JPH11288936A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH11288936A JPH11288936A JP10545498A JP10545498A JPH11288936A JP H11288936 A JPH11288936 A JP H11288936A JP 10545498 A JP10545498 A JP 10545498A JP 10545498 A JP10545498 A JP 10545498A JP H11288936 A JPH11288936 A JP H11288936A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より低い熱処理温度で薄いバリア膜を形成す
る半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１上に設けられたＳｉＯ2系
絶縁膜２上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-
Ｎ領域３と該Ｃｕ-Ｎ領域３に接する拡散源金属層４と
を有するＣｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側
壁に、拡散源金属層４を構成する原子を含む側壁バリア
層を熱処理を行なって形成する。
る半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１上に設けられたＳｉＯ2系
絶縁膜２上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-
Ｎ領域３と該Ｃｕ-Ｎ領域３に接する拡散源金属層４と
を有するＣｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側
壁に、拡散源金属層４を構成する原子を含む側壁バリア
層を熱処理を行なって形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路
(ＬＳＩ)における微細Ｃｕ配線の形成などに利用される
半導体装置の製造方法に関する。
(ＬＳＩ)における微細Ｃｕ配線の形成などに利用される
半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化に伴い、配線
の微細化も進んでいる。従来の配線材料であるＡｌまた
はＡｌ合金では、比抵抗の高さによる信号伝達速度の遅
れ、エレクトロマイグレーション耐性の低さによる信頼
性の低下が問題となってきている。ＣｕはＡｌと比較し
比抵抗は約２／３であり、エレクトロマイグレーション
耐性は約２桁以上の向上が見込まれ、Ａｌに変わる配線
材料として期待されている。しかし、いくつかの開発課
題がありＣｕ配線の実用化を困難にしている。重要な開
発課題の内の一つは、Ｃｕが空気中において１００℃程
度の温度で容易に酸化する性質を有するため、また、Ｃ
ｕ原子がＳｉＯ2系層間絶縁膜および半導体素子が形成
されたＳｉ基板へ容易に拡散する性質を有するために、
Ｃｕ配線周囲を薄い拡散酸化防止バリア層で覆う技術の
開発である。この課題の解決のため、いくつかの方法が
提案されている。
の微細化も進んでいる。従来の配線材料であるＡｌまた
はＡｌ合金では、比抵抗の高さによる信号伝達速度の遅
れ、エレクトロマイグレーション耐性の低さによる信頼
性の低下が問題となってきている。ＣｕはＡｌと比較し
比抵抗は約２／３であり、エレクトロマイグレーション
耐性は約２桁以上の向上が見込まれ、Ａｌに変わる配線
材料として期待されている。しかし、いくつかの開発課
題がありＣｕ配線の実用化を困難にしている。重要な開
発課題の内の一つは、Ｃｕが空気中において１００℃程
度の温度で容易に酸化する性質を有するため、また、Ｃ
ｕ原子がＳｉＯ2系層間絶縁膜および半導体素子が形成
されたＳｉ基板へ容易に拡散する性質を有するために、
Ｃｕ配線周囲を薄い拡散酸化防止バリア層で覆う技術の
開発である。この課題の解決のため、いくつかの方法が
提案されている。
【０００３】例えば、特開昭６３−７３６４５号には、
配線状のＣｕをＴｉＮ、Ｗ、ＴｉＷ等のバリアメタル層
で包囲する方法が示されている。
配線状のＣｕをＴｉＮ、Ｗ、ＴｉＷ等のバリアメタル層
で包囲する方法が示されている。
【０００４】また、特開平６−３１８５９２号には、半
導体基板上に設けた絶縁膜表面にＷ膜を形成し、このＷ
膜表面にＣｕ-Ｎ膜を成長させ、次に、断面がＣｕ-Ｎ層
／Ｗ層からなる配線パターンを形成し、その後、この配
線パターン外面のみに選択的にＷ被覆膜を形成し、さら
に、Ｈ2ガス雰囲気中において６００℃で１時間の熱処
理を施し、Ｗ被覆膜を窒化してＷ-Ｎバリア膜を形成す
る方法が示されている。
導体基板上に設けた絶縁膜表面にＷ膜を形成し、このＷ
膜表面にＣｕ-Ｎ膜を成長させ、次に、断面がＣｕ-Ｎ層
／Ｗ層からなる配線パターンを形成し、その後、この配
線パターン外面のみに選択的にＷ被覆膜を形成し、さら
に、Ｈ2ガス雰囲気中において６００℃で１時間の熱処
理を施し、Ｗ被覆膜を窒化してＷ-Ｎバリア膜を形成す
る方法が示されている。
【０００５】また、特開昭６４−５９９３８号には、半
導体基板上にＴｉ，Ｚｒ，Ａｒ，Ｂ，Ｓｉのうちの少な
くとも１つとＣｕとの合金膜を形成して該合金膜をパタ
ーニングし、パターニングされた合金膜を、Ｎを含む雰
囲気中でアニールすることにより窒化物のバリア膜で囲
まれた銅配線を形成する方法が示されている。
導体基板上にＴｉ，Ｚｒ，Ａｒ，Ｂ，Ｓｉのうちの少な
くとも１つとＣｕとの合金膜を形成して該合金膜をパタ
ーニングし、パターニングされた合金膜を、Ｎを含む雰
囲気中でアニールすることにより窒化物のバリア膜で囲
まれた銅配線を形成する方法が示されている。
【０００６】また、特開平９−８０３５号には、回路基
板上に、ＣｕとＮｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｈ
ｆ，Ｗのうちの少なくとも１つとからなる銅合金配線を
形成した後、配線表面にこれらの金属の窒化膜を形成す
る方法が示されている。なお、金属の窒化膜を形成する
方法として、合金配線にＮ原子をイオン注入した後、Ｎ
2，ＮＨ3ガス雰囲気あるいはこれらのガスをプラズマ化
した雰囲気で熱処理を行ない配線表面に窒化膜皮膜を形
成する第１の方法と、合金膜からなる配線を形成後、Ｎ
2，ＮＨ3ガスをプラズマ化した雰囲気で熱処理を行ない
配線表面に窒化膜皮膜を形成する第２の方法とが示され
ている。
板上に、ＣｕとＮｂ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｈ
ｆ，Ｗのうちの少なくとも１つとからなる銅合金配線を
形成した後、配線表面にこれらの金属の窒化膜を形成す
る方法が示されている。なお、金属の窒化膜を形成する
方法として、合金配線にＮ原子をイオン注入した後、Ｎ
2，ＮＨ3ガス雰囲気あるいはこれらのガスをプラズマ化
した雰囲気で熱処理を行ない配線表面に窒化膜皮膜を形
成する第１の方法と、合金膜からなる配線を形成後、Ｎ
2，ＮＨ3ガスをプラズマ化した雰囲気で熱処理を行ない
配線表面に窒化膜皮膜を形成する第２の方法とが示され
ている。
【０００７】また、特開平８−８８２２４号には、半導
体基板上に設けた絶縁膜に配線パターンに応じた溝また
は開口部を形成し、この溝または開口部にＣｕ，Ａｌ，
Ａｕの群により選ばれた金属でＮ原子を含む金属膜を形
成した後、熱処理を行ない溝または開口部に金属を充填
し、この後、溝または開口部以外の領域の金属膜を除去
し埋込型配線または埋込型電極を形成する方法が示され
ている。
体基板上に設けた絶縁膜に配線パターンに応じた溝また
は開口部を形成し、この溝または開口部にＣｕ，Ａｌ，
Ａｕの群により選ばれた金属でＮ原子を含む金属膜を形
成した後、熱処理を行ない溝または開口部に金属を充填
し、この後、溝または開口部以外の領域の金属膜を除去
し埋込型配線または埋込型電極を形成する方法が示され
ている。
【０００８】また、文献「Y.Igarasi,et al.,Jpn.J.App
l.Phys.,Vol.34,1012(1995)」には、ドライエッチング
法でＣｕ配線パターンを形成するとき、同時にＳｉＮ，
ＳｉＯＮ等のバリア側壁保護膜を形成する方法が示され
ている。
l.Phys.,Vol.34,1012(1995)」には、ドライエッチング
法でＣｕ配線パターンを形成するとき、同時にＳｉＮ，
ＳｉＯＮ等のバリア側壁保護膜を形成する方法が示され
ている。
【０００９】また、文献「H.Itow,et al.,Appl.Phys.Le
tt.,Vol 63,16(1993)」には、Ｎｂ，Ｖ等の拡散源金属
膜をＣｕ膜の上下層に設けパターニングした後、窒化雰
囲気中で熱処理を行ないＣｕ配線表面に拡散源金属から
なるバリア金属膜およびバリア窒化金属膜等を析出させ
る方法が示されている。
tt.,Vol 63,16(1993)」には、Ｎｂ，Ｖ等の拡散源金属
膜をＣｕ膜の上下層に設けパターニングした後、窒化雰
囲気中で熱処理を行ないＣｕ配線表面に拡散源金属から
なるバリア金属膜およびバリア窒化金属膜等を析出させ
る方法が示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように、第１の方
法は、例えば、特開昭６３−７３６４５号、特開平６−
３１８５９２号に示されているように、ドライエッチン
グ法やイオンミリング法等でＣｕ配線パターンを形成し
た後、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ、ＷＮ，ＴｉＮ等のバリア膜を形
成する方法である。
法は、例えば、特開昭６３−７３６４５号、特開平６−
３１８５９２号に示されているように、ドライエッチン
グ法やイオンミリング法等でＣｕ配線パターンを形成し
た後、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ、ＷＮ，ＴｉＮ等のバリア膜を形
成する方法である。
【００１１】また、第２の方法は、文献「Y.Igarasi,et
al.,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.34,1012(1995)」に示され
ているように、ドライエッチング法でＣｕ配線パターン
を形成するとき、同時にＳｉＮ，ＳｉＯＮ等のバリア側
壁保護膜を形成する方法である。
al.,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.34,1012(1995)」に示され
ているように、ドライエッチング法でＣｕ配線パターン
を形成するとき、同時にＳｉＮ，ＳｉＯＮ等のバリア側
壁保護膜を形成する方法である。
【００１２】また、第３の方法は、例えば、特開昭６４
−５９９３８号，特開平８−８８２２４号に示されてい
るように、Ｃｕ−Ｔｉ等の合金膜をドライエッチング法
等により配線パターンに加工した後、窒化雰囲気または
酸化雰囲気中で熱処理し配線周囲表面にＴｉＮ等のバリ
ア膜を形成する方法である。
−５９９３８号，特開平８−８８２２４号に示されてい
るように、Ｃｕ−Ｔｉ等の合金膜をドライエッチング法
等により配線パターンに加工した後、窒化雰囲気または
酸化雰囲気中で熱処理し配線周囲表面にＴｉＮ等のバリ
ア膜を形成する方法である。
【００１３】また、第４の方法は、文献「H.Itow,et a
l.,Appl.Phys.Lett.,Vol 63,16(1993)」に示されている
ように、Ｎｂ，Ｖ等の拡散源金属膜をＣｕ膜の上下層に
設けパターニングした後、窒化雰囲気中で熱処理を行な
いＣｕ配線表面に拡散源金属からなるバリア金属膜およ
びバリア窒化金属膜等を析出させる方法である。
l.,Appl.Phys.Lett.,Vol 63,16(1993)」に示されている
ように、Ｎｂ，Ｖ等の拡散源金属膜をＣｕ膜の上下層に
設けパターニングした後、窒化雰囲気中で熱処理を行な
いＣｕ配線表面に拡散源金属からなるバリア金属膜およ
びバリア窒化金属膜等を析出させる方法である。
【００１４】しかしながら、上述した第１，第２の方法
でバリア膜に十分な機能を持たせるには、数１０ｎｍ以
上の膜厚が必要となるため、配線幅が大きくなり、Ｃｕ
配線を必要とする配線幅０．２５μｍ以下のプロセスに
は向かないという問題がある。
でバリア膜に十分な機能を持たせるには、数１０ｎｍ以
上の膜厚が必要となるため、配線幅が大きくなり、Ｃｕ
配線を必要とする配線幅０．２５μｍ以下のプロセスに
は向かないという問題がある。
【００１５】また、上述した第３，第４の方法は、薄い
バリア膜厚で十分な機能を果たすことが可能であるが、
バリア金属をＣｕ中で拡散させる際に６００〜９００℃
程度の高い温度の熱処理を必要とし、高い温度の熱処理
工程は、Ｓｉ素子へのダメージやスループットの低下を
引き起こすので、半導体装置の製造上好ましくない。
バリア膜厚で十分な機能を果たすことが可能であるが、
バリア金属をＣｕ中で拡散させる際に６００〜９００℃
程度の高い温度の熱処理を必要とし、高い温度の熱処理
工程は、Ｓｉ素子へのダメージやスループットの低下を
引き起こすので、半導体装置の製造上好ましくない。
【００１６】本発明は、上記第４の方法において、より
低い熱処理温度で薄いバリア膜を形成する半導体装置の
製造方法を提供することを目的としている。
低い熱処理温度で薄いバリア膜を形成する半導体装置の
製造方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、半導体基板上に設けられた
ＳｉＯ2系絶縁膜上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含
むＣｕ-Ｎ領域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層と
を有するＣｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側
壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バリア層
を熱処理を行なって形成することを特徴としている。
に、請求項１記載の発明は、半導体基板上に設けられた
ＳｉＯ2系絶縁膜上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含
むＣｕ-Ｎ領域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層と
を有するＣｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側
壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バリア層
を熱処理を行なって形成することを特徴としている。
【００１８】また、請求項２記載の発明は、半導体基板
上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設
け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡散源金
属層を設け、マスク形成後、ＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3，
ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，ＳｉＨ4ガスのうちの少
なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なく
とも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＳｉ原子の存
在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０以上になるように導入して、ド
ライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線構造体を
形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２
５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、Ｃｕ配線
構造体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む側
壁バリア層を熱処理を行なって形成することを特徴とし
ている。
上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設
け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡散源金
属層を設け、マスク形成後、ＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3，
ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，ＳｉＨ4ガスのうちの少
なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なく
とも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＳｉ原子の存
在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０以上になるように導入して、ド
ライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線構造体を
形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２
５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、Ｃｕ配線
構造体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む側
壁バリア層を熱処理を行なって形成することを特徴とし
ている。
【００１９】また、請求項３記載の発明は、半導体基板
上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設
け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡散源金
属層を設け、マスク形成後、ＷＦ6，ＷＣｌ6ガスのうち
の少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少
なくとも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＷ原子の
存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上になるように導入して、ド
ライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線構造体を
形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２
５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、配線構造
体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バ
リア層を熱処理を行なって形成することを特徴としてい
る。
上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設
け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡散源金
属層を設け、マスク形成後、ＷＦ6，ＷＣｌ6ガスのうち
の少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少
なくとも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＷ原子の
存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上になるように導入して、ド
ライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線構造体を
形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２
５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、配線構造
体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バ
リア層を熱処理を行なって形成することを特徴としてい
る。
【００２０】また、請求項４記載の発明は、半導体基板
上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設
け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡散源金
属層を設け、マスク形成後、Ｃｌ2ガスと、Ｎ2，ＮＨ3
ガスのうちの少なくとも１つを含むガスとを、Ｎ原子と
Ｃｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)が０．００１〜１．０とな
るように導入して、ドライエッチング法により所定の形
状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構
造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領
域を形成し、Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散源金属層を
構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行なって形
成することを特徴としている。
上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設
け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡散源金
属層を設け、マスク形成後、Ｃｌ2ガスと、Ｎ2，ＮＨ3
ガスのうちの少なくとも１つを含むガスとを、Ｎ原子と
Ｃｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)が０．００１〜１．０とな
るように導入して、ドライエッチング法により所定の形
状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構
造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領
域を形成し、Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散源金属層を
構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行なって形
成することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。先ず、本発明に係る半導体装置の第
１の製造工程例について説明する。この第１の製造工程
例では、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上
に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領域と該
Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層とを有するＣｕ配線
構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側壁に，拡散源金属
層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行なっ
て形成するようになっている。
基づいて説明する。先ず、本発明に係る半導体装置の第
１の製造工程例について説明する。この第１の製造工程
例では、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上
に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領域と該
Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層とを有するＣｕ配線
構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側壁に，拡散源金属
層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行なっ
て形成するようになっている。
【００２２】本発明は、以下の４つの現象に基づいてい
る。すなわち、(１)窒化銅は、３５０℃付近でＣｕ単体
とＮ2に分解しはじめ、４６５℃付近でその分解速度は
最大になること(L.Maya,Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,Vo
l.282,203(1993))、また、(２)Ｎ原子を含むプラズマ中
で作成したＮ原子を含む多結晶Ｃｕ膜(Ｃｕ−Ｎ膜)は、
Ｎ原子を含まない多結晶Ｃｕ膜と比較し結晶粒径が小さ
くなり(特開平８−８８２２４号)、該Ｃｕ−Ｎ膜を３５
０〜５００℃で熱処理すると、膜中よりＮ原子が遊離
し、粒界を多く含むＣｕ微結晶層が生成すること、ま
た、(３)一般に、結晶粒径の小さい固体中では、粒界拡
散の機構が顕著に働き、添加元素の拡散速度は飛躍的に
大きくなる。このため、スパッタリング法やＣＶＤ法で
作成したＣｕ単体膜中では拡散しにくいＭｏ，Ｃｏ，Ｔ
ａ，ＺｒやＡｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｓｃ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｒ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒ
ｅ，Ｗ，Ｈｆ，Ｌａ等の広範な金属原子がＮ原子が遊離
し粒界を多く含むＣｕ微結晶層中では拡散しやすくなる
こと、また、(４)Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓｃ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，
Ｚｒ，Ｓｒ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｌａ
の金属単体膜およびそれらの窒化物膜および酸化物膜、
または、Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕの金属単体膜で、Ｃｕ
配線体を被覆すると、Ｃｕ配線体が酸化し難くなり、ま
た、Ｃｕ配線体からＣｕ原子が拡散，流出しにくくなる
ことに基づいている。
る。すなわち、(１)窒化銅は、３５０℃付近でＣｕ単体
とＮ2に分解しはじめ、４６５℃付近でその分解速度は
最大になること(L.Maya,Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,Vo
l.282,203(1993))、また、(２)Ｎ原子を含むプラズマ中
で作成したＮ原子を含む多結晶Ｃｕ膜(Ｃｕ−Ｎ膜)は、
Ｎ原子を含まない多結晶Ｃｕ膜と比較し結晶粒径が小さ
くなり(特開平８−８８２２４号)、該Ｃｕ−Ｎ膜を３５
０〜５００℃で熱処理すると、膜中よりＮ原子が遊離
し、粒界を多く含むＣｕ微結晶層が生成すること、ま
た、(３)一般に、結晶粒径の小さい固体中では、粒界拡
散の機構が顕著に働き、添加元素の拡散速度は飛躍的に
大きくなる。このため、スパッタリング法やＣＶＤ法で
作成したＣｕ単体膜中では拡散しにくいＭｏ，Ｃｏ，Ｔ
ａ，ＺｒやＡｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｓｃ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｒ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒ
ｅ，Ｗ，Ｈｆ，Ｌａ等の広範な金属原子がＮ原子が遊離
し粒界を多く含むＣｕ微結晶層中では拡散しやすくなる
こと、また、(４)Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓｃ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，
Ｚｒ，Ｓｒ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｌａ
の金属単体膜およびそれらの窒化物膜および酸化物膜、
または、Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕの金属単体膜で、Ｃｕ
配線体を被覆すると、Ｃｕ配線体が酸化し難くなり、ま
た、Ｃｕ配線体からＣｕ原子が拡散，流出しにくくなる
ことに基づいている。
【００２３】Ｃｕ−Ｎ領域を含むＣｕ配線構造体は熱処
理によりＮ原子を遊離するが、Ｃｕの結晶粒は依然十分
小さい状態にある。よって、低い熱処理温度でも、拡散
源金属原子がこの微少結晶粒層を通って拡散源層から高
速拡散し配線構造体の側壁に析出し側壁バリア層を形成
する。よって、より低い拡散熱処理温度およびより短か
い拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線が形
成が可能となる。
理によりＮ原子を遊離するが、Ｃｕの結晶粒は依然十分
小さい状態にある。よって、低い熱処理温度でも、拡散
源金属原子がこの微少結晶粒層を通って拡散源層から高
速拡散し配線構造体の側壁に析出し側壁バリア層を形成
する。よって、より低い拡散熱処理温度およびより短か
い拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線が形
成が可能となる。
【００２４】なお、Ｃｕ−Ｎ領域のＮ原子の含有量が２
５ａｔ．％以上であると、この領域の結晶構造は大部分
Ｃｕ3Ｎとなり、後で熱処理を加えＮを遊離させた場
合、緻密さに劣るＣｕ領域が生成する。よって、作成す
るＣｕ−Ｎ領域のＮ原子含有量は、２５ａｔ．％以下で
ある必要がある。
５ａｔ．％以上であると、この領域の結晶構造は大部分
Ｃｕ3Ｎとなり、後で熱処理を加えＮを遊離させた場
合、緻密さに劣るＣｕ領域が生成する。よって、作成す
るＣｕ−Ｎ領域のＮ原子含有量は、２５ａｔ．％以下で
ある必要がある。
【００２５】図１はこの第１の製造工程例の第１の具体
例を示す図である。この第１の具体例は、２５ａｔ．％
以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接す
る拡散源金属層とを有するＣｕ配線構造体を設けるもの
である。
例を示す図である。この第１の具体例は、２５ａｔ．％
以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接す
る拡散源金属層とを有するＣｕ配線構造体を設けるもの
である。
【００２６】すなわち、図１の例では、半導体基板(Ｓ
ｉ半導体基板)１上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜２上
に、ＣｕターゲットとＮ2ガスを含むガスを用いてＲＦ
マグネトロンスパッタ法による方法やＮ2ガスをイオン
化させながらＣｕを蒸着させる方法等によりＣｕ-Ｎ領
域膜３を形成し、Ｃｕ配線層を形成する。次いで、Ｃｕ
-Ｎ領域膜３の上側および／または下側に接するよう
に、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｓｃ，Ｍｇ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｚｒ，
Ｙ，Ｓｒ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，
Ｌａのうち少なくとも１つからなる拡散源金属層４を設
ける(図１の例では、Ｃｕ-Ｎ領域膜３の上側に設けてい
る)。
ｉ半導体基板)１上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜２上
に、ＣｕターゲットとＮ2ガスを含むガスを用いてＲＦ
マグネトロンスパッタ法による方法やＮ2ガスをイオン
化させながらＣｕを蒸着させる方法等によりＣｕ-Ｎ領
域膜３を形成し、Ｃｕ配線層を形成する。次いで、Ｃｕ
-Ｎ領域膜３の上側および／または下側に接するよう
に、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｓｃ，Ｍｇ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｚｒ，
Ｙ，Ｓｒ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｆ，
Ｌａのうち少なくとも１つからなる拡散源金属層４を設
ける(図１の例では、Ｃｕ-Ｎ領域膜３の上側に設けてい
る)。
【００２７】この後、ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または
有機レジスト膜を形成し、通常の半導体形成プロセスに
より該ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または有機レジスト膜
をマスク状に加工した後、ドライエッチング法やイオン
ミリング法等によりパターニングし、図１に示すような
Ｃｕ配線構造体を形成する。
有機レジスト膜を形成し、通常の半導体形成プロセスに
より該ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または有機レジスト膜
をマスク状に加工した後、ドライエッチング法やイオン
ミリング法等によりパターニングし、図１に示すような
Ｃｕ配線構造体を形成する。
【００２８】なお、図１のかわりに、図２に示すよう
に、Ｃｕ-Ｎ領域膜３の上側または下側にスパッタリン
グ法やＣＶＤ法によりＮ原子を含まないＣｕ単体膜５を
積層し(図２の例では、Ｃｕ-Ｎ領域膜３の下側に積層
し)、Ｃｕ配線層とすることもできる。
に、Ｃｕ-Ｎ領域膜３の上側または下側にスパッタリン
グ法やＣＶＤ法によりＮ原子を含まないＣｕ単体膜５を
積層し(図２の例では、Ｃｕ-Ｎ領域膜３の下側に積層
し)、Ｃｕ配線層とすることもできる。
【００２９】また、図３は第１の製造工程例の第２の具
体例を示す図である。この第２の具体例は、半導体基板
(Ｓｉ半導体基板)１上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜２
上に、スパッタリング法やＣＶＤ法によりＣｕ単体膜６
を形成する。そして、Ｃｕ単体膜６の上側および／また
は下側に、該Ｃｕ単体膜６に接するように拡散源金属層
７を設ける(図３の例では、Ｃｕ単体膜６の下側に設け
ている)。この後、ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または有機
レジスト膜を形成し、通常の半導体形成プロセスにより
該ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または有機レジスト膜から
なるマスクを形成した後、Ｎ原子を含むガスを用いたド
ライエッチング法やイオンミリング法等によりパターニ
ングすると同時に配線側壁の領域を窒化し(Ｃｕ-Ｎ領域
層８として形成し)、図３に示すようなＣｕ配線構造体
を形成する。
体例を示す図である。この第２の具体例は、半導体基板
(Ｓｉ半導体基板)１上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜２
上に、スパッタリング法やＣＶＤ法によりＣｕ単体膜６
を形成する。そして、Ｃｕ単体膜６の上側および／また
は下側に、該Ｃｕ単体膜６に接するように拡散源金属層
７を設ける(図３の例では、Ｃｕ単体膜６の下側に設け
ている)。この後、ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または有機
レジスト膜を形成し、通常の半導体形成プロセスにより
該ＳｉＯ2膜またはＳｉＮ膜または有機レジスト膜から
なるマスクを形成した後、Ｎ原子を含むガスを用いたド
ライエッチング法やイオンミリング法等によりパターニ
ングすると同時に配線側壁の領域を窒化し(Ｃｕ-Ｎ領域
層８として形成し)、図３に示すようなＣｕ配線構造体
を形成する。
【００３０】なお、上述の工程例において、ドライエッ
チング法やイオンミリング法等によりパターニングした
後、Ｎ原子を含むガスのプラズマにさらすことにより、
図３に示すようなＣｕ配線構造体を形成することもでき
る。
チング法やイオンミリング法等によりパターニングした
後、Ｎ原子を含むガスのプラズマにさらすことにより、
図３に示すようなＣｕ配線構造体を形成することもでき
る。
【００３１】また、このＣｕ配線構造体において、Ｓｉ
Ｏ2系絶縁膜２とＣｕ配線層との間、または、ＳｉＯ2系
絶縁膜２と下層拡散源金属層との間、または、Ｃｕ配線
層表面、または、Ｃｕ配線層表面に形成した上層拡散源
金属層の上に、側壁バリア層形成には関与しないＴｉ
Ｎ，ＷＮ，ＳｉＮ，ＴａＮ，Ｃｒ，Ｔａ，ＺｒＮ，Ｚｒ
等の酸化拡散防止バリア層を設けることもできる。この
場合、このようにして形成したＣｕ配線構造体に熱処理
を施す。熱処理の雰囲気は、Ｃｕが酸化しない雰囲気で
あり、Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気の場合やＮ2−
Ｈ2、Ａｒ−Ｈ2ガス等の還元性ガス雰囲気の場合や高真
空雰囲気の場合がある。熱処理の温度は、３５０℃〜６
５０℃、好ましくは、４００℃〜６００℃である。な
お、側壁バリア層９を形成する工程の途中、または、形
成後、５００℃〜６５０℃の第２の熱処理を行ない、Ｃ
ｕ微結晶層の結晶粒径を増大させてもよい(図４)。
Ｏ2系絶縁膜２とＣｕ配線層との間、または、ＳｉＯ2系
絶縁膜２と下層拡散源金属層との間、または、Ｃｕ配線
層表面、または、Ｃｕ配線層表面に形成した上層拡散源
金属層の上に、側壁バリア層形成には関与しないＴｉ
Ｎ，ＷＮ，ＳｉＮ，ＴａＮ，Ｃｒ，Ｔａ，ＺｒＮ，Ｚｒ
等の酸化拡散防止バリア層を設けることもできる。この
場合、このようにして形成したＣｕ配線構造体に熱処理
を施す。熱処理の雰囲気は、Ｃｕが酸化しない雰囲気で
あり、Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気の場合やＮ2−
Ｈ2、Ａｒ−Ｈ2ガス等の還元性ガス雰囲気の場合や高真
空雰囲気の場合がある。熱処理の温度は、３５０℃〜６
５０℃、好ましくは、４００℃〜６００℃である。な
お、側壁バリア層９を形成する工程の途中、または、形
成後、５００℃〜６５０℃の第２の熱処理を行ない、Ｃ
ｕ微結晶層の結晶粒径を増大させてもよい(図４)。
【００３２】次に、本発明に係る半導体装置の第２の製
造工程例について説明する。この第２の製造工程例で
は、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、
Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または
下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、ＳｉＣ
ｌ4，ＳｉＨＣｌ3，ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，Ｓ
ｉＨ4ガスのうちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ
3ガスのうちの少なくとも１つのガスとを含むガスを、
Ｎ原子とＳｉ原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０以上にな
るように導入して、ドライエッチング法により所定の形
状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構
造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領
域を形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側壁に、前記拡散源
金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行
なって形成するようになっている。
造工程例について説明する。この第２の製造工程例で
は、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、
Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または
下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、ＳｉＣ
ｌ4，ＳｉＨＣｌ3，ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，Ｓ
ｉＨ4ガスのうちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ
3ガスのうちの少なくとも１つのガスとを含むガスを、
Ｎ原子とＳｉ原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０以上にな
るように導入して、ドライエッチング法により所定の形
状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構
造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領
域を形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側壁に、前記拡散源
金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行
なって形成するようになっている。
【００３３】Ｎ原子は原子半径が小さいので、金属原子
に比べてＣｕ中に入り込みやすいため、Ｎ原子を含むプ
ラズマにＣｕを晒すと、容易にＣｕ表面が窒化する。特
に、Ｎ原子とＣｌ，Ｆ等のハロゲン原子が共存するプラ
ズマ中では、Ｃｕ表面の窒化はより容易となる。プロセ
ス室においてのＮ原子とＳｉ原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)
が、１．０以上であると、Ｃｕ配線構造体の側壁にＳｉ
Ｎ系の側壁保護膜を形成すると同時に、過剰に存在する
プラズマ化したＮ原子が、該側壁保護膜の内部にＣｕ−
Ｎ層を形成する。熱処理により、該Ｃｕ−Ｎ層が粒界を
多く含むＣｕ微結晶層と変化する。さらに、熱処理によ
り、拡散源層よりＣｕ微結晶層を通って拡散源金属が拡
散し、Ｃｕ配線構造体側壁のＳｉＮ膜と合金化し側壁バ
リア層を形成するか、Ｃｕ配線構造体側壁のＳｉＮ膜と
Ｃｕ単体層の間に、側壁バリア層を形成する。よって、
より低い拡散熱処理温度及びより短い拡散熱処理時間で
耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線の形成が可能となる。
に比べてＣｕ中に入り込みやすいため、Ｎ原子を含むプ
ラズマにＣｕを晒すと、容易にＣｕ表面が窒化する。特
に、Ｎ原子とＣｌ，Ｆ等のハロゲン原子が共存するプラ
ズマ中では、Ｃｕ表面の窒化はより容易となる。プロセ
ス室においてのＮ原子とＳｉ原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)
が、１．０以上であると、Ｃｕ配線構造体の側壁にＳｉ
Ｎ系の側壁保護膜を形成すると同時に、過剰に存在する
プラズマ化したＮ原子が、該側壁保護膜の内部にＣｕ−
Ｎ層を形成する。熱処理により、該Ｃｕ−Ｎ層が粒界を
多く含むＣｕ微結晶層と変化する。さらに、熱処理によ
り、拡散源層よりＣｕ微結晶層を通って拡散源金属が拡
散し、Ｃｕ配線構造体側壁のＳｉＮ膜と合金化し側壁バ
リア層を形成するか、Ｃｕ配線構造体側壁のＳｉＮ膜と
Ｃｕ単体層の間に、側壁バリア層を形成する。よって、
より低い拡散熱処理温度及びより短い拡散熱処理時間で
耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線の形成が可能となる。
【００３４】次に、本発明に係る半導体装置の第３の製
造工程例について説明する。この第３の製造工程例で
は、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、
Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または
下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、ＷＦ6，Ｗ
Ｃｌ6ガスのうちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ
3ガスのうちの少なくとも１つのガスとを含むガスを、
Ｎ原子とＷ原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上になるよ
うに導入して、ドライエッチング法により所定の形状に
Ｃｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体
のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を
形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側壁に、前記拡散源金属
層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行なっ
て形成するようになっている。
造工程例について説明する。この第３の製造工程例で
は、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、
Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または
下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、ＷＦ6，Ｗ
Ｃｌ6ガスのうちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ
3ガスのうちの少なくとも１つのガスとを含むガスを、
Ｎ原子とＷ原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上になるよ
うに導入して、ドライエッチング法により所定の形状に
Ｃｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体
のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を
形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側壁に、前記拡散源金属
層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行なっ
て形成するようになっている。
【００３５】Ｎ原子は原子半径が小さいので、金属原子
に比べてＣｕ中に入り込みやすいため、Ｎ原子を含むプ
ラズマにＣｕを晒すと、容易にＣｕ表面が窒化する。特
に、Ｎ原子とＣｌ，Ｆ等のハロゲン原子が共存するプラ
ズマ中では、Ｃｕ表面の窒化はより容易となる。プロセ
ス室においてのＮ原子とＷ原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が、
１．０以上であると、Ｃｕ配線構造体の側壁にＷ−Ｎ系
の側壁保護膜を形成すると同時に、過剰に存在するプラ
ズマ化したＮ原子が、該側壁保護膜の内部にＣｕ−Ｎ層
を形成する。熱処理により、該Ｃｕ−Ｎ層が粒界を多く
含むＣｕ微結晶層と変化する。さらに、熱処理により、
拡散源層よりＣｕ微結晶層を通って拡散源金属が拡散
し、Ｃｕ配線構造体側壁のＷ−Ｎ膜と合金化し側壁バリ
ア層を形成するか、Ｃｕ配線構造体側壁のＷ−Ｎ膜とＣ
ｕ単体層の間に、側壁バリア層を形成する。よって、よ
り低い拡散熱処理温度及びより短い拡散熱処理時間で耐
酸化耐拡散性のあるＣｕ配線の形成が可能となる。
に比べてＣｕ中に入り込みやすいため、Ｎ原子を含むプ
ラズマにＣｕを晒すと、容易にＣｕ表面が窒化する。特
に、Ｎ原子とＣｌ，Ｆ等のハロゲン原子が共存するプラ
ズマ中では、Ｃｕ表面の窒化はより容易となる。プロセ
ス室においてのＮ原子とＷ原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が、
１．０以上であると、Ｃｕ配線構造体の側壁にＷ−Ｎ系
の側壁保護膜を形成すると同時に、過剰に存在するプラ
ズマ化したＮ原子が、該側壁保護膜の内部にＣｕ−Ｎ層
を形成する。熱処理により、該Ｃｕ−Ｎ層が粒界を多く
含むＣｕ微結晶層と変化する。さらに、熱処理により、
拡散源層よりＣｕ微結晶層を通って拡散源金属が拡散
し、Ｃｕ配線構造体側壁のＷ−Ｎ膜と合金化し側壁バリ
ア層を形成するか、Ｃｕ配線構造体側壁のＷ−Ｎ膜とＣ
ｕ単体層の間に、側壁バリア層を形成する。よって、よ
り低い拡散熱処理温度及びより短い拡散熱処理時間で耐
酸化耐拡散性のあるＣｕ配線の形成が可能となる。
【００３６】次に、本発明に係る半導体装置の第４の製
造工程例について説明する。この第４の製造工程例で
は、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、
Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または
下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、Ｃｌ2ガス
と、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つを含むガス
とを、Ｎ原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)が０．００
１〜１．０となるように導入して、ドライエッチング法
により所定の形状にＣｕ配線構造体を形成すると同時
に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下
のＮ原子を含む領域を形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側
壁に、前記拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バリ
ア層を熱処理を行なって形成するようになっている。
造工程例について説明する。この第４の製造工程例で
は、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、
Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または
下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、Ｃｌ2ガス
と、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つを含むガス
とを、Ｎ原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)が０．００
１〜１．０となるように導入して、ドライエッチング法
により所定の形状にＣｕ配線構造体を形成すると同時
に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下
のＮ原子を含む領域を形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側
壁に、前記拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バリ
ア層を熱処理を行なって形成するようになっている。
【００３７】Ｎ原子は原子半径が小さいので、金属原子
に比べてＣｕ中に入り込みやすいため、Ｎ原子を含むプ
ラズマにＣｕを晒すと、容易にＣｕ表面が窒化する。特
に、Ｎ原子とＣｌ，Ｆ等のハロゲン原子が共存するプラ
ズマ中では、Ｃｕ表面の窒化はより容易となる。プロセ
ス室においてのＮ原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)
が、０．００１〜１．０であると、Ｃｕ配線構造体の側
壁にＣｕ−Ｎ層を形成する。熱処理により、該Ｃｕ−Ｎ
層が粒界を多く含むＣｕ微結晶層と変化する。さらに、
熱処理により、拡散源層よりＣｕ微結晶層を通って拡散
源金属が拡散し、Ｃｕ配線形成体側壁に側壁バリア層が
生成する。よって、より低い拡散熱処理温度及びより短
い拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線の形
成が可能となる。
に比べてＣｕ中に入り込みやすいため、Ｎ原子を含むプ
ラズマにＣｕを晒すと、容易にＣｕ表面が窒化する。特
に、Ｎ原子とＣｌ，Ｆ等のハロゲン原子が共存するプラ
ズマ中では、Ｃｕ表面の窒化はより容易となる。プロセ
ス室においてのＮ原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)
が、０．００１〜１．０であると、Ｃｕ配線構造体の側
壁にＣｕ−Ｎ層を形成する。熱処理により、該Ｃｕ−Ｎ
層が粒界を多く含むＣｕ微結晶層と変化する。さらに、
熱処理により、拡散源層よりＣｕ微結晶層を通って拡散
源金属が拡散し、Ｃｕ配線形成体側壁に側壁バリア層が
生成する。よって、より低い拡散熱処理温度及びより短
い拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線の形
成が可能となる。
【００３８】なお、上記第１，第２，第３，第４の製造
工程例において、熱処理工程の途中、または、該熱処理
工程後、Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2-ＮＨ2ガスの内の少なくと
も１つのガスの雰囲気中で、３００℃から７００℃の窒
化熱処理工程を行なうか、Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2-ＮＨ2ガ
スの内の少なくとも１つのガスのプラズマ中で、２００
℃から６００℃の窒化熱処理工程を施すこともできる。
工程例において、熱処理工程の途中、または、該熱処理
工程後、Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2-ＮＨ2ガスの内の少なくと
も１つのガスの雰囲気中で、３００℃から７００℃の窒
化熱処理工程を行なうか、Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2-ＮＨ2ガ
スの内の少なくとも１つのガスのプラズマ中で、２００
℃から６００℃の窒化熱処理工程を施すこともできる。
【００３９】Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2−ＮＨ2ガスの内の少な
くとも１つのガスの雰囲気中で３００℃から７００℃の
窒化熱処理工程を行うか、Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2−ＮＨ2ガ
スの内少なくとも１つのガスのプラズマ中で２００℃か
ら６００℃の窒化熱処理工程を施すと、熱処理により生
成されたまたは生成中の側壁バリア金属層が窒化し、側
壁バリア窒化物層が生成する。側壁バリア窒化物層の生
成により、側壁領域のＣｕ中から該拡散源金属の濃度が
小さくなることにより、該拡散源層から側壁への該拡散
源金属の拡散がより容易になる。また、生成した側壁バ
リア窒化物層は側壁バリア金属層より耐酸化耐拡散性が
向上する傾向がある。よって、より低い拡散熱処理温度
およびより短い拡散熱処理時間で、より耐酸化耐拡散性
のあるＣｕ配線の形成が可能となる。
くとも１つのガスの雰囲気中で３００℃から７００℃の
窒化熱処理工程を行うか、Ｎ2，ＮＨ3，ＮＨ2−ＮＨ2ガ
スの内少なくとも１つのガスのプラズマ中で２００℃か
ら６００℃の窒化熱処理工程を施すと、熱処理により生
成されたまたは生成中の側壁バリア金属層が窒化し、側
壁バリア窒化物層が生成する。側壁バリア窒化物層の生
成により、側壁領域のＣｕ中から該拡散源金属の濃度が
小さくなることにより、該拡散源層から側壁への該拡散
源金属の拡散がより容易になる。また、生成した側壁バ
リア窒化物層は側壁バリア金属層より耐酸化耐拡散性が
向上する傾向がある。よって、より低い拡散熱処理温度
およびより短い拡散熱処理時間で、より耐酸化耐拡散性
のあるＣｕ配線の形成が可能となる。
【００４０】
【実施例】実施例１ 実施例１では、上記第１の製造工程例に従って半導体装
置を作製した。すなわち、図５に示すように、Ｓｉ半導
体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上に、
Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０
ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴｉ
Ｎ膜を下層バリア層１１として形成する。次に、Ｃｕタ
ーゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法に
より、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０ｓｃｃ
ｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ，基板温度１００℃で厚さ
３５０ｎｍのＣｕ−Ｎ領域膜３を積層する。次に、Ｍｏ
ターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法
により、Ａｒガス４０ｓｃｃｍを導入し圧力０．２７Ｐ
ａで厚さ３０ｎｍのＭｏ拡散源金属膜４を積層する。次
に、Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＴｉＮ膜を上層バリア層１２として形成する。次に、Ｓ
ｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング
法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０ｓ
ｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ１０ｎｍのＳｉＮ
膜１３を積層する。次に、レジストを塗布した後、半導
体製造プロセスで用いられる一般的なホトリソグラフィ
ー工程を用い、レジストを配線パターンに形成する。次
に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法により、ＣＦ4ガ
スを３０ｓｃｃｍとＨ2ガスを１０ｓｃｃｍ導入し、圧
力１３．３Ｐａでレジストの配線パターンをマスクと
し、ＳｉＮ膜１３を配線パターンにエッチングしＳｉＮ
ハードマスクを形成する。次に、ＲＦプラズマで励起し
たＯ2ガスを導入したアッシング法によりレジストを除
去する。次に、マグネトロンＲＩＥ法により、ＣＣｌ4
ガスを１０ｓｃｃｍとＣｌ2ガスを１０ｓｃｃｍおよび
Ａｒガスを１０ｓｃｃｍ導入し、圧力１．１Ｐａ，基板
温度３００℃でＳｉＮハードマスク１３をマスクとしＴ
ｉＮ上層バリア層１２およびＭｏ拡散源金属膜４および
Ｃｕ−Ｎ領域膜３およびＴｉＮ下層バリア層１１を配線
パターンにエッチングし、図５に示すようにＣｕ配線構
造体を形成する。
置を作製した。すなわち、図５に示すように、Ｓｉ半導
体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上に、
Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０
ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴｉ
Ｎ膜を下層バリア層１１として形成する。次に、Ｃｕタ
ーゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法に
より、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０ｓｃｃ
ｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ，基板温度１００℃で厚さ
３５０ｎｍのＣｕ−Ｎ領域膜３を積層する。次に、Ｍｏ
ターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法
により、Ａｒガス４０ｓｃｃｍを導入し圧力０．２７Ｐ
ａで厚さ３０ｎｍのＭｏ拡散源金属膜４を積層する。次
に、Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＴｉＮ膜を上層バリア層１２として形成する。次に、Ｓ
ｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング
法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０ｓ
ｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ１０ｎｍのＳｉＮ
膜１３を積層する。次に、レジストを塗布した後、半導
体製造プロセスで用いられる一般的なホトリソグラフィ
ー工程を用い、レジストを配線パターンに形成する。次
に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法により、ＣＦ4ガ
スを３０ｓｃｃｍとＨ2ガスを１０ｓｃｃｍ導入し、圧
力１３．３Ｐａでレジストの配線パターンをマスクと
し、ＳｉＮ膜１３を配線パターンにエッチングしＳｉＮ
ハードマスクを形成する。次に、ＲＦプラズマで励起し
たＯ2ガスを導入したアッシング法によりレジストを除
去する。次に、マグネトロンＲＩＥ法により、ＣＣｌ4
ガスを１０ｓｃｃｍとＣｌ2ガスを１０ｓｃｃｍおよび
Ａｒガスを１０ｓｃｃｍ導入し、圧力１．１Ｐａ，基板
温度３００℃でＳｉＮハードマスク１３をマスクとしＴ
ｉＮ上層バリア層１２およびＭｏ拡散源金属膜４および
Ｃｕ−Ｎ領域膜３およびＴｉＮ下層バリア層１１を配線
パターンにエッチングし、図５に示すようにＣｕ配線構
造体を形成する。
【００４１】次に、このＣｕ配線構造体にＡｒガスを８
０ｓｃｃｍとＨ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力を１３
３Ｐａにした雰囲気で４５０℃で２０分間の熱処理を施
す。次に、同様の雰囲気で４５０℃で２０分間の熱処理
を施す。
０ｓｃｃｍとＨ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力を１３
３Ｐａにした雰囲気で４５０℃で２０分間の熱処理を施
す。次に、同様の雰囲気で４５０℃で２０分間の熱処理
を施す。
【００４２】以上の工程により、図６に示すように、こ
のＣｕ配線構造体側壁に厚さ１〜２０ｎｍのＭｏ側壁バ
リア層１４が形成される。
のＣｕ配線構造体側壁に厚さ１〜２０ｎｍのＭｏ側壁バ
リア層１４が形成される。
【００４３】比較例１ 比較例１では、実施例１の工程で、厚さ３５０ｎｍのＣ
ｕ−Ｎ膜３を形成する工程を、Ｃｕターゲットを用いた
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、Ａｒガスを
４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ，基板温度１０
０℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ膜を形成する工程に換え
た。この場合、他は全て同一の工程を行なっても、Ｃｕ
配線構造体側壁にＭｏ層の析出はなかった。この理由
は、一般に、結晶粒径の小さい固体中では、粒界拡散の
機構が顕著に働き、添加元素の拡散速度は飛躍的に大き
くなる。このため、スパッタリング法やＣＶＤ法で作成
したＣｕ単体膜中では拡散しにくいＭｏ，Ｃｏ，Ｔａ，
ＺｒやＡｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓ
ｃ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｒ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒ
ｅ，Ｗ，Ｈｆ，Ｌａ等の広範な金属原子が、Ｎ原子が遊
離し粒界を多く含むＣｕ微結晶層中では拡散しやすくな
るためである。
ｕ−Ｎ膜３を形成する工程を、Ｃｕターゲットを用いた
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、Ａｒガスを
４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ，基板温度１０
０℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ膜を形成する工程に換え
た。この場合、他は全て同一の工程を行なっても、Ｃｕ
配線構造体側壁にＭｏ層の析出はなかった。この理由
は、一般に、結晶粒径の小さい固体中では、粒界拡散の
機構が顕著に働き、添加元素の拡散速度は飛躍的に大き
くなる。このため、スパッタリング法やＣＶＤ法で作成
したＣｕ単体膜中では拡散しにくいＭｏ，Ｃｏ，Ｔａ，
ＺｒやＡｌ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓ
ｃ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｒ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒ
ｅ，Ｗ，Ｈｆ，Ｌａ等の広範な金属原子が、Ｎ原子が遊
離し粒界を多く含むＣｕ微結晶層中では拡散しやすくな
るためである。
【００４４】実施例２ 実施例２では、上記第１の製造工程例に従って実施例１
とは異なる仕方で半導体装置を作製した。すなわち、Ｓ
ｉ半導体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２
上に、Ｗターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＷＮ膜を下層バリア層１５として形成する。次に、Ｃｕ
ターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法
により、Ａｒガスを４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７
Ｐａ，基板温度１００℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体膜
６を積層する。次に、Ｎｂターゲットを用いたＲＦマグ
ネトロンスパッタリング法により、Ａｒガス４０ｓｃｃ
ｍを導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ１００ｎｍのＮｂ拡
散源金属膜７を積層する。次に、ＥＣＲ(Electron Cycl
otron Resonance)ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガスを２０
ｓｃｃｍとＯ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１３
Ｐａで厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2膜１７を積層する。次
に、レジストを塗布した後、半導体製造プロセスで用い
られる一般的なホトリソグラフィー工程を用い、レジス
トを配線パターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactive
Ion Etching)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍとＨ2
ガスを１０ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジスト
の配線パターンをマスクとＳｉＯ2膜１７を配線パター
ンにエッチングしＳｉＯ2ハードマスクを形成する。次
に、ＲＦプラズマで励起したＯ2ガスを導入したアッシ
ング法によりレジストを除去する。
とは異なる仕方で半導体装置を作製した。すなわち、Ｓ
ｉ半導体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２
上に、Ｗターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＷＮ膜を下層バリア層１５として形成する。次に、Ｃｕ
ターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法
により、Ａｒガスを４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７
Ｐａ，基板温度１００℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体膜
６を積層する。次に、Ｎｂターゲットを用いたＲＦマグ
ネトロンスパッタリング法により、Ａｒガス４０ｓｃｃ
ｍを導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ１００ｎｍのＮｂ拡
散源金属膜７を積層する。次に、ＥＣＲ(Electron Cycl
otron Resonance)ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガスを２０
ｓｃｃｍとＯ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１３
Ｐａで厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2膜１７を積層する。次
に、レジストを塗布した後、半導体製造プロセスで用い
られる一般的なホトリソグラフィー工程を用い、レジス
トを配線パターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactive
Ion Etching)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍとＨ2
ガスを１０ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジスト
の配線パターンをマスクとＳｉＯ2膜１７を配線パター
ンにエッチングしＳｉＯ2ハードマスクを形成する。次
に、ＲＦプラズマで励起したＯ2ガスを導入したアッシ
ング法によりレジストを除去する。
【００４５】次に、イオンミリング法により、Ａｒガス
を１０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．０３ｐａ、加速電圧５
００ＶでハードマスクをマスクとしＮｂ拡散源金属膜７
およびＣｕ単体膜６およびＷＮ下層バリア層１５を配線
パターンにエッチングする。
を１０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．０３ｐａ、加速電圧５
００ＶでハードマスクをマスクとしＮｂ拡散源金属膜７
およびＣｕ単体膜６およびＷＮ下層バリア層１５を配線
パターンにエッチングする。
【００４６】次に、ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasm
a)法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１
Ｐａで、ＩＣＰコイルにＲＦ１ＫＷおよび基板にＲＦ３
００Ｗ印加し、Ｃｕ配線構造体の側壁部のＣｕを窒化
し、Ｃｕ−Ｎ領域層１６を形成し、Ｃｕ配線構造体を形
成する(図７)。
a)法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１
Ｐａで、ＩＣＰコイルにＲＦ１ＫＷおよび基板にＲＦ３
００Ｗ印加し、Ｃｕ配線構造体の側壁部のＣｕを窒化
し、Ｃｕ−Ｎ領域層１６を形成し、Ｃｕ配線構造体を形
成する(図７)。
【００４７】次に、このＣｕ配線構造体にＡｒガスを１
００ｓｃｃｍ導入し圧力を１３３Ｐａにした雰囲気で４
５０℃で２０分間の熱処理を施す。次に、Ｎ2ガスを７
０ｓｃｃｍとＮＨ3ガスを３０ｓｃｃｍ導入し圧力を１
３３Ｐａにした雰囲気で５５０℃で２０分間の窒化熱処
理工程を行なう。
００ｓｃｃｍ導入し圧力を１３３Ｐａにした雰囲気で４
５０℃で２０分間の熱処理を施す。次に、Ｎ2ガスを７
０ｓｃｃｍとＮＨ3ガスを３０ｓｃｃｍ導入し圧力を１
３３Ｐａにした雰囲気で５５０℃で２０分間の窒化熱処
理工程を行なう。
【００４８】Ｃｕ配線構造体を形成した後、Ｎ原子を含
むプラズマに晒すことにより、Ｃｕ単体膜側壁にＣｕ−
Ｎ領域が生成する。このＣｕ配線構造体に熱処理および
窒化熱処理を行なうことにより、図８に示すように、Ｎ
ｂＮ側壁バリア層１８が形成される。
むプラズマに晒すことにより、Ｃｕ単体膜側壁にＣｕ−
Ｎ領域が生成する。このＣｕ配線構造体に熱処理および
窒化熱処理を行なうことにより、図８に示すように、Ｎ
ｂＮ側壁バリア層１８が形成される。
【００４９】実施例３ 実施例３では、上記第２の製造工程例によって半導体装
置を作製した。すなわち、図９に示すように、Ｓｉ半導
体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上に、
Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０
ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴｉ
Ｎ膜を下層バリア層１１として形成する。次に、Ｃｕタ
ーゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法に
より、Ａｒガスを４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐ
ａ，基板温度１００℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体膜６
を積層する。次に、Ｔａターゲットを用いたＲＦマグネ
トロンスパッタリング法により、Ａｒガス４０ｓｃｃｍ
を導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴａ拡散源
金属膜２１を積層する。次に、Ｔｉターゲットを用いた
ＲＦマグネトロンパッタリング法により、Ｎ2ガスを２
０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２
７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴｉＮ膜を上層バリア層２２と
して形成する。次に、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Reso
nance)ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガスを２０ｓｃｃｍと
Ｏ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１３Ｐａで厚さ
１００ｎｍのＳｉＯ2膜２３を積層する。次に、レジス
トを塗布した後、半導体製造プロセスで用いられる一般
的なホトリソグラフィー工程を用い、レジストを配線パ
ターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etchin
g)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍとＨ2ガスを１０
ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジストの配線パタ
ーンをマスクとしＳｉＯ2膜２３を配線パターンにエッ
チングしＳｉＯ2ハードマスクを形成する。次に、ＲＦ
プラズマで励起したＯ2ガスを導入したアッシング法に
よりレジストを除去する。
置を作製した。すなわち、図９に示すように、Ｓｉ半導
体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上に、
Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０
ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴｉ
Ｎ膜を下層バリア層１１として形成する。次に、Ｃｕタ
ーゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング法に
より、Ａｒガスを４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐ
ａ，基板温度１００℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体膜６
を積層する。次に、Ｔａターゲットを用いたＲＦマグネ
トロンスパッタリング法により、Ａｒガス４０ｓｃｃｍ
を導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴａ拡散源
金属膜２１を積層する。次に、Ｔｉターゲットを用いた
ＲＦマグネトロンパッタリング法により、Ｎ2ガスを２
０ｓｃｃｍとＡｒガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２
７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＴｉＮ膜を上層バリア層２２と
して形成する。次に、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Reso
nance)ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガスを２０ｓｃｃｍと
Ｏ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１３Ｐａで厚さ
１００ｎｍのＳｉＯ2膜２３を積層する。次に、レジス
トを塗布した後、半導体製造プロセスで用いられる一般
的なホトリソグラフィー工程を用い、レジストを配線パ
ターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etchin
g)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍとＨ2ガスを１０
ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジストの配線パタ
ーンをマスクとしＳｉＯ2膜２３を配線パターンにエッ
チングしＳｉＯ2ハードマスクを形成する。次に、ＲＦ
プラズマで励起したＯ2ガスを導入したアッシング法に
よりレジストを除去する。
【００５０】次に、マグネトロンＲＩＥ法により、Ｓｉ
Ｃｌ4ガスを５ｓｃｃｍとＣｌ2ガスを１０ｓｃｃｍとＮ
2ガスを１０ｓｃｃｍおよびＡｒガスを１０ｓｃｃｍ導
入し圧力１．１Ｐａ、基板温度３００℃でＳｉＯ2ハー
ドマスクをマスクとしＴｉＮ上層バリア層２２およびＴ
ａ拡散源金属膜２１およびＣｕ単体膜６およびＴｉＮ下
層バリア層１１を配線パターンにエッチングし、図９に
示すようなＣｕ配線構造体を形成する。
Ｃｌ4ガスを５ｓｃｃｍとＣｌ2ガスを１０ｓｃｃｍとＮ
2ガスを１０ｓｃｃｍおよびＡｒガスを１０ｓｃｃｍ導
入し圧力１．１Ｐａ、基板温度３００℃でＳｉＯ2ハー
ドマスクをマスクとしＴｉＮ上層バリア層２２およびＴ
ａ拡散源金属膜２１およびＣｕ単体膜６およびＴｉＮ下
層バリア層１１を配線パターンにエッチングし、図９に
示すようなＣｕ配線構造体を形成する。
【００５１】次に、このＣｕ配線構造体にＡｒガスを１
００ｓｃｃｍ導入し圧力を１３３Ｐａにした雰囲気で４
５０℃で２０分間の熱処理を施す。次に、Ｎ2ガスを７
０ｓｃｃｍとＮＨ3ガスを３０ｓｃｃｍ導入し圧力を１
３３Ｐａにした雰囲気で５５０℃で２０分間の窒化熱処
理工程を行なう。
００ｓｃｃｍ導入し圧力を１３３Ｐａにした雰囲気で４
５０℃で２０分間の熱処理を施す。次に、Ｎ2ガスを７
０ｓｃｃｍとＮＨ3ガスを３０ｓｃｃｍ導入し圧力を１
３３Ｐａにした雰囲気で５５０℃で２０分間の窒化熱処
理工程を行なう。
【００５２】マグネトロンＲＩＥ法によりエッチングし
Ｃｕ配線構造体を形成する際、同時に、側壁表面にＳｉ
Ｎ系膜(ＳｉＮ側壁バリア層)２４とこのＳｉＮ系膜２４
の内部に接してＣｕ−Ｎ領域(Ｃｕ−Ｎ層)２５が生成す
る。このＣｕ配線構造体に熱処理および窒化熱処理を行
なうことにより、図１０に示すように、側壁のＳｉＮ系
膜２４の内部に厚さ１〜２０ｎｍのＴａＮ側壁バリア層
２６が形成される。
Ｃｕ配線構造体を形成する際、同時に、側壁表面にＳｉ
Ｎ系膜(ＳｉＮ側壁バリア層)２４とこのＳｉＮ系膜２４
の内部に接してＣｕ−Ｎ領域(Ｃｕ−Ｎ層)２５が生成す
る。このＣｕ配線構造体に熱処理および窒化熱処理を行
なうことにより、図１０に示すように、側壁のＳｉＮ系
膜２４の内部に厚さ１〜２０ｎｍのＴａＮ側壁バリア層
２６が形成される。
【００５３】実施例４ 実施例４では、上記第３の製造工程例によって半導体装
置を作製した。すなわち、図１１に示すように、Ｓｉ半
導体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上
に、Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＴｉＮ膜を下層酸化拡散防止バリア層(下層バリア層)１
１として形成する。次に、Ｃｕターゲットを用いたＲＦ
マグネトロンスパッタリング法により、Ａｒガスを４０
ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ、基板温度１００℃
で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体膜６を積層する。次に、Ｔ
ａターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング
法により、Ａｒガス４０ｓｃｃｍを導入し圧力０．２７
Ｐａで厚さ１００ｎｍのＴａ拡散源金属膜３２を積層す
る。次に、ＣＶＤ法により、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4ガスを２
００ｓｃｃｍとＯ2ガスを５００ｓｃｃｍ導入し、圧力
５００Ｐａ、基板温度２５０℃、ＦＲ電力４００Ｗで厚
さ８０ｎｍのＳｉＯ2膜３３を積層する。次に、レジス
トを塗布した後、半導体製造プロセスで用いられる一般
的なホトリソグラフィー工程を用い、レジストを配線パ
ターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etchin
g)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍとＨ2ガスを１０
ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジストの配線パタ
ーンをマスクとしＳｉＯ2膜３３を配線パターンにエッ
チングしＳｉＯ2ハードマスクを形成する。次に、ＲＦ
プラズマで励起したＯ2ガスを導入したアッシング法に
よりレジストを除去する。
置を作製した。すなわち、図１１に示すように、Ｓｉ半
導体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上
に、Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＴｉＮ膜を下層酸化拡散防止バリア層(下層バリア層)１
１として形成する。次に、Ｃｕターゲットを用いたＲＦ
マグネトロンスパッタリング法により、Ａｒガスを４０
ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ、基板温度１００℃
で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体膜６を積層する。次に、Ｔ
ａターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング
法により、Ａｒガス４０ｓｃｃｍを導入し圧力０．２７
Ｐａで厚さ１００ｎｍのＴａ拡散源金属膜３２を積層す
る。次に、ＣＶＤ法により、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4ガスを２
００ｓｃｃｍとＯ2ガスを５００ｓｃｃｍ導入し、圧力
５００Ｐａ、基板温度２５０℃、ＦＲ電力４００Ｗで厚
さ８０ｎｍのＳｉＯ2膜３３を積層する。次に、レジス
トを塗布した後、半導体製造プロセスで用いられる一般
的なホトリソグラフィー工程を用い、レジストを配線パ
ターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactive Ion Etchin
g)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍとＨ2ガスを１０
ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジストの配線パタ
ーンをマスクとしＳｉＯ2膜３３を配線パターンにエッ
チングしＳｉＯ2ハードマスクを形成する。次に、ＲＦ
プラズマで励起したＯ2ガスを導入したアッシング法に
よりレジストを除去する。
【００５４】次に、マグネトロンＲＩＥ法により、ＷＣ
ｌ6ガスを５ｓｃｃｍとＣｌ2ガスを１０ｓｃｃｍとＮ2
ガスおよびＡｒガスを１０ｓｃｃｍ導入し圧力１．１Ｐ
ａ、基板温度３００℃でＳｉＯ2ハードマスクをマスク
としＴａ拡散源金属膜３２およびＣｕ単体膜６およびＴ
ｉＮ下層バリア層１１を配線パターンにエッチングし、
図１１に示すようなＣｕ配線構造体を形成する。
ｌ6ガスを５ｓｃｃｍとＣｌ2ガスを１０ｓｃｃｍとＮ2
ガスおよびＡｒガスを１０ｓｃｃｍ導入し圧力１．１Ｐ
ａ、基板温度３００℃でＳｉＯ2ハードマスクをマスク
としＴａ拡散源金属膜３２およびＣｕ単体膜６およびＴ
ｉＮ下層バリア層１１を配線パターンにエッチングし、
図１１に示すようなＣｕ配線構造体を形成する。
【００５５】次に、このＣｕ配線構造体にＡｒガスを１
００ｓｃｃｍ導入し圧力を１３３Ｐａにした雰囲気で４
５０℃で２０分間の熱処理を施す。次に、Ｎ2ガスを７
０ｓｃｃｍとＮＨ3ガスを３０ｓｃｃｍ導入し圧力を１
３３Ｐａにした雰囲気で５５０℃で２０分間の窒化熱処
理工程を行なう。
００ｓｃｃｍ導入し圧力を１３３Ｐａにした雰囲気で４
５０℃で２０分間の熱処理を施す。次に、Ｎ2ガスを７
０ｓｃｃｍとＮＨ3ガスを３０ｓｃｃｍ導入し圧力を１
３３Ｐａにした雰囲気で５５０℃で２０分間の窒化熱処
理工程を行なう。
【００５６】マグネトロンＲＩＥ法によりエッチングし
Ｃｕ配線構造体を形成する際、同時に、側壁表面にＷＮ
系膜(側壁バリア層)３４とこのＷＮ系膜３４の内部に接
してＣｕ−Ｎ領域(Ｃｕ−Ｎ層)３５とが生成する。この
Ｃｕ配線構造体に熱処理および窒化熱処理を行なうこと
により、図１２に示すように、側壁バリア層３４の内部
に厚さ１〜２０ｎｍのＴａＮ側壁バリア層３６が形成さ
れる。
Ｃｕ配線構造体を形成する際、同時に、側壁表面にＷＮ
系膜(側壁バリア層)３４とこのＷＮ系膜３４の内部に接
してＣｕ−Ｎ領域(Ｃｕ−Ｎ層)３５とが生成する。この
Ｃｕ配線構造体に熱処理および窒化熱処理を行なうこと
により、図１２に示すように、側壁バリア層３４の内部
に厚さ１〜２０ｎｍのＴａＮ側壁バリア層３６が形成さ
れる。
【００５７】実施例５ 実施例５では、上記第４の製造工程例によって半導体装
置を作製した。すなわち、図１３に示すように、Ｓｉ半
導体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上
に、Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＴｉＮ膜を下層バリア層１１として形成する。次に、Ｃ
ｕターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング
法により、Ａｒガスを４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２
７Ｐａ、基板温度１００℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体
膜６を積層する。次に、Ｃｒターゲットを用いたＲＦマ
グネトロンスパッタリング法により、Ａｒガス４０ｓｃ
ｃｍを導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＣｒ拡
散源金属膜４２を積層する。次に、ＥＣＲ(Electron Cy
clotron Resonance)ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガスを２
０ｓｃｃｍとＯ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１
３Ｐａで厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2膜４３を積層する。
次に、レジストを塗布した後、半導体製造プロセスで用
いられる一般的なホトリソグラフィー工程を用い、レジ
ストを配線パターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactiv
e Ion Etching)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍと
Ｈ2ガスを１０ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジ
ストの配線パターンをマスクとしＳｉＯ2膜４３を配線
パターンにエッチングしＳｉＯ2ハードマスクを形成す
る。次に、ＲＦプラズマで励起したＯ2ガスを導入した
アッシング法によりレジストを除去する。
置を作製した。すなわち、図１３に示すように、Ｓｉ半
導体基板１上に設けられた熱酸化ＳｉＯ2絶縁膜２上
に、Ｔｉターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、Ｎ2ガスを２０ｓｃｃｍとＡｒガスを
２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍの
ＴｉＮ膜を下層バリア層１１として形成する。次に、Ｃ
ｕターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタリング
法により、Ａｒガスを４０ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２
７Ｐａ、基板温度１００℃で厚さ３５０ｎｍのＣｕ単体
膜６を積層する。次に、Ｃｒターゲットを用いたＲＦマ
グネトロンスパッタリング法により、Ａｒガス４０ｓｃ
ｃｍを導入し圧力０．２７Ｐａで厚さ４０ｎｍのＣｒ拡
散源金属膜４２を積層する。次に、ＥＣＲ(Electron Cy
clotron Resonance)ＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガスを２
０ｓｃｃｍとＯ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力０．１
３Ｐａで厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2膜４３を積層する。
次に、レジストを塗布した後、半導体製造プロセスで用
いられる一般的なホトリソグラフィー工程を用い、レジ
ストを配線パターンに形成する。次に、ＲＩＥ(Reactiv
e Ion Etching)法により、ＣＦ4ガスを３０ｓｃｃｍと
Ｈ2ガスを１０ｓｃｃｍ導入し圧力１３．３Ｐａでレジ
ストの配線パターンをマスクとしＳｉＯ2膜４３を配線
パターンにエッチングしＳｉＯ2ハードマスクを形成す
る。次に、ＲＦプラズマで励起したＯ2ガスを導入した
アッシング法によりレジストを除去する。
【００５８】次に、ＩＣＰエッチング法により、Ｃｌ2
ガスを１５ｓｃｃｍとＮ2ガスを２ｓｃｃｍおよびＡｒ
ガスを１８ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ、基板温
度３００℃、ＩＣＰコイル印加電力ＲＦ８００Ｗ、基板
印加電力ＲＦ３００Ｗで、ＳｉＯ2ハードマスクをマス
クとしＣｒ拡散源金属膜４２およびＣｕ単体膜６および
ＴｉＮ下層バリア層１１を配線パターンにエッチング
し、図１３に示すようなＣｕ配線構造体を形成する。
ガスを１５ｓｃｃｍとＮ2ガスを２ｓｃｃｍおよびＡｒ
ガスを１８ｓｃｃｍ導入し、圧力０．２７Ｐａ、基板温
度３００℃、ＩＣＰコイル印加電力ＲＦ８００Ｗ、基板
印加電力ＲＦ３００Ｗで、ＳｉＯ2ハードマスクをマス
クとしＣｒ拡散源金属膜４２およびＣｕ単体膜６および
ＴｉＮ下層バリア層１１を配線パターンにエッチング
し、図１３に示すようなＣｕ配線構造体を形成する。
【００５９】次に、このＣｕ配線構造体にＡｒガスを８
０ｓｃｃｍとＨ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力を１３
３Ｐａにした雰囲気で４５０℃で２０分間の熱処理を施
す。次に、同様の雰囲気で５５０℃で２０分間の熱処理
を施す。ＩＣＰエッチング法によりＣｕ配線構造体を形
成する際、同時に、このＣｕ配線構造体側壁にＣｕ−Ｎ
層４４が形成される。以後の熱処理工程により、図１４
に示すように、厚さ１〜２０ｎｍのＣｒ側壁バリア層４
５が形成される。
０ｓｃｃｍとＨ2ガスを２０ｓｃｃｍ導入し圧力を１３
３Ｐａにした雰囲気で４５０℃で２０分間の熱処理を施
す。次に、同様の雰囲気で５５０℃で２０分間の熱処理
を施す。ＩＣＰエッチング法によりＣｕ配線構造体を形
成する際、同時に、このＣｕ配線構造体側壁にＣｕ−Ｎ
層４４が形成される。以後の熱処理工程により、図１４
に示すように、厚さ１〜２０ｎｍのＣｒ側壁バリア層４
５が形成される。
【００６０】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶
縁膜上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領
域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層とを有するＣ
ｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散
源金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を
行なって形成するので、より低い拡散熱処理温度および
より短かい拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ
配線が形成が可能となる。
発明によれば、半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶
縁膜上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領
域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層とを有するＣ
ｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散
源金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を
行なって形成するので、より低い拡散熱処理温度および
より短かい拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ
配線が形成が可能となる。
【００６１】また、請求項２記載の発明によれば、半導
体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体
膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡
散源金属層を設け、マスク形成後、ＳｉＣｌ4，ＳｉＨ
Ｃｌ3，ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，ＳｉＨ4ガスの
うちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうち
の少なくとも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＳｉ
原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０以上になるように導入
して、ドライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線
構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側
壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、
Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子
を含む側壁バリア層を熱処理を行なって形成するので、
より低い拡散熱処理温度およびより短かい拡散熱処理時
間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線が形成が可能とな
る。
体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体
膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡
散源金属層を設け、マスク形成後、ＳｉＣｌ4，ＳｉＨ
Ｃｌ3，ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃｌ，ＳｉＨ4ガスの
うちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうち
の少なくとも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＳｉ
原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０以上になるように導入
して、ドライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線
構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側
壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、
Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子
を含む側壁バリア層を熱処理を行なって形成するので、
より低い拡散熱処理温度およびより短かい拡散熱処理時
間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線が形成が可能とな
る。
【００６２】また、請求項３記載の発明によれば、半導
体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体
膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡
散源金属層を設け、マスク形成後、ＷＦ6，ＷＣｌ6ガス
のうちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのう
ちの少なくとも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＷ
原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上になるように導入し
て、ドライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線構
造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁
中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、配
線構造体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む
側壁バリア層を熱処理を行なって形成するので、より低
い拡散熱処理温度およびより短かい拡散熱処理時間で耐
酸化耐拡散性のあるＣｕ配線が形成が可能となる。
体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体
膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡
散源金属層を設け、マスク形成後、ＷＦ6，ＷＣｌ6ガス
のうちの少なくとも１つのガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのう
ちの少なくとも１つのガスとを含むガスを、Ｎ原子とＷ
原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上になるように導入し
て、ドライエッチング法により所定の形状にＣｕ配線構
造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁
中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、配
線構造体の側壁に、拡散源金属層を構成する原子を含む
側壁バリア層を熱処理を行なって形成するので、より低
い拡散熱処理温度およびより短かい拡散熱処理時間で耐
酸化耐拡散性のあるＣｕ配線が形成が可能となる。
【００６３】また、請求項４記載の発明によれば、半導
体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体
膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡
散源金属層を設け、マスク形成後、Ｃｌ2ガスと、Ｎ2，
ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つを含むガスとを、Ｎ
原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)が０．００１〜１．
０となるように導入して、ドライエッチング法により所
定の形状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ
配線構造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を
含む領域を形成し、Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散源金
属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行な
って形成するので、より低い拡散熱処理温度およびより
短かい拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線
が形成が可能となる。
体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶縁膜上に、Ｃｕ単体
膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側および／または下側に拡
散源金属層を設け、マスク形成後、Ｃｌ2ガスと、Ｎ2，
ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つを含むガスとを、Ｎ
原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)が０．００１〜１．
０となるように導入して、ドライエッチング法により所
定の形状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ
配線構造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を
含む領域を形成し、Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散源金
属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行な
って形成するので、より低い拡散熱処理温度およびより
短かい拡散熱処理時間で耐酸化耐拡散性のあるＣｕ配線
が形成が可能となる。
【図１】本発明に係る半導体装置の第１の製造工程例の
第１の具体例を説明するための図である。
第１の具体例を説明するための図である。
【図２】図１の製造工程例の変形例を説明するための図
である。
である。
【図３】本発明に係る半導体装置の第１の製造工程例の
第２の具体例を説明するための図である。
第２の具体例を説明するための図である。
【図４】図３の製造工程例の変形例を説明するための図
である。
である。
【図５】実施例１を説明するための図である。
【図６】実施例１を説明するための図である。
【図７】実施例２を説明するための図である。
【図８】実施例２を説明するための図である。
【図９】実施例３を説明するための図である。
【図１０】実施例３を説明するための図である。
【図１１】実施例４を説明するための図である。
【図１２】実施例４を説明するための図である。
【図１３】実施例５を説明するための図である。
【図１４】実施例５を説明するための図である。
１ 半導体基板 ２ ＳｉＯ2絶縁膜 ３ Ｃｕ-Ｎ領域膜 ４ 拡散源金属層 ５ Ｃｕ単体膜 ６ Ｃｕ単体膜 ７ 拡散源金属層 ８ Ｃｕ-Ｎ領域層 ９ 側壁バリア層 １１ ＴｉＮ下層バリア層 １２ ＴｉＮ上層バリア層 １３ ＳｉＮ膜 １４ Ｍｏ側壁バリア層 １５ ＷＮ下層バリア膜 １６ Ｃｕ−Ｎ領域層 １７ ＳｉＯ2膜 １８ ＮｂＮ側壁バリア層 ２１ Ｔａ拡散源金属膜 ２２ ＴｉＮ上層バリア膜 ２３ ＳｉＯ2膜 ２４ ＳｉＮ側壁バリア層 ２５ Ｃｕ−Ｎ層 ２６ ＴａＮ側壁バリア層 ３２ Ｔａ拡散源金属膜 ３３ ＳｉＯ2膜 ３４ ＷＮ側壁バリア層 ３６ ＴａＮ側壁バリア層 ４２ Ｃｒ拡散源金属膜 ４３ ＳｉＯ2膜 ４４ Ｃｕ−Ｎ層 ４５ Ｃｒ側壁バリア層
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶
縁膜上に、２５ａｔ．％以下のＮ原子を含むＣｕ-Ｎ領
域と該Ｃｕ-Ｎ領域に接する拡散源金属層とを有するＣ
ｕ配線構造体を設け、該Ｃｕ配線構造体の側壁に、拡散
源金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を
行なって形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】 半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶
縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側およ
び／または下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、
ＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3，ＳｉＨ2，Ｃｌ2，ＳｉＨ3Ｃ
ｌ，ＳｉＨ4ガスのうちの少なくとも１つのガスと、
Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つのガスとを含む
ガスを、Ｎ原子とＳｉ原子の存在比(Ｎ／Ｓｉ)が１．０
以上になるように導入して、ドライエッチング法により
所定の形状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃ
ｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子
を含む領域を形成し、前記Ｃｕ配線構造体の側壁に、前
記拡散源金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱
処理を行なって形成することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３】 半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶
縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側およ
び／または下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、
ＷＦ6，ＷＣｌ6ガスのうちの少なくとも１つのガスと、
Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つのガスとを含む
ガスを、Ｎ原子とＷ原子の存在比(Ｎ／Ｗ)が１．０以上
になるように導入して、ドライエッチング法により所定
の形状にＣｕ配線構造体を形成すると同時に、該Ｃｕ配
線構造体のＣｕ側壁中に２５ａｔ．％以下のＮ原子を含
む領域を形成し、前記配線構造体の側壁に、前記拡散源
金属層を構成する原子を含む側壁バリア層を熱処理を行
なって形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４】 半導体基板上に設けられたＳｉＯ2系絶
縁膜上に、Ｃｕ単体膜を設け、該Ｃｕ単体膜の上側およ
び／または下側に拡散源金属層を設け、マスク形成後、
Ｃｌ2ガスと、Ｎ2，ＮＨ3ガスのうちの少なくとも１つ
を含むガスとを、Ｎ原子とＣｌ原子の存在比(Ｎ／Ｃｌ)
が０．００１〜１．０となるように導入して、ドライエ
ッチング法により所定の形状にＣｕ配線構造体を形成す
ると同時に、該Ｃｕ配線構造体のＣｕ側壁中に２５ａ
ｔ．％以下のＮ原子を含む領域を形成し、前記Ｃｕ配線
構造体の側壁に、前記拡散源金属層を構成する原子を含
む側壁バリア層を熱処理を行なって形成することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10545498A JPH11288936A (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10545498A JPH11288936A (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11288936A true JPH11288936A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=14408044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10545498A Pending JPH11288936A (ja) | 1998-04-01 | 1998-04-01 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11288936A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005347654A (ja) * | 2004-06-07 | 2005-12-15 | Kyushu Institute Of Technology | 銅表面保護膜の形成方法と保護膜の形成された銅表面の処理方法 |
| JP2006024943A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 導電性材料とその製法 |
| WO2008044757A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Ulvac, Inc. | Conductive film forming method, thin film transistor, panel with thin film transistor and thin film transistor manufacturing method |
| JP2011258871A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Fujitsu Ltd | 回路基板及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-04-01 JP JP10545498A patent/JPH11288936A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005347654A (ja) * | 2004-06-07 | 2005-12-15 | Kyushu Institute Of Technology | 銅表面保護膜の形成方法と保護膜の形成された銅表面の処理方法 |
| JP2006024943A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 導電性材料とその製法 |
| WO2008044757A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Ulvac, Inc. | Conductive film forming method, thin film transistor, panel with thin film transistor and thin film transistor manufacturing method |
| JP2011258871A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Fujitsu Ltd | 回路基板及びその製造方法 |
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