特許 6134727 半導体装置およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6134727

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/532 20060101AFI20170515BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20170515BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/90 K

   H01L21/88 M

【請求項の数】20

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-540661(P2014-540661)

(86)(22)【出願日】2013年11月8日

(86)【国際出願番号】JP2013080195

(87)【国際公開番号】WO2015068251

(87)【国際公開日】20150514

【審査請求日】2016年10月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】302062931

【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080001

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100113642

【弁理士】

【氏名又は名称】菅田 篤志

(74)【代理人】

【識別番号】100117008

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 章子

(74)【代理人】

【識別番号】100147430

【弁理士】

【氏名又は名称】坂次 哲也

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 達矢

(72)【発明者】

【氏名】三浦 幸男

(72)【発明者】

【氏名】土屋 秀昭

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１２８５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２５６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２９４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０２８１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、主面を有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に埋め込まれ、互いに隣接する第１配線および第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線との間に位置し、前記層間絶縁膜の前記主面に形成されたプラズマによるダメージ層と、
前記ダメージ層の下方において、前記層間絶縁膜に形成された電界緩和層と、
を有し、
前記第１配線と前記第２配線とは、主に銅膜からなり、
前記ダメージ層と前記電界緩和層とは、窒素を含む層であり、前記電界緩和層の窒素濃度は、前記ダメージ層の窒素濃度よりも大である、半導体装置。

【請求項2】

請求項１記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜は、比誘電率が３．０以下の絶縁膜からなる、半導体装置。

【請求項3】

請求項２記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜は、ＳｉＣＯＨ膜からなる、半導体装置。

【請求項4】

請求項１記載の半導体装置において、
前記ダメージ層は、前記層間絶縁膜の前記主面から深さ４ｎｍの範囲に存在する、半導体装置。

【請求項5】

請求項１記載の半導体装置において、
前記電界緩和層は、窒素濃度のピーク領域を有する、半導体装置。

【請求項6】

請求項５記載の半導体装置において、
前記窒素濃度のピーク領域は、前記層間絶縁膜の前記主面から５〜２０ｎｍの範囲に位置する、半導体装置。

【請求項7】

請求項１記載の半導体装置において、
前記電界緩和層は、前記層間絶縁膜の前記主面を基準にして、前記第１配線の厚さの１/２より浅い位置に設けられている、半導体装置。

【請求項8】

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、第１主面を有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に埋め込まれ、互いに隣接する第１配線および第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線との間に位置し、前記層間絶縁膜の前記第１主面に形成されたプラズマによるダメージ層と、
前記第１配線、前記第２配線およびダメージ層に接触し、前記第１配線、前記第２配線および前記層間絶縁膜を覆う絶縁性バリヤ膜と、
を有し、
前記第１配線と前記第２配線とは、主に銅膜からなり、
前記絶縁性バリヤ膜は、窒素を含有する絶縁膜であり、前記ダメージ層に接触する第１表面と前記第１表面と反対側の第２表面とを有し、前記絶縁性バリヤ膜は、前記第１表面の窒素濃度よりも高い窒素濃度を有する第１領域を有する、半導体装置。

【請求項9】

請求項８記載の半導体装置において、
前記窒素濃度が高い第１領域は、前記第２表面側に位置する、半導体装置。

【請求項10】

請求項８記載の半導体装置において、
前記絶縁性バリヤ膜の窒素濃度は、前記第１表面から前記第２表面に向かって増加している、半導体装置。

【請求項11】

請求項８記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜は、比誘電率が３．０以下の絶縁膜からなる、半導体装置。

【請求項12】

請求項１１記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜は、ＳｉＣＯＨ膜からなる、半導体装置。

【請求項13】

請求項８記載の半導体装置において、
前記ダメージ層の下方において、前記層間絶縁膜内に電界緩和層を有する、半導体装置。

【請求項14】

請求項１３記載の半導体装置において、
前記ダメージ層と前記電界緩和層とは、窒素を含む層であり、前記電界緩和層の窒素濃度は、前記ダメージ層の窒素濃度よりも大である、半導体装置。

【請求項15】

（ａ）半導体基板を準備する工程、
（ｂ）前記半導体基板上に、第１主面を有し、かつ所定の膜厚を有する層間絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記層間絶縁膜の前記第１主面に第１配線溝および第２配線溝を形成する工程、
（ｄ）前記第１配線溝および第２配線溝内に選択的に銅膜を設け、第１配線および第２配線を形成する工程、
（ｅ）前記第１配線、前記第２配線および前記層間絶縁膜の前記第１主面にアンモニアを含有するプラズマ処理を施す工程、
を有し、
前記工程（ｂ）において、前記層間絶縁膜には、前記第１主面より深い位置に電界緩和層が設けられており、
前記工程（ｅ）において、前記層間絶縁膜の前記第１主面にはダメージ層が形成される、半導体装置の製造方法。

【請求項16】

請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記電界緩和層と前記ダメージ層は、前記層間絶縁膜よりも窒素濃度が大の層である、半導体装置の製造方法。

【請求項17】

請求項１６記載の半導体装置の製造方法において、
前記電界緩和層は、前記層間絶縁膜を形成後に、前記層間絶縁膜内に窒素をイオン打ち込みすることにより形成する、半導体装置の製造方法。

【請求項18】

請求項１６記載の半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜はＳｉＣＯＨ膜からなり、前記ＳｉＣＯＨ膜は、有機シランガスおよび酸化ガスを用いたＣＶＤ法により形成し、
前記ＳｉＣＯＨ膜形成工程の途中でアンモニアガスを添加することにより、前記ＳｉＣＯＨ膜内に前記電界緩和層を形成する、半導体装置の製造方法。

【請求項19】

請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜はＳｉＣＯＨ膜からなり、前記ＳｉＣＯＨ膜は、有機シランガスおよび酸化ガスを用いたＣＶＤ法により形成し、
前記ＳｉＣＯＨ膜形成工程の途中で酸素系ガスの流量を増加することにより、前記ＳｉＣＯＨ膜内に前記電界緩和層を形成する、半導体装置の製造方法。

【請求項20】

請求項１５記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｅ）の後に、更に、
（ｆ）前記層間絶縁膜上に、前記第１配線、前記第２配線および前記ダメージ層に接する第１表面と前記第１表面と反対側の第２表面を有する絶縁性バリヤ膜を形成する工程、
を有し、
前記絶縁性バリヤ膜の前記第２表面の窒素濃度は、前記第１表面の窒素濃度よりも大である、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば、Ｃｕ配線を備えた半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。

【背景技術】

【0002】

近年の半導体装置においては、高速動作、低消費電力などの為にＣｕ（銅）配線の適用が必須となっている。Ｃｕ配線は、ダマシン（Damascene）法を用いて、半導体基板上の層間絶縁膜に配線溝を形成後、この配線溝の内部および層間絶縁膜上にＣｕ（銅）膜を堆積し、次に化学機械研磨（CMP:Chemical Mechanical Polishing）法を用いて配線溝内に選択的にＣｕ膜を残すことにより形成される。層間絶縁膜には、酸化シリコン膜等が用いられている。

【0003】

Ｃｕ配線を構成するＣｕは、例えば、Ａｌ（アルミニウム）のような配線材料に比べ、酸化シリコン膜等の層間絶縁膜中に拡散しやすいので、Ｃｕ配線の底面および側面は、ＴｉＮ（窒化チタン）膜等の導電性バリヤ膜で覆われている。また、Ｃｕ配線の表面は、隣接する層間絶縁膜の表面とともに絶縁性バリヤ膜で覆われている。

【0004】

このようなＣｕ配線構造において、層間絶縁膜と絶縁性バリヤ膜の界面をＣｕイオンが移動することにより、Ｃｕ配線のＴＤＤＢ（Time Dependence on Dielectric Breakdown）が発生する。特にＣｕ-ＣＭＰ後にＣｕ表面が酸化され、ＣｕＯになっているとＣｕがイオン化されやすくＴＤＤＢが劣化する。このＣｕ配線のＴＤＤＢ特性を向上させるために、Ｃｕ配線および層間絶縁膜の表面にアンモニア（ＮＨ３）プラズマ処理を施し、Ｃｕ配線表面のＣｕＯをＣｕに還元し、その後に絶縁性バリヤ膜を形成する技術が知られている。

【0005】

また、層間絶縁膜としては、配線間容量を低減するために低誘電率の絶縁膜、例えば、ＳｉＣＯＨなどの使用が検討されている。

【0006】

“Effective Cu Surface Pre-treatment for High-reliable 22nm-node Cu Dual Damascene Interconnects with High Plasma resistant Ultra Low-k Dielectric(k=2.2)”（非特許文献１）には、低誘電率の絶縁膜に形成したＣｕ配線にアンモニアプラズマ処理を施すことが開示されている。また、アンモニアプラズマ処理により、低誘電率の層間絶縁膜表面に酸化膜のような誘電率が高いダメージ層が形成され、ＲＣ特性や信頼性が低下することが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】F.Ito et al., “Effective Cu Surface Pre-treatment for High-reliable 22nm-node Cu Dual Damascene Interconnects with High Plasma resistant Ultra Low-k Dielectric(k=2.2)” Advanced Metalization Conference October 5-7, 2010

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明者は、層間絶縁膜として低誘電率の絶縁膜を使用したＣｕ配線について検討し、次の問題点を見い出した。

【0009】

半導体装置の微細化が進み、Ｃｕ配線間スペースが小さくなる一方、電源電圧はほぼ一定のままであり、Ｃｕ配線間の層間絶縁膜に加わる電界強度は大きくなる傾向にある。また、Ｃｕ配線は、その製造方法に依存して、膜厚方向でテーパー形状を有しており、隣接するＣｕ配線の上端部間にかかる電界が最も高くなる。つまり、層間絶縁膜と絶縁性バリヤ膜との界面が最もＴＤＤＢ破壊（ＴＤＤＢ寿命の低下）が起こりやすい箇所と言える。

【0010】

さらに、ＣＭＰ処理後のアンモニアプラズマ処理によって、低誘電率の層間絶縁膜の表面が酸化および窒化されダメージ層が形成されると、層間絶縁膜の誘電率よりダメージ層部分の誘電率が高いため、ダメージ層部分に電界が集中しやすく、Ｃｕ配線間のＴＤＤＢ寿命が低下（悪化）するという問題があった。

【0011】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施の形態によれば、半導体装置は、層間絶縁膜と、層間絶縁膜内に形成された隣接するＣｕ配線と、層間絶縁膜の表面とＣｕ配線の表面に接し、かつ層間絶縁膜とＣｕ配線を覆う絶縁性バリヤ膜と、を有する。そして、隣接するＣｕ配線間において、層間絶縁膜はその表面にダメージ層を有し、ダメージ層より深い位置に、ダメージ層の窒素濃度よりも高い窒素濃度を持つ電界緩和層を有する。

【発明の効果】

【0013】

一実施の形態によれば、Ｃｕ配線を備えた半導体装置のＴＤＤＢ寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。

【図2】一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図3】図２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図4】図３に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図5】図４に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図6】図５に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図7】一実施の形態の半導体装置の層間絶縁膜のＣＮ−強度分布図である。

【図8】図６に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図9】図８に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図10】図９に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図11】図１０に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図12】図１１に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図13】図１２に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。

【図14】一実施の形態の半導体装置の層間絶縁膜のＣＮ−強度比とＴＤＤＢ寿命の関係を示すグラフである。

【図15】第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に係るガスフロー図である。

【図16】第２の実施の形態に係る層間絶縁膜のＣＮ−強度分布図である。

【図17】第２の実施の形態の半導体装置の製造方法に係るガスフロー図の変形例である。

【図18】第３の実施の形態に係る層間絶縁膜のＣＮ−強度分布図である。

【図19】第４の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。

【図20】第４の実施の形態に係る絶縁性バリヤ膜のＣＮ−強度分布図である。

【図21】第４の実施の形態の半導体装置の製造方法に係るガスフロー図である。

【図22】第４の実施の形態に係る絶縁性バリヤ膜のＣＮ−強度分布図の変形例である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0016】

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。

【0017】

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の半導体装置の断面構造を示す要部断面図である。

【0018】

シリコンからなるＰ型半導体基板ＳＵＢの主面（表面）には、複数のＰ型ウエル領域ＰＷと複数のＮ型ウエル領域ＮＷが形成されている。Ｐ型ウエル領域ＰＷ内には、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor） Ｑｎ（以下、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎと記載する）が形成され、Ｎ型ウエル領域ＮＷ内にはＰ型ＭＩＳＦＥＴ Ｑｐ（以下、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴＱｐと記載する）が形成される。半導体基板ＳＵＢの表面には酸化シリコン膜等の絶縁膜で構成された素子分離膜（素子分離領域）ＳＴが部分的に形成されている。素子分離膜ＳＴはＰ型ウエル領域ＰＷ内およびＮ型ウエル領域ＮＷ内において、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域およびＰ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域を規定している。つまり、平面視において、Ｐ型ウエル領域ＰＷ内の素子分離膜ＳＴに囲まれた領域にＮ型ＭＩＳＦＥＴが１つまたは複数形成される。また、平面視において、Ｎ型ウエル領域ＮＷ内の素子分離膜ＳＴに囲まれた領域にＰ型ＭＩＳＦＥＴＱｐが１つまたは複数形成される。Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎは、素子分離膜ＳＴに接するＮ型のソース領域ＮＳＤおよびＮ型のドレイン領域ＮＳＤと、ソース領域ＮＳＤとドレイン領域ＮＳＤの間のチャネル形成領域ＮＣＨと、チャネル形成領域ＮＣＨ上にゲート絶縁膜ＮＧＩを介して形成されたゲート電極ＮＧとからなる。Ｎ型のソース領域ＮＳＤ、Ｎ型のドレイン領域ＮＳＤおよびゲート電極ＮＧの表面にはシリサイド膜ＳＩＬが形成されている。Ｐ型ＭＩＳＦＥＴＱｐは、素子分離膜ＳＴに接するＰ型のソース領域ＰＳＤおよびＰ型のドレイン領域ＰＳＤと、ソース領域ＰＳＤとドレイン領域ＰＳＤの間のチャネル形成領域ＰＣＨと、チャネル形成領域ＰＣＨ上にゲート絶縁膜ＰＧＩを介して形成されたゲート電極ＰＧとからなる。Ｐ型のソース領域ＰＳＤ、Ｐ型のドレイン領域ＰＳＤおよびゲート電極ＰＧの表面にはシリサイド膜ＳＩＬが形成されている。

【0019】

Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎ、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴＱｐおよび素子分離膜ＳＴは、窒化シリコン膜からなる絶縁膜である第１エッチングストッパ膜ＥＳＴ１で覆われている。更に、第１エッチングストッパ膜ＥＳＴ１上には、絶縁膜である第１層間絶縁膜ＩＮＳ１が形成されており、第１層間絶縁膜ＩＮＳ１は、ＢＰ（Ｂｏｒｏｎ，Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）-ＴＥＯＳ膜からなる。第１エッチングストッパ膜ＥＳＴ１および第１層間絶縁膜ＩＮＳ１には、複数の第１コンタクトホールＶＧ１が形成されており、第１コンタクトホールＶＧ１内には金属導体膜である第１プラグ電極Ｍ１Ｖが設けられている。第１プラグ電極Ｍ１Ｖは、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎのソース領域ＮＳＤおよびドレイン領域ＮＳＤ、更に、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴＱｐのソース領域ＰＳＤおよびドレイン領域ＰＳＤに電気的に接続されている。第１プラグ電極Ｍ１Ｖは、窒化チタン膜（ＴｉＮ）とタングステン膜（Ｗ）の積層構造で構成されている。第１エッチングストッパ膜ＥＳＴ１は、第１層間絶縁膜ＩＮＳ１に第１コンタクトホールＶＧ１を形成する際に、エッチングストッパとして機能する。第１コンタクトホールＶＧ１形成時のエッチングは、第１層間絶縁膜ＩＮＳ１のエッチングレートが第１エッチングストッパ膜ＥＳＴ１のエッチングレートに対して大となる条件で第１層間絶縁膜ＩＮＳ１に第１コンタクトホールＶＧ１を形成するためのエッチングを行う。次に、第１層間絶縁膜ＩＮＳ１に対して膜厚が小である第１エッチングストッパＥＳＴ１に第１コンタクトホールＶＧ１を形成するためのエッチングを実施することで、半導体基板ＳＵＢの削れを低減できる。

【0020】

第１層間絶縁膜ＩＮＳ１および第１プラグ電極Ｍ１Ｖ上には、絶縁膜である第２エッチングストッパ膜ＥＳＴ２と絶縁膜である第２層間絶縁膜ＩＮＳ２が順に形成されている。第２エッチングストッパ膜ＥＳＴ２は窒化シリコン膜からなり、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２は、例えば、比誘電率が３．０以下のＬｏｗ−ｋ絶縁膜で構成される。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２は、具体的には、ＳｉＣＯＨであり、それ以外の膜としては、有機ポリマー膜（ポリアリレン、ベンゾシクロブテン、ポリイミド等）、パリレン（登録商標）またはＢＣＮ（窒化ホウ素炭素）膜等である。第２エッチングストッパ膜ＥＳＴ２と第２層間絶縁膜ＩＮＳ２には、複数の第１配線溝ＷＧ１が設けられており、第１配線溝ＷＧ１内には、金属導体膜からなる第１配線Ｍ１Ｗが形成されている。第１配線Ｍ１Ｗは、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜および窒化タンタル（ＴａＮ）膜の１つまたは複数の積層膜と銅（Ｃｕ）膜の積層構造からなる銅（Ｃｕ）配線である。銅膜は、銅を主成分とするが、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）またはパラジウム（Ｐｄ）等の添加物を含んでも良い。チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜および窒化タンタル（ＴａＮ）膜の１つまたは複数の積層膜は、銅（Ｃｕ）膜と第２層間絶縁膜ＩＮＳ２との間に位置し、銅（Ｃｕ）が第２層間絶縁膜ＩＮＳ２内に拡散するのを防止する役割が有る。つまり、前述の導電性バリヤ膜である。第１配線Ｍ１Ｗは、第１プラグ電極Ｍ１Ｖに電気的に接続されている。

【0021】

第１配線Ｍ１Ｗおよび第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を覆うように、絶縁膜である第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１および絶縁膜である第３層間絶縁膜ＩＮＳ３が順に形成されている。第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１は、窒化シリコン膜または窒化炭化ケイ素薄膜（ＳｉＣＮ薄膜）またはそれらの積層膜からなる。第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１は、第１配線Ｍ１Ｗを構成する銅（Ｃｕ）が第３層間絶縁膜ＩＮＳ３内に拡散するのを防止する役割が有る。つまり、前述の絶縁性バリヤ膜である。また、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２と同様の材料で構成されており、例えば、ＳｉＣＯＨからなる。

【0022】

第３層間絶縁膜ＩＮＳ３には、複数の第２配線溝ＷＧ２が設けられており、第２配線溝ＷＧ２内には、金属導体膜からなる第２配線Ｍ２Ｗが形成されている。第１配線溝ＷＧ１に繋がるように、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３および第１バリヤ膜ＢＲ１には、第２コンタクトホールＶＧ２が形成されており、第２コンタクトホールＶＧ２内には、金属導体膜からなる第２プラグ電極Ｍ２Ｖが設けられている。第２配線Ｍ２Ｗおよび第２プラグ電極Ｍ２Ｖは、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜および窒化タンタル（ＴａＮ）膜の１つまたは複数の積層膜と銅（Ｃｕ）膜の積層構造からなる銅（Ｃｕ）配線で一体的に構成されている。チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、タンタル（Ｔａ）膜および窒化タンタル（ＴａＮ）膜の１つまたは複数の積層膜は、銅（Ｃｕ）膜と第３層間絶縁膜ＩＮＳ３との間に位置し、銅（Ｃｕ）が第３層間絶縁膜ＩＮＳ３内に拡散するのを防止する役割が有る。つまり、前述の導電性バリヤ膜である。銅膜は、銅を主成分とするが、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）またはパラジウム（Ｐｄ）等の添加物を含んでも良い。第２配線Ｍ２Ｗは、第２プラグ電極Ｍ２Ｖを介して第１配線Ｍ１Ｗに電気的に接続されている。第２配線Ｍ２Ｗおよび第３層間絶縁膜ＩＮＳ３を覆うように、絶縁膜である第２絶縁性バリヤ膜ＢＲ２が形成されている。第２絶縁性バリヤ膜ＢＲ２は、窒化シリコン膜および窒化炭化ケイ素薄膜（ＳｉＣＮ薄膜）の単層膜または積層膜などからなる。

【0023】

本実施の形態では、第１層目配線である第１配線Ｍ１Ｗおよび第２層目配線である第２配線Ｍ２Ｗのみを示しているが、第２配線Ｍ２Ｗ上に更なる配線を形成しても良い。

【0024】

以下、図１において、破線で囲まれた部分を用いて本実施の形態を説明する。

【0025】

図２から図６および図８から図１３は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図７はＳｉＮ／ＳｉＣＯＨ積層構造の飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ：Time Of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry）によるＣＮ−強度のデプスプロファイル図であり、図１４はＴＯＦ−ＳＩＭＳのＳｉＣＯＨ膜のＣＮ−強度のバルクとＳｉＮの近傍のＳｉＣＯＨ表層部の比と実際の同層配線間のＴＤＤＢ寿命の関係を示すグラフである。以下、図１も参照しながら本実施の形態の半導体装置の製法を説明する。図２は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および第１絶縁膜ＩＮＳ２１の形成工程を説明する図面である。Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎおよびＰ型ＭＩＳＦＥＴＱｐを形成した半導体基板ＳＵＢを準備し、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎおよびＰ型ＭＩＳＦＥＴＱｐを覆うように、半導体基板ＳＵＢ上に絶縁膜からなる第１層間絶縁膜ＩＮＳ１を形成する。次に、Ｎ型ＭＩＳＦＥＴＱｎのソース領域ＮＳＤおよびドレイン領域ＮＳＤ、更に、Ｐ型ＭＩＳＦＥＴＱｐのソース領域ＰＳＤおよびドレイン領域ＰＳＤを露出するように、第１層間絶縁膜ＩＮＳ１に第１コンタクトホールＶＧ１を形成する。次に、第１コンタクトホールＶＧ１内に第１プラグ電極Ｍ１Ｖを形成する。次に、図２に示すように、第１プラグ電極Ｍ１Ｖおよび第１層間絶縁膜ＩＮＳ１上に、順に、絶縁膜からなる第２エッチングストッパＥＳＴ２、絶縁膜からなる第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および絶縁膜からなる第１絶縁膜ＩＮＳ２１を形成する。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を構成するＳｉＣＯＨ膜は、有機シランガス（３ＭＳ：トリメチルシラン、４ＭＳ：テトラメチルシラン,１ＭＳ：モノメチルシラン、２ＭＳ：ジメチルシラン）および酸化ガス（Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２など）を用いたＣＶＤ法により形成することができる。第１絶縁膜ＩＮＳ２１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２よりも誘電率が高く機械的強度の大きい膜であり、例えば、酸化シリコン膜や第２層間絶縁膜ＩＮＳ２よりも誘電率の高い加工耐性にすぐれているＳｉＣＯＨ膜を使用することができる。第１絶縁膜ＩＮＳ２１の膜厚は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の膜厚よりも小である。

【0026】

図３は、第１配線溝ＷＧ１の形成工程を説明する図面である。第１絶縁膜ＩＮＳ２１上に第１配線Ｍ１Ｗのパターンに対応する開口部を有する絶縁膜からなる第１レジスト膜ＰＲ１を形成する。第１レジスト膜ＰＲ１をマスクとして第１絶縁膜ＩＮＳ２１、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２にドライエッチングを施し、第１配線溝ＷＧ１を形成する。このドライエッチングは、第２エッチングストッパ膜ＥＳＴ２に対し、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および第１絶縁膜ＩＮＳ２１のエッチングレートが高い（大きい）条件で実施する。第１配線溝ＷＧ１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２だけでなく第１絶縁膜ＩＮＳ２１にも形成されている。また、第１配線溝ＷＧ１の断面形状は、第１配線溝ＷＧ１の底部の開口径よりも第１配線溝ＷＧ１の上部の開口径が広いテーパー形状となっている。つまり、隣接する第１配線溝ＷＧ１間の第１絶縁膜ＩＮＳ２１および第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の幅は、上部の方が底部よりも狭い形状となっている。

【0027】

図４は、第１配線Ｍ１Ｗの形成工程を説明する図面である。まず、第１レジスト膜ＰＲ１を除去し、その後、第２エッチングストッパ膜ＥＳＴ２を全面エッチバックによりエッチングし、第１プラグ電極Ｍ１Ｖの上面を露出する。その後、第１配線溝ＷＧ１内に導電性膜である第１導電性バリヤ膜ＣＢＲ１および導電性膜である第１銅膜ＣＵ１を順次形成した後、半導体基板ＳＵＢの表面にＣＭＰ処理を施す。そして、第１配線溝ＷＧ１内にのみ第１導電性バリヤ膜ＣＢＲ１および第１銅膜ＣＵ１を選択的に残し、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２上の第１導電性バリヤ膜ＣＢＲ１および第１銅膜ＣＵ１を除去することにより第１配線Ｍ１Ｗを形成する。このＣＭＰ処理において、第１絶縁膜ＩＮＳ２１も除去し、図４に示す構造が得られる。隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間には第２層間絶縁膜ＩＮＳ２のみを残すことで、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間は、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜により電気的に分離されるため、第１配線Ｍ１Ｗ間の容量を低減することができる。

【0028】

図５は、アンモニアプラズマ処理の工程を説明する図面である。第１配線Ｍ１Ｗおよび第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面にアンモニア（ＮＨ３）ガスを含んだプラズマ処理を施す。アンモニアプラズマ処理は、ＮＨ３ガスを用い、圧力：１．０〜８．０Ｔｏｒｒ、高周波パワー：５０Ｗ〜５００Ｗ、時間：３Ｓｅｃ〜１００Ｓｅｃの条件で実施する。ＮＨ３ガスにＮ２ガスを加えても良い。アンモニアプラズマ処理によって、ＣＭＰ処理において第１配線Ｍ１Ｗを構成する第１銅膜ＣＵ１の表面に形成された酸化膜（ＣｕＯ）を除去すること、並びに第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面を改質（例えば、ダングリングボンドを埋める）することができる。したがって、次の工程で形成する第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１と第１配線Ｍ１Ｗとの接着性（密着性）を向上することができる。ただ、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２がＬｏｗ−ｋ膜で構成されているため、このアンモニアプラズマ処理によって、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面には第１ダメージ層ＤＭ１が形成される。第１ダメージ層ＤＭ１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面から深さ４ｎｍの範囲に形成される。第１ダメージ層ＤＭ１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を構成するＳｉＣＯＨ膜が窒化された膜である。本実施の形態では、アンモニアプラズマ処理によって、第１ダメージ層ＤＭ１の下部に第１電界緩和層ＥＲ１を形成する。第１電界緩和層ＥＲ１も、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を構成するＳｉＣＯＨ膜が窒化された膜である。つまり、第１ダメージ層ＤＭ１と第１電界緩和層ＥＲ１とは、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２よりも窒素濃度が高い領域である。図５では、理解しやすくするために、第１ダメージ層ＤＭ１と第１電界緩和層ＥＲ１を領域分けして表示しているが、実際は、両者が一体となっている。

【0029】

図６は、第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１の形成工程を説明する図面である。アンモニアプラズマ処理によって酸化膜（ＣｕＯ）が除去された第１配線Ｍ１Ｗ表面および第２層間絶縁膜ＩＮＳ２表面を覆うように、絶縁膜からなる第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１を形成する。

【0030】

図７は、図６のＡ−Ａ部分を想定したＴＯＦ−ＳＩＭＳによるＣＮ−強度（窒素濃度）分布を示すグラフである。ＴＯＦ−ＳＩＭＳ法により、第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１から第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の所定深さまでを分析した結果であり、窒素濃度をＣＮ−強度を用いて表している。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の深さ方向における窒素濃度は、表面よりも深い位置に濃度ピークを持っている。濃度ピークは、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面から５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲に位置している。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面部分（０〜４ｎｍ）が第１ダメージ層ＤＭ１であり、表面部分の窒素濃度よりも高い窒素濃度を有する領域が第１電界緩和層ＥＲ１である。第１電界緩和層ＥＲ１には、窒素濃度が徐々に増加する領域、窒素濃度のピークの領域、および窒素濃度が徐々に減少する領域が存在している。第１電界緩和層ＥＲ１の窒素濃度は、第１ダメージ層ＤＭ１の窒素濃度よりも高い。言い換えると、第１電界緩和層ＥＲ１の誘電率は、第１ダメージ層ＤＭ１の誘電率よりも高い。このように、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間において、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面（上面）よりも深い位置に、表面の誘電率よりも高い誘電率を有する領域（層）を設けたことにより、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面における電界を緩和することができる。その結果、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間におけるＴＤＤＢ特性（寿命）を向上させることができる。第１電界緩和層ＥＲ１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面から離れ過ぎると電界緩和効果が減少するので、第１電界緩和層ＥＲ１の窒素濃度ピーク位置は、第１配線Ｍ１Ｗの厚さの１/２より浅い方が良い。

【0031】

図８は、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３、第２絶縁膜ＩＮＳ３１および第２コンタクトホールＶＧ２の形成工程を説明する図面である。第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１上に、順に、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３、第２絶縁膜ＩＮＳ３１を形成する。第３層間絶縁膜ＩＮＳ３および第２絶縁膜ＩＮＳ３１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および第１絶縁膜ＩＮＳ２１と同様の膜で構成する。次に、第２絶縁膜ＩＮＳ３１上に、第２コンタクトホールＶＧ２に対応する開口を有する絶縁膜からなる第２レジスト膜ＰＲ２を形成する。図８に示すように、この第２レジスト膜ＰＲ２をマスクとして用いて、第２絶縁膜ＩＮＳ３１、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３にドライエッチングを施し、第２コンタクトホールＶＧ２を形成する。第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１上でエッチングをストップする。従って、第２コンタクトホールＶＧ２の底部には第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１が残っている。

【0032】

次に、図９は、第２配線溝ＷＧ２を形成するための絶縁膜からなる第４レジスト膜ＰＲ４の形成工程を説明する図面である。第２レジスト膜ＰＲ２除去後、第２コンタクトホールＶＧ２内および第２絶縁膜ＩＮＳ３１上に第３レジスト膜ＰＲ３を形成する。第３レジスト膜ＰＲ３上に、第３絶縁膜ＩＮＳ３２および絶縁膜からなる反射防止膜ＢＡＲＣを形成する。第３絶縁膜ＩＮＳ３２は、酸化シリコン膜からなり、低温ＣＶＤ法により形成する。次に、反射防止膜ＢＡＲＣ上に、第２配線溝ＷＧ２に対応する開口を有する第４レジスト膜ＰＲ４を形成する。

【0033】

図１０は、第２配線溝ＷＧ２を形成する工程を説明する図面である。第４レジスト膜ＰＲ４をマスクに、第２絶縁膜ＩＮＳ３１および第３層間絶縁膜ＩＮＳ３にドライエッチングを施し、第２配線溝ＷＧ２を形成する。このとき第３レジスト膜ＰＲ３よりも上に形成されていた第３絶縁膜ＩＮＳ３２、反射防止膜ＢＡＲＣおよび第４レジスト膜ＰＲ４は同時に除去され、図１０に示すように、第２配線溝ＷＧ２の周囲および第２コンタクトホールＶＧ２内に第３レジスト膜ＰＲ３が残る。

【0034】

図１１は、第１バリヤ膜ＢＲ１を除去する工程を説明する図面である。まず、第２配線溝ＷＧ２の周囲および第２コンタクトホールＶＧ２内に残った第３レジスト膜ＰＲ３を除去し、その後、ＢＲ１の開口部を抜くため、全面エッチバックを実施することで、図１１に示すように、第１配線Ｍ１Ｗの表面を露出させる。この全面エッチバックの工程で、第２絶縁膜３１もエッチングされて薄くなる。

【0035】

図１２は、第２配線Ｍ２Ｗを形成する工程を説明する図面である。第２コンタクトホールＶＧ２および第２配線溝ＷＧ２内に導電性膜である第２導電性バリヤ膜ＣＢＲ２および導電性膜である第２銅膜ＣＵ２を順次形成した後、第２銅膜ＣＵ２の表面にＣＭＰ処理を施す。そして、第２コンタクトホールＶＧ２内および第２配線溝ＷＧ２内にのみ第２導電性バリヤ膜ＣＢＲ２および第２銅膜ＣＵ２を選択的に残し、第２配線Ｍ２Ｗを形成する。このＣＭＰ処理において、第２絶縁膜ＩＮＳ３１も除去し、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の表面を露出させることで、第２配線Ｍ２Ｗ間は、Ｌｏｗ−ｋ絶縁膜により電気的に分離されるため、第２配線Ｍ２Ｗ間の容量を低減することができる。

【0036】

図１３は、アンモニアプラズマ処理の工程と第２絶縁性バリヤ膜ＢＲ２の形成工程とを説明する図面である。第２配線Ｍ２Ｗおよび第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の表面にアンモニア（ＮＨ３）ガス含有のプラズマ処理を施す。アンモニアプラズマ処理の条件は、第１配線Ｍ１Ｗの場合と同様である。このアンモニアプラズマ処理により、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の表面には第２ダメージ層ＤＭ２が形成される。第２ダメージ層ＤＭ２は、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の表面から深さ４ｎｍの範囲に形成される。第２ダメージ層ＤＭ２は、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３を構成するＳｉＣＯＨ膜が窒化された膜である。本実施の形態では、アンモニアプラズマ処理によって、第２ダメージ層ＤＭ２の下部に第２電界緩和層ＥＲ２を形成する。第２電界緩和層ＥＲ２も、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３を構成するＳｉＣＯＨ膜が窒化された膜である。つまり、第２ダメージ層ＤＭ２と第２電界緩和層ＥＲ２とは、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３よりも窒素濃度が高い領域である。図１３では、理解しやすくするために、第２ダメージ層ＤＭ２と第２電界緩和層ＥＲ２を領域分けして表示しているが、実際は、両者が一体となっている。次に、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３および第２配線Ｍ２Ｗを覆うように絶縁膜からなる第２絶縁性バリヤ膜ＢＲ２を形成し、図１３の構造が得られる。図１３のＢ−Ｂ部分の窒素濃度分布は、図７に示したグラフと同様となっている。第２電界緩和層ＥＲ２は、第１電界緩和層ＥＲ１と同様の構成からなるため、第２電界緩和層ＥＲ２は、第１電界緩和層ＥＲ１と同様の効果を奏するものである。冗長となるので繰り返しの説明は省略するが、図７の説明段落の記載は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を第３層間絶縁膜ＩＮＳ３に、第１ダメージ層ＤＭ１を第２ダメージ層ＤＭ２に、第１電界緩和層ＥＲ１を第２電界緩和層ＥＲ２に、第１配線Ｍ１Ｗを第２配線Ｍ２Ｗに置き換えて読むことができる。

【0037】

図１４は、本実施の形態の効果を説明するグラフである。図１４は、層間絶縁膜を構成するＳｉＣＯＨ膜の内部と表面におけるＣＮ−強度比（窒素濃度比）とＴＤＤＢ寿命の関係を示している。ＣＮ−強度比が１以上になると、ＴＤＤＢ寿命が１桁以上向上している。つまり、層間絶縁膜の内部に、表面の窒素濃度より高い窒素濃度を有する層を設けることでＴＤＤＢ寿命が１桁以上向上する。言い換えると、第１ダメージ層ＤＭ１の窒素濃度より高い窒素濃度を有する第１電界緩和層ＥＲ１を設けることで、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間のＴＤＤＢ寿命が１桁以上向上する。同様に、第２電界緩和層ＥＲ２を設けることで、隣接する第２配線Ｍ２Ｗ間のＴＤＤＢ寿命が１桁以上向上する。

【0038】

（実施の形態２）
本実施の形態２は、上記実施の形態１の変形例であり、実施の形態１とは、第１電界緩和層ＥＲ１および第２電界緩和層ＥＲ２の形成方法とアンモニアプラズマ処理の条件が異なり、その他の部分は同様である。本実施の形態２では、第１電界緩和層ＥＲ１は第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の形成工程中に、第２電界緩和層ＥＲ２は第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の形成中に形成される。従って、アンモニアプラズマ処理工程で第１ダメージ層ＤＭ１および第２ダメージ層ＤＭ２が形成されるが、第１電界緩和層ＥＲ１および第２電界緩和層ＥＲ２は形成されない。図１５は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および第３層間絶縁膜ＩＮＳ３形成時のガスフローを示す図面であり、図１６は、図６のＡ−Ａ部分および図１３のＢ−Ｂ部分の飛行時間二次イオン質量分析計（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によるＣＮ−強度（窒素濃度）分布を示すグラフである。

【0039】

第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を構成するＳｉＣＯＨ膜は、有機シランガス（３ＭＳ：トリメチルシラン、４ＭＳ：テトラメチルシラン,１ＭＳ：モノメチルシラン、２ＭＳ：ジメチルシラン）および酸化ガス（Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２など）を用いたＣＶＤ法により形成する。本実施の形態２では、所定のタイミングで窒素を含むガス（Ｎ２、ＮＨ３等）を添加するところに特徴が有る。その他のＣＶＤの条件は３００〜４００℃の範囲、圧力は１．０〜８．０Ｔｏｒｒ、高周波パワーは、１００Ｗ〜５００Ｗの範囲である。図１５に示すように、安定した圧力下で、有機シランガス、酸素（Ｏ２）ガスを流し、同時にパワーをかける。ＣＶＤ成長の後半でアンモニア（ＮＨ３）ガスを添加し流量をゆっくり上げ、設定値になったらゆっくり下げ、ゼロにする。その後、有機シランガス、酸素（Ｏ２）ガスを流し、同時にパワーを切る。アンモニア（ＮＨ３）ガスの以上のような、フローを実施することにより、膜中の窒素濃度をグラデーション状にすることができる。このような製法により、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面より深い位置に第１電界緩和層ＥＲ１を形成することができる。この製法を、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３にも適用することで、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３形成時に、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の表面より深い位置に第２電界緩和層ＥＲ２を形成することができる。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の表面に対するアンモニアプラズマ処理の条件は、実施の形態１と異なる。アンモニアプラズマ処理で発生する第１ダメージ層ＤＭ１および第２ダメージ層ＤＭ２は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２および第３層間絶縁膜ＩＮＳ３を形成する際の電界緩和層ＥＲ１、ＥＲ２よりも窒素濃度を小さくした方が良い。例えば、アンモニアプラズマ処理時に水素ガスを添加することが望ましい。

【0040】

本実施の形態２によれば、実施の形態１の図６および図１３で説明した構造と同様の構造を実現することができる。但し、本実施の形態２によって得られる図６のＡ−Ａ部分および図１３のＢ−Ｂ部分のＣＮ−強度（窒素濃度）を図１６に示す。例えば、図６のＡ−Ａ部分を例に説明するが、図１３のＢ−Ｂ部分でも同様の効果が得られる。実施の形態１の場合と同様に、第１電界緩和層ＥＲ１には、窒素濃度が徐々に増加する領域、窒素濃度のピークの領域、および窒素濃度が徐々に減少する領域が存在している。第１電界緩和層ＥＲ１の窒素濃度は、第１ダメージ層ＤＭ１の窒素濃度よりも高い。言い換えると、第１電界緩和層ＥＲ１の誘電率は、第１ダメージ層ＤＭ１の誘電率よりも高い。

【0041】

第１電界緩和層ＥＲ１を第１ダメージ層ＤＭ１とは別工程で形成するので、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面のアンモニアプラズマ処理によるダメージを低減できるので、実施の形態１に比べ、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間のＴＤＤＢ寿命を向上することができる。また、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２内における第１電界緩和層ＥＲ１の位置、すなわち窒素濃度ピークを制御することが容易である。窒素濃度が第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１と第２層間絶縁膜ＩＮＳ２界面よりも深いところでピークをもつということは、そこで誘電率が高くなり、電界が第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１と第２層間絶縁膜ＩＮＳ２界面では集中しないことを意味する。結果、配線間ＴＤＤＢは改善できる。

【0042】

図１７は、本実施の形態２における、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の形成方法の変形例であるガスフローを示す図面である。第３層間絶縁膜ＩＮＳ３にも適用できる。アンモニアガスを添加する代わりに、Ｏ２ガスの流量を変化させる点に特徴が有る。図１７に示すように、安定した圧力下で、有機シランガス、酸素（Ｏ２）ガスを流し、同時に高周波パワーをかける。ＣＶＤ成長の後半で酸素（Ｏ２）ガス流量をさらにゆっくり上げ、設定値になったらゆっくり下げ、もとの設定値にする。その後、有機シランガス、酸素（Ｏ２）ガスと同時にパワーを切る。以上のような、フローを実施することにより、膜中の酸素濃度をグラデーション状にすることができる。このような製法により、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面より深い位置に第１電界緩和層ＥＲ１を形成することができる。この製法は、第３層間絶縁膜ＩＮＳ３にも適用でき、その結果、実施の形態１の図１３の構造を有する半導体装置を形成することができる。ただし、第１電界緩和層ＥＲ１は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の酸素濃度よりも高濃度の酸素濃度を有する層で構成されている点が実施の形態１と異なる。第１電界緩和層ＥＲ１の誘電率は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の誘電率より高いので、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面より深い位置に、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の誘電率よりも高い誘電率を有する第１電界緩和層ＥＲ１を配置することにより、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間の第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面の電界を緩和することができる。その結果、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間のＴＤＤＢ寿命を向上することができる。第１電界緩和層ＥＲ１の酸素濃度ピーク位置は、第１配線Ｍ１Ｗの厚さの１/２より浅い方が良い。第２電界緩和層ＥＲ２の酸素濃度ピーク位置も、第２配線Ｍ２Ｗの厚さの１/２より浅い方が良い。

【0043】

（実施の形態３）
本実施の形態３は、上記実施の形態２の変形例であり、実施の形態２とは、第１電界緩和層ＥＲ１および第２電界緩和層ＥＲ２の形成方法が異なり、その他の部分は同様である。本実施の形態３では、第１電界緩和層ＥＲ１は第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の形成工程後に、第２電界緩和層ＥＲ２は第３層間絶縁膜ＩＮＳ３の形成後に形成される。つまり、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２を形成した後、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面から所定の深さに窒素のイオン打ち込みを実施することにより、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面より深い位置に第１電界緩和層ＥＲ１を形成するものである。第３層間絶縁膜ＩＮＳ３にも同様の方法を適用できる。

【0044】

本実施の形態３によれば、実施の形態１の図６および図１３で説明した構造と同様の構造を実現することができる。図１８は、図６のＡ−Ａ部分および図１３のＢ−Ｂ部分の飛行時間二次イオン質量分析計（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によるＣＮ−強度（窒素濃度）分布を示すグラフである。例えば、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２の表面の第１ダメージ層ＤＭ１より深い位置に、第１ダメージ層ＤＭ１の窒素濃度よりも高い窒素濃度を有する第１電界緩和層ＥＲ１が存在している。第１電界緩和層ＥＲ１内には窒素濃度のピーク部分が存在している。実施の形態２に比べ、窒素元素の深さ方向と濃度制御が優れているという利点がある。図１３のＢ−Ｂ部分でも同様の効果が得られる。

【0045】

（実施の形態４）
本実施の形態４は、上記実施の形態１の変形例であり、以下の相違点が有る。先ず、第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１が第１サブ絶縁性バリヤ膜ＢＲ１１と第２サブ絶縁性バリヤ膜ＢＲ１２とで構成されており、第２絶縁性バリヤ膜ＢＲ２が第１サブ絶縁性バリヤ膜ＢＲ２１と第２サブ絶縁性バリヤ膜ＢＲ２２とで構成されている。第２層間絶縁膜ＩＮＳ２内の第１電界緩和層ＥＲ１および第３電界緩和層ＩＮＳ３内の第２電界緩和層２は形成されていない。

【0046】

図１９は、本実施の形態４の半導体装置の要部断面構造である。第１配線Ｍ１Ｗを覆う第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１を用いて説明する。第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１は、第１配線Ｍ１Ｗを覆う第１サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１１と、第１サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１１上に形成された第２サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１２とで構成されている。第２サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１２は、第１サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１１の窒素濃度よりも高い窒素濃度を有する。特に、第２サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１２は、第１サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１１の下面（第１配線Ｍ１Ｗとの界面）における窒素濃度よりも高い窒素濃度を有する。図１９では、理解しやすくするために、第１サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１１と第２サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１２とを領域分けして表示しているが、実際は、両者が一体となっている。

【0047】

図２０は、図１９のＡ−Ａ部分の飛行時間二次イオン質量分析計（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によるＣＮ−強度（窒素濃度）分布を示すグラフである。第１配線Ｍ１Ｗ間に位置する第２層間絶縁膜ＩＮＳ２とその上に形成された第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１との界面における窒素濃度よりも、界面から離れた位置での第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１の窒素濃度が高くなっている。つまり、界面から離れた位置に第２サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１２が存在している。第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１の窒素濃度は、第２層間絶縁膜ＩＮＳ２とその上に形成された第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１との界面から離れるに従って増加している。

【0048】

第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１は、例えば、ＳｉＣＮ膜を用いる。ＳｉＣＮ膜は、例えばＣＶＤ法で形成し、温度は、３００〜４００℃の範囲、圧力は１．０〜８．０Ｔｏｒｒ、高周波パワーは、５０Ｗ〜１０００Ｗの範囲で使用する。ガスは、有機シラン、ＳｉＨ４、アンモニア（ＮＨ３）、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２Ｏなどを用いる。図２１は、有機シランガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いて第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１を構成するＳｉＣＮ膜を形成する際のガスフロー図である。安定した圧力下で、有機シランガス、アンモニア（ＮＨ３）ガスを流し、同時にパワーをかける。ＣＶＤ成長の最後にアンモニア（ＮＨ３）ガスをもとの流量をさらにゆっくり上げ、設定値になったらゆっくり下げ、もとの設定値にする。その後、有機シランガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、およびパワーを同時に切る。以上のような、アンモニア（ＮＨ３）ガスフローを実施することにより、第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１中の窒素濃度をグラデーション状にすることができる。

【0049】

第１配線Ｍ１Ｗ間に位置する第２層間絶縁膜ＩＮＳ２とその上に形成された第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１との界面における窒素濃度よりも、界面から離れた位置での第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１の窒素濃度を高くすることにより、隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間のＴＤＤＢ寿命を向上させることができる。これは、界面から離れた位置において、第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１に窒素濃度が高い領域を設けることで、界面部分における隣接する第１配線Ｍ１Ｗ間の電界を緩和することができるからである。

【0050】

図２２は、図１９のＡ−Ａ部分の飛行時間二次イオン質量分析計（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によるＣＮ−強度（窒素濃度）分布を示すグラフである。図２０で説明した例の変形例である。第１サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１１上に形成された第２サブ絶縁性バリヤ層ＢＲ１２内に、窒素濃度のピークを持つ領域が存在しており、窒素濃度のピークは、第１絶縁性バリヤ膜ＢＲ１の下面から５〜４０ｎｍの範囲に窒素濃度のピークを持つような構造が望ましい。第２絶縁性バリヤ膜ＢＲ２についても同様の構造、同様の効果を有している。１つの膜中に窒素濃度ピークを持つと、界面がピークを持つ場合よりも破壊耐性が強いため、この構造は望ましい。

【0051】

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であること、適宜実施の形態を組合せることが可能であることは言うまでもない。例えば、実施の形態１〜３に、実施の形態４を組み合わせることが可能である。

【0052】

なお、本願には、下記の発明も含まれている。
（ａ）半導体基板を準備する工程、
（ｂ）前記半導体基板上に、第１主面を有し、かつ所定の膜厚を有する層間絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記層間絶縁膜の前記第１主面に第１配線溝および第２配線溝を形成する工程、
（ｄ）前記第１配線溝および第２配線溝内に選択的に銅膜を設け、第１配線および第２配線を形成する工程、
（ｅ）前記第１配線、前記第２配線および前記層間絶縁膜の前記第１主面にアンモニアを含有するプラズマ処理を施す工程、
を有し、
前記工程（ｅ）において、前記層間絶縁膜の前記第１主面にはダメージ層が形成され、前記ダメージ層の下方には電界緩和層が形成され、
前記ダメージ層および前記電界緩和層の窒素濃度は、前記層間絶縁膜の窒素濃度よりも大であり、前記電界緩和層の窒素濃度は前記ダメージ層の窒素濃度よりも大である、半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0053】

ＢＡＲＣ 反射防止膜
ＢＲ１，ＢＲ２ 絶縁性バリヤ膜
ＢＲ１１，ＢＲ１２，ＢＲ２１，ＢＲ２２ サブ絶縁性バリヤ層
ＣＵ１，ＣＵ２ 銅膜
ＣＢＲ１，ＣＢＲ２ 導電性バリヤ膜
ＤＭ１，ＤＭ２ ダメージ層
ＥＲ１，ＥＲ２ 電界緩和層
ＥＳＴ１，ＥＳＴ２ エッチングストッパ膜
ＩＮＳ１，ＩＮＳ２，ＩＮＳ３ 層間絶縁膜
ＩＮＳ２１，ＩＮＳ３１，ＩＮＳ３２ 絶縁膜
Ｍ１Ｗ，Ｍ２Ｗ 配線
Ｍ１Ｖ，Ｍ２Ｖ プラグ電極
ＮＣＨ，ＰＣＨ チャネル領域
ＮＧ，ＰＧ ゲート電極
ＮＧＩ，ＰＧＩ ゲート絶縁膜
ＮＳＤ，ＰＳＤ ソース領域またはドレイン領域
ＮＷ Ｎ型ウエル領域
ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３，ＰＲ４ レジスト膜
ＰＷ Ｐ型ウエル領域
Ｑｎ Ｎ型ＭＩＳＦＥＴ
Ｑｐ Ｐ型ＭＩＳＦＥＴ
ＳＵＢ Ｐ型半導体基板
ＳＩＬ シリサイド膜
ＳＴ 素子分離膜
ＶＧ１，ＶＧ２ コンタクトホール
ＷＧ１，ＷＧ２ 配線溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】