(57)【要約】【課題】マンガンの拡散を防止する層を形成することで、銅マンガン合金層からのマンガンの拡散を抑えて銅配線の低抵抗化を可能とする。【解決手段】酸化シリコン系絶縁膜１１に設けられた凹部１２内面に形成された銅マンガン合金層１５と該酸化シリコン系絶縁膜１１とを反応させて形成されたマンガンシリケート層１８と、前記凹部１２を埋め込む銅もしくは銅を主体とした材料からなる導電層１７とを備えた半導体装置１において、前記銅マンガン合金層１５と前記導電層１９との間にマンガンの拡散を防止する拡散防止層１７を備えたことを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化シリコン系絶縁膜に設けられた凹部内面に形成された銅マンガン合金層と該酸化シリコン系絶縁膜とを反応させて形成されたマンガンシリケート層と、
前記凹部を埋め込む銅もしくは銅を主体とした材料からなる導電層と
を備えた半導体装置において、
前記銅マンガン合金層と前記導電層との間にマンガンの拡散を防止する拡散防止層
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記拡散防止層は拡散しようとするマンガンを取り込む材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記マンガンを取り込む材料は、シリコンを含有する銅合金層からなる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記マンガンを取り込む材料は、チタン、アルミニウム、タングステン、ゲルマニウム、ニッケル、マグネシウム、銀、ルテニウム、スズ、亜鉛、鉛のうち、少なくとも１種の元素を含んでいる
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記拡散防止層はマンガンの拡散を阻止する材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記マンガンの拡散を阻止する材料は、タンタル単体、もしくはチタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、ニッケル、マグネシウム、銀、ルテニウム、亜鉛、鉛、ジルコニウムのうちから選択される化合物からなる
ことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
酸化シリコン系絶縁膜に形成された凹部内面に銅マンガン合金層を形成する工程と、
前記凹部内を銅もしくは銅を主体とした材料を埋め込む工程と、
前記銅マンガン合金層と前記酸化シリコン系絶縁膜とを反応させてマンガンシリケート層を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記マンガン合金層を形成した後で、前記マンガンシリケート層を形成する前に、前記凹部内に前記銅マンガン合金層を介してマンガンの拡散を防止する拡散防止層を形成する工程
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８】
前記拡散防止層はマンガンを取り込む材料で形成される
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記マンガンを取り込む材料は、シリコンを含有する銅合金層で形成される
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記マンガンを取り込む材料は、チタン、アルミニウム、タングステン、ゲルマニウム、ニッケル、マグネシウム、銀、ルテニウム、スズ、亜鉛、鉛のうち、少なくとも１種の元素を含んでいる
ことを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記拡散防止層はマンガンの拡散を阻止する材料で形成される
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記マンガンの拡散を阻止する材料は、タンタル単体、もしくはチタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、ニッケル、マグネシウム、銀、ルテニウム、亜鉛、鉛、ジルコニウムのうちから選択される化合物で形成される
ことを特徴とする請求項１１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、マンガンシリケート膜からなる低抵抗化に優れたバリア層を有する銅配線を備えた半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの微細化に伴う問題の一つは、配線抵抗の上昇に伴う回路スピード劣化であり、配線抵抗抑制に対しては、銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金シードを適用した、自己形成バリアメタル技術が注目されている。これは、バリアメタル層を形成せずに銅マンガン合金シード層と銅（Ｃｕ）めっき層を形成した後、アニールを行うことによってマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなる自己形成バリア薄膜を形成する技術である。銅マンガン合金シード層を用いた自己形成膜の形成技術は公知となっている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
以下に従来の配線形成技術について、図１４〜図１６の製造工程図によって説明する。
【０００４】
図１４（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に形成された絶縁膜（図示せず）に配線溝２５１が形成され、その配線溝２５１の内部にバリアメタル層２５２を介して配線２５３が形成されている。次いで、上記配線２５３を被覆するバリア層２５４を形成する。このバリア層２５４は、化学気相成長（例えばＰＥ−ＣＶＤ：プラズマエンハンスメントＣＶＤ）法を用いて成膜された窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜からなり、３０ｎｍの厚さに成膜される。次いで層間絶縁膜２１１を形成する。この層間絶縁膜２１１は、例えば誘電率が３以下のＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）系ポーラス膜からなり、２５０ｎｍの厚さに成膜される。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧを塗布する方法であっても構わない。また、上記配線２５３は銅以外に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成することもできる。
【０００５】
次に、図１４（２）に示すように、上記層間絶縁膜２１１上にビアを形成するためのエッチングマスク２３１を化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２３１に形成されたビアパターン２３２の直径は６０ｎｍとした。
【０００６】
次に、図１４（３）に示すように、上記エッチングマスク２３１〔前記図１４（２）参照〕を用いたドライエッチングによって、上記層間絶縁膜２１１にビアホール２１３を形成する。このドライエッチングではＣＦ系ガスをエッチングガスに用いた。その後、エッチングマスク２３１を酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングして除去する。
【０００７】
次に、図１５（４）に示すように、上記層間絶縁膜２１１上に配線溝を形成するためのエッチングマスク２３３を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２３３に形成された配線溝パターン２３４の幅は６０ｎｍとした。
【０００８】
次に、図１５（５）に示すように、上記エッチングマスク２３３〔前記図１５（４）参照〕を用いたドライエッチングによって、上記層間絶縁膜２１１に配線溝２１４を１４０ｎｍの深さに形成する。このドライエッチングではＣＦ系ガスをエッチングガスに用いた。その後、エッチングマスク３３を酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングして除去する。この際、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜へのプラズマダメージを最小限に抑えるため、エッチング雰囲気を低圧力として処理する。この場合のエッチング雰囲気の圧力は０．２７Ｐａに設定した。
【０００９】
次に、図１５（６）に示すように、ビアホール２１３底部のバリア層２５４を除去し、配線２５３を露出させる。このエッチングでは、ＣＦ系ガスを用いる。さらに、有機系洗浄液にて露出した配線２５３の表面を洗浄する。
【００１０】
次に、図１６（７）に示すように、スパッタ法によって、上記ビアホール２１３および配線溝２１４の内面を含む上記層間絶縁膜２１１表面に銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層２１５を４５ｎｍの厚さに成膜する。
【００１１】
次に、図１６（８）に示すように、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法によって、上記ビアホール２１３および配線溝２１４の内部を銅（Ｃｕ）膜２１６で埋め込む。次いで、アニール処理を行って、銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層２１５〔前記図１６（７）参照〕と層間絶縁膜２１１との界面に自己形成バリア膜２１７を形成する。この自己形成バリア膜２１７は、上記銅マンガン合金層２１５のマンガンと上記層間絶縁膜２１１のシリコン、酸素とを反応させて、マンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層で形成される。上記アニール処理は、３００℃、２時間の処理とした。次いで、機械的化学研磨（ＣＭＰ）法によって、層間絶縁膜２１１上の余剰な銅（Ｃｕ）膜２１６を研磨して、上記ビアホール２１３および配線溝２１４の内部にマンガンシリケートからなる自己形成バリア膜２１７を介して銅膜２１６とからなるもので、ビアホール２１３を通じて配線２５３に接続する銅配線２１８を完成させる。
【００１２】
上記銅配線２１８の銅膜２１６中には未反応のマンガン（Ｍｎ）が残存するため、従来のタンタル等をバリアメタル膜として用いる技術に対して、配線抵抗が２０％以上も上昇するという問題が発生していた。
【００１３】
上記アニール処理により、マンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなる自己形成バリア膜２１７を形成するが、現状では銅マンガン合金層２１５中のすべてのマンガンが完全に反応していない。すなわち、未反応マンガンが配線２１８の銅膜２１６中に残存することによって、通常のバリアメタル膜を用いる配線形成技術よりも配線抵抗が上昇していた。
【００１４】
【非特許文献１】T.Usui, H.Nasu, J.Koike, M.Wada, S.Takahashi, N.Shimizu, T.Nishikawa, M.Yoshimura and H.Shibata著「Low Resistive and Highly Reliable Cu Dual-Damascene Interconnect Technology Using Self-Formed MnSixOy Barrier Layer」International Interconnect Technology Conference 2005 p.188-190  ２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
解決しようとする問題点は、マンガンシリケートからなる自己形成バリア膜を用いた銅配線では、配線抵抗の低抵抗化ができない点である。
【００１６】
本発明は、マンガンの拡散を防止する層を形成して、銅マンガン合金層からのマンガンの拡散を抑えることで、銅配線の低抵抗化を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の半導体装置は、酸化シリコン系絶縁膜に設けられた凹部内面に形成された銅マンガン合金層と該酸化シリコン系絶縁膜とを反応させて形成されたマンガンシリケート層と、前記凹部を埋め込む銅もしくは銅を主体とした材料からなる導電層とを備えた半導体装置において、前記銅マンガン合金層と前記導電層との間にマンガンの拡散を防止する拡散防止層を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体装置では、銅マンガン合金層と導電層との間にマンガンの拡散を防止する拡散防止層を備えたことから、銅マンガン合金層と酸化シリコン系絶縁膜とを反応させてマンガンシリケート層を形成した際に発生する未反応なマンガンが銅もしくは銅を主体とした材料からなる導電層側に拡散するのが防止される。これによって、導電層の電気抵抗の上昇が防止されるので、低抵抗な配線となる。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法は、酸化シリコン系絶縁膜に形成された凹部内面に銅マンガン合金層を形成する工程と、前記凹部内を銅もしくは銅を主体とした材料を埋め込む工程と、前記銅マンガン合金層と前記酸化シリコン系絶縁膜とを反応させてマンガンシリケート層を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記マンガン合金層を形成した後で、前記マンガンシリケート層を形成する前に、前記凹部内に前記銅マンガン合金層を介してマンガンの拡散を防止する拡散防止層を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法では、マンガン合金層を形成した後でマンガンシリケート層を形成する前に、凹部内に銅マンガン合金層を介してマンガンの拡散を防止する拡散防止層を形成したことから、銅マンガン合金層と酸化シリコン系絶縁膜とを反応させてマンガンシリケート層を形成する際に発生する未反応なマンガンが銅もしくは銅を主体とした材料からなる導電層側に拡散するのを防止することができる。これによって、導電層の電気抵抗の上昇が防止されるので、低抵抗な配線を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体装置は、銅マンガン合金層と導電層との間にマンガンの拡散を防止する拡散防止層が形成されているため、銅マンガン合金層の反応しきれないマンガンが導電層側に拡散するのを防止でき、これによって導電層の抵抗上昇が防止できるので、配線が低抵抗なものとなるという利点がある。
【００２２】
本発明の半導体装置の製造方法は、凹部内に銅マンガン合金層を介してマンガンの拡散を防止する拡散防止層を形成するため、銅マンガン合金層の反応しきれないマンガンが導電層側に拡散するのを防止でき、これによって導電層の抵抗上昇が防止できるので、低抵抗な配線を形成することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の半導体装置およびその製造方法に係る一実施の形態の基本例を、図１の製造工程断面図および図２の概略構成断面図によって説明する。
【００２４】
図１（１）に示すように、層間絶縁膜となる酸化シリコン系絶縁膜１１に凹部１２を形成する。この凹部１２は、配線溝であっても、上下配線間を接続する接続孔であっても、配線溝とその底部に形成した接続孔であってもよい。図面では一例として配線溝を示した。上記凹部１２の内面に銅マンガン合金層１５を形成する。この銅マンガン合金層１５は、例えばスパッタリング法によって、例えば４５ｎｍの厚さに形成する。
【００２５】
次に、図１（２）に示すように、上記銅マンガン合金層１５表面にマンガンの拡散を防止するための拡散防止層１６を形成する。この拡散防止層１６は、例えば、拡散しようとするマンガンを取り込む材料からなる。このようなマンガンを取り込む材料としては、シリコンを含有する銅合金層がある。また、上記拡散防止層１６は、チタン、アルミニウム、タングステン、ゲルマニウム、ニッケル、マグネシウム、銀、ルテニウム、スズ、亜鉛、鉛のうち、少なくとも１種の元素を含んでいてもよい。これらの元素を含むことによって、銅の拡散が抑制されるとともに、熱がかかったときのエレクトロマイグレーション耐性、ストレスマイグレーション耐性が向上される。
【００２６】
もしくは、上記拡散防止層１６は、例えば、マンガンの拡散を阻止する材料からなる。このようなマンガンの拡散を阻止する材料としては、タンタル単体、もしくはチタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、ニッケル、マグネシウム、銀、ルテニウム、亜鉛、鉛、ジルコニウムのうちから選択される化合物がある。
【００２７】
次に、上記凹部１２の内部を埋め込むように、上記銅マンガン合金層１５〔前記図１（２）参照〕、拡散防止層１６等が形成された酸化シリコン系絶縁膜１１上に銅系膜１７を形成する。この銅系膜１７は、銅膜もしくは銅を主体とした合金膜が用いられる。
【００２８】
その後、図１（３）に示すように、熱処理を行うことによって、上記銅マンガン合金層１５〔前記図１（２）参照〕のマンガンと上記酸化シリコン系絶縁膜１１中のシリコン、酸素等とを反応させて、上記銅マンガン合金層１５と酸化シリコン系絶縁膜１１との界面に銅のバリア層となるマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層１８を形成する。ここでｘ、ｙは適宜設定される。
【００２９】
その後、層間絶縁膜１１上の銅系膜１７、拡散防止層１６、マンガンシリケート層１８等を除去する。この除去加工は、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により行う。
【００３０】
この結果、図２に示すように、銅系膜１７からなる導電層１９を備えた半導体装置１が構成される。すなわち、半導体装置１は、層間絶縁膜となる酸化シリコン系絶縁膜１１に形成された凹部１２内に、銅の拡散を阻止するバリア層となるマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層１８およびマンガンの拡散防止層１６を介して凹部１２を埋め込む銅系膜１７からなる導電層（例えば、配線、接続プラグ等）１９が形成されたものである。
【００３１】
上記実施の形態では、拡散防止層１６をマンガンの拡散を阻止する材料からなる、バリア膜で形成した場合には、この拡散防止層１６によってマンガン（Ｍｎ）の銅系膜１７中への拡散が防止される。この結果、バリア層となるマンガンシリケート層１８の形成効率が高くなる。また万が一、銅マンガン合金層１５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜１７側へのマンガンの拡散が拡散防止層１７によって遮断されるので、マンガンの拡散による導電層１９の抵抗上昇を防止することができる。
【００３２】
また、上記拡散防止層１６を拡散しようとするマンガンを取り込む材料、すなわちシリコンを含有する銅合金層で形成した場合には、銅系膜１７中へ拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、拡散防止層１６のシリコンを含有する銅合金層中のシリコン（Ｓｉ）と反応して、エネルギー的に安定なマンガンシリサイド（Ｍｎ2Ｓｉ）化合物を生成する。このように、マンガンが拡散防止層１６にトラッピングされる。したがって、銅系膜１７中へのマンガンの拡散を阻止することが可能になる。すなわち、マンガンシリケート層１８を形成するためのシードとして銅マンガン合金層１５を適用した場合において、この拡散防止層１６を形成したことにより、マンガンの反応効率を上昇させることができる。また、万が一、マンガン合金層１５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜１７側へ拡散しようとするマンガンが拡散防止層１７によってトラップ（捕捉）されるので、銅系膜１７側へのマンガンの拡散が抑制される。この結果、配線１９の抵抗上昇を防止することができる。
【００３３】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を、図３〜図５の製造工程断面図によって説明する。
【００３４】
図３（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に形成された絶縁膜（図示せず）に配線溝１１１が形成され、その配線溝１１１の内部にバリアメタル層１１２を介して配線１１３が形成されている。この配線１１３は、厚さが６０ｎｍの銅で形成されている。次いで、上記配線１１３を被覆するバリア層１１４を形成する。このバリア層１１４は、化学気相成長（例えばＰＥ−ＣＶＤ：プラズマエンハンスメントＣＶＤ）法を用いて成膜された窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜からなり、３０ｎｍの厚さに成膜される。次いでバリア層１１４上に酸化シリコン系絶縁膜からなる層間絶縁膜１１を形成する。この層間絶縁膜１１は、例えば誘電率が３以下のＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）系ポーラス膜からなり、例えば２５０ｎｍの厚さに成膜される。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧを塗布する方法であっても構わない。また、上記配線５３は銅以外に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成することもできる。
【００３５】
次に、図３（２）に示すように、上記層間絶縁膜１１上にビアを形成するためのエッチングマスク３１を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク３１に形成されたビアパターン３２の直径は例えば６０ｎｍとした。
【００３６】
次に、図３（３）に示すように、上記エッチングマスク〔前記図３（２）参照〕を用いたドライエッチングによって、上記層間絶縁膜１１に凹部１２（例えばビアホール１３）を形成する。このドライエッチングではＣＦ系ガスをエッチングガスに用いた。その後、エッチングマスク３１を酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングして除去する。この際、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜へのプラズマダメージを最小限に抑えるため、エッチング雰囲気を低圧力として処理する。この場合のエッチング雰囲気の圧力は０．２７Ｐａに設定した。このエッチング雰囲気の圧力は０．６７Ｐａ以下が望ましい。
【００３７】
次に、図４（４）に示すように、上記層間絶縁膜１１上に配線溝を形成するためのエッチングマスク３３を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク３３に形成された配線溝パターン３４の幅は例えば６０ｎｍとした。
【００３８】
次に、図４（５）に示すように、上記エッチングマスク〔前記図４（４）参照〕を用いたドライエッチングによって、上記層間絶縁膜１１に凹１２（例えば配線溝１４）を例えば１４０ｎｍの深さに形成する。このドライエッチングでは、例えばＣＦ系ガスをエッチングガスに用いた。その後、エッチングマスク３３を、例えば酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングして、除去する。この際、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜へのプラズマダメージを最小限に抑えるため、エッチング雰囲気を低圧力として処理する。この場合のエッチング雰囲気の圧力は０．２７Ｐａに設定した。このエッチング雰囲気の圧力は０．６７Ｐａ以下が望ましい。
【００３９】
次に、図４（６）に示すように、ビアホール１３底部のバリア層１１４を除去し、配線１１３を露出させる。この除去加工には例えばドライエッチングを用いる。このドライエッチングでは、例えばＣＦ系ガスを用いる。さらに、有機系洗浄液にて露出した配線１１３の表面を洗浄する。
【００４０】
次に、図５（７）に示すように、スパッタ法によって、上記ビアホール１３および配線溝１４の内面を含む上記層間絶縁膜１１表面に銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層１５を４５ｎｍの厚さに成膜する。引き続き、上記銅マンガン合金層１５表面にマンガンの拡散を防止する拡散防止層１６を形成する。この拡散防止層１６は、拡散しようとするマンガンを取り込む材料、すなわちシリコンを含有する銅合金層で形成する。例えば、シリコン（Ｓｉ）を１ｗｔ％含有した銅合金層を、例えば１０ｎｍの厚さに形成する。この形成方法は、例えばスパッタリング法を用いることができる。上記不純物元素としては、シリコン（Ｓｉ）以外に、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）のうち、少なくとも１種の元素を加えて、多元系の銅合金層としても構わない。これらの元素を含むことによって、銅の拡散が抑制されるとともに、熱がかかったときのエレクトロマイグレーション耐性、ストレスマイグレーション耐性が向上される。また、シリコン（Ｓｉ）の含有量は１ｗｔ％に限定されるものではなく、拡散しようとするマンガン量に応じて、拡散しようとするマンガンをトラップできる量に適宜設定される。
【００４１】
次に、図５（８）に示すように、電解めっき（ＥＣＰ）法によって、上記ビアホール１３および配線溝１４を埋め込むように、上記層間絶縁膜１１上に銅系膜１７を形成する。その後、グレイン成長を促すための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、３００℃、６０分の炉アニールによって行った。このとき、上記銅マンガン合金層１５〔前記図５（７）参照〕のマンガンと上記層間絶縁膜１１のシリコン、酸素等とを反応させて、上記銅マンガン合金層１５と層間絶縁膜１１との界面に銅に対するバリア性が高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層１８を形成する。ここでｘ、ｙは適宜設定される。その際、ＭＳＱ膜と接触する配線溝１４側壁と底部およびビアホール１３側壁ではマンガンシリケート層１８が自己形成され、下層の銅からなる配線１１３と接触するビアホール１３の底部には、マンガンシリケート層１８は形成されない。また、上記銅マンガン合金層１５より銅系膜１７側に拡散防止層１６が形成されていることにより、銅のバルク側である銅系膜１７側への拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、エネルギー的に安定化するため、拡散防止層１６中のシリコン（Ｓｉ）とサリサイデーション反応を起こすことにより、拡散防止層１６中にトラップされる。したがって、全てのＭｎが自己形成のマンガンシリケート層１８の形成およびサリサイデーションに寄与するため、配線を形成する銅系膜１７中に未反応のマンガン（Ｍｎ）が残存することはなかった。また、シリコンを含有する銅マンガン合金層１５においては、図示したように、銅マンガン合金層１５のマンガンが消費されることによって銅が残ることにより、マンガンシリケート層１８側に銅の層２１が形成されてもよい。
【００４２】
その後、層間絶縁膜１１上の銅系膜１７からマンガンシリケート層１８までを除去する。この除去加工は、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により行う。この結果、図示したように、配線溝１４の内部にマンガンシリケート層１８、拡散防止層１６等を介して銅系膜１７からなる配線１９が形成されるとともに、この配線１９の底部に連続して、上記ビアホール１３内にマンガンシリケート層１８、拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる接続プラグ２０が形成される。
【００４３】
上記説明したように、本発明の半導体装置２は、酸化シリコン系絶縁膜からなる層間絶縁膜１１に形成された配線溝１４内にマンガンシリケート層１８、マンガンの拡散を防止するものでシリコンを含有する銅合金層からなる拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる配線１９が形成され、さらに配線溝１４の底部に連続して形成されたビアホール１３内にマンガンシリケート層１８、マンガンの拡散を防止するものでシリコンを含有する銅合金層からなる拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる接続プラグ２０が備えられているものである。
【００４４】
上記第１例では、マンガンシリケート層１８を形成する熱処理において、銅系膜１７中へ拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、拡散防止層１６のシリコンを含有する銅合金層中のシリコン（Ｓｉ）と反応して、エネルギー的に安定なマンガンシリサイド（Ｍｎ2Ｓｉ）化合物を生成する。このようにマンガンが拡散防止層１６にトラッピングされる。したがって、銅系膜１７中へのマンガンの拡散を阻止することが可能になる。すなわち、マンガンシリケート層１８を形成するためのシードとして銅マンガン合金層１５を適用した場合において、上記拡散防止層１６を形成したことにより、マンガンの反応効率を上昇させることができる。また、万が一、マンガン合金層１５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜１７側へ拡散しようとするマンガンが拡散防止層１６によってトラップ（捕捉）されるので、銅系膜１７側へのマンガンの拡散が抑制される。この結果、配線１９の抵抗上昇を防止することができる。
【００４５】
このように、銅系膜１７中へのマンガン（Ｍｎ）拡散が抑制されたため、従来技術の問題点である配線抵抗上昇は見られず、銅の拡散を阻止するマンガンシリケート層１８が薄く形成されるバリアメタル薄膜効果により、配線抵抗は２０％低減した。また、ビアホール１３底部はマンガンシリケート層１８が形成されないため、抵抗値も５０％低減され、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性も大幅な改善が見られた。
【００４６】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を、図６の概略構成断面図によって説明する。
【００４７】
前記第１例で説明した図３（１）〜図４（６）の工程を順に行う。そして、図６に示すように、スパッタ法によって、上記ビアホール１３および配線溝１４の内面を含む上記層間絶縁膜１１表面に銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層１５（図示せず）を４５ｎｍの厚さに成膜する。引き続き、上記銅マンガン合金層１５表面にマンガンの拡散を防止する拡散防止層１６を形成する。この拡散防止層１６は、マンガンの拡散を阻止する材料で形成する。例えば、タンタル（Ｔａ）膜を、例えば３ｎｍの厚さに形成する。この形成方法は、例えばスパッタリング法を用いることができる。また、タンタル（Ｔａ）膜単層の膜以外に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）のうちから選択される化合物で形成することも可能である。その膜厚は、埋め込み性の観点より、例えば１０ｎｍ以下が望ましい。
【００４８】
次に、電解めっき（ＥＣＰ）法によって、上記ビアホール１３および配線溝１４を埋め込むように、上記層間絶縁膜１１上に銅系膜１７を形成する。その後、グレイン成長を促すための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、３００℃、６０分の炉アニールによって行った。このとき、上記銅マンガン合金層１５のマンガンと上記層間絶縁膜１１のシリコン、酸素等とを反応させて、上記銅マンガン合金層１５と層間絶縁膜１１との界面に銅に対するバリア性が高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層１８を形成する。ここでｘ、ｙは適宜設定される。その際、ＭＳＱ膜と接触する配線溝１４側壁と底部およびビアホール１３側壁ではマンガンシリケート層１８が自己形成され、下層の銅からなる配線１１３と接触するビアホール１３の底部には、マンガンシリケート層１８は形成されない。また、上記銅マンガン合金層１５より銅系膜１７側に拡散防止層１６が形成されていることにより、銅のバルク側である銅系膜１７側へのマンガン（Ｍｎ）の拡散は阻止される。したがって、全てのＭｎが自己形成のマンガンシリケート層１８の形成に寄与するため、配線を形成する銅系膜１７中に未反応のマンガン（Ｍｎ）が残存することはなかった。また、シリコンを含有する銅マンガン合金層１５においては、図示したように、銅マンガン合金層１５のマンガンが消費されることによって銅が残ることにより、マンガンシリケート層１８側に銅の層２１が形成されてもよい。
【００４９】
その後、層間絶縁膜１１上の銅系膜１７からマンガンシリケート層１８までを除去する。この除去加工は、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により行う。この結果、図示したように、配線溝１４の内部にマンガンシリケート層１８、拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる配線１９が形成されるとともに、この配線１９の底部に連続して、上記ビアホール１３内にマンガンシリケート層１８、拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる接続プラグ２０が形成される。
【００５０】
上記説明したように、本発明の半導体装置３は、酸化シリコン系絶縁膜からなる層間絶縁膜１１に形成された配線溝１４内にマンガンシリケート層１８、マンガンの拡散を阻止するもので、いわゆるバリアメタルからなる拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる配線１９が形成され、さらに配線溝１４の底部に連続して形成されたビアホール１３内にマンガンシリケート層１８、マンガンの拡散を阻止するもので、いわゆるバリアメタルからなる拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる接続プラグ２０が備えられているものである。
【００５１】
上記第２例では、マンガンシリケート層１８を形成する熱処理において、銅系膜１７中へ拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、拡散防止層１６により阻止される。したがって、マンガンシリケート層１８を形成するためのシードとして銅マンガン合金層１５を適用した場合において、上記拡散防止層１６を形成したことにより、マンガンの反応効率を上昇させることができる。また、万が一、銅マンガン合金層１５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜１７側へ拡散しようとするマンガンが拡散防止層１６によって阻止されるので、銅系膜１７側へのマンガンの拡散が防止される。この結果、配線１９の抵抗上昇を防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第３例を、図７〜図９の製造工程断面図によって説明する。
【００５３】
図７（１）に示すように、前記第１例で説明したのと同様に、半導体基板（図示せず）上に形成された絶縁膜（図示せず）に配線溝１１１が形成され、その配線溝１１１の内部にバリアメタル層１１２を介して配線１１３が形成されている。この配線１１３は、厚さが６０ｎｍの銅で形成されている。次いで、上記配線１１３を被覆するバリア層１１４を形成する。このバリア層１１４は、化学気相成長（例えばＰＥ−ＣＶＤ：プラズマエンハンスメントＣＶＤ）法を用いて成膜された窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜からなり、３０ｎｍの厚さに成膜される。次いで第１層間絶縁膜５１を形成する。この第１層間絶縁膜５１は、酸化シリコン系の膜、例えば誘電率が３以下のＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）系ポーラス膜からなり、１００ｎｍの厚さに成膜される。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧを塗布する方法であっても構わない。また、上記配線１１３は銅以外に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成することもできる。
【００５４】
次に、図７（２）に示すように、上記第１層間絶縁膜５１上にビアを形成するためのエッチングマスク７１を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク７１に形成されたビアパターン７２の直径は例えば６０ｎｍとした。
【００５５】
次に、図７（３）に示すように、上記エッチングマスク〔前記図７（２）参照〕を用いたドライエッチングによって、上記第１層間絶縁膜５１に凹部５２（例えばビアホール５３）を形成する。このドライエッチングではＣＦ系ガスをエッチングガスに用いた。その後、エッチングマスク７１を酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングして除去する。この際、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜へのプラズマダメージを最小限に抑えるため、エッチング雰囲気を低圧力として処理する。この場合のエッチング雰囲気の圧力は０．２７Ｐａに設定した。このエッチング雰囲気の圧力は０．６７Ｐａ以下が望ましい。
【００５６】
次に、スパッタ法によって、上記ビアホール５３の内面を含む上記第１層間絶縁膜５１表面に銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層５５（図示せず）を４５ｎｍの厚さに成膜する。引き続き、上記銅マンガン合金層５５表面にマンガンの拡散を防止する拡散防止層５６を形成する。この拡散防止層５６は、マンガンの拡散を阻止する材料で形成する。例えば、タンタル（Ｔａ）膜を、例えば３ｎｍの厚さに形成する。この形成方法は、例えばスパッタリング法を用いることができる。また、タンタル（Ｔａ）膜単層の膜以外に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）のうちから選択される化合物で形成することも可能である。その膜厚は、埋め込み性の観点より、例えば１０ｎｍ以下が望ましい。なお、上記拡散防止層５６は、前記第１例のように、拡散しようとするマンガンをトラップする材料で形成することもできる。
【００５７】
次に、電解めっき（ＥＣＰ）法によって、上記凹部５２（ビアホール５３）を埋め込むように、上記第１層間絶縁膜５１上に銅系膜５７を形成する。その後、グレイン成長を促すための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、３００℃、６０分の炉アニールによって行った。このとき、上記銅マンガン合金層５５のマンガンと上記第１層間絶縁膜５１のシリコン、酸素等とを反応させて、上記銅マンガン合金層５５と第１層間絶縁膜５１との界面に銅に対するバリア性が高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層５８を形成する。ここでｘ、ｙは適宜設定される。その際、ＭＳＱ膜と接触するビアホール５３側壁ではマンガンシリケート層５８が自己形成され、下層の銅からなる配線１１３と接触するビアホール５３の底部には、マンガンシリケート層５８は形成されない。また、上記銅マンガン合金層５５より銅系膜５７側に拡散防止層５６が形成されていることにより、銅のバルク側である銅系膜５７側へのマンガン（Ｍｎ）の拡散は阻止される。したがって、全てのＭｎが自己形成のマンガンシリケート層５８の形成に寄与するため、配線を形成する銅系膜５７中に未反応のマンガン（Ｍｎ）が残存することはなかった。また、シリコンを含有する銅マンガン合金層５５においては、図示したように、銅マンガン合金層５５のマンガンが消費されることによって銅が残ることにより、マンガンシリケート層５８側に銅の層６０が形成されてもよい。
【００５８】
その後、第１層間絶縁膜５１上の銅系膜５７からマンガンシリケート層５８までを除去する。この除去加工は、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により行う。この結果、図示したように、ビアホール５３の内部にマンガンシリケート層５８、拡散防止層５６を介して銅系膜５７からなる接続プラグ５９が形成される。次いで、上記接続プラグ５９を被覆するように、上記第１層間絶縁膜５１上にバリア層１１５を形成する。このバリア層１１５は、例えば化学気相成長（例えばＰＥ−ＣＶＤ：プラズマエンハンスメントＣＶＤ）法を用いて成膜された窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜からなり、例えば３０ｎｍの厚さに成膜される。
【００５９】
次に、図８（４）に示すように、バリア層１１５上に第２層間絶縁膜６１を形成する。この層間絶縁膜６１は、酸化シリコン系の膜、例えば誘電率が３以下のＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）系ポーラス膜からなり、１５０ｎｍの厚さに成膜される。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧを塗布する方法であっても構わない。また、上記配線１１３は銅以外に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成することもできる。
【００６０】
次に、上記第２層間絶縁膜６１上に配線溝を形成するためのエッチングマスク７３を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク７３に形成された配線溝パターン７４の幅は例えば６０ｎｍとした。
【００６１】
次に、図８（５）に示すように、上記エッチングマスク７３〔前記図８（４）参照〕を用いたドライエッチングによって、上記第２層間絶縁膜６１に凹５２（例えば配線溝５４）を形成する。このドライエッチングでは、例えばＣＦ系ガスをエッチングガスに用いた。その後、エッチングマスク７３を、例えば酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングして、除去する。この際、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜へのプラズマダメージを最小限に抑えるため、エッチング雰囲気を低圧力として処理する。この場合のエッチング雰囲気の圧力は０．２７Ｐａに設定した。このエッチング雰囲気の圧力は０．６７Ｐａ以下が望ましい。
【００６２】
次に、配線溝５４底部のバリア層１１５を除去し、配線溝５４の底部に接続プラグ５９、第１層間絶縁膜５１等を露出させる。この除去加工には例えばドライエッチングを用いる。このドライエッチングでは、例えばＣＦ系ガスを用いる。さらに、有機系洗浄液にて露出した接続プラグ５９の表面を洗浄する。
【００６３】
次に、図９（６）に示すように、スパッタ法によって、上記配線溝５４の内面を含む上記第２層間絶縁膜６１表面に銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層６５を４５ｎｍの厚さに成膜する。引き続き、上記銅マンガン合金層６５表面にマンガンの拡散を防止する拡散防止層６６を形成する。この拡散防止層６６は、マンガンの拡散を阻止する材料で形成する。例えば、タンタル（Ｔａ）膜を、例えば３ｎｍの厚さに形成する。この形成方法は、例えばスパッタリング法を用いることができる。また、タンタル（Ｔａ）膜単層の膜以外に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）のうちから選択される化合物で形成することも可能である。その膜厚は、埋め込み性の観点より、例えば１０ｎｍ以下が望ましい。なお、上記拡散防止層６６は、前記第１例のように、拡散しようとするマンガンをトラップする材料で形成することもできる。
【００６４】
次に、電解めっき（ＥＣＰ）法によって、上記配線溝５４を埋め込むように、上記第２層間絶縁膜６１上に銅系膜６７を形成する。
【００６５】
その後、図９（７）に示すように、グレイン成長を促すための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、３００℃、６０分の炉アニールによって行った。このとき、上記銅マンガン合金層６５〔前記図９（６）参照〕のマンガンと上記第２層間絶縁膜６１のシリコン、酸素等とを反応させて、上記銅マンガン合金層６５と第２層間絶縁膜６１との界面に銅に対するバリア性が高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層６８を形成する。ここでｘ、ｙは適宜設定される。その際、ＭＳＱ膜と接触する配線溝５４側壁と底部ではマンガンシリケート層６８が自己形成され、下層の銅からなる接続プラグ５９と接触する配線溝５４の底部には、マンガンシリケート層６８は形成されない。また、上記銅マンガン合金層６５より銅系膜６７側に拡散防止層６６が形成されていることにより、銅のバルク側である銅系膜６７側へのマンガン（Ｍｎ）の拡散は阻止される。したがって、全てのＭｎが自己形成のマンガンシリケート層６８の形成に寄与するため、配線を形成する銅系膜６７中に未反応のマンガン（Ｍｎ）が残存することはなかった。また、シリコンを含有する銅マンガン合金層６５においては、図示したように、銅マンガン合金層６５のマンガンが消費されることによって銅が残ることにより、マンガンシリケート層６８側に銅の層７０が形成されてもよい。
【００６６】
その後、第２層間絶縁膜６１上の銅系膜６７からマンガンシリケート層６８までを除去する。この除去加工は、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により行う。この結果、図示したように、配線溝５４の内部にマンガンシリケート層６８、拡散防止層６６を介して銅系膜６７からなる配線６９が形成される。
【００６７】
上記説明したように、本発明の半導体装置４は、酸化シリコン系絶縁膜からなる第２層間絶縁膜６１に形成された配線溝５４内にマンガンシリケート層６８、マンガンの拡散を阻止するもので、いわゆるバリアメタルからなる拡散防止層６６を介して銅系膜６７からなる配線６９が形成され、さらに配線溝５４の底部に連続して形成されたビアホール５３内にマンガンシリケート層５８、マンガンの拡散を阻止するもので、いわゆるバリアメタルからなる拡散防止層５６を介して銅系膜５７からなる接続プラグ５９が備えられているものである。
【００６８】
上記第３例では、マンガンシリケート層５８、６８を形成する熱処理において、銅系膜５７、６７中へ拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、拡散防止層５６、６６により阻止される。したがって、マンガンシリケート層５８、６８を形成するためのシードとして銅マンガン合金層５５、６５を適用した場合において、上記拡散防止層５６、６６を形成したことにより、マンガンの反応効率を上昇させることができる。また、万が一、マンガン合金層５５、６５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜５７、６７側へ拡散しようとするマンガンが拡散防止層５６、６６によって阻止されるので、銅系膜５７、６７側へのマンガンの拡散が防止される。この結果、接続プラグ５９、配線６９の抵抗上昇を防止することができる。
【００６９】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第４例を、図１０〜図１３の製造工程断面図によって説明する。
【００７０】
図１０（１）に示すように、前記第１例で説明したのと同様に、半導体基板（図示せず）上に形成された絶縁膜（図示せず）に配線溝１１１が形成され、その配線溝１１１の内部にバリアメタル層１１２を介して配線１１３が形成されている。この配線１１３は、厚さが６０ｎｍの銅で形成されている。次いで、上記配線１１３を被覆するバリア絶縁膜１１４を形成する。このバリア絶縁膜１１４は、化学気相成長（例えばＰＥ−ＣＶＤ：プラズマエンハンスメントＣＶＤ）法を用いて成膜された窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜からなり、３０ｎｍの厚さに成膜される。次いで、バリア絶縁膜１１４上に酸化シリコン系絶縁膜からなる第１層間絶縁膜５１を形成する。この第１層間絶縁膜５１は、例えば誘電率が３以下のＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）系ポーラス膜からなり、１００ｎｍの厚さに成膜される。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧを塗布する方法であっても構わない。また、上記配線１１３は銅以外に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成することもできる。
【００７１】
さらに、上記第１層間絶縁膜５１上に第２層間絶縁膜を有機系絶縁膜８１と無機系絶縁膜８２の積層膜で形成する。上記有機系絶縁膜８１は、例えばポリアリールエーテル膜で、例えば８０ｎｍの厚さに形成される。続いて上記有機系絶縁膜８１上に無機系絶縁膜８２を形成する。上記無機系絶縁膜８２は、例えばプラズマエンハンスメントＣＶＤ法により成膜される酸化シリコン膜で、例えば１００ｎｍの厚さに形成される。次いで、上記無機系絶縁膜８２上に第１ハードマスク８３、第２ハードマスク８４を順次、成膜する。上記第１ハードマスク８３、第２ハードマスク８４は、それぞれ、５０ｎｍの厚さに形成される。
【００７２】
次に、図１０（２）に示すように、上記第２ハードマスク８４上に配線溝パターンを形成するためのエッチングマスク８６を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク８６に形成された配線溝パターン８７が形成されている。なお、図示はしないが、上記エッチングマスク８６の下面に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を塗布して形成してもよい。
【００７３】
次に、図１１（３）に示すように、上記エッチングマスク８６〔前記図１０（２）参照〕を用いて上記第２ハードマスク８４を加工し、配線溝パターン８７〔前記図１０（２）参照〕が延長形成された配線溝パターン８８を形成する。その後、このエッチング加工で残ったエッチングマスク８６、有機反射防止膜を、例えば酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離する。
【００７４】
次に、上記第１ハードマスク８３上に上記配線溝パターン８８を埋め込むように有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）８９を塗布して形成した後、ビアを形成するためのエッチングマスク９０を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク９０に形成されたビアパターン９１が形成されている。このビアパターン９１の直径は、例えば６０ｎｍとした。
【００７５】
次に、図１１（４）に示すように、上記第１ハードマスク８３、無機系絶縁膜８２、有機系絶縁膜８１を順にエッチング加工してビアホール９２を形成する。このエッチングでは、有機系絶縁膜８１のエッチング際に、上記エッチングマスク９０〔前記図１１（３）参照〕もエッチングされて除去される。このエッチングでは、例えばエッチングガスに窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）との混合ガス系を用いる。
【００７６】
次に、図１２（５）に示すように、第２ハードマスク８４〔前記図１１（４）参照〕をエッチングマスクとして第１ハードマスク８３をエッチング加工し、配線溝パターン８８を延長形成する。このとき、配線溝パターン８８底部の無機系絶縁膜８２と、ビアホール９２底部の第１層間絶縁膜５１とを同時にエッチング加工する。どちらの膜も無機酸化シリコン系絶縁膜であるため、同時エッチングが可能となっている。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。
【００７７】
このように、上記無機系絶縁膜８２および有機系絶縁膜８１に配線溝９３が形成され、第１層間絶縁膜５１にビアホール９２が延長形成される。このエッチングでは、上記バリア絶縁膜１１４上でビアホール９２のエッチングが停止され、上記有機系絶縁膜８１上で配線溝９３のエッチングが停止される。
【００７８】
次に、図１２（６）に示すように、ビアホール９２を導通するために、ビアホール９２底部の上記バリア絶縁膜１１４をエッチングにより除去する。このエッチングでは、エッチングガスに窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）とを用いた。このエッチング条件は、一例として、エッチング雰囲気の圧力を１．３Ｐａ、窒素ガスの流量を４００ｃｍ3／ｍｉｎ、酸素ガスの領域を２５ｃｍ3／ｍｉｎに設定し、基板バイアスパワーを上部が６５０Ｗ，下部電極が２００Ｗに設定した。上記エッチングでは、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）を単独で用いることもでき、また、これらのガス系を複数種組み合わせて用いることもできる。このエッチングでは、無機系酸化膜はエッチングされないため、上記無機酸化膜からなる第１層間絶縁膜５１、無機系絶縁膜８２はエッチングされない。また、このエッチングでは、第１ハードマスク８３〔前記図１２（５）参照〕も除去される。
【００７９】
次に、図１３（７）に示すように、スパッタ法によって、上記ビアホール９２および配線溝９３の内面を含む上記無機系絶縁膜８２表面に銅マンガン（ＣｕＭｎ）合金層１５を４５ｎｍの厚さに成膜する。引き続き、上記銅マンガン合金層１５表面にマンガンの拡散を防止する拡散防止層１６を形成する。この拡散防止層１６は、拡散しようとするマンガンを取り込む材料、すなわちシリコンを含有する銅合金層で形成する。例えば、シリコン（Ｓｉ）を１ｗｔ％含有した銅合金層を、例えば１０ｎｍの厚さに形成する。この形成方法は、例えばスパッタリング法を用いることができる。上記不純物元素としては、シリコン（Ｓｉ）以外に、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）のうち、少なくとも１種の元素を加えて、多元系の銅合金層としても構わない。これらの元素を含むことによって、銅の拡散が抑制されるとともに、熱がかかったときのエレクトロマイグレーション耐性、ストレスマイグレーション耐性が向上される。また、シリコン（Ｓｉ）の含有量は１ｗｔ％に限定されるものではなく、拡散しようとするマンガン量に応じて、拡散しようとするマンガンをトラップできる量に適宜設定される。
【００８０】
もしくは、上記拡散防止層１６は、マンガンの拡散を阻止する材料で形成する。例えば、タンタル（Ｔａ）膜を、例えば３ｎｍの厚さに形成する。この形成方法は、例えばスパッタリング法を用いることができる。また、タンタル（Ｔａ）膜単層の膜以外に、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）のうちから選択される化合物で形成することも可能である。その膜厚は、埋め込み性の観点より、例えば１０ｎｍ以下が望ましい。
【００８１】
次に、図１３（８）に示すように、電解めっき（ＥＣＰ）法によって、上記ビアホール９２および配線溝９３を埋め込むように、上記無機系絶縁膜８２上に銅系膜１７を形成する。その後、グレイン成長を促すための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、３００℃、６０分の炉アニールによって行った。このとき、上記銅マンガン合金層１５〔前記図１３（７）参照〕のマンガンと上記第１層間絶縁膜５１、無機系絶縁膜８２中のシリコン、酸素等とを反応させて、上記銅マンガン合金層１５と第１層間絶縁膜５１、無機系絶縁膜８２との界面に銅に対するバリア性が高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）層１８を形成する。ここでｘ、ｙは適宜設定される。その際、ＭＳＱ膜と接触する配線溝９３側壁と底部およびビアホール９２側壁ではマンガンシリケート層１８が自己形成され、下層の銅からなる配線１１３と接触するビアホール９２の底部には、マンガンシリケート層１８は形成されない。また、上記銅マンガン合金層１５より銅系膜１７側に拡散防止層１６が形成されていることにより、銅のバルク側である銅系膜１７側への拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、エネルギー的に安定化するため、拡散防止層１６中のシリコン（Ｓｉ）とサリサイデーション反応を起こすことにより、拡散防止層１６中にトラップされる。したがって、全てのＭｎが自己形成のマンガンシリケート層１８の形成およびサリサイデーションに寄与するため、配線を形成する銅系膜１７中に未反応のマンガン（Ｍｎ）が残存することはなかった。また、シリコンを含有する銅マンガン合金層１５においては、図示したように、銅マンガン合金層１５のマンガンが消費されることによって銅が残ることにより、マンガンシリケート層１８側に銅の層２１が形成されてもよい。
【００８２】
その後、層間絶縁膜１１上の銅系膜１７からマンガンシリケート層１８までを除去する。この除去加工は、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）により行う。この結果、図示したように、配線溝９３の内部にマンガンシリケート層１８、拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる配線１９が形成されるとともに、この配線１９の底部に連続して、上記ビアホール９２内にマンガンシリケート層１８、拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる接続プラグ２０が形成される。
【００８３】
上記説明したように、本発明の半導体装置５は、無機系絶縁膜８２、有機系絶縁膜８１に形成された配線溝９３内にマンガンシリケート層１８、マンガンの拡散を防止するものでシリコンを含有する銅合金層からなる拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる配線１９が形成され、さらに配線溝１４の底部に連続して形成されたビアホール９２内にマンガンシリケート層１８、マンガンの拡散を防止するものでシリコンを含有する銅合金層からなる拡散防止層１６を介して銅系膜１７からなる接続プラグ２０が備えられているものである。
【００８４】
上記第４例では、マンガンシリケート層１８を形成する熱処理において、銅系膜１７中へ拡散しようとするマンガン（Ｍｎ）は、拡散防止層１６のシリコンを含有する銅合金層中のシリコン（Ｓｉ）と反応して、エネルギー的に安定なマンガンシリサイド（Ｍｎ2Ｓｉ）化合物を生成する。このようにマンガンが拡散防止層１６にトラッピングされる。したがって、銅系膜１７中へのマンガンの拡散を阻止することが可能になる。すなわち、マンガンシリケート層１８を形成するためのシードとして銅マンガン合金層１５を適用した場合において、上記拡散防止層１６を形成したことにより、マンガンの反応効率を上昇させることができる。また、万が一、マンガン合金層１５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜１７側へ拡散しようとするマンガンが拡散防止層１７によってトラップ（捕捉）されるので、銅系膜１７側へのマンガンの拡散が抑制される。この結果、配線１９の抵抗上昇を防止することができる。
【００８５】
また、拡散防止層１６をマンガンの拡散を阻止する材料で形成する、すなわち、バリアメタル薄膜で形成する場合には、この拡散防止層１６によってマンガン（Ｍｎ）の銅系膜１７中への拡散が防止される。この結果、マンガンシリケート層１８の形成効率が高くなる。また万が一、マンガン合金層１５領域に未反応なマンガンが残ってしまった場合でも、銅系膜１７側へのマンガンの拡散が拡散防止層１７によって遮断されるので、マンガンの拡散による配線１９の抵抗上昇を防止することができる。
【００８６】
この第４例のように、上記第１〜第３例とは層間絶縁膜構造が異なった場合にも、前記第１例〜第３例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の半導体装置およびその製造方法に係る一実施の形態の基本例を示した製造工程断面図である。
【図２】本発明の半導体装置およびその製造方法に係る一実施の形態の基本例を示した概略構成断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第３例を示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第３例を示した製造工程断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第３例を示した製造工程断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第４例を示した製造工程断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第４例を示した製造工程断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第４例を示した製造工程断面図である。
【図１３】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１４】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１５】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１６】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１１…層間絶縁膜、１２…凹部、１５…銅マンガン合金層、１６…拡散防止層、１８…マンガンシリケート層、１９…導電層
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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