WO2009101805A1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Shuji Hirao
Syutetsu Kaneyama
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Panasonic Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device having highly reliable wiring, and more particularly to embedding a fine pattern in a buried wiring forming technique.
  • Cu copper
  • EM electromigration
  • a tantalum (Ta) thin film formed by sputtering has been mainly used as a Cu barrier metal.
  • the wiring width is about 45 nm, and sufficient coverage (coverability) cannot be obtained by the sputtering method. Therefore, a method has been proposed in which ruthenium (Ru), iridium (Ir), or the like, which can be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, is used as a barrier metal (see Patent Document 1).
  • the Ru material has good adhesion with Cu, and improvement in reliability can be expected as compared with Ta and its nitride film (TaN).
  • TaN nitride film
  • a via hole 106 and a wiring groove 107 connected to the first Cu wiring 103 are formed in the second interlayer insulating film 104.
  • a Ru film 105 as a barrier metal film is formed on the entire surface including the inside of the wiring trench 107 and the via hole 106 by chemical vapor deposition.
  • a Cu film 108 is embedded in the wiring trench 107 and the via hole 106 by the CVD method (FIG. 8B).
  • the formula of the electrochemical equilibrium of Cu and Ru is represented by the following formulas 1 and 2.
  • SHE standard hydrogen electrode
  • “0.337 V vs. SHE” means that the reduction reaction of Cu starts at a potential of 0.337 V when the standard hydrogen electrode is set to 0 V. This potential is called a standard electrode potential.
  • a substance having a low standard electrode potential and a substance having a high standard electrode potential are mixed, a substance having a low standard electrode potential tends to be ionized. This is the battery effect.
  • Cu-CMP refers to a polishing method in which copper is changed to brittle copper oxide having low mechanical strength by an electrolyte contained in a slurry solution (abrasive), and the copper oxide is polished by mechanical pressure.
  • barrier metal film-CMP means that the barrier metal film is changed to an oxide of a fragile barrier metal film having a low mechanical strength by an electrolyte contained in a slurry solution (abrasive), and the barrier metal film is subjected to mechanical pressure. This refers to a polishing method for polishing the oxide.
  • the CMP method for removing the barrier metal film is expressed as Ru-CMP.
  • TaN is used as the barrier metal film
  • the CMP method is expressed as TaN-CMP. Such a notation is the same when a material other than the above-mentioned materials is used as the material of the barrier metal film.
  • the actual electrode potential in the CMP slurry solution does not match the value of the standard electrode potential, but considering that Cu elution occurred during CMP, the electrode potential in the slurry has the above relationship (E 0 Ru> E 0 Cu) is considered to be maintained.
  • E 0 Ru ⁇ E 0 It may be possible to Cu, in fact become fixed and the composition of the slurry solution from CMP characteristics. For this reason, it is difficult to prevent Cu elution by adjusting the slurry solution.
  • an object of the present invention is to provide a Cu wiring forming method in which Cu elution does not occur during CMP when a Ru material is used as a barrier metal film for Cu wiring.
  • the present invention employs the following means.
  • a semiconductor device of the present invention includes a wiring groove formed in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a first barrier metal film formed on a side wall and a bottom surface of the wiring groove, and a side wall of the wiring groove. And a second barrier metal film formed on the first barrier metal film. Moreover, it has the wiring which has the copper film provided in this wiring groove
  • the upper end of the wiring groove has an inclined shape that spreads upward.
  • the upper end of the second barrier metal film is lower than the upper end of the wiring trench sidewall, and the first barrier metal film and the copper film are in contact with each other at the upper end of the wiring trench sidewall.
  • the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step (a) of forming a wiring groove in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a side wall and a bottom of the wiring groove after the step (a), and And (b) depositing a first barrier metal film between the interlayer insulations. Further, after the step (b), there is a step (c) of depositing a second barrier metal film on the first barrier metal film.
  • the step (f) of depositing a plated copper film on the seed copper film after the step (e) and the chemical mechanical polishing method after the step (f) are performed.
  • the second barrier metal film is removed so that the upper end of the second barrier metal film on the side wall of the wiring groove is lower than the upper end of the side wall of the wiring groove. It can also be. Thereby, in CMP of copper, the second barrier metal film is not exposed to the polished surface, so that it is possible to more reliably prevent copper in the wiring trench from being eluted by the battery effect.
  • the standard electrode potential of the first barrier metal film is lower than that of copper, and the standard electrode potential of the second barrier metal film is higher than that of copper. Therefore, it is possible to prevent copper from eluting due to the battery effect even in CMP of the barrier metal.
  • the second barrier metal film can be formed discontinuously. Therefore, since the contact area with the slurry is small, there is an effect that corrosion of copper is less likely to occur.
  • the second barrier metal film is made of ruthenium (Ru) or an alloy containing ruthenium as a main component.
  • the first barrier metal film is tantalum or a conductive film that is a compound of tantalum and at least one of nitrogen, carbon, and silicon, or a stacked film of tantalum and the compound.
  • the steps (b) to (e) are performed in the same apparatus without opening to the atmosphere. This is desirable in order to prevent oxidation of the surface of each film to be formed and to ensure adhesion between the films.
  • the step (d) is anisotropic etching.
  • the Cu film using the Ru barrier film can be subjected to CMP processing without eluting Cu into the slurry, so that high yield and improved reliability of the semiconductor device can be obtained.
  • FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • Process drawing of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. Process drawing of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment.
  • Process drawing of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. Process drawing of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 6 is a process diagram of a conventional method for manufacturing a semiconductor device. Explanatory drawing of corrosion at the time of Cu-CMP. Explanatory drawing of corrosion at the time of Cu-CMP.
  • a first interlayer insulating film 2 is formed with a film thickness of 250 nm on a semiconductor substrate 1, and then a first interlayer insulating film is formed using a conventional lithography technique and dry etching technique.
  • the wiring groove 5 is formed in 2.
  • the wiring groove 5 is connected to a semiconductor element, a capacitor element, a resistor element, or the like formed on the semiconductor substrate to form an LSI (Large Scale Integrated Circuit).
  • LSI Large Scale Integrated Circuit
  • This structure assumes a device with a size of 32 nm node or smaller, and the width of the wiring trench 5 is 50 nm or less.
  • an insulating film having a low dielectric constant for example, a SiOC film or a porous SiOC film having pores in the film can be used.
  • a first barrier metal film 3 and a second barrier metal film 4 are sequentially formed on the first interlayer insulating film 2 including the side wall and bottom of the wiring trench 5.
  • a tantalum nitride (TaN) film is used as the first barrier metal film 3.
  • a ruthenium (Ru) film is used as the second barrier metal film 4.
  • a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition: CVD method) capable of forming a fine pattern with good coverage (coverability) can be used.
  • the TaN film 3 is heated from 200 ° C. to 400 ° C., and PDMAT (pentakisdimethylamide tantalum: structural formula Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 ) is used as a precursor (precursor) for several seconds.
  • the film is formed by repeating the process of introducing into the chamber and subsequently introducing ammonia (NH 3 ) gas as a reducing gas into the chamber for several seconds.
  • the film thickness of the TaN film 3 formed on the first interlayer insulating film 2 is 2 nm or more and 10 nm or less. Since the coverage is well formed, the film thickness is the same on the side wall and the bottom of the wiring groove.
  • the Ru film 4 is formed with good coverage by, for example, raising the substrate temperature from 200 ° C. to 400 ° C., introducing ruthenium carbonium [Ru (CO) 4 ] 3 and thermally decomposing on the substrate. Is done.
  • the film thickness of the Ru film 4 formed on the TaN film is 2 nm or more and 10 nm or less. Since the coverage is also well formed, the film thickness is equivalent on the side wall and the bottom of the wiring groove.
  • the first and second barrier metal films 3 and 4 can be formed also by using an atomic layer deposition (ALD) method.
  • ALD atomic layer deposition
  • the Ru film 4 formed on the TaN film 3 on the first interlayer insulating film 2 is removed by etch back.
  • this removal method for example, sputter etching (Ar etchback) using Ar ions can be used.
  • Ar etchback since the etching rate of the Ru film is about twice or more larger than that of the TaN film, only the Ru film on the surface can be removed with the TaN film remaining.
  • anisotropic etch back such as Ar etch back, the etching rate at the opening portion of the wiring groove 5 is larger than the surface, and the upper end of the wiring groove 5 has an inclined shape spreading upward (FIG. 1C). Position of circle C).
  • the most important feature of the present invention is to remove the Ru film 4 deposited on the upper surface of the TaN film 3 before forming the plated Cu film described below.
  • a seed Cu film 6 that functions as a seed layer at the time of Cu electrolytic plating is deposited on the TaN film 3 on the first interlayer insulating film 2 and on the side wall and bottom of the wiring trench 5.
  • a seed Cu film 6 that functions as a seed layer at the time of Cu electrolytic plating is deposited on the TaN film 3 on the first interlayer insulating film 2 and on the side wall and bottom of the wiring trench 5.
  • a sputtering method is used.
  • the seed Cu film 6 needs to be formed to be a continuous film on the side wall of the wiring groove 5 in order to fill the wiring groove 5 without forming a void by Cu electrolytic plating.
  • the Ru material has good wettability and adhesion with Cu, even if the seed Cu film 6 is thinned (film thickness formed on the Ru film: 3 nm or more), the Ru material is formed on the side wall of the wiring trench 5. Can be ensured, and good Cu electroplating can be carried out.
  • the semiconductor substrate 1 is transported in vacuum or in an inert gas in the same apparatus, Continuous treatment without opening to the atmosphere is desirable to prevent oxidation of the surface of each film and to ensure adhesion between the films.
  • these films 3, 4 may be formed by ionization sputtering or the like.
  • the Ru film 4 is formed by ionized sputtering, it is possible to perform etch back by applying a bias to the substrate in the Ru sputtering chamber to increase the etching rate by Ar ions rather than the deposition rate. It is. By doing so, since a chamber for Ar etching (Ar etchback) is not required, high-throughput processing can be performed at low cost.
  • a plated Cu film is deposited on the TaN film 3 and the Ru film 4 including the inside of the wiring trench 5 by an electrolytic plating method, and an annealing process is performed at a temperature of 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • the Cu film 7 is formed by integrating the seed Cu film 6 and the plated Cu film.
  • the excess Cu film 7 outside the wiring trench 5 is polished and removed by chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing: CMP method).
  • CMP method Chemical Mechanical Polishing: CMP method
  • the standard electrode potential of Cu 0.337 V vs. SHE
  • Ru 0.460 V vs. SHE
  • the Ru film 4 deposited on the upper surface of the TaN film 3 has already been removed. For this reason, since the area of Ru exposed on the polished surface is very small (only the cross section corresponding to the film thickness is exposed), a corrosion phenomenon in which Cu in the wiring trench 5 is eluted during Cu-CMP occurs due to the battery effect. Absent.
  • the excess TaN film 3 outside the wiring trench 5 is polished and removed by a barrier metal film-CMP method. Since the standard electrode potential of the TaN film 3 is smaller than the standard electrode potential of Cu, the corrosion phenomenon in which Cu in the wiring trench 5 is eluted by the battery effect does not occur in the barrier metal film-CMP. Further, as in the case of Cu-CMP, since the area of Ru exposed on the polished surface is very small, the corrosion phenomenon in which Cu in the wiring trench 5 is eluted during the barrier metal film-CMP does not occur.
  • the Cu film and the Ru film slightly existing outside the wiring trench 5 are mechanically polished and removed during the barrier metal film-CMP.
  • the second barrier metal film whose standard electrode potential is higher than Cu is removed. Therefore, as shown in FIGS. 2B and 2C, during Cu-CMP and barrier metal film-CMP, a corrosion phenomenon in which Cu in the wiring trench 5 is eluted due to the battery effect does not occur. As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device with high yield and high reliability.
  • FIGS. 3A to 3C A method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3C, FIGS. 4A to 4C, and FIGS. 5A to 5C.
  • a first interlayer insulating film 12 is formed with a film thickness of 250 nm on a semiconductor substrate 11, and then a first Cu wiring 13 is formed in the first interlayer insulating film 12. Thereafter, a liner film 14 is formed on the first interlayer insulating film 12 and the first Cu wiring 13. Thereafter, a second interlayer insulating film 15 is formed on the liner film 14. Thereafter, a via hole 16 reaching the first Cu wiring 13 and a wiring groove 17 for forming a second Cu wiring are formed in the liner film 14 and the second interlayer insulating film 15.
  • a SiOC film, a porous SiOC film, or the like can be used as in the first embodiment.
  • the surface of the first Cu wiring 13 at the bottom of the via hole 16 is cleaned, and the second interlayer insulating film 15 including the side wall and bottom of the wiring groove 17 and the side wall and bottom of the via hole 16 is cleaned.
  • a first barrier metal film 18 and a second barrier metal film 19 are sequentially formed.
  • a tantalum nitride (TaN) film is used as the first barrier metal film 18.
  • a ruthenium (Ru) film is used as the second barrier metal film 19.
  • the cleaning of the surface of the first Cu wiring at the bottom of the via hole is performed, for example, by annealing at a temperature of about 250 ° C. to 400 ° C.
  • the TaN film 18 and the Ru film 19 are formed by the ALD method or the CVD method as in the first embodiment. If the total film thickness of the TaN film 18 and the Ru film 19 on the side wall of the wiring trench 17 or the side wall of the via hole 16 becomes a desired film thickness (for example, 3 nm or more), these barrier metal films 18 and 19 are formed by ionization sputtering.
  • the film may be formed by, for example.
  • the Ru film 19 formed on the TaN film 18 (surface) on the second interlayer insulating film 15 is removed by anisotropic etching.
  • anisotropic etching include Ar etchback.
  • Ar etchback the etching rate of the Ru film is about twice or more larger than that of the TaN film, so that only the Ru film on the surface can be removed with the TaN film remaining.
  • anisotropic etch back such as Ar etch back
  • the etching rate at the opening portion of the wiring groove 17 is larger than the surface, and the upper end of the wiring groove 17 has an inclined shape (position of circle C in FIG. 3C).
  • Ar etchback is further performed after the surface Ru film is removed, and the surface height of the Ru film (dotted line A in FIG. 3C) is the second interlayer insulating film 15 and the first barrier metal film. It is made to become a position lower than the height (dotted line B of Drawing 3C) of the position which touches.
  • a seed Cu layer 20a is deposited.
  • the seed Cu layer 20a is deposited by ionization sputtering and has a thickness of 10 nm to 40 nm. Since the Ru film 19 having good adhesion with Cu is present on the side wall of the wiring groove 17 or the via hole 16, the seed Cu layer 20a does not become a discontinuous film due to the above-described aggregation or the like. As a result, the seed Cu layer 20a can be thinned. If the seed Cu layer 20a can be made thin, it is possible to secure a wide opening width of the wiring groove 17 and the via hole 16 after the deposition of the seed Cu layer 20a.
  • a plated Cu film is deposited on the barrier metal film 18 including the inside of the wiring groove 17 and the via hole 16 by an electrolytic plating method, and an annealing process is performed at a temperature of about 100 ° C. to 400 ° C.
  • the seed Cu layer 20a and the plated Cu film are integrated to form a Cu film 20b.
  • the excess Cu film 20b outside the wiring trench 17 and the via hole 16 is polished and removed by Cu-CMP.
  • the standard electrode potential of Cu is smaller than the standard electrode potential of Ru, since the Ru film 19 is not exposed on the polished surface, the Cu in the wiring groove 5 is formed during Cu-CMP due to the battery effect. Elution corrosion does not occur.
  • the excess TaN film outside the wiring trench 17 and the via hole 16 is polished and removed by TaN-CMP. Also in this case, as in the case of Cu-CMP, the Ru film 19 is not exposed on the polished surface, so that the corrosion phenomenon in which Cu in the wiring trench 5 is eluted during TaN-CMP does not occur due to the battery effect. .
  • a second liner film 21 and a third interlayer insulating film 22 are sequentially deposited on the second interlayer insulating film 15, and the conventional lithography technique and dry etching technique are used.
  • the second via hole 23 and the second wiring groove 24 are formed.
  • the cleaning process is performed after the second liner film 21 is opened and the second Cu wiring is exposed, but the Ru film 19 is not exposed. Corrosion phenomenon that Cu is eluted does not occur.
  • a third Cu wiring 25 is formed in the third interlayer insulating film 22 by a method similar to the method described with reference to FIGS. 3B to 5A. As a result, the structure shown in FIG. 5C is formed.
  • the Ru film 19 having a standard electrode potential higher than Cu is removed. Further, the surface height of the Ru film 19 (A in FIG. 3C) is lower than the height (B in FIG. 3C) at which the second interlayer insulating film 15 and the TaN film 18 are in contact with each other. The Ru film 19 is etched. As a result, as shown in FIGS. 4C and 5A, the Ru film 19 is not exposed to the polished surface during Cu-CMP and barrier metal film-CMP.
  • the corrosion phenomenon in which Cu in the wiring trench 5 is more reliably eluted during Cu-CMP and barrier metal film-CMP (battery effect). There is an effect that does not occur.
  • the Ru film is described as an example of the second barrier metal film.
  • a metal having a standard electrode potential higher than that of the Cu film for example, Rh, Pd, Ag
  • the present invention is also effective.
  • the TaN film has been described as an example of the first barrier metal film
  • other materials that can be used as the barrier metal film may be used. As such a material, for example, Ta or a conductive film in which at least one of nitrogen, carbon, and silicon is added to Ta, or a laminated film of Ta and at least one of nitrogen, carbon, and silicon is used. Is mentioned.
  • a first interlayer insulating film 2 is formed with a film thickness of 250 nm on the semiconductor substrate 1, and then a wiring groove 5 is formed in the first interlayer insulating film 2. This is the same as in the first embodiment.
  • the sample gas is used as described above.
  • the discontinuous film 26 interspersed with Ru can be formed on the TaN film 3.
  • a seed Cu layer 27a is deposited on the Ru film 26 by an ion sputtering method.
  • a plated Cu film is deposited on the barrier film including the inside of the wiring groove 5 and the via hole 16 by electrolytic plating, and annealed at a temperature of about 100 ° C. to 400 ° C.
  • the Cu film 27b is formed by integrating the 27a and the plated Cu film. This is also the same as in the first embodiment.
  • the excess Cu film 27b outside the wiring trench 5 is polished and removed by Cu-CMP.
  • the second barrier metal film 26 becomes a discontinuous film, the Ru present on the polishing surface is discontinuous during the Cu-CMP, so that the contact area with the slurry is small, so the Cu-CMP There is an effect that corrosion inside does not occur.
  • the excess TaN film 3 outside the wiring trench 5 is polished and removed by the TaN-CMP method. Since there is almost no Ru present on the polishing surface in TaN-CMP, there is an effect that Cu corrosion does not occur even in TaN-CMP.
  • the semiconductor device manufacturing method of the present invention can achieve high yield and high reliability. Therefore, it is useful for forming fine wiring of a semiconductor device.

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Abstract

　Ｒｕ材料をＣｕ配線のバリアメタル膜として使用した際、ＣＭＰ時にＣｕ溶出の発生しないＣｕ配線形成方法を提供する。このため、層間絶縁膜上面の第１のバリアメタル上に形成された第２のバリアメタル膜（Ｒｕ膜）を除去する工程（ｄ）と、前記工程（ｄ）の後に、前記第１及び第２のバリアメタル膜上にシード銅（Ｃｕ）膜を堆積する工程（ｅ）とを有する。このように、シード銅膜を形成する前に、上面の第２のバリアメタル膜を除去してしまうことにより、この第２のバリアメタル膜と銅との電池効果で、銅がスラリー中に溶出することを防ぐ。

Description

半導体装置及びその製造方法
　本発明は、高信頼性配線を有する半導体装置に関し、詳しくは埋め込み配線形成技術における微細パターン埋め込みに関する。
　近年、半導体集積回路の高集積化及び高速化のために、アルミニウムよりも低抵抗であると共に、高エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性を有する銅（Ｃｕ）が配線材料として注目されている。Ｃｕ材料はドライエッチングが困難であるため、あらかじめ絶縁膜に配線用の溝とホールを形成し、バリアメタル層及びＣｕシード層を順次形成する。そして、めっき法によってＣｕを埋め込んだ後に、化学機械研磨（ＣＭＰ）でバリアメタル層を除去することにより配線を形成する方法が提案されている。
　従来は、Ｃｕのバリアメタルとして、スパッタ法で形成されたタンタル（Ｔａ）薄膜などが主に使用されてきた。しかしながら、３２ｎｍノードのデバイス以降では、配線幅が約４５ｎｍ程度になり、スパッタ法では十分なカバレジ（被覆性）が得られず、めっき時に埋め込み不良が発生するようになってきた。そこで、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法で成膜が可能であるルテニウム（Ｒｕ）やイリジウム（Ｉｒ）などをバリアメタルとする方法が提案されている（特許文献１参照）。
　特に、Ｒｕ材料は、Ｃｕとの密着性が良く、Ｔａやその窒化膜（ＴａＮ）などに比べ、信頼性の向上が期待できる。図８を用いて、その製造方法の一例について説明する。
　図８Ａに示されるように、第２の層間絶縁膜１０４には、第１のＣｕ配線１０３に接続するビアホール１０６と配線溝１０７が形成されている。そして、配線溝１０７とビアホール１０６内を含む全面に化学気相成長法によりバリアメタル膜であるＲｕ膜１０５が形成されている。
　次に、ＣＶＤ法によりＣｕ膜１０８を、配線溝１０７とビアホール１０６内に埋め込む（図８Ｂ）。
　引き続き、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）により余剰のＣｕ膜１０８とＲｕ膜１０５を除去することによりＣｕ配線及びビアを形成する（図８Ｃ）。
特開平１０－２２９０８４号公報
　しかしながら、発明者らがバリアメタル膜としてＲｕ膜を用いて、Ｃｕ膜に対しＣＭＰを行う実験をした結果、後述する電池効果によって配線材料であるＣｕ膜が溶出してしまう現象を見出した。このＣｕ膜の溶出は、半導体装置の歩留まり及び信頼性を劣化させる大きな問題となる。
　ここで、Ｃｕの標準電極電位（２５℃、ｐＨ＝０、Ｅ0Ｃｕと呼ぶことにする。）は０．３３７Ｖであり、Ｒｕの標準電極電位（２５℃、ｐＨ＝０、Ｅ0Ｒｕと呼ぶことにする。）は０．４６０Ｖである。また、ＣｕとＲｕの電気化学平衡の式は、以下に示す式１、式２で表される。
　Ｃｕ2+  ＋  ２ｅ-   ＝  Ｃｕ    ０．３３７Ｖ vs. SHE　　　（式１）
　Ｒｕ2+  ＋  ２ｅ-   ＝  Ｒｕ    ０．４６０Ｖ vs. SHE　　　（式２）
　ここで、ＳＨＥ（standard hydrogen electrode（標準水素電極））とは、ｐＨ＝０の水溶液に白金線を浸し、１ａｔｍの水素を吹き込んだ電極系のことを意味しており、反応が進む際の基準の電位として使用される。
　従って、「０．３３７Ｖ vs. SHE」とは、標準水素電極を０Ｖとした場合に、０．３３７Ｖの電位でＣｕの還元反応が開始することを意味している。この電位を標準電極電位と呼ぶ。一般的に、標準電極電位が低い物質と標準電極電位が高い物質が混在する溶液中では、標準電極電位が低い物質がイオン化する傾向がある。これが電池効果である。
　そのため、図９に示すように、図８Ｃに示す工程においてＣｕ－ＣＭＰをする場合には、Ｃｕが電子ｅ-を放出して、溶液中にＣｕ2+として溶け出す反応が進み、一方で標準電極電位の高い物質（Ｒｕ）が析出する。
　また、図１０に示すように、図８Ｃに示すＣＭＰ工程において、Ｃｕ－ＣＭＰ後、バリアメタル膜－ＣＭＰをする場合にも、Ｃｕが電子を放出して、溶液中に溶け出す反応が進み、一方で標準電極電位の高い物質（Ｒｕ）が析出する。
　ここで、Ｃｕ－ＣＭＰとはスラリー溶液（研磨剤）に含まれる電解質により、銅を機械的強度の低い脆弱な酸化銅に変化させ、機械的圧力で酸化銅を研磨する研磨手法を指す。また、バリアメタル膜－ＣＭＰとは、スラリー溶液（研磨剤）に含まれる電解質により、バリアメタル膜を機械的強度の低い脆弱なバリアメタル膜の酸化物に変化させ、機械的圧力でバリアメタル膜の酸化物を研磨する研磨手法を指す。
　以下、バリアメタル膜として、Ｒｕを使用するのであれば、バリアメタル膜を除去するＣＭＰ法をＲｕ－ＣＭＰと表現し、バリアメタル膜として、ＴａＮを使用するのであれば、バリアメタル膜を除去するＣＭＰ法をＴａＮ－ＣＭＰと表現する。このような表記法は、バリアメタル膜の材料として、上記材料以外の材料を使用する場合にも同様とする。
　実際のＣＭＰスラリー溶液中の電極電位は、上記標準電極電位の値とは一致しないが、ＣＭＰ時にＣｕ溶出が発生したことを鑑みると、スラリー中での電極電位は上記関係（Ｅ0Ｒｕ＞Ｅ0Ｃｕ）を維持しているものと考えられる。スラリーの溶液を工夫することにより、Ｅ0Ｒｕ≒Ｅ0Ｃｕとすることは可能かもしれないが、実際にはＣＭＰ特性からスラリー溶液の組成などが決まってしまう。このため、スラリー溶液を調整することによってＣｕ溶出を防止することは困難である。
　このような課題を鑑み、本発明では、Ｒｕ材料をＣｕ配線のバリアメタル膜として使用した際、ＣＭＰ時にＣｕ溶出の発生しないＣｕ配線形成方法を提供することを目的とする。
　前記の目的を達成するために、本発明では以下のような手段を採用している。
　まず、本発明の半導体装置は、半導体基板上の層間絶縁膜に形成された配線溝と、この配線溝の側壁及び底面に形成された第１のバリアメタル膜と、この配線溝の側壁において、第１のバリアメタル膜の上に形成された第２のバリアメタル膜とを有している。また、この配線溝内に設けられた銅膜を有する配線を有している。
　そして、このような半導体装置において、前記配線溝の上端が上方へ向けて広がった傾斜形状となっている。あるいは、前記第２のバリアメタル膜の上端は、前記配線溝側壁の上端よりも低く、前記配線溝側壁の上端で、前記第１のバリアメタル膜と前記銅膜が接している。
　次に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の層間絶縁膜に配線溝を形成する工程（ａ）と、前記工程（ａ）の後に、前記配線溝の側壁及び底部、及び前記層間絶縁間上に第１のバリアメタル膜を堆積する工程（ｂ）とを有する。また、前記工程（ｂ）の後に、前記第１のバリアメタル膜上に第２のバリアメタル膜を堆積する工程（ｃ）を有する。
　そして、前記工程（ｃ）の後に、前記層間絶縁膜上面の前記第１のバリアメタル上に形成された前記第２のバリアメタル膜を除去する工程（ｄ）と、前記工程（ｄ）の後に、前記第１及び第２のバリアメタル膜上にシード銅（Ｃｕ）膜を堆積する工程（ｅ）とを有する。このように、シード銅膜を形成する前に、上面の第２のバリアメタル膜を除去してしまうことにより、この第２のバリアメタル膜と銅との電池効果で、銅がスラリー中に溶出することを防ぐのである。
　さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記工程（ｅ）の後に、前記シード銅膜上にめっき銅膜を堆積する工程（ｆ）と、前記工程（ｆ）の後に、化学機械研磨法により前記配線溝外の前記銅膜及び前記第１バリアメタル膜を除去して銅配線を形成する工程（ｇ）とを有する。
　ここで、前記工程（ｄ）は、前記配線溝側壁の前記第２のバリアメタル膜の上端が、前記配線溝側壁の上端よりも低くなるように、この第２のバリアメタル膜を除去する工程とすることもできる。これにより、銅のＣＭＰにおいて、第２のバリアメタル膜が研磨表面に露出することがなくなるため、より確実に配線溝内の銅が電池効果で溶出することを防止できる。
　また、前記第１のバリアメタル膜の標準電極電位は、銅のそれ以下とし、前記第２のバリアメタル膜の標準電極電位は銅のそれより大きくする。これにより、バリアメタルのＣＭＰにおいても、銅が電池効果で溶出することを防止できる。
　さらに、前記工程（ｃ）において、前記第２のバリアメタル膜を不連続に形成することもできる。これにより、スラリーとの接触面積が小さいため、銅の腐食は一層発生しにくいという効果がある。
　なお、前記第２のバリアメタル膜は、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはルテニウムを主成分とする合金とする。また、前記第１のバリアメタル膜は、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜とする。
　そして、前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）までを、同一装置内で大気に開放することなく行う。これが、形成される各膜の表面の酸化を防止し、各膜間の密着性を確保するためにも望ましい。また、特に、前記工程（ｄ）は異方性エッチングとする。
　以上のように、本発明によるとＣｕをスラリー中に溶出させることなく、Ｒｕバリア膜を用いたＣｕ膜をＣＭＰ加工できるので、半導体装置の高い歩留まりと信頼性の向上を得ることができる。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程図。 従来の半導体装置の製造方法の工程図。 Ｃｕ－ＣＭＰ時の腐食の説明図。 Ｃｕ－ＣＭＰ時の腐食の説明図。
符号の説明
１　半導体基板
２　第１の層間絶縁膜
３　第１のＴａＮ膜
４　第１のＲｕ膜
５　第１のＣｕ配線
６　シードＣｕ層
７　Ｃｕ膜
１１　半導体基板
１２　第１の層間絶縁膜
１３　第１のＣｕ配線
１４　第１のライナー膜
１５　第２の層間絶縁膜
１６　第１のビアホール
１７　配線溝
１８　ＴａＮ膜
１９　Ｒｕ膜
２０ａ　シードＣｕ層
２０ｂ　Ｃｕ膜
２１　第２のライナー膜
２２　第３の層間絶縁膜
２３　第２のビアホール
２４　第２の配線溝
２５　第３のＣｕ配線
２６　不連続な第２のバリアメタル膜
２７ａ　シードＣｕ層
２７ｂ　Ｃｕ膜
１００　半導体基板
１０１　第１の層間絶縁膜
１０２　第１のバリア膜
１０３　第１のＣｕ膜
１０４　第２の層間絶縁膜
１０５　Ｒｕ膜
１０６　Ｃｕ膜
　（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１Ａ～Ｄ及び図２Ａ～Ｃを用いて説明する。
　まず、図１Ａに示すように、半導体基板１上に第１の層間絶縁膜２を２５０ｎｍの膜厚で形成し、その後、従来のリソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用いて、第１の層間絶縁膜２に配線溝５を形成する。図面上では省略しているが、配線溝５は半導体基板上に形成された半導体素子、容量素子、抵抗素子などと接続し、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を形成する。本構造は、３２ｎｍノード以細のデバイスを想定しており、配線溝５の幅は、５０ｎｍ以下である。ここで、第１の層間絶縁膜２の材料としては誘電率の低い絶縁膜、例えば、ＳｉＯＣ膜や、膜中に空孔を有するポーラスＳｉＯＣ膜などを使用することができる。
　次に、図１Ｂに示すように、配線溝５の側壁及び底部を含む第１の層間絶縁膜２上に、第１のバリアメタル膜３と第２のバリアメタル膜４を順に成膜する。ここで、第１のバリアメタル膜３としては、窒化タンタル（ＴａＮ）膜を使用する。また、第２のバリアメタル膜４としては、ルテニウム（Ｒｕ）膜を使用する。バリアメタル膜の形成方法としては、例えば、微細パターンにもカバレジ（被覆性）良く成膜可能な化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ法）を用いることができる。
　ＴａＮ膜３は、例えば、基板温度を２００℃から４００℃に昇温し、プリカーサー（前駆物質）としてＰＤＭＡＴ（ペンタキスジメチルアミドタンタル：構造式Ｔａ[Ｎ(ＣＨ3)2]5）を数秒間チャンバーに導入し、引き続き還元ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスをチャンバーに数秒間導入する工程を繰り返すことによって成膜される。第１の層間絶縁膜２の上に形成されるＴａＮ膜３の膜厚は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。カバレジが良く形成されるので、配線溝側壁及び底部においても同等の膜厚となっている。
　また、Ｒｕ膜４は、例えば、基板温度を２００℃から４００℃に昇温し、ルテニウムカルボニウム[Ｒｕ(ＣＯ)4]3を導入して、基板上での熱分解により、カバレジ良く成膜される。ＴａＮ膜の上に形成されるＲｕ膜４の膜厚は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。これもカバレジが良く形成されるので、配線溝側壁及び底部においても同等の膜厚となっている。
　なお、上記の方法以外にも、原子層蒸着法（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ法）を用いても、上記第１及び第２のバリアメタル膜３、４を形成することができる。
　次に、図１Ｃに示すように、第１の層間絶縁膜２上のＴａＮ膜３の上に形成されたＲｕ膜４を、エッチバックにより除去する。この除去方法としては、例えば、Ａｒイオンによるスパッタエッチング（Ａｒエッチバック）を用いることができる。Ａｒエッチバックの場合、Ｒｕ膜のエッチングレートはＴａＮ膜に比べ、約２倍以上大きいのでＴａＮ膜を残した状態で表面のＲｕ膜のみを除去できる。そして、Ａｒエッチバックなどの異方性エッチバックでは、表面に比べ配線溝５の間口部分でのエッチングレートが大きく、配線溝５の上端は上方へ向けて広がった傾斜形状となる（図１Ｃの円Ｃの位置）。
　このように、以下で述べるめっきＣｕ膜を形成する前に、ＴａＮ膜３の上面に堆積したＲｕ膜４を除去することが本発明の最大の特徴である。
　次に、図１Ｄに示すように、第１の層間絶縁膜２上のＴａＮ膜３の上及び配線溝５の側壁及び底部に、Ｃｕ電解めっき時のシード層として機能するシードＣｕ膜６を堆積する。シードＣｕ膜６を成膜するには、例えば、スパッタリング法を用いる。特に、微細パターンを形成する場合には指向性の強いイオン化スパッタリング法を用いるのが良い。
　このシードＣｕ膜６は、Ｃｕ電解めっきでボイドを形成することなく配線溝５を埋め込むために、配線溝５の側壁で連続な膜となるように形成される必要がある。特に、Ｒｕ材料はＣｕとの濡れ性・密着性が良いので、シードＣｕ膜６を薄膜化（Ｒｕ膜の上に形成されている膜厚：３ｎｍ以上）しても配線溝５の側壁部での連続性は確保でき、良好なＣｕ電解めっきを実施することができる。
　なお、ここで上記の「濡れ性」という言葉について、一言説明しておく。バリアメタル膜上でＣｕが集まる現象を凝集という。熱処理を行うとＴａなどの従来から使用されているバリアメタル膜上でＣｕが凝集を起こし、不連続なＣｕ膜になりやすい。しかし、バリアメタル膜がＲｕの場合には、熱処理を行ってもＣｕは凝集を起こさず、連続なＣｕ膜を形成することができる。後者のように凝集が起こらないとき、Ｃｕとバリアメタル膜の濡れ性がよいという。
　また、ＴａＮ膜３の堆積、Ｒｕ膜４の堆積、Ａｒエッチバック、シードＣｕ膜６の堆積の各処理の間は、半導体基板１を同一装置内で真空中あるいは不活性ガス中で搬送し、大気に開放することなく連続的に処理することが、各膜の表面の酸化を防止し、各膜間の密着性を確保するためにも望ましい。
　なお、図１Ｂに示す工程において、ＴａＮ膜３とＲｕ膜４の合計の膜厚が配線溝５内で所望の膜厚、例えば３ｎｍ以上の膜厚が得られるのであれば、これらの膜３,４はイオン化スパッタ法などで成膜してもよい。イオン化スパッタ法でＲｕ膜４を成膜した場合、引き続きＲｕスパッタチャンバー内で基板にバイアスを印加することによって、堆積速度よりもＡｒイオンによるエッチング速度を大きくすることにより、エッチバックを行うことも可能である。そうすることにより、Ａｒエッチング（Ａｒエッチバック）用のチャンバーが不要となるので、低コストで高スループットの処理が可能になる。
　次に、図２Ａに示すように、電解めっき法により、配線溝５内を含むＴａＮ膜３及びＲｕ膜４上にめっきＣｕ膜を堆積し、１００℃以上４００℃以下の温度でアニール処理を行い、シードＣｕ膜６とめっきＣｕ膜を一体化させて、Ｃｕ膜７を形成する。
　次に、図２Ｂに示すように、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ法）で配線溝５外の余剰のＣｕ膜７を研磨除去する。このとき、Ｃｕの標準電極電位（０．３３７V vs. SHE）は、Ｒｕの標準電極電位（０．４６０V vs. SHE）に比べて小さい。しかし、本発明では上述の通り、ＴａＮ膜３の上面に堆積したＲｕ膜４を既に除去してしまっている。このため、研磨表面に露出するＲｕの面積は非常に小さい（膜厚分の断面しか露出していない）ので、電池効果によってＣｕ－ＣＭＰ中に配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象は起きない。
　次に、図２Ｃに示すように、バリアメタル膜－ＣＭＰ法よって、配線溝５外の余剰のＴａＮ膜３を研磨除去する。ＴａＮ膜３の標準電極電位は、Ｃｕの標準電極電位に比べて小さいため、バリアメタル膜－ＣＭＰ中に配線溝５内のＣｕが電池効果によって溶出する腐食現象は起きない。また、Ｃｕ－ＣＭＰをする時と同様に、研磨面に露出するＲｕの面積は非常に小さいので、バリアメタル膜－ＣＭＰ中に配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象は起きない。ここで、配線溝５の外にわずかに存在するＣｕ膜及びＲｕ膜は、バリアメタル膜－ＣＭＰ時に機械的に研磨除去される。
　以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図１Ｃに示すように、標準電極電位がＣｕよりも高い第２のバリアメタル膜を除去している。そのため、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、Ｃｕ－ＣＭＰ時及びバリアメタル膜－ＣＭＰ時において、電池効果によって配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象が起きない。その結果、歩留まりが高くかつ信頼性の高い半導体装置を製造することができるという効果がある。
　（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図３Ａ～Ｃ、図４Ａ～Ｃ及び図５Ａ～Ｃを用いて説明する。
　まず、図３Ａに示すように、半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜１２を２５０ｎｍの膜厚で形成し、その後、第１の層間絶縁膜１２に第１のＣｕ配線１３を形成する。その後、第１の層間絶縁膜１２及び第１のＣｕ配線１３上にライナー膜１４を形成する。その後、ライナー膜１４の上に第２の層間絶縁膜１５を形成する。その後、ライナー膜１４及び第２の層間絶縁膜１５に、第１のＣｕ配線１３に達するビアホール１６と第２のＣｕ配線を形成するための配線溝１７を形成する。ここで、第１の層間絶縁膜１２及び第２の層間絶縁膜１５の材料としては、第１の実施形態と同様にＳｉＯＣ膜やポーラスＳｉＯＣ膜などを使用することができる。
　次に、図３Ｂに示すように、ビアホール１６底の第１のＣｕ配線１３の表面をクリーニングし、配線溝１７の側壁及び底部とビアホール１６の側壁及び底部を含む第２の層間絶縁膜１５上に、第１のバリアメタル膜１８と第２のバリアメタル膜１９を順に成膜する。ここで、第１のバリアメタル膜１８としては、窒化タンタル（ＴａＮ）膜を使用する。また、第２のバリアメタル膜１９としては、ルテニウム（Ｒｕ）膜を使用する。ここで、ビアホール底の第１のＣｕ配線表面のクリーニングは、例えば水素雰囲気中での２５０℃から４００℃程度の温度でのアニール処理や、アルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ2）を含むガスからなるプラズマ処理により行う。ＴａＮ膜１８およびＲｕ膜１９は、上記第１の実施形態と同様に、ＡＬＤ法やＣＶＤ法で形成する。また、配線溝１７側壁又はビアホール１６側壁におけるＴａＮ膜１８及びＲｕ膜１９の合計の膜厚が所望の膜厚（例えば３nm以上）になるのであれば、これらバリアメタル膜１８,１９はイオン化スパッタ法などで成膜してもよい。
　次に、図３Ｃに示すように、第２の層間絶縁膜１５上のＴａＮ膜１８（表面）の上に形成されたＲｕ膜１９を、異方性のエッチングにより除去する。異方性エッチングとしては例えばＡｒエッチバックなどがある。第１の実施形態と同様に、Ａｒエッチバックの場合、Ｒｕ膜のエッチングレートはＴａＮ膜に比べ、約２倍以上大きいのでＴａＮ膜を残した状態で表面のＲｕ膜のみを除去できる。そして、Ａｒエッチバックなどの異方性エッチバックでは、表面に比べ配線溝１７の間口部分でのエッチングレートが大きく、配線溝１７上端は傾斜形状となる（図３Ｃの円Ｃの位置）。
　本実施形態では表面のＲｕ膜が除去された後もさらにＡｒエッチバックを行い、Ｒｕ膜の表面高さ（図３Ｃの点線Ａ）が、第２の層間絶縁膜１５と第１のバリアメタル膜が接する位置の高さ（図３Ｃの点線Ｂ）よりも低い位置になるようにする。
　次に、図４Ａに示すように、シードＣｕ層２０ａを堆積する。シードＣｕ層２０aは、イオン化スパッタリング法で堆積し、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の膜厚である。Ｃｕとの密着性が良いＲｕ膜１９が配線溝１７又はビアホール１６の側壁に存在しているので、上述の凝集などによってシードＣｕ層２０aが不連続な膜とはならない。その結果、シードＣｕ層２０aの薄膜化が可能となる。シードＣｕ層２０aが薄膜化できれば、シードＣｕ層２０aの堆積後の配線溝１７やビアホール１６の開口幅が広く確保できるため、次工程のＣｕ電解めっきでの埋め込みが容易になる。
　次に、図４Ｂに示すように、電解めっき法により配線溝１７及びビアホール１６内を含むバリアメタル膜１８上にめっきＣｕ膜を堆積し、１００℃から４００℃程度の温度でアニール処理を行い、シードＣｕ層２０ａとめっきＣｕ膜を一体化させて、Ｃｕ膜２０ｂを形成する。
　次に、図４Ｃに示すように、Ｃｕ－ＣＭＰによって、配線溝１７及びビアホール１６外の余剰のＣｕ膜２０ｂを研磨除去する。このとき、Ｃｕの標準電極電位は、Ｒｕの標準電極電位に比べて小さいが、研磨面にＲｕ膜１９が露出することがないので、電池効果によってＣｕ－ＣＭＰ中に配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象は起きない。
　次に、図５Ａに示すように、ＴａＮ－ＣＭＰによって、配線溝１７及びビアホール１６外の余剰のＴａＮ膜を研磨除去する。この場合も、Ｃｕ－ＣＭＰをする場合と同様に、研磨表面にＲｕ膜１９が露出することがないので、電池効果によってＴａＮ－ＣＭＰ中に配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象は起きない。
　次に、図５Ｂに示すように、第２の層間絶縁膜１５の上に、第２のライナー膜２１および第３の層間絶縁膜２２を順次堆積し、従来のリソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用いて、第２のビアホール２３及び第２の配線溝２４を形成する。このとき、第２のライナー膜２１を開口して第２のＣｕ配線が露出した後に洗浄処理されるが、Ｒｕ膜１９が露出していないので、この洗浄工程においても電池効果によって配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象は起きない。
　なお、第１の実施形態において同様な洗浄を行う場合も、洗浄液とＲｕ膜４の接触面積が極めて小さいので、配線溝内のＣｕが溶出する腐食現象が起きにくい。従って、第１の実施形態においても、配線と接続するようにビアを形成する場合には同じことが言える。
　次に、図３Ｂ～図５Ａで説明した方法と同様の方法により、第３の層間絶縁膜２２に第３のＣｕ配線２５を形成する。その結果、図５Ｃに示す構造が形成される。
　以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、図３Ｃに示すように、標準電極電位がＣｕよりも高いＲｕ膜１９を除去している。そして、さらに、Ｒｕ膜１９の表面高さ（図３ＣのＡ）が、第２の層間絶縁膜１５とＴａＮ膜１８が接する位置の高さ（図３ＣのＢ）よりも低い位置になるようにＲｕ膜１９をエッチングしている。その結果、図４Ｃ及び図５Ａに示すように、Ｃｕ－ＣＭＰ時及びバリアメタル膜－ＣＭＰ時において、Ｒｕ膜１９が研磨表面に露出することがなくなる。そのため、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と比較して、Ｃｕ－ＣＭＰ時及びバリアメタル膜－ＣＭＰ時において、より確実に配線溝５内のＣｕが溶出する腐食現象（電池効果）が起きないという効果がある。
　なお、第１及び２の実施の形態では、純Ｃｕ配線について説明したが、Ｃｕ合金膜でも良い。また、第１及び２の実施形態では、第２のバリアメタル膜としてＲｕ膜を例に説明したが、Ｒｕ膜の代わりにＣｕ膜より大きい標準電極電位を有する金属（例えば、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ）を使用する場合にも、本発明は有効である。また、第１のバリアメタル膜としてＴａＮ膜を例に説明したが、バリアメタル膜として使用可能な他の材質を使用してもよい。このような材質としては、例えば、Ｔａ、またはＴａに窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上を添加した導電膜、あるいはＴａと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との積層膜などが挙げられる。
　（第３の実施形態）
　第１及び第２の実施の形態では、第２のバリアメタル膜４、１９を連続な膜となるように形成する場合について説明したが、これを不連続な膜となるように形成する場合について、図６及び７を参照しながら説明する。なお、不連続な膜を形成する方法としては、連続膜となる前に試料ガスの供給をストップすればよい。
　即ち、図６Ａに示すように、まず、半導体基板１上に第１の層間絶縁膜２を２５０ｎｍの膜厚で形成し、その後、第１の層間絶縁膜２に配線溝５を形成する。これは第１の実施形態と同様である。
　次に、図６Ｂに示すように、配線溝５の側壁及び底部を含む第１の層間絶縁膜２上に、第１のバリアメタル（ＴａＮ）膜３を形成した後、上述のように試料ガスの調整をすることで、ＴａＮ膜３上に、Ｒｕの点在する不連続な膜２６を形成することができる。
　次に、図６Ｃに示すように、Ｒｕ膜２６上にシードＣｕ層２７ａをイオンスパッタリング法により堆積する。そして、図６Ｄに示すように、電解めっき法により配線溝５及びビアホール１６内を含むバリア膜上にめっきＣｕ膜を堆積し、１００℃から４００℃程度の温度でアニール処理を行い、シードＣｕ層２７ａとめっきＣｕ膜を一体化させて、Ｃｕ膜２７ｂを形成する。これも第１の実施形態と同様である。
　次に、図７Ａに示すように、Ｃｕ－ＣＭＰで配線溝５外の余剰のＣｕ膜２７ｂを研磨除去する。このとき、第２のバリアメタル膜２６が不連続な膜となることで、Ｃｕ－ＣＭＰ中に、研磨表面に存在するＲｕは不連続であるので、スラリーとの接触面積が小さいためＣｕ－ＣＭＰ中の腐食は発生しないという効果がある。
　最後に、図７Ｂに示すように、ＴａＮ－ＣＭＰ法よって、配線溝５外の余剰のＴａＮ膜３を研磨除去する。このＴａＮ－ＣＭＰ中には研磨表面に存在するＲｕはほとんどないので、ＴａＮ－ＣＭＰ中においてもＣｕの腐食は発生しないという効果がある。
　以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法は高歩留まりかつ高信頼性を得ることができる。従って、半導体装置の微細配線形成等に有用である。

Claims (26)

  1. 　半導体基板上の層間絶縁膜に形成された配線溝と、
    　前記配線溝の側壁及び底面に形成された第１のバリアメタル膜と、
    　前記配線溝の側壁において、第１のバリアメタル膜の上に形成された第２のバリアメタル膜と、
    　前記配線溝内に設けられ、銅膜を有する配線を有し、
    　前記配線溝の上端が上方へ向けて広がった傾斜形状であることを特徴とする、半導体装置。
  2. 　半導体基板上の層間絶縁膜に形成された配線溝と、
    　前記配線溝の側壁及び底面に形成された第１のバリアメタル膜と、
    　前記配線溝の側壁において、第１のバリアメタル膜の上に形成された第２のバリアメタル膜と、
    　前記配線溝内に設けられ、銅膜を有する配線を有し、
    　前記第２のバリアメタル膜の上端は、前記配線溝側壁の上端よりも低く、
    　前記配線溝側壁の上端で、前記第１のバリアメタル膜と前記銅膜が接していることを特徴とする、半導体装置。
  3. 　前記第１のバリアメタル膜の標準電極電位が銅の標準電極電位以下であり、前記第２のバリアメタル膜の標準電極電位は銅の標準電極電位より大きい、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記第２のバリアメタル膜が不連続に形成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
  5. 　前記第２のバリアメタル膜が不連続に形成されている、請求項３に記載の半導体装置。
  6. 　前記第２のバリアメタル膜が、ルテニウム、またはルテニウムを主成分とする合金である、請求項１または２に記載の半導体装置。
  7. 　前記第２のバリアメタル膜が、ルテニウム、またはルテニウムを主成分とする合金である、請求項３に記載の半導体装置。
  8. 　前記第２のバリアメタル膜が、ルテニウム、またはルテニウムを主成分とする合金である、請求項４に記載の半導体装置。
  9. 　前記第２のバリアメタル膜が、ルテニウム、またはルテニウムを主成分とする合金である、請求項５に記載の半導体装置。
  10. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項１または２に記載の半導体装置。
  11. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項３に記載の半導体装置。
  12. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項４に記載の半導体装置。
  13. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項５に記載の半導体装置。
  14. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項６に記載の半導体装置。
  15. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項７に記載の半導体装置。
  16. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項８に記載の半導体装置。
  17. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項９に記載の半導体装置。
  18. 　半導体基板上の層間絶縁膜に配線溝を形成する工程（ａ）と、
    　前記工程（ａ）の後に、前記配線溝の側壁及び底部、及び前記層間絶縁間上に第１のバリアメタル膜を堆積する工程（ｂ）と、
    　前記工程（ｂ）の後に、前記第１のバリアメタル膜上に第２のバリアメタル膜を堆積する工程（ｃ）と、
    　前記工程（ｃ）の後に、前記層間絶縁膜上面の前記第１のバリアメタル上に形成された前記第２のバリアメタル膜を除去する工程（ｄ）と、
    　前記工程（ｄ）の後に、前記第１及び第２のバリアメタル膜上にシード銅膜を堆積する工程（ｅ）と、
    　前記工程（ｅ）の後に、前記シード銅膜上にめっき銅膜を堆積する工程（ｆ）と、
    　前記工程（ｆ）の後に、化学機械研磨法により前記配線溝外の前記銅膜及び前記第１バリアメタル膜を除去して銅配線を形成する工程（ｇ）と、
    を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
  19. 　前記工程（ｄ）が、前記配線溝側壁の前記第２のバリアメタル膜の上端が、前記配線溝側壁の上端よりも低くなるように、該第２のバリアメタル膜を除去する工程である、請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 　前記第１のバリアメタル膜の標準電極電位は、銅の標準電極電位以下であり、前記第２のバリアメタル膜の標準電極電位は銅の標準電極電位より大きいことを特徴とする、請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
  21. 　前記第１のバリアメタル膜の標準電極電位は、銅の標準電極電位以下であり、前記第２のバリアメタル膜の標準電極電位は銅の標準電極電位より大きいことを特徴とする、請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
  22. 　前記工程（ｃ）において、前記第２のバリアメタル膜を不連続に形成することを特徴とする、請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
  23. 　前記第２のバリアメタル膜は、ルテニウムあるいはルテニウムを主成分とする合金である、請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
  24. 　前記第１のバリアメタル膜が、タンタル、またはタンタルと窒素、炭素、シリコンのうち少なくとも１つ以上との化合物である導電膜、あるいはタンタルと該化合物との積層膜である、請求項２３に記載の半導体装置の製造方法。
  25. 　前記工程（ｂ）から前記工程（ｅ）までを、同一装置内で大気に開放することなく行う、請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
  26. 　前記工程（ｄ）が異方性エッチングである、請求項２５に記載の半導体装置の製造方法。
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