JP2013258183A

JP2013258183A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2013258183A
Application number: JP2012131747A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Tanaka; 克彦田中
Original assignee: PS4 Luxco SARL
Current assignee: PS4 Luxco SARL
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-26

Abstract

【課題】第１と第２の金属層間の材料の相互拡散を防止する。絶縁層内の開口内への第２の金属層の埋設性を向上させる。この結果、第１と第２の金属層の電気抵抗の増加を効果的に抑制して、半導体装置の装置特性の劣化を抑える。
【解決手段】第1の金属層と、絶縁層を貫通して第1の金属層を露出させる開口を有する絶縁層と、第1のチタン層と酸化チタン層と（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上である窒化チタン層とを有するバリア層と、第２の金属層とを有する、半導体装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

従来より、異なる材料からなる金属層の接触部で、これらの金属層の構成材料が相互拡散することを防止するために、金属層間にバリア層が用いられている。バリア層を用いることにより、相互拡散による各金属層の組成の変化を防止して、金属層の抵抗が増加することを防止できる。

特許文献１（特開２００８−９１８３５号公報）には、バリア層として下記（１）〜（５）の積層膜が開示されている。
（１）Ｔｉ層／ＴｉＯ_X層／ＴｉＮ層／Ｔｉ層（段落［００２９］、［００５６］及び図７）
（２）Ｔｉ層／ＴｉＮ層／ＴｉＯ_X層／Ｔｉ層（段落［００２９］、［００５６］及び図８）
（３）ＴｉＯ_X層／Ｔｉ層／ＴｉＮ層／Ｔｉ層（段落［００２９］、［００５６］及び図９）
（４）Ｔｉ層／ＴｉＮ層／Ｔｉ層／ＴｉＯ_X層（段落［００２９］、［００５６］及び図１０）
（５）Ｔｉ層／ＴｉＯ_X層（段落［００２９］及び［００５６］）。

特開２００８−９１８３５号公報

しかしながら、従来、形成されたバリア層では、バリア層として使用する材料の組成及び層構成について十分に検討されていなかった。このため、バリア層を挟むように形成された金属層を構成する材料の相互拡散を十分に防止することができなかった。

図１２は、関連するバリア層を形成した例を示したものであり、酸化シリコン層１上に銅（Ｃｕ）層２及び絶縁層３を設け、絶縁層３内に開口４が設けられている。開口４内には順に、チタン（Ｔｉ）層５、酸化チタン（ＴｉＯ_X）層６、窒化チタン（ＴｉＮ）層８、チタン（Ｔｉ）層９が形成され、チタン（Ｔｉ）層９上には、アルミニウム（Ａｌ）層１０が成膜されている。図１２のような半導体装置では、バリア層について十分に検討されておらず、銅層２とアルミニウム層１０の相互拡散に対するバリア性が不十分であった。このため、Ａｌ層１０の成膜時や、Ａｌ層１０の成膜後の熱処理時などに、銅層２中のＣｕ原子や、Ａｌ層１０中のＡｌ原子がバリア層を通って相互拡散し、銅層２及びアルミニウム層１０中に、Ｃｕ−Ａｌ合金層１１が形成されることとなっていた。Ｃｕ−Ａｌ合金層１１は電気抵抗が高いため、銅層２及びアルミニウム層１０の電気抵抗も増加することとなっていた。

一実施形態は、
第1の金属層と、
前記第1の金属層上に設けられた絶縁層であって、前記絶縁層を貫通して前記第1の金属層を露出させる開口を有する絶縁層と、
前記開口の内壁上に順に設けられた、第1のチタン層と、酸化チタン層と、窒素原子（Ｎ）とチタン原子（Ｔｉ）の原子組成比である（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上である窒化チタン層と、を有するバリア層と、
前記バリア層上に設けられ、前記第１の金属層と異なる材料からなる第２の金属層と、
を有する、半導体装置に関する。

他の実施形態は、
第1の金属層上に絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層内に開口を設ける工程と、
前記開口内に順に、第１のチタン層、酸化チタン層、窒素原子（Ｎ）とチタン原子（Ｔｉ）の原子組成比である（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上である窒化チタン層を形成することにより、バリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、前記第１の金属層と異なる材料からなる第２の金属層を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法に関する。

バリア層により、第１と第２の金属層間の材料の相互拡散を効果的に防止できる。また、絶縁層内の開口内への第２の金属層の埋設性を向上させることができる。この結果、第１と第２の金属層の電気抵抗の増加を効果的に抑制して、半導体装置の装置特性の劣化を抑えることができる。

本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明する図である。関連する半導体装置の製造方法を説明する図である。

本発明の半導体装置の一例は、第１の金属層、絶縁層、バリア層、第２の金属層を有する。絶縁層は、絶縁層を貫通して第1の金属層を露出させる開口を有し、バリア層はこの開口内に設けられている。本発明の半導体装置の製造方法の一例では、第１の金属層上に絶縁層を形成し、絶縁層内に開口を形成する。この後、絶縁層の開口内にバリア層を形成し、更に第２の金蔵層を形成する。バリア層は、第1の金属層上に、第1のチタン（Ｔｉ）層、酸化チタン（ＴｉＯ_X）層、窒素原子（Ｎ）とチタン原子（Ｔｉ）の原子組成比である（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上である窒化チタン層を、この順に有するように形成する。また、第２の金属層は、第１の金属層と異なる材料からなる。

バリア層は、第1のチタン層を有することによって、第1のチタン層を構成するチタンと第1の金属層を構成する金属とが反応して合金を形成する。この合金は、第1の金属層を構成する金属よりもバリア層内を拡散しにくいため、半導体装置の信頼性を確保することができる。また、第1のチタン層を構成するチタンが酸化されて酸化チタン層が形成される時には、第1の金属層を構成する金属の酸化を防ぐことで、この金属の異常成長や拡散を防止することができる。

酸化チタン層を有することによって、第１の金属層を構成する金属の拡散を効果的に防止することができる。

また、窒化チタン層により、第１および第２の金属層を構成する金属の相互拡散を効果的に防止することができる。この理由は、以下のように考えられる。窒化チタン層の（Ｎ／Ｔｉ）比は０．９以上となっており、窒素原子がリッチな組成となっている。このため、窒化チタン層の結晶粒径を小さくし膜密度を小さくすることができる。これにより、第１および第２の金属層を構成する金属の相互拡散の経路が長くなり、金属の拡散抵抗が大きくすることができる。また、窒化チタン層は、ステップカバレッジ（段差被覆性）が優れるため、開口内への窒化チタン層の埋設性も向上することができる。このように窒化チタン層は、バリア性に優れるため第２の金属層を構成する金属が、バリア層を構成する他の金属と反応して合金化することを効果的に防止できる。従って、優れた埋設性で、開口内に第２の金属層を埋設させることができる。この結果、熱処理などによる第１と第２の金属層の電気抵抗の増加を効果的に抑制して、半導体装置の装置特性の劣化を抑えることができる。

第１及び第２の金属層としては特に限定されないが、第１の金属層は銅配線、第２の金属層はアルミニウムを含むパッドとして形成することができる。

窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）比は、０．９以上１．１以下であることが好ましく、０．９３以上１．０７以下であることがより好ましく、０．９５以上１．０５以下であることが更に好ましい。窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）比がこれらの範囲内にあることによって、バリア層のバリア性の向上と、開口内への第２の金属層の埋設性を有効に両立させることができる。

バリア層は更に、酸化チタン層と窒化チタン層の間に、第２のチタン層を有することが好ましい。第２のチタン層を設けることにより、第２の金属層の配向性と表面モホロジーを向上させて、開口内への第２の金属層の埋設性を向上させることができる。

バリア層は更に、窒化チタン層上に第３のチタン層を有することが好ましい。第３のチタン層を設けることにより、後の工程で第２の金属層のリフローを行う際には、そのリフロー性を向上させることができる。

絶縁層内の開口のアスペクト比は２以上３．５以下であることが好ましく、２．５以上３．５以下であることがより好ましく、３以上３．５以下であることが更に好ましい。絶縁層の高さは８００ｎｍ以下であることが好ましく、６００ｎｍ以下であることがより好ましく、４００ｎｍ以下であることが更に好ましい。このように開口内への第２の金属層の埋設性は、絶縁層が低いほど良好となる。本発明のバリア層は、特定の組成の窒化チタン層を有するため、その上に形成する第２の金属層の、開口内への埋設性を向上させることができる。このため、アスペクト比が３以上と、高いアスペクト比の開口であっても、ボイドを生じることなく、高い埋設性で第２の金属層を埋設することができる。この結果、ボイドにより金属層とバリア層の接触抵抗が大きくなることを防止できる。また、バリア層は開口の底面において第１の金属層と接するように開口の内壁上に設けられ、第２の金属層は、開口内を埋設するように設けられる。

なお、バリア層である窒化チタン層の（Ｎ／Ｔｉ）比は、窒化チタン層の成膜条件（窒化チタン層の膜厚、スパッタ成膜時に成膜室内へ供給する窒素の流量、スパッタ成膜時のターゲット電力、スパッタ成膜時の基板バイアス電力、スパッタ成膜時の成膜室内の圧力など）を適宜、調節することにより、０．９以上とすることができる。

また、窒化チタン層の成膜後、窒化ガス雰囲気下で窒化処理をすることで窒化チタン層中に窒素原子を導入して、窒化チタン層の（Ｎ／Ｔｉ）比を、その成膜時よりも大きくすることができる。

窒化チタン層は、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成長法）法によって形成することができる。スパッタ法により窒化チタン層を形成する場合、例えば、成膜室内に窒素ガスを流し、スパッタの過程でＴｉ原子とＮ原子を反応させて生成した窒化チタンを成膜する、反応性スパッタ法により窒化チタン層を形成することができる。

酸化チタン層は、酸化雰囲気下で第１のチタン層の表面を酸化して第１のチタン層の一部を酸化することにより形成することができる。また、酸化チタン層は、第1のチタン層を形成後、スパッタ法又はＣＶＤ法などによって形成することもできる。

（試験例１）
本試験例では、窒化チタン層の成膜条件と、（Ｎ／Ｔｉ）比との関係を調査した。

図１０は、ＳｉＯ₂層上に、反応性スパッタ法により、基板バイアス電力を変化させて窒化チタン層を成膜した場合の、窒化チタン層の結晶状態を模式的に表す図である。図１０の上段の窒化チタン層は、基板バイアス電力が２５０Ｗ（０．３５Ｗ／ｃｍ²）、成膜室内に流す窒素流量が７５ｍｌ／ｍｉｎで形成した。図１０の下段の窒化チタン層は、基板バイアス電力が６００Ｗ（０．８５Ｗ／ｃｍ²）、成膜室内に流す窒素流量が７５ｍｌ／ｍｉｎの条件で形成した。図１０に示すように、基板バイアス電力が２５０Ｗの場合には、その結晶粒径は約１０ｎｍと大きくなり、膜密度も大きくなる。このため、窒化チタン層内の金属の拡散経路が短くなり、金属が拡散しやすくなる。この結果、窒化チタン層のバリア性が低下し、窒化チタン層の上下に金属層を形成した場合には、熱処理により金属層の電気抵抗値の上昇率が大きくなる。

これに対して、基板バイアス電力が６００Ｗの場合には、その結晶粒径は約５ｎｍと小さくなり、膜密度も小さくなる。このため、窒化チタン層内の金属の拡散経路が長くなり、金属が拡散しにくくなる。この結果、窒化チタン層のバリア性が向上し、窒化チタン層の上下に金属層を形成した場合には、熱処理により金属層の電気抵抗値の上昇率が小さくなる。

図１０に示したように、反応性スパッタ法により窒化チタン層を成膜する際の基板バイアス電力が大きい方が、窒化チタン層の結晶粒径を小さく、その膜密度を小さくすることができる。また、この場合、窒化チタン層内の金属の拡散距離が長くなって、金属が窒化チタン層内を拡散しにくくなる。また、窒化チタン層の上下に第１及び第２の金属層を形成した場合には、熱処理時などに、第１及び第２の金属層の構成材料の相互拡散を抑制することができる。この結果、第１及び第２の金属層の電気抵抗の上昇を抑制することができる。

なお、図示していない予備実験から、基板バイアス電力が６００Ｗ（０．８５Ｗ／ｃｍ²）以上で窒化チタン層を形成した場合には、熱処理による金属層の電気抵抗値の上昇率を小さくできることが分かった。また、この時、ステップカバレッジ（段差被覆性）にも優れ、開口内への窒化チタン層の埋設性も向上できることが分かった。この結果、開口底部に形成する窒化チタン層の膜厚を厚くしてバリア層のバリア性を向上させることができる。

以下の図９では、反応性スパッタ法の基板バイアス電力を６００Ｗ以上に設定した場合の、窒化チタン層の成膜条件と抵抗増加率との関係を説明する。

図９は、窒化チタン層の成膜条件と、熱処理によるシート抵抗増加率との関係を表す図である。シートとして、順に、ＳｉＯ₂層、ＴａＮ層、Ｔａ層、Ｃｕ層（第1の金属層）、Ｔｉ層（第1のチタン層）、ＴｉＯ_X層（酸化チタン層）、Ｔｉ層（第２のチタン層）、ＴｉＮ層（窒化チタン層）、Ｔｉ層（第３のチタン層）、アルミニウム層（第２の金属層）を有する積層膜を形成した。また、窒化チタン層は、反応性スパッタ法により形成し、成膜室内に供給する窒素流量、ターゲット電力、及び膜厚を変化させて形成した。成膜後の窒化チタン層に対して、４２０℃の熱処理を６０分間、行い、熱処理後と熱処理前のシート全体の抵抗の比、[（熱処理後のシート抵抗）−（熱処理前のシート抵抗）]／（熱処理前のシート抵抗）×１００（％）を、シート抵抗増加率として測定した。

図９に示すように、成膜室内に流す窒素流量が６０ｍｌ／ｍｉｎと小さいと（◆）、どの膜厚でも（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９未満となり、全体的に高いシート抵抗増加率となった。一方、窒素流量を７５、９０、１００、１２０ｍｌ／ｍｉｎと大きくすると（●、▲、■、□）、どの膜厚でも（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上となり、シート抵抗増加率は低い値を示した。従って、図９より、成膜室内に流す窒素の流量を７５ｍｌ／ｍｉｎ以上とすることにより、窒化チタン層の（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上となり、シート抵抗増加率を低くできることが分かる。

また、図９に示すように、窒素流量が１２０ｍｌ／ｍｉｎ、基板バイアス電力が８５０Ｗの場合には（□）、窒化チタン層の膜厚が約１７．５ｎｍ以上のとき、シート抵抗増加率は、約２０％と低い一定値となった。同様に、窒素流量が７５、９０、１００ｍｌ／ｍｉｎ、基板バイアス電力が６００Ｗの場合には（●、▲、■）、窒化チタン層の膜厚が約２０ｎｍ以上のとき、シート抵抗増加率は、約２５％と低い一定値となった。従って、図９より、窒化チタン層の膜厚が好ましくは１７．５ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上であれば、シート抵抗増加率を低くできることが分かった。

図１１では、Ｃｕ層（第1の金属層）上に、ＳｉＯ₂層からなる様々な膜厚の絶縁層を形成した。この絶縁層内に公知のリソグラフィー法とドライエッチング法により、様々なアスペクト比（開口の深さの比／開口の径）の開口を形成した。次に、開口内に下から順に、前述の試験例と同様にして、バリア層であるチタン層、酸化チタン層、窒化チタン層などの積層膜を形成した。この際、窒化チタン層の膜厚は７．５ｎｍとし、そのＮ／Ｔｉ比は、０．０５、０．５２、０．７５、０．８５、０．９０、０．９２、および１．０３とした。各Ｎ／Ｔｉ比は、成膜室内に流す窒素ガスの流量を制御することによって形成した。開口内には最終的に、アルミニウム層（第２の金属層）を成膜した。そして、各（Ｎ／Ｔｉ）比において、ボイドを生じることなく、開口内にアルミニウム層（第２の金属層）を成膜できる開口のアスペクト比を調べた。なお、アルミニウム層は、開口内を完全に埋設しないように予め開口内に第１のアルミニウム層を形成した後、リフローし、更に、第１のアルミニウム層上に第２のアルミニウム層を形成することにより形成した。第２のアルミニウム層の形成後に、アルミニウム層中にボイドを生じることなく成膜できた開口の最大のアスペクト比を、「埋設可能なアスペクト比」とした。

図１１はこの結果を示したものであり、窒化チタン層の（Ｎ／Ｔｉ）比が約０．５５以上のときには、（Ｎ／Ｔｉ）比の増加と共に、埋設可能なアスペクト比も増加した。近年、半導体装置の微細化が進んでおり、開口内に金属層を埋設する際の開口のアスペクト比も大きくなっている。従って、開口のアスペクト比が３以上であれば実用上、微細化した半導体装置に対応することができる。図１１より、埋設可能なアスペクト比が３となる（Ｎ／Ｔｉ）比は、約０．９となる。従って、（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上であれば、微細化に十分、対応可能であることが分かる。

（試験例２）
窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上１．１以下のとき、窒化チタン層のバリア性とアルミニウム層の埋設性を効果的に両立させることができる。上記試験例１の結果を元に、発明者は、窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上１．１以下となる反応性スパッタリングの成膜条件を検討した。この結果、下記条件のときに、窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）を０．９以上１．１以下とできることが分かった。
窒素流量：７５〜１６０ｍｌ／ｍｉｎ、
成膜室内の圧力：２〜５ｍＴｏｒｒ、
ターゲット電力：３３ｋＷ（２７．９Ｗ／ｃｍ²）、
基板バイアス電力：６００Ｗ（０．８５Ｗ／ｃｍ²）〜１２００Ｗ（１．７Ｗ／ｃｍ²）。

以下では、実施例を元にして本発明を説明する。なお、下記の実施例は、本発明のより一層の深い理解のために示される具体例であって、本発明は、これらの具体例に何ら限定されるものではない。

（第１実施例）
図１〜８は、本実施例による半導体装置の製造方法を説明する図である。図１に示すように、酸化シリコン層１上に、スパッタ法により銅（Ｃｕ）層を堆積させる。この後、リソグラフィー技術及びドライエッチング技術を利用して、銅層をパターニングして、第１の金属層として銅配線２を形成する。酸化シリコン層１上に、塗布系絶縁層を形成することにより、酸化シリコン層からなる絶縁層３を形成する。リソグラフィー技術及びドライエッチング技術を利用して、絶縁層３内を貫通するように開口４を形成する。開口４の底面には、銅配線２が露出する。

図２に示すように、スパッタ法により、開口４の内壁上に形成されるように全面に、第１のチタン（Ｔｉ）層５を形成する。第１のチタン層５の膜厚は４〜２０ｎｍとすることができる。

図３に示すように、スパッタ法により、酸化雰囲気下で第１のチタン層５に熱処理を施すことにより、第１のチタン層５の表面を酸化して、その一部を酸化チタン（ＴｉＯ_x）層６とする。この際、酸化条件は、第１のチタン層５の一部のみが酸化される条件に制御する。第１のチタン層５の酸化条件としては例えば、温度２５０℃、熱処理を行うチャンバー内の圧力７．５〜１０Ｔｏｒｒ、時間１５秒から６０秒とすることができる。

図４に示すように、スパッタ法により、開口４内を完全に埋め込まないように全面に、第２のチタン（Ｔｉ）層７を形成する。第２のチタン層７の膜厚は１０〜３０ｎｍとすることができる。この第２のチタン層７は、後に形成するアルミニウム層１０中のアルミニウムが、拡散して酸化チタン層６中の酸素原子が反応して酸化アルミニウムが生成し、バリア層のバリア性が低下することを抑制することを目的として形成する。このような必要性がない場合、第２のチタン層７を形成する工程は省略しても良い。

図５に示すように、スパッタ法により、開口４内を完全に埋め込まないように全面に、窒化チタン（ＴｉＮ）層８を形成する。この際、スパッタ法の条件は、窒化チタン層８の（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上１．１以下となるように設定する。窒化チタン層８の成膜条件は、上記試験例２に記載の条件とした。窒化チタン層８の膜厚は開口４の底部で１７．５〜２５ｎｍとなるように成膜する。

図６に示すように、スパッタ法により、開口４内を完全に埋め込まないように全面に、第３のチタン（Ｔｉ）層９を形成する。第３のチタン層９の膜厚は１０〜３０ｎｍとすることができる。第３のチタン層９は、後に形成する第1のアルミニウム層１０ａのリフロー時に、リフロー性を向上させる目的で形成する。

図７に示すように、スパッタ法により、全面に、第２の金属層として第1のアルミニウム層１０ａを形成する。この際、第1のアルミニウム層１０ａは、開口４内を完全に埋設しないような膜厚で形成する。第1のアルミニウム層１０ａの膜厚は例えば、１００〜３００ｎｍ、成膜温度を６０℃以下とすることができる。

図８に示すように、リフローにより図７の工程で形成した第1のアルミニウム層１０ａを平坦化する。この際のリフロー条件は、温度４００〜４５０℃、時間３０秒〜９０秒とすることができる。この後、スパッタ法により、図７の工程で形成した第1のアルミニウム層１０ａ上に更に、開口４内を埋設するように、第２のアルミニウム層を形成する（図８では、図７及び８の工程で形成した第1及び第２のアルミニウム層をまとめて層１０として示す）。図８の工程で形成するアルミニウム層の膜厚は３００〜１０００ｎｍとすることができる。図７及び８では、２段階に分けてアルミニウム層を形成することにより、開口４内へのアルミニウム層の埋設性を確保しつつ、第1のアルミニウム層１０ａの成膜速度を速くすることで、生産性を向上することができる。

（第２実施例）
本実施例は、第１実施例の図５の窒化チタン層８を形成する工程において、スパッタ法の代わりに、ＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属気相成長法）法により、４００℃で膜厚が１５ｎｍの窒化チタン層を形成する点が第１実施例とは異なる。その他の工程は、第１実施例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

本実施例においても、ＭＯＣＶＤ法の条件を調節することにより、窒化チタン層８中の（Ｎ／Ｔｉ）比を０．９以上に制御する。このような組成となるＭＯＣＶＤ法の条件としては、成膜温度を３５０〜４３０℃、窒化チタン層の膜厚を１２〜２０ｎｍとすることができる。

（第３実施例）
本実施例は、第１又は第２実施例によって窒化チタン層８を形成した後、成膜室内にＮＨ₃ガス、Ｎ₂ガス、ＮＨ₂−ＮＨ₂（ヒドラジン）ガスなどの窒化ガスを導入し、窒化チタン層８の表面近傍に窒素原子を導入する窒化処理工程を新たに設ける点が、第１及び第２実施例とは異なる。ＮＨ₃ガスを使用する場合、この窒化処理工程では、窒化ガスの組成（流量比）をＮＨ₃／Ｈ₂／Ａｒ＝１／１／１とし、処理時間３０秒、処理室内の圧力を５Ｔｏｒｒとする。また、Ｎ₂ガスを使用する場合、この窒化処理工程では、窒化ガスの組成（流量比）をＮ₂／Ｈ₂＝２／３とし、処理時間３０秒、処理チャンバー内の圧力を１Ｔｏｒｒとする。その他の工程は、第１実施例と同様であるため、ここではその説明を省略する。

本実施例では、ＭＯＣＶＤ法により窒化チタン層８を形成後に、更に窒化チタン層８中に窒素を導入することで、窒化チタン層８の（Ｎ／Ｔｉ）比を大きくすることができる。このため、ＭＯＣＶＤ法により形成後の窒化チタン層８の（Ｎ／Ｔｉ）比が小さくても良く、窒化チタン層の成膜条件の自由度を大きくすることができる。

なお、ＮＨ₃ガスを使用する場合、窒化ガスの組成は、ＮＨ₃／Ｈ₂／Ａｒにおいて各ガスの比率を０．５〜１．５まで変更することができる。また、処理時間は、１０〜６０秒、処理室内の圧力を１〜１０Ｔｏｒｒとすることができる。
Ｎ₂ガスを使用する場合、窒化ガスの組成は、Ｎ₂／Ｈ₂において各ガスの比率を−０．５〜０．５まで変更することができる。また、処理時間は、１０〜６０秒、処理室内の圧力を０．５〜５Ｔｏｒｒとすることができる。なお、Ｎ₂ガスを使用した窒化処理時には、Ｎ₂ガスの反応性を向上させるためにプラズマ化することが好ましい。

１酸化シリコン層
２銅配線
３絶縁層
４開口
５第１のチタン層
６酸化チタン層
７第２のチタン層
８窒化チタン層
９第３のチタン層
１０、１０ａアルミニウム層
１１Ｃｕ−Ａｌ合金層

Claims

第1の金属層と、
前記第1の金属層上に設けられた絶縁層であって、前記絶縁層を貫通して前記第1の金属層を露出させる開口を有する絶縁層と、
前記開口の内壁上に順に設けられた、第1のチタン層と、酸化チタン層と、窒素原子（Ｎ）とチタン原子（Ｔｉ）の原子組成比である（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上である窒化チタン層と、を有するバリア層と、
前記バリア層上に設けられ、前記第１の金属層と異なる材料からなる第２の金属層と、
を有する、半導体装置。
前記第２の金属層はアルミニウムを含むパッドである、請求項１に記載の半導体装置。
前記第1の金属層は銅配線である、請求項１又は２に記載の半導体装置。
前記窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上１．１以下である、請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
前記窒化チタン層の膜厚が１７．５ｎｍ以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
前記バリア層は更に、前記酸化チタン層と窒化チタン層の間に、第２のチタン層を有する、請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
前記バリア層は更に、前記窒化チタン層上に第３のチタン層を有する、請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置。
前記開口のアスペクト比は、３以上であり、
前記バリア層は、前記開口の底面において前記第１の金属層と接するように前記開口の内壁上に設けられ、
前記第２の金属層は、前記開口内を埋設するように設けられる、請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体装置。
第1の金属層上に絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層内に開口を設ける工程と、
前記開口内に順に、第１のチタン層、酸化チタン層、窒素原子（Ｎ）とチタン原子（Ｔｉ）の原子組成比である（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上である窒化チタン層を形成することにより、バリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、前記第１の金属層と異なる材料からなる第２の金属層を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
前記第２の金属層はアルミニウムを含むパッドである、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
前記第1の金属層は銅配線である、請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記窒化チタン層中の（Ｎ／Ｔｉ）比が０．９以上１．１以下である、請求項９〜１１の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記窒化チタン層の膜厚が１７．５ｎｍ以上である、請求項９〜１２の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
窒素流量が７５〜１６０ｍｌ／ｍｉｎ、成膜室内の圧力が２〜５ｍＴｏｒｒ、基板バイアス電力が６００Ｗ（電力密度：０．８５Ｗ／ｃｍ²）〜１２００Ｗ（電力密度：１．７Ｗ／ｃｍ²）の条件に設定したスパッタ法により、前記窒化チタン層を形成する、請求項９〜１３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
ＭＯＣＶＤ法により前記窒化チタン層を形成する、請求項９〜１３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記バリア層を形成する工程において、
前記窒化チタン層の形成後、窒化ガス雰囲気下で窒化処理をすることで、前記窒化チタン層中に窒素原子を導入する、請求項９〜１５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記酸化チタン層は、酸化雰囲気下で前記第１のチタン層の表面を酸化することにより形成する、請求項９〜１６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記バリア層を形成する工程において、
前記酸化チタン層と窒化チタン層の間に更に、第２のチタン層を形成する、請求項９〜１７の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記バリア層を形成する工程において、
前記窒化チタン層上に更に第３のチタン層を形成する、請求項９〜１８の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記開口のアスペクト比は３以上であり、
前記バリア層を形成する工程において、
前記開口の底面において前記第１の金属層に接するように、前記開口の内壁上に前記バリア層を形成し、
前記第２の金属層を形成する工程において、
前記開口内を埋設するように、前記第２の金属層を形成する、請求項９〜１９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。