JPH11145141A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH11145141A JPH11145141A JP9313541A JP31354197A JPH11145141A JP H11145141 A JPH11145141 A JP H11145141A JP 9313541 A JP9313541 A JP 9313541A JP 31354197 A JP31354197 A JP 31354197A JP H11145141 A JPH11145141 A JP H11145141A
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- insulating film
- barrier layer
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｃｕよりなる金属配線に、Ｃｕの酸化と絶縁
膜中への拡散とを防止し且つ比抵抗が小さいバリア層を
設けることができるようにする。 【解決手段】 Ｓｉよりなる半導体基板１０の上にはＳ
ｉＯ2 よりなる第１の絶縁膜１２が形成され、該第１の
絶縁膜１２における各ソース・ドレイン領域１０ａの上
側にはコンタクトホール１２ａが選択的に形成されてい
る。コンタクトホール１２ａにおけるバリアメタル／コ
ンタクトメタル層１３の上にはプラグ１４が充填されて
いる。第１の絶縁膜１２の上には第２の絶縁膜１５が形
成され、該第２の絶縁膜１５には、プラグ１４の上面と
接する金属配線形成領域となる開口部１５ａが形成され
ており、該開口部１５ａには、Ｃｕよりなる配線本体部
１６と、Ｃｒよりなり、配線本体部１６の底面及び側面
を密着状態で覆うバリア層１７とから構成される金属配
線１８が形成されている。
膜中への拡散とを防止し且つ比抵抗が小さいバリア層を
設けることができるようにする。 【解決手段】 Ｓｉよりなる半導体基板１０の上にはＳ
ｉＯ2 よりなる第１の絶縁膜１２が形成され、該第１の
絶縁膜１２における各ソース・ドレイン領域１０ａの上
側にはコンタクトホール１２ａが選択的に形成されてい
る。コンタクトホール１２ａにおけるバリアメタル／コ
ンタクトメタル層１３の上にはプラグ１４が充填されて
いる。第１の絶縁膜１２の上には第２の絶縁膜１５が形
成され、該第２の絶縁膜１５には、プラグ１４の上面と
接する金属配線形成領域となる開口部１５ａが形成され
ており、該開口部１５ａには、Ｃｕよりなる配線本体部
１６と、Ｃｒよりなり、配線本体部１６の底面及び側面
を密着状態で覆うバリア層１７とから構成される金属配
線１８が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属配線にＣｕを
用いた半導体装置に関する。
用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高性能化に伴い、半
導体装置の高速化がますます要求されるようになってき
ており、高速化を実現するためには配線抵抗を低減する
ことが必要となる。現在、金属配線の低抵抗化の有力な
手段として、従来から用いられているアルミニウム（Ａ
ｌ）又は銅（Ｃｕ）を０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％程度
含むＡｌ−Ｃｕ合金よりなる配線材を比抵抗が小さいＣ
ｕに代える試みがなされている。
導体装置の高速化がますます要求されるようになってき
ており、高速化を実現するためには配線抵抗を低減する
ことが必要となる。現在、金属配線の低抵抗化の有力な
手段として、従来から用いられているアルミニウム（Ａ
ｌ）又は銅（Ｃｕ）を０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％程度
含むＡｌ−Ｃｕ合金よりなる配線材を比抵抗が小さいＣ
ｕに代える試みがなされている。
【０００３】しかしながら、配線材にＣｕを用いると、
Ａｌのようにドライエッチングが容易でないため、従来
のドライエッチングを用いた配線形成方法を行なえな
い。そこで、Ｃｕよりなる配線材を用いる場合には、絶
縁膜に配線パターンを形成し、絶縁膜に形成された配線
パターンにＣｕを充填してなる埋め込み配線としてい
る。一般にＣｕよりなる金属膜を配線パターンに充填す
る前に、Ｃｕの酸化とＣｕの絶縁膜側への拡散とを防止
するバリア層を形成している。なお、このバリア層の材
料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タン
グステン（Ｗ）等の高融点金属の窒化物が用いられてい
る。
Ａｌのようにドライエッチングが容易でないため、従来
のドライエッチングを用いた配線形成方法を行なえな
い。そこで、Ｃｕよりなる配線材を用いる場合には、絶
縁膜に配線パターンを形成し、絶縁膜に形成された配線
パターンにＣｕを充填してなる埋め込み配線としてい
る。一般にＣｕよりなる金属膜を配線パターンに充填す
る前に、Ｃｕの酸化とＣｕの絶縁膜側への拡散とを防止
するバリア層を形成している。なお、このバリア層の材
料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タン
グステン（Ｗ）等の高融点金属の窒化物が用いられてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のＣｕよりなる金属配線を用いた半導体装置は、Ｃｕ
よりなる配線本体部の底面及び側面にバリア層が設けら
れているため、金属配線の一部をＣｕよりも比抵抗が大
きいバリア層が占め、配線本体部の断面積が縮小するの
で、バリア層を設けない場合に比べて配線抵抗が大きく
なるという問題を有している。
来のＣｕよりなる金属配線を用いた半導体装置は、Ｃｕ
よりなる配線本体部の底面及び側面にバリア層が設けら
れているため、金属配線の一部をＣｕよりも比抵抗が大
きいバリア層が占め、配線本体部の断面積が縮小するの
で、バリア層を設けない場合に比べて配線抵抗が大きく
なるという問題を有している。
【０００５】本発明は前記従来の問題を解決し、Ｃｕよ
りなる金属配線に、Ｃｕの酸化と絶縁膜中への拡散とを
防止し且つ比抵抗が小さいバリア層を設けることができ
るようにすることを目的とする。
りなる金属配線に、Ｃｕの酸化と絶縁膜中への拡散とを
防止し且つ比抵抗が小さいバリア層を設けることができ
るようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、Ｃｕよりなる配線本体部と絶縁膜との間
に形成されるバリア層に、配線本体部の酸化防止機能と
Ｃｕの絶縁膜中への拡散防止機能とを有し且つ比抵抗が
小さい金属を用いる構成とする。
め、本発明は、Ｃｕよりなる配線本体部と絶縁膜との間
に形成されるバリア層に、配線本体部の酸化防止機能と
Ｃｕの絶縁膜中への拡散防止機能とを有し且つ比抵抗が
小さい金属を用いる構成とする。
【０００７】本発明に係る第１の半導体装置は、基板上
に形成された複数の半導体素子と、該複数の半導体素子
同士を互いに絶縁する絶縁膜と、複数の半導体素子と電
気的に接続される金属配線とを備えた半導体装置であっ
て、金属配線は、Ｃｕを含む金属よりなる配線本体部
と、絶縁膜との界面に不動態皮膜が生成された金属より
なり配線本体部の底面及び側面を密着状態で覆うバリア
層とから構成されており、バリア層は、配線本体部に含
まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止すると共に、不動
態皮膜により配線本体部の酸化を防止する。
に形成された複数の半導体素子と、該複数の半導体素子
同士を互いに絶縁する絶縁膜と、複数の半導体素子と電
気的に接続される金属配線とを備えた半導体装置であっ
て、金属配線は、Ｃｕを含む金属よりなる配線本体部
と、絶縁膜との界面に不動態皮膜が生成された金属より
なり配線本体部の底面及び側面を密着状態で覆うバリア
層とから構成されており、バリア層は、配線本体部に含
まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止すると共に、不動
態皮膜により配線本体部の酸化を防止する。
【０００８】第１の半導体装置によると、Ｃｕを含む金
属よりなる配線本体部の底面及び側面には、配線本体部
に含まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止し、且つ、絶
縁膜との界面に生成された酸化皮膜よりなる不動態皮膜
により配線本体部の酸化を防止する金属よりなるバリア
層が設けられているため、配線本体部は、該配線本体部
のＣｕの絶縁膜側への拡散が防止されて絶縁膜の絶縁性
が劣化せず、また、酸化性雰囲気中や高温状態下であっ
ても、安定な不動態皮膜が外部から配線本体部側への酸
素の拡散を防止するので、配線本体部の抵抗値が下がら
ない。
属よりなる配線本体部の底面及び側面には、配線本体部
に含まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止し、且つ、絶
縁膜との界面に生成された酸化皮膜よりなる不動態皮膜
により配線本体部の酸化を防止する金属よりなるバリア
層が設けられているため、配線本体部は、該配線本体部
のＣｕの絶縁膜側への拡散が防止されて絶縁膜の絶縁性
が劣化せず、また、酸化性雰囲気中や高温状態下であっ
ても、安定な不動態皮膜が外部から配線本体部側への酸
素の拡散を防止するので、配線本体部の抵抗値が下がら
ない。
【０００９】第１の半導体装置において、バリア層がＣ
ｒ，Ｆｅ又はこれらの合金よりなることが好ましい。
ｒ，Ｆｅ又はこれらの合金よりなることが好ましい。
【００１０】本発明に係る第２の半導体装置は、基板上
に形成された複数の半導体素子と、該複数の半導体素子
同士を互いに絶縁する絶縁膜と、複数の半導体素子と電
気的に接続される金属配線とを備えた半導体装置であっ
て、金属配線は、Ｃｕを含む金属よりなる配線本体部
と、該配線本体部の底面及び側面を密着状態で覆う第１
の金属よりなる第１のバリア層と、絶縁膜との界面に不
動態皮膜が生成された第２の金属よりなり第１のバリア
層における配線本体部の反対側の面を密着状態で覆う第
２のバリア層とから構成されており、第１の金属の比抵
抗は第２の金属の比抵抗よりも小さく、第１のバリア層
は、配線本体部に含まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防
止し、第２のバリア層は、不動態皮膜により配線本体部
の酸化を防止する。
に形成された複数の半導体素子と、該複数の半導体素子
同士を互いに絶縁する絶縁膜と、複数の半導体素子と電
気的に接続される金属配線とを備えた半導体装置であっ
て、金属配線は、Ｃｕを含む金属よりなる配線本体部
と、該配線本体部の底面及び側面を密着状態で覆う第１
の金属よりなる第１のバリア層と、絶縁膜との界面に不
動態皮膜が生成された第２の金属よりなり第１のバリア
層における配線本体部の反対側の面を密着状態で覆う第
２のバリア層とから構成されており、第１の金属の比抵
抗は第２の金属の比抵抗よりも小さく、第１のバリア層
は、配線本体部に含まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防
止し、第２のバリア層は、不動態皮膜により配線本体部
の酸化を防止する。
【００１１】第２の半導体装置によると、Ｃｕを含む金
属よりなる配線本体部の底面及び側面には、配線本体部
に含まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止する第１のバ
リア層と、該第１のバリア層における配線本体部の反対
側の面に密着状態で形成され、絶縁膜との界面に生成さ
れた酸化皮膜よりなる不動態皮膜により配線本体部の酸
化を防止する第２のバリア層が設けられているため、配
線本体部は、該配線本体部のＣｕが第１のバリア層によ
って絶縁膜側への拡散が防止されて絶縁膜の絶縁性が劣
化せず、また、酸化性雰囲気中や高温状態下であって
も、第２のバリア層における絶縁膜との界面に生成され
た不動態皮膜によって外部から配線本体部側への酸素の
拡散が防止されるので、配線本体部の抵抗値が下がらな
い。さらに、配線本体部側に形成される第１のバリア層
を構成する第１の金属は、その比抵抗が第２のバリア層
を構成する第２の金属よりも小さいため、配線本体部の
低抵抗化を妨げない。
属よりなる配線本体部の底面及び側面には、配線本体部
に含まれるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止する第１のバ
リア層と、該第１のバリア層における配線本体部の反対
側の面に密着状態で形成され、絶縁膜との界面に生成さ
れた酸化皮膜よりなる不動態皮膜により配線本体部の酸
化を防止する第２のバリア層が設けられているため、配
線本体部は、該配線本体部のＣｕが第１のバリア層によ
って絶縁膜側への拡散が防止されて絶縁膜の絶縁性が劣
化せず、また、酸化性雰囲気中や高温状態下であって
も、第２のバリア層における絶縁膜との界面に生成され
た不動態皮膜によって外部から配線本体部側への酸素の
拡散が防止されるので、配線本体部の抵抗値が下がらな
い。さらに、配線本体部側に形成される第１のバリア層
を構成する第１の金属は、その比抵抗が第２のバリア層
を構成する第２の金属よりも小さいため、配線本体部の
低抵抗化を妨げない。
【００１２】第２の半導体装置において、第１の金属が
Ｍｏであり、第２の金属がＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金であることが好まし
い。
Ｍｏであり、第２の金属がＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金であることが好まし
い。
【００１３】第２の半導体装置において、第１の金属が
Ｃｕを過飽和に含む合金であり、第２の金属がＣｒ，Ｆ
ｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金で
あることが好ましい。
Ｃｕを過飽和に含む合金であり、第２の金属がＣｒ，Ｆ
ｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金で
あることが好ましい。
【００１４】第２の半導体装置において、第１の金属が
ＡｌとＣｕとよりなる合金であることが好ましい。
ＡｌとＣｕとよりなる合金であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体装置の金属配線の断面構成を示している。図１に示す
ように、シリコン（Ｓｉ）よりなる半導体基板１０に
は、例えば、半導体素子としての２つのＭＯＳＦＥＴ
（図示せず）が形成され、各ＭＯＳＦＥＴのソース・ド
レイン領域１０ａと、該ソース・ドレイン領域１０ａを
互いに分離する素子分離膜１１が形成されている。半導
体基板１０の上には酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりなる
第１の絶縁膜１２が形成され、該第１の絶縁膜１２にお
ける各ソース・ドレイン領域１０ａの上側には該ソース
・ドレイン領域１０ａの上面を露出するコンタクトホー
ル１２ａが選択的に形成されている。コンタクトホール
１２ａの壁面及び底面には窒化チタン（ＴｉＮ）／Ｔｉ
が積層されてなるバリアメタル／コンタクトメタル層１
３が形成され、コンタクトホール１２ａにおけるバリア
メタル／コンタクトメタル層１３の上にはＷが充填され
てなるプラグ１４が形成されている。
体装置の金属配線の断面構成を示している。図１に示す
ように、シリコン（Ｓｉ）よりなる半導体基板１０に
は、例えば、半導体素子としての２つのＭＯＳＦＥＴ
（図示せず）が形成され、各ＭＯＳＦＥＴのソース・ド
レイン領域１０ａと、該ソース・ドレイン領域１０ａを
互いに分離する素子分離膜１１が形成されている。半導
体基板１０の上には酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりなる
第１の絶縁膜１２が形成され、該第１の絶縁膜１２にお
ける各ソース・ドレイン領域１０ａの上側には該ソース
・ドレイン領域１０ａの上面を露出するコンタクトホー
ル１２ａが選択的に形成されている。コンタクトホール
１２ａの壁面及び底面には窒化チタン（ＴｉＮ）／Ｔｉ
が積層されてなるバリアメタル／コンタクトメタル層１
３が形成され、コンタクトホール１２ａにおけるバリア
メタル／コンタクトメタル層１３の上にはＷが充填され
てなるプラグ１４が形成されている。
【００１７】第１の絶縁膜１２の上には第２の絶縁膜１
５が形成され、該第２の絶縁膜１５には、プラグ１４の
上面と接する金属配線形成領域となる開口部１５ａが選
択的に形成されており、該開口部１５ａには、Ｃｕより
なる配線本体部１６と、Ｃｒよりなり、配線本体部１６
の底面及び側面を密着状態で覆うバリア層１７とから構
成される金属配線１８が形成されている。ここで、バリ
ア層１７における第１の絶縁膜１２及び第２の絶縁膜１
５との界面には不動態皮膜が生成されている。
５が形成され、該第２の絶縁膜１５には、プラグ１４の
上面と接する金属配線形成領域となる開口部１５ａが選
択的に形成されており、該開口部１５ａには、Ｃｕより
なる配線本体部１６と、Ｃｒよりなり、配線本体部１６
の底面及び側面を密着状態で覆うバリア層１７とから構
成される金属配線１８が形成されている。ここで、バリ
ア層１７における第１の絶縁膜１２及び第２の絶縁膜１
５との界面には不動態皮膜が生成されている。
【００１８】第２の絶縁膜１５の上には金属配線１８の
酸化防止用の窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなるパシベー
ション膜１９が形成されている。
酸化防止用の窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなるパシベー
ション膜１９が形成されている。
【００１９】なお、本実施形態においては、金属配線１
８を１層としたが、２層以上の多層配線であってもよ
い。
８を１層としたが、２層以上の多層配線であってもよ
い。
【００２０】また、半導体素子にＭＯＳＦＥＴを用いた
が、半導体能動素子又は半導体受動素子であればよい。
が、半導体能動素子又は半導体受動素子であればよい。
【００２１】以下、前記のように構成された半導体装置
の製造方法について図面を参照しながら説明する。
の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施
形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を
示している。まず、図２（ａ）に示すように、例えば、
２つのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン領域１０ａ及び
該ソース・ドレイン領域１０ａを互いに分離するＬＯＣ
ＯＳ膜等よりなる素子分離膜１１が形成されたＳｉより
なる半導体基板１０の上に、膜厚が２．０μｍのＳｉＯ
2 よりなる第１の絶縁膜１２を堆積した後、該第１の絶
縁膜１２の平坦化を行なう。
形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を
示している。まず、図２（ａ）に示すように、例えば、
２つのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン領域１０ａ及び
該ソース・ドレイン領域１０ａを互いに分離するＬＯＣ
ＯＳ膜等よりなる素子分離膜１１が形成されたＳｉより
なる半導体基板１０の上に、膜厚が２．０μｍのＳｉＯ
2 よりなる第１の絶縁膜１２を堆積した後、該第１の絶
縁膜１２の平坦化を行なう。
【００２３】次に、第１の絶縁膜１２における各ソース
・ドレイン領域１０ａの上側に、該ソース・ドレイン領
域１０ａの上面を露出し、内径が０．５μｍのコンタク
トホール１２ａを開口した後、スパッタ法を用いて、コ
ンタクトホール１２ａの壁面及び底面に膜厚が５０ｎｍ
のＴｉＮ層と膜厚が７０ｎｍのＴｉ層とが積層されてな
るバリアメタル／コンタクトメタル層１３を堆積する。
・ドレイン領域１０ａの上側に、該ソース・ドレイン領
域１０ａの上面を露出し、内径が０．５μｍのコンタク
トホール１２ａを開口した後、スパッタ法を用いて、コ
ンタクトホール１２ａの壁面及び底面に膜厚が５０ｎｍ
のＴｉＮ層と膜厚が７０ｎｍのＴｉ層とが積層されてな
るバリアメタル／コンタクトメタル層１３を堆積する。
【００２４】続いて、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用い
て、基板１０の上に全面にわたってＷを堆積した後、エ
ッチバックを行なって平坦化することにより、コンタク
トホール１２ａにおけるバリアメタル／コンタクトメタ
ル層１３の上に、Ｗよりなるプラグ１４を充填する。
て、基板１０の上に全面にわたってＷを堆積した後、エ
ッチバックを行なって平坦化することにより、コンタク
トホール１２ａにおけるバリアメタル／コンタクトメタ
ル層１３の上に、Ｗよりなるプラグ１４を充填する。
【００２５】次に、図２（ｂ）に示すように、基板１０
の上に全面にわたって膜厚が０．５μｍのＳｉＯ2 より
なる第２の絶縁膜１５を堆積した後、フォトリソグラフ
ィーを用いてマスクパターン（図示せず）を形成した
後、該マスクパターンを用いて第２の絶縁膜１５に対し
てエッチングを行なって、第２の絶縁膜１５に所定のパ
ターニングを施すことにより、金属配線形成領域となる
開口部１５ａを形成する。
の上に全面にわたって膜厚が０．５μｍのＳｉＯ2 より
なる第２の絶縁膜１５を堆積した後、フォトリソグラフ
ィーを用いてマスクパターン（図示せず）を形成した
後、該マスクパターンを用いて第２の絶縁膜１５に対し
てエッチングを行なって、第２の絶縁膜１５に所定のパ
ターニングを施すことにより、金属配線形成領域となる
開口部１５ａを形成する。
【００２６】次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタ
法を用いて、基板１０の上に全面にわたって、膜厚が５
０ｎｍのＣｒよりなるバリア形成層１７Ａと、膜厚が１
μｍのＣｕよりなる配線本体部形成層１６Ａとを順次堆
積した後、リフロー温度を５００℃としてリフローする
ことにより、バリア形成層１７Ａ及び配線本体部形成層
１６Ａを開口部１５ａに充填する。
法を用いて、基板１０の上に全面にわたって、膜厚が５
０ｎｍのＣｒよりなるバリア形成層１７Ａと、膜厚が１
μｍのＣｕよりなる配線本体部形成層１６Ａとを順次堆
積した後、リフロー温度を５００℃としてリフローする
ことにより、バリア形成層１７Ａ及び配線本体部形成層
１６Ａを開口部１５ａに充填する。
【００２７】次に、図２（ｄ）に示すように、化学機械
研磨（ＣＭＰ）法を用いて、第２の絶縁膜１５の上面が
露出するまで平坦化を行なって、配線本体部１６と該配
線本体部１６の底面及び側面を密着状態で覆うバリア層
１７とから構成される金属配線１８を形成した後、基板
１０の上に全面にわたってＳｉＮよりなるパシベーショ
ン膜１９を堆積する。
研磨（ＣＭＰ）法を用いて、第２の絶縁膜１５の上面が
露出するまで平坦化を行なって、配線本体部１６と該配
線本体部１６の底面及び側面を密着状態で覆うバリア層
１７とから構成される金属配線１８を形成した後、基板
１０の上に全面にわたってＳｉＮよりなるパシベーショ
ン膜１９を堆積する。
【００２８】なお、本実施形態においては、バリア層１
７にＣｒを用いたが、これに限らず、Ｆｅ又はＣｒ−Ｆ
ｅ合金を用いてもよい。
７にＣｒを用いたが、これに限らず、Ｆｅ又はＣｒ−Ｆ
ｅ合金を用いてもよい。
【００２９】また、バリア形成層１７Ａ及び配線本体部
形成層１６Ａをスパッタ法とその後のリフロー加熱処理
を行なって形成したが、メッキ法を用いてもよい。
形成層１６Ａをスパッタ法とその後のリフロー加熱処理
を行なって形成したが、メッキ法を用いてもよい。
【００３０】ここで、Ｃｕよりなる配線本体部形成層１
６Ａを堆積した後、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い
て、配線本体部形成層１６Ａとバリア形成層１７Ａとの
界面における配線本体部形成層１６Ａ側の酸化の様子を
調べたところ、配線本体部形成層１６Ａ側にＣｕの酸化
物は検出されなかった。
６Ａを堆積した後、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い
て、配線本体部形成層１６Ａとバリア形成層１７Ａとの
界面における配線本体部形成層１６Ａ側の酸化の様子を
調べたところ、配線本体部形成層１６Ａ側にＣｕの酸化
物は検出されなかった。
【００３１】また、オージェ電子分光法を用いて、第２
の絶縁膜１５とバリア形成層１７Ａとの界面における第
２の絶縁膜１５側のＣｕの濃度を調べたところ、Ｃｕは
検出されなかった。
の絶縁膜１５とバリア形成層１７Ａとの界面における第
２の絶縁膜１５側のＣｕの濃度を調べたところ、Ｃｕは
検出されなかった。
【００３２】なお、配線本体部形成層１６Ａにバリア形
成層１７Ａを設けない場合には、第２の絶縁膜１５との
界面近傍の配線本体部形成層１６Ａに含まれるＣｕは酸
化し、且つ、配線本体部形成層１６Ａとの界面近傍の第
２の絶縁膜１５にはＣｕが拡散していた。
成層１７Ａを設けない場合には、第２の絶縁膜１５との
界面近傍の配線本体部形成層１６Ａに含まれるＣｕは酸
化し、且つ、配線本体部形成層１６Ａとの界面近傍の第
２の絶縁膜１５にはＣｕが拡散していた。
【００３３】また、金属配線１８の比抵抗を測定したと
ころ、バリア層１７にＣｒ又はＦｅを用いた場合には共
に２．２μΩ・ｃｍであり、比較のためバリア層１７に
ＴｉＮを用いた場合の２．４μΩ・ｃｍよりも小さくな
った。
ころ、バリア層１７にＣｒ又はＦｅを用いた場合には共
に２．２μΩ・ｃｍであり、比較のためバリア層１７に
ＴｉＮを用いた場合の２．４μΩ・ｃｍよりも小さくな
った。
【００３４】このように、本実施形態に係る半導体装置
は、Ｃｕよりなる配線本体部１６と該配線本体部１６の
底面及び側面を密着状態で覆うＣｒ又はＦｅ等よりなる
バリア層１７とから構成される金属配線１８を有してお
り、バリア層１７を構成するＣｒ又はＦｅ等は、第１の
絶縁膜１２及び第２の絶縁膜１５との界面に耐食性が優
れた酸化皮膜よりなる不動態皮膜が生成されるため、Ｓ
ｉＯ2 よりなる絶縁膜に含まれる酸素や酸化性雰囲気中
の酸素によって配線本体部１６のＣｕが酸化されないの
で、配線本体部１６の抵抗値が増大することがない。
は、Ｃｕよりなる配線本体部１６と該配線本体部１６の
底面及び側面を密着状態で覆うＣｒ又はＦｅ等よりなる
バリア層１７とから構成される金属配線１８を有してお
り、バリア層１７を構成するＣｒ又はＦｅ等は、第１の
絶縁膜１２及び第２の絶縁膜１５との界面に耐食性が優
れた酸化皮膜よりなる不動態皮膜が生成されるため、Ｓ
ｉＯ2 よりなる絶縁膜に含まれる酸素や酸化性雰囲気中
の酸素によって配線本体部１６のＣｕが酸化されないの
で、配線本体部１６の抵抗値が増大することがない。
【００３５】その上、バリア層１７を構成するＣｒ又は
ＦｅはＣｕの拡散を防止するため、絶縁膜側にＣｕが拡
散することによって金属配線１８同士が短絡してしまう
という最悪の事態を回避することができる。
ＦｅはＣｕの拡散を防止するため、絶縁膜側にＣｕが拡
散することによって金属配線１８同士が短絡してしまう
という最悪の事態を回避することができる。
【００３６】さらに、バリア層１７を構成するＣｒ又は
Ｆｅは、従来のＴｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属の窒化物
よりも比抵抗が小さいため、Ｃｕを主体とする金属配線
１８を保護すると共に低抵抗化をも確実に実現できる。
Ｆｅは、従来のＴｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属の窒化物
よりも比抵抗が小さいため、Ｃｕを主体とする金属配線
１８を保護すると共に低抵抗化をも確実に実現できる。
【００３７】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施
形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を
示している。前述したように、Ｃｕよりなる配線本体部
を保護するバリア層が、配線本体部からのＣｕの拡散防
止及び配線本体部への外部からの酸素の侵入防止の２つ
の機能を有すると共に低抵抗であるという特性とを併せ
持つことが望ましい。このため、本実施形態において
は、これらの機能及び特性をそれぞれ最適化することを
目的とする。ここで、図３（ａ）及び（ｂ）までの製造
工程は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した製造工程と同一
であるため同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。
形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を
示している。前述したように、Ｃｕよりなる配線本体部
を保護するバリア層が、配線本体部からのＣｕの拡散防
止及び配線本体部への外部からの酸素の侵入防止の２つ
の機能を有すると共に低抵抗であるという特性とを併せ
持つことが望ましい。このため、本実施形態において
は、これらの機能及び特性をそれぞれ最適化することを
目的とする。ここで、図３（ａ）及び（ｂ）までの製造
工程は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した製造工程と同一
であるため同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。
【００３９】図３（ｃ）に示すように、スパッタ法を用
いて、基板１０の上に全面にわたって、膜厚が２５ｎｍ
のＣｒよりなり、第２のバリア層の形成層としての酸素
バリア形成層２１Ａと、膜厚が２５ｎｍのＭｏよりな
り、第１のバリア層の形成層としての銅バリア形成層２
２Ａと、膜厚が１μｍのＣｕよりなる配線本体部形成層
１６Ａとを順次堆積した後、リフロー温度を５００℃と
してリフローすることにより、酸素バリア形成層２１
Ａ、銅バリア形成層２２Ａ及び配線本体部形成層１６Ａ
を開口部１５ａに充填する。
いて、基板１０の上に全面にわたって、膜厚が２５ｎｍ
のＣｒよりなり、第２のバリア層の形成層としての酸素
バリア形成層２１Ａと、膜厚が２５ｎｍのＭｏよりな
り、第１のバリア層の形成層としての銅バリア形成層２
２Ａと、膜厚が１μｍのＣｕよりなる配線本体部形成層
１６Ａとを順次堆積した後、リフロー温度を５００℃と
してリフローすることにより、酸素バリア形成層２１
Ａ、銅バリア形成層２２Ａ及び配線本体部形成層１６Ａ
を開口部１５ａに充填する。
【００４０】次に、図３（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法
を用いて、第２の絶縁膜１５の上面が露出するまで平坦
化を行なって、配線本体部１６と、該配線本体部１６の
底面及び側面を密着状態で覆う銅バリア層２２と、該銅
バリア層２２における配線本体部１６側の反対側の面を
密着状態で覆う酸素バリア層２１とから構成される金属
配線１８を形成した後、基板１０の上に全面にわたって
ＳｉＮよりなるパシベーション膜１９を堆積する。
を用いて、第２の絶縁膜１５の上面が露出するまで平坦
化を行なって、配線本体部１６と、該配線本体部１６の
底面及び側面を密着状態で覆う銅バリア層２２と、該銅
バリア層２２における配線本体部１６側の反対側の面を
密着状態で覆う酸素バリア層２１とから構成される金属
配線１８を形成した後、基板１０の上に全面にわたって
ＳｉＮよりなるパシベーション膜１９を堆積する。
【００４１】なお、本実施形態においては、酸素バリア
層２１にＣｒを用いたが、これに限らず、Ｆｅ又はＣｒ
−Ｆｅ合金を用いてもよい。さらに、酸素バリア層２１
は、Ｃｕの拡散防止機能を銅バリア層２２に持たせるた
め、不動態皮膜が生成されればよく、Ｔｉ，コバルト
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ニオブ（Ｎｂ），Ｔａ，
Ａｌ又はこれらの合金を用いてもよい。
層２１にＣｒを用いたが、これに限らず、Ｆｅ又はＣｒ
−Ｆｅ合金を用いてもよい。さらに、酸素バリア層２１
は、Ｃｕの拡散防止機能を銅バリア層２２に持たせるた
め、不動態皮膜が生成されればよく、Ｔｉ，コバルト
（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ニオブ（Ｎｂ），Ｔａ，
Ａｌ又はこれらの合金を用いてもよい。
【００４２】また、酸素バリア形成層２１Ａ、銅バリア
形成層２２Ａ及び配線本体部形成層１６Ａをスパッタ法
とその後のリフロー処理を行なって形成したが、メッキ
法を用いてもよい。
形成層２２Ａ及び配線本体部形成層１６Ａをスパッタ法
とその後のリフロー処理を行なって形成したが、メッキ
法を用いてもよい。
【００４３】ここで、図３（ｃ）における金属配線形成
領域１を図４に拡大して説明すると、Ｃｕよりなる配線
本体部形成層１６Ａを堆積した後、ＴＥＭを用いて、配
線本体部形成層１６Ａと銅バリア形成層２２Ａとの界面
における配線本体部形成層１６Ａ側の酸化の様子を調べ
たところ、配線本体部形成層１６Ａ側にＣｕの酸化物は
検出されなかった。
領域１を図４に拡大して説明すると、Ｃｕよりなる配線
本体部形成層１６Ａを堆積した後、ＴＥＭを用いて、配
線本体部形成層１６Ａと銅バリア形成層２２Ａとの界面
における配線本体部形成層１６Ａ側の酸化の様子を調べ
たところ、配線本体部形成層１６Ａ側にＣｕの酸化物は
検出されなかった。
【００４４】また、オージェ電子分光法を用いて、第２
の絶縁膜１５と酸素バリア形成層２１Ａとの界面におけ
る第２の絶縁膜１５側のＣｕの濃度を調べたところ、Ｃ
ｕは検出されなかった。
の絶縁膜１５と酸素バリア形成層２１Ａとの界面におけ
る第２の絶縁膜１５側のＣｕの濃度を調べたところ、Ｃ
ｕは検出されなかった。
【００４５】また、金属配線１８の比抵抗を測定したと
ころ、酸素バリア層２１にＣｒ又はＦｅを用いた場合に
は共に２．０μΩ・ｃｍであった。
ころ、酸素バリア層２１にＣｒ又はＦｅを用いた場合に
は共に２．０μΩ・ｃｍであった。
【００４６】このように、本実施形態に係る半導体装置
は、Ｃｕよりなる配線本体部１６と、該配線本体部１６
の底面及び側面を密着状態で覆うＭｏよりなり第１のバ
リア層としての銅バリア層２２と、該銅バリア層２２に
おける配線本体部１６の反対側の面を密着状態で覆うＣ
ｒ又はＦｅ等よりなり第２のバリア層としての酸素バリ
ア層２１とから構成される金属配線１８を有している。
は、Ｃｕよりなる配線本体部１６と、該配線本体部１６
の底面及び側面を密着状態で覆うＭｏよりなり第１のバ
リア層としての銅バリア層２２と、該銅バリア層２２に
おける配線本体部１６の反対側の面を密着状態で覆うＣ
ｒ又はＦｅ等よりなり第２のバリア層としての酸素バリ
ア層２１とから構成される金属配線１８を有している。
【００４７】これにより、酸素バリア層２１を構成する
Ｃｒ又はＦｅ等は、第１の絶縁膜１２及び第２の絶縁膜
１５との界面に耐食性が優れた酸化皮膜よりなる不動態
皮膜が生成されるため、ＳｉＯ2 よりなる絶縁膜に含ま
れる酸素や酸化性雰囲気中の酸素によって配線本体部１
６のＣｕが酸化されないので、配線本体部１６の抵抗値
が増大することがない。
Ｃｒ又はＦｅ等は、第１の絶縁膜１２及び第２の絶縁膜
１５との界面に耐食性が優れた酸化皮膜よりなる不動態
皮膜が生成されるため、ＳｉＯ2 よりなる絶縁膜に含ま
れる酸素や酸化性雰囲気中の酸素によって配線本体部１
６のＣｕが酸化されないので、配線本体部１６の抵抗値
が増大することがない。
【００４８】また、銅バリア層２２を構成するＭｏは、
Ｃｕの拡散を防止するため、絶縁膜側にＣｕが拡散する
ことによって金属配線１８同士が短絡してしまうという
最悪の事態を回避することができる。さらに、ＭｏはＣ
ｒ又はＦｅ等よりも比抵抗が小さいため、一層の低抵抗
化を実現できる。
Ｃｕの拡散を防止するため、絶縁膜側にＣｕが拡散する
ことによって金属配線１８同士が短絡してしまうという
最悪の事態を回避することができる。さらに、ＭｏはＣ
ｒ又はＦｅ等よりも比抵抗が小さいため、一層の低抵抗
化を実現できる。
【００４９】（第２の実施形態の一変形例）以下、本発
明の第２の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
明の第２の実施形態の一変形例について図面を参照しな
がら説明する。
【００５０】図５（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施
形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法の工程順の
断面構成を示している。本変形例は、第１のバリア層と
しての銅バリア層にＣｕを過飽和に含むＡｌ−Ｃｕ合金
を用いることにより、Ｃｕよりなる配線本体部の銅バリ
ア層との密着性を高め且つ銅バリア層のさらなる低抵抗
化を図ることを目的とする。ここでは、銅バリア層を密
着層と呼ぶことにする。
形態の一変形例に係る半導体装置の製造方法の工程順の
断面構成を示している。本変形例は、第１のバリア層と
しての銅バリア層にＣｕを過飽和に含むＡｌ−Ｃｕ合金
を用いることにより、Ｃｕよりなる配線本体部の銅バリ
ア層との密着性を高め且つ銅バリア層のさらなる低抵抗
化を図ることを目的とする。ここでは、銅バリア層を密
着層と呼ぶことにする。
【００５１】ここで、図５（ａ）及び（ｂ）までの製造
工程は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した製造工程と同一
であるため同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。
工程は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した製造工程と同一
であるため同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。
【００５２】図５（ｃ）に示すように、スパッタ法を用
いて、基板１０の上に全面にわたって、膜厚が２５ｎｍ
のＣｒよりなり、第２のバリア層の形成層としての酸素
バリア形成層２１Ａと、膜厚が２５ｎｍで且つＣｕ濃度
が１０ｗｔ％で過飽和状態にあるＡｌ−Ｃｕ合金よりな
り、第１のバリア層の形成層としての密着層形成層３２
Ａと、膜厚が１μｍのＣｕよりなる配線本体部形成層１
６Ａとを順次堆積した後、リフロー温度を５００℃とし
てリフローすることにより、酸素バリア形成層２１Ａ、
密着層形成層３２Ａ及び配線本体部形成層１６Ａを開口
部１５ａに充填する。
いて、基板１０の上に全面にわたって、膜厚が２５ｎｍ
のＣｒよりなり、第２のバリア層の形成層としての酸素
バリア形成層２１Ａと、膜厚が２５ｎｍで且つＣｕ濃度
が１０ｗｔ％で過飽和状態にあるＡｌ−Ｃｕ合金よりな
り、第１のバリア層の形成層としての密着層形成層３２
Ａと、膜厚が１μｍのＣｕよりなる配線本体部形成層１
６Ａとを順次堆積した後、リフロー温度を５００℃とし
てリフローすることにより、酸素バリア形成層２１Ａ、
密着層形成層３２Ａ及び配線本体部形成層１６Ａを開口
部１５ａに充填する。
【００５３】次に、図５（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法
を用いて、第２の絶縁膜１５の上面が露出するまで平坦
化を行なって、配線本体部１６と、該配線本体部１６の
底面及び側面を密着状態で覆う密着層３２と、該密着層
３２における配線本体部１６の反対側の面を密着状態で
覆う酸素バリア層２１とから構成される金属配線１８を
形成した後、基板１０の上に全面にわたってＳｉＮより
なるパシベーション膜１９を堆積する。
を用いて、第２の絶縁膜１５の上面が露出するまで平坦
化を行なって、配線本体部１６と、該配線本体部１６の
底面及び側面を密着状態で覆う密着層３２と、該密着層
３２における配線本体部１６の反対側の面を密着状態で
覆う酸素バリア層２１とから構成される金属配線１８を
形成した後、基板１０の上に全面にわたってＳｉＮより
なるパシベーション膜１９を堆積する。
【００５４】本実施形態においては、酸素バリア層２１
にＣｒを用いたが、これに限らず、Ｆｅ又はＣｒ−Ｆｅ
合金を用いてもよい。さらに、酸素バリア層２１は、Ｃ
ｕの拡散防止機能を密着層３２に持たせるため、不動態
皮膜が生成されればよく、Ｔｉ，コバルト（Ｃｏ），ニ
ッケル（Ｎｉ），ニオブ（Ｎｂ），Ｔａ，Ａｌ又はこれ
らの合金を用いてもよい。
にＣｒを用いたが、これに限らず、Ｆｅ又はＣｒ−Ｆｅ
合金を用いてもよい。さらに、酸素バリア層２１は、Ｃ
ｕの拡散防止機能を密着層３２に持たせるため、不動態
皮膜が生成されればよく、Ｔｉ，コバルト（Ｃｏ），ニ
ッケル（Ｎｉ），ニオブ（Ｎｂ），Ｔａ，Ａｌ又はこれ
らの合金を用いてもよい。
【００５５】ここで、図５（ｃ）における金属配線形成
領域１を図６に拡大して説明すると、Ｃｕよりなる配線
本体部形成層１６Ａを堆積した後、ＴＥＭを用いて、配
線本体部形成層１６Ａと密着層形成層３２Ａとの界面に
おける配線本体部形成層１６Ａ側の酸化の様子を調べた
ところ、配線本体部形成層１６Ａ側にＣｕの酸化物は検
出されなかった。
領域１を図６に拡大して説明すると、Ｃｕよりなる配線
本体部形成層１６Ａを堆積した後、ＴＥＭを用いて、配
線本体部形成層１６Ａと密着層形成層３２Ａとの界面に
おける配線本体部形成層１６Ａ側の酸化の様子を調べた
ところ、配線本体部形成層１６Ａ側にＣｕの酸化物は検
出されなかった。
【００５６】また、オージェ電子分光法を用いて、第２
の絶縁膜１５と酸素バリア形成層２１Ａとの界面におけ
る第２の絶縁膜１５側のＣｕの濃度を調べたところ、Ｃ
ｕは検出されなかった。
の絶縁膜１５と酸素バリア形成層２１Ａとの界面におけ
る第２の絶縁膜１５側のＣｕの濃度を調べたところ、Ｃ
ｕは検出されなかった。
【００５７】また、引き剥がし法を用いて、配線本体部
形成層１６Ａの密着性を評価したところ、第１の実施形
態又は第２の実施形態よりも高い密着性を得られた。
形成層１６Ａの密着性を評価したところ、第１の実施形
態又は第２の実施形態よりも高い密着性を得られた。
【００５８】このように、本変形例に係る半導体装置
は、Ｃｕよりなる配線本体部１６と、該配線本体部１６
の底面及び側面を密着状態で覆うＣｕが過飽和のＡｌ−
Ｃｕ合金よりなり第１のバリア層としての密着層３２
と、該密着層３２における配線本体部１６の反対側の面
を密着状態で覆うＣｒ又はＦｅ等よりなり第２のバリア
層としての酸素バリア層２１とから構成される金属配線
１８を有している。
は、Ｃｕよりなる配線本体部１６と、該配線本体部１６
の底面及び側面を密着状態で覆うＣｕが過飽和のＡｌ−
Ｃｕ合金よりなり第１のバリア層としての密着層３２
と、該密着層３２における配線本体部１６の反対側の面
を密着状態で覆うＣｒ又はＦｅ等よりなり第２のバリア
層としての酸素バリア層２１とから構成される金属配線
１８を有している。
【００５９】従って、酸素バリア層２１を構成するＣｒ
又はＦｅ等は、第１の絶縁膜１２及び第２の絶縁膜１５
との界面に耐食性が優れた酸化皮膜よりなる不動態皮膜
が生成されるため、ＳｉＯ2 よりなる絶縁膜に含まれる
酸素や酸化性雰囲気中の酸素によって配線本体部１６の
Ｃｕが酸化されないので、配線本体部１６の抵抗値が増
大することがない。
又はＦｅ等は、第１の絶縁膜１２及び第２の絶縁膜１５
との界面に耐食性が優れた酸化皮膜よりなる不動態皮膜
が生成されるため、ＳｉＯ2 よりなる絶縁膜に含まれる
酸素や酸化性雰囲気中の酸素によって配線本体部１６の
Ｃｕが酸化されないので、配線本体部１６の抵抗値が増
大することがない。
【００６０】また、密着層３２を構成するＣｕが過飽和
のＡｌ−Ｃｕ合金は、該合金に過剰に含まれるＣｕが他
から侵入するＣｕの拡散を防止するため、絶縁膜側にＣ
ｕが拡散することによって金属配線１８同士が短絡して
しまうという最悪の事態を回避することができる。ま
た、Ａｌ−Ｃｕ合金はＭｏよりも比抵抗が小さいため、
さらなる低抵抗化を実現できると共に、配線本体部１６
のＣｕと密着層３２のＡｌとが界面において合金を形成
し、配線本体部１６との密着性がＣｒ，Ｆｅ又はＭｏ等
よりも高くなるため、長期にわたる配線本体部１６の信
頼性が向上する。
のＡｌ−Ｃｕ合金は、該合金に過剰に含まれるＣｕが他
から侵入するＣｕの拡散を防止するため、絶縁膜側にＣ
ｕが拡散することによって金属配線１８同士が短絡して
しまうという最悪の事態を回避することができる。ま
た、Ａｌ−Ｃｕ合金はＭｏよりも比抵抗が小さいため、
さらなる低抵抗化を実現できると共に、配線本体部１６
のＣｕと密着層３２のＡｌとが界面において合金を形成
し、配線本体部１６との密着性がＣｒ，Ｆｅ又はＭｏ等
よりも高くなるため、長期にわたる配線本体部１６の信
頼性が向上する。
【００６１】
【発明の効果】本発明の第１の半導体装置によると、Ｃ
ｕよりなる配線本体部の底面及び側面に密着状態で形成
された金属よりなるバリア層は、配線本体部に含まれる
Ｃｕの絶縁膜側への拡散を防止すると共に、絶縁膜との
界面に酸化皮膜よりなる安定な不動態皮膜が生成されて
いるため、配線本体部の外部からの酸化を防止する。こ
れにより、絶縁膜の絶縁性が劣化することなく、且つ、
配線本体部の抵抗値の増加が抑制される。また、バリア
層は金属よりなるため、一般に金属窒化物よりも抵抗値
が小さいので、該バリア層が低抵抗化を妨げることがな
い。これにより、配線本体部の信頼性を向上させること
ができる。
ｕよりなる配線本体部の底面及び側面に密着状態で形成
された金属よりなるバリア層は、配線本体部に含まれる
Ｃｕの絶縁膜側への拡散を防止すると共に、絶縁膜との
界面に酸化皮膜よりなる安定な不動態皮膜が生成されて
いるため、配線本体部の外部からの酸化を防止する。こ
れにより、絶縁膜の絶縁性が劣化することなく、且つ、
配線本体部の抵抗値の増加が抑制される。また、バリア
層は金属よりなるため、一般に金属窒化物よりも抵抗値
が小さいので、該バリア層が低抵抗化を妨げることがな
い。これにより、配線本体部の信頼性を向上させること
ができる。
【００６２】第１の半導体装置において、バリア層がＣ
ｒ，Ｆｅ又はこれらの合金よりなると、Ｃｒ又はＦｅ等
は不動態皮膜が生成され且つＣｕの拡散を防止し且つ低
抵抗であるため、バリア層を確実に形成できる。
ｒ，Ｆｅ又はこれらの合金よりなると、Ｃｒ又はＦｅ等
は不動態皮膜が生成され且つＣｕの拡散を防止し且つ低
抵抗であるため、バリア層を確実に形成できる。
【００６３】本発明の第２の半導体装置によると、Ｃｕ
よりなる配線本体部の底面及び側面に密着状態で形成さ
れた金属よりなる第１のバリア層が、配線本体部に含ま
れるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止するため、絶縁膜の
絶縁性を劣化させることがない。また、第１のバリア層
における配線本体部の反対側の面に密着状態で形成され
た第２のバリア層は、絶縁膜との界面に酸化皮膜よりな
る安定な不動態皮膜が生成されており、該不動態皮膜が
配線本体部の外部からの酸化を防止するため、配線本体
部の抵抗値の増加が抑制される。
よりなる配線本体部の底面及び側面に密着状態で形成さ
れた金属よりなる第１のバリア層が、配線本体部に含ま
れるＣｕの絶縁膜側への拡散を防止するため、絶縁膜の
絶縁性を劣化させることがない。また、第１のバリア層
における配線本体部の反対側の面に密着状態で形成され
た第２のバリア層は、絶縁膜との界面に酸化皮膜よりな
る安定な不動態皮膜が生成されており、該不動態皮膜が
配線本体部の外部からの酸化を防止するため、配線本体
部の抵抗値の増加が抑制される。
【００６４】さらに、配線本体部側に形成される第１の
バリア層を構成する第１の金属は、その比抵抗が第２の
バリア層を構成する第２の金属よりも小さいため、配線
本体部の低抵抗化を妨げないので、Ｃｕを含む金属配線
に対して所定の電気特性を得られると共に配線本体部の
信頼性を向上させることができる。
バリア層を構成する第１の金属は、その比抵抗が第２の
バリア層を構成する第２の金属よりも小さいため、配線
本体部の低抵抗化を妨げないので、Ｃｕを含む金属配線
に対して所定の電気特性を得られると共に配線本体部の
信頼性を向上させることができる。
【００６５】第２の半導体装置において、第１の金属が
Ｍｏであり、第２の金属がＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金であると、ＭｏはＣｕ
の拡散を防止し且つＣｒ，Ｆｅ又はＴｉ等よりも低抵抗
であるため第１のバリア層を確実に形成でき、Ｃｒ，Ｆ
ｅ又はＴｉ等は不動態皮膜が生成され且つ金属窒化物よ
りも低抵抗であるため第２のバリア層を確実に形成でき
る。
Ｍｏであり、第２の金属がＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金であると、ＭｏはＣｕ
の拡散を防止し且つＣｒ，Ｆｅ又はＴｉ等よりも低抵抗
であるため第１のバリア層を確実に形成でき、Ｃｒ，Ｆ
ｅ又はＴｉ等は不動態皮膜が生成され且つ金属窒化物よ
りも低抵抗であるため第２のバリア層を確実に形成でき
る。
【００６６】第２の半導体装置において、第１の金属が
Ｃｕを過飽和に含む合金であり、第２の金属がＣｒ，Ｆ
ｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金で
あると、Ｃｕを過飽和に含む合金は、配線本体部に含ま
れるＣｕの拡散を防止でき且つＣｒ又はＦｅ等よりも低
抵抗であるため、第１のバリア層を確実に形成できる上
に、合金の母体金属と配線本体部に含まれるＣｕとが界
面で合金を形成するため、配線本体部の密着性が高くな
るので、配線本体部の信頼性を一層向上させることがで
きる。また、Ｃｒ又はＦｅ等は不動態皮膜が生成され且
つ低抵抗であるため、第２のバリア層を確実に形成でき
る。
Ｃｕを過飽和に含む合金であり、第２の金属がＣｒ，Ｆ
ｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａ又はこれらの合金で
あると、Ｃｕを過飽和に含む合金は、配線本体部に含ま
れるＣｕの拡散を防止でき且つＣｒ又はＦｅ等よりも低
抵抗であるため、第１のバリア層を確実に形成できる上
に、合金の母体金属と配線本体部に含まれるＣｕとが界
面で合金を形成するため、配線本体部の密着性が高くな
るので、配線本体部の信頼性を一層向上させることがで
きる。また、Ｃｒ又はＦｅ等は不動態皮膜が生成され且
つ低抵抗であるため、第２のバリア層を確実に形成でき
る。
【００６７】第２の半導体装置において、第１の金属が
ＡｌとＣｕとよりなる合金であると、Ｃｕを過飽和に含
む合金を確実に形成できる。
ＡｌとＣｕとよりなる合金であると、Ｃｕを過飽和に含
む合金を確実に形成できる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示
す構成断面図である。
す構成断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
る半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
る半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製
造方法における一工程の部分拡大図である。
造方法における一工程の部分拡大図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態の一
変形例に係る半導体装置の製造方法を示す工程順断面図
である。
変形例に係る半導体装置の製造方法を示す工程順断面図
である。
【図６】本発明の第２の実施形態の一変形例に係る半導
体装置の製造方法における一工程の部分拡大図である。
体装置の製造方法における一工程の部分拡大図である。
１ 金属配線形成領域 １０ 半導体基板 １０ａ ソース・ドレイン領域 １１ 素子分離膜 １２ 第１の絶縁膜 １２ａ コンタクトホール １３ バリアメタル／コンタクトメタル層 １４ プラグ １５ 第２の絶縁膜 １５ａ 開口部 １６ 配線本体部 １６Ａ 配線本体部形成層 １７ バリア層 １８ 金属配線 １９ パシベーション膜 ２１ 酸素バリア層（第２のバリア層） ２１Ａ 酸素バリア形成層 ２２ 銅バリア層（第１のバリア層） ２２Ａ 銅バリア形成層 ３２ 密着層（第１のバリア層） ３２Ａ 密着層形成層
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に形成された複数の半導体素子
と、該複数の半導体素子同士を互いに絶縁する絶縁膜
と、前記複数の半導体素子と電気的に接続される金属配
線とを備えた半導体装置であって、 前記金属配線は、Ｃｕを含む金属よりなる配線本体部
と、前記絶縁膜との界面に不動態皮膜が生成された金属
よりなり前記配線本体部の底面及び側面を密着状態で覆
うバリア層とから構成されており、 前記バリア層は、前記配線本体部に含まれるＣｕの前記
絶縁膜側への拡散を防止すると共に、前記不動態皮膜に
より前記配線本体部の酸化を防止することを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項２】 前記バリア層はＣｒ，Ｆｅ又はこれら
の合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導
体装置。 - 【請求項３】 基板上に形成された複数の半導体素子
と、該複数の半導体素子同士を互いに絶縁する絶縁膜
と、前記複数の半導体素子と電気的に接続される金属配
線とを備えた半導体装置であって、 前記金属配線は、Ｃｕを含む金属よりなる配線本体部
と、該配線本体部の底面及び側面を密着状態で覆う第１
の金属よりなる第１のバリア層と、前記絶縁膜との界面
に不動態皮膜が生成された第２の金属よりなり前記第１
のバリア層における前記配線本体部の反対側の面を密着
状態で覆う第２のバリア層とから構成されており、 前記第１の金属の比抵抗は前記第２の金属の比抵抗より
も小さく、 前記第１のバリア層は、前記配線本体部に含まれるＣｕ
の前記絶縁膜側への拡散を防止し、 前記第２のバリア層は、前記不動態皮膜により前記配線
本体部の酸化を防止することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】 前記第１の金属はＭｏであり、 前記第２の金属はＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ又はこれらの合金であることを特徴とする請求
項３に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記第１の金属はＣｕを過飽和に含む合
金であり、 前記第２の金属はＣｒ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ又はこれらの合金であることを特徴とする請求
項３に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記第１の金属はＡｌとＣｕとよりなる
合金であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装
置。
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|---|---|---|---|
| JP9313541A JP3062464B2 (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 半導体装置 |
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- 1997-11-14 JP JP9313541A patent/JP3062464B2/ja not_active Expired - Fee Related
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