(57)【要約】【課題】絶縁膜の凹部に沿って成膜した銅及び添加金属の合金膜を利用してバリア膜と銅膜とを形成し、その後銅配線を埋め込むにあたって、前記銅膜の酸化を抑え、配線抵抗の上昇を抑える技術を提供すること。【解決手段】銅に添加金属を添加した合金膜を、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、次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に余剰の添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、凹部に銅を埋め込む工程と、を含むように半導体装置の製造方法を実施する。有機酸、有機酸無水物及びケトン類は銅に対して還元性を持つため、合金膜に含まれる銅の酸化を抑えつつ、添加金属と絶縁膜中の構成元素との化合物からなるバリア層を形成することができる。【選択図】図６
2008218659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅に添加金属を添加した合金膜を、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、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に余剰の添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
前記基板の加熱後、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２】
前記基板の加熱後、銅を埋め込む前に前記合金膜の表面に析出した余剰の添加金属を除去する工程をさらに含む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】
前記添加金属は、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、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３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板を加熱する工程において、基板は２００℃〜５００℃に加熱されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板を加熱する工程において、基板は４００℃〜５００℃に加熱されることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
表面に凹部を備えた層間絶縁膜が形成された基板を載置する第１の載置部が内部に設けられた第１の処理容器と、銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する合金膜形成手段と、を備えた成膜部と、
基板を載置する第２の載置部が内部に設けられた第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気を形成する雰囲気形成手段と、第２の載置部に載置された基板を加熱する加熱手段と、を備えた加熱処理部と、
前記成膜部と加熱処理部との間で基板を受け渡す基板搬送手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
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と、
このローダモジュールを介して基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、を備え、
前記第１の処理容器及び第２の処理容器が前記搬送室に気密に接続され、前記搬送手段が前記搬送室に設けられたことを特徴とする請求項６記載の半導体製造装置。
【請求項８】
成膜部と加熱処理部との間の搬送は、大気雰囲気で行われることを特徴とする請求項７記載の半導体製造装置。
【請求項９】
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５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、絶縁膜に凹部を形成した後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前記方法を実行するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【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、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、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、そうした状況下においてバリア膜とシード層とを別々に成膜することから、両者についてより一層の薄膜化が要求されるようになってきている。しかしながら、従来のバリア膜の製法では、バリア膜を高い均一性をもって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。
【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）との合金膜を絶縁膜の凹部の表面に沿って成膜し、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。具体的に述べると、前記アニールを行うことにより、合金中のＭｎがＣｕから排出されるように移動することで一部のＭｎは、層間絶縁膜の表面部に拡散し、層間絶縁膜の構成元素であるＯやＳｉと反応して、その結果極めて安定な化合物である酸化物ＭｎＯｘ（ｘは自然数）あるいはＭｎＳｉｘＯｙ（ｘ、ｙは自然数）などのバリア膜が自己整合的に形成されると共に合金膜の表面側(層間絶縁膜と反対側)にＭｎが移動してシード層となるＣｕ膜が形成される。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。
【０００６】
しかし特許文献１において凹部に合金膜を形成した後のアニールを行うに当たり、どのような雰囲気で行うかは記載されていない。また特許文献１には銅を埋め込んだ後、酸素を含む雰囲気でアニールを行うことが示されているが、このようにアニールを行うと、合金膜及び埋め込まれたＣｕが酸化されてしまい、配線の比抵抗が上昇し、歩留まりが低下するおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２７７３９０号公報：段落００１８〜００２０、段落００４２〜段落００４４、図１、図７など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、絶縁膜の凹部に沿って成膜した銅及び添加金属の合金膜を利用してバリア膜と銅膜とを形成し、その後銅配線を埋め込むにあたって、前記銅膜の酸化を抑え、配線抵抗の上昇を抑えることができる半導体製造装置、半導体装置の製造方法及びこの方法を実施するプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、銅に添加金属を添加した合金膜を、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、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に余剰の添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
前記基板の加熱後、凹部に銅を埋め込む工程と、
を含むことを特徴とする。なおここでいう合金膜には銅膜と添加金属の膜とが積層されたものも含まれる。
【００１０】
前記方法は例えば、前記基板の加熱後、銅を埋め込む前に前記合金膜の表面に析出した余剰の添加金属を除去する工程をさらに含んでいてもよく、また前記添加金属は、例えばＭｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｔｃ及びＲｅから選択された金属である。
【００１１】
前記有機酸は、例えばカルボン酸であり、その場合例えば蟻酸である。前記有機酸無水物は、例えばカルボン酸無水物であり、その場合例えば無水酢酸である。基板を加熱する工程においては、基板は例えば２００℃〜５００℃に加熱され、例えば基板は４００℃〜５００℃に加熱される。
【００１２】
本発明の半導体製造装置は、表面に凹部を備えた層間絶縁膜が形成された基板を載置する第１の載置部が内部に設けられた第１の処理容器と、銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する合金膜形成手段と、を備えた成膜部と、
基板を載置する第２の載置部が内部に設けられた第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気を形成する雰囲気形成手段と、第２の載置部に載置された基板を加熱する加熱手段と、を備えた加熱処理部と、
前記成膜部と加熱処理部との間で基板を受け渡す基板搬送手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記装置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と、
このローダモジュールを介して基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、を備え、
前記第１の処理容器及び第２の処理容器が前記搬送室に気密に接続され、前記搬送手段が前記搬送室に設けられていてもよく、成膜部と加熱処理部との間の搬送は、例えば大気雰囲気で行われる。
【００１４】
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】
【００１５】
本発明は、絶縁膜の凹部の表面に沿って形成した銅と添加金属との合金膜を有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で加熱処理している。有機酸、有機酸無水物及びケトン類は銅に対して還元性を持つため、合金膜に含まれる銅の酸化を抑えつつ、添加金属と絶縁膜中の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に合金膜における表面側に添加金属を析出させることができる。その結果として、凹部にＣｕを埋め込んで配線を形成したときにその配線の抵抗の上昇を抑えることができ、この配線を用いて形成される半導体デバイスの歩留まりの低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
最初に本発明の半導体製造装置を含む、クリーンルーム内の基板処理システムについて図１を参照しながら説明する。詳しくは後述するが、この基板処理システム１は、基板である半導体ウエハ（以下ウエハとする）Ｗの表面に配線を形成するシステムである。図１中２は、本発明の実施の形態の一例である半導体製造装置であり、マルチチャンバシステムをなし、真空雰囲気でウエハＷに処理を行う装置である。半導体製造装置２は、ウエハＷにＣｕ（銅）と添加金属であるＭｎ（マンガン）とからなる合金を成膜するＣｕＭｎスパッタモジュール３と、ＣｕＭｎ合金が成膜されたウエハＷを蟻酸雰囲気でアニール処理して自己形成バリア膜を形成する蟻酸処理モジュール５とを含んでいる。半導体製造装置２の構成について詳しくは後で説明する。
【００１７】
図中１１はＭｎ除去装置であり、ウエハＷを例えば塩酸などのＭｎを溶解させる溶液に浸漬させて、その表面のＭｎを除去するウエット洗浄を行う。また図中１２は、電解メッキ装置であり、配線を構成するＣｕをウエハＷに成膜する。図中１３はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置である。
【００１８】
図１中１４は、クリーンルーム内においてウエハＷを複数、例えば２５枚含んだキャリア１５を搬送する自動搬送ロボットであり、図１中矢印で示すように半導体製造装置２→Ｍｎ除去装置１１→電解メッキ装置１２→ＣＭＰ装置１３の順にキャリア１５を搬送する。このキャリア１５はフープと呼ばれる、その内部が例えば大気雰囲気により構成された密閉型のキャリアである。
【００１９】
基板処理システム１は、各装置毎に動作を制御するための下位コンピュータを備えており、さらに各下位コンピュータを統制する制御部１６の一部をなすホストコンピュータが設けられている。制御部１６はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。ホストコンピュータに格納されたプログラムは、各装置間でキャリア１５を搬送するための搬送シーケンスプログラムとして構成され、下位コンピュータには、キャリア１５中のウエハＷに対して既述のような処理を行い、ウエハＷに後述の配線部分を形成するためのプログラムが格納されている。
【００２０】
図中ａ〜ｅで示すようにホストコンピュータに格納されたプログラムにより、制御部１６が基板処理システムを構成する各装置に制御信号を送信し、この制御信号を受信した各装置の下位コンピュータが夫々の装置の各部の動作を制御する。前記プログラムは、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などにより構成される記憶媒体１７に格納されて制御部１６にインストールされる。
【００２１】
続いて前記半導体製造装置２の構成について図２を参照しながら説明する。半導体製造装置２は、基板のロード、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２１と、ロードロック室２２、２３と、真空搬送室モジュールである第２の搬送室２４と、を備えている。第１の搬送室２１の正面壁には、前記密閉型のキャリア１５が接続されてキャリア１５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。そして第２の搬送室２４には、ＣｕＭｎスパッタモジュール３，３及び蟻酸処理モジュール５，５が気密に接続されている。
【００２２】
また、第１の搬送室２１の側面には、アライメント室２５が設けられている。ロードロック室２２、２３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２１及び第２の搬送室２４の雰囲気がそれぞれ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２２、２３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ためのものである。なお図中Ｇは、ロードロック室２２、２３と第１の搬送室２１または第２の搬送室２４との間、あるいは第２の搬送室２４と前記モジュール３または５との間を仕切るゲートバルブ（仕切り弁）である。
【００２３】
第１の搬送室２１及び第２の搬送室２４には、それぞれ第１の搬送手段２６及び第２の搬送手段２７が設けられている。第１の搬送手段２６は、キャリア１５とロードロック室２２，２３との間及び第１の搬送室２１とアライメント室２５との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬送アームである。第２の搬送手段２７は、ロードロック室２２，２３と蟻酸処理モジュール３、ＣＶＤモジュール４との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬送アームである。
【００２４】
続いて半導体製造装置２に含まれるＣｕＭｎスパッタモジュール３の構成を図３に示して説明する。このスパッタモジュール３はとしてＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタモジュールと呼ばれるものであり、例えばアルミニウム（Ａｌ）等により筒体状に成形された処理容器３１を有している。処理容器３１は接地され、その底部には排気口３２が設けられており、スロットルバルブ３３ａを介して真空ポンプ３３ｂにより処理容器３１内が所定の圧力に真空引きされる。また処理容器３１の底部には、この処理容器３１内へ必要とされる所定のガスを導入するガス導入手段として例えばガス導入口３４が設けられる。このガス導入口３４からは、プラズマガスとして例えばＡｒガスや他の必要なガスが、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部３５を通して供給される。
【００２５】
この処理容器３１内には、例えばＡｌよりなる載置台３６が設けられ、載置台３６の上面にはウエハＷを吸着して保持する静電チャック３７が設けられている。図中３７ａは、ウエハＷと載置台３６との熱伝導性を向上させる熱伝導ガスの流通路である。また図中３６ａは、ウエハＷ冷却用の冷媒が流通する循環路であり、この冷媒は載置台３６を支持する支柱３８内の図示しない流路を介して給排される。支柱３８は、不図示の昇降機構により昇降自在に構成されており、これにより載置台３６が昇降できる。図中３８ａは、支柱３８を囲む伸縮自在のベローズであり、処理容器３１内の気密性を維持しつつ、載置台３６の昇降移動を許容できるようになっている。図中３９ａは、３本（図では２本のみ表示している）の支持ピンである。また図中３９ｂは、この支持ピン３９ａに対応したピン挿通孔であり、載置台３６を降下させた際に、支持ピン３９ａと前記第２の搬送手段２７との間でウエハＷの受け渡しができるようになっている。また前記静電チャック３７には、例えば１３．５６ＭＨｚ高周波を発生する高周波電源３０が接続されており、載置台３６に対して所定のバイアスを印加できるようになっている。
【００２６】
処理容器３１の天井部には、例えば窒化アルミニウム等の誘電体よりなる高周波に対して透過性のある透過板４１がＯリング等のシール部材４１ａを介して設けられている。図中４２はプラズマ発生源であり、処理容器３１内の処理空間に供給された例えばＡｒガスをプラズマ化してプラズマを発生させる。具体的には、このプラズマ発生源４２は、透過板４１に対応させて設けた誘導コイル部４３を有し、この誘導コイル部４３には、プラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源４４が接続されており、透過板４１を介して処理空間に高周波を導入できるようになっている。
【００２７】
透過板４１の直下には、高周波拡散用の例えばＡｌよりなるバッフルプレート４５が設けられており、このバッフルプレート４５の下部には、処理空間の上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状に形成されたＣｕＭｎターゲット４６が設けられている。このターゲット４６はＭｎを含んだＣｕ合金からなり、Ｍｎの含有量は例えば１原子％〜３０原子％である。ＣｕＭｎターゲット４６には可変直流電源４７が接続されており、またＣｕＭｎターゲット４６の下部には、処理空間を囲むようにして例えばＡｌよりなる、接地された円筒状の保護カバー４８が設けられている。
【００２８】
続いて半導体製造装置２に含まれる蟻酸処理モジュール５の構成を図４に示して説明する。図４中５１は、例えばＡｌからなる真空チャンバをなす処理容器である。この処理容器５１の底部には、ウエハＷを載置する載置台５２が設けられている。この載置台５２の表面部に、誘電体層５３内にチャック電極５４を埋設してなる静電チャック５５が設けられており、図示しない電源部からチャック電圧が印加されるようになっている。
【００２９】
また載置台５２の内部にはヒータ５６が設けられ、静電チャック５５に載置されたウエハＷを所定の温度に加熱できるようになっている。また載置台５２にはウエハＷを昇降させて第２の搬送手段２７と受け渡しを行うための支持ピン５７が載置面から出没自在に設けられている。前記支持ピン５７は支持部材５８を介して駆動部５９に連結されており、この駆動部５９を駆動させることで前記支持ピン５７が昇降するように構成されている。
【００３０】
処理容器５１の上部には、載置台５２に対向するようにガスシャワーヘッド６１が設けられており、このガスシャワーヘッド６１における下面には、多数のガス供給孔６２が形成されている。またガスシャワーヘッド６１には、原料ガスを供給するための第１のガス供給路６３と希釈ガスを供給するための第２のガス供給路６４とが接続されており、これらガス供給路６３、６４から夫々送られてきた原料ガス及び希釈ガスが混合されてガス供給孔６２から処理容器５１内に供給される。
【００３１】
第１のガス供給路６３はバルブＶ１、気体流量調整部であるマスフローコントローラＭ１及びバルブＶ２を介して原料供給源６５に接続されている。この原料供給源６５は、ステンレス製の貯留容器６６と、その内部に貯留された、銅に対して還元力を有する有機酸であるカルボン酸例えば蟻酸が貯留されている。また第２のガス供給路６４は、バルブＶ３、マスフローコントローラＭ２及びバルブＶ４を介して希釈ガス例えばＡｒ（アルゴン）ガスを供給するための希釈ガス供給源６７に接続されている。
【００３２】
処理容器５１の底面には、排気管５１Ａの一端側が接続され、この排気管５１Ａの他端側には、真空排気手段である真空ポンプ５１Ｂが接続されている。蟻酸処理中に処理容器内の圧力を所定の圧力に維持することができるようになっている。
【００３３】
続いて上述の基板処理システム１により処理を受けるウエハＷについて図５（ａ）を参照しながら説明する。このシステムに搬送される前にウエハＷ表面においては、ＳｉＯ2（酸化シリコン）からなる層間絶縁膜７１中にＣｕが埋め込まれて下層配線７２が形成されており、前記層間絶縁膜７１上にはバリア膜７３を介して層間絶縁膜７４が積層されている。そして、この層間絶縁膜７４中にはトレンチ７５ａと、ビアホール７５ｂとからなる凹部７５が形成されており、凹部７５内には下層配線７２が露出している。以下に説明するプロセスは、この凹部７５内にＣｕを埋め込み、下層配線７２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、ＳｉＯＣＨ膜などであってもよい。
【００３４】
半導体が製造されるプロセスについて図５及び図６も参照しながら説明する。図５は、ウエハＷ表面部に形成される半導体装置の製造工程における断面図を示している。また図６は、システム内の各装置によりウエハＷが処理を受けたときに前記凹部７５に起こる変化の様子を示しているが、この図６においては、その変化の様子を明確に示すために凹部７５の構造を簡略化している。
【００３５】
先ず、搬送ロボット１４によりキャリア１５が半導体製造装置２に搬送されて、第１の搬送室２１に接続され、次いでゲートドアＧＴおよびキャリア１５の蓋が同時に開かれて、キャリア１５内のウエハＷは第１の搬送手段２６によって第１の搬送室２１内に搬入される。次いでアライメント室２５に搬送されて、ウエハＷの向きや偏心の調整が行われた後、ロードロック室２２（または２３）に搬送される。このロードロック室２２内の圧力が調整された後、ウエハＷは第２の搬送手段２７によってロードロック室２２から第２の搬送室２４に搬入され、続いて一方のＣｕＭｎスパッタモジュール３のゲートバルブＧが開かれ、第２の搬送手段２７はウエハＷをＣｕＭｎスパッタモジュールに搬送する。
【００３６】
ウエハＷがＣｕＭｎスパッタモジュール３の処理容器３１内に搬入され、載置台３６上の静電チャック３７に受け渡されると、載置台３６が所定の位置に上昇し、ゲートバルブＧが閉じられ、真空ポンプ３３ｂにより処理容器３１内が真空引きされる。そしてガス制御部３５の動作により処理容器３１内にＡｒガスが供給される。その後、可変直流電源４７を介してＤＣ電力がＣｕＭｎターゲット４６に供給され、更に高周波電源４４を介して誘導コイル部４３に高周波電力が供給されると共に載置台３６に所定のバイアス電圧が印加される。
【００３７】
ＣｕＭｎターゲット４６、誘導コイル部４３に供給された電力により処理空間にＡｒプラズマが形成されてＡｒイオンが生成され、これらイオンはＣｕＭｎターゲット４６に衝突し、このＣｕＭｎターゲット４６がスパッタされ、スパッタされたＣｕＭｎターゲット４６のＣｕ原子（Ｃｕ原子団）及びＭｎ原子（Ｍｎ原子団）は、プラズマ中を通る際にイオン化される。イオン化されたＣｕ原子（Ｃｕ原子団）及びＭｎ原子（Ｍｎ原子団）は、印加されたバイアスにより載置台３６に引きつけられ、載置台３６上のウエハＷに堆積して図５（ａ）、（ｂ）に示すようにＣｕとＭｎとの合金膜であるＣｕＭｎ膜８１が成膜されて、凹部７５内が、そのＣｕＭｎ膜８１に覆われる（図６（ａ））。このＣｕＭｎ膜８１の膜厚は例えば３ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３８】
このようにＣｕＭｎ膜８１の成膜が行われると、ＣｕＭｎターゲット４６へのＤＣ電力の供給、誘導コイル部４３及び載置台３６への高周波電力の供給が停止されると共にＡｒガスの供給が停止する。その後載置台３６が下降し、ゲートバルブＧが開いて、第２の搬送手段２７にウエハＷが受け渡される。続いて一方の蟻酸モジュール５のゲートバルブＧが開かれ、第２の搬送手段２７はウエハＷを蟻酸処理モジュール５の処理容器５１内に搬送する。
【００３９】
ウエハＷが蟻酸処理モジュール５の処理容器５１内に搬入され、載置台５２上の静電チャック５５に受け渡されると、ゲートバルブＧが閉じられ、その後真空ポンプ５１Ｂにより処理容器５１内が真空引きされると共に載置台５２のヒータ５６によりウエハＷが加熱されて例えば１５０℃〜５００℃、好ましくは４００℃〜５００℃に昇温し、そしてバルブＶ１〜Ｖ４が開かれる。なお、ここでは便宜上、ガス供給路６３、６４がバルブＶ１〜Ｖ４により夫々開閉されるものとして記載しているが、実際の配管系は複雑であり、その中の遮断バルブなどによりガス供給路６３、６４の開閉が行われる。そして第１のガス供給路６３を開くことにより処理容器５１内と貯留容器６６内とが連通すると、貯留容器６６内の蒸気（原料ガス）が第１のガス供給路６３を介してマスフローコントローラＭ１により流量が調整された状態でガスシャワーヘッド６１内に入る。
【００４０】
一方、希釈ガス供給源６７から希釈ガスであるＡｒガスが第２のガス供給路６４を介してマスフローコントローラＭ２により流量が調整された状態でガスシャワーヘッド６１内に入り、ここで蟻酸の蒸気とＡｒガスとが混合されて、図５（ｂ）に示すようにガスシャワーヘッド６１のガス供給孔６２から処理容器５１内に供給され、ウエハＷに接触し、前記ＣｕＭｎ膜８１がアニール処理される。このとき処理容器５１内のプロセス圧力は例えば０．１Ｐａ（７．５×１０−４Ｔｏｒｒ）〜１０１．３Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）に維持される。
【００４１】
このアニール処理により、ウエハＷの周囲に蟻酸によるＣｕの還元雰囲気が形成され、その雰囲気下でＣｕＭｎ膜８１中のＭｎがＳｉＯ2膜７４の表面部に拡散して、図６（ｂ）に示すようにＣｕ８２とＭｎとの分離が進行し、ＳｉＯ2膜７４との界面に拡散したＭｎは、ＳｉＯ2と反応してＭｎＳｉｘＯｙ膜８３となる。このＭｎＳｉｘＯｙ膜８３は、後で凹部７５にＣｕが埋め込まれたときにＣｕのＳｉＯ2膜７４への拡散を防ぐバリア層として機能する。またＣｕＭｎ膜８１に含まれる、ＭｎＳｉｘＯｙ膜８３の形成に使われずに残ったＭｎが、ＣｕＭｎ膜８１中のＣｕから排出されるように当該ＣｕＭｎ膜８１の表面側に移動する。そして表面に析出したＭｎ８４は雰囲気中に拡散して除去されると考えられており、ＣｕＭｎ膜８１からこの後の処理で凹部７５にＣｕを埋め込むためのシード層として機能するＣｕ膜８２が形成される（図６（ｃ））。このように雰囲気中へのＭｎ８４（またはＭｎＯｘ）の拡散が進行するのは、ＣｕＭｎ膜８１表面側に析出したＭｎの濃度が低いため昇華が起こるためであると推測される。
【００４２】
例えばバルブＶ１〜Ｖ４が開かれてから３０分経過すると、これらバルブＶ１〜Ｖ４が閉じられ、蟻酸の蒸気とＡｒガスとの供給が停止し、そしてウエハＷの加熱が停止する。その後ゲートバルブＧが開かれ、第２の搬送手段２６が処理容器５１内に進入し、支持ピン５７が上昇して蟻酸処理の施されたウエハＷを第２の搬送手段２７に受け渡し、第２の搬送手段２７は、ロードロック室２２（２３）を介して第１の搬送手段２６にウエハＷを受け渡して、第１の搬送手段２６がキャリア１５にウエハＷを戻す。
【００４３】
各ウエハＷがキャリア１５に戻されると、キャリア１５は搬送ロボット１４によりＭｎ除去装置１１に搬送され、そこでキャリア１５から各ウエハＷが取り出され、塩酸を含む溶液に浸漬され、図５（ｄ）及び図６（ｄ）に示すようにＭｎ８４が除去されてＣｕ膜８２が露出する。
【００４４】
以降の説明では記載を簡略化するために、ウエハＷが搬送されるという表現を用いる。Ｍｎ（ＭｎＯｘ）膜８４が除去されたウエハＷは、電解メッキ装置１２に搬送され、そこで凹部７５にＣｕ８５が埋め込まれる。然る後ウエハＷは、ＣＭＰ装置１３に搬送され、そこでＣＭＰ処理を受けることにより図５（ｆ）に示すように凹部７５からあふれたＣｕ８５と、ウエハＷ表面のＣｕ膜８２及びＭｎＳｉｘＯｙ膜８３が除去され、下層配線７２と電気的に接続される上層配線８６が形成される。
【００４５】
上記の実施形態の半導体製造装置２によれば、ＣｕＭｎ膜８１を蟻酸雰囲気でアニールして、ＣｕＭｎ膜８１中のＣｕとＭｎとを分離させることにより、自己形成バリア膜と呼ばれるＭｎＳｉｘＯｙ膜８３を形成すると共にＭｎをＣｕＭｎ膜８１表面に析出させ、析出したＭｎを昇華させて雰囲気中に拡散させている。従って蟻酸の還元作用を受けながら、ＣｕＭｎ膜８１から後に凹部７５に配線を埋め込むためのシード層であるＣｕ膜８２が形成されるため、このＣｕ膜８２はアニール中に酸化することが抑えられ、結果としてこのＣｕ膜をシード層として凹部７５に形成された配線８６の抵抗の上昇を抑えることができる。
【００４６】
またＣｕＭｎ膜８１からＭｎを分離してＣｕ膜８２を形成するにあたり、Ｃｕ膜８２中にＭｎが残っていると、配線の比抵抗が上昇したり、ばらつきが生じるおそれがあるが、この実施形態ではアニール処理のウエハＷの温度を４００℃に設定しており、後述の評価試験で示されるように、この温度においてはＭｎの分離及びＣｕＭｎ膜８１からの除去が大きく進行する。従ってＣｕ膜８２中に残留するＭｎの量が抑えられ、結果としてこの配線８６から形成される半導体装置の歩留まりの低下が抑えられる。
【００４７】
なおＣｕと合金を形成する添加金属としては、Ｍｎの他にＴｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｔｃ、及びＲｅなどであってもよい。またアニール処理を行うために上述の実施の形態では有機酸として蟻酸を用いているが、Ｃｕに対して還元力があればよく、従って酢酸などのカルボン酸であってもよいし、無水酢酸などの有機酸無水物やあるいはケトン類であっても同様の効果が得られる。
【００４８】
続いて基板処理システム１の変形例を図７に示す。この図７の基板処理システム１Ａの前記システム１との差異点としては、半導体製造装置２に代わり、当該半導体製造装置２と同様に制御部１６によりその動作が制御されるＣｕＭｎスパッタ装置３Ａ、蟻酸処理装置５Ａが夫々設けられている。この例ではＣｕＭｎスパッタ装置３Ａ、蟻酸処理装置５Ａ及び搬送ロボット１４により本発明の半導体製造装置が構成されており、スパッタ装置３Ａはスパッタモジュール３と、蟻酸処理装置５Ａは蟻酸処理モジュール５と夫々同様に構成され、同様の手順でウエハＷに成膜処理、アニール処理を行うが、キャリア１５からウエハＷを取り出し、各装置の載置台３６，５２に載置する機構を夫々備えている。そしてＣｕＭｎスパッタ装置３ＡでＣｕＭｎ膜８１が形成されたウエハＷは、キャリア１５に収納され、キャリア１５内に形成される大気雰囲気に曝された状態で搬送ロボット１４により蟻酸処理装置５Ａに搬送される。そして蟻酸処理装置５Ａでアニール処理を受けたウエハＷは基板処理システム１と同様の経路で搬送され、上層配線８６が形成される。
【００４９】
また図８には半導体製造装置のさらに他の例を示している。この半導体製造装置２Ａにおける半導体製造装置２との差異点として、第２の搬送室にはＣｕＭｎスパッタモジュール３、蟻酸処理モジュール５の他にＣｕＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）モジュール２Ｂ，２Ｂが接続されており、この半導体製造装置２ＡにおいてウエハＷはＣｕＭｎスパッタモジュール３→蟻酸処理モジュール５→ＣｕＣＶＤモジュール２Ｂ→蟻酸処理モジュール５の順に搬送されるようになっている。図９はこの半導体製造装置２Ａによる配線の形成プロセスを示したものであり、ＣｕＭｎスパッタモジュール３、蟻酸処理モジュール５で既述の実施形態と同様に処理を受けたウエハＷは、ＣｕＣＶＤモジュール２Ｂにて図９（ａ）に示すように、その凹部７５にＣｕ８５を埋め込まれる。続いてウエハＷは、蟻酸処理モジュール５に搬入され、そこで既述のように蟻酸の蒸気が供給されてアニール処理を受け、図９（ｂ）に示すようにＭｎ８４はＣｕ８５により、当該Ｃｕ８５の表面側へと排出され、その表面に析出する。その後、ウエハＷは半導体装置２ＡからＣＭＰ装置１３に搬送され、そこでＣＭＰ処理を受けて、上層配線８６が形成される（図９（ｃ））。
【００５０】
なお凹部７５へのＣｕの埋め込みは、電解メッキやＣＶＤ以外にもスパッタなどのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）により行ってもよい。またＣｕＭｎ膜８１の形成もスパッタに限られずＣＶＤなどを用いて行ってもよい。なお上述の実施形態において半導体製造装置２のＣｕスパッタモジュール３及び蟻酸処理モジュール５は、各々ウエハＷを１枚ごと処理する枚葉式のものを示したが、一度に複数のウエハに対して処理を行うバッチ式のものを用いてもよい。
【００５１】
（評価試験１）
先ずＣｕＭｎスパッタ装置３Ａを用いてＳｉＯ2からなる複数のウエハＷに上記の実施形態と同様の手順で厚さ０．０５μｍのＣｕＭｎ膜を形成し、サンプル１−１〜１−５を作成した。続いてサンプル１−１〜１−４については成膜後に大気雰囲気中を蟻酸処理装置５Ａに搬送し、既述の実施形態と同様の手順で蟻酸の蒸気を供給しながらアニール処理を行った後、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）を用いて、各サンプルの深さごとに含まれるＭｎの濃度を測定した。前記スパッタ装置３ＡのＣｕＭｎターゲット４６としては２原子％のＭｎが混入したＣｕにより構成した。またアニール処理中の蟻酸処理装置５の処理容器５１内の圧力は、１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、処理時間は３０分に夫々設定し、そのアニール処理において、サンプル１−１は１００℃、サンプル１−２は２００℃、サンプル１−３は３００℃、サンプル１−４は４００℃に夫々加熱されるように設定した。またサンプル１−５はＣｕＭｎ膜形成後、大気雰囲気に曝し、その後サンプル１−１〜１−４と同様に深さごとのＭｎ濃度を測定した。
【００５２】
図１０のグラフはその測定結果を示したものであり、サンプル１−１、１−２、１−３、１−４、１−５の結果は二点鎖線、一点鎖線、細い実線、太い実線、点線の各グラフ線で夫々示されている。このグラフに示されるように、深さ０μｍ〜０．０５μｍの範囲において、サンプル１−１のＭｎの濃度分布はサンプル１−５のＭｎの濃度分布と略同じになり、サンプル１−１ではアニールによりＭｎが移動しなかったことが示されたが、サンプル１−２、１−３においてはＣｕＭｎ膜の表面付近にＭｎ濃度のピークが観測され、Ｍｎがアニール処理により表面付近に移動したことが示された。
【００５３】
またサンプル１−４では深さ０μｍ〜０．０５μｍの範囲でサンプル１−１〜１−３及び１−５よりも低いＭｎ濃度分布を示し、膜の表面側のＭｎ濃度は、基板側のＭｎ濃度よりも高くなっていた。これはサンプル１−２及びサンプル１−３よりもＭｎの除去率が高いことを示しており、既述のように表面に析出したＭｎがサンプル１−２及び１−３よりも高い効率で昇華しながら雰囲気中に拡散しているものと理解される。従ってこの試験結果から、蟻酸によるアニールを行う際において、ＣｕＭｎ膜８１のＣｕからＭｎを分離するためにはウエハＷを、１００℃を超える温度例えば１５０℃に加熱することが好ましく、確実に分離するためには２００℃以上に加熱することがより好ましいと言える。またウエハＷを４００℃以上の温度に加熱すると、前記分離が進む他にＣｕＭｎ膜から多くのＭｎが除去されるので、ＣｕＭｎ膜から形成されるＣｕ膜に混入するＭｎの量が抑えられると考えられるのでさらに好ましいと言える。ただし上記実施形態においては各膜へのダメージを抑えるために５００℃以下にすることが好ましい。
【００５４】
（評価試験２）
評価試験１と同様にＳｉＯ2からなるウエハＷに厚さ０．０５μｍのＣｕＭｎ膜を形成することでサンプル２−１〜２−６を作成した。ただしそのＣｕＭｎ膜を形成する際に用いたＣｕＭｎスパッタ装置３ＡのＣｕＭｎターゲット４６は評価試験１とは異なり、６原子％のＭｎが混入したＣｕにより構成した。ＣｕＭｎ膜形成後、サンプル２−１〜２−６を大気に曝した後、サンプル２−１〜２−５については上記の実施形態の手順に従って蟻酸の蒸気を供給しながらアニール処理を行った。ただしサンプル２−１〜２−５について処理容器５１内の圧力及び処理時間は下記の表１のように夫々設定を変更して処理を行った。ただしアニール時のウエハＷの温度はすべて２００℃になるように設定した。アニール後、評価試験１と同様に、二次イオン質量分析計を用いて、サンプル２−１〜２−５の深さごとのＭｎ濃度を測定した。また、サンプル２−６についてはアニール処理を行わずにＭｎ濃度を測定した。
【００５５】
（表１）
2008218659.tif 000003
【００５６】
図１１及び図１２のグラフは上記の測定結果を示したものであり、図１１にはサンプル２−１〜２−３及び２−６の結果を、図１２にはサンプル２−４〜２−６及び２−１の結果を夫々示している。各グラフでサンプル２−１、２−６の結果は夫々実線、点線で示している。また図１１のグラフにおいてサンプル２−２、２−３の結果は夫々一点鎖線、二点鎖線で、図１２のグラフにおいてサンプル２−４，２−５の結果は夫々一点鎖線、二点鎖線で示している。サンプル２−１〜２−３は全て膜の表面付近にＭｎ濃度のピークが出現していることからＭｎがアニール処理により表面側に移動していることが示された。またサンプル２−１〜２−３の間で比較すると、ピークの出現位置から深さ０．０５μｍの間でサンプル２−３のＭｎ濃度が最も低くなっており、従ってアニール処理時には圧力を高くすることが好ましいことが示された。またサンプル２−１、２−４、２−５間で比較すると、サンプル２−５のＭｎ濃度が最も低下しており、処理時間を長くするほどＭｎの除去量が多くなり好ましいことが示された。
【００５７】
（評価試験３）
評価試験３として、評価試験２と同じＣｕＭｎターゲットを用いて、厚さ０．０５μｍのＣｕＭｎ膜をウエハＷに形成してサンプル３−１〜３−３を作成し、そして既述の蟻酸処理装置５Ａにおいて蟻酸の代わりに無水酢酸の蒸気が供給されるように構成された無水酢酸処理装置を用いて、サンプル３−１は２００℃、サンプル３−２は３００℃、サンプル３−３は４００℃でアニール処理を行った。各サンプルをアニール処理する際に装置の処理容器５１内の圧力は１００Ｐａ（０．７５Ｔｏｒｒ）、処理時間を３０分に夫々設定した。
【００５８】
図１３は、上記の測定結果を示したグラフであり、このグラフにおいてサンプル３−１の結果は実線で、サンプル３−２の結果は一点鎖線で、サンプル３−３の結果は二点鎖線で夫々示されている。またこのグラフには比較用に評価試験２で得られたサンプル２−１の結果も点線で示している。サンプル３−１〜３−３においてサンプル２−１と同様にＣｕＭｎ膜の表面付近にＭｎのピークが観察されたことから、ＣｕＭｎ膜のＭｎが当該膜の表面付近に移動していることが示された。そしてサンプル３−１〜３−３の間では、深さ０〜０．０５μｍの範囲においてサンプル３−３が最もＭｎ濃度が低く、次いでサンプル３−２のＭｎ濃度が低くなっていることから、温度が高くなるほどＭｎの除去率が高くなっていることが分かる。従って無水酢酸を用いても蟻酸を用いた場合と同様にＣｕＭｎ膜中のＭｎが表面に移動し、温度が高くなるほど除去されやすくなることが示された。
【００５９】
（比較試験）
比較試験として、評価試験２と同じＣｕＭｎターゲットを用いて、厚さ０．０５μｍのＣｕＭｎ膜をウエハＷに形成してサンプル４−１〜４−２を作成し、そして既述の蟻酸処理装置５Ａにおいて蟻酸の代わりに窒素（Ｎ2）ガスが供給されるように構成された窒素ガス処理装置を用いてサンプル４−２については３００℃でアニール処理を行った。アニール後、各評価試験と同様に、二次イオン質量分析計を用いて、サンプル４−２の深さごとのＭｎ濃度を測定した。また、サンプル４−１についてはアニール処理を行わずに、同様にＭｎ濃度を測定した。
【００６０】
図１４は、上記の測定結果を示したグラフであり、このグラフにおいてサンプル４−１の結果は実線で、サンプル４−２の結果は点線で夫々示されている。ＣｕＭｎ膜が存在する深さ０〜０．０５μｍの範囲でサンプル４−１、４−２は夫々略同じＭｎ濃度を示しており、ＣｕＭｎ膜の表面付近においてＭｎ濃度のピークは観察されなかった。これらの結果からＮ2ガス雰囲気でＣｕＭｎ膜を加熱しても、その加熱の前後でＭｎは移動しておらず、Ｎ2ガス雰囲気中ではＭｎは移動しないことが分かる。従ってこの比較試験の結果及び上記の各評価試験１〜３の結果から、各評価試験１〜３においてはウエハＷに供給された蟻酸や無水酢酸の影響によってＭｎが表面側に移動していることが理解され、本発明の効果が示された。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の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。
【図２】前記半導体製造装置の構成図である。
【図３】前記半導体製造装置に含まれるＣｕＭｎスパッタモジュールの縦断側面図である。
【図４】前記半導体製造装置に含まれる蟻酸処理モジュールの縦断側面図である。
【図５】前記基板処理システムにより配線を形成するプロセスを示した工程図である。
【図６】前記プロセスにおいてアニールによりＭｎによる膜が形成される様子を示した工程図である。
【図７】基板処理システムの他の構成例を示した構成図である。
【図８】半導体製造装置のほかの構成例を示した構成図である。
【図９】他の配線を形成するプロセスの例を示した工程図である。
【図１０】蟻酸によるアニールを行い、ＣｕＭｎ膜中のＭｎが移動する様子を示したグラフである。
【図１１】アニール温度を変更してＭｎが移動する様子を調べた評価試験のグラフである。
【図１２】アニール時の圧力を変更してＭｎが移動する様子を調べた評価試験のグラフである。
【図１３】無水酢酸によるアニールを行い、ＣｕＭｎ膜中のＭｎが移動する様子を示したグラフである。
【図１４】窒素ガスによるアニールを行い、ＣｕＭｎ膜中のＭｎが移動する様子を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
Ｗ              半導体ウエハ
１              基板処理システム
２              半導体処理装置
３              ＣｕＭｎスパッタモジュール
５              蟻酸処理モジュール
８１            ＣｕＭｎ膜
８２            Ｃｕ膜
８３            ＭｎＳｉｘＯｙ膜
８４            Ｍｎ
【図１】
2008218659.tif 000004
【図２】
2008218659.tif 000005
【図３】
2008218659.tif 000006
【図４】
2008218659.tif 000007
【図５】
2008218659.tif 000008
【図６】
2008218659.tif 000009
【図７】
2008218659.tif 000010
【図８】
2008218659.tif 000011
【図９】
2008218659.tif 000012
【図１０】
2008218659.tif 000013
【図１１】
2008218659.tif 000014
【図１２】
2008218659.tif 000015
【図１３】
2008218659.tif 000016
【図１４】
2008218659.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月7日(2008.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅に添加金属を添加した合金膜を、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、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板の加熱後、凹部に銅を埋め込む工程をさらに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】
前記基板の加熱後、銅を埋め込む前に前記合金膜の表面に析出した添加金属を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記添加金属は、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、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３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板を加熱する工程において、基板は１５０℃〜５００℃に加熱されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
表面に凹部を備えた層間絶縁膜が形成された基板を載置する第１の載置部が内部に設けられた第１の処理容器と、銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する合金膜形成手段と、を備えた成膜部と、
基板を載置する第２の載置部が内部に設けられた第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気を形成する雰囲気形成手段と、第２の載置部に載置された基板を加熱する加熱手段と、を備えた加熱処理部と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する工程と、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
を実施することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
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プログラムであって、
銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する工程と、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
を実施するように半導体製造装置を機能させることを特徴とするプログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、絶縁膜に凹部を形成した後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前記方法を実行するプログラムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
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、絶縁膜の凹部に沿って成膜した銅及び添加金属の合金膜を利用してバリア膜と銅膜とを形成し、その後銅配線を埋め込むにあたって、前記銅膜の酸化を抑え、配線抵抗の上昇を抑えることができる半導体製造装置、半導体装置の製造方法及びこの方法を実施するプログラムを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、銅に添加金属を添加した合金膜を、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、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
を含むことを特徴とする。なおここでいう合金膜には銅膜と添加金属の膜とが積層されたものも含まれる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記方法は例えば、基板の加熱後、凹部に銅を埋め込む工程をさらに含む。また、前記基板の加熱後、銅を埋め込む前に前記合金膜の表面に析出した添加金属を除去する工程をさらに含んでいてもよく、また前記添加金属は、例えばＭｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｔｃ及びＲｅから選択された金属である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記有機酸は、例えばカルボン酸であり、その場合例えば蟻酸である。前記有機酸無水物は、例えばカルボン酸無水物であり、その場合例えば無水酢酸である。基板を加熱する工程においては、基板は例えば１５０℃〜５００℃に加熱される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の半導体製造装置は、表面に凹部を備えた層間絶縁膜が形成された基板を載置する第１の載置部が内部に設けられた第１の処理容器と、銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する合金膜形成手段と、を備えた成膜部と、
基板を載置する第２の載置部が内部に設けられた第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気を形成する雰囲気形成手段と、第２の載置部に載置された基板を加熱する加熱手段と、を備えた加熱処理部と、
を備えたことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の他の半導体製造装置は、銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する工程と、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
を実施することを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明のプログラムは、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プログラムであって、
銅に添加金属を添加した合金膜を、前記凹部の壁面に沿って形成する工程と、
次いで、前記添加金属と層間絶縁膜の構成元素との化合物からなるバリア層を形成すると共に添加金属を合金膜の表面に析出させるために、有機酸、有機酸無水物またはケトン類を含む雰囲気で基板を加熱する工程と、
を実施するように半導体製造装置を機能させることを特徴とする。