(57)【要約】 【課題】  Ｃｕ配線の低誘電率の層間絶縁膜について、層間絶縁間の密着性が向上した半導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】  半導体基板上に形成された下地絶縁膜上に、下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高いことを特徴とする第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有する配線層間絶縁膜層を形成しＣｕ配線を形成する。 【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、下層から第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の構造の層間絶縁膜層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成された層間絶縁膜層と、前記層間絶縁膜層に形成された配線溝と、前記配線溝の内壁部を覆うバリア金属膜と、前記配線溝の内部を埋め込むＣｕ含有金属配線とを有する半導体装置において、前記層間絶縁膜層が下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体基板上に形成された層間絶縁膜層と、前記層間絶縁膜層に形成され下層金属配線に達する開孔と、前期開孔の内壁部を覆うバリア金属膜と、前期開孔の内部を埋め込むＣｕ含有金属プラグを有する半導体装置において、前記層間絶縁膜層が下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に形成された層間絶縁膜層と、前記層間絶縁膜層に形成された配線溝と、前記配線溝の底部から下層金属配線に達する開孔と、前記配線溝及び前記開孔の内壁部を覆うバリア金属膜と、前記配線溝及び前記開孔の内部を埋め込むＣｕ含有金属配線及びＣｕ含有金属プラグとを有する半導体装置において、前記層間絶縁膜層が下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記Ｃｕ含有金属配線は、Ｃｕに加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、およびＦｅのうち少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項２又は４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記Ｃｕ含有金属プラグは、Ｃｕに加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、およびＦｅのうち少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記バリア金属膜は、Ｔｉ、Ｔｉ化合物、Ｔａ、Ｔａ化合物のいずれかを用いた単層または積層の膜であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記Ｔｉ化合物は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記Ｔａ化合物は、ＴａＮ、ＴａＳｉＮのいずれかであることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記金属拡散防止絶縁膜は、少なくともＳｉＣＮＨ膜又はＳｉＣＨ膜のいずれか１層を含む単層又は２層以上の積層構造であることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属拡散防止絶縁膜は、下層よりＳｉＣＮＨ膜とＳｉＯＣＮＨ膜からなる積層構造、又はＳｉＣＮＨ膜とＳｉＣＨ膜からなる積層構造であることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度１０〜２０ａｔｏｍｓ％、Ｏ濃度２０〜３５ａｔｏｍｓ％、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％以上であり、かつ前記第２のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度１０ａｔｏｍｓ％未満、Ｏ濃度３５ａｔｏｍｓ％より大きく、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％未満であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１３】
半導体基板上に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体素子を有する半導体基板上に形成された絶縁膜上面に金属拡散防止絶縁膜を形成する工程と、
前記金属拡散防止絶縁膜上面に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、
前記ＳｉＯ２膜、前記第２のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜及び前記金属拡散防止絶縁膜を連通する配線溝を形成する工程と、
前記配線溝内壁部及び前記ＳｉＯ２膜上面にバリア金属膜を形成する工程と、
前記バリア金属膜表面上にＣｕ含有金属を形成して前記配線溝の内部を前記Ｃｕ含有金属で埋め込む工程と、
前記ＳｉＯ２膜の上面に形成された前記Ｃｕ含有金属及び前記バリア金属膜を除去して前記配線溝にＣｕ含有金属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１５】
半導体素子を有する半導体基板上に形成された絶縁膜の溝部内に上面が露出する下層金属配線を形成する工程と、 
前記下層金属配線の上面及び前記絶縁膜上面に金属拡散防止絶縁膜を形成する工程と、  
前記金属拡散防止絶縁膜上面に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、
前記下層金属配線上面が露出するように前記ＳｉＯ２膜、前記第２のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜及び前記金属拡散防止絶縁膜を連通する開孔を形成する工程と、
前記開孔の内壁部及び前記ＳｉＯ２膜上面にバリア金属膜を形成する工程と、
前記バリア金属膜表面上にＣｕ含有金属を形成して前記開孔の内部を前記Ｃｕ含有金属で埋め込む工程と、
前記ＳｉＯ２膜の上面に形成された前記Ｃｕ含有金属及び前記バリア金属膜を除去して前記開孔にＣｕ含有金属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１６】
半導体素子を有する半導体基板上に形成された絶縁膜の溝部内に上面が露出する下層金属配線を形成する工程と、
前記下層金属配線の上面及び前記絶縁膜上面に金属拡散防止絶縁膜を形成する工程と、
前記金属拡散防止絶縁膜上面に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、
前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、
前記ＳｉＯ２膜の表面から前記ＳｉＯ２膜、前記第２のＳｉＯＣＨ膜及び前記第１のＳｉＯＣＨ膜のいずれかの膜の途中まで又はいずれかの膜の底部まで達する配線溝と、前記配線溝の底部から前記下層金属配線上面に達する開孔とを形成する工程と、
前記配線溝と前記開孔の内壁部及び前記ＳｉＯ２膜上面にバリア金属膜を形成する工程と、
前記バリア金属膜表面上にＣｕ含有金属を形成して前記開孔の内部と前記配線溝の内部を前記Ｃｕ含有金属で埋め込む工程と、
前記ＳｉＯ２膜の上面に形成された前記Ｃｕ含有金属及び前記バリア金属膜を除去して前記開孔と前記配線溝にＣｕ含有金属プラグとＣｕ含有金属配線を同時に形成する工程と、
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１７】
前記Ｃｕ含有金属配線は、Ｃｕに加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、及びＦｅのうち少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項１４又は１６に記載半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記Ｃｕ含有金属プラグは、Ｃｕに加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、及びＦｅのうち少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記バリア金属膜は、Ｔｉ、Ｔｉ化合物、Ｔａ、Ｔａ化合物のいずれかを用いた単層または積層の膜であること特徴とする請求項１４乃至１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記Ｔｉ化合物は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記Ｔａ化合物は、ＴａＮ、ＴａＳｉＮのいずれかであることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記金属拡散防止絶縁膜を形成する工程は、少なくともＳｉＣＮＨ膜又はＳｉＣＨ膜のいずれか１層を含む単層又は２層以上の積層の膜を形成する工程からなることを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記金属拡散防止絶縁膜を形成する工程は、下層よりＳｉＣＮＨ膜とＳｉＯＣＮＨ膜からなる積層膜、又はＳｉＣＮＨ膜とＳｉＣＨ膜からなる積層膜を形成する工程からなることを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれかに記載半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第１のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度１０〜２０ａｔｏｍｓ％、Ｏ濃度２０〜３５ａｔｏｍｓ％、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％以上であり、かつ前記第２のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度１０ａｔｏｍｓ％未満、Ｏ濃度３５ａｔｏｍｓ％より大きく、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％未満であることを特徴とする請求項１３乃至２３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記第２のＳｉＯＣＨ膜は、前記第１のＳｉＯＣＨ膜の表面を少なくともＨｅ又はＡｒのいずれか１つを含みＯ、Ｈ、Ｎを含まないガスを用いたプラズマ雰囲気で処理する工程と、その後Ｏを含むガスを用いた雰囲気で熱処理を行なうことにより前記第１のＳｉＯＣＨ膜表面を変質させる工程と、によって形成することを特徴とする請求項１３乃至２４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記Ｏを含むガスは、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＯ２のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
前記第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と前記ＳｉＯ２膜を形成する工程とは、同一真空装置内で連続して行なうことを特徴とする請求項１３乃至２６のいずれかに記載の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、Ｃｕ配線などの金属配線を有する半導体装置と、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造分野では、デバイスの高速化、高集積化にともない、デバイス設計ルールの縮小化が進んできている。デバイスの縮小化により、配線サイズと配線間隔の微細化が進むと、それに反比例して配線抵抗や配線間容量が増加していく傾向にある。配線抵抗や配線間容量が増加するとＲＣ時定数が大きくなるため、信号の伝播速度の低下を招き、デバイスの高速化をおこなう上で問題となっている。このため、配線抵抗と配線間容量の低減がデバイスの高速化を進めていく上で重要となってきている。配線抵抗を低減する方法としては、配線材料として広く用いられてきていたＡｌよりも比抵抗の低いＣｕを配線材料として用いた技術、製品が普及してきている。また、配線間容量は、対向する配線間の面積、配線間の絶縁膜の比誘電率に比例し、配線間隔に反比例して増加するため、デバイスのデザインを変更せずに配線間容量を減少する方法としては、例えば、従来用いられているＳｉＯ２やＳｉＮよりも比誘電率の低い絶縁膜が検討されている。Ｃｕを配線材料して用いる場合、ドライエッチング技術によるＣｕの微細加工が困難なことから、通常、図１１に示すようなダマシン配線構造が一般的に広く使われている。シングルダマシン配線の形成方法は、まず、下地層間絶縁膜１０１上に、その後に形成されるＳｉＯ２膜１０３とのエッチング選択性に優れたエッチングストッパＳｉＮ絶縁膜１０２を５０〜１５０ｎｍの厚さで成膜し、次いでＳｉＯ２配線層間絶縁膜１０３を４００〜１０００ｎｍ程度の厚さで成膜する。それから、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術により溝パターンを形成し、Ｏ２ドライアッシング技術とウェット剥離技術によりレジストパターンを除去する。それから溝パターンを、スパッタリング技術とメッキ技術を用いてＴａ/ＴａＮ（上層がＴａ）１０４といったＣｕの拡散を防止するためのバリアメタルとＣｕで埋め込み、ＣＭＰによりＳｉＯ２膜１０３上の余分なＣｕとバリアメタルを除去してＣｕ配線１０５を形成している。さらに上層に配線を形成する場合は、ＳｉＯ２膜１０３及びＣｕ配線１０５上面にＳｉＮ膜１０６、ＳｉＯ２膜１０７を順次成膜し、溝配線を形成する場合と同様にしてビアパターンを形成し、Ｔａ/ＴａＮバリアメタル１０８に側壁及び底部を覆われたＣｕプラグ１０９を形成する。このようにＣｕ配線とＣｕプラグの形成を順次繰り返すことにより多層のＣｕ配線を形成する。また、これとは別に下層のＣｕ配線形成後に、ビアパターンと上層の配線溝パターンを形成し、Ｃｕにより同時に埋め込むデュアルダマシンと呼ばれる形成方法がある。配線形成後、層間絶縁膜を形成する場合、ＣｕがＳｉＯ２と容易に反応して拡散してしまうため、通常は拡散防止絶縁膜としてＳｉＮ膜１０６をＣｕ上に５０〜１００ｎｍ程度成膜してから、ＳｉＯ２ビア層間絶縁膜１０７を成膜している。この場合、ＳｉＮ膜はＣｕの拡散防止のためだけではなく、Ｃｕの溝エッチングを行なう際、また、Ｃｕのダマシン配線上にビアホールを開口する際、Ｃｕ表面がＳｉＯ２膜のエッチングやＯ２レジストアッシングの雰囲気に晒されるのを防止するため、ＳｉＯ２膜のエッチングストップ層としての役割も担うことになる。このようにＳｉＮ膜は拡散防止とエッ���ングストップ層としての機能が求められている。近年では、さらに配線間の寄生容量を低減するため、従来のＳｉＯ２の比誘電率４．１よりも比誘電率の低いＳｉＯＦやＳｉＯＣＨ、有機膜等が、広く検討されてきている。
【０００３】
ＳｉＯＣＨ膜の密着性及び酸化耐性、薬液耐性を向上させる方法の１つとして、特開２００２−２６１２１（特許文献１）にあるようにＳｉＯＣＨ膜をプラズマ処理して表面に改質層を形成する方法が知られている。また、特開２００３−０１７５６１（特許文献２）にあるように還元性ガスを用いたプラズマ処理を行う方法が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２―２６１２１号公報
【特許文献２】特開２００３−０１７５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳｉＯＣＨ膜は膜中にＣを含んでいるため、一般的に酸化耐性がＳｉＯ２よりも低い。このため、層間絶縁膜としてＳｉＯＣＨ膜を用いる場合、ドライエッチング後のＯ２ドライアッシングからＳｉＯＣＨ膜表面を保護するため、ＳｉＯ２等のＣを含まない膜をＳｉＯＣＨ膜表面に成膜してＳｉＯＣＨ膜の変質を抑制するようにしたＳｉＯ２/ＳｉＯＣＨといった積層構造にする方法が一般的にある。しかし、この場合、ＳｉＯＣＨ膜表面にあるＳｉ−ＣＨ３結合により、ＳｉＯ２/ＳｉＯＣＨ界面の密着性が弱く、界面での剥離膜剥がれが問題となっている。
【０００６】
一般的にプラズマＣＶＤによるＳｉＯ２膜のストレスは圧縮応力が働き、ＳｉＯＣＨ膜は引っ張り応力が働く。このため、ＳｉＯ２/ＳｉＯＣＨ界面ではそれぞれの膜の熱応力の違いにより熱処理時に界面で剥がれが発生しやすい問題がある。 
【０００７】
ＳｉＯＣＨ膜の密着性及び酸化耐性、薬液耐性を向上させる方法の１つとして特開２００２−２６１２１にあるようにＳｉＯＣＨ膜をプラズマ処理して表面に改質層を形成する方法が知られている。しかし、この場合、Ｏを含むプラズマにより処理をおこなうと、ＳｉＯＣＨがもともと酸化耐性が低いため、膜全体が変質してしまいやすく、深さ方向の制御が困難となる。また、特開２００３−０１７５６１では還元性ガスを用いたプラズマ処理をおこなっているが、Ｎ２やＮＨ３といったＮを含むガスを用いると膜が窒化されるため、これによる比誘電率の上昇がおこる。さらに、Ｈ２を用いた場合は、Ｓｉ−Ｈ結合が増えるが、熱的に不安定であるため、その後の処理によりＨが脱離し変質しやすく、また、Ｈは膜中に容易に拡散するため、深さ方向の制御が困難である。また、一般に改質層は表面のＣＨ３基が減少するため吸湿性に富む膜となっており、処理後の大気開放により吸湿することが問題となっている。
【０００８】
本発明の目的は、層間絶縁膜の密着性を向上させた半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために本発明の半導体装置は、下層から第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の構造の層間絶縁膜層を有することを要旨とする。
【００１０】
また、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜層と、前記層間絶縁膜層に形成された配線溝と、前記配線溝の内壁部を覆うバリア金属膜と、前記配線溝の内部を埋め込むＣｕ含有金属配線とを有する半導体装置において、前記層間絶縁膜層が下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有することを要旨とする。
【００１１】
また、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜層と、前記層間絶縁膜層に形成され下層金属配線に達する開孔と、前期開孔の内壁部を覆うバリア金属膜と、前期開孔の内部を埋め込むＣｕ含有金属プラグを有する半導体装置において、前記層間絶縁膜層が下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有することを要旨とする。
【００１２】
また、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜層と、前記層間絶縁膜層に形成された配線溝と、前記配線溝の底部から下層金属配線に達する開孔と、前記配線溝及び前記開孔の内壁部を覆うバリア金属膜と、前記配線溝及び前記開孔の内部を埋め込むＣｕ含有金属配線及びＣｕ含有金属プラグとを有する半導体装置において、前記層間絶縁膜層が下層から金属拡散防止絶縁膜、第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜の４層構造を有することを要旨とする。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、を有することを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子を有する半導体基板上に形成された絶縁膜上面に金属拡散防止絶縁膜を形成する工程と、前記金属拡散防止絶縁膜上面に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、前記ＳｉＯ２膜、前記第２のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜及び前記金属拡散防止絶縁膜を連通する配線溝を形成する工程と、前記配線溝内壁部及び前記ＳｉＯ２膜上面にバリア金属膜を形成する工程と、前記バリア金属膜表面上にＣｕ含有金属を形成して前記配線溝の内部を前記Ｃｕ含有金属で埋め込む工程と、前記ＳｉＯ２膜の上面に形成された前記Ｃｕ含有金属及び前記バリア金属膜を除去して前記配線溝にＣｕ含有金属配線を形成する工程と、を有することを要旨とする。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子を有する半導体基板上に形成された絶縁膜の溝部内に上面が露出する下層金属配線を形成する工程と、前記下層金属配線の上面及び前記絶縁膜上面に金属拡散防止絶縁膜を形成する工程と、前記金属拡散防止絶縁膜上面に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、前記下層金属配線上面が露出するように前記ＳｉＯ２膜、前記第２のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜及び前記金属拡散防止絶縁膜を連通する開孔を形成する工程と、前記開孔の内壁部及び前記ＳｉＯ２膜上面にバリア金属膜を形成する工程と、前記バリア金属膜表面上にＣｕ含有金属を形成して前記開孔の内部を前記Ｃｕ含有金属で埋め込む工程と、前記ＳｉＯ２膜の上面に形成された前記Ｃｕ含有金属及び前記バリア金属膜を除去して前記開孔にＣｕ含有金属プラグを形成する工程と、を有することを要旨とする。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子を有する半導体基板上に形成された絶縁膜の溝部内に上面が露出する下層金属配線を形成する工程と、前記下層金属配線の上面及び前記絶縁膜上面に金属拡散防止絶縁膜を形成する工程と、前記金属拡散防止絶縁膜上面に第１のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第１のＳｉＯＣＨ膜の上面に前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と、前記第２のＳｉＯＣＨ膜の上面にＳｉＯ２膜を形成する工程と、前記ＳｉＯ２膜の表面から前記ＳｉＯ２膜、前記第２のＳｉＯＣＨ膜及び前記第１のＳｉＯＣＨ膜のいずれかの膜の途中まで又はいずれかの膜の底部まで達する配線溝と前記配線溝の底部から前記下層金属配線上面に達する開孔とを形成する工程と、前記配線溝と前記開孔の内壁部及び前記ＳｉＯ２膜上面にバリア金属膜を形成する工程と、前記バリア金属膜表面上にＣｕ含有金属を形成して前記開孔の内部と前記配線溝の内部を前記Ｃｕ含有金属で埋め込む工程と、前記ＳｉＯ２膜の上面に形成された前記Ｃｕ含有金属及び前記バリア金属膜を除去して前記開孔と前記配線溝にＣｕ含有金属プラグとＣｕ含有金属配線を同時に形成する工程と、を有することを要旨とする。
【００１７】
ここで、Ｃｕ含有金属配線及びＣｕ含有金属プラグは、Ｃｕに加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、及びＦｅのうち少なくとも一つを含有してもよい。
【００１８】
また、バリア金属膜は、Ｔｉ、Ｔｉ化合物、Ｔａ、Ｔａ化合物のいずれかを用いた単層または積層の膜であってもよい。ここで、Ｔｉ化合物は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかであってもよく、Ｔａ化合物は、ＴａＮ、ＴａＳｉＮのいずれかであってもよい。
【００１９】
また、金属拡散防止絶縁膜は、少なくともＳｉＣＮＨ膜又はＳｉＣＨ膜のいずれか１層を含む単層又は２層以上の積層構造であってもよい。また、金属拡散防止絶縁膜は、下層よりＳｉＣＮＨ膜とＳｉＯＣＮＨ膜からなる積層構造、又はＳｉＣＮＨ膜とＳｉＣＨ膜からなる積層構造であってもよい。
【００２０】
また、第１のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度１０〜２０ａｔｏｍｓ％、Ｏ濃度２０〜３５ａｔｏｍｓ％、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％以上であり、かつ前記第２のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度が１０ａｔｏｍｓ％未満、Ｏ濃度３５ａｔｏｍｓ％より大きく、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％未満であることがより好ましい。
【００２１】
また、第２のＳｉＯＣＨ膜は、第１のＳｉＯＣＨ膜の表面を少なくともＨｅ又はＡｒのいずれか１つを含みＯ、Ｈ、Ｎを含まないガスを用いたプラズマ雰囲気で処理する工程と、その後Ｏを含むガスを用いた雰囲気で熱処理を行なうことにより前記第１のＳｉＯＣＨ膜表面を変質させる工程と、によって形成してもよい。ここで、Ｏを含むガスは、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＯ２のうち少なくとも１つを含んでもよい。
【００２２】
また、第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する工程と前記ＳｉＯ２膜を形成する工程とは、同一真空装置内で連続して行ってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
前記した構成によれば、つまり、上層よりＳｉＯ２膜/第２のＳｉＯＣＨ膜/第１のＳｉＯＣＨ膜の積層構造とし、第２のＳｉＯＣＨ膜の膜中のＣ濃度とＨ濃度を第１のＳｉＯＣＨより低くしかつＯ濃度を高くして、ＳｉＯ２と第１のＳｉＯＣＨ膜の中間の組成をもつ第２のＳｉＯＣＨ膜が中間に存在しているため、第２のＳｉＯＣＨ膜はＳｉＯ２及び第１のＳｉＯＣＨ膜の両方に対して優れた密着性を有し、層間絶縁膜全体の密着性が向上する。また中間の膜質の第２のＳｉＯＣＨ膜が介在することで、それぞれの膜の熱ストレスの違いによる界面でのストレス集中による剥がれが抑制できる。（図１）。
【００２４】
また、本発明では、第１のＳｉＯＣＨ膜表面を少なくともＨｅ又はＡｒのいずれか１つを含みＯ、Ｈ、Ｎを含まないガスを用いたプラズマ雰囲気で処理し、その後Ｏを含むガスを用いた雰囲気で熱処理を行なうことにより第１のＳｉＯＣＨ膜表面を変質させるため、酸化耐性の低いＳｉＯＣＨ膜に対しても深さ方向の制御が容易となり、また第２のＳｉＯＣＨ膜の形成とＳｉＯ２膜の成膜を装置内で連続的におこなうことで、水の吸湿が抑制されるため、さらに密着性が向上し、半導体装置の歩留まりや信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の第１の実施例の半導体装置の構造を示す断面図である。本実施例では本発明の層間絶縁膜構造によるシングルダマシン配線構造を形成した。
【００２７】
図１に示すように、本実施例の半導体装置は、半導体基板（不図示）上に形成された下地絶縁膜２０１上に形成された、Ｃｕ含有金属配線としてＣｕ配線を有する４層の積層構造の層間絶縁膜層（以下、配線層間絶縁膜層）、及びＣｕ含有金属プラグとしてＣｕプラグを有する４層の積層構造の層間絶縁膜層（以下、異層間絶縁膜層）の構成である。配線層間絶縁膜層は下層より、金属拡散防止絶縁膜としてＳｉＣＮＨ膜２０２、第１のＳｉＯＣＨ膜２０３、第１のＳｉＯＣＨ膜２０３よりＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜２０４、ＳｉＯ２膜２０５の４層構造となっており、そこに側面と底面がバリアメタル（バリア金属膜）としてＴａ／ＴａＮ膜２０７にて覆われたＣｕ配線２０８が形成されている。配線層間絶縁膜層及びＣｕ配線２０８の上面には、異層間絶縁膜層として、下層より、金属拡散防止絶縁膜としてＳｉＣＮＨ膜２０９、第１のＳｉＯＣＨ膜２１０、第１のＳｉＯＣＨ膜２１０よりＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜２１１、ＳｉＯ２膜２１２の４層構造の層間絶縁膜層が形成され、その異層間絶縁膜層に側面と底面がＴａ／ＴａＮ膜２１４にて覆われたＣｕプラグ２１５が順に形成されている。図１に示す構造の他、不図示のトランジスタ、ダイオード、抵抗、およびキャパシタなどから半導体装置が構成される。
【００２８】
次に、第１実施例の半導体装置の製造過程において、第２のＳｉＯＣＨ膜の形成およびＳｉＯ２膜の膜形成に用いられる平行平板型プラズマＣＶＤ装置について説明する。なお、ここでは、半導体基板上に膜形成する場合で説明する。
【００２９】
図２は第１実施例に用いられる平行平板型プラズマＣＶＤ装置の構成の一実施例を模式的に示す断面図である。本プラズマＣＶＤ装置は、半導体基板３０３上に成膜処理を行うための処理室３０７と、処理室内に載置された半導体基板３０３の温度を一定に保つためのヒータと下部平板電極となるサセプタ３０１と、半導体基板３０３を処理室に搬入し、処理室から搬出する搬送手段（不図示）と、処理室内の圧力を一定に保つための排気手段３０６と、処理室に複数種類の反応ガスを供給するためのガス供給部３０５と、処理室内に高周波を発生させるための高周波発生機３０４を制御するコンピュータとを備える構成である。 ガス供給部３０５は、数種類の反応ガスを供給するための複数のガス配管、およびガス流量制御手段を介して処理室３０７に接続されている。 処理室３０７には上部平板電極３０２と下部平板電極となるサセプタ３０１が対向して設けられ、上部平板電極３０２は上記高周波発生機３０４に接続されている。また、サセプタ（下部平板電極）３０１には上記ヒータが内蔵されている。高周波発生機３０４は、所定の周波数および高周波電力（ＲＦパワー）の高周波を上部平板電極３０２とサセプタ（下部平板電極）３０１の間に発生させる。
【００３０】
上記構成のプラズマＣＶＤ装置により、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する場合、サセプタ３０１上に載置された半導体基板３０３をヒータにより所望の温度にし、反応ガスの種類および流量を調節して処理室内を所望のガス雰囲気で所望の処理圧力にし、所望の高周波のＲＦパワーを印加することで処理室内に反応ガスのプラズマを発生させて、半導体基板３０３上にＳｉＯ２膜を形成する。 
【００３１】
次に、上記プラズマＣＶＤ装置を用いた、第１実施例の半導体装置の製造方法について説明する。 図３は第１実施例の半導体装置の製造工程手順を示す断面図である。 
【００３２】
トランジスタおよびキャパシタなどの半導体素子が形成された半導体基板（不図示）上の下地絶縁膜２０１上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＣＮＨ膜２０２を５０ｎｍ成膜する。次にプラズマＣＶＤ法もしくは塗布・焼成法により第１のＳｉＯＣＨ膜２０３を２５０ｎｍ成膜する。次に図２に示すＣＶＤ装置内にて、処理温度２００〜４５０℃、Ｈｅガス流量１０〜６０００ｓｃｃｍ、処理圧力１〜２０Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー５０〜５００Ｗの条件でＨｅプラズマに第１のＳｉＯＣＨ膜２０３をさらし、膜表面のＳｉ−Ｈ結合およびＳｉ−ＣＨ３結合の一部を分解させＳｉのダングリングボンドを形成する。さらに同一成膜室内において、処理温度２００〜４５０℃、Ｎ２Ｏガス流量１００〜６０００ｓｃｃｍ、処理圧力１〜２０Ｔｏｒｒの条件で熱酸化処理を行なうことにより第１のＳｉＯＣＨ膜２０３表面にＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜２０４を２０ｎｍ程度形成する。次に同一成膜室内において処理温度２００〜４５０℃、Ｎ２Ｏガス流量１００〜６０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量１０〜１０００ｓｃｃｍ、処理圧力１〜２０Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー５０〜５００Ｗの条件でＳｉＯ２膜２０５を成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、配線溝２０６を形成する（図３（ａ））。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すように、露出した下地絶縁膜２０１、およびＳｉＯ２膜２０５上に、バリアメタルとしてＴａ／ＴａＮ膜２０７を膜厚３０ｎｍで成膜し、成膜したＴａ／ＴａＮ膜２０７上に、電解メッキ法の陰極側下地層となるＣｕ層を膜厚１００ｎｍでスパッタリング法により成膜する。その後、電解メッキ法によりＣｕ層を配線溝２０６に埋め込んでから、結晶化のために２００〜４００℃の熱処理を行う。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２絶縁膜２０５上のＣｕ層およびＴａ／ＴａＮ膜２０７をＣＭＰ法により除去し、Ｃｕ配線２０８を形成する。次に、異層間絶縁膜層として配線層間絶縁膜層と同様の手順により、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＣＮＨ膜２０９を５０ｎｍ成膜、プラズマＣＶＤ法もしくは塗布・焼成法による第１のＳｉＯＣＨ膜２１０を２５０ｎｍ成膜、同一プラズマ装置内において第２のＳｉＯＣＨ膜２１１を２０ｎｍ形成、ＳｉＯ２膜２１２を１００ｎｍ成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、下層のＣｕ配線に達する開孔（ビア）２１３を形成する（図３（ｄ））。
【００３５】
次に、図３（ｅ）に示すように、バリアメタルとしてＴａ／ＴａＮ膜２１４を膜厚３０ｎｍで成膜し、成膜したＴａ／ＴａＮ膜２１４上に、電解メッキ法の陰極側下地層となるＣｕ層を膜厚１００ｎｍでスパッタリング法により成膜する。その後、電解メッキ法によりＣｕ層をビアに埋め込んでから、結晶化のために２００〜４００℃の熱処理を行う。次に、ＳｉＯ２絶縁膜２１２上のＣｕ層およびＴａ／ＴａＮ膜２１４をＣＭＰ法により除去し、Ｃｕプラグ２１５を形成した。
【００３６】
なお、第２のＳｉＯＣＨ膜を形成する方法について、Ｈｅガスを用いたプラズマ処理後、Ｎ２Ｏガスを用いた熱酸化による２ステップの形成方法をおこなっているが、Ｈｅガスの変わりにＡｒ等の不活性ガスで、雰囲気中にＯやＮ、Ｈを含まない雰囲気であればよく、また、熱酸化工程でＮ２Ｏを酸化ガスとして用いたがＯ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＯ２といったＯを含むガス雰囲気であれば同様の効果が得られる。
【００３７】
また、配線層間絶縁膜層および異層間絶縁膜層における下層膜としてＣｕの拡散防止を目的とした金属拡散防止絶縁膜として、ＳｉＣＮＨ膜を用いているが、ＳｉＣＨやＳｉＮＨでもよく、さらに上層のＳｉＯＣＨ膜との密着性向上のため、上層からＳｉＯＣＮＨ/ＳｉＣＮＨあるいはＳｉＣＨ/ＳｉＣＮＨ膜といった積層構造にするとさらによい。
【００３８】
また、上層のＳｉＯ２膜としてＳｉＨ４とＮ２Ｏを用いたＳｉＯ２膜を形成しているが、ＴＥＯＳ（テトラエトシキシラン）とＯ２あるいはＯ３を用いたＳｉＯ２を用いてもよい。
【００３９】
また、Ｃｕ含有金属配線及びＣｕ含有金属プラグの金属材料としてＣｕを用いた例を示したが、Ｃｕに加えてＳｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、およびＦｅのうち少なくとも一つを含有したＣｕ含有金属でもよく、これらの材料を含有することにより、本構造にて形成された半導体装置の配線寿命はさらに向上する。
【００４０】
また、バリアメタル（バリア金属膜）にＴａ／ＴａＮ膜を用いたが、バリアメタルは、Ｔｉ、Ｔｉ化合物、Ｔａ、Ｔａ化合物のいずれかを用いた単層または積層の膜であってもよい。ここで、Ｔｉ化合物は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮのいずれかであってもよく、Ｔａ化合物は、ＴａＮ、ＴａＳｉＮのいずれかであってもよい。この場合においても、金属配線における配線寿命を低減させることはない。
【００４１】
ここで、第２のＳｉＯＣＨ膜の形成方法において、本発明によるＨｅガスを用いたプラズマ処理によって形成した場合と、従来技術であるＮ２Ｏ、ＮＨ３、Ｈ２のそれぞれのプラズマ処理によって形成した場合との違いについて説明する。図４(ａ)、（ｂ）、（ｃ）はＳｉＯＣＨ膜を本発明と従来のプラズマ処理による方法を用いて、それぞれ処理をおこない、その膜質がどのように変化したか、膜収縮率、屈折率、ｋ値（比誘電率）をそれぞれ比較した結果である。これらの結果を見ると、従来の方法ではプラズマ処理によりＳｉＯＣＨ膜全体の変質が大きいため、膜収縮、屈折率の変化が大きく、これにともないｋ値が上昇している。これに対し、本発明による処理方法では処理前後による膜収縮、屈折率、ｋ値の変化はほとんど見られない。これは図５に示すＸＰＳの測定結果にあるように、測組成の変化が膜表面の２０ｎｍ程度のみに抑えられているためである。この違いは、従来の方法ではプラズマ処理による酸化、窒化又は還元をおこなっているため、ＳｉＯＣＨ膜内部のより深くまで達して膜が酸化、窒化又は還元されているのに対し、本発明では、Ｈｅプラズマにより表面近傍のＳｉ−Ｈ、Ｓｉ−ＣＨ３結合の１部を分解して、その後Ｏを含む雰囲気で熱処理をおこなう方法とすることにより、反応を表面近傍のみに制御しているためである。このように本発明方法を用いることで第２のＳｉＯＣＨ膜の膜厚制御が容易となり、ｋ値上昇を抑制できる。なお、図５では、Ｓｉ基板上に、５００ｎｍのＳｉＯＣＨ膜を形成し、上述した本発明の処理を施した場合を示した。
【００４２】
次に、第２のＳｉＯＣＨ膜形成とＳｉＯ２成膜を同一真空装置で連続しておこなうことによる効果について説明する。図６に、上層からＳｉＯ２/ＳｉＯＣＨの従来の構造、ＳｉＯ２成膜と第２のＳｉＯＣＨ膜を別装置でおこなったＳｉＯ２/第２のＳｉＯＣＨ/第１のＳｉＯＣＨの構造、第２のＳｉＯＣＨ膜形成とＳｉＯ２成膜を同一真空装置で連続して行ったＳｉＯ２/第２のＳｉＯＣＨ/第１のＳｉＯＣＨの構造について、４point Bendingによる密着性評価をおこなった結果である。これを見ると、ＳｉＯ２/ＳｉＯＣＨの従来の構造では密着性強度が２．０３しかないが、ＳｉＯ２成膜と第２のＳｉＯＣＨ膜を別装置でおこなったＳｉＯ２/第２のＳｉＯＣＨ/第１のＳｉＯＣＨの構造では５．４２まで向上しており、さらに、同一真空装置で連続して行ったＳｉＯ２/第２のＳｉＯＣＨ/第１のＳｉＯＣＨの構造では７．１６まで向上していた。同一真空装置で連続して行うことにより密着性強度が向上した理由は、第２のＳｉＯＣＨ膜形成後、大気放置すると、膜表面に水分が吸着するため、Ｓｉ−ＯＨ結合が形成され、第２のＳｉＯＣＨ膜とＳｉＯ２膜の密着性が低下するためである。図７にはＴＤＳによりＨ２Ｏのデガス量を比較した結果を示すが、同一真空装置で連続処理をおこなった方が、デガス量が少ないことがわかる。このように、第２のＳｉＯＣＨ膜形成とＳｉＯ２を同一真空装置で連続形成することにより、密着性が良好で、膜中の水分も少ない構造が形成可能となる。
【００４３】
次に膜中のＣ濃度と密着性強度の関係について説明する。図８は本発明によるＨｅプラズマの処理時間とＳｉＯ２との密着性強度、及び膜中のＣ濃度の関係について示している。この場合、処理時間１０秒以上で密着性強度はほぼ横ばいとなっており、このときＣ濃度としては１０％未満であることがかわる。このことから、密着性を向上するためには第２のＳｉＯＣＨ膜中のＣ濃度は１０％未満にすると良い。
【００４４】
第２のＳｉＯＣＨ膜中のＣ濃度を１０％未満にすると、そのＯ濃度は３５ａｔｏｍｓ％より大きく、Ｈ濃度は２５ａｔｏｍｓ％未満となり、第２のＳｉＯＣＨ膜をこのような組成にすることにより、より密着性を向上することができる。一方、第１のＳｉＯＣＨ膜の膜組成比は、Ｃ濃度１０〜２０ａｔｏｍｓ％、Ｏ濃度２０〜３５ａｔｏｍｓ％、Ｈ濃度２５ａｔｏｍｓ％以上とすることにより、低誘電率性を確保できる。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明の第２実施例について説明する。図９は本発明の半導体装置の第２の実施例の構造を示す断面図である。本実施例では本発明の層間絶縁膜構造によるデュアルダマシン配線構造を形成した。
【００４６】
図９に示すように、本実施例の半導体装置は、下層金属配線としての第１のＣｕ配線を有する５層の積層構造の層間絶縁膜層（以下、第１の配線層間絶縁膜層）、及びＣｕプラグと第２のＣｕ配線を有する５層の積層構造の層間絶縁膜層（以下、第２の配線層間絶縁膜層）で、半導体基板（不図示）上に成膜された下地絶縁膜上に形成された構成である。第１の配線層間絶縁膜層は下層より金属拡散防止絶縁膜であるＳｉＣＮＨ膜２０２とＳｉＯＣＮＨ膜２１７、第１のＳｉＯＣＨ膜２０３、第１のＳｉＯＣＨ膜２０３よりＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜２０４、ＳｉＯ２膜２０５の５層構造の絶縁膜となっており、その絶縁膜の溝部内に側面と底面がバリアメタルであるＴａ／ＴａＮ膜２０７にて覆われ上面が露出した第１のＣｕ配線２１６が形成されている。また、第２の配線層間絶縁膜層は、下層より金属拡散防止絶縁膜であるＳｉＣＮＨ膜２０９とＳｉＯＣＮＨ膜２１８、第１のＳｉＯＣＨ膜２１０、第１のＳｉＯＣＨ膜２１０よりＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜２１１、ＳｉＯ２膜２１２の５層構造となっており、そこに側面と底面がバリアメタルであるＴａ／ＴａＮ膜２１４にて覆われたＣｕプラグと第２のＣｕ配線２１９が形成されている。ここで、第２のＣｕ配線は、図９では第２の配線層間絶縁膜層のＳｉＯ２膜２１２の表面から第１のＳｉＯＣＨ膜２１０の途中の位置まで形成されている例を示したが、表面から第２の配線層間絶縁膜層の中のＳｉＯ２膜、第２のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜のいずれかの膜の途中又はいずれかの膜の底部の位置までであればどの位置でもよい。Ｃｕプラグは、第２のＣｕ配線と下層金属配線である第１のＣｕ配線２１６をＴａ／ＴａＮ膜２１４を介して接続している。図９に示す構造の他、不図示のトランジスタ、ダイオード、抵抗、およびキャパシタなどから半導体装置が構成される。
【００４７】
次に、本発明の第２実施例の半導体装置の製造方法について説明する。図１０は第２実施例の半導体装置の製造工程手順を示す断面図である。
【００４８】
トランジスタおよびキャパシタなどの半導体素子が形成された半導体基板（不図示）上の下地絶縁膜２０１上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＣＮＨ膜２０２を５０ｎｍ成膜し、次いで、ＳｉＯＣＮＨ膜２１７を１０ｎｍ成膜する。次にプラズマＣＶＤ法もしくは塗布・焼成法により第１のＳｉＯＣＨ膜２０３を２５０ｎｍ成膜する。次に図２に示すＣＶＤ装置内にて、処理温度２００〜４５０℃、Ｈｅガス流量１０〜６０００ｓｃｃｍ、処理圧力１〜２０Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー５０〜５００Ｗの条件でＨｅプラズマに第１のＳｉＯＣＨ膜をさらし、膜表面のＳｉ−Ｈ結合およびＳｉ−ＣＨ３結合の一部を分解させＳｉのダングリングボンドを形成する。次に同一成膜室内において、処理温度２００〜４５０℃、Ｎ２Ｏガス流量１００〜６０００ｓｃｃｍ、処理圧力１〜２０Ｔｏｒｒの条件で熱酸化処理を行なうことにより第１のＳｉＯＣＨ膜２０３表面にＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜２０４を２０ｎｍ程度形成する。さらに同一成膜室内において処理温度２００〜４５０℃、Ｎ２Ｏガス流量１００〜６０００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量１０〜１０００ｓｃｃｍ、処理圧力１〜２０Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー５０〜５００Ｗの条件でＳｉＯ２膜２０５を成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、配線溝を形成する。次に、露出した下地絶縁膜１、およびＳｉＯ２膜上に、バリアメタルとしてＴａ／ＴａＮ膜２０７を膜厚３０ｎｍで成膜し、成膜したＴａ／ＴａＮ膜２０７上に、電解メッキ法の陰極側下地層となるＣｕ層を膜厚１００ｎｍでスパッタリング法により成膜する。その後、電解メッキ法により配線溝に埋め込んでから、結晶化のために２００〜４００℃の熱処理を行う。次に、ＳｉＯ２絶縁膜２０５上のＣｕ層およびＴａ／ＴａＮ膜２０７をＣＭＰ法により除去し、第１のＣｕ配線２１６を形成する (図１０（ａ）) 。
【００４９】
次に、第１の配線層間絶縁膜層と同様の手順により、ＳｉＣＮＨ膜厚２０９を５０ｎｍ、ＳｉＯＣＮＨ膜２０８を１０ｎｍ、第１のＳｉＯＣＨ膜２１０を５００ｎｍ、同一プラズマ装置内において第２のＳｉＯＣＨ膜２１１を２０ｎｍとＳｉＯ２膜２１２を１００ｎｍ順次成膜することにより、第２の配線層間絶縁膜層を形成する。次に、フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて、下層のＣｕ配線に達するビアを形成する。次に フォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いてビアを含めた領域に第２の配線溝を形成する。次に、バリアメタルとしてＴａ／ＴａＮ膜２１４を３０ｎｍ成膜し、成膜したＴａ／ＴａＮ膜２１４上に、電解メッキ法の陰極側下地層となるＣｕ層を膜厚１００ｎｍでスパッタリング法により成膜する。その後、電解メッキ法によりＣｕ層をビアと配線溝に埋め込んでから、結晶化のために２００〜４００℃の熱処理を行う。次に、ＳｉＯ２絶縁膜２１２上のＣｕ層およびＴａ／ＴａＮ膜２１４をＣＭＰ法により除去し、Ｃｕプラグと第２のＣｕ配線２１９を同時に形成した（図１０（ｂ））。
【００５０】
ここではデュアルダマシン形成方法としてビアの開孔をおこなってから第２の配線溝を形成するビアファーストと呼ばれる手法を用いたが、第２の配線溝を形成して、その後配線溝の底部から下層金属配線に達するビアの開孔をおこなうトレンチファースト法でもよい。また、第１のＳｉＯＣＨ膜中にエッチングストッパ層となるＳｉＣＨ膜もしくはＳｉＣＮＨ膜を挿入し、前記エッチングストッパ層を先に加工してから配線溝とビア開孔を同時におこなうミドルファーストという手法を用いても良い。
【００５１】
また、本発明は、層間絶縁膜構造が下層から第１のＳｉＯＣＨ膜、前記第１のＳｉＯＣＨ膜よりも膜中のＣ濃度とＨ濃度が低くＯ濃度が高い第２のＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯ２膜であれば、密着性にすぐれた、低誘電率の層間絶縁膜を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施例の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】第１実施例に用いられる平行平板型プラズマＣＶＤ装置の構成の一実施例を模式的に示す断面図である。
【図３】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による処理条件と、従来の手法により、ＳｉＯＣＨ膜がどのように変化したかを示す実験データ図である。
【図５】本発明の第１実施例により形成された第２のＳｉＯＣＨ膜が２０ｎｍ程度の薄膜であることを示すＸＰＳによる実験データ図である。
【図６】本発明の第１実施例により形成されたＳｉＯ２/第２のＳｉＯＣＨ膜/第１のＳｉＯＣＨ膜と従来構造の密着性強度を比較した実験データ図である。
【図７】本発明の第１実施例により形成された上層よりＳｉＯ２/第２のＳｉＯＣＨ膜/第１のＳｉＯＣＨ膜の構造と従来構造との膜中からの水の昇温脱離量を比較した実験データ図である。
【図８】本発明の第１実施例によるＨｅプラズマ処理時間と密着性強度、膜中Ｃ濃度の関係を示した実験データ図である。
【図９】第２実施例の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１０】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】従来構造の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１、２０１    下地絶縁膜 
１０２、１０６    ＳｉＮ膜 
１０３、１０７、２０５、２１２    ＳｉＯ２膜 
１０４、１０８、２０７、２１４    Ｔａ／ＴａＮ膜
１０５、２０８    Ｃｕ配線
１０９、２１５    Ｃｕプラグ
２０２、２０９    ＳｉＣＮＨ膜
２０３、２１０    第１のＳｉＯＣＨ膜
２０４、２１１    第２のＳｉＯＣＨ膜
２０６    配線溝
２１３    ビア（開孔）
２１６    第１のＣｕ配線
２１７、２１８    ＳｉＯＣＮＨ膜
２１９    第２のＣｕ配線とＣｕプラグ
３０１    サセプタ
３０２    上部平板電極
３０３    半導体基板
３０４    高周波発生機
３０５    ガス供給部
３０６    排気手段
３０７    処理室
【図１】
2004253790.tif 000003
【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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