成膜方法及び半導体装置の製造方法
【課題】 ２．７より低い比誘電率を有する低誘電率絶縁膜及び４より低い比誘電率を有するバリア絶縁膜を化学気相成長法により成膜する方法を提供するものである。
【解決手段】 シリコン原子による５員環以上の環状構造を有し、かつ該シリコン原子によるシロキサン結合を有する第１のシリコン含有有機化合物と、シリコン原子による４員環以下の環状構造又は４以下のシリコン原子の鎖状構造を有し、かつ該シリコン原子によるシロキサン結合を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板３１上に絶縁膜３２を形成する。
【解決手段】 シリコン原子による５員環以上の環状構造を有し、かつ該シリコン原子によるシロキサン結合を有する第１のシリコン含有有機化合物と、シリコン原子による４員環以下の環状構造又は４以下のシリコン原子の鎖状構造を有し、かつ該シリコン原子によるシロキサン結合を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板３１上に絶縁膜３２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜方法及び半導体装置の製造方法、より詳しくは、化学気相成長法を用いて低誘電率絶縁膜及びバリア絶縁膜を成膜する方法、及び銅配線を被覆してそのバリア絶縁膜及び低誘電率絶縁膜のうち少なくとも何れか一で構成される層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＲＣディレイタイムの小さい低誘電率を有する絶縁膜（以下、低誘電率絶縁膜或いはlow-k膜と称する。）が用いられている。
【０００３】
また、これらの低誘電率絶縁膜の成膜方法では、従来、シリコン含有有機化合物としてメチルシラン、テトラメチルシクロテトラシロキサン又はヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を用い、酸化剤としてＮ2Ｏ、Ｏ2、Ｈ2Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、low-k膜やＣｕ拡散を防止するバリア絶縁膜を形成している。
【０００４】
或いは、ジメトキシシラン単独を用いたプラズマＣＶＤ法により、low-k膜やＣｕ拡散を防止するバリア絶縁膜を形成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの成膜方法では、low-k膜において比誘電率（ｋ）を２．７よりも低くすること、バリア絶縁膜において比誘電率（ｋ）を４よりも低くすることが難しくなってきている。
【０００６】
近年、ロジックデバイスの駆動周波数がＧＨｚオーダになり、配線パターンの寸法が４５ｎｍ以下になると、層間絶縁膜として２．３以下の比誘電率（ｋ）が必要で、従来の比誘電率（ｋ）の大きさではデバイスの高速化及び高集積化を実現することは難しい。
【０００７】
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、２．７より低い比誘電率を有する低誘電率絶縁膜及び４より低い比誘電率を有するバリア絶縁膜を化学気相成長法により成膜する方法、及び銅配線を被覆してそのバリア絶縁膜及び低誘電率絶縁膜のうち少なくとも何れか一で構成される層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の発明は成膜方法に係り、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とし、
第２の発明は、成膜方法に係り、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とし、
第３の発明は、第１の発明の成膜方法に係り、前記成膜ガスは、前記第１のシリコン含有有機化合物、及び前記第２のシリコン含有有機化合物のほかに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を含むことを特徴とし、
第４の発明は、第１乃至３の発明の何れか一の成膜方法にかかり、前記第１のシリコン含有有機化合物及び前記第２のシリコン含有有機化合物のうち少なくとも何れか一は、フッ素を含むことを特徴とし、
第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスは、メチルシランを含むことを特徴とし、
第６の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスは、H2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とし、
第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスに、希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とし、
第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスに、CxHyを添加することを特徴とし、
第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することを特徴とし、
第１０の発明は、第９の発明の成膜方法に係り、前記成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とし、
第１１の発明は、第１乃至第１０の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜後において、前記成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射することを特徴とし、
第１２の発明は、半導体装置の製造方法に係り、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記バリア絶縁膜を形成する工程は、第９乃至第１１の発明の何れか一の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であることを特徴とし、
第１３の発明は、半導体装置の製造方法に係り、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、第１乃至第８の発明の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴とし、
第１４の発明は、半導体装置の製造方法に係り、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記バリア絶縁膜を形成する工程は、第９乃至第１１の発明の何れか一の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であり、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、第１乃至第８の発明の何れか一の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴としている。
【０００９】
以下に、上記本発明の構成に基づく作用について説明する。
【００１０】
本発明によれば、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスを用いている。
【００１１】
これにより、比較的大きな空孔を持つ低誘電率絶縁膜を安定して形成することができる。この場合、両者の流量比を変えることにより、平均空孔径を制御することができる。
【００１２】
また、第１のシリコン含有有機化合物及び第２のシリコン含有有機化合物がフッ素を含むことで、その形成膜は、フッ素を含まない場合と比べ、更に比誘電率を低くすることができる。
【００１３】
また、上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせにおいて第２のシリコン含有有機化合物の代わりに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を用いてもよい。第３のシリコン含有有機化合物に含まれるメトキシ基或いはエトキシ基は各シロキサンを繋げる機能を有すると考えられ、このため上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせに比べて、膜質その他の制御性が一層良くなることが期待される。
【００１４】
また、成膜ガスがメチルシランを含む場合、メチルシランは多員環構造を持つソースに比べて気相反応しにくいため、絶縁膜を安定して形成することができる。
【００１５】
また、成膜ガスが酸化剤としてH2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含む場合、これらは多員環を相互に繋げるつなぎ剤として機能し、絶縁膜を形成しやすくし得る。
【００１６】
また、成膜ガスに希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくともいずれか一を添加することで、成膜反応が急激に起こるのを抑制して、膜厚分布を向上させ、かつ形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることができる。
【００１７】
また、成膜ガスにCxHyを添加することで、CxHyを形成膜中に取り込み、さらにアニールアウトすることで、空孔径が大きく、かつ比誘電率が小さい絶縁膜を形成することができる。また、CxHyは希釈ガスとして機能し、成膜反応が急激に起こるのを抑制して、膜厚分布を向上させ、かつ形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることができる。
【００１８】
また、成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することで、基板にバイアスをかけるようにして成膜する。これにより、特に、銅に対する緻密なバリ絶縁膜を得ることができる。
【００１９】
また、成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することで、形成膜中にＮを取り込む。形成膜中にＮを取り込むことで、より空孔径が小さく、密度の大きい絶縁膜を形成することができる。特に、銅に対する緻密なバリ絶縁膜の成膜に有用である。
【００２０】
また、成膜後において、成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射する。波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線は膜中の不安定なCH3ボンドを切断して、形成膜のネットワーク構造を安定化させ、形成膜の機械的強度を高めることができる。なお、切断されたCH3は加熱処理により、膜中より排除される。
【００２１】
上記のように、本発明の成膜方法で作製された絶縁膜は、低誘電率絶縁膜として用いてもよいし、銅に対するバリア絶縁膜として用いてもよい。従って、本発明の成膜方法を、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜と低誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法、例えば、ダマシン法に適用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスを用いることにより、比較的大きな空孔を持つ低誘電率絶縁膜を安定して形成することができる。この場合、両者の流量比を変えることにより、平均空孔径を制御することができる。
【００２３】
また、第１のシリコン含有有機化合物及び第２のシリコン含有有機化合物がフッ素を含むことで、その形成膜は、フッ素を含まない場合と比べ、更に比誘電率を低くすることができる。
【００２４】
また、上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせにおいて第２のシリコン含有有機化合物の代わりに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を用いてもよい。第３のシリコン含有有機化合物に含まれるメトキシ基或いはエトキシ基は各シロキサンを繋げる機能を有すると考えられ、このため上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせに比べて、膜質その他の制御性が一層良くなることが期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（本発明の実施の形態である成膜方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の説明）
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ＣＶＤ装置１０１の構成を示す側面図である。
【００２７】
このプラズマＣＶＤ装置１０１は、プラズマガスにより基板２１上にバリア絶縁膜や低誘電率絶縁膜を形成する場所であり、形成膜をプラズマ処理する場所でもある成膜部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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の高い周波数の電力を供給する第１の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の低い周波数の電力を供給する第２の高周波電力供給電源８が接続されている。これらの高周波電力供給電源７、８のうち少なくとも第１の高周波電力供給電源７から上部電極２に高い周波数の電力（ＰHF）を供給し、又は、第２の高周波電力供給電源８から下部電極３に低い周波数の電力（ＰLF）を供給し、又は両方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。
【００３０】
なお、下部電極３には、周波数３８０ｋＨｚのみならず、周波数１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ未満の低い周波数の電力を印加することができるし、また、下部電極３に対向する上部電極２には、周波数１３．５６ＭＨｚのみならず、周波数１ＭＨｚ以上の高い周波数の電力を印加してもよい。さらに、図１では上部電極２に第１の高周波電力供給電源が接続され、下部電極３に第２の高周波電力供給電源が接続されているが、第１の高周波電力供給電源７は上部電極２に限らず、上部電極２又は下部電極３の何れか一に接続され、かつ第２の高周波電力供給電源８は下部電極３に限らず、他の電極に接続されていれば、この発明の目的を達成することができる。
【００３１】
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℃程度に加熱しておくことにより、成膜ガス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。
【００３２】
下部電極３は基板２１の保持台を兼ね、また、保持台上の基板２１を加熱するヒータ１２を備えている。
【００３３】
成膜ガス供給部１０１Ｂには、成膜ガスの供給源として、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基(C2H3)又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物の供給源と、メチルシランの供給源と、ハイドロカーボン（ＣxＨy）の供給源と、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2の何れか一で構成される酸化性ガスの供給源と、希釈ガスとしてのＨｅ、又はＡｒの供給源と、アンモニア（ＮＨ3）又は窒素（Ｎ2）の供給源とを備えている。なお、窒素（Ｎ2）はパージガスとしても用いられる。
【００３４】
これらのガスは適宜分岐配管９ｂ乃至９ｉ及びこれらすべての分岐配管９ｂ乃至９ｉ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９ｉの途中に流量調整手段１１ａ乃至１１ｈや、分岐配管９ｂ乃至９ｉの導通／非導通を制御する開閉手段１０ｂ乃至１０ｑ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。
【００３５】
以上のような成膜装置１０１によれば、成膜ガスの供給源として、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物の供給源と、メチルシランの供給源と、ハイドロカーボン（ＣxＨy）の供給源と、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2の何れか一で構成される酸化性ガスの供給源と、希釈ガスとしてのＨｅ、又はＡｒの供給源と、アンモニア（ＮＨ3）又は窒素（Ｎ2）の供給源とを備えている。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。
【００３６】
これにより、低誘電率を有するシリコン酸化からなる低誘電率絶縁膜（Low-k膜）の成膜と、Ｃｕの拡散を防止するバリア機能を有するシリコン酸化膜又はシリコン酸化窒化膜からなるＣｕバリア絶縁膜の成膜とを、同一のチャンバ内で連続して行うことができる。
【００３７】
（本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法の説明）
次に、この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低誘電率絶縁膜、及びＣｕバリア絶縁膜の成膜方法について説明する。
【００３８】
耐湿性に優れ、かつ低誘電率を有する低誘電率絶縁膜と、銅の拡散防止機能に優れたＣｕバリア絶縁膜とでは、成膜条件が異なる。
【００３９】
まず、成膜条件のうち、低誘電率絶縁膜、及びＣｕバリア絶縁膜の成膜ガスを構成する、特に有効なガスの組み合わせについて以下に説明する。
【００４０】
（ｉ）低誘電率絶縁膜を形成する成膜ガスの構成ガス
（１）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物
ここで、第１のシリコン含有有機化合物は、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有し、フッ素（Ｆ）を含むものと、含まないものがある。第２のシリコン含有有機化合物は、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有し、フッ素（Ｆ）を含むものと、含まないものがある。以下、同じ。
【００４１】
（２）第１のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物
ここで、第３のシリコン含有有機化合物は、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する。以下、同じ。
【００４２】
（３）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物
（４）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／酸化性ガス
（５）第１のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／酸化性ガス
（６）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／酸化性ガス
（７）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／メチルシラン
（８）第１のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／メチルシラン
（９）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／メチルシラン
（１０）（１）乃至（９）の組み合わせの成膜ガスの何れか一／希釈ガス
（１１）（１）乃至（１０）の組み合わせの成膜ガスの何れか一／ＣxＨy
（ii）Ｃｕバリア絶縁膜を形成する成膜ガスの構成ガス
（１２）（１）乃至（１１）の組み合わせの成膜ガスの何れか一／ＮＨ3又はＮ2
次に、上記の第１のシリコン含有有機化合物、第２のシリコン含有有機化合物、第３のシリコン含有有機化合物、メチルシラン、酸化性ガス、希釈ガス、及びＣxＨyについて説明する。
【００４３】
代表例として以下に示すものを用いることができる。
【００４４】
（ｉ）第１のシリコン含有有機化合物
（Ａ）第１のシリコン含有有機化合物（without F）
デカメチルシクロペンタシロキサン（DMCPSO）
【００４５】
【化１】
【００４６】
デカエチルシクロペンタシロキサン（DECPSO）
【００４７】
【化２】
【００４８】
デカメトキシシクロペンタシロキサン（DMOCPSO）
【００４９】
【化３】
【００５０】
デカエトキシシクロペンタシロキサン（DEOCPSO）
【００５１】
【化４】
【００５２】
ペンタメチルシクロペンタシロキサン（PMCPSO）
【００５３】
【化５】
【００５４】
ペンタメトキシシクロペンタシロキサン（PMOCPSO）
【００５５】
【化６】
【００５６】
ペンタメチルペンタメトキシシクロペンタシロキサン（PMPMOCPSO）
【００５７】
【化７】
【００５８】
ペンタメチルペンタエトキシシクロペンタシロキサン（PMPEOCPSO）
【００５９】
【化８】
【００６０】
ペンタエチルシクロペンタシロキサン（PECPSO）
【００６１】
【化９】
【００６２】
ペンタエトキシシクロペンタシロキサン（PEOCPSO）
【００６３】
【化１０】
【００６４】
ドデカメチルシクロヘキサシロキサン（DDMCHSO）
【００６５】
【化１１】
【００６６】
ドデカエチルシクロヘキサシロキサン（DDECHSO）
【００６７】
【化１２】
【００６８】
ジビニルデカメチルシクロヘキサシロキサン（DBDMCHSO）
【００６９】
【化１３】
【００７０】
ドデカメトキシシクロヘキサシロキサン（DDMOCHSO）
【００７１】
【化１４】
【００７２】
ドデカエトキシシクロヘキサシロキサン（DDEOCHSO）
【００７３】
【化１５】
【００７４】
ヘキサメチルヘキサメトキシシクロヘキサシロキサン（HMHMOCHSO）
【００７５】
【化１６】
【００７６】
ヘキサメチルヘキサエトキシシクロヘキサシロキサン（HMHEOCHSO）
【００７７】
【化１７】
【００７８】
ヘキサエチルヘキサエトキシシクロヘキサシロキサン（HEHEOCHSO）
【００７９】
【化１８】
【００８０】
ヘキサメトキシシクロヘキサシロキサン（HMOCHSO）
【００８１】
【化１９】
【００８２】
ヘキサエトキシシクロヘキサシロキサン（HEOCHSO）
【００８３】
【化２０】
【００８４】
ヘキサメチルシクロヘキサシロキサン（HMCHSO）
【００８５】
【化２１】
【００８６】
ヘキサエチルシクロヘキサシロキサン（HECHSO）
【００８７】
【化２２】
【００８８】
（Ｂ）第１のシリコン含有有機化合物（with F）
（Ａ）項の第１のシリコン含有有機化合物のSiの結合手に結合したメチル基、メトキシ基、エトキシ基の何れか一がフッ素（Ｆ）と置き換わった化合物がある。
【００８９】
又は、それらメチル基、メトキシ基、或いはエトキシ基自体を構成するSiの結合手に結合した水素のうち少なくとも一つがフッ素（Ｆ）と置き換わった化合物がある。
【００９０】
（ii）第２のシリコン含有有機化合物
（Ａ）第２のシリコン含有有機化合物（without F）
テトラメチルジメトキシジシロキサン
(CH3)2(OCH3)SiOSi(CH3)2(OCH3)
ペンタメチルモノメトキシジシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)2(OCH3)
トリメチルトリメトキシジシロキサン
(CH3)2(OCH3)SiOSi(CH3)(OCH3)2
ジメチルテトラメトキシシジシロキサン
(CH3)(OCH3)2SiOSi(CH3)(OCH3)2
ヘキサメチルジシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)3
オクタメチルトリシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)2OSi(CH3)3
オクタメチルシクロテトラシロキサン
((CH3)2SiO)4
オクタメトキシシクロテトラシロキサン
((OCH3)2SiO)4
オクタエトキシシクロテトラシロキサン
((OC2H5)2SiO)4
（Ｂ）第２のシリコン含有有機化合物（with F）
テトラメチルジフロロジシロキサン
(CH3)2FSiOSi(CH3)2F
ペンタメチルモノフロロジシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)2F
トリメチルトリメトキシジシロキサン
(CH3)2FSiOSi(CH3)F2
ジメチルテトラフロロジシロキサン
(CH3)F2SiOSi(CH3)F2
（iii）第３のシリコン含有有機化合物
４個以下のSi原子を有するアルキルシラン、アルコキシシランなどがある。
【００９１】
メチルトリメトキシシラン（Si(CH3)(OCH3)3）
ジメチルジメトキシシラン（Si(CH3)2(OCH3)2）
トリメチルモノメトキシシラン（Si(CH3)3(OCH3)）
（iv）メチルシラン
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）
（ｖ）酸化性ガス
Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2
（vi）希釈ガス
Ｈｅ，Ａｒ
（vii）ＣxＨy
メタン（C2H6）
プロパン（C3H8）
ブタン（C4H10）
次に、上記以外の成膜条件、及び膜形成の全体の工程を説明するとともに、上記を含む成膜条件及び膜形成の全体の工程を採用した理由又は効果とを説明する。
【００９２】
低誘電率絶縁膜の形成においては、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有化合物を用いる。これにより、大きな空孔径を持つ絶縁膜を形成することができるため、比誘電率（ｋ）を２．４以下に下げることができる。
【００９３】
構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有化合物を用いた場合、第３のシリコン含有有機化合物に含まれるメトキシ基或いはエトキシ基は各シロキサンを繋げる機能を有すると考えられ、このため上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせに比べて、膜質その他の制御性が一層良くなることが期待される。
【００９４】
また、形成膜中に窒素が多量に含まれないようにするため、成膜ガス中にNH3やN2を含ませない。
【００９５】
さらに、成膜ガスに希釈ガス、例えば、Ｈｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を加える。調査によれば、Ｈｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を含む成膜ガスに電力を印加して生成したプラズマを用いることで、成膜反応が急激に起こるのを抑制し、これにより、形成膜の膜厚分布を調整することができる。また、成膜反応が急激に起こるのを抑制できるため、形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることにおいても有効である。そして、好ましくは周波数１ＭＨｚ以上の電力を印加して生成したプラズマを用いることで、空孔径の大きな形成膜を得ることができ、形成膜の比誘電率をより低減させることができる。
【００９６】
以上のように、低誘電率絶縁膜において、２．７以下、例えば２．３と低い比誘電率を付与することができ、かつ耐湿性に優れた特性を付与することができる。
【００９７】
さらに、成膜ガスの構成ガスとして、シロキサン結合を有するシリコン含有有機化合物を用いている。その理由は、化合物中に既にＳｉ−Ｏ−Ｓｉを含んでいるので、形成膜中にＳｉ−Ｏ結合がそのまま取り込まれるため、酸素の余分な反応を抑えることができるからであり、また、形成膜を安定させることができるからである。
【００９８】
また、低誘電率絶縁膜の成膜ガスに、ＣxＨy（ｘ，ｙは正の整数）を添加してもよい。これにより、CxHyを形成膜中に取り込み、さらにアニールアウトすることで、空孔径が大きく、かつ比誘電率が小さい絶縁膜を形成することができる。また、CxHyは希釈ガスとして機能し、成膜反応が急激に起こるのを抑制して膜厚分布を向上させ、かつ形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることができる。
【００９９】
さらに、低誘電率絶縁膜の成膜後に、例えばXeランプ（波長１７２nm）、低圧水銀ランプ（波長１８５nm）等波長２４５nm以下の紫外線を用い、パワー８〜１３mW／cm2で、時間６０秒程度、紫外線照射処理（UV処理）を行う。紫外線照射処理中或いはその後に、例えば、N2中、圧力１０Torr以下、３００〜３５０℃程度で加熱処理を行う。紫外線照射処理によって、形成膜中のSi-CH3結合から、CH3を切り離し、加熱処理によりさらにCH3を膜中から排除して、より一層低誘電率化するとともに、これにより未結合となったSiの未結合手同士を結合させて、膜強度の向上を図る。また、水分などの付着を抑制する。
【０１００】
また、低誘電率絶縁膜とともに用いるＣｕバリア絶縁膜の成膜においては、低誘電率絶縁膜の第１の成膜ガスにさらにNH3、又はＮ2のうち少なくとも何れか一を添加する。また、成膜ガスに印加する高周波電力に関しては、印加する電力のプラズマ化周波数を１ＭＨｚ未満と低くする。以上の成膜条件により、比誘電率は多少高くなるが、Ｃｕの拡散を阻止する機能を高めた、さらに膜質の良い膜を形成することができる。しかも、Ｃｕバリア絶縁膜中に窒素を含まないようにすることが可能である。
【０１０１】
また、Ｃｕバリア絶縁膜の成膜ガスに、ＣxＨy（ｘ，ｙは正の整数）を添加してもよい。これにより、Ｃｕバリア絶縁膜と低誘電率絶縁膜とを積層した構造において低誘電率絶縁膜を選択的にエッチングする際に、低誘電率絶縁膜のエッチャントに対してＣｕバリア絶縁膜のエッチング耐性を確保することができる。
【０１０２】
さらに、Ｃｕバリア絶縁膜の成膜後に、低誘電率絶縁膜のときと同じ理由で紫外線照射処理（UV処理）を行う。
【０１０３】
なお、低誘電率絶縁膜を形成した後に、引き続き、その上にＣｕバリア絶縁膜を形成する場合、大気に曝さないで引き続き、Ｃｕバリア絶縁膜の成膜を行うことが好ましい。低誘電率絶縁膜が大気中の水分を吸収して比誘電率が高くなるのを防止するためである。
【０１０４】
次に、成膜条件の実施例について以下に説明する。
【０１０５】
（１）第１実施例
第１実施例の絶縁膜は低誘電率絶縁膜の一例である。但し、UV処理後の加熱処理の条件は省略している。
【０１０６】
（成膜条件Ｉ）
（ｉ）成膜ガス条件
DDMCHSOガス流量：７５sccm
HMDSOガス流量：５０sccm
H2O流量：５００sccm
Ar流量：１００sccm
ガス圧力：１．６Torr
（ii）プラズマ化条件
高周波電力(13.56MHz)ＰHF：５６２Ｗ
低周波電力(380KHz)ＰLF：０Ｗ
（電極の大きさは３４５ｍｍφ、以下同じ。）
（iii）基板加熱温度：３５０℃
（iv）成膜されたシリコン酸化膜
膜厚：７００ｎｍ
比誘電率：２．３〜２．４
（ＵＶ処理条件）
（ｉ）ＵＶ照射条件
ＵＶ波長：１７２ｎｍ
照射エネルギ：１３ｍＷ／ｃｍ2
（ii）UV処理後のシリコン酸化膜
比誘電率：２．１〜２．２
ヤング率：７GPa
（２）第２実施例
第２実施例の絶縁膜は低誘電率絶縁膜の他の一例である。成膜条件Ｉに対してＨ2Ｏを加えている。
【０１０７】
（成膜条件II）
（ｉ）成膜ガス条件
DDMCHSOガス流量：７５sccm
DMDEOCTSOガス流量：５０sccm
He流量：１００sccm
ガス圧力：１．６Torr
（ii）プラズマ化条件
高周波電力(13.56MHz)ＰHF：５６２Ｗ
低周波電力(380KHz)ＰLF：０Ｗ
（iii）基板加熱温度：３５０℃
（iv）成膜されたシリコン酸化膜
膜厚：７００ｎｍ
比誘電率：２．２〜２．３
（ＵＶ処理条件）
（ｉ）ＵＶ照射条件
ＵＶ波長：１７２ｎｍ
照射エネルギ：１３ｍＷ／ｃｍ2
（ii）UV処理後のシリコン酸化膜
比誘電率：２．１〜２．２
ヤング率：７GPa
（３）第３実施例
第３実施例の絶縁膜はバリア絶縁膜の一例である。
【０１０８】
（成膜条件III）
（ｉ）成膜ガス条件
ＨＭＤＳＯガス流量：７５sccm
ガス圧力：１Torr
（ii）プラズマ化条件
高周波電力(13.56MHz)ＰHF：０Ｗ
低周波電力(380KHz)ＰLF：２２５Ｗ又は１８０Ｗ
（iii）基板加熱温度：３５０℃
（iv）成膜されたシリコン酸化膜
膜厚：６００ｎｍ
比誘電率：４．２
（ＵＶ処理条件）
（ｉ）ＵＶ照射条件
ＵＶ波長：１７２ｎｍ
照射エネルギ：１３ｍＷ／ｃｍ2
（ii）UV処理後のシリコン酸化膜
比誘電率：４．１
ヤング率：８０GPa以上
以上のように、形成膜の比誘電率及び屈折率の調査結果によれば、第１乃至第３の実施例のうち、第１及び第２の実施例で作製された低誘電率絶縁膜に関し、比誘電率は２．４前後が得られ、屈折率は１．４弱であった。また、第３の実施例で作製されたバリア絶縁膜に関し、比誘電率はおよそ４．２が得られた。
【０１０９】
（第２の実施の形態）
次に、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、及び図４（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する。
【０１１０】
図４（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。この半導体装置は、同図に示すように、基板３１上に下部配線埋込絶縁膜３４が形成されている。下部配線埋込絶縁膜３４は、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる低誘電率を有する主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２と、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第１の上部バリア絶縁膜３３とが積層されてなる。下部配線埋込絶縁膜３４を貫通する下部配線溝３４ａ、３４ｂに銅拡散阻止膜であるＴａＮ膜３６ａ、３６ｂと銅膜３７ａ、３７ｂとからなる下部配線３８ａ、３８ｂが埋め込まれている。基板３１は半導体基板や他の導電層でもよいし、絶縁性基板でもよい。
【０１１１】
これらの上にビアホール５１ａ、５１ｂが形成された配線層間絶縁膜４２と上部配線溝４９ａ、４９ｂが形成された上部配線埋込絶縁膜４５が形成されている。
【０１１２】
配線層間絶縁膜４２は膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２の下部バリア絶縁膜３９と、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる低誘電率を有する主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４０と、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２の上部バリア絶縁膜４１とから構成されている。
【０１１３】
上部配線埋込絶縁膜４５は、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる低誘電率を有する主たる絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４３と、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第３の上部バリア絶縁膜４４とから構成されている。
【０１１４】
上部配線溝４９ａ、４９ｂはビアホール５１ａ、５１ｂよりも大きい開口面積を有し、ビアホール５１ａ、５１ｂと接続するように形成されている。ビアホール５１ａ、５１ｂと上部配線溝４９ａ、４９ｂ内には、よく知られたデュアルダマシン法により銅拡散阻止膜であるＴａＮ膜５２ａ、５２ｂと銅膜５３ａ、５３ｂとからなる接続導体５４ａ、５４ｂと、同じく銅拡散阻止膜であるＴａＮ膜５２ａ、５２ｂと銅膜５３ａ、５３ｂとからなる上部配線５５ａ、５５ｂが一体的に埋め込まれている。そして、最上部全面はこの発明に係るシリコン酸化膜からなる最上部バリア絶縁膜５６によって被覆されている。
【０１１５】
以上の低誘電率絶縁膜及びバリア絶縁膜はすべて本発明に係る絶縁膜である。
【０１１６】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、及び図４（ａ）、（ｂ）を参照して本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図１の成膜装置を用いるものとする。
【０１１７】
まず、図２（ａ）に示すように、成膜装置のチャンバ１内に基板３１を搬入し、基板３１上に、低誘電率を有する膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成する。シリコン酸化膜３２は下部配線埋込絶縁膜の主絶縁膜となる。成膜ガス条件は、シリコン原子による５員環以上の環状構造を有し、かつそれらのシリコン原子によるシロキサン結合を有し、フッ素（Ｆ）を含まない第１のシリコン含有有機化合物、例えばドデカメチルシクロヘキサシロキサン（DDMCHSO）ガス流量を７５sccm、シリコン原子による４員環以下の環状構造又は４以下のシリコン原子の鎖状構造を有し、かつそれらのシリコン原子によるシロキサン結合を有し、フッ素（Ｆ）を含まない第２のシリコン含有有機化合物、例えばヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）ガス流量を５０sccm、H2O流量を５００sccmとし、希釈ガスとしてのAr流量を１００sccmとし、そのガス圧力を１．６Torrとする。成膜ガスのプラズマ化条件は、周波数３８０ｋＨｚの低周波電力（ＰLF）を印加せず、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力（ＰHF）を５６２Ｗ印加する。また、基板温度を３７５℃とする。この成膜条件は、膜厚を除き、第１の実施の形態の第１実施例の成膜条件Ｉに相当する。これにより、比誘電率が２．３〜２．４を有するシリコン酸化膜３２が形成される。
【０１１８】
さらに、成膜後、シリコン酸化膜３２を大気に曝さないで引き続き、シリコン酸化膜３２に対するＵＶ処理を行う。ＵＶ処理条件は、ＵＶ波長を１７２ｎｍとし、照射エネルギを１３ｍＷ／ｃｍ2とする。これにより、UV照射後のシリコン酸化膜３２は、比誘電率が２．１〜２．２となり、ヤング率が７GPaとなる。
【０１１９】
引き続き、大気に曝さないで、同じチャンバ１内で、プラズマＣＶＤ法により、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜（第１の上部バリア絶縁膜）３３を形成する。成膜条件は、膜厚を除き、第１の実施の形態の第３実施例の成膜条件IIIに相当する。成膜後、シリコン酸化膜３３を大気に曝さないで引き続き、シリコン酸化膜３３に対するＵＶ処理及び加熱処理を行う。ＵＶ処理条件及び加熱処理条件は、上記と同じとする。
【０１２０】
このようにして成膜されたシリコン酸化膜３３は、周波数１ＭＨｚで測定した比誘電率が凡そ４．０であり、電界強度４ＭＶ／ｃｍのときリーク電流が１０-6Ａ／ｃｍ2であった。
【０１２１】
次いで、チャンバ１内から基板３１を外部に取り出し、シリコン酸化膜３３上に化学増幅レジストなどからなるレジスト膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法により配線溝を形成すべき領域にレジスト膜の開口部を形成し、図３（ｂ）に示すように、マスク３５を形成する。次いで、図２（ｂ）に示すように、マスク３５に基づいてシリコン酸化膜３３及び３２をエッチングして配線溝３４ａ、３４ｂを形成する。シリコン酸化膜３３は第１の上部バリア絶縁膜となる。
【０１２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、配線溝３４ａ、３４ｂの内面に銅拡散阻止膜としてＴａＮ膜３６ａ、３６ｂを形成する。続いて、図示しない銅シード層を形成した後、銅膜３７ａ、３７ｂを埋め込んで、ＴａＮ膜３６ａ、３６ｂと、銅膜３７ａ、３７ｂとからなる下部配線３８ａ、３８ｂを形成する。
【０１２３】
次いで、成膜前に、銅膜３７ａ、３７ｂ表面の前処理を行い、表面酸化膜を除去した。
【０１２４】
その処理方法は、平行平板型プラズマ励起ＣＶＤ装置を用い、ＮＨ3を流量５００sccmで導入してガス圧力を１Torrに調整し、周波数１３．５６ＭＨｚの電力を印加してＮＨ3をプラズマ化し、基板３１を３７５℃に加熱した状態で銅膜３７ａ、３７ｂをそのプラズマに接触させる。
【０１２５】
次に、成膜装置のチャンバ１内に基板３１を搬入し、図３（ａ）に示すように、下部配線３８ａ、３８ｂを被覆するシリコン酸化膜からなる第２の下部バリア絶縁膜３９を形成する。第２の下部バリア絶縁膜３９に関し、その成膜条件は、膜厚を除き、第１の実施の形態の第３実施例の成膜条件IIIに相当する。
【０１２６】
その後、この第２の下部バリア絶縁膜３９上に、配線層間絶縁膜４２の主絶縁膜となる、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４０、及び膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２の上部バリア絶縁膜４１を、同じチャンバ１内で連続形成し、接続導体を埋め込むための配線層間絶縁膜４２を形成する。
【０１２７】
主絶縁膜４０に関し、下部配線埋込絶縁膜３２の成膜条件、及び成膜後の膜の処理条件と同じとする。また、第２の下部バリア絶縁膜３９に関し、第１の上部バリア絶縁膜３３の成膜条件と同じとする。
【０１２８】
続いて、同じようにして第２の上部バリア絶縁膜４１上に配線埋込絶縁膜の主絶縁膜となる、シリコン酸化膜からなる絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４３、及びシリコン酸化膜からなる第３の上部バリア絶縁膜４４を同じチャンバ１内で連続形成し、上部配線を埋め込む配線埋込絶縁膜４５を形成する。主絶縁膜４３に関し、下部配線埋込絶縁膜３２の成膜条件、及び成膜後の膜の処理条件と同じとする。第３の上部バリア絶縁膜４４に関し、第１の上部バリア絶縁膜３３の成膜条件と同じとする。
【０１２９】
次に、成膜装置のチャンバ１内から基板３１を外部に取り出し、図３（ｂ）乃至図４（ｂ）に示すように、良く知られたデュアルダマシン法により、接続導体５４ａ、５４ｂと上部配線５５ａ、５５ｂを形成する。以下に、デュアルダマシン法を詳細に説明する。
【０１３０】
即ち、第３の上部バリア絶縁膜４４上にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィー法によりビアホールを形成すべき領域にレジスト膜の開口部を形成し、図３（ｂ）に示すように、マスク４６を形成する。
【０１３１】
次いで、マスク４６の開口部を通して第３の上部バリア絶縁膜４４及び主絶縁膜４３、第２の上部バリア絶縁膜４１及び主絶縁膜４０をエッチングし、貫通させる。これにより、配線層間絶縁膜４２のうち第２の上部バリア絶縁膜４１及び主絶縁膜４０に開口部４７ａ、４７ｂが形成される。
【０１３２】
次に、第３の上部バリア絶縁膜４４上に別のレジスト膜を形成し、配線溝を形成すべき領域に開口部を形成し、図４（ａ）に示すように、マスク４８を形成する。
【０１３３】
次いで、このマスク４８の開口部は最初の開口部の開口面積よりも大きく、かつ最初の開口部を含むように形成される。次いで、マスク４８の開口部を通して第３の上部バリア絶縁膜４４及び主絶縁膜４３をエッチングし、貫通させる。このとき、下地の第２の上部バリア絶縁膜４１は、膜密度が２．３ｇ／ｃｍ3以上と、低誘電率絶縁膜の１．１〜１．２ｇ／ｃｍ3と比べてより大きく、また、炭素を多く含むので、主絶縁膜４３のエッチングガスに対してエッチング耐性を有し、このため、第２の上部バリア絶縁膜４１でエッチングが停止される。これにより、配線埋込絶縁膜４５に配線溝４９ａ、４９ｂが形成される。その後、第２の下部バリア絶縁膜３９をエッチングして、配線層間絶縁膜４２を貫通するビアホール５１ａ、５１ｂを形成する。これにより、ビアホール５１ａ、５１ｂ底部に下部配線３８ａ、３８ｂが露出し、ビアホール５１ａ、５１ｂを通して下部配線３８ａ、３８ｂと配線溝４９ａ、４９ｂとが繋がる。
【０１３４】
次に、図４（ｂ）に示すように、ＴａＮ膜５２ａ、５２ｂをビアホール５１ａ、５１ｂと配線溝４９ａ、４９ｂの内面に形成した後、図示しない銅シード層を形成し、更にその上に銅膜５３ａ、５３ｂを埋め込んで、接続導体５４ａ、５４ｂと上部配線５５ａ、５５ｂを形成する。以上が所謂デュアルダマシン法である。
【０１３５】
次に、成膜前に、銅膜３８ａ、３８ｂ表面の前処理条件と同じ条件で、銅膜５５ａ、５５ｂ表面の前処理を行い、表面酸化膜を除去した。次いで、第１の上部バリア絶縁３３と同じ成膜方法により、全面にシリコン酸化膜からなる最上部バリア絶縁膜５６を形成する。以上により、銅膜を主とする多層配線を有する半導体装置が完成する。
【０１３６】
以上のように、この第２の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、主たる絶縁膜３２、４０、４３は、第１の実施の形態の第１実施例の成膜条件Ｉで成膜し、成膜後にプラズマ処理を行っている。従って、主絶縁膜３２、４０、４３は２．７以下の低誘電率を有し、かつ耐湿性が高くなっている。
【０１３７】
また、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６は膜の空孔径がシリコン窒化膜と同じ、およそ０．３３ｎｍ程度で緻密なため、Ｃｕに対して高い拡散阻止能力を有する。また、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６は、バイアスパワーを小さくすることにより大きな空孔径（０．６ｎｍ以下であればバリア性も維持できる）を導入でき、これによって、より一層、低誘電率化を図ることができる。
【０１３８】
さらに、配線層間絶縁膜４２及び配線埋込絶縁膜４５を下から順に開口面積が大きくなるように貫通させて、ビアホール５１ａ、５１ｂとビアホール５１ａ、５１ｂと繋がった配線溝４９ａ、４９ｂとを交互に形成している。即ち、バリア絶縁膜４１、３９は主絶縁膜４３、４０を選択的にエッチングする際にエッチングされる主絶縁膜４３、４０の下地となる。
【０１３９】
この発明が適用されるバリア絶縁膜３９、４１は成膜条件IIIにより形成されているため、主絶縁膜４０、４３のエッチャントに対してエッチングストッパとして有効に機能するとともに、下層の絶縁膜の過剰エッチングに対するマスクとして有効に機能する。
【０１４０】
以上、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。
【０１４１】
例えば、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６及び主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３の両方に、本願発明の成膜条件III、及び成膜条件Ｉ又はIIを用いた成膜方法を適用しているが、何れか一方に適用してもよい。例えば、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６に本願発明の成膜方法を適用し、主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３として他の成膜方法により作成された絶縁膜、例えば塗布絶縁膜を適用してもよい。また、主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３に本願発明の成膜方法を適用し、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６として他の成膜方法により作成された絶縁膜を適用してもよい。
【０１４２】
また、主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３の成膜条件を、第１の実施の形態における成膜条件Ｉ又はIIとしているが、適宜変更して適用することができる。
【０１４３】
また、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６の成膜条件を、第１の実施の形態における成膜条件IIIとしているが、適宜変更して適用することができる。
【０１４４】
さらに、本願発明の成膜方法をダマシン構造に適用しているが、ダマシン構造以外の他の構造に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態である成膜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】（ａ）乃至（ｃ）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(その１）である。
【図３】（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（その２）である。
【図４】（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（その３）である。
【符号の説明】
【０１４６】
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 第１の高周波電力供給電源
８ 第２の高周波電力供給電源
９ａ 配管
９ｂ〜９ｉ 分岐配管
１０ａ〜１０ｘ 開閉手段
１１ａ〜１１ｈ 流量調整手段
１２ ヒータ
３１ 基板
３２、４０、４３ 主絶縁膜
３３ 第１の上部バリア絶縁膜
３４ 下部配線埋込絶縁膜
３４ａ、３４ｂ 下部配線溝
３５、４６、４８ マスク
３６ａ、３６ｂ、５２ａ、５２ｂ ＴａＮ膜
３７ａ、３７ｂ、５３ａ、５３ｂ 銅膜
３８ａ、３８ｂ 下部配線
３９ 第２の下部バリア絶縁膜
４１ 第２の上部バリア絶縁膜
４２ 配線層間絶縁膜
４４ 第３の上部バリア絶縁膜
４５ 上部配線埋込絶縁膜
４９ａ、４９ｂ 上部配線溝
５１ａ、５１ｂ ビアホール
５４ａ、５４ｂ 接続導体
５５ａ、５５ｂ 上部配線
５６ 最上部バリア絶縁膜
１０１ 成膜装置
１０１Ａ 成膜部
１０１Ｂ 成膜ガス供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜方法及び半導体装置の製造方法、より詳しくは、化学気相成長法を用いて低誘電率絶縁膜及びバリア絶縁膜を成膜する方法、及び銅配線を被覆してそのバリア絶縁膜及び低誘電率絶縁膜のうち少なくとも何れか一で構成される層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＲＣディレイタイムの小さい低誘電率を有する絶縁膜（以下、低誘電率絶縁膜或いはlow-k膜と称する。）が用いられている。
【０００３】
また、これらの低誘電率絶縁膜の成膜方法では、従来、シリコン含有有機化合物としてメチルシラン、テトラメチルシクロテトラシロキサン又はヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を用い、酸化剤としてＮ2Ｏ、Ｏ2、Ｈ2Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、low-k膜やＣｕ拡散を防止するバリア絶縁膜を形成している。
【０００４】
或いは、ジメトキシシラン単独を用いたプラズマＣＶＤ法により、low-k膜やＣｕ拡散を防止するバリア絶縁膜を形成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの成膜方法では、low-k膜において比誘電率（ｋ）を２．７よりも低くすること、バリア絶縁膜において比誘電率（ｋ）を４よりも低くすることが難しくなってきている。
【０００６】
近年、ロジックデバイスの駆動周波数がＧＨｚオーダになり、配線パターンの寸法が４５ｎｍ以下になると、層間絶縁膜として２．３以下の比誘電率（ｋ）が必要で、従来の比誘電率（ｋ）の大きさではデバイスの高速化及び高集積化を実現することは難しい。
【０００７】
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、２．７より低い比誘電率を有する低誘電率絶縁膜及び４より低い比誘電率を有するバリア絶縁膜を化学気相成長法により成膜する方法、及び銅配線を被覆してそのバリア絶縁膜及び低誘電率絶縁膜のうち少なくとも何れか一で構成される層間絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、第１の発明は成膜方法に係り、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するRは同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とし、
第２の発明は、成膜方法に係り、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とし、
第３の発明は、第１の発明の成膜方法に係り、前記成膜ガスは、前記第１のシリコン含有有機化合物、及び前記第２のシリコン含有有機化合物のほかに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を含むことを特徴とし、
第４の発明は、第１乃至３の発明の何れか一の成膜方法にかかり、前記第１のシリコン含有有機化合物及び前記第２のシリコン含有有機化合物のうち少なくとも何れか一は、フッ素を含むことを特徴とし、
第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスは、メチルシランを含むことを特徴とし、
第６の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスは、H2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とし、
第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスに、希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とし、
第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜ガスに、CxHyを添加することを特徴とし、
第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することを特徴とし、
第１０の発明は、第９の発明の成膜方法に係り、前記成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とし、
第１１の発明は、第１乃至第１０の発明の何れか一の成膜方法に係り、前記成膜後において、前記成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射することを特徴とし、
第１２の発明は、半導体装置の製造方法に係り、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記バリア絶縁膜を形成する工程は、第９乃至第１１の発明の何れか一の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であることを特徴とし、
第１３の発明は、半導体装置の製造方法に係り、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、第１乃至第８の発明の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴とし、
第１４の発明は、半導体装置の製造方法に係り、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記バリア絶縁膜を形成する工程は、第９乃至第１１の発明の何れか一の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であり、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、第１乃至第８の発明の何れか一の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴としている。
【０００９】
以下に、上記本発明の構成に基づく作用について説明する。
【００１０】
本発明によれば、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスを用いている。
【００１１】
これにより、比較的大きな空孔を持つ低誘電率絶縁膜を安定して形成することができる。この場合、両者の流量比を変えることにより、平均空孔径を制御することができる。
【００１２】
また、第１のシリコン含有有機化合物及び第２のシリコン含有有機化合物がフッ素を含むことで、その形成膜は、フッ素を含まない場合と比べ、更に比誘電率を低くすることができる。
【００１３】
また、上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせにおいて第２のシリコン含有有機化合物の代わりに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を用いてもよい。第３のシリコン含有有機化合物に含まれるメトキシ基或いはエトキシ基は各シロキサンを繋げる機能を有すると考えられ、このため上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせに比べて、膜質その他の制御性が一層良くなることが期待される。
【００１４】
また、成膜ガスがメチルシランを含む場合、メチルシランは多員環構造を持つソースに比べて気相反応しにくいため、絶縁膜を安定して形成することができる。
【００１５】
また、成膜ガスが酸化剤としてH2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含む場合、これらは多員環を相互に繋げるつなぎ剤として機能し、絶縁膜を形成しやすくし得る。
【００１６】
また、成膜ガスに希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくともいずれか一を添加することで、成膜反応が急激に起こるのを抑制して、膜厚分布を向上させ、かつ形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることができる。
【００１７】
また、成膜ガスにCxHyを添加することで、CxHyを形成膜中に取り込み、さらにアニールアウトすることで、空孔径が大きく、かつ比誘電率が小さい絶縁膜を形成することができる。また、CxHyは希釈ガスとして機能し、成膜反応が急激に起こるのを抑制して、膜厚分布を向上させ、かつ形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることができる。
【００１８】
また、成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することで、基板にバイアスをかけるようにして成膜する。これにより、特に、銅に対する緻密なバリ絶縁膜を得ることができる。
【００１９】
また、成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することで、形成膜中にＮを取り込む。形成膜中にＮを取り込むことで、より空孔径が小さく、密度の大きい絶縁膜を形成することができる。特に、銅に対する緻密なバリ絶縁膜の成膜に有用である。
【００２０】
また、成膜後において、成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射する。波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線は膜中の不安定なCH3ボンドを切断して、形成膜のネットワーク構造を安定化させ、形成膜の機械的強度を高めることができる。なお、切断されたCH3は加熱処理により、膜中より排除される。
【００２１】
上記のように、本発明の成膜方法で作製された絶縁膜は、低誘電率絶縁膜として用いてもよいし、銅に対するバリア絶縁膜として用いてもよい。従って、本発明の成膜方法を、銅を主とする配線上にバリア絶縁膜と低誘電率絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法、例えば、ダマシン法に適用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスを用いることにより、比較的大きな空孔を持つ低誘電率絶縁膜を安定して形成することができる。この場合、両者の流量比を変えることにより、平均空孔径を制御することができる。
【００２３】
また、第１のシリコン含有有機化合物及び第２のシリコン含有有機化合物がフッ素を含むことで、その形成膜は、フッ素を含まない場合と比べ、更に比誘電率を低くすることができる。
【００２４】
また、上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせにおいて第２のシリコン含有有機化合物の代わりに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を用いてもよい。第３のシリコン含有有機化合物に含まれるメトキシ基或いはエトキシ基は各シロキサンを繋げる機能を有すると考えられ、このため上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせに比べて、膜質その他の制御性が一層良くなることが期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（本発明の実施の形態である成膜方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の説明）
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ＣＶＤ装置１０１の構成を示す側面図である。
【００２７】
このプラズマＣＶＤ装置１０１は、プラズマガスにより基板２１上にバリア絶縁膜や低誘電率絶縁膜を形成する場所であり、形成膜をプラズマ処理する場所でもある成膜部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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の高い周波数の電力を供給する第１の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の低い周波数の電力を供給する第２の高周波電力供給電源８が接続されている。これらの高周波電力供給電源７、８のうち少なくとも第１の高周波電力供給電源７から上部電極２に高い周波数の電力（ＰHF）を供給し、又は、第２の高周波電力供給電源８から下部電極３に低い周波数の電力（ＰLF）を供給し、又は両方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。
【００３０】
なお、下部電極３には、周波数３８０ｋＨｚのみならず、周波数１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ未満の低い周波数の電力を印加することができるし、また、下部電極３に対向する上部電極２には、周波数１３．５６ＭＨｚのみならず、周波数１ＭＨｚ以上の高い周波数の電力を印加してもよい。さらに、図１では上部電極２に第１の高周波電力供給電源が接続され、下部電極３に第２の高周波電力供給電源が接続されているが、第１の高周波電力供給電源７は上部電極２に限らず、上部電極２又は下部電極３の何れか一に接続され、かつ第２の高周波電力供給電源８は下部電極３に限らず、他の電極に接続されていれば、この発明の目的を達成することができる。
【００３１】
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℃程度に加熱しておくことにより、成膜ガス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。
【００３２】
下部電極３は基板２１の保持台を兼ね、また、保持台上の基板２１を加熱するヒータ１２を備えている。
【００３３】
成膜ガス供給部１０１Ｂには、成膜ガスの供給源として、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基(C2H3)又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物の供給源と、メチルシランの供給源と、ハイドロカーボン（ＣxＨy）の供給源と、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2の何れか一で構成される酸化性ガスの供給源と、希釈ガスとしてのＨｅ、又はＡｒの供給源と、アンモニア（ＮＨ3）又は窒素（Ｎ2）の供給源とを備えている。なお、窒素（Ｎ2）はパージガスとしても用いられる。
【００３４】
これらのガスは適宜分岐配管９ｂ乃至９ｉ及びこれらすべての分岐配管９ｂ乃至９ｉ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９ｉの途中に流量調整手段１１ａ乃至１１ｈや、分岐配管９ｂ乃至９ｉの導通／非導通を制御する開閉手段１０ｂ乃至１０ｑ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。
【００３５】
以上のような成膜装置１０１によれば、成膜ガスの供給源として、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物の供給源と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物の供給源と、メチルシランの供給源と、ハイドロカーボン（ＣxＨy）の供給源と、Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2の何れか一で構成される酸化性ガスの供給源と、希釈ガスとしてのＨｅ、又はＡｒの供給源と、アンモニア（ＮＨ3）又は窒素（Ｎ2）の供給源とを備えている。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。
【００３６】
これにより、低誘電率を有するシリコン酸化からなる低誘電率絶縁膜（Low-k膜）の成膜と、Ｃｕの拡散を防止するバリア機能を有するシリコン酸化膜又はシリコン酸化窒化膜からなるＣｕバリア絶縁膜の成膜とを、同一のチャンバ内で連続して行うことができる。
【００３７】
（本発明の実施の形態である半導体装置の製造方法の説明）
次に、この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低誘電率絶縁膜、及びＣｕバリア絶縁膜の成膜方法について説明する。
【００３８】
耐湿性に優れ、かつ低誘電率を有する低誘電率絶縁膜と、銅の拡散防止機能に優れたＣｕバリア絶縁膜とでは、成膜条件が異なる。
【００３９】
まず、成膜条件のうち、低誘電率絶縁膜、及びＣｕバリア絶縁膜の成膜ガスを構成する、特に有効なガスの組み合わせについて以下に説明する。
【００４０】
（ｉ）低誘電率絶縁膜を形成する成膜ガスの構成ガス
（１）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物
ここで、第１のシリコン含有有機化合物は、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有し、フッ素（Ｆ）を含むものと、含まないものがある。第２のシリコン含有有機化合物は、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2は水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有し、フッ素（Ｆ）を含むものと、含まないものがある。以下、同じ。
【００４１】
（２）第１のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物
ここで、第３のシリコン含有有機化合物は、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する。以下、同じ。
【００４２】
（３）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物
（４）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／酸化性ガス
（５）第１のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／酸化性ガス
（６）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／酸化性ガス
（７）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／メチルシラン
（８）第１のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／メチルシラン
（９）第１のシリコン含有有機化合物／第２のシリコン含有有機化合物／第３のシリコン含有有機化合物／メチルシラン
（１０）（１）乃至（９）の組み合わせの成膜ガスの何れか一／希釈ガス
（１１）（１）乃至（１０）の組み合わせの成膜ガスの何れか一／ＣxＨy
（ii）Ｃｕバリア絶縁膜を形成する成膜ガスの構成ガス
（１２）（１）乃至（１１）の組み合わせの成膜ガスの何れか一／ＮＨ3又はＮ2
次に、上記の第１のシリコン含有有機化合物、第２のシリコン含有有機化合物、第３のシリコン含有有機化合物、メチルシラン、酸化性ガス、希釈ガス、及びＣxＨyについて説明する。
【００４３】
代表例として以下に示すものを用いることができる。
【００４４】
（ｉ）第１のシリコン含有有機化合物
（Ａ）第１のシリコン含有有機化合物（without F）
デカメチルシクロペンタシロキサン（DMCPSO）
【００４５】
【化１】
【００４６】
デカエチルシクロペンタシロキサン（DECPSO）
【００４７】
【化２】
【００４８】
デカメトキシシクロペンタシロキサン（DMOCPSO）
【００４９】
【化３】
【００５０】
デカエトキシシクロペンタシロキサン（DEOCPSO）
【００５１】
【化４】
【００５２】
ペンタメチルシクロペンタシロキサン（PMCPSO）
【００５３】
【化５】
【００５４】
ペンタメトキシシクロペンタシロキサン（PMOCPSO）
【００５５】
【化６】
【００５６】
ペンタメチルペンタメトキシシクロペンタシロキサン（PMPMOCPSO）
【００５７】
【化７】
【００５８】
ペンタメチルペンタエトキシシクロペンタシロキサン（PMPEOCPSO）
【００５９】
【化８】
【００６０】
ペンタエチルシクロペンタシロキサン（PECPSO）
【００６１】
【化９】
【００６２】
ペンタエトキシシクロペンタシロキサン（PEOCPSO）
【００６３】
【化１０】
【００６４】
ドデカメチルシクロヘキサシロキサン（DDMCHSO）
【００６５】
【化１１】
【００６６】
ドデカエチルシクロヘキサシロキサン（DDECHSO）
【００６７】
【化１２】
【００６８】
ジビニルデカメチルシクロヘキサシロキサン（DBDMCHSO）
【００６９】
【化１３】
【００７０】
ドデカメトキシシクロヘキサシロキサン（DDMOCHSO）
【００７１】
【化１４】
【００７２】
ドデカエトキシシクロヘキサシロキサン（DDEOCHSO）
【００７３】
【化１５】
【００７４】
ヘキサメチルヘキサメトキシシクロヘキサシロキサン（HMHMOCHSO）
【００７５】
【化１６】
【００７６】
ヘキサメチルヘキサエトキシシクロヘキサシロキサン（HMHEOCHSO）
【００７７】
【化１７】
【００７８】
ヘキサエチルヘキサエトキシシクロヘキサシロキサン（HEHEOCHSO）
【００７９】
【化１８】
【００８０】
ヘキサメトキシシクロヘキサシロキサン（HMOCHSO）
【００８１】
【化１９】
【００８２】
ヘキサエトキシシクロヘキサシロキサン（HEOCHSO）
【００８３】
【化２０】
【００８４】
ヘキサメチルシクロヘキサシロキサン（HMCHSO）
【００８５】
【化２１】
【００８６】
ヘキサエチルシクロヘキサシロキサン（HECHSO）
【００８７】
【化２２】
【００８８】
（Ｂ）第１のシリコン含有有機化合物（with F）
（Ａ）項の第１のシリコン含有有機化合物のSiの結合手に結合したメチル基、メトキシ基、エトキシ基の何れか一がフッ素（Ｆ）と置き換わった化合物がある。
【００８９】
又は、それらメチル基、メトキシ基、或いはエトキシ基自体を構成するSiの結合手に結合した水素のうち少なくとも一つがフッ素（Ｆ）と置き換わった化合物がある。
【００９０】
（ii）第２のシリコン含有有機化合物
（Ａ）第２のシリコン含有有機化合物（without F）
テトラメチルジメトキシジシロキサン
(CH3)2(OCH3)SiOSi(CH3)2(OCH3)
ペンタメチルモノメトキシジシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)2(OCH3)
トリメチルトリメトキシジシロキサン
(CH3)2(OCH3)SiOSi(CH3)(OCH3)2
ジメチルテトラメトキシシジシロキサン
(CH3)(OCH3)2SiOSi(CH3)(OCH3)2
ヘキサメチルジシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)3
オクタメチルトリシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)2OSi(CH3)3
オクタメチルシクロテトラシロキサン
((CH3)2SiO)4
オクタメトキシシクロテトラシロキサン
((OCH3)2SiO)4
オクタエトキシシクロテトラシロキサン
((OC2H5)2SiO)4
（Ｂ）第２のシリコン含有有機化合物（with F）
テトラメチルジフロロジシロキサン
(CH3)2FSiOSi(CH3)2F
ペンタメチルモノフロロジシロキサン
(CH3)3SiOSi(CH3)2F
トリメチルトリメトキシジシロキサン
(CH3)2FSiOSi(CH3)F2
ジメチルテトラフロロジシロキサン
(CH3)F2SiOSi(CH3)F2
（iii）第３のシリコン含有有機化合物
４個以下のSi原子を有するアルキルシラン、アルコキシシランなどがある。
【００９１】
メチルトリメトキシシラン（Si(CH3)(OCH3)3）
ジメチルジメトキシシラン（Si(CH3)2(OCH3)2）
トリメチルモノメトキシシラン（Si(CH3)3(OCH3)）
（iv）メチルシラン
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）
（ｖ）酸化性ガス
Ｈ2Ｏ、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2
（vi）希釈ガス
Ｈｅ，Ａｒ
（vii）ＣxＨy
メタン（C2H6）
プロパン（C3H8）
ブタン（C4H10）
次に、上記以外の成膜条件、及び膜形成の全体の工程を説明するとともに、上記を含む成膜条件及び膜形成の全体の工程を採用した理由又は効果とを説明する。
【００９２】
低誘電率絶縁膜の形成においては、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有化合物を用いる。これにより、大きな空孔径を持つ絶縁膜を形成することができるため、比誘電率（ｋ）を２．４以下に下げることができる。
【００９３】
構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有化合物を用いた場合、第３のシリコン含有有機化合物に含まれるメトキシ基或いはエトキシ基は各シロキサンを繋げる機能を有すると考えられ、このため上記第１及び第２のシリコン含有有機化合物の組み合わせに比べて、膜質その他の制御性が一層良くなることが期待される。
【００９４】
また、形成膜中に窒素が多量に含まれないようにするため、成膜ガス中にNH3やN2を含ませない。
【００９５】
さらに、成膜ガスに希釈ガス、例えば、Ｈｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を加える。調査によれば、Ｈｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を含む成膜ガスに電力を印加して生成したプラズマを用いることで、成膜反応が急激に起こるのを抑制し、これにより、形成膜の膜厚分布を調整することができる。また、成膜反応が急激に起こるのを抑制できるため、形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることにおいても有効である。そして、好ましくは周波数１ＭＨｚ以上の電力を印加して生成したプラズマを用いることで、空孔径の大きな形成膜を得ることができ、形成膜の比誘電率をより低減させることができる。
【００９６】
以上のように、低誘電率絶縁膜において、２．７以下、例えば２．３と低い比誘電率を付与することができ、かつ耐湿性に優れた特性を付与することができる。
【００９７】
さらに、成膜ガスの構成ガスとして、シロキサン結合を有するシリコン含有有機化合物を用いている。その理由は、化合物中に既にＳｉ−Ｏ−Ｓｉを含んでいるので、形成膜中にＳｉ−Ｏ結合がそのまま取り込まれるため、酸素の余分な反応を抑えることができるからであり、また、形成膜を安定させることができるからである。
【００９８】
また、低誘電率絶縁膜の成膜ガスに、ＣxＨy（ｘ，ｙは正の整数）を添加してもよい。これにより、CxHyを形成膜中に取り込み、さらにアニールアウトすることで、空孔径が大きく、かつ比誘電率が小さい絶縁膜を形成することができる。また、CxHyは希釈ガスとして機能し、成膜反応が急激に起こるのを抑制して膜厚分布を向上させ、かつ形成膜の白濁を防止して膜質を向上させることができる。
【００９９】
さらに、低誘電率絶縁膜の成膜後に、例えばXeランプ（波長１７２nm）、低圧水銀ランプ（波長１８５nm）等波長２４５nm以下の紫外線を用い、パワー８〜１３mW／cm2で、時間６０秒程度、紫外線照射処理（UV処理）を行う。紫外線照射処理中或いはその後に、例えば、N2中、圧力１０Torr以下、３００〜３５０℃程度で加熱処理を行う。紫外線照射処理によって、形成膜中のSi-CH3結合から、CH3を切り離し、加熱処理によりさらにCH3を膜中から排除して、より一層低誘電率化するとともに、これにより未結合となったSiの未結合手同士を結合させて、膜強度の向上を図る。また、水分などの付着を抑制する。
【０１００】
また、低誘電率絶縁膜とともに用いるＣｕバリア絶縁膜の成膜においては、低誘電率絶縁膜の第１の成膜ガスにさらにNH3、又はＮ2のうち少なくとも何れか一を添加する。また、成膜ガスに印加する高周波電力に関しては、印加する電力のプラズマ化周波数を１ＭＨｚ未満と低くする。以上の成膜条件により、比誘電率は多少高くなるが、Ｃｕの拡散を阻止する機能を高めた、さらに膜質の良い膜を形成することができる。しかも、Ｃｕバリア絶縁膜中に窒素を含まないようにすることが可能である。
【０１０１】
また、Ｃｕバリア絶縁膜の成膜ガスに、ＣxＨy（ｘ，ｙは正の整数）を添加してもよい。これにより、Ｃｕバリア絶縁膜と低誘電率絶縁膜とを積層した構造において低誘電率絶縁膜を選択的にエッチングする際に、低誘電率絶縁膜のエッチャントに対してＣｕバリア絶縁膜のエッチング耐性を確保することができる。
【０１０２】
さらに、Ｃｕバリア絶縁膜の成膜後に、低誘電率絶縁膜のときと同じ理由で紫外線照射処理（UV処理）を行う。
【０１０３】
なお、低誘電率絶縁膜を形成した後に、引き続き、その上にＣｕバリア絶縁膜を形成する場合、大気に曝さないで引き続き、Ｃｕバリア絶縁膜の成膜を行うことが好ましい。低誘電率絶縁膜が大気中の水分を吸収して比誘電率が高くなるのを防止するためである。
【０１０４】
次に、成膜条件の実施例について以下に説明する。
【０１０５】
（１）第１実施例
第１実施例の絶縁膜は低誘電率絶縁膜の一例である。但し、UV処理後の加熱処理の条件は省略している。
【０１０６】
（成膜条件Ｉ）
（ｉ）成膜ガス条件
DDMCHSOガス流量：７５sccm
HMDSOガス流量：５０sccm
H2O流量：５００sccm
Ar流量：１００sccm
ガス圧力：１．６Torr
（ii）プラズマ化条件
高周波電力(13.56MHz)ＰHF：５６２Ｗ
低周波電力(380KHz)ＰLF：０Ｗ
（電極の大きさは３４５ｍｍφ、以下同じ。）
（iii）基板加熱温度：３５０℃
（iv）成膜されたシリコン酸化膜
膜厚：７００ｎｍ
比誘電率：２．３〜２．４
（ＵＶ処理条件）
（ｉ）ＵＶ照射条件
ＵＶ波長：１７２ｎｍ
照射エネルギ：１３ｍＷ／ｃｍ2
（ii）UV処理後のシリコン酸化膜
比誘電率：２．１〜２．２
ヤング率：７GPa
（２）第２実施例
第２実施例の絶縁膜は低誘電率絶縁膜の他の一例である。成膜条件Ｉに対してＨ2Ｏを加えている。
【０１０７】
（成膜条件II）
（ｉ）成膜ガス条件
DDMCHSOガス流量：７５sccm
DMDEOCTSOガス流量：５０sccm
He流量：１００sccm
ガス圧力：１．６Torr
（ii）プラズマ化条件
高周波電力(13.56MHz)ＰHF：５６２Ｗ
低周波電力(380KHz)ＰLF：０Ｗ
（iii）基板加熱温度：３５０℃
（iv）成膜されたシリコン酸化膜
膜厚：７００ｎｍ
比誘電率：２．２〜２．３
（ＵＶ処理条件）
（ｉ）ＵＶ照射条件
ＵＶ波長：１７２ｎｍ
照射エネルギ：１３ｍＷ／ｃｍ2
（ii）UV処理後のシリコン酸化膜
比誘電率：２．１〜２．２
ヤング率：７GPa
（３）第３実施例
第３実施例の絶縁膜はバリア絶縁膜の一例である。
【０１０８】
（成膜条件III）
（ｉ）成膜ガス条件
ＨＭＤＳＯガス流量：７５sccm
ガス圧力：１Torr
（ii）プラズマ化条件
高周波電力(13.56MHz)ＰHF：０Ｗ
低周波電力(380KHz)ＰLF：２２５Ｗ又は１８０Ｗ
（iii）基板加熱温度：３５０℃
（iv）成膜されたシリコン酸化膜
膜厚：６００ｎｍ
比誘電率：４．２
（ＵＶ処理条件）
（ｉ）ＵＶ照射条件
ＵＶ波長：１７２ｎｍ
照射エネルギ：１３ｍＷ／ｃｍ2
（ii）UV処理後のシリコン酸化膜
比誘電率：４．１
ヤング率：８０GPa以上
以上のように、形成膜の比誘電率及び屈折率の調査結果によれば、第１乃至第３の実施例のうち、第１及び第２の実施例で作製された低誘電率絶縁膜に関し、比誘電率は２．４前後が得られ、屈折率は１．４弱であった。また、第３の実施例で作製されたバリア絶縁膜に関し、比誘電率はおよそ４．２が得られた。
【０１０９】
（第２の実施の形態）
次に、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、及び図４（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する。
【０１１０】
図４（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。この半導体装置は、同図に示すように、基板３１上に下部配線埋込絶縁膜３４が形成されている。下部配線埋込絶縁膜３４は、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる低誘電率を有する主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２と、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第１の上部バリア絶縁膜３３とが積層されてなる。下部配線埋込絶縁膜３４を貫通する下部配線溝３４ａ、３４ｂに銅拡散阻止膜であるＴａＮ膜３６ａ、３６ｂと銅膜３７ａ、３７ｂとからなる下部配線３８ａ、３８ｂが埋め込まれている。基板３１は半導体基板や他の導電層でもよいし、絶縁性基板でもよい。
【０１１１】
これらの上にビアホール５１ａ、５１ｂが形成された配線層間絶縁膜４２と上部配線溝４９ａ、４９ｂが形成された上部配線埋込絶縁膜４５が形成されている。
【０１１２】
配線層間絶縁膜４２は膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２の下部バリア絶縁膜３９と、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる低誘電率を有する主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４０と、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２の上部バリア絶縁膜４１とから構成されている。
【０１１３】
上部配線埋込絶縁膜４５は、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる低誘電率を有する主たる絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４３と、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第３の上部バリア絶縁膜４４とから構成されている。
【０１１４】
上部配線溝４９ａ、４９ｂはビアホール５１ａ、５１ｂよりも大きい開口面積を有し、ビアホール５１ａ、５１ｂと接続するように形成されている。ビアホール５１ａ、５１ｂと上部配線溝４９ａ、４９ｂ内には、よく知られたデュアルダマシン法により銅拡散阻止膜であるＴａＮ膜５２ａ、５２ｂと銅膜５３ａ、５３ｂとからなる接続導体５４ａ、５４ｂと、同じく銅拡散阻止膜であるＴａＮ膜５２ａ、５２ｂと銅膜５３ａ、５３ｂとからなる上部配線５５ａ、５５ｂが一体的に埋め込まれている。そして、最上部全面はこの発明に係るシリコン酸化膜からなる最上部バリア絶縁膜５６によって被覆されている。
【０１１５】
以上の低誘電率絶縁膜及びバリア絶縁膜はすべて本発明に係る絶縁膜である。
【０１１６】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、及び図４（ａ）、（ｂ）を参照して本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図１の成膜装置を用いるものとする。
【０１１７】
まず、図２（ａ）に示すように、成膜装置のチャンバ１内に基板３１を搬入し、基板３１上に、低誘電率を有する膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成する。シリコン酸化膜３２は下部配線埋込絶縁膜の主絶縁膜となる。成膜ガス条件は、シリコン原子による５員環以上の環状構造を有し、かつそれらのシリコン原子によるシロキサン結合を有し、フッ素（Ｆ）を含まない第１のシリコン含有有機化合物、例えばドデカメチルシクロヘキサシロキサン（DDMCHSO）ガス流量を７５sccm、シリコン原子による４員環以下の環状構造又は４以下のシリコン原子の鎖状構造を有し、かつそれらのシリコン原子によるシロキサン結合を有し、フッ素（Ｆ）を含まない第２のシリコン含有有機化合物、例えばヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）ガス流量を５０sccm、H2O流量を５００sccmとし、希釈ガスとしてのAr流量を１００sccmとし、そのガス圧力を１．６Torrとする。成膜ガスのプラズマ化条件は、周波数３８０ｋＨｚの低周波電力（ＰLF）を印加せず、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力（ＰHF）を５６２Ｗ印加する。また、基板温度を３７５℃とする。この成膜条件は、膜厚を除き、第１の実施の形態の第１実施例の成膜条件Ｉに相当する。これにより、比誘電率が２．３〜２．４を有するシリコン酸化膜３２が形成される。
【０１１８】
さらに、成膜後、シリコン酸化膜３２を大気に曝さないで引き続き、シリコン酸化膜３２に対するＵＶ処理を行う。ＵＶ処理条件は、ＵＶ波長を１７２ｎｍとし、照射エネルギを１３ｍＷ／ｃｍ2とする。これにより、UV照射後のシリコン酸化膜３２は、比誘電率が２．１〜２．２となり、ヤング率が７GPaとなる。
【０１１９】
引き続き、大気に曝さないで、同じチャンバ１内で、プラズマＣＶＤ法により、膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜（第１の上部バリア絶縁膜）３３を形成する。成膜条件は、膜厚を除き、第１の実施の形態の第３実施例の成膜条件IIIに相当する。成膜後、シリコン酸化膜３３を大気に曝さないで引き続き、シリコン酸化膜３３に対するＵＶ処理及び加熱処理を行う。ＵＶ処理条件及び加熱処理条件は、上記と同じとする。
【０１２０】
このようにして成膜されたシリコン酸化膜３３は、周波数１ＭＨｚで測定した比誘電率が凡そ４．０であり、電界強度４ＭＶ／ｃｍのときリーク電流が１０-6Ａ／ｃｍ2であった。
【０１２１】
次いで、チャンバ１内から基板３１を外部に取り出し、シリコン酸化膜３３上に化学増幅レジストなどからなるレジスト膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法により配線溝を形成すべき領域にレジスト膜の開口部を形成し、図３（ｂ）に示すように、マスク３５を形成する。次いで、図２（ｂ）に示すように、マスク３５に基づいてシリコン酸化膜３３及び３２をエッチングして配線溝３４ａ、３４ｂを形成する。シリコン酸化膜３３は第１の上部バリア絶縁膜となる。
【０１２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、配線溝３４ａ、３４ｂの内面に銅拡散阻止膜としてＴａＮ膜３６ａ、３６ｂを形成する。続いて、図示しない銅シード層を形成した後、銅膜３７ａ、３７ｂを埋め込んで、ＴａＮ膜３６ａ、３６ｂと、銅膜３７ａ、３７ｂとからなる下部配線３８ａ、３８ｂを形成する。
【０１２３】
次いで、成膜前に、銅膜３７ａ、３７ｂ表面の前処理を行い、表面酸化膜を除去した。
【０１２４】
その処理方法は、平行平板型プラズマ励起ＣＶＤ装置を用い、ＮＨ3を流量５００sccmで導入してガス圧力を１Torrに調整し、周波数１３．５６ＭＨｚの電力を印加してＮＨ3をプラズマ化し、基板３１を３７５℃に加熱した状態で銅膜３７ａ、３７ｂをそのプラズマに接触させる。
【０１２５】
次に、成膜装置のチャンバ１内に基板３１を搬入し、図３（ａ）に示すように、下部配線３８ａ、３８ｂを被覆するシリコン酸化膜からなる第２の下部バリア絶縁膜３９を形成する。第２の下部バリア絶縁膜３９に関し、その成膜条件は、膜厚を除き、第１の実施の形態の第３実施例の成膜条件IIIに相当する。
【０１２６】
その後、この第２の下部バリア絶縁膜３９上に、配線層間絶縁膜４２の主絶縁膜となる、膜厚約５００ｎｍのシリコン酸化膜からなる絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４０、及び膜厚約５０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第２の上部バリア絶縁膜４１を、同じチャンバ１内で連続形成し、接続導体を埋め込むための配線層間絶縁膜４２を形成する。
【０１２７】
主絶縁膜４０に関し、下部配線埋込絶縁膜３２の成膜条件、及び成膜後の膜の処理条件と同じとする。また、第２の下部バリア絶縁膜３９に関し、第１の上部バリア絶縁膜３３の成膜条件と同じとする。
【０１２８】
続いて、同じようにして第２の上部バリア絶縁膜４１上に配線埋込絶縁膜の主絶縁膜となる、シリコン酸化膜からなる絶縁膜（低誘電率絶縁膜）４３、及びシリコン酸化膜からなる第３の上部バリア絶縁膜４４を同じチャンバ１内で連続形成し、上部配線を埋め込む配線埋込絶縁膜４５を形成する。主絶縁膜４３に関し、下部配線埋込絶縁膜３２の成膜条件、及び成膜後の膜の処理条件と同じとする。第３の上部バリア絶縁膜４４に関し、第１の上部バリア絶縁膜３３の成膜条件と同じとする。
【０１２９】
次に、成膜装置のチャンバ１内から基板３１を外部に取り出し、図３（ｂ）乃至図４（ｂ）に示すように、良く知られたデュアルダマシン法により、接続導体５４ａ、５４ｂと上部配線５５ａ、５５ｂを形成する。以下に、デュアルダマシン法を詳細に説明する。
【０１３０】
即ち、第３の上部バリア絶縁膜４４上にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィー法によりビアホールを形成すべき領域にレジスト膜の開口部を形成し、図３（ｂ）に示すように、マスク４６を形成する。
【０１３１】
次いで、マスク４６の開口部を通して第３の上部バリア絶縁膜４４及び主絶縁膜４３、第２の上部バリア絶縁膜４１及び主絶縁膜４０をエッチングし、貫通させる。これにより、配線層間絶縁膜４２のうち第２の上部バリア絶縁膜４１及び主絶縁膜４０に開口部４７ａ、４７ｂが形成される。
【０１３２】
次に、第３の上部バリア絶縁膜４４上に別のレジスト膜を形成し、配線溝を形成すべき領域に開口部を形成し、図４（ａ）に示すように、マスク４８を形成する。
【０１３３】
次いで、このマスク４８の開口部は最初の開口部の開口面積よりも大きく、かつ最初の開口部を含むように形成される。次いで、マスク４８の開口部を通して第３の上部バリア絶縁膜４４及び主絶縁膜４３をエッチングし、貫通させる。このとき、下地の第２の上部バリア絶縁膜４１は、膜密度が２．３ｇ／ｃｍ3以上と、低誘電率絶縁膜の１．１〜１．２ｇ／ｃｍ3と比べてより大きく、また、炭素を多く含むので、主絶縁膜４３のエッチングガスに対してエッチング耐性を有し、このため、第２の上部バリア絶縁膜４１でエッチングが停止される。これにより、配線埋込絶縁膜４５に配線溝４９ａ、４９ｂが形成される。その後、第２の下部バリア絶縁膜３９をエッチングして、配線層間絶縁膜４２を貫通するビアホール５１ａ、５１ｂを形成する。これにより、ビアホール５１ａ、５１ｂ底部に下部配線３８ａ、３８ｂが露出し、ビアホール５１ａ、５１ｂを通して下部配線３８ａ、３８ｂと配線溝４９ａ、４９ｂとが繋がる。
【０１３４】
次に、図４（ｂ）に示すように、ＴａＮ膜５２ａ、５２ｂをビアホール５１ａ、５１ｂと配線溝４９ａ、４９ｂの内面に形成した後、図示しない銅シード層を形成し、更にその上に銅膜５３ａ、５３ｂを埋め込んで、接続導体５４ａ、５４ｂと上部配線５５ａ、５５ｂを形成する。以上が所謂デュアルダマシン法である。
【０１３５】
次に、成膜前に、銅膜３８ａ、３８ｂ表面の前処理条件と同じ条件で、銅膜５５ａ、５５ｂ表面の前処理を行い、表面酸化膜を除去した。次いで、第１の上部バリア絶縁３３と同じ成膜方法により、全面にシリコン酸化膜からなる最上部バリア絶縁膜５６を形成する。以上により、銅膜を主とする多層配線を有する半導体装置が完成する。
【０１３６】
以上のように、この第２の実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、主たる絶縁膜３２、４０、４３は、第１の実施の形態の第１実施例の成膜条件Ｉで成膜し、成膜後にプラズマ処理を行っている。従って、主絶縁膜３２、４０、４３は２．７以下の低誘電率を有し、かつ耐湿性が高くなっている。
【０１３７】
また、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６は膜の空孔径がシリコン窒化膜と同じ、およそ０．３３ｎｍ程度で緻密なため、Ｃｕに対して高い拡散阻止能力を有する。また、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６は、バイアスパワーを小さくすることにより大きな空孔径（０．６ｎｍ以下であればバリア性も維持できる）を導入でき、これによって、より一層、低誘電率化を図ることができる。
【０１３８】
さらに、配線層間絶縁膜４２及び配線埋込絶縁膜４５を下から順に開口面積が大きくなるように貫通させて、ビアホール５１ａ、５１ｂとビアホール５１ａ、５１ｂと繋がった配線溝４９ａ、４９ｂとを交互に形成している。即ち、バリア絶縁膜４１、３９は主絶縁膜４３、４０を選択的にエッチングする際にエッチングされる主絶縁膜４３、４０の下地となる。
【０１３９】
この発明が適用されるバリア絶縁膜３９、４１は成膜条件IIIにより形成されているため、主絶縁膜４０、４３のエッチャントに対してエッチングストッパとして有効に機能するとともに、下層の絶縁膜の過剰エッチングに対するマスクとして有効に機能する。
【０１４０】
以上、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。
【０１４１】
例えば、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６及び主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３の両方に、本願発明の成膜条件III、及び成膜条件Ｉ又はIIを用いた成膜方法を適用しているが、何れか一方に適用してもよい。例えば、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６に本願発明の成膜方法を適用し、主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３として他の成膜方法により作成された絶縁膜、例えば塗布絶縁膜を適用してもよい。また、主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３に本願発明の成膜方法を適用し、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６として他の成膜方法により作成された絶縁膜を適用してもよい。
【０１４２】
また、主絶縁膜（低誘電率絶縁膜）３２、４０、４３の成膜条件を、第１の実施の形態における成膜条件Ｉ又はIIとしているが、適宜変更して適用することができる。
【０１４３】
また、バリア絶縁膜３３、３９、４１、４４、５６の成膜条件を、第１の実施の形態における成膜条件IIIとしているが、適宜変更して適用することができる。
【０１４４】
さらに、本願発明の成膜方法をダマシン構造に適用しているが、ダマシン構造以外の他の構造に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態である成膜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】（ａ）乃至（ｃ）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(その１）である。
【図３】（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（その２）である。
【図４】（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（その３）である。
【符号の説明】
【０１４６】
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 第１の高周波電力供給電源
８ 第２の高周波電力供給電源
９ａ 配管
９ｂ〜９ｉ 分岐配管
１０ａ〜１０ｘ 開閉手段
１１ａ〜１１ｈ 流量調整手段
１２ ヒータ
３１ 基板
３２、４０、４３ 主絶縁膜
３３ 第１の上部バリア絶縁膜
３４ 下部配線埋込絶縁膜
３４ａ、３４ｂ 下部配線溝
３５、４６、４８ マスク
３６ａ、３６ｂ、５２ａ、５２ｂ ＴａＮ膜
３７ａ、３７ｂ、５３ａ、５３ｂ 銅膜
３８ａ、３８ｂ 下部配線
３９ 第２の下部バリア絶縁膜
４１ 第２の上部バリア絶縁膜
４２ 配線層間絶縁膜
４４ 第３の上部バリア絶縁膜
４５ 上部配線埋込絶縁膜
４９ａ、４９ｂ 上部配線溝
５１ａ、５１ｂ ビアホール
５４ａ、５４ｂ 接続導体
５５ａ、５５ｂ 上部配線
５６ 最上部バリア絶縁膜
１０１ 成膜装置
１０１Ａ 成膜部
１０１Ｂ 成膜ガス供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記成膜ガスは、前記第１のシリコン含有有機化合物、及び前記第２のシリコン含有有機化合物のほかに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第１のシリコン含有有機化合物及び前記第２のシリコン含有有機化合物のうち少なくとも何れか一は、フッ素を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜ガスは、メチルシランを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜ガスは、H2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記成膜ガスに、希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記成膜ガスに、CxHyを添加することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜後において、前記成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１２】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であり、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記成膜ガスは、前記第１のシリコン含有有機化合物、及び前記第２のシリコン含有有機化合物のほかに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第１のシリコン含有有機化合物及び前記第２のシリコン含有有機化合物のうち少なくとも何れか一は、フッ素を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜ガスは、メチルシランを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜ガスは、H2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記成膜ガスに、希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記成膜ガスに、CxHyを添加することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜後において、前記成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１２】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であり、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記成膜ガスは、前記第１のシリコン含有有機化合物、及び前記第２のシリコン含有有機化合物のほかに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第１のシリコン含有有機化合物及び前記第２のシリコン含有有機化合物のうち少なくとも何れか一は、フッ素を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜ガスは、メチルシランを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜ガスは、H2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記成膜ガスに、希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記成膜ガスに、CxHyを添加することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜後において、前記成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１２】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であり、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは３〜４を表す。）或いはR(R1R2SiO)nSiR3R4R5（R、R1、R2、R3、R4、R5はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR、R1、R2、R3、R4、R5は同一でも異なっていてもよい。nは１〜３を表す。）を有する第２のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
構造式(R1R2SiO)n（R1、R2はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基、ビニル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2は同一でも異なっていてもよい。nは５〜６を表す。）を有する第１のシリコン含有有機化合物と、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物とを含む成膜ガスのプラズマを生成し、反応させて基板上に絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
前記成膜ガスは、前記第１のシリコン含有有機化合物、及び前記第２のシリコン含有有機化合物のほかに、構造式SiR1R2R3R4（R1、R2、R3、R4はそれぞれ水素、炭素数１〜２のアルキル基又は炭素数１〜２のアルコキシ基の何れか一を表し、分子内に複数存在するR1、R2、R3、R4は同一でも異なっていてもよい。）を有する第３のシリコン含有有機化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】
前記第１のシリコン含有有機化合物及び前記第２のシリコン含有有機化合物のうち少なくとも何れか一は、フッ素を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記成膜ガスは、メチルシランを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記成膜ガスは、H2O、N2O、CO2又はO2のうち少なくとも何れか一を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記成膜ガスに、希釈ガスとしてＨｅ又はＡｒのうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記成膜ガスに、CxHyを添加することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記成膜中において、周波数１００kHz乃至１ＭHzの周波数範囲にある電力を印加することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜ガスに、NH3又はN2のうち少なくとも何れか一を添加することを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜後において、前記成膜された絶縁膜に、酸素を含まない雰囲気又は減圧中で、波長２４５ｎｍ以下の波長を有する紫外線を照射することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一に記載の成膜方法。
【請求項１２】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程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】
銅を主とする配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に低誘電率絶縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア絶縁膜を形成する工程は、請求項９乃至１１の何れか一に記載の成膜方法によりバリア絶縁膜を形成する工程であり、前記低誘電率絶縁膜を形成する工程は、請求項１乃至８の何れか一に記載の成膜方法により低誘電率絶縁膜を形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３３９５０６（Ｐ２００６−３３９５０６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６４１４３（Ｐ２００５−１６４１４３）
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（３９１００７８７３）株式会社半導体プロセス研究所 (5)
【出願人】（００００００３８７）株式会社ＡＤＥＫＡ (987)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（３９１００７８７３）株式会社半導体プロセス研究所 (5)
【出願人】（００００００３８７）株式会社ＡＤＥＫＡ (987)
【Ｆターム（参考）】
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