(57)【要約】【課題】配線抵抗の上昇や絶縁耐性の劣化を抑制しつつ、配線信頼性を確保する。【解決手段】半導体装置１００は、半導体基板と、半導体基板上に設けられた層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０に埋め込まれた、Ｃｕにより構成される配線１０と、配線１０の表層に設けられた、銅錯体を含有する表面層２０と、を備える。配線１０の表層に銅錯体を含有する表面層２０を備えることにより、配線抵抗の上昇や絶縁耐性の劣化を抑制しつつ、配線信頼性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と
前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に埋め込まれた、Ｃｕにより構成される配線と、
前記配線の表層に設けられた、銅錯体を含有する表面層と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記表面層は、シアン化物イオン、ハロゲン化物イオン、ＮＨ３またはＣＯを配位子とする銅錯体を含有する半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記表面層の層厚は１ｎｍである半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の半導体装置において、
前記配線上に設けられ、前記配線の表層と接触するビアを備え、
前記表面層は、前記配線の表層のうち前記ビアと接触する部分には設けられていない半導体装置。
【請求項５】
半導体基板上に設けられた層間絶縁膜中に、Ｃｕにより構成される配線を形成する工程と、
前記配線の表層に、銅錯体を含有する表面層を形成する工程と、
を備える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、半導体装置、および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの銅配線における微細化が進むにつれて、配線信頼性の低下が懸念される。配線信頼性の低下の要因としては、例えば配線表面におけるエレクトロマイグレーションの発生等が挙げられる。配線信頼性を向上するための技術としては、例えば特許文献１〜１３、および非特許文献１等に記載のものが挙げられる。
【０００３】
特許文献１では、Ｃｕ配線中に不純物であるＳｉを導入することにより、Ｃｕ表面でのＣｕ原子移動を抑制し、エレクトロマイグレーション特性を改善すると記載されている。特許文献２においても同様に、Ｃｕ配線中にＳｉを導入することが記載されている。非特許文献１では、Ｃｕ配線にＡｌを添加して合金化することにより、エレクトロマイグレーション耐性が向上することが記載されている。特許文献３には、Ｃｕ配線上に、Ｃｕの酸化膜を設けることが記載されている。また、特許文献４〜１３には、配線上に設けられるキャップメタルに関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７８０００号公報
【特許文献２】特開２００８−２６３０９７号公報
【特許文献３】特開２００３−７７０４号公報
【特許文献４】特開２００７−３５７３４号公報
【特許文献５】特開２００６−２５３６６６号公報
【特許文献６】特開２００３−２４３３９３号公報
【特許文献７】特開２００３−２４３３８９号公報
【特許文献８】特開２００６−１２０６６４号公報
【特許文献９】特開２００３−２４３４９９号公報
【特許文献１０】特開２００９−３２８０７号公報
【特許文献１１】特開２００４−３１５８６号公報
【特許文献１２】特開２００９−１４７２１４号公報
【特許文献１３】特開２００９−１４７２１３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. Yokogawa and H. Tsuchiya J. Appl. Phys. 101, 013513（2007）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エレクトロマイグレーション特性を向上するためには、上述のように例えば配線中に不純物を導入することや、配線を合金化することが考えられる。しかし、配線中に不純物を導入し、または配線を合金化した場合、配線抵抗は上昇してしまう。
また、例えば配線上にキャップメタルを形成することで、エレクトロマイグレーション特性の向上を図ることも考えられる。しかし、キャップメタルを形成する無電解めっきプロセスにおいて、配線が埋め込まれている絶縁膜に金属成分が染みこみ、配線間の絶縁耐性が劣化してしまう場合がある。
このため、配線抵抗の上昇や絶縁耐性の劣化を抑制しつつ、配線信頼性を確保することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、半導体基板と
前記半導体基板上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に埋め込まれた、Ｃｕにより構成される配線と、
前記配線の表層に設けられた、銅錯体を含有する表面層と、
を備える半導体装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば、Ｃｕにより構成される配線の表層に、銅錯体を含有する表面層が設けられている。これにより、配線のエレクトロマイグレーション特性を向上することができる。また、配線の表層のみに銅錯体を含有する表面層を形成することができるため、配線抵抗の上昇を抑制することができる。さらに、配線の表層部分を処理することにより銅錯体を含有する表面層を形成することができる。このため、表面層を形成する工程において、層間絶縁膜に金属成分が染みこまない。これにより、配線間の絶縁耐性の劣化を抑制することができる。
従って、配線抵抗の上昇や絶縁耐性の劣化を抑制しつつ、配線信頼性を確保することができる。
【０００９】
本発明によれば、半導体基板上に設けられた層間絶縁膜中に、Ｃｕにより構成される配線を形成する工程と、前記配線の表層に、銅錯体を含有する表面層を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線抵抗の上昇や絶縁耐性の劣化を抑制しつつ、配線信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線を示す模式図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
図１は、半導体装置１００を示す断面図である。半導体装置１００は、半導体基板（図示せず）と、層間絶縁膜５０と、配線１０と、表面層２０と、を備えている。層間絶縁膜５０は、半導体基板上に設けられている。配線１０は、層間絶縁膜５０に埋め込まれている。また、配線１０は、Ｃｕにより構成される。表面層２０は、配線１０の表層に設けられている。また、表面層２０は、銅錯体を含有する。
以下、本実施形態に係る半導体装置１００の構成について、詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、配線１０は、層間絶縁膜５０に埋め込まれている。また、配線１０は、Ｃｕにより構成されている。
表面層２０は、配線１０の表層に設けられており、銅錯体を含有する。表面層２０は、配線１０の表層を改質することにより形成されている。表面層２０の層厚は、例えば１ｎｍである。
表面層２０は、例えばシアン化物イオンを配位子とする銅錯体であるＣｕＣＮを含有する。また、表面層２０は、ハロゲン化物イオン、ＮＨ３、またはＣＯ等を配位子とする銅錯体を含有していてもよい。
【００１５】
図２は、図１に示す配線１０を示す模式図である。図１に示すように、配線１０には、Ｃｕの結晶粒界が形成されている。
表面層２０は、配線１０の表層のみに設けられている。そして、図２に示すように、表面層２０に含有される銅錯体は、配線１０を構成するＣｕの結晶粒界には形成されない。これにより、配線抵抗が上昇することを抑制することができる。
【００１６】
表面層２０の層厚は、例えばＴＯＦ−ＳＩＭＳ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて半導体装置１００における深さ方向のプロファイルを解析することにより、測定することができる。
【００１７】
半導体装置１００は、バリアメタル膜３０を備えている。図１に示すように、バリアメタル膜３０は、配線１０の側面および底面を覆うように設けられている。
また、半導体装置１００は、層間絶縁膜５０上および配線１０上に設けられたバリア絶縁膜４０を備えている。バリア絶縁膜４０は、例えばＳｉＮ、またはＳｉＣＮ等により構成される。
【００１８】
半導体装置１００は、バリア絶縁膜４０上に設けられた層間絶縁膜５２と、層間絶縁膜５２に埋め込まれたビア１４および配線１２と、配線１２の表層に設けられた表面層２２を備えている。
ビア１４は、配線１０上に設けられており、配線１０の表層と接触する。図１に示すように、表面層２０は、例えば配線１０の表層のうちビア１４と接触する部分には設けられない。これにより、配線１０とビア１４との間のコンタクト抵抗が上昇することを抑制することができる。ビア１４は、例えばＣｕにより構成される。
配線１２は、ビア１４上に設けられており、ビア１４を介して配線１０と接続する。配線１２およびビア１４は、層間絶縁膜５２中に、例えばデュアルダマシン法を用いて一体として形成される。配線１２は、例えばＣｕにより構成される。
【００１９】
表面層２２は、例えば表面層２０と同様に、配線１２の表層を改質することにより形成されている。表面層２２の層厚は、例えば１ｎｍである。
表面層２２は、銅錯体を含有する。表面層２２は、例えばシアン化物イオンを配位子とする銅錯体であるＣｕＣＮを含有する。また、表面層２２は、ハロゲン化物イオン、ＮＨ３、またはＣＯ等を配位子とする銅錯体を含有していてもよい。
【００２０】
半導体装置１００は、バリアメタル膜３２を備えている。図１に示すように、バリアメタル膜３２は、ビア１４の側面、ならびに配線１２の側面および底面を覆うように設けられている。
また、半導体装置１００は、配線１２上および層間絶縁膜５２上に設けられたバリア絶縁膜４２を備えている。バリア絶縁膜４２は、バリア絶縁膜４０と同様、例えばＳｉＮ、またはＳｉＣＮ等により構成される。
【００２１】
次に、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を説明する。図３および図４は、図１に示す半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。
半導体装置１００の製造方法は、半導体基板上に設けられた層間絶縁膜５０中に、Ｃｕにより構成される配線１０を形成する工程と、配線１０の表層に、銅錯体を含有する表面層２０を形成する工程と、を備えている。なお、本実施形態において、表面層２０は、銅錯体としてＣｕＣＮを含有する。
以下、半導体装置１００の製造方法について詳細に説明する。
【００２２】
まず、半導体基板上に設けられた層間絶縁膜５０に開口を形成する。次いで、当該開口内および層間絶縁膜５０上に、バリアメタル膜３０を構成する金属膜および配線１０を構成する金属膜を順に堆積する。次いで、これらの金属膜をＣＭＰにより平坦化する。これにより、図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜５０中に、バリアメタル膜３０および配線１０が形成される。
次いで、配線１０表面の還元処理を行う。配線１０の還元処理は、配線１０表面に対しＮＨ３プラズマ処理をすることによって行われる。これにより、配線１０表面の酸化膜等を除去することができる。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、配線１０の表層に、銅錯体を含有する表面層２０を形成する。表面層２０は、配線１０の表層部分に銅錯体を形成することにより設けられる。このため、配線１０の表層のみに、表面層２０を形成することが可能となる。表面層２０は、例えば１ｎｍの層厚を有するように形成される。
表面層２０は、配線１０の表面に対しＨＣＮプラズマ処理を行うことによって形成される。これにより、配線１０表面に位置するＣｕとＨＣＮが反応し、配線１０の表層に、ＣｕＣＮを含有する表面層２０が形成される。
シアン化物イオンは、銅との反応性が高い。このため、ＨＣＮプラズマ処理において、配線１０の表層のみにＣｕＣＮを含有する表面層２０を形成することが容易となる。従って、配線１０を構成するＣｕの結晶粒界にシアン化物イオンが入り込み、配線１０の抵抗が上昇することを抑制できる。また、ＨＣＮプラズマ処理時にシアン化物イオンが層間絶縁膜５０に導入されても、配線１０間の絶縁耐性に影響を及ぼさない。従って、絶縁耐性の劣化を抑制することができる。さらに、配線１０の表層にＣｕＣＮを含有する表面層２０を形成することで、配線１０の酸素や水等による劣化を防止することができる。
なお、シアン化物イオンの代わりに、シアン化物イオンと同様に銅との反応性が高いハロゲン化物イオン、ＮＨ３、またはＣＯ等を配線１０の表面のみに導入するよう当該処理を行うことにより、表面層２０を形成してもよい。
これらを用いた場合においても、シアン化物イオンと同様、配線１０の抵抗が上昇することを抑制でき、絶縁耐性の劣化を抑制することができ、かつ配線１０の劣化を抑制することができる。
【００２４】
次に、図３（ｃ）に示すように、層間絶縁膜５０上および配線１０上に、バリア絶縁膜４０を形成する。バリア絶縁膜４０は、例えばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。
なお、上記した、配線１０表面の還元処理、表面層２０の形成、およびバリア絶縁膜４０の形成は、例えば３００℃以上４００℃以下の条件により行われる。また、上記した、配線１０表面の還元処理、表面層２０の形成、およびバリア絶縁膜４０の形成は、例えば同一のチャンバ内で連続して行うことができる。
【００２５】
次に、バリア絶縁膜４０上に層間絶縁膜５２を堆積する。次いで、層間絶縁膜５２中に、ビア１４および配線１２を埋め込むための開口６０を形成する。開口６０は、例えばビアファースト法またはトレンチファースト法のいずれかにより形成することができる。
【００２６】
次いで、開口６０下に位置する表面層２０を除去する。開口６０下に位置する表面層２０は、例えば層間絶縁膜５２に開口６０を形成する際のドライエッチングにより、層間絶縁膜５２と共に除去することができる。また、開口６０を形成した後、ＣｕＣＮの場合は、ＫＣＮ、ＮＨ４ＯＨ、またはエタノール等によって洗浄することにより、開口６０下に位置する表面層２０を除去してもよい。これにより、図４（ａ）に示す構造が得られる。
【００２７】
次いで、開口６０内および層間絶縁膜５２上に、バリアメタル膜３２を構成する金属膜、ならびにビア１４および配線１２を構成する金属膜を形成する。次いで、これらの金属膜を、ＣＭＰにより平坦化する。これにより、図４（ｂ）に示す構造が得られる。
次いで、表面層２０と同様に、配線１２の表層に表面層２２を形成する。次いで、層間絶縁膜５２上および配線１２上に、バリア絶縁膜４２を形成する。これにより、図１に示す半導体装置１００が形成される。
【００２８】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態によれば、Ｃｕにより構成される配線１０の表層に、銅錯体を含有する表面層２０が設けられている。
配線の表層に銅錯体を含有する表面層２０が形成されている。このため、配線１０の表層における原子移動を抑制することができる。これにより、配線のエレクトロマイグレーション特性を向上することが可能となる。
また、表面層２０は、配線１０の表層部分に銅錯体を形成することにより設けられる。このため、銅錯体を含有する表面層２０を配線１０の表層のみに形成することが可能となる。すなわち、銅錯体は、配線１０内部の結晶粒界には形成されない。従って、配線抵抗の上昇を抑制することができる。
さらに、配線１０の表層部分を処理することにより、銅錯体を含有する表面層２０を形成することができる。このため、表面層２０を形成する工程において、層間絶縁膜５０に金属成分が染みこまない。このため、配線間の絶縁耐性の劣化を抑制することができる。
従って、配線抵抗の上昇や絶縁耐性の劣化を抑制しつつ、配線信頼性を確保することができる。
【００２９】
図５は、第２の実施形態に係る半導体装置１０２を示す断面図であって、第１の実施形態における図１に対応している。
本実施形態に係る半導体装置１０２は、バリア絶縁膜４０およびバリア絶縁膜４２を有しない点を除いて、第１の実施形態に係る半導体装置１００と同様の構成を有する。すなわち、図５に示すように、層間絶縁膜５２は、層間絶縁膜５０上および配線１０上に直接接して設けられている。
【００３０】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、配線１０の表層に表面層２０が設けられているため、配線１０の酸素や水等による劣化を防止することができる。また、配線１０を構成するＣｕが、絶縁膜中に拡散することを防止することもできる。
さらに、層間絶縁膜等と比較して誘電率の高いバリア絶縁膜を形成しないため、半導体装置の配線容量を低減することが可能となる。
【００３１】
第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、表面層２０の形成工程を除いて、第１の実施形態に係る半導体装置１００の製造方法と同様である。
本実施形態において、表面層２０は、配線１０の表面に対しＨＣＮガスを照射することにより形成される。これにより、配線１０表面に位置するＣｕとＨＣＮが反応し、配線１０の表層にＣｕＣＮを含有する表面層２０が形成される。なお、表面層２０の形成は、例えば３００℃以上４００℃以下の条件により行われる。
また、本実施形態において、第１の実施形態と同様に、表面層２０の形成、配線１０表面の還元処理、およびバリア絶縁膜４０の形成は、例えば同一のチャンバ内で連続して行うことができる。
【００３２】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  配線
１２  配線
１４  ビア
２０  表面層
２２  表面層
３０  バリアメタル膜
３２  バリアメタル膜
４０  バリア絶縁膜
４２  バリア絶縁膜
５０  層間絶縁膜
５２  層間絶縁膜
６０  開口
１００  半導体装置
１０２  半導体装置
【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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