JP2010080606A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる、半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃｕ層２０の形成後、Ｃｕ層２０上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層３１が積層される。そして、犠牲層３１の形成後、熱処理により、Ｃｕ層２０と第２絶縁層６との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。このとき、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中に拡散する。Ｃｕ層２０上に高純度Ｃｕからなる犠牲層３１が積層されているので、Ｃｕ層２０に拡散したＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を犠牲層３１に引き寄せられるように移動し、犠牲層３１に拡散する。この犠牲層３１へのＭｎの拡散により、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。
【選択図】図２Ｇ

Description

本発明は、Ｃｕ（銅）を主成分とする金属材料からなるＣｕ配線を有する半導体装置の製造方法に関する。

高集積化された半導体装置において、配線の材料として、Ａｌ（アルミニウム）よりも導電性の高いＣｕを採用したものがある。Ｃｕがドライエッチングによる微細なパターニングが困難であることから、Ｃｕを材料に採用した配線（Ｃｕ配線）は、ダマシン法により、半導体基板上の絶縁層に形成された微細な溝に埋設される。
絶縁層の材料としては、通常、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）が採用される。ところが、Ｃｕは、ＳｉＯ_２への拡散性が高い。そのため、ＳｉＯ_２からなる絶縁層に形成された溝の内面とＣｕ配線とが直に接すると、Ｃｕが絶縁層中に拡散し、これにより絶縁層の絶縁耐圧が低下する。したがって、絶縁層とＣｕ配線との間には、Ｃｕの絶縁層への拡散を防止するためのバリア膜が必要となる。

バリア膜を形成する手法として、ＣｕおよびＭｎを含む合金材料（以下、単に「ＣｕＭｎ合金」という。）を用いた自己形成プロセスが知られている。この自己形成プロセスでは、スパッタ法により、溝の内面を含む絶縁層の表面上に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が形成される。次いで、めっき法により、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が積層される。その後、熱処理が行われることにより、合金膜に含まれるＭｎが絶縁層に含まれるＳｉ（シリコン）およびＯ（酸素）と結合し、溝の内面上に、Ｍｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（ｘ，ｙ，ｚ：零よりも大きい数。以下、単に「ＭｎＳｉＯ」という。）からなるバリア膜が形成される。

そして、バリア膜の形成後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）法により、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるまで研磨される。これにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。
特開２００５−２７７３９０号公報

ＣｕＭｎ合金は、ＳｉＯ_２に対する密着性が高くない。そこで、溝の内面に対する合金膜の密着性を確保し、溝の側面上での合金膜の膜剥がれを防止するため、合金膜は、バリア膜の形成に必要な最小限の厚さよりも大きい厚さに形成される。また、ＣｕＭｎ合金は、Ｍｎ濃度が低いほどＳｉＯ_２に対する密着性が低下するので、合金膜の材料には、Ｍｎ濃度がある程度高いＣｕＭｎ合金が用いられる。そのため、合金膜には、Ｍｎが過剰に含まれる。

バリア膜の形成（ＳｉおよびＯとの反応）に寄与しない余剰なＭｎは、Ｃｕ層中に拡散する。ＭｎのＣｕ層中への拡散量が多いと、Ｃｕ配線中にＭｎが残留し、Ｃｕ配線の抵抗が増大する。純Ｃｕの比抵抗は、約１．９〜２．０μΩ・ｃｍであるのに対し、たとえば、原子数で１％（ａｔ％）のＭｎを含むＣｕの比抵抗は、約５〜６μΩ・ｃｍである。幅６０〜７０ｎｍの微細なＣｕ配線では、比抵抗の微少な増大であっても、配線抵抗の大幅な増大を招く。

本発明の目的は、Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる、半導体装置の製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、前記溝の内面にＣｕおよびＭｎを含む合金材料からなる合金膜を被着させる工程と、前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、前記Ｃｕ層上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層を積層する工程と、前記犠牲層の積層後に、熱処理により、前記Ｃｕ層と前記絶縁層との間にＭｎＳｉＯからなるバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜の形成後に、前記Ｃｕ層上から前記犠牲層を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。

この方法によれば、まず、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に、溝が形成される。次に、溝の内面（側面および底面）に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が被着される。その後、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が溝を埋め尽くすように形成される。Ｃｕ層の形成後、Ｃｕ層上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層が積層される。そして、犠牲層の形成後、熱処理により、絶縁層とＣｕ層との間に、ＭｎＳｉＯからなるバリア膜が形成される。熱処理後、犠牲層は、Ｃｕ層上から除去される。そして、犠牲層の除去後に、たとえば、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるように、溝外からＣｕ層が除去されることにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。

熱処理時に、バリア膜の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層中に拡散する。Ｃｕ層上に高純度Ｃｕからなる犠牲層が積層されているので、Ｃｕ層に拡散したＭｎの一部は、Ｃｕ層中を犠牲層に引き寄せられるように移動し、犠牲層に拡散する。この犠牲層へのＭｎの拡散により、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層からなるＣｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。

ここで、高純度Ｃｕとは、純度が９９．９９５％以上のＣｕをいう。
請求項２に記載の発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、前記溝の内面にＣｕおよびＭｎを含む合金材料からなる合金膜を被着させる工程と、前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、前記Ｃｕ層の積層後に、熱処理を行う工程と、前記熱処理後に、前記Ｃｕ層の表層部を除去する工程と、前記Ｃｕ層の表層部の除去後に、前記Ｃｕ層上にＣｕを主成分とする金属材料からなる犠牲層を積層する工程と、前記犠牲層の積層後に、熱処理を再び行う工程と、前記熱処理が再び行われた後に、前記Ｃｕ層上から前記犠牲層を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。

この方法によれば、まず、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に、溝が形成される。次に、溝の内面（側面および底面）に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が被着される。その後、合金膜上に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層が溝を埋め尽くすように形成される。Ｃｕ層の積層後、熱処理が行われる。この熱処理により、絶縁層とＣｕ層との間に、ＭｎＳｉＯからなるバリア膜が形成される。熱処理後、Ｃｕ層の表層部が除去される。この後、Ｃｕ層上にＣｕを主成分とする金属材料からなる犠牲層が形成され、さらに熱処理が再び行われる。そして、犠牲層がＣｕ層上から除去された後に、たとえば、Ｃｕ層の表面が溝外の絶縁層の表面と面一になるように、溝外からＣｕ層が除去されることにより、溝にバリア膜を介して埋設されたＣｕ配線が得られる。

Ｃｕ層の積層後の熱処理により、バリア膜の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層中に拡散する。Ｃｕ層に拡散したＭｎの一部は、Ｃｕ層の表面に出現する。この熱処理後にＣｕ層の表層部が除去されることにより、Ｃｕ層の表層部に到達したＭｎおよびＣｕ層の表面に出現したＭｎは、Ｃｕ層の表層部とともに除去される。そして、Ｃｕ層の表層部が除去された後に犠牲層が積層され、熱処理が再び行われると、Ｃｕ層に残留しているＭｎが犠牲層に拡散する。この犠牲層へのＭｎの拡散により、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層からなるＣｕ配線中のＭｎの残留量を減らすことができる。

請求項３に記載のように、前記犠牲層は、高純度Ｃｕからなることが好ましい。犠牲層が高純度Ｃｕからなる場合、Ｃｕ層に残留するＭｎを犠牲層に良好に拡散させることができる。その結果、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量を効果的に減少させることができ、ひいてはＣｕ配線中のＭｎの残留量をより一層減らすことができる。
請求項４に記載のように、前記Ｃｕ層の表層部の除去後に、前記犠牲層を積層する工程、熱処理を再び行う工程および前記犠牲層を除去する工程がこの順に複数回繰り返されてもよい。これらの工程を複数回繰り返すことにより、回数を重ねるごとに、Ｃｕ層に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ配線中のＭｎの残留量を確実に減らすことができる。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る製造方法により製造される半導体装置の模式的な断面図である。
半導体装置１は、図示しない半導体基板を備えている。半導体基板には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの素子が作り込まれている。半導体基板上には、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなる第１絶縁層２が積層されている。

第１絶縁層２の表層部には、第１溝３が所定のパターンで形成されている。第１溝３は、第１絶縁層２の上面から掘り下がった凹状をなしている。第１溝３の内面（側面および底面）には、ＭｎＳｉＯからなる第１バリア膜４が形成されている。そして、第１溝３には、第１バリア膜４を介して、Ｃｕを主成分とする金属材料からなる第１Ｃｕ配線５が埋設されている。

第１絶縁層２上には、第２絶縁層６が積層されている。第２絶縁層６は、拡散防止膜７、層間絶縁膜８、エッチングストッパ膜９および絶縁膜１０を、第１絶縁層２側からこの順に積層した構造を有している。
拡散防止膜７は、たとえば、ＳｉＣ（炭化シリコン）および／またはＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）からなる。

層間絶縁膜８および絶縁膜１０は、たとえば、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であるＳｉＯ_２からなる。
エッチングストッパ膜９は、たとえば、ＳｉＣからなる。
第２絶縁層６の表層部には、第２溝１１が形成されている。第２溝１１は、絶縁膜１０の上面から層間絶縁膜８の上面まで掘り下がった凹状をなしている。第２溝１１の側面は、絶縁膜１０およびエッチングストッパ膜９により形成され、第２溝１１の底面は、層間絶縁膜８の上面により形成されている。

また、第２溝１１は、平面視で第１Ｃｕ配線５（第１溝３）と交差する部分を有するパターンに形成されている。そして、その平面視で第１Ｃｕ配線５と第２溝１１とが交差する部分において、第１Ｃｕ配線５と第２溝１１との間には、拡散防止膜７および層間絶縁膜８を貫通するビアホール１２が形成されている。
第２溝１１およびビアホール１２の内面（第２溝１１の側面および底面ならびにビアホール１２の側面）には、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成されている。そして、第２溝１１およびビアホール１２には、第２バリア膜１３を介して、それぞれＣｕを主成分とする金属材料からなる第２Ｃｕ配線１４およびビア１５が埋設されている。第２Ｃｕ配線１４およびビア１５は、一体をなしている。

図２Ａ〜２Ｈは、本発明の第１実施形態に係る製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
図２Ａに示すように、第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５が埋設された第１絶縁層２上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法により、拡散防止膜７、層間絶縁膜８、エッチングストッパ膜９および絶縁膜１０がこの順に積層される。これにより、第１絶縁層２上に、第２絶縁層６が形成される。

その後、図２Ｂに示すように、第２絶縁層６に、第２溝１１およびビアホール１２が形成される。具体的には、まず、第２絶縁層６上に、ビアホール１２が形成されるべき部分を選択的に露出させる開口を有するマスク（図示せず）が形成される。そして、ドライエッチングにより、絶縁膜１０、エッチングストッパ膜９および層間絶縁膜８におけるマスクから露出する部分（開口に臨む部分）が順に除去される。このとき、適当なタイミングで反応ガス（エッチャント）を切り換えることにより、絶縁膜１０、エッチングストッパ膜９および層間絶縁膜８が連続的にエッチングされる。その後、第２絶縁層６上からマスクが除去される。次に、第２絶縁層６上に、第２溝１１が形成されるべき部分を選択的に露出させる開口を有する新たなマスク（図示せず）が形成される。そして、ドライエッチングにより、絶縁膜１０におけるマスクから露出する部分（開口に臨む部分）が除去される。その後、第２絶縁層６上からマスクが除去される。そして、拡散防止膜７およびエッチングストッパ膜９における露出している部分が除去される。これにより、第２溝１１およびビアホール１２が形成される。

次いで、図２Ｃに示すように、スパッタ法により、第２溝１１およびビアホール１２の内面および第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面全域に、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜１８が被着される。
その後、図２Ｄに示すように、スパッタ法により、合金膜１８の表面全域を被覆するように、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるシード膜１９が形成される。

次いで、図２Ｅに示すように、めっき法により、シード膜１９上に、Ｃｕを主成分とする金属材料のＣｕ層２０が積層される。このＣｕ層２０は、第２溝１１およびビアホール１２を埋め尽くす厚さに形成される。
Ｃｕ層２０の積層後、図２Ｆに示すように、スパッタ法により、Ｃｕ層２０上に、高純度Ｃｕ（純度９９．９９５％以上のＣｕ、好ましくは純度９９．９９９９％以上のＣｕ）からなる犠牲層３１が積層される。

その後、熱処理が行われる。第２絶縁層６および合金膜１８に高熱が加えられることににより、第２絶縁層６と合金膜１８との界面において、第２絶縁層６に含まれるＳｉおよびＯと合金膜１８に含まれるＭｎとが結合する。その結果、図２Ｇに示すように、第２絶縁層６とＣｕ層２０との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。また、熱処理が行われることにより、Ｃｕ層２０の結晶構造が均一化され、Ｃｕ層２０（第２Ｃｕ配線１４）の比抵抗が低減する。合金膜１８は、第２バリア膜１３の形成に伴って消失する。

さらに、熱処理時に、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中に拡散する。Ｃｕ層２０上に高純度Ｃｕからなる犠牲層３１が積層されているので、Ｃｕ層２０に拡散したＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を犠牲層３１に引き寄せられるように移動して、犠牲層３１に拡散する。犠牲層３１に拡散したＭｎの一部は、犠牲層３１の表面に出現する。

熱処理後、図２Ｈに示すように、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０上から犠牲層３１が除去される。つづいて、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３が研磨される。この研磨は、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３における第２溝１１外に形成されている不要部分がすべて除去されて、第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面が露出し、その第２絶縁層６の上面とＣｕ層２０の上面とが面一になるまで続けられる。これにより、第２溝１１に埋設された第２Ｃｕ配線１４が形成され、図１に示す半導体装置１が得られる。

以上のように、Ｃｕ層２０の形成後、Ｃｕ層２０上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層３１が積層される。そして、犠牲層３１の形成後、熱処理により、Ｃｕ層２０と第２絶縁層６との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。このとき、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中に拡散する。Ｃｕ層２０上に高純度Ｃｕからなる犠牲層３１が積層されているので、Ｃｕ層２０に拡散したＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を犠牲層３１に引き寄せられるように移動し、犠牲層３１に拡散する。この犠牲層３１へのＭｎの拡散により、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を減らすことができる。

図３Ａ〜３Ｇは、本発明の第２実施形態に係る製造方法を説明するための模式的な断面図である。
図３Ａ〜３Ｇに示す各工程は、図２Ａ〜２Ｅに示す各工程を経た後、図２Ｆ〜２Ｈに示す各工程に代えて行われる。
図２Ｅに示す工程でＣｕ層２０が積層された後、熱処理が行われる。第２絶縁層６および合金膜１８に高熱が加えられることににより、第２絶縁層６と合金膜１８との界面において、第２絶縁層６に含まれるＳｉおよびＯと合金膜１８に含まれるＭｎとが結合する。その結果、図３Ａに示すように、第２絶縁層６とＣｕ層２０との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。このとき、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中を移動し、その一部がＣｕ層２０の表面に出現する。また、熱処理が行われることにより、Ｃｕ層２０の結晶構造が均一化され、Ｃｕ層２０（第２Ｃｕ配線１４）の比抵抗が低減する。合金膜１８は、第２バリア膜１３の形成に伴って消失する。

熱処理後、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０の表面が研磨される。この研磨により、図３Ｂに示すように、Ｃｕ層２０の表層部に含まれるＭｎおよびＣｕ層２０の表面上に出現したＭｎがＣｕ層２０の表層部とともに除去される。
次いで、図３Ｃに示すように、スパッタ法により、Ｃｕ層２０上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層３２が積層される。

その後、熱処理が行われる。この熱処理により、図３Ｄに示すように、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を犠牲層３２に引き寄せられるように移動して、犠牲層３２に拡散する。犠牲層３２に拡散したＭｎの一部は、犠牲層３２の表面に出現する。
熱処理後、図３Ｅに示すように、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０上から犠牲層３２が除去される。これにより、犠牲層３２に拡散したＭｎが犠牲層３２とともに除去される。

次いで、図３Ｆに示すように、スパッタ法により、Ｃｕ層２０上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層３３が積層される。
その後、熱処理が再び行われる。この熱処理により、図３Ｇに示すように、Ｃｕ層２０に依然として残留しているＭｎの一部は、Ｃｕ層２０中を犠牲層３３に引き寄せられるように移動して、犠牲層３３に拡散する。犠牲層３３に拡散したＭｎの一部は、犠牲層３３の表面に出現する。

熱処理後、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０上から犠牲層３３が除去される。つづいて、ＣＭＰ法により、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３が研磨される。この研磨は、Ｃｕ層２０および第２バリア膜１３における第２溝１１外に形成されている不要部分がすべて除去されて、第２絶縁層６（絶縁膜１０）の上面が露出し、その第２絶縁層６の上面とＣｕ層２０の上面とが面一になるまで続けられる。これにより、第２溝１１に埋設された第２Ｃｕ配線１４が形成され、図１に示す半導体装置１が得られる。

この製造方法では、Ｃｕ層２０の積層後、熱処理が行われる。この熱処理により、第２絶縁層６とＣｕ層２０との間に、ＭｎＳｉＯからなる第２バリア膜１３が形成される。熱処理後、Ｃｕ層２０の表層部が除去される。この後、Ｃｕ層２０上に高純度Ｃｕからなる犠牲層３２が形成され、さらに熱処理が再び行われる。
Ｃｕ層２０の積層後の熱処理により、第２バリア膜１３の形成に寄与しない余剰のＭｎは、Ｃｕ層２０中に拡散する。Ｃｕ層２０に拡散したＭｎの一部は、Ｃｕ層２０の表面に出現する。この熱処理後にＣｕ層２０の表層部が除去されることにより、Ｃｕ層２０の表層部に到達したＭｎおよびＣｕ層２０の表面に出現したＭｎは、Ｃｕ層２０の表層部とともに除去される。そして、Ｃｕ層２０の表層部が除去された後に犠牲層３２が積層され、熱処理が再び行われると、Ｃｕ層２０に残留しているＭｎが犠牲層３２に拡散する。この犠牲層３２へのＭｎの拡散により、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を減らすことができる。

犠牲層３２の除去後、Ｃｕ層２０上に高純度Ｃｕからなる犠牲層３３が形成され、さらに熱処理が再び行われる。この熱処理により、Ｃｕ層２０に残留しているＭｎが犠牲層３３に拡散する。この犠牲層３３へのＭｎの拡散により、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量がさらに減少する。よって、Ｃｕ層２０からなる第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を一層減らすことができる。

なお、犠牲層３２，３３の材料は、高純度Ｃｕに限らず、高純度Ｃｕよりも純度の低いＣｕであってもよい。ただし、犠牲層３２，３３が高純度Ｃｕからなる場合、Ｃｕ層２０に残留するＭｎを犠牲層３２，３３に良好に拡散させることができる。その結果、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量を効果的に減少させることができ、ひいては第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量をより一層減らすことができる。

なお、犠牲層３２の積層、熱処理および犠牲層３２の除去により、Ｃｕ層２０に残留するＭｎの量を十分に減少させることができる場合、犠牲層３３の積層、熱処理および犠牲層３３の除去が省略されてもよい。
また、犠牲層３３の除去後に、Ｃｕを主成分とする金属材料からなる犠牲層の積層、熱処理および犠牲層の除去が追加して行われてもよい。すなわち、Ｃｕ層２０の表層部の除去後に、犠牲層を積層する工程、熱処理を行う工程および犠牲層を除去する工程がこの順に３回以上繰り返されてもよい。これらの工程を複数回繰り返すことにより、回数を重ねるごとに、Ｃｕ層２０に含まれるＭｎの量が減少する。よって、第２Ｃｕ配線１４中のＭｎの残留量を確実に減らすことができる。

第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５の形成手法については、その説明を省略したが、第１バリア膜４および第１Ｃｕ配線５は、第２バリア膜１３および第２Ｃｕ配線１４の形成方法と同様な方法（第１実施形態または第２実施形態に係る方法）で形成することができる。たとえば、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第１絶縁層２にその表面から掘り下がった形状の第１溝３が形成された後、スパッタ法により、ＣｕＭｎ合金からなる合金膜が第１溝３の側面および底面に被着される。次いで、めっき法により、Ｃｕを主成分とする金属材料からなるシード膜およびＣｕ層が順に形成される。そして、Ｃｕ層上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層が積層される。犠牲層の形成後、熱処理が行われる。熱処理後、犠牲層は、Ｃｕ層上から除去される。そして、犠牲層の除去後に、たとえば、Ｃｕ層の表面が第１溝３外の絶縁層の表面と面一になるように、第１溝３外からＣｕ層および第１バリア膜４が除去されることにより、第１溝３に第１バリア膜４を介して埋設された第１Ｃｕ配線５が得られる。

層間絶縁膜８および絶縁膜１０の材料は、ＳｉおよびＯを含む絶縁材料であればよく、ＳｉＯ_２以外に、たとえば、ＳｉＯＣ（炭素が添加された酸化シリコン）、ＳｉＯＦ（フッ素が添加された酸化シリコン）、ＳｉＯＮ（窒素が添加された酸化シリコン）などを例示することができる。
また、本発明がＣｕを主成分とする金属材料からなる第１Ｃｕ配線５および第２Ｃｕ配線１４を有する半導体装置の製造方法に適用された場合を例にとったが、本発明は、ＳｉおよびＯを含む絶縁層にＣｕを主成分とする金属材料からなる電極を有するキャパシタの製造方法に適用することもできる。

本発明は、他の形態で実施することもでき、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

図１は、本発明に係る製造方法により製造される半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。 図２Ａは、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図２Ｂは、図２Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。 図２Ｃは、図２Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。 図２Ｄは、図２Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。 図２Ｅは、図２Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。 図２Ｆは、図２Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。 図２Ｇは、図２Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。 図２Ｈは、図２Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。 図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。 図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。 図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。 図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。 図３Ｆは、図３Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。 図３Ｇは、図３Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１ 半導体装置
６ 第２絶縁層（絶縁層）
１１ 第２溝（溝）
１３ 第２バリア膜（バリア膜）
１４ 第２Ｃｕ配線（Ｃｕ配線）
１８ 合金膜
２０ Ｃｕ層
３１ 犠牲層
３２ 犠牲層
３３ 犠牲層

Claims (4)

1. ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、
   前記溝の内面にＣｕおよびＭｎを含む合金材料からなる合金膜を被着させる工程と、
   前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、
   前記Ｃｕ層上に、高純度Ｃｕからなる犠牲層を積層する工程と、
   前記犠牲層の積層後に、熱処理により、前記Ｃｕ層と前記絶縁層との間にＭｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（ｘ，ｙ，ｚ：零よりも大きい数）からなるバリア膜を形成する工程と、
   前記バリア膜の形成後に、前記Ｃｕ層上から前記犠牲層を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
2. ＳｉおよびＯを含む絶縁材料からなる絶縁層に溝を形成する工程と、
   前記溝の内面にＣｕおよびＭｎを含む合金材料からなる合金膜を被着させる工程と、
   前記溝が埋め尽くされるように、前記合金膜上にＣｕを主成分とする金属材料からなるＣｕ層を積層する工程と、
   前記Ｃｕ層の積層後に、熱処理を行う工程と、
   前記熱処理後に、前記Ｃｕ層の表層部を除去する工程と、
   前記Ｃｕ層の表層部の除去後に、前記Ｃｕ層上にＣｕを主成分とする金属材料からなる犠牲層を積層する工程と、
   前記犠牲層の積層後に、熱処理を再び行う工程と、
   前記熱処理が再び行われた後に、前記Ｃｕ層上から前記犠牲層を除去する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
3. 前記犠牲層は、高純度Ｃｕからなる、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記Ｃｕ層の表層部の除去後に、前記犠牲層を積層する工程、熱処理を再び行う工程および前記犠牲層を除去する工程がこの順に複数回繰り返される、請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。

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