(57)【要約】【課題】銅含有金属膜の表面にＳｉを導入し、その部分を窒化してＣｕＳｉＮバリアを形成する技術を採用する際に、層間絶縁膜へのダメージおよび大気開放による水分吸着の生じ難い半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板を準備する工程と、銅含有金属膜の表面をラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する工程と、銅含有金属膜の表面にＳｉを導入する工程と、銅含有金属膜のＳｉが導入された部分をラジカルにより窒化する工程とによって半導体装置を製造する際に、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、および窒化工程を真空を破ることなく連続的に行う。【選択図】図１
2008192739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板を準備する工程と、
前記銅含有金属膜の表面をラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する工程と、
前記銅含有金属膜の表面にＳｉを導入する工程と、
前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分をラジカルにより窒化する工程と
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記清浄化処理工程、前記Ｓｉ導入工程、および前記窒化工程を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板を準備する工程と、
前記銅含有金属膜の表面をラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する工程と、
前記銅含有金属膜の表面にＳｉを導入する工程と、
前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分をラジカルにより窒化する工程と、
前記窒化工程により形成された窒化膜の上に誘電体膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記清浄化処理工程、前記Ｓｉ導入工程、前記窒化工程および前記誘電体膜形成工程を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記清浄化工程は、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガス、ＮＨ３ガスの１種以上の処理ガスのラジカルにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記清浄化工程は、複数のスロットを有する平面アンテナから放射されたマイクロ波により前記処理ガスをプラズマ化して形成されたラジカルにより行われ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】
前記清浄化工程は、前記処理ガスを高温の触媒に接触させることにより生成されたラジカルにより行われ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６】
前記清浄化工程を実施する熱化学的手法は、半導体基板を加熱しつつ還元ガスを前記銅含有金属膜の表面に供給することにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記窒化工程は、Ｎ含有ガスのラジカルを用いて行われることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記窒化工程は、複数のスロットを有する平面アンテナから放射されたマイクロ波により前記処理ガスをプラズマ化して形成されたラジカルにより行われ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】
前記窒化工程は、前記処理ガスを高温の触媒に接触させることにより生成されたラジカルにより行われ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１０】
前記一連の工程を、同一チャンバ内で実施することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記清浄化工程と前記Ｓｉ導入工程とを第１のチャンバで行い、他の工程を第２のチャンバで行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記清浄化工程と前記Ｓｉ導入工程とを第１のチャンバで行い、前記窒化工程と前記誘電体膜形成工程とを第２のチャンバで行う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１３】
前記清浄化工程と前記Ｓｉ導入工程と前記窒化工程とを第１のチャンバで行い、前記誘電体膜形成工程を第２のチャンバで行う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１４】
前記第１のチャンバは、複数のスロットを有する平面アンテナから放射されたマイクロ波により清浄化工程のためのガスおよび窒化工程のためのガスをプラズマ化してラジカルを生成する機能を有する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】
前記第１のチャンバは、清浄化工程のためのガスおよび窒化工程のためのガスを高温の触媒に接触させることによりラジカルを生成する機能を有する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１６】
前記各工程をそれぞれ別個のチャンバで行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板の前記銅含有金属膜の表面を真空中でラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する機構と、
前記銅含有金属膜の表面に真空中でＳｉを導入する機構と、
前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分を真空中でラジカルにより窒化する機構と
を有する半導体装置の製造装置であって、
前記清浄化処理、前記Ｓｉ導入、および前記窒化を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１８】
表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板の前記銅含有金属膜の表面を真空中でラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する機構と、
前記銅含有金属膜の表面に真空中でＳｉを導入する機構と、
前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分を真空中でラジカルにより窒化する機構と、
前記窒化により形成された窒化膜の上に真空中で誘電体膜を形成する機構と
を有する半導体装置の製造装置であって、
前記清浄化処理、前記Ｓｉ導入、前記窒化、および前記誘電体膜の形成を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１９】
前記ラジカルにより清浄化する機構および前記ラジカルにより窒化する機構は、マイクロ波発生機構と、複数のスロットを有する平面アンテナと、前記マイクロ波発生機構で発生したマイクロ波を前記平面アンテナに伝送するマイクロ波伝送機構とを有し、前記平面アンテナにより放射されたマイクロ波により処理ガスをプラズマ化してラジカルを生成することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２０】
前記ラジカルにより清浄化する機構および前記ラジカルにより窒化する機構は、高温に加熱されて処理ガスが接触する触媒を有し、処理ガスが前記触媒に接触した際にラジカルを生成することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２１】
前記熱化学的手法により清浄化する機構は、半導体基板を加熱する手段と、前記銅含有金属膜の表面に還元ガスを供給する手段とを有することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２２】
前記各機構による処理が実施される単一のチャンバを具備することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２３】
前記清浄化する機構と、前記Ｓｉを導入する機構と、前記窒化する機構を備える第１のチャンバと、
前記誘電体膜を形成する機構を備える第２のチャンバと、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で真空を破らずに半導体基板を搬送する搬送機構と
を具備することを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２４】
前記清浄化する機構および前記窒化する機構は、マイクロ波発生機構と、複数のスロットを有する平面アンテナと、前記マイクロ波発生機構で発生したマイクロ波を前記平面アンテナに伝送するマイクロ波伝送機構とを備え、前記平面アンテナにより放射されたマイクロ波を前記チャンバまたは前記第１のチャンバに導いて処理ガスをプラズマ化してラジカルを生成することを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２５】
前記清浄化する機構および前記窒化する機構は、前記チャンバまたは前記第１のチャンバ内に設けられた、高温に加熱されて処理ガスが接触する触媒を有し、処理ガスが前記触媒に接触した際に前記チャンバ内または前記第１のチャンバ内にラジカルを生成することを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２６】
前記清浄化する機構と、前記Ｓｉを導入する機構とを備える第１のチャンバと、
前記窒化する機構を備える第２のチャンバと、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で真空を破らずに半導体基板を搬送する搬送機構と
を具備することを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２７】
前記清浄化する機構と、前記Ｓｉを導入する機構とを備える第１のチャンバと、
前記窒化する機構と、前記誘電体膜を形成する機構とを備える第２のチャンバと、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で真空を破らずに半導体基板を搬送する搬送機構と
を具備することを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２８】
前記各機構をそれぞれ備えた複数のチャンバと、これらチャンバ間で真空を破ることなく半導体基板を搬送する搬送機構とを具備することを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２９】
コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１６のいずれかの半導体装置の製造方法が行われるように、コンピュータに前記処理装置を制御させ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、銅含有金属膜を有する半導体装置を製造する方法および製造装置、ならびにその方法を実行するためのプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線の導電性向上が求められており、それに対応して、配線材料としてアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性に優れている銅（Ｃｕ）が注目されている。
【０００３】
しかしながら、Ｃｕは容易に酸化して脆い酸化銅を形成するため、密着性および機械的強度が低下しやすい。また、Ｃｕは拡散しやすく、層間絶縁膜中に拡散することによる配線間の導通が生じやすい。このため、従来、Ｃｕ配線の周囲のバリア性を高めてＣｕの酸化や拡散の問題を解消すべく、Ｃｕ配線の側壁および底部にはＴａやＴａＮ等のバリアメタルを形成し、上面にはエッチングストッパを兼ねたＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ等の誘電体膜を形成している。
【０００４】
ところで、近時、半導体デバイスの微細化および高速化の観点から配線間の容量の低下が指向されており、層間絶縁膜の低誘電率化が用いられているが、上記ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ等は比誘電率が大きいため（ＳｉＮ＝７、ＳｉＣＮ＝４．５、ＳｉＣ＝３．５）、より誘電率の小さいバリア誘電体膜が求められている。また、これらの膜は十分なバリア性を発揮するためには３０ｎｍより大きな膜厚が必要であり、デバイスの小型化に十分対応することができないという問題もある。
【０００５】
このような問題を解決する技術として、表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板をチャンバ内に配し、プラズマにより銅含有金属膜の表面の酸化膜を除去する前処理を実施し、次いで、銅含有金属膜の表面にＳｉを導入し、その後、銅含有金属膜のＳｉが導入された部分をプラズマにより窒化して銅配線の表面にＣｕＳｉＮを形成するものが提案されている（特許文献１）。この技術によれば、Ｃｕ表面のみでバリア膜を形成することができ、誘電体バリア膜を薄膜化することができる。そして、その上にＳｉＣ膜等からなるエッチングストッパを形成してもトータルの膜厚を薄くすることができ、Ｃｕ配線表面の誘電体膜の誘電率を低下させることができる。
【０００６】
しかしながら、この技術にも以下に示すような欠点がある。すなわち、この技術では、前処理工程と窒化処理工程にプラズマを使用するため、層間絶縁膜がプラズマ中の主にイオンによってダメージを受ける。特に、層間絶縁膜として、低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を使用する場合には、膜の構造が破壊され、大気開放により水分を吸着してＣｕ配線に対するバリア性や誘電率およびリーク電流が上昇してしまう。また、上層の層間絶縁膜の形成時に密着性が低下してしまう。
【特許文献１】特開２００６−２３７２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、銅含有金属膜の表面にＳｉを導入し、その部分を窒化してＣｕＳｉＮバリアを形成する技術を採用する際に、層間絶縁膜へのダメージおよび大気開放による水分吸着の生じ難い半導体装置の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
また、そのような半導体装置の製造方法を実行するプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板を準備する工程と、前記銅含有金属膜の表面をラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する工程と、前記銅含有金属膜の表面にＳｉを導入する工程と、前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分をラジカルにより窒化する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記清浄化処理工程、前記Ｓｉ導入工程、および前記窒化工程を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点では、表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板を準備する工程と、前記銅含有金属膜の表面をラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する工程と、前記銅含有金属膜の表面にＳｉを導入する工程と、前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分をラジカルにより窒化する工程と、前記窒化工程により形成された窒化膜の上に誘電体膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記清浄化処理工程、前記Ｓｉ導入工程、前記窒化工程および前記誘電体膜形成工程を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１０】
上記第１および第２の観点において、前記清浄化工程は、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガス、ＮＨ３ガスの１種以上の処理ガスのラジカルにより行うことができる。この場合に、前記清浄化工程は、複数のスロットを有する平面アンテナから放射されたマイクロ波により前記処理ガスをプラズマ化して形成されたラジカル、または前記処理ガスを高温の触媒に接触させることにより生成されたラジカルにより行うことができる。さらに、前記清浄化工程を実施する熱化学的手法としては、半導体基板を加熱しつつ還元ガスを前記銅含有金属膜の表面に供給するものを用いることができる。
【００１１】
また、上記第１および第２の観点において、前記窒化工程は、Ｎ含有ガスのラジカルを用いて行うことができる。この場合に、前記窒化工程は、複数のスロットを有する平面アンテナから放射されたマイクロ波により前記処理ガスをプラズマ化して形成されたラジカル、または前記処理ガスを高温の触媒に接触させることにより生成されたラジカルにより行うことができる。
【００１２】
さらに、上記第１および第２の観点において、前記一連の工程を、同一チャンバ内で実施するようにすることができる。
【００１３】
さらにまた、上記第１および第２の観点において、前記清浄化工程と前記Ｓｉ導入工程とを第１のチャンバで行い、他の工程を第２のチャンバで行うようにすることができ、また、上記第２の観点において、前記清浄化工程と前記Ｓｉ導入工程とを第１のチャンバで行い、前記窒化工程と前記誘電体膜形成工程とを第２のチャンバで行うようにすることができる。
【００１４】
さらにまた、上記第２の観点において、前記清浄化工程と前記Ｓｉ導入工程と前記窒化工程とを第１のチャンバで行い、前記誘電体膜形成工程を第２のチャンバで行うようにすることができる。この場合に、前記第１のチャンバは、複数のスロットを有する平面アンテナから放射されたマイクロ波により清浄化工程のためのガスおよび窒化工程のためのガスをプラズマ化してラジカルを生成する機能を有するものであってもよいし、清浄化工程のためのガスおよび窒化工程のためのガスを高温の触媒に接触させることによりラジカルを生成する機能を有するものであってもよい。
【００１５】
さらにまた、上記第１および第２の観点において、前記各工程をそれぞれ別個のチャンバで行うようにしてもよい。
【００１６】
本発明の第３の観点では、表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板の前記銅含有金属膜の表面を真空中でラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する機構と、前記銅含有金属膜の表面に真空中でＳｉを導入する機構と、前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分を真空中でラジカルにより窒化する機構と
を有する半導体装置の製造装置であって、前記清浄化処理、前記Ｓｉ導入、および前記窒化を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供する。
【００１７】
本発明の第４の観点では、表面に銅含有金属膜が露出した状態の半導体基板の前記銅含有金属膜の表面を真空中でラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理する機構と、前記銅含有金属膜の表面に真空中でＳｉを導入する機構と、前記銅含有金属膜のＳｉが導入された部分を真空中でラジカルにより窒化する機構と、前記窒化により形成された窒化膜の上に真空中で誘電体膜を形成する機構とを有する半導体装置の製造装置であって、前記清浄化処理、前記Ｓｉ導入、前記窒化、および前記誘電体膜の形成を真空を破ることなく連続的に行うことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供する。
【００１８】
上記第３および第４の観点において、前記ラジカルにより清浄化する機構および前記ラジカルにより窒化する機構として、マイクロ波発生機構と、複数のスロットを有する平面アンテナと、前記マイクロ波発生機構で発生したマイクロ波を前記平面アンテナに伝送するマイクロ波伝送機構とを有し、前記平面アンテナにより放射されたマイクロ波により処理ガスをプラズマ化してラジカルを生成するものを用いることができ、また、高温に加熱されて処理ガスが接触する触媒を有し、処理ガスが前記触媒に接触した際にラジカルを生成するものを用いることができる。また、前記熱化学的手法により清浄化する機構としては、半導体基板を加熱する手段と、前記銅含有金属膜の表面に還元ガスを供給する手段とを有するものを用いることができる。
【００１９】
また、上記第３および第４の観点において、前記各機構による処理が実施される単一のチャンバを具備するものとすることができる。また、上記第４の観点において、前記清浄化する機構と、前記Ｓｉを導入する機構と、前記窒化する機構を備える第１のチャンバと、前記誘電体膜を形成する機構を備える第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で真空を破らずに半導体基板を搬送する搬送機構とを具備するものとすることができる。これらにおいて、前記清浄化する機構および前記窒化する機構として、マイクロ波発生機構と、複数のスロットを有する平面アンテナと、前記マイクロ波発生機構で発生したマイクロ波を前記平面アンテナに伝送するマイクロ波伝送機構とを備え、前記平面アンテナにより放射されたマイクロ波を前記チャンバまたは前記第１のチャンバに導いて処理ガスをプラズマ化してラジカルを生成するもの、あるいは、前記チャンバまたは前記第１のチャンバ内に設けられた、高温に加熱されて処理ガスが接触する触媒を有し、処理ガスが前記触媒に接触した際に前記チャンバ内または前記第１のチャンバ内にラジカルを生成するものとすることができる。
【００２０】
上記第３の観点において、前記清浄化する機構と、前記Ｓｉを導入する機構とを備える第１のチャンバと、前記窒化する機構を備える第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で真空を破らずに半導体基板を搬送する搬送機構とを具備する構成とすることができる。また、上記第４の観点において、前記清浄化する機構と、前記Ｓｉを導入する機構とを備える第１のチャンバと、前記窒化する機構と、前記誘電体膜を形成する機構とを備える第２のチャンバと、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間で真空を破らずに半導体基板を搬送する搬送機構とを具備する構成とすることができる。
【００２１】
さらにまた、上記第３および第４の観点において、前記各機構をそれぞれ備えた複数のチャンバと、これらチャンバ間で真空を破ることなく半導体基板を搬送する搬送機構とを具備するものとすることができる。
【００２２】
本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１または第２の観点の半導体装置の製造方法が行われるように、コンピュータに前記処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、銅含有金属膜の表面の清浄化処理をラジカルまたは熱化学的手法により行い、Ｓｉが導入された部分の窒化処理をラジカルにより行うので、プラズマ中のイオンによるダメージが生じ難く、また、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、および窒化工程を真空を破ることなく連続的に行うので、層間絶縁膜に水分が吸着することによる不都合が生じ難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の半導体装置の製造方法の工程を説明するためのフローチャート、図２はその際の工程断面図、図３は本発明においてＣｕＳｉＮ膜が形成される過程を模式的に示す説明図である。
【００２５】
まず、Ｓｉ基体１の上に第１の層間絶縁膜２、Ｃｕ拡散バリアである誘電体膜３および第２の層間絶縁膜４が形成され、第１および第２の層間絶縁膜２、４の中にＣｕ配線５が、その表面が露出した状態で埋め込まれ、Ｃｕ配線５の側壁およびＣｕ配線５の第１および第２の層間絶縁膜２、４に対応する部分の底部にそれぞれバリアメタル層６が形成された構造を有する半導体基板を準備する（ステップ１）。層間絶縁膜２、４としては、典型的にはＬｏｗ−ｋ膜が用いられる。なお、実際には、配線層は１０層程度積層されているが、便宜上、２層の場合について示す。
【００２６】
次いで、露出したＣｕ配線５の表面を、真空雰囲気中で、ラジカルまたは熱化学的手法により清浄化処理し、表面に形成された自然酸化膜等を除去する（ステップ２、図２の（ａ））。これにより、従来のようなイオンを主体としたプラズマ処理に比べて第２の層間絶縁膜４に対するダメージの小さい処理が可能である。
【００２７】
ラジカルによる処理の場合には、清浄化処理ガスとしてＨ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガス、ＮＨ３ガスの１種以上を用いることができる。ラジカルを生成するための手法としては、複数のスロットを有する平面アンテナ、例えばＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にてチャンバ内にマイクロ波を導入して高密度かつ低電子温度マイクロ波プラズマ（ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ）を形成することによりラジカルを生成するものや、加熱された高融点触媒体に処理ガスを接触させて触媒反応によりラジカルを生成するものを挙げることができる。
【００２８】
熱化学的手法による処理としては、チャンバ内で半導体基板を加熱しつつ、水素や有機酸等の還元ガスを供給して還元処理を行うものを挙げることができる。有機酸としては、蟻酸、酢酸、酪酸などのカルボン酸を用いることができ、好適には無水酢酸等の無水カルボン酸を用いることができる。
【００２９】
この清浄化処理工程に引き続いて、真空を破ることなく、Ｃｕ配線５の表面にＳｉを導入する処理を行う（ステップ３、図２の（ｂ））。この処理は、ＳｉＨ４ガス、Ｓｉ２Ｈ６ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、Ｓｉ（ＣＨ３）４ガス、ＳｉＨ（ＣＨ３）３ガス、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２ガス、ＳｉＨ３（ＣＨ３）ガス等のＳｉ含有ガスを半導体基板１に供給することにより行われ、図３の（ａ）に示すように、Ｃｕ配線５の表面の結晶粒界を含む領域にＳｉが拡散により導入され、図２の（ｂ）、図３の（ｂ）に示すように、このＳｉがＣｕと反応した反応層７が薄く形成される。このときの基板温度は、例えば１００〜４００℃に設定する。
【００３０】
このＳｉ導入工程に引き続いて、真空を破ることなく、ラジカル窒化処理によりＳｉ導入部分の窒化処理を行う（ステップ４）。これにより、図２の（ｃ）に示すように、Ｃｕ配線５の表面の反応層７が窒化されてＣｕＳｉＮからなるバリア層８が形成された半導体装置が得られる。このようなラジカル窒化処理により、従来のようなイオンを主体としたプラズマ処理による窒化に比べて第２の層間絶縁膜４に対するダメージの小さい窒化処理が可能である。このような窒化処理によって、図３の（ｃ）に示すように、Ｃｕ配線５の表面の結晶粒界を含む領域に拡散したＳｉがより表面に近い領域に集まってＣｕＳｉＮが形成されるため、バリア膜８を薄く形成することが可能である。
【００３１】
このようなラジカル窒化処理は、処理ガスとしてＮ含有ガスが用いられ、Ｎ含有ガスとしては、Ｎ２ガス単独、Ｎ２ガスとＡｒガス、Ｎ２ガスとＨ２ガス、ＮＨ３ガス等を用いることができる。ラジカルを生成するための手法としては、ステップ２の清浄化処理と同様、複数のスロットを有する平面アンテナ、例えばＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にてチャンバ内にマイクロ波を導入して高密度かつ低電子温度マイクロ波プラズマを形成することによりラジカルを生成するものや、加熱された高融点触媒体に処理ガスを接触させて触媒反応によりラジカルを生成するものを挙げることができる。
【００３２】
このような窒化処理によってバリア層８を形成した後、必要に応じて、エッチングストッパや拡散防止膜のための誘電体膜９を形成する。この誘電体膜９としては、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣを用いることができる。この場合に、バリア層８の存在により、この誘電体膜９はバリア機能は必要ないか、必要であってもバリア層８を補助する程度のものでよいので、膜厚を薄くでき、誘電率が不所望に高くなることはない。このときの誘電体膜９の形成は、窒化処理後、真空を破らずに行う。このときの膜形成は、常法に従って行えばよく、ＣＶＤやＰＶＤ等適宜の方法を採用することができる。
【００３３】
このように、清浄化処理をラジカルまたは熱化学的手法で行い、および窒化処理をラジカル窒化処理で行うことにより第２の層間絶縁膜４に対するダメージを少なくすることができ、しかも清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、および必要に応じて行われる誘電体膜形成工程を真空を破ることなく連続的に行うことにより、第２の層間絶縁膜４を構成するＬｏｗ−ｋ膜が水分を吸着してＣｕ配線に対するバリア性や誘電率およびリーク電流が上昇してしまうことを抑制することができ、上層の層間絶縁膜の形成時に密着性が低下してしまうことを防止することができる。
【００３４】
次に、実際に本発明を実施する場合の具体的な実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
ここでは、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、および必要に応じて行われる誘電体膜形成工程を、全てＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置を用いて行う場合について説明する。
【００３５】
図４は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実施するためのＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略断面図である。図４に示すように、このＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０は、半導体基板を収容する真空に保持可能な略円筒状のチャンバ１１と、その底部に設けられた、半導体基板Ｓを載置するサセプタ１２と、チャンバ１１の側壁に設けられた処理ガスを導入するためのリング状をなすガス導入部１３と、チャンバ１１の上部の開口部に臨むように設けられ、多数のマイクロ波透過孔１４ａが形成された平面アンテナ１４と、マイクロを発生させるマイクロ波発生部１５と、マイクロ波発生部１５を平面アンテナ１４に導くマイクロ波伝送機構１６と、ガス導入部１３に処理ガスを供給する処理ガス供給部１７とを有している。
【００３６】
平面アンテナ１４の下方には誘電体からなるマイクロ波透過板２１が設けられ、平面アンテナ１４の上にはシールド部材２２が設けられている。マイクロ波伝送機構１６は、マイクロ波発生部１５からマイクロ波を導く水平方向に伸びる導波管３１と、平面アンテナ１４から上方に伸びる内導体３３および外導体３４からなる同軸導波管３２と、導波管３１と同軸導波管３２との間に設けられたモード変換機構３５とを有している。
【００３７】
チャンバ１１の底部には排気管２３が接続されており、排気管２３にはチャンバ１１内を排気するためのバルブや真空ポンプ等からなる排気機構２４が接続されている。また、チャンバ１１の側壁には半導体基板Ｓを搬入出可能な搬入出口２５が設けられており、この搬入出口２５はゲートバルブＧにより開閉可能となっている。また、サセプタ１２内にはヒータ１８が埋設されている。
【００３８】
処理ガス供給部１７は、清浄化処理工程を実施するための上述したような清浄化処理ガスを供給する清浄化処理ガス供給源３６と、Ｓｉ導入工程を実施するためのＳｉ含有ガスを供給するＳｉ含有ガス供給源３７と、窒化処理工程を実施するためのＮ含有ガスを供給するＮ含有ガス供給源３８と、誘電体膜形成工程を実施するための誘電体膜形成ガスを供給する誘電体膜形成ガス供給源３９とを有している。これら清浄化処理ガス供給源３６、Ｓｉ含有ガス供給源３７、Ｎ含有ガス供給源３８、および誘電体膜形成ガス供給源３９から、それぞれガス供給ライン４１、４２、４３、４４が接続されており、これらが共通のガス供給ライン４０に接続されて上記ガス導入部１３に接続されている。なお、ガス供給ライン４１、４２、４３、４４には開閉バルブ４５およびマスフローコントローラ等の流量制御器（図示せず）が介装されている。
【００３９】
このＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０は、各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ５０を有しており、各構成部がこのプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。また、プロセスコントローラ５０には、オペレータがＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
【００４０】
また、プロセスコントローラ５０には、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００４１】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０での所望の処理が行われる。
【００４２】
次に、上記構成のＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０において行われる本実施形態の方法について説明する。
まず、半導体基板Ｓをチャンバ１１内に搬入し、サセプタ１２上に載置し、半導体基板Ｓの表面に露出したＣｕ配線の表面の清浄化処理を行う。
【００４３】
具体的には、排気機構２４によりチャンバ１１内を真空排気しながら、ガス供給部１７からガス導入部１３を介して上述したＨ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガス、ＮＨ３ガス等の清浄化処理ガスをチャンバ１１内に供給して、チャンバ１１内を所定圧力に維持し、マイクロ波発生部１５で発生したマイクロ波をマイクロ波伝送機構１６を介して所定のモードで平面アンテナ１４に導き、平面アンテナ１４のマイクロ波透過孔１４ａおよびマイクロ波透過板２１を通ってチャンバ１１内に均一に供給し、そのマイクロ波により清浄化処理ガスをプラズマ化してそのプラズマによりラジカルを主体とした清浄化処理を施し、Ｃｕ配線表面の自然酸化膜等を除去する。この処理の際のチャンバ１１内の圧力は、例えば０．１３Ｐａ〜１３３３Ｐａ（１ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とし、基板温度は、例えば１００〜４００℃とする。
【００４４】
このＲＬＳＡマイクロ波方式のプラズマ処理は、低電子温度で高密度のラジカルを主体とするプラズマが形成されるため、層間絶縁膜へほとんどダメージを与えずに高速での処理が可能である。
【００４５】
このような清浄化処理が終了後、真空排気を継続しながら図示しないパージガス供給源からパージガス、例えばＡｒガスをチャンバ１１内に供給し、チャンバ１１内に残留しているガスをパージする。
【００４６】
次いで、チャンバ１１内の真空を破ることなく、ガス供給部１７からのガスを上述したＳｉＨ４ガス、Ｓｉ２Ｈ６ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、Ｓｉ（ＣＨ３）４ガス、ＳｉＨ（ＣＨ３）３ガス、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２ガス、ＳｉＨ３（ＣＨ３）ガス等のＳｉ含有ガスに切り替えてＳｉ導入処理を行う。このＳｉ導入処理の際には、特にプラズマを形成する必要はないが、ガスによっては、マイクロ波プラズマを形成して分解を促進してもよい。このＳｉ導入処理の際のチャンバ１１内の圧力は、例えば１．３〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とし、基板温度は、例えば１００〜４００℃とする。この処理により、上述のようにＣｕ配線表面にＣｕＳｉが形成される。
【００４７】
このようなＳｉ導入処理が終了後、真空排気を継続しながら図示しないパージガス供給源からパージガス、例えばＡｒガスをチャンバ１１内に供給し、チャンバ１１内に残留しているガスをパージする。または真空引ききりでもよい。
【００４８】
次いで、チャンバ１１内の真空を破ることなく、ガス供給部１７からのガスを上述したＮ２ガス単独、Ｎ２ガスとＡｒガス、Ｎ２ガスとＨ２ガス、ＮＨ３ガス等のＮ含有ガスに切り替え、マイクロ波発生部１５で発生したマイクロ波をマイクロ波伝送機構１６を介して所定のモードで平面アンテナ１４に導き、平面アンテナ１４のマイクロ波透過孔１４ａおよびマイクロ波透過板２１を通ってチャンバ１１内に均一に供給し、そのマイクロ波によりＮ含有ガスをプラズマ化してラジカルを主体としたラジカル窒化処理を施し、Ｃｕ配線表面に形成されたＣｕＳｉを窒化してＣｕＳｉＮを形成する。この窒化処理の際のチャンバ１１内の圧力は、例えば１．３〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とし、基板温度は、例えば１００〜４００℃とする。
【００４９】
この処理においては、清浄化処理の場合と同様、ＲＬＳＡマイクロ波方式のプラズマ処理を採用しているので、低電子温度で高密度のラジカルを主体とするプラズマが形成されるため、層間絶縁膜へほとんどダメージを与えずに高速での処理が可能である。
【００５０】
この処理によって、Ｃｕ配線の表面にＣｕＳｉＮからなるバリア膜が形成された半導体装置が得られるが、上述したように、必要に応じて、引き続きバリア膜の上にエッチングストッパや拡散防止膜のための誘電体膜を形成してもよい。この誘電体膜の形成は、チャンバ１１内の真空を破ることなく、ガス供給部１７からのガスを誘電体膜形成ガスに切り替えて、ＣＶＤによりバリア膜上にＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ等の誘電体膜を堆積する。この場合に、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２、ＳｉＨ３（ＣＨ３）、Ｄｉｍｅｔｙｌ  Ｐｈｅｎｙｌ  Ｓｉｌａｎｅ等のガスを用い、例えば基板温度１００〜４００℃とすることが好ましい。
【００５１】
このように、本実施形態では、一つのチャンバ内を真空に保持したまま、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、誘電体膜形成工程を行うので、Ｌｏｗ−ｋ膜からなる層間絶縁膜への水分の吸着をほぼ完全に防止することができる。また、上述したように、清浄化処理および窒化処理をＲＬＳＡマイクロ波プラズマによるラジカル処理で行うので、従来のイオンを主体としたプラズマ処理に比べて層間絶縁膜へのダメージが小さい。
【００５２】
［第２の実施の形態］
ここでは、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、および必要に応じて行われる誘電体膜形成工程を、全て触媒処理装置を用いて行う場合について説明する。
【００５３】
図５は、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実施するための触媒処理装置を示す概略断面図である。図５に示すように、この触媒処理装置６０は、半導体基板を収容する真空に保持可能な略円筒状のチャンバ６１を有しており、チャンバ６１の底部には、サセプタ６２が設けられている。サセプタ６２内には、半導体基板Ｓを加熱するヒータ６３が埋設されている。
【００５４】
チャンバ６１内の上部には、サセプタ６２に対向するように処理ガスをチャンバ６１内に導入するための中空円盤状のシャワーヘッド６５が設けられている。シャワーヘッド６５は、上面中央にガス導入口６６を有し、下面に多数のガス吐出孔６７を有している。
【００５５】
上記シャワーヘッド６５には、処理ガスを供給する処理ガス供給部６８が接続されている。処理ガス供給部６８は、清浄化処理工程を実施するための上述したような清浄化処理ガスを供給する清浄化処理ガス供給源７０と、Ｓｉ導入工程を実施するためのＳｉ含有ガスを供給するＳｉ含有ガス供給源７１と、窒化処理工程を実施するためのＮ含有ガスを供給するＮ含有ガス供給源７２と、誘電体膜形成工程を実施するための誘電体膜形成ガスを供給する誘電体膜形成ガス供給源７３とを有している。これら清浄化処理ガス供給源７０、Ｓｉ含有ガス供給源７１、Ｎ含有ガス供給源７２、および誘電体膜形成ガス供給源７３には、それぞれガス供給ライン７４、７５、７６、７７が接続されており、これらが共通のガス供給ライン６９に接続されて上記シャワーヘッド６５のガス導入口６６に接続されている。なお、ガス供給ライン７４、７５、７６、７７には開閉バルブ７８およびマスフローコントローラ等の流量制御器（図示せず）が介装されている。
【００５６】
チャンバ６１の底部には排気管８１が接続されており、排気管８１にはチャンバ６１内を排気するためのバルブや真空ポンプ等からなる排気機構８２が接続されている。また、チャンバ６１の側壁には半導体基板Ｓを搬入出可能な搬入出口８３が設けられており、この搬入出口８３はゲートバルブＧにより開閉可能となっている。
【００５７】
チャンバ６１内のサセプタ６２とシャワーヘッド６５との間には、導電性の高融点材料例えばタングステンからなる触媒ワイヤ８７が設けられている。この触媒ワイヤ８７の一端には給電線８８が接続されており、この給電線８８には可変直流電源８９が設けられており、この可変直流電源８９から触媒ワイヤ８７に給電されることにより触媒ワイヤ８７が１４００℃以上の所定の温度に加熱される。一方、触媒ワイヤ８７の他端は接地されている。なお、触媒ワイヤ８７の材料はタングステンに限らず、１４００℃以上の高温に加熱可能な他の高融点金属、例えば、タンタル、モリブデン、バナジウム、白金、トリウムを挙げることができる。また、これらタングステン等の高融点金属は単体でなくても構わない。
【００５８】
そして、触媒ワイヤ８７が所定の高温に加熱された状態でチャンバ６１内に処理ガスが導入され、触媒ワイヤ８７に接触することにより、処理ガスが接触分解反応により励起されてラジカルとなり、このラジカルにより清浄化処理や窒化処理が行われる。
【００５９】
この触媒処理装置６０は、各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ９０を有しており、各構成部がこのプロセスコントローラ９０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ９０にはユーザーインターフェース９１および記憶部９２が接続されている。これらプロセスコントローラ９０、ユーザーインターフェース９１および記憶部９２は、第１の実施の形態におけるロセスコントローラ５０、ユーザーインターフェース５１および記憶部５２と同様に構成される。
【００６０】
次に、上記構成の触媒処理装置６０において行われる本実施形態の方法について説明する。
まず、半導体基板Ｓをチャンバ６１内に搬入し、サセプタ６２上に載置し、半導体基板Ｓの表面に露出したＣｕ配線の表面の清浄化処理を行う。
【００６１】
具体的には、排気機構８２によりチャンバ６１内を真空排気しながら、処理ガス供給部６８からシャワーヘッド６５を介して上述したＨ２ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガス、ＮＨ３ガス等の清浄化処理ガスをチャンバ６１内に供給して、チャンバ６１内を所定圧力に維持し、ヒータ６３によりサセプタ６２上の半導体基板Ｓを所定の温度に加熱する。
【００６２】
一方、触媒ワイヤ８７には可変直流電源８９から給電されて所定の高温、好ましくは、１４００〜２０００℃に加熱制御される。このように触媒ワイヤ８７を高温に加熱した状態で、上述のように清浄化処理ガスが導入されると、触媒ワイヤ８７に清浄化処理ガスが接触し、接触分解反応により励起されてラジカルが生成され、生成したラジカルを半導体基板ＳのＣｕ配線の表面に接触させることにより、その表面の自然酸化膜等を接触分解反応により除去する。この処理は、例えば、触媒ワイヤ温度１０００〜２０００℃、基板温度１００〜４００℃として清浄化処理ガスを流すことにより行うことができる。
【００６３】
この装置は、極めて簡便な構成により、高密度のラジカルを生成することができ、低コストの処理装置を実現することができる。また、このようにラジカルでの処理のため層間絶縁間へほとんどダメージを与えずに高速での処理が可能である。
【００６４】
このような清浄化処理が終了後、真空排気を継続しながら図示しないパージガス供給源からパージガス、例えばＡｒガスをチャンバ６１内に供給し、チャンバ６１内に残留しているガスをパージする。
【００６５】
次いで、チャンバ６１内の真空を破ることなく、処理ガス供給部６８からのガスを上述したＳｉＨ４ガス、Ｓｉ２Ｈ６ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、Ｓｉ（ＣＨ３）４ガス、ＳｉＨ（ＣＨ３）３ガス、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２ガス、ＳｉＨ３（ＣＨ３）ガス等のＳｉ含有ガスに切り替え、サセプタ６２を所定温度にして、Ｓｉ導入処理を行う。このＳｉ導入処理の際には、特にラジカルを形成する必要はないが、ガスによっては、触媒ワイヤ８７を加熱してラジカル化してもよい。このＳｉ導入処理の際のチャンバ６１内の圧力は、例えば１．３〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とし、基板温度は、例えば１００〜４００℃とする。この処理により、上述のようにＣｕ配線表面にＣｕＳｉが形成される。
【００６６】
このようなＳｉ導入処理が終了後、真空排気を継続しながら図示しないパージガス供給源からパージガス、例えばＡｒガスをチャンバ６１内に供給し、チャンバ６１内に残留しているガスをパージする。または真空引ききりでもよい。
【００６７】
次いで、チャンバ６１内の真空を破ることなく、ガス供給部６８からのガスを上述したＮ２ガス単独、Ｎ２ガスとＡｒガス、Ｈ２ガスとＡｒガス、ＮＨ３ガス等のＮ含有ガスに切り替え、チャンバ６１内を所定圧力に維持し、ヒータ６３によりサセプタ６２上の半導体基板Ｓを所定の温度に加熱する。一方、触媒ワイヤ８７には可変直流電源８９から給電されて所定の高温、好ましくは、１４００〜２０００℃に加熱制御される。このように触媒ワイヤ８７を高温に加熱した状態で、窒素含有ガスをチャンバ６１に導入することにより、触媒ワイヤ８７にＮ含有ガスが接触し、接触分解反応により励起されてＮ含有ラジカルが生成され、このＮ含有ラジカルによりラジカル窒化処理を施し、Ｃｕ配線表面に形成されたＣｕＳｉを窒化してＣｕＳｉＮを形成する。この窒化処理は、例えば、触媒ワイヤ温度１０００〜２０００℃、基板温度１００〜４００℃としてＮ含有ガスを流すことにより行うことができる。
【００６８】
この処理においては、清浄化処理の場合と同様、極めて簡便な構成の装置により、高密度のラジカルを生成することができ、低コストの処理装置を実現することができる。また、このようにラジカルでの処理のため層間絶縁間へほとんどダメージを与えずに高速での処理が可能である。
【００６９】
この処理によって、Ｃｕ配線の表面にＣｕＳｉＮからなるバリア膜が形成された半導体装置が得られるが、上述したように、必要に応じて、引き続きバリア膜の上にエッチングストッパや拡散防止膜のための誘電体膜を形成してもよい。この誘電体膜の形成は、チャンバ６１内の真空を破ることなく、ガス供給部６８からのガスを誘電体膜形成ガスに切り替えて、ＣＶＤによりバリア膜上にＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ等の誘電体膜を堆積する。この場合に、特に触媒ワイヤ８７を加熱する必要はないが、ガスによっては、触媒ワイヤ８７を加熱してラジカルを生成してもよい。
【００７０】
このように、本実施形態では、一つのチャンバ内を真空に保持したまま、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、誘電体膜形成工程を行うので、Ｌｏｗ−ｋ膜からなる層間絶縁膜への水分の吸着をほぼ完全に防止することができる。また、上述したように、清浄化処理および窒化処理を加熱した触媒ワイヤ８７にガスが接触して生成されたラジカルにより行うので、従来のイオンを主体としたプラズマ処理に比べて層間絶縁膜へのダメージが小さい。
【００７１】
［第３の実施の形態］
上記第１および第２の実施の形態では、単一のチャンバにて清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程および誘電体膜形成工程を行った場合について示したが、これら処理を同一のチャンバで行う際にはガス供給系が複雑になったり、工程の間のガスパージ等によりスループットが低下するおそれがあるため、このような点を解消するために、本実施の形態では、複数の処理チャンバを備え、これら複数の処理チャンバ間を真空を破らずに搬送可能な装置により、これら工程を実施する。
【００７２】
図６は、第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実施するためのマルチチャンバタイプの処理装置の概略構造を示す水平断面図である。この処理装置２００は、４つの処理ユニット１０１、１０２、１０３、１０４を備えており、これらの各ユニット１０１〜１０４は六角形をなす搬送室１０５の４つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、搬送室１０５の他の２つの辺にはそれぞれロードロック室１０６、１０７が設けられている。これらロードロック室１０６、１０７の搬送室１０５と反対側には搬入出室１０８が設けられており、搬入出室１０８のロードロック室１０６、１０７と反対側には半導体基板（半導体ウエハ）Ｓを収容可能な３つのキャリアＣを取り付けるポート１０９、１１０、１１１が設けられている。
【００７３】
処理ユニット１０１〜１０４、ならびにロードロック室１０６，１０７は、同図に示すように、搬送室１０５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧを開放することにより搬送室１０５と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより搬送室１０５から遮断される。また、ロードロック室１０６，１０７の搬入出室１０８に接続される部分にもゲートバルブＧが設けられており、ロードロック室１０６，１０７は、対応するゲートバルブＧを開放することにより搬入出室１０８に連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより搬入出室１０８から遮断される。
【００７４】
搬送室１０５内には、処理ユニット１０１〜１０４、ロードロック室１０６，１０７に対して、半導体基板Ｓの搬入出を行う搬送装置１１２が設けられている。このウエハ搬送装置１１２は、搬送室１０５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１１３の先端に半導体基板Ｓを保持する２つのブレード１１４ａ，１１４ｂを有しており、これら２つのブレード１１４ａ，１１４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１１３に取り付けられている。なお、この搬送室１０５内は所定の真空度に保持されるようになっている。
【００７５】
搬入出室１０８のキャリアＣ取り付け用の３つのポート１０９，１１０、１１１にはそれぞれ図示しないシャッタが設けられており、これらポート１０９，１１０，１１１に半導体基板Ｓを収容した、または空のキャリアＣが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッタが外れて外気の侵入を防止しつつ搬入出室１０８と連通するようになっている。また、搬入出室１０８の側面にはアライメントチャンバ１１５が設けられており、そこで半導体基板Ｓのアライメントが行われる。
【００７６】
搬入出室１０８内には、キャリアＣに対する半導体基板Ｓの搬入出およびロードロック室１０６，１０７に対する半導体基板Ｓの搬入出を行う搬送装置１１６が設けられている。この搬送装置１１６は、多関節アーム構造を有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール１１８上を走行可能となっていて、その先端のハンド１１７上に半導体基板Ｓを載せてその搬送を行う。
【００７７】
この処理装置２００は、各構成部、すなわち各処理ユニットや搬送系、ガス供給系等を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１３０を有しており、各構成部がこのプロセスコントローラ１３０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ１３０にはユーザーインターフェース１３１および記憶部１３２が接続されている。これらプロセスコントローラ１３０、ユーザーインターフェース１３１および記憶部１３２は、第１の実施の形態におけるロセスコントローラ５０、ユーザーインターフェース５１および記憶部５２と同様に構成される。
【００７８】
本実施の形態では、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、誘電体膜形成工程の一部を処理ユニット１０１〜１０４のいずれかで行い、残りの工程を他の１または２以上の処理ユニットで行う。
【００７９】
具体的には、
（１）清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程を１つの処理ユニットで行い、誘電体膜形成工程を他の処理ユニットで行う、
（２）清浄化処理工程およびＳｉ導入工程を１つの処理ユニットで行い、窒化処理工程および誘電体膜形成工程を他の処理ユニットで行う、
（３）清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程、誘電体膜形成工程を全て異なる処理ユニットで行う、
の組み合わせを行うことができる。もちろん、他の組み合わせも可能である。
【００８０】
上記（１）の組み合わせの場合、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程を行う処理ユニットは、上記第１の実施の形態のＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０から誘電体膜形成ガス供給源３９を除いたもの、または上記第２の実施の形態の触媒処理装置６０から誘電体膜形成ガス供給源７３を除いたものを用い、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程、窒化処理工程を上述した手順で行うようにすることができる。
【００８１】
誘電体膜形成工程を行う処理ユニットとしては、例えば図７のような構成のものを用いることができる。この処理ユニットは、半導体基板を収容する真空に保持可能な略円筒状のチャンバ１４１を有しており、チャンバ１４１の底部には、サセプタ１４２が設けられている。サセプタ１４２内には、半導体基板Ｓを加熱するヒータ１４３が埋設されている。
【００８２】
チャンバ１４１内の上部には、サセプタ１４２に対向するように誘電体膜形成ガスをチャンバ１４１内に導入するための中空円盤状のシャワーヘッド１４５が設けられている。シャワーヘッド１４５は、上面中央にガス導入口１４６を有し、下面に多数のガス吐出孔１４７を有している。
【００８３】
上記シャワーヘッド１４５のガス導入口１４６にはガス供給配管１４８が接続されており、ガス供給配管１４８の他端には誘電体膜形成ガス供給源１５０が設けられている。またガス供給配管１４８には開閉バルブ１４９とマスフローコントローラ等の流量制御器（図示せず）が介装されている。
【００８４】
チャンバ１４１の底部には排気管１５１が接続されており、排気管１５１にはチャンバ１４１内を排気するためのバルブや真空ポンプ等からなる排気機構１５２が接続されている。また、チャンバ１４１の側壁には半導体基板Ｓを搬入出可能な搬入出口１５３が設けられており、この搬入出口１５３はゲートバルブＧにより開閉可能となっている。
【００８５】
このように構成される処理ユニットにおいては、まず、窒化処理工程を経てＣｕ配線の表面にＣｕＳｉＮからなるバリア膜が形成された半導体基板Ｓをチャンバ１４１内に搬入し、サセプタ１４２上に載置する。この状態で、排気機構１５２によりチャンバ１４１内を真空排気しながら、誘電体膜形成ガス供給源１５０からシャワーヘッド１４５を介して誘電体形成ガスをチャンバ１４１内に供給して、チャンバ１４１内を所定圧力に維持し、ヒータ１４３によりサセプタ１４２上の半導体基板Ｓを所定の温度に加熱する。これにより、ＣＶＤによりバリア膜の上に誘電体膜が形成される。この処理の際のチャンバ１４１内の圧力は、例えば１．３〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とし、基板温度は、例えば１００〜４００℃とする。
【００８６】
上記（２）の組み合わせの場合、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程を行う処理ユニットは、上記第１の実施の形態のＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０からＮ含有ガス供給源３８および誘電体膜形成ガス供給源３９を除いたもの、または上記第２の実施の形態の触媒処理装置６０からＮ含有ガス供給源７２および誘電体膜形成ガス供給源７３を除いたものを用い、清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程を上述した手順で行うようにすることができる。
【００８７】
また、これらのラジカルによる処理が可能な装置の他、図８に示すような熱化学的な手法によって清浄化処理を行うことができる処理ユニットにより清浄化処理工程、Ｓｉ導入工程を行うようにしてもよい。
【００８８】
この処理ユニットは、半導体基板を収容する真空に保持可能な略円筒状のチャンバ１６１を有しており、チャンバ１６１の底部には、サセプタ１６２が設けられている。サセプタ１６２内には、半導体基板Ｓを加熱するヒータ１６３が埋設されている。
【００８９】
チャンバ１６１内の上部には、サセプタ１６２に対向するように処理ガスをチャンバ１６１内に導入するための中空円盤状のシャワーヘッド１６５が設けられている。シャワーヘッド１６５は、上面中央にガス導入口１６６を有し、下面に多数のガス吐出孔１６７を有している。
【００９０】
上記シャワーヘッド１６５には、処理ガスを供給する処理ガス供給部１７０が接続されている。処理ガス供給部１７０は、清浄化処理工程を実施するための上述したような水素や有機酸等の還元ガスを供給する還元ガス供給源１７１と、Ｓｉ導入工程を実施するためのＳｉ含有ガスを供給するＳｉ含有ガス供給源１７２とを有している。これら還元ガス供給源１７１、Ｓｉ含有ガス供給源１７２には、それぞれガス供給ライン１７３、１７４が接続されており、これらが共通のガス供給ライン１６８に接続されて上記シャワーヘッド１６５のガス導入口１６６に接続されている。なお、ガス供給ライン１７３、１７４には開閉バルブ１７５およびマスフローコントローラ等の流量制御器（図示せず）が介装されている。
【００９１】
チャンバ１６１の底部には排気管１７６が接続されており、排気管１７６にはチャンバ１６１内を排気するためのバルブや真空ポンプ等からなる排気機構１７７が接続されている。また、チャンバ１６１の側壁には半導体基板Ｓを搬入出可能な搬入出口１７８が設けられており、この搬入出口１７８はゲートバルブＧにより開閉可能となっている。
【００９２】
このように構成される処理ユニットにおいては、まず、半導体基板Ｓをチャンバ１６１内に搬入し、サセプタ１６２上に載置する。この状態で、排気機構１７７によりチャンバ１６１内を真空排気しながら、処理ガス供給部１７０の還元ガス供給源１７１からシャワーヘッド１６５を介して還元ガスをチャンバ１６１内に供給して、チャンバ１６１内を所定圧力に維持し、ヒータ１６３によりサセプタ１６２上の半導体基板Ｓを所定の温度に加熱する。これにより半導体基板ＳのＣｕ配線の表面に形成された自然酸化膜が還元ガスにより還元されて除去される。この処理の際のチャンバ１６１内の圧力は、例えば１．３〜１３３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とし、基板温度は、例えば１００〜４００℃とする。
【００９３】
また、上記（２）において窒化処理工程および誘電体膜形成工程を行う処理ユニットとしては、ラジカル窒化を行うことができるものを用いる。すなわち、上記第１の実施の形態のＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０から清浄化処理ガス供給源３６およびＳｉ含有ガス供給源３７を除いたもの、または上記第２の実施の形態の触媒処理装置６０から清浄化処理ガス供給源７０およびＳｉ含有ガス供給源７１を除いたものを用い、窒化処理工程および誘電体膜形成工程を上述した手順で行うようにすることができる。
【００９４】
上記（３）の各工程毎に処理ユニットを別個に設ける場合、清浄化処理工程を行う処理ユニットとしては、図４に示すＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０、図５に示す触媒処理装置６０を用いることができ、これらによりラジカルによる清浄化処理が行われる。
【００９５】
また、図８に示すような水素ガスや有機酸等の還元ガスを用いた、熱化学的な手法による清浄化処理を行う処理ユニットを用いることもできる。
【００９６】
Ｓｉ導入工程を行う処理ユニットとしては、図８に示す処理ユニットから還元ガス供給源１７１を除いたものを用いて行うことができる。
【００９７】
窒化処理工程を行う処理ユニットとしては、図４に示すＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置１０、図５に示す触媒処理装置６０を用いることができ、これらによりラジカル窒化処理が行われる。
【００９８】
なお、この場合にも、誘電体膜形成工程は、上述した図７に示す装置によって行うことができる。
【００９９】
このような処理を図６の処理装置で行う際には、まず、搬送装置１１６によりキャリアＣから半導体基板Ｓを一枚取り出し、ロードロック室１０６または１０７の載置台に載置する。そして、半導体基板Ｓを収容したロードロック室内を真空引きした後、搬送装置１１２により半導体基板をそのロードロック室から真空に保持された搬送室１０５に搬送し、さらに処理ユニット１０１〜１０４のうち、最初の処理を行う処理ユニット搬入する。そこでの処理が終了後、後続の処理工程を実施するために、半導体基板Ｓを搬送装置１１２により従前の処理ユニットから取り出して搬送室１０５を経て次の処理ユニットへ搬送する。
【０１００】
このように、本実施形態では、図６の処理装置を用いて複数の処理ユニットにより上記一連の工程を実施するが、これらの処理ユニットは搬送室１０５に接続されており、処理ユニット間の半導体基板Ｓの搬送は搬送装置１１２により真空を破らずに行うことができるので、Ｌｏｗ−ｋ膜からなる層間絶縁膜に水分が吸着することを十分に抑制することができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態ではＣｕ配線表面の清浄化処理およびＳｉ導入工程後の窒化処理工程をラジカルにより行う際に、ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置、触媒処理装置を用いたが、これに限るものではなく、ラジカルによりこれらの処理を行うことができるものであれば適用可能である。また、熱化学的な手法についても、上記実施の形態に限定されることなく、他の手法を採用することができる。さらに、Ｓｉ導入工程や誘電体膜形成工程を実施する装置についても、上記実施の形態のものは例示に過ぎず、他の装置を用いることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の工程を説明するためのフローチャート。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法の工程を説明するための工程断面図。
【図３】本発明においてＣｕＳｉＮ膜が形成される過程を模式的に示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実施するためのＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置を示す概略断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実施するための触媒処理装置を示す概略断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実施するためのマルチチャンバタイプの処理装置の概略構造を示す水平断面図。
【図７】図６の処理装置に適用可能な誘電体膜形成工程を行う処理ユニットを示す断面図。
【図８】図６の処理装置に適用可能な、熱化学的な手法によって清浄化処理を行うことができる清浄化処理工程およびＳｉ導入工程を実施する処理ユニットを示す断面図。
【符号の説明】
【０１０３】
１；Ｓｉ基体
２，４；層間絶縁膜
３；誘電体膜
５；Ｃｕ配線
６；バリアメタル層
７；反応層
８；バリア層
９；誘電体膜
１０；ＲＬＳＡマイクロ波処理装置
５０，９０，１３０；プロセスコントローラ
５２，９２，１３２；記憶部（記憶媒体）
６０；触媒処理装置
１０１〜１０４；処理ユニット
１０５；搬送室
１１２；搬送装置
２００；処理装置
Ｓ；半導体基板
【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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