(57)【要約】【課題】低抵抗のコンタクト抵抗を有する電子装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】電子装置は、第１導体と、第１導体上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜内に形成され、第１導体と電気的に接続された第２導体と、層間絶縁膜と第２導体との間及び第１導体と第２導体との間に介在している第１バリア膜と、を備える。第１バリア膜のうち、層間絶縁膜と第２導体との間に形成された領域において膜厚の最も薄い部分は、第１導体側の端部以外の部分である。【選択図】図７
2014007277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導体と、
前記第１導体上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に形成され、前記第１導体と電気的に接続された第２導体と、
前記層間絶縁膜と前記第２導体との間及び前記第１導体と前記第２導体との間に介在している第１バリア膜と、を備え、
前記第１バリア膜のうち、前記層間絶縁膜と前記第２導体との間に形成された領域において膜厚の最も薄い部分は、前記第１導体側の端部以外の部分であることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記層間絶縁膜と前記第２導体との間に形成された前記第１バリア膜は、前記第１導体側の第１端部から前記第１端部とは反対側の第２端部に向けて膜厚が減少している第１領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜と前記第２導体との間に形成された前記第１バリア膜は、前記第１領域から前記第２端部に向けて膜厚が増加している第２領域をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記第１バリア膜のうち前記第１導体に接している領域の最小膜厚は７ｎｍ〜１３ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項５】
前記第１バリア膜の上に、前記第１バリア膜が酸化された第２バリア膜と、
前記第２バリア膜と前記第２導体との間に形成された第３バリア膜と、をさらに備え、
前記第１導体は銅を含有し、
前記第２導体はアルミニウムを含有し、
前記第１バリア膜はチタンを含有し、
前記第３バリア膜は窒化チタンを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項６】
前記第２導体は、前記層間絶縁膜内から前記層間絶縁膜上にわたって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記第２導体及び前記層間絶縁膜の上に、前記第２導体と電気的に接続された第３導体をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項８】
前記第１バリア膜と前記第２導体との間に形成された第２バリア膜と、をさらに備え、
前記第１導体は銅を含有し、
前記第２導体はタングステンを含有し、
前記第３導体はアルミニウムを含有し、
前記第１バリア膜はチタンを含有し、
前記第２バリア膜は窒化チタンを含有することを特徴とする請求項７に記載の電子装置。
【請求項９】
前記第２導体上に形成された第３バリア膜と、
前記第３バリア膜と前記第３導体との間に形成された第４バリア膜と、をさらに備え、
前記第３バリア膜はチタンを含有し、
前記第４バリア膜は窒化チタンを含有することを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
【請求項１０】
基板と電気的に接続された第１導体を形成する工程と、
前記第１導体上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１導体を露出するコンタクトホールを前記層間絶縁膜に形成する工程と、
前記基板にバイアスを印加しながら、少なくとも前記コンタクトホール内における層間絶縁膜の側壁面及び前記第１導体の露出面を覆うように第１バリア膜を形成する工程と、
前記第１バリア膜上に、少なくとも前記コンタクトホールを埋め込む第２導体を形成する工程と、を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１１】
前記バイアスは９０Ｗ〜４００Ｗであることを特徴とする請求項９に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１２】
前記バイアスは９０Ｗ〜１１０Ｗであることを特徴とする請求項９に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１バリア膜は前記層間絶縁膜上にも形成され、
前記層間絶縁膜上に形成される前記第１バリア膜の膜厚が２５ｎｍ〜３５ｎｍとなるように前記第１導体を形成することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１４】
供給流量９．３×１０−２Ｐａ・ｍ３・ｓ−１〜５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１で酸素を供給することにより前記第１バリア膜の少なくとも表面を酸化して第２バリア膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２バリア膜上に第３バリア膜を形成する工程をさらに含み、
前記第２導体は、前記第３バリア膜上に形成することを特徴とする請求項１４に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１導体は銅で形成し、
前記第２導体はアルミニウムで形成し、
前記第１バリア膜はチタンで形成し、
前記第３バリア膜は窒化チタンで形成することを特徴とする請求項１５に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１７】
前記層間絶縁膜及び前記第２導体の上に第３導体を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１導体は銅で形成し、
前記第２導体はタングステンで形成し、
前記第３導体はアルミニウムで形成することを特徴とする請求項１７に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第２導体を形成する前に、前記第１バリア膜上に前記第２バリア膜を形成する工程と、
前記第３導体を形成する前に、少なくとも前記第２導体上に第３バリア膜及び第４バリア膜を形成する工程と、をさらに含み、
前記第２バリア膜及び前記第４バリア膜は窒化チタンで形成し、
前記第３バリア膜はチタンで形成することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の電子装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１導体を形成した後、前記第１導体を１５０℃〜２５０℃で熱処理することを特徴とする請求項１０〜１９のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクト（スルーホール）を有する電子装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の電子装置の微細化と共に、高速化が求められている。高速化の手段としては、配線遅延の減少が試みられている。例えば、アルミニウム配線から銅配線へ移行して配線抵抗を低下させることが行われている。一方、ワイヤボンディングのためのボンディングパッドとしてアルミニウムを含有するパッドが使用されることがある。この場合、銅配線に電気的に接続するアルミニウムコンタクトが形成される。例えば、半導体デバイスの配線工程において、銅配線上の層間絶縁膜に、銅配線が露出するコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールにアルミニウムが埋め込まれる。コンタクトホールへのアルミニウムの埋込技術としては、リフロースパッタ技術を用いることができる。リフロースパッタ技術を用いる場合、銅配線とアルミニウムコンタクトとの間に、チタンを含有するバリア膜を形成することがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体装置は、銅層と、アルミニウム含有層と、銅層およびアルミニウム含有層間に形成された、チタン層と酸化チタン層の積層構造からなるバリアメタル層とを備え、バリアメタル層は、銅層側からアルミニウム含有層側にかけてチタン層／酸化チタン層／窒化チタン層／チタン層の順に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【０００６】
銅配線上にアルミニウム等でコンタクトを形成する場合、水素化処理等において熱処理をコンタクトを形成した後に施すことがある。この熱処理によって、コンタクトホール下の銅配線にボイド（空洞）が発生することがある（ＳＩＶ：Stress Induced Voiding）。銅配線にボイドが発生すると、接続不良が生じ、製品の信頼性が低下することになる。したがって、ＳＩＶによるボイドの発生を抑制する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１視点によれば、電子装置は、第１導体と、第１導体上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜内に形成され、第１導体と電気的に接続された第２導体と、層間絶縁膜と第２導体との間及び第１導体と第２導体との間に介在している第１バリア膜と、を備える。第１バリア膜のうち、層間絶縁膜と第２導体との間に形成された領域において膜厚の最も薄い部分は、第１導体側の端部以外の部分である。
【０００８】
本発明の第２視点によれば、電子装置の製造方法は、基板と電気的に接続された第１導体を形成する工程と、第１導体上に層間絶縁膜を形成する工程と、第１導体を露出するコンタクトホールを層間絶縁膜に形成する工程と、基板にバイアスを印加しながら、少なくともコンタクトホール内における層間絶縁膜の側壁面及び第１導体の露出面を覆うように第１バリア膜を形成する工程と、第１バリア膜上に、少なくともコンタクトホールを埋め込む第２導体を形成する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造する方法を説明するための概略断面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造する方法を説明するための概略断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造する方法を説明するための概略断面図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造する方法を説明するための概略断面図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造する方法を説明するための概略断面図。
【図７】ウェハバイアスを印加した条件で形成した第１バリア膜の概略拡大図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る電子装置の概略断面図。
【図９】実施例１において製造した電子装置の概略断面図。
【図１０】実施例２において製造した電子装置の概略断面図。
【図１１】実施例３における試験結果を示すグラフ。
【図１２】実施例４における試験結果を示すグラフ。
【図１３】実施例４における試験結果を示すグラフ。
【図１４】実施例４における試験結果を示すグラフ。
【図１５】実施例４における試験結果を示すグラフ。
【図１６】実施例５における試験結果を示すグラフ。
【図１７】実施例６における試験結果を示すグラフ。
【図１８】ウェハバイアスを印加しない条件で形成した第１バリア膜の概略拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記各視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００１１】
上記第１視点の好ましい形態によれば、層間絶縁膜と第２導体との間に形成された第１バリア膜は、第１導体側の第１端部から第１端部とは反対側の第２端部に向けて膜厚が減少している第１領域を有する。
【００１２】
上記第１視点の好ましい形態によれば、層間絶縁膜と第２導体との間に形成された第１バリア膜は、第１領域から第２端部に向けて膜厚が増加している第２領域をさらに有する。
【００１３】
上記第１視点の好ましい形態によれば、第１バリア膜のうち第１導体に接している領域の最小膜厚は７ｎｍ〜１３ｎｍである。
【００１４】
上記第１視点の好ましい形態によれば、電子装置は、第１バリア膜の上に、第１バリア膜が酸化された第２バリア膜と、第２バリア膜と第２導体との間に形成された第３バリア膜と、をさらに備える。第１導体は銅を含有する。第２導体はアルミニウムを含有する。第１バリア膜はチタンを含有する。第３バリア膜は窒化チタンを含有する。
【００１５】
上記第１視点の好ましい形態によれば、第２導体は、層間絶縁膜内から層間絶縁膜上にわたって形成されている。
【００１６】
上記第１視点の好ましい形態によれば、電子装置は、第２導体及び層間絶縁膜の上に、第２導体と電気的に接続された第３導体をさらに備える。
【００１７】
上記第１視点の好ましい形態によれば、電子装置は、第１バリア膜と第２導体との間に形成された第２バリア膜と、をさらに備える。第１導体は銅を含有する。第２導体はタングステンを含有する。第３導体はアルミニウムを含有する。第１バリア膜はチタンを含有する。第２バリア膜は窒化チタンを含有する。
【００１８】
上記第１視点の好ましい形態によれば、電子装置は、第２導体上に形成された第３バリア膜と、第３バリア膜と第３導体との間に形成された第４バリア膜と、をさらに備える。第３バリア膜はチタンを含有する。第４バリア膜は窒化チタンを含有する。
【００１９】
上記第２視点の好ましい形態によれば、バイアスは９０Ｗ〜４００Ｗである。
【００２０】
上記第２視点の好ましい形態によれば、バイアスは９０Ｗ〜１１０Ｗである。
【００２１】
上記第２視点の好ましい形態によれば、第１バリア膜は層間絶縁膜上にも形成される。層間絶縁膜上に形成される第１バリア膜の膜厚が２５ｎｍ〜３５ｎｍとなるように第１導体を形成する。
【００２２】
上記第２視点の好ましい形態によれば、電子装置の製造方法は、供給流量９．３×１０−２Ｐａ・ｍ３・ｓ−１〜５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１で酸素を供給することにより第１バリア膜の少なくとも表面を酸化して第２バリア膜を形成する工程をさらに含む。
【００２３】
上記第２視点の好ましい形態によれば、電子装置の製造方法は、第２バリア膜上に第３バリア膜を形成する工程をさらに含む。第２導体は、第３バリア膜上に形成する。
【００２４】
上記第２視点の好ましい形態によれば、第１導体は銅で形成する。第２導体はアルミニウムで形成する。第１バリア膜はチタンで形成する。第３バリア膜は窒化チタンで形成する。
【００２５】
上記第２視点の好ましい形態によれば、電子装置の製造方法は、層間絶縁膜及び第２導体の上に第３導体を形成する工程をさらに含む。
【００２６】
上記第２視点の好ましい形態によれば、第１導体は銅で形成する。第２導体はタングステンで形成する。第３導体はアルミニウムで形成する。
【００２７】
上記第２視点の好ましい形態によれば、電子装置の製造方法は、第２導体を形成する前に、第１バリア膜上に第２バリア膜を形成する工程と、第３導体を形成する前に、少なくとも第２導体上に第３バリア膜及び第４バリア膜を形成する工程と、をさらに含む。第２バリア膜及び第４バリア膜は窒化チタンで形成する。第３バリア膜はチタンで形成する。
【００２８】
上記第２視点の好ましい形態によれば、第１導体を形成した後、第１導体を１５０℃〜２５０℃で熱処理する。
【００２９】
以下の説明において、図面参照符号は発明の理解のために付記しているものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００３０】
本発明の第１実施形態に係る電子装置について説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図を示す。電子装置１００は、第１層間絶縁膜１０１と、第１層間絶縁膜１０１に形成された第１配線１０２と、第１層間絶縁膜１０１上に形成されたエッチングストッパ膜１０３と、エッチングストッパ膜１０３上に形成された第２層間絶縁膜１０４と、第２層間絶縁膜１０４上に形成され、第１配線１０２と電気的に接続されている第２配線１０６と、第１配線１０２と第２配線１０６との間に形成されたバリア層１１０と、を備える。第２配線１０６は、第２層間絶縁膜１０４を貫通するコンタクトホール１０５を通じて第１配線１０２と電気的に接続されている。バリア層は複数の膜の積層体として構成することができる。図１に示す形態においては、バリア層１１０は、第１〜第５バリア膜１１１〜１１５を有する。電子装置１００における各要素の材料、形状等の形態については、後述の製造方法の説明において合わせて説明する。
【００３１】
本発明の第１実施形態に係る電子装置の製造方法について説明する。図２〜図６に、本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造する方法を説明するための概略断面図を示す。
【００３２】
まず、第１層間絶縁膜１０１に、基板（不図示）と電気的に接続された第１配線１０２を形成する。第１層間絶縁膜１０１としては、例えば酸化シリコンを使用することができる。第１配線１０２は、例えば銅配線とすることができる。次に、第１層間絶縁膜１０１上に、エッチングストッパ膜１０３を形成する。エッチングストッパ膜１０３としては、例えば窒化シリコンを使用することができる。次に、エッチングストッパ膜１０３上に、第２層間絶縁膜１０４を形成する（図２）。
【００３３】
次に、第１配線１０２の上面が露出するように、第２層間絶縁膜１０４及びエッチングストッパ膜１０３にコンタクトホール１０５を形成する（図３）。次に、第１配線１０２の露出面を還元して酸化物を除去する。例えば、第１配線１０２が銅配線である場合、水素を供給することにより第１配線１０２の表面を還元する。他にも誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Inductively Coupled Plasma）、高周波（ＲＦ；Radio Frequency）プラズマ等によって還元処理することができる。第１配線１０２の表面の酸化物を除去することにより、次に形成する第１バリア膜との密着性を高めることができる。
【００３４】
次に、バリア層を形成する。まず、少なくとも第１配線１０２の露出面及びコンタクトホール１０５の内壁に沿って第１バリア膜１１１を形成する（図４）。図４に示す形態においては、コンタクトホール１０５から第２層間絶縁膜１０４の上面上にも連続して延在する第１バリア膜１１１を形成している。第１バリア膜１１１は、第１配線１０２と密着性のよい材料を選択すると好ましい。第１配線１０２が銅である場合、第１バリア膜１１１としては、例えばチタン（Ｔｉ）を使用することができる。チタン膜は、例えばスパッタ法により成膜することができる。スパッタチャンバとしては、高いイオン化効率を有するもの、イオンの方向性制御が良好なもの、コンタクトホール底部でリスパッタ効果が得られるものが好ましい。例えば、ＬＴＳ（Long Through Sputter）方式、ＳＩＳ（Self Ionized Sputter）方式等を使用すると好ましい。
【００３５】
第１バリア膜１１１は、ウェハバイアスを印加した条件下で成膜する。図７に、本発明においてウェハバイアスを印加した条件で形成した第１バリア膜の概略拡大図を示す。図１８に、ウェハバイアスを印加しない条件で形成した第１バリア膜の概略拡大図を示す。図１８において、図７と同じ要素には同じ符号を付してある。ウェハバイアスを印加しない場合、スパッタ粒子はコンタクトホールの深い部分ほど到達しにくくなる。したがって、コンタクトホールの側壁１０５ｂにおける第１バリア膜９１１の膜厚は、開口から底部１０５ａに向かうほど薄くなる。すなわち、第１バリア膜９１１のうち、コンタクトホールの側壁１０５ｂに形成された領域において、○印で示す膜厚が最も薄い部分（膜厚Ｔ９２の部分）は、第１配線１０２側の端部となっている。また、コンタクトホール底部１０５ａにおける第１バリア膜９１１の膜厚は、底部１０５ａの外縁側ほど薄くなる。すなわち、第１バリア膜９１１のうち、第１配線１０２上に形成された領域において、○印で示す膜厚が最も薄い部分（膜厚Ｔ９１の部分）は、底面の端部となっている。したがって、第１配線１０２と第１バリア膜９１１との密着性は底部１０５ａ外縁（側壁１０５ｂ下方）、すなわちコンタクトホール１０５の角部、において特に弱くなっている。この場合、熱処理により第１バリア膜９１１及び第１配線１０２にストレスが掛かると、第１バリア膜９１１は第１配線１０２の移動を抑制できず、ＳＩＶにより第１配線１０２中にボイドが発生することになる。また、底部１０５ａにおける第１バリア膜９１１の厚さが十分でないと、後の第１バリア膜９１１の酸化工程において第１配線１０２まで酸化されてしまい、コンタクト抵抗が増大してしまう。
【００３６】
一方、ウェハバイアスを印加した場合には、スパッタ粒子は、コンタクトホール１０５の底部１０５ａにまで到達しやすくなる。このため、コンタクトホール側壁１０５ｂにおける第１バリア膜１１１の膜厚は、底部１０５ａ付近が最も薄くならない。第１バリア膜１１１のうち、コンタクトホールの側壁１０５ｂに形成された領域において、○印で示す膜厚が最も薄い部分（膜厚Ｔ３の部分）は、第１配線１０２側の端部となっておらず、側壁１０５ｂの中部に存在する。コンタクトホールの側壁１０５ｂに形成された第１バリア膜１１１のうち、第１配線１０２側の第１端部１１１ｃから最薄部分１１１ｅまでの第１領域１１１ａにおいて、第１バリア膜１１１の膜厚は、底部１０５ａ側から開口側に向けて減少している。すなわち、コンタクトホール側壁１０５ｂにおける第１バリア膜１１１の膜厚において、底部１０５ａ側の膜厚Ｔ２は、中部の膜厚Ｔ３より厚くなっている。これにより、コンタクトホール１０５下部（第１領域）においては、第１バリア膜１１１の内壁はすり鉢状となっている。そして、コンタクトホールの側壁１０５ｂに形成された第１バリア膜１１１のうち、最薄部分１１１ｅから開口側の第２端部１１１ｄまでの第２領域１１１ｂにおいて、第１バリア膜１１１の膜厚は、底部１０５ａ側から開口側に向けて増大している。このため、コンタクトホール底部１０５ａにおける第１バリア膜１１１の膜厚は、底部１０５ａの外縁（側壁１０５ｂ下方）において一定の厚さが確保されている。したがって、第１配線１０２と第１バリア膜１１１の密着性は強固になっている。これにより、熱処理により第１バリア膜９１１及び第１配線１０２にストレスが掛かっても、第１バリア膜１１１は第１配線１０２の移動を抑制して、第１配線１０２中にボイドが発生すること（ＳＩＶ）を防止することができる。また、底部１０５ａにおける第１バリア膜１１１の厚さが十分に確保されているため、後の第１バリア膜１１１の酸化工程において第１配線１０２まで酸化されることを防止して、コンタクト抵抗が増大することを抑制することができる。
【００３７】
第１バリア膜形成時に印加するウェハバイアスは９０Ｗ以上４００Ｗ以下であると好ましい。ウェハバイアスが９０Ｗ未満であると、図１８に示すように、コンタクトホール底部側において十分な膜厚が得られない。一方、ウェハバイアスが４００Ｗより高いと、コンタクトホール上部の層間絶縁膜が削れてしまい、その上に形成する第２配線１０６の性状が悪化してしまうなど、別の不具合が生じることがある。より好適な第１バリア膜１１１の膜厚を得るために、ウェハバイアスは９０Ｗ以上であるとより好ましい。また、ウェハバイアスは１１０Ｗ以下であるとより好ましい。
【００３８】
第１配線１０２上の第１バリア膜１１１の最小の膜厚（コンタクトホール底部１０５ａ上の厚さ）Ｔ１は、７ｎｍ〜１３ｍｍであると好ましい。この範囲内にあるとき、不良品の発生を抑制することができる。このとき、例えばコンタクトホール１０５のアスペクト比が１．５〜２．５である場合、第２層間絶縁膜１０４の上面上における第１バリア膜１１１の厚さＴ４は２５ｎｍ〜３５ｎｍにすると好ましい。
【００３９】
次に、第１バリア膜１１１の少なくとも表層を酸化して第２バリア膜１１２を形成する（図５）。第２バリア膜１１２を形成することにより、第１バリア膜１１１の第１配線１０２への拡散を抑制することができる。例えば、第１バリア膜１１１がチタンである場合、酸素雰囲気下において少なくとも表層を酸化チタン（ＴｉＯｘ）とする。第１バリア膜１１１全体が酸化されてもよい。このとき、第１バリア膜の表面には二酸化チタン（ＴｉＯ２）が形成されていると考えられる。第１バリア膜１１１の酸化時において、酸素の供給流量は９．３×１０−２Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（５５ｓｃｃｍ（２５℃、１気圧））以上であると好ましい。また、酸素供給流量は、５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（３５０ｓｃｃｍ（２５℃、１気圧））以下であると好ましい。５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１よりも高いと第１配線１０２まで酸化されやすくなり、高抵抗化の原因となると考えられる。
【００４０】
次に、第２バリア膜１１２上に、第３〜第５バリア膜１１３〜１１５を形成する（図６）。第３バリア膜１１３はコンタクト抵抗を低下させるような材料を選択すると好ましい。第３バリア膜１１３は、例えばチタン膜とすることができる。第３バリア膜１１３は形成しないでもよい。第４バリア膜１１４は、第１配線１０２と第２配線１０６とが相互に拡散することを防止するような材料を選択すると好ましい。第４バリア膜１１４は、例えば窒化チタン膜とすることができる。第５バリア膜１１５は、第２配線１０６の形成が容易になるような材料を選択すると好ましい。第５バリア膜１１５は、例えばチタン膜とすることができる。第５バリア膜１１５は形成しないでもよい。
【００４１】
次に、コンタクトホール１０５を埋め込むように第５バリア膜１１５上に、第２配線１０６を形成する（図１）。第２配線１０６は、コンタクト部分と配線部分が一体的に形成されている。第２配線１０６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成することができる。第２配線１０６と第５バリア膜１１５との接触箇所においては、第２配線１０６と第５バリア膜１１５とが融合した層が形成されると考えられる。例えば、チタンとアルミニウムとが反応した層が形成されると考えられる。
【００４２】
以上より、本発明の電子装置１００が製造される。電子装置１００においては、第１配線１０２におけるボイドの発生が抑制されているので、接続不良や高抵抗化などの不具合の発生を抑制することができる。また、第１配線１０２の酸化による高抵抗化も抑制することができる。
【００４３】
本発明の電子装置は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体装置に適用することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態に係る電子装置について説明する。図８に、本発明の第２実施形態に係る電子装置の概略断面図を示す。図８において、第１実施形態と同じ要素には同じ符号を付してある。第１実施形態においては、コンタクトプラグは第２配線と一体的に形成されていたが、第２実施形態においては、コンタクトプラグは第２配線と別構成となっている。
【００４５】
電子装置２００は、第１層間絶縁膜１０１と、第１層間絶縁膜１０１に形成された第１配線１０２と、第１層間絶縁膜１０１上に形成されたエッチングストッパ膜１０３と、エッチングストッパ膜１０３上に形成された第２層間絶縁膜１０４と、第２層間絶縁膜１０４上に形成され、第１配線１０２と電気的に接続されている第２配線２０６と、第２層間絶縁膜１０４を貫通するコンタクトホール１０５内に形成され、第１配線１０２と第２配線２０６とを電気的に接続するコンタクトプラグ２０７と、第１配線１０２とコンタクトプラグ２０７との間に形成された第１バリア膜２１１及び第２バリア膜２１２と、コンタクトプラグ２０７と第２配線２０６との間に形成された第３バリア膜２１３及び第４バリア膜２１４と、を備える。
【００４６】
第１バリア膜２１１及び第２バリア膜２１２はコンタクトホール１０５の内壁に沿って形成されている。例えば、第１配線１０２が銅であり、コンタクトプラグ２０７がタングステン（Ｗ）である場合、第１配線１０２と接する第１バリア膜２１１としては、例えばチタンを使用することができる。また、第１バリア膜２１１上に形成する第２バリア膜２１２としては、例えば窒化チタンを使用することができる。
【００４７】
第３バリア膜２１３及び第４バリア膜２１４は第２層間絶縁膜１０４及びコンタクトプラグ２０７の上面に沿って形成されている。例えば、第２配線２０６がアルミニウムであり、コンタクトプラグ２０７がタングステンである場合、コンタクトプラグ２０７と接する第３バリア膜２１３としては、例えばチタンを使用することができる。また、第３バリア膜２１３上に形成され、第２配線２０６と接する第４バリア膜２１４としては、例えば窒化チタンを使用することができる。
【００４８】
第１バリア膜２１１は、第１実施形態における図７に示す第１バリア膜と同様の構成を有する。また、第１バリア膜２１１の形成条件は、第１実施形態と同様である。これにより、第２実施形態に係る電子装置２００においても、第１実施形態と同様にして、不良品の発生及び高抵抗化を抑制することができる。
【００４９】
第２実施形態における上記以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００５０】
次に、第３実施形態に係る電子装置の製造方法について説明する。第３実施形態において、電子装置の構成は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。第３実施形態においては、第１配線１０２を形成した後に、第１配線１０２に熱処理を施す。例えば、第１配線１０２が銅である場合、１５０℃〜２５０℃の温度範囲で熱処理を施す。これにより、第１配線１０２を熱ストレスに対して強くすることができ、ボイドの発生を抑制することができる。
【００５１】
第３実施形態における上記以外の形態は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【実施例】
【００５２】
［実施例１］
本発明の第１実施形態に係る電子装置を製造した。製造した電子装置の概略断面図を図９に示す。図２に示す工程までの説明は省略する。Ｃｕ層上にＳｉＯ２層を形成した後、ＳｉＯ２層にコンタクトホールを形成した。次に、３１０℃で６０秒間、水素ガスアニールを施し、露出したＣｕ層上のＣｕ酸化物を還元した。次に、ＳＩＰ（Self-Ionized Plasma）技術を用いるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置を用いて、ウェハバイアス１００Ｗを印加しながら、Ｃｕ層上からＳｉＯ２層上にかけて、Ｃｕ層上の厚さが１０ｎｍのＴｉ層を成膜した。次に、酸素を５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（３５０ｓｃｃｍ（２５℃、１気圧））供給しながら、２５０℃で１５秒間加熱処理してＴｉ層を酸化した。図９においては、Ｔｉ層全体がＴｉＯｘ層に酸化されたように図示しているが、下層側は酸化されずＴｉ層が残存していることもある。次に、４００℃で３５秒間アルゴンガスアニールを施した。次に、酸化したＴｉ層上に、ＳＩＰ方式を用いて膜厚２０ｎｍのＴｉ層、膜厚３０ｎｍのＴｉＮ層及び膜厚２０ｎｍのＴｉ層を順に成膜した。次に、室温で、シード層となる膜厚１５０ｎｍのＡｌ層を成膜した後、４００℃で膜厚７００ｎｍのＡｌ層をコンタクトホールを埋め込むようにＳｉＯ２層上に成膜した。バリア層最上層のＴｉ層はＡｌ層と反応する。次に、Ａｌ層上に、反射防止膜となる膜厚２５ｎｍのＴｉＮ層を成膜した。
【００５３】
上記条件のようにウェハバイアスを印加しながら十分な厚さを有するＴｉ層を成膜することにより、図７に示すように、コンタクトホール下方の内面が椀形状を有するＴｉ層を形成しており、Ｔｉ層がＣｕ層を強固に固定している。また、Ｔｉ層の形成前にＣｕ層の表面を還元しているので、Ｃｕ層とＴｉ層の接合が強化されている。したがって、実施例１においては、熱負荷が掛かっても、Ｃｕ層にボイドが発生することを防止することができている。また、酸素供給量を制御することにより、Ｃｕ層まで酸化することを防止しているので、コンタクト抵抗の増大が抑制されている。
【００５４】
［実施例２］
本発明の第２実施形態に係る電子装置を製造した。製造した電子装置の概略断面図を図１０に示す。図２に示す工程までの説明は省略する。Ｃｕ層上にＳｉＯ２層を形成した後、ＳｉＯ２層にコンタクトホールを形成した。次に、３１０℃で３０秒間、水素ガスアニールを施し、露出したＣｕ層上のＣｕ酸化物を還元した。次に、ＳＩＰ（Self-Ionized Plasma）技術を用いるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置を用いて、ウェハバイアス１００Ｗを印加しながら、コンタクトホール内面に、Ｃｕ層上の厚さが７．５ｎｍのＴｉ層を成膜した。次に、Ｔｉ層上に、膜厚５５ｎｍのＴｉＮ層を成膜した。次に、コンタクトホール内にＷを埋め込み、コンタクトプラグを形成した。次に、ＳｉＯ２層上に、膜厚２０ｎｍのＴｉ層、膜厚８０ｎｍのＴｉＮ層、膜厚３６０ｎｍのＡｌ層及び膜厚２５ｎｍのＴｉＮ層を形成した。
【００５５】
これにより、実施例１と同様の効果を有する電子装置が得られる。
【００５６】
［実施例３］
スルーホール（コンタクトホール）数が３０，０００個規模で、第１配線としてのＣｕ配線と第２配線としてのＡｌ配線とをスルーホールで交互に電気的に接続したスルーホールチェーン評価装置（ＴＥＧ；Test Element Group）を用いて、コンタクト抵抗に対する本発明でいう第１バリア膜の膜厚の依存性を試験した。評価装置は、第１実施形態と同様の構成を有する装置であり、第３バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、第４バリア膜としてのＴｉＮ膜の膜厚を３０ｎｍ、第５バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍとし、第１バリア膜としてのＴｉ膜の第２層間絶縁膜上の膜厚（図７でいうＴ４に相当）を１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ及び４０ｎｍと異ならせた電子装置をそれぞれ作製した。第１バリア膜としてのＴｉ膜はウェハバイアス１００Ｗを印加しながら作製した。また、第１バリア膜の酸化は酸素流量１．７×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（１００ｓｃｃｍ（２５℃、１気圧））で実施して第２バリア膜を形成した。第１バリア膜の各膜厚についてそれぞれ７個の評価装置（ＴＥＧ１〜ＴＥＧ７）を用いて、各評価装置の抵抗を測定した。ここでは、スルーホール１個当たりのスルーホールチェーン抵抗が２０Ωを超えたものを不良と判定して、各膜厚について歩留まりを算出した。図１１に、評価試験結果を示す。
【００５７】
第１バリア膜の膜厚が１０ｎｍであるとき、多くの装置が不良判定となったが、膜厚を厚くすることによって不良判定装置が減少した。これより、第２層間絶縁膜上の膜厚を２５ｎｍ以上とすると低抵抗化が実現できることが分かる。これは、膜厚を厚くすると、スルーホール角部での第１バリア膜の膜厚を確保できると共に、酸化時において下方のＣｕ配線まで酸化されることを防止することができるためと考えられる。スルーホールのアスペクト比が１．５〜２．５であるとき、第２層間絶縁膜上の膜厚が２５ｎｍ以上となるように第１バリア膜を形成すると、スルーホール底部での第１バリア膜の膜厚は７ｎｍ以上となる。よって、スルーホール底部における第１バリア膜の膜厚を７ｎｍ以上とすると、高抵抗製品の発生を抑制できることが分かった。
【００５８】
［実施例４］
スルーホール（コンタクトホール）数が３０，０００個規模で、第１配線としてのＣｕ配線と第２配線としてのＡｌ配線とをスルーホールで交互に電気的に接続したスルーホールチェーン評価装置（ＴＥＧ；Test Element Group）を用いて、コンタクト抵抗に対する、第１バリア膜形成時の印加バイアスの依存性を試験した。評価装置は、第１実施形態と同様の構成を有する装置であり、第３バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を１０ｎｍ、第４バリア膜としてのＴｉＮ膜の膜厚を３０ｎｍ、第５バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を１０ｎｍとし、第１バリア膜としてのＴｉ膜の第２層間絶縁膜上の膜厚（図７でいうＴ４に相当）を１３ｎｍ〜３５ｎｍの範囲で異ならせた電子装置をそれぞれ作製した。ウェハバイアスは６００Ｗ以下の範囲でウェハバイアスを変化させた。また、第１バリア膜の酸化は酸素流量１．７×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（１００ｓｃｃｍ（２５℃、１気圧））で実施して第２バリア膜を形成した。第１バリア膜の各膜厚についてそれぞれ７個の評価装置（ＴＥＧ１〜ＴＥＧ７）を用いて、各評価装置の抵抗を測定した。ここでは、スルーホール１個当たりのスルーホールチェーン抵抗が２０Ωを超えたものを不良と判定して、各膜厚について歩留まりを算出した。図１２に、印加バイアス１００Ｗの評価試験結果を示す。図１３〜図１５に、スルーホール底部における第１バリア膜の膜厚の計算値に対する不良判定品の割合を示す。図１３はバイアス０Ｗの結果であり、図１４はバイアス１００Ｗ〜４００Ｗの結果であり、図１５はバイアス６００Ｗ及び８５０Ｗの結果である。
【００５９】
バイアスを印加しなかった場合、スルーホール底部における第１バリア膜の膜厚よりも第２層間絶縁膜上面の膜厚のほうが厚くなりやすかった。すなわち、第２層間絶縁膜上面の第１バリア膜の膜厚に対してスルーホール底部の膜厚を効果的に厚くすることは困難であった。一方、バイアスを印加すると、スルーホール底部の膜厚を効率的に厚くできるようになった。また、バイアスを印加しない場合、膜厚が薄くなるほど不良判定品が多くなった。バイアスを印加した場合、４００Ｗより大きい範囲においては、スルーホール底部における第１バリア膜の膜厚が１２ｎｍを超えると不良判定製品が増加するようになった。また、高バイアスであると、層間絶縁膜の浸食やＡｌ配線の品質劣化などの現象も見られた。一方、１００Ｗ以上４００Ｗ以下の範囲では全体的に不良判定製品は減少した。特に、１００Ｗのときに最も好適な結果が得られた。これは、印加バイアスが１００Ｗ〜４００Ｗの範囲にあるとき、スルーホールの角部に十分な厚さの第１バリア膜が形成されたためと考えられる。これより、第１バリア膜形成時の印加バイアスが１００Ｗ〜４００Ｗであるとき、特に１００Ｗ前後であるときに、高抵抗製品の発生を抑制できることが分かった。
【００６０】
［実施例５］
スルーホール（コンタクトホール）数が３０，０００個規模で、第１配線としてのＣｕ配線と第２配線としてのＡｌ配線とをスルーホールで交互に電気的に接続したスルーホールチェーン評価装置（ＴＥＧ；Test Element Group）を用いて、コンタクト抵抗に対する、第１バリア膜酸化時の酸素流量の依存性を試験した。評価装置は、第１実施形態と同様の構成を有する装置であり、第１バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を１０ｎｍ、第３バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、第４バリア膜としてのＴｉＮ膜の膜厚を３０ｎｍ、第５バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍとした電子装置を作製した。第１バリア膜としてのＴｉ膜はウェハバイアス１００Ｗを印加しながら作製した。第１バリア膜の酸化時の酸素流量を９．３×１０−２Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（５５ｓｃｃｍ）、１．７×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（１００ｓｃｃｍ）、３．４×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（２００ｓｃｃｍ）、５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（３５０ｓｃｃｍ）、及び８．４×１０−２Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（５００ｓｃｃｍ）（２５℃）と変化させた各７個の評価装置（ＴＥＧ１〜ＴＥＧ７）を用いて、各評価装置の抵抗を測定した。ここでは、スルーホール１個当たりのスルーホールチェーン抵抗が２０Ωを超えたものを不良と判定して、各膜厚について歩留まりを算出した。図１６に、評価試験結果を示す。図１６の酸素流量（横軸）の単位はｓｃｃｍである。
【００６１】
酸素流量が５００ｓｃｃｍであるとき、不良判定製品が多く発生した。一方、酸素流量を３５０ｓｃｃｍ以下とすると不良判定製品は減少した。これは、酸素流量が多いと第１バリア膜下のＣｕ配線まで酸化してしまうため高抵抗化するが、酸素流量を下げることによりＣｕ配線の酸化が抑制されたものと考えられる。したがって、少なくとも酸素流量を５．９×１０−１Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（３５０ｓｃｃｍ）以下とすると、高抵抗製品の発生を抑制できることが分かった。
【００６２】
［実施例６］
スルーホール（コンタクトホール）数が３０，０００個規模で、第１配線としてのＣｕ配線と第２配線としてのＡｌ配線とをスルーホールで交互に電気的に接続したスルーホールチェーン評価装置（ＴＥＧ；Test Element Group）を用いて、コンタクト抵抗に対するＣｕ配線のアニール温度依存性を試験した。評価装置は、第１実施形態と同様の構成を有する装置であり、第１バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を１０ｎｍ、第３バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍ、第４バリア膜としてのＴｉＮ膜の膜厚を３０ｎｍ、第５バリア膜としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍとした電子装置をそれぞれ作製した。第１バリア膜としてのＴｉ膜はウェハバイアス１００Ｗを印加しながら作製した。また、第１バリア膜の酸化は酸素流量９．３×１０−２Ｐａ・ｍ３・ｓ−１（５５ｓｃｃｍ（２５℃、１気圧））で実施して第２バリア膜を形成した。Ｃｕ配線を形成した後に、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃及び３５０℃とＣｕ配線のアニール温度を変化させた各７個の評価装置（ＴＥＧ１〜ＴＥＧ７）を用いて、各評価装置の抵抗を測定した。ここでは、スルーホール１個当たりのスルーホールチェーン抵抗が２０Ωを超えたものを不良と判定して、各膜厚について歩留まりを算出した。図１７に、評価試験結果を示す。
【００６３】
アニール温度３５０℃のとき不良判定製品の発生が多かったが、アニール温度を下げていくと不良判定製品の減少傾向がみられ、アニール温度が２００℃のとき不良判定製品の発生が最も少なかった。アニール温度が２００℃前後のときにＣｕ配線のボイド化を最も抑制できるものと考えられる。これより、アニール温度が１５０℃〜２５０℃とすると、高抵抗製品の発生を抑制できることが分かった。
【００６４】
本発明の電子装置及びその製造方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
【００６５】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
【符号の説明】
【００６６】
１００，２００          電子装置
１０１          第１層間絶縁膜
１０２          第１配線
１０３          エッチングストッパ膜
１０４          第２層間絶縁膜
１０５          コンタクトホール
１０５ａ        底部
１０５ｂ        側壁
１０６，２０６          第２配線
１１０          バリア層
１１１，２１１          第１バリア膜
１１１ａ          第１領域
１１１ｂ          第２領域
１１１ｃ          第１端部
１１１ｄ          第２端部
１１１ｅ          最薄部分
１１２，２１２          第２バリア膜
１１２，２１３          第３バリア膜
１１４，２１４          第４バリア膜
１１５          第５バリア膜
２０７          コンタクトプラグ
９１１          第１バリア膜
【図１】
2014007277.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2014007277.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2014007277.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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