JP2002141305A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】配線溝および接続孔の内部に、良好な埋め込み
形状を有するＣｕ膜を電解めっきにより形成すること 【解決手段】配線溝２および接続孔３の内壁にシード層
としての銅パラジウム合金膜５を形成し、次に銅パラジ
ウム合金膜５のシード層としての機能を補完する銅膜６
を無電解めっきにより銅パラジウム合金膜５上に形成
し、次に電解めっきを用いて銅膜６上に配線としてのＣ
ｕ膜７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線溝や接続孔等
の被埋込み領域の内部をめっきにより導電膜で埋め込む
工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＬＳＩ配線にはアルミニウム
（Ａｌ）を主成分とする配線（Ａｌ配線）が多く用いら
れている。しかし、近年、ダマシン法による銅（Ｃｕ）
を主成分とする配線（Ｃｕ配線）に主流が移りつつあ
る。
【０００３】その理由はＣｕはＡｌに比べて抵抗率が低
く、融点が高いという特性を持ち、その結果としてダマ
シン法によるＣｕ配線は微細化に対して数々の恩恵をも
たらすからである。具体的には、ＲＣ遅延の改善やＥＭ
耐性の向上をもたらす。
【０００４】ダマシン法を用いてＣｕ配線を形成する場
合、層間絶縁膜に予め形成した配線溝、または配線溝お
よび接続孔の内部を埋め込むように、Ｃｕ膜を全面に形
成する必要がある。
【０００５】この種のＣｕ膜の形成方法の一つとして、
電解めっきを用いた方法が知られている。この方法で
は、Ｃｕ膜の形成に先立って、配線溝等の内壁を予めシ
ードとしてのＣｕ膜（Ｃｕシード膜）で被覆しておく。
このＣｕシード膜はめっき電流導入膜とも呼ばれ、スパ
ッタリング法を用いて形成されている。
【０００６】しかしながら、スパッタリング法は段差被
覆性が良くないため、素子の微細化に伴い配線溝や接続
孔のアスペクト比が高くなると、図７に示すように、層
間絶縁膜６１に形成された接続孔の底部近傍では、Ｃｕ
シード膜６３の膜厚が薄くなる。一方、配線溝や接続孔
の入り口近傍では、Ｃｕシード膜６３の庇状の張り出し
（オーバーハング）が生じる。なお、図中、６２はバリ
アメタル膜、６４は配線としてのＣｕ膜をそれぞれ示し
ている。
【０００７】接続孔の底部近傍でＣｕシード膜６３の膜
厚が薄くなると、その部分ではＣｕシード膜６３の電流
導入膜としての機能が損なわれ、最悪の場合、電解めっ
きが全く起きなくなる。すなわち、接続孔の底部近傍で
Ｃｕシード膜の膜厚が薄くなると、Ｃｕ膜６４の埋め込
み形状は悪くなる。
【０００８】このような問題はＣｕシード膜６３を厚く
スパッタ堆積すれば解決できるが、今度はオーバーハン
グが顕著になるため、接続孔の底までめっき液が供給さ
れなくなる。したがって、この場合も、Ｃｕ膜６４の埋
め込み形状は悪くなる。
【０００９】上記問題を解決する試みとして、オーバー
ハングの少ない比較的薄いＣｕシード層を形成した後、
電解めっきにより配線としてのＣｕ膜を形成する前に、
Ｃｕシード層上に無電解めっきによりＣｕ薄膜を形成す
る方法が提案されている（特願平１０−２２７１１２、
特願平１０−２２７１１３）。
【００１０】しかしながら、本発明者等の研究によれ
ば、Ｃｕシード層上に無電解めっきにより形成したＣｕ
薄膜は成長核密度が低く、Ｃｕ薄膜の表面に著しい凹凸
が形成されることが分かった。このような凹凸は電解め
っきを妨げ、接続孔等の埋め込みを困難なものとする。
その結果、Ｃｕ膜の埋め込み形状は悪くなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、素子の微
細に伴い配線溝や接続孔のアスペクト比が高くなると、
配線溝や接続孔の内部に良好な埋込み形状を有するＣｕ
膜をめっきにより形成することが困難になるという問題
があった。
【００１２】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、高アスペクト比の被埋
め込み領域の内部に、良好な埋込み形状を有する導電膜
をめっきにより形成することができる半導体装置の製造
方法を提供することにある。
【００１３】
【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下
記の通りである。
【００１４】すなわち、上記目的を達成するために、本
発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶
縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に配線溝および接続
孔の少なくとも一方の被埋め込み領域を形成する工程
と、前記被埋め込み領域上に、無電解めっきに対しての
触媒金属を含み、かつ前記被埋込み領域の内部を埋め込
まない厚さの１の導電膜を形成する工程と、前記第１の
導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め込まない厚
さの第２の導電膜を無電解めっきにより形成する工程
と、前記第２の導電膜上に前記被埋込み領域の内部を埋
め込む厚さの第３の導電膜を電解めっきにより形成する
工程とを有することを特徴とする。
【００１５】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記
絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被埋め
込み領域を形成する工程と、前記被埋め込み領域上に、
所定の物質を含み、かつ前記被埋込み領域の内部を埋め
込まない厚さの第１の導電膜を形成する工程と、前記第
１の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め込まな
い厚さの第２の導電膜を無電解めっきにより形成する工
程と、前記第２の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部
を埋め込む厚さの第３の導電膜を電解めっきにより形成
する工程とを有し、前記所定の物質が前記第２の導電膜
の成長核密度を高める物質であることを特徴とする。
【００１６】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記
絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被埋め
込み領域を形成する工程と、前記被埋め込み領域上に、
所定の物質を含み、かつ前記被埋込み領域の内部を埋め
込まない厚さの第１の導電膜を形成する工程と、前記第
１の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め込む厚
さの第２の導電膜を電解めっきにより形成する工程とを
有し、前記所定の物質が前記第２の導電膜の成長核密度
を高める物質であることを特徴とする。
【００１７】これらの本発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、無電解めっきに対しての触媒金属、または
所定の物質（第１または第３の導電膜の成長核密度を促
進する物質）を含む第１の導電膜を下地として予め形成
しておくことで、高アスペクト比（≧２）の被埋込み領
域内に良好の埋込み形状を有する第３または第２の導電
膜を形成することができるようになる。
【００１８】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記
絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被埋め
込み領域を形成する工程と、前記被埋め込み領域上に、
導電性を有し、かつ前記被埋め込み領域の内部を埋め込
まない厚さの非晶質膜を形成する工程と、前記非晶質膜
上に前記被埋め込み領域の内部を埋め込む厚さの導電膜
をめっきにより形成する工程とを有することを特徴とす
る。
【００１９】この本発明に係る半導体装置の製造方法に
よれば、めっきの基点となる最表面が非晶質膜となるの
で、その上にめっきにより形成する導電膜の成長の不均
一性を回避できる。その結果、高アスペクト比（≧２）
の被埋込み領域内に良好の埋込み形状を有する第２の導
電膜を形成することができるようになる。
【００２０】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁
膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被埋め込み
領域を形成する工程と、前記被埋め込み領域上に、前記
被埋め込み領域の表面に対して垂直方向に（１１１）に
配向し、かつ前記被埋込み領域の内部を埋め込まない厚
さの第１の銅膜を形成する工程と、前記第１の銅膜上
に、前記被埋め込み領域の内部を埋め込む厚さの第２の
銅膜をめっきにより形成する工程とを有することを特徴
とする。
【００２１】この本発明に係る半導体装置の製造方法に
よれば、第１の銅膜の（１１１）配向性を非常に高くで
きるので、第１の銅膜上にめっきにより形成する第２の
銅膜の成長の不均一性を効果的に回避できる。その結
果、高アスペクト比（≧２）の被埋込み領域内に良好の
埋込み形状を有する第２の導電膜を形成することができ
るようになる。
【００２２】第１の銅膜の配向性を高くできる理由は、
非晶質上においては（１１１）は他の結晶方位に比べて
はるかに揃い易いからである。これは、本発明者等の鋭
意研究によって見出された新規な事実である。
【００２３】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００２５】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
【００２６】まず、図１（ａ）に示すように、トランジ
スタ等の能動素子や、キャパシタ等の受動素子が集積形
成されたシリコン基板（不図示）上に、層間絶縁膜１を
形成し、次にフォトリソグラフィとドライエッチング
（例えばＲＩＥ）を用いて層間絶縁膜１に配線溝２およ
び接続孔３を形成する。配線溝２、接続孔３の形成順序
はどちらが先でも良い。層間絶縁膜１としては、例えば
フッ素添加シリコン酸化膜を用いる。
【００２７】次に図１（ｂ）に示すように、配線溝２お
よび接続孔３の内面を被覆するように、バリアメタル膜
としての窒化タンタル膜４を全面に堆積する。
【００２８】ここでは、窒化タンタル膜４の膜厚は２０
ｎｍ、その成膜方法はスパッタリング法である。バリア
メタル膜は窒化タンタル膜４に限定されるものではな
く、例えばＴｉ／ＴｉＮ膜も使用可能である。
【００２９】次に同図（ｂ）に示すように、窒化タンタ
ル膜４上に電解めっきのシード層としての銅パラジウム
合金膜５（第１の導電膜）を形成する。
【００３０】ここでは、銅パラジウム合金膜５の膜厚は
２０ｎｍ、その成膜方法はスパッタリング法である。ス
パッタターゲットには銅とパラジウムのモザイクを用い
る。この場合、銅パラジウム合金膜５中のパラジウム濃
度は約２重量％である。また、銅パラジウム合金膜５中
にパラジウムは均一に分散されていることを確認した。
【００３１】２０ｎｍ程度の薄い膜厚であれば、銅パラ
ジウム合金膜５によって生じるオーバーハング（庇状の
堆積形状）はほとんど無視できる。また、銅パラジウム
合金膜５の膜厚は接続孔３の底側壁部において最小とな
った。具体的には、３．５ｎｍである。
【００３２】さらに、パラジウムは銅パラジウム合金膜
５の成長核密度を高める物質として働くため、銅パラジ
ウム合金膜５の成長核密度は高くなる。したがって、２
０ｎｍの薄い銅パラジウム合金膜５であっても、そのシ
ード層としての機能は失われない。
【００３３】次に図１（ｃ）に示すように、無電解めっ
きを用いて、厚さ８０ｎｍの銅膜６（第２の導電膜）を
銅パラジウム合金膜５上に形成する。銅膜６は、銅パラ
ジウム合金膜５のシード層としての機能を補完する膜で
ある。
【００３４】ここでは、無電解めっきに用いためっき液
は、硫酸銅ベースでホルムアルデヒトを還元剤として用
いた工業的に一般に使用されているものである。無電解
めっきは、その堆積原理から溝や孔の中においても比較
的均一な膜成長速度を得ることができる。したがって、
配線溝２および接続孔３内には比較的均一な膜厚の銅膜
６が形成される。
【００３５】さらに、銅膜６の下地である銅パラジウム
合金膜５中のパラジウムは、無電解めっきの触媒として
働く。そのため、銅膜６の成長核密度は高くなり、銅膜
６の表面モフォロジーは良好なもとなる。すなわち、電
解めっきの妨げとなるような凹凸は銅膜６の表面には生
じない。
【００３６】次に図１（ｄ）に示すように、電解めっき
を用いて、配線としての厚さ８００ｎｍの銅膜７（第３
の導電膜）を全面に形成する。この銅膜７の電解めっき
の際に、給電層として機能しているのが窒化タンタル膜
４、銅パラジウム合金膜５および銅膜６の積層膜であ
る。
【００３７】このような電解めっきを用いることで、ア
スペクト比が２以上の接続孔３、例えば開口径０．２μ
ｍ、深さ１．２μｍの接続孔３をボイド（鬆、空洞）
や、シーム（縫い目状の不連続面）を招くことなく、銅
膜７で埋め込めることを確認した。すなわち、高アスペ
クト比（例えば６）の接続孔３内に良好な埋め込み形状
を有する銅膜７を形成することができるようになる。
【００３８】このような結果が得られた理由は、銅膜６
の表面モフォロジーが改善され、銅膜７の電解めっきが
妨げられなかったこと、銅膜６の成膜法として無電解め
っきを用いたので、比較的均一な膜厚を有する銅膜６を
形成できたこと、そしてシード層として銅膜６の成長核
密度を高くできる銅パラジウム合金膜５を用いたことが
あげられる。
【００３９】この後、ＣＭＰを用いて、配線溝２の外部
の不要な銅膜６，７および銅パラジウム合金膜５を除去
するとともに、表面を平坦にすることにより、銅のデュ
アルダマシン配線が完成する。
【００４０】本実施形態では、銅パラジウム合金膜５の
膜厚を２０ｎｍとしたが、銅パラジウム合金膜５の膜厚
は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲であれば、良好な埋
め込み形状を有する銅膜７を形成することが可能であ
る。
【００４１】また、第１〜第３の導電膜（銅パラジウム
合金膜５、銅膜６，７）中の銅の含有率は、配線材料に
Ａｌを用いた場合よりも、配線抵抗が低くなるように選
ぶ。そのためには、第１〜第３の導電膜は銅を５０％以
上含むことが好ましい。
【００４２】さらに、本実施形態では、第１〜第３の導
電膜のいずれも銅または銅を含む合金を材料として用い
たが、これに限定されることはなく、最終的な配線形成
プロセスに必要な材料を適宜選択することが可能であ
る。
【００４３】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断
面図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一
符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００４４】本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、銅パラジウム合金膜５上に無電解めっきにより銅膜
６を形成せずに、電解めっきにより銅膜７を形成するこ
とにある（図２（ｂ）、図２（ｃ））。
【００４５】本実施形態でも、良好な埋め込み形状を有
する銅膜７を形成することができるようになる。その理
由は、銅パラジウム合金膜５中のパラジウムは、銅膜７
の成長核密度を高める物質として機能するからである。
これは、例えば電解めっきの成長がパラジウム上で優先
的に起きる表面電子状態となっている、あるいは銅パラ
ジウム合金膜５中においてパラジウムが銅よりも酸化さ
れにくくなっていることにより、めっき電流が流れ易い
などの理由によると考えられる。さらに、本実施形態に
よれば、無電解めっきにより銅膜６を形成する工程を省
略できるので、第１の実施形態に比べて、プロセスの簡
略化の点で有利である。
【００４６】なお、第１の実施形態は、無電解めっきに
より形成した銅膜６が、銅パラジウム合金膜５のシード
層としての役割を補完するので、アスペクト比が高くな
っても、それに応じて銅パラジウム合金膜５を薄くする
必要がない。したがって、今後アスペクト比がさらに高
くなった場合、第１の実施形態の方が有利となる可能性
が高い。
【００４７】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
【００４８】本実施形態が第１、第２の本実施形態と異
なる点は、銅パラジウム合金膜５を置換反応により形成
することにある。すなわち、図３（ａ）に示すように、
表面にニオブ（Ｎｂ）を含む銅膜５’（第４の導電膜）
を周知の方法によって形成し、次に銅膜５’をＰｄＣｌ
2 溶液中に浸し、図３（ｂ）に示すように、銅膜５’の
表面のＮｂをＰｄに置換し、銅パラジウム合金膜５を形
成する。
【００４９】銅膜５’中の金属としてはＮｂ以外のもの
も使用可能である。すなわち、Ｐｄ以外の金属であっ
て、かつＰｄよりもイオン化傾向が大きい金属が使用可
能である。好ましくは、銅（第１の金属膜を構成する金
属）よりもイオン化傾向が大きい金属を使用する。
【００５０】本実施形態によれば、第１、第２の実施形
態に比べて、銅パラジウム合金の集率を高くできるよう
になる。すなわち、スパッタリング法の場合、基板上に
飛来した銅およびパラジウムの粒子（スパッタ粒子）の
全てが銅パラジウム合金になるわけではないが、第２の
変形例の場合、銅膜５’の表面のＮｂの大部分をＰｄに
置換でき、銅パラジウム合金を効率よく形成することが
できる。なお、銅膜５’の全体を銅パラジウム合金膜５
に変える必要なく、銅膜５’の表面が銅パラジウム合金
膜５に変われば十分である。
【００５１】銅パラジウム合金膜５を形成した後は、第
１または第２の実施形態と同じ工程を経て、デュアルダ
マシン配線が完成する。
【００５２】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
【００５３】まず、図４（ａ）に示すように、トランジ
スタ等の能動素子や、キャパシタ等の受動素子が集積形
成されたシリコン基板（不図示）上に、層間絶縁膜１１
を形成し、次にフォトリソグラフィとドライエッチング
（例えばＲＩＥ）を用いて層間絶縁膜１１に接続孔１２
を形成する。層間絶縁膜１１としては、ＣＶＤ法により
形成したシリコン酸化膜を用いる。接続孔１２の開口径
は０．１５μｍ、深さは６００ｎｍである。
【００５４】次に図４（ｂ）に示すように、接続孔１２
の内面を被覆するように、バリアメタル膜としての窒化
タンタル膜１３を全面に堆積した後、窒化タンタル膜１
３上に銅膜１４を形成する。ここでは、窒化タンタル膜
１３の膜厚は２０ｎｍ、銅膜１４の膜厚は２００ｎｍ、
そして窒化タンタル膜１３および銅膜１４の成膜方法は
スパッタリング法である。
【００５５】次に図４（ｃ）に示すように、銅膜１４上
に非晶質ＣｕＴａ合金膜１５を形成する。
【００５６】ここでは、非晶質ＣｕＴａ合金膜１５の膜
厚は２０ｎｍ、その成膜方法はスパッタリング法であ
る。スパッタターゲットには、銅とタンタルのモザイク
を用いる。
【００５７】非晶質ＣｕＴａ合金膜１５の代わりに、非
晶質ＣｕＺｒ合金膜、非晶質ＣｕＷ合金膜、非晶質Ｃｕ
Ｔｉ合金膜、非晶質ＣｕＨｆ合金膜、非晶質ＷＣｏ合金
膜、ＮｉＴａ合金膜等の他の非晶質合金膜を用いても良
い。また、これらの非晶質合金膜の成膜方法はスパッタ
リング法に限定されるものではなく、めっき法でも良
い。さらに、ここでは、非晶質ＣｕＴａ合金膜１５の下
地に銅膜１４を用いたが、他の導電性を有する膜であっ
ても良い。
【００５８】次に図４（ｄ）に示すように、電解めっき
を用いて、厚さ１．２μｍの銅膜１６を全面に形成し、
接続孔１２を銅膜１６で埋め込む。めっき液には例えば
硫酸銅を用いる。ここでは、電解めっきを用いたが無電
解めっきを用いても良い。
【００５９】この後、ＣＭＰを用いて、接続孔１２の外
部の不要な銅膜１６、非晶質ＣｕＴａ合金膜１５、銅膜
１４および窒化タンタル膜１３を除去するとともに、表
面を平坦にすることにより、銅のプラグが完成する。
【００６０】接続孔１２内の銅膜１６（プラグ）をＳＥ
Ｍ（Scanning Electron Microscope）にて観察したとこ
ろ、接続孔１２をボイドや、シームを生じることなく、
接続孔１２の内部を銅膜１６で埋め込られることを確認
した。
【００６１】このような結果となった理由は、本実施形
態の場合、プラグとしての銅膜１６の下地（シード層）
として、最表面に非晶質ＣｕＴａ合金膜１５が形成され
たＣｕ膜１４（低抵抗層）を用いることにより、銅の核
成長が均一に進み、銅膜１６の成長が均一に進んだから
だと考えられる。
【００６２】これに対し、非晶質ＣｕＴａ合金膜１５を
形成しない点を除いて、本実施形態と同じ方法（比較
例）により形成した銅膜１６からなるプラグの場合、図
６に示すように、接続孔１２内にところどころ大きく成
長した核２１が形成され、接続孔１２内にボイド等が発
生することが確認された。図６では、簡単のために、窒
化タンタル膜１３と銅膜１４を一つの膜で示してある。
【００６３】このような結果となった理由は、比較例の
場合、シード層である銅膜１４の各結晶粒の結晶方位が
ばらついていることから、銅の核成長が不均一に進んだ
からだと考えられる。
【００６４】（第５の実施形態）図５は、本発明の第５
の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。なお、図４と対応する部分には図４と同一符
号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００６５】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
基板（不図示）上に厚さ８５０ｎｍのシリコン酸化膜１
１をＣＶＤで形成し、次にシリコン酸化膜１１に開口径
０．１５μｍ、深さ６００ｎｍの接続孔１２を形成す
る。
【００６６】次に図５（ｂ）に示すように、接続孔１２
の内面を被覆するように、バリアメタル膜としての厚さ
２０ｎｍの窒化タンタル膜１３をスパッタリング法によ
り全面に堆積する。ここまでは、第４の実施形態と同じ
である。
【００６７】次に図５（ｃ）に示すように、窒化タンタ
ル膜１３上に厚さ２０ｎｍの非晶質ＣｕＺｒ合金膜１７
をスパッタリング法により堆積する。スパッタターゲッ
トには銅とＺｒのモザイクを用いる。
【００６８】次に図５（ｄ）に示すように、非晶質Ｃｕ
Ｚｒ合金膜１７上にシード層としての銅膜１８（第１の
銅膜）を形成する。この銅膜１８をＸ線回折にて測定し
たところ、（１１１）以外のピークは観察されなかっ
た。すなわち、非晶質ＣｕＺｒ合金膜１７上には（１１
１）方向に高配向した銅膜１８を形成できることが明ら
かになった。このような高配向の銅膜１８は、他の非晶
質合金膜上にも形成できることも分かった。
【００６９】次に同図（ｄ）に示すように、めっきを用
いて、銅膜１６（第２の銅膜）を全面に形成し、接続孔
１２を銅膜１６で埋め込む。
【００７０】この後、ＣＭＰを用いて、接続孔１２の外
部の不要な膜１８，１７，１６，１３を除去するととも
に、表面を平坦にすることにより、銅のプラグが完成す
る。
【００７１】接続孔１２内の銅膜１６（プラグ）をＳＥ
Ｍにて観察したところ、接続孔１２をボイドや、シーム
を生じることなく、接続孔１２の内部を銅膜１６で埋め
込られることを確認した。
【００７２】このような結果となった理由は、本実施形
態の場合、プラグとしての銅膜１６の下地（シード層）
として、（１１１）に高配向した銅膜１８を形成するこ
とにより、銅の核成長が均一に進み、銅膜１６の成長が
均一に進んだからだと考えられる。
【００７３】図５（ｄ）に示した非晶質ＣｕＺｒ合金膜
１７／銅膜１８の構造は、プロセス条件によっては製品
段階でも残る。すなわち、非晶質ＣｕＺｒ合金膜１７／
銅膜１８の構造が完成した後の工程において、非晶質Ｃ
ｕＺｒ合金膜１７の全体を結晶化するような熱工程が存
在しなければ、非晶質ＣｕＺｒ合金膜１７は消滅せず、
その一部が残留する。
【００７４】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、第１〜第３の実施形態では、
本発明をデュアルダマシン配線（ＤＤ配線）に適用した
場合について説明したが、本発明はいわゆるシングルダ
マシン配線（ＳＤ配線）や、プラグにも適用できる。
【００７５】また、第４および第５の実施形態では、本
発明をプラグに適用した場合について説明したが、本発
明はＤＤ配線や、ＳＤ配線にも適用できる。
【００７６】また、本発明は、配線溝や接続孔以外のそ
の他の被埋込み領域に対しても適用可能である。例え
ば、ダマシンゲートプロセスにおけるゲート溝にも適用
可能である。
【００７７】また、上記実施形態では、第１の導電膜中
の金属触媒または所定の金属としてパラジウムを用いる
場合について説明したが、その他には金、銀または白
金、さらにパラジウム、金、銀および白金の少なくとも
二つを含むものが使用可能である。
【００７８】また、上記実施形態には種々の段階の発明
が含まれており、開示される複数の構成要件における適
宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例え
ば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要
件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で
述べた課題を解決できる場合には、この構成要件が削除
された構成が発明として抽出され得る。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００７９】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、高
アスペクト比の被埋め込み領域の内部に、良好な埋込み
形状を有する導電膜をめっきにより形成することができ
るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
【図５】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
【図６】比較例を示す断面図
【図７】従来の問題点を説明するための図
【符号の説明】
１…層間絶縁膜 ２…配線溝 ３…接続孔 ４…窒化タンタル膜（バリアメタル膜） ５…銅パラジウム合金膜（第１の導電膜） ５’…Ｎｂを含む銅膜（第４の導電膜） ６…銅膜（第２の導電膜） ７…銅膜（第３または第２の導電膜） １１…層間絶縁膜 １２…接続孔 １３…窒化タンタル膜（バリアメタル膜） １４…銅膜（低抵抗層） １５…非晶質ＣｕＴａ合金膜（非晶質膜） １６…銅膜（導電膜、第２の導電膜） １７…非晶質ＣｕＺｒ合金膜（非晶質膜） １８…銅膜（第１の銅膜） ２１…核
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｒ 21/90 Ｃ (72)発明者 金子 尚史 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K022 AA05 BA08 BA31 CA06 CA21 DA01 DA03 EA04 4K024 AA09 AB01 AB02 AB03 AB15 AB17 BA11 BB12 BC10 GA16 4M104 BB04 BB14 BB32 BB37 CC01 CC05 DD16 DD37 DD52 DD53 FF17 FF18 FF22 HH13 5F033 HH07 HH11 HH12 HH18 HH19 HH32 HH33 JJ01 JJ07 JJ11 JJ12 JJ18 JJ19 JJ32 JJ33 KK01 LL07 MM01 MM02 MM08 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP28 PP33 QQ37 QQ48 RR04 SS11 WW04 XX02 XX04

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被
    埋め込み領域を形成する工程と、 前記被埋め込み領域上に、無電解めっきに対しての触媒
    金属を含み、かつ前記被埋込み領域の内部を埋め込まな
    い厚さの１の導電膜を形成する工程と、 前記第１の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め
    込まない厚さの第２の導電膜を無電解めっきにより形成
    する工程と、 前記第２の導電膜上に前記被埋込み領域の内部を埋め込
    む厚さの第３の導電膜を電解めっきにより形成する工程
    とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被
    埋め込み領域を形成する工程と、 前記被埋め込み領域上に、所定の物質を含み、かつ前記
    被埋込み領域の内部を埋め込まない厚さの第１の導電膜
    を形成する工程と、 前記第１の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め
    込まない厚さの第２の導電膜を無電解めっきにより形成
    する工程と、 前記第２の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め
    込む厚さの第３の導電膜を電解めっきにより形成する工
    程とを有し、 前記所定の物質が前記第２の導電膜の成長核密度を高め
    る物質であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被
    埋め込み領域を形成する工程と、 前記被埋め込み領域上に、所定の物質を含み、かつ前記
    被埋込み領域の内部を埋め込まない厚さの第１の導電膜
    を形成する工程と、 前記第１の導電膜上に、前記被埋込み領域の内部を埋め
    込む厚さの第２の導電膜を電解めっきにより形成する工
    程とを有し、 前記所定の物質が前記第２の導電膜の成長核密度を高め
    る物質であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】前記第１、第２および第３の導電膜はそれ
    ぞれ銅の含有率が５０％以上の導電膜であることを特徴
    とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項５】前記触媒金属または前記所定の物質は、パ
    ラジウム、金、銀および白金の少なくとも一つを含むも
    のであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
    １項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】前記触媒金属または前記所定の物質を含む
    第１の導電膜を形成する工程は、 主成分が前記第１の導電膜の主成分と同じであり、かつ
    前記触媒金属または前記所定の物質よりもイオン化傾向
    が大きい被置換材料を含み、かつ前記触媒金属または前
    記所定の物質を含まない第４の導電膜を形成する工程
    と、 前記触媒金属または前記所定の物質を含む溶液中に、前
    記絶縁膜および前記第４の導電膜が形成された前記半導
    体基板を浸し、前記第４の導電膜中の前記被置換材料を
    前記溶液中の前記触媒金属または前記所定の物質と置換
    する工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし３の
    いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】前記被置換材料は、前記第１の導電膜の主
    成分よりもイオン化傾向が大きいものであることを特徴
    とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被
    埋め込み領域を形成する工程と、 前記被埋め込み領域上に、導電性を有し、かつ前記被埋
    め込み領域の内部を埋め込まない厚さの非晶質膜を形成
    する工程と、 前記非晶質膜上に前記被埋め込み領域の内部を埋め込む
    厚さの導電膜をめっきにより形成する工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】前記被埋め込み領域上に前記非晶質膜より
    も電気抵抗が低い低抵抗層を形成した後、この低抵抗層
    上に前記非晶質膜を形成することを特徴とする請求項８
    に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、 絶縁膜に配線溝および接続孔の少なくとも一方の被埋め
    込み領域を形成する工程と、 前記被埋め込み領域上に、前記被埋め込み領域の表面に
    対して垂直方向に（１１１）に配向し、かつ前記被埋込
    み領域の内部を埋め込まない厚さの第１の銅膜を形成す
    る工程と、 前記第１の銅膜上に、前記被埋め込み領域の内部を埋め
    込む厚さの第２の銅膜をめっきにより形成する工程とを
    有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記被埋め込み領域上に導電性を有する
    非晶質膜を形成し、この非晶質膜上に前記第１の銅膜を
    形成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装
    置の製造方法。
  12. 【請求項１２】前記非晶質膜は、銅を含むものであるこ
    とを特徴とする請求項９または１１に記載の半導体装置
    の製造方法。
  13. 【請求項１３】前記非晶質膜は、銅とタンタルを含む非
    晶質合金膜、銅とジルコニウムを含む非晶質合金膜、銅
    とタングステンを含む非晶質合金膜、銅とチタンを含む
    非晶質合金膜、または銅とハフニウムを含む非晶質合金
    膜であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装
    置の製造方法。
  14. 【請求項１４】前記非晶質膜は、タングステンとコバル
    トを含む非晶質合金膜、またはニッケルとタンタルを含
    む非晶質合金膜であることを特徴とする請求項９または
    １１に記載の半導体装置の製造方法。
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