【手続補正書】
【提出日】平成20年10月20日(2008.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第一の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜内に形成された第一の溝と、
前記第一の溝の側面と底面を覆うように形成された第一の金属層と、
前記第一の金属層上に形成され、前記第一の溝を埋め込むように形成された第一の銅配線と、
前記第一の層間絶縁膜上及び前記第一の銅配線上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第二の層間絶縁膜と、
前記第二の層間絶縁膜内に形成された第二の溝と、
前記第二の溝の底部に形成され、前記第二の層間絶縁膜内及び前記絶縁膜内に連なって貫くように形成され、前記第一の銅配線の上面を露出する第一の穴と、
前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面に形成された第二の金属層と、
前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面に形成され、前記第二の金属層上に形成された第三の金属層と、
前記第三の金属層上に形成され、前記第二の溝及び前記第一の穴を埋め込むように形成された第二の銅配線とを有し、
前記第二の金属層は金属元素である第一材料と、非金属元素である第二材料との化合物で構成され、
前記第三の金属層は銅よりも原子量の大きな元素である第三材料で構成され、
前記第二の金属層の膜厚は、前記第三の金属層の膜厚よりも薄く、
前記第二の銅配線は、前記第三の金属層上に形成され銅で構成されたシード層と、前記シード層上に形成されめっき法により銅で構成された金属膜とで構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】  前記非金属元素はN、Si、又はCのうちの１つであり、前記第一材料及び前記第三材料はW又はTaのうちの１つであ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】  前記第三の金属層は1nm以上の厚みを有す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４】  前記絶縁膜は、N含有、又はC含有の絶縁膜であり、前記第一材料はTi、W又はTaのうちの１つであ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５】  前記絶縁膜は、窒化シリコン膜、または炭化シリコン膜であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】  前記第一の金属層は、前記化合物で構成さ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７】  前記第三材料で形成された第四の金属層が、前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面と前記第二の金属層との間に形成さ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８】  半導体基板上に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第一の層間絶縁膜内に第一の溝を形成する工程と、
前記第一の溝の側面と底面を覆うように第一の金属層を形成する工程と、
前記第一の金属層上に、前記第一の溝を埋め込むように第一の銅配線を形成する工程と、
前記第一の層間絶縁膜上及び前記第一の銅配線上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第二の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第二の層間絶縁膜内に第二の溝と、前記第二の層間絶縁膜内及び前記絶縁膜内に前記第一の銅配線の上面を露出するような第一の穴とを形成する工程と、
前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面に第二の金属層を形成する工程と、
前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面上に形成されるよう、前記第二の金属層形成後に第三の金属層を形成する工程と、
前記第三の金属層上に銅で構成されたシード層を形成する工程と、
前記シード層上に銅で構成された金属膜をめっき法により埋め込むことにより、前記第三の金属層上に形成されるよう、前記第二の溝及び前記第一の穴を埋め込むように、前記シード層と前記金属膜とで構成された第二の銅配線を形成する工程とを有し、
前記第一の穴は前記第二の溝の底部に、前記第二の層間絶縁膜と及び前記絶縁膜とを連なって貫くように形成されており、
前記第二の金属層は金属元素である第一材料と、非金属元素である第二材料との化合物で構成され、
前記第三の金属層は銅よりも原子量の大きな元素である第三材料で構成され、
前記第二の銅配線を形成する工程を経た後、前記第二の溝の側面に形成された前記化合物の膜厚は、前記第二の溝の側面に形成された前記第三材料の膜厚よりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】  前記非金属元素はN、Si、又はCのうちの１つであり、前記第一材料及び前記第三材料はW又はTaのうちの１つであることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】  前記第三の金属層は１nm以上の厚みを有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】  前記絶縁膜は、N含有、又はC含有の絶縁膜であり、前記第一材料はTi、W又はTaのうちの１つであることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】  前記絶縁膜は、窒化シリコン膜、または炭化シリコン膜であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】  前記第一の金属層は、前記化合物で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】  前記第二の溝及び前記第一の穴を形成する工程と、前記第二のバリア層を形成する工程との間において、
前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面と前記第二の金属層との間に、前記第三材料で構成された第四の金属層が形成される工程を更に有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】  前記第二の金属層の膜厚は、前記第三の金属層の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】  前記第二の金属層を形成する工程と、前記第三の金属層を形成する工程とは、同一製造装置中の同一成膜室で連続して実施されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】  前記第二の金属層を形成する工程と、前記第三の金属層を形成する工程とは、酸素が欠乏した雰囲気中にて実施されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】  前記第一の金属層を形成する工程と、前記第二の金属層を形成する工程と、前記第三の金属層を形成する工程とはそれぞれPVD法またはCVD法にて実施され、
前記第一の銅配線を形成する工程はシード層としての第一銅膜を形成した後、該シード層上にめっき法によって銅を埋め込むことにより実施されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】  前記第二の銅配線を形成する工程の後、前記第二の溝の外部に存在し、前記第二の層間絶縁膜上に存在する、前記第二の金属層、前記第三の金属層及び前記第二の銅配線形成時に堆積される銅金属をCMP法により除去する工程を更に有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】  第１の銅配線と、第１部分と、前記第１部分よりも径が小さい第２部分とを有する第２の銅配線と、
前記第１の銅配線と前記第２部分との間に介在する介在層とを備え、
前記介在層は、銅よりも原子量の大きな元素を材料として前記第２部分に接触する第１の金属層を有し、
前記介在層は、前記第１の金属層に対して前記第２の銅配線とは反対側に金属化合物層を更に有し、
前記第１の金属層の膜厚は前記金属化合物層の膜厚よりも厚く、前記第２の銅配線が銅で形成されたシード層と前記シード層上にめっき法により銅で形成された金属膜により形成されている半導体装置。
【請求項２１】  前記第２の銅配線が充填される層間絶縁膜を更に備える、請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２２】  前記介在層は、前記第１の銅配線と接触する第２の金属層を更に有する、請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２３】  前記第２の金属層は銅よりも原子量の大きな元素を材料とする、請求項２２記載の半導体装置。
【請求項２４】  前記第１の金属層と前記第２の金属層とは同一の金属元素を材料とし、  前記金属化合物層は、前記同一の金属元素を主たる金属元素として含む、請求項２３記載の半導体装置。
【請求項２５】  前記第１の金属層の膜厚は１ｎｍ以上である、請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２６】  前記第１の金属層はW又はTaを有し、前記金属化合物層はTi、Ta、Wから選ばれた一つの金属元素とN、C、Siから選ばれた一つ以上の非金属元素との化合物である、請求項２０記載の半導体装置。
【請求項２７】  （ａ）第１の銅配線を設ける工程と、
（ｂ）前記第１の銅配線上に介在層を設ける工程と、
（ｃ）前記介在層上に第２の銅配線を設ける工程とを備え、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ−１）前記工程（ａ）の後に、金属化合物層を設ける工程と、
（ｂ−２）前記金属化合物層上に第１の金属層を設ける工程とを有し、
前記工程（ｃ）は、
（ｃ―１）前記介在層上に銅で形成されたシード層を形成する工程と、
（ｃ―２）前記シード層上にめっき法により銅で構成された金属膜を形成する工程とを有し、
前記工程（ｃ）において前記第２の銅配線は前記第１の金属層と接触し、
前記第１の金属層は銅よりも原子量の大きな金属元素を材料し、
前記金属化合物層の厚みは前記第１の金属層の厚みよりも薄い、半導体装置の製造方法。
【請求項２８】  前記工程（ｂ−１），（ｂ−２）は酸素フリーの状態で連続して実行される、請求項２７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】  前記金属化合物層は、前記第１の金属層の材料である金属元素を主たる金属として含む、請求項２８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】  前記工程（ｂ）は
（ｂ−３）前記第１の銅配線に接触する第２の金属層を設ける工程を更に有し、
前記工程（ｂ−３），（ｂ−２），（ｂ−１）はこの順に酸素フリーの状態で連続して実行される、請求項２７乃至請求項２９のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】  前記金属化合物層は、前記第２の金属層の材料である金属元素を主たる金属として含む、請求項３０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】  前記第２の金属層は銅よりも原子量の大きな金属元素を材料とする、請求項３０及び請求項３１のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３３】  前記工程（ｂ−２）と前記工程（ｃ−１）は酸素フリーの状態で連続して実行される、請求項２７乃至請求項３２のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３４】  前記第１の金属層はW又はTaを有し、前記金属化合物層はTi、Ta、Wから選ばれた一つの金属元素とN、C、Siから選ばれた一つ以上の非金属元素との化合物である、請求項２７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３５】  半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第一の層間絶縁膜と、
前記第一の層間絶縁膜内に形成された第一の溝と、
前記第一の溝の側面と底面を覆うように形成された第一の金属層と、
前記第一の金属層上に形成され、前記第一の溝を埋め込むように形成された第一の銅配線と、
前記第一の層間絶縁膜上及び前記第一の銅配線上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第二の層間絶縁膜と、
前記第二の層間絶縁膜内に形成された第二の溝と、
前記第二の溝の底部に形成され、前記第二の層間絶縁膜内及び前記絶縁膜内に連なって貫くように形成され、前記第一の銅配線の上面を露出する第一の穴と、
前記第二の溝の側面及び前記第一の穴の側面に形成された第二の金属層と、
前記第二の溝の側面の前記第二の金属層上、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面の前記第二の金属層上及び前記第一の穴の底面に形成された第三の金属層と、
前記第三の金属層上に形成され、前記第二の溝及び前記第一の穴を埋め込むように形成された第二の銅配線とを有し、
前記第二の金属層は金属元素である第一材料と、非金属元素である第二材料との化合物で構成され、
前記第三の金属層は銅よりも原子量の大きな元素である第三材料で構成され、
前記第二の溝の側面に形成された前記化合物の膜厚は、前記第二の溝の側面に形成された前記第三材料の膜厚よりも薄く、
前記第二の銅配線が、前記第三の金属層上に形成され銅で構成されたシード層と、前記シード層上に形成されめっき法により埋め込まれた銅で構成された金属膜により構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３６】  前記非金属元素はN、Si、又はCのうちの１つであり、前記第一材料及び前記第三材料はW又はTaのうちの１つであることを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項３７】  前記第三の金属層は１nm以上の厚みを有することを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項３８】  前記絶縁膜は、N含有、又はC含有の絶縁膜であり、前記第一材料はTi、W又はTaのうちの１つであることを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項３９】  前記絶縁膜は、窒化シリコン膜、または炭化シリコン膜であることを特徴とする請求項３８に記載の半導体装置。
【請求項４０】  前記第一の金属層は、前記化合物で構成されていることを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【請求項４１】  前記第三材料で形成された第四の金属層が、前記第二の溝の側面及び前記第一の穴の側面と前記第二の金属層との間に形成されていることを特徴とする請求項３５に記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
前記第二の金属層は金属元素である第一材料と、非金属元素である第二材料との化合物で構成され、前記第三の金属層は銅よりも原子量の大きな元素である第三材料で構成され、前記第二の金属層の膜厚は、前記第三の金属層の膜厚よりも薄い。前記第二の銅配線は、前記第三の金属層上に形成され銅で構成されたシード層と、前記シード層上に形成されめっき法により銅で構成された金属膜とで構成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この発明のうち半導体装置の製造方法にかかる第１の態様は、半導体基板上に第一の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第一の層間絶縁膜内に第一の溝を形成する工程と、前記第一の溝の側面と底面を覆うように第一の金属層を形成する工程と、前記第一の金属層上に、前記第一の溝を埋め込むように第一の銅配線を形成する工程と、前記第一の層間絶縁膜上及び前記第一の銅配線上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第二の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第二の層間絶縁膜内に第二の溝と、前記第二の層間絶縁膜内及び前記絶縁膜内に前記第一の銅配線の上面を露出するような第一の穴とを形成する工程と、前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面に第二の金属層を形成する工程と、前記第二の溝の側面、前記第二の溝の底面、前記第一の穴の側面及び前記第一の穴の底面上に形成されるよう、前記第二の金属層形成後に第三の金属層を形成する工程と、前記第三の金属層上に銅で構成されたシード層を形成する工程と、前記シード層上に銅で構成された金属膜をめっき法により埋め込むことにより、前記第三の金属層上に形成されるよう、前記第二の溝及び前記第一の穴を埋め込むように、前記シード層と前記金属膜とで構成された第二の銅配線を形成する工程とを有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
前記第一の穴は前記第二の溝の底部に、前記第二の層間絶縁膜と及び前記絶縁膜とを連なって貫くように形成されており、前記第二の金属層は金属元素である第一材料と、非金属元素である第二材料との化合物で構成され、前記第三の金属層は銅よりも原子量の大きな元素である第三材料で構成され、前記第二の銅配線を形成する工程を経た後、前記第二の溝の側面に形成された前記化合物の膜厚は、前記第二の溝の側面に形成された前記第三材料の膜厚よりも薄いことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記介在層は、銅よりも原子量の大きな元素を材料として前記第２部分に接触する第１の金属層を有し、前記介在層は、前記第１の金属層に対して前記第２の銅配線とは反対側に金属化合物層を更に有し、前記第１の金属層の膜厚は前記金属化合物層の膜厚よりも厚く、前記第２の銅配線が銅で形成されたシード層と前記シード層上にめっき法により銅で形成された金属膜により形成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
前記工程（ｂ）は、（ｂ−１）前記工程（ａ）の後に、金属化合物層を設ける工程と、（ｂ−２）前記金属化合物層上に第１の金属層を設ける工程とを有し、前記工程（ｃ）は、（ｃ―１）前記介在層上に銅で形成されたシード層を形成する工程と、（ｃ―２）前記シード層上にめっき法により銅で構成された金属膜を形成する工程とを有し、前記工程（ｃ）において前記第２の銅配線は前記第１の金属層と接触し、前記第１の金属層は銅よりも原子量の大きな金属元素を材料し、前記金属化合物層の厚みは前記第１の金属層の厚みよりも薄い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
前記第二の金属層は金属元素である第一材料と、非金属元素である第二材料との化合物で構成され、前記第三の金属層は銅よりも原子量の大きな元素である第三材料で構成され、前記第二の溝の側面に形成された前記化合物の膜厚は、前記第二の溝の側面に形成された前記第三材料の膜厚よりも薄く、前記第二の銅配線が、前記第三の金属層上に形成され銅で構成されたシード層と、前記シード層上に形成されめっき法により埋め込まれた銅で構成された金属膜により構成される。