配線構造及び配線構造の形成方法
【課題】配線の洗浄液への溶解を低減する配線構造の形成方法を提供する。
【解決手段】絶縁層１３に犠牲配線溝２１及び主配線溝３１を形成し、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内にバリア層１６を形成し、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に導電層１７を埋め込んだ後に、絶縁層１３上の導電層１７の部分を研磨する工程と、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内の露出したバリア層１６及び導電層１７の表面を洗浄する工程と、を備え、研磨する工程の後における絶縁層１３の平面視において、犠牲配線溝２１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる。
【解決手段】絶縁層１３に犠牲配線溝２１及び主配線溝３１を形成し、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内にバリア層１６を形成し、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に導電層１７を埋め込んだ後に、絶縁層１３上の導電層１７の部分を研磨する工程と、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内の露出したバリア層１６及び導電層１７の表面を洗浄する工程と、を備え、研磨する工程の後における絶縁層１３の平面視において、犠牲配線溝２１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線構造及び配線構造の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置における素子の集積密度を向上するために、加工技術の微細化が図られている。そして、半導体素子の微細化に伴って、素子同士を接続する配線の微細化も行なわれている。
【０００３】
また、半導体装置に対しては、集積密度の向上と共に、低消費電力化及び高速化等が要求されており、配線間絶縁層の低誘電率化が必要となっている。
【０００４】
このような要求に応える配線を形成する手法として、低誘電率材料により形成された配線溝に導電体を埋め込み、余分な導電体を化学機械研磨及び洗浄して埋め込み配線を形成するダマシン法が広く利用されている。この洗浄では、化学機械研磨により生じた摩耗粉等が、化学機械研磨後の洗浄により洗い流される。
【０００５】
図１は、ダマシン法の化学機械研磨後の洗浄工程を説明する図である。図１に示す配線構造は、基板上に形成された多層配線構造の一部を示したものである。
【０００６】
図１に示す例の配線構造１１０では、第１絶縁層１１１上に第２絶縁層１１２が配置される。第２絶縁層１１２上には、エッチングストッパ層１１３を介して、第３絶縁層１１４が配置される。第３絶縁層１１４内には、ダマシン法により形成された配線１２０及び１３０が配置される。配線１２０及び１３０は、その配線溝内にバリア層１１５を介して導電層１１６が埋め込まれている。バリア層１１５及び導電層１１６は、洗浄液内に露出して洗浄される。導電層１１６の形成材料としては、銅が用いられる。配線１２０及び１３０の上には、後の工程において、上層と電気的に接続するビア等が配置される。
【０００７】
また、第１絶縁層１１１内には、下層配線１１７が配置されている。配線１２０及び１３０それぞれは、第２絶縁層１１２内に配置されたビア１１８を介して、下層配線１１７と接続する。
【０００８】
この洗浄工程では、隣接する配線１２０と配線１３０との間に電位差Ｖ１が生じる場合がある。そして、この電位差Ｖ１が生じると、局部電流が流れて、陽極（アノード）として配線１２０から導電層１１６である銅（Ｃｕ）が銅イオン（Ｃｕ2+）となって洗浄液中に溶出する。その結果、配線１２０の導電層１１６の表面の位置が低下して、配線溝の上部に空間が生じる。
【０００９】
また、洗浄工程では、配線１２０と下層配線１１７との間に電位差Ｖ２が生じる場合もある。この場合にも、上述したのと同様に、局部電流が流れて、配線１２０から導電層１１６が洗浄液中に溶出する。
【００１０】
上述したように、ダマシン法の洗浄工程では、電気化学的な反応により、配線の表面の導電層の部分が洗浄液中に溶解するという問題がある。このような導電層の溶解が生じると、配線の電気抵抗が増加したり、又は配線上に配置されたビア等との間にコンタクト不良が生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−６６１９８号公報
【特許文献２】特開２００８−１５３５４９号公報
【特許文献３】特開２００７−２７３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本明細書では、本明細書では、配線の洗浄液への溶解を低減する配線構造の形成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、配線の洗浄液への溶解が低減されて形成された配線構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する配線構造の形成方法の一形態によれば、絶縁層に犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程と、上記犠牲配線溝及び上記主配線溝内にバリア層を形成し、バリア層が形成された上記犠牲配線溝及び上記主配線溝内に導電層を埋め込んだ後に、上記絶縁層上の上記導電層の部分を研磨する工程と、上記犠牲配線溝及び上記主配線溝内の露出したバリア層及び導電層の表面を洗浄する工程と、を備え、上記研磨する工程の後における上記絶縁層の平面視において、上記犠牲配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、上記主配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本明細書で開示する配線構造の一形態によれば、絶縁膜と、上記絶縁膜に形成された犠牲配線溝内に、バリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された犠牲配線と、主配線溝内にバリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された主配線と、が絶縁層に配置され、上記絶縁層を平面視した際に、上記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、上記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい。
【発明の効果】
【００１６】
また、上述した配線構造の一形態によれば、配線の洗浄液への溶解が低減されて形成された配線構造を備える。
【００１７】
上述した配線構造の形成方法の一形態によれば、配線の洗浄液への溶解が低減される。
【００１８】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１９】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ダマシン法の洗浄工程を説明する図である。
【図２】（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第１実施形態の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】主配線と犠牲配線とが共存する系の溶解電流を示す図である。
【図４】主配線の各サイズにおける主配線及び犠牲配線のバリア層及び導電層の幅の例を示す図である。
【図５】（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第２実施形態の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図６】（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第３実施形態の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【図７】本明細書に開示する配線構造の第４実施形態の平面図である。
【図８】本明細書に開示する配線構造の第５実施形態の平面図である。
【図９】本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その１）を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その２）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ１−Ｙ１線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【図１１】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その３）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ４−Ｙ４線断面図である。
【図１２】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その４）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ５−Ｙ５線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図である。
【図１３】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その５）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ７−Ｙ７線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ８−Ｙ８線断面図である。
【図１４】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その６）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ９−Ｙ９線断面図である。
【図１５】本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その７）を示す図である。
【図１６】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態の変形例による製造工程（その１）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。
【図１７】本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態の変形例による製造工程（その２）を示す図である。
【図１８】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第２実施形態による製造工程（その１）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ２−Ｚ２線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＺ３−Ｚ３線断面図である。
【図１９】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第２実施形態による製造工程（その２）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ４−Ｚ４線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＺ５−Ｚ５線断面図である。
【図２０】異なる幅の配線を有する配線構造の平面図である。
【図２１】銅溶解量と配線の幅との関係を示す図である。
【図２２】異なる幅を有する配線の銅溶解モデルを示す図である。
【図２３】銅溶解量とバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本明細書で開示する配線の好ましい実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２２】
図２（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第１実施形態の平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００２３】
本実施形態の配線構造１０は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、犠牲配線２０及び主配線３０を備える。犠牲配線２０及び主配線３０は、ダマシン法を用いて形成された配線である。犠牲配線２０及び主配線３０は、第２絶縁層１３内に配置される。第２絶縁層１３は、エッチングストッパ層１２を介して第１絶縁層１１上に配置される。
【００２４】
犠牲配線２０は、犠牲配線溝２１内にバリア層１６を介して導電層１７が埋め込まれて形成される。主配線３０は、主配線溝３１内にバリア層１６を介して導電層１７が埋め込まれて形成される。犠牲配線溝２１及び主配線溝３１は、つながって形成され得る。バリア層１６は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の内側に連続して形成され得る。導電層１７は、バリア層１６の内側に埋め込まれている。
【００２５】
犠牲配線２０は、ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程において、主配線３０から導電層が洗浄液に溶解することを低減する働きを有している。犠牲配線２０は、導電性を有するが、一の場所から他の場所へ電流を運ぶことを目的とした配線ではない。一方、主配線３０は、一の場所から他の場所へ電流を運ぶことを目的とする。
【００２６】
配線構造１０は、図示しない基板上に配置され得る。配線構造１０の上下には、図示しない下層及び上層が配置され得る。下層には、例えば、トランジスタ等の素子が配置される。上層には、例えば、他の配線等が配置される。主配線３０は、下層の素子又は上層の配線等とビア等を介して接続される。
【００２７】
次に、図３を参照して、犠牲配線２０が、ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程において、主配線３０の導電層が洗浄液に溶解することを低減する働きを説明する。
【００２８】
ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程では、犠牲配線２０及び主配線３０は、例えば図１に示すように、バリア層１６及び導電層１７の表面が露出して洗浄液にさらされている。洗浄液中では、犠牲配線２０には、洗浄液に露出しているバリア層と導電層との接合部分に局部電池が形成される。同様に、主配線３０にも、バリア層と導電層との接合部分に局部電池が形成される。その結果、犠牲配線２０及び主配線３０では、電気化学反応が起こる。この電気化学反応により、例えば、導電層１７の形成材料が洗浄液中に溶解する。
【００２９】
図３の曲線Ｃ１は、犠牲配線２０の溶解（酸化）電流曲線を示す。曲線Ｃ２は、主配線３０の溶解電流曲線を示す。電位Ｅ１は、洗浄液中の犠牲配線２０の平衡電位を示す。電位Ｅ２は、洗浄液中の主配線３０の平衡電位を示す。
【００３０】
配線構造１０は、主配線３０が犠牲配線２０と共に洗浄液中に配置されるので、主配線３０と犠牲配線２０との共存系の溶解曲線は、曲線Ｃ３に示すようになる。電位Ｅ３は、この共存系の平衡電位を示す。
【００３１】
図３に示すように、共存系では、主配線３０は、平衡電位が電位Ｅ２から電位Ｅ３へ移動することにより、溶解電流が減少する。即ち、主配線３０の導電層の溶解量が低減する。
【００３２】
一方、共存系では、犠牲配線２０は、平衡電位が電位Ｅ１から電位Ｅ３へ移動することにより、溶解電流が増加する。即ち、犠牲配線２０の導電層の溶解量が増加する。
【００３３】
このように、犠牲配線２０は、自らが犠牲となって、主配線３０が洗浄液中へ溶解することを低減する。従って、図２（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１内の導電層１７の表面の位置は、主配線溝３１内の導電層１７の表面の位置よりも低くなっている。
【００３４】
次に、犠牲配線２０及び主配線３０の具体的な構成を以下に説明する。
【００３５】
犠牲配線２０の寸法は、長さがＬ２、幅がＷ２である。犠牲配線溝２１内のバリア層１６の部分の幅はＴ２である。犠牲配線溝２１内の導電層１７の部分の幅はＵ２である。導電層の幅は、犠牲配線の幅とバリア層の幅とから求めることもできる。
【００３６】
また、主配線３０の寸法は、長さがＬ１、幅がＷ１である。主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅はＴ１である。主配線溝３１内の導電層１７の部分の幅はＵ１である。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、配線構造１０では、犠牲配線溝２１の幅Ｗ２は主配線溝３１の幅Ｗ１よりも狭く、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ２は主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ１と同じである。
【００３８】
また、図２（Ａ）に示すように、配線構造１０の第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい。比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００３９】
図２（Ａ）では、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分がハッチングで示される。本明細書では、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さは、溝の深さの８５〜１００％の範囲の部分をいう。
【００４０】
特に、比Ｓ１が０．１よりも大きいことが、配線幅が１００ｎｍ以下の範囲においても、主配線３０の溶解を確実に低減する観点で好ましい。
【００４１】
また、主配線３０からの溶解量を犠牲配線２０からの溶解量の２分の１以下にする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【００４２】
導電層１７の形成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）又は銅合金を用いることができる。銅合金は、銅を９０質量％以上含んでいることが好ましい。
【００４３】
バリア層１６の形成材料としては、導電層１７を形成する材料が第２絶縁層１３内に拡散することを防止すると共に、導電層１７と第２絶縁層１３との密着性を向上するものを用いることが好ましい。具体的には、バリア層１６の形成材料としては、Ｔａ、Ｔｉ等の高融点金属元素、又はこれらの金属元素の窒素化合物、又はこれら金属元素のうち少なくとも１種類を含む合金を用いることができる。
【００４４】
比Ｓ１＞比Ｓ２の関係を有する犠牲配線２０及び主配線３０のバリア層１６及び導電層１７の寸法は、回路の設計によって適宜設定され得る。ここでは、犠牲配線２０及び主配線３０のバリア層１６及び導電層１７の寸法の一例を図４に示す。
【００４５】
図４は、主配線の各サイズにおける主配線及び犠牲配線のバリア層及び導電層の幅の例を示す図である。ここで、犠牲配線２０の幅Ｗ２及び主配線の幅Ｗ１は、Ｗ１＞Ｗ２＞＝４０ｎｍなる関係を有している。また、犠牲配線２０の長さＬ２及び主配線３０の長さＬ１は、Ｌ２＝０．２×Ｌ１なる関係を有している。
【００４６】
図４には、主配線３０の幅が、６５ｎｍ、９０ｎｍ及び１５０ｎｍのサイズに対して、主配線及び犠牲配線のバリア層及び導電層の幅の例が示されており、それぞれの例は、比Ｓ１＞比Ｓ２の関係を有する。
【００４７】
上述した実施形態の配線構造１０によれば、犠牲配線２０が配置されているので、ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程において、主配線３０から導電層が洗浄液に溶解することが低減されて形成された主配線３０を備える。従って、配線構造１０では、主配線３０の電気抵抗の増加が低減される。また、主配線３０上に配置されたビア等との間にコンタクト不良を生じることが防止される。
【００４８】
また、犠牲配線２０が、主配線３０とつながって形成されているので、主配線３０の導電層が洗浄液に溶解することが確実に抑制される。
【００４９】
次に、上述した配線構造の他の実施形態を、図５〜図８を参照しながら以下に説明する。他の実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００５０】
図５（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第２実施形態の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【００５１】
本実施形態の配線構造１０は、犠牲配線溝２１の幅Ｗ２は主配線溝３１の幅Ｗ１と同じであり、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ２は主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ１よりも大きい。
【００５２】
図５（Ａ）では、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分がハッチングで示される。
【００５３】
配線構造１０は、犠牲配線溝２１が、深さ方向に先細りのテーパ状に形成される。これは、犠牲配線溝２１内の側面のバリア層１６の部分を、主配線溝３１内の側面のバリア層１６の部分よりも厚く形成するためである。
【００５４】
配線構造１０は、比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００５５】
図６（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第３実施形態の平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【００５６】
本実施形態の配線構造１０は、犠牲配線溝２１の幅は主配線溝３１の幅よりも狭く、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ２は主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ１よりも大きい。
【００５７】
図６（Ａ）では、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分がハッチングで示される。
【００５８】
配線構造１０は、犠牲配線溝２１が、深さ方向に先細りのテーパ状に形成される。これは、第２実施形態と同様に、犠牲配線溝２１内のバリア層の部分を、主配線溝３１内のバリア層の部分よりも厚く形成するためである。
【００５９】
配線構造１０は、比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００６０】
図７は、本明細書に開示する配線構造の第４実施形態の平面図である。
【００６１】
本実施形態の配線構造１０は、１つの主配線３０に対して、４つの犠牲配線２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄがつながって配置される。
【００６２】
主配線３０の寸法は、長さがＬ１、幅がＷ１である。主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅はＴ１である。
【００６３】
犠牲配線２０ａは、主配線３０の長手方向の一方の側に配置される。犠牲配線２０ａの寸法は、長さがＬ２、幅がＷ２である。犠牲配線溝２１ａ内のバリア層１６の部分の幅は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１と同じである。
【００６４】
犠牲配線２０ｂは、主配線３０の長手方向の他方の側に配置される。犠牲配線２０ｂの寸法は、長さがＬ３、幅がＷ１である。犠牲配線溝２１ｂ内のバリア層１６の部分の幅Ｔ２は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１よりも大きい。
【００６５】
犠牲配線２０ｃは、主配線３０の幅方向の一方の側に配置される。犠牲配線２０ｃの寸法は、長さがＬ４、幅がＷ３である。犠牲配線溝２１ｃ内のバリア層１６の部分の幅Ｔ３は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１よりも大きい。
【００６６】
犠牲配線２０ｄは、主配線３０の幅方向の他方の側に配置される。犠牲配線２０ｄの寸法は、長さがＬ５、幅がＷ４である。犠牲配線溝２１ｄ内のバリア層１６の部分の幅は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１と同じである。
【００６７】
配線構造１０は、比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００６８】
主配線に対して配置される犠牲配線の数又は位置は、主配線の寸法又はチップレイアウトの兼ね合いを考慮して、適宜選択することができる。
【００６９】
図８は本明細書に開示する配線構造の第５実施形態の平面図である。
【００７０】
本実施形態の配線構造１０は、犠牲配線２０と主配線３０とが分離して配置されている。
【００７１】
上述した第１実施形態〜第４実施形態の配線構造では、犠牲配線２０と主配線３０とつながっていたが、本実施形態のように、犠牲配線２０と主配線３０とはつながっていなくても良い。
【００７２】
このように、犠牲配線２０と主配線３０とが離れていても、図３に示すように、共存系の溶解曲線を形成できる程度に犠牲配線２０と主配線３０とが近接して配置されていれば良い。
【００７３】
次に、本明細書に開示する配線構造の形成方法の好ましい第１実施形態を以下に説明する。
【００７４】
まず、図９に示すように、第１絶縁層１１上に、エッチングストッパ層１２、及び第２絶縁層１３、及びハードマスク層１４、及びレジスト層１５が順番に形成される。各層の形成方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いることができる。
【００７５】
図９には、犠牲配線が形成される領域２００及び主配線が形成される領域３００が示されている。
【００７６】
第１絶縁層１１の厚さは、例えば数１０〜数１００ｎｍとすることができる。エッチングストッパ層１２の厚さは、例えば数１００ｎｍとすることができる。エッチングストッパ層１２の形成材料として、例えば、Ｃ又はＮを含む酸化膜を用いることができる。ハードマスク層１４の厚さは、例えば数１０ｎｍとすることができる。ハードマスク層１４の形成材料として、例えば、シリコンカーバイドを用いることができる。レジスト層１５の厚さは、例えば数１０〜数１００ｎｍとすることができる。
【００７７】
そして、レジスト層１５が、フォトリソグラフィー等の技術を用いてパターニングされる。そして、パターニングされたレジスト層１５を用いて、ハードマスク層１４がパターニングされる。
【００７８】
次に、パターニングされたハードマスク層１４を用いて、第２絶縁層１３がエッチングされて、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１が形成される。そして、レジスト層１５及びハードマスク層１４は除去される。図１０（Ａ）は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１が形成された第２絶縁層１３の平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＹ１−Ｙ１線断面図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【００７９】
犠牲配線溝２１は、領域２００の第２絶縁層１３の部分に形成され、主配線溝３１は、領域３００の第２絶縁層１３の部分に形成される。犠牲配線溝２１の幅は主配線溝３１の幅よりも狭く形成される。犠牲配線溝２１と主配線溝３１とはつなげて形成される。
【００８０】
このエッチング方法としては、例えば、プラズマエッチングを用いることができる。また、エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ系ガス、ＮＨ3系ガス、Ｎ2／Ｈ2を用いることができる。
【００８１】
第２絶縁層１３は、深さ方向にほぼ垂直にエッチングされて、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１される。
【００８２】
そして、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に露出したエッチングストッパ層１２の部分がエッチングされて、第１絶縁層１１の部分が露出する。
【００８３】
次に、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内にバリア層１６が形成される。図１１（Ａ）は、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）のＹ４−Ｙ４線断面図である。
【００８４】
この際、バリア層１６は、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。
【００８５】
図１１（Ａ）には、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分が、ハッチングで示されている。
【００８６】
ここで、比Ｓ１を、０．１よりも大きくすることが好ましい。また、この関係の代わりにか、又はこの関係に加えて、比Ｓ１及び比Ｓ２は、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たすことが好ましい。
【００８７】
バリア層１６は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に、同じ厚さで形成される。また、バリア層１６は、溝内から溝の縁を経て、第２絶縁層１３を覆うように形成される。
【００８８】
バリア層１６を形成する方法としては、例えばスパッタ法を用いることができる。スパッタ法を用いる場合には、バリア層１６を１ステップで形成しても良いし、複数のステップを用いてバリア層１６を形成しても良い。
【００８９】
例えば、バリア層１６の形成材料としてＴａ、Ｔｉ等の高融点金属元素を用いて、スパッタ法でバリア層１６が形成される場合、以下に説明するように３ステップを用いてバリア層１６が形成され得る。
【００９０】
まず、第１ステップでは、ターゲット電力が５〜４０ｋＷ、バイアス電力が０〜５００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が３〜１５ｎｍの層が犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。次に、第２ステップでは、ターゲット電力が０．１〜１０ｋＷ、バイアス電力が０〜１０００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が０〜１５ｎｍの層が犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。そして、第３ステップでは、ターゲット電力が５〜４０ｋＷ、バイアス電力が０〜５００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が３〜１０ｎｍの層が犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成されて、バリア層１６が形成される。
【００９１】
そして、バリア層１６の上にシード層（図示しない）が形成される。シード層の形成材料としては、ＣｕあるいはＣｕ中にＡｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ｍｇの金属元素を１つ、又は２つ以上含有するＣｕ合金を用いることができる。例えば、スパッタ法を用いて、ターゲット電力が５〜４０ｋＷ、バイアス電力が０〜１０００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が２０〜１００ｎｍのシード層がバリア層１６内に形成される。
【００９２】
次に、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１から溢れるように、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に導電層１７が埋め込まれる。図１２（Ａ）は、導電層１７が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＹ５−Ｙ５線断面図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図である。導電層１７は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１から溢れて、第２絶縁層１３上のバリア層１７の上を覆って形成される。
【００９３】
導電層１７は、例えば、銅又は銅合金を用いて、めっき法を用いて形成される。例えば、硫酸銅浴を用いて、電流密度が４０〜５００Ａ／ｍ２で、膜厚が５００〜１５００ｎｍの導電層１７が形成される。
【００９４】
次に、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１から溢れたバリア層１６及び導電層１７の部分が研磨されて、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内のバリア層１６を露出される。図１３（Ａ）は、バリア層１６及び導電層１７が露出した犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＹ７−Ｙ７線断面図であり、図１３（Ｃ）は図１３（Ａ）のＹ８−Ｙ８線断面図である。
【００９５】
このように、本実施形態では、研磨後に絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、バリア層１６が形成され、導電層１７が埋まれた後に、余分な導電層１７の部分が研磨される。
【００９６】
次に、図１４（Ａ）〜図１４（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内の露出したバリア層１６及び導電層１７の表面が、第２絶縁層１３の表面とともに、洗浄液を用いて洗浄される。図１４（Ａ）は、洗浄された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＹ９−Ｙ９線断面図である。洗浄液としては、クエン酸等の有機酸を含んだ水溶液を用いることができる。
【００９７】
領域２００であった部分には犠牲配線２０が形成され、且つ領域３００であった部分には主配線３０が形成される。犠牲配線溝２１内の導電層１７の表面の部分は、洗浄によって溶解しており、表面の位置が主配線溝３１内の導電層１７の部分よりも低くなっている。図１４（Ｂ）の例では、犠牲配線溝２１内の導電層１７の部分の表面の位置と、主配線溝３１内の導電層１７の部分の表面の位置とが不連続につながっているが、例えば鎖線Ｋで示したように、連続してつながっていても良い。
【００９８】
次に、図１５に示すように、導電層１７と共に第２絶縁層１３を覆うように、キャップ層１８が形成される。キャップ層１８の形成材料としては、例えばシリコンカーバイドを用いることができる。また、キャップ層１８の膜厚は、例えば数１０ｎｍとすることができる。そして、キャップ層１８を覆うように、第３絶縁層１９が形成される。犠牲配線溝２１内の導電層が溶解した部分には、第３絶縁層１９が埋め込まれており、寄生容量を低減することになる。第３絶縁層１９の形成材料としては、例えば、有機又は無機の低誘電率材料を用いることができる。また、第３絶縁層１９の膜厚は、例えば数１００ｎｍとすることができる。
【００９９】
上述した配線構造の形成方法の第１実施形態によれば、主配線３０の導電層１７の部分の洗浄液への溶解が低減される。
【０１００】
次に、上述した配線構造の形成方法の第１実施形態の変形例を、図面を参照して以下に説明する。本変形例は、上述した配線構造の形成方法の第１実施形態とは、図１３の工程までは同じであるので、その次の工程から以下に説明する。
【０１０１】
本変形例では、図１３の工程の後に、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内の露出したバリア層１６及び導電層１７の表面が、第２絶縁層１３の表面とともに、洗浄液を用いて洗浄される。その結果、図１６（Ａ）〜図１６（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１内の導電層１７の部分は、ほとんど溶解する。
【０１０２】
次に、図１７に示すように、導電層１７と共に第２絶縁層１３を覆うように、キャップ層１８が形成される。そして、キャップ層１８を覆うように、第３絶縁層１９が形成される。犠牲配線溝２１内には、第３絶縁層１９が埋め込まれており、寄生容量が更に低減される。
【０１０３】
次に、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第２実施形態を、図面を参照して、以下に説明する。配線構造の形成方法の第２実施形態は、上述した第１実施形態とは、図１０及び図１１の工程が異なっており、他の工程は同様である。そこで、以下に異なっている工程の部分について説明する。
【０１０４】
第２実施形態では、図９に示す工程の後に、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、領域２００における犠牲配線溝が形成される部分のみに開口を有するマスクパターンがレジスト層１５に形成される。そして、パターニングされたレジスト層１５を用いて、ハードマスク層１４がパターニングされる。
【０１０５】
次に、パターニングされたハードマスク層１４を用いて、第２絶縁層１３がエッチングされて、犠牲配線溝２１が形成される。図１８（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１は、深さ方向に先細りのテーパ状に形成される。犠牲配線溝２１のテーパ形状は、エッチングガス等のエッチング条件を適宜設定することにより調節される。そして、レジスト層１５及びハードマスク層１４は除去される。
【０１０６】
そして、犠牲配線溝２１が形成された第２絶縁層１３上に、図示しないハードマスク層及びレジスト層が順番に形成される。そして、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、領域３００における主配線溝が形成される部分のみに開口を有するマスクパターンがレジスト層に形成される。そして、パターニングされたレジスト層を用いて、ハードマスク層がパターニングされる。
【０１０７】
そして、パターニングされたハードマスク層を用いて、第２絶縁層１３がエッチングされて、主配線溝３１が形成される。図１８（Ｃ）に示すように、主配線溝３１は、深さ方向にほぼ垂直に形成される。そして、レジスト層及びハードマスク層は除去される。
【０１０８】
そして、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に露出したエッチングストッパ層１２の部分がエッチングされて、第１絶縁層１１の部分が露出する。このようにして、図１８（Ａ）に示すように、テーパ形状の犠牲配線溝２１と共に、主配線溝３１が第２絶縁層１３に形成される。
【０１０９】
次に、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内にバリア層１６が形成される。図１９（Ａ）は、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）のＺ４−Ｚ４線断面図であり、図１９（Ｃ）は図１９（Ａ）のＺ５−Ｚ５線断面図である。
【０１１０】
バリア層１５の形成方法としては、例えば、スパッタ法を用いることができる。
【０１１１】
犠牲配線溝２１は、深さ方向に先細りのテーパ形状を有しているので、テーパ状の溝の側面に形成されるバリア層１６の部分の厚さは、主配線溝３１の側面に形成されるバリア層１６の部分の厚さよりも大きくなる。
【０１１２】
このようにして、バリア層１６は、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。
【０１１３】
図１９（Ａ）には、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分が、ハッチングで示されている。
【０１１４】
上述した配線構造の形成方法の第２実施形態を用いることにより、例えば図５に示す配線構造が形成される。
【０１１５】
次に、配線のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比と導電層の溶解との関係を調べた結果を以下に説明する。
【０１１６】
まず、異なる配線の幅を有するサンプルを形成して、それぞれのサンプルにおける導電層の溶解量を調べた。
【０１１７】
図２０は、異なる幅の配線を有する配線構造のサンプルの平面図である。
【０１１８】
図２０に示すように、サンプルＧは、第２絶縁層１３内に形成された異なる幅を有する配線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを有する。各配線は、図２（Ｂ）の主配線と同様の構造を有する。
【０１１９】
各配線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、平面視した形状が縦長の矩形形状を有している。また、各配線のバリア層及び導電層も、平面視した形状が縦長の矩形形状を有している。
【０１２０】
配線１０ａの幅は６５ｎｍであり、バリア層１８の幅は、４ｎｍである。配線１０ｂの幅は９０ｎｍであり、バリア層１８の幅は、４ｎｍである。配線１０ｃの幅は１５０ｎｍであり、バリア層１８の幅は、５ｎｍである。配線１０ｄの幅は３００ｎｍであり、バリア層１８の幅は、６ｎｍである。
【０１２１】
各配線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの長さは、１５００ｎｍである。
【０１２２】
導電層の形成材料は銅を用いた。バリア層の形成材料はＴａを用いた。
【０１２３】
そして、サンプルＧを洗浄し、各配線における導電層の溶解量を調べた。導電層の溶解量は、溶解した部分の深さと、平面視した導電層の面積との積により求められた。調べた結果を図２１に示す。
【０１２４】
図２１は、銅溶解量と配線の幅との関係を示す図である。
【０１２５】
銅溶解量は、配線の幅が増加すると共に、減少する。また、銅溶解量は、配線の幅が１００ｎｍよりも小さくなると急激に増加する。なお、銅溶解量と配線の幅との間には比例関係は見られない。次に、図２２に示す各配線を含む系全体の銅溶解モデルを考えた。
【０１２６】
図２２は、異なる幅を有する配線の銅溶解モデルを示す図である。
【０１２７】
各配線における導電層の溶解量は、溶解電流の大きさに対応すると考えられる。即ち、溶解量は、各配線に流れる電荷の量により決定される。そして、各配線を含む系全体の総電荷量は、サンプルの配線構造により定められ、ここでは総電荷量をＱとする。総電荷量Ｑは各配線に分配されて、分配される電荷量が多い程、導電層の溶解量が多くなる。
【０１２８】
サンプルＧが洗浄される際、洗浄液と直接接触する部分は、各配線の表面の部分である。そこで、各配線の表面積が、分配される電荷量と関係するものと考えられる。即ち、図２２に示すように、総電荷量Ｑは、配線１０ａに分配される電荷量ａ１と、配線１０ｂに分配される電荷量ａ２と、配線１０ｃに分配される電荷量ａ３と、配線１０ｄに分配される電荷量ａ４との和になる。
【０１２９】
また、各配線からの導電層の溶解は、バリア層と導電層とが形成する局部電池による電位が関係すると考えられる。そこで、バリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比と導電層の溶解との関係を調べた。調べた結果を図２３に示す。
【０１３０】
図２３は、銅溶解量とバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比との関係を示す図である。図２３では、横軸の比は百分率で示されている。
【０１３１】
図２３に示すように、銅溶解量とバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比の間に比例関係があることが分かった。即ち、バリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比が増加するのと共に、銅溶解量が増加する。
【０１３２】
従って、配線からの銅溶解量を低減するには、バリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比を小さくすることが好ましい。
【０１３３】
本明細書に開示する配線構造及び配線構造の形成方法は、このような知見をもとに作られたものである。即ち、配線構造の主配線については、平面視した際のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２は小さいことが好ましい。一方、犠牲配線については、平面視した際のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比は大きいことが好ましい。そして、比Ｓ１は比Ｓ２よりも大きくする。
【０１３４】
図２３を参照して、犠牲配線の比Ｓ１と主配線の比Ｓ２との関係について、以下のことがわかる。
【０１３５】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の１．２倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞１．５×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３６】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の１．５倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞２．０×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３７】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の２．０倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３８】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の３．０倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞３．０×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３９】
また、図２１を参照すると、配線の幅が９０ｎｍ以下になると銅溶解量が顕著に増加する。この銅溶解量に対応するバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比は、図２３を参照すると、１０％である。従って、主配線からの導電層の溶解を抑制するためには、犠牲配線の比Ｓ１を１０％以上にすることが好ましい。
【０１４０】
本発明では、上述した実施形態の配線構造及び配線構造の形成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１４１】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１４２】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１４３】
（付記１）
絶縁層に犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成し、バリア層が形成された前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込んだ後に、前記絶縁層上の前記導電層の部分を研磨する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内の露出したバリア層及び導電層の表面を洗浄する工程と、
を備え、
前記研磨する工程の後における前記絶縁層の平面視において、前記犠牲配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる配線の形成方法。
【０１４４】
（付記２）
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する工程は、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さ高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する付記１に記載の配線構造の形成方法。
【０１４５】
（付記３）
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込む工程は、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝から溢れるように、バリア層が形成された前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込み、
前記研磨する工程は、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝から溢れた導電層の部分を研磨して、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内のバリア層を露出する付記１又は２に記載の配線構造の形成方法。
【０１４６】
（付記４）
前記比Ｓ１が０．１よりも大きい付記１〜３の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１４７】
（付記５）
前記比Ｓ１及び前記比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たす付記１〜４の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１４８】
（付記６）
前記犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程では、前記犠牲配線溝を、深さ方向に先細りのテーパ状に形成する付記１〜５の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１４９】
（付記７）
前記犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程では、犠牲配線溝と主配線溝とをつなげて形成する付記１〜６の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５０】
（付記８）
前記犠牲配線溝の幅は前記主配線溝の幅よりも狭く、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さは前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さと同じである付記１〜７の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５１】
（付記９）
前記犠牲配線溝の幅は前記主配線溝の幅と同じであり、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さは前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さよりも大きい付記１〜８の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５２】
（付記１０）
前記犠牲配線溝の幅は前記主配線溝の幅よりも狭く、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さは前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さよりも大きい付記１〜９の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５３】
（付記１１）
絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された犠牲配線溝内に、バリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された犠牲配線と、
主配線溝内にバリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された主配線と、
が絶縁層に配置され、
前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい配線構造。
【０１５４】
（付記１２）
前記比Ｓ１が０．１よりも大きい付記１１に記載の配線構造。
【０１５５】
（付記１３）
前記比Ｓ１及び前記比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たす付記１１又は１２に記載の配線構造。
【０１５６】
（付記１４）
前記犠牲配線溝内の導電層の表面の位置は、前記主配線溝内の導電層の表面の位置よりも低い付記１１〜１３の何れか一項に記載の配線構造。
【０１５７】
（付記１５）
複数の前記犠牲配線を備える付記１１〜１４の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【符号の説明】
【０１５８】
１０ 配線
１１ 第１絶縁層
１２ エッチングストッパ層
１３ 第２絶縁層
１４ ハードマスク層
１５ レジスト層
１６ バリア層
１７ 導電層
１８ キャップ層
１９ 第３絶縁層
２０ 犠牲配線
２１ 犠牲配線溝
３０ 主配線
３１ 主配線溝
Ｌ１ 主配線の長さ
Ｌ２ 犠牲配線の長さ
Ｗ１ 主配線の幅
Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ 犠牲配線の幅
Ｔ１ 主配線のバリア層の幅
Ｔ２，Ｔ３ 犠牲配線のバリア層の幅
Ｕ１ 主配線の導電層の幅
Ｕ２ 犠牲配線の導電層の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線構造及び配線構造の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置における素子の集積密度を向上するために、加工技術の微細化が図られている。そして、半導体素子の微細化に伴って、素子同士を接続する配線の微細化も行なわれている。
【０００３】
また、半導体装置に対しては、集積密度の向上と共に、低消費電力化及び高速化等が要求されており、配線間絶縁層の低誘電率化が必要となっている。
【０００４】
このような要求に応える配線を形成する手法として、低誘電率材料により形成された配線溝に導電体を埋め込み、余分な導電体を化学機械研磨及び洗浄して埋め込み配線を形成するダマシン法が広く利用されている。この洗浄では、化学機械研磨により生じた摩耗粉等が、化学機械研磨後の洗浄により洗い流される。
【０００５】
図１は、ダマシン法の化学機械研磨後の洗浄工程を説明する図である。図１に示す配線構造は、基板上に形成された多層配線構造の一部を示したものである。
【０００６】
図１に示す例の配線構造１１０では、第１絶縁層１１１上に第２絶縁層１１２が配置される。第２絶縁層１１２上には、エッチングストッパ層１１３を介して、第３絶縁層１１４が配置される。第３絶縁層１１４内には、ダマシン法により形成された配線１２０及び１３０が配置される。配線１２０及び１３０は、その配線溝内にバリア層１１５を介して導電層１１６が埋め込まれている。バリア層１１５及び導電層１１６は、洗浄液内に露出して洗浄される。導電層１１６の形成材料としては、銅が用いられる。配線１２０及び１３０の上には、後の工程において、上層と電気的に接続するビア等が配置される。
【０００７】
また、第１絶縁層１１１内には、下層配線１１７が配置されている。配線１２０及び１３０それぞれは、第２絶縁層１１２内に配置されたビア１１８を介して、下層配線１１７と接続する。
【０００８】
この洗浄工程では、隣接する配線１２０と配線１３０との間に電位差Ｖ１が生じる場合がある。そして、この電位差Ｖ１が生じると、局部電流が流れて、陽極（アノード）として配線１２０から導電層１１６である銅（Ｃｕ）が銅イオン（Ｃｕ2+）となって洗浄液中に溶出する。その結果、配線１２０の導電層１１６の表面の位置が低下して、配線溝の上部に空間が生じる。
【０００９】
また、洗浄工程では、配線１２０と下層配線１１７との間に電位差Ｖ２が生じる場合もある。この場合にも、上述したのと同様に、局部電流が流れて、配線１２０から導電層１１６が洗浄液中に溶出する。
【００１０】
上述したように、ダマシン法の洗浄工程では、電気化学的な反応により、配線の表面の導電層の部分が洗浄液中に溶解するという問題がある。このような導電層の溶解が生じると、配線の電気抵抗が増加したり、又は配線上に配置されたビア等との間にコンタクト不良が生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−６６１９８号公報
【特許文献２】特開２００８−１５３５４９号公報
【特許文献３】特開２００７−２７３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本明細書では、本明細書では、配線の洗浄液への溶解を低減する配線構造の形成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、配線の洗浄液への溶解が低減されて形成された配線構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する配線構造の形成方法の一形態によれば、絶縁層に犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程と、上記犠牲配線溝及び上記主配線溝内にバリア層を形成し、バリア層が形成された上記犠牲配線溝及び上記主配線溝内に導電層を埋め込んだ後に、上記絶縁層上の上記導電層の部分を研磨する工程と、上記犠牲配線溝及び上記主配線溝内の露出したバリア層及び導電層の表面を洗浄する工程と、を備え、上記研磨する工程の後における上記絶縁層の平面視において、上記犠牲配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、上記主配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本明細書で開示する配線構造の一形態によれば、絶縁膜と、上記絶縁膜に形成された犠牲配線溝内に、バリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された犠牲配線と、主配線溝内にバリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された主配線と、が絶縁層に配置され、上記絶縁層を平面視した際に、上記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、上記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい。
【発明の効果】
【００１６】
また、上述した配線構造の一形態によれば、配線の洗浄液への溶解が低減されて形成された配線構造を備える。
【００１７】
上述した配線構造の形成方法の一形態によれば、配線の洗浄液への溶解が低減される。
【００１８】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１９】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ダマシン法の洗浄工程を説明する図である。
【図２】（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第１実施形態の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】主配線と犠牲配線とが共存する系の溶解電流を示す図である。
【図４】主配線の各サイズにおける主配線及び犠牲配線のバリア層及び導電層の幅の例を示す図である。
【図５】（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第２実施形態の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図６】（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第３実施形態の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【図７】本明細書に開示する配線構造の第４実施形態の平面図である。
【図８】本明細書に開示する配線構造の第５実施形態の平面図である。
【図９】本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その１）を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その２）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ１−Ｙ１線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【図１１】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その３）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ４−Ｙ４線断面図である。
【図１２】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その４）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ５−Ｙ５線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図である。
【図１３】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その５）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ７−Ｙ７線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＹ８−Ｙ８線断面図である。
【図１４】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その６）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＹ９−Ｙ９線断面図である。
【図１５】本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態による製造工程（その７）を示す図である。
【図１６】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態の変形例による製造工程（その１）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。
【図１７】本明細書に開示する配線構造の形成方法の第１実施形態の変形例による製造工程（その２）を示す図である。
【図１８】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第２実施形態による製造工程（その１）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ２−Ｚ２線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＺ３−Ｚ３線断面図である。
【図１９】（Ａ）は、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第２実施形態による製造工程（その２）を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＺ４−Ｚ４線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＺ５−Ｚ５線断面図である。
【図２０】異なる幅の配線を有する配線構造の平面図である。
【図２１】銅溶解量と配線の幅との関係を示す図である。
【図２２】異なる幅を有する配線の銅溶解モデルを示す図である。
【図２３】銅溶解量とバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本明細書で開示する配線の好ましい実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２２】
図２（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第１実施形態の平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００２３】
本実施形態の配線構造１０は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、犠牲配線２０及び主配線３０を備える。犠牲配線２０及び主配線３０は、ダマシン法を用いて形成された配線である。犠牲配線２０及び主配線３０は、第２絶縁層１３内に配置される。第２絶縁層１３は、エッチングストッパ層１２を介して第１絶縁層１１上に配置される。
【００２４】
犠牲配線２０は、犠牲配線溝２１内にバリア層１６を介して導電層１７が埋め込まれて形成される。主配線３０は、主配線溝３１内にバリア層１６を介して導電層１７が埋め込まれて形成される。犠牲配線溝２１及び主配線溝３１は、つながって形成され得る。バリア層１６は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の内側に連続して形成され得る。導電層１７は、バリア層１６の内側に埋め込まれている。
【００２５】
犠牲配線２０は、ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程において、主配線３０から導電層が洗浄液に溶解することを低減する働きを有している。犠牲配線２０は、導電性を有するが、一の場所から他の場所へ電流を運ぶことを目的とした配線ではない。一方、主配線３０は、一の場所から他の場所へ電流を運ぶことを目的とする。
【００２６】
配線構造１０は、図示しない基板上に配置され得る。配線構造１０の上下には、図示しない下層及び上層が配置され得る。下層には、例えば、トランジスタ等の素子が配置される。上層には、例えば、他の配線等が配置される。主配線３０は、下層の素子又は上層の配線等とビア等を介して接続される。
【００２７】
次に、図３を参照して、犠牲配線２０が、ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程において、主配線３０の導電層が洗浄液に溶解することを低減する働きを説明する。
【００２８】
ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程では、犠牲配線２０及び主配線３０は、例えば図１に示すように、バリア層１６及び導電層１７の表面が露出して洗浄液にさらされている。洗浄液中では、犠牲配線２０には、洗浄液に露出しているバリア層と導電層との接合部分に局部電池が形成される。同様に、主配線３０にも、バリア層と導電層との接合部分に局部電池が形成される。その結果、犠牲配線２０及び主配線３０では、電気化学反応が起こる。この電気化学反応により、例えば、導電層１７の形成材料が洗浄液中に溶解する。
【００２９】
図３の曲線Ｃ１は、犠牲配線２０の溶解（酸化）電流曲線を示す。曲線Ｃ２は、主配線３０の溶解電流曲線を示す。電位Ｅ１は、洗浄液中の犠牲配線２０の平衡電位を示す。電位Ｅ２は、洗浄液中の主配線３０の平衡電位を示す。
【００３０】
配線構造１０は、主配線３０が犠牲配線２０と共に洗浄液中に配置されるので、主配線３０と犠牲配線２０との共存系の溶解曲線は、曲線Ｃ３に示すようになる。電位Ｅ３は、この共存系の平衡電位を示す。
【００３１】
図３に示すように、共存系では、主配線３０は、平衡電位が電位Ｅ２から電位Ｅ３へ移動することにより、溶解電流が減少する。即ち、主配線３０の導電層の溶解量が低減する。
【００３２】
一方、共存系では、犠牲配線２０は、平衡電位が電位Ｅ１から電位Ｅ３へ移動することにより、溶解電流が増加する。即ち、犠牲配線２０の導電層の溶解量が増加する。
【００３３】
このように、犠牲配線２０は、自らが犠牲となって、主配線３０が洗浄液中へ溶解することを低減する。従って、図２（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１内の導電層１７の表面の位置は、主配線溝３１内の導電層１７の表面の位置よりも低くなっている。
【００３４】
次に、犠牲配線２０及び主配線３０の具体的な構成を以下に説明する。
【００３５】
犠牲配線２０の寸法は、長さがＬ２、幅がＷ２である。犠牲配線溝２１内のバリア層１６の部分の幅はＴ２である。犠牲配線溝２１内の導電層１７の部分の幅はＵ２である。導電層の幅は、犠牲配線の幅とバリア層の幅とから求めることもできる。
【００３６】
また、主配線３０の寸法は、長さがＬ１、幅がＷ１である。主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅はＴ１である。主配線溝３１内の導電層１７の部分の幅はＵ１である。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、配線構造１０では、犠牲配線溝２１の幅Ｗ２は主配線溝３１の幅Ｗ１よりも狭く、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ２は主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ１と同じである。
【００３８】
また、図２（Ａ）に示すように、配線構造１０の第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい。比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００３９】
図２（Ａ）では、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分がハッチングで示される。本明細書では、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さは、溝の深さの８５〜１００％の範囲の部分をいう。
【００４０】
特に、比Ｓ１が０．１よりも大きいことが、配線幅が１００ｎｍ以下の範囲においても、主配線３０の溶解を確実に低減する観点で好ましい。
【００４１】
また、主配線３０からの溶解量を犠牲配線２０からの溶解量の２分の１以下にする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【００４２】
導電層１７の形成材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）又は銅合金を用いることができる。銅合金は、銅を９０質量％以上含んでいることが好ましい。
【００４３】
バリア層１６の形成材料としては、導電層１７を形成する材料が第２絶縁層１３内に拡散することを防止すると共に、導電層１７と第２絶縁層１３との密着性を向上するものを用いることが好ましい。具体的には、バリア層１６の形成材料としては、Ｔａ、Ｔｉ等の高融点金属元素、又はこれらの金属元素の窒素化合物、又はこれら金属元素のうち少なくとも１種類を含む合金を用いることができる。
【００４４】
比Ｓ１＞比Ｓ２の関係を有する犠牲配線２０及び主配線３０のバリア層１６及び導電層１７の寸法は、回路の設計によって適宜設定され得る。ここでは、犠牲配線２０及び主配線３０のバリア層１６及び導電層１７の寸法の一例を図４に示す。
【００４５】
図４は、主配線の各サイズにおける主配線及び犠牲配線のバリア層及び導電層の幅の例を示す図である。ここで、犠牲配線２０の幅Ｗ２及び主配線の幅Ｗ１は、Ｗ１＞Ｗ２＞＝４０ｎｍなる関係を有している。また、犠牲配線２０の長さＬ２及び主配線３０の長さＬ１は、Ｌ２＝０．２×Ｌ１なる関係を有している。
【００４６】
図４には、主配線３０の幅が、６５ｎｍ、９０ｎｍ及び１５０ｎｍのサイズに対して、主配線及び犠牲配線のバリア層及び導電層の幅の例が示されており、それぞれの例は、比Ｓ１＞比Ｓ２の関係を有する。
【００４７】
上述した実施形態の配線構造１０によれば、犠牲配線２０が配置されているので、ダマシン法における化学機械研磨後の洗浄工程において、主配線３０から導電層が洗浄液に溶解することが低減されて形成された主配線３０を備える。従って、配線構造１０では、主配線３０の電気抵抗の増加が低減される。また、主配線３０上に配置されたビア等との間にコンタクト不良を生じることが防止される。
【００４８】
また、犠牲配線２０が、主配線３０とつながって形成されているので、主配線３０の導電層が洗浄液に溶解することが確実に抑制される。
【００４９】
次に、上述した配線構造の他の実施形態を、図５〜図８を参照しながら以下に説明する。他の実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００５０】
図５（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第２実施形態の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【００５１】
本実施形態の配線構造１０は、犠牲配線溝２１の幅Ｗ２は主配線溝３１の幅Ｗ１と同じであり、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ２は主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ１よりも大きい。
【００５２】
図５（Ａ）では、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分がハッチングで示される。
【００５３】
配線構造１０は、犠牲配線溝２１が、深さ方向に先細りのテーパ状に形成される。これは、犠牲配線溝２１内の側面のバリア層１６の部分を、主配線溝３１内の側面のバリア層１６の部分よりも厚く形成するためである。
【００５４】
配線構造１０は、比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００５５】
図６（Ａ）は本明細書に開示する配線構造の第３実施形態の平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【００５６】
本実施形態の配線構造１０は、犠牲配線溝２１の幅は主配線溝３１の幅よりも狭く、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ２は主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の厚さＴ１よりも大きい。
【００５７】
図６（Ａ）では、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分がハッチングで示される。
【００５８】
配線構造１０は、犠牲配線溝２１が、深さ方向に先細りのテーパ状に形成される。これは、第２実施形態と同様に、犠牲配線溝２１内のバリア層の部分を、主配線溝３１内のバリア層の部分よりも厚く形成するためである。
【００５９】
配線構造１０は、比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００６０】
図７は、本明細書に開示する配線構造の第４実施形態の平面図である。
【００６１】
本実施形態の配線構造１０は、１つの主配線３０に対して、４つの犠牲配線２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄがつながって配置される。
【００６２】
主配線３０の寸法は、長さがＬ１、幅がＷ１である。主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅はＴ１である。
【００６３】
犠牲配線２０ａは、主配線３０の長手方向の一方の側に配置される。犠牲配線２０ａの寸法は、長さがＬ２、幅がＷ２である。犠牲配線溝２１ａ内のバリア層１６の部分の幅は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１と同じである。
【００６４】
犠牲配線２０ｂは、主配線３０の長手方向の他方の側に配置される。犠牲配線２０ｂの寸法は、長さがＬ３、幅がＷ１である。犠牲配線溝２１ｂ内のバリア層１６の部分の幅Ｔ２は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１よりも大きい。
【００６５】
犠牲配線２０ｃは、主配線３０の幅方向の一方の側に配置される。犠牲配線２０ｃの寸法は、長さがＬ４、幅がＷ３である。犠牲配線溝２１ｃ内のバリア層１６の部分の幅Ｔ３は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１よりも大きい。
【００６６】
犠牲配線２０ｄは、主配線３０の幅方向の他方の側に配置される。犠牲配線２０ｄの寸法は、長さがＬ５、幅がＷ４である。犠牲配線溝２１ｄ内のバリア層１６の部分の幅は、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の幅Ｔ１と同じである。
【００６７】
配線構造１０は、比Ｓ１＞比Ｓ２となるように、上述した犠牲配線２０及び主配線３０の各寸法が設定される。
【００６８】
主配線に対して配置される犠牲配線の数又は位置は、主配線の寸法又はチップレイアウトの兼ね合いを考慮して、適宜選択することができる。
【００６９】
図８は本明細書に開示する配線構造の第５実施形態の平面図である。
【００７０】
本実施形態の配線構造１０は、犠牲配線２０と主配線３０とが分離して配置されている。
【００７１】
上述した第１実施形態〜第４実施形態の配線構造では、犠牲配線２０と主配線３０とつながっていたが、本実施形態のように、犠牲配線２０と主配線３０とはつながっていなくても良い。
【００７２】
このように、犠牲配線２０と主配線３０とが離れていても、図３に示すように、共存系の溶解曲線を形成できる程度に犠牲配線２０と主配線３０とが近接して配置されていれば良い。
【００７３】
次に、本明細書に開示する配線構造の形成方法の好ましい第１実施形態を以下に説明する。
【００７４】
まず、図９に示すように、第１絶縁層１１上に、エッチングストッパ層１２、及び第２絶縁層１３、及びハードマスク層１４、及びレジスト層１５が順番に形成される。各層の形成方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いることができる。
【００７５】
図９には、犠牲配線が形成される領域２００及び主配線が形成される領域３００が示されている。
【００７６】
第１絶縁層１１の厚さは、例えば数１０〜数１００ｎｍとすることができる。エッチングストッパ層１２の厚さは、例えば数１００ｎｍとすることができる。エッチングストッパ層１２の形成材料として、例えば、Ｃ又はＮを含む酸化膜を用いることができる。ハードマスク層１４の厚さは、例えば数１０ｎｍとすることができる。ハードマスク層１４の形成材料として、例えば、シリコンカーバイドを用いることができる。レジスト層１５の厚さは、例えば数１０〜数１００ｎｍとすることができる。
【００７７】
そして、レジスト層１５が、フォトリソグラフィー等の技術を用いてパターニングされる。そして、パターニングされたレジスト層１５を用いて、ハードマスク層１４がパターニングされる。
【００７８】
次に、パターニングされたハードマスク層１４を用いて、第２絶縁層１３がエッチングされて、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１が形成される。そして、レジスト層１５及びハードマスク層１４は除去される。図１０（Ａ）は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１が形成された第２絶縁層１３の平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＹ１−Ｙ１線断面図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【００７９】
犠牲配線溝２１は、領域２００の第２絶縁層１３の部分に形成され、主配線溝３１は、領域３００の第２絶縁層１３の部分に形成される。犠牲配線溝２１の幅は主配線溝３１の幅よりも狭く形成される。犠牲配線溝２１と主配線溝３１とはつなげて形成される。
【００８０】
このエッチング方法としては、例えば、プラズマエッチングを用いることができる。また、エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ系ガス、ＮＨ3系ガス、Ｎ2／Ｈ2を用いることができる。
【００８１】
第２絶縁層１３は、深さ方向にほぼ垂直にエッチングされて、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１される。
【００８２】
そして、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に露出したエッチングストッパ層１２の部分がエッチングされて、第１絶縁層１１の部分が露出する。
【００８３】
次に、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内にバリア層１６が形成される。図１１（Ａ）は、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）のＹ４−Ｙ４線断面図である。
【００８４】
この際、バリア層１６は、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。
【００８５】
図１１（Ａ）には、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分が、ハッチングで示されている。
【００８６】
ここで、比Ｓ１を、０．１よりも大きくすることが好ましい。また、この関係の代わりにか、又はこの関係に加えて、比Ｓ１及び比Ｓ２は、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たすことが好ましい。
【００８７】
バリア層１６は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に、同じ厚さで形成される。また、バリア層１６は、溝内から溝の縁を経て、第２絶縁層１３を覆うように形成される。
【００８８】
バリア層１６を形成する方法としては、例えばスパッタ法を用いることができる。スパッタ法を用いる場合には、バリア層１６を１ステップで形成しても良いし、複数のステップを用いてバリア層１６を形成しても良い。
【００８９】
例えば、バリア層１６の形成材料としてＴａ、Ｔｉ等の高融点金属元素を用いて、スパッタ法でバリア層１６が形成される場合、以下に説明するように３ステップを用いてバリア層１６が形成され得る。
【００９０】
まず、第１ステップでは、ターゲット電力が５〜４０ｋＷ、バイアス電力が０〜５００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が３〜１５ｎｍの層が犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。次に、第２ステップでは、ターゲット電力が０．１〜１０ｋＷ、バイアス電力が０〜１０００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が０〜１５ｎｍの層が犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。そして、第３ステップでは、ターゲット電力が５〜４０ｋＷ、バイアス電力が０〜５００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が３〜１０ｎｍの層が犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成されて、バリア層１６が形成される。
【００９１】
そして、バリア層１６の上にシード層（図示しない）が形成される。シード層の形成材料としては、ＣｕあるいはＣｕ中にＡｌ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｍｎ，Ｍｇの金属元素を１つ、又は２つ以上含有するＣｕ合金を用いることができる。例えば、スパッタ法を用いて、ターゲット電力が５〜４０ｋＷ、バイアス電力が０〜１０００Ｗ、圧力が１×１０-3〜１×１０-1Ｐａで、膜厚が２０〜１００ｎｍのシード層がバリア層１６内に形成される。
【００９２】
次に、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１から溢れるように、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に導電層１７が埋め込まれる。図１２（Ａ）は、導電層１７が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＹ５−Ｙ５線断面図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図である。導電層１７は、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１から溢れて、第２絶縁層１３上のバリア層１７の上を覆って形成される。
【００９３】
導電層１７は、例えば、銅又は銅合金を用いて、めっき法を用いて形成される。例えば、硫酸銅浴を用いて、電流密度が４０〜５００Ａ／ｍ２で、膜厚が５００〜１５００ｎｍの導電層１７が形成される。
【００９４】
次に、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１から溢れたバリア層１６及び導電層１７の部分が研磨されて、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内のバリア層１６を露出される。図１３（Ａ）は、バリア層１６及び導電層１７が露出した犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＹ７−Ｙ７線断面図であり、図１３（Ｃ）は図１３（Ａ）のＹ８−Ｙ８線断面図である。
【００９５】
このように、本実施形態では、研磨後に絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内のバリア層１６の部分の面積と導電層１７の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、バリア層１６が形成され、導電層１７が埋まれた後に、余分な導電層１７の部分が研磨される。
【００９６】
次に、図１４（Ａ）〜図１４（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内の露出したバリア層１６及び導電層１７の表面が、第２絶縁層１３の表面とともに、洗浄液を用いて洗浄される。図１４（Ａ）は、洗浄された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＹ９−Ｙ９線断面図である。洗浄液としては、クエン酸等の有機酸を含んだ水溶液を用いることができる。
【００９７】
領域２００であった部分には犠牲配線２０が形成され、且つ領域３００であった部分には主配線３０が形成される。犠牲配線溝２１内の導電層１７の表面の部分は、洗浄によって溶解しており、表面の位置が主配線溝３１内の導電層１７の部分よりも低くなっている。図１４（Ｂ）の例では、犠牲配線溝２１内の導電層１７の部分の表面の位置と、主配線溝３１内の導電層１７の部分の表面の位置とが不連続につながっているが、例えば鎖線Ｋで示したように、連続してつながっていても良い。
【００９８】
次に、図１５に示すように、導電層１７と共に第２絶縁層１３を覆うように、キャップ層１８が形成される。キャップ層１８の形成材料としては、例えばシリコンカーバイドを用いることができる。また、キャップ層１８の膜厚は、例えば数１０ｎｍとすることができる。そして、キャップ層１８を覆うように、第３絶縁層１９が形成される。犠牲配線溝２１内の導電層が溶解した部分には、第３絶縁層１９が埋め込まれており、寄生容量を低減することになる。第３絶縁層１９の形成材料としては、例えば、有機又は無機の低誘電率材料を用いることができる。また、第３絶縁層１９の膜厚は、例えば数１００ｎｍとすることができる。
【００９９】
上述した配線構造の形成方法の第１実施形態によれば、主配線３０の導電層１７の部分の洗浄液への溶解が低減される。
【０１００】
次に、上述した配線構造の形成方法の第１実施形態の変形例を、図面を参照して以下に説明する。本変形例は、上述した配線構造の形成方法の第１実施形態とは、図１３の工程までは同じであるので、その次の工程から以下に説明する。
【０１０１】
本変形例では、図１３の工程の後に、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内の露出したバリア層１６及び導電層１７の表面が、第２絶縁層１３の表面とともに、洗浄液を用いて洗浄される。その結果、図１６（Ａ）〜図１６（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１内の導電層１７の部分は、ほとんど溶解する。
【０１０２】
次に、図１７に示すように、導電層１７と共に第２絶縁層１３を覆うように、キャップ層１８が形成される。そして、キャップ層１８を覆うように、第３絶縁層１９が形成される。犠牲配線溝２１内には、第３絶縁層１９が埋め込まれており、寄生容量が更に低減される。
【０１０３】
次に、本明細書に開示する配線構造の形成方法の第２実施形態を、図面を参照して、以下に説明する。配線構造の形成方法の第２実施形態は、上述した第１実施形態とは、図１０及び図１１の工程が異なっており、他の工程は同様である。そこで、以下に異なっている工程の部分について説明する。
【０１０４】
第２実施形態では、図９に示す工程の後に、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、領域２００における犠牲配線溝が形成される部分のみに開口を有するマスクパターンがレジスト層１５に形成される。そして、パターニングされたレジスト層１５を用いて、ハードマスク層１４がパターニングされる。
【０１０５】
次に、パターニングされたハードマスク層１４を用いて、第２絶縁層１３がエッチングされて、犠牲配線溝２１が形成される。図１８（Ｂ）に示すように、犠牲配線溝２１は、深さ方向に先細りのテーパ状に形成される。犠牲配線溝２１のテーパ形状は、エッチングガス等のエッチング条件を適宜設定することにより調節される。そして、レジスト層１５及びハードマスク層１４は除去される。
【０１０６】
そして、犠牲配線溝２１が形成された第２絶縁層１３上に、図示しないハードマスク層及びレジスト層が順番に形成される。そして、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、領域３００における主配線溝が形成される部分のみに開口を有するマスクパターンがレジスト層に形成される。そして、パターニングされたレジスト層を用いて、ハードマスク層がパターニングされる。
【０１０７】
そして、パターニングされたハードマスク層を用いて、第２絶縁層１３がエッチングされて、主配線溝３１が形成される。図１８（Ｃ）に示すように、主配線溝３１は、深さ方向にほぼ垂直に形成される。そして、レジスト層及びハードマスク層は除去される。
【０１０８】
そして、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に露出したエッチングストッパ層１２の部分がエッチングされて、第１絶縁層１１の部分が露出する。このようにして、図１８（Ａ）に示すように、テーパ形状の犠牲配線溝２１と共に、主配線溝３１が第２絶縁層１３に形成される。
【０１０９】
次に、図１９（Ａ）〜図１９（Ｃ）に示すように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内にバリア層１６が形成される。図１９（Ａ）は、バリア層１６が形成された犠牲配線溝２１及び主配線溝３１の平面図であり、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）のＺ４−Ｚ４線断面図であり、図１９（Ｃ）は図１９（Ａ）のＺ５−Ｚ５線断面図である。
【０１１０】
バリア層１５の形成方法としては、例えば、スパッタ法を用いることができる。
【０１１１】
犠牲配線溝２１は、深さ方向に先細りのテーパ形状を有しているので、テーパ状の溝の側面に形成されるバリア層１６の部分の厚さは、主配線溝３１の側面に形成されるバリア層１６の部分の厚さよりも大きくなる。
【０１１２】
このようにして、バリア層１６は、第２絶縁層１３を平面視した際に、犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ１が、主配線溝３１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層１６の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、犠牲配線溝２１及び主配線溝３１内に形成される。
【０１１３】
図１９（Ａ）には、第２絶縁層１３を平面視した際の犠牲配線溝２１内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層１６の部分が、ハッチングで示されている。
【０１１４】
上述した配線構造の形成方法の第２実施形態を用いることにより、例えば図５に示す配線構造が形成される。
【０１１５】
次に、配線のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比と導電層の溶解との関係を調べた結果を以下に説明する。
【０１１６】
まず、異なる配線の幅を有するサンプルを形成して、それぞれのサンプルにおける導電層の溶解量を調べた。
【０１１７】
図２０は、異なる幅の配線を有する配線構造のサンプルの平面図である。
【０１１８】
図２０に示すように、サンプルＧは、第２絶縁層１３内に形成された異なる幅を有する配線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを有する。各配線は、図２（Ｂ）の主配線と同様の構造を有する。
【０１１９】
各配線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、平面視した形状が縦長の矩形形状を有している。また、各配線のバリア層及び導電層も、平面視した形状が縦長の矩形形状を有している。
【０１２０】
配線１０ａの幅は６５ｎｍであり、バリア層１８の幅は、４ｎｍである。配線１０ｂの幅は９０ｎｍであり、バリア層１８の幅は、４ｎｍである。配線１０ｃの幅は１５０ｎｍであり、バリア層１８の幅は、５ｎｍである。配線１０ｄの幅は３００ｎｍであり、バリア層１８の幅は、６ｎｍである。
【０１２１】
各配線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの長さは、１５００ｎｍである。
【０１２２】
導電層の形成材料は銅を用いた。バリア層の形成材料はＴａを用いた。
【０１２３】
そして、サンプルＧを洗浄し、各配線における導電層の溶解量を調べた。導電層の溶解量は、溶解した部分の深さと、平面視した導電層の面積との積により求められた。調べた結果を図２１に示す。
【０１２４】
図２１は、銅溶解量と配線の幅との関係を示す図である。
【０１２５】
銅溶解量は、配線の幅が増加すると共に、減少する。また、銅溶解量は、配線の幅が１００ｎｍよりも小さくなると急激に増加する。なお、銅溶解量と配線の幅との間には比例関係は見られない。次に、図２２に示す各配線を含む系全体の銅溶解モデルを考えた。
【０１２６】
図２２は、異なる幅を有する配線の銅溶解モデルを示す図である。
【０１２７】
各配線における導電層の溶解量は、溶解電流の大きさに対応すると考えられる。即ち、溶解量は、各配線に流れる電荷の量により決定される。そして、各配線を含む系全体の総電荷量は、サンプルの配線構造により定められ、ここでは総電荷量をＱとする。総電荷量Ｑは各配線に分配されて、分配される電荷量が多い程、導電層の溶解量が多くなる。
【０１２８】
サンプルＧが洗浄される際、洗浄液と直接接触する部分は、各配線の表面の部分である。そこで、各配線の表面積が、分配される電荷量と関係するものと考えられる。即ち、図２２に示すように、総電荷量Ｑは、配線１０ａに分配される電荷量ａ１と、配線１０ｂに分配される電荷量ａ２と、配線１０ｃに分配される電荷量ａ３と、配線１０ｄに分配される電荷量ａ４との和になる。
【０１２９】
また、各配線からの導電層の溶解は、バリア層と導電層とが形成する局部電池による電位が関係すると考えられる。そこで、バリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比と導電層の溶解との関係を調べた。調べた結果を図２３に示す。
【０１３０】
図２３は、銅溶解量とバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比との関係を示す図である。図２３では、横軸の比は百分率で示されている。
【０１３１】
図２３に示すように、銅溶解量とバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比の間に比例関係があることが分かった。即ち、バリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比が増加するのと共に、銅溶解量が増加する。
【０１３２】
従って、配線からの銅溶解量を低減するには、バリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比を小さくすることが好ましい。
【０１３３】
本明細書に開示する配線構造及び配線構造の形成方法は、このような知見をもとに作られたものである。即ち、配線構造の主配線については、平面視した際のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２は小さいことが好ましい。一方、犠牲配線については、平面視した際のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比は大きいことが好ましい。そして、比Ｓ１は比Ｓ２よりも大きくする。
【０１３４】
図２３を参照して、犠牲配線の比Ｓ１と主配線の比Ｓ２との関係について、以下のことがわかる。
【０１３５】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の１．２倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞１．５×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３６】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の１．５倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞２．０×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３７】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の２．０倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３８】
犠牲配線からの溶解量を主配線からの溶解量の３．０倍よりも大きくする観点から、比Ｓ１及び比Ｓ２が、Ｓ１＞３．０×Ｓ２なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３９】
また、図２１を参照すると、配線の幅が９０ｎｍ以下になると銅溶解量が顕著に増加する。この銅溶解量に対応するバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比は、図２３を参照すると、１０％である。従って、主配線からの導電層の溶解を抑制するためには、犠牲配線の比Ｓ１を１０％以上にすることが好ましい。
【０１４０】
本発明では、上述した実施形態の配線構造及び配線構造の形成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１４１】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１４２】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１４３】
（付記１）
絶縁層に犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成し、バリア層が形成された前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込んだ後に、前記絶縁層上の前記導電層の部分を研磨する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内の露出したバリア層及び導電層の表面を洗浄する工程と、
を備え、
前記研磨する工程の後における前記絶縁層の平面視において、前記犠牲配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる配線の形成方法。
【０１４４】
（付記２）
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する工程は、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さ高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する付記１に記載の配線構造の形成方法。
【０１４５】
（付記３）
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込む工程は、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝から溢れるように、バリア層が形成された前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込み、
前記研磨する工程は、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝から溢れた導電層の部分を研磨して、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内のバリア層を露出する付記１又は２に記載の配線構造の形成方法。
【０１４６】
（付記４）
前記比Ｓ１が０．１よりも大きい付記１〜３の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１４７】
（付記５）
前記比Ｓ１及び前記比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たす付記１〜４の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１４８】
（付記６）
前記犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程では、前記犠牲配線溝を、深さ方向に先細りのテーパ状に形成する付記１〜５の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１４９】
（付記７）
前記犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程では、犠牲配線溝と主配線溝とをつなげて形成する付記１〜６の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５０】
（付記８）
前記犠牲配線溝の幅は前記主配線溝の幅よりも狭く、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さは前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さと同じである付記１〜７の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５１】
（付記９）
前記犠牲配線溝の幅は前記主配線溝の幅と同じであり、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さは前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さよりも大きい付記１〜８の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５２】
（付記１０）
前記犠牲配線溝の幅は前記主配線溝の幅よりも狭く、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さは前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の厚さよりも大きい付記１〜９の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【０１５３】
（付記１１）
絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された犠牲配線溝内に、バリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された犠牲配線と、
主配線溝内にバリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された主配線と、
が絶縁層に配置され、
前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい配線構造。
【０１５４】
（付記１２）
前記比Ｓ１が０．１よりも大きい付記１１に記載の配線構造。
【０１５５】
（付記１３）
前記比Ｓ１及び前記比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たす付記１１又は１２に記載の配線構造。
【０１５６】
（付記１４）
前記犠牲配線溝内の導電層の表面の位置は、前記主配線溝内の導電層の表面の位置よりも低い付記１１〜１３の何れか一項に記載の配線構造。
【０１５７】
（付記１５）
複数の前記犠牲配線を備える付記１１〜１４の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【符号の説明】
【０１５８】
１０ 配線
１１ 第１絶縁層
１２ エッチングストッパ層
１３ 第２絶縁層
１４ ハードマスク層
１５ レジスト層
１６ バリア層
１７ 導電層
１８ キャップ層
１９ 第３絶縁層
２０ 犠牲配線
２１ 犠牲配線溝
３０ 主配線
３１ 主配線溝
Ｌ１ 主配線の長さ
Ｌ２ 犠牲配線の長さ
Ｗ１ 主配線の幅
Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ 犠牲配線の幅
Ｔ１ 主配線のバリア層の幅
Ｔ２，Ｔ３ 犠牲配線のバリア層の幅
Ｕ１ 主配線の導電層の幅
Ｕ２ 犠牲配線の導電層の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層に犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成し、バリア層が形成された前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込んだ後に、前記絶縁層上の前記導電層の部分を研磨する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内の露出したバリア層及び導電層の表面を洗浄する工程と、
を備え、
前記研磨する工程の後における前記絶縁層の平面視において、前記犠牲配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる配線の形成方法。
【請求項２】
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する工程は、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さ高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する請求項１に記載の配線構造の形成方法。
【請求項３】
前記比Ｓ１が０．１よりも大きい請求項１又は２に記載の配線構造の形成方法。
【請求項４】
前記比Ｓ１及び前記比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たす請求項１〜３の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項５】
前記第１配線溝及び第２配線溝を形成する工程では、前記第１配線溝を、深さ方向に先細りのテーパ状に形成する請求項１〜４の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項６】
絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された犠牲配線溝内に、バリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された犠牲配線と、
主配線溝内にバリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された主配線と、
が絶縁層に配置され、
前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい配線構造。
【請求項７】
前記第１配線溝内の導電層の表面の位置は、前記主配線溝内の導電層の表面の位置よりも低い請求項６に記載の配線構造。
【請求項１】
絶縁層に犠牲配線溝及び主配線溝を形成する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成し、バリア層が形成された前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内に導電層を埋め込んだ後に、前記絶縁層上の前記導電層の部分を研磨する工程と、
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内の露出したバリア層及び導電層の表面を洗浄する工程と、
を備え、
前記研磨する工程の後における前記絶縁層の平面視において、前記犠牲配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内のバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなる配線の形成方法。
【請求項２】
前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する工程は、前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さ高さに形成されるバリア層の部分の面積と溝の縁よりも下に形成されるバリア層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きくなるように、前記犠牲配線溝及び前記主配線溝内にバリア層を形成する請求項１に記載の配線構造の形成方法。
【請求項３】
前記比Ｓ１が０．１よりも大きい請求項１又は２に記載の配線構造の形成方法。
【請求項４】
前記比Ｓ１及び前記比Ｓ２が、Ｓ１＞２．５×Ｓ１なる関係を満たす請求項１〜３の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項５】
前記第１配線溝及び第２配線溝を形成する工程では、前記第１配線溝を、深さ方向に先細りのテーパ状に形成する請求項１〜４の何れか一項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項６】
絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された犠牲配線溝内に、バリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された犠牲配線と、
主配線溝内にバリア層を介して導電層が埋め込まれて形成された主配線と、
が絶縁層に配置され、
前記絶縁層を平面視した際に、前記犠牲配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ１が、前記主配線溝内の溝の縁と同一の高さに形成されるバリア層の部分の面積と導電層の部分の面積との比Ｓ２よりも大きい配線構造。
【請求項７】
前記第１配線溝内の導電層の表面の位置は、前記主配線溝内の導電層の表面の位置よりも低い請求項６に記載の配線構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−３３５２７（Ｐ２０１２−３３５２７Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９１１３（Ｐ２０１０−１６９１１３）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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