(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の絶縁膜に形成された銅配線における露出部位に、窒素を含む層を形成する工程と、
シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を有する有機シリコン化合物を原料として用いて、プラズマＣＶＤ法により、前記窒素を含む層の上に層間絶縁膜を形成する工程とを備え、
前記層間絶縁膜は、有機分子同士がプラズマでラジカル重合することにより結合を作ることになり、重合した前記有機分子部位とシロキサン部位とが交互に結合された主鎖を有し、前記シロキサン部位が前記有機分子部位によって３次元的に囲まれた膜構造を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒素を含む層を形成する工程は、ＳｉＣＮよりなる層を形成する工程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。
【請求項３】
前記窒素を含む層を形成する工程は、窒素を含む雰囲気下でのプラズマ処理により、前記露出部位を窒化することによって形成され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。
【請求項４】
前記窒素を含む雰囲気下でプラズマ処理する際に、前記窒素を含む層を形成する工程は、不活性ガスを希釈ガスとして用いて行なわれることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記窒素を含む雰囲気は、窒素含有化合物を含む雰囲気であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記窒素含有化合物は、アンモニア、又はアミン誘導体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記窒素を含む層を形成する工程は、前記露出部位に窒素をイオン注入することによって形成され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。
【請求項８】
前記有機シリコン化合物は、エチル基、プロピル基、ブチル基（含シクロブチル基）、ペンチル基（含シクロペンチル基）、へキシル基（含シクロへキシル基）、ビニル基、ビニル基の誘導体、フェニル基、及びフェニル基の誘導体からなる有機基群のうちのいずれかを有していることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
基板上の絶縁膜に形成された銅配線における露出部位に形成された窒素を含む層と、
前記窒素を含む層の上に、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を有する有機シリコン化合物を原料として用いて、プラズマＣＶＤ法によって形成された層間絶縁膜とを備え、
前記層間絶縁膜は、有機分子同士がプラズマでラジカル重合することにより結合を作ることになり、重合した前記有機分子部位とシロキサン部位とが交互に結合された主鎖を有し、前記シロキサン部位が前記有機分子部位によって３次元的に囲まれた膜構造を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記有機シリコン化合物は、エチル基、プロピル基、ブチル基（含シクロブチル基）、ペンチル基（含シクロペンチル基）、へキシル基（含シクロへキシル基）、ビニル基、ビニル基の誘導体、フェニル基、及びフェニル基の誘導体からなる有機基群のうちのいずれかを有していることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関し、特に、低誘電率であって且つ銅イオンの拡散を防止する機能を有する絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、銅配線を有する超ＬＳＩ（Large Scale Integration）において、銅拡散防止膜として用いられる絶縁膜としては、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣ膜、又はＳｉＣＯ膜などが知られているが、いずれの絶縁膜も４以上の高い比誘電率を有している。このため、多層配線構造において、層間絶縁膜として低誘電率膜を用いたとしても、前述の銅拡散防止膜としての絶縁膜の比誘電率の影響が支配的になる。したがって、多層配線構造を構成する低誘電率膜よりなる層間絶縁膜によって比誘電率を低減する効果は、前述の銅拡散防止膜としての絶縁膜の比誘電率によって相殺されてしまい、多層配線全体の実効的な比誘電率については十分に低い値が実現されていない状況である。
【０００３】
このような問題に対応するためには、銅拡散防止膜として用いる絶縁膜の比誘電率を低減すること、又は低誘電率膜よりなる層間絶縁膜に銅拡散防止膜としての機能を持たせることが必要となってきている。
【０００４】
銅拡散防止膜の比誘電率を低減するための従来技術としては、トリメチルビニルシランを用いたプラズマＣＶＤ法によってＳｉＣＮ膜を形成する方法が報告されているが、該ＳｉＣＮ膜の比誘電率は４である。また、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテンを用いたプラズマＣＶＤ法によって、銅拡散防止膜の機能を有する低誘電率の層間絶縁膜を形成する方法が報告されているが、該低誘電率膜の比誘電率は２．７程度である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、まず、トリメチルビニルシロキサンを用いて形成された銅拡散防止膜としてのＳｉＣＮ膜の場合、その比誘電率は４であって、比誘電率の値としては高いという問題がある。
【０００６】
また、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテンを用いて形成された銅拡散防止膜の機能を有する低誘電率の層間絶縁膜の場合、原料のジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテン原料の化学構造が複雑なため高価である。
【０００７】
また、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテンを用いたプラズマＣＶＤ法による堆積を行なうためには原料を加熱によって気化させる必要があり、その気化のためには１５０℃以上の温度が必要とされる。そして、原料のジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテンは、例えば１５０℃以上の加熱によって重合しやすい原料、つまり熱重合性の高い原料であるので、原料が気化器内で重合し、気化器内で固体又は液体が生成されて配管の目詰まりなどが生じ、その結果、ＣＶＤ装置の稼働率の低下を招いている。
【０００８】
また、原料のジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテンは、熱重合性の原料であり、熱安定性が低い。さらに、この原料は２官能性のモノマーよりなるので、該モノマーを用いてプラズマＣＶＤ法によって形成される重合膜は、基本的に、直鎖状のポリマーによって構成されることになる。このため、ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテンを原料として用いたプラズマＣＶＤ法によって形成された層間絶縁膜は、機械的強度（弾性率、硬度）が低いために、多層配線構造における層間絶縁膜として集積化することが困難である。
【特許文献１】特許第３１９０８８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述の問題を解決する方法として、化学構造が単純であって且つ熱重合性がない２官能以上の置換基を有するジシロキサン誘導体を用いて、安価であって且つ製造装置の稼働率の低下を生じさせない製法により、低誘電率（比誘電率２．５）であって且つ熱安定性の高い、銅イオンの拡散防止機能を有する層間絶縁膜を形成する方法、さらには、３官能以上のジシロキサン誘導体を用いて３次元的な重合を行なうことにより、機械的強度にも優れた銅イオンの拡散防止機能を有する層間絶縁膜を形成する方法が提案されている。
【００１０】
化学構造が単純であって且つ熱重合性がない２官能以上の置換基を有するジシロキサン誘導体を用いて、プラズマＣＶＤ法によって形成された銅イオンの拡散防止機能を有する層間絶縁膜では、有機部位に囲まれたシロキサン部位が銅イオンの捕獲部位として機能する。したがって、シロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が形成されることが、銅イオンの拡散防止機能を果たす必須条件である。
【００１１】
しかしながら、プラズマＣＶＤ法による層間絶縁膜の成膜初期過程では、銅イオンの捕獲部位となるシロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が出来上がっていないために、成膜プロセスに加わる熱により、層間絶縁膜における下層に形成された銅配線から銅イオンが拡散しやすい。したがって、銅イオンの拡散防止機能を持つ層間絶縁膜であっても、成膜初期過程では、銅イオンの拡散を防止することが十分ではなく、銅イオンの拡散防止膜としての信頼性の低下を招くという問題がある。
【００１２】
前記に鑑み、本発明の目的は、銅イオンの拡散防止機能を持つ低誘電率の層間絶縁膜の成膜初期における銅配線からの銅イオンの拡散を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法は、基板上の絶縁膜に形成された銅配線における露出部位に、窒素を含む層を形成する工程と、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を有する有機シリコン化合物を原料として用いて、プラズマＣＶＤ法により、窒素を含む層の上に層間絶縁膜を形成する工程とを備える。
【００１４】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法によると、層間絶縁膜を形成する前に窒素を含む層を形成するので、層間絶縁膜の成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を防止することができる。また、層間絶縁膜による比誘電率の効果が窒素を含む層の比誘電率によって相殺されることなく、多層配線構造における実効的な比誘電率として優れた値を実現することができる。さらに、多層配線構造において、窒素を含む層及び銅イオンの拡散防止機能を持つ層間絶縁膜により、銅配線からの銅イオンの拡散を完全に防止することができる。
【００１５】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、窒素を含む層を形成する工程は、ＳｉＣＮよりなる層を形成する工程であることが好ましい。
【００１６】
このようにすると、成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を確実に防止することができる。
【００１７】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、窒素を含む層を形成する工程は、不活性ガスを希釈ガスとして用いて行なわれることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、プラズマの生成が容易になるので、窒素を含む層を容易に形成することができる。
【００１９】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、窒素を含む層を形成する工程は、窒素を含む雰囲気下でのプラズマ処理を用いて、露出部位を窒化することによって形成されることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を確実に防止することができる。
【００２１】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、窒素を含む層を形成する工程は、窒素含有化合物を含む雰囲気下でのプラズマ処理を用いて、露出部位を窒化することによって形成されることによって形成されることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を確実に防止することができる。
【００２３】
この場合、窒素含有化合物として、アンモニア、又はアミン誘導体を用いることができる。
【００２４】
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、窒素を含む層を形成する工程は、露出部位に窒素をイオン注入することによって形成されることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を確実に防止することができる。
【００２６】
本発明の一側面に係る半導体装置は、基板上の絶縁膜に形成された銅配線における露出部位に形成された窒素を含む層と、窒素を含む層の上に、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を有する有機シリコン化合物を原料として用いて、プラズマＣＶＤ法によって形成された層間絶縁膜とを備える。
【００２７】
本発明の一側面に係る半導体装置によると、窒素を含む層が層間絶縁膜の下地層として形成されているので、層間絶縁膜の成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を防止することができる。また、層間絶縁膜による比誘電率の効果が窒素を含む層の比誘電率によって相殺されることなく、多層配線構造における実効的な比誘電率として優れた値を実現することができる。さらに、多層配線構造において、窒素を含む層及び銅イオンの拡散防止機能を持つ層間絶縁膜により、銅配線からの銅イオンの拡散を完全に防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、銅イオンの拡散防止機能を持つ低誘電率の層間絶縁膜の成膜初期過程における銅配線からの銅イオンの拡散を防止することができる。多層配線構造における実効的な比誘電率として優れた値を実現することができる。その結果、半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、図示しない半導体基板の上に形成された低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）よりなる第１の層間絶縁膜１中に、ビアホール１ａと該ビアホール１ａに連通する配線溝１ｂとからなるデュアルダマシン配線溝となる凹部１ｃを形成する。その後、該凹部１ｃの壁部及び底部にバリア膜２を形成し、第１の層間絶縁膜１と後述する配線プラグ３ａ及び銅配線３ｂとが直接接することを防止する。その後、バリア膜２が形成された凹部１ｃの内部に銅を埋め込むと共にＣＭＰ法によって余分な銅を研磨除去することにより、ビアホール１ａに配線プラグ３ａを形成すると共に配線溝１ｂに銅配線３ｂを形成する。なお、ここでは、デュアルダマシン法を用いて配線プラグ３ａ及び銅配線３ｂを形成する場合について説明したが、シングルダマシン法を用いることもできる。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、第１の層間絶縁膜１及び銅配線３ｂの上に、ＳｉＣＮ膜４ａを２ｎｍ分形成する。
【００３３】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＳｉＣＮ膜４ａの上に、銅イオンの拡散防止機能を有する低誘電率の第２の層間絶縁膜５を形成する。ここで、第２の層間絶縁膜５の形成方法ついて具体的に説明する。
【００３４】
第２の層間絶縁膜５は、例えば図２に概略構成を示す一般的な平行平板型カソードカップル型（陰極結合型）プラズマＣＶＤ装置を用いることによって形成される。また、ＣＶＤ原料としては、有機シリコン化合物、ここでは、例えば１,３-ジフェニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンを用いる。
【００３５】
まず、加圧容器１０ａ中に、ＣＶＤ原料として、１,３-ジフェニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンを用い、ガス供給管１ａを介して充填する。続いて、加圧容器１０ａに充填された１,３-ジフェニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンを、Ｈｅによって気化器１１ａに圧送し、該気化器１１ａにて１８０℃で気化する。そして、気化した１,３-ジフェニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンを成膜チャンバー１２内に導入する。なお、成膜チャンバー１２内では、その底部に下部電極１２ａが設置されていると共に、その上部に上部電極１２ｂが設置されており、被成膜基板２ａを、下部電極１２ａの上に設置された基板指示部１２ｃの上に搭載している。また、成膜チャンバー１２内における下部電極１２ａの側には、反応後のガス又は反応に充分関与しなかったガスなどの排気を順次行なえるように排気口１２ｄが設けられている。
【００３６】
本実施形態では、成膜チャンバー１２内の圧力が４００Ｐａ及び基板温度が４００℃である条件下で、成膜チャンバー１２内に１,３-ジフェニル−１，１，３，３-テトラメチルジシロキサンを導入流量０．１ｇ／ｍｉｎにて導入しながら、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）電源１３によって下部電極１２ａ及び上部電極１２ｂに０．２Ｗ／ｃｍ2 の電力をかけてプラズマ重合を行なった。プラズマ重合において、ＣＶＤ原料として用いた１,３-ジフェニル−１，１，３，３-テトラメチルジシロキサンは、プラズマによって例えばフェニル基がラジカル化されて、ラジカル化されたフェニル基がテトラメチルシランと共重合する。このようにして、優れた銅イオンの拡散防止機能を持つ低誘電率（比誘電率２．５）の第２の層間絶縁膜５が形成される。すなわち、第２の層間絶縁膜５は、シロキサン部位と有機分子部位とが交互に結合された主鎖を有し、有機ポリマーのネットワーク中にシロキサン結合が分散された膜構造を有しているので、銅イオンの拡散防止機能に優れている。なお、１，３−ジフェニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンは、１８０℃の加熱によって気化されても熱重合されにくいため、モノマーの状態で成膜チャンバー１２に導入可能であるので、目詰まり等による装置の稼働率低下を防ぐことができる。
【００３７】
ここでは、ＣＶＤ原料となるジシロキサンのシリコンに結合する有機基が、フェニル基とメチル基である場合を例に説明した。この点、アルキル基はラジカルが不安定になる傾向があり、アルキル基を用いる場合にはシリコンと有機基との結合解裂を起こしやすくラジカル重合における収率が低くなる場合があるが、ジシロキサンのシリコンに結合する有機基として、エチル基、プロピル基、ブチル基（含シクロブチル基）、ペンチル基（含シクロペンチル基）、へキシル基（含シクロへキシル基）、ビニル基、ビニル基の誘導体、フェニル基、及びフェニル基の誘導体からなる有機基群のうちのいずれかを少なくとも用いれば、その有機基群のいずれもメチル基に比べてラジカル化されやすいため、ラジカル重合による膜の形成が有利であり、有機ポリマーのネットワーク中にシロキサン結合が分散された膜構造を形成することが十分可能である。特に、ビニル基、フェニル基、及びフェニル基の誘導体は、電子の授受が容易なπ結合を有するので、プラズマ励起ラジカル重合にとってより有効である。
【００３８】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、成膜初期過程における銅配線３ｂからの銅イオンの拡散を防止すると共に、多層配線構造における実効的な比誘電率の低下を防ぐことができる。すなわち、第２の層間絶縁膜５は、その成膜初期過程では、銅イオンの捕獲部位となるシロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が出来上がっていないために、成膜プロセスに加わる熱によって銅配線３ｂから銅イオンが拡散しやすなる。よって、ここで銅イオンの拡散防止機能が弱いが、第２の層間絶縁膜５の形成前にＳｉＣＮ膜を形成しておくことにおり、成膜初期過程における銅イオンの拡散を防止することができる。そして、第２の層間絶縁膜５の成膜初期過程が過ぎると、シロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が形成されるので、銅配線３ｂから銅イオンが拡散することを防止することができる。また、ＳｉＣＮ膜４ａの膜厚は、第２の層間絶縁膜５の膜厚に比べて非常に薄いので、多層配線構造における実効的な比誘電率がＳｉＣＮ膜４ａの比誘電率に支配されることがない。このため、多層配線構造において、実効的な比誘電率を低減することができる。
【００３９】
したがって、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いれば、多層配線構造において、ＳｉＣＮ膜４ａ及び第２の層間絶縁膜５によって銅配線３ｂからの銅イオンの拡散を完全に防止することができると共に、多層配線構造における実効的な比誘電率として低い値を実現することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、銅イオンの拡散防止機能を重視してＳｉＣＮ膜４ａを用いたが、該ＳｉＣＮ膜４ａの代わりに、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣ膜、又はＳｉＣＯ膜などを形成してもよい。
【００４１】
（第２の実施形態）
まず、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４２】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示すように、図示しない半導体基板の上に形成された低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）よりなる第１の層間絶縁膜１中に、ビアホール１ａと該ビアホール１ａに連通する配線溝１ｂとからなるデュアルダマシン配線溝となる凹部１ｃを形成する。その後、該凹部１ｃの壁部及び底部にバリア膜２を形成し、第１の層間絶縁膜１と後述する配線プラグ３ａ及び銅配線３ｂとが直接接することを防ぐ。その後、バリア膜２が形成された凹部１ｃの内部に銅を埋め込むと共にＣＭＰ法によって余分な銅を研磨除去することにより、ビアホール１ａに配線プラグ３ａを形成すると共に配線溝１ｂに銅配線３ｂを形成する。なお、ここでは、デュアルダマシン法を用いて配線プラグ３ａ及び銅配線３ｂを形成する場合について説明したが、シングルダマシン法を用いることもできる。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、窒素を含む雰囲気下でのプラズマ処理により、銅配線３ｂにおける露出した部位を窒化して、銅配線３ｂにおける表面にプラズマ窒化層４ｂを形成する。ここでは、窒素を含む雰囲気下でプラズマ処理を行なう場合について説明したが、プラズマの生成が容易になるように、希釈ガスとして、ヘリウム又はアルゴンなどの不活性ガスを添加して窒素プラズマ処理を行なってもよい。また、窒素の代わりに、モノメチルシラン、ジメチルアミン、トリメチルアミンなどのアミン誘導体を用いることによっても、後述と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、プラズマ窒化層４ｂ及び第１の層間絶縁膜１の上に、銅イオンの拡散防止機能を有する低誘電率の第２の層間絶縁膜５を形成する。なお、第２の層間絶縁膜５の形成方法及びその方法によって得られる第２の層間絶縁膜５による効果などについては、前述した第１の実施形態での説明と同様である。
【００４６】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、成膜初期過程における銅配線３ｂからの銅イオンの拡散を防止すると共に、多層配線構造における実効的な比誘電率の低下を防ぐことができる。すなわち、第２の層間絶縁膜５は、その成膜初期過程では、銅イオンの捕獲部位となるシロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が出来上がっていないために、成膜プロセスに加わる熱によって銅配線３ｂから銅イオンが拡散しやすくなる。よって、ここで銅イオンの拡散防止機能が弱いが、第２の層間絶縁膜５の形成前にプラズマ窒化層４ｂを形成しておくことにおり、成膜初期過程における銅イオンの拡散を防止することができる。そして、第２の層間絶縁膜５の成膜初期過程が過ぎると、シロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が形成されるので、銅配線３ｂから銅イオンが拡散することを防止することができる。また、プラズマ窒化層４ｂの膜厚は、第２の層間絶縁膜５の膜厚に比べて非常に薄いので、多層配線構造における実効的な比誘電率がプラズマ窒化層４ｂの比誘電率に支配されることがない。このため、多層配線構造において、実効的な比誘電率を低減することができる。
【００４７】
したがって、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いれば、多層配線構造において、プラズマ窒化層４ｂ及び第２の層間絶縁膜５によって銅配線３ｂからの銅イオンの拡散を完全に防止することができると共に、多層配線構造における実効的な比誘電率として低い値を実現することができる。その結果、半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
まず、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【００５０】
まず、図４（ａ）に示すように、図示しない半導体基板の上に形成された低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）よりなる第１の層間絶縁膜１中に、ビアホール１ａと該ビアホール１ａに連通する配線溝１ｂとからなるデュアルダマシン配線溝となる凹部１ｃを形成する。その後、該凹部１ｃの壁部及び底部にバリア膜２を形成し、第１の層間絶縁膜１と後述する配線プラグ３ａ及び銅配線３ｂとが直接接することを防ぐ。その後、バリア膜２が形成された凹部１ｃの内部に銅を埋め込むと共にＣＭＰ法によって余分な銅を研磨除去することにより、ビアホール１ａに配線プラグ３ａを形成すると共に配線溝１ｂに銅配線３ｂを形成する。なお、ここでは、デュアルダマシン法を用いて配線プラグ３ａ及び銅配線３ｂを形成する場合について説明したが、シングルダマシン法を用いることもできる。
【００５１】
次に、図４（ｂ）に示すように、銅配線３ａにおける露出した部位に、窒素イオンを注入することにより、銅配線３ｂにおける表面に窒素イオン注入層４ｃを形成する。
【００５２】
次に、図４（ｃ）に示すように、窒素イオン注入層４ｃ及び第１の層間絶縁膜１の上に、銅イオンの拡散防止機能を有する低誘電率の第２の層間絶縁膜５を形成する。なお、第２の層間絶縁膜５の形成方法及びその方法によって得られる第２の層間絶縁膜５による効果などについては、前述した第１の実施形態での説明と同様である。
【００５３】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、成膜初期過程における銅配線３ｂからの銅イオンの拡散を防止すると共に、多層配線構造における実効的な比誘電率の低下を防ぐことができる。すなわち、第２の層間絶縁膜５は、その成膜初期過程では、銅イオンの捕獲部位となるシロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が出来上がっていないために、成膜プロセスに加わる熱によって銅配線３ｂから銅イオンが拡散しやすなる。よって、ここで銅イオンの拡散防止機能が弱いが、第２の層間絶縁膜５の形成前に窒素イオン注入層４ｃを形成しておくことにおり、成膜初期過程における銅イオンの拡散を防止することができる。そして、第２の層間絶縁膜５の成膜初期過程が過ぎると、シロキサン部位が有機部位によって３次元的に囲まれた構造が形成されるので、銅配線３ｂから銅イオンが拡散することを防止することができる。また、窒素イオン注入層４ｃの膜厚は、第２の層間絶縁膜５の膜厚に比べて非常に薄いので、多層配線構造における実効的な比誘電率が窒素イオン注入層４ｃの比誘電率に支配されることがない。このため、多層配線構造において、実効的な比誘電率を低減することができる。
【００５４】
したがって、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いれば、多層配線構造において、窒素イオン注入層４ｃ及び第２の層間絶縁膜５によって銅配線３ｂからの銅イオンの拡散を完全に防止することができると共に、多層配線構造における実効的な比誘電率として低い値を実現することができる。その結果、半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、本発明は、多層配線構造において、銅イオンの拡散防止機能を持つ低誘電率膜を形成する方法などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いるＣＶＤ装置の構成概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  第１の層間絶縁膜
１ａ  ビアホール
１ｂ  配線溝
１ｃ  デュアルダマシン配線溝
２  バリア膜
３ａ  配線プラグ
３ｂ  銅配線
４ａ  ＳｉＣＮ膜
４ｂ  プラズマ窒化層
４ｃ  窒素イオン注入層
【図１】
0004701017.tif 000002
【図２】
0004701017.tif 000003
【図３】
0004701017.tif 000004
【図４】
0004701017.tif 000005