(57)【要約】  【課題】  ｌｏｗ−ｋ膜のような疎水性膜を使用した多層配線構造において、層間絶縁膜に使用する疎水性膜とライナー膜又はバリア膜として使用する親水性膜との界面剥離の発生を防止する。  【解決手段】  電子デバイスは、図示しない基板上に形成された第１の層間絶縁膜１１の下層配線溝１１ａを埋め込むように形成された下層配線１２と、下層配線１２の上に形成されたバリア膜１３と、第１の層間絶縁膜１１及びバリア膜１３の上に形成された第２の層間絶縁膜１４とを備えている。そして、電子デバイスは、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１２とが接合している界面を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁膜の凹部を埋め込むように形成された下層配線と、
少なくとも前記下層配線の上に形成されたバリア膜と、
前記第１の絶縁膜及び前記バリア膜の上に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とは接合していることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合している界面は、前記下層配線の表面よりも低い位置に存在していることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記バリア膜は、前記下層配線における側壁における、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合している界面よりも高い位置に存在している部分を覆うように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合している界面は、凹凸形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合している界面の表面粗さは、算術平均粗さＲa で４以下、又は最大高さＲmax で５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は、互いに同じ性質の膜よりなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は、疎水性膜又は親水性膜よりなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記バリア膜は、前記下層配線の上にのみ形成されていることを特徴とする請求項１、２又は４に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ若しくはＢＣＢのうちから選択されるいずれか１つからなる絶縁性バリア膜、又はＣｏＷＰ若しくはＣｏＷＢのうちから選択されるいずれか１つからなる導電性絶縁膜よりなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記第２の絶縁膜中に形成され、前記下層配線と電気的に接続する上層配線をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記上層配線は、下端が前記下層配線と接続すると共に上端が前記上層配線と接続するプラグを介して、前記下層配線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記下層配線は、上面を除く周面がバリアメタル層によって覆われた銅配線構造を有していることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記下層配線の配線幅と、前記下層配線と該下層配線に隣り合う配線との間の距離とを合わせた長さは、０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記下層配線の配線高さは、２５０ｎｍ以下であり、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合している界面は、前記下層配線の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記第１の絶縁膜は、誘電率が２．４以下である低誘電率膜よりなることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の電子デバイス。
【請求項１６】
第１の絶縁膜に凹部を形成する工程と、
前記凹部を埋め込むように導電性パターンを形成する工程と、
少なくとも前記導電性パターンの上にバリア膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜及び前記バリア膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程とを備え、
前記第２の絶縁膜を形成する工程は、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合する界面が存在するように行なわれることを特徴とすることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記バリア膜を形成する工程は、前記第１の絶縁膜及び前記導電性パターンの上に前記バリア膜を堆積した後に、前記導電性パターンが占める平面領域をマスクするように形成されたレジストパターンを用いて、堆積された前記バリア膜を選択的に除去する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記バリア膜を形成する工程は、選択ＣＶＤ法を用いて行なわれることを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合する界面は、前記導電性パターンの表面よりも低い位置に存在するように形成されることを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記導電性パターンを形成する工程は、前記凹部を埋め込むように導電膜を堆積した後に、前記導電膜に対する除去率よりも前記第１の絶縁膜に対する除去率の方が高い研磨スラリーを用いて、前記導電膜における前記凹部の内部からはみ出している部分を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２１】
前記導電性パターンを形成する工程よりも後であって前記バリア膜を形成する工程よりも前に、
前記第１の絶縁膜における露出している表面部分を選択的に除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２２】
前記表面部分を選択的に除去する工程は、プラズマ処理又は薬液洗浄によって行なわれることを特徴とする請求項２１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２３】
前記プラズマ処理は、Ｏ2 、Ｈ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 、Ｈｅ及びＮＨ3 のうちから選択されるいずれか１つの種類又は複数種類よりなるプラズマを用いて行なわれることを特徴とする請求項２２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２４】
前記薬液洗浄は、ＨＦよりなる薬液又は第４級アンモニウム塩を含むポリマーよりなる薬液を用いて行なわれることを特徴とする請求項２２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２５】
前記バリア膜を形成する工程は、前記下層配線の側壁における前記第１の絶縁膜の表面よりも高い位置に存在している部分を覆うように形成することを特徴とする請求項１９に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２６】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とが接合する界面は、凹形状及び凸形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２７】
前記導電性パターンを形成する工程は、前記凹部を埋め込むように導電膜を堆積し、前記導電膜における前記凹部の内部からはみ出している部分を除去した後に、前記第１の絶縁膜における露出している表面部分に対して、砥粒濃度が２０ｗｔ％以上のスラリーを用いて研磨する工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２８】
前記導電性パターンを形成する工程よりも後であって前記バリア膜を形成する工程よりも前に、
前記第１の絶縁膜における露出している表面部分に対して、プラズマ処理を行なう工程をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項２９】
前記プラズマ処理は、Ａｒ及びＨ2 よりなる混合ガス、Ａｒ及びＨｅよりなる混合ガス、ＮＨ3 及びＨｅよりなる混合ガス、又はＮＨ3 及びＨ2 よりなる混合ガスを用いて行なわれることを特徴する請求項２８に記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイス及びその製造方法に関し、特に、ダマシン法を用いた信頼性が高い銅配線構造及びその形成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及びチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が加速的に進められている。配線間隔が狭小化することにより、配線の抵抗及び容量の増加が原因となるＲＣ遅延が無視できない状況になってきている。このため、半導体集積回路の微細化を進める上で、配線間に生じる電気寄生容量を低減することが必要とされている。配線間の電気寄生容量を低減させるためには、配線材の比抵抗又は層間絶縁膜の比誘電率を低減させることが必要である。
【０００３】
０．１３μｍデバイスの配線については、配線材の比抵抗を低減させる目的で、アルミニウム配線からダマシン法を用いて形成する銅配線へ変更されてきた。ダマシン法による銅配線を採用することによって、配線の比抵抗を従来の２／３程度まで低減できると共に、配線のマイグレーション耐性も向上させることができる。しかし、銅配線においては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）をはじめとする絶縁膜中への銅（Ｃｕ）原子の拡散が速いので、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す。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現象が発生するので、配線用の銅膜の周囲に銅の拡散を防止するバリア膜を設ける必要がある。
【０００４】
現在、配線用の銅膜の周辺を覆うために、一般的に、銅配線の下面及び側面には、銅の拡散防止膜として機能し且つＷＮ、ＴａＮ又はＴｉＮ等よりなる導電性バリア膜（バリアメタル膜）が用いられていると共に、銅配線の上面には、銅の拡散防止膜として機能し且つＳｉＮ又はＳｉＣ等よりなる絶縁性バリア膜が用いられている。尚、エッチング加工を行なってアルミニウム配線を形成する場合と比べると、エッチング加工を行なって銅配線を形成することは困難であるので、ダマシン法を用いた銅配線の形成が行なわれている。すなわち、堆積した層間絶縁膜に、配線パターンを持つ溝を形成した後、該溝の壁面をバリアメタル膜によって覆う。次に、電解メッキ法によって該溝に銅膜を埋め込んだ後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）法によってバリアメタル膜及び銅膜を研磨して平坦化することにより、銅配線の形成を完成させる。
【０００５】
ところで、比誘電率を低減させるために、層間絶縁膜に用いる材料として、シリコン酸化膜（比誘電率：４．２）からフッ素含有のシリコン酸化膜（比誘電率：３．７）への変更がなされてきた。
【０００６】
９０ｎｍデバイス以降では、フッ素含有シリコン酸化膜よりも比誘電率がさらに小さい絶縁膜（以下では、ε＝３．５以下の膜をｌｏｗ−ｋ膜と呼ぶことにする）が必要であり、ｌｏｗ−ｋ膜として、炭素含有のシリコン酸化膜（シリコン酸化膜中のシリコンの終端をアルキル基（例えば−ＣＨ3 基）で置換すると共に、シリコン酸化膜を低密度化及び多孔質化することにより比誘電率を低減させた膜）又は塗布系有機ポリマー等が使用されている。ｌｏｗ−ｋ膜を使用した電子デバイス及びその製造方法としては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００７】
以下に、従来の電子デバイス及びその製造方法について、図９及び図１０（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
【０００８】
図９は、従来例に係る銅配線の構造を示す断面図であって、具体的には、９０ｎｍデバイス以降の多層銅配線として一般的に用いられているデュアルダマシン構造を持つ銅配線の構造を示す断面図である。
【０００９】
図９に示すように、基板（図示省略）上には、下層配線溝１０１ａを有する第１の層間絶縁膜１０１が形成されている。第１の層間絶縁膜１０１における下層配線溝１０１ａには、第１のバリアメタル膜１０２ａ及び第１の銅膜１０２ｂがこの順に形成されてなる下層配線１０２が形成されている。下層配線１０２の上及び第１の層間絶縁膜１０１の上には、銅の拡散防止膜として機能する絶縁性バリア膜１０３が形成されている。絶縁性バリア膜１０３の上には第２の層間絶縁膜１０４が形成されている。第２の層間絶縁膜１０４の下部及び絶縁性バリア膜１０３には、下層配線１０２の上面を露出させる接続孔１０４ａが形成されていると共に、第２の層間絶縁膜１０４の上部には、接続孔１０４ａと連通する上層配線溝１０４ｂが形成されている。接続孔１０４ａ及び上層配線溝１０４ｂには、第２のバリアメタル膜１０６ａ及び第２の銅膜１０６ｂよりなる上層配線１０６が形成されている。上層配線１０６には、接続孔１０４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１０６ａ及び第２の銅膜１０６ｂよりなるプラグとなる部分があり、該プラグを介して下層配線１０２と上層配線１０６とが電気的に接続されている。
【００１０】
また、図１０（ａ）〜（ｆ）は、従来例に係る銅配線の形成方法を示す工程断面図であって、具体的には、デュアルダマシン（Dual Damascene）法、つまり、下層配線と接続する接続孔及び上層配線溝を形成し、銅膜によって接続孔及び上層配線溝を同時に埋め込んだ後に、該銅膜における上層配線溝からはみ出している部分に対して研磨を行なうことによって銅配線を形成する工程を示している。
【００１１】
まず、図１０（ａ）に示すように、基板（図示省略）上に、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる第１の層間絶縁膜１０１を形成する。続いて、フォトリソグラフィー法により、第１の層間絶縁膜１０１の上に、下層配線溝パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、第１の層間絶縁膜１０１に対してドライエッチングを行なって下層配線溝１０１ａを形成する。続いて、スパッタ法により、第１の層間絶縁膜１０１に形成された下層配線溝１０１ａが途中まで埋まるように、第１の層間絶縁膜１０１の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第１のバリアメタル膜１０２ａ及び銅シード膜（図示省略）とを順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、下層配線溝１０１ａが完全に埋まるように、銅シード膜の上に第１の銅膜１０２ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、第１のバリアメタル膜１０２ａ及び第１の銅膜１０２ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における下層配線溝１０１ａの外側にはみ出している部分を除去することにより、第１のバリアメタル膜１０２ａ及び第１の銅膜１０２ｂよりなる下層配線１０２を形成する。尚、下層配線１０２は、以下に説明する工程によって形成される上層配線１０６（図１０（ｆ）参照）と同様の構造を持つ。
【００１２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、下層配線１０２の上及び第１の層間絶縁膜１０１の上に、厚さが５０ｎｍ程度となるように、銅の拡散防止膜として機能するシリコン炭化膜等よりなる絶縁性バリア膜１０３を堆積する。続いて、絶縁性バリア膜１０３の上に、厚さが６００ｎｍ程度となるように、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる第２の層間絶縁膜１０４を堆積する。
【００１３】
次に、図１０（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜１０４の上に、厚さが５０ｎｍ程度となるように、例えばシリコン酸化膜よりなるキャップ膜１０５を堆積する。尚、キャップ膜１０５は、後述するＣＭＰを行なう工程の際に完全に除去される。続いて、フォトリソグラフィーにより、キャップ膜１０５の上に、接続孔パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、キャップ膜１０５及び第２の層間絶縁膜１０４に対してドライエッチングを行なうことにより、キャップ膜１０５及び第２の層間絶縁膜１０４を貫通して絶縁性バリア膜１０３に到達する接続孔１０４ａを形成する。
【００１４】
次に、図１０（ｄ）に示すように、接続孔１０４ａの形成方法と同様にして、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、第２の層間絶縁膜１０４の上部に、キャップ膜１０５及び第２の層間絶縁膜１０４を開口させて接続孔１０４ａと連通する上層配線溝１０４ｂを形成する。
【００１５】
次に、図１０（ｅ）に示すように、基板全面に対して異方性エッチングを行なって、絶縁性バリア膜１０３における接続孔１０４ａの底部に露出している部分を除去して下層配線１０２の上面を露出させる。
【００１６】
次に、図１０（ｆ）に示すように、スパッタ法により、接続孔１０４ａ及び上層配線溝１０４ｂが途中まで埋まるように、第２の層間絶縁膜１０４の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第２のバリアメタル膜１０６ａ及び銅シード膜（図示省略）を順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、接続孔１０６ａ及び上層配線溝１０６ｂが完全に埋まるように、銅シード膜の上に第２の銅膜１０６ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、キャップ膜１０５と第２のバリアメタル膜１０６ａ及び第２の銅膜１０６ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における上層配線溝１０６の外側にはみ出している部分とを除去し、第２のバリアメタル膜１０６ａ及び銅膜１０６ｂよりなる上層配線１０６を形成する。上層配線１０６には、接続孔１０４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１０６ａ及び第２の銅膜１０６ｂよりなるプラグとなる部分があり、該プラグを介して下層配線１０２と上層配線１０６とが電気的に接続されている。ここで、接続孔１０４ａ及び上層配線溝１０４ｂに充填された第２の銅膜１０６ｂの下面及び側面に成膜されている第２のバリアメタル膜１０６ａは、銅の拡散防止膜として機能する。
【００１７】
以上で説明した製造工程、つまり、従来例に係る電子デバイスの製造方法における図１０（ａ）〜（ｆ）に示したような製造工程を繰り返し行なうことにより、従来の多層銅配線を有する電子デバイスを得ることができる。
【特許文献１】特開２００３−３０９１７４号公報（請求項１〜１０、第２図〜第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前述した従来例の配線構造（図９参照）によると、絶縁性バリア膜１０３と第１の層間絶縁膜１０１との接合部、又は絶縁性バリア膜１０３と第２の層間絶縁膜１０４との接合部では、必然的に、親水性膜と疎水性膜とが接合した構造となるので、接合部における膜界面の密着性が劣化することにより、界面剥離が生じる。
【００１９】
前記に鑑み、本発明の目的は、前述した界面剥離が生じない電子デバイス及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するために、本発明は、以下の知見に基づいてなされたものである。すなわち、ｌｏｗ−ｋ膜（疎水性膜）を用いた電子デバイスには、バリア膜として用いる例えばＳｉＣのような親水性膜とｌｏｗ−ｋ膜のような疎水性膜とが存在していることにより、親水性膜と疎水性膜との界面が存在する。そこで、本発明では、バリア膜近傍において、親水性膜と親水性膜との界面又は疎水性膜と疎水性膜との界面が形成されるようにすることで、親水性膜と疎水性膜との界面において生じる界面剥離の発生を防止するものである。
【００２１】
具体的には、本発明に係る電子デバイスは、第１の絶縁膜の凹部を埋め込むように形成された下層配線と、少なくとも下層配線の上に形成されたバリア膜と、第１の絶縁膜及びバリア膜の上に形成された第２の絶縁膜とを備え、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とは接合していることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る電子デバイスの製造方法によると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合しているため、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面の密着性を向上させることが可能になるので、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面剥離の発生を防止することができる。これにより、従来例で述べたような絶縁膜とバリア膜との界面剥離の発生を抑制することができる。
【００２３】
本発明に係る電子デバイスにおいて、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合している界面は、下層配線の表面よりも低い位置に存在していることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、下層配線からの銅が拡散し易い経路となる、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が、下層配線の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線からの銅の拡散を抑制することができる。このため、銅配線の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
本発明に係る電子デバイスにおいて、バリア膜は、下層配線における側壁における、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合している界面よりも高い位置に存在している部分を覆うように形成されていることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、下層配線の側壁においてバリア膜のサイドウォール構造が形成されているため、下層配線から銅が拡散する界面距離が増加するので、下層配線から銅が絶縁膜中へ拡散することを抑制することができる。すなわち、下層配線から銅が拡散する界面がバリア膜のサイドウォール構造によって完全に覆われて、銅拡散のエネルギーギャップが大きくなるので、下層配線からの銅の拡散を抑制して、銅配線の信頼性を高めることができる。
【００２７】
本発明に係る電子デバイスにおいて、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合している界面は、凹凸形状を有していることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が凹凸形状を有しているため、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面の接触面積が増加するので、界面密着性が大幅に向上することに加えて、銅の拡散経路となる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面距離の増加、つまり銅が拡散する実行距離が長くなるので、銅の拡散を抑制することができる。これにより、銅配線の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係る電子デバイスにおいて、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合している界面の表面粗さは、算術平均粗さＲa で４以下、又は最大高さＲmax で５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
このように、界面に通常存在する粗さよりも粗い界面を形成することにより、界面密着性を向上させると共に銅の拡散を抑制することができる。
【００３１】
本発明に係る電子デバイスにおいて、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜は、互いに同じ性質の膜よりなることが好ましく、疎水性膜又は親水性膜よりなることがさらに好ましい。
【００３２】
このようにすると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着性をより向上させることができる。
【００３３】
本発明に係る電子デバイスにおいて、バリア膜は、下層配線の上にのみ形成されていることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、第１の層間絶縁膜の上に誘電率が高いバリア膜が存在していないので、配線容量を大幅に低減することができる。これにより、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【００３５】
本発明に係る電子デバイスにおいて、バリア膜は、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ若しくはＢＣＢのうちから選択されるいずれか１つからなる絶縁性バリア膜、又はＣｏＷＰ若しくはＣｏＷＢのうちから選択されるいずれか１つからなる導電性絶縁膜よりなることが好ましい。
【００３６】
本発明に係る電子デバイスにおいて、第２の絶縁膜中に形成され、下層配線と電気的に接続する上層配線をさらに備えていることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る電子デバイスにおいて、上層配線は、下端が下層配線と接続すると共に上端が上層配線と接続するプラグを介して、下層配線と電気的に接続されていることが好ましい。
【００３８】
本発明に係る電子デバイスにおいて、下層配線は、上面を除く周面がバリアメタル層によって覆われた銅配線構造を有していることが好ましい。
【００３９】
本発明に係る電子デバイスにおいて、下層配線の配線幅と、下層配線と該下層配線に隣り合う配線との間の距離とを合わせた長さは、０．４μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る電子デバイスにおいて、下層配線の配線高さは、２５０ｎｍ以下であり、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合している界面は、下層配線の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【００４１】
本発明に係る電子デバイスにおいて、第１の絶縁膜は、誘電率が２．４以下である低誘電率膜よりなることが好ましい。
【００４２】
本発明に係る電子デバイスの製造方法は、第１の絶縁膜に凹部を形成する工程と、凹部を埋め込むように導電性パターンを形成する工程と、少なくとも導電性パターンの上にバリア膜を形成する工程と、第１の絶縁膜及びバリア膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程とを備え、第２の絶縁膜を形成する工程は、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が存在するように行なわれることを特徴とする。
【００４３】
本発明に係る電子デバイスの製造方法によると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が存在するため、その界面の密着性を向上させることが可能になるので、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面剥離の発生を防止することができる。これにより、従来例で述べたような絶縁膜とバリア膜との界面剥離の発生を抑制することができる。
【００４４】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、バリア膜を形成する工程は、第１の絶縁膜及び導電性パターンの上にバリア膜を堆積した後に、導電性パターンが占める平面領域をマスクするように形成されたレジストパターンを用いて、堆積されたバリア膜を選択的に除去する工程を含むことが好ましい。
【００４５】
このようにすると、バリア膜は導電性パターンの上にのみ形成されて、第１の絶縁膜の上に誘電率が高いバリア膜が存在しないので、配線容量を大幅に低減することができる。これにより、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【００４６】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、バリア膜を形成する工程は、選択ＣＶＤ法を用いて行なわれることが好ましい。
【００４７】
このようにすると、導電性パターンの上にのみにバリア膜を形成すると共に、第１の絶縁膜の上に誘電率が高いバリア膜が存在しないように形成することが可能になるので、配線容量を大幅に低減することができる。これにより、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【００４８】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面は、導電性パターンの表面よりも低い位置に存在するように形成されることが好ましい。
【００４９】
このようにすると、下層配線からの銅が拡散し易い経路となる、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が、下層配線の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線からの銅の拡散を抑制することができる。このため、銅配線の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、導電性パターンを形成する工程は、凹部を埋め込むように導電膜を堆積した後に、導電膜に対する除去率よりも第１の絶縁膜に対する除去率の方が高い研磨スラリーを用いて、導電膜における凹部の内部からはみ出している部分を除去する工程を含むことが好ましい。
【００５１】
このようにすると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が、導電性パターンの表面よりも低い位置に存在するように形成することができる。
【００５２】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、導電性パターンを形成する工程よりも後であってバリア膜を形成する工程よりも前に、第１の絶縁膜における露出している表面部分を選択的に除去する工程をさらに備えることが好ましい。
【００５３】
このようにすると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が、導電性パターンの表面よりも低い位置に存在するように形成することができる。
【００５４】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、表面部分を選択的に除去する工程は、プラズマ処理又は薬液洗浄によって行なわれることが好ましい。
【００５５】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、プラズマ処理は、Ｏ2 、Ｈ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 、Ｈｅ及びＮＨ3 のうちから選択されるいずれか１つの種類又は複数種類よりなるプラズマを用いて行なわれることが好ましい。
【００５６】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、薬液洗浄は、ＨＦよりなる薬液又は第４級アンモニウム塩を含むポリマーよりなる薬液を用いて行なわれることが好ましい。
【００５７】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、バリア膜を形成する工程は、下層配線の側壁における第１の絶縁膜の表面よりも高い位置に存在している部分を覆うように形成することが好ましい。
【００５８】
このようにすると、下層配線の側壁においてバリア膜のサイドウォール構造が形成されているため、下層配線から銅が拡散する界面距離が増加するので、下層配線から銅が絶縁膜中へ拡散することを抑制することができる。すなわち、下層配線から銅が拡散する界面がバリア膜のサイドウォール構造によって完全に覆われて、銅拡散のエネルギーギャップが大きくなるので、下層配線からの銅の拡散を抑制して、銅配線の信頼性を高めることができる。
【００５９】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面は、凹形状及び凸形状を有するように形成されていることが好ましい。
【００６０】
このようにすると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が凹凸形状を有しているため、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面の接触面積が増加するので、界面密着性が大幅に向上することに加えて、銅の拡散経路となる第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面距離の増加、つまり銅が拡散する実行距離が長くなるので、銅の拡散を抑制することができる。これにより、銅配線の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、導電性パターンを形成する工程は、凹部を埋め込むように導電膜を堆積し、導電膜における凹部の内部からはみ出している部分を除去した後に、第１の絶縁膜における露出している表面部分に対して、砥粒濃度が２０ｗｔ％以上のスラリーを用いて研磨する工程を含むことが好ましい。
【００６２】
このようにすると、第１の絶縁膜における露出している表面部分に凹形状及び凸形状を形成できるので、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に凹形状及び凸形状を形成することができる。
【００６３】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、導電性パターンを形成する工程よりも後であってバリア膜を形成する工程よりも前に、第１の絶縁膜における露出している表面部分に対して、プラズマ処理を行なう工程をさらに備えることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、第１の絶縁膜における露出している表面部分に凹形状及び凸形状を形成できるので、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面に凹形状及び凸形状を形成することができる。
【００６５】
本発明に係る電子デバイスの製造方法において、プラズマ処理は、Ａｒ及びＨ2 よりなる混合ガス、Ａｒ及びＨｅよりなる混合ガス、ＮＨ3 及びＨｅよりなる混合ガス、又はＮＨ3 及びＨ2 よりなる混合ガスを用いて行なわれることが好ましい。
【発明の効果】
【００６６】
本発明に係る電子デバイス及びその製造方法によると、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが接合する界面が存在するため、その界面の密着性を向上させることが可能になるので、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との界面剥離の発生を防止することができる。これにより、従来例で述べたような絶縁膜とバリア膜との界面剥離の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る電子デバイス及びその製造方法について、図１及び図２（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。
【００６９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す断面図である。
【００７０】
図１に示すように、シリコン基板（図示省略）上には、下層配線溝１１ａを有する疎水性の第１の層間絶縁膜１１が形成されている。第１の層間絶縁膜１１における下層配線溝１１ａには、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂがこの順に形成されてなる下層配線１０２が形成されている。下層配線１２の上には、銅の拡散防止膜として機能する親水性のバリア膜１３又は例えばＣｏＷＰよりなる導電性のバリア膜１３が形成されている。
【００７１】
第１の層間絶縁膜１１及びバリア膜１３の上には、疎水性の第２の層間絶縁膜１４が形成されている。第２の層間絶縁膜１４の下部及びバリア膜１３には、下層配線１２の上面を露出させる接続孔１４ａが形成されていると共に、第２の層間絶縁膜１４の上部には、接続孔１４ａと連通する上層配線溝１４ｂが形成されている。接続孔１４ａ及び上層配線溝１４ｂには、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなる上層配線１６が形成されている。上層配線１６には、接続孔１４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなるプラグ１６ｃとなる部分があり、該プラグ１６ｃを介して下層配線１２と上層配線１６とが電気的に接続されている。
【００７２】
本発明の第１の本実施形態に係る電子デバイスの特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していることである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【００７３】
図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【００７４】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板（図示省略）上に、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる疎水性の第１の層間絶縁膜１１を形成した後、例えばシリコン酸化膜よりなるキャップ膜（図示省略、尚、この膜は後述するＣＭＰを行なう工程によって除去される）する。続いて、フォトリソグラフィー法により、キャップ膜の上に、下層配線溝パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に対してドライエッチングを行なって下層配線溝１１ａを形成する。続いて、スパッタ法により、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に形成された下層配線溝１１ａが途中まで埋まるように、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第１のバリアメタル膜１２ａ及び銅シード膜（図示省略）とを順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、下層配線溝１１ａが完全に埋まるように、銅シード膜の上に第１の銅膜１２ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における下層配線溝１１ａの外側にはみ出している部分とキャップ膜とを除去することにより、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂよりなる下層配線１２を形成する。尚、下層配線１２は、以下に説明する工程によって形成される上層配線１６（図２（ｇ）参照）と同様の構造を持つ。
【００７５】
次に、図２（ｂ）に示すように、下層配線１２の上及び第１の層間絶縁膜１１の上に、厚さが５０ｎｍ程度となるように、銅の拡散防止膜として機能する例えばシリコン炭化膜よりなる親水性のバリア膜１３を堆積する。
【００７６】
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、バリア膜１３の上に、下層配線１２をマスクするレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、バリア膜１３に対してドライエッチングを行なうことにより、下層配線１２の上にのみバリア膜１３を形成する。ここで、バリア膜１３を形成する他の方法としては、例えばｐ−ＣＶＤ法により、例えばＣｏＷＰのような導電性のバリア膜１３を下層配線１２の上にのみ選択的に堆積することも可能である。その後、図２（ｃ）に示すように、第１の層間絶縁膜１１の上及びバリア膜１３の上に、厚さが６００ｎｍ程度となるように、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる疎水性の第２の層間絶縁膜１４を堆積する。
【００７７】
次に、図２（ｄ）に示すように、第２の層間絶縁膜１４の上に、厚さが５０ｎｍ程度となるように、例えばシリコン酸化膜よりなるキャップ膜１５を堆積する。続いて、フォトリソグラフィーにより、キャップ膜１５の上に、接続孔パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、キャップ膜１５及び第２の層間絶縁膜１４に対してドライエッチングを行なうことにより、キャップ膜１５及び第２の層間絶縁膜１４を貫通してバリア膜１３に到達する接続孔１４ａを形成する。
【００７８】
次に、図２（ｅ）に示すように、接続孔１４ａの形成方法と同様にして、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて、第２の層間絶縁膜１４の上部に、キャップ膜１５及び第２の層間絶縁膜１４を開口させて接続孔１４ａと連通する上層配線溝１４ｂを形成する。
【００７９】
次に、図２（ｆ）に示すように、例えばＣＦ4 とＮ2 との混合ガスを用いたドライエッチングによって基板全面に対してエッチバックを行なって、バリア膜１０３における接続孔１４ａの底部に露出している部分を除去して下層配線１２を露出させる。
【００８０】
次に、図２（ｇ）に示すように、スパッタ法により、接続孔１４ａ及び上層配線溝１４ｂが途中まで埋まるように、第２の層間絶縁膜１４の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第２のバリアメタル膜１６ａ及び銅シード膜（図示省略）を順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、接続孔１６ａ及び上層配線溝１６ｂが完全に埋まるように、銅シード膜の上に銅膜１６ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、キャップ膜１５と第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における上層配線溝１６の外側にはみ出している部分とを除去し、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなる上層配線１６を形成する。上層配線１６には、接続孔１４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなるプラグ１６ｃとなる部分があり、該プラグ１６ｃを介して下層配線１２と上層配線１６とが電気的に接続されている。ここで、接続孔１４ａ及び上層配線溝１４ｂに充填された第２の銅膜１６ｂの下面及び側面に成膜されている第２のバリアメタル膜１６ａは、銅の拡散防止膜として機能する。
【００８１】
以上で説明した製造工程、つまり、図２（ａ）〜（ｇ）に示したような製造工程を繰り返し行なうことにより、従来の多層銅配線を有する電子デバイスを得ることができる。
【００８２】
本発明の第１の本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合するように形成することである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【００８３】
尚、前述では、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに疎水性を有する場合について説明したが、本実施形態においては、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４に互いに用いる材料として、例えば、ナノポーラスシリカ（ＮＣＳ）等よりなる親水性材料を用いてもよい。このように、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに親水性であることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との密着性が向上して界面剥離を防止することができる。
【００８４】
また、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４は、配線間の電気寄生容量を低減するために、誘電率が２．４以下の低誘電率膜よりなることが好ましい。
【００８５】
また、前述では、配線（下層配線１２及び上層配線１６）材料として銅を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、配線材料の種類は特に限定されるものではなく、例えば銅、銀、アルミニウム又はこれらの合金等を用いてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、下層配線１２の配線幅と、下層配線１２と該下層配線１２に隣り合う配線との間の距離とを合わせた長さは、０．４μｍ以下であることが好ましい。
【００８７】
また、前述では、バリアメタル膜（第１のバリアメタル膜１２ａ及び第２のバリアメタル膜１６ａ）としてＴａ／ＴａＮ積層膜を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、バリアメタル膜の種類は特に限定されるものではなく、例えばＴａ膜、ＴａＮ膜、ＷＮ膜、ＴｉＮ膜又はこれらの積層膜等を用いてもよい。
【００８８】
また、前述では、バリア膜１３としてシリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）を用いた場合については説明したが、本実施形態においては、バリア膜１３の種類は特に限定されるものではない。すなわち、バリア膜１３として、例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）、ＳｉＣＮ膜（シリコン炭化窒化膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＨ膜若しくはＢＣＢ膜（ベンゾシクロブテン膜）等のうちから選択されるいずれか１つよりなる絶縁性バリア膜、又は例えばＣｏＷＰ膜若しくはＣｏＷＢ膜等のうちから選択されるいずれか１つよりなる導電性の絶縁膜バリア膜を用いることができる。
【００８９】
また、前述では、下層配線１２の側面及び底部に第１のバリアメタル膜１２ａが形成されている場合について説明したが、本実施形態においては、下層配線溝１１ａに第１のバリアメタル膜１２ａが形成されていない構造であってもよい。尚、この場合であっても、下層配線材料として前記した銅以外の材料を用いた場合はもちろん、拡散の可能性が高い銅を用いた場合であっても、第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜との間にバリア膜が挟まれた従来の構造を比較すると、配線抵抗が低減された構造を実現できると共に、従来の課題における界面剥離の問題を解決することができる。
【００９０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る電子デバイス及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００９１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す断面図である。
【００９２】
図３に示すように、シリコン基板（図示省略）上には、疎水性の第１の層間絶縁膜１１及び疎水性の第２の層間絶縁膜１４が形成されている。第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４中に形成された下層配線溝１１ａには、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂがこの順に形成されてなる下層配線１２が形成されている。下層配線１２の上には、銅の拡散防止膜として機能する親水性のバリア膜１３又は例えばＣｏＷＰよりなる導電性のバリア膜１３が形成されている。
【００９３】
第１の層間絶縁膜１１及びバリア膜１３の上には、前記第２の層間絶縁膜１４が形成されている。第２の層間絶縁膜１４の下部及びバリア膜１３には、下層配線１２の上面を露出させる接続孔１４ａが形成されていると共に、第２の層間絶縁膜１４の上部には、接続孔１４ａと連通する上層配線溝１４ｂが形成されている。接続孔１４ａ及び上層配線溝１４ｂには、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなる上層配線１６が形成されている。上層配線１６には、接続孔１４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなるプラグ１６ｃとなる部分があり、該プラグ１６ｃを介して下層配線１２と上層配線１６とが電気的に接続されている。
【００９４】
本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していることに加えて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在していることである。具体的には、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。さらに、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は下層配線１２からの銅が拡散し易い経路となるが、その界面は下層配線１２の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制することができる。このため、銅配線の信頼性を向上させることができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。尚、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【００９５】
図４（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。尚、図４（ｂ）〜（ｇ）に示す工程は、第１の実施形態における図２（ｂ）〜（ｇ）を用いた工程の説明と同様の方法であるので、ここでは、図４（ｂ）〜（ｇ）に示す工程の説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の特徴について、すなわち、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在するように形成するために行なう製造方法を含む図４（ａ）に示す工程について説明する。
【００９６】
図４（ａ）に示すように、シリコン基板（図示省略）上に、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる疎水性の第１の層間絶縁膜１１を形成した後、例えばシリコン酸化膜よりなるキャップ膜（図示省略、尚、この膜は後述するＣＭＰを行なう工程によって除去される）する。続いて、フォトリソグラフィー法により、キャップ膜の上に、下層配線溝パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に対してドライエッチングを行なって下層配線溝１１ａを形成する。続いて、スパッタ法により、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に形成された下層配線溝１１ａが途中まで埋まるように、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第１のバリアメタル膜１２ａ及び銅シード膜（図示省略）とを順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、下層配線溝１１ａが完全に埋まるように、銅シード膜の上に第１の銅膜１２ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における下層配線溝１１ａの外側にはみ出している部分とキャップ膜とを除去することにより、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂよりなる下層配線１２を形成する。
【００９７】
ここまでの工程は、本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法と同じであるが、本発明の第２の実施形態に係る製造方法では、さらに、以下の工程を行なう。例えば、ＮＨ3 ガスを用いたプラズマ処理によって第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を改質させた後に、例えばＨＦのような薬液によって、第１の層間絶縁膜１１における表面が改質された部分を除去する。または、ＣＭＰによって絶縁膜表面を選択的に除去する。この際、配線材料と絶縁膜のうち、絶縁膜が選択的に除去され易いスラリーを用いる。本実施形態の場合は、配線は銅とＴａから構成され、絶縁膜はＳｉＯＣから構成されているため、ＳｉＯＣの方がＣｕ及びＴａより除去され易いスラリーを用いる。これにより、図２（ａ）に示すように、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分は、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在するようになる。したがって、後の工程で、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合するように形成されることによって、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させることができる。具体的には、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【００９８】
本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していることに加えて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在していることである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。さらに、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は下層配線１２からの銅が拡散し易い経路となるが、その界面は下層配線１２の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制することができる。このため、銅配線の信頼性を向上させることができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【００９９】
尚、前述では、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに疎水性を有する場合について説明したが、本実施形態においては、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４のそれぞれに用いる材料として、例えば、ナノポーラスシリカ（ＮＣＳ）等よりなる親水性材料を用いてもよい。このように、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに親水性であることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との密着性が向上して界面剥離を防止することができる。
【０１００】
また、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４は、配線間の電気寄生容量を低減するために、誘電率が２．４以下の低誘電率膜よりなることが好ましい。
【０１０１】
また、前述では、配線（下層配線１２及び上層配線１６）材料として銅を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、配線材料の種類は特に限定されるものではなく、例えば銅、銀、アルミニウム又はこれらの合金等を用いてもよい。
【０１０２】
また、本実施形態では、下層配線１２の配線幅と、下層配線１２と該下層配線１２に隣り合う配線との間の距離とを合わせた長さは、０．４μｍ以下であることが好ましい。
【０１０３】
また、前述では、バリアメタル膜（第１のバリアメタル膜１２ａ及び第２のバリアメタル膜１６ａ）としてＴａ／ＴａＮ積層膜を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、バリアメタル膜の種類は特に限定されるものではなく、例えばＴａ膜、ＴａＮ膜、ＷＮ膜、ＴｉＮ膜又はこれらの積層膜等を用いてもよい。
【０１０４】
また、前述では、バリア膜１３としてシリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）を用いた場合については説明したが、本実施形態においては、バリア膜１３の種類は特に限定されるものではない。すなわち、バリア膜１３として、例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）、ＳｉＣＮ膜（シリコン炭化窒化膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＨ膜若しくはＢＣＢ膜（ベンゾシクロブテン膜）等のうちから選択されるいずれか１つよりなる絶縁性バリア膜、又は例えばＣｏＷＰ膜若しくはＣｏＷＢ膜等のうちから選択されるいずれか１つよりなる導電性の絶縁膜バリア膜を用いることができる。
【０１０５】
また、前述では、下層配線１１の側面及び底部に第１のバリアメタル膜１２ａが形成されている場合について説明したが、本実施形態においては、下層配線溝１１ａに第１のバリアメタル膜１２ａが形成されていない構造であってもよい。尚、この場合は、下層配線材料として前記した銅以外の材料を用いた場合はもちろん、拡散の可能性が高い銅を用いた場合であっても、第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜との間にバリア膜が挟まれた従来の構造を比較すると、配線抵抗が低減された構造を実現できると共に、従来の課題における界面剥離の問題を解決することができる。
【０１０６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る電子デバイス及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１０７】
図５は、第３の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す断面図である。
【０１０８】
図５に示すように、シリコン基板（図示省略）上には、疎水性の第１の層間絶縁膜１１及び疎水性の第２の層間絶縁膜１４が形成されている。第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４中に形成された下層配線溝１１ａには、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂがこの順に形成されてなる下層配線１２が形成されている。下層配線１２の上には、銅の拡散防止膜として機能する親水性のバリア膜１３又は例えばＣｏＷＰよりなる導電性のバリア膜１３が形成されている。第１の層間絶縁膜１１及びバリア膜１３の上には、前記第２の層間絶縁膜１４が形成されている。
【０１０９】
ここで、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とは直接接合しており、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は、下層配線１２の表面よりも下に位置している。さらに、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は、凹凸形状を有している。この第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面の表面粗さは、算術平均粗さＲa で４以下、又は最大高さＲmax で５０ｎｍ以下であることが好ましい。このように、界面に通常存在する粗さよりも粗い界面を形成することにより、界面密着性を向上させると共に銅の拡散を抑制することができる。尚、算術平均粗さＲa 及び最大高さＲmax は、表面粗さを定義する指標の一つであり、算術平均粗さＲa とは、界面の変動曲線に対する中心線を基準にした粗度曲線の平均値を示すものであり、最大高さＲmax とは、界面の側長長さにおける、中心線を基準とした粗さ曲線の最高位点の高さと最下位点の高さとの差を示すものである。
【０１１０】
第２の層間絶縁膜１４の下部及びバリア膜１３には、下層配線１２の上面を露出させる接続孔１４ａが形成されていると共に、第２の層間絶縁膜１４の上部には、接続孔１４ａと連通する上層配線溝１４ｂが形成されている。接続孔１４ａ及び上層配線溝１４ｂには、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなる上層配線１６が形成されている。上層配線１６には、接続孔１４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなるプラグ１６ｃとなる部分があり、該プラグ１６ｃを介して下層配線１２と上層配線１６とが電気的に接続されている。
【０１１１】
本発明の第３の実施形態に係る電子デバイスの特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していること、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在していることに加えて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が凹凸形状を有していることである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。また、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は下層配線１２からの銅が拡散し易い経路となるが、その界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制することができる。さらに、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が凹凸形状を有しているため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面の接触面積が増加するので、界面密着性が大幅に向上することに加えて、銅の拡散経路となる第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面距離の増加、つまり、銅が拡散する実行距離が長くなるので、銅の拡散を抑制することができる。これにより、銅配線の信頼性を向上させることができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。尚、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【０１１２】
図６（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第３の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。尚、図６（ｂ）〜（ｇ）に示す工程は、第１の実施形態における図２（ｂ）〜（ｇ）を用いた工程の説明と同様の方法であるので、ここでは、図６（ｂ）〜（ｇ）に示す工程の説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第３の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の特徴について、すなわち、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置とすることに加えて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面を凹凸形状とするために行なう製造方法を含む図６（ａ）に示す工程について説明する。
【０１１３】
図６（ａ）に示すように、シリコン基板（図示省略）上に、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる疎水性の第１の層間絶縁膜１１を形成した後、例えばシリコン酸化膜よりなるキャップ膜（図示省略、尚、この膜は後述するＣＭＰを行なう工程によって除去される）する。続いて、フォトリソグラフィー法により、キャップ膜の上に、下層配線溝パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に対してドライエッチングを行なって下層配線溝１１ａを形成する。続いて、スパッタ法により、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に形成された下層配線溝１１ａが途中まで埋まるように、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第１のバリアメタル膜１２ａ及び銅シード膜（図示省略）とを順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、下層配線溝１１ａが完全に埋まるように、銅シード膜の上に第１の銅膜１２ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における下層配線溝１１ａの外側にはみ出している部分とキャップ膜とを除去することにより、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂよりなる下層配線１２を形成する。
【０１１４】
ここまでの工程は、本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法と同様であるが、本発明の第３の実施形態では、前記下層配線１２の形成に用いるＣＭＰ法において、ＣＭＰスラリーに含まれる砥粒の密度を２０ｗｔ％以上にすることにより、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させることができると共に凹凸形状を形成することができる。また、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させると共に凹凸形状を形成する他の方法として、前記のように、ＣＭＰ法によって下層配線１２を形成した後、ＡｒとＨ2 とのような質量数の大きい分子と小さい分子との混合ガスを用いたプラズマ処理により、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分に凹凸形状の改質層を形成させる。続いて、例えばＨＦのような薬液によって凹凸形状の表面改質層を除去することにより、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させることができると共に凹凸形状を形成することができる。尚、前記と同様であるが、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面の表面粗さは、算術平均粗さＲa で４以下、又は最大高さＲmax で５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１５】
本発明の第３の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していること、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在していることに加えて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が凹凸形状を有していることである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。また、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は下層配線１２からの銅が拡散し易い経路となるが、その界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制することができる。さらに、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が凹凸形状を有しているため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面の接触面積が増加するので、界面密着性が大幅に向上することに加えて、銅の拡散経路となる第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面距離の増加、つまり、銅が拡散する実行距離が長くなるので、銅の拡散を抑制することができる。これにより、銅配線の信頼性を向上させることができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。尚、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【０１１６】
尚、本実施形態では、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【０１１７】
また、前述では、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに疎水性を有する場合について説明したが、本実施形態においては、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４のそれぞれに用いる材料として、例えば、ナノポーラスシリカ（ＮＣＳ）等よりなる親水性材料を用いてもよい。このように、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに親水性であることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との密着性が向上して界面剥離を防止することができる。
【０１１８】
また、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４は、配線間の電気寄生容量を低減するために、誘電率が２．４以下の低誘電率膜よりなることが好ましい。
【０１１９】
また、前述では、配線（下層配線１２及び上層配線１６）材料として銅を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、配線材料の種類は特に限定されるものではなく、例えば銅、銀、アルミニウム又はこれらの合金等を用いてもよい。
【０１２０】
また、本実施形態では、下層配線１２の配線幅と、下層配線１２と該下層配線１２に隣り合う配線との間の距離とを合わせた長さは、０．４μｍ以下であることが好ましい。
【０１２１】
また、前述では、バリアメタル膜（第１のバリアメタル膜１２ａ及び第２のバリアメタル膜１６ａ）としてＴａ／ＴａＮ積層膜を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、バリアメタル膜の種類は特に限定されるものではなく、例えばＴａ膜、ＴａＮ膜、ＷＮ膜、ＴｉＮ膜又はこれらの積層膜等を用いてもよい。
【０１２２】
また、前述では、バリア膜１３としてシリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）を用いた場合については説明したが、本実施形態においては、バリア膜１３の種類は特に限定されるものではない。すなわち、バリア膜１３として、例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）、ＳｉＣＮ膜（シリコン炭化窒化膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＨ膜若しくはＢＣＢ膜（ベンゾシクロブテン膜）等のうちから選択されるいずれか１つよりなる絶縁性バリア膜、又は例えばＣｏＷＰ膜若しくはＣｏＷＢ膜等のうちから選択されるいずれか１つよりなる導電性の絶縁膜バリア膜を用いることができる。
【０１２３】
また、前述では、下層配線１１の側面及び底部に第１のバリアメタル膜１２ａが形成されている場合について説明したが、本実施形態においては、下層配線溝１１ａに第１のバリアメタル膜１２ａが形成されない構造であってもよい。尚、この場合は、下層配線材料として前記した銅以外の材料を用いた場合はもちろん、拡散の可能性が高い銅を用いた場合であっても、第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜との間にバリア膜が挟まれた従来の構造を比較すると、配線抵抗が低減された構造を実現できると共に、従来の課題における界面剥離の問題を解決することができる。
【０１２４】
また、前述では、第１の層間絶縁膜における表面が露出している部分に凹凸形状の改質層を形成する方法としてＡｒとＨ2 との混合ガスよりなるプラズマを用いた場合について説明したが、ＡｒとＨｅとの混合ガス、ＮＨ3 とＨｅとの混合ガス、ＮＨ3 とＨ2 との混合ガス等を用いてもよい。
【０１２５】
また、前述では、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させると共に凹凸形状を形成する場合について説明したが、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させない場合に、その部分を凹凸形状に形成するように行なってもよい。この場合にも、凹凸形状がある分接触面積が広くなるため界面密着性を向上させると共に、凹凸形状がある分、拡散経路の距離が長くなり、界面の広い範囲に銅が拡散するのを抑制することができる。
【０１２６】
また、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させる方法としては、第２の実施形態で用いた方法を用いてもよく、その後に、前述した方法を用いて該部分に凹凸形状を形成してもよい。
【０１２７】
具体的には、基板上に形成された第１の層間絶縁膜１１に対して、ＮＨ３  ガスを用いたプラズマ処理によって第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を改質させた後に、例えばＨＦのような薬液によって、第１の層間絶縁膜１１における表面が改質された部分を除去する。または、絶縁膜が選択的に除去され易いスラリーを用いたＣＭＰによって絶縁膜表面を選択的に除去する。これにより、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分は、下層配線１２の表面よりも低い位置に存在するようになる。続いて、ＣＭＰスラリーに含まれる砥粒の密度を２０ｗｔ％以上にすることにより、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分に凹凸形状を形成する。または第１の層間絶縁膜１１における表面に、ＡｒとＨ２  とのような質量数の大きい分子と小さい分子との混合ガスを用いたプラズマ処理を行い、凹凸形状からなる改質層を形成させることができる。
【０１２８】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイス及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２９】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す断面図である。
【０１３０】
図７に示すように、シリコン基板（図示省略）上には、疎水性の第１の層間絶縁膜１１及び疎水性の第２の層間絶縁膜１４が形成されている。第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４中に形成された下層配線溝１１ａには、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂがこの順に形成されてなる下層配線１２が形成されている。下層配線１２の上及び側壁には、銅の拡散防止膜として機能する親水性のバリア膜１３又は例えばＣｏＷＰよりなる導電性のバリア膜１３が形成されている。第１の層間絶縁膜１１及びバリア膜１３の上には、前記第２の層間絶縁膜１４が形成されている。
【０１３１】
ここで、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とは直接接合しており、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は、下層配線１２の表面よりも下に位置している。さらに、バリア膜１３は、下層配線１２の側壁においてサイドウォール構造を有している。
【０１３２】
第２の層間絶縁膜１４の下部及びバリア膜１３には、下層配線１２の上面を露出させる接続孔１４ａが形成されていると共に、第２の層間絶縁膜１４の上部には、接続孔１４ａと連通する上層配線溝１４ｂが形成されている。接続孔１４ａ及び上層配線溝１４ｂには、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなる上層配線１６が形成されている。上層配線１６には、接続孔１４ａに形成され、第２のバリアメタル膜１６ａ及び第２の銅膜１６ｂよりなるプラグ１６ｃとなる部分があり、該プラグ１６ｃを介して下層配線１２と上層配線１６とが電気的に接続されている。
【０１３３】
本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していること、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在していることに加えて、バリア膜１３が下層配線１２の側壁においてサイドウォール構造を有していることである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。また、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は下層配線１２からの銅が拡散し易い経路となるが、その界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制することができる。さらに、下層配線１２の側壁においてバリア膜１３のサイドウォール構造が形成されているため、下層配線１２から銅が拡散する界面距離が増加するので、下層配線１２から銅が膜中へ拡散することを抑制することができる。すなわち、下層配線１２から銅が拡散する界面がバリア膜１３のサイドウォール構造によって完全に覆われているため、銅拡散のエネルギーギャップが大きくなるので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制して、銅配線の信頼性を高めることができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上には誘電率が高いバリア膜１３を形成しない又は堆積しないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【０１３４】
尚、本実施形態では、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【０１３５】
図８（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。尚、図８（ｄ）〜（ｇ）に示す工程は、第１の実施形態における図２（ｄ）〜（ｇ）を用いた工程の説明と同様の方法であるので、ここでは、図８（ｄ）〜（ｇ）に示す工程の説明は繰り返さない。したがって、以下では、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の特徴について、すなわち、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置とすることに加えて、下層配線１２の側壁においてバリア膜１３をサイドウォール形状にするために行なう製造方法を含む図８（ａ）〜（ｃ）までの工程について説明する。
【０１３６】
図８（ａ）に示すように、シリコン基板（図示省略）上に、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる疎水性の第１の層間絶縁膜１１を形成した後、例えばシリコン酸化膜よりなるキャップ膜（図示省略、尚、この膜は後述するＣＭＰを行なう工程によって除去される）する。続いて、フォトリソグラフィー法により、キャップ膜の上に、下層配線溝パターンを持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に対してドライエッチングを行なって下層配線溝１１ａを形成する。続いて、スパッタ法により、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１に形成された下層配線溝１１ａが途中まで埋まるように、キャップ膜及び第１の層間絶縁膜１１の上にＴａ／ＴａＮ積層膜よりなる第１のバリアメタル膜１２ａ及び銅シード膜（図示省略）とを順次堆積する。続いて、電解メッキ法により、下層配線溝１１ａが完全に埋まるように、銅シード膜の上に第１の銅膜１２ｂを堆積する。続いて、ＣＭＰ法により、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂ（銅シード膜を含む：以下同じ）における下層配線溝１１ａの外側にはみ出している部分とキャップ膜とを除去することにより、第１のバリアメタル膜１２ａ及び第１の銅膜１２ｂよりなる下層配線１２を形成する。
【０１３７】
次に、第２の実施形態と同様にして、第１の層間絶縁膜１１における表面が露出している部分を、下層配線１２の表面よりも低い位置にする。したがって、後の工程で、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合するように形成されることによって、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在させることができる。
【０１３８】
次に、図８（ｂ）に示すように、下層配線１２の上及び第１の層間絶縁膜１１の上に、厚さが５０ｎｍ程度となるように、銅の拡散防止膜として機能する例えばシリコン炭化膜よりなる親水性のバリア膜１３を堆積する。このとき、下層配線１２の表面と第１の層間絶縁膜１１の表面との間には段差が生じているので、下層配線１２の側壁において、バリア膜がサイドウォール形状に形成される。
【０１３９】
次に、図８（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、バリア膜１３の上に、下層配線１２及びバリア膜１３におけるサイドウォール形状の部分をマスクするレジストパターン（図示省略）を形成した後、該レジストパターンをマスクに用いて、バリア膜１３に対してドライエッチングを行なうことにより、下層配線１２の上及びその側壁にバリア膜１３を残存させる。ここで、バリア膜１３を形成する他の方法としては、例えばｐ−ＣＶＤ法により、下層配線１２の上及びその側壁にＣｏＷＰのような導電性のバリア膜１３を選択的に堆積することも可能である。その後、図８（ｃ）に示すように、第１の層間絶縁膜１１の上及びバリア膜１３の上に、厚さが６００ｎｍ程度となるように、例えば炭素含有のシリコン酸化膜よりなる疎水性の第２の層間絶縁膜１４を堆積する。
【０１４０】
本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの特徴は、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが直接接合していること、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在していることに加えて、バリア膜１３が下層配線１２の側壁においてサイドウォール構造を有していることである。このように、互いに疎水性である第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面が存在していることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面は密着性に優れるため、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面剥離が発生することを防止することができる。したがって、従来例で課題となっている疎水性の層間絶縁膜と親水性のバリア膜との界面剥離の問題を解決することができる。また、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合する界面は下層配線１２からの銅が拡散し易い経路となるが、その界面が下層配線１２の表面よりも低い位置に存在しているので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制することができる。さらに、下層配線１２の側壁においてバリア膜１３のサイドウォール構造が形成されているため、下層配線１２から銅が拡散する界面距離が増加するので、下層配線１２から銅が膜中へ拡散することを抑制することができる。すなわち、下層配線１２から銅が拡散する界面がバリア膜１３のサイドウォール構造によって完全に覆われているため、銅拡散のエネルギーギャップが大きくなるので、下層配線１２からの銅の拡散を抑制して、銅配線の信頼性を高めることができる。また、第１の層間絶縁膜１１の上に誘電率が高いバリア膜１３を形成していないので、配線容量を大幅に低減することができる。このため、電子デバイスの配線遅延の問題を解決することができる。
【０１４１】
尚、本実施形態では、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４とが接合している界面は、下層配線１２の配線高さが２５０ｎｍ以下である場合に、下層配線１２の表面よりも１０ｎｍ以上低い位置に存在していることが好ましい。
【０１４２】
また、前述では、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに疎水性を有する場合について説明したが、本実施形態においては、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４のそれぞれに用いる材料として、例えば、ナノポーラスシリカ（ＮＣＳ）等よりなる親水性材料を用いてもよい。このように、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４が互いに親水性であることにより、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との密着性が向上して界面剥離を防止することができる。
【０１４３】
また、第１の層間絶縁膜１１及び第２の層間絶縁膜１４は、配線間の電気寄生容量を低減するために、誘電率が２．４以下の低誘電率膜よりなることが好ましい。
【０１４４】
また、前述では、配線（下層配線１２及び上層配線１６）材料として銅を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、配線材料の種類は特に限定されるものではなく、例えば銅、銀、アルミニウム又はこれらの合金等を用いてもよい。
【０１４５】
また、本実施形態では、下層配線１２の配線幅と、下層配線１２と該下層配線１２に隣り合う配線との間の距離とを合わせた長さは、０．４μｍ以下であることが好ましい。
【０１４６】
また、前述では、バリアメタル膜（第１のバリアメタル膜１２ａ及び第２のバリアメタル膜１６ａ）としてＴａ／ＴａＮ積層膜を用いた場合について説明したが、本実施形態においては、バリアメタル膜の種類は特に限定されるものではなく、例えばＴａ膜、ＴａＮ膜、ＷＮ膜、ＴｉＮ膜又はこれらの積層膜等を用いてもよい。
【０１４７】
また、前述では、バリア膜１３としてシリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）を用いた場合については説明したが、本実施形態においては、バリア膜１３の種類は特に限定されるものではない。すなわち、バリア膜１３として、例えばＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）、ＳｉＣＮ膜（シリコン炭化窒化膜）、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＨ膜若しくはＢＣＢ膜（ベンゾシクロブテン膜）等のうちから選択されるいずれか１つよりなる絶縁性バリア膜、又は例えばＣｏＷＰ膜若しくはＣｏＷＢ膜等のうちから選択されるいずれか１つよりなる導電性の絶縁膜バリア膜を用いることができる。
【０１４８】
また、前述では、下層配線１１の側面及び底部に第１のバリアメタル膜１２ａが形成されている場合について説明したが、本実施形態においては、下層配線溝１１ａに第１のバリアメタル膜１２ａが形成されていない構造であってもよい。尚、この場合は、下層配線材料として前記した銅以外の材料を用いた場合はもちろん、拡散の可能性が高い銅を用いた場合であっても、第１の層間絶縁膜と第２の層間絶縁膜との間にバリア膜が挟まれた従来の構造を比較すると、配線抵抗が低減された構造を実現できると共に、従来の課題における界面剥離の問題を解決することができる。
【０１４９】
また、本実施形態では、第３の実施形態で説明した方法を用いて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面に凹凸形状をさらに持たす構成にしてもよい。この場合は、前述の効果に加えて、第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面の接触面積が増加するので、界面密着性が大幅に向上することに加えて、銅の拡散経路となる第１の層間絶縁膜１１と第２の層間絶縁膜１４との界面距離が増加するので、銅の拡散を抑制することができる。これにより、銅配線の信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
以上に説明したように、本発明は、電子デバイス及びその製造方法に有用であって、特に、ダマシン法を用いた信頼性が高い銅配線構造等に適用する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す要部断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す要部断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す要部断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第３の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの構造を示す要部断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【図９】従来例に係る電子デバイスの構造を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、従来例に係る電子デバイスの製造方法を示す要部工程断面図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１１、１０１  第１の層間絶縁膜
１１ａ、１０１ａ  下層配線溝
１２、１０２  下層配線
１２ａ、１０２ａ  第１のバリアメタル膜
１２ｂ、１０２ｂ  第１の銅膜
１３、１０３  バリア膜
１４、１０４  第２の層間絶縁膜
１４ａ、１０４ａ  接続孔
１４ｂ、１０４ｂ  上層配線溝
１５、１０５  キャップ膜
１６、１０６  上層配線
１６ａ、１０６ａ  第２のバリアメタル膜
１６ｂ、１０６ｂ  第２の銅膜
１６ｃ  プラグ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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