JP2001148383A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メッキ法により堆積される導電性膜が接続孔
内および配線溝内で剥離し、空隙が発生することを抑制
する。 【解決手段】 メッキ法による銅等の導電性膜の堆積と
ＣＭＰ法による研磨とによって、接続孔１６ａ内および
配線溝１６ｂ内に埋め込み配線を形成する過程の前に、
接続孔１６ａ内および配線溝１６ｂ内にタンタル等のバ
リア導体膜１０４および銅等のシード膜１０５を堆積
し、続けてタンタル等の銅と金属化合物を形成しない材
料、またほとんど銅に固溶しない材料からなるカバー導
体膜１０６を切れ間ができるようにシード膜１０５の表
面に堆積する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置およびその製造方法に関し、特に、半導体基板上の絶
縁膜に形成された配線溝内または接続孔内に配線用導電
性膜を埋め込むことで形成される埋め込み配線を有する
半導体集積回路装置およびその製造に適用して有効な技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の配線形成方法として、
ダマシン（Damascene ）法と呼ばれるプロセスがある。
この方法は、絶縁膜に配線溝または接続孔を形成した
後、半導体基板の主面に配線形成用の導電性膜を堆積
し、さらに、その配線溝または接続孔以外の領域の導電
性膜を化学機械的研磨法（ＣＭＰ；Chemical Mechanica
l Polishing ）によって除去することにより、配線溝ま
たは接続孔に埋め込み配線を形成する方法である。この
方法の場合は、特に、微細なエッチング加工が困難な銅
系の導体材料（銅または銅合金）からなる埋め込み配線
の形成方法として適している。

【０００３】このような埋め込み配線形成技術について
は、たとえば、平成９年１１月２０日、株式会社プレス
ジャーナル発行、「月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｗｏｒｌｄ １９９７．１２」、ｐ１０７〜ｐ１１１
に、絶縁膜に形成した配線溝または接続孔の内部に、窒
化チタンやタンタルを指向性スパッタリング法にて堆積
し、銅を指向性スパッタリング法により被着した後、さ
らに銅をメッキ法にて配線溝または接続孔の内部に埋め
込む方法についての記載がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】銅をメッキ法にて配線
溝または接続孔の内部に埋め込み、その配線溝または接
続孔以外の領域の前記銅を主導電層とする導電性膜をＣ
ＭＰ法によって除去することで埋め込み配線を形成する
従来の技術においては、以下のような問題を生ずる。

【０００５】すなわち、メッキ法を用いた場合、絶縁膜
に形成した配線溝または接続孔の内部に堆積された窒化
チタンやタンタルと、その窒化チタンやタンタルの表面
に指向性スパッタリング法により被着された銅とは接着
性があまり良くなく、４００℃以上の温度で長時間のア
ニール処理を行うと、前記窒化チタンやタンタルと前記
銅との界面で剥離および空隙が生じる場合がある。

【０００６】また、メッキ法を用いた場合、埋め込み能
力は高いが下地金属が必要であり、当該下地金属のカバ
レッジで埋め込みの限界が決まってしまうので、埋め込
み配線（配線溝部分および接続孔部分を含む）の微細化
を阻害する問題を解決する課題がある。

【０００７】本発明の目的は、メッキ法による埋め込み
配線形成工程において、配線溝または接続孔の内部に堆
積した積層膜からなる導電性膜の剥離および空隙の発生
を防ぎ、半導体集積回路装置の導通不良を低減し、歩留
まりを向上する技術を提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００１０】（１）本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主面に半導体素子が形成され、その半導体素
子の上部に堆積された絶縁膜の一部に形成された配線溝
または接続孔に、タンタル等のバリア導体膜である第１
の導電性膜、銅等のシード膜である第２の導電性膜、タ
ンタル等の不連続膜でありカバー導体膜である第３の導
電性膜、および銅等の主導電層となる導電性膜を順に積
層して埋め込み配線を形成したものである。

【００１１】（２）本発明の半導体集積回路装置は、半
導体基板の主面に半導体素子が形成され、その半導体素
子の上部に堆積された絶縁膜の一部に形成された配線溝
または接続孔に、タンタル等のバリア導体膜である第１
の導電性膜、銅等の不連続膜でありシード膜である第２
の導電性膜、タンタル等の不連続膜でありカバー導体膜
である第３の導電性膜、銅等のシード膜である第４の導
電性膜、および銅等の主導電層となる導電性膜を順に積
層して埋め込み配線を形成したものである。

【００１２】（３）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、以下の工程を含んでいる。

【００１３】（ａ）半導体基板の主面に半導体素子を形
成し、前記半導体素子の上部に絶縁膜を堆積する工程、
（ｂ）前記絶縁膜をエッチングして配線溝または接続孔
を形成する工程、（ｃ）前記配線溝または接続孔の内部
を含む前記絶縁膜の表面に、絶縁膜側から順に第１の導
電性膜、第２の導電性膜および第３の導電性膜を堆積す
る工程、（ｄ）前記配線溝または接続孔の内部を含む第
３の導電性膜の表面に、前記配線溝または接続孔を埋め
込む、主導電層となる導電性膜を堆積する工程、（ｅ）
前記配線溝または接続孔の外部の前記第１の導電性膜、
第２の導電性膜、第３の導電性膜および主導電層となる
導電性膜を化学的および機械的に研磨して、前記配線溝
または接続孔の内部に前記第１の導電性膜、第２の導電
性膜、第３の導電性膜および主導電層となる導電性膜を
残すことにより、配線を形成する工程。

【００１４】（４）本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、以下の工程を含んでいる。

【００１５】（ａ）半導体基板の主面に半導体素子を形
成し、前記半導体素子の上部に絶縁膜を堆積する工程、
（ｂ）前記絶縁膜をエッチングして配線溝または接続孔
を形成する工程、（ｃ）前記配線溝または接続孔の内部
を含む前記絶縁膜の表面に、絶縁膜側から順に第１の導
電性膜、第２の導電性膜、第３の導電性膜および第４の
導電性膜を堆積する工程、（ｄ）前記配線溝または接続
孔の内部を含む第４の導電性膜の表面に、前記配線溝ま
たは接続孔を埋め込む、主導電層となる導電性膜を堆積
する工程、（ｅ）前記配線溝または接続孔の外部の前記
第１の導電性膜、第２の導電性膜、第３の導電性膜、第
４の導電性膜および主導電層となる導電性膜を化学的お
よび機械的に研磨して、前記配線溝または接続孔の内部
に前記第１の導電性膜、第２の導電性膜、第３の導電性
膜、第４の導電性膜および主導電層となる導電性膜を残
すことにより、配線を形成する工程。

【００１６】上記（３）、（４）の工程によれば、銅等
の主導電層が熱処理によって膨張および収縮をし、その
主導電層と第３の導電性膜となるタンタル等のカバー導
体膜との界面にて空隙が発生した場合でも、前記カバー
導体膜には切れ間が存在するため、前記空隙を、その切
れ間で区切り、前記空隙が大きく成長することを防ぐこ
とができる。また、前記主導電層と面するのは前記カバ
ー導体膜であるので、第１の導電性膜となるタンタル等
のバリア導体膜と第２の導電性膜となる銅等のシード膜
との界面において、前記主導電層の熱処理による膨張お
よび収縮に起因する空隙の発生を低減し、半導体集積回
路装置の歩留まりおよび信頼性を向上することができ
る。

【００１７】また、上記（４）の工程によれば、第３の
導電性膜となるタンタル等のカバー導体膜上に、第４の
導電性膜となる銅等のシード膜を堆積しているので、さ
らにそのシード膜上に堆積する銅等の主導電層の接着性
を向上することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の機能を有する部材には同
一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【００１９】（実施の形態１）本実施の形態１は、半導
体基板のｐ型ウェルにｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ（Meta
l Insulator Semiconductor Field Effect Transistor
）Ｑｎが形成された半導体集積回路装置の製造方法に
本発明を適用したものである。

【００２０】以下、上記した半導体集積回路装置の製造
方法を図１〜図１５に従って工程順に説明する。

【００２１】まず、図１に示すように、ｐ型のシリコン
単結晶からなる半導体基板１の表面に、選択酸化法（Ｌ
ＯＣＯＳ法）で素子分離用のフィールド絶縁膜２を形成
した後、半導体基板１のｐ型ウェル形成領域にｐ型不純
物（例えばホウ素）をイオン注入等によりドープしてｐ
型ウェル３を形成する。

【００２２】次に、半導体基板１の主面上にゲート絶縁
膜４となる酸化シリコン膜、ゲート電極５となる多結晶
シリコン膜およびキャップ絶縁膜６ａとなる酸化シリコ
ン膜を順次堆積して積層膜を形成し、フォトリソグラフ
ィによりパターニングされたレジストをマスクとして前
記積層膜をエッチングし、ゲート絶縁膜４、ゲート電極
５およびキャップ絶縁膜６ａを形成する。ゲート絶縁膜
４はたとえば熱ＣＶＤ法により形成することができ、ゲ
ート電極５を構成する多結晶シリコンはＣＶＤ法により
形成することができるが、その抵抗値を低減するために
ｎ形の不純物（例えばリン（Ｐ））をドープする。な
お、ゲート電極５の上部にＷＳｉ_x 、ＭｏＳｉ_x 、Ｔｉ
Ｓｉ_x 、ＴａＳｉ_x またはＣｏＳｉ_x などの高融点金属
シリサイド膜を積層してもよい。キャップ絶縁膜６ａ
は、たとえばＣＶＤ法により形成することができる。

【００２３】次に、半導体基板１上にＣＶＤ法で酸化シ
リコン膜を堆積した後、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法でこの酸化シリコン膜を異方性エッチングするこ
とにより、ゲート電極５の側壁にサイドウォールスペー
サ６ｂを形成し、ｎ形不純物（リン）をイオン注入して
ゲート電極５の両側のｐ型ウェル３にｎチャネルＭＩＳ
ＦＥＴＱｎのソース、ドレイン領域を構成する半導体領
域７を形成する。なお、サイドウォールスペーサ６ｂの
形成前に低濃度の不純物半導体領域を形成し、サイドウ
ォールスペーサ６ｂの形成後に高濃度の不純物半導体領
域を形成してもよい。

【００２４】次に、半導体基板１上にＣＶＤ法で酸化シ
リコン膜を堆積した後、たとえば酸化シリコン膜をＣＭ
Ｐ法で研磨することにより、その表面が平坦化された絶
縁膜８を形成する。さらに、半導体基板１の主面の半導
体領域７上の絶縁膜８に、フォトリソグラフィ技術を用
いて接続孔９を開口する。

【００２５】次に、半導体基板１上に、スパッタリング
法により、たとえば窒化チタンなどのバリア導体膜１０
ａを形成し、さらにブランケットＣＶＤ法により、たと
えばタングステンなどの導電性膜１０ｂを堆積する。

【００２６】次に、接続孔９以外の絶縁膜８上のバリア
導体膜１０ａおよび導電性膜１０ｂをたとえばＣＭＰ法
により除去し、プラグ１０を形成する。

【００２７】次に、半導体基板１上に、たとえばプラズ
マＣＶＤ法にて窒化シリコン膜を堆積し、膜厚が約１０
０ｎｍのエッチストッパ膜１１を形成する。エッチスト
ッパ膜１１は、その上層の絶縁膜に配線形成用の溝部や
孔を形成する際に、その掘り過ぎにより下層に損傷を与
えたり、加工寸法精度が劣化したりすることを回避する
ためのものである。

【００２８】次に、図２に示すように、たとえばエッチ
ストッパ膜１１の表面にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆
積し、膜厚が約４００ｎｍの絶縁膜１２を堆積する。こ
の絶縁膜１２は、塗布法にて堆積されたＳＯＧ（Spin O
n Glass ）膜、フッ素を添加したＣＶＤ酸化膜などの低
誘電率膜、窒化シリコン膜、または、さらに複数の種類
の絶縁膜を組み合わせたものであってもよく、低誘電率
膜を用いた場合には、半導体集積回路装置の配線の総合
的な誘電率を下げることが可能であり、配線遅延を改善
できる。

【００２９】次に、図３に示すように、エッチストッパ
膜１１および絶縁膜１２を、フォトリソグラフィ技術お
よびドライエッチング技術を用いて加工し、配線溝１３
を形成する。

【００３０】次に、配線溝１３付近を拡大した図４に示
すように、前記配線溝１３の内部を含む半導体基板１の
全面に、後で説明する埋め込み配線１４のバリア導体膜
１００となる、たとえばタンタル膜を堆積する。このバ
リア導体膜１００は、たとえばロングスロースパッタリ
ング法で堆積し、この時、タンタルターゲットと半導体
基板１との間の距離は、たとえば約２００ｍｍとする。
また、前記バリア導体膜１００の膜厚は、たとえば前記
半導体基板１の表面上において約１００ｎｍとし、配線
溝１３の内部においては１原子層〜１００ｎｍ程度とす
る。なお、本実施の形態１では、バリア導体膜１００と
してタンタル膜を例示するが、窒化タンタル等の金属膜
あるいは窒化チタン膜等の、銅と金属間化合物を形成せ
ず、またほとんど銅に固溶しない材料であってもよい。
バリア導体膜１００がタンタル、窒化タンタルの場合に
は窒化チタンを用いた場合より銅膜との密着性がよい。

【００３１】次に、図５に示すように、バリア導体膜１
００が堆積された半導体基板１の全面に、シード膜１０
１となる、たとえば銅膜を堆積する。このシード膜１０
１は、たとえばロングスロースパッタリング法で堆積
し、この時、銅ターゲットと半導体基板１との間の距離
は、たとえば約２００ｍｍとする。また、前記シード膜
１０１の膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上に
おいて約１００ｎｍとし、配線溝１３の内部においては
３ｎｍ〜１００ｎｍ程度とする。

【００３２】次に、図６に示すように、シード膜１０１
が堆積された半導体基板１の全面に、カバー導体膜１０
２となる、たとえばタンタル膜を堆積し、積層膜１４ａ
を形成する。このカバー導体膜１０２は、たとえばロン
グスロースパッタリング法で堆積し、この時、タンタル
ターゲットと半導体基板１との間の距離は、たとえば約
２００ｍｍとする。また、前記カバー導体膜１０２の膜
厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上において約２
０ｎｍとする。前記配線溝１３の側壁においては、下地
となる前記シード膜１０１の凹凸の影響と、前記カバー
導体膜１０２となるタンタル原子が表面拡散して凝集し
１０ｎｍ程度以下の径のタンタル微粒子が前記シード膜
１０１の表面に分散することにより、前記カバー導体膜
１０２は不連続膜となり、前記カバー導体膜１０２の切
れ間から下地の前記シード膜１０１が露出する。前記カ
バー導体膜１０２は、前記配線溝１３の側壁の下部に比
べて、その側壁の上部では比較的厚く堆積するが、前記
カバー導体膜１０２の下地となる前記シード膜１０１の
凹凸部の陰となる領域に前記カバー導体膜１０２は堆積
せず、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の幅の前記カバー導体膜
１０２の切れ間ができる。前記カバー導体膜１０２の前
記配線溝１３の側壁での被覆率は、その側壁の全体を平
均して、たとえば５０％程度となるようにする。その結
果、前記配線溝１３の側壁において、後の工程で堆積す
る導電性膜１４ｂが４００℃程度以上の熱処理によって
膨張および収縮をし、その導電性膜１４ｂと前記カバー
導体膜１０２との界面にて空隙が発生した場合でも、前
記カバー導体膜１０２には切れ間が存在するため、前記
空隙を、その切れ間で区切り、大きく成長することを防
ぐことができる。また、前記導電性膜１４ｂと面するの
は前記カバー導体膜１０２であるので、前記バリア導体
膜１００と前記シード膜１０１との界面において、前記
導電性膜１４ｂの熱処理による膨張および収縮に起因す
る空隙の発生を低減することができる。

【００３３】次に、図７に示すように、カバー導体膜１
０２が堆積された半導体基板１の全面に、配線溝１３を
埋め込む導電性膜１４ｂとなる、たとえば銅膜を堆積す
る。この銅膜は、たとえば、メッキ液に硫酸銅水溶液を
用いた電解メッキ法にて堆積し、その膜厚は、たとえば
前記半導体基板１の表面上で約３００ｎｍとする。銅の
ように抵抗率の低い材料を主な導電層とすることにより
埋め込み配線の微細化に伴う配線抵抗の上昇を抑制する
ことができる。これにより半導体集積回路装置の高性能
化を達成することができる。

【００３４】次に、図８に示すように、前記絶縁膜１２
上の余分な積層膜１４ａおよび導電性膜１４ｂを除去
し、配線溝１３内に積層膜１４ａおよび導電性膜１４ｂ
を残すことで埋め込み配線１４を形成する。積層膜１４
ａおよび導電性膜１４ｂの除去は、ＣＭＰ法を用いた研
磨により行う。

【００３５】続いて、たとえば０．１％アンモニア水溶
液と純水とを用いた２段階のブラシスクラブ洗浄によ
り、半導体基板１の表面に付着した研磨砥粒および銅を
除去した後、図９に示すように、埋め込み配線１４およ
び絶縁膜１２上に窒化シリコン膜を堆積してバリア絶縁
膜１５ａを堆積する。この窒化シリコン膜の堆積には、
たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができ、その膜
厚は約５０ｎｍとする。バリア絶縁膜１５ａは、埋め込
み配線１４の導電性膜１４ｂを構成する銅の拡散を抑制
する機能を有する。これによりバリア導体膜１４ａとと
もに絶縁膜８、１２および後で説明する絶縁膜１５への
銅の拡散を防止してそれらの絶縁性を保持し、半導体集
積回路装置の信頼性を高めることができる。また、バリ
ア絶縁膜１５ａは、後の工程において、エッチングを行
なう際のエッチストッパ層としても機能する。

【００３６】次に、バリア絶縁膜１５ａの表面に、膜厚
が約４００ｎｍの絶縁膜１５ｂを堆積する。この絶縁膜
１５ｂは、塗布法にて堆積されたＳＯＧ膜、フッ素を添
加したＣＶＤ酸化膜などの低誘電率膜、窒化シリコン
膜、または、さらに複数の種類の絶縁膜を組み合わせた
ものであってもよく、低誘電率膜を用いた場合には、半
導体集積回路装置の配線の総合的な誘電率を下げること
が可能であり、配線遅延を改善できる。

【００３７】次に、絶縁膜１５ｂの表面に、たとえばプ
ラズマＣＶＤ法にて窒化シリコン膜を堆積し、膜厚が約
５０ｎｍの絶縁膜１５ｃを堆積する。この絶縁膜１５ｃ
は、絶縁膜１５に配線形成用の溝部や孔を形成する際
に、その掘り過ぎにより下層に損傷を与えたり加工寸法
精度が劣化したりすることを回避するためのものであ
る。

【００３８】続いて、絶縁膜１５ｃの表面に、塗布法に
て膜厚が約３００ｎｍのＳＯＧ膜を堆積し、絶縁膜１５
ｄを堆積し、絶縁膜１５が形成される。この絶縁膜１５
ｄは、フッ素を添加したＣＶＤ酸化膜などの低誘電率
膜、窒化シリコン膜、または、さらに複数の種類の絶縁
膜を組み合わせたものであってもよい。なお、絶縁膜１
５ｄをＳＯＧ膜とした場合には、前記絶縁膜１５ｄの表
面に、たとえばＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane ）ガスを
用いたプラズマＣＶＤ法にて膜厚が約１００ｎｍの酸化
シリコン膜を堆積し、絶縁膜１５ｅを形成する。この絶
縁膜１５ｅは、有機系膜である絶縁膜１５ｄの機械的強
度を確保する機能を有している。

【００３９】次に、図１０に示すように、下層配線であ
る埋め込み配線１４と、後の工程にて形成する上層配線
である埋め込み配線１７とを接続するための接続孔１６
ａを形成する。前記接続孔１６ａは、フォトリソグラフ
ィ工程により、絶縁膜１５ｅ上に埋め込み配線１４と接
続するための接続孔パターンと同一形状のフォトレジス
ト膜を形成し、それをマスクとしてドライエッチング工
程により接続孔パターンを形成する。続いて、前記フォ
トレジスト膜を除去し、前記絶縁膜１５ｅ上にフォトリ
ソグラフィ工程により、配線溝パターンと同一形状のフ
ォトレジスト膜を形成し、それをマスクとしてドライエ
ッチング工程により配線溝１６ｂを形成する。

【００４０】次に、接続孔１６ａおよび配線溝１６ｂ付
近を拡大した図１１に示すように、前記接続孔１６ａお
よび配線溝１６ｂの内部を含む半導体基板１の全面に、
後で説明する埋め込み配線１７のバリア導体膜１０４と
なる、たとえばタンタル膜を堆積する。このバリア導体
膜１０４は、たとえばロングスロースパッタリング法で
堆積し、この時、タンタルターゲットと半導体基板１と
の間の距離は、たとえば約２００ｍｍとする。また、前
記バリア導体膜１０４の膜厚は、たとえば前記半導体基
板１の表面上において約１００ｎｍとし、前記接続孔１
６ａの側壁において約２０ｎｍとし、前記配線溝１６ｂ
の側壁においては約５ｎｍとする。なお、本実施の形態
１では、バリア導体膜１０４としてタンタル膜を例示す
るが、窒化タンタル等の金属膜あるいは窒化チタン膜等
の、銅と金属間化合物を形成しない材料、またほとんど
銅に固溶しない材料であってもよい。バリア導体膜１０
４がタンタル、窒化タンタルの場合には窒化チタンを用
いた場合より銅膜との密着性がよい。

【００４１】次に、図１２に示すように、バリア導体膜
１０４が堆積された半導体基板１の全面に、シード膜１
０５となる、たとえば銅膜を堆積する。このシード膜１
０５は、たとえばロングスロースパッタリング法で堆積
し、この時、銅ターゲットと半導体基板１との間の距離
は、たとえば約２００ｍｍとする。また、前記シード膜
１０５の膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上に
おいて約１００ｎｍとし、接続孔１６ａおよび配線溝１
６ｂの内部においては３ｎｍ〜１００ｎｍ程度とする。

【００４２】次に、図１３に示すように、シード膜１０
５が堆積された半導体基板１の全面に、カバー導体膜１
０６となる、たとえばタンタル膜を堆積し、積層膜１７
ａを形成する。このカバー導体膜１０６は、たとえばロ
ングスロースパッタリング法で堆積し、この時、タンタ
ルターゲットと半導体基板１との間の距離は、たとえば
約２００ｍｍとする。また、前記カバー導体膜１０６の
膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上において約
２０ｎｍとし、前記接続孔１６ａの側壁において約４ｎ
ｍとし、前記配線溝１６ｂの側壁においては約１ｎｍと
する。前記接続孔１６ａの側壁および前記配線溝１６ｂ
の側壁においては、下地となる前記シード膜１０５の凹
凸の影響と、前記カバー導体膜１０６となるタンタル原
子が表面拡散して凝集し、１０ｎｍ程度以下の径のタン
タル微粒子が前記シード膜１０５の表面に分散すること
により、前記カバー導体膜１０６は不連続膜となり、前
記カバー導体膜１０６の切れ間から下地の前記シード膜
１０５が露出する。前記カバー導体膜１０６は、前記接
続孔１６ａの側壁の下部および前記配線溝１６ｂの側壁
の下部に比べて、前記接続孔１６ａの側壁の上部および
前記配線溝１６ｂの側壁の上部では比較的厚く堆積する
が、前記カバー導体膜１０６の下地となる前記シード膜
１０５の凹凸部の陰となる領域に前記カバー導体膜１０
６は堆積せず、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の幅の前記カバ
ー導体膜１０６の切れ間ができる。前記カバー導体膜１
０６の前記接続孔１６ａの側壁および前記配線溝１６ｂ
の側壁での被覆率は、その側壁の全体を平均して、たと
えば５０％程度となるようにする。その結果、前記接続
孔１６ａの側壁および前記配線溝１６ｂの側壁におい
て、後の工程で堆積する導電性膜１７ｂが４００℃程度
以上の熱処理によって膨張および収縮をし、その導電性
膜１７ｂと前記カバー導体膜１０６との界面にて空隙が
発生した場合でも、前記カバー導体膜１０６には切れ間
が存在するため、前記空隙を、その切れ間で区切り、大
きく成長することを防ぐことができる。また、前記導電
性膜１７ｂと面するのは前記カバー導体膜１０６である
ので、前記バリア導体膜１０４と前記シード膜１０５と
の界面において、前記導電性膜１７ｂの熱処理による膨
張および収縮に起因する空隙の発生を低減することがで
きる。

【００４３】次に、図１４に示すように、カバー導体膜
１０６が堆積された半導体基板１の全面に、接続孔１６
ａおよび配線溝１６ｂを埋め込む導電性膜１７ｂとな
る、たとえば銅膜を堆積する。この銅膜は、たとえば、
メッキ液に硫酸銅水溶液を用いた電解メッキ法にて堆積
し、その膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上で
約３００ｎｍとする。銅のように抵抗率の低い材料を主
な導電層とすることにより埋め込み配線の微細化に伴う
配線抵抗の上昇を抑制することができる。これにより半
導体集積回路装置の高性能化を達成することができる。

【００４４】次に、図１５に示すように、絶縁膜１５ｅ
上の余分な積層膜１７ａおよび導電性膜１７ｂを除去
し、接続孔１６ａおよび配線溝１６ｂの内部に積層膜１
７ａおよび導電性膜１７ｂを残すことで埋め込み配線１
７を形成する。積層膜１７ａおよび導電性膜１４７の除
去は、ＣＭＰ法を用いた研磨により行う。

【００４５】続いて、たとえば０．１％アンモニア水溶
液と純水とを用いた２段階のブラシスクラブ洗浄によ
り、半導体基板１の表面に付着した研磨砥粒および銅を
除去して、本実施の形態１の半導体集積回路装置はほぼ
完成する。

【００４６】なお、埋め込み配線１７の上部に、絶縁膜
１５および埋め込み配線１７と同様の絶縁膜および埋め
込み配線を形成して、さらに多層に構成してもよい。

【００４７】本実施の形態の１の半導体集積回路装置に
よれば、導電性膜１４ｂとカバー導体膜１０２との界面
または導電性膜１７ｂとカバー導体膜１０６との界面に
て空隙が発生した場合でも、不連続膜であるカバー導体
膜１０２およびカバー導体膜１０６が、その膜の切れ間
で前記空隙を区切り、大きく成長することを防ぐことが
できる。そのため、半導体集積回路装置の導通不良を低
減し、歩留まりおよび信頼性を向上することができる。

【００４８】（実施の形態２）本実施の形態２は、前記
実施の形態１における半導体集積回路装置のカバー導体
膜１０２およびカバー導体膜１０６の表面に、たとえば
銅膜をスパッタリング法にて堆積した半導体集積回路装
置の製造方法に本発明を適用したものである。その他の
部材および製造工程は前記実施の形態１と同様であるの
で、それら同様の部材および工程についての説明は省略
する。

【００４９】次に、上記した半導体集積回路装置の製造
方法を図１６〜図１９に従って工程順に説明する。

【００５０】本実施の形態２の半導体集積回路装置の製
造方法は、前記実施の形態１において図１〜図４を用い
て示した工程までは同様である。

【００５１】その後、図１６に示すように、バリア導体
膜１００が堆積された半導体基板１の全面に、シード膜
１０１となる、たとえば銅膜を堆積する。このシード膜
１０１は、たとえばロングスロースパッタリング法で堆
積し、この時、銅ターゲットと半導体基板１との間の距
離は、たとえば約２００ｍｍとする。また、前記シード
膜１０１の膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上
において約２０ｎｍとし、配線溝１３の内部においては
２原子層〜１００ｎｍ程度とする。前記シード膜１０１
となる銅原子は表面拡散して凝集しやすいので、前記シ
ード膜１０１は、前記配線溝１３の側壁において不連続
膜となる。

【００５２】次に、図１７に示すように、前記実施の形
態１において図６を用いて示した工程と同様の工程で、
カバー導体膜１０２となる、たとえばタンタル膜を堆積
した後、前記カバー導体膜１０２が堆積された半導体基
板１の全面に、シード膜１０３となる、たとえば銅膜を
堆積し、積層膜１４ａを形成する。このシード膜１０３
は、たとえばロングスロースパッタリング法で堆積し、
この時、銅ターゲットと半導体基板１との間の距離は、
たとえば約２００ｍｍとする。また、前記シード膜１０
３の膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上におい
て約８０ｎｍとし、前記シード膜１０１の膜厚との合計
値が、前記実施の形態１において示した半導体集積回路
装置のシード膜１０１の膜厚と同じ程度になるようにす
る。前記シード膜１０３を堆積することにより、この後
の工程にて形成する導電性膜１４ｂの接着性を、前記実
施の形態１において示した半導体集積回路装置よりも向
上することができる。

【００５３】前記配線溝１３の側壁においては、前記シ
ード膜１０１および前記カバー導体膜１０２は不連続膜
となるため、前記シード膜１０３および後の工程で堆積
する導電性膜１４ｂである、たとえば銅膜が４００℃程
度以上の熱処理によって膨張および収縮をし、その銅膜
と前記カバー導体膜１０２との界面にて空隙が発生した
場合でも、前記シード膜１０１および前記カバー導体膜
１０２には切れ間が存在するため、前記空隙を、その切
れ間で区切り、大きく成長することを防ぐことができ
る。また、前記銅膜と面するのは前記カバー導体膜１０
２であるので、前記バリア導体膜１００と前記シード膜
１０１との界面において、前記銅膜の熱処理による膨張
および収縮に起因する空隙の発生を低減することができ
る。

【００５４】その後の工程は、前記実施の形態１におい
て図７〜図１１を用いて示した工程までは同様である。

【００５５】次に、図１８に示すように、バリア導体膜
１０４が堆積された半導体基板１の全面に、シード膜１
０５となる、たとえば銅膜を堆積する。このシード膜１
０５は、たとえばロングスロースパッタリング法で堆積
し、この時、銅ターゲットと半導体基板１との間の距離
は、たとえば約２００ｍｍとする。また、前記シード膜
１０５の膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上に
おいて約２０ｎｍとし、接続孔１６ａおよび配線溝１６
ｂの内部においては２原子層〜１００ｎｍ程度とする。
前記シード膜１０５となる銅原子は表面拡散して凝集し
やすいので、前記シード膜１０５は、前記接続孔１６ａ
および前記配線溝１６ｂの側壁において不連続膜とな
る。

【００５６】次に、図１９に示すように、前記実施の形
態１において図１３を用いて示した工程と同様の工程
で、カバー導体膜１０６となる、たとえばタンタル膜を
堆積した後、前記カバー導体膜１０６が堆積された半導
体基板１の全面に、シード膜１０７となる、たとえば銅
膜を堆積し、積層膜１７ａを形成する。このシード膜１
０７は、たとえばロングスロースパッタリング法で堆積
し、この時、銅ターゲットと半導体基板１との間の距離
は、たとえば約２００ｍｍとする。また、前記シード膜
１０７の膜厚は、たとえば前記半導体基板１の表面上に
おいて約８０ｎｍとし、前記シード膜１０５の膜厚との
合計値が、前記実施の形態１において示した半導体集積
回路装置のシード膜１０５の膜厚と同じ程度になるよう
にする。前記シード膜１０７を堆積することにより、こ
の後の工程にて形成する導電性膜１７ｂの接着性を、前
記実施の形態１において示した半導体集積回路装置より
も向上することができる。

【００５７】前記接続孔１６ａおよび前記配線溝１６ｂ
の側壁においては、前記シード膜１０５および前記カバ
ー導体膜１０６は不連続膜となるため、前記シード膜１
０７および後の工程で堆積する導電性膜１７ｂである、
たとえば銅膜が４００℃程度以上の熱処理によって膨張
および収縮をし、その銅膜と前記カバー導体膜１０６と
の界面にて空隙が発生した場合でも、前記シード膜１０
５および前記カバー導体膜１０６には切れ間が存在する
ため、前記空隙を、その切れ間で区切り、大きく成長す
ることを防ぐことができる。また、前記銅膜と面するの
は前記カバー導体膜１０６であるので、前記バリア導体
膜１０４と前記シード膜１０５との界面において、前記
銅膜の熱処理による膨張および収縮に起因する空隙の発
生を低減することができる。

【００５８】その後、前記実施の形態１において図１４
〜図１５を用いて示した工程と同様の工程により、本実
施の形態２の半導体集積回路装置はほぼ完成する。

【００５９】本実施の形態の２の半導体集積回路装置に
よれば、シード膜１０３および導電性膜１４ｂを形成す
る銅膜とカバー導体膜１０２との界面にて空隙が発生し
た場合でも、不連続膜であるシード膜１０１およびカバ
ー導体膜１０２が、その膜の切れ間で前記空隙を区切
り、大きく成長することを防ぐことができる。また、シ
ード膜１０５および導電性膜１７ｂを形成する銅膜とカ
バー導体膜１０６との界面にて空隙が発生した場合で
も、不連続膜であるシード膜１０５およびカバー導体膜
１０６が、その膜の切れ間で前記空隙を区切り、大きく
成長することを防ぐことができる。さらに、シード膜１
０３を堆積することにより、前記シード膜１０３の表面
に堆積する導電性膜１４ｂの接着性は、前記実施の形態
１において示した半導体集積回路装置よりも向上する。
また、シード膜１０７を堆積することにより、前記シー
ド膜１０７の表面に堆積する導電性膜１７ｂの接着性
は、前記実施の形態１において示した半導体集積回路装
置よりも向上する。そのため、本実施の形態２の半導体
集積回路装置は、前記実施の形態１の半導体集積回路装
置よりもさらに導通不良を低減し、歩留まりおよび信頼
性を向上することができる。

【００６０】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。

【００６１】たとえば、実施の形態１において、銅膜か
らなる導電性膜を電解メッキ法にて堆積する場合を例示
したが、無電解メッキ法であってもよい。

【００６２】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。

【００６３】（１）絶縁膜に形成された接続孔内および
配線溝内にメッキ法にて埋め込む銅膜の接着性を向上
し、導通不良を低減できる。

【００６４】（２）絶縁膜に形成された接続孔内および
配線溝内にメッキ法にて埋め込んで堆積された銅膜が熱
処理により剥離し空隙が発生することを防ぎ、半導体集
積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態１の半導体集積回路装
置の製造工程中の要部断面図である。

【図２】図１に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図３】図２に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図４】図３に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図５】図４に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図６】図５に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図７】図６に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図８】図７に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図９】図８に続く半導体集積回路装置の製造工程中の
要部断面図である。

【図１０】図９に続く半導体集積回路装置の製造工程中
の要部断面図である。

【図１１】図１０に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【図１２】図１１に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【図１３】図１２に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【図１４】図１３に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【図１５】図１４に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【図１６】本発明による実施の形態２の半導体集積回路
装置の製造工程中の要部断面図である。

【図１７】図１６に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【図１８】本発明による実施の形態２の半導体集積回路
装置の製造工程中の要部断面図である。

【図１９】図１８に続く半導体集積回路装置の製造工程
中の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ フィールド絶縁膜 ３ ｐ型ウェル ４ ゲート絶縁膜 ５ ゲート電極 ６ａ キャップ絶縁膜 ６ｂ サイドウォールスペーサ ７ 半導体領域 ８ 絶縁膜 ９ 接続孔 １０ プラグ １０ａ バリア導体膜 １０ｂ 導電性膜 １１ エッチストッパ膜 １２ 絶縁膜 １３ 配線溝 １４ 埋め込み配線 １４ａ 積層膜 １４ｂ 導電性膜 １５ 絶縁膜 １５ａ バリア絶縁膜 １５ｂ 絶縁膜 １５ｃ 絶縁膜 １５ｄ 絶縁膜 １５ｅ 絶縁膜 １６ａ 接続孔 １６ｂ 配線溝 １７ 埋め込み配線 １７ａ 積層膜 １７ｂ 導電性膜 １００ バリア導体膜 １０１ シード膜 １０２ カバー導体膜 １０３ シード膜 １０４ バリア導体膜 １０５ シード膜 １０６ カバー導体膜 １０７ シード膜 Ｑｎ ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮▲崎▼ 博史 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Ｆターム(参考） 5F033 HH11 HH21 HH32 JJ11 JJ21 JJ32 KK11 KK19 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP27 PP33 QQ09 QQ10 QQ11 QQ25 QQ48 RR04 RR06 RR09 SS11 SS15 TT02 TT04 XX02 XX14

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の主面に形成された半導体素
   子の上部に堆積された絶縁膜の一部に形成された配線溝
   または接続孔に導電性膜が埋め込まれた半導体集積回路
   装置であって、前記導電性膜は、第１の導電性膜、第２
   の導電性膜、第３の導電性膜および主導電層となる導電
   性膜を順に堆積した積層膜からなることを特徴とする半
   導体集積回路装置。
2. 【請求項２】 半導体基板の主面に形成された半導体素
   子の上部に堆積された絶縁膜の一部に形成された配線溝
   または接続孔に導電性膜が埋め込まれた半導体集積回路
   装置であって、前記導電性膜は、絶縁膜側から第１の導
   電性膜、第２の導電性膜、第３の導電性膜、第４の導電
   性膜および主導電層となる導電性膜を順に堆積した積層
   膜からなることを特徴とする半導体集積回路装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体集積回路
   装置であって、前記第３の導電性膜は、前記配線溝また
   は接続孔の側壁において不連続膜となることを特徴とす
   る半導体集積回路装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の半導体集積回路装置で
   あって、前記第２の導電性膜は、前記配線溝または接続
   孔の側壁において不連続膜となることを特徴とする半導
   体集積回路装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半
   導体集積回路装置であって、前記第３の導電性膜はタン
   タル膜または窒化タンタル膜であることを特徴とする半
   導体集積回路装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の半
   導体集積回路装置であって、前記第２の導電性膜は銅膜
   であることを特徴とする半導体集積回路装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の半
   導体集積回路装置であって、前記主導電層となる導電性
   膜は銅膜または銅合金膜であることを特徴とする半導体
   集積回路装置。
8. 【請求項８】 （ａ）半導体基板の主面に半導体素子を
   形成し、前記半導体素子の上部に絶縁膜を堆積する工
   程、（ｂ）前記絶縁膜をエッチングして配線溝または接
   続孔を形成する工程、（ｃ）前記配線溝または接続孔の
   内部を含む前記絶縁膜の表面に、絶縁膜側から順に第１
   の導電性膜、第２の導電性膜および第３の導電性膜を堆
   積する工程、（ｄ）前記配線溝または接続孔の内部を含
   む第３の導電性膜の表面に、前記配線溝または接続孔を
   埋め込む、主導電層となる導電性膜を堆積する工程、
   （ｅ）前記配線溝または接続孔の外部の前記第１の導電
   性膜、第２の導電性膜、第３の導電性膜および主導電層
   となる導電性膜を化学的および機械的に研磨して、前記
   配線溝または接続孔の内部に前記第１の導電性膜、第２
   の導電性膜、第３の導電性膜および主導電層となる導電
   性膜を残すことにより、配線を形成する工程、を含むこ
   とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
9. 【請求項９】 （ａ）半導体基板の主面に半導体素子を
   形成し、前記半導体素子の上部に絶縁膜を堆積する工
   程、（ｂ）前記絶縁膜をエッチングして配線溝または接
   続孔を形成する工程、（ｃ）前記配線溝または接続孔の
   内部を含む前記絶縁膜の表面に、絶縁膜側から順に第１
   の導電性膜、第２の導電性膜、第３の導電性膜および第
   ４の導電性膜を堆積する工程、（ｄ）前記配線溝または
   接続孔の内部を含む第４の導電性膜の表面に、前記配線
   溝または接続孔を埋め込む、主導電層となる導電性膜を
   堆積する工程、（ｅ）前記配線溝または接続孔の外部の
   前記第１の導電性膜、第２の導電性膜、第３の導電性
   膜、第４の導電性膜および主導電層となる導電性膜を化
   学的および機械的に研磨して、前記配線溝または接続孔
   の内部に前記第１の導電性膜、第２の導電性膜、第３の
   導電性膜、第４の導電性膜および主導電層となる導電性
   膜を残すことにより、配線を形成する工程、を含み、前
   記（ｃ）工程における前記第４の導電性膜の堆積におい
   て、前記第４の導電性膜は前記第２の導電性膜よりも厚
   く堆積されることを特徴とする半導体集積回路装置の製
   造方法。
10. 【請求項１０】 請求項８または９記載の半導体集積回
    路装置の製造方法であって、前記主導電層となる導電性
    膜はメッキ法にて堆積することを特徴とする半導体集積
    回路装置の製造方法。