(57)【要約】【課題】  金属多層構造を持つ配線層のストレスを緩和しつつ、ボイドの発生を抑制する。【解決手段】  スパッタリング法にて絶縁層１上にＴｉＮ膜２を堆積した後、Ａｒを用いたプラズマエッチング処理を行うことにより、ＴｉＮ膜２の表面を逆スパッタして、ＴｉＮ膜２の表面の結晶性を劣化させた結晶性緩和層２ａを形成し、スパッタリング法を用いることにより、結晶性緩和層２ａを介してＴｉＮ膜２上にＡｌ−Ｃｕ膜３を堆積してから、Ａｌ−Ｃｕ膜３上にＴｉ膜４およびＴｉＮ膜５を順次堆積する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属配線層と、
前記金属配線層下に形成された下地金属層と、
前記下地金属層と前記金属配線層との間に形成され、前記下地金属層の表面の結晶性を劣化させた結晶性劣化層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記下地金属層を有する金属配線層は、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造であ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】
絶縁層上に下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層の表面の逆スパッタを行うことにより、前記下地金属層の表面の結晶性を劣化させる工程と、
前記逆スパッタされた下地金属層上に金属配線層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
絶縁層上に下地金属層を形成する工程と、
前記下地金属層の表層にイオン注入を行うことにより、前記下地金属層の表層の結晶性を劣化させる工程と、
前記イオン注入された下地金属層上に金属配線層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記下地金属層を有する金属配線層は、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造であることを特徴とする請求項３または４記載の半導体装置。
【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配線の製造方法に関し、特に、下地層としてＴｉＮ膜を有する配線の製造方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置では、Ａｌ配線層のエレクトロマイグレーションを抑制するため、Ａｌ配線層の下地層としてＴｉＮ膜を形成することが行われている。
また、例えば、特許文献１には、Ａｌを用いた多層構造の金属配線形成時にＴｉＮ／Ａｌ界面における格子の不一致を解消するために、窒素が過剰に含有されているＴｉ層を基板上に堆積し、Ｎ2またはＮＨ3の雰囲気にて急速熱処理することにより、一定の結晶格子のＴｉＮ層を形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３２６６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、Ａｌ配線層の下地層としてＴｉＮ膜を用いる方法では、Ａｌ層を形成する時にＴｉＮ膜の配向の影響を受けるため、Ａｌ層の結晶性が劣化する。このため、Ａｌ配線層を形成した後の熱処理工程において、Ａｌ層のボイドが発生するという問題があった。
また、特許文献１に開示された方法では、Ａｌ層の結晶格子がＴｉＮ層の結晶格子の影響を受けるため、Ａｌ層にストレスがかかり、応力誘起ボイドが発生するという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、金属多層構造を持つ配線層のストレスを緩和しつつ、ボイドの発生を抑制することが可能な半導体装置および配線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】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、金属配線層と、前記金属配線層下に形成された下地金属層と、前記下地金属層と前記金属配線層との間に形成され、前記下地金属層の表面の結晶性を劣化させた結晶性劣化層とを備えることを特徴とする。
これにより、下地金属層の配向性を劣化させてから、下地金属層上に金属配線層を形成することが可能となる。このため、金属配線層の結晶構造が下地金属層の配向の影響を受け難くすることができ、金属配線層のストレスを緩和しつつ、ボイドの発生を抑制することが可能となる。
【０００６】
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、前記下地金属層を有する金属配線層は、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造であることを特徴とする。
【０００７】
これにより、Ａｌ配線層の下地層としてＴｉＮ膜を用いることが可能となり、Ａｌ配線層のエレクトロマイグレーションを抑制することが可能となる。また、Ａｌ配線層のキャップ層としてＴｉ膜またはＴｉＮ膜を用いることが可能となり、金属配線層の表面の反射率を低下させることが可能となることから、金属配線層をパターニング形成するために用いられるフォトレジストの露光処理を安定して行うことができる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層上に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層の表面の逆スパッタを行うことにより、前記下地金属層の表面の結晶性を劣化させる工程と、前記逆スパッタされた下地金属層上に金属配線層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、下地金属層の表面を逆スパッタすることで、下地金属層の表面の結晶性を劣化させることが可能となり、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、金属多層構造を持つ配線層のストレスを緩和することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層上に下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層の表層にイオン注入を行うことにより、前記下地金属層の表層の結晶性を劣化させる工程と、前記イオン注入された下地金属層上に金属配線層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、下地金属層の表層にイオン注入することで、下地金属層の表面の結晶性を劣化させることが可能となり、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、金属多層構造を持つ配線層のストレスを緩和することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記下地金属層を有する金属配線層は、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、Ａｌ配線層のエレクトロマイグレーションを抑制することが可能となるとともに、金属配線層の表面の反射率を低下させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る配線の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る配線の製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、スパッタリング法にて絶縁層１上にＴｉＮ膜２を堆積する。なお、ＴｉＮ膜２の膜厚は、例えば、数十ｎｍとすることができる。次に、図１（ｂ）に示すように、例えば、Ａｒを用いたプラズマエッチング処理を行うことにより、ＴｉＮ膜２の表面を逆スパッタし、ＴｉＮ膜２の表面の結晶性を劣化させた結晶性緩和層２ａを形成する。なお、ＴｉＮ膜２の表面のエッチング量は、例えば、数十Åとすることができる。次に、図１（ｃ）に示すように、スパッタリング法を用いることにより、結晶性緩和層２ａを介してＴｉＮ膜２上にＡｌ−Ｃｕ膜３を堆積する。次に、図１（ｄ）に示すように、スパッタリング法を用いることにより、Ａｌ−Ｃｕ膜３上にＴｉ膜４およびＴｉＮ膜５を順次堆積する。
【００１３】
これにより、ＴｉＮ膜２の配向性を劣化させてから、ＴｉＮ膜２上にＡｌ−Ｃｕ膜３を形成することが可能となる。このため、Ａｌ−Ｃｕ膜３の結晶構造がＴｉＮ膜２の配向の影響を受け難くすることができ、Ａｌ−Ｃｕ膜３のストレスを緩和しつつ、ボイドの発生を抑制することが可能となる。
なお、上述した実施形態では、多層構造の金属配線層の構造として、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造を例にとって説明したが、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造に適用してもよい。
【００１４】
また、上述した実施形態では、ＴｉＮ膜２の表面の結晶性を劣化させた結晶性緩和層２ａを形成するために、ＴｉＮ膜２の表面を逆スパッタする方法について説明したが、ＡｒやＡｓなどの不純物をＴｉＮ膜２の表層にイオン注入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る配線の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００１６】
１  絶縁層、２、５  ＴｉＮ膜、２ａ  結晶性劣化層、３  Ａｌ−Ｃｕ膜、４  Ｔｉ膜
【図１】
2006313778.tif 000003