半導体装置の製造方法
【課題】Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる、半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第２バリア膜１３の形成後に、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層２１が積層される。犠牲層２１にＳｉおよびＯが含まれるので、犠牲層２１の積層過程で、Ｃｕ層２０と犠牲層２１との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２２が生じる。この反応生成膜２２の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。
【解決手段】第２バリア膜１３の形成後に、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層２１が積層される。犠牲層２１にＳｉおよびＯが含まれるので、犠牲層２１の積層過程で、Ｃｕ層２０と犠牲層２１との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２２が生じる。この反応生成膜２２の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ（銅）を主成分とする金属材料からなるＣｕ配線を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高集積化された半導体装置において、配線の材料として、Ａｌ（アルミニウム）よりも導電性の高いＣｕを採用したものがある。Ｃｕがドライエッチングによる微細なパターニングが困難であることから、Ｃｕを材料に採用した配線（Ｃｕ配線）は、ダマシン法により、半導体基板上の絶縁層に形成された微細な溝に埋設される。
絶縁層の材料としては、通常、ＳｉＯ２（酸化シリコン）が採用される。ところが、Ｃｕは、ＳｉＯ２への拡散性が高い。そのため、ＳｉＯ２からなる絶縁層に形成された溝の内面とＣｕ配線とが直に接すると、Ｃｕが絶縁層中に拡散し、これにより絶縁層の絶縁耐圧が低下する。したがって、絶縁層とＣｕ配線との間には、Ｃｕの絶縁層への拡散を防止するためのバリア膜が必要となる。
【０００３】
バリア膜を形成する手法として、ＣｕおよびＭｎを含む合金材料（以下、単に「ＣｕＭｎ合金」という。）を用いた自己形成プロセスが知られている。この自己形成プロセスでは、スパッタ法により、溝の内面を含む絶縁層の表面上に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が形成される。次いで、めっき法により、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が積層される。その後、熱処理が行われることにより、合金膜に含まれるＭｎが絶縁層に含まれるＳｉ（シリコン）およびＯ（酸素）と結合し、溝の内面上に、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：零よりも大きい数。以下、単に「ＭｎＳｉＯ」という。）からなるバリア膜が形成される。
【０００４】
そして、バリア膜の形成後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法により、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるまで研磨される。これにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。
【特許文献１】特開２００５−２７７３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣｕＭｎ合金は、ＳｉＯ２に対する密着性が高くない。そこで、溝の内面に対する合金膜の密着性を確保し、溝の側面上での合金膜の膜剥がれを防止するため、合金膜は、バリア膜の形成に必要な最小限の厚さよりも大きい厚さに形成される。また、ＣｕＭｎ合金は、Ｍｎ濃度が低いほどＳｉＯ２に対する密着性が低下するので、合金膜の材料には、Ｍｎ濃度がある程度高いＣｕＭｎ合金が用いられる。そのため、合金膜には、Ｍｎが過剰に含まれる。
【０００６】
バリア膜の形成（ＳｉおよびＯとの結合）に寄与しない余剰なＭｎは、Ｃｕ層中に拡散する。ＭｎのＣｕ層中への拡散量が多いと、Ｃｕ配線中にＭｎが残留し、Ｃｕ配線の抵抗が増大する。純Ｃｕの比抵抗は、約１．９〜２．０μΩ・ｃｍであるのに対し、たとえば、原子数で１％（ａｔ％）のＭｎを含むＣｕの比抵抗は、約５〜６μΩ・ｃｍである。幅６０〜７０ｎｍの微細なＣｕ配線では、比抵抗の微少な増大であっても、配線抵抗の大幅な増大を招く。
【０００７】
本発明の目的は、Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる、半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、前記溝の内面にＣｕＭｎ合金からなる合金膜を被着させる工程と、前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、熱処理により、前記Ｃｕ層と前記絶縁層との間にＭｎＳｉＯからなるバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の形成後に、前記Ｃｕ層上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層を積層し、前記Ｃｕ層上にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜を生成させる工程と、前記Ｃｕ層上から前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
【０００９】
この方法によれば、まず、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に、溝が形成される。次に、溝の内面（側面および底面）に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が被着される。その後、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が溝を埋め尽くすように形成される。Ｃｕ層の形成後、熱処理により、Ｃｕ層と絶縁層との間に、ＭｎＳｉＯからなるバリア膜が形成される。そして、バリア膜の形成後に、Ｃｕ層上に、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層が積層される。
【００１０】
犠牲層にＳｉおよびＯが含まれるので、Ｃｕ層および犠牲層に熱が加えられると、Ｃｕ層と犠牲層との界面で、犠牲層に含まれるＳｉおよびＯとＣｕ層に含まれるＭｎとが結合し、ＭｎＳｉＯからなる反応生成膜が生じる。この反応生成膜の生成後、犠牲層および反応生成膜は、Ｃｕ層上から除去される。そして、犠牲層および反応生成膜の除去後に、たとえば、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるように、溝外からＣｕ層が除去されることにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。
【００１１】
反応生成膜の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層からなるＣｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。
犠牲層および反応生成膜の除去は、請求項３に記載のように、ＣＭＰ法により達成されることが好ましい。犠牲層および反応生成膜の除去にＣＭＰ法を採用することにより、１工程で犠牲層および反応生成膜を除去することができる。また、犠牲層および反応生成膜のＣＭＰ法による除去に引き続いて、ＣＭＰ法によりＣｕ層がＣｕ配線に加工される場合に、スラリーとしてＴａ（タンタル）膜除去用のスラリーを用いることにより、犠牲層および反応生成膜を良好に除去することができるうえに、Ｃｕ層および絶縁層をほぼ同じ研磨レートで除去することができる。その結果、平坦性に優れた表面を有するＣｕ配線を得ることができる。
【００１２】
請求項４に記載のように、前記犠牲層は、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ化学気相成長）法により形成されることが好ましい。この場合、犠牲層がＣｕ層上に積層される過程で、Ｃｕ層および積層途中の犠牲層に高熱（約４００℃）が加えられるので、Ｃｕ層と犠牲層との界面に反応生成膜を生成させるための熱処理（犠牲層の積層後の熱処理）を不要とすることができる。その結果、半導体装置の製造工程を簡素化することができる。
【００１３】
さらに、請求項５に記載のように、前記犠牲層がＳｉＨ４（シラン）を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により形成されることがとくに好ましい。ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を用いたＰＥＣＶＤ法（ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法）により前記犠牲層を形成することも可能である。しかし、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスが用いられ、高温（約４００℃）のＯ２ガス雰囲気下にＣｕ層などが曝されるので、そのＣｕ層に含まれるＣｕが酸化しやすい。これに対し、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスではなくＮ２Ｏガスが用いられるので、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法よりもＣｕの酸化が生じにくい。
【００１４】
請求項６に記載のように、前記バリア膜の形成後に、前記反応生成膜を生成させる工程（前記犠牲層を積層する工程）と前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とがこの順に複数回繰り返されてもよい。これらの工程を複数回繰り返すことにより、回数を重ねるごとに、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を確実に減らすことができる。
【００１５】
請求項２に記載のように、前記バリア膜の形成後であって前記犠牲層の積層前に、前記Ｃｕ層の表面をＣＭＰ法により研磨する工程をさらに含むことが好ましい。バリア膜の形成時に、合金膜に含まれるＭｎの一部は、Ｃｕ層中を移動し、Ｃｕ層の表面に出現する。Ｃｕ層の表面をＣＭＰ法により研磨し、Ｃｕ層の表面に出現したＭｎを除去した後に、Ｃｕ層上に犠牲層を積層することにより、Ｃｕ層の内部に残留するＭｎがＳｉおよびＯとの反応に積極的に使用される。その結果、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量を効率的に減少させることができ、ひいてはＣｕ配線中のＭｎの残留量をより一層減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体装置の模式的な断面図である。
半導体装置１は、図示しない半導体基板を備えている。半導体基板には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの素子が作り込まれている。半導体基板上には、ＳｉＯ２からなる第１絶縁層２が積層されている。
【００１７】
第１絶縁層２の表層部には、第１溝３が所定のパターンで形成されている。第１溝３は、第１絶縁層２の上面から掘り下がった凹状をなしている。第１溝３の内面（側面および底面）には、ＭｎＳｉＯからなる第１バリア膜４が形成されている。そして、第１溝３には、第１バリア膜４を介して、Ｃｕを主成分とする金属材料からなる第１Ｃｕ配線５が埋設されている。
【００１８】
第１絶縁層２上には、第２絶縁層６が積層されている。第２絶縁層６は、拡散防止膜７、層間絶縁膜８、エッチングストッパ膜９および絶縁膜１０を、第１絶縁層２側からこの順に積層した構造を有している。
拡散防止膜７は、たとえば、ＳｉＣ（炭化シリコン）および／またはＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）からなる。
【００１９】
層間絶縁膜８および絶縁膜１０は、たとえば、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であるＳｉＯ２からなる。
エッチングストッパ膜９は、たとえば、ＳｉＣからなる。
第２絶縁層６の表層部には、第２溝１１が形成されている。第２溝１１は、絶縁膜１０の上面から層間絶縁膜８の上面まで掘り下がった凹状をなしている。第２溝１１の側面は、絶縁膜１０およびエッチングストッパ膜９により形成され、第２溝１１の底面は、層間絶縁膜８の上面により形成されている。
【００２０】
また、第２溝１１は、平面視で第１Ｃｕ配線５（第１溝３）と交差する部分を有するパターンに形成されている。そして、その平面視で第１Ｃｕ配線５と第２溝１１とが交差する部分において、第１Ｃｕ配線５と第２溝１１との間には、拡散防止膜７および層間絶縁膜８を貫通するビアホール１２が形成されている。
第２溝１１およびビアホール１２の内面（第２溝１１の側面および底面ならびにビアホール１２の側面）には、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成されている。そして、第２溝１１およびビアホール１２には、第２バリア膜１３を介して、それぞれＣｕを主成分とする金属材料からなる第２Ｃｕ配線１４およびビア１５が埋設されている。第２Ｃｕ配線１４およびビア１５は、一体をなしている。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｇは、本発明の一実施形態に係る製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
図２Ａに示すように、第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５が埋設された第１絶縁層２上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法により、拡散防止膜７、層間絶縁膜８、エッチングストッパ膜９および絶縁膜１０がこの順に積層される。これにより、第１絶縁層２上に、第２絶縁層６が形成される。
【００２２】
その後、図２Ｂに示すように、第２絶縁層６に、第２溝１１およびビアホール１２が形成される。具体的には、まず、第２絶縁層６上に、ビアホール１２が形成されるべき部分を選択的に露出させる開口を有するマスク（図示せず）が形成される。そして、ドライエッチングにより、絶縁膜１０、エッチングストッパ膜９および層間絶縁膜８におけるマスクから露出する部分（開口に臨む部分）が順に除去される。このとき、適当なタイミングで反応ガス（エッチャント）を切り換えることにより、絶縁膜１０、エッチングストッパ膜９および層間絶縁膜８が連続的にエッチングされる。その後、第２絶縁層６上からマスクが除去される。次に、第２絶縁層６上に、第２溝１１が形成されるべき部分を選択的に露出させる開口を有する新たなマスク（図示せず）が形成される。そして、ドライエッチングにより、絶縁膜１０におけるマスクから露出する部分（開口に臨む部分）が除去される。その後、第２絶縁層６上からマスクが除去される。そして、拡散防止膜７およびエッチングストッパ膜９における露出している部分が除去される。これにより、第２溝１１およびビアホール１２が形成される。
【００２３】
次いで、図２Ｃに示すように、スパッタ法により、第２溝１１およびビアホール１２の内面および第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面全域に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜１８が被着される。
その後、図２Ｄに示すように、スパッタ法により、合金膜１８の表面全域を被覆するように、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるシード膜１９が形成される。
【００２４】
次いで、図２Ｅに示すように、めっき法により、シード膜１９上に、Ｃｕを主成分とする金属材料のＣｕ層２０が積層される。このＣｕ層２０は、第２溝１１およびビアホール１２を埋め尽くす厚さに形成される。
その後、熱処理が行われる。第２絶縁層６および合金膜１８に高熱が加えられることににより、第２絶縁層６と合金膜１８との界面において、第２絶縁層６に含まれるＳｉおよびＯと合金膜１８に含まれるＭｎとが反応（結合）する。その結果、図２Ｆに示すように、第２絶縁層６とＣｕ層２０との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。このとき、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中に拡散し、その一部がＣｕ層２０の表面に出現する。また、熱処理が行われることにより、Ｃｕ層２０の結晶構造が均一化され、Ｃｕ層２０（第２Ｃｕ配線１４）の比抵抗が低減する。合金膜１８は、第２バリア膜１３の形成に伴って消失する。
【００２５】
第２バリア膜１３の形成後、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０の表面が研磨される。この研磨により、図２Ｇに示すように、Ｃｕ層２０の表面上のＭｎがＣｕ層２０の表層部とともに除去される。
次いで、図２Ｈに示すように、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上に、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であるＳｉＯ２からなる犠牲層２１が積層される。すなわち、Ｃｕ層２０上に、シラン系シリコン酸化膜からなる犠牲層２１が積層される。この犠牲層２１が積層される過程で、Ｃｕ層２０および積層途中の犠牲層２１に高熱（約４００℃）が加えられることにより、Ｃｕ層２０と犠牲層２１との界面で、犠牲層２１に含まれるＳｉおよびＯとＣｕ層２０に含まれるＭｎとが結合し、ＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２２が生じる。この反応生成膜２２の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。犠牲層２１の厚さは、反応生成膜２２の生成に必要十分な厚さ（たとえば、１００ｎｍ）でよい。
【００２６】
その後、図２Ｉに示すように、ＣＭＰ法により、犠牲層２１および反応生成膜２２が除去される。
図２Ｊに示すように、犠牲層２１および反応生成膜２２の除去により露出したＣｕ層２０上に、犠牲層２１と同じ材料からなる犠牲層２３が積層される。すなわち、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、ＳｉＯ２からなる犠牲層２３が積層される。犠牲層２３が積層される過程で、Ｃｕ層２０および積層途中の犠牲層２３に高熱（約４００℃）が加えられることにより、Ｃｕ層２０と犠牲層２３との界面で、犠牲層２３に含まれるＳｉおよびＯとＣｕ層２０に含まれるＭｎとが結合し、ＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２４が生じる。この反応生成膜２４の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量がさらに減少する。犠牲層２３の厚さは、反応生成膜２４の生成に必要十分な厚さ（たとえば、１００ｎｍ）でよい。
【００２７】
その後、ＣＭＰ法により、犠牲層２３および反応生成膜２４が除去される。つづいて、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３が研磨される。この研磨は、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３における第２溝１１外に形成されている不要部分がすべて除去されて、第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面が露出し、その第２絶縁層６の上面とＣｕ層２０の上面とが面一になるまで続けられる。これにより、第２溝１１に埋設された第２Ｃｕ配線１４が形成され、図１に示す半導体装置１が得られる。
【００２８】
以上のように、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層２１が積層される。犠牲層２１にＳｉおよびＯが含まれるので、犠牲層２１の積層過程で、Ｃｕ層２０と犠牲層２１との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２２が生じる。この反応生成膜２２の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を減らすことができる。
【００２９】
また、犠牲層２１および反応生成膜２２の除去後に、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上に犠牲層２３が積層され、Ｃｕ層２０と犠牲層２３との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２４が生成される。これにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量がさらに減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を一層減らすことができる。
【００３０】
ＰＥＣＶＤ法では、Ｃｕ層２０および積層途中の犠牲層２１，２３に高熱が加えられ、反応生成膜２２，２４が自然に生じる。したがって、反応生成膜２２，２４を生成させるための熱処理（犠牲層２１，２３の積層後の熱処理）が不要である。よって、ＰＥＣＶＤ法以外の方法により犠牲層２１，２３を形成する場合と比較して、半導体装置１の製造工程を簡素化することができる。
【００３１】
また、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法により犠牲層２１，２３を形成することも可能である。しかし、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスが用いられ、高温（約４００℃）のＯ２ガス雰囲気下にＣｕ層２０などが曝されるので、そのＣｕ層２０に含まれるＣｕが酸化しやすい。これに対し、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスではなくＮ２Ｏガスが用いられるので、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法よりもＣｕの酸化が生じにくい。
【００３２】
犠牲層２１，２３および反応生成膜２２，２４の除去は、ＣＭＰ法により達成される。これにより、１工程で犠牲層２１，２３および反応生成膜２２，２４を除去することができる。また、Ｔａ膜除去用のスラリーを用いたＣＭＰ法であれば、犠牲層２１および反応生成膜２２を良好に除去することができるうえに、その除去に引き続いて、Ｃｕ層２０および第２絶縁層６をほぼ同じ研磨レートで除去することができる。その結果、平坦性に優れた表面を有する第２Ｃｕ配線１４を得ることができる。
【００３３】
さらに、第２バリア膜１３の形成後、犠牲層２１の積層前に、Ｃｕ層２０の表面がＣＭＰ法により研磨される。第２バリア膜１３の形成時に、合金膜１８に含まれるＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を移動し、Ｃｕ層２０の表面に出現する。Ｃｕ層２０の表面をＣＭＰ法により研磨し、Ｃｕ層２０の表面に出現したＭｎを除去した後に、Ｃｕ層２０上に犠牲層２１を積層することにより、Ｃｕ層２０の内部に残留するＭｎがＳｉおよびＯとの反応に積極的に使用される。その結果、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量を効率的に減少させることができ、ひいては第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量をより一層減らすことができる。
【００３４】
なお、犠牲層２１の積層および反応生成膜２２の生成により、Ｃｕ層２０に残留するＭｎの量を十分に減少させることができる場合、犠牲層２３の積層および反応生成膜２４の生成が省略されてもよい。
また、反応生成膜２４の生成後に、犠牲層２３および反応生成膜２４が除去されて、Ｃｕ層２０上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層が形成されることにより、その犠牲層とＣｕ層２０との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜が形成されてもよい。すなわち、第２バリア膜１３の形成後に、反応生成膜を生成させる工程（犠牲層を積層する工程）と犠牲層および反応生成膜を除去する工程とがこの順に３回以上繰り返されてもよい。これらの工程を複数回繰り返すことにより、回数を重ねるごとに、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を確実に減らすことができる。
【００３５】
第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５の形成手法については、その説明を省略したが、第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５は、第２バリア膜１３および第２Ｃｕ配線１４の形成方法と同様な方法で形成することができる。すなわち、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第１絶縁層２にその表面から掘り下がった形状の第１溝３が形成された後、スパッタ法により、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が第１溝３の側面および底面に被着される。次いで、めっき法により、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるシード膜およびＣｕ層が順に形成される。そして、Ｃｕ層上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層が積層され、その犠牲層とＣｕ層との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜が形成された後、犠牲層および反応生成膜が除去される。その後、Ｃｕ層の表面が第１溝３外の第１絶縁層２の表面と面一になるように、第１溝３外からＣｕ層および第１バリア膜４が除去されることにより、第１溝３に第１バリア膜４を介して埋設された第１Ｃｕ配線５が得られる。
【００３６】
層間絶縁膜８および絶縁膜１０の材料は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であればよく、ＳｉＯ２以外に、たとえば、ＳｉＯＣ（炭素が添加された酸化シリコン）、ＳｉＯＦ（フッ素が添加された酸化シリコン）、ＳｉＯＮ（窒素が添加された酸化シリコン）などを例示することができる。
また、本発明がＣｕを主成分とする金属材料からなる第１Ｃｕ配線５および第２Ｃｕ配線１４を有する半導体装置の製造方法に適用された場合を例にとったが、本発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁層にＣｕを主成分とする金属材料からなる電極を有するキャパシタの製造方法に適用することもできる。
【００３７】
本発明は、他の形態で実施することもでき、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図２Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、図２Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、図２Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、図２Ｈの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｊ】図２Ｊは、図２Ｉの次の工程を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 半導体装置
６ 第２絶縁層（絶縁層）
１１ 第２溝（溝）
１３ 第２バリア膜（バリア膜）
１４ 第２Ｃｕ配線（Ｃｕ配線）
１８ 合金膜
２０ Ｃｕ層
２１ 犠牲層
２２ 反応生成膜
２３ 犠牲層
２４ 反応生成膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ（銅）を主成分とする金属材料からなるＣｕ配線を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高集積化された半導体装置において、配線の材料として、Ａｌ（アルミニウム）よりも導電性の高いＣｕを採用したものがある。Ｃｕがドライエッチングによる微細なパターニングが困難であることから、Ｃｕを材料に採用した配線（Ｃｕ配線）は、ダマシン法により、半導体基板上の絶縁層に形成された微細な溝に埋設される。
絶縁層の材料としては、通常、ＳｉＯ２（酸化シリコン）が採用される。ところが、Ｃｕは、ＳｉＯ２への拡散性が高い。そのため、ＳｉＯ２からなる絶縁層に形成された溝の内面とＣｕ配線とが直に接すると、Ｃｕが絶縁層中に拡散し、これにより絶縁層の絶縁耐圧が低下する。したがって、絶縁層とＣｕ配線との間には、Ｃｕの絶縁層への拡散を防止するためのバリア膜が必要となる。
【０００３】
バリア膜を形成する手法として、ＣｕおよびＭｎを含む合金材料（以下、単に「ＣｕＭｎ合金」という。）を用いた自己形成プロセスが知られている。この自己形成プロセスでは、スパッタ法により、溝の内面を含む絶縁層の表面上に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が形成される。次いで、めっき法により、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が積層される。その後、熱処理が行われることにより、合金膜に含まれるＭｎが絶縁層に含まれるＳｉ（シリコン）およびＯ（酸素）と結合し、溝の内面上に、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：零よりも大きい数。以下、単に「ＭｎＳｉＯ」という。）からなるバリア膜が形成される。
【０００４】
そして、バリア膜の形成後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法により、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるまで研磨される。これにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。
【特許文献１】特開２００５−２７７３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣｕＭｎ合金は、ＳｉＯ２に対する密着性が高くない。そこで、溝の内面に対する合金膜の密着性を確保し、溝の側面上での合金膜の膜剥がれを防止するため、合金膜は、バリア膜の形成に必要な最小限の厚さよりも大きい厚さに形成される。また、ＣｕＭｎ合金は、Ｍｎ濃度が低いほどＳｉＯ２に対する密着性が低下するので、合金膜の材料には、Ｍｎ濃度がある程度高いＣｕＭｎ合金が用いられる。そのため、合金膜には、Ｍｎが過剰に含まれる。
【０００６】
バリア膜の形成（ＳｉおよびＯとの結合）に寄与しない余剰なＭｎは、Ｃｕ層中に拡散する。ＭｎのＣｕ層中への拡散量が多いと、Ｃｕ配線中にＭｎが残留し、Ｃｕ配線の抵抗が増大する。純Ｃｕの比抵抗は、約１．９〜２．０μΩ・ｃｍであるのに対し、たとえば、原子数で１％（ａｔ％）のＭｎを含むＣｕの比抵抗は、約５〜６μΩ・ｃｍである。幅６０〜７０ｎｍの微細なＣｕ配線では、比抵抗の微少な増大であっても、配線抵抗の大幅な増大を招く。
【０００７】
本発明の目的は、Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる、半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、前記溝の内面にＣｕＭｎ合金からなる合金膜を被着させる工程と、前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、熱処理により、前記Ｃｕ層と前記絶縁層との間にＭｎＳｉＯからなるバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の形成後に、前記Ｃｕ層上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層を積層し、前記Ｃｕ層上にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜を生成させる工程と、前記Ｃｕ層上から前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
【０００９】
この方法によれば、まず、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に、溝が形成される。次に、溝の内面（側面および底面）に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が被着される。その後、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が溝を埋め尽くすように形成される。Ｃｕ層の形成後、熱処理により、Ｃｕ層と絶縁層との間に、ＭｎＳｉＯからなるバリア膜が形成される。そして、バリア膜の形成後に、Ｃｕ層上に、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層が積層される。
【００１０】
犠牲層にＳｉおよびＯが含まれるので、Ｃｕ層および犠牲層に熱が加えられると、Ｃｕ層と犠牲層との界面で、犠牲層に含まれるＳｉおよびＯとＣｕ層に含まれるＭｎとが結合し、ＭｎＳｉＯからなる反応生成膜が生じる。この反応生成膜の生成後、犠牲層および反応生成膜は、Ｃｕ層上から除去される。そして、犠牲層および反応生成膜の除去後に、たとえば、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるように、溝外からＣｕ層が除去されることにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。
【００１１】
反応生成膜の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層からなるＣｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。
犠牲層および反応生成膜の除去は、請求項３に記載のように、ＣＭＰ法により達成されることが好ましい。犠牲層および反応生成膜の除去にＣＭＰ法を採用することにより、１工程で犠牲層および反応生成膜を除去することができる。また、犠牲層および反応生成膜のＣＭＰ法による除去に引き続いて、ＣＭＰ法によりＣｕ層がＣｕ配線に加工される場合に、スラリーとしてＴａ（タンタル）膜除去用のスラリーを用いることにより、犠牲層および反応生成膜を良好に除去することができるうえに、Ｃｕ層および絶縁層をほぼ同じ研磨レートで除去することができる。その結果、平坦性に優れた表面を有するＣｕ配線を得ることができる。
【００１２】
請求項４に記載のように、前記犠牲層は、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：プラズマ化学気相成長）法により形成されることが好ましい。この場合、犠牲層がＣｕ層上に積層される過程で、Ｃｕ層および積層途中の犠牲層に高熱（約４００℃）が加えられるので、Ｃｕ層と犠牲層との界面に反応生成膜を生成させるための熱処理（犠牲層の積層後の熱処理）を不要とすることができる。その結果、半導体装置の製造工程を簡素化することができる。
【００１３】
さらに、請求項５に記載のように、前記犠牲層がＳｉＨ４（シラン）を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により形成されることがとくに好ましい。ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を用いたＰＥＣＶＤ法（ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法）により前記犠牲層を形成することも可能である。しかし、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスが用いられ、高温（約４００℃）のＯ２ガス雰囲気下にＣｕ層などが曝されるので、そのＣｕ層に含まれるＣｕが酸化しやすい。これに対し、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスではなくＮ２Ｏガスが用いられるので、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法よりもＣｕの酸化が生じにくい。
【００１４】
請求項６に記載のように、前記バリア膜の形成後に、前記反応生成膜を生成させる工程（前記犠牲層を積層する工程）と前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とがこの順に複数回繰り返されてもよい。これらの工程を複数回繰り返すことにより、回数を重ねるごとに、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を確実に減らすことができる。
【００１５】
請求項２に記載のように、前記バリア膜の形成後であって前記犠牲層の積層前に、前記Ｃｕ層の表面をＣＭＰ法により研磨する工程をさらに含むことが好ましい。バリア膜の形成時に、合金膜に含まれるＭｎの一部は、Ｃｕ層中を移動し、Ｃｕ層の表面に出現する。Ｃｕ層の表面をＣＭＰ法により研磨し、Ｃｕ層の表面に出現したＭｎを除去した後に、Ｃｕ層上に犠牲層を積層することにより、Ｃｕ層の内部に残留するＭｎがＳｉおよびＯとの反応に積極的に使用される。その結果、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量を効率的に減少させることができ、ひいてはＣｕ配線中のＭｎの残留量をより一層減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体装置の模式的な断面図である。
半導体装置１は、図示しない半導体基板を備えている。半導体基板には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの素子が作り込まれている。半導体基板上には、ＳｉＯ２からなる第１絶縁層２が積層されている。
【００１７】
第１絶縁層２の表層部には、第１溝３が所定のパターンで形成されている。第１溝３は、第１絶縁層２の上面から掘り下がった凹状をなしている。第１溝３の内面（側面および底面）には、ＭｎＳｉＯからなる第１バリア膜４が形成されている。そして、第１溝３には、第１バリア膜４を介して、Ｃｕを主成分とする金属材料からなる第１Ｃｕ配線５が埋設されている。
【００１８】
第１絶縁層２上には、第２絶縁層６が積層されている。第２絶縁層６は、拡散防止膜７、層間絶縁膜８、エッチングストッパ膜９および絶縁膜１０を、第１絶縁層２側からこの順に積層した構造を有している。
拡散防止膜７は、たとえば、ＳｉＣ（炭化シリコン）および／またはＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）からなる。
【００１９】
層間絶縁膜８および絶縁膜１０は、たとえば、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であるＳｉＯ２からなる。
エッチングストッパ膜９は、たとえば、ＳｉＣからなる。
第２絶縁層６の表層部には、第２溝１１が形成されている。第２溝１１は、絶縁膜１０の上面から層間絶縁膜８の上面まで掘り下がった凹状をなしている。第２溝１１の側面は、絶縁膜１０およびエッチングストッパ膜９により形成され、第２溝１１の底面は、層間絶縁膜８の上面により形成されている。
【００２０】
また、第２溝１１は、平面視で第１Ｃｕ配線５（第１溝３）と交差する部分を有するパターンに形成されている。そして、その平面視で第１Ｃｕ配線５と第２溝１１とが交差する部分において、第１Ｃｕ配線５と第２溝１１との間には、拡散防止膜７および層間絶縁膜８を貫通するビアホール１２が形成されている。
第２溝１１およびビアホール１２の内面（第２溝１１の側面および底面ならびにビアホール１２の側面）には、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成されている。そして、第２溝１１およびビアホール１２には、第２バリア膜１３を介して、それぞれＣｕを主成分とする金属材料からなる第２Ｃｕ配線１４およびビア１５が埋設されている。第２Ｃｕ配線１４およびビア１５は、一体をなしている。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｇは、本発明の一実施形態に係る製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
図２Ａに示すように、第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５が埋設された第１絶縁層２上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法により、拡散防止膜７、層間絶縁膜８、エッチングストッパ膜９および絶縁膜１０がこの順に積層される。これにより、第１絶縁層２上に、第２絶縁層６が形成される。
【００２２】
その後、図２Ｂに示すように、第２絶縁層６に、第２溝１１およびビアホール１２が形成される。具体的には、まず、第２絶縁層６上に、ビアホール１２が形成されるべき部分を選択的に露出させる開口を有するマスク（図示せず）が形成される。そして、ドライエッチングにより、絶縁膜１０、エッチングストッパ膜９および層間絶縁膜８におけるマスクから露出する部分（開口に臨む部分）が順に除去される。このとき、適当なタイミングで反応ガス（エッチャント）を切り換えることにより、絶縁膜１０、エッチングストッパ膜９および層間絶縁膜８が連続的にエッチングされる。その後、第２絶縁層６上からマスクが除去される。次に、第２絶縁層６上に、第２溝１１が形成されるべき部分を選択的に露出させる開口を有する新たなマスク（図示せず）が形成される。そして、ドライエッチングにより、絶縁膜１０におけるマスクから露出する部分（開口に臨む部分）が除去される。その後、第２絶縁層６上からマスクが除去される。そして、拡散防止膜７およびエッチングストッパ膜９における露出している部分が除去される。これにより、第２溝１１およびビアホール１２が形成される。
【００２３】
次いで、図２Ｃに示すように、スパッタ法により、第２溝１１およびビアホール１２の内面および第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面全域に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜１８が被着される。
その後、図２Ｄに示すように、スパッタ法により、合金膜１８の表面全域を被覆するように、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるシード膜１９が形成される。
【００２４】
次いで、図２Ｅに示すように、めっき法により、シード膜１９上に、Ｃｕを主成分とする金属材料のＣｕ層２０が積層される。このＣｕ層２０は、第２溝１１およびビアホール１２を埋め尽くす厚さに形成される。
その後、熱処理が行われる。第２絶縁層６および合金膜１８に高熱が加えられることににより、第２絶縁層６と合金膜１８との界面において、第２絶縁層６に含まれるＳｉおよびＯと合金膜１８に含まれるＭｎとが反応（結合）する。その結果、図２Ｆに示すように、第２絶縁層６とＣｕ層２０との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。このとき、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中に拡散し、その一部がＣｕ層２０の表面に出現する。また、熱処理が行われることにより、Ｃｕ層２０の結晶構造が均一化され、Ｃｕ層２０（第２Ｃｕ配線１４）の比抵抗が低減する。合金膜１８は、第２バリア膜１３の形成に伴って消失する。
【００２５】
第２バリア膜１３の形成後、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０の表面が研磨される。この研磨により、図２Ｇに示すように、Ｃｕ層２０の表面上のＭｎがＣｕ層２０の表層部とともに除去される。
次いで、図２Ｈに示すように、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上に、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であるＳｉＯ２からなる犠牲層２１が積層される。すなわち、Ｃｕ層２０上に、シラン系シリコン酸化膜からなる犠牲層２１が積層される。この犠牲層２１が積層される過程で、Ｃｕ層２０および積層途中の犠牲層２１に高熱（約４００℃）が加えられることにより、Ｃｕ層２０と犠牲層２１との界面で、犠牲層２１に含まれるＳｉおよびＯとＣｕ層２０に含まれるＭｎとが結合し、ＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２２が生じる。この反応生成膜２２の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。犠牲層２１の厚さは、反応生成膜２２の生成に必要十分な厚さ（たとえば、１００ｎｍ）でよい。
【００２６】
その後、図２Ｉに示すように、ＣＭＰ法により、犠牲層２１および反応生成膜２２が除去される。
図２Ｊに示すように、犠牲層２１および反応生成膜２２の除去により露出したＣｕ層２０上に、犠牲層２１と同じ材料からなる犠牲層２３が積層される。すなわち、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、ＳｉＯ２からなる犠牲層２３が積層される。犠牲層２３が積層される過程で、Ｃｕ層２０および積層途中の犠牲層２３に高熱（約４００℃）が加えられることにより、Ｃｕ層２０と犠牲層２３との界面で、犠牲層２３に含まれるＳｉおよびＯとＣｕ層２０に含まれるＭｎとが結合し、ＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２４が生じる。この反応生成膜２４の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量がさらに減少する。犠牲層２３の厚さは、反応生成膜２４の生成に必要十分な厚さ（たとえば、１００ｎｍ）でよい。
【００２７】
その後、ＣＭＰ法により、犠牲層２３および反応生成膜２４が除去される。つづいて、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３が研磨される。この研磨は、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３における第２溝１１外に形成されている不要部分がすべて除去されて、第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面が露出し、その第２絶縁層６の上面とＣｕ層２０の上面とが面一になるまで続けられる。これにより、第２溝１１に埋設された第２Ｃｕ配線１４が形成され、図１に示す半導体装置１が得られる。
【００２８】
以上のように、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層２１が積層される。犠牲層２１にＳｉおよびＯが含まれるので、犠牲層２１の積層過程で、Ｃｕ層２０と犠牲層２１との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２２が生じる。この反応生成膜２２の生成にＭｎが使用されることにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を減らすことができる。
【００２９】
また、犠牲層２１および反応生成膜２２の除去後に、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法により、Ｃｕ層２０上に犠牲層２３が積層され、Ｃｕ層２０と犠牲層２３との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜２４が生成される。これにより、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量がさらに減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を一層減らすことができる。
【００３０】
ＰＥＣＶＤ法では、Ｃｕ層２０および積層途中の犠牲層２１，２３に高熱が加えられ、反応生成膜２２，２４が自然に生じる。したがって、反応生成膜２２，２４を生成させるための熱処理（犠牲層２１，２３の積層後の熱処理）が不要である。よって、ＰＥＣＶＤ法以外の方法により犠牲層２１，２３を形成する場合と比較して、半導体装置１の製造工程を簡素化することができる。
【００３１】
また、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法により犠牲層２１，２３を形成することも可能である。しかし、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスが用いられ、高温（約４００℃）のＯ２ガス雰囲気下にＣｕ層２０などが曝されるので、そのＣｕ層２０に含まれるＣｕが酸化しやすい。これに対し、ＳｉＨ４を含むガスを用いたＰＥＣＶＤ法では、Ｏ２ガスではなくＮ２Ｏガスが用いられるので、ＴＥＯＳを用いたＰＥＣＶＤ法よりもＣｕの酸化が生じにくい。
【００３２】
犠牲層２１，２３および反応生成膜２２，２４の除去は、ＣＭＰ法により達成される。これにより、１工程で犠牲層２１，２３および反応生成膜２２，２４を除去することができる。また、Ｔａ膜除去用のスラリーを用いたＣＭＰ法であれば、犠牲層２１および反応生成膜２２を良好に除去することができるうえに、その除去に引き続いて、Ｃｕ層２０および第２絶縁層６をほぼ同じ研磨レートで除去することができる。その結果、平坦性に優れた表面を有する第２Ｃｕ配線１４を得ることができる。
【００３３】
さらに、第２バリア膜１３の形成後、犠牲層２１の積層前に、Ｃｕ層２０の表面がＣＭＰ法により研磨される。第２バリア膜１３の形成時に、合金膜１８に含まれるＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を移動し、Ｃｕ層２０の表面に出現する。Ｃｕ層２０の表面をＣＭＰ法により研磨し、Ｃｕ層２０の表面に出現したＭｎを除去した後に、Ｃｕ層２０上に犠牲層２１を積層することにより、Ｃｕ層２０の内部に残留するＭｎがＳｉおよびＯとの反応に積極的に使用される。その結果、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量を効率的に減少させることができ、ひいては第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量をより一層減らすことができる。
【００３４】
なお、犠牲層２１の積層および反応生成膜２２の生成により、Ｃｕ層２０に残留するＭｎの量を十分に減少させることができる場合、犠牲層２３の積層および反応生成膜２４の生成が省略されてもよい。
また、反応生成膜２４の生成後に、犠牲層２３および反応生成膜２４が除去されて、Ｃｕ層２０上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層が形成されることにより、その犠牲層とＣｕ層２０との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜が形成されてもよい。すなわち、第２バリア膜１３の形成後に、反応生成膜を生成させる工程（犠牲層を積層する工程）と犠牲層および反応生成膜を除去する工程とがこの順に３回以上繰り返されてもよい。これらの工程を複数回繰り返すことにより、回数を重ねるごとに、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を確実に減らすことができる。
【００３５】
第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５の形成手法については、その説明を省略したが、第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５は、第２バリア膜１３および第２Ｃｕ配線１４の形成方法と同様な方法で形成することができる。すなわち、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第１絶縁層２にその表面から掘り下がった形状の第１溝３が形成された後、スパッタ法により、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が第１溝３の側面および底面に被着される。次いで、めっき法により、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるシード膜およびＣｕ層が順に形成される。そして、Ｃｕ層上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層が積層され、その犠牲層とＣｕ層との界面にＭｎＳｉＯからなる反応生成膜が形成された後、犠牲層および反応生成膜が除去される。その後、Ｃｕ層の表面が第１溝３外の第１絶縁層２の表面と面一になるように、第１溝３外からＣｕ層および第１バリア膜４が除去されることにより、第１溝３に第１バリア膜４を介して埋設された第１Ｃｕ配線５が得られる。
【００３６】
層間絶縁膜８および絶縁膜１０の材料は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であればよく、ＳｉＯ２以外に、たとえば、ＳｉＯＣ（炭素が添加された酸化シリコン）、ＳｉＯＦ（フッ素が添加された酸化シリコン）、ＳｉＯＮ（窒素が添加された酸化シリコン）などを例示することができる。
また、本発明がＣｕを主成分とする金属材料からなる第１Ｃｕ配線５および第２Ｃｕ配線１４を有する半導体装置の製造方法に適用された場合を例にとったが、本発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁層にＣｕを主成分とする金属材料からなる電極を有するキャパシタの製造方法に適用することもできる。
【００３７】
本発明は、他の形態で実施することもでき、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図２Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、図２Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、図２Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、図２Ｈの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図２Ｊ】図２Ｊは、図２Ｉの次の工程を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 半導体装置
６ 第２絶縁層（絶縁層）
１１ 第２溝（溝）
１３ 第２バリア膜（バリア膜）
１４ 第２Ｃｕ配線（Ｃｕ配線）
１８ 合金膜
２０ Ｃｕ層
２１ 犠牲層
２２ 反応生成膜
２３ 犠牲層
２４ 反応生成膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、
前記溝の内面にＣｕおよびＭｎを含む合金材料からなる合金膜を被着させる工程と、
前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、
熱処理により、前記Ｃｕ層と前記絶縁層との間にＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：零よりも大きい数）からなるバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜の形成後に、前記Ｃｕ層上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層を積層し、前記Ｃｕ層上にＭｎｘＳｉｙＯｚからなる反応生成膜を生成させる工程と、
前記Ｃｕ層上から前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記バリア膜の形成後であって前記犠牲層の積層前に、前記Ｃｕ層の表面を化学的機械的研磨法により研磨する工程をさらに含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層および前記反応生成膜は、化学的機械的研磨法により除去される、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層は、プラズマ化学気相成長法により積層される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は、ＳｉＨ４を含むガスを用いたプラズマ化学気相成長法により積層される請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記バリア膜の形成後に、前記反応生成膜を生成させる工程と前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とがこの順に複数回繰り返される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、
前記溝の内面にＣｕおよびＭｎを含む合金材料からなる合金膜を被着させる工程と、
前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、
熱処理により、前記Ｃｕ層と前記絶縁層との間にＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ，ｙ，ｚ：零よりも大きい数）からなるバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜の形成後に、前記Ｃｕ層上にＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる犠牲層を積層し、前記Ｃｕ層上にＭｎｘＳｉｙＯｚからなる反応生成膜を生成させる工程と、
前記Ｃｕ層上から前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記バリア膜の形成後であって前記犠牲層の積層前に、前記Ｃｕ層の表面を化学的機械的研磨法により研磨する工程をさらに含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層および前記反応生成膜は、化学的機械的研磨法により除去される、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層は、プラズマ化学気相成長法により積層される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は、ＳｉＨ４を含むガスを用いたプラズマ化学気相成長法により積層される請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記バリア膜の形成後に、前記反応生成膜を生成させる工程と前記犠牲層および前記反応生成膜を除去する工程とがこの順に複数回繰り返される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図２Ｉ】
【図２Ｊ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図２Ｉ】
【図２Ｊ】
【公開番号】特開２０１０−７３７３６（Ｐ２０１０−７３７３６Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６６４９（Ｐ２００８−２３６６４９）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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