JPH05144811A

JPH05144811A - 薄膜半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05144811A
Application number: JP30800691A
Authority: JP
Inventors: Kazue Kudo; 一恵工藤; Shinichi Fukada; 晋一深田; Motohiro Suwa; 元大諏訪
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】 CuもしくはCuを主成分とする合金からなる配
線を有する半導体装置おいて、配線を酸化させること無
く絶縁膜を形成することにより膜応力による配線の膜剥
がれ、ストレスマイグレ- ションによる断線等の問題を
解決する。【構成】 Si基板４の表面に形成した熱酸化膜SiO₂膜５
上にCuもしくはCuを主成分とする合金からなる配線層１
を形成し、さらに、配線層1 側より非酸化物層２からな
る絶縁膜、その上にこれより厚い酸化物層３を順次形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜半導体装置の構造及
び製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜半導体装置の配線層としてAl
配線が用いられ、その複数層間絶縁膜としてはSiO₂を主
成分とした膜が用いられている。近年にいたり、比抵
抗、ストレス強度等の特性向上の観点からCuを配線材料
として用いた半導体装置が多用されつつあるが、Cuを用
いた配線においては耐酸化性が低いことから、Cuの酸化
を防止するために種々の方法が取られており、例えば、
絶縁膜SiN を電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD 法ま
たはRFスパッタ法を用いて低温で形成する方法が知られ
ている（特開昭63-301548 号公報、特開平1-106435号公
報、特開平1-248625号公報)。

【０００３】また、特開昭64-25439号公報には、BPSG、
PSG 等からなる層間絶縁膜からＰ、Ｂ等がCu配線中へ拡
散するのを防止するために、Cu配線の周囲をすべてをプ
ラズマSiO₂、SiN 、TiN 等の拡散防止膜によって覆うも
のが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の高集積化
の進展とともに配線幅は縮小化され、今日ではサブミク
ロン(0.2〜0.3 μm)単位での配線加工が求められる。し
かしながら、上記従来技術には配線幅がそのようなサブ
ミクロン単位で配線加工する場合について配慮が特にさ
れていない。すなわち、配線幅を0.3 μm 以下とするよ
うな製造プロセスでは平坦化のために、通常ECR-SiO₂、
O₃-TEOS などの従来のPSG 等よりも高い酸化雰囲気で形
成される絶縁膜を使用することとなるが、この絶縁膜形
成時にCuもしくはCuを主成分とする合金からなる配線表
面が酸化してしまう不都合が生じている。さらに、その
ような製造プロセスでは配線裾部への絶縁膜の付まわり
が困難であり、必然的にこの部分にかかるストレスが大
きくなることから、配線裾部へクラック等が生じ易く製
品の信頼性低下の原因となっている。

【０００５】また、特開平1-106435号公報に示されるよ
うに、絶縁膜SiN を低温で形成する場合には、 Cu表面の
酸化は防止できる。しかし、ここに示されるSiN 膜は応
力が高いため、配線の膜剥がれ、ストレスマイグレーシ
ョンによる断線等の問題が生じるのを避けられない。さ
らに、特開昭64-25439号公報に記載のものは層間絶縁膜
からCu配線中への物質の拡散を防止することを目的とし
ているために、Cu配線の周囲がすべて拡散防止膜でによ
り覆われていなくてはならず、またCu自身が絶縁膜中へ
の拡散しがちでありまたCuと絶縁膜との接着性も必ずし
も十分なものとはいえない。

【０００６】また、半導体装置の場合、絶縁膜にスルー
ホールを形成することが必要となるが、フッ素系のガス
を使用してスルーホールを形成する場合にスルーホール
底部のCu配線の表面にはフッ化物が形成されることを避
けられない。このフッ化物はその後、配線の腐食を生じ
させ、配線の信頼性が著しく劣化する。本発明は上記の
ような従来技術の持つ不都合を解決することを目的とし
ており、より具体的には、CuもしくはCuを主成分とする
合金からなる配線を少なくとも１層有する薄膜半導体装
置において、配線と絶縁膜の接着性を高め、かつ配線を
酸化させることなく絶縁膜を形成し、かつ膜応力による
配線の膜剥がれ、ストレスマイグレーションによる断線
等の問題を解決することにより配線の信頼性を向上させ
ることを目的としている。

【０００７】さらに、加工プロセス中の配線の酸化及び
腐食を防止し、積層配線における信頼性を向上させ、か
つ、Cu配線を配線幅 0.3μm 以下で加工するプロセスに
適用することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明は、半導体基板の絶縁膜
上に、導電性物質からなる配線層と絶縁層とが積層され
てなる薄膜半導体装置において、配線層の少なくとも１
層はCuもしくはCuを主成分とする合金からなり、絶縁層
は前記配線層側より非酸化物層及び酸化物層とが順次積
層された構造であり、かつ酸化物層の厚さは非酸化物層
の厚さより厚いことを特徴とする薄膜半導体装置を開示
する。

【０００９】非酸化物層は窒化シリコンまたは窒化アル
ミニウムで構成し、酸化物層はSiO₂,PSG,BPSG またはア
ルミナで構成することは好ましい態様である。さらに、
前記非酸化物層の厚さを10以上150nm 以下とすること、
特に、配線の側壁の形状を前記配線層下部の該絶縁膜あ
るいは絶縁層の一部まで続くように形成する場合には、
非酸化物層の厚さを、配線側壁の形状が続いている該下
部絶縁膜あるいは絶縁層に生じる段差より小さい厚さと
することにより、より目的を達成することが可能とな
る。

【００１０】本発明はまた、半導体基板の絶縁膜上に、
少なくとも１層はCuもしくはCuを主成分とする合金から
なる導電性物質からなる配線層を形成する工程と、該配
線層に対し絶縁層を積層する工程とを有する薄膜半導体
装置の製造方法において、該絶縁層を積層する工程は、
非酸化物を形成する工程および該非酸化物層に対しさら
に酸化物層を該非酸化物層の厚さより厚く形成する工程
とを有するを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法をも
開示する。

【００１１】該非酸化物層を形成する前に配線表面をH₂
もしくはNH₃プラズマ処理する工程をさらに有し、該工
程の後に、大気に接すること無く非酸化物層を形成する
ことは好ましい態様であり、それにより、非酸化物層と
配線の界面に酸化物が存在しないものを得ることがで
き、また、配線内部の酸素濃度を0.05wt% 以下とするこ
とができることにより、Cuの脆性の劣化が防止でき接着
性を向上できるとともに配線の信頼性をも向上できる。

【００１２】さらに、水素を1%以上10% 以下含んだアル
ゴンと水素の混合ガスを用いたスパッタ法により配線層
を形成すると共に、配線形成後にアニールを行うように
してもよく、その場合には、配線自身が水素を含むこと
によって配線内への酸素などの不純物の混入を抑制でき
ることに加え、アニールすることにより水素がCu表面に
拡散するため、 H₂もしくはNH₃プラズマ処理と同様の効
果を得ることができる。

【００１３】また、酸素を含んだ雰囲気中で反応性イオ
ンエッチングを行うことによりスルーホールを形成し、
スルーホール形成後、該配線表面をH₂もしくはNH₃プラ
ズマ処理した後にスルーホールを埋め込むことも好まし
い態様であり、その場合には、加工プロセス中特に絶縁
膜へのスルーホール形成時に配線が腐食されること及び
スルーホールと配線表面間に反応生成物が堆積すること
を防止できる。

【００１４】本発明による配線層はその適用物に特に制
限はないが、LSI 用配線層であることは特に好適な態様
である。

【００１５】

【作用】本発明においては、CuもしくはCuを主成分とす
る合金からなる配線と接する部分の絶縁層は非酸化物層
であるため、非酸化物層形成時に配線の酸化は生じな
い。またその上の酸化物層は酸素を含む雰囲気で形成す
るが、その際前記非酸化物層により配線の酸化を防止す
ることができる。また非酸化物層はその原子の結合状態
に起因し一般に応力が高いものであるが、非酸化物層は
薄く形成し、その上に酸化物層を厚く形成することによ
り応力による膜剥がれ、ストレスマイグレーション等の
問題も解決することができる。

【００１６】さらに、前記配線層の形状が、その配線の
側壁を下部の絶縁膜あるいは絶縁層の一部まで連続的に
続くように形成したために、非酸化物層はこの下部絶縁
膜あるいは絶縁層の一部まで連続的に形成される。これ
により、非酸化物層が下部絶縁膜あるいは絶縁層と接触
する面積を増やすことが可能となり、非酸化物層と下部
絶縁膜あるいは絶縁層との接着力が向上することに加
え、ストレスのかかる裾部は絶縁層間の接着となるため
に例え裾部にクラックが生じた場合でもクラック先端の
到達部位は絶縁層の部分となり、全体の信頼性が向上す
る。好ましくは、配線層側壁の形状が続いている下部絶
縁膜あるいは絶縁層の厚さを10nm以上300nm以下とし、
かつ非酸化物層の厚さを前記絶縁膜あるいは下部絶縁層
に生じる段差より小さくすることにより、非酸化物層の
裾部にかかる力が小さくなりかつクラックが入りにくく
なる。

【００１７】なお、ここで下部絶縁膜あるいは絶縁層の
段差を10nm以上300nm 以下としたのは、非酸化物層は下
部絶縁膜あるいは絶縁層の厚さより薄く形成することが
好まし態様であるが、その際、非酸化物層の厚さが10nm
以下では形成条件の制御が困難でありまた絶縁膜として
の機能をもたないため10nm以上であることが必要であ
り、そのために、下部絶縁膜あるいは絶縁層の段差は10
nm以上であることが必要となる。また、300nm 以下とし
たのは、通常この種の半導体装置においてその層間絶縁
膜は最低でも１μm 程度の膜厚を持つものであるが、30
0nm以上の段差を形成した場合には絶縁性が劣化するた
めである。

【００１８】また、非酸化物層の膜厚を150nm 以上とす
ると応力による膜剥がれが生じ易いことが実験的にた確
かめられており、したがって、非酸化物層の膜厚は10〜
150nmとするのが好ましい。これにより信頼性が向上す
る。また、本発明では、非酸化物層の形成前に配線表面
をH₂もしくはNH₃プラズマ処理する。それにより配線表
面の酸化膜を除去することでき、さらに同一チャンバ内
で非酸化物を形成するため非酸化物層と配線の界面に酸
化物が存在せず、接着性が向上するとともに配線の信頼
性も向上する。

【００１９】一方、配線内部の酸素濃度を0.05wt% 以下
とすることによりCuの靭性の劣化が防止できる。また、
配線自身に所定量の、好ましくは0.001wt%以上1wt%以下
の水素を含ませる場合には、配線内への酸素などの不純
物の混入を効果的に抑制することが可能となる。なお、
より高い濃度の水素を含有させた場合には配線の靭性が
劣化してしまうため水素濃度は0.001wt%以上1wt%以下で
あることがきわめて望ましい。さらに、配線内に水素を
含ませることにより、アニールにより水素がCu表面に拡
散するため表面の還元もでき、 H₂もしくはNH₃プラズマ
処理と同様の効果を得ることができる。

【００２０】また、通常半導体装置の製造において、絶
縁膜へのスルーホール形成はフッ素系のガスを用いた反
応性イオンエッチング(RIE) で行うが、エッチングがス
ルーホール底部まで到達するとCuもしくはCuを主成分と
する合金からなる配線表面にフッ化物が形成されてしま
い、配線の信頼性が低下する恐れがある。しかしなが
ら、本発明によればRIE作業を酸素を含んだ雰囲気で行
うために配線表面には酸化物が形成されフッ化物の形成
が抑制できる。さらに、スルーホール形成後H₂プラズマ
処理を行うことにより形成された酸化物を除去できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例により説
明する。図１は本発明により形成された配線の電流方向
に垂直な断面の形状を表す図、図２はこの配線の形成プ
ロセスを示した図である。図示の実施例において、主配
線１はCuまたはCu合金、非酸化物層２はp-SiN 、酸化物
層３はp-SiO₂よりなる。

【００２２】この配線の形成法を図２を用い以下説明す
る。まず、Si基板４の上に熱酸化膜５を500nm 形成す
る。その上にスパッタ法によりCuまたはCu合金膜１を50
0nm 形成する（図２のａ）。その上にホトリソグラフィ
技術によりレジストを形成し、ドライエッチング技術を
用いてCuまたはCu合金膜１をパターニングする。Cuまた
はCu合金膜のドライエッチングガスはSiCl₄-N₂を用い
る。この際に、ジャストエッチングより20〜30% 程度オ
ーバーエッチングを行い、熱酸化膜５までパターニング
する。これにより熱酸化膜５は約100 〜150nm エッチン
グされる（図２のｂ）。パターニング後レジストをCF₄
とO₂の混合ガスを用いてプラズマアッシャで除去する。
なおここで酸素を用いるのはレジストのエッチング速度
を速くするためであり、CF₄のみで行っても差し支えな
い。

【００２３】次に、この配線の表面をH₂プラズマで処理
する。これによりレジスト除去時に酸化した配線表面が
還元される。H₂プラズマで処理を行った後、同一チャン
バ内で10〜150nm 程度の微少厚さのSiN 膜２、好ましく
は、約50nm厚のSiN 膜２を形成する（図２のｃ）。SiN
膜２の形成を同一チャンバ内でかつSiH₄、 NH₃、N₂の混
合ガスにより行うことにより、H₂プラズマで還元された
配線表面を清浄な状態に維持することができる。このた
めに、本発明においては、SiN 膜と配線との接着性がき
わめて良好となる。またSiN 膜は比較的高い応力を持つ
ものであるが、本実施例では50nmと薄いため配線に与え
る影響はきわめて少ない。

【００２４】さらにこの実施例においては図3(a)に示す
ように、SiN 膜２の膜厚ａを熱酸化膜５のうちオーバー
エッチングにより除去された部分の膜厚ｂより薄く（す
なわちａ＜ｂ）形成している。これを、図3(b)に示すよ
うにSiN 膜厚ａが熱酸化膜５のうちオーバーエッチング
により除去された部分の膜厚ｂより厚い場合( すなわち
ａ＞ｂ）比較すると、本実施例のものにおいては、SiN
膜２の折曲部すなわち裾部Ｃが配線部１より下方の箇所
に位置し得るために、図3(b)に示すものよりも裾部Ｃに
かかるストレスが小さくなり、裾部Ｃにクラックは入り
にくくなる。

【００２５】また、裾部Ｃにクラックが生じた場合であ
っても、（b)に示す形状のものにあってはクラックが容
易に配線部に達してしまい、そこよりCuの拡散が生じて
絶縁性の劣化が生じるが、この実施例のものにあって
は、裾部Ｃに生じたクラックは下部絶縁層に達するのみ
でありCuの拡散は起こらない。したがって絶縁性の劣化
がきわめて生じ難い。

【００２６】次に、このSiN 膜２上にSiO₂膜３を約１μ
m 形成する（図２のｄ）。この時配線は酸化雰囲気にさ
らされるが、表面に形成した薄いSiN 膜２により配線自
身の酸化は防止される。このように形成した配線では、
配線１と絶縁膜（SiN 膜２及びSiO₂膜３）との接着性も
良好でありかつ絶縁膜からの応力も低いことから、配線
全体の信頼性が大きく向上する。

【００２７】なお、上記の実施例においては、Cuまたは
Cu合金膜（配線）１のパターニングにドライエッチング
技術を用いたものについて説明したが、パターニング手
段としてイオンミリング技術を用いても同様の効果を奏
し得ることは容易に理解されよう。また、非酸化物層と
しては窒化アルミニウムを、また、酸化物層としてはPS
G、BPSG、アルミナを用いても同様の効果を奏し得るこ
とも容易に理解されよう。

【００２８】次に、本発明の他の実施例（実施例２）に
より形成した配線の断面形状を図４に示す。この実施例
において、配線の形成法は図２に示した第１の実施例の
ものとほぼ同様にして行なうが、配線層１と熱酸化膜５
の間にバリア層６を設けた点において実施例１と異な
る。すなわち、この実施例では、熱酸化膜５上にTiN 膜
６を約100nm の厚さに反応性スパッタ法を用いて形成す
る。さらにスパッタ法によりCuまたはCu合金膜１を約50
0nm 厚に形成し、その上にホトリソグラフィ技術により
レジストを形成した後、イオンミリング技術を用いて C
u またはCu合金膜１とTiN 膜６とを同時にパターニング
する。この場合においても、第１の実施例と同様に、20
〜30% オーバーミリングを行い熱酸化膜５までパターニ
ングする。その後H₂プラズマで処理し、SiN膜２、SiO膜
３をECRプラズマ法により形成する。

【００２９】このように形成した配線にあっては、配線
と絶縁膜との接着性が一層良好となることに加え、TiN
膜６がバリア層として作用し配線膜の酸化を防止するこ
とから、配線全体の信頼性をさらに向上させることがで
きる。なお、上記の説明ではバリア層６としてTiN 膜に
ついて説明したが、TiN 以外に例えばMo、 W 、 TiW 、Ta
でも有効であることは容易に理解されよう。またCuまた
はCu合金膜１とTiN 膜６のパターニング手法について
も、第１の実施例の場合と同様に、ドライエッチング技
術を用いることが可能である。

【００３０】次に、本発明のさらに他の実施例（実施例
３）により形成した配線の断面形状を図５に示す。この
実施例においても、配線の形成法は図２に示した第１の
実施例のものとほぼ同様にして行なうが、バリア層とし
てMo膜７を有すること、及び非酸化物層２の形成前にCu
もしくはCuを主成分とする合金からなる配線１の表面を
NH₃プラズマを用いて処理することにおいて実施例１の
ものと異なっている。

【００３１】NH₃プラズマで配線の表面を処理すること
により、配線の表面はH₂プラズマで処理した場合と同様
に還元されることに加え、配線表面には図５、６に示す
ように表面に薄い窒化銅膜８が形成される。この実施例
のものにあっては、この後に同一チャンバ内でSiN 膜２
を形成するが、前述のようにSiN 膜２は還元性の雰囲気
中で形成されさらに配線表面には窒化銅８が存在するた
めに、配線は酸化されることはない。また、得られた製
品について、その配線表面のSIMS分析を行った結果を図
６に示す。図示のように、上記のような手段を講じた場
合に、絶縁膜中の窒素濃度が配線との界面で最も高くな
っており、そこからも、この実施例においては、SiN 膜
２と配線との接着性は一層向上することがわかる。

【００３２】次に、本発明のさらに他の実施例（実施例
４）を説明する。この実施例は水素を含んだ雰囲気中で
成膜し、それにより形成した配線中にもある程度水素が
含有され、この水素によって配線表面を還元する点にお
いて、他の実施例（特に、実施例３）のものと異なって
いる。すなわち、この実施例において、まず、Si基板４
の上に熱酸化膜５を約500nm 厚に形成する。その上にMo
膜７を約100nm 厚にスパッタ法で形成する。さらにアル
ゴン(Ar)と水素(H₂)の混合ガス雰囲気でスパッタ法によ
りCuまたはCu合金膜１を約 500nm形成する。その際、ガ
スの混合比はAr:H₂=10:1で行うことが好ましいが、水素
が少なくとも0.1wt%以上含まれる雰囲気であれば下記に
示す一定の効果を奏することが可能である。このような
雰囲気でスパッタしたCuまたはCu合金膜１中には少なく
とも0.001wt%の水素が含まれる。その上にホトリソグラ
フィ技術によりレジストを形成し、イオンミリング技術
を用いてCuまたはCu合金膜１とMo膜７をパターニングす
る。

【００３３】パターニング後レジストをCF₄とO₂の混合
ガスを用いてプラズマアッシャを除去する。次にこの配
線を真空中で所定の条件で、好ましくは、450 ℃×30mi
n でアニールを行う。配線膜１内部の水素は配線表面ま
で拡散する。これによりレジスト除去時に酸化した配線
表面が還元される。アニールを行った後、同一チャンバ
内でSiN 膜２を約100 nm形成する。前述の理由から配線
膜１の表面の酸化はほぼ生じない。その後、 ECR プラズ
マ装置を用いてSiO₂膜３を約１μm 形成する。従来のEC
R-SiO₂を用いた絶縁膜では使用するガスが100%酸素であ
るため通常この雰囲気中に曝され場合、CuまたはCu合金
膜１は酸化されてしまう。しかし、この実施例によれば
配線表面は薄いSiN 膜でおおわれているため配線表面の
酸化は生じない。

【００３４】図７は、本発明のさらに他の実施例（実施
例５）を示す断面図であり、上記した図５に基づく第３
の実施例を例にとり、その構成を多層配線構造としたも
のである。なお、１組の配線層及び絶縁膜層の形成プロ
セスは図２に示す実施例のものに準じて行う。この実施
例の半導体装置は、以下のようにして製造される。すな
わち、図２のｄに示されるようにSiO₂膜３を約１μm の
厚さに形成後、エッチバックもしくはSpin On Glass(SO
G)技術を用いて平坦化を行う。平坦化後ホトリソグラフ
ィ技術によりレジストを形成し、反応性イオンエッチン
グ(RIE) 技術を用いて絶縁膜へスルーホール９を形成す
る。エッチングガスはCF₄と酸素の混合ガス(CF₄:O₂=1:
1)を使用する。この際CF₄のかわりにSF₆を使用しても
よい。

【００３５】図８は、従来例における配線断面と実施例
５における配線表面のXPS 分析結果を示している。従
来、この種の反応性イオンエッチング(RIE) 技術を用い
た絶縁膜へのスルーホール９の形成にはエッチングガス
としてCF₄あるいはSF₆を単独で用いていたために、エ
ッチングがスルーホール底部まで到達するとCuもしくは
Cuを主成分とする合金からなる配線１の表面に図8(a)に
示すようにフッ化物が形成されてしまい、配線の信頼性
が低下してしまう不都合を有していた。

【００３６】この実施例においては、RIE を酸素を含ん
だ雰囲気で行うため配線表面には図8(b)に示すように酸
化物が形成され、フッ化物の形成が抑制できる。さら
に、スルーホール形成後、H₂プラズマ処理を行うことに
より形成した酸化物は除去できる。このスルーホールに
CVD 法によりCuを埋め込む。コンタクト部はH₂プラズマ
処理されており、かつCu/Cu であるため界面の問題（拡
散、導通不良等）は生じない。

【００３７】本発明により製造される半導体装置は、上
述のようにその配線をすべてCuもしくはCuを主成分とす
る合金より形成することができるため、低抵抗化が実現
でき、１６Ｍ以降の６４Ｍ、２５６ＭのLSI 用の配線と
してCuを適用することが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】本発明においては、配線層側壁の形状を
下部絶縁層の一部までつづいた構造とし、かつ絶縁層を
薄い非酸化物層とこれより厚い酸化物層からなる2 層構
造とすることにより、 CuもしくはCuを主成分とする合金
からなる配線層の酸化を防止でき、かつ配線と絶縁膜の
接着性も向上できる。さらにストレスによる絶縁層のク
ラックの発生を防止し、さらに応力による配線の膜剥が
れ、ストレスマイグレーションによる断線等の問題も解
決しかつ配線の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例（実施例１）により形成した
半導体装置の電流方向に垂直な面の断面図。

【図２】実施例１における半導体装置の形成プロセスを
示す概念図。

【図３】実施例１により形成した半導体装置の配線側壁
の形状と従来例との比較を示す断面図。

【図４】実施例２により形成した半導体装置の電流方向
に垂直な面の断面図。

【図５】実施例３により形成した半導体装置の電流方向
に垂直な面の断面図。

【図６】実施例３における配線表面のSIMS分析結果を示
す図。

【図７】実施例５により形成した半導体装置の電流方向
に垂直な面の断面図。

【図８】実施例５における配線表面のXPS 分析結果を示
す図。

【符号の説明】

1 …主配線、2…非酸化物層、3…酸化物層、4…Si基板、5…
熱酸化膜、6…TiN 膜、 7…Mo膜、8…窒化物層、9…スルーホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の絶縁膜上に、導電性物質か
らなる配線層と絶縁層とが積層されてなる薄膜半導体装
置において、配線層の少なくとも１層はCuもしくはCuを
主成分とする合金からなり、絶縁層は前記配線層側より
非酸化物層、酸化物層が順次積層された構造であり、か
つ酸化物層の厚さは非酸化物層の厚さより厚いことを特
徴とする薄膜半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の薄膜半導体装置におい
て、非酸化物層は窒化シリコンまたは窒化アルミニウム
であり、酸化物層はSiO₂,PSG,BPSG またはアルミナであ
ることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項３】請求項１または２記載の薄膜半導体装置
において、前記非酸化物層の厚さは10以上150nm 以下で
あることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項４】請求項１ないし３いずれか記載の薄膜半
導体装置において、配線の側壁の形状は前記配線層下部
の該絶縁膜あるいは絶縁層の一部まで続いていることを
特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項５】請求項４記載の薄膜半導体装置におい
て、非酸化物層の厚さは、配線側壁の形状が続いている
該下部絶縁膜あるいは絶縁層に生じる段差より小さい厚
さであることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項６】請求項１ないし５いずれか記載の薄膜半
導体装置において、前記配線層と絶縁層との界面の少な
くとも一部に窒化銅膜が存在することを特徴とする薄膜
半導体装置。
【請求項７】請求項１ないし６いずれか記載の薄膜半
導体装置において、絶縁層は水素を含有しており、その
濃度が前記配線層との界面でもっとも高いことを特徴と
する薄膜半導体装置。
【請求項８】請求項１ないし７いずれか記載の薄膜半
導体装置において、絶縁層中の窒素は膜厚方向に濃度勾
配を有し、前記配線層との界面で濃度がもっとも高いこ
とを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項９】請求項１ないし８いずれか記載の薄膜半
導体装置において、前記非酸化物層はさらに酸素を含有
しており、その濃度が0.05wt% 以下であることを特徴と
する薄膜半導体装置。
【請求項10】請求項１ないし９いずれか記載の薄膜半
導体装置において、配線層の酸素濃度が、0.05wt% 以下
であることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項11】請求項１ないし１０いずれか記載の薄膜
半導体装置において、配線層はさらに水素を有してお
り、その濃度は0.001wt%以上１wt% 以下であることを特
徴とする薄膜半導体装置。
【請求項12】半導体基板の絶縁膜上に、少なくとも１
層はCuもしくはCuを主成分とする合金からなる導電性物
質からなる配線層を形成する工程と、該配線層に対し絶
縁層を積層する工程とを有する薄膜半導体装置の製造方
法において、該絶縁層を積層する工程は、非酸化物を形
成する工程および該非酸化物層に対しさらに酸化物層を
該非酸化物層の厚さより厚く形成する工程とを有するを
特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項13】該非酸化物層を形成する前に配線表面を
H₂もしくはNH₃プラズマ処理する工程をさらに有し、該
工程の後に、大気に接すること無く非酸化物層を形成す
ることを特徴とする、請求項１２記載の薄膜半導体装置
の製造方法。
【請求項14】水素を1%以上10% 以下含んだアルゴンと
水素の混合ガスを用いたスパッタ法によりCuもしくはCu
を主成分とする合金からなる配線層を形成すると共に、
さらに配線形成後にアニールを行う工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１２ないし１３いずれか記載の
薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項15】酸素を含んだ雰囲気中で反応性イオンエ
ッチングを行うことによりスルーホールを形成する工
程、スルーホール形成後、該配線表面をH₂もしくはNH₃
プラズマ処理した後にスルーホールを埋め込む工程、と
をさらに有することを特徴とする請求項１２ないし１４
いずれか記載の薄膜半導体装置の形成方法。
【請求項16】配線層がLSI 用配線層であることを特徴
とする請求項１ないし１１いずれか記載の半導体装置。