(57)【要約】【課題】逆スパッタ装置に冷却機構を設けることなく、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を向上させる。【解決手段】逆スパッタチャンバＣ２での逆スパッタ処理が終了すると、逆スパッタ処理により温度が上昇したウェハＷを冷却チャンバＣ３に搬入し、冷却チャンバＣ３でウェハＷを冷却してから、スパッタチャンバＣ４に搬入し、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する。【選択図】      図１
2005008902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に形成された絶縁層の逆スパッタを行う逆スパッタチャンバと、
前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する冷却チャンバと、
前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する成膜チャンバと、
前記絶縁層を大気に晒すことなく、前記逆スパッタチャンバ、前記冷却チャンバおよび前記成膜チャンバ間で前記基材の搬送を行う搬送手段とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
ウェハ上に形成された絶縁層のデガス処理を行うデガスチャンバと、
前記デガス処理された絶縁層の逆スパッタを行う逆スパッタチャンバと、
前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する冷却チャンバと、
前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する成膜チャンバと、
前記デガスチャンバ、逆スパッタチャンバ、前記冷却チャンバおよび前記成膜チャンバが連結された搬送室と、
前記搬送室に連結されたロードロック室と、
前記ロードロック室に設けられたウェハカセットと、
前記搬送室内に設けられ、前記ウェハカセットに収納されたウェハを前記デガスチャンバ、前記逆スパッタチャンバ、前記冷却チャンバおよび前記成膜チャンバに順次搬送する搬送ロボットとを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
前記成膜チャンバは、
前記冷却された絶縁層上にＴｉをスパッタするスパッタチャンバと、
前記Ｔｉがスパッタされた絶縁層上にＴｉＮ膜を成膜するＣＶＤチャンバとを備えることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
基材上に形成された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、
前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、
前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
基材上に形成された絶縁層のデガス処理を行う工程と、
前記デガス処理された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、
前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、
前記冷却された絶縁層上にＴｉ膜を成膜する工程と、
前記Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
下層配線層が形成された半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記下層配線層を露出させる開口部を前記絶縁層に形成する工程と、
前記開口部が形成された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、
前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、
前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する工程と、
前記バリアメタル膜が成膜された開口部内にタングステンプラグを形成する工程と、
前記タングステンプラグに接続された上層配線層を前記絶縁層上に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
下層配線層が形成された半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記下層配線層を露出させる開口部を前記絶縁層に形成する工程と、
前記開口部が形成され絶縁層のデガス処理を行う工程と、
前記デガス処理された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、
前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、
前記冷却された絶縁層上にＴｉ膜を成膜する工程と、
前記Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜を成膜する工程と、
前記ＴｉＮ膜が成膜された開口部内にタングステンプラグを形成する工程と、
前記タングステンプラグに接続された上層配線層を前記絶縁層上に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成膜装置、成膜方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、バリアメタルの成膜方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線構造では、金属下地層と絶縁層との密着性を向上させるため、シリコン系材料からなる絶縁層のスパッタエッチクリーニングが行われている。ここで、絶縁層表面のＳｉリッチ層の再酸化を防止するために、例えば、特許文献１に開示されているように、絶縁層のスパッタエッチクリーニングを行う際に、シリコン系材料からなる絶縁層が形成された基板を冷却することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−６４９０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、シリコン系材料からなる絶縁層が形成された基板を冷却しながら、スパッタエッチクリーニングが行われるため、逆スパッタ装置内に基板の冷却機構を設ける必要があり、逆スパッタ装置の構成が複雑化するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、逆スパッタ装置に冷却機構を設けることなく、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を向上させることが可能な成膜装置、成膜方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る成膜装置によれば、基材上に形成された絶縁層の逆スパッタを行う逆スパッタチャンバと、前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する冷却チャンバと、前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する成膜チャンバと、前記絶縁層を大気に晒すことなく、前記逆スパッタチャンバ、前記冷却チャンバおよび前記成膜チャンバ間で前記基材の搬送を行う搬送手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、逆スパッタされた絶縁層を冷却してから、絶縁層上にバリアメタル膜を成膜することが可能となる。このため、絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する際に、絶縁層からＨ２Ｏなどのアウトガスが放出されることを抑制することが可能となり、逆スパッタチャンバに冷却機構を設けることなく、バリアメタル膜が酸化されることを抑制して、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を向上させることが可能となる。
【０００８】
さらに、バリアメタル膜の酸化を抑制することで、バリアメタル膜の膜減りを低減することが可能となる。このため、絶縁層に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となり、残留ガスに起因するボイドの発生を防止することが可能となる。
また、本発明の一態様に係る成膜装置によれば、ウェハ上に形成された絶縁層のデガス処理を行うデガスチャンバと、前記デガス処理された絶縁層の逆スパッタを行う逆スパッタチャンバと、前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する冷却チャンバと、前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する成膜チャンバと、前記デガスチャンバ、逆スパッタチャンバ、前記冷却チャンバおよび前記成膜チャンバが連結された搬送室と、前記搬送室に連結されたロードロック室と、前記ロードロック室に設けられたウェハカセットと、前記搬送室内に設けられ、前記ウェハカセットに収納されたウェハを前記デガスチャンバ、前記逆スパッタチャンバ、前記冷却チャンバおよび前記成膜チャンバに順次搬送する搬送ロボットとを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、デガスチャンバ、逆スパッタチャンバ、冷却チャンバおよび成膜チャンバ間の搬送時の真空度を確保しつつ、クリーニングされた絶縁層を冷却することが可能となるとともに、冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜することが可能となる。このため、冷却された絶縁層が大気で汚染されることを防止することが可能となるともに、絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する際に、絶縁層からＨ２Ｏなどのアウトガスが放出されることを抑制することが可能となる。この結果、逆スパッタチャンバに冷却機構を設けることなく、バリアメタル膜が酸化されることを抑制することが可能となり、逆スパッタチャンバの構成の複雑化を抑制しつつ、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る成膜装置によれば、前記成膜チャンバは、前記冷却された絶縁層上にＴｉをスパッタするスパッタチャンバと、前記Ｔｉがスパッタされた絶縁層上にＴｉＮ膜を成膜するＣＶＤチャンバとを備えることを特徴とする。
これにより、絶縁層とＴｉとの界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することが可能となるとともに、ＴｉＮ膜を成膜する際のカバレッジを向上させることが可能となる。このため、アスペクト比の大きなコンタクトホールが絶縁層に形成されている場合においても、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を確保しつつ、コンタクトホール内にバリアメタル膜を均一に形成することが可能となる。
【００１１】
さらに、絶縁層とＴｉとの界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することで、Ｔｉ膜の膜減りを低減することが可能となる。このため、コンタクトホール内の残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となり、残留ガスに起因するコンタクトホール底部のボイドの発生を防止することが可能となる。
また、本発明の一態様に係る成膜方法によれば、基材上に形成された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、逆スパッタされた絶縁層を冷却してから、絶縁層上にバリアメタル膜を成膜することが可能となる。このため、絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する際に、バリアメタル膜が酸化されることを抑制することが可能となり、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る成膜方法によれば、基材上に形成された絶縁層のデガス処理を行う工程と、前記デガス処理された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、前記冷却された絶縁層上にＴｉ膜を成膜する工程と、前記Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、逆スパッタされた絶縁層を冷却してから、絶縁層上にバリアメタル膜を成膜することが可能となる。このため、絶縁層上にＴｉ膜を成膜する際に、絶縁層とＴｉ膜との界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することが可能となり、Ｔｉ膜と絶縁層との密着性を確保することが可能となるとともに、Ｔｉ膜の膜減りを低減することを可能として、絶縁層に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、下層配線層が形成された半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記下層配線層を露出させる開口部を前記絶縁層に形成する工程と、前記開口部が形成された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、前記冷却された絶縁層上にバリアメタル膜を成膜する工程と、前記バリアメタル膜が成膜された開口部内にタングステンプラグを形成する工程と、前記タングステンプラグに接続された上層配線層を前記絶縁層上に形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、逆スパッタされた絶縁層を冷却してから、開口部にバリアメタル膜を成膜することが可能となる。このため、開口部にバリアメタル膜を成膜する際に、バリアメタル膜が酸化されることを抑制することが可能となるとともに、バリアメタル膜の膜減りを低減することを可能として、開口部内に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となる。この結果、バリアメタル膜と絶縁層との密着性を向上させることが可能となるとともに、残留ガスに起因する開口部底部のボイドの発生を防止することが可能となり、下層配線層と上層配線層とを安定して接続することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、下層配線層が形成された半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記下層配線層を露出させる開口部を前記絶縁層に形成する工程と、前記開口部が形成され絶縁層のデガス処理を行う工程と、前記デガス処理された絶縁層の逆スパッタを行う工程と、前記逆スパッタされた絶縁層を冷却する工程と、前記冷却された絶縁層上にＴｉ膜を成膜する工程と、前記Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜を成膜する工程と、前記ＴｉＮ膜が成膜された開口部内にタングステンプラグを形成する工程と、前記タングステンプラグに接続された上層配線層を前記絶縁層上に形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、逆スパッタされた絶縁層を冷却してから、開口部にＴｉ膜を成膜することが可能となる。このため、開口部にＴｉ膜を成膜する際に、絶縁層とＴｉとの界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することが可能となるとともに、Ｔｉ膜の膜減りを低減することを可能として、開口部内に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となる。この結果、Ｔｉ膜と絶縁層との密着性を向上させることが可能となるとともに、残留ガスに起因する開口部底部のボイドの発生を防止することが可能となり、下層配線層と上層配線層とを安定して接続することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る成膜装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す平面図である。
【００１９】
図１において、成膜装置には、所定の真空度を保ったままチャンバ間でウェハＷを搬送するための搬送室３、６が設けられている。ここで、搬送室３、６には、ウェハＷを搬送する搬送ロボット７ａ、７ｂがそれぞれ設けられ、搬送ロボット７ａ、７ｂには、前後に伸縮可能なロボットアーム８ａ、８ｂがそれぞれ取り付けられているとともに、ロボットアーム８ａ、８ｂの先端には、ウェハＷを保持するウェハ保持部９ａ、９ｂがそれぞれ設けられている。
【００２０】
また、搬送室３、６間には、中間チャンバ４、５が設けられ、中間チャンバ４、５には、ウェハＷを一時的に載置するためのウェハ載置台Ｄ１、Ｄ２がそれぞれ設置されている。そして、搬送室３は、ゲートバルブＧ３、Ｇ４をそれぞれ介して中間チャンバ４、５に連結され、搬送室６は、ゲートバルブＧ５、Ｇ６をそれぞれ介して中間チャンバ４、５に連結されている。
【００２１】
また、搬送室３には、ゲートバルブＧ１、Ｇ２をそれぞれ介してロードロック室１、２が連結されるとともに、ゲートバルブＧ７を介してデガスチャンバＣ１が連結され、ゲートバルブＧ８を介して逆スパッタチャンバＣ２がさらに連結されている。ここで、ロードロック室１、２には、複数枚のウェハＷをそれぞれ収容するウェハカセットＫ１、Ｋ２がそれぞれ設置されている。
【００２２】
また、搬送室６には、ゲートバルブＧ９を介して冷却チャンバＣ３が連結されるとともに、ゲートバルブＧ１０を介してスパッタチャンバＣ４が連結され、ゲートバルブＧ１１を介してＣＶＤチャンバＣ５がさらに連結されている。
ここで、デガスチャンバＣ１は、例えば、ウェハＷを真空状態で２５０℃〜３００℃程度の温度で加熱することにより、ウェハＷなどに含まれる水分などのデガス処理を行う。また、逆スパッタチャンバＣ２は、Ａｒを用いたウェハＷの逆スパッタ処理を行うことにより、ウェハＷに形成された酸化膜や金属膜などのクリーニングを行う。また、冷却チャンバＣ３は、逆スパッタ処理が行われたウェハＷを冷却することにより、逆スパッタ処理により上昇したウェハＷの温度を強制的に降下させる。また、スパッタチャンバＣ４は、Ｔｉのスパッタリングにより、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する。また、ＣＶＤチャンバＣ５は、ＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタニウム）をソースガスとした熱ＣＶＤにより、ウェハＷ上にＴｉＮ膜を成膜する。なお、ＣＶＤチャンバＣ５では、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜した後、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理を行うことにより、ＴｉＮ膜の緻密化することができる。また、ＴｉＮ膜を成膜する場合、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の成膜とＮ２／Ｈ２プラズマ処理とを複数回だけ交互に繰り返すことができる。
【００２３】
そして、ウェハＷの成膜処理を行う場合、ウェハＷが収容されたウェハカセットＫ１、Ｋ２をロードロック室１、２にそれぞれ設置し、ロードロック室１、２の真空引きを行う。ここで、ロードロック室１、２にウェハカセットＫ１、Ｋ２を設置する場合、ゲートバルブＧ１〜Ｇ１１は閉じたままにすることができる。そして、ゲートバルブＧ１〜Ｇ１１を閉じたまま、ロードロック室１、２にウェハカセットＫ１、Ｋ２を設置し、ロードロック室１、２の真空引きを行うことにより、搬送室３、６、中間チャンバ４、５、デガスチャンバＣ１、逆スパッタチャンバＣ２、冷却チャンバＣ３、スパッタチャンバＣ４およびＣＶＤチャンバＣ５を所定の真空度に維持して、大気による汚染を防止することができる。
【００２４】
また、搬送室３、６を分割して設けることにより、搬送室３に比べて搬送室６を高真空に維持することができ、搬送室６の清浄度を向上させることが可能として、ウェハＷの成膜処理を純度よく行うことができる。
そして、ロードロック室１、２が所定の真空度に達すると、ゲートバルブＧ１、Ｇ２を開く。そして、搬送ロボット７ａは、ロボットアーム８ａをロードロック室１、２の方向に回転させ、ロボットアーム８ａを伸縮させることにより、ウェハカセットＫ１、Ｋ２からウェハＷを取り出す。そして、搬送ロボット７ａは、ウェハカセットＫ１、Ｋ２からウェハＷを取り出すと、取り出したウェハＷをデガスチャンバＣ１に搬入する。ここで、ウェハＷがデガスチャンバＣ１に搬入されると、ウェハＷが真空状態で２５０℃〜３００℃程度の温度で加熱され、ウェハＷなどに含まれる水分などのデガス処理が行われる。
【００２５】
そして、デガスチャンバＣ１でのデガス処理が終了すると、搬送ロボット７ａは、デガスチャンバＣ１からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷを逆スパッタチャンバＣ２に搬入する。ここで、ウェハＷが逆スパッタチャンバＣ２に搬入されると、Ａｒを用いたウェハＷの逆スパッタ処理が行われ、ウェハＷに形成された酸化膜や金属膜などのクリーニングが行われる。
【００２６】
そして、逆スパッタチャンバＣ２での逆スパッタ処理が終了すると、搬送ロボット７ａは、逆スパッタチャンバＣ２からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷを中間チャンバ４に搬入する。そして、ウェハＷが中間チャンバ４に搬入されると、搬送ロボット７ｂは、中間チャンバ４からウェハＷを搬出し搬出したウェハＷを、冷却チャンバＣ３に搬入する。ここで、ウェハＷが冷却チャンバＣ３に搬入されると、逆スパッタ処理が行われたウェハＷの冷却処理が行われ、逆スパッタ処理により上昇したウェハＷの温度が強制的に降下させられる。
【００２７】
そして、冷却チャンバＣ３での冷却処理が終了すると、搬送ロボット７ｂは、冷却チャンバＣ３からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷをスパッタチャンバＣ４に搬入する。そして、ウェハＷがスパッタチャンバＣ４に搬入されると、Ｔｉのスパッタリングが行われ、ウェハＷ上にＴｉ膜が成膜される。
ここで、逆スパッタ処理により温度が上昇したウェハＷを冷却チャンバＣ３で冷却してから、スパッタチャンバＣ４にてＴｉ膜の成膜を行うことにより、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する際に、ウェハＷからＨ２Ｏなどのアウトガスが放出されることを抑制することが可能となる。このため、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する際に、ウェハＷに形成された酸化膜とＴｉ膜との界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することが可能となり、Ｔｉ膜と酸化膜との密着性を確保することが可能となるとともに、Ｔｉ膜の膜減りを低減することを可能として、酸化膜に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となる。
【００２８】
そして、スパッタチャンバＣ４でのスパッタ処理が終了すると、搬送ロボット７ｂは、スパッタチャンバＣ４からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷをＣＶＤチャンバＣ５に搬入する。そして、ウェハＷがＣＶＤチャンバＣ５に搬入されると、ＴＤＭＡＴをソースガスとした熱ＣＶＤが行われ、ウェハＷ上にＴｉＮ膜が成膜される。
【００２９】
ここで、熱ＣＶＤを用いてＴｉＮ膜を成膜することにより、ＴｉＮ膜を成膜する際のカバレッジを向上させることが可能となる。このため、アスペクト比の大きなコンタクトホールがウェハＷに形成されている場合においても、コンタクトホール内にＴｉＮ膜を均一に形成することが可能となる。
そして、ＣＶＤチャンバＣ５でのＣＶＤ処理が終了すると、搬送ロボット７ｂは、ＣＶＤチャンバＣ５からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷを中間チャンバ５に搬入する。そして、ウェハＷが中間チャンバ５に搬入されると、搬送ロボット７ａは、中間チャンバ５からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷをロードロック室１、２に搬入する。
【００３０】
図２は、図１の冷却チャンバの概略構成を示す断面図である。
図２において、冷却チャンバＣ３には、冷却チャンバＣ３内を排気する排気管１１が設けられるとともに、冷却チャンバＣ３内に冷却ガスを導入する導入管１２が設けられている。なお、冷却ガスとしては、例えば、ＡｒやＮ２などの不活性ガスを用いることができる。また、冷却チャンバＣ３には、ウェハＷを載置するウェハ載置台１３が設けられるとともに、ウェハ載置台１３上にはウェハＷを静電吸着する静電チャック１４が設けられている。ここで、ウェハ載置台１３および静電チャック１４には、冷却チャンバＣ３内に導入された冷却ガスをウェハＷに吹き付けるガス噴出管１３ａ、１４ａが設けられている。
【００３１】
そして、逆スパッタ処理が終了したウェハＷが冷却チャンバＣ３に搬入されると、導入管１２を介して冷却チャンバＣ３内に冷却ガスを導入する。そして、冷却チャンバＣ３内に導入された冷却ガスを、ガス噴出管１３ａ、１４ａを介してウェハＷに吹き付けることにより、ウェハＷを冷却することができる。
なお、図２に実施形態では、ウェハＷを冷却するために、冷却チャンバＣ３内に冷却ガスを噴出させる方法について説明したが、冷却チャンバＣ３内にペルチェ素子を設置し、このペルチェ素子を用いてウェハＷを冷却するようにしてもよい。
【００３２】
図３および図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、例えば、ＴｉＮ膜２２ａ／Ａｌ−Ｃｕ膜２２ｂ／Ｔｉ膜２２ｃ／ＴｉＮ膜２２ｄを絶縁層２１上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＴｉＮ膜２２ａ／Ａｌ−Ｃｕ膜２２ｂ／Ｔｉ膜２２ｃ／ＴｉＮ膜２２ｄからなる積層膜をパターニングすることにより、絶縁層２１上に下層配線層２２を形成する。
【００３３】
そして、高密度プラズマＣＶＤにより、下層配線層２２間の隙間の深い部分が埋め込まれるように、シリコン酸化膜２３を下層配線層２２上に形成する。
ここで、高密度プラズマＣＶＤを用いてシリコン酸化膜２３を形成することにより、ギャップフィル特性を向上させることが可能となり、下層配線層２２のアスペクト比が高く、間隔が狭い場合においても、下層配線層２２間の隙間を精度よく埋め込むことができる。
【００３４】
そして、下層配線層２２間の隙間がシリコン酸化膜２３で埋め込まれると、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いたプラズマＣＶＤにより、シリコン酸化膜２３上にシリコン酸化膜２４を形成する。
そして、シリコン酸化膜２３、２４が下層配線層２２上に形成されると、例えば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）を用いて、シリコン酸化膜２４の表面を研磨することにより、シリコン酸化膜２４の表面を平坦化する。
【００３５】
そして、シリコン酸化膜２４の表面が平坦化されると、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、シリコン酸化膜２３、２４をパターニングすることにより、下層配線層２２を露出させる開口部２５をシリコン酸化膜２３、２４に形成する。
そして、シリコン酸化膜２３、２４に開口部２５が形成されると、シリコン酸化膜２３、２４を真空状態で２５０℃〜３００℃程度の温度で加熱することにより、シリコン酸化膜２３、２４などに含まれる水分などのデガス処理を行う。
【００３６】
そして、シリコン酸化膜２３、２４のデガス処理が行われると、Ａｒを用いた逆スパッタ処理を行うことにより、下層配線層２２などの表面に存在する自然酸化膜などを除去し、下層配線層２２などのクリーニングを行う。
そして、逆スパッタ処理が終了すると、シリコン酸化膜２３、２４の冷却処理を行うことにより、逆スパッタ処理で上昇したシリコン酸化膜２３、２４の温度を降下させる。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２３、２４の温度が降下されると、スパッタリングなどの方法により、開口部２５が形成された絶縁膜２４上にＴｉ膜２６を形成する。
ここで、逆スパッタ処理で温度が上昇したシリコン酸化膜２３、２４を冷却してから、シリコン酸化膜２４上にＴｉ膜２６を成膜することにより、シリコン酸化膜２４にＴｉ膜２６を成膜する際に、シリコン酸化膜２４からＨ２Ｏなどのアウトガスが放出されることを抑制することが可能となる。このため、シリコン酸化膜２４とＴｉ膜２６との界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することが可能となるとともに、Ｔｉ膜２６の膜減りを低減することを可能として、開口部内２５に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となる。この結果、Ｔｉ膜２６とシリコン酸化膜２４との密着性を向上させることが可能となるとともに、残留ガスに起因する開口部２５底部のボイドの発生を防止することが可能となり、下層配線層２２を上層配線層２９に安定して接続することが可能となる。
【００３８】
次に、図４（ａ）に示すように、絶縁膜２４上にＴｉ膜２６が形成されると、例えば、ＴＤＭＡＴをソースガスとした熱ＣＶＤにより、Ｔｉ膜２６上にＴｉＮ膜２７を成膜する。なお、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜２７を成膜した後、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理を行うことにより、ＴｉＮ膜２７の緻密化するようにしてもよい。また、ＴｉＮ膜２７を成膜する場合、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜２７の成膜とＮ２／Ｈ２プラズマ処理とを複数回だけ交互に繰り返すようにしてもよい。
【００３９】
ここで、熱ＣＶＤを用いてＴｉＮ膜２７を成膜することにより、ＴｉＮ膜２７を成膜する際のカバレッジを向上させることが可能となる。このため、絶縁膜２３、２４に形成された開口部２５のアスペクト比が大きい場合においても、開口部２５内にＴｉＮ膜２７を均一に形成することが可能となる。
次に、図４（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、タングステン膜をＴｉＮ膜２７上に形成する。なお、ＴｉＮ膜２７上にタングステン膜を形成する場合、例えば、ＷＦ６／ＳｉＨ４／Ｈ２／Ａｒ系ガスを用いることができる。
【００４０】
そして、エッチングまたはＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）などの方法を用いて、タングステン膜のエッチバックを行うことにより、絶縁膜２４の表面を露出させ、開口部２５に埋め込まれたタングステンプラグ２８を形成する。
そして、例えば、ＴｉＮ膜２９ａ／Ａｌ−Ｃｕ膜２９ｂ／Ｔｉ膜２９ｃ／ＴｉＮ膜２９ｄを絶縁層２４上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＴｉＮ膜２９ａ／Ａｌ−Ｃｕ膜２９ｂ／Ｔｉ膜２９ｃ／ＴｉＮ膜２９ｄからなる積層膜をパターニングすることにより、タングステンプラグ２８に接続された上層配線層２９を絶縁層２４上に形成する。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、下層配線層２２および上層配線層２９として、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造をそれぞれ用いる方法について説明したが、下層配線層２２および上層配線層２９として、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造などをそれぞれ用いるようにしてもよい。
【００４２】
図５は、本発明の第３実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す平面図である。
図５において、成膜装置には、所定の真空度を保ったままチャンバ間でウェハＷを搬送するための搬送室３３が設けられている。ここで、搬送室３３には、ウェハＷを搬送する搬送ロボット３４が設けられ、搬送ロボット３４には、前後に伸縮可能なロボットアーム３５が取り付けられているとともに、ロボットアーム３５の先端には、ウェハＷを保持するウェハ保持部３６が設けられている。
【００４３】
また、搬送室３３には、ゲートバルブＧ２１、Ｇ２２をそれぞれ介してロードロック室３１、３２が連結されるとともに、ゲートバルブＧ２３を介してデガスチャンバＣ１１が連結され、ゲートバルブＧ２４を介して逆スパッタチャンバＣ１２がさらに連結されている。ここで、ロードロック室３１、３２には、複数枚のウェハＷをそれぞれ収容するウェハカセットＫ１１、Ｋ１２がそれぞれ設置されている。
【００４４】
また、搬送室３３には、ゲートバルブＧ２５を介して冷却チャンバＣ１３が連結されるとともに、ゲートバルブＧ２６を介してスパッタチャンバＣ１４が連結され、ゲートバルブＧ２７を介してＣＶＤチャンバＣ１５がさらに連結されている。
ここで、デガスチャンバＣ１１は、例えば、ウェハＷを真空状態で２５０℃〜３００℃程度の温度で加熱することにより、ウェハＷなどに含まれる水分などのデガス処理を行う。また、逆スパッタチャンバＣ１２は、Ａｒを用いたウェハＷの逆スパッタ処理を行うことにより、ウェハＷに形成された酸化膜や金属膜などのクリーニングを行う。また、冷却チャンバＣ１３は、逆スパッタ処理が行われたウェハＷを冷却することにより、逆スパッタ処理により上昇したウェハＷの温度を強制的に降下させる。また、スパッタチャンバＣ１４は、Ｔｉのスパッタリングにより、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する。また、ＣＶＤチャンバＣ１５は、ＴＤＭＡＴをソースガスとした熱ＣＶＤにより、ウェハＷ上にＴｉＮ膜を成膜する。なお、ＣＶＤチャンバＣ１５では、熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜した後、Ｎ２／Ｈ２プラズマ処理を行うことにより、ＴｉＮ膜の緻密化することができる。また、ＴｉＮ膜を成膜する場合、熱ＣＶＤによるＴｉＮ膜の成膜とＮ２／Ｈ２プラズマ処理とを複数回だけ交互に繰り返すことができる。
【００４５】
そして、ウェハＷの成膜処理を行う場合、ウェハＷが収容されたウェハカセットＫ１１、Ｋ１２をロードロック室３１、３２にそれぞれ設置し、ロードロック室３１、３２の真空引きを行う。ここで、ロードロック室３１、３２にウェハカセットＫ１１、Ｋ１２を設置する場合、ゲートバルブＧ２１〜Ｇ２７は閉じたままにすることができる。そして、ゲートバルブＧ２１〜Ｇ２７を閉じたまま、ロードロック室３１、３２にウェハカセットＫ１１、Ｋ１２を設置し、ロードロック室３１、３２の真空引きを行うことにより、搬送室３３、デガスチャンバＣ１１、逆スパッタチャンバＣ１２、冷却チャンバＣ１３、スパッタチャンバＣ１４およびＣＶＤチャンバＣ１５を所定の真空度に維持して、大気による汚染を防止することができる。
【００４６】
そして、ロードロック室３１、３２が所定の真空度に達すると、ゲートバルブＧ２１、Ｇ２２を開く。そして、搬送ロボット３４は、ロボットアーム３５をロードロック室３１、３２の方向に回転させ、ロボットアーム３５を伸縮させることにより、ウェハカセットＫ１１、Ｋ１２からウェハＷを取り出す。そして、搬送ロボット３４は、ウェハカセットＫ１１、Ｋ１２からウェハＷを取り出すと、取り出したウェハＷをデガスチャンバＣ１１に搬入する。ここで、ウェハＷがデガスチャンバＣ１１に搬入されると、ウェハＷが真空状態で２５０℃〜３００℃程度の温度で加熱され、ウェハＷなどに含まれる水分などのデガス処理が行われる。
【００４７】
そして、デガスチャンバＣ１１でのデガス処理が終了すると、搬送ロボット３４は、デガスチャンバＣ１１からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷを逆スパッタチャンバＣ１２に搬入する。ここで、ウェハＷが逆スパッタチャンバＣ１２に搬入されると、Ａｒを用いたウェハＷの逆スパッタ処理が行われ、ウェハＷに形成された酸化膜や金属膜などのクリーニングが行われる。
【００４８】
そして、逆スパッタチャンバＣ１２での逆スパッタ処理が終了すると、搬送ロボット３４は、逆スパッタチャンバＣ１２からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷを冷却チャンバＣ１３に搬入する。ここで、ウェハＷが冷却チャンバＣ１３に搬入されると、逆スパッタ処理が行われたウェハＷの冷却処理が行われ、逆スパッタ処理により上昇したウェハＷの温度が強制的に降下させられる。
【００４９】
そして、冷却チャンバＣ１３での冷却処理が終了すると、搬送ロボット３４は、冷却チャンバＣ１３からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷをスパッタチャンバＣ１４に搬入する。そして、ウェハＷがスパッタチャンバＣ１４に搬入されると、Ｔｉのスパッタリングが行われ、ウェハＷ上にＴｉ膜が成膜される。
ここで、逆スパッタ処理により温度が上昇したウェハＷを冷却チャンバＣ１３で冷却してから、スパッタチャンバＣ１４にてＴｉ膜の成膜を行うことにより、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する際に、ウェハＷからＨ２Ｏなどのアウトガスが放出されることを抑制することが可能となる。このため、ウェハＷ上にＴｉ膜を成膜する際に、ウェハＷに形成された酸化膜とＴｉ膜との界面にＴｉＯｘ層が形成されることを抑制することが可能となり、Ｔｉ膜と酸化膜との密着性を確保することが可能となるとともに、Ｔｉ膜の膜減りを低減することを可能として、酸化膜に存在する残留ガス成分のゲッタリング効果を維持することが可能となる。
【００５０】
そして、スパッタチャンバＣ１４でのスパッタ処理が終了すると、搬送ロボット３４は、スパッタチャンバＣ１４からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷをＣＶＤチャンバＣ１５に搬入する。そして、ウェハＷがＣＶＤチャンバＣ１５に搬入されると、ＴＤＭＡＴをソースガスとした熱ＣＶＤが行われ、ウェハＷ上にＴｉＮ膜が成膜される。
【００５１】
ここで、熱ＣＶＤを用いてＴｉＮ膜を成膜することにより、ＴｉＮ膜を成膜する際のカバレッジを向上させることが可能となる。このため、アスペクト比の大きなコンタクトホールがウェハＷに形成されている場合においても、コンタクトホール内にＴｉＮ膜を均一に形成することが可能となる。
そして、ＣＶＤチャンバＣ１５でのＣＶＤ処理が終了すると、搬送ロボット３４は、ＣＶＤチャンバＣ１５からウェハＷを搬出し、搬出したウェハＷをロードロック室３１、３２に搬入する。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、半導体装置の成膜を行う方法について説明したが、本発明に係る成膜方法は半導体装置に限定されることなく、半導体装置以外にも、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ素子、プラズマディスプレイ装置、ビルドアップ多層配線板などに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す平面図。
【図２】図１の冷却チャンバの概略構成を示す断面図。
【図３】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図４】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図５】第３実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す平面図。
【符号の説明】
１、２、３１、３２  ロードロック室、３、６、３３  搬送室、４、５  中間チャンバ、７ａ、７ｂ、３４  搬送ロボット、８ａ、８ｂ、３５  ロボットアーム、９ａ、９ｂ、３６  ウェハ保持部、Ｗ  ウェハ、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ１１、Ｋ１２  ウェハカセット、Ｃ１、Ｃ１１  デガスチャンバ、Ｃ２、Ｃ１２  逆スパッタチャンバ、Ｃ３、Ｃ１３  冷却チャンバ、Ｃ４、Ｃ１４  スパッタチャンバ、Ｃ５、Ｃ１５  ＣＶＤチャンバ、Ｄ１、Ｄ２、１３  ウェハ載置台、Ｇ１〜Ｇ１１、Ｇ２１〜Ｇ２７  ゲートバルブ、１１  排気管、１２  導入管、１４  静電チャック、１３ａ、１４ａ  ガス噴出管、２１  絶縁層、２２  下層配線層、２２ａ、２２ｄ、２７、２９ａ、２９ｄ  ＴｉＮ膜、２２ｂ、２９ｂ  Ａｌ−Ｃｕ膜、２２ｃ、２６、２９ｃ  Ｔｉ膜、２３、２４  絶縁膜、２５  開口部、２８タングステンプラグ、２９  上層配線層
【図１】
2005008902.tif 000003
【図２】
2005008902.tif 000004
【図３】
2005008902.tif 000005
【図４】
2005008902.tif 000006
【図５】
2005008902.tif 000007