク構造が形成され、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜が形成される。さらに、この水素プラズマ処理では、そのような構造を例えば数十秒間といった非常に短時間の水素プラズマ照射で高密度に形成することができる。従来のように炉等を使って行うキュア処理もそのような構造を形成することが目的であったが、換言すれば、この水素プラズマ処理によってキュア処理を効率的に行うことが可能になるということができる。したがって、上記ステップＳ５における水素プラズマの照射量は、例えば、ベーク処理後の塗膜のキュア処理に必要な全量を設定すればよい。
また、このような水素プラズマ処理は、上記のようにベーク処理後にバリア膜を形成しそのバリア膜越しに行うことが好ましい。
ここで、図２は水素プラズマ処理がＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚に及ぼす影響を示す図である。図２において、横軸はＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚の測定点を表し、縦軸はＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚（ｎｍ）を表している。
この図２には、ベーク処理後でバリア膜形成前のサンプル、ベーク処理後に直接水素プラズマ処理を行ったサンプル、およびベーク処理後にバリア膜を形成しバリア膜越しに水素プラズマ処理を行ったサンプルについて、各測定点におけるＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚の測定結果を示している。なお、測定点は、各サンプル間で対応する位置に設定している。
図２より、ベーク処理後に直接水素プラズマ処理を行った場合には、バリア膜越しに水素プラズマ処理を行った場合に比べ、いずれの測定点においてもその膜厚の減少が著しい。それに対し、バリア膜越しに水素プラズマ処理を行えば、水素プラズマ処理後でも、各測定点の膜厚はベーク処理後でバリア膜形成前の初期の状態からほとんど減少しない。
また、図３は水素プラズマ処理がＬｏｗ−ｋ絶縁膜の誘電率に及ぼす影響を示す図である。この図３には、上記図２で述べた各サンプルの誘電率の測定結果を示している。
図３より、ベーク処理後に直接水素プラズマ処理を行った場合には、ベーク処理後でバリア膜形成前の初期の状態に比べ、誘電率が上昇し、バリア膜越しに水素プラズマ処理を行った場合に比べても、誘電率が高くなってしまっている。バリア膜越しに水素プラズマ処理を行うことで、水素プラズマ処理後でも、誘電率の上昇が抑えられていることがわかる。
図２および図３に示したように、バリア膜越しに水素プラズマ処理を行うことにより、形成されるＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚の減少を抑えると共に、その誘電率の上昇を抑えることが可能になる。
このように、上記のＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成方法では、スピンコートしたＬｏｗ−ｋ材料のベーク処理後に短時間の水素プラズマ処理を行うことにより、従来の炉等を使った場合と同等かそれ以上のキュア処理が行える。そして、水素プラズマ処理を行う場合には、ベーク処理後の塗膜表面にバリア膜を形成してそのバリア膜越しに行うようにすることで、所望の膜厚および誘電率のＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成することが可能である。また、この形成方法においては、バリア膜の形成と水素プラズマ処理を同じＣＶＤ装置で行うことができるため、キュア処理時間を大幅に短縮してＬｏｗ−ｋ絶縁膜を効率的に形成することが可能になる。
さらに、上記のＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成方法において注目すべきは、この形成方法を多層配線構造の形成に適用する場合には、水素プラズマ処理時に用いるバリア膜を多層配線構造内のエッチングストッパ膜（ミドルストッパ膜）やキャップ膜として用いることができる点にある。すなわち、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜の形成プロセスは、キュア処理とその上に積層するエッチングストッパ膜等の積層膜の形成を併せて行うことのできる、いわゆるマルチタスクプロセスとすることができる。したがって、その場合には、積層膜の機能や用途に応じてバリア膜の材質や膜厚を設定すればよい。
このように、上記のＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成方法では、キュア処理をより下流のＣＶＤプロセス中に併合させてしまうことが可能であるので、多層配線構造の形成プロセスで繰り返し行われることのあるキュア処理に要する時間を大幅に短縮し、多層配線構造をより効率的に形成することが可能になる。それによって、プロセスコストや製品コストの低減が可能になる。また、スピンコーターやＣＶＤ装置等は既存の設備を使用することができ、新たな設備投資は要せず、たとえ大口径ウェハが用いられるような場合でもそのサイズに対応した大型炉の導入等は不要になる。
なお、以上の説明では、Ｌｏｗ−ｋ材料を含む塗膜のベーク処理後に１層のバリア膜を形成し、その後キュア処理に必要な全量の水素プラズマをまとめて照射するようにした場合について述べたが（ステップＳ３〜Ｓ５）、水素プラズマの照射を複数回に分けて行うようにしてもよい。例えば、ベーク処理後に薄いバリア膜の形成と水素プラズマの照射とを交互に繰り返し、最終的に所望の膜厚のバリア膜を形成すると共にキュア処理を完了させてＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成するようにすることも可能である。各回に形成する各バリア膜の膜厚と水素プラズマの照射量は、それらを繰り返す回数に応じてそれぞれ設定すればよい。このような方法によっても、上記図２および図３に示したのと同様の効果を得ることができる。バリア膜の成膜を行うＣＶＤ装置内に水素プラズマ照射ヘッドを備えることで、真空中にて不純物の混入が生じない雰囲気が保てて、所望のバリア膜を得る。
また、以上の説明において、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜をその内部に空孔が存在するポーラス構造とし、それによってさらに誘電率を低下させるようにすることも可能である。その場合は、上記ステップＳ１の前駆体溶液を形成する際に、テンプレート材料、例えば溶媒よりも若干沸点の高い脱離剤を含有させておく。次いで、上記ステップＳ２，Ｓ３同様、それを下地等の上に塗布した後にベーク処理を行う。そして、テンプレート材料の沸点付近の温度で加熱を行い、それによってテンプレート材料を除去する。以降は、上記ステップＳ４，Ｓ５に従ってバリア膜の形成と水素プラズマ処理を行えばよい。あるいは、あらかじめ分子クラスタ構造を有するＬｏｗ−ｋ材料を用い、ベーク処理後に空孔を有する塗膜を形成し、その後、上記ステップＳ４，Ｓ５に従ってバリア膜の形成と水素プラズマ処理を行うようにしてもよい。また、勿論、これらの場合でも、上記のようにバリア膜の形成と水素プラズマ処理とを交互に行うようにしても構わない。
以下では、上記のＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成方法を多層構造の形成に適用した場合について具体例を挙げて説明する。
まず、第１の適用例について説明する。
図４は第１の適用例の多層配線構造の要部断面模式図である。
素子１の形成後、ＣＶＤ法によりリンケイ酸ガラス（Phospho-Silicate Glass，ＰＳＧ）２を膜厚約１．５μｍで成膜し（基板温度約６００℃）、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing，ＣＭＰ）により平坦化した後、電極取り出し用レジストパターンをマスクにして常法によりビア溝を形成した。そして、そのビアをタングステンで埋め込み、不要なタングステンをＣＭＰにより除去し、素子１に接続されたタングステンプラグ３を形成した。
続いて、ＳｉＣ膜（ノベラス・システムズ製ＥＳＬ３（商標））をＣＶＤ法により成膜して膜厚約３０ｎｍのＳｉＣエッチングストッパ膜４を形成した。ＳｉＣエッチングストッパ膜４は、原料であるテトラメチルシランガス流量約５００ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約１．８Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約６００Ｗ、ＬＦＲＦ電力約３００Ｗの条件で成膜した。
続いて、ＭＳＱとＨＳＱの混合材料を使ったＬｏｗ−ｋ材料（触媒化成工業製ＮＣＳ（商品名））を用い、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜としてハイブリッド型のポーラスシリカ膜５をスピンオンプロセスにより膜厚約１３０ｎｍで成膜した。このとき、ＮＣＳは、ＳｉＣエッチングストッパ膜４上にスピンコートされた後、その溶媒を除去するベーク処理のために、約３５０℃の温度で３分間程度加熱されただけであった。
続いて、ＳｉＣ膜（ノベラス・システムズ製ＥＳＬ２（商標））をＣＶＤ法により成膜してＳｉＣキャップ膜６を形成すると共に、併せて同一ＣＶＤ装置内で水素プラズマ照射によるポーラスシリカ膜５のキュア処理を行った。より具体的には、まず、膜厚約５ｎｍの１層目のＳｉＣ膜を成膜した後、１回目の水素プラズマ処理を行った。さらに、膜厚約５ｎｍの２層目のＳｉＣ膜を成膜し、２回目の水素プラズマ処理を行った。この操作を繰り返し、最終的に膜厚約３０ｎｍのＳｉＣキャップ膜６を形成し、この間に断続的に５回の水素プラズマ処理を行った。なお、その間に形成した各ＳｉＣ膜は、原料であるテトラメチルシランガス流量約１０００ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約２．３Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約６００Ｗ、ＬＦＲＦ電力約３００Ｗの条件で成膜した。各ＳｉＣ膜は、水素プラズマがポーラスシリカ膜５に直接照射されるのを防止するバリア膜として機能させた。また、水素プラズマ処理は、水素ガス流量約４０００ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約２．３Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約２５０Ｗ（単周波）の条件で、水素プラズマが５回の合計で約９０秒間照射されるようにした。
続いて、反射防止膜等（図示せず。）を付け、配線形成用レジストパターンをマスクにして、常法により、ＳｉＣキャップ膜６、ポーラスシリカ膜５およびＳｉＣエッチングストッパ膜４の一部を除去し、配線溝を形成した。続いて、スパッタ法により、窒化タンタル（ＴａＮ）膜７とＣｕ膜８をそれぞれ膜厚約３０ｎｍで成膜し、めっき法により配線溝をＣｕで埋め込んだ。そして、不要なＣｕをＣＭＰにより除去してＣｕ配線９を形成した後、Ｃｕの拡散バリア膜として、酸素含有量の少ないＵＤＣ（undoped carbide）系ＳｉＣ（ＵＤＣ−ＳｉＣ）膜をＣＶＤ法により膜厚約５０ｎｍで成膜してＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０を形成した。このＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０は、原料であるテトラメチルシランガス流量約６５０ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約４．５Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約５００Ｗ、ＬＦＲＦ電力約１５０Ｗの条件で成膜した。
ここまでの工程により、目的の多層配線構造の１層目の配線層を形成した。
次いで、ＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０上に、上記同様、ＮＣＳを用い、ハイブリッド型のポーラスシリカ膜１１をスピンオンプロセスにより膜厚約２５０ｎｍで成膜した。このときも、ＮＣＳは、ＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０上にスピンコートされた後、そのベーク処理のために約３５０℃の温度で３分間程度加熱されただけであった。
続いて、ＳｉＣ膜（ＥＳＬ２（商標））をＣＶＤ法により成膜してＳｉＣミドルストッパ膜１２を形成すると共に、併せて同一ＣＶＤ装置内で水素プラズマ照射によるポーラスシリカ膜１１のキュア処理を行った。ここでは、上記同様、ＳｉＣ膜を約５ｎｍずつ成膜していき、各成膜の間に５回の水素プラズマ処理を行って、最終的に膜厚約３０ｎｍのＳｉＣミドルストッパ膜１２を形成した。なお、このときのＳｉＣミドルストッパ膜１２の成膜条件および水素プラズマ処理の水素プラズマ照射条件は、先に形成したＳｉＣキャップ膜６の形成時と同じにした。
続いて、ＳｉＣミドルストッパ膜１２上に、上記同様、ＮＣＳを用い、ハイブリッド型のポーラスシリカ膜１３をスピンオンプロセスにより膜厚約１７０ｎｍで成膜した。このときも、ＮＣＳは、ＳｉＣミドルストッパ膜１２上にスピンコートされた後、そのベーク処理のために約３５０℃の温度で３分間程度加熱されただけであった。
続いて、ＳｉＣ膜（ＥＳＬ２（商標））をＣＶＤ法により成膜してＳｉＣキャップ膜１４を形成すると共に、併せて同一ＣＶＤ装置内で水素プラズマ照射によるポーラスシリカ膜１３のキュア処理を行った。ここでも、上記同様、ＳｉＣ膜を約５ｎｍずつ成膜していき、各成膜の間に５回の水素プラズマ処理を行って、最終的に膜厚約３０ｎｍのＳｉＣキャップ膜１４を形成した。なお、このＳｉＣキャップ膜１４の成膜条件および水素プラズマ処理の水素プラズマ照射条件は、先に形成したＳｉＣキャップ膜６の形成時と同じにした。
続いて、反射防止膜等（図示せず。）を付け、まず、ビア用レジストパターンをマスクにして常法によりＣｕ配線９に通じるビア溝を形成し、次に配線用レジストパターンをマスクにして同じく常法によりＳｉＣミドルストッパ膜１２が露出するまで開口して配線溝を形成した。続いて、スパッタ法により、ＴａＮ膜１５とＣｕ膜１６をそれぞれ膜厚約３０ｎｍで成膜し、めっき法によりビア溝および配線溝をＣｕで埋め込んだ。そして、不要なＣｕをＣＭＰにより除去してビア１７ａおよびＣｕ配線１７ｂを形成した後、Ｃｕの拡散バリア膜として、ＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１８をＣＶＤ法により膜厚約５０ｎｍで成膜した。なお、その形成条件は、先に形成したＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０の形成時と同じにした。
ここまでの工程により、目的の多層配線構造の２層目の配線層を形成した。
そして、３層目の配線層は、２層目の配線層の形成と同様に、ポーラスシリカ膜１９、ＳｉＣミドルストッパ膜２０、ポーラスシリカ膜２１、ＳｉＣキャップ膜２２を形成し、配線溝を形成してそこにＴａＮ膜２３およびＣｕ膜２４を成膜し、Ｃｕを埋め込みＣｕ配線２５を形成する。その表面にＳｉＣエッチングストッパ膜２６およびＳｉＯ2層間絶縁膜２７を形成し、Ｃｕ配線２５に通じるビアを形成した後、そこにタングステンプラグ２８を形成して、タングステンプラグ２８上にアルミパッド２９を形成した。最後に、アルミパッド２９表面の一部を残してその他の領域に保護膜３０を形成した。
このようにして形成された第１の適用例の多層配線構造の熱サイクルによる信頼性加速試験では、ＮＣＳを用い従来通り炉を使ってキュア処理を行った多層配線構造に比べて、劣化が発生することなく、良好な結果が得られた。
次に、第２の適用例について説明する。
図５は第２の適用例の多層配線構造の要部断面模式図である。
この第２の適用例では、上記第１の適用例で述べた多層配線構造の１層目の配線層の形成に続いて、以下の工程に従って２層目および３層目の配線層を形成した。なお、この第２の適用例の説明においては、第１の適用例で述べた要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
まず、１層目の配線層のＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０の形成後、同一ＣＶＤ装置内で、二酸化炭素を導入してプラズマ処理を行い、ＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０の表面を酸化した。このときの二酸化炭素プラズマの照射条件は、二酸化炭素流量約５００ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約３．５Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約１００Ｗで、処理時間は約５秒間とした。
続いて、チャンバ内にテトラメチルシクロテトラシロキサンと二酸化炭素を導入し、シリコンオキシカーバイド膜４０を膜厚約１７０ｎｍで成膜した。シリコンオキシカーバイド膜４０は、テトラメチルシクロテトラシロキサン流量約１ｓｃｃｍ、二酸化炭素流量約５０００ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約３．５Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約３００Ｗ、ＬＦＲＦ電力約２００Ｗの条件で成膜を行った。
そして、このシリコンオキシカーバイド膜４０上に、上記同様、ＮＣＳを用い、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜としてハイブリッド型のポーラスシリカ膜４１をスピンオンプロセスにより膜厚約１５０ｎｍで成膜した。このときも、ＮＣＳは、シリコンオキシカーバイド膜４０上にスピンコートされた後、そのベーク処理のために約３５０℃の温度で３分間程度加熱されただけであった。
続いて、ＳｉＣ膜（ＥＳＬ２（商標））をＣＶＤ法により成膜してＳｉＣキャップ膜４２を形成すると共に、併せて同一ＣＶＤ装置内で水素プラズマ照射によるポーラスシリカ膜４１のキュア処理を行った。ここでは、上記同様、ＳｉＣ膜を約５ｎｍずつ成膜していき、各成膜の間に５回の水素プラズマ処理を行って、最終的に膜厚約３０ｎｍのＳｉＣキャップ膜４２を形成した。なお、このときのＳｉＣキャップ膜４２の成膜条件および水素プラズマ処理の水素プラズマ照射条件は、先に形成したＳｉＣキャップ膜６の形成時と同じにした。
続いて、反射防止膜等（図示せず。）を付け、まず、ビア用レジストパターンをマスクにして常法によりＣｕ配線９に通じるビア溝を形成し、次に配線用レジストパターンをマスクにして同じく常法によりシリコンオキシカーバイド膜４０に達する配線溝を形成した。続いて、スパッタ法により、ＴａＮ膜４３とＣｕ膜４４をそれぞれ膜厚約３０ｎｍで成膜し、めっき法によりビア溝および配線溝をＣｕで埋め込んだ。そして、不要なＣｕをＣＭＰにより除去してビア４５ａおよびＣｕ配線４５ｂを形成した後、Ｃｕの拡散バリア膜として、ＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜４６をＣＶＤ法により膜厚約５０ｎｍで成膜した。なお、その形成条件は、先に形成したＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜１０の形成時と同じにした。
ここまでの工程により、目的の多層配線構造の２層目の配線層を形成した。
続く３層目の配線層の形成は、上記第１の適用例と同じく、ポーラスシリカ膜１９、ＳｉＣミドルストッパ膜２０、ポーラスシリカ膜２１、ＳｉＣキャップ膜２２を形成し、配線溝を形成してそこにＴａＮ膜２３およびＣｕ膜２４を成膜し、Ｃｕを埋め込みＣｕ配線２５を形成する。その表面にＳｉＣエッチングストッパ膜２６およびＳｉＯ2層間絶縁膜２７を形成し、Ｃｕ配線２５に通じるビアを形成した後、そこにタングステンプラグ２８を形成して、タングステンプラグ２８上にアルミパッド２９を形成した。最後に、アルミパッド２９表面の一部を残してその他の領域に保護膜３０を形成した。
このようにして形成された第２の適用例の多層配線構造の熱サイクルによる信頼性加速試験では、ＮＣＳを用い従来通り炉を使ってキュア処理を行った多層配線構造に比べて、劣化が発生することなく、良好な結果が得られた。
次に、第３の適用例について説明する。
図６は第３の適用例の多層配線構造の要部断面模式図である。
なお、この第３の適用例の説明においては、第１の適用例で述べた要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
素子１の形成後、ＰＳＧ２を膜厚約１．５μｍで成膜し（基板温度約６００℃）、ＣＭＰにより平坦化した後、ビア溝を形成してそれをタングステンで埋め込み、素子１に接続されたタングステンプラグ３を形成した。その後、ＳｉＣ膜（ノベラス・システムズ、ＥＳＬ３（商標））を成膜して膜厚約３０ｎｍのＳｉＣエッチングストッパ膜４を形成した。
続いて、Ｌｏｗ−ｋ材料（ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製ＳｉＬＫ（商標））を用い、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜として有機絶縁膜５０をスピンオンプロセスにより膜厚約２５０ｎｍで成膜した。このとき、有機絶縁膜５０は、ＳｉＣエッチングストッパ膜４上にスピンコートされた後、その溶媒を除去するベーク処理のために、約３５０℃の温度で５分間程度加熱されただけであった。
続いて、ＳｉＯ膜をＣＶＤ法により成膜してＳｉＯキャップ膜５１を形成すると共に、併せて同一ＣＶＤ装置内で水素プラズマ照射による有機絶縁膜５０のキュア処理を行った。より具体的には、まず、約４００℃で１分間程度の加熱の後、膜厚約１６ｎｍの１層目のＳｉＯ膜を成膜し、１回目の水素プラズマ処理を行った。さらに、約４００℃で１分間程度の加熱と膜厚約５ｎｍの２層目のＳｉＯ膜を成膜し、２回目の水素プラズマ処理を行った。この操作を繰り返し、最終的に膜厚約１００ｎｍのＳｉＯキャップ膜５１を形成し、この間に断続的に６分間程度の加熱処理と５回の水素プラズマ処理を行った。なお、水素プラズマ処理は、水素ガス流量約４０００ｓｃｃｍ、チャンバ内圧力約２．３Ｔｏｒｒ、ＨＦＲＦ電力約２５０Ｗ（単周波）の条件で、水素プラズマが５回の合計で約９０秒間照射されるようにした。
続いて、配線形成用レジストパターンをマスクにして、常法により、ＳｉＯキャップ膜５１、有機絶縁膜５０およびＳｉＣエッチングストッパ膜４の一部を除去し、配線溝を形成した。続いて、スパッタ法により、ＴａＮ膜５２とＣｕ膜５３をそれぞれ膜厚約３０ｎｍで成膜し、めっき法により配線溝をＣｕで埋め込んだ。そして、不要なＣｕをＣＭＰにより除去してＣｕ配線５４を形成した後、ＳｉＣ膜（ＥＳＬ３（商標））をＣＶＤ法により膜厚約５０ｎｍで成膜してＳｉＣ拡散バリア膜５５を形成した。
ここまでの工程により、目的の多層配線構造の１層目の配線層を形成した。
次いで、１層目の配線層と同様、ＳｉＬＫ（商標）を用い、有機絶縁膜５６をスピンオンプロセスにより膜厚約４５０ｎｍで成膜し、ＣＶＤ法によりＳｉＯキャップ膜５７を膜厚約１００ｎｍで形成した。有機絶縁膜５６は、ＳｉＣ拡散バリア膜５５上にスピンコートされた後、そのベーク処理のために約３５０℃の温度で５分間程度加熱されただけであった。そして、ＳｉＯキャップ膜５７の形成の際は、上記同様、ＳｉＯ膜を約１６ｎｍずつ成膜していき、各成膜の間に５回の水素プラズマ処理を行って、最終的に膜厚約１００ｎｍのＳｉＯキャップ膜５７を形成した。なお、このときの水素プラズマ処理の水素プラズマ照射条件は、先に形成したＳｉＯキャップ膜５１の形成時と同じにした。
続いて、ＳｉＯキャップ膜５７上にＣＶＤ法により膜厚約５０ｎｍのＳｉＮ膜を成膜し、ＳｉＮハードマスク５８を形成する。そして、このＳｉＮハードマスク５８への配線パターン形成、ビアパターン形成を行って、ビア溝および配線溝を形成する。以降は１層目の配線層のＣｕ配線５４の形成と同様にして、ＴａＮ膜５９とＣｕ膜６０をそれぞれ膜厚約３０ｎｍで成膜し、めっき法によりビア溝および配線溝をＣｕで埋め込み、ＣＭＰを行って、ビア６１ａおよびＣｕ配線６１ｂを形成した。その後、ＳｉＣ膜（ＥＳＬ３（商標））をＣＶＤ法により膜厚約５０ｎｍで成膜してＳｉＣ拡散バリア膜６２を形成した。
ここまでの工程により、目的の多層配線構造の２層目の配線層を形成した。
続く３層目の配線層の形成は、２層目の配線層の形成と同様に、有機絶縁膜６３、ＳｉＯキャップ膜６４、ＳｉＮハードマスク６５を形成し、配線溝を形成してそこにＴａＮ膜６６およびＣｕ膜６７を成膜し、Ｃｕを埋め込みＣｕ配線６８を形成する。その表面にＳｉＣ拡散バリア膜６９およびＳｉＯ2層間絶縁膜２７を形成し、Ｃｕ配線６８に通じるビアを形成した後、そこにタングステンプラグ２８を形成して、タングステンプラグ２８上にアルミパッド２９を形成した。最後に、アルミパッド２９表面の一部を残してその他の領域に保護膜３０を形成した。
このようにして形成された第３の適用例の多層配線構造における２層目の配線層の容量測定を行った結果、約１８０ｆＦ／ｍｍであった。また、この多層配線構造に対し、約４００℃で約３０分間の熱処理を行っても、膜剥がれはまったく見られなかった。さらに、熱サイクルによる信頼性加速試験でも、ＳｉＬＫ（商標）を用い従来通り炉を使ってキュア処理を行った多層配線構造に比べて、劣化が発生することなく、良好な結果が得られた。
以上説明したように、スピンオンプロセスにおけるＬｏｗ−ｋ材料のベーク処理後にバリア膜を形成してその上からＣＶＤ装置を用いて水素プラズマを照射することによってＬｏｗ−ｋ材料のキュア処理を行う。それにより、所望の膜厚と誘電率を有する高品質のＬｏｗ−ｋ絶縁膜を効率的に形成することができる。
また、上記方法によれば、既存の設備を用いることが可能であるため、電気炉等の大型キュア処理装置の導入等、新たな設備の導入が不要になる。さらにまた、水素プラズマを用いてキュア処理を行うので、Ｌｏｗ−ｋ材料をＳｉＣ等の低誘電率膜上に形成する場合でも、その密着性を確保することができる。
さらに、Ｌｏｗ−ｋ材料上に形成するバリア膜を多層配線構造のエッチングストッパ膜（ミドルストッパ膜）やキャップ膜とすれば、キュア処理をそのような膜を形成する際のＣＶＤ成膜工程に併合することができ、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜形成のいっそうの効率化を図ることができる。また、所望の膜厚と誘電率でＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成することができるため、そこに形成するビア深さや配線厚を適切に制御することが可能になる。それにより、信頼性の高く高速動作が可能な多層配線構造の半導体装置を低コストで実現することができるようになる。
（付記１） 絶縁膜の形成方法において、
絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、
前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し水素プラズマを照射する工程と、
を有することを特徴とする絶縁膜の形成方法。
（付記２） 前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、
前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程を有し、
前記バリア膜を形成する工程後に、
前記バリア膜の上から前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する、
ことを特徴とする付記１記載の絶縁膜の形成方法。
（付記３） 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、
ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する工程においては、
前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する、
ことを特徴とする付記２記載の絶縁膜の形成方法。
（付記４） 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する工程と、を交互に繰り返すことを特徴とする付記２記載の絶縁膜の形成方法。
（付記５） 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する工程と、を交互に繰り返す際には、
繰り返す回数に応じて、各回に形成する各前記絶縁膜の膜厚と照射する前記水素プラズマの照射量とを設定することを特徴とする付記４記載の絶縁膜の形成方法。
（付記６） 前記溶液は、前記溶媒と沸点の異なるテンプレート材料を含み、
前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、
前記塗膜から前記テンプレート材料を加熱除去する工程を有し、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する工程においては、
前記溶媒および前記テンプレート材料の除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射する、
ことを特徴とする付記１記載の絶縁膜の形成方法。
（付記７） 前記絶縁材料は、分子クラスタ構造を有し、
前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、前記塗膜に空孔が形成されるようにしたことを特徴とする付記１記載の絶縁膜の形成方法。
（付記８） 絶縁膜を用いた多層構造の形成方法において、
絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、
前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする多層構造の形成方法。
（付記９） 前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、
前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程を有し、
前記バリア膜を形成する工程後に、
前記バリア膜の上から前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする付記８記載の多層構造の形成方法。
（付記１０） 前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程後に、
前記絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記溝に導電材料を埋め込む工程と、
を有することを特徴とする付記８記載の多層構造の形成方法。
（付記１１） 前記バリア膜は、エッチングストッパ膜、ミドルストッパ膜またはキャップ膜であることを特徴とする付記９記載の多層構造の形成方法。
（付記１２） 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、
ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程においては、
前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする付記９記載の多層構造の形成方法。
（付記１３） 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、を交互に繰り返すことを特徴とする付記９記載の多層構造の形成方法。
（付記１４） 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、を交互に繰り返す際には、
繰り返す回数に応じて、各回に形成する各前記絶縁膜の膜厚と照射する前記水素プラズマの照射量とを設定することを特徴とする付記１３記載の多層構造の形成方法。
（付記１５） 前記溶液は、前記溶媒と沸点の異なるテンプレート材料を含み、
前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、
前記塗膜から前記テンプレート材料を加熱除去する工程を有し、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程においては、
前記溶媒および前記テンプレート材料の除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする付記８記載の多層構造の形成方法。
（付記１６） 前記絶縁材料は、分子クラスタ構造を有し、
前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、前記塗膜に空孔が形成されるようにしたことを特徴とする付記８記載の多層構造の形成方法。
（付記１７） 前記バリア膜は、シリコンカーバイド、シリコンオキシカーバイド、シリコンオキサイド、テトラエトキシシランまたはシリコンナイトライドを用いて形成されることを特徴とする付記９記載の多層構造の形成方法。
（付記１８） 絶縁膜を用いた多層構造を有する半導体装置の製造方法において、
絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、
前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、
前記溶媒除去後の前記塗膜に対し水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１９） 前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、
前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程を有し、
前記バリア膜を形成する工程後に、
前記バリア膜の上から前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする付記１８記載の半導体装置の製造方法。
（付記２０） 前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程後に、
前記絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記溝に導電材料を埋め込む工程と、
を有することを特徴とする付記１８記載の半導体装置の製造方法。
スピンオンプロセスを用いたＬｏｗ−ｋ絶縁膜の形成フローの一例である。 水素プラズマ処理がＬｏｗ−ｋ絶縁膜の膜厚に及ぼす影響を示す図である。 水素プラズマ処理がＬｏｗ−ｋ絶縁膜の誘電率に及ぼす影響を示す図である。 第１の適用例の多層配線構造の要部断面模式図である。 第２の適用例の多層配線構造の要部断面模式図である。 第３の適用例の多層配線構造の要部断面模式図である。
符号の説明
１ 素子
２ ＰＳＧ
３，２８ タングステンプラグ
４，２６ ＳｉＣエッチングストッパ膜
５，１１，１３，１９，２１，４１ ポーラスシリカ膜
６，１４，２２，４２ ＳｉＣキャップ膜
７，１５，２３，４３，５２，５９，６６ ＴａＮ膜
８，１６，２４，４４，５３，６０，６７ Ｃｕ膜
９，１７ｂ，２５，４５ｂ，５４，６１ｂ，６８ Ｃｕ配線
１０，１８，４６ ＵＤＣ−ＳｉＣ拡散バリア膜
１２，２０ ＳｉＣミドルストッパ膜
１７ａ，４５ａ，６１ａ ビア
２７ ＳｉＯ2層間絶縁膜
２９ アルミパッド
３０ 保護膜
４０ シリコンオキシカーバイド膜
５０，５６，６３ 有機絶縁膜
５１，５７，６４ ＳｉＯキャップ膜
５５，６２，６９ ＳｉＣ拡散バリア膜
５８，６５ ＳｉＮハードマスク

Claims (6)

  1. 絶縁膜の形成方法において、
    絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、
    前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、
    前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程と、
    前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに水素プラズマを照射する工程と、
    を有し、
    前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、
    ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、
    前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射する工程においては、
    前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射することを特徴とする絶縁膜の形成方法。
  2. 前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程と、前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射する工程と、を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
  3. 前記溶液は、前記溶媒と沸点の異なるテンプレート材料を含み、
    前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、
    前記塗膜から前記テンプレート材料を加熱除去する工程を有し、
    前記溶媒および前記テンプレート材料の除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成し、
    前記溶媒および前記テンプレート材料の除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射する、
    ことを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
  4. 前記絶縁材料は、分子クラスタ構造を有し、
    前記塗膜から前記溶媒を加熱除去する工程後に、前記塗膜に空孔が形成されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
  5. 絶縁膜を用いた多層構造の形成方法において、
    絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、
    前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、
    前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程と、
    前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、
    を有し、
    前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、
    ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、
    前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程においては、
    前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成することを特徴とする多層構造の形成方法。
  6. 絶縁膜を用いた多層構造を有する半導体装置の製造方法において、
    絶縁材料を含む溶液を塗布して前記絶縁材料を含む塗膜を形成する工程と、
    前記塗膜から溶媒を加熱除去する工程と、
    前記溶媒除去後の前記塗膜の上にバリア膜を形成する工程と、
    前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程と、
    を有し、
    前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成する工程においては、
    ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜の上に前記バリア膜を形成し、
    前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成する工程においては、
    前記ＣＶＤ装置を用いて前記溶媒除去後の前記塗膜に対し前記バリア膜越しに前記水素プラズマを照射して前記絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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