銅配線構造およびその製造方法
【課題】銅配線の寿命を増大させ、同時に、密着性を高め、ストレスマイグレーション耐性を向上させる。
【解決手段】Ｃｕ１６とバリアメタル１２、あるいはＣｕ１６とキャップ層１９との界面近傍に、不純物１５を固溶させる、不純物１５を析出させる、非晶質Ｃｕ１４を存在させるまたはＣｕとの化合物を形成することにより、界面近傍の空孔を減らし、Ｃｕのエレクトロマイグレーション（ＥＭ）に対する界面拡散の寄与を減少させ、寿命を増大させ、同時に、密着性を高め、ストレスマイグレーション耐性を向上させた。
【解決手段】Ｃｕ１６とバリアメタル１２、あるいはＣｕ１６とキャップ層１９との界面近傍に、不純物１５を固溶させる、不純物１５を析出させる、非晶質Ｃｕ１４を存在させるまたはＣｕとの化合物を形成することにより、界面近傍の空孔を減らし、Ｃｕのエレクトロマイグレーション（ＥＭ）に対する界面拡散の寄与を減少させ、寿命を増大させ、同時に、密着性を高め、ストレスマイグレーション耐性を向上させた。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、銅配線構造およびその製造方法に関し、特にＣｕの配線寿命を長くした銅配線構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話を始めとする情報電子機器に使用される半導体集積回路の高性能化、高機能化が計られていることは、良く知られている。このような半導体集積回路は、多くの回路素子、例えば、トランジスタなどを有した構成である。また、このような半導体集積回路は、高精度の半導体製造プロセスを用いて、製造されていることも、周知の事実である。さらに、上述した高精度の半導体製造プロセスの中で、配線寿命を長くした配線構造が注目され、特に、銅の配線構造が注目されている。
【０００３】従来例の銅配線の製造方法を、図６（ａ）〜図６（ｄ）の断面図を参照して、説明する。
【０００４】まず、従来例の銅配線の製造方法では、図６（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル（Ｔａ）層１２を薄くスパッタして形成する。さらに、図６（ｂ）のように、シードのＣｕを薄くスパッタし、シードＣｕ層１４を形成する。続いて、Ｃｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層（Ｔａ）１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。続いて、図６（ｃ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて、平坦にして配線１６ａを形成する。この配線表面に、洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図６（ｄ）のように、ＳｉＮなどをスパッタで堆積し、ＳｉＮ層１７を形成する。
【０００５】また、Ａｌ配線におけるエレクトロマイグレーション（以降、ＥＭと略記する）抑制の例として、特許文献１のように、Ａｌに例えばＣｕのような不純物を少量添加する例がある。これは非特許文献１のように、不純物がＡｌの粒界に析出して、空孔濃度を下げることにより、粒界拡散の寄与を減少させるためであると考えられる。Ｃｕ配線では、ＥＭ主拡散経路はＣｕと他の物資との界面であると考えられている。このため、界面の空孔を選択的になくせばいいと考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１０７１１０号公報（段落番号００１５乃至段落番号００２０、図１）
【非特許文献１】'Al-Ti and Al-Ti-Si thin alloy films', Albertus G. Dirks, TienTien, and Janet M. Towner ,Journal of Applied Physics,vol59-6(1968),PP2010
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような銅配線の製造方法は、ＥＭ耐性が低く、特に細い配線で、Ａｌ配線より寿命が短いという問題がある。その理由は、Ａｌ配線では、配線幅がＡｌの平均粒径より狭く粒界がバンブー構造となる場合、Ａｌの格子拡散が主拡散機構となる。この格子拡散は、粒界拡散または界面拡散よりも非常に遅い。したがって、バンブー粒界構造を達成するような細い配線では、粒界拡散が支配的な太い配線よりもＥＭ寿命が長く延びる。
【０００８】これに対しＣｕ配線では、配線幅がＣｕの平均粒径より狭く粒界がバンブー構造となっても、Ｃｕの格子拡散が主拡散機構ではなく、界面拡散が主拡散機構となる。このため、細い配線でＡｌ配線の場合にみられるＥＭ寿命の増大が、Ｃｕ配線の場合にはみられない。したがって、配線幅が細い場合には、Ｃｕ配線寿命はＡｌ配線寿命より短くなる。
【０００９】したがって、本発明の目的は、これらの問題を解決し、配線寿命を長くした銅配線構造およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の銅配線構造の構成は、Ｃｕとバリアメタル、あるいはＣｕとキャップ層との界面近傍に、ＣｕまたはＣｕ合金層とバリアメタル層との界面にできる空孔を減らすためのＣｕ中に添加された空孔低減不純物を析出させるか、非晶質Ｃｕを存在させることにより、界面近傍の空孔を減らし、ＣｕのＥＭに対する界面拡散の寄与を減少させ、寿命を増大させ、同時に、密着性を高め、ストレスマイグレーション耐性を向上させたことを特徴とする。
【００１１】また、本発明の銅配線の製造方法の構成は、配線用の溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、ＣｕまたはＣｕ合金層とバリアメタル層との界面にできる空孔を減らすためのＣｕ中に添加された空孔低減不純物を前記バリアメタルにイオン注入し熱処理を行って、シードとなるＣｕをスパッタした後、その上に配線となるＣｕを堆積させ、前記Ｃｕと前記バリアメタルの界面近傍に空孔低減不純物を析出させるか、非晶質Ｃｕを存在させることを特徴とする。
【００１２】またさらに、本発明の他の銅配線の製造方法の構成は、配線面に形成された配線用の溝にＣｕやＣｕ合金を埋め込み、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成した後、Ｃｕ中の拡散が非常に遅い不純物をイオン注入し熱処理を行い、前記配線表面に洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、前記キャップ層をスパッタで堆積することにより、前記キャップ層との界面近傍のＣｕを非晶質化させることを特徴とする。
【００１３】さらに、本発明において、ＣｕまたはＣｕ合金層とバリアメタル層との界面にできる空孔を減らすためのＣｕ中に添加された空孔低減不純物をイオン注入し熱処理する代わりに、前記不純物を固相で堆積させた後で熱拡散させるようにすることができ、また、配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、空孔低減不純物をイオン注入することができ、さらに、配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、空孔低減不純物を固相で堆積させることができ、また、空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕまたはＶからなることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。まず、本発明の第1の実施形態の銅配線の製造方法について、説明する。図１（ａ）〜図１（ｅ）は本発明の第1の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００１５】本発明の第1の実施形態の銅配線の製造工程は、まず、図１（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、これらの上にＴａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル（Ｔａ）層１２をスパッタにより形成する。続いて、図１（ｂ）のように、Ｎｂなどの不純物１３を注入エネルギー２keVから５keV、ドーズ量１.0Ｅ１４ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数分間アニールすると、不純物ＮｂがＴａのごく表面に固溶し、不純物（Ｎｂ）部１５を形成する。
【００１６】次に、図１（ｃ）のように、シードのＣｕを薄くスパッタしシードＣｕ層１４を形成し、続いてＣｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。続いて化学的機械的研磨法等を用いて、平坦化して図１（ｄ）のように、配線１６ａを形成する。この配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図１（ｅ）のように、ＳｉＮなどをスパッタして絶縁層１７を堆積する。
【００１７】このようにして、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎｂ１３の固溶した配線構造が得られる。
【００１８】また、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に、不純物（例えば、Ｓｉ）の析出した配線構造を得る場合は、以下の工程ように実施する。
【００１９】まず、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎｂ１３の固溶した配線構造の製造工程と同様に、図1（ａ）のように、バリアメタル（Ｔａ）層１２をスパッタにより形成する。
【００２０】続いて、図１（ｂ）のように、不純物Ｎｂ１３の代わりに、Ｓｉなどの不純物を注入エネルギー５keVから１０keV、ドーズ量を2.0Ｅ14ｃｍ-2から5.0Ｅ14ｃｍ-2程度で注入した後、８５０℃程度で数分間アニールすると、不純物ＳｉがＴａのごく表面に析出し、不純物（Ｓｉ）部１５aを形成する。
【００２１】この後の製造工程は、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎｂ１３の固溶した配線構造の製造工程と同様に、図１（ｃ）から図１（ｅ）に示す製造工程順に、実施される。
【００２２】なお、本実施形態では、絶縁層１１に配線溝１０を設けた場合を説明したが、配線溝１０が半導体層や他の配線層上や、これらを組合せたものの上に形成されてもよいことは明らかである。
【００２３】次に、本発明の第２の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は本発明の第２の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００２４】まず、図２（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル層１２、更にシードのＣｕによるシードＣｕ層１４を薄くスパッタにより形成する。続いて、図２（ｂ）のように、Ｔａなどの不純物１３ａを注入エネルギー５keV、ドーズ量を1.0Ｅ15ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数分間アニールする。シードＣｕとバリアのＴａ界面近傍のＣｕは非晶質化し、非晶質Ｃｕ層１４ａが形成される。
【００２５】続いて、図２（ｃ）のように、Ｃｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００２６】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、図２（ｄ）のように、配線１６ａを形成する。この配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図２（ｅ）のように、ＳｉＮなどをスパッタして絶縁層１７を堆積する。これにより、シードＣｕ１４とＴａ１２との界面に非晶質Ｃｕ１４ａの存在した配線構造が得られる。
【００２７】次に、本発明の第３の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図３（ａ）〜図３（ｅ）は本発明の第３の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００２８】まず、図３（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル層１２、更にシードのＣｕによるシードＣｕ層１４を薄くスパッタにより形成する。
【００２９】続いて、図３（ｂ）のように、Ｓｉなどの不純物を含む固相のＳｉ層１８を数ｎｍ堆積し、９００℃程度で数分間アニールし、シードＣｕ１４とＴａ層１２との界面にＣｕ−Ｓｉ化合物層１８ａを形成する。
【００３０】続いて、Ｃｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、図３（ｃ）のように、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝１０内に均一に充填させる。
【００３１】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、図３（ｄ）のように、配線１８ａを形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図３（ｅ）のように、ＳｉＮなどをスパッタで堆積し、ＳｉＮ絶縁層１７を形成する。これにより、シードＣｕ層１４とバリアメタル層Ｔａ１２の界面にＣｕ−Ｓｉ化合物層１８ａの存在した配線構造が得られる。
【００３２】次に、本発明の第４の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図４（ａ）〜図４（ｆ）は本発明の第４の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００３３】まず、図４（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル層１２、更にシードのＣｕ層１４を薄くスパッタする。続いてＣｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００３４】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、図４（ｂ）のように、配線１６ａを形成する。なお、この図には、Ｃｕ層１６の上にＣｕＯｘの自然酸化膜２０があるように示している。ここで、図４（ｃ）のように、Ｖなどの不純物２１を注入エネルギー２keVから５keV、ドーズ量１.0Ｅ１４ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数分間アニールする。この不純物Ｖは表面のＣｕＯｘ（２０）と配線Ｃｕの界面近傍に固溶する。
【００３５】図４（ｅ）に示すように、配線表面にウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層２０を除去した後、図４（ｆ）のように、ＳｉＮなどをスパッタで堆積する。これにより、キャップＳｉＮ１７とＣｕ１６の界面に不純物Ｖ層２１ａの固溶した配線構造が得られる。
【００３６】次に、本発明の第５の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は本発明の第５の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００３７】図５（ａ）〜図５（ｆ）は本発明の第５の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。まず、図５（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２、更にシードのＣｕ１４を薄くスパッタする。続いてＣｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。なお、この図には、Ｃｕ層１６の上にＣｕＯｘの自然酸化膜２０があるように示している。
【００３８】続いて、図５（ｂ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成し、配線表面にウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施して、図５（ｃ）のように、Ｃｕの自然酸化物層２０を除去する。図５（ｄ）のように、Ｓｉなどの不純物を注入エネルギー5keVから10keV、ドーズ量１.0Ｅ１５ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数秒〜１分間アニールする。Ｃｕ表面近傍には非晶質Ｃｕ層２３が形成される。続いて、ＳｉＮなどをスパッタで堆積する。これにより、キャップＳｉＮ層１７とＣｕ層１６との界面に非晶質Ｃｕ層２３存在した配線構造が得られる。
【００３９】次に、このような配線を少なくとも一層含んだ多層配線、例えば、一層ごとに上述した配線構造を有するシングルダマシン構造、または、スルーホールとその上層配線のように、二層に亘って上述した配線構造を有するデュアルダマシン構造に適用した場合の、シングルダマシン構造とデュアルダマシン構造およびその製法について説明する。
【００４０】まず、シングルダマシン構造に適用した本発明の第６の実施形態の銅配線の製造方法を説明する。図７（ａ）〜図7（ｅ）は、本発明の第６の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００４１】本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、シングルダマシン構造に適用した本発明の第６の実施形態の多層配線の製造方法では、図７（ａ）のように、Ｃｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２をスパッタする。
【００４２】続いて、Ｎｂ１３などの不純物を注入エネルギー２keVから５keV、ドーズ量１.0Ｅ14cm-2 程度で注入した後、３５０℃程度で数分間アニールする。すると、図７（ｂ）のように、不純物ＮｂはＴａ１２のごく表面に固溶する。
【００４３】続いて、シードのＣｕ１４を薄くスパッタし、さらに、Ｃｕ１６をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、２５０℃から３５０℃で５分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００４４】続いて、図７（ｃ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて、配線１６ａを形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＣ（１７）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕ１４とＴａ１２の界面近傍に不純物Ｎｂ１５の固溶した配線構造が得られ、この配線を下層配線とする。
【００４５】次に、層間絶縁膜として低誘電率膜１１ａを、続いてＳｉＣＮ（１７ａ）などを薄く成膜する。通常のエッチング法によりスルーホール７１を形成した後、アッシングや洗浄等のクリーニング処理を行う。このスルーホール７１に、配線用の溝と同様、Ｔａ等のバリアメタル１２ａのスパッタ、Ｎｂ等の不純物１５ａの注入とアニール、シードＣｕ１４ｂのスパッタ、Ｃｕ１６ａのメッキ、アニールを行う。
【００４６】続いて、化学的機械的研磨法を行うことにより、Ｔａ等のバリアメタル１２ａ、シードＣｕ１４ｂ、Ｎｂ等の不純物１５ａおよびＣｕ１６ａからなるスルーホール部分が形成される。この後、図７（ｄ）のように、層間膜１１ａを堆積し、上層配線を下層配線と同様の方法で形成し、図７（ｅ）のように、シングルダマシン構造の多層配線を製造する。
【００４７】この例では、下層／スルーホール／上層配線のすべてに、シードＣｕとＴａの界面に不純物が固溶した構造を示したが、下層／スルーホール／上層配線いずれかに本発明を用いた構造も製造可能である。また、配線の層数は２層に限らず、より多層の場合でも適用できる。また、スルーホールがＣｕである場合を例示したが、Ｗ等の他の物質であってもよい。
【００４８】次に、本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、デュアルダマシン構造で、ビアを開口してから配線用の溝を形成するビアファースト構造に適用した本発明の第７の実施形態の銅配線の製造方法を説明する。図８（ａ）〜図８（ｅ）は、本発明の第７の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００４９】本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、デュアルダマシン構造で、ビアファースト構造に適用した本発明の第７の実施形態の多層配線の製造方法では、図８（ａ）のように、Ｃｕ配線用の溝形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２、更にシードのＣｕ１４を薄くスパッタする。
【００５０】続いて、Ｔａなどの不純物を注入エネルギー５keV、ドーズ量１.0Ｅ15cm-2 程度で注入した後、４００℃程度で数分間アニールする。図８（ｂ）のように、シードＣｕ１４とバリアのＴａ１２界面近傍のＣｕは非晶質化する。
【００５１】続いて、Ｃｕ１６ａをメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約３８０℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕ１６ａを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。
【００５２】さらに、図８（ｃ）のように、配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ１７などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１４ａ）の存在した配線構造が得られ、この配線を下層配線とする。
【００５３】さらに、スルーホール部分８１の層間絶縁膜として低誘電率膜１１ａ、続いてＳｉＣＮ（１７ａ）など、続いて上層配線の層間絶縁膜として低誘電率膜、ＳｉＯ2膜（１１ｂ）を堆積する。さらに、反射防止膜、フォトレジスト、エッチングマスクを堆積し、フルオロカーボン系等のガスを用いて、スルーホール８１をエッチングにより開口する。
【００５４】次に、図８（ｄ）のように、開口部の剥離処理等を行った後、反射防止膜、更にフォトレジスト、エッチングマスクを堆積し、上層配線用の溝８２を形成する。図８（ｅ）のように、通常の剥離や洗浄処理を行った後、下層配線で行ったのと同様、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２ｃ、シードＣｕ１４ｄのスパッタ、Ｔａ（１３ｃ）などの不純物の注入を注入エネルギー５keV、ドーズ量１.0Ｅ15cm-2で行い、さらに、アニールを行い、シードＣｕとバリアのＴａ界面近傍のＣｕを非晶質化させる。
【００５５】続いて、Ｃｕ（１６ｄ）をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約３８０℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００５６】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ（１７ｃ）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１４ｆ）の存在した積層構造を形成することができる。
【００５７】この例では、下層／スルーホールと上層配線の両方に、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１４ｆ）の存在した構造を示したが、下層／スルーホールと上層配線のいずれかに本発明を用いた構造も製造可能である。また、配線の層数は２層に限らず、より多層の場合でも適用できる。
【００５８】次に、デュアルダマシンの形成法として、本発明の第７の実施形態の銅配線の製造方法に示した、スルーホールを開口し、続いて、上層配線用の配線溝を形成する方法（ビアファースト）のほかに、まず配線溝を形成し、次いで、スルーホールを形成する方法（トレンチファースト）の例を、本発明の第８の実施形態の銅配線の製造方法として示す。
【００５９】すなわち、デュアルダマシン構造で、トレンチファースト構造に適用した場合を説明する。図９（ａ）〜図９（ｅ）は、本発明の第８の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００６０】本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、デュアルダマシン構造で、ビアファースト構造に適用した本発明の第８の実施形態の多層配線の製造方法では、図９（ａ）のように、Ｃｕ配線用の溝形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２、更にシードのＣｕ１４を薄くスパッタする。
【００６１】続いて、Ｓｉ（１８）などの不純物を含む固相を数 nm 堆積し、４００℃程度で数分間アニールし、図９（ｂ）のように、シードＣｕ１４とＴａ（１２）との界面にＣｕ−Ｓｉ化合物（１８ａ）を形成する。そして、Ｃｕ（１６ａ）をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、３５０℃から４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００６２】続いて、図９（ｃ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ（１７）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕとＴａの界面にＣｕ−Ｓｉ化合物（１８ａ）の存在した配線構造が得られ、この配線を下層配線とする。
【００６３】スルーホール部分の層間絶縁膜として低誘電率膜１１ｃ、続いてＳｉＣＮ（１７ｄ）など、続いて上層配線の層間絶縁膜として低誘電率膜、ＳｉＯ2膜１１ｄを堆積する。さらに、反射防止膜、フォトレジスト、エッチングマスクを堆積し、フルオロカーボン系等のガスを用いて、上層配線用の溝９１をエッチングにより開口する。
【００６４】図９（ｄ）のように、エッチングマスク除去後、スルーホール開口用の反射防止膜、更にフォトレジスト、エッチングマスクを堆積しエッチングを行い、スルーホール９２を形成する。
【００６５】通常の剥離や洗浄処理を行った後、下層配線で行なったのと同様、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２ｄ、シードＣｕ（１４ｇ）のスパッタ、Ｔａ（１２ｄ）などの不純物の注入（注入エネルギー５keV、ドーズ量１.01E15cm-2）、アニールを行い、シードＣｕとバリアのＴａ界面近傍のＣｕ（１８ｂ、１８ｃ）を非晶質化させる。
【００６６】続いて、図９（ｅ）のように、Ｃｕ（１６ｅ）をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約３８０℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００６７】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ（１７ｆ）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕ（１４ｇ）とＴａ（１２ｄ）の界面に非晶質Ｃｕ（１８ｂ、１８ｃ）の存在した積層構造を形成することができる。
【００６８】この例では、下層配線でシードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕが、スルーホールと上層配線でシードＣｕとＴａの界面にＣｕ−Ｓｉ化合物の存在した配線構造を示したが、下層／スルーホールと上層配線の両方で同じ構造である場合または、どちらか片方に、本発明の第１の実施形態の銅配線の製造方法から本発明の第５の実施形態の銅配線の製造方法のいずれかを取り入れた構造である場合等、いくつもの組み合わせに適用可能である。また、配線の層数は２層に限らず、より多層の場合でも適用できる。
【００６９】なお、ＥＭの拡散機構には、その主拡散経路によって、格子拡散、粒界拡散、界面拡散などがある。この拡散は多くの場合、空孔を介して行われることが知られている。その場合、第一段階として空孔の生成、第二段階として空孔の交換（による物質移動）がおこり、両者でほぼ同程度の活性化エネルギを要するといわれている。このため、もともと空孔の多く存在している粒界や界面を介して行われる粒界拡散や界面拡散は、空孔の生成が不要な分だけ格子拡散より活性化エネルギーが低く、拡散が速くなる。
【００７０】また、Ａｌ配線におけるＥＭ抑制の例として、特許文献１のように、Ａｌに例えばＣｕのような不純物を少量添加する例がある。これは、非特許文献１のように、不純物がＡｌの粒界に析出して、空孔濃度を下げることにより、粒界拡散の寄与を減少させるためであると考えられる。Ｃｕ配線では、ＥＭ主拡散経路はＣｕと他の物資との界面であると考えられている。このため、界面の空孔を選択的になくせばいいと考えられる。
【００７１】Ｃｕに添加する不純物としては、多くのものが可能である。界面に析出するもののほかに、一例として、ＮｂやＴａなど、Ｃｕと全率固溶するものも適している。例えばＣｕ／Ｎｂ積層では、ＣｕとＮｂとの界面でＣｕ−Ｎｂ化合物が連続的に存在し、空孔が激減する。不純物が析出する場合と比較して、不純物による抵抗上昇がないという点でも有利である。Ｎｂと同族のＶなどもよいと考えられる。
【００７２】また、最近では、Ｃｕ−Ｓｉ化合物がＥＭ向上に寄与すると考えられていることから、Ｓｉを制御性良くイオン注入する方法なども好ましい。ほかに、酸化物が導電性を示すＲｕなども、界面におけるＣｕＯｘを除去しＲｕＯｘとして導電性を保つという観点からも好ましい。
【００７３】更に、界面構造を連続的にするという観点で考えると、Ｃｕをアモルファス化して、空孔をなくすということも有効であると考えられる。したがって、不純物のイオン注入条件は、Ｃｕのごく表面近傍をアモルファス化する条件でも良い。Ｃｕの界面近傍をアモルファス化することに付随する長所は、室温でも起こるＣｕの結晶粒成長時に、面方位による成長速度の違いによって起こる、キャップ層などのパッシベーション膜への応力の不均衡や局所集中などが無くなり、密着性や機械的強度などの物性が向上することである。また、前述のＣｕＳｉｘ化処理の前処理としてこのＣｕアモルファス化処理を行うことにより、ＣｕＳｉｘを均一に生成することができることなど、多くの効果がある。
【００７４】
【発明の効果】以上説明した本発明の構成によれば、配線幅がＣｕの平均粒径より狭く粒界がバンブー構造になったとき、寿命が長くなるバンブー効果が現れ、Ａｌ配線に比べ２桁程度寿命が延びるという効果がある。
【００７５】この理由は、Ｃｕとバリアメタル（やキャップなど）の界面近傍で空隙に析出した不純物が存在している場合や、Ｃｕとバリアメタル（やキャップなど）の界面で非晶質Ｃｕが存在している場合、通常の異物質間の界面に多く存在する空孔が少なくなるので、空孔を介して起こる界面拡散を抑えることができる。このため、ＥＭによる原子の拡散経路として、界面の寄与が減少し、これにより、Ｃｕの主拡散機構は格子拡散となる。
【００７６】また、この不純物は、界面に析出するだけではなく、界面で化合物を形成していてもよい。例えば、ＴａやＮｂ等は、Ｃｕと全率固溶することが知られており、これらの化合物が存在することにより、界面の空孔が減少し、ＥＭ寿命が向上していることが考えられる。Ｃｕ表面をシリサイド処理することでＥＭが延びるという報告もあるが、本発明と組み合わせることにより、更に寿命が延びることが期待できる。
【００７７】また、多層の配線に用いることにより、一つの層を形成するたびに行なわれる熱処理起因のストレスマイグレーションに対し、大きな耐性を有するようになる。シングルダマシン構造では、スルーホールの物質にＣｕより高融点の物質を選択することにより、配線信頼性の更に高い配線構造を製造することが可能である。デュアルダマシン構造では、ビアの密着性を向上できるため、初期不良率の低減に寄与するほか、故障モードの一つであるビアでのＣｕ凝集を抑制できる利点を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第４の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第５の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は従来例の銅配線形成工程を説明する銅配線の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第７の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図９】（ａ）〜（e）は本発明の第８の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【符号の説明】
１０ 溝
１１ 絶縁層
１２ バリアメタル（Ｔａ）層
１３ 不純物Ｎｂ
１３ａ 不純物Ｔａ
１４，１４ｂ シードＣｕ層
１４ａ，２３ 非晶質Ｃｕ層
１５ 不純物（Ｎｂ）部
１６ Ｃｕ層
１６ａ Ｃｕ配線
１７ ＳｉＮ層
１７ａ Ｓｉ絶縁層
１８ Ｓｉ層
１８ａ Ｃｕ―Ｓｉ化合物層
２０ 自然酸化物（ＣｕＯ）層
２１ 不純物Ｖ
２１ａ 不純物Ｖ層
２２ 不純物Ｓｉ
８１，８２，９１，９２ 溝
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、銅配線構造およびその製造方法に関し、特にＣｕの配線寿命を長くした銅配線構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話を始めとする情報電子機器に使用される半導体集積回路の高性能化、高機能化が計られていることは、良く知られている。このような半導体集積回路は、多くの回路素子、例えば、トランジスタなどを有した構成である。また、このような半導体集積回路は、高精度の半導体製造プロセスを用いて、製造されていることも、周知の事実である。さらに、上述した高精度の半導体製造プロセスの中で、配線寿命を長くした配線構造が注目され、特に、銅の配線構造が注目されている。
【０００３】従来例の銅配線の製造方法を、図６（ａ）〜図６（ｄ）の断面図を参照して、説明する。
【０００４】まず、従来例の銅配線の製造方法では、図６（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル（Ｔａ）層１２を薄くスパッタして形成する。さらに、図６（ｂ）のように、シードのＣｕを薄くスパッタし、シードＣｕ層１４を形成する。続いて、Ｃｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層（Ｔａ）１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。続いて、図６（ｃ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて、平坦にして配線１６ａを形成する。この配線表面に、洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図６（ｄ）のように、ＳｉＮなどをスパッタで堆積し、ＳｉＮ層１７を形成する。
【０００５】また、Ａｌ配線におけるエレクトロマイグレーション（以降、ＥＭと略記する）抑制の例として、特許文献１のように、Ａｌに例えばＣｕのような不純物を少量添加する例がある。これは非特許文献１のように、不純物がＡｌの粒界に析出して、空孔濃度を下げることにより、粒界拡散の寄与を減少させるためであると考えられる。Ｃｕ配線では、ＥＭ主拡散経路はＣｕと他の物資との界面であると考えられている。このため、界面の空孔を選択的になくせばいいと考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１０７１１０号公報（段落番号００１５乃至段落番号００２０、図１）
【非特許文献１】'Al-Ti and Al-Ti-Si thin alloy films', Albertus G. Dirks, TienTien, and Janet M. Towner ,Journal of Applied Physics,vol59-6(1968),PP2010
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような銅配線の製造方法は、ＥＭ耐性が低く、特に細い配線で、Ａｌ配線より寿命が短いという問題がある。その理由は、Ａｌ配線では、配線幅がＡｌの平均粒径より狭く粒界がバンブー構造となる場合、Ａｌの格子拡散が主拡散機構となる。この格子拡散は、粒界拡散または界面拡散よりも非常に遅い。したがって、バンブー粒界構造を達成するような細い配線では、粒界拡散が支配的な太い配線よりもＥＭ寿命が長く延びる。
【０００８】これに対しＣｕ配線では、配線幅がＣｕの平均粒径より狭く粒界がバンブー構造となっても、Ｃｕの格子拡散が主拡散機構ではなく、界面拡散が主拡散機構となる。このため、細い配線でＡｌ配線の場合にみられるＥＭ寿命の増大が、Ｃｕ配線の場合にはみられない。したがって、配線幅が細い場合には、Ｃｕ配線寿命はＡｌ配線寿命より短くなる。
【０００９】したがって、本発明の目的は、これらの問題を解決し、配線寿命を長くした銅配線構造およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の銅配線構造の構成は、Ｃｕとバリアメタル、あるいはＣｕとキャップ層との界面近傍に、ＣｕまたはＣｕ合金層とバリアメタル層との界面にできる空孔を減らすためのＣｕ中に添加された空孔低減不純物を析出させるか、非晶質Ｃｕを存在させることにより、界面近傍の空孔を減らし、ＣｕのＥＭに対する界面拡散の寄与を減少させ、寿命を増大させ、同時に、密着性を高め、ストレスマイグレーション耐性を向上させたことを特徴とする。
【００１１】また、本発明の銅配線の製造方法の構成は、配線用の溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、ＣｕまたはＣｕ合金層とバリアメタル層との界面にできる空孔を減らすためのＣｕ中に添加された空孔低減不純物を前記バリアメタルにイオン注入し熱処理を行って、シードとなるＣｕをスパッタした後、その上に配線となるＣｕを堆積させ、前記Ｃｕと前記バリアメタルの界面近傍に空孔低減不純物を析出させるか、非晶質Ｃｕを存在させることを特徴とする。
【００１２】またさらに、本発明の他の銅配線の製造方法の構成は、配線面に形成された配線用の溝にＣｕやＣｕ合金を埋め込み、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成した後、Ｃｕ中の拡散が非常に遅い不純物をイオン注入し熱処理を行い、前記配線表面に洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、前記キャップ層をスパッタで堆積することにより、前記キャップ層との界面近傍のＣｕを非晶質化させることを特徴とする。
【００１３】さらに、本発明において、ＣｕまたはＣｕ合金層とバリアメタル層との界面にできる空孔を減らすためのＣｕ中に添加された空孔低減不純物をイオン注入し熱処理する代わりに、前記不純物を固相で堆積させた後で熱拡散させるようにすることができ、また、配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、空孔低減不純物をイオン注入することができ、さらに、配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、空孔低減不純物を固相で堆積させることができ、また、空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕまたはＶからなることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。まず、本発明の第1の実施形態の銅配線の製造方法について、説明する。図１（ａ）〜図１（ｅ）は本発明の第1の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００１５】本発明の第1の実施形態の銅配線の製造工程は、まず、図１（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、これらの上にＴａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル（Ｔａ）層１２をスパッタにより形成する。続いて、図１（ｂ）のように、Ｎｂなどの不純物１３を注入エネルギー２keVから５keV、ドーズ量１.0Ｅ１４ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数分間アニールすると、不純物ＮｂがＴａのごく表面に固溶し、不純物（Ｎｂ）部１５を形成する。
【００１６】次に、図１（ｃ）のように、シードのＣｕを薄くスパッタしシードＣｕ層１４を形成し、続いてＣｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。続いて化学的機械的研磨法等を用いて、平坦化して図１（ｄ）のように、配線１６ａを形成する。この配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図１（ｅ）のように、ＳｉＮなどをスパッタして絶縁層１７を堆積する。
【００１７】このようにして、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎｂ１３の固溶した配線構造が得られる。
【００１８】また、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に、不純物（例えば、Ｓｉ）の析出した配線構造を得る場合は、以下の工程ように実施する。
【００１９】まず、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎｂ１３の固溶した配線構造の製造工程と同様に、図1（ａ）のように、バリアメタル（Ｔａ）層１２をスパッタにより形成する。
【００２０】続いて、図１（ｂ）のように、不純物Ｎｂ１３の代わりに、Ｓｉなどの不純物を注入エネルギー５keVから１０keV、ドーズ量を2.0Ｅ14ｃｍ-2から5.0Ｅ14ｃｍ-2程度で注入した後、８５０℃程度で数分間アニールすると、不純物ＳｉがＴａのごく表面に析出し、不純物（Ｓｉ）部１５aを形成する。
【００２１】この後の製造工程は、配線層のシードＣｕ層１４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎｂ１３の固溶した配線構造の製造工程と同様に、図１（ｃ）から図１（ｅ）に示す製造工程順に、実施される。
【００２２】なお、本実施形態では、絶縁層１１に配線溝１０を設けた場合を説明したが、配線溝１０が半導体層や他の配線層上や、これらを組合せたものの上に形成されてもよいことは明らかである。
【００２３】次に、本発明の第２の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は本発明の第２の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００２４】まず、図２（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル層１２、更にシードのＣｕによるシードＣｕ層１４を薄くスパッタにより形成する。続いて、図２（ｂ）のように、Ｔａなどの不純物１３ａを注入エネルギー５keV、ドーズ量を1.0Ｅ15ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数分間アニールする。シードＣｕとバリアのＴａ界面近傍のＣｕは非晶質化し、非晶質Ｃｕ層１４ａが形成される。
【００２５】続いて、図２（ｃ）のように、Ｃｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００２６】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、図２（ｄ）のように、配線１６ａを形成する。この配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図２（ｅ）のように、ＳｉＮなどをスパッタして絶縁層１７を堆積する。これにより、シードＣｕ１４とＴａ１２との界面に非晶質Ｃｕ１４ａの存在した配線構造が得られる。
【００２７】次に、本発明の第３の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図３（ａ）〜図３（ｅ）は本発明の第３の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００２８】まず、図３（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル層１２、更にシードのＣｕによるシードＣｕ層１４を薄くスパッタにより形成する。
【００２９】続いて、図３（ｂ）のように、Ｓｉなどの不純物を含む固相のＳｉ層１８を数ｎｍ堆積し、９００℃程度で数分間アニールし、シードＣｕ１４とＴａ層１２との界面にＣｕ−Ｓｉ化合物層１８ａを形成する。
【００３０】続いて、Ｃｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、図３（ｃ）のように、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝１０内に均一に充填させる。
【００３１】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、図３（ｄ）のように、配線１８ａを形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、図３（ｅ）のように、ＳｉＮなどをスパッタで堆積し、ＳｉＮ絶縁層１７を形成する。これにより、シードＣｕ層１４とバリアメタル層Ｔａ１２の界面にＣｕ−Ｓｉ化合物層１８ａの存在した配線構造が得られる。
【００３２】次に、本発明の第４の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図４（ａ）〜図４（ｆ）は本発明の第４の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００３３】まず、図４（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル層１２、更にシードのＣｕ層１４を薄くスパッタする。続いてＣｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００３４】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、図４（ｂ）のように、配線１６ａを形成する。なお、この図には、Ｃｕ層１６の上にＣｕＯｘの自然酸化膜２０があるように示している。ここで、図４（ｃ）のように、Ｖなどの不純物２１を注入エネルギー２keVから５keV、ドーズ量１.0Ｅ１４ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数分間アニールする。この不純物Ｖは表面のＣｕＯｘ（２０）と配線Ｃｕの界面近傍に固溶する。
【００３５】図４（ｅ）に示すように、配線表面にウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層２０を除去した後、図４（ｆ）のように、ＳｉＮなどをスパッタで堆積する。これにより、キャップＳｉＮ１７とＣｕ１６の界面に不純物Ｖ層２１ａの固溶した配線構造が得られる。
【００３６】次に、本発明の第５の実施形態の銅配線の製造方法について説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は本発明の第５の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００３７】図５（ａ）〜図５（ｆ）は本発明の第５の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。まず、図５（ａ）のように、絶縁層１１上にＣｕ配線用の溝１０形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２、更にシードのＣｕ１４を薄くスパッタする。続いてＣｕをメッキなどの方法で厚く堆積し、Ｃｕ層１６を形成する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。なお、この図には、Ｃｕ層１６の上にＣｕＯｘの自然酸化膜２０があるように示している。
【００３８】続いて、図５（ｂ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成し、配線表面にウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施して、図５（ｃ）のように、Ｃｕの自然酸化物層２０を除去する。図５（ｄ）のように、Ｓｉなどの不純物を注入エネルギー5keVから10keV、ドーズ量１.0Ｅ１５ｃｍ-2程度で注入した後、９００℃程度で数秒〜１分間アニールする。Ｃｕ表面近傍には非晶質Ｃｕ層２３が形成される。続いて、ＳｉＮなどをスパッタで堆積する。これにより、キャップＳｉＮ層１７とＣｕ層１６との界面に非晶質Ｃｕ層２３存在した配線構造が得られる。
【００３９】次に、このような配線を少なくとも一層含んだ多層配線、例えば、一層ごとに上述した配線構造を有するシングルダマシン構造、または、スルーホールとその上層配線のように、二層に亘って上述した配線構造を有するデュアルダマシン構造に適用した場合の、シングルダマシン構造とデュアルダマシン構造およびその製法について説明する。
【００４０】まず、シングルダマシン構造に適用した本発明の第６の実施形態の銅配線の製造方法を説明する。図７（ａ）〜図7（ｅ）は、本発明の第６の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００４１】本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、シングルダマシン構造に適用した本発明の第６の実施形態の多層配線の製造方法では、図７（ａ）のように、Ｃｕ配線用の溝１０を形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２をスパッタする。
【００４２】続いて、Ｎｂ１３などの不純物を注入エネルギー２keVから５keV、ドーズ量１.0Ｅ14cm-2 程度で注入した後、３５０℃程度で数分間アニールする。すると、図７（ｂ）のように、不純物ＮｂはＴａ１２のごく表面に固溶する。
【００４３】続いて、シードのＣｕ１４を薄くスパッタし、さらに、Ｃｕ１６をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、２５０℃から３５０℃で５分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００４４】続いて、図７（ｃ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて、配線１６ａを形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＣ（１７）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕ１４とＴａ１２の界面近傍に不純物Ｎｂ１５の固溶した配線構造が得られ、この配線を下層配線とする。
【００４５】次に、層間絶縁膜として低誘電率膜１１ａを、続いてＳｉＣＮ（１７ａ）などを薄く成膜する。通常のエッチング法によりスルーホール７１を形成した後、アッシングや洗浄等のクリーニング処理を行う。このスルーホール７１に、配線用の溝と同様、Ｔａ等のバリアメタル１２ａのスパッタ、Ｎｂ等の不純物１５ａの注入とアニール、シードＣｕ１４ｂのスパッタ、Ｃｕ１６ａのメッキ、アニールを行う。
【００４６】続いて、化学的機械的研磨法を行うことにより、Ｔａ等のバリアメタル１２ａ、シードＣｕ１４ｂ、Ｎｂ等の不純物１５ａおよびＣｕ１６ａからなるスルーホール部分が形成される。この後、図７（ｄ）のように、層間膜１１ａを堆積し、上層配線を下層配線と同様の方法で形成し、図７（ｅ）のように、シングルダマシン構造の多層配線を製造する。
【００４７】この例では、下層／スルーホール／上層配線のすべてに、シードＣｕとＴａの界面に不純物が固溶した構造を示したが、下層／スルーホール／上層配線いずれかに本発明を用いた構造も製造可能である。また、配線の層数は２層に限らず、より多層の場合でも適用できる。また、スルーホールがＣｕである場合を例示したが、Ｗ等の他の物質であってもよい。
【００４８】次に、本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、デュアルダマシン構造で、ビアを開口してから配線用の溝を形成するビアファースト構造に適用した本発明の第７の実施形態の銅配線の製造方法を説明する。図８（ａ）〜図８（ｅ）は、本発明の第７の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００４９】本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、デュアルダマシン構造で、ビアファースト構造に適用した本発明の第７の実施形態の多層配線の製造方法では、図８（ａ）のように、Ｃｕ配線用の溝形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２、更にシードのＣｕ１４を薄くスパッタする。
【００５０】続いて、Ｔａなどの不純物を注入エネルギー５keV、ドーズ量１.0Ｅ15cm-2 程度で注入した後、４００℃程度で数分間アニールする。図８（ｂ）のように、シードＣｕ１４とバリアのＴａ１２界面近傍のＣｕは非晶質化する。
【００５１】続いて、Ｃｕ１６ａをメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約３８０℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕ１６ａを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。
【００５２】さらに、図８（ｃ）のように、配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ１７などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１４ａ）の存在した配線構造が得られ、この配線を下層配線とする。
【００５３】さらに、スルーホール部分８１の層間絶縁膜として低誘電率膜１１ａ、続いてＳｉＣＮ（１７ａ）など、続いて上層配線の層間絶縁膜として低誘電率膜、ＳｉＯ2膜（１１ｂ）を堆積する。さらに、反射防止膜、フォトレジスト、エッチングマスクを堆積し、フルオロカーボン系等のガスを用いて、スルーホール８１をエッチングにより開口する。
【００５４】次に、図８（ｄ）のように、開口部の剥離処理等を行った後、反射防止膜、更にフォトレジスト、エッチングマスクを堆積し、上層配線用の溝８２を形成する。図８（ｅ）のように、通常の剥離や洗浄処理を行った後、下層配線で行ったのと同様、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２ｃ、シードＣｕ１４ｄのスパッタ、Ｔａ（１３ｃ）などの不純物の注入を注入エネルギー５keV、ドーズ量１.0Ｅ15cm-2で行い、さらに、アニールを行い、シードＣｕとバリアのＴａ界面近傍のＣｕを非晶質化させる。
【００５５】続いて、Ｃｕ（１６ｄ）をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約３８０℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００５６】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ（１７ｃ）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１４ｆ）の存在した積層構造を形成することができる。
【００５７】この例では、下層／スルーホールと上層配線の両方に、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１４ｆ）の存在した構造を示したが、下層／スルーホールと上層配線のいずれかに本発明を用いた構造も製造可能である。また、配線の層数は２層に限らず、より多層の場合でも適用できる。
【００５８】次に、デュアルダマシンの形成法として、本発明の第７の実施形態の銅配線の製造方法に示した、スルーホールを開口し、続いて、上層配線用の配線溝を形成する方法（ビアファースト）のほかに、まず配線溝を形成し、次いで、スルーホールを形成する方法（トレンチファースト）の例を、本発明の第８の実施形態の銅配線の製造方法として示す。
【００５９】すなわち、デュアルダマシン構造で、トレンチファースト構造に適用した場合を説明する。図９（ａ）〜図９（ｅ）は、本発明の第８の実施形態の銅配線を製造工程順に示した断面図である。
【００６０】本発明の実施形態の銅配線の製造方法を、デュアルダマシン構造で、ビアファースト構造に適用した本発明の第８の実施形態の多層配線の製造方法では、図９（ａ）のように、Ｃｕ配線用の溝形成後、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２、更にシードのＣｕ１４を薄くスパッタする。
【００６１】続いて、Ｓｉ（１８）などの不純物を含む固相を数 nm 堆積し、４００℃程度で数分間アニールし、図９（ｂ）のように、シードＣｕ１４とＴａ（１２）との界面にＣｕ−Ｓｉ化合物（１８ａ）を形成する。そして、Ｃｕ（１６ａ）をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、３５０℃から４００℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００６２】続いて、図９（ｃ）のように、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ（１７）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕとＴａの界面にＣｕ−Ｓｉ化合物（１８ａ）の存在した配線構造が得られ、この配線を下層配線とする。
【００６３】スルーホール部分の層間絶縁膜として低誘電率膜１１ｃ、続いてＳｉＣＮ（１７ｄ）など、続いて上層配線の層間絶縁膜として低誘電率膜、ＳｉＯ2膜１１ｄを堆積する。さらに、反射防止膜、フォトレジスト、エッチングマスクを堆積し、フルオロカーボン系等のガスを用いて、上層配線用の溝９１をエッチングにより開口する。
【００６４】図９（ｄ）のように、エッチングマスク除去後、スルーホール開口用の反射防止膜、更にフォトレジスト、エッチングマスクを堆積しエッチングを行い、スルーホール９２を形成する。
【００６５】通常の剥離や洗浄処理を行った後、下層配線で行なったのと同様、Ｔａ等の高融点金属を主構成成分としたバリアメタル１２ｄ、シードＣｕ（１４ｇ）のスパッタ、Ｔａ（１２ｄ）などの不純物の注入（注入エネルギー５keV、ドーズ量１.01E15cm-2）、アニールを行い、シードＣｕとバリアのＴａ界面近傍のＣｕ（１８ｂ、１８ｃ）を非晶質化させる。
【００６６】続いて、図９（ｅ）のように、Ｃｕ（１６ｅ）をメッキなどの方法で厚く堆積する。これを、膜厚と配線幅またはいずれか一方に応じて、約３８０℃で１０分〜数時間程度熱処理し、Ｃｕを粒成長させるとともに溝内に均一に充填させる。
【００６７】続いて、化学的機械的研磨法等を用いて、配線を形成する。配線表面に、ウェエット洗浄またはプラズマ照射などの洗浄処理を施し、Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、ＳｉＮ（１７ｆ）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣｕ（１４ｇ）とＴａ（１２ｄ）の界面に非晶質Ｃｕ（１８ｂ、１８ｃ）の存在した積層構造を形成することができる。
【００６８】この例では、下層配線でシードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕが、スルーホールと上層配線でシードＣｕとＴａの界面にＣｕ−Ｓｉ化合物の存在した配線構造を示したが、下層／スルーホールと上層配線の両方で同じ構造である場合または、どちらか片方に、本発明の第１の実施形態の銅配線の製造方法から本発明の第５の実施形態の銅配線の製造方法のいずれかを取り入れた構造である場合等、いくつもの組み合わせに適用可能である。また、配線の層数は２層に限らず、より多層の場合でも適用できる。
【００６９】なお、ＥＭの拡散機構には、その主拡散経路によって、格子拡散、粒界拡散、界面拡散などがある。この拡散は多くの場合、空孔を介して行われることが知られている。その場合、第一段階として空孔の生成、第二段階として空孔の交換（による物質移動）がおこり、両者でほぼ同程度の活性化エネルギを要するといわれている。このため、もともと空孔の多く存在している粒界や界面を介して行われる粒界拡散や界面拡散は、空孔の生成が不要な分だけ格子拡散より活性化エネルギーが低く、拡散が速くなる。
【００７０】また、Ａｌ配線におけるＥＭ抑制の例として、特許文献１のように、Ａｌに例えばＣｕのような不純物を少量添加する例がある。これは、非特許文献１のように、不純物がＡｌの粒界に析出して、空孔濃度を下げることにより、粒界拡散の寄与を減少させるためであると考えられる。Ｃｕ配線では、ＥＭ主拡散経路はＣｕと他の物資との界面であると考えられている。このため、界面の空孔を選択的になくせばいいと考えられる。
【００７１】Ｃｕに添加する不純物としては、多くのものが可能である。界面に析出するもののほかに、一例として、ＮｂやＴａなど、Ｃｕと全率固溶するものも適している。例えばＣｕ／Ｎｂ積層では、ＣｕとＮｂとの界面でＣｕ−Ｎｂ化合物が連続的に存在し、空孔が激減する。不純物が析出する場合と比較して、不純物による抵抗上昇がないという点でも有利である。Ｎｂと同族のＶなどもよいと考えられる。
【００７２】また、最近では、Ｃｕ−Ｓｉ化合物がＥＭ向上に寄与すると考えられていることから、Ｓｉを制御性良くイオン注入する方法なども好ましい。ほかに、酸化物が導電性を示すＲｕなども、界面におけるＣｕＯｘを除去しＲｕＯｘとして導電性を保つという観点からも好ましい。
【００７３】更に、界面構造を連続的にするという観点で考えると、Ｃｕをアモルファス化して、空孔をなくすということも有効であると考えられる。したがって、不純物のイオン注入条件は、Ｃｕのごく表面近傍をアモルファス化する条件でも良い。Ｃｕの界面近傍をアモルファス化することに付随する長所は、室温でも起こるＣｕの結晶粒成長時に、面方位による成長速度の違いによって起こる、キャップ層などのパッシベーション膜への応力の不均衡や局所集中などが無くなり、密着性や機械的強度などの物性が向上することである。また、前述のＣｕＳｉｘ化処理の前処理としてこのＣｕアモルファス化処理を行うことにより、ＣｕＳｉｘを均一に生成することができることなど、多くの効果がある。
【００７４】
【発明の効果】以上説明した本発明の構成によれば、配線幅がＣｕの平均粒径より狭く粒界がバンブー構造になったとき、寿命が長くなるバンブー効果が現れ、Ａｌ配線に比べ２桁程度寿命が延びるという効果がある。
【００７５】この理由は、Ｃｕとバリアメタル（やキャップなど）の界面近傍で空隙に析出した不純物が存在している場合や、Ｃｕとバリアメタル（やキャップなど）の界面で非晶質Ｃｕが存在している場合、通常の異物質間の界面に多く存在する空孔が少なくなるので、空孔を介して起こる界面拡散を抑えることができる。このため、ＥＭによる原子の拡散経路として、界面の寄与が減少し、これにより、Ｃｕの主拡散機構は格子拡散となる。
【００７６】また、この不純物は、界面に析出するだけではなく、界面で化合物を形成していてもよい。例えば、ＴａやＮｂ等は、Ｃｕと全率固溶することが知られており、これらの化合物が存在することにより、界面の空孔が減少し、ＥＭ寿命が向上していることが考えられる。Ｃｕ表面をシリサイド処理することでＥＭが延びるという報告もあるが、本発明と組み合わせることにより、更に寿命が延びることが期待できる。
【００７７】また、多層の配線に用いることにより、一つの層を形成するたびに行なわれる熱処理起因のストレスマイグレーションに対し、大きな耐性を有するようになる。シングルダマシン構造では、スルーホールの物質にＣｕより高融点の物質を選択することにより、配線信頼性の更に高い配線構造を製造することが可能である。デュアルダマシン構造では、ビアの密着性を向上できるため、初期不良率の低減に寄与するほか、故障モードの一つであるビアでのＣｕ凝集を抑制できる利点を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第４の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第５の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は従来例の銅配線形成工程を説明する銅配線の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第７の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【図９】（ａ）〜（e）は本発明の第８の実施形態の銅配線形成工程を説明するその断面図である。
【符号の説明】
１０ 溝
１１ 絶縁層
１２ バリアメタル（Ｔａ）層
１３ 不純物Ｎｂ
１３ａ 不純物Ｔａ
１４，１４ｂ シードＣｕ層
１４ａ，２３ 非晶質Ｃｕ層
１５ 不純物（Ｎｂ）部
１６ Ｃｕ層
１６ａ Ｃｕ配線
１７ ＳｉＮ層
１７ａ Ｓｉ絶縁層
１８ Ｓｉ層
１８ａ Ｃｕ―Ｓｉ化合物層
２０ 自然酸化物（ＣｕＯ）層
２１ 不純物Ｖ
２１ａ 不純物Ｖ層
２２ 不純物Ｓｉ
８１，８２，９１，９２ 溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項２】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項３】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在している、前記Ｃｕを非晶質化した空孔低減非晶質層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項４】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在し、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項５】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項６】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項７】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在している、前記Ｃｕを非晶質化した空孔低減非晶質層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項８】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在し、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項９】 前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項１、２、５または６項に記載の銅配線構造。
【請求項１０】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記バリアメタルにイオン注入し、熱処理を行って、シードとなるシードＣｕをスパッタした後、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とした銅配線の製造方法。
【請求項１１】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項１０記載の銅配線の製造方法。
【請求項１２】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項１０記載の銅配線の製造方法。
【請求項１３】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項１０記載の銅配線の製造方法。
【請求項１４】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を、固相で堆積させた後で熱拡散させ、シードとなるシードＣｕをスパッタした後、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とした銅配線の製造方法。
【請求項１５】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項１４記載の銅配線の製造方法。
【請求項１６】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項１４記載の銅配線の製造方法。
【請求項１７】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、シードとなるシードＣｕをスパッタし、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記シードにイオン注入し、熱処理を行い、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とした銅配線の製造方法。
【請求項１８】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項１７記載の銅配線の製造方法。
【請求項１９】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項１７記載の銅配線の製造方法。
【請求項２０】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項１７記載の銅配線の製造方法。
【請求項２１】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層とを有する銅配線の製造方法であって、配線面に形成された配線用の溝にＣｕまたはＣｕ合金を埋め込み、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成した後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物をイオン注入し熱処理を行い、前記配線表面に洗浄処理を施し、前記Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、キャップ層をスパッタで堆積することにより、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とする銅配線の製造方法。
【請求項２２】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項２１記載の銅配線の製造方法。
【請求項２３】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項２１記載の銅配線の製造方法。
【請求項２４】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項２１記載の銅配線の製造方法。
【請求項２５】 前記空孔低減不純物をイオン注入し熱処理する代わりに、前記空孔低減不純物を固相で堆積させた後で熱拡散させるようにする請求項２１、２２または２４記載の銅配線の製造方法。
【請求項２６】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物をイオン注入する請求項２１、２２、２３または２４記載の銅配線の製造方法。
【請求項２７】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物を固相で堆積させる請求項２５記載の銅配線の製造方法。
【請求項２８】 前記空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項１０乃至２７項に記載の銅配線の製造方法。
【請求項２９】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３０】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３１】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在している、Ｃｕの空孔低減非晶質層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３２】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在している、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３３】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３４】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３５】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在している、前記Ｃｕを非晶質化した空孔低減非晶質層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３６】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在し、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３７】 Ｃｕ中に添加された不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項２９、３０、３３または３４項に記載の多層配線構造。
【請求項３８】 前記多層配線構造は、シングルダマシンである請求項２９至３７のずれか1項に記載の多層配線構造。
【請求項３９】 前記多層配線構造は、デュアルダマシンである請求項２９至３７のいずれか1項に記載の多層配線構造。
【請求項４０】 前記デュアルダマシンは、ビアを開口してから配線用の溝を形成するプロセスであるビアファーストプロセスで製造される請求項３９項に記載の多層配線構造。
【請求項４１】 前記デュアルダマシンは、配線用の溝を形成してからビアを開口するプロセスであるトレンチファーストプロセスで製造される請求項３９項に記載の多層配線構造。
【請求項４２】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕや前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記バリアメタルにイオン注入し、熱処理を行って、シードとなるＣｕをスパッタした後、その上に配線となるＣｕを堆積させ、前記１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項４３】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項４２記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４４】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項４２記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４５】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項４２記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４６】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕや前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を、固相で堆積させた後で熱拡散させ、シードとなるシードＣｕをスパッタした後、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項４７】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項４６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４８】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項４６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４９】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、シードとなるシードＣｕをスパッタし、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記シードにイオン注入し、熱処理を行い、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項５０】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項４９記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５１】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項４９記載の多層配線構造の多層配線構造の製造方法。
【請求項５２】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項４９記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５３】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、配線面に形成された配線用の溝にＣｕまたはＣｕ合金を埋め込み、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成した後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物をイオン注入し熱処理を行い、前記配線表面に洗浄処理を施し、前記Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、キャップ層をスパッタで堆積することにより、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項５４】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項５３記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５５】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項５３記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５６】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項５３記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５７】 前記空孔低減不純物をイオン注入し熱処理する代わりに、前記空孔低減不純物を固相で堆積させた後で熱拡散させるようにする請求項５３、５４または５６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５８】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物をイオン注入する請求項５３、５４、５５または５６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５９】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物を固相で堆積させる請求項５７記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６０】 前記空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項４２乃至５９のうちの１項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６１】 前記多層配線構造は、シングルダマシン方法で形成された請求項４２乃至６０のいずれか1項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６２】 前記多層配線構造は、デュアルダマシン方法で形成された請求項４２乃至５０のいずれか1項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６３】 前記デュアルダマシンは、ビアを開口してから配線用の溝を形成するプロセスであるビアファーストプロセスで形成された請求項６２に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６４】 前記デュアルダマシンは、配線用の溝を形成してからビアを開口するプロセスであるトレンチファーストプロセスで形成された請求項６２項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項１】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項２】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項３】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在している、前記Ｃｕを非晶質化した空孔低減非晶質層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項４】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在し、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項５】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項６】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項７】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在している、前記Ｃｕを非晶質化した空孔低減非晶質層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項８】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在し、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備えることを特徴とする銅配線構造。
【請求項９】 前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項１、２、５または６項に記載の銅配線構造。
【請求項１０】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記バリアメタルにイオン注入し、熱処理を行って、シードとなるシードＣｕをスパッタした後、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とした銅配線の製造方法。
【請求項１１】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項１０記載の銅配線の製造方法。
【請求項１２】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項１０記載の銅配線の製造方法。
【請求項１３】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項１０記載の銅配線の製造方法。
【請求項１４】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を、固相で堆積させた後で熱拡散させ、シードとなるシードＣｕをスパッタした後、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とした銅配線の製造方法。
【請求項１５】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項１４記載の銅配線の製造方法。
【請求項１６】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項１４記載の銅配線の製造方法。
【請求項１７】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、シードとなるシードＣｕをスパッタし、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記シードにイオン注入し、熱処理を行い、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とした銅配線の製造方法。
【請求項１８】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項１７記載の銅配線の製造方法。
【請求項１９】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項１７記載の銅配線の製造方法。
【請求項２０】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項１７記載の銅配線の製造方法。
【請求項２１】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層とを有する銅配線の製造方法であって、配線面に形成された配線用の溝にＣｕまたはＣｕ合金を埋め込み、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成した後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物をイオン注入し熱処理を行い、前記配線表面に洗浄処理を施し、前記Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、キャップ層をスパッタで堆積することにより、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させることを特徴とする銅配線の製造方法。
【請求項２２】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項２１記載の銅配線の製造方法。
【請求項２３】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項２１記載の銅配線の製造方法。
【請求項２４】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項２１記載の銅配線の製造方法。
【請求項２５】 前記空孔低減不純物をイオン注入し熱処理する代わりに、前記空孔低減不純物を固相で堆積させた後で熱拡散させるようにする請求項２１、２２または２４記載の銅配線の製造方法。
【請求項２６】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物をイオン注入する請求項２１、２２、２３または２４記載の銅配線の製造方法。
【請求項２７】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物を固相で堆積させる請求項２５記載の銅配線の製造方法。
【請求項２８】 前記空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項１０乃至２７項に記載の銅配線の製造方法。
【請求項２９】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３０】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３１】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在している、Ｃｕの空孔低減非晶質層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３２】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすために、前記第１の界面に存在している、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３３】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に析出している前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３４】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面にて、前記Ｃｕと固溶する前記Ｃｕ中に添加された空孔低減不純物とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３５】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在している、前記Ｃｕを非晶質化した空孔低減非晶質層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３６】 一の層の下層配線層と、前記下層配線層の上方に位置し、前記一の層とは別の上層配線層と、前記下層配線層と前記上層配線層とを接続するビアホールとを具備する配線群を有する多層配線構造であって、前記配線群が、配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすために、前記第２の界面に存在し、前記Ｃｕとの化合物を形成した空孔低減化合物層とを備える銅配線を少なくとも一層以上含んだことを特徴とする多層配線構造。
【請求項３７】 Ｃｕ中に添加された不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項２９、３０、３３または３４項に記載の多層配線構造。
【請求項３８】 前記多層配線構造は、シングルダマシンである請求項２９至３７のずれか1項に記載の多層配線構造。
【請求項３９】 前記多層配線構造は、デュアルダマシンである請求項２９至３７のいずれか1項に記載の多層配線構造。
【請求項４０】 前記デュアルダマシンは、ビアを開口してから配線用の溝を形成するプロセスであるビアファーストプロセスで製造される請求項３９項に記載の多層配線構造。
【請求項４１】 前記デュアルダマシンは、配線用の溝を形成してからビアを開口するプロセスであるトレンチファーストプロセスで製造される請求項３９項に記載の多層配線構造。
【請求項４２】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕや前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記バリアメタルにイオン注入し、熱処理を行って、シードとなるＣｕをスパッタした後、その上に配線となるＣｕを堆積させ、前記１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項４３】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項４２記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４４】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項４２記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４５】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項４２記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４６】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、前記Ｃｕや前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を、固相で堆積させた後で熱拡散させ、シードとなるシードＣｕをスパッタした後、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項４７】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項４６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４８】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項４６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項４９】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、前記配線用の前記溝の上に、バリアメタルをスパッタした後、シードとなるシードＣｕをスパッタし、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記バリアメタル層との第１の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物を前記シードにイオン注入し、熱処理を行い、前記シードＣｕ上に配線となるＣｕを堆積させ、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項５０】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項４９記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５１】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項４９記載の多層配線構造の多層配線構造の製造方法。
【請求項５２】 前記第１の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第１の界面近傍に、前記第１の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項４９記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５３】 配線用の溝の上に形成されたバリアメタル層と、このバリアメタル層上に形成された配線用のＣｕまたはＣｕ合金層と、前記ＣｕまたはＣｕ合金層の上に形成された前記ＣｕまたはＣｕ合金層を保護絶縁する絶縁キャップ層とを有する銅配線の製造方法を、配線の少なくとも一層を製造する際に適用した多層配線構造の製造方法であって、配線面に形成された配線用の溝にＣｕまたはＣｕ合金を埋め込み、化学的機械的研磨法等を用いて配線を形成した後、前記Ｃｕまたは前記Ｃｕ合金層と前記絶縁キャップ層との第２の界面にできる空孔を減らすための空孔低減不純物をイオン注入し熱処理を行い、前記配線表面に洗浄処理を施し、前記Ｃｕの自然酸化物層を除去した後、キャップ層をスパッタで堆積することにより、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる銅配線の製造方法を、前記配線の少なくとも一層を製造する際に適用したことを特徴とした多層配線構造の製造方法。
【請求項５４】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を前記Ｃｕと固溶させることを特徴とした請求項５３記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５５】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕを非晶質化させることを特徴とした請求項５３記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５６】 前記第２の界面近傍に、前記空孔低減不純物を析出させる代わりに、前記第２の界面近傍に、前記第２の界面近傍の前記Ｃｕとの化合物を形成させることを特徴とした請求項５３記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５７】 前記空孔低減不純物をイオン注入し熱処理する代わりに、前記空孔低減不純物を固相で堆積させた後で熱拡散させるようにする請求項５３、５４または５６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５８】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物をイオン注入する請求項５３、５４、５５または５６記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項５９】 配線表面に洗浄処理を施してＣｕの自然酸化物層を除去する工程を、配線が形成された後に行い、その後、前記空孔低減不純物を固相で堆積させる請求項５７記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６０】 前記空孔低減不純物が、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉ，ＲｕおよびＶのいずれか１つからなる請求項４２乃至５９のうちの１項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６１】 前記多層配線構造は、シングルダマシン方法で形成された請求項４２乃至６０のいずれか1項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６２】 前記多層配線構造は、デュアルダマシン方法で形成された請求項４２乃至５０のいずれか1項に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６３】 前記デュアルダマシンは、ビアを開口してから配線用の溝を形成するプロセスであるビアファーストプロセスで形成された請求項６２に記載の多層配線構造の製造方法。
【請求項６４】 前記デュアルダマシンは、配線用の溝を形成してからビアを開口するプロセスであるトレンチファーストプロセスで形成された請求項６２項に記載の多層配線構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００３−２５７９７９（Ｐ２００３−２５７９７９Ａ）
【公開日】平成１５年９月１２日（２００３．９．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−３７５６０６（Ｐ２００２−３７５６０６）
【出願日】平成１４年１２月２５日（２００２．１２．２５）
【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１５年９月１２日（２００３．９．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年１２月２５日（２００２．１２．２５）
【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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