(57)【要約】【課題】  微細化が進んでも接続不良を来さない埋め込み配線を形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  電解メッキによって埋め込み配線を形成する際に、配線材料の金属よりもイオン化傾向の高い金属の濃度を小さくしたメッキ液を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁膜に溝を形成した後、上記溝内を含む上記絶縁膜上に第１の導電膜を成膜する工程（ａ）と、
上記第１の導電膜の上に第２の導電膜を成膜する工程（ｂ）と、
第１の金属のイオンを含むメッキ液を用いた電解メッキ法により、上記第２の導電膜の上に、上記第１の金属からなり、上記溝を埋める第３の導体膜を成膜する工程（ｃ）と、
上記第１の導電膜、上記第２の導電膜及び上記第３の導電膜を、上記溝内に設けられた部分を残して除去することにより配線またはコンタクトを形成する工程（ｄ）と
を含む半導体装置の製造方法であって、
上記メッキ液には上記第１の金属の析出を抑制する抑制剤と、上記抑制剤の働きを補助する抑制補助剤とが添加され、且つ上記抑制補助剤より低い当量濃度で上記第１の金属よりもイオン化傾向の大きい第２の金属のイオンが含まれている、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第２の金属は、Ｎａを除く第Ｉ族元素及び第ＩＩ族元素から選ばれた少なくとも１つの元素である、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
上記メッキ液中の上記第２の金属イオンの当量濃度の合計値は、３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下である、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ｂ）では、上記第２の導電膜に上記第２の金属を添加し、
上記工程（ｂ）の後で且つ上記工程（ｃ）の前に、電解メッキ法により、上記第２の導電膜を補強する工程（ｅ）をさらに含んでいる、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程（ｃ）は、上記工程（ｅ）で用いたメッキ液を新たに入れ替えて行なう、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記抑制補助剤は、塩素イオン、塩素を含む化合物イオン、及び硫黄を含むイオンのうちのいずれかである、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記第１の金属は銅であり、
上記第２の導電膜の主成分は銅である、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
第１の金属のイオンを含み、上記第１の金属の析出を抑制する抑制剤と共に上記第１の金属からなる導電膜を成膜するために用いられるメッキ液であって、
上記抑制剤の働きを補助する抑制補助剤と、
上記抑制補助剤より低い当量濃度の、上記第１の金属よりもイオン化傾向の大きい第２の金属のイオンと
をさらに含んでいる、メッキ液。
【請求項９】
請求項８に記載のメッキ液において、
上記第２の金属イオンの当量濃度の合計値は、３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下である、メッキ液。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のメッキ液において、
上記第１の金属は銅である、メッキ液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法とこれに用いられるメッキ液に関するものであり、特に、絶縁膜にあらかじめ形成した溝部に金属膜を充填して配線を形成する工程を含む半導体装置の製造方法と、この方法に用いられるメッキ液とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の配線形成工程として、電解メッキ法を用いたダマシン法が主流となってきている。一般的に電解メッキ法では、金属イオンを含むメッキ液が用いられる。特に、ダマシン法においては、硫酸銅を主成分とするメッキ液内にアノード電極と半導体装置を浸し、アノード電極と半導体装置間に電流を流すことにより半導体装置上に銅を還元して堆積させて溝（凹部）内を埋め込む。
【０００３】
しかしながら、微細化が進むにつれ、溝内への埋め込みが難しくなってきている。そこで、溝への埋め込みをよくするために、メッキに必要なシード層を薄く形成する技術が提案されている。
【０００４】
図４（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置の製造方法の従来例を示す断面図である。以下、図４を参照しながら、特開２００３−９６５９６号公報（特許文献１）に示された、微細加工された溝部の埋め込み方法について説明する。
【０００５】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１１０１にシリコン酸化膜１１０２を堆積した後にドライエッチングすることで、シリコン酸化膜１１０２上に、溝１１０６を形成する。ここで、溝１１０６は線状であってもコンタクトホール形状であってもよい。
【０００６】
次に、図４（ｂ）に示すように、配線パターンが形成されたシリコン酸化膜１１０２上にスパッタによりＴａＮ（タンタルナイトライド）を堆積し、厚さ０．０３５μｍ（３５ｎｍ）のバリア膜（第１の金属膜）１１０３を成膜する。なお、バリア膜１１０３の材料としては、ＴａＮに限らず、後工程で形成するシード膜１１０４やＣｕ膜（第３の金属膜）１１０５（図４（ｄ）参照）の構成材料がシリコン酸化膜１１０２に拡散するのを抑制できるような導電性材料であれば用いることができ、その膜厚は、上述の拡散を抑えられるだけの厚みがあればよい。また、バリア膜１１０３はＣＶＤ（気相成長）法により成膜された膜であってもよく、例えば、ＣＶＤ法により成膜された厚さ０．０１μｍのＴｉＮ膜であってもよい。
【０００７】
次に、図４（ｃ）に示すように、真空中で半導体基板を保持したまま、バリア膜１１０３の上にＣｕ（銅）をスパッタにより０．１５μｍ堆積し、シード膜（第２の金属膜）１１０４を成膜する。なお、シード膜１１０４の膜厚は０．１５μｍに限られず、本工程に続くメッキ工程において電流が流れて銅の堆積ができる膜厚であればよい。
【０００８】
次いで、図４（ｄ）に示すように、電解メッキ法により半導体装置上にＣｕを堆積してＣｕ膜（第３の金属膜）１１０５を形成する。本工程で用いたメッキ液は、硫酸濃度が１７８ｇ／Ｌ、銅濃度が１７．８ｇ／Ｌ、塩素濃度が５０ｐｐｍである。また添加剤は、例えば市販されているエンソン社製ＶｉａｆｏｒｍTMのＤＦ７５，ＤＦ７８，ＤＦ７９を用いる。なお、メッキ液中の硫酸濃度、銅濃度、塩素濃度は一例であって、メッキできる濃度であればどのような濃度でもよい。また、添加剤についても、一例であって有機分子であればどのような添加剤でもよい。
【０００９】
本工程における電解メッキの条件としては、メッキ液温度２５℃、メッキ液流量６Ｌ/ｍｉｎ、電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ2とし、半導体装置の回転数を２０ｒｐｍとした。ただし、これらの条件については、ほんの一例であって、メッキ可能な条件であればよい。
【００１０】
次に、図４（ｅ）に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）により、バリア膜１１０３，シード膜１１０４及びＣｕ膜１１０５のうち溝１１０６内以外の部分を除去することで、半導体装置の配線を形成することができる。
【特許文献１】特開２００３−９６５９６号公報
【特許文献２】特開２００２−９３８０９号公報
【特許文献３】特開２００１−４９４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、半導体製造の微細化が進んだ結果、従来の方法ではＣｕの溝部への埋め込みが難しくなっている。例えば、図４（ｄ）に示す工程で、溝１１０６の底部では、メッキ膜の成膜速度が遅いために溝１１０６の底部がメッキされる前に溝１１０６の開口部が閉じてしまい、溝１１０６内にボイドが発生しやすい。また、シード膜１１０４を薄膜化すると、溝１１０６の側壁底部ではシード膜１１０４の膜厚が薄くなり過ぎ、Ｃｕ膜１１０５を十分に堆積することができない。その結果、やはり溝１１０６の底部でボイドが生じる。以上のように、電解メッキ法を用いた従来の半導体装置の製造方法では、溝１１０６の底部と開口部付近とでＣｕの成膜条件を調整することが難しく、溝１１０６内にボイド１１０７を生じやすかった。
【００１２】
本発明の目的は、微細化が進んでも接続不良を来さずに埋め込み配線を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された絶縁膜に溝を形成した後、上記溝内を含む上記絶縁膜上に第１の導電膜を成膜する工程（ａ）と、上記第１の導電膜の上に第２の導電膜を成膜する工程（ｂ）と、第１の金属のイオンを含むメッキ液を用いた電解メッキ法により、上記第２の導電膜の上に、上記第１の金属からなり、上記溝を埋める第３の導体膜を成膜する工程（ｃ）と、上記第１の導電膜、上記第２の導電膜及び上記第３の導電膜を、上記溝内に設けられた部分を残して除去することにより配線またはコンタクトを形成する工程（ｄ）とを含む半導体装置の製造方法であって、上記メッキ液には上記第１の金属の析出を抑制する抑制剤と、上記抑制剤の働きを補助する抑制補助剤とが添加され、且つ上記抑制補助剤より低い当量濃度で上記第１の金属よりもイオン化傾向の大きい第２の金属のイオンが含まれている。
【００１４】
この方法により、工程（ｃ）では、抑制補助剤の働きを阻害する第２の金属イオンが従来より少ないメッキ液を用いているので、溝の側壁上部での第１の金属の析出を適度に抑制し、ボイドを発生させることなく溝を埋める配線を形成することができる。その結果、半導体装置の歩留まりを上げることができる。
【００１５】
上記第２の金属は、Ｎａを除く第Ｉ族元素及び第ＩＩ族元素から選ばれた少なくとも１つの元素である。これは、第Ｉ族元素及び第ＩＩ族元素のイオンが抑制補助剤の働きを効果的に阻害するためである。なお、Ｎａは従来の半導体プロセスにおいても混入防止が図られている金属であるため、第２の金属の選択肢から除いている。
【００１６】
上記メッキ液中の上記第２の金属イオンの当量濃度の合計値は、３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下であることにより、抑制補助剤を十分に働かせることができる。
【００１７】
上記工程（ｂ）では、上記第２の導電膜に上記第２の金属を添加し、上記工程（ｂ）の後で且つ上記工程（ｃ）の前に、電解メッキ法により、上記第２の導電膜を補強する工程（ｅ）をさらに含んでいることにより、工程（ｅ）において第２の導電膜から第２の金属が溶出し、第１の金属の析出が促進される。そのため、溝の内部にもシード膜を十分な厚さで形成でき、工程（ｃ）において第３の導体膜をより確実に溝内に充填することができる。
【００１８】
上記工程（ｃ）を、上記工程（ｅ）で用いたメッキ液を新たに入れ替えて行なうことにより、工程（ｅ）と工程（ｃ）とで共通のメッキ液を用いる場合に比べて、容易に第２の金属イオンの濃度を低くすることができるので好ましい。
【００１９】
上記抑制補助剤は、塩素イオン、塩素を含む化合物イオン、及び硫黄を含むイオンのうちのいずれかであることが好ましい。
【００２０】
上記第１の金属は銅であり、上記第２の導電膜の主成分は銅であることにより、Ａｌなどよりも電気抵抗の小さい埋め込み配線を形成することができる。
【００２１】
本発明のメッキ液は、第１の金属のイオンを含み、上記第１の金属の析出を抑制する抑制剤と共に上記第１の金属からなる導電膜を成膜するために用いられるメッキ液であって、上記抑制剤の働きを補助する抑制補助剤と、上記抑制補助剤より低い当量濃度の、上記第１の金属よりもイオン化傾向の大きい第２の金属のイオンとをさらに含んでいる。
【００２２】
これにより、例えば溝が形成された基板上にメッキを行なう場合、抑制補助剤の働きが第２の金属イオンによって阻害されにくくなっているので、ボイドを生じさせることなく溝内部を埋めることが可能となる。
【００２３】
上記第２の金属イオンの当量濃度の合計値は、３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下であるとより好ましい。
【００２４】
また、上記第１の金属は銅であってもよい。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように本発明の半導体装置の製造方法によれば、埋め込み配線材料よりもイオン化傾向の大きい金属を従来よりも低減したメッキ液を用いて埋め込み配線を形成することにより、埋め込み不良の発生を抑えた配線を有する半導体装置を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２８】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコンなどからなる半導体基板１０１の上面にシリコン酸化膜１０２を堆積する。図示しないが、半導体基板１０１の上にはＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子が設けられており、シリコン酸化膜１０２は半導体素子の上に設けられた層間絶縁膜である。
【００２９】
次に、シリコン酸化膜１０２の一部をドライエッチングすることで、シリコン酸化膜１０２に、溝（凹部）１０６を形成する。ここで、溝１０６は線状であってもよいし、コンタクトホール形状であってもよい。ここで作成した溝の幅、あるいはコンタクトホールの直径は、０．２０μｍであるが、それよりも細くてもよい。
【００３０】
次いで、図１（ｂ）に示すように、配線パターンが形成されたシリコン酸化膜１０２を含む基板上にスパッタによりＴａＮを堆積して厚さ０．０３５μｍのバリア膜（第１の導電膜）１０３を成膜する。ここで、バリア膜１０３の形成にはスパッタを用いたが、ＣＶＤ法などを用いることもできる。また、バリア膜１０３の材料としては、ＴａＮに限らず、後の工程で形成するシード膜（第２の導電膜）１０４やＣｕ膜（第３の導電膜）１０５（図１（ｄ）参照）の構成材料がシリコン酸化膜１０２に拡散するのを抑制できるような導電性材料であれば用いることができ、その膜厚は、上述の拡散を抑えられるだけの厚みがあればよい。例えば、バリア膜１０３は、ＣＶＤ法により成膜された厚さ０．０１μｍのＴｉＮ膜であってもよい。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、真空中で半導体基板を保持したまま、バリア膜１０３の上に銅をスパッタにより０．１５μｍ堆積し、シード膜（第２の導電膜）１０４を成膜する。なお、シード膜１０４の膜厚は０．１５μｍに限られず、本工程に続くメッキ工程において電流が流れて銅の堆積ができる膜厚であればよい。なお、シード膜１０４の形成をＣＶＤ法によって行なうことも可能である。
【００３２】
次いで、図１（ｄ）に示すように、電解メッキ法により半導体装置上に銅を堆積してＣｕ膜（第３の導電膜）１１０５を形成する。本工程で用いるメッキ液は、硫酸濃度が１７８ｇ／Ｌ、銅濃度が１７．８ｇ／Ｌ、塩素濃度が５０ｐｐｍ（およそ５０ｍｇ／Ｌ）である。さらに、本工程で用いるメッキ液は、従来とは異なり、Ｃｕよりもイオン化傾向の高い金属の総量（合計）イオン当量濃度が、３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下である。これにより、ボイドを生じることなく溝１０６を埋めるＣｕ膜１０５を形成することができる。ここで、メッキ液中の硫酸濃度は１０ｇ／Ｌ程度であってもよいし、銅濃度は４０ｇ／Ｌ程度までの値であってもよい。
【００３３】
なお、メッキ液に含まれる、銅よりもイオン化傾向の高い金属には、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）などが挙げられる。また、添加剤は、例えば市販されているエンソン社製ＶｉａｆｏｒｍTMのＤＦ７５、ＤＦ７８、ＤＦ７９を用いる。メッキ液中の硫酸濃度、銅濃度、塩素濃度は一例であって、メッキできる濃度であればどのような濃度でもよい。また、添加剤についても、上述の例の他、有機分子であればどのような添加剤でもよい。
【００３４】
本工程における電解メッキの条件としては、メッキ液の温度を２５℃、メッキ液流量を６Ｌ／ｍｉｎ、電流密度を１０Ａ／ｃｍ2、半導体装置の回転数を２０ｒｐｍとする。ただし、これらの条件については、ほんの一例であって、メッキ可能な条件であればよい。
【００３５】
次に、図１（ｅ）に示すように、例えばＣＭＰによってバリア膜１０３、シード膜１０４及びＣｕ膜１０５のうち溝１０６内以外の部分を除去することで、半導体装置の埋め込み銅配線を形成することができる。
【００３６】
次に、以上で説明した方法により形成した銅配線と、従来の方法により形成した銅配線とを比較した結果を示す。
【００３７】
図２は、従来の銅配線の形成方法と本実施形態の銅配線の形成方法とを比較して示す図である。図２に示すメッキ液１は従来の方法で用いられるメッキ液で、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａなどを比較的高濃度に含んでいる。メッキ液１に含まれるI族及びII族金属の総量濃度、すなわち各金属のイオン当量濃度の合計値は、約２．３５×１０-5ｅｑ／Ｌとなっている。
【００３８】
これに対し、本実施形態の方法で用いられるメッキ液２は、メッキ液１に比べてI族及びII族金属の濃度が低くなっている。メッキ液１に含まれるI族及びII族金属の総量濃度は、約１．５７×１０-6ｅｑ／Ｌとなっている。なお、メッキ液１、メッキ液２の該金属以外の成分は、上述した通りとする。なお、ナトリウム（Ｎａ）イオンは半導体装置に悪影響を及ぼすため、メッキ液２だけでなく従来のメッキ液１からも除かれている。
【００３９】
本願発明者がメッキ液１及びメッキ液２をそれぞれ用いて上述の方法で銅配線を形成したところ、図２に示すように、メッキ液１を用いた場合には溝内にボイドが多数見られたのに対し、メッキ液２を用いた場合には溝内にボイドは生じていなかった。さらに、少なくともＮａを除くI族及びII族金属で、イオン化傾向が銅より大きい金属の総量濃度を３×１０-6ｅｑ／Ｌ程度としたメッキ液を用いた場合にもボイドはほとんど生じなかった。
【００４０】
従来のメッキ液を用いても、I族及びII族金属が銅メッキの内部に混入するわけではないので、これまではメッキ液中のイオン化傾向が銅より大きいI族及びII族金属（Ｎａを除く）について特に意識されていなかった。これに対し、本願発明者らは、上述の実験結果などから、メッキ液中のI族及びII族金属の濃度を抑えることによって幅の狭い溝であってもボイドを生じることなく銅を埋め込むことができることを見出したのである。
【００４１】
次に、本実施形態のメッキ液がボイドの発生を抑えることができる理由について説明する。電解メッキの際には、メッキしたい金属イオンを含むメッキ液の他に、メッキの形成を促進する促進剤や、メッキしたい金属の析出を抑える抑制剤、メッキ表面の平坦性を向上させる平坦化剤などが用いられ、これらの薬剤の配合を調節することで埋め込み性の良いメッキが形成できる。また、メッキ液中の塩素イオンは、シード膜の表面に引き寄せられる。この塩素イオンの存在によって上述の抑制剤の働きが補助され、溝の底部にまでメッキすることが可能となる。すなわち、塩素イオンはメッキの抑制補助剤として機能する。抑制補助剤としては、塩素（塩素イオン）の他にも塩素を含む化合物イオンやイオウ（Ｓ）またはイオウを含む化合物イオンなどがある。
【００４２】
ところが、銅よりもイオン化傾向の大きいI族金属イオンあるいはII族金属イオンがメッキ液中に含まれていると、塩素の抑制補助剤としての機能が阻害されると考えられる。そのため、従来のメッキ液を用いて微細化された溝を埋める際には、溝の底部が埋まる前に溝の上部が閉じてしまい、ボイドが発生しやすくなっていたものと推定される。これに対し、本実施形態のメッキ液では、I族金属イオン及びII族金属イオンの総量濃度が低減されているので、抑制補助剤の機能が阻害されず、ボイドの発生を抑制できるものと推定できる。なお、メッキの抑制補助剤（例えば塩素）を阻害する、銅よりイオン化傾向の大きい金属イオン（Ｎａ除く）の当量濃度は、上記理由から、少なくとも抑制補助剤の当量濃度よりも小さいことが必須である。さらに、上述の実験結果から、銅よりイオン化傾向の大きい金属イオンの総量濃度は、３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下であることが好ましいと分かる。ただし、Ｉ族元素のうちＮａイオンはメッキ液には基本的に含まれない。また、Ｉ族およびＩＩ族元素のうちリチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）は従来のメッキ液および本実施形態のメッキ液に含まれないか、含まれたとしても微量である。従って、本実施形態のメッキ液には、Ｎａを除く銅よりイオン化傾向の大きい金属イオン、あるいは原子量２４以上のI族金属イオン及びII族金属イオンが含まれており、それら金属イオンの総量濃度が抑制補助剤の当量濃度よりも小さくなっている。
【００４３】
以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法では、図１（ｄ）に示す工程で銅よりもイオン化傾向の大きいI族金属イオンあるいはII族金属イオンの濃度を従来よりも低減したメッキ液を用いることで、溝内のボイドの発生が抑えられている。そのため、本実施形態の方法によれば、歩留まりを向上させ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００４４】
なお、本実施形態の説明ではシード膜１０４及びＣｕ膜１０５を銅で形成した例を挙げたが、銅に代えて銀（Ａｇ）やコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることもできる。ただし、これらの金属をメッキする際には、これらの金属を含むイオンを含むメッキ液を用いる必要がある。
【００４５】
なお、本実施形態では層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１０２を用いる例を説明したが、シリコン酸化膜１０２に代えて例えばシリコン窒化膜、あるいはＬｏｗ−ｋ絶縁膜など他の絶縁膜を用いてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態として、第１の実施形態におけるシード膜１０４の形成工程を改変する半導体装置の製造方法を説明する。第１の実施形態の方法によれば、Ｃｕ膜１０５の溝１０６への埋め込み性は従来より著しく改善できる。しかしながら、溝１０６の底部付近でシード膜１０４が十分な厚さで形成できない場合に、ボイドが残ってしまう可能性は残されていた。そこで、以下に説明する本実施形態の半導体装置の製造方法は、シード膜１０４が十分な厚さで形成できるように工程の一部が改変されている。
【００４７】
図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００４８】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１０１の上面にシリコン酸化膜１０２を堆積する。その後、シリコン酸化膜１０２の一部をドライエッチングすることで、シリコン酸化膜１０２上に、溝（凹部）１０６を形成する。ここで、溝１０６は線状であってもよいし、コンタクトホール形状であってもよい。コンタクトホール形状の溝の場合、その幅（または直径）は、例えば０．２μｍとする。ただし、コンタクトホールの直径は０．２μｍ未満であってもよい。
【００４９】
次に、図１（ｂ）に示すように、配線パターンが形成されたシリコン酸化膜１０２を含む基板上にスパッタによりＴａＮを堆積して厚さ０．０３５μｍのバリア膜（第１の導電膜）１０３を成膜する。ここで、バリア膜１０３の形成にはスパッタを用いたが、ＣＶＤ法などを用いることもできる。また、バリア膜１０３の材料としては、ＴａＮに限らず、後の工程で形成するシード膜（第２の導電膜）１０４やＣｕ膜（第３の導電膜）１０５（図３（ｅ）参照）の構成材料がシリコン酸化膜１０２に拡散するのを抑制できるような導電性材料であれば用いることができ、その膜厚は、上述の拡散を抑えられるだけの厚みがあればよい。例えば、バリア膜１０３は、ＣＶＤ法により成膜された厚さ０．０１μｍのＴｉＮ膜であってもよい。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、例えばスパッタによって溝１０６内を含む基板上に銅を含む金属膜を堆積し、シード膜１０４を形成する。本工程においては、スパッタの金属膜ターゲットの中に、イオン化傾向が銅よりも大きい金属、例えばＭｇを、原子の含有率５％未満の割合で混入する。これにより、Ｍｇが少量混入した銅が、シード膜１０４として基板上に堆積する。ただし、溝１０６の幅が狭い場合、溝１０６内でシード膜１０４の厚さが不十分になる部分が生じることがある。
【００５１】
続いて、図３（ｄ）に示すように、電解メッキ法を用いてシード膜１０４の補強を行なう。これにより、バリア膜１０３上に補強されたシード膜１０７が形成される。本工程で用いられるメッキ液、添加剤などの組成は、図１（ｄ）に示す第１の実施形態のメッキ工程で用いられたものと同一とする。本工程において、シード膜１０４に含まれるＭｇは銅よりイオン化傾向が大きいためにメッキ液中に溶解する。そして、Ｍｇの溶解によってメッキ液中の銅イオンの析出が促進されることで、シード膜１０４の厚さが十分でなかった溝１０６の内部にまで銅を堆積させることができる。なお、本工程はシード膜１０４の補強を行なうためのものなので、短時間行えばよく、溝１０６を完全に埋めてしまわないようにする。
【００５２】
次に、図３（ｅ）に示すように、メッキ液を入れ替えて電解メッキを行ない、補強されたシード膜１０７上に溝を埋める厚さ１μｍ程度のＣｕ膜（第３の導電膜）１０５を形成する。ここで、本工程で用いるメッキ液及び添加剤は、第１の実施形態のメッキ工程で用いたものと同一とする。電解メッキの条件も第１の実施形態と同様、メッキ液の温度を２５℃、メッキ液流量を６Ｌ／ｍｉｎ、電流密度を１０Ａ／ｃｍ2、半導体装置の回転数を２０ｒｐｍとする。
【００５３】
次いで、図３（ｆ）に示すように、例えばＣＭＰによってバリア膜１０３、補強されたシード膜１０７及びＣｕ膜１０５のうち溝１０６内以外に設けられた部分を、半導体基板１０１が露出するまで除去することで、半導体装置の埋め込み銅配線を形成することができる。
【００５４】
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、図３（ｃ）に示す工程でシード膜１０４に５％未満のＭｇを導入した後、電解メッキによりシード膜１０４の補強を行うので、溝１０６の側壁下方など、シード膜１０４が付きにくい場所にも十分な膜厚の（補強後の）シード膜１０７を形成することができる。そのため、図３（ｅ）に示すメッキ工程で溝１０６の底部付近にまで銅を充填することが可能となり、配線の接続不良などを従来よりも大幅に減らすことができるようになる。特に、溝１０６が狭い場合にもより確実に銅配線を形成できるので、微細化された半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、図３（ｅ）に示すＣｕ膜１０５を形成するためのメッキ工程において、図３（ｄ）に示すシード膜１０４の補強工程で用いたメッキ液を入れ替えているので、溝１０６内でのボイドの発生を抑えることができる。
【００５５】
なお、図３（ｃ）に示す工程でシード膜１０４に導入する金属は、Ｍｇに限らず、銅よりイオン化傾向が大きい金属であればよい。
【００５６】
−第２の実施形態の変形例−
図３（ｃ）に示す工程で、シード膜１０４に含まれるＭｇの割合を、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法よりも小さくする（例えば数％以下）。続いて、図３（ｄ）に示す工程を省き、図３（ｅ）に示すメッキ工程を行なう。
【００５７】
ここで、図３（ｃ）に示す工程では、図３（ｅ）に示す工程で用いるメッキ液に溶け出す該金属（銅よりイオン化傾向が大きい金属）の総量濃度が３×１０-6ｅｑ／Ｌ以下となるように、銅よりイオン化傾向が大きい金属をシード膜１０４に微量導入するようにする。
【００５８】
本変形例においては、図３（ｃ）に示す工程で銅よりイオン化傾向が大きい金属をシード膜１０４に微量導入することで、Ｃｕ膜１０５を溝１０６の底部にまで確実に充填することができる。また、本変形例によれば、第２の実施形態の方法に比べてシード膜１０４を補強する工程を省くことができるので、製造コストをより低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上に説明したように、本発明は、埋め込み型のＣｕ配線を有する半導体装置の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】従来の銅配線の形成方法と本発明の銅配線の形成方法とを比較して示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置の製造方法の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１      半導体基板
１０２      シリコン酸化膜
１０３      シード膜
１０３      バリア膜
１０４      シード膜
１０５      Ｃｕ膜
１０６      溝
１０７      補強されたシード膜
【図１】
2005259959.tif 000003
【図２】
2005259959.tif 000004
【図３】
2005259959.tif 000005
【図４】
2005259959.tif 000006