(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆するバリア絶縁膜を有する半導体装置において、
前記バリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む第１のバリア絶縁膜と、シリコン、酸素、水素及び炭素を含む第２のバリア絶縁膜とから少なくとも構成される２層以上の積層構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記バリア絶縁膜上に低誘電率を有する絶縁膜を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記バリア絶縁膜と前記低誘電率を有する絶縁膜とは層間絶縁膜を構成し、前記低誘電率を有する絶縁膜上に銅膜或いは銅膜を主とする配線が形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
第１の成膜ガスをプラズマ化し、反応させてシリコン、酸素、窒素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む第１のバリア絶縁膜を形成する工程と、
第２の成膜ガスをプラズマ化し、反応させてシリコン、酸素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、水素及び炭素を含む第２のバリア絶縁膜を形成する工程とを有し、
前記第１のバリア絶縁膜と前記第２のバリア絶縁膜とから少なくとも構成される２層以上の積層構造を有する、基板上の銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆し、前記第１のバリア絶縁膜が前記配線と直に接触するバリア絶縁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５】
前記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素及び水素を含む絶縁膜であり、前記第１の成膜ガスは、シラン（ＳｉＨ4）と、Ｎ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、前記第１の成膜ガスは、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、前記第１の成膜ガスは、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素及び水素を含む絶縁膜であり、前記第２の成膜ガスは、シラン（ＳｉＨ4）と、Ｎ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とする請求項４乃至７の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第２のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、前記第２の成膜ガスは、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とする請求項４乃至７の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記シロキサンは、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：(CH3)3Si-O-Si(CH3)3）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：((CH3)2)4Si4O4
【化１】
0003745257.tif 000006
）、
又はテトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ：(CH3H)4Si4O4
【化２】
0003745257.tif 000007
）
のうち何れか一であることを特徴とする請求項６、７又は９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記メチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）は、モノメチルシラン（SiH3(CH3)）、ジメチルシラン（SiH2(CH3)2）、トリメチルシラン（SiH(CH3)3）、又はテトラメチルシラン（Si(CH3)4）のうち何れか一であることを特徴とする請求項６、７又は９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記バリア絶縁膜を形成する前に、前記銅膜の表面をＮＨ3ガスのプラズマに曝して、前記銅膜表面の酸化膜を除去することを特徴とする請求項４乃至１１の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記バリア絶縁膜上に、さらに低誘電率を有する絶縁膜を形成することを特徴とする請求項４乃至１２の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記低誘電率を有する絶縁膜上に銅膜或いは銅膜を主とする配線を形成することを特徴とする請求項１３記載の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、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳しくは、基板上の銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆してバリア絶縁膜が形成されている半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の高集積度化、高密度化とともに、データ転送速度の高速化が要求されている。このため、銅膜或いは銅膜を主とする配線を用いるとともに、銅の拡散阻止能力を有し、かつ低い比誘電率を有するバリア絶縁膜が望まれている。
【０００３】
バリア絶縁膜として、テトラメチルシラン（SiH(CH3)4）とＣＨ4を含む成膜ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜や、プラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のシリコン酸化膜は比誘電率は低いが、炭素量が多く、そのためにリーク電流を十分に抑制することが難しいという問題がある。さらに、銅に対する拡散防止能力も十分でないという問題もある。また、後者のシリコン窒化膜はリーク電流は小さく、かつ銅に対する拡散防止能力は十分に高いが、比誘電率が高いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆する、リーク電流が小さく、かつ銅に対する拡散防止能力が十分に高い、低い比誘電率を有するバリア絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、半導体装置に係り、基板上の銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆するバリア絶縁膜を有する半導体装置において、前記バリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む第１のバリア絶縁膜と、シリコン、酸素、水素及び炭素を含む第２のバリア絶縁膜とから少なくとも構成される２層以上の積層構造を有することを特徴とし、
第２の発明は、第１の発明の半導体装置に係り、前記バリア絶縁膜上に低誘電率を有する絶縁膜を有することを特徴とし、
第３の発明は、第２の発明の半導体装置に係り、前記バリア絶縁膜と前記低誘電率を有する絶縁膜とは層間絶縁膜を構成し、前記低誘電率を有する絶縁膜上に銅膜或いは銅膜を主とする配線が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
第４の発明は、半導体装置の製造方法に係り、第１の成膜ガスをプラズマ化し、反応させてシリコン、酸素、窒素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む第１のバリア絶縁膜を形成する工程と、第２の成膜ガスをプラズマ化し、反応させてシリコン、酸素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、水素及び炭素を含む第２のバリア絶縁膜を形成する工程とを有し、前記第１のバリア絶縁膜と前記第２のバリア絶縁膜とから少なくとも構成される２層以上の積層構造を有する、基板上の銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆し、前記第１のバリア絶縁膜が前記配線と直に接触するバリア絶縁膜を形成することを特徴とし、
第５の発明は、第４の発明の半導体装置の製造方法に係り、前記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素及び水素を含む絶縁膜であり、前記第１の成膜ガスは、シラン（ＳｉＨ4）と、Ｎ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とし、
第６の発明は、第４の発明の半導体装置の製造方法に係り、前記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、前記第１の成膜ガスは、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とし、
第７の発明は、第４の発明の半導体装置の製造方法に係り、前記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、前記第１の成膜ガスは、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とし、
第８の発明は、第４乃至第７の発明の何れか一の半導体装置の製造方法に係り、前記第２のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素及び水素を含む絶縁膜であり、前記第２の成膜ガスは、シラン（ＳｉＨ4）と、Ｎ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とし、
第９の発明は、第４乃至第７の発明の何れか一の半導体装置の製造方法に係り、第２のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、前記第２の成膜ガスは、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2のうち少なくとも何れか一とを含むことを特徴とし、
第１０の発明は、第６、第７又は第９の発明の何れか一の半導体装置の製造方法に係り、前記シロキサンは、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：(CH3)3Si-O-Si(CH3)3）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：((CH3)2)4Si4O4
【０００８】
【化３】
0003745257.tif 000002
【０００９】
）、
又はテトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ：(CH3H)4Si4O4
【００１０】
【化４】
0003745257.tif 000003
【００１１】
）
のうち何れか一であることを特徴とし、
第１１の発明は、第６、第７又は第９の発明の何れか一の半導体装置の製造方法に係り、前記メチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）は、モノメチルシラン（SiH3(CH3)）、ジメチルシラン（SiH2(CH3)2）、トリメチルシラン（SiH(CH3)3）、又はテトラメチルシラン（Si(CH3)4）のうち何れか一であることを特徴とし、
第１２の発明は、第４乃至第１１の発明の何れか一の半導体装置の製造方法に係り、前記バリア絶縁膜を形成する前に、前記銅膜の表面をＮＨ3ガスのプラズマに曝して、前記銅膜表面の酸化膜を除去することを特徴とし、
第１３の発明は、第４乃至第１２の発明の何れか一の半導体装置の製造方法に係り、
前記バリア絶縁膜上に、さらに低誘電率を有する絶縁膜を形成することを特徴とし、
第１４の発明は、第１３の発明の半導体装置の製造方法に係り、前記低誘電率を有する絶縁膜上に銅膜或いは銅膜を主とする配線を形成することを特徴としている。
【００１２】
次に、以上の構成により奏される作用について説明する。
シリコン、酸素、窒素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む絶縁膜は、窒素を含むため、緻密でリーク電流が小さく、かつ銅に対する拡散阻止能力が十分に高いが、比誘電率が高い。また、プラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ2膜に対するエッチング選択比は大きい。一方で、シリコン、酸素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、水素及び炭素を含む絶縁膜は、比誘電率は低いが、緻密性が比較的低く、リーク電流が大きい。かつ銅に対する拡散阻止能力に対して十分な信頼をおけない。
【００１３】
本願発明では、銅膜或いは銅膜を主とする配線を被覆するバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む第１のバリア絶縁膜と、シリコン、酸素及び水素を含むか、或いはシリコン、酸素、水素及び炭素を含む第２のバリア絶縁膜とから少なくとも構成される２層以上の多層構造を有している。第１及び第２のバリア絶縁膜のうちいずれが銅膜或いは銅膜を主とする配線に接する層であってもよい。
【００１４】
即ち、リーク電流が小さく、かつ銅に対する拡散阻止能力が十分に高いという機能を害さないように、比較的に高い比誘電率を有する第１のバリア絶縁膜の膜厚を薄い膜厚に設定し、比誘電率が低い第２のバリア絶縁膜の膜厚をバリア絶縁膜全体の膜厚として必要な十分に厚い膜厚に設定する。これにより、このような第１及び第２のバリア絶縁膜から少なくとも構成されるバリア絶縁膜は、低い比誘電率を有し、かつリーク電流が小さく、銅に対する拡散阻止能力も十分に高いという性能を有することになる。
【００１５】
上記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素及び水素を含む絶縁膜であり、シラン（ＳｉＨ4）と、Ｎ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含む第１の成膜ガスをプラズマ化し、反応させて形成することができる。また、上記第１のバリア絶縁膜は、シリコン、酸素、窒素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2又はＮＨ3のうち少なくとも何れか一とを含む第１の成膜ガスをプラズマ化し、反応させて形成することができる。
【００１６】
上記の第２のバリア絶縁膜はシリコン、酸素及び水素を含む絶縁膜であり、シランと、Ｎ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち少なくとも何れか一とを含む第２の成膜ガスをプラズマ化し、反応させて形成することができる。また、第２のバリア絶縁膜はシリコン、酸素、水素及び炭素を含む絶縁膜であり、シロキサン又はメチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）のうち少なくとも何れか一と、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2のうち少なくとも何れか一とを含む第２の成膜ガスをプラズマ化し、反応させて形成することができる。
【００１７】
さらに、上記バリア絶縁膜上に低誘電率を有する絶縁膜を形成してもよい。この場合、さらに低誘電率を有する絶縁膜上に銅膜或いは銅膜を主とする新たな配線を形成し、バリア絶縁膜と低誘電率を有する絶縁膜とを層間絶縁膜として用いることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる平行平板型のプラズマ成膜装置１０１の構成を示す側面図である。
【００１９】
このプラズマ成膜装置１０１は、プラズマガスにより被成膜基板２１上に絶縁膜を形成する場所である成膜部１０１Ａと、成膜ガスを構成する複数のガスの供給源を有する成膜ガス供給部１０１Ｂとから構成されている。
成膜部１０１Ａは、図１に示すように、減圧可能なチャンバ１を備え、チャンバ１は排気配管４を通して排気装置６と接続されている。排気配管４の途中にはチャンバ１と排気装置６の間の導通／非導通を制御する開閉バルブ５が設けられている。チャンバ１にはチャンバ１内の圧力を監視する不図示の真空計などの圧力計測手段が設けられている。
【００２０】
チャンバ１内には対向する一対の上部電極２と下部電極３とが備えられ、上部電極２に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電力供給電源（ＲＦ電源）７が接続され、下部電極３に周波数３８０ｋＨｚの低周波電力を供給する低周波電力供給電源８が接続されている。これらの電源７、８から上部電極２及び下部電極３に電力を供給して、成膜ガスをプラズマ化する。上部電極２、下部電極３及び電源７、８が成膜ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段を構成する。
【００２１】
上部電極２は成膜ガスの分散具を兼ねている。上部電極２には複数の貫通孔が形成され、下部電極３との対向面における貫通孔の開口部が成膜ガスの放出口（導入口）となる。この成膜ガス等の放出口は成膜ガス供給部１０１Ｂと配管９ａで接続されている。また、場合により、上部電極２には図示しないヒータが備えられることもある。成膜中に上部電極２を温度凡そ１００℃程度に加熱することにより、成膜ガス等の反応生成物からなるパーティクルが上部電極２に付着するのを防止するためである。
【００２２】
下部電極３は被成膜基板２１の保持台を兼ね、また、保持台上の被成膜基板２１を加熱するヒータ１２を備えている。
成膜ガス供給部１０１Ｂには、シロキサンの供給源と、メチルシラン（SiHn(CH3)4-n :ｎ＝０，１，２，３）の供給源と、シラン（ＳｉＨ4）の供給源と、酸素含有ガスであるＮ2Ｏ、Ｈ2Ｏ又はＣＯ2の供給源と、アンモニア（ＮＨ3）の供給源と、窒素（Ｎ2）の供給源とが設けられている。
【００２３】
これらのガスは適宜分岐配管９ｂ乃至９ｇ及びこれらすべての分岐配管９ｂ乃至９ｇが接続された配管９ａを通して成膜部１０１Ａのチャンバ１内に供給される。分岐配管９ｂ乃至９ｇの途中に流量調整手段１１ａ乃至１１ｆや、分岐配管９ｂ乃至９ｇの導通／非導通を制御する開閉手段１０ｂ乃至１０ｍが設置され、配管９ａの途中に配管９ａの閉鎖／導通を行う開閉手段１０ａが設置されている。
【００２４】
また、Ｎ2ガスを流通させて分岐配管９ｂ乃至９ｆ内の残留ガスをパージするため、Ｎ2ガスの供給源と接続された分岐配管９ｇとその他の分岐配管９ｂ乃至９ｆの間の導通／非導通を制御する開閉手段１０ｎ、１０ｐ乃至１０ｓが設置されている。なお、Ｎ2ガスは分岐配管９ｂ乃至９ｆ内のほかに、配管９ａ内及びチャンバ１内の残留ガスをパージする。他に、希釈ガスとして用いることもある。
【００２５】
以上のような成膜装置１０１によれば、シロキサン、メチルシラン及びシランの供給源と、酸素含有ガスの供給源と、アンモニア又は窒素の供給源とを備え、さらに成膜ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段２、３、７、８を備えている。
これにより、下記の実施の形態に示すように、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及び窒素（Ｎ）を含むか、又はＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む、銅に対する拡散阻止能力が高く、リーク電流が小さい第１のバリア絶縁膜と、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）及び水素（Ｈ）を含むか、又はＳｉ、Ｏ、Ｈ及び炭素（Ｃ）を含む、低い誘電率を有する第２のバリア絶縁膜とからなる２層のバリア絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００２６】
そして、プラズマ生成手段として、例えば平行平板型の上部電極２及び下部電極３によりプラズマを生成する手段があり、上部電極２に高い周波数の電力を供給する電源７が接続され、下部電極３に低い周波数の電力を供給する電源８が接続されている。従って、これら高低２つの周波数の電力をそれぞれ各電極２、３に印加してプラズマを生成することができる。特に、このようにして生成した絶縁膜は緻密であり、低誘電率を有する。
【００２７】
下部電極３及び上部電極２への電力印加の組み合わせは、以下の通りである。第１に、上部電極２に１ＭＨｚ以上の高周波電力を印加し、かつ下部電極３に周波数１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ未満の低周波電力を印加する。第２に、下部電極３に低周波電力を印加せずに、上部電極２に１ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する。第３に、上部電極２に高周波電力を印加せずに、下部電極３に低周波電力を印加する。
【００２８】
次に、本発明が適用される成膜ガスであるシロキサン、メチルシラン、酸素含有ガスについては、代表例として以下に示すものを用いることができる。
（ｉ）シロキサン
ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ：(CH3)3Si-O-Si(CH3)3）
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ：((CH3)2)4Si4O4
【００２９】
【化５】
）、
0003745257.tif 000004
【００３０】
テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ：(CH3H)4Si4O4
【００３１】
【化６】
）
0003745257.tif 000005
【００３２】
（ii）メチルシラン（SiHn(CH3)4-n：ｎ＝０，１，２，３）
モノメチルシラン（SiH3(CH3)）
ジメチルシラン（SiH2(CH3)2）
トリメチルシラン（SiH(CH3)3）
テトラメチルシラン（Si(CH3)4）
（iii）酸素含有ガス
一酸化窒素（Ｎ2Ｏ）
水（Ｈ2Ｏ）
炭酸ガス（ＣＯ2）
次に、本願発明者の行なった実験について説明する。
【００３３】
成膜前のプラズマ表面処理と、成膜と、成膜後のアニールとを行ない、実験用の試料を作成した。プラズマ表面処理条件、成膜条件、アニール条件は以下の通りである。
下記の成膜条件１、１ａに基づき、プラズマ励起ＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）によりＳｉ基板上及び銅膜上にＳｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む第１のバリア絶縁膜を成膜した。また、下記の成膜条件２に基づき、プラズマ励起ＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ法）によりＳｉ基板上及び銅膜上にＳｉ、Ｏ、Ｈ及びＣを含む第２のバリア絶縁膜を成膜した。
【００３４】
なお、成膜においては、ガス導入から成膜開始(プラズマ励起)までのチャンバ内のガスの置換に必要な時間（安定化期間）を１分３０秒間とり、上部電極２への反応生成物の付着を防止するため上部電極２を１００℃で加熱している。
まず、実験用試料に基づき、第１のバリア絶縁膜（調査用絶縁膜）の調査結果について説明する。
【００３５】
プラズマ表面処理条件
処理ガス
ＮＨ3流量：４００  sccm
ガス圧力（パラメータ）：４  Torr
プラズマ励起条件
下部電極：低周波電力（周波数３８０ｋＨｚ）：０Ｗ
上部電極：高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）：４００Ｗ（０．９６３Ｗ／ｃｍ2）
基板加熱条件：３７５℃
成膜条件１
第１の成膜ガス
ＨＭＤＳＯ流量：５０  sccm
Ｎ2Ｏ流量：２００  sccm
ＮＨ3流量（パラメータ）：０、５０、１００、２００、４００、６００、７５０  sccm
ガス圧力（パラメータ）：１  Torr
プラズマ励起条件
下部電極：低周波電力（周波数３８０ｋＨｚ）：１５０Ｗ（０．３６Ｗ／ｃｍ2）
上部電極：高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）：０Ｗ
基板加熱条件：３７５℃
アニール条件
基板加熱：４５０℃
時間：４時間
（ａ）調査用絶縁膜の比誘電率及び屈折率
図２は、第１の成膜ガスのうちのＮＨ3流量とＳｉ基板上に形成した膜の比誘電率及び屈折率との関係を示す図である。左側の縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の比誘電率を示し、右側の縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の屈折率を示す。横軸は線形目盛りで表した第１の成膜ガスのＮＨ3流量（sccm）を示す。
【００３６】
調査用絶縁膜は、上記成膜条件１のパラメータのうち、上部電極２への高周波電力の印加を行なわず、第１の成膜ガスのＮＨ3流量０、５０、１００、２００、４００、６００、７５０sccmの７条件でそれぞれＳｉ基板上に成膜した。比誘電率は、調査用絶縁膜表面に水銀プローブを接触させ、水銀プローブとＳｉ基板との間に直流バイアス電圧を印加し、さらに周波数１ＭＨｚの信号電圧を重畳して、Ｃ−Ｖ測定法により測定した。測定された比誘電率を、図２中、●印で示す。また、屈折率は、エリプソメータで６３３８オングストロームのＨｅ−Ｎｅレーザを用いて測定した。測定された屈折率を、図２中、○印で示す。
【００３７】
図２によれば、比誘電率はＮＨ3流量の増加とともに増加し、ＮＨ3流量０sccmのとき、４．２程度であった比誘電率が、ＮＨ3流量７５０sccmのとき、５．２程度となった。後に説明する図７に示す窒素を含まない調査用絶縁膜の場合と比べて、比誘電率は大きい。
屈折率はＮＨ3流量の増加とともに漸増する。ＮＨ3流量０sccmのとき、１．６７程度であったものが、ＮＨ3流量７５０sccmのとき、１．７２程度となった。図７に示す窒素を含まない調査用絶縁膜（ＮＨ3流量０sccmの場合に相当）の場合と比較して屈折率は大きい。この場合には、屈折率が大きいということは、即ち、緻密であることを示している。
【００３８】
（ｂ）調査用絶縁膜のリーク電流
図３は、アニール前後における、調査用絶縁膜に印加した電界強度とその調査用絶縁膜のリーク電流の関係を示す図である。縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜のリーク電流（Ａ／ｃｍ2）を示し、横軸は線形目盛りで表した電界強度（ＭＶ／ｃｍ）を示す。第１の成膜ガスのＮＨ3流量０、２００、６００sccmをパラメータとしている。
【００３９】
調査用絶縁膜を銅膜の上に形成した。成膜直後であって上記したアニール前に、及び上記したアニール後に、銅膜を接地して、調査用絶縁膜表面に水銀プローブを接触させ、水銀プローブに負の電圧を印加して、リーク電流を測定し、水銀プローブの面積からリーク電流密度を計算した。横軸の電界強度はそのときの負の電圧に基づく電界強度である。電界強度の負の符号は銅膜から水銀プローブの方向へ向かう電界であることを示している。
【００４０】
図３によれば、第１の成膜ガスのＮＨ3流量６００sccmの試料以外では、ＮＨ3流量に対する依存性は小さい。ＮＨ3流量６００sccmの試料以外、電界強度が負の方向に大きくなるとともに増大し、−５ＭＶ／ｃｍのとき、リーク電流密度は１０-6〜１０-5Ａ／ｃｍ2であった。後に説明する、図５に示す窒素を含む他の調査用絶縁膜や、図８に示す窒素を含まない調査用絶縁膜のそれと比べて一桁程度小さい。
【００４１】
なお、ＮＨ3流量が６００sccmの場合において、電界強度−５ＭＶ／ｃｍのときのリーク電流密度の急激な増加が見られた。これは、絶縁膜の絶縁破壊を示すが、同図の他の試料の絶縁破壊特性と併せて考えてみても、銅の拡散による絶縁破壊とは考えにくい。絶縁膜の欠陥等による特異なものと考えられる。
（ｃ）調査用絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力
図４は、調査用絶縁膜の銅膜に対する拡散阻止能力について調査した結果を示すグラフである。第１の成膜ガスのＮＨ3流量０、５０、１００、２００、４００、６００をパラメータとしている。
【００４２】
縦軸は線形目盛りで表した銅の濃度（ｃｍ-3）を示し、横軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の表面から銅膜の方向に測った距離ｄ(ｎｍ)を示す。
調査用絶縁膜を銅膜の上に形成した。図４中、点線がその境界面を示す。その調査用絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力は、上記説明したアニール後に調査用絶縁膜中の銅の濃度を測定することにより行なった。
【００４３】
図４によれば、調査用絶縁膜中に銅が拡散している試料は皆無であり、予想通り、調査用絶縁膜は十分に高い銅に対する拡散阻止能力を有することが判明した。
次に、実験用試料に基づき、他の第１のバリア絶縁膜（調査用絶縁膜）の調査結果について説明する。プラスマ表面処理条件とアニール条件は上記と同じとし、成膜条件を以下の通りとした。成膜条件１と比較して成膜ガスにＮ2Ｏを添加していない。
【００４４】
成膜条件１ａ
第１の成膜ガス
ＨＭＤＳＯ流量：５０  sccm
ＮＨ3流量（パラメータ）：０、５０、１００、２００、４００、６００  sccm
ガス圧力（パラメータ）：１  Torr
プラズマ励起条件
下部電極：低周波電力（周波数３８０ｋＨｚ）：１５０Ｗ（０．３６Ｗ／ｃｍ2）
上部電極：高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）：０Ｗ
基板加熱条件：３７５℃
（ａ）調査用絶縁膜のリーク電流
図５は、アニール後における、調査用絶縁膜に印加した電界強度とその調査用絶縁膜のリーク電流密度の関係を示す図である。縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜のリーク電流密度（Ａ／ｃｍ2）を示し、横軸は線形目盛りで表した電界強度（ＭＶ／ｃｍ）を示す。第１の成膜ガスのＮＨ3流量をパラメータとしている。
【００４５】
調査用絶縁膜を銅膜の上に形成した。上記したアニール条件でアニールした後に、銅膜を接地して、調査用絶縁膜表面に水銀プローブを接触させ、水銀プローブに負の電圧を印加して、リーク電流を測定し、水銀プローブの面積からリーク電流密度を計算した。横軸の電界強度はそのときの負の電圧に基づく電界強度である。電界強度の負の符号は銅膜から水銀プローブの方向へ向かう電界であることを示している。
【００４６】
図５によれば、第１の成膜ガスのＮＨ3流量が０sccmでは、銅の拡散による絶縁破壊に至ったものと考えられる。それ以外のＮＨ3を含む成膜ガスで形成した絶縁膜は破壊に至ったものはなかった。
なお、リーク電流の値に関しては、ＮＨ3流量に対する依存性は小さい。電界強度が負の方向に大きくなるとともに増大し、−５ＭＶ／ｃｍのとき、リーク電流密度は１０-4〜１０-2Ａ／ｃｍ2であった。後に説明する窒素を含まない第２のバリア絶縁膜のそれと比べてほぼ同程度であった。
【００４７】
（ｂ）調査用絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力
図６は、アニール後における、調査用絶縁膜の銅膜に対する拡散阻止能力について調査した結果を示すグラフである。第１の成膜ガスのＮＨ3流量をパラメータとしている。
縦軸は線形目盛りで表した銅の濃度（ｃｍ-3）を示し、横軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の表面から銅膜の方向に測った距離ｄ(ｎｍ)を示す。
【００４８】
調査用絶縁膜を銅膜の上に形成した。図６中、縦に引いた点線がその境界面を示す。調査用絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力は、上記説明したアニール後に調査用絶縁膜中の銅の濃度を測定することにより行なった。
図６によれば、ＮＨ3流量が０sccm、即ち、ＮＨ3を加えない場合に、調査用絶縁膜中に銅が拡散しているのが判明した。
【００４９】
次に、実験用試料に基づき、第２のバリア絶縁膜（調査用絶縁膜）の調査結果について説明する。プラスマ表面処理条件とアニール条件は上記と同じとし、成膜条件を以下の通りとした。
成膜条件２
第２の成膜ガス
ＨＭＤＳＯ流量：５０  sccm
Ｎ2Ｏ流量（パラメータ）：０、５０、２００、４００、８００  sccm
ガス圧力（パラメータ）：１  Torr
プラズマ励起条件
下部電極：低周波電力（周波数３８０ｋＨｚ）：１５０Ｗ（０．３６Ｗ／ｃｍ2）
上部電極：高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）：０Ｗ
基板加熱条件：３７５℃
（ａ）調査用絶縁膜の比誘電率及び屈折率
図７は、第２の成膜ガスのうちのＮ2Ｏ流量とＳｉ基板上に形成した膜の比誘電率及び屈折率の関係を示す図である。左側の縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の比誘電率を示し、右側の縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の屈折率を示す。横軸は線形目盛りで表した第２の成膜ガスのＮ2Ｏ流量（sccm）を示す。
【００５０】
調査用絶縁膜は、上記成膜条件２のパラメータのうち、上部電極２への高周波電力の印加を行なわず、Ｎ2Ｏ流量０、５０、２００、４００、８００sccmの５条件でＳｉ基板上に成膜した。比誘電率は、調査用絶縁膜表面に水銀プローブを接触させ、水銀プローブとＳｉ基板との間に直流バイアスを印加し、さらに周波数１ＭＨｚの信号を重畳して、Ｃ−Ｖ測定法により測定した。測定された比誘電率を、図７中、●印で示す。また、屈折率は、エリプソメータで６３３８オングストロームのＨｅ−Ｎｅレーザを用いて測定した。測定された屈折率を、図７中、○印で示す。
【００５１】
図７によれば、比誘電率はＮ2Ｏ流量の増加とともに漸増し、Ｎ2Ｏ流量０sccmのとき、３．９程度であった比誘電率が、Ｎ2Ｏ流量８００sccmのとき、４．１となった。
屈折率はＮ2Ｏ流量０sccmから５０sccmにかけて急激に減少し、以降Ｎ2Ｏ流量の増加とともに漸減する。Ｎ2Ｏ流量０sccmのとき、１．７６程度であったものが、Ｎ2Ｏ流量５０sccmのとき、１．６８になり、Ｎ2Ｏ流量８００sccmのとき、１．６２程度となった。第１のバリア絶縁膜の調査結果に説明しているように、窒素を含む第１のバリア絶縁膜の方が緻密であることを示している。
【００５２】
（ｂ）調査用絶縁膜のリーク電流
図８は、アニール前後における、調査用絶縁膜に印加した電界強度とその調査用絶縁膜のリーク電流密度の関係を示す図である。縦軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜のリーク電流密度（Ａ／ｃｍ2）を示し、横軸は線形目盛りで表した電界強度（ＭＶ／ｃｍ）を示す。第２の成膜ガスのＮ2Ｏ流量０、２００、８００sccmをパラメータとしている。
【００５３】
調査用絶縁膜を銅膜の上に形成した。成膜直後であって上記したアニール前に、及び上記したアニール後に、銅膜を接地して、調査用絶縁膜表面に水銀プローブを接触させ、水銀プローブに負の電圧を印加して、リーク電流を測定し、水銀プローブの面積からリーク電流密度を計算した。横軸の電界強度はそのときの負の電圧に基づく電界強度である。電界強度の負の符号は銅膜から水銀プローブの方向へ向かう電界であることを示している。
【００５４】
図８によれば、第２の成膜ガスのＮ2Ｏ流量が０sccmの試料では低電界で電流が急増しているが、これは、アニール後に銅の拡散による絶縁破壊が生じたものと考えられる。それ以外のＮ2Ｏを含む成膜ガスで形成した絶縁膜は破壊に至ったものはなかった。
なお、第２の成膜ガスのＮ2Ｏ流量が０sccm以外では、Ｎ2Ｏ流量に対する依存性は小さい。電界強度が負の方向に大きくなるとともに増大し、−５ＭＶ／ｃｍのとき、リーク電流密度は１０-5〜１０-4Ａ／ｃｍ2であった。上記図３で説明した窒素を含む第１のバリア絶縁膜のそれと比べて一桁程度大きい。
【００５５】
（ｃ）調査用絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力
図９は、アニール前後における、調査用絶縁膜の銅膜に対する拡散阻止能力について調査した結果を示すグラフである。第２の成膜ガスのＮ2Ｏ流量をパラメータとしている。
縦軸は線形目盛りで表した銅の濃度（ｃｍ-3）を示し、横軸は線形目盛りで表した調査用絶縁膜の表面から銅膜の方向に測った距離ｄ(ｎｍ)を示す。
【００５６】
調査用絶縁膜を銅膜の上に形成した。図９中、点線がその境界面を示す。調査用絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力は、成膜直後であって上記説明したアニール前に、及び上記説明したアニール後に調査用絶縁膜中の銅の濃度を測定することにより行なった。
図９によれば、Ｎ2Ｏ流量が０sccm、即ち、Ｎ2Ｏを加えない場合に、調査用絶縁膜中に銅が拡散しているのが判明した。なお、Ｎ2Ｏを加えた試料では銅の拡散は観察できなかった。
【００５７】
以上のように、この発明の第１の実施の形態によれば、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む絶縁膜は、窒素を含むことにより比誘電率は比較的高いが、緻密で、リーク電流が小さいことがわかった。
また、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及びＣを含む絶縁膜は、緻密性は比較的低く、リーク電流が比較的大きいが、低い誘電率を有する。
【００５８】
銅に対する拡散防止能力に関しては、成膜条件１ａ、１で形成した絶縁膜と、成膜条件２で形成した絶縁膜とは共に優れており、明確な差は出なかった。
総合的に評価して、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む絶縁膜は、緻密性が優れているため、第１のバリア絶縁膜としての適性を有し、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及びＣを含む絶縁膜は、第２のバリア絶縁膜としての適性を有する。
【００５９】
これにより、バリア絶縁膜として、上記第１及び第２のバリア絶縁膜から少なくとも構成される２層以上の積層構造を用い、リーク電流が小さく、かつ銅に対する拡散阻止能力が十分に高いという機能を害さないように、比較的に高い比誘電率を有する第１のバリア絶縁膜の膜厚を薄い膜厚に設定し、比誘電率が低い第２のバリア絶縁膜の膜厚をバリア絶縁膜全体の膜厚として必要な十分に厚い膜厚に設定することで、バリア絶縁膜全体では、低い比誘電率を有し、かつリーク電流が小さく、銅に対する拡散防止能力も十分に高くなる。
【００６０】
以上、第１の実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
例えば、上記第１の実施の形態では、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む絶縁膜を形成するための第１の成膜ガスとして、ＨＭＤＳＯ＋Ｎ2Ｏ＋ＮＨ3や、ＨＭＤＳＯ＋ＮＨ3を用いているが、シリコン含有ガスとして、ＨＭＤＳＯの代わりに、（ｉ）項に記載の他のシロキサン、例えばＯＭＣＴＳ又はＴＭＣＴＳを用いることができる。また、シロキサンの代わりに、（ii）項に記載のメチルシランのうち何れか一を用いることができる。また、酸素含有ガスとして、Ｎ2Ｏの代わりに、（iii）項に記載のＨ2Ｏ又はＣＯ2を用いることができる。窒素含有ガスとして、ＮＨ3の代わりに、Ｎ2を用いることができる。即ち、第１の成膜ガスとして、これらのガスから選択されたシリコン含有ガスと、酸素含有ガスと、窒素含有ガスとの種々の組み合わせや、シリコン含有ガスと、窒素含有ガスとの種々の組み合わせが可能である。
【００６１】
また、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及びＣを含む絶縁膜を形成するための第２の成膜ガスとして、ＨＭＤＳＯ＋Ｎ2Ｏを用いているが、シリコン含有ガスとして、ＨＭＤＳＯの代わりに、（ｉ）項に記載の他のシロキサン、例えばＯＭＣＴＳ又はＴＭＣＴＳを用いることができる。また、シロキサンの代わりに、（ii）項に記載のメチルシランのうち何れか一を用いることができる。また、酸素含有ガスとして、Ｎ2Ｏの代わりに、（iii）項に記載のＨ2Ｏ又はＣＯ2を用いることができる。従って、第２の成膜ガスとして、これらのガスから選ばれたシリコン含有ガスと酸素含有ガスとの組み合わせが可能である。
【００６２】
また、第１のバリア絶縁膜として、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む絶縁膜を調査してその適性が得られたが、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及びＮを含む絶縁膜でもその適性を有する。この場合には、ＨＭＤＳＯの代わりに、シラン（ＳｉＨ4）を用い、酸素含有ガスとしてＮ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち何れか一を用い、窒素含有ガスとしてＮ2又はＮＨ3のうち何れか一を用いることができる。
【００６３】
また、第２のバリア絶縁膜として、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及びＣを含む絶縁膜を調査してその適性が得られたが、Ｓｉ、Ｏ及びＨを含む絶縁膜でもその適性を有する。この場合には、ＨＭＤＳＯの代わりに、シラン（ＳｉＨ4）を用い、酸素含有ガスとしてＮ2Ｏ又はＨ2Ｏのうち何れか一を用いることができる。
（第２の実施の形態）
図１０（ａ）は、第２の実施の形態である半導体装置の製造方法について示す断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＩ-Ｉ線に沿う断面図である。
【００６４】
図１０（ａ）、（ｂ）において、バリア絶縁膜３４ａ、３４ｃを含む層間絶縁膜３４のうち、銅膜を主とする下部配線を被覆するバリア絶縁膜３４ａと、銅膜を主とする上部配線を被覆するバリア絶縁膜３８ａとにこの発明の製造方法を適用している。
まず、半導体基板３１上に、膜厚約１μｍのＳｉＯ2膜又はＳｉＯＣＨ膜からなる配線埋込絶縁膜３２を形成する。なお、ＳｉＯＣＨ膜は膜中にＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを含む絶縁膜である。
【００６５】
次いで、配線埋込絶縁膜３２をエッチングして配線溝を形成した後、配線溝の内面に銅拡散防止膜としてＴａＮ膜３３ａを形成する。続いて、ＴａＮ膜３３ａ表面に図示しない銅シード層をスパッタ法により形成した後、メッキ法により銅膜を埋め込む。ＣＭＰ法（Chemical Mechanical Polishing 法）により、配線溝から突出した銅膜及びＴａＮ膜３３ａを研磨して表面を平坦化する。これにより、銅膜３３ｂ及びＴａＮ膜３３ａからなる下部配線が形成される。以上が被成膜基板２１を構成する。
【００６６】
次いで、配線層間絶縁膜３４のうち銅膜３３ｂと接するバリア絶縁膜３４ａをプラズマＣＶＤ法により形成する。以下にその詳細を説明する。
まず、バリア絶縁膜３４ａを形成する前に、被成膜基板２１の表面をプラズマ処理する。処理ガス条件は第１の実施の形態に示す条件と同じとする。
このため、被成膜基板２１を成膜装置１０１のチャンバ１内に導入し、基板保持具３に保持する。続いて、被成膜基板２１を加熱し、温度３７５℃に保持する。処理ガスをチャンバ１に導入し、ガス圧力を１Torrに保持する。続いて、上部電極に高周波電力４００Ｗ（０．９６３Ｗ／ｃｍ2）を印加する。下部電極３には低周波電力を印加しない。これにより、処理ガスがプラズマ化する。この状態を所定の時間保持して、銅膜３３ｂの表面の自然酸化膜を除去する。
【００６７】
次に、バリア絶縁膜３４ａを形成するため、引き続き、基板温度３７５℃に保持する。ＨＭＤＳＯを流量凡そ５０sccmで、Ｎ2Ｏを流量凡そ２００sccmで、ＮＨ3ガスを流量凡そ５０sccmで、図１に示すプラズマ成膜装置１０１のチャンバ１内に導入し、圧力を１Torrに保持する。
次いで、下部電極３に周波数３８０ｋＨｚの低周波電力約１５０Ｗ（０．３６Ｗ／ｃｍ）を印加する。上部電極２には高周波電力を印加しない。
【００６８】
これにより、ＨＭＤＳＯとＮ2ＯとＮＨ3とがプラズマ化する。この状態を１０秒間保持して、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ、Ｎ及びＣを含む膜厚２０ｎｍのPE-CVD SiO2膜からなる第１のバリア絶縁膜３４ａａを形成する。
次に、基板温度３７５℃に保持したまま、ＨＭＤＳＯを流量凡そ５０sccmで、Ｎ2Ｏを流量凡そ２００sccmで、圧力を１Torrに保持する。
【００６９】
次いで、下部電極３に周波数３８０ｋＨｚの低周波電力約１５０Ｗ（０．３６Ｗ／ｃｍ）を印加する。上部電極２には高周波電力を印加しない。
これにより、ＨＭＤＳＯとＮ2Ｏとがプラズマ化する。この状態を１０秒間保持して、Ｓｉ、Ｏ、Ｈ及びＣを含む膜厚２０ｎｍのPE-CVD SiO2膜からなる第２のバリア絶縁膜３４ａｂを形成する。
【００７０】
以上により、第１のバリア絶縁膜３４ａａと第２のバリア絶縁膜３４ａｂからなるバリア絶縁膜３４ａが形成される。
次に、通常の良く知られた低誘電率を有する絶縁膜の形成方法により、バリア絶縁膜３４ａ上に絶縁膜３４ｂ及びバリア絶縁膜３４ｃを順次形成し、配線層間絶縁膜３４を形成する。
【００７１】
次いで、配線層間絶縁膜３４上にＳｉＯ2膜又はＳｉＯＣＨ膜３２を形成したときと同じ方法により膜厚約１μｍのＳｉＯ2膜又はＳｉＯＣＨ膜からなる配線埋込絶縁膜３５を形成する。
次に、よく知られたデュアルダマシン法により銅膜を主とする接続導体３６と、銅膜を主とする上部配線３７とを形成する。なお、図中、符号３６ａ、３７ａはＴａＮ膜であり、符号３６ｂ、３７ｂは銅膜である。
【００７２】
次いで、バリア絶縁膜３４ａａ及び３４ａｂと同じ成膜条件でそれぞれ、全面に第１のバリア絶縁膜３８ａａと第２のバリア絶縁膜３８ａｂからなるバリア絶縁膜３８ａを形成する。これにより、半導体装置が完成する。
以上のように、この第２の実施の形態によれば、成膜ガスの構成ガスのうち、ＮＨ3を前半導入し、後半停止することにより、容易に、全体としてリーク電流が小さく、銅に対する拡散阻止能力が十分に高く、かつ低い比誘電率を有する２層のバリア絶縁膜３４ａ、３８ａを形成することができる。
【００７３】
これにより、特に、このバリア絶縁膜３４ａ、３８ａを層間絶縁膜の一部として銅配線３３、３７間に介在させた場合に、信頼性の高い、高速の信号伝達が可能な半導体装置を得ることが可能となる。
以上、第２の実施の形態によりこの発明を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００７４】
例えば、第２の実施の形態では、バリア絶縁膜３４ａ、３８ａは窒素を含む第１のバリア絶縁膜３４ａａ、３８ａａと窒素を含まない第２のバリア絶縁膜３４ａｂ、３８ａｂとからなる２層の積層構造を有するが、窒素を含む第１のバリア絶縁膜３４ａａ、３８ａａと窒素を含まない第２のバリア絶縁膜３４ａｂ、３８ａｂとを少なくとも含めば、３層以上の積層構造を用いてもよい。
【００７５】
また、窒素を含む第１のバリア絶縁膜３４ａａ、３８ａａを銅配線と接するように形成し、窒素を含まない第２のバリア絶縁膜３４ａｂ、３４ａｂを第１のバリア絶縁膜上に形成しているが、逆でもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、銅膜を被覆するバリア絶縁膜として、緻密性が高いため銅に対する拡散阻止能力等に十分な信頼をおけるが比較的比誘電率の高い窒素を含む第１のバリア絶縁膜と、緻密性が多少劣るため銅に対する拡散阻止能力等に十分な信頼をおけないが比誘電率の低い窒素を含まない第２のバリア絶縁膜とを少なくとも有する２層以上の積層構造を用いている。
【００７７】
この２層の積層構造により、それぞれが相補いあって、全体として、リーク電流が小さく、銅に対する拡散阻止能力が十分に高く、かつ低い比誘電率を有するバリア絶縁膜を形成することができる。
特に、このバリア絶縁膜を層間絶縁膜の一部として銅配線間に介在させた場合に、信頼性の高い、高速の信号伝達が可能な半導体装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法に用いられるプラズマ成膜装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である第１のバリア絶縁膜の成膜ガスのうちＮＨ3流量に対する比誘電率及び屈折率の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態である第１のバリア絶縁膜のリーク電流密度について示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施の形態である第１のバリア絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力について示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態である他の第１のバリア絶縁膜のリーク電流密度について示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態である他の第１のバリア絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力について示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態である第２のバリア絶縁膜の成膜ガスのうちＮ2Ｏ流量に対する比誘電率及び屈折率の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態である第２のバリア絶縁膜のリーク電流密度について示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態である第２のバリア絶縁膜の銅に対する拡散阻止能力について示すグラフである。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態である半導体装置及びその製造方法について示す断面図である。
【符号の説明】
１  チャンバ
２  上部電極
３  下部電極
４  排気配管
５  バルブ
６  排気装置
７  高周波電力供給電源（ＲＦ電源）
８  低周波電力供給電源
９ａ  配管
９ｂ〜９ｇ  分岐配管
１０ａ〜１０ｎ，１０ｐ〜１０ｓ  開閉手段
１１ａ〜１１ｆ  流量調整手段
１２  ヒータ
２１  被堆積基板
３１  基板
３２  下部配線埋込絶縁膜（ＳｉＯ2膜又はＳｉＯＣＨ膜）
３３  下部配線
３３ａ、３６ａ、３７ａ  ＴａＮ膜
３３ｂ、３６ｂ、３７ｂ  銅膜
３４  配線層間絶縁膜
３４ａ、３４ｃ、３８ａ  バリア絶縁膜
３４ａａ、３８ａａ  第１のバリア絶縁膜
３４ａｂ、３８ａｂ  第２のバリア絶縁膜
３４ｂ  低誘電率を有する絶縁膜
３５  上部配線埋込絶縁膜（ＳｉＯ2膜又はＳｉＯＣＨ膜）
３６  接続導体
３７  上部配線
１０１Ａ  成膜部
１０１Ｂ  成膜ガス供給部
【図１】
0003745257.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003745257.tif 000012
【図６】
0003745257.tif 000013
【図７】
0003745257.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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