(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程後、前記第１層間絶縁膜に第１配線溝を形成する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記第１配線溝に第１銅配線を形成する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記第１銅配線を形成した前記第１層間絶縁膜上に、メチル基を含む第１原料ガスを使用したＣＶＤ法により第１ＳｉＣＮ膜を形成する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記第１ＳｉＣＮ膜上に、メチル基を含む前記第１原料ガスを使用したＣＶＤ法により第２ＳｉＣＮ膜を形成する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記第２ＳｉＣＮ膜上に、ＳｉＣＯ膜あるいは酸化シリコン膜からなる第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記第１絶縁膜上に第２層間絶縁膜と、前記第２層間絶縁膜内に形成された第２銅配線とを含む配線層を形成する工程と、を備え、
前記第１層間絶縁膜及び前記第２層間絶縁膜は低誘電率膜であり、
前記（ｄ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量と、前記（ｅ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量が異なり、
前記（ｇ）工程は、
（ｇ１）前記（ｆ）工程後、前記第１絶縁膜上に前記第２層間絶縁膜を形成する工程と、
（ｇ２）前記（ｇ１）工程後、前記第２層間絶縁膜上に第１ダメージ保護膜を形成する工程と、
（ｇ３）前記（ｇ２）工程後、前記第１ダメージ保護膜上に第２ダメージ保護膜を形成する工程と、
（ｇ４）前記（ｇ３）工程後、前記第２ダメージ保護膜上に第１化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
（ｇ５）前記（ｇ４）工程後、前記第１化学増幅型レジスト膜をパターニングする工程と、
（ｇ６）前記（ｇ５）工程後、パターニングした前記第１化学増幅型レジスト膜をマスクにして、前記第２ダメージ保護膜、前記第１ダメージ保護膜、および、前記第２層間絶縁膜をエッチングすることにより、底部に前記第１絶縁膜を露出するビアホールを形成する工程と、
（ｇ７）前記（ｇ６）工程後、前記第１化学増幅型レジスト膜を除去し、前記第２ダメージ保護膜上に第２化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
（ｇ８）前記（ｇ７）工程後、前記第２化学増幅型レジスト膜をパターニングする工程と、
（ｇ９）前記（ｇ８）工程後、パターニングした前記第２化学増幅型レジスト膜をマスクにして、前記第２ダメージ保護膜をパターニングする工程と、
（ｇ１０）前記（ｇ９）工程後、パターニングした前記第２ダメージ保護膜をマスクにしたエッチングにより、前記第１ダメージ保護膜および前記第２層間絶縁膜に第２配線溝を形成するとともに、前記ビアホールの底部から前記第１絶縁膜、前記第２ＳｉＣＮ膜、および、前記第１ＳｉＣＮ膜を除去して、前記第１銅配線を露出する工程と、
（ｇ１１）前記（ｇ１０）工程後、前記第２配線溝内、前記ビアホール内、及び、前記第２ダメージ保護膜上に第２導体膜を形成する工程と、
（ｇ１２）前記（ｇ１１）工程後、前記第２ダメージ保護膜上に形成されている前記第２導体膜をＣＭＰ法により除去して、前記第２配線溝の内部と前記ビアホールの内部に前記第２導体膜を残存させることにより、前記第２配線溝に埋め込まれた前記第２銅配線と、前記ビアホールに埋め込まれたプラグを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｄ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量は、前記（ｅ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量よりも少ないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｄ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量は、前記（ｅ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量よりも多いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１原料ガスは、テトラメチルシランガスを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１原料ガスは、トリメチルシランガスを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｃ）工程は、
（ｃ１）前記第１配線溝内を含む前記第１層間絶縁膜上に第１導体膜を形成する工程と、
（ｃ２）前記第１層間絶縁膜上に形成されている前記第１導体膜をＣＭＰ法により除去して、前記第１配線溝の内部に前記第１導体膜を残存させることにより、前記第１配線溝に埋め込まれた前記第１銅配線を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｇ９）工程と前記（ｇ１０）工程の間に、前記第２化学増幅型レジスト膜を除去する工程を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、銅配線を有する半導体装置、および、いわゆるダマシン法を使用して配線を形成する半導体装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−７３５６９号公報（特許文献１）には、トリメチルシランガスとヘリウムガスとの流量比を調整することにより、Ｓｉ−ＣＨ３の組成比が高いＳｉＣＮ膜上に、Ｓｉ−ＣＨ３の組成比が低いＳｉＣＮ膜を形成する技術が記載されている。これにより、レジストポイゾニングを抑制できるとしている。
【０００３】
国際公開第２０１０／１２５６８２号公報（特許文献２）には、銅配線上にＳｉＣＮ膜を形成し、このＳｉＣＮ膜上にＳｉＣＯ膜を形成する技術が記載されている。このとき、ＳｉＣＮ膜は、銅配線からの銅の拡散を防止する機能を有する銅拡散防止膜であり、ＳｉＣＯ膜は、ＳｉＣＮ膜で発生するアミンの拡散を防止してレジストポイゾニングを抑制する膜であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７３５６９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１２５６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体チップを構成する半導体基板上には、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）が形成され、このＭＩＳＦＥＴ上に多層配線が形成されている。近年では、半導体チップの高集積化を実現するため、多層配線の微細化が進められている。このため、配線の微細化による高抵抗化と、配線間の距離が縮まることによる寄生容量の増加が問題として顕在化してきている。つまり、多層配線には電気信号が流れるが、配線の高抵抗化と配線間の寄生容量の増加により、電気信号の遅延が発生するのである。例えば、タイミングが重要な回路では、配線を流れる電気信号の遅延が誤動作を引き起こし、正常な回路として機能しなくなるおそれがある。このことから、配線を流れる電気信号の遅延を防止するため、配線の高抵抗化の抑制と、配線間の寄生容量の低減が必要とされることがわかる。
【０００６】
そこで、近年では、多層配線を構成する材料をアルミニウム膜から銅膜に代えることが行なわれている。すなわち、アルミニウム膜に比べて銅膜は抵抗率が低いので、配線を微細化しても、配線の高抵抗化を抑制できるからである。さらに、配線間の寄生容量を低減する観点から、配線間に存在する層間絶縁膜の一部を誘電率の低い低誘電率膜で構成することが行なわれている。以上のように、多層配線を有する半導体装置では高性能化を図るために、配線の材料として銅膜を使用し、かつ、層間絶縁膜の一部に低誘電率膜を使用している。
【０００７】
このように配線として銅配線を使用する場合、通常、銅配線上に銅の拡散を防止するための銅拡散防止膜が形成される。この銅拡散防止膜は、例えば、ＳｉＣＮ膜から形成される。
【０００８】
ここで、近年の半導体装置の小型化に伴い、配線の微細化も進んできている。ところが、配線の微細化に伴って、銅配線のエレクトロマイグレーション耐性が劣化する問題点が発生した。この原因を本発明者が検討したところ、銅拡散防止膜であるＳｉＣＮ膜の薄膜化が原因であることが判明した。すなわち、銅配線の微細化に伴って、銅拡散防止膜であるＳｉＣＮ膜の薄膜化も進んでいるが、このＳｉＣＮ膜の薄膜化が進むと、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下するのである。ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下すると、ＳｉＣＮ膜を通って銅配線へ水分が到達するため、この水分によって銅配線が酸化される。すると、ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性が低下するのである。ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性が高い場合には、ＳｉＣＮ膜によって銅配線を構成する銅が固定され、銅の移動によるエレクトロマイグレーションが抑制される。しかし、銅が酸化されて、ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性が低下すると、ＳｉＣＮ膜による銅の固定がされにくくなるため、銅が容易に移動しやすくなり、エレクトロマイグレーション耐性が低下するのである。
【０００９】
さらに、例えば、ＳｉＣＮ膜の薄膜化によって、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下すると、ＳｉＣＮ膜を通って銅配線へ水分が到達するため、この水分によって銅配線を構成する銅がイオン化する。そして、イオン化した銅は、層間絶縁膜中へ移動し、この結果、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown）が低下する問題点もある。
【００１０】
本発明の目的は、半導体装置を構成する配線の信頼性向上を図ることにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
代表的な実施の形態における半導体装置は、（ａ）半導体基板と、（ｂ）前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、（ｃ）前記層間絶縁膜に埋め込むように形成された配線と、（ｄ）前記配線を形成した前記層間絶縁膜上に形成された第１ＳｉＣＮ膜と、を備える。そして、（ｅ）前記第１ＳｉＣＮ膜上に形成された第２ＳｉＣＮ膜と、（ｆ）前記第２ＳｉＣＮ膜上に形成された第１絶縁膜と、（ｇ）前記第１絶縁膜上に所定の層間絶縁膜と、前記所定の層間絶縁膜内に形成された所定の配線とにより形成された所定の配線層と、を備える。ここで、前記第１絶縁膜は、ＳｉＣＯ膜、あるいは、酸化シリコン膜から形成されており、前記層間絶縁膜及び前記所定の層間絶縁膜は低誘電率膜である。さらに、前記第１ＳｉＣＮ膜に含まれるメチル基の含有量と、前記第２ＳｉＣＮ膜に含まれるメチル基の含有量が異なることを特徴とするものである。
【００１４】
また、代表的な実施の形態における半導体装置は、（ａ）半導体基板と、（ｂ）前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、（ｃ）前記層間絶縁膜に埋め込むように形成された配線と、（ｄ）前記配線を形成した前記層間絶縁膜上に形成されたＳｉＣＮ膜と、を備える。そして、（ｅ）前記ＳｉＣＮ膜上に形成された第１絶縁膜と、（ｆ）前記第１絶縁膜上に所定の層間絶縁膜と、前記所定の層間絶縁膜内に形成された所定の配線とにより形成された所定の配線層と、を備える。ここで、前記第１絶縁膜は、ＳｉＣＯ膜、あるいは、酸化シリコン膜から形成されており、前記層間絶縁膜及び前記所定の層間絶縁膜は低誘電率膜である。さらに、前記ＳｉＣＮ膜の膜厚方向におけるメチル基の含有量が異なることを特徴とする。
【００１５】
また、代表的な実施の形態における半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程後、前記第１層間絶縁膜に第１配線溝を形成する工程と、を備える。そして、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記第１配線溝に第１配線を形成する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程後、前記第１配線を形成した前記第１層間絶縁膜上に、メチル基を含む第１原料ガスを使用したＣＶＤ法により第１ＳｉＣＮ膜を形成する工程と、を備える。さらに、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記第１ＳｉＣＮ膜上に、メチル基を含む前記第１原料ガスを使用したＣＶＤ法により第２ＳｉＣＮ膜を形成する工程と、（ｆ）前記（ｅ）工程後、前記第２ＳｉＣＮ膜上に、ＳｉＣＯ膜あるいは酸化シリコン膜からなる第１絶縁膜を形成する工程と、を備える。その後、（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記第１絶縁膜上に第２層間絶縁膜と、前記第２層間絶縁膜内に形成された第２配線とを含む配線層を形成する工程と、を備える。ここで、前記第１層間絶縁膜及び前記第２層間絶縁膜は低誘電率膜であり、前記（ｄ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量と、前記（ｅ）工程で使用される前記第１原料ガスの流量が異なることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
半導体装置を構成する配線の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明者が検討した配線構造の一部を示す断面図である。
【図２】ＳｉＣＮ膜とＳｉＣＯ膜の膜厚と、銅配線でのエレクトロマイグレーション特性の関係について示すグラフである。
【図３】通常の条件でのテトラメチルシランガス（４ＭＳ）を使用して形成されたＳｉＣＮ膜と、通常よりもテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜において、それぞれのエレクトロマイグレーション特性について膜厚を変えて測定した結果を示すグラフである。
【図４】通常の条件でのテトラメチルシランガス（４ＭＳ）を使用して形成されたＳｉＣＮ膜と、通常よりもテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜において、それぞれの線間ＴＤＤＢ特性について膜厚を変えて測定した結果を示すグラフである。
【図５】ＳｉＣＮ膜の耐透水性を確認する実験を示す模式図である。
【図６】テトラメチルシランガスの流量の相対値を示す表である。
【図７】ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合に酸化シリコン膜の残留ストレス（残留応力）がどのように変化するかについて結果を示すグラフである。
【図８】ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合に酸化シリコン膜の残留ストレス（残留応力）がどのように変化するかについて結果を示すグラフである。
【図９】ＳｉＣＮ膜の膜厚が５ｎｍの場合に酸化シリコン膜の残留ストレス（残留応力）がどのように変化するかについて結果を示すグラフである。
【図１０】実施の形態１における半導体装値の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】図１１に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１５に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１７】図１６に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１９】図１８に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２０】図１９に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２１】図２０に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２２】図２１に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２３】図２２に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２４】図２３に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２５】図２４に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２６】図２５に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２７】図２６に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２８】図２７に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２９】実施の形態２における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３０】実施の形態３における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３１】実施の形態４における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３２】実施の形態４における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３３】図３２に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３４】実施の形態５における半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３５】実施の形態６における半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２０】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２１】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２２】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２３】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
＜課題の検討＞
例えば、配線として銅配線を使用する場合、通常、銅配線上に銅の拡散を防止するための銅拡散防止膜が形成される。この銅拡散防止膜は、例えば、ＳｉＣＮ膜から形成される。そして、このＳｉＣＮ膜上には、例えば、後述するレジストポイゾニングを抑制するためのＳｉＣＯ膜が形成される。具体的に、図１は、本発明者が検討した配線構造の一部を示す断面図である。図１に示すように、半導体基板上に形成された層間絶縁膜ＩＬ１に埋め込まれるように銅配線からなる第１層配線Ｌ１が形成されている。この第１層配線Ｌ１の上部には、銅拡散防止膜としてＳｉＣＮ膜ＳＣＮが形成されており、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ上にＳｉＣＯ膜ＳＣＯが形成されている。
【００２５】
ここで、近年の半導体装置の小型化に伴い、配線の微細化も進んできているが、配線の微細化に伴って、銅配線（例えば、図１の第１層配線Ｌ１）のエレクトロマイグレーション耐性が劣化する問題点が顕在化してきている。
【００２６】
具体的に、図２は、ＳｉＣＮ膜とＳｉＣＯ膜の膜厚と、銅配線でのエレクトロマイグレーション特性の関係について示すグラフである。図２において、□印は、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合を示しており、○印は、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。また、△印は、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。
【００２７】
図２において、横軸はＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅ(任意単位)を示しており、このＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅは、一定方向に一定の電流を銅配線に流したときの銅配線の抵抗の変化がしきい値を超えるまでの時間を示している。つまり、一定方向に一定の電流を銅配線に流し続けるとエレクトロマイグレーションが生じ、このエレクトロマイグレーションによって抵抗が急激に上昇する現象が生じる。このため、この抵抗が急激に上昇する状態を検知して、銅配線にエレクトロマイグレーションによる劣化が生じていると判断するものである。すなわち、図２に示すＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅは、定性的にエレクトロマイグレーションが生じるまでの時間を示しており、このＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが長いほど、銅配線のエレクトロマイグレーション特性が良好であることを示している。言い換えれば、Ｆａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが短いほど、銅配線のエレクトロマイグレーション特性が劣化しやすいことを示している。
【００２８】
一方、図２の縦軸はＣｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ（累積確率）を示している。つまり、図２の縦軸は、検査対象が正規分布に従うものとして累積確率が示されている。この縦軸のうち重要な点は、確率の高い正規分布の中心（５０％）でのＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅである。
【００２９】
図２に示すように、縦軸の累積確率が５０％の位置でのＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅを見てみると、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合（□印）が最もＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが長く、エレクトロマイグレーション特性が良好であることがわかる。これに対し、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合（○印）や、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合（△印）の場合は、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合（□印）よりもＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが短くなっており、かつ、同等であることがわかる。したがって、Ｆａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅは、ＳｉＣＯ膜の膜厚よりもＳｉＣＮ膜の膜厚に大きく依存しており、ＳｉＣＮ膜の膜厚を２０ｎｍから１０ｎｍのように薄膜化すると、急激に短くなることがわかる。つまり、エレクトロマイグレーション特性が銅拡散防止膜であるＳｉＣＮ膜の膜厚に大きく依存していることがわかる。
【００３０】
＜課題の検討から生まれた知見＞
そこで、本発明者は、ＳｉＣＮ膜の膜厚が薄くなると、なぜ、エレクトロマイグレーション特性が劣化するのかについて検討を行った。ここで、本発明者は、ＳｉＣＮ膜の薄膜化が進むと、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下することが銅配線のエレクトロマイグレーション特性を劣化させる原因であると考えたのである。つまり、ＳｉＣＮ膜が薄膜化すると、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下するが、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下すると、ＳｉＣＮ膜を通って銅配線へ水分が到達するため、この水分によって銅配線が酸化される。すると、ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性が低下するのである。ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性が高い場合には、ＳｉＣＮ膜によって銅配線を構成する銅が固定され、銅の移動によるエレクトロマイグレーションが抑制される。ところが、銅が酸化されて、ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性が低下すると、ＳｉＣＮ膜による銅の固定がされにくくなるため、銅が容易に移動しやすくなり、エレクトロマイグレーション特性が劣化すると考えたのである。したがって、ＳｉＣＮ膜の膜厚が薄くなっても、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を維持あるいは向上させることができれば、銅配線のエレクトロマイグレーション特性の劣化を抑制できることになる。
【００３１】
そこで、本発明者が上述した課題を解決する手段を検討したところ、本発明者は、以下に示す知見を獲得した。例えば、ＳｉＣＮ膜は、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）とアンモニアガス（ＮＨ３）を原料ガスとするＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）で形成されるが、このとき、本発明者の検討によると、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた状態でＳｉＣＮ膜を成膜すると、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上するという知見を見出したのである。この理由として考えられるのは、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げて、ＳｉＣＮ膜を成膜すると、ＳｉＣＮ膜中に含有されるメチル基（ＣＨ３）が減少し、この結果、ＳｉＣＮ膜の緻密化が図れるからと推測される。つまり、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げると、成膜されるＳｉＣＮ膜に含有されるメチル基（ＣＨ３）が減少する。そして、ＳｉＣＮ膜中に含有されるメチル基（ＣＨ３）が減少すると、ＳｉＣＮ膜の緻密化が図れる結果、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上すると考えられるのである。したがって、銅拡散防止膜として、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を下げた状態で成膜されたＳｉＣＮ膜を使用することにより、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上できる結果、ＳｉＣＮ膜を薄膜化しても銅配線のエレクトロマイグレーション特性を向上させることができると考えたのである。
【００３２】
具体的に、図３は、通常の条件でのテトラメチルシランガス（４ＭＳ）を使用して形成されたＳｉＣＮ膜と、通常よりもテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜において、それぞれのエレクトロマイグレーション特性について膜厚を変えて測定した結果を示すグラフである。
【００３３】
図３において、□印は、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合を示している。○印は、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。また、△印は、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。
【００３４】
同様に、■印は、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合を示している。●印は、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。また、▲印は、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。
【００３５】
図３の横軸はＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅ(任意単位)を示しており、図３の縦軸はＣｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ（累積確率）を示している。図３に示すように、縦軸の累積確率が５０％の位置でのＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅを見てみる。まず、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合において、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合（□印）と、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合（■印）とを比較すると、■印の場合の方が□印の場合よりもＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが長くなっていることがわかる。同様に、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合において、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合（○印）と、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合（●印）とを比較すると、●印の場合の方が○印の場合よりもＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが長くなっていることがわかる。さらに、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合において、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合（△印）と、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合（▲印）とを比較すると、▲印の場合の方が△印の場合よりもＦａｉｌｕｒｅ  Ｔｉｍｅが長くなっていることがわかる。つまり、ＳｉＣＯ膜の膜厚とＳｉＣＮ膜の膜厚が同等である場合を比較すると、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合よりも、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合の方がエレクトロマイグレーション特性を向上することができることがわかる。
【００３６】
このことから、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成することにより、ＳｉＣＮ膜中に含有されるメチル基（ＣＨ３）が減少してＳｉＣＮ膜の緻密化が図れる結果、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上して、銅配線のエレクトロマイグレーション特性を向上できるという知見は、妥当であることが図３に示される結果からも裏付けられる。
【００３７】
さらに、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜は、線間ＴＤＤＢも向上できる利点も得られる。例えば、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低下すると、ＳｉＣＮ膜を通って銅配線へ水分が到達するため、この水分によって銅配線を構成する銅がイオン化してしまう。そして、イオン化した銅は、層間絶縁膜中へ移動し、この結果、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric Breakdown）が低下する。したがって、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜を使用すると、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上するため、ＳｉＣＮ膜を通過して銅配線へ水分が到達することを抑制できる。このため、水分による銅のイオン化が抑制される結果、銅イオンが層間絶縁膜へ拡散することによる線間ＴＤＤＢの劣化も抑制できるのである。
【００３８】
本発明者が課題を検討して辿り着いた知見は、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成すると、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上できるというものである。この知見は、ＳｉＣＮ膜を通って銅配線に達する水分によって銅が酸化され、ＳｉＣＮ膜と銅配線との密着性を低下させる結果、銅配線のエレクトロマイグレーション特性が劣化することを抑制する観点から見出されたものであるが、同時に、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上すると、ＳｉＣＮ膜を通って銅配線に達する水分によって銅がイオン化されることも抑制でき、この結果、銅イオンの層間絶縁膜への拡散による線間ＴＤＤＢ特性の劣化も抑制できるのである。つまり、ＳｉＣＮ膜の耐透水性の向上は、銅配線のエレクトロマイグレーション特性の向上の観点だけでなく、線間ＴＤＤＢ特性の向上の観点からも有益であることがわかる。
【００３９】
具体的に、図４は、通常の条件でのテトラメチルシランガス（４ＭＳ）を使用して形成されたＳｉＣＮ膜と、通常よりもテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜において、それぞれの線間ＴＤＤＢ特性について膜厚を変えて測定した結果を示すグラフである。
【００４０】
図４において、□印は、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。△印は、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。また、◇印は、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を示している。
【００４１】
同様に、○印は、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合を示しており、かつ、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合を示している。
【００４２】
図４の横軸はＬｉｆｅｔｉｍｅ(任意単位)を示しており、図４の縦軸はＣｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｆａｉｌｕｒｅ（累積故障）を示している。図４の横軸に示されるＬｉｆｅｔｉｍｅは、複数の銅配線間に存在する層間絶縁膜に流れるリーク電流があるしきい値電流を超えるまでの時間を示しており、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ特性を示す指標となる。つまり、Ｌｉｆｅｔｉｍｅが長ければ長いほど層間絶縁膜に流れるリーク電流が少ない状態が継続することになることから、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ特性が良好になることを意味している。言い換えれば、Ｌｉｆｅｔｉｍｅが短くなるほど、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ特性が劣化することを意味する。一方、図４の縦軸に示されるＣｕｍｕｌａｔｉｖｅ  Ｆａｉｌｕｒｅ（累積故障）は、検査対象がワイブル分布に従うものとして累積確率が示されている。この縦軸のうち重要な点は、確率の高い確率分布の中心（６３．２％）でのＬｉｆｅｔｉｍｅである。
【００４３】
図４に示すように、縦軸の累積確率が６３．２％の位置でのＬｉｆｅｔｉｍｅを見てみる。まず、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合において、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合（○印）のＬｉｆｅｔｉｍｅが最も長くなっていることがわかる。これは、ＳｉＣＮ膜とＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍと厚くなっており、耐透水性が優れているからと考えられる。
【００４４】
続いて、ＳｉＣＯ膜の膜厚が１０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合において、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合（□印）のＬｉｆｅｔｉｍｅが最も短くなっていることがわかる。これは、ＳｉＣＮ膜とＳｉＣＯ膜の膜厚がともに１０ｎｍとなっており、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が劣化しているからと考えることができる。
【００４５】
次に、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合において、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量でＳｉＣＮ膜を形成する場合（△印）のＬｉｆｅｔｉｍｅは、○印の場合と□印の場合の間となっていることがわかる。これは、△印の場合の膜厚（２０ｎｍ／１０ｎｍ）が、○印の場合の膜厚（２０ｎｍ／２０ｎｍ）と、□印の場合の膜厚（１０ｎｍ／１０ｎｍ）との中間の膜厚となっているからと考えられる。
【００４６】
一方、ＳｉＣＯ膜の膜厚が２０ｎｍで、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合において、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成する場合（◇印）のＬｉｆｅｔｉｍｅは、○印の場合と同等程度に長くなっていることがわかる。このことは、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜の場合、通常のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量で形成されたＳｉＣＮ膜の場合よりも半分の膜厚で同等の線間ＴＤＤＢを確保できることを意味している。
【００４７】
このことから、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件でＳｉＣＮ膜を形成することにより、ＳｉＣＮ膜中に含有されるメチル基（ＣＨ３）が減少してＳｉＣＮ膜の緻密化が図れる結果、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上して、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ特性を向上できるという知見は、妥当であることが図４に示される結果からも裏付けられる。
【００４８】
以上のように、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜は、耐透水性に優れた性質を有することが明らかになったが、このテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた条件で形成されたＳｉＣＮ膜における耐透水性の優位性は、膜厚によってどのように変わるか、あるいは、どのような膜厚であっても優位性を保持できるかについて検討した。
【００４９】
図５は、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を確認する実験を示す模式図である。図５に示すように、Ｓｉウェハ上に、約７００ｎｍの膜厚の酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、この酸化シリコン膜上にＳｉＣＮ膜を形成する。このような構造において、時間が経過すると、ＳｉＣＮを通過して水分が酸化シリコン膜に到達する。すると、この水分の影響で酸化シリコン膜に内在する残留応力が変化する。したがって、この酸化シリコン膜の残留応力の変化を見ることにより、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を評価することができる。すなわち、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が高い場合、酸化シリコン膜へ到達する水分が減少するため、酸化シリコン膜の残留応力の変化は小さくなる。一方、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が低い場合、酸化シリコン膜へ到達する水分が増加するため、酸化シリコン膜の残留応力の変化は大きくなる。このようにＳｉＣＮ膜の耐透水性は、酸化シリコン膜の残留応力の経時変化を測定することにより把握することができる。
【００５０】
以下では、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を変えて形成したＳｉＣＮ膜について、図５に示した方法を使用して耐透水性を評価した結果を説明する。図６には、通常の形成条件で使用するテトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を１とした場合、流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓）の流量が０．８２、さらに流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓↓）の流量が０．６４であることが示されている。このとき、図６には、通常の流量のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）で形成したＳｉＣＮ膜に含まれるＳｉ−ＣＨ３結合とＳｉ−Ｃ結合の比が０．３３であり、流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓）で形成したＳｉＣＮ膜に含まれるＳｉ−ＣＨ３結合とＳｉ−Ｃ結合の比が０．２８であることが示されている。また、図６には、さらに流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓↓）で形成したＳｉＣＮ膜に含まれるＳｉ−ＣＨ３結合とＳｉ−Ｃ結合の比が０．２５であることが示されている。
【００５１】
以下では、通常の流量のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）で形成されたＳｉＣＮ膜と、流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓）で形成されたＳｉＣＮ膜と、さらに流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓↓）で形成されたＳｉＣＮ膜とについて、膜厚を変えながら耐透水性について評価した。
【００５２】
図７は、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合に酸化シリコン膜の残留ストレス（残留応力）がどのように変化するかについて結果を示すグラフである。図７において、横軸は時間（経過時間）を示しており、縦軸は酸化シリコン膜に残留する残留ストレスを示している。酸化シリコン膜は、水分吸収により残留ストレスが変化する。そのため、酸化シリコン膜の残留ストレス変化からＳｉＣＮ膜の透水性が定量的に評価できる。図７に示すように、さらに流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓↓）で形成されたＳｉＣＮ膜は、時間が経過しても酸化シリコン膜に残存する残留ストレスがほとんど変わらないことがわかる。また、流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓）で形成されたＳｉＣＮ膜においても、酸化シリコン膜に残存する残留ストレスは、通常の流量のものに比べて変化は小さく、更に流量を下げたものよりかは変化が大きい。一方、通常の流量のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）で形成されたＳｉＣＮ膜の場合、時間が経過するにつれて、大幅に酸化シリコン膜に残存する残留ストレスが変化していることがわかる。したがって、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合、ＳｉＣＮ膜を形成する際に使用するテトラメチルシランガスの流量を下げることにより、形成されるＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上することがわかる。つまり、膜厚が２０ｎｍの場合、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成すると、耐透水性が向上する効果が顕著に現れることがわかる。
【００５３】
続いて、図８は、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合に酸化シリコン膜の残留ストレス（残留応力）がどのように変化するかについて結果を示すグラフである。図８において、横軸は時間（経過時間）を示しており、縦軸は酸化シリコン膜に残留する残留ストレスを示している。図８に示すように、さらに流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓↓）で形成されたＳｉＣＮ膜は、時間が経過しても酸化シリコン膜に残存する残留ストレスの変化量が小さいことがわかる。また、流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓）で形成されたＳｉＣＮ膜においても、さらに流量を下げた場合には及ばないものの、酸化シリコン膜に残存する残留ストレスの変化量は中程度であることがわかる。一方、通常の流量のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）で形成されたＳｉＣＮ膜の場合、時間が経過するにつれて、大幅に酸化シリコン膜に残存する残留ストレスが変化していることがわかる。したがって、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍの場合は、ＳｉＣＮ膜の膜厚が２０ｎｍの場合の耐透水性には及ばないものの、ＳｉＣＮ膜を形成する際に使用するテトラメチルシランガスの流量を下げることにより、形成されるＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上できることがわかる。つまり、膜厚が１０ｎｍの場合でも、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成すると、耐透水性が向上する効果が現れることがわかる。
【００５４】
次に、図９は、ＳｉＣＮ膜の膜厚が５ｎｍの場合に酸化シリコン膜の残留ストレス（残留応力）がどのように変化するかについて結果を示すグラフである。図９において、横軸は時間（経過時間）を示しており、縦軸は酸化シリコン膜に残留する残留ストレスを示している。図９に示すように、さらに流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓↓）で形成されたＳｉＣＮ膜、流量を下げたテトラメチルシランガス（４ＭＳ↓）で形成されたＳｉＣＮ膜、および、通常の流量のテトラメチルシランガス（４ＭＳ）で形成されたＳｉＣＮ膜のいずれの場合も、酸化シリコン膜に残存する残留ストレスが時間の経過とともに大幅に変化していることがわかる。つまり、図９からわかるように、ＳｉＣＮ膜の膜厚を５ｎｍ程度にすると、もはや、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成しても、耐透水性が向上する効果が顕在化しないことがわかる。
【００５５】
以上の結果をまとめると、膜厚が１０ｎｍ以上ある場合は、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成することにより、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上するという顕著な効果を得ることができるが、膜厚が５ｎｍ程度になると、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成しても、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が向上する効果は見られなくなってしまうことがわかる。したがって、耐透水性を向上させる観点から、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成する場合であっても、少なくともＳｉＣＮ膜の膜厚は１０ｎｍ以上必要であることがわかる。
【００５６】
＜本発明者が新たに見出した課題＞
上述したように、本発明者は、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成することにより、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上できるという知見と、テトラメチルシランガスの流量を下げてＳｉＣＮ膜を形成する場合であっても、膜厚を１０ｎｍ以上にしなければ、耐透水性の効果を得ることができない知見を獲得した。そこで、通常のテトラメチルシランガスの流量で形成されるＳｉＣＮ膜に代えて、テトラメチルシランガスの流量を下げて形成したＳｉＣＮ膜を使用することが考えられる。この場合、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上できることから、銅配線のエレクトロマイグレーション特性、および、層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ特性を向上できる効果が得られることが期待される。ただし、上述したように、耐透水性を向上させるためには、ＳｉＣＮ膜の膜厚が１０ｎｍ以上必要であるので、最低でもＳｉＣＮ膜の膜厚を１０ｎｍとすることが考えられる。実際には、耐透水性のマージンも確保することも考慮して、２０ｎｍ程度の膜厚が必要となると考えられる。
【００５７】
通常のテトラメチルシランガスの流量で形成される膜厚２０ｎｍのＳｉＣＮ膜に代えて、テトラメチルシランガスの流量を下げて形成した膜厚が２０ｎｍのＳｉＣＮ膜を使用する場合、ＳｉＣＮ膜の耐透水性が大幅に向上することが予想されることから、銅配線のエレクトロマイグレーション特性や層間絶縁膜の線間ＴＤＤＢ特性の向上といった性質の信頼性を向上できるものと期待される。
【００５８】
ところが、本発明者は、通常のテトラメチルシランガスの流量で形成される膜厚２０ｎｍのＳｉＣＮ膜に代えて、テトラメチルシランガスの流量を下げて形成した膜厚が２０ｎｍのＳｉＣＮ膜を使用する構成を取ると新たな課題（副作用）が生じることを見出した。すなわち、テトラメチルシランガスの流量を下げて形成したＳｉＣＮ膜は、耐透水性が向上するが、耐透水性が向上するメカニズムは、テトラメチルシランガスの流量を下げて形成される結果、ＳｉＣＮ膜に含まれるメチル基（ＣＨ３）が減少し、このメチル基（ＣＨ３）の減少に伴う膜の緻密化によって耐透水性が向上するというものである。ここで重要な点は、膜の緻密化によって耐透水性が向上するということである。すなわち、ＳｉＣＮ膜の耐透水性の向上は、膜の緻密化によって実現されているものということができる。ところが、ＳｉＣＮ膜の緻密化は耐透水性の観点から望ましいといえるが、誘電率を低下させる観点からは妥当とはいえない問題点がある。つまり、テトラメチルシランガス（４ＭＳ）の流量を通常よりも下げた状態で成膜されたＳｉＣＮ膜は、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上することができる反面、ＳｉＣＮ膜の誘電率が上昇してしまう問題点を含んでいることを本発明者が新たに見出したのである。
【００５９】
例えば、配線間の寄生容量を低減する観点から、配線間に存在する層間絶縁膜の一部を誘電率の低い低誘電率膜で構成することが行なわれていることから、層間絶縁膜の一部を構成するＳｉＣＮ膜もできるだけ低誘電率であることが望まれる。したがって、銅拡散防止膜であるＳｉＣＮ膜においては、耐透水性を有するとともに、低誘電率であることが望まれることになる。つまり、通常のテトラメチルシランガスの流量で形成されるＳｉＣＮ膜に代えて、テトラメチルシランガスの流量を下げて形成したＳｉＣＮ膜を使用する構成は、耐透水性の観点に着目した思想であり、低誘電率化を図る点には着目したものではないのである。実際には、ＳｉＣＮ膜の耐透水性を向上させることが最重要であるが、できれば、誘電率の上昇を抑制しながら、耐透水性を向上させることが半導体装置の性能向上と信頼性の向上を両立させる上で重要となってくる。つまり、ＳｉＣＮ膜から構成される銅拡散防止膜には、耐透水性を向上させることができるとともに、誘電率の上昇を回避できる構造が望まれるのである。
【００６０】
そこで、本実施の形態１では、耐透水性を有するとともに、低誘電率である銅拡散防止膜を実現するための工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。
【００６１】
＜実施の形態１における半導体装置の構成＞
図１０は、本実施の形態１におけるデバイス構造を示す断面図である。図１０において、シリコン単結晶からなる半導体基板１Ｓ上に複数のＭＩＳＦＥＴＱが形成されている。複数のＭＩＳＦＥＴＱは、素子分離領域で分離された活性領域に形成されており、例えば、以下に示す構成をしている。具体的には、素子分離領域で分離された活性領域にはウェルが形成されており、このウェル上にＭＩＳＦＥＴＱが形成されている。ＭＩＳＦＥＴＱは、半導体基板１Ｓの主面上に、例えば、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を有し、このゲート絶縁膜上にポリシリコン膜と、このポリシリコン膜上に設けられたシリサイド膜（ニッケルシリサイド膜など）の積層膜からなるゲート電極を有している。ゲート電極の両側の側壁には、例えば、酸化シリコン膜からなるサイドウォールが形成されており、このサイドウォール下の半導体基板内に浅い不純物拡散領域がゲート電極に整合して形成されている。そして、浅い不純物拡散領域の外側に深い不純物拡散領域がサイドウォールに整合して形成されている。一対の浅い不純物拡散領域と一対の深い不純物拡散領域によって、それぞれＭＩＳＦＥＴＱのソース領域とドレイン領域が形成されている。以上のようにして半導体基板１Ｓ上にＭＩＳＦＥＴＱが形成されている。
【００６２】
続いて、図１０に示すように、ＭＩＳＦＥＴＱを形成した半導体基板１Ｓ上にはコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬが形成されている。このコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬは、例えば、オゾンとＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate）とを原料に使用した熱ＣＶＤ法により形成されるオゾンＴＥＯＳ膜と、このオゾンＴＥＯＳ膜上に設けられたＴＥＯＳを原料に使用したプラズマＣＶＤ法により形成されるプラズマＴＥＯＳ膜との積層膜から形成されている。
【００６３】
コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬをＴＥＯＳ膜から形成する理由は、ＴＥＯＳ膜が下地段差に対する被覆性のよい膜であるからである。コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを形成する下地は、半導体基板１ＳにＭＩＳＦＥＴＱが形成された凹凸のある状態である。つまり、半導体基板１ＳにＭＩＳＦＥＴＱが形成されているので、半導体基板１Ｓの表面にはゲート電極が形成されて凹凸のある下地となっている。したがって、凹凸のある段差に対して被覆性のよい膜でないと、微細な凹凸を埋め込むことができず、ボイドなどの発生原因となる。そこで、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬには、ＴＥＯＳ膜が使用される。なぜなら、ＴＥＯＳを原料とするＴＥＯＳ膜では、原料であるＴＥＯＳが酸化シリコン膜となる前に中間体を作り、成膜表面で移動しやすくなるため、下地段差に対する被覆性が向上するからである。
【００６４】
そして、図１０に示すように、このコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを貫通してＭＩＳＦＥＴＱのソース領域やドレイン領域に達するプラグＰＬＧ１が形成されている。このプラグＰＬＧ１は、例えば、チタン／窒化チタン膜（以下、チタン／窒化チタン膜はチタンとこのチタン上に設けられた窒化チタンで形成される膜を示す）よりなるバリア導体膜と、このバリア導体膜上に形成されたタングステン膜をコンタクトホールＣＮＴに埋め込むことにより形成されている。チタン／窒化チタン膜は、タングステン膜を構成するタングステンがシリコン中へ拡散することを防止するために設けられている膜で、このタングステン膜が構成される際のＷＦ６（フッ化タングステン）を還元処理するＣＶＤ法において、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬや半導体基板１Ｓにフッ素アタックがなされてダメージを与えることを防ぐためのものである。なお、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬは、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、ＳｉＯＦ膜のいずれかの膜から形成されていてもよい。
【００６５】
次に、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上に層間絶縁膜ＩＬ１が形成されており、この層間絶縁膜ＩＬ１に埋め込まれるように第１層配線Ｌ１が形成されている。具体的に、層間絶縁膜ＩＬ１は、例えば、空孔を有するＳｉＯＣ膜、空孔を有するＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン、塗布工程により形成され、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ酸化シリコン膜、又は、水素含有シルセスキオキサン）膜、あるいは、空孔を有するＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン、塗布工程により形成され、Ｓｉ−Ｃ結合を持つ酸化シリコン膜、又は、炭素含有シルセスキオキサン）膜から構成されている。このような材料から層間絶縁膜ＩＬ１を形成することにより、層間絶縁膜ＩＬ１の誘電率を低くすることができる。この結果、配線間の寄生容量を低減することができ、半導体装置の高性能化を図ることができる。
【００６６】
続いて、第１層配線Ｌ１は、プラグＰＬＧ１を形成したコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上に形成された層間絶縁膜ＩＬ１に埋め込まれるように形成されている。つまり、層間絶縁膜ＩＬ１を貫通して底部でプラグＰＬＧ１が露出する配線溝ＷＤ１に銅を主体とする膜（以下、銅膜と記載する）を埋め込むことにより、第１層配線Ｌ１が形成されている。さらに詳細に説明すると、第１層配線Ｌ１は、配線溝の内壁に形成された窒化タンタル／タンタル膜（以下、窒化タンタル／タンタル膜は、窒化タンタルとこの窒化タンタル上に形成されたタンタルで構成された膜を示す）やチタン／窒化チタン膜からなるバリア導体膜と、このバリア導体膜上に形成され、配線溝ＷＤ１を埋め込むように形成された銅膜から構成されている。
【００６７】
このように層間絶縁膜ＩＬ１に形成された配線溝ＷＤ１に直接銅膜を形成せずにバリア導体膜を形成しているのは、銅膜を構成する銅が熱処理などによって半導体基板１Ｓを構成するシリコンへ拡散することを防止するためである。すなわち、銅原子のシリコンへの拡散定数は比較的大きいので容易にシリコン中へ拡散する。この場合、半導体基板１ＳにはＭＩＳＦＥＴＱなどの半導体素子が形成されており、これらの形成領域に銅原子が拡散すると耐圧不良などに代表される半導体素子の特性劣化を引き起こす。このことから、第１層配線Ｌ１を構成する銅膜から銅原子が拡散しないようにバリア導体膜が設けられているのである。つまり、バリア導体膜は、銅原子の拡散を防止する機能を有する膜であることがわかる。
【００６８】
次に、第１層配線Ｌ１を形成した層間絶縁膜ＩＬ１上には、第２層配線Ｌ２が形成されている。具体的には、第１層配線Ｌ１を形成した層間絶縁膜ＩＬ１上に、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ（４ＭＳ↓）、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２およびＳｉＣＯ膜ＳＣＯからなるバリア絶縁膜（ライナー膜）が形成され、このバリア絶縁膜上に層間絶縁膜ＩＬ２が形成されている。この層間絶縁膜ＩＬ２は、例えば、空孔を有するＳｉＯＣ膜、空孔を有するＨＳＱ膜、あるいは、空孔を有するＭＳＱ膜から形成されている。空孔のサイズ（径）は、例えば、１ｎｍ程度である。このバリア絶縁膜および層間絶縁膜ＩＬ２には、配線溝ＷＤ２およびビアホールＶＨが形成されており、配線溝ＷＤ２に埋め込まれるように第２層配線Ｌ２が形成されるとともに、ビアホールＶＨに埋め込まれるようにプラグＰＬＧ２が形成されている。この第２層配線Ｌ２およびプラグＰＬＧ２も、例えば、窒化タンタル／タンタル膜やチタン／窒化チタン膜からなるバリア導体膜と、このバリア導体膜上に形成された銅膜から構成されている。
【００６９】
ここで、第１層配線Ｌ１および第２層配線Ｌ２に銅配線を使用していることから、銅原子の拡散を防止する必要がある。このため、例えば、第１層配線Ｌ１および第２層配線Ｌ２では、配線溝ＷＤ１、配線溝ＷＤ２あるいはビアホールＶＨにバリア導体膜を介して銅膜を形成することにより、銅配線を構成している。つまり、第１層配線Ｌ１や第２層配線Ｌ２では、配線溝ＷＤ１や配線溝ＷＤ２に直接銅膜を埋め込むのではなく、配線溝ＷＤ１や配線溝ＷＤ２の側面および底面にバリア導体膜を形成し、このバリア導体膜上に銅膜を形成しているのである。これにより、銅膜を構成する銅原子は、バリア導体膜によって拡散が防止される。このとき、バリア導体膜は、配線溝ＷＤ１や配線溝ＷＤ２の側面と底面にだけ形成されている。したがって、例えば、配線溝ＷＤ１の上部から銅原子が拡散するおそれがある。配線溝ＷＤ１の上部にバリア導体膜を形成しないのは、配線溝ＷＤ１の上部にバリア導体膜を形成する場合、複数の配線溝ＷＤ１上にバリア導体膜が形成されることになる。このことは、複数の配線溝ＷＤ１に形成された銅配線が複数の配線溝ＷＤ１の上部に形成されたバリア導体膜で導通することにより、互いに異なる銅配線がショートしてしまうことを意味する。したがって、銅配線の上部にバリア導体膜を形成することはできない。
【００７０】
しかし、配線溝ＷＤ１の上部から銅原子が拡散することを防止する必要がある。そこで、銅配線の上部には絶縁膜で、かつ、銅原子の拡散を防止する機能を持つバリア絶縁膜が形成される。このバリア絶縁膜は、例えば、ＳｉＣＮ膜とＳｉＣＯ膜の積層膜から形成される。これにより、銅配線から銅原子が拡散することを防止できる。つまり、銅配線が形成されている配線溝ＷＤ１の側面と底部からの銅原子の拡散は、バリア導体膜によって防止され、配線溝ＷＤ１の上部からの銅原子の拡散は、バリア絶縁膜によって防止される。
【００７１】
なお、図１０では、第２層配線Ｌ２までしか図示していないが、実際の半導体装置では、第２層配線Ｌ２上に多層配線が形成される。ただし、第２層配線Ｌ２上に形成される多層配線の構造は、第２層配線Ｌ２の構成とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【００７２】
＜本実施の形態１の特徴＞
本実施の形態１における半導体装置は上記のように構成されており、さらに、本実施の形態１における特徴構成について詳述する。図１０において、本実施の形態１における特徴構成は、バリア絶縁膜（ライナー膜）の構成にある。通常の半導体装置において、バリア絶縁膜は、ＳｉＣＮ膜と、このＳｉＣＮ膜上に形成されたＳｉＣＯ膜から構成される。一方、本実施の形態１では、バリア絶縁膜を、テトラメチルシランガスの流量を通常条件よりも下げて形成したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）上に形成され、通常のテトラメチルシランガスの流量で形成したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２と、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２上に形成されたＳｉＣＯ膜ＳＣＯから構成している点に特徴がある。すなわち、通常は、単一のＳｉＣＮ膜から形成される膜を、異なるテトラメチルシランガスの流量で形成した２層のＳｉＣＮ膜で形成している点に本実施の形態１の特徴がある。具体的に、本実施の形態１では、テトラメチルシランガスの流量を通常条件よりも下げて形成したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）上に形成され、通常のテトラメチルシランガスの流量で形成したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２というプロセス条件の異なる膜を使用している。このテトラメチルシランガスの流量を変えて形成されたＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とのプロセス条件の相違点は、ＳｉＣＮ膜に含まれるメチル基（ＣＨ３）の相違として顕在化する。つまり、テトラメチルシランガスの流量を通常条件よりも下げて形成したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）では、メチル基（ＣＨ３）が含まれる原料ガスが少なくなることから、形成されるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）に含まれるメチル基（ＣＨ３）が少なくなる。これに対し、通常のテトラメチルシランガスの流量で形成したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２には、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）よりも含まれるメチル基（ＣＨ３）が多くなる。この結果、本実施の形態１では、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）上に、メチル基（ＣＨ３）の含有量が多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２が形成されることになる。
【００７３】
ここで、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）は、膜の緻密化が図れるため、耐透水性に優れている。したがって、このメチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）をバリア絶縁膜として使用することにより、バリア絶縁膜を通過して銅配線（第１層配線Ｌ１）に到達する水分を少なくすることができる。このため、水分による銅配線の酸化を防止することができる結果、銅配線とバリア絶縁膜の密着性低下を抑制して、銅配線のエレクトロマイグレーション特性の劣化を防止することができる。
【００７４】
一方、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）は、膜の緻密化が図れるため、耐透水性に優れている反面、膜の緻密化による誘電率の上昇が問題となる（比誘電率５．０〜５．５）。そこで、本実施の形態１では、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）上に、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）よりもメチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を設けている。このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、膜中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量が多い。このため、膜がＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）よりも緻密化されていないことから、誘電率の上昇を抑制することができる（比誘電率４．０〜４．９）。
【００７５】
このように、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）およびメチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２には、それぞれ長所と短所があり、両方を組み合わせることにより、耐透水性の向上と低誘電率化を両立させることができるのである。つまり、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）は、耐透水性に優れているという長所がある反面、誘電率が上昇する短所がある。一方、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、低誘電率化を図ることができる反面、耐透水性が劣化する短所がある。
【００７６】
したがって、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）だけを使用する場合は、耐透水性に優れているという長所を発揮できる一方、誘電率の上昇という問題が生じる。これに対し、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２だけを使用する場合は、低誘電率化を図ることができるが、耐透水性が劣化してしまう。そこで、本実施の形態１のように、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２との積層構造を採用することにより、低誘電率化を図りながら耐透水性を向上させることができる。
【００７７】
例えば、本実施の形態１による積層構成と、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）だけを使用する構成とを比較すると、本実施の形態１による積層構成のほうが低誘電率化に有利な構造となる。一方、本実施の形態１による積層構成と、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２だけを使用する構成とを比較すると、本実施の形態１における積層構成のほうが耐透水性を向上させることができるのである。このように本実施の形態１の特徴は、それぞれ長所と短所が正反対の膜を組み合わせることで、短所の顕在化を抑制して、両方の長所を顕在化できることにある。具体的に本実施の形態１によれば、耐透水性の向上と低誘電率化をバランス良く実現することができる。
【００７８】
ここで、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の耐透水性の向上には膜厚が１０ｎｍ以上必要であることから、例えば、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の膜厚を１０ｎｍとし、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の膜厚も１０ｎｍとすることができる。このようにメチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の膜厚と、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の膜厚を等しくすることにより、耐透水性と低誘電率化をバランス良く向上させることができる。ただし、耐透水性の向上を重要視する観点からは、例えば、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の膜厚をＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の膜厚よりも厚くする構成も取ることができる。
【００７９】
本実施の形態１におけるさらなる特徴は、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を直接、銅配線（第１層配線Ｌ１）と接触させている点にある。これにより、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の耐透水性の向上によるエレクトロマイグレーション特性の向上が図れる他に、別のメカニズムに基づくエレクトロマイグレーション特性の向上も図れるのである。つまり、耐透水性の向上をしたＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）は、膜の緻密化が図られている。膜の緻密化が図られているということは、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の弾性率も向上する（硬くなる）ことを意味する。したがって、弾性率の向上したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を直接銅配線に接触させることにより、銅配線に原子の移動によるエレクトロマイグレーションが生じようとしても、弾性率の向上したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）によって、銅配線を構成する原子の移動が抑制されるのである。このように、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を直接、銅配線（第１層配線Ｌ１）と接触させる構成を採用することにより、耐透水性の向上および弾性率の向上という相乗効果により、さらなる銅配線のエレクトロマイグレーション特性の向上を図ることができるのである。
【００８０】
＜本実施の形態１における半導体装置の製造方法＞
本実施の形態１における半導体装置は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８１】
まず、通常の半導体製造技術を使用することにより、図１１に示すように、半導体基板１Ｓ上に複数のＭＩＳＦＥＴＱを形成する。続いて、図１２に示すように、複数のＭＩＳＦＥＴＱを形成した半導体基板１Ｓ上にコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを形成する。このコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬは、複数のＭＩＳＦＥＴＱを覆うように形成される。具体的に、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬは、例えば、オゾンとＴＥＯＳとを原料に使用した熱ＣＶＤ法により形成されるオゾンＴＥＯＳ膜と、このオゾンＴＥＯＳ膜上に配置され、ＴＥＯＳを原料に使用したプラズマＣＶＤ法により形成されるプラズマＴＥＯＳ膜との積層膜から形成されている。なお、オゾンＴＥＯＳ膜の下層に、例えば、窒化シリコン膜よりなるエッチングストッパ膜を形成してもよい。
【００８２】
次に、図１３に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬにコンタクトホールＣＮＴを形成する。このコンタクトホールＣＮＴは、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬを貫通して、半導体基板１Ｓに形成されているＭＩＳＦＥＴＱのソース領域あるいはドレイン領域に達するように加工される。
【００８３】
続いて、図１４に示すように、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬに形成したコンタクトホールＣＮＴに金属膜を埋め込むことによりプラグＰＬＧ１を形成する。具体的には、コンタクトホールＣＮＴを形成したコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上に、例えば、スパッタリングを使用してバリア導体膜となるチタン／窒化チタン膜を形成する。そして、チタン／窒化チタン膜上にタングステン膜を形成する。これにより、コンタクトホールＣＮＴの内壁（側壁および底面）にチタン／窒化チタン膜が形成され、このチタン／窒化チタン膜上でコンタクトホールＣＮＴを埋め込むようにタングステン膜が形成される。その後、コンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上に形成されている不要なチタン／窒化チタン膜およびタングステン膜を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法で除去する。これにより、コンタクトホールＣＮＴ内にだけ、チタン／窒化チタン膜とタングステン膜を埋め込んだプラグＰＬＧ１を形成することができる。
【００８４】
次に、図１５に示すように、プラグＰＬＧ１を形成したコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬ上に層間絶縁膜ＩＬ１を形成する。この層間絶縁膜ＩＬ１は、例えば、空孔を有するＳｉＯＣ膜から形成され、例えば、プラズマＣＶＤ法を使用することにより形成される。空孔を有するＳｉＯＣ膜は、例えば、ポロジェンを含むＳｉＯＣ膜を形成した後、キュアを行うことにより形成することができる。キュアによって、ポロジェンが昇華しＳｉＯＣ膜に空孔が形成される。
【００８５】
そして、図１６に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、層間絶縁膜ＩＬ１に配線溝ＷＤ１を形成する。この配線溝ＷＤ１は、空孔を有するＳｉＯＣ膜からなる層間絶縁膜ＩＬ１を貫通して底面がコンタクト層間絶縁膜ＣＩＬに達するように形成される。これにより、配線溝ＷＤ１の底部でプラグＰＬＧ１の表面が露出することになる。
【００８６】
その後、図１７に示すように、配線溝ＷＤ１を形成した層間絶縁膜ＩＬ１上にバリア導体膜（銅拡散防止膜）ＢＣＦ１を形成する。具体的に、バリア導体膜ＢＣＦ１は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）およびこれらの窒化物や窒化珪化物、または、これらの積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成される。
【００８７】
続いて、配線溝ＷＤ１の内部および層間絶縁膜ＩＬ１上に形成されたバリア導体膜ＢＣＦ１上に、例えば、薄い銅膜からなるシード膜をスパッタリング法により形成する。そして、このシード膜を電極とした電解めっき法により銅膜ＣＦ１を形成する。この銅膜ＣＦ１は、配線溝ＷＤ１を埋め込むように形成される。この銅膜ＣＦ１は、例えば、銅を主体とする膜から形成される。具体的には、銅（Ｃｕ）または銅合金（銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、Ｉｎ（インジウム）、ランタノイド系金属、アクチノイド系金属などの合金）から形成される。なお、銅合金となる場合、シード膜が上で説明した合金となっているから、銅膜ＣＦ１が銅合金となる。以降に登場する銅合金も同様である。
【００８８】
次に、図１８に示すように、層間絶縁膜ＩＬ１上に形成された不要なバリア導体膜ＢＣＦ１および銅膜ＣＦ１をＣＭＰ法で除去する。これにより、配線溝ＷＤ１にバリア導体膜ＢＣＦ１と銅膜ＣＦ１を埋め込んだ第１層配線Ｌ１を形成することができる。
【００８９】
その後、第１層配線Ｌ１を形成した層間絶縁膜ＩＬ１の表面に対してアンモニアプラズマ処理を実施して、第１層配線Ｌ１の表面および層間絶縁膜ＩＬ１の表面を清浄化する。
【００９０】
続いて、図１９に示すように、第１層配線Ｌ１を形成した層間絶縁膜ＩＬ１上にＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を形成する。このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）は、例えば、通常の条件よりも流量を下げたテトラメチルシランガスと、アンモニアガスを原料ガスとするＣＶＤ法により形成することができる。なお、本実施の形態１では、第１層配線Ｌ１を形成した層間絶縁膜ＩＬ１の表面に対してアンモニアプラズマ処理による清浄化処理を実施した後に、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を形成しているので、層間絶縁膜ＩＬ１とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の密着性が向上する。
【００９１】
その後、図２０に示すように、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）上にＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成する。このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、例えば、通常の流量のテトラメチルシランガスと、アンモニアガスを原料ガスとするＣＶＤ法により形成することができる。
【００９２】
このようにして、まず、流量を下げたテトラメチルシランガスを使用したＣＶＤ法により、メチル基（ＣＨ３）が少なく、緻密化されたＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を形成し、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）上に、流量を通常条件に戻したテトラメチルシランガスを使用したＣＶＤ法により、メチル基（ＣＨ３）が多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成することができる。つまり、本実施の形態１では、テトラメチルシランガスの流量を制御するだけで、メチル基（ＣＨ３）の含有量が少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成することができる。このとき、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）の膜厚は１０ｎｍ程度であり、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の膜厚も１０ｎｍ程度である。以上のようにして、緻密化されて耐透水性が向上したＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）に比べて誘電率の低いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成することができる。
【００９３】
その後、図２１に示すように、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２上にＳｉＣＯ膜ＳＣＯを形成する。このＳｉＣＯ膜ＳＣＯは、例えば、ＣＶＤ法により形成することができ、例えば、その膜厚は、２０ｎｍ程度である。これにより、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２と、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯとからなるバリア絶縁膜を形成することができる。
【００９４】
そして、図２２に示すように、バリア絶縁膜上に層間絶縁膜ＩＬ２を形成し、この層間絶縁膜ＩＬ２上にダメージ保護膜ＤＰ１を形成する。さらに、ダメージ保護膜ＤＰ１上にダメージ保護膜ＤＰ２を形成する。具体的に、層間絶縁膜ＩＬ２は、例えば、酸化シリコン膜よりも誘電率の低い空孔を有するＳｉＯＣ膜や、空孔を有するＨＳＱ膜、あるいは、空孔を有するＭＳＱ膜から形成されている。この空孔を有するＳｉＯＣ膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法を使用することにより形成することができる。ダメージ保護膜ＤＰ１は、例えば、ＳｉＯＣ膜から形成され、例えば、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。さらに、ダメージ保護膜ＤＰ２は、例えば、ＴＥＯＳ膜、あるいは、酸化シリコン膜から構成される。
【００９５】
続いて、図２３に示すように、ダメージ保護膜ＤＰ２上に化学増幅型レジストから構成されるフォトレジスト膜ＦＲ１を形成する。そして、このフォトレジスト膜ＦＲ１に対して、露光・現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜ＦＲ１をパターニングする。パターニングは、ビアホールを形成する領域を開口するように行なわれる。その後、パターニングしたフォトレジスト膜ＦＲ１をマスクにして、ダメージ保護膜ＤＰ２、ダメージ保護膜ＤＰ１および層間絶縁膜ＩＬ２をエッチングする。これにより、ダメージ保護膜ＤＰ２、ダメージ保護膜ＤＰ１および層間絶縁膜ＩＬ２を貫通して、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯを露出するビアホールＶＨを形成することができる。このようにＳｉＣＯ膜ＳＣＯは、エッチングの際にエッチングストッパとして機能することがわかる。
【００９６】
次に、図２４に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜ＦＲ１を除去した後、ダメージ保護膜ＤＰ２上に化学増幅型レジストから構成されるフォトレジスト膜ＦＲ２を形成し、このフォトレジスト膜ＦＲ２に対して露光・現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜ＦＲ２をパターニングする。フォトレジスト膜ＦＲ２のパターニングは、配線溝を形成する領域を開口するように行なわれる。このとき、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯを形成していることにより、フォトレジスト膜ＦＲ２に対するレジストポイゾニングを防止することができる。このレジストポイゾニングとは、以下に説明する現象である。すなわち、上述したアンモニアプラズマ処理に含まれる窒素や、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）やＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２に含まれる窒素が化学反応してアミンが生成され、このアミンが層間絶縁膜ＩＬ２に拡散する。この拡散したアミンが層間絶縁膜ＩＬ２に形成されたビアホールＶＨに達する。このとき、フォトレジスト膜ＦＲ２を露光して配線溝を形成するパターンにパターニングする際、ビアホールＶＨ近傍に形成されるフォトレジスト膜ＦＲ２が化学増幅型レジストであり、この化学増幅型レジストは露光される際に酸が発生して露光反応が進むものであるために、ビアホールＶＨから拡散する塩基であるアミンと反応し、酸が中和する。この結果、ビアホールＶＨ近傍のフォトレジスト膜ＦＲ２が失活して露光不良となる現象である。このレジストポイゾニングが発生すると、フォトレジスト膜ＦＲ２のパターニングが不良となってしまう。そこで、本実施の形態１では、アンモニアプラズマ処理に含まれる窒素や、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）やＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２に含まれる窒素が化学反応することにより発生したアミンが層間絶縁膜ＩＬ２中に拡散することを防止するため、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２との積層膜上にＳｉＣＯ膜ＳＣＯを設けている。つまり、バリア絶縁膜は、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とＳｉＣＯ膜の積層膜から形成されている。このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、銅配線からの銅の拡散を防止する機能を有する銅拡散防止膜として機能する膜であり、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯは、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）やＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２で発生するアミンの拡散を防止してレジストポイゾニングを抑制するための膜である。なお、材料としてＳｉＣＯ膜ＳＣＯの代わりに酸化シリコン膜、または、ＴＥＯＳ膜であっても同様の効果がある。以上のことから、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯは、ビアホールＶＨを形成する際のエッチングストッパとしての機能と、レジストポイゾニングを抑制する機能とを有していることがわかる。
【００９７】
その後、図２５に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜ＦＲ２をマスクとした異方性エッチングにより、ダメージ保護膜ＤＰ２をエッチングする。このときのエッチングでは、ダメージ保護膜ＤＰ２の下層にあるダメージ保護膜ＤＰ１がエッチングストッパとなる。そして、図２６に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜ＦＲ２をプラズマアッシング処理により除去する。このプラズマアッシング処理の際、層間絶縁膜ＩＬ２には配線溝に対応したパターニングが行われていないため、配線溝にプラズマアッシング処理によるダメージが加わらない。
【００９８】
続いて、図２７に示すように、ビアホールＶＨの底部に露出するバリア絶縁膜（ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とＳｉＣＯ膜ＳＣＯ）を除去する（以下、ライナーエッチングとする)。これにより、ビアホールＶＨの底部に第１層配線Ｌ１の表面が露出することになる。このときのライナーエッチングにより、パターニングされたダメージ保護膜ＤＰ２の表面およびダメージ保護膜ＤＰ２から露出しているダメージ保護膜ＤＰ１やダメージ保護膜ＤＰ１の下層にある層間絶縁膜ＩＬ２の一部もエッチングされて配線溝ＷＤ２が形成される。尚、このライナーエッチングによりダメージ保護膜ＤＰ２はその厚さが１/３程度の厚さに減少する。このようなライナーエッチングにより、プラズマアッシング処理によるダメージ回避と配線溝ＷＤ２の高さの面内均一性を向上させることができる。
【００９９】
次に、図２８に示すように、配線溝ＷＤ２およびビアホールＶＨ、ダメージ保護膜ＤＰ２上にバリア導体膜（銅拡散防止膜）ＢＣＦ２を形成する。具体的に、バリア導体膜ＢＣＦ２は、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）およびこれらの窒化物や窒化珪化物、または、これらの積層膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成される。
【０１００】
続いて、配線溝ＷＤ２の内部およびダメージ保護膜ＤＰ２上に形成されたバリア導体膜ＢＣＦ２上に、例えば、薄い銅膜からなるシード膜をスパッタリング法により形成する。そして、このシード膜を電極とした電解めっき法により銅膜ＣＦ２を形成する。この銅膜ＣＦ２は、配線溝ＷＤ２を埋め込むように形成される。この銅膜ＣＦ２は、例えば、銅を主体とする膜から形成される。具体的には、銅（Ｃｕ）または銅合金（銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、Ｉｎ（インジウム）、ランタノイド系金属、アクチノイド系金属などの合金）から形成される。
【０１０１】
続いて、ダメージ保護膜ＤＰ２上に形成されている不要なバリア導体膜ＢＣＦ２および銅膜ＣＦ２をＣＭＰ法で除去する。このとき、ダメージ保護膜ＤＰ２およびダメージ保護膜ＤＰ１も除去され、配線溝ＷＤ２にバリア導体膜ＢＣＦ２と銅膜ＣＦ２を埋め込んだ第２層配線Ｌ２と、ビアホールＶＨにバリア導体膜ＢＣＦ２と銅膜ＣＦ２を埋め込んだプラグＰＬＧ２を形成することができる（図１０参照）。さらに、第２層配線Ｌ２の上部に多層配線を形成するが、ここでの説明は省略する。以上のようにして、本実施の形態１における半導体装置を製造することができる。
【０１０２】
本実施の形態１では、バリア絶縁膜をＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とＳｉＣＯ膜ＳＣＯの積層膜から形成している。ここで、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯは、上述したように、ビアホールを形成する際のエッチングストッパとしての機能と、レジストポイゾニングを抑制する機能を有しているが、このＳｉＣＯ膜ＳＣＯの代わりに酸化シリコン膜を使用してもよい。ただし、酸化シリコン膜は耐透水性を有していないのに対し、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯは耐透水性を有しているため、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯを使用する場合のほうが、耐透水性を向上することができる。つまり、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）によって、下層の第１層配線Ｌ１への水分の侵入は効果的に防止されるが、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯも使用することにより、バリア絶縁膜のさらなる耐透水性を向上することができ、この結果、銅配線に生じるエレクトロマイグレーション特性の劣化を効果的に抑制できる。
【０１０３】
また、本実施の形態１では、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とを合わせた膜厚と、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯの膜厚とを同等としているが、ビアホールを形成する際のエッチングストッパとしての機能や、レジストポイゾニングを抑制する機能を充分に発揮させる観点からは、ＳｉＣＯ膜ＳＣＯの膜厚をＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とを合わせた膜厚よりも厚くしてもよい。
【０１０４】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、テトラメチルシランガスを使用したＣＶＤ法によって、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とを形成する例について説明した。本実施の形態２では、テトラメチルシランガスの代わりにトリメチルシランガスを使用したＣＶＤ法によってＳｉＣＮ膜を形成する場合に本発明を適用する例について説明する。
【０１０５】
図２９は、本実施の形態２における半導体装置の構成を示す断面図である。図２９に示す本実施の形態２における半導体装置の構成は、図１０に示す前記実施の形態１における半導体装置の構成とほぼ同様の構成をしているため、異なる点について説明する。
【０１０６】
本実施の形態２では、図２９に示すＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を、トリメチルシランガスとアンモニアガスとを原料ガスに使用したＣＶＤ法で形成している点が前記実施の形態１と異なる点である。すなわち、前記実施の形態１では、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を、テトラメチルシランガスとアンモニアガスとを原料ガスに使用したＣＶＤ法で形成していたのに対し、本実施の形態２では、テトラメチルシランガスの代わりにトリメチルシランガスを用いたＣＶＤ法で、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成している。
【０１０７】
このような本実施の形態２でも、トリメチルシランガスの流量を通常条件よりも少なくした条件でＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）を形成しているため、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量は少なくなる。この結果、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）は、膜の緻密化が図れるため、耐透水性に優れている。したがって、このメチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）をバリア絶縁膜として使用することにより、バリア絶縁膜を通過して銅配線（第１層配線Ｌ１）に到達する水分を少なくすることができる。このため、水分による銅配線の酸化を防止することができる結果、銅配線とバリア絶縁膜の密着性低下を抑制して、銅配線のエレクトロマイグレーション特性の劣化を防止することができる。
【０１０８】
一方、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、トリメチルシランガスの流量を通常条件に設定することにより形成されている。したがって、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、膜中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量がＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）よりも多い。このため、膜がＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）よりも緻密化されていないことから、誘電率の上昇を抑制することができる。このように、本実施の形態２でも前記実施の形態１と同様に、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）およびメチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の両方を組み合わせることにより、耐透水性の向上と低誘電率化を両立させることができる。
【０１０９】
（実施の形態３）
前記実施の形態１では、メチル基（ＣＨ３）の含有量が異なるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とを形成する例について説明した。本実施の形態３では、単一のＳｉＣＮ膜の膜厚方向におけるメチル基の含有量が異なる例について説明する。
【０１１０】
図３０は、本実施の形態３における半導体装置の構成を示す断面図である。図３０に示す本実施の形態３における半導体装置の構成は、図１０に示す前記実施の形態１における半導体装置の構成とほぼ同様の構成をしているため、異なる点について説明する。
【０１１１】
図３０に示す本実施の形態３における半導体装置において、バリア絶縁膜は、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３と、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３上に形成されたＳｉＣＯ膜ＳＣＯから構成されている。このとき、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量は均一ではなく、膜厚方向におけるメチル基（ＣＨ３）の含有量が異なっている。具体的に、本実施の形態３では、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の上部から下部に進むにつれて、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量が連続的に少なくなっている。したがって、本実施の形態３におけるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３において、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の下部領域は、メチル基（ＣＨ３）の含有量が少なくなることから、膜の緻密化が図れるため、耐透水性に優れている。一方、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の上部領域は、メチル基（ＣＨ３）の含有量が多くなることから、誘電率の上昇を抑制することができる。このように、本実施の形態３では、膜厚方向にメチル基（ＣＨ３）の含有量が異なるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３を構成することにより、耐透水性の向上と低誘電率化を両立させることができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態３におけるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３の形成方法は、例えば、テトラメチルシランガスとアンモニアガスとを原料ガスとしたＣＶＤ法において、成膜初期のテトラメチルシランガスの流量を少なくし、その後、成膜後期に進むにつれて、テトラメチルシランガスの流量を多くすることによって、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の下部から上部に進むにつれて、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量が連続的に多くなるように形成することができる。また、テトラメチルシランガスの代わりにトリメチルシランガスを使用してもよい。
【０１１３】
（実施の形態４）
前記実施の形態１では、メチル基（ＣＨ３）の含有量が少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ（４ＭＳ↓）上に、メチル基（ＣＨ３）の含有量が多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成する例について説明した。これに対し、本実施の形態４では、メチル基（ＣＨ３）の含有量が多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２上に、メチル基（ＣＨ３）の含有量が少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ（４ＭＳ↓）を形成する例について説明する。
【０１１４】
図３１は、本実施の形態４における半導体装置の構成を示す断面図である。図３１に示す本実施の形態４における半導体装置の構成は、図１０に示す前記実施の形態１における半導体装置の構成とほぼ同様の構成をしているため、異なる点について説明する。
【０１１５】
図３１に示す本実施の形態４における半導体装置においては、図１０に示す前記実施の形態１とは逆に、メチル基（ＣＨ３）の含有量が多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２上に、メチル基（ＣＨ３）の含有量が少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ（４ＭＳ↓）が形成されている。このように構成する場合であっても、前記実施の形態１と同様に、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）およびメチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の両方を組み合わせることにより、耐透水性の向上と低誘電率化を両立させることができる。
【０１１６】
特に、本実施の形態４の場合、以下に示す効果も得られる。すなわち、本実施の形態４では、第１層配線Ｌ１に、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）が直接接触していないことから、第１層配線Ｌ１のストレスマイグレーション特性を向上させることができる。なぜなら、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）は緻密化されることから、弾性率も向上する（硬くなる）。このことは、第１層配線Ｌ１のエレクトロマイグレーション特性を向上させる方向に作用する一方、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）が第１層配線Ｌ１と直接接触すると、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）と第１層配線Ｌ１との間の応力差によってストレスマイグレーション特性が劣化するのである。したがって、本実施の形態４のように、第１層配線Ｌ１に、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）が直接接触しないように構成する場合は、ストレスマイグレーション特性の劣化を緩和することができる。すなわち、本実施の形態４によれば、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を使用することで耐透水性が向上し、これによって、エレクトロマイグレーション特性を向上させることができるとともに、第１層配線Ｌ１に、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）が直接接触していないことから、ストレスマイグレーション特性の劣化も抑制することができる。
【０１１７】
なお、本実施の形態４における半導体装置の製造方法は、前記実施の形態１における半導体装置の製造方法とほぼ同様である。つまり、図１１〜図１８までの工程を経た後、図３２に示すように、テトラメチルシランガスの流量を通常条件に設定したＣＶＤ法によって、メチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を形成する。その後、図３３に示すように、テトラメチルシランガスの流量を通常条件よりも少なくした条件でのＣＶＤ法により、メチル基（ＣＨ３）の含有量がＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２よりも少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）を形成する。その後は、図２１〜図２８に示す工程を経ることにより、本実施の形態４における半導体装置を製造することができる。
【０１１８】
（実施の形態５）
前記実施の形態４では、テトラメチルシランガスを使用したＣＶＤ法によって、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とを形成する例について説明した。本実施の形態５では、テトラメチルシランガスの代わりにトリメチルシランガスを使用したＣＶＤ法によってＳｉＣＮ膜を形成する場合に本発明を適用する例について説明する。
【０１１９】
図３４は、本実施の形態５における半導体装置の構成を示す断面図である。図３４に示す本実施の形態５における半導体装置の構成は、図３１に示す前記実施の形態４における半導体装置の構成とほぼ同様の構成をしているため、異なる点について説明する。
【０１２０】
本実施の形態５では、図３４に示すＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２を、トリメチルシランガスとアンモニアガスとを原料ガスに使用したＣＶＤ法で形成している点が前記実施の形態４と異なる点である。
【０１２１】
このような本実施の形態５でも、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、トリメチルシランガスの流量を通常条件に設定することにより形成されている。したがって、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２は、膜中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量がＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）よりも多い。このため、膜がＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）よりも緻密化されていないことから、誘電率の上昇を抑制することができる。
【０１２２】
一方、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）は、トリメチルシランガスの流量を通常条件よりも少なくした条件でＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）を形成しているため、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量は少なくなる。この結果、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）は、膜の緻密化が図れるため、耐透水性に優れている。したがって、このメチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）をバリア絶縁膜として使用することにより、バリア絶縁膜を通過して銅配線（第１層配線Ｌ１）に到達する水分を少なくすることができる。このため、水分による銅配線の酸化を防止することができる結果、銅配線とバリア絶縁膜の密着性低下を抑制して、銅配線のエレクトロマイグレーション特性の劣化を防止することができる。
【０１２３】
このように、本実施の形態５でも前記実施の形態４と同様に、メチル基（ＣＨ３）の含有量の少ないＳｉＣＮ膜ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）およびメチル基（ＣＨ３）の含有量の多いＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２の両方を組み合わせることにより、耐透水性の向上と低誘電率化を両立させることができる。
【０１２４】
（実施の形態６）
前記実施の形態４では、メチル基（ＣＨ３）の含有量が異なるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ２とＳｉＣＮ膜ＳＣＮ（４ＭＳ↓）とを形成する例について説明した。本実施の形態６では、単一のＳｉＣＮ膜の膜厚方向におけるメチル基の含有量が異なる例について説明する。
【０１２５】
図３５は、本実施の形態６における半導体装置の構成を示す断面図である。図３５に示す本実施の形態６における半導体装置の構成は、図３１に示す前記実施の形態４における半導体装置の構成とほぼ同様の構成をしているため、異なる点について説明する。
【０１２６】
図３５に示す本実施の形態６における半導体装置において、バリア絶縁膜は、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３と、このＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３上に形成されたＳｉＣＯ膜ＳＣＯから構成されている。このとき、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量は均一ではなく、膜厚方向におけるメチル基（ＣＨ３）の含有量が異なっている。具体的に、本実施の形態６では、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の上部から下部に進むにつれて、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量が連続的に多くなっている。したがって、本実施の形態６におけるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３において、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の上部領域は、メチル基（ＣＨ３）の含有量が少なくなることから、膜の緻密化が図れるため、耐透水性に優れている。一方、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の下部領域は、メチル基（ＣＨ３）の含有量が多くなることから、誘電率の上昇を抑制することができる。このように、本実施の形態６では、膜厚方向にメチル基（ＣＨ３）の含有量が異なるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３を構成することにより、耐透水性の向上と低誘電率化を両立させることができる。
【０１２７】
なお、本実施の形態６におけるＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３の形成方法は、例えば、テトラメチルシランガスとアンモニアガスとを原料ガスとしたＣＶＤ法において、成膜初期のテトラメチルシランガスの流量を多くし、その後、成膜後期に進むにつれて、テトラメチルシランガスの流量を少なくすることによって、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３内の下部から上部に進むにつれて、ＳｉＣＮ膜ＳＣＮ３中に含まれるメチル基（ＣＨ３）の含有量が連続的に少なくなるように形成することができる。また、テトラメチルシランガスの代わりにトリメチルシランガスを使用してもよい。
【０１２８】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１Ｓ  半導体基板
ＢＣＦ１  バリア導体膜
ＢＣＦ２  バリア導体膜
ＣＦ１  銅膜
ＣＦ２  銅膜
ＣＩＬ  コンタクト層間絶縁膜
ＣＭＰ  ＣＭＰ保護膜
ＣＮＴ  コンタクトホール
ＤＰ１  ダメージ保護膜
ＤＰ２  ダメージ保護膜
ＦＲ１  フォトレジスト膜
ＦＲ２  フォトレジスト膜
ＩＬ１  層間絶縁膜
ＩＬ２  層間絶縁膜
Ｌ１  第１層配線
Ｌ２  第２層配線
ＰＬＧ１  プラグ
ＰＬＧ２  プラグ
Ｑ  ＭＩＳＦＥＴ
ＳＣＮ  ＳｉＣＮ膜
ＳＣＮ１（３ＭＳ↓）  ＳｉＣＮ膜
ＳＣＮ１（４ＭＳ↓）  ＳｉＣＮ膜
ＳＣＮ２  ＳｉＣＮ膜
ＳＣＮ３  ＳｉＣＮ膜
ＳＣＯ  ＳｉＣＯ膜
ＶＨ  ビアホール
ＷＤ１  配線溝
ＷＤ２  配線溝
【図１】
0005755471.tif 000002
【図２】
0005755471.tif 000003
【図３】
0005755471.tif 000004
【図４】
0005755471.tif 000005
【図５】
0005755471.tif 000006
【図６】
0005755471.tif 000007
【図７】
0005755471.tif 000008
【図８】
0005755471.tif 000009
【図９】
0005755471.tif 000010
【図１０】
0005755471.tif 000011
【図１１】
0005755471.tif 000012
【図１２】
0005755471.tif 000013
【図１３】
0005755471.tif 000014
【図１４】
0005755471.tif 000015
【図１５】
0005755471.tif 000016
【図１６】
0005755471.tif 000017
【図１７】
0005755471.tif 000018
【図１８】
0005755471.tif 000019
【図１９】
0005755471.tif 000020
【図２０】
0005755471.tif 000021
【図２１】
0005755471.tif 000022
【図２２】
0005755471.tif 000023
【図２３】
0005755471.tif 000024
【図２４】
0005755471.tif 000025
【図２５】
0005755471.tif 000026
【図２６】
0005755471.tif 000027
【図２７】
0005755471.tif 000028
【図２８】
0005755471.tif 000029
【図２９】
0005755471.tif 000030
【図３０】
0005755471.tif 000031
【図３１】
0005755471.tif 000032
【図３２】
0005755471.tif 000033
【図３３】
0005755471.tif 000034
【図３４】
0005755471.tif 000035
【図３５】
0005755471.tif 000036