JP2002093809A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 アスペクト比の高い開口部やビアホール内に
メッキにより銅を埋め込む際に、ボイドなどの不良の発
生を防止する。 【解決手段】 配線溝２１ａを形成後、バリアメタル層
２３を形成する工程と、バリアメタル層上に銅よりもイ
オン化傾向の大きな金属を含む第１金属層２４と銅層２
５とがこの順番に積層されたシード層を形成する工程
と、シード層上にメッキ法により銅メッキ層２７を形成
する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、より詳細には、アスペクト比の高い
ビアホールなどの開口内にも埋め込みができる銅配線技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置の微細化に伴って、
配線内を流れる電流の密度が高くなってきている。電流
密度の増大に対応するために、アルミニウム配線の代わ
りに、アルミニウムよりも抵抗の低い銅を用いた配線が
検討されている。

【０００３】以下に銅配線を形成する一般的な工程を説
明する。まず、層間絶縁膜内にビアホールを形成した
後、スパッタリング法によりバリアメタル層とシード層
とを形成する。シード層を形成するための材料として
は、純度の高い銅を用いる。次いで、電解メッキ法を用
いて、シード層上に銅メッキを行うことにより、比較的
厚い銅層を形成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図８（Ａ）及び（Ｂ）
を参照して、銅メッキによる配線技術を用いた配線工程
の問題点について説明する。

【０００５】図８（Ａ）は、銅メッキによる配線の途中
の工程を示す断面図である。図８（Ａ）に示す構造に至
るまでの工程を説明する。

【０００６】半導体基板Ｓ上に下部構造１０１が形成さ
れている。下部構造１０１上に、酸化シリコンにより第
１の層間絶縁膜１１１を形成する。第１の層間絶縁膜１
１１内に下部構造の一部表面を露出させるコンタクトホ
ール１１５を形成する。コンタクトホール１１５内に下
部構造の一部領域と接続するビアメタル１２１を充填す
る。

【０００７】ビアメタル１２１上を覆って第１の層間絶
縁膜１１１の上に、第２の層間絶縁膜１３１を酸化シリ
コンにより形成する。第２の層間絶縁膜１３１内に、ビ
アメタル１２１の上面、及び、第１の層間絶縁膜１１１
の所定の領域を露出させる配線溝１３５を形成する。配
線溝１３５は、例えば紙面に垂直な方向に延在する溝で
ある。

【０００８】第２の層間絶縁膜１３１の上面及び配線溝
１３５の内面を覆うように、スパッタリング法によりバ
リアメタル層１４１を形成する。バリアメタル層１４１
上にスパッタリング法により銅層を形成する。この銅層
は、後のメッキ工程における種（シード：ｓｅｅｄ）と
なる層であり、以後、シード層１４５と称する。半導体
基板Ｓを例えば硫酸銅が満たされたバス内に漬浸させ、
シード層１４５上に電解メッキを行う。

【０００９】図８（Ｂ）に示すように、シード層１４５
上に銅メッキ層１４７が形成される。配線溝１３５内に
も銅メッキ層１４７が充填され、銅配線が形成される。

【００１０】配線溝１３５のアスペクト比が高くなる
と、配線溝内、特に内側壁に付着したシード層１４５の
厚さにむらが生じやすくなる。図８（Ａ）に示すよう
に、バリアメタル層１４１が表面に露出する露出領域１
４５ａが存在する確率が高くなる。露出領域１４５ａと
その近傍に銅がメッキされにくくなり、ボイド１５１が
発生しやすくなる。ボイド１５１が発生すると、コンタ
クト不良が起こる。

【００１１】また、硫酸銅などの電解質が満たされたバ
ス内に半導体基板Ｓを浸けた直後には、シード層中の銅
が電解質中に溶出する。従って、シード層を形成した時
点ではバリアメタル層の表面がシード層（銅）によりわ
ずかに覆われたとしても、シード層が薄すぎると、基板
をバス内に漬けた直後にバリアメタル層が露出し、ボイ
ドが発生するおそれがある。ビアホール内と配線溝内と
に、同時に銅配線を形成する場合も同様の問題がある。

【００１２】尚、特開２０００−４９２２９号公報に
は、バリアメタル層上にシード層として銅含有膜を形成
し、メッキによってシード層上に厚い導電膜、すなわち
銅層を形成する技術が開示されている。銅含有膜として
は、銅と、マグネシウム、インジウム、スズ、クロム、
亜鉛、炭素、ジルコニウム、パラジウム、チタン、鉄、
ニオビウムなどとの合金が挙げられている。銅、ニッケ
ル、スズなどの単独の元素も例示されている。

【００１３】上記の文献に記載されている技術は、シー
ド層上に導電膜として銅をメッキにより形成した後に、
シード層から導電膜へ合金成分（マグネシウム、インジ
ウムなど）を拡散させ、導電膜内にも合金成分が均一に
含まれるようにするためのアニーリング工程が必要にな
る。合金成分が導電膜内に拡散すると、導電膜の低抵抗
化、粘着性の改善の効果が得られるとの記載が存在す
る。

【００１４】しかしながら、上記文献中には、アスペク
ト比の高い開口部内（上記の配線溝を含む）やビアホー
ル内にカバレッジの良いシード層を形成するための技術
に関する言及はない。

【００１５】本発明の目的は、アスペクト比の高い開口
部内やビアホール内にメッキにより銅を埋め込む際に、
ボイドなどの不良の発生を防止することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、基板上にバリアメタル層を形成する工程と、前記バ
リアメタル層上に、銅よりもイオン化傾向の大きな金属
を含む第１金属層と銅層とがこの順番に積層されたシー
ド層を形成する工程と、前記シード層上にメッキ法によ
り銅メッキ層を形成する工程とを含む半導体装置の製造
方法が提供される。

【００１７】本発明の他の観点によれば、基板上にバリ
アメタル層を形成する工程と、前記バリアメタル層上
に、銅よりもイオン化傾向の大きな第１の金属を含む第
１金属層を形成した後、銅イオンを含む電解質溶液中に
前記基板を浸漬して該第１金属層中の第１の金属の少な
くとも一部を前記電解質溶液中の銅で置換させる工程
と、第１の金属の少なくとも一部が銅で置換された前記
第１金属層上にメッキ法により銅メッキ層を形成する工
程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。

【００１８】銅よりもイオン化傾向の大きな金属を含む
第１金属層と銅イオンを含む電解質溶液とが接触する
と、第１金属層を構成するイオン化傾向の大きな金属と
電解質溶液中の銅イオンとの置換反応が起こる。置換反
応によりカバレッジの良い銅シード層が形成される。

【００１９】本発明の別の観点によれば、下部構造を有
する基板と、前記基板上に形成された層間絶縁膜と、前
記層間絶縁膜内に形成され、前記下部構造の一部領域を
露出する開口部と、前記開口部内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、銅よりも
イオン化傾向の大きな金属を含む第１金属層と、該第１
金属層上に形成され前記開口部内に埋め込まれた銅層と
を含む半導体装置が提供される。

【００２０】本発明のさらに別の観点によれば、下部構
造を有する基板と、前記基板上に形成された層間絶縁膜
と、前記層間絶縁膜内に形成され、前記下部構造の一部
領域を露出する開口部と、前記開口部内に形成されたバ
リアメタル層と、前記バリアメタル層上に形成され、鉄
を５ｗｔ％以上含む銅−鉄合金層を含む第１金属層と、
前記第１金属層上に形成され前記開口部内に埋め込まれ
た銅層とを含む半導体装置が提供される。

【００２１】

【発明の実施の形態】発明者は、基板上に鉄層又は鉄を
含む合金層を形成した後、これを硫酸銅溶液などの銅イ
オンを含む電解質溶液中に浸けると、鉄層中又は合金層
中の鉄が、硫酸銅溶液中に溶け出し、硫酸銅溶液中の銅
イオンと置き換わることにより、基板上に銅層が形成さ
れることを見いだした。鉄は銅に比べてイオン化傾向が
大きいので、鉄と銅との置換反応が起こりやすいためと
考えられる。

【００２２】図１（Ａ）から図５（Ｉ）までを参照して
本発明の第１の実施例について説明する。

【００２３】まず図１（Ａ）に示す状態に至るまでの工
程について簡単に説明する。シリコン基板Ｓに、例えば
ｐ型半導体層１を形成する。ｐ型半導体層１の一部の領
域内に例えば酸化シリコンにより形成された絶縁領域２
を形成する。絶縁領域２により画定される素子領域内に
例えばトランジスタなどの素子を形成する。トランジス
タの形成工程を簡単に説明する。まず、酸化シリコンか
らなるゲート絶縁膜５ａとタングステンからなるゲート
電極５ｂとを形成する。ゲート電極５ｂの両側にｎ型半
導体層よりなるソース領域３ａとドレイン領域３ｂとを
形成する。

【００２４】ゲート電極５ｂを覆って半導体基板Ｓ上に
１層目の層間絶縁膜１１を例えば酸化シリコンにより形
成する。１層目の層間絶縁膜１１内に、例えばソース領
域３ａの上面の一部を露出させるコンタクトホール１１
ａを形成する。コンタクトホール１１ａ内に窒化チタン
により第１のバリアメタル層１２を形成し、次いでコン
タクトホール１１ａ内にタングステン膜１５を充填す
る。

【００２５】タングステン膜１５及び１層目の層間絶縁
膜１１上に２層目の層間絶縁膜２１を例えば酸化シリコ
ンにより形成する。２層目の層間絶縁膜２１上に例えば
窒化シリコンにより第１ストッパ層２２を形成する。第
１ストッパ層は、後の工程で形成される銅配線に含まれ
る銅が下方に拡散するのを防止する。

【００２６】図１（Ｂ）に示すように、第１ストッパ層
２２と２層目の層間絶縁膜２１とを部分的にエッチング
して、コンタクトホール１１ａが形成されている領域を
通過する第１配線溝２１ａを形成する。

【００２７】Ａｒを用いたスパッタエッチングを行う。
これにより、第１配線溝２１ａの底面に露出したタング
ステン膜１５の上面に形成されている自然酸化膜が除去
される。エッチング条件は、シリコン酸化膜を１５ｎｍ
エッチングする場合と同じ程度とする。ロングスロース
パッタ法又はイオン化スパッタ法を用いて、ＴａＮによ
り形成されたバリアメタル層２３を形成する。バリアメ
タル層２３の材料としては、高融点金属単体又は高融点
金属の窒化物が好ましい。例えば、ＴａＮの他に、Ｗ、
Ｔａ、ＴｉＮ、ＷＮなどを用いることができる。

【００２８】図２（Ｃ）に示すように、バリアメタル層
２３上に純度の高い鉄層２４を例えば２０ｎｍの厚さに
なるように形成する。鉄層２４は室温で形成する。ロン
グスロースパッタ法又はイオン化スパッタ法を用いる
と、カバレッジが良好になる。次いで、ロングスロース
パッタ法又はイオン化スパッタ法を用いて、銅層２５を
５０ｎｍの厚さになるように形成する。銅層２５も室温
で形成する。鉄層２４と銅層２５とが、後の銅メッキ工
程のためのシード層として機能する。次に電解メッキを
行う。

【００２９】電解メッキ法による銅メッキは、一般的な
硫酸銅のバス、例えばＥｎｔｈｏｎ−ＯＭＩ社のＣｕ−
ＢＡＴＨなどを用いて行う。メッキ条件は、バス温度２
５℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²である。基板Ｓを電解
メッキ液に漬浸させると、まず銅層２５とメッキ液（硫
酸銅）とが接触した段階で銅層２５の表面から銅がメッ
キ液中に溶出する。

【００３０】図２（Ｄ）に示すように、第１配線溝２１
ａの側壁などカバレッジの悪い部分では、薄い銅層２５
が除去され表面に鉄層２４が露出することがある。表面
に鉄層２４が露出し、露出した部分が硫酸銅液に接触す
ると、鉄と硫酸銅溶液中の銅イオンとの置換反応が起こ
る。鉄が硫酸銅液中に溶出するとともに銅が析出し、銅
により形成された置換反応層２６が形成される。

【００３１】図２（Ｄ）には、第１配線溝２１ａの内
面、とりわけ内側面における銅層２５のカバレッジが悪
く、内側面の鉄層２４が完全に露出した場合を示してい
る。鉄層２４が露出すると置換反応層２６が形成され
る。尚、図２（Ｄ）に示す例では、第１配線溝２１ａ内
の底面においては銅層２５と鉄層２４とが厚く、鉄層２
４が銅により厚さ方向に完全には置換されていない鉄残
留層２４ａが存在する。

【００３２】また、硫酸銅溶液中に漬浸した際に、一部
の領域においてのみ鉄層が露出したような場合にも、鉄
層が露出しない領域には鉄層が残留する。この場合に
は、置換反応層２６は、鉄層が露出した一部の領域にの
み形成される。

【００３３】電解メッキの初期段階において第１配線溝
２１ａ内の鉄層２４が完全に露出すれば、置換反応層２
６が第１配線溝２１ａ内の全領域を覆う。このような場
合には、残留鉄層が存在しない場合もある。

【００３４】上記のいずれの場合でも、メッキ液と接触
する金属表面は全て銅層で覆われる。

【００３５】銅層２５と置換反応層２６とが全表面を覆
う銅層を構成する。この全表面を覆う銅層２５、２６が
以後のメッキ工程におけるシード層として機能し、銅メ
ッキ層２７が形成される。銅メッキ層２７は、第１配線
溝２１ａ内にも満たされる。銅メッキ層２７の表面から
下方に向けて例えばＣＭＰ法などを用いて第１ストッパ
層２２の上面まで研磨し表面を平坦化する。

【００３６】図３（Ｅ）に示すように、第１配線溝２１
ａ内に銅が残り、第１配線層２７ａが形成される。第１
配線層２７ａは、２層目の層間絶縁膜２１に形成された
第１配線溝２１ａ内に埋め込まれている。上記のような
製造方法は、シングルダマシン法と呼ばれる。

【００３７】図２（Ｃ）に示した第１配線溝２１ａ内の
銅層２５が、図２（Ｄ）に示したようにメッキ液に溶解
したとしても、その下の鉄層２４の鉄とメッキ液中の銅
との置換により置換反応層２６が形成される。この置換
反応層２６がシード層として働くため、第１配線溝２１
ａ内にボイドが発生することを防止できる。

【００３８】次に第１配線層２７ａを覆って２層目の層
間絶縁膜２１上に３層目の層間絶縁膜３１と第２ストッ
パ層３２とを形成する。第１配線層２７ａ上の所定の領
域に第２ストッパ層３２を貫通する開口３５を形成す
る。

【００３９】図３（Ｆ）に示すように、第２ストッパ層
３２上に、４層目の層間絶縁膜４１を形成し、次いで第
３ストッパ層４２を形成する。次いで、開口３５が形成
されている領域を通過する配線用の開口４５を、第３ス
トッパ層４２に形成する。第３ストッパ層４２をマスク
として層間絶縁膜４１をエッチングする。第２ストッパ
層３２の一部が露出すると、第２ストッパ層３１がマス
クとなって層間絶縁膜３１がエッチングされる。層間絶
縁膜４１内に、開口４５に沿った第２配線溝４１ａが形
成され、層間絶縁膜３１内の、開口３５に対応する位置
にビアホール３１ａが形成される。

【００４０】基板Ｓ上にＴａＮなどによりバリアメタル
層４７を形成する。第２配線溝４１ａ内及びビアホール
３１ａ内にもバリアメタル層４７が形成される。

【００４１】図４（Ｇ）に示すように、銅が９０ｗｔ
％、鉄が１０ｗｔ％含まれる銅−鉄合金層５１と、銅層
５５とをスパッタリング法などにより形成する。

【００４２】ビアホール３１ａ内及び第２配線溝４１ａ
内にも、銅−鉄合金層５１と銅層５５とが形成される。
銅−鉄合金層５１と銅層５５とは後の銅メッキ工程の際
のシード層として機能する。

【００４３】図４（Ｈ）に示すように、このシード層上
に電解メッキ法により銅メッキ層６１を形成する。電解
メッキ法は、第１配線溝２１ａ内に銅メッキした際の条
件と同じ条件で行うことができる。

【００４４】基板Ｓを電解メッキすると、まず銅層５５
とメッキ液（硫酸銅溶液）とが初めて接触するメッキの
初期段階において、銅層５５がメッキ液中に溶出する。

【００４５】ビアホール３１ａの側壁や第２配線溝４１
ａの側壁など、特にカバレッジの悪い部分では、銅層５
５が除去されて、銅−鉄合金層５１が表面に露出する場
合がある。露出した銅−鉄合金層５１が硫酸銅液に接触
すると、銅−鉄合金層５１中の鉄と、硫酸銅溶液中の銅
イオンとの置換反応が起こる。鉄が硫酸銅液中に溶出す
るとともに銅が析出し、合金中の鉄が銅により置換され
る。この置換反応により置換反応層５１ｂが形成され
る。尚、銅層５５や銅−鉄合金層５１の厚さが厚い場合
などには、銅−鉄合金層５１が完全には銅に置換されず
に銅−鉄合金層が残留する場合もある。

【００４６】メッキの初期段階において、銅層５５と置
換反応層５１ｂとにより全面が銅層５５及び５１ｂで覆
われる。この銅層５５、５１ｂが以後の銅メッキ工程に
おけるシード層として機能し、その上に銅メッキ層６１
が形成される。銅メッキ層６１は、ビアホール３１ａ内
及び第２配線溝４１ａ内にも満たされる。銅メッキ層６
１の表面から下方に向けて例えばＣＭＰ法により第３の
ストッパ層４２の上面まで研磨し平坦化を行う。

【００４７】図５（Ｉ）に示すように、ビアホール３１
ａ内に銅が充填されるとともに、第２配線溝４１ａ内に
も第２配線層６３が残る。第２配線層６３は、ビアホー
ル３１ａを介して第１配線層２７ａと接続される。この
ような製造方法はデュアルダマシン法と呼ばれる。

【００４８】尚、銅−鉄合金層を用いる場合には、銅−
鉄合金層中の鉄の含有量は、５ｗｔ％以上であることが
望ましい。この範囲であれば、鉄と銅との合金が安定に
形成される。鉄の含有量が５ｗｔ％以下になると、固溶
相が現れる可能性が高くなり、安定した合金層が得られ
にくくなる。

【００４９】また、スパッタリング法により銅層を形成
すると、第３ストッパ層４２の上面には銅層が厚く形成
されるので、鉄−銅合金層が残留した状態で銅のメッキ
が始まり、銅メッキ工程を終えた後にも鉄−銅合金層が
残る場合が多い。

【００５０】銅のカバレッジが良好で電解液中に基板を
浸しても初期に鉄が露出しない領域では、銅と鉄との置
換が起こらず、ビアホール内又は開口部内に鉄や鉄を含
む合金層が残留する。

【００５１】特に、デュアルダマシン法を採用する場合
に、第２ストッパ層３２の上面上であって４層目の層間
絶縁膜４１によって覆われていない領域（図５（Ｉ）に
おいて符号３２ａで示される領域）の上に、鉄を含む膜
が残留することが多い。スパッタリング法により鉄層を
形成すると、側壁に形成された鉄層よりも厚い鉄層が上
面上に形成され、上面上において鉄と銅との置換反応が
完全には終了しないうちにメッキが始まるからである。

【００５２】以上、第１の実施例に示した半導体装置の
製造方法を用いれば、高アスペクト比のビアホール内に
も、銅を電解メッキ法により安定して埋め込むことがで
き、ボイドの発生を防止することができる。

【００５３】尚、ビアホール内にスパッタリング法によ
りシード層を形成する場合に、鉄層が銅層に比べてカバ
レッジが良いのは、鉄は銅に比べて凝集しにくい金属で
あるためと考えられる。加えて、鉄は銅よりもマイグレ
ーションを起こしにくく、融点も高いことが関係してい
るものと考えられる。鉄を不純物として含む銅合金も、
銅に比べて凝集が生じにくいので、均一な層が得られや
すい。

【００５４】次に、本発明の第２の実施例について、図
６（Ａ）から図７（Ｄ）までを参照して説明する。

【００５５】図６（Ａ）は、第１の実施例において説明
した図３（Ｆ）に示す構造と同じである。

【００５６】図６（Ａ）に示すように、基板Ｓ上にＴａ
Ｎなどによりバリアメタル層４７が形成されている。第
２配線溝４１ａ内及びビアホール３１ａ内にもバリアメ
タル層４７が形成されている。

【００５７】図６（Ｂ）に示すように、バリアメタル層
４７上に純度の高い鉄層７５を例えば１００ｎｍの厚さ
だけ形成する。鉄層７５は室温で形成する。ロングスロ
ースパッタ法又はイオン化スパッタ法を用いると、カバ
レッジが良好になる。

【００５８】この基板Ｓを電解メッキ用の硫酸銅のバ
ス、例えばＥｎｔｈｏｎ−ＯＭＩ社のＣｕ−ＢＡＴＨ中
に１０秒間浸ける。鉄層中の鉄と硫酸銅溶液中の銅イオ
ンとが置換され、銅よりなる置換反応層７５ａが形成さ
れる。カバレッジが良好な鉄層が良好なカバレッジ特性
を保ったままで銅層に変化するので、銅よりなる置換反
応層７５ａのカバレッジも良好である。この銅よりなる
置換反応層７５ａがシード層として機能する。尚、この
場合にも、鉄層７５が厚い領域では、鉄が銅によって完
全には置換されずに残留する場合がある。

【００５９】次いで電解メッキを行う。電解メッキは、
一般的な硫酸銅のバス、例えばＥｎｔｈｏｎ−ＯＭＩ社
のＣｕ−ＢＡＴＨなどを用いれば良い。メッキ条件は、
バス温度２５℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²である。

【００６０】図７（Ｃ）に示すように、銅よりなる置換
反応層７５ａ（シード層）上に銅メッキ層８１が形成さ
れる。銅メッキ層８１は、ビアホール３１ａ内及び第２
配線溝４１ａ内に満たされる。

【００６１】銅メッキ層８１の表面から下方に向けて例
えばＣＭＰ法などにより第３ストッパ層４２の上面まで
研磨し、表面の平坦化を行う。

【００６２】図７（Ｄ）に示すように、ビアホール３１
ａ内に銅が充填されるとともに、第２配線溝４１ａ内に
第２配線層８１が形成される。

【００６３】上記第２の実施例においては、鉄層中の鉄
を銅で置換して形成された銅層をシード層として用いた
例を説明したが、鉄層の代わりに、第１の実施例におい
て説明した銅−鉄合金層（鉄の含有量が５ｗｔ％以上）
を用いても良い。

【００６４】尚、鉄層以外にも、コバルトやニッケルな
ど、銅よりもイオン化傾向の大きい金属により形成され
た層を用いることもできる。但し、コバルトやニッケル
は、鉄と比べて自然酸化膜が形成されやすいので注意を
要する。

【００６５】また、銅メッキを行う方法としては、電解
メッキ法を例にして説明したが、その他、無電解メッキ
法なども含まれる。

【００６６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種
々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自
明であろう。

【００６７】本願明細書中には、特許請求の範囲に記載
されている発明を含み以下に記載された発明が含まれ
る。

【００６８】付記 （付記１） 基板上にバリアメタル層を形成する工程
と、前記バリアメタル層上に、銅よりもイオン化傾向の
大きな金属を含む第１金属層と銅層とがこの順番に積層
されたシード層を形成する工程と、前記シード層上にメ
ッキ法により銅メッキ層を形成する工程とを含む半導体
装置の製造方法。（１） （付記２） 前記バリアメタル層を形成する工程の前
に、前記基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層
間絶縁膜内に開口部を形成する工程とを含み、前記銅メ
ッキ層を形成する工程は、前記バリアメタル層を形成す
る工程において、前記層間絶縁膜上及び前記開口部の内
面上に前記バリアメタル層間絶縁膜を形成し、前記開口
部内に前記銅メッキ層を埋める工程を含む付記１に記載
の半導体装置の製造方法。

【００６９】（付記３） 前記第１金属層が、鉄、コバ
ルト又はニッケルのいずれかを含む付記１又は２に記載
の半導体装置の製造方法。

【００７０】（付記４） 前記第１金属層が、鉄、コバ
ルト又はニッケルのいずれかと銅との合金を含む付記１
又は２に記載の半導体装置の製造方法。

【００７１】（付記５） 前記第１金属層が５ｗｔ％以
上の鉄を含む付記４に記載の半導体装置の製造方法。

【００７２】（付記６） 基板上にバリアメタル層を形
成する工程と、前記バリアメタル層上に、銅よりもイオ
ン化傾向の大きな第１の金属を含む第１金属層を形成し
た後、銅イオンを含む電解質溶液中に前記基板を浸漬し
て該第１金属層中の第１の金属の少なくとも一部を前記
電解質溶液中の銅で置換させる工程と、第１の金属の少
なくとも一部が銅で置換された前記第１金属層上にメッ
キ法により銅メッキ層を形成する工程とを含む半導体装
置の製造方法。（２） （付記７） 前記バリアメタル層を形成する工程の前
に、前記基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層
間絶縁膜内に開口部を形成する工程とを含み、前記銅メ
ッキ層を形成する工程は、前記バリアメタル層を形成す
る工程において、前記層間絶縁膜上及び前記開口部の内
面上に前記バリアメタル層間絶縁膜を形成し、前記開口
部内に前記銅メッキ層を埋める工程を含む付記６に記載
の半導体装置の製造方法。

【００７３】（付記８） 前記第１金属層が、鉄、コバ
ルト又はニッケルのいずれかを含む付記６又は７に記載
の半導体装置の製造方法。

【００７４】（付記９） 前記第１金属層が、鉄、コバ
ルト又はニッケルのいずれかと銅との合金を含む付記６
又は７に記載の半導体装置の製造方法。

【００７５】（付記１０） 前記第１金属層が５ｗｔ％
以上の鉄を含む付記９に記載の半導体装置の製造方法。

【００７６】（付記１１） 下部構造を有する基板と、
前記基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜
内に形成され、前記下部構造の一部領域を露出する開口
部と、前記開口部内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、銅よりもイオン化傾向
の大きな金属を含む第１金属層と、該第１金属層上に形
成され前記開口部内に埋め込まれた銅層とを含む半導体
装置。（３） （付記１２） 前記銅よりもイオン化傾向の大きな金属
は、鉄、コバルト又はニッケルである付記１１に記載の
半導体装置。

【００７７】（付記１３） 下部構造を有する基板
と、前記基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶
縁膜内に形成され、前記下部構造の一部領域を露出する
開口部と、前記開口部内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、鉄を５ｗｔ％以
上含む銅−鉄合金層を含む第１金属層と、前記第１金属
層上に形成され前記開口部内に埋め込まれた銅層とを含
む半導体装置。（４）

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、アスペクト比の高いビ
アホール内や開口部内にも、カバレッジの良いシード層
を形成することができる。その後の電解メッキ工程にお
いて、銅メッキ層を安定して埋め込むことができる。

【００７９】埋め込み不良の発生率が低減し、半導体装
置を歩留まり良く製造できるとともに、半導体装置の信
頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１の実施
例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図２】 図２（Ｃ）、（Ｄ）は、本発明の第１の実施
例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図３】 図３（Ｅ）、（Ｆ）は、本発明の第１の実施
例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図４】 図４（Ｈ）、（Ｇ）は、本発明の第１の実施
例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図５】 図５（Ｉ）は、本発明の第１の実施例による
半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図６】 図６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第２の実施
例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図７】 図７（Ｃ）、（Ｄ）は、本発明の第２の実施
例による半導体装置の製造工程を示す断面図である。

【図８】 図８（Ａ）、（Ｂ）は、従来の半導体装置の
製造工程を示す断面図である。

【符号の説明】

Ｓ 基板 １ ｐ型半導体層 ２ 絶縁領域 ３ａ ソース領域 ３ｂ ドレイン領域 ５ａ ゲート絶縁膜 ５ｂ ゲート電極（Ｗ） １１ １層目の層間絶縁膜 １１ａ コンタクトホール １５ タングステン（Ｗ）膜 ２１ ２層目の層間絶縁膜 ２１ａ 第１配線溝 ２３ バリアメタル層（ＴａＮ層） ２４ 鉄層 ２５ 銅層 ２６ 置換反応層 ２７ 銅メッキ層 ２７ａ 第１配線層 ３１ ３層目の層間絶縁膜 ３１ａ ビアホール ３５ 開口 ４１ ４層目の層間絶縁膜 ４１ａ 第２配線溝 ４５ 配線用の開口 ４７ バリアメタル層 ５１ 銅−鉄合金層 ５１ｂ 置換反応層 ５５ 銅層 ６１ 銅メッキ層 ６３ 第２配線層 ７５ 鉄層 ７５ａ 置換反応層 ８１ 銅メッキ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH07 HH11 HH12 HH15 HH16 HH19 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ07 JJ11 JJ12 JJ15 JJ16 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33 JJ34 KK01 KK07 KK11 KK12 KK15 KK16 KK19 KK21 KK32 KK33 KK34 LL09 MM01 MM02 MM08 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP21 PP27 PP28 QQ09 QQ10 QQ14 QQ28 QQ37 QQ48 QQ92 QQ94 RR04 RR06 TT02 WW04 XX02 XX04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にバリアメタル層を形成する工程
   と、 前記バリアメタル層上に、銅よりもイオン化傾向の大き
   な金属を含む第１金属層と銅層とがこの順番に積層され
   たシード層を形成する工程と、 前記シード層上にメッキ法により銅メッキ層を形成する
   工程とを含む半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 基板上にバリアメタル層を形成する工程
   と、 前記バリアメタル層上に、銅よりもイオン化傾向の大き
   な第１の金属を含む第１金属層を形成した後、銅イオン
   を含む電解質溶液中に前記基板を浸漬して該第１金属層
   中の第１の金属の少なくとも一部を前記電解質溶液中の
   銅で置換させる工程と、 前記第１の金属の少なくとも一部が銅で置換された前記
   第１金属層上にメッキ法により銅メッキ層を形成する工
   程とを含む半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 下部構造を有する基板と、 前記基板上に形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜内に形成され、前記下部構造の一部領域
   を露出する開口部と、 前記開口部内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、銅よりもイオン化傾
   向の大きな金属からなる第１金属層と、 前記第１金属層上に形成され前記開口部内に埋め込まれ
   た銅層とを含む半導体装置。
4. 【請求項４】 下部構造を有する基板と、 前記基板上に形成された層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜内に形成され、前記下部構造の一部領域
   を露出する開口部と、 前記開口部内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、鉄を５ｗｔ％以上含
   む銅−鉄合金層を含む第１金属層と、 前記第１金属層上に形成され前記開口部内に埋め込まれ
   た銅層とを含む半導体装置。