JP2008258311A - 半導体装置及び半導体装置の配線または電極形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温環境下で作動する半導体装置に好適な電極または配線形成方法及びこれらを備えた半導体装置を実現する。
【解決手段】 半導体基板１０の基板面１０ａ上に、下層配線１１を覆って層間絶縁膜１２を形成し、層間絶縁膜１２に配線溝１３を形成する。次に、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより、層間絶縁膜１２の表面、配線溝１３の内壁及び下層配線１１を覆う金属膜１４を形成する。続いて、酸素プラズマによる酸化処理を行い、金属膜１４を酸化してバリア層１５を形成する。これにより、２００℃を超える高温使用環境においても化学的に安定であり、バリア層として効果的に作用するバリア層１５をＣｕ配線１８と層間絶縁膜１２との間に介在させることができるので、配線材料たるＣｕの層間絶縁膜１２への拡散を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、高温環境下で作動する半導体装置及びその半導体装置に好適に用いられる配線または電極形成方法に関する。

従来、ＬＳＩの配線、または、電極材料として、アルミニウム（Ａｌ）が用いられていたが、最近では、配線間容量と配線抵抗に起因する信号遅延を改善するため、または、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）特性を向上させるために、Ａｌと比べて配線抵抗が低い銅（Ｃｕ）が用いられている。
Ｃｕによる配線の形成方法として、例えば、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に、上層配線が形成される配線溝と、この上層配線を下層配線に接続するビア溝とを形成し、配線材料である銅または銅合金を充填することにより、ビアと上層配線とを一度に形成するＣｕデュアルダマシン法が、特許文献１に開示されている。
ここで、Ｃｕが層間絶縁膜中に拡散すると、デバイス特性の変動などの不具合を生じるおそれがあるため、配線溝及びビア溝の内面にＣｕの拡散を防止するバリア層を形成して、層間絶縁膜とＣｕ配線との間にバリア層を介在させることが行われている。バリア層としては、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜などが用いられている。
特許第３４０３０５８号公報

しかし、Ｃｕからなる配線を車載用の複合ＩＣのように２００℃以上の高温環境下で使用される可能性がある半導体装置に用いた場合、上述のバリア層では高温におけるバリア性が不十分であるため、Ｃｕが層間絶縁膜中に拡散してデバイス特性の変動などの不具合を生じるおそれがある。ＬＳＩにＣｕ電極を用いた場合にも同様の問題が生じる。

そこで、この発明は、高温環境下で作動する半導体装置に好適な電極または配線形成方法及びこれらを備えた半導体装置を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金からなる電極または配線と、前記電極または配線と隣接し、絶縁する絶縁膜と、前記電極または配線と前記絶縁膜との間に介在された前記絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止するバリア層と、を備えた半導体装置において、前記バリア層は、少なくとも前記電極または配線と前記バリア層との界面、または、前記絶縁膜と前記バリア層との界面に、金属膜を酸化することにより形成された酸化物層を有している、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金からなる電極または配線と、電極または配線と隣接し、絶縁する絶縁膜と、電極または配線と絶縁膜との間に介在された絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止するバリア層と、を備えた半導体装置において、バリア層が、少なくとも電極または配線とバリア層との界面、または、絶縁膜とバリア層との界面に、金属膜を酸化することにより形成された酸化物層を有しているため、高温環境下においても化学的に安定な酸化物層により、配線材料たるＣｕの層間絶縁膜への拡散を効果的に防止することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置において、前記半導体装置は、２００℃以上の高温環境下で使用される、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明のように、半導体装置として、２００℃以上の高温環境下で使用される、例えば、車載用の複合集積回路を用いることができる。これによれば、Ｃｕ合金による配線においてＣｕの絶縁膜中への拡散による影響が顕著になる２００℃以上の高温環境下においても、デバイス特性の変動やＥＭ特性の低下などを生じないため、半導体装置を安定した状態で使用することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、前記金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成されている、という技術的手段を用いる。

特に、請求項３に記載の発明のように、金属膜を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成すると、化学的に安定な酸化物層を備えたバリア層を形成することができるので、絶縁膜中へのＣｕの拡散をより効果的に防止することができ、好適である。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置において、前記配線はＣｕダマシン配線である、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明のように、本発明は、Ｃｕダマシン配線を備えた半導体装置に好適に適用することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置において、前記電極は、集積回路装置の取出電極である、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明のように、本発明は、集積回路装置の取出電極としてＣｕ電極を備えた半導体装置に好適に適用することができる。

請求項６に記載の発明では、半導体基板上に機能素子が形成された半導体装置の配線形成方法であって、前記機能素子に電気的に接続された下層配線を覆って層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜をエッチングして、上層配線を形成するための配線溝を形成する工程と、前記配線溝の内側面に金属膜を形成する工程と、前記金属膜を酸化して、前記絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止するバリア層を形成する工程と、前記バリア層が形成された前記配線溝の内部に、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金を充填し、前記上層配線を形成する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明によれば、上層配線と層間絶縁膜との間に、配線溝の内側面に形成された金属膜を酸化することにより形成されたバリア層を介在させることができる。バリア層は、化学的に安定な酸化物層を備えているので、配線材料たるＣｕの層間絶縁膜への拡散を防止することができる。

請求項７に記載の発明では、請求項６の半導体装置の配線形成方法において、前記金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成されている、という技術的手段を用いる。

特に、請求項７に記載の発明のように、金属膜を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成すると、化学的に安定な酸化物層を備えたバリア層を形成することができるので、絶縁膜中へのＣｕの拡散をより効果的に防止することができ、好適である。

請求項８に記載の発明では、半導体基板上に機能素子が形成された半導体装置の電極形成方法であって、前記機能素子に電気的に接続された配線の上部に、ＣｕまたはＣｕを主成分とし、所定の形状にパターニングされたＣｕ電極を形成する工程と、前記Ｃｕ電極の表面に金属膜を形成する工程と、前記金属膜を酸化して、Ｃｕの拡散を防止するバリア層を形成する工程と、前記バリア層が形成された前記Ｃｕ電極を絶縁するとともに、前記Ｃｕ電極の一部を外部配線と接続可能に露出させた絶縁膜を形成する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項８に記載の発明によれば、Ｃｕ電極と絶縁膜との間に、Ｃｕ電極の表面に形成された金属膜を酸化することにより形成されたバリア層を介在させることができる。バリア層は、化学的に安定な酸化物層を備えているので、電極材料たるＣｕの絶縁膜への拡散を防止することができる。

請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の半導体装置の電極形成方法において、前記金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成されている、という技術的手段を用いる。

特に、請求項９に記載の発明のように、金属膜を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成すると、化学的に安定な酸化物層を備えたバリア層を形成することができるので、絶縁膜中へのＣｕの拡散をより効果的に防止することができ、好適である。

[第１実施形態]
この発明の第１実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の配線形成方法について、図を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る半導体装置の配線構造を示す断面説明図である。図２ないし図４は、第１実施形態に係る半導体装置の配線形成方法の断面説明図である。
なお、いずれの図においても、説明のために一部を拡大して誇張して示している。また、以下の説明において、ある層が他の層の上に存在すると記述される場合には、ある層が他の層の真上に存在する場合と、ある層と他の層との間に第３の層が介在される場合とを示す。

本実施形態に係る半導体装置の配線形成方法として、同一半導体基板にパワー素子である横拡散型ＭＯＳ（ＬＤＭＯＳ）部と非パワー素子であるＣＭＯＳ部とが形成された車載用複合ＩＣを例に説明する。この車載用複合ＩＣは、２００℃以上の高温環境下に使用されることがある高温作動用半導体装置である。

（半導体装置の配線構造）
図１に示すように、半導体装置１は、ＣＭＯＳ部３１及びＬＤＭＯＳ部３２が形成された半導体基板１０の基板面１０ａの上方に、順番に積層形成された第１配線層３３、第２配線層３４及び第３配線層３５を備えている。第３配線層３５の表面には、Ｐ−ＳｉＮ膜やＰ−ＴＥＯＳ膜などからなる保護膜４１が形成されている。なお、図中では、ＣＭＯＳ部３１及びＬＤＭＯＳ部３２の構造は省略する。

第１配線層３３は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの半導体基板１０の基板面１０ａ上に形成されており、層間絶縁膜１２、Ｃｕ配線１８及び保護膜１９とを備えている。
また、基板面１０ａ上には、ＣＭＯＳ部３１及びＬＤＭＯＳ部３２に接続されている下層配線１１が形成されている。

層間絶縁膜１２は、ＴＥＯＳ膜により形成されている。各層間絶縁膜は、クロストークを低減するために低誘電率なＬｏｗ−ｋ膜で形成することが好ましく、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２膜に多量の炭素を含有させたＳｉＯＣ、フッ素ドープケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、リン含有ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素リン含有ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）など、低誘電率を有する材料により形成することができる。

層間絶縁膜１２には、下層配線１１とＣｕ配線１８とを接続するためのビア部１３ａ及び所定のパターンの配線が形成される配線部１３ｂからなる配線溝１３が貫通形成されている。配線部１３ｂは、ビア部１３ａの形成領域を含み、ビア部１３ａより幅が広い溝状に形成されている。

ＬＤＭＯＳ部３２では、大きな電流を流すため、ＯＮ抵抗を低減することが要求されており、Ｃｕ配線１８を厚くする形成する必要がある。そのため、Ｃｕ配線１８が形成される層間絶縁膜１２は、厚さが１．０〜２．０μｍ、例えば１．５μｍに形成されている。

Ｃｕ配線１８は、配線溝１３の内壁に形成されたバリア層１５を介して、配線溝１３の内部にＣｕまたはＣｕを主成分とする合金が充填されて形成されている。バリア層１５は、酸化アルミニウムまたはＣｕ配線１８との界面に酸化アルミニウム被膜を有するアルミニウム被膜であり、Ｃｕの配線材料たるＣｕの層間絶縁膜１２への拡散を防止する。

保護膜１９は、酸化アルミニウムにより形成されている。第１配線層３３のＣｕ配線１８は、半導体基板１０の基板面１０ａ上に形成されている下層配線１１と接続されている。

ＣＭＯＳ部３１では、半導体装置１の小型化のため、微細な配線が要求されているので、ＣＭＯＳ部３１のＣｕ配線１８は、例えば、幅０．５〜１μｍ程度に形成される。
ここで、Ｃｕ配線１８のアスペクト比（＝Ｃｕ配線１８の厚さ／Ｃｕ配線１８の幅）が２以下になるようにＣｕ配線１８を形成すると、Ａｌ合金の配線溝１３への埋め込み性を向上させることができるので、好ましい。

第２配線層３４及び第３配線層３５は、層間絶縁膜１２、Ｃｕ配線１８及び保護膜１９を備えており、第１配線層３３と同様の構造である。
第２配線層３４は、第１配線層３３の上面に形成されており、第２配線層３４から見て下部配線である第１配線層３３のＣｕ配線１８の上部と第２配線層３４のＣｕ配線１８の下部とが接続されている。
同様に、第３配線層３５は、第２配線層３４の上面に形成されており、第３配線層３５から見て下部配線である第２配線層３４のＣｕ配線１８の上部と第３配線層３５のＣｕ配線１８の下部とが接続されている。

（半導体装置の配線形成方法）
次に、上述したＣｕ配線１８の形成方法について図を参照して説明する。なお、配線形成方法は、ＣＭＯＳ部３１とＬＤＭＯＳ部３２とで共通であり、各配線層においても同様であるため、図中には、ＣＭＯＳ部３１側の第１配線層３３の形成工程について示す。

まず、図２（Ａ）に示すように、半導体基板１０の基板面１０ａ上に、下層配線１１を覆って、層間絶縁膜１２を形成する。層間絶縁膜１２として、例えば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。

続いて、図２（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜１２の下層配線１１の上方に位置する部位に、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、ビア部１３ａと配線部１３ｂとからなる配線溝１３を形成する。これにより、下層配線１１が露出し、ビア部１３ａと連結される。

続いて、図２（Ｃ）に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより、層間絶縁膜１２の表面、配線溝１３の内壁及び下層配線１１を覆う金属膜１４を形成する。本実施形態では、金属膜１４は、Ａｌからなる厚さ約０．２μｍの膜である。

続いて、図３（Ｄ）に示すように、酸素プラズマによる酸化処理を行い、金属膜１４を酸化してバリア層１５を形成する。
ここで、バリア層１５は、全体が酸化アルミニウムであることが望ましいが、バリア層として作用する酸化被膜が形成されていればよい。また、化学量論比に形成されていなくてもよく、例えば、Ａｌ_２Ｏ_{（３−ｘ）}（０＜ｘ＜３）であってもよい。更に、バリア層として作用するならば、酸化アルミニウムとＡｌとの２層膜でもよいし、傾斜組成で形成されていてもよい。酸化アルミニウムとＡｌとの２層膜が形成される場合には、Ｃｕ配線１８とバリア層１５との界面に酸化アルミニウムが存在する。
これにより、２００℃を超える高温使用環境においても化学的に安定であり、バリア層として効果的に作用するバリア層１５をＣｕ配線１８と層間絶縁膜１２との間に介在させることができるので、配線材料たるＣｕ合金の層間絶縁膜１２への拡散を防止することができる。

続いて、図３（Ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、バリア層１５のうち、下層配線１１を覆って形成された部分を除去して、下層配線１１の上面を露出させる。

続いて、図３（Ｆ）に示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜１２の表面、配線溝１３の内壁及び下層配線１１を覆うＣｕ膜であるシード層１６を形成する。シード層１６は、続く電解めっきの電極として作用する。

続いて、図４（Ｇ）に示すように、電解めっき法によりＣｕめっき層１７を形成し、配線材料であるＣｕを配線溝１３にＣｕを充填する。ここで、シード層１６はＣｕめっき層１７と一体化する。Ｃｕめっき層１７として、純Ｃｕ以外に、Ｃｕを主成分とする合金、例えば、Ｃｕ−Ａｌ合金などを用いることができる。

続いて、図４（Ｈ）に示すように、層間絶縁膜１２表面の残った余分なＣｕめっき層１７を化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などにより除去し、平坦化することにより、配線溝１３にＣｕが充填されたＣｕ配線１８を形成する。

続いて、図４（Ｉ）に示すように、層間絶縁膜１２及びＣｕ配線１８を覆って、スパッタ法により、Ａｌ膜を形成した後、酸素プラズマによる酸化処理を行い、酸化アルミニウムからなる保護膜１９を形成する。

上述の工程を繰り返すことにより、第２配線層３４及び第３配線層３５（図１）が形成され、半導体装置１の多層配線を形成することができる。
なお、本実施形態における膜厚、配線層の数などは例示であり、各種構成の配線の形成方法として適用することができる。

（変更例）
金属膜１４は、酸素プラズマによる酸化処理により、バリア層として作用する酸化被膜が形成されるなら、Ａｌに限定されるものではない。例えば、金属膜１４を形成する金属として、安定した酸化物を形成するＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕなどを用いることもできる。上記の金属からなる群から選択された金属膜１４を用いた場合においても、バリア層１５は化学量論比に形成されていなくてもよい。

［第１実施形態の効果］
（１）第１実施形態の半導体装置１及び半導体装置１の配線形成方法によれば、Ｃｕ配線１８と層間絶縁膜１２との間に、配線溝１３の内側面に形成された金属膜１４を酸化することにより形成されたバリア層１５を介在させることができる。バリア層１５は、化学的に安定な酸化物層を備えているので、配線材料たるＣｕの層間絶縁膜１２への拡散を防止することができる。
このバリア層１５は、高温使用環境においても化学的に安定であり、２００℃を超える高温使用環境において使用される半導体装置１のＣｕ配線１８の形成に好適に用いることができる。

（２）金属膜１４を形成する金属として、安定した酸化物を形成するＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕなどを用いた場合にも、上述の効果を奏することができる。

［第２実施形態］
この発明に係るＬＳＩのＣｕ電極形成方法の第２実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、バイポーラトランジスタや横拡散型トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）などのパワー素子と外部の基板とのコンタクトをとるための電極としてＣｕ電極を用いる場合を例に説明する。図５は、第２実施形態に係る半導体装置の電極構造を示す断面説明図である。図６ないし図８は、第２実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。

図５に示すように、パワー素子を備えた半導体装置２は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの半導体基板１０の基板面１０ａ上には横拡散型トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）（図示略）が形成されており、このＬＤＭＯＳと電気的に接続されたＡｌ配線２１が形成されている。Ａｌ配線２１の上面には、Ａｌ配線２１の一部が露出するように、窒化けい素（Ｐ−ＳｉＮ）からなるパッシベーション膜２２が形成されている。

パッシベーション膜２２から露出したＡｌ配線２１の上面には、パターニングされたＣｕ電極２３がバリア・シード層２４を介して電気的に接続されて形成されている。
Ｃｕ電極２３の上面の一部と、パッシベーション膜２２とを覆って、ポリイミド膜からなる絶縁膜２５が形成されている。絶縁膜２５は、Ｃｕ電極２３の上面の一部が露出するように開口形成されており、この開口部を通じて半導体装置２０のＣｕ電極２３と外部配線とを電気的に接続することができる。

Ｃｕ電極２３と絶縁膜２５との間には、酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム被膜を有するアルミニウム被膜からなるバリア層２６が介在されている。
バリア層２６は、２００℃以上の高温環境下で使用される場合においても、Ｃｕが絶縁膜２５に拡散することを防止するバリア層として有効に作用するため、電極材料が絶縁膜２５に拡散してＥＭ特性が低下することがない信頼性の高いＣｕ電極２３を形成することができる。

（半導体装置の電極形成方法）
次に、上述したＣｕ電極２３の形成方法について図を参照して説明する。
まず、図６（Ａ）に示すように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの半導体基板１０の基板面１０ａ上に、Ａｌ−Ｃｕ合金からなるＡｌ配線２１を形成し、Ａｌ配線２１の一部が露出するように、Ａｌ配線２１の上面に窒化けい素（Ｐ−ＳｉＮ）からなるパッシベーション膜２２を形成する。ここで、Ａｌ配線２１は、純Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ合金などにより形成してもよい。

次に、図６（Ｂ）に示すように、スパッタ法により、パッシベーション膜２２の表面及びＡｌ配線２１を覆うバリア・シード層２４を形成する。本実施形態では、バリア・シード層２４は、ＴｉＮ膜にＣｕ膜を積層して形成されている。

続いて、図６（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、フォトレジスト膜２７を所定の形状にパターニングして形成する。

続いて、図７（Ｄ）に示すように、フォトレジスト膜２７をマスクとし、電解めっき法によりＣｕ電極２３を形成する。

続いて、図７（Ｅ）に示すように、フォトレジスト膜２７を除去した後に、パッシベーション膜２２の表面で露出したバリア・シード層２４をエッチング法により除去する。

続いて、図７（Ｆ）に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより、パッシベーション膜２２及びＣｕ電極２３を覆う金属膜２８を形成する。本実施形態では、金属膜２８は、Ａｌからなる厚さ約０．２μｍの膜である。

続いて、図８（Ｇ）に示すように、酸素プラズマによる酸化処理を行い、金属膜２８を酸化してバリア層２６を形成する。
ここで、バリア層２６は、酸化アルミニウムであることが望ましいが、バリア層として作用する酸化被膜が形成されていればよい。つまり、化学量論比に形成されていなくてもよく、例えば、Ａｌ_２Ｏ_{（３−ｘ）}（０＜ｘ＜３）であってもよい。更に、バリア層として作用するならば、酸化アルミニウムとＡｌとの２層膜でもよいし、傾斜組成で形成されていてもよい。酸化アルミニウムとＡｌとの２層膜が形成される場合には、絶縁膜２５とバリア層２６との界面に酸化アルミニウムが存在する。

そして、図８（Ｈ）に示すように、Ｃｕ電極２３の上面の一部と、パッシベーション膜２２を覆って、Ｃｕ電極２３の上面の一部が露出するように、ポリイミド膜からなる絶縁膜２５を形成する。

これにより、２００℃を超える高温使用環境においても化学的に安定であり、バリア層として効果的に作用するバリア層２６をＣｕ電極２３と絶縁膜２５との間に介在させることができるので、配線材料たるＣｕ合金の絶縁膜２５への拡散を防止することができる。

（変更例）
第１実施形態と同様に、金属膜２８は、酸素プラズマによる酸化処理により、バリア層として作用する酸化被膜が形成されるなら、Ａｌに限定されるものではない。例えば、金属膜２８を形成する金属として、安定した酸化物を形成するＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕなどを用いることもできる。上記の金属からなる群から選択された金属膜２８を用いた場合においても、バリア層２６は化学量論比に形成されていなくてもよい。

［第２実施形態の効果］
（１）第２実施形態の半導体装置２及び半導体装置２の電極形成方法によれば、Ｃｕ電極２３と絶縁膜２５との間に、Ｃｕ電極２３の表面に形成された金属膜２８を酸化することにより形成されたバリア層２６を介在させることができる。バリア層２６は、化学的に安定な酸化物層を備えているので、電極材料たるＣｕの絶縁膜２５への拡散を防止することができる。
このバリア層２６は、高温使用環境においても化学的に安定であり、２００℃を超える高温使用環境において使用される半導体装置２のＣｕ電極２３の形成に好適に用いることができる。

（２）金属膜２８を形成する金属として、安定した酸化物を形成するＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕなどを用いた場合にも、上述の効果を奏することができる。

［その他の実施形態］
スパッタ法に用いるターゲットとして酸化物を用いることにより、金属膜１４、２８に代えて、酸化物膜を形成してもよい。これにより、厚さ方向に均一な組成の酸化膜を形成することができるので、Ｃｕの層間絶縁膜１２または絶縁膜２５への拡散を効果的に防止することができる。

第１実施形態に係る半導体装置の配線構造を示す断面説明図である。 第１実施形態に係る半導体装置の配線形成方法の断面説明図である。 第１実施形態に係る半導体装置の配線形成方法の断面説明図である。 第１実施形態に係る半導体装置の配線形成方法の断面説明図である。 第２実施形態に係る半導体装置の電極構造を示す断面説明図である。 第２実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。 第２実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。 第２実施形態に係る半導体装置の電極形成方法の断面説明図である。

符号の説明

１、２ 半導体装置
１０ 半導体基板
１０ａ 基板面
１１ 下層配線
１２ 層間絶縁膜
１３ 配線溝
１４ 金属膜
１５ バリア層
１８ Ｃｕ配線（上層配線）
２３ Ｃｕ電極
２５ 絶縁膜
２６ バリア層
２８ 金属膜

Claims (9)

1. ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金からなる電極または配線と、
   前記電極または配線と隣接し、絶縁する絶縁膜と、
   前記電極または配線と前記絶縁膜との間に介在された前記絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止するバリア層と、を備えた半導体装置において、
   前記バリア層は、少なくとも前記電極または配線と前記バリア層との界面、または、前記絶縁膜と前記バリア層との界面に、金属膜を酸化することにより形成された酸化物層を有していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体装置は、２００℃以上の高温環境下で使用されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記配線はＣｕダマシン配線であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記電極は、集積回路装置の取出電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 半導体基板上に機能素子が形成された半導体装置の配線形成方法であって、
   前記機能素子に電気的に接続された下層配線を覆って層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜をエッチングして、上層配線を形成するための配線溝を形成する工程と、
   前記配線溝の内側面に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜を酸化して、前記絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止するバリア層を形成する工程と、
   前記バリア層が形成された前記配線溝の内部に、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金を充填し、前記上層配線を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
7. 前記金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の配線形成方法。
8. 半導体基板上に機能素子が形成された半導体装置の電極形成方法であって、
   前記機能素子に電気的に接続された配線の上部に、ＣｕまたはＣｕを主成分とし、所定の形状にパターニングされたＣｕ電極を形成する工程と、
   前記Ｃｕ電極の表面に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜を酸化して、Ｃｕの拡散を防止するバリア層を形成する工程と、
   前記バリア層が形成された前記Ｃｕ電極を絶縁するとともに、前記Ｃｕ電極の一部を外部配線と接続可能に露出させた絶縁膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の電極形成方法。
9. 前記金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕからなる群から選択された少なくとも１つの金属により形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電極形成方法。

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