(57)【要約】      （修正有）【課題】シランとアンモニアの混合ガスソークによる銅拡散防止絶縁膜形成前の銅配線表面処理を改善できる気相成長装置、および表面状態がよく、抵抗が低い銅配線を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】シランを供給できるガス供給系１ａと反応室を接続する、２つ以上のバルブを含む連続バルブの１つをノーマリオープンとし、ガス供給系と排気系を接続する捨てガスライン３のノーマリクローズのバルブＶ１４と連動させることにより、反応室内の残留ガスの影響を抑制する。【選択図】図２−１
2010258051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜を行なう反応室と、
前記反応室にガスを供給する第1のガス供給系配管であって、マスフローコントローラとその前後のバルブを備える複数の配管を含む第1のガス供給系配管と、
前記第1のガス供給系配管と前記反応室を接続する、２つ以上のバルブを含む連続バルブを有する第1の接続配管と、
前記反応室に接続された排気系配管と、
前記第1のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第１の捨てガスバルブを含む捨てガス配管と、
を有し、前記第1の接続配管の連続バルブの内の１つのバルブと前記第１の捨てガスバルブとの一方がノーマリオープン、他方がノーマリクローズの異なるタイプであり、共通の駆動ガスによって連動する気相成長装置。
【請求項２】
前記第1の接続配管の連続バルブの前記1つのバルブ以外のバルブが２つ以上の場合、同タイプで、共通の駆動ガスによって連動する請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記反応室にガスを供給する第２のガス供給系配管であって、マスフローコントローラとその前後のバルブを備える複数の配管を含む第２のガス供給系配管と、
前記第２のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上のバルブを含む連続バルブを有する第２の接続配管と、
をさらに有し、前記捨てガス配管が前記第２のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第２の捨てガスバルブを含む、請求項１または２記載の気相成長装置。
【請求項４】
ダマシン配線を形成した半導体基板を準備する工程と、
反応室と、第１のガス供給系配管と、前記第１のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上の連続バルブを含む第１の接続配管と、前記反応室に接続された排気系配管と、前記第１のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第１の捨てガスバルブを含む捨てガス配管とを有する気相成長装置の前記反応室内に前記半導体基板を搬入し、前記第１のガス供給系配管から第１のガスを供給して第１の表面処理を行なう工程と、
前記第１のガス供給系配管を閉じ、前記第１の接続配管の２つ以上の連続バルブの内１つのバルブのみを閉じ、前記第１の捨てガスバルブを開いて残留ガスを排気する工程と、
前記第１のガス供給系配管から第２のガスを供給して第２の表面処理を行なう工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記気相成長装置が、第２のガス供給系配管と、前記第２のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上の連続バルブを含む第２の接続配管とをさらに有し、前記捨てガス配管が前記第２のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第２の捨てガスバルブを含み、前記第１の表面処理と前記第２の表面処理が、前記第１のガス供給系配管と前記第２のガス供給系配管からガスを供給して行う請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置と半導体装置の製造方法に関し、特にガス供給系と反応室との間に連続バルブを備えた気相成長装置と半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置は、集積度の向上と共に半導体素子及び配線が微細化し、多層配線が採用される。微細化された配線の高速動作を保証しようとすると、配線の抵抗を低減することが望まれる．アルミニウムに代って、より抵抗の低い銅が配線材料として用いられている。銅配線を形成する場合、銅層を形成し、ホトリソグラフィを用いて微細にパターニングすることには限界がある。微細化された銅配線を形成するために、ダマシンプロセスが採用される。絶縁層に配線用溝及び／又はビア孔を形成し、溝及び／又はビア孔を銅配線層で埋め込み、絶縁層上の余分な銅配線層を化学機械研磨（ＣＭＰ）等により除去する。ダマシンプロセスにはシングルダマシンプロセスとデュアルダマシンプロセスがある。
【０００３】
シングルダマシンプロセスは、絶縁層を形成し、絶縁層に配線用リセスを開口し、銅配線層で埋め込み、ＣＭＰで不要部を除去して銅配線を形成する。ビア導電体を有する配線を形成する場合は、まず下層絶縁層にビア孔を開口し、ビア導電体を埋め込み、次に上層絶縁層を形成し、配線用溝（トレンチ）を開口し、銅配線層を埋め込む。デュアルダマシンプロセスは、絶縁層を形成し、配線用溝（トレンチ）とビア孔とを有する凹部を絶縁層に形成し、凹部を銅配線層で埋め込み、ＣＭＰで不要部を除去する。
【０００４】
銅は、絶縁層中に拡散し、絶縁層の絶縁特性を劣化させる性質を有する。このため、ダマシンプロセスで銅配線を形成する場合、先ず銅の拡散を防止する機能を有するバリアメタル層を形成し、その上に銅層を形成する。バリアメタルとしては、窒化チタンＴｉＮ，窒化タンタルＴａＮ等の窒化物やタンタルＴａ等が用いられる。バリアメタル層は銅配線から側方、下方への銅拡散を遮蔽する。銅配線から上方への銅拡散は銅配線層下地のバリアメタル層では防止できない。
【０００５】
ＣＭＰを行なった銅配線において、表面に銅層が露出する。この銅層から上層の絶縁層へ銅が拡散することを防止するため、銅配線を形成した表面は、銅拡散防止絶縁膜で覆う。銅拡散防止絶縁膜は、上層の層間絶縁層をエッチングする時のエッチングストッパとしての機能も有する。銅拡散防止絶縁膜は、通常窒化シリコンＳｉＮや炭化シリコンＳｉＣ等で形成される。銅配線と銅拡散防止絶縁膜は密着性が弱く、剥離などの問題を生じる可能性がある。
【０００６】
銅拡散防止絶縁膜等の絶縁膜は化学気相堆積（ＣＶＤ）で成膜することが多い。プラズマ促進化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）は、反応ガスをプラズマ化するＣＶＤであり、プラズマによるエネルギを利用することにより、反応温度を低くすることができる。ＣＶＤないしＰＥ−ＣＶＤにより成膜を行なう半導体製造装置は、成膜反応を行なう反応室と、反応室に原料ガスを供給するガス供給系と反応室内の残留ガスを排出する排気系を有する。供給するガス流量を制御するためにガス供給系にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が接続される。減圧下で成膜を行なう場合には排気系には真空排気ポンプが接続される。ガス同士の望ましくない反応を防止できるよう、複数のガス供給系が多く採用される。
【０００７】
反応室を開けるときに外気がガス供給系内に侵入することを防止するため、反応室の上流側配管のガス供給系出力側にはバルブを配置する。複数のガスを供給できる構成の場合、反応室の上流側で複数の配管を合流する配管構成が多く用いられる。ＭＦＣに意図せぬガスが逆流しないように、各ガス供給配管のＭＦＣの前後にバルブが設置された構成が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１３９０４１号公報
【特許文献２】特開平８−２７４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の１つの目的は、残留ガスの影響を抑制できる気相成長装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、銅拡散防止絶縁膜形成前の銅配線表面処理を改善できる気相成長装置を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、残留ガスの影響を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、表面状態がよく、抵抗が低い銅配線を有する半導体装置を製造できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１観点によれば、
成膜を行なう反応室と、
前記反応室にガスを供給する第1のガス供給系配管であって、マスフローコントローラとその前後のバルブを備える複数の配管を含む第1のガス供給系配管と、
前記第1のガス供給系配管と前記反応室を接続する、２つ以上のバルブを含む連続バルブを有する第1の接続配管と、
前記反応室に接続された排気系配管と、
前記第1のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第１の捨てガスバルブを含む捨てガス配管と、
を有し、前記第1の接続配管の連続バルブの内の１つのバルブと前記第１の捨てガスバルブとの一方がノーマリオープン、他方がノーマリクローズの異なるタイプであり、共通の駆動ガスによって連動する気相成長装置
が提供される。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、
ダマシン配線を形成した半導体基板を準備する工程と、
反応室と、第１のガス供給系配管と、前記第１のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上の連続バルブを含む第１の接続配管と、前記反応室に接続された排気系配管と、前記第１のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第１の捨てガスバルブを含む捨てガス配管とを有する気相成長装置の前記反応室内に前記半導体基板を搬入し、前記第１のガス供給系配管から第１のガスを供給して第１の表面処理を行なう工程と、
前記第１のガス供給系配管を閉じ、前記第１の接続配管の２つ以上の連続バルブの内１つのバルブのみを閉じ、前記第１の捨てガスバルブを開いて残留ガスを排気する工程と、
前記第１のガス供給系配管から第２のガスを供給して第２の表面処理を行なう工程と、
を含む半導体装置の製造方法
が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
連続バルブが同時に閉とならず、１つのバルブのみが閉となることにより、ガスの閉じ込めが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１−１】図１Ａ，１Ｂは、対象とする半導体装置の構成例、および作製したサンプルの構成を示す断面図である。
【図１−２】と、
【図１−３】と、
【図１−４】図１Ｃ〜１Ｈは、比較例による、気相成長装置を用いたサンプル作製工程を示すダイアグラムである。
【図１−５】図１Ｉ，１Ｊは、作成したサンプルの表面状態を示す顕微鏡写真、および測定した抵抗を示すグラフである。
【図２−１】と、
【図２−２】図２Ａ，２Ｂ、２Ｃは、変更を行なった実施例による気相成長装置の構成を概略的に示すダイアグラムである。
【図３】図３Ａ，３Ｂは、実施例による気相成長装置を用いて作製した、サンプルの表面状態を示す顕微鏡写真、および測定した抵抗を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１Ａは、検討対象とした半導体装置の構成例を概略的に示す。シリコン基板１１の表面には、素子分離用溝が形成され、酸化膜が埋め込まれてシャロートレンチアイソレーション１２が形成される。シャロートレンチアイソレーション１２で画定された活性領域内に、窒素を含む酸化膜で形成されたゲート絶縁膜１３、シリコン層を含むゲート電極１４により絶縁ゲート電極が形成される。ゲート絶縁膜を積層構造としてもよい。積層構造を採用する場合、例えば第１ゲート絶縁膜を酸化シリコン膜で形成し、第２ゲート絶縁膜を誘電率の高い窒化シリコン膜、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜等で形成してもよい。ゲート電極の側壁は、酸化シリコン膜などの絶縁膜で形成されたサイドウオールスペーサ１７により覆われる。ゲート電極の両側にはエクステンション領域を備えたソース／ドレイン領域１８が形成される。
【００１８】
ゲート電極、サイドウォールスペーサを覆って、ＳｉＮ膜で形成されたエッチストッパ膜２０が形成される。エッチストッパ膜２０を覆うように、ホスホシリケートガラスで形成された下層層間絶縁膜２１が作成される。下層層間絶縁膜２１の表面からトランジスタに達するコンタクト孔を形成し、Ｔｉ層、ＴｉＮ層，Ｗ層を積層し，不要部をＣＭＰで除去することによりタングステンプラグ２２が形成される。
【００１９】
下層層間絶縁膜２１の上に、第１層間絶縁膜ＩＬ１が形成される。第１層間絶縁膜は、例えば低誘電率絶縁膜２４、酸化シリコン膜２５の積層で形成される。第１層間絶縁膜ＩＬ１を貫通するように配線用のトレンチが形成され、バリアメタル層２６、銅配線層２７が埋め込まれる。例えば、Ｔａ，ＴｉＮ，ＴａＮ等のバリアメタル層２６、その上に銅シード層をスパッタリングで形成し、その上に、電解メッキで銅層をメッキして形成し、第１層間絶縁膜ＩＬ１上の不要部を化学機械研磨（ＣＭＰ）して除去する。
【００２０】
この銅配線層２７を覆うように、ＳｉＣで形成された銅拡散防止絶縁膜２９が形成され、その上に第２層間絶縁膜ＩＬ２が形成される。ＳｉＣ膜は、テトラメチルシランＳｉ（ＣＨ３）４と２酸化炭素ＣＯ２をソースガスとしたプラズマ促進化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）で成膜する。第２層間絶縁膜ＩＬ２は、例えば酸化シリコン膜４０、低誘電率絶縁膜４１、酸化シリコン膜４２の積層で形成される。第２層間絶縁膜ＩＬ２に、デュアルダマシン構造の配線用のトレンチ及びビア孔が形成され、バリアメタル層４４、銅配線層４５が埋め込まれる。不要金属層をＣＭＰで除去した後、ＳＩＣで銅拡散防止絶縁膜４７を形成する。更に層間絶縁膜を形成し、銅配線を埋め込む。必要な層数の配線を同様な工程で形成する。
【００２１】
ＳｉＣ膜は、銅層に対する密着性が弱く、剥離などを生じる可能性がある。ＳｉＣ膜の密着性を改善するため銅配線層形成後、表面処理を行なうことが検討されている。
【００２２】
図１Ｂは、本発明者が予備実験で作製した銅配線構造の概略断面図である。下層配線に対する第１銅拡散防止絶縁膜ＣＤＢ１と第１層間絶縁膜ＩＬ１の積層にトレンチとビア孔を形成し、バリアメタル層ＢＭ、銅層ＣＷを形成し、ＣＭＰを行なって、デュアルダマシン配線ＤＤＷを形成する。実験したサンプルにおいては、第１銅拡散防止絶縁膜は厚さ５０ｎｍのＳｉＣ膜で形成し、層間絶縁膜は厚さ５００ｎｍのＳｉＯＣ膜で形成した。トレンチは深さ３００ｎｍ、幅０．２μｍであり、ビアは深さ２５０ｎｍ、幅０．１５μｍである。バリアメタル層は厚さ２０ｎｍのＴａＮ層で形成した。デュアルダマシンの銅配線ＤＤＷを形成した状態でウエハをＰＥ−ＣＶＤ装置の反応室に搬入し、表面処理ＳＰを行った後、厚さ５０ｎｍのＳｉＣ層からなる第２銅拡散防止絶縁膜ＣＤＢ２を成長する。表面処理はＰＥ−ＣＶＤ装置の反応室内で、その場処理(in-situ)で行なう。続いて、第２銅拡散防止絶縁膜ＣＤＢ２上に第２層間絶縁膜ＩＬ２をＰＥ−ＣＶＤで成膜する。
【００２３】
図１Ｃ〜１Ｆは、ＰＥ−ＣＶＤ装置内で行なう表面処理を説明する為の概略的ダイアグラムである。上側にＰＥ−ＣＶＤ装置のガス配管の状態を示し、選択的に下側に銅配線の状態を概略的に示す。
【００２４】
図１Ｃに示すように、ＰＥ−ＣＶＤ装置は、高周波電源ＰＳを備えた反応室ＲＣと、原料ガス等を供給するガス供給系１ａ、１ｂ、１ｃ（まとめて1と呼ぶことがある）と、ガス供給系１ａ、１ｂ、１ｃと反応室ＲＣを接続する配管と、反応室ＲＣから不要ガスを排気する真空排気系ＶＰと、ガス供給系１ａ、１ｂの出力（下流）側を真空排気系ＶＰに接続する捨てガスライン３を含む。ガス供給系１ａ、１ｂと反応室ＲＣの間には３連バルブ２ａ、２ｂが接続されている。３連バルブ２ａ、２ｂは、下流側で合流している。ガス供給系１ｃは、合流後の配管に接続されている。
【００２５】
複数のガス供給源が、それぞれマスフローコントローラ（ＭＦＣ）とその前後のシャットオフバルブを備えた複数のガス配管に接続されている。バルブはノーマリクローズ（×印で示す）であり、駆動ガスを供給してオープン状態にする。駆動ガスの流路を破線で示す。白抜きのバルブは駆動ガスを供給された開状態、塗りつぶしのバルブはノーマリクローズの閉状態を示す。図には、ガス供給系１ａとして３連バルブ２ａに接続されたシランＳｉＨ４配管、窒素Ｎ２配管、ガス供給系１ｂとして３連バルブ２ｂに接続されたアンモニアＮＨ３配管、２酸化炭素ＣＯ２配管、ガス供給系１ｃとして３連バルブ２ｂの下流側に接続されたテトラメチルシランＳｉ（ＣＨ３）４配管、を例示する。なお、図１Ｃ〜１Ｆの工程においては、ガス供給系１ｃのマスフローコントローラ前後のバルブは常に閉じているので、説明を省略する。捨てガスライン３と３連バルブ２ａの上流側の接続をオン／オフするバルブＶ１４、捨てガスライン３と３連バルブ２ｂの上流側の接続をオン／オフするバルブＶ２４は、ノーマリクローズであり、駆動ガスを供給してオープンにすると、ガス供給系配管１ａ、１ｂの下流側と真空排気系ＶＰの間を選択的に接続する。
【００２６】
３連バルブ２ａ（２ｂ）は連動する第１、第２、第３の３つのノーマリクローズのバルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３（Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３）を含む。すなわち、図示されたバルブは全てノーマリクローズである。３連バルブ２ａ（２ｂ）の第２、第３のバルブＶ１２，Ｖ１３（Ｖ２２，Ｖ２３）間にフィルタＦ１（Ｆ２）が接続され、第１、第２のバルブＶ１１，Ｖ１２（Ｖ２１，Ｖ２２）間はメインテナンス作業などの際切り離し可能なように、例えば１６０ｃｍ程度と長く設定されている。第２、第３バルブＶ１２，Ｖ１３（Ｖ２２，Ｖ２３）間は、相対的に短く、例えば２０ｃｍ程度である。
【００２７】
高周波電源ＰＳは、反応室内でＰＥ−ＣＶＤを行なう場合のプラズマ電源であり、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を反応室ＲＣ内の対向電極ＰＰに供給する。対向電極ＰＰの下側電極は、基板ＳＵＢのサセプタを兼用する。  
【００２８】
図１Ｃに示すように、捨てガスライン３入口のバルブＶ１４、Ｖ２４は閉じた状態で、ガス供給系１ａのシランＳｉＨ４ラインとガス供給系１ｂのアンモニアＮＨ３ラインに駆動ガスを供給し、３連バルブ２ａ、２ｂにも駆動ガスを供給して、バルブを開け、シランＳｉＨ４をアンモニアＮＨ３で希釈して、基板ＳＵＢ上に所定微小流量を流す。基板の温度は、４００℃程度である。反応室ＲＣ内は、真空排気系ＶＰで排気されており、２６０Ｐａ程度の減圧雰囲気である。基板表面上でシランが分解し、原子層単位のＳｉ層が形成されると考えられる。
【００２９】
図１Ｄに示すように、ガス供給系１ａ、１ｂ、３連バルブ２ａ、２ｂの駆動ガスを止めてガス供給系配管１の全バルブ、および３連バルブ２ａ、２ｂを閉とし、捨てガスライン３入口のバルブＶ１４、Ｖ２４に駆動ガスを供給して開とする。反応室ＲＣ内の残留ガスが排気されるとともに、ガス供給系配管１ａ、１ｂ下流側の残留ガスも排気される。
【００３０】
図１Ｅに示すように、捨てガスライン３入口のバルブＶ１４、Ｖ２４の駆動ガスを止めてバルブＶ１４、Ｖ２４を閉じ、ガス供給系１ｂのアンモニアＮＨ３ラインとガス供給系１ａの窒素Ｎ２ライン、および３連バルブ２ａ、２ｂに駆動ガスを供給してバルブを開け、窒素で希釈したアンモニアを反応室ＲＣ内に所定流量流し、２６０Ｐａ程度の減圧雰囲気を形成する。基板ＳＵＢの温度は、４００℃程度とする。高周波電源ＰＳをオンにしてプラズマを立てる。アンモニアを含むプラズマにより、基板表面上の原子層単位のＳｉ層が窒化される（ＳｉＮ的組成になる）と考えられる。但し、形成される層は極めて薄く、断面ＳＥＭなどで検出することはできなかった。
【００３１】
図１Ｆに示すように、高周波電源ＰＳをオフとし、ガス供給系１ａ，１ｂ、３連バルブ２ａ、２ｂの駆動ガスを止めて、ガス供給系１の全バルブ、および３連バルブ２ａ、２ｂを閉とし、捨てガスライン３入口のバルブＶ１４，Ｖ２４に駆動ガスを供給してバルブＶ１４、Ｖ２４を開とする。反応室ＲＣ内の残留ガスが排気されるとともに、ガス供給系配管１ａ、１ｂ下流側の残留ガスも排気される。基板の表面処理は終了する。
【００３２】
図１Ｇに示すように、捨てガスライン３入口のバルブＶ１４，Ｖ２４の駆動ガスを止めてバルブＶ１４、Ｖ２４を閉じ、ガス供給系１ｃのテトラメチルシランＳｉ（ＣＨ３）４ラインとガス供給系１ｂの２酸化炭素ＣＯ２ライン、および３連バルブ２ｂに駆動ガスを供給してバルブを開け、混合ガスを反応室ＲＣ内に流し、２８０Ｐａ程度の減圧雰囲気を形成する。基板ＳＵＢの温度は、４００℃程度とし、高周波電源ＰＳをオンにしてプラズマを立てる。ＳｉＣ層が堆積する。なお、ＳｉＣ層は、Ｓｉ−Ｃ結合を含む材料の層であり、原料ガスに由来する他の成分（ＨやＯ等）を含んでもよい。
【００３３】
図１Ｈに示すように、高周波電源ＰＳをオフとし、ガス供給系配管１ａ、１ｂ、１ｃの全バルブ、および３連バルブ２ａ、２ｂを閉とし、捨てガスライン３入口のガス供給系１ｂ側バルブＶ２４に駆動ガスを供給してバルブＶ２４を開とする。反応室ＲＣ内の残留ガスが排気されるとともに、ガス供給系配管１ｂ下流側の残留ガスも排気される。ＳｉＣ層堆積は終了する。その後、層間絶縁膜を形成する。
【００３４】
図１Ｉは、ＳｉＣ層表面を光学顕微鏡で撮影した表面状態を示す写真である。多数の突起が観察され、Ｓｉが異常成長したヒロックを示すと考えられる。表面処理を行なわない時には観察されないので、ＳｉＨ４／ＮＨ３混合ガスによるソーク、ＮＨ３／Ｎ２混合ガスのプラズマ処理によりヒロックが発生したと考えられる。
【００３５】
図１Ｊは、銅配線の抵抗を測定した結果を示すグラフである。四角が抵抗の分布を示し、その中に引いた横線が平均値を示す。上下の縦線はバラツキの幅を示す。一応目的とした抵抗値Ｒｔを下回るサンプルもあるが、上回るサンプルが多く、満足できる結果ではない。
【００３６】
本発明者は、これらの満足できない実験結果の原因を検討した。可能性の１つとして連動３連バルブ２ａがある。図１Ｃに示すＳｉＨ４／ＮＨ３混合ガスによるソークの後、図１Ｄに示すように３連バルブ２ａは閉じる。３連バルブ２ａ内にＳｉＨ４ガスが閉じ込められる。３連バルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３間の配管は１．８ｍ程度と長いので、無視できない体積がある。ＮＨ３ガスで希釈する前のＳｉＨ４ガスであるので濃度も高い。
【００３７】
図１Ｅの工程で３連バルブ２ａ、２ｂが開き、３連バルブ２ａにはＮ２ガスが流れ、３連バルブ２ｂにはＮＨ３ガスが流れる。３連バルブ２ｂにＮＨ３ガスが閉じこめられていても、同じＮＨ３ガスが流れるので問題は生じないであろう。３連バルブ２ａには、Ｎ２ガスが流れるが、先に閉じ込められたＳｉＨ４ガスが速やかに消滅する保証はない。特に表面などに吸着したＳｉＨ４ガスは、時間をかけてリリースされる可能性もある。プラズマによる熱で銅配線中の銅がマイグレーションすると、窒化したＳｉ層に覆われていないフレッシュな銅表面が生じる可能性がある。この銅表面にＳｉＨ４が接触し、反応するとＳｉが成長する可能性があり、ヒロックを生じる可能性がある。プラズマ処理、ＳｉＣ層成長等の工程で、基板は加熱され、銅配線に付着したＳｉがあると、銅配線内にＳｉが拡散する可能性がある。銅配線中へのＳｉの拡散は、銅配線の抵抗値を増大させるであろう。
【００３８】
そこで、本発明者は３連バルブ２ａにガスが閉じ込められないように、ＰＥ−ＣＶＤ装置を改良することを考えた。捨てガスライン３入口のバルブＶ１４、Ｖ２４をオープンにしてガス供給系１ａ、１ｂ下流側の残留ガスを捨てる際、３連バルブ２ａでは、３つのバルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３の内１つのみを閉とできれば、反応室内の残留ガス、ガス供給系の下流側の残留ガスを排気できると共に、３連バルブ２ａ内にガスが閉じ込められることも回避できる。
【００３９】
図２Ａは、試作したＰＥ−ＣＶＤ装置の構成を概略的に示すダイアグラムである。バルブの駆動ガスは全てオフとした状態を示す。３連バルブ２ａの内の１つ、試作した装置においては第２バルブＶ１２、をノーマリオープン（○で表記した）のバルブに置換し、捨てガスライン３のガス供給系１ａ側のノーマリクローズのバルブＶ１４と連動させる（駆動ガスを共通にする）。３連バルブ２ａの第１、第３バルブＶ１１，Ｖ１３は、図１Ｃで説明した時と変わらず、ノーマリクローズバルブで連動する。バルブＶ１１とＶ１３は駆動ガスＤＧ１で駆動される連動バルブであり、バルブＶ１２とＶ１４は駆動ガスＤＧ２で駆動される連動バルブである。但し駆動ガスＤＧ２を供給すると、バルブＶ１４は開となり、バルブＶ１２は閉となる。駆動ガスＤＧ１，ＤＧ２を供給すると、３連バルブ２ａはＶ１２のみ閉となり、Ｖ１１とＶ１３は開となる。捨てガスラインのバルブＶ１４は開となる。駆動ガスＤＧ１のみを供給すると、３連バルブ２ａは全て開となり、ガス供給系１ａと反応室ＲＣの間が接続される。捨てガスラインのバルブＶ１４は閉である。３連バルブ２ｂは、変更せず、駆動ガス供給によりバルブＶ２１，Ｖ２２，Ｖ２３がすべて開となるノーマリクローズバルブである。図１Ｃ，１Ｅに示す、ガス供給系１ａ、１ｂから反応室ＲＣにガスを供給する工程においては、３連バルブ２ｂに駆動ガスを供給して開とすると共に、及び連動バルブＶ１１，Ｖ１３に駆動ガスＤＧ１を供給することにより同一の状態が実現される。
【００４０】
図２Ｂは、残留ガスを捨てる状態を示す。ガス供給系１の駆動ガスは止めて、全バルブを閉とし、３連バルブ２ｂへの駆動ガス供給も停止して３連バルブＶ２１，Ｖ２２，Ｖ２３を閉にする。３連バルブ２ａには駆動ガスＤＧ１，ＤＧ２を供給する。駆動ガスＤＧ１はバルブＶ１１，Ｖ１３を開とする。駆動ガスＤＧ２は、バルブＶ１４を開とし、バルブＶ１２を閉とする。閉じたバルブＶ１２より上のガス供給系１ａ側配管中の残留ガスはバルブＶ１４を介して捨てガスライン３から排気され、バルブＶ１２より下の配管中、反応室ＲＣ中の残留ガスは反応室から排気される。図１Ｃ〜１Ｈに示した工程において、図１Ｄ，１Ｆに示した残留ガス排気工程が、図２Ｂに示したものに置換される。３連バルブ２ａでのガス閉じ込めが抑制され、閉じ込められたガスによる悪影響が抑制されることが期待される。
【００４１】
図２Ｃは、図１Ｈに示す捨てガスライン３入口のガス供給系１ｂ側バルブＶ２４を開き、３連バルブ２ｂを閉じて、排気する状態を示す。バルブＶ１２はノーマリオープンの状態である。
【００４２】
図１Ｃ〜１Ｈの工程を終え、反応室ＲＣを開ける時は、駆動ガスを全てオフとし、図２Ａの状態とすればよい。バルブＶ１２が開となるが、両側のバルブＶ１，Ｖ３が閉なので、問題は生じない。なお、３連バルブＶ１１，Ｖ１２，Ｖ１３を全て閉とするには、駆動ガスＤＧ２を供給すればよい。
【００４３】
試作したＰＥ−ＣＶＤ装置を用い、図１Ｃ−１Ｈに示す工程を、図１Ｄ，１Ｆは図２Ｂに置換し、図１Ｈは図２Ｃに置換して銅のデュアルダマシン配線に表面処理を行ない、ＳｉＣ層を成長した。
【００４４】
図３ＡはＳｉＣ層表面の光学顕微鏡写真、図３Ｂは配線抵抗の測定結果を示すグラフである。ヒロック的な表面の凹凸は観察されなかった。配線抵抗は、バラツキ上は目的とした配線抵抗Ｒｔを上回るものもあるが、配線抵抗の主分布は目的とした抵抗値を下回った。バラツキの幅も狭くなった。本発明者の解釈が正しかったか否かは別として、結果として銅配線の性能は向上し、半導体装置の性質も向上した。ガスの閉じ込めを抑制できたためと考えられる。
【００４５】
以上、予備実験、実施例に沿って本発明を説明したが、これらは何ら制限的なものではない。例えば、３連バルブ２ｂも３連バルブ２ａ同様の構成としてもよい。ガス供給系の数は任意に増減できる。銅配線は純銅の場合のみでなく、銅合金で形成する場合を含む。バリアメタルはＴａＮに限らない。Ｔａ，ＴｉＮ等を用いてもよい。層間絶縁膜の材料も酸化シリコンやＳｉＯＣに限らない。ポラスシリカ、ＳｉＬＫ等の塗布型低誘電率絶縁膜等を用いてもよい。銅拡散防止絶縁膜もＳｉＣ膜に限らない。ＳｉＮ膜等を用いてもよい。
【００４６】
ガス供給系と反応室とを２連バルブで接続してもよい。フィルタがない構成等に有効であろう。また、複数のフィルタを含む４連以上のバルブを用いてもよい。２つ以上の連続バルブを含む配管を用い、不要ガスを捨てる時、連続バルブを同時に閉とすれば、ガスの閉じ込めが生じる。連続バルブの１つのみを閉とするようにすれば、ガスの閉じ込めを抑制することができる。ＰＥ−ＣＶＤ装置に代え、高周波電源、対向電極のないＣＶＤ装置としても同様の効果が期待できる。
【００４７】
その他、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。以下、本発明の特徴を付記する。
【００４８】
[付記１]  （１）
成膜を行なう反応室と、
前記反応室にガスを供給する第1のガス供給系配管であって、マスフローコントローラとその前後のバルブを備える複数の配管を含む第1のガス供給系配管と、
前記第1のガス供給系配管と前記反応室を接続する、２つ以上のバルブを含む連続バルブを有する第1の接続配管と、
前記反応室に接続された排気系配管と、
前記第1のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第１の捨てガスバルブを含む捨てガス配管と、
を有し、前記第1の接続配管の連続バルブの内の１つのバルブと前記第１の捨てガスバルブとの一方がノーマリオープン、他方がノーマリクローズの異なるタイプであり、共通の駆動ガスによって連動する気相成長装置。
【００４９】
[付記２]  （２）
前記第1の接続配管の連続バルブの前記1つのバルブ以外のバルブが２つ以上の場合、同タイプで、共通の駆動ガスによって連動する付記１記載の気相成長装置。
【００５０】
[付記３]  （３）
前記反応室にガスを供給する第２のガス供給系配管であって、マスフローコントローラとその前後のバルブを備える複数の配管を含む第２のガス供給系配管と、
前記第２のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上のバルブを含む連続バルブを有する第２の接続配管と、
をさらに有し、前記捨てガス配管が前記第２のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第２の捨てガスバルブを含む、付記１または２記載の気相成長装置。
【００５１】
［付記４]
前記第２の接続配管の２つ以上のバルブは共通の駆動ガスによって連動する同一タイプのバルブである、付記３記載の気相成長装置。
【００５２】
［付記５］
前記第１、第２のガス供給系配管のマスフローコントローラの前後のバルブ、前記第1の接続配管の連続バルブの前記１つのバルブ以外のバルブ、前記第２の接続配管の連続バルブ、前記捨てガス配管の前記第１、第２の捨てガスバルブがノーマリクローズタイプであり、前記第1の接続配管の連続バルブの前記１つのバルブがノーマリオープンタイプである付記３または４記載の気相成長装置。
【００５３】
[付記６]
前記第１、第２の接続配管の連続バルブが第１、第２、第３の３連バルブであり、第２、第３のバルブ間にフィルタを含み、第１、第２バルブ間が第２、第３のバルブ間より長い付記３〜５のいずれか１項記載の気相成長装置。
【００５４】
［付記７］
前記反応室内にプラズマを発生させる高周波電源をさらに有する付記１〜６のいずれか１項記載の気相成長装置。
【００５５】
[付記８]  （４）
ダマシン配線を形成した半導体基板を準備する工程と、
反応室と、第１のガス供給系配管と、前記第１のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上の連続バルブを含む第１の接続配管と、前記反応室に接続された排気系配管と、前記第１のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第１の捨てガスバルブを含む捨てガス配管とを有する気相成長装置の前記反応室内に前記半導体基板を搬入し、前記第１のガス供給系配管から第１のガスを供給して第１の表面処理を行なう工程と、
前記第１のガス供給系配管を閉じ、前記第１の接続配管の２つ以上の連続バルブの内１つのバルブのみを閉じ、前記第１の捨てガスバルブを開いて残留ガスを排気する工程と、
前記第１のガス供給系配管から第２のガスを供給して第２の表面処理を行なう工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【００５６】
［付記９］  （５）
前記気相成長装置が、第２のガス供給系配管と、前記第２のガス供給系配管と前記反応室を接続する２つ以上の連続バルブを含む第２の接続配管とをさらに有し、前記捨てガス配管が前記第２のガス供給系配管の下流と前記排気系配管を選択的に接続する第２の捨てガスバルブを含み、前記第１の表面処理と前記第２の表面処理が、前記第１のガス供給系配管と前記第２のガス供給系配管からガスを供給して行う付記８記載の半導体装置の製造方法。
【００５７】
[付記１０]  
前記第１の表面処理が前記第１のガス供給系配管からＳｉＨ４ガスを供給し、前記第２のガス供給系配管から希釈ガスを供給して行い、前記第２の表面処理が前記第１のガス供給系配管から希釈ガスを供給し、前記第２のガス供給系配管からＮＨ３を供給して、プラズマ中で行なう付記９記載の半導体装置の製造方法。
【００５８】
[付記１１]
前記ダマシン配線が銅配線であり、
前記第２の表面処理の後、さらに銅拡散防止絶縁膜を気相成長する工程をさらに含む、
付記８〜１０のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【００５９】
[付記１２]
前記銅拡散防止絶縁膜を気相成長する工程が、ＳｉＣ膜をプラズマ促進化学気相成長で成膜する付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６０】
ＣＤＢ１    第１銅拡散防止絶縁膜、
ＩＬ１    第１層間絶縁膜、
ＢＭ    バリアメタル層、
ＣＷ    銅層、
ＤＤＷ    デュアルダマシン配線、
ＳＰ    表面処理、
ＣＤＢ２    第２銅拡散防止絶縁膜、
ＩＬ２    第２層間絶縁膜、
Ｖ    バルブ、
ＭＦＣ    マスフローコントローラ、
ＲＣ    反応室、
ＶＰ    真空排気系、
ＰＳ    高周波電源、
ＤＧ    駆動ガス、
１    ガス供給系、
２    ３連バルブ、
３    捨てガスライン、
１１    シリコン基板、
１２    シャロートレンチアイソレーション、
１３    ゲート絶縁膜、
１４    ゲート電極、
１７    サイドウォールスペーサ、
１８    ソース／ドレイン領域、
２０    エッチストッパ膜、
２１    下層層間絶縁膜、
２２    タングステンプラグ、
２９，４７    銅拡散防止絶縁膜、
４４    バリアメタル層、
４５    銅配線層。
【図１−１】
2010258051.tif 000003
【図１−２】
2010258051.tif 000004
【図１−３】
2010258051.tif 000005
【図１−４】
2010258051.tif 000006
【図１−５】
2010258051.tif 000007
【図２−１】
2010258051.tif 000008
【図２−２】
2010258051.tif 000009
【図３】
2010258051.tif 000010