知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024086126
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】半導体装置及び半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240620BHJP
H01L 21/822 20060101ALI20240620BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240620BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20240620BHJP
H01L 21/314 20060101ALI20240620BHJP
H01L 21/318 20060101ALI20240620BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
H01L27/04 D
H01L21/31 C
H01L21/90 K
H01L21/314 M
H01L21/318 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022201088
(22)【出願日】2022-12-16
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100137523
【弁理士】
【氏名又は名称】出口 智也
(72)【発明者】
【氏名】野口 裕司
【テーマコード（参考）】
4M118
5F033
5F038
5F045
5F058
【Ｆターム（参考）】
4M118AB01
4M118BA04
4M118BA14
4M118HA21
4M118HA30
5F033HH08
5F033HH11
5F033HH19
5F033JJ08
5F033JJ11
5F033JJ19
5F033MM01
5F033MM13
5F033NN07
5F033PP15
5F033PP27
5F033QQ09
5F033QQ13
5F033QQ23
5F033QQ35
5F033QQ48
5F033RR01
5F033RR04
5F033RR08
5F033SS11
5F033SS15
5F033VV07
5F033XX00
5F038BH11
5F038CD20
5F045AA08
5F045AB34
5F045AC01
5F045AC11
5F045AC12
5F058BA01
5F058BC11
5F058BD03
5F058BD15
5F058BF07
(57)【要約】
【課題】配線加工の制御性を向上しつつ、当該配線間の絶縁耐圧を向上することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、第２絶縁膜上に設けられた第３絶縁膜と、第１絶縁膜に形成された第１溝に設けられた第１配線と、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜に連通して形成された第２溝に設けられ、第１配線に接続された第２配線と、を備え、第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、第１絶縁膜及び第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、第２絶縁膜上に設けられた第３絶縁膜と、第１絶縁膜に形成された第１溝に設けられた第１配線と、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜に連通して形成された第２溝に設けられ、第１配線に接続された第２配線と、を備え、第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、第１絶縁膜及び第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する。
【選択図】図３Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に設けられた第３絶縁膜と、
前記第１絶縁膜に形成された第１溝に設けられた第１配線と、
前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜に連通して形成された第２溝に設けられ、前記第１配線に接続された第２配線と、を備え、
前記第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する、
ことを特徴とする半導体装置。
前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に設けられた第３絶縁膜と、
前記第１絶縁膜に形成された第１溝に設けられた第１配線と、
前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜に連通して形成された第２溝に設けられ、前記第１配線に接続された第２配線と、を備え、
前記第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第１絶縁膜は、ＳｉＯ２膜であり、
前記第２絶縁膜は、ＳｉＯxＮ１-x膜であり、
前記第３絶縁膜は、ＳｉＯ２膜であり、
前記ＳｉＯxＮ１-x膜のxは、０.２以上、０.４１以下の範囲の値である、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記第２絶縁膜は、ＳｉＯxＮ１-x膜であり、
前記第３絶縁膜は、ＳｉＯ２膜であり、
前記ＳｉＯxＮ１-x膜のxは、０.２以上、０.４１以下の範囲の値である、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第２配線の線幅及び隣接する前記第２配線の間隔は、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲である、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
隣接する前記第２配線間の絶縁耐圧は、７ＭＶ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項5】
第１絶縁膜を形成することと、
前記第１絶縁膜を選択的にエッチングすることで、前記第１絶縁膜に第１溝を形成することと、
前記第１溝に第１配線を形成することと、
前記第１絶縁膜上に、第２絶縁膜を形成することと、
前記第２絶縁膜上に、第３絶縁膜を形成することと、
前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜を選択的にエッチングすることで、前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜に連通するように第２溝を形成することと、
前記第２溝に、前記第１配線に接続された第２配線を形成することと、を備え、
前記第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第１絶縁膜を選択的にエッチングすることで、前記第１絶縁膜に第１溝を形成することと、
前記第１溝に第１配線を形成することと、
前記第１絶縁膜上に、第２絶縁膜を形成することと、
前記第２絶縁膜上に、第３絶縁膜を形成することと、
前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜を選択的にエッチングすることで、前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜に連通するように第２溝を形成することと、
前記第２溝に、前記第１配線に接続された第２配線を形成することと、を備え、
前記第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、LSI（Large-Scale Integration）デバイス等の半導体装置において、素子を集積する必要があるため、素子を微細化し、配線を微細化・多層化することが不可欠となってきている。このようなLSIデバイスの多層配線構造は、例えば、ダマシン(damascene)構造と呼ばれる溝配線を有する。そして、このようなLSIデバイスの多層配線構造は、配線間の距離が短くなくなるため、従来のダマシン構造にストッパー膜として用いていたプラズマ窒化膜では、配線間の絶縁耐圧が不足してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】WO２００７/０９１５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一つの実施形態は、配線加工の制御性を向上しつつ、当該配線間の絶縁耐圧を向上することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一つの実施形態に係る半導体装置は、第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に設けられた第３絶縁膜と、前記第１絶縁膜に形成された第１溝に設けられた第１配線と、前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜に連通して形成された第２溝に設けられ、前記第１配線に接続された第２配線と、を備え、前記第２絶縁膜は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、前記第１絶縁膜及び前記第３絶縁膜よりも加工の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置及び半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0008】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を示す斜視図であり、図２は、第１の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。また、図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施形態に係る半導体装置の断面構造の一部を示す説明図である。なお、この第１の実施形態に係る半導体装置の構成は、一例（センサを備えた構成）であるが、この構成に限定されるものではなく、その他のデバイスを備えていてもよい。
［半導体装置］
例えば、図１に示すように、半導体装置１は、互いに貼合される、第１基板３と、第２基板２と、を備える。
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を示す斜視図であり、図２は、第１の実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。また、図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施形態に係る半導体装置の断面構造の一部を示す説明図である。なお、この第１の実施形態に係る半導体装置の構成は、一例（センサを備えた構成）であるが、この構成に限定されるものではなく、その他のデバイスを備えていてもよい。
［半導体装置］
例えば、図１に示すように、半導体装置１は、互いに貼合される、第１基板３と、第２基板２と、を備える。
【0009】
第１基板３は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ２０から撮像画像の画像信号を読み出し、読み出した画像信号に対して種々の信号処理を行うロジック回路などを備えるロジック基板である。
【0010】
また、第２基板２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ２０などを備えるセンサ基板である。なお、半導体装置１は、第１のロジック基板と第２のロジック基板とが貼合される構成であってもよく、ロジック基板とメモリ基板とが貼合される構成であってもよい。また、半導体装置１は、３以上の基板が貼合される構成であってもよい。
【0011】
そして、図２に示すように、第１基板３は、ロジック回路などが設けられるデバイス層３１と、このデバイス層３１の上側表面に設けられ、複数の金属電極（以下、単に「第１電極３３」）を含む第１接続配線層３２とを備える。第１電極３３は、一方の端面が第１接続配線層３２から露出した状態で、第１接続配線層３２に埋設され、例えば、デバイス層３１内部の配線を介してロジック回路などに接続される。
【0012】
一方、図２に示すように、第２基板２は、ＣＭＯＳイメージセンサ２０などが設けられるデバイス層２１と、デバイス層２１の下側表面に設けられ、第１基板３の第１電極３３と対応する位置に埋設される複数の金属電極（以下、単に「電極」と記載する場合がある）を含む第２接続配線層２２とを備える。当該金属電極は、一方の端面が第２接続配線層２２から露出した状態で、第２接続配線層２２に埋設され、例えば、デバイス層２１内部の配線を介してＣＭＯＳイメージセンサ２０などに接続される。
【0013】
これら第２基板２及び第１基板３は、各貼合面が研磨されて平坦化され、貼合面に対して活性化処理が施された後、直接貼合される。これにより、第２基板２と第１基板３とは、第１接続配線層３２と第２接続配線層２２との間の分子間力による水素結合によって仮接合される。その後、第２基板２及び第１基板３には、所定の条件の加熱処理が施される。これにより、第２基板２と第１基板３とは、第１接続配線層３２と第２接続配線層２２との間の共有結合によって本接合される。
【0014】
このように、半導体装置１では、第２基板２が備えるＣＭＯＳイメージセンサ２０の下面に設けられる金属電極と、第１基板３の上面に設けられる第１電極３３とを接続することができる。したがって、例えば、第１基板３が備えるロジック回路によれば、ＣＭＯＳイメージセンサ２０の直下から信号の読み出しを行うことができるので、基板の占有面積を低減することが可能となる。
【0015】
次に、図３Ａを参照して、第１の実施形態に係る半導体装置１の断面構造の一部について説明する。なお、図３Ａは、例えば、図２に示す第１基板３の第１接続配線層３２のダマシン配線構造を含む多層配線構造の断面の近傍の領域を選択的に図示するものであるが、図３Ａに示す構成は、第２基板３の第２接続配線層２２の多層配線構造や、その他の多層配線構造にも適用可能である。
【0016】
例えば、図３Ａに示すように、第１基板３（図２）の第１接続配線層３２は、絶縁層４５と、配線３６と、絶縁膜４６と、第１絶縁膜４７と、第２絶縁膜４８と、第３絶縁膜４９と、第１配線５１と、第２配線７１と、を備える。
【0017】
そして、絶縁層４５は、図２に示すデバイス層３１上に設けられている。この絶縁層４５は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）層である。この絶縁層４５は、酸化シリコン以外の他の絶縁層であってもよい。
【0018】
また、配線３６は、絶縁層４５の内部に設けられている。そして、この配線３６は、デバイス層３１（図２参照）の内部に設けられるロジック回路などのデバイスに接続されている。
【0019】
また、絶縁膜４６は、配線３６が埋め込まれた絶縁層４５上に、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、形成されている。この絶縁膜４６は、例えば、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）膜である。この絶縁膜４６は、所謂、配線のキャップ膜として機能するようになっている。この絶縁層４６は、炭窒化シリコン以外のキャップ膜として機能する他の絶縁層であってもよい。
【0020】
また、第１絶縁膜４７は、キャップ膜である絶縁膜４６上に、例えば、ＣＶＤ法によって、形成されている。この第１絶縁膜は、酸化シリコンを含んでいる。具体的には、この第１絶縁膜４７は、例えば、ＳｉＯ２膜である。
【0021】
また、第２絶縁膜４８は、第１絶縁膜４７上に設けられている。この第２絶縁膜４８は、所謂、エッチング加工のストッパー膜として機能するようになっている。この第２絶縁膜４８は、酸窒化シリコンを含んでいる。具体的には、この第２絶縁膜４８は、例えば、ＳｉＯxＮ１-x膜であり、例えば、プラズマ ＣＶＤ（PEＣＶＤ : Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）法により形成される。特に、好ましくは、この第２絶縁膜４８を構成するＳｉＯxＮ１-x膜のxの値は、０.２以上、０.４１以下の範囲の値に設定されている。
【0022】
また、第３絶縁膜４９は、第２絶縁膜４８上に設けられている。この第３絶縁膜は、酸化シリコンを含んでいる。具体的には、この第３絶縁膜４９は、例えば、ＳｉＯ２膜である。
【0023】
ここで、既述のように、第２絶縁膜４８は、例えば、プラズマ ＣＶＤ法により形成された酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮ１-x膜）である。特に、好ましくは、この第２絶縁膜４８を構成するＳｉＯxＮ１-x膜のxは、０.２以上、０.４１以下の範囲の値に設定されている。これにより、後述のように、この第２絶縁膜４８は、エッチングストッパ膜として機能するように、第１絶縁膜（酸化シリコン膜）４７及び第３絶縁膜（酸化シリコン膜）４９よりも加工（ＲＩＥ法によるドライエッチング）の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有するものである。
【0024】
また、第１配線５１は、例えば、図３Ａに示すように、絶縁膜４６及び第１絶縁膜４７に連通して形成された第１溝５０に設けられている。なお、図３の例では、この第１配線５１は、第１溝５０から上部が突出している。
【0025】
この第１配線５１は、第１溝５０内に設けられた、例えば、タングステンを含む導電膜を有するが、CuやAl等の他の金属を含む導電膜を有するようにしてもよい。なお、この第１配線５０は、当該導電膜と第１溝５０との間に設けられたバリアメタル膜（図示せず）を有する。
【0026】
また、第２配線７１は、例えば、図３に示すように、第１絶縁膜４７、第２絶縁膜４８及び第３絶縁膜４９に連通して形成された第２溝７０に設けられている。例えば、図３に示すように、第１絶縁膜４７において、この第２溝７０は、第１溝５０上に形成され、第１溝５０に連通している。そして、当該第２配線７１は、この第２溝７０内において第１配線５１の上部に接続されている。
【0027】
この第２配線７１は、第２溝７０内に設けられた、例えば、タングステンを含む導電膜を有するが、CuやAl等の他の金属を含む導電膜を有するようにしてもよい。なお、この第２配線７０は、当該導電膜と第２溝７０との間に設けられたバリアメタル膜（図示せず）を有する。
【0028】
特に、当該多層配線構造において、例えば、複数の第２配線７１が隣接して配置された構成の一例を示す図３Ｂに示すように、この第２配線７１の線幅Ｌ及び隣接する第２配線７１の間隔Ｓは、例えば、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲に設定されている。そして、例えば、半導体装置１の動作時において、このように隣接する第２配線７１間には、例えば、３.０V以上の電圧が印加されることが想定される。
【0029】
ここで、半導体装置の配線加工の制御性を向上しつつ、当該配線間の絶縁耐圧を向上するための、半導体装置１の多層配線構造における構成や製造の条件等について説明する。
【0030】
図４は、窒化シリコン及び酸窒化シリコンのエッチバック量と絶縁耐圧との関係を示す説明図である。
【0031】
例えば、図４に示すように、本実施形態の半導体装置１のストッパー膜として機能する第２絶縁膜４８に適用される酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxN１-x膜）は、従来からドライエッチング（特にＲＩＥ）加工のストッパー膜として用いられるＳｉＮ膜と比較して、エッチング量が大きくなる（すなわち、選択比が小さくなる）が、一方で、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxN１-x膜）は、絶縁耐圧が大きくなる（酸化シリコンの絶縁耐圧に近づく）。なお、後述のように、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxN１-x膜）の酸素の割合ｘ（０＜ｘ＜１）は、例えば、酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を制御することで、調整可能である。
【0032】
また、図４に示すように、ＳｉＮ膜のＳｉの濃度を増加させると、当該ＳｉＮ膜はエッチバック量が小さくなる（すなわち、選択比が大きくなる（ａ-Ｓｉの選択比に近づく））が、一方で、当該ＳｉＮ膜は絶縁耐圧が小さくなる傾向がある。
【0033】
このように、例えば、酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を制御することで、目標範囲内の選択比と絶縁耐圧を有するストッパー膜として半導体装置１の第２絶縁膜４８を成膜することができると考えられる。
【0034】
次に、図５は、酸窒化シリコンの窒素に対する酸素の割合と、酸化シリコンに対する選択比と絶縁耐圧の関係を示す説明図である。
【0035】
既述のプラズマ ＣＶＤにおいて、酸窒化シリコン膜である第２絶縁膜４９を成膜する場合、例えば、原料ガスとして、シラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）及び二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が供給される。ここで、シラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）及び二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の原料ガス全体に対する当該二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の割合Ｎ２Ｏ／（ＳｉＨ４＋ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）を、変化させると、酸窒化シリコン膜を構成する酸素の割合が変化する。なお、この第２絶縁膜４８に適用されるＳｉＯxＮ１-xを成膜する場合のプラズマ ＣＶＤ法の条件は、例えば、圧力は２Ｔｏｒｒ（２６６.６4Pa）～１０Ｔｏｒｒ（１３３３.２Pa）の範囲であり、温度は、３００℃～４００℃の範囲である。また、第２配線７１の線幅Ｌ及び隣接する第２配線７１の間隔Ｓは、例えば、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲に設定されているものとする。
【0036】
例えば、図５に示すように、ＳｉＯxＮ１-xの酸素の割合xの値を０．０から１．０の範囲で変化させると、酸素の割合xの値が０．４１以下の範囲でドライエッチングにおける酸化シリコンに対する酸窒化シリコンの選択比が目標の選択比以上となる。一方、例えば、図５に示すように、酸素の割合xの値が０．２０以上の範囲で酸窒化シリコンの絶縁耐圧が目標の絶縁耐圧以上となる。なお、酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を、例えば、６．９％～３０．９％の範囲に制御することで、成膜されるＳｉＯxＮ１-xの酸素の割合xの値を０．２１～０．４１に制御することが可能である。
【0037】
このように、酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を制御することで、成膜されるＳｉＯxＮ１-xの酸素の割合xを所定の範囲に制御して、目標範囲の選択比と絶縁耐圧（図５）を有するストッパー膜として半導体装置１の第２絶縁膜４８を成膜することができると考えられる。
【0038】
したがって、半導体装置１のダマシン構造のストッパー膜として機能する第２絶縁膜４９に酸窒化シリコンを適用し、当該酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を適切に制御することにより、ストッパー膜として機能する第２絶縁膜４９の目標範囲の選択比と絶縁耐圧を両立することができる。
【0039】
このようにして、半導体装置１のダマシン配線構造おける第２絶縁膜４８は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、第１絶縁膜４７及び第３絶縁膜４９よりも加工（ＲＩＥによるドライエッチング）の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有するように設定が可能となる。これにより、隣接する第２配線７１間の絶縁耐圧は、７ＭＶ／ｃｍ以上に設定することが可能となる。
【0040】
さらに、上述のように、第２配線７１の線幅Ｌ及び隣接する第２配線７１の間隔Ｓは、例えば、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲に設定されている場合、半導体装置１の動作時において、隣接する第２配線７１間には、例えば、３.０V以上の電圧が印加される条件下において、隣接する第２配線７１間の絶縁耐圧が７ＭＶ／ｃｍ以上に設定されていることで、半導体装置１は、絶縁破壊による動作不良の発生が抑制されるため、歩留まりを向上することができると考えられる。
【0041】
すなわち、半導体装置１は、配線加工の制御性を向上しつつ、当該配線間の絶縁耐圧を向上することができる。
［半導体装置の製造方法］
次に、既述のように、図６ないし図９を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法について説明する。図６ないし図９は、図１及び図２に示す第１の実施形態に係る半導体装置１の製造工程を示す説明図である。なお、図６ないし図９では、特に、図３Ａに示す第１の実施形態に係る半導体装置１の第１接続配線層３２の製造工程に注目している。なお、図３Ｂに示す第１の実施形態に係る半導体装置１の第１接続配線層３２の製造工程も同様に説明される。
［半導体装置の製造方法］
次に、既述のように、図６ないし図９を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法について説明する。図６ないし図９は、図１及び図２に示す第１の実施形態に係る半導体装置１の製造工程を示す説明図である。なお、図６ないし図９では、特に、図３Ａに示す第１の実施形態に係る半導体装置１の第１接続配線層３２の製造工程に注目している。なお、図３Ｂに示す第１の実施形態に係る半導体装置１の第１接続配線層３２の製造工程も同様に説明される。
【0042】
例えば、デバイス層３１（図１及び図２参照）を形成した後、当該デバイス層３１上に、図６の（ａ）に示すように、例えば、ＣＶＤ法によって、酸化膜（酸化シリコン層）４５を形成する。そして、当該酸化シリコン層４５の表面に、ダマシン法によって配線３６を形成する。
【0043】
その後、配線３６が埋め込まれた絶縁層（酸化シリコン層）４５上に、例えば、ＣＶＤ法によって、キャップ膜として機能するＳｉＣＮ膜４６、第１絶縁膜（酸化シリコン膜）４７を順次積層する（図６の（ａ））。
【0044】
続いて、図６の（ｂ）に示すように、第１配線５１の形成位置に、第１配線５１の形状と同様の形状を有する第１溝５０を形成する。この工程では、まず、第１絶縁膜（酸化シリコン膜）４７上にレジスト（図示せず）を形成し、当該レジストにおける第１配線５１の形成位置（接続される配線３６の上方）に、開口を形成する。
【0045】
そして、開口が形成された当該レジストをマスクとして使用し、ドライエッチング法、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ioｎ Etching）法により、第１絶縁膜４７及びキャップ膜４６を選択的にエッチングすることで、第１絶縁膜４７及びキャップ膜４６に、第１絶縁膜（酸化シリコン膜）４７の表面から配線３６の表面まで達する第１溝（ビアホール）５０を形成する。
【0046】
続いて、例えば、スパッタ法により、第１溝５０の内周面及び第１配線の表面にバリアメタル膜（図示せず）を形成する。その後、例えば、スパッタ法により、第２溝７０に、当該バリアメタル膜を介して例えばタングステン等で構成される導電膜を成膜することで、第１配線５１に接続された第２配線７１を形成する（図３Ａ）。なお、例えば、電解メッキ法や他の成膜方法により、第１溝５０に第１配線５１を形成するようにしてもよい。
【0047】
その後、図７の（ａ）に示すように、例えば、プラズマＣＶＤ法により、第１絶縁膜４７上に、第２絶縁膜４８を形成する。
【0048】
ここで、既述のように、この第２絶縁膜４８に適用される窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を、例えば、６．９％～３０．９％の範囲に制御することで、成膜されるＳｉＯxＮ１-xの酸素の割合xを０．２１～０．４１に制御することが可能である。このように、酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を制御することで、成膜されるＳｉＯxＮ１-xの酸素の割合xを所定の範囲に制御して、目標範囲の選択比と絶縁耐圧（図５）を有するストッパー膜として半導体装置１の第２絶縁膜４８を成膜することができる。
【0049】
その後、図７の（ｂ）に示すように、例えば、ＣＶＤ法により、第２絶縁膜４８上に、第３絶縁膜（酸化シリコン膜）４９を形成する。
【0050】
その後、図８の（ａ）に示すように、第２配線７１（図３Ａ参照）の形成位置に、第２配線７１の形状と同様の形状を有する第２溝７０を形成する。この工程では、まず、第３絶縁膜（酸化シリコン膜）４９上にレジスト６０を形成し、当該レジスト６０における第２配線７１の形成位置（接続される第１配線５１の上方）に、開口を形成する。
【0051】
その後、図８の（ｂ）に示すように、開口が形成された当該レジスト６０をマスクとして使用し、ドライエッチング法、例えば、ＲＩＥ法により、第１絶縁膜４７、第２絶縁膜４８及び第３絶縁膜４９を選択的にエッチングすることで、第１絶縁膜４７、第２絶縁膜４８及び第３絶縁膜４９に連通するように、第２絶縁膜（酸化シリコン膜）４９の表面から第１配線３６の表面まで達する第２溝７０を形成する。
【0052】
ここで、既述のように、第２絶縁膜４８は、ドライエッチングのストッパー膜として機能するように、第１絶縁膜（酸化シリコン膜）４７及び第３絶縁膜（酸化シリコン膜）４９よりも加工（ＲＩＥ法によるドライエッチング）の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有するものである。
【0053】
したがって、当該ドライエッチングにおいて、第２絶縁膜４８は、ドライエッチングのストッパー膜として機能して、第２溝７０を形成する制御性（すなわち、第１絶縁膜４０のエッチング量の制御性）を向上することができる。さらに、この第２絶縁膜４８は、従来の所謂ストッパー膜として機能する窒化シリコン（ＳｉＮ）膜よりも絶縁耐圧が高い特性を、有するように、酸素の割合が設定されている。
【0054】
これにより、結果として、半導体装置１の不良発生率を低減して、歩留まりを向上することができる。
【0055】
その後、図９の（ａ）に示すように、アッシングにより、第２絶縁膜４９上に残存するレジスト６０を除去する。
【0056】
続いて、例えば、スパッタ法により、第２溝７０の内周面及び第１配線５１の表面にバリアメタル膜（図示せず）を形成する。その後、例えば、スパッタ法により、第２溝７０内に、当該バリアメタル膜を介してタングステン等で構成される導電膜７１ａを成膜する（図９の（ｂ））。なお、例えば、電解メッキ法や他の成膜方法により、第２溝７０に導電膜７１ａを形成するようにしてもよい。
【0057】
続いて、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって、第２絶縁膜４９および導電膜７１ａの上部の不要な部分を研磨することにより、第２絶縁膜４９および導電膜７１ａの上部を平坦化する。これにより、第１配線５１に接続された第２配線７１を形成され、既述の図３Ａや図３Ｂに示すような第１の実施形態に係る半導体装置１の多層配線構造が形成されることとなる。そして、更に必要に応じて、配線、電極や絶縁層等が形成されることとなる。
【0058】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置１は、第１絶縁膜４７と、第１絶縁膜４７上に設けられた第２絶縁膜４８と、第２絶縁膜４８上に設けられた第３絶縁膜４９と、第１絶縁膜４７に形成された第１溝５０に設けられた第１配線５１と、第１絶縁膜４７、第２絶縁膜４８及び第３絶縁膜４９に連通して形成された第２溝７０に設けられ、第１配線５１に接続された第２配線７１と、を備える。
【0059】
そして、既述のように、第２絶縁膜４８は、酸窒化シリコンを含んでいる。この第２絶縁膜４８は、エッチングストッパ膜として機能するように、第１絶縁膜４７及び第３絶縁膜４９よりも加工（ＲＩＥによるドライエッチング）の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有する。
【0060】
特に、既述のように、半導体装置１のダマシン構造のストッパー膜として機能する第２絶縁膜４９に酸窒化シリコンを適用し、当該酸窒化シリコン膜を成膜するためのプラズマ ＣＶＤの原料ガスに添加するＮ２Ｏの割合を適切に制御することにより、ストッパー膜として機能する第２絶縁膜４９の目標範囲の選択比と絶縁耐圧を両立することができる。
【0061】
このようにして、半導体装置１のダマシン配線構造おける第２絶縁膜４８は、酸窒化シリコンを含んでいるとともに、第１絶縁膜４７及び第３絶縁膜４９よりも加工（ＲＩＥによるドライエッチング）の選択比が大きく且つ窒化シリコンよりも絶縁耐圧が高い特性を、有するように設定が可能となる。これにより、隣接する第２配線７１間の絶縁耐圧は、７ＭＶ／ｃｍ以上に設定することが可能となる。
【0062】
さらに、第２配線７１の線幅Ｌ及び隣接する第２配線７１の間隔Ｓ（L/S）は、例えば、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲に設定されている場合、半導体装置１の動作時において、隣接する第２配線７１間には、例えば、３.０V以上の電圧が印加される条件下において、隣接する第２配線７１間の絶縁耐圧が７ＭＶ／ｃｍ以上に設定されていることで、半導体装置１は、絶縁破壊による動作不良の発生が抑制されるため、歩留まりを向上することができる。
【0063】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置によれば、配線加工の制御性を向上しつつ、当該配線間の絶縁耐圧を向上することができる。
【0064】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0065】
１ 半導体装置
４７ 第１絶縁膜
４８ 第２絶縁膜
４９ 第３絶縁膜
５０ 第１溝
５１ 第１配線
７０ 第２溝
７１ 第２配線
４７ 第１絶縁膜
４８ 第２絶縁膜
４９ 第３絶縁膜
５０ 第１溝
５１ 第１配線
７０ 第２溝
７１ 第２配線
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
