(57)【要約】【課題】本実施形態の基板処理方法によれば、ＳＯＤ膜を用いて配線抵抗の低減化を図るも、酸化したＣｕ露出表面の還元処理及び当該ＳＯＤ膜の脱ガスを同一工程で同時に実行し、ダマシン法における下層Ｃｕ配線と上層Ｃｕ配線との間の良好な接続を実現する。【解決手段】Ｃｕ露出表面のＣｕ酸化物の十分な還元、ＳＯＤ膜を含む層間絶縁膜からの十分な脱ガス、及びＣｕ露出表面における熱膨張の防止の各観点を全て満足し、良好な配線構造を得るには、水素を含有する還元ガスを用いたアニール処理を、処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で実行する。【選択図】　図３
2004140263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層の表面の一部がＳＯＤ膜を含む絶縁層から露出しており、前記表面の一部に対し、水素を含有する還元ガスを用いて、前記処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で前記基板をアニール処理することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記還元ガスは、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含むものであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記ＳＯＤ膜は、低誘電率の有機ＳＯＤ材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記金属層が配線であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記配線が銅を含有する金属材料からなることを特徴とする請求項４に記載の基板処理方法。
【請求項６】
基板の上方で金属層を覆うように形成されてなる第１の絶縁膜上に、少なくともＳＯＤ膜を含む第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記金属層の表面の一部を露出させるように、前記第２の絶縁膜を加工する工程と、
前記表面の一部に対し、水素を含有する還元ガスを用いて、前記処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で前記基板をアニール処理する工程と、
前記第２の絶縁膜の加工部位を埋め込み、金属層と接続される配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項７】
前記還元ガスは、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含むものであることを特徴とする請求項６に記載の配線構造の形成方法。
【請求項８】
前記ＳＯＤ膜は、低誘電率の有機ＳＯＤ材料を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の配線構造の形成方法。
【請求項９】
前記金属層が前記第１の絶縁膜内に形成された下層配線であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項１０】
前記下層配線が銅を含有する金属材料からなることを特徴とする請求項９に記載の配線構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に半導体装置に用いられる基板処理方法及び配線構造の形成方法に関し、特に配線が少なくとも銅（Ｃｕ）を含有する材料からなる配線構造の形成時に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、半導体素子の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が加速的に進められている。こうした多層配線を有するロジックデバイスにおいては、配線遅延がデバイス信号遅延の支配的要因の１つになりつつある。デバイスの信号遅延は配線抵抗値と配線容量の積に比例しており、従って配線遅延の改善のためには、配線抵抗値や配線容量を軽減することが重要である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そこで、配線抵抗を低減するため、Ｃｕ配線を形成することが検討されている。Ｃｕは加工が困難であり、従ってこれを配線に適用する場合の好適な構造として、絶縁膜に形成した配線溝をバリアメタル膜を介してＣｕで充填してなる、いわゆるダマシン構造が注目されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−８７３５３号公報（第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ダマシン構造のＣｕ配線では、配線容量を低減するために、前記絶縁膜として従前のＳｉＯ２に替えて、有機ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、例えばポリアリールエーテル系等の低誘電率材料を用いることが好適である。
【０００６】
ところで、ダマシン構造のＣｕ配線を形成する場合、下層Ｃｕ配線と上層Ｃｕ配線とを接続するときに、下層Ｃｕ配線の表面の一部を前記絶縁膜から露出させることになるが、この際に当該表面が酸化されてＣｕ酸化物が形成され、接続不良を起こすことがある。従って良好な接続を得るには、バリアメタル膜の形成前処理としてＣｕ酸化物を還元する基板処理を行うことを要する。この基板処理としては、還元ガスとしてＮＨ３ガス又はＨ２ガスを用いたプラズマ処理が主に用いられている。
【０００７】
しかしながら、前記絶縁膜として有機ＳＯＤ等の低誘電率材料膜を用いる場合、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを用いたプラズマ処理を行うと、当該低誘電率材料膜自体がエッチングされてしまうため、不都合となる。
【０００８】
更に、前記絶縁膜として低誘電率材料膜を用いると、製造プロセス中に当該低誘電率材料膜から脱ガスが生じ易く、信頼性の高い配線構造を得るには確実な脱ガス処理を行う必要がある。
【０００９】
このように、ダマシン法を用いたＣｕ配線構造を形成する場合、配線容量の低減を図るためにＣｕ配線構造を埋設する絶縁膜に有機ＳＯＤ等の低誘電率材料膜を用いることが最も有効であるものの、Ｃｕ酸化物の還元や脱ガスによるプロセスへの悪影響の排除を所望に行うことが極めて困難であるという深刻な問題がある。
【００１０】
本発明は、前記課題を解決すべく成されたものであり、ＳＯＤ膜を用いて配線容量の低減化を図るも、酸化した金属露出表面の還元処理及び当該ＳＯＤ膜の脱ガスを同一工程で同時に実行し、確実な配線間接続、特にダマシン法におけるＣｕ含有配線間の良好な接続を実現し、信頼性の高いデバイスを得ることができる基板処理方法及び配線構造の形成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の態様に想到した。
【００１２】
本発明の基板処理方法は、基板の上方で金属層の表面の一部がＳＯＤ膜を含む絶縁層から露出しており、前記表面の一部に対し、水素を含有する還元ガスを用いて、前記処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で前記基板をアニール処理する。
【００１３】
本発明の配線構造の形成方法は、基板の上方で金属層を覆うように形成されてなる第１の絶縁膜上に、少なくともＳＯＤ膜を含む第２の絶縁膜を形成する工程と、前記金属層の表面の一部を露出させるように、前記第２の絶縁膜を加工する工程と、前記表面の一部に対し、水素を含有する還元ガスを用いて、前記処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で前記基板をアニール処理する工程と、前記第２の絶縁膜の加工部位を埋め込み、金属層と接続される配線を形成する工程とを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
−本発明の基本骨子−
先ず、本発明の基本骨子について、その作用原理と共に説明する。
本発明では、金属露出表面の金属酸化膜（ここでは便宜上、ダマシン法における下層Ｃｕ配線の表面を前記露出表面、Ｃｕ酸化物を前記金属酸化膜として述べる。）を還元する際に、ＳＯＤ膜への影響を考慮して、プラズマ処理を行う替わりに、ＮＨ３ガスやＨ２ガス等の水素を含有する還元ガスを用いたアニール処理を利用する。
【００１５】
本発明者は、当該アニール処理により、その本来の目的であるＣｕ酸化物の還元に加え、ＳＯＤ膜を用いた場合に必須である脱ガスをも行うことを考慮して、Ｃｕ酸化物を確実に還元し且つＳＯＤ膜の十分な脱ガスを行う観点から、当該アニール処理の各条件、具体的には処理温度及び処理時間を両者の相関関係から最適化することに想到した。
【００１６】
（実験１）
ここでは、還元ガスをＮＨ３ガス及びＮ２ガスの混合ガスとしてアニール処理を実行した場合の還元能力を調べた。具体的には、Ｃｕ膜をスパッタ形成し、大気中で１５０℃、１０分の条件でその表面を強制的に酸化した後、ＮＨ３ガスを用いてアニール処理を行い、スパッタ形成直後、酸化後、還元後におけるＣｕ膜表面の反射率を測定した。測定結果を表１に示す。処理温度３５０℃及び処理時間３００秒の場合と、処理温度４００℃及び処理時間１８０秒の場合とについて、ＮＨ３ガスの分圧を１．２７Ｔｏｒｒ（≒１７０（Ｐａ）），２．２Ｔｏｒｒ（≒２９３（Ｐａ）），４．０（≒５３３（Ｐａ））Ｔｏｒｒとした場合について相対的反射率（％）を測定した。
【００１７】
【表１】
2004140263.tif 000003
【００１８】
表１から、処理温度を４００℃としたアニール処理では、ＮＨ３ガスの分圧を変えても反射率にさほど差は見られないが、処理温度を３５０℃とした場合では、ＮＨ３ガスの分圧が高い方が還元能力に優れていることが判る。
【００１９】
そこで、表１の測定の場合とは異なる基板を用い、ＮＨ３ガスの分圧を固定し、特に処理温度を４００℃とした場合における適正な処理時間を調べた。測定結果を表２に示す。ここでは、混合ガスを構成するＮＨ３／Ｎ２を３８５０ｃｃ／２８００ｃｃ、ＮＨ３ガスの分圧を２．２Ｔｏｒｒ（≒２９３（Ｐａ））とした。
【００２０】
【表２】
2004140263.tif 000004
【００２１】
表２から、処理温度を４００℃としたアニール処理では、処理時間が６０秒でも十分な還元能力が見られることが判る。処理温度を３５０℃とした場合では、４００℃の処理と比較すれば劣るものの、通常の還元能力としては遜色ないものである。
【００２２】
更に、表１，表２の測定の場合とは異なる基板を用い、表２の測定と同様に混合ガスを構成するＮＨ３／Ｎ２を３８５０ｃｃ／２８００ｃｃ、ＮＨ３ガスの分圧を２．２Ｔｏｒｒ（≒２９３（Ｐａ））とし、波長６３３ｎｍの光における反射率を、処理温度３００℃の場合を含めて測定した。測定結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
2004140263.tif 000005
【００２４】
表３から、処理温度を３００℃としたアニール処理では還元能力は不十分であるが、４００℃では十分な還元能力が得られることが再確認され、３５０℃では処理時間１８０秒でも高い還元能力が示された。
【００２５】
同様に、Ｃｕ膜を上記のようにスパッタ形成し、大気中で１５０℃、１０分の条件でその表面を強制的に酸化した状態で、還元ガスをＨ２ガス及びＮ２ガスの混合ガスとしてアニール処理を実行した場合の還元能力を調べた。定結果を表３に示す。処理温度３５０℃の場合について、Ｈ２ガスの分圧を３Ｔｏｒｒ（≒４００（Ｐａ））とした場合について相対的反射率（％）を測定した。
【００２６】
【表４】
2004140263.tif 000006
【００２７】
表４から、処理温度３５０℃、処理時間１８０秒のＨ２アニール処理により、十分な還元能力が見られることが判る。
【００２８】
以上の結果から、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含む還元ガスを用いたアニール処理において、露出Ｃｕ表面を十分に還元するという観点では、処理温度を４００℃とすれば短時間の処理で十分な還元が得られ、３５０℃でも処理時間を比較的長く（３００秒以上）とすれば良好な還元が得られる。
【００２９】
（実験２）
ところで、アニール処理においては、その条件次第でビア孔の底部で露出したＣｕ表面が熱膨張することがあるため、これを抑えることが必要となる。そこで、処理温度４００℃及び３００℃の場合について処理時間を変え、ダマシン法により、上記のＮＨ３ガスを用いたアニール処理を行い形成された配線構造の断面状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて調べた。
【００３０】
観察結果を図１に示す。
当該アニール処理を行わずに形成された配線構造の断面状態の参照写真（Ｒｅｆ．（Ｎｏ　ＡＮＬ））（（ａ））と比較して、処理温度４００℃（（ｂ））では短時間処理、具体的には処理時間が６０秒でもビア孔の底部で露出したＣｕ表面に熱膨張が生じていることが判る。これに対して、処理温度３５０℃（（ｃ））では長時間処理、具体的には処理時間が３００秒でもビア孔の底部で露出したＣｕ表面には熱膨張が見られず、６００秒で軽度の熱膨張が見られる程度である。なお、一般的にガスの還元能力を考慮すれば、Ｈ２ガスを含む還元ガスを用いたアニール処理でも上記と同様な結果が得られるものと十分な確度をもって推定される。
【００３１】
以上の結果から、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含む還元ガスを用いたアニール処理において、露出Ｃｕ表面の熱膨張を防止するという観点では、処理温度を３５０℃以下とすれば比較的長時間（３００秒以上）の処理時間でも熱膨張を抑止することができる。この場合、処理時間は３００秒〜６００秒が適正範囲である。
【００３２】
（実験３）
続いて、当該アニール処理による脱ガス能力について調べた。ここでは、層間絶縁膜として有機ＳＯＤ膜であるポリアリールエーテル系の材料（いわゆるＳｉＬＫ）を用い、当該アニール処理を行った後、昇温脱離分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により脱ガス特性を測定した。
【００３３】
測定結果を図２及び図３に示す。
図２では、ＮＨ３ガスを含む還元ガスを用いた処理温度４００℃のアニール処理を行った際の脱ガス特性を、図３では、ＮＨ３ガスを含む還元ガスを用いた処理温度３５０℃のアニール処理を行った際の脱ガス特性をそれぞれ示しており、各図において、ＳＯＤ膜からの脱ガスとして最も問題視される水（水蒸気）について、室温から６００℃程度まで昇温させた際の脱ガス量（即ち、アニール処理後の層間絶縁膜における残存ガス量）を相対値で表している。
【００３４】
図２に示すように、当該アニール処理を行わずに測定した場合の脱ガス特性（Ｒｅｆ．（Ｎｏ　ＡＮＬ））（（ａ））と比較して、処理温度４００℃では、処理時間が１８０秒（（ｂ））では未だ十分な脱ガスはなされていないが、処理時間を３００秒（（ｃ））とすれば脱ガスが十分に完了することが判る。
【００３５】
また、図３に示すように、Ｒｅｆ．（Ｎｏ　ＡＮＬ）　（（ａ））と比較して、処理温度３５０℃でも、処理時間が１８０秒（（ｂ））では未だ十分な脱ガスはなされていないが、処理時間を３００秒（（ｃ））とすれば脱ガスが十分に完了することが判る。即ち、当該アニール処理による層間絶縁膜からの脱ガス量は、処理温度には殆ど依存せず、処理時間に大きく依存することが判明した。なお、一般的なアニール処理による脱ガスを考慮すれば、Ｈ２ガスを含む還元ガスを用いたアニール処理でも上記と同様な結果が得られるものと十分な確度をもって推定される。
【００３６】
以上の結果から、層間絶縁膜にＳＯＤ膜を適用した場合、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含む還元ガスを用いたアニール処理において、処理時間を３００秒以上とすれば、十分な脱ガス特性が得られる。
【００３７】
このように、実験１〜３の諸結果に基づいて、Ｃｕ露出表面のＣｕ酸化物の十分な還元、ＳＯＤ膜を含む層間絶縁膜からの十分な脱ガス、及びＣｕ露出表面における熱膨張の防止の各観点を全て満足し、良好な配線構造を得るには、水素を含有する還元ガスを用いたアニール処理を、処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で実行すれば良い。
【００３８】
−配線構造の形成方法の具体的な実施形態−
上述した本発明の基本骨子を踏まえ、本発明をダマシン法（ここではいわゆるデュアルダマシン法）によるＣｕ配線の形成方法に適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、半導体装置として一般的なＭＯＳトランジスタを例に採り、その配線構造の形成に本発明を適用する。
【００３９】
図４及び図５は、本実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
この配線構造を形成するにあたり、シリコンウェーハ上にゲート電極、ソース／ドレインを備えたＭＯＳトランジスタ構造を形成する。そして、このＭＯＳトランジスタ構造の例えばゲート電極と電気的に接続される配線構造に本発明が適用される。
【００４０】
先ず、図４（ａ）に示すように、シリコン半導体基板１に例えばＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法による素子分離構造３１で画定された活性領域において、ゲート絶縁膜２を介してゲート電極３をパターン形成し、このゲート電極３の両側面にサイドウォール絶縁膜３２を形成した後、ゲート電極３の両側の半導体基板１の表層にソース／ドレイン４を形成する。そして、ゲート電極３及びソース／ドレイン４の各表面にＣｏＳｉＸ（例えばＸ＝２）からなるシリサイド層５を形成し、サリサイド構造とする。
【００４１】
続いて、ゲート電極３を覆うように、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜３３を形成した後、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜６を堆積する。そして、フォトリソグラフィー及びこれに続くエッチングにより、ゲート電極３の表面の一部を露出させるコンタクト孔をＰＳＧ膜６及びシリコン窒化膜３３に形成した後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等によりこのコンタクト孔をタングステン（Ｗ）で充填するＷプラグ７を形成する。
【００４２】
続いて、いわゆるダマシン法により下層Ｃｕ配線を形成する。
具体的には、先ず図４（ｂ）に示すように、Ｗプラグ７の表面を覆うようにＰＳＧ膜６上に有機ＳＯＤ膜、ここではポリアリールエーテル系の低誘電率膜８を塗布した後、シリコン酸化膜９を堆積し、低誘電率膜８及びシリコン酸化膜９からなる層間絶縁膜１１を形成する。
【００４３】
続いて、図４（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１１上にフォトレジスト（不図示）を塗布し、フォトリソグラフィーによりフォトレジストを配線形状に加工する。次に、このフォトレジストをマスクとして層間絶縁膜１１をドライエッチングし、層間絶縁膜１１にフォトレジストの形状に倣った配線溝１２を形成する。
【００４４】
続いて、図４（ｄ）に示すように、ＮＨ３ガスを含む還元ガスを用いた上述のアニール処理を実行し、層間絶縁膜１１（特に低誘電率膜８）を脱ガス処理する。このとき、Ｗの酸化、４００℃程度におけるＷの熱膨張は問題とならないため、処理時間の上限は主に脱ガス特性及びＳＯＤ膜の膜質変化の観点による制限から、当該アニール処理の具体的条件としては、処理温度を４００℃以下、且つ処理時間を３００秒以上の条件、ここでは３５０℃且つ３００秒で行う。
【００４５】
続いて、図４（ｅ）に示すように、配線溝１２の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１１上にＴａからなるバリアメタル膜１３を、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜１３及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００４６】
続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝１２内を埋め込む膜厚にＣｕ膜１４を形成する。ダマシン法によるＣｕ膜１４の分離のため、ＣＭＰ法によりＣｕ膜１４及びバリアメタル膜１３を研磨して配線溝１２内のみにＣｕ膜１４及びバリアメタル膜１３を残し、下層Ｃｕ配線１５を形成する。
【００４７】
図４（ｆ）に示すように、Ｃｕの拡散防止を主目的とするシリコン窒化膜１６を下層Ｃｕ配線１５を覆うように層間絶縁膜１１上に形成する。
【００４８】
続いて、下層Ｃｕ配線１５とビア孔を介して電気的に接続される上層Ｃｕ配線を形成する。
【００４９】
具体的には、先ず図５（ａ）に示すように、下層Ｃｕ配線１５の表面を覆うようにシリコン酸化膜１７を形成した後、有機ＳＯＤ膜、ここではポリアリールエーテル系の低誘電率膜１８を塗布し、更にシリコン酸化膜１９を形成し、シリコン窒化膜１６、シリコン酸化膜１７、低誘電率膜１８、及びシリコン酸化膜１９からなる層間絶縁膜２１を形成する。
【００５０】
続いて、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー及びこれに続くエッチングにより、先ずシリコン酸化膜１９上のシリコン窒化膜（不図示）に配線パターンとなる部分を形成する。続いて、下層Ｃｕ配線１５の表面の一部を露出させるように、層間絶縁膜２１にビア孔２２を形成する。このとき、下層Ｃｕ配線１５の表面の一部を完全には露出させることなく、下層Ｃｕ配線１５上でシリコン窒化膜１６を極薄に残し、言わば前記表面の一部をほぼ露出させた状態となるようにしても良い。
【００５１】
そして、先にシリコン窒化膜に形成した配線パターン（不図示）をハードマスクとして、層間絶縁膜２１の低誘電率膜１８をエッチングストッパーとしてシリコン酸化膜１９をエッチングし、続いてシリコン酸化膜１７をエッチングストッパーとして低誘電率膜１８をエッチングし、配線溝２３を形成する。
【００５２】
続いて、図５（ｃ）に示すように、ＮＨ３ガスを含む還元ガスを用いた上述のアニール処理を実行し、下層Ｃｕ配線１５の表面におけるＣｕ酸化物を還元して除去し、下層Ｃｕ配線１５のＣｕ表面を露出させるとともに、層間絶縁膜１１（特に低誘電率膜１８）を脱ガス処理する。当該アニール処理の具体的条件としては、処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件、ここでは３５０℃且つ３００秒で行う。
【００５３】
続いて、図５（ｄ）に示すように、配線溝２３及びビア孔２２の内壁面を覆うように、層間絶縁膜２１上にＴａからなるバリアメタル膜２４を、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜２４及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００５４】
続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝２３内及びビア孔２２内を埋め込む膜厚にＣｕ膜２５を形成する。
【００５５】
そして、ダマシン法によるＣｕ膜２５の分離のため、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によりＣｕ膜２５及びバリアメタル膜２６を研磨して、配線溝２３内及びビア孔２２内のみにＣｕ膜２５及びバリアメタル膜２４を残し、上層Ｃｕ配線２６を形成する。
【００５６】
以上により、ビア孔２２を介して下層Ｃｕ配線１５と上層Ｃｕ配線２６とが電気的に接続されてなる配線構造が完成する。更に、上述したダマシン法を繰り返し、上層Ｃｕ配線２６と接続される配線構造を形成する場合もある。
【００５７】
しかる後、更なる層間絶縁膜やビア孔、配線等の形成を経て、前記配線構造を備えてなるＭＯＳトランジスタを完成させる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態の基板処理方法によれば、ＳＯＤ膜を用いて配線抵抗の低減化を図るも、酸化したＣｕ露出表面の還元処理及び当該ＳＯＤ膜の脱ガスを同一工程で同時に実行し、ダマシン法における下層Ｃｕ配線１５と上層Ｃｕ配線２６との間の良好な接続を実現し、信頼性の高いＭＯＳトランジスタを得ることができる。
【００５９】
なお、本実施形態では半導体装置としてＭＯＳトランジスタを例示したが、本発明はこれに限定されず、ダマシン法によるＣｕ配線を備えて高集積化・微細化を図る全ての半導体装置に当該配線構造を適用して好適である。
【００６０】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６１】
（付記１）基板の上方で金属層の表面の一部がＳＯＤ膜を含む絶縁層から露出しており、前記表面の一部に対し、水素を含有する還元ガスを用いて、前記処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で前記基板をアニール処理することを特徴とする基板処理方法。
【００６２】
（付記２）前記還元ガスは、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含むものであることを特徴とする付記１に記載の基板処理方法。
【００６３】
（付記３）前記ＳＯＤ膜は、低誘電率の有機ＳＯＤ材料を含むことを特徴とする付記１又は２に記載の基板処理方法。
【００６４】
（付記４）前記有機ＳＯＤ材料は、少なくともポリアリールエーテル系の低誘電率材料を含むことを特徴とする付記３に記載の基板処理方法。
【００６５】
（付記５）前記金属層が金属プラグであることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【００６６】
（付記６）前記金属層が配線であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【００６７】
（付記７）前記配線が銅を含有する金属材料からなることを特徴とする付記６に記載の基板処理方法。
【００６８】
（付記８）基板の上方で金属層を覆うように形成されてなる第１の絶縁膜上に、少なくともＳＯＤ膜を含む第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記金属層の表面の一部を露出させるように、前記第２の絶縁膜を加工する工程と、
前記表面の一部に対し、水素を含有する還元ガスを用いて、前記処理温度を３５０℃以下、且つ処理時間を３００秒〜６００秒の条件で前記基板をアニール処理する工程と、
前記第２の絶縁膜の加工部位を埋め込み、金属層と接続される配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００６９】
（付記９）前記還元ガスは、ＮＨ３ガス又はＨ２ガスを含むものであることを特徴とする付記８に記載の配線構造の形成方法。
【００７０】
（付記１０）前記ＳＯＤ膜は、低誘電率の有機ＳＯＤ材料を含むことを特徴とする付記８又は９に記載の配線構造の形成方法。
【００７１】
（付記１１）前記有機ＳＯＤ材料は、少なくともポリアリールエーテル系の低誘電率材料を含むことを特徴とする付記１０に記載の配線構造の形成方法。
【００７２】
（付記１２）前記金属層が金属プラグであることを特徴とする付記８〜１１のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７３】
（付記１３）前記金属層が前記第１の絶縁膜内に形成された下層配線であることを特徴とする付記８〜１１のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７４】
（付記１４）前記下層配線が銅を含有する金属材料からなることを特徴とする付記１３に記載の配線構造の形成方法。
【００７５】
（付記１５）前記第２の絶縁膜は、他の絶縁膜上に前記ＳＯＤ膜が積層されてなり、
前記第２の絶縁膜を加工するに際して、前記他の絶縁膜に前記金属層の表面の一部を露出させる接続孔を形成した後、前記第２の絶縁膜に配線形状の配線溝を形成し、
前記アニール処理の後、前記接続孔及び前記配線溝を埋め込むように前記配線を形成することを特徴とする付記１３又は１４に記載の配線構造の形成方法。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯＤ膜を用いて配線抵抗の低減化を図るも、酸化した金属露出表面の還元処理及び当該ＳＯＤ膜の脱ガスを同一工程で同時に実行し、確実な配線間接続、特にダマシン法におけるＣｕ含有配線間の良好な接続を実現し、信頼性の高いデバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態によるＮＨ３ガスを用いたアニール処理を行い形成された配線構造の断面状態を示すＳＥＭによる顕微鏡写真である。
【図２】ＴＤＳにより脱ガス特性を測定した結果を示す特性図である。
【図３】ＴＤＳにより脱ガス特性を測定した結果を示す特性図である。
【図４】本実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】図４に引き続き、本実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　シリコン半導体基板
２　ゲート絶縁膜
３　ゲート電極
４　ソース／ドレイン
５　シリサイド層
６　ＰＳＧ膜
７　Ｗプラグ
８，１８　低誘電率膜
９，１７，１９　シリコン酸化膜
１１，２１　層間絶縁膜
１２，２３　配線溝
１３，２４　バリアメタル膜
１４，２５　Ｃｕ膜
１５　下層Ｃｕ配線
１６，１９，３３　シリコン窒化膜
２２　ビア孔
２６　上層Ｃｕ配線
３１　ＳＴＩ素子分離構造
３２　サイドウォール絶縁膜
【図１】
2004140263.tif 000007
【図２】
2004140263.tif 000008
【図３】
2004140263.tif 000009
【図４】
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【図５】
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