(57)【要約】【課題】より簡易な工程（処理内容）を用いて、導電層表面にキャップ膜を形成することを可能とする。【解決手段】  基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜中に開口部を形成する工程と、前記開口部とを充填する導電層を形成する工程と、前記導電層の表面にキャップ膜を形成する工程と、を含み、前記キャップ膜を形成する工程において、導電層の表面の還元処理と、膜形成とが同時に行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部に導電層を形成する工程と、
前記導電層の表面にキャップ膜を形成する工程と、を含み、
前記キャップ膜を形成する工程では、前記導電層の表面の還元処理と、成膜処理とが同時に行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記導電層は、銅を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記キャップ膜を形成する工程では、前記還元処理のためのプラズマガスと前記成膜処理のためのガスとを形成した後に、前記基板に対してプラズマ処理が行われることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記キャップ膜を形成する工程において、処理中に前記基板に印加するバイアスパワーを変化させることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記成膜処理は、成膜ガスとして、１以上の水素原子を有する有機ケイ素化合物を用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記成膜処理は、成膜ガスが少なくともトリメチルシランを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記成膜処理は、成膜ガスとして、さらに窒素含有化合物を用いることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記開口部を形成した後、前記導電層を形成する前に、前記開口部の内面にバリア膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記バリア膜が、少なくともタンタルを含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板の上方に、絶縁層を形成し、
前記絶縁層に、開口部を形成し、
前記開口部に導電層を形成し、
少なくとも前記導電層の表面に保護膜を形成すること、を含み、
前記保護膜の形成では、前記導電層の表面の還元処理と、保護膜の成膜処理とが行われ、前記成膜処理の成膜ガスを、前記還元処理で用いられる還元種の供給源ガスとして用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記導電層は、銅を主成分とすることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記還元処理のためのガス及び前記成膜処理のためのガスのプラズマを生成した後に、少なくとも前記還元処理または前記成膜処理のいずれかが行われることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記保護膜を形成するための成膜ガスは、１以上の水素原子を有する有機ケイ素化合物を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記保護膜を形成するための前記成膜ガスが少なくともトリメチルシランを含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記保護膜を形成するための前記成膜ガスは、さらに窒素含有化合物を用いることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記導電層を形成する前に、前記開口部の内面にバリア膜を形成することを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記バリア膜が、少なくともタンタルを含むことを特徴とする請求項１６に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、半導体装置およびその製造方法に関し、特に銅を主成分として用いた配線を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高速化および高集積化に伴い、トランジスタなどの素子の微細化が進んでいる。そして、この微細化に対応して、配線の微細化も図られ、配線遅延の改善が試みられている。
【０００３】
そのため、従来からＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の配線材料で一般的に利用してきたアルミニウム合金の代わりにさらに抵抗が小さくて、高いＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）耐性を有する材料である銅（Ｃｕ）を利用した配線が活発に開発されている。
【０００４】
ところが、銅を主成分とした配線では、銅が配線の上方に形成される絶縁層中に拡散してしまうことを抑制するため、配線の上にキャップ膜が形成される。一方で、銅は酸化されやすいという性質を有するために、キャップ膜の形成前に、配線の表面に酸化物が形成されてしまうことがある。このことは、配線とキャップ膜との間の密着性を低下させる一因となり得る。そのため、配線の上に、密着性よくキャップ膜を形成する方法が開発されている。上記目的を達成するための技術として、たとえば、以下のような従来技術を挙げることができる。
【０００５】
特許文献１には、銅を主成分とした配線を形成し、配線に対してアンモニアプラズマ処理を施し、その配線の表層に銅の拡散を抑制または防止するような第１原子を固溶化した後、成膜ガスとして有機系シラン化合物ガスを用いて化学気相成長法によって配線上に絶縁膜を堆積する工程を経て、配線の上にキャップ膜を形成する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、銅を主配線材料とする配線の導電性バリア膜が酸化されないように配線キャップ用絶縁膜を形成する技術が開示されている。具体的には、埋込第２層配線Ｌ２に対して還元性プラズマ処理する際に、ウエハを保持する第１電極に印加する電力を、ウエハに対向する第２電極よりも低くするか零にする。これにより、埋込第２層配線Ｌ２の導電性バリア膜１７ａの露出面が窒化され、導電性バリア膜１７ａの露出部が酸化されてしまうことを抑制または防止できる技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、基板上に３以下の比誘電率を有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜内にＣｕからなる配線を形成する工程と、配線表面上に還元性ガスを供給する工程と、還元性ガスを供給した後、前記配線上にバリア膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が開示されている。つまり、バリア膜を形成する前に配線表面に対してプラズマを供給することなく、バリア膜を形成することを特徴としている。
【０００８】
特許文献４には、銅からなる埋込配線構造を有する半導体装置において、配線キャップ用の絶縁膜１５ｂとして、例えばトリメトキシシランガスと酸化窒素ガスとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＯＮ膜によって形成する際に、埋込第２層配線Ｌ２の導電性バリア膜１７ａが酸化されないようにする技術であって、具体的には、少なくとも前記配線上に、前記第１導体膜を酸化から保護する第２絶縁膜を堆積した後、前記第２絶縁膜上に、酸素を含むガスを用いた化学気相成長法成によって第３絶縁膜（絶縁膜１５ｂ）を堆積している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３４７２９９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５９７号公報
【特許文献３】特開２００６−２９４６７９号公報
【特許文献４】特開２００３−１４２５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記いずれの従来技術においても、工程数や実質的な処理内容が増加してしまい、簡易な工程（処理内容）を経て、導電層の表面にキャップ膜を形成することは実現できていない。たとえば、特許文献１では、アンモニアプラズマ処理を施した後に、第１原子を固溶化する工程が必要であり、工程（処理内容）の増加を避けることができない。そのため、より簡易な工程（処理内容）を用いて、導電層表面に、キャップ膜を形成することができる技術の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
基板の上方に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部に導電層を形成する工程と、
前記導電層の表面にキャップ膜を形成する工程と、を含み、
前記キャップ膜を形成する工程では、前記導電層の表面の還元処理と、成膜処理とが同時に行われることを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、キャップ膜の成膜と、銅を含む導電層表面の還元処理とが同時に行われる。そのため、一処理によって、導電層表面に良好なキャップ膜を形成することができる。つまり、導電層表面の酸化膜を除去と同時にキャップ膜の形成が開始されるため、導電層の表面が再酸化されることなく、キャップ膜の形成を開始することができる。その結果、導電層の上に、密着性のよいキャップ膜を形成することができる。これにより、導電層の上に配置される層間絶縁膜などに、導電層を構成する金属原子が拡散することが抑制され、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記導電層は、銅を含むことができる。この態様によれば、低抵抗な配線を形成することができる。特に、銅は酸化されやすい金属であるが、上記のように、還元と成膜とを同時に行うことにより、層間絶縁膜中に、銅原子の拡散が抑制された半導体装置を提供することができる。
【００１４】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記キャップ膜を形成する工程では、前記還元処理のためのプラズマガスと前記成膜処理のためのガスとを形成した後に、前記基板に対してプラズマ処理が行われることができる。この態様によれば、キャップ膜を形成する工程において、還元処理のためのガスおよび成膜ガスの少なくとも一方を形成した後に、基板に対してプラズマ処理が行われる。そのため、基板の存在下でプラズマを発生させて処理するプラズマ処理方法を適用する場合として比して、基板やプラズマに直接曝される部材に与えるダメージを小さくすることができる。
【００１５】
本発明にかかる半導体装置の製造方法では、前記キャップ膜を形成する工程において、処理中に前記基板に印加するバイアスパワーを変化させることができる。
【００１６】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記成膜処理は、成膜ガスとして、１以上の水素原子を含む有機ケイ素化合物を用いることができる。
【００１７】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記成膜処理は、成膜ガスが少なくともトリメチルシランを含むことができる。
【００１８】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記成膜処理は、成膜ガスとして、さらに窒素含有化合物を用いることができる。
【００１９】
本発明にかかる半導体装置の製造方法では、前記開口部を形成した後、前記導電層を形成する前に、前記開口部の内面にバリア膜を形成することが好ましい。
【００２０】
本発明にかかる半導体装置の製造方法では、前記バリア膜は、少なくともタンタルを含むことができる。
【００２１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
基板の上方に、絶縁層を形成し、
前記絶縁層に、開口部を形成し、
前記開口部に導電層を形成し、
少なくとも前記導電層の表面に保護膜を形成すること、を含み、
前記保護膜の形成では、前記導電層の表面の還元処理と、保護膜の成膜処理とが行われ、前記成膜処理の成膜ガスを、前記還元処理で用いられる還元種の供給源ガスとして用いることを特徴とする。
【００２２】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、保護膜の形成工程において成膜ガスを、導電層の表面の還元処理の還元種を発生させる供給源ガスとして用いることができる。そのため、一処理によって、導電層表面に良好な保護膜を形成することができる。通常は、導電層表面の酸化膜除去と、保護膜の形成とで、処理ガスを変更しなくてはならないが、本発明によればその必要がない。その結果、より簡易な方法で導電層表面の還元と保護膜の成膜とを実現できる。
【００２３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記導電層は、銅を主成分とすることができる。
【００２４】
この態様によれば、低抵抗な配線を形成することができる。特に、銅は酸化されやすい金属であるが、上記のように、還元と成膜とを同時に行うことにより、層間絶縁膜中に、銅原子の拡散が抑制された半導体装置を提供することができる。
【００２５】
本発明にかかる半導体装置の製造方法では、前記還元処理のためのガス及び前記成膜処理のためのガスのプラズマを生成した後に、少なくとも前記還元処理または前記成膜処理のいずれかが行われることができる。
【００２６】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記保護膜を形成するための成膜ガスは、１以上の水素原子を有する有機ケイ素化合物を含むことができる。
【００２７】
この態様によれば、成膜ガスとして用いられる有機ケイ素化合物中の水素原子が、プラズマ化される過程で解離する。この解離成分が、還元種として機能することができる。そのため、この有機ケイ素化合物を用いることにより、導電層表面上の還元と、キャップ膜の成膜を同時に行うことができる。なお、本発明において、有機ケイ素化合物とは、Ｃ&#8722;Ｓｉ結合を持つ有機化合物のことをいう。また、キャップ膜を形成する工程において、ＣｘＨｙガス（化学式におけるｘ及びｙは自然数である）を用いることもできる。キャップ膜の形成工程においてＣｘＨｙガスが用いられた場合、α−Ｃ膜が形成され得る。
【００２８】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記保護膜を形成するための前記成膜ガスが少なくともトリメチルシランを含むことができる。
【００２９】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、前記保護膜を形成するための前記成膜ガスは、さらに窒素含有化合物を用いることができる。
【００３０】
本発明にかかる半導体装置の製造方法では、前記導電層を形成する前に、前記開口部の内面にバリア膜を形成することができる。
【００３１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法では、前記バリア膜は、少なくともタンタルを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本実施形態にかかる製造方法により製造される半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
（半導体装置）
図１および図２を参照しつつ、本発明の一実施形態にかかる半導体装置を示す。図１および図２は、本実施形態にかかる半導体装置を示す断面図である。図１および図２に示すように、本実施形態にかかる半導体装置１００は、基板１０と、層間絶縁膜２０と、導電部３０と、キャップ膜４０を含む。なお、図１に示す半導体装置と、図２に示す半導体装置とでは、層間絶縁膜２０の構造が異なる。共通する部材には、同じ部材番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３４】
層間絶縁膜２０は、基板１０の上方に設けられている。図１では、詳細を図示しないが、基板１０と層間絶縁膜２０との間には、各種半導体素子、他の配線および他の層間絶縁膜が形成されていてもよい（図示せず）。層間絶縁膜２０は、図１に示すように、一種の絶縁材料を用いて形成されていてもよいし、図２に示すように、複数種の絶縁材料を用いて形成されていてもよい。導電部３０は、バリアメタル３２と、銅を主成分とする導電層３４とからなる。キャップ膜４０は、少なくとも導電層３４を覆い、本実施形態では、導電部３０および層間絶縁膜２０の上に設けられている。なお、導電層３４は、コンタクトプラグであってもよいし、ヴィアプラグであってもよい。コンタクトプラグとは、半導体基板に形成されたソース、ドレインまたはゲート等の導電領域と、半導体基板上方の配線層とを電気的に接続するための導電層を意味し、一方ヴィアプラグとは、半導体基板上方の各配線層同士を電気的に接続するための導電層を意味する。また、キャップ膜４０を保護膜４０ということもできる。
【００３５】
基板１０は、半導体基板であり、単結晶のシリコン基板や各種化合物半導体基板などを用いることができる。
【００３６】
層間絶縁膜２０としては、たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣＯ膜、ＳｉＣＨＯ膜、またはα−Ｃもしくはα−Ｃ：Ｓｉ膜などの絶縁材料を用いることができる。層間絶縁膜２０は、図１に示すように、一種の絶縁材料から構成されていてもよいし、図２に示すように、互いに異なる複数の絶縁材料層が積層されていてもよい。
【００３７】
図２に示すように、互いに異なる複数の絶縁材料層を積層する場合、複数の絶縁材料層のうち一部が低誘電率材料からなる膜であることが好ましい。低誘電率材料の中には、強度が低い材料があり、単独で用いることが困難な場合があるが、このように、低誘電率膜を層間絶縁膜の一部として採用することにより、配線遅延の改善に寄与することができる。以下に、図２を参照しつつ、積層構造をとる層間絶縁膜２０について説明する。
【００３８】
図２に示すように、層間絶縁膜２０は、第１絶縁膜２２、低誘電率膜２４および第２絶縁膜２６を順次積層して構成されている。第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２６としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣＯ膜、ＳｉＣＨＯ膜、またはα−Ｃもしくはα−Ｃ：Ｓｉ膜を用いることができる。第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２６は、同一の材料であっても、互いに異なる材料であってもよい。第２絶縁膜２６は、開口部３１を形成する際のパターニングにおいて、低誘電率膜２４のハードマスクの役割を果たすことができる。
【００３９】
低誘電率膜２４としては、炭素含有シリコン酸化膜、多孔質の酸化シリコン膜、炭素、酸素および水素を含む膜（ＳｉＣＯＨ膜）、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）の化合物であるフッ素添加カーボン膜（以下、「フルオロカーボン膜」と称することもある）が挙げられる。中でも、比誘電率が低いフルオロカーボン膜が好ましい。ここで、フルオロカーボン膜とは、一般に、（−ＣｘＦｙ−）ｎ（化学式におけるｘ、ｙ及びｎは自然数である）で表されるＣＦ系の材料である。
【００４０】
導電部３０は、層間絶縁膜２０を貫通している。そして、下層配線（図示せず）と上層配線（図示せず）とを接続する役割を果たす。具体的には、導電部３０は、層間絶縁膜２０を貫通する開口部３１と、開口部３１の内面を覆うバリア膜３２と、開口部３１を充填する導電層３４とからなる。なお、開口部３１は、コンタクトホールであってもよいし、ヴィアホールまたはスルーホールであってもよい。コンタクトホールとは、半導体基板に形成されたソース、ドレインまたはゲート等の導電領域と、半導体基板上方の配線層とを電気的に接続する導電層を充填するための開口部を意味し、ヴィアホールまたはスルーホールとは、半導体基板上方の各配線層同士を電気的に接続する導電層を充填するための開口部を意味する。
【００４１】
バリア膜３２は、導電層３４を構成する金属材料と、層間絶縁膜２０との密着力を高め、かつ、金属材料が、層間絶縁膜２０に拡散することを抑制する役割を果たす。バリア膜３２としては、高融点金属または高融点金属化合物を用いることができる。具体的には、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮを例示することができる。バリア膜の膜厚は、１０ｎｍ未満であることが好ましい。
【００４２】
導電層３４は、たとえば、銅を主成分とする導電材料からなることが好ましい。これにより、低抵抗な配線を実現することができる。
【００４３】
キャップ膜４０は、少なくとも導電層３４の上に形成されている。キャップ膜４０は、導電部３０の上方に形成される層間絶縁膜（図示せず）への導電材料の拡散およびコンタクトを形成する主成分の拡散を抑制するための層である。キャップ膜４０の膜厚は、具体的には、１０〜３０ｎｍであることが好ましい。また、キャップ膜４０の膜厚は、１０ｎｍ未満であっても好ましい。キャップ膜４０としては、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣ膜およびα−Ｃ膜またはα−Ｃ：Ｓｉを用いることができる。なお、本実施形態におけるキャップ膜４０を保護膜４０と称することもできる。
【００４４】
（半導体装置の製造方法）
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。本発明の半導体装置の製造方法は、基板の上に、層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、該開口部を充填する導電層を形成する工程と、該導電層の表面にキャップ膜を形成する工程と、を含み、該キャップ膜を形成する工程では、該導電層の表面の還元とキャップ膜形成とを同時に行うことを特徴とする。また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、前記キャップ膜を形成する工程では、成膜ガスと、該導電層の表面の還元を行う還元種を発生させる（供給する）還元ガスとが、同一であることを特徴とする。
【００４５】
以下に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態について、図３から図６を参照しつつ説明する。図３から図６は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、図２に示す半導体装置であって、低誘電率膜２４としてフルオロカーボン膜を採用した場合の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本発明の範囲が、このような層間絶縁膜の構造に限定されないことはいうまでもない。
【００４６】
まず、図３に示すように、基板１０の上に、層間絶縁膜２０を形成する。具体的には、まず、第１絶縁膜２２を形成する。第１絶縁膜２２として用いることができる絶縁材料は上述したとおりであるが、たとえば、ＳｉＣＮを用いることが好ましい。形成方法としては、たとえば、ＣＶＤ法を採用することができる。第１絶縁膜２２をとして、ＳｉＣＮを形成する場合、成膜ガスとしては、メタンおよびシラン、モノメチルシラン（１ＭＳ）、ジメチルシラン（２ＭＳ）、トリメチルシラン（３ＭＳ）、テトラメチルシラン（４ＭＳ）、シラザンなどが挙げられる。これらのガスは混合して用いることができる。また、上述のガスに加えて、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）などを添加して成膜してもよい。以下、これらの添加するガスを添加ガスと称する。
【００４７】
ついで、第１絶縁膜２２の上に、フルオロカーボン膜２４を形成する。フルオロカーボン膜２４の形成方法は、たとえば、ＣＶＤ法により行われる。ＣＶＤ法で形成する場合、原料ガス（成膜ガス）としては、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ６Ｆ６等を挙げることができる。このとき、ＣＶＤ装置としては、平行平板型のＣＶＤ装置もしくは、ＲＬＳＡ（ラジアルラインスロットアンテナ）を用いたマイクロ波プラズマを利用したＣＶＤ装置のいずれを用いることもできる。また、フルオロカーボン膜２０の膜厚は、約１００ｎｍであることが好ましい。
【００４８】
ついで、フルオロカーボン膜２４の上に、第２絶縁膜２６を形成する。第２絶縁膜２６の形成は、第１絶縁膜２２と同様にして形成することができる。この第２絶縁膜２６は、後述する開口部形成時のハードマスクや、導電部３０を形成する際のエッチングマスク又はＣＭＰストッパとなる。
【００４９】
次に、図４に示すように、層間絶縁膜２０の開口部３１を形成する。この工程では、具体的には、層間絶縁膜２０の上に、所定の領域に開口を有するマスクＭ１を形成する。マスクＭ１としては、たとえば、レジストを用いることができる。ついで、マスクＭ１をマスクとして、層間絶縁膜２０をエッチングし、開口部３１を形成することができる。層間絶縁膜２０のエッチングは、たとえば、ウェットエッチング法またはドライエッチング法により実行することができる。
【００５０】
次に、開口部３１に導電部３０を形成する。導電部３０の形成では、まず、図５に示すように、少なくとも開口部３１の内面に、バリア膜３２を形成する。バリア膜３２の形成は、たとえば、スパッタ法により行うことができる。ついで、開口部３１内および層間絶縁膜２０の上方を覆うように、導電層３４となる導電材料層３５を形成する。導電材料層３５は、銅を主成分とすることが好ましい。導電材料層３５の形成は、スパッタ法、メッキ法などを用いることができる。
【００５１】
次に、図６に示すように、その後、層間絶縁層２０の上面が露出するまで、導電材料層３５およびバリア膜３４の一部を除去する。導電材料層３５およびバリア膜３２の除去は、たとえば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により行うことができる。これにより、開口部３１内に、導電部３０を形成することができる。
【００５２】
次に、図１または図２に参照されるように、少なくとも導電部３０の上に、キャップ膜４０を形成する。キャップ膜４０としては、たとえば、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣ膜、α−Ｃ膜またはα−Ｃ：Ｓｉなどを形成することができる。このキャップ膜４０は、導電部３０を構成する導電材料が、導電部３０の上方に形成される層間絶縁膜（図示せず）に拡散することを防止する役割を果たす。以下に、キャップ膜４０の形成方法の詳細を説明する。
【００５３】
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法において、キャップ膜４０の形成工程では、導電部３０の露出面の還元処理と、キャップ膜４０の成膜とが同時に行われる。また、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法では、導電部３０の露出面の還元処理が、キャップ膜４０の成膜を行う雰囲気が維持された状態下（雰囲気中）で行われる。
【００５４】
キャップ膜４０の形成は、プラズマＣＶＤ法により行われることができる。一方、還元処理は、プラズマ状態の還元種を含む雰囲気に基板をさらすことにより行われる。つまり、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法において、還元処理とキャップ膜４０の成膜とを同時に行うとは、成膜ガスと、還元ガスとを同時にプラズマ処理室内に供給することであるということもできる。
【００５５】
ここで、プラズマ処理室とは、プラズマ化された成膜ガスまたは還元種の供給源ガス
の雰囲気中に、基板をさらすことができる環境を意味する。たとえば、プラズマＣＶＤ装置であれば、成膜チャンバーがプラズマ処理室に該当する。成膜ガスまたは還元種の供給源ガスをプラズマ化する方法としては、平行平板型のプラズマ発生装置またはＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を用いたマイクロ波プラズマ発生装置を用いることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態にかかる半導体装置において、基板１０を成膜ガスおよび還元種の供給源ガスのプラズマ雰囲気中にさらすとき、供給源ガスおよび成膜ガスのプラズマを予め生成した後に、基板１０と接触させることが好ましい。これにより、基板１０へのダメージを低減することができる。
【００５７】
このように、予めプラズマを生成するための方法としては、ＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を用いたマイクロ波プラズマ源を用いることが好ましい。これによれば、高密度・低電子温度のプラズマを生成することができる。また、このＲＬＳＡプラズマを用いることにより、還元種の生成をより確実に行うことができる。
【００５８】
還元種の供給源ガスおよび成膜ガスとしては、１以上の水素原子を含む有機ケイ素化合物（以下、「特定の有機ケイ素化合物」と称することもある。）を用いることができる。このような有機ケイ素化合物としては、モノメチルシラン（１ＭＳ）、ジメチルシラン（２ＭＳ）、トリメチルシラン（３ＭＳ）及びテトラメチルシラン（４ＭＳ）を用いることができる。また、還元種の供給源ガスおよび成膜ガスとしては、１以上の水素原子を含む炭化水素を用いることができる。このような炭化水素としては、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ５Ｈ１０、Ｃ５Ｈ８及びＣ４Ｈ６を用いることができる。また、成膜ガスとして、必要に応じて、有機ケイ素化合物、および炭化水素以外の添加ガスを用いてもよい。添加ガスとしては、ＮＨ３、Ｎ２及びＡｒを例示することができる。そして、還元種の供給ガスおよび成膜ガスのプラズマ雰囲気中に基板をさらす。
【００５９】
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法では、キャップ膜４０の成膜ガスを還元種の供給源ガスとして用いることができる。このような成膜ガスとして、特定の有機ケイ素化合物をあげることができる。特定の有機ケイ素化合物は、１以上の水素原子をその化合物中に有する。これをプラズマ化することにより、水素原子が解離し、この水素原子が導電部３０の表面の還元処理を行うのである。このように、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、還元ガスと成膜ガスとを切り替える必要がない。そのため、簡易な工程で、導電部３０の上にキャップ膜４０を形成することができるのである。
【００６０】
還元処理と成膜処理時の温度は、２００〜４００℃であることが好ましい。処理室内の圧力は、５０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒであることが好ましく、トリメチルシラン、有機ケイ素化合物の流量は、２０〜５００ｓｃｃｍであることが好ましい。
【００６１】
また、キャップ膜４０を形成する工程中、基板１０にバイアスパワーを印加してもよい。にバイアスを印加してもよい。また、バイアスパワーは、キャップ膜４０を形成工程中、連続して印加してもよいし、断続的に印加してもよいし、また工程中に開始または停止をしてもよい。基板に印加するバイアスパワーは、１０〜１２０Ｗであることが好ましい。
【００６２】
成膜ガスとして、有機ケイ素化合物以外の添加ガスを用いる場合、その供給のタイミングは、有機ケイ素化合物の供給と同時に行ってもよいが、有機ケイ素化合物の供給から遅れて、処理雰囲気中に供給することが好ましい。具体的には、導電部３０の表面の還元が終了するまで、つまり、導電部３０の表面が完全に膜に覆われた後に、有機ケイ素化合物以外の成膜ガスの供給を行うことが好ましい。このとき、有機ケイ素化合物以外の成膜ガスもプラズマ状態にした後に、処理雰囲気に供給することが好ましい。
【００６３】
また、成膜ガスとして、添加ガスを用いて、かつ基板１０にバイアスパワーを印加する場合には、添加ガスの供給を導電部３０の表面が完全に膜に覆われた後に開始し、バイアスパワーをキャップ膜４０の形成工程を開始した段階から印加し、添加ガスの供給を開始したときにバイアスパワーの印加を停止することが好ましい。この態様によれば、バイアスパワーを印加しない場合よりも密封性を高めることができるという利点がある。
【００６４】
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、キャップ膜４０の形成工程において、キャップ膜４０の成膜と、導電層３４表面の還元処理とが同時に行われる。そのため、一処理によって、導電層３４（導電部３０）の表面に良好なキャップ膜４０を形成することができる。つまり、導電層３４表面の酸化膜を除去と同時にキャップ膜の形成が開始されるため、導電層３４の表面が再酸化されることなく、キャップ膜４０の形成を開始することができる。その結果、導電層３４の上に、密着性のよいキャップ膜４０を形成することができる。これにより、導電層３４の上に配置される層間絶縁膜などに、導電層３４を構成する金属原子が拡散することが抑制され、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００６５】
また、上記実施形態においては、シングルダマシン法により、導電部３０を形成する方法について、記載したが、本発明の実施形態はこれに限定されない。たとえば、デュアルダマシン法により形成してもよい。この場合には、図７に示すように、層間絶縁膜２０中に、導電部３０と、配線５０とが一体化して形成され、その上に、キャップ膜４０が形成されることになる。
【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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