(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に銅配線が露出した基板上に低誘電率を有する層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜は前記銅配線と接するバリア絶縁膜と、該バリア絶縁膜上の多孔質絶縁膜とを有し、前記バリア絶縁膜を、シロキサン結合を有するアルキル化合物と、該アルキル化合物のガス流量と等しいか又は少ないガス流量に調整されたＮ２Ｏ、Ｈ２Ｏ又はＣＯ２のうち何れか一の酸素含有ガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させて成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記成膜ガスは、前記アルキル化合物及び前記酸素含有ガスの他に、ハイドロカーボンを有するガスを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ハイドロカーボンを有するガスは、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、又はエタン（Ｃ２Ｈ６）のうち何れか一であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記シロキサン結合を有するアルキル化合物は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）  ３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）  ３）、又はオクタメチルシ
クロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：
【化１】）
0003600507.tif 000004
であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
プラズマ生成手段として平行平板型の電極を用い、かつ前記成膜時に、前記基板を保持する電極に周波数１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの交流電力を印加することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
プラズマ生成手段として平行平板型の電極を用い、かつ前記成膜時に、前記基板を保持する電極に対向する電極に周波数１ＭＨｚ以上の交流電力を印加することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記電極の間隔は前記基板の厚さ以上、２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５又は６の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
銅配線と、該銅配線を絶縁する低誘電率を有する層間絶縁膜とを有する半導体装置であって、
前記層間絶縁膜は前記銅配線と接するバリア絶縁膜と、該バリア絶縁膜上の多孔質絶縁膜とを有し、前記バリア絶縁膜として請求項１乃至７の何れか一に記載の半導体装置の製造方法により成膜した低誘電率を有する絶縁膜を用いていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳しくは、銅配線を被覆して低誘電率を有する層間絶縁膜を形成する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の高集積度化、高密度化とともに、データ転送速度の高速化が要求されている。このため、ＲＣディレイの小さい低誘電率を有する絶縁膜（以下、低誘電率絶縁膜と称する。）が用いられている。例えば、比誘電率３．５〜３．８のＳｉＯＦ膜や比誘電率３．０〜３．１の多孔質ＳｉＯ２膜などである。
【０００３】
一方、配線材料に関して、従来のアルミニウム（Ａｌ）から電気抵抗の低い銅（Ｃｕ）配線に変わりつつある。
従って、従来の多層の銅配線を有する半導体装置を作成するため、銅配線上に層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を形成しているが、一般に低誘電率絶縁膜には銅配線からの銅が拡散し易いため、上下配線の間のリーク電流が増加してしまう。従って、低誘電率絶縁膜に対する銅元素の拡散を防止するため、ＳｉＣ系のバリア絶縁膜の開発が同時に行われている。
【０００４】
銅配線を有する半導体装置は、銅配線上にＳｉＣ系のバリア絶縁膜と低誘電率絶縁膜とが順に積層されてなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳｉＣ系のバリア絶縁膜は、比誘電率が５程度と比較的低いが、リーク電流の増大を十分に抑制することができない。この場合、リーク電流を十分に抑制するためには、さらにＳｉＣ系のバリア絶縁膜に酸素を導入する必要がある。
【０００６】
このようにするとリーク電流は十分なレベルまで低減することができるが、銅配線の表面が酸化されてバリア絶縁膜及び低誘電率絶縁膜が剥がれ易くなるという新たな問題が生じる。
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、銅配線間に低誘電率を有する多層の絶縁膜からなる層間絶縁膜を形成したときに、層間絶縁膜の剥がれを防止しつつ、層間絶縁膜を挟む銅配線間のリーク電流を小さくすることができる半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、半導体装置の製造方法に係り、表面に銅配線が露出した基板上に低誘電率を有する層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜は前記銅配線と接するバリア絶縁膜と、該バリア絶縁膜上の多孔質絶縁膜とを有し、前記バリア絶縁膜を、シロキサン結合を有するアルキル化合物と、該アルキル化合物のガス流量と等しいか又は少ないガス流量に調整されたＮ２Ｏ、Ｈ２Ｏ又はＣＯ２のうち何れか一の酸素含有ガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させて成膜することを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法に係り、前記成膜ガスは、前記アルキル化合物及び前記酸素含有ガスの他に、ハイドロカーボンを有するガスを含むことを特徴とし、
請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体装置の製造方法に係り、前記ハイドロカーボンを有するガスは、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、又はエタン（Ｃ２Ｈ６）のうち何れか一であることを特徴とし、
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一に記載の半導体装置の製造方法に係り、前記シロキサン結合を有するアルキル化合物は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）  ３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）  ３）、又はオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：
【０００８】
【化２】）
0003600507.tif 000002
であることを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一に記載の半導体装置の製造方法に係り、プラズマ生成手段として平行平板型の電極を用い、かつ前記成膜時に、前記基板を保持する電極に周波数１００ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの交流電力を印加することを特徴とし、
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一に記載の半導体装置の製造方法に係り、プラズマ生成手段として平行平板型の電極を用い、かつ前記成膜時に、前記基板を保持する電極に対向する電極に周波数１ＭＨｚ以上の交流電力を印加することを特徴とし、
請求項７記載の発明は、請求項５又は６の何れか一に記載の半導体装置の製造方法に係り、前記電極の間隔は前記基板の厚さ以上、２５ｍｍ以下であることを特徴とし、
請求項８記載の発明は、半導体装置に係り、銅配線と、該銅配線を絶縁する低誘電率を有する層間絶縁膜とを有する半導体装置であって、前記層間絶縁膜は前記銅配線と接するバリア絶縁膜と、該バリア絶縁膜上の多孔質絶縁膜とを有し、前記バリア絶縁膜として請求項１乃至７の何れか一に記載の半導体装置の製造方法により成膜した低誘電率を有する絶縁膜を用いていることを特徴としている。
【０００９】
以下に、上記本発明の構成により奏される作用を説明する。
層間絶縁膜を構成する多層の絶縁膜のうち銅配線と接する絶縁膜を、シロキサン結合を有するアルキル化合物と、そのアルキル化合物のガス流量と等しいか又は少ないガス流量に調整されたＮ２Ｏ、Ｈ２Ｏ又はＣＯ２のうち何れか一の酸素含有ガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させて形成している。
【００１０】
シロキサン結合を有するアルキル化合物を含む成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、或いはシロキサン結合を有するアルキル化合物にハイドロカーボンを有するガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜しているため、緻密で、且つ低誘電率を有する絶縁膜を形成することができる。
特に、平行平板型のプラズマ成膜装置を用い、かつ少なくとも低周波数の電力供給源を基板を保持する電極側に接続し、基板に低周波数の電力を印加することにより、緻密性の高い膜を形成することができる。
【００１１】
また、酸化剤である酸素含有ガスとして酸素の含有量が少ないものを用い、かつアルキル化合物のガス流量と比較して酸素含有ガスのガス流量を等しいか又は少なくしているため、成膜ガス中の酸素の相対量が少なくなる。従って、その成膜時に、例えば銅配線が酸化するのを抑制することができる。さらに、バリア絶縁膜上に他の低誘電率を有する絶縁膜を形成するときには銅配線はすでにバリア絶縁膜により被覆されているので、成膜ガス中に酸素含有ガスを含んでいても、銅配線の酸化を防止することができる。
【００１２】
また、上記のようにして形成されたバリア絶縁膜は緻密であるため、そのバリア絶縁膜を上下の銅配線の間に挟むことにより銅配線から層間絶縁膜への銅の拡散を防止して層間絶縁膜を挟む銅配線の間のリーク電流を低減し、かつ、層間絶縁膜全体の誘電率を低減することができる。
以上のように、本発明によれば、緻密で、層間絶縁膜を挟む銅配線の間のリーク電流が少なく、かつ低誘電率を有する層間絶縁膜を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図８は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる平行平板型のプラズマ成膜装置１０１の構成を示す側面図である。
【００１４】
このプラズマ成膜装置１０１は、プラズマガスにより被成膜基板２１上にバリヤ絶縁膜を形成する場所である成膜部１０１Ａと、成膜ガスを構成する複数のガスの供給源を有する成膜ガス供給部１０１Ｂとから構成されている。
成膜部１０１Ａは、図８に示すように、減圧可能なチャンバ１を備え、チャンバ１は排気配管４を通して排気装置６と接続されている。排気配管４の途中にはチャンバ１と排気装置６の間の導通／非導通を制御する開閉バルブ５が設けられている。チャンバ１にはチャンバ１内の圧力を監視する不図示の真空計などの圧力計測手段が設けられている。
【００１５】
チャンバ１内には対向する一対の上部電極（第１の電極）２と下部電極（第２の電極）３とが備えられ、上部電極２に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電力供給電源（ＲＦ電源）７が接続され、下部電極３に周波数３８０ｋＨｚの低周波電力を供給する低周波電力供給電源８が接続されている。これらの電源７、８から上部電極２及び下部電極３に電力を供給して、成膜ガスをプラズマ化する。上部電極２、下部電極３及び電源７、８が成膜ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段を構成する。
【００１６】
上部電極２は成膜ガスの分散具を兼ねている。上部電極２には複数の貫通孔が形成され、下部電極３との対向面における貫通孔の開口部が成膜ガスの放出口（導入口）となる。この成膜ガス等の放出口は成膜ガス供給部１０１Ｂと配管９ａで接続されている。また、場合により、上部電極２には図示しないヒータが備えられることもある。成膜中に上部電極２を温度凡そ１００℃程度に加熱しておくことにより、成膜ガス等の反応生成物からなるパーティクルが上部電極２に付着するのを防止するためである。
【００１７】
下部電極３は被成膜基板２１の保持台を兼ね、また、保持台上の被成膜基板２１を加熱するヒータ１２を備えている。
成膜ガス供給部１０１Ｂには、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）、一酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、水（Ｈ２Ｏ）、メタン（ＣＨ４）、及び窒素（Ｎ２）の供給源が設けられている。これらのガスは適宜分岐配管９ｂ乃至９ｆ及びこれらすべての分岐配管９ｂ乃至９ｆが接続された配管９ａを通して成膜部１０１Ａのチャンバ１内に供給される。分岐配管９ｂ乃至９ｆの途中に流量調整手段１１ａ乃至１１ｅや、分岐配管９ｂ乃至９ｆの導通／非導通を制御する開閉手段１０ｂ乃至１０ｋが設置され、配管９ａの途中に配管９ａの閉鎖／導通を行う開閉手段１０ａが設置されている。また、Ｎ２ガスを流通させて分岐配管９ｂ乃至９ｅ内の残留ガスをパージするため、、Ｎ２ガスの供給源と接続された分岐配管９ｆとその他の分岐配管９ｂ乃至９ｅの間の導通／非導通を制御する開閉手段１０ｌ乃至１０ｐが設置されている。なお、Ｎ２ガスは分岐配管９ｂ乃至９ｅ内のほかに、配管９ａ内及びチャンバ１内の残留ガスをパージする。
【００１８】
以上のような成膜装置１０１によれば、アルキル化合物の供給源（ＨＭＤＳＯ）と、ハイドロカーボン（ＣＨ）含有ガスの供給源と、酸素含有ガスの供給源とを備え、さらに成膜ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段２、３、７、８を備えている。
これにより、プラズマＣＶＤ法によりＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを含むバリア絶縁膜を形成することができる。このため、下記の第３の実施の形態に示すように、低い誘電率を有し、かつ銅の拡散を抑制するバリア絶縁膜を形成することができる。
【００１９】
そして、プラズマ生成手段として、例えば平行平板型の第１及び第２の電極２、３によりプラズマを生成する手段、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法によりプラズマを生成する手段、アンテナからの高周波電力の放射によりヘリコンプラズマを生成する手段等がある。
これらのプラズマ生成手段のうち平行平板型の第１及び第２の電極２、３にそれぞれ高低２つの周波数の電力を供給する電源７、８が接続されている。従って、これら高低２つの周波数の電力をそれぞれ各電極２、３に印加してプラズマを生成することができる。特に、このようにして生成した絶縁膜は緻密であり、かつＣＨ３を含むため、低誘電率を有する。
【００２０】
次に、本発明が適用される、バリア絶縁膜の成膜ガスであるシロキサン結合を有するアルキル化合物、及びハイドロカーボンを有するガスについては、代表例として以下に示すものを用いることができる。
（ｉ）シロキサン結合を有するアルキル化合物
ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３）
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：
【００２１】
【化３】）
0003600507.tif 000003
（ｉｉ）ハイドロカーボンを有するガス
メタン（ＣＨ４）
エチレン（Ｃ２Ｈ４）
エタン（Ｃ２Ｈ６）
次に、図１、図２、図８及び図９（ａ）を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する。
【００２２】
図１（ａ）乃至（ｄ）、図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。成膜ガスとしてＨＭＤＳＯ＋Ｎ２Ｏを用い、図９（ａ）に使用する成膜ガスを構成する各ガスのチャンバ１内への導入のタイミングを示す。
図１（ａ）は、銅配線を形成した後の状態を示す断面図である。図中、符号２２は下地絶縁膜、２３はメッキにより形成された銅配線（下部配線）である。なお、図示していないが、下地絶縁膜２２と銅配線（下部配線）２３の間には下層から下地絶縁膜２２に対する銅のバリアとしてのＴａＮ膜と、スパッタにより形成されたＣｕ膜とが形成されている。これらが被成膜基板２１を構成する。
【００２３】
このような状態で、図１（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により銅配線２３上にバリア絶縁膜２４を形成する。バリア絶縁膜２４を形成するには、まず、被成膜基板２１を成膜装置１０１のチャンバ１内に導入し、基板保持具３に保持する。続いて、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を流量５０ｓｃｃｍで、Ｎ２Ｏガスを流量３０ｓｃｃｍで、図８に示すプラズマ成膜装置１０１のチャンバ１内に導入し、圧力を１Ｔｏｒｒに保持する。次いで、下部電極３に周波数３８０ｋＨｚの電力１００Ｗを印加する。上部電極２には電力を印加しない。
【００２４】
これにより、ヘキサメチルジシロキサンとＮ２Ｏがプラズマ化する。この状態を所定時間保持して、膜厚約５０のＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを含有する絶縁膜からなるバリア絶縁膜２４を形成する。調査によれば、成膜されたＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを含有する絶縁膜は、周波数１ＭＨｚで測定した比誘電率が凡そ３．２であり、電界強度５ＭＶ／ｃｍのときリーク電流が１０−８Ａ／ｃｍ２であった。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、よく知られたプラズマＣＶＤ法により、低誘電率を有する膜厚約５００ｎｍの多孔質シリコン含有絶縁膜２５を形成する。多孔質シリコン含有絶縁膜の形成方法として、例えば、減圧熱ＣＶＤ法による成膜とプラズマＣＶＤ法による成膜を繰り返して多層の絶縁膜を形成する方法、有機膜とＳｉＯ２膜とを交互に積層した後、酸素プラズマによりアッシングして有機物を除去する方法等がある。
【００２６】
続いて、アッシングやエッチングにおける多孔質シリコン含有絶縁膜２５の保護膜２９である薄くて緻密性の高いＮＳＧ膜（不純物を含まないシリコン酸化膜）或いはＳｉＯＣ含有絶縁膜を形成する。保護膜２９がない場合、フォトレジスト膜２６をアッシングする際、或いは多孔質シリコン含有絶縁膜２５の下のバリヤ絶縁膜２４をエッチングする際に処理ガスにより多孔質シリコン含有絶縁膜２５が変質し、低誘電率特性が劣化する恐れがある。なお、場合により、保護膜２９を省略してもよい。
【００２７】
次いで、図１（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜２６を形成した後、パターニングし、ビアホールを形成すべき領域にフォトレジスト膜２６の開口部２６ａを形成する。続いて、ＣＦ４＋ＣＨＦ３系の混合ガスをプラズマ化したものを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりフォトレジスト膜２６の開口部２６ａを通して層間絶縁膜２５をエッチングし、除去する。これにより、開口部２５ａが形成されてバリア絶縁膜２４が表出する。その後、フォトレジスト膜２６をアッシングする。このとき、上記層間絶縁膜２５のエッチングガス及びアッシングガスに対してバリヤ絶縁膜２４はエッチング耐性を有する。従って、銅配線２３がエッチングガスによる悪影響を受けない。ＣＦ４＋ＣＨＦ３系の混合ガスは、ＣＦ４＋ＣＨＦ３のほかにＡｒ＋Ｏ２等を加えて濃度調整を行ってもよい。
【００２８】
次に、図２（ａ）に示すように、層間絶縁膜２５のエッチングに用いたガスと組成比を変えたＣＦ４＋ＣＨＦ３系の混合ガスをプラズマ化したものを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、保護膜２９の開口部及び層間絶縁膜２５の開口部２５ａを通してバリア絶縁膜２４をエッチングし、除去する。これにより、ビアホール２７が形成されてその底部に銅配線２３が表出する。このとき、上記バリア絶縁膜２４のエッチングガスに対して銅配線２３はエッチング耐性を有する。従って、銅配線２３がエッチングガスによる悪影響を受けない。なお、銅配線の表面は酸化されるが、レジスト膜のアッシング工程を経てバリア膜のエッチング工程の後に還元性ガス、例えばＮＨ３や、アルゴン、窒素等の不活性ガスで希釈した水素のプラズマに曝して除去する。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ビアホール２７内に導電膜、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）等のバリア金属膜とスパッタ法により形成した銅膜とからなる下地導電膜３０を敷き、続いてこの下地導電膜３０上、ビアホール２７内に銅膜２８ａを埋め込む。次いで、銅膜２８ａを通して下部配線２３と接続するように銅又はアルミニウムからなる上部配線２８ｂを形成する。
【００３０】
以上により、層間絶縁膜２５及びバリヤ絶縁膜２４のビアホール２７を通して下部配線２３と接続する上部配線２８ｂの形成が完了する。
次に、第１の実施の形態により作成したバリヤ絶縁膜の特性を調査した結果を説明する。
図３、図４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法により形成されたバリヤ絶縁膜の特性を調査した結果を示すグラフである。図７は、上記調査に用いた試料の構造を示す断面図である。
【００３１】
調査に用いた試料を以下のようにして作成する。即ち、図７に示すように、成膜ガスとしてＨＭＤＳとＮ２Ｏとを用いたプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＣＨ膜からなるバリヤ絶縁膜３３をｐ型シリコン基板３２上に形成する。バリヤ絶縁膜３３の成膜条件は以下の通りである。バリヤ絶縁膜の膜厚は４７２．２ｎｍであった。
【００３２】
（ｉ）成膜ガス条件
成膜ガス（流量）：ＨＭＤＳ（５０ｓｃｃｍ）＋Ｎ２Ｏ（ｘ  ｓｃｃｍ）
ガス圧力＝１Ｔｏｒｒ
基板加熱温度：３５０℃
上記Ｎ２Ｏガス流量（ｘ  ｓｃｃｍ）は０〜５０ｓｃｃｍの範囲で変化させた。
【００３３】
（ｉｉ）プラズマ化条件
高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）ＰＨＦ＝０Ｗ
低周波電力（３８０ＫＨｚ）ＰＬＦ＝１００Ｗ
さらに、バリヤ絶縁膜３３に接触させる電極面積０．０２３０ｃｍ２を有する水銀プローブ３４をバリヤ絶縁膜３３表面に接触させる。
【００３４】
比誘電率を測定する場合は、直流バイアスに１ＭＨｚの高周波の信号を重畳したＣ−Ｖ測定法を用い、屈折率を測定する場合は、エリプソメータで６３３８オングストロームのＨｅ−Ｎｅレーザを用いる。また、リーク電流を測定する場合、シリコン基板３２を接地するとともに、水銀プローブ３４に負の電圧を印加する。
【００３５】
比誘電率及び屈折率を測定した結果を図３に示す。図３の左側の縦軸は線形目盛で表した比誘電率を示し、右側の縦軸は線形目盛で表した屈折率を示す。横軸は線形目盛で表したＮ２Ｏの流量（ｓｃｃｍ）を示す。図３に示すように、比誘電率はＮ２Ｏの流量０ｓｃｃｍのとき凡そ３．３、５０ｓｃｃｍのとき凡そ３．４１であり、Ｎ２Ｏの流量の増加とともに増加する。また、屈折率はＮ２Ｏの流量０ｓｃｃｍのとき凡そ１．６５８であり、以降Ｎ２Ｏの流量が増加するとともに減少し、３０ｓｃｃｍのときに最小値凡そ１．６０５となる。そして、以降、Ｎ２Ｏの流量が増加するにしたがって増加し、５０ｓｃｃｍのとき凡そ１．６１５となる。
【００３６】
また、リーク電流を測定した結果を図４に示す。図４の縦軸は対数目盛で表したリーク電流（Ａ／ｃｍ２）を示し、横軸は線形目盛で表したバリヤ絶縁膜３３にかかる電界（ＭＶ／ｃｍ）を示す。なお、横軸の負の符号は水銀プローブ３４に負の電位を加えることを表している。
図４に示すように、リーク電流は電界強度３ＭＶ／ｃｍで１０−９  Ａ／ｃｍ２Ｃ台が得られた。実用的には電界強度３ＭＶ／ｃｍで１０−３  Ａ／ｃｍ２以下が好ましい。
【００３７】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ）だけを含むシリコン化合物を成膜ガスとしてプラズマ化し、反応させて、下部配線２３と層間絶縁膜２５の間にＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを含有するバリヤ絶縁膜２４を形成している。
シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ）だけを含むシリコン化合物を用い、酸素を少量含む酸化剤を用いているので、バリヤ絶縁膜２４を形成するときに、下部配線２３が酸化するのを抑制することができる。また、層間絶縁膜２５を形成するときには下部配線２３はすでにバリヤ絶縁膜２４により被覆されているので、酸素含有ガスを用いても、下部配線２３が酸化するのを防止することができる。
【００３８】
ところで、低誘電率を有する絶縁膜２５は一般に多孔質であり、外部から銅元素が拡散し易いが、下部配線２３と多孔質絶縁膜２５との間にバリヤ絶縁膜２４を形成した場合、銅配線２３から多孔質絶縁膜２５に侵入しようとする銅元素の侵入がバリヤ絶縁膜２４によって阻止される。従って、バリヤ絶縁膜２４を間に挟むことにより銅の拡散を防止して多孔質絶縁膜２５を挟む配線２３、２８ｂ間のリーク電流を低減し、かつ、バリヤ絶縁膜２４を含む層間絶縁膜２５全体の誘電率を低減することができる。
【００３９】
例えば、緻密性の高い膜は、平行平板型のプラズマ成膜装置を用い、かつ低周波数のＡＣ電源８及び高周波数のＲＦ電源７をそれぞれ下部電極３及び上部電極２に接続し、低周波数の印加電力を高周波数の印加電力よりも高くすることにより形成することができる。
なお、上記では、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ）だけを含むシリコン化合物としてＨＭＤＳＯを用いているが、上記した他のシリコン化合物、例えばオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を用いることも可能である。
【００４０】
また、酸素含有ガスとしてＮ２Ｏを用いているが、水（Ｈ２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ２）を用いてもよい。
（第２の実施の形態）
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す断面図である。
【００４１】
図１及び図２に示す第１の実施の形態と異なるところは、上記シリコン化合物とＮ２Ｏとにハイドロカーボンを有するガスを加えた成膜ガスを用いていることである。さらに、平行平板型の対向電極のうち、基板を保持する下部電極３に低周波数の電力を印加するほかに、この下部電極３に対向する上部電極２にも高周波の交流電力を印加していることである。
【００４２】
成膜ガスとしてＨＭＤＳＯ＋Ｎ２Ｏ＋ＣＨ４を用い、図９（ｂ）に使用する成膜ガスを構成する各ガスのチャンバ１内への導入のタイミングを示す。
まず、図５（ａ）に示すように、下地絶縁膜２２上に銅配線２３を形成する。続いて、ＨＭＤＳＯと、Ｎ２Ｏガスと、ハイドロカーボンを有するガスとしてのＣＨ４とを図７に示すプラズマ成膜装置１０１のチャンバ１内に導入し、プラズマＣＶＤ法により銅配線２３上にバリヤ絶縁膜３１を形成する。この状態を図５（ｂ）に示す。
【００４３】
即ち、ＨＭＤＳＯを流量５０ｓｃｃｍで、Ｎ２Ｏガスを流量３０ｓｃｃｍで、ＣＨ４を流量５０ｓｃｃｍで図７に示すプラズマ成膜装置のチャンバ１内に導入し、チャンバ内のガス圧力を１Ｔｏｒｒに保持する。続いて、平行平板型の対向電極のうち、基板を保持する下部電極３に３８０ｋＨｚの交流電力１００Ｗを印加するとともに、この下部電極３に対向する上部電極２にも周波数１３．５４ＭＨｚの高周波電力５０Ｗを印加する。これにより、成膜ガスはプラズマ化されるので、この状態を５秒間保持することにより、銅配線２３を被覆して膜厚５０ｎｍのバリヤ絶縁膜３１ａを形成する。
【００４４】
次に、第２の実施の形態により作成したバリヤ絶縁膜の特性を調査した結果を図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法により形成されたバリヤ絶縁膜の特性を調査した結果を示すグラフである。
図７は、上記調査に用いた試料の構造を示す断面図である。調査に用いた試料を以下のようにして作成する。即ち、図７に示すように、成膜ガスとしてＨＭＤＳとＮ２Ｏとを用いたプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＣＨ膜からなるバリヤ絶縁膜３５をｐ型シリコン基板３２上に形成する。バリヤ絶縁膜３５の成膜条件は以下の通りである。
【００４５】
（ｉ）成膜ガス条件
成膜ガス（流量）：ＨＭＤＳ（５０ｓｃｃｍ）＋Ｎ２Ｏ（３０ｓｃｃｍ）＋ＣＨ４（ｙ  ｓｃｃｍ）
ガス圧力＝１Ｔｏｒｒ
基板加熱温度：３５０℃
上記ＣＨ４ガス流量（ｙ  ｓｃｃｍ）は０〜３００ｓｃｃｍの範囲で変化させた。
【００４６】
（ｉｉ）プラズマ化条件
高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）ＰＨＦ＝５０Ｗ
低周波電力（３８０ｋＨｚ）ＰＬＦ＝１００Ｗ
さらにバリア絶縁膜３３に接触させる電極面積０．０２３０ｃｍ２を有する水銀プローブ３４をバリア絶縁膜３３表面に接触させる。
【００４７】
比誘電率及び屈折率を測定する場合は、第１の実施の形態と同じようにした。比誘電率及び屈折率を測定した結果を図６に示す。図６の左側の縦軸は線形目盛で表した比誘電率を示し、右側の縦軸は線形目盛で表した屈折率を示す。横軸は線形目盛で表したＣＨ４の流量（ｃｃ／ｍｉｎ，ｓｃｃｍ）を示す。図６に示すように、比誘電率はＣＨ４の流量０ｓｃｃｍのとき凡そ３．６であり、以降ＣＨ４の流量の増加とともに増加し、ＣＨ４の流量３００ｓｃｃｍのとき凡そ４．５となる。また、屈折率も同様な傾向を有し、ＣＨ４の流量０ｓｃｃｍのとき凡そ１．６４であり、３００ｓｃｃｍのとき凡そ１．９４となる。
【００４８】
また、別の調査によれば、リーク電流は印加電界が５ＭＶ／ｃｍのとき、１０−８Ａ／ｃｍ２台であった。
以上のように、この発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と異なり、シリコン化合物とＮ２Ｏとにハイドロカーボンを有するガスとしてＣＨ４を加えた成膜ガスを用い、さらに、平行平板型の対向電極のうち、基板を保持する下部電極３のほかに、この下部電極３に対向する上部電極２にも高周波電力を印加している。これにより、緻密で、かつ誘電率の低い絶縁膜を形成することが出来るため、バリヤ絶縁膜３１を含む層間絶縁膜２５全体の誘電率を低減するとともに、銅の拡散をより完全に防止してリーク電流を低減することができる。
【００４９】
また、銅配線２３と接するバリヤ絶縁膜３１ａの成膜ガスのうち、酸素含有ガスとしてＮ２Ｏを用い、かつその流量をアルキル化合物の流量に対して少なくしている。従って、成膜ガス中の酸素の含有量が少なくなるため、銅配線２３表面の酸化を抑制することができ、かつ銅の拡散を防止することができる。
なお、上記のハイドロカーボンを有するガスとしてメタン（ＣＨ４）を用いているが、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、或いはエタン（Ｃ２Ｈ６）を用いてもよい。
【００５０】
以上、実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、層間絶縁膜を構成する多層の絶縁膜のうち配線と接する絶縁膜を、シロキサン結合を有するアルキル化合物と、そのアルキル化合物のガス流量と等量以下のＮ２Ｏ、Ｈ２Ｏ又はＣＯ２のうち何れか一の酸素含有ガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、反応させて形成している。
【００５２】
シロキサン結合を有するアルキル化合物を含む成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、或いはシロキサン結合を有するアルキル化合物にハイドロカーボンを有するガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜しているため、低誘電率を有する絶縁膜を形成することができる。
また、酸化剤である酸素含有ガスとして酸素の量が少ないものを用い、かつアルキル化合物の流量に比べてガス流量を少量としているため、その成膜時に、例えば銅配線が酸化するのを防止することができる。
【００５３】
また、バリア絶縁膜を上下の銅配線の間に挟むことにより銅配線から層間絶縁膜への銅の拡散を防止し、層間絶縁膜を挟む銅配線の間のリーク電流を低減し、かつ、層間絶縁膜全体の誘電率を低減することができる。
以上のように、本発明によれば、緻密で、かつリーク電流の少ない、低誘電率を有する層間絶縁膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施の形態である半導体装置及びその製造方法について示す断面図（その１）である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施の形態である半導体装置及びその製造方法について示す断面図（その２）である。
【図３】本発明の第１の実施の形態であるバリヤ絶縁膜の比誘電率及び屈折率の特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態であるバリヤ絶縁膜のリーク電流の特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施の形態である半導体装置及びその製造方法について示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態であるバリヤ絶縁膜の比誘電率及び屈折率の特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態であるバリヤ絶縁膜の特性調査に用いた試料の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法に用いられるプラズマ成膜装置の構成を示す側面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態である半導体装置の製造方法に用いられる成膜ガスのプラズマ成膜装置のチャンバ内への導入について示すタイミングチャートであり、（ｂ）は、同じく第２の実施の形態である半導体装置の製造方法に用いられる成膜ガスのプラズマ成膜装置のチャンバ内への導入について示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  チャンバ
２  上部電極
３  下部電極
４  排気配管
５  バルブ
６  排気装置
７  高周波電力供給電源（ＲＦ電源）
８  低周波電力供給電源
９ａ  配管
９ｂ〜９ｆ  分岐配管
１０ａ〜１０ｎ，１０ｐ  開閉手段
１１ａ〜１１ｅ  流量調整手段
１２  ヒータ
２１  被成膜基板
２２  下地絶縁膜
２３  銅配線（下部配線）
２４，３１，３３，３５  バリヤ絶縁膜
２５  層間絶縁膜
２６  フォトレジスト膜
２７  ビアホール
２８  上部配線
３２  シリコン基板
３４  水銀プローブ
１０１Ａ  成膜部
１０１Ｂ  成膜ガス供給部
【図１】
0003600507.tif 000005
【図２】
0003600507.tif 000006
【図３】
0003600507.tif 000007
【図４】
0003600507.tif 000008
【図５】
0003600507.tif 000009
【図６】
0003600507.tif 000010
【図７】
0003600507.tif 000011
【図８】
0003600507.tif 000012
【図９】
0003600507.tif 000013