埋め込み配線の形成方法
【課題】配線抵抗が低く、ＥＭ耐性及び信頼性に優れた埋め込み配線の形成方法を提供することにある。
【解決手段】半導体基板１０上に形成された絶縁層１１内に溝１２を形成した後、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上にＡＬＤ法でバリアメタル層１３を形成し、その表面に、イオン注入法またはＡＬＤ法により不純物層１４、１７を形成する。その後、バリアメタル層１３と不純物層１４、１７とを合金化した後、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６からなる埋め込み配線層を形成し、然る後、合金化されたバリアメタル層１３内の不純物元素を埋め込み配線層内に熱拡散させる。
【解決手段】半導体基板１０上に形成された絶縁層１１内に溝１２を形成した後、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上にＡＬＤ法でバリアメタル層１３を形成し、その表面に、イオン注入法またはＡＬＤ法により不純物層１４、１７を形成する。その後、バリアメタル層１３と不純物層１４、１７とを合金化した後、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６からなる埋め込み配線層を形成し、然る後、合金化されたバリアメタル層１３内の不純物元素を埋め込み配線層内に熱拡散させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線抵抗が低く、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性及び信頼性に優れた埋め込み配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの微細化に伴い、配線のＲＣ遅延時間の増大が顕著となり、これに対処するために、従来のＡｌ配線に代わって、配線抵抗の小さいＣｕ埋め込み配線が採用されはじめている。Ｃｕ埋め込み配線は、一般には、Ａｌ配線に比べて、配線のＥＭ耐性が優れているが、配線の微細化とともに、配線に流れる電流密度が増加することから、Ｃｕ配線においてもＥＭ耐性を向上させることが不可欠になっている。
【０００３】
Ｃｕ埋め込み配線のＥＭ耐性を向上させる対策として、Ｃｕ埋め込み配線に不純物元素（通常は金属元素）を拡散させる方法が知られている。例えば、Ｃｕメッキの下地となるシード層として、不純物元素が添加されたＣｕ合金シード層を用い、Ｃｕ合金シード層上にＣｕメッキ層を形成した後、熱処理を行うことによって、Ｃｕ合金シード層からＣｕメッキ層内に不純物元素を拡散させることができる。
【０００４】
しかしながら、Ｃｕ合金シード層からＣｕメッキ層内への不純物元素の拡散は、同じＣｕで構成された膜同士中の拡散であるため、不純物元素に対する障壁がなく、不純物元素はＣｕメッキ層全体に拡散してしまう。その結果、Ｃｕ配線の抵抗値が上昇し、配線のＲＣ遅延時間の増大を引き起こしてしまうという問題が生じる。
【０００５】
また、Ｃｕ合金シード層を、スパッタリング装置で形成した後、メッキ装置に移してＣｕメッキ層を形成する際、Ｃｕ合金シード層の表面が大気に暴露される。そのため、Ｃｕ合金シード層に添加された不純物元素の酸化により、Ｃｕ合金シード層の表面に酸化層が形成され、その結果、Ｃｕ合金シード層とＣｕメッキ層との密着性が低下するという問題も生じる。
【０００６】
そこで、Ｃｕシード層とＣｕメッキ層との密着性を維持しつつ、Ｃｕメッキ層に不純物元素を拡散させてＥＭ耐性を向上させる技術が、特許文献１に記載されている。
【０００７】
図８（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１に記載されたＣｕ埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【０００８】
まず、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１００上に形成された絶縁層１０１に、埋め込み配線用の溝１０２を形成した後、溝１０２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１０１上に、不純物元素が添加されたバリアメタル層（通常、合金バリアメタル層）１０３、及びＣｕシード層１０４を、スパッタリング装置内で連続的に形成する。その後、図８（ｂ）に示すように、溝１０２を埋め込むように、Ｃｕシード層１０４の上にＣｕメッキ層１０５を形成する。
【０００９】
次に、図８（ｃ）に示すように、絶縁層１０１の表面を露出するように、絶縁層１０１上のＣｕメッキ層１０５、Ｃｕシード層１０４、及び合金バリアメタル層１０３を除去して、溝１０２内にＣｕメッキ層１０５を埋め込む。その後、熱処理を施すことによって、合金バリアメタル層１０３内の不純物元素をＣｕメッキ層１０５内に拡散させる。
【００１０】
このように、合金バリアメタル層１０３からＣｕメッキ層１０５内に不純物元素を拡散させれば、合金バリアメタル層１０３とＣｕメッキ層１０５（Ｃｕシード層１０４も含む）との界面に不純物元素の拡散に対する障壁ができるため、Ｃｕメッキ層１０５内への拡散を抑制することができる。加えて、合金バリアメタル層１０３とＣｕシード層１０４とを、スパッタリング装置内で連続的に形成することによって、合金バリアメタル層１０３に添加された不純物元素が大気に暴露されて酸化されることを防ぐことができる。これにより、密着性を維持しつつ、配線抵抗の増加を抑制した埋め込みＣｕ配線を形成することができる。
【特許文献１】特開２００４−４７８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された方法で形成された埋め込みＣｕ配線は、密着性を維持しつつ、配線抵抗の増加を抑制することができる点で有効であるが、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、不純物元素が添加された合金バリアメタル層１０３は、スパッタリング法を用いて形成されるため、ＬＳＩの微細化に伴い、埋め込み配線用の溝１０２のアスペクト比が大きくなると、合金バリアメタル層１０３及びＣｕシード層１０４を、溝１０２の側面及び底面に被覆性よく形成することが困難になる。それ故、不連続な合金バリアメタル層１０３及びＣｕシード層が溝１０２の側面または底面に形成されると、電解メッキ法で溝１０２内にＣｕメッキ層を埋め込む際、溝１０２内にボイドが生成され、Ｃｕ配線の信頼性の低下を招く。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明は、配線用の溝の側面及び底面を覆うように、原子層堆積法（以下、「ＡＬＤ（Atomic layer deposition）法」という）でバリアメタル層を形成した後（または形成する前）に、バリアメタル層の一主面（表面または裏面）に不純物層を形成し、さらに、バリメタル層と不純物層とを合金化した後、かかる合金化されたバリアメタル層から、Ｃｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層内に不純物元素を拡散させる方法を採用する。
【００１５】
バリアメタル層をＡＬＤ法で形成することによって、バリアメタル層を配線用の溝の側面及び底面に被覆性よく形成することができ、その後のＣｕメッキ層の形成においても、ボイドの生成のないＣｕ配線層を形成することができる。
【００１６】
一方、ＡＬＤ法では、不純物元素が添加されたバリアメタル層を形成することはできないが、バリアメタル層の一主面に別途不純物層を形成した後、バリアメタル層と不純物層とを合金化することによって、従来のスパッタリング法で形成した合金バリアメタル層と同様に、合金化されたバリアメタル層とＣｕ配線層との界面に不純物元素の拡散に対する障壁を形成することができる。それ故、合金化されたバリアメタル層からＣｕメッキ層内に不純物元素を拡散する際、不純物元素がＣｕメッキ層全体に拡散するのを抑制することができる。これにより、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線を形成することができる。
【００１７】
なお、バリアメタル層の一主面に設けられた不純物層は、例えば、バリアメタル層の表面に、不純物元素をイオン注入することによって、あるいは、バリアメタル層の表面に、不純物元素を含むガスを原料とするＡＬＤ法により堆積することによって形成することができる。かかる方法により形成される不純物層の厚みは、例えば、数原子層〜 10 ｎｍ程度に薄くできるため、高いアスペクトを有する埋め込み配線に対しても、十分に適用することができる。
【００１８】
本発明に係わる埋め込み配線の形成方法は、半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、溝の側面及び底面を覆うように絶縁層上に原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｂ）と、バリアメタル層の表面に不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｃ）と、バリアメタル層と不純物層とを合金化する工程（ｄ）と、合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、絶縁層の表面を露出するように、絶縁層上のＣｕメッキ層、Ｃｕシード層、及び合金化されたバリアメタル層を除去して、溝内にＣｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を、埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）とを含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、上記工程（ｇ）において、埋め込み配線層内に拡散された不純物元素は、バリアメタル層と埋め込み配線層との界面近傍において、該埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布していることが好ましい。
【００２０】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｃ）において、不純物層は、バリアメタル層の表面に不純物元素をイオン注入することによって形成される。
【００２１】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｃ）において、不純物層は、バリアメタル層の表面に不純物元素を含むガスを原料とする原子層堆積法によって形成される。
【００２２】
なお、上記工程（ｃ）の後、工程（ｄ）の前に、不純物層の上に第２のバリアメタル層を形成する工程をさらに含んでもよい。
【００２３】
また、上記工程（ｄ）において、不純物層と第２のバリアメタル層も合金化されてもよい。
【００２４】
また、上記工程（ｅ）において、不純物層とＣｕシード層とを合金化させる工程をさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明に係わる他の埋め込み配線の形成方法は、半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、溝の側面及び底面を覆うように絶縁層上に原子層堆積法を用いて不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｂ）と、不純物層の表面に原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｃ）と、不純物層とバリアメタル層とを合金化する工程（ｄ）と、合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、絶縁層の表面を露出するように、絶縁層上のＣｕメッキ層、Ｃｕシード層、及び合金化されたバリアメタル層を除去して溝内にＣｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係わる埋め込み配線の形成方法によれば、配線用の溝の側面及び底面に、ＡＬＤ法で形成したバリアメタル層の一主面（表面または裏面）に不純物層を設け、さらに、バリアメタル層と不純物層とを合金化した後、かかる合金化されたバリアメタル層から、Ｃｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層内に不純物元素を拡散させることによって、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）、及び図２（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における埋め込み配線の形成方法を模式的に示した工程断面図である。
【００２９】
まず、図１（ａ）示すように、半導体基板１０上に、例えば、低誘電率のＳｉＯＣからなる絶縁層１１を形成した後、絶縁層１１内に埋め込み配線用の溝１２を形成する。ここで、溝１２の形状は、特に制限されず、例えば、半導体基板１０に形成された下層の配線層（不図示）に接続するように、絶縁層１１を貫通して形成してもよい。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上にＡＬＤ法を用いて、厚みが１〜１０ｎｍ程度のバリアメタル層１３を形成する。ここで、バリアメタル層１３の材料は特に制限されないが、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ等、またはこれらを組み合わせた材料を用いることができる。
【００３１】
その後、図１（ｂ）に示すように、バリアメタル層１３の表面に不純物元素をイオン注入することによって、図１（ｃ）に示すように、バリアメタル層１３の表面に不純物層１４を形成する。
【００３２】
ここで、不純物元素の材料は、Ｃｕ配線層内に拡散して、ＥＭ耐性を向上させる効果を奏するものであれば、特に制限されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等を用いることができる。
【００３３】
イオン注入は、例えば、０．２〜０．５ｋｅｖ程度の加速電圧で行うことによって、バリアメタル層１３の表面に、厚みが０．１〜１０ｎｍ程度の薄い不純物層１４を形成することができる。
【００３４】
次に、図２（ａ）に示すように、不純物層１４を備えたバリアメタル層１３上に、Ｃｕシード層１５を、例えばＣＶＤ法を用いて形成した後、溝１２を埋めるように、電解メッキ法を用いてＣｕシード層１５上にＣｕメッキ層１６を形成する。
【００３５】
ここで、Ｃｕシード層１５を形成する前、あるいは、Ｃｕシード層１５を形成した後に、バリアメタル層１３と不純物層１４とを合金化させる熱処理工程を行っておく。なお、Ｃｕシード層１５を形成した後に行う熱処置工程は、後述する合金化されたバリアメタル層１３から埋め込み配線層内に不純物元素を拡散する工程の前であればいつでもよい。また、Ｃｕシード層１５を形成した後に熱処理工程を行う際、不純物層１４をＣｕシード層１５と合金化させてもよい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、絶縁層１１の表面を露出するように、絶縁層１１上のＣｕメッキ層１６、Ｃｕシード層１５、及び合金化されたバリアメタル層１３を除去して、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６からなる埋め込み配線層を形成する。
【００３７】
その後、合金化されたバリアメタル層１３内の不純物元素を、埋め込み配線層内に拡散させる熱処理を施す。このとき、埋め込み配線層内に拡散された不純物元素は、図２（ｂ）に示した濃度プロファイルに示すように、バリアメタル層１３と埋め込み配線層との界面近傍において、埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布している。ここで、熱処理は、合金化されたバリアメタル層１３内の不純物元素が、バリアメタル層１３と配線層との界面近傍に拡散できる条件、例えば、窒素中で、４００℃、１５分程度の熱処理を行えばよい。
【００３８】
本実施形態によれば、バリアメタル層１３をＡＬＤ法で形成することによって、バリアメタル層１３を配線用の溝１２の側面及び底面に被覆性よく形成することができ、その後のＣｕメッキ層１６の形成においても、ボイドの生成のないＣｕ配線層を形成することができる。加えて、バリアメタル層１３の一主面に不純物層１４を形成し、さらに、バリメタル層と不純物層とを合金化した後、かかる合金化されたバリアメタル層から、Ｃｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層内に不純物元素を拡散させることによって、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線を形成することができる。
【００３９】
なお、本実施形態において、不純物層１４はイオン注入法を用いて形成したが、例えば、ガスクラスターイオンビーム法等を用いて形成してもよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
図３（ａ）〜（ｃ）、及び図４（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における埋め込み配線の形成方法を模式的に示した工程断面図である。第１の実施形態では、バリアメタル層１３の表面に設けられた不純物層１４は、不純物元素をバリアメタル層１３の表面にイオン注入することによって形成したのに対し、本実施形態では、ＡＬＤ法による堆積によって、不純物層をバリアメタル層１３上に形成する方法を採用した点が異なる。
【００４１】
以下、図面を参照しながら、本実施形態における埋め込み配線の形成方法について説明する。なお、第１の実施形態と同様の工程は、詳細な説明を省略する。
【００４２】
まず、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、半導体基板１０上に形成された絶縁層１１内に配線用の溝１２を形成した後、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上にＡＬＤ法を用いてバリアメタル層１３を形成する。
【００４３】
その後、図３（ｃ）に示すように、バリアメタル層１３の表面に、不純物元素を含むガスを原料とするＡＬＤ法による堆積によって、厚さ１〜１０ｎｍの不純物層１７を形成する。ここで、不純物元素の材料は、Ｃｕ配線層内に拡散して、ＥＭ耐性を向上させる効果を奏するものであれば、特に制限されないが、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ等を用いることができる。
【００４４】
次に、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、不純物層１７が設けられたバリアメタル層１３上にＣｕシード層１５を形成した後、溝１２を埋め込むようにＣｕメッキ層１６を形成し、さらに、絶縁層１１の表面を露出するように、絶縁層１１上のＣｕメッキ層１６、Ｃｕシード層１５、及びバリアメタル層１３を除去して、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６からなる埋め込み配線層を形成する。
【００４５】
ここで、Ｃｕシード層１５を形成する前、あるいは、Ｃｕシード層１５を形成した後に、バリアメタル層１３と不純物層１７とを合金化させる熱処理工程を行っておく。なお、Ｃｕシード層１５を形成した後に行う熱処置工程は、合金化されたバリアメタル層１３から埋め込み配線層内に不純物元素を拡散する工程の前であればいつでもよい。また、Ｃｕシード層１５を形成した後に熱処理工程を行う際、不純物層１４をＣｕシード層１５と合金化させてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態の変形例）
本発明は、バリアメタル層１３とＣｕシード層１５との間に不純物層１７を形成し、合金化されたバリアメタル層１３から、Ｃｕ配線層内に不純物元素を熱処理により拡散させる点に特徴がある。しかしながら、不純物層１７は、必ずしもＣｕシード層１５と接触している必要はなく、不純物層１７をＡＬＤ法で形成する場合、バリアメタル層１３との関係で、以下のような構成にしてもよい。
【００４７】
図５は、変形例１におけるバリアメタルの構成を示した工程断面図で、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上に不純物層１８をＡＬＤ法で形成した後、不純物層１８上にバリアメタル層１３を形成したものである。
【００４８】
また、図６は、変形例２におけるバリアメタルの構成を示した工程断面図で、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上に、第１のバリアメタル層１３ａを形成した後、第１のバリアメタル層１３ａ上に不純物層１７をＡＬＤ法で形成した後、さらに、第２のバリアメタル層１３ｂを形成したものである。
【００４９】
いずれの場合も、不純物層１７、１８は、Ｃｕシード層１５と接触しないで形成されるが、バリアメタル層１３（１３ａ、１３ｂ）が不純物層１７、１８と合金化することによって、合金化されたバリアメタル層１３（１３ａ、１３ｂ）からＣｕ配線層内に不純物元素を拡散することができる。
【００５０】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、配線層は、図２（ｂ）に示したような埋め込み配線構造としたが、例えば、図７に示すように、半導体基板１０に形成された下層の配線層２０に接続し、絶縁層２１内に形成された、いわゆるデュアルダマシン構造の配線層２２にも勿論適用することができる。
【００５１】
また、上記実施形態においては、合金化されたバリアメタル層１３から配線層内に不純物元素を拡散させる熱処理工程を、ＣＭＰ法により溝１２内に埋め込み配線層を形成する工程の後に行ったが、例えば、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６を形成した後、ＣＭＰ法による平坦化工程の前に行っても、同様の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性及び信頼性に優れた埋め込み配線に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図５】第２の実施形態の変形例１におけるバリアメタルの構成を示した断面図である。
【図６】第２の実施形態の変形例２におけるバリアメタルの構成を示した断面図である。
【図７】本発明における配線層の他の構成を示した断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、従来の埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 半導体基板
１１ 絶縁層
１２ 溝
１３ バリアメタル層
１３ａ 第１のバリアメタル層
１３ｂ 第２のバリアメタル層
１４、１７、１８ 不純物層
１５ Ｃｕシード層
１６ Ｃｕメッキ層
２０ 下層の配線層
２１ 絶縁層
２２ デュアルダマシン構造の配線層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線抵抗が低く、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性及び信頼性に優れた埋め込み配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの微細化に伴い、配線のＲＣ遅延時間の増大が顕著となり、これに対処するために、従来のＡｌ配線に代わって、配線抵抗の小さいＣｕ埋め込み配線が採用されはじめている。Ｃｕ埋め込み配線は、一般には、Ａｌ配線に比べて、配線のＥＭ耐性が優れているが、配線の微細化とともに、配線に流れる電流密度が増加することから、Ｃｕ配線においてもＥＭ耐性を向上させることが不可欠になっている。
【０００３】
Ｃｕ埋め込み配線のＥＭ耐性を向上させる対策として、Ｃｕ埋め込み配線に不純物元素（通常は金属元素）を拡散させる方法が知られている。例えば、Ｃｕメッキの下地となるシード層として、不純物元素が添加されたＣｕ合金シード層を用い、Ｃｕ合金シード層上にＣｕメッキ層を形成した後、熱処理を行うことによって、Ｃｕ合金シード層からＣｕメッキ層内に不純物元素を拡散させることができる。
【０００４】
しかしながら、Ｃｕ合金シード層からＣｕメッキ層内への不純物元素の拡散は、同じＣｕで構成された膜同士中の拡散であるため、不純物元素に対する障壁がなく、不純物元素はＣｕメッキ層全体に拡散してしまう。その結果、Ｃｕ配線の抵抗値が上昇し、配線のＲＣ遅延時間の増大を引き起こしてしまうという問題が生じる。
【０００５】
また、Ｃｕ合金シード層を、スパッタリング装置で形成した後、メッキ装置に移してＣｕメッキ層を形成する際、Ｃｕ合金シード層の表面が大気に暴露される。そのため、Ｃｕ合金シード層に添加された不純物元素の酸化により、Ｃｕ合金シード層の表面に酸化層が形成され、その結果、Ｃｕ合金シード層とＣｕメッキ層との密着性が低下するという問題も生じる。
【０００６】
そこで、Ｃｕシード層とＣｕメッキ層との密着性を維持しつつ、Ｃｕメッキ層に不純物元素を拡散させてＥＭ耐性を向上させる技術が、特許文献１に記載されている。
【０００７】
図８（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１に記載されたＣｕ埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【０００８】
まず、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１００上に形成された絶縁層１０１に、埋め込み配線用の溝１０２を形成した後、溝１０２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１０１上に、不純物元素が添加されたバリアメタル層（通常、合金バリアメタル層）１０３、及びＣｕシード層１０４を、スパッタリング装置内で連続的に形成する。その後、図８（ｂ）に示すように、溝１０２を埋め込むように、Ｃｕシード層１０４の上にＣｕメッキ層１０５を形成する。
【０００９】
次に、図８（ｃ）に示すように、絶縁層１０１の表面を露出するように、絶縁層１０１上のＣｕメッキ層１０５、Ｃｕシード層１０４、及び合金バリアメタル層１０３を除去して、溝１０２内にＣｕメッキ層１０５を埋め込む。その後、熱処理を施すことによって、合金バリアメタル層１０３内の不純物元素をＣｕメッキ層１０５内に拡散させる。
【００１０】
このように、合金バリアメタル層１０３からＣｕメッキ層１０５内に不純物元素を拡散させれば、合金バリアメタル層１０３とＣｕメッキ層１０５（Ｃｕシード層１０４も含む）との界面に不純物元素の拡散に対する障壁ができるため、Ｃｕメッキ層１０５内への拡散を抑制することができる。加えて、合金バリアメタル層１０３とＣｕシード層１０４とを、スパッタリング装置内で連続的に形成することによって、合金バリアメタル層１０３に添加された不純物元素が大気に暴露されて酸化されることを防ぐことができる。これにより、密着性を維持しつつ、配線抵抗の増加を抑制した埋め込みＣｕ配線を形成することができる。
【特許文献１】特開２００４−４７８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された方法で形成された埋め込みＣｕ配線は、密着性を維持しつつ、配線抵抗の増加を抑制することができる点で有効であるが、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、不純物元素が添加された合金バリアメタル層１０３は、スパッタリング法を用いて形成されるため、ＬＳＩの微細化に伴い、埋め込み配線用の溝１０２のアスペクト比が大きくなると、合金バリアメタル層１０３及びＣｕシード層１０４を、溝１０２の側面及び底面に被覆性よく形成することが困難になる。それ故、不連続な合金バリアメタル層１０３及びＣｕシード層が溝１０２の側面または底面に形成されると、電解メッキ法で溝１０２内にＣｕメッキ層を埋め込む際、溝１０２内にボイドが生成され、Ｃｕ配線の信頼性の低下を招く。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明は、配線用の溝の側面及び底面を覆うように、原子層堆積法（以下、「ＡＬＤ（Atomic layer deposition）法」という）でバリアメタル層を形成した後（または形成する前）に、バリアメタル層の一主面（表面または裏面）に不純物層を形成し、さらに、バリメタル層と不純物層とを合金化した後、かかる合金化されたバリアメタル層から、Ｃｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層内に不純物元素を拡散させる方法を採用する。
【００１５】
バリアメタル層をＡＬＤ法で形成することによって、バリアメタル層を配線用の溝の側面及び底面に被覆性よく形成することができ、その後のＣｕメッキ層の形成においても、ボイドの生成のないＣｕ配線層を形成することができる。
【００１６】
一方、ＡＬＤ法では、不純物元素が添加されたバリアメタル層を形成することはできないが、バリアメタル層の一主面に別途不純物層を形成した後、バリアメタル層と不純物層とを合金化することによって、従来のスパッタリング法で形成した合金バリアメタル層と同様に、合金化されたバリアメタル層とＣｕ配線層との界面に不純物元素の拡散に対する障壁を形成することができる。それ故、合金化されたバリアメタル層からＣｕメッキ層内に不純物元素を拡散する際、不純物元素がＣｕメッキ層全体に拡散するのを抑制することができる。これにより、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線を形成することができる。
【００１７】
なお、バリアメタル層の一主面に設けられた不純物層は、例えば、バリアメタル層の表面に、不純物元素をイオン注入することによって、あるいは、バリアメタル層の表面に、不純物元素を含むガスを原料とするＡＬＤ法により堆積することによって形成することができる。かかる方法により形成される不純物層の厚みは、例えば、数原子層〜 10 ｎｍ程度に薄くできるため、高いアスペクトを有する埋め込み配線に対しても、十分に適用することができる。
【００１８】
本発明に係わる埋め込み配線の形成方法は、半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、溝の側面及び底面を覆うように絶縁層上に原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｂ）と、バリアメタル層の表面に不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｃ）と、バリアメタル層と不純物層とを合金化する工程（ｄ）と、合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、絶縁層の表面を露出するように、絶縁層上のＣｕメッキ層、Ｃｕシード層、及び合金化されたバリアメタル層を除去して、溝内にＣｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を、埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）とを含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、上記工程（ｇ）において、埋め込み配線層内に拡散された不純物元素は、バリアメタル層と埋め込み配線層との界面近傍において、該埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布していることが好ましい。
【００２０】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｃ）において、不純物層は、バリアメタル層の表面に不純物元素をイオン注入することによって形成される。
【００２１】
ある好適な実施形態において、上記工程（ｃ）において、不純物層は、バリアメタル層の表面に不純物元素を含むガスを原料とする原子層堆積法によって形成される。
【００２２】
なお、上記工程（ｃ）の後、工程（ｄ）の前に、不純物層の上に第２のバリアメタル層を形成する工程をさらに含んでもよい。
【００２３】
また、上記工程（ｄ）において、不純物層と第２のバリアメタル層も合金化されてもよい。
【００２４】
また、上記工程（ｅ）において、不純物層とＣｕシード層とを合金化させる工程をさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明に係わる他の埋め込み配線の形成方法は、半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、溝の側面及び底面を覆うように絶縁層上に原子層堆積法を用いて不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｂ）と、不純物層の表面に原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｃ）と、不純物層とバリアメタル層とを合金化する工程（ｄ）と、合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、絶縁層の表面を露出するように、絶縁層上のＣｕメッキ層、Ｃｕシード層、及び合金化されたバリアメタル層を除去して溝内にＣｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係わる埋め込み配線の形成方法によれば、配線用の溝の側面及び底面に、ＡＬＤ法で形成したバリアメタル層の一主面（表面または裏面）に不純物層を設け、さらに、バリアメタル層と不純物層とを合金化した後、かかる合金化されたバリアメタル層から、Ｃｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層内に不純物元素を拡散させることによって、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）、及び図２（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における埋め込み配線の形成方法を模式的に示した工程断面図である。
【００２９】
まず、図１（ａ）示すように、半導体基板１０上に、例えば、低誘電率のＳｉＯＣからなる絶縁層１１を形成した後、絶縁層１１内に埋め込み配線用の溝１２を形成する。ここで、溝１２の形状は、特に制限されず、例えば、半導体基板１０に形成された下層の配線層（不図示）に接続するように、絶縁層１１を貫通して形成してもよい。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上にＡＬＤ法を用いて、厚みが１〜１０ｎｍ程度のバリアメタル層１３を形成する。ここで、バリアメタル層１３の材料は特に制限されないが、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ等、またはこれらを組み合わせた材料を用いることができる。
【００３１】
その後、図１（ｂ）に示すように、バリアメタル層１３の表面に不純物元素をイオン注入することによって、図１（ｃ）に示すように、バリアメタル層１３の表面に不純物層１４を形成する。
【００３２】
ここで、不純物元素の材料は、Ｃｕ配線層内に拡散して、ＥＭ耐性を向上させる効果を奏するものであれば、特に制限されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等を用いることができる。
【００３３】
イオン注入は、例えば、０．２〜０．５ｋｅｖ程度の加速電圧で行うことによって、バリアメタル層１３の表面に、厚みが０．１〜１０ｎｍ程度の薄い不純物層１４を形成することができる。
【００３４】
次に、図２（ａ）に示すように、不純物層１４を備えたバリアメタル層１３上に、Ｃｕシード層１５を、例えばＣＶＤ法を用いて形成した後、溝１２を埋めるように、電解メッキ法を用いてＣｕシード層１５上にＣｕメッキ層１６を形成する。
【００３５】
ここで、Ｃｕシード層１５を形成する前、あるいは、Ｃｕシード層１５を形成した後に、バリアメタル層１３と不純物層１４とを合金化させる熱処理工程を行っておく。なお、Ｃｕシード層１５を形成した後に行う熱処置工程は、後述する合金化されたバリアメタル層１３から埋め込み配線層内に不純物元素を拡散する工程の前であればいつでもよい。また、Ｃｕシード層１５を形成した後に熱処理工程を行う際、不純物層１４をＣｕシード層１５と合金化させてもよい。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて、絶縁層１１の表面を露出するように、絶縁層１１上のＣｕメッキ層１６、Ｃｕシード層１５、及び合金化されたバリアメタル層１３を除去して、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６からなる埋め込み配線層を形成する。
【００３７】
その後、合金化されたバリアメタル層１３内の不純物元素を、埋め込み配線層内に拡散させる熱処理を施す。このとき、埋め込み配線層内に拡散された不純物元素は、図２（ｂ）に示した濃度プロファイルに示すように、バリアメタル層１３と埋め込み配線層との界面近傍において、埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布している。ここで、熱処理は、合金化されたバリアメタル層１３内の不純物元素が、バリアメタル層１３と配線層との界面近傍に拡散できる条件、例えば、窒素中で、４００℃、１５分程度の熱処理を行えばよい。
【００３８】
本実施形態によれば、バリアメタル層１３をＡＬＤ法で形成することによって、バリアメタル層１３を配線用の溝１２の側面及び底面に被覆性よく形成することができ、その後のＣｕメッキ層１６の形成においても、ボイドの生成のないＣｕ配線層を形成することができる。加えて、バリアメタル層１３の一主面に不純物層１４を形成し、さらに、バリメタル層と不純物層とを合金化した後、かかる合金化されたバリアメタル層から、Ｃｕシード層及びＣｕメッキ層からなる埋め込み配線層内に不純物元素を拡散させることによって、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性に優れ、かつ高い信頼性を有する埋め込み配線を形成することができる。
【００３９】
なお、本実施形態において、不純物層１４はイオン注入法を用いて形成したが、例えば、ガスクラスターイオンビーム法等を用いて形成してもよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
図３（ａ）〜（ｃ）、及び図４（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における埋め込み配線の形成方法を模式的に示した工程断面図である。第１の実施形態では、バリアメタル層１３の表面に設けられた不純物層１４は、不純物元素をバリアメタル層１３の表面にイオン注入することによって形成したのに対し、本実施形態では、ＡＬＤ法による堆積によって、不純物層をバリアメタル層１３上に形成する方法を採用した点が異なる。
【００４１】
以下、図面を参照しながら、本実施形態における埋め込み配線の形成方法について説明する。なお、第１の実施形態と同様の工程は、詳細な説明を省略する。
【００４２】
まず、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、半導体基板１０上に形成された絶縁層１１内に配線用の溝１２を形成した後、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上にＡＬＤ法を用いてバリアメタル層１３を形成する。
【００４３】
その後、図３（ｃ）に示すように、バリアメタル層１３の表面に、不純物元素を含むガスを原料とするＡＬＤ法による堆積によって、厚さ１〜１０ｎｍの不純物層１７を形成する。ここで、不純物元素の材料は、Ｃｕ配線層内に拡散して、ＥＭ耐性を向上させる効果を奏するものであれば、特に制限されないが、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ等を用いることができる。
【００４４】
次に、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、不純物層１７が設けられたバリアメタル層１３上にＣｕシード層１５を形成した後、溝１２を埋め込むようにＣｕメッキ層１６を形成し、さらに、絶縁層１１の表面を露出するように、絶縁層１１上のＣｕメッキ層１６、Ｃｕシード層１５、及びバリアメタル層１３を除去して、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６からなる埋め込み配線層を形成する。
【００４５】
ここで、Ｃｕシード層１５を形成する前、あるいは、Ｃｕシード層１５を形成した後に、バリアメタル層１３と不純物層１７とを合金化させる熱処理工程を行っておく。なお、Ｃｕシード層１５を形成した後に行う熱処置工程は、合金化されたバリアメタル層１３から埋め込み配線層内に不純物元素を拡散する工程の前であればいつでもよい。また、Ｃｕシード層１５を形成した後に熱処理工程を行う際、不純物層１４をＣｕシード層１５と合金化させてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態の変形例）
本発明は、バリアメタル層１３とＣｕシード層１５との間に不純物層１７を形成し、合金化されたバリアメタル層１３から、Ｃｕ配線層内に不純物元素を熱処理により拡散させる点に特徴がある。しかしながら、不純物層１７は、必ずしもＣｕシード層１５と接触している必要はなく、不純物層１７をＡＬＤ法で形成する場合、バリアメタル層１３との関係で、以下のような構成にしてもよい。
【００４７】
図５は、変形例１におけるバリアメタルの構成を示した工程断面図で、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上に不純物層１８をＡＬＤ法で形成した後、不純物層１８上にバリアメタル層１３を形成したものである。
【００４８】
また、図６は、変形例２におけるバリアメタルの構成を示した工程断面図で、溝１２の側面及び底面を覆うように、絶縁層１１上に、第１のバリアメタル層１３ａを形成した後、第１のバリアメタル層１３ａ上に不純物層１７をＡＬＤ法で形成した後、さらに、第２のバリアメタル層１３ｂを形成したものである。
【００４９】
いずれの場合も、不純物層１７、１８は、Ｃｕシード層１５と接触しないで形成されるが、バリアメタル層１３（１３ａ、１３ｂ）が不純物層１７、１８と合金化することによって、合金化されたバリアメタル層１３（１３ａ、１３ｂ）からＣｕ配線層内に不純物元素を拡散することができる。
【００５０】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、配線層は、図２（ｂ）に示したような埋め込み配線構造としたが、例えば、図７に示すように、半導体基板１０に形成された下層の配線層２０に接続し、絶縁層２１内に形成された、いわゆるデュアルダマシン構造の配線層２２にも勿論適用することができる。
【００５１】
また、上記実施形態においては、合金化されたバリアメタル層１３から配線層内に不純物元素を拡散させる熱処理工程を、ＣＭＰ法により溝１２内に埋め込み配線層を形成する工程の後に行ったが、例えば、溝１２内にＣｕシード層１５及びＣｕメッキ層１６を形成した後、ＣＭＰ法による平坦化工程の前に行っても、同様の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、配線抵抗が低く、ＥＭ耐性及び信頼性に優れた埋め込み配線に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【図５】第２の実施形態の変形例１におけるバリアメタルの構成を示した断面図である。
【図６】第２の実施形態の変形例２におけるバリアメタルの構成を示した断面図である。
【図７】本発明における配線層の他の構成を示した断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、従来の埋め込み配線の形成方法を示した工程断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 半導体基板
１１ 絶縁層
１２ 溝
１３ バリアメタル層
１３ａ 第１のバリアメタル層
１３ｂ 第２のバリアメタル層
１４、１７、１８ 不純物層
１５ Ｃｕシード層
１６ Ｃｕメッキ層
２０ 下層の配線層
２１ 絶縁層
２２ デュアルダマシン構造の配線層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、
前記溝の側面及び底面を覆うように、前記絶縁層上に、原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｂ）と、
前記バリアメタル層の表面に、不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｃ）と、
前記バリアメタル層と前記不純物層とを合金化する工程（ｄ）と、
前記合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、前記溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、
前記絶縁層の表面を露出するように、前記絶縁層上の前記Ｃｕメッキ層、前記Ｃｕシード層、及び前記合金化されたバリアメタル層を除去して、前記溝内に前記Ｃｕシード層及び前記Ｃｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、
前記合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を、前記埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）と
を含む、埋め込み配線の形成方法。
【請求項２】
前記工程（ｇ）において、前記埋め込み配線層内に拡散された前記不純物元素は、前記バリアメタル層と前記埋め込み配線層との界面近傍において、該埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布している、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）において、前記不純物層は、前記バリアメタル層の表面に、前記不純物元素をイオン注入することによって形成される、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）において、前記不純物層は、前記バリアメタル層の表面に、前記不純物元素を含むガスを原料とする原子層堆積法によって形成される、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）の後、前記工程（ｄ）の前に、前記不純物層の上に第２のバリアメタル層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項６】
前記工程（ｄ）において、前記不純物層を前記第２のバリアメタル層とも合金化される、請求項５に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項７】
前記工程（ｅ）において、前記不純物層と前記Ｃｕシード層とを合金化させる工程をさらに含む、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項８】
前記不純物元素は、アルミニウム、ニッケル、またはコバルトである、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項９】
前記不純物層は、０．３〜１０ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１０】
半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、
前記溝の側面及び底面を覆うように、前記絶縁層上に、原子層堆積法を用いて、不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｂ）と、
前記不純物層の表面に、原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｃ）と、
前記不純物層と前記バリアメタル層とを合金化する工程（ｄ）と、
前記合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、前記溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、
前記絶縁層の表面を露出するように、前記絶縁層上の前記Ｃｕメッキ層、前記Ｃｕシード層、及び前記合金化されたバリアメタル層を除去して、前記溝内に前記Ｃｕシード層及び前記Ｃｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、
前記合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を、前記埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）と
を含む、埋め込み配線の形成方法。
【請求項１１】
前記工程（ｇ）において、前記埋め込み配線層内に拡散された前記不純物元素は、前記不純物層と前記埋め込み配線層との界面近傍において、該埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布している、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１２】
前記工程（ｅ）において、前記不純物層と前記Ｃｕシード層とを合金化させる工程をさらに含む、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１３】
前記不純物元素は、アルミニウム、ニッケル、またはコバルトである、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１４】
前記不純物層は、０．１〜１０ｎｍの厚みを有する、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、
前記溝の側面及び底面を覆うように、前記絶縁層上に、原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｂ）と、
前記バリアメタル層の表面に、不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｃ）と、
前記バリアメタル層と前記不純物層とを合金化する工程（ｄ）と、
前記合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、前記溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、
前記絶縁層の表面を露出するように、前記絶縁層上の前記Ｃｕメッキ層、前記Ｃｕシード層、及び前記合金化されたバリアメタル層を除去して、前記溝内に前記Ｃｕシード層及び前記Ｃｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、
前記合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を、前記埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）と
を含む、埋め込み配線の形成方法。
【請求項２】
前記工程（ｇ）において、前記埋め込み配線層内に拡散された前記不純物元素は、前記バリアメタル層と前記埋め込み配線層との界面近傍において、該埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布している、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）において、前記不純物層は、前記バリアメタル層の表面に、前記不純物元素をイオン注入することによって形成される、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）において、前記不純物層は、前記バリアメタル層の表面に、前記不純物元素を含むガスを原料とする原子層堆積法によって形成される、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）の後、前記工程（ｄ）の前に、前記不純物層の上に第２のバリアメタル層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項６】
前記工程（ｄ）において、前記不純物層を前記第２のバリアメタル層とも合金化される、請求項５に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項７】
前記工程（ｅ）において、前記不純物層と前記Ｃｕシード層とを合金化させる工程をさらに含む、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項８】
前記不純物元素は、アルミニウム、ニッケル、またはコバルトである、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項９】
前記不純物層は、０．３〜１０ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１０】
半導体基板上に形成された絶縁層内に配線用の溝を形成する工程（ａ）と、
前記溝の側面及び底面を覆うように、前記絶縁層上に、原子層堆積法を用いて、不純物元素を含む不純物層を形成する工程（ｂ）と、
前記不純物層の表面に、原子層堆積法を用いてバリアメタル層を形成する工程（ｃ）と、
前記不純物層と前記バリアメタル層とを合金化する工程（ｄ）と、
前記合金化されたバリアメタル層の上にＣｕシード層を形成した後、前記溝を埋め込むようにＣｕメッキ層を形成する工程（ｅ）と、
前記絶縁層の表面を露出するように、前記絶縁層上の前記Ｃｕメッキ層、前記Ｃｕシード層、及び前記合金化されたバリアメタル層を除去して、前記溝内に前記Ｃｕシード層及び前記Ｃｕメッキ層からなる埋め込み配線層を形成する工程（ｆ）と、
前記合金化されたバリアメタル層内の不純物元素を、前記埋め込み配線層内に熱拡散させる工程（ｇ）と
を含む、埋め込み配線の形成方法。
【請求項１１】
前記工程（ｇ）において、前記埋め込み配線層内に拡散された前記不純物元素は、前記不純物層と前記埋め込み配線層との界面近傍において、該埋め込み配線層の内部よりも高い濃度で分布している、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１２】
前記工程（ｅ）において、前記不純物層と前記Ｃｕシード層とを合金化させる工程をさらに含む、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１３】
前記不純物元素は、アルミニウム、ニッケル、またはコバルトである、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【請求項１４】
前記不純物層は、０．１〜１０ｎｍの厚みを有する、請求項１０に記載の埋め込み配線の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−９９５８５（Ｐ２００９−９９５８５Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６６６８１（Ｐ２００７−２６６６８１）
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１２日（２００７．１０．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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