半導体装置及びその製造方法
【課題】本発明は、アルミ配線パターンに含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、導電膜である窒化チタン膜に起因する半導体基板の反りを低減することの可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】第２の層間絶縁膜１８に形成されたコンタクト孔２７により露出された銅配線１６の上面１６ａを覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜２１を設けると共に、アルミ配線パターン２３と第１の導電膜２１及び第２の層間絶縁膜１８との間に、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜２２を設ける。
【解決手段】第２の層間絶縁膜１８に形成されたコンタクト孔２７により露出された銅配線１６の上面１６ａを覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜２１を設けると共に、アルミ配線パターン２３と第１の導電膜２１及び第２の層間絶縁膜１８との間に、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜２２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム（Ａｌ)を用いて半導体装置の配線層及びコンタクトプラグを同時に形成する方法として、アルミリフロー法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このアルミリフロー法では、スパッタ法で形成したアルミニウム膜を４００℃以上に加熱することで流動化させ、コンタクトホール内をアルミニウム膜で充填する。
【０００３】
近年、半導体装置の配線材料として電気抵抗の低い銅（Ｃｕ)が用いられている。銅は、その表面に自然酸化膜が形成されやすいため、ワイヤボンディング等を行うための最上層の配線としては適さない。そこで一般的に、最上層の配線は、アルミニウム膜で形成することが多い。
【０００４】
例えば、銅を用いて形成した銅配線上に、アルミリフロー法を用いて、アルミニウム膜よりなり、かつ配線及びコンタクトプラグ有したアルミ配線パターンを形成する場合、コンタクトプラグの底部において、アルミリフロー法で加えられる熱により、アルミニウム膜に含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅との反応を防止するためのバリア膜が必須となる。
【０００５】
コンタクトプラグの底部でアルミニウムと銅との反応が生じると、高抵抗の合金が形成されるため、半導体装置の動作不良の原因となる。上記バリア膜としては、主に窒化チタン（ＴｉＮ)膜が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バリア性を確保するために、窒化チタン膜の膜厚を厚くした場合、窒化チタン膜が圧縮応力の高い膜であるため、半導体基板に反りが生じてしまうという問題があった。
このような反りが半導体基板に生じてしまうと後続の製造工程において、半導体製造装置内へ半導体基板を安定して固定できない。
また、反りの生じた半導体基板を無理に半導体製造装置のステージ等に固定しようとすると、半導体基板に割れ等の破損が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、半導体基板上に配置された第１の層間絶縁膜に設けられた銅配線と、前記銅配線の上面に設けられ、前記銅配線の上面の一部を露出するコンタクト孔を有する第２の層間絶縁膜と、前記コンタクト孔の側面及び底面を覆うと共に、前記コンタクト孔の側面から前記第２の層間絶縁膜の上面に亘って設けられた導電膜と、前記導電膜を介して、前記第２の層間絶縁膜の上面及び前記コンタクト孔内に設けられたアルミ配線パターンと、を有する半導体装置であって、前記導電膜は、窒化チタン膜を含む第１の導電膜と、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜と、を含み、前記コンタクト孔により露出された前記銅配線の上面を覆うように、前記第１の導電膜を配置すると共に、前記アルミ配線パターンと前記第１の導電膜及び前記第２の層間絶縁膜との間に前記第２の導電膜を配置したことを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置によれば、コンタクト孔により露出された銅配線の上面を覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜を配置すると共に、アルミ配線パターンと第１の導電膜及び第２の層間絶縁膜との間に、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜を配置することにより、半導体基板の反りの発生要因となる窒化チタン膜（アルミ配線パターンに含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する膜）がコンタクト孔により露出された銅配線の上面のみに配置されるため、窒化チタン膜により半導体基板に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００１０】
これにより、アルミ配線パターンに含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、導電膜である窒化チタン膜に起因する半導体基板の反りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１）である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その２）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）である。
【図９】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その８）である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その９）である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１０）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
図１を参照するに、本実施の形態の半導体装置１０は、半導体基板１１と、第１の層間絶縁膜１２と、銅配線用バリア膜１４と、銅（Ｃｕ）配線１６と、第２の層間絶縁膜１８と、導電膜である第１の導電膜２１及び第２の導電膜２２と、アルミ配線パターン２３と、を有する。
【００１４】
半導体基板１１は、板状とされた基板である。半導体基板１１としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。
第１の層間絶縁膜１２は、半導体基板１１上に設けられている。第１の層間絶縁膜１２の銅配線１６が形成される領域には、側面２５ａ及び底面２５ｂよりなる内面により区画された溝２５が設けられている。第１の層間絶縁膜１２としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を用いることができる。
【００１５】
銅配線用バリア膜１４は、溝２５の側面２５ａ及び底面２５ｂを覆うように設けられている。銅配線用バリア膜１４は、銅配線１６に含まれる銅が第１の層間絶縁膜１２に拡散することを防止するための膜である。銅配線用バリア膜１４としては、例えば、窒化タンタル膜（ＴａＮ膜）とタンタル膜（Ｔａ膜）との積層膜を用いることができる。
銅配線１６は、銅配線用バリア膜１４を介して、溝２５を埋め込むように設けられている。銅配線１６の上面１６ａは、平坦な面とされており、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａに対して略面一とされている。
【００１６】
第２の層間絶縁膜１８は、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａ及び銅配線１６の上面１６ａに設けられている。第２の層間絶縁膜１８には、銅配線１６の上面１６ａの一部を露出すると共に、側面２７ａ及び底面２７ｂよりなる内面により区画されたコンタクト孔２７が形成されている。コンタクト孔２７の底面２７ｂは、コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａにより構成されている。
【００１７】
第１の導電膜２１は、アルミ配線パターン２３の一部が配置されるコンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）を覆うように設けられている。第１の導電膜２１は、圧縮応力の強い窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を含むバリア膜である。窒化チタン膜は、アルミ配線パターン２３の母材となるアルミニウム膜（図示せず）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅（Ｃｕ）とアルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウム（Ａｌ）とが反応することを防止するための膜である。
【００１８】
このように、アルミ配線パターン２３の母材となるアルミニウム膜（図示せず）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅とアルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに設けることにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも設けた場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板１１に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００１９】
これにより、アルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００２０】
第１の導電膜２１としては、例えば、窒化チタン膜の単層、或いは、窒化チタン膜と、他の金属膜（例えば、チタン膜（Ｔｉ膜）、タンタル膜（Ｔａ膜）、タングステン膜（Ｗ膜）、及びこれらの金属を窒化させた膜等）との積層膜を用いることができる。
第１の導電膜２１として窒化チタン膜の単層を用いる場合、第１の導電膜２１の厚さは、例えば、３０ｎｍとすることができる。
【００２１】
第２の導電膜２２は、アルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａ、及びコンタクト孔２７に形成された第１の導電膜２１を覆うように設けられている。言い換えれば、第２の導電膜２２は、アルミ配線パターン２３と第１の導電膜２１及び第２の層間絶縁膜１８との間に配置されている。第２の導電膜２２は、圧縮応力の強い窒化チタン膜を含まない導電膜である。
【００２２】
第２の導電膜２２としては、アルミ配線パターン２３の母材となる第１のアルミニウム膜（後述する図９参照）をアニール処理した際に、アルミニウム膜がリフロー（流動化）しやすい金属膜を用いるとよい。
具体的には、第２の導電膜２２としては、チタン膜（Ｔｉ膜）の単層を用いるとよい。第２の導電膜２２としてチタン膜（Ｔｉ膜）の単層を用いる場合、第２の導電膜２２の厚さは、例えば、２０ｎｍとすることができる。
【００２３】
なお、第２の導電膜２２は、圧縮応力の強い窒化チタン膜を含まない膜であればよく、チタン膜の単層に限定されない。具体的には、第２の導電膜２２として、窒化チタン膜以外の金属膜を積層した積層膜を用いてもよい。
さらに、図９に示す工程のアニール処理を考慮すると、第２の導電膜２２を積層膜とした場合、最上層の膜には、第１のアルミニウム膜３８を容易にリフロー（流動化）させることが可能なチタン膜を設けるとよい。
【００２４】
アルミ配線パターン２３は、コンタクトプラグ３１と、配線３２と、を有する。コンタクトプラグ３１は、第１及び第２の導電膜２１，２２を介して、コンタクト孔２７を充填するように配置されている。コンタクトプラグ３１は、第１及び第２の導電膜２１，２２を介して、銅配線１６と電気的に接続されている。
【００２５】
配線３２は、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａに形成された第２の導電膜２２上に設けられており、コンタクトプラグ３１の上端と一体に構成されている。配線３２は、コンタクトプラグ３１を介して、銅配線１６と電気的に接続されている。
上記構成とされたアルミ配線パターン２３の材料としては、アルミニウムを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）を用いることができる。
【００２６】
本実施の形態の半導体装置によれば、アルミ配線パターン２３の母材となるアルミニウム膜（図示せず）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅とアルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに設けることにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも設けた場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００２７】
これにより、アルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００２８】
なお、図１に示す本実施の形態の半導体装置１０では、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂを覆うように第１の導電膜２１を設けた場合を例に挙げて説明したが、第１の導電膜２１は、コンタクト孔２７の底面２７ｂを覆うように配置されておればよく、第１の導電膜２１をコンタクト孔２７の側面２７ａに設けなくてもよい。この場合、本実施の形態の半導体装置１０と同様な効果を得ることができる。
【００２９】
図２〜図１１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図２〜図１１において、図１に示す半導体装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。なお、図１０及び図１１において、第１のアルミニウム膜３８と第２のアルミニウム膜３９は一体となるため、第１のアルミニウム膜３８と第２のアルミニウム膜３９との間には境界線が存在しないが、説明の便宜上、図１０及び図１１では、第１のアルミニウム膜３８と第２のアルミニウム膜３９との間の境界線を模式的に図示する。
【００３０】
次に、図２〜図１１を参照して、本実施の形態の半導体装置１０の製造方法について説明する。
始めに、図２に示す工程では、半導体基板１１上に、溝２５を有した第１の層間絶縁膜１２を形成する。具体的には、半導体基板１１であるシリコン基板上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、第１の層間絶縁膜１２となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に溝２５を形成する。これにより、溝２５を有した第１の層間絶縁膜１２が形成される。
【００３１】
次いで、溝２５の側面２５ａ及び底面２５ｂ、及び第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａを覆う銅配線用バリア１４を成膜し、その後、銅配線用バリア１４上に、溝２５を埋め込む銅膜３５（銅配線１６の母材となる膜）を成膜する。銅配線用バリア１４は、例えば、窒化タンタル膜（ＴａＮ膜）と、タンタル膜（Ｔａ膜）とを順次成膜することで形成する。
【００３２】
次いで、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａよりも上方に形成された余分な銅配線用バリア１４及び銅膜３５を除去することで、溝２５内に銅配線用バリア１４及び銅膜３５を残存させる。
これにより、溝２５内に、銅配線用バリア１４、及び上面１６ａが第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａに対して略面一とされた銅配線１６を形成する。つまり、ダマシン法により、溝２５内に、銅配線用バリア１４及び銅配線１６を形成する。
【００３３】
次いで、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａ及び銅配線１６の上面１６ａに、銅配線１６の上面１６ａの一部を露出するコンタクト孔２７を有した第２の層間絶縁膜１８を形成する。
具体的には、ＣＶＤ法により、第２の層間絶縁膜１８となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、該シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）にコンタクト孔２７を形成する。これにより、コンタクト孔２７を有した第２の層間絶縁膜１８が形成される。コンタクト孔２７は、側面２７ａ及び底面２７ｂ（銅配線１６の上面１６ａの一部で構成された面）よりなる内面により区画されている。
【００３４】
次いで、第１の導電膜２１を形成する前（直前）に、水素雰囲気下において、半導体基板１１を加熱（例えば、加熱温度が３００℃程度）することで、コンタクト孔２７から露出された銅配線１６の上面１６ａに形成された自然酸化膜（図示せず）を還元除去する。
これにより、自然酸化膜が介在することで、第１の導電膜２１と銅配線１６との間の抵抗が高くなることを防止できる。
【００３５】
次いで、図３に示す工程では、スパッタリング法により、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ、及び第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａを覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜２１を形成する。具体的には、スパッタリング法により、第１の導電膜２１として単層の窒化チタン膜（例えば、厚さ３０ｎｍ）を成膜する。
【００３６】
なお、第１の導電膜２１として、単層の窒化チタン膜以外の膜、例えば、窒化チタン膜と、他の金属膜（例えば、チタン膜（Ｔｉ膜）、タンタル膜（Ｔａ膜）、タングステン膜（Ｗ膜）、及びこれらの金属を窒化させた膜等）とを積層させた積層膜を形成してもよい。
【００３７】
次いで、図４に示す工程では、第１の導電膜２１が形成されたコンタクト孔２７を充填するフォトレジスト膜３６を形成する。
具体的には、第１の導電膜２１が形成されたコンタクト孔２７を充填するように、フォトレジスト膜３６を塗布し、その後、フォトレジスト膜３６を全面露光し、その後、現像させることで、コンタクト孔２７内にのみフォトレジスト膜３６を残存させる。
これにより、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａに形成された第１の導電膜２１は、フォトレジスト膜３６から露出される。
【００３８】
なお、上記全面露光の替わりに、コンタクト孔２７の形成領域を覆うマスクが形成されたレチクルを準備し、次いで、該レチクルを介して、フォトレジスト膜３６を露光し、その後、現像処理することで、コンタクト孔２７にのみフォトレジスト膜３６を残存させてもよい。
【００３９】
次いで、図５に示す工程では、フォトレジスト膜３６をマスクとするドライエッチング（エッチバック）により、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａに形成された不要な第１の導電膜２１を選択的に除去する。
これにより、コンタクト孔２７内に、図１に示す第１の導電膜２１（コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂを覆う第１の導電膜２１）が形成される。なお、上記ドライエッチングでは、第１の導電膜２１（本実施の形態の場合、窒化チタン膜）を選択的にエッチング可能な条件を用いる。
【００４０】
このように、アルミ配線パターン２３の母材となる第１のアルミニウム膜３８（図８参照）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅と第１のアルミニウム膜３８に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに形成することにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも形成した場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板１１に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００４１】
これにより、第１のアルミニウム膜３８（アルミ配線パターン２３）に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００４２】
次いで、図６に示す工程では、図５に示すコンタクト孔２７に残存するフォトレジスト膜３６を除去する。具体的には、ウエットエッチング或いはアッシングにより、フォトレジスト膜３６を除去する。
【００４３】
次いで、図７に示す工程では、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ、及び第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａを覆うように、コンタクト孔２７を埋め込まない厚さとされ、かつ窒化チタン膜を含まない第２の導電膜２２を形成する。
具体的には、スパッタリング法により、第２の導電膜２２として単層のチタン膜（例えば、厚さ２０ｎｍ）を成膜する。なお、この段階では、第２の導電膜２２は、パターニングされていない。
【００４４】
このように、第１のアルミニウム膜３８が形成される第２の導電膜２２としてチタン膜を形成することにより、後述する図９に示す工程のアニール処理時において、第１のアルミニウム膜３８を容易にリフロー（流動化）させることが可能となるので、コンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８でしっかりと充填する（埋め込む）ことができる。
なお、第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）には、アルミニウム膜のリフロー（流動化）を促進させる機能がない。そのため、第１のアルミニウム膜３８と接触する領域には、第２の導電膜２２を形成する必要がある。
【００４５】
また、第２の導電膜２２は、圧縮応力の強い窒化チタン膜を含まない膜であればよく、単層のチタン膜に限定されない。具体的には、第２の導電膜２２として、窒化チタン膜以外の金属膜を積層した積層膜を形成してもよい。
さらに、図９に示す工程のアニール処理を考慮すると、第２の導電膜２２を積層膜とした場合、最上層の膜には、第１のアルミニウム膜３８を容易にリフロー（流動化）させることが可能なチタン膜を形成するとよい。
【００４６】
次いで、図８に示す工程では、スパッタリング法により、第２の導電膜２２の表面２２ａに、第２の導電膜２２が形成されたコンタクト孔２７を埋め込む程度の厚さとされた第１のアルミニウム膜３８を成膜する。
このとき、図８に示すように、第１のアルミニウム膜３８でコンタクト孔２７が完全に埋め込まれなくてもよい。第１のアルミニウム膜３８は、図１に示すコンタクトプラグ３１、及び配線３２の一部となる膜である。第１のアルミニウム膜３８の材料としては、アルミを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）を用いることができる。
【００４７】
次いで、図９に示す工程では、半導体基板１１をアニール処理することで、第１のアルミニウム膜３８を流動化（リフロー）させて、第１及び第２の導電膜２１，２２が形成されたコンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８で充填する。
具体的には、アルゴン雰囲気下において、図８に示す半導体基板１１を高温（４００〜５００℃の温度）でアニール処理することで、第１及び第２の導電膜２１，２２が形成されたコンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８で充填する。
これにより、コンタクト孔２７に、第１のアルミニウム膜３８よりなるコンタクトプラグ３１が形成される。
【００４８】
図９に示す第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａの上方に形成された第１のアルミニウム膜３８の厚さは、図１に示す配線３２を形成するには厚さが薄いため、後述する図１０に示す工程において、第２のアルミニウム膜３９を成膜する必要がある。
【００４９】
なお、第１のアルミニウム膜３８を高温（４００〜５００℃）でスパッタしない理由は、アルミニウムは凝集しやすいため、スパッタ時に半導体基板１１を高温（４００〜５００℃）に保つと、スパッタされて堆積したアルミニウムがアルミニウム膜の表面ですぐに凝集して、コンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８で充填する（埋め込む）ことができないためである。
【００５０】
次いで、図１０に示す工程では、スパッタリング法により、第１のアルミニウム膜３８上に、第２のアルミニウム膜３９を成膜する。このとき、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａの上方に形成された第１及び第２のアルミニウム膜３８，３９の合計の厚さが、図１に示す配線３２の厚さと略等しくなるように、第２のアルミニウム膜３９を成膜する。
【００５１】
次いで、図１１に示す工程では、図１０に示す第１及び第２のアルミニウム膜３８，３９をパターニングすることにより、コンタクトプラグ３１と一体とされた配線３２を形成する。
具体的には、図１０に示す第２のアルミニウム膜３９の上面３９ａのうち、配線３２の形成領域に対応する面を覆うフォトレジスト膜（図示せず）を形成し、次いで、該フォトレジスト膜をマスクとする異方性エッチング（具体的には、ドライエッチング）により、第１及び第２のアルミニウム膜３８，３９をエッチングすることで、配線３２を形成する。これにより、コンタクトプラグ３１及び配線３２よりなるアルミ配線パターン２３が形成されると共に、本実施の形態の半導体装置１０が製造される。
【００５２】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、アルミ配線パターン２３の母材となる第１のアルミニウム膜３８をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅と第１のアルミニウム膜３８に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに形成することにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも形成した場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板１１に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００５３】
これにより、第１のアルミニウム膜３８（アルミ配線パターン２３）に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…半導体基板、１１…半導体基板、１２…第１の層間絶縁膜、１２ａ，１６ａ，１８ａ，２２ａ，３９ａ…上面、１４…銅配線用バリア膜、１６…銅配線、１８…第２の層間絶縁膜、２１…第１の導電膜、２２…第２の導電膜、２３…アルミ配線パターン、２５…溝、２５ａ，２７ａ…側面、２５ｂ，２７ｂ…底面、２７…コンタクト孔、３１…コンタクトプラグ、３２…配線、３５…銅膜、３６…フォトレジスト膜、３８…第１のアルミニウム膜、３９…第２のアルミニウム膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム（Ａｌ)を用いて半導体装置の配線層及びコンタクトプラグを同時に形成する方法として、アルミリフロー法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このアルミリフロー法では、スパッタ法で形成したアルミニウム膜を４００℃以上に加熱することで流動化させ、コンタクトホール内をアルミニウム膜で充填する。
【０００３】
近年、半導体装置の配線材料として電気抵抗の低い銅（Ｃｕ)が用いられている。銅は、その表面に自然酸化膜が形成されやすいため、ワイヤボンディング等を行うための最上層の配線としては適さない。そこで一般的に、最上層の配線は、アルミニウム膜で形成することが多い。
【０００４】
例えば、銅を用いて形成した銅配線上に、アルミリフロー法を用いて、アルミニウム膜よりなり、かつ配線及びコンタクトプラグ有したアルミ配線パターンを形成する場合、コンタクトプラグの底部において、アルミリフロー法で加えられる熱により、アルミニウム膜に含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅との反応を防止するためのバリア膜が必須となる。
【０００５】
コンタクトプラグの底部でアルミニウムと銅との反応が生じると、高抵抗の合金が形成されるため、半導体装置の動作不良の原因となる。上記バリア膜としては、主に窒化チタン（ＴｉＮ)膜が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、バリア性を確保するために、窒化チタン膜の膜厚を厚くした場合、窒化チタン膜が圧縮応力の高い膜であるため、半導体基板に反りが生じてしまうという問題があった。
このような反りが半導体基板に生じてしまうと後続の製造工程において、半導体製造装置内へ半導体基板を安定して固定できない。
また、反りの生じた半導体基板を無理に半導体製造装置のステージ等に固定しようとすると、半導体基板に割れ等の破損が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、半導体基板上に配置された第１の層間絶縁膜に設けられた銅配線と、前記銅配線の上面に設けられ、前記銅配線の上面の一部を露出するコンタクト孔を有する第２の層間絶縁膜と、前記コンタクト孔の側面及び底面を覆うと共に、前記コンタクト孔の側面から前記第２の層間絶縁膜の上面に亘って設けられた導電膜と、前記導電膜を介して、前記第２の層間絶縁膜の上面及び前記コンタクト孔内に設けられたアルミ配線パターンと、を有する半導体装置であって、前記導電膜は、窒化チタン膜を含む第１の導電膜と、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜と、を含み、前記コンタクト孔により露出された前記銅配線の上面を覆うように、前記第１の導電膜を配置すると共に、前記アルミ配線パターンと前記第１の導電膜及び前記第２の層間絶縁膜との間に前記第２の導電膜を配置したことを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置によれば、コンタクト孔により露出された銅配線の上面を覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜を配置すると共に、アルミ配線パターンと第１の導電膜及び第２の層間絶縁膜との間に、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜を配置することにより、半導体基板の反りの発生要因となる窒化チタン膜（アルミ配線パターンに含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する膜）がコンタクト孔により露出された銅配線の上面のみに配置されるため、窒化チタン膜により半導体基板に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００１０】
これにより、アルミ配線パターンに含まれるアルミニウムと銅配線に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、導電膜である窒化チタン膜に起因する半導体基板の反りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１）である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その２）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）である。
【図９】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その８）である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その９）である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図（その１０）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の半導体装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
図１を参照するに、本実施の形態の半導体装置１０は、半導体基板１１と、第１の層間絶縁膜１２と、銅配線用バリア膜１４と、銅（Ｃｕ）配線１６と、第２の層間絶縁膜１８と、導電膜である第１の導電膜２１及び第２の導電膜２２と、アルミ配線パターン２３と、を有する。
【００１４】
半導体基板１１は、板状とされた基板である。半導体基板１１としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。
第１の層間絶縁膜１２は、半導体基板１１上に設けられている。第１の層間絶縁膜１２の銅配線１６が形成される領域には、側面２５ａ及び底面２５ｂよりなる内面により区画された溝２５が設けられている。第１の層間絶縁膜１２としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を用いることができる。
【００１５】
銅配線用バリア膜１４は、溝２５の側面２５ａ及び底面２５ｂを覆うように設けられている。銅配線用バリア膜１４は、銅配線１６に含まれる銅が第１の層間絶縁膜１２に拡散することを防止するための膜である。銅配線用バリア膜１４としては、例えば、窒化タンタル膜（ＴａＮ膜）とタンタル膜（Ｔａ膜）との積層膜を用いることができる。
銅配線１６は、銅配線用バリア膜１４を介して、溝２５を埋め込むように設けられている。銅配線１６の上面１６ａは、平坦な面とされており、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａに対して略面一とされている。
【００１６】
第２の層間絶縁膜１８は、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａ及び銅配線１６の上面１６ａに設けられている。第２の層間絶縁膜１８には、銅配線１６の上面１６ａの一部を露出すると共に、側面２７ａ及び底面２７ｂよりなる内面により区画されたコンタクト孔２７が形成されている。コンタクト孔２７の底面２７ｂは、コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａにより構成されている。
【００１７】
第１の導電膜２１は、アルミ配線パターン２３の一部が配置されるコンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）を覆うように設けられている。第１の導電膜２１は、圧縮応力の強い窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）を含むバリア膜である。窒化チタン膜は、アルミ配線パターン２３の母材となるアルミニウム膜（図示せず）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅（Ｃｕ）とアルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウム（Ａｌ）とが反応することを防止するための膜である。
【００１８】
このように、アルミ配線パターン２３の母材となるアルミニウム膜（図示せず）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅とアルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに設けることにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも設けた場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板１１に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００１９】
これにより、アルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００２０】
第１の導電膜２１としては、例えば、窒化チタン膜の単層、或いは、窒化チタン膜と、他の金属膜（例えば、チタン膜（Ｔｉ膜）、タンタル膜（Ｔａ膜）、タングステン膜（Ｗ膜）、及びこれらの金属を窒化させた膜等）との積層膜を用いることができる。
第１の導電膜２１として窒化チタン膜の単層を用いる場合、第１の導電膜２１の厚さは、例えば、３０ｎｍとすることができる。
【００２１】
第２の導電膜２２は、アルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａ、及びコンタクト孔２７に形成された第１の導電膜２１を覆うように設けられている。言い換えれば、第２の導電膜２２は、アルミ配線パターン２３と第１の導電膜２１及び第２の層間絶縁膜１８との間に配置されている。第２の導電膜２２は、圧縮応力の強い窒化チタン膜を含まない導電膜である。
【００２２】
第２の導電膜２２としては、アルミ配線パターン２３の母材となる第１のアルミニウム膜（後述する図９参照）をアニール処理した際に、アルミニウム膜がリフロー（流動化）しやすい金属膜を用いるとよい。
具体的には、第２の導電膜２２としては、チタン膜（Ｔｉ膜）の単層を用いるとよい。第２の導電膜２２としてチタン膜（Ｔｉ膜）の単層を用いる場合、第２の導電膜２２の厚さは、例えば、２０ｎｍとすることができる。
【００２３】
なお、第２の導電膜２２は、圧縮応力の強い窒化チタン膜を含まない膜であればよく、チタン膜の単層に限定されない。具体的には、第２の導電膜２２として、窒化チタン膜以外の金属膜を積層した積層膜を用いてもよい。
さらに、図９に示す工程のアニール処理を考慮すると、第２の導電膜２２を積層膜とした場合、最上層の膜には、第１のアルミニウム膜３８を容易にリフロー（流動化）させることが可能なチタン膜を設けるとよい。
【００２４】
アルミ配線パターン２３は、コンタクトプラグ３１と、配線３２と、を有する。コンタクトプラグ３１は、第１及び第２の導電膜２１，２２を介して、コンタクト孔２７を充填するように配置されている。コンタクトプラグ３１は、第１及び第２の導電膜２１，２２を介して、銅配線１６と電気的に接続されている。
【００２５】
配線３２は、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａに形成された第２の導電膜２２上に設けられており、コンタクトプラグ３１の上端と一体に構成されている。配線３２は、コンタクトプラグ３１を介して、銅配線１６と電気的に接続されている。
上記構成とされたアルミ配線パターン２３の材料としては、アルミニウムを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）を用いることができる。
【００２６】
本実施の形態の半導体装置によれば、アルミ配線パターン２３の母材となるアルミニウム膜（図示せず）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅とアルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに設けることにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも設けた場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００２７】
これにより、アルミ配線パターン２３に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００２８】
なお、図１に示す本実施の形態の半導体装置１０では、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂを覆うように第１の導電膜２１を設けた場合を例に挙げて説明したが、第１の導電膜２１は、コンタクト孔２７の底面２７ｂを覆うように配置されておればよく、第１の導電膜２１をコンタクト孔２７の側面２７ａに設けなくてもよい。この場合、本実施の形態の半導体装置１０と同様な効果を得ることができる。
【００２９】
図２〜図１１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図２〜図１１において、図１に示す半導体装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。なお、図１０及び図１１において、第１のアルミニウム膜３８と第２のアルミニウム膜３９は一体となるため、第１のアルミニウム膜３８と第２のアルミニウム膜３９との間には境界線が存在しないが、説明の便宜上、図１０及び図１１では、第１のアルミニウム膜３８と第２のアルミニウム膜３９との間の境界線を模式的に図示する。
【００３０】
次に、図２〜図１１を参照して、本実施の形態の半導体装置１０の製造方法について説明する。
始めに、図２に示す工程では、半導体基板１１上に、溝２５を有した第１の層間絶縁膜１２を形成する。具体的には、半導体基板１１であるシリコン基板上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、第１の層間絶縁膜１２となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に溝２５を形成する。これにより、溝２５を有した第１の層間絶縁膜１２が形成される。
【００３１】
次いで、溝２５の側面２５ａ及び底面２５ｂ、及び第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａを覆う銅配線用バリア１４を成膜し、その後、銅配線用バリア１４上に、溝２５を埋め込む銅膜３５（銅配線１６の母材となる膜）を成膜する。銅配線用バリア１４は、例えば、窒化タンタル膜（ＴａＮ膜）と、タンタル膜（Ｔａ膜）とを順次成膜することで形成する。
【００３２】
次いで、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａよりも上方に形成された余分な銅配線用バリア１４及び銅膜３５を除去することで、溝２５内に銅配線用バリア１４及び銅膜３５を残存させる。
これにより、溝２５内に、銅配線用バリア１４、及び上面１６ａが第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａに対して略面一とされた銅配線１６を形成する。つまり、ダマシン法により、溝２５内に、銅配線用バリア１４及び銅配線１６を形成する。
【００３３】
次いで、第１の層間絶縁膜１２の上面１２ａ及び銅配線１６の上面１６ａに、銅配線１６の上面１６ａの一部を露出するコンタクト孔２７を有した第２の層間絶縁膜１８を形成する。
具体的には、ＣＶＤ法により、第２の層間絶縁膜１８となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、該シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）にコンタクト孔２７を形成する。これにより、コンタクト孔２７を有した第２の層間絶縁膜１８が形成される。コンタクト孔２７は、側面２７ａ及び底面２７ｂ（銅配線１６の上面１６ａの一部で構成された面）よりなる内面により区画されている。
【００３４】
次いで、第１の導電膜２１を形成する前（直前）に、水素雰囲気下において、半導体基板１１を加熱（例えば、加熱温度が３００℃程度）することで、コンタクト孔２７から露出された銅配線１６の上面１６ａに形成された自然酸化膜（図示せず）を還元除去する。
これにより、自然酸化膜が介在することで、第１の導電膜２１と銅配線１６との間の抵抗が高くなることを防止できる。
【００３５】
次いで、図３に示す工程では、スパッタリング法により、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ、及び第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａを覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜２１を形成する。具体的には、スパッタリング法により、第１の導電膜２１として単層の窒化チタン膜（例えば、厚さ３０ｎｍ）を成膜する。
【００３６】
なお、第１の導電膜２１として、単層の窒化チタン膜以外の膜、例えば、窒化チタン膜と、他の金属膜（例えば、チタン膜（Ｔｉ膜）、タンタル膜（Ｔａ膜）、タングステン膜（Ｗ膜）、及びこれらの金属を窒化させた膜等）とを積層させた積層膜を形成してもよい。
【００３７】
次いで、図４に示す工程では、第１の導電膜２１が形成されたコンタクト孔２７を充填するフォトレジスト膜３６を形成する。
具体的には、第１の導電膜２１が形成されたコンタクト孔２７を充填するように、フォトレジスト膜３６を塗布し、その後、フォトレジスト膜３６を全面露光し、その後、現像させることで、コンタクト孔２７内にのみフォトレジスト膜３６を残存させる。
これにより、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａに形成された第１の導電膜２１は、フォトレジスト膜３６から露出される。
【００３８】
なお、上記全面露光の替わりに、コンタクト孔２７の形成領域を覆うマスクが形成されたレチクルを準備し、次いで、該レチクルを介して、フォトレジスト膜３６を露光し、その後、現像処理することで、コンタクト孔２７にのみフォトレジスト膜３６を残存させてもよい。
【００３９】
次いで、図５に示す工程では、フォトレジスト膜３６をマスクとするドライエッチング（エッチバック）により、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａに形成された不要な第１の導電膜２１を選択的に除去する。
これにより、コンタクト孔２７内に、図１に示す第１の導電膜２１（コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂを覆う第１の導電膜２１）が形成される。なお、上記ドライエッチングでは、第１の導電膜２１（本実施の形態の場合、窒化チタン膜）を選択的にエッチング可能な条件を用いる。
【００４０】
このように、アルミ配線パターン２３の母材となる第１のアルミニウム膜３８（図８参照）をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅と第１のアルミニウム膜３８に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに形成することにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも形成した場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板１１に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００４１】
これにより、第１のアルミニウム膜３８（アルミ配線パターン２３）に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００４２】
次いで、図６に示す工程では、図５に示すコンタクト孔２７に残存するフォトレジスト膜３６を除去する。具体的には、ウエットエッチング或いはアッシングにより、フォトレジスト膜３６を除去する。
【００４３】
次いで、図７に示す工程では、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ、及び第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａを覆うように、コンタクト孔２７を埋め込まない厚さとされ、かつ窒化チタン膜を含まない第２の導電膜２２を形成する。
具体的には、スパッタリング法により、第２の導電膜２２として単層のチタン膜（例えば、厚さ２０ｎｍ）を成膜する。なお、この段階では、第２の導電膜２２は、パターニングされていない。
【００４４】
このように、第１のアルミニウム膜３８が形成される第２の導電膜２２としてチタン膜を形成することにより、後述する図９に示す工程のアニール処理時において、第１のアルミニウム膜３８を容易にリフロー（流動化）させることが可能となるので、コンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８でしっかりと充填する（埋め込む）ことができる。
なお、第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）には、アルミニウム膜のリフロー（流動化）を促進させる機能がない。そのため、第１のアルミニウム膜３８と接触する領域には、第２の導電膜２２を形成する必要がある。
【００４５】
また、第２の導電膜２２は、圧縮応力の強い窒化チタン膜を含まない膜であればよく、単層のチタン膜に限定されない。具体的には、第２の導電膜２２として、窒化チタン膜以外の金属膜を積層した積層膜を形成してもよい。
さらに、図９に示す工程のアニール処理を考慮すると、第２の導電膜２２を積層膜とした場合、最上層の膜には、第１のアルミニウム膜３８を容易にリフロー（流動化）させることが可能なチタン膜を形成するとよい。
【００４６】
次いで、図８に示す工程では、スパッタリング法により、第２の導電膜２２の表面２２ａに、第２の導電膜２２が形成されたコンタクト孔２７を埋め込む程度の厚さとされた第１のアルミニウム膜３８を成膜する。
このとき、図８に示すように、第１のアルミニウム膜３８でコンタクト孔２７が完全に埋め込まれなくてもよい。第１のアルミニウム膜３８は、図１に示すコンタクトプラグ３１、及び配線３２の一部となる膜である。第１のアルミニウム膜３８の材料としては、アルミを含む合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）を用いることができる。
【００４７】
次いで、図９に示す工程では、半導体基板１１をアニール処理することで、第１のアルミニウム膜３８を流動化（リフロー）させて、第１及び第２の導電膜２１，２２が形成されたコンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８で充填する。
具体的には、アルゴン雰囲気下において、図８に示す半導体基板１１を高温（４００〜５００℃の温度）でアニール処理することで、第１及び第２の導電膜２１，２２が形成されたコンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８で充填する。
これにより、コンタクト孔２７に、第１のアルミニウム膜３８よりなるコンタクトプラグ３１が形成される。
【００４８】
図９に示す第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａの上方に形成された第１のアルミニウム膜３８の厚さは、図１に示す配線３２を形成するには厚さが薄いため、後述する図１０に示す工程において、第２のアルミニウム膜３９を成膜する必要がある。
【００４９】
なお、第１のアルミニウム膜３８を高温（４００〜５００℃）でスパッタしない理由は、アルミニウムは凝集しやすいため、スパッタ時に半導体基板１１を高温（４００〜５００℃）に保つと、スパッタされて堆積したアルミニウムがアルミニウム膜の表面ですぐに凝集して、コンタクト孔２７を第１のアルミニウム膜３８で充填する（埋め込む）ことができないためである。
【００５０】
次いで、図１０に示す工程では、スパッタリング法により、第１のアルミニウム膜３８上に、第２のアルミニウム膜３９を成膜する。このとき、第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａの上方に形成された第１及び第２のアルミニウム膜３８，３９の合計の厚さが、図１に示す配線３２の厚さと略等しくなるように、第２のアルミニウム膜３９を成膜する。
【００５１】
次いで、図１１に示す工程では、図１０に示す第１及び第２のアルミニウム膜３８，３９をパターニングすることにより、コンタクトプラグ３１と一体とされた配線３２を形成する。
具体的には、図１０に示す第２のアルミニウム膜３９の上面３９ａのうち、配線３２の形成領域に対応する面を覆うフォトレジスト膜（図示せず）を形成し、次いで、該フォトレジスト膜をマスクとする異方性エッチング（具体的には、ドライエッチング）により、第１及び第２のアルミニウム膜３８，３９をエッチングすることで、配線３２を形成する。これにより、コンタクトプラグ３１及び配線３２よりなるアルミ配線パターン２３が形成されると共に、本実施の形態の半導体装置１０が製造される。
【００５２】
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、アルミ配線パターン２３の母材となる第１のアルミニウム膜３８をアニール処理した際に、銅配線１６に含まれる銅と第１のアルミニウム膜３８に含まれるアルミニウムとが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止する第１の導電膜２１（窒化チタン膜を含むバリア膜）を、コンタクト孔２７の側面２７ａ及び底面２７ｂ（コンタクト孔２７が露出する銅配線１６の上面１６ａ）のみに形成することにより、第１の導電膜２１をアルミ配線パターン２３の形成領域に対応する第２の層間絶縁膜１８の上面１８ａにも形成した場合と比較して、窒化チタン膜の形成領域が少なくなるため、窒化チタン膜に起因して半導体基板１１に印加される応力を大幅に緩和することが可能となる。
【００５３】
これにより、第１のアルミニウム膜３８（アルミ配線パターン２３）に含まれるアルミニウムと銅配線１６に含まれる銅とが反応して高抵抗の合金が生成されることを防止した上で、窒化チタン膜に起因する半導体基板１１の反りを低減することができる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…半導体基板、１１…半導体基板、１２…第１の層間絶縁膜、１２ａ，１６ａ，１８ａ，２２ａ，３９ａ…上面、１４…銅配線用バリア膜、１６…銅配線、１８…第２の層間絶縁膜、２１…第１の導電膜、２２…第２の導電膜、２３…アルミ配線パターン、２５…溝、２５ａ，２７ａ…側面、２５ｂ，２７ｂ…底面、２７…コンタクト孔、３１…コンタクトプラグ、３２…配線、３５…銅膜、３６…フォトレジスト膜、３８…第１のアルミニウム膜、３９…第２のアルミニウム膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に配置された第１の層間絶縁膜に設けられた銅配線と、
前記銅配線の上面に設けられ、前記銅配線の上面の一部を露出するコンタクト孔を有する第２の層間絶縁膜と、
前記コンタクト孔の側面及び底面を覆うと共に、前記コンタクト孔の側面から前記第２の層間絶縁膜の上面に亘って設けられた導電膜と、
前記導電膜を介して、前記第２の層間絶縁膜の上面及び前記コンタクト孔内に設けられたアルミ配線パターンと、
を有する半導体装置であって、
前記導電膜は、窒化チタン膜を含む第１の導電膜と、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜と、を含み、
前記コンタクト孔により露出された前記銅配線の上面を覆うように、前記第１の導電膜を配置すると共に、前記アルミ配線パターンと前記第１の導電膜及び前記第２の層間絶縁膜との間に前記第２の導電膜を配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の導電膜を、前記コンタクト孔の側面を覆うように配置したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の導電膜は、チタン膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アルミ配線パターンの材料は、アルミニウムを含む合金であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記アルミ配線パターンは、前記コンタクト孔に設けられたコンタクトプラグと、前記第２の層間絶縁膜上に設けられ、前記コンタクトプラグと一体に構成された配線と、を有することを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の層間絶縁膜は、溝を有し、
前記銅配線は、前記溝の側面及び底面を覆う銅配線用バリア膜を介して、前記溝に設けることを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記銅配線層の上面は、前記第１の層間絶縁膜の上面に対して略面一であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に配置された第１の層間絶縁膜に、銅配線を形成する工程と、
前記銅配線の上面に、前記銅配線の上面の一部を露出するコンタクト孔を有した第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト孔により露出された前記銅配線の上面を覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜を形成後に、前記コンタクト孔の側面及び底面、及び前記第２の層間絶縁膜の上面を覆うように、前記コンタクト孔を埋め込まない厚さとされ、かつ窒化チタン膜を含まない第２の導電膜を形成する工程と、
スパッタリング法により、前記第２の導電膜の表面に、前記第２の導電膜が形成された前記コンタクト孔を埋め込む程度の厚さとされた第１のアルミニウム膜を成膜する工程と、
前記半導体基板をアニール処理することで、前記第１のアルミニウム膜をリフローさせ、前記コンタクト孔を前記第１のアルミニウム膜で充填する工程と、
前記アニール処理後に、スパッタリング法により、前記第１のアルミニウム膜上に、第２のアルミニウム膜を成膜する工程と、
前記第２の導電膜、前記第１のアルミニウム膜、及び前記第２のアルミニウム膜のうち、前記第２の層間絶縁膜の上面に形成された部分をパターニングすることで、前記第１及び第２のアルミニウム膜よりなるアルミ配線パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記アニール処理では、アルゴン雰囲気下において、前記半導体基板を４００〜５００℃の温度で加熱することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の導電膜を形成する工程では、前記コンタクト孔の側面を覆うように前記第１の導電膜を形成することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の導電膜を形成する前に、水素雰囲気下において、前記半導体基板を加熱することで、前記コンタクト孔から露出された前記銅配線の上面に形成された自然酸化膜を還元除去する工程を含むことを特徴とする請求項８ないし１０のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の層間絶縁膜に溝を形成する工程を有し、
ダマシン法により、前記溝の側面及び底面を覆う銅配線用バリア膜、及び該銅配線用バリア膜を介して、前記溝を埋め込む前記銅配線を形成することを特徴とする請求項８ないし１１のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板上に配置された第１の層間絶縁膜に設けられた銅配線と、
前記銅配線の上面に設けられ、前記銅配線の上面の一部を露出するコンタクト孔を有する第２の層間絶縁膜と、
前記コンタクト孔の側面及び底面を覆うと共に、前記コンタクト孔の側面から前記第２の層間絶縁膜の上面に亘って設けられた導電膜と、
前記導電膜を介して、前記第２の層間絶縁膜の上面及び前記コンタクト孔内に設けられたアルミ配線パターンと、
を有する半導体装置であって、
前記導電膜は、窒化チタン膜を含む第１の導電膜と、窒化チタン膜を含まない第２の導電膜と、を含み、
前記コンタクト孔により露出された前記銅配線の上面を覆うように、前記第１の導電膜を配置すると共に、前記アルミ配線パターンと前記第１の導電膜及び前記第２の層間絶縁膜との間に前記第２の導電膜を配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の導電膜を、前記コンタクト孔の側面を覆うように配置したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の導電膜は、チタン膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アルミ配線パターンの材料は、アルミニウムを含む合金であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記アルミ配線パターンは、前記コンタクト孔に設けられたコンタクトプラグと、前記第２の層間絶縁膜上に設けられ、前記コンタクトプラグと一体に構成された配線と、を有することを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の層間絶縁膜は、溝を有し、
前記銅配線は、前記溝の側面及び底面を覆う銅配線用バリア膜を介して、前記溝に設けることを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記銅配線層の上面は、前記第１の層間絶縁膜の上面に対して略面一であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に配置された第１の層間絶縁膜に、銅配線を形成する工程と、
前記銅配線の上面に、前記銅配線の上面の一部を露出するコンタクト孔を有した第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト孔により露出された前記銅配線の上面を覆うように、窒化チタン膜を含む第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜を形成後に、前記コンタクト孔の側面及び底面、及び前記第２の層間絶縁膜の上面を覆うように、前記コンタクト孔を埋め込まない厚さとされ、かつ窒化チタン膜を含まない第２の導電膜を形成する工程と、
スパッタリング法により、前記第２の導電膜の表面に、前記第２の導電膜が形成された前記コンタクト孔を埋め込む程度の厚さとされた第１のアルミニウム膜を成膜する工程と、
前記半導体基板をアニール処理することで、前記第１のアルミニウム膜をリフローさせ、前記コンタクト孔を前記第１のアルミニウム膜で充填する工程と、
前記アニール処理後に、スパッタリング法により、前記第１のアルミニウム膜上に、第２のアルミニウム膜を成膜する工程と、
前記第２の導電膜、前記第１のアルミニウム膜、及び前記第２のアルミニウム膜のうち、前記第２の層間絶縁膜の上面に形成された部分をパターニングすることで、前記第１及び第２のアルミニウム膜よりなるアルミ配線パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記アニール処理では、アルゴン雰囲気下において、前記半導体基板を４００〜５００℃の温度で加熱することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の導電膜を形成する工程では、前記コンタクト孔の側面を覆うように前記第１の導電膜を形成することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の導電膜を形成する前に、水素雰囲気下において、前記半導体基板を加熱することで、前記コンタクト孔から露出された前記銅配線の上面に形成された自然酸化膜を還元除去する工程を含むことを特徴とする請求項８ないし１０のうち、いずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の層間絶縁膜に溝を形成する工程を有し、
ダマシン法により、前記溝の側面及び底面を覆う銅配線用バリア膜、及び該銅配線用バリア膜を介して、前記溝を埋め込む前記銅配線を形成することを特徴とする請求項８ないし１１のうち、いずれか１項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２９４６５（Ｐ２０１２−１２９４６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１８７３（Ｐ２０１０−２８１８７３）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
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