(57)【要約】【課題】  Ｍｎを含むバリア層を有するＣｕ配線の高抵抗化を防止する半導体装置、および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板上方に形成された酸素を含有する絶縁層と、絶縁層中に形成された第１配線と、絶縁層中に形成され、第１配線と接続し、且つマンガン、酸素、及び銅からなる第２配線と、絶縁層内に形成され、第２配線と接続し、第１配線と離間して形成され、且つマンガン、酸素、及び銅によって埋め込まれた突起部と、を有し、突起部は、第２配線の下側に形成されており、突起部は、ビア形状および／または溝形状を有し、第２配線は、突起部よりも配線幅が太い。【選択図】図１
2010045255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上方に形成された酸素を含有する絶縁層と、
前記絶縁層中に形成された第１配線と、
前記絶縁層中に形成され、前記第１配線と接続し、且つマンガン、酸素、及び銅からなる第２配線と、
前記絶縁層内に形成され、前記第２配線と接続し、前記第１配線と離間して形成され、且つマンガン、酸素、及び銅によって埋め込まれた突起部と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記突起部は、前記第２配線の下側に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記突起部は、ビア形状および／または溝形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２配線は、前記突起部よりも配線幅が太いことを特徴とする請求項１乃至３記載の何れかに半導体装置。
【請求項５】
前記第２配線の幅が、０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４記載の何れかに半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上方に形成された絶縁層と、
前記絶縁膜中に形成された銅配線と、
前記銅配線内に形成された酸化物構造体と、
前記銅配線と前記酸化物構造体及び前記銅配線と前記絶縁層の間に形成されたマンガンを含む酸化層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記酸化物構造体が溝であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記酸化物構造体が前記絶縁層と同じ材料であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体基板上方に酸素を含有する第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層上に第１配線を埋め込む工程と、
前記第１絶縁層及び前記第１配線の上方に酸素を含有する第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層をエッチングして、第１溝を前記第１絶縁層上に形成する工程と、
前記第２絶縁層をエッチングして、前記第１溝内において前記第１溝の下部に形成されている前記第１配線を露出させる第１開口、及び前記第１溝内において前記第１配線から離間した領域上に第２開口を形成する工程と、
前記第１溝、前記第１開口、及び前記第２開口の内壁にマンガンを含む金属層を形成する工程と、
前記第１溝、前記第１開口、及び前記第２開口に銅を埋め込む工程と、
熱処理をして前記第２絶縁層との間にマンガン酸化物を含むバリア層を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に係り、特に多層配線構造を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の半導体集積回路装置においては、半導体素子を相互接続するために、多層配線構造が使われている。超微細化・超高速半導体装置では、多層配線構造中における信号遅延（ＲＣ遅延）の問題を軽減するため、配線パターンとして、低抵抗の銅（Ｃｕ）パターンが使われている。
【０００３】
銅配線を形成するには、いわゆるダマシン法又はデュアルダマシン法が使われる。ダマシン法とは、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を利用して、層間絶縁層中の配線溝或いはビアホールにＣｕ層を埋め込み、配線を形成する工法である。
【０００４】
その際、Ｃｕ原子が層間絶縁層中に拡散することを防止するための拡散防止バリアを形成している。ここで、拡散防止バリアには、一般的にタンタル（Ｔａ）やチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属、あるいはこれら高融点金属の導電性窒化物が用いられてきた。
【０００５】
しかし、上記の材料はＣｕに比べて比抵抗率が高いため、配線抵抗をより低くするためには拡散防止バリアの層厚を可能な限り減少させる必要がある。そこで、Ｃｕ−Ｍｎ合金を拡散防止バリアの代わりに使用することが提案された（例えば、特許文献１参照）。Ｍｎと層間絶縁層中のＯ２及びＳｉとの反応によりＭｎＳｉｘＯｙが層間絶縁層とＣｕ配線との界面に自己整合的に形成され、Ｍｎ酸化物が拡散防止層の役割を果たすからである。
【特許文献１】特開２００７−５９６６０号公報  しかしながら、層間絶縁層とＣｕ配線との界面において、層間絶縁層中のＯ２と反応しないＭｎがＣｕ配線に溶け込むと、Ｃｕ配線の抵抗が上昇する問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、Ｍｎを含むバリア層を有するＣｕ配線の高抵抗化を防止する半導体装置、および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、半導体基板上方に形成された酸素を含有する絶縁層と、前記絶縁層中に形成された第１配線と、前記絶縁層中に形成され、前記第１配線と接続し、且つマンガン、酸素、及び銅からなる第２配線と、前記絶縁層内に形成され、前記第２配線と接続し、前記第１配線と離間して形成され、且つマンガン、酸素、及び銅によって埋め込まれた突起部と、を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、酸素を含有する絶縁層とＭｎを含むバリア層との間の接触面積を増やすことができる。そのため、絶縁層と前記バリア層との間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分に行うことができる。そのため、銅配線の高抵抗化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、第１実施例、第２実施例、及び第３実施例について説明する。ただし、本発明は各実施例に限定されるものではない。
【００１０】
（第１実施例）
第１実施例において、図１から図６までの図は、半導体装置５０ａおよび半導体装置５０ａの製造方法を詳細に説明するものである。
【００１１】
第１実施例における半導体装置５０ａの構造及び半導体装置５０ａの製造方法によれば、酸素を含有する絶縁層とＭｎを含む第２バリア層間の接触面積を増やすことができる。そのため、絶縁層と第２バリア層間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分に行うことができ、銅配線の高抵抗化を防止することができる。
【００１２】
図１は、第１実施例に係る半導体装置５０ａの構造を示す。図１Ａは、半導体装置５０ａの平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００１３】
図１Ａにおいて、第１実施例に係る半導体装置５０ａにおいて、第４層間絶縁層は１５ｂ、第２配線（Ｃｕ配線）は１９ｂ、及び第３配線は１９ｃにより示す。第４層間絶縁層１５ｂは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂを覆うように形成されている。第４層間絶縁層１５ｂはＳｉＯ２から形成されることが望ましい。第４層間絶縁層１５ｂの形成材料は、後述する第３層間絶縁層１４ｂよりもＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（ＣＭＰ）研磨耐性が高い材料が用いられることが望ましい。
【００１４】
第２配線１９ｂは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂと一部重なるようにして形成されている。第２配線１９ｂは、略矩形又は略円形の形状を有する。第２配線１９ｂは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂと電気的に接続するように形成されていることが望ましい。第２配線１９ｂは、抵抗率が低い銅（Ｃｕ）から形成されていることが望ましい。
【００１５】
第３配線１９ｃは、ｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂの近傍に形成されている。第３配線１９ｃは、略矩形の形状を有する。第３配線１９ｃは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂと電気的に接続されていない。第３配線１９ｃは、抵抗率が低いＣｕから形成されていることが望ましい。
【００１６】
図１Ｂにおいて、第１実施例に係る半導体装置５０ａは、トランジスタ形成層６０及び多層配線構造４０ａを備える。トランジスタ形成層６０は、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂを備える。多層配線構造４０ａは、第１配線１９ａ、第２配線１９ｂ及び第３配線１９ｃを備える。なお、図１Ｂのうち、図１Ａで説明した構成と同様の構成には同一の符号を付す。
【００１７】
図１Ｂに示すように、シリコン基板１は、ｎ型の導電型を有する。素子分離領域２は、シャロートレンチアイソレーション（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造を有する。ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ３０ｂは、素子分離領域２によって画定されている。
【００１８】
ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａにおいて、ｐ型ウエル領域は３ａ、ゲート絶縁膜は４ａ、ゲート電極は５ａ、ソース領域は７ａ、ドレイン領域は８ａ、シリサイド層は９ａによって示す。
【００１９】
ｐ型ウエル領域３ａは、シリコン基板１にｐ型不純物をイオン注入することにより形成されている。ゲート絶縁膜４ａは、ｐ型ウエル領域３ａのシリコン基板１上に形成されている。ゲート電極５ａは、シリコン基板１上に、ゲート絶縁膜４ａを介して形成されている。サイドウォール６ａは、ゲート電極５ａの側壁上に形成される。サイドウォール６ａは、絶縁材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２）を形成して用いることができる。ソース領域７ａ及びドレイン領域８ａは、シリコン基板１のｐ型ウエル領域３ａ中に設けられている。シリサイド層９ａは、ゲート電極５ａ上、ソース領域７ａ及びドレイン領域８ａにおけるシリコン基板１の表面上に設けられている。
【００２０】
ｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂにおいて、ｎ型ウエル領域は３ｂ、ゲート絶縁膜は４ｂ、ゲート電極は５ｂ、ソース領域は７ｂ、ソース領域は８ｂ、シリサイド層は９ｂによって示す。
【００２１】
ｎ型ウエル領域３ｂは、シリコン基板１にｎ型不純物をイオン注入することにより形成されている。ゲート酸化層４ｂは、ｎ型ウエル領域３ｂのシリコン基板１上に形成されている。ゲート電極５ｂは、シリコン基板１上に、ゲート酸化層４ｂを介して形成されている。サイドウォール６ｂは、ゲート電極５ｂの側壁上に形成される。サイドウォール６ｂは、絶縁材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２）を形成して用いることができる。ソース領域７ｂ及びドレイン領域８ｂは、シリコン基板１のｎ型ウエル領域３ｂ中に設けられている。シリコン基板１中に設けられている。シリサイド層９ｂは、ゲート電極５ｂ上、ソース領域７ｂ及びドレイン領域８ｂにおけるシリコン基板１の表面上に設けられている。
【００２２】
保護層１１は、シリコン基板１上、シリコン基板１のｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂ上を覆うように形成されている。保護層１１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）から形成されていることが望ましい。保護層１１は、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂを保護するために形成される。
【００２３】
第１層間絶縁層１２は、保護層１１上に形成されている。第１層間絶縁層１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成されていることが望ましい。第１層間絶縁層１２は、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａ及びｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂの絶縁を確保するために形成される。
【００２４】
開口２４ａは、ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ａのゲート電極５ａ、ソース領域７ａ及びドレイン領域８ａに対して電気的に接続するように、保護層１１及び層間絶縁層１２を開口して形成されている。開口２４ｂは、ｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域３０ｂのゲート電極５ｂ、ソース領域７ｂ及びドレイン領域８ｂに対して電気的に接続するように、保護層１１及び層間絶縁層１２を開口して形成されている。
【００２５】
配線１０ａは、開口２４ａに導電体を埋め込んで形成されている。配線１０ｂは、開口２４ｂに導電体を埋め込んで形成されている。導電体は、例えば銅（Ｃｕ）が用いられていることが望ましい。なお、配線１０ａと開口２４ａ、配線１０ｂと開口２４ｂとをそれぞれ合わせてコンタクトビアという。
【００２６】
多層配線構造４０ａにおいて、第２層間絶縁層は１３ａ、第３層間絶縁層は１４ａ、第４層間絶縁層は１５ａ、第２層間絶縁層は１３ｂ、第３層間絶縁層は１４ｂ、第４層間絶縁層は１５ｂ、第１バリア層は１６ａ、第２バリア層は１７ａ、導電層は１８ａ、第１配線は１９ａ、第１バリア層は１６ｂ、第２バリア層は１７ｂ、導電層は１８ｂ、第２配線は１９ｂ、第１バリア層は１６ｃ、第２バリア層は１７ｃ、導電層は１８ｃ、第３配線は
１９ｃ、ダミープラグは２０ｃ、開口は２１ａ、開口は２１ｂ、開口は２１ｃにより示す。
【００２７】
第２層間絶縁層１３ａは、第１層間絶縁層１２上に形成されている。第２層間絶縁層１３ａは、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）から形成されていることが望ましい。第２層間絶縁層１３ａの層厚は１５ｎｍから３０ｎｍであることが望ましい。第２層間絶縁層１３ａは、後述する開口２１ａを形成する際のエッチングストッパとして作用する。
【００２８】
第３層間絶縁層１４ａは、第２層間絶縁層１３ａ上に形成されている。第３層間絶縁層１４ａは、例えば比誘電率が３．２以下の低誘電率材料から形成されることが望ましい。低誘電率材料としては、例えば比誘電率が２．６であるＭｅｔｈｙｌａｔｅｄ-Ｈｙｄｒ
ｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｏｘａｎｅ（ＭＳＱ）、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製の登録商標名ＳｉＬＫあるいはポーラスＳｉＬＫ、炭化水素系ポリマ、又は、炭素含有ＳｉＯ２（ＳｉＯＣ）などが使用されることが望ましい。第３層間絶縁層１４ａは、多層配線構造中における信号遅延（ＲＣ遅延）の問題を軽減するために使用される。第３層間絶縁層１４ａの層厚は１００ｎｍから３００ｎｍであることが望ましい。
【００２９】
第４層間絶縁層１５ａは、第３層間絶縁層１４ａ上に形成されている。第４層間絶縁層１５ａは、例えばＳｉＯ２から形成されることが望ましい。第４層間絶縁層１５ａは、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（ＣＭＰ）耐性の低い第３層間絶縁層１４ａの保護層として作用する。第４層間絶縁層１５ａの層厚は１５ｎｍから３０ｎｍであることが望ましい。
【００３０】
開口２１ａは、配線１０ａに対して電気的に接続するように、第２層間絶縁層１３ａ、第３層間絶縁層１４ａ、及び第４層間絶縁層１５ａを開口して形成されている。第１配線１９ａは、開口２１ａに導電層１８ａが埋め込まれて形成されている。導電層１８ａは、例えば銅（Ｃｕ）が用いられていることが望ましい。
【００３１】
開口２１ａと導電層１８ａとの間には、第１バリア層１６ａ及び第２バリア層１７ａが順次積層形成されている。第１バリア層１６ａは開口２１ａ側に形成されている。第２バリア層１７ａは導電層１８ａ側に形成されている。
【００３２】
第１バリア層１６ａには、開口２１ａ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。このような材料としては、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化チタンシリサイド（ＴｉＳｉＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）などが適用できる。また、これらの層を２種以上組み合わせた積層層で第１バリア層１６ａを形成してもよい。なお、第１バリア層１６ａの層厚は３ｎｍから１０ｎｍであることが望ましい。なお、第１バリア層１６ａの形成は必須ではない。
【００３３】
第２バリア層１７ａは、第１バリア層１６ａと導電層１８ａとの間に形成される。第３層間絶縁層１４ａがＳｉＯＣ、及び第４層間絶縁層１５ａがＳｉＯ２で形成されており、ＭｎがＳｉとも反応するため、第２バリア層１７ａを構成するＭｎ含有酸化物の組成は、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ：ｙ：ｚが１：１：３乃至１：３：５）で表される。なお、第２バリア層１７ａの層厚は１ｎｍから５ｎｍであることが望ましい。
【００３４】
第２層間絶縁層１３ｂは、第４層間絶縁層１５ａ上に形成されている。第２層間絶縁層１３ｂは、第２層間絶縁層１３ａと同様に、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）から形成されていることが望ましい。第２層間絶縁層１３ｂの層厚は１５ｎｍから３０ｎｍであることが望ましい。
【００３５】
第３層間絶縁層１４ｂは、第２層間絶縁層１３ｂ上に形成されている。第３層間絶縁層１４ｂは、第３層間絶縁層１４ａと同様に、例えば比誘電率が３．２以下の低誘電率材料から形成されることが望ましい。第３層間絶縁層１４ｂの層厚は１００ｎｍから３００ｎｍであることが望ましい。
【００３６】
第４層間絶縁層１５ｂは、第３層間絶縁層１４ｂ上に形成されている。第４層間絶縁層１５ｂは、第４層間絶縁層１５ａと同様に、例えばＳｉＯ２から形成されることが望ましい。第４層間絶縁層１５ａは、後述するＣＭＰ耐性の低い第３層間絶縁層１４ｂの保護層として作用する。第４層間絶縁層１５ｂの層厚は１５ｎｍから３０ｎｍであることが望ましい。
【００３７】
開口２１ｂは、第２配線１９ｂに対して電気的に接続するように、第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂを開口して形成されている。第２配線１９ｂは、開口２１ｂに導電層１８ｂが埋め込まれて形成されている。導電層１８ｂは、例えば銅（Ｃｕ）が用いられていることが望ましい。
【００３８】
開口２１ｂと導電層１８ｂとの間には、第１バリア層１６ｂ及び第２バリア層１７ｂが順次積層形成されている。第１バリア層１６ｂは開口２１ｂ側に形成されている。第２バリア層１７ｂは導電層１８ｂ側に形成されている。
【００３９】
第１バリア層１６ｂには、第１バリア層１６ａと同様に、開口２１ｂ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。第１バリア層１６ｂの層厚は３ｎｍから１０ｎｍであることが望ましい。なお、第１バリア層１６ｂの形成は必須ではない。
【００４０】
第２バリア層１７ｂは、第２バリア層１７ａと同様に、第１バリア層１６ｂと導電層１８ｂとの間に形成される。第３層間絶縁層１４ｂがＳｉＯＣ、及び第４層間絶縁層１５ｂがＳｉＯ２で形成されており、ＭｎがＳｉとも反応するため、第２バリア層１７ｂを構成するＭｎ含有酸化物の組成は、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ：ｙ：ｚが１：１：３乃至１：３：５）で表される。なお、第２バリア層１７ｂの層厚は１ｎｍから５ｎｍであることが望ましい。
【００４１】
開口２１ｃは、第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂを開口して形成されている。開口２１ｃは、前述した開口２１ｂとは異なり、第２配線１９ｂに対して電気的に接続していない。第３配線１９ｃは、開口２１ｃに導電層１８ｃが埋め込まれて形成されている。導電層１８ｃは、例えば銅（Ｃｕ）が用いられていることが望ましい。
【００４２】
ダミープラグ２０ｃは、開口２１ｃの下部に形成されている。ダミープラグ２０ｃは、例えば円柱形状を有しており、開口２１ｃの形成幅よりも狭い幅で形成されている。ダミープラグ２０ｃは、絶縁層である第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂと導電層１８ｃと第２バリア層１７ｃの形成面積を増やすために形成されている。そのため、第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂと第３配線１９ｃとの間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分に行うことができる。そのため、Ｃｕ配線の抵抗を低い状態に維持することができる。
【００４３】
なお、Ｃｕの電気抵抗率が１．５５Ω・ｍであるのに対し、Ｍｎの電気抵抗率は１３６Ω・ｍである。したがって、Ｍｎの電気抵抗率はＣｕの電気抵抗率と比較して著しく大き
いことがわかる。そのため、第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂと第３配線１９ｃとの間でＭｎの消費が十分に行われず、Ｃｕ配線中にＭｎが溶け込むとＣｕ配線の抵抗が上昇する問題が発生する。
【００４４】
開口２１ｃと導電層１８ｃとの間には、第１バリア層１６ｃ及び第２バリア層１７ｃが順次積層形成されている。第１バリア層１６ｃは開口２１ｃ側に形成されている。第２バリア層１７ｃは導電層１８ｃ側に形成されている。
【００４５】
第１バリア層１６ｃには、第１バリア層１６ｂと同様に、開口２１ｂ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。第１バリア層１６ｃの層厚は３ｎｍから１０ｎｍであることが望ましい。なお、第１バリア層１６ｃの形成は必須ではない。
【００４６】
第２バリア層１７ｃは、第２バリア層１７ｂと同様に、第１バリア層１６ｃと導電層１８ｃとの間に形成される。第３層間絶縁層１４ｂがＳｉＯＣ、及び第４層間絶縁層１５ｂがＳｉＯ２で形成されており、ＭｎがＳｉとも反応するため、第２バリア層１７ｃを構成するＭｎ含有酸化物の組成は、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ：ｙ：ｚが１：１：３乃至１：３：５）で表される。なお、第２バリア層１７ｃの層厚は１ｎｍから５ｎｍであることが望ましい。
【００４７】
図２から図５までの図は、第１実施例による半導体装置５０ａの製造方法を説明するものである。
【００４８】
図３Ａは、図１Ｂにおけるトランジスタ形成層６０上に、多層配線構造４０ａの一部を形成するようすを示す。
【００４９】
まず、不図示のトランジスタ形成層６０上の第１層間絶縁層１２上に、例えば厚さ１５ｎｍから３０ｎｍのＳｉＣからなる第２層間絶縁層１３ａが、例えばＣＶＤ法により形成される。第１層間絶縁層１２は、後述する開口２１ａを形成する際のエッチングストッパとして作用する。
【００５０】
次いで、第２層間絶縁層１３ａ上に、例えば厚さ１００ｎｍから３００ｎｍのＳｉＯＣからなる第３層間絶縁層１４ａが形成される。第４層間絶縁層１５ａは、例えば、プラズマＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）法により、シラン系ガス（例えばトリメチルシラン）を用いて形成される。第３層間絶縁層１４ａは、例えば比誘電率が３．２以下の低誘電率材料から形成されることが望ましい。
【００５１】
次いで、第３層間絶縁層１４ａ上に、例えば厚さ１５ｎｍから３０ｎｍのＳｉＯ２からなる第４層間絶縁層１５ａが形成される。第４層間絶縁層１５ａは、例えば、ＣＶＤ法により、シラン系ガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ４、Ｓｉ２Ｈ６等）を用いて形成される。第４層間絶縁層１５ａは、後述するＣＭＰ耐性の低い第３層間絶縁層１４ｂの保護層として作用する。
【００５２】
次いで、リソグラフィー工程及びエッチング工程により、第４層間絶縁層１５ａ、第３層間絶縁層１４ａ、及び第２層間絶縁層１３ａを貫通し、不図示の配線１０ａ及び配線１０ｂ上に連通する開口２１ａが形成される。第４層間絶縁層１５ａのエッチングは、例えば、フッ素系ガスであるＣ４Ｆ６を含有するＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により行う。第３層間絶縁層１４ａのエッチングは、例えばＲＩＥ法により行う。第２層間絶縁層１３ａのエッチングは、例えばフッ素系ガスであるＣＨ２Ｆ２を含有するＣＨ２Ｆ２／Ｎ２／Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ法
により行う。このときのチャンバ温度は例えば室温、ガス流量は例えばＣＨ２Ｆ２が１０ｓｃｃｍから３５ｓｃｃｍ、Ｎ２が５０ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍ、Ｏ２が１５ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍである。
【００５３】
次いで、例えばスパッタリング法等のＰＶＤ（Ｐｈｉｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、例えば厚さ２ｎｍから５ｎｍのＴａからなる第１バリア層１６ａが形成される。第１バリア層１６ａには、開口２１ａ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。なお、第１バリア層１６ａの形成は必須ではない。
【００５４】
次いで、第１バリア層１６ａが設けられた開口２１ａの内壁を覆う状態で、例えば厚さ５ｎｍから３０ｎｍのＣｕとマンガン（Ｍｎ）との合金からなる不図示のＣｕＭｎ合金層が形成される。ＣｕＭｎ合金層は、Ｍｎ原子を０．２原子％から１．０原子％、好ましくは０．５原子％以下の濃度で含むことが望ましい。なお、ＣｕＭｎ合金層に限らず、Ｃｕ中にＭｎを含む混合物からなる層であってもよい。なお、ＣｕＭｎ合金層は反応すると後述する第２バリア層１７ａが形成されるため、図２Ａでは図示できない。しかし、後述する製造工程ではＣｕＭｎ合金層を示す。
【００５５】
次いで、後工程で、開口２１ａに導電層１８ａを埋め込んだ後の熱処理により、Ｃｕが開口２１ａの側壁に露出された第２層間絶縁層１３ａ、第３層間絶縁層１４ａ、及び第４層間絶縁層１５ａに拡散される前に、Ｍｎが第２層間絶縁層１３ａ、第３層間絶縁層１４ａ、及び第４層間絶縁層１５ａに拡散される。そして、Ｍｎが第３層間絶縁層１４ａ、及び第４層間絶縁層１５ａ中の酸素と反応することで、Ｍｎ含有酸化物からなる第２バリア層１７ａが形成される。
【００５６】
なお、ここでは、合金層を構成するＣｕ以外の金属材料としてＭｎを用いることとするが、Ｃｕ中の拡散速度がＣｕより速く、その酸化物がＣｕの拡散防止効果を有するとともにＣｕとの密着性が高い金属材料であれば、これに限定されるものではない。このような金属材料としては、上記Ｍｎの他に、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）等が挙げられる。
【００５７】
ＣｕＭｎ合金層は、述する電界メッキのシード層としても機能するため、層厚は配線寸法に応じて埋め込み配線達成に適当な厚さに調整する。ここでは、例えば厚さ５ｎｍから３０ｎｍの層厚のＣｕＭｎ合金層を形成することとする。
【００５８】
この際、開口２１ａの側壁は覆われるように、第２バリア層１７ａが形成される。ただし、後工程で、熱処理により第２バリア層１７ａ中のＭｎを拡散させて、第３層間絶縁層１４ａ、及び第４層間絶縁層１５ａ中の酸素と反応させることで、Ｍｎ含有酸化物からなるＣｕＭｎ合金層が形成されるため、開口２１ａの内壁を覆うＣｕＭｎ合金層は均一な層厚でなくてもよい。
【００５９】
次いで、電解メッキ法により、開口２１ａを埋め込む状態で、０．５μｍから２．０μｍのＣｕからなる導電層１８ａが堆積される。なお、ここでは、Ｃｕからなる導電層１８ａを形成することとするが、導電層１８ａはＣｕ以外の金属との合金層であってもよく、Ｃｕ以外の金属としては、Ｃｕ中に含有させても配線が高抵抗化しない材料を用いることとする。
【００６０】
次いで、１００℃から２５０℃で１分から６０分の熱処理を行う。これにより、ＣｕＭｎ合金層からＭｎが拡散されて、開口２１ａの内壁に露出する第３層間絶縁層１４ａ、及
び第４層間絶縁層１５ａ中の酸素と反応する。
そして、第１バリア層１６ａから露出した開口２１ａの側壁に、Ｍｎ含有酸化物からなる第２バリア層１７ａが１ｎｍから５ｎｍの層厚で形成される。
【００６１】
その後、例えばＣＭＰ法により、第４層間絶縁層１５ａの中程まで、第１バリア層１６ａ、第２バリア層１７ａ、及び導電層１８ａを研磨して除去することで、開口２１ａにＣｕからなる第１配線１９ａが形成される。
【００６２】
図２Ｂは、第４層間絶縁層１５ａ上に、第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂを順次積層形成するようすを示す図である。
【００６３】
まず、不図示の第４層間絶縁層１５ａ上に、図２Ａと同様に、例えば厚さ１５ｎｍから３０ｎｍのＳｉＣからなる第２層間絶縁層１３ｂが、例えばＣＶＤ法により形成される。第１層間絶縁層１２は、後述する開口２１ａを形成する際のエッチングストッパとして作用する。
【００６４】
次いで、第２層間絶縁層１３ｂ上に、図２Ａと同様に、例えば厚さ１００ｎｍから３００ｎｍのＳｉＯＣからなる第３層間絶縁層１４ｂが、例えばプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００６５】
次いで、第３層間絶縁層１４ｂ上に、例えば厚さ１５ｎｍから３０ｎｍのＳｉＯ２からなる第４層間絶縁層１５ｂが、例えばＣＶＤ法により形成される。
【００６６】
図３Ａは、リソグラフィー工程及びエッチング工程により、第４層間絶縁層１５ｂを貫通し、第３層間絶縁層１４ｂ内に溝形状を有する開口２１ｇが形成されるようすを示す図である。
【００６７】
第４層間絶縁層１５ｂのエッチングは、図２Ａと同様に、例えば、フッ素系ガスであるＣ４Ｆ６を含有するＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ法により行う。
【００６８】
第３層間絶縁層１４ｂのエッチングは、図２Ａと同様に、例えば、ＲＩＥ法により行う。このエッチング工程によって、第４層間絶縁層１５ｂを貫通し、第３層間絶縁層１４ｂ内に溝形状を有する開口２１ｇが形成される。
【００６９】
図３Ｂは、リソグラフィー工程及びエッチング工程により、第４層間絶縁層１５ｂを貫通し、第３層間絶縁層１４ｂ内にビア形状を有する開口２１ｂ及び開口２１ｃが形成されるようすを示す図である。
【００７０】
第４層間絶縁層１５ｂのエッチングは、図２Ａと同様に、例えば、フッ素系ガスであるＣ４Ｆ６を含有するＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ法により行う。
【００７１】
第３層間絶縁層１４ｂのエッチングは、図２Ａと同様に、例えばＲＩＥ法により行う。このエッチング工程によって、開口２１ｇにおいて下方の第３層間絶縁層１４ｂがエッチングされる。このエッチング工程によって、開口２１ｇの底面に第２層間絶縁層１３ｂが露出する。
【００７２】
第２層間絶縁層１３ｂのエッチングは、例えばフッ素系ガスであるＣＨ２Ｆ２を含有するＣＨ２Ｆ２／Ｎ２／Ｏ２ガスを用いたＲＩＥ法により行う。このときのチャンバ温度は例えば室温、ガス流量は例えばＣＨ２Ｆ２が１０ｓｃｃｍから３５ｓｃｃｍ、Ｎ２が５０ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍ、Ｏ２が１５ｓｃｃｍから４０ｓｃｃｍである。このエッチ
ング工程によって、第３層間絶縁層１４ｂ及び第２層間絶縁層１３ｂ内にビア形状を有する開口２１ｂ及び開口２１ｃが形成される。
【００７３】
なお、開口２１ｂは、第１配線１９ａに接続する。一方、開口２１ｃは、下方に配線１９が存在しない第４層間絶縁層１５ａ上に形成される。即ち、開口２１ｃには、後述する第３配線１９ｃが形成される。ビア形状の幅は特に限定されない。開口の表面積を増加させることが目的であるため、開口２１ｇよりも狭い幅で形成されることが望ましい。
【００７４】
図４Ａは、例えばスパッタリング法等のＰＶＤ法により、例えば厚さ３ｎｍから１０ｎｍのＴａからなる第１バリア層１６ｄが、開口２１ｇ、開口２１ｂ、開口２１ｃ、及び第４層間絶縁層１５ｂを覆うように形成されるようすを示す図である。第１バリア層１６ｄには、第１バリア層１６ａと同様に、開口２１ａ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。なお、第１バリア層１６ｄの形成は必須ではない。
【００７５】
図４Ｂは、第１バリア層１６ｄが設けられた開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの内壁を覆う状態で、例えば厚さ５ｎｍから３０ｎｍのＣｕとマンガン（Ｍｎ）との合金かならなるＣｕＭｎ合金層１７ｇが形成されるようすを示す図である。ＣｕＭｎ合金層１７ｇは、後述する電界メッキのシード層としても機能するため、層厚は配線寸法に応じて埋め込み配線形成に適当な厚さに調整する。ここでは、５ｎｍから３０ｎｍの層厚のＣｕＭｎ合金層を形成することとする。なお、ＣｕＭｎ合金層は、Ｍｎ原子を０．２原子％から１．０原子％、好ましくは０．５原子％以下の濃度で含むことが望ましい。なお、ＣｕＭｎ合金層１７ｇは、合金に限らず、Ｃｕ中にＭｎを含む混合物から形成されてもよい。
【００７６】
なお、開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃによってＣｕＭｎ合金層１７ｇの表面積が大きく形成されているため、スパッタ法によって開口２１ａを覆うようにＣｕＭｎ合金層を形成するときよりも、開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃ上には薄い厚みでＣｕＭｎ合金層１７が形成される。
【００７７】
この際、開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの側壁は覆われるように、第２バリア層１７ａが形成される。ただし、後工程で、熱処理により第２バリア層１７ａ中のＭｎを拡散させて、第３層間絶縁層１４ａ、及び第４層間絶縁層１５ａ中の酸素と反応させることで、Ｍｎ含有酸化物からなるＣｕＭｎ合金層が形成されるため、開口２１ａの内壁を覆うＣｕＭｎ合金層は均一な層厚でなくてもよい。
【００７８】
なお、開口２１ｃが形成されているため、ＣｕＭｎ合金層１７は開口２１ｃが形成されていない場合、即ち開口の表面積が増加されていない場合よりも薄い膜厚で形成することができる。１回のスパッタ工程で開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの内壁にスパッタされるＣｕＭｎ合金の総量は一定である。そのため、表面積、即ちスパッタ面積が大きいと、スパッタされるＣｕＭｎ合金層１７ｇの膜厚を薄くすることができるからである。
【００７９】
図５Ａは、電解メッキ法により、開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃを埋め込む状態で、０．５μｍから２．０μｍのＣｕからなる導電層１８ｄが堆積されるようすを示す図である。なお、ここでは、Ｃｕからなる導電層１８ｄを形成することとするが、導電層１８ｄはＣｕ以外の金属との合金層であってもよく、Ｃｕ以外の金属としては、Ｃｕ中に含有させても配線が高抵抗化しない材料を用いることとする。
【００８０】
次いで、１００℃から２５０℃で１分から６０分の熱処理が行われる。この開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃに導電層１８ｄを埋め込んだ後の熱処理により、Ｃｕが開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの側壁に露出された第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間
絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂに拡散される前に、Ｍｎが第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂに拡散される。そして、Ｍｎが第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂ中の酸素と反応することで、Ｍｎ含有酸化物からなる第２バリア層１７ｈが形成される。
【００８１】
なお、本熱処理において、ＣｕＭｎ合金層１７ｇからＭｎが拡散されて、開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの内壁に露出する第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂ中の酸素と反応する。そして、第１バリア層１６ｄから露出した開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの側壁に、Ｍｎ含有酸化物からなる第２バリア層１７ｈが１ｎｍから５ｎｍの層厚で形成される。ここでは、第３層間絶縁層１４ｂがＳｉＯＣ、及び第４層間絶縁層１５ｂがＳｉＯ２で形成されており、ＭｎがＳｉとも反応するため、第２バリア層１７ｈを構成するＭｎ含有酸化物の組成は、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ：ｙ：ｚが１：１：３乃至１：３：５）で表される。
【００８２】
この際、前述したＣｕＭｎ合金層１７ｇの膜厚が薄く形成されているため、ＭｎがＣｕに溶け込むよりも、開口２１ｇ、開口２１ｂ及び開口２１ｃの側壁に第２バリア層１７ｈを形成するＣｕＭｎ合金層１７ｇの割合のほうが大きくなる。そのため、Ｍｎが導電層１８ｄに溶け込むことによって発生するＣｕ配線の抵抗上昇を抑制できる。
【００８３】
図５Ｂは、例えばＣＭＰ法により、第４層間絶縁層１５ｂの中程まで、第１バリア層１６ｄ、第２バリア層１７ｈ、及び導電層１８ｄを研磨して除去することで、開口２１ｂにＣｕからなる第２配線１９ｂ、及び開口２１ｃにＣｕからなる第３配線１９ｃが形成される。以上説明した図２Ｂから図５Ｂまでの工程を繰り返して、多層配線構造４０ａを備える半導体装置５０ａが形成される。
【００８４】
第１実施例に係る半導体装置５０ａによれば、酸素を含有する絶縁層とＭｎを含む第２バリア層間の接触面積を増やすことができる。そのため、絶縁層と第２バリア層間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分に行うことができる。そのため、銅配線の高抵抗化を防止することができる。
【００８５】
（第２実施例）
第２実施例において、図６は、多層配線構造４０ｂを有する半導体装置５０ｂの構造を説明するものである。なお、第２実施例において、第１実施例で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
図６は、第２実施例に係る半導体装置５０ｂの構造を示す。図７Ａは、半導体装置５０ｂの平面図である。図７Ｂは、図７ＡのＸ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００８７】
図６Ａで示すように、第２実施例に係る半導体装置５０ｂにおいて、第４層間絶縁層は１５ｂ、第２配線（Ｃｕ配線）は１９ｂ、第３配線は１９ｃ、及び第４配線は１９ｅにより示す。
【００８８】
第４配線１９ｅは、Ｃｕ配線の平面方向に凹凸部２２を有する。凹凸部２２は、第４配線１９ｅとＣｕ配線との表面積を増加させるために形成される。
【００８９】
図６Ｂで示すように、第２実施例に係る半導体装置５０ｂは、トランジスタ形成層６０及び多層配線構造４０ｂを備える。多層配線構造４０ｂは、第１配線１９ａ、第２配線１９ｂ、第３配線１９ｃ、及び第４配線１９ｅを備える。なお、図６Ｂのうち、図６Ａで説明した構成と同様の構成には同一の符号を付す。
【００９０】
第４配線１９ｅは、開口２１ｅに導電層１８ｅが埋め込まれて形成されている。開口２１ｅは、第２層間絶縁層１３ｂ、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂを開口して形成されている。開口２１ｅは、第１配線１９ａに対して電気的に接続していない。導電層１８ｅは、例えば銅（Ｃｕ）が用いられていることが望ましい。
【００９１】
凹凸部２２は、開口２１ｅの周囲に形成されている。凹凸部２２は、開口２１ｃの形成幅よりも狭い幅で形成されている。凹凸部２２は、酸素を含む絶縁層と後述する第２バリア層１７ｅ間の接触面積を増やすために形成されている。そのため、第１実施例と同様に、第３層間絶縁層１４ｂ、及び第４層間絶縁層１５ｂと第２バリア層１７ｅ間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分に行うことができる。そのため、Ｃｕ配線の抵抗を低い状態に維持することができる。
【００９２】
開口２１ｅと導電層１８ｅとの間には、第１バリア層１６ｅ及び第２バリア層１７ｅが順次積層形成されている。第１バリア層１６ｅは開口２１ｅ側に形成されている。第２バリア層１７ｅは導電層１８ｅ側に形成されている。
【００９３】
第１バリア層１６ｅには、開口２１ｅ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。第１バリア層１６ｃの層厚は３ｎｍから１０ｎｍであることが望ましい。なお、第１バリア層１６ｅの形成は必須ではない。
【００９４】
第２バリア層１７ｅは、第１バリア層１６ｅと導電層１８ｅとの間に形成される。第３層間絶縁層１４ｂがＳｉＯＣ、及び第４層間絶縁層１５ｂがＳｉＯ２で形成されており、ＭｎがＳｉとも反応するため、第２バリア層１７ｅを構成するＭｎ含有酸化物の組成は、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ：ｙ：ｚが１：１：３乃至１：３：５）で表される。なお、第２バリア層１７ｃの層厚は１ｎｍから５ｎｍであることが望ましい。
【００９５】
第２実施例における半導体装置５０ｂの構造によれば、第１実施例における半導体装置５０ａの構造に加えて、Ｃｕ配線の平面方向に凹凸を有する第４配線１９ｅが形成されている。そのため、Ｃｕ配線下にダミープラグを形成できない場合でも、酸素を含む層間絶縁層とＭｎを含む第２バリア層間の接触面積を増やすことができる。そのため、層間絶縁層とＭｎを含む第２バリア層間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分に行うことができる。そのため、Ｃｕ配線の抵抗を低い状態に維持することができる。
【００９６】
（第３実施例）
第３実施例において、図７は、多層配線構造４０ｃを有する半導体装置５０ｃの構造を説明するものである。なお、第３実施例において、第１実施例で説明した構成と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９７】
図７は、第３実施例に係る半導体装置５０ｃの構造を示す。図８Ａは、半導体装置５０ｃの平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＸ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００９８】
図７Ａで示すように、第３実施例に係る半導体装置５０ｃにおいて、第４層間絶縁層は１５ｂ、第２配線（Ｃｕ配線）は１９ｂ、第３配線は１９ｃ、及び第５配線は１９ｆにより示す。
【００９９】
第５配線１９ｆの内部には、スリット部２３が形成されている。スリット部２３は、例えばＳｉＯ２などの絶縁材料により形成されている。
【０１００】
ただし、スリット部２３を形成する場合、配線の断面積が減少するため、配線抵抗の上昇も発生する。そのため、スリット部２３を形成することによる断面積の減少率は、Ｍｎ導入による抵抗率上昇よりも低く設定する必要がある。スリット部２３は、第５配線１９ｆ内においてＣｕ配線との表面積を増加させるために形成される。たとえば、１μｍの配線幅に対しては２．５％程度、３μｍの配線幅に対しては５％程度の、第５配線１９ｆの配線幅を低減させることができるスリット部２３が形成されていることが望ましい。なお、スリット部２３の表面は、第５配線１９ｆ内に形成されてもよい。即ち、スリット部２３は、第５配線１９ｆ内に形成された溝であってもよい。
【０１０１】
図７Ｂで示すように、第３実施例に係る半導体装置５０ｃは、トランジスタ形成層６０及び多層配線構造４０ｃを備える。多層配線構造４０ｃは、第１配線１９ａ、第２配線１９ｂ、第３配線１９ｃ、及び第５配線１９ｆを備える。なお、図７Ｂのうち、図７Ａで説明した構成と同様の構成には同一の符号を付す。
【０１０２】
第５配線１９ｆは、開口２１ｆに導電層１８ｆが埋め込まれて形成されている。開口２１ｆは、第２層間絶縁層１３ｆ、第３層間絶縁層１４ｆ、及び第４層間絶縁層１５ｆを開口して形成されている。開口２１ｅは、第１配線１９ａに対して電気的に接続していない。導電層１８ｆは、例えば銅（Ｃｕ）が用いられていることが望ましい。
【０１０３】
第５配線１９ｆの内部には、スリット部２３が形成されている。スリット部２３は、例えばＳｉＯ２などの酸素を含む絶縁材料により形成されている。
【０１０４】
ただし、スリット部２３を形成する場合、配線の断面積が減少するため、配線抵抗の上昇も発生する。そのため、スリット部２３を形成することによる断面積の減少率は、Ｍｎ導入による抵抗率上昇よりも低く設定する必要がある。スリット部２３は、第５配線１９ｆ内において酸素を含む絶縁材料と後述する第２バリア層１７ｆ間の表面積を増加させるために形成される。たとえば、１μｍの配線幅に対しては２．５％程度、３μｍの配線幅に対しては５％程度の、第５配線１９ｆの配線幅を低減させることができるスリット部２３が形成されていることが望ましい。
【０１０５】
開口２１ｆと導電層１８ｆとの間には、第１バリア層１６ｆ及び第２バリア層１７ｆが順次積層形成されている。第１バリア層１６ｆは開口２１ｆ側に形成されている。第２バリア層１７ｆは導電層１８ｆ側に形成されている。
【０１０６】
第１バリア層１６ｆには、開口２１ｆ内にＣｕ配線が形成されることから、Ｃｕの拡散を防止するとともにＣｕとの密着性に優れた材料が用いられる。第１バリア層１６ｆの層厚は３ｎｍから１０ｎｍであることが望ましい。なお、第１バリア層１６ｆの形成は必須ではない。
【０１０７】
第２バリア層１７ｆは、第１バリア層１６ｆと導電層１８ｆとの間に形成される。第３層間絶縁層１４ｂがＳｉＯＣ、及び第４層間絶縁層１５ｂがＳｉＯ２で形成されており、ＭｎがＳｉとも反応するため、第２バリア層１７ｆを構成するＭｎ含有酸化物の組成は、ＭｎｘＳｉｙＯｚ（ｘ：ｙ：ｚが１：１：３乃至１：３：５）で表される。なお、第２バリア層１７ｆの層厚は１ｎｍから５ｎｍであることが望ましい。
【０１０８】
第３実施例における半導体装置５０ｃの構造によれば、第１実施例における半導体装置５０ａの構造に加えて、Ｃｕ配線の平面方向に凹凸を有するスリット部２３が形成されている。そのため、Ｃｕ配線下にダミープラグを形成できない場合でも、酸素を含む層間絶縁層とＭｎを含む第２バリア層間の接触面積を増やすことができる。そのため、層間絶縁層と第２バリア層間の接触面積を増やした部分でＭｎ酸化物生成によるＭｎの消費を十分
に行うことができる。そのため、Ｃｕ配線の抵抗を低い状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１は、第１実施例による半導体装置５０ａの構造を示す図である。
【図２】図２は、第１実施例による半導体装置５０ａの製造方法を示す図である。
【図３】図３は、第１実施例による半導体装置５０ａの製造方法を示す図である。
【図４】図４は、第１実施例による半導体装置５０ａの製造方法を示す図である。
【図５】図５は、第１実施例による半導体装置５０ｂの製造方法を示す図である。
【図６】図６は、第２実施例による半導体装置５０ａの構造を示す図である。
【図７】図７は、第３実施例による半導体装置５０ａの構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  シリコン基板
２  素子分離領域
３ａ  ｐ型ウエル領域
３ｂ  ｎ型ウエル領域
４ａ  ゲート絶縁膜
４ｂ  ゲート絶縁膜
５ａ  ゲート電極
５ｂ  ゲート電極
６ａ  サイドウォール（ｎ型ＭＯＳトランジスタ）
６ｂ  サイドウォール（ｐ型ＭＯＳトランジスタ）
７ａ  ソース領域（ｎ型ＭＯＳトランジスタ）
７ｂ  ソース領域（ｎ型ＭＯＳトランジスタ）
８ａ  ドレイン領域（ｐ型ＭＯＳトランジスタ）
８ｂ  ドレイン領域（ｐ型ＭＯＳトランジスタ）
９ａ  シリサイド層（ｎ型ＭＯＳトランジスタ）
９ｂ  シリサイド層（ｐ型ＭＯＳトランジスタ）
１０ａ  配線（コンタクトビア）（ｎ型ＭＯＳトランジスタ）
１０ｂ  配線（コンタクトビア）（ｐ型ＭＯＳトランジスタ）
１１  保護層（ＳｉＮ）
１２  第１層間絶縁層（ＳｉＯ２層）
１３ａ  第２層間絶縁層（ＳｉＣ層）
１３ｂ  第２層間絶縁層（ＳｉＣ層）
１４ａ  第３層間絶縁層（ＳｉＯＣ層）
１４ｂ  第３層間絶縁層（ＳｉＯＣ層）
１５ａ  第４層間絶縁層（ＳｉＯ２層）
１５ｂ  第４層間絶縁層（ＳｉＯ２層）
１６ａ  第１バリア層（Ｔａ、ＴａＮ）
１６ｂ  第１バリア層（Ｔａ、ＴａＮ）
１６ｃ  第１バリア層（Ｔａ、ＴａＮ）
１６ｄ  第１バリア層（Ｔａ層：第１バリア層）
１６ｅ  第１バリア層（Ｔａ）
１６ｆ  第１バリア層（Ｔａ）
１７ａ  第２バリア層（Ｍｎ）
１７ｂ  第２バリア層（Ｍｎ）
１７ｃ  第２バリア層（Ｍｎ）
１７ｅ  第２バリア層（Ｍｎ）
１７ｆ  第２バリア層（Ｍｎ）
１７ｇ  ＣｕＭｎ合金層（第１実施例）
１７ｈ  第２バリア層（第１実施例）
１８ａ  導電層（Ｃｕ：Ｍｎ含む）
１８ｂ  導電層（Ｃｕ：Ｍｎ含む）
１８ｃ  導電層（Ｃｕ：Ｍｎ含む）
１８ｄ  導電層（Ｃｕ層：Ｍｎ含む）
１８ｅ  導電層（Ｃｕ：Ｍｎ含む）
１８ｆ  導電層（Ｃｕ：Ｍｎ含む）
１９ａ  第１配線（Ｃｕ配線）
１９ｂ  第２配線（Ｃｕ配線）
１９ｃ  第３配線（第１実施例）
１９ｅ  第４配線（第２実施例）
１９ｆ  第５配線（第３実施例）
２０ｃ  ダミープラグ
２１ａ  開口（第１実施例）
２１ｂ  開口（第１実施例）
２１ｃ  開口（第１実施例）
２１ｅ  開口（第３実施例）
２１ｇ  開口（第１実施例）
２２  凹凸部（第２実施例）
２３  スリット部（第３実施例）
２４ａ  開口（ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域）
２４ｂ  開口（ｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域）
３０ａ  ｎ型ＭＯＳトランジスタ形成領域
３０ｂ  ｐ型ＭＯＳトランジスタ形成領域
４０ａ  多層配線構造（第１実施例）
４０ｂ  多層配線構造（第２実施例）
４０ｃ  多層配線構造（第３実施例）
５０ａ  半導体装置（第１実施例）
５０ｂ  半導体装置（第２実施例）
５０ｃ  半導体装置（第３実施例）
６０  トランジスタ形成層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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