JP2000124310A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JP2000124310A
JP2000124310A JP10294955A JP29495598A JP2000124310A JP 2000124310 A JP2000124310 A JP 2000124310A JP 10294955 A JP10294955 A JP 10294955A JP 29495598 A JP29495598 A JP 29495598A JP 2000124310 A JP2000124310 A JP 2000124310A
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JP
Japan
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film
wiring
copper
nitrogen content
tantalum nitride
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Application number
JP10294955A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Sekiguchi
満 関口
Tatsuya Yamada
達也 山田
Original Assignee
Matsushita Electronics Industry Corp
松下電子工業株式会社
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the (111) orientation of Cu and the electromigration resistance of an upper layer wiring by setting to a specified atm.% the nitrogen content of a tantalum nitride film adjacent to a Cu film constituting wirings. SOLUTION: In a first insulation film 1 a barrier metal (tantalum nitride film) 2 and a first wiring of a first Cu film 3 are formed, the first Cu film 3 is covered with a silicon nitride film 4 and a second insulation film 5, contact holes 6 and wiring trenches 7 are formed into the second insulation film 5, a Ta film 10 is formed in the contact holes 6 and wiring trenches 7, a TaNx film 11 contg. 1-35 atm.% nitrogen is formed thereon, and a second Cu film 9 is deposited thereon so as to bury the contact holes 6 and wiring trenches 7. A part of a lower wiring adjacent to the first Cu film 3 has a nitrogen content of 1-0% and hence can hold the contact resistance lowered by 30%, the TaNx film 11 contg. 1-35 atm.% nitrogen is used beneath an upper layer wiring and the (111) orientation of Cu can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、タンタルナイトラ
イド膜を有する銅配線を備えた半導体装置およびその製
造方法に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device having a copper wiring having a tantalum nitride film and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】0.18μm世代以降のシリコンLSI
においては、トランジスタの高速化に対し配線のCR成
分による遅延が無視できなくなったため、従来のAl配
線(比抵抗3μΩ・cm)に変わって、より低抵抗(比
抵抗1.7μΩ・cm)な銅を配線材料に用いる検討が
進んでいる。また、素子の微細化に伴い配線に流す電流
密度は世代ごとに増加しており、電流印加時に配線材料
が電子に押されて移動して配線が断線してしまうエレク
トロマイグレーションという現象に対してもその耐性を
高めていく必要がある。銅はAlに比べ融点が高いた
め、変形すなわち原子の移動が起こりにくいことが期待
され、エレクトロマイグレーション耐性も高いことが期
待されている。
2. Description of the Related Art Silicon LSI of 0.18 μm generation or later
In the above, since the delay due to the CR component of the wiring cannot be ignored with respect to the increase in the speed of the transistor, copper having a lower resistance (specific resistance of 1.7 μΩ · cm) is used instead of the conventional Al wiring (specific resistance of 3 μΩ · cm). Consideration is being given to using に as a wiring material. In addition, the density of the current flowing through the wiring is increasing with each generation due to the miniaturization of elements, and the phenomenon of electromigration, in which the wiring material is pushed by electrons and moves when the current is applied and the wiring is disconnected, is also reduced. It is necessary to increase its resistance. Since copper has a higher melting point than Al, it is expected that deformation, ie, movement of atoms, is unlikely to occur, and that electromigration resistance is also expected to be high.
【0003】しかし、銅配線においても0.3μm幅程
度の微細な配線では、エレクトロマイグレーション耐性
が悪化するという報告[Y. Igarashi et al, VLSI Sym
p., p.76, 1996]があり、銅配線においてもエレクトロ
マイグレーション耐性を向上していく必要がある。
[0003] However, it has been reported that the electromigration resistance is deteriorated in a fine wiring having a width of about 0.3 μm even in a copper wiring [Y. Igarashi et al, VLSI Sym.
p., p. 76, 1996], and it is necessary to improve electromigration resistance even in copper wiring.
【0004】銅配線においては、配線工程中の400℃
程度の熱処理により銅が絶縁膜中に拡散し、配線間リー
クが増加するのを防ぐ必要があるため、銅の拡散を防ぐ
バリア膜を、銅膜と絶縁膜の間に設ける必要がある。バ
リア膜としては銅の拡散に対するバリア性が強いタンタ
ルナイトライド膜が最も有望視されている。
In the case of copper wiring, 400 ° C. during the wiring process
Since it is necessary to prevent copper from diffusing into the insulating film due to the heat treatment to a certain degree and increase leakage between wirings, it is necessary to provide a barrier film for preventing copper diffusion between the copper film and the insulating film. As a barrier film, a tantalum nitride film having a strong barrier property against copper diffusion is considered most promising.
【0005】以下、図5を用いてタンタルナイトライド
膜を用いた銅配線技術について説明する(例えばM. Mou
ssavi他IITC, p.295, 1998)。
[0005] Hereinafter, a copper wiring technique using a tantalum nitride film will be described with reference to FIG.
ssavi et al. IITC, p.295, 1998).
【0006】まず、図5(a)のように、半導体装置上
の第1の絶縁膜1中にバリアメタル2、第1の銅膜3か
らなる溝配線が形成され、シリコン窒化膜4、第2の絶
縁膜5で覆われている半導体装置において、コンタクト
ホール6、配線溝7が形成される。ここで、バリアメタ
ル2とシリコン窒化膜4は配線工程中の400℃程度の
熱処理により銅が絶縁膜中に拡散するのを防ぐ役割を果
たしている。バリアメタル2はタンタルナイトライド膜
でもよい。次に図5(b)のように、Taターゲットと
Ar+N2混合ガスを用いた反応性スパッタで、TaNx
(タンタルナイトライド)膜8を堆積する。
First, as shown in FIG. 5A, a trench wiring comprising a barrier metal 2 and a first copper film 3 is formed in a first insulating film 1 on a semiconductor device. In the semiconductor device covered with the second insulating film 5, a contact hole 6 and a wiring groove 7 are formed. Here, the barrier metal 2 and the silicon nitride film 4 play a role in preventing copper from diffusing into the insulating film due to heat treatment at about 400 ° C. during the wiring process. The barrier metal 2 may be a tantalum nitride film. Next, as shown in FIG. 5 (b), TaN x was formed by reactive sputtering using a Ta target and an Ar + N 2 mixed gas.
(Tantalum nitride) film 8 is deposited.
【0007】次にスパッタ法で導電層となる銅膜を堆積
後、電解メッキ法により銅膜を堆積し第2の銅膜9を形
成し、コンタクトホール6、配線溝7を埋め込む。次に
図5(c)のように、CMP法等により、配線溝外部の
TaNx膜8、第2の銅膜9を除去し配線を形成する。
後はシリコン窒化膜、絶縁膜を堆積し、図5(a)以降
の工程が繰り返され多層配線が形成される。
Next, after depositing a copper film to be a conductive layer by a sputtering method, a copper film is deposited by an electrolytic plating method to form a second copper film 9, and the contact holes 6 and the wiring grooves 7 are buried. Next, as shown in FIG. 5C, the TaN x film 8 and the second copper film 9 outside the wiring groove are removed by a CMP method or the like to form a wiring.
Thereafter, a silicon nitride film and an insulating film are deposited, and the steps after FIG. 5A are repeated to form a multilayer wiring.
【0008】ここで、TaNx膜については、下層配線
を構成する第1の銅膜とのコンタクト抵抗が低いこと、
銅の絶縁膜中への拡散に対するバリア性が高いこと、第
2の銅膜からなる上層配線の信頼性を向上させることが
期待されている。
Here, the TaN x film has a low contact resistance with the first copper film forming the lower wiring,
It is expected that the barrier property against the diffusion of copper into the insulating film is high and that the reliability of the upper wiring formed of the second copper film is improved.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】窒素の含有量が高いほ
どバリア性が高くなることは知られている(Takeyama他
J.Vac.Sci.Tech. B 14, p.674, 1996)が、コンタクト
抵抗、配線の信頼性に及ぼす窒素含有量の最適値につい
てはこれまで報告されていない。
It is known that the higher the nitrogen content, the higher the barrier properties (Takeyama et al.).
J. Vac. Sci. Tech. B 14, p. 674, 1996) has not reported the optimal value of nitrogen content on the contact resistance and the reliability of wiring.
【0010】本発明は、主にTaNx膜中の窒素の含有
量の最適値を決めることで、これまでに半導体装置用に
検討されている銅配線よりもさらに信頼性が高く、かつ
低コンタクト抵抗、高バリア性の銅配線を有する半導体
装置およびその製造方法を提供するものである。
The present invention mainly determines the optimum value of the content of nitrogen in the TaN x film, thereby achieving higher reliability and lower contact than copper wiring which has been studied for semiconductor devices. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a copper wiring having high resistance and high barrier properties, and a method for manufacturing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、上層配線の銅膜と接するタ
ンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を原子%で1〜
35%としている。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention is characterized in that the nitrogen content of a tantalum nitride film portion in contact with a copper film of an upper wiring is 1 to 1 atomic%.
35%.
【0012】また本発明の半導体装置は、上層配線の銅
膜と接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を
原子%で1〜35%とし、下層配線の銅膜に接するタン
タルナイトライド膜部分を窒素含有量が1%以下のタン
タルナイトライド膜とするないしは、タンタル膜とした
構成とする。
Further, in the semiconductor device of the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the upper wiring is set to 1 to 35% in atomic%, and the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the lower wiring is formed. A tantalum nitride film having a nitrogen content of 1% or less or a tantalum film is used.
【0013】また本発明の半導体装置は、上層配線の銅
膜と接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を
原子%で1〜35%とし、下層配線の銅膜と絶縁膜に接
するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を35〜
50%とした構成とする。
In the semiconductor device according to the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the upper wiring is 1 to 35% in atomic%, and the tantalum nitride film in contact with the copper film of the lower wiring and the insulating film is provided. Nitrogen content of the membrane part is 35 ~
The configuration is set to 50%.
【0014】また本発明の半導体装置は、下層配線の銅
膜に接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を
原子%で0〜1%とし、膜厚方向に窒素含有量を連続的
に増加させ、銅膜と接するタンタルナイトライド膜部分
の窒素含有量を原子%で1〜35%とした構成とする。
Further, in the semiconductor device of the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the lower wiring is set to 0 to 1% by atomic%, and the nitrogen content is continuously increased in the film thickness direction. The nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film is set to 1 to 35% in atomic%.
【0015】また本発明の半導体装置は、下層配線の銅
膜に接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を
原子%で35〜50%とし、膜厚方向に窒素含有量を連
続的に減少させ、銅膜と接するタンタルナイトライド膜
部分の窒素含有量を原子%で1〜35%とした構成とす
る。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the lower wiring is 35 to 50% in atomic%, and the nitrogen content is continuously reduced in the film thickness direction. The nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film is set to 1 to 35% in atomic%.
【0016】また本発明の半導体装置の製造方法は、第
1の銅膜が露出したコンタクトホールと配線溝上に、タ
ンタル膜ないしは窒素含有量が1%以下のタンタルナイ
トライド膜を形成する工程と、前記タンタル膜ないしは
窒素含有量が1%以下のタンタルナイトライド膜の上
に、窒素含有量が原子%で1〜35%のタンタルナイト
ライド膜を形成する工程を有することを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a tantalum film or a tantalum nitride film having a nitrogen content of 1% or less on the contact hole and the wiring groove where the first copper film is exposed; A step of forming a tantalum nitride film having a nitrogen content of 1 to 35% by atom on the tantalum film or the tantalum nitride film having a nitrogen content of 1% or less.
【0017】また本発明の半導体装置の製造方法は、第
1の銅膜が露出したコンタクトホールと配線溝上に、窒
素含有量が原子%で35〜50%のタンタルナイトライ
ド膜を形成する工程と、前記窒素含有量が35〜50%
のタンタルナイトライド膜の上に、窒素含有量が1〜3
5%のタンタルナイトライド膜を形成する工程を有する
ことを特徴とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a tantalum nitride film having a nitrogen content of 35 to 50% by atom on the contact hole and the wiring groove where the first copper film is exposed; , The nitrogen content is 35-50%
Nitrogen content of 1-3 on the tantalum nitride film of
A step of forming a 5% tantalum nitride film.
【0018】また本発明の半導体装置の製造方法は、第
1の銅膜が露出したコンタクトホールと配線溝上に、膜
厚方向に窒素含有量が0〜1%から始まり最表面で1〜
35%まで増加したタンタルナイトライド膜を堆積する
工程を有することを特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the nitrogen content is reduced from 0 to 1% in the thickness direction on the contact hole and the wiring groove where the first copper film is exposed.
A step of depositing a tantalum nitride film increased to 35%.
【0019】また本発明の半導体装置の製造方法は、第
1の銅膜が露出したコンタクトホールと配線溝上に、膜
厚方向に窒素含有量が35〜50%から始まり最表面で
1〜35%まで減少したタンタルナイトライド膜を堆積
する工程を有することを特徴とする。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the nitrogen content starts from 35 to 50% in the film thickness direction on the contact hole and the wiring groove where the first copper film is exposed. A step of depositing a tantalum nitride film reduced to a minimum.
【0020】また本発明の半導体装置の製造方法は、膜
厚方向に窒素含有量を増加させたタンタルナイトライド
膜を形成する方法として、TaターゲットとAr+N2
混合ガスを用いた反応性スパッタで形成する際に、膜堆
積最初はN2ガスの分圧を0〜40%とし、膜堆積終了
時は40〜57%と連続的に変化させることを特徴とす
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a method of forming a tantalum nitride film having an increased nitrogen content in a film thickness direction includes a Ta target and Ar + N 2.
When forming by reactive sputtering using a mixed gas, the partial pressure of N 2 gas is set to 0 to 40% at the beginning of film deposition, and continuously changed to 40 to 57% at the end of film deposition. I do.
【0021】また本発明の半導体装置の製造方法は、膜
厚方向に窒素含有量を増加させたタンタルナイトライド
膜を形成する方法として、TaターゲットとAr+N2
混合ガスを用いた反応性スパッタで形成する際に、膜堆
積最初はN2ガスの分圧を57〜67%とし、膜堆積終
了時は40〜57%と連続的に変化させることを特徴と
する。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a method of forming a tantalum nitride film having an increased nitrogen content in a film thickness direction includes a Ta target and Ar + N 2.
When forming by reactive sputtering using a mixed gas, the partial pressure of N 2 gas is set to 57 to 67% at the beginning of film deposition, and continuously changed to 40 to 57% at the end of film deposition. I do.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の半導
体装置について説明する。この実施形態においては、従
来技術におけるTaNx膜8に対して窒素含有量が1〜
35%になるような膜を用いる。他の工程は、従来の技
術で説明した通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A semiconductor device according to the present invention will be described. In this embodiment, the nitrogen content is 1 to 1 with respect to the TaN x film 8 in the prior art.
A film having a concentration of 35% is used. Other steps are the same as those described in the related art.
【0023】以下、本実施形態により第2層の配線のエ
レクトロマイグレーション耐性が向上する原因について
述べる。
The reason why the electromigration resistance of the second layer wiring is improved by the present embodiment will be described below.
【0024】図6にTaNx膜の窒素含有量とその上に
銅膜を50nm厚を室温、2mTorrの条件でスパッ
タ法で堆積した試料のX線回折法による銅(111)強
度の測定結果をまとめた。また、下層銅配線へのコンタ
クト抵抗の測定結果も合わせて記した。試料条件は深さ
300nmの0.35μm径ケルビンコンタクトにAr
スパッタを酸化膜エッチング25nm相当行った後、窒
素含有量の異なるTaNx膜を25nm堆積し、銅を1
00nm堆積後、電解メッキ法で銅を500nm堆積し
コンタクトホールと配線溝を埋め込んで形成した。測定
値はウエーハ面内52点の平均値と標準偏差を示してい
る。これによると、窒素含有量が1〜35%でTa膜上
よりも銅の(111)配向性が向上することがわかる。
これは、図4に示すように、TaNx膜8がTa2Nの微
結晶を含むアモルファスな状態になり銅の濡れ性が向上
したためではないかと考えられる。銅配線の信頼性にお
いては、Ta上では銅(111)配向性が向上するため
エレクトロマイグレーション耐性が向上することが報告
されている(C. Ryu他 Proc. IRPS., p.201,1997)。
FIG. 6 shows the results of measuring the nitrogen content of the TaN x film and the copper (111) intensity by X-ray diffraction of a sample obtained by depositing a 50 nm-thick copper film thereon by sputtering at room temperature and 2 mTorr. Summarized. The results of the measurement of the contact resistance to the lower copper wiring are also shown. The sample conditions were as follows: a 300 nm deep Kelvin contact of 0.35 μm diameter was Ar
After performing sputtering equivalent to 25 nm of oxide film etching, a TaN x film having a different nitrogen content was deposited to a thickness of 25 nm, and
After the deposition of 00 nm, 500 nm of copper was deposited by electrolytic plating to fill the contact holes and the wiring grooves. The measured values indicate the average value and standard deviation of 52 points in the wafer plane. According to this, it can be seen that when the nitrogen content is 1 to 35%, the (111) orientation of copper is more improved than on the Ta film.
This is considered to be because the TaN x film 8 became an amorphous state containing microcrystals of Ta 2 N as shown in FIG. 4 and the copper wettability was improved. Regarding the reliability of copper wiring, it has been reported that the electromigration resistance is improved on Ta because the copper (111) orientation is improved (C. Ryu et al., Proc. IRPS., P. 201, 1997).
【0025】本実験では、窒素含有量が1〜35%のT
aNx膜8上ではTa上よりも銅の(111)配向性が
向上するため、銅配線の信頼性が向上できることが期待
される。
In this experiment, the nitrogen content of T to 35%
Since the (111) orientation of copper is higher on the aN x film 8 than on Ta, it is expected that the reliability of the copper wiring can be improved.
【0026】一方、窒素含有量が35〜50%では、銅
(111)強度はTa上より低くTa上よりも、銅配線
の信頼性が低下すると考えられる。また50%以上で
は、TaNx膜の比抵抗が2100μΩ・cm以上とな
り、下層銅配線へのコンタクト抵抗が増加してしまうこ
ともわかる。従って、窒素含有量が1〜35%のTaN
x膜8上では銅配線の信頼性向上が期待される。従って
本発明によればTaNx膜8中の窒素含有量を1〜35
%に制限することにより、エレクトロマイグレーション
耐性の高い銅配線を有する半導体装置が得られる。
On the other hand, when the nitrogen content is 35 to 50%, copper
(111) Strength is lower than on Ta and higher than on Ta
Is considered to decrease the reliability of the In addition, more than 50%
Is TaNxThe specific resistance of the film is 2100μΩcm or more
Increase the contact resistance to the underlying copper wiring.
You can see it. Therefore, TaN having a nitrogen content of 1 to 35%
xOn the film 8, improvement in reliability of the copper wiring is expected. Therefore
According to the invention, TaNxThe nitrogen content in the film 8 is 1 to 35
% To limit electromigration
A semiconductor device having a highly resistant copper wiring can be obtained.
【0027】(第2の実施形態)図1(a)〜(c)
は、半導体装置の銅配線とその製造方法の実施形態であ
る。まず、図1(a)の工程は、シリコン基板上に形成
された第1の絶縁膜(シリコン酸化膜)1中にバリアメ
タル2、第1の銅膜3からなる溝配線(第1の配線)が
形成されている。この配線3はシリコン窒化膜4、第2
の絶縁膜5で覆われている。第2の絶縁膜5には、コン
タクトホール6、配線溝7が形成される。ここで、バリ
アメタル2とシリコン窒化膜4は配線工程中の400℃
程度の熱処理により銅が絶縁膜中に拡散するのを防ぐ役
割を果たしている。バリアメタル2はタンタルナイトラ
イド膜でもよい。
(Second Embodiment) FIGS. 1A to 1C
Is an embodiment of a copper wiring of a semiconductor device and a method of manufacturing the same. First, in the step of FIG. 1A, a trench wiring (first wiring) including a barrier metal 2 and a first copper film 3 is formed in a first insulating film (silicon oxide film) 1 formed on a silicon substrate. ) Is formed. This wiring 3 is formed of a silicon nitride film 4 and a second
Of the insulating film 5. In the second insulating film 5, a contact hole 6 and a wiring groove 7 are formed. Here, the barrier metal 2 and the silicon nitride film 4 are kept at 400 ° C. during the wiring process.
This serves to prevent copper from diffusing into the insulating film due to the heat treatment to a certain degree. The barrier metal 2 may be a tantalum nitride film.
【0028】次に図1(b)のように、コンタクトホー
ルおよび配線溝には、Ta膜10が形成され、その上
に、窒素含有量が原子%で1〜35%のTaNx膜11
が形成される。その上にコンタクトホールと配線溝を埋
め込むように第2の銅膜9を電解メッキ法等で堆積す
る。
Next, as shown in FIG. 1B, a Ta film 10 is formed in the contact hole and the wiring groove, and a TaN x film 11 having a nitrogen content of 1 to 35% by atomic% is formed thereon.
Is formed. A second copper film 9 is deposited thereon by electrolytic plating or the like so as to fill the contact hole and the wiring groove.
【0029】図1(c)では第2の銅膜9、TaNx
11、Ta膜10がCMP法等で除去され、配線が形成
される。
[0029] FIG. 1 (c) in the second copper layer 9, TaN x film 11, Ta layer 10 is removed by CMP or the like, the wiring is formed.
【0030】本発明によれば、下部配線の第1の銅膜と
接している部分は窒素含有量が1〜0%の膜であるた
め、図6にもあるように、コンタクト抵抗は窒素含有量
が1〜35%の膜を用いた場合の約3割低い値を保つこ
とができる。また、上層銅配線の下は、窒素含有量が1
〜35%のTaNx膜を用いているため、Ta膜10し
かない場合よりも銅の(111)配向性が向上する。そ
のため、銅配線の信頼性が向上することが期待される。
According to the present invention, since the portion of the lower wiring in contact with the first copper film is a film having a nitrogen content of 1 to 0%, as shown in FIG. About 30% lower value can be maintained when a film having an amount of 1 to 35% is used. Below the upper copper wiring, the nitrogen content is 1%.
Since the TaN x film of about 35% is used, the (111) orientation of copper is improved as compared with the case where there is only the Ta film 10. Therefore, it is expected that the reliability of the copper wiring is improved.
【0031】このように本発明では下層配線に対するコ
ンタクト抵抗を下げ、上層配線の信頼性を向上させるこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the contact resistance to the lower wiring can be reduced, and the reliability of the upper wiring can be improved.
【0032】(第3の実施形態)図2(a)〜(c)
は、半導体装置用銅配線とその製造方法の実施形態であ
る。まず、図2(a)の工程は、半導体装置上の第1の
絶縁膜1中にバリアメタル2、第1の銅膜3からなる溝
配線が形成され、シリコン窒化膜4、第2の絶縁膜5で
覆われている半導体装置において、コンタクトホール
6、配線溝7が形成される。ここで、バリアメタル2と
シリコン窒化膜4は配線工程中の400℃程度の熱処理
により銅が絶縁膜中に拡散するのを防ぐ役割を果たして
いる。バリアメタル2はタンタルナイトライド膜でもよ
い。
(Third Embodiment) FIGS. 2A to 2C
Is an embodiment of a copper wiring for a semiconductor device and a method of manufacturing the same. First, in the step of FIG. 2A, a trench wiring composed of a barrier metal 2 and a first copper film 3 is formed in a first insulating film 1 on a semiconductor device, and a silicon nitride film 4 and a second insulating film are formed. In the semiconductor device covered with the film 5, a contact hole 6 and a wiring groove 7 are formed. Here, the barrier metal 2 and the silicon nitride film 4 play a role in preventing copper from diffusing into the insulating film due to heat treatment at about 400 ° C. during the wiring process. The barrier metal 2 may be a tantalum nitride film.
【0033】次に図2(b)のように、窒素含有量が原
子%で35〜50%のTaNx膜12が形成され、その
上に、窒素含有量が原子%で1〜35%のTaNx膜1
1が形成される。その上にコンタクトホールと配線溝を
埋め込むように第2の銅膜9を電解メッキ法等で堆積す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, a TaN x film 12 having a nitrogen content of 35 to 50% in atomic% is formed, and a nitrogen content of 1 to 35% in atomic% is formed thereon. TaN x film 1
1 is formed. A second copper film 9 is deposited thereon by electrolytic plating or the like so as to fill the contact hole and the wiring groove.
【0034】図2(c)では第2の銅膜9、TaNx
11、TaNx膜12がCMP法等で除去され、配線が
形成される。
In FIG. 2C, the second copper film 9, the TaN x film 11, and the TaN x film 12 are removed by a CMP method or the like, and a wiring is formed.
【0035】本発明によれば、第2の絶縁膜と接してい
る部分は窒素含有量が35〜50%のTaNx膜12で
あるため、バリア性が高く、配線工程でより高い熱処理
温度を用いても銅の拡散を抑制できるという利点があ
る。但し、下層配線とのコンタクト抵抗を考えると図6
にもあるように、0.35μm径で10Ωを超えないよ
うにするためには窒素含有量は50%以下にする必要が
ある。
According to the present invention, since the portion in contact with the second insulating film is the TaN x film 12 having a nitrogen content of 35 to 50%, the barrier property is high, and a higher heat treatment temperature is required in the wiring step. Even when used, there is an advantage that diffusion of copper can be suppressed. However, considering the contact resistance with the lower wiring, FIG.
As described above, the nitrogen content needs to be 50% or less in order not to exceed 10Ω at a diameter of 0.35 μm.
【0036】また、本発明では上層銅配線の下は、窒素
含有量が1〜35%のTaNx膜を用いているため、窒
素含有量が原子%で35〜50%のTaNx膜上の場合
よりも銅の(111)配向性が向上する。そのため、銅
配線の信頼性が向上することが期待される。このように
本発明では銅の絶縁膜中への拡散に対するバリア性を向
上させ、上層配線の信頼性を向上させた半導体装置を得
ることができる。
Further, in the present invention, a TaN x film having a nitrogen content of 1 to 35% is used under the upper copper wiring, so that a nitrogen content of 35 to 50% in atomic% is formed on the TaN x film. The (111) orientation of copper is improved as compared with the case. Therefore, it is expected that the reliability of the copper wiring is improved. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which the barrier property against the diffusion of copper into the insulating film is improved and the reliability of the upper wiring is improved.
【0037】(第4の実施形態)図3(a)〜(c)
は、請求項4、8、10に記載の半導体装置用銅配線と
その製造方法の実施形態である。この図3(a)の工程
は、半導体装置上の第1の絶縁膜1中にバリアメタル
2、第1の銅膜3からなる溝配線が形成され、シリコン
窒化膜4、第2の絶縁膜5で覆われている半導体装置に
おいて、コンタクトホール6、配線溝7が形成される。
ここで、バリアメタル2とシリコン窒化膜4は配線工程
中の400℃程度の熱処理により銅が絶縁膜中に拡散す
るのを防ぐ役割を果たしている。バリアメタル2はタン
タルナイトライド膜でもよい。
(Fourth Embodiment) FIGS. 3A to 3C
Is an embodiment of a copper wiring for a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to claims 4, 8 and 10. In the step of FIG. 3A, a trench wiring composed of a barrier metal 2 and a first copper film 3 is formed in a first insulating film 1 on a semiconductor device, and a silicon nitride film 4 and a second insulating film are formed. In the semiconductor device covered with 5, a contact hole 6 and a wiring groove 7 are formed.
Here, the barrier metal 2 and the silicon nitride film 4 play a role in preventing copper from diffusing into the insulating film due to heat treatment at about 400 ° C. during the wiring process. The barrier metal 2 may be a tantalum nitride film.
【0038】次に図3(b)のように、Taターゲット
とAr+N2混合ガスを用いた反応性スパッタで、膜堆
積最初はN2ガスの分圧を0〜40%とし、膜堆積終了
時は40〜57%と連続的に変化させることにより、窒
素含有量が膜厚方向に異なるTaNx膜13を形成す
る。記載した条件では図6を参照すると、下層配線の銅
膜に接する部分の窒素含有量が0〜1%で、上層配線の
銅膜と接する部分の窒素含有量が1〜35%のTaNx
膜13が得られる。
Next, as shown in FIG. 3B, the partial pressure of the N 2 gas is initially set to 0 to 40% by reactive sputtering using a Ta target and an Ar + N 2 mixed gas. Is continuously changed to 40 to 57% to form a TaN x film 13 having a different nitrogen content in the film thickness direction. Referring to FIG. 6 under the described conditions, referring to FIG. 6, the TaN x in which the nitrogen content of the portion of the lower wiring contacting the copper film is 0 to 1% and the nitrogen content of the portion of the upper wiring contacting the copper film is 1 to 35%.
A film 13 is obtained.
【0039】次に、その上にコンタクトホールと配線溝
を埋め込むように第2の銅膜9を電解メッキ法等で堆積
する。
Next, a second copper film 9 is deposited thereon by electrolytic plating or the like so as to fill the contact hole and the wiring groove.
【0040】図3(c)では第2の銅膜9、TaNx
13がCMP法等で除去され、配線が形成される。
[0040] FIG. 3 (c) in the second copper layer 9, TaN x film 13 is removed by CMP or the like, the wiring is formed.
【0041】本発明では下部配線の第1の銅膜と接して
いる部分は窒素含有量が1〜0%の膜であるため、図6
にもあるように、窒素含有量が1〜35%の膜を用いた
場合の約3割低いコンタクト抵抗値を保つことができ
る。また、上層銅配線の下は、窒素含有量が1〜35%
のTaNx膜を用いているため、銅配線の信頼性が向上
することが期待される。このように本発明では第2の実
施形態同様、下層配線に対するコンタクト抵抗を下げ、
上層配線の信頼性を向上させることができる。さらに本
発明では、反応性スパッタ時の窒素の分圧を連続的に変
化させることで、TaNx膜13一つの層で第2の実施
形態におけるTaNx膜11とTa膜10の両方の役割
を果たすことができ工程が簡略になるという利点もあ
る。
In the present invention, the portion of the lower wiring contacting the first copper film is a film having a nitrogen content of 1 to 0%.
As described above, it is possible to maintain a contact resistance value that is about 30% lower when a film having a nitrogen content of 1 to 35% is used. Under the upper copper wiring, the nitrogen content is 1 to 35%.
Since the TaN x film is used, the reliability of the copper wiring is expected to be improved. As described above, in the present invention, as in the second embodiment, the contact resistance to the lower layer wiring is reduced,
The reliability of the upper layer wiring can be improved. Furthermore, in the present invention, the role of both the TaN x film 11 and the Ta film 10 in the second embodiment is achieved by a single layer of the TaN x film 13 by continuously changing the partial pressure of nitrogen during the reactive sputtering. There is also an advantage that the process can be performed and the process is simplified.
【0042】(第5の実施形態)図3(a)〜(c)を
使って、半導体装置用銅配線とその製造方法の実施形態
についても説明する。図3(a)の工程は、半導体装置
上の第1の絶縁膜1中にバリアメタル2、第1の銅膜3
からなる溝配線が形成され、シリコン窒化膜4、第2の
絶縁膜5で覆われている半導体装置において、コンタク
トホール6、配線溝7が形成される。ここで、バリアメ
タル2とシリコン窒化膜4は配線工程中の400℃程度
の熱処理により銅が絶縁膜中に拡散するのを防ぐ役割を
果たしている。バリアメタル2はタンタルナイトライド
膜でもよい。
(Fifth Embodiment) Referring to FIGS. 3A to 3C, an embodiment of a copper wiring for a semiconductor device and a method of manufacturing the same will also be described. 3A, the barrier metal 2 and the first copper film 3 are formed in the first insulating film 1 on the semiconductor device.
In the semiconductor device covered with the silicon nitride film 4 and the second insulating film 5, a contact hole 6 and a wiring groove 7 are formed. Here, the barrier metal 2 and the silicon nitride film 4 play a role in preventing copper from diffusing into the insulating film due to heat treatment at about 400 ° C. during the wiring process. The barrier metal 2 may be a tantalum nitride film.
【0043】次に図3(b)のように、Taターゲット
とAr+N2混合ガスを用いた反応性スパッタで、膜堆
積最初はN2ガスの分圧を57〜67%とし、膜堆積終
了時は40〜57%と連続的に変化させることにより、
窒素含有量が膜厚方向に異なるTaNx膜13を形成す
る。記載した条件では図6を参照すると、下層配線の銅
膜に接する部分の窒素含有量が35〜50%で、上層配
線の銅膜と接する部分の窒素含有量が1〜35%のTa
x膜11が得られる。次に、その上にコンタクトホー
ルと配線溝を埋め込むように第2の銅膜9を電解メッキ
法等で堆積する。図3(c)では第2の銅膜9、TaN
x膜13がCMP法等で除去され、配線が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, the partial pressure of the N 2 gas is initially set to 57 to 67% by reactive sputtering using a Ta target and an Ar + N 2 mixed gas, Is continuously changed from 40 to 57%,
A TaN x film 13 having a different nitrogen content in the thickness direction is formed. Under the described conditions, referring to FIG. 6, the Ta content of the lower wiring portion in contact with the copper film is 35 to 50%, and the nitrogen content of the upper wiring portion in contact with the copper film is 1 to 35%.
An Nx film 11 is obtained. Next, a second copper film 9 is deposited thereon by electrolytic plating or the like so as to fill the contact hole and the wiring groove. In FIG. 3C, the second copper film 9, TaN
The x film 13 is removed by a CMP method or the like, and a wiring is formed.
【0044】本発明では第2の絶縁膜と接している部分
は窒素含有量が35〜50%のTaNx膜であるため、
バリア性が高く、配線工程でより高い熱処理温度を用い
ても銅の拡散を抑制できるという利点がある。但し、下
層配線とのコンタクト抵抗を考えると図6にもあるよう
に、0.35μm径で10Ωを超えないようにするには
窒素含有量は50%以下にする必要がある。
In the present invention, since the portion in contact with the second insulating film is a TaN x film having a nitrogen content of 35 to 50%,
There is an advantage that the barrier property is high and the diffusion of copper can be suppressed even when a higher heat treatment temperature is used in the wiring process. However, considering the contact resistance with the lower wiring, as shown in FIG. 6, the nitrogen content needs to be 50% or less in order not to exceed 10Ω with a 0.35 μm diameter.
【0045】また、本発明では上層銅配線の下は、窒素
含有量が1〜35%のTaNx膜を用いているため、窒
素含有量が原子%で35〜50%のTaNx膜上の場合
よりも銅の(111)配向性が向上するため、銅配線の
信頼性が向上することが期待される。このように本発明
では絶縁膜に対するバリア性を向上させ、上層配線の信
頼性を向上させた半導体装置を得ることができる。
Further, in the present invention, a TaN x film having a nitrogen content of 1 to 35% is used below the upper copper wiring, so that a nitrogen content of 35 to 50% in atomic% is formed on the TaN x film. Since the (111) orientation of copper is improved as compared with the case, the reliability of the copper wiring is expected to be improved. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which the barrier property against the insulating film is improved and the reliability of the upper wiring is improved.
【0046】さらに本発明では、反応性スパッタ時の窒
素の分圧を連続的に変化させることで、TaNx膜13
一つの層で第2の実施形態におけるTaNx膜11とT
a膜10の両方の役割を果たすことができ工程が簡略に
なるという利点もある。
Further, in the present invention, the TaN x film 13 is formed by continuously changing the partial pressure of nitrogen during the reactive sputtering.
The TaN x film 11 and T in the second embodiment are formed by one layer.
There is also an advantage that the process can be simplified because both functions of the a film 10 can be performed.
【0047】以上の実施形態1〜5において、第1の銅
膜3、第2の銅膜9は純銅を用いたが、他の銅合金を成
膜してもよい。また、Ta膜10の変わりに銅とのコン
タクト抵抗の低い他の金属、例えばTi等やこれらのS
i,B,C,Nとの化合物やこれらを含有する合金等を
用いてもよい。配線溝への銅膜9の埋め込みは可能な
ら、電解メッキ法、CVD法、CVD+高温スパッタ
法、スパッタ+リフロー法やイオンプレーティング法な
どのどの方法を用いてもよい。
In the first to fifth embodiments described above, the first copper film 3 and the second copper film 9 are made of pure copper, but other copper alloys may be formed. In place of the Ta film 10, another metal having low contact resistance with copper, such as Ti,
Compounds with i, B, C, and N, alloys containing these, and the like may be used. If the copper film 9 can be embedded in the wiring groove, any method such as an electrolytic plating method, a CVD method, a CVD + high-temperature sputtering method, a sputtering + reflow method, or an ion plating method may be used.
【0048】また、第1、第2の絶縁膜はシリコン窒化
膜である必要はなく、塗布膜やSiO2膜やCを含む誘
電率の低いCVD膜を用いてもよい。また、配線構造と
してコンタクトホールと配線溝を同時に埋め込む方法を
用いたが、どちらか一方を本方法で埋め込んでもよい。
また、溝配線ではなく、銅のドライエッチングを用いた
配線に対して本発明を適用してもよい。
The first and second insulating films do not need to be silicon nitride films, but may be a coating film, a SiO 2 film, or a CVD film containing C having a low dielectric constant. In addition, although the method of burying the contact hole and the wiring groove at the same time is used as the wiring structure, either one may be buried by this method.
In addition, the present invention may be applied to wiring using dry etching of copper instead of trench wiring.
【0049】[0049]
【発明の効果】本発明の半導体装置は、上層配線の銅膜
と接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を原
子%で1〜35%とし、銅(111)配向性を向上させ
ることにより、上層配線のエレクトロマイグレーション
耐性を向上できる。
According to the semiconductor device of the present invention, the nitrogen content of the portion of the tantalum nitride film in contact with the copper film of the upper wiring is set to 1 to 35% by atom%, and the copper (111) orientation is improved. Electromigration resistance of the upper wiring can be improved.
【0050】本発明では、上層配線の銅膜と接するタン
タルナイトライド膜部分の窒素含有量を原子%で1〜3
5%とし上層配線のエレクトロマイグレーション耐性を
確保できる。また、下層配線の銅膜に接するタンタルナ
イトライド膜部分を窒素含有量が1%以下のタンタルナ
イトライド膜とするないしは、タンタル膜とすること
で、下層配線部への窒素の進入を押さえコンタクト抵抗
を低く押さえることができる。
In the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the upper wiring is 1 to 3 atomic%.
By setting it to 5%, the electromigration resistance of the upper wiring can be secured. Further, by making the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the lower wiring a tantalum nitride film having a nitrogen content of 1% or less, or by using a tantalum film, the entry of nitrogen into the lower wiring portion is suppressed and the contact resistance is reduced. Can be kept low.
【0051】本発明では、上層配線の銅膜と接するタン
タルナイトライド膜部分の窒素含有量を原子%で1〜3
5%とし、上層配線のエレクトロマイグレーション耐性
を確保できる。また、下層配線の銅膜と絶縁膜に接する
タンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を35〜50
%とすることで、銅に対するバリア性を強化し、配線工
程中での熱処理温度の上限を上げることができる。
In the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the upper wiring is 1 to 3 atomic%.
By setting it to 5%, the electromigration resistance of the upper wiring can be secured. Further, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film and the insulating film of the lower wiring is set to 35 to 50.
%, The barrier property against copper is strengthened, and the upper limit of the heat treatment temperature in the wiring process can be increased.
【0052】本発明の半導体装置は、下層配線の銅膜に
接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含有量を原子
%で0〜1%とし、膜厚方向に窒素含有量を連続的に増
加させ、銅膜と接するタンタルナイトライド膜部分の窒
素含有量を原子%で1〜35%としたことを特徴とす
る。タンタルナイトライド層1層で、上層配線のエレク
トロマイグレーション耐性を高くしかつ、下層配線部と
のコンタクト抵抗を低く押さえることができる。
According to the semiconductor device of the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the lower wiring is set to 0 to 1% by atomic%, and the nitrogen content is continuously increased in the film thickness direction. The nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film is set to 1 to 35% in atomic%. With one tantalum nitride layer, the electromigration resistance of the upper wiring can be increased and the contact resistance with the lower wiring can be suppressed low.
【0053】本発明では、下層配線の銅膜に接するタン
タルナイトライド膜部分の窒素含有量を原子%で35〜
50%とし、膜厚方向に窒素含有量を連続的に減少さ
せ、銅膜と接するタンタルナイトライド膜部分の窒素含
有量を原子%で1〜35%としたことを特徴とする。タ
ンタルナイトライド層1層で、上層配線のエレクトロマ
イグレーション耐性を高くしかつ、銅の絶縁膜中への拡
散も押さえることができる。
In the present invention, the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film of the lower wiring is 35 to 35 atomic%.
50%, the nitrogen content is continuously reduced in the film thickness direction, and the nitrogen content of the tantalum nitride film portion in contact with the copper film is set to 1 to 35% in atomic%. With one tantalum nitride layer, the electromigration resistance of the upper layer wiring can be increased, and the diffusion of copper into the insulating film can be suppressed.
【0054】以上、本発明によれば、銅膜に接するタン
タルナイトライド膜の窒素含有量を制御することによ
り、上層配線のエレクトロマイグレーション耐性が高く
かつ下層配線とのコンタクト抵抗が低い銅配線が得られ
る。また、別の請求項によれば、銅膜に接するタンタル
ナイトライド膜の窒素含有量を制御することにより、上
層配線のエレクトロマイグレーション耐性が高くかつ銅
の絶縁膜中への拡散も押さえることができる銅配線が得
られる。
As described above, according to the present invention, by controlling the nitrogen content of the tantalum nitride film in contact with the copper film, a copper wiring having high electromigration resistance of the upper wiring and low contact resistance with the lower wiring can be obtained. Can be According to another aspect, by controlling the nitrogen content of the tantalum nitride film in contact with the copper film, the electromigration resistance of the upper wiring is high and the diffusion of copper into the insulating film can be suppressed. Copper wiring is obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】第2の実施形態における半導体装置用銅配線の
製造方法を示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a method for manufacturing a copper wiring for a semiconductor device according to a second embodiment;
【図2】第3の実施形態における半導体装置用銅配線の
製造方法を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing a method for manufacturing a copper wiring for a semiconductor device according to a third embodiment;
【図3】第4,5の実施形態における半導体装置用銅配
線の製造方法を示す断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a copper wiring for a semiconductor device according to fourth and fifth embodiments.
【図4】TaNx膜の結晶性を示す図FIG. 4 is a view showing the crystallinity of a TaN x film.
【図5】従来の半導体装置の銅配線の製造方法を示す断
面図
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a copper wiring of a semiconductor device.
【図6】TaNX膜の膜質と銅配線の銅の配向性および
コンタクト抵抗の関係を示す図
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the film quality of a TaN X film, the orientation of copper in copper wiring, and contact resistance.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1 第1の絶縁膜 2 バリアメタル 3 第1の銅膜 4 シリコン窒化膜 5 第2の絶縁膜 6 コンタクトホール 7 配線溝 8 TaNx膜 9 第2の銅膜 10 Ta膜 11 Nを1〜35%含むTaNx膜 12 Nを35〜50%含むTaNx膜 13 N含有量が膜厚方向に異なるTaNx1 a first insulating film 2 barrier metal 3 first copper layer 4 a silicon nitride film 5 and the second insulating film 6 contact hole 7 interconnection groove 8 TaN x film 9 second copper film 10 Ta film 11 N 1 to 35 % including TaN x film 12 N a 35% to 50% comprises TaN x film 13 N content is different in the thickness direction TaN x film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB04 BB29 DD07 DD16 DD17 DD37 DD43 DD52 FF07 FF13 FF16 GG13 HH01 HH16 5F033 HH11 HH32 JJ01 KK11 KK32 LL07 LL09 MM02 MM10 MM12 MM18 PP06 PP18 PP27 QQ37 QQ48 QQ73 RR01 RR04 RR06 RR09 XX05 XX09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 4M104 BB04 BB29 DD07 DD16 DD17 DD37 DD43 DD52 FF07 FF13 FF16 GG13 HH01 HH16 5F033 HH11 HH32 JJ01 KK11 KK32 LL07 LL09 MM02 MM10 MM12 MM18 PP06 Q18 RRQQ RR09 XX09

Claims (11)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】銅を主成分とする配線を備えた半導体装置
    であって、前記配線を構成する銅膜はタンタルナイトラ
    イド膜に接しており、前記銅膜と接する部分の前記タン
    タルナイトライド膜の窒素含有量は、原子%で1〜35
    %とした半導体装置。
    1. A semiconductor device provided with a wiring mainly composed of copper, wherein a copper film constituting the wiring is in contact with a tantalum nitride film, and a portion of the tantalum nitride film in contact with the copper film. Has a nitrogen content of 1 to 35 in atomic%.
    % Semiconductor device.
  2. 【請求項2】銅を主成分とする上層配線および下層配線
    とを備えた半導体装置であって、前記上層配線および前
    記下層配線はいずれもタンタルナイトライド膜に接して
    おり、前記上層配線に接する部分のタンタルナイトライ
    ド膜の窒素含有量は、原子%で1〜35%であり、前記
    下層配線に接する部分のタンタルナイトライド膜の窒素
    含有量は、1%以下のタンタルナイトライド膜、または
    タンタル膜である半導体装置。
    2. A semiconductor device comprising an upper wiring and a lower wiring mainly composed of copper, wherein the upper wiring and the lower wiring are both in contact with a tantalum nitride film and in contact with the upper wiring. The nitrogen content of the portion of the tantalum nitride film is 1 to 35% in atomic%, and the nitrogen content of the portion of the tantalum nitride film in contact with the lower wiring is 1% or less. A semiconductor device that is a film.
  3. 【請求項3】銅を主成分とする上層配線および下層配線
    とを備えた半導体装置であって、前記上層配線および前
    記下層配線はいずれもタンタルナイトライド膜に接して
    おり、前記上層配線に接する部分のタンタルナイトライ
    ド膜の窒素含有量は、原子%で1〜35%であり、前記
    下層配線に接する部分のタンタルナイトライド膜の窒素
    含有量は、原子%で35〜50%のタンタルナイトライ
    ド膜、またはタンタル膜である半導体装置。
    3. A semiconductor device comprising an upper wiring and a lower wiring mainly composed of copper, wherein the upper wiring and the lower wiring are both in contact with a tantalum nitride film and in contact with the upper wiring. The nitrogen content of the portion of the tantalum nitride film is 1 to 35% in atomic%, and the nitrogen content of the portion of the tantalum nitride film in contact with the lower wiring is 35 to 50% in atomic%. A semiconductor device that is a film or a tantalum film.
  4. 【請求項4】上層配線に接する部分のタンタルナイトラ
    イド膜の窒素含有量は、前記上層配線方向に向かう膜厚
    にしたがって窒素含有量を連続的に増加している、請求
    項2に記載の半導体装置。
    4. The semiconductor according to claim 2, wherein the nitrogen content of the tantalum nitride film at a portion in contact with the upper wiring continuously increases in accordance with the film thickness toward the upper wiring. apparatus.
  5. 【請求項5】下層配線に接する部分のタンタルナイトラ
    イド膜の窒素含有量は、前記下層配線方向に向かう膜厚
    にしたがって窒素含有量を連続的に減少している、請求
    項3に記載の半導体装置。
    5. The semiconductor according to claim 3, wherein the nitrogen content of the tantalum nitride film in a portion in contact with the lower wiring is continuously reduced in accordance with the film thickness toward the lower wiring. apparatus.
  6. 【請求項6】第1の銅配線上に絶縁膜を形成し、前記絶
    縁膜中に前記第1の銅配線が露出したコンタクトホール
    および第2の配線用の配線溝を形成する工程と、 前記コンタクトホールおよび前記配線溝上に、タンタル
    膜、または窒素含有量が1原子%以下のタンタルナイト
    ライド膜である第1の膜を形成する工程と、 前記第1の膜の上に、窒素含有量が原子%で1〜35%
    のタンタルナイトライド膜である第2の膜を形成する工
    程と、 前記第2の膜の上に、前記コンタクトホールおよび前記
    配線溝を埋め込むように第2の銅配線となる膜を堆積す
    る工程と、 前記配線溝以外の前記第1の膜、第2の膜および第2の
    銅配線となる膜を除去し、第2の銅配線を形成する工程
    とを有する半導体装置の製造方法。
    6. A step of forming an insulating film on the first copper wiring, and forming a contact hole in which the first copper wiring is exposed and a wiring groove for a second wiring in the insulating film; Forming a first film which is a tantalum film or a tantalum nitride film having a nitrogen content of 1 atomic% or less on the contact hole and the wiring groove; and forming a nitrogen content on the first film. 1 to 35% in atomic%
    Forming a second film, which is a tantalum nitride film, and depositing a film to be a second copper wiring on the second film so as to fill the contact hole and the wiring groove. Forming a second copper wiring by removing the first film, the second film, and the film serving as the second copper wiring other than the wiring groove.
  7. 【請求項7】第1の銅配線上に絶縁膜を形成し、前記絶
    縁膜中に前記第1の銅配線が露出したコンタクトホール
    および第2の配線用の配線溝を形成する工程と、 前記コンタクトホールおよび前記配線溝上に、窒素含有
    量が原子%で35〜50%のタンタルナイトライド膜で
    ある第1の膜を形成する工程と、 前記第1の膜の上に、窒素含有量が原子%で1〜35%
    のタンタルナイトライド膜である第2の膜を形成する工
    程と、 前記第2の膜の上に、前記コンタクトホールおよび前記
    配線溝を埋め込むように第2の銅配線となる膜を堆積す
    る工程と、 前記配線溝以外の前記第1の膜、第2の膜および第2の
    銅配線となる膜を除去し、第2の銅配線を形成する工程
    とを有する半導体装置の製造方法。
    7. A step of forming an insulating film on the first copper wiring, and forming a contact hole in which the first copper wiring is exposed and a wiring groove for a second wiring in the insulating film; Forming a first film which is a tantalum nitride film having a nitrogen content of 35 to 50% by atom on the contact hole and the wiring groove; % To 1 to 35%
    Forming a second film, which is a tantalum nitride film, and depositing a film to be a second copper wiring on the second film so as to fill the contact hole and the wiring groove. Forming a second copper wiring by removing the first film, the second film, and the film serving as the second copper wiring other than the wiring groove.
  8. 【請求項8】コンタクトホールと配線溝上に、膜厚方向
    に窒素含有量が下層銅膜と接する部分の0〜1%から最
    表面で1〜35%まで増加したタンタルナイトライド膜
    を堆積する工程を有する請求項6に記載の半導体装置の
    製造方法。
    8. A step of depositing a tantalum nitride film having a nitrogen content increased in a thickness direction from 0 to 1% in a portion in contact with the lower copper film to 1 to 35% on the outermost surface on the contact hole and the wiring groove. 7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, comprising:
  9. 【請求項9】コンタクトホールと配線溝上に、膜厚方向
    に窒素含有量が下層銅膜と接する部分の35〜50%か
    ら最表面で1〜35%まで減少したタンタルナイトライ
    ド膜を堆積する工程を有する請求項7に記載の半導体装
    置の製造方法。
    9. A step of depositing a tantalum nitride film in which the nitrogen content in the thickness direction is reduced from 35 to 50% in the portion in contact with the lower copper film to 1 to 35% at the outermost surface on the contact hole and the wiring groove. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising:
  10. 【請求項10】膜厚方向に窒素含有量を増加させたタン
    タルナイトライド膜を形成する方法として、Taターゲ
    ットとAr+N2混合ガスを用いた反応性スパッタで形
    成する際に、膜堆積最初はN2ガスの分圧を0〜40%
    とし、膜堆積終了時は40〜57%と連続的に変化させ
    る請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
    10. A method for forming a tantalum nitride film having an increased nitrogen content in the film thickness direction, when forming a film by reactive sputtering using a Ta target and an Ar + N 2 mixed gas, first depositing a film of N. the partial pressure of 2 gas 0-40%
    9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the ratio is continuously changed to 40 to 57% at the end of the film deposition.
  11. 【請求項11】膜厚方向に窒素含有量を減少させたタン
    タルナイトライド膜を形成する方法として、Taターゲ
    ットとAr+N2混合ガスを用いた反応性スパッタで形
    成する際に、膜堆積最初はN2ガスの分圧を57〜67
    %とし、膜堆積終了時は40〜57%と連続的に変化さ
    せる請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
    11. A method for forming a tantalum nitride film having a reduced nitrogen content in the film thickness direction, when forming a film by reactive sputtering using a Ta target and a mixed gas of Ar + N 2 , the film is initially deposited with N. the partial pressure of 2 gas 57-67
    The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the ratio is continuously changed to 40 to 57% when the film deposition is completed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6441489B1 (en) 1999-03-23 2002-08-27 Nec Corporation Semiconductor device with tantalum nitride barrier film
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