半導体装置およびその製造方法
【課題】 Ｃｕ拡散性が良好で、耐熱性、電気特性、特に誘電率、接着性等に優れた多層配線構造、およびこれを具備した、電気特性に優れる半導体装置を提供する事を目的としてなされたものである。
【解決手段】半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅および銅を含む合金からなる配線層を備え、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅および銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅および銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置。
【解決手段】半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅および銅を含む合金からなる配線層を備え、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅および銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅および銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の多層配線は、現在、配線材料として、従来のＡｌから代わってＣｕが使用されてきている。しかし、この配線材料のＣｕは、トランジスタ層および絶縁層に容易に拡散をする。このため、Ｃｕ配線の側面および底面は、通常、ＰＶＤ法で作製したＴａＮ、ＴｉＮおよびＷＮ等からなるバリアメタル層を形成し、Ｃｕ配線の上面は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）で作製したＳｉＮおよびＳｉＣＮ等からなる絶縁膜を用いて、Ｃｕの拡散を防止している。
【０００３】
一方、半導体装置の高速化および低消費電力化等に対応するために、半導体の多層配線における各配線間の容量低減のため、配線間で用いられる絶縁層（いわゆるＬｏｗ−ｋ層、絶縁層本体）の低誘電率化が進められている。しかし、このＬｏｗ−ｋ層に比べて、上記のＳｉＮ膜およびＳｉＣＮ膜の誘電率は相対的に高く、実効誘電率の低減のための効果は少なくなってきている。実効誘電率の低減のためには、多層配線で使用される絶縁層であるＬｏｗ−ｋ膜に加えて、Ｌｏｗ−ｋ層のハードマスク、Ｃｕのキャップ膜、エッチングストッパー膜等多層配線で使用される絶縁層の全ての低誘電率化を考える必要がある。
【０００４】
このような多層配線の絶縁層であるＣｕのキャップ膜の絶縁層としては、ＣＶＤ法による無機系のＳｉＮ膜が主に使用されており、ＳｉＮ膜にカーボン（Ｃ）を導入することにより、低誘電率化も検討されている。しかし、このＳｉＮ膜の誘電率は７程度であり、例えば、特許文献１に開示されているようにカーボンを導入してＳｉＣＮまたはＳｉＣにまでしても、誘電率は、４〜５程度までしか低減することはできず、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率が２．０〜２．５の材料が開発され、その適用が試みられていることと比較すると、大きく乖離している。
【０００５】
また、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率が２．５以下の絶縁材料では、誘電率低減のため、その多くが空孔の導入手法を用いている。空孔の導入により、誘電率は低減されるが、空孔導入及び空孔導入量増大により、主な問題点として、膜密度の低下、機械強度の低下、接着性の低下、薬液およびガス等の浸入などの問題が発生している。このことにより、エッチング耐性やアッシング耐性の低下によるインテグレーションマージンが狭くなることや、ＣＭＰ工程、ダイシング工程およびパッケージ組み立て工程におけるストレスが発生することにより、配線層での剥離や割れの問題が発生するため、誘電率が２．５以下の絶縁材料をデバイスの量産に用いることは容易にはできない。
これらのことから、Ｌｏｗ-ｋ層以外の絶縁膜として、Ｃｕ配線のキャップ膜に低誘電率でかつＣｕの拡散防止能を備えた材料、その配線構造、半導体装置の提案が必要となっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８３８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで、配線構造における層間接着性が良好で、電気特性に優れる半導体装置およびその製造方法を提供する事を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、少なくとも配線層表面に、配線層を構成する金属の耐拡散性を有する窒素含有層を設け、さらには、前記窒素含有層表面に、配線層を構成する金属の耐拡散性を有する有機絶縁材料を設けることにより、その目的に適合し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、
１． 半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅または銅を含む合金から成る配線層を備えた半導体装置であって、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置、
２． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、第１項に記載の半導体装置、
３． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、第２項に記載の半導体装置、
４． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層は、前記配線層の半導体基板反対面、及び、前記配線が埋め込まれた絶縁膜の表面を覆っている第１項〜第３項のいずれかに記載の半導体装置、
５． 前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を有する第１項〜第４項のいずれかに記載の半導体装置、
６． 前記絶縁層は、低誘電率層および低誘電率ハードマスク層より構成されるものである第１項〜第５項のいずれかに記載の半導体装置、
７． 半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層を備え、前記配線層上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層と、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層とを有する半導体装置を製造する方法であって、
（１）半導体基板上に形成された絶縁層に、これを貫通して、銅または銅を含む合金により配線層を形成する工程、
（２）少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層を形成する工程、
（３）前記窒素を含有する層上に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料で構成される層を形成する工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、
８． 少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、プラズマＣＶＤ法により、窒素またはアンモニアあるいはこれらを含むガスを用いて、窒素を含有する層を形成するものである第７項に記載の半導体装置の製造方法、
９． 少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、その前処理として加熱または及び還元処理を行うものである第７項または第８項に記載の半導体装置の製造方法、
１０． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、第７項〜第９項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法、
１１． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、第１０項に記載の半導体装置の製造方法、
１２． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層は、前記配線層の半導体基板と反対側露出面、あるいは、前記半導体基板と反対側の配線層露出面および絶縁層表面に形成されるものである第７項から第１１項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法、
１３． 前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を形成する工程を有する、第７項〜第１２項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線構造における層間接着性が良好で、電気特性に優れる半導体装置を提供でき、半導体の多層配線間における低誘電率化が可能で、配線層における剥離などが低減し、信頼性の高いものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅または銅を含む合金からなる配線層を備えた半導体装置であって、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置であり、このような構造とすることにより、窒素含有層を従来よりも薄く形成することができ、電気特性、特に低誘電率とすることができ、また、後述する製造工程においてはストレスが発生するものとならないことより、層間の接着性などにも優れた多層配線構造を有する半導体装置を得ることができる。
また、その製造方法は（１）半導体基板上に形成された絶縁層に、これを貫通して、銅または銅を含む合金により配線層を形成する工程、（２）少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を形成する工程、（３）前記窒素を含有する層上に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を形成する工程、を有することを特徴とするものであり、トランジスタ等の電子デバイスである半導体基板に絶縁層を作製した後に、配線層を形成するプロセス（いわゆるバックエンドプロセス）によるものである。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法について、一例として図面を用いて説明する。なお、前記絶縁層は、低誘電率層（Ｌｏｗ−ｋ層）および低誘電率ハードマスク層（Ｌｏｗ−ｋハードマスク層）からなる２層により構成される例について説明する。
（１）半導体基板上に形成された絶縁層としてＬｏｗ−ｋ層およびＬｏｗ−ｋハードマスク層に、これを貫通して、配線層を形成する工程について説明する。
まず、シリコンウエハーにトランジスタ等のデバイスが作製された半導体基板を用意し、その上に絶縁層としてＳｉＯ層（１）を形成し、さらにその上に、Ｌｏｗ−ｋ層およびＬｏｗ−ｋハードマスク層を形成し、前記Ｌｏｗ−ｋ層およびＬｏｗ−ｋハードマスク層に配線層を形成するためのフォトレジスト層を形成する（図１）。
【００１３】
さらに、具体的には、Ｍ１配線を形成するため、半導体基板の所定の位置に、Ｌｏｗ−ｋ層（２）を、ＣＶＤ法またはスピンコート法等の方法により製膜をする。
次いで、一般的には、絶縁層としてＬｏｗ−ｋ層上に、Ｌｏｗ−ｋハードマスク層（３）を積層した後に、フォトレジスト層（４）を用いて、ドライエッチングにより、Ｌｏｗ−ｋ層（２）およびＬｏｗ−ｋハードマスク層（３）からなる絶縁層の所定の位置に貫通して、配線溝を加工し、前記配線溝の内面に、ＰＶＤ法により、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮおよびＷＮ等で構成されるバリアメタル層（５）、ＰＶＤ法により銅のシード層（６）、さらには、電界メッキ法により配線層となる銅層（７）を形成する（図２）。
【００１４】
これらのバリアメタル層および銅のシード層は、ＣＶＤ法により製膜することも可能である。
前記バリアメタル層は、必要により２種以上の金属層を積層して用いることができる。
前記銅層は、電界メッキ法による銅層の製膜方法に替えて、ＣＶＤ法により銅層を作製する方法であってもよい。銅層の材質としては、銅以外に、銅を含む合金であってもよく、例えば、アルミニウム、亜鉛、スズ、鉄、コバルト、マンガン、ベリリウム、ニッケル、金、銀およびパラジウムなど金属との合金であってもよい。
【００１５】
その後、ＣＭＰ法により配線部以外の銅層およびバリアメタル層を２段階以上のステップで研磨除去し、平坦化をすることで配線層を作製することができる（図３）。
配線層の微細化に対応するため、配線抵抗上昇を防ぐためのバリアメタル層の薄膜化がなされるが、薄膜の形成においては、ＡＬＤ法等により形成することも可能である。
また、低誘電率に対応するため、Ｌｏｗ−ｋ層としては、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールやフッ素化ポリアリルエーテルなどの有機系絶縁材料や、メチルシルセスキオキサンや水素化シルセウキオキサンなどの有機シロキサンなどの無機系絶縁材料で構成されるＬｏｗ−ｋ材料よりなるものが挙げられ、また、Ｌｏｗ−ｋ層には、空孔が設けられてもよく、そのような空孔を導入した材料を用いる場合、配線溝を加工後に、ポアシーリング等に代表される表面処理をすることもできる。
【００１６】
（２） 次いで、少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層を形成する工程について説明するが、ここでは、絶縁層として、上記で得たＬｏｗ−kハードマスク及び、銅層または銅を含む合金層で構成される配線層の露出表面に、窒素含有層を成膜する例について説明する。なお、本発明においては、配線層および絶縁層の表面に窒素含有層を形成する例を示すが、前記窒素含有層は、前記配線層表面のみに選択的に形成しても良い。
【００１７】
まず、上記で得た絶縁層を貫通して埋め込まれた配線層を備えた半導体基板において、所定の位置に窒素含有層を形成する前に、窒素含有層形成面に前処理を行うのが好ましく、窒素含有層成膜の前処理として、例えば、加熱処理および還元処理が挙げられ、いずれか一方または両方を行うことができる。前記加熱処理としては、例えば、窒素雰囲気下、１００℃〜３００℃で、数分〜数時間加熱することにより、銅や銅を含む合金の結晶構造が安定化される。又、還元処理として、例えば、プラズマ照射を行うことより、銅表面や絶縁膜表面の洗浄を行うことができる。
【００１８】
次に、上記基板のＬｏｗ−kハードマスク（３）及び銅層（７）の露出表面に、窒素含有層（８）を形成する（図４）。
窒素含有層の成膜方法としては、例えば、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、前記配線層の露出表面および絶縁層（Ｌｏｗ−kハードマスク）の所定の位置に、窒素またはアンモニアあるいはこれらを含むガスを用いて成膜する方法が挙げられる。又、成膜方法は、誘導結合型（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＩＰＣ）、ヘリコン型（Ｈｅｌｉｃｏｎ）、平行平板型等のプラズマＣＶＤであってもよい。
前記窒素またはアンモニアを含むガスとしては、Ｓｉ、ＣおよびＮより選ばれる原子で構成される原料化合物の混合ガスが挙げられる。そのような原料化合物としては、まず、ＳｉおよびＮで構成される化合物として、ＳｉＮが挙げられ、Ｓｉ、ＣおよびＮで構成される化合物として、ＳｉＣＮが挙げられる。この場合の構成原子数の比は、好ましくはＳｉ原子に対するＣ原子の数の比が０．２〜０．８であり、かつＳｉ原子の数に対するＮ原子の数の比が０．１５〜１であるが、これに限られるものではない。
また、Ｎで構成される原料化合物としては、Ｎ2、ＮＨ3、ＮＦ3、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ4、ＮＯおよびＮ3Ｈ8などが挙げられ、Ｃで構成される原料化合物としては、Ｃ2Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8およびＣ2Ｈ4などが挙げられ、Ｓｉで構成される原料化合物としては、ＳｉＨ4が挙げられ、Ｓｉ及びＣで構成される原料化合物としては、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およびトリメトキシメチルシランＳｉ（ＣＨ3）（ＯＣＨ3）3などが挙げられるが、これに限られるものではない。さらに、これらを単体で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、ＳｉＮまたはＳｉＣＮで構成されるものが好ましい。
本発明においては、上記窒素含有層の厚みを薄くすることができ、窒素含有層の厚みとしては、１〜３０ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
（３） 次いで、上記で得られた窒素含有層上を、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を形成する工程について、説明する。
この工程において、上記で形成した窒素含有層（８）の表面に、有機絶縁材料層（９）を形成して、半導体基板上に形成された絶縁層としてＬｏｗ−ｋ層（２）およびＬｏｗ−ｋハードマスク（３）を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層である銅層（７）を備え、前記銅層（７）上部に銅の拡散防止能を有する窒素含有層（８）と、前記銅の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層（９）とを有する半導体装置を得ることができる（図４）。
前記有機絶縁材料で構成される層は、低誘電率の有機系絶縁材料から成り、かつ銅または銅を含む合金の拡散防止能を有するもので構成されるものであることが好ましく、その形成方法としては、例えば、雰囲気を真空状態として、有機絶縁材料を構成するモノマー等の原料を気化させて、これを所定の位置に堆積させてプラズマ重合して作製する方法、有機絶縁材料を構成するモノマー、オリゴマーまたはポリマーを、有機溶媒などの溶剤に溶解し、スピンコート等により製膜し、加熱処理することにより得る方法などを挙げることができる。また、その膜厚としては、５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
前記有機系絶縁材料としては、銅または銅を含む合金の拡散防止能を有するものであれば、特に制限されないが、窒素原子を含むものが好ましく、例えば、ポリベンゾオキサゾールおよびポリベンズイミダゾールなどが挙げられ、これらの中でも、耐熱性の上で、特にポリベンゾオキサゾールが好ましい。これらの樹脂は、その前駆体を用いて製膜した後、環化して樹脂としても良いし、予め環化して樹脂としたものを成膜しても良い。
【００２１】
本発明において、ポリベンゾオキサゾール樹脂およびポリベンズイミダゾール樹脂などの有機系絶縁材料を有機溶媒に溶解して用いる場合、これらの樹脂または樹脂前駆体を、スピンコート等により製膜するための有機溶媒としては、用いる溶質の構造により、それぞれ異なるが、例えば、炭酸プロピレン、ジアセトンアルコール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコール１−モノ−ｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−１，３−ブチレングリコールアセテート、１，３−ブチレングリコール−３−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−３−メトキシプロピオネート、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、ベンゼン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、トルエン、キシレンおよびメシチレン等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上を混合して用いることができる。
【００２２】
本発明で用いる絶縁膜用材料には、必要に応じて、各種添加剤として、界面活性剤、シラン系に代表されるカップリング剤、酸素ラジカルやイオウラジカルを加熱により発生するラジカル開始剤等を添加することも可能である。
【００２３】
このように、図１〜図４を用いて説明した製造方法により、半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層を備え、前記配線層上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層と、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層とを有する半導体装置を得ることができるが、これらの工程を繰り返すことにより、配線層を多層とした多層配線構造を有する半導体装置を得ることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例で作製した膜を、下記の方法により、比誘電率、Ｃｕ拡散性を測定した。
（１）比誘電率
低抵抗（０．０１Ωｃｍ以下）のＰ型Ｓｉ基板上に製膜した有機絶縁材料膜を、ＳＳＭ４９５（ＳＳＭ社製）Ｈｇプローブにより測定をした。
（２）Ｃｕ拡散性
低抵抗（０．０１Ωｃｍ以下）のＰ型Ｓｉ基板上に製膜した有機絶縁材料膜上に、Ｃｕ層を、メタルマスクを用いて、直径１ｍｍのパッドを真空蒸着により作製し、温度２００℃で任意の電界を印加して、１×１０-2（Ａ）の大電流が流れるまでの時間を測定する事により得た。
【００２５】
［有機絶縁材料塗布液の製造例］
製造例１
窒素ガスフロー下で、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン３６．６ｇ（０．１ｍｏｌ）を、乾燥したＮ−メチル−２−ピロリドン２００ｇに溶解し、ピリジン１７．４ｇ（０．２２ｍｏｌ）を添加した後、−１５℃に冷却し、イソフタル酸ジクロリドを、少しずつ添加した。滴下終了後、−１５℃で、１時間撹拌後、室温まで戻し、室温で５時間撹拌した。その後、反応液を、蒸留水４リットルに、小さな液滴で滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体を得た。得られたポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体の数平均分子量（Ｍｎ）を、東ソー株式会社製ＧＰＣを用いて、ポリスチレン換算で求めたところ、１９，０００であった。
このポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体３ｇを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン１００ｇに溶解し、５０ｎｍのフィルターでろ過して、コーティング用の塗布液を得た。
【００２６】
製造例２
製造例１において、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン３６．６ｇ（０．１ｍｏｌ）の代わりに、３，３’，４，４’−テトラアミノビフェニル）を用いた以外は、全て製造例１と同様にして、ポリベンズイミダゾール樹脂前駆体を得た。この樹脂の数平均分子量（Ｍｎ）を、東ソー株式会社製ＧＰＣを用いて、ポリスチレン換算で求めたところ、１６，０００であった。このポリベンズイミダゾール前駆体樹脂を用いて、製造例１と同様にして塗布膜を調製した。
【００２７】
（実施例１）
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、トリメチルシランガス、窒素ガス、メタンガスを用いて、膜厚５ｎｍになるようにＳｉＣＮ層の成膜を行った。
次いで、製造例１で得た塗布液を、上記ＳｉＣＮ層が形成された基板上に、スピンコーターを用いて、５００ｒｐｍ／５秒、１２００ｒｐｍ３０秒回転塗布し、１００℃ホットプレート上で１分、２００℃ホットプレート上で３０秒乾燥し、窒素を３０Ｌ／分フローの電気炉中で、４００℃／１時間加熱して、膜厚１００ｎｍの有機絶縁材料層を得た。
【００２８】
実施例２
実施例１においてＳｉＣＮ層の膜厚を１０ｎｍとする以外は、同様の方法により、塗布膜を得た。
【００２９】
実施例３
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、シランガスおよび窒素ガスを用いて、膜厚５ｎｍになるようにＳｉＮ層の製膜を行った。
上記ＳｉＮ層が形成された基板上に、製造例１で得た塗布液を用いて、実施例１と同様にして有機絶縁材料層を得た。
【００３０】
実施例４
製造例２で得た塗布液を用いて、実施例１と同様にして得たＳｉＣＮ層が形成された基板上に、実施例１と同様の方法により、有機絶縁材料層を得た。
【００３１】
比較例１
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、シランガスおよび窒素ガスを用いて膜厚１０５ｎｍになるようにＳｉCＮ層の製膜を行った。
【００３２】
比較例２
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、シランガスおよび窒素ガスを用いて膜厚１０ｎｍになるようにＳｉCＮ層の製膜を行った。
【００３３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態による配線構造の製造方法の例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による配線構造の製造方法の例を示す断面図である（図１の続き）。
【図３】本発明の実施形態による配線構造の製造方法の例を示す断面図である（図１の続き）。
【図４】本発明の配線構造の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ＳｉＯ
２ Ｌｏｗ−ｋ層
３ Ｌｏｗ−ｋハードマスク層
４ フォトレジスト層
５ バリアメタル層
６ シード層
７ 銅層
８ 窒素含有層
９ 有機絶縁材料層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の多層配線は、現在、配線材料として、従来のＡｌから代わってＣｕが使用されてきている。しかし、この配線材料のＣｕは、トランジスタ層および絶縁層に容易に拡散をする。このため、Ｃｕ配線の側面および底面は、通常、ＰＶＤ法で作製したＴａＮ、ＴｉＮおよびＷＮ等からなるバリアメタル層を形成し、Ｃｕ配線の上面は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）で作製したＳｉＮおよびＳｉＣＮ等からなる絶縁膜を用いて、Ｃｕの拡散を防止している。
【０００３】
一方、半導体装置の高速化および低消費電力化等に対応するために、半導体の多層配線における各配線間の容量低減のため、配線間で用いられる絶縁層（いわゆるＬｏｗ−ｋ層、絶縁層本体）の低誘電率化が進められている。しかし、このＬｏｗ−ｋ層に比べて、上記のＳｉＮ膜およびＳｉＣＮ膜の誘電率は相対的に高く、実効誘電率の低減のための効果は少なくなってきている。実効誘電率の低減のためには、多層配線で使用される絶縁層であるＬｏｗ−ｋ膜に加えて、Ｌｏｗ−ｋ層のハードマスク、Ｃｕのキャップ膜、エッチングストッパー膜等多層配線で使用される絶縁層の全ての低誘電率化を考える必要がある。
【０００４】
このような多層配線の絶縁層であるＣｕのキャップ膜の絶縁層としては、ＣＶＤ法による無機系のＳｉＮ膜が主に使用されており、ＳｉＮ膜にカーボン（Ｃ）を導入することにより、低誘電率化も検討されている。しかし、このＳｉＮ膜の誘電率は７程度であり、例えば、特許文献１に開示されているようにカーボンを導入してＳｉＣＮまたはＳｉＣにまでしても、誘電率は、４〜５程度までしか低減することはできず、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率が２．０〜２．５の材料が開発され、その適用が試みられていることと比較すると、大きく乖離している。
【０００５】
また、Ｌｏｗ−ｋ膜の誘電率が２．５以下の絶縁材料では、誘電率低減のため、その多くが空孔の導入手法を用いている。空孔の導入により、誘電率は低減されるが、空孔導入及び空孔導入量増大により、主な問題点として、膜密度の低下、機械強度の低下、接着性の低下、薬液およびガス等の浸入などの問題が発生している。このことにより、エッチング耐性やアッシング耐性の低下によるインテグレーションマージンが狭くなることや、ＣＭＰ工程、ダイシング工程およびパッケージ組み立て工程におけるストレスが発生することにより、配線層での剥離や割れの問題が発生するため、誘電率が２．５以下の絶縁材料をデバイスの量産に用いることは容易にはできない。
これらのことから、Ｌｏｗ-ｋ層以外の絶縁膜として、Ｃｕ配線のキャップ膜に低誘電率でかつＣｕの拡散防止能を備えた材料、その配線構造、半導体装置の提案が必要となっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８３８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで、配線構造における層間接着性が良好で、電気特性に優れる半導体装置およびその製造方法を提供する事を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、少なくとも配線層表面に、配線層を構成する金属の耐拡散性を有する窒素含有層を設け、さらには、前記窒素含有層表面に、配線層を構成する金属の耐拡散性を有する有機絶縁材料を設けることにより、その目的に適合し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、
１． 半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅または銅を含む合金から成る配線層を備えた半導体装置であって、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置、
２． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、第１項に記載の半導体装置、
３． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、第２項に記載の半導体装置、
４． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層は、前記配線層の半導体基板反対面、及び、前記配線が埋め込まれた絶縁膜の表面を覆っている第１項〜第３項のいずれかに記載の半導体装置、
５． 前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を有する第１項〜第４項のいずれかに記載の半導体装置、
６． 前記絶縁層は、低誘電率層および低誘電率ハードマスク層より構成されるものである第１項〜第５項のいずれかに記載の半導体装置、
７． 半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層を備え、前記配線層上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層と、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層とを有する半導体装置を製造する方法であって、
（１）半導体基板上に形成された絶縁層に、これを貫通して、銅または銅を含む合金により配線層を形成する工程、
（２）少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層を形成する工程、
（３）前記窒素を含有する層上に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料で構成される層を形成する工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、
８． 少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、プラズマＣＶＤ法により、窒素またはアンモニアあるいはこれらを含むガスを用いて、窒素を含有する層を形成するものである第７項に記載の半導体装置の製造方法、
９． 少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、その前処理として加熱または及び還元処理を行うものである第７項または第８項に記載の半導体装置の製造方法、
１０． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、第７項〜第９項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法、
１１． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、第１０項に記載の半導体装置の製造方法、
１２． 前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層は、前記配線層の半導体基板と反対側露出面、あるいは、前記半導体基板と反対側の配線層露出面および絶縁層表面に形成されるものである第７項から第１１項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法、
１３． 前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を形成する工程を有する、第７項〜第１２項のいずれかに記載の半導体装置の製造方法、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線構造における層間接着性が良好で、電気特性に優れる半導体装置を提供でき、半導体の多層配線間における低誘電率化が可能で、配線層における剥離などが低減し、信頼性の高いものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅または銅を含む合金からなる配線層を備えた半導体装置であって、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置であり、このような構造とすることにより、窒素含有層を従来よりも薄く形成することができ、電気特性、特に低誘電率とすることができ、また、後述する製造工程においてはストレスが発生するものとならないことより、層間の接着性などにも優れた多層配線構造を有する半導体装置を得ることができる。
また、その製造方法は（１）半導体基板上に形成された絶縁層に、これを貫通して、銅または銅を含む合金により配線層を形成する工程、（２）少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を形成する工程、（３）前記窒素を含有する層上に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を形成する工程、を有することを特徴とするものであり、トランジスタ等の電子デバイスである半導体基板に絶縁層を作製した後に、配線層を形成するプロセス（いわゆるバックエンドプロセス）によるものである。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法について、一例として図面を用いて説明する。なお、前記絶縁層は、低誘電率層（Ｌｏｗ−ｋ層）および低誘電率ハードマスク層（Ｌｏｗ−ｋハードマスク層）からなる２層により構成される例について説明する。
（１）半導体基板上に形成された絶縁層としてＬｏｗ−ｋ層およびＬｏｗ−ｋハードマスク層に、これを貫通して、配線層を形成する工程について説明する。
まず、シリコンウエハーにトランジスタ等のデバイスが作製された半導体基板を用意し、その上に絶縁層としてＳｉＯ層（１）を形成し、さらにその上に、Ｌｏｗ−ｋ層およびＬｏｗ−ｋハードマスク層を形成し、前記Ｌｏｗ−ｋ層およびＬｏｗ−ｋハードマスク層に配線層を形成するためのフォトレジスト層を形成する（図１）。
【００１３】
さらに、具体的には、Ｍ１配線を形成するため、半導体基板の所定の位置に、Ｌｏｗ−ｋ層（２）を、ＣＶＤ法またはスピンコート法等の方法により製膜をする。
次いで、一般的には、絶縁層としてＬｏｗ−ｋ層上に、Ｌｏｗ−ｋハードマスク層（３）を積層した後に、フォトレジスト層（４）を用いて、ドライエッチングにより、Ｌｏｗ−ｋ層（２）およびＬｏｗ−ｋハードマスク層（３）からなる絶縁層の所定の位置に貫通して、配線溝を加工し、前記配線溝の内面に、ＰＶＤ法により、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮおよびＷＮ等で構成されるバリアメタル層（５）、ＰＶＤ法により銅のシード層（６）、さらには、電界メッキ法により配線層となる銅層（７）を形成する（図２）。
【００１４】
これらのバリアメタル層および銅のシード層は、ＣＶＤ法により製膜することも可能である。
前記バリアメタル層は、必要により２種以上の金属層を積層して用いることができる。
前記銅層は、電界メッキ法による銅層の製膜方法に替えて、ＣＶＤ法により銅層を作製する方法であってもよい。銅層の材質としては、銅以外に、銅を含む合金であってもよく、例えば、アルミニウム、亜鉛、スズ、鉄、コバルト、マンガン、ベリリウム、ニッケル、金、銀およびパラジウムなど金属との合金であってもよい。
【００１５】
その後、ＣＭＰ法により配線部以外の銅層およびバリアメタル層を２段階以上のステップで研磨除去し、平坦化をすることで配線層を作製することができる（図３）。
配線層の微細化に対応するため、配線抵抗上昇を防ぐためのバリアメタル層の薄膜化がなされるが、薄膜の形成においては、ＡＬＤ法等により形成することも可能である。
また、低誘電率に対応するため、Ｌｏｗ−ｋ層としては、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールやフッ素化ポリアリルエーテルなどの有機系絶縁材料や、メチルシルセスキオキサンや水素化シルセウキオキサンなどの有機シロキサンなどの無機系絶縁材料で構成されるＬｏｗ−ｋ材料よりなるものが挙げられ、また、Ｌｏｗ−ｋ層には、空孔が設けられてもよく、そのような空孔を導入した材料を用いる場合、配線溝を加工後に、ポアシーリング等に代表される表面処理をすることもできる。
【００１６】
（２） 次いで、少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層を形成する工程について説明するが、ここでは、絶縁層として、上記で得たＬｏｗ−kハードマスク及び、銅層または銅を含む合金層で構成される配線層の露出表面に、窒素含有層を成膜する例について説明する。なお、本発明においては、配線層および絶縁層の表面に窒素含有層を形成する例を示すが、前記窒素含有層は、前記配線層表面のみに選択的に形成しても良い。
【００１７】
まず、上記で得た絶縁層を貫通して埋め込まれた配線層を備えた半導体基板において、所定の位置に窒素含有層を形成する前に、窒素含有層形成面に前処理を行うのが好ましく、窒素含有層成膜の前処理として、例えば、加熱処理および還元処理が挙げられ、いずれか一方または両方を行うことができる。前記加熱処理としては、例えば、窒素雰囲気下、１００℃〜３００℃で、数分〜数時間加熱することにより、銅や銅を含む合金の結晶構造が安定化される。又、還元処理として、例えば、プラズマ照射を行うことより、銅表面や絶縁膜表面の洗浄を行うことができる。
【００１８】
次に、上記基板のＬｏｗ−kハードマスク（３）及び銅層（７）の露出表面に、窒素含有層（８）を形成する（図４）。
窒素含有層の成膜方法としては、例えば、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、前記配線層の露出表面および絶縁層（Ｌｏｗ−kハードマスク）の所定の位置に、窒素またはアンモニアあるいはこれらを含むガスを用いて成膜する方法が挙げられる。又、成膜方法は、誘導結合型（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：ＩＰＣ）、ヘリコン型（Ｈｅｌｉｃｏｎ）、平行平板型等のプラズマＣＶＤであってもよい。
前記窒素またはアンモニアを含むガスとしては、Ｓｉ、ＣおよびＮより選ばれる原子で構成される原料化合物の混合ガスが挙げられる。そのような原料化合物としては、まず、ＳｉおよびＮで構成される化合物として、ＳｉＮが挙げられ、Ｓｉ、ＣおよびＮで構成される化合物として、ＳｉＣＮが挙げられる。この場合の構成原子数の比は、好ましくはＳｉ原子に対するＣ原子の数の比が０．２〜０．８であり、かつＳｉ原子の数に対するＮ原子の数の比が０．１５〜１であるが、これに限られるものではない。
また、Ｎで構成される原料化合物としては、Ｎ2、ＮＨ3、ＮＦ3、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ4、ＮＯおよびＮ3Ｈ8などが挙げられ、Ｃで構成される原料化合物としては、Ｃ2Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8およびＣ2Ｈ4などが挙げられ、Ｓｉで構成される原料化合物としては、ＳｉＨ4が挙げられ、Ｓｉ及びＣで構成される原料化合物としては、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およびトリメトキシメチルシランＳｉ（ＣＨ3）（ＯＣＨ3）3などが挙げられるが、これに限られるものではない。さらに、これらを単体で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、ＳｉＮまたはＳｉＣＮで構成されるものが好ましい。
本発明においては、上記窒素含有層の厚みを薄くすることができ、窒素含有層の厚みとしては、１〜３０ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
（３） 次いで、上記で得られた窒素含有層上を、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を形成する工程について、説明する。
この工程において、上記で形成した窒素含有層（８）の表面に、有機絶縁材料層（９）を形成して、半導体基板上に形成された絶縁層としてＬｏｗ−ｋ層（２）およびＬｏｗ−ｋハードマスク（３）を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層である銅層（７）を備え、前記銅層（７）上部に銅の拡散防止能を有する窒素含有層（８）と、前記銅の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層（９）とを有する半導体装置を得ることができる（図４）。
前記有機絶縁材料で構成される層は、低誘電率の有機系絶縁材料から成り、かつ銅または銅を含む合金の拡散防止能を有するもので構成されるものであることが好ましく、その形成方法としては、例えば、雰囲気を真空状態として、有機絶縁材料を構成するモノマー等の原料を気化させて、これを所定の位置に堆積させてプラズマ重合して作製する方法、有機絶縁材料を構成するモノマー、オリゴマーまたはポリマーを、有機溶媒などの溶剤に溶解し、スピンコート等により製膜し、加熱処理することにより得る方法などを挙げることができる。また、その膜厚としては、５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
前記有機系絶縁材料としては、銅または銅を含む合金の拡散防止能を有するものであれば、特に制限されないが、窒素原子を含むものが好ましく、例えば、ポリベンゾオキサゾールおよびポリベンズイミダゾールなどが挙げられ、これらの中でも、耐熱性の上で、特にポリベンゾオキサゾールが好ましい。これらの樹脂は、その前駆体を用いて製膜した後、環化して樹脂としても良いし、予め環化して樹脂としたものを成膜しても良い。
【００２１】
本発明において、ポリベンゾオキサゾール樹脂およびポリベンズイミダゾール樹脂などの有機系絶縁材料を有機溶媒に溶解して用いる場合、これらの樹脂または樹脂前駆体を、スピンコート等により製膜するための有機溶媒としては、用いる溶質の構造により、それぞれ異なるが、例えば、炭酸プロピレン、ジアセトンアルコール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコール１−モノ−ｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−１，３−ブチレングリコールアセテート、１，３−ブチレングリコール−３−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−３−メトキシプロピオネート、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、ベンゼン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、トルエン、キシレンおよびメシチレン等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上を混合して用いることができる。
【００２２】
本発明で用いる絶縁膜用材料には、必要に応じて、各種添加剤として、界面活性剤、シラン系に代表されるカップリング剤、酸素ラジカルやイオウラジカルを加熱により発生するラジカル開始剤等を添加することも可能である。
【００２３】
このように、図１〜図４を用いて説明した製造方法により、半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層を備え、前記配線層上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層と、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層とを有する半導体装置を得ることができるが、これらの工程を繰り返すことにより、配線層を多層とした多層配線構造を有する半導体装置を得ることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例で作製した膜を、下記の方法により、比誘電率、Ｃｕ拡散性を測定した。
（１）比誘電率
低抵抗（０．０１Ωｃｍ以下）のＰ型Ｓｉ基板上に製膜した有機絶縁材料膜を、ＳＳＭ４９５（ＳＳＭ社製）Ｈｇプローブにより測定をした。
（２）Ｃｕ拡散性
低抵抗（０．０１Ωｃｍ以下）のＰ型Ｓｉ基板上に製膜した有機絶縁材料膜上に、Ｃｕ層を、メタルマスクを用いて、直径１ｍｍのパッドを真空蒸着により作製し、温度２００℃で任意の電界を印加して、１×１０-2（Ａ）の大電流が流れるまでの時間を測定する事により得た。
【００２５】
［有機絶縁材料塗布液の製造例］
製造例１
窒素ガスフロー下で、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン３６．６ｇ（０．１ｍｏｌ）を、乾燥したＮ−メチル−２−ピロリドン２００ｇに溶解し、ピリジン１７．４ｇ（０．２２ｍｏｌ）を添加した後、−１５℃に冷却し、イソフタル酸ジクロリドを、少しずつ添加した。滴下終了後、−１５℃で、１時間撹拌後、室温まで戻し、室温で５時間撹拌した。その後、反応液を、蒸留水４リットルに、小さな液滴で滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体を得た。得られたポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体の数平均分子量（Ｍｎ）を、東ソー株式会社製ＧＰＣを用いて、ポリスチレン換算で求めたところ、１９，０００であった。
このポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体３ｇを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン１００ｇに溶解し、５０ｎｍのフィルターでろ過して、コーティング用の塗布液を得た。
【００２６】
製造例２
製造例１において、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン３６．６ｇ（０．１ｍｏｌ）の代わりに、３，３’，４，４’−テトラアミノビフェニル）を用いた以外は、全て製造例１と同様にして、ポリベンズイミダゾール樹脂前駆体を得た。この樹脂の数平均分子量（Ｍｎ）を、東ソー株式会社製ＧＰＣを用いて、ポリスチレン換算で求めたところ、１６，０００であった。このポリベンズイミダゾール前駆体樹脂を用いて、製造例１と同様にして塗布膜を調製した。
【００２７】
（実施例１）
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、トリメチルシランガス、窒素ガス、メタンガスを用いて、膜厚５ｎｍになるようにＳｉＣＮ層の成膜を行った。
次いで、製造例１で得た塗布液を、上記ＳｉＣＮ層が形成された基板上に、スピンコーターを用いて、５００ｒｐｍ／５秒、１２００ｒｐｍ３０秒回転塗布し、１００℃ホットプレート上で１分、２００℃ホットプレート上で３０秒乾燥し、窒素を３０Ｌ／分フローの電気炉中で、４００℃／１時間加熱して、膜厚１００ｎｍの有機絶縁材料層を得た。
【００２８】
実施例２
実施例１においてＳｉＣＮ層の膜厚を１０ｎｍとする以外は、同様の方法により、塗布膜を得た。
【００２９】
実施例３
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、シランガスおよび窒素ガスを用いて、膜厚５ｎｍになるようにＳｉＮ層の製膜を行った。
上記ＳｉＮ層が形成された基板上に、製造例１で得た塗布液を用いて、実施例１と同様にして有機絶縁材料層を得た。
【００３０】
実施例４
製造例２で得た塗布液を用いて、実施例１と同様にして得たＳｉＣＮ層が形成された基板上に、実施例１と同様の方法により、有機絶縁材料層を得た。
【００３１】
比較例１
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、シランガスおよび窒素ガスを用いて膜厚１０５ｎｍになるようにＳｉCＮ層の製膜を行った。
【００３２】
比較例２
シリコン基板上に形成された絶縁膜の配線層形成位置に、Ｃｕ層からなる配線層をＰＶＤ法により作製し、その基板の配線層および絶縁膜の上にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、シランガスおよび窒素ガスを用いて膜厚１０ｎｍになるようにＳｉCＮ層の製膜を行った。
【００３３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態による配線構造の製造方法の例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による配線構造の製造方法の例を示す断面図である（図１の続き）。
【図３】本発明の実施形態による配線構造の製造方法の例を示す断面図である（図１の続き）。
【図４】本発明の配線構造の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ ＳｉＯ
２ Ｌｏｗ−ｋ層
３ Ｌｏｗ−ｋハードマスク層
４ フォトレジスト層
５ バリアメタル層
６ シード層
７ 銅層
８ 窒素含有層
９ 有機絶縁材料層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅または銅を含む合金から成る配線層を備えた半導体装置であって、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層は、前記配線層の半導体基板反対面、及び、前記配線が埋め込まれた絶縁膜の表面を覆っている請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を有する請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁層は、低誘電率層および低誘電率ハードマスク層より構成されるものである請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層を備え、前記配線層上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層と、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層とを有する半導体装置を製造する方法であって、
（１）半導体基板上に形成された絶縁層に、これを貫通して、銅または銅を含む合金により配線層を形成する工程、
（２）少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層を形成する工程、
（３）前記窒素を含有する層上に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料で構成される層を形成する工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、プラズマＣＶＤ法により、窒素またはアンモニアあるいはこれらを含むガスを用いて、窒素を含有する層を形成するものである請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、その前処理として加熱または及び還元処理を行うものである請求項７または８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、請求項７〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層は、前記配線層の半導体基板と反対側露出面、あるいは、前記半導体基板と反対側の配線層露出面および絶縁層表面に形成されるものである請求項７から１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を形成する工程を有する、請求項７〜１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた銅または銅を含む合金から成る配線層を備えた半導体装置であって、少なくとも配線層の上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層を有し、さらにその上に、配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層は、前記配線層の半導体基板反対面、及び、前記配線が埋め込まれた絶縁膜の表面を覆っている請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を有する請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁層は、低誘電率層および低誘電率ハードマスク層より構成されるものである請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体基板上に形成された絶縁層を有し、前記絶縁層にこれを貫通して埋め込まれた配線層を備え、前記配線層上部に配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素含有層と、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機絶縁材料で構成される層とを有する半導体装置を製造する方法であって、
（１）半導体基板上に形成された絶縁層に、これを貫通して、銅または銅を含む合金により配線層を形成する工程、
（２）少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層を形成する工程、
（３）前記窒素を含有する層上に、前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料で構成される層を形成する工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、プラズマＣＶＤ法により、窒素またはアンモニアあるいはこれらを含むガスを用いて、窒素を含有する層を形成するものである請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
少なくとも前記配線層の半導体基板と反対側表面に窒素を含有する層を形成する工程において、その前処理として加熱または及び還元処理を行うものである請求項７または８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、Ｎ原子を含む有機系絶縁材料である、請求項７〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する有機系絶縁材料は、ポリベンゾオキサゾールを含むものである、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記配線層を構成する銅または銅を含む合金の拡散防止能を有する窒素を含有する層は、前記配線層の半導体基板と反対側露出面、あるいは、前記半導体基板と反対側の配線層露出面および絶縁層表面に形成されるものである請求項７から１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記配線層と絶縁層の間に、バリアメタルおよび／またはシード層を形成する工程を有する、請求項７〜１２のいずれかに記載の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２００７−８１１６２（Ｐ２００７−８１１６２Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６７５７２（Ｐ２００５−２６７５７２）
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１４日（２００５．９．１４）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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