JPH11297699A - 拡散バリア層およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散バリア層は、窒化チタンで形成すると拡
散バリア性は確保できるが密着性が低下し、チタンで形
成すると密着性は確保できるが拡散バリア性が低下し、
両方の特性を満足させることが困難であった。 【解決手段】 高融点金属材料からなる拡散バリア層２
１であって、拡散バリア層２１の最上部となる第２の窒
化チタン膜２３は、それよりも下部となる第１の窒化チ
タン膜２２よりも密度が低く形成されているものであ
り、低密度で形成される第２の窒化チタン膜２３により
密着性が確保され、高密度に形成される第１の窒化チタ
ン膜２２により拡散バリア性が確保されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、拡散バリアおよび
その製造方法に関し、詳しくは、半導体装置の銅膜また
は銅合金膜の下地となる拡散バリア層およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりＬＳＩの配線材料としては、ア
ルミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩ
の微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウ
ム合金配線では十分な配線の信頼性や、低い配線抵抗の
確保が困難になってきている。その対策として、アルミ
ニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優
れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実
用化に向けて検討されている。

【０００３】銅配線を形成する技術としては、従来通
り、銅のドライエッチングにより形成する方法の他に、
一般に銅のドライエッチングが容易でないこと等の理由
から、いわゆる溝配線による方法が検討されている。溝
配線とは、酸化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝
を形成しておき、その溝に配線材料を埋め込み、その後
に溝外の余剰な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰ
という、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の
略）等によって除去することにより形成する配線をい
う。配線材料を埋め込む方法としては、電解めっき法、
化学的気相成長（以下ＣＶＤという、ＣＶＤはChemical
Vapor Deposition の略）、スパッタ成膜した後にリフ
ローする方法等が検討されている。

【０００４】銅は熱処理により酸化シリコン中に拡散す
る性質を持つ。そのような銅の拡散を防ぐには、図６に
示すように、酸化シリコン膜１１１に形成された溝１１
２内の銅配線１２１とその酸化シリコン膜１１１との界
面部分に、銅の拡散に対する何らかの拡散バリア層１３
１を形成することが必要となる。その拡散バリア層１３
１の材料としては、一般に、窒化チタン（ＴｉＮ）、タ
ンタル（Ｔａ）、タンタル合金、タングステン（Ｗ）、
タングステン合金等から選択して用いられている。窒化
チタンはアルミニウム合金配線の時代から用いられてき
た材料であるため、扱い易いという利点があるが、拡散
バリア性はタンタル合金またはタングステン合金の方が
高いとされている。また上記拡散バリア材料は、酸化シ
リコンへの拡散防止機能のみならず、リフロー法により
銅を埋め込む際において、埋め込み性を向上させる機能
をも有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅は上
記拡散バリア層との密着性が悪いために、図７に示すよ
うに、拡散バリア層１３１から銅膜１２０が剥がれると
いう問題を生じる。密着性は、一般にバリア性が向上す
るにつれて劣化する傾向にある。密着性が不足すると、
後のプロセスにおいて膜剥がれ等の問題を生じる。例え
ば、ＣＭＰ工程時に密着性が不十分な銅配線の部分１２
０ｐが剥がれて、研磨パッド１５１の回転によりその剥
がれた部分１２０ｐが銅膜１２０の表面を引っかき、ス
クラッチと呼ばれる傷Ｓをつける。また図８に示すよう
に、銅配線形成後の製造プロセスに起因して拡散バリア
層１３１から銅配線１２０自体が剥がれる。このような
問題により、配線の性能および信頼性が深刻な影響を受
ける。一方、例えば拡散バリア層を銅との密着性に優れ
たチタン膜で形成した場合には、銅に対する拡散バリア
性が不十分になり、また後の熱処理によりチタンと銅と
が反応して銅配線の抵抗を上昇させるという問題を生じ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた拡散バリア層およびその製造方法
である。本発明の拡散バリア層は、拡散バリア性を有す
る高融点金属材料からなるものであって、その最上部が
該最上部の下部よりも密度の低い高融点金属材料で形成
されているものである。

【０００７】上記拡散バリア層では、その最上部が、該
最上部の下部よりも密度の低い高融点金属材料で形成さ
れていることから、最上部の表面に形成される膜、例え
ば銅や銅合金との密着性が高まり、また最上部よりも下
部は、最上部よりも密度が高い膜となることから、銅に
対する拡散バリア性が確保される。例えば、上記拡散バ
リア層は、高融点金属材料層の複数層からなり、その最
上部は該最上部の下層よりも密度の低い高融点金属材料
層からなるものであれば、最上層の高融点金属材料層が
密着層としての機能を持ち、その下層には拡散バリア層
としての機能が確保されることになる。また拡散バリア
層が高融点金属材料からなり、その最上部は該最上部の
下部より連続的に密度を低下させた高融点金属材料から
なるものであれば、最上部の高融点金属材料が密着層と
しての機能を持ち、この最上部よりも下部の高融点金属
材料には拡散バリア層としての機能が確保される。

【０００８】本発明の拡散バリア層の製造方法は、高融
点金属材料からなり、最上部がその下部よりも密度の低
い高融点金属材料で形成される拡散バリア層の製造方法
であって、拡散バリア層をスパッタリングにより成膜す
る際に、拡散バリア層の最上部を形成する際のスパッタ
リング雰囲気の圧力を、その最上部よりも下部の高融点
金属材料を堆積する際のスパッタリング雰囲気の圧力よ
りも高めてスパッタリングを行うことにより、該最上部
の高融点金属材料の密度をその下部に堆積した高融点金
属材料の密度よりも低下させるという方法である。

【０００９】上記拡散バリア層の製造方法では、拡散バ
リア層の最上部を形成する際のスパッタリング雰囲気の
圧力を、その最上部よりも下部の高融点金属材料を堆積
する際のスパッタリング雰囲気の圧力よりも高めて、ス
パッタリングを行うことから、少なくとも最上部の高融
点金属材料の密度をその下部に堆積した高融点金属材料
の密度よりも低くなる状態で拡散バリア層が形成され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の拡散バリア層に係わる第
１の実施の形態の一例を、図１の概略構成図によって説
明する。

【００１１】図１の（１）に示すように、層間絶縁膜１
には凹部２が形成されている。この凹部２は、溝、接続
孔または溝およびその底部に形成した接続孔からなる。
上記凹部２の内壁および層間絶縁膜１上には拡散バリア
層２１が形成されている。この拡散バリア層２１は、拡
散バリア性を有する高融点金属材料である高密度の窒化
チタン膜（以下第１の窒化チタン膜という）２２と、第
１の窒化チタン膜２２膜よりも密度の低いもので、第１
の窒化チタン膜２２上に形成されているもので高融点金
属材料である低密度の窒化チタン膜（以下第２の窒化チ
タン膜という）２３とからなる。

【００１２】上記拡散バリア層２１の構造を、図１の
（２）の模式図によって説明する。図１の（２）に示す
ように、下層に形成されている第１の窒化チタン膜２２
は、柱状結晶構造を有する高密度で緻密な膜で構成され
ている。そのため、良好なバリア性が得られるので、拡
散バリア層２１上に形成される配線層（図示省略）とな
る銅の拡散が防止される。一方、第２の窒化チタン膜２
３は、上記第１の窒化チタン膜２２と比べて、柱状結晶
の粒界に隙間が多い状態に形成される、低い密度の粗い
膜からなる。このような第２の窒化チタン膜２３は、バ
リア性は不十分ではあるが、拡散バリア層２１上に形成
される配線層となる銅との密着性は良好となる性質を有
する。それは、粒界に隙間ができることにより、銅との
接触面積が増加することが一因であるといえる。したが
って、第２の窒化チタン膜２３は銅との密着層の機能を
持つ。

【００１３】よって、上記拡散バリア層２１は、上層の
第２の窒化チタン膜２３により銅との良好なる密着性が
得られ、下層の第１の窒化チタン膜２２により良好なる
銅に対する拡散バリア性が得られる。

【００１４】次いで、上記拡散バリア層２１の製造方法
を、図２の製造工程図により説明する。図２では、上記
図１によって説明した構成部品と同様のものには、同一
符号を付与する。

【００１５】図２の（１）に示すように、通常のレジス
ト塗布、リソグラフィー技術およびエッチング技術によ
り、層間絶縁膜１に凹部２を形成した後、エッチングマ
スクに用いたレジストを除去する。上記凹部２は、溝、
接続孔または溝およびその底部に形成した接続孔からな
る。

【００１６】次いで、通常もしくは比較的低い圧力の雰
囲気にて、密度の高い第１の窒化チタン膜２２を形成す
る。この第１の窒化チタン膜２２をスパッタリングにて
成膜する条件の一例としては、プロセスガスに、アルゴ
ン（例えば供給流量を２０ｓｃｃｍとする）と窒素（例
えば供給流量を７０ｓｃｃｍとする）とを用い、スパッ
タリング装置のＤＣパワーを８ｋＷ、スパッタリング雰
囲気の圧力を０．３Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定す
る。

【００１７】図２の（２）に示すように、上記第１の窒
化チタン膜２２は、柱状結晶構造を有する高密度で緻密
な膜となり、銅に対する良好な拡散バリア性が得られ
る。

【００１８】次にスパッタリング時のガス流量を増加さ
せ、比較的高い圧力雰囲気にて、図２の（３）に示すよ
うに、上記第１の窒化チタン膜２２上に、この第１の窒
化チタン膜２２よりに密度の低い第２の窒化チタン膜２
３を形成する。この第２の窒化チタン膜２３をスパッタ
リングにて成膜する条件の一例としては、プロセスガス
に、アルゴン（例えば供給流量を４０ｓｃｃｍとする）
と窒素（例えば供給流量を１４０ｓｃｃｍとする）とを
用い、スパッタリング装置のＤＣパワーを８ｋＷ、スパ
ッタリング雰囲気の圧力を０．６Ｐａ、成膜温度を１５
０℃に設定する。このようにして、第１，第２の窒化チ
タン膜２２，２３からなる拡散バリア層２１を構成す
る。

【００１９】図２の（２）に示すように、上記第２の窒
化チタン膜２３は、上記第１の窒化チタン膜２２と比べ
て、柱状結晶の粒界に隙間が多く存在する、低い密度の
粗い膜となる。このような低い密度の第２の窒化チタン
膜２３は、銅に対する拡散バリア性は不十分ではある
が、銅との密着性は良好である性質を有する。それは隙
間ができることにより、銅との接触面積が増加すること
が一因であるといえる。良好な密着性を得るために必要
な圧力は、本発明者の実験では窒化チタンのスパッタリ
ング雰囲気の圧力が０．５Ｐａ以上であることが必要で
あった。

【００２０】スパッタ中の成膜雰囲気の圧力が高い場合
には、低い密度の窒化チタン膜が形成されるのは、スパ
ッタリング装置のターゲット面からたたき出された窒化
チタン粒子がウエハに到達する間に雰囲気ガスとの衝突
により多くのエネルギーを失うため、ウエハに入射した
際の表面拡散が減少するためである。

【００２１】次に第２の実施の形態として、拡散バリア
層の別の構成を、図３により以下に説明する。

【００２２】図３に示すように、層間絶縁膜１に形成し
た溝、接続孔等の凹部２の内壁および層間絶縁膜１上
に、高密度の第１の窒化チタン膜２２を、上記説明した
のと同様に形成する。さらに、この第１の窒化チタン膜
２２の表面に、表層に向かうにしたがって密度が連続的
（または段階的）低くなる第２の窒化チタン膜２４を形
成する。したがって、第２の窒化チタン膜２４の上記第
１の窒化チタン膜２２側の密度は第１の窒化チタン膜２
２とほぼ同等になっていて、第２の窒化チタン膜２４の
表層の密度は第１の窒化チタン膜２２よりも低くなって
いる。

【００２３】上記図３によって説明した拡散バリア層２
１における第１の窒化チタン膜２２は、柱状結晶構造を
有する高密度で緻密な膜で構成されている。そのため、
銅に対する良好なる拡散バリア性が得られる。一方、第
２の窒化チタン膜２４は、少なくともその表層が上記第
１の窒化チタン膜２２と比べて、柱状結晶の粒界に隙間
が多い状態に形成されているため、低い密度の粗い膜と
なる。このような第２の窒化チタン膜２４は、銅に対す
る拡散バリア性は不十分ではあるが、拡散バリア層２１
上に形成される配線層の銅との密着性は良好となる性質
を有するものとなる。それは、隙間ができることによ
り、銅との接触面積が増加することが一因であるといえ
る。よって、第２の窒化チタン膜２４は銅との密着層の
機能を持つ。

【００２４】よって、上記拡散バリア層２１は、上層の
第２の窒化チタン膜２４により銅に対する良好なる密着
性が得られ、下層の第１の窒化チタン膜２２により銅に
対する良好なる拡散バリア性が得られる。

【００２５】上記説明したような、連続的（または段階
的）に密度を低下させた第２の窒化チタン膜２４を形成
するには、高密度の第１の窒化チタン膜２２を成膜した
スパッタリング雰囲気の圧力から、プロセスガスの供給
流量を連続的（または段階的）に増加させてスパッタリ
ング雰囲気の圧力を連続的（または段階的）に高めなが
らスパッタリングを行えばよい。またはスパッタリング
雰囲気からのプロセスガスの排気流量を連続的（または
段階的）に減少させてスパッタリング雰囲気の圧力を連
続的（または段階的）に高めながらスパッタリングを行
えばよい。

【００２６】次に、本発明を銅の溝配線に適用した一例
を、図４の製造工程図によって説明する。

【００２７】図４の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜として酸化シリコ
ン（以下ＰＥ−ＳｉＯ₂ と記す）膜１３を例えば８００
ｎｍの厚さに形成する。さらに窒化シリコン（以下ＰＥ
−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば５０ｎｍの厚さに形成
する。

【００２８】次に、通常のリソグラフィー技術および反
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはRe
active Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜
１４に、例えば下層配線１１に通じる接続孔の一部とな
る開口部１５を形成する。その孔径は、例えば０，３μ
ｍとした。

【００２９】さらに図４の（２）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上かつ上
記開口部１５上に絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ₂ 膜１６を
例えば５００ｎｍの厚さに形成する。次いでリソグラフ
ィー技術とエッチングとにより、このＰＥ−ＳｉＯ₂ 膜
１６に溝１７を、この溝１７の底部に上記開口部１５が
存在するように形成する。したがって、この溝１７の幅
は例えば０．４μｍとした。さらに上記エッチングによ
り、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をマスクにして、上記ＰＥ
−ＳｉＯ₂ 膜１３に下層配線１１に通じる接続孔１８を
形成する。このため、接続孔１８の上記開口部１５の口
径とほぼ同等の０．３μｍとなる。

【００３０】次いで図４の（３）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記溝１７および接続孔
１８の各内壁に、高密度の第１の窒化チタン膜２２を例
えば５０ｎｍの厚さに形成する。この第１の窒化チタン
膜２２の成膜条件の一例としては、プロセスガスに、ア
ルゴン（例えば供給流量を２０ｓｃｃｍとする）と窒素
（例えば供給流量を７０ｓｃｃｍとする）とを用い、ス
パッタリング装置のＤＣパワーを８ｋＷ、スパッタリン
グ雰囲気の圧力を０．３Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設
定する。その結果、第１の窒化チタン膜２２は、柱状結
晶構造を有する高密度で緻密な膜で形成される。そのた
め、良好なバリア性が得られる。

【００３１】さらに上記第１の窒化チタン膜２２よりも
低い密度の第２の窒化チタン膜２３を例えば２０ｎｍの
厚さに形成する。この第２の窒化チタン膜２３の成膜条
件の一例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば
供給流量を４０ｓｃｃｍとする）と窒素（例えば供給流
量を１４０ｓｃｃｍとする）とを用い、スパッタリング
装置のＤＣパワーを８ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧
力を０．６Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定する。その
結果、第２の窒化チタン膜２３は、上記第１の窒化チタ
ン膜２２と比べて、柱状結晶の粒界に隙間が多く存在す
る、低い密度の粗い膜で形成される。このような低い密
度の第２の窒化チタン膜２３は、バリア性が不十分では
あるが、銅との密着性は良好である性質を有する。それ
は、隙間ができることにより、銅との接触面積が増加す
ることが一因であるといえる。良好な密着性を得るため
に必要なスパッタリング雰囲気の圧力は０．５Ｐａ以上
であることが必要である。このように、第１，第２の窒
化チタン膜２２，２３により拡散バリア層２１を形成す
る。

【００３２】次いで図４の（４）に示すように、ＤＣマ
グネトロンスパッタ法により、上記第２の窒化チタン膜
２３の表面に銅を堆積して、後の電解めっき工程におけ
る銅成長のシードとなるシード層２５を例えば１００ｎ
ｍの厚さに形成する。上記シード層２５の成膜条件の一
例としては、プロセスガスに、アルゴン（例えば供給流
量を４０ｓｃｃｍとする）を用い、スパッタリング装置
のＤＣパワーを１２ｋＷ、スパッタリング雰囲気の圧力
を０．３Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定する。

【００３３】次いで図４の（５）に示すように、電解め
っき法により、上記接続孔１８および溝１７を埋め込む
とともに上記シード層２５〔前記図４の（４）参照〕上
に銅を堆積して銅膜２６を形成する。以下、シード層２
５と電解めっきにより堆積した銅との境界の図示は省略
した。この電解めっきによる銅の成膜条件の一例として
は、めっき液に、硫酸銅（例えば６７ｇ／ｄｍ³ とす
る）と硫酸（例えば１７０ｇ／ｄｍ³ とする）と塩酸
（例えば７０ｐｐｍとする）とを用い、印加電流を＋９
Ａ、めっき液温度を２５℃に設定して、１μｍの厚さに
銅を堆積した。

【００３４】その後、化学的機械研磨（以下ＣＭＰとい
う、ＣＭＰはChemical MechanicalPolishing の略）に
より、接続孔１８および溝１７の外にある余分な銅膜２
６および第１，第２の窒化チタン膜２２，２３を除去す
る。その結果、図４の（６）に示すように、接続孔１８
および溝１７の各内部に銅膜２６および第１，第２の窒
化チタン膜２２，２３が残されて、その銅膜２６等によ
り配線２７および接続プラグ２８が形成される。

【００３５】このように、本発明の拡散バリア層２１
は、溝配線、接続孔に形成されるプラグ、通常の配線等
の拡散バリア層に適用することが可能である。また、上
記説明したように、いわゆるデュアルダマシンプロセス
に適用することが可能である。当然のことながら、通常
の溝配線を形成するダマシンプロセスに適用することも
可能であり、また接続孔に埋め込むとともに銅配線を形
成するプロセスにも適用することが可能である。

【００３６】次に、本発明を銅配線に適用した一例を、
図５の製造工程図によって説明する。図５では、一例と
して、リソグラフィー技術とエッチング技術によりパタ
ーニングして形成する銅配線の製造工程を示す。

【００３７】図５の（１）に示すように、基板（図示省
略）上に素子等（図示省略）を形成、さらに下層配線１
１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによっ
てその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１
１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ法
により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜としてＰＥ−Ｓｉ
Ｏ₂ 膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。通常
のタングステンプラグの形成技術により、上記ＰＥ−Ｓ
ｉＯ₂ 膜１３に、下層配線１１に通じる接続孔１９を形
成した後、この接続孔１９の内部に下地膜となる窒化チ
タン膜（図示省略）を介してプラグ２０を、例えばタン
グステンで形成する。

【００３８】次いでＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、上記プラグ２０およびＰＥ−ＳｉＯ₂ 膜１３上に、
高密度の第１の窒化チタン膜２２を例えば５０ｎｍの厚
さに形成する。この第１の窒化チタン膜２２の成膜条件
の一例としては、前記図２によって説明したのと同様で
ある。その結果、第１の窒化チタン膜２２は、柱状結晶
構造を有する高密度で緻密な膜で形成される。そのた
め、銅に対する良好なる拡散バリア性が得られる。

【００３９】さらに上記第１の窒化チタン膜２２よりも
低い密度の第２の窒化チタン膜２３を例えば２０ｎｍの
厚さに形成する。この第２の窒化チタン膜２３の成膜条
件の一例としては、前記図２によって説明したのと同様
である。その結果、第２の窒化チタン膜２３は、上記第
１の窒化チタン膜２２と比べて、柱状結晶の粒界に隙間
が多く存在する、低い密度の粗い膜で形成される。この
ような低い密度の第２の窒化チタン膜２３は、バリア性
が不十分ではあるが、銅との密着性が良好なる性質を有
する。それは、隙間ができることにより、銅との接触面
積が増加することが一因であるといえる。良好な密着性
を得るために必要なスパッタリング雰囲気の圧力は０．
５Ｐａ以上であることが必要である。このように、第
１，第２の窒化チタン膜２２，２３により拡散バリア層
２１を形成する。

【００４０】次いで図５の（２）に示すように、電解め
っき法により、上記第２の窒化チタン膜２３上に銅を堆
積して銅膜を、例えば５００ｎｍの厚さに形成する。こ
の銅膜は、前記説明したように電解めっき法によって成
膜してもよく、またはスパッタリングによって成膜して
もよい。

【００４１】続いて、酸化シリコン膜を成膜した後、リ
ソグラフィー技術とエッチング技術とにより、その酸化
シリコンをパターニングして無機マスク（図示省略）を
形成する。そしてその無機マスクをエッチングマスクに
用いたドライエッチングにより、上記銅膜、第１，第２
の窒化チタン膜２２，２３をパターニングして、プラグ
２０に接続する銅配線２９を形成する。ここでは、ドラ
イエッチングにヘリコン波プラグソース搭載のエッチン
グ装置を用い、またエッチングガスには塩素を用いた。

【００４２】上記説明では、第２の窒化チタン膜２３を
形成する際に、スパッタリング雰囲気の圧力を高める方
法として、プロセスガスの流量を多くしたが、例えばス
パッタリング雰囲気では真空ポンプ（通常はクライオポ
ンプまたはターボポンプ）を用いて排気しているので、
その排気量を減少させることによりスパッタリング雰囲
気の圧力を高めてもよい。その排気量の調整の一方法と
しては、スパッタリング雰囲気と排気系との間に設けら
れているゲートバルブの開度を変化させればよい。ゲー
トバルブの開度を大きくすればスパッタリング雰囲気の
圧力は低下し、ゲートバルブの開度を小さくすればスパ
ッタリング雰囲気の圧力は増加する。

【００４３】上記拡散バリア層２１は、密度の異なる窒
化チタンで形成したが、拡散バリア性を有する高融点金
属材料であれば窒化チタン以外の材料で形成することが
可能である。例えば、窒化チタンの他には、タンタル、
窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、また
は窒化ケイ化タングステンを用いて形成することも可能
である。

【００４４】また、配線材料としては、銅の他に、銅合
金を用いることも可能である。この銅合金の一例として
は、ジルコニウム銅がある。

【００４５】さらに銅を溝に埋め込む方法としては、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタ法により銅を成膜した後、加熱
処理を行って、銅をリフローさせて溝や接続孔内に埋め
込んでもよい。このリフロー条件の一例として、リフロ
ー雰囲気をアルゴンガス雰囲気とし、その雰囲気の圧力
を大気圧とし、リフロー時間を１時間とした。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の拡散バリ
ア層によれば、その最上部が、該最上部の下部よりも密
度の低い高融点金属材料で形成されているので、最上部
はその表面に形成される膜との密着性を高くすることが
可能になり、また最上部よりも下部は最上部よりも密度
が高い膜となるので、拡散バリア性を確保することがで
きる。よって、銅配線においては、良好なる拡散バリア
性および銅との密着性を有する拡散バリア層となる。こ
れにより、拡散バリア層上に銅または銅合金からなる膜
を形成した際に、拡散バリア層の下地への銅の拡散を防
止することができるとともに、拡散バリア層上における
銅の膜剥がれを防止することができる。

【００４７】上記拡散バリア層の製造方法では、拡散バ
リア層の最上部を形成する際のスパッタリング雰囲気の
圧力を、その最上部よりも下部の高融点金属材料を堆積
する際のスパッタリング雰囲気の圧力よりも高めて、ス
パッタリングを行うことから、少なくとも最上部の高融
点金属材料の密度をその下部に堆積した高融点金属材料
の密度よりも低くなる状態で拡散バリア層を形成するこ
とができる。その結果、拡散バリア層とその表面に形成
される膜との密着性の向上が図れ、拡散バリア層の下部
における拡散バリア性を確保することができる。よっ
て、銅配線の形成においては、良好なる拡散バリア性お
よび銅との密着性を有する拡散バリア層を形成すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の拡散バリア層に係わる第１の実施の形
態を説明する概略構成図である。

【図２】本発明の拡散バリア層の製造方法に係わる実施
の形態を説明する製造工程図である。

【図３】本発明の拡散バリア層に係わる第２の実施の形
態を説明する概略構成図である。

【図４】本発明を銅の溝配線の形成に適用した一例の製
造工程図である。

【図５】本発明を銅配線の形成に適用した一例の製造工
程図である。

【図６】従来の技術に係わる拡散防止膜の説明図であ
る。

【図７】剥がれに係わる課題の説明図である。

【図８】剥がれに係わる課題の説明図である。

【符号の説明】 ２１…拡散バリア層、２２…第１の窒化チタン膜、２３
…第２の窒化チタン膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 拡散バリア性を有する高融点金属材料か
   らなる拡散バリア層において、 前記拡散バリア層の最上部は、該最上部の下部よりも密
   度の低い高融点金属材料で形成されていることを特徴と
   する拡散バリア層。
2. 【請求項２】 請求項１記載の拡散バリア層において、 前記拡散バリア層は複数層の高融点金属材料層からな
   り、その最上部の高融点金属材料層は、該最上部の高融
   点金属材料層の下層よりも密度の低い高融点金属材料層
   からなることを特徴とする拡散バリア層。
3. 【請求項３】 請求項１記載の拡散バリア層において、 前記拡散バリア層の最上部は、該最上部の下部より連続
   的に密度を低下させた高融点金属材料からなることを特
   徴とする拡散バリア層。
4. 【請求項４】 請求項１記載の拡散バリア層において、 前記拡散バリア層は銅膜または銅合金膜の下地層である
   ことを特徴とする拡散バリア層。
5. 【請求項５】 請求項２記載の拡散バリア層において、 前記拡散バリア層は銅膜または銅合金膜の下地層である
   ことを特徴とする拡散バリア層。
6. 【請求項６】 請求項３記載の拡散バリア層において、 前記拡散バリア層は銅膜または銅合金膜の下地層である
   ことを特徴とする拡散バリア層。
7. 【請求項７】 高融点金属材料からなり、最上部がその
   下部よりも密度の低い高融点金属材料で形成される拡散
   バリア層の製造方法であって、 前記拡散バリア層をスパッタリングにより成膜する際
   に、 前記拡散バリア層の最上部を形成する際の前記スパッタ
   リング雰囲気の圧力を、その最上部よりも下部の高融点
   金属材料を堆積する際のスパッタリング雰囲気の圧力よ
   りも高めてスパッタリングを行うことにより、該最上部
   の高融点金属材料の密度をその下部に堆積した高融点金
   属材料の密度よりも低下させることを特徴とする拡散バ
   リア層の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の拡散バリア層の製造方法
   において、 前記スパッタリング雰囲気の圧力を、該スパッタリング
   雰囲気に供給するプロセスガスの流量を増加させること
   により高めることを特徴とする拡散バリア層の製造方
   法。
9. 【請求項９】 請求項７記載の拡散バリア層の製造方法
   において、 前記スパッタリング雰囲気の圧力を、該スパッタリング
   雰囲気から排気されるプロセスガスの流量を減少させる
   ことにより高めることを特徴とする拡散バリア層の製造
   方法。