(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性パターンと、含フッ素誘電体と、導電性でフッ素の拡散障壁となるバリア層を備えた金属配線構造であって、
上記バリア層が少なくとも上記導電性パターンと上記含フッ素誘電体に挟まれた領域に形成されており、当該領域において上記バリア層が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＰｄから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属から成る導電性材料から成る第１の層と該導電性材料のフッ化物から成って上記含フッ素誘電体に接する第２の層から成ることを特徴とする金属配線構造。
【請求項２】
導電性パターンと、含フッ素誘電体と、導電性でフッ素の拡散障壁となるバリア層を備えた金属配線構造であって、
上記バリア層が少なくとも上記導電性パターンと上記含フッ素誘電体に挟まれた領域に上記含フッ素誘電体に接して形成されており、当該領域において上記バリア層が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＰｄから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属から成る導電性材料のフッ化物から成ることを特徴とする金属配線構造。
【請求項３】
上記バリア層が上記導電性パターンを完全に覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属配線構造。
【請求項４】
上記導電性パターンが、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金及びＣｕ合金から成る群から選ばれた少なくとも１種の金属から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属配線構造。
【請求項５】
上記含フッ素誘電体が少なくとも１つの開口部を有し、前記開口部は上記バリア層を介して上記導電性パターンによって埋められたことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属配線構造。
【請求項６】
上記開口部がビアホール又は溝である請求項５記載の金属配線構造。
【請求項７】
上記導電性パターンが、Ｃｕ又はＣｕ合金から成る請求項１又は２に記載の金属配線構造。
【請求項８】
上記バリア層と上記導電性パターンの間にさらにＣｕを透過しないＣｕバリア層を備えた請求項７記載の金属配線構造。
【請求項９】
上記Ｃｕバリア層が、Ｔａ又はその化合物から成ることを特徴とする請求項８記載の金属配線構造。
【請求項１０】
上記バリア層が、さらにシリコン層と上記導電性パターンに挟まれた領域に形成されており、当該領域において上記バリア層が上記導電性材料から成る層と、上記導電性材料のシリサイドから成って上記シリコン層に接する層から成ることを特徴とする請求項１記載の金属配線構造。
【請求項１１】
上記シリコン層が、シリコンウエハの少なくとも一部であることを特徴とする請求項１０記載の金属配線構造。
【請求項１２】
基板上に含フッ素誘電体を形成する工程と、
少なくとも上記含フッ素誘電体の露出した一の表面に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＰｄから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属から成る導電性材料を形成する工程と、
上記導電性材料と上記含フッ素誘電体を反応させ、上記導電性材料のフッ化物を上記含フッ素誘電体の間に形成することにより、前記導電性材料と前記フッ化物から成り、導電性でフッ素の拡散障壁となるバリア層を形成する工程と、
上記バリア層上に、少なくとも１種の金属を析出させる工程を備えた金属配線構造の製造方法。
【請求項１３】
上記バリア層上に析出させる上記金属が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金及びＣｕ合金から成る群から選ばれた少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
【請求項１４】
上記バリア層上に金属を析出させる工程の前に、少なくとも上記バリア層の上にＣｕバリア層を形成することを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
【請求項１５】
上記Ｃｕバリア層がＴａ又はその化合物から成ることを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
上記導電性材料と上記含フッ素誘電体の上記反応が、加熱によって促進されたことを特徴とする請求項１２記載の製造方法。
【請求項１７】
上記加熱が５０〜４００℃で行われることを特徴とする請求項１６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路を構成する電子部品や電子デバイスを接続するための構造の一部となる、新規な金属配線構造に関する。詳しくは、含フッ素誘電体を用いた、多層の金属配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の小型化、複雑化、金属の多層配線化及び集積回路の高速化のため、低誘電率の材料、特に金属層間に用いる低誘電率材料が求められている。従来、金属層（その多くはアルミニウム）の層間には、ニ酸化ケイ素を層間の誘電体として用いる結合構造が用いられてきた。しかし、この従来の方法は、上記技術動向によってもたらされる厳しい要望に応え得るものでなかった。したがって、層間結合構造の有する抵抗と容量によって発生する回路遅延の問題を避けるためには、使用する誘電体の誘電率を低減する必要があった。この事は、多くの報告で示されており、例えば、Ｒ．Ｋ．Ｌａｘｍａｎによって「低ε誘電体：ＣＶＤフッ化ニ酸化ケイ素」（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、１９９５年５月）の７１〜７４ページの表１に示されている。即ち、集積回路の小型化によって、新規な低κ（比誘電率）材料が模索されることとなったのである。尚、本明細書において、「低ε材料」、「低κ材料」及び「低誘電率」とは、いずれも低い誘電率定数を有する材料を形態を変えて表現したものである。最も好ましい材料は、κ値が低く、機械的な応力が少なく、高温で安定で、吸湿性の低い材料である。さらに、現状の半導体プロセス及び製造設備との互換性を考慮して材料を選択しなければならない。
【０００３】
低κ材料の開発において、成膜する二酸化ケイ素の特性を改良する試みも一部なされてきた。二酸化ケイ素膜は、層間の誘電体材料として最も広く用いられてきたものであり、そのκ値は約３．９である。二酸化ケイ素のκ値は、膜中に導入したフッ素量に応じて減少し得ることが報告されている。フッ素は周期表において最も電気陰性度が高く、最も分極しにくい材料である。フッ素の導入は、分極可能なＳｉ−ＯＨ結合の数を減少し、酸化ケイ素の分極を起こりにくくする、即ち、酸化ケイ素膜のκ値を低下させる。フッ素を導入した酸化ケイ素膜の成長プロセスとして種々の種類のものが知られている。例えば、プラズマエンハンストＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスが、米国特許５６４１５８１号に報告されている。こうしたプロセスを使用することにより、フッ素原子の導入量に応じてκ値を３〜３．５にできることが報告されている。フッ素の含有量が増加するほどκ値は減少する。
【０００４】
また、酸化ケイ素の特性を変える以外に、新規な低κ材料の模索もなされている。これらの新規材料とは、κ値が２．５〜３の有機スピンオン材料や、例えばκ値が１．５以下のキセロゲル等の無機低κ材料である。これらの低κ材料の多くはフッ素を含有する。特に有機材料は、製造工程が簡略で、ギャップを埋めて平坦化する能力に優れる点で特に有望な材料である。また、フェニル基を有する有機材料のκ値は、プラズマフッ素化によってさらに低下することができる。この方法は、例えば、Ｈ．Ｋｕｂｏ等によってＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｙｐ．Ｐｒｏｃ．、ｖｏｌ．３８１（１９８５年）のｐ１０５−１１０に開示されている。この方法により、元々２．５〜３であったκ値を、２〜２．５に低下させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、含フッ素誘電体は、フッ素を含有しない材料に比較して一般に低いκ値を有する。このことは、高分子誘電体にも無機セラミック誘電体にもあてはまる。したがって、前述の層間結合構造の有する容量によってもたらされる回路遅延の問題を回避する目的のためには、含フッ素誘電体は非常に有望な材料といえる。こうした利点があるにも関わらず、含フッ素誘電体は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、若しくはこれらの窒化物、又はＣｕ、Ａｌ等を使用した現在の金属配線構造に適用することができない。なぜなら、フッ素の導入によって、これら金属配線構造の材料が侵されることとなるからである。
【０００６】
そこで、本発明は含フッ素誘電体を適用し得る金属配線構造を提供することを目的とする。本目的のためには、少なくとも導電性を有し、かつ実質的にフッ素を透過しない、即ちフッ素の拡散障壁を形成するような層を設けることが必要である。
【０００７】
また、この層はシリコン層あるいはシリコン基板との間の接触抵抗が低いことが好ましく、金属配線構造がＣｕを含有する場合には実質的にＣｕを透過しないことも必要である。
【０００８】
そこで、本発明は、含フッ素誘電体を適用することができる金属配線構造であって、導電性を有し、フッ素を透過せず、Ｃｕを透過しない層を備えた金属配線構造を提供することも目的とする。
【０００９】
また、導電性を有し、フッ素を透過せず、Ｃｕを透過せず、さらにシリコン層あるいはシリコン基板との接触抵抗が小さな層を備えた金属配線構造を提供することも目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明における、金属配線構造はバリア層を有し、このバリア層が含フッ素誘電体の剥き出しの覆われていない部分に形成されている。このバリア層は含フッ素誘電体に良好に接着しなければならない。また、このバリア層は、フッ素に晒されることによって腐食したり特性が劣化しないものである必要がある。さらに、このバリア層は、金属配線構造の他の部分の腐食を防止するために、不揮発性の安定なフッ化物を形成してフッ素の拡散障壁となるものである必要もある。
【００１１】
即ち、本発明の金属配線構造は、導電性パターンと、含フッ素誘電体と、導電性でフッ素の拡散障壁となるバリア層を備えた金属配線構造であって、上記バリア層が少なくとも上記導電性パターンと上記含フッ素誘電体に挟まれた領域に形成されており、当該領域において上記バリア層が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＰｄから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属から成る導電性材料から成る第１の層と該導電性材料のフッ化物から成って上記含フッ素誘電体に接する第２の層から成ることを特徴とする。また、本件発明の別の金属配線構造は、導電性パターンと、含フッ素誘電体と、導電性でフッ素の拡散障壁となるバリア層を備えた金属配線構造であって、上記バリア層が少なくとも上記導電性パターンと上記含フッ素誘電体に挟まれた領域に上記含フッ素誘電体に接して形成されており、当該領域において上記バリア層が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＰｄから成る群から選ばれた少なくとも１種の金属から成る導電性材料のフッ化物から成ることを特徴とする。
【００１２】
上記導電性パターンと上記含フッ素誘電体は上記バリア層によって完全に覆われていることが好ましい。
【００１３】
上記バリア層を構成する導電性材料は、少なくともフッ素を透過せず、さらにはＣｕを透過しない貴金属に類する材料から成ることが好ましい。中でもＣｏから成ることが好ましく、Ｃｏは実質的にフッ素もＣｕも透過しない。Ｃｏは超硬合金よりも反応性が低く、また、フッ素を含有する酸化ケイ素ベースの材料にもフッ素含有の有機高分子材料にも良く接着する。さらに、Ｃｏはシリコン基板と接したときに低抵抗のコバルトシリサイドを形成するため、シリコン基板に対する接触抵抗が低い。尚、コバルトシリサイドはＣｏxＳｉy’（ｘおよびｙは正数）として表すことができる。またさらに、Ｃｏのフッ化物は、例えばＴｉのそれと異なり、安定で不揮発性である。Ｃｏはフッ素と容易に反応してフッ化コバルト層ＣｏxＦy’ （ｘおよびｙは正数）を同時生成する。このフッ化コバルトの成長は、自己制限的であるため、最大膜厚約５ｎｍであり、一般的には３−４ｎｍである。即ち、フッ素を透過するＴｉの場合と異なり、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ等の貴金属に類する金属は、含フッ素誘電体と反応してフッ化物を形成する。このフッ化物層は含フッ素誘電体からのフッ素の拡散を防ぎ、金属配線構造の他の部分がフッ素に晒されることを防ぐ。
【００１４】
また、上記導電性パターンは、少なくともＡｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金からなる群から選ばれた１つの金属であることが好ましい。特に、Ｃｕ又はＣｕ合金が好ましい。
【００１５】
導電性パターンがＣｕ又はＣｕ合金から成る場合、さらにＣｕを透過しないＣｕバリア層を、上記導電性パターンと上記バリア層の間に形成することが好ましい。このＣｕバリア層はＴａまたはその化合物であることが好ましい。
【００１６】
またさらに、上記バリア層が、さらにシリコン層と上記導電性パターンに挟まれた領域に形成されており、当該領域において上記バリア層がＣｏ等の導電性材料から成る層と、Ｃｏ等の導電性材料のシリサイドから成って上記シリコン層に接する層から成ることが好ましい。導電性材料のシリサイドから成る層は、シリコン層の露出した部分と低抵抗なオーム性接触を行う。尚、シリコン層はシリコンウエハの一部であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、基板上に含フッ素誘電体を形成する工程と、
少なくとも上記含フッ素誘電体の露出した一の表面に、導電性材料から成るバリア層を形成する工程と、
上記導電性材料と上記含フッ素誘電体を反応させ、上記導電性材料のフッ化物を、上記バリア層と上記含フッ素誘電体の間に形成する工程と、
上記バリア層上に、少なくとも一種の金属を析出させる工程を備えた金属配線構造の製造方法でもある。
【００１８】
上記導電性材料と上記含フッ素誘電体の反応を、基板の加熱により促進することが好ましい。加熱は、室温〜５００℃で、好ましくは５０℃〜４００℃で、さらに好ましくは５０〜３００℃で行うのが良い。
【００１９】
また、上記金属がＣｕ又はＣｕ合金から成る場合、上記金属を析出させる工程の前に、Ｃｕを透過しないＣｕバリア層を、上記導電性材料上に形成しておくことが好ましい。Ｃｕバリア層はＴａ又はその化合物であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
本発明の金属配線構造は、導電性パターンと、含フッ素誘電体と、バリア層を備え、
上記バリア層が少なくとも上記導電性パターンと上記含フッ素誘電体に挟まれた領域に形成されており、当該領域において上記バリア層が導電性材料から成る第１の層と該導電性材料のフッ化物から成って上記含フッ素誘電体に接する第２の層から成ることを特徴とする。
【００２２】
上記含フッ素誘電体は高分子状でも、酸化ケイ素のフッ化物ようなセラミック状でも良い。また、含フッ素誘電体は、成膜後にフッ素を導入した誘電体でも良い。フッ素の導入は例えばプラズマフッ素化により行うことができる。この方法は、フェニル基のような不飽和炭素結合を有する有機高分子に有効である。不飽和端炭化結合を有する有機高分子としては、ベンゾシクロブタレン、即ちベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）（例えばＣｙｃｌｏｔｅｎｅ５０２１TMとして入手可能）、ポリアリレンエーテル（例えばＦＬＡＲＥTMII）、芳香族炭化水素（例えばＳＩＬＫTM）、ポリイミドなどが挙げられる。成膜後にフッ素を導入する事は、フッ化を局所的に行うことができる利点がある。
【００２３】
含フッ素誘電体は、基板上に形成されるが、基板は部分的にプロセスを経たものでも良いし、未処理のウエハでも良い。また、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｇｅなどの半導体材料のスライスでも良いし、ガラスなどの絶縁体のスライスでも、導電体のスライスでも良い。また、基板に導電層のパターンを形成してあっても良い。さらに、基板が部分的にプロセスを経たものである場合には、能動素子及び／又は受動素子の一部が既に形成されていても良く、またこれらの素子間を連結する構造の一部が形成されていても良い。
【００２４】
上記バリア層は、本発明の金属配線構造を含フッ素誘電体に適合させるためには、少なくとも含フッ素誘電体の露出した、即ち覆われていない部分に形成されている必要がある。このバリア層は含フッ素誘電体に良好に接着しなければならず、フッ素に晒されて腐食或いは特性劣化しないものでなければならない。さらに、バリア層は金属配線構造の他の部分を腐食から保護するために、フッ素の拡散障壁を形成しなければならない。さらに、Ｃｕに対する拡散障壁も形成することが好ましい。また、バリア層は含フッ素誘電体を完全に覆うことが好ましい。
【００２５】
バリア層は、貴金属に類する金属から成ることが好ましい。貴金属に類する金属とは、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等である。中でもＣｏが好ましい。Ｃｏは超硬合金よりも反応性が低く、また、フッ素を含有する酸化ケイ素ベースの材料にもフッ素含有の有機高分子材料にも良く接着する。また、Ｃｏのフッ化物は、例えばＴｉのそれと異なり、安定で不揮発性である。Ｃｏは、無電解メッキの手法によって選択的に析出させることができる利点がある。また、Ｃｏはフッ素と容易に反応してフッ化コバルト層ＣｏxＦy’ （ｘおよびｙは正数）を析出と同時に生成する特質も有していることがわかった。このフッ化コバルトの成長は、自己制限的であるため膜厚は最大約５ｎｍである。
【００２６】
Ｃｏとフッ素の反応について、図２を参照しながら説明する。図２は、次のようにして作製した試料のＸ線光電子スペクトル（以下ＸＰＳスペクトルと称す）を示す。まず、膜厚６００ｎｍの同時フッ化させたポリアリレンエーテル（商品名：ＦＬＡＲＥTMII）の膜（以下ＦＬＡＲＥTMII膜と称す）の上に、厚さ１０ｎｍのＣｏ層を物理的気相成長法（ＰＶＤ）によって形成した。ＦＬＡＲＥTMII膜は、Ｃｏの成膜前に、プラズマ装置チャンバー中でＮＦ3を含む雰囲気に晒すことによって同時フッ化した。プラズマ装置チャンバー内の圧力は、１．３ｔｏｒｒであり、温度は８０℃であった。尚、ＦＬＡＲＥTMII膜は、二酸化ケイ素が表面に形成されたシリコンウエハ上に成膜した。
【００２７】
Ｃｏ層の形成の後、試料２０はそのままＸＰＳスペクトル分析を行い、試料２１は３５０℃１０分間加熱した後にＸＰＳスペクトル分析を行った。分析はＣｏ層とフッ化させたＦＬＡＲＥTMII膜の界面について行った。
【００２８】
図２（ａ）は、ＸＰＳスペクトルのうち、フッ素の１ｓ軌道のピークを示し、図２（ｂ）は、Ｃｏの２ｐ軌道のピークを示す。図において縦軸のピーク強度は相対的な値を示すものである。試料２０及び試料２１のいずれも強いフッ素のピークを示している。フッ素１ｓ軌道のピークのうち、低結合エネルギーのピークは、Ｃｏの２ｐ軌道の高結合エネルギーのピーク（約７８３ｅＶ）と関連しており、フッ化コバルトに帰属されるピークである。尚、フッ素１ｓ軌道の高結合エネルギーのピークは、ＦＬＡＲＥTMII膜中のＣ−Ｆ結合に帰属されるものである。試料２０、試料２１のいずれにもフッ化コバルトに帰属されるピークが観察され、また、加熱された試料２１のフッ化コバルトのピークは加熱していない試料２０よりも強くなっていることがわかる。
【００２９】
図２（ａ）および（ｂ）から、Ｃｏと含フッ素誘電体であるＦＬＡＲＥTMII膜反応は、Ｃｏの析出に応じて自発的に進行し、加熱によって促進されることがわかる。即ち、フッ素を透過するＴｉの場合と異なり、Ｃｏは含フッ素誘電体の反応によりフッ素の拡散障壁を形成し、含フッ素誘電体からのフッ素の拡散を防止して、金属配線構造の他の部分がフッ素に晒されるのを防ぐ。
【００３０】
また、上記バリア層は、さらにシリコン層と上記導電性パターンに挟まれた領域に形成されており、当該領域において上記バリア層が上記導電性材料から成る層と、上記導電性材料のシリサイドから成って上記シリコン層に接する層から成ることが好ましい。ここで、シリコン層とは、例えば基板であるシリコンウエハである。シリコンウエハ上に形成する集積回路の構成によっては、本発明の金属配線構造をシリコンウエハに電気的に接続することが必要となる場合もあるからである。
【００３１】
バリア層を構成する導電性材料がＣｏである場合、Ｃｏはシリコン基板と接触すると低抵抗のコバルトシリサイドを形成するため、バリア層はシリコン基板に低抵抗に接触することができる。尚、コバルトシリサイドはＣｏxＳｉy’（ｘおよびｙは正数）として表すことができる。
【００３２】
上記導電性パターンは、例えば集積回路における導電性の回路配線や導電性の回路配線群であり、好ましくはＡｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金またはＣｕ合金から成り、さらに好ましくはＣｕまたはＣｕ合金から成る。ＣｕまたはＣｕ合金は抵抗値の観点で好ましい材料である。さらに、２成分系の相図からＣｕはＣｏと金属間化合物を形成しないことが知られている。但し、Ｃｕ又はＣｕ合金を使用することには、いくつかの欠点もある。第１には、Ｃｕがフッ素によって容易に腐食する点である。しかし、この腐食は析出と同時に形成されたフッ化コバルトがフッ素の拡散を防ぐことよって防止することができる。
【００３３】
Ｃｕ又はＣｕ合金を導電性パターンの材料に使用することの第２の欠点は、周囲の材料へのＣｕの拡散である。Ｃｕの拡散は、周囲の材料の電気的、機械的特性を劣化させる。しかし、上記フッ化コバルトは、Ｃｕの拡散障壁ともなる。従って、上記バリア層は、導電性パターンを完全に覆うように形成することが好ましい。
【００３４】
また、Ｃｕの拡散を防止するために、上記バリア層と上記導電性パターンの間にさらにＣｕを透過しないＣｕバリア層をさらに形成することが好ましい。Ｃｕバリア層の材料は、Ｔａ又はその化合物であることが好ましい。
【００３５】
本発明の金属配線構造の一例を図１に示す。図１は、含フッ素誘電体が2層の場合の例を示す。尚、本発明は特定の構造に限られるものではなく、含フッ素誘電体を含むあらゆる金属配線構造に適用できるものである。金属配線構造は、能動素子及び／又は受動素子を接続あるいは層間接続するのに使用されるものであり、複数の階層の金属層を含む場合が多い。これらの金属層は、接続するパターンに応じて、階層内あるいは階層間に形成された含フッ素誘電体層によって互いに分離し、含フッ素誘電体を通して形成した導電接続によって互いに接続する。従って、含フッ素誘電体層は、ビアホール、溝、コンタクトホールのような開口部を備えていることが好ましい。
【００３６】
以下、図１について説明する。まず、平坦な基板であるシリコンウエハ（１）上に、第１の含フッ素誘電体層（２）を形成する。この含フッ素誘電体は高分子状でも、酸化ケイ素のフッ化物ようなセラミック状でも良い。また、含フッ素誘電体は、成膜後にフッ素を導入した誘電体でも良い。フッ素の導入は例えばプラズマによるフッ素化により行うことができる。この方法は、フェニル基のような不飽和炭素結合を有する有機高分子に有効である。不飽和端炭化結合を有する有機高分子としては、ベンゾシクロブタレン、即ちベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）（例えばＣｙｃｌｏｔｅｎｅ５０２１TMとして入手可能）、ポリアリレンエーテル（例えばＦＬＡＲＥTMII）、芳香族炭化水素（例えばＳＩＬＫTM）、ポリイミドなどが挙げられる。成膜後にフッ素を導入する利点は、フッ化を局所的に行うことが可能となる点である。
【００３７】
ハードマスク層（３）、例えば窒化シリコン層を、第１の含フッ素誘電体層の上に形成する。ハードマスク層（３）は、その下層の含フッ素誘電体層（２）に対して選択的にエッチングすることができる材料である。次にレジスト層（４）を形成して、パターニングを行う（図１（ａ））。次にハードマスク層（４）について、現像したレジスト層（４）をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥと称す）によるパターニング行い、第１の含フッ素誘電体層（２）の表面が露出する穴を少なくとも一箇所形成する（図１（ｂ））。ＲＩＥ工程の後、残ったレジスト層は除去する。
【００３８】
第２の含フッ素誘電体層（５）を、パターニングされたハードマスク層（３）の上に形成する（図１（ｃ））。次に、レジスト層（６）を第２の含フッ素誘電体層（５）に形成し、レジスト層（６）のパターニングを行う（図１（ｄ））。第２の含フッ素誘電体層（５）について、パターニングされたレジスト層（６）をマスクとしてエッチングを行い、溝を形成する。ハードマスク層（３）は、エッチングの進行を停止する機能を有し、溝が第１の含フッ素誘電体層（２）にまで及ぶのを防ぐ（図１（ｅ））。第１の含フッ素誘電体層（２）は、ハードマスク層（３）をマスクとして、即ちハードマスク層（３）の開口部においてエッチングされ、基板（１）の表面を露出させるコンタクトホールが形成される（図１（ｅ））。第１の誘電体層のエッチングと、第２の誘電体層のエッチングは、１度のエッチングで行っても良いし、2度のエッチングに分けても良い。次に、レジスト層（６）が除去される。
【００３９】
貴金属に類する金属、好ましくはＣｏから成る導電性材料（７）を、ハードマスク層（３）、第１の含フッ素誘電体層（２）、第２の含フッ素誘電体層（５）及びシリコン基板（１）の露出された表面上に薄く成膜してバリア層を形成する（図１（ｆ））。含フッ素誘電体層から供給されたフッ素とＣｏの反応によって、フッ化コバルト層ＣｏxＦy’（ｘおよびｙは正数）が、含フッ素誘電体層とＣｏ層（７）の界面に形成される。即ち、これにより導電性材料から成るバリア層であるＣｏ層（７）はフッ素の拡散障壁を形成する。この反応は、過熱工程によって促進される。フッ化コバルト層の成長は、自己制限的であり、膜厚は最大５ｎｍである。
【００４０】
バリア層と基板との接触部、即ちＣｏ層（７）と基板（１）との界面においては、低抵抗のフッ化されたコバルトシリサイドが形成されるため、接触抵抗が小さい。
【００４１】
次に、バリア層（７）の上に、Ｃｕ等の金属を析出させて導電性パターン（８）を形成する。このＣｕから成る導電性パターン（８）は、第１の含フッ素誘電体層（２）と第２の含フッ素誘電体層（５）に形成されたコンタクトホール、及び第２の含フッ素誘電体層（５）に形成された溝を埋める。
【００４２】
導電性パターン（８）は、溝やコンタクトホールを各々電気的に分離するために平坦化される（図１（ｇ））。平坦化は、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって行うことができる。Ｃｕは殆ど完全にＣｏによって覆われ、Ｃｕの拡散が防止されるが、Ｃｕの上面だけは覆われずに残っている。
【００４３】
Ｃｕを完全に覆うため、バリア層であるＣｏ層（９）が、導電性パターンであるＣｕ層（８）の上に選択的に形成される（図１（ｈ））。これにより、導電性パターンであるＣｕ層は、バリア層であるＣｏ層によって完全に覆われる。続いて含フッ素誘電体層を形成する（又はフッ素雰囲気に晒す）ことによって、Ｃｕ層（８）を覆うＣｏ層（９）上にもフッ化コバルト層が形成される。
【００４４】
Ｃｏは、無電解メッキが可能な典型的な金属材料である。また、適当な活性化を行えば、Ｃｏ同様にＣｕもメッキにより析出させることができる。従って、ここに述べた金属層の形成は、全て物理的気相成長法（ＰＶＤ）を用いずに、メッキ法によって行うことも可能である。
【００４５】
また、本発明の金属配線構造と製造方法の別の一例は次の通りである。まず、第１のＣｏ層を、第１の含フッ素誘電体層の上に薄く析出させてバリア層を形成する。尚、第１のＣｏ層は、他の貴金属に類する金属、例えばＮｉ、Ｐｄ又はＰｔから成る層であっても良い。この第１のＣｏ層の形成によって、第１の含フッ素誘電体層から供給されたフッ素とＣｏが反応して、フッ化コバルト層が第１の含フッ素誘電体層と第１のＣｏ層の界面に形成される。
【００４６】
次に、Ｃｕ、又はＡｌ、Ａｌ合金等の他の金属を、上記第１のＣｏ層上に析出させて導電性パターンを形成する。
【００４７】
次に、第２のＣｏ層を、上記Ｃｕの上に選択的に形成する。
【００４８】
最後に、上記第２のＣｏ層を、例えば第２の含フッ素誘電体層を第２のＣｏ層上に形成することによりフッ素に晒し、フッ化コバルト層を上記第２のＣｏ層に形成する。
【００４９】
本発明の金属配線構造と製造方法のまたさらに別の一例は次の通りである。まず、含フッ素誘電体層上に、第１のＣｏ層を８０〜２００ｎｍ析出させてバリア層を形成する。第１のＣｏ層の代りに、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ等の貴金属に類する金属から成る層を形成しても良い。尚、上記含フッ素誘電体層には、ビアホールや溝のような開口部を少なくとも１つ設けておくことが好ましい。第１のＣｏ層の形成は、例えば物理的気相成長法によって行うことができる。また、第１のＣｏ層の形成は、少なくとも上記開口部を覆うように行う。
【００５０】
第１のＣｏ層の形成により、含フッ素誘電体から供給されたフッ素とＣｏが反応し、フッ化コバルト層が、上記含フッ素誘電体層と上記第１のＣｏ層の界面に形成される。フッ化コバルト層の形成は、加熱によって促進される。しかし、フッ化コバルト層の形成反応は自己制限的であるため、膜厚は一般に３−５ｎｍである。このフッ化コバルト層は、フッ素とＣｕの両方を透過しない拡散障壁層を構成する。
【００５１】
フッ化コバルト層の形成後、フッ化コバルト層上の第１のＣｏ層のみを、電気化学的なエッチングによって選択的に除去する。その後、Ｃｕを含む金属を、少なくとも上記開口部を完全に充たすように、フッ化コバルト層の上に析出させる。Ｃｕを含む金属の析出は、電解メッキによって行うことが好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の金属配線構造は、含フッ素誘電体を覆うバリア層を有する。バリア層は含フッ素誘電体中のフッ素と反応してフッ化物を形成し、このフッ化物層は含フッ素誘電体からのフッ素の拡散を防ぐ役割を果たす。このため、導電性パターン等、金属配線構造の他の部分がフッ素に侵されるのを防ぐことができる。
【００５３】
また、本発明の金属配線構造は、バリア層が導電性パターンからのＣｕ等の拡散を防止するため、金属配線構造周囲の金属汚染による特性劣化を防止することができる。
【００５４】
さらに、バリア層をＣｏ等のシリサイドを形成する材料によって形成することにより、シリコンウエハやシリコンウエハ上の素子のシリコン層とバリア層の良好な導通を確保することができる。これにより、本発明の金属配線構造をシリコンウエハ上の素子の接続等に用いた場合に、接続部分の良好な電気接触を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）から（ｈ）は、本発明の金属配線構造の製造工程の一例を示す工程図である。
【図２】  図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の金属配線構造における、バリア層と含フッ素誘電体層の間の界面を分析したＸＰＳスペクトルである。
【符号の説明】
１  シリコンウエハ、
２  第１の含フッ素誘電体、
３  ハードマスク層、
４及び６  レジスト層、
５  第２の含フッ素誘電体、
７及び９  バリア層、
８  導電性パターン。
【図１】
0004375585.tif 000002
【図２】
0004375585.tif 000003