(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置に形成されている銅配線において、
前記銅配線が接して形成される下地層は、チタン層に窒素が進入してなるもので、ＴｉＮ（１１１）のＸ線回折ピーク位置とＴｉ（００２）のＸ線回折ピーク位置との間に主たるＸ線回折ピークを有する窒素進入型固溶体の窒化チタン膜を有し、
前記窒化チタン膜は前記銅配線に接して形成される
ことを特徴とする半導体装置の銅配線。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の銅配線において、
前記下地層は前記銅配線の底部に形成されている
ことを特徴とする半導体装置の銅配線。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の銅配線において、
前記下地層は前記銅配線の底部および側部に形成されている
ことを特徴とする半導体装置の銅配線。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の銅配線において、
前記下地層は、前記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜と高融点金属材料膜または高融点金属合金材料膜とで形成されている
ことを特徴とする半導体装置の銅配線。
【請求項５】
請求項２記載の半導体装置の銅配線において、
前記下地層は、前記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜と高融点金属材料膜または高融点金属合金材料膜とで形成されている
ことを特徴とする半導体装置の銅配線。
【請求項６】
請求項３記載の半導体装置の銅配線において、
前記下地層は、前記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜と高融点金属材料膜または高融点金属合金材料膜とで形成されている
ことを特徴とする半導体装置の銅配線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の銅配線に関し、詳しくは下地により密着性を高めた半導体装置の銅配線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＬＳＩの配線材料としては、アルミニウム合金が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩの微細化、高速化の要求が高まるにつれて、アルミニウム合金配線では十分な配線の信頼性や、低い配線抵抗の確保が困難になってきている。この対策として、昨今アルミニウム合金よりもエレクトロマイグレーション耐性に優れ、かつ低抵抗である銅配線技術が高い注目を浴び、実用化に向け鋭意検討されている。
【０００３】
銅配線を加工する技術としては、一般に銅のドライエッチングが容易でないこと等から、いわゆる溝配線による方法が有望視されている。溝配線とは、酸化シリコン等の層間絶縁膜に予め所定の溝を形成しておき、その溝に配線材料を埋め込み、その後に溝外の余剰な配線材料を化学的機械研磨（以下ＣＭＰという、ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の略）等によって除去することにより形成する配線をいう。配線材料を埋め込む方法としては、スパッタ成膜した後にリフローする方法、電界めっき法等が検討されている。
【０００４】
銅は熱処理により酸化シリコン中に拡散する性質を持つ。そのような銅の拡散を防ぐには、図８に示すように、酸化シリコン膜１１１に形成された溝１１２内の銅配線１２１とその酸化シリコン膜１１１との界面部分に何らかの拡散バリア層１３１を形成することが必要となる。その拡散バリア層１３１の材料としては、一般に、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、タンタル合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金等から選択して用いられる。窒化チタンはアルミニウム合金配線の時代から用いられてきた材料であるため、扱い易いという利点があるが、拡散バリア性はタンタル合金またはタングステン合金の方が高いとされている。また上記拡散バリア材料は、酸化シリコンへの拡散防止機能のみならず、リフロー法により銅を埋め込む際において、埋め込み性を向上させる機能をも有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅は上記拡散バリア層との密着性が悪いために、図９に示すように、拡散バリア層１３１から銅膜１２０が剥がれるという問題を生じる。密着性は、一般にバリア性が向上するにつれて劣化する傾向にある。密着性が不足すると、後のプロセスにおいて膜剥がれ等の問題を生じる。例えば、ＣＭＰ工程時に密着性が不十分な銅配線の部分１２０ｐが剥がれて、研磨パッド１５１の回転によりその剥がれた部分１２０ｐが銅膜１２０の表面を引っかき、スクラッチと呼ばれる傷Ｓをつける。また銅配線形成後の製造プロセスに起因して銅配線自体が剥がれる。このような問題により、配線の性能および信頼性が深刻な影響を受ける。一方、例えば拡散バリア層を銅との密着性に優れたチタン膜で形成した場合には、銅に対する拡散バリア性が不十分になり、また後の熱処理によりチタンと銅とが反応して銅配線の抵抗を上昇させるという問題を生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体装置の銅配線であって、銅配線が接して形成される下地層は、チタン層に窒素が進入してなるもので、ＴｉＮ（１１１）のＸ線回折ピーク位置とＴｉ（００２）のＸ線回折ピーク位置との間に主たるＸ線回折ピークを有する窒素進入型固溶体の窒化チタン膜を有し、前記窒化チタン膜は前記銅配線に接して形成されることを特徴とする。
【０００７】
チタン層中に窒素が進入してなるもので、ＴｉＮ（１１１）のＸ線回折ピーク位置とＴｉ（００２）のＸ線回折ピーク位置との間に主たるＸ線回折ピークを有する窒素進入型固溶体の窒化チタン膜は、銅配線に接して形成され、窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜と比較して良好なる銅との密着性を有する。一方、バリア性は窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜と比較して若干低いが、チタン膜よりも高い。また、銅との反応性はチタン膜と比較して低く、銅膜の抵抗の上昇を抑制するという特徴を有している。このような特徴を有する窒素進入型固溶体の窒化チタン膜が、銅配線を形成する下地層に形成されていることから、下地層は、バリア性を有してかつ銅との密着性が高いものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる第１の実施形態の一例を、図１の概略構成図によって説明する。図１では、一例として、溝配線構造の銅配線を示す。
【０００９】
図１に示すように、基板（図示省略）上に素子（図示省略）が形成されていて、さらに下層配線１１や絶縁膜１２等が形成されている。この絶縁膜１２の表面は平坦化されていて上記下層配線１１の上面が露出されている。さらに上記絶縁膜１２上には、層間絶縁膜として酸化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３が例えば８００ｎｍの厚さに形成されていて、さらに窒化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＮと記す）膜１４が例えば５０ｎｍの厚さに形成されている。上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４およびＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３には、下層配線１１に通じる接続孔１５が開口されていて、この接続孔１５の径は、例えば０．３μｍとした。上記接続孔１５の内部には下地膜となる窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を介してプラグ１６が例えばタングステンで形成されている。
【００１０】
さらに上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上にプラグ１６を覆う絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８が例えば５００ｎｍの厚さに形成されていて、このＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８には、上記プラグ１６に達する溝１９が形成されている。この溝１９の幅は、例えば０．４μｍとした。したがって、この溝１９の底部にはプラグ１６が露出している。
【００１１】
上記溝１９の内壁には、チタン膜２０が例えば２０ｎｍの厚さに形成されていて、さらに窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１が例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。この窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は、チタン結晶中に窒素原子が進入したものからなり、窒化チタン結晶を有していない。上記チタン膜２０は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得るために必要なものであり、また上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は銅の拡散バリア層として機能する。これらのチタン膜２０および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を介して、上記溝１９の内部に埋め込まれている銅の配線材料層からなる銅配線２３が形成されている。
【００１２】
次に上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１に関して説明する。まず、チタンターゲットを用いたＤＣマグネトロンスパッタ装置において、アルゴンガスおよび窒素ガスによる反応性スパッタを行った際の、成膜速度（縦軸）と窒素ガス流量（横軸）との関係を図２によって説明する。かかる系の反応性スパッタにおいては、窒素ガス流量比にしたがい、成膜速度が急激に変化することが知られている。図２に示すように、成膜速度の遅い領域をナイトライド・モード（領域１）、成膜速度が速い領域の変化点近傍をメタリック・モード（領域２）と呼び、いずれも、窒化チタン結晶を有する膜が成膜される。また図中のメタリック・モード領域よりも左側の部分（領域３）において上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は得られる。なお、図２では、ＤＣパワーを８ｋＷ、アルゴン（Ａｒ）を４０ｓｃｃｍで導入し、成膜温度を１５０℃に設定して、成膜したときの成膜速度と窒素ガス流量との関係を示した。
【００１３】
つぎに上記各領域１〜領域３のＸ線回折パターンを図３によって説明する。図３の（１）は領域１の膜（窒素ガス流量：７０ｓｃｃｍ）のＸ線回折パターンを示し、図３の（２）は領域２の膜（窒素ガス流量：２０ｓｃｃｍ）のＸ線回折パターンを示し、図３の（３）は領域３の膜（窒素ガス流量：５ｓｃｃｍ）のＸ線回折パターンを示す。この図３の（１）〜（３）に示すように、領域１および領域２ではいずれもＴｉＮ（１１１）結晶による回折ピークが見られるのに対し、領域３ではＴｉＮ（１１１）の回折ピーク位置とＴｉ（００２）の回折ピーク位置との間に主たる回折ピークが現れている。よって、窒化チタン結晶は形成されておらず、この主たる回折ピークはチタン結晶中に窒素が進入した、チタンと窒素との固溶体（進入固溶体）が形成されていることを示す。上記図１によって説明した窒素進入型固溶体の窒化チタン膜はこのような膜である。
【００１４】
上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は、従来の窒化チタン結晶を有する窒化チタンと比較して良好なる銅との密着性を有する。また、銅に対するバリア性は窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜と比較すると若干劣るが、チタン膜よりも良好であり、バリア性は十分であるといえる。また、銅との反応性はチタンと比較して低いため、銅膜の抵抗上昇を抑えることができる。したがって、銅配線２３の剥がれによる不良や、銅配線２３の信頼性の低下等を防ぐことができる。
【００１５】
上記説明したように、窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は、窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜と比較して良好なる銅との密着性を有する。一方、バリア性は窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜と比較して若干低いが、チタン膜よりも高い。また、銅との反応性はチタン膜と比較して低く、銅膜の抵抗の上昇を抑制するという特徴を有している。このような特徴を有する窒素進入型固溶体の窒化チタン膜が、上記図１によって説明した銅配線２３の下地に形成されていることから、銅配線２３の下地は、バリア性を有してかつ銅との密着性が高いものとなる。
【００１６】
次に第１実施形態として、前記図１によって説明した銅の溝配線に係わる製造方法の一例を、図４の製造工程図によって以下に説明する。図４では、前記図１によって説明したのと同様なる構成部品には同一符号を付与して示す。
【００１７】
図４の（１）に示すように、基板（図示省略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによってその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ（ＣＶＤはChemical Vapor Deposition の略であり化学的気相成長をいう）法により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜として酸化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。さらに窒化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＮと記す）膜１４を例えば５０ｎｍの厚さに形成する。
【００１８】
次に、通常のリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという、ＲＩＥはReactive Ion Etchingの略）技術により、ＰＥ−ＳｉＮ膜１４およびＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３に、例えば下層配線１１に通じる接続孔１５を開口する。その孔径は、例えば０，３μｍとした。
【００１９】
次いで、通常のタングステンを用いたプラグの形成プロセスによって、上記接続孔１５内にプラグ１６を例えばタングステンで形成する。このプラグ１６の形成では、接続孔１５内にタングステンを埋め込む前に窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
【００２０】
次にプラズマＣＶＤ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上にプラグ１６を覆う絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８を例えば５００ｎｍの厚さに形成する。そしてリソグラフィー技術とＲＩＥ技術によって、上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８に溝１９を、例えば上記プラグ１６の上面がこの溝１９の底部に露出するように形成する。この溝１９の幅は例えば０．４μｍとした。なお、上記ＲＩＥの際には、ＰＥ−ＳｉＮ膜１４をエッチングストッパとして機能させている。
【００２１】
次に図４の（２）に示すように、通常のアルゴンスパッタエッチングによって、上記プラグ１６の上部に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去する。その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、上記溝１９の内壁に、チタン膜２０を例えば２０ｎｍの厚さに形成した後、窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を例えば６０ｎｍの厚さに形成して、下地膜を構成する。その際、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８上にも上記チタン膜２０および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１が形成される。上記チタン膜２０は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得るために必要なものであり、上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は銅の拡散バリア層として機能する。
【００２２】
以下に上記チタン膜２０および上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１の成膜条件の一例を説明する。チタン膜２０の成膜条件としては、プロセスガスにアルゴン（例えば５０ｓｃｃｍ）〔以下、ｓｃｃｍは標準状態における体積流量（ｃｍ3 ／分）を表す〕、ＤＣパワーを６ｋＷ、スパッタ雰囲気の圧力を０．１８Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定した。また窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１の成膜条件としては、プロセスガスにアルゴン（例えば４０ｓｃｃｍ）と窒素（例えば５ｓｃｃｍ）、ＤＣパワーを８ｋＷ、スパッタ雰囲気の圧力を０．１８Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定した。
【００２３】
次いで、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、上記溝１９内を埋め込むように上記チタン膜２０および窒化チタン膜２１を介して上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８上に、配線材料層２２を例えば銅を５００ｎｍの厚さに堆積して形成する。引き続き４００℃の温度雰囲気で３０分間の熱処理を行って、上記配線材料層２２によって溝１９を埋め込む。この熱処理はアルゴンガス中の炉加熱によって行った。次いで図４の（３）に示すように、通常のＣＭＰ（ＣＭＰはChemical Mechanical Polishing の略で化学的機械研磨をいう）により溝１９の外部に形成されている余分な配線材料層（図示省略）を除去して、溝１９内に上記チタン膜２０および窒化チタン膜２１を介して銅からなる配線材料層２２からなる銅配線２３を形成する。このＣＭＰでは、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８上の上記チタン膜２０および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１も除去される。
【００２４】
なお、上記製造方法におけるアルゴンスパッタエッチングから銅のスパッタ成膜までは、マルチチャンバ装置により大気開放することなく工業的な真空中で連続的に処理されることが望ましい。また銅の埋め込み方法としては、上記方法の他に、高圧リフロー法、電界めっき法等を用いることも可能である。さらに配線材料としては、銅の他に、ジルコニウム銅（ＺｒＣｕ）のような銅合金を用いることも可能である。
【００２５】
上記アルゴンスパッタエッチングでは、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いたが、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）誘導結合プラズマ方式、ＥＣＲ（Electron Cycrotron Resonance）電子サイクロトロン共鳴方式等、他のプラズマ発生方式によるスパッタエッチングにて行うことも可能である。
【００２６】
上記製造方法では、銅配線２３の下地に窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１が形成されることから、半導体プロセスにおける熱処理による配線の抵抗上昇を最小限に抑え、銅配線２３からのＰＥ−ＳｉＯ2 膜１７中への銅の拡散が防止され、しかも銅配線２３を形成する配線形成層２２との密着性は、従来の窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜よりも高いものとなる。したがって、銅配線２３の剥がれによる不良や、銅配線２３の信頼性の低下等を防ぐことができる。
【００２７】
次に本発明に係わる第２の実施形態の一例を、図５によって説明する。図５では、拡散バリア層を窒素進入型固溶体の窒化チタン膜の他に高融点金属材料膜または高融点金属合金材料膜との積層構造とした一例を示す。図５では、前記図１および図４によって説明したのと同様なる構成部品には同一符号を付与して示す。
【００２８】
図５に示すように、前記図１によって説明したのと同様に、基板（図示省略）上に素子（図示省略）が形成されていて、さらに下層配線１１や絶縁膜１２等が形成されている。この絶縁膜１２上には層間絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３、ＰＥ−ＳｉＮ膜１４が形成されていて、これらの膜には下層配線１１に通じる接続孔１５が形成されている。この接続孔１５の内部には下地膜となる窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を介してプラグ１６が例えばタングステンで形成されている。
【００２９】
さらに上記ＰＥ−ＳｉＮ膜１４上にプラグ１６を覆うＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８が形成されていて、このＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８には上記プラグ１６に達する溝１９が形成されている。この溝１９の内壁には、チタン膜２０が形成されていて、さらに拡散バリア層となる窒化チタン結晶からなる窒化チタン膜３１（例えば厚さが３０ｎｍ）と窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１（例えば厚さが３０ｎｍ）とが順に積層されている。この窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は、チタン結晶中に窒素原子が進入したものからなり、窒化チタン結晶を有していない。上記チタン膜２０は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得るために必要なものであり、また上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は銅との密着性に優れた拡散バリア層として機能する。
【００３０】
これらのチタン膜２０、窒化チタン結晶からなる窒化チタン膜３１および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を介して、上記溝１９の内部に埋め込まれている銅からなる配線材料層２２で銅配線２３が形成されている。
【００３１】
上記図５によって説明した銅配線２３は、前記図４によって説明した製造方法において、チタン膜２０を形成した後で窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を形成する前に、通常の窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜３１を例えば３０ｎｍの厚さに形成すればよい。そして窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を例えば３０ｎｍの厚さに形成すればよい。上記チタン膜２０および上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１の成膜条件は、前記図４によって説明したのと同様である。上記窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜３１の成膜条件は、一例として、プロセスガスにアルゴン（例えば４０ｓｃｃｍ）と窒素（例えば７０ｓｃｃｍ）を用い、ＤＣパワーを８ｋＷ、スパッタ雰囲気の圧力を０．４Ｐａ、成膜温度を１５０℃に設定した。
【００３２】
上記窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜３１の他に、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ケイ化タンタル（ＴａＳｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化ケイ化タングステン（ＷＳｉＮ）等を用いることが可能である。これらの材料は、いずれもＴｉＮ構造を有しない窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１に較べてバリア性に優れているため、窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１との積層構造とすることにより、銅との密着性を劣化させることなく、拡散バリア性が強化される。
【００３３】
次に本発明に係わる第３の実施形態の一例を、図６によって説明する。図６では、一例として、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とによってパターニングして形成した銅配線を示す。また図６では、前記図１、図４および図５によって説明したのと同様なる構成部品には同一符号を付与して示す。
【００３４】
図６に示すように、基板（図示省略）上に素子（図示省略）が形成されていて、さらに下層配線１１や絶縁膜１２等が形成されている。この絶縁膜１２の表面は平坦化されていて上記下層配線１１の上面が露出されている。さらに上記絶縁膜１２上には、層間絶縁膜としてＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３が例えば８００ｎｍの厚さに形成されている。上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３には、下層配線１１に通じる接続孔１５が開口されていて、この接続孔１５の径は、例えば０．３μｍとした。上記接続孔１５の内部には下地膜となる窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を介してプラグ１６が例えばタングステンで形成されている。
【００３５】
上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上には上記プラグ１６に接続する銅配線２３が、チタン膜２０と窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１とを下層より順に形成した積層膜を介して形成されている。上記チタン膜２０が例えば２０ｎｍの厚さに形成されていて、上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１が例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。この窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は、チタン結晶中に窒素原子が進入したものからなり、窒化チタン結晶を有していない。
【００３６】
上記チタン膜２０は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得るために必要なものであり、また上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は２１は、従来の窒化チタン結晶を有する窒化チタンと比較して良好なる銅との密着性を有する。また、銅に対するバリア性は窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜と比較すると若干劣るが、チタン膜よりも良好であり、バリア性は十分であるといえる。また、銅との反応性はチタンと比較して低いため、銅膜の抵抗上昇を抑えることができる。したがって、銅配線２３の剥がれによる不良や、銅配線２３の信頼性の低下等を防ぐことができる。
【００３７】
次に上記第３の実施形態に係わる製造方法の一例を、図７の製造工程図によって説明する。図７では、前記図６によって説明したのと同様なる構成部品には同一符号を付与して示す。
【００３８】
図７の（１）に示すように、基板（図示省略）上に素子（図示省略）を形成し、さらに下層配線１１や絶縁膜１２等の形成を行い、平坦化プロセスによってその絶縁膜１２の表面を平坦化して、上記下層配線１１の上面を露出させる。そして例えばプラズマＣＶＤ（ＣＶＤはChemical Vapor Deposition の略であり化学的気相成長をいう）法により上記絶縁膜１２上に層間絶縁膜として酸化シリコン（以下ＰＥ−ＳｉＯ2 と記す）膜１３を例えば８００ｎｍの厚さに形成する。
【００３９】
次に、通常のリソグラフィー技術およびＲＩＥ技術により、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３に、例えば下層配線１１に通じる接続孔１５を開口する。その孔径は、例えば０，３μｍとした。
【００４０】
次いで、通常のタングステンを用いたプラグの形成プロセスによって、上記接続孔１５内にプラグ１６を例えばタングステンで形成する。このプラグ１６の形成では、接続孔１５内にタングステンを埋め込む前に窒化チタン（ＴｉＮ）膜１７を形成する。
【００４１】
次に通常のアルゴンスパッタエッチングによって、上記プラグ１６の上部に形成されている自然酸化膜（図示省略）を除去する。その後、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、上記ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３上に、チタン膜２０を例えば２０ｎｍの厚さに形成した後、窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を例えば６０ｎｍの厚さに形成して、下地膜を構成する。上記チタン膜２０は、下層のタングステンからなるプラグ１６との良好なる電気的接続を得るために必要なものであり、上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１は銅の拡散バリア層として機能する。なお、上記チタン膜２０および上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１の成膜条件は、前記図４によって接続したのと同様である。
【００４２】
次いで、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１上に、配線材料層２２を例えば５００ｎｍの厚さに銅を堆積して形成する。
【００４３】
次いで、例えば酸化シリコンのような配線材料層２２のエッチングマスクとなる材料でマスク（図示省略）を形成した後、そのマスクを用いてドライエッチング技術により上記配線材料層２２を加工する。このドライエッチングでは、例えばヘリコン波プラズマ源を搭載したエッチング装置を用い、エッチングガスに塩素ガスを用いて配線材料層２２のエッチングを行った。このエッチングでは、チタン膜２０および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１もエッチング加工される。
【００４４】
その結果、図７の（２）に示すように、プラグ１６にチタン膜２０および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１を介して接続する銅配線２３を得る。上記エッチングでは、ＰＥ−ＳｉＯ2 膜１８上の余分なチタン膜２０および窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１も除去される。
【００４５】
上記図７によって説明した製造方法では、銅配線２３の下地に窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１が形成されることから、半導体プロセスにおける熱処理による配線の抵抗上昇を最小限に抑え、銅配線２３からのＰＥ−ＳｉＯ2 膜１３中への銅の拡散が防止され、しかも銅配線２３を形成する配線形成層２２との密着性は、従来の窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜よりも高いものとなる。したがって、銅配線２３の剥がれによる不良や、銅配線２３の信頼性の低下等を防ぐことができる。
【００４６】
なお、この第３の実施形態においても、銅の拡散バリア層として上記窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１の他に、上記第２の実施形態で説明した高融点金属材料もしくは高融点金属合金材料を用いて、窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１との積層構造とすることは可能である。このような積層構造では、バリア性は窒素進入型固溶体の窒化チタン膜２１のみの構成よりもさらに向上する。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、銅配線の下地に窒素進入型固溶体の窒化チタン膜が形成されているので、銅配線の抵抗上昇を最小限に抑え、かつ層間絶縁膜中へ銅が拡散することを防止した上で、従来の窒化チタン結晶を有する窒化チタン膜よりも良好な銅の密着性を得ることができる。これにより、銅配線の剥がれによる不良や、配線の信頼性の低下等を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１の実施形態の一例を説明する概略構成図である。
【図２】窒化チタン膜の説明図である。
【図３】窒化チタン膜のＸ線回折パターンの説明図である。
【図４】第１の実施形態で説明した銅配線の製造工程図である。
【図５】本発明に係わる第２の実施形態の一例を説明する概略構成図である。
【図６】本発明に係わる第３の実施形態の一例を説明する概略構成図である。
【図７】第３の実施形態で説明した銅配線の製造工程図である。
【図８】従来の銅配線構造の説明図である。
【図９】銅の剥がれの説明図である。
【符号の説明】
２１…窒素進入型固溶体の窒化チタン膜、２３…銅配線
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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