(57)【要約】【課題】洗浄後にプラズマ処理を施して銅の表面の酸化膜を還元除去してからエッチングストッパ膜を成膜するとＣｕ表面にヒロックが発生しやすくなるといった問題がある。【解決手段】半導体基板の主面上に形成された銅配線と、前記銅配線を覆うとともに、窒化シリコンからなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜を覆うとともに、酸化シリコンからなる第２の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通するとともに、前記銅配線の上面の第１の部分に接触された導体プラグと、を有し、前記銅配線の上面のうち前記第１の部分以外の第２の部分であって、前記第１の絶縁膜と接触された第２の部分には、前記第１の絶縁膜よりも高い濃度で、かつ、前記第２の絶縁膜よりも低い濃度の酸素が含まれている。【選択図】図１
2013201177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面上に形成された銅配線と、
前記銅配線を覆うとともに、窒化シリコンからなる第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜を覆うとともに、酸化シリコンからなる第２の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通するとともに、前記銅配線の上面の第１の部分に接触された導体プラグと、
を有し、
前記銅配線の上面のうち前記第１の部分以外の第２の部分であって、前記第１の絶縁膜と接触された第２の部分には、前記第１の絶縁膜よりも高い濃度で、かつ、前記第２の絶縁膜よりも低い濃度の酸素が含まれていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記銅配線の上面と同一面に上面を有するとともに、酸化シリコンからなる層間絶縁膜を更に有し、
前記銅配線は、前記層間絶縁膜に埋め込まれて形成され、
前記銅配線の上面の第２の部分には、前記層間絶縁膜よりも低い濃度の酸素が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記銅配線の上面の第２の部分には、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の濃度の酸素が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記銅配線の上面の第２の部分に含まれる酸素は、酸化銅として含まれる酸素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記導体プラグは、銅又はアルミニウム若しくはタングステンを主体とする導電体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の部分と前記導体プラグとの間、乃至、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜と前記導体プラグとの間にバリアメタルを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の絶縁膜は、炭素を含む前記窒化シリコンを主体とした絶縁膜であり、
前記第２の絶縁膜は、炭素を含む前記酸化シリコンを主体とした絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板の主面上に形成された銅配線と、
前記銅配線上に形成されるとともに、酸化シリコンを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜を貫通するとともに、前記銅配線の上面に接触された導体プラグと、
前記銅配線および前記絶縁膜の間で両者に接触するように形成されるとともに、前記絶縁膜に含まれる前記酸化シリコンよりも低い濃度の酸素を含む酸化銅を主体とする介在層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記介在層の平均膜厚は、酸化銅の１分子層の膜厚以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記介在層は、前記銅配線と前記絶縁膜との間で、島状に形成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記絶縁膜は、前記銅配線に近い側に配置された窒化シリコンを含む膜と、前記銅配線に遠い側に配置された前記酸化シリコンを含む膜とによって構成され、
前記介在層は前記絶縁膜に含まれる前記窒化シリコンよりも高い濃度の酸素を含む前記酸化銅を主体とすることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記銅配線の上面と同一面に上面を有するとともに、酸化シリコンを含む層間絶縁膜を更に有し、
前記銅配線は、前記層間絶縁膜に埋め込まれて形成され、
前記介在層は、前記層間絶縁膜に含まれる前記酸化シリコンよりも低い濃度の酸素を含む前記酸化銅を主体とすることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記介在層は、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の濃度の酸素を含む前記酸化銅を主体とすることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記導体プラグは、銅又はアルミニウム若しくはタングステンを主体とする導電体を含むことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記銅配線と前記導体プラグとの間、乃至、前記絶縁膜と前記導体プラグとの間に形成されたバリアメタルを更に有することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記絶縁膜は、炭素を含む前記酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記絶縁膜は、炭素を含む前記窒化シリコンを含む膜と前記酸化シリコンを含む膜とによって構成され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１８】
半導体基板の主面上に銅配線を形成する工程と、
水素を含むガスを用いたプラズマ処理を施して、前記銅配線の上面の酸化銅を還元除去する工程と、
前記プラズマ処理を施した後、前記銅配線を覆うように、窒化シリコンを含む第１の絶縁膜と、酸化シリコンを含む第２の絶縁膜とをこの順に形成する工程と、
前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通して前記銅配線の上面に接触する導体プラグを形成する工程と、
を含み、
前記銅配線の上面の酸化銅を還元除去する工程では、前記銅配線の上面の酸素濃度が、前記第１の絶縁膜よりも高く、前記第２の絶縁膜よりも低い濃度となる程度に前記酸化銅を残すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記銅配線を形成する工程では、前記半導体基板の主面上に銅膜を成膜し、その後、ＣＭＰにより前記銅膜の表面を平坦化することにより前記銅配線を形成することを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記銅配線を形成する工程の後、かつ、前記酸化銅を還元除去する工程の前に、前記銅配線の表面を洗浄剤を用いて洗浄する工程を含むことを特徴とする請求項１８又は１９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、銅配線を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造方法において、銅（Ｃｕ）配線に用いたダマシン配線形成工程では、孔部が形成された層間絶縁膜上にＣｕ膜を成膜した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）を行ってＣｕ配線を形成し、その後、Ｃｕ配線の表面を洗浄剤で洗浄処理し、その後、Ｃｕ配線上にコンタクトプラグを形成するためのエッチングストッパ膜（例えば、シリコン窒化膜）および層間絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）を積層し、その後、フォトレジスト（ＰＲ）およびドライエッチングを用いて、エッチングストッパ膜および層間絶縁膜においてＣｕ配線に通ずるコンタクトホールを形成する。上記ＣＭＰ処理の際には、研磨剤の他に、防蝕剤（ＢＴＡ（Benzo-triazole）、ＴＴＡ（Tryle-triazole）など）を混合したスラリを用いることがある。洗浄処理した後、かつ、エッチングストッパ膜を成膜する前においては、Ｃｕ配線に対するエッチングストッパ膜の密着性を高めるために、Ｃｕ配線の表面に形成された自然酸化膜（ＣｕＯｘ）および防蝕剤膜をＨ２又はＮＨ３プラズマにより還元除去する工程が行われる。例えば、特許文献１では、Ｃｕ配線を形成した後、かつ、プラグを形成するためのシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを成膜する前に、洗浄工程を経て、Ｃｕ配線の表面をアンモニアプラズマ（又は水素プラズマ）で処理することが開示されている。ここでは、Ｃｕ配線の表面をプラズマ処理により、酸化されたＣｕ配線の表面を還元してＣｕ単元素に変化させる（ＣｕＯを消失させる）ことで、シリコン窒化膜とＣｕ配線との密着性を改善できる旨、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−００５８４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３３８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以下の分析は、本願発明者により与えられる。
【０００５】
特許文献１のように、洗浄工程を行った後に、アンモニアプラズマ処理または水素プラズマ処理を施してＣｕ表面の酸化膜を還元除去してからエッチングストッパ膜を成膜することで、Ｃｕ配線とエッチングストッパ膜との密着性を改善できる一方で、Ｃｕ表面にＣｕが異常成長したヒロック（微細な突起）が発生しやすくなるといった問題がある。このようなヒロックによるＣｕ表面の平坦性の低下は、ヒロックが発生したＣｕ配線の上に形成したシリコン酸化膜（層間絶縁膜）／シリコン窒化膜（エッチングストッパ膜）にコンタクトホールを形成するためのドライエッチング工程において、エッチング不良またはオーバーエッチ等の一原因となり得る。このようなコンタクトホールのエッチング不良やオーバーエッチは製品歩留まり低下の原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の視点においては、半導体装置において、半導体基板の主面上に形成された銅配線と、前記銅配線を覆うとともに、窒化シリコンからなる第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜を覆うとともに、酸化シリコンからなる第２の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通するとともに、前記銅配線の上面の第１の部分に接触された導体プラグと、を有し、前記銅配線の上面のうち前記第１の部分以外の第２の部分であって、前記第１の絶縁膜と接触された第２の部分には、前記第１の絶縁膜よりも高い濃度で、かつ、前記第２の絶縁膜よりも低い濃度の酸素が含まれていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の視点においては、半導体装置において、半導体基板の主面上に形成された銅配線と、前記銅配線上に形成されるとともに、酸化シリコンを含む絶縁膜と、前記絶縁膜を貫通するとともに、前記銅配線の上面に接触された導体プラグと、前記銅配線および前記絶縁膜の間で両者に接触するように形成されるとともに、前記絶縁膜よりも低い濃度の酸素を含む酸化銅を主体とする介在層と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の視点においては、半導体装置の製造方法において、半導体基板の主面上に銅配線を形成する工程と、水素を含むガスを用いたプラズマ処理を施して、前記銅配線の上面の酸化銅を還元除去する工程と、前記プラズマ処理を施した後、前記銅配線を覆うように、窒化シリコンを含む第１の絶縁膜と、酸化シリコンを含む第２の絶縁膜とをこの順に形成する工程と、前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通して前記銅配線の上面に接触する導体プラグを形成する工程と、を含み、前記銅配線の上面の酸化銅を還元除去する工程では、前記銅配線の上面の酸素濃度が、前記第１の絶縁膜よりも高く、前記第２の絶縁膜よりも低い濃度となる程度に前記酸化銅を残すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、銅配線と第１の絶縁膜との間に酸素濃度が第１の絶縁膜よりも高く、第２の絶縁膜よりも低い濃度となる酸化銅を残すことで、銅配線と第１の絶縁膜との密着性を確保しつつ、銅配線の表面のヒロックの発生を抑制できる。これにより、製品の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示した（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した図２に続く工程断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマ処理による上層銅配線の表面の変化を模式的に示した（Ａ）プラズマ処理前の断面図、（Ｂ）プラズマ処理後の断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を模式的に示した（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る半導体装置の変形例の構成を模式的に示した断面図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を模式的に示した（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示した（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。
【００１２】
図１の半導体装置は、銅配線を有するものである。半導体装置は、半導体基板１（例えば、シリコン基板）の主面上にトランジスタ（回路素子；図示せず）が形成されており、当該トランジスタを含む半導体基板１の主面上に層間絶縁膜２（例えば、酸化シリコン膜）が形成されている。層間絶縁膜２には、トランジスタ（図示せず）と接続されたタングステンプラグ等（図示せず）が形成されている。層間絶縁膜２上には、エッチングストッパ膜３（例えば、窒化シリコン膜又は炭素含有窒化シリコン膜）を介して層間絶縁膜４（例えば、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜）が形成されている。エッチングストッパ膜３は、層間絶縁膜２の上面を覆い、主成分として窒化シリコンを含む。層間絶縁膜４は、エッチングストッパ膜３の上面を覆い、主成分として酸化シリコンを含む。層間絶縁膜４及びエッチングストッパ膜３には、層間絶縁膜２に通ずる下層銅配線６用の孔部（溝部）が形成されており、当該孔部にバリアメタル５（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、それらの積層膜等）を介して下層銅配線６（銅を主体とする導電体）が埋め込まれて形成されている。下層銅配線６は、半導体基板１の主面上に層間絶縁膜４を介して形成される。下層銅配線６の上面は、層間絶縁膜４の上面と同一面となっている。
【００１３】
下層銅配線６の上面のうち、第１の部分（バリアメタル９を介して上層銅配線１０のプラグ部１０ｂと接触する部分）以外の第２の部分（エッチングストッパ膜７と接触する部分）には、介在層６ａ（酸化銅（ＣｕＯｘ）を主体とする層）が形成されている。なお、介在層６ａは、下層銅配線６とエッチングストッパ膜７（層間絶縁膜８でも可）との間で、その全域に形成されず、局所的に（所謂島状に）形成されていてもよい。介在層６ａは、下層銅配線６の銅と酸素が化合した酸化銅を主体としており、酸化銅中に含まれる酸素の濃度が、エッチングストッパ膜３、７よりも高く、かつ、層間絶縁膜２、４、８よりも低くなっており、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の濃度の酸素が含まれていることが好ましい。５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２より低いと下層銅配線６の表面にヒロックが発生しやすくなり、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２より高いと下層銅配線６に対するエッチングストッパ膜７の密着性が大きく低下する。なお、介在層６ａは、下層銅配線６を一様に覆うように層状に形成されているとは限らないが、目安として、介在層６ａの平均膜厚は、酸化銅の１分子層の膜厚以下である。
【００１４】
下層銅配線６（介在層６ａを含む）を含む層間絶縁膜４上には、エッチングストッパ膜７（例えば、窒化シリコン膜又は炭素含有窒化シリコン膜）を介して層間絶縁膜８（例えば、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜）が形成されている。エッチングストッパ膜７は、下層銅配線６の上面を覆い、主成分として窒化シリコンを含む。層間絶縁膜８は、エッチングストッパ膜７の上面を覆い、主成分として酸化シリコンを含む。層間絶縁膜８には、上層銅配線１０の配線部１０ａ用の配線用孔部（図３（Ｂ）の１１ａ）が形成されている。層間絶縁膜８及びエッチングストッパ膜７には、配線用孔部（図３（Ｂ）の１１ａ）の領域内において下層銅配線６（上面における第１の部分）に通ずる上層銅配線１０のプラグ部１０ｂ用のプラグ用孔部（図３（Ｂ）の１１ｂ）が形成されている。配線用孔部（図３（Ｂ）の１１ａ）及びプラグ用孔部（図３（Ｂ）の１１ｂ）を含む孔部（図３（Ｂ）の１１）には、バリアメタル９（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、それらの積層膜等）を介して上層銅配線１０（銅を主体とする導電体）が形成されている。上層銅配線１０は、配線用孔部（図３（Ｂ）の１１ａ）に埋め込まれた配線部１０ａと、プラグ用孔部（図３（Ｂ）の１１ｂ）に埋め込まれたプラグ部１０ｂと、を有し、配線部１０ａ及びプラグ部１０ｂが一体となっており、デュアルダマシン法によって一括形成される。
【００１５】
次に、本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した図２に続く工程断面図である。図４は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法におけるプラズマ処理による上層銅配線の表面の変化を模式的に示した（Ａ）プラズマ処理前の断面図、（Ｂ）プラズマ処理後の断面図である。
【００１６】
まず、半導体基板１上にトランジスタ（回路素子；図示せず）を形成し、その後、トランジスタを含む半導体基板１上に層間絶縁膜２を成膜し、その後、層間絶縁膜２においてトランジスタに通ずる孔部を形成し、その後、当該孔部にタングステンプラグ（図示せず）を形成し、その後、層間絶縁膜２上にエッチングストッパ膜３を成膜し、その後、エッチングストッパ膜３上に層間絶縁膜４を成膜し、その後、層間絶縁膜４及びエッチングストッパ膜３において層間絶縁膜２に通ずる下層銅配線用の孔部（溝部）を形成し、その後、孔部を含む層間絶縁膜４上にバリアメタル５を成膜し、その後、下層銅配線６（銅膜）を成膜する（ステップＡ１；図２（Ａ）参照）。
【００１７】
次に、下層銅配線６（銅膜）及びバリアメタル５を、層間絶縁膜４が現れるまでＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）を行うことにより、層間絶縁膜４中に下層銅配線６を形成し、その後、下層銅配線６を含む層間絶縁膜４の表面を洗浄する（ステップＡ２；図２（Ｂ）参照）。ここで、ステップＡ２後の下層銅配線６上面は、ＣＭＰ及び洗浄工程を経て介在膜６ａ（酸化銅）が形成される（図４（Ａ）参照）。また、介在膜６ａ上（介在膜６ａ中の場合もあり）には、ＣＭＰスラリに含まれる防蝕剤（例えば、ＢＴＡ）を含む防蝕剤膜６ｂが形成されることがある（図４（Ａ）参照）。なお、介在層６ａ及び防蝕剤膜６ｂは、下層銅配線６を一様に覆うように層状に形成されているとは限らない。
【００１８】
次に、水素を含むガス（Ｈ２又はＮＨ３）を用いたプラズマ処理を施して、下層銅配線６の上面の介在層６ａの一部（防蝕剤膜６ｂの全てを含む）を還元除去（防蝕剤膜６ｂは完全除去）する（ステップＡ３；図３（Ａ）参照）。つまり、下層銅配線６とエッチングストッパ膜（図３（Ｂ）の７）との密着性に悪影響を与えるＢＴＡなどの防蝕剤を完全に除去した上で、密着性に影響を与えない範囲で介在層６ａを残す（下層銅配線６の表面を露出しない；図４（Ｂ）参照）。
【００１９】
ここで、ステップＡ３においては、エッチングストッパ膜（図３（Ｂ）の７）と下層銅配線６との密着性が問題とならない程度に、介在層６ａがわずかに残る条件で還元除去を行う。つまり、プラズマ処理による介在膜６ａの還元除去により下層銅配線６の上面を完全に露出させないようにする。下層銅配線６の上面に残る介在膜６ａは、銅の自然酸化膜（ＣｕＯｘ）である。介在膜６ａは、後に形成するＳｉＮやＳｉＣＮのような窒化シリコンを主体とするエッチングストッパ膜（図３（Ｂ）の３、７）よりも高い濃度の酸素を含み、後に形成するＳｉＯ２やＳｉＯＣのような酸化シリコンを主体とする層間絶縁膜（図３（Ｂ）の２、４、８）よりも低い濃度の酸素を含むようにする。そのような介在膜６ａの酸素濃度の範囲は、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、かつ、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下である。このような条件で介在層６ａを残す（下層銅配線６の表面を露出しない）ことで、エッチングストッパ膜（図３（Ｂ）の７）と下層銅配線６との密着性を確保しつつ、下層銅配線６の上面における銅の異常成長（ヒロック）を抑制できる。
【００２０】
なお、従来は、特許文献１のように、銅配線の上面の酸化膜を積極的に除去するようにプラズマ処理条件を設定し、一般的には、スループットの向上を目的として、より効率的に酸化膜を除去できるようなプラズマ処理条件が検討されていた。これに対し、本発明の思想に基づけば、銅配線の上面に自然酸化膜を残せる程度の弱いプラズマ還元処理が好ましい。プラズマ還元処理の条件の一例として、処理時間３秒、間隔３５０ｍｉｌｓ、温度３５０℃、圧力４．２ｔｏｒｒ、ＲＦパワー３００Ｗ、ＳｉＨ４流量３１０ｓｃｃｍ、ＮＨ３流量１６０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量２２０００ｓｃｃｍとすることができる。ただし、本発明の工程では、最終的に、上述のコンセプトに基づいた量の酸化膜を残すような弱いプラズマ処理条件とすることが必要なのであって、これに限定されない。例えば、ＲＦパワーを１００〜２５０Ｗに落とし、処理時間を１０秒程度としてもよい。
【００２１】
次に、下層銅配線６（介在膜６ａを含む）を含む層間絶縁膜４上にエッチングストッパ膜７を成膜し、その後、エッチングストッパ膜７上に層間絶縁膜８を成膜し、その後、層間絶縁膜８及びエッチングストッパ膜７において孔部１１を形成する（ステップＡ４；図３（Ｂ）参照）。
【００２２】
ここで、孔部１１の形成では、例えば、上層銅配線（図１の１０）の配線部１０ａ用の配線用孔部１１ａを形成し、その後、配線用孔部１１ａの領域内において下層銅配線６に通ずるプラグ部１０ｂ用のプラグ用孔部１１ｂを形成する。プラグ用孔部１１ｂを形成するためのエッチング時に、下層銅配線６もエッチングに曝されて、プラグ用孔部１１ｂの底部の介在膜６ａは目減りする。プラグ用孔部１１ｂの底部の介在膜６ａの目減りが不要（または目減りさせたくない）な場合には選択比の高いエッチング条件にしてもよく、プラグ用孔部１１ｂの底部の介在膜６ａをより積極的に除去したい場合には選択比の低いエッチング条件、または、介在膜６ａをエッチングする工程を追加してもよい。
【００２３】
次に、孔部１１を含む層間絶縁膜８上にバリアメタル９を成膜し、その後、バリアメタル９上に上層銅配線１０（銅膜）を成膜し、その後、上層銅配線１０（銅膜）及びバリアメタル９を、層間絶縁膜８が現れるまでＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）を行うことにより、層間絶縁膜８中に上層銅配線１０（配線部１０ａ、プラグ部１０ｂ）を形成する（ステップＡ５；図１参照）。
【００２４】
なお、上層銅配線１０を形成した後、更に上層にプラグおよび配線を形成する場合、上層銅配線１０上の自然酸化膜に対して、ステップＡ３と同様なプラズマ処理を適用してもよい。
【００２５】
実施形態１によれば、エッチングストップ膜７の成膜時に発生するヒロックを抑制することが可能となり、エッチングストップ膜７の成膜後の欠陥検査の難易度を下げ、製品歩留まりを向上させることが可能となる。また、微細化においても有利となる。
【００２６】
なお、特許文献１には、ヒロック発生を考慮したアンモニアプラズマ処理条件が開示されている（例えば、特許文献１の［０１２７］参照）が、本発明者の検討によれば、特許文献１の方法がＣｕＯ表面の酸化膜を完全に還元除去するという思想に基づいている以上、開示されたプラズマ処理方法では本願の効果は得られない。
【００２７】
［実施形態２］
本発明の実施形態１に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を模式的に示した（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。
【００２８】
実施形態２は、実施形態１の変形例であり、上層銅配線（図１の１０；銅）及びバリアメタル（図１の９；例えば、Ｔａ、ＴａＮ、それらの積層膜等）の代わりにアルミニウム配線１３（アルミニウム）及びバリアメタル１２（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、それらの積層膜等）を用いたものである。アルミニウム配線１３は、配線用孔部（図３（Ｂ）の１１ａに相当）に埋め込まれた配線部１３ａと、プラグ用孔部（図３（Ｂ）の１１ｂに相当）に埋め込まれたプラグ部１３ｂと、を有し、配線部１３ａ及びプラグ部１３ｂが一体となっており、アルミ・リフロー法（例えば、特許文献２参照）によって一括形成される。また、介在層６ａに関しては、下層銅配線６の上面のうち、第１の部分（バリアメタル９を介して上層銅配線１０のプラグ部１０ｂと接触する部分）以外の第２の部分（エッチングストッパ膜７と接触する部分）に形成されている点で、実施形態１と同様である。また、介在層６ａは、下層銅配線６の銅と酸素が化合した酸化銅（ＣｕＯｘ）を主体としており、酸化銅中に含まれる酸素の濃度が、エッチングストッパ膜３、７よりも高く、かつ、層間絶縁膜２、４、８よりも低くなっており、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の濃度の酸素が含まれていることが好ましい点も、実施形態１と同様である。また、介在層６ａは、下層銅配線６を一様に覆うように層状に形成されているとは限らない点も、実施形態１と同様である。実施形態２のその他の構成は、実施形態１と同様である。
【００２９】
実施形態２に係る半導体装置の製造方法に関しては、実施形態１に係る半導体装置の製造方法のステップＡ１〜ステップＡ４と同様な工程により図３（Ｂ）のような半導体装置の中間体を作製し（ステップＢ１）、その後、孔部（図３（Ｂ）の１１）を含む層間絶縁膜８上にバリアメタル１２を成膜し（ステップＢ２）、その後、バリアメタル１２上に、アルミ・リフロー法によりアルミニウム配線１３（アルミニウム膜）を成膜し（ステップＢ３）、その後、アルミニウム配線１３（アルミニウム膜）及びバリアメタル１２を、層間絶縁膜８が現れるまでＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）を行うことにより、層間絶縁膜８中にアルミニウム配線１３（配線部１３ａ、プラグ部１３ｂ）を形成する（ステップＢ４）。これにより、図５と同様な半導体装置ができる。
【００３０】
なお、実施形態２に係る半導体装置の変形例として、図６のように、実施形態１に係る半導体装置と同様な半導体装置の上層銅配線１０上に、実施形態２に係る半導体装置のバリアメタル（図５の１２）及びアルミニウム配線（図５の１３）と同様に、バリアメタル１６（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、それらの積層膜等）を介してアルミニウム配線１７（アルミニウム）を形成するようにしてもよい。この場合、上層銅配線１０の上面には、下層銅配線６の上面の介在層６ａと同様な介在層１０ｃが形成されている。介在層１０ｃは、上層銅配線１０の銅と酸素が化合した酸化銅（ＣｕＯｘ）を主体としており、酸化銅中に含まれる酸素の濃度が、エッチングストッパ膜３、７、１４よりも高く、かつ、層間絶縁膜２、４、８、１５よりも低くなっており、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の濃度の酸素が含まれていることが好ましい。また、介在層１０ｃは、上層銅配線１０を一様に覆うように層状に形成されているとは限らない。
【００３１】
上層銅配線１０（介在層１０ｃを含む）を含む層間絶縁膜４上には、エッチングストッパ膜１４（例えば、窒化シリコン膜又は炭素含有窒化シリコン膜）を介して層間絶縁膜１５（例えば、酸化シリコン膜又は炭素含有酸化シリコン膜）が形成されている。エッチングストッパ膜１４は、上層銅配線１０の上面を覆い、主成分として窒化シリコンを含む。層間絶縁膜１５は、エッチングストッパ膜１４の上面を覆い、主成分として酸化シリコンを含む。層間絶縁膜１５には、アルミニウム配線１７の配線部１７ａ用の配線用孔部（図３（Ｂ）の１１ａと同様なもの）が形成されている。層間絶縁膜１５及びエッチングストッパ膜１４には、当該配線用孔部の領域内において上層銅配線１０（上面における第１の部分）に通ずるアルミニウム配線１７のプラグ部１７ｂ用のプラグ用孔部（図３（Ｂ）の１１ｂと同様なもの）が形成されている。配線用孔部及びプラグ用孔部を含む孔部（図３（Ｂ）の１１と同様なもの）には、バリアメタル１６（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、それらの積層膜等）を介してアルミニウム配線１７（アルミニウムを主体とする導電体）が形成されている。アルミニウム配線１７は、配線用孔部に埋め込まれた配線部１７ａと、プラグ用孔部に埋め込まれたプラグ部１７ｂと、を有し、配線部１７ａ及びプラグ部１７ｂが一体となっており、アルミ・リフロー法によって一括形成される。実施形態２の変形例のその他の構成は、実施形態１と同様である。
【００３２】
実施形態２の変形例に係る半導体装置の製造方法に関しては、実施形態１に係る半導体装置の製造方法のステップＡ１〜ステップＡ５と同様な工程により図１のような半導体装置を作製し（ステップＣ１）、その後、ステップＡ３と同様に、水素を含むガス（Ｈ２又はＮＨ３）を用いたプラズマ処理を施して、上層銅配線１０の上面の介在層１０ｃの一部（防蝕剤膜の全てを含む）を還元除去（防蝕剤膜は完全除去）し（ステップＣ２）、その後、ステップＡ４と同様に、上層銅配線１０（介在膜１０ｃを含む）を含む層間絶縁膜８上にエッチングストッパ膜１４を成膜し、その後、エッチングストッパ膜１４上に層間絶縁膜１５を成膜し、その後、層間絶縁膜及びエッチングストッパ膜７において孔部（図３（Ｂ）の１１と同様なもの）を形成し（ステップＣ３）、その後、ステップＢ２と同様に、孔部を含む層間絶縁膜１５上にバリアメタル１６を成膜し（ステップＣ４）、その後、バリアメタル１６上に、アルミ・リフロー法によりアルミニウム配線１７（アルミニウム膜）を成膜し（ステップＣ５）、その後、アルミニウム配線１７（アルミニウム膜）及びバリアメタル１６を、層間絶縁膜１５が現れるまでＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）を行うことにより、層間絶縁膜１５中にアルミニウム配線１７（配線部１７ａ、プラグ部１７ｂ）を形成する（ステップＣ６）。これにより、図６と同様な半導体装置ができる。
【００３３】
実施形態２（その変形例を含む）によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。
【００３４】
［実施形態３］
本発明の実施形態１に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を模式的に示した（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。
【００３５】
実施形態３に係る半導体装置では、上層銅配線（図１の１０；銅）及びバリアメタル（図１の９；例えば、Ｔａ、ＴａＮ、それらの積層膜等）の代わりにタングステンプラグ１９（タングステン）、バリアメタル１８（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、それらの積層膜等）、バリアメタル２０（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、それらの積層膜等）、アルミニウム配線２１（アルミニウム）、及びバリアメタル２２（例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、それらの積層膜等）を用いたものである。層間絶縁膜８は、プラグ部となるタングステンプラグ１９を埋め込むためのプラグ用孔部を有するが、配線部となるアルミニウム配線２１を埋め込むための配線用孔部を有さない。層間絶縁膜８及びエッチングストッパ膜７には、下層銅配線６にはプラグ用孔部が形成されており、当該プラグ用孔部においてバリアメタル１８を介してタングステンプラグ１９が埋め込まれている。タングステンプラグ１９を含む層間絶縁膜８上の所定の部分には、タングステンプラグ１９と接続された、バリアメタル２０、アルミニウム配線２１、及びバリアメタル２２がこの順に積層した積層膜が配されている。また、介在層６ａに関しては、下層銅配線６の上面のうち、第１の部分（バリアメタル９を介して上層銅配線１０のプラグ部１０ｂと接触する部分）以外の第２の部分（エッチングストッパ膜７と接触する部分）に形成されている点で、実施形態１と同様である。また、介在層６ａは、下層銅配線６の銅と酸素が化合した酸化銅（ＣｕＯｘ）を主体としており、酸化銅中に含まれる酸素の濃度が、エッチングストッパ膜３、７よりも高く、かつ、層間絶縁膜２、４、８よりも低くなっており、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の濃度の酸素が含まれていることが好ましい点も、実施形態１と同様である。また、介在層６ａは、下層銅配線６を一様に覆うように層状に形成されているとは限らない点も、実施形態１と同様である。実施形態３のその他の構成は、実施形態１と同様である。
【００３６】
実施形態３に係る半導体装置の製造方法に関しては、実施形態１に係る半導体装置の製造方法のステップＡ１〜ステップＡ３と同様な工程により図３（Ａ）のような半導体装置の中間体を作製し（ステップＤ１）、その後、下層銅配線６（介在膜６ａを含む）を含む層間絶縁膜４上にエッチングストッパ膜７を成膜し、その後、エッチングストッパ膜７上に層間絶縁膜８を成膜し、その後、層間絶縁膜８及びエッチングストッパ膜７においてプラグ用孔部を形成し（ステップＤ２）、その後、当該プラグ用孔部を含む層間絶縁膜８上にバリアメタル１８を成膜し、その後、バリアメタル１８上にタングステンプラグ１９（タングステン膜）を成膜し、その後、タングステンプラグ１９（タングステン膜）及びバリアメタル１８を、層間絶縁膜８が現れるまでＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）を行うことにより、層間絶縁膜８中にタングステンプラグ１９を形成し（ステップＤ３）、その後、タングステンプラグ１９を含む層間絶縁膜８上にバリアメタル２０、アルミニウム配線２１、及びバリアメタル２２がこの順に積層した積層膜を形成し、その後、リソグラフィ及びエッチング技術を用いてバリアメタル２０、アルミニウム配線２１、及びバリアメタル２２についてパターニングを行うことにより、配線部となるアルミニウム配線２１を形成する（ステップＤ４）。これにより、図７と同様な半導体装置ができる。
【００３７】
実施形態３によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。
【００３８】
なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。以下、実施例について図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００３９】
本発明の実施例に係る半導体装置の検査結果について、比較例を用いて説明する。
【００４０】
本発明の実施例では、半導体基板の主面上に銅配線を形成し、その後、銅配線の表面をＣＭＰにより平坦化するとともに洗浄し、その後、下記［プラズマ処理条件１］によりプラズマ処理を施して、銅配線の上面の介在層の一部（防蝕剤膜の全てを含む）を還元除去（防蝕剤膜は完全除去）し、その後、下記［バリア膜成膜条件］により銅配線（介在膜を含む）上にエッチングストッパ膜を成膜した。
【００４１】
比較例では、半導体基板の主面上に銅配線を形成し、その後、銅配線の表面をＣＭＰにより平坦化するとともに洗浄し、その後、下記［プラズマ処理条件２］によりプラズマ処理を施して、銅配線の上面の介在層の全部（防蝕剤膜の全てを含む）を還元除去（防蝕剤膜は完全除去）し、その後、下記［バリア膜成膜条件］により銅配線（介在膜を含む）上にエッチングストッパ膜を成膜した。
【００４２】
［プラズマ処理条件１］（実施例）
処理時間３秒
間隔３５０ｍｉｌｓ
温度３５０℃
圧力４．２ｔｏｒｒ
ＲＦパワー３００Ｗ
ＳｉＨ４流量３１０ｓｃｃｍ
ＮＨ３流量１６０ｓｃｃｍ
Ｎ２流量２２０００ｓｃｃｍ
【００４３】
［プラズマ処理条件２］（比較例）
処理時間２０秒
間隔３５０ｍｉｌｓ
温度３５０℃
圧力４．２ｔｏｒｒ
ＲＦパワー３００Ｗ
ＳｉＨ４流量３１０ｓｃｃｍ
ＮＨ３流量１６０ｓｃｃｍ
Ｎ２流量２２０００ｓｃｃｍ
【００４４】
［バリア膜成膜条件］（実施例・比較例共通）
処理時間１５秒
間隔５８０ｍｉｌｓ
温度３５０℃
圧力４．４ｔｏｒｒ
ＲＦパワー８６０Ｗ
ＳｉＨ４流量３１０ｓｃｃｍ
ＮＨ３流量３２０ｓｃｃｍ
Ｎ２流量２２０００ｓｃｃｍ
【００４５】
［ＳＩＭＳ結果］
ＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer）により銅配線の上面の酸素濃度を検査したところ、介在層の全部を除去した比較例では３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ２となったのに対して、介在層の一部が残っている実施例では７×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ２となり、実施例では銅配線の上面の酸素濃度が５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ２以上５×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ２以下の範囲に収まっている。
【００４６】
［欠陥検査（ヒロック数）］
銅配線の表面をＣＭＰにより平坦化するとともに洗浄した後の銅配線の表面の欠陥（ヒロック）の数を検査したところ、介在層の全部を除去した比較例ではヒロックが７０００個以上発生していたのに対して、介在層の一部が残っている実施例ではヒロックが３６個発生するにとどまり、比較例に対して実施例では大幅な改善が見られた。
【００４７】
［密着性評価］
銅配線とエッチングストッパ膜との密着性を検査したところ、実施例及び比較例ともに銅配線とエッチングストッパ膜との間で剥がれが生じた箇所が全くなかった。このことから、銅配線の上面の酸素濃度が５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ２以上５×１０２２ａｔｏｍ／ｃｍ２以下の範囲で介在層を残した実施例は、比較例のように介在層を全部除去しなくとも、銅配線とエッチングストッパ膜との密着性に影響がないといえる。なお、プラズマ処理を全く行っていない（介在層を全部がのこっている）サンプルでは、２８〜９９％の領域で剥がれが発生した。
【００４８】
なお、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体基板
２  層間絶縁膜
３  エッチングストッパ膜
４  層間絶縁膜
５  バリアメタル
６  下層銅配線（銅配線）
６ａ  介在層
６ｂ  防蝕剤膜
７  エッチングストッパ膜（第１の絶縁膜）
８  層間絶縁膜（第２の絶縁膜）
９  バリアメタル
１０  上層銅配線
１０ａ  配線部
１０ｂ  プラグ部（導体プラグ）
１０ｃ  介在層
１１  孔部
１１ａ  配線用孔部
１１ｂ  プラグ用孔部
１２  バリアメタル
１３  アルミニウム配線
１３ａ  配線部
１３ｂ  プラグ部
１４  エッチングストッパ膜
１５  層間絶縁膜
１６  バリアメタル
１７  アルミニウム配線
１７ａ  配線部
１７ｂ  プラグ部
１８  バリアメタル
１９  タングステンプラグ
２０  バリアメタル
２１  アルミニウム配線
２２  バリアメタル
【図１】
2013201177.tif 000003
【図２】
2013201177.tif 000004
【図３】
2013201177.tif 000005
【図４】
2013201177.tif 000006
【図５】
2013201177.tif 000007
【図６】
2013201177.tif 000008
【図７】
2013201177.tif 000009