(57)【要約】【課題】銅配線の拡散防止膜としての機能を有し、誘電率が大きくない層間絶縁膜を形成する。【解決手段】低誘電率層間絶縁膜１４を形成し、層間絶縁膜１４に銅配線用溝２２を形成し、溝２２に露出する層間絶縁膜１４を窒素系ガスによるプラズマにより窒化してプラズマによる窒素拡散層１５を形成し、溝２２に銅配線１７を形成し、低誘電率層間絶縁膜２０とシリコン酸化膜１２を形成し、シリコン酸化膜１２と層間絶縁膜２０をにエッチングしてヴィアホール１８を形成し、ヴィアホール１８に露出する層間絶縁膜２０および下層銅配線１７を窒素系ガスによるプラズマにより窒化してプラズマによる窒素拡散層１５および銅配線窒化膜２１を形成し、ヴィアホール１８に銅配線１９を形成する。【選択図】        図３
2006120678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に下層低誘電率層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とシリコン酸化膜からなる積層構造の下層層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とその他の絶縁膜からなる積層構造の下層層間絶縁膜を形成する工程と、
前記下層層間絶縁膜に下層銅配線用溝を形成する工程と、
前記下層銅配線用溝に露出する前記下層低誘電率層間絶縁膜を窒素系ガスによるプラズマにより窒化する工程と、
前記下層銅配線溝に銅配線を形成する工程と、
前記下層層間絶縁膜と前記銅配線上に上層低誘電率層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とシリコン酸化膜からなる積層構造の上層層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とその他の絶縁膜からなる積層構造の上層層間絶縁膜を形成する工程と、
前記上層層間絶縁膜を選択的にエッチングして、前記下層銅配線を露出させるヴィアホールあるいは配線溝を形成する工程と、
少なくとも前記ヴィアホールあるいは配線溝に露出する前記上層低誘電率層間絶縁膜を窒素系ガスによるプラズマにより窒化する工程と、
前記ヴィアホールあるいは配線溝に上層銅配線を形成する工程と、を有することを特徴とする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、半導体装置の製造方法に関し、特に、低誘電率の層間絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体超高集積回路（ＬＳＩ）の微細化、集積度の増加により微細な寸法制度の素子がシリコン基板上に集積されている。
上記素子はＬＳＩの中で配線により結ばれて素子としての機能を発揮する。
ＬＳＩチップの面積を小さくするため、また素子間の相互接続における配線の迂回、配線長の増大を避けるために多層配線技術が一般的に用いられている。
【０００３】
薄い絶縁膜を挟む形で構成される多層配線技術では微細ピッチで並走する隣接配線間に加え、異なる配線層間あるいは配線層とシリコン基板間での浮遊容量が大きくなるという問題があり、これが配線遅延や上下で隣接する二つの配線を共に高周波成分を含んだ信号が伝達される場合のクロストークの原因となっている。
【０００４】
配線遅延τは配線材料の抵抗Ｒおよび層間絶縁膜により形成される静電容量Ｃに比例し（τ＝ｋ・Ｒ・Ｃ０）、静電容量Ｃは層間絶縁膜の比誘電率εに比例する（Ｃ＝ｋ’・ε・ε０・Ｓ／ｄ）。故に、層間絶縁膜の誘電率εを低下させる事により、配線遅延τを減少させることができる。
【０００５】
従来の集積回路においては、配線材料としてはアルミニウムが、層間絶縁膜として二酸化珪素膜（ＳｉＯ２）（ε＝４．０）がよく用いられていた。
しかし、上記問題により現在は配線材料としてアルミニウムにかわり抵抗Ｒの小さい銅が用いられるようになっている。
【０００６】
層間絶縁膜としては、より小さい比誘電率を有する層間絶縁膜であるＬｏｗ−κ膜が使われるようになっている。
【０００７】
ＳｉＯ２にかわるＬｏｗ−κ膜としてはＳｉＯ２膜中にフッ素を含有させたＳｉＯＦ膜が使われていたが配線材料がアルミニウムから銅にかわる時、ＣＭＰ（化学機械研磨）と呼ばれる研磨工程が加わるため、吸湿性の高いＳｉＯＦ膜がＨ２Ｏを吸収し、加水分解により生成したＨＦによるＳｉＯＦの侵食等の問題がある。
【０００８】
そのため現在ではＳｉＯ２膜中に炭素を含有させたＳｉＯＣ膜が用いられるようになっている。このＳｉＯＣ膜はその比誘電率がＳｉＯＦと比較してより小さいという利点も有している。
【０００９】
さらにＣＶＤで堆積される上記Ｌｏｗ−κにかわり、スピンコーティングをもちいて膜形成を行う一般にポーラスシリカと呼ばれるさらに誘電率の低い多孔質な有機あるいは無機のＳＯＧ（スピン  オン  グラス）膜も使われるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＶＤ成膜を行ったＳｉＯＣ膜は、通常その後の酸素プラズマ処理時の保護膜としてＳｉＮ等を成膜し、更にその上にレジストパターンを形成しコンタクトホールを形成した後レジストパターンを酸素プラズマにより除去しその後コンタクトホールに金属材料を埋め込んでコンタクトを形成する場合には以下に説明するような問題が生じる。
【００１１】
すなわち、レジストパターンを酸素プラズマにより除去するレジストアッシング工程においてコンタクトホール側壁に露出したＳｉＯＣ膜に含まれる−ＳｉＣＨ３（トリメチルシリル基）が酸素プラズマと反応して−ＳｉＯＨ（シラノール）を生成する。
【００１２】
このＳｉＯＨはコンタクトホールに金属材料を埋め込む工程において脱水縮合を起こしてＨ２Ｏを生成する。生成されたＨ２Ｏはコンタクトにおける金属の酸化や汚染を引き起こしコンタクトにおける導通不良の原因となる。また、脱水縮合を起こすことにより、ＳｉＯＣ膜が劣化し、誘電率が上昇するといった問題も生じる。
【００１３】
一方、配線材料としてはアルミニウムにかわって電気抵抗が小さい銅配線が用いられるようになっている。
【００１４】
しかしこの配線材料の銅はプロセス温度で絶縁膜中を拡散してしまうために拡散防止膜なしでは使用できず、銅配線を囲むように拡散防止膜で囲む必要がある。
【００１５】
通常、銅配線の上面には窒化シリコン膜あるいはＳｉＣ膜あるいはＳｉＣＮ膜を絶縁性拡散防止膜として用い、コンタクトホールや配線溝の側壁や底面にはＴａやＴａＮに代表されるような金属製の拡散防止膜が使われている。
【００１６】
しかし配線の微細化に伴って、配線抵抗の増大を抑制するためには金属製の拡散防止膜
の膜厚を低減する必要が生じているが、拡散防止能の低下を伴うため、困難である。また、配線の微細化によって金属製の拡散防止膜を配線側壁や底面に充分な厚さに形成すること自体が困難となってもいる。
【００１７】
またポーラスシリカと呼ばれる有機あるいは無機のＳＯＧがＬｏｗ−κ膜として用いられている場合も同様に銅がプロセス温度でポーラスシリカ層中に拡散してしまうという問題がある。それゆえ銅配線の側壁や底面にはＴａに代表されるような金属性の拡散防止膜が使われている。
しかしポーラスシリカ層中の空孔が銅配線の側壁部等に露出し、微小な凹凸を形成するため、金属製の拡散防止膜が充分に覆着せず、銅がポーラスシリカ中に拡散してしまうという問題がある。
これを防止するためにはコンタクトホールや配線溝の側面に窒化シリコン膜あるいはＳｉＣ膜あるいはＳｉＣＮ膜を絶縁性拡散防止膜として用いることがある。しかし、このような絶縁性拡散防止膜は誘電率が高く、絶縁層を低誘電率化してもデバイス全体としては高速伝送に必要な低誘電率化が充分に達成できないという問題もある。
【００１８】
このことを、図面を参照して説明する。
図５に示すように、バリアメタル１６に覆われた下層の配線溝に下層銅配線１７を堆積させ化学機械研磨法（以下、ＣＭＰ法）により余分な銅と下層低誘電率層間絶縁膜１４の上層にある拡散防止バリアメタル１６を除去しＣＶＤ窒化膜１３で銅下層配線１７と下層低誘電率層間絶縁膜１４にキャップをし、その上層に上層低誘電率層間絶縁膜２０を形成し、さらに最終キャップのＣＶＤシリコン酸化膜１２を形成した後エッチングによりヴィアホール１８を形成し、ヴィアホール１８の側面および底面に拡散防止のバリアメタル１６を形成する。
【００１９】
さらにヴィアホール１８へのヴィアコンタクト１９の銅を埋め込み、再びＣＭＰ法により余分な銅と最終キャップのＣＶＤシリコン酸化膜１２上の拡散防止バリアメタル１６を除去を行い、図６に示すような所望の多層配線構造を有する半導体装置が得られる。
【００２０】
しかし配線の微細化に伴って、配線抵抗の増大を抑制するためには金属製の拡散防止膜の膜厚を低減する必要が生じているが、拡散防止能の低下を伴うため、困難である。また、配線の微細化によって金属製の拡散防止膜を配線側壁や底面に充分な厚さに形成すること自体が困難となってもいる。
【００２１】
従って、本発明の主な目的は、銅配線の拡散防止膜としての機能を有すると共に、誘電率が大きくない層間絶縁膜を備える半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、
半導体基板に下層低誘電率層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とシリコン酸化膜からなる積層構造の下層層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とその他の絶縁膜からなる積層構造の下層層間絶縁膜を形成する工程と、
前記下層層間絶縁膜に下層銅配線用溝を形成する工程と、
前記下層銅配線用溝に露出する前記下層低誘電率層間絶縁膜を窒素系ガスによるプラズマにより窒化する工程と、
前記下層銅配線溝に銅配線を形成する工程と、
前記下層層間絶縁膜と前記銅配線上に上層低誘電率層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とシリコン酸化膜からなる積層構造の上層層間絶縁膜あるいは低誘電率層間絶縁膜とその他の絶縁膜からなる積層構造の上層層間絶縁膜を形成する工程と、
前記上層層間絶縁膜を選択的にエッチングして、前記下層銅配線を露出させるヴィアホールあるいは配線溝を形成する工程と、
少なくとも前記ヴィアホールあるいは配線溝に露出する前記上層低誘電率層間絶縁膜を窒素系ガスによるプラズマにより窒化する工程と、
前記ヴィアホールあるいは配線溝に上層銅配線を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２３】
下層銅配線溝を窒素系ガスによるプラズマにより窒化する工程では、特に後述するＭＭＴ装置を用いて処理することにより、下層銅配線の銅元素が下層低誘電率層間絶縁膜に拡散することをより効果的に抑制することができる。
【００２４】
少なくとも上層低誘電率層間絶縁膜および下層銅配線を窒素系ガスによるプラズマにより窒化する工程では、特に後述するＭＭＴ装置を用いて処理することにより、まず第１に上層銅配線の銅元素が上層低誘電率層間絶縁膜に拡散することを効果的に抑制することができる。また、第２に、下層銅配線に形成される窒化膜の抵抗値が落ちないように形成することができ、下層銅配線と上層銅配線の電気的抵抗となることを極力抑えることができる。そして以上により、配線間容量に信号遅延が起きるなどの問題をより効果的に解決することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、銅配線の拡散防止膜としての機能を有すると共に、誘電率が大きくない層間絶縁膜を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例では、ＣＶＤによる有機シリケート系（ＳｉＯＣ）又は塗布成膜による多孔質な有機シリケート膜（ポーラスシリカ）からなる低誘電率層間絶縁膜（Ｌｏｗ−κ膜）にエッチングによりヴィアコンタクトホールを形成した後、フォトレジストのアッシング除去を行い、その後、コンタクトホールに露出する低誘電率層間絶縁膜の側壁表面および上面部分を後述するＭＭＴ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｏｎ  Ｔｙｐｅｄ）プラズマ装置を用いて窒素含有ガスのプラズマで処理を行い、コンタクトホールの側壁の表面変質の改善、ならびに表面の窒素濃度および拡散深さを制御して表面を窒化することにより低誘電率層間絶縁膜の誘電率を大きく変化させることがなく銅配線の拡散防止膜としての機能を持たせる。
【００２７】
本発明の好ましい実施例では、ＣＶＤ成膜による有機シリケート系（ＳｉＯＣ）低誘電率層間絶縁膜の表面側をＭＭＴプラズマにより窒化することにより窒化層を形成しメタルの拡散防止層とする。好ましくは、ＭＭＴプラズマによる窒化は、基板温度２００℃以下で行う。また、好ましくは、窒化するガスが窒素単体または窒素と不活性ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン）である。
【００２８】
また、本発明の好ましい実施例では、塗布成膜によるシルセスキオキサン系（ＳｉＯＣ）低誘電率層間絶縁膜の表面をＭＭＴプラズマにより窒化することにより窒化層を形成しメタル埋め込み時の拡散防止層とする。好ましくは、ＭＭＴプラズマによる窒化は、基板温度２００℃以下で行う。また、好ましくは、窒化するガスが窒素単体または窒素と不活性ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン）である。
【００２９】
次に、図面を参照にして本発明の好ましい実施例をさらに詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の好ましい一実施例を説明するために工程順に示した概略縦断面図であり、図４は、本発明の好ましい一実施例で使用するプラズマ処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【００３０】
まず、図１〜図３を参照して本発明の好ましい一実施例による半導体装置の製造方法における低誘電率層間絶縁膜の表面処理方法を説明する。
【００３１】
近年の多層配線構造の形成時には、層間絶縁膜中配線部分となる配線溝やヴィアコンタクトになる孔（以下ヴィアホール）をあらかじめ形成する、いわゆるデュアルダマシン法が用いられている。本実施例もこのような方法を採用している。
【００３２】
図１に示すように、まず、半導体基板１１上に下層低誘電率層間絶縁膜１４を形成する。下層低誘電率層間絶縁膜１４としては、ＳｉＯ２膜中に炭素を含有させたＳｉＯＣ膜をＣＶＤ法によって形成したものや、スピンコーティングを形成した有機ＳＯＧ（スピン  オン  グラス）膜が好ましく用いられる。
【００３３】
その後、下層低誘電率層間絶縁膜１４に配線溝２２をエッチングにより形成する。
【００３４】
次に、後述するＭＭＴプラズマ処理装置のプラズマリアクタ中で窒素ガス単体、もしくは窒素と不活性ガスの混合ガスのいずれかのガスを用いて下層低誘電率層間絶縁膜１４の表面、具体的には配線溝２２の側面および底面と下層低誘電率層間絶縁膜１４の上面部を窒化してプラズマによる窒素拡散層１５を形成する。ＭＭＴプラズマによる窒化は、基板温度２００℃以下で行う。好ましくは、下層低誘電率層間絶縁膜１４の表面から深度方向に３０Å以上の厚さに窒素をプラズマにより拡散させる。
【００３５】
次に下層銅配線１７を堆積させ化学機械研磨法（以下ＣＭＰ法）により余分な銅を除去し、配線溝２２にプラズマによる窒素拡散層１５を介して下層銅配線１７を埋め込んだ図１に示すような形状に加工する。
【００３６】
次に、図２に示すように、その上層に上層低誘電率層間絶縁膜２０を形成する。上層低誘電率層間絶縁膜２０としては、ＳｉＯ２膜中に炭素を含有させたＳｉＯＣ膜をＣＶＤ法によって形成したものや、スピンコーティングを形成した有機ＳＯＧ（スピン  オン  グラス）膜が好ましく用いられる。
【００３７】
その後、上層低誘電率層間絶縁膜２０上に、最終キャップのＣＶＤシリコン酸化膜１２を形成する。
【００３８】
その後、エッチングにより下層銅配線１７を露出するヴィアホール１８をＣＶＤシリコン酸化膜１２および上層低誘電率層間絶縁膜２０に形成する。
【００３９】
次に、下層の配線溝２２の場合と同様に、後述するＭＭＴプラズマ処理装置のプラズマリアクタ中でヴィアホール１８に露出する上層低誘電率層間絶縁膜２０の側面およびＣＶＤシリコン酸化膜１２の側面、最終キャップのＣＶＤシリコン酸化膜１２の上面、ならびにヴィアホール１８に露出する下層銅配線１７の表面を窒化することにより、ヴィアホール１８に露出する上層低誘電率層間絶縁膜２０の側面およびＣＶＤシリコン酸化膜１２の側面ならびに最終キャップのＣＶＤシリコン酸化膜１２の上面にプラズマによる窒素拡散層１５が形成され、ヴィアホール１８に露出する下層銅配線１７の表面に下層銅配線窒化膜２１が形成された図２に示すような断面形状にする。
【００４０】
この際の窒化も、下層銅配線１７形成前の窒化処理同様に、上層低誘電率層間絶縁膜２０やＣＶＤシリコン酸化膜１２の表面から深度方向に、３０Å以上の厚さに窒素をプラズマにより拡散させるのが好ましい。ＭＭＴプラズマによる窒化は、好ましくは、ＭＭＴプラズマ処理装置のプラズマリアクタ中で窒素ガス単体、もしくは窒素と不活性ガスの混合ガスのいずれかのガスを用いて、基板温度２００℃以下で行う。
【００４１】
次に、全面に銅を形成し、ＣＭＰ法により余分な銅の除去を行い、ヴィアホール１８に銅のヴィアコンタクト１９が埋め込まれた、図３に示すような多層配線構造を有する半導体装置が得られる。
【００４２】
本実施例による多層配線構造（図３）と従来の多層配線構造（図６）とを比較すると、下層銅配線１７の１層分に対して、従来では拡散防止バリアメタル１６の成膜１６とＣＶＤシリコン窒化膜１３の成膜の２工程が必要であったのが、本実施例によるとプラズマ処理の１工程に簡略化されているのが判る。
【００４３】
また、図６に示す従来の下層低誘電率層間絶縁膜１４の上部キャップである誘電率の高いＣＶＤシリコン窒化膜１３が、本実施例では薄膜の拡散窒化膜になっておりさらにこの下層低誘電率層間絶縁膜１４の上層の窒化層はＣＭＰ法によりほとんど銅配線と共に削られることになり銅配線溝２２の側壁及びヴィアホール１８の側壁に銅の拡散防止層１５として残るだけである。
【００４４】
なお、ＭＭＴ装置を用いて下層銅配線１７を窒化して下層銅配線窒化膜２１を形成することにより、下層銅配線１７に形成される下層銅配線窒化膜２１の抵抗値が落ちないように形成することができ、下層銅配線１７と上層銅配線１９の電気的抵抗となることを極力抑えることができる。
【００４５】
以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、ＭＭＴプラズマ装置を用いてＳｉＯＣ、ポーラスシリカ等の低誘電率層間絶縁膜の表面に対して窒素原子を含むプラズマにより窒化することによりメタルの拡散を防止することが可能となり、低誘電率層間絶縁膜の上層のキャップＣＶＤシリコン窒化膜や拡散防止膜であるバリアメタル膜を成膜することなく銅配線溝やヴィアホールに銅配線を埋め込むことが可能となり、配線間容量に信号遅延が問題となるマイクロプロセッサや高集積度メモリ等の半導体装置を信頼性良く製造することが可能となる。その結果デバイスが高速で動作することができ、且つ少ないクロストークを有するので電力損失を低くすることができるようになる。
【００４６】
次に、図４を参照して、本発明の好ましい一実施例で使用するプラズマ処理炉を説明する。本実施例のプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００４７】
図４に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第２の容器である下側容器２１１と、該下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００４８】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられ、シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０からなっており、前記ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａ流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
【００４９】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００５０】
また、筒状磁界形成手段２１６は、筒状電極２１５の外表面に配置される。これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００５１】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウエハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００５２】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００５３】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁界形成手段２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００５４】
筒状電極２１５及び筒状磁界形成手段２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁界形成手段２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００５５】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるための基板突上手段であるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６が設けられる。
【００５６】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウエハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００５７】
また、制御手段であるコントローラ１２１は高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。
【００５８】
上記のような構成において、ウエハ２００表面を、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
【００５９】
ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウエハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウエハ２００をウエハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００６０】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲内でウエハ処理温度に加熱する。但し、本実施例では、２００℃以下とした。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
【００６１】
ウエハ２００を処理温度に加熱したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスＮ２を処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。このときのガス流量は５０〜２０００ｓｃｃｍの範囲である。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲内の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００６２】
筒状磁界形成手段２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。
【００６３】
なお、コントローラ１２１により高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の好ましい一実施例を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい一実施例を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい一実施例を説明するための概略縦断面図である。
【図４】本発明の好ましい一実施例で使用するプラズマ処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図５】従来技術を説明するための概略縦断面図である。
【図６】従来技術を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１…半導体基板
１２…ＣＶＤシリコン酸化膜
１３…ＣＶＤシリコン窒化膜
１４…下層低誘電率層間絶縁膜
１５…プラズマによる窒化拡散層
１６…拡散防止バリアメタル
１７…銅下層配線
１８…ヴィアホール
１９…ヴィアコンタクト
２０…上層低誘電率層間絶縁膜
２１…下層銅配線窒化膜
２２…配線溝
１２１…コントローラ
２００…ウエハ
２０１…処理室
２０２…処理炉
２１０…上側容器
２１１…下側容器
２１５…筒状電極
２１６…筒状磁界形成手段
２１７…サセプタ
２１７ａ…貫通孔
２２３…遮蔽板
２２４…プラズマ生成領域
２３０…反応ガス
２３１…ガス排気管
２３２…ガス供給管
２３４…ガス導入口
２３４ａ…ガス噴出孔
２３５…ガス排気口
２３６…シャワーヘッド
２３７…バッファ室
２４０…シャワープレート
２４１…マスフローコントローラ
２４２…ＡＰＣ
２４３ａ…バルブ
２４３ｂ…バルブ
２４４…ゲートバルブ
２４６…真空ポンプ
２６６…ウエハ突き上げピン
２６８…サセプタ昇降機構
２７３…高周波電源
２７２…整合器
２７４…インピーダンス可変機構
【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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