(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金からなる配線の上下面及び側面の少なくとも一面を覆うバリヤ層がそれぞれ異なる材料からなる第１のバリヤ層及び第２のバリヤ層の積層体で構成され、且つ、その第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との間にそれぞれの材料の構成元素からなるアモルファス層が介在し、
層間絶縁層と接する第１のバリヤ層を構成する材料の酸化物生成エネルギは層間絶縁膜がもつ酸化物生成エネルギと等しいか或いは大きく、
銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層の構成元素は銅と合金或いは固溶体を生成しないものであること
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
バリヤ層で覆われた銅又は銅合金からなる配線はＳｉ酸化物を含む層間絶縁層で絶縁されたものであること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
第１のバリヤ層及び第２のバリヤ層のそれぞれ異なる材料の構成元素が相互に拡散する速度を異にするものであること
を特徴とする請求項１或いは２記載の半導体装置。
【請求項４】
層間絶縁層と接する第１のバリヤ層がＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの元素のうち少なくとも１種類の元素を含むこと
を特徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の半導体装置。
【請求項５】
銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層がＴａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓの元素のうち少なくとも１種類の元素を含むこと
を特徴とする請求項１乃至４の何れか１記載の半導体装置。
【請求項６】
銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層の構成元素が銅と合金を生成し、且つ、その生成エネルギは第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との間に生成される合金の生成エネルギに比較して小さいこと
を特徴とする請求項１乃至４の何れか１記載の半導体装置。
【請求項７】
銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層がＴｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｉの元素のうち少なくとも１種類の元素を含むこと
を特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
絶縁層上に銅又は銅合金からなる配線の上下面及び側面の少なくとも一面を覆う為の第１のバリヤ層及び第１のバリヤ層とは異なる材料からなる第２のバリヤ層を順に積層する工程と、
熱処理を行なって第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との界面に第１のバリヤ層の構成元素と第２のバリヤ層の構成元素からなるアモルファス層を生成させる工程と
が含まれてなり、
第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との界面に第１のバリヤ層の構成元素と第２のバリヤ層の構成元素からなるアモルファス層を生成させる熱処理の温度が第１のバリヤ層と第２のバリヤ層とが反応して安定な合金を生成する温度に比較して低いこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との界面に第１のバリヤ層の構成元素と第２のバリヤ層の構成元素からなるアモルファス層を生成させる熱処理を行なった後に第２のバリヤ層上に銅又は銅合金からなる配線を形成する工程
が含まれてなることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理が第２のバリヤ層上に銅又は銅合金からなる配線を形成した後に行なわれること
を特徴とする請求項８或いは９記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路配線の材料として銅或いは銅合金を用い、また、その配線間をシリコン酸化物を含む材料からなる絶縁層で絶縁した半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
現在、半導体装置の更なる微細化が進展しつつあり、従って、配線幅も縮小されるので、それに伴うシート抵抗の増加が懸念されている。それを回避する一手段として、回路配線の材料に銅或いは銅合金を用いた半導体装置が実現されている。
【０００３】
然しながら、銅系材料を用いたことに起因して、種々な問題が派生しているので、本発明では、この問題を解消する一手段を開示し、実用化に寄与する。
【０００４】
【従来の技術】
半導体装置に於ける回路配線の材料には、アルミニウム或いはアルミニウム合金が多用されてきたが、半導体装置が高集積化されるに伴い、配線ピッチの微細化が進み、また、配線幅も０．３〔μｍ〕以下とすることが要求されている。
【０００５】
そのようにした場合、当然、シート抵抗が増加する旨の問題が起こるので、それを解消する為、配線高さを増大することが行なわれたが、隣接する配線間の対向面積が増加に起因して配線遅延時間が増大し、回路応答速度の低下が懸念されるところとなり、また、回路配線を微細化した場合、配線電流密度が増加し、エレクトロマイグレーションに起因する配線寿命の低下も懸念されている。
【０００６】
前記諸問題を解消する為、アルミニウム系配線材料に比較し、電気抵抗率が低く、そして、エレクトロマイグレーション耐性も高い銅或いは銅合金を配線材料とすることが試みられ、かなりの成果が得られているところであるが、それに伴い、新たな問題が派生している。
【０００７】
さて、アルミニウム系配線材料を用いた半導体装置に於いては、配線を保持すると共に配線間を絶縁する材料としてシリコン酸化物が多用されてきたのであるが、前記した理由で、銅系配線材料が用いられるようになると種々と問題が起こり、例えば、耐酸化性及び耐蝕性の面で銅はアルミニウムに劣り、また、酸化物中を高速で拡散する。
【０００８】
従って、耐酸化性が高く、そして、酸化物中への銅の侵入を抑制するバリヤとなり得る材料、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタルなどの窒化物、或いは、タンタルやタングステンなどの被層で銅系配線の表面を覆うことが必要となる。
【０００９】
然しながら、前記のようなバリヤ層は、充分な厚さがあればバリヤ機能を発揮できるが、薄い場合には、結晶粒界を介して銅の拡散を促進してしまう作用がある。
【００１０】
そこで、結晶粒界がないアモルファス構造のバリヤ材料を用い、薄い被層で銅の拡散を抑止しようとする試みがなされている（要すれば、「特開平６−３３３９２７号公報」、を参照）。
【００１１】
ところで、銅系材料を用いて微細な配線を形成することは、エッチャントの関係でエッチング法を適用して形成することが非常に困難であることから、まず、層間絶縁層に溝や孔を形成し、この溝や孔の底や側壁にバリヤ層を堆積し、その中に銅を堆積して溝や孔を埋め込み、その後、溝外或いは孔外に堆積された銅を化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法で除去することに依って、配線や導電プラグを形成することが行なわれている（要すれば、「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ８th  Ｉｎｔ’ｌＩＥＥＥ  ＶＬＳＩ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ．１４４，１９９１」、を参照）。
【００１２】
図６は従来の技術を解説する為の工程途中に在る半導体装置を表す要部切断側面図である。
【００１３】
図６（Ａ）参照
６−（１）
半導体基板（図示せず）を覆う下地絶縁層１上には、エッチング停止層２を介して絶縁層３を形成する。尚、絶縁層３は、配線を絶縁し且つ支持する役割を果たすものである。
【００１４】
６−（２）
絶縁層３の配線形成予定部分に溝（或いは孔）３Ａを形成する。
【００１５】
６−（３）
溝３Ａ内も含めて全面にバリヤ層８を形成する。
【００１６】
図６（Ｂ）参照
６−（４）
バリヤ層８上に銅或いは銅合金など銅系材料層を形成して溝３Ａを埋める。
【００１７】
６−（６）
表面から研削を行なって、絶縁層３が表出された時点で停止し、銅系材料からなる配線７が完成する。
【００１８】
前記したところから明らかであるが、バリヤ層は、高アスペクトの溝（或いは孔）の中に段差被覆性が良好な成膜・堆積技術を適用して形成することが要求される。
【００１９】
銅系配線を被覆するバリヤ膜にタングステンやタンタルなどの窒化物を用いた場合、これ等の化合物は極めて安定で、銅系配線や周囲の酸化物絶縁層と反応層を形成することがない為、後の工程で種々な応力を受けた場合、絶縁層／バリヤ層の界面、或いは、銅系配線／バリヤ層の界面に於いて剥離し易い旨の問題がある。
【００２０】
また、銅系配線とバリヤ層との密着性が弱いことから、銅系配線材料層を成膜した後、その粒界を安定化する為の熱処理を行なった場合、界面を介して原子が容易に移動し、溝のコーナーや粒界の３重点にボイドが蓄積され易い旨の問題もある。
【００２１】
更に、酸化物絶縁層及び銅系配線材料の何れにも強い密着性をもつように、チタン或いはチタン窒化物を用いた場合、チタンが極めて安定な酸化物を形成し、酸化物絶縁層と強い密着性を維持できるのであるが、その柱状の多結晶粒界にも酸素が多量に存在し、その酸素との反応を介して、銅がバリヤ層を拡散して酸化物絶縁層内に抜け易い旨の問題がある。
【００２２】
更にまた、チタン、シリコン、窒素の３元合金、タンタル、シリコン、窒素の３元合金、タングステン、シリコン、窒素の３元合金などを用いると、特定の組成域でアモルファス構造になることが知られていて、これをバリヤ層材料として用いた場合には、拡散バリヤとしては有効に作用するが、▲１▼比抵抗率が高い為、配線の実効抵抗を上昇させてしまうこと、▲２▼アモルファス構造を安定に維持する為には、組成の制御が必要であること、▲３▼アスペクトが大きい溝や孔内に極薄膜を高い段差被覆性をもって均一に成膜する必要があること、などの技術的問題がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
銅系配線とバリヤ層との密着性を向上させ、銅系配線に発生するボイドを抑制し、銅系配線からの銅の拡散を抑制し、銅系配線に於ける実効抵抗の上昇を抑制する技術を提供しようとする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、配線の上下面及び側面の少なくとも一面を覆うバリヤ層を二種類の材料層の積層体で構成し、且つ、その二種類の材料層の間には、同じ二種類の材料からなるアモルファス層を介在させることが基本になっている。
【００２５】
図１は本発明の原理を解説する為の工程途中に在る半導体装置を表す要部切断側面図である。
【００２６】
図１（Ａ）参照
１−（１）
半導体基板（図示せず）を覆う下地絶縁層１上には、エッチング停止層２を介して絶縁層３を形成する。尚、絶縁層３は、配線を絶縁し且つ支持する役割を果たすものである。
【００２７】
１−（２）
絶縁層３の配線形成予定部分に溝（或いは孔）３Ａを形成する。
【００２８】
１−（３）
溝３Ａ内も含めて第１のバリヤ層４及び第２のバリヤ層５からなる積層体を形成する。
【００２９】
図１（Ｂ）参照
１−（４）
例えば、熱処理を行なって、第２のバリヤ層５と第１のバリヤ層４との間に第２のバリヤ層５を構成する材料と第１のバリヤ層４を構成する材料からなるアモルファス層６を形成する。
【００３０】
１−（５）
第２のバリヤ層５上に銅或いは銅合金など銅系材料層を形成して溝３Ａを埋める。
【００３１】
１−（６）
表面から研削を行なって、絶縁層３が表出された時点で停止し、銅系材料からなる配線７が完成する。
【００３２】
前記のようにして形成された配線構造では、銅の拡散に対するバリヤ機能が充分に大きく、また、配線７と絶縁層３との密着性は大変良好であり、また、エレクトロマイグレーション耐性も高い。
【００３３】
この配線構造に於いて、絶縁層３に対する銅の拡散は、第２のバリヤ層５と第１のバリヤ層４との界面に在るアモルファス層６に依って抑止される。
【００３４】
一般に、バリヤ層として多結晶粒層を用いた場合、銅の拡散は粒界に沿って進行することが知られているが、仮に第２のバリヤ層５及び第１のバリヤ層４とが多結晶粒で構成されたとしても、第２のバリヤ層５及び第１のバリヤ層４の相互拡散に依って生成されたアモルファス層６に依って銅の拡散が抑止される。
【００３５】
アモルファス層６は、結晶性のバリヤ層である第２のバリヤ層５及び第１のバリヤ層４の間の相互拡散速度が大きく相違する場合に生成されることが知られていて、その厚さは熱処理の温度及び時間に依って制御することが可能であり、従って、配線７を形成する溝３Ａ内で第１のバリヤ層４及び第２のバリヤ層５が接していれば、ほぼ均一な厚さのアモルファス層６を生成させることができる。
【００３６】
また、第１のバリヤ層４の材料として、酸化物からなる絶縁層３に比較して大きな酸化物生成エネルギをもつ金属を用いることで、界面近傍の絶縁層３を還元して第１のバリヤ層４の材料の酸化物を生成させ、絶縁層３と第１のバリヤ層４との間に強固な密着力を発生させることができる。
【００３７】
更に、第２のバリヤ層５の材料として、銅と合金或いは固溶体を生成しない金属を用いることで、第２のバリヤ層５に起因する配線７の抵抗上昇を抑止することができ、そして、第２のバリヤ層５の構成元素が銅と合金を生成し、且つ、その生成エネルギが第１のバリヤ層４と第２のバリヤ層５との間に生成される合金の生成エネルギに比較して小さくすることで、配線７の抵抗上昇を抑制しつつ、配線７とバリヤ層５との良好な密着性を実現することができる。
【００３８】
前記したところから、本発明に依る半導体装置及びその製造方法に於いては、
（１）
銅又は銅合金からなる配線（例えばＣｕ埋め込み配線１６Ａ）の上下面及び側面の少なくとも一面を覆うバリヤ層がそれぞれ異なる材料からなる第１のバリヤ層（例えばＳｉからなる第１のバリヤ層１４）及び第２のバリヤ層（例えばＴａからなる第２のバリヤ層１５）の積層体で構成され、且つ、その第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との間にそれぞれの材料の構成元素からなるアモルファス層（例えばＳｉ−Ｔａアモルファス層１８）が介在し、層間絶縁層（例えばＳｉＯ2 からなる層間絶縁層１３）と接する第１のバリヤ層を構成する材料の酸化物生成エネルギは層間絶縁膜がもつ酸化物生成エネルギと等しいか或いは大きく、銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層の構成元素は銅と合金或いは固溶体を生成しないものであることを特徴とするか、又は、
（２）
前記（１）に於いて、バリヤ層で覆われた銅又は銅合金からなる配線はＳｉ酸化物を含む層間絶縁層で絶縁されたものであることを特徴とするか、又は、
（３）
前記（１）或いは（２）に於いて、第１のバリヤ層及び第２のバリヤ層のそれぞれ異なる材料の構成元素が相互に拡散する速度を異にするものであることを特徴とするか、又は、
（４）
前記（１）乃至（３）の何れか１に於いて、層間絶縁層と接する第１のバリヤ層がＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの元素のうち少なくとも１種類の元素を含むことを特徴とするか、又は、
（５）
前記（１）乃至（４）の何れか１に於いて、銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層がＴａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｏｓの元素のうち少なくとも１種類の元素を含むことを特徴とするか、又は、
（６）
前記（１）乃至（４）の何れか１に於いて、銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層の構成元素が銅と合金を生成し、且つ、その生成エネルギは第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との間に生成される合金の生成エネルギに比較して小さいことを特徴とするか、又は、
（７）
前記（６）に於いて、銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層がＴｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｉの元素のうち少なくとも１種類の元素を含むことを特徴とするか、又は、
（８）
絶縁層上に銅又は銅合金からなる配線の上下面及び側面の少なくとも一面を覆う為の第１のバリヤ層及び第１のバリヤ層とは異なる材料からなる第２のバリヤ層を順に積層する工程と、熱処理を行なって第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との界面に第１のバリヤ層の構成元素と第２のバリヤ層の構成元素からなるアモルファス層を生成させる工程とが含まれてなり、第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との界面に第１のバリヤ層の構成元素と第２のバリヤ層の構成元素からなるアモルファス層を生成させる熱処理の温度が第１のバリヤ層と第２のバリヤ層とが反応して安定な合金を生成する温度に比較して低いことを特徴とするか、又は、
（９）
前記（８）に於いて、第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との界面に第１のバリヤ層の構成元素と第２のバリヤ層の構成元素からなるアモルファス層を生成させる熱処理を行なった後に第２のバリヤ層上に銅又は銅合金からなる配線を形成する工程が含まれてなることを特徴とするか、又は、
（１０）
前記（８）或いは（９）に於いて、前記熱処理が第２のバリヤ層上に銅又は銅合金からなる配線を形成した後に行なわれることを特徴とする。
【００５１】
前記手段を採った配線構造に依れば、銅系配線とバリヤ層を介した絶縁層との密着性は極めて良好であり、また、銅系配線に於ける粒界を安定化させる為の熱処理を行なってもボイドの発生はなく、更に、銅系配線からの銅の拡散はバリヤ層に於けるアモルファス層の存在に依って良好に抑制され、しかも、バリヤ層の存在に起因して銅系配線に於ける実効抵抗が上昇するような問題も発生せず、エレクトロマイグレーション耐性も充分に高い。
【００５２】
【発明の実施の形態】
図２乃至図５は本発明に於ける一実施の形態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【００５３】
図２（Ａ）参照
２−（１）
Ｓｉ半導体基板（図示せず）上に例えば化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法などを適用して形成された厚さが例えば１〔μｍ〕のＳｉＯ2 からる絶縁層１１に対し、例えばＣＶＤ法を適用することに依り、厚さが５０〔ｎｍ〕のＳｉＮからなるエッチング停止層１２、厚さが６００〔ｎｍ〕のＳｉＯ2 からなる層間絶縁層１３を形成する。
【００５４】
尚、層間絶縁層１３としては、ＳｉＯ2 の他に
ＦＳＧ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｒａｓｓ）、
ＨＳＱ（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、
ＦＳＱ（ｆｌｕｏｒｏ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）
のどの低誘電率の無機絶縁物を用いても良い。
【００５５】
図２（Ｂ）参照
２−（２）
リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、並びに、プラズマ・エッチング法を適用することに依り、ＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜１３に於ける配線形成予定部分のエッチングを行なって開口幅Ｗが０．３〔μｍ〕の溝（或いは孔）１３Ａを形成する。
【００５６】
このプラズマ・エッチングを行なった際の主要なデータを例示すると次の通りである。
使用装置：誘導結合性プラズマ・エッチング装置
プラズマ周波数：１３．５６〔ＭＨｚ〕
パワー：１．２〔ｋＷ〕
真空度：１０〔ｍＴｏｒｒ〕
エッチング・ガス：Ｃ4 Ｆ8 及びＨ2 の混合ガス
ガス総流量：４０〔ｓｃｃｍ〕
【００５７】
図３（Ａ）参照
３−（１）
プラズマＣＶＤ法を適用することに依り、溝１３Ａ内も含めて全面に厚さが２０〔ｎｍ〕の多結晶Ｓｉからなる第１のバリヤ層１４を形成する。尚、第１のバリヤ層１４は、アモルファスＳｉ層であっても良い。
【００５８】
このプラズマＣＶＤを行なった際の主要なデータを例示すると次の通りである。
基板温度：３５０〔℃〕
ソース・ガス：モノシラン（ＳｉＨ4 ）
流量：１〔ccｍ〕
圧力：１００〔ｍＴｏｒｒ〕
高周波パワー：３０〔Ｗ〕
成膜速度：５〔ｎｍ〕／２０〔分〕
【００５９】
図３（Ｂ）参照
３−（２）
イオン化メタル・プラズマ（ｉｏｎｉｚｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｐｌａｓｍａ：ＩＭＰ）法を適用することに依り、第１のバリヤ層１４上の全面に厚さが４０〔ｎｍ〕で比抵抗が１５０〔μΩｃｍ〕のＴａからなる第２のバリヤ層１５を形成する。
【００６０】
このイオン化メタル・プラズマを行なった際の主要なデータを例示すると次の通りである。
使用装置：ＤＣマグネトロン・スパッタリング装置
高周波パワー：６〔ｋＷ〕〜８〔ｋＷ〕
基板温度：３００〔℃〕
【００６１】
前記イオン化メタル・プラズマ法を実施すると、幅Ｗが約０．３〔μｍ〕、深さが０．６〔μｍ〕の溝１３Ａ内、正確には、幅Ｗが第１のバリヤ層１４の厚さを引いた０．３〔μｍ〕−２０×２〔ｎｍ〕、深さが第１のバリヤ層１４の厚さを引いた０．６〔μｍ〕−２０〔ｎｍ〕である溝１３Ａ内に均一に厚さ４０〔ｎｍ〕のＴａからなる第２のバリヤ層１５を形成することができる。
【００６２】
尚、更にアスペクトが大きい溝や孔の中に第２のバリヤ層１５を形成するにはＣＶＤ法を用いた方が良い。
【００６３】
図４（Ａ）参照
４−（１）
原料をＣｕ（ｈｆａｃ）ＶＴＭＳ、下地温度を２００〔℃〕としてＣＶＤ法を適用することに依り、第２のバリヤ層１５上に厚さ５０〔ｎｍ〕のＣｕからなる埋め込み層１６を形成する。尚、この埋め込み層１６は、次に電解鍍金法でＣｕの埋め込み層１６を厚く形成する為の種となる層である。尚、ここで、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＶＴＭＳは、「Ｃｏｐｐｅｒ  ｆｒｏｍ  Ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｏ  Ｃｏｐｐｅｒ（１）  Ｖｉｎｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ」、である。
【００６４】
４−（２）
電解鍍金法を適用することに依り、平坦な表面で厚さが１．５〔μｍ〕となるようにＣｕの埋め込み層１６を厚く形成することで、溝１３Ａは完全に埋まると共に全面に亙って略平坦となる。
【００６５】
この電解鍍金を行なった際に用いた鍍金液に関する主要なデータを例示すると次の通りである。
硫酸Ｃｕ：７６〔ｇ／ｌ〕
硫酸：１８０〔ｇ／ｌ〕
塩素イオン：５０〔ｍｇ／ｌ〕
添加材：５〔ｍｌ／ｌ〕
【００６６】
図４（Ｂ）参照
４−（３）
ＣＭＰ法を適用することに依り、Ｃｕ埋め込み層１６の表面から研磨を行なって、溝１３Ａの外側に絶縁層１３が表出された時点で研磨を停止する。
【００６７】
この研磨には、ロデール社製の標準のスラリー及びパッドを用い、研磨圧力は５０ＰＳＩ、また、研磨速度は５００〔ｎｍ／分〕とした。
【００６８】
これに依って、Ｃｕ埋め込み層１６、第２のバリヤ層１５、第１のバリヤ層１４は溝１３Ａ内に在るもの以外は除去され、ここにＣｕ埋め込み配線１６Ａが形成される。
【００６９】
図５参照
５−（１）
プラズマＣＶＤ法を適用することに依り、全面に厚さが５０〔ｎｍ〕であるＳｉＮからなるカバー膜１７を形成する。
【００７０】
５−（２）
水素＋窒素の雰囲気中に於いて、温度を４００〔℃〕〜４５０〔℃〕とし、
時間３０〔分〕間の最終熱処理を行なう。
【００７１】
この熱処理は、温度がＳｉとＴａとの固相反応温度の下限よりも十分に低い為、第１のバリヤ層１４と第２のバリヤ層１５との界面には、Ｓｉ−Ｔａアモルファス層１８が生成され、その厚さは、前記熱処理条件の下で６〔ｎｍ〕であった。
【００７２】
本発明では、前記実施の形態に限られず、特許請求の範囲に記載された要件を逸脱することなく、他に多くの改変を実現することができる。
【００７３】
例えば、溝１３Ａを埋めるＣｕの埋め込み層１６を厚く形成する技法として電解鍍金法を適用したが、この他に、ロング・スロー・スパッタリング法を適用することに依り、Ｃｕ層を厚さ１〔μｍ〕程度に形成し、これを水素雰囲気中で熱処理することに依り、Ｃｕを溝１３Ａ内にリフローさせて埋め込むことも可能であり、第１のバリヤ層１４と第２バリヤ層１５がＳｉとＴａの組み合わせである場合、リフロー時の温度が５００〔℃〕以下であれば、配線構造の特性に何らの悪影響も及ぼさない。
【００７４】
また、アモルファス層１８を生成させる為の熱処理は、前記実施の形態では、最終熱処理工程として実施したが、これは、例えば、工程３−（２）として説明した第２のバリヤ層１５の形成直後、工程４−（２）として説明したＣｕ埋め込み層１６を厚く形成した直後、工程４−（３）でＣｕ埋め込み層１６を研磨してＣｕ埋め込み配線１６Ａを形成した直後など、何れの時点で行なっても良い。
【００７５】
【発明の効果】
本発明に依る半導体装置及びその製造方法に於いては、銅又は銅合金からなる配線の上下面及び側面の少なくとも一面を覆うバリヤ層がそれぞれ異なる材料からなる第１のバリヤ層及び第２のバリヤ層の積層体で構成され、且つ、その第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との間にそれぞれの材料の構成元素からなるアモルファス層が介在し、層間絶縁層と接する第１のバリヤ層を構成する材料の酸化物生成エネルギは層間絶縁膜がもつ酸化物生成エネルギと等しいか或いは大きく、銅又は銅合金からなる配線と接する第２のバリヤ層の構成元素は銅と合金或いは固溶体を生成しないものであることを特徴とする。
【００７６】
前記構成を採ることに依り、銅系配線とバリヤ層を介した絶縁層との密着性は極めて良好であり、また、銅系配線に於ける粒界を安定化させる為の熱処理を行なってもボイドの発生はなく、更に、銅系配線からの銅の拡散はバリヤ層に於けるアモルファス層の存在に依って良好に抑制され、しかも、バリヤ層の存在に起因して銅系配線に於ける実効抵抗が上昇するような問題も発生せず、エレクトロマイグレーション耐性も充分に高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を解説する為の工程途中に在る半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図２】本発明に於ける一実施の形態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図３】本発明に於ける一実施の形態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図４】本発明に於ける一実施の形態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図５】本発明に於ける一実施の形態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図６】従来の技術を解説する為の工程途中に在る半導体装置を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１１  絶縁層
１２  エッチング停止層
１３  層間絶縁層
１３Ａ  溝（或いは孔）
１４  第１のバリヤ層
１５  第２のバリヤ層
１６  Ｃｕの埋め込み層
１６Ａ  Ｃｕ埋め込み配線
１７  カバー膜
１８  アモルファス層
【図１】
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【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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