(57)【要約】【課題】低誘電率な層間絶縁膜のダメージを十分に修復することで、配線信頼性を向上させることを可能とする。【解決手段】層間絶縁膜２１に配線溝２３および接続孔２２の少なくとも一方を形成する工程でのプラズマ処理により、プラズマダメージを受けた層間絶縁膜２１のダメージ層３１を修復する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記層間絶縁膜２１のダメージ層３１の修復工程は、プラズマダメージを修復するためのダメージ修復剤４１に前記層間絶縁膜２１のダメージ層３１をさらすとともに、該ダメージ修復剤４１を加圧することを特徴とする。【選択図】図３
2008010610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理によりダメージを受けた層間絶縁膜のダメージ層を修復する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記層間絶縁膜のダメージ層の修復工程は、
プラズマダメージを修復するためのダメージ修復剤に前記層間絶縁膜のダメージ層をさらすとともに、該ダメージ修復剤を加圧する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記該ダメージ修復剤を加圧する際に、前記層間絶縁膜を加熱する
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】
前記ダメージ修復剤は液体からなり、シラザン系化合物であって、シラザン結合およびメチル基の結合を持つ
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４】
前記ダメージ修復剤は気体からなり、アルキル基を有するシラン系のガスからなる
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５】
前記ダメージ修復剤は気体からなり、炭化水素系ガスからなる
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６】
前記ダメージ層の修復工程は、
前記層間絶縁膜に接続孔を形成した後に行う
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７】
前記ダメージ層の修復工程は、
前記層間絶縁膜に配線溝を形成した後に行う
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８】
前記ダメージ層の修復工程は、
前記層間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成した後に行う
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９】
前記層間絶縁膜は、接続孔が形成される層が無機系絶縁膜で形成され、配線溝が形成される層が有機系絶縁膜で形成されたもので、
前記ダメージ層の修復工程は、
前記有機系絶縁膜に前記接続孔を形成するための開口部が形成された後に行う
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層間絶縁膜のプラズマダメージを修復する工程を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化、微細化に伴い、特に、ＲＣ遅延の低減が必要となり、配線材料、絶縁膜材料の見直しが必要となっている。配線材料としては、従来のアルミニウムに変えて、比抵抗率の低い銅（Ｃｕ）を用いることが主流である。また、絶縁膜材料としては、誘電率の低い低誘電率（Low-k）絶縁膜を用いることが提案されている。低誘電率（Low-k）絶縁膜としては、比誘電率ｋ＜３．０の絶縁膜の研究が進められており、このような低誘電率絶縁膜には、例えば、ＨＳＱ（hydrogen-silsesquioxane）、ＭＳＱ（methyl-silsesquioxane）がある。これら低誘電率絶縁膜は、加工時のプラズマダメージを受けやすく、その結果、吸湿する傾向にある。さらに、誘電率低減を実現するために、ポアを含んでいる場合が多く、上記吸湿現象は著しく加速されてしまう。
【０００３】
この吸湿問題は、バリアメタル膜質が劣化（酸化）を引き起こし、その結果、バリア性劣化による層間絶縁膜中への配線材料中の金属の拡散や、ビアの高抵抗化を来す。さらには、バリアメタルと銅シードとの密着性も劣化させてしまうため、ビアに起因した、ストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション等、深刻な信頼性不良を誘発することになる。
【０００４】
上記問題を回避するための一つの手段として、プラズマダメージを受けた低誘電率（Low-k）絶縁膜を修復する技術が重要である。
【０００５】
ＭＳＱ系の低誘電率（Low-k）絶縁膜がプラズマダメージを受けた場合、膜中のカーボンが抜けることにより、シリコン（Ｓｉ）−炭素（Ｃ）結合がシリコン（Ｓｉ）のダングリングボンドを形成することになるので、水酸基（ＯＨ基）などが吸着することにより吸湿が進行する。ダメージ修復手法としては、メチル基（ＣＨ3）などカーボンを含む液体（例えば、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ：hexa-methyl-disiloxane）を塗布し、アニール処理を行うことにより、水酸基とメチル基を置き換えることが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、更なる高性能化が要求される３２ｎｍノード世代を見据えた場合、Low-k絶縁膜の誘電率として２〜２．２が要求され、膜の低誘電率（Low-k）化に従い、プラズマダメージの深さ方向への影響が深刻な問題となり、深い領域までカーボンが抜けてしまう。例えば、ポーラス低誘電率（Low-k）絶縁膜の炭素欠如領域は、６０ｎｍ程度まで及んでいる（例えば、非特許文献２参照。）。３２ｎｍ世代では、配線、ビアピッチが１００ｎｍ程度まで縮小されることを考慮すると、層間絶縁膜の全領域がダメージ層となることを意味し、許容することは困難と考えられる。また、従来技術のダメージ修復処理では、修復剤がダメージ層中の表面に留まり、したがって、ダメージ修復は表層部のみに限定されてしまい、ダメージ修復としては不十分である。その結果、配線信頼性が劣化が引き起こされ、その問題を解決可能なプラズマダメージ修復技術の確立が必要と言える。
【０００７】
次に、従来のダメージ修復技術の一例を、図１６〜図１９の製造工程断面図によって説明する。
【０００８】
図１６（１）に示すように、基板１１に形成された絶縁膜１２の表面側に、バリア層１３を介して導電層１４が形成されている。この導電層１４は、例えば、銅（Ｃｕ）膜で形成されている。次いで、上記導電層１４を被覆するように、バリア層１５を形成する。このバリア層１５は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法を用いて、窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜で形成される。続いて、配線およびビアが形成される層間絶縁膜２１を形成する。この層間絶縁膜２１は、例えば、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ：Metyl Silsesquioxane）系の多孔質絶縁膜からなり、この多孔質絶縁膜は、誘電率が２程度の低誘電率膜である。
【０００９】
次に、図１６（２）に示すように、上記層間絶縁膜２１上にレジストマスク５１を形成し、接続孔を形成するための開口部５２を形成する。このレジストマスク５１には、例えば、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いる。
【００１０】
次に、図１７（３）に示すように、上記層間絶縁膜２１に接続孔２２を形成する。この接続孔２２の形成はドライエッチングにより行う。このときのエッチングガスには、例えばフッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用い、バリア層１５上まで接続孔２２を形成する。その後、レジストマスク〔前記図１６（２）参照〕は、酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングにより除去する。
【００１１】
上記アッシング処理は、低誘電率絶縁膜である層間絶縁膜２１へのプラズマダメージを最小限に抑えるために、６．７Ｐａ以下、ここでは２．７Ｐａという低圧力条件を適用している。しかしながら、層間絶縁膜２１は低誘電率膜であるが故に、接続孔２２側壁部分にはプラズマダメージが深い位置まで入り、ダメージ層３１が生じた。
【００１２】
次に、図１７（４）に示すように、上記層間絶縁膜２１上にレジストマスク５３を形成し、配線溝を形成するための開口部５４を形成する。このレジストマスク５３には、例えば、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いる。
【００１３】
次に、図１８（５）に示すように、上記層間絶縁膜２１に配線溝２３を形成する。この配線溝２３形成はドライエッチングによりう。このときのエッチングガスには、例えばフッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用いる。その後、レジストマスク〔前記図１７（４）参照〕は、酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングにより除去する。
【００１４】
このアッシング処理は、低誘電率絶縁膜である層間絶縁膜２１へのプラズマダメージを最小限に抑えるために、６．７Ｐａ以下、ここでは２．７Ｐａという低圧力条件を適用している。しかしながら、層間絶縁膜２１は低誘電率膜であるが故に、その表面にはプラズマダメージが深い位置まで入り、さらにダメージ層３１が生じた。
【００１５】
さらに、上記接続孔２２底部のバリア層１５を除去して接続孔２２を延長形成する。この除去加工は、例えばドライエッチングで行い、このドライエッチングのエッチングガスには、フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用いる。その後、接続孔２２底部に露出した導電層１４表面を洗浄する。この洗浄には、例えば有機系洗浄液を用いた。
【００１６】
次に、図１８（６）に示すように、上記層間絶縁膜２１表面に、上記接続孔２２、配線溝２３内部に入りこむように、ダメージ修復剤４１を塗布する。このダメージ修復剤４１には、メチル基（ＣＨ3）および炭素（Ｃ）を含んだ、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ：hexa-methyl-disiloxane）のような溶剤を用いる。そして、ダメージ修復剤４１が塗布された状態でアニール処理を行う。このアニール処理には、例えば、３５０℃、３分の条件を適用した。アニール後は、水洗リンスを行い、不要なダメージ修復剤４１を除去する。このダメージ修復剤４１は、低誘電率（Low-k）絶縁膜からなる上記層間絶縁膜２１と反応するが、接続孔２２底部に露出された導電層１４の銅（Ｃｕ）とは反応しない特徴を有している。
【００１７】
この結果、図１９（７）に示すように、層間絶縁膜２１に生じたダメージ層３１の一部分、特に表層部分の修復が促進され、修復層３５が形成された。しかしながら、層間絶縁膜２１のダメージ層３１は深く、上記修復方法では、ダメージ層３１の十分な修復が行われなかった。
【００１８】
次に、図１９（８）に示すように、上記配線溝２３、接続孔２２の内面を含む上記層間絶縁膜２１表面に、バリア膜２４を形成した後、配線材料のシード層（図示せず）を形成する。上記バリア膜２４は、例えばスパッタ法にて、タンタル（Ｔａ）を７ｎｍの厚さに堆積することで形成し、上記シード層は、例えばスパッタ法にて、銅（Ｃｕ）を４５ｎｍの厚さに堆積することで形成する。
【００１９】
さらに、電解めっき（例えば、ＥＣＰ：Electrochemical Plating）法、もしくは、ＣＶＤ法にて、上記接続孔２２および配線溝２３を埋め込むように配線材料２５を堆積する。この配線材料には、例えば銅（Ｃｕ）を用いた。そして、グレイン成長を目的とするアニール処理（２５０℃、９０秒）を行った。その後、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法によって、層間絶縁膜２１上の余剰な配線材料２５を削りとり、配線溝２３の内部にバリア膜２４を介して配線材料２５からなる配線２６を形成するとともに、接続孔２２の内部にバリア膜２４を介して配線材料２５からなるプラグ２７を形成する。このようにして、いわゆるデュアルダマシン構造の配線を完成させた。
【００２０】
上記層間絶縁膜２１は多大なプラズマダメージを受けているため、そのプラズマダメージにより生じたダメージ層３１は吸湿しており、さらには、層間絶縁膜２１のポアを介した膜中への吸湿も進行している。このため、上記修復処理を実施したものの、十分ではない。例えば、信頼性試験（ストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション）を行ったところ、接続孔２２中に生じたボイド３９起因の不良が多数発生した。この原因は、ダメージ層３１中の水分によりバリア膜２４が酸化して膜質劣化を引き起こし、そのため、バリア膜２４とシード層との密着性が劣化したためと考えられる。
【００２１】
【非特許文献１】「A Plasma Resistanct Ultra Low-k Hybrid Dielectric Structure for 45nm Node Copper Dual-Damascene Interconnects」  International Interconnect Technology Conference 2004  p.228-230、  ２００４年
【非特許文献２】「BEOL Process Integration Technology for ４５ｎｍ Node Porus Low-k／Copper Interconnects」  ＩＩＴＣ（International Interconnect Technology Conference）２００５  p６-８、  ２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
解決しようとする問題点は、低誘電率な層間絶縁膜のダメージ修復が表層部のみに限定されるため、ダメージ修復としては不十分であり、その結果、配線信頼性が劣化するという点である。
【００２３】
本発明は、層間絶縁膜のダメージを十分に修復して、配線信頼性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、プラズマ処理によりダメージを受けた層間絶縁膜のダメージ層を修復する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記層間絶縁膜のダメージ層の修復工程は、プラズマダメージを修復するためのダメージ修復剤に前記層間絶縁膜のダメージ層をさらすとともに、該ダメージ修復剤を加圧することを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法では、プラズマダメージを修復するためのダメージ修復剤に層間絶縁膜のダメージ層をさらすとともに、ダメージ修復剤を加圧することから、ダメージ修復剤がダメージ層の内部にまで浸透しやすくなるので、ダメージ層の全域のプラズマダメージが修復される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ダメージ層の全域のプラズマダメージが修復されるため、層間絶縁膜に形成された配線溝や接続孔の内面に形成されるバリア膜の膜質劣化が抑制されるので、接続孔内部に形成されるプラグの高抵抗化が抑制でき、接続孔に起因したストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーション等の信頼性不良のないバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）プロセスが可能となるという利点がある。よって、信頼性の高い配線構造を有する半導体装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を、図１〜図６の製造工程断面図によって説明する。
【００２８】
図１（１）に示すように、基板１１に形成された絶縁膜１２の表面側に、バリア膜１３を介して導電層（第１配線）１４が形成されている。この基板１１には例えば半導体基板を用いる。ここでは一例としてシリコン半導体基板を用いた。上記導電層１４は、例えば、厚さが６０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜で形成される。次いで、上記導電層１４を被覆するように、バリア層１５を形成する。このバリア層１５は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法を用いて、窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜で形成され、その厚みを３０ｎｍとした。続いて、配線およびビアが形成される層間絶縁膜２１を形成する。この層間絶縁膜２１は、例えば、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ：Metyl Silsesquioxane）系の多孔質絶縁膜からなり、この多孔質絶縁膜は、誘電率が２程度の低誘電率膜である。このような低誘電率膜を、例えば、２５０ｎｍの厚さに成膜する。
【００２９】
上記層間絶縁膜２１は、上記説明したＣＶＤ法で成膜したＭＳＱ系の膜であっても、またはＳＯＧ（Spin on ｇlass）膜であっても構わない。また、上記導電層１４は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等であっても良い。以下、基板１１の図示は省略する。
【００３０】
次に、図１（２）に示すように、上記層間絶縁膜２１上にレジストマスク５１を形成し、接続孔を形成するための開口部５２を形成する。このレジストマスク５１には、例えば、化学増幅型ＡｒＦレジストを用い、直径６０ｎｍの開口部を形成した。
【００３１】
次に、図２（３）に示すように、上記層間絶縁膜２１に接続孔２２を形成する。この接続孔２２形成はドライエッチングにより行う。このときのエッチングガスには、例えばフッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用い、バリア層１５上まで接続孔２２を形成する。その後、レジストマスク〔前記図１（２）参照〕は、酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングにより除去する。
【００３２】
上記アッシング処理は、低誘電率絶縁膜である層間絶縁膜２１へのプラズマダメージを最小限に抑えるために、６．７Ｐａ以下、ここでは２．７Ｐａという低圧力条件を適用している。しかしながら、層間絶縁膜２１は低誘電率膜であるが故に、接続孔２２側壁部分にはプラズマダメージが深い位置まで入り、ダメージ層３１が生じた。
【００３３】
次に、図２（４）に示すように、上記層間絶縁膜２１上にレジストマスク５３を形成し、配線溝を形成するための開口部５４を形成する。このレジストマスク５３には、例えば、化学増幅型ＡｒＦレジストを用い、幅６０ｎｍの配線溝を形成するための開口部５４を形成した。このとき、接続孔２２内部にレジストマスク５３が残る場合もあるが、残っていても、問題はない。
【００３４】
次に、図３（５）に示すように、上記層間絶縁膜２１に配線溝２３を形成する。この配線溝２３形成はドライエッチングにより行い、例えば深さ１４０ｎｍの上記配線溝２３を形成する。このときのエッチングガスには、例えばフッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用いる。その後、レジストマスク５３〔前記図２（４）参照〕は、酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングにより除去する。
【００３５】
このアッシング処理は、低誘電率絶縁膜である層間絶縁膜２１へのプラズマダメージを最小限に抑えるために、６．７Ｐａ以下、ここでは２．７Ｐａという低圧力条件を適用している。しかしながら、層間絶縁膜２１は低誘電率膜であるが故に、その表面にはプラズマダメージによるダメージ層３１が深い位置まで生じた。
【００３６】
さらに、上記接続孔２２底部のバリア層１５を除去して接続孔２２を延長形成する。この除去加工は、例えばドライエッチングで行い、このドライエッチングのエッチングガスには、フッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用いる。その後、接続孔２２底部に露出した導電層１４表面を洗浄する。この洗浄には、例えば有機系洗浄液を用いた。
【００３７】
次に、図３（６）に示すように、上記層間絶縁膜２１表面に、上記接続孔２２、配線溝２３内部に入りこむように、ダメージ修復剤４１を塗布する。このダメージ修復剤４１には、シラザン系化合物であって、シラザン結合〔珪素−窒素結合（Ｓｉ−ｎ結合）〕およびメチル基（ＣＨ3）の結合を持つ薬液を用いる。このような薬液としては、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ：hexa-methyl-disiloxane）がある。または、上記ダメージ修復剤４１には、アルキル基を有するシラン系のガス、もしくは、炭化水素系ガスを用いることもできる。アルキル基を有するシラン系ガスとしては、トリメチルシラン（３ＭＳ）、テトラメチルシラン（４ＭＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、ジメチルフェニルシラン（ＤＭＰＳ）、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、ジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ）などが挙げられる。また、炭化水素系ガスとしては、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）等のパラフィン炭化水素ガス、およびエチレン（Ｃ2Ｈ4）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）等のオレフィン炭化水素ガス、およびアセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アリレン（Ｃ3Ｈ4）等のアセチレン系炭化水素ガスが挙げられる。
【００３８】
上記ダメージ修復剤４１の塗布条件としては、例えば基板の回転数を２０００ｒｐｍとし、１０sec間回転させた後、１００ｒｐｍの低速回転に以降し、その状態を３sec持続する。このようなシーケンスとすることで、層間絶縁膜２１表面上にも１００ｎｍ程度の厚さにダメージ修復剤４１を塗布した。回転数は膜の粘度に依存するが、振りきり無しのシーケンスを用いることで、接続孔２２内部、配線溝２３内部への埋め込みと、層間絶縁膜２１表面（フィールド部分）へのダメージ修復剤４１の堆積が可能となる。
【００３９】
その後、層間絶縁膜２１がダメージ修復剤４１にさらされた状態で、ダメージ修復剤４１を加圧するとともに、層間絶縁膜２１を加熱処理（アニール処理）する。上記ダメージ修復剤４１の加圧の圧力は、大気圧よりも高く設定する。例えば大気圧を１０１ｋＰａとすれば、１０２ｋＰａ〜１３５ｋＰａ程度の圧力とする。この圧力は、ダメージ修復剤４１の種類によって、適宜変更可能である。要するに、ダメージ修復剤４１が層間絶縁膜２１に生じたダメージ層３１の内部に十分に浸透するような加圧力であればよい。このように、加圧することで、ダメージ修復剤４１がダメージ層３１の内部に十分に浸透することができる。また、ダメージ修復剤４１にさらされている間、層間絶縁膜２１は加熱処理されることが好ましい。これにより、ダメージの修復反応が促進される。ここでいうダメージの修復とは、層間絶縁膜２１の膜質が成膜直後の状態にまで修復されることである。例えば、層間絶縁膜２１の吸湿性についてみると、プラズマダメージにより吸湿性が高められるが、このダメージ修復により吸湿性が低下し、成膜直後の状態にまで回復することである。
【００４０】
また、上記ダメージ修復剤が気体の場合には、密閉容器（図示せず）内に層間絶縁膜２１が形成された基板を入れて、密閉容器内にダメージ修復剤４１のガスを充填する。その際、大気圧よりも高い圧力にダメージ修復剤４１のガスを封入する。例えば大気圧を１０１ｋＰａとすれば、１０２ｋＰａ〜１３５ｋＰａ程度の圧力とする。この圧力は、ダメージ修復剤４１の種類によって、適宜変更可能である。要するに、ダメージ修復剤４１が層間絶縁膜２１に生じたダメージ層３１の内部に十分に浸透するような加圧力であればよい。このように、加圧したガスを封入することで、ダメージ修復剤４１がダメージ層３１の内部に十分に浸透することができる。また、ガスが封入されている間、層間絶縁膜２１は加熱処理されることが好ましい。これにより、ダメージの修復反応が促進される。
【００４１】
上記層間絶縁膜２１の加熱処理はダメージ修復剤４１がダメージ層３１に十分に浸透した後に行うこともできる。例えば、ダメージ層３１に浸透したダメージ修復剤が放出されないような加圧された条件にてアニール処理を行う。このアニール条件としては、基板上に形成された部材が変質、変形を起こさない温度以下で行うことが求められる。ここでは、例えば、３５０℃、３分間をアニール処理を施し、ダングリングボンドに吸着している水酸基などを、メチル基に置換することでダメージ修復を行った。また、このアニール処理は２気圧〜３気圧の加圧下で行うことが好ましく、加圧下で行うことによりダメージ修復剤４１をダメージ層３１に十分に行き渡らせることができるので、ダメージ修復が可能となる。
【００４２】
ダメージ修復剤４１にＨＭＤＳを用いた場合、ダメージ層３１内では、〔２Ｓｉ−ＯＨ〕＋〔（ＣＨ3）3ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ3）3〕→２〔Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ3）3〕＋ＮＨ3↑なる反応を起こし、ＭＳＱからなる層間絶縁膜２１のダメージ層３１のダメージが修復される。層間絶縁膜２１がシリコン系無機絶縁膜で形成されている場合には、上記反応が起こり、プラズマによるダメージが修復される。
【００４３】
同様に、上記ダメージ修復剤４１としてあげた薬液、ガス等によれば、ダングリングボンドに吸着している水酸基などを、メチル基に置換することでダメージの修復がなされる。
【００４４】
上記修復工程を経ることによって、図４（７）に示すように、層間絶縁膜２１に生じていたダメージ層３１の全域は修復され、修復層３５になる。
【００４５】
その後、アニール後は、水洗リンスを行い、不要なダメージ修復剤４１〔前記図３（６）参照〕を除去する。上記に挙げたダメージ修復剤４１は、低誘電率（Low-k）絶縁膜からなる上記層間絶縁膜２１と反応するが、接続孔２２底部に露出された導電層１４の銅（Ｃｕ）とは反応しない特徴を有している。なお、溶剤塗布後の加圧とアニール時の加圧は両方行うことがダメージ修復の観点よりもっとも有効であるが、溶剤塗布後の加圧のみであっても構わない。加圧を行うことによりダメージ修復剤４１がダメージ層３１の深い位置まで浸透しているため、十分なダメージ修復が施される。
【００４６】
次に、図４（８）に示すように、上記配線溝２３、接続孔２２の内面を含む上記層間絶縁膜２１表面に、バリア膜２４を形成した後、配線材料のシード層（図示せず）を形成する。上記バリア膜２４は、例えばスパッタ法にて、タンタル（Ｔａ）を７ｎｍの厚さに堆積することで形成し、上記シード層は、例えばスパッタ法にて、銅（Ｃｕ）を４５ｎｍの厚さに堆積することで形成する。
【００４７】
さらに、電解めっき（例えば、ＥＣＰ：Electrochemical Plating）法、もしくは、ＣＶＤ法にて、上記接続孔２２および配線溝２３を埋め込むように配線材料２５を堆積する。この配線材料２５には、例えば銅（Ｃｕ）を用いた。そして、グレイン成長を目的とするアニール処理（２５０℃、９０秒）を行った。その後、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法によって、層間絶縁膜２１上の余剰な配線材料２５を削りとり、配線溝２３の内部にバリア膜２４を介して配線材料２５からなる配線（第２配線）２６を形成するとともに、接続孔２２の内部にバリア膜２４を介して配線材料２５からなるプラグ２７を形成する。このようにして、いわゆるデュアルダマシン構造の配線を完成させた。
【００４８】
上記第１実施例の製造方法では、プラズマダメージを修復するためのダメージ修復剤４１に層間絶縁膜２１のダメージ層３１をさらすとともに、ダメージ修復剤４１を加圧することから、ダメージ修復剤４１がダメージ層３１の内部にまで物理的に押し込まれ浸透しやすくなるので、ダメージ層３１の全域のプラズマダメージが修復される。このため、配線溝２３や接続孔２２の内面に形成されるバリア膜２４の膜質劣化（例えば酸化）が抑制され、またバリア膜２４とシード層との界面の密着性が向上されるので、接続孔２２内部に形成されるプラグ２７の高抵抗化が抑制でき、接続孔２２に起因した、ストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション等信頼性不良のないバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）プロセスが可能となるという利点がある。よって、信頼性の高い配線構造を形成することが可能になる。さらに、上記ダメージ修復処理を行ったことによる配線抵抗、ビア抵抗の増加はなく、また歩留まりの低下もなく、ダメージ修復に伴い、層間容量、線間容量とも１０％低減することができた。
【００４９】
また、図５に示すように、上記ダメージ層３１の修復処理は、層間絶縁膜２１に接続孔２２を形成した後で、配線溝を形成する前に行うことも可能である。
【００５０】
また、図６に示すように、上記ダメージの修復処理は、接続孔２２を開口した後でバリア層１５に接続孔２２の延長形成を行う前に行うことも可能である。また、上記第１実施例に接続孔２２を加工した後のダメージ修復処理、接続孔２２をバリア層１５に延長形成した後のダマシン修復処理を組み合わせて行うことも可能である。
【００５１】
本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を、図７〜図１３の製造工程断面図によって説明する。
【００５２】
図７（１）に示すように、基板１１に形成された絶縁膜１２の表面側に、バリア膜１３を介して導電層（第１配線）１４が形成されている。この基板１１には例えば半導体基板を用いる。ここでは一例としてシリコン半導体基板を用いた。上記導電層１４は、例えば、厚さが６０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜で形成される。この導電層１４は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等で形成されたものであっても良い。次いで、上記導電層１４を被覆するように、バリア層１５を形成する。このバリア層１５は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）法を用いて、窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）膜で形成され、その厚みを３０ｎｍとした。続いて、配線およびビアが形成される層間絶縁膜２１を形成する。
【００５３】
この層間絶縁膜６１は、例えば、３層からなり、下層より、第１絶縁膜６２、第２絶縁膜６３、第３絶縁膜６４からなり、例えば、第１絶縁膜６２は多孔質絶縁膜からなり、第２絶縁膜６３は有機絶縁膜からなり、第３絶縁膜６４は無機絶縁膜からなる。上記多孔質絶縁膜は、誘電率が２程度の低誘電率膜であり、例えばメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ：Metyl Silsesquioxane）系の多孔質膜で、例えば１００ｎｍの厚さに形成される。また、上記有機絶縁膜は、例えばポリアリールエーテルのような低誘電率有機絶縁膜からなり、例えば８０ｎｍの厚さに形成される。また上記無機絶縁膜は、誘電率が２．５程度の炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜からなり、例えば１００ｎｍの厚さに形成される。さらに、層間絶縁膜６１上に、第１ハードマスク８１、第２ハードマスク８２を形成する。いずれのハードマスクも膜厚を例えば５０ｎｍとした。
【００５４】
次に、図７（２）に示すように、上記第２ハードマスク８２上にレジストマスク９１を形成し、配線溝を形成するための開口部９２を形成する。このレジストマスク９１には、例えば、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いた。
【００５５】
次に、図８（３）に示すように、上記第２ハードマスク８２に配線溝パターン８３を形成する。その後、レジストマスク〔前記図７（２）参照〕は、酸素（Ｏ2）系ガスでアッシングにより除去する。
【００５６】
次に、第２ハードマスク８２による段差を埋め込むように、反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）８４を、例えば有機系材料で形成する。さらに、反射防止膜８４上にレジストマスク９３を形成し、接続孔を形成するための開口部９４を形成する。このレジストマスク９３には、例えば、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いた。
【００５７】
次に、図８（４）に示すように、上記第１ハードマスク８１、層間絶縁膜６１の第３絶縁膜６４に接続孔６５を形成する。この接続孔６５形成はドライエッチングにより行う。その後、レジストマスク９３〔前記図８（３）参照〕、反射防止膜８４を、窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）との混合ガスを用いたエッチングにより除去する。
【００５８】
次に、図９（５）に示すように、第２ハードマスク８２〔前記図８（４）参照〕をマスクにして、第１ハードマスク８１を加工し、配線溝パターン８３を延長形成する。このとき、接続孔６５は第２絶縁膜６３に延長形成される。さらに、第２絶縁膜６３の加工時に有機膜である反射防止膜８４〔前記図８（３）参照〕もエッチング除去される。
【００５９】
次に、図９（６）に示すように、第１ハードマスク８１をマスクにして、第３絶縁膜６４に配線溝６６を形成する。このとき、接続孔６５は第１絶縁膜６２に延長形成される。そして、第１ハードマスク８１もエッチングされ、膜厚が薄くなる。
【００６０】
次に、図１０（７）に示すように、上記接続孔６５底部のバリア層１５を除去して接続孔６５を延長形成する。この除去加工は、例えばドライエッチングで行い、このドライエッチングのエッチングガスには、例えばフッ化炭素（ＣＦ）系ガスを用いる。さらに、配線溝６６を第２絶縁膜６３に延長形成する。この除去加工は、例えばドライエッチングで行い、このドライエッチングのエッチングガスには、例えば窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）との混合ガスを用いた。その後、接続孔６５底部に露出した導電層１４表面を洗浄する。この洗浄には、例えば有機系洗浄液を用いた。
【００６１】
この製造方法では、第１、第２ハードマスク８１、８２の適用により、レジスト剥離工程によるプラズマダメージは回避されているが、図１０（８）に示すように、ハードマスク加工によって引き起こされるプラズマダメージが露出した層間絶縁膜６１表面にダメージ層３３が形成される。
【００６２】
そこで、上記層間絶縁膜６１表面に、上記接続孔６５、配線溝６６内部に入りこむように、ダメージ修復剤４１を塗布する。このダメージ修復剤４１には、シラザン系化合物であって、シラザン結合〔珪素−窒素結合（Ｓｉ−ｎ結合）〕およびメチル基（ＣＨ3）の結合を持つ薬液を用いる。このような薬液としては、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ：hexa-methyl-disiloxane）がある。または、上記ダメージ修復剤４１には、アルキル基を有するシラン系のガス、もしくは、炭化水素系ガスを用いることもできる。アルキル基を有するシラン系ガスとしては、トリメチルシラン（３ＭＳ）、テトラメチルシラン（４ＭＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、ジメチルフェニルシラン（ＤＭＰＳ）、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、ジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ）などが挙げられる。また、炭化水素系ガスとしては、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）等のパラフィン炭化水素ガス、およびエチレン（Ｃ2Ｈ4）、プロピレン（Ｃ3Ｈ6）等のオレフィン炭化水素ガス、およびアセチレン（Ｃ2Ｈ2）、アリレン（Ｃ3Ｈ4）等のアセチレン系炭化水素ガスが挙げられる。
【００６３】
上記ダメージ修復剤４１の塗布条件としては、例えば基板の回転数を２０００ｒｐｍとし、１０sec間回転させた後、１００ｒｐｍの低速回転に以降し、その状態を３sec持続する。このようなシーケンスとすることで、層間絶縁膜６１表面上にも１００ｎｍ程度の厚さにダメージ修復剤４１を塗布した。回転数は膜の粘度に依存するが、振りきり無しのシーケンスを用いることで、接続孔６５内部、配線溝６６内部への埋め込みと、層間絶縁膜６１表面（フィールド部分）へのダメージ修復剤４１の堆積が可能となる。
【００６４】
その後、層間絶縁膜６１がダメージ修復剤４１にさらされた状態で、ダメージ修復剤４１を加圧するとともに、層間絶縁膜６１を加熱処理（アニール処理）する。上記ダメージ修復剤４１の加圧の圧力は、大気圧よりも高く設定する。例えば大気圧を１０１ｋＰａとすれば、１０２ｋＰａ〜１３５ｋＰａ程度の圧力とする。この圧力は、ダメージ修復剤４１の種類によって、適宜変更可能である。要するに、ダメージ修復剤４１が層間絶縁膜２１に生じたダメージ層３３の内部に十分に浸透するような加圧力であればよい。このように、加圧することで、ダメージ修復剤４１がダメージ層３３の内部に十分に浸透することができる。また、ダメージ修復剤４１にさらされている間、層間絶縁膜６１は加熱処理されることが好ましい。これにより、ダメージの修復反応が促進される。ここでいうダメージの修復とは、層間絶縁膜６１の膜質が成膜直後の状態にまで修復されることである。例えば、層間絶縁膜２１の吸湿性についてみると、プラズマダメージにより吸湿性が高められるが、このダメージ修復により吸湿性が低下し、成膜直後の状態にまで回復することである。
【００６５】
また、上記ダメージ修復剤が気体の場合には、密閉容器（図示せず）内に層間絶縁膜６１が形成された基板を入れて、密閉容器内にダメージ修復剤４１のガスを充填する。その際、大気圧よりも高い圧力にダメージ修復剤４１のガスを封入する。例えば大気圧を１０１ｋＰａとすれば、１０２ｋＰａ〜１３５ｋＰａ程度の圧力とする。この圧力は、ダメージ修復剤４１の種類によって、適宜変更可能である。要するに、ダメージ修復剤４１が層間絶縁膜６１に生じたダメージ層３３の内部に十分に浸透するような加圧力であればよい。このように、加圧したガスを封入することで、ダメージ修復剤４１がダメージ層３３の内部に十分に浸透することができる。また、ガスが封入されている間、層間絶縁膜６１は加熱処理されることが好ましい。これにより、ダメージの修復反応が促進される。
【００６６】
上記層間絶縁膜６１の加熱処理はダメージ修復剤４１がダメージ層３３に十分に浸透した後に行うこともできる。例えば、ダメージ層３３に浸透したダメージ修復剤が放出されないような加圧された条件にてアニール処理を行う。このアニール条件としては、基板上に形成された部材が変質、変形を起こさない温度以下で行うことが求められる。ここでは、例えば、３５０℃、３分間のアニール処理を施し、ダングリングボンドに吸着している水酸基などを、メチル基に置換することでダメージ修復を行った。また、このアニール処理は２気圧〜３気圧の加圧下で行うことが好ましく、加圧下で行うことによりダメージ修復剤４１をダメージ層３３に十分に行き渡らせることができるので、ダメージ修復が可能となる。
【００６７】
ダメージ修復剤４１にＨＭＤＳを用いた場合、ダメージ層３３内では、〔２Ｓｉ−ＯＨ〕＋〔（ＣＨ3）3ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ3）3〕→２〔Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ3）3〕＋ＮＨ3↑なる反応を起こし、ＭＳＱからなる層間絶縁膜６１のダメージ層３３のダメージが修復される。層間絶縁膜６１がシリコン系無機絶縁膜で形成されている場合には、上記反応が起こり、プラズマによるダメージが修復される。
【００６８】
同様に、上記ダメージ修復剤４１としてあげた薬液、ガス等によれば、ダングリングボンドに吸着している水酸基などを、メチル基に置換することでダメージの修復がなされる。
【００６９】
上記修復工程を経ることによって、図１１（９）に示すように、層間絶縁膜６１に生じていたダメージ層３３の全域は修復され、修復層３７になる。
【００７０】
その後、アニール後は、水洗リンスを行い、不要なダメージ修復剤４１〔前記図１０（８）参照〕を除去する。上記に挙げたダメージ修復剤４１は、低誘電率（Low-k）絶縁膜からなる上記層間絶縁膜６１と反応するが、接続孔６５底部に露出された導電層１４の銅（Ｃｕ）とは反応しない特徴を有している。なお、溶剤塗布後の加圧とアニール時の加圧は両方行うことがダメージ修復の観点よりもっとも有効であるが、溶剤塗布後の加圧のみであっても構わない。加圧を行うことによりダメージ修復剤４１がダメージ層３３の深い位置まで浸透しているため、十分なダメージ修復が施される。
【００７１】
次に、図１１（９）に示すように、上記配線溝６６、接続孔６５の内面を含む上記層間絶縁膜６１表面に、バリア膜６７を形成した後、配線材料のシード層（図示せず）を形成する。上記バリア膜６７は、例えばスパッタ法にて、タンタル（Ｔａ）を７ｎｍの厚さに堆積することで形成し、上記シード層は、例えばスパッタ法にて、銅（Ｃｕ）を４５ｎｍの厚さに堆積することで形成する。
【００７２】
さらに、電解めっき（例えば、ＥＣＰ：Electrochemical Plating）法、もしくは、ＣＶＤ法にて、上記接続孔６５および配線溝６６を埋め込むように配線材料６８を堆積する。この配線材料６８には、例えば銅（Ｃｕ）を用いた。そして、グレイン成長を目的とするアニール処理（２５０℃、９０秒）を行った。その後、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法によって、層間絶縁膜６１上の余剰な配線材料６８を削りとり、配線溝６６の内部にバリア膜６７を介して配線材料６８からなる配線（第２配線）６９を形成するとともに、接続孔６５の内部にバリア膜６７を介して配線材料６８からなるプラグ７０を形成する。このようにして、いわゆるデュアルダマシン構造の配線を完成させた。
【００７３】
上記第２実施例の製造方法では、プラズマダメージを修復するためのダメージ修復剤４１に層間絶縁膜６１のダメージ層３３をさらすとともに、ダメージ修復剤４１を加圧することから、ダメージ修復剤４１がダメージ層３３の内部にまで物理的に押し込まれ浸透しやすくなるので、ダメージ層３３の全域のプラズマダメージが修復される。このため、配線溝６６や接続孔６５の内面に形成されるバリア膜６７の膜質劣化（例えば酸化）が抑制され、またバリア膜６７とシード層との界面の密着性が向上されるので、接続孔６５内部に形成されるプラグ７０の高抵抗化が抑制でき、接続孔６５に起因した、ストレスマイグレーション、エレクトロマイグレーション等信頼性不良のないバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）プロセスが可能となるという利点がある。よって、信頼性の高い配線構造を形成することが可能になる。さらに、上記ダメージ修復処理を行ったことによる配線抵抗、ビア抵抗の増加はなく、また歩留まりの低下もなく、ダメージ修復に伴い、層間容量、線間容量とも低減することができた。
【００７４】
また、図１２に示すように、上記ダメージ層３３の修復処理は、層間絶縁膜６１の第３絶縁膜６４に配線溝６６を形成した後で、この配線溝６６を第２絶縁膜６３に延長形成する前に行うことも可能である。
【００７５】
また、図１３に示すように、上記ダメージ層３３の修復処理は、バリア層１５に接続孔６５を延長形成した後で、層間絶縁膜６１の第２絶縁膜６３に配線溝６６を延長形成する前に行うことも可能である。また、上記第２実施例に、図１２説明したダメージ修復処理および図１３で説明したダメージ修復処理のどちらか一方もしくは両方を組み合わせて行うことも可能である。
【００７６】
次に、ダメージ修復剤４１の加圧方法について、図１４および図１５の概略構成断面図によって説明する。
【００７７】
図１４に示すように、密閉可能な容器１１０を容易する。この容器１１０の内部には基板１１を設置するステージ１１１が設けられている。まず、容器１１０内のステージ１１１に層間絶縁膜２１（６１）が形成された基板１１を設置する。そして、ダメージ修復剤４１が液体の場合、ダメージ修復剤４１を容器１１０に入れ、そのダメージ修復剤４１によって層間絶縁膜２１（６１）が浸漬される。そして、容器１１０を密閉した後、容器１１０内に高圧な不活性なガス、例えば希ガスまたは窒素ガスを封入することで、ダメージ修復剤４１に圧力を加える。このとき、ステージ１１１内に設けた加熱手段１１３によって、基板１１を加熱することで、層間絶縁膜２１（６１）も加熱される。この装置の場合、ガスを封入せず、ダメージ修復剤４１を高圧に封入してもよい。ダメージ修復剤４１にかける圧力は、上記説明した圧力とする。この装置は、ダメージ修復剤４１が気体の場合にも適用できる。すなわち、基板１１を収納した容器１１０内にダメージ修復剤４１を高圧に封入すればよい。上記加熱手段１１３は、一例として、電熱線を用いたもの、加熱流体を流す流路を設けたもの、ペルチェ効果を利用したもの等があげられる。
【００７８】
または、図１５に示すように、ピストン１２１の駆動により容積が変化するような容器１２０を用意する。この容器１２０の内部には基板１１を設置するステージ１２２が設けられている。まず、容器１２０内のステージ１２２に層間絶縁膜２１（６１）が形成された基板１１を設置する。そして、この容器１２０内にダメージ修復剤４１を入れ、そのダメージ修復剤４１によって層間絶縁膜２１（６１）が形成された基板が浸漬される。そして、容器１２０を密閉した後、ピスト１２１ンを駆動してダメージ修復剤４１に圧力を加える。このとき、ステージ１１１内に設けた加熱手段１２４によって、基板１１を加熱すすることで、層間絶縁膜２１（６１）も加熱される。ダメージ修復剤４１が液体の場合、容器１２０内をダメージ修復剤４１で満杯に満たす必要はないが、気体の場合、容器１２０内がダメージ修復剤４１のみで充填されるようにする。例えば、容器１２０内を真空にしてから気体のダメージ修復剤４１を封入するとよい。上記加熱手段１２４は、一例として、電熱線を用いたもの、加熱流体を流す流路を設けたもの、ペルチェ効果を利用したもの等があげられる。
【００７９】
または、ダメージ修復剤４１が液体の場合、層間絶縁膜２１（６１）上にダメージ修復剤４１を塗布した後、その塗布膜が層間絶縁膜２１（６１）上より流れ出さないようにして、塗布膜に平板を押し当てることで、塗布膜に圧力を加えてもよい。
【００８０】
次に、層間絶縁膜２１、６１の加熱方法についての説明する。層間絶縁膜１、６１の加熱方法は、ステージ１１１、１２２内に加熱手段を設け、その加熱手段によりステージ上に設置した基板１１を加熱することで、層間絶縁膜２１、６１を加熱する。または、層間絶縁膜２１にレーザ光、ランプ光等のエネルギー線を照射することで、層間絶縁膜２１、６１を加熱する方法もある。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１４】加圧方法の一例を説明する概略構成断面図である。
【図１５】加圧方法の一例を説明する概略構成断面図である。
【図１６】従来の半導体装置の製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１７】従来の半導体装置の製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１８】従来の半導体装置の製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【図１９】従来の半導体装置の製造方法の一例を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
２１…層間絶縁膜、３１…ダメージ層、４１…ダメージ修復剤
【図１】
2008010610.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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