半導体装置及び半導体装置の製造方法
【課題】配線とバリア膜との密着性の低下、エレクトロマイグレーション耐性の低下、及び工程数の増加を抑制しつつ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることを抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁膜１００に形成された溝１０２の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜１２０を形成する。次いで、金属バリア膜１２０上にシード膜１４２を形成し、さらにシード膜１４２をシードとしてめっき層（Ｃｕ膜１４４）を形成することにより、溝１０２内に金属膜１４０を埋め込む。次いで、金属バリア膜１２０及び金属膜１４０を熱処理することにより、金属バリア膜１２０と金属膜１４０の間に、金属バリア膜１２０を構成する金属、添加元素、及び金属膜１４０を構成する金属を含む合金層を形成し、かつ添加元素を金属膜１４０中に拡散させる工程とを備える。
【解決手段】絶縁膜１００に形成された溝１０２の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜１２０を形成する。次いで、金属バリア膜１２０上にシード膜１４２を形成し、さらにシード膜１４２をシードとしてめっき層（Ｃｕ膜１４４）を形成することにより、溝１０２内に金属膜１４０を埋め込む。次いで、金属バリア膜１２０及び金属膜１４０を熱処理することにより、金属バリア膜１２０と金属膜１４０の間に、金属バリア膜１２０を構成する金属、添加元素、及び金属膜１４０を構成する金属を含む合金層を形成し、かつ添加元素を金属膜１４０中に拡散させる工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜に埋め込まれた配線を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線として、絶縁膜に形成された溝に導電層（例えばＣｕ層）を埋め込んだ構造を有するものがある。この構造を有する配線において、配線と絶縁膜の間には、導電層が絶縁膜中に拡散することを抑制するためにバリア膜（拡散防止膜）が設けられている。バリア膜を設けた場合、配線とバリア膜の密着性を確保する必要がある。一方、配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためには、配線に不純物を添加する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、拡散防止膜としてＴｉＮ／Ｔｉ膜を用いることが開示されている。さらに特許文献１には、Ａｇを含むシード膜上にＣｕ膜をめっき法により形成し、熱処理によりシード膜に含まれるＡｇをＣｕ膜に拡散させることが開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、導電率及びエレクトロマイグレーション耐性に優れた配線が得られる、とされている。
【０００４】
特許文献２には、以下の工程を有する金属配線の形成方法が開示されている。まず添加物含有バリア層上に金属シード層及び金属材料層を形成し、金属材料層及び金属シード層の結晶粒の成長を促進させる第１の温度で熱処理を行う。ついで、絶縁膜上の添加物含有バリア層、金属シード層、及び金属材料層を除去することにより、金属配線を形成する。次いで、添加物含有バリア層の添加元素を金属配線内に拡散させることができる温度であり、かつ第１の温度より高い温度である第２の温度で熱処理を行う。特許文献２において、添加物含有バリア層は、ＴａＭｇＮ、ＴａＮ、ＴａＣＮ、ＴａＳｉＮ等の窒化層である。特許文献２に記載の金属配線の形成方法によれば、密着力及びエレクトロマイグレーション耐性に優れた金属配線を形成することができる、とされている。
【０００５】
特許文献３〜５には、バリアメタル膜とシード膜の間に金属層を設け、熱処理により金属層を構成する金属を配線に拡散させることが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２０４５２４号公報
【特許文献２】特開２００４−０４７８４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８０２３４号公報
【特許文献４】特開２００５−１５０６９０号公報
【特許文献５】特開２００５−３１７８０４号公報
【特許文献６】特開２００６−０７３７９２号公報
【特許文献７】特開２００１−９３９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年は半導体装置の微細化が進んでおり、シード層の薄膜化が進んでいる。このため、めっき法により配線を形成する場合、シード層の抵抗により、ウェハ中心部におけるめっき電流量とウェハ周辺部におけるめっき電流量に差が生じ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ中心部で異なってきてしまう。
【０００７】
特許文献１に記載の方法では、シード層に不純物を添加していたため、シード層の抵抗が大きくなり、上記した問題が顕著になる。これに対して特許文献２に記載の方法では、バリア膜に不純物を添加していたため、シード抵抗は増加せず、めっき膜の膜厚がウェハ面内でばらつくことが抑制される。しかし、バリア膜として窒化膜を用いていたため、バリア膜から配線へ不純物が拡散しにくくなり、配線とバリア膜との密着性及び配線のエレクトロマイグレーション耐性が低下してしまう。また特許文献３〜５に記載の方法では、バリアメタル膜と配線の間に金属膜を形成する必要があるため、工程数が増加してしまう。
【０００８】
このため、配線とバリア膜との密着性の低下、エレクトロマイグレーション耐性の低下、及び工程数の増加を抑制しつつ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることを抑制できる技術を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、半導体基板上に設けられた絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記絶縁膜に形成された前記溝の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜を形成する工程と、
前記金属バリア膜上にシード膜を形成し、さらに前記シード膜をシードとしてめっき層を形成することにより、前記溝内に金属膜を埋め込む工程と、
前記金属バリア膜及び前記金属膜を熱処理することにより、前記金属バリア膜と前記金属膜の間に、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属膜を構成する金属を含む合金層を形成し、かつ前記添加元素を前記金属膜中に拡散させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明によれば、バリア膜として金属バリア膜を用いている。このため、金属バリア膜に添加した添加元素が金属膜に十分拡散する。従って、金属膜のエレクトロマイグレーション耐性は向上する。また、金属バリア膜と金属膜の間に合金層が形成されるため、金属膜と金属バリア膜との密着性が向上する。また、金属バリア膜中に添加元素を添加しているため、添加元素を添加するための膜の形成工程を追加する必要が無くなり、工程数の増加が抑制される。また、金属バリア膜に不純物を添加しているため、シード層の抵抗が上昇することが抑制され、その結果、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることが抑制される。
【００１１】
本発明によれば、半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された溝と、
前記溝の側面及び底面に形成された金属バリア膜と、
前記金属バリア膜の上に形成され、前記溝に埋め込まれた金属配線と、
を備え、
前記金属バリア膜は、前記金属配線を構成する金属と合金を形成する添加元素を含み、
前記金属配線は、前記添加元素を含み、
前記金属バリア膜と前記金属配線の間には、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属配線を構成する金属を含む合金層が位置する半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配線とバリア膜との密着性の低下、エレクトロマイグレーション耐性の低下、及び工程数の増加を抑制しつつ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
図１及び図２の各図は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。まず、半導体基板（図示せず）上に設けられた絶縁膜１００に溝１０２を形成する。ついで、絶縁膜１００に形成された溝１０２の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜１２０を形成する。次いで、金属バリア膜１２０上にシード膜１４２を形成し、さらにシード膜１４２をシードとしてめっき層（Ｃｕ膜１４４）を形成することにより、溝１０２内に金属膜１４０を埋め込む。次いで、金属バリア膜１２０及び金属膜１４０を熱処理することにより、金属バリア膜１２０と金属膜１４０の間に、金属バリア膜１２０を構成する金属、添加元素、及び金属膜１４０を構成する金属を含む合金層１６０を形成し、かつ添加元素を金属膜１４０中に拡散させる。以下、詳細に説明する。
【００１５】
まず 図１（ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に設けられた絶縁膜１００に溝１０２を形成する。次いで、絶縁膜１００上並びに溝１０２の底面及び側面に、金属バリア膜１２０を例えばスパッタリング法により形成する。金属バリア膜１２０は、厚さが例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、添加元素を含んでいる。金属バリア膜を構成する金属は、例えばＴｉであり、添加元素は、例えばＡｌである。ただし金属バリア膜１２０を構成する金属は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔｉ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＷであっても良い。また添加元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ランタノイド系金属、及びアクチノイド系金属からなる群から選ばれた少なくとも一つであってもよい。金属バリア膜１２０における添加元素の濃度は、例えば０．１重量％以上５０重量％以下である。
【００１６】
次いで、図１（ｂ）に示すように、金属バリア膜１２０上にシード膜１４２をスパッタリング法により形成する。シード膜１４２は、例えばＣｕ膜である。このとき、シード膜１４２に上記した添加元素を含ませても良いが、含ませなくても良い。シード膜１４２に添加元素を含ませる場合、シード膜１４２における添加元素の濃度を、０重量％超０．３重量％以下にするのが好ましい。
【００１７】
次いで、シード膜１４２をシードとした電界めっきを行い、シード膜１４２上にめっき層としてのＣｕ膜１４４を形成する。このようにして、溝１０２内にはシード膜１４２及びＣｕ膜１４４からなる金属膜１４０が形成される。なお、金属膜１４０は、絶縁膜１００上に位置する金属バリア膜１２０上にも形成される。
【００１８】
次いで、図２（ａ）に示すように、金属膜１４０及び金属バリア膜１２０を熱処理する。このときの熱処理温度は、例えば２００℃以上４００℃以下であり、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下である。ただし、３５０℃以上４００℃以下であってもよい。熱処理時間は、例えば３０秒〜１時間である。この熱処理により、金属バリア膜１２０に含まれる添加元素が金属配線中に拡散し、かつ金属バリア膜１２０と金属膜１４０のシード膜１４２の間には、金属バリア膜１２０を構成する金属、添加元素、及びシード膜１４２を構成する金属を含む合金層１６０が形成される。
【００１９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜１００上に位置する金属バリア膜１２０、合金層１６０、及び金属膜１４０をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去する。このようにして、溝１０２の中には金属配線１４６が埋め込まれる。
【００２０】
なお本実施形態において、合金層１６０を形成してから絶縁膜１００上に位置する金属バリア膜１２０、合金層１６０、及び金属膜１４０を除去していたが、金属バリア膜１２０及び金属膜１４０をＣＭＰ法により除去してから合金層１６０を形成するための熱処理を行っても良い。
【００２１】
このようにして形成される半導体装置は、図２（ｂ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に形成された絶縁膜１００、絶縁膜１００に形成された溝１０２、溝１０２の側面及び底面に形成された金属バリア膜１２０、及び金属バリア膜１２０の上に形成されていて溝１０２に埋め込まれた金属配線１４６を備える。金属バリア膜１２０は、金属配線１４６を構成する金属（例えばＣｕ）と合金を形成する添加元素（例えばＡｌ）を含み、金属配線１４６は、上記した添加元素を含んでいる。金属バリア膜１２０と金属配線１４６の間には、合金層１６０が位置する。合金層１６０は、金属バリア膜１２０を構成する金属、上記した添加元素、及び金属配線１４６を構成する金属を含んでいる。
【００２２】
シード膜１４２が添加元素を含んでいない場合、積層方向における添加元素の濃度プロファイルは、金属バリア膜１２０にピークを有する。この場合、金属配線１４６中における添加元素の濃度は、金属バリア膜１２０から離れるに従って低くなる。またシード膜１４２に添加元素が含まれている場合、積層方向における前記添加元素の濃度プロファイルは、金属バリア膜１２０及び金属配線それぞれにピークを有することがある。この場合、金属配線１４６中における添加元素の濃度は、少なくともめっき層１４４において、金属バリア膜１２０から離れるに従って低くなる。
【００２３】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。まず、シード膜１４２に添加元素を添加する必要がないか、又は添加するにしてもその濃度を０．３重量％以下にしているため、シード膜１４２の抵抗率を５μΩ・ｃｍ以下という低い値にすることができる。従って、シード膜１４２をシードとした電界めっきを行ってＣｕ膜１４４を形成するときに、Ｃｕ膜１４４の膜厚に面内分布が生じることを抑制できる。
【００２４】
また、金属バリア膜１２０に含まれる添加元素が金属配線１４６中に拡散しているため、金属バリア膜１２０のエレクトロマイグレーション耐性が向上する。また、金属バリア膜１２０と金属配線１４６の間に合金層１６０が形成されるため、金属配線１４６と金属バリア膜１２０との密着性が向上する。特に本実施形態では、金属配線１４６の底部及び側部の略全面に合金層２６０が形成されるため、密着性向上が顕著になる。また、金属バリア膜１２０中に添加元素を添加しているため、添加元素を添加するための膜を追加する必要が無くなり、工程数の増加が抑制される。
【００２５】
図３の各図は、第２の実施形態に係る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３（ａ）は、第１の実施形態における図２（ａ）に相当する図であり、図３（ｂ）は、第１の実施形態における図２（ｂ）に相当する図である。本実施形態は、金属バリア膜１２０と絶縁膜１００の間に、窒化膜である第２バリア膜１２２を設けた点を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００２６】
すなわち本実施形態では、絶縁膜１００上に第２バリア膜１２２及び金属バリア膜１２０をこの順に形成している。その後の工程は、絶縁膜１００上の金属バリア膜１２０、合金層１６０、及び金属膜１４０を除去する工程において、第２バリア膜１２２も除去する点を除いて、第１の実施形態と同様である。第２バリア膜１２２は、例えば金属バリア膜１２０を構成する金属の窒化膜である。例えば金属バリア膜１２０がＴｉ膜である場合、第２バリア膜１２２はＴｉＮ膜又はＴｉＳｉＮ膜であり、金属バリア膜１２０がＴａ膜である場合、第２バリア膜１２２はＴａＮ膜であり、金属バリア膜１２０がＷ膜である場合、第２バリア膜１２２はＷＮ膜である。
【００２７】
本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、金属バリア膜１２０の下に窒化膜からなる第２バリア膜１２２を設けたため、金属配線１４６を構成する金属はさらに絶縁膜１００中に拡散しにくくなる。
【００２８】
図４の各図及び図５は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、第１の実施形態又は第２の実施形態に示した半導体装置の製造方法により形成された金属配線１４６上に、第２の金属配線２４６を形成する方法である。なお図４及び図５は、第１の実施形態に示した方法により形成された金属配線１４６を図示している。
【００２９】
まず、第１の実施形態又は第２の実施形態に示した方法により、絶縁膜１００に形成された溝１０２に金属配線１４６を埋め込む。次いで、絶縁膜１００上及び金属配線１４６上に、拡散防止膜２０２及び層間絶縁膜２０４をこの順に形成する。拡散防止膜２０２は、例えばＳｉＣＮ、ＳｉＣ、又はＳｉＮにより形成される。層間絶縁膜２０４は、比誘電率が３．３以下、より好ましくは２．９以下の低誘電率膜により構成することができる。層間絶縁膜２０４は、例えばＳｉ、Ｏ、およびＣを含む膜により構成することができる。具体的には、層間絶縁膜２０４は、例えばＳｉＯＣ（ＳｉＯＣＨ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、水素化メチルシルセスキオキサン（ＭＨＳＱ）、有機ポリシロキサンまたはこれらの膜をポーラス化したもの等により構成することができる。
【００３０】
次いで、層間絶縁膜２０４上に保護絶縁膜２０５を形成する。保護絶縁膜２０５は、たとえばＳｉＯ２等により構成することができる。次いで、層間絶縁膜２０４および保護絶縁膜２０５に、配線溝２０８及びビア２０６を形成する。ビア２０６は配線溝２０８の底部に位置しており、配線溝２０８と金属配線１４６を接続している。配線溝２０８及びビア２０６の形成手順としては、シングルダマシン法及びデュアルダマシン法のいずれを用いても良い。なおデュアルダマシン法には、ビアファースト法、トレンチファースト法、ミドルファースト法、及びデュアルハードマスク法などのいくつかの方法があるが、これらのいずれを用いても良い。
【００３１】
次いで、配線溝２０８及びビア２０６の底面及び側壁に、金属バリア膜２２０を形成する。金属バリア膜２２０の組成は、金属バリア膜１２０の組成と同様である。次いで、金属バリア膜２２０上にシード膜２４２を形成し、さらにシード膜２４２をシードとした電解めっきを行い、めっき層としてのＣｕ膜２４４を形成する。これにより、配線溝２０８内及びビア２０６内に、シード膜２４２及びＣｕ膜２４４からなる金属膜２４０が埋め込まれる。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、金属バリア膜２２０及び金属膜２４０を熱処理する。これにより、金属バリア膜２２０と金属膜２４０の間に合金層２６０が形成され、かつ添加元素が金属膜２４０中に拡散する。合金層２６０は、金属バリア膜２２０を構成する金属、添加元素、及び金属膜２４０を構成する金属を含んでいる。
【００３３】
次いで、図５に示すように、絶縁膜２０５上に位置する金属バリア膜２２０、合金層２６０、及び金属膜２４０をＣＭＰ法により除去する。このようにして、溝２０８及びビア２０６の中には金属配線２４６が埋め込まれる。金属配線２４６は、ビア２０６を介して金属配線１４６に接続している。
【００３４】
本実施形態によっても、金属配線２４６を形成するときに第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ビア２０６から金属配線１４６に電流が流れる場合、金属配線１４６からビア２０６に向けて電子が移動するため、金属配線２４６の底部及び側部の全面で金属配線２４６と金属バリア膜２２０の密着性が改善されている必要がある。本実施形態では、金属配線２４６の底部及び側部の全面に合金層２６０が形成されているため、金属配線２４６の底部及び側部の全面で密着性が改善される。
【００３５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】(ａ)及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】(ａ)及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】(ａ)及び（ｂ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】(ａ)及び（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 絶縁膜
１０２ 溝
１２０ 金属バリア膜
１２２ 第２バリア膜
１４０ 金属膜
１４２ シード膜
１４４ Ｃｕ膜
１４６ 金属配線
１６０ 合金層
２０２ 拡散防止膜
２０４ 層間絶縁膜
２０５ 保護絶縁膜
２０６ ビア
２０８ 配線溝
２２０ 金属バリア膜
２４０ 金属膜
２４２ シード膜
２４４ Ｃｕ膜
２４６ 金属配線
２６０ 合金層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜に埋め込まれた配線を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線として、絶縁膜に形成された溝に導電層（例えばＣｕ層）を埋め込んだ構造を有するものがある。この構造を有する配線において、配線と絶縁膜の間には、導電層が絶縁膜中に拡散することを抑制するためにバリア膜（拡散防止膜）が設けられている。バリア膜を設けた場合、配線とバリア膜の密着性を確保する必要がある。一方、配線のエレクトロマイグレーション耐性を向上させるためには、配線に不純物を添加する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、拡散防止膜としてＴｉＮ／Ｔｉ膜を用いることが開示されている。さらに特許文献１には、Ａｇを含むシード膜上にＣｕ膜をめっき法により形成し、熱処理によりシード膜に含まれるＡｇをＣｕ膜に拡散させることが開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、導電率及びエレクトロマイグレーション耐性に優れた配線が得られる、とされている。
【０００４】
特許文献２には、以下の工程を有する金属配線の形成方法が開示されている。まず添加物含有バリア層上に金属シード層及び金属材料層を形成し、金属材料層及び金属シード層の結晶粒の成長を促進させる第１の温度で熱処理を行う。ついで、絶縁膜上の添加物含有バリア層、金属シード層、及び金属材料層を除去することにより、金属配線を形成する。次いで、添加物含有バリア層の添加元素を金属配線内に拡散させることができる温度であり、かつ第１の温度より高い温度である第２の温度で熱処理を行う。特許文献２において、添加物含有バリア層は、ＴａＭｇＮ、ＴａＮ、ＴａＣＮ、ＴａＳｉＮ等の窒化層である。特許文献２に記載の金属配線の形成方法によれば、密着力及びエレクトロマイグレーション耐性に優れた金属配線を形成することができる、とされている。
【０００５】
特許文献３〜５には、バリアメタル膜とシード膜の間に金属層を設け、熱処理により金属層を構成する金属を配線に拡散させることが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２０４５２４号公報
【特許文献２】特開２００４−０４７８４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８０２３４号公報
【特許文献４】特開２００５−１５０６９０号公報
【特許文献５】特開２００５−３１７８０４号公報
【特許文献６】特開２００６−０７３７９２号公報
【特許文献７】特開２００１−９３９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年は半導体装置の微細化が進んでおり、シード層の薄膜化が進んでいる。このため、めっき法により配線を形成する場合、シード層の抵抗により、ウェハ中心部におけるめっき電流量とウェハ周辺部におけるめっき電流量に差が生じ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ中心部で異なってきてしまう。
【０００７】
特許文献１に記載の方法では、シード層に不純物を添加していたため、シード層の抵抗が大きくなり、上記した問題が顕著になる。これに対して特許文献２に記載の方法では、バリア膜に不純物を添加していたため、シード抵抗は増加せず、めっき膜の膜厚がウェハ面内でばらつくことが抑制される。しかし、バリア膜として窒化膜を用いていたため、バリア膜から配線へ不純物が拡散しにくくなり、配線とバリア膜との密着性及び配線のエレクトロマイグレーション耐性が低下してしまう。また特許文献３〜５に記載の方法では、バリアメタル膜と配線の間に金属膜を形成する必要があるため、工程数が増加してしまう。
【０００８】
このため、配線とバリア膜との密着性の低下、エレクトロマイグレーション耐性の低下、及び工程数の増加を抑制しつつ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることを抑制できる技術を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、半導体基板上に設けられた絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記絶縁膜に形成された前記溝の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜を形成する工程と、
前記金属バリア膜上にシード膜を形成し、さらに前記シード膜をシードとしてめっき層を形成することにより、前記溝内に金属膜を埋め込む工程と、
前記金属バリア膜及び前記金属膜を熱処理することにより、前記金属バリア膜と前記金属膜の間に、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属膜を構成する金属を含む合金層を形成し、かつ前記添加元素を前記金属膜中に拡散させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明によれば、バリア膜として金属バリア膜を用いている。このため、金属バリア膜に添加した添加元素が金属膜に十分拡散する。従って、金属膜のエレクトロマイグレーション耐性は向上する。また、金属バリア膜と金属膜の間に合金層が形成されるため、金属膜と金属バリア膜との密着性が向上する。また、金属バリア膜中に添加元素を添加しているため、添加元素を添加するための膜の形成工程を追加する必要が無くなり、工程数の増加が抑制される。また、金属バリア膜に不純物を添加しているため、シード層の抵抗が上昇することが抑制され、その結果、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることが抑制される。
【００１１】
本発明によれば、半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された溝と、
前記溝の側面及び底面に形成された金属バリア膜と、
前記金属バリア膜の上に形成され、前記溝に埋め込まれた金属配線と、
を備え、
前記金属バリア膜は、前記金属配線を構成する金属と合金を形成する添加元素を含み、
前記金属配線は、前記添加元素を含み、
前記金属バリア膜と前記金属配線の間には、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属配線を構成する金属を含む合金層が位置する半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配線とバリア膜との密着性の低下、エレクトロマイグレーション耐性の低下、及び工程数の増加を抑制しつつ、めっき膜の膜厚がウェハ中心部とウェハ周辺部で異なることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
図１及び図２の各図は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。まず、半導体基板（図示せず）上に設けられた絶縁膜１００に溝１０２を形成する。ついで、絶縁膜１００に形成された溝１０２の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜１２０を形成する。次いで、金属バリア膜１２０上にシード膜１４２を形成し、さらにシード膜１４２をシードとしてめっき層（Ｃｕ膜１４４）を形成することにより、溝１０２内に金属膜１４０を埋め込む。次いで、金属バリア膜１２０及び金属膜１４０を熱処理することにより、金属バリア膜１２０と金属膜１４０の間に、金属バリア膜１２０を構成する金属、添加元素、及び金属膜１４０を構成する金属を含む合金層１６０を形成し、かつ添加元素を金属膜１４０中に拡散させる。以下、詳細に説明する。
【００１５】
まず 図１（ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に設けられた絶縁膜１００に溝１０２を形成する。次いで、絶縁膜１００上並びに溝１０２の底面及び側面に、金属バリア膜１２０を例えばスパッタリング法により形成する。金属バリア膜１２０は、厚さが例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、添加元素を含んでいる。金属バリア膜を構成する金属は、例えばＴｉであり、添加元素は、例えばＡｌである。ただし金属バリア膜１２０を構成する金属は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔｉ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＷであっても良い。また添加元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ランタノイド系金属、及びアクチノイド系金属からなる群から選ばれた少なくとも一つであってもよい。金属バリア膜１２０における添加元素の濃度は、例えば０．１重量％以上５０重量％以下である。
【００１６】
次いで、図１（ｂ）に示すように、金属バリア膜１２０上にシード膜１４２をスパッタリング法により形成する。シード膜１４２は、例えばＣｕ膜である。このとき、シード膜１４２に上記した添加元素を含ませても良いが、含ませなくても良い。シード膜１４２に添加元素を含ませる場合、シード膜１４２における添加元素の濃度を、０重量％超０．３重量％以下にするのが好ましい。
【００１７】
次いで、シード膜１４２をシードとした電界めっきを行い、シード膜１４２上にめっき層としてのＣｕ膜１４４を形成する。このようにして、溝１０２内にはシード膜１４２及びＣｕ膜１４４からなる金属膜１４０が形成される。なお、金属膜１４０は、絶縁膜１００上に位置する金属バリア膜１２０上にも形成される。
【００１８】
次いで、図２（ａ）に示すように、金属膜１４０及び金属バリア膜１２０を熱処理する。このときの熱処理温度は、例えば２００℃以上４００℃以下であり、好ましくは２５０℃以上３５０℃以下である。ただし、３５０℃以上４００℃以下であってもよい。熱処理時間は、例えば３０秒〜１時間である。この熱処理により、金属バリア膜１２０に含まれる添加元素が金属配線中に拡散し、かつ金属バリア膜１２０と金属膜１４０のシード膜１４２の間には、金属バリア膜１２０を構成する金属、添加元素、及びシード膜１４２を構成する金属を含む合金層１６０が形成される。
【００１９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜１００上に位置する金属バリア膜１２０、合金層１６０、及び金属膜１４０をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去する。このようにして、溝１０２の中には金属配線１４６が埋め込まれる。
【００２０】
なお本実施形態において、合金層１６０を形成してから絶縁膜１００上に位置する金属バリア膜１２０、合金層１６０、及び金属膜１４０を除去していたが、金属バリア膜１２０及び金属膜１４０をＣＭＰ法により除去してから合金層１６０を形成するための熱処理を行っても良い。
【００２１】
このようにして形成される半導体装置は、図２（ｂ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に形成された絶縁膜１００、絶縁膜１００に形成された溝１０２、溝１０２の側面及び底面に形成された金属バリア膜１２０、及び金属バリア膜１２０の上に形成されていて溝１０２に埋め込まれた金属配線１４６を備える。金属バリア膜１２０は、金属配線１４６を構成する金属（例えばＣｕ）と合金を形成する添加元素（例えばＡｌ）を含み、金属配線１４６は、上記した添加元素を含んでいる。金属バリア膜１２０と金属配線１４６の間には、合金層１６０が位置する。合金層１６０は、金属バリア膜１２０を構成する金属、上記した添加元素、及び金属配線１４６を構成する金属を含んでいる。
【００２２】
シード膜１４２が添加元素を含んでいない場合、積層方向における添加元素の濃度プロファイルは、金属バリア膜１２０にピークを有する。この場合、金属配線１４６中における添加元素の濃度は、金属バリア膜１２０から離れるに従って低くなる。またシード膜１４２に添加元素が含まれている場合、積層方向における前記添加元素の濃度プロファイルは、金属バリア膜１２０及び金属配線それぞれにピークを有することがある。この場合、金属配線１４６中における添加元素の濃度は、少なくともめっき層１４４において、金属バリア膜１２０から離れるに従って低くなる。
【００２３】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。まず、シード膜１４２に添加元素を添加する必要がないか、又は添加するにしてもその濃度を０．３重量％以下にしているため、シード膜１４２の抵抗率を５μΩ・ｃｍ以下という低い値にすることができる。従って、シード膜１４２をシードとした電界めっきを行ってＣｕ膜１４４を形成するときに、Ｃｕ膜１４４の膜厚に面内分布が生じることを抑制できる。
【００２４】
また、金属バリア膜１２０に含まれる添加元素が金属配線１４６中に拡散しているため、金属バリア膜１２０のエレクトロマイグレーション耐性が向上する。また、金属バリア膜１２０と金属配線１４６の間に合金層１６０が形成されるため、金属配線１４６と金属バリア膜１２０との密着性が向上する。特に本実施形態では、金属配線１４６の底部及び側部の略全面に合金層２６０が形成されるため、密着性向上が顕著になる。また、金属バリア膜１２０中に添加元素を添加しているため、添加元素を添加するための膜を追加する必要が無くなり、工程数の増加が抑制される。
【００２５】
図３の各図は、第２の実施形態に係る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３（ａ）は、第１の実施形態における図２（ａ）に相当する図であり、図３（ｂ）は、第１の実施形態における図２（ｂ）に相当する図である。本実施形態は、金属バリア膜１２０と絶縁膜１００の間に、窒化膜である第２バリア膜１２２を設けた点を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００２６】
すなわち本実施形態では、絶縁膜１００上に第２バリア膜１２２及び金属バリア膜１２０をこの順に形成している。その後の工程は、絶縁膜１００上の金属バリア膜１２０、合金層１６０、及び金属膜１４０を除去する工程において、第２バリア膜１２２も除去する点を除いて、第１の実施形態と同様である。第２バリア膜１２２は、例えば金属バリア膜１２０を構成する金属の窒化膜である。例えば金属バリア膜１２０がＴｉ膜である場合、第２バリア膜１２２はＴｉＮ膜又はＴｉＳｉＮ膜であり、金属バリア膜１２０がＴａ膜である場合、第２バリア膜１２２はＴａＮ膜であり、金属バリア膜１２０がＷ膜である場合、第２バリア膜１２２はＷＮ膜である。
【００２７】
本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、金属バリア膜１２０の下に窒化膜からなる第２バリア膜１２２を設けたため、金属配線１４６を構成する金属はさらに絶縁膜１００中に拡散しにくくなる。
【００２８】
図４の各図及び図５は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、第１の実施形態又は第２の実施形態に示した半導体装置の製造方法により形成された金属配線１４６上に、第２の金属配線２４６を形成する方法である。なお図４及び図５は、第１の実施形態に示した方法により形成された金属配線１４６を図示している。
【００２９】
まず、第１の実施形態又は第２の実施形態に示した方法により、絶縁膜１００に形成された溝１０２に金属配線１４６を埋め込む。次いで、絶縁膜１００上及び金属配線１４６上に、拡散防止膜２０２及び層間絶縁膜２０４をこの順に形成する。拡散防止膜２０２は、例えばＳｉＣＮ、ＳｉＣ、又はＳｉＮにより形成される。層間絶縁膜２０４は、比誘電率が３．３以下、より好ましくは２．９以下の低誘電率膜により構成することができる。層間絶縁膜２０４は、例えばＳｉ、Ｏ、およびＣを含む膜により構成することができる。具体的には、層間絶縁膜２０４は、例えばＳｉＯＣ（ＳｉＯＣＨ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、水素化メチルシルセスキオキサン（ＭＨＳＱ）、有機ポリシロキサンまたはこれらの膜をポーラス化したもの等により構成することができる。
【００３０】
次いで、層間絶縁膜２０４上に保護絶縁膜２０５を形成する。保護絶縁膜２０５は、たとえばＳｉＯ２等により構成することができる。次いで、層間絶縁膜２０４および保護絶縁膜２０５に、配線溝２０８及びビア２０６を形成する。ビア２０６は配線溝２０８の底部に位置しており、配線溝２０８と金属配線１４６を接続している。配線溝２０８及びビア２０６の形成手順としては、シングルダマシン法及びデュアルダマシン法のいずれを用いても良い。なおデュアルダマシン法には、ビアファースト法、トレンチファースト法、ミドルファースト法、及びデュアルハードマスク法などのいくつかの方法があるが、これらのいずれを用いても良い。
【００３１】
次いで、配線溝２０８及びビア２０６の底面及び側壁に、金属バリア膜２２０を形成する。金属バリア膜２２０の組成は、金属バリア膜１２０の組成と同様である。次いで、金属バリア膜２２０上にシード膜２４２を形成し、さらにシード膜２４２をシードとした電解めっきを行い、めっき層としてのＣｕ膜２４４を形成する。これにより、配線溝２０８内及びビア２０６内に、シード膜２４２及びＣｕ膜２４４からなる金属膜２４０が埋め込まれる。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、金属バリア膜２２０及び金属膜２４０を熱処理する。これにより、金属バリア膜２２０と金属膜２４０の間に合金層２６０が形成され、かつ添加元素が金属膜２４０中に拡散する。合金層２６０は、金属バリア膜２２０を構成する金属、添加元素、及び金属膜２４０を構成する金属を含んでいる。
【００３３】
次いで、図５に示すように、絶縁膜２０５上に位置する金属バリア膜２２０、合金層２６０、及び金属膜２４０をＣＭＰ法により除去する。このようにして、溝２０８及びビア２０６の中には金属配線２４６が埋め込まれる。金属配線２４６は、ビア２０６を介して金属配線１４６に接続している。
【００３４】
本実施形態によっても、金属配線２４６を形成するときに第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ビア２０６から金属配線１４６に電流が流れる場合、金属配線１４６からビア２０６に向けて電子が移動するため、金属配線２４６の底部及び側部の全面で金属配線２４６と金属バリア膜２２０の密着性が改善されている必要がある。本実施形態では、金属配線２４６の底部及び側部の全面に合金層２６０が形成されているため、金属配線２４６の底部及び側部の全面で密着性が改善される。
【００３５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】(ａ)及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】(ａ)及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】(ａ)及び（ｂ）は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】(ａ)及び（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 絶縁膜
１０２ 溝
１２０ 金属バリア膜
１２２ 第２バリア膜
１４０ 金属膜
１４２ シード膜
１４４ Ｃｕ膜
１４６ 金属配線
１６０ 合金層
２０２ 拡散防止膜
２０４ 層間絶縁膜
２０５ 保護絶縁膜
２０６ ビア
２０８ 配線溝
２２０ 金属バリア膜
２４０ 金属膜
２４２ シード膜
２４４ Ｃｕ膜
２４６ 金属配線
２６０ 合金層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記絶縁膜に形成された前記溝の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜を形成する工程と、
前記金属バリア膜上にシード膜を形成し、さらに前記シード膜をシードとしてめっき層を形成することにより、前記溝内に金属膜を埋め込む工程と、
前記金属バリア膜及び前記金属膜を熱処理することにより、前記金属バリア膜と前記金属膜の間に、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属膜を構成する金属を含む合金層を形成し、かつ前記添加元素を前記金属膜中に拡散させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シード膜を形成する工程において、前記シード膜に前記添加元素を含ませる半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シード膜における前記添加元素の濃度は、０重量％超０．３重量％以下である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シード膜の抵抗率は５μΩ・ｃｍ以下である半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属バリア膜における前記添加元素の濃度は、０．１重量％以上５０重量％以下である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属バリア膜を形成する工程において、前記金属バリア膜は前記絶縁膜上にも形成され、
前記溝に前記金属膜を埋め込む工程において、前記絶縁膜上に位置する前記金属バリア膜上にも前記金属膜が形成され、
前記合金層を形成する工程の後に、前記絶縁膜上に位置する前記金属膜及び前記金属バリア膜を除去する工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属バリア膜は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔｉ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＷからなる群から選択された少なくとも一つの金属である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記添加元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ランタノイド系金属、及びアクチノイド系金属からなる群から選ばれた少なくとも一つである半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された溝と、
前記溝の側面及び底面に形成された金属バリア膜と、
前記金属バリア膜の上に形成され、前記溝に埋め込まれた金属配線と、
を備え、
前記金属バリア膜は、前記金属配線を構成する金属と合金を形成する添加元素を含み、
前記金属配線は、前記添加元素を含み、
前記金属バリア膜と前記金属配線の間には、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属配線を構成する金属を含む合金層が位置する半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
積層方向における前記添加元素の濃度プロファイルは、前記金属バリア膜にピークを有する半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置において、
積層方向における前記添加元素の濃度プロファイルは、前記金属配線にもピークを有する半導体装置。
【請求項１２】
請求項９または１０に記載の半導体装置において、
前記金属配線中における前記添加元素の濃度は、前記金属バリア膜から離れるに従って低くなる半導体装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記金属バリア膜は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＷからなる群から選択された少なくとも一つの金属である半導体装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記添加元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ランタノイド系金属、及びアクチノイド系金属からなる群から選ばれた少なくとも一つである半導体装置。
【請求項１５】
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記金属配線は銅配線であり、
前記金属バリア膜はＴｉ膜であり、
前記添加元素はＡｌである半導体装置。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記金属バリア膜と前記絶縁膜の間に、窒化膜からなる第２バリア膜を有する半導体装置。
【請求項１】
半導体基板上に設けられた絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記絶縁膜に形成された前記溝の側面及び底面に、添加元素を含む金属バリア膜を形成する工程と、
前記金属バリア膜上にシード膜を形成し、さらに前記シード膜をシードとしてめっき層を形成することにより、前記溝内に金属膜を埋め込む工程と、
前記金属バリア膜及び前記金属膜を熱処理することにより、前記金属バリア膜と前記金属膜の間に、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属膜を構成する金属を含む合金層を形成し、かつ前記添加元素を前記金属膜中に拡散させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シード膜を形成する工程において、前記シード膜に前記添加元素を含ませる半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シード膜における前記添加元素の濃度は、０重量％超０．３重量％以下である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シード膜の抵抗率は５μΩ・ｃｍ以下である半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属バリア膜における前記添加元素の濃度は、０．１重量％以上５０重量％以下である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属バリア膜を形成する工程において、前記金属バリア膜は前記絶縁膜上にも形成され、
前記溝に前記金属膜を埋め込む工程において、前記絶縁膜上に位置する前記金属バリア膜上にも前記金属膜が形成され、
前記合金層を形成する工程の後に、前記絶縁膜上に位置する前記金属膜及び前記金属バリア膜を除去する工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属バリア膜は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔｉ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＷからなる群から選択された少なくとも一つの金属である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記添加元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ランタノイド系金属、及びアクチノイド系金属からなる群から選ばれた少なくとも一つである半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された溝と、
前記溝の側面及び底面に形成された金属バリア膜と、
前記金属バリア膜の上に形成され、前記溝に埋め込まれた金属配線と、
を備え、
前記金属バリア膜は、前記金属配線を構成する金属と合金を形成する添加元素を含み、
前記金属配線は、前記添加元素を含み、
前記金属バリア膜と前記金属配線の間には、前記金属バリア膜を構成する金属、前記添加元素、及び前記金属配線を構成する金属を含む合金層が位置する半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
積層方向における前記添加元素の濃度プロファイルは、前記金属バリア膜にピークを有する半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置において、
積層方向における前記添加元素の濃度プロファイルは、前記金属配線にもピークを有する半導体装置。
【請求項１２】
請求項９または１０に記載の半導体装置において、
前記金属配線中における前記添加元素の濃度は、前記金属バリア膜から離れるに従って低くなる半導体装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記金属バリア膜は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔａ、Ｒｕ−Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＷからなる群から選択された少なくとも一つの金属である半導体装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記添加元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｔ、ランタノイド系金属、及びアクチノイド系金属からなる群から選ばれた少なくとも一つである半導体装置。
【請求項１５】
請求項９〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記金属配線は銅配線であり、
前記金属バリア膜はＴｉ膜であり、
前記添加元素はＡｌである半導体装置。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記金属バリア膜と前記絶縁膜の間に、窒化膜からなる第２バリア膜を有する半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−８７０９４（Ｐ２０１０−８７０９４Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５２４５５（Ｐ２００８−２５２４５５）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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