半導体装置の製造方法
【課題】銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことにより、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図ることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板１上に層間絶縁膜４を形成する工程と、層間絶縁膜４に開口部４ａ，４ｂを形成する工程と、開口部４ａ，４ｂの内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜を形成する工程と、層間絶縁膜４の表面に、マンガン化合物膜８を形成する第１アニール処理を行う工程と、マンガン化合物膜８上であって、開口部４ａ，４ｂの内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜６−２を形成する工程と、開口部４ａ，４ｂを埋め込む銅膜７−２を形成する工程と、層間絶縁膜４上に形成された銅膜７−２を除去する工程と、銅膜７−２と層間絶縁膜４の界面および銅膜７−２の表面に、マンガン化合物膜８，１０を形成する第２アニール処理を行う工程とを有する。
【解決手段】本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板１上に層間絶縁膜４を形成する工程と、層間絶縁膜４に開口部４ａ，４ｂを形成する工程と、開口部４ａ，４ｂの内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜を形成する工程と、層間絶縁膜４の表面に、マンガン化合物膜８を形成する第１アニール処理を行う工程と、マンガン化合物膜８上であって、開口部４ａ，４ｂの内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜６−２を形成する工程と、開口部４ａ，４ｂを埋め込む銅膜７−２を形成する工程と、層間絶縁膜４上に形成された銅膜７−２を除去する工程と、銅膜７−２と層間絶縁膜４の界面および銅膜７−２の表面に、マンガン化合物膜８，１０を形成する第２アニール処理を行う工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ダマシンプロセスあるいはデュアルダマシンプロセスを採用する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）配線はアルミニウム（Ａｌ）系合金配線より低抵抗、低容量および高信頼性を与えることから、配線の寄生抵抗および寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきた。一般にはＣｕはＡｌ系合金配線と異なりドライエッチングが容易ではない為、ダマシンプロセスが広く受け入れられている。ダマシンプロセスでは、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などの層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配線材料を埋め込み、その後、余剰の配線材料を化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法などにより除去することにより配線が形成される。さらに接続孔（ヴィア）と配線溝（トレンチ）を形成後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線材料を除去するデュアルダマシン法も工程数、コストの削減に有効である。
【０００３】
ＬＳＩの設計ルールの微細化に伴い、Ｃｕの絶縁膜への拡散防止として用いるバリアメタルの占める割合が増加し、配線抵抗の急激な上昇が発生し、その結果デバイスの速度低下を招くという不利益がある。
【０００４】
これを解決する手段として、従来のＴａ系のバリアメタル形成技術に代えて、自己整合的にバリア層としてマンガン化合物を形成する技術が提案されている（非特許文献１参照）。この技術によれば、バリアメタルの薄膜化による抵抗値低減、および接続孔の底部にバリアメタルが形成されないことによる信頼性向上を図ることができる。
【非特許文献１】T. Usui et al.,“Low Resistive and Highly Reliable Cu Dual-Damascene Interconnect Technology Using Self-Formed MnSixOy Barrier Layer”, Proceeding of IEEE IITC,2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１３および図１４は、上記のバリア層形成方法の概要を説明するための図である。
図１３（ａ）に示すように、基板１上には、層間絶縁膜２が形成されており、層間絶縁膜２内に第１配線Ｍ１が形成されている。第１配線Ｍ１および層間絶縁膜２上に、拡散防止膜３が形成されており、拡散防止膜３上に層間絶縁膜４が形成されている。この層間絶縁膜４に、ハードマスク５を用いて配線溝４ａおよび接続孔４ｂが形成される。
【０００６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁にマンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６をスパッタリング法により形成し、めっき法により配線溝４ａおよび接続孔４ｂに銅膜７を埋め込む。その後、２００℃以上の温度でアニール処理を実施する。これにより、図１４（ａ）に示すように、銅膜７と層間絶縁膜４の界面にＭｎが拡散して、マンガン化合物膜８が形成される。また、銅膜７の表面（上面）にＭｎが拡散して、マンガン化合物膜１０が形成される。同時に、接続孔４ｂの底部において、バリア膜を介在させずに第１配線Ｍ１と銅膜７が接合される。
【０００７】
その後、図１４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を実施することにより、層間絶縁膜４上の不要な銅膜７を除去する。配線溝４ａに埋め込まれた銅膜７は第２配線Ｍ２となり、接続孔４ｂに埋め込まれた銅膜７はプラグＰとなる。続いて、第２配線Ｍ２および層間絶縁膜４上に、拡散防止膜１１および層間絶縁膜１２が形成される。上記のステップを繰り返すことにより、多層配線が形成される。
【０００８】
上記のマンガン化合物膜８，１０は、バリア膜としての機能に加えて、銅膜７と層間絶縁膜４との密着性を向上させる機能を果たす。このため、アニール処理によりマンガン化合物膜８，１０を形成した後に、ＣＭＰを実施することにより、層間絶縁膜４から銅膜７が剥がれることを防止している。
【０００９】
しかしながら、銅膜７の表面に形成されたマンガン化合物膜１０がＣＭＰにより除去されてしまうことから、銅膜７とその上層絶縁膜との間の密着性が低下する恐れがある。銅膜７の表面にマンガン化合物膜１０を残すことができれば、信頼性の更なる向上が期待できる。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことにより、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部の内壁を被覆するマンガン含有銅膜を形成する工程と、前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成するアニール処理を行う工程とを有する。
【００１２】
上記の本発明では、層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去した後に、アニール処理が行われる。これにより、マンガン含有銅膜中のマンガンが拡散して、銅膜と層間絶縁膜の界面、および銅膜の表面にマンガン化合物膜が形成される。
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部の内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第１アニール処理を行う工程と、前記マンガン化合物上であって、前記開口部の内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜を形成する工程と、前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第２アニール処理を行う工程とを有する。
【００１４】
上記の本発明では、第１マンガン含有銅膜は、銅膜と層間絶縁膜の界面にマンガン化合物膜を形成するマンガン供給源として用いられる。第２マンガン含有銅膜は、銅膜の表面にマンガン化合物膜を形成するためのマンガン供給源として用いられる。マンガン含有銅膜を２度に分けて形成することにより、銅膜と層間絶縁膜の界面、および銅膜の表面（上面）の双方にマンガン化合物膜が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことにより、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図った半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【００１８】
基板１には、不図示のトランジスタ等の素子が形成されている。基板１上には、層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２内には、例えば銅およびバリア層からなる第１配線Ｍ１が形成されている。第１配線Ｍ１および層間絶縁膜２上には、拡散防止膜３が形成されており、拡散防止膜３上には、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを有する層間絶縁膜４が形成されている。層間絶縁膜４上には配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成するために使用したハードマスク５が残っている。
【００１９】
配線溝４ａおよび接続孔４ｂ内には、銅膜７が埋め込まれている。配線溝４ａ内に埋め込まれた銅膜７は第２配線Ｍ２を構成し、接続孔４ｂ内に埋め込まれた銅膜７はプラグＰを構成する。銅膜７および層間絶縁膜４上には、上層絶縁膜９が形成されている。銅膜７と層間絶縁膜４の界面には、マンガン化合物膜８が形成されており、銅膜７と上層絶縁膜９の界面にはマンガン化合物膜１０が形成されている。このマンガン化合物膜８，１０は、マンガンシリコンオキサイド（ＭｎＳｉｘＯｙ）あるいはマンガンオキサイド（ＭｎＯｘ）である。
【００２０】
層間絶縁膜２，４は、例えば、アリルエーテル系樹脂あるいはＳｉＯＣなどの低誘電率材料からなる。層間絶縁膜２，４は、酸化シリコン膜、あるいはフッ素含有の酸化シリコン膜であってもよい。アリルエーテル系樹脂などの低誘電率膜は、酸化シリコン膜等に比べてヤング率が低く、比較的疎な膜である。
【００２１】
拡散防止膜３は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＮからなる。上層絶縁膜９は、例えばその下層の構成と同じ拡散防止膜および層間絶縁膜の積層膜である。あるいは、上層絶縁膜９は、層間絶縁膜であってもよい。
【００２２】
上記の本実施形態に係る半導体装置では、銅膜７と層間絶縁膜４の界面、および層間絶縁膜４と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８，１０が形成されている点に特徴がある。また、プラグＰと第１配線Ｍ１の界面には、バリア膜が存在しない点に特徴がある。
【００２３】
次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、基板１に不図示のトランジスタを形成した後、基板１上に層間絶縁膜２を形成する。続いて、層間絶縁膜２に配線溝を形成し、当該配線溝内にバリア層および銅からなる第１配線Ｍ１を形成する。続いて、第１配線Ｍ１および層間絶縁膜２上に、例えばＳｉＣＮからなる拡散防止膜３を形成する。続いて、拡散防止膜３上に層間絶縁膜４を形成し、層間絶縁膜４上にハードマスク５を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、ハードマスク５を用いて、層間絶縁膜４に配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成する。接続孔４ｂは拡散防止膜３にも形成される。配線溝４ａあるいは接続孔４ｂのみを形成してもよい。配線溝４ａおよび接続孔４ｂは、本発明の開口部の一実施形態である。配線溝４ａおよび接続孔４ｂの形成方法に限定はない。例えば、ハードマスク５に接続孔のパターンを形成した後、層間絶縁膜４をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜４に接続孔４ｂを形成する。その後、ハードマスク５に配線溝のパターンを形成し、層間絶縁膜４をドライエッチングすることにより、配線溝４ａを形成する。あるいは、ハードマスク５とレジストマスクを組み合わせて配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成してもよい。
【００２６】
次に、図３（ａ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６−１を形成する。第１マンガン含有銅膜６−１は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１マンガン含有銅膜６−１上であって、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第１銅膜７−１を形成する。第１銅膜７−１は、例えば、スパッタリング法あるいはめっき法により形成される。続いて、２００℃以上の雰囲気にて第１アニール処理を実施する。これにより、第１マンガン含有銅膜６−１中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、第１銅膜７−１と層間絶縁膜４の界面のみに自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。これにより、例えば、数ｎｍ程度の非常に薄いマンガン化合物膜８が形成される。マンガン化合物膜８は、バリア膜としての機能を果たす。マンガン化合物膜８は、接続孔４ｂの底部には形成されない。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、第１銅膜７−１上であって、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜６−２を形成する。第２マンガン含有銅膜６−２は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを埋め込む第２銅膜７−２を形成する。第２銅膜７−２は、例えば、めっき法により形成される。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、ハードマスク５上に堆積した不要な第２銅膜７−２、第２マンガン含有銅膜６−２、第１銅膜７−１、マンガン化合物膜８をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により除去する。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２銅膜７−２およびハードマスク５上に、上層絶縁膜９を形成する。例えば、上層絶縁膜９として、拡散防止膜あるいは層間絶縁膜の積層膜、あるいは層間絶縁膜を形成する。
【００３２】
その後、２００℃以上の雰囲気にて第２アニール処理を実施する。これにより、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、銅膜７と層間絶縁膜４の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される（図１参照）。図１では、第１銅膜７−１と第２銅膜７−２とを一体化した銅膜７を図解している。また、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散して、拡散したＭｎが上層絶縁膜９と反応することにより、銅膜７と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜１０が形成される。
【００３３】
第２アニール処理は、上層絶縁膜９の形成後に独立に実施する必要はなく、例えば、上層絶縁膜９の形成時の熱が第２アニール処理を兼ねることもできる。以降の工程としては、上記の工程が繰り返される。これにより、多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００３４】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、マンガン含有銅膜を２回形成する。すなわち第１マンガン含有銅膜６−１および第１銅膜７−１を形成し、第１アニール処理を行うことにより、自己整合的に層間絶縁膜４と第１銅膜７−１の界面にマンガン化合物膜８を形成する。これにより、層間絶縁膜４と第１銅膜７−１の密着性を確保する。その後、第２マンガン含有銅膜６−２および第２銅膜７−２を形成し、アニールせずにＣＭＰを行う。これによって、余剰のマンガンが第２配線Ｍ２内部に残される。この余剰のマンガンがその後の第２アニール処理において拡散することにより、自己整合的に銅膜７と上層絶縁膜９の界面にマンガン化合物膜１０が形成される。この結果、第２配線Ｍ２と上層絶縁膜９の密着性を向上させることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことができることから、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
第２配線Ｍ２と上層絶縁膜９との密着性を向上することができるため、上層絶縁膜９として、拡散防止膜と層間絶縁膜の積層膜ではなく、層間絶縁膜のみを採用することも可能となる。従来、拡散防止膜は、配線と層間絶縁膜の密着性を向上させる機能も果たしていたからである。この拡散防止膜は、層間絶縁膜に比べて誘電率が高い。拡散防止膜を省略できることにより、配線容量を低減することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図６〜図９を参照して説明する。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして、層間絶縁膜４に配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成する。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６−１を形成する。第１マンガン含有銅膜６−１は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。
【００４０】
次に、図７（ａ）に示すように、例えば２００℃以上の雰囲気にて第１アニール処理を実施する。これにより、第１マンガン含有銅膜６−１中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、層間絶縁膜４の表面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。例えば、数ｎｍ程度の非常に薄いマンガン化合物膜８が形成される。マンガン化合物膜８は、バリア膜としての機能を果たす。ここで、接続孔４ｂ内の第１配線Ｍ１上では、マンガン化合物膜８は形成されず、銅膜７ａが形成される。
【００４１】
次に、図７（ｂ）に示すように、マンガン化合物膜８上であって、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜６−２を形成する。第２マンガン含有銅膜６−２は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。
【００４２】
次に、図８（ａ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを埋め込む銅膜７を形成する。銅膜７は、例えば、めっき法により形成される。
【００４３】
次に、図８（ｂ）に示すように、ハードマスク５上に堆積した不要な銅膜７、第２マンガン含有銅膜６−２、マンガン化合物膜８をＣＭＰにより除去する。
【００４４】
次に、図９（ａ）に示すように、銅膜７およびハードマスク５上に、上層絶縁膜９を形成する。例えば、上層絶縁膜９として、拡散防止膜あるいは層間絶縁膜の積層膜、あるいは層間絶縁膜を形成する。
【００４５】
次に、図９（ｂ）に示すように、２００℃以上の雰囲気にて第２アニール処理を実施する。これにより、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、銅膜７と層間絶縁膜４の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。また、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散して、拡散したＭｎが上層絶縁膜９と反応することにより、銅膜７と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜１０が形成される。
【００４６】
第２アニール処理は、上層絶縁膜９の形成後に独立に実施する必要はなく、例えば、上層絶縁膜９の形成時の熱が第２アニール処理を兼ねることもできる。以降の工程としては、上記の工程が繰り返される。これにより、多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００４７】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、マンガン含有銅膜６を２回に分けて形成する点は第１実施形態と同様であるが、銅膜７を１回で形成する。すなわち本実施形態では、第１マンガン含有銅膜６−１を形成した後に、銅膜を形成することなく、第１アニール処理を行うことにより、自己整合的に層間絶縁膜４の表面にマンガン化合物膜８を形成する。マンガン化合物膜８形成後の工程については、第１実施形態と同様である。
【００４８】
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１０〜図１２を参照して説明する。
【００５０】
図１０（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして、層間絶縁膜４に配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成する。
【００５１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆するマンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６を形成する。マンガン含有銅膜６は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。続いて、図１１（ａ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを埋め込む銅膜７を形成する。銅膜７は、例えば、めっき法により形成される。
【００５２】
本実施形態では、マンガン含有銅膜６の形成条件を最適化することにより、マンガン含有銅膜６中にＭｎを残しつつ、マンガン含有銅膜６中のＭｎの一部を層間絶縁膜４と反応させる。マンガン含有銅膜６をスパッタリング法で形成する場合、スパッタリング条件は、例えば、back ground 圧力 10e−8torr程度の高真空下で、3sccm程度Ar gassを導入しながら、targetに10KW程度の電圧を印加し、基板側には、200W以上のバイアスを印加する。スパッタリングにおけるバイアスを高めることにより、衝突時のエネルギーで一部のＭｎを層間絶縁膜４の表面と反応させることができる。この結果、銅膜７と層間絶縁膜４の密着性を向上させることができる。
【００５３】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ハードマスク５上に堆積した不要な銅膜７およびマンガン含有銅膜６をＣＭＰにより除去する。
【００５４】
次に、図１２（ａ）に示すように、銅膜７およびハードマスク５上に、上層絶縁膜９を形成する。例えば、上層絶縁膜９として、拡散防止膜あるいは層間絶縁膜の積層膜、あるいは層間絶縁膜を形成する。
【００５５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、２００℃以上の雰囲気にてアニール処理を実施する。これにより、マンガン含有銅膜６中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、銅膜７と層間絶縁膜４の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。また、マンガン含有銅膜６中のＭｎが拡散して、拡散したＭｎが上層絶縁膜９と反応することにより、銅膜７と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜１０が形成される。
【００５６】
アニール処理は、上層絶縁膜９の形成後に独立に実施する必要はなく、例えば、上層絶縁膜９の形成時の熱がアニール処理を兼ねることもできる。以降の工程としては、上記の工程が繰り返される。これにより、多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００５７】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１、第２実施形態と異なり、マンガン含有銅膜６を１度に形成するが、銅膜７のＣＭＰ前にＭｎを拡散させるためのアニール処理は行わない。マンガン含有銅膜６の形成条件を最適化することにより、マンガン含有銅膜６中にＭｎを残しつつ、マンガン含有銅膜６中のＭｎの一部を層間絶縁膜４と反応させる。この結果、銅膜７と層間絶縁膜４の密着性を高めることができ、ＣＭＰでの銅膜７の剥がれを防止することができる。銅膜７のＣＭＰ後にアニール処理を行うことにより、マンガン含有銅膜６中の余剰のマンガンが拡散して、銅膜７と層間絶縁膜４の界面にマンガン化合物膜８が自己整合的に形成され、銅膜７と上層絶縁膜９の界面にマンガン化合物膜１０が自己整合的に形成される。この結果、第２配線Ｍ２と上層絶縁膜９の密着性を向上させることができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５９】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、層間絶縁膜２，４および拡散防止膜３の材料に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図６】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図９】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１２】第３実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１３】従来例の半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１４】従来例の半導体装置の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…基板、２…層間絶縁膜、３…拡散防止膜、４…層間絶縁膜、４ａ…配線溝、４ｂ…接続孔、５…ハードマスク、６…マンガン含有銅膜、６−１…第１マンガン含有銅膜、６−２…第２マンガン含有銅膜、７…銅膜、７ａ…銅膜、７−１…第１銅膜、７−２…第２銅膜、８…マンガン化合物膜、９…上層絶縁膜、１０…マンガン化合物膜、１１…拡散防止膜、１２…層間絶縁膜、Ｍ１…第１配線、Ｍ２…第２配線、Ｐ…プラグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ダマシンプロセスあるいはデュアルダマシンプロセスを採用する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）配線はアルミニウム（Ａｌ）系合金配線より低抵抗、低容量および高信頼性を与えることから、配線の寄生抵抗および寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきた。一般にはＣｕはＡｌ系合金配線と異なりドライエッチングが容易ではない為、ダマシンプロセスが広く受け入れられている。ダマシンプロセスでは、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などの層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配線材料を埋め込み、その後、余剰の配線材料を化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法などにより除去することにより配線が形成される。さらに接続孔（ヴィア）と配線溝（トレンチ）を形成後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線材料を除去するデュアルダマシン法も工程数、コストの削減に有効である。
【０００３】
ＬＳＩの設計ルールの微細化に伴い、Ｃｕの絶縁膜への拡散防止として用いるバリアメタルの占める割合が増加し、配線抵抗の急激な上昇が発生し、その結果デバイスの速度低下を招くという不利益がある。
【０００４】
これを解決する手段として、従来のＴａ系のバリアメタル形成技術に代えて、自己整合的にバリア層としてマンガン化合物を形成する技術が提案されている（非特許文献１参照）。この技術によれば、バリアメタルの薄膜化による抵抗値低減、および接続孔の底部にバリアメタルが形成されないことによる信頼性向上を図ることができる。
【非特許文献１】T. Usui et al.,“Low Resistive and Highly Reliable Cu Dual-Damascene Interconnect Technology Using Self-Formed MnSixOy Barrier Layer”, Proceeding of IEEE IITC,2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１３および図１４は、上記のバリア層形成方法の概要を説明するための図である。
図１３（ａ）に示すように、基板１上には、層間絶縁膜２が形成されており、層間絶縁膜２内に第１配線Ｍ１が形成されている。第１配線Ｍ１および層間絶縁膜２上に、拡散防止膜３が形成されており、拡散防止膜３上に層間絶縁膜４が形成されている。この層間絶縁膜４に、ハードマスク５を用いて配線溝４ａおよび接続孔４ｂが形成される。
【０００６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁にマンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６をスパッタリング法により形成し、めっき法により配線溝４ａおよび接続孔４ｂに銅膜７を埋め込む。その後、２００℃以上の温度でアニール処理を実施する。これにより、図１４（ａ）に示すように、銅膜７と層間絶縁膜４の界面にＭｎが拡散して、マンガン化合物膜８が形成される。また、銅膜７の表面（上面）にＭｎが拡散して、マンガン化合物膜１０が形成される。同時に、接続孔４ｂの底部において、バリア膜を介在させずに第１配線Ｍ１と銅膜７が接合される。
【０００７】
その後、図１４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を実施することにより、層間絶縁膜４上の不要な銅膜７を除去する。配線溝４ａに埋め込まれた銅膜７は第２配線Ｍ２となり、接続孔４ｂに埋め込まれた銅膜７はプラグＰとなる。続いて、第２配線Ｍ２および層間絶縁膜４上に、拡散防止膜１１および層間絶縁膜１２が形成される。上記のステップを繰り返すことにより、多層配線が形成される。
【０００８】
上記のマンガン化合物膜８，１０は、バリア膜としての機能に加えて、銅膜７と層間絶縁膜４との密着性を向上させる機能を果たす。このため、アニール処理によりマンガン化合物膜８，１０を形成した後に、ＣＭＰを実施することにより、層間絶縁膜４から銅膜７が剥がれることを防止している。
【０００９】
しかしながら、銅膜７の表面に形成されたマンガン化合物膜１０がＣＭＰにより除去されてしまうことから、銅膜７とその上層絶縁膜との間の密着性が低下する恐れがある。銅膜７の表面にマンガン化合物膜１０を残すことができれば、信頼性の更なる向上が期待できる。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことにより、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部の内壁を被覆するマンガン含有銅膜を形成する工程と、前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成するアニール処理を行う工程とを有する。
【００１２】
上記の本発明では、層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去した後に、アニール処理が行われる。これにより、マンガン含有銅膜中のマンガンが拡散して、銅膜と層間絶縁膜の界面、および銅膜の表面にマンガン化合物膜が形成される。
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部の内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第１アニール処理を行う工程と、前記マンガン化合物上であって、前記開口部の内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜を形成する工程と、前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第２アニール処理を行う工程とを有する。
【００１４】
上記の本発明では、第１マンガン含有銅膜は、銅膜と層間絶縁膜の界面にマンガン化合物膜を形成するマンガン供給源として用いられる。第２マンガン含有銅膜は、銅膜の表面にマンガン化合物膜を形成するためのマンガン供給源として用いられる。マンガン含有銅膜を２度に分けて形成することにより、銅膜と層間絶縁膜の界面、および銅膜の表面（上面）の双方にマンガン化合物膜が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことにより、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図った半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【００１８】
基板１には、不図示のトランジスタ等の素子が形成されている。基板１上には、層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２内には、例えば銅およびバリア層からなる第１配線Ｍ１が形成されている。第１配線Ｍ１および層間絶縁膜２上には、拡散防止膜３が形成されており、拡散防止膜３上には、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを有する層間絶縁膜４が形成されている。層間絶縁膜４上には配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成するために使用したハードマスク５が残っている。
【００１９】
配線溝４ａおよび接続孔４ｂ内には、銅膜７が埋め込まれている。配線溝４ａ内に埋め込まれた銅膜７は第２配線Ｍ２を構成し、接続孔４ｂ内に埋め込まれた銅膜７はプラグＰを構成する。銅膜７および層間絶縁膜４上には、上層絶縁膜９が形成されている。銅膜７と層間絶縁膜４の界面には、マンガン化合物膜８が形成されており、銅膜７と上層絶縁膜９の界面にはマンガン化合物膜１０が形成されている。このマンガン化合物膜８，１０は、マンガンシリコンオキサイド（ＭｎＳｉｘＯｙ）あるいはマンガンオキサイド（ＭｎＯｘ）である。
【００２０】
層間絶縁膜２，４は、例えば、アリルエーテル系樹脂あるいはＳｉＯＣなどの低誘電率材料からなる。層間絶縁膜２，４は、酸化シリコン膜、あるいはフッ素含有の酸化シリコン膜であってもよい。アリルエーテル系樹脂などの低誘電率膜は、酸化シリコン膜等に比べてヤング率が低く、比較的疎な膜である。
【００２１】
拡散防止膜３は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＮからなる。上層絶縁膜９は、例えばその下層の構成と同じ拡散防止膜および層間絶縁膜の積層膜である。あるいは、上層絶縁膜９は、層間絶縁膜であってもよい。
【００２２】
上記の本実施形態に係る半導体装置では、銅膜７と層間絶縁膜４の界面、および層間絶縁膜４と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８，１０が形成されている点に特徴がある。また、プラグＰと第１配線Ｍ１の界面には、バリア膜が存在しない点に特徴がある。
【００２３】
次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、基板１に不図示のトランジスタを形成した後、基板１上に層間絶縁膜２を形成する。続いて、層間絶縁膜２に配線溝を形成し、当該配線溝内にバリア層および銅からなる第１配線Ｍ１を形成する。続いて、第１配線Ｍ１および層間絶縁膜２上に、例えばＳｉＣＮからなる拡散防止膜３を形成する。続いて、拡散防止膜３上に層間絶縁膜４を形成し、層間絶縁膜４上にハードマスク５を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、ハードマスク５を用いて、層間絶縁膜４に配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成する。接続孔４ｂは拡散防止膜３にも形成される。配線溝４ａあるいは接続孔４ｂのみを形成してもよい。配線溝４ａおよび接続孔４ｂは、本発明の開口部の一実施形態である。配線溝４ａおよび接続孔４ｂの形成方法に限定はない。例えば、ハードマスク５に接続孔のパターンを形成した後、層間絶縁膜４をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜４に接続孔４ｂを形成する。その後、ハードマスク５に配線溝のパターンを形成し、層間絶縁膜４をドライエッチングすることにより、配線溝４ａを形成する。あるいは、ハードマスク５とレジストマスクを組み合わせて配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成してもよい。
【００２６】
次に、図３（ａ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６−１を形成する。第１マンガン含有銅膜６−１は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１マンガン含有銅膜６−１上であって、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第１銅膜７−１を形成する。第１銅膜７−１は、例えば、スパッタリング法あるいはめっき法により形成される。続いて、２００℃以上の雰囲気にて第１アニール処理を実施する。これにより、第１マンガン含有銅膜６−１中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、第１銅膜７−１と層間絶縁膜４の界面のみに自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。これにより、例えば、数ｎｍ程度の非常に薄いマンガン化合物膜８が形成される。マンガン化合物膜８は、バリア膜としての機能を果たす。マンガン化合物膜８は、接続孔４ｂの底部には形成されない。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、第１銅膜７−１上であって、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜６−２を形成する。第２マンガン含有銅膜６−２は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを埋め込む第２銅膜７−２を形成する。第２銅膜７−２は、例えば、めっき法により形成される。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、ハードマスク５上に堆積した不要な第２銅膜７−２、第２マンガン含有銅膜６−２、第１銅膜７−１、マンガン化合物膜８をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により除去する。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２銅膜７−２およびハードマスク５上に、上層絶縁膜９を形成する。例えば、上層絶縁膜９として、拡散防止膜あるいは層間絶縁膜の積層膜、あるいは層間絶縁膜を形成する。
【００３２】
その後、２００℃以上の雰囲気にて第２アニール処理を実施する。これにより、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、銅膜７と層間絶縁膜４の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される（図１参照）。図１では、第１銅膜７−１と第２銅膜７−２とを一体化した銅膜７を図解している。また、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散して、拡散したＭｎが上層絶縁膜９と反応することにより、銅膜７と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜１０が形成される。
【００３３】
第２アニール処理は、上層絶縁膜９の形成後に独立に実施する必要はなく、例えば、上層絶縁膜９の形成時の熱が第２アニール処理を兼ねることもできる。以降の工程としては、上記の工程が繰り返される。これにより、多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００３４】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、マンガン含有銅膜を２回形成する。すなわち第１マンガン含有銅膜６−１および第１銅膜７−１を形成し、第１アニール処理を行うことにより、自己整合的に層間絶縁膜４と第１銅膜７−１の界面にマンガン化合物膜８を形成する。これにより、層間絶縁膜４と第１銅膜７−１の密着性を確保する。その後、第２マンガン含有銅膜６−２および第２銅膜７−２を形成し、アニールせずにＣＭＰを行う。これによって、余剰のマンガンが第２配線Ｍ２内部に残される。この余剰のマンガンがその後の第２アニール処理において拡散することにより、自己整合的に銅膜７と上層絶縁膜９の界面にマンガン化合物膜１０が形成される。この結果、第２配線Ｍ２と上層絶縁膜９の密着性を向上させることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、銅膜の表面にマンガン化合物膜を残すことができることから、歩留まりおよび配線信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
第２配線Ｍ２と上層絶縁膜９との密着性を向上することができるため、上層絶縁膜９として、拡散防止膜と層間絶縁膜の積層膜ではなく、層間絶縁膜のみを採用することも可能となる。従来、拡散防止膜は、配線と層間絶縁膜の密着性を向上させる機能も果たしていたからである。この拡散防止膜は、層間絶縁膜に比べて誘電率が高い。拡散防止膜を省略できることにより、配線容量を低減することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図６〜図９を参照して説明する。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして、層間絶縁膜４に配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成する。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６−１を形成する。第１マンガン含有銅膜６−１は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。
【００４０】
次に、図７（ａ）に示すように、例えば２００℃以上の雰囲気にて第１アニール処理を実施する。これにより、第１マンガン含有銅膜６−１中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、層間絶縁膜４の表面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。例えば、数ｎｍ程度の非常に薄いマンガン化合物膜８が形成される。マンガン化合物膜８は、バリア膜としての機能を果たす。ここで、接続孔４ｂ内の第１配線Ｍ１上では、マンガン化合物膜８は形成されず、銅膜７ａが形成される。
【００４１】
次に、図７（ｂ）に示すように、マンガン化合物膜８上であって、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜６−２を形成する。第２マンガン含有銅膜６−２は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。
【００４２】
次に、図８（ａ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを埋め込む銅膜７を形成する。銅膜７は、例えば、めっき法により形成される。
【００４３】
次に、図８（ｂ）に示すように、ハードマスク５上に堆積した不要な銅膜７、第２マンガン含有銅膜６−２、マンガン化合物膜８をＣＭＰにより除去する。
【００４４】
次に、図９（ａ）に示すように、銅膜７およびハードマスク５上に、上層絶縁膜９を形成する。例えば、上層絶縁膜９として、拡散防止膜あるいは層間絶縁膜の積層膜、あるいは層間絶縁膜を形成する。
【００４５】
次に、図９（ｂ）に示すように、２００℃以上の雰囲気にて第２アニール処理を実施する。これにより、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、銅膜７と層間絶縁膜４の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。また、第２マンガン含有銅膜６−２中のＭｎが拡散して、拡散したＭｎが上層絶縁膜９と反応することにより、銅膜７と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜１０が形成される。
【００４６】
第２アニール処理は、上層絶縁膜９の形成後に独立に実施する必要はなく、例えば、上層絶縁膜９の形成時の熱が第２アニール処理を兼ねることもできる。以降の工程としては、上記の工程が繰り返される。これにより、多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００４７】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、マンガン含有銅膜６を２回に分けて形成する点は第１実施形態と同様であるが、銅膜７を１回で形成する。すなわち本実施形態では、第１マンガン含有銅膜６−１を形成した後に、銅膜を形成することなく、第１アニール処理を行うことにより、自己整合的に層間絶縁膜４の表面にマンガン化合物膜８を形成する。マンガン化合物膜８形成後の工程については、第１実施形態と同様である。
【００４８】
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１０〜図１２を参照して説明する。
【００５０】
図１０（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして、層間絶縁膜４に配線溝４ａおよび接続孔４ｂを形成する。
【００５１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂの内壁を被覆するマンガン含有銅膜（ＣｕＭｎ）６を形成する。マンガン含有銅膜６は、例えばスパッタリング法、ＡＬＤ法、あるいはＣＶＤ法により形成される。続いて、図１１（ａ）に示すように、配線溝４ａおよび接続孔４ｂを埋め込む銅膜７を形成する。銅膜７は、例えば、めっき法により形成される。
【００５２】
本実施形態では、マンガン含有銅膜６の形成条件を最適化することにより、マンガン含有銅膜６中にＭｎを残しつつ、マンガン含有銅膜６中のＭｎの一部を層間絶縁膜４と反応させる。マンガン含有銅膜６をスパッタリング法で形成する場合、スパッタリング条件は、例えば、back ground 圧力 10e−8torr程度の高真空下で、3sccm程度Ar gassを導入しながら、targetに10KW程度の電圧を印加し、基板側には、200W以上のバイアスを印加する。スパッタリングにおけるバイアスを高めることにより、衝突時のエネルギーで一部のＭｎを層間絶縁膜４の表面と反応させることができる。この結果、銅膜７と層間絶縁膜４の密着性を向上させることができる。
【００５３】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ハードマスク５上に堆積した不要な銅膜７およびマンガン含有銅膜６をＣＭＰにより除去する。
【００５４】
次に、図１２（ａ）に示すように、銅膜７およびハードマスク５上に、上層絶縁膜９を形成する。例えば、上層絶縁膜９として、拡散防止膜あるいは層間絶縁膜の積層膜、あるいは層間絶縁膜を形成する。
【００５５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、２００℃以上の雰囲気にてアニール処理を実施する。これにより、マンガン含有銅膜６中のＭｎが拡散し、拡散したＭｎが層間絶縁膜４と反応することにより、銅膜７と層間絶縁膜４の界面に自己整合的にマンガン化合物膜８が形成される。また、マンガン含有銅膜６中のＭｎが拡散して、拡散したＭｎが上層絶縁膜９と反応することにより、銅膜７と上層絶縁膜９の界面に自己整合的にマンガン化合物膜１０が形成される。
【００５６】
アニール処理は、上層絶縁膜９の形成後に独立に実施する必要はなく、例えば、上層絶縁膜９の形成時の熱がアニール処理を兼ねることもできる。以降の工程としては、上記の工程が繰り返される。これにより、多層配線構造の半導体装置が製造される。
【００５７】
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第１、第２実施形態と異なり、マンガン含有銅膜６を１度に形成するが、銅膜７のＣＭＰ前にＭｎを拡散させるためのアニール処理は行わない。マンガン含有銅膜６の形成条件を最適化することにより、マンガン含有銅膜６中にＭｎを残しつつ、マンガン含有銅膜６中のＭｎの一部を層間絶縁膜４と反応させる。この結果、銅膜７と層間絶縁膜４の密着性を高めることができ、ＣＭＰでの銅膜７の剥がれを防止することができる。銅膜７のＣＭＰ後にアニール処理を行うことにより、マンガン含有銅膜６中の余剰のマンガンが拡散して、銅膜７と層間絶縁膜４の界面にマンガン化合物膜８が自己整合的に形成され、銅膜７と上層絶縁膜９の界面にマンガン化合物膜１０が自己整合的に形成される。この結果、第２配線Ｍ２と上層絶縁膜９の密着性を向上させることができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５９】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、層間絶縁膜２，４および拡散防止膜３の材料に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図６】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図９】第２実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１２】第３実施形態に係る半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１３】従来例の半導体装置の製造における工程断面図である。
【図１４】従来例の半導体装置の製造における工程断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…基板、２…層間絶縁膜、３…拡散防止膜、４…層間絶縁膜、４ａ…配線溝、４ｂ…接続孔、５…ハードマスク、６…マンガン含有銅膜、６−１…第１マンガン含有銅膜、６−２…第２マンガン含有銅膜、７…銅膜、７ａ…銅膜、７−１…第１銅膜、７−２…第２銅膜、８…マンガン化合物膜、９…上層絶縁膜、１０…マンガン化合物膜、１１…拡散防止膜、１２…層間絶縁膜、Ｍ１…第１配線、Ｍ２…第２配線、Ｐ…プラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部の内壁を被覆するマンガン含有銅膜を形成する工程と、
前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、
前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成するアニール処理を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、
前記アニール処理は、前記上層絶縁膜の形成後に独立して行う
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、前記上層絶縁膜の形成時の熱が、前記アニール処理を兼ねる
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部の内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第１アニール処理を行う工程と、
前記マンガン化合物膜上であって、前記開口部の内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜を形成する工程と、
前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、
前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第２アニール処理を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１マンガン含有銅膜を形成する工程の後、前記第１アニール処理を行う工程の前に、
前記第１マンガン含有銅膜上であって、前記開口部の内壁を被覆する銅膜を形成する工程をさらに有する
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、
前記第２アニール処理は、前記上層絶縁膜の形成後に独立して行う
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、前記上層絶縁膜の形成時の熱が、前記第２アニール処理を兼ねる
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部の内壁を被覆するマンガン含有銅膜を形成する工程と、
前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、
前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成するアニール処理を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、
前記アニール処理は、前記上層絶縁膜の形成後に独立して行う
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、前記上層絶縁膜の形成時の熱が、前記アニール処理を兼ねる
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部の内壁を被覆する第１マンガン含有銅膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第１アニール処理を行う工程と、
前記マンガン化合物膜上であって、前記開口部の内壁を被覆する第２マンガン含有銅膜を形成する工程と、
前記開口部を埋め込む銅膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に形成された銅膜を除去する工程と、
前記銅膜と前記層間絶縁膜の界面および前記銅膜の表面に、マンガン化合物膜を形成する第２アニール処理を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１マンガン含有銅膜を形成する工程の後、前記第１アニール処理を行う工程の前に、
前記第１マンガン含有銅膜上であって、前記開口部の内壁を被覆する銅膜を形成する工程をさらに有する
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、
前記第２アニール処理は、前記上層絶縁膜の形成後に独立して行う
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記銅膜を除去する工程の後に、前記層間絶縁膜および前記銅膜上に上層絶縁膜を形成する工程をさらに有し、前記上層絶縁膜の形成時の熱が、前記第２アニール処理を兼ねる
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２００７−２２０７３８（Ｐ２００７−２２０７３８Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３６８８１（Ｐ２００６−３６８８１）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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