(57)【要約】【課題】クリーンルーム内の空気に含まれている水分の浸入により、フッ素を添加した絶縁膜の遊離フッ素が溶け込んでフッ化水素酸が生成され、このフッ化水素酸により、銅配線が腐食されるのを防止する。【解決手段】基板３０１上の第１の絶縁膜３０２に形成された溝と、前記溝に形成された第１の金属配線３０３と、第１の金属配線３０３と第１の金属配線３０３上に形成された第２の絶縁膜３０４と、第２の絶縁膜３０４に第１の金属配線３０３に達するように形成されたホール３０５と、ホール３０５に形成された第２の金属配線とを具備し、第２の絶縁膜３０４は、フッ素を添加した絶縁膜であり、少なくともホール３０５の側壁面に、第２の酸化膜３０４への水分の進入を防止する水分に対するバリア膜であるチタン薄膜３０６を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の第１の絶縁膜に形成された溝と、前記溝に形成された第１の金属配線と、前記第１の絶縁膜と第１の金属配線の上に形成された第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜に表面から前記第１の金属配線に達するように形成されたホールと、該ホールに形成された第２の金属配線とを具備した半導体装置であって、
前記第２の絶縁膜は、フッ素を添加した絶縁膜であり、
前記ホールの側壁面と第２の金属配線との間に、前記第２の絶縁膜への水分の浸入を防止する水分に対するバリア膜を設けた
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記水分に対するバリア膜がチタン薄膜または窒化チタン薄膜である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水分に対するバリア膜の上に、金属配線材料の拡散防止用のタンタル薄膜または窒化タンタル薄膜と、前記第２の金属配線との密着性を高めるシード膜とを設けた
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の金属配線の材料が銅である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素が添加された絶縁膜ＦＳＧ（フッ素ドープのシリコン酸化膜）を有する半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化、高性能化に伴い、特許文献１には、誘電率の低い絶縁材料としてフッ素添加の絶縁膜ＦＳＧの利用したものが提案され、また特許文献２には、フッ素添加の絶縁膜ＦＳＧと金属材料との密着性を高めるために、絶縁膜ＦＳＧの表面に窒化タンタル、タンタルの薄膜を被覆して、配線材料である銅の拡散防止するものが提案されている。
【０００３】
フッ素が添加された絶縁膜ＦＳＧを有する半導体装置において、上層の配線と下層の配線を結線するためのホールを開口するときの製造フローの模式図である図１３を参照して説明する。
【０００４】
図１３（ａ）において、１０１は半導体基板で、この半導体基板１０１上には、フッ素が添加された第１の絶縁膜１０２が積層され、この第１絶縁膜１０２に触刻により形成された溝１０２ａに、銅材料からなる第１の金属配線１０３が形成される。そして図１３（ｂ）において、１０４は第１の絶縁膜１０２と第１の金属配線１０３上に形成されたフッ素を添加された第２の絶縁膜で、図１３（ｃ）に示すように、第２の絶縁膜１０２には、表面から第１の金属配線１０３に達するホール１０５がエッチング等により形成開口される。さらに図１３（ｄ）に示すように、前記ホール１０５の開口後に、金属（銅）の拡散防止用バリア膜としてタンタル膜１０６が成膜され、さらに図１３（ｅ）に示すように、タンタル膜１０６の表面に銅メッキ用のシード膜１０７が形成される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−４１３８５号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平２０００−３９１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
シード膜１０７の形成後に、図１３（ｇ）に示すように、銅メッキにより上層の配線と下層の第１の金属配線１０３とを接続するために、第２の金属配線１０９がホール１０５に形成される。この工程前に、図１３（ｆ）に示すように、クリーンルーム内の空気に含まれている水分、洗浄等で残留している水分がホール１０５内に浸入すると、この水分がタンタル膜１０６とシード膜１０７を通過し、この水分に第２の絶縁膜１０４中の遊離フッ素が溶け出してフッ化水素酸を生成する。この結果、フッ化水素酸が第１の金属配線１０３の銅材料と反応して腐食し異常生成物１０９が発生する。
【０００８】
この腐食を防ぐには、ホール１０５のエッチング、タンタル膜１０６およびシード膜１０７の形成から第２の金属配線のメッキ工程まで、工程間の基板の滞留時間を極力短時間で行う必要があるが、これでは製造ラインの設計等を柔軟に行うことができない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決して、水分の浸入による配線金属の腐食を防止できて、製造ラインの設計の自由度を確保できる半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、基板上の第１の絶縁膜に形成された溝と、前記溝に形成された第１の金属配線と、前記第１の絶縁膜と第１の金属配線の上に形成された第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜に表面から前記第１の金属配線に達するように形成されたホールと、該ホールに形成された第２の金属配線とを具備した半導体装置であって、前記第２の絶縁膜は、フッ素を添加した絶縁膜であり、前記ホールの側壁面と第２の金属配線との間に、前記第２の絶縁膜への水分の浸入を防止する水分に対するバリア膜を設けたものである。
【００１１】
上記構成によれば、クリーンルーム内の空気中に含まれている水分や、洗浄等で残留している水分がホール内に浸入しても、水分が水分に対するバリア膜により遮断されて第２の絶縁膜に達することがない。したがって、第２の絶縁膜中の遊離フッ素がこの水分に溶け出してフッ化水素酸を生成することがないので、第２の金属配線が腐食されるのを防止することができる。これにより、ホールのエッチング、バリア膜、銅薄膜形成からメッキ工程まで工程間の滞留時間が拘束されることがなくなり、製造ラインの設計の自由度を確保することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る半導体装置の実施の形態を図１〜図１２を参照して説明する。
【００１３】
下記の第１〜第６の実施例に係る半導体装置は、表１に示すように、少なくともホールの側壁面に、水分に対するバリア膜としてチタン系薄膜を単層または複数層を形成し、さらに前記水分に対するバリア膜上に、第２の絶縁膜の金属材料の拡散を防止するタンタル系薄膜を単層または複数層を形成するものである。
【００１４】
【表１】
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（第１の実施例）
図１および図２（ａ）〜（ｇ）は、第１の実施例に係る半導体装置のホール部の断面の製造手順を示す模式図である。
【００１５】
図２（ａ）に示すように、３０１は半導体基板で、この半導体基板３０１上にはフッ素添加された第１の絶縁膜（ＦＳＧ）３０２が積層され、メッキ等により、第１の絶縁膜３０２に触刻により形成された溝３０２ａに、銅材料からなる第１の銅配線（第１の金属配線）３０３が埋め込まれる。次いで図２（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜３０２と第１の銅配線３０３上に、フッ素を添加された第２の絶縁膜（ＦＳＧ）３０４が積層形成され、さらに図２（ｃ）に示すように、エッチング等により第２の絶縁膜３０４の表面から第１の銅配線３０３の表面に至るホール３０５が形成開口される。
【００１６】
さらに図２（ｄ）に示すように、スパッタ等により、第２の絶縁膜３０４の表面およびホール３０５の側壁面ならびにホール３０５に臨む第１の銅配線３０３の表面に、水分に対するバリア膜であるチタン薄膜３０６が形成される。次いで図２（ｅ）に示すように、前記チタン薄膜３０６上の全面に第２の銅配線材料である銅（金属）の拡散防止用のバリア膜であるタンタル薄膜３０７が形成される。そして図１，図２（ｆ）に示すように、タンタル薄膜３０７上に、後述する第２の銅配線３１０との密着性を向上させる銅メッキ用のシード膜（銅の薄膜）３０８が形成される。さらに、図２（ｇ）に示すように、銅メッキ等により、ホール３０５に、上層の配線と下層の第１の銅配線３０３とを結線するための銅材料からなる第２の銅配線（第２の金属配線）３１０が形成される。ここで第２の銅配線３１０と第１の銅配線３０３の間に複数のバリア層３０６，３０７が介在されて僅かに導電抵抗が生じるが、バリア層３０６，３０７は極めて薄い膜であるため、その抵抗は殆ど無視できる程度であり、問題になることはない。
【００１７】
なお、図示しないが、ホール３０５内に第２の銅配線３１０を埋め込んだ後、またはホール３０５や第２の絶縁膜３０４上（配線部分）に第２の銅配線３１０の金属を成長させた後、エッチングまたはＣＭＰによりバリア膜３０６，３０７（後述する４０６，５０７）の不要な部分を除去する。
【００１８】
上記第１の実施例によれば、クリーンルーム内の空気に含まれている水分や、洗浄等で残留している水分がホール１０５内に浸入しても、水分がチタン薄膜３０６により遮断されて第２の絶縁膜３０４に達することがないので、フッ化水素酸が生成されることがなく、第１の銅配線３０３が腐食されることがない。また銅拡散防止用のバリア膜であるタンタル薄膜３０７により、第２の絶縁膜３０４の銅材料の拡散が効果的に抑制される。
【００１９】
したがって、ホール３０５のエッチング、バリア膜、銅薄膜形成からメッキ工程まで工程間の滞留時間が拘束されることがなくなり、製造ラインの設計の自由度を確保することができる。
【００２０】
（第２の実施例）
図３および図４（ａ）〜（ｈ）は、第２の実施例に係る半導体装置のホール部の断面製造手順を示す模式図である。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図４（ｄ）（ｅ）に示すように、スパッタ等により、チタン薄膜３０６と、窒化チタン薄膜４０６とからなる二層の水分に対するバリア膜が、第２の絶縁膜３０４の表面とホール３０５の側壁面と第１の銅配線３０３の表面とにそれぞれ順次積層される。さらに図４（ｆ）に示すように、前記窒化チタン薄膜４０６上に、銅（金属）拡散防止用のバリア膜であるタンタル薄膜３０７が形成されている。
【００２２】
上記第２の実施例によれば、クリーンルーム内の空気に含まれている水分、洗浄等で残留している水分がホール３０５内に浸入しても、水分がチタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６の二層の水分に対するバリア膜により遮断されて、第２の絶縁膜３０４に達することがないので、フッ化水素酸が生成されることがなく、第１の銅配線３０３が腐食されることがない。また銅拡散防止用のバリア膜であるタンタル薄膜３０７により、第２の絶縁膜３０４の銅材料の拡散が効果的に抑制される。
【００２３】
したがって、第１の実施例と同様の作用効果を奏することができる。
（第３の実施例）
図５および図６（ａ）〜（ｇ）は、第３の実施例に係る半導体装置のホール部の断面製造手順を示す模式図である。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
水分に対するバリア膜であるチタン薄膜３０６上に、図６（ｅ）に示すように、銅（金属）拡散防止用の窒化タンタル薄膜５０７が形成されている。
上記第２の実施例によれば、水分に対するバリア膜であるチタン薄膜３０６により、ホール３０５から浸入した水分により、第２の絶縁膜３０４の遊離フッ素が溶け出すことがなく、フッ化水素酸が生成されることがないので、第１の実施例と同様の作用効果を奏することができる。また窒化タンタル薄膜５０７により、第２の絶縁膜３０４の銅材料の拡散を効果的に防止することができる。
【００２５】
（第４の実施例）
図７および図８（ａ）〜（ｈ）は、第４の実施例に係る半導体装置のホール部の断面の製造手順を示す模式図である。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図８（ｄ）（ｅ）に示すように、スパッタ等により、チタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６とからなる二層の水分に対するバリア膜が、第２の絶縁膜３０４の表面とホール３０５の側壁面と第１の銅配線３０３の表面とにそれぞれ順次積層される。さらに図８（ｆ）（ｇ）に示すように、前記窒化チタン薄膜４０６上に、第２の絶縁膜３０４の銅（金属）拡散防止用のバリア膜である窒化タンタル薄膜５０７が形成されている。
【００２７】
上記第４の実施例によれば、クリーンルーム内の空気に含まれている水分、洗浄等で残留している水分がホール３０５内に浸入しても、水分がチタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６の二層の水分に対するバリア膜により遮断されて、第２の絶縁膜３０４に達することがないので、フッ化水素酸が生成されることがなく、第１の銅配線３０３が腐食されることがない。また窒化タンタル薄膜５０７により、第２の絶縁膜３０４の銅材料の拡散を効果的に防止することができる。
【００２８】
したがって、第１の実施例と同様の作用効果を奏することができる。
（第５の実施例）
図９および図１０（ａ）〜（ｉ）は、本発明に係る半導体装置のホール部の断面の製造手順を示す模式図である。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図１０（ｅ）（ｆ）に示すように、スパッタ等により、チタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６とからなる二層の水分に対するバリア膜が、第２の絶縁膜３０４の表面とホール３０５の側壁面と第１の銅配線３０３の表面とにそれぞれ順次積層される。さらに図１０（ｇ）（ｈ）に示すように、窒化チタン薄膜４０６上に、タンタル薄膜３０７と窒化タンタル薄膜５０７からなる二層の銅拡散防止用のバリア膜が順次形成される。
【００３０】
上記第５の実施例によれば、チタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６とからなる二層の水分に対するバリア膜により、ホール３０５から浸入した水分に第２の絶縁膜３０４の遊離フッ素が溶け込むことがなく、フッ化水素酸が生成されることがないので、第１の実施例と同様の作用効果を奏することができる。またタンタル薄膜３０７と窒化タンタル薄膜５０７からなる二層の銅拡散防止用バリア膜により、第２の絶縁膜３０４の銅材料の拡散を効果的に防止することができる。
【００３１】
（第６の実施例）
図１１および図１２（ａ）〜（ｉ）は、第６の実施例に係る半導体装置のホール部の断面の製造手順を示す模式図である。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図１２（ｅ）（ｆ）に示すように、スパッタ等により、チタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６とからなる二層の水分に対するバリア膜が、第２の絶縁膜３０４の表面とホール３０５の側壁面と第１の銅配線３０３の表面とにそれぞれ順次積層される。さらに図１２（ｇ）（ｈ）に示すように、窒化チタン薄膜４０６上に、窒化タンタル薄膜５０７とタンタル薄膜３０７からなる二層の銅拡散防止用バリア膜が順次形成される。
【００３３】
上記第６の実施例によれば、チタン薄膜３０６と窒化チタン薄膜４０６とからなる二層の水分に対するバリア膜により、ホール３０５から浸入した水分に第２の絶縁膜３０４の遊離フッ素が溶け込むことがなく、フッ化水素酸が生成されることがないので、第１の実施例と同様の作用効果を奏することができる。またタンタル薄膜３０７と窒化薄膜５０７からなる二層の銅拡散防止用バリア膜により第２の絶縁膜３０４の銅材料の拡散を効果的に防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明によれば、クリーンルーム内の空気中に含まれている水分や、洗浄等で残留している水分がホール内に浸入しても、水分が水分に対するバリア膜により遮断されて第２の絶縁膜に達することがない。したがって、第２の絶縁膜中の遊離フッ素がこの水分に溶け出して、フッ化水素酸が生成されることがないので、第１の金属配線が腐食されるのを防止することができる。これにより、ホールのエッチング、バリア膜、銅薄膜形成からメッキ工程まで工程間の滞留時間が拘束されることがなくなり、製造ラインの設計の自由度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の実施の形態を示し、第１の実施例のホール部の断面を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の第２の実施例のホール部の断面を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の第３の実施例のホール部の断面を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【図７】本発明に係る半導体装置の第４の実施例のホール部の断面を示す模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【図９】本発明に係る半導体装置の第５の実施例のホール部の断面を示す模式図である。
【図１０】（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【図１１】本発明に係る半導体装置の第６の実施例のホール部の断面を示す模式図である。
【図１２】（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【図１３】（ａ）〜（ｇ）は従来の半導体装置の同半導体装置の製造手順を示す模式図である。
【符号の説明】
３０１    半導体基板
３０２    第１の絶縁薄膜（ＦＳＧ）
３０３    第１の銅配線
３０４    第２の絶縁薄膜（ＦＳＧ）
３０５    ホール
３０６    チタン薄膜
３０７    タンタル薄膜
３０８    シード膜
３１０    第２の銅配線
４０６    窒化チタン薄膜
５０７    窒化タンタル薄膜
【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】
2005026386.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2005026386.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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