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JP3149846B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP3149846B2
JP3149846B2 JP10751498A JP10751498A JP3149846B2 JP 3149846 B2 JP3149846 B2 JP 3149846B2 JP 10751498 A JP10751498 A JP 10751498A JP 10751498 A JP10751498 A JP 10751498A JP 3149846 B2 JP3149846 B2 JP 3149846B2
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JP
Japan
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copper
film
semiconductor device
tantalum
wiring
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義久 松原
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置及び
その製造方法に係り、詳しくは、層間絶縁膜の接続孔又
は埋込配線用溝にタンタル系金属からなるバリア金属膜
を介して銅又は銅を主成分とする導電性材料が埋め込ま
れてプラグ電極又は埋込配線が形成されている半導体装
置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の代表として知られているメ
モリやマイクロプロセッサ等のＬＳＩ（大規模集積回
路）は、集積度の向上につれて個々の素子の寸法は益々
微細化されてきており、これに伴って各素子を構成する
半導体領域の寸法も微細化されている。また、各半導体
領域に対してプラグ電極又は埋込配線を形成する場合
に、層間絶縁膜に形成するコンタクトホールあるいはビ
アホール等の接続孔又は埋込配線用溝の径も微細化され
てきている。さらに、配線密度が高くなってきているの
で、配線を半導体基板の厚さ方向に多層にわたって積層
するようにした多層配線技術が発展してきている。
【０００３】そのようなＬＳＩはほとんどが、集積度の
点で優れているＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）
型トランジスタによって構成されたＭＯＳ型ＬＳＩ（以
下、単にＬＳＩと称する）で占められている。このよう
なＬＳＩにおいて、上述したような接続孔又は埋込配線
用溝にプラグ電極又は埋込配線を形成する場合、特に高
速向きのＬＳＩでは、動作上特に配線の抵抗値が問題と
なり、低い抵抗値の配線が望まれている。図１６は、配
線幅（横軸）と配線抵抗値（縦軸）との関係を概略的に
示す特性図で、配線抵抗値は配線幅に反比例する関係に
ある。なお、同図において破線の特性はＬＳＩの動作速
度を示している。
【０００４】従来、ＬＳＩを含めた半導体装置の配線材
料としては、一般にアルミニウム（Ａｌ）またはアルミ
ニウムを主成分とするアルミニウム系金属が用いられて
きている。このアルミニウム系金属は、２．８〜３．０
μΩｃｍの比抵抗を有している。しかし、アルミニウム
系金属を配線に用いている限り、ＬＳＩの動作速度はそ
の抵抗値で左右されるある範囲に制限されるようになる
ので、より高速化を図るためにはアルミニウム系金属よ
り比抵抗の小さい導電性材料が必要になる。このような
観点から、配線としてアルミニウム系金属に代えて銅
（Ｃｕ）を用いることが行われている。銅は、１．９〜
２．２μΩｃｍの比抵抗を有し、アルミニウム系金属の
それに比べてかなり低くなっている。
【０００５】このような銅を用いて埋込配線を形成する
例で説明すると、予め埋込配線用溝を有する酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2）等の層間絶縁膜が形成された半導体基板
上にスパッタ法等でまず銅薄膜を形成し、続いてこの銅
薄膜上にめっき法によって銅厚膜を形成することが行わ
れる。このように２回の工程にわたって銅膜を形成する
のは、微細な接続孔内に十分な膜厚の銅配線を形成する
ためである。
【０００６】ところで、銅膜を形成した後に半導体基板
の熱処理が行われるが、この熱処理時に、銅が層間絶縁
膜に拡散するという現象が生ずる。この結果、層間絶縁
膜の絶縁性の低下、配線抵抗の増大、配線の断線等の不
具合をもたらすようになる。このような不具合を除くた
め、予めバリア金属膜を層間絶縁膜上に形成した後に、
このバリア金属膜上に銅を形成して、銅の拡散を防止す
ることが行われている。
【０００７】例えば、INTERNATIONAL RELIABILITY PHYS
ICS SYMPOSIUM 1997 TUTORIAL NOTES Page 3.30〜3.32
には、そのようなバリア金属膜として窒化シリコンタン
タル（ＴａＳｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等のタン
タル系金属からなる高融点金属膜を用いることが開示さ
れている。タンタル系金属からなるバリア金属膜は、Ｌ
ＳＩ等の半導体装置が使用される環境の温度変化に対し
て安定であるという優れた性質を備えている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
文献に示されているバリア金属膜としてのタンタル系金
属は、この上に形成される銅配線との密着性が弱いの
で、銅配線が剥がれ易くなって、半導体装置の信頼性が
低下する、という問題がある。すなわち、銅配線を形成
するにあたっては、前述したように、銅薄膜及び銅厚膜
を形成した直後に、層間絶縁膜上に盛り上がって形成さ
れている銅厚膜の表面の不要部を除去して平坦化するた
めに化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing；
ＣＭＰ)法によって研磨処理が行われるが、このとき銅
膜が剥がれ易くなる。これは、化学機械的研磨時に研磨
液が密着性が弱い隙間部分から内部に浸入して、銅配線
とバリア金属膜との接続部を侵食するためと思われる。
この結果、配線抵抗値が増加するようになる。また、こ
のようなバリア金属膜を備えた半導体装置は、ストレス
マイグレーションやエレクトロマイグレーション耐性も
低下するようになる。
【０００９】図１７は従来の半導体装置によって得られ
た、配線幅と配線抵抗値との関係を示す特性図である。
同図から明らかなように、配線幅が小さくなると配線抵
抗値は急激に増加している。
【００１０】そのようにタンタル系金属と銅配線との密
着性が弱いのは、タンタル系金属がスパッタ法等によっ
て形成されたままになっているためと思われる。この結
果、銅配線がタンタル系金属により応力を受け易くなっ
て、銅配線の剥がれに至るようになる。
【００１１】また、上述の従来技術においては、タンタ
ル系金属とこの下の層間絶縁膜との密着性も弱くなって
いる。この理由は、上述したそれと同様と思われる。そ
して、この部分における密着性の弱さが銅配線の剥がれ
を助長していると推察される。
【００１２】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、バリア金属膜としてのタンタル系金属の少なく
とも銅配線との接続部の密着性を強くして、銅配線の剥
がれを防止することにより信頼性を向上する半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】上記課題を解決するために、請求項１記載
の発明は、半導体基板上に接続孔又は埋込配線用溝を有
する層間絶縁膜が形成され、該接続孔又は埋込配線用溝
にタンタルからなるバリア金属膜を介して銅又は銅を主
成分とする導電性材料が埋め込まれてプラグ電極又は埋
込配線が形成されている半導体装置であって、上記接続
孔又は埋込配線用溝に接して、タンタル酸化膜、タンタ
ルからなるバリア金属膜、タンタル及び銅を含むアモル
ファス金属膜及び銅又は銅を主成分とする導電性材料が
順に埋め込まれていることを特徴としている。
【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体装置に係り、上記アモルファス金属膜は、２０〜５
００オンク゛ストロームの膜厚に設定されていることを特徴とし
ている。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の半導体装置に係り、上記埋込配線用溝に上記導電性
材料が埋め込まれて埋込配線が形成されている構成にお
いて、上記導電性材料の端部にバンプ状の外部電極が形
成されていることを特徴としている。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１記載の半
導体装置を製造するための方法に係り、接続孔又は埋込
配線用溝を有する層間絶縁膜が形成された半導体基板を
準備する半導体基板準備工程と、少なくとも上記接続孔
又は埋込配線用溝にタンタルからなるバリア金属膜を形
成するバリア金属膜形成工程と、上記バリア金属膜上に
銅又は銅を主成分とする導電性材料からなる薄膜を形成
する導電性薄膜形成工程と、上記薄膜上に銅又は銅を主
成分とする導電性材料からなる厚膜を形成する導電性厚
膜成工程と、上記半導体基板を非酸化性雰囲気中で熱処
理する半導体基板熱処理工程と、上記厚膜の表面を研磨
処理して平坦化する導電性厚膜平坦化工程とを含むこと
を特徴としている。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項４記載の半
導体装置の製造方法に係り、上記導電性厚膜形成工程に
おける上記厚膜の形成をめっき法で行うことを特徴とし
ている。
【００１８】請求項６記載の発明は、請求項４又は５記
載の半導体装置の製造方法に係り、上記導電性厚膜平坦
化工程における上記厚膜の平坦化を化学機械的研磨法で
行うことを特徴としている。
【００１９】請求項７記載の発明は、請求項４、５又は
６記載の半導体装置の製造方法に係り、上記半導体基板
熱処理工程を、熱処理温度４００〜７００℃で、熱処理
時間２〜２０分間の条件で行うことを特徴としている。
【００２０】
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇第１実施例 図１は、この発明の第１実施例である半導体装置を示
し、また、図２〜図８は、同半導体装置の製造方法を工
程順に示す工程図である。この例の半導体装置は、同図
に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１上
に膜厚が０．５〜１．５μｍの酸化シリコンからなる表
面保護膜２が形成されて、同表面保護膜２上には膜厚が
０．８〜１．５μｍの酸化シリコンからなる層間絶縁膜
３が形成され、この層間絶縁膜３には径が略０．２５μ
ｍの埋込配線用溝４が形成されている。また、層間絶縁
膜３上には膜厚が０．０８〜０．２０μｍの窒化シリコ
ン（Ｓｉ3Ｎ4）からなる他の層間絶縁膜１６が形成され
ている。半導体基板１の図示しない位置には所望の導電
型の素子領域が形成されている。
【００２２】埋込配線用溝４には、膜厚が２００〜５０
０オンク゛ストロームのタンタル膜６、膜厚が１．１〜１．５５
μｍの銅埋込配線８が形成され、この銅埋込配線８は、
膜厚が０．０８〜０．１２μｍの銅薄膜９と膜厚が１．
０〜１．５μｍの銅厚膜１０とが積層されて構成されて
いる。また、タンタル膜６と銅埋込配線８との間には膜
厚が略２０オンク゛ストロームのアモルファス金属膜７が、タン
タル膜６と表面保護膜２及び層間絶縁膜３との間には膜
厚が数オンク゛ストロームのタンタル酸化膜１１が形成されてい
る。アモルファス金属膜７は少なくともタンタル及び銅
を含んでいる。このアモルファス金属膜７は、上述の２
０オンク゛ストロームの膜厚を下限としてタンタル膜６の略全膜
厚にわたって形成が可能になっている。すなわち、この
例の場合アモルファス金属膜７は、略５００オンク゛ストローム
の最大膜厚に形成が可能になっている。また、タンタル
酸化膜１１は、ＴａＯxで示されるタンタル化合物とと
もに、ＴａＳｉx、ＴａＮxで示されるタンタル化合物を
含んでいる。
【００２３】銅埋込配線８の端部には、これに接続され
るように鉛（Ｐｂ）と錫（Ｓｎ）と含む半田層１２が層
間絶縁膜１６の表面の一部に延長するように形成され
て、この半田層１２には銅からなるバンプ電極１３が形
成されている。このバンプ電極１３は、半導体装置を配
線基板にフリップチップ法によって実装する場合に、実
装用電極として使用される。
【００２４】次に、図２〜図８を参照して、この例の半
導体装置の製造方法について工程順に説明する。まず、
図２に示すように、膜厚が０．５〜１．５μｍの酸化シ
リコンからなる表面保護膜２が形成された半導体基板１
を用意する。この半導体基板１の図示しない位置には所
望の導電型の素子領域が形成されて、同素子領域は表面
保護膜２によって保護されている。
【００２５】次に、図３に示すように、層間絶縁膜２上
にＣＶＤ法で膜厚が０．８〜１．５μｍの酸化シリコン
からなる層間絶縁膜３を形成した後、この層間絶縁膜３
上にＣＶＤ法で膜厚が０．０５〜０．１２μｍの窒化シ
リコンからなる他の層間絶縁膜５を形成する。この層間
絶縁膜５は、後述するように銅厚膜の化学機械的研磨を
行うときにストッパとしての役割を担わせるために用い
られる。
【００２６】次に、図４に示すように、フォトリソグラ
フィ技術を適用して、層間絶縁膜５、３の必要となる領
域をレジスト膜１４でマスクした後、ドライエッチング
によって層間絶縁膜５、３の不要となる領域を除去し
て、径が略０．２５μｍの埋込配線用溝４を形成する。
【００２７】次に、図５に示すように、レジスト膜１４
を除去した後、スパッタ法で膜厚が２００〜５００オンク゛
ストロームのタンタル膜６を、埋込配線用溝４及び層間絶縁
膜５上に形成する。
【００２８】次に、図６に示すように、タンタル膜６上
にスパッタ法で膜厚が０．０８〜０．１２μｍの銅薄膜
９を形成する。続いて、銅薄膜９上にめっき法で膜厚が
１．０〜１．５μｍの銅厚膜１０を形成する。この銅厚
膜１０は埋込配線用溝４の外部にはみ出るように形成さ
れる。このように、２回の工程により銅膜を形成するの
は、埋込配線用溝４内に十分な膜厚の銅埋込配線を形成
するためである。
【００２９】次に、図７に示すように、半導体基板１を
チャンバ１５内に収容して、窒素（Ｎ2）雰囲気中で、
略４００℃で、略２０分間熱処理する。この結果、タン
タル膜６と銅薄膜９とが反応して、両者間に膜厚が略２
０オンク゛ストロームのアモルファス金属膜７が形成される。こ
れと同時に、タンタル膜６と表面保護膜２及び層間絶縁
膜３である酸化シリコンとが反応して、両者間に膜厚が
略数オンク゛ストロームのタンタル酸化膜１１が形成される。こ
のように、タンタル膜６と銅薄膜９との間にアモルファ
ス金属膜７が形成されることにより、タンタル膜６と銅
薄膜９との密着性が強くなる。同様にして、タンタル膜
６と表面保護膜２及び層間絶縁膜３との間にタンタル酸
化膜１１が形成されることにより、タンタル膜６と表面
保護膜２及び層間絶縁膜３との密着性も強くなる。
【００３０】次に、図８に示すように、化学機械的研磨
法を適用して、埋込配線用溝４の外部にはみ出している
銅厚膜１０の表面の不要部を研磨処理して平坦化する。
研磨処理は、窒化シリコンからなる層間絶縁膜５がスト
ッパとして働くので、研磨は同層間絶縁膜５の表面で停
止する。これによって、埋込配線用溝４内に銅埋込配線
８が形成される。
【００３１】図９は、この段階における銅埋込配線８の
断面構成を示す斜視図で、銅埋込配線８は半導体基板１
上の層間絶縁膜３に形成された埋込配線用溝４に沿って
形成されている。 銅埋込配線８は、半導体基板１に形
成された素子領域同志を相互に接続し、又は素子領域と
他の銅埋込配線とを接続し、あるいは他の銅埋込配線同
志を接続する等の役割を担っている。
【００３２】図１０は上述の熱処理における熱処理温度
（横軸）と熱処理時間（縦軸）との関係を示す特性図で
ある。同図から明らかなように、両者は反比例の関係に
あるので、処理温度を上げることにより処理時間を短縮
することができる。しかしながら、処理温度の上限はプ
ロセス条件で決定される略７００℃に制限される。これ
は同温度を越えると、ＬＳＩを構成しているＭＯＳトラ
ンジスタが、ショートチャネル、パンチスルー等の問題
を生じて、その特性が劣化してくるためである。
【００３３】また、処理温度の下限は、あまり低くする
と熱処理の効果が薄れて処理時間が長くなってプロセス
として適さなくなるので、これらを考慮して略４００℃
に制限される。さらに、熱処理時間は、上述のように熱
処理温度の上限及び下限を考慮すると、２〜２０分間に
選ぶことが望ましい。
【００３４】また、アモルファス金属膜７を、タンタル
膜６の略全膜厚にわたって形成するようにしても良い。
しかしながら、アモルファス金属膜７の膜厚は、同金属
膜７が連続して形成されている範囲であれば、必ずしも
大きい必要はなく、下限に設定した２０オンク゛ストロームに近
い膜厚でも十分な効果を得ることができる。
【００３５】次に、各工程を経て汚染されている層間絶
縁膜５を除去した後、スパッタ法で新たに膜厚が０．０
８〜０．２０μｍの窒化シリコンからなる他の層間絶縁
膜１６を形成し、スパッタ法で銅埋込配線８の端部にこ
れに接続するように層間絶縁膜１６の表面まで延長して
半田層１２を形成した後、この半田層１２を介して銅か
らなるバンプ電極１３を形成することにより、この例の
半導体装置が製造される。
【００３６】図１１は、この例によって得られた半導体
装置における、配線幅と配線抵抗値との関係を示す特性
図である。図１７に示した従来例の特性と比較すれば明
らかなように、この例によれば、配線幅の変化に関係な
く配線抵抗値を低い略一定値に抑えることができる。一
方、従来例においては、配線幅に反比例して配線抵抗値
が変化している。
【００３７】このように、この例の構成によれば、バリ
ア金属膜としてのタンタル膜６と銅埋込配線８との間に
はアモルファス金属膜７が形成されているので、タンタ
ル膜６と銅埋込配線８との密着性を強くすることができ
る。したがって、銅埋込配線８の剥がれを防止すること
ができるので、半導体装置の信頼性を向上することがで
きる。これにより、特に高速向きの半導体装置の製造が
容易となる。
【００３８】また、バリア金属膜としてのタンタル膜６
と層間絶縁膜３との間にタンタル酸化膜１１が形成され
ているので、タンタル膜６と表面保護膜２及び層間絶縁
膜３との密着性も強くすることができる。したがって、
銅埋込配線８の剥がれを助長することがなくなる。
【００３９】◇第２実施例 図１２は、この発明の第２実施例である半導体装置を示
し、また、図１３〜図１５は、同半導体装置の製造方法
を工程順に示す工程図である。この例の半導体装置の構
成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところ
は、銅埋込配線を多層構造（二層構造）に形成するよう
にした点である。すなわち、同第１実施例における銅埋
込配線８を第１層とすると、この例では、さらに第２層
の銅埋込配線２５が形成されている。そして、同銅埋込
配線２５とタンタル膜２０との間にはアモルファス金属
膜２３が形成されるとともに、同タンタル膜２０と層間
絶縁膜１７との間にはタンタル酸化膜２４が形成されて
いる。 さらに、第１層の銅埋込配線８とタンタル膜２
０との間には他のアモルファス金属膜２９が形成されて
いる。
【００４０】第２層の銅埋込配線２５の端部には、これ
に接続されるように鉛と錫との合金を含む半田層２７が
層間絶縁膜２６の表面の一部に延長するように形成され
て、この半田層２７には銅からなるバンプ電極２８が形
成されている。このバンプ電極２８は、半導体装置を配
線基板にフリップチップ法によって実装する場合に、実
装用電極として使用される。
【００４１】次に、図１３〜図１５を参照して、この例
の半導体装置の製造方法について工程順に説明する。ま
ず、図８の工程を経て得られた半導体基板１を用いて、
図１３に示すように、同半導体基板１上にＣＶＤ法で膜
厚が０．８〜１．５μｍの酸化シリコンからなる層間絶
縁膜１７を形成した後、この層間絶縁膜１７上にスパッ
タ法で膜厚が０．０８〜０．１２μｍの窒化シリコンか
らなる層間絶縁膜１８を形成する。続いて、層間絶縁膜
１７、１８にフォトリソグラフィ技術を施して、径が略
０．２０μｍの埋込配線用溝１９を形成して、第１の銅
埋込配線８を露出する。
【００４２】次に、図１４に示すように、埋込配線用溝
１９及び層間絶縁膜１８上に、スパッタ法で膜厚が２０
０〜５００オンク゛ストロームのタンタル膜２０及び膜厚が０．
０８〜０．１２μｍの銅薄膜２１を順次に形成した後、
銅薄膜２１上にめっき法で膜厚が１．０〜１．５μｍの
銅厚膜２２を形成する。
【００４３】次に、図７と同様な条件で熱処理を施すこ
とにより、タンタル膜２０と銅薄膜２１との間に膜厚が
略２０オンク゛ストロームのアモルファス金属膜２３が形成され
る。これと同時に、タンタル膜２０と層間絶縁膜１７で
ある酸化シリコンとが反応して、両者間に膜厚が略数オン
ク゛ストロームのタンタル酸化膜２４が形成される。さらに同
時に、第１層の銅埋込配線８とタンタル膜２０との間に
もアモルファス金属膜２９が形成される。このように、
タンタル膜２０と銅薄膜２１との間にアモルファス金属
膜２３が、また第１層の銅埋込配線８とタンタル膜２０
との間にもアモルファス金属膜２９が形成されることに
より、タンタル膜２０と銅薄膜２１との密着性が強くな
る。同様にして、タンタル膜２０と層間絶縁膜１７との
間にタンタル酸化膜２４が形成されることにより、タン
タル膜２０と層間絶縁膜１７との密着性も強くなる。
【００４４】次に、図１５に示すように、埋込配線用溝
１９の外部にはみ出している銅厚膜２２の表面の不要部
を化学機械的研磨して平坦化する。研磨処理は、窒化シ
リコンからなる層間絶縁膜１８がストッパとして働くの
で、研磨は同層間絶縁膜１８の表面で停止する。これに
よって、埋込配線用溝１９内に第２層の銅埋込配線２５
が形成される。これにより、第２層の銅埋込配線２５は
第１層の銅埋込配線８と導通する。この第２層の銅埋込
配線２５は、図９で示された第１の銅埋込配線８と同様
に、埋込配線用溝１９に沿って形成されている。
【００４５】次に、層間絶縁膜１８を除去した後、スパ
ッタ法で新たに窒化シリコンからなる他の層間絶縁膜２
６を形成し、スパッタ法で銅埋込配線２５の端部にこれ
に接続するように層間絶縁膜２６の表面まで延長して半
田層２７を形成した後、この半田層２７を介して銅から
なるバンプ電極２８を形成することにより、この例の半
導体装置が製造される。
【００４６】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様の効果を得ることが
できる。加えて、この例によれば、銅埋込配線を多層構
造に形成したことにより、第１層の銅埋込配線とタンタ
ル膜との間にもアモルファス金属膜を形成できるので、
タンタル膜と銅埋込配線との密着性をより向上させるこ
とができる。
【００４７】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、バリア
金属膜としてタンタル膜を用いた例で説明したが、タン
タル単体に限らず、窒化タンタル、窒化タンタルシリコ
ン等の化合物を含むタンタル系金属全般に対して適用す
ることができる。
【００４８】また、埋込配線用溝に銅埋込配線を形成す
る例に限らず、層間絶縁膜にコンタクトホール、ビアホ
ール等の接続孔を形成して、この接続孔にプラグ電極と
しての銅電極を形成する場合にも適用することができ
る。また、銅埋込配線は、銅１００％に限らず、銅を主
成分とするものであれば、銅−Ａｌ、銅−Ａｇ、銅−シ
リコン等の銅合金に対して適用できる。また、層間絶縁
膜は酸化シリコン、窒化シリコン等に限らずに、ＢＳＧ
(Bron-Silicate Glass)、ＰＳＧ（Phospho-Silicate Gla
ss）、ＢＰＳＧ(Boron-Phospho-Silicate Glass)等を用
いることができる。
【００４９】また、熱処理の雰囲気は、酸化性以外であ
れば良い。例えば、Ｎ2に限ることなく、Ａｒ（アルゴ
ン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の不活性な他の雰囲気を選ぶ
ことができる。また、銅埋込配線を三層以上の多層配線
構造に形成することもできる。この場合は、各銅埋込配
線を形成するごとに、前述したような条件で熱処理を行
うようにすれば良い。また、化学機械的研磨におけるス
トッパとして用いた窒化シリコンからなる層間絶縁膜は
必ずしも必要でない。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
装置及びその製造方法によれば、バリア金属膜としての
タンタルと銅又は銅を主成分とする導電性材料との間に
はタンタル及び銅を含むアモルファス金属膜が形成され
ているので、タンタルと銅又は銅を主成分とする導電性
材料との間の密着性を強くすることができる。したがっ
て、銅又は銅を主成分とする導電性材料の剥がれを防止
することができるので、半導体装置の信頼性を向上する
ことができる。
【００５１】また、バリア金属膜としてのタンタルと層
間絶縁膜との間にタンタル酸化膜が形成されているの
で、タンタルと層間絶縁膜との密着性も強くすることが
できる。したがって、銅又は銅を主成分とする導電性材
料の剥がれを助長することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である半導体装置を示す
断面図である。
【図２】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図３】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図４】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図５】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図６】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図７】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図８】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。
【図９】同半導体装置の製造方法によって得られた銅埋
込配線の断面を示す一部斜視図である。
【図１０】同半導体装置の製造方法で行われる熱処理の
熱処理温度と熱処理時間との関係を示す特性図である。
【図１１】同第１実施例で得られた配線幅と配線抵抗値
との関係を示す特性図である。
【図１２】この発明の第２実施例である半導体装置を示
す断面図である。
【図１３】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。
【図１４】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。
【図１５】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。
【図１６】半導体装置における配線幅と配線抵抗値との
関係を示す特性図である。
【図１７】従来例による半導体装置の配線幅と配線抵抗
値との関係を概略的に示す特性図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 表面保護膜 ３、５、１６、１７、１８、２６ 層間絶縁膜 ４、１９ 埋込配線用溝 ６、２０ タンタル膜 ７、２３、２９ アモルファス金属膜 ８、２５ 銅埋込配線 ９、２１ 銅薄膜 １０、２２ 銅厚膜 １１、２４ タンタル酸化膜 １２、２７ 半田層 １３、２８ バンプ電極 １４ レジスト膜 １５ チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44 - 21/445 H01L 21/768 H01L 29/40 - 29/51

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に接続孔又は埋込配線用溝
    を有する層間絶縁膜が形成され、該接続孔又は埋込配線
    用溝にタンタルからなるバリア金属膜を介して銅又は銅
    を主成分とする導電性材料が埋め込まれてプラグ電極又
    は埋込配線が形成されている半導体装置であって、 前記接続孔又は埋込配線用溝に接して、タンタル酸化
    膜、タンタルからなるバリア金属膜、タンタル及び銅を
    含むアモルファス金属膜及び銅又は銅を主成分とする導
    電性材料が順に埋め込まれていることを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項２】 前記アモルファス金属膜は、２０〜５０
    ０オンク゛ストロームの膜厚に設定されていることを特徴とする
    請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記埋込配線用溝に前記導電性材料が埋
    め込まれて埋込配線が形成されている構成において、前
    記導電性材料の端部にバンプ状の外部電極が形成されて
    いることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の半導体装置を製造する方
    法であって、 接続孔又は埋込配線用溝を有する層間絶縁膜が形成され
    た半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、 少なくとも前記接続孔又は埋込配線用溝にタンタルから
    なるバリア金属膜を形成するバリア金属膜形成工程と、 前記バリア金属膜上に銅又は銅を主成分とする導電性材
    料からなる薄膜を形成する導電性薄膜形成工程と、 前記薄膜上に銅又は銅を主成分とする導電性材料からな
    る厚膜を形成する導電性厚膜成工程と、 前記半導体基板を非酸化性雰囲気中で熱処理する半導体
    基板熱処理工程と、 前記厚膜の表面を研磨処理して平坦化する導電性厚膜平
    坦化工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記導電性厚膜形成工程における前記厚
    膜の形成をめっき法で行うことを特徴とする請求項４記
    載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記導電性厚膜平坦化工程における前記
    厚膜の平坦化を化学機械的研磨法で行うことを特徴とす
    る請求項４又は５記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記半導体基板熱処理工程を、熱処理温
    度４００〜７００℃で、熱処理時間２〜２０分間の条件
    で行うことを特徴とする請求項４、５又は６記載の半導
    体装置の製造方法。
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