(57)【要約】【課題】本発明は、半導体素子の製造装置及びこれを用いた半導体素子の製造方法を提供するためのものである。【解決手段】半導体素子の製造装置は、基板を移送するトランスファーチャンバーと、トランスファーチャンバーに連結され、基板の上に珪化窒化チタニウム層を形成するための第１工程チャンバーと、トランスファーチャンバーに連結され、珪化窒化チタニウム層の上にタンタリウム層を形成するための第２工程チャンバーと、トランスファーチャンバーに連結され、タンタリウム層の上に銅シード層を形成するための第３工程チャンバーと、を含む。これによって、効率よく銅配線を形成することができる。【選択図】図１
2008060568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を移送するトランスファーチャンバーと、
前記トランスファーチャンバーに連結され、前記基板の上に珪化窒化チタニウム層を形成するための第１工程チャンバーと、
前記トランスファーチャンバーに連結され、前記珪化窒化チタニウム層の上にタンタリウム層を形成するための第２工程チャンバーと、
前記トランスファーチャンバーに連結され、前記タンタリウム層の上に銅シード層を形成するための第３工程チャンバーと、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２】
前記第１工程チャンバーは、
第１チャンバー胴体と、
前記第１チャンバー胴体の内部に金属有機化合物を提供する金属有機化合物供給装置と、
前記第１チャンバー胴体の内部にプラズマを発生するためのプラズマ発生装置と、
前記第１チャンバー胴体の内部にシリコン化合物を提供するシリコン化合物供給装置と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項３】
前記金属有機化合物は、ＴＤＭＡＴ（tetrakis dimethylamino titanium）及びＴＤＥＡＴ（tetrakis diethylamino titanium）であることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造装置。
【請求項４】
前記プラズマを発生するためのソースガスは、 水素及び窒素であることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造装置。
【請求項５】
前記シリコン化合物は、シラン（ＳｉＨ４）ガスであることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造装置。
【請求項６】
前記第１チャンバー胴体は、前記基板を２００℃乃至５００℃に加熱する加熱装置を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造装置。
【請求項７】
前記第２工程チャンバーは、
前記第２工程チャンバーの内部で不活性ガスをイオン化させるイオン化装置と、
イオン化した前記不活性ガスと衝突して前記基板にタンタリウムを蒸着するためのタンタリウムターゲットと、
前記イオン化した前記不活性ガスを前記タンタリウムターゲット及び前記基板のうち、どれか１つに向かって加速させるためのバイアス印加装置と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項８】
前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とする請求項７記載の半導体素子の製造装置。
【請求項９】
前記第２工程チャンバーの工程温度は、−２５℃乃至２５０℃であることを特徴とする請求項７記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１０】
前記第３工程チャンバーは、
前記第３工程チャンバーの内部で不活性ガスをイオン化させるイオン化装置と、
イオン化した前記不活性ガスと衝突して前記基板に銅シード（seed）を蒸着するための銅ターゲットと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１１】
前記第３工程チャンバーは、
前記第３工程チャンバーの内部に銅化合物を提供する銅化合物提供装置と、
前記銅化合物を反応させるプラズマ発生装置と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１２】
前記第１工程チャンバーは、前記トランスファーチャンバーに少なくとも２つが連結されたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１３】
前記トランスファーチャンバーに連結され、前記基板をプラズマによりクリーニングするために不活性ガスを提供する不活性ガス提供装置、及びプラズマを発生するプラズマ発生装置を含むクリーニングチャンバーを更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１４】
前記トランスファーチャンバーに連結され、前記基板に形成された残留物を除去するために水素を提供する水素提供装置、及び前記水素をイオン化するためのプラズマ発生装置を含む残留物除去チャンバーを更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１５】
前記トランスファーチャンバーに連結され、前記基板に形成された膜を乾燥するための基板加熱装置を含むドライチャンバーを更に含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１６】
前記基板加熱装置は、前記基板を２００℃乃至５００℃に加熱するハロゲンランプであることを特徴とする請求項１５記載の半導体素子の製造装置。
【請求項１７】
基板に形成された下部電極を露出するトレンチを有する絶縁膜に銅配線を形成する方法であって、
前記基板を前処理チャンバーで前処理するステップと、
前記前処理チャンバーから第１工程チャンバーに移送された前記基板に形成された前記トレンチの内壁に珪化窒化チタニウム層を蒸着するステップと、
前記第１工程チャンバーから第２工程チャンバーへ移送された前記基板に形成された前記トレンチの底面を覆う前記珪化窒化チタニウム層を選択的に除去して前記下部電極を露出するステップと、
前記第２工程チャンバー内で前記トレンチの内壁に形成された前記珪化窒化チタニウム層及び露出した前記下部電極の上にタンタリウム層を形成するステップと、
前記第２工程チャンバーから第３工程チャンバーへ移送された前記基板に形成された前記トレンチ内に形成された前記タンタリウム層の上に銅シード層を形成するステップと、
前記銅シード層を媒介にして前記トレンチの内部に銅配線を形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記珪化窒化チタニウム層を形成するステップは、
前記第１工程チャンバー内において、前記基板に金属有機化合物であるＴＭＤＡＴ及びＴＤＥＡＴを提供して、第１予備珪化窒化チタニウム層であるＴｉＣＮＨ膜を前記トレンチの内壁に形成するステップと、
前記第１工程チャンバー内において、前記ＴｉＣＮＨ膜を 水素及び窒素プラズマで処理して、第２予備珪化窒化チタニウム層であるＴｉＮ膜を前記トレンチの内壁に形成するステップと、
前記第１工程チャンバー内において、前記ＴｉＮ膜にシリコン化合物を提供するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記シリコン化合物は、シランであることを特徴とする請求項１８記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記下部電極を露出するステップにおいて、前記珪化窒化チタニウム層はアルゴンイオンによりエッチングされることを特徴とする請求項１７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
前記前処理するステップは、前記絶縁膜をハロゲンランプで乾燥するステップを含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記前処理するステップは、前記トレンチの内部に形成された残留物を水素プラズマで除去するステップを含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
前記前処理するステップは、前記基板をアルゴンイオンでドライクリーニングするステップを含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２４】
前記珪化窒化チタニウム層を形成する段階において、前記珪化窒化チタニウム層上にタンタル（Tantalum）層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１７記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造装置及びこれを用いた半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子（semiconductor device）の高速化、高集積化が急速に進行しており、これによって、トランジスタ（transistor）の寸法（dimension）はより小さくなっている。トランジスタの集積度（integration degree）が増加することによって、半導体素子の配線の寸法は微細化しており、その結果、配線に印加された信号が遅延されるか歪まされて、半導体素子の高速動作の邪魔になっている。
【０００３】
このような理由により、最近の半導体素子の配線材料として広く利用してきたアルミニウム、またはアルミニウム合金より抵抗が少なく、また高い電気移動性（Electro-migration）を有する材料である銅（copper）を用いた銅配線に対する開発が急速に進んでいる。
【０００４】
一般に、銅配線を形成するためには、銅膜を形成及びエッチングする工程を含む。しかしながら、銅膜はエッチング均一性が低く、銅膜エッチング中に銅配線の表面が急速に酸化される問題点を有する。
【０００５】
これを解決するために、最近の銅配線を形成するための“ダマシン工程（Damascene process）”が開発されたところである。
【０００６】
ダマシン工程は、絶縁膜（insulation layer）にビアホール（via hole）及び／又はトレンチ（trench）を形成し、トレンチ及びビアホール内に銅膜（copper layer）を蒸着した後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程により銅膜を平坦化して、トレンチ及びコンタクトホールの内部に銅配線を形成する。即ち、ダマシン工程は、銅膜のエッチングなしに銅配線を形成するので、銅膜をエッチングする途中に発生する銅配線の酸化問題を解決することができる。
【０００７】
前述したダマシン工程は、金属配線の他に半導体素子のビットライン（bit line）、またはワードライン（word line）形成にもやはり用いられることができる。特に、ダマシン工程は、多層金属配線において、上層金属配線と下層金属配線を接続させるためのコンタクトホール（または、ビアホール）を同時に形成できるのみならず、金属配線により発生する段差（step coverrage）を除去することができる。
【０００８】
しかしながら、このような長所を有する銅配線は、銅配線に含まれた銅イオンが拡散されて、銅配線の特性が低下し、隣接した銅配線とショートを発生させる問題点を有する。
【０００９】
これを防止するために、一般に、トレンチ及び／又はビアホールの内壁に銅イオンの拡散を防止するための拡散防止膜（diffusion-preventing layer）が形成される。拡散防止膜は、主にＴａＮ／Ｔａ二重膜構造を有し、スパッタリング工程（sputtering process）のような物理的気相蒸着装置（Physical Vapor Deposition apparatus）により遂行される。しかしながら、物理的気相蒸着装置によりＴａＮ／Ｔａ二重膜を形成する場合、ステップカバレージが良くなく、ビア（via）の接触抵抗を減少させるため、最近は原子層蒸着工程（Atomic Layer Deposition process；ＡＬＤ）によりＴａＮ膜またはＴａ膜を形成する研究が進んでいるが、ＡＬＤ工程によりＴａＮ膜またはＴａ膜を形成する場合、工程が複雑で、かつ生産性が格段に減少する問題点を有する。
【００１０】
また、拡散防止膜として使われるＴａＮ膜、またはＴａ膜は、半導体素子の電気移動性（electro migration）に対する抵抗性を増加させる問題点も有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、効率のよい半導体素子の製造装置及びこれを用いた半導体素子の製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態による半導体素子の製造装置は、基板を移送するトランスファーチャンバーと、トランスファーチャンバーに連結され、基板の上に珪化窒化チタニウム層を形成するための第１工程チャンバーと、トランスファーチャンバーに連結され、珪化窒化チタニウム層の上にタンタリウム層を形成するための第２工程チャンバーと、トランスファーチャンバーに連結され、タンタリウム層の上に銅シード層を形成するための第３工程チャンバーと、を含む。
【００１３】
他の実施形態による半導体素子の製造方法は、基板に形成された下部配線を露出するトレンチを有する絶縁膜に銅配線を形成する方法であって、基板を前処理チャンバーで前処理するステップと、前処理チャンバーから第１工程チャンバーに移送された基板に形成されたトレンチの内壁に珪化窒化チタニウム層を蒸着するステップと、第１工程チャンバーから第２工程チャンバーへ移送された基板に形成されたトレンチの底面を覆う珪化窒化チタニウム層を選択的に除去して下部電極を露出するステップと、第２工程チャンバー内でトレンチの内壁に形成された珪化窒化チタニウム層及び露出した下部電極の上にタンタリウム層を形成するステップと、第２工程チャンバーから第３工程チャンバーへ移送された基板に形成されたトレンチ内に形成されたタンタリウム層の上に銅シード層を形成するステップと、銅シード層を媒介にしてトレンチの内部に銅配線を形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、基板の絶縁膜に形成されたトレンチの内壁に銅イオンの拡散を防止する窒化珪化チタニウム層を形成した後、窒化珪化チタニウム層の中、下部金属配線と接触する部分をエッチングした後、露出した下部金属配線と接触するように窒化珪化チタニウム層の上にタンタリウム層を形成し、タンタリウム層の上に銅シード層を形成し、銅シード層を媒介にして銅配線を形成することによって、効率よく銅配線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ発明の実施形態による半導体素子の製造装置及びこれを用いた半導体素子の製造方法に関して詳細に説明するが、本発明が下記の実施形態に制限されるのではなく、該当分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱することなく、本発明を多様な他の形態に具現できるものである。
【００１６】
（半導体素子の製造装置（Apparatus for Manufacturing Semiconductor Device））
図１は、本発明の一実施形態による半導体素子の製造装置を示す平面図である。
【００１７】
図１を参照すれば、半導体素子の製造装置５００は、トランスファーチャンバー（transfer chamber）１００、第１工程チャンバー（first process chamber）２００、第２工程チャンバー（second process chamber）３００、及び第３工程チャンバー（third process chamber）４００を含む。
【００１８】
トランスファーチャンバー１００は、チャンバー胴体（chamber body）１１０、及びロボットアームユニット（robot arm unit）１２０を含む。ロボットアームユニット１２０は、チャンバー胴体１１０の内に配置され、作業対象物（work piece）である基板（substrate）を第１工程チャンバー２００乃至第３工程チャンバー４００へ移送する。
【００１９】
本実施形態において、基板は、例えば、シリコンウエハ（silicon wafer）であり、シリコンウエハには先行工程で形成された下部金属電極（lower metal electrode）及び下部金属電極を露出するビアホール（via hole）及び／又はトレンチ（trench）が形成された絶縁膜（insulation layer）を含む。本実施形態において、絶縁膜は、例えば、第１及び第２層間絶縁膜（図示せず）を含み、絶縁膜にはビアホール及びトレンチが先行工程を通じて形成されている。
【００２０】
第１工程チャンバー２００は、トランスファーチャンバー１００のチャンバー胴体１１０と連結される。第１工程チャンバー２００は、基板に形成されたビアホール及びトレンチの内壁に珪化窒化チタニウム層（TiSiN layer）を形成する。
【００２１】
本実施形態において、珪化窒化チタニウム層は、複雑な原子層蒸着工程（Atomic Layer deposition process）なしに、ビアホール及びトレンチに形成される後述する銅配線に含まれた銅イオンの拡散を防止することができる。
【００２２】
図２は、図１に図示された第１工程チャンバーの構成を概念的に示す平面図である。
【００２３】
図２を参照すれば、基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの珪化窒化チタニウム層を形成するための第１工程チャンバー２００は、金属有機化合物を基板上に提供して薄膜を蒸着するＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）工程を遂行するＭＯＣＶＤ装置である。
【００２４】
第１工程チャンバー２００は、第１チャンバー胴体（first chamber body）２１０、金属有機化合物供給装置（metal-organic compound providing device）２２０、プラズマ発生装置（plasma generating device）２３０、及びシリコン化合物供給装置（silicon compound providing deivce）２５０を含む。選択的に、第１工程チャンバー２００は、加熱装置（heater）２６０を更に含むことができる。
【００２５】
第１チャンバー胴体２１０はトランスファーチャンバー１００と連結され、ロボットアームユニット１２０はトランスファーチャンバー１００に提供された基板を第１チャンバー胴体２１０へ伝達する。
【００２６】
金属有機化合物供給装置２２０は、金属有機化合物を第１チャンバー胴体２１０に提供する。
【００２７】
本実施形態において、珪化窒化チタニウム層を形成するために第１チャンバー胴体２１０に提供される金属有機化合物の例としては、ＴＤＭＡＴ（Trakis DiMethylAmino Titanium、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、商品名）及びＴＤＥＡＴ（Tetrakis Diethylamino Titanium、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、商品名）などが挙げられる。
【００２８】
第１チャンバー胴体２１０の内部に有機金属化合物であるＴＤＭＡＴ及びＴＤＥＡＴを提供することによって、基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内壁には珪化窒化チタニウム層を形成するためのＴｉＣＮＨ膜が形成される。
【００２９】
一方、金属有機化合物供給装置２２０から提供された金属有機化合物をより効率よく基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内壁に蒸着するために、基板は加熱装置２６０により加熱される。この際、基板の加熱温度は、約２００℃乃至約５００℃であり得る。
【００３０】
プラズマ発生装置２３０は、第１チャンバー胴体２１０の内部でプラズマを発生する。プラズマ発生装置２３０は、基板が配置されるアノード電極（anode electrode、図示せず）、アノード電極と対向するカソード電極（cathode electrode）、及び第１チャンバー胴体２１０の内部にプラズマソースガスを提供するプラズマガス提供装置を含むことができる。本実施形態において、プラズマソースガスの例としては、水素及び／又は窒素などが挙げられる。
【００３１】
本実施形態において、プラズマ発生装置２３０は、基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内壁に形成されたＴｉＣＮＨ膜にプラズマ化した水素及び窒素を提供して、ＴｉＣＮＨ膜に含まれた炭素及び水素のような不純物を除去して、基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内壁にはＴｉＮ膜が形成される。
【００３２】
シリコン化合物供給装置２５０は、第１チャンバー胴体２１０の内部にシリコン化合物を提供する。本実施形態において、シリコン化合物の例としては、シラン（ＳｉＨ４）ガスが挙げられる。
【００３３】
第１チャンバー胴体２１０の内部に配置された基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内壁に形成されたＴｉＮ膜にシリコン化合物供給装置２５０から提供されたシランガスを供給する場合、ＴｉＮ膜及びシランガスの反応によってビアホール及びトレンチの内壁に珪化窒化チタニウム（ＴｉＳｉＮ）膜が形成される。
【００３４】
本実施形態において、前述した第１工程チャンバー２００は、生産性を向上させるために、トランスファーチャンバー１００に少なくとも２つ配置されることができる。
【００３５】
図３は、図１に図示された半導体素子の製造装置の第２工程チャンバーを概念的に示す平面図である。
【００３６】
図３を参照すれば、第２工程チャンバー３００は、第１工程チャンバー２００で形成された基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内部に形成された珪化窒化チタニウム層の上面にタンタリウム（Ｔａ）膜を形成及び／又は珪化窒化チタニウム層のうち、トレンチの底面に対応する部分を除去する役目をする。
【００３７】
第２工程チャンバー３００は、第２チャンバー胴体（second chamber body）３０５、イオン化装置（ion generator）３１０、タンタリウムターゲット（tantalum target）３２０、及びバイアス印加装置（bias supplying device）３３０を含む。
【００３８】
図４は、図３に図示された第２工程チャンバーの内部構造を示す断面図である。
【００３９】
図３及び図４を参照すれば、第２工程チャンバー３００の第２チャンバー胴体３０５はトランスファーチャンバー１００と連結される。トランスファーチャンバー１００のロボットアームユニット１２０は、基板を第１工程チャンバー２００から第２工程チャンバー３００の第２チャンバー胴体３０５へ移送する。
【００４０】
イオン化装置３１０は、第２チャンバー胴体３０５の内部に配置される。イオン化装置３１０は、アノード電極３１２、カソード電極３１４、及び不活性ガス供給装置３１６を含む。
【００４１】
アノード電極３１２は、第２チャンバー胴体３０５の上部に配置される。カソード電極３１４は、アノード電極３１２と対向し、カソード電極３１４には珪化窒化チタニウム層が形成された基板が配置される。不活性ガス供給装置３１６は、例えば、アノード電極３１２及びカソード電極３１４の間に不活性ガスを提供する。本実施形態において、不活性ガスとして使われるガスはアルゴンガス（argon gas）であり得る。
【００４２】
これに加えて、アノード電極３１２及びカソード電極３１４には、プラズマを形成するための電源（power）を提供する電源印加装置（power supplying device、図示せず）が電気的に連結される。本実施形態において、電源印加装置から出力される電源は、交流電源、直流電源、及び高周波電源のうち、どれか１つであり得る。
【００４３】
タンタリウムターゲット３２０は、アノード電極３１２の上に配置される。タンタリウムターゲット３２０は、純粋タンタリウムからなり、例えば、プレート形状を有することができる。
【００４４】
バイアス印加装置３３０は、例えば、電源印加装置に電気的に連結され、アノード電極３１２、及びカソード電極３１４に印加される電源の極性を変更する。
【００４５】
以下、第２工程チャンバー３００でタンタリウム層を形成する工程を概略的に説明する。
【００４６】
まず、不活性ガス供給装置３１６は、第２チャンバー胴体３０５の内部にアルゴンガスを提供する。次に、電源印加装置及びバイアス印加装置３３０の作用によって、アノード電極３１２には正極電圧が提供され、カソード電極３１４には負極電圧が提供される。
【００４７】
アノード電極３１２及びカソード電極３１４に印加された電圧によってアルゴンガスは、アルゴン原子、中性子、及び電子に解離され、アルゴン原子は正極電圧が提供されたアノード電極３１２に向かって速く移動される。基板に形成されたトレンチの内壁に形成された珪化窒化チタニウム層のうち、トレンチの底面に対応する珪化窒化チタニウム層は、アルゴン原子によりイオンエッチングされ、その結果、トレンチの底面に対応する珪化窒化チタニウム層は、トレンチから除去される。この際、珪化窒化チタニウム層が除去されながらトレンチの底に形成された下部金属電極の一部も共にエッチングされる。この際、トレンチの内壁の中、側壁に形成された珪化窒化チタニウム層は、アルゴン原子の進行方向と平行するので殆ど損傷しない。
【００４８】
このように、トレンチの底面に対応する珪化窒化チタニウム層が除去された後、バイアス印加装置３３０はアノード電極３１２に負極電圧を提供し、カソード電極３１４には正極電圧を提供する。この結果、アルゴン原子はアノード電極３１２に向かって速く移動される。アノード電極３１２に向かって移動されたアルゴン原子は、タンタリウムターゲット３２０と衝突し、これによって、タンタリウムターゲット３２０からは微細タンタリウムが離れることになる。タンタリウムターゲット３２０から分離された微細タンタリウムは、カソード電極３１４の上面に配置された基板に形成された珪化窒化チタニウム層及び露出された下部金属電極の上に蒸着されてタンタリウム層が形成される。
【００４９】
本実施形態において、タンタリウム層を形成するに適した第２チャンバー胴体３０５の工程温度は−２５℃乃至２５０℃であり得る。
【００５０】
本実施形態において、基板に形成された珪化窒化チタニウム層のうち、トレンチの底面と対応する部分の珪化窒化チタニウム層を除去した後、タンタリウム層を形成する理由は、珪化窒化チタニウム層の電気移動性がタンタリウム層に比べてよくないためである。
【００５１】
即ち、珪化窒化チタニウム層は、後述する銅配線の銅イオンの拡散を防止するために適した反面、電気移動性がタンタリウム層に比べてよくないため、銅イオンの拡散は珪化窒化チタニウム層に抑制し、下部金属電極との電気的接触はタンタリウム層を通じて遂行する。
【００５２】
図５は、図１に図示された半導体素子の製造装置の第３工程チャンバーの１つの実施形態を示す断面図である。
【００５３】
図５を参照すれば、第３工程チャンバー４００では、珪化窒化チタニウム層の上面に配置されたタンタリウム層の表面に銅配線を形成する前の工程である銅シード層が形成される。
【００５４】
第３工程チャンバー４００は、第３チャンバー胴体（third chamber body）４０５、イオン化装置（ion generator）４１０、及び銅ターゲット（tantalum target）４２０を含む。
【００５５】
図６は、図５に図示された第３工程チャンバーの内部構造を示す断面図である。
【００５６】
図５及び図６を参照すれば、第３工程チャンバー４００の第３チャンバー胴体４０５はトランスファーチャンバー１００と連結される。トランスファーチャンバー１００のロボットアームユニット１２０は、基板を第２工程チャンバー３００から第３工程チャンバー４００の第３チャンバー胴体４０５へ移送する。
【００５７】
イオン化装置４１０は、第３チャンバー胴体４０５の内部に配置される。イオン化装置４１０は、アノード電極４１２、カソード電極４１４、及び不活性ガス供給装置４１６を含む。
【００５８】
アノード電極４１２は、第３チャンバー胴体４０５の上部に配置される。カソード電極４１４はアノード電極４１２と対向し、カソード電極４１４には珪化窒化チタニウム層及びタンタリウム層が形成された基板が配置される。不活性ガス供給装置４１６は、例えば、アノード電極４１２及びカソード電極４１４の間に不活性ガスを提供する。本実施形態において、不活性ガスとして使われるガスはアルゴンガス（argon gas）であり得る。
【００５９】
これに加えて、アノード電極４１２及びカソード電極４１４には、プラズマを形成するための電源（power）を提供する電源印加装置（power supplying device）４１８が電気的に連結される。本実施形態において、電源印加装置４１８から出力される電源は、交流電源、直流電源、及び高周波電源のうち、どれか１つであり得る。
【００６０】
銅ターゲット４２０はアノード電極４１２の上に配置される。銅ターゲット４２０は純粋銅からなり、銅ターゲット４２０は、例えば、プレート形状を有する。
【００６１】
図６を参照すれば、電源印加装置４１８において、例えば、アノード電極４１２に負極電圧を提供し、カソード電極４１４に正極電圧を提供する場合、アルゴンガスは、アルゴン原子、ハドロン、及び電子に解離され、アルゴン原子は銅ターゲット４２０に向けて速く移動して銅ターゲット４２０と衝突する。これによって、銅ターゲット４２０からは微細な銅粒子が離れて、銅粒子は基板に形成された珪化窒化チタニウム層及びタンタリウム層のうち、タンタリウム層の上面に薄い厚みで蒸着されて銅シード層（copper seed layer）が形成される。
【００６２】
図７は、図１に図示された半導体素子の製造装置の第３工程チャンバーの他の実施形態を示す断面図である。
【００６３】
図７を参照すれば、第３工程チャンバー４００では、珪化窒化チタニウム層の上面に配置されたタンタリウム層の表面に銅配線を形成する前の工程である銅シード層が形成される。
【００６４】
第３工程チャンバー４００は、第３チャンバー胴体（third chamber body）４０５、銅化合物提供装置４３０、及びプラズマ発生装置４４０を含む。
【００６５】
図８は、図７に図示された第３工程チャンバーの内部構造を示す断面図である。
【００６６】
図７及び図８を参照すれば、第３工程チャンバー４００の第３チャンバー胴体４０５はトランスファーチャンバー１００と連結される。トランスファーチャンバー１００のロボットアームユニット１２０は、基板を第２工程チャンバー３００から第３工程チャンバー４００の第３チャンバー胴体４０５へ移送する。
【００６７】
プラズマ発生装置４４０は、第３チャンバー胴体４０５の内部に配置される。プラズマ発生装置４４０は、アノード電極４４２、カソード電極４４４、不活性ガス、及び銅化合物を提供する銅化合物提供装置４３０を含む。
【００６８】
アノード電極４４２は、第３チャンバー胴体４０５の下部に配置される。カソード電極４４４は、アノード電極４４２と対向する。アノード電極４４２の上には珪化窒化チタニウム層及びタンタリウム層が形成された基板が配置される。銅化合物提供装置４３０は、アノード電極４４２及びカソード電極４４４の間に不活性ガス及び銅化合物を提供する。一方、アノード電極４４２及びカソード電極４４４にはプラズマを形成するための電源（power）を提供する電源印加装置（power supplying device）４４６が電気的に連結される。本実施形態において、電源印加装置４４６から出力される電源は、交流電源、直流電源、及び高周波電源のうち、どれか１つであり得る。
【００６９】
図８を参照すれば、電源印加装置４４６において、例えば、アノード電極４４２に負極電圧を提供し、カソード電極４４４に正極電圧を提供する場合、不活性ガスはイオン化し、イオン化した不活性ガス及び銅化合物が気相反応して銅粒子が生成され、銅粒子は基板に形成された珪化窒化チタニウム層及びタンタリウム層のうち、タンタリウム層の上面に薄い厚みで蒸着されて銅シード層（copper seed layer）が形成される。
【００７０】
図９は、本発明の他の実施形態による半導体素子の製造装置を示す平面図である。本発明の他の実施形態による半導体素子の製造装置は、クリーニングチャンバー、残留物除去チャンバー、及びドライチャンバーを除外すれば、図１乃至図８を参照して前述した半導体素子の製造装置と実質的に同一である。したがって、図１乃至図８を参照して前述した半導体素子の製造装置と同一な構成要素に対しては同一な参照符号及び同一な名称を与えることにする。
【００７１】
図９を参照すれば、半導体装置はクリーニングチャンバー７１０を更に含む。クリーニングチャンバー７１０は、前処理トランスファーチャンバー７２０に連結される。前処理トランスファーチャンバー７２０はトランスファーチャンバー１００に連結される。
【００７２】
クリーニングチャンバー７１０は、基板の絶縁膜に形成されたトレンチ及びビアホールに珪化窒化チタニウム層、タンタリウム層、及び銅シード層を形成する前にトレンチ及びビアホールをプラズマによりドライクリーニングするために、不活性ガスを提供する不活性ガス提供装置７１２及びプラズマを発生するプラズマ発生装置７１４を含む。
【００７３】
これに加えて、前処理トランスファーチャンバー７２０には、残留物除去チャンバー７３０が連結されることができる。残留物除去チャンバー７３０は、基板の絶縁膜に形成されたビアホール及びトレンチの内部に残留する残留物、または残留酸化膜を除去する役目をする。
【００７４】
これを具現するために、残留物除去チャンバー７３０は、水素提供装置７３２及びプラズマ発生装置７３４を含む。水素提供装置７３２は、残留物除去チャンバー７３０の内部に水素を提供し、プラズマ発生装置７３４は提供された水素をソースガスとして用いて残留物または残留酸化膜を除去するための水素プラズマを発生する。
【００７５】
本実施形態では、クリーニングチャンバー７１０と残留物除去チャンバー７３０が各々前処理トランスファーチャンバー７２０に連結されるが、これとは異なり、クリーニングチャンバー７１０を用いてクリーニングチャンバー７１０でトレンチ及びビアホールをクリーニングするか、トレンチ及びビアホールの内部の残留物、または残留酸化膜を除去することができ、これを具現するために、クリーニングチャンバー７１０に水素提供装置を連結することが望ましい。
【００７６】
一方、図９をまた参照すれば、前処理トランスファーチャンバー７２０にはドライチャンバー７４０が連結されることができる。ドライチャンバー７４０は、基板の絶縁膜にトレンチ及びビアホールをウェットエッチングして形成する時に発生した水分を除去し、これを具現するためにドライチャンバー７４０は、基板に形成された絶縁膜を乾燥するための基板加熱装置７４２を含むことができる。例えば、基板加熱装置７４２は、基板を加熱するためのハロゲンランプであることができ、ドライチャンバー７４０の内部は基板の絶縁膜を乾燥するために約２００℃乃至５００℃の温度を有することができる。本実施形態において、ドライチャンバー７４０は、前処理トランスファーチャンバー７２０に少なくとも２つ連結されることができる。
【００７７】
（半導体素子の製造方法（Method of Manufacturing Semicondcuctor Device））
図１０乃至図１８は、本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す順序図及び断面図である。
【００７８】
図１１を参照すれば、半導体素子を製造するために基板には先行工程によりトレンチを有する絶縁膜が形成される。
【００７９】
具体的に、基板１の上面には下部金属配線２が形成され、下部金属配線２の上には絶縁膜５が形成される。本実施形態において、絶縁膜５は第１層間絶縁膜３及び第２層間絶縁膜４を含む。第１層間絶縁膜３は、例えば、ＦＳＧ膜であり、第２層間絶縁膜４は、例えば、酸化膜である。
【００８０】
第１及び第２絶縁膜３、４が形成された後、第１及び第２絶縁膜３、４は、エッチングされて第１及び第２層間絶縁膜３、４にはトレンチ６が形成される。本実施形態では、絶縁膜５が第１及び第２層間絶縁膜３、４からなるが、これと異なり、断層絶縁膜を使用してもよい。
【００８１】
図９及び図１０を参照すれば、半導体素子を製造するために、ステップＳ１０で、トレンチ６が形成された絶縁膜５が形成された基板１の前処理工程を遂行する。
【００８２】
基板１の前処理工程は、基板１の絶縁膜５を乾燥する乾燥工程、基板１の絶縁膜５のトレンチ６の内部の残留物及び残留酸化膜を除去する残留物除去工程及び残留物が除去された絶縁膜５を有する基板１をクリーニングするクリーニング工程からなる。
【００８３】
まず、基板１の乾燥工程が遂行される。乾燥工程を遂行するために、トレンチ６が形成された絶縁膜５が形成された基板１は、ドライチャンバー７４０の内部で乾燥される。この際、乾燥温度は、約２００℃乃至５００℃の温度であり得る。
【００８４】
次に、残留物除去工程を遂行するために、前処理トランスファーチャンバー７２０のロボットアームユニットは、基板１をドライチャンバー７４０からアンローディングして残留物除去チャンバー７３０の内部にローディングする。残留物除去チャンバー７３０では、水素プラズマを用いて基板１の絶縁膜５に形成されたトレンチ６の内部の残留物及び残留酸化膜を除去する。
【００８５】
次に、クリーニング工程を遂行するために、残留物除去チャンバー７３０で残留物が除去された基板１は、また前処理トランスファーチャンバー７２０からアンローディングされた後、クリーニングチャンバー７１０にローディングされる。クリーニングチャンバー７１０で残留物が除去された基板１の絶縁膜５は、例えば、アルゴンプラズマによりドライクリーニングされて基板の前処理工程が終了される。
【００８６】
基板の前処理工程が終了された後、ドライクリーニングされた絶縁膜５を有する基板１は、また前処理トランスファーチャンバー７２０からアンローディングされた後、トランスファーチャンバー１００のロボットアームユニット１２０にローディングされる。
【００８７】
図１０及び図１１をまた参照すれば、ステップＳ２０で、基板１の絶縁膜５に形成されたトレンチ６の内壁に珪化窒化チタニウム層を形成する工程が遂行される。
【００８８】
図２及び図１２を参照すれば、珪化窒化チタニウム層を形成するために、前処理トランスファーチャンバー７２０からトランスファーチャンバー１００にローディングされた基板１は、また第１工程チャンバー２００の内部にローディングされる。
【００８９】
次に、加熱装置２６０により基板１を指定された温度に加熱した後、加熱された基板１には金属有機化合物供給装置２２０により基板１にＴＤＭＡＴ及びＴＤＥＡＴのような金属有機化合物が提供され、これによって、トレンチ６の内壁にはＴｉＣＮＨ膜１２が形成される。
【００９０】
トレンチ６の内壁にＴｉＣＮＨ膜１２が形成された後、プラズマ発生装置２３０により水素及び窒素をソースガスとして第１工程チャンバー２００の内部には水素及び窒素プラズマが発生され、これによって、トレンチ６の内壁に形成されたＴｉＣＮＨ膜１２に含まれた炭素及び水素のような不純物がＴｉＣＮＨ膜１２から除去される。これによって、トレンチ６の内壁には不純物が除去されたＴｉＮ膜１４が形成される。
【００９１】
次に、第１工程チャンバー２００には、シリコン化合物供給装置２５０から提供されたシリコン化合物、例えば、シランがＴｉＮ膜１４に提供され、シランとＴｉＮ膜１４の反応によりトレンチ６の内壁には珪化窒化チタニウム層１６が形成される。前記珪化窒化チタニウム層１６上にタンタル（Tantalum）層が形成されることができる。
【００９２】
トレンチ６の内壁に珪化窒化チタニウム層１６が形成された後、第１工程チャンバー２００に配置された基板１は、トランスファーチャンバー１００のロボットアームユニット１２０により第２工程チャンバー３００にローディングされる。
【００９３】
図４、図１０、及び図１５をまた参照すれば、ステップＳ３０で、第２工程チャンバー３００の内部で発生したアルゴン原子により珪化窒化チタニウム層１６のうち、トレンチ６の底面を覆っている部分が除去され、これによって、下部金属電極２を覆っていた珪化窒化チタニウム層１６の一部は除去される。前記珪化窒化チタニウム層１６が形成された以後に、前記珪化窒化チタニウム層上にタンタル層を形成することができる。ここで,前記珪化窒化チタニウム層１６の一部が除去される時前記タンタル層の一部も除去される。
【００９４】
次に、ステップＳ４０で、第２工程チャンバー３００の内部で発生したアルゴン原子は、タンタリウムターゲット３２０と衝突してタンタリウムターゲット３２０からは微細タンタリウム粒子が分離され、これによって、珪化窒化チタニウム層１６及び露出された下部金属電極２の上には、図１６に図示したようにタンタリウム層１８が形成される。前記タンタル層の厚さは約２ｎｍから１０ｎｍである。
【００９５】
次に、第２工程チャンバー３００に配置された基板１は、またロボットアームユニット１２０によりアンローディングされた後、第３工程チャンバー４００にローディングされる。
【００９６】
図６、図１０、及び図１７を参照すれば、ステップＳ５０で、第３工程チャンバー４００の内部に配置された基板１のトレンチ６の内部に配置されたタンタリウム層１８の表面には銅シード層２０が形成される。銅シード層２０は、例えば、銅ターゲットを用いたスパッタリング方法、または銅化合物を用いた化学気相蒸着方法により形成されることができる。
【００９７】
図１０及び図１８を参照すれば、ステップＳ６０で、第３工程チャンバー４００からアンローディングされた基板１のトレンチ６に形成された銅シード層２０を媒介にしてトレンチ６の内部には銅配線２２が形成されて半導体素子が製造される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態による半導体素子の製造装置を示す平面図である。
【図２】図１に図示された第１工程チャンバーの構成を概念的に示す平面図である。
【図３】図１に図示された半導体素子の製造装置の第２工程チャンバーを概念的に示す平面図である。
【図４】図３に図示された第２工程チャンバーの内部構造を示す断面図である。
【図５】図１に図示された半導体素子の製造装置の第３工程チャンバーの１つの実施形態を示す断面図である。
【図６】図５に図示された第３工程チャンバーの内部構造を示す断面図である。
【図７】図１に図示された半導体素子の製造装置の第３工程チャンバーの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】図７に図示された第３工程チャンバーの内部構造を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態による半導体素子の製造装置を示す平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す順序図である。
【図１１】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【図１８】本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００  トランスファーチャンバー、  １１０  チャンバー胴体、  １２０  ロボットアームユニット、  ２００  第１工程チャンバー、  ２１０  第１チャンバー胴体、  ２２０  金属有機化合物供給装置、  ２３０  プラズマ発生装置、  ２５０  シリコン化合物供給装置、  ２６０  加熱装置、  ３００  第２工程チャンバー、  ３０５  第２チャンバー胴体、  ３１０  イオン化装置、  ３１２  アノード電極、  ３１４  カソード電極、  ３１６  不活性ガス供給装置、  ３２０  タンタリウムターゲット、  ３３０  バイアス印加装置、  ４００  第３工程チャンバー、  ４０５  第３チャンバー胴体、  ４１０  イオン化装置、  ４１２  アノード電極、  ４１４  カソード電極、  ４１６  不活性ガス供給装置、  ４１８  電源印加装置、  ４２０  銅ターゲット、  ４３０  銅化合物提供装置、  ４４０  プラズマ発生装置、  ４４２  アノード電極、  ４４４  カソード電極、  ４４６  電源印加装置、  ５００  半導体素子の製造装置、  ７１０  クリーニングチャンバー、  ７１２  不活性ガス提供装置、  ７１４  プラズマ発生装置、  ７２０  前処理トランスファーチャンバー、  ７３０  残留物除去チャンバー、  ７３２  水素提供装置、  ７３４  プラズマ発生装置、  ７４０  ドライチャンバー、  ７４２  基板加熱装置。
【図１】
2008060568.tif 000003
【図２】
2008060568.tif 000004
【図３】
2008060568.tif 000005
【図４】
2008060568.tif 000006
【図５】
2008060568.tif 000007
【図６】
2008060568.tif 000008
【図７】
2008060568.tif 000009
【図８】
2008060568.tif 000010
【図９】
2008060568.tif 000011
【図１０】
2008060568.tif 000012
【図１１】
2008060568.tif 000013
【図１２】
2008060568.tif 000014
【図１３】
2008060568.tif 000015
【図１４】
2008060568.tif 000016
【図１５】
2008060568.tif 000017
【図１６】
2008060568.tif 000018
【図１７】
2008060568.tif 000019
【図１８】
2008060568.tif 000020