JP5423029B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の配線として、アルミニウム配線に比べて抵抗が低く、電流密度が高いダマシン構造の銅配線が使用されている。また、銅配線を有する半導体装置においても、さらなる高集積化を図るために線幅をさらに細くし、電流密度耐性もさらに高くすることが配線構造に求められている。そのような課題を解決する１つ候補として、低抵抗で且つ高電流密度耐性を有するカーボンナノチューブが注目されている。
カーボンナノチューブは、形状異方性に起因する一次元電子的性質から、バリスティック伝導によって電子が流れ、銅に比べて単位面積当たりで約千倍の電流を流すことができるほどエレクトロマイグレーション耐性に優れている。
カーボンナノチューブを使用する半導体装置の配線構造として、絶縁膜のホールの底からカーボンナノチューブを膜厚方向に伸ばしてビアとして使用する構造が知られている。そのようなビアは、例えば次の方法で形成される。
カーボンナノチューブを使用する半導体装置の配線構造として、絶縁膜のホールの底からカーボンナノチューブを膜厚方向に伸ばしてビアとして使用する構造が知られている。そのようなビアは、例えば次の方法で形成される。
まず、絶縁膜のうち配線の上にホールを形成する。その後に、ホールの底の配線上に触媒となるメタルを成膜し、さらに、ホールの底にカーボンナノチューブをＣＶＤ法により形成する。この場合、カーボンナノチューブは、ホールの深さに等しくなる高さに制御される。続いて、カーボンナノチューブが形成されたホール内と絶縁膜上に導電膜を形成した後に、絶縁膜の上面上の導電膜をパターニングして配線を形成するか、或いは、導電膜を化学機械研磨（ＣＭＰ）法又はエッチバックにより除去する。
また、絶縁膜上に形成された電極同士をカーボンナノチューブにより横方向に接続する構造が知られ、次のような方法で形成される。
まず、横方向に隣接する２つの電極を絶縁膜で覆った後に、それらの電極の一部を跨ぐ領域に開口部を形成する。続いて、開口部から露出する２つの電極上に触媒膜を形成した後に、２つの電極を接続するカーボンナノチューブを開口部内に形成する。その後に、開口部内と絶縁膜の上に絶縁性の埋込膜を形成し、さらに、電極間を接続しない埋込膜中のカーボンナノチューブをＣＭＰで研磨するかエッチングして除去する。
まず、横方向に隣接する２つの電極を絶縁膜で覆った後に、それらの電極の一部を跨ぐ領域に開口部を形成する。続いて、開口部から露出する２つの電極上に触媒膜を形成した後に、２つの電極を接続するカーボンナノチューブを開口部内に形成する。その後に、開口部内と絶縁膜の上に絶縁性の埋込膜を形成し、さらに、電極間を接続しない埋込膜中のカーボンナノチューブをＣＭＰで研磨するかエッチングして除去する。
絶縁膜の上と絶縁膜のホール内にカーボンナノチューブが形成された状態で、絶縁膜をＣＭＰ法により研磨すると、硬いカーボンナノチューブにより絶縁膜上面に傷がつきやすくなる。また、カーボンナノチューブは、化学研磨しにくい物質のため、ＣＭＰ後に絶縁膜上に残り易い。従って、ＣＭＰによるカーボンナノチューブの除去は半導体装置の歩留まり低下の原因となる。
また、絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ絶縁膜を形成すると、ＣＭＰに使用される研磨剤がカーボンナノチューブの間からホール内に入り、さらにＬｏｗ−ｋ絶縁膜に浸透してダメージ
を与え、半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。
本発明は、歩留まりを向上することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
を与え、半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。
本発明は、歩留まりを向上することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の１つの観点によれば、半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をパターニングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、前記ホール内と前記第１絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、前記カーボンナノチューブ層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第２絶縁膜を残す工程と、前記凹部に残した前記第２絶縁膜をマスクとして前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、前記カーボンナノチューブ層上で前記マスクとして用いた前記第２絶縁膜をエッチングする工程と、前記第２絶縁膜を除去した後、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第１絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
本発明によれば、第１絶縁膜のホール内と第１絶縁膜上のカーボンナノチューブの上に第２絶縁膜を形成した後に、第２絶縁膜とカーボンナノチューブを交互にエッチングすることによりカーボンナノチューブの上端の位置を揃えている。その後、第１絶縁膜が露出するまでカーボンナノチューブをエッチングし、第１絶縁膜のホール内にカーボンナノチューブを残している。
従って、カーボンナノチューブをホール内に残し、第１絶縁膜上から除去するための研磨処理は不要になり、研磨剤による第１絶縁膜のダメージの発生や、カーボンナノチューブの研磨残による第１絶縁膜の損傷を回避することができる。
従って、カーボンナノチューブをホール内に残し、第１絶縁膜上から除去するための研磨処理は不要になり、研磨剤による第１絶縁膜のダメージの発生や、カーボンナノチューブの研磨残による第１絶縁膜の損傷を回避することができる。
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
（第１の実施の形態）
図１、図２Ａ〜図２Ｐは、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
次に、図１に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、半導体基板であるシリコン基板１内に素子分離絶縁膜２、例えばシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）を形成する。ＳＴＩは、シリコン基板１の素子分離領域に溝を形成した後に、その溝内に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を埋め込む方法により形成される。なお、素子分離絶縁膜２としてＬＯＣＯＳ法によってシリコン基板１の表面に形成したシリコン酸化膜を採用してもよい。
（第１の実施の形態）
図１、図２Ａ〜図２Ｐは、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
次に、図１に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、半導体基板であるシリコン基板１内に素子分離絶縁膜２、例えばシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）を形成する。ＳＴＩは、シリコン基板１の素子分離領域に溝を形成した後に、その溝内に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を埋め込む方法により形成される。なお、素子分離絶縁膜２としてＬＯＣＯＳ法によってシリコン基板１の表面に形成したシリコン酸化膜を採用してもよい。
次に、シリコン基板１のうち、素子分離絶縁膜２に囲まれた活性領域、例えばＮ型ＭＯ
Ｓトランジスタ形成領域にｐ型不純物、例えばホウ素をイオン注入することによりｐウェル３を形成する。なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを形成する領域では、シリコン基板１の活性領域にｎウェルを形成する。
Ｓトランジスタ形成領域にｐ型不純物、例えばホウ素をイオン注入することによりｐウェル３を形成する。なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを形成する領域では、シリコン基板１の活性領域にｎウェルを形成する。
続いて、シリコン基板１の表面にゲート絶縁膜４を例えば熱酸化法により形成し、さらに、ｐウェル３の上にゲート絶縁膜４を介してゲート電極５を形成する。ゲート電極５の形成方法は、例えば、ゲート絶縁膜４上にシリコン膜を形成した後に、レジストパターンを使用するフォトリソグラフィ法によりシリコン膜をパターニングする工程を有する。
次に、ゲート電極５をマスクにしてｎ型不純物、例えば燐又は砒素をイオン注入することにより、ゲート電極５の両側のｐウェル３内にｎ型エクステンション領域７ａ、８ａを形成する。
続いて、絶縁膜として例えばシリコン酸化膜をＣＶＤ法によりシリコン基板１及びゲート電極５上に形成した後に、絶縁膜をエッチバックしてゲート電極５の側面に残し、これを絶縁性サイドウォール６とする。
続いて、絶縁膜として例えばシリコン酸化膜をＣＶＤ法によりシリコン基板１及びゲート電極５上に形成した後に、絶縁膜をエッチバックしてゲート電極５の側面に残し、これを絶縁性サイドウォール６とする。
さらに、ゲート電極５及びサイドウォール６をマスクに使用してｐウェル３内にｎ型不純物をイオン注入することにより、ゲート電極５の両側方のｐウェル３内にｎ型不純物高濃度領域７ｂ、８ｂを形成する。ここで、互いに接続されるｎ型不純物高濃度領域７ｂ、８ｂとｎ型エクステンション領域７ａ、８ｂは、ソース／ドレイン領域７、８となる。
以上のソース／ドレイン領域７、８、ゲート電極５、ｐウェル３等によりＮ型ＭＯＳトランジスタが形成される。
続いて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタを覆うカバー膜９、例えばシリコン窒化膜をＣＶＤ法によりシリコン基板１上に形成する。さらに、カバー膜９の上に、第１層間絶縁膜１０としてシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成する。
続いて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタを覆うカバー膜９、例えばシリコン窒化膜をＣＶＤ法によりシリコン基板１上に形成する。さらに、カバー膜９の上に、第１層間絶縁膜１０としてシリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成する。
次に、第１層間絶縁膜１０の上面をＣＭＰ法により平坦化した後に、レジストパターンを使用するフォトリソグラフィ法により第１層間絶縁膜１０及びカバー膜９をパターニングする。これにより、ソース／ドレイン領域７、８の上にコンタクトホール１０ａ、１０ｂを形成する。なお、ゲート電極５に接続される配線の上にもホール（不図示）が形成される。
さらに、コンタクトホール１０ａ、１０ｂ内にチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）をスパッタ法により形成した後に、ＴｉＮ膜上にタングステン（Ｗ）膜をＣＶＤ法により形成する。その後に、第１層間絶縁膜１０上のＷ膜、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜をＣＭＰ法により除去する。これにより、コンタクトホール１０ａ、１０ｂ内に残されたＷ膜、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜をコンタクトプラグ１１、１２とする。
次に、第１層間絶縁膜１０上に、第２層間絶縁膜である第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３を形成する。Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜１３として炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜をＣＶＤ法により形成するが、その他の膜、例えば塗布法によりＳＯＧ膜を形成してもよい。Ｌｏｗ−ｋ材料は、シリコン酸化膜よりも低い誘電率を有する材料である。
さらに、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３上において、コンタクトプラグ１１、１２上を含む領域に配線形状の開口部を有するマスク（不図示）を形成する。ついで、マスクの開口部を通して第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３をエッチングし、第１配線用溝１３ａ、１３ｂを形成する。第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３のエッチングは例えばＣＦ４を含むガスを使用してプラズマエッチング法又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により行われる。
続いて、第１配線用溝１３ａ、１３ｂの中にバリアメタル膜１４ａ、銅（Ｃｕ）シード膜（不図示）をスパッタ法により順に形成する。その後に、バリアメタル膜１４ａ及び銅シード膜を電極としてその上に銅膜１４ｂを電解メッキ法により形成する。これにより、第１配線用溝１３ａ、１３ｂ内にＣｕ膜１４ｂを埋め込む。なお、Ｃｕ膜は、銅合金であってもよく、以下の実施形態でも同様である。
その後に、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３の上面上のＣｕ膜１４ｂ、バリアメタル膜１４ａをＣＭＰ法により除去する。これにより第１配線用溝１３ａ、１３ｂ内に残されたＣｕ膜１４ｂ及びバリアメタル膜１４ａを第１層目の配線１５ａ、１５ｂとする。なお、バリアメタル膜１４ａは銅拡散防止のための膜であり、例えばタンタル（Ｔａ）膜を形成する。
次に、第１層目の配線１５ａ、１５ｂ及び第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３の上に、第３の層間絶縁膜として第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７、キャップ絶縁膜１８を順に形成する。例えば、第１のバリア絶縁膜１６として炭素水素添加シリコン（ＳｉＣＨ）膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約３０ｎｍの厚さに形成し、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７としてＳｉＯＣ膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約１５０ｎｍの厚さに形成する。また、キャップ絶縁膜１８としてＳｉＣＨ膜をプラズマＣＶＤ法により約３０ｎｍの厚さに形成するが、その他の低誘電体ＳｉＯ系膜、例えばＳｉＯＣ、ＳｉＯ２を形成してもよい。
続いて、キャップ絶縁膜１８上に第１の反射防止（ＢＡＲＣ）膜１９を形成する。第１のＢＡＲＣ膜１９として本実施形態では有機系絶縁膜を形成するが、無機系絶縁膜を形成してもよい。
続いて、キャップ絶縁膜１８上に第１の反射防止（ＢＡＲＣ）膜１９を形成する。第１のＢＡＲＣ膜１９として本実施形態では有機系絶縁膜を形成するが、無機系絶縁膜を形成してもよい。
次に、図２Ａ〜図２Ｐを参照して第２層目の配線の形成工程を説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｐは、図１に示した第１層間絶縁膜１０上部とその上の構造を示している。
まず、図２Ａに示すように、第１のＢＡＲＣ膜１９上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上にビアホールを形成するための開口部２０ａ、２０ｂを有するレジストパターン２０を形成する。
まず、図２Ａに示すように、第１のＢＡＲＣ膜１９上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上にビアホールを形成するための開口部２０ａ、２０ｂを有するレジストパターン２０を形成する。
続いて、レジストパターン２０をマスクにして、第１のＢＡＲＣ膜１９を例えばプラズマエッチング法又はＲＩＥ法でドライエッチングすることにより開口２０ａ、２０ｂからキャップ絶縁膜１８を露出させる。有機系材料の第１のＢＡＲＣ膜１９のエッチングに使用する反応ガスとして例えばＣＦ４を有するガスを使用する。
次に、図２Ｂに示すように、第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７及びキャップ絶縁膜１８にビアホール１７ａ、１７ｂを以下の方法で形成する。
まず、レジストパターン２０の開口部２０ａ、２０ｂを通してキャップ絶縁膜１８をプラズマエッチング法によりエッチングし、これによりビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。キャップ絶縁膜１８であるＳｉＣＨ膜用のエッチングガスとして例えばＣＨ２Ｆ２を含むガスを使用する。
まず、レジストパターン２０の開口部２０ａ、２０ｂを通してキャップ絶縁膜１８をプラズマエッチング法によりエッチングし、これによりビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。キャップ絶縁膜１８であるＳｉＣＨ膜用のエッチングガスとして例えばＣＨ２Ｆ２を含むガスを使用する。
例えば、ＣＨ２Ｆ２を約３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を約１０ｓｃｃｍ、Ｎ２を約５０ｓｃｃｍの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には３００Ｗの高周波パワーを印加する。
さらに、レジストパターン２０及びキャップ絶縁膜１８をマスクにして、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７を例えばプラズマエッチング法によりエッチングすることによりビアホール１７ａ、１７ｂをさらに深くする。この場合のエッチングガスとして、キャップ絶縁膜
１８及び第１のバリア絶縁膜１６、即ちＳｉＣＨ膜に対してエッチング選択比の大きなガス、例えばＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒを含むガスを使用する。
１８及び第１のバリア絶縁膜１６、即ちＳｉＣＨ膜に対してエッチング選択比の大きなガス、例えばＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒを含むガスを使用する。
さらに、レジストパターン２０、第１のＢＡＲＣ膜１９及びキャップ絶縁膜１８をマスクにして第１のバリア絶縁膜１６を例えばプラズマエッチング法によりエッチングすることによりビアホール１７ａ、１７ｂをさらに深くして第一層目の配線１５ａ、１５ｂの一部を露出する。そのエッチング条件として、例えばキャップ絶縁膜１８のエッチング条件と同じに設定する。
レジストパターン２０及び第１のＢＡＲＣ膜１９を除去した後に、図２Ｃに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂの底の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上とキャップ絶縁膜１８の上にそれぞれ触媒金属微粒子２１を形成する。触媒金属微粒子２１として本実施形態ではコバルト（Ｃｏ）粒子を形成する。なお、触媒金属粒子２１の代わりに厚さ１ｎｍ程度の触媒金属膜を形成してもよい。
触媒金属微粒子２１として、Ｃｏの他に、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）又はそれらうちのいずれかを含む二元系金属、例えばＴｉＣｏ等を使用してもよい。触媒金属微粒子２１は、レーザアブレーション法、スパッタ法、蒸着法等により形成される。それらの方法においては、シリコン基板１の上面に対して垂直方向への触媒元素堆積異方性を高める条件に設定することが好ましい。
次に、図２Ｄに示すように、触媒金属微粒子２１が形成された第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上面とキャップ絶縁膜１８の上面から略垂直方向に延びる複数のカーボンナノチューブ２２をＣＶＤ法により形成する。カーボンナノチューブ２２は、少なくともビアホール１７ａ、１７ｂの深さに等しい長さ、或いはそれよりも長く形成される。
カーボンナノチューブ２２はシリコン基板１の上方でほぼ同じ長さに形成されるので、多数のカーボンナノチューブ２２からなる層はビアホール１７ａ、１７ｂの上では窪みが生じている。
カーボンナノチューブ２２はシリコン基板１の上方でほぼ同じ長さに形成されるので、多数のカーボンナノチューブ２２からなる層はビアホール１７ａ、１７ｂの上では窪みが生じている。
カーボンナノチューブ２２を形成するＣＶＤ法として、例えば熱ＣＶＤ法、熱フィラメント法、プラズマＣＶＤ法がある。熱ＣＶＤ法を採用する場合には、例えば反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを成長雰囲気である真空チャンバ内に導入する。例えば、アセチレンとアルゴンガスの流量は、それぞれ０．５ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍとする。その他の成長条件として、真空チャンバ内の圧力を１ｋＰａに設定し、基板温度を４００℃〜４５０℃に設定する。
続いて、以下の方法により、カーボンナノチューブ２２をキャップ絶縁膜１８の上面から除去する一方、ビアホール１７ａ、１７ｂ内に短くして残す。
まず、図２Ｅに示すように、多数のカーボンナノチューブ２２の層の上に、塗布系絶縁膜としてスピンオングラス（ＳＯＧ）膜２３を形成する。ＳＯＧ膜２３の形成方法として、例えば、スピンコーティング法によりＳＯＧを塗布し、その形成後に温度約２５０℃で約５分間の加熱によりＳＯＧをベークし、続いて例えば温度約４００℃で約３分間の加熱によりＳＯＧをキュアして硬化するという方法が採用される。
まず、図２Ｅに示すように、多数のカーボンナノチューブ２２の層の上に、塗布系絶縁膜としてスピンオングラス（ＳＯＧ）膜２３を形成する。ＳＯＧ膜２３の形成方法として、例えば、スピンコーティング法によりＳＯＧを塗布し、その形成後に温度約２５０℃で約５分間の加熱によりＳＯＧをベークし、続いて例えば温度約４００℃で約３分間の加熱によりＳＯＧをキュアして硬化するという方法が採用される。
ＳＯＧ膜２３は、カーボンナノチューブ２２の層の上で例えば約３００ｎｍの厚さに形成され、その上面はほぼ平坦化する。なお、ＳＯＧ膜２３の一部は、カーボンナノチューブ２２の隙間に入り込んだ状態となる。
その後、シリコン基板１を例えばプラズマエッチング装置のエッチングチャンバに入れ、ＳＯＧ膜２３とカーボンナノチューブ２２を以下のように交互にエッチングする。
その後、シリコン基板１を例えばプラズマエッチング装置のエッチングチャンバに入れ、ＳＯＧ膜２３とカーボンナノチューブ２２を以下のように交互にエッチングする。
まず、図２Ｆに示すように、カーボンナノチューブ２２が露出するまでＳＯＧ膜２３をエッチングする。
ＳＯＧ膜２３のエッチングでは、反応ガスとしてフロロカーボン系ガス、例えばＣＦ４を１００ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ〜２７Ｐａ）となるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。フロロカーボン系ガスとして、ＣＦ４の他に、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８がある。
ＳＯＧ膜２３のエッチングでは、反応ガスとしてフロロカーボン系ガス、例えばＣＦ４を１００ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒ（２．７Ｐａ〜２７Ｐａ）となるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。フロロカーボン系ガスとして、ＣＦ４の他に、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８がある。
これにより、ＳＯＧ膜２３は、カーボンナノチューブ２２の層のうちビアホール１７ａ、１７ｂの上の凹部に厚く残り、その他の領域では除去され、カーボンナノチューブ２２の上端を露出する。
続いて、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより、図２Ｇに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂの上方の厚いＳＯＧ膜２３の側部を露出する。
続いて、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより、図２Ｇに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂの上方の厚いＳＯＧ膜２３の側部を露出する。
そのエッチングでは、反応ガスとして例えばＯ２を約２００ｓｃｃｍ、ＣＦ４を１０〜５０ｓｃｃｍの流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００Ｗ〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。
そのようなエッチング条件では、カーボンナノチューブ２２の層の上に部分的に厚く残ったＳＯＧ膜２３はエッチングマスクとして機能し、その下のカーボンナノチューブ２２の長さは実質的に変わらず、その他の領域のカーボンナノチューブ２２が短くなる。なお、カーボンナノチューブ２２の隙間の僅かなＳＯＧはカーボンナノチューブ２２とともにエッチングされる。
続いて、図２Ｈに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスを酸素系からフロロカーボン系に切り替えてＳＯＧ膜２３をエッチングする。そのエッチング条件は、図２Ｆに示したＳＯＧ膜２３のエッチング条件と同じに設定する。これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂの上方のＳＯＧ膜２３が薄くなる。
次に、図２Ｉに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングし、これによりカーボンナノチューブ２２の層の上端の位置を揃える。そのエッチング条件は、図２Ｇに示したカーボンナノチューブ２２のエッチング条件と同じに設定する。
続いて、図２Ｊに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスを酸素系からフロロカーボン系に切り替えてＳＯＧ膜２３をエッチングすることにより、カーボンナノチューブ２２の上端の上から除去する。そのエッチング条件は、図２Ｆに示したエッチング時の条件と同じに設定する。
次に、図２Ｋに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えて、触媒金属微粒子２１又はキャップ絶縁膜１８が露出するまでカーボンナノチューブ２２をエッチングする。そのエッチング条件は、図２Ｇに示したエッチング時の条件と同じに設定する。
これによりビアホール１７ａ、１７ｂ内に残されたカーボンナノチューブ２２は、上下の配線を接続するためのビア２２ａ、２２ｂとして使用される。なお、キャップ絶縁膜１８はＳｉＣＨから形成されているので、エッチングチャンバ内に発生する酸素プラズマか
ら第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７を遮り、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のダメージを防止することができる。
ら第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７を遮り、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のダメージを防止することができる。
ところで、上記のエッチングでは、カーボンナノチューブ２２とＳＯＧ膜２３の一方を選択的にエッチングするために、１つのエッチングチャンバ内に導入するガスを酸素系とフロロカーボン系に切り替えている。それらのガスは、図４に示すような性質を利用した条件に設定することが好ましい。
図４は、エッチングチャンバ内に導入するＯ２とフロロカーボンであるＣＦ４の流量比率を変えることによるＳＯＧ膜とカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のエッチングレートの変化を示している。
図４は、エッチングチャンバ内に導入するＯ２とフロロカーボンであるＣＦ４の流量比率を変えることによるＳＯＧ膜とカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のエッチングレートの変化を示している。
図４において、Ｏ２流量をＣＦ４流量に対して少なくし過ぎると、ＳＯＧ膜２３のエッチングレートが高くなり、カーボンナノチューブ２２のエッチングレートが低くなる。これに対して、Ｏ２流量をＣＦ４流量に対して多くし過ぎると、ＳＯＧ膜２３のエッチングレートが低くなる一方、カーボンナノチューブ２２のエッチングレートが高くなる。
このようにＣＦ４に対するＯ２の流量比率を変化させてみると、カーボンナノチューブ２２のエッチングレートにピークが存在し、そのピークの流量比率ではＳＯＧ膜２３のエッチングレートが極めて低くなる。
実験によれば、ＳＯＧ膜２３に対してカーボンナノチューブ２２を選択的にエッチングするためには、Ｏ２とＣＦ４の総ガス流量に対するＣＦ４流量の比を２０流量％以下、例えば２０流量％〜５流量％に設定することが望ましく、ＣＦ４の導入を停止してＯ２だけを導入してもよい。そのようなガス流量比を上記の酸素系ガスとする。
実験によれば、ＳＯＧ膜２３に対してカーボンナノチューブ２２を選択的にエッチングするためには、Ｏ２とＣＦ４の総ガス流量に対するＣＦ４流量の比を２０流量％以下、例えば２０流量％〜５流量％に設定することが望ましく、ＣＦ４の導入を停止してＯ２だけを導入してもよい。そのようなガス流量比を上記の酸素系ガスとする。
これに対して、ＳＯＧ膜２３を選択的にエッチングするためには、Ｏ２とＣＦ４の総ガス流量に対するＣＦ４流量の比を２０流量％より大きくすることが好ましく、Ｏ２の導入を停止してＣＦ４だけを導入してもよい。そのようなガス流量比を上記のフロロカーボン系とする。また、Ｏ２、ＣＦ４と同時に不活性ガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）をエッチングチャンバ内に導入して、ＣＦ４、Ｏ２、Ａｒの混合ガスにしてもよい。
なお、ＣＦ４の他のフロロカーボン、例えばＣ４Ｆ８を使用してもよい。また、ＳＯＧ膜２３を選択的にエッチングする際には、ＣＦ４にＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等のデポガスを混入して、カーボンナノチューブ２２に対するエッチング選択比を高くする条件に設定してもよい。
次に、キャップ絶縁膜１８上の触媒金属微粒子２１を例えばプラズマエッチングにより除去する。触媒金属微粒子２１のエッチングガスとして例えばＣＦ４を含むフロロカーボン系のガスを使用する。その詳細については後述する。
次に、図２Ｌに示すように、キャップ絶縁膜１８及びビア２２ａ、２２ｂの上に、第４の層間絶縁膜として第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５、ハードマスク層２６を例えば約１５０ｎｍ、約３０ｎｍの厚さに順に形成する。例えば、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５としてＳｉＯＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、さらに、ハードマスク層２６としてＳｉＣＨ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。
続いて、図２Ｍに示すように、ハードマスク層２６上に第２のＢＡＲＣ膜２７を形成する。第２のＢＡＲＣ膜２７として本実施形態では有機系材料を使用するが、無機系材料を使用してもよい。さらに、第２のＢＡＲＣ膜２７の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等する。これにより、第１、第２のビア２２ａ、２２ｂの上方を通る配線用開口部２８ａ、２８ｂを有するレジストパターン２８を形成する。
続いて、レジストパターン２８をマスクに使用して第２のＢＡＲＣ膜２７をエッチングすることにより、ハードマスク層２６の一部を配線用開口部２８ａ、２８ｂから露出する。さらに、レジストパターン２８をマスクにしてハードマスク層２６をエッチングすることにより配線用開口部２８ａ、２８ｂの下にさらに開口部を形成する。
第２のＢＡＲＣ膜２７のエッチングは、第１のＢＡＲＣ膜１８のエッチングと同じ条件で行われ、また、ハードマスク層２６であるＳｉＣＨ膜のエッチングは、キャップ絶縁膜１８のエッチングと同じ条件で行われる。
第２のＢＡＲＣ膜２７のエッチングは、第１のＢＡＲＣ膜１８のエッチングと同じ条件で行われ、また、ハードマスク層２６であるＳｉＣＨ膜のエッチングは、キャップ絶縁膜１８のエッチングと同じ条件で行われる。
さらに、レジストパターン２８、第２のＢＡＲＣ膜２７及びハードマスク層２６をマスクにして第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５をエッチングする。これにより、図２Ｎに示すように、レジストパターン２８の開口部２８ａ、２８ｂの下に第２配線用溝２５ａ、２５ｂを形成し、その一部からビア２２ａ、２２ｂ、即ちカーボンナノチューブ２２の上端を露出する。第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５のエッチングは、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のエッチングと同じ条件で行われる。
続いて、レジストパターン２８及び第２のＢＡＲＣ膜２７を除去した後に、図２Ｏに示すように、第２の配線用溝２５ａ、２５ｂの中にバリアメタル膜２９ａ、銅シード膜（不図示）をスパッタ法により順に形成する。その後に、第２の配線用溝２５ａ、２５ｂ内にＣｕ膜２９ｂを形成する。Ｃｕ膜２９ｂは、バリアメタル膜２９ａ及び銅シード膜を電極として電解メッキ法により形成される。なお、バリアメタル膜２９ａとして、例えばＴａ膜を形成する。
さらに、図２Ｐに示すように、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５の上面上のＣｕ膜２９ｂ、バリアメタル膜２９ａ及びハードマスク層２６をＣＭＰ法により除去する。これにより第２の配線用溝２５ａ、２５ｂ内に残されたＣｕ膜２９ｂを第２層目の配線３０ａ、３０ｂとする。第２層目の配線３０ａ、３０ｂは、ビア２２ａ、２２ｂを介して第１層目の配線１５ａ、１５ｂに電気的に接続される。
次に、図３に示すように、第２層目の配線３０ａ、３０ｂと第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５の上に第２のバリア絶縁膜３１としてＳｉＣＨ膜を約３０ｎｍの厚さに形成する。
その後に、第２層目の配線３０ａ、３０ｂに接続されるビア、配線、絶縁膜等を繰り返して形成することにより、多層配線構造を形成する。
その後に、第２層目の配線３０ａ、３０ｂに接続されるビア、配線、絶縁膜等を繰り返して形成することにより、多層配線構造を形成する。
以上説明したように本実施形態によれば、キャップ絶縁膜１８の上とビアホール１７ａ、１７ｂの中にカーボンナノチューブ２２を形成し、さらに、カーボンナノチューブ２２の層の上にＳＯＧ膜２３を形成している。その後に、ＳＯＧ膜２３をエッチングし、カーボンナノチューブ２２を露出するとともにカーボンナノチューブ２２の層の凹部にＳＯＧ膜２３を残し、さらに、ＳＯＧ膜２３をマスクにしてカーボンナノチューブ２２をエッチングしている。
これにより、カーボンナノチューブ２２の層の上部に凹凸が発生しても、凹部にＳＯＧ膜を残した状態で凸部のカーボンナノチューブ２２をエッチングすることによりその層の上端を平坦化することができる。そして、ＳＯＧ膜２３を除去した後に、ドライエッチングによりカーボンナノチューブ２２をエッチングしてキャップ絶縁膜１８の上面から除去すると、カーボンナノチューブ２２がビアホール１７ａ、１７ｂ内に選択的に残る。これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂ内のカーボンナノチューブ２２をビア２２ａ、２２ｂとして使用することができる。
従って、ビアホール１７ａ、１７ｂ内にカーボンナノチューブ２２を選択的に残すため
の研磨は不要になる。これにより、研磨剤によるＬｏｗ−ｋ絶縁膜の損傷は発生せず、しかもカーボンナノチューブ２２の研磨残渣による層間絶縁膜の損傷も生じない。
の研磨は不要になる。これにより、研磨剤によるＬｏｗ−ｋ絶縁膜の損傷は発生せず、しかもカーボンナノチューブ２２の研磨残渣による層間絶縁膜の損傷も生じない。
また、カーボンナノチューブ２２をその下のキャップ絶縁膜１８に対して選択的にエッチングする条件を設定することにより、キャップ絶縁膜１８をエッチング終点検出面とすることができ、ビアホール１７ａ、１７ｂ内のカーボンナノチューブ２２の過剰なエッチングを防止できる。
さらに、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７上にキャップ絶縁膜１８を形成しているので、カーボンナノチューブ２２のエッチャントである酸素プラズマによるＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の損傷を防止することができる。
ところで、上記したキャップ絶縁膜１８上の触媒金属微粒子２１を除去するために使用するエッチングガスとしてフロロカーボン系ガスであるＣＦ４を使用してもよい。また、触媒金属微粒子２１のエッチングレートを高くするために、フロロカーボン系のガスに一酸化炭素（ＣＯ）を含ませることが好ましい。
例えば、上記の方法により、図５Ａに示すようにシリコン基板１の上方でカーボンナノチューブ２２の層の上端の位置を揃え、その後に、図５Ｂに示すように上記の条件で酸素系ガスを使用してカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより触媒金属粒子２１が露出する。そこで、エッチングチャンバ内に導入するガスをフロロカーボン系に切り替え、併せてＣＯガスを導入する。
例えば、触媒金属粒子２１のエッチング条件として、ＣＦ４を約２００ｓｃｃｍ、ＣＯを１００ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍの流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバ内の電極には１００Ｗ〜５００Ｗの高周波のパワーを印加する。
ＣＯガスを導入すると、触媒金属粒子２１であるＣｏ又はＮｉがＣＯと反応して金属カルボニル化合物であるＮｉ（ＣＯ）４、Ｃｏ２（ＣＯ）８が生成され、昇華し、触媒金属粒子２１のエッチングが促進する。これにより、図５Ｃに示すように、触媒金属粒子２１がキャップ絶縁膜１８上から除去される。
（第２の実施の形態）
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図６Ａ〜図６Ｃは、図１に示した構造のうち第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図６Ａ〜図６Ｃは、図１に示した構造のうち第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
まず、図１に示したと同様に、シリコン基板１に形成したＮ型ＭＯＳトランジスタの上にカバー膜９、第１層間絶縁膜１０を形成した後に、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域７、８に接続するコンタクトプラグ１１、１２を形成する。
さらに、第１層間絶縁膜１０及びコンタクトプラグ１１、１２の上に第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１を形成し、その中にコンタクトプラグ１５ａ、１５ｂに接続する第１層目の配線１３ａ、１３ｂを形成する。その後、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１及び第１層目の配線１３ａ、１３ｂの上に第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７、キャップ絶縁膜１８を順に形成する。その形成方法は、第１実施形態と同様にする。
さらに、図２Ｂに示す第１実施形態と同様に、第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ
−ｋ絶縁膜１７、キャップ絶縁膜１８をパターニングしてビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。
次に、図２Ｃに示す第１実施形態と同様に、ビアホール１７ａ、１７ｂの底の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上面とキャップ絶縁膜１８の上面に触媒金属粒子２１を形成した後に、図２Ｄに示すようにそれらの面の上にカーボンナノチューブ２２を形成する。
−ｋ絶縁膜１７、キャップ絶縁膜１８をパターニングしてビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。
次に、図２Ｃに示す第１実施形態と同様に、ビアホール１７ａ、１７ｂの底の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上面とキャップ絶縁膜１８の上面に触媒金属粒子２１を形成した後に、図２Ｄに示すようにそれらの面の上にカーボンナノチューブ２２を形成する。
次に、図６Ａに示すように、カーボンナノチューブ２２の層の上に、塗布系有機膜としてフォトレジスト膜３２を形成する。フォトレジスト膜３２の形成方法として、例えば、ノボラック系樹脂等のフォトレジストをスピンコーティング法により塗布し、その上面を平坦化する。さらに、フォトレジスト膜３２を例えば約３００℃でベークして硬化させる。
なお、フォトレジスト膜３２の代わりにポリイミド等の樹脂膜を形成してもよい。
なお、フォトレジスト膜３２の代わりにポリイミド等の樹脂膜を形成してもよい。
フォトレジスト膜３２の厚さを、例えばカーボンナノチューブ２２の上の最も薄い領域で約３００ｎｍとする。フォトレジスト膜３２の一部は、カーボンナノチューブ２２の隙間の上部に入り込んだ状態となる。
次に、シリコン基板１を例えばプラズマエッチング装置のエッチングチャンバに入れ、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、フォトレジスト膜３２とカーボンナノチューブ２２をキャップ絶縁膜１８又は触媒金属２１が露出するまでエッチングする。フォトレジスト膜３２とカーボンナノチューブ２２のエッチングは同じ条件で連続して行ってもよいが、エッチング選択性、エッチング速度等の優位性を確保するために、以下のように変えることが好ましい。
次に、シリコン基板１を例えばプラズマエッチング装置のエッチングチャンバに入れ、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、フォトレジスト膜３２とカーボンナノチューブ２２をキャップ絶縁膜１８又は触媒金属２１が露出するまでエッチングする。フォトレジスト膜３２とカーボンナノチューブ２２のエッチングは同じ条件で連続して行ってもよいが、エッチング選択性、エッチング速度等の優位性を確保するために、以下のように変えることが好ましい。
まず、図６Ｂに示すように、カーボンナノチューブ２２が露出するまでフォトレジスト膜３２をエッチングする。そのエッチング条件は、反応ガスとして例えばＯ２を２００ｓｃｃｍの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には２００Ｗ〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。
続いて、カーボンナノチューブ２２の層の凹部にフォトレジスト膜３２が残った状態で、図６Ｃに示すようにフォトレジスト膜３２が無くなるまでカーボンナノチューブ２２及びフォトレジスト膜３２を同時にエッチングする。これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂの上方でカーボンナノチューブ２２の上端が平坦化する。
その条件として、反応ガスとして例えばＯ２を２００ｓｃｃｍ、ＣＦ４を１００ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍの流量の割合でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には２００Ｗ〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。ここで、フロロカーボンであるＣＦ４を添加した理由は、図４に示す結果から導かれる。
その後に、キャップ絶縁膜１８に対してカーボンナノチューブ２２のエッチング選択性を高くするためにエッチング条件を変え、図２Ｋに示したと同様に、キャップ絶縁膜１８上のカーボンナノチューブ２２をエッチングする。そのエッチング条件は、第１実施形態と同様に設定する。
これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂ内に選択的に残されたカーボンナノチューブ２２をビア２２ａ、２２ｂとする。なお、キャップ絶縁膜１８は、エッチングチャンバ内に発生する酸素プラズマによる第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の損傷を防止することができる。
次に、第１実施形態に示したと同様に、キャップ絶縁膜１８上の触媒金属微粒子２１を除去する。その後に、第１実施形態に示した方法により、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５、ハードマスク層２６等を形成する。さらに、第１実施形態と同様な方法により図３に示したと同様に、ビア２２ａ、２２ｂに接続される第２層目の配線３０ａ、３０ｂを第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５内に形成する。
以上説明したように本実施形態によれば、キャップ絶縁膜１８の上とその中のビアホール１７ａ、１７ｂの中にカーボンナノチューブ２２を形成した後に、カーボンナノチューブ２２の上にフォトレジスト膜３２を形成し、その上面を平坦にしている。
フォトレジスト膜３２は有機材料から形成されているので、条件を調整することにより、酸素系ガスを使用してフォトレジスト膜３２とカーボンナノチューブ２２をほぼ同じエッチングレートでエッチングすることができる。
フォトレジスト膜３２は有機材料から形成されているので、条件を調整することにより、酸素系ガスを使用してフォトレジスト膜３２とカーボンナノチューブ２２をほぼ同じエッチングレートでエッチングすることができる。
これにより、キャップ絶縁膜１８の上面上のカーボンナノチューブ２２を除去した時点でビアホール１７ａ、１７ｂの中にカーボンナノチューブ２２をビア２２ａ、２２ｂとして残すことができる。
従って、カーボンナノチューブ２２をビアホール１７ａ、１７ｂ内に選択的に残すための研磨工程は不要であり、研磨剤がビアホール１７ａ、１７ｂに侵入して第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７にダメージを与えることはない。また、カーボンナノチューブ２２をドライエッチングしているのでカーボンナノチューブの残渣によって層間絶縁膜の表面を傷つけることはない。しかも、カーボンナノチューブ２２をその下の第１のハードマスク絶縁膜１８に対して選択的にエッチングする条件を設定することにより、第１のハードマスク絶縁膜１８の露出をエッチング終点検出面とすることができ、過剰なエッチングを防止できる。
（第３の実施の形態）
図７Ａ〜図７Ｆは、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図７Ａ〜図７Ｆは、図１に示した構造のうち第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
図７Ａ〜図７Ｆは、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図７Ａ〜図７Ｆは、図１に示した構造のうち第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
まず、図１に示した第１実施形態と同様に、シリコン基板１上でＮ型ＭＯＳトランジスタを覆うカバー膜９、第１層間絶縁膜１０を成膜した後、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域７、８に接続するコンタクトプラグ１１、１２を形成する。
さらに、第１層間絶縁膜１０及びコンタクトプラグ１１、１２の上に第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３を形成し、その中にコンタクトプラグ１１、１２に接続する第１層目の配線１５ａ、１５ｂを形成する。その後、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１及び第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上に第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７、キャップ絶縁膜１８を順に形成する。
さらに、図２Ｂに示した第１実施形態と同様に、第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７及びキャップ絶縁膜１８をパターニングしてビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。
次に、図７Ａに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂの底の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上面とキャップ絶縁膜１８の上面に触媒金属粒子２１を形成する。触媒金属粒子２１は、例えば第１実施形態に示した方法により形成する。
次に、図７Ａに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂの底の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上面とキャップ絶縁膜１８の上面に触媒金属粒子２１を形成する。触媒金属粒子２１は、例えば第１実施形態に示した方法により形成する。
続いて、図７Ｂに示すように、プラズマエッチング装置、例えば容量結合型プラズマエ
ッチング装置のエッチングチャンバ内にシリコン基板１を入れ、フロロカーボン系ガスを用いてキャップ絶縁膜１８の上面から触媒金属粒子２１を除去する。この場合、ビアホール１７ａ、１７ｂの底に触媒金属粒子２１を次の条件により選択的に残す。
ッチング装置のエッチングチャンバ内にシリコン基板１を入れ、フロロカーボン系ガスを用いてキャップ絶縁膜１８の上面から触媒金属粒子２１を除去する。この場合、ビアホール１７ａ、１７ｂの底に触媒金属粒子２１を次の条件により選択的に残す。
その条件として、例えばフロロカーボンであるＣＦ４を約２００ｓｃｃｍ、ＣＯを１００ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入する。この場合、エッチングチャンバ内の圧力を２００ｍＴｏｒｒ以上、例えば２００ｍＴｏｒｒ〜３００ｍＴｏｒｒに設定する。さらに、エッチングチャンバの電極には１００Ｗ〜５００Ｗの高周波のパワーを印加する。
次に、図７Ｃに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂ内において、触媒金属粒子２１が残された第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上に選択的にカーボンナノチューブ２２をＣＶＤ法により形成する。カーボンナノチューブ２２は、例えば第１実施形態に示した条件に設定することより、ビアホール１７ａ、１７ｂから上方にはみ出る長さに形成される。
続いて、図７Ｄに示すように、カーボンナノチューブ２２及びキャップ絶縁膜１８の上に、ＳＯＧ膜２３を第１実施形態に示したと同じ方法、条件で、カーボンナノチューブ２２を覆う厚さ、例えば３００ｎｍに形成する。
さらに、図７Ｅに示すように、フロロカーボン系ガスを使用してＳＯＧ膜２３をプラズマエッチング法によりエッチングし、カーボンナノチューブ２２の上部を露出させる。
さらに、図７Ｅに示すように、フロロカーボン系ガスを使用してＳＯＧ膜２３をプラズマエッチング法によりエッチングし、カーボンナノチューブ２２の上部を露出させる。
ＳＯＧ膜２３のエッチングでは、反応ガスとしてフロロカーボン系ガス、例えばＣＦ４を１００ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒに調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００Ｗ〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。
次に、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより、図７Ｆに示すように、カーボンナノチューブ２２をビアホール１７ａ、１７ｂと同じ高さ又はそれより低くなるように調整し、ビア２２ａ、２２ｂとして使用する。
そのエッチングでは、反応ガスとして例えばＯ２を約２００ｓｃｃｍ、ＣＦ４を１０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００Ｗ〜５００Ｗの高周波パワーを印加する。
続いて、エッチングガスを酸素系からフロロカーボン系に切り替えてＳＯＧ膜２３を選択的にエッチングしてキャップ絶縁膜１８の上面を露出させる。これにより、第１実施形態の図２Ｋに示したと同じようにキャップ絶縁膜１８の上面が露出する。そのエッチング条件は、例えば図７Ｅに示したＳＯＧ膜２３のエッチングと同じ条件とする。
次に、第１実施形態に示したと同様に、キャップ絶縁膜１８上の触媒金属微粒子２１を除去する。その後に、第１実施形態に示した方法により、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５、ハードマスク層２６等を形成する。さらに、第１実施形態と同様な方法により図３に示すように、ビア２２ａ、２２ｂに接続される第２層目の配線３０ａ、３０ｂを第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５内に形成する。
以上のように本実施形態によれば、触媒金属粒子２１をフロロカーボンガスを使用し、２００ｍＴｏｒｒ以上の圧力下でエッチングすることにより、キャップ絶縁膜１８中のビ
アホール１７ａ、１７ｂ内に触媒金属粒子２１を選択的に残している。そして、ビアホール１７ａ、１７ｂ内にカーボンナノチューブ２２を形成し、さらにカーボンナノチューブ２２上にＳＯＧ膜２３を形成している。ついで、ＳＯＧ膜２３、カーボンナノチューブ２２を交互にエッチングし、カーボンナノチューブ２２のうちビアホール１７ａ、１７ｂからはみ出した部分をエッチングする。これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂの中に残されたカーボンナノチューブ２２をビア２２ａ、２２ｂとして適用する。
アホール１７ａ、１７ｂ内に触媒金属粒子２１を選択的に残している。そして、ビアホール１７ａ、１７ｂ内にカーボンナノチューブ２２を形成し、さらにカーボンナノチューブ２２上にＳＯＧ膜２３を形成している。ついで、ＳＯＧ膜２３、カーボンナノチューブ２２を交互にエッチングし、カーボンナノチューブ２２のうちビアホール１７ａ、１７ｂからはみ出した部分をエッチングする。これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂの中に残されたカーボンナノチューブ２２をビア２２ａ、２２ｂとして適用する。
従って、カーボンナノチューブ２２をビアホール１７ａ、１７ｂ内に残すためのＣＭＰ処理は不要であり、研磨剤侵入による第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の劣化が生じない。しかも、カーボンナノチューブ２２の長さを調整するためのエッチングの際に、キャップ絶縁膜１８をＳＯＧ膜２３により保護しているので、キャップ絶縁膜１８の損傷を防止することができる。
なお、本実施形態において、ＳＯＧ膜２３の代わりに、第２実施形態で示したように有機絶縁膜を使用してもよい。
なお、本実施形態において、ＳＯＧ膜２３の代わりに、第２実施形態で示したように有機絶縁膜を使用してもよい。
（第４の実施の形態）
図８Ａ〜図８Ｏは、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図８Ａ〜図８Ｏは、図１に示した第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
図８Ａ〜図８Ｏは、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図８Ａ〜図８Ｏは、図１に示した第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
まず、図１に示した第１実施形態と同様に、シリコン基板１に形成したＮ型ＭＯＳトランジスタの上にカバー膜９、第１層間絶縁膜１０を形成した後に、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域７、８に接続するコンタクトプラグ１１、１２を形成する。
さらに、第１層間絶縁膜１０及びコンタクトプラグ１１、１２の上に第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１を形成し、その中に第１層目の配線１３ａ、１３ｂを形成する。その後、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１及び第１層目の配線１３ａ、１３ｂの上に第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７を形成する。なお、第２のＬｏｗ−ｋ膜１７の厚さを例えば約２５０ｎｍとする。
次に、図８Ａに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の上に第１、第２のハードマスク層４１、４２を順に形成する。第１のハードマスク層４１としてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約５０ｎｍの厚さに形成し、第２のハードマスク層４２としてシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約３０ｎｍの厚さに形成する。
まず、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の上に第１、第２のハードマスク層４１、４２を順に形成する。第１のハードマスク層４１としてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約５０ｎｍの厚さに形成し、第２のハードマスク層４２としてシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法により例えば約３０ｎｍの厚さに形成する。
続いて、第２のハードマスク層４２上に第１のＢＡＲＣ膜４０を形成する。第１のＢＡＲＣ膜４０として例えば有機系膜を形成する。さらに、第１のＢＡＲＣ膜４０上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等する。これにより、第１層目の配線１５ｂの一部の上方にホール形成用の開口部４３ａを有するレジストパターン４３を形成する。
さらに、レジストパターン４３をマスクにして第１のＢＡＲＣ膜４０をエッチングし、これにより開口部４３ａから第２のハードマスク層４２の一部を露出させる。
さらに、レジストパターン４３をマスクにして第１のＢＡＲＣ膜４０をエッチングし、これにより開口部４３ａから第２のハードマスク層４２の一部を露出させる。
次に、図８Ｂに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、レジストパターン４３及び第１のＢＡＲＣ膜４０をマスクに使用して、フッ素系ガスを使用するＲＩＥ法により第１、第２のハードマスク層４１、４２をエッチングして開口部４２ａをする。
まず、レジストパターン４３及び第１のＢＡＲＣ膜４０をマスクに使用して、フッ素系ガスを使用するＲＩＥ法により第１、第２のハードマスク層４１、４２をエッチングして開口部４２ａをする。
さらに、レジストパターン４３、第２のハードマスク層４１をマスクに使用し、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７をプラズマエッチング法によりエッチングしてビアホール１７ｃを
形成する。
形成する。
そのエッチング条件として、例えば、反応ガスとしてＣ４Ｆ６を１５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を１０ｓｃｃｍ、Ａｒを２００ｓｃｃｍの流量の割合でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には約１０００Ｗの高周波パワーを印加する。
その後に、レジストパターン４３及び第１のＢＡＲＣ膜４０を除去する。
その後に、レジストパターン４３及び第１のＢＡＲＣ膜４０を除去する。
次に、ビアホール１７ｃ内と第２のハードマスク層４２上に樹脂膜４４、例えばフォトレジスト、ポリイミド等の膜を形成する。樹脂膜４４はビアホール１７ｃを完全に埋め込む厚さに形成される。
その後に、図８Ｃに示すように、例えば酸素含有ガスを用いてプラズマエッチング法により樹脂膜４４をエッチバックし、第２のハードマスク層４２上から除去するとともにビアホール１７ｃ内に残す。
その後に、図８Ｃに示すように、例えば酸素含有ガスを用いてプラズマエッチング法により樹脂膜４４をエッチバックし、第２のハードマスク層４２上から除去するとともにビアホール１７ｃ内に残す。
次に、図８Ｄに示すように、樹脂膜４４及び第２のハードマスク層４２の上に第２のＢＡＲＣ膜４５を形成する。その後に、第２のＢＡＲＣ膜４５上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等することにより、ビアホール１７ｃの上方を通る配線形状の開口部４６ａを有するレジストパターン４６を形成する。
次に、図８Ｅに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、レジストパターン４６をマスクにして第２のＢＡＲＣ膜４５をエッチングして開口部４６ａの下に配線形状の開口部４５ａを形成する。さらに、レジストパターン４６をマスクにして、開口部４６ａ、４５ａを通して第２のハードマスク層４２をプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等によりエッチングする。これにより、第２のハードマスク層４２に配線形状の開口部４２ａを形成する。
まず、レジストパターン４６をマスクにして第２のＢＡＲＣ膜４５をエッチングして開口部４６ａの下に配線形状の開口部４５ａを形成する。さらに、レジストパターン４６をマスクにして、開口部４６ａ、４５ａを通して第２のハードマスク層４２をプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等によりエッチングする。これにより、第２のハードマスク層４２に配線形状の開口部４２ａを形成する。
続いて、図８Ｆに示すように、例えば酸素含有ガスを用いるプラズマエッチング法により、レジストパターン４６及び第２のＢＡＲＣ膜４５を除去するとともにビアホール１７ｃ内の樹脂膜４４を除去する。
さらに、図８Ｇに示すように、ビアホール１７ｃと第２のハードマスク層４２の開口部４２ａを通してＳｉＣＨの第１のバリア絶縁膜１６をプラズマエッチング法によりエッチングし、これにより第１層目の配線１５ｂを露出させる。
さらに、図８Ｇに示すように、ビアホール１７ｃと第２のハードマスク層４２の開口部４２ａを通してＳｉＣＨの第１のバリア絶縁膜１６をプラズマエッチング法によりエッチングし、これにより第１層目の配線１５ｂを露出させる。
そのエッチング条件として、例えば、ＣＨ２Ｆ２を約３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を約１０ｓｃｃｍ、Ｎ２を約５０ｓｃｃｍのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を約２０ｍＴｏｒｒに設定する。この場合、エッチングチャンバの電極には約３００Ｗの高周波のパワーを印加する。
そのエッチング条件では、ＳｉＯ２の第１のハードマスク層４１の上層部もエッチングされる。
そのエッチング条件では、ＳｉＯ２の第１のハードマスク層４１の上層部もエッチングされる。
次に、図８Ｈに示すように、ビアホール１７ｃの底の第１層目の配線１５ｂの上と第１、第２のハードマスク層４１、４２の上に触媒金属４６を形成する。触媒金属微粒子４６の形成方法、形成条件として、第１実施形態の触媒金属粒子２１の形成条件と同じに設定する。
次に、図８Ｉに示すように、プラズマエッチング装置、例えば容量結合型プラズマエッチング装置のエッチングチャンバ内にシリコン基板１を入れ、第１、第２のハードマスク層４１、４２の上面から触媒金属４６を選択的に除去する。これにより、触媒金属４６を
ビアホール１７ｃの底に残す。
ビアホール１７ｃの底に残す。
そのエッチング条件として、例えばＣＦ４を約２００ｓｃｃｍ、ＣＯ約１００ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２００ｍＴｏｒｒ以上、例えば２００ｍＴｏｒｒ〜３００ｍＴｏｒｒに設定する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００Ｗ〜４００Ｗの高周波のパワーを印加する。
次に、図８Ｊに示すように、ビアホール１７ｃ内において触媒金属４６が残された第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上にカーボンナノチューブ４７をＣＶＤ法により形成する。カーボンナノチューブ４７は、例えば第３実施形態に示した形成条件に設定することにより、ビアホール１７ｃの深さに等しい長さ、或いはビアホール１７ｃの上方にはみ出る長さに形成される。
なお、第３実施形態の図７Ａ〜図７Ｃに示した方法を採用することより、カーボンナノチューブ４７を例えばビアホール１７ｃの深さにほぼ等しい長さに形成してもよい。
なお、第３実施形態の図７Ａ〜図７Ｃに示した方法を採用することより、カーボンナノチューブ４７を例えばビアホール１７ｃの深さにほぼ等しい長さに形成してもよい。
続いて、図８Ｋに示すように、酸素系ガスを使用してプラズマエッチング法によりカーボンナノチューブ４７をエッチングすることにより、その上端を第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の上面よりも低い位置にする。これによりビアホール１７ｃ内に残されたカーボンナノチューブ４７をビア４７ａとする。
そのエッチング条件として、例えばＯ２を約２００ｓｃｃｍ、ＣＦ４を１０ｍｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍとなる流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒに設定する。この場合、エッチングチャンバの電極には１００〜５００Ｗの高周波のパワーを印加する。
さらに、図８Ｌに示すように、第２のハードマスク層４２の開口部４２ａを通して第１のハードマスク層４１をエッチングする。これにより、第１のハードマスク層４１に配線用の開口部４１ａを形成する。第２のハードマスク層４１であるシリコン酸化膜は、例えばＣＦ４を有するガスを用いてプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等によりエッチングされる。
ここで、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比が小さい条件にすることにより、第２のハードマスク層４２を除去する。
ここで、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比が小さい条件にすることにより、第２のハードマスク層４２を除去する。
次に、図８Ｍに示すように、第１のハードマスク層４１の開口部４１ａを通して第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の上部をプラズマエッチング法によりエッチングすることにより第２配線用溝１７ｄを形成するとともに、ビアホール１７ｃを浅くする。第１のハードマスク層４１の第２配線用溝１７ｄの深さは、その底面がビア４７ａの上端とほぼ一致する量とする。
そのエッチング条件として、例えば、反応ガスとしてＣ４Ｆ６を１５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を１０ｓｃｃｍ、Ａｒを２００ｓｃｃｍの流量の割合でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には約１０００Ｗの高周波パワーを印加する。
この条件によれば、第１のハードマスク層４１であるシリコン酸化膜に対して第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のエッチング選択比が高くなる。
この条件によれば、第１のハードマスク層４１であるシリコン酸化膜に対して第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のエッチング選択比が高くなる。
次に、図８Ｎに示すように、第２配線用溝１７ｄの中でビア４７ａに接続するＴａ等のバリアメタル膜４８ａとＣｕシード膜（不図示）をスパッタ法により順に形成する。その
後に、バリアメタル膜４８ａ及び銅シード膜を電極としてその上に銅膜４８ｂを電解メッキ法により形成する。これにより、第２配線用溝１７ｄ内にＣｕ膜４８ｂを埋め込む。
後に、バリアメタル膜４８ａ及び銅シード膜を電極としてその上に銅膜４８ｂを電解メッキ法により形成する。これにより、第２配線用溝１７ｄ内にＣｕ膜４８ｂを埋め込む。
その後に、図８Ｏに示すように、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３の上面上のＣｕ膜４８ｂ、バリアメタル膜４８ａ及び第１のハードマスク層４１をＣＭＰ法により除去する。これにより第２配線用溝１７ｄ内に残されたＣｕ膜４８ｂを第２層目の配線４９とする。
以上により、図９に示すように、第１層目の配線１５ｂ、ビア４７ａを介して第２層目の配線４９をＭＯＳトランジスタの一方のソース／ドレイン領域８に接続する。その後に、第２層目の配線４９及び第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の上にＳｉＣＨの第２のバリア絶縁膜５０をプラズマＣＶＤ法により例えば３０ｎｍの厚さに形成する。
その後に、第２層目の配線４９に接続されるビア、配線等を繰り返して形成することにより、多層配線を形成する。なお、それらのビア、配線の形成方法として、上記のビア４７ａ、第２層目の配線４９の形成方法と同じ方法を採用する。
以上説明したように実施形態によれば、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７にビアホール１７ｃを形成した後に、第３実施形態と同様な方法によりビアホール１７ｃ内に選択的にカーボンナノチューブ４７を形成している。その後に、カーボンナノチューブ４７を選択的にエッチングすることによりビア４７ａに使用できる長さを調整している。
以上説明したように実施形態によれば、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７にビアホール１７ｃを形成した後に、第３実施形態と同様な方法によりビアホール１７ｃ内に選択的にカーボンナノチューブ４７を形成している。その後に、カーボンナノチューブ４７を選択的にエッチングすることによりビア４７ａに使用できる長さを調整している。
これにより、カーボンナノチューブ４７をビアホール１７ａ、１７ｂ内に短く残すためのＣＭＰは不要であり、研磨剤侵入による第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の劣化が生じない。しかも、カーボンナノチューブ４７の長さを調整するためのエッチングの際に、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７を第１のハードマスク層４１により保護しているので、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の損傷を防止することができる。
さらに、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のビアホール１７ｃ内に、その深さよりも短いカーボンナノチューブ４７のビア４７ａを形成し、さらに第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７の上部をエッチングしてビア４７ａを露出する第２の配線用溝１７ｄを形成している。
そのようなデュアルダマシンを採用することにより、ビア４７ａの形成後から第２層目の配線４９の形成の間の成膜工程が不要となり、配線形成のスループットが向上する。
そのようなデュアルダマシンを採用することにより、ビア４７ａの形成後から第２層目の配線４９の形成の間の成膜工程が不要となり、配線形成のスループットが向上する。
（第５の実施の形態）
図１０Ａは本発明の第５実施形態を示す半導体装置を示す断面図であり、図１に示した第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
図１０Ａは本発明の第５実施形態を示す半導体装置を示す断面図であり、図１に示した第１層間絶縁膜１０の上部から上側の構造を示している。
図１０Ａにおいて、図１に示すシリコン基板１を覆う第１層間絶縁膜１０には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域７、８に接続されるコンタクトプラグ１１、１２が形成されている。また、第１層間絶縁膜１０上に形成される第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３内には、一部がコンタクトプラグ１１、１２に接続される第１層目の配線１５ａ、１５ｂが形成されている。
第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３及び第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上には、第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７及び第１、第２のハードマスク層５２、５３が形成されている。また、それらの膜１６、１７、５２、５３内には、第１層目の配線１５ａ、１５ｂに接続するカーボンナノチューブからなるビア２２ａ、２２ｂが形成されている。
なお、第１、第２のハードマスク層５２、５３は、第１実施形態に示したキャップ層１８と同様、カーボンナノチューブをエッチングする際にプラズマから第２のＬｏｗ−ｋ絶
縁膜１７を防御する機能を有する。
縁膜１７を防御する機能を有する。
また、ビア２２ａ、２２ｂ及び第２のハードマスク層５３の上には、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５が形成されている。また、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５内には、第２層目の配線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅが形成されている。第２層目の配線３０ａ、３０ｂの一部は、その下のビア２２ａ、２２ｂに接続され、さらに第１層目の配線１５ａ、１５ｂを介してＮ型ＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン領域７、８に電気的に接続されている。
第１層間絶縁膜１０から第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５までの複数の膜のうち、図１０Ｂに示すような半導体装置形成領域６０の外周領域には、半導体回路を囲む第１〜第３の耐湿リング５０、５１、５５が形成されている。また、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５、第２層目の配線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ及び第３の耐湿リング５５の上には、第２のバリア絶縁膜３１が形成されている。
次に、耐湿リング５０、５１、５５の形成方法について図１１Ａ〜図１１Ｎを参照して説明する。なお、図１１Ａ〜図１１Ｎは第１層間絶縁膜１０の上部から上側を示し、左側の図は半導体装置形成領域のうちのトランジスタ形成領域Ａを示し、右側の図は半導体装置形成領域の外周領域Ｂを示している。
図１１Ａに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第１層間絶縁膜１０のうち半導体装置形成領域６０の外周領域Ｂに第１のリング状溝１０ｃを形成し、その溝１０ｃ内にＴｉ膜，ＴｉＮ膜、Ｗ膜を順に埋め込むことにより第１の耐湿リング５０を形成する。第１の耐湿リング５０は、上記の実施形態で示したコンタクトプラグ１１、１２の形成と同じ工程で形成される。
まず、第１層間絶縁膜１０のうち半導体装置形成領域６０の外周領域Ｂに第１のリング状溝１０ｃを形成し、その溝１０ｃ内にＴｉ膜，ＴｉＮ膜、Ｗ膜を順に埋め込むことにより第１の耐湿リング５０を形成する。第１の耐湿リング５０は、上記の実施形態で示したコンタクトプラグ１１、１２の形成と同じ工程で形成される。
続いて、第１の耐湿リング５０及び第１層間絶縁膜１０上に第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１を形成した後に、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１をパターニングすることにより、外周領域Ｂの第１の耐湿リング５０の上に第２のリング状溝１３ｃを形成する。さらに、第２のリング状溝１３ｃ内にバリアメタル膜１４ａとＣｕ膜１４ｂを埋め込むことにより第２の耐湿リング５１を形成し、第１の耐湿リング５０に接続する。第２の耐湿リング５１は、上記他の実施形態で示したトランジスタ形成領域Ａの第１層目の配線１５ａ、１５ｂと同じ工程で形成される。
さらに、第１実施形態と同様に、第１層目の配線１５ａ、１５ｂ、第２の耐湿リング５１及び第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１の上に、第１のバリア絶縁膜１６、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７を形成する。第１のバリア絶縁膜１６として例えばＳｉＣＨ膜をプラズマＣＶＤ法により約３０ｎｍの厚さに形成し、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７としてＳｉＯＣ膜をプラズマＣＶＤ法により約１５０ｎｍの厚さに形成する。
さらに第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７上には、第１、第２のハードマスク層５２、５３を形成する。第１のハードマスク層５２として、ＳｉＣＨ膜を例えばプラズマＣＶＤ法により約１０ｎｍの厚さに形成する。また、第２のハードマスク層５３として、例えばＳｉＯ２膜をプラズマＣＶＤ法により約３０ｎｍの厚さに形成する。
この後に、第２のハードマスク層５３の上に、第１実施形態に示したと同様に、第１のＢＡＲＣ膜１９を形成する。さらに、第１のＢＡＲＣ膜１９の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等する。
これにより、第１実施形態と同様に、第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上方にビアホー
ル形成用の直径約５０ｎｍの開口部２０ａ、２０ｂを有するレジストパターン２０を形成する。同時に、レジストパターン２０のうち外周領域Ｂの第２の耐湿リング５１の上方にはリング状の開口部２０ｃを形成する。ここで、リング状の開口部２０ｃの幅は、ビアホール形成用の開口部２０ａ、２０ｂよりも広く、例えばそれらの直径の５倍以上に形成される。
ル形成用の直径約５０ｎｍの開口部２０ａ、２０ｂを有するレジストパターン２０を形成する。同時に、レジストパターン２０のうち外周領域Ｂの第２の耐湿リング５１の上方にはリング状の開口部２０ｃを形成する。ここで、リング状の開口部２０ｃの幅は、ビアホール形成用の開口部２０ａ、２０ｂよりも広く、例えばそれらの直径の５倍以上に形成される。
続いて、レジストパターン２０の開口部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを通して第１のＢＡＲＣ膜１９をエッチングする。
次に、シリコン基板１をプラズマエッチング装置に入れ、図１１Ｂに示すように、レジストパターン２０の開口部２０ａ、２０ｂを通してトランジスタ形成領域Ａの第２のハードマスク層５２から第１のバリア絶縁膜１６までをエッチングし、第１層目の配線１５ａ、１５ｂ上方にビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。同時に、レジストパターン２０のリング状の開口部２０ｃを通して外周領域Ｂの第１、第２のハードマスク層５２、５３の一部をエッチングして凹部５４を形成する。なお、第２のハードマスク層５３には、凹部５４の貫通により開口部が形成される。
次に、シリコン基板１をプラズマエッチング装置に入れ、図１１Ｂに示すように、レジストパターン２０の開口部２０ａ、２０ｂを通してトランジスタ形成領域Ａの第２のハードマスク層５２から第１のバリア絶縁膜１６までをエッチングし、第１層目の配線１５ａ、１５ｂ上方にビアホール１７ａ、１７ｂを形成する。同時に、レジストパターン２０のリング状の開口部２０ｃを通して外周領域Ｂの第１、第２のハードマスク層５２、５３の一部をエッチングして凹部５４を形成する。なお、第２のハードマスク層５３には、凹部５４の貫通により開口部が形成される。
このようにビアホール形成用の開口部２０ａ、２０ｂの下とリング状の開口部２０ｃの下の膜におけるエッチング深さを異ならせるために、エッチング条件を次のように設定する。
このエッチングでは、フロロカーボンポリマーの膜への堆積が多くなる条件とする。この場合、寸法の小さいビアホール形成用の開口部２０ａ、２０ｂの下にはフロロカーボンポリマーが堆積し難い条件とし、その下のエッチングレートを高くする。同時に、寸法の大きなリング状の開口部２０ｃの下ではフロロカーボンポリマーが堆積し易い条件とし、その下のエッチングを阻害してエッチングレートを低くする。
このエッチングでは、フロロカーボンポリマーの膜への堆積が多くなる条件とする。この場合、寸法の小さいビアホール形成用の開口部２０ａ、２０ｂの下にはフロロカーボンポリマーが堆積し難い条件とし、その下のエッチングレートを高くする。同時に、寸法の大きなリング状の開口部２０ｃの下ではフロロカーボンポリマーが堆積し易い条件とし、その下のエッチングを阻害してエッチングレートを低くする。
そのエッチング条件として、例えば、フロロカーボン、酸素（Ｏ２）及び不活性ガスをエッチングチャンバに導入し、Ｏ２に対するフロロカーボン、例えばＣ４Ｆ６の流量比を上げると、広いリング状の開口部２０ｃではフロロカーボンポリマーの堆積量が増える。これにより、リング状の開口部２０ｃの下では、エッチングレートが大幅に低下し、又はエッチングを実質的に停止することができる。一方、ビアホール形成用の狭い開口部２０ａ、２０ｂ内ではフロロカーボンポリマーが堆積し難いので、エッチングレートを高くすることができる。なお、フロロカーボンの代わりにハイドロフロロカーボン、例えばＣＨ２Ｆ２を使用してもよい。
例えば、第２のハードマスク層５３であるＳｉＯ２膜のエッチング条件として、Ｃ４Ｆ６を２０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ、Ｏ２を約１０ｓｃｃｍ、Ａｒを約２００ｓｃｃｍの流量、或いはそのような流量比率でそれらのガスをエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約３０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒに設定し、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約１０００Ｗとする。この場合、Ｏ２に対するＣ４Ｆ６の流量は２〜４倍である。なお、Ｃ４Ｆ６の代わりに、その他のフロロカーボンであるＣ４Ｆ８を使用してもよい。
また、第１のハードマスク層５２及び第１のバリア膜１６を構成するＳｉＣＨ膜のエッチングの条件として、例えば、ＣＨ２Ｆ２を約３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を約１０ｓｃｃｍ、Ｎ２を約５０ｓｃｃｍの流量、或いはそのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約２０ｍＴｏｒｒに設定し、また、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約３００Ｗとする。この場合、Ｏ２に対するＣＨ２Ｆ２の流量は約３倍である。
さらに、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７であるＳｉＯＣ膜のエッチングの条件として、例
えば、Ｃ４Ｆ６を１５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を約１０ｓｃｃｍ、Ａｒを約２００ｓｃｃｍの流量、或いはそのような流量比率でそれらのガスをエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約３０ｍＴｏｒｒに設定し、また、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約１０００Ｗとする。この場合、Ｏ２に対するＣ４Ｆ６の流量は１．５〜３倍である。
えば、Ｃ４Ｆ６を１５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍ、Ｏ２を約１０ｓｃｃｍ、Ａｒを約２００ｓｃｃｍの流量、或いはそのような流量比率でそれらのガスをエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約３０ｍＴｏｒｒに設定し、また、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約１０００Ｗとする。この場合、Ｏ２に対するＣ４Ｆ６の流量は１．５〜３倍である。
以上のようなエッチング条件によれば、第２の耐湿リング５１の上方では、幅の広いリング状の開口部２０ｃの下の第２のハードマスク層５３及びその下の膜５２、１７のエッチンレートは低く、浅い凹部５４が形成される。また、Ｏ２に対するフロロカーボン、ハイドロフロンカーボンの流量は１．５倍〜４倍にしている。
その後、シリコン基板１をプラズマエッチング装置から取り出す。
次に、レジストパターン２０及び第１のＢＡＲＣ膜１９を除去した状態で、図１１Ｃに示すように、第２のハードマスク層５３の上と、ビアホール１７ａ、１７ｂ内の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上にそれぞれ触媒金属微粒子２１を形成する。触媒金属粒子２１の形成条件は、例えば第１実施形態に示したと同じに設定する。
次に、レジストパターン２０及び第１のＢＡＲＣ膜１９を除去した状態で、図１１Ｃに示すように、第２のハードマスク層５３の上と、ビアホール１７ａ、１７ｂ内の第１層目の配線１５ａ、１５ｂの上にそれぞれ触媒金属微粒子２１を形成する。触媒金属粒子２１の形成条件は、例えば第１実施形態に示したと同じに設定する。
次に、図１１Ｄに示すように、触媒金属微粒子２１が形成された面の上に、カーボンナノチューブ２２を形成する。カーボンナノチューブ２２の形成条件は、例えば第１実施形態と同じに設定し、ビアホール１７ａ、１７ｂの上にはみ出す長さとする。
さらに、図１１Ｅに示すように、カーボンナノチューブ２２上にＳＯＧ膜２３を形成する。ＳＯＧ膜２３の形成条件は、例えば第１実施形態と同じに設定し、その上面を平坦化する。
さらに、図１１Ｅに示すように、カーボンナノチューブ２２上にＳＯＧ膜２３を形成する。ＳＯＧ膜２３の形成条件は、例えば第１実施形態と同じに設定し、その上面を平坦化する。
この後に、シリコン基板１をプラズマエッチング装置に入れる。そして、図１１Ｆに示すように、第１実施形態に示したと同様のフロロカーボン系ガスを使用してプラズマエッチング法によりＳＯＧ膜２３をエッチングし、これによりカーボンナノチューブ２２の上端を露出させる。
この状態で、多数のカーボンナノチューブ２２の層にはビアホール１７ａ、１７ｂの上で深い凹部が存在するので、その凹部ではＳＯＧ膜２３が厚く残される。
次に、エッチングガスを第１実施形態に示したと同様に酸素系ガスに切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより、図１１Ｇに示すように、ＳＯＧ膜２３の側部を露出させる。
次に、エッチングガスを第１実施形態に示したと同様に酸素系ガスに切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより、図１１Ｇに示すように、ＳＯＧ膜２３の側部を露出させる。
さらに、エッチングガスを第１実施形態に示したと同様な酸素系ガスに切り替えてカーボンナノチューブ２２をエッチングする。これにより、ビアホール１７ａ、１７ｂ内に形成されたカーボンナノチューブ２２の上端位置とその他の領域のカーボンナノチューブ２２の上端位置を揃える。既にカーボンナノチューブ２２の上端の高さが揃っていれば、そのエッチングは省略される。
さらに、エッチングガスをフロロカーボン系ガスに切り替えてＳＯＧ膜２３をエッチングすることにより、図１１Ｈに示すように、ビアホール１７ａ、１７ｂの上のカーボンナノチューブ２２の上端を露出させる。
なお、ＳＯＧ膜２３の代わりに、第２実施形態で示したように有機絶縁膜を使用してもよい。
なお、ＳＯＧ膜２３の代わりに、第２実施形態で示したように有機絶縁膜を使用してもよい。
次に、エッチングガスを第１実施形態に示した酸素系ガスに切り替え、上端位置が揃ったカーボンナノチューブ２２の層をエッチングすることにより、図１１Ｉに示すように、第２のハードマスク層５３の上面を露出させる。カーボンナノチューブ２２のエッチング
時には、第２の耐湿リング５１上方の凹部５４の底面に形成されたカーボンナノチューブ２２を除去できるエッチング時間に設定する。
時には、第２の耐湿リング５１上方の凹部５４の底面に形成されたカーボンナノチューブ２２を除去できるエッチング時間に設定する。
これにより、エッチング後にビアホール１７ａ、１７ｂ内に残されたカーボンナノチューブ２２をビア２２ａ、２２ｂとして使用する。
なお、ビアホール１７ａ、１７ｂ内にカーボンナノチューブ２２を埋め込むために、第２、第３実施形態に示した方法を採用してもよい。
続いて、第２のハードマスク層５３と凹部５４の底面の上に残された触媒金属粒子２１を除去する。その除去方法として例えば第１実施形態に示した方法を採用する。
なお、ビアホール１７ａ、１７ｂ内にカーボンナノチューブ２２を埋め込むために、第２、第３実施形態に示した方法を採用してもよい。
続いて、第２のハードマスク層５３と凹部５４の底面の上に残された触媒金属粒子２１を除去する。その除去方法として例えば第１実施形態に示した方法を採用する。
次に、図１１Ｊに示すように、第２のハードマスク層５３及びビア２２ａ、２２ｂの上と凹部５４の底面の上に、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５、第３のハードマスク層２６を順に形成する。第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５としてＳｉＯＣ膜をＣＶＤ法により１５０ｎｍの厚さに形成する。また、第３のハードマスク層２６としてＳｉＯ２膜をＣＶＤ法により３０ｎｍの厚さに形成する。
続いて、図１１Ｋに示すように、第３のハードマスク層２６の上に第２のＢＡＲＣ膜２７、レジストパターン２８を形成する。レジストパターン２８は、第１実施形態と同様に配線形成用の開口部２８ａ、２８ｂを有するとともに、第２の耐湿リング５１の上方に、耐湿リング形成用の開口部２８ｃを有している。耐湿リング形成用の開口部２８ｃの平面形状は、第１、第２のハードマスク層５２、５３の凹部５４と同じかそれよりも広い幅を有することが好ましい。
その後に、レジストパターン２８をマスクにして第２のＢＡＲＣ膜２７をエッチングし、これにより開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃから第３のハードマスク層２６を露出させる。
さらに、開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃを通して第３のハードマスク層２６、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５をエッチングする。これにより、図１１Ｌに示すように、第２の配線溝２５ａ、２５ｂを形成するとともに、第２の耐湿リング５１の上方に耐湿リング用溝２５ｃを形成する。なお、図１１Ｌは、レジストパターン２８及び第２のＢＡＲＣ膜２７を除去した状態を示している。
さらに、開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃを通して第３のハードマスク層２６、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５をエッチングする。これにより、図１１Ｌに示すように、第２の配線溝２５ａ、２５ｂを形成するとともに、第２の耐湿リング５１の上方に耐湿リング用溝２５ｃを形成する。なお、図１１Ｌは、レジストパターン２８及び第２のＢＡＲＣ膜２７を除去した状態を示している。
第３のハードマスク層２６であるＳｉＯ２膜と第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５であるＳｉＯＣ膜のエッチングは、Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、Ａｒを含むガスを用いてプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等のドライエッチングによりなされる。第３のＬｏｗ−ｋ膜２５をエッチングする場合、Ｏ２に対するＣＦ４の流量比を調整し、ＳｉＯ２膜のエッチングレートを低くする条件とする。
次に、図１１Ｍに示すように、第２、第３のハードマスク層２６、５３を構成するＳｉＯ２膜をマスクにして、周辺領域Ｂの第１のハードマスク層５２と第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７をエッチングして耐湿リング用溝２５ｃを深くする。
第１のハードマスク層５２であるＳｉＣＨ膜のエッチングは、ＣＨ２Ｆ２、Ｏ２、Ｎ２を含むガスを使用してプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等のドライエッチングによりなされる。この場合、Ｏ２に対するＣＨ２Ｆ２の流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア２２ａ、２２ｂであるカーボンナノチューブ２２を実質的にエッチングしない条件とする。
また、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７のエッチングは、Ｃ４Ｆ６、Ｏ２、Ａｒを含むガスを使用してプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等によりなされる。この場合、Ｏ２に対する
Ｃ４Ｆ６の流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア２２ａ、２２ｂであるカーボンナノチューブ２２を実質的にエッチングしない条件とする。
次に、第２、第３のハードマスク層２６、５３をマスクにして第１のバリア絶縁膜１６をエッチングし、これにより耐湿リング用溝２５ｃを深くして第２の耐湿リング５１を露出する。
Ｃ４Ｆ６の流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア２２ａ、２２ｂであるカーボンナノチューブ２２を実質的にエッチングしない条件とする。
次に、第２、第３のハードマスク層２６、５３をマスクにして第１のバリア絶縁膜１６をエッチングし、これにより耐湿リング用溝２５ｃを深くして第２の耐湿リング５１を露出する。
第１のバリア絶縁膜１６であるＳｉＣＨ膜のエッチングは、ＣＨ２Ｆ２、Ｏ２、Ｎ２を含むガスを使用してプラズマエッチング法、ＲＩＥ法等のドライエッチングによりなされる。この場合、Ｏ２に対するＣＨ２Ｆ２の流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア２２ａ、２２ｂであるカーボンナノチューブ２２を実質的にエッチングしない条件とする。
これにより、耐湿リング用溝２５ｃは、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７、第１のバリア絶縁膜１６を貫通して第２の耐湿リング５１に達する。
これにより、耐湿リング用溝２５ｃは、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７、第１のバリア絶縁膜１６を貫通して第２の耐湿リング５１に達する。
次に、第１実施形態と同様に、第２の配線溝２５ａ、２５ｂと耐湿リング溝２６ｃの内面にバリアメタル膜２９ａを形成し、さらにそれらの中にＣｕ膜２９ｂを埋め込む。続いて、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５上のＣｕ膜２９ｂ、バリアメタル膜２９ａ及び第３のハードマスク層２６をＣＭＰ法により除去する。
これにより、図１１Ｎに示すように、第２の配線溝２５ａ、２５ｂ内に残されたＣｕ膜２９ｂ及びバリアメタル膜２９ａは図１０に示した第２層目の配線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅとなる。また、耐湿リング溝２６ｃに残されたＣｕ膜２９ｂ及びバリアメタル膜２９ａは、図１０に示した第３の耐湿リング５５となり、第２の耐湿リング５１の上面に接続される。
次に、図１０に示したように、第２層目の配線３０ａ〜３０ｅ、第３の耐湿リング５５の上に第２のバリア絶縁膜３１を形成する。第２のバリア絶縁膜３１として、例えばＳｉＣＨ膜を形成する。さらに、上記と同様な方法によりビア、配線、耐湿リングを積層することにより、多層構造配線と多層構造耐湿リングを形成する。
以上説明したように本実施形態によれば、第１のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１３内に第１層目の配線１５ａ、１５ｂと第２の耐湿リング５１が形成され、第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜２５内に第２層目の配線３０ａ、３０ｂと第３の耐湿リング５５が形成されている。
また、第１層目の配線１５ａ、１５ｂと第２層目の配線３０ａ、３０ｂは、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７内のビア２２ａ、２２ｂを介して互いに接続されている。また、第３の耐湿リング５５は、ビア２２ａ、２２ｂを構成するカーボンナノチューブ２２を介さずに、第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７内の耐湿リング用溝２５ｃを通してして第２の耐湿リング５１に接続されている。
従って、図１０Ａ、１０Ｂの破線の矢印で示すように、半導体装置が外部の水分含有雰囲気に曝されても、第１、第２、第３の耐湿リング５０、５１、５５は水分をブロックし、半導体形成領域６０内の第１、第２及び第３のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１１、１７、２５への水の侵入によるダメージを防止することができる。
これに対して、カーボンナノチューブを介して第２の耐湿リング５１と第３の耐湿リング５５を接続すると、カーボンナノチューブの僅かな隙間を通して第２のＬｏｗ−ｋ絶縁膜１７内に水分が入り、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜１７にダメージを与える恐れがある。
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概
念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。
念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。
次に、上記実施形態について特徴を付記する。
（付記１） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をパターニングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、前記ホール内と前記第１絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、前記カーボンナノチューブ層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第２絶縁膜を残す工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、前記カーボンナノチューブ層上の前記第２絶縁膜をエッチングする工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第１絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２） 前記第２絶縁膜は塗布系絶縁膜であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記３） フロロカーボンを含む第１ガスで前記塗布系絶縁膜をエッチングし、酸素を含む第２ガスで前記カーボンナノチューブをエッチングする
ことを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４） 前記第１ガスと前記第２ガスは、それぞれ異なる流量比で前記フロロカーボンと前記酸素を含むことを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記５） 前記第２ガスを導入するエッチング雰囲気には、前記酸素と前記フロロカーボンの総流量に対してＣＦ４を５流量％〜２０流量％で導入することを特徴とする付記３又は付記４に記載の半導体装置の製造方法。
（付記６） 前記第１絶縁膜の上にはＳｉＣＨ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯ２のいずれかからなるキャップ膜を形成し、前記キャップ膜に前記ホールを形成する工程を有することを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記７） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をエッチングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、少なくとも前記ホール内にカーボンナノチューブを形成する工程と、前記第１絶縁膜の上方に前記カーボンナノチューブを覆う第２絶縁膜を形成する工程と、酸素を有するガスを用いて前記第２絶縁膜と前記カーボンナノチューブをエッチングし、前記第１絶縁膜の上面を露出するとともに前記カーボンナノチューブを前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８） 前記第２絶縁膜は塗布系樹脂膜であることを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記カーボンナノチューブは前記第１絶縁膜上にも形成されることを特徴とする付記７又は付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記ガスは、前記カーボンナノチューブが露出した後にフロロカーボンが添加されることを特徴とする付記７乃至付記９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記第１絶縁膜及び前記ホールの上に第３絶縁膜を形成する工程と、第３絶縁膜のうち前記ホールの上を含む領域に配線用溝を形成する工程と、前記ホール内の前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を前記配線用溝内に形成する工程と、を有することを特徴とする付記１乃至付記１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をエッチングし、前記第１配線に達するホー
ルを形成する工程と、前記ホール内と前記第１絶縁膜上面に触媒金属を形成する工程と、フロロカーボンを含むガスを用いて２００ｍＴｏｒｒ〜３００ｍＴｏｒｒの圧力の雰囲気にて、前記第１絶縁膜上の前記触媒金属を選択的にエッチングする工程と、前記ホール内に選択的にカーボンナノチューブを形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記１３） 前記触媒金属はコバルト又はニッケルを有することを特徴とする付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４） 前記ガスには一酸化炭素を含むことを特徴とする付記１２又は付記１３に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５） 前記ホール内の前記カーボンナノチューブをエッチングにより短くする工程と、前記第１絶縁膜の上部をエッチングし、前記ホールの上を含む領域に配線用溝を形成する工程と、前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を前記配線用溝内に形成する工程と、を有することを特徴とする付記１２乃至付記１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜、第１ハードマスク層、第２ハードマスク層を形成する工程と、前記第２ハードマスク層のうちの第１領域に、第１の幅を有する第１開口部を形成し、第２領域に、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する第２開口部を形成する工程と、前記第１ハードマスク層をエッチングし、前記第１開口部から前記第１絶縁膜を露出し、前記第２開口部から前記第１絶縁膜を露出しない工程と、エッチングにより前記第１開口部の下に前記第１配線を露出するホールを形成し、前記第２開口部の下に凹部を形成する工程と、前記ホール内にカーボンナノチューブを埋め込む工程と、前記第１ハードマスク層、前記第２ハードマスク層、前記第１絶縁膜及び前記カーボンナノチューブの上に第２絶縁膜を形成する工程と、エッチングにより、前記第２絶縁膜のうち前記カーボンナノチューブを含む配線領域に第１溝を形成するとともに、前記第２領域で前記第１絶縁膜を貫通する第２溝を形成する工程と、前記第１溝、前記第２溝内に導電材を埋め込む工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１７） 前記第１ハードマスク層はＳｉＣＨ層であり、前記第２ハードマスク層はシリコン酸化層であることを特徴とする付記１６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１８） 前記第２絶縁膜の上層部は、第２ハードマスク層と同じ材料からなることを特徴とする付記１７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１９） 前記第１ハードマスク層のエッチングに使用するガスはハイドロフロンカーボン、フロロカーボンガスのいずれかのガスと酸素ガスを含み、前記酸素ガスに対する前記フロロカーボンガス、前記ハイドロフロンカーボンガスの流量は１．５〜４倍であることを特徴とする付記１６乃至付記１８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。（付記２０） 前記導電材は銅を有することを特徴とする付記１６乃至付記１９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記２１） 前記第１溝内に埋め込まれる前記導電材により第２配線を形成し、前記第２溝内に埋め込まれる導電材により耐湿リングを形成することを特徴とする付記１６乃至付記２０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記２２） 前記カーボンナノチューブはＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記１乃至付記２１のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をパターニングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、前記ホール内と前記第１絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、前記カーボンナノチューブ層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第２絶縁膜を残す工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、前記カーボンナノチューブ層上の前記第２絶縁膜をエッチングする工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第１絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２） 前記第２絶縁膜は塗布系絶縁膜であることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
（付記３） フロロカーボンを含む第１ガスで前記塗布系絶縁膜をエッチングし、酸素を含む第２ガスで前記カーボンナノチューブをエッチングする
ことを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記４） 前記第１ガスと前記第２ガスは、それぞれ異なる流量比で前記フロロカーボンと前記酸素を含むことを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記５） 前記第２ガスを導入するエッチング雰囲気には、前記酸素と前記フロロカーボンの総流量に対してＣＦ４を５流量％〜２０流量％で導入することを特徴とする付記３又は付記４に記載の半導体装置の製造方法。
（付記６） 前記第１絶縁膜の上にはＳｉＣＨ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯ２のいずれかからなるキャップ膜を形成し、前記キャップ膜に前記ホールを形成する工程を有することを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記７） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をエッチングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、少なくとも前記ホール内にカーボンナノチューブを形成する工程と、前記第１絶縁膜の上方に前記カーボンナノチューブを覆う第２絶縁膜を形成する工程と、酸素を有するガスを用いて前記第２絶縁膜と前記カーボンナノチューブをエッチングし、前記第１絶縁膜の上面を露出するとともに前記カーボンナノチューブを前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８） 前記第２絶縁膜は塗布系樹脂膜であることを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記カーボンナノチューブは前記第１絶縁膜上にも形成されることを特徴とする付記７又は付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記ガスは、前記カーボンナノチューブが露出した後にフロロカーボンが添加されることを特徴とする付記７乃至付記９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記第１絶縁膜及び前記ホールの上に第３絶縁膜を形成する工程と、第３絶縁膜のうち前記ホールの上を含む領域に配線用溝を形成する工程と、前記ホール内の前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を前記配線用溝内に形成する工程と、を有することを特徴とする付記１乃至付記１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜をエッチングし、前記第１配線に達するホー
ルを形成する工程と、前記ホール内と前記第１絶縁膜上面に触媒金属を形成する工程と、フロロカーボンを含むガスを用いて２００ｍＴｏｒｒ〜３００ｍＴｏｒｒの圧力の雰囲気にて、前記第１絶縁膜上の前記触媒金属を選択的にエッチングする工程と、前記ホール内に選択的にカーボンナノチューブを形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（付記１３） 前記触媒金属はコバルト又はニッケルを有することを特徴とする付記１２に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４） 前記ガスには一酸化炭素を含むことを特徴とする付記１２又は付記１３に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５） 前記ホール内の前記カーボンナノチューブをエッチングにより短くする工程と、前記第１絶縁膜の上部をエッチングし、前記ホールの上を含む領域に配線用溝を形成する工程と、前記カーボンナノチューブに接続する第２配線を前記配線用溝内に形成する工程と、を有することを特徴とする付記１２乃至付記１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６） 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上方に第１絶縁膜、第１ハードマスク層、第２ハードマスク層を形成する工程と、前記第２ハードマスク層のうちの第１領域に、第１の幅を有する第１開口部を形成し、第２領域に、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する第２開口部を形成する工程と、前記第１ハードマスク層をエッチングし、前記第１開口部から前記第１絶縁膜を露出し、前記第２開口部から前記第１絶縁膜を露出しない工程と、エッチングにより前記第１開口部の下に前記第１配線を露出するホールを形成し、前記第２開口部の下に凹部を形成する工程と、前記ホール内にカーボンナノチューブを埋め込む工程と、前記第１ハードマスク層、前記第２ハードマスク層、前記第１絶縁膜及び前記カーボンナノチューブの上に第２絶縁膜を形成する工程と、エッチングにより、前記第２絶縁膜のうち前記カーボンナノチューブを含む配線領域に第１溝を形成するとともに、前記第２領域で前記第１絶縁膜を貫通する第２溝を形成する工程と、前記第１溝、前記第２溝内に導電材を埋め込む工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１７） 前記第１ハードマスク層はＳｉＣＨ層であり、前記第２ハードマスク層はシリコン酸化層であることを特徴とする付記１６に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１８） 前記第２絶縁膜の上層部は、第２ハードマスク層と同じ材料からなることを特徴とする付記１７に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１９） 前記第１ハードマスク層のエッチングに使用するガスはハイドロフロンカーボン、フロロカーボンガスのいずれかのガスと酸素ガスを含み、前記酸素ガスに対する前記フロロカーボンガス、前記ハイドロフロンカーボンガスの流量は１．５〜４倍であることを特徴とする付記１６乃至付記１８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。（付記２０） 前記導電材は銅を有することを特徴とする付記１６乃至付記１９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記２１） 前記第１溝内に埋め込まれる前記導電材により第２配線を形成し、前記第２溝内に埋め込まれる導電材により耐湿リングを形成することを特徴とする付記１６乃至付記２０のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
（付記２２） 前記カーボンナノチューブはＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記１乃至付記２１のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
１ シリコン基板
７、８ ソース／ドレイン領域
１１、１２ コンタクトプラグ
１０ 層間絶縁膜
１３、１７、２５ Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜
１５ａ、１５ｂ 第１層目の配線
１６ バリア絶縁膜
１８ キャップ絶縁膜
１９ 第１のＢＡＲＣ膜
２０ レジストパターン
２１ 触媒金属微粒子
２２ カーボンナノチューブ
２２ａ、２２ｂ ビア
２３ ＳＯＧ膜
２６ ハードマスク層
２７ 第２のＢＡＲＣ膜
２８ レジストパターン
３０ａ〜３０ｅ 第２層目の配線
３１ バリア絶縁膜
３２ フォトレジスト層（樹脂層）
４１、４２ ハードマスク層
４３ レジストパターン
４４ 樹脂膜
４５ ＢＡＲＣ膜
４６ 触媒金属粒子
４７ カーボンナノチューブ
４９ 第２層目の配線
５０、５１、５５ 耐湿リング
７、８ ソース／ドレイン領域
１１、１２ コンタクトプラグ
１０ 層間絶縁膜
１３、１７、２５ Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜
１５ａ、１５ｂ 第１層目の配線
１６ バリア絶縁膜
１８ キャップ絶縁膜
１９ 第１のＢＡＲＣ膜
２０ レジストパターン
２１ 触媒金属微粒子
２２ カーボンナノチューブ
２２ａ、２２ｂ ビア
２３ ＳＯＧ膜
２６ ハードマスク層
２７ 第２のＢＡＲＣ膜
２８ レジストパターン
３０ａ〜３０ｅ 第２層目の配線
３１ バリア絶縁膜
３２ フォトレジスト層（樹脂層）
４１、４２ ハードマスク層
４３ レジストパターン
４４ 樹脂膜
４５ ＢＡＲＣ膜
４６ 触媒金属粒子
４７ カーボンナノチューブ
４９ 第２層目の配線
５０、５１、５５ 耐湿リング
Claims (5)
- 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、
前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜をパターニングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、
前記ホール内と前記第１絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ層の上に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第２絶縁膜を残す工程と、
前記凹部に残した前記第２絶縁膜をマスクとして前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、
前記カーボンナノチューブ層上で前記マスクとして用いた前記第２絶縁膜をエッチングする工程と、
前記第２絶縁膜を除去した後、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第１絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第２絶縁膜は塗布系絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- フロロカーボンを含む第１ガスで前記塗布系絶縁膜をエッチングし、
酸素を含む第２ガスで前記カーボンナノチューブをエッチングする
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第２絶縁膜はＳＯＧ膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板の上方に第１配線を形成する工程と、
前記第１配線の上方に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜をパターニングし、前記第１配線に達するホールを形成する工程と、
前記ホール内と前記第１絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ層の上に第２絶縁膜として塗布系絶縁膜を形成する工程と、
フロロカーボンを含む第１ガスで前記塗布系絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記塗布系絶縁膜を残す工程と、
酸素を含む第２ガスで前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、
前記カーボンナノチューブ層上の前記塗布系絶縁膜をエッチングする工程と、
前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第１絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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