(57)【要約】【課題】比較的簡素な手法により拡散防止膜を密着層とＣｕ配線との境界を確実に覆うように形成し、Ｃｕの層間絶縁膜内への拡散を確実に防止する信頼性の高い配線構造を得る。【解決手段】絶縁膜１１と、Ｃｕを最大の含有成分とする配線１６Ａと、絶縁膜１１と配線１６Ａとの間に形成された密着層１７とを含む配線構造を製造する際に、密着層１７の絶縁膜１１からの露出部分を酸化処理（酸素プラズマ処理、紫外光処理、オゾン処理）し、酸化処理された密着層１７の絶縁膜１１からの露出部分及び配線１６Ａの絶縁膜１１からの露出部分を覆う拡散防止膜１７を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜と、
Ｃｕを最大の含有成分とする配線と、
前記絶縁膜と前記配線との間に形成された密着層と
を含む配線構造の製造方法であって、
前記密着層の露出部分を酸化処理し、
前記酸化処理された前記密着層の露出部分及び前記配線の露出部分を覆う拡散防止膜を形成することを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項２】
隣り合う前記配線間の距離が０．５μｍ〜５μｍの範囲内とされることを特徴とする請求項１に記載の配線構造の製造方法。
【請求項３】
前記酸化処理は、酸素を含有する雰囲気中におけるプラズマ処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造の製造方法。
【請求項４】
前記酸化処理は、紫外光の照射処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造の製造方法。
【請求項５】
前記酸化処理は、オゾン処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線構造の製造方法。
【請求項６】
前記拡散防止膜は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢから選ばれた１種、又は少なくとも２種の合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の配線構造の製造方法。
【請求項７】
絶縁膜と、
Ｃｕを最大の含有成分とする配線と、
前記絶縁膜と前記配線との間に形成された密着層と、
前記配線及び前記密着層を覆う拡散防止膜と
を含み、
前記拡散防止膜は、前記密着層に形成された酸化被膜を介して形成されていることを特徴とする配線構造。
【請求項８】
前記拡散防止膜は、前記密着層の前記絶縁膜の非被覆部分を完全に被覆していることを特徴とする請求項７に記載の配線構造。
【請求項９】
隣り合う前記配線間の距離が０．５μｍ〜５μｍの範囲内とされていることを特徴とする請求項７又は８に記載の配線構造。
【請求項１０】
前記拡散防止膜は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢから選ばれた１種、又は少なくとも２種の合金からなることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線構造の製造方法及び配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に対する小型化、高性能化及び低廉等の要求に応えるべく、半導体チップの微細化や多端子化とともに、半導体チップを搭載する回路基板の微細化、多層化、及び回路基板上での電子部品の高密度実装化が進められている。そのため、半導体チップの多端子化、これら端子の狭ピッチ化に伴って、多層回路基板にも微細配線化が求められている。
【０００３】
回路基板においても品種の多様化、複雑化が進行している。いわゆる擬似ＳｏＣ（System on a Chip）技術に代表されるような、性質の異なる複数の半導体チップを樹脂で封止して再構築した樹脂基板を用いて、回路形成を行う手法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プリント基板や擬似ＳｏＣにおける配線の形成には、一般的にＳＡＰ(Semi-Additive Process)法と呼ばれる方法が用いられている。ＳＡＰ法でＣｕ配線を形成する場合には、配線の高密度化や微細化に伴って、Ｃｕ配線のＣｕが層間絶縁膜内に拡散するという問題があり、信頼性の確保が困難となっている。Ｃｕ配線の下面には、当該下面に存する層間絶縁膜との密着性の確保のためにＴｉ等の密着層を形成しており、この密着層により層間絶縁膜へのＣｕ拡散の防止を図っている。Ｃｕ配線の側面及び上面については、当該側面及び上面を覆う層間絶縁膜へのＣｕの拡散を防止すべく、ＮｉＰ等のＣｕの拡散防止膜を無電解メッキ法により形成する。
【０００６】
また、ＬＳＩ等の集積回路における配線の形成には、絶縁膜に配線溝を形成してＣｕを埋め込み、ＣＭＰ等で配線を分離形成する、ダマシン法と呼ばれる方法が用いられている。ダマシン法で配線を形成する場合にも、Ｃｕ配線のＣｕが層間絶縁膜内に拡散するという問題があり、信頼性の確保が困難となっている。Ｃｕ配線の側面及び下面には、当該側面及び上面を覆う層間絶縁膜との密着性の確保のために、上記と同様の密着層を形成しており、この密着層により層間絶縁膜へのＣｕ拡散の防止を図っている。Ｃｕ配線の上面については、当該上面を覆う層間絶縁膜へのＣｕの拡散を防止すべく、上記と同様の拡散防止膜を形成する。
【０００７】
しかしながら、下地として密着層が形成されたＣｕ配線に拡散防止膜を形成する際に、Ｃｕ配線との境界部位を含む密着層の露出部分にＮｉＰ等が形成されず、Ｃｕ配線との境界部位で拡散防止膜が途切れてしまうという問題がある。この場合、当該境界部位から層間絶縁膜内へＣｕが漏出し、配線の信頼性を悪化させる主な原因の一つとなっている。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な手法により拡散防止膜を密着層とＣｕ配線との境界を確実に覆うように形成し、Ｃｕの層間絶縁膜内への拡散を確実に防止する信頼性の高い配線構造の製造方法及び配線構造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】
【０００９】
配線構造の製造方法の一態様は、絶縁膜と、Ｃｕを最大の含有成分とする配線と、前記絶縁膜と前記配線との間に形成された密着層とを含む配線構造の製造方法であって、前記密着層の前記絶縁膜からの露出部分を酸化処理し、前記酸化処理された前記密着層の前記絶縁膜からの露出部分及び前記配線の前記絶縁膜からの露出部分を覆う拡散防止膜を形成する。
【００１０】
配線構造の一態様は、絶縁膜と、Ｃｕを最大の含有成分とする配線と、前記絶縁膜と前記配線との間に形成された密着層と、前記配線及び前記密着層を覆う拡散防止膜とを含み、前記拡散防止膜は、前記密着層に形成された酸化被膜を介して形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
上記の諸態様によれば、比較的簡素な手法により拡散防止膜を密着層とＣｕ配線との境界を確実に覆うように形成し、Ｃｕの層間絶縁膜内への拡散を確実に防止する信頼性の高い配線構造が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】複数のベアチップが樹脂基板に再構築された様子を示す概略平面図である。
【図２】第１の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第１の実施形態の比較例を示す概略断面図である。
【図６】第２の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続き、第２の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図８】図７に引き続き、第２の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図９】第２の実施形態の比較例を示す概略断面図である。
【図１０】第３の実施形態によるＬＳＩの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１１】図１０に引き続き、第３の実施形態によるＬＳＩの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１２】図１１に引き続き、第３の実施形態によるＬＳＩの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１３】図１２に引き続き、第３の実施形態によるＬＳＩの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１４】第３の実施形態の比較例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、配線構造の製造方法及び配線構造を適用した諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本実施形態では、擬似ＳｏＣ技術による半導体装置の構成について、その製造方法と共に説明する。いわゆるＳＡＰ法により、配線構造を形成する場合を例示する。
図１は、複数のベアチップが樹脂基板に再構築された様子を示す概略平面図である。図２〜図４は、第１の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図であって、図１の破線Ｉ−Ｉ'に沿った位置の断面に対応している。図２（ｃ）〜図４（ｃ）では、絶縁膜１１から上方の構成のみを図示する。
【００１５】
本実施形態では、図１及び図２（ａ）に示すように、機能の異なる複数のベアチップ、ここではベアチップ１，２を樹脂基板１０の表面に再構築する。
詳細には、機能ごとのベアチップが形成された各半導体基板から、各ベアチップを切り出す。各種のベアチップとしては、例えば半導体メモリが集積されたメモリチップ、ＣＭＯＳトランジスタ等が集積されたロジックチップ、ドライブ機能又はアンプ機能等が集積されたチップ等がある。本実施形態では、メモリチップであるベアチップ１と、ロジックチップであるベアチップ２とを例示する。
半導体基板から切り出されたベアチップを、例えばベアチップ１とベアチップ２とが隣り合って１セットとなるように、例えばエポキシ樹脂等からなる樹脂基板１０の表面に配置する。
【００１６】
続いて、図２（ｂ）に示すように、樹脂基板１０上を覆う、接続プラグ１２を有する絶縁膜１１を形成する。
詳細には、樹脂基板１０上でベアチップ１及びベアチップ２を覆うように、所期の樹脂を塗布し、固化することにより、絶縁膜１１を形成する。
絶縁膜１１に、例えばレーザによりベアチップ１及びベアチップ２の接続パッドを露出する開口１１ａを形成する。例えば、導電性ペーストを用いて開口１１ａを埋め込み、接続プラグ１２を形成する。接続プラグ１２は、ベアチップ１及びベアチップ２と後述する配線構造とを電気的に接続するものである。
【００１７】
続いて、図２（ｃ）に示すように、絶縁膜１１上に密着層１３及びメッキシード層１４を形成する。
詳細には、例えばスパッタ法により、絶縁膜１１上に例えばＴｉを、次いでＣｕを順次堆積する。Ｔｉは例えば１００ｎｍ程度の厚みに、Ｃｕは例えば２００ｎｍ程度の厚みにそれぞれ堆積される。以上により、絶縁膜１１上に密着層１３及びメッキシード層１４が形成される。
密着層１３としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＷＮ、ＴｉＷ，ＴｉＷＮ等から選ばれた１種の単層、Ｔｉ／Ｗ，Ｔｉ／ＴｉＮ，Ｔａ／ＷＮ、ＴｉＷ／ＴｉＷＮ等から選ばれた少なくとも２種の積層が形成される。本実施形態では、密着層１３としてＴｉを例示している。
【００１８】
続いて、図２（ｄ）に示すように、配線を形成するためのレジストマスク１５を形成する。
詳細には、メッキシード層１４上に感光性レジストを例えば８μｍ程度の厚みに塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。以上により、メッキシード層１４上で配線の形成予定部位を露出する開口１５ａを有するレジストマスク１５が形成される。
【００１９】
続いて、図３（ａ）に示すように、Ｃｕ１６を成長する。
詳細には、メッキシード層１４のうち、レジストマスク１５の開口１５ａの底面に露出する部分に、電解メッキ法により、Ｃｕ１６を例えば５μｍ程度の厚みに成長する。Ｃｕ１６は、開口１５ａ内を所定部位まで埋めるように形成される。Ｃｕ１６は、Ｃｕを最大の含有成分としたものであり、例えばＣｕ−ＳｎやＣｕ−Ｍｎ等の合金でも良い。
【００２０】
続いて、図３（ｂ）に示すように、レジストマスク１５を除去する。
詳細には、レジストマスク１５に、例えば所定の有機溶媒等を用いたウェット処理を施す。これにより、レジストマスク１５が除去される。
【００２１】
続いて、図３（ｃ）に示すように、Ｃｕ配線１６Ａを形成する。
詳細には、所期のウェットエッチングにより、密着層１３及びメッキシード層１４のうち、隣り合うＣｕ１６間の部分を除去する。これにより、各Ｃｕ１６が電気的に分離され、各Ｃｕ１６により、絶縁膜１１上に密着層１３を介したＣｕ配線１６Ａがそれぞれ形成される。隣り合うＣｕ配線１６Ａ間の距離は、例えば５μｍ程度とする。
【００２２】
続いて、図３（ｄ）に示すように、密着層１３の露出部分に酸化処理を施す。
詳細には、密着層１３の露出部分、ここでは密着層１３の側面を酸化処理する。酸化処理としては、酸素を含有する雰囲気中におけるプラズマ処理を実行する。プラズマ処理は、所定のチャンバ内を５Ｐａ程度〜１００Ｐａ程度の圧力、例えば１０Ｐａ程度の酸素雰囲気中で、投入パワーを５０Ｗ程度〜２００Ｗ程度、例えば１００Ｗ程度として、処理時間を５秒間程度〜６０秒間程度、例えば１０秒間程度として行う。このプラズマ処理により、密着層１３の露出部分である側面と、Ｃｕ配線１６Ａの露出部分である側面及び上面とが表面酸化される。図示の例では、密着層１３の側面に薄い酸化被膜１３ａが、Ｃｕ配線１６Ａの側面及び上面に薄い酸化被膜１６ａが形成される場合を例示する。
【００２３】
プラズマ処理において、酸素雰囲気の圧力が５Ｐａ程度よりも低値の場合には、プラズマのエネルギーが上昇してＣｕ配線１６ＡからＣｕが飛散し、後述するＮｉＰ等がＣｕ配線１６Ａの表面以外に析出(異常析出)して、配線間リーク等の不良発生の原因となる。１００Ｐａ程度よりも高値の場合には、プラズマの所期の発生が困難となる可能性がある。酸素雰囲気の圧力を５Ｐａ程度〜１００Ｐａ程度に設定することにより、配線における不良発生を抑止しつつ、所期のプラズマを確実に発生させて密着層１３の酸化を確保することができる。
【００２４】
プラズマ処理において、投入パワーが５０Ｗ程度よりも低値の場合には、プラズマの所期の発生が困難となる可能性がある。２００Ｗ程度よりも高値の場合には、プラズマのエネルギーが上昇してＣｕ配線１６ＡからＣｕが飛散し、上記と同様に配線間リーク等の不良発生の原因となる。投入パワーを５０Ｗ程度〜２００Ｗ程度に設定することにより、配線における不良発生を抑止しつつ、所期のプラズマを確実に発生させて密着層１３の酸化を確保することができる。
【００２５】
プラズマ処理において、処理時間が５秒間程度よりも短い場合には、密着層１３の酸化処理が不十分となる可能性がある。６０秒間よりも長い場合には、プラズマのエネルギーが上昇してＣｕ配線１６ＡからＣｕが飛散し、上記と同様に配線間リーク等の不良発生の原因となる。また処理時間を長くすると、Ｃｕ配線１６Ａの酸化が過多となり、後の酸洗浄処理で配線が所期の値よりも細くなる可能性がある。処理時間を５秒間程度〜６０秒間程度に設定することにより、所期の配線幅を保持し、配線における不良発生を抑止しつつ、密着層１３の酸化を確保することができる。
【００２６】
本実施形態では、密着層１３の酸化処理としてプラズマ処理を例示したが、プラズマ処理に代わって、紫外光処理又はオゾン処理を行うようにしても良い。ＵＶ光処理については第２の実施形態で、オゾン処理については第３の実施形態でそれぞれ後述する。なお厳密には、ＵＶ光処理は、ＵＶ光の照射によりオゾンを発生させる手法であるため、オゾン処理の一つである。
【００２７】
続いて、図４（ａ）に示すように、Ｃｕ配線１６Ａの側面及び上面に生成された酸化被膜１６ａを除去する。
詳細には、樹脂基板１０をウェット処理、例えば１０重量％の硫酸中に１分間程度浸漬する。これにより、Ｃｕ配線１６Ａの側面及び上面に生成された酸化被膜１６ａが除去される。その一方で、密着層１３の側面に生成された酸化被膜１３ａは、上記のウェット処理では除去されず、残存する。
【００２８】
続いて、図４（ｂ）に示すように、拡散防止膜１７を形成する。
詳細には、無電解メッキ法により、密着層１３の側面とＣｕ配線１６Ａの側面及び上面とを覆うように、例えばＮｉＰを２００ｎｍ程度の厚みに成長する。密着層１３の側面には、酸化被膜１３ａが形成されている。そのため、ＮｉＰは、密着層１３の側面を避けることなく、酸化被膜１３ａを介して当該側面を完全に覆うように、当該側面からＣｕ配線１６Ａの側面及び上面に架けて成長し、拡散防止膜１７が形成される。
以上により、密着層１３及びＣｕ配線１６Ａと、密着層１３及びＣｕ配線１６Ａを覆う拡散防止膜１７とを有する配線構造３が形成される。配線構造３は、接続プラグ１２を介してベアチップ１、ベアチップ２と電気的に接続されている。
【００２９】
拡散防止膜１７は、Ｃｕ配線１６ＡのＣｕの拡散を防止する膜であり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ等の金属から選ばれた１種、或いは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ等とＰ又はＢよりなる合金（ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢ等）から選ばれた１種から形成される。本実施形態では、拡散防止膜１７としてＮｉＰを例示している。
【００３０】
続いて、図４（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１８を形成する。
詳細には、絶縁膜１１上に、配線構造３を覆うように例えば熱硬化性の樹脂を塗布し、固化させる。樹脂は、固化後の厚みが例えば１０μｍ程度となるように形成する。以上により、絶縁膜１１上で配線構造３を覆う層間絶縁膜１８が形成される。
【００３１】
その後、図２（ｂ）と同様に、レーザ等により層間絶縁膜１８及び拡散防止膜１７に開口を形成し、当該開口を導電性ペースト等で埋め込む接続プラグを形成する。そして、図２（ｃ）〜図４（ｃ）に相当する諸工程を実行して配線構造（及び層間絶縁膜）を形成する。図２（ｂ）〜図４（ｃ）に相当する諸工程を繰り返し実行することにより、所期の多層配線構造が形成される。
【００３２】
しかる後、樹脂基板１０のスクライブラインをダイシングして、例えば一対のベアチップ１，２からなる半導体チップを切り出す。以上により、本実施形態の擬似ＳｏＣ技術によるによる半導体装置が形成される。
【００３３】
ここで、本実施形態の比較例について説明する。
この比較例では、本実施形態の図１（ａ）〜図３（ｃ）の各工程を行った後、図３（ｄ）の酸化処理を行うことなく、図４（ｂ）で拡散防止膜１７を形成する。この場合、図５（ａ）に示すように、拡散防止膜１７は、密着層１３の側面を避けてＣｕ配線１６Ａの側面及び上面にのみ形成され、密着層１３とＣｕ配線１６Ａとの境界部位には形成されない。
【００３４】
この場合、図５（ｂ）のように層間絶縁膜１８を形成すれば、密着層１３とＣｕ配線１６Ａとの境界部位で拡散防止膜１７が途切れることにより、当該境界部位からＣｕ配線１６ＡのＣｕが層間絶縁膜１８内へ拡散して漏出する。これに起因して、配線構造の信頼性の悪化を招来する。
【００３５】
これに対して本実施形態では、上記の酸化処理を行うことにより、拡散防止膜１７は、密着層１３とＣｕ配線１６Ａとの境界部位で途切れることなく、当該境界部位を確実に覆うように形成される。これにより、Ｃｕ配線１６ＡのＣｕの層間絶縁膜１８内への拡散が確実に抑止され、信頼性の高い配線構造を備えた半導体装置が実現する。
【００３６】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、擬似ＳｏＣ技術による半導体装置の構成について、その製造方法と共に説明する。いわゆるダマシン法により、配線構造を形成する場合を例示する。
図６〜図８は、第２の実施形態による擬似ＳｏＣの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図６（ｂ）〜図８（ｂ）では、絶縁膜１１から上方の構成のみを図示する。
【００３７】
本実施形態では、先ず第１の実施形態と同様に、図２（ａ），（ｂ）に相当する工程を順次行う。このとき、図６（ａ）に示すように、樹脂基板１０上を覆う、接続プラグ１２を有する絶縁膜１１が形成される。
【００３８】
続いて、図６（ｂ）に示すように、配線溝２１ａを有する絶縁膜２１を形成する。
詳細には、絶縁膜１１上に感光性の樹脂を塗布し、樹脂の露光及び現像を行う。樹脂の配線の形成予定部位には、例えば深さ５μｍ程度の配線溝２１ａが形成される。以上により、配線溝２１ａを有する絶縁膜２１が形成される。配線溝２１ａの底面には、例えば接続プラグ１２の上面が露出する。
【００３９】
続いて、図６（ｃ）に示すように、絶縁膜２１上に密着層２２及びメッキシード層２３を形成する。
詳細には、例えばスパッタ法により、配線溝２１ａの内壁面を含む絶縁膜２１上に例えばＴｉＷを、次いでＣｕを順次堆積する。ＴｉＷは例えば１００ｎｍ程度の厚みに、Ｃｕは例えば１５０ｎｍ程度の厚みにそれぞれ堆積される。以上により、配線溝２１ａの内壁面を含む絶縁膜２１上に、密着層２２及びメッキシード層２３が形成される。
密着層２２としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＷＮ、ＴｉＷ，ＴｉＷＮ等から選ばれた１種の単層、Ｔｉ／Ｗ，Ｔｉ／ＴｉＮ，Ｔａ／ＷＮ、ＴｉＷ／ＴｉＷＮ等から選ばれた少なくとも２種の積層が形成される。本実施形態では、密着層２２としてＴｉＷを例示している。
【００４０】
続いて、図６（ｄ）に示すように、Ｃｕ２４を成長する。
詳細には、メッキシード層２３上に、電解メッキ法により、Ｃｕ２４を例えば８μｍ程度の厚みに成長する。Ｃｕ２４は、配線溝２１ａを埋め込むように形成される。Ｃｕ２４は、Ｃｕを最大の含有成分としたものであり、例えばＣｕ−ＳｎやＣｕ−Ｍｎ等の合金でも良い。
【００４１】
続いて、図７（ａ）に示すように、Ｃｕ配線２４Ａを形成する。
詳細には、例えば化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）等の手法を用い、絶縁膜２１の表面を研磨ストッパーとして、Ｃｕ２４及び密着層２２を研磨する。ここで、ＣＭＰにウェットエッチング等を併用しても良く、物理的な研磨のみとしても良い。以上により、密着層２２及びＣｕ２４が配線溝２１ａごとに電気的に分離され、配線溝２１ａ内を密着層２２を介してＣｕ２４で充填したＣｕ配線２４Ａが形成される。隣り合うＣｕ配線２４Ａ間の距離は、例えば５μｍ程度とする。
【００４２】
続いて、図７（ｂ）に示すように、密着層２２の露出部分に酸化処理を施す。
詳細には、密着層２２の露出部分、ここでは密着層２２の上面を酸化処理する。酸化処理としては、紫外光（ＵＶ光）処理を実行する。ＵＶ光処理は、例えば波長１８５ｎｍの低圧水銀ランプを用い、密着層２２及びＣｕ配線２４ＡにＵＶ光を１分間程度〜５分間程度、例えば３分間程度照射する。このＵＶ光処理によりオゾンが発生し、密着層２２の露出部分である上面と、Ｃｕ配線２４Ａの露出部分である上面とが表面酸化される。図示の例では、密着層２２の上面に薄い酸化被膜２２ａが、Ｃｕ配線２４Ａの上面に薄い酸化被膜２４ａが形成される場合を例示するが、これらの酸化被膜は膜厚が不均一な酸化物の状態で形成される場合も想定される。
【００４３】
ＵＶ光処理において、照射時間が１分間程度よりも短い場合には、密着層２２の酸化処理が不十分となる可能性がある。５分間程度よりも長い場合には、Ｃｕ配線２４Ａの酸化が過多となり、後の酸洗浄処理で配線が所期の値よりも細くなる可能性がある。照射時間を１分間程度〜５分間程度に設定することにより、所期の配線幅を保持しつつ、密着層２２の酸化を確保することができる。
【００４４】
本実施形態では、密着層２２の酸化処理としてＵＶ光処理を例示したが、ＵＶ光処理に代わって、プラズマ処理又はオゾン処理を行うようにしても良い。プラズマ処理については、第１の実施形態の図３（ｄ）と同様に行う。オゾン処理については、第３の実施形態で後述する。
【００４５】
続いて、図７（ｃ）に示すように、Ｃｕ配線２４Ａの上面に生成された酸化被膜２４ａを除去する。
詳細には、樹脂基板１０をウェット処理、例えば１０重量％の硫酸中に１分間程度浸漬する。これにより、Ｃｕ配線２４Ａの上面に生成された酸化被膜２４ａが除去される。その一方で、密着層２２の上面に生成された酸化被膜２２ａは、上記のウェット処理では除去されず、残存する。
【００４６】
続いて、図８（ａ）に示すように、拡散防止膜２５を形成する。
詳細には、無電解メッキ法により、密着層２２の上面とＣｕ配線２４Ａの上面とを覆うように、例えばＮｉＢを１００ｎｍ程度の厚みに成長する。密着層２２の上面には、酸化被膜２２ａが形成されている。そのため、ＮｉＢは、密着層２２の上面を避けることなく、酸化被膜２２ａを介して当該上面を完全に覆うように、当該上面及びＣｕ配線２４Ａを覆うように成長し、拡散防止膜２５が形成される。
以上により、密着層２２及びＣｕ配線２４Ａと、密着層２２及びＣｕ配線２４Ａを覆う拡散防止膜２５とを有する配線構造４が形成される。配線構造４は、接続プラグ１２を介してベアチップ１、ベアチップ２と電気的に接続されている。
【００４７】
拡散防止膜２５は、Ｃｕ配線２４ＡのＣｕの拡散を防止する膜であり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢから選ばれた１種、又は少なくとも２種の合金（ＣｏＷＰ等）から形成される。本実施形態では、拡散防止膜２５としてＮｉＢを例示している。
【００４８】
続いて、図８（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２６を形成する。
詳細には、絶縁膜２１上に、配線構造４を覆うように例えば熱硬化性の樹脂を塗布し、固化させる。樹脂は、固化後の厚みが例えば１０μｍ程度となるように形成する。以上により、絶縁膜２１上で配線構造４を覆う層間絶縁膜２６が形成される。
【００４９】
その後、図６（ａ）と同様に、レーザ等により層間絶縁膜２６及び拡散防止膜２５に開口を形成し、当該開口を導電性ペースト等で埋め込む接続プラグを形成する。そして、図６（ｂ）〜図８（ｂ）に相当する諸工程を実行して配線構造（及び層間絶縁膜）を形成する。図６（ａ）〜図８（ｂ）に相当する諸工程を繰り返し実行することにより、所期の多層配線構造が形成される。
【００５０】
しかる後、樹脂基板１０のスクライブラインをダイシングして、例えば一対のベアチップ１，２からなる半導体チップを切り出す。以上により、本実施形態の擬似ＳｏＣ技術によるによる半導体装置が形成される。
【００５１】
ここで、本実施形態の比較例について説明する。
この比較例では、本実施形態の図２（ａ），（ｂ）及び図６（ａ）〜図７（ａ）の各工程を行った後、図７（ｂ）の酸化処理を行うことなく、図８（ａ）で拡散防止膜２５を形成する。この場合、図９（ａ）に示すように、拡散防止膜２５は、密着層２２の上面を避けてＣｕ配線２４Ａの上面にのみ形成され、密着層２２とＣｕ配線２４Ａとの境界部位には形成されない。
【００５２】
この場合、図９（ｂ）のように層間絶縁膜２６を形成すれば、密着層２２とＣｕ配線２４Ａとの境界部位で拡散防止膜２５が途切れることにより、当該境界部位からＣｕ配線２４ＡのＣｕが層間絶縁膜２６内へ拡散して漏出する。これに起因して、配線構造の信頼性の悪化を招来する。
【００５３】
これに対して本実施形態では、上記の酸化処理を行うことにより、拡散防止膜２５は、密着層２２とＣｕ配線２４Ａとの境界部位で途切れることなく、当該境界部位を確実に覆うように形成される。これにより、Ｃｕ配線２４ＡのＣｕの層間絶縁膜２６内への拡散が確実に抑止され、信頼性の高い配線構造を備えた半導体装置が実現する。
【００５４】
（第３の実施形態）
本実施形態では、ＬＳＩの半導体装置の構成について、その製造方法と共に説明する。いわゆるデュアルダマシン法により、配線構造を形成する場合を例示する。
図１０〜図１３は、第３の実施形態によるＬＳＩの半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。図１０（ｃ）〜図１３（ｃ）では、層間絶縁膜３５から上方の構成のみを図示する。
【００５５】
本実施形態では先ず、図１０（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３１上にＣＭＯＳトランジスタやメモリ、キャパシタ等の機能素子を形成する。ここでは、ＭＯＳトランジスタ３２を例示する。ＭＯＳトランジスタ３２を覆う層間絶縁膜３３を形成し、層間絶縁膜３３にコンタクト孔３３ａを形成し、コンタクト孔３３ａをＷ等で充填する接続プラグ３４を形成する。
【００５６】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３３上に、下層配線３５ｂを有する層間絶縁膜３５、エッチングストッパー膜３６、層間絶縁膜３７、研磨ストッパー膜３８を順次形成する。
詳細には、先ず、層間絶縁膜３３上に層間絶縁膜３５を形成し、いわゆるシングルダマシン法により、層間絶縁膜３５の配線溝３５ａ内を所定の密着層を介してＣｕで充填する下層配線３５ｂを形成する。下層配線３５ｂは、例えば接続プラグ３４と電気的に接続されている。
【００５７】
次に、層間絶縁膜３５上に、ＳｉＮ等のエッチングストッパー膜３６を例えば５０ｎｍ程度の厚みに形成する。
次に、エッチングストッパー膜３６上に、ＳｉＯＣ膜又はＳｉＯＦ膜等の層間絶縁膜３７を例えば５００ｎｍ程度の厚みに形成する。
次に、層間絶縁膜３７上に、ＳｉＯ2等の研磨ストッパー膜３８を例えば５０ｎｍ程度の厚みに形成する。
【００５８】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、配線溝のビア部を形成するためのレジストマスク３９を形成する。
詳細には、研磨ストッパー膜３８上に感光性レジストを例えば塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。以上により、研磨ストッパー膜３８上で配線溝のビア部の形成予定部位を露出する開口３９ａを有するレジストマスク３９が形成される。
【００５９】
続いて、図１１（ａ）に示すように、研磨ストッパー膜３８及び層間絶縁膜３７にビア孔４１ａを形成した後、配線溝の配線部を形成するためのレジストマスク４２を形成する。
詳細には、先ず、レジストマスク３９を用いて、研磨ストッパー膜３８及び層間絶縁膜３７をドライエッチングする。これにより、研磨ストッパー膜３８及び層間絶縁膜３７にレジストマスク３９の開口３９ａに倣ったビア孔４１ａが形成される。レジストマスク３９は、アッシング処理等により除去される。
次に、研磨ストッパー膜３８上に感光性レジストを例えば塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。以上により、研磨ストッパー膜３８上で配線溝の配線部の形成予定部位を露出する開口４２ａを有するレジストマスク４２が形成される。
【００６０】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、エッチングストッパー膜３６、層間絶縁膜３７、及び研磨ストッパー膜３８に配線溝４３を形成する。
詳細には、レジストマスク４２を用いて、研磨ストッパー膜３８、層間絶縁膜３７、及びエッチングストッパー膜３６をドライエッチングする。これにより、エッチングストッパー膜３６、層間絶縁膜３７、及び研磨ストッパー膜３８には、レジストマスク４２の開口４２ａに倣って、下層配線３５ｂの表面の一部を露出するビア部と、その上の配線部とが一体形成されてなる配線溝４３が形成される。配線溝４３は、例えば４００ｎｍ程度の深さに形成される。レジストマスク４２は、アッシング処理等により除去される。
【００６１】
続いて、図１１（ｃ）に示すように、研磨ストッパー膜３８に密着層４４及びメッキシード層４５を形成する。
詳細には、先ず、例えばＣＶＤ法又はＰＶＤ法により、配線溝４３の内壁面を含む研磨ストッパー膜３８上に例えばＴａＮ／Ｔａ（ＴａＮが上層、Ｔａが下層）を堆積する。次に、例えばＰＶＤ法によりＣｕを堆積する。Ｔａ／ＴａＮは、例えばＴａが２ｎｍ程度、ＴａＮが５ｎｍ程度の厚みに堆積される。Ｃｕは例えば２０ｎｍ程度の厚みにそれぞれ堆積される。以上により、配線溝４３の内壁面を含む研磨ストッパー膜３８上に、密着層４４及びメッキシード層４５が形成される。
【００６２】
密着層４４は、バリアメタルとなるものであり、Ｔｉ，Ｔａ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＷＮ、ＴｉＷ，ＴｉＷＮ等から選ばれた１種の単層、又は少なくとも２種の積層（ＴｉＮ／Ｔｉ，ＴａＮ／Ｔａ／Ｔｉ、ＴｉＴＷ／Ｔｉ等）が形成される。本実施形態では、密着層４４としてＴａＮ／Ｔａを例示している。
【００６３】
続いて、図１２（ａ）に示すように、Ｃｕ４６を成長する。
詳細には、メッキシード層４５上に、電解メッキ法により、Ｃｕ４６を例えば８００ｎｍ程度の厚みに成長する。Ｃｕ４６は、配線溝４３を埋め込むように形成される。Ｃｕ４６は、Ｃｕを最大の含有成分としたものであり、例えばＣｕ−ＳｎやＣｕ−Ｍｎ等の合金でも良い。
【００６４】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、Ｃｕ配線４６Ａを形成する。
詳細には、例えばＣＭＰ等の手法を用い、研磨ストッパー膜３８を利用して、Ｃｕ２４及び密着層４４を研磨する。これにより、密着層４４及びＣｕ４６が配線溝４３ごとに電気的に分離され、配線溝４３内を密着層４４を介してＣｕ４６で充填したＣｕ配線４６Ａが形成される。隣り合うＣｕ配線４６Ａ間の距離は、２００ｎｍ程度〜１０００ｎｍ程度、ここでは５００ｎｍ程度とする。
【００６５】
続いて、図１２（ｃ）に示すように、密着層４４の露出部分に酸化処理を施す。
詳細には、密着層４４の露出部分、ここでは密着層４４の上面を酸化処理する。酸化処理としては、オゾン処理を実行する。オゾン処理は、例えば０．５ｐｐｍ程度〜１％程度のオゾン濃度の雰囲気中に２秒間程度〜１０分間程度、例えば（  ３０秒）程度、密着層４４及びＣｕ配線４６を暴露する。このオゾン処理により、密着層４４の露出部分である上面と、Ｃｕ配線４６Ａの露出部分である上面とが表面酸化される。図示の例では、密着層４４の上面に薄い酸化被膜４４ａが、Ｃｕ配線４６Ａの上面に薄い酸化被膜４６ａが形成される場合を例示する。
【００６６】
オゾン処理において、オゾン濃度が０．５ｐｐｍ程度よりも低値の場合には、密着層４４の酸化処理が不十分となる可能性がある。１％程度よりも高値の場合には、Ｃｕ配線４６Ａの酸化が過多となり、後の酸化膜除去処理によって配線の高さが所期の値より低くなったり、Ｃｕの酸化膜除去が不十分となることで後のＣｏＷＰ等の拡散防止膜の形成が不十分となる可能性がある。オゾン濃度を０．５ｐｐｍ程度〜１％程度に設定することにより、所期の配線高さ等を保持しつつ、密着層４４の酸化を確保することができる。
【００６７】
オゾン処理において、暴露時間が２秒間程度よりも短い場合には、密着層４４の酸化処理が不十分となる可能性がある。１０分間程度よりも長い場合には、Ｃｕ配線４６Ａの酸化が過多となり、酸化膜除去処理によって配線の高さが所期の値より低くなったり、Ｃｕの酸化膜除去が不十分となることで後のＣｏＷＰ等の拡散防止膜の形成が不十分となる可能性がある。暴露時間を２秒間程度〜１０分間程度に設定することにより、所期の配線高さ等を保持しつつ、密着層４４の酸化を確保することができる。
【００６８】
本実施形態では、密着層４４の酸化処理としてオゾン処理を例示したが、オゾン処理に代わって、プラズマ処理又はＵＶ光処理を行うようにしても良い。プラズマ処理については、第１の実施形態の図３（ｄ）と同様に行う。ＵＶ光処理については、第２の実施形態の図７（ｂ）と同様に行う。
【００６９】
続いて、図１３（ａ）に示すように、Ｃｕ配線４６Ａの上面に生成された酸化被膜４６ａを除去する。
詳細には、Ｓｉ基板３１に還元処理、例えば１５０℃の蟻酸蒸気中に１分間程度の暴露を行う。これにより、Ｃｕ配線４６Ａの上面に生成された酸化被膜４６ａが還元されＣｕとなる。その一方で、密着層４４の上面に生成された酸化被膜４４ａは、上記の処理では還元されず、残存する。
【００７０】
続いて、図１３（ｂ）に示すように、拡散防止膜４７を形成する。
詳細には、無電解メッキ法により、密着層４４の上面とＣｕ配線４６Ａの上面とを覆うように、例えばＣｏＷＰを２０ｎｍ程度の厚みに成長する。密着層４４の上面には、酸化被膜４４ａが形成されている。そのため、ＣｏＷＰは、密着層４４の上面を避けることなく、酸化被膜４４ａを介して当該上面を完全に覆うように、当該上面及びＣｕ配線４６Ａを覆うように成長し、拡散防止膜４７が形成される。
以上により、密着層４４及びＣｕ配線４６Ａと、密着層４４及びＣｕ配線４６Ａを覆う拡散防止膜４７とを有する配線構造５が形成される。配線構造５は、下層配線３５ｂを介してＭＯＳトランジスタ３２等と電気的に接続されている。
【００７１】
拡散防止膜４７は、Ｃｕ配線４６ＡのＣｕの拡散を防止する膜であり、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢから選ばれた１種、又は少なくとも２種の合金（ＣｏＷＰ等）から形成される。本実施形態では、拡散防止膜４６としてＣｏＷＰを例示している。
【００７２】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、研磨ストッパー膜３８上に、配線構造５の上面を覆うように、層間絶縁膜４８を形成する。
その後、図１０（ｂ）〜図１３（ｃ）に相当する諸工程を繰り返し実行することにより、所期の多層配線構造が形成される。
【００７３】
しかる後、Ｓｉ基板３１のスクライブラインをダイシングして、半導体チップを切り出す。以上により、本実施形態によるＬＳＩの半導体装置が形成される。
【００７４】
ここで、本実施形態の比較例について説明する。
この比較例では、本実施形態の図１０（ａ）〜図１２（ｂ）の各工程を行った後、図１２（ｃ）の酸化処理を行うことなく、図１３（ｂ）で拡散防止膜４７を形成する。この場合、図１４（ａ）に示すように、拡散防止膜４７は、密着層４４の上面を避けてＣｕ配線４６Ａの上面にのみ形成され、密着層４４とＣｕ配線４６Ａとの境界部位には形成されない。
【００７５】
この場合、図１４（ｂ）のように層間絶縁膜４８を形成すれば、密着層４４とＣｕ配線４６Ａとの境界部位で拡散防止膜４７が途切れることにより、当該境界部位からＣｕ配線４６ＡのＣｕが層間絶縁膜４８内へ拡散して漏出する。これに起因して、配線構造の信頼性の悪化を招来する。
【００７６】
これに対して本実施形態では、上記の酸化処理を行うことにより、拡散防止膜４７は、密着層４４とＣｕ配線４６Ａとの境界部位で途切れることなく、当該境界部位を確実に覆うように形成される。これにより、Ｃｕ配線４６ＡのＣｕの層間絶縁膜４８内への拡散が確実に抑止され、信頼性の高い配線構造を備えた半導体装置が実現する。
【００７７】
以下、配線構造の製造方法及び配線構造の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００７８】
（付記１）絶縁膜と、
Ｃｕを最大の含有成分とする配線と、
前記絶縁膜と前記配線との間に形成された密着層と
を含む配線構造の製造方法であって、
前記密着層の前記絶縁膜からの露出部分を酸化処理し、
前記酸化処理された前記密着層の前記絶縁膜からの露出部分及び前記配線の前記絶縁膜からの露出部分を覆う拡散防止膜を形成することを特徴とする配線構造の製造方法。
【００７９】
（付記２）隣り合う前記配線間の距離が０．５μｍ〜５μｍの範囲内とされることを特徴とする付記１に記載の配線構造の製造方法。
【００８０】
（付記３）前記酸化処理は、酸素を含有する雰囲気中におけるプラズマ処理であることを特徴とする付記１又は２に記載の配線構造の製造方法。
【００８１】
（付記４）前記酸化処理は、紫外光の照射処理であることを特徴とする付記１又は２に記載の配線構造の製造方法。
【００８２】
（付記５）前記酸化処理は、オゾン処理であることを特徴とする付記１又は２に記載の配線構造の製造方法。
【００８３】
（付記６）前記拡散防止膜は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢから選ばれた１種、又は少なくとも２種の合金からなることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の配線構造の製造方法。
【００８４】
（付記７）前記密着層は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＷＮから選ばれた１種の単層、少なくとも２種の積層、少なくとも２種の合金の単層、又は少なくとも２種の合金の積層であることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の配線構造の製造方法。
【００８５】
（付記８）絶縁膜と、
Ｃｕを最大の含有成分とする配線と、
前記絶縁膜と前記配線との間に形成された密着層と、
前記配線及び前記密着層を覆う拡散防止膜と
を含み、
前記拡散防止膜は、前記密着層に形成された酸化被膜を介して形成されていることを特徴とする配線構造。
【００８６】
（付記９）前記拡散防止膜は、前記密着層の前記絶縁膜の非被覆部分を完全に被覆していることを特徴とする付記８に記載の配線構造。
【００８７】
（付記１０）隣り合う前記配線間の距離が０．５μｍ〜５μｍの範囲内とされていることを特徴とする付記８又は９に記載の配線構造。
【００８８】
（付記１１）前記拡散防止膜は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｗ，ＣｏＰ，ＮｉＰ，ＷＰ，ＣｏＢ，ＮｉＢ，ＷＢから選ばれた１種、又は少なくとも２種の合金からなることを特徴とする付記８〜１０のいずれか１項に記載の配線構造。
【００８９】
（付記１２）前記密着層は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＷＮから選ばれた１種の単層、少なくとも２種の積層、少なくとも２種の合金の単層、又は少なくとも２種の合金の積層であることを特徴とする付記８〜１１のいずれか１項に記載の配線構造。
【符号の説明】
【００９０】
１，２  ベアチップ
３，４，５  配線構造
１０  樹脂基板
１１，２１  絶縁膜
１１ａ，１５ａ，３９ａ，４２ａ  開口
１２，３４  接続プラグ
１３，２２，４４  密着層
１３ａ，１６ａ，２２ａ，２４ａ，４４ａ，４６ａ  酸化被膜
１４，２３，４５  メッキシード層
１５，３９，４２  レジストマスク
１６，２４，４６  Ｃｕ
１６Ａ，２４Ａ，４６Ａ  Ｃｕ配線
１７，２５，４７  拡散防止膜
１８，２６，３３，３５，３７，４８  層間絶縁膜
２１ａ，３５ａ，４３  配線溝
３１  Ｓｉ基板
３２  ＭＯＳトランジスタ
３３ａ  コンタクト孔
３５ｂ  下層配線
３６  エッチングストッパー膜
３８  研磨ストッパー膜
４１ａ  ビア孔
【図１】
2015088564.tif 000003
【図２】
2015088564.tif 000004
【図３】
2015088564.tif 000005
【図４】
2015088564.tif 000006
【図５】
2015088564.tif 000007
【図６】
2015088564.tif 000008
【図７】
2015088564.tif 000009
【図８】
2015088564.tif 000010
【図９】
2015088564.tif 000011
【図１０】
2015088564.tif 000012
【図１１】
2015088564.tif 000013
【図１２】
2015088564.tif 000014
【図１３】
2015088564.tif 000015
【図１４】
2015088564.tif 000016