JP2003257979A - 銅配線構造およびその製造方法 - Google Patents
銅配線構造およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【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Ｃ
ｕ１６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。
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Ｃ
ｕ１６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。
Description
【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。
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。
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。
〜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、Ｃ
ｕ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。
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、Ｃ
ｕ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。
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）
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 fil
ms', Albertus G. Dirks, TienTien, and Janet M. Tow
ner ,Journal of Applied Physics,vol59-6(1968),PP20
10
ms', Albertus G. Dirks, TienTien, and Janet M. Tow
ner ,Journal of Applied Physics,vol59-6(1968),PP20
10
【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。
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。
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。
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Ｅ
Ｍ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。
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Ｅ
Ｍ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。
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Ｃ
ｕ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。
法の構成は、配線面に形成された配線用の溝にＣｕやＣ
ｕ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。
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。
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Ｔ
ａのごく表面に固溶し、不純物（Ｎｂ）部１５を形成す
る。
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Ｔ
ａ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Ｃ
ｕ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。
を薄くスパッタしシードＣｕ層１４を形成し、続いてＣ
ｕ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１
４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎ
ｂ１３の固溶した配線構造が得られる。
４とＴａのバリアメタル層１２との界面近傍に不純物Ｎ
ｂ１３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。
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。
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Ｎｂ
１３の代わりに、Ｓｉなどの不純物を注入エネルギー５
keVから１０keV、ドーズ量を2.0Ｅ14ｃｍ-2から5.0Ｅ14
ｃｍ -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。
１３の代わりに、Ｓｉなどの不純物を注入エネルギー５
keVから１０keV、ドーズ量を2.0Ｅ14ｃｍ-2から5.0Ｅ14
ｃｍ -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。
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。
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。
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Ｃ
ｕ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１
３ａ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。
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Ｃ
ｕ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１
３ａ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４
００℃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。
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４
００℃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。
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。
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Ｃ
ｕによるシードＣｕ層１４を薄くスパッタにより形成す
る。
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Ｃ
ｕ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１
２との界面にＣｕ−Ｓｉ化合物層１８ａを形成する。
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１
２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４
００℃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。
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４
００℃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１８
ａの存在した配線構造が得られる。
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１８
ａ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。
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。
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５k
eV、ドーズ量１.0Ｅ１４ｃｍ-2程度で注入した後、９０
０℃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。
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５k
eV、ドーズ量１.0Ｅ１４ｃｍ-2程度で注入した後、９０
０℃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２１
ａの固溶した配線構造が得られる。
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２１
ａ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。
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Ｃ
ｕＯｘの自然酸化膜２０があるように示している。
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Ｃ
ｕＯｘ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。
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。
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。
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、Ｃ
ｕ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。
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、Ｃ
ｕ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。
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。
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（１
７）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣ
ｕ１４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。
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（１
７）などをスパッタで堆積する。これにより、シードＣ
ｕ１４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、Ｃｕ１
６ａのメッキ、アニールを行う。
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、Ｃｕ１
６ａ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Ｃｕ１４
ｂ、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。
より、Ｔａ等のバリアメタル１２ａ、シードＣｕ１４
ｂ、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。
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。
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。
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、４
００℃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。
ー５keV、ドーズ量１.0Ｅ15cm-2 程度で注入した後、４
００℃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。
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。
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。
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Ｃｕ
１４ｄ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Ｔ
ａ界面近傍のＣｕを非晶質化させる。
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Ｃｕ
１４ｄ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Ｔ
ａ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。
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Ｃ
ｕ（１４ｆ）の存在した積層構造を形成することができ
る。
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Ｃ
ｕ（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（１
４ｆ）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。
線の両方に、シードＣｕとＴａの界面に非晶質Ｃｕ（１
４ｆ）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。
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。
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。
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（１
２）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。
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（１
２）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。
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１
１ｄ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。
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１
１ｄ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。
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（１８
ｂ、１８ｃ）を非晶質化させる。
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（１８
ｂ、１８ｃ）を非晶質化させる。
【００６６】続いて、図９（ｅ）のように、Ｃｕ（１６
ｅ）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１
０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。
ｅ）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１
０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（１２
ｄ）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。
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（１２
ｄ）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。
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。
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。
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。
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。
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Ｃ
ｕＳｉｘ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。
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Ｃ
ｕＳｉｘ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
配線形成工程を説明するその断面図である。
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
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M104 BB04 BB17 BB37 BB39 CC01
DD15 DD16 DD17 DD22 DD23
DD37 DD52 DD53 DD56 DD75
DD78 FF17 FF22 HH01 HH02
HH09 HH12 HH14 HH20
5F033 HH11 HH21 JJ01 JJ11 JJ21
KK11 KK21 LL02 LL08 MM01
MM02 MM12 MM13 NN06 NN07
PP15 PP27 PP28 PP33 QQ03
QQ04 QQ09 QQ37 QQ48 QQ59
QQ62 QQ73 QQ91 QQ94 RR04
RR05 RR06 SS08 TT02 XX00
XX01 XX03 XX05 XX06 XX14
XX19 XX24
Claims (64)
- 【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Ｃ
ｕ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Ｃ
ｕ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Ｃ
ｕ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Ｃ
ｕ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。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002375606A JP2003257979A (ja) | 2001-12-25 | 2002-12-25 | 銅配線構造およびその製造方法 |
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| JP2001-392399 | 2001-12-25 | ||
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