(57)【要約】【課題】配線間ショート等の配線不良を防止し、信頼性の高い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】まず、半導体基板１０１上に層間絶縁膜１０２及び拡散防止絶縁膜１０３を順次堆積し、拡散防止絶縁膜１０３及び層間絶縁膜１０２中に配線溝１０４を形成する。次に、配線溝１０４を覆うようにバリアメタル膜１０５ａを形成する。次に、拡散防止絶縁膜１０３上のバリアメタル膜１０５ａを研磨除去して、配線溝１０４中にバリアメタル１０５を残す。次に、配線溝１０４を埋めるようにＣｕ膜１０６ａを形成する。次に、拡散防止絶縁膜１０３上のＣｕ膜１０６ａを研磨除去して、配線溝１０４中にくぼみＢを有するＣｕ膜１０６を残す。次に、くぼみＢを埋めるようにキャップ膜１０８ａを形成する。その後、キャップ膜１０８ａを研磨してくぼみＢに選択的にキャップ膜１０８を残す。【選択図】図１
2006253460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜中に形成された配線溝と、
前記配線溝を覆うように形成された導電性バリア膜と、
前記導電性バリア膜の上から前記配線溝を埋めるように形成された金属膜と、
前記配線溝中の前記金属膜の上に形成されたキャップ膜とを備え、
前記絶縁膜は、前記半導体基板の上に形成された層間絶縁膜と前記層間絶縁膜上に形成された第１の拡散防止絶縁膜とを有し、前記キャップ膜と前記導電性バリア膜との接続部は、前記層間絶縁膜と前記拡散防止膜との界面よりも上位置にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記キャップ膜の上端部は、前記導電性バリア膜の上端部よりも下位置にあ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、
前記拡散防止絶縁膜は、前記配線溝中に形成された前記金属膜と前記導電性バリア膜と前記キャップ膜からなる金属配線上に、前記金属配線間の前記層間絶縁膜上を埋めるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記拡散防止絶縁膜は、少なくとも、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯのいずれか一つを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記導電性バリア膜は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ及びＴｉＮの積層のいずれか一つからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記キャップ膜は、Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ、ＴｉＮの積層、Ｃｏ合金、Ｎｉ合金のいずれか一つからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程と（ａ）、
前記絶縁膜中に配線溝を形成する工程と（ｂ）、
前記絶縁膜上に前記配線溝を覆うように導電性バリア膜を形成する工程と（ｃ）、
前記導電性バリア膜を研磨して前記配線溝の底面及び側面に導電性バリア膜を残し、前記配線溝以外の部分に前記絶縁膜を露出させる工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、前記絶縁膜上に前記配線溝を埋め込むように金属膜を形成する工程（ｅ）と、
前記金属膜を研磨して前記配線溝に金属膜を残し、前記配線溝以外の部分に前記絶縁膜を露出させる工程（ｆ）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に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ａ）は、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程（ａ１）と、前記層間絶縁膜の上に第１の拡散防止絶縁膜を形成する工程（ａ２）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９】
請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｆ）の後に、前記配線溝中の前記金属膜の上にキャップ膜を選択的に形成する工程（ｇ）、
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に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）は、前記絶縁膜の上に前記配線溝中の前記金属膜の上を埋めるようにキャップ膜を堆積する工程（ｇ１）と、
前記キャップ膜を研磨して前記配線溝中の前記金属膜の上に前記キャップ膜を残し、前記配線溝以外の部分に前記絶縁膜を露出させる工程（ｇ２）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１１】
請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）の後に、前記半導体基板の全面を覆うように絶縁膜を形成する工程（ｈ）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又は１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）の後に、前記第１の拡散防止絶縁膜を除去して前記層間絶縁膜を露出させる工程（ｉ）と、前記配線溝中に形成された前記金属膜と前記導電性バリア膜と前記キャップ膜からなる金属配線上に、前記金属配線間の前記層間絶縁膜上を埋めるように第２の拡散防止絶縁膜を形成する工程（ｊ）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１３】
請求項７〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性バリア膜は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ及びＴｉＮの積層のいずれか一つ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１４】
請求項８〜１３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の拡散防止絶縁膜及び前記第２の拡散防止絶縁膜は、少なくとも、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯのいずれか一つ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９〜１４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記キャップ膜は、Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ、ＴｉＮの積層、Ｃｏ合金、Ｎｉ合金のいずれか一つからなることを特徴と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】
本発明は銅配線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。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層化が進められている。配線間ピッチが狭小化することにより、配線抵抗の上昇及び配線間容量の増加によるＲＣ遅延が無視できない状況となってきている。このため、半導体集積回路の微細化を進める上で、配線に生じる電気寄生抵抗を低減することが必要とされている。配線の電気寄生抵抗を低減させるためには、配線材料の比抵抗を低減させることが必要である。
【０００３】
ゲート長０．１３μｍデバイスの配線については、配線材料の比抵抗を低減させるために、Ａｌ（アルミニウム）からＣｕ（銅）へ変更されてきた。ダマシン法によるＣｕ配線を採用することによって、配線の比抵抗は従来の２／３程度まで低減された。しかしながら、Ｃｕ配線においては、ＳｉＯ2膜（シリコン酸化膜）をはじめとする絶縁膜中へのＣｕ原子の拡散が速いため、Ｃｕ原子がトランジスタ中へ侵入してトランジスタの破壊を引き起こしていた。また、Ｃｕ原子が配線間へ拡散して配線間に予期せぬ架橋構造が形成された場合には、配線間における絶縁耐圧が劣化する等の不良現象が発生するため、配線用のＣｕ膜の周囲にＣｕ原子の拡散を防止するバリア膜を設ける必要があった。現在、配線用Ｃｕ膜の周辺を覆うために、Ｃｕ膜の底面及び側面には、一般に、ＷＮ（窒化タングステン）、ＴａＮ（窒化タンタル）またはＴｉＮ（窒化チタン）等からなる導電性バリア膜（以下、バリアメタル膜とする）が用いられていると共に、Ｃｕ膜の上面には、ＳｉＮ（窒化シリコン）又はＳｉＣ（炭化シリコン）等からなる絶縁性バリア膜が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一般に、Ｃｕ配線は、Ａｌ配線と比べてエッチング加工が困難であるため、製造方法としてはダマシン法が用いられている。すなわち、堆積した層間絶縁膜に配線パターンを持つ配線溝を形成した後、その配線溝の底面及び側面をバリアメタル膜で覆い、続いて、電解メッキ法により配線溝をＣｕ膜で埋め込み、その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）法によりＣｕ膜及びバリアメタル膜を研磨して平坦化し、Ｃｕ配線を完成するものである。
【０００５】
以下、従来の銅配線を有する半導体装置の製造方法について説明する。
【０００６】
図５（ａ）〜図６（ｂ）は、従来の銅配線を有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。図５（ａ）〜図６（ｂ）において、左側は配線間隔の狭い領域を示し、右側は配線間隔の広い領域を示している。
【０００７】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体基板５０１上に層間絶縁膜５０２を形成する。
【０００８】
次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜５０２中に配線溝５０３を形成する。
【０００９】
次に、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁膜５０２上に配線溝５０３を覆うようにバリアメタル膜５０４ａを堆積し、続けて、バリアメタル膜５０４ａ上に配線溝５０３を埋めるようにＣｕ膜５０５ａを形成する。
【００１０】
次に、図５（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝５０３からはみ出したＣｕ膜５０５ａ及びバリアメタル膜５０４ａを研磨して、配線溝５０３以外の部分に層間絶縁膜５０２を露出させ、配線溝５０３内にＣｕ膜５０５及びバリアメタル膜５０４を残して、バリアメタル膜５０４及びＣｕ膜５０５からなる金属配線５０６を形成する。このとき、研磨により層間絶縁膜５０２が露出した後であっても、層間絶縁膜５０２上からバリアメタル膜５０４がほぼ完全に除去されるまで研磨を続ける（オーバーエッチング）。そのため、配線溝５０３内のＣｕ膜５０５の表面は陥没し、くぼみＡができる。
【００１１】
次に、図５（ｅ）に示すように、層間絶縁膜５０２上に配線溝５０３内のＣｕ膜５０５上のくぼみＡを埋めるようにキャップ膜５０７ａを形成する。
【００１２】
次に、図６（ａ）に示すように、配線溝５０３からはみ出したキャップ膜５０７ａをエッチバックして、配線溝５０３以外の部分に層間絶縁膜５０２を露出させ、配線溝５０３内にキャップ膜５０７を残す。これにより、Ｃｕ膜５０５は、バリアメタル膜５０４及びキャップ膜５０７により囲まれる。
【００１３】
次に、図６（ｂ）に示すように、半導体基板５０１の全面に絶縁膜５０８を堆積する。
【特許文献１】特開平１０−１８９５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来の銅配線を有する半導体装置及びその製造方法には、次のような問題がある。
【００１５】
従来の銅配線を有する半導体装置の製造方法では、図５（ｄ）に示す工程において、Ｃｕ膜５０５を除去するための第１研磨と、バリアメタル膜５０４を除去するための第２研磨と、その後のオーバー研磨とを備えている。そして、第２の研磨は硬い膜であるバリアメタル膜５０４を研磨するために大量の砥粒を含んでおり、その後のオーバー研磨も第２の研磨と同じ研磨剤を用いて行われる。ここで、第２の研磨及びオーバー研磨では、配線溝５０３の上部にＣｕ膜５０５が露出している。そのため、第２の研磨及びオーバー研磨において、バリアメタル膜５０４よりもやわらかいＣｕ膜５０５にスクラッチが入り、金属くずが発生する。この金属くずが研磨により擦られて、層間絶縁膜５０２上に延びて、隣り合う配線間に架橋構造を形成した場合には、配線間ショートを発生させる。
【００１６】
また、第１研磨、第２研磨に引き続きオーバー研磨をすることによって、いわゆる、ディッシングが発生する。ディッシングが生じると、配線間隔の狭い領域ではＣｕ膜５０５のリセスが大きくなり、配線間隔の広い領域ではＣｕ膜５０５のリセスが小さくなる。これにより、配線間隔の広い領域において、配線溝５０３内のＣｕ膜５０５上のくぼみＡが浅くなり、キャップ膜５０７の埋め込みが十分でなくなる。このため、配線間隔の広い領域において、Ｃｕ膜５０５がキャップ膜５０７により確実に覆われないこととなり、Ｃｕ膜５０５からのＣｕ原子の浸み出しが起こりやすくなる。
【００１７】
また、図６（ｂ）に示す工程において、層間絶縁膜５０２と絶縁膜５０８との界面は、バリアメタル膜５０４の側壁の上端とつら位置にある。ここで、層間絶縁膜５０２と絶縁膜５０８との界面は、Ｃｕ膜５０５のＣｕ原子が浸み出した場合にはＣｕ原子の主な拡散経路となる。そのため、Ｃｕ膜５０５を囲むバリアメタル膜５０４とキャップ膜５０７との接続部からＣｕ原子が浸み出した場合には、Ｃｕ原子がそのまま拡散経路に侵入していくこととなり、Ｃｕ原子の拡散が起こりやすくなる。
【００１８】
本発明は、架橋構造やＣｕ原子の浸み出し、拡散による配線間ショート等の配線不良の発生を防止し、信頼性の高い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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成された絶縁膜と、絶縁膜中に形成された配線溝と、配線溝を覆うように形成された導電性バリア膜と、導電性バリア膜の上から配線溝を埋めるように形成された金属膜と、配線溝中の金属膜の上に形成されたキャップ膜とを備え、絶縁膜は、半導体基板の上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成された第１の拡散防止絶縁膜とを有し、キャップ膜と導電性バリア膜との接続部は、層間絶縁膜と拡散防止膜との界面よりも上位置にある。
【００２０】
これにより、キャップ膜と導電性バリア膜との接続部が、層間絶縁膜と拡散防止膜との界面に直結することはないので、拡散経路となる層間絶縁膜と拡散防止膜との界面に金属原子が侵入するのを防ぐことができ、金属原子の層間絶縁膜への浸み出しを防止することができる。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置では、キャップ膜の上端部は、導電性バリア膜の上端部よりも下位置にある。
【００２２】
これにより、配線溝にキャップ膜が十分に埋め込まれるため、キャップ膜によって金属膜を確実に覆うことができる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置では、拡散防止絶縁膜は、配線溝中に形成された金属膜と導電性バリア膜とキャップ膜からなる金属配線上に、金属配線間の層間絶縁膜上を埋めるように形成されている。
【００２４】
これにより、キャップ膜と導電性バリア膜との接続部が拡散防止膜により覆われ、キャップ膜と導電性バリア膜との接続部が、層間絶縁膜と拡散防止膜との界面に直結することはないので、拡散経路となる層間絶縁膜と拡散防止膜との界面に金属原子が侵入するのを防ぐことができ、金属原子の層間絶縁膜への浸み出しを防止することができる。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置では、拡散防止絶縁膜は、少なくとも、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯのいずれか一つを有する。
【００２６】
また、本発明に係る半導体装置では、導電性バリア膜は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ及びＴｉＮの積層のいずれか一つからなる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置では、キャップ膜は、Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ、ＴｉＮの積層、Ｃｏ合金、Ｎｉ合金のいずれか一つからなる。
【００２８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程と（ａ）、絶縁膜中に配線溝を形成する工程と（ｂ）、絶縁膜上に配線溝を覆うように導電性バリア膜を形成する工程と（ｃ）、導電性バリア膜を研磨して配線溝の底面及び側面に導電性バリア膜を残し、配線溝以外の部分に絶縁膜を露出させる工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、絶縁膜上に配線溝を埋め込むように金属膜を形成する工程（ｅ）と、金属膜を研磨して配線溝に金属膜を残し、配線溝以外の部分に絶縁膜を露出させる工程（ｆ）とを有する。
【００２９】
これにより、導電性バリア膜の研磨工程（ｄ）において、金属膜が堆積されていないので、導電性バリア膜の研磨により金属膜にスクラッチが発生することを回避することができ、配線間ショートの発生を防ぐことができる。
【００３０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、工程（ａ）は、半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程（ａ１）と、層間絶縁膜の上に第１の拡散防止絶縁膜を形成する工程（ａ２）とを有する。
【００３１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程（ｆ）の後に、配線溝中の金属膜の上にキャップ膜を選択的に形成する工程（ｇ）を有する。
【００３２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、工程（ｇ）は、絶縁膜の上に配線溝中の金属膜の上を埋めるようにキャップ膜を堆積する工程（ｇ１）と、キャップ膜を研磨して配線溝中の金属膜の上にキャップ膜を残し、配線溝以外の部分に絶縁膜を露出させる工程（ｇ２）とを有する。
【００３３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程（ｇ）の後に、半導体基板の全面を覆うように絶縁膜を形成する工程（ｈ）を有する。
【００３４】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程（ｇ）の後に、第１の拡散防止絶縁膜を除去して層間絶縁膜を露出させる工程（ｉ）と、配線溝中に形成された金属膜と導電性バリア膜とキャップ膜からなる金属配線上に、金属配線間の層間絶縁膜上を埋めるように第２の拡散防止絶縁膜を形成する工程（ｊ）とを有する。
【００３５】
これにより、キャップ膜と導電性バリア膜との接続部が第２の拡散防止膜により覆われ、キャップ膜と導電性バリア膜との接続部が、層間絶縁膜と第２の拡散防止膜との界面に直結することはないので、拡散経路となる層間絶縁膜と第２の拡散防止膜との界面に金属原子が侵入するのを防ぐことができ、金属原子の層間絶縁膜への浸み出しを防止することができる。
【００３６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、導電性バリア膜は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ及びＴｉＮの積層のいずれか一つからなる。
【００３７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、第１の拡散防止絶縁膜及び第２の拡散防止絶縁膜は、少なくとも、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯのいずれか一つを有する。
【００３８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、キャップ膜は、Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ及びＴａＮの積層、Ｔｉ、ＴｉＮ、又は、Ｔｉ、ＴｉＮの積層、Ｃｏ合金、Ｎｉ合金のいずれか一つからなる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、Ｃｕにスクラッチを発生させず、Ｃｕ膜上にキャップ膜を確実に埋め込むことができ、Ｃｕ膜を拡散経路から遠ざけることができるので、架橋構造の形成、Ｃｕ原子の浸み出し・拡散を防止して、配線間ショート等の配線不良の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）
以下、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説明する。図１（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。図１（ａ）〜図２（ｄ）において、左側は配線間隔の狭い領域を示し、右側は配線間隔の広い領域を示している。
【００４１】
まず、図１（ａ）に示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板１０１上に層間絶縁膜１０２を厚さ４５０ｎｍ程度形成する。ここで、層間絶縁膜１０２としては、ＳｉＯＣ（酸化炭化シリコン）を用いる。続けて、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜１０２上に、拡散防止絶縁膜１０３を厚さ５０ｎｍ程度形成する。ここで、拡散防止絶縁膜１０３としては、ＳｉＣを用いる。
【００４２】
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、拡散防止絶縁膜１０３上に、配線パターンを有するフォトレジスト（図示せず）を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジストをエッチングマスクとして用いて、拡散防止絶縁膜１０３及び層間絶縁膜１０２を除去して配線溝１０４を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジストを除去する。
【００４３】
次に、図１（ｃ）に示すように、スパッタ法により、拡散防止絶縁膜１０３上に配線溝１０４を覆うようにバリアメタル膜１０５ａを厚さ３０ｎｍ程度形成する。ここで、バリアメタル膜１０５ａとしては、Ｔｉ（チタン）を用いる。
【００４４】
次に、図１（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝１０４からはみ出したバリアメタル膜１０５ａを研磨して、配線溝１０４以外の部分に拡散防止絶縁膜１０３を露出させ、配線溝１０４内にバリアメタル膜１０５を残す。
【００４５】
次に、図１（ｅ）に示すように、スパッタ法により、拡散防止絶縁膜１０３上にバリアメタル１０５の上から配線溝１０４を覆うように、シードＣｕ膜（図示せず）を成膜する。その後、電解メッキ法により、シードＣｕ膜の上から配線溝１０４を埋めるように、Ｃｕ膜１０６ａを形成する。その後、Ｎ2／Ｈ2雰囲気中での４５０℃、３０分の熱処理により、シードＣｕ膜とＣｕ膜１０６ａとを一体化する。
【００４６】
次に、図２（ａ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝１０４からはみ出したＣｕ膜１０６ａを研磨して、配線溝１０４以外の部分に拡散防止絶縁膜１０３を露出させ、配線溝１０４内にＣｕ膜１０６を残して、バリアメタル膜１０５及びＣｕ膜１０６からなる金属配線１０７を形成する。このとき、研磨により拡散防止絶縁膜１０３が露出した後であっても、拡散防止絶縁膜１０３上からＣｕ膜１０６がほぼ完全に除去されるまで研磨を続ける（オーバーエッチング）。そのため、配線溝１０４内のＣｕ膜１０６の表面は陥没し、くぼみＢができる。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示すように、スパッタ法により、拡散防止絶縁膜１０３上に配線溝１０４内のＣｕ膜１０６上のくぼみＢを埋めるようにキャップ膜１０８ａを形成する。ここで、キャップ膜１０８ａとしては、Ｔｉを用いる。
【００４８】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝１０４からはみ出したキャップ膜１０８ａを研磨して、配線溝１０４以外の部分に拡散防止絶縁膜１０３を露出させ、配線溝１０４内に選択的にキャップ膜１０８を残す。
【００４９】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板１０１の全面に、絶縁膜１０９を厚さ８０ｎｍ程度堆積する。ここで、絶縁膜１０９としては、ＳｉＮを用いる。
【００５０】
第１の実施形態は、図１（ｄ）に示すバリアメタル膜１０５の研磨工程と図２（ａ）に示すＣｕ膜１０６の研磨工程とを別工程としている。これにより、バリアメタル膜１０５の研磨時にＣｕ膜１０６は堆積されていないので、バリアメタル膜１０５の研磨によりＣｕ膜１０６にスクラッチが発生することを回避することができ、配線間ショートの発生を防ぐことができる。
【００５１】
また、第１の実施形態は、Ｃｕ膜１０６の研磨の際に、既にバリアメタル膜１０５が拡散防止絶縁膜１０３上から除去された状態でＣｕ膜１０６の研磨をすることができる。そのため、ディッシングの発生を制御することができ、配線溝１０４内のＣｕ膜１０６上に配線幅の間隔に関係ない比較的均一な深さのくぼみＢを形成することができる。これにより、キャップ膜１０８がくぼみＢに十分埋め込まれ、キャップ膜１０８の上端部がバリアメタル膜１０５の上端部よりも下位置となり、キャップ膜１０８によってＣｕ膜１０６を確実に覆うことができる。
【００５２】
なお、第１の実施形態では、シングルダマシンについて説明したが、ビアホールと配線溝を形成し、ビアプラグと配線とを同時に形成するデュアルダマシンにも用いることができる。また、拡散防止絶縁膜１０３としてＳｉＣを用いたが、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ（炭化窒化シリコン）、ＳｉＣＯを用いてもよい。また、バリアメタル膜１０５ａとしてＴｉを用いたが、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮとの積層膜、Ｔａ（タンタル）、ＴａＮ、又は、ＴａとＴａＮとの積層膜を用いてもよい。また、キャップ膜１０８ａとしてＴｉを用いたが、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮとの積層膜、Ｔａ、ＴａＮ、又は、ＴａとＴａＮとの積層膜、Ｃｏ合金、Ｎｉ合金を用いてもよい。キャップ膜１０８ａにＷを用いた場合には、Ｃｕ膜１０６との密着性が高くなる。このため、ＥＭ（エレクトロマイグレーション）耐性等が良くなり、配線の信頼性が向上する。
【００５３】
（第２の実施形態）
以下、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説明する。図３（ａ）〜図４（ｅ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。図３（ａ）〜図４（ｅ）において、左側は配線間隔の狭い領域を示し、右側は配線間隔の広い領域を示している。
【００５４】
まず、図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板２０１上に層間絶縁膜２０２を厚さ４５０ｎｍ程度形成する。ここで、層間絶縁膜２０２としては、ＳｉＯＣを用いる。続けて、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜２０２上に、第１の拡散防止絶縁膜２０３を厚さ５０ｎｍ程度形成する。ここで、第１の拡散防止絶縁膜２０３としては、ＳｉＣを用いる。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、第１の拡散防止絶縁膜２０３上に、配線パターンを有するフォトレジスト（図示せず）を形成する。次に、ドライエッチング法により、このフォトレジストをエッチングマスクとして用いて、第１の拡散防止絶縁膜２０３及び層間絶縁膜２０２を除去して配線溝２０４を形成する。その後、アッシングにより、フォトレジストを除去する。
【００５６】
次に、図３（ｃ）に示すように、スパッタ法により、第１の拡散防止絶縁膜２０３上に配線溝２０４を覆うようにバリアメタル膜２０５ａを厚さ３０ｎｍ程度形成する。ここで、バリアメタル膜２０５ａとしては、Ｔｉを用いる。
【００５７】
次に、図３（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝２０４からはみ出したバリアメタル膜２０５ａを研磨して、配線溝２０４以外の部分に第１の拡散防止絶縁膜２０３を露出させ、配線溝２０４内にバリアメタル膜２０５を残す。
【００５８】
次に、図３（ｅ）に示すように、スパッタ法により、第１の拡散防止絶縁膜２０３上にバリアメタル２０５の上から配線溝２０４を覆うように、シードＣｕ膜（図示せず）を成膜する。その後、電解メッキ法により、シードＣｕ膜の上から配線溝２０４を埋めるように、Ｃｕ膜２０６ａを形成する。その後、Ｎ2／Ｈ2雰囲気中での４５０℃、３０分の熱処理により、シードＣｕ膜とＣｕ膜２０６ａとを一体化する。
【００５９】
次に、図４（ａ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝２０４からはみ出したＣｕ膜２０６ａを研磨して、配線溝２０４以外の部分に第１の拡散防止絶縁膜２０３を露出させ、配線溝２０４内にＣｕ膜２０６を残して、バリアメタル膜２０５及びＣｕ膜２０６からなる金属配線２０７を形成する。このとき、研磨により第１の拡散防止絶縁膜２０３が露出した後であっても、第１の拡散防止絶縁膜２０３上からＣｕ膜２０６がほぼ完全に除去されるまで研磨を続ける（オーバーエッチング）。そのため、配線溝２０４内のＣｕ膜２０６の表面は陥没し、くぼみＢができる。
【００６０】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタ法により、第１の拡散防止絶縁膜２０３上に配線溝２０４内のＣｕ膜２０６上のくぼみＢを埋めるようにキャップ膜２０８ａを形成する。ここで、キャップ膜２０８ａとしては、Ｔｉを用いる。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法により、配線溝２０４からはみ出したキャップ膜２０８ａを研磨して、配線溝２０４以外の部分に第１の拡散防止絶縁膜２０３を露出させ、配線溝２０４内に選択的にキャップ膜２０８を残す。
【００６２】
次に、図４（ｄ）に示すように、ウェットエッチング法により、第１の拡散防止絶縁膜２０３をエッチング除去し、層間絶縁膜２０２を露出させる。ここで、ウエットエッチングの液としては、Ｈ3ＰＯ4（燐酸）、ＨＦ（フッ酸）、フッ硝酸等を用いる。これにより、層間絶縁膜２０２の上面よりもバリアメタル膜２０５とキャップ膜２０８との接続部の位置が高くなる。
【００６３】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板２０１の全面に、金属配線２０７の間を埋めるように第２の拡散防止絶縁膜２０９を厚さ１５０ｎｍ程度堆積する。ここで、第２の拡散防止絶縁膜２０９としては、ＳｉＣを用いる。
【００６４】
第２の実施形態は、図３（ｄ）に示すバリアメタル膜２０５の研磨工程と図４（ａ）に示すＣｕ膜２０６の研磨工程とを別工程としている。これにより、バリアメタル膜２０５の研磨時にＣｕ膜２０６は堆積されていないので、バリアメタル膜２０５の研磨によりＣｕ膜２０６にスクラッチが発生することを回避することができ、配線間ショートの発生を防ぐことができる。
【００６５】
また、第２の実施形態は、Ｃｕ膜２０６の研磨の際に、既にバリアメタル膜２０５が拡散防止絶縁膜２０３上から除去された状態でＣｕ膜２０６の研磨をすることができる。そのため、ディッシングの発生を制御することができ、配線溝２０４内のＣｕ膜２０６上に配線幅の間隔に関係ない比較的均一な深さのくぼみＢを形成することができる。これにより、キャップ膜２０８がくぼみＢに十分埋め込まれ、キャップ膜２０８の上端部がバリアメタル膜２０５の上端部よりも下位置となり、キャップ膜２０８によってＣｕ膜２０６を確実に覆うことができる。
【００６６】
さらに、第２の実施形態では、バリアメタル膜２０５とキャップ膜２０８との接続部が拡散防止絶縁膜２０９により覆われており、バリアメタル膜２０５とキャップ膜２０８との接続部が拡散経路となる層間絶縁膜２０２と拡散防止絶縁膜２０３との界面に直結していない。つまり、Ｃｕ原子の浸み出す部分と、拡散経路が直結していない。これにより、Ｃｕ原子が浸み出しても拡散経路に広がりにくくなっており、Ｃｕ原子の拡散によるリーク電流の発生や配線間ショートの発生を防ぐことができる。
【００６７】
なお、第２の実施形態では、シングルダマシンについて説明したが、ビアホールと配線溝を形成し、ビアプラグと配線とを同時に形成するデュアルダマシンにも用いることができる。また、拡散防止絶縁膜２０３としてＳｉＣを用いたが、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯを用いてもよい。また、バリアメタル膜２０５ａとしてＴｉを用いたが、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮとの積層膜、Ｔａ、ＴａＮ、又は、ＴａとＴａＮとの積層膜を用いてもよい。また、キャップ膜２０８ａとしてＴｉを用いたが、Ｗ、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮとの積層膜、Ｔａ、ＴａＮ、又は、ＴａとＴａＮとの積層膜、Ｃｏ合金、Ｎｉ合金を用いてもよい。キャップ膜２０８ａにＷを用いた場合には、Ｃｕ膜２０６との密着性が高くなる。このため、ＥＭ耐性等が良くなり、配線の信頼性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、銅配線を有する半導体装置及びその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図５】従来の銅配線を有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図６】従来の銅配線を有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【符号の説明】
【００７０】
１０１  半導体基板
１０２  層間絶縁膜
１０３  拡散防止絶縁膜
１０４  配線溝
１０５ａ  バリアメタル膜
１０５  バリアメタル膜
１０６ａ  Ｃｕ膜
１０６  Ｃｕ膜
１０７  金属配線
１０８ａ  キャップ膜
１０８  キャップ膜
１０９  絶縁膜
２０１  半導体基板
２０２  層間絶縁膜
２０３  第１の拡散防止絶縁膜
２０４  配線溝
２０５ａ  バリアメタル膜
２０５  バリアメタル膜
２０６ａ  Ｃｕ膜
２０６  Ｃｕ膜
２０７  金属配線
２０８ａ  キャップ膜
２０８  キャップ膜
２０９  第２の拡散防止絶縁膜
Ｂ  くぼみ
【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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