(57)【要約】【課題】  エレクトロマイグレーション耐性及び信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をエッチングして配線溝を形成する工程と、前記配線溝内に銅膜を形成し、銅配線を形成する工程と、前記銅配線及び前記絶縁膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された前記銅配線及び絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、酸素を含んだ雰囲気中で加熱を行うことにより前記銅配線上の前記金属膜と前記銅配線とを選択的に反応させて合金膜を形成するとともに前記絶縁膜上の前記金属膜を酸化して絶縁性の膜に変化させる工程と、前記合金膜及び前記絶縁性の膜上にブロック膜を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。【選択図】  図１
2013073981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記配線溝内に銅膜を形成し、銅配線を形成する工程と、
前記銅配線及び前記絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
平坦化された前記銅配線及び絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
酸素を含んだ雰囲気中で加熱を行うことにより前記銅配線上の前記金属膜と前記銅配線とを選択的に反応させて合金膜を形成するとともに前記絶縁膜上の前記金属膜を酸化して絶縁性の膜に変化させる工程と、
前記合金膜及び前記絶縁性の膜上にブロック膜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２】
前記金属膜はＡＬＤ法によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属膜の厚さは１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属膜はアルミニウム、マンガン、マグネシウム、チタンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板と、
前記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銅配線と、
前記銅配線上に選択的に形成された合金層と、
前記絶縁膜上に形成され、前記合金層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む絶縁層と、
前記合金層及び絶縁層上に形成されたブロック層とを有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施の形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置において、半導体基板上に形成された半導体装置の配線材料として、アルミニウムが主に使用されてきた。しかし、半導体集積回路の高集積化及び高速化の進展により、アルミニウムよりも低抵抗である銅が、配線材料として用いられるようになっている。
【０００３】
銅配線を形成する場合には、ドライエッチングによる加工が困難であるため、一般にダマシン法が用いられている。このダマシン法においては、半導体基板上に形成された絶縁膜上に溝を形成し、その溝に銅層を埋設し、配線溝以外の余剰な銅層を研磨することで銅配線を形成する。
【０００４】
この銅配線を用いた半導体装置において、エレクトロマイグレーションによる銅配線中の銅原子の拡散を抑制するため、銅配線上に、タングステン、コバルトタングステンボロンまたは、コバルトタングステンリンといったバリア性を有するメタルキャップ膜を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、バリア性を有するメタルキャップ膜はリークの原因となるため銅配線上に選択的に精度良く形成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３２８０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エレクトロマイグレーション耐性及び信頼性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による半導体装置は、基板と、前記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銅配線と、前記銅配線上に選択的に形成された合金層と、前記絶縁膜上に形成され、前記合金層に含まれる金属元素と同じ金属元素を含む絶縁層と、前記合金層及び絶縁層上に形成されたブロック層とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をエッチングして配線溝を形成する工程と、前記配線溝内に銅膜を形成し、銅配線を形成する工程と、前記銅配線及び前記絶縁膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された前記銅配線及び絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、酸素を含んだ雰囲気中で加熱を行うことにより前記銅配線上の前記金属膜と前記銅配線とを選択的に反応させて合金膜を形成するとともに前記絶縁膜上の前記金属膜を酸化して絶縁性の膜に変化させる工程と、前記合金膜及び前記絶縁性の膜上にブロック膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体装置を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【図３】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【図４】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【図５】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【図６】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【図７】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【図８】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示した断面面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は本発明の実施形態による半導体装置を模式的に示した断面図である。
【００１３】
基板上（図示せず）に形成された下層配線層１及び第一の層間絶縁膜２上にＶｉａ３を介して銅からなる配線層４、及び第二の層間絶縁膜５が形成されている。第二の層間絶縁膜５は、例えば、有機シリカ（ＳｉＯＣＨ）等からなる。本実施形態では配線層４はＶｉａ３と配線を同時に形成するデュアルダマシン法で形成した形状を図示しているがこれに限らない。また、配線層４と下層配線層１及び第二の層間絶縁膜５との間にはタンタル、タンタルナイトライド、チタンナイトライド等からなるバリアメタルが形成されていても構わない。
【００１４】
配線層４及び第二の層間絶縁膜５上には、配線層４上に選択的にメタルキャップ膜となるアルミニウム銅合金膜（Ａｌ２Ｏ３）６が形成されており、その他の領域には第一の絶縁キャップ膜となる酸化アルミニウム膜（Ａｌ２ＯＸ）７が形成されている。メタルキャップ膜は、エレクトロマイグレーションによる銅配線中の銅原子の拡散を抑制する効果を有している。また、アルミニウム銅合金膜６及び酸化アルミニウム膜７上には、例えば、シリコン窒化膜からなるブロック膜８が形成されている。
【００１５】
次に図１乃至図８を用いて本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を説明する。図１乃至図８は本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を模式的に示した断面図である。
【００１６】
まず、図２に示すように、半導体基板（図示せず）上に下層配線層１及び第一の層間絶縁膜２を形成し、表面の平坦化を行う。続いて、図３に示すように、下層配線層１及び第一の層間絶縁膜２上に、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いて有機シリカ（ＳｉＯＣＨ）等からなる第二の層間絶縁膜５を形成する。第二の層間絶縁膜にはシリコン酸化膜と比較して誘電率の低い材料が用いられることが望ましい。誘電率の低い材料を用いることによって配線遅延を抑制することができる。
【００１７】
次に、図４に示すように、第二の層間絶縁膜５内にフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を使用して配線溝９及びコンタクトホール１０となる開口部を形成する。続いて、図５に示すように、開口部内を含む第二の層間絶縁膜５表面にバリアメタル（図示せず）を形成し、銅膜を配線溝及び配線孔に埋め込むように形成する。銅膜の形成方法には、例えば、電界めっき法が用いられる。銅膜を形成した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により銅膜及び第二の層間絶縁膜５の表面を平坦化し、配線層４を形成する。
【００１８】
次いで、図６に示すように、平坦化された配線層４及び第二の層間絶縁膜５上にアルミニウム膜１１を形成する。アルミニウム膜１１は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer 
Dposition）法を用いて形成される。アルミニウム膜１１をスパッタリング法によって形成しても構わないが、ＡＬＤ法の方がより薄い膜を形成出来るため望ましい。
【００１９】
アルミニウム膜１１形成後、図７に示すように、微量酸化雰囲気中で熱処理を行う。この熱処理によって、配線層４上に形成されたアルミニウム膜１１は配線層４の銅と反応してアルミニウム銅合金膜６となる。一方、第二の層間絶縁膜５上に形成されたアルミニウム膜１１は酸素と反応することで絶縁物である酸化アルミニウム膜７となる。アルミニウム銅合金膜６はエレクトロマイグレーションによる銅配線中の銅原子の拡散を抑制する効果を有する。エレクトロマイグレーションによる銅配線中の銅原子の拡散を抑制する効果を有するメタルキャップ膜は通常金属膜である。金属膜が層間絶縁膜上にも存在すると、配線ショートの原因となるため従来の方法では配線層４上にメタルキャップ膜を選択的に形成するために層間絶縁膜上の残った未反応の金属膜を除去する必要が生じる。  これに対し、本実施形態では、不要な膜を除去する工程を必要としないためエッチング工程等による層間絶縁膜等へのダメージを抑制することができる。
【００２０】
酸化アルミニウムはシリコン酸化膜と比較して誘電率が高いが、膜厚を薄く形成することによって誘電率への影響を抑えることができる。特に、ＡＬＤ法を用いて成膜することで非常に薄い膜厚のアルミニウム膜を形成することができるため望ましい。より詳しくは、１ｎｍ以下であることが望ましい。なお、配線層４上に形成されたメタルキャップ膜であるアルミニウム銅合金膜６は、非常に薄い膜厚であってもエレクトロマイグレーションによる銅配線中の銅原子の拡散を抑制する効果を有する。
【００２１】
本発明の実施形態による半導体装置の製造方法においては、第二の層間絶縁膜５上残ったアルミニウム膜１１はメタルキャップ膜形成の際の熱処理工程で同時に絶縁物である酸化アルミニウム膜７へ変化するため工程数を増やすことなく選択的にメタルキャップ膜を形成することができる
その後、図８に示すように、アルミニウム銅合金膜６及び酸化アルミニウム膜７上に、例えば、シリコン窒化膜からなるブロック膜８を形成する。
【００２２】
配線層の層間絶縁膜に用いられる有機シリカ（ＳｉＯＣＨ）等の誘電率の低い層間絶縁膜は一般的に吸湿性を示すため、疎水化処理等を行うことが多い。しかし、本発明の実施形態における半導体装置は、第二の層間絶縁膜５上に耐水性の高い酸化アルミニウム膜７を形成しているためより効果的に半導体装置の耐水性を向上させることができる。
【００２３】
また、副次的な効果として従来のタングステン等を用いたメタルキャップ膜と比べて製造コストを低減することができる。
【００２４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。例えば、本実施形態においてアルミニウム膜を用いて説明を行ったが、同様の効果を得られる金属であれば他のものを用いても構わない。例えば、マンガン、マグネシウム、チタン等の金属膜を用いることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    下層配線層
２    第一の層間絶縁膜
３    Ｖｉａ
４    配線層
５    第二の層間絶縁膜
６    アルミニウム銅合金膜
７    酸化アルミニウム膜
８    ブロック膜
９    配線溝
１０    コンタクトホール
１１    アルミニウム膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013073981.tif 000007
【図６】
2013073981.tif 000008
【図７】
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【図８】
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