特許 7343407 金属配線の形成方法及び金属配線構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-04

(45)【発行日】2023-09-12

(54)【発明の名称】金属配線の形成方法及び金属配線構造体

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/768 20060101AFI20230905BHJP

   H01L 21/3213 20060101ALI20230905BHJP

【ＦＩ】

H01L21/90 A

H01L21/88 D

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020004476

(22)【出願日】2020-01-15

(65)【公開番号】P2021111756

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-11-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】山本 弘輝

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 康司

(72)【発明者】

【氏名】中光 豊

(72)【発明者】

【氏名】小風 豊

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１２３８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１８２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０５１１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

銅を含む金属配線層と、前記金属配線層に積層され、前記金属配線層の表面の一部が露出する開口が設けられた層間絶縁層とを有する積層構造体を準備し、
第１スパッタリング成膜により、前記層間絶縁層の側面に沿って初期層としての窒素が含有する銅アルミニウム層を形成し、
第２スパッタリング成膜により、前記側面に前記初期層を介して銅アルミニウム層を形成する
金属配線の形成方法。

【請求項2】

請求項１に記載された金属配線の形成方法であって、
前記第１スパッタリング成膜として、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法、または、スパッタリングターゲットの法線と前記層間絶縁層の法線とを非平行にして実行するスパッタリング法を採用する
金属配線の形成方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載された金属配線の形成方法であって、
前記第１スパッタリング成膜として、銅アルミニウムを含有するターゲットを用い、プラズマガスに窒素を含有させながら前記初期層を形成する
金属配線の形成方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記第２スパッタリング成膜として、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法を採用する
金属配線の形成方法。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記銅アルミニウム層の厚みよりも、前記初期層の厚みが薄くなるように前記初期層を形成する
金属配線の形成方法。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記初期層が形成された後、前記初期層に加熱処理が施される
金属配線の形成方法。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記層間絶縁層として、Ｌｏｗ－ｋ層を用いる
金属配線の形成方法。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記銅アルミニウム層として、ＣｕＡｌ_２層を用いる
金属配線の形成方法。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記開口は、前記層間絶縁層に設けられた、ビアホールまたはトレンチであり、前記ビアホールの開口幅または前記トレンチの線幅は、２０ｎｍ以下である
金属配線の形成方法。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１つに記載された金属配線の形成方法であって、
前記銅アルミニウム層を形成した後に、前記開口に銅アルミニウム配線をスパッタリング法または鍍金法により形成する
金属配線の形成方法。

【請求項11】

請求項１０に記載された金属配線の形成方法であって、
前記銅アルミニウム配線の成分は、前記銅アルミニウム層の成分と同じである
金属配線の形成方法。

【請求項12】

銅を含む金属配線層と、
前記金属配線層に積層され、前記金属配線層の表面の一部を露出させる開口が設けられた層間絶縁層と、
前記層間絶縁層の前記開口の側面に沿って設けられた窒素が含有する銅アルミニウム層と、
前記開口の前記側面に前記窒素が含有する銅アルミニウム層を介して設けられた銅アルミニウム層と
を具備する金属配線構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属配線の形成方法及び金属配線構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＳＩ等の電子部品では、層間絶縁層に設けられたビアホール等の開口に導電層が埋め込まれ、導電層によって層間の金属配線層同士が電気的に接続される。開口への導電層の埋め込みは、開口と層間絶縁層の表面とに導電層が形成された後に、層間絶縁層上の導電層が化学機械研磨法によって除去されることでなされる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１７７３６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで近年の電子部品の高速化にともない、層間絶縁層としては寄生容量の少ないＬｏｗ－ｋ材が用いられている。このＬｏｗ－ｋ材は、一般的には低密度な材料で構成されている。このため、開口に形成された導電層から層間絶縁層への金属拡散をいかにして防ぐかは重要な課題となる。例えば、導電層から層間絶縁層への金属拡散が生じると、層間絶縁層の誘電率が変化したり、層間絶縁層内での電気的リークが生じたりして、電子部品の信頼性が低減する可能性がある。

【0005】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、層間絶縁層の開口に形成した金属配線を含む電子部品において、その信頼性を低減させない金属配線の形成方法及び金属配線構造体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る金属配線の形成方法は、以下の通りである。
銅を含む金属配線層と、上記金属配線層に積層され、上記金属配線層の表面の一部が露出する開口が設けられた層間絶縁層とを有する積層構造体が準備される。
第１スパッタリング成膜により、上記層間絶縁層の上記開口の側面に沿って、初期層として窒素が含有する銅アルミニウム層が形成される。
第２スパッタリング成膜により、上記側面に上記初期層を介して銅アルミニウム層が形成される。

【0007】

このような金属配線の形成方法によれば、窒素が含有する銅アルミニウム層と層間絶縁層との間に自発的にバリア層が形成されて、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【0008】

上記の金属配線の形成方法においては、上記第１スパッタリング成膜として、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法、または、スパッタリングターゲットの法線と上記層間絶縁層の法線とを非平行にして実行するスパッタリング法を採用してもよい。

【0009】

このような金属配線の形成方法によれば、窒素が含有する銅アルミニウム層が良好な段差被覆性をもって開口に形成され、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【0010】

上記の金属配線の形成方法においては、上記第１スパッタリング成膜として、銅アルミニウムを含有するターゲットを用い、プラズマガスに窒素を含有させながら上記初期層を形成してもよい。

【0011】

このような金属配線の形成方法によれば、窒素が含有する銅アルミニウム層が開口に形成され、窒素が含有する銅アルミニウム層と層間絶縁層との間に自発的にバリア層が形成されて、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【0012】

上記の金属配線の形成方法においては、上記第２スパッタリング成膜として、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法を採用してもよい。

【0013】

このような金属配線の形成方法によれば、銅アルミニウム層が良好な段差被覆性をもって開口に形成され、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【0014】

上記の金属配線の形成方法においては、上記銅アルミニウム層の厚みよりも、上記初期層の厚みが薄くなるように上記初期層を形成してもよい。

【0015】

このような金属配線の形成方法によれば、窒素が含有する薄い銅アルミニウム層が開口に形成されることから、開口の開口幅が徒に狭くならず、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【0016】

上記の金属配線の形成方法においては、上記初期層が形成された後、上記初期層に加熱処理が施されてもよい。

【0017】

このような金属配線の形成方法によれば、窒素が含有する銅アルミニウム層と層間絶縁層との間においてバリア層の形成が促進されて、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【0018】

上記の金属配線の形成方法においては、上記層間絶縁層として、Ｌｏｗ－ｋ層を用いてもよい。

【0019】

このような金属配線の形成方法によれば、層間絶縁層としてＬｏｗ－ｋ層を用いても、窒素が含有する銅アルミニウム層と層間絶縁層との間においてバリア層の形成が促進されることから層間絶縁層の機能が損なわれにくくなる。

【0020】

上記の金属配線の形成方法においては、上記銅アルミニウム層として、ＣｕＡｌ_２層を用いてもよい。

【0021】

このような金属配線の形成方法によれば、狭小の開口に銅アルミニウムを含む金属配線が形成される。

【0022】

上記の金属配線の形成方法においては、上記開口は、上記層間絶縁層に設けられた、ビアホールまたはトレンチであり、上記ビアホールの開口幅または上記トレンチの線幅は、２０ｎｍ以下であってもよい。

【0023】

このような金属配線の形成方法によれば、上記サイズの開口でも銅アルミニウムを含む金属配線が形成される。

【0024】

上記の金属配線の形成方法においては、上記銅アルミニウム層を形成した後に、上記開口に銅アルミニウム配線をスパッタリング法または鍍金法により形成してもよい。

【0025】

このような金属配線の形成方法によれば、開口に銅アルミニウム層を形成した後に、開口に銅アルミニウム配線が形成される。

【0026】

上記の金属配線の形成方法においては、上記銅アルミニウム配線の成分は、上記銅アルミニウム層の成分と同じであってもよい。

【0027】

このような金属配線の形成方法によれば、開口に同じ成分の銅アルミニウム層及び銅アルミニウム配線が形成される。

【0028】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る金属配線構造体は、銅を含む金属配線層と、層間絶縁層と、窒素が含有する銅アルミニウム層と、銅アルミニウム層とを具備する。
層間絶縁層は、上記金属配線層に積層され、上記金属配線層の表面の一部を露出させる開口が設けられれている。
上記窒素が含有する銅アルミニウム層は、上記層間絶縁層の上記開口の側面に沿って設けられている。
銅アルミニウム層は、上記開口に上記窒素が含有する銅アルミニウム層を介して設けられている。

【0029】

このような金属配線構造体によれば、窒素が含有する銅アルミニウム層と層間絶縁層との間に自発的にバリア層が形成されて、層間絶縁層に信頼性の高い金属配線が形成される。

【発明の効果】

【0030】

以上述べたように、本発明によれば、電子部品の信頼性を低減させない金属配線の形成方法及び金属配線構造体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図（ａ）及び図（ｂ）は、電子部品の上層における、層間絶縁層、金属配線、及び金属配線層の積層構造の一部を示す模式的断面図である。

【図2】図１（ａ）に例示された積層構造体の製造過程を示す模式的断面図である。

【図3】図１（ａ）に例示された積層構造体の製造過程を示す模式的断面図である。

【図4】図１（ｂ）に例示された積層構造体の製造過程を示す模式的断面図である。

【図5】図１（ｂ）に例示された積層構造体の製造過程を示す模式的断面図である。

【図6】積層構造体の製造過程の変形例を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。

【0033】

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、電子部品の上層における、層間絶縁層、金属配線、及び金属配線層の積層構造の一部を示す模式的断面図である。

【0034】

図１（ａ）、（ｂ）には、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、メモリ等を含む電子部品（例えば、半導体装置）の上層における、金属配線構造体としての層間絶縁層、金属配線、及び金属配線層が示されている。

【0035】

図１（ａ）に示す積層構造体１は、金属配線層１０、３０と、層間絶縁層１１、２１、３１と、金属配線２０とを具備する。

【0036】

金属配線層１０は、例えば、積層構造体１の下方に設けられた、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、メモリ等（不図示）のいずれかに電気的に接続された配線層である。または、金属配線層１０の電位は、浮遊していてもよい。金属配線層１０の外周には、層間絶縁層１１が設けられている。

【0037】

金属配線２０は、その下端２０ｄが金属配線層１０に電気的に接続され、その上端２０ｕが金属配線層３０に接続されている。層間絶縁層２１は、金属配線層１０及び層間絶縁層１１に積層され、金属配線２０の外周が層間絶縁層２１によって囲まれている。例えば、金属配線２０は、層間絶縁層２１に設けられたビアホール等の開口２１ｈに埋設されている。開口２１ｈは、ビアホールのほか、例えば、トレンチであってもよい。

【0038】

金属配線２０は、窒素が含有する銅アルミニウム（ＣｕＡｌ_ｘＮ_ｙ）層２００と、銅アルミニウム層２０１と、銅アルミニウム配線２０２とを有する。以下、窒素が含有する銅アルミニウム層を本実施形態では窒化銅アルミニウム層２００と呼ぶ。窒化銅アルミニウム層２００は、層間絶縁層２１に接し、銅アルミニウム層２０１は、窒化銅アルミニウム層２００と銅アルミニウム配線２０２との間に設けられる。

【0039】

金属配線層３０は、金属配線２０の上端２０ｕに電気的に接続されている。層間絶縁層３１は、層間絶縁層２１に積層され、金属配線層３０の外周に層間絶縁層３１が設けられている。

【0040】

金属配線層１０、３０及び金属配線２０の材料は、Ｃｕを含む材料である。例えば、金属配線層１０、３０及び金属配線２０の銅アルミニウム層２０１、銅アルミニウム配線２０２の材料は、Ｃｕ合金である。ここで、Ｃｕ合金とは、ＣｕＡｌ_２（ＣｕＡｌ_２－θ層）等の金属間化合物である。層間絶縁層１１、２１、３１の材料は、例えば、比誘電率２以下のＬｏｗ－ｋ材（ＣＶＤ－ＳｉＯＣ、ＣＶＤ－ＳｉＯ_２等）である。

【0041】

金属配線層３０の材料が純Ｃｕのとき、金属配線層３０と、層間絶縁層２１、３１との間にもバリア層が設けられてよい。なお、銅アルミニウム層２０１と銅アルミニウム配線２０２とは、同じ成分で構成されているため、銅アルミニウム層２０１と銅アルミニウム配線２０２との境界（破線）は、消滅してもよい。

【0042】

また、図１（ｂ）に示す積層構造体２においては、層間絶縁層２１上にさらに層間絶縁層３１が設けられ、層間絶縁層３１に、開口２１ｈよりも開口幅の広い開口３１ｈが形成されている。開口２１ｈには、金属配線２５の配線部２５ａが設けられ、開口３１ｈには、配線部２５ａよりも線幅の広い、金属配線２５の配線部２５ｂが設けられている。すなわち、金属配線２５は、配線部２５ａと配線部２５ｂとを有する。換言すれば、配線部２５ａは、ビア配線であり、配線部２５ｂは、電極である。

【0043】

金属配線２５は、窒化銅アルミニウム層２５０と、銅アルミニウム層２５１と、銅アルミニウム配線２５２とを有する。窒化銅アルミニウム層２５０は、層間絶縁層２１、３１に接し、銅アルミニウム層２５１は、窒化銅アルミニウム層２５０と銅アルミニウム配線２５２との間に設けられる。銅アルミニウム層２５１と銅アルミニウム配線２５２とは、同じ成分で構成されている。例えば、銅アルミニウム層２５１及び銅アルミニウム配線層２５の材料は、ＣｕＡｌ_２（ＣｕＡｌ_２－θ層）等のＣｕ合金である。このため、銅アルミニウム層２５１と銅アルミニウム配線２５２との境界（破線）は、消滅してもよい。

【0044】

このような積層構造体２も本実施形態に含まれる。

【0045】

図１（ａ）に示す積層構造体１の製造過程について説明する。

【0046】

図２（ａ）～図３（ｃ）は、図１（ａ）に例示された積層構造体１の製造過程を示す模式的断面図である。

【0047】

図２（ａ）に示すように、まず、金属配線層１０と、層間絶縁層１１、２１とを有する積層構造体１ａが準備される。積層構造体１ａにおいては、金属配線層１０の外周に層間絶縁層１１が設けられ、金属配線層１０及び層間絶縁層１１には、層間絶縁層２１が積層されている。層間絶縁層２１には、金属配線層１０の表面１０ｓの一部が露出する開口２１ｈが設けられている。

【0048】

開口２１ｈは、層間絶縁層２１の上下の主面間を貫通するビアホールでもよく、層間絶縁層２１の主面と平行な方向に延在するトレンチでもよい。例えば、開口２１ｈの開口幅（トレンチの場合は線幅）が５～１５ｎｍのとき、開口２１ｈの深さは、２０～４０ｎｍである。

【0049】

積層構造体１ａは、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング等の成膜技術、ドライ式またはウェット式によるエッチング技術、フォトリソグラフィ等の製造工程が組み合わされて形成される。ここで、開口２１ｈが層間絶縁層２１に形成され、金属配線層１０の一部が露出すると、金属配線層１０の露出面１０１には、自然酸化膜（例えば、酸化銅）が形成される場合がある。

【0050】

次に、図２（ｂ）に示すように、スパッタリング成膜（第１スパッタリング成膜）により、層間絶縁層２１の表面２１ｓと、開口２１ｈの側面２１ｗと、露出面１０１とに沿って、窒化銅アルミニウム層２００が形成される。例えば、ＣｕＡｌ_２（ＣｕＡｌ_２－θ層）等の銅アルミニウムターゲットを用い、窒素が含有した放電ガスが用いられる。例えば、放電ガスとして、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の不活性ガスが用いられ、放電ガスに窒素（Ｎ_２）が添加される。

【0051】

これにより、プラズマガス中では窒素が活性となって、いわゆる反応性スパッタリングにより、表面２１ｓ、側面２１ｗ、及び露出面１０１に、窒化銅アルミニウム層２００が形成される。但し、開口２１ｈの開口幅が狭くなるほど、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みよりも、表面２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みが厚く形成される。

【0052】

また、このスパッタリング成膜では、表面２１ｓ、側面２１ｗ、及び露出面１０１に沿って窒化銅アルミニウム層２００を形成する意図から、スパッタリング粒子の指向性を向上させたスパッタリング法が適用される。例えば、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法が適用される。

【0053】

例えば、異方性スパッタリングとは、例えば、積層構造体１ａを含む基板とターゲットとの間の距離を比較的長く設定し、低圧領域（例えば、１０^－６Ｐａ～１０^－１Ｐａ）のプラズマを利用するスパッタリング法が該当し、等方性スパッタリングとは、基板とターゲットとの間の距離を比較的短く設定し、中圧領域から高圧領域（例えば、１０^－１Ｐａ～１０Ｐａ）のプラズマを利用するスパッタリング法が該当する。プラズマ放電については、ミラー磁場を用いたプラズマ閉じ込め方式によるマグネトロン放電方式、及び、それと合わせた材料自体に高電圧を印加することにより、プラズマ状態を自己保持する放電方式が採用される。異方性スパッタリグの例として、例えば、ＬＴＳ（Long Through Sputtering）等のスパッタリング法が適用される。

【0054】

但し、開口２１ｈの開口幅が狭くなるほど、スパッタリング粒子が露出面１０１に届きにくくなることから、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みよりも、表面２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みが厚く形成される。

【0055】

次に、図２（ｃ）に示すように、層間絶縁層２１の表面２１ｓ及び露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００に、物理的エッチングが施される。

【0056】

物理的エッチングでは、プラズマガスとして、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等の不活性ガスが放電したプラズマが用いられる。このプラズマを用いた物理的エッチングとしては、基板バイアスを印加してプラズマイオンの指向性を向上させたスパッタエッチング法が適用される。例えば、等方性エッチングよりも異方性エッチングを優先させたエッチング法が適用される。例えば、積層構造体１ａを含む基板に負電位バイアスが重畳され、低圧領域（例えば、１０Ｅ^－３Ｐａ～１０Ｐａ）でのプラズマ処理が施される。

【0057】

これにより、プラズマ中のイオンが層間絶縁層２１の表面２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２００のほか、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００にも届きやすくなり、表面２１ｓ及び露出面１０１に堆積した、双方の窒化銅アルミニウム層２００が同時にエッチングされる。但し、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みよりも、表面２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みが厚いため、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００が先に除去され、表面２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２００は、表面２１ｓに残存する。

【0058】

この結果、表面２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２００の厚みは減少し、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２００については露出面１０１から除去される。さらに、露出面１０１については、物理的エッチングによるオーバーエッチングが施され、露出面１０１に形成されている金属配線層１０の自然酸化膜が露出面１０１から除去される。

【0059】

これにより、層間絶縁層２１の表面２１ｓと、開口２１ｈの側面２１ｗとに、初期層として窒化銅アルミニウム層２００が形成される。なお、窒化銅アルミニウム層２００の厚みは、後述する銅アルミニウム層２０１の厚みよりも薄くなるように設定される。これにより、開口２１ｈの開口幅が徒に狭くならず、所定の開口幅が確保される。例えば、側面２１ｗにおける、窒化銅アルミニウム層２００の厚みは、１～３ｎｍであり、銅アルミニウム層２０１の厚みは、１～４ｎｍである。

【0060】

次に、図３（ａ）に示すように、スパッタリング成膜（第２スパッタリング成膜）により、露出面１０１と、表面２１ｓ及び側面２１ｗのそれぞれとに窒化銅アルミニウム層２００を介して銅アルミニウム層２０１が形成される。

【0061】

スパッタリング法としては、露出面１０１及び窒化銅アルミニウム層２００に沿って銅アルミニウム層２０１を形成する意図から、スパッタリング粒子の指向性を向上させたスパッタリング法が適用される。例えば、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法が適用される。例えば、ＬＴＳ等のスパッタリング法が適用される。

【0062】

次に、図３（ｂ）に示すように、開口２１ｈ及び銅アルミニウム層２０１上に、銅アルミニウム層２０１の成分と成分が同じとする銅アルミニウム配線層２０２Ｌがスパッタリング法または鍍金法により形成される。銅アルミニウム配線層２０２Ｌにおいては、開口２１ｈ及び銅アルミニウム層２０１上に形成された後に、必要に応じて２００～３５０℃のリフロー処理が施されてもよい。

【0063】

これにより、初期層である窒化銅アルミニウム層２００には実質的に加熱処理が施される。あるいは、窒化銅アルミニウム層２００を形成した直後、または銅アルミニウム層２０１を形成した直後に、２００～３５０℃で窒化銅アルミニウム層２００が加熱される工程が設けられてもよい。なお、銅アルミニウム配線層２０２Ｌをスパッタリング法で形成するときは、銅アルミニウム層２０１と、銅アルミニウム配線層２０２Ｌとをスパッタリング法で連続して形成してもよい。

【0064】

次に、図３（ｃ）に示すように、層間絶縁層２１上の銅アルミニウム配線層２０２Ｌ、銅アルミニウム層２０１、及び窒化銅アルミニウム層２００のそれぞれの余剰分が化学機械研磨によって除去されて、開口２１ｈに該余剰分が除去され残された金属配線２０が形成される。この後、図１（ａ）に示すように、層間絶縁層２１上に層間絶縁層３１が形成され、さらに、層間絶縁層３１内に、金属配線２０に電気的に接続される金属配線層３０が形成される。

【0065】

図４（ａ）～図５（ｃ）は、図１（ｂ）に例示された積層構造体２の製造過程を示す模式的断面図である。

【0066】

図４（ａ）に示すように、金属配線層１０と、層間絶縁層１１、２１、３１とを有する積層構造体２ａが準備される。積層構造体２ａにおいては、層間絶縁層２１に開口２１ｈが設けられ、層間絶縁層３１に、開口２１ｈに連通する開口３１ｈが設けられている。開口３１ｈの開口幅は、開口２１ｈの開口幅よりも広く形成される。

【0067】

積層構造体２ａは、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング等の成膜方法、ドライ式またはウェット式によるエッチング方法、フォトリソグラフィ等のウェーハプロセスが組み合わされて形成される。開口２１ｈが層間絶縁層２１に形成された後、金属配線層１０の露出面１０１には、自然酸化膜が形成される場合がある。

【0068】

次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁層３１の表面３１ｓと、開口２１ｈにおいて露出した層間絶縁層２１の表面２１ｓと、開口３１ｈの側面３１ｗと、開口２１ｈの側面２１ｗと、開口２１ｈにおいて露出した金属配線層１０の露出面１０１とに沿って、窒化銅アルミニウム層２５０が形成される。

【0069】

ここで、スパッタリング法としては、スパッタリング粒子の指向性を向上させたスパッタリング法が適用される。例えば、積層構造体１ａの製造過程と同様に異方性スパッタリングよりも等方性スパッタリングを優先したスパッタリング法が適用される。ここで、露出面１０１に堆積する窒化銅アルミニウム層２５０の厚みよりも、層間絶縁層３１の表面３１ｓ及び層間絶縁層２１の表面２１ｓに堆積する窒化銅アルミニウム層２５０の厚みが厚くなる。なお、開口３１ｈの開口幅は、開口２１ｈの開口幅よりも広いため、層間絶縁層３１の表面３１ｓに堆積する窒化銅アルミニウム層２５０の厚みは、層間絶縁層２１の表面２１ｓに堆積する窒化銅アルミニウム層２５０の厚みよりも厚く形成される。

【0070】

次に、図４（ｃ）に示すように、層間絶縁層３１の表面３１ｓ、層間絶縁層２１の表面２１ｓ及び露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２５０に、例えば、積層構造体１ａの製造過程と同様に指向性を向上させた物理的エッチングが施される。

【0071】

この結果、表面３１ｓ、２１ｓに堆積した窒化銅アルミニウム層２５０の厚みは減少し、露出面１０１に堆積した窒化銅アルミニウム層２５０については露出面１０１から除去される。さらに、露出面１０１については、物理的エッチングによるオーバーエッチングが施され、露出面１０１に形成されている金属配線層１０の自然酸化膜が露出面１０１から除去される。

【0072】

次に、図５（ａ）に示すように、スパッタリング成膜により、露出面１０１と、表面２１ｓ、側面２１ｗ、表面３１ｓ、及び側面３１ｗのそれぞれとに窒化銅アルミニウム層２５０を介して銅アルミニウム層２５１が形成される。

【0073】

スパッタリング法としては、露出面１０１及び窒化銅アルミニウム層２５０に沿って銅アルミニウム層２５１を形成する意図から、スパッタリング粒子の指向性を向上させたスパッタリング法が適用される。例えば、等方性スパッタリングよりも異方性スパッタリングを優先させたスパッタリング法が適用される。例えば、ＬＴＳ等のスパッタリング法が適用される。

【0074】

次に、図５（ｂ）に示すように、開口２１ｈ及び銅アルミニウム層２５１上に、銅アルミニウム層２５１の成分と成分が同じとする銅アルミニウム配線層２５２Ｌがスパッタリング法または鍍金法により形成される。銅アルミニウム配線層２５２Ｌにおいては、開口２１ｈ及び銅アルミニウム層２５１上に形成された後に、必要に応じて２００～３５０℃のリフロー処理が施されてもよい。

【0075】

銅アルミニウム配線層２５２Ｌをスパッタリング法で形成するときは、銅アルミニウム層２５１と、銅アルミニウム配線層２５２Ｌとをスパッタリング法で連続して形成してもよい。

【0076】

これにより、初期層である窒化銅アルミニウム層２５０には実質的に加熱処理が施される。あるいは、窒化銅アルミニウム層２５０を形成した直後、または銅アルミニウム層２５１を形成した直後に、２００～３５０℃で窒化銅アルミニウム層２５０が加熱される工程が設けられてもよい。

【0077】

次に、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁層３１上の銅アルミニウム配線層２５２Ｌ、銅アルミニウム層２５１、及び窒化銅アルミニウム層２５０のそれぞれの余剰分が化学機械研磨によって除去されて、開口２１ｈに該余剰分が除去され残された金属配線２５が形成される。

【0078】

図１（ａ）の積層構造体１を例に本実施形態の作用について説明する。

【0079】

本実施形態においては、金属配線２０において、層間絶縁層２１に接する窒化銅アルミニウム層２００が窒化物（ＣｕＡｌ_ｘＮ_ｙ）であるため、層間絶縁層２１と窒化銅アルミニウム層２００との界面において、窒化銅アルミニウム層２００の窒素と層間絶縁層２１中の酸素との反応が進行する。この反応は、例えば、リフロー処理等により、窒化銅アルミニウム層２００と層間絶縁層２１とが加熱されることで促進する。

【0080】

これにより、窒化銅アルミニウム層２００と、層間絶縁層２１との界面には、例えば、化学式Ａｌ_ｘ'Ｏ_ｙ'Ｎ_ｚ'で表される極薄の酸化窒化アルミニウム層が自発的に形成される。従って、銅アルミニウム層２０１と層間絶縁層２１との間には、窒化物である窒化銅アルミニウム層２００と、窒化酸化物である酸化窒化アルミニウム層とが介在することになり、銅アルミニウム層２０１（または、銅アルミニウム配線２０２）から層間絶縁層２１への金属拡散がより確実に防止される。これにより、層間絶縁層２１の特性が高い信頼性をもって維持される。

【0081】

また、酸化窒化アルミニウム層と窒化銅アルミニウム層２００とは、共にアルミニウム及び窒素を有し、酸化窒化アルミニウム層と層間絶縁層２１とは、共に酸素を有する。これにより、窒化銅アルミニウム層２００と層間絶縁層２１との間では、酸化窒化アルミニウム層が密着層となって機能し、窒化銅アルミニウム層２００と層間絶縁層２１との間での高い密着力が発生する。

【0082】

さらに、窒化銅アルミニウム層２００と銅アルミニウム層２０１とは、共にＣｕとＡｌとを有することから、窒化銅アルミニウム層２００と銅アルミニウム層２０１との間においても高い密着力が得られる。さらに、銅アルミニウム層２０１と銅アルミニウム配線２０２とは、成分を同じとする。

【0083】

従って、金属配線２０は、高い密着力をもって層間絶縁層２１に接する。図１（ｂ）の積層構造体２においても同様の効果を奏する。

【0084】

（変形例）

【0085】

図６は、積層構造体の製造過程の変形例を示す模式的断面図である。

【0086】

窒化銅アルミニウム層２００及び銅アルミニウム層２０１のスパッタリング成膜では、ＣｕＡｌ_２を含むスパッタリングターゲットの法線４０ｎと層間絶縁層２１の法線２１ｎとを非平行にしてスパッタリング成膜を実行してもよい。スパッタリング成膜の際、積層構造体１ａを含む基板は、表面２１ｓと平行な方向に適宜回転してもよい。

【0087】

基板を回転することによい、開口２１ｈにおけるスパッタリング膜の段差被覆性がますます向上する。これにより、窒化銅アルミニウム層２００は、より途切れることなく、且つ隙間なく層間絶縁層２１に密着し、銅アルミニウム層２０１は、より途切れることなく、且つ隙間なく露出面１０１及び窒化銅アルミニウム層２００に密着することになる。この結果、より信頼性の高い金属配線２０が得られる。なお、該変形例は、積層構造体２ａの製造過程に適用してもよい。

【0088】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

【符号の説明】

【0089】

１、１ａ、２、２ａ…積層構造体
１０、３０…金属配線層
１０ｓ、２１ｓ、３１ｓ…表面
１１、２１、３１…層間絶縁層
２０、２５…金属配線
２０ｄ…下端
２０ｕ…上端
２１ｈ、３１ｈ…開口
２１ｗ、３１ｗ…側面
２５ａ、２５ｂ…配線部
１０１…露出面
２００、２５０…窒化銅アルミニウム層
２０１、２５１…銅アルミニウム層
２０２、２５２…銅アルミニウム配線
２０２Ｌ、２５２Ｌ…銅アルミニウム配線層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】