JP5411535B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に、バリア膜の形成方法に関する。

金属配線、例えば、銅（Ｃｕ）配線の新しいバリア膜として、特許文献１に記載されるように、酸化マンガン（ＭｎＯｘ）膜が検討されている。

特開２００８−２０５１７７号公報

本件発明者等の研究によると、ＭｎＯｘ膜はＣＶＤ法を用いて形成できることが分かった。また、酸素源となるガスを意図的には供給せず、Ｍｎ源となるガスのみ供給する条件で形成したＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、ＭｎＯｘとの親和力が大きい二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜上においては、セルフリミット的に連続膜状に成膜することが分かった。即ち、ＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、セルフリミット時間が経過した後に成膜を続けても膜厚はほとんど増加しない。なお、酸素源は膜表面に存在する酸素原子またはＣＶＤ室内に存在する残留成分（Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２など）と考えられる。

しかし、ＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、Ｃｕ上にわずかに付着することも分かった。ＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜はＣｕに比較して抵抗が高く、絶縁性である。このため、ＣＶＤ−ＭｎＯｘをバリア膜に用いると、ヴィア孔における導通不良等による歩留り低下が懸念される、という事情がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＣＶＤ−ＭｎＯｘをバリア膜に用いても歩留りの低下を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法は、Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として、これらＮ層の銅、又は銅合金配線を互いに絶縁する層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積し、セルフリミットがかかる条件にて成膜された酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、前記第Ｎ層の酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかるように成膜する。
また、この発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として、これらＮ層の銅、又は銅合金配線を互いに絶縁する層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積し、酸素源は前記層間絶縁膜表面に存在する酸素原子またはＣＶＤ室内に存在する残留Ｈ _２ ＯおよびＯ _２ とした酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、前記第Ｎ層の酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかるように成膜する。
また、この発明の第３の態様に係る半導体装置の製造方法は、Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として、これらＮ層の銅、又は銅合金配線を互いに絶縁する層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積して成膜された酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、前記酸化マンガン膜の成膜時に酸素を意図的に供給せず、第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、前記第Ｎ層の酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかるように成膜する。
また、この発明の第４の態様に係る半導体装置の製造方法は、Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、（１）層間絶縁膜を形成する工程と、（２）前記層間絶縁膜に、前記銅、又は銅合金配線が埋め込まれる凹部を形成する工程と、（３）前記凹部が形成された前記層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積し、前記凹部が形成された層間絶縁膜との界面に酸化マンガンを析出させて酸化マンガン膜を形成する工程と、（４）前記酸化マンガン膜が形成された前記層間絶縁膜の凹部に、銅、又は銅合金を埋め込み、銅、又は銅合金配線を形成する工程とを具備し、前記（１）から前記（４）の工程をＮ回行い、前記酸化マンガン膜をバリア膜とする前記Ｎ層の銅、又は銅合金配線を形成し、第Ｎ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜となる前記酸化マンガン膜は、膜厚が増加しなくなるセルフリミット膜厚で形成し、前記第Ｎ層よりも下層にある銅、又は銅合金配線のバリア膜となる前記酸化マンガン膜は、前記セルフリミット膜厚未満の膜厚で形成する。

この発明によれば、ＣＶＤ−ＭｎＯｘをバリア膜に用いても歩留りの低下を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供できる。

第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 ＣＶＤ−ＭｎＯｘのセルフリミットを示す図 比較例を示す断面図 比較例を示す断面図 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するための酸化マンガン成膜装置の一例を概略的に示す断面図 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図

以下、添付図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。この説明において、参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。

（第１の実施形態）
図１Ａ乃至図１Ｇは、この発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。なお、図１Ａ乃至図１Ｇにおいては、半導体基板（例えば、シリコンウエハ）の図示は省略し、半導体基板上に形成された第１層層間絶縁膜より上にある構造を示している。

（第１層金属配線形成工程）
まず、図１Ａに示すように、第１層層間絶縁膜１に、フォトリソグラフィ技術を用いて第１層金属配線を埋め込むための凹部２を形成する。
第１層層間絶縁膜の材質例としては、
シリコン（Ｓｉ）、及び酸素（Ｏ）を含む絶縁物（例えば、ＳｉＯｘ系膜）
シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、及び炭素（Ｃ）を含む絶縁物（例えば、ＳｉＯＣ系膜）
シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、及びフッ素（Ｆ）を含む絶縁物（例えば、ＳｉＯＦ系膜）
シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、及び水素（Ｈ）を含む絶縁物（例えば、ＳｉＣＯＨ系膜）
等の酸素を含む絶縁物を挙げることができる。また、これらの絶縁物を含む複数の絶縁膜を積層させても良い。本例では、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）系の絶縁物、例えば、ＣＶＤを用いて形成されたＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜とした。

次に、図１Ｂに示すように、ＣＶＤ法を用いて、凹部２を含む第１層層間絶縁膜１上に、第１層バリア膜３となるＣＶＤ酸化マンガン（以下ＣＶＤ−ＭｎＯｘ）膜を形成する。ＣＶＤ法を用いて形成されたＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、図２に示すように、“セルフリミット”と呼ばれる性質を有しており、成膜時間に関わらず、ある膜厚以上には成長しない、という特徴を持つ。ＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、４乃至６ｎｍが膜厚の限界値（以下セルフリミット膜厚と呼ぶ）であり、おおよそ１ｍｉｎの成膜時間でセルフリミット膜厚に達する。本例では、第１層バリア膜３の形成に際し、例えば、図２中の円Ａ内に示す成膜時間及び膜厚で成膜を完了させ、ＭｎＯｘ膜の膜厚ｔ１をセルフリミットがかからない膜厚、即ち、セルフリミット膜厚未満の膜厚とする。なお、酸化マンガンＣＶＤ装置の一例については後述する。

次に、図１Ｃに示すように、第１層バリア膜３上に、第１層金属配線４となる銅膜、又は銅を含む銅合金膜を形成する。次いで、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて、銅、又は銅合金膜を研磨し、銅、又は銅合金膜を凹部２の内部に埋め込む。これにより、第１層金属配線４が形成される。なお、ＣＭＰの際に銅または銅合金膜を研磨した後、層間絶縁膜１の上部に形成された第１層バリア膜３も研磨除去するようにしても良い。
（第２層配線形成工程）
次に、図１Ｄに示すように、第１層層間絶縁膜１上、及び第１層金属配線４上に、第２層層間絶縁膜５を形成する。第２層層間絶縁膜５の材質例は、第１層層間絶縁膜１と同じで良く、本例では、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜とした。

次に、デュアルダマシン法を用いて、第２層層間絶縁膜５に、第１層金属配線４に達するヴィア孔６ａと第２層金属配線の形成パターンとされた溝６ｂとを有する凹部６を形成する。

次に、図１Ｅに示すように、ＣＶＤ法を用いて、凹部６を含む第２層層間絶縁膜５上に、第２層バリア膜７となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜を形成する。上述したように、第１層バリア膜３となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させた。しかし、第２層バリア膜７となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、セルフリミットがかかるように成膜され、その膜厚ｔ２は、セルフリミット膜厚とされる。例えば、第２層バリア膜７となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、図２中の円Ｂ内に示す成膜時間及び膜厚で成膜を完了される。

Ｍｎを含む物質は、第２層層間絶縁膜５上だけでなく、第１層金属配線４上にもわずかに付着する。ここで、Ｍｎを含む物質は、酸素を含む絶縁物、本例では第１層層間絶縁膜１や第２層層間絶縁膜５を構成するＣＶＤ−ＳｉＯ_２と親和力が高い。しかも、第１層金属配線４上に付着したＭｎを含む物質は、第１層金属配線４を構成する金属の結晶粒界中、本例では銅、又は銅合金の結晶粒界中に入り込み、第１層金属配線４中を拡散する。そして、Ｍｎを含む物質は、結晶粒界中を、酸素を含む絶縁物に引き寄せられるように、酸素を含む絶縁物に向かって移動する。本例では、Ｍｎを含む物質は、凹部２の周囲にある第１層層間絶縁膜１に向かって第１層金属配線４の結晶粒界中を移動する。凹部２の周囲には、第１層バリア膜３がある。第１層バリア膜３は、上述したようにセルフリミット膜厚未満である。このため、第１層バリア膜３に到達したＭｎを含む物質は、第１層バリア膜３を、セルフリミット膜厚に向かってさらに成長させる。やがて、第１層バリア膜３は、図１Ｆに示すように、セルフリミット膜厚に達する。第１層バリア膜３が、セルフリミット膜厚に達すると、Ｍｎを含む物質は、第１層金属配線４を構成する金属の結晶粒界中にほとんど入り込まない。第１層バリア膜３が、セルフリミット膜厚に達した時点で、第２層バリア膜７となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜の成膜を完了させる。

この後、図１Ｇに示すように、第２層バリア膜７上に、第２層金属配線８となる銅膜、又は銅を含む銅合金膜を形成する。次いで、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて、銅、又は銅合金膜を研磨し、銅、又は銅合金膜を凹部６の内部に埋め込む。これにより、第２層金属配線８が形成される。

このような第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法であると、次のような利点を得ることができる。

図３Ａ及び図３Ｂは比較例を示す断面図である。

図３Ａ及び図３Ｂに示す比較例は、第１層バリア膜３の膜厚ｔ１、及び第２層バリア膜７の膜厚ｔ２の双方を、セルフリミット膜厚で形成する。

この場合には、第１層バリア膜３は、既にセルフリミット膜厚となっているから、第１層金属配線４上に付着したＭｎを含む物質は、第１層金属配線４を構成する金属の結晶粒界中にほとんど入り込まない。即ち、第２層バリア膜７の成膜中、Ｍｎを含む物質は、第１層金属配線４中をほとんど拡散しない。このため、図３Ａに示すように、第２層バリア膜７の成膜に使用されたＭｎを含む物質は、第１層金属配線４上に付着して、ＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜を形成する（図中の円Ｃ参照）。

図３Ａに示す状態で、第２層金属配線８を形成すると、第１層金属配線４と第２層金属配線８との間に、銅、又は銅合金よりも抵抗値が高いＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜が介在することになる。このため、ヴィア孔６ａにおける導通不良等を起こす可能性が生じる。

対して、第１の実施形態によれば、第１層バリア膜３がセルフリミット膜厚に達していないので、第２層バリア膜７の成膜中、Ｍｎを含む物質は、第１層金属配線４を構成する金属の結晶粒界中に入り込む。このため、図１Ｅに示したように、第２層バリア膜７の成膜に使用されたＭｎを含む物質は、第１層金属配線４中を拡散して、第１層バリア膜３を成長させる。つまり、第１層金属配線４上に付着したＭｎを含む物質は、第１層バリア膜３の成長のために消費される。このため、第１の実施形態は、第１層金属配線４上に付着するＭｎを含む物質を、図３Ａ及び図３Ｂに示す比較例に比較して少なくすることができる。しかも、第１層バリア膜３がセルフリミット膜厚に達した時点で、第２層バリア膜７の成膜を完了させるようにすると、と、第１層金属配線４上に付着したＭｎを含む物質は、ほとんど無い状態にすることもできる。

従って、第１の実施形態によれば、比較例に比較して、ヴィア孔６ａにおける導通不良等を起こす可能性を軽減でき、ＣＶＤ−ＭｎＯｘをバリア膜に用いても歩留りの低下を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を得ることができる。

しかも、第１の実施形態によれば、第１層バリア膜３、及び第２層バリア膜７の双方ともが、セルフリミット膜厚、即ち、最大の膜厚である。このため、第１層金属配線４、及び第２層金属配線８の双方からのＣｕの拡散を防ぐバリア性も高い、という利点も得ることができる。

（装置構成）
次に、酸化マンガン成膜装置（酸化マンガンＣＶＤ装置）の一例を説明する。

図４は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例の実施に使用することが可能な酸化マンガン成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。

図４に示すように、酸化マンガンＣＶＤ装置１００は、真空チャンバをなす処理容器１０１を有する。この処理容器１０１内にはウエハＷを水平に載置するための載置台１０２が設けられている。載置台１０２内にはウエハの温調手段となるヒータ１０２ａが設けられている。また、載置台１０２には昇降機構１０２ｂにより昇降自在な３本の昇降ピン１０２ｃ（便宜上２本のみ図示）が設けられており、この昇降ピン１０２ｃを介して図示せぬウエハ搬送手段と載置台１０２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

処理容器１０１の底部には排気管１０３の一端側が接続され、この排気管１０３の他端側には真空ポンプ１０４が接続されている。処理容器１０１の側壁には、ゲートバルブＧにより開閉される搬送口１０５が形成されている。

処理容器１０１の天井部には載置台１０２に対向するガスシャワーヘッド１０６が設けられている。ガスシャワーヘッド１０６はガス室１０６ａを備え、ガス室１０６ａに供給されたガスはガス供給孔１０７ａから処理容器１０１内に供給される。

また、ガスシャワーヘッド１０６にはマンガンを含む有機化合物の蒸気をガス室１０６ａに導入するためのＭｎ原料ガス供給配管系１０８ａが接続されている。Ｍｎ原料ガス供給配管系１０８ａは原料ガス供給路１０９ａを備え、この原料ガス供給路１０９ａの上流側には原料貯留部１１３が接続されている。

原料貯留部１１３にはマンガンを含む有機化合物、例えば（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎ（ビスエチルシクロペンタジエニルマンガン）が液体の状態で貯留されている。また原料貯留部１１３には加圧部１１４が接続されており、この加圧部１１４から供給されたＨｅやＡｒガス等によって原料貯留部１１３内を加圧することにより（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎをガスシャワーヘッド１０６に向けて押し出すことができるようになっている。

また、原料ガス供給路１０９ａには液体マスフローコントローラやバルブを含む流量調整部１１５及び（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎを気化するためのベーパライザ１１６が上流側からこの順に介設されている。ベーパライザ１１６はキャリアガス供給源１１７から供給されたキャリアガスであるＨ_２ガスと接触混合させて（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎを気化させ、ガス室１０６ａに供給する役割を果たす。

なお、図４中の１１８は後述する制御部１１２からの制御信号を受けて、キャリアガスの流量を調整し、ガス室１０６ａへのマンガンを含む有機化合物の蒸気の給断を制御する流量調整部である。

制御部１１２は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部等を備えており、プログラムには制御部１１２から酸化マンガンＣＶＤ装置１００の各部に制御信号を送り、ステップを進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。また、例えば、メモリには処理圧力、処理温度、処理時間、ガス流量または電力値等の処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号が、酸化マンガンＣＶＤ装置１００の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体、例えば、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の記憶部７５Ａに格納されて制御部１１２にインストールされる。

このような酸化マンガンＣＶＤ装置１００によれば、マンガンを含む有機化合物の蒸気、例えば、（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎの蒸気を供給することで、ウエハＷの表面上に、バリア膜となる酸化マンガン膜を形成することができる。

また、酸化マンガンＣＶＤ装置１００は、マンガンを含む有機化合物として（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_２Ｈ_５Ｃ_５Ｈ_４）_２］を用いたが、マンガンを含む有機化合物としては、（ＥｔＣｐ）_２Ｍｎの他、
Ｃｐ_２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_５Ｈ_５）_２］
（ＭｅＣｐ）_２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ_３Ｃ_５Ｈ_４）_２］
（ｉ−ＰｒＣｐ）_２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_３Ｈ_７Ｃ_５Ｈ_４）_２］
（ｔ−ＢｕＣｐ）_２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ_４Ｈ_９Ｃ_５Ｈ_４）_２］
Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ_７Ｈ_１１Ｃ_２Ｈ_５Ｃ_５Ｈ_４）］
（（ＣＨ_３）_５Ｃｐ）_２Ｍｎ［＝Ｍｎ（（ＣＨ_３）_５Ｃ_５Ｈ_４）_２］よりなる群から選択される１以上の有機化合物を用いることもできる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、多層の銅、又は銅合金配線の層数が２層の例を示したが、３層以上の銅、又は銅合金配線を有する半導体装置にも適用することができる。
以下、３層以上の例として、３層の銅、又は銅合金配線を有する半導体装置の製造方法を、第２の実施形態として説明する。

図５Ａ乃至図５Ｅは、この発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。なお、図５Ａ乃至図５Ｅにおいては、半導体基板（例えば、シリコンウエハ）の図示は省略し、半導体基板上に形成された第１層層間絶縁膜より上にある構造を示している。

（第１層、第２層金属配線形成工程）
まず、図５Ａに示すように、例えば、第１の実施形態において説明した製造方法に従って、第１層金属配線４、及び第２層金属配線８まで形成する。ただし、第１層バリア膜３の膜厚ｔ１、及び第２層バリア膜７の膜厚ｔ２の双方とも、セルフリミット膜厚未満とする。

（第３層配線形成工程）
次に、図５Ｂに示すように、第２層層間絶縁膜５上、及び第２層金属配線８上に、第３層層間絶縁膜９を形成する。第３層層間絶縁膜９の材質例は、第１の実施形態において説明した第１層層間絶縁膜１及び第２層層間絶縁膜５と同じで良い。本例では、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜とした。

次に、デュアルダマシン法を用いて、第３層層間絶縁膜９に、第２層金属配線８に達するヴィア孔１０ａと第３層金属配線の形成パターンとされた溝１０ｂとを有する凹部１０を形成する。

次に、図５Ｃに示すように、ＣＶＤ法を用いて、凹部１０を含む第３層層間絶縁膜９上に、第３層バリア膜１１となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜を形成する。上述したように、第１層バリア膜３、及び第２層バリア膜７となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜の膜厚ｔ１、ｔ２は、本例ではそれぞれセルフリミット膜厚未満とした。しかし、第３層バリア膜１１となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜の膜厚ｔ３は、セルフリミット膜厚とする。第３層バリア膜１１となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜の成膜中、Ｍｎを含む物質は、第３層層間絶縁膜９上だけでなく、第２層金属配線８上にも付着する。しかし、第１の実施形態において説明したように、第２層金属配線８上に付着したＭｎを含む物質は、第２層金属配線８中に拡散し、セルフリミット膜厚未満の第２層バリア膜７及び第１層バリア膜３を成長させる。

図５Ｄに示すように、第１層バリア膜３及び第２層バリア膜７の膜厚がセルフリミット膜厚に達すると、Ｍｎを含む物質は、第１層金属配線４及び第２層金属配線８中を拡散しなくなる。このように第１層バリア膜３及び第２層バリア膜７の膜厚がそれぞれセルフリミット膜厚に達した時点で、第３層バリア膜１１となるＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜の成膜を完了させる。

この後、図５Ｅに示すように、第３層バリア膜１１上に、第３層金属配線１２となる銅膜、又は銅を含む銅合金膜を形成する。次いで、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法を用いて、銅、又は銅合金膜を研磨し、銅、又は銅合金膜を凹部１０の内部に埋め込む。これにより、第３層金属配線１２が形成される。

このような第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法においても、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。

また、本第２の実施形態によって説明されたように、この発明に係る半導体装置の製造方法は、Ｎ層以上の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜としてＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜を使用する半導体装置の全般に適用することができる。そして、この発明に係る半導体装置の製造方法は、第１層乃至第Ｎ−１層のＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、第Ｎ層のＣＶＤ−ＭｎＯｘ膜は、セルフリミットがかかるように成膜する、と一般化することができる。

以上、この発明をいくつかの実施形態に従って説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することが可能である。

例えば、上記実施形態では、バリア膜３、７、１１を、マンガンを含む有機化合物の蒸気を供給しつつウエハを加熱するいわゆる熱ＣＶＤ法により形成しているが、プラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法による形成を行ってもよい。

なお、第２層配線及び第３層配線はデュアルダマシン法を用いてヴィア孔と溝の両方を有する凹部を形成する例で説明したが、シングルダマシン法を用いてヴィア孔または溝のどちらか一方のみを有する凹部を形成するようにして、半導体装置を製造しても良い。この場合、ヴィア孔のバリア膜及び溝のバリア膜の両方にＣＶＤ−ＭｎＯｘを適用することが可能である。その場合、銅または銅合金配線の層数はヴィア孔、溝それぞれに対して１層として考えればよい。デュアルダマシンで１層と計算した配線は、シングルダマシンでは２層と計算する。

１…第１層層間絶縁膜、２…凹部、３…第１層バリア膜、４…第１層金属配線、５…第２層層間絶縁膜、６…凹部、７…第２層バリア膜、８…第２層金属配線、９…第３層層間絶縁膜、１０…凹部、１１…第３層バリア膜、１２…第３層金属配線。

Claims (11)

1. Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として、これらＮ層の銅、又は銅合金配線を互いに絶縁する層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積し、セルフリミットがかかる条件にて成膜された酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、
   第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、
   前記第Ｎ層の酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかるように成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として、これらＮ層の銅、又は銅合金配線を互いに絶縁する層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積し、酸素源は前記層間絶縁膜表面に存在する酸素原子またはＣＶＤ室内に存在する残留Ｈ _２ ＯおよびＯ _２ とした酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、
   第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、
   前記第Ｎ層の酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかるように成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として、これらＮ層の銅、又は銅合金配線を互いに絶縁する層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積して成膜された酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、
   前記酸化マンガン膜の成膜時に酸素を意図的に供給せず、
   第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかる前に成膜を完了させ、
   前記第Ｎ層の酸化マンガン膜は、セルフリミットがかかるように成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. Ｎ層（Ｎは２以上の整数）の銅、又は銅合金配線を有し、これらＮ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜として酸化マンガン膜を使用する半導体装置の製造方法であって、
   （１） 層間絶縁膜を形成する工程と、
   （２） 前記層間絶縁膜に、前記銅、又は銅合金配線が埋め込まれる凹部を形成する工程と、
   （３） 前記凹部が形成された前記層間絶縁膜上にマンガンを含む物質をＣＶＤ法で堆積し、前記凹部が形成された層間絶縁膜との界面に酸化マンガンを析出させて酸化マンガン膜を形成する工程と、
   （４） 前記酸化マンガン膜が形成された前記層間絶縁膜の凹部に、銅、又は銅合金を埋め込み、銅、又は銅合金配線を形成する工程とを具備し、
   前記（１）から前記（４）の工程をＮ回行い、前記酸化マンガン膜をバリア膜とする前記Ｎ層の銅、又は銅合金配線を形成し、
   第Ｎ層の銅、又は銅合金配線のバリア膜となる前記酸化マンガン膜は、膜厚が増加しなくなるセルフリミット膜厚で形成し、
   前記第Ｎ層よりも下層にある銅、又は銅合金配線のバリア膜となる前記酸化マンガン膜は、前記セルフリミット膜厚未満の膜厚で形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記Ｎ層の銅、又は銅合金配線のうち、第２層目以上の銅、又は銅合金配線が埋め込まれる凹部には、下層の銅、又は銅合金配線に達するヴィア孔と、前記第２層目以上の銅、又は銅合金配線の形成パターンとされた溝とを形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記セルフリミット膜厚は、４乃至６ｎｍであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記第Ｎ層の酸化マンガン膜が、前記第Ｎ層よりも下層にある酸化マンガン膜に、セルフリミットがかかるように成膜されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記層間絶縁膜に、酸素を含む絶縁物が用いられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記酸素を含む絶縁物が、酸化シリコン系の絶縁物であ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. 前記酸化シリコン系の絶縁物が、ＣＶＤ法を用いて形成されたＳｉＯ_２であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. マンガンを含む有機化合物を用いて前記マンガンを含む物質を形成することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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