[发明专利]半导体装置、其制造方法以及用于该制造方法的溅射用靶材

说明书

技术领域

本发明涉及在绝缘膜上设有布线的半导体装置、其制造方法以及用于该制造方法的溅射用靶材。

背景技术

构成集成电路(IC)等的硅(Si)半导体装置或液晶显示装置(LCD)等的电子装置时，必须构成低电阻的、由导电性高的材料形成的布线。此外，在构成硅大规模集成电路(超LSI)等时，为了增大集成度，要求微细的布线技术。最近，在硅超LSI和LCD用途的布线中，使用比铝合金电阻更低、抗迁移性高的铜(Cu)(参照下述专利文献1)。

专利文献1：特开平5-47760号公报

但是，由于形成布线的铜会向周围的绝缘膜扩散，必须形成钽(Ta)或其氮化物(TaN)等的层，作为抑制该Cu扩散的阻挡层(参照下述专利文献2)。

专利文献2：特开2001-44156号公报

另一方面，在大规模集成电路(LSI)等的半导体装置中，为了增加集成度，必须减小布线宽度，但是随着布线宽度减小，占据布线宽度的高电阻的阻挡层的厚度的比例变大，若如上述专利文献2所述设置阻挡层，则存在布线的实际电阻会增加的问题。

近来，揭示了这样一种技术，即不是如上述已有技术形成Ta或TaN等的阻挡层，而是例如，通过对形成于绝缘膜上的、由Cu和锰(Mn)的合金(Cu·Mn系合金)等的Cu合金形成的Cu合金膜进行加热，在铜布线和绝缘膜之间自己整合而形成阻挡层(参照下述专利文献3)。

专利文献3：特开2005-277390号公报

但是，利用Cu合金形成的以往的阻挡层存在以下问题。

(1)对于Cu从布线侧的扩散难以确保充分的阻挡性，而Cu向绝缘膜侧扩散，则难以确保绝缘膜的绝缘性。

(2)由于相互扩散，绝缘膜侧的Si向布线侧扩散，布线侧的电阻变大。

(3)因阻挡层与绝缘膜之间的附着性不佳，难以构成具有优异的长时间工作可靠性的半导体装置。

上述问题的原因，认为是没有明确阻挡层的结构，该阻挡层提高与绝缘膜的附着性、且对于Cu及Si的扩散具有充分的阻挡作用。

发明内容

本发明是鉴于上述提出的，其目的在于提供一种半导体装置、其制造方法以及用于该制造方法的溅射用靶材，该半导体装置能使阻挡层具有充分阻挡Cu从布线本体侧的扩散、和Si从绝缘膜侧的扩散的作用，能确保绝缘膜的绝缘性，还能实现布线的低电阻化，此外还能提高阻挡层与绝缘膜的附着性，从而具有优异的长时间工作的可靠性。

为了达到上述目的，(1)本发明的第1项发明是在绝缘膜上配有布线的半导体装置中，包括：含有硅(Si)的绝缘膜；形成于上述绝缘膜中设置的槽状开口部内、由铜(Cu)构成的布线本体；以及形成于上述绝缘膜与布线本体之间、在厚度方向中心部锰(Mn)的原子浓度为最大、由Mn系氧化物形成的阻挡层。

(2)第2项发明是在上述(1)项所述的发明的结构中，上述阻挡层内部含有Cu。

(3)第3项发明是在上述(2)项所述的发明的结构中，上述阻挡层中含有的Cu的原子浓度从布线本体侧向绝缘膜侧单调递减。

(4)第4项发明是在上述(3)项所述的发明的结构中，上述阻挡层中含有的Cu的原子浓度是在阻挡层的厚度方向中心部的Mn的原子浓度以下。

(5)第5项发明是在绝缘膜上配有布线的半导体装置中，包括：含有硅(Si)的绝缘膜；形成于上述绝缘膜中设置的槽状开口部内、由铜(Cu)构成的布线本体；以及形成于布线本体与绝缘膜之间、由含有Cu、Si、Mn的氧化物形成的阻挡层，Cu的原子浓度从布线本体侧向绝缘膜侧单调递减，Si的原子浓度从绝缘膜侧向布线本体侧单调递减，在Cu的原子浓度和Si的原子浓度大致相等的区域Mn的原子浓度为最大。

(6)第6项发明是在上述(5)项所述的发明的结构中，上述阻挡层中，其内部的Cu和Si的原子浓度大致相等的区域的Mn的原子浓度，为Cu或Si的原子浓度的2倍以上。

(7)第7项发明是在上述(1)项～(6)项的任一项所述的发明的结构中，上述阻挡层的层厚为1nm以上、开口部的槽宽的1/5以下，并且在10nm以下。

(8)第8项发明是在上述(1)项～(7)项的任一项所述的发明的结构中，上述阻挡层是由非晶形成的。

(9)第9项发明是在上述(1)项～(8)项的任一项所述的发明的结构中，在与上述阻挡层连接的布线本体侧存在离子化成2价或3价的Mn。