JP4698813B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、埋め込み配線構造を有する半導体装置における層間絶縁膜の構造およびその形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
0.18ミクロン世代以降のシステムLSIにおいて、デバイスの高速化を実現するためにデバイスの信号遅延を低減することが重要である。デバイスの信号遅延は、トランジスタの信号遅延と配線遅延との和で表されるが、配線ビッチの縮小が急速に進むにつれて、トランジスタの信号遅延より配線遅延の影響が大きくなっている。配線遅延はRCの積(抵抗と層間容量との積)に比例するため、配線抵抗を低くするあるいは層間絶縁膜の容量を低減することが配線遅延を低減するために必要である。この層間絶縁膜の容量低減のための方法として、埋め込み配線構造による低誘電率層間絶縁膜と銅配線との組み合わせが盛んに検討されている。
【0003】
図7ないし図10は、従来技術に係る一般的な埋め込み銅配線の製造工程を示す模式図である。これらの図を用いて従来技術に係る製造工程を説明する。まず、図7は、1層の銅配線を形成する際の製造工程を示している。この図7の工程では、シリコン基板11上に形成されたトランジスタ等の素子を含む下部絶縁層12の上に、第一の層間絶縁膜13および第二の層間絶縁膜14が形成される。第一の層間絶縁膜13には、低誘電率層間絶縁膜が適用される。
【0004】
この低誘電率層間絶縁膜に適用可能な材料を例として挙げるならば、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、ペンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)やポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、エアロゲル(Aerogel)などの回転塗布法で形成される材料や、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フツ素化アモルファスカーボン(CF膜)、炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)などのCVD法(Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法)で形成される材料などが適用可能である。このように形成される低誘電率層間膜の比誘電率は、1.8〜3.0程度の値である。
【0005】
また、第二の層間絶縁膜(ハードマスク膜)14としては、シリコン窒化膜(比誘電率は7.4)、シリコン酸化膜(比誘電率は4.3〜4.5)およびシリコン炭化膜(比誘電率は4.3〜4.7)が使用されるが、比誘電率が低いことと、膜がより硬いことから、シリコン炭化膜を適用することが好ましい。このように形成された層間絶縁膜13,14に、金属配線15を埋め込むための溝を形成し、その溝に金属(ここでは銅を使用)を埋め込むことにより、第一の金属配線15を形成する。
【0006】
この第一の金属配線15の形成方法を簡単に説明する。まず、層間絶縁膜13,14中に形成された溝を含む全表面上に、スパッタ法により窒化タンタル(TaN)膜(図示せず)を形成する。このTaN膜は、金属配線15となる銅(Cu)が層間絶縁膜13,14中に拡散するのを防止する役割をもつ。次に、スパッタ法あるいはメッキ法でCu膜を形成し、溝を完全に埋め込む。最後に、溝中以外の余分なCu膜を化学機械研磨(CMP)法により除去し、図7に示すような第一の金属配線15を形成する。なお、図7では、TaN膜が省略されている。
【0007】
次に、図8に示すように、このようにして形成された第一の金属配線15および層間絶縁膜13,14の層の上に、第三の層間絶縁膜16、第四の層間絶縁膜17、第五の層間絶縁膜18、第六の層間絶縁膜19、第七の層間絶縁膜20を順に形成する。
【0008】
ここで、第四の層間絶縁膜17および第六の層間絶縁膜19には、第一の層間絶縁膜13と同様に低誘電率層間絶縁膜が適用される。第三の層間絶縁膜16は、第一の金属配線15として使用されているCuの拡散を防止する役割をもつ。この第三の層間絶縁膜16には、シリコン窒化膜あるいはシリコン炭化膜を適用するが、比誘電率が低いことからシリコン炭化膜を適用することがより好ましい。
【0009】
第五の層間絶縁膜18は、配線溝のエッチングを確実にストツプさせる役割をもつ。つまり、あるエッチング条件において、第六の層間絶縁膜19である低誘電率層間膜のエッチング速度よりも非常に小さいエッチング速度を有する材料を適用しなければならない。適用可能な材料としては、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜およびシリコン炭化膜があるが、比誘電率が低いことと、膜がより硬いことから、シリコン炭化膜を適用することが好ましい。
【0010】
第七の層間絶縁膜20は、第二の層間絶縁膜14と同様なハードマスク膜の役割を持ち、エッチングやCMPに下層の第六の層間絶縁膜19である低誘電率層間膜が直接曝されることを防止している。この膜には、第二の層間絶縁膜14と同様にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜およびシリコン炭化膜が適用できるが、比誘電率が低いことと、膜がより硬いことから、シリコン炭化膜を適用することが好ましい。
【0011】
次に、図9に示すように、金属配線23(図10参照)を埋め込むための接続孔21および配線溝22を形成する。最後に、図10に示すように、第二の金属配線23を形成する。その形成方法は第一の金属配線15と同様である。
【0012】
このような従来技術に係る製造工程においては、▲1▼銅拡散防止膜(16)、▲2▼エッチングストップ膜(18)、▲3▼ハードマスク膜(14,20)にシリコン炭化膜が適用されることが好ましい。その理由は、他の候補材科であるシリコン窒化膜、シリコン酸化膜に比較して、より比誘電率が低く、より膜が硬いことにある。
【0013】
このようなシリコン炭化膜は、一般にはプラズマCVD法により形成される。その原料ガスには、CH3基を含む有機シラン(SiHn(CH3)4-n),あるいはシラン(SiH4)と炭化水素ガス(たとえばCH4)の混合ガスが使用される。この原料ガスを使用し、1〜5Torr(1.33〜6.65Pa)程度に調整された真空下においてプラズマを発生させ、ステージ温度を300〜400℃に設定した基板ステージ上に設置したウエハ基板上にシリコン炭化膜を堆積する。
【0014】
このようにして形成されたシリコン炭化膜は、図11のグラフG11に示すように、リーク電流が大きいという問題を持っている。このシリコン炭化膜は、他の候補材料であるシリコン窒化膜(図11のグラフG12参照)と比べて、15V印加時でシリコン炭化膜のリーク電流が約2桁大きい値となっている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
このようなリーク電流の大きい膜を層間絶縁膜として使用する場合の問題点として、隣接配線間のリーク電流の増加に伴うクロストークの問題が上げられる。この問題は、ある配線の電位状態が、隣接配線の電位状態の影響を受けるというものであり、デバイスの誤動作を引き起こす要因になる。
【0016】
この点に関し、図10に示す構成にいて、シリコン炭化膜が適用されている層(銅拡散防止膜、エッチングストップ膜、ハードマスク膜)14,16,18,20を見ると、いずれの層も金属配線15,23と接しており、リーク電流が大きい場合、上記で説明したクロストークの問題を引き起こすと考えられる。
【0017】
そこで、本発明の目的は、シリコン炭化膜を適用した埋め込み銅配線構造を有する半導体装置において、シリコン炭化膜の膜質を改善してリーク電流を低減することができ、デバイスの誤動作を引き起こすクロストークの問題を防止することができる半導体装置およびその製造方法を提供するである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る課題解決手段は、埋め込み配線構造を有する半導体装置において、配線と、前記配線を埋め込んで絶縁する層間絶縁膜と、を備え、前記層間絶縁膜は、シリコン炭化膜を含む複数の膜で形成され、前記シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されており、前記層間絶縁膜を形成する前記複数の膜のうち、前記シリコン炭化膜の下層の少なくとも一つの膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであるようになっている。
【0019】
本発明の請求項2に係る課題解決手段は、請求項1に記載の半導体装置において、前記シリコン炭化膜が、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたシリコン炭化膜が複数積層された膜であるようになっている。
【0020】
本発明の請求項3に係る課題解決手段は、埋め込み配線構造を有する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に前記配線を埋め込む工程と、を備え、前記層間絶縁膜を形成する工程は、シリコン炭化膜を含む複数の膜を形成する工程を備え、前記シリコン炭化膜を含む複数の膜を形成する工程は、形成されたシリコン炭化膜に、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマを照射する工程を備え、前記層間絶縁膜を形成する前記複数の膜のうち、前記シリコン炭化膜の下層の少なくとも一つの膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであるようになっている。
【0021】
本発明の請求項4に係る課題解決手段は、請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、前記シリコン炭化膜を含む複数の膜を形成する工程は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたシリコン炭化膜を複数積層することにより、前記シリコン炭化膜を形成する工程を備えるようになっている。
本発明の請求項5に係る課題解決手段は、半導体装置において、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜内に形成された第一銅配線と、前記第一絶縁膜上および前記第一銅配線上に形成された第一シリコン炭化膜とを有し、前記第一シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであり、前記第一絶縁膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであるようになっている。
本発明の請求項6に係る課題解決手段は、請求項5に記載の半導体装置において、前記第一シリコン炭化膜は、複数のシリコン炭化膜により形成され、前記複数のシリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであるようになっている。
本発明の請求項7に係る課題解決手段は、請求項5に記載の半導体装置において、前記第一シリコン炭化膜上に形成された他の絶縁膜と、前記他の絶縁膜に形成された接続孔内および配線溝内に設けられ、前記第一銅配線と接続される第二銅配線とを更に有し、前記他の絶縁膜は、シリコン炭化膜を含み、前記シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであるようになっている。
本発明の請求項8に係る課題解決手段は、請求項7に記載の半導体装置において、前記他の絶縁膜は、第二絶縁膜、前記第二絶縁膜上に設けられた第二シリコン炭化膜、前記第二シリコン炭化膜上に設けられた第三絶縁膜、および前記第三絶縁膜上に設けられた第三シリコン炭化膜を含んで構成され、前記第一絶縁膜と前記第一シリコン炭化膜との間には、第四シリコン炭化膜が更に設けられ、前記第二シリコン炭化膜、前記第三シリコン炭化膜および第四シリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたものであるようになっている。
本発明の請求項9に係る課題解決手段は、請求項8に記載の半導体装置において、前記第二絶縁膜および前記第三絶縁膜の材料は、それぞれ、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであるようになっている。
本発明の請求項10に係る課題解決手段は、請求項5に記載の半導体装置において、前記第一シリコン炭化膜には、前記処理により、窒素原子が打ち込まれているようになっている。
本発明の請求項11に係る課題解決手段は、半導体装置の製造方法において、シリコン基板上に形成されたトランジスタを含む下部層を形成する工程と、前記下部層上に第一絶縁膜を形成する工程と、前記第一絶縁膜内に第一銅配線を形成する工程と、前記第一絶縁膜上および前記第一銅配線上に第一シリコン炭化膜を形成する工程とを有し、前記第一シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであり、前記第一絶縁膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであるようになっている。
本発明の請求項12に係る課題解決手段は、請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、前記第一シリコン炭化膜は、複数のシリコン炭化膜により形成され、前記複数のシリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであるようになっている。
本発明の請求項13に係る課題解決手段は、請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、前記第一シリコン炭化膜上に他の絶縁膜を形成する工程と、前記他の絶縁膜に、接続孔および配線溝を形成する工程と、前記接続孔内および前記配線溝内に、前記第一銅配線と接続される第二銅配線を形成する工程とを更に有し、前記他の絶縁膜は、シリコン炭化膜を含み、前記シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであるようになっている。
本発明の請求項14に係る課題解決手段は、請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、前記他の絶縁膜は、第二絶縁膜、前記第二絶縁膜上に設けられた第二シリコン炭化膜、前記第二シリコン炭化膜上に設けられた第三絶縁膜、および前記第三絶縁膜上に設けられた第三シリコン炭化膜を含んで構成され、前記第一絶縁膜と前記第一シリコン炭化膜との間に、第四シリコン炭化膜を形成する工程を更に有し、前記第二シリコン炭化膜、前記第三シリコン炭化膜および前記第四シリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであるようになっている。
本発明の請求項15に係る課題解決手段は、請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、前記第二絶縁膜および前記第三絶縁膜の材料は、それぞれ、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであるようになっている。
本発明の請求項16に係る課題解決手段は、請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、前記第一シリコン炭化膜には、前記処理により、窒素原子が打ち込まれているようになっている。
【0022】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1ないし図3は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。図1ないし図3に従い本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。まず、図1に示すように、シリコン基板1上に形成されたトランジスタなどの素子部(図示せず)を含む下部層間絶縁層2上に第一の層間絶縁膜3および第二の層間絶縁膜4を形成する。
【0023】
その後、エッチング処理により層間絶縁膜3,4に所定の配線パターンに対応した配線溝(凹部)を形成し、その配線溝内に所定の金属(ここではCu膜)を充填した後、配線溝以外の部分のCu膜をCMPにより除去して第一の金属配線5を形成する。
【0024】
ここで、第一の層間絶縁膜3には、配線5間の容量を低減することを目的として低誘電率層間絶縁膜が適用される。この低誘電率層間絶縁膜に適用可能な材料を例として挙げるならば、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)やポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、エアロゲル(Aerogel)などの回転塗布法で形成される材料や、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)などのCVD法(Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法)で形成される材料などが適用可能である。このように形成される低誘電率層間膜の比誘電率は、1.8〜3.0程度の値である。実際には、本実施の形態実施例では、ポリアリルエーテルを回転塗布法で成膜したポリアリルエーテル(PAE)膜を第一の層間絶縁膜3として使用した。この膜は、炭素、酸素、水素を主成分とする有機物である。
【0025】
また、ハードマスク膜となる第二の層間絶縁膜4にはプラズマCVD法で成膜したシリコン炭化膜を適用した。第一の金属配線5の形成に使用するプロセスは、前述の従来技術に係る金属配線15の場合と同様である。
【0026】
次に、図2に示すように、第2の層間絶縁膜4および第一の金属配線5の面上に第三の層間絶縁膜(第三の層間絶縁層)6aを形成する。本実施の形態では、前述の従来技術に係る第三の層間絶縁膜16の場合と同様にプラズマCVD法によりシリコン炭化膜を堆積した。
【0027】
その後、膜質改善を目的としたプラズマ処理を行う。この処理は、シリコン炭化膜である第三の層間絶縁膜6aの成膜後、大気圧に戻さず連続で行ってもよいし、大気圧に戻してから行ってもよい。プラズマ処理は、次のようにして行われる。まず、アンモニア、あるいはそのアンモニアに窒素、アルゴン、ヘリウムなどの希釈ガスを混合した混合ガスを生成する。続いて、その原料ガス(ここでは混合ガスを用いる)を反応室に導入し、1〜5Torr(1.33〜6.65Pa)の圧力に調整する。その状態で反応室内にある平行平板電極の上部電極に高周波電力を印加しプラズマ7(図3参照)を発生させる。高周波電力は、一般的には500Wくらい必要である。このように発生させたプラズマ7を、図3に示すように、基板ステージ(下部電極になる)上に設置したウエハ基板表面の第三のシリコン炭化膜(6a)に照射し、その膜質を改善する。ここでは、この膜質が改善されたシリコン炭化膜によって形成される第三の層間絶縁膜を符号6bを用いて表し、膜質改善前の第三の層間絶縁膜6aと区別している。なお、プラズマ処理の際の基板ステージ温度は300〜400℃に設定される。
【0028】
上記のようなプラズマ処理を行ったシリコン炭化膜(6b)のリーク電流は、図4のグラフG1,G11に示すようにプラズマ処理なしの場合と比較して減少しており、15V印加時では、ほぼシリコン窒化膜(グラフG12参照)と同等の値まで減少している。ここで、図4に示すグラフG11,G12は、前述の図11に示すグラフG11,G12と同一である。
【0029】
以上のように、本実施の形態によれば、第一の金属配線15の周囲に設けられる第三の層間絶縁膜6bが、窒素イオンおよびアンモニアイオン(窒素化合物イオン)を含むガスプラズマが照射されて膜質改善されたシリコン炭化膜によって形成されているため、第三の層間絶縁膜6bの膜質を改善して金属配線15からのリーク電流を低減することでき、デバイスの誤動作を引き起こすクロストークの問題を防止することができる。
【0030】
実施の形態2.
図5および図6は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す図である。なお、本実施の形態に係る半導体装置が前述の実施の形態1に係る半導体装置と実質的に異なる点は、第三の層間絶縁膜6cの構成および製法が異なる点のみであり、互いに対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0031】
本実施の形態に係る半導体装置では、第三の層間絶縁膜6cが、図6に示すようにプラズマ処理により膜質改善された複数層(ここでは5層)の薄いシリコン炭化膜6dが積層されて構成されている。このような第三の層間絶縁膜6cは、シリコン炭化膜の成膜とプラズマ処理を交互に複数回繰り返することにより形成される。本実施の形態では、プラズマ処理された膜厚10nmのシリコン炭化膜6dを5回積層することで膜厚50nmの5層構造のシリコン炭化膜6cを形成している。
【0032】
ここで、プラズマ処理による膜質改善の効果は、ガスプラズマ中に存在するアンモニアイオン、窒素イオンによるイオン衝撃、あるいはアンモニアイオン、窒素イオンのシリコン炭化膜中への注入によって起こると考えられる。そのため、シリコン炭化膜表面近傍にはプラズマ処理により窒素原子が打ち込まれていると考えられる。また、このような観点から、プラズマ処理の効果は、プラズマと接する膜表面近傍ほど大きいと考えられる。
【0033】
よって、本実施の形態によれば、前述の実施の形態1と同様に第三の層間絶縁膜6cのリーク電流抑制に対する膜質改善効果が得られるとともに、積層構造を有する第三の層間絶縁膜6cが、薄いシリコン炭化膜6dの成膜とそのシリコン炭化膜6dへのプラズマ処理とを交互に複数回繰り返して形成されているため、各薄いシリコン炭化膜6dにてプラズマ処理による膜質改善効果を効率良く得ることができ、その結果、第三の層間絶縁膜6c全体でリーク電流に対するより大きな膜質改善効果を得ることができる。
【0034】
実施の形態3.
次に、本発明に係る実施の形態3に係る半導体装置について説明する。
【0035】
前述の実施の形態1および実施の形態2では、第三の層間絶縁膜6b,6cについて同様なプラズマ処理による膜質改善を行ったが、実施の形態3として、第二の層間絶縁膜4についてプラズマ処理による膜質改善を行うようにしてもよい。あるいは、前述の従来技術に係る第五の層間絶縁膜18あるいは第七の層間絶縁膜20について同様なプラズマ処理による膜質改善を行うようにしてもよく、さらには、前述の従来技術に係る第二、第三、第五および第七の層間絶縁膜14,16,18,20のうちの一部または全部の膜14,16,18,20に対して同様なプラズマ処理による膜質改善を行うようにしてもよい。この場合、膜質改善を行う各膜4,14,16,18,20は、前述の実施の形態1に係る第三の層間絶縁膜6bのように単層構造としてもよく、あるいは実施の形態2に係る第三の層間絶縁膜6cのように積層構造としてもよい。また、この場合、第四ないし第七の層間絶縁膜17〜20が、本発明に係る第三の層間絶縁層に対応している。
【0036】
よって、本実施の形態においても、プラズマ処理による膜質改善により層間絶縁膜4,14,16,18,20のリーク電流抑制効果を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明に係る半導体装置によれば、層間絶縁膜に含まれるシリコン炭化膜が、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマを照射されているため、シリコン炭化膜の膜質を改善して金属配線からのリーク電流を低減することでき、デバイスの誤動作を引き起こすクロストークの問題を防止することができる。
【0038】
請求項2に記載の発明に係る半導体装置によれば、シリコン炭化膜が、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマを照射されたシリコン炭化膜が複数積層された膜であるため、シリコン炭化膜を構成する各シリコン炭化膜にて、プラズマ処理による膜質改善効果を効率良く得ることができ、その結果、シリコン炭化膜全体でより大きな膜質改善効果を得ることができる。
【0039】
請求項3に記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜に含まれるシリコン炭化膜が、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマを照射されているため、シリコン炭化膜の膜質を改善して金属配線からのリーク電流を低減することでき、デバイスの誤動作を引き起こすクロストークの問題を防止することができる。
【0040】
請求項4に記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、シリコン炭化膜が、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマを照射されたシリコン炭化膜を複数積層して形成されているため、シリコン炭化膜を構成する各シリコン炭化膜にて、プラズマ処理による膜質改善効果を効率良く得ることができ、その結果、シリコン炭化膜全体でより大きな膜質改善効果を得ることができる。
請求項5に記載の発明に係る半導体装置によれば、第一シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであり、第一絶縁膜の材料は、水素化シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン、ポリアリルエーテル、べンゾシクロブテン、ポリテトラフロロエチレン、ポーラスシリカであるキセロゲル、ポーラスシリカであるエアロゲル、フッ素化シリコン酸化膜、フッ素化アモルファスカーボン、および炭化シリコン酸化膜のいずれかである。
請求項6記載の発明に係る半導体装置によれば、第一シリコン炭化膜は、複数のシリコン炭化膜により形成され、複数のシリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものである。
請求項7記載の発明に係る半導体装置によれば、他の絶縁膜は、シリコン炭化膜を含み、シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものである。
請求項8記載の発明に係る半導体装置によれば、第二シリコン炭化膜、第三シリコン炭化膜および第四シリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたものである。
請求項9記載の発明に係る半導体装置によれば、第二絶縁膜および第三絶縁膜の材料は、それぞれ、水素化シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン、ポリアリルエーテル、べンゾシクロブテン、ポリテトラフロロエチレン、ポーラスシリカであるキセロゲル、ポーラスシリカであるエアロゲル、フッ素化シリコン酸化膜、フッ素化アモルファスカーボン、および炭化シリコン酸化膜のいずれかである。
請求項10記載の発明に係る半導体装置によれば、第一シリコン炭化膜には、前記処理により、窒素原子が打ち込まれている。
請求項11記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第一シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであり、第一絶縁膜の材料は、水素化シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン、ポリアリルエーテル、べンゾシクロブテン、ポリテトラフロロエチレン、ポーラスシリカであるキセロゲル、ポーラスシリカであるエアロゲル、フッ素化シリコン酸化膜、フッ素化アモルファスカーボン、および炭化シリコン酸化膜のいずれかである。
請求項12記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第一シリコン炭化膜は、複数のシリコン炭化膜により形成され、複数のシリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理される。
請求項13記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、他の絶縁膜は、シリコン炭化膜を含み、シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理される。
請求項14記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第二シリコン炭化膜、第三シリコン炭化膜および第四シリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理される。
請求項15記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第二絶縁膜および第三絶縁膜の材料は、それぞれ、水素化シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン、ポリアリルエーテル、べンゾシクロブテン、ポリテトラフロロエチレン、ポーラスシリカであるキセロゲル、ポーラスシリカであるエアロゲル、フッ素化シリコン酸化膜、フッ素化アモルファスカーボン、および炭化シリコン酸化膜のいずれかである。
請求項16記載の発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第一シリコン炭化膜には、前記処理により、窒素原子が打ち込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図4】 図1の製造工程によって形成されたシリコン炭化膜における印加電圧とリーク電流との関係をグラフ化した図である。
【図5】 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図6】 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す図である。
【図7】 従来技術に係る一般的な埋め込み銅配線製造工程を示す模式図である。
【図8】 従来技術に係る一般的な埋め込み銅配線製造工程を示す模式図である。
【図9】 従来技術に係る一般的な埋め込み銅配線製造工程を示す模式図である。
【図10】 従来技術に係る一般的な埋め込み銅配線製造工程を示す模式図である。
【図11】 従来技術に係る製造工程によって形成されたシリコン炭化膜における印加電圧とリーク電流との関係をグラフ化した図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板、2 下部層間絶縁層、3 第一の層間絶縁膜、4 第二の層間絶縁膜、5 第一の金属配線、6a 膜質改善前の第三の層間絶縁膜、6b膜質改善後の第三の層間絶縁膜、6c 第三の層間絶縁膜、6d 薄いシリコン炭化膜。
Claims (16)
- 埋め込み配線構造を有する半導体装置において、
配線と、
前記配線を埋め込んで絶縁する層間絶縁膜と、
を備え、
前記層間絶縁膜は、シリコン炭化膜を含む複数の膜で形成され、
前記シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されており、
前記層間絶縁膜を形成する前記複数の膜のうち、前記シリコン炭化膜の下層の少なくとも一つの膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記シリコン炭化膜が、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたシリコン炭化膜が複数積層された膜であることを特徴とする半導体装置。 - 埋め込み配線構造を有する半導体装置の製造方法において、
層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に前記配線を埋め込む工程と、
を備え、
前記層間絶縁膜を形成する工程は、シリコン炭化膜を含む複数の膜を形成する工程を備え、
前記シリコン炭化膜を含む複数の膜を形成する工程は、形成されたシリコン炭化膜に、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマを照射する工程を備え、
前記層間絶縁膜を形成する前記複数の膜のうち、前記シリコン炭化膜の下層の少なくとも一つの膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコン炭化膜を含む複数の膜を形成する工程は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたシリコン炭化膜を複数積層することにより、前記シリコン炭化膜を形成する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第一絶縁膜と、
前記第一絶縁膜内に形成された第一銅配線と、
前記第一絶縁膜上および前記第一銅配線上に形成された第一シリコン炭化膜とを有し、
前記第一シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであり、
前記第一絶縁膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記第一シリコン炭化膜は、複数のシリコン炭化膜により形成され、
前記複数のシリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記第一シリコン炭化膜上に形成された他の絶縁膜と、
前記他の絶縁膜に形成された接続孔内および配線溝内に設けられ、前記第一銅配線と接続される第二銅配線とを更に有し、
前記他の絶縁膜は、シリコン炭化膜を含み、
前記シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項7に記載の半導体装置において、
前記他の絶縁膜は、第二絶縁膜、前記第二絶縁膜上に設けられた第二シリコン炭化膜、前記第二シリコン炭化膜上に設けられた第三絶縁膜、および前記第三絶縁膜上に設けられた第三シリコン炭化膜を含んで構成され、
前記第一絶縁膜と前記第一シリコン炭化膜との間には、第四シリコン炭化膜が更に設けられ、
前記第二シリコン炭化膜、前記第三シリコン炭化膜および前記第四シリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマが照射されたものであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
前記第二絶縁膜および前記第三絶縁膜の材料は、それぞれ、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置において、
前記第一シリコン炭化膜には、前記処理により、窒素原子が打ち込まれていることを特徴とする半導体装置。 - シリコン基板上に形成されたトランジスタを含む下部層を形成する工程と、
前記下部層上に第一絶縁膜を形成する工程と、
前記第一絶縁膜内に第一銅配線を形成する工程と、
前記第一絶縁膜上および前記第一銅配線上に第一シリコン炭化膜を形成する工程とを有し、
前記第一シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであり、
前記第一絶縁膜の材料は、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一シリコン炭化膜は、複数のシリコン炭化膜により形成され、
前記複数のシリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一シリコン炭化膜上に他の絶縁膜を形成する工程と、
前記他の絶縁膜に、接続孔および配線溝を形成する工程と、
前記接続孔内および前記配線溝内に、前記第一銅配線と接続される第二銅配線を形成する工程とを更に有し、
前記他の絶縁膜は、シリコン炭化膜を含み、
前記シリコン炭化膜は、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
前記他の絶縁膜は、第二絶縁膜、前記第二絶縁膜上に設けられた第二シリコン炭化膜、前記第二シリコン炭化膜上に設けられた第三絶縁膜、および前記第三絶縁膜上に設けられた第三シリコン炭化膜を含んで構成され、
前記第一絶縁膜と前記第一シリコン炭化膜との間に、第四シリコン炭化膜を形成する工程を更に有し、
前記第二シリコン炭化膜、前記第三シリコン炭化膜および前記第四シリコン炭化膜は、それぞれ、少なくとも窒素またはアンモニアがプラズマ化されたガスプラズマにより処理されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第二絶縁膜および前記第三絶縁膜の材料は、それぞれ、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methy1 Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Poly arylether)、べンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、ポーラスシリカであるエアロゲル(Aerogel)、フッ素化シリコン酸化膜(SiOF膜)、フッ素化アモルファスカーボン(CF膜)、および炭化シリコン酸化膜(SiOC膜)のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一シリコン炭化膜には、前記処理により、窒素原子が打ち込まれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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