(57)【要約】【課題】層間絶縁膜に溝を形成する際にエッチングの終点を検出することができ、且つ、層間絶縁膜の成膜工程の簡略化を図ることができる半導体装置、及びその製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第１の配線と、前記第１の配線の上に設けられ、窒素と、シリコン化合物と、を含む第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜の上に設けられ、窒素と、シリコン化合物と、を含む第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれた第２の配線と、を備えている。そして、前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と直接接しており、前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、前記第２の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、が異なる。【選択図】図１
2013161985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配線と、
前記第１の配線の上に設けられ、窒素と、シリコン化合物と、を含む第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜の上に設けられ、窒素と、シリコン化合物と、を含む第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれた第２の配線と、
を備え、
前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と直接接しており、
前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、前記第２の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、が異なる半導体装置。
【請求項２】
前記第１の層間絶縁膜の比誘電率は、前記第２の層間絶縁膜の比誘電率とは異なる請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記窒素の濃度は、４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、前記第２の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、の差の絶対値は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記シリコン化合物は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の配線と、前記第１の層間絶縁膜と、の間に、前記第１の層間絶縁膜よりは低い比誘電率を有する第３の層間絶縁膜をさらに備える請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３の層間絶縁膜の厚みは、前記第１の層間絶縁膜の厚みよりも厚い請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
第１の配線を形成する工程と、
前記第１の配線の上に、窒素と、シリコン化合物と、を含む第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜の上に、窒素と、シリコン化合物と、を含む第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜に第２の配線を埋め込む溝部を形成する工程と、
を備え、
前記第２の層間絶縁膜を形成する工程において、前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と直接接するように形成され、
前記第１の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の層間絶縁膜を形成する工程と、において、供給する窒素ガスの量により、前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、前記第２の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、が異なるように制御する半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の層間絶縁膜を形成する工程と、は同じ処理装置において続いて実行される請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の層間絶縁膜に第２の配線を埋め込む溝部を形成する工程において、前記溝部をエッチングにより形成し、前記エッチングの終点の検出は、発光強度の変化に基づいて行う請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の層間絶縁膜を形成する工程と、において、
原料ガスと、酸化ガスと、窒素ガスと、を供給する請求項８〜１０のいずれか１つ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】
後述する実施形態は、概ね、半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において配線を形成する際に埋め込み配線が用いられる場合がある。埋め込み配線を形成する際には、層間絶縁膜に配線材料を埋め込むための溝が形成される。そして、この様な溝を形成する際には、エッチングの終点を検出する必要がある。  
そのため、エッチングの終点を検出するために、層間絶縁膜と層間絶縁膜との間に層間絶縁膜には含まれていない元素を含む終点検出用の絶縁膜を設ける技術が提案されている。
しかしながら、層間絶縁膜とは異なる元素を含む絶縁膜を設けるようにすれば、成膜工程が複雑となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３７１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、層間絶縁膜に溝を形成する際にエッチングの終点を検出することができ、且つ、層間絶縁膜の成膜工程の簡略化を図ることができる半導体装置、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】
【０００５】
実施形態に係る半導体装置は、第１の配線と、前記第１の配線の上に設けられ、窒素と、シリコン化合物と、を含む第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜の上に設けられ、窒素と、シリコン化合物と、を含む第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜に埋め込まれた第２の配線と、を備えている。そして、前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と直接接しており、前記第１の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、前記第２の層間絶縁膜に含まれる前記窒素の濃度と、が異なる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を例示するための模式断面図である。
【図２】シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度と、比誘電率との関係を例示するための模式グラフ図である。
【図３】発光強度の変化を例示するための模式グラフ図である。
【図４】窒素の濃度と発光強度との関係を例示するためのグラフ図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置１の製造方法を例示するための模式工程断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る半導体装置を例示するための模式断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置１０の製造方法を例示するための模式工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
[第１の実施形態]  
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示するための模式断面図である。  
なお、半導体装置１に設けられる配線以外の部分には既知の技術を適用することができるので、図１においては配線以外の部分は省略する。  
図１に示すように、半導体装置１には、第１の配線２、バリア膜３、第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５、第２の配線６、コンタクトプラグ７が設けられている。  
第１の配線２は、例えば、所定の方向に伸びたものとすることができる。  
第１の配線２は、導電性を有する材料を用いたものとすることができる。導電性を有する材料としては、例えば、アルミニウム、銅、金、銀、ニッケルなどの金属や、タンタル、チタン、タングステンなどの高融点金属、または、これらの合金などを例示することができる。また、導電性を有する材料は、例えば、ポリシリコン、シリサイド、ポリサイドなどとすることもできる。また、第１の配線２は、１つの層からなるものとすることもできるし、複数の層が積層されたものとすることもできる。
【０００８】
バリア膜３は、第１の配線２の上に設けられている。バリア膜３は、第１の配線２の材料が第１の層間絶縁膜４の内部に拡散するのを防ぐために設けられている。バリア膜３は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）などを用いたものとすることができる。  
ただし、第１の配線２およびバリア膜３の材料や形態は例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【０００９】
第１の層間絶縁膜４は、バリア膜３の上に設けられている。第１の層間絶縁膜４は、不純物と、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）とを含むものとすることができる。  
第２の層間絶縁膜５は、第１の層間絶縁膜４の上に設けられている。
第２の層間絶縁膜５は、第１の層間絶縁膜４と直接接している。  
第２の層間絶縁膜５は、不純物と、シリコン酸化物とを含むものとすることができる。
【００１０】
第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とに含まれる不純物は、エッチングの終点を検出する際に充分な発光強度の変化を生じさせるものとすることができる。  
その様な不純物としては、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ボロン（Ｂ）、フッ素（Ｆ）、窒素（Ｎ）などを例示することができる。  
この場合、不純物としてリンやボロンを含むものとすれば吸湿性が高くなるので、第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５における比誘電率が高くなるおそれがある。また、不純物としてリンやボロンを含むものとすれば、第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５における耐熱性が低下するおそれもある。  
また、不純物としてリン、ヒ素、ボロン、フッ素などを含ませるためには、第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５の成膜時に添加ガスを用いる必要がある。  
例えば、ボロンを含ませるためにはＢ２Ｈ６などを用いる必要がある。リンを含ませるためにはＰＨ３などを用いる必要がある。  
そのため、成膜工程の煩雑化を招くおそれがある。  
これに対し、不純物として窒素を含むものとすれば第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５における比誘電率の上昇と耐熱性の低下とを抑制することができる。  
また、シリコン酸化膜を成膜する際に用いられる酸化ガス（Ｎ２Ｏ）と同じ窒素を含む添加ガス（例えば、窒素ガス）を用いることができるので、第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５の成膜中に窒素の添加を併せて行うことができる。  
そのため、成膜工程が煩雑となることを抑制することができる。  
また、第１の層間絶縁膜４に含まれる不純物の濃度と、第２の層間絶縁膜５に含まれる不純物の濃度と、が異なるものとなっている。  
また、第１の層間絶縁膜４の比誘電率は、第２の層間絶縁膜５の比誘電率とは異なるものとなっている。  
なお、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とに不純物として窒素を含ませた場合の効果などについては後述する。
【００１１】
第２の配線６は、第２の層間絶縁膜５に設けられた溝部８の内部に埋め込まれている。第２の配線６は、第１の配線２が伸びる方向と交差する方向に伸びるものとすることができる。また、第２の配線６の下面（溝部８の底）は、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界にある。  
第２の配線６は、導電性を有する材料を用いたものとすることができる。第２の配線６の材料は、第１の配線２と同様とすることができる。また、第２の配線６は、１つの層からなるものとすることもできるし、複数の層が積層されたものとすることもできる。
【００１２】
コンタクトプラグ７は、バリア膜３、第１の層間絶縁膜４を貫通する孔部９の内部に埋め込まれている。コンタクトプラグ７の下端は第１の配線２と接続され、コンタクトプラグ７の上端は第２の配線６と接続されている。  
コンタクトプラグ７は、導電性を有する材料を用いたものとすることができる。コンタクトプラグ７の材料は、第１の配線２、第２の配線６と同様とすることができる。この場合、第１の配線２、第２の配線６、コンタクトプラグ７の材料を同じものとすれば、製造工程の簡略化を図ることができる。また、第２の配線６、コンタクトプラグ７の材料を同じものとする場合には、第２の配線６、コンタクトプラグ７を同一工程において一体的に形成することができる。
【００１３】
次に、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とに含まれる不純物についてさらに例示をする。  
第１の層間絶縁膜４に含まれる不純物の濃度と、第２の層間絶縁膜５に含まれる不純物の濃度とは異なるものとなっている。そのため、エッチングの際に第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界において、発光強度を変化させることができる。この場合、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界が溝部８の底の位置となっているので、溝部８を形成する際にエッチングの終点を検出することができる。
【００１４】
第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との材料を同じにし、含ませる不純物の濃度のみを異なるものとすれば、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とを連続的に形成することができる。  
ただし、不純物を含むことで第１の層間絶縁膜４、第２の層間絶縁膜５の比誘電率が高くなりすぎると、信号遅延や消費電力などが増大するおそれがある。また、前述したように、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界をエッチングの終点とするため、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界において充分な発光強度の変化が得られるようにする必要がある。  
そのため、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とに含ませる不純物は、不純物を含ませることによる比誘電率の上昇が少なく、且つ、エッチングの終点を検出する際に充分な発光強度の変化を生じるものとする必要がある。
【００１５】
例えば、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とを、所定の濃度の窒素と、シリコン酸化物とを含むものとすれば、窒素を含ませることによる比誘電率の上昇を抑制することができる。  
また、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界において充分な発光強度の変化を得ることができる。
【００１６】
図２は、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度と、比誘電率との関係を例示するための模式グラフ図である。  
なお、図２中の棒グラフは窒素濃度を表し、「◆」は比誘電率を表している。
【００１７】
サンプル番号１〜３は、高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）による放電を用いたプラズマＣＶＤ（Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いて成膜した場合である。原料ガスはＳｉＨ４とし、酸化ガスはＮ２Ｏとした。そしてさらに、シリコン酸化膜中含まれる窒素の濃度を高めるために窒素ガスを供給するようにした。シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度は、窒素ガスの供給量により制御した。なお、窒素ガスの供給量は、サンプル番号１の場合が最も多く、サンプル番号２の場合はサンプル番号１の場合よりも少なくサンプル番号３の場合よりも多く、サンプル番号３の場合は最も少なくした。
ここで、窒素ガスの供給量によりシリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を制御するようにすれば、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を容易に調整することができる。
【００１８】
サンプル番号４、５も、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜した場合である。原料ガスはＳｉＨ４とし、酸化ガスはＮ２Ｏとした。サンプル番号４、５の場合は、窒素ガスの供給を行わずに、原料ガス（ＳｉＨ４）に対する酸化ガス（Ｎ２Ｏ）の割合を変化させることでシリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を制御した。なお、サンプル番号４の場合は、サンプル番号５の場合よりも酸化ガス（Ｎ２Ｏ）の割合を多くした。
【００１９】
サンプル番号６も、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜した場合である。原料ガスはＳｉＨ４とし、酸化ガスはＮ２Ｏとした。サンプル番号６の場合は、窒素ガスの供給を行わずに、原料ガス（ＳｉＨ４）に対する酸化ガス（Ｎ２Ｏ）の割合を変化させることでシリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を制御した。なお、サンプル番号６の場合は、成膜条件を変更することでサンプル番号４、５の場合よりもより多孔質となるようにした。
【００２０】
サンプル番号７は、二周波励起ＣＶＤ（Dual frequency Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いて成膜した場合である。原料ガスはテトラエトキシシラン(TEOS；Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane)とした。すなわち、サンプル番号７は、積極的な窒素の供給を行わない場合である。  
本発明者らの得た知見によれば、二周波励起ＣＶＤ法を用いて成膜する場合には、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜する場合よりもシリコン酸化膜中に窒素を含ませやすくなる。そのため、二周波励起ＣＶＤ法を用いて成膜する場合には、積極的に窒素を含ませるようにしない場合であってもある程度の量の窒素が含まれることになる。
【００２１】
ここで、信号遅延や消費電力などを抑制する観点からは、比誘電率が５．５以下となるようにすることが好ましい。窒素の含有量を増加させると比誘電率が高くなると考えられるが、サンプル番号１から分かるように、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を９×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度としても比誘電率が５．５以下となるようにすることができる。  
本発明者らの得た知見によれば、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすれば、比誘電率が５．５以下となるようにすることができる。
【００２２】
また、サンプル番号１〜６から分かるように、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜する場合に、原料ガス（ＳｉＨ４）、酸化ガス（Ｎ２Ｏ）に加えて窒素ガスを供給するようにすれば、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を容易に高めることができる。また、窒素ガスの供給量によりシリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を容易に制御することができる。例えば、窒素ガスの供給量を増加することで、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度を増加させることができる。  
さらに、サンプル番号１〜３から分かるように、シリコン酸化膜中に含まれる窒素の濃度が変化した場合であっても、比誘電率が変化することを抑制することができる。そのため、半導体装置１における特性の安定化や、歩留まりの向上などを図ることができる。
【００２３】
図３は、発光強度の変化を例示するための模式グラフ図である。  
図３は、図２におけるサンプル番号７の膜の上にサンプル番号１の膜が設けられたものをエッチングした際の発光強度の変化を表したものである。  
この場合、図３中のＡ部分がサンプル番号１の膜をエッチングした際の発光強度、Ｂ部分がサンプル番号７の膜をエッチングした際の発光強度である。  
そして、Ｃ部分がサンプル番号１の膜とサンプル番号７の膜との境界付近における発光強度の変化である。  
なお、発光強度は、反応生成物（ＣＮ）の発光波長（３８７ｎｍ）における強度である。そのため、膜中の窒素の濃度が高くなるほど発光強度は高くなる。
【００２４】
図２に示したように、Ａ部分における膜中（サンプル番号１の膜中）の窒素の濃度はＢ部分における膜中（サンプル番号７の膜中）の窒素の濃度よりも高くなっている。そのため、Ａ部分における発光強度はＢ部分における発光強度よりも高くなる。そして、Ａ部分における膜とＢ部分における膜との境界付近がエッチングされるようになると、Ｃ部分に示すように発光強度が大きく変化する。そのため、この様な大きな発光強度の変化が検出された場合には、Ａ部分における膜とＢ部分における膜との境界にまでエッチングが進行したことになる。そのため、Ａ部分における膜とＢ部分における膜との境界をエッチングの終点とすれば、発光強度の変化からエッチングの終点を検出することができる。
【００２５】
ここで、理論的には、Ａ部分における膜中の窒素の濃度と、Ｂ部分における膜中の窒素の濃度とに差がありさえすればエッチングの終点を検出することができる。  
しかしながら、プロセスにおける変動やノイズなどを考慮すると、ある程度の大きさの発光強度の変化が生じるようにすることが好ましい。
【００２６】
図４は、窒素の濃度と発光強度との関係を例示するためのグラフ図である。  
図４から分かるように、層間絶縁膜中の窒素の濃度が高くなれば、隣接する層間絶縁膜において含まれる窒素の濃度の差の絶対値が小さくなっても、エッチングの終点検出を安定させることができる。  
すなわち、層間絶縁膜中の窒素の濃度を４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすれば、隣接する層間絶縁膜において含まれる窒素の濃度の差の絶対値を１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３としても、エッチングの終点検出を安定して行うことができる発光強度の差Ｅを得ることができる。 
この場合、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との双方に窒素が含まれている必要はない。例えば、第１の層間絶縁膜４または第２の層間絶縁膜５に窒素が含まれていなくてもよい。  
そのため、第１の層間絶縁膜４および第２の層間絶縁膜５の少なくともいずれかにおける窒素の濃度が４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５において含まれる窒素の濃度の差の絶対値を１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすれば、エッチングの終点検出を安定して行うことができる。
【００２７】
次に、第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法について例示をする。  
なお、半導体装置１における配線以外の部分の形成には既知の技術を適用することができるので、ここでは配線の形成について例示をする。  
図５（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置１の製造方法を例示するための模式工程断面図である。
【００２８】
まず、図５（ａ）に示すように、図示しないウェーハの主面に第１の配線２を形成する。例えば、スパッタリング法などにより、図示しないウェーハの主面に導電性を有する材料を用いて膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィ法やエッチング法などにより、成膜された膜を所望の形状に加工して第１の配線２を形成する。  
その後、第１の配線２の上にバリア膜３を形成する。  
例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより、シリコン窒化物を１０ｎｍ〜５０ｎｍの厚みに成膜することでバリア膜３を形成する。
【００２９】
そして、バリア膜３の上に窒素とシリコン酸化物とを含む第１の層間絶縁膜４を形成する。  
例えば、高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）による放電を用いたプラズマＣＶＤ法により、窒素と、シリコン酸化物とを含み、厚みが２５０ｎｍ〜７５０ｎｍの第１の層間絶縁膜４を形成する。  
プラズマＣＶＤ法における原料ガスはＳｉＨ４とし、酸化ガスはＮ２Ｏとすることができる。  
またさらに、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度を高めるために窒素ガスを供給することができる。この際、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度は、窒素ガスの供給量により制御することができる。
【００３０】
例えば、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度は４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。  
この場合、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度は、第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度とは異なるものとされる。  
例えば、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度は、６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。
【００３１】
次に、第１の層間絶縁膜４の上に窒素とシリコン酸化物とを含む第２の層間絶縁膜５を形成する。  
この場合、第２の層間絶縁膜５は、第１の層間絶縁膜４と直接接するように形成される。
例えば、高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）による放電を用いたプラズマＣＶＤ法により、窒素と、シリコン酸化物とを含み、厚みが２５０ｎｍ〜７５０ｎｍの第２の層間絶縁膜５を形成する。  
プラズマＣＶＤ法における原料ガスはＳｉＨ４とし、酸化ガスはＮ２Ｏとすることができる。  
またさらに、第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度を高めるために窒素ガスを供給することができる。この際、第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度は、窒素ガスの供給量により制御することができる。
【００３２】
第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度は４×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。  
ただし、第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度は、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度とは異なるものとされる。  
例えば、第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度は、４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。  
この場合、第１の層間絶縁膜４を形成する工程と、第２の層間絶縁膜５を形成する工程と、において、供給される窒素ガスの量により、第１の層間絶縁膜４に含まれる窒素の濃度と、第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度と、が異なるものとなるように制御することができる。  
前述したように、第１の層間絶縁膜４および第２の層間絶縁膜５の少なくともいずれかにおける窒素の濃度が４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５において含まれる窒素の濃度の差の絶対値を１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすれば、エッチングの終点検出を安定して行うことができる。
【００３３】
ここで、第１の層間絶縁膜４と、第２の層間絶縁膜５とは同じ材料から形成される。また、第１の層間絶縁膜４および第２の層間絶縁膜５に含まれる窒素の濃度は、窒素ガスの供給量により制御する。  
そのため、第１の層間絶縁膜４を形成する工程と、第２の層間絶縁膜５を形成する工程と、は同じプラズマＣＶＤ処理装置の処理室内において続いて実行することができる。すなわち、プラズマＣＶＤ法におけるプロセス条件を変更するだけで、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とを連続的に形成することができる。  
そのため、成膜工程の簡略化を図ることができる。
【００３４】
次に、第２の層間絶縁膜５の上にレジストマスク２０を形成する。  
例えば、スピンコート法などにより第２の層間絶縁膜５の上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ法により所望の開口２０ａを有するレジストマスク２０を形成する。
【００３５】
次に、図５（ｂ）に示すように、レジストマスク２０をエッチングマスクとして、第２の層間絶縁膜５と第１の層間絶縁膜４とを貫通しバリア膜３に到達する孔部９を形成する。孔部９の形成は、例えば、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching）法などにより行うことができる。その後、ドライアッシング法やウェットアッシング法などによりレジストマスク２０を除去する。
【００３６】
次に、図５（ｃ）に示すように、孔部９の底に有機系の保護膜２１を形成する。  
保護膜２１は、次工程において溝部８を形成する際に第１の配線２がエッチングされないようにするために形成する。  
保護膜２１の材料には特に限定はないが、孔部９の底に保護膜２１を形成すること、孔部９の底に形成された保護膜２１を除去することなどを考慮して有機系の材料とすることができる。例えば、レジストマスクの形成において用いられる反射防止膜（ＢＡＲＣ；Bottom Anti-Reflection Coating）などとすることができる。  
保護膜２１は、孔部９を含む第２の層間絶縁膜５上の全面に形成し、孔部９の底以外の領域に形成された保護膜２１をエッチングやリフトオフ法により除去することで形成することができる。  
また、スピンコート法などにより孔部９の底にのみ形成してもよい。この場合、スピンコート法における回転数は、例えば、１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ程度とすることができる。  
保護膜２１の厚みは特に限定されるものではなく、第１の層間絶縁膜４および第２の層間絶縁膜５の材料、エッチング条件などにより適宜変更することができる。
【００３７】
その後、第２の層間絶縁膜５の上にレジストマスク２２を形成する。  
例えば、スピンコート法などにより第２の層間絶縁膜５の上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ法により所望の開口２２ａを有するレジストマスク２２を形成する。
【００３８】
次に、図５（ｄ）に示すように、レジストマスク２２をエッチングマスクとして、エッチングにより、第２の層間絶縁膜５に第２の配線６を埋め込むための溝部８を形成する。  溝部８は、第２の層間絶縁膜５の上面から第１の層間絶縁膜４の上面に至り、且つ、孔部９とつながるように形成する。
【００３９】
なお、一例として、孔部９を先に形成する場合を例示したが、孔部９と溝部８とは、いずれを先に形成してもよい。溝部８を先に形成する場合には、孔部９は溝部８の底に配置される。また、溝部８を先に形成する場合には、保護膜２１は、孔部９の底ではなく、溝部８の底に形成される。  
エッチングは、例えば、ＲＩＥ法などにより行うことができる。エッチングガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２などを例示することができる。
【００４０】
エッチングの終点は、プラズマガスの発光強度の変化から検出することができる。  
例えば、分光器を用いてプラズマガスの発光強度をモニタし、エッチングの終点である第２の層間絶縁膜５と第１の層間絶縁膜４と境界における発光強度の変化を検出してエッチングの終点を検出することができる。  
発光強度は、波長が３８７ｎｍ付近の光の発光強度とすることができる。３８７ｎｍは、エッチングガス中に含有される炭素（Ｃ）と、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とに含まれる窒素（Ｎ）とによる反応生成物（ＣＮ）の発光波長である。  
第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とでは窒素の濃度が異なるため、生成される反応生成物（ＣＮ）の量が異なる。そのため、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とでは、３８７ｎｍ付近の波長における発光強度が異なるものとなる。  
なお、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５との境界において発光強度が変化することは、前述したものと同様のため詳細な説明は省略する。
【００４１】
その後、ドライアッシング法やウェットアッシング法などにより、レジストマスク２２と保護膜２１とを除去する。  
そして、孔部９の底に露出しているバリア膜３をＲＩＥ法などにより除去し、孔部９が第１の配線２に到達するようにする。
【００４２】
次に、図５（ｅ）に示すように、孔部９と溝部８との内部に導電性を有する材料を埋め込みコンタクトプラグ７と第２の配線６とを形成する。  
導電性を有する材料の埋め込みは、例えば、第２の層間絶縁膜５上の全面に導電性を有する材料を用いた膜を形成し、第２の層間絶縁膜５の上面が露出するまでエッチバックすることにより行うことができる。  
エッチバックは、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などにより行うことができる。  
なお、孔部９と溝部８との埋め込みは、同一工程において同一材料を用いて行ってもよいし、孔部９を埋め込んだ後に溝部８を同一又は異なる材料を用いて埋め込んでもよい。  この様にして、埋め込み配線を有する半導体装置１を製造することができる。
【００４３】
[第２の実施形態]  
図６は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示するための模式断面図である。  
なお、半導体装置１０に設けられる配線以外の部分には既知の技術を適用することができるので、図６においては配線以外の部分は省略する。  
図６に示すように、半導体装置１０には、第１の配線２、バリア膜３、第１の層間絶縁膜４ａ、第２の層間絶縁膜５、第３の層間絶縁膜１１、第２の配線６、コンタクトプラグ７が設けられている。  
第１の層間絶縁膜４ａは、前述した第１の層間絶縁膜４と同様とすることができる。
【００４４】
第３の層間絶縁膜１１は、第１の層間絶縁膜４ａとバリア膜３との間に設けられている。
第３の層間絶縁膜１１の材料は特に限定されるわけではなく適宜選択することができる。この場合、第３の層間絶縁膜１１の比誘電率が第１の層間絶縁膜４ａの比誘電率よりも低くなるようにすることが好ましい。その様にすれば、第１の層間絶縁膜４ａ、第２の層間絶縁膜５、第３の層間絶縁膜１１で構成される層間絶縁膜の比誘電率を低下させることができる。そのため、信号遅延や消費電力などの増大を抑制することができる。
【００４５】
また、第３の層間絶縁膜１１の厚みは、第１の層間絶縁膜４ａの厚みよりも厚くすることが好ましい。その様にすれば、第１の層間絶縁膜４ａ、第２の層間絶縁膜５、第３の層間絶縁膜１１で構成される層間絶縁膜の比誘電率をさらに低下させることができる。  
第３の層間絶縁膜１１は、例えば、シリコン酸化物を用いたものとすることができる。
【００４６】
その様にすれば、同一工程において第３の層間絶縁膜１１と第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とを連続的に形成することができる。例えば、プラズマＣＶＤ法により第３の層間絶縁膜１１を形成する際には原料ガス（ＳｉＨ４）、酸化ガス（Ｎ２Ｏ）のみを用い、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜５とを形成する際にはさらに窒素ガスを供給するようにする。そして、第１の層間絶縁膜４を形成する際の窒素ガスの供給量と、第２の層間絶縁膜５を形成する際の窒素ガスの供給量と、変えるようにする。
【００４７】
次に、第２の実施形態に係る半導体装置１０の製造方法について例示をする。  
なお、半導体装置１０における配線以外の部分の形成には既知の技術を適用することができるので、ここでは配線の形成について例示をする。  
図７（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置１０の製造方法を例示するための模式工程断面図である。
【００４８】
まず、図７（ａ）に示すように、図示しないウェーハの主面に第１の配線２、バリア膜３、第３の層間絶縁膜１１、第１の層間絶縁膜４ａ、第２の層間絶縁膜５、レジストマスク２０を順次形成する。  
第３の層間絶縁膜１１は、例えば、高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）による放電を用いたプラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化物を２００ｎｍ〜７４０ｎｍの厚みに成膜することで形成する。プラズマＣＶＤ法における原料ガスはＳｉＨ４とし、酸化ガスはＮ２Ｏとすることができる。
【００４９】
第１の層間絶縁膜４ａは、前述した第１の層間絶縁膜４と同様にして形成することができる。ただし、第１の層間絶縁膜４ａの厚みは、１０ｎｍ〜５０ｎｍとすることができる。
なお、第１の配線２、バリア膜３、第２の層間絶縁膜５、レジストマスク２０の形成は、前述したものと同様とすることができる。そのため、これらの形成に関する詳細は省略する。
【００５０】
本実施形態においても、第３の層間絶縁膜１１と第１の層間絶縁膜４ａと第２の層間絶縁膜５との形成は、同じプラズマＣＶＤ処理装置の処理室内において続けて実行することができる。すなわち、プラズマＣＶＤ法におけるプロセス条件を変更するだけで、第３の層間絶縁膜１１と第１の層間絶縁膜４ａと第２の層間絶縁膜５とを連続的に形成することができる。  
そのため、成膜工程の簡略化を図ることができる。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジストマスク２０をエッチングマスクとして、第２の層間絶縁膜５と第１の層間絶縁膜４ａと第３の層間絶縁膜１１とを貫通しバリア膜３に到達する孔部９を形成する。  
孔部９の形成やレジストマスク２０の除去は、前述したものと同様とすることができる。
次に、図７（ｃ）に示すように、孔部９の底に有機系の保護膜２１を形成する。  
その後、第２の層間絶縁膜５の上にレジストマスク２２を形成する。  
保護膜２１の形成と、レジストマスク２２の形成とは、前述したものと同様とすることができる。
【００５２】
次に、図７（ｄ）に示すように、レジストマスク２２をエッチングマスクとして、第２の層間絶縁膜５に溝部８を形成する。  
溝部８は、第２の層間絶縁膜５の上面から第１の層間絶縁膜４ａの上面に至り、且つ、孔部９につながるように形成する。  
溝部８の形成においては、第２の層間絶縁膜５と第１の層間絶縁膜４ａとの境界がエッチングの終点となる。そのため、エッチングの終点は、プラズマガスの発光強度の変化から検出することができる。  
プラズマガスの発光強度の変化や、エッチングの終点の検出については、前述したものと同様とすることができる。
【００５３】
次に、図７（ｅ）に示すように、孔部９と溝部８との内部に導電性を有する材料を埋め込みコンタクトプラグ７と第２の配線６とを形成する。  
コンタクトプラグ７と第２の配線６の形成は、前述したものと同様とすることができる。
この様にして、埋め込み配線を有する半導体装置１０を製造することができる。
【００５４】
第１の実施形態および第２の実施形態においては、窒素の濃度が異なる層間絶縁膜が２層設けられる場合を例示したが、層間絶縁膜の層数はこれに限定されるわけではない。  
例えば、窒素の濃度が異なる層間絶縁膜が３層以上設けられるようにすることもできる。層間絶縁膜が３層以上設けられる場合には、各層に含まれる窒素の濃度がそれぞれ異なるものとすることもできるし、隣接する層において、含まれる窒素の濃度が異なるものとすることもできる。例えば、窒素の濃度が相互に異なる層が交互に設けられるようにしてもよい。  
また、シリコン酸化物から形成された層間絶縁膜における窒素の濃度を異なるものとする場合を例示したが、シリコン酸化物から形成された層間絶縁膜に限定されるわけではない。  
この場合、シリコン化合物から形成された層間絶縁膜に適用することができる。  
例えば、隣接する層間絶縁膜のうち、一方がＳｉＯＣまたはシリコン酸化物から形成され、他方がＳｉＣＮから形成される場合にも、窒素の濃度が相互に異なるようにすることでエッチングの終点を検出することができ、且つ、層間絶縁膜の成膜工程の簡略化を図ることができる。  
なお、ＳｉＯＣから形成される層間絶縁膜は、トリメチルシランを酸化することで形成することができる。  
ＳｉＣＮから形成される層間絶縁膜は、トリメチルシランを窒化することで形成することができる。
【００５５】
以上に例示をした実施形態によれば、層間絶縁膜に溝を形成する際にエッチングの終点を検出することができ、且つ、層間絶縁膜の成膜工程の簡略化を図ることができる半導体装置、及びその製造方法を実現することができる。  
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  半導体装置、２  第１の配線、３  バリア膜、４  第１の層間絶縁膜、５  第２の層間絶縁膜、６  第２の配線、７  コンタクトプラグ、８  溝部、９  孔部、１０  半導体装置
【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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