JPH04192527A

JPH04192527A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH04192527A
Application number: JP32477290A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kawanoue; 川ノ上　孝; Masahiko Hasunuma; 正彦蓮沼; Atsuhito Sawabe; 厚仁澤邊; Yoshiko Kobanawa; 小塙　佳子; Hisafumi Kaneko; 尚史金子; Shuichi Komatsu; 小松　周一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-07-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は半導体装置に係り、特にＣｕ系配線を備えた半
導体装置に関する。

（従来の技術）半導体装置か高集積化するに伴い、Ａ℃配線の信頼性を
確保することか困難となってきており、八βに代わる配
線材料の開発か進められている。

このような例として特開昭６１−２９４８３８号公報に
示されるようなＣｕ配線がある。このＣｕ配線によれば
、ＣｕかＡＪ２に比べて高い融点を持つため、すぐれた
エレクトロマイグレーション耐性が得られる。また、比
抵抗かＡ℃に比べて約２／３であるため、半導体装置の
動作時における電圧降下および配線遅延が少なく、装置
の高速動作に有利であった。

（発明か解決しようとする課題）しかし、上記Ｃｕ配線は、０２プラズマを用いてレジス
トを灰化・除去する際もしくは５ｉ０２膜やＳｉＮ膜な
どの絶縁膜をＣＶＤ法により形成する際に酸化すること
、前記絶縁膜との密着性に乏しいと、電極としてコンタ
クトホールてＳｉに接続すると反応する二となど製造プ
ロセス上不都合な問題がある。

上記問題に対応して、特開昭５３−１１６０８９号公報
、特開昭６３−７３６４５号公報、特開平１−１０７５
６８号公報、特開平１−２０４４４９号公報にそれぞれ
開示それているよう１こ、Ａｎ　、Ｔｉ５Ｔａ、　Ｃｒ
、　Ｎｏ、−丁、Ｒｅ、　ＴｉＮ　。

ＴｉＷ　、　ＴａＮ　ＳＷＮ、　Ｍｏ２　Ｎ　、　Ｃｒ
２　Ｎなどによる被覆配線か提案されている。

しかしながら、このうち　ＡＡ　、Ｔｉ、　ＣｒはＣｕ
と反応して、Ｃｕ中に溶解しＣｕの比抵抗を著しく増加
させるとともに、被覆としての効果を失うという問題か
あった。また、Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｃｒ５Ｎｏ、　Ｗ　、
Ｒｅの高融点金属は、半導体装置の製造プロセスで実施
されている薄膜形成法で形成した場合、一般に結晶粒の
大きさが数１０ｎｍと小さい上に、その結晶粒か基板表
面に垂直に配向した柱状晶構造をもつ多結晶膜となる。

さ−らに形成条件によっては、結晶粒界の形成が不十分
となり、針状ないしポーラスとなる。そのため、酸素雰
囲気にさらされると、酸素イオンあるいはＣｕ原子か簡
単に被覆層を通り抜けて、Ｃｕ酸化物を生成するという
問題があった。

しかも、前記高融点金属膜は、−船釣に内部応力や熱応
力か大きく、残留応力によって剥離し易いという問題か
ある。また、被覆層か導電性であるため、配線間のショ
ート不良を避けなから配線を被覆することは製造プロセ
ス上容易でなく、さらにＴＡＮ　、　ＴａＮ　、　Ｗ〜
、Ｎｏ２Ｎ　、　Ｃｒ２　Ｎの窒化物やＴｉＷ合金につ
いても同様の傾向かあった。

一方、特開昭８４−８４３３８号公報に開示されている
ように、酸素（０２）を１０〜５０原子９ｏ含む銅（Ｃ
ｕ）を下層として配設した積層配線構造も提案されてい
る。しかし、この積層配線構造の場合は、たとえば５ｉ
０２絶縁膜なと下地に対する密着性か改善されたものの
、被覆絶縁膜との密着性か劣る上に、耐酸化性の改善も
なし得ないという問題かある。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、耐酸化性、密着性およびコンタクト安定性なと、
製造プロセスに対する適合性にすくれたＣｕ配線を備え
た半導体装置の提供を目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明に係る半導体装置は、周囲ないし周面をＣｕ合金
層もしくは酸化物層で被覆したＣｕ系配線を具備したこ
とを特徴とする。

本発明において、Ｃｕｂ金層もしくは酸化物層での被覆
とは、第１図（ａ）にて断面的に示すごとくＣｕ系配線
本体１の周面を、全体的にＣｕ合金層もしくは酸化物層
２て覆うことを基本的に意味する。

但し、何等かの方法でＣｕ系配線本体１の下地膜との密
着性か確保されている場合には、第１図（ｂ）にて断面
的に示すように、上面、側壁の三方のみを覆うたけてよ
い。さらに、半導体装置の製造プロセス如何によっては
、配線表面の特定の部位において、酸化か進行したり密
着性を特に要求される場合もあるので、そのときは第１
図（Ｃ）〜（ｅ）および第１図（ｇ）〜（＋）にてそれ
ぞれ断面的に示すように部分被覆か適している。また、
単層の被覆では十分な耐酸化性や密着性か得られない場
合には、第１図（ｆ）にて断面的に示すように二層以上
の多層被覆を用いることが有効である。

本発明に係る半導体装置において、Ｃｕ系配線本体１に
Ｃｕａ金から成る被覆層２ａを形成する際、あるいはそ
の後の熱処理や熱履歴なとにより、Ｃｕａ金被覆層２ａ
とＣｕ系配線本体１の界面に中間層を形成する場合もあ
る。しかして、前記中間層は化合物の形で明瞭な相境界
を持つ場面もあるか、連続的に組成の変化した固溶体の
ように相境界を見出し難い場合もある。

なお、この中間層の形成は、Ｃｕ合金被覆層２ａとＣｕ
系配線本体１の密着性を向上に寄与するとともに、Ｃｕ
系配線本体ｌの信頼性をより向上させるという副次効果
かあるばかりでなく　、Ｃｕ系配線本体１表面から結晶
粒界への欠陥の供給・消滅速度を低減する拘束層として
作用したり、Ｃｕ系配線本体１の大粒径化なとＣｕ系配
線本体１の微細構造を改良する作用をし、エレクトロマ
イグレーションまたはストレスマイグレーション耐性を
向上させる。

本発明に係る半導体装置において、Ｃｕ系配線本体１を
被覆するＣｕ合金２ａは二元系の他に、三元以上の多元
系Ｃｕ合金を用いることかでき、このようなＣｕ合金系
としては、たとえばＣｕ−Ａｎ、Ｃｕ−Ｍｇ、Ｃｕ−３
ｉＳ　Ｃｕ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｃｕ−Ｈｆ’、Ｃｕ−
Ｚｎ、Ｃｕ−８ｎ、　Ｃｕ−Ｙ　、　ＣｕＣｕ−８ｉ−
、Ｃｕ−Ｌｉ、Ｃｕ−Ｃａなどが挙げられる。

本発明に係る半導体装置が具備するＣｕ合金被覆Ｃｕ系
配線３ａは、たとえば次のようにして形成される。

（ａ）積層型構造の場合下地（下層）となるＣｕａ金薄膜、配線本体１となるＣ
ｕ薄膜、さらに上層となるＣｕ合金薄膜を順次形成して
積層膜とした後、パターニングにより配線に加工する。

ここで、下層および上層となるＣｕ合金薄膜の形成は、
Ｃｕ薄膜と添加元素（他の合金成分）薄膜を積層した後
、拡散熱処理するなとして合金化してもよい。また、Ｃ
ｕ　６金薄膜を形成した後、バターニングにして所要の
下層に加工し、この下層上に選択的にＣｕ薄膜を堆積し
てパターニングすることなく配線を形成してもよい。な
お、上記において、Ｃｕ系配線本体１にＣｕ合金薄膜を
介在させた構造のサンドイッチ型に構成してもよい。

（ｂ）上面／′上下面側壁の三または四面を被覆した構
成の場合前記（ａ）の場合と同様にして下層もしくはサンドイッ
チ構造を持つＣｕ系配線を形成する。このＣｕ系配線と
Ｃｕ系配線間の絶縁膜の全面にＣｕ合金薄膜形成後、異
方性エツチングにより絶縁膜上およびＣｕ系配線上面の
Ｃｕ合金層を選択的に取除き、残されたＣｕ系配線側壁
を被覆する。

また、バターニングによりＣｕ系配線に加工した後、Ｃ
ｕ系配線表面と絶縁膜表面との性質の違いを利用してＣ
ｕ系配線表面にのみＣＶＤ法などにより選択的にＣｕ合
金被膜を形成することにより被覆することもできる。

本発明に係る半導体装置において、Ｃｕ系配線本体１を
被覆する酸化物２ｂには水か化合した水酸化物も含まれ
る。しかして、この酸化物は単純な酸化物のみでなく、
二成分以上の複酸化物あるいは化学量論理組成から外れ
たものなど用いることかでき、このような酸化物として
は、次のようなものが挙げられる。

ＬｉＯ２、ＭｇＯ，ＳｒＯ，Ｂａｄ、Ｂａ０　２　　　
、Ｓｃ２　０　３　　　。

５ｃ（ＯＨ）３　、Ｙ：１　０３　　、Ｌａ２０３　　
、Ｃａ２０３　　、ＣｅＯ２、Ｔｉｅ、　　　ＴｉＯ２
，Ｔｉ３０　４　　　、Ｔｉ２　０３　　　、Ｔｉ３Ｏ
５、ＺｒＯ２、ＶＯ，ＶＯ２、Ｖ２　０３　　　、Ｖ２
Ｏ３。

ｖ、　　Ｏ、Ｖ２　ｏ５　　、Ｎｂｏ、　　ＳｂＯ，、
Ｎｂ２０５　　　。

Ｔａ０２　　　、Ｔａ２　０５　　　、Ｃｒ２　　０３
　　　、　　ＭｏＯ２、Ｍｏ４　　０■１、ＭｏＯ、Ｍ
ｏＯ３、ＷＯ２、Ｗ４　０ｔｌ　、ＷＯ３゜２．８８ＷＯ、ＷＯ＝　　Ｈ，ＭｎＯ，Ｍｎ３０４　　　、Ｍｎ
ｒ　　Ｏ＝　　　、Ｈｎｘ２．８８０７　　、　Ｍｎ０ＯＨ，Ｍｎ（ＯＨ）２　　、　Ｒｅ
Ｏ２、ＲｅＯ３，Ｒｅ２Ｏ７、Ｆｅｄ、　　Ｆｅ２　０
３　　　、Ｐｅ３　０４　　　、Ｆｅ（Ｏ）り２　　　
、Ｆｅ（ＯＨ）３　　、Ｃｏｏ、　　ＣｏＯ２、Ｃｏ２
　０３　　　、Ｃｏ３　０４　　、Ｃ。

（ＯＨ）２　　、Ｃｏ０ＯＨ，Ｎｉｐ、　　ＮｉＯ２、
Ｎｉ２’　　０３　　、ＮｉＯＨ。

Ｎｉ０ＯＨ，Ｎｉ（ＯＨ）２　、Ｒｕｂ：　　、Ｒｈ２
０　　、Ｒｈｏ、Ｒｈ２Ｏ３、ＰｂＯ，０ｓ０２　　　
、　　ＩｒＯ２、ＰｔＯ，ＰｔＯ２、ＣｕＯ。

Ｃｕ２帆ＡｇＯ、Ａｇ２帆ＺｎＯ，Ｚｎ（ＯＨ）２．Ａ
Ａ　２０゜Ａ！０．ＡＡ　２０＝　　、Ａ１００）Ｉ、
Ａｌ２（ＯＨ）３　、Ｇａ２０、Ｇａ２　０３　　、Ｇ
ａ００Ｈ，Ｉｎ２　０　　、Ｉｎ２　０３　　　、Ｉｎ
（ＯＨ）３、Ｔβ２帆Ｔβ２０．、Ｔｉ００）１．　Ｓ
ｉｎ、　５ｔＯ２゜Ｇｅｍ、　　　ＧｅＯ２、ＳｎＯ，
ＳｎＥ　０４　　．５ｎ０２　　　、Ｓｒ＋（０）１）
２　．５ｎ（ＯＨ）ｑ　　、Ｐｂ２０．　ＰｂＯ，Ｐｂ
２　０３．Ｐｂ（ＯＨ）２、Ｓｂ２　０３　　、Ｓｂ２
　０４　　、Ｂｉ２　　Ｊ　　、ＭｇＳｉＯ３。

Ｍｇ２　ＳｉＯ４、ＣａＳｉＯ３、Ｃａ２　ＳｉＯ４、
Ｃａ３　５ｉ０５．５ｒＳｉ０３　　、Ｓｒ２　　Ｓｉ
Ｏ＜　　、ＢａＳｉＯ３、Ｂａ２　　Ｓｉ０　４、Ｂａ
３５ｉｎｓ　　、Ｂａ４５ｉ０６　　、ＭｇＴｉｒ　　
ｏ５　　、ＭｇＴｉＯ３、Ｍｇ２　ＴｉＯ４、ＣａＴｉ
０　３　　、Ｃａ２Ｔｉ０　４　　、Ｃａ３　Ｔｉ０　
５　．５ｒＴｉＯ３、ＢａＴｉ０　３　　、ＢａＴｉ２
０　５　　、ＢａＴｉ４０　９　　、　　ＭｇＺｒＯ３
、ＣａＺｒＯ３、５ｒＺｒ０３　　、　　ＢａＺｒＯ３
、Ｚｒ５ｊＯ＊　　、Ｍｎ５ｊ０３　、ＭｎＴｉＯ３、
Ｍｎ２　ＴｉＯ４。

Ｍｎ２　ＳｉＯ４、Ｐｅ２　ＳｉＯ４、ＣＯ２Ｓｉ０　
４　　、ＦｅＴｉ２０４　　、Ｐｅ２　Ｔｉ３０　９．
　　ＦｅＴｉＯ３、Ｆｅ２　ＴｉＯ、、Ｆｅ２Ｔｉ０　
５　　、　　ＣｏＴｉＯ３、Ｃｏ２　ＴｉＯ４、ＮｉＴ
ｉＯ２、Ｚｎ５ｊ０３　　、Ｚｎ２　　ＳｉＯ４、Ｚｎ
２　　Ｔｉ０　４　　、ＺｎＳｉＯ４、ＺｎＺｒｏ３．
Ａｌ２２ｓｉｏ　　ｓ　　−Ａｌ２２ＴｉＯｓ　　、　
　ＰｂＳｉＯ３゜Ｐｂ２Ｓｉ０　４　　、ＰｂＴｉ０　
３　　、　　ＰｂＺｒＯ３、ＭｇＶＯ３１Ｍｇ２ＶＯ４
、ＭｇＶ２　０４　　、ＧａＶ２　０４　、．５ｒＶ２
　０４　　。

ＹＶＯ４、ＦｅＶ２　０４　　、ＦｅＴａ２０６　　、
ＺｎＶ２０４　　。

５ｎＴａ２　０７　　　、Ｐｂ３Ｔａ２　０Ｂ　　、５
ｂＴａＯ＜　　、ＢｉＶＯ４。

ＭｇＣｒ２　０！　　、ｃａｃｒ２　０４　　、ＢａＣ
「２　０４　　、ＭｇＭＯ２０ｓ　　、Ｃ３ＭＯ２０４
，８８ＭＯ２０４、ＭｇＷＯａ　　、ＣａνＯ＜　　。

５ｒＷＯｓ　　、ＢａＷＯ＜　　、ＭｎＷＯ＊　　、Ｆ
ｅＷＯｇ　　、Ｃｏｃｏｓ　　、ＮｉＷＯ４　　、Ｃｕ
ＷＯ４、ＺｎＷＯ５、ＰｂＷＯ４、ＣｅＣｒ０　８　　
　、ＬａＣｒ０６　　　、ＭｎＣｒ２　　０４　　　、
ＦｅＣｒ２　　０４　　　、ＣｏＣｒ２　　０４　　　
、ＮｉＣｒ２　０４　　、Ｆｅ１ｏｎｓ　　、Ｃ０Ｍ０
Ｏ４、ＮｉＭｏ０ｑ　　、ＣｕＣｒ２Ｏ４、ＣｕＭｏＯ
４、Ａｇ２ＭｏＯ＋　　、ＺｎＣｒ２　０４　　、Ｐｂ
Ｍ。

０４　　、Ｐｂ２　ＷＯ５、ＬａＭｎＯ３、ＦｅＭｎＯ
３、Ｆｅ２　Ｍｎ　０４　　、Ｃｏ２ＭｎＯ４、Ｎｉ２
ＭｎＯ４、ＣｕＭｎ２　０．　　、ＺｎＭｎ２　０４　
　、　　ＡＪ２２Ｍｎ　０４　１ＭｇＦｅ＋　　０４　
　、ＭｇＣｏ２Ｏ４、ＣａＦｅ２　０４　　、Ｃａ２Ｆ
ｅ２　０５　．５ｒＦｅ２　０４　　、ＢａＯ−Ｎｉ０
．　ＢａＣｏ０２．２３．　ＬａＰｅ０３　　、　Ｌａ
ＣｏＯ３、Ｐｅ２　Ｃ。

０４　、Ｆｅ２　　Ｎｉ　　０４　　、Ｃｏ２　　Ｎｉ
　　Ｏａ　　、ＣａＦｅ３　　ＯＢ　　。

ＣｕＦｅ２０４　　、ＣｕＦｅ０　２　　、ＣｕＣｏ２
０４　　、ＡｇＦｅ０　２　　。

ＺｎＰｅ２　０４　　、ＺｎＣｏ２　０４　　、　　Ａ
ｎ２　Ｆｅ　０４　　、　　ｌ！２Ｃｏ　　０４　　、
Ａｊ！　２　　Ｎｉ　　０４　　、ＧｅＮｉ２０ｓ　　
、５ｎＣｏ６　０ａ、ＰｂＦｅ５　０７　　、ＰｂＯ−
８Ｆｅ２　０３　　、ＭｇＡＪ２２０４　　。

Ｃａ３　　Ａｎ＋ｏ　　Ｃ１８，Ｃａ３　　ＡＪ２２０
ｓ　　、Ｃａ５　　Ａｊ２ｓ　　Ｃ１４、Ｓｒ　ＡＪ２
４　０７　　、Ｓｒ　Ａｊ２２　０ａ　　、Ｂａ　Ａｊ
２２　０４、ＭｇＧａ２　　ｏ、　　、Ｍｇ１ｎ２　　
ｏ４　　、　〜　Ａｎ　　０３　　、ＬａＡ、１２０３
　　、ＬａＧａＯ３、ＣｕＡＪ２２　０４　　、ＺｎＡ
ｎ２０４　　。

ＺｎＧａ２　０４　　、Ｍｇ２　Ｓｎ　０４　　、Ｚｎ
２　Ｓｎ　０４　　、　　ＢａＳｎＯ３，５ｒＳｎ０３
　　、ＣａＳｎＯ３、ＰｂＳｎＯ３、ＣｅＰｂＯ３、Ｍ
ｇＬａ２　０ｓ　　−ＣａＣｅＯ３、５ｒＣｅ０３　　
、　ＢａＣｅＯ３なとか挙げられる。

なお、これら酸化物の耐酸化性は、酸化物と酸化種との
化学的平衡関係および化学反応速度によって決まる。し
かして、化学平衡の観点からは、ギブスの生成自由エネ
ルギーか一つの指標となって、負で絶対値の大きい酸化
物は一般に耐酸化性にすぐれている。

また、Ｃｕ系配線本体１に対する熱的安定性の上では、
生成自由エネルギーがＣｕ酸化物Ｃｕ２０よりも低いこ
とや比較的融点が高いこと、あるいは昇華など起し難い
ものが好ましい。さらに、酸化物はパッシベーション膜
や層間絶縁膜に比べて線膨張係数が、Ｃｕに近いことが
望ましい。

さらにまた、Ｃｕ系配線本体１を被覆する酸化物２ｂの
膜厚は、コンタクトホール、パッドあるいは多層構造の
場合のピアホールなど配線接続部の接触抵抗を考慮する
と薄くすることが好ましいか、耐酸化性を考慮すると厚
くする必要がある。結局は、酸化物の結晶構造、化学量
論組成、欠陥密度など膜質によって適宜膜厚を設定した
り、被覆した酸化物層を切除して接触抵抗を低減させる
ことなどする。

本発明に係る半導体装置か具備する酸化物被覆Ｃｕ系配
線３ｂは、たとえば次のようにして形成される。

（Ａ）蒸着法スパッタあるいは真空蒸着によって、Ｃｕ系配線本体１
の表面に酸化物２ｂ層を直接被着形成する方法である。

ここで、スパッタの場合は、酸化物ターゲットを用いる
高周波スパッタ法でもよいし、また金属ターゲットを用
い、酸化種を含む雰囲気でスパッタする反応性スパッタ
のいずれでもよい。

（ｂ）選択酸化法配線本体１をＣｕ合金で形成し、酸化種を含む雰囲気に
おいて、その分圧制御により添加元素のみを選択的に酸
化してＣｕ系配線面に酸化物被膜を形成する。

（Ｃ）後酸化法Ｃｕ系配線本体１面を金属薄膜で被覆した後、酸化種を
含む雰囲気て熱処理して、前記被覆した金属膜を酸化物
膜に変換する方式である。この場合、Ｃｕ系配線本体１
面のみに金属薄膜を被覆したときは別として、配線間の
ショートを避けるため、変換生成する酸化物膜は絶縁性
である必要かある。

なお、本発明においては、配線本体１としては配線の非
抵抗を３μΩｅｌ１以上に上昇させない範囲で添加量を
微小量に制限したＣｕ合金系、すなわちＣｕ−＾ｇＳＣ
ｕ−Ｃｒ、　Ｃｕ−Ｔｉ、　Ｃｕ−Ｚｒ、Ｃｕ−Ｈｒ、
　Ｃｕ　−Ｃｏ、　Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ、　Ｃｕ−Ｃｒ−
３ｎ、　Ｃｕ−Ｎｉ−８ｉ、　Ｃｕ　−Ｎｉ−Ｐ　ｓ　
Ｃｕ−Ｎｉ、　Ｃｕ−Ｚｎ、　Ｃｕ−８ｎ、　Ｃｕ−３
ｉＳＣｕ　−Ｌｉ、　Ｃｕ　−Ｍｎ、　Ｃｕ　−Ａｕ、
　Ｃｕ　−Ｐｔ、　Ｃｕ　−Ｐｄｑ　Ｃｕ　−Ｇａ。

Ｃｕ−Ｇｅ、　Ｃｕ　−Ａｎ　２　０３　、Ｃｕ　−５
ｉ０２　、Ｃｕ−Ｐｅ　−Ｐ　ＳＣｕ　−Ｆｅ−Ｃｏ５
Ｃｕ　−Ｆｅ−Ｃｏ　−Ｐ　ＳＣｕ　−Ｎｉ−５ｎ。

Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｒ、　Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ、　Ｃｕ　−１
ｊ　、Ｃｕ−Ｎｏ、　Ｃｕ　−Ｒｕ、　Ｃｕ−Ｔａ、　
Ｃｕ−Ｒｅ、　Ｃｕ−０ｓから選ばれたＣｕ稀薄合金を
用いることにより、配線の信頼性を向上させることかで
きる。

（作用）本発明によれば、配線被覆層をＣｕ系配線と同しくＣｕ
を主成分とする合金もしくは耐酸化性にすぐれた酸化物
で形成している。しかしてＣｕ合金を配線被覆層とした
場合は、配線被覆層とＣｕ系配線の整合性も良好で、配
線被覆層を非常に薄くすることもできる。特に、配線被
覆層とＣｕ系配線に、中間層か形成された場合は、Ｃｕ
合金被覆層とＣｕ系配線の密着性を向上に寄与するとと
もに、Ｃｕ系配線の信頼性をより向上させるという副次
効果かあるばかりでなく、Ｃｕ系配線表面から結晶粒界
への欠陥の供給・消滅速度を低減する拘束層として作用
したり、　Ｃｕ系配線の大粒径化なとＣｕ系配線の微細
構造を改良する作用をし、エレクトロマイグレーション
またはストレスマイグレーション耐性に大きく寄与する
。

一方、耐酸化性にすぐれた酸化物を配線被覆層とした場
合は、前記酸化物被覆層か無定形、非晶質あるいは等軸
品構造の多結晶の膜で形成され、結晶粒径の小さい柱状
晶構造をもつ多結晶膜を構成しないため、Ｃｕ系配線本
体の耐酸化性に向上に大きく寄与する。

（実施例）以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１第２図（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体装置を製
造する態様を模式的に示す断面図である。

先ず所要の能動領域を一主面に設けたＳｉ基板４を用意
し、このＳｉ基板４の能動領域形成面に５ｉ０２などの
絶縁膜５を設ける。次いで、前記絶縁膜５面上にスパッ
タ蒸着法によりＣｕ−５ｗｔ、％Ａｎ合金薄膜２ａ（厚
さ　１００人）　、Ｃｕ薄膜１　（厚さ３８００人）お
よびＣｕ　−Ａア薄膜２ａ　（厚さ　１００人）を順に
形成した後、バターニングにより積層配線（厚さ４００
０人）に加工した（第２図（ａ））。

次に、上記形成した積層配線と絶縁膜５の全面にわたっ
てスパッタ蒸着法によりＣｕ　−Ａ４合金薄膜２ａ（厚
さ　１００人）を形成した（第２図（ｂ））。

しかる後、前記形成したＣｕ　−Ａ２合金薄膜２ａに対
して異方性エツチングを施して、積層配線の側壁にもＣ
ｕ−Ａｕ合金層２ａを形成し、Ｃｕ−へρ合金層によっ
て周面か被覆されたＣｕ配線３ａを形成した（第２図（
Ｃ））。

上記によって所要の被覆Ｃｕ配線３ａを形成してから、
この被覆Ｃｕ配線３ａおよび絶縁膜５の表面にＣＶＤ法
により　ＰＳＧ膜（リンドープシリカガラス）などの保
護絶縁膜６を形成した（第２図（ｄ））。なお、二のｐ
ｓｃ膜６被覆に当り、Ｃｕ−５ｗｔ、％ＡＪ２合金被覆
層２ａ、に含まれるｌがＡＪ２２ｏ３保護膜を形成する
ので、被覆Ｃｕ配線３ａが酸化することはなく、被覆Ｃ
ｕ配線３ａと保護絶縁膜６との間にも良好な密着性か認
められた。

被覆配線のエレクトロマイグレーションに対する信頼性
を評価するために、不活性ガス雰囲気で高温通電試験を
行なった。比較例としては純Ｃｕ配線を用いた。エレク
トロマイグレーションにより配線に損傷か生じると、配
線の電気抵抗が時間とともに増加する。この原理にした
がい、配線抵抗を通電加熱中に監視し、電気抵抗か急激
に増加した時点で、各配線形状を観察したところ、比較
例の純Ｃｕ配線には、空孔が多数発生しており、空孔の
成長と集合によって配線に膜厚もしくは幅の顕著な減少
か生していた。これに対して、実施例の被覆配線の場合
は、このような変化か何等認められず、よりすぐれたエ
レクトロマイグレーション耐性を示した。

上記において、第２図（ａ）に図示したＣｕ−＾（／Ｃ
ｕ／　Ｃｕ−ＡＪ２を、スパッタ蒸着法により形成する
ときＣｕターゲットと　Ａββターケラトを併用し、形
成するＣｕ−Ａ４組成の厚さ方向のプロファイルを制御
した以外は同様にして、被りｃｕ配線３ａを備えた半導
体装置を得た。

また、上記において、第２図（ａ）に図示したＣｕ薄膜
ｌの代りにＴｆ−Ｃｕ合金薄膜を形成した以外は同様に
して、被覆Ｃｕ配線３ａを備えた半導体装置を得た。

これらの半導体装置においても、被覆Ｃｕ配線３ａと保
護絶縁膜６との間にも良好な密着性が認められた。

実施例２Ｎ　３　図（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る異なる他の
半導体装置を製造する態様を模式的に示す断面図である
。

所要の能動領域を一生面に設けたＳｉ基板４を用意し、
このＳｉ基板４の能動領域形成面に８１０２などの絶縁
膜５を設けた。次いて、前記絶縁膜５面上にスパッタ蒸
着法によりＣｕ薄膜（厚さ３９ｏＯ人）を形成した後、
パターンニングしてＣｕ配線本体１に加工した（第３図
（ａ））。

次いて、前記パターンニングしたＣｕ配線本体１の露出
する周面に、界面反応が律速反応となる成長条件に設定
したＣＶＤ法によって選択的にＣｕ−８ｉ合金薄膜２ａ
を成長させた（第３図（ｂ））。その後、前記形成した
Ｃｕ−３ｉ合金層被覆Ｃｕ配線３ａおよび絶縁膜５上に
ＣＶＤ法によって、ＰＳＧなとから成る保護絶縁膜６を
被着形成しく第３図（ｃ）　）　Ｌ、半導体装置を作成
した。この際、Ｃｕ−５ｊ合金被覆層２ａに含まれるＳ
ｌが５ｉ０２保護膜を形成するので、Ｃｕ配線本体１か
酸化することはなく、Ｃｕ配線本体１と保護絶縁膜６と
の間も良好な密着性を呈していた。

実施例３第４図（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るさらに他の半導
体装置を製造する態様を模式的に示す断面図である。

所要の能動領域を一生面に設けたＳｉ基板４を用意し、
このＳｉ基板４の能動領域形成面に５ｉ０２などの絶縁
膜５を設けた。次いて、前記絶縁膜５面上にスパッタ蒸
着法によりＣｕ−Ａ２合金薄膜（厚さ３９００人）を形
成した後、パターンニングしてＣｕ−へβ合金配線本体
１に加工した。

次いで、スパッタ蒸着法によって前記パターンニングし
たＣｕ−ＡＪ２合金配線本体１周面および絶縁膜５上に
Ｗ薄膜８を形成しく第４図（ａ）　）　、これに熱拡散
処理を施すことにより、前記パターンニングしたＣｕ−
Ａ　１２合金配線本体１中の八ρか表面に形成されてい
る　−薄膜８との界面に拡散・吸着し、へβリッチの薄
いＣｕ−Ａ４合金層２ａか形成される（第４図（ｂ））
。なお、上記Ｃｕ−へβ合金配線本体１中のＡＪ２の拡
散・吸着によって、Ｃｕ−Ａ４合金配線本体１中の八β
は消失もしくは極く微量となる。

その後、前記形成したＣｕ−Ａｎ合金層被覆Ｃｕ配線３
ａ面および絶縁膜５上のＷ薄膜８をＲＩＥによって除去
してから（第４図（ｃ）　）　、Ｃｕ−Ａβ合金層被覆
Ｃｕ配線３ａおよび絶縁膜５上にＣＶＤ法によって、Ｐ
ＳＧなとから成る保護絶縁膜６を被着形成しく第４図（
ｄ）　）　、半導体装置を作成した。なお、前記保護絶
縁膜６の被着形成過程において、Ｃｕ配線本体１はＣｕ
−Ａ４合金層２ａて被覆されているため、酸化されるこ
ともなく、またＣｕ配線３ａと保護絶縁膜６との間の密
着性も良好であった。

実施例４第５図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係るさらに別の半導
体装置を製造する態様を模式的に示す断面図である。

所要の能動領域４ａを一生面に設けたＳｉ基板４を用意
し、このＳｉ基板４の能動領域４ａ形成面に５ｉ０２な
どの絶縁膜５を設け、さらにこの絶縁膜５にコンタクト
ホール９を形設した（第５図（ａ））。

次いて、前記絶縁膜５面上にスパッタ蒸着法によりＣｕ
−ｆｌａｔ％Ｓｉ合金薄膜２ａ（厚さ　２００人）とＣ
ｕ膜１ａ（厚さ３８００人）を連続して形成した（第５
図（ｂ）　）　、ここで、Ｃｕ５ｔｊａ金膜２ａとＣｕ
膜１ａとがら成る積層膜は、前記コンタクトホール９を
介して能動領域４ａに接続している。

その後、前記Ｃｕ−８ｔ合金膜２ａとＣｕ膜１ａとから
成る積層膜をパターンニングしてＣｕ系配線本体１に加
工しく第５図（ｃ）　）　、その積層配線本体１の抵抗
を測定したところ、Ｃｕのみの配線の場合に比べて約　
１．１倍にしか過ぎない。

次いて、６００℃でシンター処理を行った後、前記積層
配線本体１および絶縁膜５の表面に５ｒＮＩＩＩなとの
保護絶縁膜６を形成し、この保護絶縁膜６にパッド部穴
開けを行ない、ハツト１ｏを形成した。

これらの熱履歴の際、前記拡散層（能動領域）　４ａに
接続する前記Ｃｕ−３ｉ合金２ａには最高熱処理温度で
ある　６００℃での固溶限以上に８１が添加されている
ので、前記Ｓｉ基板１および拡散層４ａ側からのＳｉ拡
散による接合破壊を起こさず、コンタクト不良を生しる
ことかなかった。

実施例５第６図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る半導体装置を製
造する態様を模式的に示す断面図である。

先ず所要の能動領域を一生面に設けたＳｉ基板４を用意
し、このＳｉ基板４の能動領域形成面にＳｉＯ２などの
絶縁膜５を設ける。次いて、前記絶縁膜５面上に直流ス
パッタ蒸着法によりＣｕ薄膜を形成した後、バターニン
グにより配線本体１に加工した（第６図（ａ））。

しかる後、前記形成したＣｕ薄膜配線本体１および絶縁
膜５上に高周波スパッタ法によってＡｎ２０３薄膜２ｂ
を被着形成した（第６図（ｂ））。

上記によって所要の酸化物層被覆Ｃｕ配線３ｂを形成し
てから、この酸化物層被覆Ｃｕ配線３ｂおよび絶縁膜５
の表面にＣＶＤ法により　ＰＳＧ膜（リンドープシリカ
ガラス）などの保護絶縁膜６を形成した（第６図（Ｃ）
）。なお、このＰＳＧ膜６被覆に当り、Ｃｕ配線本体１
はＡｎ２０３層２ｂて被覆されているため、酸化するこ
とはなく、被覆Ｃｕ配線３ｂと保護絶縁膜６との間にも
良好な密着性か認められた。

上記において、Ａβ２０３２ｂの代りにＺｒＯ２て被覆
した外は同様にして、被覆Ｃｕ配線３ｂを備えた半導体
装置を得た。なお、前記ＺｒＯ２薄膜形成に当っては、
化学量論組成からの組成ズレを防止するため、低酸素分
圧雰囲気中で電子線加熱による真空蒸着法を用いた。

また、上記において、Ａｎ２０．２ｂの代りにＭｇＯ／
Ｓｉ０２の二層構造で被覆した外は同様にして、被覆Ｃ
ｕ配線３ｂを備えた半導体装置を得た。なお、前記Ｍｇ
Ｏ／Ｓｉ０２の二層構造２薄膜形成に当っては、先ずＭ
ｇＯ膜を形成し、連続してＳｉＯ２膜を形成した。

さらに、上記において八β２０３２ｂの代りにＣａＳｉ
Ｏ３で被覆した外は同様にして、被ｆｆ１ｃｕ配線３ｂ
を備えた半導体装置を得た。なお、前記ＣａＳｉＯ３薄
膜形成に当っては、低酸素分圧雰囲気中で電子線加熱に
よるＣａＯと５ｉ０２の同時真空蒸着法を用いた。

これらの半導体装置においても、被ｆｆ１ｃｕ配線５′
と保護絶縁膜６との間にも良好な密着性か認められた。

実施例６第７図（ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係るさらに他の半導
体装置を製造する態様を模式的に示す断面図である。

所要の能動領域を一生面に設けたＳｉ基板４を用意し、
このＳｉ基板４の能動領域形成面に５ｉ０２などの絶縁
膜５を設けた。次いて、前記絶縁膜５面上にスパッタ蒸
着法によりＣｕ−Ｗ合金薄膜（厚さ３９００人）を形成
した後、パターンニングしてＣｕ系配線本体１に加工し
た（第７図（ａ））。

次いで、前記パターンニングしたＣｕ系配線本体１を設
けたＳｉ基板４を低圧０２雰囲気中で熱処理し、配線本
体１中のＶと０２とを反応させて、厚さ約３０人の薄い
緻密なＷ（ｈ層２ｂを表面に析出形成させた。このＷＯ
３１２ｂ生成によって、前記配線本体１中のＷはほとん
ど消失し、Ｃｕの単相になっていた（第７図（ｂ））。

その後、前記形成したｗｏ３層被覆Ｃｕ配線３ｂおよび
絶縁膜５上にＣＶＤ法によって、ＰＳＧなどから成る保
護絶縁膜６を被着形成しく第７図（ｃ）　）　Ｌ、半導
体装置を作成した。なお、前記保護絶縁膜６の被着形成
過程において、Ｃｕ配線本体１はＷＯ３層で被覆されて
いるため、酸化されることもなかった。また、保護絶縁
膜６に穴開けされたバット部での接触抵抗の増加も認め
られなかった。

上記において、Ｃｕ−Ｗ　＝金薄膜の代りにＣｕ−Ａｇ
−Ｚｒ合金薄膜を用いた外は同様にして、ＺｒＯ２層彼
覆Ｃｕ配線３ｂを備えた半導体装置を得た。

また、上記において、Ｃｕ−Ｗ合金薄膜の代りにＣｕ−
Ｔ　ｉ　−Ｚ　ｒ合金薄膜を用いた外は同様にして、Ｔ
ｌＯ２／Ｚｒ０２層被覆Ｃｕ配線３ｂを備えた半導体装
置を得た。

これらの場合も、Ｚ「０２層２ｂやＴｉＯ２１ＺｒＪ層
２ｂの生成によって、前記配線本体１中のＺｒ、Ｔｉは
ほとんど消失し、Ｃｕの単相になっていた。

これらの半導体装置はいずれも、被５ｉＣｕ配線３ｂと
保護絶縁膜６との間にも良好な密着性か認められた。

実施例７第８図（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るさらに異なる他
の半導体装置を製造する態様を模式的に示す断面図であ
る。

所要の能動領域を一生面に設けたＳｉ基板４を用意し、
この８１基板４の能動領域形成面に５ｉ０２などの絶縁
膜５を設けた。次いて、前記絶縁膜５面上にスパッタ蒸
着法によりＣｕ薄膜（厚さ３９００人）を形成した後、
パターンニングしてＣｕ系配線本体１に加工した（第８
図（ａ））。

次いで、前記Ｃｕ系配線本体１を設けたＳｔ基基板面面
上、スパッター法によってＴｉ薄膜１１を被着形成した
後（第８図（ｂ）　）　、これを低圧０２雰囲気中て熱
処理し、前記Ｔｉと０２とを反応させて、薄い緻密なＴ
ｉＯ２層２ｂを表面に析出形成させた（第８図（ｃ）　
）　、二のＴｉＯ２層２ｂ生成は、絶縁膜５のＴｉ薄膜
１１についても同時に行なわれ、配線３ｂ間のショート
もなかった。

その後、前記形成したＴｉＯ２層被覆Ｃｕ配線３ｂおよ
び絶縁膜５上にＣＶＤ法によって、ＰｓＧなとから成る
保護絶縁膜６を被着形成しく第８図（ｄ））、半導体装
置を作成した。なお、前記保護絶縁膜６の被着形成過程
において、Ｃｕ配線本体ｌはＴｉＯ２層２ｂで被覆され
ているため、酸化される二ともなかった。また、保護絶
縁膜６に穴開けされたパッド部での接触抵抗の増加も認
められなかった。

上記において、Ｔｉ薄膜１１の代りにＮｉとＭｇの積層
薄膜を用いた外は同様にして、ＮｉＯ／ＭｇＯ層被覆Ｃ
ｕ配線３ｂを備えた半導体装置を得た。なお、この構成
においては、　ＮｉＯおよびＭｇＯが互いに固溶するた
め、固溶体の一層被覆層を成していた。

また、上記において、Ｔｉ薄膜１１の代りにＡ℃とＳｔ
の積層薄膜を用いた外は同様にして、３　Ａｕ２　０３
−２５ｉ０２層被覆Ｃｕ配線３ｂを備えた半導体装置を
得た。

これらの半導体装置はいずれも、被覆Ｃｕ配線３ｂと保
護絶縁膜６との間にも良好な密着性か認められた。

［発明の効果コ以上詳述した如く、本発明に係る半導体装置は、製造プ
ロセス適合性にすぐれたＣｕ系配線を備えており、かつ
前記Ｃｕ系配線は、Ｃｕ系配線本体を成すＣｕ合金もし
くは耐酸化性のすくれた酸化物で所要面か被覆されてい
る。しかして、Ｃｕ合金で被覆した構成の場合は、被覆
層と良好な整合性を呈し、また比較的薄い層でも所要の
耐酸化性を示めすとともに保護絶縁膜とも良好に密着し
て、半導体装置として安定した機能の発揮に寄与する。

一方、耐酸化性のすくれた酸化物で被覆した構成の場合
も、すくれた整合性を呈し、また所要の耐酸化性を示め
すとともに保護絶縁膜とも良好に密着して、半導体装置
として安定した機能の発揮に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｉ）は本発明に係る半導体装置に形設
されるＣｕ系配線の互いに異なる構造例を示す断面図、
第２図（ａ）〜（ｄ）、第３図（ａ）〜（ｃ）、第４図
（ａ）〜（ｄ）、第５図（ａ）〜（ｃ）、第６図（ａ）
〜（Ｃ）、第７図（ａ）〜（ｃ）および第８図（ａ）〜
（ｄ）は本発明に係る半導体装置に形設される被覆Ｃｕ
系配線の互いに異なる製造例を模式的に示す断面図であ
る。１・・・・・Ｃｕ系配線本体１ａ・・・・・Ｃｕ膜２・・・・・Ｃｕ系配線の被覆層２ａ・・・・Ｃｕ合金被覆層２ｂ・・・・酸化物被覆層３ａ・・・・Ｃｕ合金被覆Ｃｕ系配線３ｂ・・・・・酸化物被覆Ｃｕ系配線４　・・・・Ｓｉ基板５・・・・・・絶縁膜６・・・・・・保護絶縁膜７．７ａ１８．１１・・・金属薄膜９・・・・・コンタクトホール ■０・・・・・・パッド部出願人　　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　須　山　佐　− （ａ）第１図（′Ａ）（ｔ’ジ第　ｌ　医（ｂ）第２図第３図（２１りコメ　　２ご　ｆ第４図（ご〕第５図（Ｃ）第６図（ａ）第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定面に能動領域か形設された半導体基板と、前
記能動領域に接続するＣｕ系配線とを有する半導体装置
において、前記Ｃｕ系配線と層間絶縁膜もしくは保護絶縁膜との間
にＣｕ合金より成る被覆層を有することを特徴とする半
導体装置。
（２）所定面に能動領域が形設された半導体基板と、前
記能動領域に接続するＣｕ系配線とを有する半導体装置
において、前記Ｃｕ系配線と層間絶縁膜もしくは保護絶縁膜との間
に酸化物より成る被覆層を有することを特徴とする半導
体装置。