JP3368629B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、配線に酸化されやす
い材料を用いた半導体装置に関するものである。
い材料を用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路からなる半導体装置は多数のト
ランジスタあるいは容量から構成されている。これらの
トランジスタとトランジスタの間あるいはトランジスタ
と容量の間で電気信号をやりとりすることにより、集積
回路において論理動作や記憶が可能となる。半導体装置
の配線は、このようなトランジスタとトランジスタの
間、あるいは、トランジスタと容量の間を電気的に結合
するものである。配線を伝送させる電気信号の速度は、
その配線の抵抗と配線につながっている容量（主に浮遊
容量）に依存する。
ランジスタあるいは容量から構成されている。これらの
トランジスタとトランジスタの間あるいはトランジスタ
と容量の間で電気信号をやりとりすることにより、集積
回路において論理動作や記憶が可能となる。半導体装置
の配線は、このようなトランジスタとトランジスタの
間、あるいは、トランジスタと容量の間を電気的に結合
するものである。配線を伝送させる電気信号の速度は、
その配線の抵抗と配線につながっている容量（主に浮遊
容量）に依存する。
【０００３】ところで、配線が断線していると電気信号
が伝送されず半導体装置は所定の動作を行わない。配線
の断線の要因として、エレクトロマイグレーション、ス
トレスマイグレーションが挙げられる。エレクトロマイ
グレーションとは、配線に高密度の電流（≧１×１０5
Ａ／ｃｍ2 ）が流れると配線金属が移動する現象であ
る。大電流を流したことにより高密度の電子流が配線金
属原子に衝突散乱する際にこの金属原子も移動してしま
い、結晶粒界に沿ってボイドが発生する。ボイドは次第
に成長し、配線の断面積減少に伴って発熱・断線に至
る。また、ストレスマイグレーションとは、層間絶縁膜
等やパシベーション膜などから配線に加わる応力によ
り、配線を構成する金属原子が移動し、欠損が生じて断
線に至るという現象である。
が伝送されず半導体装置は所定の動作を行わない。配線
の断線の要因として、エレクトロマイグレーション、ス
トレスマイグレーションが挙げられる。エレクトロマイ
グレーションとは、配線に高密度の電流（≧１×１０5
Ａ／ｃｍ2 ）が流れると配線金属が移動する現象であ
る。大電流を流したことにより高密度の電子流が配線金
属原子に衝突散乱する際にこの金属原子も移動してしま
い、結晶粒界に沿ってボイドが発生する。ボイドは次第
に成長し、配線の断面積減少に伴って発熱・断線に至
る。また、ストレスマイグレーションとは、層間絶縁膜
等やパシベーション膜などから配線に加わる応力によ
り、配線を構成する金属原子が移動し、欠損が生じて断
線に至るという現象である。
【０００４】半導体装置の集積化が進むにつれ、半導体
装置の配線の断面積は減少する。この結果、配線抵抗の
増加による電気信号の伝送遅延，電流密度の増加による
エレクトロマイグレーション寿命の低下，あるいは断面
積の減少によるストレスマイグレーション寿命の低下が
引き起こされる。現在の半導体装置では、配線材料とし
てＡｌ合金を用いており、半導体装置の配線の断面積の
減少によるこれらの問題点がきわめて顕著になる。この
ため、Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレーシ
ョン寿命が長く、機械特性に優れたＣｕあるいはＡｇが
半導体装置の配線の材料に用いられつつある。
装置の配線の断面積は減少する。この結果、配線抵抗の
増加による電気信号の伝送遅延，電流密度の増加による
エレクトロマイグレーション寿命の低下，あるいは断面
積の減少によるストレスマイグレーション寿命の低下が
引き起こされる。現在の半導体装置では、配線材料とし
てＡｌ合金を用いており、半導体装置の配線の断面積の
減少によるこれらの問題点がきわめて顕著になる。この
ため、Ａｌより比抵抗が低く、エレクトロマイグレーシ
ョン寿命が長く、機械特性に優れたＣｕあるいはＡｇが
半導体装置の配線の材料に用いられつつある。
【０００５】図７は、以上のように比抵抗が低くエレク
トロマイグレーション寿命が長く、機械特性に優れたＣ
ｕを配線に用いた、特開昭６３−１５６３４１号公報に
示された、従来の半導体装置の配線構造を示す断面図で
ある。同図において、７１はＳｉ基板上に形成されたＳ
ｉ酸化膜、７２はＳｉ酸化膜７１上に形成されたＴｉか
らなる密着層、７３は密着層７２上に形成されたＴｉＮ
からなるバリア層、７４はバリア層７３上に形成された
Ｃｕからなる配線、７５は配線７３を覆うように形成さ
れたＴｉＮからなる酸化防止膜、７６はシリコン酸化膜
７１，酸化防止膜７５上にＣＶＤなどにより堆積形成さ
れた酸化シリコンからなる層間絶縁膜である。Ｃｕから
なる配線７４は、Ａｌと異なり酸化が進行していくの
で、Ｔｉの侵入型窒化物であるＴｉＮからなる酸化防止
膜７５で覆っておく必要がある。
トロマイグレーション寿命が長く、機械特性に優れたＣ
ｕを配線に用いた、特開昭６３−１５６３４１号公報に
示された、従来の半導体装置の配線構造を示す断面図で
ある。同図において、７１はＳｉ基板上に形成されたＳ
ｉ酸化膜、７２はＳｉ酸化膜７１上に形成されたＴｉか
らなる密着層、７３は密着層７２上に形成されたＴｉＮ
からなるバリア層、７４はバリア層７３上に形成された
Ｃｕからなる配線、７５は配線７３を覆うように形成さ
れたＴｉＮからなる酸化防止膜、７６はシリコン酸化膜
７１，酸化防止膜７５上にＣＶＤなどにより堆積形成さ
れた酸化シリコンからなる層間絶縁膜である。Ｃｕから
なる配線７４は、Ａｌと異なり酸化が進行していくの
で、Ｔｉの侵入型窒化物であるＴｉＮからなる酸化防止
膜７５で覆っておく必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、以下に示すような問題があった。Ｃ
ｕ、Ａｇはきわめて酸化されやすいために、従来のＣｕ
あるいはＡｇを用いた半導体装置の配線では、前述した
ように、配線をＴｉＮで被覆することにより、配線の酸
化を防ぐ試みがなされていた。しかし、ＴｉＮの酸化防
止力は不十分であり、配線の酸化を十分に抑えることは
できない。即ち、従来の構造では、シンター処理をする
ときや層間絶縁膜あるいは保護膜であるＳｉＯ2 膜を形
成するときに、ＴｉＮからなる酸化防止膜が配線を被覆
するように形成してあっても、配線材料のＣｕあるいは
Ａｇが酸化されてしまい、配線として実質上の断面積が
減少していた。その結果、配線抵抗が上昇したり、エレ
クトロマイグレーション寿命、ストレスマイグレーショ
ン寿命が短くなるなどの問題点があった。
成されていたので、以下に示すような問題があった。Ｃ
ｕ、Ａｇはきわめて酸化されやすいために、従来のＣｕ
あるいはＡｇを用いた半導体装置の配線では、前述した
ように、配線をＴｉＮで被覆することにより、配線の酸
化を防ぐ試みがなされていた。しかし、ＴｉＮの酸化防
止力は不十分であり、配線の酸化を十分に抑えることは
できない。即ち、従来の構造では、シンター処理をする
ときや層間絶縁膜あるいは保護膜であるＳｉＯ2 膜を形
成するときに、ＴｉＮからなる酸化防止膜が配線を被覆
するように形成してあっても、配線材料のＣｕあるいは
Ａｇが酸化されてしまい、配線として実質上の断面積が
減少していた。その結果、配線抵抗が上昇したり、エレ
クトロマイグレーション寿命、ストレスマイグレーショ
ン寿命が短くなるなどの問題点があった。
【０００７】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、半導体装置の配線に、Ｃ
ｕあるいはその合金，Ａｇあるいはその合金を用いて
も、この配線が酸化しないようにすることを目的とす
る。
るためになされたものであり、半導体装置の配線に、Ｃ
ｕあるいはその合金，Ａｇあるいはその合金を用いて
も、この配線が酸化しないようにすることを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、Ｃｕあるいはその合金あるいはＡｇあるいはその合
金からなる配線の少なくとも上部が、Ｔｉ，Ｗなどの２
種類以上の高融点金属の合金の窒化物からなる酸化防止
膜で被覆されていることを特徴とする。
は、Ｃｕあるいはその合金あるいはＡｇあるいはその合
金からなる配線の少なくとも上部が、Ｔｉ，Ｗなどの２
種類以上の高融点金属の合金の窒化物からなる酸化防止
膜で被覆されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】Ｃｕまたはその合金，Ａｇまたはその合金など
の酸化されやすい材料からなる配線を、ＴｉとＷなどの
２種類以上の高融点金属の合金の窒化物で覆うようにし
たので、これにより覆われた面は化学的に不活性で緻密
な結晶構造を有した電導性を有する酸化防止膜で覆われ
ていることになり、形成されている膜厚が薄くてもこの
酸化防止膜が形成されている面からの酸化を防ぐことが
できる。
の酸化されやすい材料からなる配線を、ＴｉとＷなどの
２種類以上の高融点金属の合金の窒化物で覆うようにし
たので、これにより覆われた面は化学的に不活性で緻密
な結晶構造を有した電導性を有する酸化防止膜で覆われ
ていることになり、形成されている膜厚が薄くてもこの
酸化防止膜が形成されている面からの酸化を防ぐことが
できる。
【００１０】
【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。 実施例１．図１は、この発明の１実施例である半導体装
置の一部の配線構造を示す断面図である。同図におい
て、１はＳｉ基板上に形成された酸化シリコンからなる
酸化膜、２は酸化膜１上に形成されたＣｕからなる膜厚
５００ｎｍ，幅１μｍの配線、３は配線２を被覆するよ
うに形成されたＴｉ−Ｗナイトライドからなる膜厚３０
ｎｍの酸化防止膜、４は酸化膜１，酸化防止膜３上にＣ
ＶＤ法により堆積形成された酸化シリコンからなる層間
絶縁膜である。酸化防止膜３は、Ｔｉ−Ｗ合金をターゲ
ットとし、スパッタガスとしてＡｒに窒素を加えた反応
性スパッタにより形成したものであり、形成されたＴｉ
−Ｗナイトライドは、Ｔｉ−Ｗ合金の侵入型窒化物とな
っており化学的に不活性であり電導性を有する。
する。 実施例１．図１は、この発明の１実施例である半導体装
置の一部の配線構造を示す断面図である。同図におい
て、１はＳｉ基板上に形成された酸化シリコンからなる
酸化膜、２は酸化膜１上に形成されたＣｕからなる膜厚
５００ｎｍ，幅１μｍの配線、３は配線２を被覆するよ
うに形成されたＴｉ−Ｗナイトライドからなる膜厚３０
ｎｍの酸化防止膜、４は酸化膜１，酸化防止膜３上にＣ
ＶＤ法により堆積形成された酸化シリコンからなる層間
絶縁膜である。酸化防止膜３は、Ｔｉ−Ｗ合金をターゲ
ットとし、スパッタガスとしてＡｒに窒素を加えた反応
性スパッタにより形成したものであり、形成されたＴｉ
−Ｗナイトライドは、Ｔｉ−Ｗ合金の侵入型窒化物とな
っており化学的に不活性であり電導性を有する。
【００１１】このようにＣｕからなる配線２をＴｉ−Ｗ
ナイトライドからなる酸化防止膜３で保護した場合、以
下の表１に示すように、従来のようにＴｉＮの酸化防止
膜で保護した場合に比較して、層間絶縁膜４となる酸化
膜の形成や熱処理による抵抗変化が小さい。表１では、
配線を形成したときの抵抗を「１」としたときの各処理
後の抵抗を示したものである。また、熱処理は、大気中
で４５０℃に加熱を施したものである。
ナイトライドからなる酸化防止膜３で保護した場合、以
下の表１に示すように、従来のようにＴｉＮの酸化防止
膜で保護した場合に比較して、層間絶縁膜４となる酸化
膜の形成や熱処理による抵抗変化が小さい。表１では、
配線を形成したときの抵抗を「１」としたときの各処理
後の抵抗を示したものである。また、熱処理は、大気中
で４５０℃に加熱を施したものである。
【００１２】
【表１】
【００１３】Ｃｕからなる配線の酸化防止膜がＴｉＮの
場合、この配線上の層間絶縁膜となる酸化膜形成では、
配線のＣｕが酸化されてしまい、酸化膜形成前に比べて
配線抵抗が約４０％上昇した。これに対し、この実施例
１による酸化防止膜がＴｉ−Ｗナイトライドの場合、酸
化膜形成でも配線抵抗は変化せず、Ｃｕの酸化を抑える
ことができている。また、ＴｉＮ皮膜の場合、熱処理後
では配線のＣｕは全て酸化され、加熱処理を３０分続け
ると絶縁体となった。これに対して酸化防止膜がＴｉ−
Ｗナイトライドの場合、熱処理を施しても配線抵抗は増
加していない。
場合、この配線上の層間絶縁膜となる酸化膜形成では、
配線のＣｕが酸化されてしまい、酸化膜形成前に比べて
配線抵抗が約４０％上昇した。これに対し、この実施例
１による酸化防止膜がＴｉ−Ｗナイトライドの場合、酸
化膜形成でも配線抵抗は変化せず、Ｃｕの酸化を抑える
ことができている。また、ＴｉＮ皮膜の場合、熱処理後
では配線のＣｕは全て酸化され、加熱処理を３０分続け
ると絶縁体となった。これに対して酸化防止膜がＴｉ−
Ｗナイトライドの場合、熱処理を施しても配線抵抗は増
加していない。
【００１４】なお、本実施例ではスパッタ法によりＴｉ
−Ｗナイトライドを形成した例を示したが、ＣＶＤ法な
ど他の成膜法によりＴｉ−Ｗナイトライドを形成しても
同様の効果が得られる。また、上記実施例１では、配線
２の上部と側面との全てをＴｉ−Ｗナイトライドからな
る酸化防止膜３で覆うようにしているが、これに限るも
のではない。配線２上に形成する層間絶縁膜４の膜形成
工程で、配線２が酸化雰囲気に曝されることが無く、ま
た、層間絶縁膜４形成の後で、この層間絶縁膜４のため
に配線２が酸化されることがなければ、Ｔｉ−Ｗナイト
ライドの酸化防止膜は、配線２上部に形成されるように
すればよい。配線２は、他の配線との接続のために後の
工程でその上部が露出することになる。この時、電導性
を有し酸化防止作用のあるＴｉ−Ｗナイトライド膜があ
れば、Ｃｕからなる配線２は酸化することはない。
−Ｗナイトライドを形成した例を示したが、ＣＶＤ法な
ど他の成膜法によりＴｉ−Ｗナイトライドを形成しても
同様の効果が得られる。また、上記実施例１では、配線
２の上部と側面との全てをＴｉ−Ｗナイトライドからな
る酸化防止膜３で覆うようにしているが、これに限るも
のではない。配線２上に形成する層間絶縁膜４の膜形成
工程で、配線２が酸化雰囲気に曝されることが無く、ま
た、層間絶縁膜４形成の後で、この層間絶縁膜４のため
に配線２が酸化されることがなければ、Ｔｉ−Ｗナイト
ライドの酸化防止膜は、配線２上部に形成されるように
すればよい。配線２は、他の配線との接続のために後の
工程でその上部が露出することになる。この時、電導性
を有し酸化防止作用のあるＴｉ−Ｗナイトライド膜があ
れば、Ｃｕからなる配線２は酸化することはない。
【００１５】実施例２．なお、実施例１では配線をＴｉ
−Ｗナイトライドで被覆した場合について説明したが、
配線の下に密着性を向上させる膜や、配線の金属の拡散
を防ぐ膜を形成するようにしても良い。例えば、配線の
下にＴｉ−Ｗナイトライド膜やＴａＮやＴｉＮやＷＮ、
あるいはＴｉ上に形成した上述の窒化膜やＣｒやＴａ、
あるいはＴｉＷやＷが形成されていても良い。図２は、
以上のような、この発明の第２の実施例である半導体装
置の配線構造を示す構成図である。
−Ｗナイトライドで被覆した場合について説明したが、
配線の下に密着性を向上させる膜や、配線の金属の拡散
を防ぐ膜を形成するようにしても良い。例えば、配線の
下にＴｉ−Ｗナイトライド膜やＴａＮやＴｉＮやＷＮ、
あるいはＴｉ上に形成した上述の窒化膜やＣｒやＴａ、
あるいはＴｉＷやＷが形成されていても良い。図２は、
以上のような、この発明の第２の実施例である半導体装
置の配線構造を示す構成図である。
【００１６】図２（ａ）において、５は酸化膜１との密
着性を向上させるためのＴｉからなる密着層、６は密着
層５の上に形成され、配線２からのＣｕの拡散を防止す
るＴｉ−Ｗナイトライドからなるバリア層であり、他の
符号は図１と同様である。また、図２（ｂ）において、
７は酸化膜１上に形成されたＣｒからなるバリア層であ
り、他の符号は図１と同様である。バリア層７は、配線
２と酸化膜１との密着性を向上させ、かつ配線２からの
Ｃｕの拡散を防ぐものである。
着性を向上させるためのＴｉからなる密着層、６は密着
層５の上に形成され、配線２からのＣｕの拡散を防止す
るＴｉ−Ｗナイトライドからなるバリア層であり、他の
符号は図１と同様である。また、図２（ｂ）において、
７は酸化膜１上に形成されたＣｒからなるバリア層であ
り、他の符号は図１と同様である。バリア層７は、配線
２と酸化膜１との密着性を向上させ、かつ配線２からの
Ｃｕの拡散を防ぐものである。
【００１７】実施例３．なお、上記実施例では配線を上
部と側面とを共にＴｉ−Ｗナイトライドで被覆した場合
について説明したが、これに限るものではない。配線の
側面は、酸化の起きないプロセスで形成される酸化防止
作用のある膜で覆うようにしても良い。図３は、この発
明の第３の実施例である半導体装置の配線構造を示す断
面図である。同図において、３ａは、配線２上に形成さ
れたＴｉ−Ｗナイトライドからなる上部酸化防止膜、３
ｂは、上部酸化防止膜３ａ上より配線３を被覆するよう
に形成された酸化防止膜であり、他の符号は図２（ａ）
と同様である。
部と側面とを共にＴｉ−Ｗナイトライドで被覆した場合
について説明したが、これに限るものではない。配線の
側面は、酸化の起きないプロセスで形成される酸化防止
作用のある膜で覆うようにしても良い。図３は、この発
明の第３の実施例である半導体装置の配線構造を示す断
面図である。同図において、３ａは、配線２上に形成さ
れたＴｉ−Ｗナイトライドからなる上部酸化防止膜、３
ｂは、上部酸化防止膜３ａ上より配線３を被覆するよう
に形成された酸化防止膜であり、他の符号は図２（ａ）
と同様である。
【００１８】酸化防止膜３ｂは、例えば、ＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法により形成したＳｉＯ2 からなるものであり、配線
２の無い酸化膜１上にも堆積形成されるものである。酸
化防止膜３ｂは、これを形成するときに配線２が酸化さ
れない絶縁膜であれば良く、ＳｉＮあるいはＡｌＮある
いはＢＮであっても良い。Ｔｉ−Ｗナイトライドを配線
２の側面にも形成しようとすると、これが電導性を有す
るため、配線２の無い酸化膜１上にはこれらの電導性の
膜が残らないようにしなければならない。しかし、この
実施例のように、配線２の側面は、絶縁膜からなる酸化
防止層で保護するようにすれば、この膜の形成の時に配
線２の無い酸化膜１上にこれらの材料が残っていても問
題はない。
Ｄ法により形成したＳｉＯ2 からなるものであり、配線
２の無い酸化膜１上にも堆積形成されるものである。酸
化防止膜３ｂは、これを形成するときに配線２が酸化さ
れない絶縁膜であれば良く、ＳｉＮあるいはＡｌＮある
いはＢＮであっても良い。Ｔｉ−Ｗナイトライドを配線
２の側面にも形成しようとすると、これが電導性を有す
るため、配線２の無い酸化膜１上にはこれらの電導性の
膜が残らないようにしなければならない。しかし、この
実施例のように、配線２の側面は、絶縁膜からなる酸化
防止層で保護するようにすれば、この膜の形成の時に配
線２の無い酸化膜１上にこれらの材料が残っていても問
題はない。
【００１９】実施例４．ここで、図４に膜厚３０ｎｍの
Ｔｉ−Ｗナイトライドからなる酸化防止膜３で被覆した
Ｃｕ配線を４５０℃で３０間分大気中で熱処理した場合
の熱処理前後の抵抗変化とＴｉ／（Ｔｉ＋Ｗ）原子数比
の関係を示す。同図より明らかなように、酸化防止膜３
を構成するＴｉ−ＷナイトライドのＴｉ／（Ｔｉ＋Ｗ）
原子数比が５０／１００以上になるとＣｕが酸化され、
抵抗が急激に上昇する。すなわち、酸化防止膜３のＴｉ
／（Ｔｉ＋Ｗ）原子数比は５０／１００以下であること
が望ましい。
Ｔｉ−Ｗナイトライドからなる酸化防止膜３で被覆した
Ｃｕ配線を４５０℃で３０間分大気中で熱処理した場合
の熱処理前後の抵抗変化とＴｉ／（Ｔｉ＋Ｗ）原子数比
の関係を示す。同図より明らかなように、酸化防止膜３
を構成するＴｉ−ＷナイトライドのＴｉ／（Ｔｉ＋Ｗ）
原子数比が５０／１００以上になるとＣｕが酸化され、
抵抗が急激に上昇する。すなわち、酸化防止膜３のＴｉ
／（Ｔｉ＋Ｗ）原子数比は５０／１００以下であること
が望ましい。
【００２０】実施例５．また、酸化防止膜３としてのＴ
ｉ−Ｗナイトライドの結晶粒系は、３０ｎｍ以上となら
ない方がよい。以下の表２に示すように、酸化防止膜３
を形成するＴｉ−Ｗナイトライドの結晶粒径が５０ｎｍ
の場合、大気中で３０分の間４５０℃の加熱をすると、
被覆しているＣｕからなる配線２の抵抗が、５０倍に変
化している。
ｉ−Ｗナイトライドの結晶粒系は、３０ｎｍ以上となら
ない方がよい。以下の表２に示すように、酸化防止膜３
を形成するＴｉ−Ｗナイトライドの結晶粒径が５０ｎｍ
の場合、大気中で３０分の間４５０℃の加熱をすると、
被覆しているＣｕからなる配線２の抵抗が、５０倍に変
化している。
【００２１】
【表２】
【００２２】これに対して、結晶粒径が３０ｎｍと１０
ｎｍの場合では抵抗変化がない。このことより、酸化防
止膜３としてのＴｉ−Ｗナイトライドの結晶粒径は３０
ｎｍ以下であればその酸化防止としての効果は発揮さ
れ、結晶粒径は３０ｎｍ以下であることが望ましいもの
と考えられる。
ｎｍの場合では抵抗変化がない。このことより、酸化防
止膜３としてのＴｉ−Ｗナイトライドの結晶粒径は３０
ｎｍ以下であればその酸化防止としての効果は発揮さ
れ、結晶粒径は３０ｎｍ以下であることが望ましいもの
と考えられる。
【００２３】実施例６．ところで、実施例１で示したＣ
ｕからなる配線２を被覆している酸化防止膜３を構成し
ているＴｉ−Ｗナイトライドは、ＸＤ，ＸＰＳの測定結
果よりＴｉＮ，ＷＮ，Ｗ2 Ｎ，Ｗが混在している。また
ＴＥＭ観察の結果よりこれらＴｉＮ，ＷＮ，Ｗ2 Ｎ，Ｗ
の結晶粒系は最大１０ｎｍである。このように、これら
の物質が微小な粒子でマトリックスになっていることに
より耐酸化性が向上するものである。
ｕからなる配線２を被覆している酸化防止膜３を構成し
ているＴｉ−Ｗナイトライドは、ＸＤ，ＸＰＳの測定結
果よりＴｉＮ，ＷＮ，Ｗ2 Ｎ，Ｗが混在している。また
ＴＥＭ観察の結果よりこれらＴｉＮ，ＷＮ，Ｗ2 Ｎ，Ｗ
の結晶粒系は最大１０ｎｍである。このように、これら
の物質が微小な粒子でマトリックスになっていることに
より耐酸化性が向上するものである。
【００２４】実施例７．ところで、Ｃｕからなる配線２
を被覆するＴｉ−Ｗナイトライドからなる酸化防止膜３
は、１０ｎｍより厚く５０ｎｍより薄い方がよい。図５
は、Ｔｉ−Ｗナイトライド（酸化防止膜３）の膜厚と、
これが形成されている配線２の熱処理による電気抵抗の
変化と、配線間の容量の変化の関係とを示す相関図であ
る。なお、図１には明記していないが、ここでは配線２
の膜厚は０．５μｍ，配線幅１．２μｍ，配線ピッチ
２．４μｍとする。図５から明らかなように、Ｔｉ−Ｗ
ナイトライドの膜厚が１０ｎｍ以下では、被覆するＣｕ
の配線２の酸化を抑制する効果が低下し、配線抵抗が増
加してしまう。一方、酸化防止膜３の膜厚を厚くしてい
くと、配線間容量が増加していく。これは信号遅延の原
因となるが、一般には許容限度が５％以下とされてお
り、このことより、酸化防止膜３の膜厚は５０ｎｍ以下
とすることが望ましい。
を被覆するＴｉ−Ｗナイトライドからなる酸化防止膜３
は、１０ｎｍより厚く５０ｎｍより薄い方がよい。図５
は、Ｔｉ−Ｗナイトライド（酸化防止膜３）の膜厚と、
これが形成されている配線２の熱処理による電気抵抗の
変化と、配線間の容量の変化の関係とを示す相関図であ
る。なお、図１には明記していないが、ここでは配線２
の膜厚は０．５μｍ，配線幅１．２μｍ，配線ピッチ
２．４μｍとする。図５から明らかなように、Ｔｉ−Ｗ
ナイトライドの膜厚が１０ｎｍ以下では、被覆するＣｕ
の配線２の酸化を抑制する効果が低下し、配線抵抗が増
加してしまう。一方、酸化防止膜３の膜厚を厚くしてい
くと、配線間容量が増加していく。これは信号遅延の原
因となるが、一般には許容限度が５％以下とされてお
り、このことより、酸化防止膜３の膜厚は５０ｎｍ以下
とすることが望ましい。
【００２５】実施例８．また、図６にＴｉＷナイトライ
ド膜の窒素原子濃度と、このＴｉ−Ｗナイトライドより
なる酸化防止膜３で被覆されたＣｕからなる配線２の熱
処理（４５０℃，３０分，大気中）後の抵抗変化を示
す。なおやはり、Ｔｉ−Ｗナイトライドの膜厚は３０ｎ
ｍである。図６より明らかなように、Ｎ元素濃度が２０
ａｔ％以下では熱処理によりＣｕが酸化され、配線２の
抵抗が増加する。従って、酸化防止膜３としてのＴｉ−
Ｗナイトライド膜のＮ原子濃度は２０ａｔ％以上が望ま
しい。またＴｉ−Ｗナイトライド膜中のＮ原子濃度は理
想的には５０ａｔ％であり、それ以上にはならなかっ
た。なお、電子線回折による解析の結果より、Ｔｉ−Ｗ
ナイトライド膜はＮ原子濃度が増加すると多様な層が混
在した状態から単一の層に変化していくことがわかっ
た。この、単一の層はＴｉＮとＷの単一層あるいはＷＮ
とＴｉの単一層である。
ド膜の窒素原子濃度と、このＴｉ−Ｗナイトライドより
なる酸化防止膜３で被覆されたＣｕからなる配線２の熱
処理（４５０℃，３０分，大気中）後の抵抗変化を示
す。なおやはり、Ｔｉ−Ｗナイトライドの膜厚は３０ｎ
ｍである。図６より明らかなように、Ｎ元素濃度が２０
ａｔ％以下では熱処理によりＣｕが酸化され、配線２の
抵抗が増加する。従って、酸化防止膜３としてのＴｉ−
Ｗナイトライド膜のＮ原子濃度は２０ａｔ％以上が望ま
しい。またＴｉ−Ｗナイトライド膜中のＮ原子濃度は理
想的には５０ａｔ％であり、それ以上にはならなかっ
た。なお、電子線回折による解析の結果より、Ｔｉ−Ｗ
ナイトライド膜はＮ原子濃度が増加すると多様な層が混
在した状態から単一の層に変化していくことがわかっ
た。この、単一の層はＴｉＮとＷの単一層あるいはＷＮ
とＴｉの単一層である。
【００２６】ところで、上記実施例ではＣｕからなる配
線をＴｉ−Ｗナイトライドで被覆した場合を示したが、
この配線がＡｇあるいはＣｕの合金あるいはＡｇの合金
を用いていても、上記実施例と同様の効果を奏する。例
えば、配線に用いられる合金としては、ＣｕＮｂ，Ｃｕ
Ｔｉ，ＣｕＡｌ，ＣｕＺｒ，ＣｕＭｇ，ＡｇＴｉ，Ａｇ
Ｎｂ，ＡｇＡｌ，ＡｇＺｒなどがある。
線をＴｉ−Ｗナイトライドで被覆した場合を示したが、
この配線がＡｇあるいはＣｕの合金あるいはＡｇの合金
を用いていても、上記実施例と同様の効果を奏する。例
えば、配線に用いられる合金としては、ＣｕＮｂ，Ｃｕ
Ｔｉ，ＣｕＡｌ，ＣｕＺｒ，ＣｕＭｇ，ＡｇＴｉ，Ａｇ
Ｎｂ，ＡｇＡｌ，ＡｇＺｒなどがある。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＣｕやＡｇあるいはＣｕの合金やＡｇの合金からな
る配線の少なくとも上部を２種類以上の高融点金属の窒
化物からなる酸化防止膜で被覆することにより、後の酸
化雰囲気にさらされる工程でもこの配線の酸化を防ぐこ
とができるという効果がある。これによって、抵抗が低
く、エレクトロマイグレーション寿命，ストレスマイグ
レーション寿命の長い配線が得られ、半導体装置の歩留
りおよび信頼性を向上させることができる。
ば、ＣｕやＡｇあるいはＣｕの合金やＡｇの合金からな
る配線の少なくとも上部を２種類以上の高融点金属の窒
化物からなる酸化防止膜で被覆することにより、後の酸
化雰囲気にさらされる工程でもこの配線の酸化を防ぐこ
とができるという効果がある。これによって、抵抗が低
く、エレクトロマイグレーション寿命，ストレスマイグ
レーション寿命の長い配線が得られ、半導体装置の歩留
りおよび信頼性を向上させることができる。
【図１】この発明の１実施例である半導体装置の一部の
配線構造を示す断面図である。
配線構造を示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施例である半導体装置の一
部の配線構造を示す断面図である。
部の配線構造を示す断面図である。
【図３】この発明の第３の実施例である半導体装置の一
部の配線構造を示す断面図である。
部の配線構造を示す断面図である。
【図４】大気中で熱処理をしたときの抵抗変化とＴｉと
Ｗの原子数比の相関を示す相関図である。
Ｗの原子数比の相関を示す相関図である。
【図５】Ｔｉ−Ｗナイトライド膜厚に対する熱処理後の
抵抗変化および線間容量の変化を示す相関図である。
抵抗変化および線間容量の変化を示す相関図である。
【図６】大気中で熱処理したときの配線の抵抗変化とＴ
ｉ−Ｗナイトライド膜中の窒素原子濃度との相関を示す
相関図である。
ｉ−Ｗナイトライド膜中の窒素原子濃度との相関を示す
相関図である。
【図７】従来の半導体装置の一部の配線構造を示す断面
図である。
図である。
１ 酸化膜
２ 配線
３ 酸化防止膜
４ 層間絶縁膜
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−333927（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3205
Claims (9)
- 【請求項１】 Ｃｕあるいはその合金，あるいはＡｇあ
るいはその合金からなる配線が形成された配線層が多層
に形成された半導体装置であって、 前記配線の少なくとも上部がＴｉとＷからなる合金の窒
化物からなる酸化防止膜で被覆されていることを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、 高融点金属からなる密着層上に形成される高融点金属の
窒化物からなるバリア層を有し、 前記配線が前記バリア層上に形成されていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体装置にお
いて、 前記配線の側面が絶縁体である窒化膜もしくは前記配線
が酸化されない状態で形成された酸化シリコンで覆われ
ていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体装置において、 前記酸化防止膜を構成するＴｉ原子数とＴｉとＷを合計
した原子数との比が１／２以下であることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体装置において、 前記酸化防止膜が粒径３０ｎｍ以下のＴｉとＷからなる
合金の窒化物からなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体装置において、 前記酸化防止膜が、ＴｉＮ，ＷＮ，Ｗ，Ｗ 2 Ｎ のうち少
なくとも２種類以上の層で構成されたＴｉとＷからなる
合金の窒化物からなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項７】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体装置において、 前記酸化防止膜が、ＴｉＮとＷの単一層，ＷＮとＴｉの
単一層のうち少なくとも１種類以上の層で構成されたＴ
ｉとＷからなる合金の窒化物からなることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項８】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体装置において、前記酸化防止膜の膜厚が１０〜５０ｎｍである ことを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項９】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半
導体装置において、前記酸化防止膜が窒素原子濃度が２０〜５０ａｔ％であ
るＴｉとＷからなる合金の窒化物からなる ことを特徴と
する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23835593A JP3368629B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23835593A JP3368629B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794507A JPH0794507A (ja) | 1995-04-07 |
| JP3368629B2 true JP3368629B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=17028964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23835593A Expired - Fee Related JP3368629B2 (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368629B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6171957B1 (en) | 1997-07-16 | 2001-01-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of semiconductor device having high pressure reflow process |
| JP2000165002A (ja) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Furontekku:Kk | 電子機器用基板及びその製造方法と電子機器 |
| JP2005317632A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Denso Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3672941B2 (ja) * | 1993-03-24 | 2005-07-20 | 川崎マイクロエレクトロニクス株式会社 | 半導体集積回路の配線構造体 |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP23835593A patent/JP3368629B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0794507A (ja) | 1995-04-07 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |