(57)【要約】【課題】  信頼性に優れた銅配線層を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  第１の層間絶縁膜１および第１の銅配線層３の上に、拡散防止膜４、第２の層間絶縁膜５および第３の層間絶縁膜１１を順に形成し、第１の銅配線層３に至る接続孔６を形成する。また、第３の層間絶縁膜１１に接続孔６に対応する配線溝７を形成した後、接続孔６および配線溝７の内面を被覆するようにして、第３の層間絶縁膜１１の上に第２のバリアメタル膜８を形成する。接続孔６の底部における第２のバリアメタル膜８を除去し、さらに第１の銅配線層３の上面を断面で見て凹状に加工した後、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法により、第２のバリアメタル膜８の上および第１の銅配線層３の上に、窒化タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成する。【選択図】      図７
2006216787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線構造を備えた半導体装置であって、
前記多層配線構造は、第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜に形成された第１の銅配線層と、
前記第１の層間絶縁膜の上に形成された拡散防止膜と、
前記拡散防止膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜に形成された接続孔を介して前記第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層と、
前記接続孔の側壁部および前記第２の銅配線層の内面に形成されたバリアメタル膜と、
前記バリアメタル膜の上および前記第１の銅配線層の上に形成され、前記接続孔の底部以外の部分から露出した前記第２の層間絶縁膜を被覆する金属含有膜と、
前記金属含有膜の上に形成されて、タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜とを有し、
前記金属含有膜に含まれる金属は、延性が高くて前記第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
多層配線構造を備えた半導体装置であって、
前記多層配線構造は、第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜に形成された第１の銅配線層と、
前記第１の層間絶縁膜の上に形成された拡散防止膜と、
前記拡散防止膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、
前記第２の層間絶縁膜に形成された接続孔を介して前記第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層と、
前記接続孔の側壁部および前記第２の銅配線層の内面に形成されたバリアメタル膜と、
前記バリアメタル膜の上および前記第１の銅配線層の上に形成され、前記接続孔の底部以外の部分から露出した前記第２の層間絶縁膜を被覆する金属含有膜と、
前記金属含有膜の上に形成されて、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜とを有し、
前記金属含有膜に含まれる金属は、延性が高くて前記第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記金属はアルミニウムである請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バリアメタル膜は、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれるいずれか１つの単層膜または２つ以上の膜により構成される積層膜である請求項１〜３に記載の半導体装置。
【請求項５】
多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、
第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜および前記第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜および前記拡散防止膜を加工して、前記第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、
前記第３の層間絶縁膜に前記接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝の内面を被覆するようにして前記第３の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
物理的エッチングによって、前記接続孔の底部における前記バリアメタル膜を除去し、さらに前記第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、
ＡＬＤ法またはＣＶＤ法により、前記接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、前記バリアメタル膜の上および前記第１の銅配線層の上に、窒化タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝に銅層を埋め込んで、前記第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、
第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜および前記第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜および前記拡散防止膜を加工して、前記第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、
前記第３の層間絶縁膜に前記接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝の内面を被覆するようにして前記第３の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
物理的エッチングによって、前記接続孔の底部における前記第２のバリアメタル膜を除去し、さらに前記第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、
前記接続孔の底部以外の部分から露出した前記第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、前記バリアメタル膜の上および前記第１の銅配線層の上に、窒化チタン膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝に銅層を埋め込んで、前記第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有し、
前記積層膜を構成する少なくとも１つの膜は、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
多層配線構造を備えた半導体装置の製造方法であって、
第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜および前記第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜および前記拡散防止膜を加工して、前記第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、
前記第３の層間絶縁膜に前記接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝の内面を被覆するようにして前記第２の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
物理的エッチングによって、前記接続孔の底部における前記第２のバリアメタル膜を除去し、さらに前記第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、
前記接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、前記バリアメタル膜の上および前記第１の銅配線層の上に金属含有膜を形成する工程と、
前記金属含有膜の上に、タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝に銅層を埋め込んで、前記第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有し、
前記金属含有膜に含まれる金属は、延性が高くて前記第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
多層配線構造を備えた半導体装置の製造方法であって、
第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜および前記第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜および前記拡散防止膜を加工して、前記第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、
前記第３の層間絶縁膜に前記接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝の内面を被覆するようにして前記第３の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、
物理的エッチングによって、前記接続孔の底部における前記第２のバリアメタル膜を除去し、さらに前記第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、
前記接続孔の底部以外の部分から露出した前記第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、前記バリアメタル膜の上および前記第１の銅配線層の上に金属含有膜を形成する工程と、
前記金属含有膜の上に、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成する工程と、
前記接続孔および前記配線溝に銅層を埋め込んで、前記第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有し、
前記金属含有膜に含まれる金属は、延性が高くて前記第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記金属はアルミニウムである請求項５〜８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記バリアメタル膜は、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれるいずれか１つの単層膜または２つ以上の膜により構成される積層膜である請求項５〜９に記載の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、半導体装置およびその製造方法に関し、より詳しくは、多層配線構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化・高速化に伴って配線構造の多層化が進んでいる。しかし、こうした微細化、高速化および多層化が進むと、配線抵抗および配線層間の寄生容量の増大による信号遅延が問題となる。ここで、信号遅延Ｔは、配線抵抗Ｒと寄生容量Ｃの積に比例する。したがって、信号遅延Ｔを小さくするためには、配線層の低抵抗化および寄生容量の低減が必要となる。
【０００３】
配線抵抗および寄生容量の増大に基づく信号遅延を防止するために、従来より、アルミニウム配線に代わる銅配線の導入が行われるとともに、層間絶縁膜として低誘電率の絶縁膜を用いることが試みられてきた。
【０００４】
銅配線の形成方法としては、ダマシン法によるものがある。これは、銅がアルミニウムに比較してエッチングレートの制御が困難であることに鑑み、銅をエッチングせずに配線を形成する技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ダマシン法は、具体的には、ドライエッチングによって層間絶縁膜に開口部を形成し、この開口部にバリアメタル膜を介して銅層を埋込んで銅配線層を形成する技術である。銅層の埋込みは、メッキ法により開口部を埋設するように銅層を形成した後、化学的機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ，以下、ＣＭＰ法という。）により、開口部内にのみ銅層を残すように表面を研磨することによって実現することができる。
【０００６】
ところで、配線の微細化が進むにしたがって、半導体装置では、ストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションなどの信頼性の確保が重要となる。
【０００７】
これに対して、バリアメタル膜を成膜した直後にｉｎ−ｓｉｔｕで物理的エッチングを行い、接続孔の底部にあるバリアメタル膜を完全に除去した後、さらに下層の銅配線層を凹状に加工する技術が提案されている。この方法では、エッチング条件を調整し、接続孔底部でのエッチング速度を他の部分の速度より相対的に速めることによって、配線溝等の接続孔以外の部分におけるバリアメタル膜を除去しないようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３２３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、接続孔や配線溝におけるエッチング速度は、これらの構造や位置関係によって異なるので、全ての接続孔底部におけるバリアメタル膜を完全に除去する一方で、配線溝等の他の部分におけるバリアメタル膜を確実に残すようにすることは困難である。このため、実際には、接続孔底部のバリアメタル膜を完全に除去すると、配線溝底部等でも局所的にバリアメタル膜が除去されてしまい、この部分における下地の層間絶縁膜が露出するという問題を生じていた。
【００１０】
こうした問題に対して、エッチング処理後にバリアメタル膜を再び成膜することによって、露出した層間絶縁膜を被覆することが試みられている。この場合、バリアメタル膜の成膜とエッチングとは、通常、ｉｎ−ｓｉｔｕで同一のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）チャンバ内にて行われるので、２回目のバリアメタル膜の成膜も同じチャンバ内で行うのが主流である。しかし、ＰＶＤ法により成膜したバリアメタル膜では、配線溝底部でバリアメタル膜が局所的に除去されることによって生じた段差を十分に被覆することは困難である。このため、配線を形成する銅層と層間絶縁膜とが直接接触する個所が発生し、半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、信頼性に優れた銅配線層を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の第１の発明は、多層配線構造を備えた半導体装置であって、この多層配線構造は、第１の層間絶縁膜と、この第１の層間絶縁膜に形成された第１の銅配線層と、第１の層間絶縁膜の上に形成された拡散防止膜と、この拡散防止膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、この第２の層間絶縁膜に形成された接続孔を介して第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層と、接続孔の側壁部および第２の銅配線層の内面に形成されたバリアメタル膜と、このバリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に形成され、接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆する金属含有膜と、この金属含有膜の上に形成されて、タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜とを有し、金属含有膜に含まれる金属が、延性が高くて第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置に関する。
【００１４】
また、本願の第２の発明は、多層配線構造を備えた半導体装置であって、この多層配線構造は、第１の層間絶縁膜と、この第１の層間絶縁膜に形成された第１の銅配線層と、第１の層間絶縁膜の上に形成された拡散防止膜と、この拡散防止膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、この第２の層間絶縁膜に形成された接続孔を介して第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層と、接続孔の側壁部および第２の銅配線層の内面に形成されたバリアメタル膜と、このバリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に形成され、接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆する金属含有膜と、この金属含有膜の上に形成されて、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜とを有し、金属含有膜に含まれる金属が、延性が高くて第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置に関する。
【００１５】
また、本願の第３の発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、第１の層間絶縁膜および第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、この拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、この第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、第２の層間絶縁膜および拡散防止膜を加工して、第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、第３の層間絶縁膜に接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、接続孔および配線溝の内面を被覆するようにして第３の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、物理的エッチングによって、接続孔の底部におけるバリアメタル膜を除去し、さらに第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法により、接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、バリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に、窒化タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成する工程と、接続孔および配線溝に銅層を埋め込んで、第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【００１６】
また、本願の第４の発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、第１の層間絶縁膜および第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、この拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、この第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、第２の層間絶縁膜および拡散防止膜を加工して、第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、第３の層間絶縁膜に接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、接続孔および配線溝の内面を被覆するようにして第３の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、物理的エッチングによって、接続孔の底部における第２のバリアメタル膜を除去し、さらに第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、バリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に、窒化チタン膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成する工程と、接続孔および配線溝に銅層を埋め込んで、第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有し、積層膜を構成する少なくとも１つの膜は、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【００１７】
また、本願の第５の発明は、多層配線構造を備えた半導体装置の製造方法であって、第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、第１の層間絶縁膜および第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、この拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、この第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、第２の層間絶縁膜および拡散防止膜を加工して、第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、第３の層間絶縁膜に接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、接続孔および配線溝の内面を被覆するようにして第２の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、物理的エッチングによって、接続孔の底部における第２のバリアメタル膜を除去し、さらに第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、バリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に金属含有膜を形成する工程と、この金属含有膜の上に、タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成する工程と、接続孔および配線溝に銅層を埋め込んで、第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有し、金属含有膜に含まれる金属が、延性が高くて第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【００１８】
さらに、本願の第６の発明は、多層配線構造を備えた半導体装置の製造方法であって、第１の層間絶縁膜に第１の銅配線層を形成する工程と、第１の層間絶縁膜および第１の銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、この拡散防止膜の上に第２の層間絶縁膜を形成する工程と、この第２の層間絶縁膜の上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、第２の層間絶縁膜および拡散防止膜を加工して、第１の銅配線層に至る接続孔を形成する工程と、第３の層間絶縁膜に接続孔に対応する配線溝を形成する工程と、接続孔および配線溝の内面を被覆するようにして第３の層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を形成する工程と、物理的エッチングによって、接続孔の底部における第２のバリアメタル膜を除去し、さらに第１の銅配線層の上面を断面で見て凹状に加工する工程と、接続孔の底部以外の部分から露出した第２の層間絶縁膜を被覆するようにして、バリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に金属含有膜を形成する工程と、この金属含有膜の上に、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成する工程と、接続孔および配線溝に銅層を埋め込んで、第１の銅配線層に電気的に接続する第２の銅配線層を形成する工程とを有し、金属含有膜に含まれる金属が、延性が高くて第２の層間絶縁膜中での拡散係数が銅より小さい金属であることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１９】
本願の第１の発明によれば、金属含有膜の上に、タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成するので、配線溝の底部で第２のバリアメタル膜が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜を、段差部分を含めてこれらの膜で完全に被覆することができる。
【００２０】
また、本願の第２の発明によれば、金属含有膜の上に、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成するので、下地に対してより高い段差被覆性が得られるとともに、シード銅との密着性を向上させることもできる。
【００２１】
また、本願の第３の発明によれば、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって、バリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に、窒化タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成するので、配線溝の底部で第２のバリアメタル膜が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜を、段差部分を含めて完全に被覆することができる。
【００２２】
また、本願の第４の発明によれば、バリアメタル膜の上および第１の銅配線層の上に、窒化チタン膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜をＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって形成するので、配線溝の底部で第２のバリアメタル膜が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜を、段差部分を含めて完全に被覆することができる。また、シード銅との密着性を向上させることもできる。
【００２３】
また、本願の第５の発明によれば、金属含有膜の上に、タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成するので、配線溝の底部で第２のバリアメタル膜が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜を、段差部分を含めてこれらの膜で完全に被覆することができる。
【００２４】
さらに、本願の第６の発明によれば、金属含有膜の上に、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成するので、下地に対してより高い段差被覆性が得られるとともに、シード銅との密着性を向上させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施の形態１．
図１〜図７を参照して、本発明による半導体装置の製造方法について説明する。尚、トランジスタ、拡散層およびプラグ形成などの通常のＬＳＩ製造工程については便宜上割愛し、金属配線の形成工程について説明する。また、図１〜図７において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
【００２６】
まず、図１に示すように、下層の銅配線層が形成された半導体基板を準備する。図１において、１は第１の層間絶縁膜、２は第１のバリアメタル膜、３は第１の銅配線層である。第１のバリアメタル膜２としては、例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタンタル（Ｔａ）膜とからなる積層膜を用いることができる。尚、半導体基板としては、例えばシリコン基板などを用いることができるが、図１では半導体基板を省略している。
【００２７】
次に、第１の銅配線層３および第１の層間絶縁膜１の上に拡散防止膜４を形成した後、拡散防止膜４の上に第２の層間絶縁膜５および第３の層間絶縁膜１１をこの順に形成する（図２）。尚、第２の層間絶縁膜５と第３の層間絶縁膜１１の間に、ＳｉＣ膜またはＳｉＮ膜などのエッチングストッパ膜（図示せず）を設けてもよい。
【００２８】
第１の層間絶縁膜１、第２の層間絶縁膜５および第３の層間絶縁膜１１は、それぞれ同じ膜であってもよいし、異なる膜であってもよい。また、いずれか２つが同じ膜であってもよい。例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＣ膜、ＨＳＱ（水素化シルセスキオキサン）膜、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜、ポーラスＨＳＱ膜およびポーラスＭＳＱ膜などの無機絶縁膜の他に、フッ素を含む有機ポリマー系の絶縁膜なども用いることができる。また、拡散防止膜４としては、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜またはＳｉＣＮ膜などを用いることができる。
【００２９】
次いで、第２の層間絶縁膜５および第３の層間絶縁膜１１を加工して、第１の銅配線層３に至る接続孔６と、接続孔６に対応した配線溝７とを形成する（図３）。例えば、第２の層間絶縁膜５および拡散防止膜４をドライエッチングして、第１の銅配線層３に至る接続孔６を形成した後、第３の層間絶縁膜１１に接続孔６に対応する配線溝７を形成する。
【００３０】
次に、接続孔６および配線溝７の内面を被覆するようにして、第３の層間絶縁膜１１の上に第２のバリアメタル膜８を形成する（図４）。例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタンタル（Ｔａ）膜とをこの順にＰＶＤ法により成膜して、第２のバリアメタル膜８とすることができる。尚、タンタル膜を形成してから窒化タンタル膜を形成してもよい。
【００３１】
第２のバリアメタル膜８を形成した後は、同一のチャンバ内において物理的エッチングを行う。これにより、接続孔６の底部に形成された第２のバリアメタル膜８を完全に除去した後、さらに第１の銅配線層３を断面で見て凹状に加工して図５の構造とする。エッチング条件は、接続孔６の底部におけるエッチング速度が、配線溝７等の他の部分におけるエッチング速度より相対的に速まるように調整する。
【００３２】
図５に示すように、物理的エッチングを行うことによって、接続孔６の底部だけでなく、配線溝７の底部における第２のバリアメタル膜８も部分的に除去される。これにより、第２の層間絶縁膜５が表面に露出する。
【００３３】
本実施の形態においては、上記の物理的エッチングの後に、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、窒化タンタル（ＴａＮ）膜９を全面に形成することを特徴としている（図６）。ＡＬＤ法やＣＶＤ法は、段差被覆性に優れた成膜方法であるので、窒化タンタル膜９をこれらの方法で形成することによって、配線溝７の底部で第２のバリアメタル膜８が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜５を、段差部分を含めて窒化タンタル膜９で完全に被覆することができる。
【００３４】
窒化タンタル膜９を形成した後は、接続孔６と配線溝７に銅層を充填することによって、第２の銅配線層１０を形成することができる（図７）。銅層の埋込みは、例えば、スパッタ法によってシード銅としての銅膜（図示せず）を形成した後にめっき法を用いて行うことができる。
【００３５】
以上述べたように、本実施の形態によれば、接続孔６の底部における第２のバリアメタル膜８を物理的エッチングで除去した後に、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法を用いて窒化タンタル膜９を形成するので、配線溝７の底部で第２のバリアメタル膜８が局所的に除去されることにより生じた段差を窒化タンタル膜９で完全に被覆することができる。したがって、銅層１０と第２の層間絶縁膜５とが直接接触するのを防ぐことができるので、銅が第２の層間絶縁膜５中に拡散するのを抑制して半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
尚、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜８として、ＰＶＤ法により成膜した窒化タンタル膜とタンタル膜とからなる積層膜を例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第２のバリアメタル膜８として、窒化タンタル膜またはタンタル膜からなる単層膜を用いることもできる。また、第２のバリアメタル膜８として、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる単層膜または積層膜を用いることもできる。第１のバリアメタル膜２についても同様である。
【００３７】
また、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜２を物理的エッチングにより除去した後に、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって窒化タンタル膜９を成膜しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、窒化タンタル膜９に代えて、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって成膜したチタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる膜を成膜してもよい。換言すると、第２のバリアメタル膜２の上および第１の銅配線層３の上に、窒化タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成することができる。
【００３８】
実施の形態２
図８〜図１０を参照して、本発明による半導体装置の製造方法について説明する。尚、トランジスタ、拡散層およびプラグ形成などの通常のＬＳＩ製造工程については便宜上割愛し、金属配線の形成工程について説明する。また、図８〜図１０において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
【００３９】
まず、実施の形態１で説明した図１〜図３と同様にして、第１のバリアメタル膜２２を介して第１の銅配線層２３が埋め込まれた第１の層間絶縁膜２１の上に、拡散防止膜２４、第２の層間絶縁膜２５および第３の層間絶縁膜３２をこの順に形成した後、第２の層間絶縁膜２５および第３の層間絶縁膜３２を加工することによって、第１の銅配線層２３に至る接続孔２６と、接続孔２６に対応した配線溝２７とを形成する。例えば、第２の層間絶縁膜２５および拡散防止膜２４をドライエッチングして、第１の銅配線層２３に至る接続孔２６を形成した後、第３の層間絶縁膜３２に接続孔２６に対応する配線溝２７を形成する。尚、第２の層間絶縁膜２５と第３の層間絶縁膜３２の間に、ＳｉＣ膜またはＳｉＮ膜などのエッチングストッパ膜（図示せず）を設けてもよい。
【００４０】
第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２５および第３の層間絶縁膜３２は、それぞれ同じ膜であってもよいし、異なる膜であってもよい。また、いずれか２つが同じ膜であってもよい。例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＣ膜、ＨＳＱ（水素化シルセスキオキサン）膜、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜、ポーラスＨＳＱ膜およびポーラスＭＳＱ膜などの無機絶縁膜の他に、フッ素を含む有機ポリマー系の絶縁膜なども用いることができる。また、拡散防止膜２４としては、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜またはＳｉＣＮ膜などを用いることができる。
【００４１】
次いで、実施の形態１で説明した図４と同様にして、接続孔２６および配線溝２７の内面を被覆するようにして、第３の層間絶縁膜３２の上に第２のバリアメタル膜２８を形成する。
【００４２】
尚、第１のバリアメタル膜２２および第２のバリアメタル膜２８としては、例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタンタル（Ｔａ）膜とをこの順にＰＶＤ法により成膜した積層膜を用いることができる。この場合、タンタル膜を形成してから窒化タンタル膜を形成してもよい。
【００４３】
第２のバリアメタル膜２８を成膜した後は、実施の形態１で説明した図５と同様にして、物理的エッチングによって接続孔２６の底部に形成された第２のバリアメタル膜２８を完全に除去し、さらに第１の銅配線層２３を断面で見て凹状に加工して図８の構造とする。エッチング条件は、接続孔２６の底部におけるエッチング速度が、他の部分におけるエッチング速度より相対的に速まるように調整する。
【００４４】
図８に示すように、物理的エッチングを行うことによって、接続孔２６の底部だけでなく、配線溝２７の底部における第２のバリアメタル膜２８も部分的に除去される。これにより、第２の層間絶縁膜２５が表面に露出する。
【００４５】
本実施の形態においては、上記の物理的エッチングの後に、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法を用いて窒化タンタル（ＴａＮ）膜２９を全面に成膜してから、さらに、ＰＶＤ法により窒化タンタル膜２９の上にタンタル（Ｔａ）膜３０を成膜することを特徴としている（図９）。
【００４６】
タンタル膜３０を形成した後は、接続孔２６と配線溝２７に銅層を充填することによって、第２の銅配線層３１を形成することができる（図１０）。銅層の埋込みは、例えば、スパッタ法によってシード銅としての銅膜（図示せず）を形成した後にめっき法を用いて行うことができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、配線溝２７の底部で第２のバリアメタル膜２８が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜２５を、段差部分を含めて窒化タンタル膜２９で完全に被覆することができるので、銅が第２の層間絶縁膜２５中に拡散するのを抑制して半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。また、窒化タンタル膜２９の上にタンタル膜３０を設けることによって、シード銅との密着性を高めることができるので、半導体装置の信頼性を一層向上させることが可能となる。
【００４８】
尚、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜２８として、ＰＶＤ法により成膜したタンタル膜と窒化タンタル膜とからなる積層膜を例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第２のバリアメタル膜２８として、タンタル膜または窒化タンタル膜からなる単層膜を用いることもできる。また、第２のバリアメタル膜２８として、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる単層膜または積層膜を用いることもできる。第１のバリアメタル膜２２についても同様である。
【００４９】
また、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜２８を物理的エッチングにより除去した後に、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法を用いて窒化タンタル膜２９を全面に成膜してから、さらに、ＰＶＤ法により窒化タンタル膜２９の上にタンタル膜３０を成膜しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、これらの膜の他に、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる膜を用いて積層膜とすることもできる。換言すると、第２のバリアメタル膜２８の上および第１の銅配線層２３の上に、窒化タンタル、窒化チタン膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成することができる。但し、何れの場合においても、積層膜を構成する少なくとも１つの膜によって、配線溝２７の底部で露出した第２の層間絶縁膜２５が完全に被覆されなければならない。このため、積層膜を構成する少なくとも１つの膜が、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって形成されることが必要となる。
【００５０】
実施の形態３．
図１１〜図１３を参照して、本発明による半導体装置の製造方法について説明する。尚、トランジスタ、拡散層およびプラグ形成などの通常のＬＳＩ製造工程については便宜上割愛し、金属配線の形成工程について説明する。また、図１１〜図１３において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
【００５１】
まず、実施の形態１で説明した図１〜図３と同様にして、第１のバリアメタル膜４２を介して第１の銅配線層４３が埋め込まれた第１の層間絶縁膜４１の上に、拡散防止膜４４、第２の層間絶縁膜４５および第３の層間絶縁膜５２をこの順に形成した後、第２の層間絶縁膜４５と第３の層間絶縁膜５２を加工することによって、第１の銅配線層４３に至る接続孔４６と、接続孔４６に対応した配線溝４７とを形成する。例えば、第２の層間絶縁膜４５および拡散防止膜４４をドライエッチングして、第１の銅配線層４３に至る接続孔４６を形成した後、第３の層間絶縁膜５２に接続孔４６に対応する配線溝４７を形成する。尚、第２の層間絶縁膜４５と第３の層間絶縁膜５２の間に、ＳｉＣ膜またはＳｉＮ膜などのエッチングストッパ膜（図示せず）を設けてもよい。
【００５２】
第１の層間絶縁膜４１、第２の層間絶縁膜４５および第３の層間絶縁膜５２は、それぞれ同じ膜であってもよいし、異なる膜であってもよい。また、いずれか２つが同じ膜であってもよい。例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＣ膜、ＨＳＱ（水素化シルセスキオキサン）膜、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜、ポーラスＨＳＱ膜およびポーラスＭＳＱ膜などの無機絶縁膜の他に、フッ素を含む有機ポリマー系の絶縁膜なども用いることができる。また、拡散防止膜４４としては、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜またはＳｉＣＮ膜などを用いることができる。
【００５３】
次いで、実施の形態１で説明した図４と同様にして、接続孔４６および配線溝４７の内面を被覆するようにして、第３の層間絶縁膜５２の上に第２のバリアメタル膜４８を形成する。
【００５４】
尚、第１のバリアメタル膜４２および第２のバリアメタル膜４８としては、例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタンタル（Ｔａ）膜とをこの順にＰＶＤ法により成膜した積層膜を用いることができる。この場合、タンタル膜を形成してから窒化タンタル膜を形成してもよい。
【００５５】
第２のバリアメタル膜４８を成膜した後は、実施の形態１で説明した図５と同様にして、物理的エッチングによって接続孔４６の底部に形成された第２のバリアメタル膜４８を完全に除去し、さらに第１の銅配線層４３を断面で見て凹状に加工して図１１の構造とする。エッチング条件は、接続孔４６の底部におけるエッチング速度が、他の部分におけるエッチング速度より相対的に速まるように調整する。
【００５６】
図１１に示すように、物理的エッチングを行うことによって、接続孔４６の底部だけでなく、配線溝４７の底部における第２のバリアメタル膜４８も部分的に除去される。
【００５７】
本実施の形態においては、上記の物理的エッチングの後に、ＰＶＤ法を用いてアルミニウム（Ａｌ）膜４９を全面に成膜してから、さらに、ＰＶＤ法によりアルミニウム膜４９の上にタンタル（Ｔａ）膜５０を成膜することを特徴としている（図１２）。ここで、アルミニウム膜４９は、本発明における金属含有膜である。
【００５８】
アルミニウムは延性に優れているので、ＰＶＤ法による成膜時または成膜後の加熱により軟化して、配線溝４７の底部で第２のバリアメタル膜４８が局所的に除去されることによって生じた段差を緩和する。したがって、この上に形成するタンタル膜５０がＰＶＤ法により形成した膜であっても、露出した第２の層間絶縁膜４５を段差を含めて完全に被覆することが可能である。すなわち、アルミニウム膜４９およびタンタル膜５０によって、配線溝４７の底部で第２のバリアメタル膜４８が除去されることにより露出した第２の層間絶縁膜４５を、段差部分を含めてこれらの膜で完全に被覆することができる。
【００５９】
尚、アルミニウムは、層間絶縁膜中における拡散係数が銅より小さいので、アルミニウム膜４９が第２の層間絶縁膜４５に直接接触していても問題はない。
【００６０】
タンタル膜５０を形成した後は、接続孔４６と配線溝４７に銅層を充填することによって、第２の銅配線層５１を形成することができる（図１３）。銅層の埋込みは、例えば、スパッタ法によってシード銅としての銅膜（図示せず）を形成した後にめっき法を用いて行うことができる。
【００６１】
本実施の形態においては、第１の銅配線層４３とアルミニウム膜４９とが、接続孔４６の底部で直接接触している。このため、第２の銅配線層５１を形成する際の熱処理過程で、銅とアルミニウムの合金化が進行し、これによっても半導体装置の信頼性が向上する。また、タンタル膜５０はＰＶＤ法によって成膜するので、ＡＬＤ法により成膜する場合に比較してより安定的な成膜が可能となる。
【００６２】
尚、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜４８として、ＰＶＤ法により成膜したタンタル膜と窒化タンタル膜とからなる積層膜を例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第２のバリアメタル膜４８として、タンタル膜または窒化タンタル膜からなる単層膜を用いることもできる。また、第２のバリアメタル膜４８として、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる単層膜または積層膜を用いることもできる。また、第１のバリアメタル膜４２についても同様である。
【００６３】
また、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜４８をエッチングにより除去した後に、ＰＶＤ法を用いてアルミニウム膜４９を全面に成膜してから、さらに、ＰＶＤ法によりアルミニウム膜４９の上にタンタル膜５０を成膜しているが、本発明はこれに限られるものではない。
【００６４】
本発明においては、金属含有膜に含まれる金属が、延性が高くて第２の層間絶縁膜４５中での拡散係数が銅より小さい金属であれば、アルミニウム膜４９以外の金属含有膜も用いることができる。また、タンタル膜５０に代えて、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる膜を用いることもできる。換言すると、金属含有膜の上に、窒化タンタル、チタンおよびタングステン並びにこれらの窒化物および窒化圭化物よりなる群から選ばれる１の材料からなる膜を形成することができる。
【００６５】
実施の形態４．
図１４〜図１６を参照して、本発明による半導体装置の製造方法について説明する。尚、トランジスタ、拡散層およびプラグ形成などの通常のＬＳＩ製造工程については便宜上割愛し、金属配線の形成工程について説明する。また、図１４〜図１６において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。
【００６６】
まず、実施の形態１で説明した図１〜図３と同様にして、第１のバリアメタル膜６２を介して第１の銅配線層６３が埋め込まれた第１の層間絶縁膜６１の上に、拡散防止膜６４、第２の層間絶縁膜６５および第３の層間絶縁膜７３をこの順に形成した後、第２の層間絶縁膜６５と第３の層間絶縁膜７３を加工することによって、第１の銅配線層６３に至る接続孔６６と、接続孔６６に対応した配線溝６７とを形成する。例えば、第２の層間絶縁膜６５および拡散防止膜６４をドライエッチングして、第１の銅配線層６３に至る接続孔６６を形成した後、第３の層間絶縁７３に接続孔６６に対応する配線溝６７を形成する。尚、第２の層間絶縁膜６５と第３の層間絶縁膜７３の間に、ＳｉＣ膜またはＳｉＮ膜などのエッチングストッパ膜（図示せず）を設けてもよい。
【００６７】
第１の層間絶縁膜６１、第２の層間絶縁膜６５および第３の層間絶縁膜７３は、それぞれ同じ膜であってもよいし、異なる膜であってもよい。また、いずれか２つが同じ膜であってもよい。例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＣ膜、ＨＳＱ（水素化シルセスキオキサン）膜、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜、ポーラスＨＳＱ膜およびポーラスＭＳＱ膜などの無機絶縁膜の他に、フッ素を含む有機ポリマー系の絶縁膜なども用いることができる。また、拡散防止膜６４としては、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜またはＳｉＣＮ膜などを用いることができる。
【００６８】
次いで、実施の形態１で説明した図４と同様にして、接続孔６６および配線溝６７の内面を被覆するようにして、第３の層間絶縁膜７３の上に第２のバリアメタル膜６８を形成する。
【００６９】
尚、第１のバリアメタル膜６２および第２のバリアメタル膜６８としては、例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタンタル（Ｔａ）膜とをこの順にＰＶＤ法により成膜した積層膜を用いることができる。この場合、タンタル膜を形成してから窒化タンタル膜を形成してもよい。
【００７０】
第２のバリアメタル膜６８を形成した後は、実施の形態１で説明した図５と同様にして、物理的エッチングによって接続孔６６の底部に形成された第２のバリアメタル膜６８を完全に除去し、さらに第１の銅配線層を断面で見て凹状に加工して図１４の構造とする。エッチング条件は、接続孔６６の底部におけるエッチング速度が、他の部分におけるエッチング速度より相対的に速まるように調整する。
【００７１】
図１４に示すように、物理的エッチングを行うことによって、接続孔６６の底部だけでなく、配線溝６７の底部における第２のバリアメタル膜６８も部分的に除去される。これにより、第２の層間絶縁膜６５が表面に露出する。
【００７２】
本実施の形態においては、上記の物理的エッチングの後に、ＰＶＤ法を用いてアルミニウム（Ａｌ）膜６９を全面に成膜してから、ＰＶＤ法により窒化タンタル（ＴａＮ）膜７０を成膜し、さらに、ＰＶＤ法によりタンタル（Ｔａ）膜７１を成膜することを特徴としている（図１５）。ここで、アルミニウム膜６９は、本発明における金属含有膜である。
【００７３】
実施の形態３で述べたように、アルミニウム膜６９は、ＰＶＤ法による成膜時または成膜後の加熱により軟化して、配線溝６７の底部で第２のバリアメタル膜６８が局所的に除去されることによって生じた段差を緩和する。したがって、この上に形成する窒化タンタル膜７０がＰＶＤ法により形成した膜であっても、露出した第２の層間絶縁膜６５を段差を含めて完全に被覆することが可能である。さらに、本実施の形態においては、窒化タンタル膜７０の上にさらにタンタル膜７１を形成するので、実施の形態３に比較してより高い段差被覆性が得られるとともに、後述するシード銅との密着性を向上させることもできる。
【００７４】
尚、アルミニウムは、層間絶縁膜中における拡散係数が銅より小さいので、アルミニウム膜６９が第２の層間絶縁膜６５に直接接触していても問題はない。
【００７５】
タンタル膜７１を形成した後は、接続孔６６と配線溝６７に銅層を充填することによって、第２の銅配線層７２を形成することができる（図１６）。銅層の埋込みは、例えば、スパッタ法によってシード銅としての銅膜（図示せず）を形成した後にめっき法を用いて行うことができる。
【００７６】
本実施の形態においては、第１銅配線層６３とアルミニウム膜６９とが、接続孔６６の底部で直接接触している。このため、第２の銅配線層７２を形成する際の熱処理過程で、銅とアルミニウムの合金化が進行し、これによっても半導体装置の信頼性が向上する。また、窒化タンタル膜７０およびタンタル膜７１はＰＶＤ法によって成膜するので、ＡＬＤ法により成膜する場合に比較してより安定的な成膜が可能となる。
【００７７】
また、窒化タンタル膜７０の上にタンタル膜７１を設けることによって、シード銅との密着性を高めることができるので、半導体装置の信頼性を一層向上させることが可能となる。
【００７８】
尚、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜６８として、ＰＶＤ法により成膜したタンタル膜と窒化タンタル膜とからなる積層膜を例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第２のバリアメタル膜６８として、タンタル膜または窒化タンタル膜からなる単層膜を用いることもできる。また、第２のバリアメタル膜６８として、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる単層膜または積層膜を用いることもできる。また、第１のバリアメタル膜６２についても同様である。
【００７９】
また、本実施の形態においては、第２のバリアメタル膜６８を物理的エッチングにより除去した後に、ＰＶＤ法を用いてアルミニウム膜６９を全面に成膜してから、ＰＶＤ法により窒化タンタル膜７０を成膜し、さらに、ＰＶＤ法によりタンタル膜７１を成膜している。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。
【００８０】
すなわち、金属含有膜中に含まれる金属が、延性が高くて第２の層間絶縁膜６５中での拡散係数が銅より小さい金属であれば、アルミニウム膜６９以外の金属含有膜も用いることができる。
【００８１】
また、窒化タンタル膜７０やタンタル膜７１の他に、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）等の高融点金属またはこれらの窒化物若しくは窒化圭化物からなる膜を用いて積層膜とすることもできる。換言すると、金属含有膜の上に、窒化タンタル膜、タンタル膜、チタン膜およびタングステン膜並びにこれらの窒化物膜および窒化圭化物膜よりなる群から選ばれる２つ以上の膜により構成される積層膜を形成することができる。但し、何れの場合においても、積層膜を構成する少なくとも１つの膜によって、配線溝６７の底部で露出した第２の層間絶縁膜６５が完全に被覆されなければならない。このため、積層膜を構成する少なくとも１つの膜が、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって形成されることが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図２】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図４】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図５】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図７】実施の形態１における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図８】実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図９】実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】実施の形態４における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】実施の形態４における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】実施の形態４における半導体装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００８３】
１，２１，４１，６１  第１の層間絶縁膜
２，２２，４２，６２  第１のバリアメタル膜
３，２３，４３，６３  第１の銅配線層
４，２４，４４，６４  拡散防止膜
５，２５，４５，６５  第２の層間絶縁膜
６，２６，４６，６６  接続孔
７，２７，４７，６７  配線溝
８，２８，４８，６８  第２のバリアメタル膜
９，２９，７０  窒化タンタル膜
１０，３１，５１，７２  第２の銅配線層
３０，５０，７１  タンタル膜
４９，６９  アルミニウム膜
１１，３２，５２，７３  第３の層間絶縁膜
【図１】
2006216787.tif 000003
【図２】
2006216787.tif 000004
【図３】
2006216787.tif 000005
【図４】
2006216787.tif 000006
【図５】
2006216787.tif 000007
【図６】
2006216787.tif 000008
【図７】
2006216787.tif 000009
【図８】
2006216787.tif 000010
【図９】
2006216787.tif 000011
【図１０】
2006216787.tif 000012
【図１１】
2006216787.tif 000013
【図１２】
2006216787.tif 000014
【図１３】
2006216787.tif 000015
【図１４】
2006216787.tif 000016
【図１５】
2006216787.tif 000017
【図１６】
2006216787.tif 000018