(57)【要約】【課題】層間絶縁膜の誘電率上昇をもたらすことなく、低誘電率膜と他の膜との間の密着性を向上させる。【解決手段】バリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線の上に、ＳｉＣＮ膜１０８、ＢＣＢ膜１１０およびＭＳＱ膜１１２をこの順で積層する。ＢＣＢ膜１１０は、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテン単位を有するモノマーをプラズマ重合することにより得る。【選択図】　図４
2004095865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と該半導体基板上に設けられた層間絶縁膜とを備え、前記層間絶縁膜は、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜と、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成され前記密着膜に接して設けられた低誘電率膜と、からなる積層膜を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、前記芳香環は縮合環であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、前記シリコン含有化合物は分子内にベンゾシクロブテン単位を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置において、前記シリコン含有化合物は、分子内にシリレン単位を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置において、前記シリコン含有化合物は、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテン単位を有するモノマーが重合してなる高分子化合物であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の半導体装置において、前記シリコン含有化合物は、前記モノマーがプラズマ重合してなる高分子化合物であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置において、前記有機低誘電率材料は、Ｓｉ−Ｈ結合を実質的に含まないことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置において、前記有機低誘電率材料はメチルシルセスキオキサンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置において、前記有機低誘電率材料はＳｉＯＣであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載の半導体装置において、前記積層膜は、前記密着膜および前記低誘電率膜がこの順で積層してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０いずれかに記載の半導体装置において、半導体基板上に設けられた金属配線をさらに備え、該金属配線上に前記積層膜が設けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置において、前記金属配線に接して前記密着膜が設けられ、さらにその上に前記低誘電率膜が設けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の半導体装置において、前記金属配線上に金属拡散防止膜が設けられ、該金属拡散防止膜上に前記密着膜および前記低誘電率膜がこの順で設けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の半導体装置において、前記金属配線の上面にキャップメタルが設けられ、該キャップメタルの上面に接して前記密着膜が形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
半導体基板上に、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜を形成する工程と、
前記密着膜の上面に、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成される低誘電率膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法において、密着膜を形成する前記工程の後、該密着膜に対してＵＶ処理またはプラズマ処理を施し、その後、低誘電率膜を形成する前記工程を実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法において、半導体基板上に金属配線を形成する工程をさらに含み、該工程の後、密着膜を形成する前記工程を実施することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法において、金属配線を形成する前記工程と、密着膜を形成する前記工程との間に、金属配線上に金属拡散防止膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法において、前記金属配線の上面にキャップメタルを形成する工程をさらに含み、該キャップメタルの上面に接して前記密着膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
半導体基板上に、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成される低誘電率膜を形成する工程と、前記低誘電率膜の上面に、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１５乃至２０いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記密着膜を形成する工程は、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテン単位を有するモノマーを重合する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法において、前記密着膜を形成する工程は、前記モノマーをプラズマ重合する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項１５乃至２２いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記有機低誘電率材料は、Ｓｉ−Ｈ結合を実質的に含まないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の半導体装置の製造方法において、前記有機低誘電率材料はメチルシルセスキオキサンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項１５乃至２２いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記有機低誘電率材料はＳｉＯＣであ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低誘電率絶縁材料を用いた層間絶縁膜の密着性を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の高速動作性に対する要求に伴い、層間絶縁膜を従来のシリコン酸化膜（誘電率Ｋ＝４．３程度）から低誘電率化した材料に変更し、配線間容量を低減する検討が精力的に行われている。低誘電率絶縁材料として、誘電率３程度のＨＳＱ、ＭＳＱ、芳香族含有有機樹脂材料などがあるが、さらに低誘電率化させるために、膜中に微細な空孔（ポア）を導入したりモノマーの分子構造を空隙のある構造とすることで膜の密度を下げた、ポーラス材料の開発が検討されている。こうしたポーラス材料の中には、誘電率を２．２程度まで下げたものも報告されている。このような材料を層間絶縁膜に用いることで、配線間のクロストークを低減でき、素子の高速動作を実現することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、低誘電率絶縁材料からなる膜は、その膜の上部または下部に形成される膜と密着不良を起こす場合がある。特に絶縁膜材料をポーラス化した場合、膜密度が低下し、密着性の低下が顕著となる。
【０００４】
特開２００１−３２６２２２号公報には、こうした低誘電率膜の密着不良を解決する技術が開示されている。図１は同公報に従来技術として記載された配線構造の断面図である。この配線構造はシリコン窒化膜１上にＭＳＱ膜２およびシリコン酸化膜４がこの順で積層された層間絶縁膜を備え、この層間絶縁膜中にバリアメタル膜５および銅膜６からなる銅配線が形成されている。ここで、ＭＳＱ膜２は有機材料からなるのに対しシリコン酸化膜４は無機材料からなっているため、両者の間で密着不良が生じ、極端な場合には剥離が生じることがあった。このような問題に対し、上記公報では、図２に示すようにＭＳＱ膜２およびシリコン酸化膜４の間にＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）膜３を設けることで密着性の向上を図っている。同公報によれば、図示した例ではＭＨＳＱ膜３が用いられているが、ほかに、分子中にＳｉ−Ｈ基を有するポリシロキサン化合物を用いることができるとされており、こうした材料からなる膜を用いることにより密着性が改善される理由として、Ｓｉ−Ｈ基が脱水素化して反応活性部位が発生され、上部および下部の絶縁膜と反応を起こすことによるものと推察される、と記載されている。
【０００５】
ところが、ＭＳＱのような低誘電率材料を用いる場合、上記公報で指摘されている箇所とは異なる部分における密着不良が発生することがあった。図３は、ＭＳＱを用いる従来の配線構造断面図である。この配線構造は、ＳｉＣＮ膜１００上にＭＳＱ膜１０２、ＳｉＣＮ膜１０８およびＭＳＱ膜１１２がこの順で積層されている。ＭＳＱ膜１０２中には配線溝が形成され、この配線溝中にバリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線が形成されている。この配線構造において、ＳｉＣＮ膜１０８およびＭＳＱ膜１１２の間の界面で密着不良が起こり、極端な場合、剥離が生じることもあった。これは、ＭＳＱの有する疎水性のメチル基が、ＳｉＣＮに対して低い親和性を示すため、密着不良が生じるものと考えられる。
【０００６】
このような密着不良を改善するため、ＳｉＣＮ膜１０８の材料の変更をすることも考えられる。しかしながら、ＳｉＣＮ膜１０８は銅配線を構成する銅の拡散防止膜としての機能を果たしているため、その材料変更にも一定の制約がある。
【０００７】
上述した、ＭＳＱの下界面における密着性不良の課題に対する解決策は、前記特開２００１−３２６２２２号公報には記載されていない。また、同公報記載の技術では、密着性改善のためにＳｉ−Ｈ基を有する材料を用いているが、このＳｉ−Ｈ基は比較的反応活性なため、エッチング加工時のプラズマや有機剥離液によりＳｉ−Ｈ基が脱水素化して吸湿し、誘電率の上昇を招く懸念がある。さらに、誘電率を下げるためにＭＨＳＱ膜をポーラス化した場合には、ポアを経由してプラズマや剥離液が侵入するため、吸湿や誘電率上昇等の膜質劣化が懸念される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、層間絶縁膜の誘電率上昇をもたらすことなく、低誘電率膜と他の膜との間の密着性を向上させることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板と該半導体基板上に設けられた層間絶縁膜とを備え、上記層間絶縁膜は、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜と、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成され上記密着膜に接して設けられた低誘電率膜と、からなる積層膜を含むことを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１０】
この半導体装置は、低誘電率膜に接して密着膜が設けられている。この密着膜は分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成されるため、低誘電率膜を構成する有機材料との親和性が高い。したがって、低誘電率膜と密着膜との間が強固に密着する。
【００１１】
また本発明によれば、半導体基板上に、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜を形成する工程と、上記密着膜の上面に、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成される低誘電率膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
また本発明によれば、半導体基板上に、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成される低誘電率膜を形成する工程と、上記低誘電率膜の上面に、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、低誘電率膜と密着膜との間が強固に密着した構造の半導体装置を安定的に製造することができる。
【００１４】
本発明において、密着膜を構成するシリコン含有化合物の有する芳香環は縮合環であることが好ましい。こうすることによって、低誘電率膜を構成する有機材料との親和性がより高まり、低誘電率膜と密着膜との間の密着性がさらに向上する。このような縮合環としては、たとえばベンゾシクロブテン単位等が挙げられる。
【００１５】
密着膜を構成するシリコン含有化合物は、分子内にシリレン単位を有するものとすることが好ましい。ここでいうシリレン単位とは、
−ＳｉＲ１Ｒ２−
（但しＲ１およびＲ２は、水素または炭化水素基である）
で表される単位であり、これらを複数含む分子構造としてもよい。こうしたシリレン単位を分子内に含む構造とした場合、密着膜中に発生した応力を緩和しやすくなる。
【００１６】
密着膜を構成するシリコン含有化合物は高分子化合物とすることができる。たとえば、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテン単位を有するモノマーを重合することにより得ることができる。重合方法は熱重合法やプラズマ重合法等を採用することができる。このうち、プラズマ重合法を用いた場合、得られるポリマーの耐熱性が顕著に向上するため好ましい。密着膜を形成した後、この密着膜をプラズマ処理し、その後、低誘電率膜を形成することとしてもよい。こうすることによって、より密着性を向上させることができる。この場合、密着膜および低誘電率膜をいずれもＣＶＤ法により形成することとすれば、半導体基板を真空中に置いたまま一連の処理を行うことができ、製造工程を簡便にすることができる。
【００１７】
本発明において、有機低誘電率材料は、誘電率が低く耐熱性に優れるものが好ましく、たとえばＳｉＯＣ等が挙げられる。
【００１８】
また、有機低誘電率材料は、加工時のプラズマダメージや有機剥離液ダメージによる誘電率上昇を抑える観点から、Ｓｉ−Ｈ結合を実質的に含まない分子構造を有する化合物を用いることが好ましい。好ましい例としてはメチルシルセスキオキサン等が挙げられる。
【００１９】
積層膜の膜構造は、密着膜および低誘電率膜が接していればどの順に積層していてもよいが、密着膜、低誘電率膜の順に積層した構造とした場合、より優れた密着性が得られる。
【００２０】
本発明において、半導体基板上に金属配線を設け、この上に上述した構成の積層膜を設けても良い。この場合、金属配線上に接して密着膜を設け、さらにその上に低誘電率膜を積層することができる。また、金属配線上に金属拡散防止膜を設け、その上に密着膜、低誘電率膜の順に積層することもできる。このように金属配線上に上記積層膜を設けた場合、金属配線からの金属の拡散を防止しつつ層間絶縁膜の密着性を向上させることができる。
【００２１】
金属配線を備える構成を採用した場合、金属配線の上面にキャップメタルを設け、その上面に接して上記密着膜が形成することもできる。キャップメタルは、金属配線を構成する金属の拡散を抑制し、金属配線のストレスマイグレーションを防止する等の役割を果たす。キャップメタル上に密着膜を設ける上記構成を採用した場合、金属配線上の拡散防止膜を省略できるため、配線間寄生容量を低減できる。
【００２２】
本発明において、密着膜形成後、ＵＶ処理またはプラズマ処理を施し、その後、低誘電率膜を設けても良い。このようにすれば、密着膜と低誘電率膜の間の密着性をより強固にすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
ロジック系デバイス等においては、図１３のように複数の配線層が積層した多層配線構造がしばしば採用される。この配線構造では、シリコン基板４００上の第一層４０６に、ゲート電極４０２および不純物拡散層４０４からなるトランジスタが形成され、その上に、層間絶縁膜４２５ａ、４２５ｂがこの順で積層している。これらの層間絶縁膜中には、それぞれ銅配線４２２ａ、４２２ｂが形成されている。銅配線４２２ａと不純物拡散層４０４はコンタクトホール４０８により接続されている。配線の最上層には、保護膜４１４が形成されている。
【００２４】
この多層配線層中の銅配線４２２ｂの構造の詳細および製造方法について、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、「ＢＣＢ」とは、ベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）を意味する。
【００２５】
第一の実施の形態
図４は本実施形態に係る配線構造の断面図である。この配線構造は、ＳｉＣＮ膜１００上にＭＳＱ膜１０２、ＳｉＯ２膜１０７、ＳｉＣＮ膜１０８、ＢＣＢ膜１１０およびＭＳＱ膜１１２がこの順で積層され、ＭＳＱ膜１０２中に、バリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線が形成されている。バリアメタル膜１０４は、ＴａＮ、Ｔａがこの順で積層した構造となっている。ＳｉＣＮ膜１００、１０８は、銅の拡散防止膜としての機能を果たす。ここではＳｉＣＮを用いたが、ほかに、ＳｉＮ、ＳｉＣ等、種々の材料を用いることができる。ＳｉＣＮ膜１０８およびＭＳＱ膜１１２の間には、プラズマ重合法により形成されたＢＣＢ膜１１０が設けられている。図示した配線構造におけるそれぞれの膜の厚みは、たとえば以下のようにする。
ＳｉＣＮ膜１００　２０〜１００ｎｍ
ＭＳＱ膜１０２　　２００〜４００ｎｍ
銅膜１０６　　　　２００〜４００ｎｍ
ＳｉＯ２膜１０７　５０〜２００ｎｍ
ＳｉＣＮ膜１０８　２０〜１００ｎｍ
ＢＣＢ膜１１０　　２０〜２００ｎｍ
ＭＳＱ膜１１２　　３００〜１０００ｎｍ
【００２６】
ＢＣＢ膜１１０は、ＳｉＣＮ膜１０８およびＭＳＱ膜１１２の両方に対して高い密着性を示すため、従来問題であったＳｉＣＮ膜１０８およびＭＳＱ膜１１２の間の密着不良を改善することができる。また、銅配線の上部には、比誘電率がきわめて低いＭＳＱ膜１１２が形成されているため、上下方向および水平方向に隣接する配線間の寄生容量を効果的に低減できる。
また、ＢＣＢ膜１１０は、ＳｉＣＮ膜１０８と同じく銅の拡散防止性があるため、ＢＣＢ膜を挿入した分ＳｉＣＮ膜の膜厚を薄くできる。たとえば、ＢＣＢ膜を用いない従来の構造では、銅の拡散を防止するためにＳｉＣＮ膜の膜厚は５０ｎｍ程度以上の膜厚が必要であるが、ＢＣＢ膜を２５ｎｍ挿入することで、ＳｉＣＮ膜の膜厚を２５ｎｍに薄くしても、銅の拡散は防止できる。このように、ＳｉＣＮ膜（誘電率４．８）の膜厚を薄くし、より誘電率の低いＢＣＢ膜（誘電率２．７）を挿入することで、配線間の寄生容量を低減できる。
【００２７】
次に、図４に示した配線構造の製造方法について説明する。図５は、図４の配線構造の製造方法を示す工程断面図である。まず、ＳｉＣＮ膜１００上にＭＳＱ膜１０２、ＳｉＯ２膜１０７をこの順で形成した後、公知のダマシンプロセスを用いて、バリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線を形成する（図５（ａ））。ＳｉＯ２膜１０７を設けているのは、その上部の銅拡散防止膜（本実施形態ではＳｉＣＮ膜１０８）との密着性を改善するとともに、レジストアッシング時のＭＳＱ膜１０２のプラズマダメージを防止するためである。続いて、基板全面にＳｉＣＮ膜１０８を形成し、その上にＢＣＢ膜１１０を形成する（図５（ｂ））。
【００２８】
ＢＣＢ膜１１０はプラズマ重合法、スピンコート法等の方法を用いて形成することができる。このうち、プラズマ重合法を用いれば、スピンコート法で作成したものに比べ、より高い耐熱性を得ることができる。具体的にはスピンコート法で作成したものは３５０℃程度の耐熱性を有するのに対し、プラズマ重合法により得られたＢＣＢ膜は４００℃程度の耐熱性を有する。本実施形態では、プラズマ重合法で形成する例について説明する。
【００２９】
本実施形態では、下記式で示されるジビニルシロキサンベンゾシクロブテン・モノマーを気化させて、気化したこのモノマーをＨｅ等のプラズマ中に導入してプラズマ重合し、ＢＣＢ膜１１０を得る。
【００３０】
【化１】
2004095865.tif 000003
【００３１】
プラズマ重合法によるＢＣＢ膜の形成方法の詳細は特開２０００−１００８０３号公報等に開示されている。プラズマ重合法では、例えば、０．１ｇ／ｍｉｎで供給されるＢＣＢモノマーの気化温度を２００℃とし、流量５００ｓｃｃｍのＨｅキャリアガスで反応室に送り、１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーの印加されたシャワーヘッドからＨｅプラズマ中にＢＣＢモノマーガスを供給し、４００℃に加熱した基板上にプラズマ重合ＢＣＢ膜を成長させる。このプラズマ重合ＢＣＢ膜の比誘電率は２．５〜２．６であり、熱重合で形成したＢＣＢ膜よりも小さな値となる。上述のプラズマ重合法によりＢＣＢ膜が得られることは、フーリエ変換赤外線分光スペクトルの測定により確認されている。
【００３２】
プラズマ重合により得られるＢＣＢ膜は、以下の式に示す構造を有しているものと推察される。
【００３３】
【化２】
2004095865.tif 000004
【００３４】
プラズマ重合によるＢＣＢ膜では４００℃以上の耐熱性が得られると共に化学的安定性の向上が図られ、さらに機械的強度も十分であることが確認されている。
【００３５】
ＢＣＢ膜１１０成膜後、続いてその上にＭＳＱ膜１１２を形成する。ＭＳＱ膜１１２は、スピンコート法により形成する。
【００３６】
以上のようにして図４に示す配線構造が得られる。この配線構造を採用することにより、信頼性に優れた素子構造を形成することが可能となる。
【００３７】
なお、図４ではＳｉＣＮ膜１０８とＭＳＱ膜１１２の間にＢＣＢ膜を設けたが、これだけでなく、図４中ＳｉＣＮ膜１００とＭＳＱ膜１０２との間、あるいはＭＳＱ膜１０２とＳｉＯ２膜１０７との間にＢＣＢからなる膜を設けても良い。こうした配線構造の例を図６（ａ）および図６（ｂ）に示す。
【００３８】
第二の実施の形態
本実施形態では低誘電率膜材料としてＳｉＯＣ膜を用いた例を示す。図７は、本実施形態を示す配線構造の断面図である。この配線構造では、ＳｉＣＮ膜１００上にＳｉＯＣ膜１０１、ＳｉＯ２膜１０７、ＳｉＣＮ膜１０８、ＢＣＢ膜１１０およびＳｉＯＣ膜１１３が、この順で積層され、ＳｉＯＣ膜１０１およびＳｉＯ２膜１０７中に形成された配線溝にバリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線が形成されている。図示した配線構造におけるそれぞれの膜の厚みは、たとえば以下のようにする。
ＳｉＣＮ膜１００　２０〜１００ｎｍ
ＳｉＯＣ膜１０１　２００〜４００ｎｍ
ＳｉＯ２膜１０７　５０〜２００ｎｍ
銅膜１０６　　　　２００〜４００ｎｍ
ＳｉＣＮ膜１０８　２０〜１００ｎｍ
ＢＣＢ膜１１０　　２０〜２００ｎｍ
ＳｉＯＣ膜１１３　３００〜１０００ｎｍ
【００３９】
ＢＣＢ膜１１０は、ＳｉＣＮ膜１０８およびＳｉＯＣ膜１１３の両方に対して高い密着性を示すため、従来問題であったＳｉＣＮ膜１０８およびＳｉＯＣ膜１１３の間の密着不良が改善することができる。
【００４０】
以下、この配線構造の製造工程について、図８を参照して説明する。
【００４１】
まず、図８（ａ）に示すように、ＳｉＣＮ膜１００、ＳｉＯＣ膜１０１およびＳｉＯ２膜１０７をこの順で形成した後、ＳｉＯＣ膜１０１およびＳｉＯ２膜１０７中に、公知のダマシンプロセスにより、ＴａＮ、Ｔａがこの順で積層したバリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線を形成する。ＳｉＯ２膜１０７を設けているのは、その上部の銅拡散防止膜（本実施形態ではＳｉＣＮ膜１０８）との密着性を改善するとともに、レジストアッシング時のＳｉＯＣ膜１０１のプラズマダメージを防止するためである。
【００４２】
続いて、この上にＳｉＣＮ膜１０８およびプラズマ重合法によるＢＣＢ膜１１０をこの順で成膜する（図８（ｂ））。ＢＣＢ膜１１０の成膜方法は、第一の実施の形態で述べたとおりである。
【００４３】
その後、ＢＣＢ膜１１０上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯＣ膜１１３を形成する（図８（ｃ））。ＳｉＯＣ膜１１３は、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、アルキルシランガスおよび酸化性ガスの混合ガスを用いることが好ましい。アルキルシランガスとしては、モノメチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシランまたはテトラメチルシラン等が挙げられ、これらを単独で使用、または２種以上を併用することができる。このうちトリメチルシランが好適に用いられる。酸化性ガスとは、アルキルシランに対する酸化作用を示すガスであって、分子中に酸素元素を含むものが用いられる。たとえば、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２およびＯ２からなる群から選ばれる一または二以上のガスを用いることができ、このうち、酸化力の強さが適度であることから、ＮＯおよびＮＯ２が好ましく用いられる。本実施形態では、原料ガスとして、トリメチルシランおよびＮ２Ｏの混合ガスを用いる。
以上により、図７に示す配線構造が得られる。
【００４４】
ＳｉＯＣ膜１０１およびＳｉＯＣ膜１１３を構成するＳｉＯＣは、第一の実施の形態で用いたＭＳＱと同様に疎水性の高い膜であるため、隣接する絶縁膜との密着性が十分に得られないことがある。本実施形態によればＳｉＯＣ膜と他の膜との間にプラズマ重合法により形成されたＢＣＢ膜が介在するため、層間絶縁膜の密着性が大幅に改善される。なお、本実施形態ではＳｉＣＮ膜１０８とＳｉＯＣ膜１１３との間にＢＣＢ膜１１０を設けたが、同様にＳｉＣＮ膜１００およびＳｉＯＣ膜１０１との間にＢＣＢ膜を介在させた構造を採用することもできる。
【００４５】
第三の実施の形態
本実施形態は、銅配線上部にキャップメタル膜を設けた配線構造に対し、ＢＣＢ膜を適用した例である。本実施形態に係る配線構造を図９に示す。この配線構造はＳｉＣＮ膜１００上にＭＳＱ膜１０２、ＢＣＢ膜１１０およびＭＳＱ膜１１２がこの順で積層され、ＭＳＱ膜１０２中にバリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線が形成されている。銅膜１０６の上部には、キャップメタル１１６が形成されている。
【００４６】
キャップメタル１１６は、銅よりもマイグレーション耐性に優れる金属材料からなり、銅が層間絶縁膜中に拡散することを抑制するとともに、銅配線のストレスマイグレーションを防止する役割を果たす。キャップメタル１１６を構成する材料としては、たとえば、無電解ニッケル合金、無電解コバルト合金等を例示することができ、これらに適宜、ボロンやリン等を含有させることができる。また、銀−銅合金をキャップメタルとすることもできる。
【００４７】
図９に示した配線構造は、図４、図６および図７に示した配線構造と異なり、銅拡散防止膜としてのＳｉＣＮ膜１０８を設けず、銅配線上に直接ＢＣＢ膜１１０を設けている。本実施形態ではキャップメタル１１６により銅の拡散がある程度抑制されるため、このキャップメタル１１６とＢＣＢ膜１１０の相乗作用により銅の拡散が防止される。したがって図４等の配線構造で設けているＳｉＣＮ膜１０８を省略することができる。従来、ＳｉＣＮ膜１０８を設けた構造では、ＳｉＣＮの高い誘電率により、隣接配線間の寄生容量が増加し、配線遅延が問題となる場合があった。本実施形態の構成によれば、このような問題が解消され、高速動作性および信頼性がより改善された素子を実現することが可能となる。
【００４８】
以下、この配線構造の製造工程について、図１０を参照して説明する。まず、ＳｉＣＮ膜１００上にＭＳＱ膜１０２を形成した後、公知のダマシンプロセスを用いて、バリアメタル膜１０４および銅膜１０６からなる銅配線を形成する（図１０（ａ））。続いて、無電解選択めっき法により、銅膜１０６上部に選択的にキャップメタル１１６を形成する。（図１０（ｂ））。キャップメタル１１６は、ＣｏＢやＮｉＢにより形成することができる。
その後、プラズマ重合法によりＢＣＢ膜１１０を形成し、さらにその上に、スピンコート法によりＭＳＱ膜１１２をこの順で形成する（図１０（ｃ））。以上により、図９に示す配線構造が得られる。
【００４９】
【実施例】
ＭＳＱ膜と他の絶縁膜との密着性を４点曲げ試験により評価した。図１１（ａ）は、本実施例で実施した４点曲げ試験の試料配置状態を示す図である。４点の支点を有する保持具に試料が配置される。図１１（ｂ）は、この試料の断面図である。基板２２１上にＭＳＱ膜２２２、シリコン酸化膜２２３、エポキシ層２２４およびシリコン層２２５がこの順で積層した構造となっている。シリコン層２２５の中央部分にはノッチが導入されている。この試料に荷重が加わると、図１１（ｃ）に示すように、ノッチ先端から進行した亀裂が基板２２１に到達し、その箇所から、水平にＭＳＱ膜２２２／基板２２１界面方向に亀裂が進行する。この時印加された荷重から、基板２２１とＭＳＱ膜２２２との間の密着性が求められる。
【００５０】
基板２２１は、単結晶シリコン基板上にＳｉＣＮ膜を形成したもので、その上に適宜、ＢＣＢ膜を形成したものである。試料ＮＯ．１は、ＳｉＣＮ膜上にプラズマ重合法によりＢＣＢ膜を形成し、このＢＣＢ膜をＵＶ処理した後、その上にＭＳＱ膜２２２を形成したものである。ＵＶ処理は、室温でＵＶランプにて１０秒程度、ＵＶ照射した。試料ＮＯ．２は、ＳｉＣＮ膜上にプラズマ重合法によりＢＣＢ膜を形成し、ＵＶ処理をせずに、その上にＭＳＱ膜２２２を形成したものである。試料ＮＯ．３は、ＳｉＣＮ膜上に直接ＭＳＱ膜２２２を形成したものである。ＢＣＢ膜は、第一の実施の形態で述べたのと同様の方法により形成した。すなわち、前述のジビニルシロキサンベンゾシクロブテン・モノマーを気化させてＨｅ等のプラズマ中に導入することによってプラズマ重合し、ＢＣＢ膜を得た。ＢＣＢモノマーの気化温度は２００℃とし、流量５００ｓｃｃｍのＨｅキャリアガスで反応室に送り、１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーの印加されたシャワーヘッドからＨｅプラズマ中にＢＣＢモノマーガスを供給し、４００℃に加熱した基板上にプラズマ重合ＢＣＢ膜を成長させた。ＢＣＢ膜が得られたことは、フーリエ変換赤外線分光スペクトルの測定により確認した。
【００５１】
以上のＮＯ．１〜ＮＯ．３の試料について、基板２２１、ＭＳＱ膜２２２間の密着性を評価した結果を図１２に示す。ＢＣＢ膜を設けることにより密着性が改善されること、ＢＣＢ膜にＵＶ処理を施すとさらに密着性が向上することが明らかになった。
【００５２】
なお、上記ＮＯ．１の試料ではＵＶ処理を施したが、窒素や水素を含むプラズマ処理によっても同様の効果が得られることが確認された。また、ＢＣＢ表面を軽く酸化する目的で、酸素またはＮ２Ｏを含むプラズマ処理を行うのも有効である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、分子内に芳香環を含むシリコン含有化合物により構成される密着膜と、比誘電率４以下の有機低誘電率材料により構成され上記密着膜に接して設けられた低誘電率膜と、からなる積層膜を設けているため、従来、課題となっていた低誘電率膜の密着性を効果的に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の配線構造の一例を示す図である。
【図２】従来の配線構造の一例を示す図である。
【図３】従来の配線構造の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る配線構造の一例を示す図である。
【図５】本発明に係る配線構造の製造方法の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る配線構造の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る配線構造の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る配線構造の製造方法の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る配線構造の一例を示す図である。
【図１０】本発明に係る配線構造の製造方法の一例を示す図である。
【図１１】層間密着性の評価方法を説明するための図である。
【図１２】層間密着性の評価結果を示す図である。
【図１３】多層配線構造の断面図である。
【符号の説明】
１　シリコン窒化膜
２　ＭＳＱ膜
３　ＭＨＳＱ膜
４　シリコン酸化膜
５　バリアメタル膜
６　銅膜
１００　ＳｉＣＮ膜
１０１　ＳｉＯＣ膜
１０２　ＭＳＱ膜
１０４　バリアメタル膜
１０６　銅膜
１０７　ＳｉＯ２膜
１０８　ＳｉＣＮ膜
１１０　ＢＣＢ膜
１１２　ＭＳＱ膜
１１３　ＳｉＯＣ膜
１１６　キャップメタル膜
２２１　基板
２２２　ＭＳＱ膜
２２３　シリコン酸化膜
２２４　エポキシ層
２２５　シリコン層
４００　シリコン基板
４０２　ゲート電極
４０４　不純物拡散層
４０６　第一層
４０８　コンタクトホール
４１４　保護膜
４２５ａ、４２５ｂ　層間絶縁膜
４２２ａ、４２２ｂ　銅配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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