[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

本发明涉及母案为如下申请的分案申请：

申请号：200710002205.3

申请日：2007年1月12日

发明名称：半导体装置以及半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法，特别涉及具有铜合金布线以及与其连接的通道的半导体装置及其制造方法。

背景技术

在要求高速动作、低功耗的半导体装置中，对布线部的信号延迟或者功耗进行控制，故使用利用了低电阻的铜的多层布线结构。但是，由于半导体装置的细微化，铜布线中流过的电流密度增大，针对电迁移(Electromigration，以下称为EM)的铜布线的可靠性成为问题。

EM是铜布线中流过电流时铜原子被电子流推压而移动的现象。铜布线EM耐性最成问题的是连接上下布线的层间连接(通道)的底部与下层的铜布线的接触面。引起EM现象时，铜布线中的铜原子移动，在铜布线的该接触面附近形成空洞(孔隙)。并且，形成该孔隙的结果是，在铜布线与通道之间发生断线。

为了防止该EM现象引起的铜布线-通道间的断线，以往，对铜布线中流过的电流值进行控制。此外，采用在作为主要成分的Cu中加入铝等添加元素的铜合金布线。作为公开了该铜合金的文献，有非专利文献1。该铜合金布线与纯铜布线的情况相比，EM耐性优良。

在非专利文献1中，公开了如下技术：通过采用在作为主要成分的铜中加入作为添加元素的Al、Sn、Ti的铜合金布线，提高EM耐性。并且，作为公开铜合金布线的其他现有技术，有专利文献1以及专利文献2。

此处，在专利文献1中公开了如下结构：在层间绝缘膜上形成铜合金布线和与该铜合金布线的上表面连接的通道，在该铜合金布线和该通道的连接面(也可理解为连接部)上，形成有含氮的势垒金属膜。

并且，对铜合金布线(也含通道)与层间绝缘膜之间存在的势垒金属膜的结构进行了各种研究。例如，作为势垒金属膜，可采用对与层间绝缘膜粘结性较好的TaN、TiN、WN等、与铜的粘结性较好的Ta、Ti、W等进行层叠的层叠结构膜(专利文献3)。

非专利文献1：T.Tonegawa et al(NEC)，“Suppression ofBimodal Stress-Induced Voiding Using Highly Diffusive Dopantfrom Cu-Alloy Seed Layer”，Proceeding of IEEE InternationalInterconnect Technology Conference 2003，pp.216-218

专利文献1：特开2002-75995号公报

专利文献2：特开平11-307530号公报

专利文献3：特开2003-124313号公报

但是，在所述专利文献1公开的结构的情况下，通过发明者的试验可知，产生以下的问题，即：在铜合金布线与通道的接触面上形成含氮的势垒金属膜时，铜合金布线与通道之间的电阻上升，并且，该电阻产生分散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体装置，该半导体装置具有如下结构：在层间绝缘膜上形成铜合金布线和与该铜合金布线的上表面连接的通道，在该铜合金布线与该通道的连接面(也可理解为连接部)上形成含氮的势垒金属膜，该半导体装置能够控制铜合金布线与通道之间的电阻的上升，还能够抑制该电阻的分散。此外，本发明的目的在于提供一种该半导体装置的制造方法。

为了达到所述目的，本发明方案1的半导体装置具有：第一铜合金布线，形成在层间绝缘膜内，并且在作为主要成分的Cu中包含预定的添加元素；通道，形成在所述层间绝缘膜内，与所述第一铜合金布线的上表面电连接；第一势垒金属膜，与所述第一铜合金布线相接触地形成在所述第一铜合金布线与所述通道的连接部上，并且包含氮，其中所述预定的添加元素的浓度为0.04wt％以下。

此外，方案11的半导体装置具有：第一铜合金布线，配置在第一层间绝缘膜内，在作为主要成分的Cu中添加有Al；第二层间绝缘膜，形成在所述第一层间绝缘膜上；第二铜合金布线，配置在所述第二层间绝缘膜内，在作为主要成分的Cu中添加有Al；其中，所述第二铜合金布线的所述Al的浓度小于所述第一铜合金布线的所述Al的浓度。

此外，方案14的半导体装置具有：铜合金布线，配置在第一层间绝缘膜内，在作为主要成分的Cu中添加有Al；第二层间绝缘膜，形成在所述第一层间绝缘膜上；铜布线，配置在所述第二层间绝缘膜内，膜厚比所述铜合金布线厚，只由Cu构成。