半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】 大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線を備えた半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 銅配線層３０と、銅配線層３０に比べ酸素による腐食の少ないアルミ配線層３２を銅配線層３０の上に形成した積層構造の配線層３３を形成する。したがって、配線層３３が銅配線層３０を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。また、配線層３３形成後に配線層３３が露出した状態で酸素を含む雰囲気中における処理を行なう場合でも、配線層３３が腐食されにくい。すなわち、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線層３３を得ることができる。
【解決手段】 銅配線層３０と、銅配線層３０に比べ酸素による腐食の少ないアルミ配線層３２を銅配線層３０の上に形成した積層構造の配線層３３を形成する。したがって、配線層３３が銅配線層３０を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。また、配線層３３形成後に配線層３３が露出した状態で酸素を含む雰囲気中における処理を行なう場合でも、配線層３３が腐食されにくい。すなわち、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線層３３を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置の内部配線を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩチップの内部配線としてアルミ配線が用いられている。アルミニウム（Ａl）は、比較的低温で金（Ａu）との間で合金を形成することができるため、金ワイヤをボンディングする際の信頼性が高い。しかし、アルミ配線はエレクトロマイグレーションによる断線が生じやすいことから、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が低い。
【０００３】
このため、ＬＳＩチップ内部の配線として銅や銅合金を用いた技術が提案されている。配線として銅や銅合金を用いれば、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難いので、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【０００４】
図７Ａから図８Ｂに、配線として銅を用いた場合の従来の製造工程の一部を示す。まず、図７Ａに示すように、層間膜２の上部に配線溝２ａを設け、この上に窒化チタン（ＴiＮ）等により構成されたバリアメタル層４と銅配線層６を、この順に形成する。つぎに、図７Ｂに示すように、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等を用いて、バリアメタル層４と銅配線層６のうち不要部分を除去することにより、配線８を形成する。
【０００５】
つぎに、銅配線層６の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう。この後、図７Ｃに示すように、この上にパッシベーション膜１０を形成する。
【０００６】
つぎに、図８Ａに示すように、パッシベーション膜１０上に所定形状のレジスト１２を形成し、レジスト１２をマスクとして、エッチングを行なうことにより、配線８の一部表面をパッド部８ａとして露出させる。つぎに、アッシング処理によりレジスト１２を除去した後、図８Ｂに示すように、パッド部８ａに、ワイヤ１４をボンディングする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、銅や銅合金を用いた配線を製造する方法には、次のような問題がある。上述のアニール処理や水素を用いた加熱処理は、不活性ガス雰囲気中で行なわれるが、実際には若干の酸素を巻き込んでしまう。一方、銅や銅合金は、アルミニウムに比べ、酸素等により腐食されやすい。このため、銅配線層６が露出した状態（図７Ｂ参照）で行なわれる上述の低温熱処理において、露出した銅配線層６が酸素により腐食され、最悪の場合、配線の切断に至る。
【０００８】
さらに、上述のアッシング処理は酸素プラズマを用いて行なわれるため、レジスト１２をアッシングにより除去する際、露出したパッド部８ａ（図８Ａ参照）が酸素により腐食されてしまう。
【０００９】
すなわち、従来の銅や銅合金を用いた配線を製造する方法には、配線を腐食させ配線の信頼性を低下させるという問題点があった。
【００１０】
この発明は、このような問題点を解決し、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線を備えた半導体装置およびそ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】
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置の製造方法であって、第１配線層を有する第１層間絶縁膜上に、一度の連続したプロセスにて第２層間絶縁膜を形成する工程と、第２層間絶縁膜の上部に、配線用凹部を第１層間絶縁膜に達しないように設ける工程と、配線用凹部の底部に、第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するためのコンタクトホールを設ける工程と、配線用凹部およびコンタクトホール上に第２配線層を設ける工程と、第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程とを有する構成である。
【００１２】
また、上記構成において、第２配線層を設ける工程の前に、配線用凹部およびコンタクトホール上にバリアメタル層を設ける工程を有し、第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程においては、バリアメタル層が露出するまで第２配線層をＣＭＰ法にて研磨し、さらにその後に、配線用凹部を設ける工程にて用いたパターンを反転したパターンのフォトレジストを用いて、第２層間絶縁膜上に残存するバリアメタル層を除去する工程を有する構成であってもよい。
【００１３】
本発明の半導体装置は、層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層とを有する構成である。
【００１４】
または、本発明の半導体装置は、層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層と、第２層間絶縁膜および第２配線層上のパッシベーション膜と、パッシベーション膜の開口部において第２配線層上に設けた導電層からなるパッド部とを有する構成である。
【００１５】
また、上記構成において、第２配線層上を実質的に覆うように導電層が設けられ、開口部から露出する導電層がパッド部となっていてもよい。
【００１６】
また、上記構成において、銅合金が、マグネシウムの比率を約１パーセントから約５パーセント程度とした銅・マグネシウム合金であってもよい。
【００１７】
また、上記構成において、導電層が、アルミニウム、シリコン比率が約０．５パーセントから約２パーセント程度のアルミニウム・シリコン合金、シリコン比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度で銅比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度のアルミニウム・シリコン・銅合金、または銅比率が約０．５パーセントから約３パーセント程度のアルミニウム・銅合金を含んでいてもよい。
【００１８】
また、本発明の構成は、以下のようなものであってもよい。
【００１９】
例えば、変形例１として、半導体装置の製造方法が、銅を含む第１の導電体層を形成するとともに、第１の導電体層に比べ銅腐食性物質を含む雰囲気中における腐食の少ない第２の導電体層を第１の導電体層の上に形成することにより、第１の導電体層と、第１の導電体層を実質的に覆う第２の導電体層と、を備えた積層構造の配線層を形成する構成であってもよい。
【００２０】
配線層が銅を含む第１の導電体層を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、第１の導電体層に比べ銅腐食性物質による腐食の少ない第２の導電体層を第１の導電体層の上に形成した積層構造の配線層を形成するようにしたので、配線層形成後に配線層が露出した状態で銅腐食性物質を含む雰囲気中における処理を行なう場合でも、配線層が腐食されにくい。大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線を得ることができる。
【００２２】
変形例２として、変形例１において、絶縁膜を形成する工程と、エッチングにより絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程と、配線用凹部内に所定パターンの第１の導電体層を形成する工程と、所定パターンに形成された第１の導電体層および絶縁膜上に、第２の導電体層を形成する工程と、エッチングにより第２の導電体層を所定パターンに形成する工程とを備え、エッチングにより第２の導電体層を所定パターンに形成する工程に用いるマスクとして、エッチングにより絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程に用いたマスクを反転したパターンのマスクを用いてもよい。
【００２３】
ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法を用いて配線層を形成することで、異方性エッチングが困難な銅を含む配線層を微細加工することが可能となる。また、第２の導電体層を所定パターンに形成する工程に用いるマスクとして、絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程に用いたマスクを反転したパターンのマスクを用いることで、容易かつ完全に第１の導電体層を実質的に覆う第２の導電体層を形成することができる。
【００２４】
変形例３として、変形例１において、絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程と、配線用凹部を含む絶縁膜上にバリアメタル層を形成する工程と、バリアメタル層の上に、第１の導電体層を形成する工程と、配線用凹部以外の部分のバリアメタル層が露出するまで第１の導電体層を研磨により除去することで、第１の導電体層を所定パターンに形成する工程と、所定パターンに形成された第１の導電体層および露出したバリアメタル層上に、第２の導電体層を形成する工程と、第２の導電体層および露出したバリアメタル層を所定パターンに形成する工程とを備えてもよい。
【００２５】
銅を含む第１の導電体層と絶縁膜との間にバリアメタル層を形成することにより、銅が絶縁層に拡散するのを防止することができる。
【００２６】
また、研磨により所定パターンの第１の導電体層を形成する工程においては、第１の導電体層に比し研磨し難いバリアメタル層を研磨することなく放置し、その後、第２の導電体層を所定パターンに形成する際、同時にバリアメタル層を所定パターンに形成するようにしたので、研磨により所定パターンの第１の導電体層を形成する工程において、第１の導電体層にディッシングが生ずることが少なくなる。したがって、より均一な厚さの配線層を得ることができる。すなわち、配線層に含まれる銅が絶縁層に拡散するのを防止することができ、かつ、ディッシングの生じにくいより均一な厚さの配線層を得ることができる。
【００２７】
変形例４として、上述の変形例において、銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理は、配線層が露出した状態における低温加熱処理であってもよい。たとえば、第１の配線層の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう場合、第１の配線層は第２の配線層に覆われているため、巻き込まれた酸素により第１の配線層が腐食されることはない。
【００２８】
変形例５として、変形例１から３のいずれかにおいて、銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理は、配線層が露出した状態におけるフォトレジストの灰化処理であってもよい。たとえば、配線層のうち外部配線のためのパッド部を露出させる工程等に用いるフォトレジストを酸素プラズマを用いて灰化処理するような場合であっても、第１の配線層は第２の配線層に覆われているため、酸素により第１の配線層が腐食されることはない。
【００２９】
また、変形例６として、上述の変形例において、第２の導電体層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層であってもよい。第１の導電体層に比べ金との合金化が容易なアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層で第１の導電体層を覆う積層構造の配線層を形成するようにしたので、配線層のうち外部配線のためのパッド部において、金（Ａu）ワイヤを容易かつ確実に接続することができる。
【００３０】
変形例７の半導体装置は、配線層を、銅または実質的にアルミニウムを含まない銅合金により構成された第１の導電体層と、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され第１の導電体層を実質的に覆うように配置された第２の導電体層と、を備えた積層構造であってもよい。配線層が、銅または実質的にアルミニウムを含まない銅合金により構成された第１の導電体層を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。また、第１の導電体層に比し耐湿性や耐食性に優れるアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された第２の導電体層で第１の導電体層を実質的に覆うようにしたので、配線層自体の耐湿性や耐食性が高い。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明の構成によれば、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、耐湿性や耐食性の高い半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図６にこの発明の一実施形態による半導体装置１８の断面構成の一部を示す。半導体装置１８は、絶縁膜である層間膜２４上部に形成された配線層３３を備えている。配線層３３は、バリアメタル層２８、第１の導電体層である銅配線層３０、別のバリアメタル層３１および第２の導電体層であるアルミ配線層３２を備えている。
【００３３】
銅配線層３０は、銅または実質的にアルミニウムを含まない銅合金、たとえば、銅・マグネシウム（Ｃu−Ｍg）合金等により構成され、層間膜２４上部に形成された配線用凹部２４ａ内に、バリアメタル層２８を介して形成されている。
【００３４】
銅・マグネシウム（Ｃu−Ｍg）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、マグネシウムの比率を、約１パーセント程度ないし約５パーセント程度にするとよい。
【００３５】
銅配線層３０およびバリアメタル層２８の上面を覆うように、バリアメタル層３１を介して、アルミ配線層３２が形成されている。アルミ配線層３２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、たとえば、アルミニウム・シリコン（Ａl−Ｓi）合金、アルミニウム・シリコン・銅（Ａl−Ｓi−Ｃu）合金、アルミニウム・銅（Ａl−Ｃu）合金等により構成されている。
【００３６】
アルミニウム・シリコン（Ａl−Ｓi）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、シリコンの比率を、約０．５パーセント程度ないし約２パーセント程度にするとよい。
【００３７】
また、アルミニウム・シリコン・銅（Ａl−Ｓi−Ｃu）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、シリコンの比率を、約０．５パーセント程度ないし約１．５パーセント程度とし、銅の比率を、約０．５パーセント程度ないし約１．５パーセント程度にするとよい。
【００３８】
また、アルミニウム・銅（Ａl−Ｃu）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、銅の比率を、約０．５パーセント程度ないし約３パーセント程度にするとよい。
【００３９】
配線層３３および層間膜２４を覆うように、パッシベーション膜３６が形成されている。パッシベーション膜３６には、配線層３３のパッド部３３ａに到達する開口３６ａが設けられている。パッド部３３ａには、金（Ａu）で構成されたワイヤ４０が接続されている。
【００４０】
なお、層間膜２４の下部には、別の層間膜２０が形成されており、層間膜２０の上部には、別の配線層２２が形成されている。配線層２２と配線層３３とは、コンタクトホール２４ｂを介して接続されている。
【００４１】
このように、半導体装置１８は、配線層３３を、銅配線層３０と、銅配線層３０を実質的に覆うように配置されたアルミ配線層３２とを備えた積層構造としている。
【００４２】
したがって、配線層３３が銅配線層３０を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、銅配線層３０に比し耐湿性や耐食性に優れるアルミ配線層３２で銅配線層３０を実質的に覆うようにしたので、配線層３３自体の耐湿性や耐食性が高い。つまり、図６のように、パッド部３３ａが露出しているにも拘らず、耐湿性や耐食性を確保することができる。
【００４４】
すなわち、この半導体装置１８は、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、耐湿性や耐食性が高い。
【００４５】
図１Ａないし図５Ｂは、半導体装置１８を製造する方法を説明するための断面図である。図１Ａないし図５Ｂおよび図６に基づいて、半導体装置１８の製造方法を説明する。
【００４６】
図１Ａに示すように、まず、半導体基板（図示せず）に設けられた層間膜２０の上部に配線層２２を形成したものを用意する。配線層２２は、どのようにして形成してもよいが、たとえば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等を用いて形成する。配線層２２の材質は特に限定しないが、たとえば、下面および側面をバリアメタル層で覆った銅または銅合金の層により構成することができる。
【００４７】
つぎに、この上に層間膜２４を形成する。層間膜２４は、たとえば、シリコン酸化物をＣＶＤ法（化学的気相成長法）等を用いて堆積させることにより形成する。
【００４８】
つぎに、図１Ｂに示すように、層間膜２４の上部に配線用凹部２４ａを形成する。配線用凹部２４ａを形成するには、層間膜２４の上部に所定形状のフォトレジスト２６を形成し、フォトレジスト２６をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行なえばよい。
【００４９】
その後、フォトレジスト２６を除去し、別のフォトレジスト（図示せず）を用いて、図２Ａに示すように、コンタクトホール２４ｂを形成する。
【００５０】
つぎに、この上に、図２Ｂに示すように、バリアメタル層２８を形成する。バリアメタル層２８の材質は特に限定するものではないが、たとえば、窒化チタン（ＴiＮ）、窒化タンタル（ＴaＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）等を用いればよい。また、バリアメタル層２８の形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、スパッタリング法や、ＣＶＤ法を用いればよい。
【００５１】
つぎに、バリアメタル層２８の上に、図３Ａに示すように、銅配線層３０を形成する。銅配線層３０の形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、めっき法や、ＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【００５２】
このように、銅配線層３０（銅を含む第１の導電体層）と層間膜２４（絶縁膜）との間にバリアメタル層２８を形成することで、銅配線層３０の銅が層間膜２４に拡散するのを防止することができ、好都合である。
【００５３】
つぎに、ＣＭＰ法を用いて、銅配線層３０を上から研磨する。研磨は、図３Ｂに示すように、配線用凹部２４ａ以外の部分に形成されたバリアメタル層２８の上面が露出した時点で終了する。この研磨工程によって、銅配線層３０が所定形状にパタニングされる。
【００５４】
つぎに、図４Ａに示すように、この上に、別のバリアメタル層３１およびアルミ配線層３２をこの順に重ねて形成する。バリアメタル層３１の材質および形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、前述のバリアメタル層２８の材質と同様の材質を用い、バリアメタル層２８と同様の形成方法を用いて形成することができる。また、アルミ配線層３２の形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、スパッタリング法等を用いて形成する。
【００５５】
このように、銅配線層３０（銅を含む第１の導電体層）とアルミ配線層３２（第２の導電体層）との間にバリアメタル層３１を形成することで、銅配線層３０の銅とアルミ配線層３２のアルミニウムとの相互接触による合金化を防止することができ、好都合である。
【００５６】
つぎに、図４Ｂに示すように、アルミ配線層３２、バリアメタル層３１およびバリアメタル層２８を所定形状にパタニングする。アルミ配線層３２、バリアメタル層３１およびバリアメタル層２８を所定形状にパタニングするには、アルミ配線層３２の上部に所定形状のフォトレジスト３４を形成し、フォトレジスト３４をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行なえばよい。このフォトレジスト３４は、前述の配線用凹部２４ａを形成する際に用いたフォトレジスト２６（図１Ｂ参照）を反転したパターンのフォトレジストである。
【００５７】
このようにして、バリアメタル層２８、銅配線層３０、バリアメタル層３１、アルミ配線層３２をこの順に積層した構造の配線層３３が形成される。
【００５８】
配線層３３を形成した後、銅配線層３０の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう。これらの処理は不活性ガス雰囲気中で行なわれるが、実際には、銅腐食性物質である酸素を若干巻き込んでしまう。
【００５９】
つぎに、図５Ａに示すように、配線層３３および層間膜２４を覆うようにパッシベーション膜３６を形成する。パッシベーション膜３６の材質は特に限定されるものではないが、たとえば、シリコン窒化膜等を用いればよい。また、パッシベーション膜３６の形成方法は特に限定されるものではないが、たとえば、ＣＶＤ法等を用いることができる。
【００６０】
つぎに、図５Ｂに示すように、パッシベーション膜３６上に所定形状のフォトレジスト３８を形成し、フォトレジスト３８をマスクとして、ＲＩＥを行なうことにより、パッシベーション膜３６に開口３６ａを設ける。これにより、配線層３３の一部表面が露出する。この露出した部分がパッド部３３ａである。
【００６１】
つぎに、アッシング処理（灰化処理）によりレジスト３８を除去する。アッシング処理は、酸素プラズマを用いて行なう。
【００６２】
つぎに、図６に示すように、パッド部３３ａに、ワイヤ４０をボンディングする。このようにして、半導体装置１８を製造する。
【００６３】
このように、この製造方法においては、銅配線層３０を形成するとともに、銅配線層３０に比べ酸素による腐食の少ないアルミ配線層３２を銅配線層３０の上に形成することにより、銅配線層３０と、この銅配線層３０を実質的に覆うアルミ配線層３２と、を備えた積層構造の配線層３３を形成するようにしている。
【００６４】
したがって、配線層３３が銅配線層３０を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【００６５】
また、銅配線層３０に比べ酸素による腐食の少ないアルミ配線層３２を銅配線層３０の上に形成した積層構造の配線層３３を形成するようにしたので、配線層３３形成後に配線層３３が露出した状態で酸素を含む雰囲気中における処理を行なう場合でも、配線層３３が腐食されにくい。
【００６６】
すなわち、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線層３３を得ることができる。
【００６７】
また、この製造方法においては、層間膜２４を形成する工程と、エッチングにより層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程と、配線用凹部２４ａ内に所定パターンの銅配線層３０を形成する工程と、所定パターンに形成された銅配線層３０および層間膜２４上に、アルミ配線層３２を形成する工程と、エッチングによりアルミ配線層３２を所定パターンに形成する工程とを備え、エッチングによりアルミ配線層３２を所定パターンに形成する工程に用いるフォトレジスト３４として、エッチングにより層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程に用いたフォトレジスト２６を反転したパターンのフォトレジストを用いるようにしている。
【００６８】
すなわち、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法を用いて配線層３３を形成することで、異方性エッチングが困難な銅を含む配線層３３を微細加工することが可能となる。
【００６９】
また、アルミ配線層３２を所定パターンに形成する工程に用いるフォトレジスト３４として、層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程に用いたフォトレジスト２６を反転したパターンのフォトレジストを用いることで、容易かつ完全に銅配線層３０を実質的に覆うアルミ配線層３２を形成することができる。
【００７０】
また、この製造方法においては、層間膜２４を形成する工程と、層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程と、配線用凹部２４ａを含む層間膜２４上にバリアメタル層２８を形成する工程と、バリアメタル層２８の上に、銅配線層３０を形成する工程と、配線用凹部２４ａ以外の部分のバリアメタル層２８が露出するまで銅配線層３０を研磨により除去することで、銅配線層３０を所定パターンに形成する工程と、所定パターンに形成された銅配線層３０および露出したバリアメタル層２８上に、アルミ配線層３２を形成する工程と、アルミ配線層３２および露出したバリアメタル層２８を所定パターンに形成する工程とを備えている。
【００７１】
したがって、銅配線層３０と層間膜２４との間にバリアメタル層２８形成することにより、銅配線層３０に含まれる銅が層間膜２４に拡散するのを防止することができる。
【００７２】
また、研磨により所定パターンの銅配線層３０を形成する工程においては、銅配線層３０に比し研磨し難いバリアメタル層２８を研磨することなく放置し、その後、アルミ配線層３２を所定パターンに形成する際、同時にバリアメタル層２８を所定パターンに形成するようにしたので、研磨により所定パターンの銅配線層３０を形成する工程において、銅配線層３０にディッシングが生ずることが少なくなる。したがって、より均一な厚さの配線層３３を得ることができる。
【００７３】
すなわち、配線層３３に含まれる銅が層間膜２４に拡散するのを防止することができ、かつ、ディッシングの生じにくいより均一な厚さの配線層３３を得ることができる。
【００７４】
ちなみに、従来の製造方法によれば、図７Ｂに示すように、ＣＭＰ法を用いて、バリアメタル層４と銅配線層６の不要部分を同時に除去している。上述のように、バリアメタル層４に比し銅配線層６の方が研磨されやすいので、このような従来の方法では、銅配線層６の上部にディッシング（さら状の凹部）６ａが生じてしまう。特に、パッド部８ａのように配線の投影面積が大きい部分では、ディッシングが深くなる。このため、配線８の厚さがかなり薄い部分が生じ、配線の信頼性が低下する等の不都合が生ずることとなる。
【００７５】
また、本実施形態による製造方法においては、酸素を含む雰囲気中で行なう処理として、配線層３３が露出した状態における低温加熱処理が含まれる。
【００７６】
したがって、銅配線層３０の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう場合、銅配線層３０はアルミ配線層３２に覆われているため、このような処理の際に巻き込まれた酸素により銅配線層３０が腐食されることはない。
【００７７】
また、この製造方法においては、酸素を含む雰囲気中で行なう処理として、配線層３３が露出した状態におけるフォトレジストのアッシング処理が含まれる。
【００７８】
したがって、外部配線であるワイヤ４０をボンディングするためのパッド部３３ａを露出させる工程等に用いるフォトレジスト３８を酸素プラズマを用いてアッシング処理するような場合であっても、銅配線層３０はアルミ配線層３２に覆われているため、露出した銅配線層３０が酸素により腐食されることはない。
【００７９】
また、この製造方法においては、アルミ配線層３２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されている。
【００８０】
したがって、銅配線層３０に比べ金（Ａu）との合金化が容易なアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されたアルミ配線層３２で銅配線層３０を覆う積層構造の配線層３３を形成するようにしたので、パッド部３３ａにおいて、金（Ａu）により構成されたワイヤ４０を容易かつ確実にボンディングすることができる。
【００８１】
なお、上述の実施形態においては、銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理として、低温加熱処理やフォトレジストの灰化処理を例示したが、この発明における銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理は、これに限定されるものではない。
【００８２】
また、上述の実施形態においては、バリアメタル層２８およびバリアメタル層３１を持つ配線層について説明したが、この発明は、バリアメタル層２８およびバリアメタル層３１のいずれか一方または双方を持たない配線層にも適用することができる。
【００８３】
また、上述の実施形態においては、第２の導電体層として、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層を例に説明したが、第２の導電体層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層に限定されるものではない。第２の導電体層は、要は、第１の導電体層に比べ銅腐食性物質を含む雰囲気中における腐食の少ない導電体層であればよい。
【００８４】
また、上述の実施形態においては、銅腐食性物質として酸素を例示したが、銅腐食性物質は、酸素に限定されるものではない。
【００８５】
また、上述の実施形態においては、ＣＭＰ法を用いて配線層を形成する場合を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。ＣＭＰ法以外の方法を用いて配線層を形成する場合にも、この発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１Ａないし図１Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】図２Ａないし図２Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】図３Ａないし図３Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図４Ａないし図４Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図５Ａないし図５Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の一実施形態による半導体装置１８の断面構成の一部を示す図面である。
【図７】図７Ａないし図７Ｃは、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図８Ａないし図８Ｂは、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
２０・・・・・層間膜（第１層間絶縁膜）
２２・・・・・配線層（第１配線層）
２４・・・・・層間膜（第２層間絶縁膜）
２４ａ・・・・・配線用凹部
２４ｂ・・・・・コンタクトホール
２８・・・・・バリアメタル層
３０・・・・・銅配線層（第２配線層）
３１・・・・・バリアメタル層（導電層）
３２・・・・・アルミ配線層（導電層）
３３ａ・・・・・パッド部
３６・・・・・パッシベーション膜
３６ａ・・・・・開口（開口部）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置の内部配線を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩチップの内部配線としてアルミ配線が用いられている。アルミニウム（Ａl）は、比較的低温で金（Ａu）との間で合金を形成することができるため、金ワイヤをボンディングする際の信頼性が高い。しかし、アルミ配線はエレクトロマイグレーションによる断線が生じやすいことから、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が低い。
【０００３】
このため、ＬＳＩチップ内部の配線として銅や銅合金を用いた技術が提案されている。配線として銅や銅合金を用いれば、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難いので、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【０００４】
図７Ａから図８Ｂに、配線として銅を用いた場合の従来の製造工程の一部を示す。まず、図７Ａに示すように、層間膜２の上部に配線溝２ａを設け、この上に窒化チタン（ＴiＮ）等により構成されたバリアメタル層４と銅配線層６を、この順に形成する。つぎに、図７Ｂに示すように、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等を用いて、バリアメタル層４と銅配線層６のうち不要部分を除去することにより、配線８を形成する。
【０００５】
つぎに、銅配線層６の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう。この後、図７Ｃに示すように、この上にパッシベーション膜１０を形成する。
【０００６】
つぎに、図８Ａに示すように、パッシベーション膜１０上に所定形状のレジスト１２を形成し、レジスト１２をマスクとして、エッチングを行なうことにより、配線８の一部表面をパッド部８ａとして露出させる。つぎに、アッシング処理によりレジスト１２を除去した後、図８Ｂに示すように、パッド部８ａに、ワイヤ１４をボンディングする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、銅や銅合金を用いた配線を製造する方法には、次のような問題がある。上述のアニール処理や水素を用いた加熱処理は、不活性ガス雰囲気中で行なわれるが、実際には若干の酸素を巻き込んでしまう。一方、銅や銅合金は、アルミニウムに比べ、酸素等により腐食されやすい。このため、銅配線層６が露出した状態（図７Ｂ参照）で行なわれる上述の低温熱処理において、露出した銅配線層６が酸素により腐食され、最悪の場合、配線の切断に至る。
【０００８】
さらに、上述のアッシング処理は酸素プラズマを用いて行なわれるため、レジスト１２をアッシングにより除去する際、露出したパッド部８ａ（図８Ａ参照）が酸素により腐食されてしまう。
【０００９】
すなわち、従来の銅や銅合金を用いた配線を製造する方法には、配線を腐食させ配線の信頼性を低下させるという問題点があった。
【００１０】
この発明は、このような問題点を解決し、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線を備えた半導体装置およびそ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】
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置の製造方法であって、第１配線層を有する第１層間絶縁膜上に、一度の連続したプロセスにて第２層間絶縁膜を形成する工程と、第２層間絶縁膜の上部に、配線用凹部を第１層間絶縁膜に達しないように設ける工程と、配線用凹部の底部に、第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するためのコンタクトホールを設ける工程と、配線用凹部およびコンタクトホール上に第２配線層を設ける工程と、第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程とを有する構成である。
【００１２】
また、上記構成において、第２配線層を設ける工程の前に、配線用凹部およびコンタクトホール上にバリアメタル層を設ける工程を有し、第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程においては、バリアメタル層が露出するまで第２配線層をＣＭＰ法にて研磨し、さらにその後に、配線用凹部を設ける工程にて用いたパターンを反転したパターンのフォトレジストを用いて、第２層間絶縁膜上に残存するバリアメタル層を除去する工程を有する構成であってもよい。
【００１３】
本発明の半導体装置は、層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層とを有する構成である。
【００１４】
または、本発明の半導体装置は、層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層と、第２層間絶縁膜および第２配線層上のパッシベーション膜と、パッシベーション膜の開口部において第２配線層上に設けた導電層からなるパッド部とを有する構成である。
【００１５】
また、上記構成において、第２配線層上を実質的に覆うように導電層が設けられ、開口部から露出する導電層がパッド部となっていてもよい。
【００１６】
また、上記構成において、銅合金が、マグネシウムの比率を約１パーセントから約５パーセント程度とした銅・マグネシウム合金であってもよい。
【００１７】
また、上記構成において、導電層が、アルミニウム、シリコン比率が約０．５パーセントから約２パーセント程度のアルミニウム・シリコン合金、シリコン比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度で銅比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度のアルミニウム・シリコン・銅合金、または銅比率が約０．５パーセントから約３パーセント程度のアルミニウム・銅合金を含んでいてもよい。
【００１８】
また、本発明の構成は、以下のようなものであってもよい。
【００１９】
例えば、変形例１として、半導体装置の製造方法が、銅を含む第１の導電体層を形成するとともに、第１の導電体層に比べ銅腐食性物質を含む雰囲気中における腐食の少ない第２の導電体層を第１の導電体層の上に形成することにより、第１の導電体層と、第１の導電体層を実質的に覆う第２の導電体層と、を備えた積層構造の配線層を形成する構成であってもよい。
【００２０】
配線層が銅を含む第１の導電体層を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、第１の導電体層に比べ銅腐食性物質による腐食の少ない第２の導電体層を第１の導電体層の上に形成した積層構造の配線層を形成するようにしたので、配線層形成後に配線層が露出した状態で銅腐食性物質を含む雰囲気中における処理を行なう場合でも、配線層が腐食されにくい。大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線を得ることができる。
【００２２】
変形例２として、変形例１において、絶縁膜を形成する工程と、エッチングにより絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程と、配線用凹部内に所定パターンの第１の導電体層を形成する工程と、所定パターンに形成された第１の導電体層および絶縁膜上に、第２の導電体層を形成する工程と、エッチングにより第２の導電体層を所定パターンに形成する工程とを備え、エッチングにより第２の導電体層を所定パターンに形成する工程に用いるマスクとして、エッチングにより絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程に用いたマスクを反転したパターンのマスクを用いてもよい。
【００２３】
ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法を用いて配線層を形成することで、異方性エッチングが困難な銅を含む配線層を微細加工することが可能となる。また、第２の導電体層を所定パターンに形成する工程に用いるマスクとして、絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程に用いたマスクを反転したパターンのマスクを用いることで、容易かつ完全に第１の導電体層を実質的に覆う第２の導電体層を形成することができる。
【００２４】
変形例３として、変形例１において、絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜に所定パターンの配線用凹部を形成する工程と、配線用凹部を含む絶縁膜上にバリアメタル層を形成する工程と、バリアメタル層の上に、第１の導電体層を形成する工程と、配線用凹部以外の部分のバリアメタル層が露出するまで第１の導電体層を研磨により除去することで、第１の導電体層を所定パターンに形成する工程と、所定パターンに形成された第１の導電体層および露出したバリアメタル層上に、第２の導電体層を形成する工程と、第２の導電体層および露出したバリアメタル層を所定パターンに形成する工程とを備えてもよい。
【００２５】
銅を含む第１の導電体層と絶縁膜との間にバリアメタル層を形成することにより、銅が絶縁層に拡散するのを防止することができる。
【００２６】
また、研磨により所定パターンの第１の導電体層を形成する工程においては、第１の導電体層に比し研磨し難いバリアメタル層を研磨することなく放置し、その後、第２の導電体層を所定パターンに形成する際、同時にバリアメタル層を所定パターンに形成するようにしたので、研磨により所定パターンの第１の導電体層を形成する工程において、第１の導電体層にディッシングが生ずることが少なくなる。したがって、より均一な厚さの配線層を得ることができる。すなわち、配線層に含まれる銅が絶縁層に拡散するのを防止することができ、かつ、ディッシングの生じにくいより均一な厚さの配線層を得ることができる。
【００２７】
変形例４として、上述の変形例において、銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理は、配線層が露出した状態における低温加熱処理であってもよい。たとえば、第１の配線層の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう場合、第１の配線層は第２の配線層に覆われているため、巻き込まれた酸素により第１の配線層が腐食されることはない。
【００２８】
変形例５として、変形例１から３のいずれかにおいて、銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理は、配線層が露出した状態におけるフォトレジストの灰化処理であってもよい。たとえば、配線層のうち外部配線のためのパッド部を露出させる工程等に用いるフォトレジストを酸素プラズマを用いて灰化処理するような場合であっても、第１の配線層は第２の配線層に覆われているため、酸素により第１の配線層が腐食されることはない。
【００２９】
また、変形例６として、上述の変形例において、第２の導電体層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層であってもよい。第１の導電体層に比べ金との合金化が容易なアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層で第１の導電体層を覆う積層構造の配線層を形成するようにしたので、配線層のうち外部配線のためのパッド部において、金（Ａu）ワイヤを容易かつ確実に接続することができる。
【００３０】
変形例７の半導体装置は、配線層を、銅または実質的にアルミニウムを含まない銅合金により構成された第１の導電体層と、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成され第１の導電体層を実質的に覆うように配置された第２の導電体層と、を備えた積層構造であってもよい。配線層が、銅または実質的にアルミニウムを含まない銅合金により構成された第１の導電体層を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。また、第１の導電体層に比し耐湿性や耐食性に優れるアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された第２の導電体層で第１の導電体層を実質的に覆うようにしたので、配線層自体の耐湿性や耐食性が高い。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明の構成によれば、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、耐湿性や耐食性の高い半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図６にこの発明の一実施形態による半導体装置１８の断面構成の一部を示す。半導体装置１８は、絶縁膜である層間膜２４上部に形成された配線層３３を備えている。配線層３３は、バリアメタル層２８、第１の導電体層である銅配線層３０、別のバリアメタル層３１および第２の導電体層であるアルミ配線層３２を備えている。
【００３３】
銅配線層３０は、銅または実質的にアルミニウムを含まない銅合金、たとえば、銅・マグネシウム（Ｃu−Ｍg）合金等により構成され、層間膜２４上部に形成された配線用凹部２４ａ内に、バリアメタル層２８を介して形成されている。
【００３４】
銅・マグネシウム（Ｃu−Ｍg）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、マグネシウムの比率を、約１パーセント程度ないし約５パーセント程度にするとよい。
【００３５】
銅配線層３０およびバリアメタル層２８の上面を覆うように、バリアメタル層３１を介して、アルミ配線層３２が形成されている。アルミ配線層３２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金、たとえば、アルミニウム・シリコン（Ａl−Ｓi）合金、アルミニウム・シリコン・銅（Ａl−Ｓi−Ｃu）合金、アルミニウム・銅（Ａl−Ｃu）合金等により構成されている。
【００３６】
アルミニウム・シリコン（Ａl−Ｓi）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、シリコンの比率を、約０．５パーセント程度ないし約２パーセント程度にするとよい。
【００３７】
また、アルミニウム・シリコン・銅（Ａl−Ｓi−Ｃu）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、シリコンの比率を、約０．５パーセント程度ないし約１．５パーセント程度とし、銅の比率を、約０．５パーセント程度ないし約１．５パーセント程度にするとよい。
【００３８】
また、アルミニウム・銅（Ａl−Ｃu）合金の成分比は特に限定されるものではないが、たとえば、銅の比率を、約０．５パーセント程度ないし約３パーセント程度にするとよい。
【００３９】
配線層３３および層間膜２４を覆うように、パッシベーション膜３６が形成されている。パッシベーション膜３６には、配線層３３のパッド部３３ａに到達する開口３６ａが設けられている。パッド部３３ａには、金（Ａu）で構成されたワイヤ４０が接続されている。
【００４０】
なお、層間膜２４の下部には、別の層間膜２０が形成されており、層間膜２０の上部には、別の配線層２２が形成されている。配線層２２と配線層３３とは、コンタクトホール２４ｂを介して接続されている。
【００４１】
このように、半導体装置１８は、配線層３３を、銅配線層３０と、銅配線層３０を実質的に覆うように配置されたアルミ配線層３２とを備えた積層構造としている。
【００４２】
したがって、配線層３３が銅配線層３０を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、銅配線層３０に比し耐湿性や耐食性に優れるアルミ配線層３２で銅配線層３０を実質的に覆うようにしたので、配線層３３自体の耐湿性や耐食性が高い。つまり、図６のように、パッド部３３ａが露出しているにも拘らず、耐湿性や耐食性を確保することができる。
【００４４】
すなわち、この半導体装置１８は、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、耐湿性や耐食性が高い。
【００４５】
図１Ａないし図５Ｂは、半導体装置１８を製造する方法を説明するための断面図である。図１Ａないし図５Ｂおよび図６に基づいて、半導体装置１８の製造方法を説明する。
【００４６】
図１Ａに示すように、まず、半導体基板（図示せず）に設けられた層間膜２０の上部に配線層２２を形成したものを用意する。配線層２２は、どのようにして形成してもよいが、たとえば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等を用いて形成する。配線層２２の材質は特に限定しないが、たとえば、下面および側面をバリアメタル層で覆った銅または銅合金の層により構成することができる。
【００４７】
つぎに、この上に層間膜２４を形成する。層間膜２４は、たとえば、シリコン酸化物をＣＶＤ法（化学的気相成長法）等を用いて堆積させることにより形成する。
【００４８】
つぎに、図１Ｂに示すように、層間膜２４の上部に配線用凹部２４ａを形成する。配線用凹部２４ａを形成するには、層間膜２４の上部に所定形状のフォトレジスト２６を形成し、フォトレジスト２６をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行なえばよい。
【００４９】
その後、フォトレジスト２６を除去し、別のフォトレジスト（図示せず）を用いて、図２Ａに示すように、コンタクトホール２４ｂを形成する。
【００５０】
つぎに、この上に、図２Ｂに示すように、バリアメタル層２８を形成する。バリアメタル層２８の材質は特に限定するものではないが、たとえば、窒化チタン（ＴiＮ）、窒化タンタル（ＴaＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）等を用いればよい。また、バリアメタル層２８の形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、スパッタリング法や、ＣＶＤ法を用いればよい。
【００５１】
つぎに、バリアメタル層２８の上に、図３Ａに示すように、銅配線層３０を形成する。銅配線層３０の形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、めっき法や、ＣＶＤ法を用いて形成することができる。
【００５２】
このように、銅配線層３０（銅を含む第１の導電体層）と層間膜２４（絶縁膜）との間にバリアメタル層２８を形成することで、銅配線層３０の銅が層間膜２４に拡散するのを防止することができ、好都合である。
【００５３】
つぎに、ＣＭＰ法を用いて、銅配線層３０を上から研磨する。研磨は、図３Ｂに示すように、配線用凹部２４ａ以外の部分に形成されたバリアメタル層２８の上面が露出した時点で終了する。この研磨工程によって、銅配線層３０が所定形状にパタニングされる。
【００５４】
つぎに、図４Ａに示すように、この上に、別のバリアメタル層３１およびアルミ配線層３２をこの順に重ねて形成する。バリアメタル層３１の材質および形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、前述のバリアメタル層２８の材質と同様の材質を用い、バリアメタル層２８と同様の形成方法を用いて形成することができる。また、アルミ配線層３２の形成方法は特に限定するものではないが、たとえば、スパッタリング法等を用いて形成する。
【００５５】
このように、銅配線層３０（銅を含む第１の導電体層）とアルミ配線層３２（第２の導電体層）との間にバリアメタル層３１を形成することで、銅配線層３０の銅とアルミ配線層３２のアルミニウムとの相互接触による合金化を防止することができ、好都合である。
【００５６】
つぎに、図４Ｂに示すように、アルミ配線層３２、バリアメタル層３１およびバリアメタル層２８を所定形状にパタニングする。アルミ配線層３２、バリアメタル層３１およびバリアメタル層２８を所定形状にパタニングするには、アルミ配線層３２の上部に所定形状のフォトレジスト３４を形成し、フォトレジスト３４をマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行なえばよい。このフォトレジスト３４は、前述の配線用凹部２４ａを形成する際に用いたフォトレジスト２６（図１Ｂ参照）を反転したパターンのフォトレジストである。
【００５７】
このようにして、バリアメタル層２８、銅配線層３０、バリアメタル層３１、アルミ配線層３２をこの順に積層した構造の配線層３３が形成される。
【００５８】
配線層３３を形成した後、銅配線層３０の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう。これらの処理は不活性ガス雰囲気中で行なわれるが、実際には、銅腐食性物質である酸素を若干巻き込んでしまう。
【００５９】
つぎに、図５Ａに示すように、配線層３３および層間膜２４を覆うようにパッシベーション膜３６を形成する。パッシベーション膜３６の材質は特に限定されるものではないが、たとえば、シリコン窒化膜等を用いればよい。また、パッシベーション膜３６の形成方法は特に限定されるものではないが、たとえば、ＣＶＤ法等を用いることができる。
【００６０】
つぎに、図５Ｂに示すように、パッシベーション膜３６上に所定形状のフォトレジスト３８を形成し、フォトレジスト３８をマスクとして、ＲＩＥを行なうことにより、パッシベーション膜３６に開口３６ａを設ける。これにより、配線層３３の一部表面が露出する。この露出した部分がパッド部３３ａである。
【００６１】
つぎに、アッシング処理（灰化処理）によりレジスト３８を除去する。アッシング処理は、酸素プラズマを用いて行なう。
【００６２】
つぎに、図６に示すように、パッド部３３ａに、ワイヤ４０をボンディングする。このようにして、半導体装置１８を製造する。
【００６３】
このように、この製造方法においては、銅配線層３０を形成するとともに、銅配線層３０に比べ酸素による腐食の少ないアルミ配線層３２を銅配線層３０の上に形成することにより、銅配線層３０と、この銅配線層３０を実質的に覆うアルミ配線層３２と、を備えた積層構造の配線層３３を形成するようにしている。
【００６４】
したがって、配線層３３が銅配線層３０を有するため、エレクトロマイグレーションによる断線が生じ難く、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性を向上させることができる。
【００６５】
また、銅配線層３０に比べ酸素による腐食の少ないアルミ配線層３２を銅配線層３０の上に形成した積層構造の配線層３３を形成するようにしたので、配線層３３形成後に配線層３３が露出した状態で酸素を含む雰囲気中における処理を行なう場合でも、配線層３３が腐食されにくい。
【００６６】
すなわち、大電流を流す場合や長期間使用する場合の信頼性が高く、かつ、腐食に対する信頼性の高い配線層３３を得ることができる。
【００６７】
また、この製造方法においては、層間膜２４を形成する工程と、エッチングにより層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程と、配線用凹部２４ａ内に所定パターンの銅配線層３０を形成する工程と、所定パターンに形成された銅配線層３０および層間膜２４上に、アルミ配線層３２を形成する工程と、エッチングによりアルミ配線層３２を所定パターンに形成する工程とを備え、エッチングによりアルミ配線層３２を所定パターンに形成する工程に用いるフォトレジスト３４として、エッチングにより層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程に用いたフォトレジスト２６を反転したパターンのフォトレジストを用いるようにしている。
【００６８】
すなわち、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法を用いて配線層３３を形成することで、異方性エッチングが困難な銅を含む配線層３３を微細加工することが可能となる。
【００６９】
また、アルミ配線層３２を所定パターンに形成する工程に用いるフォトレジスト３４として、層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程に用いたフォトレジスト２６を反転したパターンのフォトレジストを用いることで、容易かつ完全に銅配線層３０を実質的に覆うアルミ配線層３２を形成することができる。
【００７０】
また、この製造方法においては、層間膜２４を形成する工程と、層間膜２４に所定パターンの配線用凹部２４ａを形成する工程と、配線用凹部２４ａを含む層間膜２４上にバリアメタル層２８を形成する工程と、バリアメタル層２８の上に、銅配線層３０を形成する工程と、配線用凹部２４ａ以外の部分のバリアメタル層２８が露出するまで銅配線層３０を研磨により除去することで、銅配線層３０を所定パターンに形成する工程と、所定パターンに形成された銅配線層３０および露出したバリアメタル層２８上に、アルミ配線層３２を形成する工程と、アルミ配線層３２および露出したバリアメタル層２８を所定パターンに形成する工程とを備えている。
【００７１】
したがって、銅配線層３０と層間膜２４との間にバリアメタル層２８形成することにより、銅配線層３０に含まれる銅が層間膜２４に拡散するのを防止することができる。
【００７２】
また、研磨により所定パターンの銅配線層３０を形成する工程においては、銅配線層３０に比し研磨し難いバリアメタル層２８を研磨することなく放置し、その後、アルミ配線層３２を所定パターンに形成する際、同時にバリアメタル層２８を所定パターンに形成するようにしたので、研磨により所定パターンの銅配線層３０を形成する工程において、銅配線層３０にディッシングが生ずることが少なくなる。したがって、より均一な厚さの配線層３３を得ることができる。
【００７３】
すなわち、配線層３３に含まれる銅が層間膜２４に拡散するのを防止することができ、かつ、ディッシングの生じにくいより均一な厚さの配線層３３を得ることができる。
【００７４】
ちなみに、従来の製造方法によれば、図７Ｂに示すように、ＣＭＰ法を用いて、バリアメタル層４と銅配線層６の不要部分を同時に除去している。上述のように、バリアメタル層４に比し銅配線層６の方が研磨されやすいので、このような従来の方法では、銅配線層６の上部にディッシング（さら状の凹部）６ａが生じてしまう。特に、パッド部８ａのように配線の投影面積が大きい部分では、ディッシングが深くなる。このため、配線８の厚さがかなり薄い部分が生じ、配線の信頼性が低下する等の不都合が生ずることとなる。
【００７５】
また、本実施形態による製造方法においては、酸素を含む雰囲気中で行なう処理として、配線層３３が露出した状態における低温加熱処理が含まれる。
【００７６】
したがって、銅配線層３０の結晶粒を調整するためのアニール処理や結晶欠陥を除去するための水素を用いた加熱処理などの低温熱処理を行なう場合、銅配線層３０はアルミ配線層３２に覆われているため、このような処理の際に巻き込まれた酸素により銅配線層３０が腐食されることはない。
【００７７】
また、この製造方法においては、酸素を含む雰囲気中で行なう処理として、配線層３３が露出した状態におけるフォトレジストのアッシング処理が含まれる。
【００７８】
したがって、外部配線であるワイヤ４０をボンディングするためのパッド部３３ａを露出させる工程等に用いるフォトレジスト３８を酸素プラズマを用いてアッシング処理するような場合であっても、銅配線層３０はアルミ配線層３２に覆われているため、露出した銅配線層３０が酸素により腐食されることはない。
【００７９】
また、この製造方法においては、アルミ配線層３２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されている。
【００８０】
したがって、銅配線層３０に比べ金（Ａu）との合金化が容易なアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成されたアルミ配線層３２で銅配線層３０を覆う積層構造の配線層３３を形成するようにしたので、パッド部３３ａにおいて、金（Ａu）により構成されたワイヤ４０を容易かつ確実にボンディングすることができる。
【００８１】
なお、上述の実施形態においては、銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理として、低温加熱処理やフォトレジストの灰化処理を例示したが、この発明における銅腐食性物質を含む雰囲気中で行なう処理は、これに限定されるものではない。
【００８２】
また、上述の実施形態においては、バリアメタル層２８およびバリアメタル層３１を持つ配線層について説明したが、この発明は、バリアメタル層２８およびバリアメタル層３１のいずれか一方または双方を持たない配線層にも適用することができる。
【００８３】
また、上述の実施形態においては、第２の導電体層として、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層を例に説明したが、第２の導電体層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属層に限定されるものではない。第２の導電体層は、要は、第１の導電体層に比べ銅腐食性物質を含む雰囲気中における腐食の少ない導電体層であればよい。
【００８４】
また、上述の実施形態においては、銅腐食性物質として酸素を例示したが、銅腐食性物質は、酸素に限定されるものではない。
【００８５】
また、上述の実施形態においては、ＣＭＰ法を用いて配線層を形成する場合を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。ＣＭＰ法以外の方法を用いて配線層を形成する場合にも、この発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１Ａないし図１Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】図２Ａないし図２Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】図３Ａないし図３Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図４Ａないし図４Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図５Ａないし図５Ｂは、この発明の一実施形態による半導体装置１８の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の一実施形態による半導体装置１８の断面構成の一部を示す図面である。
【図７】図７Ａないし図７Ｃは、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図８Ａないし図８Ｂは、従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
２０・・・・・層間膜（第１層間絶縁膜）
２２・・・・・配線層（第１配線層）
２４・・・・・層間膜（第２層間絶縁膜）
２４ａ・・・・・配線用凹部
２４ｂ・・・・・コンタクトホール
２８・・・・・バリアメタル層
３０・・・・・銅配線層（第２配線層）
３１・・・・・バリアメタル層（導電層）
３２・・・・・アルミ配線層（導電層）
３３ａ・・・・・パッド部
３６・・・・・パッシベーション膜
３６ａ・・・・・開口（開口部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置の製造方法であって、
第１配線層を有する第１層間絶縁膜上に、一度の連続したプロセスにて第２層間絶縁膜を形成する工程と、
第２層間絶縁膜の上部に、配線用凹部を第１層間絶縁膜に達しないように設ける工程と、
配線用凹部の底部に、第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するためのコンタクトホールを設ける工程と、
配線用凹部およびコンタクトホール上に第２配線層を設ける工程と、
第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第２配線層を設ける工程の前に、配線用凹部およびコンタクトホール上にバリアメタル層を設ける工程を有し、
第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程においては、バリアメタル層が露出するまで第２配線層をＣＭＰ法にて研磨し、さらにその後に、配線用凹部を設ける工程にて用いたパターンを反転したパターンのフォトレジストを用いて、第２層間絶縁膜上に残存するバリアメタル層を除去する工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、
第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、
第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層とを有する半導体装置。
【請求項４】
層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、
第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、
第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層と、
第２層間絶縁膜および第２配線層上のパッシベーション膜と、
パッシベーション膜の開口部において第２配線層上に設けた導電層からなるパッド部とを有する半導体装置。
【請求項５】
第２配線層上を実質的に覆うように導電層が設けられ、開口部から露出する導電層がパッド部となっている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
銅合金が、マグネシウムの比率を約１パーセントから約５パーセント程度とした銅・マグネシウム合金である請求項３から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
導電層が、アルミニウム、シリコン比率が約０．５パーセントから約２パーセント程度のアルミニウム・シリコン合金、シリコン比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度で銅比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度のアルミニウム・シリコン・銅合金、または銅比率が約０．５パーセントから約３パーセント程度のアルミニウム・銅合金を含んでいる請求項３から６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１】
層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置の製造方法であって、
第１配線層を有する第１層間絶縁膜上に、一度の連続したプロセスにて第２層間絶縁膜を形成する工程と、
第２層間絶縁膜の上部に、配線用凹部を第１層間絶縁膜に達しないように設ける工程と、
配線用凹部の底部に、第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するためのコンタクトホールを設ける工程と、
配線用凹部およびコンタクトホール上に第２配線層を設ける工程と、
第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第２配線層を設ける工程の前に、配線用凹部およびコンタクトホール上にバリアメタル層を設ける工程を有し、
第２配線層をＣＭＰ法にて研磨する工程においては、バリアメタル層が露出するまで第２配線層をＣＭＰ法にて研磨し、さらにその後に、配線用凹部を設ける工程にて用いたパターンを反転したパターンのフォトレジストを用いて、第２層間絶縁膜上に残存するバリアメタル層を除去する工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、
第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、
第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層とを有する半導体装置。
【請求項４】
層間絶縁膜中に銅または銅合金からなる配線層を有する半導体装置であって、
第１配線層を有する第１層間絶縁膜上の、一様な材質の第２層間絶縁膜と、
第２層間絶縁膜の上部に第１層間絶縁膜に達しないように設けられた配線用凹部、および配線用凹部の底部に第１層間絶縁膜の第１配線層へと接続するために設けられたコンタクトホールを埋めるように形成された第２配線層と、
第２層間絶縁膜および第２配線層上のパッシベーション膜と、
パッシベーション膜の開口部において第２配線層上に設けた導電層からなるパッド部とを有する半導体装置。
【請求項５】
第２配線層上を実質的に覆うように導電層が設けられ、開口部から露出する導電層がパッド部となっている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
銅合金が、マグネシウムの比率を約１パーセントから約５パーセント程度とした銅・マグネシウム合金である請求項３から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
導電層が、アルミニウム、シリコン比率が約０．５パーセントから約２パーセント程度のアルミニウム・シリコン合金、シリコン比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度で銅比率が約０．５パーセントから約１．５パーセント程度のアルミニウム・シリコン・銅合金、または銅比率が約０．５パーセントから約３パーセント程度のアルミニウム・銅合金を含んでいる請求項３から６のいずれかに記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２４９６８（Ｐ２００６−２４９６８Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８６３７１（Ｐ２００５−２８６３７１）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【分割の表示】特願平１０−２３７０２９の分割
【原出願日】平成１０年８月２４日（１９９８．８．２４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【分割の表示】特願平１０−２３７０２９の分割
【原出願日】平成１０年８月２４日（１９９８．８．２４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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