JPH11186273A

JPH11186273A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11186273A
Application number: JP36542597A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sato; 新治佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低抵抗で、エレクトロマイグレーション耐性
及びストレスマイグレーション耐性に優れ、信頼性の高
い埋め込み方式のＣｕ配線層を有する半導体装置及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】トランジスタ等の半導体素子が形成され
た半導体基板１０上に絶縁膜１２が形成され、この絶縁
膜１２表面に配線溝１４が形成され、この配線溝１４内
には、配線溝１４内の側壁及び底面を覆っているＴｉＮ
保護膜１６を介して、４ａｔ．％のＭｇが固溶されてい
るＣｕ膜からなる埋め込み配線層であるＣｕ−４ａｔ．
％Ｍｇ配線層１８ａが埋め込まれている。このＣｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ上には、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ配線層１８ａの酸化を防止するための酸化防止バリア
として機能するＭｇＯ皮膜２６が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に係り、特に埋め込み方式の銅配線層を有す
る半導体装置及びその製造方法に関するものである。そ
して、本発明は、ＵＬＳＩやＡＳＩＣ等に広く応用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの高速化・高集積化に伴い、配線
の微細化や多層化が進んでいる。こうした微細配線にお
いては、高い電流密度及び動作温度が要求されるため、
エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレ
ーション耐性の高い材料を用いて配線層を形成すること
により、信頼性の向上が図られている。また、動作速度
の高速化を達成するためには、ＲＣ遅延の低減が必要で
あり、その手段として、層間絶縁膜の低誘電率化及び配
線材料の低抵抗化がある。このような配線材料として、
従来の配線材料であるＡｌ（アルミニウム）よりも電気
抵抗が低く、活性化エネルギーが高いＣｕ（銅）などが
検討されている。

【０００３】従来のＡｌからなる微細電極配線層を形成
する際の加工法としては、一般的にＲＩＥ（Reactive I
on Etching；反応性エッチング）法などが用いられてい
る。しかし、Ｃｕ配線層の場合、ＲＩＥ法を用いて加工
する際に、Ｃｕの塩化物やフッ化物は蒸気庄が低いた
め、通常行われている低温におけるエッチングを行うこ
とができない。この対策として、加工の際の半導体基板
の温度を高温化することが検討されているが、Ｃｕの塩
化物やフッ化物などの蒸気圧は上昇するものの、塩化反
応やフッ化反応も促進されることから、その塩化反応や
フッ化反応がＣｕ配線層内部にまで進み、エッチングの
等方性が大きくなるため、結果的に微細加工が困難にな
るという問題があった。

【０００４】このようなＣｕ配線層を加工する際のエッ
チングの問題点を回避する方法として、埋め込み配線方
式が開発されている。以下に、この埋め込み配線方式に
よるＣｕ配線層の形成方法を説明する。先ず、半導体素
子が形成された半導体基板上に、絶縁膜を形成した後、
この絶縁膜に接続孔又は配線溝の少なくとも一方を形成
する。次いで、少なくとも接続孔又は配線溝の少なくと
も一方の側壁及び底面を覆うように、次の工程において
形成するＣｕ膜中のＣｕ原子の絶縁膜中への拡散を防止
するための保護膜を形成する。

【０００５】次いで、例えばスパッタ法又はＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition ；化学気相成長）法などを用
いて、基体全面にＣｕ膜を形成する。次いで、加熱処理
を加えることにより、基体全面に形成したＣｕ膜をリフ
ローさせて、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に保
護膜を介して埋め込む。

【０００６】次いで、例えばＣＭＰ（Chemical Mechani
cal Polishing ；化学機械研磨）法を用いて、絶縁膜上
面上の不要なＣｕ膜を取り除き、接続孔又は配線溝内の
少なくとも一方に保護膜を介して埋め込まれたＣｕ膜の
みを残存させる。こうして、接続孔又は配線溝内に埋め
込まれたＣｕ膜からなる所要のＣｕ電極配線層を形成す
る。

【０００７】ところで、Ｃｕの融点は１０８５℃であ
り、従来の配線材料であるＡｌの融点である６６０℃に
比べて高いことから、Ｃｕ膜をリフローさせるには高い
熱処理温度が必要となる。そして、こうした高い熱処理
温度は、有機ＳＯＧ層間膜にダメージを与えたり、下層
配線層のストレスマイグレーション耐性を低下させた
り、Ｃｕ自身の拡散を招いたりするなどの問題を生じ
る。

【０００８】そこで、Ｃｕ膜のリフロー温度を低温化す
るため、以下のような種々の方法が提案されている。例
えば特開平８−２６４５３５号公報においては、形成し
たＣｕ膜表面を酸化した後、水素雰囲気中において熱処
理することにより、Ｃｕ膜のリフローを行う方法が提案
されている。

【０００９】また、特開平８−３１６２３３号公報にお
いては、熱処理を行う際に、酸化性ガスと還元性ガスを
供給し、Ｃｕ膜表面の酸化還元反応に伴う発熱を利用し
て、Ｃｕ膜のリフローを行う方法が提案されている。

【００１０】また、特開平９−６４１７３号公報におい
ては、下地層上にＣｕ膜を形成する前に、Ｃｕ膜のリフ
ロー温度よりも低い融点を有する金属系材料からなる下
地潤滑層を形成しておき、Ｃｕ膜のリフロー時に下地潤
滑層を溶融させてＣｕ膜と下地層との摩擦を軽減して、
容易にＣｕ膜を接続孔内に導入する方法が提案されてい
る。

【００１１】また、特開平８−１０２４６３号公報にお
いては、Ｃｕ膜の下地にＣｕと合金を形成しやすい金属
からなる配線下地層を形成し、Ｃｕ膜の形成時にＣｕ膜
と配線下地層とを合金化することにより、Ｃｕ膜の融点
を低下させる方法が提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の特開平
８−２６４５３５号及び特開平８−３１６２３３号に開
示された方法においては、Ｃｕ膜表面の酸化によりＣｕ
₂Ｏ（酸化銅）膜が形成され、水素雰囲気中における熱
処理の際に、Ｈ₂（水素）がこのＣｕ₂Ｏ膜中に拡散侵
入して、Ｃｕ₂Ｏ＋Ｈ₂→２Ｃｕ＋Ｈ₂Ｏの反応により
Ｃｕに還元されるのであるが、同時にＨ₂Ｏ（水蒸気）
が発生するために、Ｃｕ膜中に気泡を生じたり亀裂を発
生させたりしてＣｕ膜の膜質を劣化させる、いわゆる水
素脆性が起こることが懸念される。

【００１３】これに対して、上記の特開平９−６４１７
３号及び特開平８−１０２４６３号に開示された方法に
おいては、こうした問題は生じない。しかし、リフロー
現象は熱活性化過程であり、表面拡散の割合が大きいた
め、Ｃｕ膜の下地層を種々に改良しても、その効果は大
きくない。また、Ｃｕ合金膜が形成されることになり、
こうした合金や金属間化合物は純金属、例えば純銅（以
下、「純Ｃｕ」と記載する）よりも一般に抵抗値が大き
いため、配線層の低抵抗化を図る観点からは好ましくな
い。

【００１４】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたものであり、低抵抗で、エレクトロマイグレーショ
ン耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れ、信頼
性の高い埋め込み方式のＣｕ配線層を有する半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る半導体装置及びその製造方法によって達成され
る。即ち、請求項１に係る半導体装置は、半導体基板上
の絶縁膜に形成された接続孔又は配線溝内の少なくとも
一方に配線層が埋め込まれている半導体装置であって、
この配線層が、所定の元素が固溶されて融点が純Ｃｕよ
りも低くなっているＣｕ膜からなることを特徴とする。

【００１６】このように請求項１に係る半導体装置にお
いては、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込
まれているＣｕ配線層が、所定の元素が固溶されたＣｕ
膜からなり、その融点が純Ｃｕの融点よりも低くなって
いることにより、Ｃｕ合金膜からなるＣｕ配線層よりも
低抵抗で、エレクトロマイグレーション耐性及びストレ
スマイグレーション耐性に優れた埋め込み方式の配線層
が実現されると共に、その配線層を形成する際に、純Ｃ
ｕを配線材料とする場合よりも低いプロセス温度におい
て接続孔又は配線溝内内の少なくとも一方へのＣｕ配線
層の埋め込みを行うことが可能になる。

【００１７】なお、ここで、Ｃｕ膜に所定の元素が固溶
されているとは、Ｃｕ膜に所定の元素が含有されている
ものの、所定の元素の含有濃度がＣｕと金属間化合物を
形成するに必要な濃度よりも低い状態にあることを意味
する。このため、Ｃｕと所定の元素とは合金状態にはな
く、所定の元素が固溶されているＣｕ膜はＣｕ合金膜で
はない。

【００１８】また、請求項２に係る半導体装置は、上記
請求項１に係る半導体装置において、接続孔又は配線溝
の少なくとも一方の側壁及び底面と配線層との間に、絶
縁膜中へのＣｕ原子の拡散を防止するための保護膜が形
成されている構成とすることにより、接続孔又は配線溝
内の少なくとも一方に埋め込まれているＣｕ配線層から
絶縁膜中へのＣｕの拡散が防止されるため、信頼性の高
い埋め込み方式のＣｕ配線層が実現される。

【００１９】また、請求項３に係る半導体装置は、上記
請求項１又は２に係る半導体装置において、配線層上面
が酸化防止用の皮膜によって覆われている構成とするこ
とにより、Ｃｕ配線層上面の酸化が防止されるため、低
抵抗でエレクトロマイグレーション耐性及びストレスマ
イグレーション耐性に優れた信頼性の高い埋め込み方式
のＣｕ配線層が実現される。

【００２０】また、請求項４に係る半導体装置は、上記
請求項３に係る半導体装置において、Ｃｕ配線層上面を
覆っている酸化防止用の皮膜が、Ｃｕ配線層に固溶され
ている所定の元素の酸化物である構成とすることによ
り、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれ
たＣｕ配線層を形成した後の酸化雰囲気中における熱処
理によって容易に酸化防止用の皮膜が形成される。

【００２１】また、請求項５に係る半導体装置は、上記
請求項１又は２に係る半導体装置において、Ｃｕ膜に固
溶されている所定の元素がＡｇ（銀）、Ａｌ、Ａｓ（砒
素）、Ａｕ（金）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃｄ（カドミ
ウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｇｅ（ゲ
ルマニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｈｇ（水銀）、Ｉ
ｎ（インジウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｍｇ（マグネシ
ウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｐ（燐）、Ｓｂ（アンチモ
ン）、Ｓｉ（シリコン）、Ｓｎ（錫）、Ｔｉ（チタ
ン）、Ｔｌ（タリウム）、又はＺｒ（ジルコニウム）で
ある構成とすることにより、このような元素が固溶され
たＣｕ膜の融点は純Ｃｕの融点よりも低くなるため、こ
の低融点のＣｕ膜からなるＣｕ配線層を形成する際に、
純Ｃｕを配線材料とする場合よりも低いプロセス温度に
おいて接続孔又は配線溝内の少なくとも一方へのＣｕ配
線層の埋め込みを行うことが可能になる。

【００２２】また、請求項６に係る半導体装置は、上記
請求項４に係る半導体装置において、Ｃｕ膜に固溶され
ている所定の元素の酸化物が、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミ
ニウム）、Ｃｒ₂Ｏ₃（酸化クロム）、Ｇａ₂Ｏ₃（酸
化ガリウム）、ＧｅＯ₂（酸化ゲルマニウム）、Ｉｎ₂
Ｏ₃（酸化インジウム）、Ｌｉ₂Ｏ（酸化リチウム）、
ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｎＯ₂（酸化マンガ
ン）、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）、ＴｉＯ₂若しくはＴ
ｉ₂Ｏ₃（酸化チタン）、又はＺｒＯ₂（酸化ジルコニ
ウム）である構成とすることにより、上記のＡｌ等の元
素が固溶されているＣｕ膜からなるＣｕ配線層上面を酸
化雰囲気中において熱処理することにより、容易に酸化
防止用の皮膜が形成される。

【００２３】また、請求項７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第１の工程と、
この絶縁膜に接続孔又は配線溝の少なくとも一方を形成
する第２の工程と、基体全面に、所定の元素が固溶され
て融点が純Ｃｕよりも低くなっているＣｕ膜を形成する
第３の工程と、このＣｕ膜を熱処理によりリフローして
接続孔又は配線溝内に埋め込む第４の工程と、絶縁膜上
面上のＣｕ膜を除去すると共に、接続孔又は配線溝内の
少なくとも一方に埋め込まれたＣｕ膜を残存させて、こ
のＣｕ膜からなる配線層を形成する第５の工程とを有す
ることを特徴とする。

【００２４】このように請求項７に係る半導体装置の製
造方法においては、所定の元素が固溶されて融点が純Ｃ
ｕよりも低くなっているＣｕ膜を配線材料として用いて
いることにより、このＣｕ膜を熱処理によりリフローし
て接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込む際
に、例えば純Ｃｕを配線材料とする場合よりも低い熱処
理温度において容易にリフローを行うことが可能にな
る。このため、高温リフローによるストレスマイグレー
ション耐性の低下やＣｕ自身の拡散などを招くことな
く、また水素雰囲気中の熱処理による水素脆性を招くこ
となく、Ｃｕ合金膜からなるＣｕ配線層よりも低抵抗
で、エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイ
グレーション耐性に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層が
実現される。

【００２５】また、請求項８に係る半導体装置の製造方
法は、上記請求項７に係る半導体装置の製造方法におい
て、所定の元素が固溶されて融点が純Ｃｕよりも低くな
っているＣｕ膜を形成する第３の工程及びこのＣｕ膜を
熱処理によりリフローして接続孔又は配線溝内の少なく
とも一方に埋め込む第４の工程の代わりに、半導体基板
を加熱しながら、基体全面に、所定の元素が固溶されて
融点が純Ｃｕよりも低くなっているＣｕ膜を形成して、
このＣｕ膜を接続孔又は配線溝内に埋め込む工程を有す
る構成とすることにより、Ｃｕ膜の成膜とこのＣｕ膜の
接続孔又は配線溝内の少なくとも一方への埋め込みとが
１つの工程によって達成される。このため、Ｃｕ合金膜
からなるＣｕ配線層よりも低抵抗で、エレクトロマイグ
レーション耐性及びストレスマイグレーション耐性に優
れた埋め込み方式のＣｕ配線層が実現されると共に、そ
の製造工程が簡略化される。

【００２６】また、請求項９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第１の工程と、
この絶縁膜に接続孔又は配線溝の少なくとも一方を形成
する第２の工程と、基体全面に、第１のＣｕ膜を形成す
る第３の工程と、この第１のＣｕ膜上に、所定の元素が
固溶されて融点が純Ｃｕよりも低くなっている第２のＣ
ｕ膜を形成する第４の工程と、これら第１及び第２のＣ
ｕ膜を熱処理によりリフローして接続孔又は配線溝内の
少なくとも一方に埋め込む第５の工程と、絶縁膜上面上
の第１及び第２のＣｕ膜を除去すると共に、接続孔又は
配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれた第１及び第２
のＣｕ膜を残存させて、第１及び第２のＣｕ膜からなる
配線層を形成する第６の工程とを有することを特徴とす
る。

【００２７】このように請求項９に係る半導体装置の製
造方法においては、第１のＣｕ膜と所定の元素が固溶さ
れて融点が純Ｃｕよりも低くなっている第２のＣｕ膜と
を順に積層した２層構造のＣｕ膜を配線材料として用い
ているが、リフロー現象は主に熱的活性化による表面拡
散によって進行することから、Ｃｕ膜全体の融点が低い
必要はなく、２層構造のＣｕ膜のうちの表面側の第２の
Ｃｕ膜の融点のみが低ければよい。このため、この２層
構造のＣｕ膜を熱処理によりリフローして接続孔又は配
線溝内の少なくとも一方に埋め込む際にも、例えば純Ｃ
ｕを配線材料とする場合よりも低い熱処理温度において
容易にリフローを行うことが可能になる。しかも、第１
のＣｕ膜として例えば純Ｃｕのような第２のＣｕ膜より
も低抵抗のものを使用すれば、接続孔又は配線溝内の少
なくとも一方に埋め込まれた第１及び第２のＣｕ膜から
なる配線層は、第２のＣｕ膜のみからなる配線層よりも
低抵抗にすることが可能になる。従って、上記請求項７
の場合のＣｕ配線層よりも更に低抵抗で、エレクトロマ
イグレーション耐性及びストレスマイグレーション耐性
に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層が実現される。

【００２８】また、請求項１０に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項９に係る半導体装置の製造方法にお
いて、第１のＣｕ膜上に所定の元素が固溶されて融点が
純Ｃｕよりも低くなっている第２のＣｕ膜を形成する第
４の工程及びこれら第１及び第２のＣｕ膜を熱処理によ
りリフローして接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に
埋め込む第５の工程の代わりに、半導体基板を加熱しな
がら、第１のＣｕ膜上に、所定の元素が固溶されて融点
が純Ｃｕよりも低くなっている第２のＣｕ膜を形成し
て、これら第１及び第２のＣｕ膜を接続孔又は配線溝内
の少なくとも一方に埋め込む工程を有する構成とするこ
とにより、第２のＣｕ膜の成膜と第１及び第２のＣｕ膜
の接続孔又は配線溝内の少なくとも一方への埋め込みと
が１つの工程によって達成される。このため、上記請求
項７の場合のＣｕ配線層よりも低抵抗で、エレクトロマ
イグレーション耐性及びストレスマイグレーション耐性
に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層が実現されると共
に、その製造工程が簡略化される。

【００２９】また、請求項１１に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項９に係る半導体装置の製造方法にお
いて、基体全面に第１のＣｕ膜を形成する第３の工程、
この第１のＣｕ膜上に所定の元素が固溶されて融点が純
Ｃｕよりも低くなっている第２のＣｕ膜を形成する第４
の工程、及びこれら第１及び第２のＣｕ膜を熱処理によ
りリフローして接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に
埋め込む第５の工程の代わりに、半導体基板を加熱しな
がら、基体全面に第１のＣｕ膜を形成する工程と、半導
体基板を加熱しながら、第１のＣｕ膜上に所定の元素が
固溶されて融点が純Ｃｕよりも低くなっている第２のＣ
ｕ膜を形成して、これら第１及び第２のＣｕ膜を接続孔
又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込む工程とを有す
る構成とすることにより、第１のＣｕ膜の成膜工程と第
２のＣｕ膜の成膜工程と第１及び第２のＣｕ膜の接続孔
又は配線溝内の少なくとも一方への埋め込み工程とを共
に半導体基板を加熱しながら連続的に行うことが可能に
なるため、上記請求項７の場合のＣｕ配線層よりも低抵
抗で、エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマ
イグレーション耐性に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層
を実現する際に、その製造工程が上記請求項１０の場合
よりも更に簡略化される。

【００３０】また、請求項１２に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項９〜１１に係る半導体装置の製造方
法において、第１のＣｕ膜が純Ｃｕからなる構成とする
ことにより、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋
め込まれた第１及び第２のＣｕ膜からなる配線層が、純
Ｃｕ膜と所定の元素が固溶されているＣｕ膜との２層構
造となるため、上記請求項７のように所定の元素が固溶
されているＣｕ膜の単層構造の場合と比較すると、極め
て抵抗の低い純Ｃｕ膜を有している分だけ、配線層全体
としての抵抗が更に低減される。

【００３１】また、請求項１３に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項７〜１２に係る半導体装置の製造方
法において、絶縁膜に接続孔又は配線溝の少なくとも一
方を形成する第２の工程の後、接続孔又は配線溝の少な
くとも一方の側壁及び底面を覆うＣｕ拡散防止用の保護
膜を形成する工程を有する構成とすることにより、この
Ｃｕ拡散防止用の保護膜によって接続孔又は配線溝内の
少なくとも一方に埋め込まれている配線層から絶縁膜中
へのＣｕ原子の拡散が防止されるため、信頼性の高い埋
め込み方式のＣｕ配線層が実現される。

【００３２】また、請求項１４に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項７〜１２に係る半導体装置の製造方
法において、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋
め込まれたＣｕ配線層を形成する工程の後、このＣｕ配
線層上面上に酸化防止用の皮膜を形成する工程を有する
構成とすることにより、この酸化防止用の皮膜によって
Ｃｕ配線層上面の酸化が防止され、配線抵抗の上昇が防
止されるため、低抵抗でエレクトロマイグレーション耐
性及びストレスマイグレーション耐性に優れ、且つ信頼
性の高い埋め込み方式のＣｕ配線層が実現される。

【００３３】また、請求項１５に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項１４に係る半導体装置の製造方法に
おいて、配線層上面上に酸化防止用の皮膜を形成する工
程が、酸化物生成の標準自由エネルギーが配線層の主体
をなすＣｕよりも小さい所定の元素を選択的に酸化し
て、配線層上面上に所定の元素の酸化物を形成する工程
である構成とすることにより、Ｃｕ配線層に固溶されて
いる所定の元素の酸化物生成の標準自由エネルギーがＣ
ｕ配線層の主体をなすＣｕの酸化物生成の標準自由エネ
ルギーよりも小さいことから、Ｃｕ配線層上面において
Ｃｕの酸化物が生成されるよりも容易に所定の元素の酸
化物が生成されるため、この所定の元素の酸化物からな
る酸化防止用の皮膜がＣｕ配線層上面に容易に形成され
る。

【００３４】また、請求項１６に係る半導体装置の製造
方法は、上記請求項１４に係る半導体装置の製造方法に
おいて、配線層上面上に酸化防止用の皮膜を形成する工
程が、所定の温度及び所定の平衡酸素分圧を有する酸化
雰囲気中における熱処理を行う工程であり、この所定の
平衡酸素分圧が、所定の温度において所定の元素の酸化
が開始される平衡酸素分圧以上であって配線層の主体を
なすＣｕの酸化が開始される平衡酸素分圧以下である構
成とすることにより、所定の温度及び所定の平衡酸素分
圧を有する酸化雰囲気中における熱処理によってＣｕ配
線層に固溶されている所定の元素が酸化されてその酸化
物が生成される一方で、Ｃｕ配線層の主体をなすＣｕは
酸化されず、その酸化物が生成されないため、Ｃｕ配線
層上面には所定の元素の酸化物のみが生成され、この所
定の元素の酸化物からなる酸化防止用の皮膜が容易に形
成される。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置を示す断面図であり、図２〜図７はそれぞ
れ図１に示す半導体装置の第１の製造方法を説明するた
めの工程断面図であり、図８〜図１２はそれぞれ第２の
製造方法を説明するための工程断面図である。図１に示
されるように、半導体基板１０上には、半導体基板１０
表面層に形成されたトランジスタ等の半導体素子（図示
せず）とその配線層とを分離するための絶縁膜１２が形
成されている。

【００３６】また、この絶縁膜１２表面には、配線溝１
４が形成されている。そして、この配線溝１４内には、
配線溝１４内の側壁及び底面を覆っているＴｉＮ保護膜
１６を介して、Ｃｕ−４ａｔ．％（原子％）Ｍｇ配線層
１８ａが埋め込まれている。即ち、このＴｉＮ保護膜１
６は、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａと絶縁膜１２
との密着性を良好にするための密着層及びＣｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ中のＣｕ原子の絶縁膜１２中へ
の拡散を防止するための拡散防止層として機能するもの
であり、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａは、４ａ
ｔ．％のＭｇが固溶されているＣｕ膜からなる埋め込み
配線層である。

【００３７】次に、図１に示す半導体装置の第１の製造
方法を、図２〜図７を用いて説明する。先ず、半導体基
板１０表面層に、トランジスタ等の半導体素子（図示せ
ず）を形成した後、この半導体素子と後の工程において
形成する配線層とを分離するため、例えばＣＶＤ法を用
いて、半導体基板１０上に絶縁膜１２を形成する（図２
参照）。

【００３８】次いで、絶縁膜１２上にフォトレジスト剤
（図示せず）を塗布した後、例えばフォトリソグラフィ
法を用いて、このフォトレジスト剤をパターニングし、
配線溝を開口部とするレジストパターン（図示せず）を
形成する。続いて、このレジストパターンをマスクにし
て絶縁膜１２を選択的にエッチングし、配線溝１４を形
成する（図３参照）。

【００３９】次いで、例えばスパッタリング法を用い
て、基体全面に、即ち配線溝１４の側壁及び底面を含む
絶縁膜１２表面上に、ＴｉＮ（窒化チタン）保護膜１６
を成膜する。なお、このＴｉＮ保護膜１６は、次の工程
において成膜するＣｕ膜と絶縁膜１２との密着性を良好
にするための密着層及びＣｕ膜中のＣｕ原子が絶縁膜１
２中に拡散することを防止するための拡散防止層として
機能するものである（図４参照）。

【００４０】次いで、例えばスパッタリング法を用い
て、基体全面のＴｉＮ保護膜１６上にＣｕ膜中に４ａ
ｔ．％のＭｇが固溶されているＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜
１８を成膜する。このとき、側壁及び底面がＴｉＮ保護
膜１６によって覆われている配線溝１４内にも、このＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８が形成される。このとき、Ｃ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８をスパッタリングする際のタ
ーゲットとしては、Ｃｕ−Ｍｇ合金ターゲット、Ｃｕタ
ーゲット上にＭｇチップを搭載したターゲット、又はＣ
ｕとＭｇとの複合ターゲットを用いる（図５参照）。

【００４１】次いで、常圧の非酸化性雰囲気中におい
て、４５０℃の温度で３０分間の熱処理を行い、Ｃｕ−
４ａｔ．％Ｍｇ膜１８を配線溝１４内にフローさせて、
配線溝１４内をＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８によって完
全に埋め込んでしまうと共に、このＣｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ膜１８表面を平坦化する。このとき、Ｃｕ−４ａｔ．
％Ｍｇ膜１８の融点は約９００℃であり、純Ｃｕの融点
である１０８５℃に比べて低いため、純Ｃｕ膜の場合よ
りも低温で十分な埋め込みが可能となる（図６参照）。

【００４２】次いで、例えばＣＭＰ法を用いて、平坦化
されたＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８表面から研磨を開始
し、絶縁膜１２上面上のＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８及
びＴｉＮ保護膜１６を完全に除去して、絶縁膜１２上面
を露出させる。そして、側壁及び底面がＴｉＮ保護膜１
６によって覆われている配線溝１４内のみに、Ｃｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ膜１８を残存させ、この配線溝１４内のＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８からなるＣｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ配線層１８ａを形成する（図７参照）。

【００４３】次に、図１に示す半導体装置の第２の製造
方法を、図８〜図１２を用いて説明する。先ず、上記図
２に示す工程の場合と同様にして、半導体基板１０表面
層にトランジスタ等の半導体素子（図示せず）を形成し
た後、この半導体基板１０上に例えばＣＶＤ法を用いて
絶縁膜１２を形成する（図８参照）。

【００４４】次いで、上記図３に示す工程の場合と同様
にして、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜１２上
に塗布したフォトレジスト剤をパターニングし、配線溝
を開口部とするレジストパターン（図示せず）を形成す
る。続いて、このレジストパターンをマスクにして絶縁
膜１２を選択的にエッチングし、配線溝１４を形成する
（図９参照）。

【００４５】次いで、上記図３に示す工程の場合と同様
にして、スパッタリング法を用いて、基体全面に、即ち
配線溝１４の側壁及び底面を含む絶縁膜１２表面上にＴ
ｉＮ保護膜１６を成膜する（図１０参照）。

【００４６】次いで、いわゆる高温スパッタリング法を
用いて、半導体基板１０を５００℃の温度に加熱しなが
ら、基体全面のＴｉＮ保護膜１６上にＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ膜１８を成膜する。このとき、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ膜１８の融点は約９００℃であり、純Ｃｕの融点であ
る１０８５℃に比べて低いことから、半導体基板１０を
高温に加熱した状態でスパッタリングを行うことによ
り、基体全面に成膜されるＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８
が同時に配線溝１４内にフローされ、配線溝１４内がＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８によって完全に埋め込まれて
しまうと共に、このＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８表面が
平坦化される（図１１参照）。

【００４７】次いで、上記図７に示す工程の場合と同様
にして、ＣＭＰ法を用いて、平坦化されたＣｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ膜１８及びＴｉＮ保護膜１６を絶縁膜１２上
面が露出するまで研磨し、絶縁膜１２上面上のＣｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ膜１８及びＴｉＮ保護膜１６を完全に除去
する。そして、配線溝１４内のみにＴｉＮ保護膜１６を
介してＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８を残存させ、このＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８からなるＣｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ配線層１８ａを形成する（図１２参照）。

【００４８】以上のように本実施形態に係る半導体装置
によれば、埋め込み方式の配線層として、４ａｔ．％の
Ｍｇが固溶されているＣｕ膜からなるＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ配線層１８ａが用いられていることにより、例えば
ＣｕとＭｇとの合金膜からなるＭｇＣｕ₂配線層の場合
よりも低抵抗で、エレクトロマイグレーション耐性及び
ストレスマイグレーション耐性に優れた埋め込み配線層
を実現することができる。

【００４９】また、配線溝１４内の側壁及び底面をなす
絶縁膜１２と配線溝１４内に埋め込まれたＣｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ配線層１８ａとの間にＴｉＮ保護膜１６が介
在していることにより、このＴｉＮ保護膜１６によって
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ中のＣｕが絶縁膜１
２中に拡散することが防止されるため、信頼性の高い埋
め込み配線層を実現することができる。

【００５０】また、本実施形態に係る半導体装置の第１
の製造方法によれば、スパッタリング法により基体全面
に成膜したＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８を熱処理によっ
てフローさせて配線溝１４内を完全に埋め込んでしまう
際に、このＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の融点が純Ｃｕ
の融点に比べて低いことから、純Ｃｕの場合よりも低温
の熱処理により十分な埋め込みが可能となるため、高温
リフローによるストレスマイグレーション耐性の低下や
Ｃｕ自身の拡散などを防止することができる。また、水
素雰囲気中の熱処理を必要としないため、水素脆性の発
生を防止することができる。

【００５１】また、本実施形態に係る半導体装置の第２
の製造方法によれば、基体全面に、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ膜１８を成膜する際に、基板を加熱しながらスパッタ
リングを行う、いわゆる高温スパッタリング法を用いる
ことにより、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の成膜と同時
にＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８が配線溝１４内にフロー
されて、配線溝１４内が完全に埋め込まれてしまうと共
に、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８表面が平坦化されるこ
とから、上記第１の製造方法におけるＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ膜１８の成膜工程とＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の
配線溝１４内への埋め込み及び平坦化工程との２工程を
１工程によって行うことが可能になるため、製造工程を
簡略化することができる。

【００５２】なお、本実施形態においては、埋め込み方
式の配線層として４ａｔ．％のＭｇが固溶されているＣ
ｕ膜からなるＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａが用い
られているが、Ｃｕを主体とする配線層に固溶されてい
るＭｇの濃度は４ａｔ．％に限定されるものではなく、
ＭｇがＣｕと金属間化合物を形成するに必要な濃度、例
えば５ａｔ．％よりも低い濃度であればよい。

【００５３】また、Ｃｕを主体とする配線層に固溶され
ている元素として、Ｍｇの代わりに例えばＡｇ、Ａｌ、
Ａｓ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｈ
ｇ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、
Ｔｌ、又はＺｒであってもよい。これらの元素もＣｕ膜
中に固溶する範囲をもち、かつＣｕ膜中に固溶すること
により融点（合金状態図では固溶線で表される）が純Ｃ
ｕの融点よりも低くなるものである。

【００５４】そして、これらの元素をＣｕ配線層に固溶
させる濃度も、これらの元素がＣｕと金属間化合物を形
成するに必要な濃度よりも低いことが必要である。例え
ば、Ａｌの場合には１９．５ａｔ．％以下、Ｇａの場合
には１９．５ａｔ．％以下、Ｇｅの場合には９ａｔ．％
以下、Ｉｎの場合には３ａｔ．％以下、Ｌｉの場合には
６．５ａｔ．％以下、Ｓｉの場合には８．５ａｔ．％以
下、Ｔｉの場合には１ａｔ．％以下、Ｚｒの場合には
０．１４ａｔ．％以下であることが要求されることにな
る。

【００５５】また、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の形成
法としてスパッタリング法を用いているが、スパッタリ
ング法に限定されるものではない。このスパッタリング
法の代わりに、例えばＣｕのイオンクラスタービームと
Ｍｇのイオンクラスタービームとを半導体基板１０上で
重畳させる方法や、Ｃｕターゲットを用いたイオンビー
ムスパッタとＭｇターゲットを用いたイオンビームスパ
ッタとを半導体基板１０上で重畳させる方法や、Ｃｕの
蒸発源から蒸発させたＣｕ元素とＭｇの蒸発源から蒸発
させたＭｇ元素とを半導体基板１０上で重畳させる方法
や、Ｍｇが固溶されているＣｕ膜を用いるフラッシュ蒸
着法や、分子線エピタキシー法や、Ｍｇが固溶されてい
るＣｕ膜を用いるレーザアブレーション法や、Ｃｕター
ゲットを用いたレーザアブレーションとＭｇターゲット
を用いたレーザアブレーションとを半導体基板１０上で
重畳させる方法や、ＣＶＤ法や、めっき法などを用いて
もよい。

【００５６】また、基体全面に成膜したＣｕ−４ａｔ．
％Ｍｇ膜１８をフローさせて配線溝１４内を完全に埋め
込んでしまう際の熱処理を常圧の非酸化性雰囲気中にお
いて行っているが、この常圧の非酸化性雰囲気の代わり
に、高圧の非酸化性雰囲気中において熱処理を行っても
よい。この場合には、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の配
線溝１４内への埋め込み特性が更に良好なものとなる。

【００５７】また、配線溝１４内に埋め込まれたＣｕ−
４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａと絶縁膜１２との間に介在
させる膜としてＴｉＮ保護膜１６を用いているが、Ｔｉ
Ｎ保護膜１６に限定されるものではなく、Ｃｕと反応せ
ず、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａと絶縁膜１２と
の密着層及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ中のＣ
ｕの絶縁膜１２中への拡散防止層として機能するもので
あればよい。例えば、ＴｉＮ保護膜１６の代わりに、窒
化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化チタン膜、窒化
タングステン膜、窒化チタンタングステン膜、タングス
テン窒化ニオブ膜、窒化タンクル膜などを用いてもよ
い。

【００５８】また、ＴｉＮ保護膜１６の形成法としてス
パッタリング法を用いているが、スパッタリング法に限
定されるものではなく、例えばＣＶＤ法を用いてもよ
い。

【００５９】（第２の実施形態）図１３は本発明の第２
の実施形態に係る半導体装置を示す断面図であり、図１
４〜図１９はそれぞれ図１３に示す半導体装置の第１の
製造方法を説明するための工程断面図であり、図２０〜
図２５はそれぞれ第２の製造方法を説明するための工程
断面図であり、図２６〜図３０はそれぞれ第３の製造方
法を説明するための工程断面図である。なお、上記図１
〜図１２の半導体装置の構成要素と同一の要素には同一
の符号を付して説明を省略する。

【００６０】図１３に示されるように、半導体基板１０
上には、半導体基板１０表面層に形成されたトランジス
タ等の半導体素子（図示せず）とその配線層とを分離す
るための絶縁膜１２が形成されている。また、この絶縁
膜１２表面には、配線溝１４が形成されている。そし
て、この配線溝１４内には、配線溝１４内の側壁及び底
面を覆っているＴｉＮ保護膜１６を介して、Ｃｕ−Ｍｇ
配線層２４ａが埋め込まれている。なお、このＣｕ−Ｍ
ｇ配線層２４ａは、４ａｔ．％以下のＭｇが固溶されて
いるＣｕ膜からなる埋め込み配線層であるが、Ｃｕ膜に
固溶されているＭｇの濃度はＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａの
表面近傍において高く、内部に行くに従って低下してい
る。

【００６１】次に、図１３に示す半導体装置の第１の製
造方法を、図１４〜図１９を用いて説明する。先ず、半
導体基板１０表面層に、トランジスタ等の半導体素子
（図示せず）を形成した後、この半導体素子と後の工程
において形成する配線層とを分離するため、例えばＣＶ
Ｄ法を用いて、半導体基板１０上に絶縁膜１２を形成す
る（図１４参照）。

【００６２】次いで、絶縁膜１２上にフォトレジスト剤
（図示せず）を塗布した後、例えばフォトリソグラフィ
法を用いて、このフォトレジスト剤をパターニングし、
配線溝を開口部とするレジストパターン（図示せず）を
形成する。続いて、このレジストパターンをマスクにし
て絶縁膜１２を選択的にエッチングし、配線溝１４を形
成する（図１５参照）。

【００６３】次いで、例えばスパッタリング法を用い
て、基体全面に、即ち配線溝１４の側壁及び底面を含む
絶縁膜１２表面上に、ＴｉＮ保護膜１６を成膜する。な
お、このＴｉＮ保護膜１６は、次の工程において成膜す
る純Ｃｕ膜と絶縁膜１２との密着性を良好にするための
密着層及び純Ｃｕ膜中のＣｕ原子の絶縁膜１２中への拡
散を防止するための拡散防止層として機能するものであ
る（図１６参照）。

【００６４】次いで、例えばスパッタリング法を用い
て、基体全面のＴｉＮ保護膜１６上に純Ｃｕ膜２０を成
膜する。このとき、側壁及び底面がＴｉＮ保護膜１６に
よって覆われている配線溝１４内にも、この純Ｃｕ膜２
０が形成される。

【００６５】続いて、再びスパッタリング法を用いて、
基体全面の純Ｃｕ膜２０上に、Ｃｕ膜中に４ａｔ．％の
Ｍｇが固溶されているＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２を
成膜する。このとき、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２を
スパッタリングする際のターゲットとしては、Ｃｕ−Ｍ
ｇ合金ターゲット、Ｃｕターゲット上にＭｇチップを搭
載したターゲット、又はＣｕとＭｇとの複合ターゲット
を用いる。こうして、純Ｃｕ膜２０とＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ薄膜２２とを順に積層して形成する（図１７参
照）。

【００６６】次いで、常圧の非酸化性雰囲気中におい
て、４５０℃の温度で３０分間の熱処理を行い、積層さ
れた純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２を
配線溝１４内にフローさせる。このとき、リフロー現象
は主に熱的活性化による表面拡散によって進行すること
から、積層された純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ薄膜２２の全体の融点が低くなくとも、この２層構造
の表面側のＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２の融点が約９
００℃と純Ｃｕの融点である１０８５℃に比べて低いた
め、上記図６に示す工程の場合と同様に、純Ｃｕのリフ
ロー温度よりも低い温度４５０℃という温度において、
積層された純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜
２２の配線溝１４内へのリフローを行うことが可能とな
る。

【００６７】また、この熱処理においては、Ｃｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ薄膜２２中のＭｇ原子が下層の純Ｃｕ膜２０
中に拡散していくため、積層された純Ｃｕ膜２０及びＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２は一体化されて、Ｃｕ−Ｍ
ｇ膜２４となる。即ち、このＣｕ−Ｍｇ膜２４は、４ａ
ｔ．％以下のＭｇが固溶されているＣｕ膜であって、そ
のＣｕ膜に固溶されているＭｇの濃度は表面近傍におい
て高く、内部に行くに従って低下している。

【００６８】こうして、積層された純Ｃｕ膜２０及びＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２がリフローされ、一体化さ
れてＣｕ−Ｍｇ膜２４を形成し、このＣｕ−Ｍｇ膜２４
によって配線溝１４内を埋め込んでしまうと共に、Ｃｕ
−Ｍｇ膜２４表面を平坦化する（図１８参照）。

【００６９】次いで、例えばＣＭＰ法を用いて、平坦化
されたＣｕＭｇ膜２４表面から研磨を開始し、絶縁膜１
２上面が露出するまで絶縁膜１２上面上のＣｕＭｇ膜２
４及びＴｉＮ保護膜１６を完全に除去する。そして、側
壁及び底面がＴｉＮ保護膜１６によって覆われている配
線溝１４内のみに、Ｃｕ−Ｍｇ膜２４を残存させ、この
配線溝１４内のＣｕ−Ｍｇ膜２４からなるＣｕ−Ｍｇ配
線層２４ａを形成する（図１９参照）。

【００７０】次に、図１３に示す半導体装置の第２の製
造方法を、図２０〜図２５を用いて説明する。先ず、上
記図１４に示す工程の場合と同様にして、半導体基板１
０表面層にトランジスタ等の半導体素子（図示せず）を
形成した後、ＣＶＤ法を用いて、この半導体基板１０上
に絶縁膜１２を形成する（図２０参照）。

【００７１】次いで、上記図１５に示す工程の場合と同
様にして、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜１２
上に塗布したフォトレジスト剤をパターニングし、配線
溝を開口部とするレジストパターン（図示せず）を形成
する。続いて、このレジストパターンをマスクにして絶
縁膜１２を選択的にエッチングし、配線溝１４を形成す
る（図２１参照）。

【００７２】次いで、上記図１６に示す工程の場合と同
様にして、スパッタリング法を用いて、配線溝１４の側
壁及び底面を含む絶縁膜１２表面上に、ＴｉＮ保護膜１
６を成膜する（図２２参照）。

【００７３】次いで、スパッタリング法を用いて、基体
全面のＴｉＮ保護膜１６上に純Ｃｕ膜２０を成膜する。
このとき、側壁及び底面がＴｉＮ保護膜１６によって覆
われている配線溝１４内にも、この純Ｃｕ膜２０が形成
される（図２３参照）。

【００７４】次いで、高温スパッタリング法を用いて、
半導体基板１０を５００℃の温度に加熱しながら、基体
全面の純Ｃｕ膜２０上に、Ｃｕ膜中に４ａｔ．％のＭｇ
が固溶されているＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜を成膜す
る。このとき、リフロー現象は主に熱的活性化による表
面拡散によって進行すると共に、表面側のＣｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ薄膜の融点が約９００℃と純Ｃｕの融点であ
る１０８５℃に比べて低いことから、半導体基板１０を
高温に加熱した状態でＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜をスパ
ッタリングすることにより、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜
の成膜と同時にこのＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜及びその
下層の純Ｃｕ膜２０が配線溝１４内にフローされる。

【００７５】また、この高温スパッタリングの際、Ｃｕ
−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜中のＭｇ原子が下層の純Ｃｕ膜２
０中に拡散していくため、純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ薄膜は一体化されて、４ａｔ．％以下のＭｇ
が固溶されているＣｕ膜であって、そのＣｕ膜に固溶さ
れているＭｇの濃度が表面近傍において高く、内部に行
くに従って低下しているＣｕ−Ｍｇ膜２４となる。

【００７６】こうして、順にスパッタリングされた純Ｃ
ｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜が高温スパッタ
リングの際にリフローされ、一体化されてＣｕ−Ｍｇ膜
２４を形成し、このＣｕ−Ｍｇ膜２４によって配線溝１
４内を埋め込んでしまうと共に、Ｃｕ−Ｍｇ膜２４表面
が平坦化される（図２４参照）。

【００７７】次いで、上記図１９に示す工程の場合と同
様にして、ＣＭＰ法を用いて、平坦化されたＣｕＭｇ膜
２４及びＴｉＮ保護膜１６を絶縁膜１２上面が露出する
まで研磨し、絶縁膜１２上面上のＣｕＭｇ膜２４及びＴ
ｉＮ保護膜１６を完全に除去する。そして、側壁及び底
面がＴｉＮ保護膜１６によって覆われている配線溝１４
内のみにＣｕ−Ｍｇ膜２４を残存させ、このＣｕ−Ｍｇ
膜２４からなるＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａを形成する（図
２５参照）。

【００７８】次に、図１３に示す半導体装置の第３の製
造方法を、図２６〜図３０を用いて説明する。先ず、上
記図１４に示す工程の場合と同様にして、半導体基板１
０表面層にトランジスタ等の半導体素子（図示せず）を
形成した後、ＣＶＤ法を用いて、この半導体基板１０上
に絶縁膜１２を形成する（図２６参照）。

【００７９】次いで、上記図１５に示す工程の場合と同
様にして、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜１２
上に塗布したフォトレジスト剤をパターニングし、配線
溝を開口部とするレジストパターン（図示せず）を形成
する。続いて、このレジストパターンをマスクにして絶
縁膜１２を選択的にエッチングし、配線溝１４を形成す
る（図２７参照）。

【００８０】次いで、上記図１６に示す工程の場合と同
様にして、スパッタリング法を用いて、基体全面に、即
ち配線溝１４の側壁及び底面を含む絶縁膜１２表面上に
ＴｉＮ保護膜１６を成膜する（図２８参照）。

【００８１】次いで、高温スパッタリング法を用いて、
半導体基板１０を５００℃の温度に加熱しながら、基体
全面のＴｉＮ保護膜１６上に純Ｃｕ膜を成膜する。続い
て、再び高温スパッタリング法を用いて、半導体基板１
０を５００℃の温度に加熱しながら、基体全面の純Ｃｕ
膜上に、Ｃｕ膜中に４ａｔ．％のＭｇが固溶されている
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜を成膜する。このとき、リフ
ロー現象は主に熱的活性化による表面拡散によって進行
すると共に、表面側のＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜の融点
が約９００℃と純Ｃｕの融点である１０８５℃に比べて
低いことから、半導体基板１０を高温に加熱した状態で
純Ｃｕ膜及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜をスパッタリン
グすることにより、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜の成膜と
同時にこのＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜及びその下層の純
Ｃｕ膜２０が配線溝１４内にフローされる。

【００８２】また、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜の高温ス
パッタリングの際、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜中のＭｇ
原子が下層の純Ｃｕ膜中に拡散していくため、純Ｃｕ膜
及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜は一体化されて、４ａ
ｔ．％以下のＭｇが固溶されているＣｕ膜であって、そ
のＣｕ膜に固溶されているＭｇの濃度が表面近傍におい
て高く、内部に行くに従って低下しているＣｕ−Ｍｇ膜
２４となる。

【００８３】こうして、順にスパッタリングされた純Ｃ
ｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜が高温スパッタ
リングの際にリフローされ、一体化されてＣｕ−Ｍｇ膜
２４を形成し、このＣｕ−Ｍｇ膜２４によって配線溝１
４内を埋め込んでしまうと共に、Ｃｕ−Ｍｇ膜２４表面
が平坦化される（図２９参照）。

【００８４】次いで、上記図１９に示す工程の場合と同
様にして、ＣＭＰ法を用いて、平坦化されたＣｕＭｇ膜
２４及びＴｉＮ保護膜１６を絶縁膜１２上面が露出する
まで研磨し、絶縁膜１２上面上のＣｕＭｇ膜２４及びＴ
ｉＮ保護膜１６を完全に除去する。そして、側壁及び底
面がＴｉＮ保護膜１６によって覆われている配線溝１４
内のみに、Ｃｕ−Ｍｇ膜２４を残存させ、このＣｕ−Ｍ
ｇ膜２４からなるＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａを形成する
（図３０参照）。

【００８５】以上のように本実施形態に係る半導体装置
によれば、埋め込み方式の配線層として、４ａｔ．％以
下のＭｇが固溶されているＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａが用
いられており、Ｍｇの濃度がＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａの
表面近傍において高く、内部に行くに従って低下してい
ることにより、例えばＣｕとＭｇとの合金膜からなるＭ
ｇＣｕ₂配線層の場合よりも低抵抗であるのみならず、
上記第１の実施形態におけるＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線
層１８ａの場合よりも低抵抗で、エレクトロマイグレー
ション耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れた
埋め込み配線層を実現することができる。

【００８６】また、配線溝１４内の側壁及び底面をなす
絶縁膜１２と配線溝１４内に埋め込まれたＣｕ−Ｍｇ配
線層２４ａとの間にＴｉＮ保護膜１６が介在しているこ
とにより、このＴｉＮ保護膜１６によってＣｕ−Ｍｇ配
線層２４ａ中のＣｕが絶縁膜１２中に拡散することが防
止されるため、信頼性の高い埋め込み配線層を実現する
ことができる。

【００８７】また、本実施形態に係る半導体装置の第１
の製造方法によれば、スパッタリング法により基体全面
に積層して成膜した純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ薄膜２２をフローさせ、一体化してＣｕ−Ｍｇ膜２
４を形成し、このＣｕ−Ｍｇ膜２４によって配線溝１４
内を完全に埋め込んでしまう際に、２層構造の表面側の
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２の融点が純Ｃｕの融点に
比べて低いことから、純Ｃｕのリフロー温度よりも低温
の熱処理により十分な埋め込みが可能となるため、高温
リフローによるストレスマイグレーション耐性の低下や
Ｃｕ自身の拡散などを防止することができる。また、水
素雰囲気中の熱処理を必要としないため、水素脆性の発
生を防止することができる。

【００８８】また、本実施形態に係る半導体装置の第２
の製造方法によれば、純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．
％Ｍｇ薄膜を基体全面に順に成膜する際、基板を加熱し
ながらスパッタリングを行う高温スパッタリング法を用
いてＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜を成膜することにより、
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜の成膜と同時にこのＣｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ薄膜及びその下層の純Ｃｕ膜２０が配線溝
１４内にフローされ、一体化されたＣｕ−Ｍｇ膜２４を
形成し、このＣｕ−Ｍｇ膜２４によって配線溝１４内を
完全に埋め込んでしまうと共に、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ
膜１８表面を平坦化することが可能になる。このため、
上記第１の製造方法における純Ｃｕ膜２０の成膜工程と
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜２２の成膜工程と純Ｃｕ膜２０
及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２が一体化したＣｕ−
Ｍｇ膜２４の配線溝１４内への埋め込み及び平坦化工程
との３工程を２工程によって行うことが可能になり、製
造工程を簡略化することができる。

【００８９】また、本実施形態に係る半導体装置の第３
の製造方法によれば、純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．
％Ｍｇ薄膜を基体全面に順に成膜する際、基板を加熱し
ながらスパッタリングを行う高温スパッタリング法を用
いて純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜を成膜
することにより、上記第２の製造方法の場合と同様の効
果を奏することに加え、純Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ薄膜の高温スパッタリングを連続的に行うこ
とが可能になるため、上記第２の製造方法の場合よりも
更に製造工程を簡略化することができる。

【００９０】なお、本実施形態においては、埋め込み方
式の配線層として４ａｔ．％以下のＭｇが固溶されてい
るＣｕ膜からなるＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａが用いられて
いるが、Ｃｕ膜に固溶されている元素として、Ｍｇの代
わりに、例えばＡｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ａｕ、Ｂｅ、Ｃｄ、
Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｎ、
Ｐ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔｌ、又はＺｒであって
もよい。これらの元素もＣｕ膜中に固溶する範囲をも
ち、かつＣｕ膜中に固溶することにより融点（合金状態
図では固溶線で表される）が純Ｃｕの融点よりも低くな
るものである。ただし、これらの元素をＣｕ膜に固溶さ
せる濃度は、これらの元素がＣｕと金属間化合物を形成
するに必要な濃度よりも低い濃度であることが必要であ
る。

【００９１】また、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２の形
成法としてスパッタリング法を用いているが、スパッタ
リング法に限定されるものではない。このスパッタリン
グ法の代わりに、例えばＣｕのイオンクラスタービーム
とＭｇのイオンクラスタービームとを半導体基板１０上
で重畳させる方法や、Ｃｕターゲットを用いたイオンビ
ームスパッタとＭｇターゲットを用いたイオンビームス
パッタとを半導体基板１０上で重畳させる方法や、Ｃｕ
の蒸発源から蒸発させたＣｕ元素とＭｇの蒸発源から蒸
発させたＭｇ元素とを半導体基板１０上で重畳させる方
法や、Ｍｇが固溶されているＣｕ膜を用いるフラッシュ
蒸着法や、分子線エピタキシー法や、Ｍｇが固溶されて
いるＣｕ膜を用いるレーザアブレーション法や、Ｃｕタ
ーゲットを用いたレーザアブレーションとＭｇターゲッ
トを用いたレーザアブレーションとを半導体基板１０上
で重畳させる方法や、ＣＶＤ法や、めっき法などを用い
てもよい。

【００９２】また、基体全面に成膜した２層構造の純Ｃ
ｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２をフローさ
せて配線溝１４内を完全に埋め込んでしまう際の熱処理
を常圧の非酸化性雰囲気中において行っているが、この
常圧の非酸化性雰囲気の代わりに、高圧の非酸化性雰囲
気中において熱処理を行ってもよい。この場合には、純
Ｃｕ膜２０及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２２が一体化
されたＣｕ−Ｍｇ膜２４の配線溝１４内への埋め込み特
性が更に良好なものとなる。

【００９３】また、配線溝１４内に埋め込まれたＣｕＭ
ｇ配線層２４ａと絶縁膜１２との間に介在させる膜とし
てＴｉＮ保護膜１６を用いているが、このＴｉＮ保護膜
１６の代わりに、例えば窒化シリコン膜、酸窒化シリコ
ン膜、窒化チタン膜、窒化タングステン膜、窒化チタン
タングステン膜、タングステン窒化ニオブ膜、窒化タン
クル膜など、Ｃｕと反応せず、Ｃｕ−Ｍｇ配線層２４ａ
と絶縁膜１２との密着層及びＣｕ−Ｍｇ配線層２４ａ中
のＣｕの絶縁膜１２中への拡散防止層として機能する膜
を用いてもよい。

【００９４】また、ＴｉＮ保護膜１６の形成法としてス
パッタリング法を用いているが、スパッタリング法に限
定されるものではなく、例えばＣＶＤ法を用いてもよ
い。

【００９５】（第３の実施形態）図３１は本発明の第３
の実施形態に係る半導体装置を示す断面図であり、図３
２〜図３８はそれぞれ図１３に示す半導体装置の製造方
法を説明するための工程断面図である。なお、上記図１
〜図１２の半導体装置の構成要素と同一の要素には同一
の符号を付して説明を省略する。図３１に示されるよう
に、半導体基板１０上には、半導体基板１０表面層に形
成されたトランジスタ等の半導体素子（図示せず）とそ
の配線層とを分離するための絶縁膜１２が形成されてい
る。

【００９６】また、この絶縁膜１２表面には、配線溝１
４が形成されている。そして、この配線溝１４内には、
配線溝１４内の側壁及び底面を覆っているＴｉＮ保護膜
１６を介して、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａが埋
め込まれている。また、配線溝１４内に埋め込まれてい
るＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ上には、Ｃｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａの酸化を防止するためのバリ
アとして機能する厚さ５ｎｍ程度のＭｇＯ皮膜２６が形
成され、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面を覆っ
ている。

【００９７】次に、図３１に示す半導体装置の製造方法
を、図３２〜図３８を用いて説明する。先ず、半導体基
板１０表面層に、トランジスタ等の半導体素子（図示せ
ず）を形成した後、この半導体素子と後の工程において
形成する配線層とを分離するため、例えばＣＶＤ法を用
いて、半導体基板１０上に絶縁膜１２を形成する（図３
２参照）。

【００９８】次いで、絶縁膜１２上にフォトレジスト剤
（図示せず）を塗布した後、例えばフォトリソグラフィ
法を用いて、このフォトレジスト剤をパターニングし、
配線溝を開口部とするレジストパターン（図示せず）を
形成する。続いて、このレジストパターンをマスクにし
て絶縁膜１２を選択的にエッチングし、配線溝１４を形
成する（図３３参照）。次いで、例えばスパッタリング
法を用いて、基体全面に、即ち配線溝１４の側壁及び底
面を含む絶縁膜１２表面上に、ＴｉＮ保護膜１６を成膜
する（図３４参照）。

【００９９】次いで、例えばスパッタリング法を用い
て、基体全面のＴｉＮ保護膜１６上にＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ膜１８を成膜する。このとき、側壁及び底面がＴｉ
Ｎ保護膜１６によって覆われている配線溝１４内にも、
このＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８が形成される（図３５
参照）。次いで、常圧の非酸化性雰囲気中において、４
５０℃の温度で３０分間の熱処理を行い、Ｃｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ膜１８を配線溝１４内にフローさせて、配線
溝１４内をＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８によって完全に
埋め込んでしまうと共に、このＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜
１８表面を平坦化する（図３６参照）。

【０１００】次いで、例えばＣＭＰ法を用いて、平坦化
されたＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８表面から研磨を開始
し、絶縁膜１２上面が露出するまで絶縁膜１２上面上の
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８及びＴｉＮ保護膜１６を完
全に除去する。そして、側壁及び底面がＴｉＮ保護膜１
６によって覆われている配線溝１４内のみに、Ｃｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ膜１８を残存させ、この配線溝１４内のＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８からなるＣｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ配線層１８ａを形成する（図３７参照）。

【０１０１】次いで、温度５００℃、酸素分圧１×１０
^-5Toorの酸素雰囲気中において熱処理を行って、Ｃｕ−
４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａに固溶されているＭｇをＣ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面にまで拡散させ、
そのＭｇを選択的に酸化して、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配
線層１８ａ表面にＭｇＯ皮膜２６を形成する。

【０１０２】即ち、この熱処理の際の酸素分圧１×１０
^-5Toorは、温度５００℃において、Ｃｕ及びＭｇ双方の
酸化が開始される平衡酸素分圧以上であることから、Ｃ
ｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａの主体をなすＣｕが酸
化されて、その酸化物であるＣｕＯ又はＣｕＯ₂（酸化
銅）が生成される。その一方、この熱処理際に加えられ
たエネルギーによりＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
に固溶されているＭｇがＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１
８ａ表面にまで拡散してくる。そしてこのＭｇはその酸
化物生成の標準自由エネルギーがＣｕの酸化物生成の標
準自由エネルギーよりも小さいことから、Ｃｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面に生成されたＣｕＯ又はＣ
ｕＯ₂を還元して、Ｍｇの酸化物であるＭｇＯを生成す
る。こうして、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面
においてＭｇが選択的に酸化され、ＭｇＯ皮膜２６が形
成される。

【０１０３】なお、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
に固溶されているＭｇの濃度が小さいため、そのＭｇの
酸化によって形成されるＭｇＯ皮膜２６の厚さは５ｎｍ
程度と極めて薄いものの、このＭｇＯ皮膜２６は酸素を
通さない緻密な膜であることから、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ配線層１８ａの酸化を防止するためのバリアとして機
能する（図３８参照）。

【０１０４】以上のように本実施形態に係る半導体装置
によれば、埋め込み方式の配線層として、４ａｔ．％の
Ｍｇが固溶されているＣｕ膜からなるＣｕ−４ａｔ．％
Ｍｇ配線層１８ａが用いられていることにより、また配
線溝１４内の側壁及び底面をなす絶縁膜１２と配線溝１
４内に埋め込まれたＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
との間にＴｉＮ保護膜１６が介在していることにより、
上記第１の実施形態に係る半導体装置の場合と同様の効
果を奏し、低抵抗で、エレクトロマイグレーション耐性
及びストレスマイグレーション耐性に優れ、信頼性の高
い埋め込み配線層を実現することができる。

【０１０５】更に、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
の酸化を防止するためのバリアとして機能するＭｇＯ皮
膜２６がＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面を覆っ
ていることにより、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
はその内部まで酸化されることから保護され、その配線
抵抗の上昇が防止されるため、低抵抗で、信頼性の高い
埋め込み配線層を実現することができる。

【０１０６】また、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法によれば、スパッタリング法により基体全面に成膜
したＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８を熱処理によってフロ
ーさせて配線溝１４内を完全に埋め込んでしまう際に、
このＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の融点が純Ｃｕの融点
に比べて低いことから、純Ｃｕの場合よりも低温の熱処
理により十分な埋め込みが可能となるため、上記第１の
実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法の場合と同
様の効果を奏し、高温リフローによるストレスマイグレ
ーション耐性の低下やＣｕ自身の拡散などを防止するこ
とができる。

【０１０７】更に、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
表面を覆うＭｇＯ皮膜２６を形成する際に、Ｃｕ−４ａ
ｔ．％Ｍｇ配線層１８ａに固溶されているＭｇの酸化物
生成の標準自由エネルギーがＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線
層１８ａの主体をなすＣｕの酸化物生成の標準自由エネ
ルギーよりも小さいことから、温度５００℃、酸素分圧
１×１０^-5Toorの酸素雰囲気中における熱処理により、
Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面に拡散してくた
Ｍｇを選択的に酸化することが可能になるため、Ｃｕ−
４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ上面上にＭｇＯ皮膜２６を
容易に形成することができる。

【０１０８】なお、本実施形態においては、埋め込み方
式の配線層として４ａｔ．％のＭｇが固溶されているＣ
ｕ膜からなるＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａが用い
られているが、Ｃｕ配線層に固溶されている元素として
は、Ｍｇの代わりに、例えばＡｌ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、又はＺｒであっ
てもよい。これらの元素もＣｕ配線層中に固溶する範囲
をもち、かつＣｕ配線層中に固溶することにより融点
（合金状態図では固溶線で表される）が純Ｃｕの融点よ
りも低くなるものであり、更にこれらＣｕ配線層に固溶
されている元素の酸化物生成の標準自由エネルギーがＣ
ｕ配線層の主体をなすＣｕの酸化物生成の標準自由エネ
ルギーよりも小さいものである。

【０１０９】ここで、これらの元素の酸化物生成の標準
自由エネルギーの大小関係については、Ｓｗａｌｉｎ
著、「固体の熱力学」（ｐ．８８−ｐ．８９、コロナ社
発行）の「酸化物の生成の標準自由エネルギーと温度と
の関係」を示すグラフによって知ることができる。従っ
て、上記の場合、所定の温度及び酸素分圧の酸素雰囲気
中において熱処理を行い、Ｃｕ配線層に固溶されている
元素を選択的に酸化して形成する皮膜は、ＭｇＯ皮膜２
６の代わりに、例えばＡｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｇａ₂
Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏ、ＭｇＯ、Ｍｎ
Ｏ₂、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂若しくはＴｉ₂Ｏ₃、又はＺ
ｒＯ₂となる。そして、これらの酸化物も、ＭｇＯ皮膜
２６の場合と同様に、Ｃｕ配線層の酸化を防止するため
の酸化防止バリアとして機能する。

【０１１０】また、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
表面を覆うＭｇＯ皮膜２６を形成する際の熱処理条件
は、温度５００℃、酸素雰囲気中における酸素分圧１×
１０^-5Toorであり、これは温度５００℃においてＣｕ及
びＭｇ双方の酸化が開始される平衡酸素分圧以上の酸素
分圧であるが、この熱処理条件に限定されるものではな
い。

【０１１１】例えば、温度５００℃に限らず所定の温度
において、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａに固溶さ
れているＭｇの酸化が開始される平衡酸素分圧以上であ
って、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａの主体をなす
Ｃｕの酸化が開始される平衡酸素分圧以下の酸素雰囲気
中において熱処理を行ってもよい。この場合、Ｃｕ−４
ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａの主体をなすＣｕは酸化され
ず、熱処理の極初期に生成され易い薄い酸化銅が生成さ
れない一方において、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８
ａに固溶されているＭｇが酸化され、その酸化物ＭｇＯ
が生成されるため、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ
表面にはＭｇＯのみが生成され、ＭｇＯ皮膜２６が形成
される。

【０１１２】或いはまた、所定の温度において、Ｃｕ−
４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａの主体をなすＣｕの酸化が
開始される平衡酸素分圧以下の酸素雰囲気中における第
１ステップの熱処理を行い、続いてＣｕ−４ａｔ．％Ｍ
ｇ配線層１８ａに固溶されているＭｇの酸化が開始され
る平衡酸素分圧以上の酸素雰囲気中における第２ステッ
プの熱処理を行う方法を用いてもよい。この場合、第１
ステップにおいては、その熱処理の極初期に生成され易
い薄い酸化銅が生成されずにＭｇの酸化物であるＭｇＯ
が生成され、第２ステップにおいて、更にＭｇの酸化が
進行して、その酸化物ＭｇＯが強固なものとして形成さ
れるため、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ表面には
ＭｇＯのみが生成され、ＭｇＯ皮膜２６が形成される。
ここで、これらの酸化雰囲気の平均値は、Ｓｗａｌｉｎ
著、「固体の熱力学」（ｐ．８８−ｐ．８９、コロナ社
発行）の「酸化物の生成の標準自由エネルギーと温度と
の関係」を示すグラフによって知ることができる。

【０１１３】また、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の形成
法としてスパッタリング法を用いているが、スパッタリ
ング法に限定されるものではない。このスパッタリング
法の代わりに、例えばＣｕのイオンクラスタービームと
Ｍｇのイオンクラスタービームとを半導体基板１０上で
重畳させる方法や、Ｃｕターゲットを用いたイオンビー
ムスパッタとＭｇターゲットを用いたイオンビームスパ
ッタとを半導体基板１０上で重畳させる方法や、Ｃｕの
蒸発源から蒸発させたＣｕ元素とＭｇの蒸発源から蒸発
させたＭｇ元素とを半導体基板１０上で重畳させる方法
や、Ｍｇが固溶されているＣｕ膜を用いるフラッシュ蒸
着法や、分子線エピタキシー法や、Ｍｇが固溶されてい
るＣｕ膜を用いるレーザアブレーション法や、Ｃｕター
ゲットを用いたレーザアブレーションとＭｇターゲット
を用いたレーザアブレーションとを半導体基板１０上で
重畳させる方法や、ＣＶＤ法や、めっき法などを用いて
もよい。

【０１１４】また、基体全面に成膜したＣｕ−４ａｔ．
％Ｍｇ膜１８をフローさせて配線溝１４内を完全に埋め
込んでしまう際の熱処理を常圧の非酸化性雰囲気中にお
いて行っているが、この常圧の非酸化性雰囲気の代わり
に、高圧の非酸化性雰囲気中において熱処理を行っても
よい。この場合には、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８の配
線溝１４内への埋め込み特性が更に良好なものとなる。

【０１１５】また、配線溝１４内に埋め込まれたＣｕ−
４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａと絶縁膜１２との間に介在
させる膜としてＴｉＮ保護膜１６を用いているが、Ｔｉ
Ｎ保護膜１６に限定されるものではなく、Ｃｕと反応せ
ず、Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａと絶縁膜１２と
の密着層及びＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層１８ａ中のＣ
ｕの絶縁膜１２中への拡散防止層として機能するもので
あればよい。例えば、ＴｉＮ保護膜１６の代わりに、窒
化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化チタン膜、窒化
タングステン膜、窒化チタンタングステン膜、タングス
テン窒化ニオブ膜、窒化タンクル膜などを用いてもよ
い。

【０１１６】また、ＴｉＮ保護膜１６の形成法としてス
パッタリング法を用いているが、スパッタリング法に限
定されるものではなく、例えばＣＶＤ法を用いてもよ
い。

【０１１７】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る半導体装置及びその製造方法によれば、次のような効
果を奏することができる。即ち、請求項１に係る半導体
装置によれば、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に
埋め込まれているＣｕ配線層が所定の元素が固溶された
Ｃｕ膜からなり、その融点が純Ｃｕの融点よりも低くな
っていることにより、Ｃｕ合金膜からなるＣｕ配線層よ
りも低抵抗で、エレクトロマイグレーション耐性及びス
トレスマイグレーション耐性に優れた埋め込み方式の配
線層を実現することができると共に、その配線層を形成
する際に、純Ｃｕを配線材料とする場合よりも低いプロ
セス温度において接続孔又は配線溝内の少なくとも一方
へのＣｕ配線層の埋め込みを行うことが可能になる。

【０１１８】また、請求項２に係る半導体装置によれ
ば、接続孔又は配線溝の少なくとも一方の側壁及び底面
と配線層との間に、絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止する
ための保護膜が形成されていることにより、接続孔又は
配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれているＣｕ配線
層から絶縁膜中へのＣｕ原子の拡散が防止されるため、
信頼性の高い埋め込み方式のＣｕ配線層を実現すること
ができる。

【０１１９】また、請求項３に係る半導体装置によれ
ば、配線層上面が酸化防止用の皮膜によって覆われてい
ることにより、Ｃｕ配線層上面の酸化が防止されるた
め、低抵抗でエレクトロマイグレーション耐性及びスト
レスマイグレーション耐性に優れた信頼性の高い埋め込
み方式のＣｕ配線層を実現することができる。

【０１２０】また、請求項４に係る半導体装置によれ
ば、Ｃｕ配線層上面を覆っている酸化防止用の皮膜がＣ
ｕ配線層に固溶されている所定の元素の酸化物であるこ
とにより、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め
込まれたＣｕ配線層を形成した後における酸化雰囲気中
での熱処理によってＣｕ配線層の酸化を防止するための
皮膜を容易に形成することが可能になる。

【０１２１】また、請求項５に係る半導体装置によれ
ば、上記請求項１又は２に係る半導体装置において、Ｃ
ｕ膜に固溶されている所定の元素がＡｇ、Ａｌ、Ａｓ、
Ａｕ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｈｇ、Ｉ
ｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、
Ｔｌ、又はＺｒであることにより、このような元素が固
溶されたＣｕ膜の融点は純Ｃｕの融点よりも低くなるた
め、この低融点のＣｕ膜からなるＣｕ配線層を形成する
際に、純Ｃｕを配線材料とする場合よりも低いプロセス
温度において接続孔又は配線溝内の少なくとも一方への
Ｃｕ配線層の埋め込みを行うことが可能になる。

【０１２２】また、請求項６に係る半導体装置によれ
ば、Ｃｕ膜に固溶されている所定の元素の酸化物が、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ₂、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ
₂若しくはＴｉ₂Ｏ₃、又はＺｒＯ₂であることによ
り、上記のＡｌ等の元素が固溶されているＣｕ膜からな
るＣｕ配線層上面を酸化雰囲気中において熱処理するこ
とにより、容易に酸化防止用の皮膜を形成することがで
きる。

【０１２３】また、請求項７に係る半導体装置の製造方
法によれば、所定の元素が固溶され、融点が純Ｃｕより
も低いＣｕ膜を配線材料として用いていることにより、
このＣｕ膜を熱処理によりリフローして接続孔又は配線
溝内の少なくとも一方に埋め込む際に、例えば純Ｃｕを
配線材料とする場合よりも低い熱処理温度において容易
にリフローを行うことが可能になるため、高温リフロー
によるストレスマイグレーション耐性の低下やＣｕ自身
の拡散、水素雰囲気中の熱処理による水素脆性を招くこ
となく、Ｃｕ合金膜からなるＣｕ配線層よりも低抵抗
で、エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイ
グレーション耐性に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層を
実現することができる。

【０１２４】また、請求項８に係る半導体装置の製造方
法によれば、所定の元素が固溶され融点が純Ｃｕよりも
低いＣｕ膜を形成する工程及びこのＣｕ膜を熱処理によ
りリフローして接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に
埋め込む工程の代わりに、半導体基板を加熱しながら、
基体全面に、所定の元素が固溶され融点が純Ｃｕよりも
低いＣｕ膜を形成して、このＣｕ膜を接続孔又は配線溝
内に埋め込む工程を有することにより、Ｃｕ膜の成膜と
このＣｕ膜の接続孔又は配線溝内の少なくとも一方への
埋め込みとが１つの工程によって達成されるため、Ｃｕ
合金膜からなるＣｕ配線層よりも低抵抗で、エレクトロ
マイグレーション耐性及びストレスマイグレーション耐
性に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層を実現することが
できると共に、その製造工程を簡略化することができ
る。

【０１２５】また、請求項９に係る半導体装置の製造方
法によれば、第１のＣｕ膜と所定の元素が固溶され、融
点が純Ｃｕよりも低い第２のＣｕ膜とを順に積層した２
層構造のＣｕ膜を配線材料として用いることにより、リ
フロー現象は主に熱的活性化による表面拡散によって進
行することから、この２層構造のＣｕ膜を熱処理により
リフローして接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋
め込む際にも、例えば純Ｃｕを配線材料とする場合より
も低い熱処理温度において容易にリフローを行うことが
できる。しかも、第１のＣｕ膜として例えば純Ｃｕのよ
うな第２のＣｕ膜よりも低抵抗のものを使用すれば、接
続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれた第１
及び第２のＣｕ膜からなる配線層を第２のＣｕ膜のみか
らなるＣｕ配線層よりも更に低抵抗にすることが可能に
なり、更に低抵抗で、エレクトロマイグレーション耐性
及びストレスマイグレーション耐性に優れた埋め込み方
式のＣｕ配線層を実現することができる。

【０１２６】また、請求項１０に係る半導体装置の製造
方法によれば、第１のＣｕ膜上に所定の元素が固溶され
融点が純Ｃｕよりも低い第２のＣｕ膜を形成する工程及
びこれら第１及び第２のＣｕ膜を熱処理によりリフロー
して接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込む工
程の代わりに、半導体基板を加熱しながら、第１のＣｕ
膜上に、所定の元素が固溶され融点が純Ｃｕよりも低い
第２のＣｕ膜を形成して、これら第１及び第２のＣｕ膜
を接続孔又は配線溝内に埋め込む工程を有することによ
り、第２のＣｕ膜の成膜と第１及び第２のＣｕ膜の接続
孔又は配線溝内の少なくとも一方への埋め込みとが１つ
の工程によって達成されるため、上記請求項７の場合の
Ｃｕ配線層よりも更に低抵抗で、エレクトロマイグレー
ション耐性及びストレスマイグレーション耐性に優れた
埋め込み方式のＣｕ配線層を実現することができると共
に、その製造工程を簡略化することができる。

【０１２７】また、請求項１１に係る半導体装置の製造
方法によれば、基体全面に、第１のＣｕ膜を形成する工
程、この第１のＣｕ膜上に、所定の元素が固溶され融点
が純Ｃｕよりも低い第２のＣｕ膜を形成する工程、及び
これらの第１及び第２のＣｕ膜を熱処理によりリフロー
して接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込む工
程の代わりに、半導体基板を加熱しながら、基体全面に
第１のＣｕ膜を形成する工程と、半導体基板を加熱しな
がら、第１のＣｕ膜上に所定の元素が固溶され融点が純
Ｃｕよりも低い第２のＣｕ膜を形成し、これら第１及び
第２のＣｕ膜を接続孔又は配線溝内に埋め込む工程とを
有することにより、第１のＣｕ膜の成膜工程と第２のＣ
ｕ膜の成膜工程と第１及び第２のＣｕ膜の接続孔又は配
線溝内の少なくとも一方への埋め込み工程とを共に半導
体基板を加熱しながら連続的に行うことが可能になるた
め、上記請求項７の場合のＣｕ配線層よりも低抵抗で、
エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレ
ーション耐性に優れた埋め込み方式のＣｕ配線層を実現
する際に、その製造工程を更に簡略化することができ
る。

【０１２８】また、請求項１２に係る半導体装置の製造
方法によれば、順に積層された第１及び第２のＣｕ膜の
うち、第１のＣｕ膜が純Ｃｕからなることにより、接続
孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれた第１及
び第２のＣｕ膜からなる配線層が純Ｃｕ膜と所定の元素
が固溶されているＣｕ膜との２層構造となるため、所定
の元素が固溶されているＣｕ膜の単層構造の場合と比較
すると、極めて抵抗の低い純Ｃｕ膜を有している分だ
け、配線層全体としての抵抗を更に低減することができ
る。

【０１２９】また、請求項１３に係る半導体装置の製造
方法によれば、絶縁膜に接続孔又は配線溝を形成する工
程の後、接続孔又は配線溝の少なくとも一方の側壁及び
底面を覆うＣｕ拡散防止用の保護膜を形成する工程を有
することにより、このＣｕ拡散防止用の保護膜によって
接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれてい
る配線層から絶縁膜中へのＣｕ原子の拡散が防止される
ため、信頼性の高い埋め込み方式のＣｕ配線層を実現す
ることができる。

【０１３０】また、請求項１４に係る半導体装置の製造
方法によれば、接続孔又は配線溝内の少なくとも一方に
埋め込まれたＣｕ配線層を形成する工程の後、このＣｕ
配線層上面上に酸化防止用の皮膜を形成する工程を有す
ることにより、この酸化防止用の皮膜によってＣｕ配線
層上面の酸化が防止され、配線抵抗の上昇が防止される
ため、低抵抗でエレクトロマイグレーション耐性及びス
トレスマイグレーション耐性に優れた信頼性の高い埋め
込み方式のＣｕ配線層を実現することができる。

【０１３１】また、請求項１５に係る半導体装置の製造
方法によれば、配線層上面上に酸化防止用の皮膜を形成
する工程が、酸化物生成の標準自由エネルギーが配線層
の主体をなすＣｕよりも小さい所定の元素を選択的に酸
化して、配線層上面上に所定の元素の酸化物を形成する
工程であることにより、Ｃｕ配線層に固溶されている所
定の元素の酸化物生成の標準自由エネルギーがＣｕ配線
層の主体をなすＣｕの酸化物生成の標準自由エネルギー
よりも小さいことから、Ｃｕ配線層上面においてＣｕの
酸化物が生成されるよりも容易に所定の元素の酸化物が
生成されるため、この所定の元素の酸化物からなる酸化
防止用の皮膜をＣｕ配線層上面に容易に形成することが
できる。

【０１３２】また、請求項１６に係る半導体装置の製造
方法によれば、配線層上面上に酸化防止用の皮膜を形成
する工程が所定の温度及び所定の平衡酸素分圧を有する
酸化雰囲気中における熱処理を行う工程であり、この所
定の平衡酸素分圧が所定の温度において所定の元素の酸
化が開始される平衡酸素分圧以上であって配線層の主体
をなすＣｕの酸化が開始される平衡酸素分圧以下である
構成とすることにより、所定の温度及び所定の平衡酸素
分圧を有する酸化雰囲気中における熱処理によってＣｕ
配線層に固溶されている所定の元素が酸化されてその酸
化物が生成される一方で、Ｃｕ配線層の主体をなすＣｕ
は酸化されず、その酸化物が生成されないため、Ｃｕ配
線層上面には所定の元素の酸化物のみが生成され、この
所定の元素の酸化物からなる酸化防止用の皮膜を容易に
形成することができる。

【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を示
す断面図である。

【図２】図１の半導体装置の第１の製造方法を説明する
ための工程断面図（その１）である。

【図３】図１の半導体装置の第１の製造方法を説明する
ための工程断面図（その２）である。

【図４】図１の半導体装置の第１の製造方法を説明する
ための工程断面図（その３）である。

【図５】図１の半導体装置の第１の製造方法を説明する
ための工程断面図（その４）である。

【図６】図１の半導体装置の第１の製造方法を説明する
ための工程断面図（その５）である。

【図７】図１の半導体装置の第１の製造方法を説明する
ための工程断面図（その６）である。

【図８】図１の半導体装置の第２の製造方法を説明する
ための工程断面図（その１）である。

【図９】図１の半導体装置の第２の製造方法を説明する
ための工程断面図（その２）である。

【図１０】図１の半導体装置の第２の製造方法を説明す
るための工程断面図（その３）である。

【図１１】図１の半導体装置の第２の製造方法を説明す
るための工程断面図（その４）である。

【図１２】図１の半導体装置の第２の製造方法を説明す
るための工程断面図（その５）である。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を
示す断面図である。

【図１４】図１３の半導体装置の第１の製造方法を説明
するための工程断面図（その１）である。

【図１５】図１３の半導体装置の第１の製造方法を説明
するための工程断面図（その２）である。

【図１６】図１３の半導体装置の第１の製造方法を説明
するための工程断面図（その３）である。

【図１７】図１３の半導体装置の第１の製造方法を説明
するための工程断面図（その４）である。

【図１８】図１３の半導体装置の第１の製造方法を説明
するための工程断面図（その５）である。

【図１９】図１３の半導体装置の第１の製造方法を説明
するための工程断面図（その６）である。

【図２０】図１３の半導体装置の第２の製造方法を説明
するための工程断面図（その１）である。

【図２１】図１３の半導体装置の第２の製造方法を説明
するための工程断面図（その２）である。

【図２２】図１３の半導体装置の第２の製造方法を説明
するための工程断面図（その３）である。

【図２３】図１３の半導体装置の第２の製造方法を説明
するための工程断面図（その４）である。

【図２４】図１３の半導体装置の第２の製造方法を説明
するための工程断面図（その５）である。

【図２５】図１３の半導体装置の第２の製造方法を説明
するための工程断面図（その６）である。

【図２６】図１３の半導体装置の第３の製造方法を説明
するための工程断面図（その１）である。

【図２７】図１３の半導体装置の第３の製造方法を説明
するための工程断面図（その２）である。

【図２８】図１３の半導体装置の第３の製造方法を説明
するための工程断面図（その３）である。

【図２９】図１３の半導体装置の第３の製造方法を説明
するための工程断面図（その４）である。

【図３０】図１３の半導体装置の第３の製造方法を説明
するための工程断面図（その５）である。

【図３１】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を
示す断面図である。

【図３２】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その１）である。

【図３３】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その２）である。

【図３４】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その３）である。

【図３５】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その４）である。

【図３６】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その５）である。

【図３７】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その６）である。

【図３８】図３１に示す半導体装置の製造方法を説明す
るための工程断面図（その７）である。

【符号の説明】

１０半導体基板１２絶縁膜１４配線溝１６ＴｉＮ保護膜１８Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ膜１８ａＣｕ−４ａｔ．％Ｍｇ配線層２０純Ｃｕ膜２２Ｃｕ−４ａｔ．％Ｍｇ薄膜２４Ｃｕ−Ｍｇ膜２４ａＣｕ−Ｍｇ配線層２６ＭｇＯ皮膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上の絶縁膜に形成された接続
孔又は配線溝内の少なくとも一方に、配線層が埋め込ま
れている半導体装置であって、前記配線層が、所定の元素が固溶されて融点が純銅より
も低くなっている銅膜からなることを特徴とする半導体
装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、前記接続孔又は前記配線溝内の少なくとも一方の側壁及
び底面と前記配線層との間に、前記絶縁膜中への銅の拡
散を防止するための保護膜が形成されていることを特徴
とする半導体装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の半導体装置にお
いて、前記配線層上面が、酸化防止用の皮膜によって覆われて
いることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項３記載の半導体装置において、前記皮膜が、前記配線層に固溶されている前記所定の元
素の酸化物であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】請求項１又は２に記載の半導体装置にお
いて、前記銅膜に固溶されている前記所定の元素が、銀、アル
ミニウム、砒素、金、ベリリウム、カドミウム、クロ
ム、ガリウム、ゲルマニウム、ハフニウム、水銀、イン
ジウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、燐、アン
チモン、シリコン、錫、チタン、タリウム、又はジルコ
ニウムであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項４記載の半導体装置において、前記銅膜に固溶されている前記所定の元素の酸化物が、
酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ガリウム、酸化ゲ
ルマニウム、酸化インジウム、酸化リチウム、酸化マグ
ネシウム、酸化マンガン、酸化シリコン、酸化チタン、
又は酸化ジルコニウムであることを特徴とする半導体装
置。
【請求項７】半導体基板上に、絶縁膜を形成する第１
の工程と、前記絶縁膜に、接続孔又は配線溝の少なくとも一方を形
成する第２の工程と、基体全面に、所定の元素が固溶されて融点が純銅よりも
低くなっている銅膜を形成する第３の工程と、前記銅膜を熱処理によりリフローして、前記接続孔又は
前記配線溝内の少なくとも一方に埋め込む第４の工程
と、前記絶縁膜上面上の前記銅膜を除去すると共に、前記接
続孔又は前記配線溝内の少なくとも一方に埋め込まれた
前記銅膜を残存させて、前記銅膜からなる配線層を形成
する第５の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。
【請求項８】請求項７記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記第３及び第４の工程の代わりに、前記半導体基板を加熱しながら、基体全面に、所定の元
素が固溶されて融点が純銅よりも低くなっている銅膜を
形成して、前記銅膜を前記接続孔又は前記配線溝内の少
なくとも一方に埋め込む工程を有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項９】半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
工程と、前記絶縁膜に接続孔又は配線溝の少なくとも一方を形成
する第２の工程と、基体全面に、第１の銅膜を形成する第３の工程と、前記第１の銅膜上に、所定の元素が固溶されて融点が純
銅よりも低くなっている第２の銅膜を形成する第４の工
程と、前記第１及び第２の銅膜を熱処理によりリフローして、
前記接続孔又は前記配線溝内の少なくとも一方に埋め込
む第５の工程と、前記絶縁膜上面上の前記第１及び第２の銅膜を除去する
と共に、前記接続孔又は前記配線溝内の少なくとも一方
に埋め込まれた前記第１及び第２の銅膜を残存させて、
前記第１及び第２の銅膜からなる配線層を形成する第６
の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。
【請求項１０】請求項９記載の半導体装置の製造方法
において、前記第４及び第５の工程の代わりに、前記半導体基板を加熱しながら、前記第１の銅膜上に、
所定の元素が固溶されて融点が純銅よりも低くなってい
る第２の銅膜を形成して、前記第１及び第２の銅膜を前
記接続孔又は前記配線溝内の少なくとも一方に埋め込む
工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】請求項９記載の半導体装置の製造方法
において、前記第３乃至第５の工程の代わりに、前記半導体基板を加熱しながら、基体全面に、第１の銅
膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱しながら、
前記第１の銅膜上に、所定の元素が固溶されて融点が純
銅よりも低くなっている第２の銅膜を形成して、前記第
１及び第２の銅膜を前記接続孔又は前記配線溝内の少な
くとも一方に埋め込む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。
【請求項１２】請求項９乃至１１のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法において、前記第１の銅膜が、純銅からなることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項１３】請求項７乃至１２のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法において、前記第２の工程の後、前記接続孔又は前記配線溝の少な
くとも一方の側壁及び底面を覆う銅拡散防止用の保護膜
を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項１４】請求項７乃至１３のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法において、前記接続孔又は前記配線溝内の少なくとも一方に埋め込
まれた前記配線層を形成する工程の後、前記配線層上面
上に、酸化防止用の皮膜を形成する工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】請求項１４記載の半導体装置の製造方
法において、前記皮膜を形成する工程が、酸化物生成の標準自由エネ
ルギーが前記配線層の主体をなす銅よりも小さい前記所
定の元素を選択的に酸化して、前記配線層上面上に、前
記所定の元素の酸化物を形成する工程であることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】請求項１４記載の半導体装置の製造方
法において、前記皮膜を形成する工程が、所定の温度及び所定の平衡
酸素分圧を有する酸化雰囲気中における熱処理を行う工
程であり、前記所定の平衡酸素分圧が、前記所定の温度において前
記所定の元素の酸化が開始される平衡酸素分圧以上であ
って、前記配線層の主体をなす銅の酸化が開始される平
衡酸素分圧以下であることを特徴とする半導体装置の製
造方法。