JP4484345B2

JP4484345B2 - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP4484345B2
Application number: JP2000274426A
Authority: JP
Inventors: 孝赤堀; 基市鄭; 剛平川村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-09-11
Also published as: JP2002083869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高性能化のために、配線の高速化が進められている。配線の高速化には、層間絶縁膜の低誘電率化及び配線抵抗の低減が有効な手段である。低誘電率の層間絶縁膜としては、ＳｉＯＦ膜（約３．５）等が従来のＳｉＯ_２膜（約４．０）に代わって用いられている。また、配線抵抗の低減のため、従来のＡｌ（抵抗率２．７μΩ・ｃｍ）を主成分とする合金よりも、エレクトロマイグレーション耐性に優れ、低抵抗な（１．９μΩ・ｃｍ）Ｃｕを配線金属として用いることが多くなっている。
【０００３】
Ｃｕ配線を使用する場合、従来のエッチングプロセスによる加工が困難であるため、ＣｕをエッチングせずにＣｕの多層配線を実現する方法として、所謂ダマシン法が用いられている。以下、図１１（ａ）〜（ｆ）を参照して、ダマシン法を説明する。
【０００４】
まず、基板又は下層配線層６０１上に、例えば、ＳｉＯＦから構成される層間絶縁膜（下地膜）６０２、エッチングストッパ膜６０３を順に形成する（図１１（ａ））。次いで、基板表面上に開口６０４ａを有するレジストパターン６０４を設け（図１１（ｂ））、これをマスクとしてプラズマエッチング等により、エッチングストッパ膜６０３にスルーホール６０３ａを形成する（図１１（ｃ））。さらに、スルーホール６０３ａの形成されたエッチングストッパ膜６０３をマスクとしたパターニングにより配線溝６０５を形成する（図１１（ｄ））。続いて、金属膜６０６の密着層であるバリヤメタル膜６０６ａをスパッタリング等によって形成した後、金属膜６０６をめっき等により形成する（図１１（ｅ））。その後、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）により、エッチングストッパ膜６０３をストッパとして不用なバリヤメタル膜及び金属膜の除去を行うとともに、表面を平坦化する（図１１（ｆ））。以上のような工程によって、配線層が形成され、この工程を繰り返して多層配線層が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したダマシン法では、エッチングストッパ膜が用いられ、このエッチングストッパ膜は、下地膜のエッチングにおいてはマスクとして働く。従って、下地膜との高いエッチング選択比が求められる。また、エッチングストッパ膜は、半導体装置中で層間絶縁膜としての働きも有するので、低い比誘電率、そして、配線金属がＣｕである場合には特に、低い金属拡散性が求められる。
【０００６】
このようなエッチングストッパ膜としては、ＳｉとＮを主要元素として構成されるもの（以下、ＳｉＮ系膜）、ＳｉとＣを主要元素として構成されるもの（以下、ＳｉＣ系膜）が知られている。しかしながら、ＳｉＮ系膜の比誘電率は７〜８と高いものである。さらに、下地膜がＳｉＯＦ等のフッ素含有膜であり、これをプラズマエッチングする場合には、エッチング時に発生したフッ素ラジカル等によってＳｉＮ系膜が損傷するなど、エッチング選択比が十分に取れず、加工精度が劣化する。また、ＳｉＣ系膜（特に、ＣＨ_ｎ基を含む膜）は、エッチング選択比が良好であり、比誘電率が５付近のものもあるが、Ｃｕの拡散性が高い。このように、従来のエッチングストッパ膜は、ダマシン法による配線構造の形成に必要な条件を十分に満たしてはいなかった。
【０００７】
従って、本発明は、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体装置は、複数の溝又は穴を有する低誘電率の第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に形成され、前記複数の溝又は穴と重なる複数の開口を有し、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第２の絶縁層と、前記複数の溝又は穴と前記複数の開口とから形成される複数の配線溝又は穴に埋め込まれた導体層と、を備え、前記第１の絶縁層は、フッ化酸化ケイ素又はフッ化カーボンから構成される、ことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、ＳｉとＣとＮとから構成される第２の絶縁層は、従来の、ＳｉとＣ又はＳｉとＮとから構成されるエッチングストッパ膜と比べて同等又はそれ以下の誘電率を有するとともに、これらのエッチングストッパ膜に比べて、第１の絶縁膜との良好なエッチング選択比を有している。このため、信頼性の高い半導体装置が提供される。
【００１０】
上記構成において、前記第２の絶縁層は、Ｓｉ原子の数に対するＣ原子の数の比が０．２〜０．８であり、かつ、Ｓｉ原子の数に対するＮ原子の数の比が０．１５〜１．０であることが好ましい。ＳｉＣＮ系膜中のＳｉ、Ｃ、Ｎの存在比が上記範囲にある場合、ＳｉＣＮ膜の前記第１の絶縁層に対するエッチング選択比は高く、かつ、Ｃｕ拡散性も低減される。
【００１１】
上記構成において、前記第１の絶縁層は、フッ化酸化ケイ素又はフッ化カーボンから構成されている。これらのフッ素含有膜は、プラズマエッチングに際し、フッ素ラジカル等の発生を伴う。しかし、ＳｉＣＮ系の前記第２の絶縁層（エッチングストッパ膜）はこれらのラジカルに強く、前記第１の絶縁層に対してエッチング選択比を十分に取れる。
【００１２】
上記構成において、前記導体層は、Ｃｕから構成されていてもよい。すなわち、ＳｉとＣとＮとから構成される第２の絶縁層はＣｕ拡散性が低いので、Ｃｕを用いた、信頼性の高い配線層が形成される。
【００１３】
上記構成において、前記配線溝又は穴にはバリアメタル層が形成され、前記導体層は、前記バリアメタル層の上に形成されていることが好ましい。この構成により、導体層を構成する金属の拡散を抑止することができるだけでなく、導体層と層間絶縁層との密着性を高めることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
上記構成において、さらに、前記第２の絶縁層及び前記導体層の上に形成され、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第３の絶縁層を備えることが好ましい。これにより、Ｃｕ等の導体層からの金属の拡散を抑えることができる。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体装置の製造方法は、第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第２の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層の表面が部分的に露出するよう、前記第２の絶縁層を選択的にエッチングして開口を形成する工程と、前記選択的にエッチングされた第２の絶縁層をマスクとして前記第１の絶縁層をエッチングして、配線溝又は穴を形成する工程と、前記開口及び前記配線溝又は穴を埋めて導体層を形成する工程と、前記導体層を、前記第２の絶縁層をストッパとして研磨する工程と、を備え、前記第１の絶縁層は、フッ化酸化ケイ素又はフッ化カーボンから構成される、ことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、ＳｉとＣとＮとから構成される第２の絶縁層は、従来の、ＳｉとＣ又はＳｉとＮとから構成されるエッチングストッパ膜と比べて同等又はそれ以下の誘電率を有するとともに、これらのエッチングストッパ膜に比べて、一般的な層間絶縁膜である第１の絶縁層との良好なエッチング選択比を有する。このため、信頼性の高い半導体装置の製造することができる。
【００１７】
上記構成において、前記第２の絶縁層は、Ｓｉ原子の数に対するＣ原子の数の比が０．２〜０．８であり、かつ、Ｓｉ原子の数に対するＮ原子の数の比が０．１５〜１．０であることが好ましい。ＳｉＣＮ系膜中のＳｉ、Ｃ、Ｎの存在比が上記範囲にある場合、ＳｉＣＮ膜の下地膜に対するエッチング選択比は高く、かつ、Ｃｕ拡散性も低減される。
【００１８】
上記構成において、前記第１の絶縁層は、フッ化酸化ケイ素又はフッ化カーボンから構成されている。これらのフッ素含有膜は、プラズマエッチングに際し、フッ素ラジカル等の発生を伴う。しかし、ＳｉＣＮ系の前記第２の絶縁層（エッチングストッパ膜）はこれらのラジカルに強く、前記第１の絶縁層に対してエッチング選択比を十分に取れる。
【００１９】
上記構成において、前記導体層は、Ｃｕから構成されていてもよい。すなわち、ＳｉとＣとＮとから構成される第２の絶縁層はＣｕ拡散性が低いので、Ｃｕを用いた、信頼性の高い配線層が形成される。
【００２０】
上記構成において、さらに、前記導体層と、前記開口及び前記配線溝又は穴との間にバリアメタル層を形成する工程を備えることが好ましい。この構成により、導体層を構成する金属の拡散を抑止することができるだけでなく、導体層と層間絶縁層との密着性を高めることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
上記構成において、さらに、前記第２の絶縁層及び前記導体層の上に、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第３の絶縁層を形成する工程を備えることが好ましい。これにより、Ｃｕ等の導体層からの金属の拡散を抑えることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる半導体装置について、以下図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す部分断面図である。この半導体装置は、Ｓｉ等の基板上に形成されたＭＯＳトランジスタ等の素子を覆う絶縁膜（図示せず）上に多層配線層を形成したものであり、図１は、基板表面に形成された配線層を示している。
【００２３】
図１に示すように、最上層の配線層ＨＬの下に、第１の下地膜（層間絶縁膜）１０１、第１の導体層１０２、第１のエッチングストッパ膜１０５、から構成される下層配線層ＬＬが形成されている。
【００２４】
第１の下地膜１０１は、フッ化酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）膜、フッ素含有カーボン膜等から構成され、第１のエッチングストッパ膜１０５とともに、第１のトレンチホール１０３及び第１のビアホール１０４を形成している。形成された第１のトレンチホール１０３及び第１のビアホール１０４には第１の導体層１０２が形成されている。第１の導体層１０２は、Ｃｕ等の導体から構成される。第１の下地膜１０１と第１の導体層１０２との間には、第１のバリアメタル膜１０２ａが形成される。第１のバリアメタル膜１０２ａは、Ｔａ／ＴａＮ、Ｗ／ＷＮ、Ｔｉ／ＴｉＮ等の高融点金属又はその金属の合金の多層膜から構成され、Ｃｕ等の金属の拡散を防ぐとともに、下地膜１０１と導体層１０２との密着性を高める機能を持つ。第１の導体層１０２は、さらに下の配線層（図示せず）又はＳｉ基板に接続されている。
【００２５】
第１のエッチングストッパ膜１０５は、ＳｉとＣとＮとを主要元素として構成されたＳｉＣＮ系の絶縁膜である。このＳｉＣＮ系膜は、Ｃ原子の数のＳｉ原子の数に対する比（Ｃ／Ｓｉ）が０．２〜０．８、かつ、Ｎ原子の数のＳｉ原子の数に対する比（Ｎ／Ｓｉ）が０．１５〜１．０であるように組成されている。また、このＳｉＣＮ系膜の比誘電率は５〜５．５であり、エッチングストッパ膜として知られているＳｉＮ系（ＳｉとＮを主要元素とする）膜（７付近）よりも低く、ＳｉＣ系（ＳｉとＣを主要元素とする）膜（５付近）と同程度に低い。
【００２６】
上述の下層配線層ＬＬの上には、第２の下地膜１０６及び第２のエッチングストッパ膜１１０が形成されている。下層配線層ＬＬと同様に、第２の下地膜１０６及び第２のエッチングストッパ膜１１０は、第２のトレンチホール１０８及び第２のビアホール１０９を形成し、これらの内部には、第２のバリアメタル膜１０７ａを介して、第２の導体層１０７が埋め込まれている。
【００２７】
最上層の配線層ＨＬの上には、第３のエッチングストッパ膜１１１が形成され、これは、ＳｉとＣとＮとを主要元素として構成された上記第１及び第２のエッチングストッパ膜と同じ構成を有し、Ｃｕ等からなる導体層からの金属の拡散を抑える機能を有する。さらに第３のエッチングストッパ膜１１１の上には、第３の下地膜１１２及びパッシベーション膜１１３（例えば、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＯＮ膜）が順に形成されている。これらは、酸化等されやすい基板表面の保護層である。
【００２８】
次に、上述した半導体装置の製造方法を説明する。本実施の形態では、半導体装置を、ダマシン法の変形である、トレンチホールとビアホールを形成する、デュアルダマシン法を用いて製造する。
【００２９】
図２〜図６は、デュアルダマシン法によるＣｕ配線の形成工程を順に示す図である。以下、図を参照して順次説明を行う。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示すように、第１の下地膜１０１、第１の導体層１０２、第１のエッチングストッパ膜１０５等から構成される下層配線層ＬＬ上に、第２の下地膜１０６、第２のエッチングストッパ膜１１０を順次成膜する。第２の下地膜１０６は、ＳｉＯＦ膜であり、電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）プラズマを用いる化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）により、例えば、ＳｉＨ_４／ＳｉＦ_４／Ｏ_２（流量比：５０／５０／２００）という条件で、０．８μｍ（８０００Å）程度に形成する。
【００３１】
第２のエッチングストッパ膜１１０は、ＳｉＣＮ系膜であり、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により０．０５μｍ程度に成膜する。成膜には、例えば、ＳｉＨ_４／Ｃ_２Ｈ_４／Ｎ_２（流量比：１０／１５／１５）の混合ガスが用いられる。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、有機材料等から構成される第１のレジスト膜２０１を第２のエッチングストッパ膜１１０上に形成し、フォトリソグラフィ技術によりビアホールのパターン２０１ａを形成する。
【００３３】
続いて、図３（ａ）に示すように、ビアホールパターン２０１ａがパターニングされた第１のレジスト膜２０１をマスクとして、例えば、ＣＦ_４のプラズマガスで第２のエッチングストッパ膜１１０をエッチングし、ビアホール形成用の開口部１１０ａを形成する。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示すように、第２のエッチングストッパ膜１１０をマスクとした異方性エッチングを行い、第２の下地膜１０６にホール１０６ａを形成する。ここで、第２の下地膜（ＳｉＯＦ膜）１０６のエッチングは、例えば、Ｏ_２／ＣＦ_４プラズマガスを用いた反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）により行えばよい。また、Ｏ_２プラズマガスが添加されているので、第１のレジスト膜２０１も同時に除去することができる。
【００３５】
続いて、図４（ａ）に示すように、第２のレジスト膜２０２を第２のエッチングストッパ膜１１０上に塗布し、公知のリソグラフィ技術によりトレンチホールのパターン２０２ａを形成する。この第２のレジスト膜２０２をマスクとして第２のエッチングストッパ膜１１０を異方性エッチングして、トレンチホール形成用の開口部１１０ｂを形成する。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、トレンチホール形成用の開口部１１０ｂが形成された第２のエッチングストッパ膜１１０をマスクとして第２の下地膜１０６をエッチングする。このとき、エッチング条件を適当に調節することにより、第２の下地膜１０６の表面から所定の深さまでエッチングする。これにより、第２の下地膜１０６に、第２のトレンチホール１０８、第２のビアホール１０９が形成される。ここで、第２のトレンチホール１０８及び第２のビアホール１０９の形成は、上述したホール１０６ａの形成と同様に、例えば、Ｏ_２／ＣＦ_４プラズマガスを用いたＲＩＥにより行われ、このとき、第２のレジスト膜２０２も同時にエッチングすることができる。
【００３７】
続いて、図５（ａ）に示すように、基板表面全体に、第２のバリアメタル膜１０７ａ及び第２の導体層１０７を順に形成する。第２のバリアメタル膜１０７ａは、例えば、ＴａＮ層とＴａ層から構成される膜（Ｔａ／ＴａＮ）であり、例えば、スパッタリングにより形成される。また、第２の導体層１０７は、例えば、Ｃｕ膜であり、スパッタリングによりＣｕシード層を形成した後、無電解めっき法等により形成される。その後、図５（ｂ）に示すように、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）により、余分なバリアメタル及びＣｕを研磨して除去する。
【００３８】
最後に、図６に示すように、基板表面上に第３のエッチングストッパ膜１１１を０．０５μｍ、上記第２のエッチングストッパ膜１１０と同一の成膜条件で成膜する。さらに、第３の下地膜１１２を０．０５μｍ、そして、パッシベーション膜（ＳｉＯ_２膜）１１３を０．８μｍで順に形成する。ここで、この３層の膜の形成はＥＣＲプラズマＣＶＤ法で、同一のチャンバ内で連続的に行われる。このように、デュアルダマシン法を用いて、本実施の形態の半導体装置を製造することができる。
【００３９】
ここで、上述した半導体装置の製造工程で、第２の下地膜１０６のエッチングのマスクとして用いたＳｉＣＮ系膜について説明する。
図７は、上述したＥＣＲプラズマＣＶＤ法によるＳｉＣＮ系エッチングストッパ膜の成膜において、原料ガスであるＣ_２Ｈ_４ガス及びＮ_２ガスの混合比を変化させて成膜し、各成膜条件（Ｉ〜ＶＩＩ）で形成されたＳｉＣＮ系膜中のＳｉ原子数に対するＣ原子数とＮ原子数の比を調べた結果を示す。ここで、ＳｉＣＮ系膜の形成は、ＳｉＨ_４ガスとＣ_２Ｈ_４ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを用い、流量比をＳｉＨ_４ガス／（Ｃ_２Ｈ_４ガス＋Ｎ_２ガス）＝１０／３０に固定して、Ｃ_２Ｈ_４ガスとＮ_２ガスの混合比を変化させて行った。また、膜中のＳｉ、Ｃ、Ｎの各原子数の比は、ラザフォード後方拡散法（Rutherford Backscattering Spectroscopy：ＲＢＳ）により算出した。
【００４０】
図７よりわかるように、形成される膜中のＣとＮの存在比は、必ずしも用いられるＣ含有ガスとＮ含有ガスの混合比とは一致しないが、混合比に従って変化していることがわかる。すなわち、Ｃ_２Ｈ_４ガスの混合比を上げれば（Ｎ_２ガスの混合比を下げれば）、形成される膜中のＣ原子の存在比が上がり（Ｎ原子の存在比が下がり）、この逆とすれば、Ｃ原子の存在比は下がる（Ｎ原子の存在比は上がる）。ここで、条件Ｉでは、Ｃ_２Ｈ_４ガスを使用しないので、Ｃ原子を含まないＳｉＮ系膜が形成される。また、条件ＶＩＩでは、Ｎ_２ガスを使用しないので、Ｎ原子を含まないＳｉＣ系膜が形成される。
【００４１】
以下では、上記成膜条件（Ｉ〜ＶＩＩ）で形成された膜について、エッチング選択比及び金属の拡散性について説明する。
図８は、ＳｉＣＮ系膜のエッチング選択性に関して調べた結果であり、ＳｉＮ系膜（条件Ｉ）のエッチングレートを１としたときの、他の条件下で形成されたＳｉＣＮ系膜のエッチングレート比を示す。ここで、エッチングは、Ｏ_２／ＣＦ_４プラズマガスを用い、下地膜はＳｉＯＦ膜である。
【００４２】
図８よりわかるように、膜中のＣ含有率が上昇するにつれ、エッチングレート比は増大し、条件ＶＩＩ（ＳｉＣ系膜）では、条件Ｉ（ＳｉＮ系膜）の２倍弱の値を示している。つまり、膜中のＣ含有率が高い程選択比が取れ、従って、エッチング形状は良好になる。このように、Ｃ原子の数のＳｉ原子の数に対する比（Ｃ／Ｓｉ）が少なくとも０．２以上であれば、良好なエッチング形状が得られる。
【００４３】
図９は、ＳｉＣＮ系膜の金属拡散性、特に、Ｃｕの拡散性について調べた結果である。Ｃｕは、従来配線として用いられる金属の内で、最も拡散性の高い金属である。具体的には、Ｓｉ層上に、上記条件（Ｉ〜ＶＩＩ）下で成膜された膜５００Å（０．０５μｍ）の上にＣｕ層２０００Å（０．２μｍ）を形成し、４５０℃で７時間熱処理を施した後に、Ｓｉ／ＳｉＣＮ界面でのＣｕのＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）強度を調べた。一般に、上記条件下で、ＳＩＭＳによりＣｕのＳｉ層への拡散が検出されなければデバイス使用上は問題ないとされる。
【００４４】
図９よりわかるように、条件Ｉ〜ＶＩでは、Ｓｉ層へのＣｕの拡散量はＳＩＭＳの検出限界以下であり、成膜条件ＶＩＩでの膜（ＳｉＣ系膜）のみにＣｕの拡散が検出された。このように、膜中にＮ原子が、少なくともＮ原子の数のＳｉ原子の数に対する比（Ｎ／Ｓｉ）が０．１５以上であるように存在していればＣｕの拡散が抑えられることがわかる。
【００４５】
よって、図７〜図９に示されるように、Ｃ／Ｓｉが０．２〜０．８であり、かつ、Ｎ／Ｓｉが０．１５〜１．０の組成を有する本実施の形態のＳｉＣＮ系膜は、低比誘電率（５〜５．５）であるとともに、良好なエッチング選択性及び金属拡散性を備えたエッチングストッパ膜であることがわかる。
【００４６】
以上説明したように、本発明によれば、ＳｉとＣとＮとを主要元素として含有し、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法が提供される。詳細には、低誘電率性、下地膜との高いエッチング選択比、及び、低いＣｕ拡散性を有する、ダマシン法に適したエッチングストッパ膜を備えた半導体装置及びその製造方法が提供される。
【００４７】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形態様について、説明する。
【００４８】
上記実施の形態では、エッチングストッパ膜であるＳｉＣＮ系膜は、ＥＣＲプラズマＣＶＤにより成膜した。が、成膜方法はこれに限られず、誘導結合型（Inductive Coupled Plasma：ＩＣＰ）、ヘリコン（Helicon）型、平行平板型等のプラズマＣＶＤであってもよい。
【００４９】
上記実施の形態では、配線を構成する導体層はＣｕから構成されるとしたが、Ｃｕに限らず、Ａｌ或いはＡｌ含有合金等であってもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、下地膜のエッチングガスとしてＯ_２／ＣＦ_４ガスを用いるものとした。しかしながら、Ｏ_２／ＣＦ_４ガスの代わりにＨ_２ガスとＡｒガスとＮ_２ガスとの混合ガスなどのプラズマを用いることも可能である。また、ＣＦ_４ガスは、Ｃ_ｍＦ_ｎ（ｍ、ｎは０以上の整数）のクロロカーボン系のガスを使用することができる。
【００５１】
上記実施の形態では、エッチングストッパ膜１１１、ＳｉＯＦ膜１１２、パッシベーション膜１１３の、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法による成膜は同一のチャンバ内で行った。しかし、これに限られず、エッチングストッパ膜１１１を１つのチャンバ内で形成し、ＳｉＯＦ膜１１２とパッシベーション膜１１３を別のチャンバ内で形成する、或いは、全ての成膜を個別のチャンバで行い、さらに、別々のプラズマ処理方法を用いるものとしてもよい。しかし、一般に、半導体材料は酸化又は水分吸着し易いので、高真空かつ清浄空気条件下の同一のチャンバ内で全ての処理を行うことが好ましい。
【００５２】
上記実施の形態では、ＳｉＣＮ系膜は、ＳｉＨ_４とＣ_２Ｈ_４とＮ_２を原料ガス化合物として形成した。しかし、原料化合物としては、Ｓｉ、Ｃ、Ｎを含む化合物であって、単体で、又は、これらを適当に組み合わせた反応によりＳｉＣＮ系膜が形成されるものならいかなるものでもよい。
【００５３】
例えば、本実施の形態のように、Ｓｉ、Ｃ、Ｎをそれぞれ含む３種の原料ガス化合物を用いる場合には、Ｓｉ含有化合物としてＳｉＨ_４を、Ｃ含有化合物としてＣ_２Ｈ_４、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_２Ｈ_２等を、Ｎ含有化合物としてＮ_２、ＮＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２Ｏ_４、ＮＯ、Ｎ_３Ｈ_８等を適当に組み合わせればよい。
【００５４】
また、Ｓｉ及びＣを含む原料化合物と、Ｎを含む原料化合物の２種のガスを混合して成膜してもよい。この場合、Ｎ含有化合物としては上記したものを用い、Ｓｉ及びＣを含む化合物としてアルキルシラン、アルコキシシラン等の有機シランを用いて、これらを適当に組み合わせればよい。アルキルシランとしては、例えば、メチルシラン（ＳｉＨ_３（ＣＨ_３））、ジメチルシラン（ＳｉＨ_２（ＣＨ_３）_２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ_３）_３）、テトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）といったメチル化シランが挙げられ、アルコキシシランとしては、例えば、トリメトキシメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_３）といったメトキシ化シランが挙げられる。また、これとは逆に、Ｓｉ及びＮを含む原料ガスとＣを含む原料ガスを混合するようしてもよい。この場合、Ｃ含有化合物としては、上記のものから選択し、Ｓｉ及びＮを含む化合物としては、例えば、ジシラザン（ＳｉＨ_３−ＮＨ−ＳｉＨ_３）を用いて、これらを適当に組み合わせればよい。
【００５５】
さらには、Ｓｉ、Ｃ、Ｎを全て含む化合物を原料ガスとして用いることも可能である。このような化合物としては、シラザン結合（−Ｓｉ−Ｎ−）を有する有機シラザン化合物を用いることができる。有機シラザン化合物を用いる場合、例えば、プラズマＣＶＤ法により熱重合させて成膜することができる。使用可能な有機シラザン化合物としては、例えば、トリエチルシラザン（ＳｉＥｔ_３ＮＨ_２）、トリプロピルシラザン（ＳｉＰｒ_３ＮＨ_２）、トリフェニルシラザン（ＳｉＰｈ_３ＮＨ_２）、テトラメチルジシラザン（ＳｉＭｅ_２Ｈ−ＮＨ−ＳｉＭｅ_２Ｈ）、ヘキサメチルジシラザン（ＳｉＭｅ_３−ＮＨ−ＳｉＭｅ_３）、ヘキサエチルジシラザン（ＳｉＥｔ_３−ＮＨ−ＳｉＥｔ_３）、ヘキサフェニルジシラザン（ＳｉＰｈ_３−ＮＨ−ＳｉＰｈ_３）、ヘプタメチルジシラザン（ＳｉＭｅ_３−ＮＭｅ−ＳｉＭｅ_３）、ジプロピル−テトラメチルジシラザン（ＳｉＰｒＭｅ_２−ＮＨ−ＳｉＰｒＭｅ_２）、ジ−ｎ−ブチル−テトラメチルジシラザン（ＳｉＢｕＭｅ_２−ＮＨ−ＳｉＢｕＭｅ_２）、ジ−ｎ−オクチル−テトラメチルジシラザン（ＳｉＯｃＭｅ_２−ＮＨ−ＳｉＯｃＭｅ_２）、トリエチル−トリメチルシクロトリシラザン（（ＳｉＥｔＨ−ＮＭｅ）_３）、ヘキサメチルシクロトリシラザン（（ＳｉＭｅ_２−ＮＨ）_３）、ヘキサエチルシクロトリシラザン（（ＳｉＥｔ_２−ＮＨ）_３）、ヘキサフェニルシクロトリシラザン（（ＳｉＰｈ_２−ＮＨ）_３）、オクタメチルシクロテトラシラザン（（ＳｉＭｅ_２−ＮＨ）_４）、オクタエチルシクロテトラシラザン（（ＳｉＥｔ_２−ＮＨ）_４）、テトラエチル−テトラメチルシクロテトラシラザン（（ＳｉＨＥｔ−ＮＭｅ）_４）、シアノプロピルメチルシクロシラザン（ＳｉＭｅＮＣ（ＣＨ_２）_３−ＮＨ）、テトラフェニルジメチルジシラザン（ＳｉＭｅＰｈ_２−ＮＨ−ＳｉＭｅＰｈ_２）、ジフェニル−テトラメチルジシラザン（（ＳｉＭｅ_２Ｐｈ）_２−ＮＨ）、トリビニル−トリメチルシクロトリシラザン（（ＣＨ_２＝ＣＨ−ＳｉＭｅ−ＮＨ）_３）、テトラビニル−テトラメチルシクロテトラシラザン（ＣＨ_２＝ＣＨ−ＳｉＭｅ−ＮＨ）_４、ジビニル−テトラメチルジシラザン（ＣＨ_２＝ＣＨ−ＳｉＭｅ_２−ＮＨ−ＳｉＭｅ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２）が挙げられる。上記式中、Ｍｅはメチル基（ＣＨ_３）、Ｅｔはエチル基（Ｃ_２Ｈ_５）、Ｐｒはプロピル基（Ｃ_３Ｈ_７）、Ｏｃはｎ−オクチル基（ｎ−Ｃ_８Ｈ_１７）、Ｐｈはフェニル基（Ｃ_６Ｈ_５）を示す。
【００５６】
また、上記の例では、Ｓｉ、Ｃ、Ｎを含む原料ガスが各１種類あればよいものとしたが、これに限らず、例えば、有機シランとＮ_２の他にＣ_２Ｈ_２を加えたガスや、有機シラザンの他にＮ_２を加えたガスを用いてもよい。
【００５７】
上記実施の形態では、ＳｉＯＦ等からなる１層の層間絶縁膜上にＳｉ、Ｃ、Ｎからなるエッチングストッパ膜を形成し、このエッチングストッパ膜をマスクとしてビアホール及びトレンチホールを形成した。しかし、本実施の形態のエッチングストッパ膜を用いた配線層の形成工程は上記工程に限られない。例えば、ダマシン法の、図１１（ａ）〜（ｄ）に示す工程を２回用いて、ビアホール、トレンチホールを順に形成して、図１０に示す構成としてもよい。この場合、まず、上述したＳｉ、Ｃ、Ｎを主要元素として含むビアホール形成用エッチングストッパ膜５０２をマスクとして用い、下層絶縁層５０１を選択的にエッチングしてビアホール５０４を形成する。続いて、上層絶縁層５０３を形成し、レジスト膜等をマスクとしたエッチングによりトレンチホール５０５を形成する。
【００５８】
上記したような、絶縁層５０１、５０３の間にエッチングストッパ膜５０２を挟み込むような構成として配線層を形成することにより、トレンチホールを所定の深さにエッチングする際に問題となる、トレンチホール５０５の底部が平坦とならない、或いは、被処理ウェハの中心部と端部に形成されるトレンチホール５０５の深さが異なる、等のエッチング形状のばらつきを抑えることができる。また、図１０に示す構成においても、上記実施の形態に示したように、Ｓｉ、Ｃ、Ｎを主要元素として含むエッチングストッパ膜は、低い比誘電率を有するので絶縁膜として十分に機能する。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信頼性の高い半導体装置及び半導体装置の製造方法が提供される。より詳細には、低誘電率性、下地膜との高いエッチング選択比、及び、低金属拡散性を有するエッチングストッパ膜を備えた半導体装置及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を順に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を順に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を順に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を順に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を順に示す図である。
【図７】Ｃ、Ｎの含有比を変えて形成したＳｉＣＮ系膜の組成を示す図である。
【図８】図７に示すＣＮ組成を有するＳｉＣＮ系膜の、ＳｉＮ系膜のエッチングレートを１とした場合のエッチングレート比を示す図である。
【図９】図７に示すＣＮ組成を有するＳｉＣＮ系膜のＣｕ拡散性について、ＳＩＭＳ強度について調べた結果を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態にかかる半導体装置の部分断面図である。
【図１１】ダマシン法による配線層の形成工程を順に示す図である。
【符号の説明】
１０１第１の下地膜
１０２第１の導体層
１０２ａ第１のバリアメタル膜
１０３第１のトレンチホール
１０４第１のビアホール
１０５第１のエッチングストッパ膜
１０６第２の下地膜
１０７第２の導体層
１０７ａ第２のバリアメタル膜
１０８第２のトレンチホール
１０９第２のビアホール
１１０第２のエッチングストッパ膜
１１１第３のエッチングストッパ膜
１１２第３の下地膜
１１３パッシベーション膜
２０１第１のレジスト膜
２０２第２のレジスト膜

Claims

複数の溝又は穴を有する低誘電率の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上に形成され、前記複数の溝又は穴と重なる複数の開口を有し、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第２の絶縁層と、
前記複数の溝又は穴と前記複数の開口とから形成される複数の配線溝又は穴に埋め込まれた導体層と、
を備え、
前記第１の絶縁層は、フッ化酸化ケイ素又はフッ化カーボンから構成される、
ことを特徴とする半導体装置。
前記第２の絶縁層は、Ｓｉ原子の数に対するＣ原子の数の比が０．２〜０．８であり、かつ、Ｓｉ原子の数に対するＮ原子の数の比が０．１５〜１．０であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記導体層は、Ｃｕから構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
前記配線溝又は穴にはバリアメタル層が形成され、前記導体層は、前記バリアメタル層の上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
さらに、前記第２の絶縁層及び前記導体層の上に形成され、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第３の絶縁層を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
第１の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層上に、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第１の絶縁層の表面が部分的に露出するよう、前記第２の絶縁層を選択的にエッチングして開口を形成する工程と、
前記選択的にエッチングされた第２の絶縁層をマスクとして前記第１の絶縁層をエッチングして、配線溝又は穴を形成する工程と、
前記開口及び前記配線溝又は穴を埋めて導体層を形成する工程と、
前記導体層を、前記第２の絶縁層をストッパとして研磨する工程と、
を備え、
前記第１の絶縁層は、フッ化酸化ケイ素又はフッ化カーボンから構成される、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第２の絶縁層は、Ｓｉ原子の数に対するＣ原子の数の比が０．２〜０．８であり、かつ、Ｓｉ原子の数に対するＮ原子の数の比が０．１５〜１．０である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。
前記導体層は、Ｃｕから構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
さらに、前記導体層と、前記開口及び前記配線溝又は穴との間にバリアメタル層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
さらに、前記第２の絶縁層及び前記導体層の上に、ＳｉとＣとＮとを主たる含有元素とする第３の絶縁層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。