(57)【要約】  【課題】  低抵抗であって、且つ、絶縁膜及び配線との間で高い密着性を有するバリアメタル膜を有する半導体装置を提供する。  【解決手段】  半導体装置は、シリコン基板１上に形成された絶縁膜６と、絶縁膜６中に形成された埋め込み金属配線８と、絶縁膜６と金属配線８との間に形成されたバリアメタル膜７とを有する。バリアメタル膜７は、金属化合物膜であり、金属化合物膜は、絶縁膜６を構成する元素のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、前記絶縁膜と前記金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、
前記バリアメタル膜は、金属化合物膜であり、
前記金属化合物膜は、前記絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、前記絶縁膜と前記金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、
前記バリアメタル膜は、前記絶縁膜と接するように形成された金属化合物膜、及び前記金属化合物膜の上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなり、
前記金属化合物膜は、前記絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は前記金属膜及び前記金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属化合物膜は、金属窒化膜であり、
前記絶縁膜は、窒素を含んでいることを特徴する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属化合物膜は、金属酸化膜であり、
前記絶縁膜は、酸素を含んでいることを特徴する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属化合物膜は、金属炭化膜であり、
前記絶縁膜は、炭素を含んでいることを特徴する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属化合物膜は、金属ケイ化膜であり、
前記絶縁膜は、ケイ素を含んでいることを特徴する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記金属配線は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、前記絶縁膜と前記金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、
前記バリアメタル膜は、前記絶縁膜と接するように形成された金属ケイ化膜又は金属炭化膜からなる金属化合物膜よりなり、
前記絶縁膜は、IV族元素を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、前記絶縁膜と前記金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、
前記バリアメタル膜は、前記絶縁膜と接するように形成された金属ケイ化膜又は金属炭化膜よりなる金属化合物膜、及び前記金属化合物膜の上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなり、
前記絶縁膜は、IV族元素を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
前記１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は前記金属膜及び前記金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることを特徴とする請求項１０〜１２のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記金属配線は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項１０〜１２のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、前記第１の絶縁膜と前記金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、
前記第１の絶縁膜と前記バリアメタル膜との間には、第２の絶縁膜が形成されており、
前記バリアメタル膜は、金属化合物膜であり、
前記金属化合物膜は、前記第２の絶縁膜を構成する金属のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】
前記金属化合物膜と前記金属配線との間には、１層以上の金属を含む膜が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は前記金属膜及び前記金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記金属化合物膜は、金属窒化膜であり、
前記第２の絶縁膜は、窒素を含んでいることを特徴する請求項１５〜１７のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記金属化合物膜は、金属酸化膜であり、
前記第２の絶縁膜は、酸素を含んでいることを特徴する請求項１５〜１７のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記金属化合物膜は、金属炭化膜であり、
前記第２の絶縁膜は、炭素を含んでいることを特徴する請求項１５〜１７のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記金属化合物膜は、金属ケイ化膜であり、
前記第２の絶縁膜は、ケイ素を含んでいることを特徴する請求項１５〜１７のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることを特徴とする請求項１５〜２１のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記金属配線は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項１５〜１７のうちいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２４】
基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、前記第１の絶縁膜と前記金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、
前記第１の絶縁膜と前記バリアメタル膜との間には、第２の絶縁膜が形成されており、
前記バリアメタル膜は、金属ケイ化膜又は金属炭化膜よりなる金属化合物膜であり、
前記第２の絶縁膜は、IV族元素を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項２５】
前記金属化合物膜と前記金属配線との間には、１層以上の金属を含む膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の半導体装置。
【請求項２７】
前記金属配線は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の半導体装置。
【請求項２８】
基板上の絶縁膜に凹部を形成する工程と、
少なくとも前記凹部の壁面に沿うように、前記絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含む金属化合物膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程と、
前記凹部を埋め込むように、前記バリアメタル膜の上に埋め込み金属配線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２９】
基板上の第１の絶縁膜に凹部を形成する工程と、
少なくとも前記凹部の壁面に沿うように、第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に、前記第２の絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含む金属化合物膜を形成する工程と、
前記凹部を埋め込むように、前記金属化合物膜の上に埋め込み金属配線を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項２８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
前記バリアメタル膜を形成する工程は、
前記金属化合物膜を形成した後に、前記金属化合物膜の上に１層以上の金属を含む膜をさらに形成して、前記金属化合物及び前記１層以上の金属を含む膜よりなる前記バリアメタル膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２８又は２９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
前記１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は前記金属膜及び前記金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
前記金属化合物膜は、金属窒化膜であり、
前記金属化合物膜に隣接して形成されている前記絶縁膜は、窒素を含んでいることを特徴する請求項２８〜３１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３３】
前記金属化合物膜は、金属酸化膜であり、
前記金属化合物膜に隣接して形成されている前記絶縁膜は、酸素を含んでいることを特徴する請求項２８〜３１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
前記金属化合物膜は、金属炭化膜であり、
前記金属化合物膜に隣接して形成されている前記絶縁膜は、炭素を含んでいることを特徴する請求項２８〜３１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３５】
前記金属化合物膜は、金属ケイ化膜であり、
前記金属化合物膜に隣接して形成されている前記絶縁膜は、ケイ素を含んでいることを特徴する請求項２８〜３１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３６】
前記金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることを特徴とする請求項２８〜３５のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３７】
前記金属配線は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項２８〜３１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３８】
基板上のIV族元素を含む絶縁膜に凹部を形成する工程と、
少なくとも前記凹部の壁面に沿うように、金属ケイ化膜又は金属炭化膜からなる金属化合物膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程と、
前記凹部を埋め込むように、前記バリアメタル膜の上に埋め込み金属配線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３９】
基板上の第１の絶縁膜に凹部を形成する工程と、
少なくとも前記凹部の壁面に沿うように、IV族元素を含む第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に、金属ケイ化膜又は金属炭化膜からなる金属化合物膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程と、
前記凹部を埋め込むように、前記バリアメタル膜の上に埋め込み金属配線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４０】
前記バリアメタル膜を形成する工程は、
前記金属化合物膜を形成した後に、前記金属化合物膜の上に１層以上の金属を含む膜を形成して、前記金属化合物膜及び前記１層以上の金属を含む膜よりなる前記バリアメタル膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３８又は３９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４１】
前記金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることを特徴とする請求項３８〜４０のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４２】
前記金属配線は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項３８〜４０のうちいずれか１項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、金属配線を有する半導体装置及びその製造方法に関し、特にバリアメタル膜及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置（以下、半導体装置という。）の加工寸法の微細化に伴って、半導体装置の多層配線には、銅配線と誘電率が小さい絶縁膜、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜との組み合わせが採用されている。こうすることにより、ＲＣ遅延及び消費電力の低減を可能にする。さらに、半導体装置の高集積化、高機能化及び高速化を図るために、誘電率がより低いＬｏｗ−ｋ膜の採用が検討されている。
【０００３】
ところで、銅配線は、通常ダマシン法によって形成される。ダマシン法には、配線及びビアプラグを交互に形成するシングルダマシン法と、配線及びビアプラグを同時に形成するデュアルダマシン法とがある。
【０００４】
以下に、ダマシン法による多層配線の形成方法について、図１１（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０００５】
図１１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上に第１の絶縁膜１０２を形成した後に、該第１の絶縁膜１０２中に第１のバリアメタル膜１０３を有する下層の銅配線である第１の配線１０４を形成する。なお、シリコン基板１０１上には、図示していないトランジスタなどが形成されている。続いて、第１の絶縁膜１０２及び第１の配線１０４の上に、銅の拡散を防止する拡散防止膜１０５及び第２の絶縁膜１０６を順に形成し、拡散防止膜１０５及び第２の絶縁膜１０６よりなる絶縁層を形成する。
【０００６】
次に、拡散防止膜１０５及び第２の絶縁膜１０６にビアホール１０６ａを形成すると共に、第２の絶縁膜１０６に配線溝１０６ｂを形成することにより、ビアホール１０６ａ及び配線溝１０６ｂよりなる凹部１０６ｃを形成する。なお、ビアホール１０６ａ及び配線溝１０６ｂは、周知のリソグラフィ技術、エッチング技術、アッシング技術、及び洗浄技術を用いて、デュアルダマシン配線溝（ビアホール１０６ａ及び配線溝１０６ｂよりなる凹部１０６ｃ）を形成する工程により形成すればよい。なお、一般に、ビアホール１０６ａを先に形成した後に、配線溝（トレンチ）１０６ｂを形成する方法が良く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
次に、凹部１０６ｃの壁面に沿うように、物理気相成長法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）などにより、第２のバリアメタル膜１０７を形成する。
【０００８】
次に、第２のバリアメタル膜１０７の上に、物理気相成長法により、銅シード層を形成した後に、該銅シード層を種に用いた銅めっきにより、凹部１０６ｃを埋め込むと共に第２の絶縁膜１０６の表面全体を覆うように銅膜を形成する。続いて、化学機械研磨（CMP：chemical mechanical polishing）法により、銅膜における凹部１０６ｃの内側に形成されている部分以外で第２の絶縁膜１０６の上に形成されている部分と第２のバリアバリアメタル膜１０７における凹部１０６ｃの内側の部分以外で第２の絶縁膜１０６の上に形成されている部分を研磨除去する。このようにして、第２の配線１０８及びその一部であるビアプラグを形成できる。なお、第２の配線１０８は、配線、ビアプラグ、又はこれら両方のいずれかであってもよい。以上の一連の動作を繰り返し行なうことにより、多層配線を形成することができる。
【０００９】
ここで、第２の絶縁膜１０６及び第２のバリアメタル膜１０７に用いる材料について、図１１（ｂ）を参照しながら説明する。
【００１０】
ここで、拡散防止膜１０５には、シリコン窒化膜、シリコン窒化炭化膜、又はシリコン炭化酸化膜などが用いられる。銅拡散防止膜１０５は、下層の第１の配線１０４を構成する銅が第２の絶縁膜１０６中に拡散することを防止する働きを有する。
【００１１】
また、第２の絶縁膜１０６には、シリコン酸化膜、フッ素ドープシリコン酸化膜、シリコン酸化炭化膜、又は有機膜よりなる絶縁膜が用いられる。すなわち、第２の絶縁膜１０６は、図１１（ｂ）に列挙した膜を用いればよい（なお、図中では、第２のバリアメタル膜１０７が金属窒化膜である場合について示している。）。また、これらの膜は、化学気相成長法で形成された膜であってもよいし、スピン塗布法により形成されたＳＯＤ（spin on dielectric）膜であってもよい。
【００１２】
一般に、銅は、熱又は電界によって容易にシリコン酸化膜などの絶縁膜中を拡散するので、これが原因となってトランジスタの特性劣化が生じやすい。また、銅は、絶縁膜との密着性が低い。したがって、銅配線を形成する際には、銅と絶縁膜との間に、タンタル膜又は窒化タンタル膜よりなるバリアメタル膜を形成することにより、銅が絶縁膜へ拡散することを防止すると共に絶縁膜及び銅との密着性を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）なお、タンタル膜又は窒化タンタル膜は、単層又は積層構造として用いられる。
【００１３】
しかしながら、例えば前述の例において、第２のバリアメタル膜１０７としてタンタルなどの高融点金属膜を用いた場合には、凹部１０６ｃが形成される第２の絶縁膜１０６と高融点金属膜との密着性が悪いと言う問題がある。この密着性が悪いという問題に対しては、例えば第２のバリアメタル膜１０７としてタンタル膜を用いた場合には、タンタル膜よりなる第２のバリアメタル膜１０７と第２の絶縁膜１０６との間にタンタル窒化膜を形成することによって密着性の悪さを改善してきたが、十分な密着性が得られているわけではない。
【００１４】
また、第２のバリアメタル膜１０７としてタンタル膜を用いた場合には、電解めっきによって銅を形成する際に、タンタル膜は酸化されるので、高抵抗の酸化タンタル膜が形成されてしまう。このため、配線抵抗の上昇を避けることができないという問題を有している。
【００１５】
また、第２のバリアメタル膜１０７として窒化タンタル膜を用いた場合には、窒化タンタル膜は酸化されることはないが、窒化タンタル膜は高抵抗であって、且つ銅との密着性が低いという問題を有している。
【００１６】
さらに、第２のバリアメタル膜１０７としてチタン膜又は窒化チタン膜を用いた場合にも、それぞれ、タンタル膜を用いた場合又は窒化タンタル膜を用いた場合と同様の問題が存在する。
【００１７】
これらの問題に鑑みて、特に、第２のバリアメタル膜１０７の低抵抗化を実現する目的で、金属及びその金属酸化物自体が低抵抗であるルテニウム又はイリジウムなどの金属を第２のバリアメタル膜１０７として用いることが注目されてきている（例えば、特許文献３及び４参照）。なお、これらの金属は、一般に、原子層成長法又は化学気相成長法によって形成される。
【特許文献１】特開平１１−２２３７５５号公報
【特許文献２】特開２００２−４３４１９号公報
【特許文献３】特許第３４０９８３１号公報
【特許文献４】特開２００２−７５９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、タンタル又はルテニウムなどの高融点金属膜をバリアメタル膜として用いる場合には、ダマシン配線用の凹部が形成される絶縁膜と高融点金属膜よりなるバリアメタル膜との密着性が悪いという問題がある。また、高融点金属膜よりなるバリアメタル膜と絶縁膜との間に金属窒化膜を形成することにより、絶縁膜の上に高融点金属よりなるバリアメタル膜を直接形成する場合よりも密着性の悪さを改善することができるが、抵抗が増大するという問題がある。
【００１９】
前記に鑑み、本発明の目的は、低抵抗であって、且つ、絶縁膜及び配線との間で高い密着性を有するバリアメタル膜を有する半導体装置及びそ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】
【００２０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体装置は、基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、絶縁膜と金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、バリアメタル膜は、金属化合物膜であり、金属化合物膜は、絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする。
【００２１】
第１の半導体装置によると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００２２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第２の半導体装置は、基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、絶縁膜と金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、バリアメタル膜は、絶縁膜と接するように形成された金属化合物膜、及び金属化合物膜の上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなり、金属化合物膜は、絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする。
【００２３】
第２の半導体装置によると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。また、バリアメタル膜は、金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体として低抵抗化することができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００２４】
本発明に係る第２の半導体装置において、１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は金属膜及び金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、低抵抗なバリアメタル膜を構成できると共に、金属積層膜における膜間の密着性を向上させることができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００２６】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置において、金属化合物膜は、金属窒化膜であり、絶縁膜は、窒素を含んでいることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素である窒素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性の高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００２８】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置において、金属化合物膜は、金属酸化膜であり、絶縁膜は、酸素を含んでいることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素である酸素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００３０】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置において、金属化合物膜は、金属炭化膜であり、絶縁膜は、炭素を含んでいることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素である炭素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、同一元素が存在しない場合に比べ金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００３２】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置において、金属化合物膜は、金属ケイ化膜であり、絶縁膜は、ケイ素を含んでいることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素であるケイ素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００３４】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置において、金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、埋め込み金属配線を形成した後にさらに上層の配線を形成する際に、およそ４００℃前後の熱が加えられる場合であっても、金属化合物膜が変成することを防止できるので、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【００３６】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置において、金属配線は、銅又は銅合金よりなることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、低価格で信頼性が高いと共に低抵抗である多層配線を備えた高性能の半導体装置を実現することができる。
【００３８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第３の半導体装置は、基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、絶縁膜と金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、バリアメタル膜は、絶縁膜と接するように形成された金属ケイ化膜又は金属炭化膜からなる金属化合物膜よりなり、絶縁膜は、IV族元素を含んでいることを特徴とする。
【００３９】
第３の半導体装置によると、金属化合物膜及び絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００４０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第４の半導体装置は、基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、絶縁膜と金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、バリアメタル膜は、絶縁膜と接するように形成された金属ケイ化膜又は金属炭化膜よりなる金属化合物膜、及び金属化合物膜の上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなり、絶縁膜は、IV族元素を含んでいることを特徴とする。
【００４１】
第４の半導体装置によると、金属化合物膜及び絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。また、バリアメタル膜は金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体として低抵抗化することができる。したがって、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００４２】
本発明に係る第４の半導体装置において、１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は金属膜及び金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、低抵抗なバリアメタル膜を構成できると共に、金属積層膜における膜間の密着性を向上させることができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００４４】
本発明に係る第３又は第４の半導体装置において、金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、埋め込み金属配線を形成した後にさらに上層の配線を形成する際に、およそ４００℃前後の熱が加えられる場合であっても、金属化合物膜が変成することを防止できるので、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【００４６】
本発明に係る第３又は第４の半導体装置において、金属配線は、銅又は銅合金よりなることが好ましい。
【００４７】
このようにすると、低価格で信頼性が高いと共に低抵抗である多層配線を備えた高性能の半導体装置を実現することができる。
【００４８】
本発明に係る第５の半導体装置は、基板上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、第１の絶縁膜と金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、第１の絶縁膜とバリアメタル膜との間には、第２の絶縁膜が形成されており、バリアメタル膜は、金属化合物膜であり、金属化合物膜は、第２の絶縁膜を構成する金属のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする。
【００４９】
第５の半導体装置によると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在するので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜が形成されているため、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜又は金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させる目的で行なう第２の絶縁膜の選択の自由度が増大する。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。これにより、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５０】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属化合物膜と金属配線との間には、１層以上の金属を含む膜が形成されていることが好ましい。
【００５１】
このようにすると、バリアメタル膜は金属化合物及びその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体を低抵抗化することができる。これにより、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５２】
本発明に係る第５の半導体装置において、１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は金属膜及び金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることが好ましい。
【００５３】
このようにすると、低抵抗なバリアメタル膜を構成できると共に、金属積層膜における膜間の密着性を向上させることができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５４】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属化合物膜は、金属窒化膜であり、第２の絶縁膜は、窒素を含んでいることが好ましい。
【００５５】
このようにすると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素である窒素が存在するので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性の高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５６】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属化合物膜は、金属酸化膜であり、第２の絶縁膜は、酸素を含んでいることが好ましい。
【００５７】
このようにすると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素である酸素が存在するので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５８】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属化合物膜は、金属炭化膜であり、第２の絶縁膜は、炭素を含んでいることが好ましい。
【００５９】
このようにすると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素である炭素が存在するので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、同一元素が存在しない場合に比べ金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００６０】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属化合物膜は、金属ケイ化膜であり、第２の絶縁膜は、ケイ素を含んでいることが好ましい。
【００６１】
このようにすると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素であるケイ素が存在するので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００６２】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることが好ましい。
【００６３】
このようにすると、埋め込み金属配線を形成した後にさらに上層の配線を形成する際に、およそ４００℃前後の熱が加えられる場合であっても、金属化合物膜が変成することを防止できるので、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【００６４】
本発明に係る第５の半導体装置において、金属配線は、銅又は銅合金よりなることが好ましい。
【００６５】
このようにすると、低価格で信頼性が高いと共に低抵抗である多層配線を備えた高性能の半導体装置を実現することができる。
【００６６】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第６の半導体装置は、基板上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜中に形成された埋め込み金属配線と、第１の絶縁膜と金属配線との間に形成されたバリアメタル膜とを有する半導体装置において、第１の絶縁膜とバリアメタル膜との間には、第２の絶縁膜が形成されており、バリアメタル膜は、金属ケイ化膜又は金属炭化膜よりなる金属化合物膜であり、第２の絶縁膜は、IV族元素を含んでいることを特徴とする。
【００６７】
第６の半導体装置によると、金属化合物膜及び第２の絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜が形成されているので、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜及び金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させるために行われる第２の絶縁膜の選択の自由度が増大する。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００６８】
本発明に係る第６の半導体装置において、金属化合物膜と金属配線との間には、１層以上の金属を含む膜が形成されていることが好ましい。
【００６９】
このようにすると、バリアメタル膜は金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体として低抵抗化することができる。したがって、低抵抗で且つ密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００７０】
本発明に係る第６の半導体装置において、金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることが好ましい。
【００７１】
このようにすると、埋め込み金属配線を形成した後にさらに上層の配線を形成する際に、およそ４００℃前後の熱が加えられる場合であっても、金属化合物膜が変成することを防止できるので、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【００７２】
本発明に係る第６の半導体装置において、金属配線は、銅又は銅合金よりなることが好ましい。
【００７３】
このようにすると、低価格で信頼性が高いと共に低抵抗である多層配線を備えた高性能の半導体装置を実現することができる。
【００７４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、基板上の絶縁膜に凹部を形成する工程と、少なくとも前記凹部の壁面に沿うように、絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含む金属化合物膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程と、凹部を埋め込むように、バリアメタル膜の上に埋め込み金属配線を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００７５】
第１の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在する構成が実現されるので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。このため、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００７６】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、基板上の第１の絶縁膜に凹部を形成する工程と、少なくとも凹部の壁面に沿うように、第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜の上に、第２の絶縁膜を構成する元素のうち少なくとも１つを含む金属化合物膜を形成する工程と、凹部を埋め込むように、金属化合物膜の上に埋め込み金属配線を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００７７】
第２の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在する構成が実現されるので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成するため、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜及び金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させるために行なう第２の絶縁膜の選択の自由度を増大させることができる。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００７８】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、バリアメタル膜を形成する工程は、金属化合物膜を形成した後に、金属化合物膜の上に１層以上の金属を含む膜をさらに形成して、金属化合物及び１層以上の金属を含む膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００７９】
このようにすると、バリアメタル膜は金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体を低抵抗化することができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８０】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、１層以上の金属を含む膜は、金属膜、金属化合物膜、又は金属膜及び金属化合物膜のうちから選ばれた膜を組み合わせてなる多層膜よりなることが好ましい。
【００８１】
このようにすると、低抵抗なバリアメタルを構成できると共に、金属積層膜における膜間の密着性を向上させることができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８２】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、金属化合物膜は、金属窒化膜であり、金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜は、窒素を含んでいることが好ましい。
【００８３】
このようにすると、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素である窒素が存在するため、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８４】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、金属化合物膜は、金属酸化膜であり、金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜は、酸素を含んでいることが好ましい。
【００８５】
このようにすると、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素である酸素が存在するため、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８６】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、金属化合物膜は、金属炭化膜であり、金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜は、炭素を含んでいることが好ましい。
【００８７】
このようにすると、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素である炭素が存在するため、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００８８】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、金属化合物膜は、金属ケイ化膜であり、金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜は、ケイ素を含んでいることが好ましい。
【００８９】
このようにすると、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素であるケイ素が存在するため、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と該金属化合物膜に隣接して形成されている絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００９０】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることが好ましい。
【００９１】
このようにすると、埋め込み金属配線を形成した後にさらに上層の配線を形成する際に、およそ４００℃前後の熱が加えられる場合であっても、金属化合物膜が変成することを防止できるので、信頼性の高い半導体装置を製造できる。
【００９２】
本発明に係る第１又は第２の半導体装置の製造方法において、金属配線は、銅又は銅合金よりなることが好ましい。
【００９３】
このようにすると、低価格で信頼性が高いと共に低抵抗である多層配線を備えた高性能半導体装置を製造することができる。
【００９４】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、基板上のIV族元素を含む絶縁膜に凹部を形成する工程と、少なくとも凹部の壁面に沿うように、金属ケイ化膜又は金属炭化膜からなる金属化合物膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程と、凹部を埋め込むように、バリアメタル膜の上に埋め込み金属配線を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００９５】
第３の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜及び絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００９６】
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、基板上の第１の絶縁膜に凹部を形成する工程と、少なくとも凹部の壁面に沿うように、IV族元素を含む第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜の上に、金属ケイ化膜又は金属炭化膜からなる金属化合物膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程と、凹部を埋め込むように、バリアメタル膜の上に埋め込み金属配線を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００９７】
第４の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜及び第２の絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成するため、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜及び金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させるために行なう第２の絶縁膜の選択の自由度を増大させることができる。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００９８】
本発明に係る第３又は第４の半導体装置の製造方法において、バリアメタル膜を形成する工程は、金属化合物膜を形成した後に、金属化合物膜の上に１層以上の金属を含む膜を形成して、金属化合物膜及び１層以上の金属を含む膜よりなるバリアメタル膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００９９】
このようにすると、バリアメタル膜は金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体として低抵抗化することができる。したがって、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１００】
本発明に係る第３又は第４の半導体装置の製造方法において、金属化合物膜を構成する金属は、高融点金属であることが好ましい。
【０１０１】
このようにすると、埋め込み金属配線を形成した後にさらに上層の配線を形成する際に、およそ４００℃前後の熱が加えられる場合であっても、金属化合物膜が変成することを防止できるので、信頼性の高い半導体装置を製造できる。
【０１０２】
本発明に係る第３又は第４の半導体装置の製造方法において、金属配線は、銅又は銅合金よりなることが好ましい。
【０１０３】
このようにすると、低価格で信頼性が高いと共に低抵抗である多層配線を備えた高性能半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【０１０４】
本発明に係る第１の半導体装置によると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。このため、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０５】
本発明に係る第２の半導体装置によると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在するので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。また、バリアメタル膜は、金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体として低抵抗化することができる。このため、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０６】
本発明に係る第３の半導体装置によると、金属化合物膜及び絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０７】
本発明に係る第４の半導体装置によると、金属化合物膜及び絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。また、バリアメタル膜は金属化合物膜とその上に形成された１層以上の金属を含む膜よりなるので、バリアメタル膜全体として低抵抗化することができる。したがって、低抵抗であって、且つ、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０８】
本発明に係る第５の半導体装置によると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在するので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜が形成されているため、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜又は金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させる目的で行なう第２の絶縁膜の選択の自由度が増大する。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。これにより、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１０９】
本発明に係る第６の半導体装置によると、金属化合物膜及び第２の絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上している。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜が形成されているので、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜及び金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させるために行われる第２の絶縁膜の選択の自由度が増大する。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１１０】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在する構成が実現されるので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。このため、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０１１１】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在する構成が実現されるので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面に同一元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成するため、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜及び金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させるために行なう第２の絶縁膜の選択の自由度を増大させることができる。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０１１２】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜及び絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。このため、金属化合物膜と絶縁膜との密着性は飛躍的に向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０１１３】
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法によると、金属化合物膜及び第２の絶縁膜は互いに４価の電子軌道を有する元素を有しているので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との接合面において共有結合が形成されやすい。また、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成するため、絶縁膜同士の密着性は絶縁膜と金属膜及び金属化合物膜との密着性よりも高いので、金属化合物膜と第２の絶縁膜との密着性を向上させるために行なう第２の絶縁膜の選択の自由度を増大させることができる。このため、半導体装置構造設計が容易になる。このようにして、基板上に形成された絶縁膜から金属配線まで全体として密着性が大きく向上する。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について、図１（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１１５】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図である。
【０１１６】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上には第１の絶縁膜２が形成されており、該第１の絶縁膜２中には第１のバリアメタル膜３を有する下層の銅配線である第１の配線４が形成されている。なお、シリコン基板１上には、図示していないトランジスタなどが形成されている。第１の絶縁膜２及び第１の配線４の上には、銅の拡散を防止する拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６が順に形成されている。このように、拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６よりなる絶縁層が形成されている。
【０１１７】
また、拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６には、第１の配線４に到達するビアホール６ａが形成されていると共に、第２の絶縁膜６には、ビアホール６ａに連通する配線溝６ｂが形成されている。このように、ビアホール６ａ及び配線溝６ｂよりなるデュアルダマシン配線溝となる凹部６ｃが形成されている。なお、ビアホール６ａ及び配線溝６ｂは、周知のリソグラフィ技術、エッチング技術、アッシング技術、及び洗浄技術を用いて、デュアルダマシン配線溝（ビアホール６ａ及び配線溝６ｂよりなる凹部６ｃ）を形成する工程によって形成できる。なお、一般に、ビアホール６ａが先に形成された後に、配線溝（トレンチ）６ｂが形成される方法が良く用いられている。
【０１１８】
また、凹部６ｃの壁面には、物理気相成長法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）などによって、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７が形成されている。ここで、金属化合物膜７は、第２の絶縁膜６への銅の拡散を防止すると共に、後述する第２の配線８及び第２の絶縁膜６との密着性を向上させることを目的に形成されている。また、金属化合物膜７は、物理気相成長法の他に、原子層成長法（ＡＬＤ：atomic layer deposition）、又は化学気相成長法（ＣＶＤ：cemical vapor deposition）などの成膜方法により形成すればよい。
【０１１９】
さらに、金属化合物膜７の上には、凹部６ｃに銅膜が埋め込まれることで形成された第２の配線８が形成されている。なお、第２の配線８の形成方法は以下の通りである。まず、金属化合物膜７の上に、物理気相成長法により、銅シード層を形成した後に、該銅シード層を種に用いた銅めっきにより、凹部６ｃを埋め込むと共に第２の絶縁膜６の表面全体を覆うように銅膜を形成する。続いて、化学機械研磨（CMP：chemical mechanical polishing）法により、銅膜における凹部６ｃの内側に形成されている部分以外で第２の絶縁膜６の上に形成されている部分と金属化合物膜７における凹部６ｃの内側の部分を除いた第２の絶縁膜６の上に形成されている部分を研磨除去する。これにより、第２の配線８及び第２の配線８の一部であるビアプラグの両方が同時に形成されている。なお、第２の配線８は、配線、ビアプラグ、又はこれら両方のいずれかであればよい。また、拡散防止膜５を形成してから化学機械研磨までの一連の動作を繰り返して行なうことによって多層配線が形成される。なお、ここでは、デュアルダマシン法を用いた場合について説明したが、シングルダマシン法を用いる場合であってもよく、この場合は配線と配線の一部であるビアプラグとが交互に形成される。
【０１２０】
拡散防止膜５には、シリコン窒化膜、シリコン窒化炭化膜、シリコン炭化酸化膜、シリコン炭化膜、又はこれらの膜を組み合わせてなる積層膜などの絶縁膜を用いるとよい。拡散防止膜５は、第１の配線４の銅が第２の絶縁膜６中に拡散することを防止する働きを有する。なお、第２の絶縁膜６については後述する。
【０１２１】
また、金属化合物膜７を構成する金属には、高融点金属を用いるとよい。これにより、第２の配線８を形成した後に、さらに上層配線を形成する工程において、およそ４００℃前後の熱が加えられるが、本熱処理によって金属化合物膜７が変成することはない。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【０１２２】
また、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７を実際の半導体装置に組み込む場合、金属化合物膜７の膜厚は、６５ｎｍ世代の半導体装置の場合であれば、数ｎｍ〜３０ｎｍとなるように形成されるとよい。また、４５ｎｍ世代の半導体装置の場合であれば、厚くてもおよそ１５ｎｍ以下にする必要があると予測される。また、金属化合物膜７の成膜方法は用途に応じて任意に最適化するとよい。
【０１２３】
また、第２の配線８の材料としては、前述の銅の他に、銀、金、又は白金などの低抵抗金属を用いるとよい。このようにすると、低抵抗の多層配線を形成できる。さらに好ましくは、第２の配線８の材料としては、銅又は銅合金（銅を主成分とし、他の金属を一部含有する合金）用いるとよい。このようにすると、低コストで低抵抗の多層配線を有する半導体装置を実現できる。
【０１２４】
ここで、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の特徴について説明する。
【０１２５】
すなわち、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７が、第２の絶縁膜６を構成する元素のうち少なくとも１つを含んでいる点に特徴がある。このようにすると、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在するので、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が飛躍的に向上する。これは、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在することにより、金属化合物膜７を第２の絶縁膜６の表面に形成する際に、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との界面での結合が増大する。これにより、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との界面は継ぎ目が無い状態に近づくので、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１２６】
ここで、本実施形態においては、第２の絶縁膜６として、図１（ｂ）に示す材料よりなる第２の絶縁膜６Ａを用いるとよい。すなわち、第２の絶縁膜６Ａとしては、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコ酸化炭化窒化膜、シリコン炭化窒化膜、又は窒素含有有機膜よりなる絶縁膜を用いることが好ましい。これらの膜は、化学気相成長法にて形成された膜であってもよいし、スピン塗布法にて形成されたＳＯＤ（spin on dielectric）膜であってもよい。
【０１２７】
この場合に、図１（ｂ）に示すように、金属化合物膜７として金属窒化膜７Ａを用いることが好ましい。
【０１２８】
このようにすると、金属化合物膜７としての金属窒化膜７Ａと第２の絶縁膜６としての第２の絶縁膜６Ａとの接合面に同一の元素である窒素が存在するので、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が飛躍的に向上する。
【０１２９】
これにより、金属膜と絶縁膜とが接合する場合よりも密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１３０】
具体的には、金属窒化膜７Ａの金属には、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）を用いるとよい。
【０１３１】
さらに好ましくは、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、又はタングステン（Ｗ）などの金属を用いるとよい。このようにすると、窒化されても導電性が大きく失われないため、低抵抗の第２のバリアメタル膜を形成することができる。
【０１３２】
なお、図１（ｂ）に示した金属窒化膜７Ａの金属がさらに酸化、炭化、又はケイ化されている場合であっても、窒素を含む第２の絶縁膜６Ａに対して、金属窒化膜７Ａと同等又はそれに準じた密着性を得ることができる。
【０１３３】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によると、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１３４】
なお、本実施形態ではデュアルダマシン構造を採用した場合について説明したが、配線と配線の一部であるビアプラグが形成されるシングルダマシン構造を採用した場合であっても、前述と同様の効果を得ることができる。
【０１３５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について、図２（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１３６】
図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図である。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と共通する部分はその説明を繰り返さないことにして、以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図２（ａ）及び（ｂ）では、図１（ａ）及び（ｂ）における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０１３７】
第２の実施形態と第１の実施形態とが異なる点は、第２の絶縁膜６及び金属化合物膜７として用いる材料とその材料の組み合わせである。
【０１３８】
すなわち、具体的には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の実施形態に用いる第２の絶縁膜６Ｂとして、シリコン酸化膜、シリコン酸化フッ化膜、シリコン酸化炭化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン酸化炭化窒化膜、又は酸素を含有する有機膜よりなる絶縁膜を用いる。これらの膜は、化学気相成長法にて形成された膜であってもよいし、スピン塗布法にて形成されたＳＯＤ（spin on dielectric）膜であってもよい。
【０１３９】
この場合に、図２（ｂ）に示すように、金属化合物膜７として金属酸化膜７Ｂを用いることが好ましい。
【０１４０】
このようにすると、金属化合物膜７としての金属酸化膜７Ｂと第２の絶縁膜６としての第２の絶縁膜６Ｂとの接合面に同一の元素である酸素が存在するので、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が飛躍的に向上する。
【０１４１】
これにより、金属膜と絶縁膜とが接合する場合よりも密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１４２】
また、金属酸化膜７Ｂの金属には、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）を用いるとよい。
【０１４３】
さらに好ましくは、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）などを用いるとよい。このようにすると、酸化されても導電性が大きく失われない（比抵抗が小さい）ため、低抵抗の第２のバリアメタル膜を形成することができる。
【０１４４】
なお、図２（ｂ）に示した金属酸化膜７Ｂの金属がさらに窒化、炭化、又はケイ化されている場合であっても、酸素を含む第２の絶縁膜６Ｂに対して、金属酸化膜７Ｂと同等又はそれに準じた密着性を得ることができる。
【０１４５】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態によると、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１４６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１４７】
図３（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図である。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態と共通する部分はその説明を繰り返さないことにして、以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図３（ａ）及び（ｂ）では、図１（ａ）及び（ｂ）における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０１４８】
第３の実施形態と第１の実施形態とが異なる点は、第２の絶縁膜６及び金属化合物膜７として用いる材料とその材料の組み合わせである。
【０１４９】
すなわち、具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の実施形態に用いる第２の絶縁膜６Ｃとして、シリコン酸化膜、シリコン酸化フッ化膜、シリコン酸化炭化膜、シリコン炭化酸化膜、シリコン酸化炭化窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭化窒化膜、シリコン窒化膜、又は有機膜よりなる絶縁膜を用いる。これらの膜は、化学気相成長法にて形成された膜であってもよいし、スピン塗布法にて形成されたＳＯＤ（spin on dielectric）膜であってもよい。
【０１５０】
この場合に、図３（ｂ）に示すように、金属化合物膜７として金属炭化膜７Ｃを用いることが好ましい。
【０１５１】
このようにすると、金属炭化膜７Ｃには炭素が存在し、第２の絶縁膜６Ｃには有機膜よりなる場合を除いてシリコンが存在する。炭素とシリコンとは、互いに４価の電子軌道を有する元素であるため、他の元素とは異なって金属膜の成膜時に共有結合を形成しやすいので、金属炭化膜７Ｃと第２の絶縁膜６Ｃとの密着性が増大する。
【０１５２】
さらに好ましくは、金属化合物膜７として金属炭化膜７Ｃを用いる場合に、第２の絶縁膜６Ｃとして、シリコン酸化炭化膜、シリコン炭化酸化膜、シリコン酸化炭化窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭化窒化膜、又は有機膜よりなる絶縁膜を用いるとよい。
【０１５３】
このようにすると、前述した密着性を向上させる因子に加えて、金属化合物膜７としての金属炭化膜７Ｃと第２の絶縁膜６としての第２の絶縁膜６Ｃとの接合面に同一元素である炭素が存在するので、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が飛躍的に向上する。また、第２の絶縁膜６Ｃが有機膜よりなる場合には、有機膜は炭素を主成分としているため、金属化合物膜７としての金属炭化膜７Ｃと第２の絶縁膜６としての第２の絶縁膜６Ｃとの接合面に同一の元素である炭素が存在するので、金属炭化膜７Ｃと第２の絶縁膜６Ｃとの密着性が増大する。
【０１５４】
これにより、金属膜と絶縁膜とが接合する場合よりも密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１５５】
また、金属炭化膜７Ｃの金属には、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）を用いるとよい。
【０１５６】
さらに好ましくは、炭化されても比抵抗の小さな金属を用いるとよい。
【０１５７】
なお、図３（ｂ）に示した金属窒化膜７Ｃの金属がさらに酸化、窒化、又はケイ化されている場合であっても、炭素を含む第２の絶縁膜６Ｃに対して、金属炭化膜７Ｃと同等又はそれに準じた密着性を得ることができる。
【０１５８】
以上説明したように、本発明の第３の実施形態によると、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１５９】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置について、図４（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１６０】
図４（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図である。なお、第４の実施形態では、第１の実施形態と共通する部分はその説明を繰り返さないことにして、以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図４（ａ）及び（ｂ）では、図１（ａ）及び（ｂ）における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０１６１】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第４の実施形態に用いる第２の絶縁膜６Ｄとして、シリコン酸化膜、シリコン酸化フッ化膜、シリコン酸化炭化膜、シリコン炭化酸化膜、シリコン酸化炭化窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭化窒化膜、シリコン窒化膜、有機膜よりなる絶縁膜、又はシリコンを含有する有機膜よりなる絶縁膜を用いる。これらの膜は、化学気相成長法にて形成された膜であってもよいし、スピン塗布法にて形成されたＳＯＤ（spin on dielectric）膜であってもよい。
【０１６２】
この場合に、図４（ｂ）に示すように、金属化合物膜７として金属ケイ化膜７Ｄを用いることが好ましい。
【０１６３】
このようにすると、金属ケイ化膜７Ｄにはシリコンが存在し、第２の絶縁膜６Ｄには有機膜よりなる場合（シリコンを含有しない有機膜よりなる絶縁膜）を除いてシリコンが存在する。したがって、金属化合物膜７としての金属ケイ化膜７Ｄと第２の絶縁膜６としての第２の絶縁膜６Ｄとの接合面に同一元素であるケイ素（シリコン）が存在するので、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が飛躍的に向上する。また、シリコン原子同士は共有結合を形成しやすいために、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性はさらに向上する。また、第２の絶縁膜６Ｄが有機膜よりなる場合（シリコンを含有しない有機膜よりなる絶縁膜）には、有機膜は炭素を主成分としているため、炭素とシリコンとは、互いに４価の電子軌道を有する元素であり、共有結合が形成されやすい。このため、金属膜と絶縁膜とが接合する場合よりも密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【０１６４】
また、金属ケイ化膜７Ｄの金属には、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）を用いるとよい。
【０１６５】
さらに好ましくは、ケイ化されても比抵抗の小さな金属を用いるとよい。
【０１６６】
なお、図４（ｂ）に示した金属窒化膜７Ｄの金属がさらに、炭化、窒化、又は酸化されている場合であっても、ケイ素を含む第２の絶縁膜６Ｄに対して、金属ケイ化膜７Ｄと同等又はそれに準じた密着性を得ることができる。
【０１６７】
以上説明したように、本発明の第４の実施形態によると、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１６８】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置について、図５を参照しながら説明する。なお、第５の実施形態では、第１の実施形態と共通する部分はその説明を繰り返さないことにして、以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図５では、図１（ａ）における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０１６９】
図５に示すように、第５の実施形態に係る半導体装置は、第２のバリアメタル膜として、金属化合物膜７と、該金属化合物膜７の上に形成された１層以上の金属を含む膜９とを備えている点に特徴があり、この点において、以上の第１〜第４の実施形態と異なっている。
【０１７０】
ここで、１層以上の金属を含む膜９は、金属膜、金属化合物膜、又は金属膜及び金属化合物膜の中から選ばれた膜が組み合わされてなる多層膜であることが好ましい。また、１以上の金属を含む膜９を構成するこられの金属は、高融点金属が適していることはいうまでもない。
【０１７１】
このように、第５の実施形態によると、金属膜よりも相対的に高い比抵抗を有する金属化合物膜７の表面に、該金属化合物膜７よりも低抵抗な金属膜、又は、金属膜及び金属化合物膜よりなる多層膜を形成することにより、金属化合物膜の単層膜を第２のバリアメタル膜として用いる第１〜第４の実施形態に比べて、第５の実施形態における第２のバリアメタル膜は低抵抗のバリアメタル膜を形成することができる。
【０１７２】
ここで、１層以上の金属を含む膜９を構成する金属には、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）を用いるとよい。例えば、タンタルの比抵抗は１３（μΩ・ｃｍ）であり、ルテニウムの比抵抗は７．５（μΩ・ｃｍ）であり、イリジウムの比抵抗は６．５（μΩ・ｃｍ）である。
【０１７３】
また、１層以上の金属を含む膜９を構成する金属化合物膜として金属酸化膜を用いる場合、その金属には、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）などを用いるとよい。例えば、ルテニウム酸化膜の比抵抗は３５（μΩ・ｃｍ）であり、イリジウム酸化膜の比抵抗は３０（μΩ・ｃｍ）である。これらの金属を用いると、酸化されても導電性を失わない（比抵抗が小さい）ので、低抵抗の第２のバリアメタル膜を形成することができる。
【０１７４】
また、１層以上の金属を含む膜９を構成する金属化合物膜として金属窒化膜を用いる場合、その金属には、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、又はタングステン（Ｗ）などを用いるとよい。例えば、チタン窒化膜の比抵抗は２５（μΩ・ｃｍ）であり、タンタル窒化膜の比抵抗は１３０（μΩ・ｃｍ）である。これらの金属を用いると、金属窒化膜の比抵抗が小さいので、低抵抗の第２のバリアメタル膜を形成することができる。
【０１７５】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属窒化膜よりなる場合には、第２の絶縁膜６として第１の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ａを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１７６】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属酸化膜の場合は、第２の絶縁膜６として第２の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ｂを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１７７】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属炭化膜の場合は、第２の絶縁膜６として第３の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ｃを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１７８】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属ケイ化膜の場合は、第２の絶縁膜６として第４の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ｄを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１７９】
以上説明したように、本発明の第５の実施形態によると、低抵抗であって、且つ、密着性が高いバリアメタル膜を有する多層配線を具備した信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１８０】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置について、図６を参照しながら説明する。なお、第６の実施形態では、第５の実施形態と共通する部分はその説明を繰り返さないことにして、以下では、第５の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図６では、図５における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０１８１】
図６に示すように、第６の実施形態に係る半導体装置は、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との間に第３の絶縁膜１０が形成されていると共に、金属化合物膜７が第３の絶縁膜１０を構成する元素を少なくとも１つを含んでいる点に特徴があり、この点において、第５の実施形態と異なっている。
【０１８２】
このように、第２の絶縁膜６と第３の絶縁膜１０とは絶縁膜同士であるため、金属と絶縁膜との組み合わせ、又は金属化合物膜と絶縁膜との組み合わせよりも、第２の絶縁膜６と第３の絶縁膜１０とは密着性が高い。このため、密着性を向上させるために選択する第３の絶縁膜１０と金属化合物膜７との組み合わせの自由度を増大させることができる。
【０１８３】
したがって、前述した第１〜第４の実施形態で示した第２の絶縁膜６と金属化合物膜７との組み合わせと同様の組み合わせを実現するためには、第２バリアメタル膜を構成する金属化合物膜７に適合する絶縁膜を第３の絶縁膜１０として決定すればよく、半導体装置の設計の自由度を増大させることができる。
【０１８４】
なお、図６では１層以上の金属を含む膜９が形成されている構成が示されているが、１以上の金属を含む膜９は形成されてない場合であってもよい。
【０１８５】
以上のように、前述した第１〜第４の実施形態で示した第２の絶縁膜６と金属化合物膜７との組み合わせと同様の組み合わせを満足するように、第３の絶縁膜１０を選択することにより、低抵抗であって、且つ、密着性が高いバリアメタルを有する多層配線を具備した信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１８６】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０１８７】
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【０１８８】
図７（ａ）に示すように、シリコン基板１上に第１の絶縁膜２を形成した後に、該第１の絶縁膜２中に第１のバリアメタル膜３を有する下層の銅配線である第１の配線４を形成する。なお、シリコン基板１上には、図示していないトランジスタなどが形成されている。第１の絶縁膜２及び第１の配線４の上に、銅の拡散を防止する拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６を順に形成する。このようにして、拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６よりなる絶縁層を形成する。
【０１８９】
次に、拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６に、第１の配線４に到達するビアホール６ａを形成すると共に、第２の絶縁膜６に、ビアホール６ａに連通する配線溝６ｂを形成する。このようにして、ビアホール６ａ及び配線溝６ｂよりなるデュアルダマシン配線溝となる凹部６ｃを形成する。なお、ビアホール６ａ及び配線溝６ｂは、周知のリソグラフィ技術、エッチング技術、アッシング技術、及び洗浄技術を用いて、デュアルダマシン配線溝（ビアホール６ａ及び配線溝６ｂよりなる凹部６ｃ）を形成する工程によって形成できる。なお、一般に、ビアホール６ａを先に形成した後に、配線溝（トレンチ）６ｂを形成する方法が良く用いられる。
【０１９０】
次に、図７（ｂ）に示すように、凹部６ｃの内部を含む第２の絶縁膜６の上に、物理気相成長法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）などによって、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７を形成する。ここで、金属化合物膜７は、第２の絶縁膜６を構成する元素の少なくとも１つを含む膜よりなる。また、金属化合物膜７は、第２の絶縁膜６への銅の拡散を防止すると共に、第２の絶縁膜６及び後述する第２の配線８との密着性を向上させることを目的に形成されている。また、金属化合物膜７は、物理気相成長法の他に、原子層成長法（ＡＬＤ：atomic layer deposition）、又は化学気相成長法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）などの成膜方法により形成すればよい。
【０１９１】
次に、図７（ｃ）に示すように、金属化合物膜７の上に、物理気相成長法により、銅シード層を形成した後に、該銅シード層を種に用いた銅めっきにより、凹部６ｃを埋め込むと共に第２の絶縁膜６の表面全体を覆うように銅膜を形成する。なお、銅シード層は必ずしも形成しなくともよい。続いて、化学機械研磨（CMP：chemical mechanical polishing）法により、銅膜における凹部６ｃの内側に形成されている部分以外で第２の絶縁膜６の上に形成されている部分と、金属化合物膜７における凹部６ｃの内側の部分以外で第２の絶縁膜６の上に形成されている部分を研磨除去する。これにより、図７（ｃ）に示すように、第２の配線８及び第２の配線８の一部であるビアプラグの両方を同時に形成する。なお、第２の配線８は、配線、ビアプラグ、又はこれら両方のいずれかであればよい。また、拡散防止膜５を形成してから化学機械研磨までの一連の動作を繰り返して行なうことによって多層配線が形成される。なお、ここでは、デュアルダマシン法を用いた場合について説明したが、シングルダマシン法を用いる場合であってもよく、この場合は配線と配線の一部であるビアプラグとが交互に形成される。
【０１９２】
拡散防止膜５には、シリコン窒化膜、シリコン窒化炭化膜、シリコン炭化酸化膜、シリコン炭化膜、又はこれらの膜を組み合わせてなる積層膜などの絶縁膜を用いるとよい。拡散防止膜５は、第１の配線４の銅が第２の絶縁膜６中に拡散することを防止する働きを有する。
【０１９３】
第２の絶縁膜６には、シリコン酸化膜、シリコン酸化フッ化膜、シリコン酸化炭化膜、シリコン炭化酸化膜、シリコン酸化炭化窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭化窒化膜、シリコン窒化膜、又は有機膜よりなる絶縁膜を用いる。これらの膜は、化学気相成長法にて形成された膜であってもよいし、スピン塗布法にて形成されたＳＯＤ（spin on dielectric）膜であってもよい。
【０１９４】
また、金属化合物膜７を構成する金属には、高融点金属を用いるとよい。これにより、第２の配線８を形成した後に、さらに上層配線を形成する工程において、およそ４００℃前後の熱が加えられるが、本熱処理によって金属化合物膜７が変成することはない。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【０１９５】
また、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７を実際の半導体装置に組み込む場合、金属化合物膜７の膜厚は、６５ｎｍ世代の半導体装置の場合であれば、数ｎｍ〜３０ｎｍとなるように形成されるとよい。また、４５ｎｍ世代の半導体装置の場合であれば、厚くてもおよそ１５ｎｍ以下にする必要があると予測される。また、金属化合物膜７の成膜方法は用途に応じて任意に最適化するとよい。
【０１９６】
また、第２の配線８の材料としては、前述の銅の他に、銀、金、又は白金などの低抵抗金属を用いるとよい。このようにすると、低抵抗の多層配線を形成できる。さらに好ましくは、第２の配線８の材料としては、銅又は銅合金（銅を主成分とし、他の金属を一部含有する合金）用いるとよい。このようにすると、低コストで低抵抗の多層配線を有する半導体装置を製造できる。
【０１９７】
第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、第２の絶縁膜６を構成する元素の少なくとも１つを含む膜よりなる金属化合物膜７を形成している点に特徴がある。このようにすると、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面には同一元素が存在するので、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との接合面に同一の元素が存在しない場合に比べて、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が飛躍的に向上する。これは、金属化合物膜７を第２の絶縁膜６の表面に形成する際に、同一元素が存在することにより界面での結合が増大するので、界面が継ぎ目の無い状態に近づくからである。したがって、密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０１９８】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属窒化膜よりなる場合には、第２の絶縁膜６として第１の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ａを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１９９】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属酸化膜の場合は、第２の絶縁膜６として第２の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ｂを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０２００】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属炭化膜の場合は、第２の絶縁膜６として第３の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ｃを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０２０１】
本実施形態において、金属化合物膜７が金属ケイ化膜の場合は、第２の絶縁膜６として第４の実施形態に示した第２の絶縁膜６Ｄを用いることにより、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性が高い多層配線を有する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０２０２】
以上説明したように、本発明の第７の実施形態により、低抵抗であって、且つ、密着性が高いバリアメタルを有する多層配線を具備した信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０２０３】
なお、本実施形態ではデュアルダマシン構造を採用した場合について説明したが、配線と配線の一部であるビアプラグが形成されるシングルダマシン構造を採用した場合であっても、前述と同様の効果を得ることができる。
【０２０４】
（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図８（ａ）及び（ｂ）並びに図９（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【０２０５】
図８（ａ）及び（ｂ）並びに図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。なお、図８（ａ）及び（ｂ）並びに図９（ａ）及び（ｂ）では、前述した図７（ａ）〜（ｃ）における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０２０６】
図８（ａ）に示すように、シリコン基板１上に第１の絶縁膜２を形成した後に、該第１の絶縁膜２中に第１のバリアメタル膜３を有する下層の銅配線である第１の配線４を形成する。なお、シリコン基板１上には、図示していないトランジスタなどが形成されている。第１の絶縁膜２及び第１の配線４の上に、銅の拡散を防止する拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６を順に形成する。このようにして、拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６よりなる絶縁層を形成する。
【０２０７】
次に、拡散防止膜５及び第２の絶縁膜６に、第１の配線４に到達するビアホール６ａを形成すると共に、第２の絶縁膜６に、ビアホール６ａに連通する配線溝６ｂを形成する。このようにして、ビアホール６ａ及び配線溝６ｂよりなるデュアルダマシン配線溝となる凹部６ｃを形成する。なお、ビアホール６ａ及び配線溝６ｂは、周知のリソグラフィ技術、エッチング技術、アッシング技術、及び洗浄技術を用いて、デュアルダマシン配線溝（ビアホール６ａ及び配線溝６ｂよりなる凹部６ｃ）を形成する工程によって形成できる。なお、一般に、ビアホール６ａを先に形成した後に、配線溝（トレンチ）６ｂを形成する方法が良く用いられる。
【０２０８】
次に、図８（ｂ）に示すように、凹部６ｃの内部を含む第２の絶縁膜６の上に、物理気相成長法（ＰＶＤ：physical vapor deposition）などによって、第２のバリアメタル膜としての金属化合物膜７を形成する。ここで、金属化合物膜７は、第２の絶縁膜６を構成する元素の少なくとも１つを含む膜よりなる。また、金属化合物膜７は、第２の絶縁膜６への銅の拡散を防止すると共に、第２の絶縁膜６及び後述する第２の配線８との密着性を向上させることを目的に形成されている。また、金属化合物膜７は、物理気相成長法の他に、原子層成長法（ＡＬＤ：atomic layer deposition）、又は化学気相成長法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）などの成膜方法により形成すればよい。
【０２０９】
次に、図９（ａ）に示すように、金属化合物膜７の上に、さらに一層以上の金属を含む膜９を形成する。
【０２１０】
次に、図９（ｂ）に示すように、一層以上の金属を含む膜９の上に、物理気相成長法により、銅シード層を形成した後に、該銅シード層を種に用いた銅めっきにより、凹部６ｃを埋め込むと共に一層以上の金属を含む膜９の表面全体を覆うように銅膜を形成する。なお、銅シード層は必ずしも形成しなくともよい。続いて、化学機械研磨（CMP：chemical mechanical polishing）法により、銅膜における凹部６ｃの内側に形成されている部分以外で一層以上の金属を含む膜９の上に形成されている部分と、金属化合物膜７及び一層以上の金属を含む膜９における凹部６ｃの内側の部分以外で第２の絶縁膜６の上に形成されている部分を研磨除去する。これにより、図９（ｂ）に示すように、第２の配線８及び第２の配線８の一部であるビアプラグの両方を同時に形成する。なお、第２の配線８は、配線、ビアプラグ、又はこれら両方のいずれかであればよい。また、拡散防止膜５を形成してから化学機械研磨までの一連の動作を繰り返して行なうことによって多層配線が形成される。なお、ここでは、デュアルダマシン法を用いた場合について説明したが、シングルダマシン法を用いる場合であってもよく、この場合は配線と配線の一部であるビアプラグとが交互に形成される。
【０２１１】
ここで、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法の特徴について、前述した第７の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０２１２】
本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、金属化合物膜７を形成した後に、一層以上の金属を含む膜９を形成する工程を備えており、この点において、前述した第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なっている。
【０２１３】
一層以上の金属を含む膜９は、金属膜、金属化合物膜、又は金属膜及び金属化合物膜の中から選ばれた膜が組み合わされてなる多層膜であることが好ましい。また、１以上の金属を含む膜９を構成するこられの金属は、高融点金属が適していることはいうまでもない。
【０２１４】
このように、第８の実施形態によると、金属膜よりも相対的に高い比抵抗を有する金属化合物膜７の表面に、該金属化合物膜７よりも低抵抗な金属膜、又は、金属膜及び金属化合物膜よりなる多層膜を形成することにより、金属化合物膜の単層膜を第２のバリアメタル膜として用いる第７の実施形態に比べて、第８の実施形態における第２のバリアメタル膜は低抵抗のバリアメタル膜を形成することができる。
【０２１５】
ここで、１層以上の金属を含む膜９を構成する金属には、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）を用いるとよい。例えば、タンタルの比抵抗は１３（μΩ・ｃｍ）であり、ルテニウムの比抵抗は７．５（μΩ・ｃｍ）であり、イリジウムの比抵抗は６．５（μΩ・ｃｍ）である。
【０２１６】
また、１層以上の金属を含む膜９を構成する金属化合物膜として金属酸化膜を用いる場合、その金属には、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、又はプラチナ（Ｐｔ）などを用いるとよい。例えば、ルテニウム酸化膜の比抵抗は３５（μΩ・ｃｍ）であり、イリジウム酸化膜の比抵抗は３０（μΩ・ｃｍ）である。これらの金属を用いると、酸化されても導電性を失わない（比抵抗が小さい）ので、低抵抗の第２のバリアメタル膜を形成することができる。
【０２１７】
また、１層以上の金属を含む膜９を構成する金属化合物膜として金属窒化膜を用いる場合、その金属には、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、又はタングステン（Ｗ）などを用いるとよい。例えば、チタン窒化膜の比抵抗は２５（μΩ・ｃｍ）であり、タンタル窒化膜の比抵抗は１３０（μΩ・ｃｍ）である。これらの金属を用いると、金属窒化膜の比抵抗が小さいので、低抵抗の第２のバリアメタル膜を形成することができる。
【０２１８】
なお、比抵抗が小さな金属化合物膜であれば、一層以上の金属を含む膜９を構成する金属化合物膜として使用可能であり、金属炭化膜又は金属ケイ化膜などを用いてもよい。さらに、比抵抗が小さな金属化合物であれば他の金属化合物膜であっても一層以上の金属を含む膜９を構成する金属化合物膜として使用できる。
【０２１９】
また、前述の金属と金属化合物膜との組み合わせによる積層膜を用いることにより、銅の拡散防止効果と低抵抗化とを同時に実現することができるので、第２のバリアメタル膜６として効果的である。もちろん、一層以上の金属を含む膜９内部における密着性、及び一層以上の金属を含む膜９と金属化合物膜７との密着性が向上するように、金属と一層以上の金属を含む膜９としての金属化合物膜との組み合わせによる積層膜を形成するとさらに好ましい。
【０２２０】
また、金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との組み合わせ及びその効果については、第１〜第４の実施形態で示した通りである。
【０２２１】
したがって、本実施形態によると、金属膜よりも相対的に高い比抵抗を有する金属化合物膜７の表面に、金属化合物膜７よりも低抵抗な金属膜又は金属膜と金属化合物膜とからなる多層膜を形成することにより、第２のバリアメタル膜として金属化合物膜７の単層膜を用いた第７の実施形態に比べて、第８の実施形態における第２のバリアメタル膜は低抵抗のバリアメタル膜を形成することができる。
【０２２２】
なお、本実施形態ではデュアルダマシン構造を採用した場合について説明したが、配線と配線の一部であるビアプラグが形成されるシングルダマシン構造を採用した場合であっても、前述と同様の効果を得ることができる。
【０２２３】
以上述べたように、本発明の第８の実施形態によると、低抵抗であって、且つ、第２の絶縁膜６、金属化合物膜７及び一層以上の金属を含む膜９よりなる第２のバリアメタル膜、及び第２の配線８のすべてにわたって高い密着性が得られる。したがって、高い密着性を有するバリアメタル膜を備えた多層配線を実現することができ、これにより、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【０２２４】
（第９の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、第９の実施形態では、第７の実施形態と共通する部分はその説明を繰り返さないことにして、以下では、第７の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）では、図７（ａ）〜（ｃ）における構成部分と共通する部分には同一の符号を付している。
【０２２５】
第９の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図１０（ａ）に示すように、デュアルダマシン配線溝の凹部６ｃを形成する工程の後に、凹部６ｃの内部を含む第２の絶縁膜６の上に第３の絶縁膜１０を形成する工程を備えている点が特徴である。第３の絶縁膜１０を形成した後は、図１０（ｂ）に示すように、第３の絶縁膜１０の上に、該第３の絶縁膜１０を構成する元素の少なくとも１つを含む金属化合物膜７を形成する。続いて、図１０（ｃ）に示すように、第７の実施形態と同様にして、デュアルダマシン配線である第２の配線８を形成する。
【０２２６】
このようにすると、第２の絶縁膜６と第３の絶縁膜１０とは絶縁膜同士であるので、金属と絶縁膜との組み合わせ、又は金属化合物膜と絶縁膜との組み合わせよりも、第２の絶縁膜６と第３の絶縁膜１０とは密着性が高い。このため、密着性を向上させるために選択する第３の絶縁膜１０と金属化合物膜７との組み合わせの自由度を増大させることができる。
【０２２７】
また、金属化合物膜７と第３の絶縁膜１０との組み合わせは、前述した第１〜第４の実施形態で示した金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との組み合わせと同様に、第２のバリアメタル膜を構成する金属化合物膜７に適合する絶縁膜を第３の絶縁膜１０として決定すればよい。この場合、金属化合物膜７と第３の絶縁膜１０との密着性は、第１〜第４の実施形態で示した金属化合物膜７と第２の絶縁膜６との密着性の場合と同様の効果を得ることができる。したがって、金属化合物膜７と第３の絶縁膜１０との組み合わせを決める上で選択肢が増えるので、半導体装置の設計の自由度を増大させることができる。
【０２２８】
以上のように、前述した第１〜第４の実施形態で示した第２の絶縁膜６と金属化合物膜７との組み合わせと同様の組み合わせを満足するように、第３の絶縁膜１０を選択することにより、低抵抗であって、且つ、密着性が高いバリアメタルを有する多層配線を具備した信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０２２９】
また、第８の実施形態と第９の実施形態とを組み合わせることにより、それぞれの実施形態の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態における金属化合物膜７を形成する工程の後に、一層以上の金属を含む膜９を形成する工程を付加することにより、金属膜よりも相対的に高い比抵抗を有する金属化合物膜７の表面に、該金属化合物膜７よりも低抵抗な金属膜又は金属膜及び金属化合物膜よりなる多層膜を形成する。これにより、第
２のバリアメタル膜として金属化合物膜７の単層膜を用いる第８の実施形態に比べて、低抵抗のバリアメタル膜を形成することができる。
【０２３０】
なお、本実施形態ではデュアルダマシン構造を採用した場合について説明したが、配線と配線の一部であるビアプラグが形成されるシングルダマシン構造を採用した場合であっても、前述と同様の効果を得ることができる。
【０２３１】
以上説明したように、第９の実施形態によると、低抵抗であって、且つ、密着性の高いバリアメタル膜を有する多層配線を具備した信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３２】
以上説明したように、本発明は、低抵抗であって、且つ、高密着性を実現するバリアメタル膜を備えた半導体装置及びその製造方法などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２３３】
【図１】（ａ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図であり、（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置における第２の絶縁膜と金属化合物膜との構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図であり、（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置における第２の絶縁膜と金属化合物膜との構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図であり、（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体装置における第２の絶縁膜と金属化合物膜との構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図であり、（ｂ）は、第４の実施形態に係る半導体装置における第２の絶縁膜と金属化合物膜との構成を示す図である。
【図５】第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図である。
【図６】第６の実施形態に係る半導体装置の構造を示す要部断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、第８の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、第９の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法を説明するための構造断面図である。
【符号の説明】
【０２３４】
１    シリコン基板
２    第１の絶縁膜
３    第１のバリアメタル膜
４    第１の配線
５    拡散防止膜
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ    第２の絶縁膜
６ａ  ビアホール
６ｂ  配線溝
６ｃ  凹部
７    金属化合物
７Ａ  金属窒化膜
７Ｂ  金属酸化膜
７Ｃ  金属炭化膜
７Ｄ  金属ケイ化膜
８    第２の配線
９    一層以上の金属を含む膜
１０  第３の絶縁膜
１０１    シリコン基板
１０２    第１の絶縁膜
１０３    第１のバリアメタル膜
１０４    第１の配線
１０５    拡散防止膜
１０６    第２の絶縁膜
１０６ａ  ビアホール
１０６ｂ  配線溝
１０６ｃ  凹部
１０７    バリアメタル膜
１０８    第２の配線
【図１】
2005347511.tif 000003
【図２】
2005347511.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005347511.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005347511.tif 000008
【図７】
2005347511.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005347511.tif 000011
【図１０】
2005347511.tif 000012
【図１１】
2005347511.tif 000013