[go: up one dir, main page]

JPH11330001A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH11330001A
JPH11330001A JP10139499A JP13949998A JPH11330001A JP H11330001 A JPH11330001 A JP H11330001A JP 10139499 A JP10139499 A JP 10139499A JP 13949998 A JP13949998 A JP 13949998A JP H11330001 A JPH11330001 A JP H11330001A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
film
semiconductor device
mixed
wiring layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10139499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Kawamura
和郎 川村
Kazuto Ikeda
和人 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP10139499A priority Critical patent/JPH11330001A/en
Publication of JPH11330001A publication Critical patent/JPH11330001A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent Cu from diffusing from a Cu embedding wiring layer or a Cu plug by providing plural barrier layers between a first layer which is constituted of a first material and a second layer constituted of a second material and by making elements excepting the elements, which constitute the first and the second material, to mix with the barrier layers. SOLUTION: One of first layers 2, 3 and 4 which are constituted of a first material or second layers 5, 6 and 7 constituted of a second material, is formed by Cu or metal including Cu and barrier layers 8, 9 and 10 are formed between the first layers 2, 3 and 4 and the second layers 5, 6 and 7 respectively. Elements excepting the elements which constitute the first and the second material are made to mix with these barrier layers 8, 9 and 10. That is, a compound is generated by reacting the elements, which constitute the first and the second material diffused into each barrier layer 8, 9 and 10 from a semiconductor active region and so on and the elements which are mixed with each of the barrier layers 8, 9 and 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関するものであり、特に、Cuメッキ層をC
MP(Chemical Mechanical Po
lishing)法によって凹部内に埋め込んだプラグ
及び埋込配線層のエレクトロマイグレーション耐性を向
上させるためのバリア層の構成に特徴のある半導体装置
及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same.
MP (Chemical Mechanical Po)
The present invention relates to a semiconductor device characterized by a barrier layer configuration for improving electromigration resistance of a plug and a buried wiring layer buried in a concave portion by a lithography method, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の配線層としては、主
にAl合金による配線層が用いられているが、配線層の
微細化に伴う抵抗の増加、及び、配線層の寿命の問題を
解決するために、Alより低抵抗で且つエレクトロマイ
グレーション耐性に優れたCuの使用が検討されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an interconnect layer of a semiconductor device, an interconnect layer mainly made of an Al alloy has been used. Therefore, the use of Cu, which has lower resistance than Al and excellent electromigration resistance, has been studied.

【0003】この様なCuを用いた微細な配線層を形成
する場合、微細加工に必要なドライエッチング方法にお
いて、Cuを下地となる絶縁膜に対して高い選択比でエ
ッチングする適当なガスが存在しないため、ダマシン
(Damascene)法によって埋込プラグ及び埋込
配線層構造を形成することが主流になっている。
In the case of forming such a fine wiring layer using Cu, in a dry etching method required for fine processing, there is an appropriate gas for etching Cu with a high selectivity to an insulating film serving as a base. For this reason, forming a buried plug and a buried wiring layer structure by a damascene method has become mainstream.

【0004】このダマシン法とは、絶縁膜に配線層用溝
或いはコンタクトホール、即ち、ビアホール等の凹部を
設け、全面に、電界メッキ法、或いは、Cu(hfa
c)TMVS等を用いたCVD法によって厚いCu層を
堆積させたのち、CMP法を用いて凹部以外の領域に堆
積したCu層を除去して、凹部に埋め込まれたCu埋込
配線層或いはCuプラグを形成するものであり、サブミ
クロン以下のサイズで一様な配線を形成することができ
る技術として注目されている。
In the damascene method, a trench for a wiring layer or a contact hole, that is, a concave portion such as a via hole is provided in an insulating film, and an electrolytic plating method or a Cu (hfa
c) After depositing a thick Cu layer by a CVD method using TMVS or the like, the Cu layer deposited in a region other than the concave portion is removed by a CMP method, and the Cu buried wiring layer or Cu embedded in the concave portion is removed. This is a technique for forming a plug, and is attracting attention as a technique capable of forming a uniform wiring with a size of submicron or less.

【0005】ここで、図7及び図8を参照して、従来の
埋込配線工程を用いた半導体装置の製造工程を説明す
る。 図7(a)参照 まず、n型シリコン基板41に選択酸化を施すことによ
って素子分離酸化膜42を形成したのち、素子分離酸化
膜42に囲まれた一部の素子形成領域にB等のp型不純
物を選択的に導入してp型ウエル領域43を形成し、次
いで、ゲート酸化膜44及び多結晶Siからなるゲート
電極45を形成したのち、ゲート電極45の側部にSi
2 膜からなるサイドウォール46を形成し、次いで、
素子分離酸化膜42及びゲート電極45をマスクとして
P(リン)等のn型不純物を選択的に導入してn型ソー
ス領域47及びn型ドレイン領域48を形成したのち、
PCVD法(プラズマ化学気相成長法)によって層間絶
縁膜49となる厚いSiO 2 膜を堆積させる。
[0005] Here, referring to FIGS.
Explains a manufacturing process of a semiconductor device using an embedded wiring process.
You. First, by selectively oxidizing the n-type silicon substrate 41, as shown in FIG.
To form an element isolation oxide film 42,
Some element formation regions surrounded by the film 42 may have p-type impurities such as B
The p-type well region 43 is formed by selectively introducing
The gate oxide film 44 and the gate made of polycrystalline Si
After the electrode 45 is formed, the side of the gate electrode 45 is
OTwoForming a sidewall 46 made of a film,
Using the element isolation oxide film 42 and the gate electrode 45 as a mask
N-type impurities such as P (phosphorus) are selectively introduced to
After forming the source region 47 and the n-type drain region 48,
Interlayer insulation by PCVD (plasma chemical vapor deposition)
Thick SiO to be the edge film 49 TwoDeposit the film.

【0006】図7(b)参照 次いで、CMP法を用いて研磨を行うことによって層間
絶縁膜49の表面を平坦化したのち、所定のレジストマ
スク(図示せず)をマスクとして反応性イオンエッチン
グ(RIE)を施すことによって、n型ソース領域4
7、n型ドレイン領域48、及び、ゲート電極45に対
するビアホール50,51,52を形成する。なお、図
示を簡単にするために、ビアホール50,51,52は
一直線状に並ぶ様に示しているが、実際には、互いに異
なった位置に形成されている。
Next, after the surface of the interlayer insulating film 49 is planarized by polishing using a CMP method, reactive ion etching (not shown) is performed using a predetermined resist mask (not shown) as a mask. RIE), the n-type source region 4
7. Via holes 50, 51, 52 for the n-type drain region 48 and the gate electrode 45 are formed. For simplicity of illustration, the via holes 50, 51, 52 are shown as being arranged in a straight line, but are actually formed at different positions from each other.

【0007】図7(c)参照 次いで、スパッタリング法によってバリアメタルとなる
TiN膜53を全面に堆積させたのち、電解メッキ法を
用いて厚いCuメッキ層54を堆積させる。
[0007] Next, after a TiN film 53 serving as a barrier metal is deposited on the entire surface by sputtering, a thick Cu plating layer 54 is deposited by electrolytic plating.

【0008】図8(d)参照 次いで、CMP法によって、層間絶縁膜49の表面が露
出するまで研磨を行い、ビアホール50,51,52以
外の領域に堆積したCuメッキ層54及びTiN膜53
を除去して、Cuプラグ55,56,57を形成する。
Then, polishing is performed by CMP until the surface of the interlayer insulating film 49 is exposed, and the Cu plating layer 54 and the TiN film 53 deposited in regions other than the via holes 50, 51, and 52 are polished.
Is removed to form Cu plugs 55, 56, 57.

【0009】図8(e)参照 次いで、再び、PCVD法を用いて層間絶縁膜58とな
るSiO2 膜を堆積させたのち、所定のレジストマスク
(図示せず)をマスクとして反応性イオンエッチングを
施すことによって、Cuプラグ55,56,57と電気
的に接触する配線層を形成するための配線層用溝59を
形成し、次いで、スパッタリング法によってバリアメタ
ルとなるTiN膜60を全面に堆積させる。なお、実際
には、ビアホール50,51,52は、互いに異なった
位置に形成されているので、図においては、n型ドレイ
ン領域48に対するCuプラグ56に接続する配線層の
ための配線層用溝59を示しているが、Cuプラグ5
5,57に対する配線層用溝も他の位置に同時に形成す
るものである。
[0009] Referring to FIG. 8 (e), an SiO 2 film serving as an interlayer insulating film 58 is deposited again by the PCVD method, and reactive ion etching is performed using a predetermined resist mask (not shown) as a mask. By forming, a wiring layer groove 59 for forming a wiring layer electrically contacting the Cu plugs 55, 56, 57 is formed, and then a TiN film 60 to be a barrier metal is deposited on the entire surface by a sputtering method. . Since the via holes 50, 51, and 52 are actually formed at different positions from each other, in the drawing, the wiring layer groove for the wiring layer connected to the Cu plug 56 with respect to the n-type drain region 48 is shown. 59, the Cu plug 5
The wiring layer grooves for 5, 57 are also formed at other positions at the same time.

【0010】図8(f)参照 次いで、電解メッキ法を用いて厚いCuメッキ層を堆積
させたのち、CMP法によって、層間絶縁膜58の表面
が露出するまで研磨を行い、配線層用溝59以外の領域
に堆積したCuメッキ層及びTiN膜60除去して、C
uプラグ56に接続するCu埋込配線層61を形成す
る。なお、図示しないものの、同時にCuプラグ55,
57に対するCu埋込配線層も形成されている。
[0010] Next, after a thick Cu plating layer is deposited by electrolytic plating, polishing is performed by CMP until the surface of the interlayer insulating film 58 is exposed. After removing the Cu plating layer and the TiN film 60 deposited in the region other than
A Cu embedded wiring layer 61 connected to the u plug 56 is formed. Although not shown, the Cu plug 55,
A Cu buried wiring layer for 57 is also formed.

【0011】この様な工程を必要に応じて、上層配線
層、及び、上層配線層との接続を取るためのCuプラグ
に対しても行うことによって、Cu埋込配線層による多
層配線構造を形成している。
[0011] If necessary, such a process is performed on the upper wiring layer and the Cu plug for making a connection with the upper wiring layer, thereby forming a multilayer wiring structure using the Cu embedded wiring layer. doing.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なCu
埋込配線層の歴史は浅く、未だ顕在化していない問題が
多くあり、例えば、CuはSi及びSiO2 中での拡散
係数が大きいため、従来のAl配線層に対するバリアメ
タルとして用いられてきたTiN膜では、Si或いはS
iO2 膜中へのCuの拡散を防止できないという問題が
ある。
However, such Cu
The history of the buried wiring layer is short and there are many problems that have not been revealed yet. For example, since Cu has a large diffusion coefficient in Si and SiO 2 , TiN which has been used as a barrier metal for the conventional Al wiring layer has been used. In the film, Si or S
There is a problem that diffusion of Cu into the iO 2 film cannot be prevented.

【0013】例えば、Si、即ち、ソース領域或いはド
レイン領域にCuプラグからCuが拡散した場合には、
リーク電流が増大する等の素子特性の劣化を引き起こす
ことになり、また、CuプラグやCu埋込配線層からC
uがSi或いは層間絶縁膜を構成するSiO2 膜中へ拡
散することによって、CuプラグやCu埋込配線層にボ
イドが形成され、CuプラグやCu埋込配線層が劣化
し、CuプラグやCu埋込配線層の寿命が短くなるとい
う問題がある。
For example, when Cu diffuses from a Cu plug into Si, ie, a source region or a drain region,
This causes deterioration of device characteristics such as an increase in leakage current and the like.
When u diffuses into Si or the SiO 2 film constituting the interlayer insulating film, voids are formed in the Cu plug and the Cu embedded wiring layer, and the Cu plug and the Cu embedded wiring layer are deteriorated. There is a problem that the life of the embedded wiring layer is shortened.

【0014】したがって、本発明は、Cu埋込配線層或
いはCuプラグからのCuの拡散を防止することによっ
て、素子特性及び配線層構造の信頼性を高めることを目
的とする。
Therefore, an object of the present invention is to improve the device characteristics and the reliability of the wiring layer structure by preventing the diffusion of Cu from the Cu buried wiring layer or the Cu plug.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、第1の材料で構成される第1の層と第
2の材料で構成される第2の層5,6,7との間にバリ
ア層8,9,10を設けた多層構造を有する半導体装置
において、バリア層8,9,10に第1の材料及び第2
の材料を構成する元素以外の元素を混入させることを特
徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. Refer to FIG. 1. (1) The present invention provides a barrier layer 8, 9, 9 between a first layer made of a first material and second layers 5, 6, 7 made of a second material. In the semiconductor device having a multilayer structure provided with the first and second barrier layers 8, 9, and 10, the first material and the second
Characterized in that elements other than the elements constituting the material are mixed.

【0016】この様に、バリア層8,9,10に第1の
材料及び第2の材料を構成する元素以外の元素を混入さ
せることによって、第1の層2,3,4或いは第2の層
5,6,7、即ち、半導体能動領域、半導体拡散配線
層、半導体配線層、金属配線層、金属プラグ等からバリ
ア層8,9,10に拡散してきた第1の材料及び第2の
材料を構成する元素と、バリア層8,9,10に混入さ
れた元素とが反応して化合物を生成するので、第1の材
料及び第2の材料を構成する元素がそれ以上拡散するこ
とを抑制することができ、素子特性の劣化或いは配線寿
命の低下を防止することができる。
As described above, by mixing elements other than the elements constituting the first material and the second material into the barrier layers 8, 9, and 10, the first layers 2, 3, 4 or the second Layers 5, 6, 7, that is, the first material and the second material diffused from the semiconductor active region, the semiconductor diffusion wiring layer, the semiconductor wiring layer, the metal wiring layer, the metal plug, etc. to the barrier layers 8, 9, 10 Reacts with the elements mixed in the barrier layers 8, 9, and 10 to generate a compound, so that the elements forming the first material and the second material are prevented from further diffusing. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the element characteristics or the shortening of the wiring life.

【0017】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、バリア層8,9,10に混入させる元素が、バリア
層8,9,10中の環境不純物及び第1の材料及び第2
の材料を構成する元素と化合物を形成する際の標準生成
エネルギーΔf H°1 が、298℃において、Δf H°
1 ≦−600kJ/molの元素であることを特徴とす
る。
(2) Further, according to the present invention, in the above (1), the elements to be mixed into the barrier layers 8, 9, 10 are environmental impurities in the barrier layers 8, 9, 10 and the first material and the second material.
Standard product energy delta f H ° at the time of forming the element as a compound constituting the material 1, at 298 ℃, Δ f H °
It is an element of 1 ≦ −600 kJ / mol.

【0018】この様に、安定な化合物の生成により拡散
を抑制するためには、バリア層8,9,10中の環境不
純物、例えば、酸素、窒素、或いは、炭素、及び、第1
の材料及び第2の材料を構成する元素と化合物を形成す
る際の標準生成エネルギーΔ f H°1 が、298℃にお
いて、Δf H°1 ≦−600kJ/molの元素を用い
ることが望ましい。
As described above, the diffusion due to the formation of a stable compound
In order to reduce the environmental impact, environmental barriers in the barrier layers 8, 9, 10
Pure, eg, oxygen, nitrogen, or carbon, and first
To form a compound with the elements constituting the second material and the second material
The standard energy of formation Δ fH °1At 298 ° C
And ΔfH °1≤-600 kJ / mol element
Is desirable.

【0019】(3)また、本発明は、上記(2)におい
て、標準生成エネルギーΔf H°1と、バリア層8,
9,10と第1の層2,3,4或いは第2の層5,6,
7とで化合物を生成する際の標準生成エネルギーΔf
°2 が、 Δf H°1 ≪Δf H°2 の関係を有することを特徴とする。
[0019] (3) Regarding the above (2), the standard energy of formation Δ f H ° 1, the barrier layer 8,
9, 10 and the first layers 2, 3, 4 or the second layers 5, 6,
Standard product energy delta f H in generating compound and 7
° 2, characterized in that it has a relationship Δ f H ° 1 «Δ f H ° 2.

【0020】この様に、化合物の生成により拡散を抑制
するためには、バリア層8,9,10と第1の層2,
3,4或いは第2の層5,6,7とで生成される化合物
よりより安定であることが必要であるので、化合物を生
成する際の標準生成エネルギーをΔf H°2 とした場
合、 Δf H°1 ≪Δf H°2 の関係を有することが望ましい。
As described above, in order to suppress diffusion by forming a compound, the barrier layers 8, 9, 10 and the first layer 2,
Since 3,4 or necessary to be more stable than the compounds produced by the second layer 5, 6 and 7, if a standard formation energy in generating the compound was delta f H ° 2, it is desirable to have a relation of Δ f H ° 1 «Δ f H ° 2.

【0021】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかにおいて、第1の層2,3,4を構成
する第1の材料び第2の層5,6,7を構成する第2の
材料の少なくとも一方が、Cu或いはCuを含む金属で
あることを特徴とする。
(4) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (3), the first material constituting the first layers 2, 3, 4 and the second layers 5, 6, 7, wherein at least one of the second materials constituting Cu 7 is Cu or a metal containing Cu.

【0022】この様な第1の層2,3,4或いは第2の
層5,6,7を構成する元素の拡散現象は、第1の層
2,3,4或いは第2の層5,6,7がCu或いはCu
を含む金属で構成されている場合に顕著である。
The diffusion phenomenon of the elements constituting the first layers 2, 3, 4 or the second layers 5, 6, 7 is caused by the first layer 2, 3, 4, or the second layer 5, 6, 7 is Cu or Cu
This is remarkable when it is composed of a metal containing.

【0023】(5)また、本発明は、上記(1)乃至
(4)のいずれかにおいて、バリア層8,9,10の少
なくとも1層が、Ti、Ta、または、Wからなる金
属、Ti、Ta、または、Wの窒化物、或いは、Ti、
Ta、または、Wの窒化物にSiを添加したもののいず
れかであることを特徴とする。
(5) In the present invention, in any one of the above (1) to (4), at least one of the barrier layers 8, 9, 10 may be made of a metal made of Ti, Ta or W, , Ta, or W nitride or Ti,
It is characterized by being either Ta or W obtained by adding Si to a nitride of W.

【0024】この様に、バリア層8,9,10として
は、Ti、Ta、または、Wからなる金属、Ti、T
a、または、Wの窒化物、例えば、TiN、或いは、T
i、Ta、または、Wの窒化物にSiを添加したもの、
例えば、Si含有TiN膜、即ち、TiSiN膜が好適
であり、Siを含有させることによってTiN膜の結晶
粒径がナノサイズに小さくなってバリア耐性が向上し、
また、層間絶縁膜の上に設ける埋込配線層に対してはT
i、Ta、または、Wからなる金属を用いても良いもの
である。
As described above, the barrier layers 8, 9, and 10 are made of a metal made of Ti, Ta, or W, Ti, T
a or a nitride of W, for example, TiN or T
i, Ta, or nitride of W added with Si,
For example, a Si-containing TiN film, that is, a TiSiN film is preferable, and by including Si, the crystal grain size of the TiN film is reduced to a nano-size, thereby improving the barrier resistance.
In addition, for the embedded wiring layer provided on the interlayer insulating film, T
A metal made of i, Ta, or W may be used.

【0025】(6)また、本発明は、上記(1)乃至
(5)のいずれかにおいて、バリア層8,9,10に混
入させる元素が、As、Mo、Fe、或いは、Sの内の
少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする。
(6) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (5), the element to be mixed into the barrier layers 8, 9, 10 is As, Mo, Fe or S It is characterized by containing at least one element.

【0026】Cuの拡散は、バリア層8,9,10、例
えば、TiN膜の結晶粒界に沿った粒界拡散であるので
(必要ならば、L−C.Park and K−B.K
im,Journal of Electrochem
ical Society,vol.142,p.31
09,1995参照)、Cuと化合物を生成しやすい元
素をバリア層8,9,10中、特に、粒界に含有させる
ことにより、粒界で安定な化合物を形成して拡散を抑制
するので、Cuと化合物を生成しやすい元素をバリア層
8,9,10に混入させることによってCuの拡散を抑
制することができる。
The diffusion of Cu is grain boundary diffusion along the crystal grain boundaries of the barrier layers 8, 9, and 10, for example, the TiN film (if necessary, LC Park and KBK).
im, Journal of Electrochem
Ial Society, vol. 142, p. 31
09, 1995), an element which easily forms a compound with Cu is contained in the barrier layers 8, 9, and 10 particularly at the grain boundaries, thereby forming a stable compound at the grain boundaries and suppressing diffusion. The diffusion of Cu can be suppressed by mixing an element that easily forms a compound with Cu into the barrier layers 8, 9, and 10.

【0027】そして、Cuとの化合物を形成する際の標
準生成エネルギーΔf H°1 が低いほど反応が起こりや
すいので(上記文献参照)、バリア層8,9,10に混
入させる元素として、As、Mo、Fe、或いは、Sの
いずれかを用いることによって、Cuとの化合物を形成
する際の標準生成エネルギーΔf H°1 を、298℃に
おいて、Δf H°1 ≦−600kJ/molにすること
ができる。
[0027] Since the standard energy of formation Δ f H ° 1 there is the lower the reaction likely to occur at the time of forming a compound with Cu (see supra), as an element to be incorporated into the barrier layer 8, 9, 10, As , Mo, Fe, or by using any of S, the standard formation energy Δ f H ° 1 in forming the compound of the Cu, at 298 ° C., the Δ f H ° 1 ≦ -600kJ / mol can do.

【0028】ここで、環境不純物である酸素、及び、A
s、Mo、Fe、Sの各元素のCu化合物を生成する際
の298℃における標準生成エネルギーΔf H°1 を、
結合、化合物相、及び、298℃における標準生成エネ
ルギーΔf H°1 (kJ/mol)を順に示すと、 結合 化合物相 標準生成エネルギーΔf H°1 Cu−O Cu2 O − 168.6 CuO − 157.3 Cu−As Cu3 As − 11.715 Cu3 AsO4 − 624.041 Cu3 (AsO4 2 −1522.558 Cu−Mo CuMoO4 − 911.694 Cu−Fe CuFe2 4 − 967.968 Cu−S Cu2 OSO4 − 927.593 となることが知られている(必要ならば、D.R.Li
ed等編,CRC Handbook of Chem
istry and Physics,74the
d.,Chap.5,“Data of heat o
f formation for Cu compou
nds”,CRC Press,BocaRaton,
FL,1993、E.A.Brandes編,Smit
hellsMetals Reference Boo
k,6th ed.,Chap.8,Butterwo
rth,London,1983、及び、Ihsan
Barin編,Thermochemical Dat
a of Pure Substances,VCH
Publisher,New York,1989参
照)。
Here, oxygen, which is an environmental impurity, and A
The standard generation energy Δ f H ° 1 at 298 ° C. when generating a Cu compound of each element of s, Mo, Fe, and S,
Binding, compound phase, and, indicating standard formation energy Δ f H ° 1 at 298 ° C. The (kJ / mol) in this order, binding compound phase standard formation energy Δ f H ° 1 CuO Cu 2 O - 168.6 CuO - 157.3 Cu-As Cu 3 As - 11.715 Cu 3 AsO 4 - 624.041 Cu 3 (AsO 4) 2 -1522.558 Cu-Mo CuMoO 4 - 911.694 CuFe CuFe 2 O 4 - 96.7.968 Cu-S Cu 2 OSO 4 -927.593 (if necessary, DR Li
ed etc., CRC Handbook of Chem
istry and Physics, 74the
d. , Chap. 5, "Data of heat o
f formation for Cu compou
nds ", CRC Press, BocaRaton,
FL, 1993; A. Brandes, Smit
cellsMetals Reference Boo
k, 6th ed. , Chap. 8, Butterwo
rth, London, 1983, and Ihsan
Barin, Thermochemical Dat
a of Pure Substances, VCH
Publisher, New York, 1989).

【0029】したがって、環境不純物である酸素と銅の
みでは、標準生成エネルギーが高いのであまり化合反応
が起こらないが、As、Mo、Fe、或いは、Sを加え
た場合には、標準生成エネルギーの低い、Cu3 AsO
4 、Cu3 (AsO4 2 、CuMoO4 、CuFe2
4 、Cu2 OSO4 等の化合物が生成されて、この化
合物によって粒界が埋められるので、Cuの拡散が抑制
される。
Therefore, only oxygen and copper, which are environmental impurities, have a high standard formation energy and therefore do not cause much compounding reaction. However, when As, Mo, Fe or S is added, the standard formation energy is low. , Cu 3 AsO
4 , Cu 3 (AsO 4 ) 2 , CuMoO 4 , CuFe 2
Compounds such as O 4 and Cu 2 OSO 4 are generated and the grain boundaries are filled with the compounds, so that the diffusion of Cu is suppressed.

【0030】(7)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)のいずれかの半導体装置を製造する方法におい
て、バリア層8,9,10に混入させる元素を、イオン
注入法によって混入させることを特徴とする。
(7) According to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above (1) to (6), an element to be mixed into the barrier layers 8, 9, and 10 is mixed by an ion implantation method. It is characterized by making it.

【0031】この様に、バリア層8,9,10に対して
標準生成エネルギーΔf H°1 の低い化合物を形成する
元素を混入させる際に、イオン注入法を用いることが望
ましい。
[0031] Thus, when of mixing element to form a standard formation energy Δ f H ° 1 low compound to the barrier layer 8, 9, 10, it is desirable to use an ion implantation method.

【0032】(8)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)のいずれかの半導体装置を製造する方法におい
て、バリア層8,9,10に混入させる元素を、スパッ
タ源となるターゲット、或いは、蒸着源に予め混入させ
ておくことを特徴とする。
(8) Further, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above (1) to (6), the element to be mixed with the barrier layers 8, 9 and 10 may be a target serving as a sputtering source. Alternatively, it is characterized in that it is previously mixed into the evaporation source.

【0033】この様に、バリア層8,9,10に対して
標準生成エネルギーΔf H°1 の低い元素を混入させる
際に、バリア層8,9,10をスパッタリング法或いは
蒸着法で成膜する工程において、当該元素をスパッタ源
となるターゲット、或いは、蒸着源に予め混入させるこ
とが望ましい。
[0033] Thus, when of mixing low element having a standard formation energy Δ f H ° 1 to the barrier layer 8, 9, 10, forming a barrier layer 8, 9, 10 by sputtering or vapor deposition In this step, it is desirable that the element is previously mixed into a target serving as a sputtering source or a vapor deposition source.

【0034】(9)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)のいずれかの半導体装置を製造する方法におい
て、バリア層8,9,10を堆積させる工程において、
バリア層8,9,10に混入させる元素を、スパッタリ
ング法或いは蒸着法によってバリア層8,9,10の表
面或いはバリア層8,9,10中に堆積させることを特
徴とする。
(9) Further, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above (1) to (6), in the step of depositing the barrier layers 8, 9, and 10,
An element to be mixed in the barrier layers 8, 9, 10 is deposited on the surfaces of the barrier layers 8, 9, 10 or in the barrier layers 8, 9, 10 by a sputtering method or an evaporation method.

【0035】この様に、バリア層8,9,10に対して
標準生成エネルギーΔf H°1 の低い元素を混入させる
際に、バリア層8,9,10をスパッタリング法或いは
蒸着法で成膜する工程において、元素をスパッタリング
法或いは蒸着法によってバリア層8,9,10の表面に
堆積させても良いし、或いは、バリア層8,9,10中
にサンドイッチ的に堆積させても良い。
[0035] Thus, when of mixing low element having a standard formation energy Δ f H ° 1 to the barrier layer 8, 9, 10, forming a barrier layer 8, 9, 10 by sputtering or vapor deposition In this step, the elements may be deposited on the surfaces of the barrier layers 8, 9, and 10 by a sputtering method or a vapor deposition method, or may be deposited in the barrier layers 8, 9, and 10 in a sandwich manner.

【0036】(10)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)のいずれかの半導体装置を製造する方法におい
て、バリア層8,9,10に混入させる元素を、バリア
層8,9,10を化学気相成長法によって成膜する工程
において混入させることを特徴とする。
(10) Further, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above (1) to (6), an element to be mixed with the barrier layers 8, 9, 10 is added to the barrier layers 8, 9, 10. , 10 are mixed in a step of forming a film by a chemical vapor deposition method.

【0037】この様に、バリア層8,9,10に対して
標準生成エネルギーΔf H°1 の低い化合物を形成する
元素を混入させる際に、バリア層8,9,10を化学気
相成長法、即ち、CVD法で成膜する工程において、当
該元素を堆積雰囲気中に混入させることによって、バリ
ア層8,9,10に混入させても良い。
[0037] Thus, when of mixing elements to form a compound having a low standard generation energy Δ f H ° 1 to the barrier layer 8, 9, 10, chemical vapor deposition of the barrier layer 8, 9, 10 In the step of forming a film by the CVD method, the element may be mixed into the barrier layers 8, 9, and 10 by mixing the element into a deposition atmosphere.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図4を参照し
て、本発明の第1の実施の形態を説明するが、図2及び
図3は本発明の第1の実施の形態の製造工程の説明図で
あり、また、図4は、本発明の第1の実施の形態におけ
る効果の説明図である。 図2(a)参照 まず、従来の製造工程と同様に、n型シリコン基板11
に選択酸化を施すことによって素子分離酸化膜12を形
成したのち、素子分離酸化膜12に囲まれた一部の素子
形成領域にB等のp型不純物を選択的に導入してp型ウ
エル領域13を形成し、次いで、ゲート酸化膜14及び
多結晶Siからなるゲート電極15を形成したのち、ゲ
ート電極15の側部にSiO2 膜からなるサイドウォー
ル16を形成し、次いで、素子分離酸化膜12及びゲー
ト電極15をマスクとしてPを選択的に導入してn型ソ
ース領域17及びn型ドレイン領域18を形成したの
ち、PCVD法によって層間絶縁膜19となる厚さが、
例えば、0.8μmのSiO 2 膜を堆積させる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to FIGS.
Next, the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. Referring to FIG. 2A, first, similarly to a conventional manufacturing process, an n-type silicon substrate 11 is formed.
Is selectively oxidized to form an isolation oxide film 12.
After the formation, a part of the device surrounded by the device isolation oxide film 12 is formed.
A p-type impurity such as B is selectively introduced into the formation region to form a p-type impurity.
An L region 13 is formed, and then a gate oxide film 14 and
After forming the gate electrode 15 made of polycrystalline Si,
SiO 2 on the side of the gate electrode 15TwoSide war consisting of membrane
Then, a device isolation oxide film 12 and a gate
P is selectively introduced using the gate electrode 15 as a mask to form an n-type
Source region 17 and n-type drain region 18 were formed.
That is, the thickness which becomes the interlayer insulating film 19 by the PCVD method is as follows.
For example, 0.8 μm SiO TwoDeposit the film.

【0039】次いで、CMP法を用いて研磨を行うこと
によって層間絶縁膜19の表面を平坦化したのち、所定
のレジストマスク(図示せず)をマスクとしてC4 8
+CO+Arからなる混合ガスを用いた反応性イオンエ
ッチングを施すことによって、n型ソース領域17、n
型ドレイン領域18、及び、ゲート電極15に対するビ
アホール20,21,22を形成する。なお、図示を簡
単にするために、この場合にも、ビアホール20,2
1,22は一直線状に並ぶ様に示しているが、実際に
は、互いに異なった位置に形成されている。
Next, after the surface of the interlayer insulating film 19 is flattened by polishing using a CMP method, C 4 F 8 is formed using a predetermined resist mask (not shown) as a mask.
By performing reactive ion etching using a mixed gas of + CO + Ar, n-type source regions 17 and n
Via holes 20, 21, 22 for the mold drain region 18 and the gate electrode 15 are formed. For simplicity of illustration, also in this case, the via holes 20, 2
Although 1 and 22 are shown as being arranged in a straight line, they are actually formed at different positions.

【0040】図2(b)参照 次いで、スパッタリング法によってバリアメタルとなる
TiN膜23を、例えば、50nmの厚さに全面に堆積
させたのち、Asイオン24を、30keVの加速エネ
ルギーで、1.0×1013〜1.0×1015cm-2、例
えば、3×10 14cm-2の条件でイオン注入し、例え
ば、400℃において30分間熱処理を行うことによっ
て、Asイオン24をTiN膜23に混入する。
Next, a barrier metal is formed by sputtering.
A TiN film 23 is deposited on the entire surface to a thickness of, for example, 50 nm.
After that, the As ions 24 are accelerated by 30 keV energy.
1.0 × 1013~ 1.0 × 10Fifteencm-2, Example
For example, 3 × 10 14cm-2Ion implantation under the conditions of
For example, by performing a heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes.
Then, As ions 24 are mixed into the TiN film 23.

【0041】図2(c)参照 次いで、スパッタリング法を用いて、層間絶縁膜19上
の厚さが、例えば、1.5μmのCu層25を堆積させ
る。
Next, referring to FIG. 2C, a Cu layer 25 having a thickness of, for example, 1.5 μm on the interlayer insulating film 19 is deposited by sputtering.

【0042】図3(d)参照 次いで、CMP法によって、層間絶縁膜19の表面が露
出するまで研磨を行い、ビアホール20,21,22以
外の領域に堆積したCu層25及びTiN膜23除去し
て、Cuプラグ26,27,28を形成する。
Then, polishing is performed by CMP until the surface of the interlayer insulating film 19 is exposed, and the Cu layer 25 and the TiN film 23 deposited in regions other than the via holes 20, 21, 22 are removed. Thus, Cu plugs 26, 27 and 28 are formed.

【0043】図3(e)参照 次いで、再び、PCVD法を用いて層間絶縁膜29とな
る厚さが、例えば、0.8μmのSiO2 膜を堆積させ
たのち、所定のレジストマスク(図示せず)をマスクと
して反応性イオンエッチングを施すことによって、Cu
プラグ26,27,28と電気的に接触する配線層を形
成するための配線層用溝30を形成し、次いで、スパッ
タリング法によってバリアメタルとなるTiN膜31を
全面に堆積させたのち、再び、Asイオン32を、30
keVの加速エネルギーで、1.0×1013〜1.0×
1015cm-2、例えば、3×1014cm-2の条件でイオ
ン注入し、例えば、400℃において30分間熱処理を
行うことによって、Asイオン32をTiN膜31に混
入する。なお、この場合にも、実際には、ビアホール2
0,21,22は、互いに異なった位置に形成されてい
るので、図においては、n型ドレイン領域18に対する
Cuプラグ27に接続する配線層のための配線層用溝3
0を示しているが、Cuプラグ26,28に対する配線
層用溝も他の位置に同時に形成するものである。また、
実際には、層間絶縁膜28となる厚いSiO2 膜の下
に、50nm程度のSiN膜をエッチングストッパー層
として堆積させておくものである。
Referring again to FIG. 3E, a SiO 2 film having a thickness of, for example, 0.8 μm to become the interlayer insulating film 29 is deposited again by the PCVD method, and then a predetermined resist mask (not shown) is used. Cu) by performing reactive ion etching using
After forming a wiring layer groove 30 for forming a wiring layer that is in electrical contact with the plugs 26, 27, and 28, a TiN film 31 serving as a barrier metal is deposited on the entire surface by a sputtering method. As ions 32, 30
With an acceleration energy of keV, 1.0 × 10 13 to 1.0 ×
As ions are implanted under conditions of 10 15 cm -2 , for example, 3 × 10 14 cm -2 , and a heat treatment is performed, for example, at 400 ° C. for 30 minutes to mix As ions 32 into the TiN film 31. In this case as well, actually, the via hole 2
Since 0, 21 and 22 are formed at different positions from each other, in the figure, the wiring layer groove 3 for the wiring layer connected to the Cu plug 27 with respect to the n-type drain region 18 is shown.
Although 0 is shown, the groove for the wiring layer for the Cu plugs 26 and 28 is also formed at other positions at the same time. Also,
Actually, a SiN film of about 50 nm is deposited as an etching stopper layer under the thick SiO 2 film which becomes the interlayer insulating film 28.

【0044】図3(f)参照 次いで、スパッタリング法を用いて厚さが、例えば、
1.5μmのCu層を堆積させたのち、CMP法によっ
て、層間絶縁膜29の表面が露出するまで研磨を行い、
配線層用溝30以外の領域に堆積したCu層及びTiN
膜23除去して、Cuプラグ27に接続するCu埋込配
線層33を形成する。なお、図示しないものの、同時に
Cuプラグ26,28に対するCu埋込配線層も形成さ
れている。
Next, as shown in FIG.
After depositing a 1.5 μm Cu layer, polishing is performed by a CMP method until the surface of the interlayer insulating film 29 is exposed,
Cu layer and TiN deposited in areas other than wiring layer groove 30
The film 23 is removed, and a Cu embedded wiring layer 33 connected to the Cu plug 27 is formed. Although not shown, a Cu embedded wiring layer for the Cu plugs 26 and 28 is also formed at the same time.

【0045】この様な工程を必要に応じて、上層配線
層、及び、上層配線層との接続を取るためのCuプラグ
に対しても行うことによって、Cu埋込配線層による多
層配線構造を形成している。
By performing such a process on the upper wiring layer and the Cu plug for making a connection with the upper wiring layer as required, a multilayer wiring structure with a Cu embedded wiring layer is formed. doing.

【0046】図4参照 図4は、本発明の実施の形態の効果を確認するために、
p型領域にn+ 型領域を形成したn+ /pダイオード上
に、50nmのTiN膜を堆積し、Asイオン注入後
に、200nmのCu膜、50nmのTiN膜を順次堆
積させて、TiN/Cu/TiN構造の電極を形成し、
700℃で30分間のアニール処理を行ったのち、この
ダイオードに2.5Vの逆バイアスを印加した場合のリ
ーク電流を測定したものであり、リーク電流を累積度数
分布として示したものである。図から明らかなように、
Asイオンを注入した場合に、注入しない場合に比べて
リーク電流が低減し、特に、注入量が1×1014cm-2
或いは1×1015cm -2の場合のリーク電流は1×10
-9A程度であり、イオン注入しない場合の累積確率が9
9%における約1×10-6Aと比べてリーク電流が大幅
に低減する。
FIG. 4 is a graph showing the effect of the embodiment of the present invention.
n for p-type region+N forming a mold region+On / p diode
, A 50 nm TiN film is deposited, and after As ion implantation
Next, a 200 nm Cu film and a 50 nm TiN film are sequentially deposited.
To form an electrode having a TiN / Cu / TiN structure,
After an annealing treatment at 700 ° C. for 30 minutes,
When a reverse bias of 2.5 V is applied to the diode,
Leakage current is measured and the leakage current is
This is shown as a distribution. As is clear from the figure,
When As ions are implanted, compared to when not implanted
Leakage current is reduced, especially when the injection amount is 1 × 1014cm-2
Or 1 × 10Fifteencm -2Leak current is 1 × 10
-9A, and the cumulative probability without ion implantation is 9
About 1 × 10 at 9%-6Large leak current compared to A
To be reduced.

【0047】したがって、本発明の第1の実施の形態に
おいては、TiN膜23にAsを混入したことにより、
素子動作中にCuプラグ26,27からCuが拡散して
も、TiN膜23において、Cu3 AsO4 、Cu
3 (AsO4 2 等の化合物が生成され、この化合物が
TiN膜23の結晶粒界を埋めることによってCuの拡
散を抑制することができる。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, As is mixed in the TiN film 23,
Even if Cu diffuses from the Cu plugs 26 and 27 during the operation of the device, Cu 3 AsO 4 , Cu
A compound such as 3 (AsO 4 ) 2 is generated, and this compound fills the crystal grain boundaries of the TiN film 23, thereby suppressing Cu diffusion.

【0048】また、Cu埋込配線層33のSiO2 膜と
接する周囲はAsの混入されたTiN膜31で覆われて
いるので、Cu埋込配線層33のCuがSiO2 膜中に
拡散することがなく、したがって、Cu埋込配線層33
にボイドが発生しないので、配線層寿命が低下すること
がない。
Since the periphery of the Cu buried wiring layer 33 which is in contact with the SiO 2 film is covered with the TiN film 31 mixed with As, Cu of the Cu buried wiring layer 33 diffuses into the SiO 2 film. Therefore, the Cu buried wiring layer 33
Since no void is generated in the wiring layer, the life of the wiring layer is not reduced.

【0049】次に、図5及び図6を参照して、本発明の
第2の実施の形態の製造工程を説明する。 図5(a)参照 まず、上記の第1の実施の形態と同様に、n型シリコン
基板11に選択酸化を施すことによって素子分離酸化膜
12を形成したのち、素子分離酸化膜12に囲まれた一
部の素子形成領域にB等のp型不純物を選択的に導入し
てp型ウエル領域13を形成し、次いで、ゲート酸化膜
14及び多結晶Siからなるゲート電極15を形成した
のち、ゲート電極15の側部にSiO2 膜からなるサイ
ドウォール16を形成し、次いで、素子分離酸化膜12
及びゲート電極15をマスクとしてPを選択的に導入し
てn型ソース領域17及びn型ドレイン領域18を形成
したのち、PCVD法によって層間絶縁膜19となる厚
さが、例えば、0.8μmのSiO2 膜を堆積させる。
Next, a manufacturing process according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 5A, first, similarly to the first embodiment, the element isolation oxide film 12 is formed by selectively oxidizing the n-type silicon substrate 11, and then surrounded by the element isolation oxide film 12. A p-type impurity such as B is selectively introduced into a part of the element formation region to form a p-type well region 13, and then a gate oxide film 14 and a gate electrode 15 made of polycrystalline Si are formed. A side wall 16 made of a SiO 2 film is formed on the side of the gate electrode 15, and then an element isolation oxide film 12 is formed.
After the P type is selectively introduced using the gate electrode 15 as a mask to form the n-type source region 17 and the n-type drain region 18, the thickness to become the interlayer insulating film 19 by the PCVD method is, for example, 0.8 μm. A SiO 2 film is deposited.

【0050】次いで、CMP法を用いて研磨を行うこと
によって層間絶縁膜19の表面を平坦化したのち、所定
のレジストマスク(図示せず)をマスクとしてC4 8
+CO+Arからなる混合ガスを用いた反応性イオンエ
ッチングを施すことによって、n型ソース領域17、n
型ドレイン領域18、及び、ゲート電極15に対するビ
アホール20,21,22を形成する。なお、図示を簡
単にするために、この場合にも、ビアホール20,2
1,22は一直線状に並ぶ様に示しているが、実際に
は、互いに異なった位置に形成されている。
Next, the surface of the interlayer insulating film 19 is planarized by polishing using a CMP method, and then C 4 F 8 is formed using a predetermined resist mask (not shown) as a mask.
By performing reactive ion etching using a mixed gas of + CO + Ar, n-type source regions 17 and n
Via holes 20, 21, 22 for the mold drain region 18 and the gate electrode 15 are formed. For simplicity of illustration, also in this case, the via holes 20, 2
Although 1 and 22 are shown as being arranged in a straight line, they are actually formed at different positions.

【0051】図5(b)参照 次いで、Moを0.05〜2.0%、例えば、1.0%
含んだTiターゲットを用いてスパッタリングすること
によって、バリアメタルとなるMo含有TiN膜34
を、例えば、50nmの厚さに全面に堆積させる。
Next, as shown in FIG. 5 (b), Mo is added to 0.05 to 2.0%, for example, 1.0%.
Mo-containing TiN film 34 serving as a barrier metal by sputtering using a Ti target containing
Is deposited on the entire surface to a thickness of, for example, 50 nm.

【0052】図5(c)参照 次いで、同じくスパッタリング法を用いて、層間絶縁膜
19上の厚さが、例えば、1.5μmのCu層25を堆
積させる。
Next, a Cu layer 25 having a thickness of, for example, 1.5 μm on the interlayer insulating film 19 is deposited by the same sputtering method.

【0053】図6(d)参照 次いで、CMP法によって、層間絶縁膜19の表面が露
出するまで研磨を行い、ビアホール20,21,22以
外の領域に堆積したCu層25及びMo含有TiN膜3
4除去して、Cuプラグ26,27,28を形成する。
Next, polishing is performed by CMP until the surface of the interlayer insulating film 19 is exposed, and the Cu layer 25 and the Mo-containing TiN film 3 deposited in regions other than the via holes 20, 21 and 22 are polished.
4 to form Cu plugs 26, 27 and 28.

【0054】図6(e)参照 次いで、再び、PCVD法を用いて層間絶縁膜29とな
る厚さが、例えば、0.8μmのSiO2 膜を堆積させ
たのち、所定のレジストマスク(図示せず)をマスクと
して反応性イオンエッチングを施すことによって、Cu
プラグ26,27,28と電気的に接触する配線層を形
成するための配線層用溝30を形成し、次いで、再び、
Moを0.05〜2.0%、例えば、1.0%含んだT
iターゲットを用いてスパッタリングすることによっ
て、バリアメタルとなるMo含有TiN膜35を全面に
堆積させる。なお、この場合にも、実際には、ビアホー
ル20,21,22は、互いに異なった位置に形成され
ているので、図においては、n型ドレイン領域18に対
するCuプラグ27に接続する配線層のための配線層用
溝30を示しているが、Cuプラグ26,28に対する
配線層用溝も他の位置に同時に形成するものである。ま
た、実際には、層間絶縁膜28となる厚いSiO2 膜の
下に、50nm程度のSiN膜をエッチングストッパー
層として堆積させておくものである。
Next, an SiO 2 film having a thickness of, for example, 0.8 μm to become the interlayer insulating film 29 is deposited again by the PCVD method, and then a predetermined resist mask (shown in FIG. Cu) by performing reactive ion etching using
A wiring layer groove 30 for forming a wiring layer that is in electrical contact with the plugs 26, 27, 28 is formed, and then again
T containing 0.05 to 2.0% of Mo, for example, 1.0%
By sputtering using an i target, a Mo-containing TiN film 35 serving as a barrier metal is deposited on the entire surface. Also in this case, the via holes 20, 21 and 22 are actually formed at different positions from each other. Therefore, in the drawing, the via holes 20, 21 and 22 are provided for the wiring layer connected to the Cu plug 27 for the n-type drain region 18. The wiring layer groove 30 is shown, but the wiring layer groove for the Cu plugs 26 and 28 is also formed at another position at the same time. Actually, an SiN film of about 50 nm is deposited as an etching stopper layer under a thick SiO 2 film serving as the interlayer insulating film 28.

【0055】図6(f)参照 次いで、再びスパッタリング法を用いて厚さが、例え
ば、1.5μmのCu層を堆積させたのち、CMP法に
よって、層間絶縁膜29の表面が露出するまで研磨を行
い、配線層用溝30以外の領域に堆積したCu層及びM
o含有TiN膜35除去して、Cuプラグ27に接続す
るCu埋込配線層33を形成する。なお、この場合も、
図示しないものの、同時にCuプラグ26,28に対す
るCu埋込配線層も形成されている。
Next, a Cu layer having a thickness of, for example, 1.5 μm is deposited again by the sputtering method, and then polished by the CMP method until the surface of the interlayer insulating film 29 is exposed. And the Cu layer and M deposited in the region other than the wiring layer groove 30
By removing the o-containing TiN film 35, a Cu buried wiring layer 33 connected to the Cu plug 27 is formed. In this case,
Although not shown, a Cu embedded wiring layer for the Cu plugs 26 and 28 is also formed at the same time.

【0056】この様な工程を必要に応じて、上層配線
層、及び、上層配線層との接続を取るためのCuプラグ
に対しても行うことによって、Cu埋込配線層による多
層配線構造を形成している。
By performing such a process on the upper wiring layer and the Cu plug for making a connection with the upper wiring layer as required, a multilayer wiring structure with a Cu embedded wiring layer is formed. doing.

【0057】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、バリア膜としてMo含有TiN膜33を用いて
いるので、素子動作中にCuプラグ26,27からCu
が拡散しても、Mo含有TiN膜34において、CuM
oO4 が生成され、この化合物がMo含有TiN膜34
の結晶粒界を埋めることによってCuの拡散を抑制する
ことができる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the Mo-containing TiN film 33 is used as the barrier film, so that the Cu plugs 26 and 27 move from the Cu plugs 26 and 27 during operation of the device.
Is diffused, the Cu-containing TiN film 34
oO 4 is generated, and this compound is used as the Mo-containing TiN film 34.
By filling the crystal grain boundaries, the diffusion of Cu can be suppressed.

【0058】また、Cu埋込配線層33のSiO2 膜と
接する周囲はMo含有TiN膜35で覆われているの
で、Cu埋込配線層33のCuがSiO2 膜中に拡散す
ることがなく、したがって、Cu埋込配線層33にボイ
ドが発生しないので、配線層寿命が低下することがな
い。
Since the periphery of the Cu buried wiring layer 33 which is in contact with the SiO 2 film is covered with the Mo-containing TiN film 35, the Cu of the Cu buried wiring layer 33 does not diffuse into the SiO 2 film. Therefore, no void is generated in the Cu embedded wiring layer 33, so that the life of the wiring layer is not reduced.

【0059】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は、実施の形態に記載した構成に限られる
ものではなく、各種の変更が可能である。例えば、バリ
アメタルは、TiN膜の代わりにTaN膜或いはWN膜
を用いても良いものであり、或いは、TiN膜、TaN
膜、或いは、WN膜にSiを含有させても良いものであ
り、Siを含有させることによってバリア膜の結晶粒径
がナノサイズに小さくなり、粒界に沿ったCuの拡散を
効果的に抑制することができる。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, as the barrier metal, a TaN film or a WN film may be used instead of the TiN film, or a TiN film or a TaN film may be used.
The film or the WN film may contain Si. By including Si, the crystal grain size of the barrier film is reduced to nano size, and Cu diffusion along grain boundaries is effectively suppressed. can do.

【0060】また、バリア膜は、Ti膜、Ta膜、或い
は、W膜でも良いものであり、Si上に設けた場合に
は、Ti、Ta、Wとのシリサイドの形成が問題になる
が、SiO2 膜に接する部分では問題がないので、上層
配線層に対するバリア膜として用いることができる。
The barrier film may be a Ti film, a Ta film, or a W film. When the barrier film is provided on Si, the formation of silicide with Ti, Ta, and W becomes a problem. Since there is no problem in the portion in contact with the SiO 2 film, it can be used as a barrier film for the upper wiring layer.

【0061】また、上記の各実施の形態の説明において
は、TiN膜に含有させる元素として、As或いはMo
を用いているが、As或いはMoと同様に標準生成エネ
ルギーの小さな化合物を形成するFe或いはSを用いて
も良いものである。
In the description of each of the above embodiments, the element contained in the TiN film is As or Mo.
Is used, but Fe or S which forms a compound having a small standard generation energy like As or Mo may be used.

【0062】また、上記の各実施の形態の説明において
は、As或いはMoを含有させる際に、イオン注入法或
いはスパッタリング法を用いているが、蒸着法或いはM
OCVD法(有機金属気相成長法)を用いても良いもの
であり、蒸着法を用いる場合には、蒸着源に標準生成エ
ネルギーの小さな化合物を形成する元素を含有させれば
良く、また、MOVPE法を用いる場合には、成長雰囲
気中に標準生成エネルギーの小さな化合物を形成する元
素を含有させておけば良い。
In the description of each of the above embodiments, when As or Mo is contained, the ion implantation method or the sputtering method is used.
An OCVD method (metal organic chemical vapor deposition method) may be used. In the case of using an evaporation method, an element which forms a compound having a small standard generation energy may be contained in an evaporation source. When the method is used, an element which forms a compound having a small standard generation energy may be contained in the growth atmosphere.

【0063】また、上記の各実施の形態の説明において
は、スパッタリング源に標準生成エネルギーの小さな化
合物を形成する元素を含有させ、TiN膜の中全体に混
入させているが、TiN膜の表面或いはTiN膜の中に
サンドイッチ的に混入させても良いものであり、TiN
膜をスパッタリング法或いは蒸着法で成膜する際に、標
準生成エネルギーの小さな化合物を形成する元素を単独
でスパッタリング或いは蒸着すれば良い。
In the description of each of the above embodiments, the element for forming a compound having a small standard generation energy is contained in the sputtering source and mixed in the entire TiN film. It may be mixed in a TiN film in a sandwich manner.
When a film is formed by a sputtering method or an evaporation method, an element which forms a compound having a small standard generation energy may be sputtered or evaporated alone.

【0064】また、上記の各実施の形態の説明において
は、Cu層をスパッタリング法で堆積させているが、ス
パッタリング法に限られるものではなく、電解メッキ
法、無電解メッキ法、或いは、Cu(hfac)TMV
Sを用いたMOCVD法によって堆積させても良いもの
である。なお、電解メッキ法によってCu層を堆積させ
る場合には、Cu層を堆積させる前に、電解メッキ工程
におけるシードとなるCuシード膜を、スパッタリング
法によって、例えば、200nmの厚さに堆積させて下
地導電膜とすることが望ましい。
In the description of each of the above embodiments, the Cu layer is deposited by the sputtering method. However, the Cu layer is not limited to the sputtering method, but may be formed by the electrolytic plating method, the electroless plating method, or the Cu ( hfac) TMV
It may be deposited by MOCVD using S. When the Cu layer is deposited by the electrolytic plating method, a Cu seed film serving as a seed in the electrolytic plating step is deposited to a thickness of, for example, 200 nm by a sputtering method before depositing the Cu layer. It is desirable to use a conductive film.

【0065】また、上記の各実施の形態の説明において
は、層間絶縁膜として、Cuプラグ及びCu埋込配線層
に与える影響を考慮して、低温で成膜するPCVD法を
用いたSiO2 膜、即ち、LTO膜を用いているが、L
TO膜に限られるものではなく、FSG(フッ素含有S
iO2 膜)、水素を含む無機系のSOGであるHSQ、
或いは、有機系絶縁膜等の低誘電率膜を用いても良いも
のであり、この様な低誘電率膜を用いることによって、
配線層間の寄生容量を低減することができ、それによっ
て動作速度の遅延を防止することができる。
In the description of each of the above embodiments, the SiO 2 film formed by the PCVD method at a low temperature is used as the interlayer insulating film in consideration of the influence on the Cu plug and the Cu embedded wiring layer. That is, although the LTO film is used,
It is not limited to the TO film, but may be FSG (fluorine-containing S
iO 2 film), a SOG inorganic containing hydrogen HSQ,
Alternatively, a low dielectric constant film such as an organic insulating film may be used. By using such a low dielectric constant film,
The parasitic capacitance between the wiring layers can be reduced, so that a delay in operation speed can be prevented.

【0066】また、上記の各実施の形態の説明において
は、層間絶縁膜として、Cuプラグ及びCu埋込配線層
としては、純粋なCuを用いているが、純粋なCuに限
られるものではなく、Cuの他の元素をドープしたCu
合金等のCuを主成分とする金属を用いて良いものであ
る。
In the description of each of the above embodiments, pure Cu is used for the Cu plug and the Cu embedded wiring layer as the interlayer insulating film. However, the present invention is not limited to pure Cu. , Cu doped with other elements of Cu
A metal containing Cu as a main component, such as an alloy, may be used.

【0067】また、上記の各実施の形態の説明において
は、CuプラグとCuプラグに接続する第1層目のCu
埋込配線層を別工程で形成しているが、ビアホールの形
成工程において配線層用溝も同時に形成し、Cuプラグ
とCuプラグに接続する第1層目のCu埋込配線層を同
時に形成しても良い。
In the description of each of the above embodiments, the Cu plug and the Cu layer of the first layer connected to the Cu plug are described.
Although the embedded wiring layer is formed in a separate step, a wiring layer groove is also formed in the via hole forming step, and a Cu plug and a first Cu embedded wiring layer connected to the Cu plug are formed simultaneously. May be.

【0068】また、上記の各実施の形態の説明において
は、半導体素子としてIGFET(絶縁ゲート型FE
T)を例に説明しているが、図4のダイオードの例から
も明らかなように、バイポーラトランジスタをはじめと
した他の半導体素子にも適用されるものである。
In the description of each of the above embodiments, an IGFET (insulated gate type FE) is used as a semiconductor element.
T) is described as an example, but as is clear from the example of the diode in FIG. 4, the present invention is also applied to other semiconductor elements such as a bipolar transistor.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によれば、Cu埋込配線層及びC
uプラグを形成する際に、バリア膜にAs等の標準生成
エネルギーの小さな化合物を形成する元素を含有させて
いるので、Cuの拡散をCuとの化合物を生成すること
によって抑制することができ、それによって、素子の動
作特性の劣化或いは配線層の寿命の低下を低減すること
ができ、低抵抗なCuを配線層として用いた高速・高集
積度の半導体集積回路装置の信頼性を向上することがで
きる。
According to the present invention, the Cu buried wiring layer and the C
When forming the u plug, the barrier film contains an element such as As which forms a compound having a small standard generation energy, so that diffusion of Cu can be suppressed by generating a compound with Cu. As a result, it is possible to reduce the deterioration of the operating characteristics of the element or the life of the wiring layer, and to improve the reliability of a high-speed and high-integration semiconductor integrated circuit device using low-resistance Cu as the wiring layer. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention after FIG. 2;

【図4】本発明の第1の実施の形態における効果の説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an effect in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の図5以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the second embodiment of the present invention after FIG. 5;

【図7】従来の半導体装置の途中までの製造工程の説明
図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a conventional semiconductor device halfway.

【図8】従来の半導体装置の図7以降の製造工程の説明
図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the conventional semiconductor device after FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 第1の層 3 第1の層 4 第1の層 5 第2の層 6 第2の層 7 第2の層 8 バリア層 9 バリア層 10 バリア層 11 n型シリコン基板 12 素子分離酸化膜 13 p型ウエル領域 14 ゲート酸化膜 15 ゲート電極 16 サイドウォール 17 n型ソース領域 18 n型ドレイン領域 19 層間絶縁膜 20 ビアホール 21 ビアホール 22 ビアホール 23 TiN膜 24 Asイオン 25 Cu層 26 Cuプラグ 27 Cuプラグ 28 Cuプラグ 29 第2層間絶縁膜 30 配線層用溝 31 TiN膜 32 Asイオン 33 Cu埋込配線層 34 Mo含有TiN膜 35 Mo含有TiN膜 41 n型シリコン基板 42 素子分離酸化膜 43 p型ウエル領域 44 ゲート酸化膜 45 ゲート電極 46 サイドウォール 47 n型ソース領域 48 n型ドレイン領域 49 層間絶縁膜 50 ビアホール 51 ビアホール 52 ビアホール 53 TiN膜 54 Cuメッキ層 55 Cuプラグ 56 Cuプラグ 57 Cuプラグ 58 第2層間絶縁膜 59 配線層用溝 60 TiN膜 61 Cu埋込配線層 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 first layer 3 first layer 4 first layer 5 second layer 6 second layer 7 second layer 8 barrier layer 9 barrier layer 10 barrier layer 11 n-type silicon substrate 12 element isolation Oxide film 13 p-type well region 14 gate oxide film 15 gate electrode 16 sidewall 17 n-type source region 18 n-type drain region 19 interlayer insulating film 20 via hole 21 via hole 22 via hole 23 TiN film 24 As ions 25 Cu layer 26 Cu plug 27 Cu plug 28 Cu plug 29 Second interlayer insulating film 30 Wiring layer groove 31 TiN film 32 As ion 33 Cu embedded wiring layer 34 Mo-containing TiN film 35 Mo-containing TiN film 41 n-type silicon substrate 42 element isolation oxide film 43 p Well region 44 gate oxide film 45 gate electrode 46 sidewall 47 n-type Region 48 n-type drain region 49 interlayer insulating film 50 via hole 51 via hole 52 via hole 53 TiN film 54 Cu plating layer 55 Cu plug 56 Cu plug 57 Cu plug 58 second interlayer insulating film 59 groove for wiring layer 60 TiN film 61 Cu filling Embedded wiring layer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の材料で構成される第1の層と第2
の材料で構成される第2の層との間にバリア層を設けた
多層構造を有する半導体装置において、前記バリア層に
前記第1の材料及び第2の材料を構成する元素以外の元
素を混入させることを特徴とする半導体装置。
A first layer made of a first material and a second layer made of a first material;
In a semiconductor device having a multi-layer structure in which a barrier layer is provided between a second layer and a second layer made of a material, elements other than the elements constituting the first material and the second material are mixed in the barrier layer. A semiconductor device comprising:
【請求項2】 上記バリア層に混入させる元素が、前記
バリア層中の環境不純物及び上記第1の材料及び第2の
材料を構成する元素と化合物を形成する際の標準生成エ
ネルギーΔf H°1 が、298℃において、Δf H°1
≦−600kJ/molの元素であることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。
Wherein element to be mixed into the barrier layer, the standard energy of formation delta f H ° at the time of forming the element as a compound constituting the environmental impurity and the first and second materials of the barrier layer 1 at 298 ° C., Δ f H ° 1
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the element is ≦ −600 kJ / mol.
【請求項3】 上記標準生成エネルギーΔf H°1 と、
上記バリア層と上記第1の層或いは第2の層とで化合物
を生成する際の標準生成エネルギーΔf H° 2 が、 Δf H°1 ≪Δf H°2 の関係を有することを特徴とする請求項2記載の半導体
装置。
3. The standard energy of formation ΔfH °1When,
A compound formed between the barrier layer and the first layer or the second layer;
The standard energy of formation ΔfH ° TwoIs ΔfH °1≪ΔfH °Two 3. The semiconductor according to claim 2, wherein:
apparatus.
【請求項4】 上記第1の層を構成する第1の材料び第
2の層を構成する第2の材料の少なくとも一方が、Cu
或いはCuを含む金属であることを特徴とする請求項1
乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
4. At least one of the first material forming the first layer and the second material forming the second layer is made of Cu
Or a metal containing Cu.
The semiconductor device according to any one of claims 3 to 3.
【請求項5】 上記バリア層の少なくとも1層が、T
i、Ta、または、Wからなる金属、Ti、Ta、また
は、Wの窒化物、或いは、Ti、Ta、または、Wの窒
化物にSiを添加したもののいずれかであることを特徴
とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装
置。
5. The method according to claim 1, wherein at least one of the barrier layers comprises T
a metal comprising i, Ta, or W; a nitride of Ti, Ta, or W; or a nitride of Ti, Ta, or W to which Si is added; Item 5. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 4.
【請求項6】 上記バリア層に混入させる元素が、A
s、Mo、Fe、或いは、Sの内の少なくとも一つの元
素を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1
項に記載の半導体装置。
6. The element mixed with the barrier layer is A
6. The semiconductor device according to claim 1, comprising at least one element of s, Mo, Fe, or S.
13. The semiconductor device according to item 9.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、上記バリア層に混入さ
せる元素を、イオン注入法によって混入させることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the element to be mixed into the barrier layer is mixed by an ion implantation method. .
【請求項8】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、上記バリア層に混入さ
せる元素を、スパッタ源となるターゲット、或いは、蒸
着源に予め混入させておくことを特徴とする半導体装置
の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the element to be mixed in the barrier layer is mixed in a target serving as a sputtering source or a vapor deposition source in advance. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項9】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、上記バリア層を堆積さ
せる工程において、前記バリア層に混入させる元素を、
スパッタリング法或いは蒸着法によって前記バリア層の
表面或いはバリア層中に堆積させることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the step of depositing the barrier layer, an element mixed in the barrier layer is
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing on the surface of the barrier layer or in the barrier layer by a sputtering method or an evaporation method.
【請求項10】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載
の半導体装置の製造方法において、上記バリア層に混入
させる元素を、前記バリア層を化学気相成長法によって
成膜する工程において混入させることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the element to be mixed in the barrier layer is mixed in the step of forming the barrier layer by a chemical vapor deposition method. A method of manufacturing a semiconductor device.
JP10139499A 1998-05-21 1998-05-21 Semiconductor device and manufacturing method thereof Withdrawn JPH11330001A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10139499A JPH11330001A (en) 1998-05-21 1998-05-21 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10139499A JPH11330001A (en) 1998-05-21 1998-05-21 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11330001A true JPH11330001A (en) 1999-11-30

Family

ID=15246709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10139499A Withdrawn JPH11330001A (en) 1998-05-21 1998-05-21 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11330001A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005510874A (en) * 2001-11-26 2005-04-21 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Implantation method after copper seed deposition
US6900119B2 (en) * 2001-06-28 2005-05-31 Micron Technology, Inc. Agglomeration control using early transition metal alloys
US7315084B2 (en) 2001-12-25 2008-01-01 Nec Electronics Corporation Copper interconnection and the method for fabricating the same
JP2018050009A (en) * 2016-09-23 2018-03-29 東芝メモリ株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900119B2 (en) * 2001-06-28 2005-05-31 Micron Technology, Inc. Agglomeration control using early transition metal alloys
JP2005510874A (en) * 2001-11-26 2005-04-21 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Implantation method after copper seed deposition
JP4685352B2 (en) * 2001-11-26 2011-05-18 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド An integrated circuit manufacturing method, an implantation method after copper seed deposition, a barrier / seed interface layer formation method, and a via formation in an integrated circuit.
US7315084B2 (en) 2001-12-25 2008-01-01 Nec Electronics Corporation Copper interconnection and the method for fabricating the same
JP2018050009A (en) * 2016-09-23 2018-03-29 東芝メモリ株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220115505A1 (en) Copper-filled trench contact for transistor performance improvement
US7220674B2 (en) Copper alloys for interconnections having improved electromigration characteristics and methods of making same
JP4685352B2 (en) An integrated circuit manufacturing method, an implantation method after copper seed deposition, a barrier / seed interface layer formation method, and a via formation in an integrated circuit.
US8106512B2 (en) Low resistance high reliability contact via and metal line structure for semiconductor device
US7507666B2 (en) Manufacture method for semiconductor device having concave portions filled with conductor containing Cu as its main composition
US9704740B2 (en) Semiconductor device having insulating layers containing oxygen and a barrier layer containing manganese
US6632738B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US10862030B2 (en) Semiconductor devices comprising silver
JP2011523780A (en) Structure and process for the incorporation of conductive contacts
CN102171810A (en) Discontinuous/non-uniform metal cap structure and process for interconnect integration
US6245672B1 (en) Method of forming diffusion barriers for copper metallization in integrated cirucits
US8338297B2 (en) Selective metal deposition over dielectric layers
JPH11330001A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8836122B2 (en) Semiconductor device having copper wiring with increased migration resistance
US7169706B2 (en) Method of using an adhesion precursor layer for chemical vapor deposition (CVD) copper deposition
JPH10116906A (en) Manufacture of semiconductor device
KR100571386B1 (en) Copper wiring of semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050802