JP4589835B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Description
半導体基板上に、酸素を含有する第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に、ビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの内面を覆い、銅以外に、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第1の銅合金皮膜、及び前記ビアホール内に充填された第1の銅合金膜からなる導電プラグを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上に、酸素を含有する第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜に、前記導電プラグに達する配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の内面を覆い、銅以外に、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第2の銅合金皮膜、及び前記配線溝内に充填された第2の銅合金膜からなる配線を形成する工程と
を有し、
前記第1の絶縁膜中の酸素と前記第1の銅合金皮膜中の銅以外の前記金属元素とが反応して前記ビアホールの内面に第1の金属酸化物膜が形成され、前記第2の絶縁膜中の酸素と前記第2の銅合金皮膜中の銅以外の前記金属元素とが反応して前記配線溝の内面に第2の金属酸化物膜が形成される条件で熱処理を行う工程を、さらに有し、
前記第2の銅合金膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が、前記第1の銅合金膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
半導体基板の上に形成され、酸素を含有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜に形成された銅または銅合金からなる導電プラグと、
前記第1の絶縁膜と前記導電プラグとの界面に配置され、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第1の金属酸化物膜と、
前記第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜内に形成され、前記導電プラグに接する銅または銅合金からなる配線と、
前記第2の絶縁膜と前記配線との界面に配置され、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第2の金属酸化物膜と
を有し、前記配線中の、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が、前記導電プラグ中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計よりも高いことを特徴とする半導体装置が提供される。
(a)半導体基板上に形成された酸素を含有する絶縁体の表面上に、銅以外に少なくとも2種類の金属元素を含む銅合金皮膜を形成する工程と、
(b)前記銅合金皮膜上に、純銅または銅合金からなる金属膜を形成する工程と
を有し、さらに、
(c)前記工程aまたは工程bの後に、前記絶縁体中の酸素と前記銅合金皮膜中の金属元素とが反応して前記絶縁体の表面に金属酸化物膜が形成される条件で熱処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記銅合金皮膜は、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2つの元素を含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
前記銅合金皮膜は、Al、Mg、Mn及びCrからなる群より選択された少なくとも1つの金属元素と、Ti、Ta、及びZrからなる群より選択された少なくとも1つの金属元素とを含む付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記工程aは、前記絶縁体の表面上に、銅合金からなる第1の皮膜を形成する工程と、該第1の皮膜の上に、該第1の皮膜とは異なる銅合金からなる第2の皮膜を形成する工程とを含む付記1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記第2の皮膜が、CuSn、CuZn、CuNi、CuCo、CuMn、及びCuSnZnからなる群より選択された銅合金で形成されており、該第2の皮膜をめっき法で堆積させる付記4に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程aにおいて、銅以外に少なくとも2種類の金属元素を含む少なくとも3元の銅合金からなる前期銅合金皮膜を形成する付記1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記工程bにおいて、めっき法で前記金属膜を堆積させ、該工程bで用いるめっき液が、炭素、酸素、窒素、硫黄、及び塩素からなる群より選択された少なくとも1種類の原子を含み、該めっき液中の炭素、酸素、窒素、硫黄、及び塩素からなる群より選択された少なくとも1種類の原子が、前記金属膜中に不純物として取り込まれる付記1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記工程aの前に、前記絶縁体の表面に配線溝を形成する工程を有し、
前記工程aにおいて、前記配線溝の内面及び前記絶縁体の上面を覆うように前記銅合金皮膜を形成し、前記工程bにおいて、前記金属膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3以上になる条件でめっきを行い、
前記工程bの後に、前記絶縁体の上面の上に堆積している前記銅合金皮膜及び前記金属膜を除去し、前記配線溝内に前記銅合金皮膜及び前記金属膜を残す工程を含む付記7に記載の半導体装置の製造方法。
(a)半導体基板上に形成された酸素を含有する絶縁体の表面上に、高融点金属、高融点金属元素を含む合金、または高融点金属元素の窒化物からなるバリアメタル層を形成する工程と、
(b)前記バリアメタル層の上に、銅合金膜を形成する工程と、
(c)前記絶縁体と前記銅合金膜とが接触している状態であれば、該絶縁体中の酸素と、該銅合金膜中の金属元素とが反応して金属酸化物が形成される条件で熱処理を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記銅合金膜は、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも1つの元素を含む付記9に記載の半導体装置の製造方法。
前記絶縁体表面に凹部が形成されており、前記工程a及び工程bにおいて、該凹部の内面に倣うように前記バリアメタル層及び前記銅合金膜を形成し、前記工程bの後に、前記凹部内の空間を充填するように、前記銅合金膜とは異なる銅合金または銅で形成された金属膜を形成する工程を含む付記9または10に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記金属膜がめっき法で形成され、該金属膜を形成する時に用いるめっき液が、炭素、酸素、窒素、硫黄、及び塩素からなる群より選択された少なくとも1種類の原子を含み、該めっき液中の炭素、酸素、窒素、硫黄、及び塩素からなる群より選択された少なくとも1種類の原子が、前記金属膜中に不純物として取り込まれる付記11に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹部が配線溝であり、前記金属膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3以上になる条件でめっきを行う付記12に記載の半導体装置の製造方法。
前記絶縁体表面に凹部が形成されており、前記工程bにおいて、前記銅合金膜が該凹部内の空間を充填するように、前記銅合金膜をめっき法で形成し、該銅合金膜を形成する時に用いるめっき液が、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子を含み、該めっき液中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子が、前記銅合金膜中に不純物として取り込まれる付記11に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹部が配線溝であり、前記銅合金膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3以上になる条件でめっきを行う付記14に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板の上に形成され、酸素を含有する絶縁物からなるの絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された凹部と、
前記凹部内に充填された銅または銅合金からなる導電部材と、
前記絶縁膜と前記導電部材との界面に配置され、銅と、銅以外の少なくとも2種類の金属元素とを含む金属酸化物膜と
を有し、前記導電部材のうち前記金属酸化物膜に接する一部の領域が、該金属酸化物膜を構成する少なくとも2種類の金属元素と銅との合金で形成されている半導体装置。
(付記17)
前記金属酸化物膜が、Al、Mg、Mn及びCrからなる群より選択された1つの金属元素と、Ti、Ta、及びZrからなる群より選択された1つの金属元素とを含む付記16に記載の半導体装置。
(付記18)
半導体基板の上に形成され、酸素を含有する絶縁物からなる絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された凹部と、
前記凹部の内面を覆い、高融点金属、高融点金属元素を含む合金、または高融点金属元素の窒化物からなるバリアメタル層と、
前記バリアメタル層の上に形成された銅合金膜と
を有し、前記絶縁物の表面の一部の領域において、前記銅合金膜中の金属元素と前記絶縁膜中の酸素とが相互に拡散して反応し、金属酸化物が形成されている半導体装置。
(付記19)
(a)半導体基板上に形成され、酸素を含有する絶縁物からなるビア層絶縁膜に、ビアホールを形成する工程と、
(b)前記ビアホール内に充填されるように、前記ビア層絶縁膜上に第1の銅合金膜を形成する工程と、
(c)前記第1の銅合金膜の不要な部分を除去し、前記ビアホール内に銅合金からなる導電プラグを残す工程と、
(d)前記ビア層絶縁膜の上に、酸素を含有する絶縁物からなる配線層絶縁膜を形成する工程と、
(e)前記配線層絶縁膜に、配線溝を形成する工程と、
(f)前記配線溝内に充填されるように、前記配線層絶縁膜の上に、第2の銅合金膜を形成する工程と、
(g)前記第2の銅合金膜の不要な部分を除去し、前記配線溝内に銅合金からなる配線を残す工程と
を有し、さらに、
(h)前記工程bの後に、第1の熱処理を行い、前記ビア層絶縁膜と前記導電プラグとの界面に、該導電プラグの構成元素と該ビア層絶縁膜内の酸素とを反応させてビア用金属酸化物膜を形成する工程と、
(i)前記工程fの後に、第2の熱処理を行い、前記配線層絶縁膜と前記配線との界面に、該配線の構成元素と該配線層絶縁膜内の酸素とを反応させて配線用金属酸化物膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記20)
前記第1の銅合金膜及び第2の銅合金膜が、CuAl、CuMg、CuMn、CuCr、CuTi、CuTa、CuZr、CuSn、CuIn、CuZn、CuNi、及びCuCoからなる群より選択された1つの銅合金で形成されている付記19に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板の上に形成され、酸素を含有する絶縁材料からなる第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜を貫通するビアホールと、
前記ビアホール内に充填された銅または銅合金からなる導電プラグと、
前記第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜に形成され、前記導電プラグ上を通過して、該導電プラグの上面を露出させる配線溝と、
前記配線溝に充填され、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が、前記導電プラグ中のそれよりも高い銅または銅合金からなる配線と、
前記第1の絶縁膜と前記導電プラグとの界面に、前記導電プラグの構成元素のいずれかを含む金属酸化物膜と
を有する半導体装置。
(a)半導体基板上に形成された酸素を含有する絶縁体の表面上に、銅以外に少なくとも1種類の金属元素を含む銅合金皮膜を形成する工程と、
(b)前記銅合金皮膜上に、該銅合金皮膜とは異なる種類の銅合金からなる金属膜を形成する工程と、
(c)前記絶縁体中の酸素、前記銅合金皮膜中の金属元素、及び前記金属膜中の金属元素とが反応して前記絶縁体の表面に金属酸化物膜が形成される条件で熱処理を行う工程と
を有する半導体装置の製造方法。
半導体基板の上に形成され、酸素を含有する絶縁物からなる絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された凹部と、
前記凹部内に充填された銅合金からなる導電部材と、
前記絶縁膜と前記導電部材との界面に配置され、銅と、前記導電部材に含まれる銅以外の合金元素と、さらに少なくとももう1つの金属元素とを含む金属酸化物膜と
を有する半導体装置。
2 素子分離絶縁膜
3 MOSトランジスタ
10、15、51 層間絶縁膜
11 保護膜
12、70 バリアメタル層
13 導電プラグ
16 第1の皮膜
17 第2の皮膜
18 金属膜
20、55 金属酸化物膜
21 銅合金皮膜
25、43、54、83a 導電部材(配線)
30、40、50 キャップ膜
31 ビア層絶縁膜
32、53 ビアホール
33、80a 導電プラグ
34、80b ビア用金属酸化物膜
41 配線層絶縁膜
42、52 配線溝
44、83b 配線用金属酸化物膜
60 第3の皮膜
71 第4の皮膜
72 金属酸化物領域
80、83 銅合金膜
Claims (4)
- 半導体基板上に、酸素を含有する第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜に、ビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの内面を覆い、銅以外に、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第1の銅合金皮膜、及び前記ビアホール内に充填された第1の銅合金膜からなる導電プラグを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上に、酸素を含有する第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜に、前記導電プラグに達する配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の内面を覆い、銅以外に、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第2の銅合金皮膜、及び前記配線溝内に充填された第2の銅合金膜からなる配線を形成する工程と
を有し、
前記第1の絶縁膜中の酸素と前記第1の銅合金皮膜中の銅以外の前記金属元素とが反応して前記ビアホールの内面に第1の金属酸化物膜が形成され、前記第2の絶縁膜中の酸素と前記第2の銅合金皮膜中の銅以外の前記金属元素とが反応して前記配線溝の内面に第2の金属酸化物膜が形成される条件で熱処理を行う工程を、さらに有し、
前記第2の銅合金膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が、前記第1の銅合金膜中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板の上に形成され、酸素を含有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜に形成された銅または銅合金からなる導電プラグと、
前記第1の絶縁膜と前記導電プラグとの界面に配置され、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第1の金属酸化物膜と、
前記第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜内に形成され、前記導電プラグに接する銅または銅合金からなる配線と、
前記第2の絶縁膜と前記配線との界面に配置され、Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni、及びCoからなる群より選択された少なくとも2種類の金属元素を含む第2の金属酸化物膜と
を有し、前記配線中の、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が、前記導電プラグ中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計よりも高いことを特徴とする半導体装置。 - 前記配線中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3よりも多く、前記導電プラグ中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3 よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記配線中の炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3よりも多く、前記導電プラグ中の炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、及び塩素原子の原子濃度の合計が1×1019cm−3 よりも低いことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
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