(57)【要約】【課題】凹部に銅配線を埋め込み後、加熱によりバリア膜を形成すると共に、シード層を構成する金属の余剰分を配線から除去するにあたって、配線中の前記金属及びその酸化物の残留を抑え、配線抵抗の上昇を防ぐこと。【解決手段】酸化物となり銅の拡散防止機能を発揮する自己形成バリア用の金属又はこの金属と銅との合金からなるシード層を、基板表面の層間絶縁膜上及びその凹部の壁面に沿って形成する工程と、前記シード層を水素の活性種を用いて還元する工程と、シード層の還元後、凹部に銅を埋め込む工程と、銅の埋め込み後、前記シード層を構成する自己形成バリア用の金属を酸化してバリア層を形成すると共に余剰の自己形成バリア用の金属を銅の表面に析出させるために酸素雰囲気において基板を加熱処理する工程とを含み、シード層還元後、凹部に銅を埋め込むまでの間の基板が置かれる雰囲気を真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記シード層を水素の活性種を用いて還元する工程と、
シード層の還元後、前記凹部に銅を埋め込む工程と、
基板を加熱処理する工程と、
を含み、
シード層を還元した後、前記凹部に銅を埋め込むまでの間における、基板が置かれる雰囲気は真空雰囲気または不活性ガス雰囲気であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記水素の活性種は、水素ガスをプラズマ化するかまたは水素ガスを熱フィラメントに供給して生成させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第１の処理容器において、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記第１の処理容器に気密に接続された真空搬送室内を還元雰囲気にする工程と、
前記第１の処理容器でシード層が形成された基板を、還元雰囲気にされた前記真空搬送室内を介して、当該真空搬送室に気密に接続された第２の処理容器内に搬送する工程と、
次いで前記第２の処理容器内に搬送された基板の前記凹部に銅を埋め込む工程と、
基板を加熱処理する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記凹部に銅を埋め込む工程と、
基板を加熱処理する工程と、
を含み、
シード層を形成した後、前記凹部に銅を埋め込むまでの間における、基板が置かれる雰囲気は還元雰囲気であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記真空搬送室に気密に接続された第３の処理容器内にて、基板表面の層間絶縁膜における凹部の底部に露出している金属の自然酸化物の除去または還元を行う工程と、
還元雰囲気にされた真空搬送室内を基板が搬送される工程と、
前記シード層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
還元雰囲気を形成するガスは水素ガスまたは一酸化炭素ガスであることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記自己形成バリア用の金属はＭｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｔｃ及びＲｅから選択された金属であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記自己形成バリアは、金属が酸化物となることにより銅の拡散防止機能を発揮することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記シード層は、前記自己形成バリア用の金属、またはこの金属と銅との合金からなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板を加熱処理する工程は、前記シード層を構成する前記自己形成バリア用の金属を酸化してバリア層を形成すると共に、自己形成バリア用の金属の余剰分を埋め込まれた銅の表面に析出させるために行われることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板を加熱処理する工程は、銅の埋め込み後に行われることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基板を加熱処理する工程は、銅の埋め込みと同時に行われることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記シード層を水素の活性種を用いて還元する工程と、
シード層の還元後、前記凹部に銅を埋め込む工程と、
を含み、
シード層を還元した後、前記凹部に銅を埋め込むまでの間における、基板が置かれる雰囲気は真空雰囲気または不活性ガス雰囲気であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
第１の処理容器において、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記第１の処理容器に気密に接続された真空搬送室内を還元雰囲気にする工程と、
前記第１の処理容器でシード層が形成された基板を、還元雰囲気にされた前記真空搬送室内を介して、当該真空搬送室に気密に接続された第２の処理容器内に搬送する工程と、
次いで前記第２の処理容器内に搬送された基板の前記凹部に銅を埋め込む工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、この搬送室内に設けられた基板搬送手段と、を有する真空搬送室モジュールと、
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板のシード層を、水素の活性種を用いて還元するための還元手段とを備えた還元モジュールと、
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板の凹部に銅を埋め込むための成膜手段とを備えた成膜モジュールと、
前記還元モジュールにて処理された基板を、真空搬送室モジュールを介して成膜モジュールに搬送するように前記基板搬送手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１６】
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、前記凹部が形成された基板を載置する載置部がその内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板の前記凹部にシード層を形成するシード層形成手段とを備えたシード層形成モジュールを備え、前記制御手段はシード層形成モジュールにて処理された基板を真空搬送室モジュールを介して還元モジュールに搬送するように前記基板搬送手段を制御することを特徴とする請求項１５記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記水素の活性種は、水素ガスをプラズマ化するかまたは水素ガスを熱フィラメントに供給して生成させることを特徴とする請求項１５または１６記載の半導体製造装置。
【請求項１８】
基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、この搬送室内に設けられた基板搬送手段と、を有する真空搬送室モジュールと、
この真空搬送室モジュールに気密に接続され、シード層を形成するためのシード層形成手段を備えたシード層形成モジュールと、
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板の凹部に銅を埋め込むための成膜手段とを備えた成膜モジュールと、
前記真空搬送室モジュールの搬送室にシード層の還元ガスを供給して、還元雰囲気を形成するガス供給手段と、
シード層形成モジュールにて処理された基板を、真空搬送室モジュールを介して成膜モジュールに搬送するように前記基板搬送手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１９】
前記真空搬送モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、シード層が埋め込まれる前の基板の凹部の底部に露出している金属の自然酸化物を還元する還元手段または前記自然酸化物を除去する除去手段と、を備えた前処理モジュールを備えたことを特徴とする請求項１５ないし１８のいずれか一に記載の半導体製造装置。
【請求項２０】
前記還元手段は、基板に有機酸を供給することにより還元する還元手段であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体製造装置。
【請求項２１】
前記除去手段は、基板に有機酸を供給することにより除去する除去手段であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体製造装置。
【請求項２２】
前記除去手段は、スパッタにより除去する除去手段であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体製造装置。
【請求項２３】
前記真空搬送室モジュールには、基板を収納したキャリアが載置され、このキャリア内の基板のロード、アンロードが行われるローダモジュールが気密に接続されており、
このローダモジュールを介して前記搬送室に基板が搬入されることを特徴とする請求項１５ないし２２のいずれか一に記載の半導体製造装置。
【請求項２４】
前記基板には、その表面の層間絶縁膜に凹部が形成され、この凹部の壁面に沿って、酸化物となって銅の拡散防止機能を発揮する自己形成バリア用の金属、またはこの金属と銅との合金からなるシード層が形成されていることを特徴とする請求項１５ないし２３のいずれか一に記載の半導体製造装置。
【請求項２５】
基板に対して処理を行う半導体製造装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜に形成された凹部に銅を埋め込んで銅配線を形成するための半導体装置の製造方法、半導体製造装置及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の多層配線構造は、層間絶縁膜中に金属配線を埋め込むことにより形成されるが、この金属配線の材料としてはエレクトロマイレーションが小さくまた低抵抗であることなどから、Ｃｕ（銅）が使用され、その形成プロセスとしてはダマシン工程が一般的になっている。
【０００３】
このダマシン工程では、基板の層間絶縁膜に、層内に引き回される配線を埋め込むためのトレンチと、上下の配線を接続する接続配線を埋め込むためのビアホールとを形成し、これら凹部にＣＶＤや電解メッキ法などによりＣｕが埋め込まれる。そしてＣＶＤ法を利用する場合にはＣｕの埋め込みを良好に行うために極薄のＣｕシード層を、前記層間絶縁膜表面及びその凹部内面に沿って形成し、また電解メッキ法を利用する場合にも、電極となるＣｕシード層を前記表面及びその凹部に形成することが必要である。またＣｕは、絶縁膜中に拡散しやすいことから、前記凹部に例えばＴａ／ＴａＮの積層体からなるバリア膜を形成することが必要であり、従って凹部の表面には例えばスパッタ法によりバリア膜とＣｕシード膜とが形成される。
【０００４】
ところで配線パターンの微細化が益々進み、前記凹部の幅に対する深さが大きくなったことで前記バリア膜及びシード層を形成する際に、それらを構成する金属が凹部の深部に比べて開口部付近に厚く成膜されてしまい、凹部内に高い均一性をもってそれらバリア膜及びシード層を形成することが困難になっており、バリア性に対する信頼性やシード層との界面の密着性などが問題になっている。また、配線パターンの微細化のために、前記バリア膜及びシード層の薄層化が必要になっている。
【０００５】
こうした背景から、特許文献１にはＣｕと添加金属例えばＭｎ（マンガン）との合金層を絶縁膜の凹部の表面に沿って成膜し、この合金層をシード層として凹部に配線材のＣｕを埋め込み、次いでアニールを行うことでバリア膜を形成する方法が記載されている。
【０００６】
このアニールを行ったときの合金層の様子について詳しく述べると、合金中のＭｎが合金及びＣｕ中を拡散することで一部のＭｎは、あたかもＣｕから排出されるように層間絶縁膜の表面部に移動し、層間絶縁膜の構成元素であるＯと反応して、その結果極めて安定な化合物であるセルフパッシベーション性の酸化物ＭｎｘＯｙ（ｘ、ｙは自然数、以降便宜上、簡単にＭｎＯと記述する）あるいはＭｎＳｉｘＯｙ（ｘ、ｙは自然数）などのバリア膜が形成されると共に、このバリア層の形成に用いられなかった余剰のＭｎが合金膜の表面側(層間絶縁膜と反対側)に移動し、更に凹部に埋め込まれたＣｕ中をその表面側に拡散して、そのＣｕの表面に偏析する。このときＣｕ表面に偏析したＭｎは後工程により除去される。このように形成された自己形成バリア膜は均一で極めて薄いものとなり、上述の課題の解決に貢献する。なお前記バリア膜は、Ｍｎと層間絶縁膜に含まれているＯとが反応するものとして説明したが、凹部の表面に吸着しているＯと反応することにより形成されるとも考えられており、これについては研究が進められている。
【０００７】
通常、上記自己形成バリア膜の成膜工程において、合金層の成膜はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）により行われ、その後の凹部へのＣｕの埋め込みは、基板をメッキ液に浸漬して処理する例えば電解メッキなどのメッキ処理により行われる。しかしこのメッキ処理は大気雰囲気中で行われるため、雰囲気中に含まれる酸素がＭｎと反応したり、また基板がメッキ液に浸漬されたときに、メッキ液中に含まれる酸素及び水分がＭｎと反応することにより、Ｍｎが酸化されてＭｎＯが形成されてしまう。このＭｎＯは不動態として安定に存在しているため、上記のようにアニールが行われても、合金層のＣｕ中及び凹部に埋め込まれたＣｕ中を拡散し難い。その結果として配線中にバリア膜の形成に用いられない余剰のＭｎがＭｎＯとなって残り、配線の抵抗が高くなってしまう。
【０００８】
例えばアニールの温度を５００℃以上に上げてＭｎＯを還元することも考えられるが、基板をそのように高温にした場合は、合金層が凝集したり、層間絶縁膜が脱ガスにより分解されたりして、歩留まりが低下するおそれがある。
【０００９】
また凹部に例えばＴａ／ＴａＮ／Ｔａの積層体からなる、自己形成バリア膜を構成しないシード層を形成した場合においても、このシード層が大気に曝されれば酸化されて、配線の抵抗が高くなってしまうという問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２７７３９０号公報：段落００１８〜段落００２０、図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、絶縁膜及びその凹部に沿ってシード層を成膜し、凹部に銅配線を埋め込み、加熱によりバリア膜を形成すると共に、シード層を構成する金属の余剰分を配線から除去するにあたって、配線中における前記金属の残留を抑えて、配線抵抗の上昇を抑えることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の方法発明である半導体装置の製造方法は、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記シード層を水素の活性種を用いて還元する工程と、
シード層の還元後、前記凹部に銅を埋め込む工程と、
基板を加熱処理する工程と、
を含み、
シード層を還元した後、前記凹部に銅を埋め込むまでの間における、基板が置かれる雰囲気は真空雰囲気または不活性ガス雰囲気であることを特徴とする。前記水素の活性種は、水素ガスをプラズマ化するかまたは水素ガスを熱フィラメントに供給して生成させてもよい。
【００１３】
第２の方法発明である半導体装置の製造方法は、第１の処理容器において、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記第１の処理容器に気密に接続された真空搬送室内を還元雰囲気にする工程と、
前記第１の処理容器でシード層が形成された基板を、還元雰囲気にされた前記真空搬送室内を介して、当該真空搬送室に気密に接続された第２の処理容器内に搬送する工程と、
次いで前記第２の処理容器内に搬送された基板の前記凹部に銅を埋め込む工程と、
基板を加熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。この場合、前記真空搬送室に気密に接続された第３の処理容器内にて、基板表面の層間絶縁膜における凹部の底部に露出している金属の自然酸化物の除去または還元を行う工程と、
還元雰囲気にされた真空搬送室内を基板が搬送される工程と、
前記シード層を形成する工程を含んでいてもよい。
【００１４】
第３の方法発明である半導体装置の製造方法は、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記凹部に銅を埋め込む工程と、
基板を加熱処理する工程と、
を含み、
シード層を形成した後、前記凹部に銅を埋め込むまでの間における、基板が置かれる雰囲気は還元雰囲気であることを特徴とする。
【００１５】
還元雰囲気を形成するガスは、例えば水素ガスまたは一酸化炭素ガスであり、前記自己形成バリア用の金属は、例えばＭｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｔｃ及びＲｅから選択された金属であり、前記自己形成バリアは、例えば金属が酸化物となることにより銅の拡散防止機能を発揮し、また前記シード層は、前記自己形成バリア用の金属、またはこの金属と銅との合金からなる。
【００１６】
また前記基板を加熱処理する工程は、例えば前記シード層を構成する前記自己形成バリア用の金属を酸化してバリア層を形成すると共に、自己形成バリア用の金属の余剰分を埋め込まれた銅の表面に析出させるために行われ、前記基板を加熱処理する工程は、銅の埋め込み後に行われてもよく、あるいは銅の埋め込みと同時に行われてもよい。
【００１７】
第４の方法発明である半導体装置の製造方法は、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記シード層を水素の活性種を用いて還元する工程と、
シード層の還元後、前記凹部に銅を埋め込む工程と、
を含み、
シード層を還元した後、前記凹部に銅を埋め込むまでの間における、基板が置かれる雰囲気は真空雰囲気または不活性ガス雰囲気であることを特徴とする。
【００１８】
第５の方法発明である半導体装置の製造方法は、第１の処理容器において、自己形成バリア用の金属を含むシード層を、基板表面の層間絶縁膜における凹部の壁面に沿って形成する工程と、
前記第１の処理容器に気密に接続された真空搬送室内を還元雰囲気にする工程と、
前記第１の処理容器でシード層が形成された基板を、還元雰囲気にされた前記真空搬送室内を介して、当該真空搬送室に気密に接続された第２の処理容器内に搬送する工程と、
次いで前記第２の処理容器内に搬送された基板の前記凹部に銅を埋め込む工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１９】
第１の装置発明である半導体製造装置は、基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、この搬送室内に設けられた基板搬送手段と、を有する真空搬送室モジュールと、
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板のシード層を、水素の活性種を用いて還元するための還元手段とを備えた還元モジュールと、
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板の凹部に銅を埋め込むための成膜手段とを備えた成膜モジュールと、
前記還元モジュールにて処理された基板を、真空搬送室モジュールを介して成膜モジュールに搬送するように前記基板搬送手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、前記凹部が形成された基板を載置する載置部がその内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板の前記凹部にシード層を形成するシード層形成手段とを備えたシード層形成モジュールを備え、前記制御手段はシード層形成モジュールにて処理された基板を真空搬送室モジュールを介して還元モジュールに搬送するように前記基板搬送手段を制御してもよい。また前記水素の活性種は、水素ガスをプラズマ化するかまたは水素ガスを熱フィラメントに供給して生成させるようにしてもよい。
【００２１】
第２の装置発明である半導体製造装置は、基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、この搬送室内に設けられた基板搬送手段と、を有する真空搬送室モジュールと、
この真空搬送室モジュールに気密に接続され、シード層を形成するためのシード層形成手段を備えたシード層形成モジュールと、
前記真空搬送室モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、前記載置部に載置された基板の凹部に銅を埋め込むための成膜手段とを備えた成膜モジュールと、
前記真空搬送室モジュールの搬送室にシード層の還元ガスを供給して、還元雰囲気を形成するガス供給手段と、
シード層形成モジュールにて処理された基板を、真空搬送室モジュールを介して成膜モジュールに搬送するように前記基板搬送手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
前記真空搬送モジュールに気密に接続され、基板を載置する載置部が内部に設けられた処理容器と、シード層が埋め込まれる前の基板の凹部の底部に露出している金属の自然酸化物を還元する還元手段または前記自然酸化物を除去する除去手段と、を備えた前処理モジュールを備えていてもよく、前記還元手段は、例えば基板に有機酸を供給することにより還元する還元手段である。また、前記除去手段は、例えば基板に有機酸を供給することにより除去する除去手段であるか、あるいは、スパッタにより除去する除去手段である。
【００２３】
前記真空搬送室モジュールには、例えば基板を収納したキャリアが載置され、このキャリア内の基板のロード、アンロードが行われるローダモジュールが気密に接続されており、このローダモジュールを介して前記搬送室に基板が搬入される。また前記基板には、その表面の層間絶縁膜に凹部が形成され、この凹部の壁面に沿って、酸化物となって銅の拡散防止機能を発揮する自己形成バリア用の金属、またはこの金属と銅との合金からなるシード層が形成されていてもよい。
【００２４】
また本発明の記憶媒体は、基板に対して処理を行う半導体製造装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、  前記コンピュータプログラムは、既述の半導体装置の製造方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
基板表面の層間絶縁膜に形成された凹部の表面に沿って形成した自己形成バリア用の金属を含んだシード層を還元処理した後、凹部にＣｕを埋め込み、加熱処理を行うことでシード層を構成する金属と凹部に存在する酸素とからなるバリア層を形成することができるが、上記第１の方法発明及び第４の方法発明及び第１の装置発明においては前記シード層の還元処理を水素の活性種を用いて行うことによって基板が加熱される温度を抑えて、基板に形成された各膜へのダメージを抑えると共に前記加熱処理時におけるシード層の酸化が抑えられるため、当該加熱処理の際に自己形成バリア用の金属の余剰分がＣｕ中を拡散して基板の表面側へ移動することができる。従って、配線の抵抗が上昇することが抑えられる。
【００２６】
また上記第２の方法発明、第３の方法発明、第５の方法発明及び第２の装置発明によれば凹部に形成されたシード層の還元処理後、基板の搬送を行う領域において還元雰囲気を形成し、その還元雰囲気において基板を搬送し、搬送後に銅の埋め込みを行っている。従って前記基板搬送後の加熱処理時においてシード層の酸化が抑えられるため、前記加熱処理の際に自己形成バリア用の金属の余剰分がＣｕ中を拡散して基板の表面側へ移動することができる。従って、配線の抵抗が上昇することが抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
本発明の半導体製造装置１の構成について図１を参照しながら説明する。半導体製造装置１は、基板であるウエハＷのロード、アンロードを行うローダモジュールを構成する第１の搬送室１２と、ロードロック室１３ａ、１３ｂと、筐体２０を備えた真空搬送室モジュールである第２の搬送室２１と、を備えており、ウエハＷは、それを複数、例えば２５枚含むように構成された密閉型のキャリアＣに収納された状態でこの半導体製造装置１に搬送される。第１の搬送室１２の正面にはキャリアＣが載置されるロードポート１１が設けられており、第１の搬送室１２の正面壁には、前記ロードポート１１に載置されたキャリアＣが接続されて、当該キャリアＣの蓋と一緒に開閉されるゲートドアＧＴが設けられている。
【００２８】
また、第１の搬送室１２の側面には、ウエハＷの向きや偏心の調整を行うためのアライメント室１４が設けられている。ロードロック室１３ａ、１３ｂには、図示しない真空ポンプとリーク弁とが設けられており、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えられるように構成されている。つまり、第１の搬送室１２及び第２の搬送室２１の雰囲気が夫々大気雰囲気及び真空雰囲気に保たれているため、ロードロック室１３ａ、１３ｂは、それぞれの搬送室間において、ウエハＷを搬送する時、雰囲気を調整する役割を有する。なお図中Ｇは、ロードロック室１３ａ、１３ｂと第１の搬送室１２または第２の搬送室２１との間、あるいは第２の搬送室２１と後述する当該第２の搬送室２１に接続された各処理モジュールとの間を仕切るゲートバルブ（仕切り弁）であり、ウエハＷを搬送する場合を除いて閉鎖される。
【００２９】
第１の搬送室１２には第１の搬送手段１５が設けられており、第１の搬送手段１５は、キャリアＣとロードロック室１３ａ、１３ｂとの間及び第１の搬送室１２とアライメント室１４との間でウエハＷの受け渡しを行う。第２の搬送室２１にはロードロック室１３ａ、１３ｂと前記各処理モジュールとの間でウエハＷの受け渡しを行うための第２の搬送手段２２ａ，２２ｂが設けられており、また第２の搬送室２１には前記ゲートバルブＧを介して各々処理容器を備えた加熱モジュール７１、還元モジュール７２、ＣｕＭｎ成膜モジュール７３、Ｈ２プラズマ還元モジュール３、ＣｕＣＶＤモジュール５、アニールモジュール７４が気密に接続されている。なお図中鎖線で示した還元モジュール７２についてはこの実施形態では使用しない。またアニールモジュール７４は半導体製造装置１の外部に設けてもよいが、この実施形態においては半導体製造装置１に組み込まれたものとして記載している。
【００３０】
この半導体製造装置１には、例えばコンピュータからなる制御部１０Ａが設けられている。この制御部１０Ａはプログラム１０Ｃ、メモリ１０Ｄ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０Ｅからなるデータ処理部１０Ｆなどを備えており、前記プログラム１０Ｃには制御部１０Ａから半導体製造装置１の各部に制御信号を送り、後述のウエハの搬送及び処理を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。図中１０Ｇはバスである。また、例えばメモリ１０Ｄには各モジュールの処理圧力、処理温度、処理時間、ガス流量または電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵ１０Ｅがプログラム１０Ｃの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの半導体製造装置１の各部位に送られることになる。このプログラム１０Ｃ（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部１０Ｂに格納されて制御部１０Ａにインストールされる。
【００３１】
続いて第２の搬送室２１に接続されたＨ２プラズマ還元モジュール３について図２を参照しながら説明する。このＨ２プラズマ還元モジュール３は、ウエハＷに成膜されたＣｕＭｎ膜の還元処理を行うためのモジュールであり、処理容器（真空チャンバ）３１を備えている。処理容器３１中にはウエハＷを水平に載置するステージ３２が設けられており、駆動部３３ａにより昇降自在な３本の昇降ピン３３ｂ（図では２本のみ表示）を介してこのステージ３２と、第２の搬送室２１の第２の搬送手段２２ａ，２２ｂとの間でウエハＷの受け渡しが行われるようになっている。
【００３２】
ステージ３２にはウエハＷを所定の温度に加熱するヒータ３４が埋め込まれている。また処理容器３１の側壁にはウエハＷの搬送口３１ａが開口しており、ゲートバルブＧにより開閉自在に構成されている。
【００３３】
処理容器３１の天井部にはステージ３２と対向するように誘電体により構成された高周波電磁波に対して透過性のある透過板３５が設けられており、また透過板３５の上方にはプラズマ発生源３６が設けられている。このプラズマ発生源３６は、透過板３５に対応するように設けられた誘導コイル部３６Ａと、この誘導コイル部３６Ａに高周波電圧を印加するプラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源３６Ｂと、を備えている。高周波電源３６Ｂがオンになり、誘導コイル部３６Ａから透過板３５を介して処理容器３１内の処理空間にプラズマ発生のためのエネルギーである高周波電磁波が導入されると、処理容器３１内に供給されたガスからプラズマを形成できるようになっている。
【００３４】
処理容器３１の底部には排気管３７の一端が接続されており、排気管３７の他端は圧力制御バルブ３８を介して例えば真空ポンプ３９に接続されている。処理容器３１の側壁にはステージ３２と透過板３５との間にガスを供給するためのガスノズル４１が設けられており、ガスノズル４１にはガス供給管４２の一端が接続されている。ガス供給管４２の他端はＨ２（水素）ガスが貯留されたガス供給源４４Ａ、Ｎ２（窒素）ガスが貯留されたガス供給源４４Ｂ、Ａｒ（アルゴン）ガスが貯留されたガス供給源４４Ｃに夫々接続されている。分岐したガス供給管４２にはバルブやマスフローコントローラを含むガス供給制御部４３が介設されており、ガス供給制御部４３は制御部１０Ａからの制御信号を受けて各ガスの処理容器３１内への給断を制御する。
【００３５】
続いて図３を参照しながらＣｕＣＶＤモジュール５について説明する。このＣｕＣＶＤモジュール５はＣｕＭｎ膜形成後の凹部にＣｕを埋め込むためのモジュールであり、例えばアルミニウムからなる処理容器５０を備えている。この処理容器５０は、上側の大径円筒部５０ａと、その下側の小径円筒部５０ｂとが連設されたいわばキノコ形状に形成されている。また後述する銅の有機金属錯体が処理容器５０の内壁で冷却されて、その内壁に銅の有機金属錯体が付着しないように、処理容器５０はその内壁を加熱するための図示しない加熱機構を備えている。
【００３６】
処理容器５０内には、ウエハＷを水平に載置するためのステージ５１が設けられており、ステージ５１内にはウエハＷの温調手段をなすヒータ５１ａが設けられている。更にステージ５１には、昇降機構５２ａにより昇降自在な３本の昇降ピン５２ｂ（便宜上２本のみ図示）が設けられており、この昇降ピン５２ｂを介して第２の搬送手段２２ａ，２２ｂとステージ５１との間でウエハＷの受け渡しが行われる。処理容器５０の底部には排気管５４の一端側が接続され、この排気管５４の他端側には圧力制御バルブ５５を介して真空ポンプ５６が接続されている。圧力制御バルブ５５は、排気管５４の排気コンダクタンスを制御可能になっており、排気コンダクタンスを変更することで処理容器５０内の圧力を制御する。また処理容器５０の大径円筒部５０ａの側壁には、ゲートバルブＧにより開閉される搬送口５７が形成されている。
【００３７】
更に処理容器５０の天井部にステージ５１に対向するようにガスシャワーヘッド５８が設けられている。ガスシャワーヘッド５８は、ガス室５９とガス供給孔５９ａとを備え、ガス室５９に供給されたガスはガス供給孔５９ａから処理容器５０内に供給される。
【００３８】
そして、ガス室５９には、原料ガス供給路６１が接続され、この原料ガス供給路６１の上流側には原料貯留部６２が接続されている。原料貯留部６２には銅膜の原料（前駆体）となる銅の有機金属化合物であり、βジケトン銅錯体であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳが液体の状態で貯留されている。この液体は形成されるＣｕ配線の酸化を抑えるために、その含有水分が例えば１００ｐｐｍ以下になるように調製されている。原料貯留部６２は、加圧部６２ａに接続されており、この加圧部６２ａから供給されたＡｒガス等によって原料貯留部６２内を加圧することにより、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳをガスシャワーヘッド５８へ向けて押し出すことができるようになっている。
【００３９】
また、原料ガス供給路６１には、液体マスフローコントローラやバルブを含む流量調整部６３及び、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを気化するためのベーパライザ６４が上流からこの順に介設されている。ベーパライザ６４はキャリアガス供給源６５から供給されたキャリアガスであるＨ２ガスと接触混合させてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳを気化させ、ガス室５９に供給する役割を果たす。なお図３中６６は、キャリアガスの流量を調整する流量調整部である。
【００４０】
また原料ガス供給路６１には側路６７の一端が接続されており、側路６７の他端は分岐して、バルブやマスフローコントローラを含む流量調整部６８を介して処理容器５０内の原料ガスの分圧を調整するためのＨ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガスが夫々貯留されたガス供給源６９Ａ、ガス供給源６９Ｂ、ガス供給源６９Ｃに接続されている。各流量調整部６３，６６，６８は制御部１０Ａの制御信号を受けて各ガス及び液体の給断を制御し、処理容器５０内に供給されるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳガスの流量及び分圧が制御される。
【００４１】
第２の搬送室２１に接続された他の各モジュールについて簡単に説明する。加熱モジュール７１はウエハＷを加熱して、その表面に吸着されている水分や有機物を飛散させて除去するモジュールである。また還元モジュール７２はアルコール、アルデヒド、カルボン酸などの有機酸例えば蟻酸を含んだ蒸気をウエハＷに供給しながらウエハＷを加熱して、ウエハＷの表面のＣｕを還元するモジュールである。ＣｕＭｎ成膜モジュール７３は例えばＣＶＤにより合金層であるＣｕＭｎ膜をウエハＷに成膜するモジュールである。アニールモジュール７４は、微量の酸素を含有させたＮ２ガスなどの不活性ガスをウエハＷに供給しながらウエハＷを加熱処理するモジュールである。これらのモジュール７１〜７４はウエハＷに供給されるガスやウエハＷの処理温度などが異なることを除いてＣｕＣＶＤモジュール５と略同様に構成されている。なおＣｕＭｎ成膜モジュール７３はスパッタによりＣｕＭｎ膜を成膜するモジュールであってもよい。
【００４２】
続いて上述の半導体成膜装置１により処理を受けるウエハＷについて説明する。この半導体製造装置１に搬送される前にウエハＷ表面においては、図４（ａ）に示すようにＳｉＯ２（酸化シリコン）からなる層間絶縁膜８１中にＣｕが埋め込まれて下層配線８２が形成されており、前記層間絶縁膜８１上にはバリア膜８３を介してＳｉＯ２からなる層間絶縁膜８４が積層されている。図中８１ａはＣｕバリア膜である。そして、この層間絶縁膜８４中にはトレンチ８５ａと、ビアホール８５ｂとからなる凹部８５が形成されており、凹部８５内には下層配線８２が露出している。以下に説明するプロセスは、この凹部８５内にＣｕを埋め込み、下層配線８２と電気的に接続される上層配線を形成するものである。なお層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を例に挙げたが、ＴＥＯＳ膜であってもよいし、以下に記すＬｏｗ−ｋ膜、例えばＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＨ、ポーラスシリカ、ポーラスメチルシルセスキオキサン、ＳｉＬＫ（ダウケミカル社の登録商標）やポリアリレンなどの有機膜などであってもよい。
【００４３】
上層配線が形成されるプロセスについて凹部８５の変化を示した図４、図５及び半導体製造装置１内でのウエハＷの搬送経路を示した図６も参照しながら説明する。キャリアＣが半導体製造装置１に搬送されてロードポート１１に載置され、第１の搬送室１２に接続される。次いでゲートドアＧＴおよびキャリアＣの蓋が同時に開かれて、キャリアＣ内のウエハＷが第１の搬送手段１５によって第１の搬送室１２内に搬入され、アライメント室１４に搬送されて、その向きや偏心の調整が行われた後、ロードロック室１３ａ（または１３ｂ）に搬送される。このロードロック室１３ａ（または１３ｂ）内の圧力が調整された後、ウエハＷは第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）によってロードロック室１３ａ（または１３ｂ）から真空雰囲気に保たれている第２の搬送室２１に搬入され、続いてウエハＷは加熱モジュール７１に搬送される（図６中経路Ｔ１）。
【００４４】
加熱モジュール７１にて、ウエハＷは所定の時間、加熱され、その表面に付着した水分及び有機物などが飛散して、除去される（図４（ｂ））。加熱処理が終了すると、第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）はウエハＷを加熱モジュール７１から取り出し、ＣｕＭｎ成膜モジュール７３に搬送する（図６中経路Ｔ２）。
【００４５】
ウエハＷはＣｕＭｎ成膜モジュール７３に搬送されると、Ｃｕ及びＭｎを含むガスの供給を受けながら加熱され、その表面に凹部８５にＣｕを埋め込むためのシード層であるＣｕＭｎ膜８６が成膜される（図４（ｃ））。ＣｕＭｎ成膜後、第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）はウエハＷを、Ｈ２プラズマ還元モジュール３に搬送し（図６中経路Ｔ３）、当該Ｈ２プラズマ還元モジュール３に搬送されたウエハＷは昇降ピン３３ｂを介してステージ３２に載置され、然る後ヒータ３４により所定の温度に加熱される。
【００４６】
続いて排気手段３９により処理容器３１内が真空引きされ、ガスノズル４１からＨ２ガス、Ｎ２ガス及びＡｒガスが夫々所定の流量で処理容器３１内に供給されて処理容器３１内が所定の圧力に維持されると、高周波電源３６Ｂから処理容器３１内に高周波電磁波が導入され、ステージ３２と透過板３５との間に各ガスのプラズマが形成されて、プラズマ中のＨ２の活性種により、ウエハＷ表面のＣｕＭｎ膜８６が還元される（図４（ｄ））。還元処理中のウエハＷの温度は、例えば２５０℃以下に保たれる。プラズマ形成後、所定の時間が経過すると、高周波電源３６Ｂからの高周波電磁波の供給及びガスノズル４１からの各ガスの供給が停止し、ウエハＷは昇降ピン３３ｂを介して第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）に受け渡され、ＣｕＣＶＤモジュール５に搬送される（図６中経路Ｔ４）。
【００４７】
ＣｕＣＶＤモジュール５に搬送されたウエハＷは、昇降ピン５２ｂを介してステージ５１に載置され、ヒータ５１ａにより、例えばその温度が１００℃〜２００℃であり、その中心部の温度が例えば１５０℃になるように加熱され、また処理容器５０の内壁の温度が例えば６０℃に昇温する。続いて真空ポンプ５６により処理容器５０内が所定の真空度になるように真空引きされ、然る後ガス供給源６９Ａ，６９Ｂ，６９ＣからＨ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガスが夫々所定の流量で側路６７及び原料ガス供給路６１を介して処理容器５０内に供給されて、処理容器５０内が所定の圧力に維持される。その処理容器５０内に所定の流量で例えばＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳガスをキャリアガスであるＨ２ガスと共に供給し、処理容器５０内の圧力が所定の圧力に保たれる。供給されたＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳガス中のＣｕがウエハＷの表面に堆積して、凹部８５にＣｕ８７が埋め込まれる（図４（ｅ））。
【００４８】
例えば所定の時間が経過した後、ウエハＷの加熱と、処理容器５０内への各ガスの供給とが停止し、ウエハＷが昇降ピン５２ｂを介して、第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）に受け渡され、第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）はウエハＷをアニールモジュール７４に搬送する（図６中経路Ｔ５）。このアニールモジュール７４においてウエハＷは微量の酸素を含有させたＮ2ガスの供給を受けながら酸素雰囲気において所定の温度例えば３５０℃で加熱される。
【００４９】
このアニール処理により、図５（ｆ）に示すようにＣｕＭｎ膜８６中のＭｎが膜中のＣｕから排出されるようにＳｉＯ2膜８４側に向かって、膜中のＣｕとＭｎとの分離が進行し、ＳｉＯ2膜８４との界面に拡散したＭｎは、ＳｉＯ2と反応してＣｕのＳｉＯ2膜８４への拡散を防ぐバリア層として機能するＭｎＳｉｘＯｙ膜８８となる。なお背景技術の欄で説明したように前記ＭｎはＳｉＯ2膜８４の表面に吸着しているＯと反応することによりＭｎＯが形成されている可能性もあるがここでは便宜上ＭｎＳｉｘＯｙが形成されているものとして説明する。またＣｕＭｎ膜８６に含まれる、ＭｎＳｉｘＯｙ膜８８の形成に使われずに残ったＭｎが、ＣｕＭｎ膜８６中を当該膜８６の表面側へと拡散して、ＣｕＭｎ膜８６からＣｕ膜８９が形成される。そしてＣｕＭｎ膜８６表面に拡散したＭｎは、さらに凹部８５に埋め込まれたＣｕ８７中をウエハＷの表面側へと拡散してウエハＷの表面に偏析し、ＭｎＯ膜８０を形成する（図５（ｆ））。
【００５０】
アニール処理が終了すると、第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）はアニールモジュール７４からウエハＷを取り出し、ロードロック室１３ａ（または１３ｂ）を介して第１の搬送手段１５にウエハＷを受け渡して、第１の搬送手段１５がキャリアＣにウエハＷを戻す（図６中経路Ｔ６）。アニールモジュール７４からウエハＷを取り出す際には、アニールモジュール７４にて使用した酸素が第２の搬送室２１内部に流れ出ないよう、その処理容器内を十分に不活性ガスでパージして、または十分に真空引きして、その処理容器内の残留酸素濃度が極力低くなるようにしてからゲートバルブＧを開けるようにする。キャリアＣ中のすべてのウエハＷについて一連の処理が終了し、すべてのウエハＷがキャリアＣに戻されると、例えば不図示の搬送手段によりキャリアＣは半導体製造装置１の外部のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置に搬送され、図５（ｇ）に示すように凹部８５からあふれたＣｕ８７と、ウエハＷ表面のＭｎＯ膜８０、Ｃｕ膜８９及びＭｎＳｉｘＯｙ膜８８が除去され、下層配線８２と電気的に接続される上層配線８Ａが形成される。
【００５１】
上述の半導体製造装置１においては、Ｈ２プラズマ還元モジュール３にてプラズマにより生成した水素の活性種を用いてウエハＷの凹部８５表面に成膜されたＣｕＭｎ膜８６を還元した後、真空雰囲気である第２の搬送室２１を介してウエハＷをＣｕＣＶＤモジュール５に搬送し、凹部８５にＣｕを埋め込んでいる。水素の活性種を用いることにより、ウエハＷの加熱温度を抑えて、加熱によるＣｕＭｎ膜８６の凝集や層間絶縁膜８１，８４の脱ガスによる分解などの各膜へのダメージを抑えると共に余剰のＭｎの表面酸化物が除去されるので、Ｃｕの埋め込み後に余剰のＣｕＭｎ膜８６中のＭｎがＣｕ中を拡散してウエハＷの表面側へ移動することができる。従って、上層配線８Ａの抵抗が上昇することが抑えられる。また前記アニールの処理時間が長くなることが抑えられるため、スループットの低下を抑えることができる。
このように半導体製造装置１は、アニール処理を３５０℃で行うので自己形成バリア用の金属としては例えばＮｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｔｃ及びＲｅなどのＭｎ以外の金属を用いてもよいが、その酸化物が３５０℃以下で還元されないものにより構成される場合に特に有効である。
【００５２】
また上記実施形態においてはＣｕＭｎ膜８６の成膜後から凹部８５にＣｕ８７を埋め込むまで一貫して真空雰囲気でウエハＷを処理している。従ってこの間にウエハＷの周囲の酸素及び水分の量が抑えられているため、ＣｕＭｎ膜８６中のＭｎが酸化されることがより抑えられる。  
さらにＣｕＭｎ膜８６中のＭｎの酸化を抑制するためには、ＣｕＭｎ膜８６の成膜工程及びＣｕ８７埋め込み工程における処理容器内の水分分圧を１０−５Ｐａ以下にすることが好ましい。
【００５３】
ＣｕＭｎ膜８６を還元するための水素の活性種は他の方法により生成してもよく、例えば上記のようなＨ２プラズマ還元モジュール３の代わりに、処理容器内に熱フィラメント例えば高温のタングステンフィラメントと当該タングステンフィラメントにＨ２ガスを供給するガス供給機構とが設けられ、そのフィラメントに供給されたＨ２ガスから水素の活性種が生じて、処理容器内の基板に還元処理を行うようなモジュールを第２の搬送室２１に接続してもよい。
【００５４】
またＣｕＭｎ成膜モジュール７３を第２の搬送室２１に接続する代わりに、このＣｕＭｎ成膜モジュール７３に対応するＣｕＭｎ成膜装置を半導体製造装置１の外部に設けて、このＣｕＭｎ成膜装置にてウエハＷにＣｕＭｎ膜８６を成膜した後、当該ウエハＷを半導体製造装置１に搬入して、Ｈ２プラズマ還元モジュール３によるＣｕＭｎ膜８６の還元処理、ＣｕＣＶＤモジュール５によるＣｕ８７の埋め込みを順次行うようにしてもよい。
【００５５】
上記実施形態のようにＣｕＭｎ成膜モジュール７３におけるシード層形成工程がＣＶＤにより行われる場合、ウエハＷは所定の温度に加熱されていることから、上述のアニール効果がシード層形成工程において発現されることも有り得る。その場合であっても、ＣｕＭｎ成膜モジュール７３による処理後、凹部８５の表面に析出したＭｎは、Ｈ2プラズマ還元モジュール３による処理で還元され、ＣｕＣＶＤ成膜モジュール５によりＣｕ８７の埋め込み後、アニールモジュール７４による処理でＣｕ８７の表面に析出できるので、上述した、配線中にＭｎが残ることが抑えられる効果が得られる。
また、ＣｕＣＶＤモジュール５におけるＣｕ埋め込み工程では、ウエハＷは所定の温度に加熱されていることから、上述のアニール効果がＣｕ埋め込み工程において発現されることも有り得る。その場合においても上述の効果が得られる。シード層形成工程もしくは、Ｃｕ埋め込み工程で十分なアニール効果が得られる場合にはアニールモジュール７４での処理を省略することもできる。  
さらに上記実施形態においてはＣＶＤによるＣｕＭｎシード層成膜をそのまま継続する、つまりＣｕＭｎ成膜モジュール７３においてＣｕＭｎシード層成膜後も続けてウエハＷに処理ガスを供給することにより、ＣｕＭｎで凹部８５の埋め込みまで行ってもよい。このようにＣｕＭｎで凹部８５を埋め込んだ後は、例えばＨ２プラズマ還元モジュール３→アニールモジュール７４の順にウエハＷを搬送し、上記のようにアニール処理によってＭｎＳｉｘＯｙ膜８８を形成すると共に余剰のＭｎをウエハＷの表面側に移動させるようにしてもよい。
【００５６】
（第２の実施形態）
続いて図７に示した第２の実施形態である半導体製造装置９について、半導体製造装置１との相違点を中心に説明する。図中、半導体製造装置１と同様の構成を有する各部については、半導体製造装置１に用いた符号と同一の符号を付して示している。この半導体製造装置９にはシード層の成膜前に水及び有機物を除去するための加熱モジュール７１とシード層を形成した後に当該シード層を還元するためのＨ２プラズマ還元モジュール３とが設けられていない。また半導体製造装置９は、第２の搬送室２１と異なる構成を有する第２の搬送室２Ａを備えており、後述のように第２の搬送室２Ａ内は還元雰囲気とされる。またこの実施形態においてはＣｕＭｎ膜８６の成膜前に還元モジュール７２による下層配線８２の還元処理が行われる。
【００５７】
第２の搬送室２Ａの構成について、その縦断面を示した図８を参照しながら説明する。第２の搬送室２Ａの筐体２０の天井部には平板状のガスシャワーヘッド２３が設けられている。ガスシャワーヘッド２３の下面には多数のガス供給孔２３ａが分散して厚さ方向に開口しており、ガスシャワーヘッド２３の内部には各ガス供給孔２３ａに連通するガス流路２３ｂが形成されている。またガス流路２３ｂは、ガスシャワーヘッド２３の上部にその一端が接続されているガス供給管２４に連通している。
【００５８】
ガス供給管２４の他端側は分岐してガス供給源２５Ａ〜２５Ｃに接続されている。ガス供給源２５Ａ，２５ＢにはパージガスであるＮ２（窒素）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスが夫々貯留されており、ガス供給源２５Ｃには還元ガスであるＨ２（水素）ガスが貯留されている。なお後述するように還元ガスとしてはＨ２の代わりにＣＯ（一酸化炭素）ガスを用いてもよい。また分岐したガス供給管２４には、各々マスフローコントローラやバルブを含んだガス供給制御部２６が介設されており、ガス供給制御部２６は、制御部１０Ａからの制御信号を受けて第２の搬送室２Ａ内への各ガスの給断を制御する。
【００５９】
筐体２０の底部には排気口９１が開口しており、この排気口９１には排気管９２の一端が接続されている。排気管９２には上流側から圧力制御バルブ９３、第２の搬送室２Ａ内に高真空を形成するためのターボポンプ９４、ターボポンプ９４の真空排気を補助するドライポンプ９５、Ｈ２除害装置９６がこの順に介設されており、排気管９２の他端は、例えば半導体製造装置９が設置される工場の屋外に設けられた排ガス洗浄装置（スクラバ）に接続されている。またドライポンプ９５は、Ｎ2ガス供給管９７Ａを介してＮ２ガス供給源９７に接続されており、排気口９１に流れ込んだ第２の搬送室２Ａからの排ガスは当該ドライポンプ９５の下流側でＮ2ガス供給源９７からのＮ２ガスと混合されることで希釈される。その希釈されたガスが前記Ｈ２除害装置９６に流入し、その中に含まれるＨ２ガスが除害されて、前記排ガス洗浄装置に流入するようになっている。
【００６０】
また第２の搬送室２Ａには当該室内の圧力を検出する圧力計９８が接続されており、圧力計９８はその検出結果に対応する検出信号を制御部１０Ａに送信し、制御部１０Ａはその検出信号に基づいて、圧力制御バルブ９３に制御信号を送り、その圧力制御バルブ９３の開度が調整され、搬送室２Ａ内の圧力が制御されるようになっている。
【００６１】
また排気管９２において圧力制御バルブ９３とターボポンプ９４との間には、当該管９２内のＨ２及びＨ２Ｏの各ガスの濃度を検出するための例えば四重極質量分析計（Ｑ−ｍａｓｓ）を含んだモニター装置９９が接続されている。このモニター装置９９は、その検出結果に対応する検出信号を制御部１０Ａに送信し、制御部１０Ａはその検出信号及び圧力計９８から送信された検出信号に基づいて、前記各ガスの分圧を演算し、その演算結果に基づいてガス供給制御部２６に制御信号を送り、第２の搬送室２ＡへのＨ２ガスの供給を制御すると共に、第２の搬送手段２２ａ，２２ｂに制御信号を送り、当該搬送手段２２ａ，２２ｂの動作を制御して、後述するように還元モジュール７２、ＣｕＭｎ成膜モジュール７３、ＣｕＣＶＤ成膜モジュール５、アニールモジュール７４、ロードロック室１３ａ，１３ｂ間にてウエハＷを搬送するタイミングを制御する。
【００６２】
鉄鋼便覧より引用したエリンガム図によると、雰囲気中に還元ガスであるＨ２ガス及びＣＯガスが存在しない場合、配線を構成するＣｕ及び後述の合金層中の添加金属であるＭｎ表面が酸化しないために要求される酸素分圧はきわめて低く、基板の温度が３００℃であるとしたとき、Ｃｕの酸化が行われないためには、酸素分圧（Ｏ２解離ポテンシャル）を１０-２２ａｔｍまで下げなければならず、またＭｎの酸化が行われないためには酸素分圧は１０−６０ａｔｍまで下げなければならないことが示されている。これらの値は通常の真空ポンプによっては実現不可能な値であるが、雰囲気中にＨ２ガスまたはＣＯガスを供給することで、要求されるＯ２解離ポテンシャルの値を引き上げることができ、Ｈ２／Ｈ２Ｏ分圧比またはＣＯ／ＣＯ２分圧比によって、これらＣｕ及びＭｎの酸化を制御できるようになることが前記エリンガム図に示されている。
【００６３】
例えばウエハＷが第２の搬送室２Ａに搬入される際には、このエリンガム図に従って第２の搬送室２Ａ内の雰囲気が、Ｍｎ及びＣｕの酸化が起こらない雰囲気、すなわちこれらの元素の酸化物の還元が起こりうる還元雰囲気になるように制御される。エリンガム図よりウエハＷの温度が３００℃である場合において、Ｍｎの還元雰囲気を形成するためにはＨ２／Ｈ２Ｏ分圧比を１０１１／１まで上げる必要があり、またＣｕの還元雰囲気を形成するためにはＨ２／Ｈ２Ｏ分圧比を１０８／１まで上げる必要がある。制御部１０Ａは第２の搬送室２ＡにウエハＷが搬入される際には、このような分圧比を保つことができるように排気及び各ガスの供給を制御する。
【００６４】
上記半導体製造装置９においてウエハＷは、第１の実施形態と同様にキャリアＣ→第１の搬送室１２→ロードロック室１３ａ（１３ｂ）の順で搬送され、このロードロック室１３ａ（１３ｂ）内における圧力が調整されるときに、パージガスであるＮ2ガス及びＡｒガスが供給されると共にドライポンプ９５及びターボポンプ９４により搬送室２Ａ内が真空排気され、第２の搬送室２Ａ内に残留しているガスが除去される。続いてＮ2ガス及びＡｒガスの供給が停止すると共に還元ガスであるＨ２ガスが第２の搬送室２Ａ内に供給されて、第２の搬送室２Ａ内の雰囲気が、エリンガム図に従って３００℃にてＣｕ及びＭｎの酸化が起こらない還元雰囲気に保たれる。
【００６５】
第２の搬送室２Ａに前記還元雰囲気が形成されると、ウエハＷは第２の搬送手段２２ａ（または２２ｂ）により第２の搬送室２Ａに搬送され、然る後、還元モジュール７２→ＣｕＭｎ成膜モジュール７３→ＣｕＣＶＤ成膜モジュール５→アニールモジュール７４→ロードロック室１３ａ（１３ｂ）→第１の搬送室１２→キャリアＣの順に搬送される。
【００６６】
上記の半導体製造装置９においては、ＣｕＭｎ成膜モジュール７３と、ＣｕＣＶＤモジュール５間に介在する第２の搬送室２Ａ内にＨ２ガス及びＣＯガスを供給し、当該搬送室２Ａ内をＣｕ及びＭｎの酸化が抑えられた還元雰囲気としているため、ウエハＷの搬送中において、凹部８５に成膜されたＣｕＭｎ膜８６が酸化されてＣｕＯまたはＣｕ２Ｏ（酸化銅、以降便宜上簡単にＣｕＯと記述する）及びＭｎＯが形成されることが抑えられる。従って上層配線８Ａの配線抵抗が上昇することが抑えられ、配線の信頼性の向上を図ることができる。
【００６７】
この半導体製造装置９は凹部８５に例えばＴａ／ＴａＮ／Ｔａの積層体からなる、自己形成バリア膜を構成しないバリア膜が形成されたウエハＷを搬送する場合においても、その酸化を抑えることにより配線抵抗の上昇を抑えることができるため有効である。
【００６８】
また凹部８５の底部に露出した下層配線８２は、半導体製造装置９に搬送されるまでに酸化して、ＣｕＯとなっている場合があるが、還元モジュール７２により還元され、その後ＣｕＭｎ膜８６が成膜されるまでにその露出した下層配線８２が雰囲気中に存在する酸素によって酸化することが抑えられる。従って上層配線８Ａと下層配線８２との間の配線抵抗が抑えられ、またＣｕＭｎ膜８６が前記ＣｕＯの酸素により酸化されることが抑えられることによって、上層配線８Ａの配線抵抗が上昇することがより確実に抑えられる。なお第１の実施形態においてもＣｕＭｎ膜８６を成膜する前にウエハＷを還元モジュール７２において処理して下層配線８２を還元し、然る後ウエハＷをＣｕＭｎ成膜モジュール７３に搬送して成膜を行ってもよい。
【００６９】
なお第２の実施形態においてＨ２ガスの代わりにＣＯガスを第２の搬送室２Ａ内に供給する場合は、モニター装置９９はＣＯガス、ＣＯ２ガスの各濃度を測定できるように構成され、また制御部１０Ａはその測定結果及び圧力計９８の測定結果からこれらの各ガスの分圧を演算するように構成される。そしてエリンガム図より３００℃でＭｎが酸化しないためにはＣＯ／ＣＯ２分圧比を１０１０／１まで上げる必要があり、またＣｕが酸化しないためにはＣＯ／ＣＯ２分圧比を１０９／１まで上げる必要があるため、第２の搬送室２ＡにウエハＷを搬入する際には、そのようにＣｕ及びＭｎが酸化されないＣＯ及びＣＯ２の分圧比が形成されるように制御部１０Ａが前記演算結果に基づき、第２の搬送室２Ａ内へのガスの供給を制御する。
【００７０】
この第２の実施形態の第２の搬送室の構成を第１の実施形態に適用して、半導体製造装置１の第２の搬送室２１内が還元雰囲気になるようにしてもよい。また背景技術の欄で示した課題を解決するためには、上記の第２の実施形態において第２の搬送室２Ａを還元雰囲気とせず真空雰囲気としてもよい。
【００７１】
続いて半導体製造装置１が適用された、上述のようにウエハＷの表面に配線を形成する基板処理システム１１０について図９を参照しながら説明する。図中１１１は上述のＣＭＰ装置であり、矢印で示すようにこの半導体製造装置１とＣＭＰ装置１１１との間でキャリアＣが、自動搬送ロボット１１２により搬送される。
【００７２】
また各装置１，１１１及び自動搬送ロボット１１２を制御する制御部１１３は、半導体製造装置１の制御部１０Ａと、上記のようにウエハＷに配線が形成されるように、各装置１，１１１及び自動搬送ロボット１１２の動作を統制するホストコンピュータとを含んでいる。
【００７３】
なお各実施形態の半導体製造装置１，９において、各処理工程は上述のように個別の処理容器で行われるように構成されていてもよいし、例えばＨ２プラズマ処理によるＣｕＭｎ膜８６の還元処理と凹部８５へのＣｕの埋め込みとを共通の処理容器中で行うというように、複数の処理工程を１つの処理容器で行うように構成されていてもよい。
【００７４】
またシード層としてＣｕＭｎ膜８６を形成しているが、ＣｕＭｎ膜８６の代わりに凹部８５表面にＣＶＤによりＭｎ膜を形成してバリア膜を形成してもよい。そのようにＭｎ膜を成膜する場合、例えば用いる成膜原料や処理温度が異なる他は、既述のＣｕＣＶＤモジュール５と同様に構成されたＣＶＤモジュールが用いられる。また、ＣｕＭｎ膜８６や前記Ｍｎ膜の成膜は上記のような熱ＣＶＤに限らず、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤによるものであってもよく、例えばこれらＣＶＤの一種であり、処理容器内へのガスの供給を制御して、原子層あるいは極めて薄い分子層を順次積層してＣｕＭｎを成膜するようなＡＬＤなどの手法を用いてもよい。またＰＶＤや超臨界法により成膜を行うこともできる。
【００７５】
還元モジュール７２において、凹部８５に露出した下層配線８２のＣｕＯを還元する有機酸ガスとしては、例えば蟻酸以外にＨ（ｈｆａｃ）（ヘキサフルオロアセチルアセトン）、ＴＦＡＡ（トリフルオロ酢酸）、酢酸などが用いられる。また還元モジュール７２は還元ガスである水素ガスを供給しながらウエハＷを加熱するように構成されてもよく、その他にこの還元モジュール７２はＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）からなる管を備え、その管内で生成された極低酸素分圧の不活性ガスを流して加熱処理を行うことで前記還元が行われるように構成されてもよい。また上記の配線形成工程において、加熱モジュール７１による加熱処理後、ウエハＷを還元モジュール７２に搬送する代わりにＨ２プラズマ還元モジュール３に搬送して前記ＣｕＯの還元を行った後、ＣｕＭｎ成膜モジュール７３に搬送して成膜を行うように搬送経路を設定してもよいし、またこれらの還元処理を行う代わりに、第２の搬送室２１にスパッタモジュールを接続し、凹部８５の表面をスパッタしてエッチングし、前記ＣｕＯを除去して当該ＣｕＯによるＣｕＭｎ膜８６の酸化を抑えるようにしてもよい。さらに前記ＣｕＯを除去するに当たっては、有機酸により凹部８５をエッチングすることにより行ってもよい。その場合装置としては、例えば還元モジュール７２と同様に構成された、ウエハＷに有機酸のガスを供給することができる構成を有するエッチングモジュールが用いられるが、ウエハＷに供給される有機酸のガス流量や処理容器内の圧力などの処理条件は、適切にエッチングが行えるように調整される。
【００７６】
各半導体製造装置は、配線を形成する場合のみならず、トランジスタの電極例えばゲートとその上部の配線層とを接続するコンタクトプラグにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の半導体製造装置の平面図である。
【図２】前記半導体製造装置に設けられるＨ２プラズマ還元モジュールの縦断面図である。
【図３】前記半導体製造装置に設けられるＣｕＣＶＤモジュールの縦断面図である。
【図４】前記半導体製造装置により配線が形成される様子を示した工程図である。
【図５】前記半導体製造装置により配線が形成される様子を示した工程図である。
【図６】前記半導体製造装置におけるウエハＷの搬送経路を示した説明図である。
【図７】他の発明の半導体製造装置の平面図である。
【図８】前記半導体製造装置に含まれる第２の搬送室の縦断面図である。
【図９】前記半導体製造装置を含んだ基板処理システムの構成図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，９        半導体製造装置
１０Ａ        制御部
１２          第１の搬送室
２１，２Ａ    第２の搬送室
３            Ｈ２プラズマ還元モジュール
５            ＣｕＣＶＤ成膜モジュール
７２          還元モジュール
７３          ＣｕＭｎ成膜モジュール
７４          アニールモジュール
８５          凹部
８６          ＣｕＭｎ膜
【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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【図８】
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【図９】
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