(57)【要約】【課題】  導電部材の酸化を防止して信頼性を向上した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】  半導体基板上に第一の絶縁層１００を形成し、第一の絶縁層１００に溝１０７を形成し、溝１０７内に表面に銅を含有する配線層１０１を形成し、配線層１０１表面に活性化処理を施して、無電解めっき法により配線層１０１表面上にコバルトを含有したキャップ膜１０５を形成し、キャップ膜１０５形成部を除く配線層１０１表面に、シリコン及び窒素を含む反応性ガスを用いてプラズマ処理を施して、窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成し、第一の絶縁層１００上、キャップ膜１０５上及び窒素含有銅シリサイド膜１０６上に第二の絶縁層１０３を形成する。【選択図】図１
2008060414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第一の絶縁層を形成する工程と、
前記第一の絶縁層に溝を形成し、前記溝内に表面に銅を含有する配線層を形成する工程と、
前記配線層表面上にコバルトを含有したキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜形成部を除く前記配線層表面に窒素含有銅シリサイド膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に第一の絶縁層を形成する工程と、
前記第一の絶縁層に溝を形成し、前記溝内に表面に銅を含有する配線層を形成する工程と、
前記配線層表面上にコバルトを含有したキャップ膜を形成する工程と、
少なくとも前記キャップ膜未形成部を含む前記配線層表面に活性化処理を施して、活性化処理が施された前記配線層表面上に再度コバルトを含有した前記キャップ膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上に第一の絶縁層を形成する工程と、
前記第一の絶縁層に溝を形成し、前記溝内に表面に銅を含有する配線層を形成する工程と、
前記配線層表面に窒素含有銅シリサイド膜を形成する工程と、
前記窒素含有銅シリサイド膜表面上にコバルトを含有したキャップ膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層内に形成された表面に銅を含有する配線層と、
前記配線層表面上に形成されたコバルトを含有したキャップ膜と、
前記キャップ膜形成部を除く前記配線層表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
半導体基板上の絶縁層に形成された開口部と、
前記開口部に表面が露出した銅含有部材と、
露出した前記銅含有部材の表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）等の微細配線構造の半導体装置では、配線抵抗低減、信頼性向上を図るため銅を主成分とした銅配線が広く用いられている。銅配線を使用した半導体装置では、配線の酸化に起因する、配線特性の劣化が問題となるため、酸素を含んだ絶縁膜が直接銅配線と接しないように酸化防止用保護膜を銅配線と絶縁膜間に成膜する必要がある。また同時に、銅配線界面における銅拡散を起因とするエレクトロマイグレーション（Electro-Migration；以下ＥＭと言う）による配線特性の劣化を防ぐため、銅配線との密着性の高い保護膜を銅配線界面に成膜する必要もある。
【０００３】
これに対して、無電解めっき法により、酸化防止効果が高く、また銅配線界面との密着性の高いコバルトを含有したキャップ膜を銅配線上に形成することにより、配線表面の酸化による配線特性劣化を防止し、更にＥＭ耐性の向上を図った半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、無電解めっき法によりキャップ膜を配線上に形成する場合、キャップ膜を銅配線表面全体に対して均一に成膜することが困難であるため、銅配線表面全体をキャップ膜で確実に覆うことができない場合がある。このため、銅配線表面の酸化を十分に防止することができず、またさらにＥＭ耐性を向上することができないため、半導体装置の信頼性を確保することができない恐れがある。
【０００５】
また一方、半導体装置に銅配線ヒューズが形成されている場合、露出したヒューズ溶断面の酸化により、ヒューズ溶断面が腐食して、半導体装置の信頼性を損ねる場合がある。
【０００６】
さらに、半導体装置の導体パッドにボンディングワイヤが接続されている場合、ボンディングワイヤ形成部を除く露出した導体パッド表面が酸化されて腐食される恐れがある。現在のところ、酸化防止のためアルミニウム等を導体パッド上に形成する従来技術が知られているが、製造工程が増加するとともに製造コストが高くなるという問題があり、簡易かつ安価な方法により、導体パッド表面の酸化を防止して、半導体装置の信頼性を向上することが困難とされている。
【特許文献１】特開２００３−１７９０００号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、導電部材の酸化を防止して信頼性を向上した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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第一の絶縁層を形成する工程と、前記第一の絶縁層に溝を形成し、前記溝内に表面に銅を含有する配線層を形成する工程と、前記配線層表面上にコバルトを含有したキャップ膜を形成する工程と、前記キャップ膜形成部を除く前記配線層表面に窒素含有銅シリサイド膜を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の一態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第一の絶縁層を形成する工程と、前記第一の絶縁層に溝を形成し、前記溝内に表面に銅を含有する配線層を形成する工程と、前記配線層表面に窒素含有銅シリサイド膜を形成する工程と、前記窒素含有銅シリサイド膜表面上にコバルトを含有したキャップ膜を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の一態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第一の絶縁層を形成する工程と、前記第一の絶縁層に溝を形成し、前記溝に表面に銅を含有する配線層を形成する工程と、前記配線層表面に窒素含有銅シリサイド膜を形成する工程と、前記窒素含有銅シリサイド膜表面に上にコバルトを含有したキャップ膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別の一態様の半導体装置は、半導体基板上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層内に形成された表面に銅を含有する配線層と、前記配線層表面上に形成されたコバルトを含有したキャップ膜と、前記キャップ膜形成部を除く前記配線層表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の一態様の半導体装置は、半導体基板上の絶縁層に形成された開口部と、前記開口部に表面が露出した銅含有部材と、露出した前記銅含有部材の表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導電部材の酸化を防止して、高信頼性の半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１に係る半導体装置の構成を説明する。図１は、本実施例に係る半導体装置の要部を示す断面図である。
【００１６】
本実施例に係る半導体装置は、シリコン基板等の半導体基板（図示を省略）上にシリコン酸化膜等により構成される層間絶縁層が積層され、また層間絶縁層内に微細プラグ及び微細配線層がそれぞれ積層形成された多層配線構造を有している。本実施例では、微細プラグ及び微細配線層は、銅又は銅合金を構成材料としている。
【００１７】
図１に示すように、本実施例に係る半導体装置では、所定の層間絶縁層１００（第一の絶縁層１００）に、所定の設計位置に配置される配線層１０１が形成されている。配線層１０１の側面及び底面には、チタンナイトライド、タンタルナイトライド、チタン、タンタル等のバリア膜１０２が形成されており、このバリア膜１０２により配線層１０１から配線層１０１と隣接する第一の絶縁層１００等への銅成分の拡散が抑制される。
【００１８】
また、第一の絶縁層１００上には上層の層間絶縁層１０３（第二の絶縁層１０３）が形成され、第二の絶縁層１０３内にはプラグ１０４が第二の絶縁層１０３を上下に貫通するように形成されている。プラグ１０４は、配線層１０１上に形成されており、配線層１０１とその上層の配線層（図示を省略）とを電気的に接続する機能を有している。また、プラグ１０４の側面及び底面にも、第二の絶縁層１０３への銅成分の拡散を防止するためのバリア膜１０２が形成されている。
【００１９】
配線層１０１と第二の絶縁層１０３又はプラグ１０４との界面において、配線層１０１上にキャップ膜１０５が形成されている。キャップ膜１０５は、無電解めっき法により形成されるコバルトを構成成分とする薄膜の高融点金属であり、例えば、コバルトにタングステン等の金属成分を添加したコバルト化合物、ＣｏＷＢ、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢＰ、ＣｏＢＰ、ＣｏＢ、ＣｏＰ等である。このキャップ膜１０５は、酸化防止機能を有するとともに、配線層１０１の銅表面に対する密着性の高い薄膜である。従って、キャップ膜１０５を配線層１０１上に形成することにより、配線層１０１表面への酸化ガスの曝露、さらには水分の侵入を回避して配線層１０１表面の酸化を抑制することが可能となり、また配線層１０１表面と第二の絶縁層１０３の界面における銅成分の拡散を防止することによりＥＭ耐性を向上することができる。
【００２０】
しかし、図１に示すように、無電解めっき法により配線層１０１上に形成されたキャップ膜１０５は、全ての配線表面上に均一な膜を形成することが非常に困難であり、配線層１０１表面上全体をキャップ膜１０５で確実に覆うことが難しい。つまり、配線層１０１端部におけるキャップ膜１０５の成膜崩れやキャップ膜１０５中のボイドの発生等により、配線層１０１表面の一部において、キャップ膜１０５に覆われない部分が存在することになる。従って、キャップ膜１０５に覆われない配線層１０１表面の一部は、酸化されやすくなり、またＥＭ耐性においても耐性劣化が懸念される。
【００２１】
そこで、本実施例に係る半導体装置では、配線層１０１表面全体における酸化を確実に防止するため、キャップ膜１０５に覆われていない配線層１０１表面には、配線層１０１表面の銅成分をシリサイド化して窒化処理を施した窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成されている。この窒素含有銅シリサイド膜１０６は、配線層１０１表面を、シリコンを含む反応性ガス、例えばシランガスに曝露し、シリコン原子を銅配線層１０１表面から銅配線層１０１内部へ浸透させて銅シリサイド疎膜を形成し、さらに配線層１０１表面に窒素を含む反応性ガス、例えばアンモニアガスを用いてプラズマ処理を施して銅シリサイド膜を窒化することにより形成される絶縁膜である。
【００２２】
窒素含有銅シリサイド膜１０６は、キャップ膜１０５に比較して、配線層１０１の銅表面への密着性が低い膜であるが、良好な膜質を有しかつ均一に成膜することが容易な薄膜である。従って、キャップ膜１０５によって覆われていない配線層１０１表面に窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成することで、配線層１０１表面全体をキャップ膜１０５及び窒素含有銅シリサイド膜１０６の双方により確実に覆うことが可能となり、銅配線層１０１表面の酸化、銅配線層１０１表面におけるＥＭを効果的に防止することが可能となる。
【００２３】
本実施例に係る半導体装置は、素子等が形成された単結晶シリコン等の半導体基板上に、ＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化膜等の層間絶縁層を積層し、それぞれの層間絶縁層内の所定の設計位置に配線層及びプラグ等の配線材料を形成して配線回路を構築することにより製造される。
【００２４】
ここで以下に、図２を参照して、本実施例に係る半導体装置の層間絶縁層内に形成される配線層の製造方法を説明する。図２は、本実施例に係る半導体装置の要部の製造方法を示す工程断面図である。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板（図示を省略）上に、例えば配線層又は導電プラグ等を形成した層間絶縁層を積層した後、ＣＶＤ法等により所定の層間絶縁層１００（第一の絶縁層１００）を形成する。さらに、フォトリソグラフィにより、層間絶縁層１００上に、レジスト膜（図示を省略）を形成して、レジスト膜に配線形成用のパターンを形成した後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、レジスト膜をマスクにして第一の絶縁層１００をエッチング除去し、第一の絶縁層１００に配線層１０１を形成するための溝１０７を形成する。ここで、図２では、紙面に向かって左側に配線密度が疎である配線領域を示し、反対に紙面に向かって右側に配線密度が密である配線領域を示している。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、スパッタリング法等により、第一の絶縁層１００上及び配線形成用の溝１０７内部に、例えばチタンナイトライド、タンタルナイトライド等の配線材料の拡散防止用のバリア膜材料及び銅を主成分とする配線材料を順に形成し、さらに、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により、配線形成用の溝１０７外部の配線材料及びバリア膜材料を順に研磨除去することにより、第一の絶縁層１００内部に配線層１０１及びバリア膜１０２を形成する。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、無電解めっき法を用いて、配線層１０１上に配線層１０１表面の酸化防止及びＥＭ耐性向上のためのコバルトを含有したキャップ膜１０５、例えばＣｏＷＢ、ＣｏＷＰ、ＣｏＢＰ等を自己整合的に形成する。ここで、キャップ膜１０５の具体的な形成方法について、以下に説明する。
【００２８】
まず、配線層１０１が露出した第一の絶縁層１００表面を、銅よりもイオン化傾向の小さい金属元素、例えばパラジウムを含んだ塩化パラジウム水溶液に浸漬して、配線層１０１表面の銅原子をパラジウム原子に置換させ、銅配線層１０１表面のみにパラジウムのめっき層を自己整合的に形成する。このパラジウムのめっき層は触媒活性層として機能するものであり、このように配線層１０１表面に置換金属のめっき層を形成する処理を、配線層１０１表面の活性化処理とする。
【００２９】
さらに、配線層１０１表面に活性化処理を施した後、塩化コバルト水溶液等を含むめっき液を使用した無電解めっき法により、配線層１０１表面の触媒活性層形成部にコバルトを構成成分として含んだキャップ膜１０５を自己整合的に形成する。本実施例に係るキャップ膜１０５は、シリコン炭化膜、シリコン窒化膜等を構成材料とする一般的なキャップ膜１０５に比較して、銅配線層１０１表面との密着度が高いため、配線層１０１表面の酸化をより効果的に防止することができ、配線層１０１表面のＥＭ耐性を向上することが可能である。
【００３０】
なお、このとき、置換される金属を含有しない第一の絶縁層１００には触媒活性層が形成されず、銅配線層１０１表面のみに触媒活性層が形成されているため、キャップ膜１０５は銅配線層１０１上にのみ形成される。通常、ＣＶＤ法等を使用して配線層１０１上に導電性のキャップ膜を形成する場合には、膜形成後に例えばフォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、銅配線層上或いはその近傍以外のキャップ膜を除去して配線間を絶縁する必要があるが、本実施例に係るキャップ膜１０５は銅配線層１０１上にのみ選択的に形成されるため、キャップ膜１０５除去工程が不必要であり製造が容易である。
【００３１】
また、キャップ膜１０５は、他の無電解めっき法によっても形成することができる。すなわち、ＣＭＰ工程により銅配線層１０１を研磨した後、酸系薬液、例えばクエン酸、塩酸、希硫酸等の銅酸化物と反応し、かつ銅には大きな損傷を加えない薬液を使用して、銅配線層１０１表面の酸化物を除去すること等により銅配線層１０１表面を活性化させた後、窒素フォーミングガス下において、ボロン又はリンを含んだ５０℃から１５０℃程度の硫酸系コバルト（Ｃｏ）薬液を銅配線層１０１表面上に供給する。
【００３２】
このとき、例えばボロン（Ｂ）を触媒とした場合、ボロン酸化物は銅（Ｃｕ）に３価の電子を与えることでＢ３＋になり、銅配線層１０１表面にはボロンによって与えられた電子により負の電荷が蓄積する。この銅配線層１０１表面に硫酸系薬液中のＣｏ２＋が引き寄せられて銅配線層１０１表面に蓄積され、コバルト膜１０５（キャップ膜１０５）が銅配線層１０１表面上に成膜される。一方、絶縁層１００にはボロンが電子を与えることができないため、絶縁層１００上にコバルト膜１０５が成膜されず、銅配線層１０１表面上のみに選択的な成膜が可能となる。
【００３３】
なお、このようにコバルトを含有した高融点キャップ膜１０５を成膜した後、常温程度の温度下で酸系薬液（硫酸、フッ酸、リン酸、塩酸等）を用いて銅配線層１０１表面を洗浄し、めっき液残渣の除去とコバルト含有キャップ膜１０５表面の安定化を図る。
【００３４】
以上のような無電解めっき法により、配線層１０１表面上に密着性の高いキャップ膜１０５を形成することができるが、一方でキャップ膜１０５を配線層１０１上に均一に成膜することが非常に困難であり、成膜における選択崩れやボイドの発生により、配線層１０１表面全体をキャップ膜１０５で確実に覆うことができず、配線層１０１の一部が露出し、キャップ膜１０５のみでは配線層１０１の酸化を十分に防止することができない場合がある。
【００３５】
また、無電解めっき法により配線層１０１上に形成するキャップ膜１０５は、配線層１０１形成領域の配線密度の違いによって形成速度が異なる場合がある。つまり、図２に示すように、配線密度が疎である領域の配線層１０１上では膜形成速度が遅く、反対に配線密度が密である領域の配線層１０１上では膜形成速度が速くなる傾向がみられる。このため、半導体装置内部の配線層１０１上のキャップ膜１０５が全体として均一の厚みに形成されず、この導電性のキャップ膜１０５の厚みが局所的に増大した配線領域においては近接する配線層或いはプラグとの間で電気的短絡が発生する恐れがあり、反対にキャップ膜１０５の厚みが局所的に薄く形成された配線領域においては、キャップ膜１０５により配線層１０１表面を確実に覆うことができず、配線層１０１表面の酸化を十分に防止することができなくなる恐れがある。
【００３６】
そこで次に、上述の問題を解決するべく、図２（ｄ）に示すように、キャップ膜１０５に覆われていない露出した配線層１０１表面に窒素含有銅シリサイド膜１０６を自己整合的に形成することにより、配線層１０１表面全体を覆って配線層１０１表面の酸化防止を図る。
【００３７】
具体的には、配線層１０１表面にキャップ膜１０５を形成後、まず、半導体装置を２００℃から４００℃程度の一定の高温雰囲気に保った低圧チャンバー内に保持し、露出した配線層１０１の銅表面部にシランガスを曝露し、銅配線表面から銅配線内部にシリコンを浸透させて銅シリサイド膜を形成する。さらに、一定の低圧状態を維持したまま、アンモニアガスを供給し、高周波電界を加えることによりアンモニアプラズマ処理を施し、配線層１０１の銅表面の銅シリサイド膜形成部を窒化させることで自己整合的に窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成する。なお、銅配線層１０１表層のシリコンは、熱処理工程を経て銅配線１０１内部へ拡散し配線抵抗を上昇させてしまう原因ともなり得るので、十分な窒化を施し安定な窒素含有銅シリサイド膜１０６にすることが必要となる。
【００３８】
この窒素含有銅シリサイド膜１０６は、キャップ膜１０５よりも均一に形成することが容易な、良好な膜質を有する薄膜である。このため、キャップ膜１０５中のボイドの発生等により露出した配線層１０１表面を、この窒素含有銅シリサイド膜１０６により確実に覆うことができる。
【００３９】
これにより、配線層１０１表面は、ＥＭ耐性の高いキャップ膜１０５によりその大部分が覆われ、さらにキャップ膜１０５により覆われなかった配線層１０１表面は、窒素含有銅シリサイド膜１０６により覆われるため、配線層１０１表面の酸化を効果的に防止することと、ＥＭ耐性に優れた配線を形成することの両立が可能となる。
【００４０】
また、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示す工程において、膜形成速度の速い配線密度の高い配線層１０１上にキャップ膜１０５が一定の膜厚に成膜された時点でキャップ膜１０５の成膜を停止し、続いて、配線層１０１表面に窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成する。  
これにより、膜形成速度の大きい配線密度の高い配線層１０１上にキャップ膜１０５が過剰形成されることが抑制され、近接する配線層１０１間等における電気的短絡を防止することができる。なお、配線密度が低い配線層１０１表面にキャップ膜１０５が十分に成膜されなかったとしても、窒素含有銅シリサイド膜１０６により配線層１０１表面が覆われるため、配線密度が低い配線層１０１表面も酸化を効果的に防止することができる。
【００４１】
また、配線密度の高い配線層１０１はＥＭ耐性が低下する場合があるが、このＥＭに厳しい配線層１０１に対して重点的にＥＭ耐性に優れたキャップ膜１０５を成膜することが可能となる。
【００４２】
なお、配線層の酸化を防止する従来技術として、無電解めっき法によりコバルトを含有したキャップ膜を配線層上に積層することで、配線層等の酸化の防止を図る従来技術が知られているが、この従来技術によればコバルトを含有したキャップ膜にボイド等が発生する恐れがあることから、積層したキャップ膜により配線層表面を確実に覆うことができないため、配線層の酸化を十分に防止することができない恐れがある。
【００４３】
また、別の従来技術として、配線層表面に上述した窒素含有銅シリサイド膜のみを形成して、配線層表面の酸化防止、銅の絶縁膜中への洩れ防止、ＥＭ耐性改善を図る従来技術が知られている。一方、本実施例に係る半導体装置では、窒素含有銅シリサイド膜１０６よりも銅配線界面との密着性が高くＥＭ拡散活性化エネルギーの高いコバルトを含有したキャップ膜１０５により配線層１０１表面の大部分を覆うことでＥＭ耐性強化を図っている。従って、本実施例に係る半導体装置によれば、この従来技術を使用した半導体装置に比較して、配線層表面の酸化を効果的に防止することができるとともにＥＭ耐性を強化することができる。
【００４４】
またさらに、別の従来技術として、配線層上にキャップ膜を形成せずに配線層表面に上述した窒素含有銅シリサイド膜を形成して、さらに窒素含有銅シリサイド膜上にＣＶＤ法によりシリコン窒化膜又はシリコン炭化膜を形成して配線層表面の酸化防止を図る従来技術が知られている。しかし、シリコン窒化膜又はシリコン炭化膜は、本実施例に係る窒素含有銅シリサイド膜１０６に比較して、銅配線層表面に対する密着度が低いため、配線のＥＭ耐性が十分とは言えず、また従来のＣＶＤ法によるシリコン窒化膜を併用すると、膜自体の容量が大きいシリコン窒化膜が回路全面を覆ってしまうため、配線間容量の増加に伴う信号遅延により半導体装置の性能を劣化する恐れがある。さらに、この従来技術を使用した半導体装置において、配線層上あるいはその近傍にのみシリコン窒化膜又はシリコン炭化膜を残置させ配線間容量の低減を図る場合には、ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜又はシリコン炭化膜の成膜後、フォトリソグラフィ及びＲＩＥによりシリコン窒化膜又はシリコン炭化膜を加工する必要が生じるため、本実施例に係る窒素含有銅シリサイド膜１０６の形成工程に比較して、製造工程が大幅に増加して製造コストが上昇する。
【００４５】
従って、本実施例に係るキャップ膜１０５及び窒素含有銅シリサイド膜１０６からなる配線層１０１表面の酸化防止膜は、従来技術に係る配線層の酸化防止膜に比較して、酸化防止効果が高くまたＥＭ耐性に優れ、さらにその形成が容易でかつ低容量化の実現が可能であるということができる。
【００４６】
次に、キャップ膜１０５及び窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成した後、図２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法等を使用して、第一の絶縁層１００上に上層層間絶縁層となる第二の絶縁層１０３を形成する。さらに、図示は省略するが、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、第二の絶縁層１０３にホールを形成した後、配線層１０１と電気的に接続されるプラグをホールに埋め込み形成する。
【００４７】
以上の工程により製造される半導体装置によれば、配線層１０１と第二の絶縁層１０３との界面において、配線層１０１は、その大部分がＥＭ耐性の高いキャップ膜１０５により覆われ、さらにキャップ膜１０５により覆われていない表面部には、膜質の良好な窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成されているため、配線層１０１表面の酸化を効果的に防止することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００４８】
なお上述した本実施例に係る半導体装置の製造方法において、図２（ｃ）に示したようにキャップ膜１０５を一度形成した後、キャップ膜１０５が形成されなかった配線層１０１表面に再度活性化処理を施し、さらにその配線層１０１表面にキャップ膜１０５を再度形成してもよい。この場合であれば、配線層１０１表面のほぼ全体を密着性の高いキャップ膜１０５で覆うことが可能となるため、酸化防止効果をより一層高めることが可能となる。また、図３に示す半導体装置のように、配線層１０１表面のほぼ全体をキャップ膜１０５で覆うことができれば、図２（ｄ）に示した窒素含有銅シリサイド膜１０６の形成工程を省略しても良い。
【００４９】
（実施例１の変形例）
次に、図２及び図４を参照して、実施例１に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す。図４は、実施例１の変形例に係る半導体装置の要部の製造方法を示した工程断面図である。上述の実施例１に係る半導体装置の製造工程によれば、配線層１０１上に無電解めっき法によりキャップ膜１０５を形成した後、露出した配線層１０１表面に窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成しているが、本変形例に係る半導体装置の製造方法ではこの二つの膜の形成順序を変更している。
【００５０】
まず、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、半導体基板（図示を省略）に配線層又はプラグ等が形成された層間絶縁層を積層した後、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、所定の層間絶縁層である第一の絶縁層１００に配線層１０１を形成するための溝１０７を形成する。さらに、第一の絶縁層１００上及び溝１０７内部にバリア膜材料及び銅を主成分とする配線材料を順に形成した後、溝１０７外部の配線材料及びバリア膜材料を順に研磨除去して、第一の絶縁層１００内部に配線層１０１及びバリア膜１０２を形成する。
【００５１】
次に、図４（ａ）に示すように、第一の絶縁層１００表面に露出した配線層１０１表面に、窒素含有銅シリサイド膜１０６を自己整合的に形成する。
【００５２】
つまり、高温雰囲気に保った低圧チャンバー内において、配線層１０１の銅表面部にシランガスを曝露して銅シリサイド膜を形成し、さらに、一定の低圧状態でアンモニアガスを用いて配線層１０１表面にアンモニアプラズマ処理を施し、窒素含有銅シリサイド膜１０６を形成する。このとき、アンモニアプラズマ処理により銅シリサイド膜中に含有される窒素を一定濃度以下にすることで、配線層１０１表面を導電性の窒素含有銅シリサイド膜１１４で覆うことが可能である。この窒素含有銅シリサイド膜１０６は、無電解めっき法により形成される上述のキャップ膜１０５に比較して、銅表面への均一な成膜が容易であり、配線層１０１表面にほぼ均一に形成することができる。
【００５３】
次に、図４（ｂ）に示すように、窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成された配線層１０１表面上に、無電解めっき法によりコバルトを含有したキャップ膜１０５を形成する。
【００５４】
キャップ膜１０５の形成方法は、図２（ｃ）に示すキャップ膜１０５の形成方法とほぼ同様である。つまり、窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成された配線層１０１表面を塩化パラジウム水溶液に浸漬して、配線層１０１表面の銅成分が存在する領域に触媒活性層となるパラジウムめっき層を自己整合的に形成する。触媒活性層を形成後、硫酸コバルト水溶液等を含むめっき液を使用した無電解めっき法により、配線層１０１表面の触媒活性層形成部にコバルト化合物を構成成分とするキャップ膜１０５を形成する。
【００５５】
本変形例に係る無電解めっき法により形成されるキャップ膜１０５は、配線層１０１表面の窒素含有銅シリサイド膜１０６中の銅成分が存在する領域にのみ形成された触媒活性層上にしか形成されないため、上述の図２に示す実施例１に係る半導体装置のキャップ膜１０５に比較して、配線層１０１表面に容易には形成しにくい場合がある。
【００５６】
しかし、本変形例に係る配線層１０１は、その表面の全体に窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成されるとともに、窒素含有銅シリサイド膜１０６の少なくとも一部上にはキャップ膜１０５が形成されている。このため、配線層１０１表面の一部において窒素含有銅シリサイド膜１０６とキャップ膜１０５の積層構造が形成されることとなり、上述したようなキャップ膜１０５又は窒素含有銅シリサイド膜１０６の単層による配線層１０１表面の酸化防止効果に比較して、酸化防止効果を局所的に強化することができる。
【００５７】
次に、窒素含有銅シリサイド膜１０６及びキャップ膜１０５を形成した後、図４（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法等を使用して、第一の絶縁層１００上に上層層間絶縁層となる第二の絶縁層１０３を形成し、図示は省略するものの、第二の絶縁層１０３内に配線層１０１と電気的に接続されるプラグを埋め込み形成する。
【００５８】
このとき、第二の絶縁層１０３にプラグ埋め込み用の溝をＲＩＥにより形成する際、溝底面に露出する窒素含有銅シリサイド膜１０６を、このＲＩＥに用いられるＣＦ系のエッチングガスにより剥離することが可能である。従って、プラグと配線層１０１界面の窒素含有銅シリサイド膜１０６を容易に剥離することができるため、プラグと配線層１０１を接触させることもできる。
【００５９】
以上の工程により製造される本変形例に係る半導体装置によれば、配線層１０１と第二の絶縁層１０３との界面において、配線層１０１は、その表面の全面に膜質の良好な窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成され、さらにその一部上にＥＭ耐性の高いキャップ膜１０５が形成されているために、配線層１０１表面の酸化をより効果的に防止して、配線層１０１表面の銅成分の第二の絶縁層１０３への拡散を防止することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００６０】
続いて、以下に、図５を参照して、本実施例に係る半導体装置のさらに他の構成例を示す。図５は、本実施例に係る半導体装置のさらに他の構成を示す断面図である。
【００６１】
図５（ａ）に示す半導体装置は、配線金属の酸化をより効果的に防止するため、第一の絶縁層１００及び配線層１０１上に形成されたキャップ膜１０５及び配線層１０１表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜１０６を覆うようにバリア絶縁膜１０８が形成されている。このバリア絶縁膜１０８は、例えば、ＣＶＤ法等により形成される絶縁性のシリコン炭化膜又はシリコン窒化膜等である。
【００６２】
この半導体装置によれば、配線層１０１と第二の絶縁層１０３との界面において、配線層１０１上に、キャップ膜１０５及び窒素含有銅シリサイド膜１０６のみならず配線金属の酸化防止効果を有するバリア絶縁膜１０８が形成されているため、上述の半導体装置に比較して、配線層１０１表面の酸化防止効果をより向上することができる。なおこのとき、可能な限り配線間の容量を低減するため、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、配線層１０１上及びバリア膜１０２上以外の領域に形成されたバリア絶縁膜１０８を除去してもよい。
【００６３】
なお、図３に示された配線層１０１上にキャップ膜１０５が形成された半導体装置において、バリア絶縁膜を配線層１０１上のキャップ膜１０５を覆うように形成してもよい。また、図４の工程断面図に示された配線層１０１表面に窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成され、さらに窒素含有銅シリサイド膜１０６上にキャップ膜１０５が形成された半導体装置において、バリア絶縁膜を窒素含有銅シリサイド膜１０６及びキャップ膜１０５を覆うように形成してもよい。
【００６４】
また、図５（ｂ）に示す半導体装置では、配線層１０１上に形成されたキャップ膜１０５の高さが第一の絶縁層１００の高さとほぼ等しい、或いは第一の絶縁層１００の高さより低い構造となっている。この半導体装置の構造は、図２（ｂ）に示すように第一の絶縁層１００に配線層１０１を形成した後、ＲＩＥにより、配線層１０１上部をエッチング除去し、さらに無電解めっき法により配線層１０１上に、第一の絶縁層１００と同等の高さ程度までキャップ膜１０５を形成することにより構築することができる。
【００６５】
この半導体装置によれば、配線層１０１上に形成されたキャップ膜１０５及び配線層１０１表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜１０６により、配線層１０１表面の酸化を防止することができるだけでなく、配線密度の異なる配線層１０１上に形成されるキャップ膜１０５の表面高さの差異を調整することができる。つまり、配線密度の高い配線層１０１上では配線密度の低い配線層１０１上に比べてキャップ膜１０５の形成速度が相対的に速くなるが、キャップ膜１０５の形成前に配線層１０１上部をエッチング除去しておくことで、キャップ膜１０５の表面高さを配線密度の低い配線層１０１上に形成されるキャップ膜１０５の表面高さとほぼ同等にすることができる。
【００６６】
また、図３に示された配線層１０１上にキャップ膜１０５が形成された半導体装置、あるいは図４の工程断面図に示された配線層１０１表面に窒素含有銅シリサイド膜１０６が形成され、さらに窒素含有銅シリサイド膜１０６上にキャップ膜１０５が形成された半導体装置においても、キャップ膜１０５又は窒素含有銅シリサイド膜１０６を配線層上などに形成する前に、配線層１０１上部をエッチング除去してもよい。
【００６７】
なお、上述した実施例及び実施例の変形例に係る半導体装置では、配線層１０１表面の周囲に形成されたバリア膜１０２上にはキャップ膜１０５が形成されていないが、無電解めっき法により、このバリア膜１０２上にまでキャップ膜１０５を形成して、バリア膜１０２の酸化を防止してもよい。
【実施例２】
【００６８】
本発明の実施例２に係る半導体装置の構成について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施例２に係る半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例に係る半導体装置は、溶断後のヒューズを備えた半導体装置に係るものである。
【００６９】
本実施例に係る半導体装置では、半導体基板（図示を省略する）上にシリコン酸化膜等の層間絶縁層が積層されており、それぞれの層間絶縁層には配線層又はプラグ等の配線材料が形成されており、多層構造の配線回路が構築されている。
【００７０】
図６に示すように、所定の絶縁層１０９（層間絶縁層）には、配線層等の配線材料１１０に加え、レーザー光等を照射することにより溶断された銅ヒューズ１１１及び銅ヒューズ１１１の溶断に伴って形成された開口部１１２が形成されている。この絶縁層１０９上には、銅ヒューズ１１１を溶断するための溶断用開口部１１３及びプラグ等の配線材料１１０を備えた上層の絶縁層１０９が形成されている。なお、図示を省略するが、配線材料１１０の側面および底面には、バリア膜が形成されている。
【００７１】
さらに、銅ヒューズ１１１の溶断面は開口部１１２の内壁に露出されており、露出された銅ヒューズ１１１表面（溶断面）には、銅ヒューズ１１１表面の酸化を防止して腐食を抑制するため、窒素含有銅シリサイド膜１１４が選択的に形成されている。
【００７２】
この酸化防止機能を有する窒素含有銅シリサイド膜１１４は、上述の実施例１における窒素含有銅シリサイド膜１０６と同様の薄膜であり、実施例１と同様の方法により銅ヒューズ１１１表面に形成される。つまり、窒素含有銅シリサイド膜１１４は、ヒューズ１１１を溶断後、高温低圧下で露出したヒューズ１１１の銅表面にシランガスを曝露して銅シリサイド膜を形成し、一定の低圧状態のままヒューズ１１１表面にアンモニアプラズマ処理を施すことにより、露出したヒューズ１１１表面に自己整合的に形成される。このとき、アンモニアプラズマ処理により銅シリサイド膜中に含有される窒素を一定濃度以上にすることで、銅ヒューズ１１１表面を絶縁性の窒素含有銅シリサイド膜１１４で覆うことができ、銅ヒューズ１１１表面における電気的短絡の可能性を低減することができる。
【００７３】
本実施例に係る半導体装置によれば、溶断により露出したヒューズ１１１表面を、窒素含有銅シリサイド膜１１４により保護して、酸化ガスの曝露或いは水分の浸漬によるヒューズ１１１表面の酸化さらには腐食を抑制することができ、半導体装置の信頼性を確保することができる。
【００７４】
また、この窒素含有銅シリサイド膜１１４は露出した銅ヒューズ１１１表面にのみ形成されるため、ＣＶＤ法等によりヒューズ１１１露出面を含む全面にシリコン炭化膜又はシリコン窒化膜等の酸化防止膜を形成する場合に比較して、余分な箇所にまで酸化防止膜が形成されることがなく、半導体装置の特性に与える影響を軽減することができる。さらに、シリコン炭化膜又はシリコン窒化膜等の酸化防止膜に比較して、銅ヒューズ１１１表面に対する密着性が高いため、露出したヒューズ１１１表面の酸化をより効果的に防止することができる。
【実施例３】
【００７５】
本発明の実施例３に係る半導体装置の構成について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施例３に係る半導体装置の要部を示す断面図である。本実施例に係る半導体装置は、信号入出力部となるボンディングワイヤが接続された導体パッドの露出部表面に上述の窒素含有銅シリサイド膜を形成した半導体装置に係るものである。
【００７６】
本実施例に係る半導体装置は、図７に示すように、半導体基板（図示を省略）上にシリコン酸化膜等の絶縁層１１５（層間絶縁層）が積層され、それぞれの層間絶縁層１１５内に配線層及びプラグ等の配線材料１１６からなる配線回路が形成された多層配線構造を有している。なお、図示を省略するが、配線材料１１６の側面および底面には、バリア膜が形成されている。
【００７７】
最上層の層間絶縁層１１５には導体パッド１１７が形成されており、配線回路はこの導体パッド１１７に電気的に接続されている。なお、本実施例では、配線層等の配線材料１１６及び導体パッド１１７は銅又は銅合金により構成されており、導体パッド１１７の側面および底面にもバリア膜が形成されている。
【００７８】
また、最上層の層間絶縁層１１５上には、外部応力等から半導体装置内部の配線回路等を保護するため、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド樹脂等を構成材料とするパッシベーション膜１１８が形成されている。
【００７９】
導体パッド１１７は層間絶縁層１１５及びパッシベーション膜１１８に形成された開口部から表面が露出するように形成され、導体パッド１１７の露出した表面の一部に半導体装置外部との信号の入出力を行う外部端子となるボンディングワイヤ１１９が形成されており、このボンディングワイヤ１１９を外部装置と電気的に接続することにより、外部装置から装置内部に信号が入力され、あるいは半導体装置内部から外部装置へ信号が出力される。
【００８０】
ボンディングワイヤ１１９形成部を除く露出した導体パッド１１７表面には、導体パッド１１７表面の酸化を防止して腐食を抑制するため、絶縁性の窒素含有銅シリサイド膜１２０が選択的に形成されている。この酸化防止機能を有する窒素含有銅シリサイド膜１２０は、上述の実施例１における窒素含有銅シリサイド膜１０６と同様の薄膜であり、実施例１とほぼ同様の方法により導体パッド１１７表面に形成される。つまり、窒素含有銅シリサイド膜１２０は、導体パッド１１７にワイヤ１１９をボンディングした後、高温低圧下で露出した導体パッド１１７表面にシランガスを曝露して銅シリサイド膜を形成し、さらに一定の低圧状態のまま露出した導体パッド１１７表面にアンモニアプラズマ処理を施すことにより、露出した導体パッド１１７表面に自己整合的に形成される。
【００８１】
本実施例に係る半導体装置によれば、露出した導体パッド１１７表面を窒素含有銅シリサイド膜１２０により保護することにより、導体パッド１１７表面の耐酸化性・耐腐食性を高めることができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００８２】
なお、導体パッド１１７表面の酸化防止手段としては、ボンディングワイヤ１１９を導体パッド１１７に形成した後、導体パッド１１７上に酸化防止層としてアルミニウム層を形成する従来技術が知られている。しかしながら、この従来技術によれば、スパッタリング法等によるアルミニウム層の形成工程の後、さらにフォトリソグラフィ工程及びＲＩＥ工程が必要となるため、製造工程が増加するとともに製造コストが非常に高くなるという問題がある。また、アルミニウム自体が銅等に比較して高価であるという問題もある。
【００８３】
これに対して、本実施例に係る半導体装置の製造工程では、酸化防止層としての窒素含有銅シリサイド膜１２０が露出した導体パッド１１７表面のみに自己整合的に形成されているため、従来技術と異なり、フォトリソグラフィ工程及びＲＩＥ工程が不要となり、また高価なアルミニウムを使用しないため、製造工程を簡易化し、製造コストを低減することができる。
【００８４】
さらに、本実施例に係る半導体装置においても、実施例１と同様、導体パッド１１７表面に形成された窒素含有銅シリサイド膜１２０上に、無電解めっき法によりコバルトを含有したキャップ膜を自己整合的に形成して、導体パッド１１７表面の酸化防止効果をより高めても良い。さらにまた、実施例１と同様、導体パッド１１７上に無電解めっき法によりコバルトを含有したキャップ膜を自己整合的に形成した後、キャップ膜に覆われていない導体パッド１１７表面に窒素含有銅シリサイド膜１２０を形成して、導体パッド１１７表面の酸化を防止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の主要部の構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の主要部の製造方法を示す工程断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体装置の主要部の他の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例１の変形例に係る半導体装置の主要部の製造方法を示す工程断面図。
【図５】本発明の実施例１に係る半導体装置の主要部のさらに他の構成を示す断面図。
【図６】本発明の実施例２に係る半導体装置の主要部の構成を示す断面図。
【図７】本発明の実施例３に係る半導体装置の主要部の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００８６】
１００：第一の絶縁層  
１０１：配線層  
１０２：バリア膜
１０３：第二の絶縁層
１０４：プラグ  
１０５：キャップ膜  
１０６、１１４、１２０：窒素含有銅シリサイド膜
１０７：溝
１０８：バリア絶縁膜
１０９、１１５：絶縁層（層間絶縁層）  
１１０、１１６：配線材料  
１１１：銅ヒューズ  
１１２：開口部  
１１３：溶断用開口部
１１７：導体パッド  
１１８：パッシベーション膜  
１１９：ボンディングワイヤ   
【図１】
2008060414.tif 000003
【図２】
2008060414.tif 000004
【図３】
2008060414.tif 000005
【図４】
2008060414.tif 000006
【図５】
2008060414.tif 000007
【図６】
2008060414.tif 000008
【図７】
2008060414.tif 000009