JP2007242951A - 半導体配線用バリア膜、半導体用銅配線、同配線の製造方法及び半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】近接する高密度銅配線への銅の拡散を抑制するに際し、膜剥離を生じさせない程度の薄い膜厚で、また近接する狭い配線幅でも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等により温度上昇があっても、バリア特性に変化がない高密度銅配線半導体用バリア膜及びバリア膜形成用スパッタリングターゲットの提供。
【解決手段】Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜からなり、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であることを特徴とする高密度銅配線半導体用バリア膜。Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金であって、スパッタ面の面内方向の比透磁率が１００以下であることを特徴とするバリア膜形成用スパッタリングターゲット。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅の拡散を効果的に抑制することのできる半導体配線用バリア膜、半導体用銅配線、同配線の製造方法及び半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲットに関する。

従来、半導体ウエハー上に形成する高密度集積回路の微細な配線材料として、アルミニウム系合金に代わり高速化が可能な銅が用いられるようになってきた。銅は、比抵抗が1.8μWcmと低くエレクトロマイグレーション耐性がアルミニウム合金系と比較して一桁高いという特徴を有している。
ところで、半導体装置には素子間を接続するトレンチやビアが多数形成されており、これらは層間絶縁層に開口部を形成し、そこに導電性材料を埋め込むことにより形成される。近年、その層間絶縁層に溝部を形成し、銅で溝部を埋め込むことで溝配線を形成するシングルダマシン法、あるいは銅で溝部および溝部の底部に設けられた開口部を埋め込むことで、トレンチとビアホールを一体に形成するデュアルダマシン法による配線形成が実用化されつつある。
集積回路の内部では、金属配線が何層にも張り巡らされて信号を伝送しているが、高密度化に伴い配線間の距離が近くなるに伴い、前記トレンチやビア内に形成した銅が容易に拡散し（マイグレーション）、回路配線が短絡するという問題が発生するようになった。

このようなＣｕの拡散を抑制するために、トレンチやビアの下に予めＣｕの拡散を防止するためのバリア層を形成し、その上にＣｕのシード層及びＣｕの厚付けめっき層を形成することが提案されている。
その代表的なものとして、Ｎｉ−Ｃｒ合金のバリア層を形成したものがある（特許文献１参照）。
しかし、２００〜３００°Ｃ程度の温度上昇があると、依然としてＣｕの拡散が認められる。また、特に配線幅が狭くなると、従来のバリア層では銅の拡散を防ぐことができず、必ずしも効果的でないことが分かった。

これを防ぐ手段として、従来のバリア層の厚さを厚くすることで、バリア特性を向上させることも考えられる。しかし、一定値以上に厚さを厚くすると、配線幅を狭くできないという問題が発生した。したがって、これも根本的な解決手段とは言えなかった。
本技術に近いものとしてポリイミドのフレキシブル回路基板への応用例があり、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏから選んだ少なくとも１種の金属からなるバリアメタルを被覆し、熱可塑性樹脂を加熱して流動化させ、熱可塑性ポリイミドとバリアメタルとの結合力を増加させるという提案もある（特許文献２参照）。
しかし、この場合は、バリアメタルの拡散というものの根本的なものを解決するものではないので、依然として問題は残っている。
特開２００２−２５２２５７号公報 特開２００２−２８０６８４号公報

以上の従来技術の問題点から、トレンチやビアを埋め込んで形成された銅の拡散を抑制するに際し、膜剥離を生じさせない程度の薄い膜厚で、また狭い配線幅でも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等により温度上昇があっても、バリア特性に変化がない半導体回路形成用バリア膜及びバリア膜形成用スパッタリングターゲットを得ることを課題とする。

本発明者らは鋭意研究を行った結果、効果的なバリア特性を有する合金を使用し、バリア膜をできる限り薄くして剥離を防止すると共に、成膜した膜の均一性を高めることにより、上記の課題を解決することができるとの知見を得た。

本発明はこの知見に基づき、
１． Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜からなり、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であることを特徴とする半導体配線用バリア膜
２． 半導体基板上に、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であるＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜、及び該バリア膜上に形成された銅被覆層を備えていることを特徴とする半導体用銅配線
３． Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜が、Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜であることを特徴とする上記２記載の半導体用銅配線
４． バリア膜上に形成された銅被覆層が、無電解銅めっき層又は無電解銅めっきシード層とその上に形成された電気銅めっき層であることを特徴とする上記２又は３記載の半導体用銅配線
５． バリア膜上に形成された銅被覆層が、銅スパッタ膜又は銅スパッタ膜からなるシード層とその上に形成された電気銅めっき層であることを特徴とする上記２又は３記載の半導体用銅配線、を提供する。

本発明は、また
６． 半導体基板上に、スパッタリングによりＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上に無電解銅めっき層又は無電解銅めっきシード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することを特徴とする半導体用配線の製造方法
７． 半導体基板上に、スパッタリングによりＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上にスパッタ銅被覆層又はスパッタ膜からなる銅シード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することを特徴とする半導体用配線の製造方法
８． Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜は、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であることを特徴とする上記６又は７記載の半導体用銅配線の製造方法
９． Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜が、Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜であることを特徴とする上記６〜８のいずれかに記載の半導体用銅配線の製造方法
１０．Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金であって、スパッタ面の面内方向の比透磁率が１００以下であることを特徴とする半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲット、を提供する。

本発明の半導体銅配線用バリア膜は、膜剥離を生じさせない程度の薄い膜厚とし、また狭い配線幅でも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等により温度上昇があっても、バリア特性に変化がないという優れた特徴を有している。本発明は、半導体銅配線材料において銅の拡散を効果的に抑制する著しい特性を有する。

本発明の半導体銅配線材料用バリア膜は、Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜である。
膜組成において、Ｃｒが５ｗｔ％に満たない場合はバリア性が十分でなく、従来のバリア膜に比べ優位性が無い。また、Ｃｒが３０ｗｔ％を超えると、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）加工する際、このバリア膜がポリッシングを阻害するので、除去するのに非常に時間がかかり過ぎ、実用に向かない。したがって、上記のＣｒの範囲とする。

本発明の半導体銅配線材料用バリア膜の膜厚は、３〜１５０ｎｍとする。膜厚が３ｎｍ未満の場合：充分なバリア性を持たない。また、膜厚が１５０ｎｍを超えると膜剥がれを生じ易くなるので、上記の範囲とする。
本発明の半導体銅配線材料用バリア膜の膜厚は、膜厚均一性が１σで１０％以下とする。膜厚均一性（１σ）が、１０％を超えると、バリア膜上に形成する銅膜が不均一となり、半導体の伝送特性に支障をきたすという問題がある。このことにより、実デバイスの耐久性が低下する。したがって、上記の膜厚均一性（１σ）を１０％以下とする。

本発明のバリア膜形成用スパッタリングターゲットについては、Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金ターゲットを用いる。本発明のＣｏ−Ｃｒ合金ターゲットの組成は、バリア膜の組成に直接反映される。すなわち、ターゲット組成のＣｒが５ｗｔ％に満たない場合、５ｗｔ％Ｃｒ以上のＣｏ合金膜が成膜できない。
一方Ｃｒが３０ｗｔ％を超えると、Ｃｒ３０％以下Ｃｏ合金の膜が成膜できない。したがって、Ｃｏ−Ｃｒ合金ターゲットの組成は、上記の範囲とする。
また、本発明のバリア膜形成用スパッタリングターゲットの、スパッタ面の面内方向の比透磁率が１００以下とする。比透磁率が１００を超えると、スパッタ膜の膜厚均一性が１σで１０％を超えてしまうからである。

本発明のＣｏ−Ｃｒ合金ターゲットは、平均結晶粒径が５００μｍ以下、特に１００μｍ以下が望ましい。平均結晶粒径が５００μｍを超えると、パーティクル発生量多くなり、ピンホールと呼ばれる膜欠陥が増加し、製品収率が低下するからである。
また、本発明のＣｏ−Ｃｒ合金ターゲットは、ターゲット内の平均結晶粒径のバラツキが３０％以内のものが望ましい。平均粒径のばらつきが３０％を超えると、スパッタ成膜した膜の膜厚均一性が１σで１０％を超えるおそれがあるからである。

本発明のターゲットを製造するに際しては、８００〜１３７０°Ｃの熱間における鍛造と、圧延の組み合わせにより、ターゲット板に加工するのが望ましい。
さらに、前記熱間鍛造・圧延後、大気中、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、保持温度：３００〜９６０°Ｃの熱処理を行うのが良い。
これによって得た熱処理板をターゲット形状に加工し、スパッタリングされる面の平均粗さ (Ｒａ) を、０．０１〜５μｍとする。
また、ターゲットやバッキングプレートの側面などの非スパッタ面、すなわちスパッタされた物質が付着する部分を、サンドブラスト処理、エッチング処理又は溶射被膜層の形成等によって、表面の平均粗さ (Ｒａ)を１〜５０μｍに表面粗化して、付着した被膜が再剥離するのを防止することが望ましい。再剥離してスパッタ雰囲気中に浮遊する物質は、基板へのパーティクル発生の原因となるからである。

本発明のターゲットは、高出力スパッタに耐えられるように、Ａｌ合金、Ｃｕ、 Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金などのバッキングプレートへ、ロウ付け若しくは、拡散接合法や摩擦圧接法などの金属結合によってボンディングすることが望ましい。
また、ターゲットに含有される不純物として、Ｎａ、Ｋの濃度がそれぞれ５ｐｐｍ以下（以降ｐｐｍは、ｗｔｐｐｍを示す）、Ｕ、Ｔｈの濃度がそれぞれ０．０５ｐｐｍ以下、さらには主元素、添加元素以外の金属元素の総計が０．５ｗｔ％以下、かつ酸素濃度が０．５％以下であることが望ましい。

本発明の半導体用配線の製造に際しては、半導体基板上に、スパッタリングによりＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上に無電解めっき層又は無電解めっきシード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成して高密度の半導体用配線を形成することができる。本発明のバリア膜は、このような集積度の高い配線膜においても、半導体基板への銅の拡散を効果的に抑制できる。
上記のＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成した後、さらにその上にスパッタ銅被覆層又はスパッタ膜からなる銅シード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することもできる。これは製造工程に応じて、適宜選択できる。
前記Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成する場合には、いずれも膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であることが必要である。また、このバリア膜はＣｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜であることが望ましい。
以上のＣｏ−Ｃｒ合金のバリア膜はスパッタリングにより形成するが、スパッタ面の面内方向の比透磁率が１００以下である半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲットを使用することが望ましい。

次に、実施例に基づいて本発明を説明する。以下に示す実施例は、理解を容易にするためのものであり、これらの実施例によって本発明を制限するものではない。本発明の技術思想に基づく変形及び他の実施例は、当然本発明に含まれる。すなわち、以下に示す実施例は、好適な実施例の一部を示しているだけで、以下の実施例だけに本発明が限定される必要がないことは容易に理解されるべきものである。

（実施例１）
Ｃｏ−２０ｗｔ％Ｃｒの組成を溶解・鋳造し、Ｃｏ−Ｃｒインゴットを作製した。これを、１１００°Ｃで熱間鍛造・熱間圧延し、冷却後５００°Ｃで２時間熱処理を行い、ターゲットに加工した。このターゲットの結晶粒径は２８０μｍであった。これを、さらに表面の平均粗さ：Ｒａを０．１４μｍに仕上げた。
ターゲット中のＣｒ濃度は１９．１ｗｔ％で、不純物成分は、Ｎａ：０．２ｐｐｍ、Ｋ：０．１ｐｐｍ、Ｕ：０．０２ｐｐｍ、Ｔｈ：０．０３ｐｐｍ、 金属成分の総計が４７０ｐｐｍ、 酸素が１０ｐｐｍであった。
このターゲットをバッキングプレートにインジウムでボンディングして、ターゲットの側面とターゲット近傍のバッキングプレート部をサンドブラストで、Ｒａ＝７．５μｍに粗化した。

このターゲットを使って、８インチのＳｉＯ_２基板上に、膜厚：１４０ｎｍのバリア層を作製した。このバリア層の各添加成分の組成を分析したところ、Ｃｒ：１８．３ｗｔ％と、若干Ｃｒが少ない組成と一致した。このバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚均一性を調べたところ、１σで７．２％であった。
このバリア層の上に、スパッタリングにより２００ｎｍのＣｕを成膜した。
このＣｕ／Ｃｏ−Ｃｒ積層膜について、成膜したままの試料と、真空中で ３００°Ｃ×２時間の熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、Ｃｕのバリア層への拡散を評価した。
図１に、ＡＥＳの結果を示す。Ｃｏ−Ｃｒをバリア膜としたものでは、 ３００°Ｃで熱処理したものでも、Ｃｕのプロファイルは熱処理を行わなかったものと同様のプロファイルを示しており、バリア層への拡散が認められなかった。

（比較例１）
従来のバリア材であるＮｉ−２０ｗｔ％Ｃｒの組成を有する材料を、溶解・鋳造し、Ｎｉ−Ｃｒインゴットを作製した。これを、１１００°Ｃで熱間鍛造・熱間圧延し、冷却後５００°Ｃで２時間の熱処理を行い、ターゲットに加工した。
このターゲットの結晶粒径は３００μｍで、表面粗さをＲａで０．１５μｍに仕上げた。ターゲット中のＣｒ濃度は１９．７ｗｔ％、不純物成分は、Ｎａ： ０．１ｐｐｍ、Ｋ：０．３ｐｐｍ、Ｕ：０．０２ｐｐｍ、Ｔｈ：０．０４ｐｐｍ、 不純物金属成分の総計が５１０ｐｐｍ、 酸素が１０ｐｐｍであった。

ターゲットをバッキングプレートにインジウムでボンディングして、ターゲットの側面とターゲット近傍のバッキングプレート部をサンドブラストで、Ｒａ＝７．０μｍに粗化した。ターゲットの面内方向の比透磁率は１３０であった。
このターゲットを使って、ＳｉＯ_２基板上に膜厚：１４０ｎｍのバリア層を作製した。
このバリア層の各添加成分の組成を分析したところ、Ｃｒ：１８．５ｗｔ％と、若干Ｃｒが少ない組成となった。このバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚均一性を調べたところ、１σで７．４％であった。

このバリア層の上にスパッタ法でＣｕ膜を２００ｎｍ成膜した。このＣｕ／ Ｎｉ−Ｃｒ膜について、成膜したままの試料と、真空中で３００°Ｃ×２時間の熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、Ｃｕのバリア層への拡散を評価した。図２にＡＥＳの結果を示す。
３００°Ｃで熱処理したもののＣｕのプロファイルが、熱処理していないものよりも、バリア層に入り込んでいる。すなわち、バリア層としての機能が低いことが分かった。

（実施例２〜８）
上記実施例１と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表１に示す本発明の範囲にある合金組成及び比透磁率のターゲットを用いて、８インチのＳｉＯ_２基板上に、膜厚１０ｎｍのバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成（ｗｔ％）、バリア層の膜厚（ｎｍ）及びバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚の均一性（％）を調べた。その結果を表１に示す。実施例２〜８のバリア膜の膜組成（ｗｔ％）、膜厚（ｎｍ）、膜厚の均一性（％）はいずれも、本願発明の範囲に入るものである。
さらに、このバリア層の上にスパッタ法でＣｕシード層を２０ｎｍ成膜後、電気めっきにより２００ｎｍのＣｕ層を形成した。そして、２％水素/９８％ヘリウムガス雰囲気において４００℃３０分間のアニール処理を行った。熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、熱処理前後の比較により、Ｃｕバリア層への拡散を評価した。この結果、銅の拡散は認められなかった。これらの結果を同様に、表１に示す。
以上の結果、実施例２〜８は、いずれも銅のマイグレーションは見られなかった。

（比較例２）
表１に示す上記比較例１と同一のターゲットを用いて、８インチのSiO₂基板上に、膜厚１０ｎｍのＮｉ−Ｃｒバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成（ｗｔ％）、バリア層の膜厚（ｎｍ）及びバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚の均一性（％）を調べた。その結果を表１に示す。比較例２のバリア膜の合金成分（Ｎｉ−Ｃｒ）は、本願発明と異なるものである。
さらに、このバリア層の上にＣｕシード層を２０ｎｍ成膜後、電気めっきにより２００ｎｍのＣｕ層を形成した。そして、２％水素/９８％ヘリウムガス雰囲気において４００°Ｃ３０分間のアニール処理を行った。熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、熱処理前後の比較により、Ｃｕバリア層への拡散を評価した。この結果、銅の拡散が認められた。これらの結果を同様に、表１に示す。

（比較例３）
上記実施例１と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表１に示す本発明外の範囲にある合金組成（Ｃｒ量が本願発明よりも少ない）のターゲットを用いて、８インチのSiO₂基板上に、膜厚１０ｎｍのＣｏ−Ｃｒバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成（Ｃｒ３．５ｗｔ％）、バリア層の膜厚（ｎｍ）及びバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚の均一性（％）を調べた。その結果を表１に示す。
比較例３のバリア膜の膜組成（Ｃｒ３．５ｗｔ％）は、本願発明の膜のＣｒ含有量（５〜３０ｗｔ％）よりも少ない。
さらに、このバリア層の上にＣｕシード層を２０ｎｍ成膜後、電気めっきにより２００ｎｍのＣｕ層を形成した。そして、２％水素/９８％ヘリウムガス雰囲気において４００°Ｃ３０分間のアニール処理を行った。熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、熱処理前後の比較により、Ｃｕバリア層への拡散を評価した。この結果、銅の拡散が認められた。これらの結果を同様に、表１に示す。

（比較例４）
上記実施例１と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表１に示す本発明外の範囲にある合金組成（Ｃｒ量が本願発明よりも多い）のターゲットを用いて、SiO₂基板上に、膜厚１０ｎｍのＣｏ−Ｃｒバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成（Ｃｒ３３．１ｗｔ％）、バリア層の膜厚（ｎｍ）及びバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚の均一性（％）を調べた。その結果を表１に示す。
比較例３のバリア膜の膜組成（Ｃｒ３３．１ｗｔ％）は、本願発明の膜のＣｒ含有量（５〜３０ｗｔ％）よりも多い。
さらに、このバリア層の上にＣｕシード層を２０ｎｍ成膜後、電気めっきにより２００ｎｍのＣｕ層を形成した。そして、２％水素/９８％ヘリウムガス雰囲気において４００°Ｃ３０分間のアニール処理を行った。熱処理を行った試料について、ＣＭＰによるポリッシングを試みたが均一性に問題があった。これらの結果を同様に、表１に示す。

（比較例５）
上記実施例１と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表１に示す通りターゲットの比透磁率が本発明外にあるターゲットを用いて、ＳｉＯ_２基板上に、膜厚１０ｎｍのＣｏ−Ｃｒバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成、バリア層の膜厚（ｎｍ）及びバリア層の膜厚を４９点測定し、その膜厚の均一性（％）を調べた。その結果を表１に示す。
さらに、このバリア層の上にＣｕシード層を２０ｎｍ成膜後、電気めっきにより２００ｎｍのＣｕ層を形成した。そして、２％水素/９８％ヘリウムガス雰囲気において４００°Ｃ３０分間のアニール処理を行った。熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、熱処理前後の比較により、Ｃｕバリア層への拡散を評価した。この結果、銅の拡散が認められた。これらの結果を同様に、表１に示す。

（比較例６）
上記実施例１と同様の製造方法を用いてターゲットを製造し、下記表１に示すターゲットを用いてスパッタリングし、ＳｉＯ_２基板上に、膜厚が本発明外にある ２．５ｎｍ(本願発明より薄い)のＣｏ−Ｃｒバリア層を形成した。
このバリア層の各添加成分の組成、ターゲットの比透磁率、膜組成及びバリア層の膜厚を４９点測定し、膜厚の均一性（％）を調べた。その結果を表１に示す。
さらに、このバリア層の上にＣｕシード層を２０ｎｍ成膜後、電気めっきにより２００ｎｍのＣｕ層を形成した。そして、２％水素/９８％ヘリウムガス雰囲気において４００°Ｃ３０分間のアニール処理を行った。熱処理を行った試料について、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）で深さ方向にプロファイルをとり、熱処理前後の比較により、Ｃｕバリア層への拡散を評価した。この結果、銅の拡散が認められた。これらの結果を同様に、表１に示す。バリア層の膜厚が十分でない場合にはＣｕの拡散が起り、耐久性がないことが分かった。

（比較例７）
上記実施例１と同様の製造方法を用いて表１に示すターゲットを製造し、下記表１に示す通りバリア層の膜厚が本発明外にある条件で、８インチのＳｉＯ_２基板上に、膜厚が本発明外にある１８０ｎｍ(本願発明より厚い)のＣｏ−Ｃｒバリア層を形成した。
さらに、このバリア層の各添加成分の組成及びバリア層の膜厚（ｎｍ）を、同様に表１に示す。しかし、このバリア層は剥離したため、その後の測定は不能となった。以上から、バリア層の過剰な膜厚は、適切でないことが分かった。

本発明は、狭い配線幅の銅回路でも十分なバリア効果を得ることができ、さらに熱処理等による温度上昇があっても、バリア特性に変化がないという優れた特徴を有している。このように、銅の拡散を効果的に抑制する著しい特性を有するので、高密度銅配線半導体用バリア膜として有用である。

実施例１のＣｏ−Ｃｒ合金のバリア膜を使用した場合の、Ｃｕ拡散の分析（ＡＥＳ）結果を示す図である。 比較例１のＮｉ−Ｃｒ合金のバリア膜を使用した場合の、Ｃｕ拡散の分析（ＡＥＳ）結果を示す図である。

Claims (10)

1. Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜からなり、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であることを特徴とする半導体配線用バリア膜。
2. 半導体基板上に、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であるＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜、及び該バリア膜上に形成された銅被覆層を備えていることを特徴とする半導体用銅配線。
3. Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜が、Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜であることを特徴とする請求項２記載の半導体用銅配線。
4. バリア膜上に形成された銅被覆層が、無電解銅めっき層又は無電解銅めっきシード層とその上に形成された電気銅めっき層であることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体用銅配線。
5. バリア膜上に形成された銅被覆層が、銅スパッタ膜又は銅スパッタ膜からなるシード層とその上に形成された電気銅めっき層であることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体用銅配線。
6. 半導体基板上に、スパッタリングによりＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上に無電解銅めっき層又は無電解銅めっきシード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することを特徴とする半導体用配線の製造方法。
7. 半導体基板上に、スパッタリングによりＣｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜を形成し、さらにその上にスパッタ銅被覆層又はスパッタ膜からなる銅シード層と電気銅めっきによる銅被覆層を形成することを特徴とする半導体用配線の製造方法。
8. Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜は、膜厚が３〜１５０ｎｍ、膜厚均一性が１σで１０％以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の半導体用銅配線の製造方法。
9. Ｃｏ−Ｃｒ合金からなるバリア膜が、Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金膜であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の半導体用銅配線の製造方法。
10. Ｃｒを５〜３０ｗｔ％含有し、残部が不可避的不純物及びＣｏからなるＣｏ−Ｃｒ合金であって、スパッタ面の面内方向の比透磁率が１００以下であることを特徴とする半導体バリア膜形成用スパッタリングターゲット。
    

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