(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成された基板と、該半導体素子相互を接続する金属配線と、該金属配線の少なくとも一部を被覆する絶縁性拡散障壁層とを有する半導体装置において、
上記金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、該銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が上記絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、
上記絶縁性拡散障壁層が、窒素を含有する酸化シリコンであり、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子が形成された基板と、該半導体素子相互を接続する金属配線と、該金属配線の少なくとも一部を被覆する絶縁性拡散障壁層とを有する半導体装置において、
上記金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、該銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が上記絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、
上記絶縁性拡散障壁層は、一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（式中ｎは１〜３の範囲の整数、Ｒはアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされるアルコキシシランと、酸化性ガスとを少なくとも含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により形成された窒素を含有する酸化シリコンであり、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体素子が形成された基板と、該半導体素子相互を接続する第１の金属配線と、該第１の金属配線の少なくとも上面を被覆する絶縁性拡散障壁層と、該絶縁性拡散障壁層を被覆する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜を被覆する中間ストッパ膜と、該中間ストッパ膜を被覆する第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜を被覆する保護絶縁膜と、上記第１の金属配線に対して電気的な接続を確保するために形成された、上記絶縁性拡散障壁層，上記第１の絶縁膜，上記中間ストッパ膜、上記第２の絶縁膜および上記保護絶縁膜に設けられた開口部に充填された第２の金属配線を有する半導体装置において、
上記絶縁性拡散障壁層と接する上記第１の金属配線の一部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、該銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が上記絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、
上記絶縁性拡散障壁層が、窒素を含有する酸化シリコンであり、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、
該金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（式中ｎは１〜３の範囲の整数、Ｒはアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされるアルコキシシランと、酸化性ガスとを少なくとも含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により、窒素を含有する酸化シリコンである絶縁性拡散障壁層を形成し、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％となすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記酸化性ガスは、少なくともＮＯ，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，ＣＯ及びＣＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含む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】
半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、
該金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、無機シランガスまたは有機シランガスと、酸化窒素ガスまたは酸素原子を含むガスと窒素原子を含むガスの混合ガス、とを用いてプラズマＣＶＤ法により、窒素を含有する酸化シリコンである絶縁性拡散障壁層を形成し、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％となすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記無機シランガスは、少なくとも、一般式ＳｉｎＨ（２ｎ＋２）（式中ｎは１以上の整数）で表わされる高次シランからなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含み、上記有機シランガスは、少なくとも、一般式ＲｎＳｉＨ４−ｎ，（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ，ＲｍＳｉ２Ｈ６−ｍ，（ＲＯ）ｍＳｉ２Ｈ６−ｍ，（ＲＯ）ｎＳｉＲ’４−ｎ（式中ｎは１〜４の範囲の整数、ｍは１〜６の範囲の整数、ＲおよびＲ’はアルキル基、アリール基又はその誘導体である）からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
上記酸化窒素ガスは、少なくともＮ２Ｏ，ＮＯ及びＮＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含み、上記酸素原子を含むガスは、少なくともＯ２，ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，Ｎ２Ｏ，ＮＯ及びＮＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含み、上記窒素原子を含むガスは、少なくともＮ２，ＮＨ３，Ｎ２Ｏ，ＮＯ及びＮＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
上記酸化窒素ガスは、少なくともＮ２Ｏ，ＮＯ及びＮＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含み、上記酸素原子を含むガスは、少なくともＯ２，ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ，Ｎ２Ｏ，ＮＯ及びＮＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含み、上記窒素原子を含むガスは、少なくともＮ２，ＮＨ３，Ｎ２Ｏ，ＮＯ及びＮＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種のガスを含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体素子が形成された基板と、該半導体素子相互を接続する金属配線と、該金属配線の少なくとも一部を被覆する絶縁性拡散障壁層とを有する半導体装置において、
上記金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、該銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が上記絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、
且つ前記絶縁性拡散障壁層は、窒素を含有する酸化シリコンであり且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％であり、
上記絶縁性拡散障壁層の特性が、比誘電率が５以下であり、かつ、１４０℃の試験温度において、上記絶縁性拡散障壁層の電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下、かつ、１４０℃の試験温度において、銅を陽極としたときの上記絶縁性拡散障壁層の絶縁破壊寿命が少なくとも１００年あることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
半導体素子が形成された基板と、該半導体素子相互を接続する第１の金属配線と、該第１の金属配線の少なくとも上面を被覆する絶縁性拡散障壁層と、該絶縁性拡散障壁層を被覆する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜を被覆する中間ストッパ膜と、該中間ストッパ膜を被覆する第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜を被覆する保護絶縁膜と、上記第１の金属配線に対して電気的な接続を確保するために形成された、上記絶縁性拡散障壁層，上記第１の絶縁膜，上記中間ストッパ膜、上記第２の絶縁膜および上記保護絶縁膜に設けられた開口部に充填された第２の金属配線を有する半導体装置において、
上記絶縁性拡散障壁層と接する上記第１の金属配線の一部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、該銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が上記絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、
前記絶縁性拡散障壁層は、窒素を含有する酸化シリコンであり、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％であり、
上記絶縁性拡散障壁層の特性が、比誘電率が５以下であり、かつ、１４０℃の試験温度において、上記絶縁性拡散障壁層の電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下、かつ、１４０℃の試験温度において、銅を陽極としたときの上記絶縁性拡散障壁層の絶縁破壊寿命が少なくとも１００年あることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
半導体素子が形成された基板と、該半導体素子相互を接続する第１の金属配線と、該第１の金属配線の少なくとも上面を被覆する絶縁性拡散障壁層と、該絶縁性拡散障壁層を被覆する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜を被覆する中間ストッパ膜と、該中間ストッパ膜を被覆する第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜を被覆する保護絶縁膜と、上記第１の金属配線に対して電気的な接続を確保するために形成された、上記絶縁性拡散障壁層，上記第１の絶縁膜，上記中間ストッパ膜、上記第２の絶縁膜および上記保護絶縁膜に設けられた開口部に充填された第２の金属配線を有する半導体装置において、
上記絶縁性拡散障壁層と接する上記第１の金属配線の一部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、該銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が上記絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、
絶縁性拡散障壁層は窒素を含有する酸化シリコンであり、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％であり、
上記絶縁性拡散障壁層は、一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（式中ｎは１〜３の範囲の整数、Ｒはアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされるアルコキシシランと、酸化性ガスとを少なくとも含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、
該金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、比誘電率が５以下であり、かつ、試験温度１４０℃において電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下であり、かつ、試験温度１４０℃において銅を陽極としたときの絶縁破壊寿命が少なくとも１００年ある特性を有する窒素を含有する酸化シリコンである絶縁性拡散障壁層を形成し、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％となすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、
該金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（式中ｎは１〜３の範囲の整数、Ｒはアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされるアルコキシシランと、酸化性ガスとを少なくとも含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により、窒素を含有する酸化シリコンである絶縁性拡散障壁層を形成し、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％となす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】
【背景技術】
【０００２】
本発明は、高信頼性の銅配線を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
背景技術 従来、ＬＳＩ（大規模集積回路）の配線材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金が主流であった。しかし、アルミニウムは融点が低く（６６０℃）、耐マイグレーション性に劣るため、ＬＳＩの高集積化，高速化に対応困難である。
【０００３】
これに対して、銅の融点は１０８３℃であってアルミニウムの融点より高く、電気抵抗率も低いため（バルク値でアルミニウムの約２／３）、次世代ＬＳＩ配線材料として有力である。しかし、銅配線の実現にはいくつかの課題があり、その１つに配線絶縁膜の高信頼化がある。銅は容易に絶縁膜中に拡散し、絶縁膜の信頼度（絶縁耐圧）を低下させることが知られている。この問題を解決するための方法が特開昭６３−７６４５５に示されている。この方法では、銅配線の周囲に拡散バリアである金属層を設けることで、銅の拡散を防止している。しかし、この方法では、銅配線の上面に拡散バリア層となる金属膜を全面に形成した後、隣接する配線間の短絡を防ぐために、不要部分の金属膜を取り除く工程が必要となる。隣接する銅配線の間隔が、例えば０．２５μｍ以下になると配線間の不要な金属膜を精度良く取り除くのが困難になるということについて配慮されていなかった。
【０００４】
これに対する技術が、プロシーディングス・オブ・１９９３年ブイエルエスアイ・マルチレベル・インターコネクション・コンファレンス（１９９３年）第１５頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９３、ｐｐ．１５）（非特許文献１）に記載されている。この方法は、絶縁膜に埋め込まれた銅配線の上面を拡散障壁層である窒化シリコン膜で覆う方法である。窒化シリコン膜は絶縁性なので、隣接銅配線間に形成された窒化シリコン膜を除去する工程は必要ない。また、銅配線の間隔が狭くなっても配線同士が短絡する恐れもない。しかしながら、窒化シリコン膜は比誘電率が８程度と、ＬＳＩ配線工程で用いられる一般的な絶縁膜の比誘電率（４程度）と比較して高いために、隣接する配線間の寄生容量が増大し、電気信号の伝播速度が低下することについて配慮されていなかった。
【０００５】
これに対する技術が、プロシーディングス・オブ・１９９９年インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス（１９９９年）第１０９頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９９ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９９、ｐｐ．１０９）（非特許文献２）に紹介されている。この方法は、銅に対する拡散障壁層としてプラズマＣＶＤを用いて炭化シリコンを主成分としたブロック（ＢＬＯｋ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名）膜を用いる方法である。ブロック膜も窒化シリコン層と同様に絶縁性なので、隣接銅配線間に形成されたブロック膜を除去する工程は必要ない。さらに、ブロック膜の比誘電率が５程度であるため、窒化シリコンよりも、隣接配線間の寄生容量の増大を低減できる。
【０００６】
また、窒化シリコン膜を銅の拡散障壁層に用いた場合に生じる配線間寄生容量の増大に対する別の技術が、アプライド・サーフェス・サイエンス、９１号（１９９５年）第３０３ページから第３０７ページ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．９１（１９９５）ｐｐ．３０３−３０７）（非特許文献３）、および、アイ・イー・イー・イー エレクトロン デバイス レターズ、１７号、１２巻（１９９６年）第５４９ページから第５５１ページ（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．１２（１９９６）ｐｐ５４９−５５１）（非特許文献４）に紹介されている。これらの方法は、銅に対する拡散障壁層として酸素と窒素とシリコンからなる絶縁膜（以下、ＳｉＯＮ膜と略す）を用いる方法である。ＳｉＯＮ膜も窒化シリコン層と同様に絶縁性なので、隣接銅配線間に形成されたＳｉＯＮ膜を除去する工程は必要ない。また、ＳｉＯＮ膜の漏れ電流は、一般的な製法で形成された酸化シリコン膜に比較的近いため、隣接する銅配線間の漏れ電流が増大し、ＬＳＩ性能が低下するおそれが少ない。さらに、ＳｉＯＮ膜の比誘電率が５．１〜５．６程度であるため、窒化シリコンよりも、隣接配線間の寄生容量の増大を低減できる。
【０００７】
次に、拡散障壁層として窒化シリコン膜を用いた場合に生じる別の問題点を説明する。複数層の銅配線を１つのＬＳＩ上に集積する場合において、異なる配線層間の電気的な導通を取るためには、配線層間の絶縁膜に接続孔を形成し、その中を導電体で埋め込む必要があり、そのためには銅配線上面に形成した拡散障壁層である窒化シリコン膜に開口部を形成する必要がある。しかし窒化シリコン膜のエッチング速度は、一般的な絶縁膜のエッチング速度に比べ遅いために、おもに二つの問題が生じる。一番目の問題点は、銅配線とその上に形成した接続孔に合わせずれがある場合に生じる。接続孔が銅配線以外の領域にも開口部を持つ場合、銅配線上に形成した窒化シリコン膜を過剰にエッチングすると、窒化シリコン膜下にある線間絶縁膜のエッチング速度が速いため、この線間絶縁膜が掘り込まれてしまう。このような現象が起きると、接続孔を導電体で埋め込むときに埋め込みが十分におこなわれずに、導通不良の原因になったり、線間絶縁膜に低誘電率絶縁膜を用いている場合には、低誘電率絶縁膜が変質し、配線性能が損なわれたりするおそれがある。二番目の問題点は、銅配線上に接続孔を開孔する際、接続孔の加工マスク膜厚が不足した場合に生じる。接続孔形成時に、銅配線上の窒化シリコン膜をエッチングすると、加工マスクも同時にエッチングされる。この際、加工マスクの膜厚が不足すると、加工マスク下の層間絶縁膜がエッチングされ、配線抵抗が不均一になったり、加工マスク下に低誘電率絶縁膜を用いている場合には、低誘電率絶縁膜が変質し、配線信頼性が低下したりするおそれがある。
【先行技術文献】
【非特許文献１】
プロシーディングス・オブ・１９９３年ブイエルエスアイ・マルチレベル・インターコネクション・コンファレンス（１９９３年）第１５頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＶＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９３、ｐｐ．１５
【非特許文献２】
プロシーディングス・オブ・１９９９年インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス（１９９９年）第１０９頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９９ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９９、ｐｐ．１０９）
【非特許文献３】
アプライド・サーフェス・サイエンス、９１号（１９９５年）第３０３ページから第３０７ページ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．９１（１９９５）ｐｐ．３０３−３０７）
【非特許文献４】
アイ・イー・イー・イー エレクトロン デバイス レターズ、１７号、１２巻（１９９６年）第５４９ページから第５５１ページ（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．１２（１９９６）ｐｐ５４９−５５１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記ブロック膜を用いた従来技術は、ブロック膜の銅の拡散防止性能が窒化シリコン膜と比較して劣るため、長期間の使用によりＬＳＩの性能が低下するということについては配慮されていなかった。さらに、ブロック膜は漏れ電流が多いために、隣接する銅配線間で電流の漏洩が起き、ＬＳＩ性能が低下するということについては配慮されていなかった。
【０００９】
上記ＳｉＯＮ膜を用いた従来技術では、ＳｉＯＮ膜に窒素が１５原子％〜２２原子％含まれるため、比誘電率が５より大きくなる。そのため、隣接する銅配線間の寄生容量が増大し配線遅延時間が増えるため、ＬＳＩの性能が低下するという問題があった。
上記ブロック膜およびＳｉＯＮ膜を用いた従来技術では、銅配線と接続孔に合わせずれが生じたり、加工マスク膜厚が不足した場合に生じる信頼度低下の問題に対し、具体的な解決手段が開示されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の目的は、高信頼性の、かつ、配線遅延時間の少ない銅配線を具備する半導体装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、高信頼性の、かつ、配線遅延時間の少ない銅配線を具備する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
上記第１の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体素子が形成された基板と、この半導体素子相互を接続する金属配線と、金属配線の少なくとも一部を被覆する絶縁性拡散障壁層とを有し、金属配線の周囲の面の少なくとも一部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が絶縁性拡散障壁層と接し、且つ前記銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部以外が導電性バリア層と接し、上記絶縁性拡散障壁層が、窒素を含有する酸化シリコンであり、且つ前記窒素を含有する酸化シリコンの窒素濃度が０．５原子％から４原子％である。
【００１３】
そして、この絶縁性拡散障壁層の特性は、比誘電率が５以下であり、かつ、１４０℃の試験温度において、絶縁性拡散障壁層の電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下、かつ、１４０℃の試験温度において、銅を陽極としたときの上記絶縁性拡散障壁層の絶縁破壊寿命が少なくとも１００年あるように構成される。
【００１４】
また、上記第１の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体素子が形成された基板と、この半導体素子相互を接続する金属配線と、金属配線の少なくとも一部を被覆する絶縁性拡散障壁層とを有し、金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が絶縁性拡散障壁層と接し、この絶縁性拡散障壁層を、一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（式中ｎは１〜３の範囲の整数、Ｒはアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされるアルコキシシランと、酸化性ガスとを少なくとも含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により形成することで達成される。
【００１５】
また、上記第１の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体素子が形成された基板と、この半導体素子相互を接続する金属配線と、金属配線の少なくとも一部を被覆する絶縁性拡散障壁層とを有し、金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が絶縁性拡散障壁層と接し、この絶縁性拡散障壁層を、無機シランガスまたは有機シランガスと、酸化窒素ガスまたは酸素原子を含むガスと窒素原子を含むガスの混合ガス、を用いてプラズマＣＶＤ法により形成し、その主たる構成元素を、酸素とシリコンと窒素とし、その窒素濃度を０．５原子パーセントから４原子パーセントとすることにより達成される。
【００１６】
また、上記第１の目的を達成するために、次のような形態も取りえる。即ち、この参考形態なる半導体装置は、半導体素子が形成された基板と、この半導体素子相互を接続する金属配線と、ドライエッチ停止層と、金属配線の少なくとも一部とドライエッチ停止層の少なくとも一部とを被覆する絶縁性拡散障壁層とを有し、ドライエッチ停止層は開口部を有し、この開口部を金属配線の一部を金属配線が充填し、金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、ドライエッチ停止層と銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が絶縁性拡散障壁層と接し、このドライエッチ停止層のドライエッチ速度を、絶縁性拡散障壁層のドライエッチ層の半分以下にすることで達成される。
【００１７】
また、上記第１の目的を達成するために、更に下記の形態も取りえる。即ち、この参考形態なる半導体装置は、半導体素子が形成された基板と、この半導体素子相互を接続する第１の金属配線と、この第１の金属配線の少なくとも上面を被覆する絶縁性拡散障壁層と、この絶縁性拡散障壁層を被覆する第１の絶縁膜と、この第１の絶縁膜を被覆する中間ストッパ膜と、この中間ストッパ膜を被覆する第２の絶縁膜と、この第２の絶縁膜を被覆する保護絶縁膜と、この第１の金属配線に対して電気的な接続を確保するために形成された、絶縁性拡散障壁層および第１の絶縁膜および中間ストッパ膜および第２の絶縁膜および保護絶縁膜に設けられた開口部に充填された第２の金属配線とを有し、第１の金属配線の周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有し、銅を主たる成分とする材料からなる領域の一部が絶縁性拡散障壁層と接し、中間ストッパ膜のドライエッチ速度を絶縁性拡散障壁層のドライエッチ速度の半分以下にすることで達成される。
【００１８】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、この金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、比誘電率が５以下であり、かつ、試験温度１４０℃において電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下であり、かつ、試験温度１４０℃において銅を陽極としたときの絶縁破壊寿命が少なくとも１００年ある特性を有する絶縁性拡散障壁層を形成するようにして達成される。この時、前記絶縁性拡散障壁層は窒素を含有する酸化シリコンであり、その窒素濃度は０．５原子％から４原子％となす。
【００１９】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、この金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（式中ｎは１〜３の範囲の整数、Ｒはアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされるアルコキシシランと、酸化性ガスとを少なくとも含む混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により、絶縁性拡散障壁層を形成するようにして達成される。
【００２０】
上記絶縁性拡散障壁層の比誘電率は、１以上であることが好ましいが、一般的に絶縁性材料は２以上であるものが多いので、２から５の範囲のものを用いるのが好ましい。また、上記試験温度、電界強度における漏れ電流は、小さければ小さい方が望ましいが、一般的な材料には、１平方センチメートル当たり０．０１ｎＡ以上のものが多いので、０．０１から１０ｎＡの範囲のものを用いるのが好ましい。
【００２１】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に、周囲の面の少なくとも１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、この金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、無機シランガスまたは有機シランガスと、酸化窒素ガスまたは酸素原子を含むガスと窒素原子を含むガスの混合ガス、とを用いてプラズマＣＶＤ法により、酸素とシリコンと窒素を主たる構成元素とし、その窒素濃度が０．５原子パーセントから４原子パーセントである絶縁性拡散障壁層を形成するようにして達成される。
【００２２】
また、上記第２の目的を達成するために、次のような形態も取りえる。即ち、この参考形態なる半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に、開口部を有する絶縁性エッチング停止層を形成し、この絶縁性エッチング停止層に設けられた開口部を充填するように、少なくとも上面が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する金属配線を形成し、この金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域と絶縁性エッチング停止層を被覆するように、絶縁性拡散障壁層を形成する工程を少なくとも含んでおり、絶縁性エッチング停止層のドライエッチ速度を絶縁性拡散障壁層のドライエッチ速度の半分以下とすることで達成される。
【００２３】
また、上記第２の目的を達成するために、次のような形態も取りえる。即ち、この参考形態なる半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に、すくなくとも上面の１部が銅を主たる成分とする材料からなる領域を有する第１の金属配線を形成し、この第１の金属配線の銅を主たる成分とする材料からなる領域を被覆するように、絶縁性拡散障壁層を形成し、この絶縁性拡散障壁層を被覆するように第１の絶縁膜と、中間ストッパ膜と、第２の絶縁膜と、保護絶縁膜とエッチマスクとを順次形成し、エッチマスクの一部に第１の開口部を形成し、この第１の開口部の底部に露出した保護絶縁膜の一部に第２の開口部を形成し、この第２の開口部を通して第２の絶縁膜に第３の開口部を形成し、この第３の開口部の底部に露出した中間ストッパ膜を除去し第４の開口部を形成し、同時に、第１の開口部の底部に露出した保護絶縁膜を除去し、エッチマスクに形成した第１の開口部下の第２の絶縁膜を除去し、同時に、第４の開口部下の第１の絶縁膜を除去し、第４の開口部下に露出した絶縁性拡散障壁層を除去し、第１の金属配線に対して開口部を形成する工程を少なくとも含んでおり、中間ストッパ膜のドライエッチ速度を絶縁性拡散障壁層のドライエッチ速度の半分以下とすることで達成される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、高性能、かつ、高信頼度の銅配線を有する半導体装置及びその製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
図１は実施例１における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図２図は隣接する銅配線間が絶縁破壊に至るまでの寿命の電界強度依存性を示す図である。図３は銅配線の寄生容量の相対値を示す図である。図４は絶縁性拡散障壁層に適用する材料と形成された半導体装置の特性等の関係図である。図５はＰ−ＴＭＳ、Ｐ−ＳｉＮ、ブロック膜、Ｐ−ＴＥＯＳの各特性図である。図６は実施例２における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図７は実施例３における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図８は隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命の電界依存性から求めた電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける絶縁破壊寿命とＰ−ＭＳＯ成膜時シラン流量との関係を示す図である。図９は隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命の電界依存性から求めた電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける絶縁破壊寿命とＰ−ＭＳＯ成膜時プラズマパワーとの関係を示す図である。図１０はｎ型シリコン基板上に形成したＰ−ＭＳＯ膜の漏れ電流密度の電界強度依存性を示す図である。図１１は隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命の電界依存性から求めた電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける絶縁破壊寿命とＰ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳに含まれる窒素濃度との関係を示す図である。図１２は隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命の電界依存性から求めた電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける絶縁破壊寿命とＰ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳに含まれる窒素濃度との関係を示す図である。図１３は実施例４における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図１４は実施例４における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図１５は実施例５における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図１６は実施例５における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。図１７は実施例５における本発明の半導体装置の製造工程の要部断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
発明を実施するための最良の形態 以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお、各図面は模式的に描いており、説明に不用な箇所は省略している。
【実施例１】
【００２７】
図１は本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下順を追って説明する。半導体素子が形成された基体１００上に、膜厚４００ｎｍの酸化シリコンからなる第１の絶縁膜２００を形成した後、基体１００と電気的接続をとるために、第１の絶縁膜２００の所望の領域に開口部を設け、ＣＶＤ法によりタングステン・プラグ５００を充填した。次に、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）を塗布、焼成し、第２の絶縁膜２０１を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの酸化シリコンからなる第１の保護絶縁膜２０２を形成した。次に、通常のフォトリソグラフィー法とドライエッチ法を組み合わせることで、第２の絶縁膜２０１及び第１の保護絶縁膜２０２の所望の領域に開口部４００を設けた（図１（ａ））。この開口部を充填するように、スパッタリング法を用いて膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜と、スパッタリング法と電解メッキ法を組み合わせて膜厚５００ｎｍの銅膜を順次形成した後、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法により第１の保護絶縁膜２０２上の窒化チタン膜及び銅膜を取り除き、開口部４００を充填するように、窒化チタンからなる第１の導電性バリア層３００と銅からなる第１の導電体３０１から構成される銅配線を形成した（図１（ｂ））。
【００２８】
この上に、キャノン販売株式会社より発行されているプラズマＣＶＤ装置カタログ（カタログ番号１１９９ＳＺ１）に開示してある二重周波励起方式（電極側１３．５６ＭＨｚ、ウェハ側３８０ｋＨｚ）による平行平板型プラズマＣＶＤ方式を用いて、アルコキシシランとしてトリメトキシシラン（Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：（ＣＨ３Ｏ）３ＳｉＨ）と酸化性ガスとしてＮ２Ｏを含む混合ガスを原料ガスとし、膜厚５０ｎｍの第１の絶縁性拡散障壁層２０３を形成した。これ以降、トリメトキシシランを原料ガスに用いて形成した膜をＰ−ＴＭＳと省略する。なお、この方法において使用するのに適当なアルコキシシラン及び酸化性ガスが、特開平７−２１１７１２号公報に記載してある。アルコキシシランの例としては一般式（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ（ｎ＝１〜３）で表わされ、一般式中のＲはアルキル基、アリール基又はその誘導体を表わす。アルキル基としては、炭素数１から３のものが好ましい。このアルコキシシランの具体例としては、トリメトキシシランやトリエトキシシラン（Ｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＨ）が好適である。また、酸化性ガスとしては、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏが望ましい。
【００２９】
次に、このＰ−ＴＭＳからなる第１の絶縁性拡散障壁層２０３上に膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを塗布、焼成し、第３の絶縁膜２０４を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの酸化シリコンからなる第２の保護絶縁膜２０５を形成し、半導体装置を構成した（図１（ｃ））。
【００３０】
この実施例１で示した構造の外に、第１の絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳの代わりに、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）を原料ガスに用いてプラズマＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜（以下、Ｐ−ＳｉＮと省略する）を用いた構造、ブロック膜を用いた構造、テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）４Ｓｉ）とＯ２を原料ガスに用いてプラズマＣＶＤ法で形成した酸化シリコン膜（以下、Ｐ−ＴＥＯＳと省略する）を用いた構造をそれぞれ準備した。第１の絶縁性拡散障壁層の膜厚はすべて５０ｎｍである。
【００３１】
このようにして形成した銅配線を有する半導体装置の性能及び信頼度を調べた。図２はこのようにして形成した半導体装置における隣接する銅配線間の絶縁膜が絶縁破壊に至るまでの寿命と絶縁膜の電界強度との関係を、２ＭＶ／ｃｍ以下の電界強度まで外挿したグラフである。隣接する銅配線の間隔が０．１μｍにおいて隣接配線間に２０Ｖの電圧をかけたときの隣接配線間絶縁膜に加わる電界強度が２ＭＶ／ｃｍなので、この電界強度において１０年以上の寿命を有する必要がある。一般的なＬＳＩの電源電圧は５Ｖ以下の場合が多いが、用途によっては内部で高い電圧を発生させて使用する場合がよくあることから、偶発故障に対する耐久性を向上し、かつ、製品の信頼度及び歩留まりを向上させるには、２ＭＶ／ｃｍにおける寿命は１００年以上が望ましい（図２に斜線で示した領域）。図２に示したように、電界強度２ＭＶ／ｃｍにおいて１００年の信頼度を維持できるのは絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを用いた試料であった。
【００３２】
さらに、この試料を利用して、隣接銅配線間の寄生容量を容量−電位法（ＣＶ法）を用いて測定したところ図３に示したような結果が得られた。絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを用いたときの寄生容量値を１００％として表している。図３から分かるように絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを用いた場合が最も寄生容量が小さくなった。また、絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＳｉＮを用いた場合が最も寄生容量が大きく、Ｐ−ＴＭＳの場合に比較して１０％近く高い値となった。つまり絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＳｉＮを用いた場合には、Ｐ−ＴＭＳ、Ｐ−ＳｉＮ、Ｐ−ＴＥＯＳを用いた場合と比較して、配線を伝播する信号の速度が１０％程度低下し、ＬＳＩ性能を低下させる恐れがある。さらにこの試料を利用して、隣接する銅配線間の漏れ電流を測定したところ、絶縁性拡散障壁層としてブロック膜を用いた場合には、Ｐ−ＴＭＳ、Ｐ−ＳｉＮ、Ｐ−ＴＥＯＳを用いた場合と比較して、隣接する配線間の漏れ電流が５０％程度多くなることが明らかとなり、容量素子からの記憶情報の消失や、ＬＳＩ消費電力の増大等の恐れがある。
【００３３】
上記の結果をまとめて図４に示し、図１に示した第１の絶縁性拡散障壁層２０３に適用する材料と形成された半導体装置の特性等の関係について比較する。図４からも明らかなように、長期間の信頼度を有し、かつ高い性能を有する半導体装置を実現できるのは、絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを用いた場合のみである。
【図４】
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【００３４】
上記のように絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを用いた場合にのみ、高性能、かつ、高信頼性の半導体装置が得られた理由を明らかにするため、次のような評価を行った。
【００３５】
リンをドープしたｎ型シリコン基板（基板抵抗率０．０２Ωｃｍ）を準備し、この基板上に膜厚２００ｎｍのＰ−ＴＭＳを形成し、この上に真空蒸着装置と蒸着マスクを用いて直径１ｍｍ、膜厚３００ｎｍの円形状の銅電極を形成し試料とした。このような構造の試料のＰ−ＴＭＳの代わりに、膜厚２００ｎｍのＰ−ＳｉＮを形成した試料、膜厚２００ｎｍのブロックを形成した試料及び膜厚２００ｎｍのＰ−ＴＥＯＳを形成した試料の合計４種類の試料を準備した。このようにしてｎ型シリコン基板上に絶縁膜及び円形の銅電極を形成した試料（以下、平面キャパシタ試料と省略する）を１４０℃に加熱し、ｎ型シリコン基板を接地し、銅電極に正電位を与え、上記４種類の絶縁膜を流れる漏れ電流を測定し、それぞれの絶縁膜が絶縁破壊を生じるまでの時間を測定した。さらに、この試料を利用して、それぞれの絶縁膜の比誘電率をＣＶ法で測定した。このようにして測定した各絶縁膜の特性をまとめたのが図５である。図５から明らかなように、銅の拡散を防ぐ能力が高く、かつ、絶縁膜の比誘電率が低く、かつ、絶縁膜の漏れ電流が少ないという特性を有する絶縁膜はＰ−ＴＭＳのみであることが分かる。
【図５】
0004659329.tif 000003
【００３６】
つまり本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として、トリメトキシシランとＮ２Ｏを原料ガスにプラズマＣＶＤ法を用いて、比誘電率が５以下、かつ、１４０℃、２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下、かつ、１４０℃において銅を陽極としたときの絶縁破壊寿命が１００年以上の絶縁膜を形成することにより、隣接する銅配線間の絶縁膜の信頼度が高く、隣接配線間の寄生容量が低く、隣接配線間の漏れ電流の少ない銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【００３７】
本実施例では、第１の絶縁性拡散障壁層を形成する際の反応ガスとして、トリメトキシシランを用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、他のアルコキシシラン系のガス、例えばトリエトキシシランを用いても同様の効果が得られる。また、前記一般式のＲがアリール基であるアルコキシシラン系を用いても同様の効果が得られる。
【００３８】
また本実施例では、第１の絶縁性拡散障壁層を形成する際の酸化性ガスとして、Ｎ２Ｏを用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、Ｏ２、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の酸素原子を含むガスでも同様の効果が得られる。ただし、Ｏ２やＨ２Ｏ等の銅との反応性が高いガスを用いた場合には、プラズマＣＶＤを行う際に銅配線の上面が酸化され、接着性の低下や配線抵抗の上昇等が起きる恐れがあるので望ましくない。
【００３９】
また本実施例では、第１の絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＴＭＳの膜厚を５０ｎｍとしたが、配線の信頼性や寄生容量に応じて、第１の絶縁性拡散障壁層の膜厚を増減することが可能である。しかし、第１の絶縁性拡散障壁層を薄くして、例えば、１０ｎｍ未満にした場合には、局所的なバリア性の破れにより信頼度が低下する恐れがある。一方、第１の絶縁性拡散障壁層の厚さを厚くして、例えば２００ｎｍを越える場合には、この第１の絶縁性拡散障壁層の比誘電率は、第２の絶縁膜２０１や第３の絶縁膜２０４として用いられている有機低誘電率絶縁膜の比誘電率に比べて一般的に高いため、配線の寄生容量が増大する懸念がある。よってこの厚さは１０ｎｍから２００ｎｍの範囲であることが好ましく、３０ｎｍから１００ｎｍ範囲であることがより好ましい。
【００４０】
また本実施例では、第１の絶縁性拡散障壁層の上に直接第２の絶縁膜を形成したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、必要に応じて第１の絶縁性拡散障壁層と第２の絶縁膜の間に、例えばドライエッチ停止層等を挿入することも可能である。
【００４１】
また本実施例では、第２の絶縁膜や第３の絶縁膜として、有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを用いているが、本発明の効果はこの組み合わせによってのみ発揮されるわけではない。低誘電率絶縁膜としては、テフロン（デュポン社製、商品名）等に代表されるフッ素樹脂やＦＬＡＲＥ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含む有機膜、メチルトリエトキシシラン（Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣＨ３）を原料ガスに用いたＣＶＤ絶縁膜やブラックダイアモンド（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名）やＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業社製、商品名）等を含む有機含有酸化シリコン膜、Ｎａｎｏｇｌａｓｓ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）やＸＬＫ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含むポーラス絶縁膜、フッ素等を添加した無機低誘電率酸化シリコン膜等との組み合わせにおいても同様の効果が期待できる。なお、第２の絶縁膜や第３の絶縁膜として低誘電率絶縁膜ではない通常の酸化シリコン膜（比誘電率４程度）を用いた場合にも、本発明は有効であるが、寄生容量を低減するためには低誘電率絶縁膜との組み合わせが最も有効であることはいうまでもない。
【００４２】
また本実施例では、銅の成膜法としてスパッタ法とメッキ法を組み合わせたが、この方法に限定されるものではなく、ＣＶＤ法等によっても成膜可能である。
【００４３】
また本実施例では銅配線層を１層のみ形成しているが、必要に応じて配線層を順次重ねていくことが可能である。配線層と配線層間を電気的に接続するための接続孔を有する層を順次形成する手法（いわゆるシングルダマシン法）において、接続孔を銅で充填する場合においても本発明は適用可能である。また、配線層と配線層間を電気的に接続するための接続孔を有する層を一括して形成する手法（いわゆるデュアルダマシン法）においても本発明は同様に適用可能である。
【実施例２】
【００４４】
図６は本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下、順を追って説明する。半導体素子が形成された基体１００上に、膜厚４００ｎｍの酸化シリコンからなる第１の絶縁膜２００を形成した後、基体１００と電気的接続をとるために、第１の絶縁膜２００の所望の領域に開口部を設けＣＶＤ法により形成したタングステン・プラグ５００を充填した。次に、スパッタリング法を用いて膜厚２５ｎｍの窒化チタン膜からなる第２の導電性バリア層３０２と、膜厚３００ｎｍの銅膜からなる第２の導電体３０３と、膜厚２５ｎｍの窒化チタン膜からなる第３の導電性バリア層３０４を形成した。その後、通常のフォトリソグラフィー法と塩素系ガスを用いたドライエッチ法で所望の領域にのみ第２の導電性バリア層３０２、第２の導電体３０３、第３の導電性バリア層３０４から構成される銅配線を形成した（図６（ａ））。
【００４５】
次に、第２の導電性バリア層３０２と、第２の導電体３０３と、第３の導電性バリア層３０４とから構成される銅配線を被覆するように、実施例１に記載したのと同様の手法を用いて、トリメトキシシランとＮ２Ｏを含む混合ガスを原料ガスとし、膜厚５０ｎｍのＰ−ＴＭＳを第２の絶縁性拡散障壁層２０６として形成した（図６（ｂ））。次に、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫ（商品名）を塗布、焼成し、第４の絶縁膜２０７を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの酸化シリコンからなる第３の保護絶縁膜２０８を形成した（図６（ｃ））。
【００４６】
この実施例２で示した構造のほかに、第２の絶縁性拡散障壁層２０６としてＰ−ＴＭＳの代わりに、Ｐ−ＳｉＮ、ブロック、Ｐ−ＴＥＯＳを用いた構造をそれぞれ準備した。第２の絶縁性拡散障壁層の膜厚はすべて５０ｎｍである。
【００４７】
このようにして形成した銅配線を有する半導体装置の性能及び信頼度を調べたところ、実施例１に示したのと同様に、第２の絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを用いた場合にのみ、長期間の信頼度を有し、かつ高い性能を有する半導体装置を実現できた。
【００４８】
つまり本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として、トリメトキシシランとＮ２Ｏを原料ガスにプラズマＣＶＤ法を用いて、誘電率が５以下、かつ、１４０℃、２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートル当たり１０ｎＡ以下、かつ、１４０℃において銅を陽極としたときの絶縁破壊寿命が１００年以上の絶縁膜を形成することにより、隣接する銅配線間の絶縁膜の信頼度が高く、隣接配線間の寄生容量が低く、隣接配線間の漏れ電流の少ない銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となった。
【００４９】
本実施例では、第２の絶縁性拡散障壁層を形成する際の反応ガスとして、トリメトキシシランを用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、他のアルコキシシラン系のガスを用いても同様の効果が得られることは実施例１と同様である。
【００５０】
また本実施例では、第２の絶縁性拡散障壁層を形成する際の酸化性ガスとして、Ｎ２Ｏを用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、Ｏ２、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の酸素原子を含むガスでも同様の効果が得られる。ただし、Ｏ２やＨ２Ｏ等の銅との反応性が高いガスを用いた場合には、プラズマＣＶＤを行う際に銅配線の露出した銅表面が酸化され、接着性の低下や配線抵抗の上昇等が起きる恐れがあるので好ましくない。
【００５１】
また本実施例では、第２の絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＴＭＳの膜厚を５０ｎｍとしたが、配線の信頼性や寄生容量に応じて、第２の絶縁性拡散障壁層の膜厚を増減することが可能である。しかし、第２の絶縁性拡散障壁層を薄くして、例えば１０ｎｍ未満にした場合には、局所的なバリア性の破れにより信頼度が低下するおそれがある。一方、第２の絶縁性拡散障壁層の厚さを厚くして、例えば２００ｎｍを越える場合には、この第２の絶縁性拡散障壁層の比誘電率は、第４の絶縁膜２０７として用いられている有機低誘電率絶縁膜の比誘電率に比べて一般的に高いため、配線の寄生容量が増大する懸念がある。この厚さの好ましい範囲は実施例１に述べたとおりである。
【００５２】
また本実施例では、第４の絶縁膜として、有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを用いているが、本発明の効果はこの組み合わせによってのみ発揮されるわけではない。低誘電率絶縁膜としては、テフロン（デュポン社製、商品名）等に代表されるフッ素樹脂やＦＬＡＲＥ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含む有機膜、メチルトリエトキシシランを原料ガスに用いたＣＶＤ絶縁膜やブラックダイアモンド（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名）やＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業社製、商品名）等を含む有機含有酸化シリコン膜、Ｎａｎｏｇｌａｓｓ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）やＸＬＫ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含むポーラス絶縁膜、フッ素等を添加した無機低誘電率酸化シリコン膜等との組み合わせにおいても同様の効果が期待できる。なお、第２の絶縁膜や第３の絶縁膜として低誘電率絶縁膜ではない通常の酸化シリコン膜（誘電率４程度）を用いた場合にも、本発明は有効であるが、寄生容量を低減するためには低誘電率絶縁膜との組み合わせがもっとも有効であることはいうまでもない。
【００５３】
また本実施例では、銅の成膜法としてスパッタ法を用いているが、この方法に限定されるものではなく、メッキ法、ＣＶＤ法等によっても成膜可能である。
また本実施例では銅配線層を１層のみ形成しているが、必要に応じて配線層を順次重ねていくことが可能である。
【実施例３】
【００５４】
図７は本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下順を追って説明する。半導体素子が形成された基体１００上に、膜厚４００ｎｍの酸化シリコンからなる第１の絶縁膜２００を形成した後、基体１００と電気的接続をとるために、第１の絶縁膜２００の所望の領域に開口部を設け、ＣＶＤ法によりタングステン・プラグ５００を充填した。次に、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）を塗布、焼成し、第２の絶縁膜２０１を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの酸化シリコンからなる第１の保護絶縁膜２０２を形成した。次に、通常のフォトリソグラフィー法とドライエッチ法を組み合わせることで、第２の絶縁膜２０１及び第１の保護絶縁膜２０２の所望の領域に開口部４００を設けた（図７（ａ））。
【００５５】
この開口部を充填するように、スパッタリング法を用いて膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜と、スパッタリング法と電解メッキ法を組み合わせて膜厚５００ｎｍの銅膜を順次形成した後、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法により第１の保護絶縁膜２０２上の窒化チタン膜及び銅膜を取り除き、開口部４００を充填するように、窒化チタンからなる第１の導電性バリア層３００と銅からなる第１の導電体３０１から構成される銅配線を形成した（図７（ｂ））。
【００５６】
この上に、平行平板型プラズマＣＶＤ方式を用いて、シラン（ＳｉＨ４）と酸化性ガスとしてＮ２Ｏを含む混合ガスを原料ガスとし、膜厚５０ｎｍの第３の絶縁性拡散障壁層２０９を形成した。プラズマパワーは４０Ｗ、シラン流量は５０ｃｃ／分、Ｎ２Ｏ流量は２０００ｃｃ／分、基板温度は３５０℃である。これ以降、シランとＮ２Ｏとを原料ガスに用いて形成した膜をＰ−ＭＳＯと省略する。
【００５７】
次に、このＰ−ＭＳＯからなる第３の絶縁性拡散障壁層２０９上に膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを塗布、焼成し、第３の絶縁膜２０４を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの酸化シリコンからなる第２の保護絶縁膜２０５を形成し、半導体装置を構成した（図７（ｃ））。
【００５８】
この実施例３に示した構造において、プラズマパワー、シラン流量、Ｎ２Ｏ流量をそれぞれ変化させた試料を数種類作成した。さらに、第３の絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＭＳＯの代わりに、Ｐ−ＴＭＳを用いた試料も準備した。この際、第３の絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＴＭＳを形成する際に、プラズマパワー、トリメトキシシラン流量、Ｎ２Ｏ流量をそれぞれ変化させた試料を数種類準備した。さらに、第３の絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＭＳＯ、Ｐ−ＴＭＳの代わりに、Ｐ−ＳｉＮを用いた構造、ブロック膜を用いた構造をそれぞれ準備した。第３の絶縁性拡散障壁層の膜厚はすべて５０ｎｍである。
【００５９】
このようにして形成した銅配線を有する半導体装置の性能について調べた。実施例１に示した方法と同様の手法を用いて、各半導体装置に形成した隣接銅配線間の寄生容量を容量−電位法（ＣＶ法）を用いて測定したところ、絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＭＳＯを用いた場合の寄生容量は、実施例１においてＰ−ＴＭＳを用いた場合（図３）の寄生容量とほぼ一致した。つまり、絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＳｉＮを用いた場合に比べ１０％ほど寄生容量を低減できるので、配線を伝播する信号の速度を１０％程度向上することができる。さらにこの試料を利用して、隣接する銅配線間の漏れ電流を測定したところ、絶縁性拡散障壁層としてブロック膜を用いた場合には、Ｐ−ＭＳＯ、Ｐ−ＴＭＳ、Ｐ−ＳｉＮを用いた場合と比較して、隣接する配線間の漏れ電流が５０％程度多くなることが明らかとなり、容量素子からの記憶情報の消失や、ＬＳＩ消費電力の増大等の恐れがある。
【００６０】
次に上述の銅配線を有する半導体装置の信頼性について調べた結果を、Ｐ−ＭＳＯを用いた場合を中心に説明する。図８はその一例である。図８において、横軸は第３の絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＭＳＯを成膜するときのシラン流量であり、縦軸は隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命の電界依存性から計算した電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける絶縁破壊寿命である。Ｐ−ＭＳＯ成膜時のＮ２Ｏ流量は１０００ｃｃ／分であり、プラズマパワーは３０ワットである。図８から明らかなように、Ｐ−ＭＳＯを成膜するときのシラン流量を３０ｃｃ／分、５０ｃｃ／分にすることで、ブロックまたはＰ−ＳｉＮを用いたときを上回る、必要にして十分な信頼度が得られることがわかった。同様な傾向、つまり、トリメトキシシラン流量が一定値を超えると必要な信頼度が得られるという傾向、はＰ−ＴＭＳ構造においても見られた。
【００６１】
次に、Ｐ−ＭＳＯ成膜時の成膜条件と隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命の関係を表す第２の例を図９に示す。シラン流量は５０ｃｃ／分に固定し、Ｎ２Ｏ流量が５００ｃｃ／分と２０００ｃｃ／分の二通りの場合に対し、図８に例示した方法と同様の方法を用いて、電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける隣接する銅配線間の絶縁破壊寿命とプラズマパワーの関係を調べた。図９から明らかなように、Ｐ−ＭＳＯ成膜時のシラン流量が５０ｃｃ／分、Ｎ２Ｏ流量が５００ｃｃ／分の時には、プラズマパワーを１００ワットから１８０ワットの間に設定し、シラン流量が５０ｃｃ／分、Ｎ２Ｏ流量が２０００ｃｃ／分の時には、プラズマパワーを３０ワットから８０ワットの間に設定することで、ブロックまたはＰ−ＳｉＮを用いたときを上回る、必要にして十分な信頼度が得られることがわかった。やはり、同様のプラズマパワー依存性が、Ｐ−ＴＭＳ試料においても見られた。
【００６２】
次に、図８および図９に示したような、ブロックまたはＰ−ＳｉＮを用いたときを上回る、必要にして十分な銅配線の信頼度が得られる成膜条件、を用いて形成したＰ−ＭＳＯ膜の漏れ電流と比誘電率を測定した。その一例を図１０に示す。ｎ型シリコン基板上に、膜厚１００ｎｍのＰ−ＭＳＯをシラン流量５０ｃｃ／分、Ｎ２Ｏ流量２０００ｃｃ／分、プラズマパワー４０ワットで成膜した後、円形の銅電極を蒸着した。その後、銅電極を＋極としてＰ−ＭＳＯに電界を与え、Ｐ−ＭＳＯ膜の漏れ電流をピコアンメータで測定した結果が図１０に示してある。電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流は１平方センチメートルあたり約２ｎＡ（＝２×１０−９Ａ）であった。また、ＣＶ法を用いて測定したこの試料の比誘電率は４．１であった。さらにこの試料を用いて、銅を＋極としてＰ−ＭＳＯに電界を与え、１４０℃における絶縁破壊に至るまでの時間を評価したところ、約３０００年という結果が得られた。ここでは、漏れ電流、比誘電率、絶縁破壊に至るまでの寿命、ともに一例のみ記したが、図８および図９に示したような、ブロックまたはＰ−ＳｉＮを用いたときを上回る、必要にして十分な銅配線の信頼度が得られる成膜条件を用いて形成したＰ−ＭＳＯでは、２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流は１平方センチメートルあたり１ｎＡから１０ｎＡの範囲にあり、比誘電率は３．９から４．７の範囲にあり、絶縁破壊に至るまでの寿命は１００年以上あった。詳細は省略するが、同様の傾向はＰ−ＴＭＳを用いた場合にも見られた。
【００６３】
次に、Ｐ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳの特性をさらに詳しく調べた結果、ブロックまたはＰ−ＳｉＮを用いたときを上回る必要にして十分な銅配線の信頼度が得られる成膜条件を用いて形成したＰ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳは、共通の特徴を持つことが明らかとなった。Ｐ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳの組成をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）法、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法を用いて分析した結果、Ｐ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳはシリコンと酸素を主体に、微量の窒素を含んでおり、この膜中に含まれる窒素濃度と２ＭＶ／ｃｍに外挿した隣接銅配線間の絶縁破壊寿命には関連があることがわかった。図１１はその一例を示す図である。
【００６４】
図１１から明らかなように、Ｐ−ＭＳＯに含まれる窒素濃度が０．５原子％から１２原子％の領域において、１００年以上の絶縁破壊寿命をもつ半導体装置を形成できることがわかった。この観点でのＰ−ＴＭＳでの好ましい窒素濃度も図１１に示した通りである。Ｐ−ＴＭＳに対して、図１１には０．５原子％、２原子％及び４原子％が明確な値として例示されている。従って、Ｐ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳの両者に対しては、窒素濃度は０．５原子％から４原子％の領域で、本発明を実施し得るということが出来る。
【００６５】
さらに、図１１から明らかなように、Ｐ−ＭＳＯに含まれる窒素濃度が０．５原子％から１２．５原子％の領域において、従来材料であるＰ−ＳｉＮ膜およびブロック膜を用いた場合より高い信頼度をもつ半導体装置を形成できることがわかった。この観点でのＰ−ＴＭＳでの好ましい窒素濃度も図１１に示した通りである。
【００６６】
また、Ｃｕバリア性が検討された窒素および酸素とシリコンの化合物としては、これまで窒素濃度が０％であるＰ−ＴＥＯＳなどに代表される酸化シリコン、窒素濃度が約５７％であるＰ−ＳｉＮ、窒素濃度が両者の中間的な値（２０％程度）であるＳｉＯＮのＣｕバリア性が検討されたことがある。これらの材料を用いたときの絶縁破壊寿命と窒素濃度の関係は図１２に示した通りであり、窒素濃度が増えるに従い、絶縁破壊寿命が増大する傾向が伺われることから、このような窒素および酸素とシリコンの化合物では、膜中の窒素濃度が高いほどＣｕバリア性が向上すると考えられてきた。しかしながら、図１１および図１２に示したように、本発明で得られたシリコンと酸素と窒素を主たる構成元素とするＰ−ＭＳＯでは、膜に含まれる窒素濃度が０．３原子％から１４原子％の範囲において、従来の絶縁破壊寿命と窒素濃度の関係の予想値を上回る、高い信頼度を有する半導体装置を形成できる範囲があることがわかった。この観点でのＰ−ＴＭＳでの好ましい窒素濃度も図１１及び図１２に示した通りである。
【００６７】
また、図１１に示したように、Ｐ−ＴＭＳを用いた場合に、膜に含まれる窒素濃度が約５原子％であるにもかかわらず、絶縁破壊寿命の短いものがあった。そのような条件で形成したＰ−ＴＭＳ膜の特性を調べたところ、膜の漏れ電流が１平方センチメートルあたり約２μＡ（＝２×１０−６Ａ）、比誘電率が約６、と特性が劣化していることがわかった。その理由を調べるために、そのような条件で成膜したＰ−ＴＭＳ膜をＦＴ−ＩＲ分析（フーリエ変換式赤外分光分析）したところ、膜に大量の炭素が含まれていることがわかった。このように、膜に含まれる窒素濃度が上述したような適切な範囲内にある場合でも、成膜条件が不適切な場合には、膜中の炭素量が多くなるなどして、所望の信頼度が得られない場合があった。
【００６８】
つまり本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として、シランまたはトリメトキシシランとＮ２Ｏを原料ガスにプラズマＣＶＤ法を用いて、比誘電率が５以下、かつ、１４０℃、２ＭＶ／ｃｍにおける漏れ電流が１平方センチメートルあたり１０ｎＡ以下、かつ、１４０℃において銅を陽極としたときの絶縁破壊寿命が１００年以上の絶縁膜を形成することにより、隣接する銅配線間の絶縁膜の信頼度が高く、隣接配線間の寄生容量が低く、隣接配線間の漏れ電流の少ない銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【００６９】
また本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として、シランまたはトリメトキシシランとＮ２Ｏを原料ガスにプラズマＣＶＤ法を用いて、窒素を含有する酸化シリコン膜を形成し、その窒素濃度を０．５原子％から１２原子％（トリメトキシシランを用いた場合は４原子％）の範囲とすることで、電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける絶縁破壊寿命が１００年以上あり、隣接配線間の寄生容量が低く、隣接配線間の漏れ電流の少ない銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【００７０】
また本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として、シランまたはトリメトキシシランとＮ２Ｏを原料ガスにプラズマＣＶＤ法を用いて、窒素を含有する酸化シリコン膜を形成し、その窒素濃度を０．５原子％から１２．５原子％（トリメトキシシランを用いた場合は４原子％）の範囲とすることで、従来材料である窒化シリコン膜およびブロック膜を用いた場合を超える信頼度を持ち、隣接配線間の寄生容量が低く、隣接配線間の漏れ電流の少ない銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【００７１】
また本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として、シランまたはトリメトキシシランとＮ２Ｏを原料ガスにプラズマＣＶＤ法を用いて、窒素を含有する酸化シリコン膜を形成し、窒素濃度を０．３原子％から１４原子％（トリメトキシシランを用いた場合は４原子％）の範囲とすることで、従来知見を上回る絶縁信頼度を有し、隣接配線間の寄生容量が低く、隣接配線間の漏れ電流の少ない銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【００７２】
本実施例では、第３の絶縁性拡散障壁層を形成する際の反応ガスとして、シラン（ＳｉＨ４）を用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、一般式ＳｉｎＨ（２ｎ＋２）（式中ｎは１以上の整数）で表わされる他の高次シラン、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などを用いても同様の効果が得られる。高次シラン系のガスを構成する分子は、有機基を持たないので、膜中に炭素が取り込まれ、漏れ電流の増大など信頼度低下の懸念が少ないという長所がある。
【００７３】
また本実施例では、第３の絶縁性拡散障壁層を形成する際の反応ガスとして、有機シランガスであるトリメトキシシラン（（ＯＣＨ３）３ＳｉＨ）も用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、例えば、一般式ＲｎＳｉＨ４−ｎ、（ＲＯ）ｎＳｉＨ４−ｎ、ＲｍＳｉ２Ｈ６−ｍ、（ＲＯ）ｍＳｉ２Ｈ６−ｍ、（ＲＯ）ｎＳｉＲ’４−ｎ（式中ｎは１〜４の範囲の整数、ｍは１〜６の範囲の整数、ＲおよびＲ’はアルキル基、アリール基又はその誘導体である）で表わされる他の有機シラン系ガスを用いても同様の効果が得られる。有機シラン系のガスは、絶縁性拡散障壁層の中に炭素が混入し、絶縁特性が劣化したり、比誘電率が増大したりといった問題が起きやすいものの、無機シランとは異なり、発火性が低いために原料ガスの取り扱いはより容易であるという長所がある。
【００７４】
また本実施例では、第３の絶縁性拡散障壁層を形成する際の酸化性ガスとして、Ｎ２Ｏを用いたが、特にこのガスに限定されるわけではなく、他の酸化窒素系ガス、たとえばＮＯ、ＮＯ２でも同様の効果が得られる。さらに、ここに示した酸化窒素系ガスのほかに、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の酸素原子を含むガスとＮ２、ＮＨ３等の窒素原子を含むガスの混合ガスでも同様の効果が得られる。なお、この混合ガス中に前記の酸化窒素系ガスを混合させて成膜することも同様に可能である。ただし、Ｏ２やＨ２Ｏ等の銅との反応性が高いガスを用いた場合には、プラズマＣＶＤを行う際に銅配線の上面が酸化され、接着性の低下や配線抵抗の上昇等が起きる恐れがあるので望ましくない。
【００７５】
また本実施例では、プラズマ励起方式として平行平板型プラズマ励起方式を用いたが、本発明はこの方式に限定されるものではなく、この方式の他に、誘導結合型プラズマ励起方式、電子サイクロトロン共鳴プラズマ励起方式、などに代表されるプラズマ励起方式を用いることも可能である。
【００７６】
また本実施例では、第３の絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＭＳＯおよびＰ−ＴＭＳの膜厚を５０ｎｍとしたが、配線の信頼性や寄生容量に応じて、第３の絶縁性拡散障壁層の膜厚を増減することが可能である。しかし、第３の絶縁性拡散障壁層を薄くして、例えば、１０ｎｍ未満にした場合には、局所的なバリア性の破れにより信頼度が低下する恐れがある。一方、第１の絶縁性拡散障壁層の厚さを厚くして、例えば２００ｎｍを越える場合には、この第３の絶縁性拡散障壁層の比誘電率は、第２の絶縁膜２０１や第３の絶縁膜２０４として用いられている有機低誘電率絶縁膜の比誘電率に比べて一般的に高いため、配線の寄生容量が増大する懸念がある。よってこの厚さは１０ｎｍから２００ｎｍの範囲であることが好ましく、３０ｎｍから１００ｎｍ範囲であることがより好ましい。
【００７７】
また本実施例では、第３の絶縁性拡散障壁層の上に直接第２の絶縁膜を形成したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、必要に応じて第３の絶縁性拡散障壁層と第２の絶縁膜の間に、例えばドライエッチ停止層等を挿入することも可能である。
【００７８】
また本実施例では、第２の絶縁膜や第３の絶縁膜として、有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを用いているが、本発明の効果はこの組み合わせによってのみ発揮されるわけではない。低誘電率絶縁膜としては、テフロン（デュポン社製、商品名）等に代表されるフッ素樹脂やＦＬＡＲＥ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含む有機膜、メチルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣＨ３）を原料ガスに用いたＣＶＤ絶縁膜やブラックダイアモンド（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名）やＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業社製、商品名）等を含む有機含有酸化シリコン膜、Ｎａｎｏｇｌａｓｓ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）やＸＬＫ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含むポーラス絶縁膜、フッ素等を添加した無機低誘電率酸化シリコン膜等との組み合わせにおいても同様の効果が期待できる。なお、第２の絶縁膜や第３の絶縁膜として低誘電率絶縁膜ではない通常の酸化シリコン膜（比誘電率４程度）を用いた場合にも、本発明は有効であるが、寄生容量を低減するためには低誘電率絶縁膜との組み合わせが最も有効であることはいうまでもない。
【００７９】
また本実施例では、銅の成膜法としてスパッタ法とメッキ法を組み合わせたが、この方法に限定されるものではなく、ＣＶＤ法等によっても成膜可能である。
【００８０】
また本実施例では銅配線層を１層のみ形成しているが、必要に応じて配線層を順次重ねていくことが可能である。配線層と配線層間を電気的に接続するための接続孔を有する層を順次形成する手法（いわゆるシングルダマシン法）において、接続孔を銅で充填する場合においても本発明は適用可能である。また、配線層と配線層間を電気的に接続するための接続孔を有する層を一括して形成する手法（いわゆるデュアルダマシン法）においても本発明は同様に適用可能である。
【実施例４】
【００８１】
図１３および図１４は本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下順を追って説明する。半導体素子が形成された基体１００上に、膜厚４００ｎｍの酸化シリコンからなる第１の絶縁膜２００を形成した後、基体１００と電気的接続をとるために、第１の絶縁膜２００の所望の領域に開口部を設け、ＣＶＤ法によりタングステン・プラグ５００を充填した。次に、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）を塗布、焼成し、第２の絶縁膜２０１を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの炭化シリコンを主成分とする第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０を形成した。次に、通常のフォトリソグラフィー法とドライエッチ法を組み合わせることで、第２の絶縁膜２０１及び第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０の所望の領域に開口部４００を設けた（図１３（ａ））。
【００８２】
この開口部を充填するように、スパッタリング法を用いて膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜と、スパッタリング法と電解メッキ法を組み合わせて膜厚５００ｎｍの銅膜を順次形成した後、ＣＭＰ法により第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０上の窒化チタン膜及び銅膜を取り除き、開口部４００を充填するように、窒化チタンからなる第１の導電性バリア層３００と銅からなる第１の導電体３０１から構成される第１の銅配線層を形成した。その後、実施例３に記載したように、この上に、平行平板型プラズマＣＶＤ方式を用いて、シランとＮ２Ｏを含む混合ガスを原料ガスとし、膜厚５０ｎｍのＰ−ＭＳＯ（窒素濃度３原子％）からなる第３の絶縁性拡散障壁層２０９を形成し、このＰ−ＭＳＯからなる第３の絶縁性拡散障壁層２０９上に膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを塗布、焼成し、第３の絶縁膜２０４を形成した後、膜厚２５ｎｍの炭化シリコンを主成分とする第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１１を形成した（図１３（ｂ））。
【００８３】
次に、通常のフォトリソグラフィー法とドライエッチ法を組み合わせることで、第３の絶縁性拡散障壁層２０９及び第３の絶縁膜２０４及び第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１１の所望の領域に第２の開口部４０１を設けた（図１５（ｃ））。この開口部を充填するように、スパッタリング法、電解メッキ法、ＣＭＰ法を組み合わせて、第２の開口部４０１を充填するように、窒化チタンからなる第４の導電性バリア層３０５と銅からなる第３の導電体３０６から構成される銅配線層間接続孔を形成した（図１４（ａ））。
【００８４】
その後、上述の工程を繰り返すことで、この上に、第４の絶縁性拡散障壁層２１２及び第５の絶縁膜２１３及び第３のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１４およびその所望の領域に開口部を有し、その開口部を充填するように窒化チタンからなる第５の導電性バリア層３０７と銅からなる第４の導電体３０８から構成される第２の銅配線層を形成し、半導体装置を構成した（図１４（ｂ））。
【００８５】
この実施例４に示した構造において、膜厚２５ｎｍの炭化シリコンを主成分とするプラズマＣＶＤ膜を、第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０及び第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１１として用いたが、この他に酸化シリコン、窒化シリコン、有機基含有酸化シリコン、酸化アルミをそれぞれ使用して作成した試料を数種類作成した。
【００８６】
このようにして形成した半導体装置の性能及び信頼度を調べたところ、第１および第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁として、酸化シリコンを用いた試料では、他の材料を使用した場合と比較して、第２の銅配線層の電気抵抗のばらつきが大きく、銅配線層間接続孔の導通歩留まりが低下する結果が得られた。その理由を調べるために、第２の配線層および層間接続孔部分の断面をＳＥＭ（２次電子走査型電子顕微鏡）で観察したところ、酸化シリコンを用いた試料では、第２の開口部４０１が第１の銅配線層以外の領域に開口部を持つ場合に、その開口部直下の第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０が消失し、第２の絶縁膜２０１が露出したり、第２の絶縁膜２０１が掘り込まれたりし、銅配線層間接続孔の埋め込みが正常に行われない場合が観察された。さらに、第５の導電性バリア層３０７と第４の導電体３０８から構成される第２の銅配線層が形成された領域において、この第２の銅配線層直下の酸化シリコンによって形成された第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１１が消失し、配線高さが不均一になるなどの不良が観察された。これに対し、第１および第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁として、酸化シリコン以外の材料を用いた試料ではそのような不良は観察されず、第２の開口部４０１が第１の銅配線層以外の領域に開口部を持つ場合においても、その開口部直下の第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０がほぼそのまま残っていた。
【００８７】
第１および第２のエッチング停止層、兼、保護絶縁として、酸化シリコンを用いた試料において、配線抵抗ばらつきが小さく、接続孔の導通歩留まりが高い理由を調べるために、第３の絶縁性拡散障壁層２０９であるＰ−ＭＳＯのドライエッチ条件（使用ガスＣ４Ｆ８）で各材料（酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、有機基含有酸化シリコン、酸化アルミ）をエッチングしたときのエッチ速度を比較した。その結果、酸化シリコンのエッチ速度はＰ−ＭＳＯとほぼ同じであるのに対し、他の材料はエッチ速度が遅く、Ｐ−ＭＳＯ膜と比べ約１／２〜１／２０の速度であることがわかった。
【００８８】
次に、第１の銅配線層の隣接する銅配線間の漏れ電流および絶縁破壊寿命を評価したところ、いずれの試料においても、電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける隣接する銅配線間は１００年以上の絶縁破壊寿命を持つが、炭化シリコンを用いた場合には、隣接する銅配線間の漏れ電流が、若干増大する結果が得られた。また、第１の銅配線層の寄生容量を測定したところ、窒化シリコンおよび酸化アルミを用いた場合には、寄生容量が若干増大する結果となった。有機含有シリコンを用いた場合には、漏れ電流や寄生容量の増大は起きなかったものの、半導体装置を製造工程において一部のウェハから膜がはがれる例も見られた。
【００８９】
以上のように、Ｐ−ＭＳＯ膜に比べてドライエッチ速度が遅い酸化シリコン以外の材料を用いることで、配線抵抗のばらつきや導通歩留まりが向上するが、他の性能に関しては各材料の特徴があるので、半導体装置の用途や製造プロセスの特徴に応じて使い分けるのが望ましい。
【００９０】
つまり本発明の実施例に従い、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＭＳＯが形成してある構造において、この絶縁性拡散障壁層の直下における銅配線が形成されていない領域を、Ｐ−ＭＳＯのドライエッチ速度の１／２以下の絶縁膜で被覆することにより、配線抵抗ばらつきが小さく、また、接続孔の導通歩留の高い銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【００９１】
本実施例では、銅配線の直上に形成された絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＭＳＯのエッチング停止層、兼、保護絶縁膜として、炭化シリコン、窒化シリコン、有機基含有酸化シリコン、酸化アルミの例について検討をおこなったが、本発明の効果はこの組み合わせに限定されるものではない。Ｐ−ＭＳＯのドライエッチ条件を適用したときのドライエッチ速度が、Ｐ−ＭＳＯのドライエッチ速度の１／２以下であるような絶縁膜材料であれば同様の効果が期待できる。この際、その絶縁膜の比誘電率および漏れ電流が低いほどよいのは言うまでもない。
【００９２】
また本実施例では、エッチング停止層、兼、保護絶縁膜の膜厚を２５ｎｍとしたが、この膜厚は、半導体の性能およびプロセスマージンの観点から変化させることも可能である。エッチング停止層、兼、保護絶縁膜の膜厚が厚いほど、絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＭＳＯのエッチングを過剰に行っても、信頼度低下は抑制されるので、製品歩留の向上が期待できる。しかし、一般的にエッチング停止層、兼、保護絶縁膜の比誘電率は、その下に用いている絶縁膜、本実施例では比誘電率２．７のＳｉＬＫ、の比誘電率より高いため、配線全体の寄生容量が増大し、性能が低下するおそれがある。一方、エッチング停止層、兼、保護絶縁膜の膜厚を薄くすれば、寄生容量の増大は最小限に抑えられるが、絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＭＳＯのエッチングを過剰に行った場合には、その下に用いている絶縁膜、本実施例でＳｉＬＫ、が露出してしまい、信頼度低下のおそれがある。したがって、このエッチング停止層、兼、保護絶縁膜の膜厚としては、１５ｎｍから１５０ｎｍが適当であり、２５ｎｍから１００ｎｍの範囲がより好ましい。
【００９３】
また本実施例では、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として窒素濃度３％を含有するＰ−ＭＳＯを形成したが、この窒素濃度に限定されるわけではなく、実施例３に示したように必要な信頼度と性能を満足する任意の窒素濃度のＰ−ＭＳＯを使用することができる。さらに必要な信頼度と性能が満たされるのであれば、シランの代わりに他の無機シランガスや有機シランガスを用いても作成することことができる。
【００９４】
また本実施例では、第２、第３、第５の絶縁膜として、有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを用いているが、本発明の効果はこの組み合わせによってのみ発揮されるわけではない。低誘電率絶縁膜としては、テフロン（デュポン社製、商品名）等に代表されるフッ素樹脂やＦＬＡＲＥ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含む有機膜、メチルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣＨ３）を原料ガスに用いたＣＶＤ絶縁膜やブラックダイアモンド（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名）やＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業社製、商品名）等を含む有機含有酸化シリコン膜、Ｎａｎｏｇｌａｓｓ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）やＸＬＫ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含むポーラス絶縁膜、フッ素等を添加した無機低誘電率酸化シリコン膜等との組み合わせにおいても同様の効果が期待できる。なお、第２、第３、第５の絶縁膜として低誘電率絶縁膜ではない通常の酸化シリコン膜（比誘電率４程度）を用いた場合にも、本発明は有効であるが、寄生容量を低減するためには低誘電率絶縁膜との組み合わせが最も有効であることはいうまでもない。
【００９５】
また本実施例では、銅の成膜法としてスパッタ法とメッキ法を組み合わせたが、この方法に限定されるものではなく、ＣＶＤ法等によっても成膜可能である。
【００９６】
また本実施例では銅配線層を２層のみ形成しているが、必要に応じて配線層を順次重ねていくことが可能である。
【実施例５】
【００９７】
図１５から図１７は本発明のデュアルダマシン型銅配線構造体を有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。以下順を追って説明する。半導体素子が形成された基体１００上に、膜厚４００ｎｍの酸化シリコンからなる第１の絶縁膜２００を形成した後、基体１００と電気的接続をとるために、第１の絶縁膜２００の所望の領域に開口部を設け、ＣＶＤ法によりタングステン・プラグ５００を充填した。次に、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）を塗布、焼成し、第２の絶縁膜２０１を形成した後、プラズマＣＶＤ法により膜厚２５ｎｍの炭化シリコンを主成分とする第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０を形成した。次に、通常のフォトリソグラフィー法とドライエッチ法を組み合わせることで、第２の絶縁膜２０１及び第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０の所望の領域に開口部を設け、この開口部を充填するように、スパッタリング法を用いて膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜と、スパッタリング法と電解メッキ法を組み合わせて膜厚５００ｎｍの銅膜を順次形成した後、ＣＭＰ法により第１のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１０上の窒化チタン膜及び銅膜を取り除き、開口部４００を充填するように、窒化チタンからなる第１の導電性バリア層３００と銅からなる第１の導電体３０１から構成される第１の銅配線層を形成した（図１７（ａ））。
【００９８】
次に、実施例３に記載したように、この上に、平行平板型プラズマＣＶＤ方式を用いて、シランとＮ２Ｏを含む混合ガスを原料ガスとし、膜厚５０ｎｍのＰ−ＭＳＯ（窒素濃度３原子％）からなる第３の絶縁性拡散障壁層２０９、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫからなる第３の絶縁膜２０４、膜厚２５ｎｍの炭化シリコンを主成分とする第１の中間ストッパ膜２１５、膜厚３２５ｎｍの有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫからなる第６の絶縁膜２１６、第４のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１７を順次、形成した。その後、膜厚７５ｎｍの酸化シリコンからなる第１のハードマスク２１８を形成し、通常のフォトリソグラフィー法とドライエッチ法を組み合わせることで、第１のフォトレジスト６００と第１のハードマスク２１８の所望の領域に第３の開口部４０２を形成した（図１５（ｂ））。
【００９９】
次に、第１のフォトレジスト６００をレジスト・アッシャで除去後、再度、フォトリソグラフィー法を用いて第１のハードマスク２１８に設けた開口部を覆うようにレジストを塗布後、露光、現像をおこなうことで第２のフォトレジスト６０１の所望の領域に開口部を設けた。その後、この第２のフォトレジスト６０１をエッチングマスクに、ドライエッチ法を用いて、第４のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１７の所望の領域に第４の開口部４０３を設けた（図１６（ａ））。
【０１００】
次に、第２のフォトレジスト６０１をレジスト・アッシャで除去後、第４のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１７をエッチングマスクに用いて、アンモニアガスを用いたドライエッチ法により第６の絶縁膜２１６に開口部を設けた。さらに、エッチングガスをＣＨ４と酸素の混合ガスに切り替えてドライエッチをおこない、第１のハードマスク２１８をエッチングマスクとして第４のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１７を、また、第６の絶縁膜２１６をエッチングマスクとして第１の中間ストッパ膜２１５にそれぞれ開口部を形成した（図１６（ｂ））。
【０１０１】
次に、再度、エッチングガスをアンモニアに切り替え、ＳｉＬＫ膜のエッチング膜厚に換算して約４２０ｎｍに相当する時間のエッチングをおこない、第６の絶縁膜２１６および第３の絶縁膜２０４に開口部を形成した。この際、第１のハードマスク２１８、第４のエッチング停止層、兼、保護絶縁膜２１７、第１の中間ストッパ膜２１５、第３の絶縁性拡散障壁層２０９はアンモニアガスでほとんどエッチングされないため、図１７（ａ）に示した構造が得られた。
【０１０２】
次に、第３の絶縁性拡散障壁層２０９を除去するために、Ｃ４Ｆ８系のガスを用いて、Ｐ−ＭＳＯ膜厚換算で７５ｎｍのドライエッチを行った後、クリーニングをおこない、スパッタリング法、電解メッキ法、ＣＭＰ法を組み合わせて、膜厚３０ｎｍの窒化チタンからなる第６の導電性バリア層３０９と銅からなる第５の導電体３１０から構成される、接続孔を有する第２の銅配線層を形成し、さらにその上に、膜厚５０ｎｍのＰ−ＭＳＯからなる第５の絶縁性拡散障壁層２１９、膜厚３２５ｎｍのＳｉＬＫからなる第７の絶縁膜２２０、膜厚２５ｎｍの酸化シリコンからなる第４の保護絶縁膜２２１を形成し、半導体装置を構成した（図１７（ｂ））。
【０１０３】
この実施例５に示した構造において、膜厚２５ｎｍの炭化シリコンを主成分とするプラズマＣＶＤ膜を、第１の中間ストッパ膜２１５として用いたが、この他に酸化シリコン、窒化シリコン、有機基含有酸化シリコン、酸化アルミをそれぞれ使用して作成した試料を数種類作成した。
【０１０４】
このようにして形成した半導体装置の性能及び信頼度を調べたところ、第１の中間ストッパ膜として、酸化シリコンを用いた試料では、他の材料を使用した場合と比較して、第２の銅配線層および接続孔の電気抵抗のばらつきが大きくなる結果が得られた。その理由を調べるために、第２の銅配線層および層間接続孔部分の断面をＳＥＭで観察したところ、酸化シリコンを用いた試料では、第２の銅配線層直下に存在するはずの第１の中間ストッパ膜２１５が消失しており、配線高さが不均一になったり、接続孔形状が不良になったりする場合が数多く観察された。これに対し、第１の中間ストッパ膜として、酸化シリコン以外の材料を用いた試料ではそのような不良は観察されなかった。その原因をさらに詳しく調べたところ、第１の中間ストッパ膜として、酸化シリコンを用いた場合には、Ｐ−ＭＳＯからなる第３の絶縁性拡散障壁層２０９に開口部を設けるためにドライエッチをおこなった際に、同時に、第１の中間ストッパ膜２１５もエッチングされ、ＳｉＬＫからなる第３の絶縁膜が露出したり、掘り込まれたりすることが明らかとなった。一方、第１の中間ストッパ膜として、炭化シリコン、窒化シリコン、有機基含有酸化シリコン、酸化アルミを用いた場合には、実施例５でも述べたように、Ｐ−ＭＳＯに比べドライエッチ速度が遅いために、第３の絶縁性拡散障壁層２０９に開口部を設けても第１の中間ストッパ膜２１５は消失していなかった。
【０１０５】
次に、第２の銅配線層において隣接する銅配線間の漏れ電流および絶縁破壊寿命を評価したところ、いずれの試料においても、電界強度２ＭＶ／ｃｍにおける隣接する銅配線間は１００年以上の絶縁破壊寿命を持つが、第１の中間ストッパ膜として炭化シリコンを用いた場合には、隣接する銅配線間の漏れ電流が、若干増大する結果が得られた。また、第２の銅配線層の寄生容量を測定したところ、窒化シリコンおよび酸化アルミを用いた場合には、寄生容量が若干増大する結果となった。有機含有シリコンを用いた場合には、漏れ電流や寄生容量の増大は起きなかったものの、半導体装置を製造工程において一部のウェハから膜がはがれる例も見られた。
【０１０６】
以上のように、本実施例で記載したようなデュアルダマシン型銅配線構造体を有する半導体装置の製造工程において、Ｐ−ＭＳＯ膜に比べてドライエッチ速度が遅い酸化シリコン以外の材料を第１の中間ストッパとして用いることで、配線抵抗や接続孔抵抗のばらつきを向上できる。しかし、他の性能に関しては各材料の特徴があるので、半導体装置の用途や製造プロセスの特徴に応じて使い分けるのが望ましい。
【０１０７】
つまり本発明の実施例に従い、第１の銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層としてＰ−ＭＳＯが形成され、この第１の銅配線に対して接続孔をもつデュアルダマシン型銅配線を形成するに際し、前記接続孔の加工マスクである第１中間ストッパを構成する材料を、Ｐ−ＭＳＯのドライエッチ速度の１／２以下の絶縁膜とすることにより、配線抵抗ばらつきが小さく、信頼度の高い銅配線を有する半導体装置を形成することが可能となる。
【０１０８】
本実施例では、第１の中間ストッパ膜として、炭化シリコン、窒化シリコン、有機基含有酸化シリコン、酸化アルミの例について検討をおこなったが、本発明の効果はこの組み合わせに限定されるものではない。Ｐ−ＭＳＯのドライエッチ条件を適用したときのドライエッチ速度が、Ｐ−ＭＳＯのドライエッチ速度の１／２以下であるような絶縁膜材料であれば同様の効果が期待できる。この際、その絶縁膜の比誘電率および漏れ電流が低いほどよいのは言うまでもない。
【０１０９】
また本実施例では、第１の中間ストッパ膜の膜厚を２５ｎｍとしたが、この膜厚は、半導体の性能およびプロセスマージンの観点から変化させることも可能である。第１の中間ストッパ膜の膜厚が厚いほど、絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＭＳＯのエッチングを過剰に行っても、信頼度低下は抑制されるので、製品歩留の向上が期待できる。しかし、一般的に第１の中間ストッパ膜の比誘電率は、その下に用いている絶縁膜、本実施例では比誘電率２．７のＳｉＬＫ、の比誘電率より高いため、配線全体の寄生容量が増大し、性能が低下するおそれがある。一方、第１の中間ストッパ膜の膜厚を薄くすれば、寄生容量の増大は最小限に抑えられるが、絶縁性拡散障壁層であるＰ−ＭＳＯのエッチングを過剰に行った場合には、その下に用いている絶縁膜、本実施例でＳｉＬＫ、が露出してしまい、信頼度低下のおそれがある。したがって、この第１の中間ストッパ膜としては、１５ｎｍから１５０ｎｍが適当であり、２５ｎｍから１００ｎｍの範囲がより好ましい。
【０１１０】
また本実施例では、銅配線の直上に絶縁性拡散障壁層として窒素濃度３原子％を含有するＰ−ＭＳＯを形成したが、この窒素濃度に限定されるわけではなく、実施例３に示したように必要な信頼度と性能を満足する任意の窒素濃度のＰ−ＭＳＯを使用することができる。さらに必要な信頼度と性能が満たされるのであれば、シランの代わりに他の無機シランガスや有機シランガスを用いたガスで作成した膜を用いることが可能である。
【０１１１】
また本実施例では、第２、第３、第６、第７の絶縁膜として、有機低誘電率絶縁膜であるＳｉＬＫを用いているが、本発明の効果はこの組み合わせによってのみ発揮されるわけではない。低誘電率絶縁膜としては、テフロン（デュポン社製、商品名）等に代表されるフッ素樹脂やＦＬＡＲＥ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含む有機膜、メチルトリエトキシシラン（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３ＳｉＣＨ３）を原料ガスに用いたＣＶＤ絶縁膜やブラックダイアモンド（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名）やＨＳＧ−Ｒ７（日立化成工業社製、商品名）等を含む有機含有酸化シリコン膜、Ｎａｎｏｇｌａｓｓ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）やＸＬＫ（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ社製、商品名）等を含むポーラス絶縁膜、フッ素等を添加した無機低誘電率酸化シリコン膜等との組み合わせにおいても同様の効果が期待できる。なお、第２、第３、第６、第７の絶縁膜として低誘電率絶縁膜ではない通常の酸化シリコン膜（比誘電率４程度）を用いた場合にも、本発明は有効であるが、寄生容量を低減するためには低誘電率絶縁膜との組み合わせが最も有効であることはいうまでもない。
【０１１２】
また本実施例では、銅の成膜法としてスパッタ法とメッキ法を組み合わせたが、この方法に限定されるものではなく、ＣＶＤ法等によっても成膜可能である。
【０１１３】
また本実施例では銅配線層を２層のみ形成しているが、必要に応じて配線層を順次重ねていくことが可能である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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