JPH05144808A

JPH05144808A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05144808A
Application number: JP30762691A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Suwa; 元大諏訪; Shinichi Fukada; 晋一深田; Kazue Kudo; 一恵工藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体装置用薄膜配線に銅配線８を用いる場
合において、銅による半導体１の汚染を防止し、かつ配
線抵抗が低い配線を用いた半導体装置を提供する。【構成】コンタクトホ−ル４に埋め込んだ導体５の上
部にコンタクトホ−ルより広い拡散バリア層６を埋め込
み導体５の端部を被うように形成する。この上に接着層
７と銅配線８を形成する。【効果】絶縁膜３と、埋め込み導体５界面の銅８の速
い拡散を防止し、かつ配線抵抗を増加させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｃｕ配線を用いた高速
動作可能な高集積の半導体装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来半導体装置には、その薄膜配線とし
てＡｌを主成分とする配線が用いられてきた。しかしな
がら、半導体装置の高集積化に伴う配線の微細化によ
り、配線が、絶縁膜から受ける応力により断線してしま
うストレスマイグレーション、及び高電流密度通電によ
り断線するエレクトロマイグレーションという現象が問
題となってきた。この問題に対応するためＡｌ配線を合
金化したり、Ａｌと高融点金属を積層したりといった方
法が講じられてきた。しかしながらこれらの技術を用い
ても十分な信頼性が確保できないほど近年の半導体装置
は高集積化している。

【０００３】そこで近年、Ａｌよりも低抵抗で、ストレ
スマイグレーションにもエレクトロマイグレーションに
も強いＣｕを主成分とする配線を、半導体装置に用いる
ことが検討されている。しかしながらＣｕは、Ａｌと異
なり、Ｓｉ表面への拡散により、わずかでも存在する
と、その特性を劣化する。そこで特開昭63−299250号公
報のように、Ｃｕ配線の下部にバリア膜を敷くことが必
要となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体装置用配
線においては、半導体とのコンタクトホールに配線との
電気的接続を取る埋め込み導体が用いられている。この
様な配線構造を持つ半導体装置ではＣｕは、埋め込み導
体と絶縁膜の界面を最も速く拡散することが発明者らの
検討の結果明らかになった。このため上記従来技術で
は、この部分での拡散を防止するため、従来考えられて
いたより厚い拡散バリア膜が必要となり、配線全体にし
める高抵抗のバリア膜の割合が多くなる。このため従来
技術では配線抵抗が大きくなり、半導体デバイスの動作
速度が遅くなるという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、コンタクトホール端部付
近のみバリア層を敷くことにより、そのほかの配線部分
は薄い接着層のみにでき、配線抵抗が低い配線を有する
半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成され
たコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋め込
まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された配線
を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を主成分
とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の間に形
成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散するの
を防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア層は、
銅線全域より小さく形成され、且つコンタクトホール端
部を被って設けられたことを特徴とするものである。な
お、本発明において半導体装置とは、単結晶シリコン基
板を用いた半導体装置、化合物半導体基板を用いた半導
体装置、薄膜シリコンを用いた半導体装置、薄膜化合物
半導体を用いた半導体装置の総称である。

【０００７】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層と、前記銅が前記半導
体側に拡散するのを防止する拡散バリア層を備え、この
拡散バリア層は、銅線全域より小さく形成され、且つ前
記絶縁膜と該拡散バリア層が接している面とコンタクト
ホールの中心線を含む任意の鉛直平面とを交差した時に
できる交線の長さが０．２μm以上に形成されたことを
特徴とするものである。

【０００８】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層と、前記銅が前記半導
体側に拡散するのを防止する拡散バリア層を備え、この
拡散バリア層は、銅線全域より小さく形成され、且つ前
記絶縁膜と該拡散バリア層が接している面とコンタクト
ホールの中心線を含む任意の鉛直平面とを交差した時に
できる交線の長さが０．２μm以上に形成され、前記埋
め込み導体と該拡散バリア層と接している面とコンタク
トホールの中心線を含む任意の鉛直平面とを交差した時
にできる交線の長さが０．２μm以上に形成されたこと
を特徴とするものである。前記のいずれかにおいて、拡
散バリア層はチタン、タングステン、モリブデン、ニオ
ブ、タンタル、ジルコニウムの内いずれか１つ以上を主
成分とする金属または窒化物であり、接着層はチタン、
クロム、アルミニウム、ジルコニウム、珪素のうちいず
れか一つを主成分とする材料であるものがよい。

【０００９】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層と、前記銅が前記半導
体側に拡散するのを防止する拡散バリア層を備え、この
拡散バリア層は、銅線全域より小さく形成され且つコン
タクトホール端部を被って設けられ、接着層は拡散バリ
ア層と同じ材料で一体に形成されると共にコンタクトホ
ール端部を被う部分の層厚が他の部分より厚く形成され
たことを特徴とするものである。ここで、拡散バリア層
及び接着層は、チタン、タングステン、モリブデン、ニ
オブ、タンタル、ジルコニウムのうちいずれか１つ以上
を主成分とする金属または窒化物であるものがよい。

【００１０】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層と、前記銅が前記半導
体側に拡散するのを防止する拡散バリア層を備え、この
拡散バリア層は、銅線全域より小さく形成されると共に
該拡散バリア層は前記絶縁膜上面と接する面とコンタク
トホールの中心線を含む任意の鉛直平面が交差した時に
できる交線の長さが０．２μm以上に形成され、且つ前
記埋め込み導体は拡散バリア層と同じ材料で一体に形成
されたことを特徴とするものである。ここで、埋込み導
体はチタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タン
タル、ジルコニウムのうちいずれか１つ以上を主成分と
する金属または窒化物であり、接着層はチタン、クロ
ム、アルミニウム、ジルコニウム、珪素のうちいずれか
一つを主成分とする材料であるものがよい。

【００１１】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置の製造方法であっ
て、前記コンタクトホールに埋め込まれる導体として拡
散バリア材料を選択的化学的気相成長法を用い、この導
体がコンタクトホール内ではコンタクトホールと同じ寸
法で、コンタクトホールより上の部分では該コンタクト
ホールを形成する絶縁膜上面と接し、且つこの接面とコ
ンタクトホールの中心線を含む任意の鉛直平面が交差し
た時にできる交線の長さが０．２μm以上となるように
形成する工程と、過剰な拡散バリアをエッチバックによ
り除去する工程と、銅を主成分とする銅線部分及び該銅
線部分と絶縁膜の接着層とを備えた配線を形成する工程
を有することを特徴とするものである。

【００１２】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層と、前記銅が前記半導
体側に拡散するのを防止する拡散バリア層を備え、この
拡散バリア層は、銅線全域より小さく形成されると共に
該拡散バリア層は前記絶縁膜上面と接する面とコンタク
トホールの中心線を含む任意の鉛直平面が交差した時に
できる交線の長さが０．２μm以上に形成され、前記埋
め込み導体は絶縁膜より薄い良導電性導体と拡散バリア
材料を積層したものであることを特徴とする。ここで、
埋込み導体のうち良導電性導体はタングステン、モリブ
デン、チタンのいずれか一つを主成分とする金属であ
り、拡散バリア材料はチタン、タングステン、モリブデ
ン、ニオブ、タンタル、ジルコニウムのうちいずれか１
つ以上を主成分とする金属または窒化物であり、接着層
はチタン、クロム、アルミニウム、ジルコニウム、珪素
のうちいずれか一つを主成分とする材料であることを特
徴とする半導体装置。

【００１３】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置の製造方法であっ
て、上記コンタクトホールに埋め込む導体として良導電
性導体を絶縁膜より薄く形成する行程と、この上に拡散
バリア材料を選択的化学的気相成長法を用いて絶縁膜内
ではコンタクトホールと同じ寸法で、コンタクトホール
より上の部分でこのコンタクトホールを形成する絶縁膜
上面と接し、且つこの接面とコンタクトホールの中心線
を含む任意の鉛直平面が交差した時にできる交線の長さ
が０．２μm以上となるように形成する工程と、過剰な
拡散バリアをエッチバックにより除去する工程と、銅を
主成分とする銅線部分及び該銅線部分と絶縁膜の接着層
とを備えた配線を形成する工程を有することを特徴とす
るものである。

【００１４】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層を備え、前記銅が前記
半導体側に拡散するのを防止する拡散バリア層は、銅線
全域より小さく形成されると共に、該拡散バリア層はコ
ンタクトホール下部の前記絶縁膜の下面と半導体との間
に設けられ、該絶縁膜の下面と接する面とコンタクトホ
ールの中心線を含む任意の鉛直平面が交差した時にでき
る交線の長さが０．２μm以上に形成されたことを特徴
とするものである。ここで、拡散バリア材料はチタン、
タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコ
ニウムのうちいずれか１つ以上を主成分とする金属また
は窒化物であり、接着層はチタン、クロム、アルミニウ
ム、ジルコニウム、珪素のうちいずれか一つを主成分と
する材料であるものがよい。

【００１５】また本発明は、半導体上の絶縁膜と、この
絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、このコンタク
トホールに埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上
に形成された配線を有する半導体装置であって、前記配
線は、銅を主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前
記絶縁膜の間に形成された接着層と、前記銅が前記半導
体側に拡散するのを防止する拡散バリア層を備え、この
拡散バリア層は、銅線全域より小さく形成され、且つコ
ンタクトホール上部であって前記銅線部分と接着層との
間に該コンタクトホール端部を被って設けられたことを
特徴とするものである。ここで、拡散バリア層は、コン
タクトホール端部側面を垂直上方に伸ばしてできる面を
基準として、その外側及び内側の長さが０．２μm以上
に形成されたものがよい。また、拡散バリア材料はチタ
ン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジ
ルコニウムのうちいずれか１つ以上を主成分とする金属
または窒化物であり、接着層はチタン、クロム、アルミ
ニウム、ジルコニウム、珪素のうちいずれか一つを主成
分とする材料であるものがよい。

【００１６】

【作用】半導体装置の配線の信頼性を向上するため、Ｃ
ｕ配線を用いる場合、Ｃｕが拡散して半導体表面に到達
するのを防止しなくてはならない。半導体装置の高集積
化にともない、コンタクトホール、配線が微細化した。
このため、コンタクトホールに導体を埋め込む手法が使
われるようになってきた。Ｃｕの拡散は、この埋め込み
導体と、絶縁膜の界面で最も速いことが発明者等により
明らかにされ、この拡散を防止することが必要となって
きた。しかしながら一般に拡散バリア材料は比抵抗が高
いので、この拡散を防止するため配線の下部全域にバリ
ア層を厚く敷いたのでは、配線抵抗が増加してしまう。
そこでバリア層を配線の下部全面に敷くのではなく、最
も拡散の速いコンタクトホール部を被うように拡散バリ
ア層を形成すれば良い。これにより埋め込み金属と絶縁
膜の界面での拡散を防止できる。この拡散を防止するた
めには、バリア層はコンタクトホール端部より０．２μ
m以上広くしなくては、絶縁膜とバリア層の界面でのＣ
ｕの拡散による半導体の汚染を防止することができな
い。

【００１７】特にコンタクトホール内からバリア材料を
形成する場合、その形成法としては選択ＣＶＤ法を用い
るのが有効である。これは、そのほかの作製方法を用い
たのでは、バリア材料をパターニングするためマスク行
程が1枚多くなるからである。選択ＣＶＤ法によりコン
タクトホール内をバリア材料で埋め込んだ後、さらにバ
リア材料の堆積を続けると、絶縁膜上部では、等方的に
成長し、絶縁膜と、埋め込み金属(この場合にはバリア
材料)の界面を被うことができる。しかしながらこの界
面を被うためのバリア材料を堆積している間、上方にも
堆積されるので、過剰にバリア材料が堆積してしまう。
このためこの過剰なバリア材料をエッチバックにより除
去する必要が生じる。しかしながら本方法は、マスク工
程を１つ除くことができその有効性は大きい。

【００１８】また、コンタクトホール内下層に良導電性
導体を埋め込むことによりコンタクト抵抗の低減を図る
ことができる。

【００１９】本発明の効果は、バリア層を以上述べてき
たようにコンタクトホールの上に形成することで得られ
るが、その他にも、コンタクトホールの下にバリア層を
形成しても同様の効果が得られる。

【００２０】

【実施例】本発明を先ず概略的に説明する。上記目的を
達成するために、拡散バリア層をコンタクトホール端部
を被い、且つ銅線部分全域より小さい領域、例えば、コ
ンタクトホール上部に有る配線が太くなった部分のみ
(ドッグボーン部)に形成し、その他の配線部はＣｕと絶
縁膜の接着層、及びＣｕを主成分とする配線を形成し
た。ここでコンタクトホール端部とは、絶縁膜上部とコ
ンタクトホールが交わる部分である。

【００２１】Ｃｕと絶縁膜、例えば酸化シリコン膜は、
一般に接着強度が弱いとされており、Ｃｕ配線には接着
層が必要である。この時接着層は、絶縁膜中にＣｕの拡
散を防止できるに十分である程度で良く、それほど厚く
する必要はない。このため、本発明の構造の配線を用い
ることで、Ｃｕに比べ抵抗が高いバリア膜の配線全体に
占める割合を小さくでき、抵抗が低いＣｕ配線を有する
半導体装置を得られる。なお、本発明において半導体装
置とは、単結晶シリコン基板を用いた半導体装置、化合
物半導体基板を用いた半導体装置、薄膜シリコンを用い
た半導体装置、薄膜化合物半導体を用いた半導体装置の
総称である。本発明において、コンタクトホール内部
は、導体が全体に埋め込まれている。

【００２２】この時拡散バリア層の大きさには、下限が
有り、この大きさは、発明者等の検討の結果、絶縁膜と
拡散バリア層が接している面とコンタクトホールの中心
線を通る任意の平面が交差する線の長さが０．２μm以
上であり、またリング状の拡散バリア層にした場合に
は、更に埋め込み導体と拡散バリア層が接している面と
コンタクトホール中心線を通る任意の鉛直平面が交差す
る線の長さが０．２μｍ以上であるのがよいことがわか
った。すなわち、コンタクトホール端部から拡散バリア
層端部までの距離が、０．２μｍ以上必要であることが
わかった。

【００２３】さらに本発明の目的を達成するために、前
記接着層を、絶縁膜及びＣｕとの接着性が良いＣｕのバ
リア材料にし、バリア層と接着層を同一の材料にするこ
とも可能である。この時拡散バリア層の厚さは、コンタ
クトホール端部を被う部分で他の部分より厚くなくては
ならない。これは、この部分のバリア層は、コンタクト
ホール内部に埋め込まれている金属と、絶縁膜との界面
のＣｕの速い拡散を防止する必要が有るのにたいし、絶
縁膜中のＣｕの拡散はそれほど速くないので、この部分
以外のバリア膜は、それほど厚くなくても良からであ
る。この時拡散バリア層としては、チタン、タングステ
ン、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコニウムのう
ちいずれか１つ以上を主成分とする金属または窒化物が
望ましい。

【００２４】さらに本発明の目的は、以下のような手段
によっても達成できる。コンタクトホールに埋め込む金
属を、Ｃｕの拡散バリア材料にし、この金属を例えば選
択的化学的気相成長法(以降選択ＣＶＤ法と呼ぶ)によ
り、絶縁膜より上の部分においてこの材料を横方向に成
長させ、コンタクトホールより広く形成する。この時バ
リア材料は、上方向にも形成されるので、この時形成さ
れた余分な拡散バリア材料をエッチバックにより除去す
る。さらにこの上に接着層、及びＣｕを主成分とする配
線を形成する。以上の手段によっても本発明の目的は達
成できる。この時埋め込み金属としては、チタン、タン
グステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコニウ
ムのうちいずれか１つ以上を主成分とする金属または窒
化物が、又接着層としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｚｒ，
Ｓｉのうちいずれか一つを主成分とするものであること
が望ましい。

【００２５】本発明の目的を達成するためには、以下の
手段を用いても良い。コンタクトホールに埋め込む導体
として、半導体側に拡散バリア材料より導電性が良好な
導体(良導電性導体)を絶縁膜より薄く堆積し、その上に
Ｃｕの拡散バリア材料を例えば選択ＣＶＤ法により、絶
縁膜より上の部分においてこの材料を横方向に成長さ
せ、コンタクトホールより広く形成する。この時バリア
材料は、上方向にも形成されるので、この時形成された
余分な拡散バリア材料をエッチバックにより除去する。
さらにこの上に接着層、及びＣｕを主成分とする配線を
形成する。以上の手段によっても本発明の目的は達成で
きる。この時、良導電性導体としては、タングステン、
モリブデン、チタンのうちいずれか一つを主成分とする
金属を、拡散バリア材料としては、チタン、タングステ
ン、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジルコニウムのう
ちいずれか１つ以上を主成分とする金属または窒化物
が、又接着層としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｓｉ
のうちいずれか一つを主成分とするものであることが望
ましい。

【００２６】さらに本発明の目的は、拡散バリア層を、
コンタクトホールの上部でなく下部に、すなわち半導体
とコンタクトホールの間に形成してもよい。この際拡散
バリア層が拡散層端部を被っていると、半導体をショー
トさせてしまいデバイス特性を損失してしまうので、拡
散バリア層は、拡散層端部を被ってはならない。この時
拡散バリア層としては、チタン、タングステン、モリブ
デン、ニオブ、タンタル、ジルコニウムのうちいずれか
１つ以上を主成分とする金属または窒化物が望ましく、
又接着層としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｓｉのう
ちいずれか一つを主成分とするものであることが望まし
い。

【００２７】さらに本発明の目的は、拡散バリア層を、
Ｃｕと絶縁膜の接着層と、Ｃｕ配線の間に形成しても達
せられる。ただしこの場合にも、拡散バリア層は、配線
全域にはなく、コンタクトホール端部の垂直上方にはな
くてはならない。この場合にも拡散バリア層としては、
チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタ
ル、ジルコニウムのうちいずれか１つ以上を主成分とす
る金属または窒化物が望ましく、又接着層としては、Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｓｉのうちいずれか一つを主成
分とするものであることが望ましい。

【００２８】（実施例１）本発明の１実施例の断面図を
図１に示す。１は半導体としてのシリコン基板、２は拡
散層、３は絶縁膜としての酸化シリコン、４はコンタク
トホ−ル、５は埋め込み導体としてのタングステン、６
は拡散バリアとしての窒化チタン、７は接着層としての
チタン、８は銅配線、９は保護膜としての酸化シリコン
である。この作製方法を以下に示す。シリコン基板１に
拡散層２を形成し、この上に厚さ０．３μmの酸化シリ
コン膜３を形成後、直径０．８μmのコンタクトホ-ル４
を形成する。ここにタングステン５を選択ＣＶＤ法によ
り酸化シリコン膜３と同じ厚さ形成する。この上に０．
１μmの窒化チタン６を形成し、一辺１．４μmの正方形
に加工する。この上に厚さ１０ｎｍのチタン７を形成
後、厚さ０．３μmの銅８、さらに厚さ１０ｎｍのチタ
ン７を形成し、チタン７及び銅８を同時にパタ−ニング
し配線とする。この上に酸化シリコン９を形成し保護膜
とする。

【００２９】本発明の効果を説明するため、図１２に従
来技術を用いて作製したサンプルの断面図を示す。ここ
では、配線抵抗を同じにするため、バリア層としての窒
化チタンの厚さを１０ｎｍとした。以下にその作製方法
を示す。シリコン基板１に拡散層２を形成し、この上に
厚さ０．３μmの酸化シリコン膜３を形成後、直径０．
８μmのコンタクトホ−ル４を形成する。ここにタング
ステン５を選択ＣＶＤ法により酸化シリコン膜３と同じ
厚さ形成する。厚さ０．３μmの銅８、さらに厚さ１０
ｎｍのチタン７を形成し、チタン７及び銅８を同時にパ
タ−ニングし配線とする。この上に酸化シリコン９を形
成し保護膜とする。

【００３０】以上のようにして作製したサンプルのダイ
オ−ド特性（ｐｎ接合逆方向特性）を、Ａｌ配線を用い
て作製した場合と比べ比較した。その結果を図３に示
す。従来技術を用いたのでは、逆方向耐圧が低下し、半
導体デバイスの特性低下が見られる。これに対し本発明
の技術を用いると、その特性は従来より実績の有るＡｌ
を用いた場合とほぼ同等であり、Ｃｕ配線を用いること
による半導体の特性低下は見られない。さらに本発明は
Ｃｕ配線を用いているので、配線抵抗が低くかつ耐マイ
グレイション性が優れた配線を実現することができる。

【００３１】次に拡散バリア層の形状が図２に示したよ
うにリング状に形成されたとして、その大きさが絶縁膜
３と拡散バリア層６が接している面とコンタクトホ−ル
４の中心線を通る任意の平面が交差する線の長さが０．
２μm以上であり、また埋め込み導体５と拡散バリア層
６が接している面とコンタクトホ-ル４の中心線を通る
任意の鉛直平面が交差する線の長さが０．２μm以上必
要である理由について述べる。図１及び図２の実施例に
おいては、拡散バリア層６がコンタクトホ−ル端部から
０．３μmまでの領域に形成されている。比較例として
拡散バリア層６が１辺１．０μmの正方形にした場合の
サンプルのダイオ-ド特性を図４に示す。比較例では、
半導体デバイスの特性低下が見られ、拡散バリア層と絶
縁膜が重なっている部分が必要であり、この部分は最低
でも０．２μmは必要であることがわかる。

【００３２】（実施例２）図１のチタン膜７のかわり
に、窒化チタン膜を用い、拡散バリア層と、接着層を同
じ材料にしても同様の効果が有る。この実施例の断面図
を図５に示す。これは、窒化チタンが絶縁膜である酸化
シリコン及び銅と密着性が良いからである。

【００３３】（実施例３）埋め込み導体として、拡散バ
リア材料を用いた場合について述べる。この場合拡散バ
リア材料の堆積を選択ＣＶＤ法により堆積するのが有効
であるので、この場合について述べる。その１実施例を
図６に示す。１は半導体としてのシリコン基板、２は拡
散層、３は絶縁膜としての酸化シリコン、４はコンタク
トホ−ル、５は埋め込み導体及び拡散バリア層を兼ねる
窒化チタン、７は接着層としてのチタン、８は銅配線、
９は保護膜としての酸化シリコンである。このサンプル
の作製法を以下に示す。シリコン基板１に拡散層２、酸
化シリコン３、コンタクトホ−ル４を形成する。このコ
ンタクトホ−ルに窒化チタン５を選択ＣＶＤ法で形成す
る。これを、酸化シリコン３よりも０．２μm厚く形成
する。これにより同時にコンタクトホ-ル端部から、絶
縁膜に沿って窒化チタンが成長する（図７）。この窒化
チタン５をエッチバックし、絶縁膜より０．１μm厚い
厚さになるまでエッチバックする（図８）。この上にチ
タン７、銅配線８、酸化シリコン９を図１と同様の方法
で作製する。この様にして作製することで、図１におけ
る拡散バリア層をパタ−ニングするための工程を除去す
ることができる。この様にして作製したデバイスのダイ
オ−ド特性は、図１の実施例とほぼ同じ特性を示し、本
方法により作製したサンプルでも本発明の効果が発生す
ることがわかった。

【００３４】（実施例４）また、図６の実施例の変形と
して、埋め込み導体５として、窒化チタンより導電性が
良いタングステンを絶縁膜３より薄く形成し、その上に
拡散バリア層６と埋め込み導体を兼ねる窒化チタンを形
成しても同様の効果が得られる（図９）。

【００３５】（実施例５）本発明の効果は、拡散バリア
層６をコンタクトホ−ル４の底部に設置しても発生す
る。ただしこの場合もバリア層６は、絶縁膜３と拡散バ
リア層６が接している面とコンタクトホ−ル４の中心線
を通る任意の平面が交差する線の長さが０．２μm以上
であり、埋め込み導体５と拡散バリア層６が接している
面とコンタクトホ−ル４の中心線を通る任意の鉛直平面
が交差する線の長さが０．２μm以上であることが必要
である。この１実施例の断面図を図１０に示す。図１０
においてコンタクトホ−ル４は直径０．８μmであり、
拡散バリア層６は一辺１．４μmの正方形をしたものを
用いた。

【００３６】（実施例６）本発明の目的は、拡散バリア
層６を接着層７と、銅８を主成分とする配線層の間に形
成しても達成できる。その１実施例を図１１に示す。図
１１において、拡散バリア層６は、配線全域にはなく、
かつコンタクトホ−ル４端面の垂直上方には必ず存在し
ている。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、銅配線を用いる半導体
装置において、銅による半導体の汚染を防止し、かつ配
線抵抗が低い銅配線を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の断面図である。

【図２】実施例１の変形例を示す断面図である。

【図３】本発明の効果を示すｐｎ接合逆方向耐圧特性を
示す図である。

【図４】比較例と本発明のｐｎ接合逆方向耐圧特性を示
す図である。

【図５】本発明の実施例２の断面図である。

【図６】本発明の実施例３の断面図である。

【図７】実施例３の作製過程（窒化チタン形成後）の断
面図である。

【図８】実施例３の作製過程（窒化チタンエッチバック
後）の断面図である。

【図９】本発明の実施例４の断面図である。

【図１０】本発明の実施例５の断面図である。

【図１１】本発明の実施例６の断面図である。

【図１２】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１半導体２拡散層３絶縁膜４コンタクトホ−ル５埋め込み導体６拡散バリア層７接着層８銅配線９保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋
め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された
配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を主
成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の間
に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散す
るのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア層
は、銅線全域より小さく形成され、且つコンタクトホー
ル端部を被って設けられたことを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋
め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された
配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を主
成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の間
に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散す
るのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア層
は、銅線全域より小さく形成され、且つ前記絶縁膜と該
拡散バリア層が接している面とコンタクトホールの中心
線を含む任意の鉛直平面とが交差した時にできる交線の
長さが０．２μm以上に形成されたことを特徴とする半
導体装置。
【請求項３】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋
め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された
配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を主
成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の間
に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散す
るのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア層
は、銅線全域より小さく形成され、且つ前記絶縁膜と該
拡散バリア層が接している面とコンタクトホールの中心
線を含む任意の鉛直平面とを交差した時にできる交線の
長さが０．２μm以上に形成され、前記埋め込み導体と
該拡散バリア層と接している面とコンタクトホールの中
心線を含む任意の鉛直平面とを交差した時にできる交線
の長さが０．２μm以上に形成されたことを特徴とする
半導体装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、拡散
バリア層はチタン、タングステン、モリブデン、ニオ
ブ、タンタル、ジルコニウムの内いずれか１つ以上を主
成分とする金属または窒化物であり、接着層はチタン、
クロム、アルミニウム、ジルコニウム、珪素のうちいず
れか一つを主成分とする材料であることを特徴とする半
導体装置。
【請求項５】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋
め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された
配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を主
成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の間
に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散す
るのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア層
は、銅線全域より小さく形成され且つコンタクトホール
端部を被って設けられ、接着層は拡散バリア層と同じ材
料で一体に形成されると共にコンタクトホール端部を被
う部分の層厚が他の部分より厚く形成されたことを特徴
とする半導体装置。
【請求項６】請求項５において、拡散バリア層及び接
着層は、チタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、
タンタル、ジルコニウムのうちいずれか１つ以上を主成
分とする金属または窒化物であることを特徴とする半導
体装置。
【請求項７】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋
め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された
配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を主
成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の間
に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散す
るのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア層
は、銅線全域より小さく形成されると共に該拡散バリア
層は前記絶縁膜上面と接する面とコンタクトホールの中
心線を含む任意の鉛直平面が交差した時にできる交線の
長さが０．２μm以上に形成され、且つ前記埋め込み導
体は拡散バリア層と同じ材料で一体に形成されたことを
特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項７において、埋込み導体はチタ
ン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、ジ
ルコニウムのうちいずれか１つ以上を主成分とする金属
または窒化物であり、接着層はチタン、クロム、アルミ
ニウム、ジルコニウム、珪素のうちいずれか一つを主成
分とする材料であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに埋
め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成された
配線を有する半導体装置の製造方法であって、前記コン
タクトホールに埋め込まれる導体として拡散バリア材料
を選択的化学的気相成長法を用い、この導体がコンタク
トホール内ではコンタクトホールと同じ寸法で、コンタ
クトホールより上の部分では該コンタクトホールを形成
する絶縁膜上面と接し、且つこの接面とコンタクトホー
ルの中心線を含む任意の鉛直平面が交差した時にできる
交線の長さが０．２μm以上となるように形成する工程
と、過剰な拡散バリアをエッチバックにより除去する工
程と、銅を主成分とする銅線部分及び該銅線部分と絶縁
膜の接着層とを備えた配線を形成する工程を有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形
成されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに
埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成され
た配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を
主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の
間に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散
するのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア
層は、銅線全域より小さく形成されると共に該拡散バリ
ア層は前記絶縁膜上面と接する面とコンタクトホールの
中心線を含む任意の鉛直平面が交差した時にできる交線
の長さが０．２μm以上に形成され、前記埋め込み導体
は絶縁膜より薄い良導電性導体と拡散バリア材料を積層
したものであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】請求項１０において、埋込み導体のう
ち良導電性導体はタングステン、モリブデン、チタンの
いずれか一つを主成分とする金属であり、拡散バリア材
料はチタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タン
タル、ジルコニウムのうちいずれか1つ以上を主成分と
する金属または窒化物であり、接着層はチタン、クロ
ム、アルミニウム、ジルコニウム、珪素のうちいずれか
一つを主成分とする材料であることを特徴とする半導体
装置。
【請求項１２】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形
成されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに
埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成され
た配線を有する半導体装置の製造方法であって、上記コ
ンタクトホールに埋め込む導体として良導電性導体を絶
縁膜より薄く形成する行程と、この上に拡散バリア材料
を選択的化学的気相成長法を用いて絶縁膜内ではコンタ
クトホールと同じ寸法で、コンタクトホールより上の部
分でこのコンタクトホールを形成する絶縁膜上面と接
し、且つこの接面とコンタクトホールの中心線を含む任
意の鉛直平面が交差した時にできる交線の長さが０．２
μm以上となるように形成する工程と、過剰な拡散バリ
アをエッチバックにより除去する工程と、銅を主成分と
する銅線部分及び該銅線部分と絶縁膜の接着層とを備え
た配線を形成する工程を有することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項１３】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形
成されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに
埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成され
た配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を
主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の
間に形成された接着層を備え、前記銅が前記半導体側に
拡散するのを防止する拡散バリア層は、銅線全域より小
さく形成されると共に、該拡散バリア層はコンタクトホ
ール下部の前記絶縁膜の下面と半導体との間に設けら
れ、該絶縁膜の下面と接する面とコンタクトホールの中
心線を含む任意の鉛直平面が交差した時にできる交線の
長さが０．２μm以上に形成されたことを特徴とする半
導体装置。
【請求項１４】請求項１３において、拡散バリア材料
はチタン、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタ
ル、ジルコニウムのうちいずれか１つ以上を主成分とす
る金属または窒化物であり、接着層はチタン、クロム、
アルミニウム、ジルコニウム、珪素のうちいずれか一つ
を主成分とする材料であることを特徴とする半導体装
置。
【請求項１５】半導体上の絶縁膜と、この絶縁膜に形
成されたコンタクトホールと、このコンタクトホールに
埋め込まれた導体と、この導体及び絶縁膜上に形成され
た配線を有する半導体装置であって、前記配線は、銅を
主成分とする銅線部分と、この銅線部分と前記絶縁膜の
間に形成された接着層と、前記銅が前記半導体側に拡散
するのを防止する拡散バリア層を備え、この拡散バリア
層は、銅線全域より小さく形成され、且つコンタクトホ
ール上部であって前記銅線部分と接着層との間に該コン
タクトホール端部を被って設けられたことを特徴とする
半導体装置。
【請求項１６】請求項１５において、拡散バリア層
は、コンタクトホール端部側面を垂直上方に伸ばしてで
きる面を基準として、その外側及び内側の長さが０．２
μm以上に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】請求項１５又は１６において、拡散バ
リア材料はチタン、タングステン、モリブデン、ニオ
ブ、タンタル、ジルコニウムのうちいずれか１つ以上を
主成分とする金属または窒化物であり、接着層はチタ
ン、クロム、アルミニウム、ジルコニウム、珪素のうち
いずれか一つを主成分とする材料であることを特徴とす
る半導体装置。