(57)【要約】【課題】半導体装置において絶縁層や層間絶縁層を加熱したとき、層間絶縁層に設けられた開口部の底部において配線に隆起が生ぜず、配線の信頼性が低下することのない配線構造を提供する。【解決手段】半導体基板の上に設けられた絶縁層に形成された溝部内に埋め込まれた配線の表面に、導電材料から成る被覆層が形成されている半導体装置における配線構造であって、絶縁層及び被覆層の上に形成された層間絶縁層と、被覆層の上方の層間絶縁層に形成された開口部内が配線材料層で埋め込まれて成る、配線と接続された接続孔と、配線材料層から成り、層間絶縁層に形成されそして接続孔と接続された上層配線、を更に備えており、被覆層はタングステンから成り、溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒである。【選択図】  図７
2007013218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に設けられた絶縁層に形成された溝部内に埋め込まれた配線の表面に、導電材料から成る被覆層が形成されている半導体装置における配線構造であって、
絶縁層及び被覆層の上に形成された層間絶縁層と、
被覆層の上方の層間絶縁層に形成された開口部内が配線材料層で埋め込まれて成る、配線と接続された接続孔と、
配線材料層から成り、層間絶縁層に形成されそして接続孔と接続された上層配線、
を更に備えており、
被覆層は、層間絶縁層に開口部を形成した後の熱処理時、開口部底部の配線の部分が隆起することを防止するために形成されており、
被覆層はタングステンから成り、
溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒであることを特徴とする半導体装置における配線構造。
【請求項２】
（イ）半導体基板の上に設けられた絶縁層に溝部を形成した後、溝部内に配線材料を埋め込み、配線を形成する工程と、
（ロ）配線の表面に、導電材料から成る被覆層を形成する工程、
を含み、
更に、
（ハ）絶縁層及び被覆層の上に層間絶縁層を形成する工程と、
（ニ）被覆層の上方の層間絶縁層に開口部を形成する工程と、
（ホ）層間絶縁層上に配線材料層を形成し、開口部内を配線材料層で埋め込む工程と、
（ヘ）層間絶縁層上の配線材料層をパターニングして、上層配線を形成する工程、
を含む半導体装置における配線形成方法であって、
被覆層はタングステンから成り、
溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒであることを特徴とする半導体装置における配線形成方法。
【請求項３】
前記工程（ロ）における被覆層の形成は、選択ＣＶＤ法によることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【請求項４】
前記工程（ホ）は、配線材料層が流動化する温度に層間絶縁層を加熱した状態で配線材料層をスパッタ法にて成膜する工程から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【請求項５】
前記工程（ホ）は、配線材料層が流動化しない温度に層間絶縁層を保持した状態で配線材料層をスパッタ法にて成膜した後、配線材料層が流動化する温度に層間絶縁層を加熱する工程から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【請求項６】
前記工程（ホ）は、配線材料層が流動化しない温度に層間絶縁層を保持した状態で配線材料層をスパッタ法にて成膜した後、高圧下、配線材料層が流動化する温度に層間絶縁層を加熱する工程から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置における配線構造及び配線形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超ＬＳＩの高集積化に伴う内部配線の微細化により、下層配線の上に層間絶縁層を形成した後、下層配線の上方の層間絶縁層に微細な開口部を形成し、かかる開口部内を配線材料層で埋め込み、コンタクトホールやビヤホールといった接続孔を形成する技術が重要となっている。このような微細な開口部内に配線材料層を埋め込む技術として、ブランケットタングステンＣＶＤ法、あるいは又、アルミニウムやアルミニウム合金、銅等を配線材料として用いた高温スパッタ法、リフロー法や高圧リフロー法の検討が進められ、一部では実用化されている。高温スパッタ法、リフロー法あるいは高圧リフロー法は、ブランケットタングステンＣＶＤ法に比べてプロセスが簡便であるという利点を有する。特に、高圧リフロー法は、開口部への配線材料層の非常に高い埋め込み性が得られる点で有望な技術である。
【０００３】
一方、近年、配線の微細化及び絶縁層の平坦化を簡便なプロセスで実現できる方法として、溝配線技術が検討されている。下層配線を溝配線から構成する場合、図９の（Ａ）に模式図を示すように、半導体基板（図示せず）の上に設けられた絶縁層１０にＲＩＥ法にて溝部１１を形成する。尚、溝部１１は、図９あるいは図１０の紙面垂直方向に延びている。そして、かかる溝部１１内を含む絶縁層１０上に、例えばＴｉ単層、ＴｉＮ単層あるいはＴｉＮ層／Ｔｉ層の積層構造から構成された第１の下地層１２を形成する。尚、積層構造の場合、「／」の前に記載された層が上層側を表す。第１の下地層１２は、配線材料層が流動するための濡れ性改善層としての機能を有する。また、図において、第１の下地層１２を１層で表した。その後、全面に、高温スパッタ法、リフロー法あるいは高圧リフロー法によって、例えばアルミニウム合金から成る配線材料層１３を成膜し、溝部１１内を配線材料層１３で埋め込む（図９の（Ｂ）参照）。次いで、絶縁層１０上の配線材料層１３及び第１の下地層１２をエッチバック法や化学的・機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて除去する。こうして、半導体基板の上に設けられた絶縁層１０に形成された溝部１１内に埋め込まれた配線（下層配線）１４が形成される（図９の（Ｃ）参照）。
【０００４】
次いで、こうして得られた配線１４を含む絶縁層１０の上に層間絶縁層２０をＣＶＤ法にて成膜する。そして、配線１４の上方の層間絶縁層２０に開口部２１をＲＩＥ法にて形成した後（図１０の（Ａ）参照）、開口部２１内を含む層間絶縁層２０上に、第２の下地層２２をスパッタ法にて成膜する。第２の下地層２２は、例えば、Ｔｉ単層、ＴｉＮ単層あるいはＴｉＮ層／Ｔｉ層の積層構造から構成される。尚、図においては、第２の下地層２２を１層で表した。そして、高温スパッタ法、リフロー法あるいは高圧リフロー法によって、例えばアルミニウム合金から成る配線材料層２３を第２の下地層２２上に成膜し、開口部２１内を配線材料層２３で埋め込み、開口部２１内に接続孔２４を形成する（図１０の（Ｂ）参照）。次いで、層間絶縁層２０上の配線材料層２３及び第２の下地層２２をパターニングし、上層配線を形成する。
【０００５】
高温スパッタ法においては、例えば４００〜４５０゜Ｃに層間絶縁層２０を加熱した状態で、例えばアルミニウム合金から成る配線材料層２３をスパッタ法にて成膜する。層間絶縁層２０の上に堆積した配線材料層２３は、層間絶縁層２０が加熱されているが故に、流動状態となり、開口部２１内に流れ込み、開口部２１内が配線材料層２３で埋め込まれ、接続孔２４が形成される。第２の下地層２２は、配線材料層が流動するための濡れ性改善層としての機能を有する。
【０００６】
リフロー法においては、例えば２００゜Ｃ前後に層間絶縁層２０を加熱した状態で、例えばアルミニウム合金から成る配線材料層２３をスパッタ法にて成膜する。層間絶縁層２０の上に堆積した配線材料層２３は、層間絶縁層２０が十分に加熱されていないため、流動状態とならず、通常、開口部２１内には流れ込まないため、開口部２１の上方の配線材料層２３はブリッジ状となる。配線材料層２３の成膜後、例えば４００〜４５０゜Ｃ前後に層間絶縁層２０を加熱すると、層間絶縁層２０上に堆積した配線材料層２３は流動状態となり、開口部２１内が配線材料層２３で埋め込まれ、接続孔２４が形成される。高圧リフロー法においては、配線材料層２３の成膜後、例えば高圧のアルゴンガス雰囲気中で、例えば４００〜４５０゜Ｃ前後に層間絶縁層２０を加熱する。その結果、層間絶縁層２０上に堆積した配線材料層２３は流動状態となり、しかも、雰囲気が高圧であるが故に、開口部２１内が配線材料層２３で容易に埋め込まれ、接続孔２４が形成される。高圧リフロー法によれば、アスペクト比が４〜５程度の開口部２１を配線材料層２３で埋め込むことが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高温スパッタ法、リフロー法あるいは高圧リフロー法によって開口部２１内を配線材料層２３で確実に埋め込むためには、第２の下地層２２を成膜する前に、層間絶縁層２０や絶縁層１０中の水分を放出することが重要である。配線材料層２３の成膜中に層間絶縁層２０や絶縁層１０から水分が放出されると、開口部２１内の第２の下地層２２の表面に酸化膜が形成される。その結果、配線材料層２３の濡れ性が低下し、配線材料層２３が開口部２１に流入し難くなり、配線材料層２３の開口部２１内への埋め込み性が劣化する。
【０００８】
ところで、層間絶縁層２０や絶縁層１０中の水分を放出するために、半導体基板を４００〜５００゜Ｃに加熱すると、配線（下層配線）１４に損傷が発生する場合がある。即ち、図１０の（Ａ）に示した構造において、半導体基板を４００〜５００゜Ｃに加熱すると、例えばアルミニウム合金から成る配線１４も加熱される結果、開口部２１の底部に露出した配線１４の部分が隆起し、その反動として、配線１４にボイドが発生する。この状態を、模式的に図１１に示す。尚、図１１は、図１０の（Ａ）の構造を別の角度から眺めた図である。このように配線１４にボイドが発生すると、配線不良が生じ、あるいは又、配線１４の信頼性が低下する。
【０００９】
従って、本発明の目的は、半導体装置において、開口部が設けられた層間絶縁層や絶縁層からの水分を放出するために層間絶縁層あるいは絶縁層を加熱したとき、開口部底部の配線部分に隆起が発生せず、配線に損傷が生ぜず、配線の信頼性が低下することのない配線構造及び配線形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の半導体装置における配線構造は、半導体基板の上に設けられた絶縁層に形成された溝部内に埋め込まれた配線の表面に、導電材料から成る被覆層が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置における配線構造においては、
（Ａ）絶縁層及び被覆層の上に形成された層間絶縁層と、
（Ｂ）被覆層の上方の層間絶縁層に形成された開口部内が配線材料層で埋め込まれて成る、配線と接続された接続孔と、
（Ｃ）配線材料層から成り、層間絶縁層に形成されそして接続孔と接続された上層配線、
を更に備えており、
被覆層は、層間絶縁層に開口部を形成した後の熱処理時、開口部底部の配線の部分が隆起することを防止するために形成されている形態を挙げることができる。
【００１２】
被覆層は、チタン−アルミニウム系合金、タングステン−アルミニウム系合金、又は銅−アルミニウム系合金から成ることが好ましい。この場合、溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、又はＡｌ−Ｇｅであることが望ましい。尚、被覆層を構成する合金（導電材料）中には、配線を構成するアルミニウム合金のアルミニウム以外の組成（成分）が含まれてもよい。
【００１３】
あるいは又、被覆層はタングステンから成ることが好ましい。この場合、溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒであることが望ましい。
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の半導体装置における配線形成方法は、
（イ）半導体基板の上に設けられた絶縁層に溝部を形成した後、溝部内に配線材料を埋め込み、配線を形成する工程と、
（ロ）配線の表面に、導電材料から成る被覆層を形成する工程、
を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置における配線形成方法においては、更に、
（ハ）絶縁層及び被覆層の上に層間絶縁層を形成する工程と、
（ニ）被覆層の上方の層間絶縁層に開口部を形成する工程と、
（ホ）層間絶縁層上に配線材料層を形成し、開口部内を配線材料層で埋め込む工程と、
（ヘ）層間絶縁層上の配線材料層をパターニングして、上層配線を形成する工程、
を含む形態を挙げることができる。この場合、工程（ホ）として、
（１）  配線材料層が流動化する温度に層間絶縁層を加熱した状態で配線材料層をスパッタ法にて成膜する工程から成る態様（所謂、高温スパッタ法）
（２）  配線材料層が流動化しない温度に層間絶縁層を保持した状態で配線材料層をスパッタ法にて成膜した後、配線材料層が流動化する温度に層間絶縁層を加熱する工程から成る態様（所謂、リフロー法）
（３）  配線材料層が流動化しない温度に層間絶縁層を保持した状態で配線材料層をスパッタ法にて成膜した後、高圧下、配線材料層が流動化する温度に層間絶縁層を加熱する工程から成る態様（高圧リフロー法）
を挙げることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置における配線形成方法においては、被覆層を、チタン−アルミニウム系合金、タングステン−アルミニウム系合金、又は銅−アルミニウム系合金から構成することが好ましい。この場合、溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、又はＡｌ−Ｇｅであることが好ましい。そして、工程（ロ）における被覆層の形成は、全面に金属膜を成膜した後、この金属膜と配線とを反応させ、次いで、未反応の金属膜を除去する工程から構成することができる。被覆層をチタン−アルミニウム系合金から構成する場合には、金属膜を構成する材料をチタンとし、被覆層をタングステン−アルミニウム系合金から構成する場合には、金属膜を構成する材料をタングステンとし、被覆層を銅−アルミニウム系合金から構成する場合には、金属膜を構成する材料を銅とすればよい。
【００１７】
あるいは又、被覆層をタングステンから構成することができる。この場合、溝部内に埋め込まれた配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒであることが好ましい。そして、工程（ロ）における被覆層の形成は、選択ＣＶＤ法によって行うことができる。
【００１８】
絶縁層や層間絶縁層は、ＳｉＯ2、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｂＳＧ、ＮＳＧ、ＳＯＧ、ＬＴＯ（Low Temperature Oxide、低温ＣＶＤ−ＳｉＯ2）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の公知の材料、あるいはこれらの材料を積層したものを例示することができる。上層配線や接続孔を形成するための配線材料層を構成する材料として、例えば、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ又はＣｕ−Ｚｒを例示することができる。配線あるいは上層配線をスパッタ法にて形成する場合、例えば、マグネトロンスパッタ法、直流スパッタ法、直流マグネトロンスパッタ法、ＲＦスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法、半導体基板にバイアスを印加するバイアススパッタ法にて配線あるいは上層配線を形成することができる。
【００１９】
本発明においては、溝部内に埋め込まれた配線の表面に導電材料から成る被覆層が形成されているので、絶縁層や層間絶縁層からの水分を放出するために絶縁層や層間絶縁層を加熱したとき、開口部底部の配線の部分が隆起することを防止できる結果、配線に損傷が生ぜず、配線の信頼性が低下することがない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体装置における配線構造あるいは配線形成方法においては、配線の表面に被覆層を形成するので、絶縁層や層間絶縁層からの水分を放出するために絶縁層や層間絶縁層を加熱したとき、層間絶縁層に設けられた開口部底部の配線の部分が隆起することがない。その結果、配線に損傷が生ぜず、配線の信頼性が低下することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００２２】
実施例１においては、溝部１１内に埋め込まれた配線１４を構成する材料として、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ）を用い、チタン−アルミニウム系合金から成る被覆層１６を配線１４の表面に形成する。尚、全面に金属膜１５を成膜した後、金属膜１５と配線１４とを反応させ、次いで、未反応の金属膜１５を除去することによって被覆層１６を形成した。更には、実施例１における配線構造を、被覆層１６の上方の層間絶縁層２０に形成された接続孔２４、及び層間絶縁層２０に形成された上層配線２５を有する構造とした。尚、接続孔２４及び上層配線２５の形成は、所謂高圧リフロー法にて行った。以下、絶縁層１０等の模式的な一部断面図である図１〜図６を参照して、実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明する。
【００２３】
［工程−１００］
先ず、図示しない半導体基板上に、例えばＢＰＳＧから成る絶縁層１０をＣＶＤ法にて成膜し、かかる絶縁層１０にＲＩＥ法で溝部１１を形成する。溝部１１の深さを０．５μｍ、幅を０．５μｍとした。尚、溝部１１は、図１〜図８の紙面垂直方向に延びている。
【００２４】
［工程−１１０］
次に、溝部１１内に配線材料層１３を埋め込み、配線１４を形成する。具体的には、先ず、予備加熱処理を行い、絶縁層１０から水分を放出させることが好ましい。予備加熱処理の条件を、以下の表１に例示する。予備加熱の方式として、例えば、基板裏面からのガス加熱方式、即ち、半導体基板の裏面に配置したヒーターブロックを所定の温度（加熱温度）に加熱し、ヒーターブロックと半導体基板の裏面の間にガスを導入することによって半導体基板を加熱する方式を挙げることができるが、これに限定されず、ランプ加熱方式等を用いることもできる。
【００２５】
［表１］
基板加熱温度：５００゜Ｃ
加熱時間    ：１分間
使用加熱ガス：アルゴンガス
ガス圧力    ：１０3Ｐａ
【００２６】
その後、かかる溝部１１内を含む絶縁層１０上に、ＴｉＮ層（厚さ５０ｎｍ）／Ｔｉ層（厚さ２０ｎｍ）の積層構造から構成された第１の下地層１２を、以下の表２に例示する条件のＤＣマグネトロンスパッタ法にて形成する。第１の下地層１２は、配線材料層が流動するための濡れ性改善層としての機能を有する。尚、図において、第１の下地層１２を１層で表した。
【００２７】
［表２］
Ｔｉ層の成膜条件
ターゲット  ：Ｔｉ
プロセスガス：アルゴンガス＝１００sccm
圧力        ：０．４Ｐａ
成膜温度    ：２００゜Ｃ
ＤＣパワー  ：６ｋＷ
ＴｉＮ層の成膜条件
ターゲット  ：Ｔｉ
プロセスガス：窒素ガス／アルゴンガス＝７０／２０sccm
圧力        ：０．４Ｐａ
成膜温度    ：２００゜Ｃ
ＤＣパワー  ：１２ｋＷ
【００２８】
その後、高温スパッタ法、リフロー法あるいは高圧リフロー法によって、アルミニウム合金から成り、厚さ１．５μｍの配線材料層１３を全面に成膜し、溝部１１内を配線材料層１３で埋め込む。リフロー法あるいは高圧リフロー法におけるＤＣマグネトロンスパッタ条件を、以下の表３に例示する。その後、以下の表４又は表５に例示する条件にて、配線材料層１３が流動化する温度に絶縁層１０を加熱する。これによって、溝部１１の上方の配線材料層１３が溝部１１内に流入し、あるいは押し込まれ、配線１４が形成される（図１の（Ｂ）参照）。尚、以上の［工程−１１０］の一連の操作は、半導体基板の搬送を含め高真空雰囲気中で行うことが、第１の下地層１２の表面に酸化膜が形成されることを防止する上で好ましい。
【００２９】
［表３］
ターゲット  ：Ａｌ−Ｃｕ（０．５％）
プロセスガス：アルゴンガス＝１００sccm
圧力        ：０．４Ｐａ
成膜温度    ：２００゜Ｃ
ＤＣパワー  ：１５ｋＷ
【００３０】
［表４］
（リフロー法）
プロセスガス：アルゴンガス
圧力        ：１０3Ｐａ
リフロー時間：１分
基板加熱温度：５００゜Ｃ
【００３１】
［表５］
（高圧リフロー法）
プロセスガス：アルゴンガス
圧力        ：７０ＭＰａ
リフロー時間：１分
基板加熱温度：４５０゜Ｃ
【００３２】
［工程−１２０］
次いで、絶縁層１０上の配線材料層１３及び第１の下地層１２をエッチバック法や化学的・機械的研磨法（ＣＭＰ法）にて除去する。こうして、半導体基板の上に設けられた絶縁層１０に形成された溝部１１内に埋め込まれたアルミニウム合金から成る配線（下層配線）１４が形成される（図１の（Ｃ）参照）。ＣＭＰ法の条件を、以下の表６に例示する。
【００３３】
［表６］
研磨圧力          ：１００ｇｆ／ｃｍ2
回転数            ：定盤／研磨ヘッド＝３０／３０rpm
研磨用スラリー    ：ＮＨ4ＯＨベース（フュームドシリカ含有）
研磨用スラリー流量：１００ｃｍ3／分
温度              ：２５〜３０゜Ｃ
【００３４】
［工程−１３０］
次に、配線１４の表面に、導電材料から成る被覆層１６を形成する。実施例１においては、全面に金属膜１５を成膜した後、金属膜１５と配線１４とを反応させ、次いで、未反応の金属膜１５を除去することによって被覆層１６を形成する。具体的には、表２に例示した条件のＤＣマグネトロンスパッタ法にて、厚さ０．１μｍのＴｉから成る金属膜１５を全面に成膜する（図２の（Ａ）参照）。次に、以下の表７に例示する加熱条件にて、金属膜１５と配線１４とを反応させ、被覆層１６を配線１４の表面に形成する（図２の（Ｂ）参照）。被覆層１６はチタン−アルミニウム系合金から成る。
【００３５】
［表７］
加熱雰囲気  ：窒素ガス雰囲気
加熱時間    ：２分
基板加熱温度：４５０゜Ｃ
【００３６】
次に、アンモニア過水を用いた表８に例示するウエットエッチングにより、未反応の金属膜１５を除去する。これによって、図２の（Ｃ）に示す構造を得ることができる。尚、表６に示した条件のＣＭＰ法によって、未反応の金属膜１５を除去してもよい。
【００３７】
［表８］
アンモニア過水：ＮＨ4ＯＨ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ＝１／２／１
エッチング温度：５０゜Ｃ
エッチング時間：１０分
【００３８】
［工程−１４０］
次に、絶縁層１０及び被覆層１６の上に、例えばＳｉＯ2から成り、厚さ１．１μｍの層間絶縁層２０をＣＶＤ法にて形成する。そして、被覆層１６の上方の層間絶縁層２０に開口部２１ＡをＲＩＥ法にて形成する。尚、実施例１においては、次いで、開口部２１Ａの上方部分を通る溝部２１ＢをＲＩＥ法にて層間絶縁層２０に形成する。尚、溝部２１Ｂは、図の紙面垂直方向に延びている。開口部２１Ａの径を０．３μｍ、深さを０．６μｍ、溝部２１Ｂの幅を０．５μｍ、深さを０．５μｍとした。こうして、図３に示す構造を得ることができる。
【００３９】
［工程−１５０］
その後、層間絶縁層２０や絶縁層１０中の水分を放出するために、例えばファーネス・アニール法にて半導体基板を加熱する。加熱条件を、以下の表９に例示する。
【００４０】
［表９］
加熱雰囲気  ：窒素ガス雰囲気
加熱時間    ：３０分
基板加熱温度：４５０゜Ｃ
【００４１】
被覆層１６が設けられているので、層間絶縁層２０に開口部２１Ａを形成した後のこの熱処理時、開口部２１Ａの底部の配線１４の部分が隆起することを確実に防止することができる結果、配線１４にボイドが発生することを確実に抑制することができる。従って、配線１４の信頼性が低下することはない。
【００４２】
［工程−１６０］
次に、層間絶縁層２０上に配線材料層２３を形成し、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を配線材料層２３で埋め込む。この工程は、配線材料層２３が流動化しない温度に層間絶縁層２０を保持した状態で配線材料層２３をスパッタ法にて成膜した後、高圧下、配線材料層２３が流動化する温度に層間絶縁層２０を加熱する工程から成る。具体的には、表２に示した［工程−１１０］と同様の方法で、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を含む層間絶縁層２０上にＴｉＮ層／Ｔｉ層から構成された第２の下地層２２を成膜する。尚、図においては、第２の下地層２２を１層で表した。その後、表３に示した条件でＳｉ−Ｃｕ（０．５％）から成る配線材料層２３を層間絶縁層２０上に成膜する（図４参照）。層間絶縁層２０の上に堆積した配線材料層２３は、層間絶縁層２０が十分に加熱されていないため、流動状態とならず、通常、開口部２１内には流れ込まないため、開口部２１の上方の配線材料層２３はブリッジ状となる。その後、表５に示した条件の高圧リフロー処理を行う。これによって、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内は配線材料層２３で埋め込まれ、開口部２１Ａ内に接続孔２４が形成され、溝部２１Ｂ内に上層配線２５が形成される（図５参照）。
【００４３】
［工程−１７０］
その後、層間絶縁層２０上の配線材料層２３及び第２の下地層２２を、エッチバック法、あるいは又、例えば表６に示したＣＭＰ法によって除去する（図６参照）。こうして、図示しない半導体基板の上に設けられた絶縁層１０に形成された溝部１１内に埋め込まれた配線１４の表面に、導電材料から成る被覆層１５が形成され、更には、絶縁層１０及び被覆層１６の上に形成された層間絶縁層２０と、被覆層１６の上方の層間絶縁層２０に形成された開口部２１Ａ内が配線材料層２３で埋め込まれて成る、配線１４と接続された接続孔２４と、配線材料層２３から成り、層間絶縁層２０に形成されそして接続孔２４と接続された上層配線２５を有する配線構造が形成される。
【実施例２】
【００４４】
実施例２においては、リフロー法にて開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を配線材料層２３で埋め込み、接続孔２４及び上層配線２５を形成する。以下、実施例２が実施例１と相違する点のみを説明する。
【００４５】
実施例２においては、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１５０］と同様の工程を経て、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を含む層間絶縁層２０上に第２の下地層２２を形成する。次に、実施例２においては、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を配線材料層２３で埋め込むために、配線材料層２３が流動化しない温度に層間絶縁層２０を保持した状態で配線材料層２３を上記の表３に例示した条件のスパッタ法にて成膜する。その後、表４に例示した条件にて配線材料層２３が流動化する温度に層間絶縁層２０を加熱する。その後、実施例１の［工程−１７０］を経て、上層配線を完成させる。
【実施例３】
【００４６】
実施例３においては、高温スパッタ法にて開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を配線材料層２３で埋め込み、接続孔２４及び上層配線２５を形成する。以下、実施例３が実施例１と相違する点のみを説明する。
【００４７】
実施例３においても、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１５０］と同様の工程を経て、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を含む層間絶縁層２０上に第２の下地層２２を形成する。次に、実施例３においては、開口部２１Ａ内及び溝部２１Ｂ内を配線材料層２３で埋め込むために、配線材料層２３が流動化する温度に層間絶縁層２０を加熱した状態で配線材料層２３をスパッタ法にて成膜する。スパッタ条件を、以下の表１０に例示する。その後、実施例１の［工程−１７０］を経て、上層配線を完成させる。
【００４８】
［表１０］
ターゲット  ：Ａｌ−Ｃｕ（０．５％）
プロセスガス：アルゴンガス＝１００sccm
圧力        ：０．４Ｐａ
成膜温度    ：５００゜Ｃ
【実施例４】
【００４９】
実施例４は実施例１の変形である。実施例４が実施例１と相違する点は、被覆層の形成方法にある。実施例４においては、被覆層はタングステンから成り、その形成は選択ＣＶＤ法による。溝部１１内に埋め込まれた配線１４を構成する材料として、アルミニウム合金を用いた。以下、実施例４が実施例１と相違する点のみを説明する。
【００５０】
実施例４においても、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１２０］と同様の工程を経て、半導体基板の上に設けられた絶縁層１０に形成された溝部１１内に埋め込まれた配線１４を形成する。その後、以下の表１１に例示する選択ＣＶＤ法によって、配線１４の表面にタングステンから成り、厚さ０．１μｍの被覆層１６Ａを形成する（図７参照）。実施例４においては、配線１４上に被覆層１６Ａを選択的に成長させるので、実施例１のように合金化反応プロセス及び未反応金属膜の除去工程が不要であり、プロセスの簡素化を図ることができる。
【００５１】
［表１１］
使用ガス：ＷＦ6／ＳｉＨ4／Ｈ2／Ａｒ＝１０／７／１０００／１０sccm
成膜温度：２６０゜Ｃ
圧力    ：３０Ｐａ
【００５２】
以降、実施例１の［工程−１４０］〜［工程−１７０］を実行することによって、図７に示したと同様の配線構造を得ることができる。
【００５３】
以上、本発明を、実施例に基づき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例にて説明した配線の構造、各種成膜条件や数値は例示であり、適宜変更することができる。例えば、図８に示すように、半導体基板の上に設けられた絶縁層１０に形成された溝部１１内に埋め込まれた配線１４と、層間絶縁層２０の上に形成された上層配線２５とを、層間絶縁層２０に設けられた接続孔２４によって接続する配線構造とすることもできる。尚、このような形態の上層配線２５も、本発明においては層間絶縁層に形成された上層配線に包含される。また、配線材料層２３を構成する材料として、アルミニウム合金の代わりに、例えば銅を用いることもできる。この場合のスパッタ条件を以下の表１２に例示する。
【００５４】
［表１２］
ターゲット  ：Ｃｕ
プロセスガス：Ａｒ＝１００sccm
圧力        ：０．４Ｐａ
ＤＣパワー  ：５ｋＷ
成膜温度    ：１５０゜Ｃ
【００５５】
実施例１〜実施例３において、被覆層１６をチタン−アルミニウム系合金から構成する代わりに、タングステン−アルミニウム系合金あるいは銅−アルミニウム系合金から構成することもできる。被覆層１６をタングステン−アルミニウム系合金から構成する場合には、［工程−１３０］において、スパッタ法あるいはＣＶＤ法、若しくは選択ＣＶＤ法にてタングステンから成る金属膜を全面に成膜する。そして、加熱処理を行い、配線１４を構成するアルミニウム合金とタングステンから成る金属膜を反応させて、タングステン−アルミニウム系合金を形成した後、未反応の金属（タングステン）膜を過酸化水素水によるウエットエッチングやＣＭＰ法によって除去する。被覆層１６を銅−アルミニウム系合金から構成する場合には、［工程−１３０］において、スパッタ法（表１２の成膜条件参照）あるいはＣＶＤ法（以下に例示する表１３の成膜条件参照。尚、ＨＦＡとは、ヘキサフルオロアセチルアセトネートの略である）にて銅から成る金属膜を全面に成膜する。そして、加熱処理を行い、配線１４を構成するアルミニウム合金と銅から成る金属膜を反応させて、銅−アルミニウム系合金を形成した後、未反応の金属膜（銅）膜を硫酸又は硝酸によるウエットエッチングやＣＭＰ法によって除去する。
【００５６】
［表１３］
銅のＣＶＤ成膜条件
使用ガス    ：  Ｃｕ（ＨＦＡ）2／Ｈ2＝１０／１０００sccm
圧力        ：  ２．６×１０3Ｐａ
基板加熱温度：  ３５０゜Ｃ
パワー      ：  ５００Ｗ
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】発明の実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図２】図１に引き続き、発明の実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図３】図２に引き続き、発明の実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図４】図３に引き続き、発明の実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図５】図４に引き続き、発明の実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図６】図５に引き続き、発明の実施例１の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図７】発明の実施例４の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図８】発明の実施例１の半導体装置における配線構造の変形を示す絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図９】従来の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１０】図９に引き続き、従来の半導体装置における配線形成方法を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【図１１】従来の技術における問題点を説明するための絶縁層等の模式的な一部断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・・絶縁層、１１・・・溝部、１２・・・第１の下地層、１３・・・配線材料層、１４・・・配線、１５・・・金属膜、１６，１６Ａ・・・被覆層、２０・・・層間絶縁層、２１，２１Ａ・・・開口部、２１Ｂ・・・溝部、２２・・・第２の下地層、２３・・・配線材料層、２４・・・接続孔、２５・・・上層配線
【図１】
2007013218.tif 000003
【図２】
2007013218.tif 000004
【図３】
2007013218.tif 000005
【図４】
2007013218.tif 000006
【図５】
2007013218.tif 000007
【図６】
2007013218.tif 000008
【図７】
2007013218.tif 000009
【図８】
2007013218.tif 000010
【図９】
2007013218.tif 000011
【図１０】
2007013218.tif 000012
【図１１】
2007013218.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月18日(2006.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に設けられた絶縁層に形成された溝部内に埋め込まれた配線の表面に、導電材料から成る配線隆起防止層が形成されている半導体装置における配線構造であって、
前記絶縁層及び前記配線隆起防止層の上に形成された層間絶縁層と、
前記配線隆起防止層の上方の前記層間絶縁層に形成された開口部内が配線材料層で埋め込まれて成る、前記配線と接続された接続孔と、
前記配線材料層から成り、前記層間絶縁層に形成されそして前記接続孔と接続された上層配線、
を更に備えており、
前記配線隆起防止層はタングステンから成り、
前記溝部内に埋め込まれた前記配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒであることを特徴とする半導体装置における配線構造。
【請求項２】
（イ）半導体基板の上に設けられた絶縁層に溝部を形成した後、前記溝部内に配線材料を埋め込み、配線を形成する工程と、
（ロ）前記配線の表面に、導電材料から成る配線隆起防止層を形成する工程と、
（ハ）前記絶縁層及び前記配線隆起防止層の上に層間絶縁層を形成する工程と、
（ニ）前記配線隆起防止層の上方の前記層間絶縁層に開口部を形成する工程と、
（ホ）前記層間絶縁層上に配線材料層を形成し、前記開口部内を前記配線材料層で埋め込む工程と、
（ヘ）前記層間絶縁層上の前記配線材料層をパターニングして、上層配線を形成する工程、
を含む半導体装置における配線形成方法であって、
前記配線隆起防止層はタングステンから成り、
前記溝部内に埋め込まれた前記配線を構成する材料は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｔｉ、又はＣｕ−Ｚｒであることを特徴とする半導体装置における配線形成方法。
【請求項３】
前記工程（ロ）における前記配線隆起防止層の形成は、選択ＣＶＤ法によることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【請求項４】
前記工程（ホ）は、前記配線材料層が流動化する温度に前記層間絶縁層を加熱した状態で前記配線材料層をスパッタ法にて成膜する工程から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【請求項５】
前記工程（ホ）は、前記配線材料層が流動化しない温度に前記層間絶縁層を保持した状態で前記配線材料層をスパッタ法にて成膜した後、前記配線材料層が流動化する温度に前記層間絶縁層を加熱する工程から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。
【請求項６】
前記工程（ホ）は、前記配線材料層が流動化しない温度に前記層間絶縁層を保持した状態で前記配線材料層をスパッタ法にて成膜した後、高圧下、前記配線材料層が流動化する温度に前記層間絶縁層を加熱する工程から成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置における配線形成方法。