(57)【要約】【課題】  配線間容量の低減、配線抵抗の低減及び高信頼性を実現できる電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の電子デバイスの製造方法は、第１の絶縁膜１中に第１の配線２を形成する工程と、第１の絶縁膜１及び第１の配線２の上に第２の絶縁膜４を形成した後、第２の絶縁膜４に第１の配線２の上面に到達する凹部を形成する工程と、凹部の底部及び側壁並びに第２の絶縁膜４の上に、第１のバリアメタル膜８ｃを形成する工程と、第１のバリアメタル膜８ｃにおける凹部の底部に形成されている部分を除去して、第１の配線２の上面を露出させる工程と、還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なう工程と、凹部に銅膜を埋め込むことにより配線プラグ８ｅ及び第２の配線８ｆを形成する工程とを備える。【選択図】  図１
2005072384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁膜中に配線又は配線プラグとなる第１の導電体を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜及び前記第１の導電体の上に第２の絶縁膜を形成した後、前記第２の絶縁膜に前記第１の導電体の上面に到達する凹部を形成する工程と、
前記凹部の底部及び側壁並びに前記第２の絶縁膜の上に、第１のバリアメタル膜を形成する工程と、
前記第１のバリアメタル膜における前記凹部の底部に形成されている部分を除去して、前記第１の導電体の上面を露出させる工程と、
前記第１の導電体の上面を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なう工程と、
前記プラズマ処理を行なう工程の後に、前記凹部に導電膜を埋め込むことにより配線プラグ又は配線となる第２の導電体を形成する工程とを備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記プラズマ処理を行なう工程と前記第２の導電体を形成する工程との間に、前記第１のバリアメタル膜及び前記凹部に露出している前記第１の導電体の上に第２のバリアメタル膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
第１の絶縁膜中に配線又は配線プラグとなる第１の導電体を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜及び前記第１の導電体の上に第２の絶縁膜を形成した後、前記第２の絶縁膜に前記第１の導電体の上面に到達する凹部を形成する工程と、
前記凹部の底部及び側壁並びに前記第２の絶縁膜の上に、第１のバリアメタル膜を形成する工程と、
前記第１のバリアメタル膜における前記凹部の底部に形成されている部分を除去して、前記第１の導電体の上面を露出させる工程と、
前記第１の導電体の上面を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう工程と、
前記アニール処理を行なう工程の後に、前記凹部に導電膜を埋め込むことにより配線プラグ又は配線となる第２の導電体を形成する工程とを備えることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記アニール処理を行なう工程と前記第２の導電体を形成する工程との間に、前記第１のバリアメタル膜及び前記凹部に露出している前記第１の導電体の上に第２のバリアメタル膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記凹部を形成する工程と前記第１のバリアメタル膜を形成する工程との間に、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第１の導電体の上面を露出させる工程は、少なくとも前記第１の導電体上にある前記凹部内の前記第１のバリアメタル膜を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記第１の導電体の上面を露出させる工程は、前記凹部の側壁及び前記凹部外に形成されている前記第１のバリアメタル膜を残存させる工程を含むことを特徴とする請求項１又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記第２の絶縁膜は低誘電率膜よりなることを特徴とする請求項１又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの製造方法、特に、配線形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の微細化及び高集積化並びに高速化の要求が進展される中、配線抵抗の低減、配線間容量の低減及び半導体集積回路の信頼性の向上が必要となってきている。配線抵抗の低減及び半導体集積回路の信頼性の向上に対しては、従来のアルミニウム合金に比べて低い比抵抗を有し且つ高い信頼性を有する銅配線が用いられ、実用化されてきている。
【０００３】
また、配線間容量の低減に対しては、従来のシリコン酸化膜から比誘電率が低い絶縁膜（以下、低誘電率膜という）、例えば炭素を含有するシリコン酸化膜等が用いられ始めている。これらの低誘電率膜は、例えば体積が大きなアルキル基又はフェニル基の形で炭素をシリコン酸化膜中に存在させることにより、シリコン酸化膜の密度を低減させて比誘電率を下げることを実現している。また、例えばシリコン酸化膜中に小さなポアを形成することにより、シリコン酸化膜の密度を低減させて比誘電率を下げる方法も提案されている。
【０００４】
このように、配線抵抗の低減、配線間容量の低減及び半導体集積回路の信頼性の向上を実現するためには、銅配線と低誘電率膜とを組み合わせた配線技術が今後益々必須となってきている。
【０００５】
まず、第１の従来例として、銅配線において一般的に用いられているダマシン法について説明する。
【０００６】
ここでは、デュアルダマシン法を用いた銅配線の形成方法を例に説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
まず、銅膜よりなる下層配線の上に形成されている層間絶縁膜中に、配線溝及び底部が下層配線の上面に到達する接続孔を形成した後、配線溝及び接続孔の側壁及び底部にバリアメタル膜を形成する前に、接続孔の底部に対してアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なうことにより、接続孔の底部に露出している下層配線の表面に生成されている自然酸化膜を除去する。このスパッタエッチングの際、下層配線の表面がスパッタリングされることにより、スパッタリングされた銅の付着物が接続孔の側壁に堆積される。次に、配線溝及び接続孔の側壁及び底部にバリアメタル膜を形成した後、該バリアメタル膜が形成された配線溝及び接続孔に銅膜を埋め込んで上層配線を形成する。
【０００８】
このように、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングによって接続孔の側壁に堆積した銅の付着物は層間絶縁膜と直接接触するため、その後の加熱工程等のプロセスにおいて銅の付着物は層間絶縁膜中に移動するので、配線間リーク等の問題を引き起こす。また同時に、上記付着物を拡散経路として、下層配線の銅が層間絶縁膜中に拡散するため、下層配線にボイドが形成されるストレスマイグレーション等の不良が発生する。
【０００９】
一方、今後のデバイスにおいては、層間絶縁膜として低誘電率膜を用いることへの要望が強まってきており、それに伴って層間絶縁膜が低密度化すると、接続孔の側壁に付着した銅及び付着物を拡散経路とした下層配線の銅が層間絶縁膜へ拡散することが一層顕著に現れる。
【００１０】
さらに、層間絶縁膜の側壁に付着する銅は均一に付着しないので、モフォロジ−が悪く荒れている。このため、層間絶縁膜の側壁に堆積された銅の付着物の上に成膜されるバリアメタル膜は、層間絶縁膜の側壁の上に直接成膜される場合と比べて、膜厚が薄い箇所が形成される。したがって、今後、半導体集積回路の微細化が進むことにより、層間絶縁膜の側壁の上に形成されるバリアメタル膜の膜厚が薄膜化していくと、層間絶縁膜の側壁に堆積された銅の付着物の上に形成されるバリアメタル膜は、膜厚として十分な膜厚を確保することができなくなり、ひいてはバリアメタル膜に不連続な部分が生じてしまう。その結果、バリアメタル膜とその上に形成される銅膜との密着性が良好な界面状態を確保することができないので、バリアメタル膜と銅膜との界面にはボイドの核形成サイトが生じることにより、半導体集積回路の信頼性不良、特にエレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション等の不良が発生する。
【００１１】
また、上記のようにバリアメタル膜が薄くなっている箇所や、バリアメタル膜が不連続に形成されている部分ができると、配線形成後に不具合が発生する場合もある。具体的には、バリアメタル膜形成後に行なう上層配線形成工程中に経る熱処理工程や、デバイス完成後の高温保存試験時にかかる熱によって、不具合が発生する。例えば、熱が配線に加わることによって、接続孔中の銅がバリアメタル膜の薄い箇所や不連続な箇所を突き抜け、層間絶縁膜中に拡散する。その結果、層間絶縁膜へのリーク電流の発生や、接続孔の銅膜でのボイドの形成等、ストレスマイグレーションに関する不良が発生する。
【００１２】
そこで、前述の第１の従来例において生じる問題に対する一の対策として、第２の従来例が検討されてきている。
【００１３】
すなわち、第１の従来例におけるアルゴンガスを用いたスパッタエッチングの代わりに、還元性ガスである水素（Ｈ2 ）ガスを用いたプラズマ処理を行なうことによって、接続孔の底部に生成されている銅の自然酸化膜を還元して除去するという手法が検討されている。この手法によると、水素は軽元素であるため、物理的なスパッタエッチングは行なわれないので、下層配線の銅が飛び散って接続孔の側壁に付着することはない。しかしながら、今後、層間絶縁膜として低誘電率膜が用いられるようになると、第２の従来例の手法では、低誘電率膜と水素ガスとが反応することにより、比誘電率が上昇することが判明してきている。
【００１４】
また、前述の第１の従来例において生じる問題に対する他の対策として、第３の従来例が検討されてきている。
【００１５】
すなわち、銅膜よりなる下層配線の表面に生成される自然酸化膜を除去するために行なうアルゴンガスを用いたスパッタエッチングをバリアメタル膜を形成する前に行なわずに、バリアメタル膜を形成した後に、接続孔の底部に形成されているバリアメタル膜を除去し、さらに、スパッタエッチングを行なって自然酸化膜を除去するという手法が提案されている。
【００１６】
以下、第３の従来例に係る電子デバイスの製造方法について図５(a)〜(c)及び図６(a)及び(b)を参照しながら説明する。
【００１７】
図５(a)に示すように、基板１００上に第１の絶縁膜１０１を形成した後、ダマシン法を用いて、第１の絶縁膜１０１に下層配線１０２を形成する。尚、下層配線１０２は、図示していなが、窒化タンタル膜よりなるバリアメタル膜１０２ａと銅１０２ｂとが順に積層されてなる。第１の絶縁膜１０１及び下層配線１０２の上に、下層配線１０２を保護するバリア絶縁膜１０３、酸化シリコン膜よりなる第２の絶縁膜１０４、窒化シリコン膜よりなる第３の絶縁膜１０５を下から順に形成する。次に、リソグラフィー及びドライエッチング技術を用いて、第３の絶縁膜１０５に接続孔の一部となる開口部１０６を形成する。
【００１８】
次に、図５(b)に示すように、開口部１０６を含む第３の絶縁膜の上に、酸化シリコン膜よりなる第４の絶縁膜１０７を形成する。このように、第２、第３及び第４の絶縁膜１０４、１０５及び１０７により層間絶縁膜１０８が形成されている。次に、リソグラフィー及びドライエッチング技術を用いて、第４の絶縁膜１０７に、底部に開口部１０６が存在するように配線溝１０９を形成する。さらに、第３の絶縁膜１０５をマスクとして、第３の絶縁膜１０４及び第２の絶縁膜１０３に対してドライエッチングを続けて行なうことによって、第３の絶縁膜１０４及び第２の絶縁膜１０３に開口部１０６と連通し且つ下層配線１０２の表面を露出させる貫通孔を形成する（以下、貫通孔と開口部１０６とを含めて接続孔１１０という）。
【００１９】
次に、図５(c)に示すように、スパッタ法により、第４の絶縁膜１０７の上、並びに配線溝１０９及び接続孔１１０の各底部及び側壁に、例えば窒化タンタル膜よりなる第１のバリアメタル膜１１１を形成する。尚、このように、第１のバリアメタル膜１１１を形成する前には、第１の従来例のように、スパッタエッチングは行なわない。
【００２０】
次に、異方性エッチングにより第１のバリアメタル膜１１１をエッチバックすることにより、接続孔１１０の底部に形成されている第１のバリアメタル膜１１１を除去する。この場合、第４の絶縁膜１０７の上及び配線溝１０９の底部に形成されている第１のバリアメタル膜１１１も除去する。
【００２１】
次に、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なうことにより、接続孔１１０の底部に露出している下層配線１０２の表面に生成している自然酸化膜を除去する。この場合、自然酸化膜が除去される際に下層配線１０２を構成する銅の一部等が除去されて、銅等からなる付着物１１２が接続孔１１０及び配線溝１０９の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜１１１に堆積する。
【００２２】
次に、図６(a)に示すように、スパッタ法により、第４の絶縁膜１０７、配線溝１０９の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜１１１、第３の絶縁膜１０５及び接続孔１１０の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜１１１を覆うように、例えば窒化タンタル膜よりなる第２のバリアメタル膜１１３を形成する。次に、スパッタ法により、第２のバリアメタル膜１１３の上に、電解メッキ法に用いるシード層としての銅膜１１４を形成する。
【００２３】
次に、図６(b)に示すように、電界メッキ法によって、配線溝１０９及び接続孔１１０の内部に銅を埋め込んだ後、化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）により、配線溝１０９及び接続孔１１０の内部に埋め込まれた銅が残存するように、第４の絶縁膜１０７の上に形成されている銅及び第２のバリアメタル膜１１３を除去する。このようにして、配線溝１０９の内部に銅等よりなる上層配線１１５を形成すると共に、接続孔１１０の内部に銅等よりなる配線プラグ１１６を形成する。
【００２４】
このように、第３の従来例によると、配線溝１０９及び接続孔１１０の側壁及び底部に第１のバリアメタル膜１１１を形成した後に、エッチバックによって接続孔１１０の底部に形成されている第１のバリアメタル膜１１１を選択的に除去して接続孔１１１の底部に下層配線１０２の表面を露出させるので、配線溝１０９及び接続孔１１０の各側壁には第１のバリアメタル膜１１１が残存していることになる。そして、接続孔１１０の底部に対してスパッタエッチングを行なうことにより、接続孔１１０の底部に露出している下層配線１０２の表面に生成している自然酸化膜を除去することができる。この場合、スパッタエッチングにより除去された下層配線１０２の銅等が接続孔１１０等の側壁に付着するが、接続孔１１０の側壁には第１のバリアメタル膜１１１が残存しているので、銅等からなる付着物１１２が層間絶縁膜１０８に直接接触することはない。このため、付着物１１２を構成する銅が層間絶縁膜１０８中に移動及び拡散することはない。
【００２５】
また、図７は、下層配線１２１、接続孔１２２及び上層配線１２３を用いて示した典型的な設計レイアウト図である。
【００２６】
図７に示すように、電子デバイスの微細化及び高集積化が進展すると、接続孔１２２に対する下層配線１２１及び上層配線１２３の設計は、リソグラフィーの合わせ余裕がない状態で設計されることが一般的である。
【００２７】
このため、実際に製造が行なわれると、接続孔を形成するためのリソグラフィーの際における合わせズレ若しくは寸法ばらつき、又はドライエッチングの際における寸法ばらつきが原因となって、一般に下層配線１２１に対して接続孔１２２が踏み外れた状態で製造される。
【００２８】
図８(a)〜(c）は、それぞれ図５(c）、図６(a)及び(b)に示した工程に対応する工程断面図であり、下層配線１０２に対して接続孔１１０が踏み外れた状態を示している。
【００２９】
図８(b)に示すように、接続孔１１０が下層配線１０２に対して踏み外れた状態では、前述の図５(a)に示す工程において説明したアルゴンガスを用いたスパッタエッチングによって下層配線１０２の表面に生成している自然酸化膜を除去する際、接続孔１１０の底部に露出している下層配線１０２の隣に形成されている第１の絶縁膜１０１の表面が、自然酸化膜の除去と同時にスパッタエッチングされる。このため、下層配線１０２の銅に加えて、絶縁膜１１７も第１のバリアメタル膜１１１の側壁に付着する。
【００３０】
【特許文献１】特開２０００−３２３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
以上のように、第１の従来例に係る電子デバイスの製造方法においては、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングによって接続孔の側壁に堆積した銅の付着物は層間絶縁膜と直接接触するため、その後の加熱工程等のプロセスにおいて銅の付着物は層間絶縁膜中に移動するので、配線間リーク等の問題を引き起こす。特に、層間絶縁膜として低誘電率膜を用いる場合には、層間絶縁膜の密度が低いために、接続孔の側壁に付着した銅が層間絶縁膜へ拡散することが一層顕著になる。また同時に、上記付着物を拡散経路として、下層配線の銅が層間絶縁膜中に拡散するため、下層配線にボイドが形成されるストレスマイグレーション等の不良が発生する。
【００３２】
また、半導体集積回路の微細化が進むことにより、層間絶縁膜の側壁の上に形成されるバリアメタル膜の膜厚が薄膜化していくと、層間絶縁膜の側壁に堆積された銅の付着物の上に形成されるバリアメタル膜は、膜厚として十分な膜厚を確保することができなくなり、ひいてはバリアメタル膜に不連続な部分が生じてしまう。このため、バリアメタル膜とその上に形成される銅膜との密着性が良好な界面状態を確保することができないので、バリアメタル膜と銅膜との界面にはボイドの核形成サイトが生じることにより、半導体集積回路の信頼性不良、特にエレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション等の不良が発生する。
【００３３】
また、上記のようにバリアメタル膜が薄くなっている箇所や、バリアメタル膜が不連続に形成されている部分ができると、配線形成後に不具合が発生する場合もある。具体的には、バリアメタル膜形成後に行なう上層配線形成工程中に経る熱処理工程や、デバイス完成後の高温保存試験時にかかる熱によって、不具合が発生する。例えば、熱が配線に加わることによって、接続孔中の銅がバリアメタル膜の薄い箇所や不連続な箇所を突き抜け、層間絶縁膜中に拡散する。その結果、層間絶縁膜へのリーク電流の発生や、接続孔の銅膜でのボイドの形成等、ストレスマイグレーションに関する不良が発生する。
【００３４】
また、第２の従来例に係る電子デバイスの製造方法においては、還元性ガスである水素ガスを用いたプラズマ処理を行なうことによって、接続孔の底部に生成されている銅の自然酸化膜を還元して除去するので、層間絶縁膜である低誘電率膜と水素ガスとが反応することにより、比誘電率が上昇する。
【００３５】
さらに、第３の従来例に係る電子デバイスの製造方法においては、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングの際、下層配線の銅だけではなく、下層配線の表面に生成されている自然酸化膜、及び完全に除去されていない接続孔の底部に存在している残留ポリマー等もスパッタエッチングされて、付着物として接続孔及び配線溝の側壁に堆積する。また、下層配線に対して接続孔が踏み外れている場合には、接続孔に露出している絶縁膜もスパッタエッチングされて、付着物として接続孔及び配線溝の側壁に堆積する。
【００３６】
一方、半導体装置の微細化が進み、接続孔のサイズが小さくなるにつれて、接続孔の側壁に対するカバレージが低下するので、接続孔の側壁に十分な膜厚を有する第２のバリアメタル膜を形成することが困難になる。また、接続抵抗の観点からすると、第２のバリアメタル膜の膜厚を薄くしないと、接続孔の底部に占める第２のバリアメタル膜の膜厚比率が高くなるので、下層配線と上層配線とを接続する配線プラグにおいて接続抵抗が高くなる。したがって、第２のバリアメタル膜の膜厚を薄膜化することが望ましく、ひいては第２のバリアメタル膜を接続孔の底部に介在させることなく、下層配線の上に直接シード層となる銅膜を成膜することにより、下層配線と上層配線との接続抵抗をなくすことが将来的に必要となってくる。
【００３７】
しかしながら、絶縁膜及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質が第１のバリアメタル膜の側壁に混在して付着した状態では、第１のバリアメタル膜の上に成膜される第２バリアメタル膜の膜厚が薄いと、第２のバリアメタル膜の結晶性が悪くなる。第２のバリアメタル膜の結晶性が悪い状態では、第２のバリアメタル膜の上に成膜されるシード層となる銅膜に対して良好な濡れ性及び密着性を確保することができない。また、第２のバリアメタル膜を形成することなく、第１のバリアメタル膜の上に直接シード層となる銅膜を成膜する場合であっても、絶縁膜及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質が第１のバリアメタル膜と銅膜との界面に存在することになるので、第１のバリアメタル膜と銅膜との界面において良好な濡れ性及び密着性を確保することができない。このように、第１又は第２のバリアメタル膜と銅膜との界面において良好な濡れ性及び密着性が確保されないと、界面エネルギーが大きくなってボイドの核生成サイトが形成されることにより、接続孔及び配線孔への埋め込み特性不良、又は、特にエレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション不良等が生じて半導体装置の信頼性が劣化する。
【００３８】
前記に鑑み、本発明は、配線間容量の低減、配線抵抗の低減及び高信頼性を実現できる電子デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
前記課題を解決するために、本発明に係る第１の電子デバイスの製造方法は、第１の絶縁膜中に配線又は配線プラグとなる第１の導電体を形成する工程と、第１の絶縁膜及び第１の導電体の上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜に第１の導電体の上面に到達する凹部を形成する工程と、凹部の底部及び側壁並びに第２の絶縁膜の上に、第１のバリアメタル膜を形成する工程と、第１のバリアメタル膜における凹部の底部に形成されている部分を除去して、第１の導電体の上面を露出させる工程と、第１の導電体の上面を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なう工程と、プラズマ処理を行なう工程の後に、凹部に導電膜を埋め込むことにより配線プラグ又は配線となる第２の導電体を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００４０】
第１の電子デバイスの製造方法によると、第１のバリアメタル膜を形成した後に、第１の導電体の上面を露出させる工程を行なうため、第１の導電体の上面を露出させる際に第１の導電体から除去された例えば銅等の導電体物質が第２の絶縁膜と直接接して膜中に拡散することを防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を防止することができる。また、第１の導電体を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なうことにより、例えば第１の導電体の上面を露出させる際に生じて凹部に付着している例えば酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を還元して除去することができるため、第１のバリアメタル膜と凹部に埋め込まれる導電膜との結晶性及び濡れ性が向上するので、凹部への導電膜の埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション耐性等が上がって半導体装置の信頼性が向上する。また、還元性ガスを用いたプラズマ処理により、第１のバリアメタル膜の膜質が改善され、第１のバリアメタル膜と凹部に埋め込まれる導電膜との結晶性及び濡れ性が向上するので、凹部への導電膜の埋め込み特性が向上する。さらに、第１の導電体と第２の導電体との間に第１のバリアメタル膜を介在させることなく直接接続することができるので、第１の導電体と第２の導電体との接続抵抗の上昇を抑えることができる。
【００４１】
第１の電子デバイスの製造方法において、プラズマ処理を行なう工程と第２の導電体を形成する工程との間に、第１のバリアメタル膜及び凹部に露出している第１の導電体の上に第２のバリアメタル膜を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
【００４２】
このようにすると、第２の導電体は第２のバリアメタル膜の上に形成されて、第１の導電体の上面を露出させる際に生じた酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性の物質の上に直接形成されないため、第２の導電体と第２のバリアメタル膜との界面が良好な状態となるので、凹部への導電膜の埋め込み特性が一層向上して半導体装置の信頼性が一層向上する。
【００４３】
本発明に係る第２の電子デバイスの製造方法は、第１の絶縁膜中に配線又は配線プラグとなる第１の導電体を形成する工程と、第１の絶縁膜及び第１の導電体の上に第２の絶縁膜を形成した後、第２の絶縁膜に第１の導電体の上面に到達する凹部を形成する工程と、凹部の底部及び側壁並びに第２の絶縁膜の上に、第１のバリアメタル膜を形成する工程と、第１のバリアメタル膜における凹部の底部に形成されている部分を除去して、第１の導電体の上面を露出させる工程と、第１の導電体の上面を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう工程と、アニール処理を行なう工程の後に、凹部に導電膜を埋め込むことにより配線プラグ又は配線となる第２の導電体を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００４４】
第２の電子デバイスの製造方法によると、第１のバリアメタル膜を形成した後に、第１の導電体の上面を露出させ自然酸化膜を除去する工程を行なうため、第１の導電体の上面を露出を露出させる際に第１の導電体から除去された例えば銅等の導電体物質が第２の絶縁膜と直接接して膜中に拡散することを防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を防止することができる。また、第１の導電体を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いたアニール処理を行なうことにより、例えば第１の導電体の上面を露出させる際に生じて凹部に付着している例えば酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を還元して除去することができるため、第１のバリアメタル膜と凹部に埋め込まれる導電膜との結晶性及び濡れ性が向上するので、凹部への導電膜の埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション耐性等が上がって半導体装置の信頼性が向上する。また、還元性ガスを用いたアニール処理により、第１のバリアメタル膜の膜質が改善され、第１のバリアメタル膜と凹部に埋め込まれる導電膜との結晶性及び濡れ性が向上するので、凹部への導電膜の埋め込み特性が向上する。さらに、第１の導電体と第２の導電体との間に第１のバリアメタル膜を介在させることなく直接接続することができるので、第１の導電体と第２の導電体との接続抵抗の上昇を抑えることができる。
【００４５】
第２の電子デバイスの製造方法において、アニール処理を行なう工程と第２の導電体を形成する工程との間に、第１のバリアメタル膜及び凹部に露出している第１の導電体の上に第２のバリアメタル膜を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
【００４６】
このようにすると、第２の導電体は第２のバリアメタル膜の上に形成されて、第１の導電体の上面を露出させる際に生じた酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性の物質の上に直接形成されないため、第２の導電体と第２のバリアメタル膜との界面が良好な状態となるので、凹部への導電膜の埋め込み特性が一層向上して半導体装置の信頼性が一層向上する。
【００４７】
第１及び第２の電子デバイスの製造方法において、凹部を形成する工程と第１のバリアメタル膜を形成する工程との間に、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう工程をさらに備えることが好ましい。
【００４８】
このようにすると、第１の導電体の上に形成されている例えば自然酸化膜をある程度除去しておくことにより、第１の導電体とその上に形成する第１のバリアメタル膜との界面の清浄性が向上するので、その後に行なう還元性ガスを用いた処理によって、第１の導電体を露出させる際に生じる酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性の物質等を効果的に還元及び除去することができる。
【００４９】
第１及び第２の電子デバイスの製造方法において、第１の導電体の上面を露出させる工程は、少なくとも第１の導電体上にある凹部内の第１のバリアメタル膜を除去する工程を含むことが好ましく、この場合、凹部の側壁及び凹部外に形成されている第１のバリアメタル膜を残存させる工程を含むことがさらに好ましい。
【００５０】
このようにすると、凹部の側壁及び凹部外に形成されている第１のバリアメタル膜を残存させているため、第１の導電体の上面を露出させる際に第１の導電体から除去された例えば銅等の導電体物質が第２の絶縁膜と直接接して膜中に拡散することを確実に防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を確実に防止することができる。また、還元性ガスを用いた処理によって第２の絶縁膜がダメージを受けることを確実に防止することができる。
【００５１】
第１及び第２の電子デバイスの製造方法において、第２の絶縁膜は低誘電率膜よりなることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、配線間容量を低減できる上に、凹部の側壁には第１のバリアメタル膜が形成されているために、還元性ガスを用いた処理によっても、第２の絶縁膜がダメージを受けることがなくなるので、低誘電率膜の比誘電率が上昇することを防止することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る第１及び第２の電子デバイスの製造方法によると、第１のバリアメタル膜を形成した後に、第１の導電体の上面を露出させ自然酸化膜を除去する工程を行なうため、第１の導電体の上面を露出させる際に第１の導電体から除去された例えば銅等の導電体物質が第２の絶縁膜と直接接して膜中に拡散することを防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を防止することができる。また、第１の導電体を露出させる工程の後に、還元性ガスを用いた処理を行なうことにより、例えば第１の導電体の上面を露出させる際に凹部の側壁に付着した例えば酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を還元して除去することができるため、第１のバリアメタル膜と凹部に埋め込まれる導電膜との結晶性及び濡れ性が向上するので、凹部への導電膜の埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション耐性等が上がって半導体装置の信頼性が向上する。また、還元性ガスを用いた処理により、第１のバリアメタル膜の表面状態や膜質が改善され、第１のバリアメタル膜と凹部に埋め込まれる導電膜との結晶性及び濡れ性が向上するので、凹部への導電膜の埋め込み特性が向上する。さらに、第１の導電体と第２の導電体との間に第１のバリアメタル膜を介在させることなく直接接続することができるので、第１の導電体と第２の導電体との接続抵抗の上昇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】
【００５４】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図１(a)〜(d)及び図２(a)〜(d)を参照しながら説明する。
【００５６】
尚、図１(a)〜(d)及び図２(a)〜(d)は、接続孔と下層に形成される配線との間に合わせ余裕がない状態で設計されており、接続孔を形成するためのリソグラフィーの際における合わせズレ若しくは寸法ばらつき、又はドライエッチングの際における寸法ばらつきが原因となって、下層に形成される配線に対して接続孔が踏み外れた状態における各断面図を示している。
【００５７】
まず、図１(a)に示すように、シリコン基板（図示せず）上に形成されているシリコン酸化膜よりなる第１の絶縁膜１の上に、フォトリソグラフィー法により第１の配線溝パターンを形成した後、第１の絶縁膜１に対してドライエッチングを行なって２５０ｎｍの深さを有する第１の配線溝を第１の絶縁膜１中に形成する。
【００５８】
次に、第１の配線溝に、１０ｎｍの膜厚を有し、絶縁膜と配合の整合が良い膜例えばタンタルナイトライド膜２ａ、及び、１０ｎｍの膜厚を有し、導電膜との配合の整合が良い膜例えばタンタル膜２ｂを順次成膜する。次に、タンタル膜２ｂの上にシード層となる８０ｎｍの膜厚を有する銅膜（図示せず）を堆積して、電界メッキ法により６００ｎｍの膜厚を有する銅２ｃを堆積する。次に、窒素雰囲気で、例えば１５０℃で１２０分間熱処理を行なった後、ＣＭＰ法によって表面を平坦化することにより、タンタルナイトライド膜２ａ、タンタル膜２ｂ及び銅２ｃよりなる第１の配線２を形成する。
【００５９】
次に、第１の絶縁膜１及び第１の配線２の上に、例えば５０ｎｍの膜厚を有するシリコン窒化炭化膜よりなり、銅の拡散を抑制するバリア絶縁膜３を堆積する。尚、バリア絶縁膜３は、後述する接続孔を形成する際のドライエッチングに対するエッチングストッパー膜の役割も有する。
【００６０】
次に、バリア絶縁膜３の上に、低誘電率膜（比誘電率≦３）である炭素含有シリコン酸化膜よりなり、５００ｎｍの膜厚を有する第２の絶縁膜４を堆積する。
【００６１】
次に、第２の絶縁膜４の上に、５０ｎｍの膜厚を有する第３の絶縁膜５を成膜する。該第３の絶縁膜５は、後述するドライエッチング後のアッシングによるダメージ等から低誘電率膜である第２の絶縁膜４を保護する役割を有しており、例えばＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜が用いられる。
【００６２】
次に、第３の絶縁膜５の上にフォトリソグラフィー法により接続孔パターンを形成した後、第３の絶縁膜５及び第２の絶縁膜４に対してエッチングを行なって第１の貫通孔６ａを形成する。また、エッチングの際に用いたフォトレジストはアッシングにより除去する。尚、このエッチングにおいては、バリア絶縁膜３に対するエッチングは行なわないようにして、バリア絶縁膜３は残しておく。
【００６３】
次に、第２の配線溝パターンを形成するために、第１の貫通孔６ａに有機系プラグを形成しておいてから、第３の絶縁膜５及び有機系プラグの上に有機反射防止膜とレジストとを塗布した後に第２の配線溝パターンを露光する。次に、該第２の配線溝パターンを用いて第３の絶縁膜５及び第２の絶縁膜４に対してエッチングを行なうことにより第２の配線溝７を形成する。
【００６４】
次に、フォトレジストを除去し、洗浄を行なった後、全面エッチングを行なって第１の貫通孔６ａの底部に露出しているバリア絶縁膜３を除去して第１の貫通孔６ａと連通する第２の貫通孔６ｂを形成する。このようにして、第１の貫通孔６ａ及び第２の貫通孔６ｂよりなり、第１の配線２の上面に到達する接続孔６が形成される。
【００６５】
次に、図１(b)に示すように、スパッタ法により、接続孔６及び第２の配線溝７に、１０ｎｍの膜厚を有するタンタルナイトライド膜８ａ及び１５ｎｍの膜厚を有するタンタル膜８ｂが順に成膜されてなる第１のバリアメタル膜８ｃを形成する。このように、第１及び第２の従来例とは異なり、スパッタ法により第１のバリアメタル膜８ｃを形成する前には、後述するアルゴンガスを用いたスパッタエッチング又は還元性ガスを用いたプラズマ処理等は行なわない。
【００６６】
次に、図１(c)に示すように、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なうことにより、接続孔６の底部に露出しているタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを除去すると共に、第１の配線２と第１のバリアメタル膜８ｃとの界面に存在する自然酸化膜を除去する。
【００６７】
このアルゴンガスを用いたスパッタエッチングは、後述する図１(d)に示すように、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃが残存するように行なう。特に、第１のバリアメタル膜８ｃを構成するタンタルナイトライド膜８ａは後に形成する銅膜８ｄとの濡れ性があまり良くないので、銅に対する濡れ性が良いタンタル膜８ｂが残存するようにエッチングを行なうことが望ましい。
【００６８】
スパッタ法により第１のバリアメタル膜８ｃを形成する場合、第２の配線溝７におけるカバレージに比べて接続孔６におけるカバレージは悪いので、接続孔６の底部に形成される第１のバリアメタル膜８ｃの膜厚は、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上に形成される第１のバリアメタル膜８ｃの膜厚に比べて薄くなる。したがって、このような膜厚差を利用することにより、接続孔６の底部においてはタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを除去しながら、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上においてはタンタル膜８ｂが残存するようにエッチングを行なうことができる。
【００６９】
また、接続孔６の底部に露出しているタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂの除去はスパッタエッチングによって行なうので、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に比べて底部に対するエッチングの程度が強くなるので、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃが残存するように、接続孔６の底部に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃを除去することができる。このように、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃを残存させているため、第１の配線２の上面を露出させる際に第１の配線２から除去された例えば銅等の導電体物質が第２の絶縁膜４と直接接して膜中に拡散することを確実に防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を確実に防止することができる。また、還元性ガスを用いた処理によって第２の絶縁膜４がダメージを受けることを確実に防止することができる。
【００７０】
また、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより除去された第２の配線溝７の底部に形成されているタンタル８ａは、第１の付着物９ａとして第２の配線溝７の側壁に付着する。付着物９ａは、第２の配線溝７の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃのカバレージ不足を補強する役割を有する。また、同様に、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより除去された接続孔６の底部に形成されているタンタル膜８ｂ、タンタルナイトライド膜８ａ及び第１の配線２の銅は、第２の付着物９ｂとして接続孔６の側壁に付着する。第２の付着物９ｂのうちタンタル及びタンタルナイトライドは、接続孔６の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃのカバレージ不足を補強する役割を有する。
【００７１】
一方、接続孔６が第１の配線２から踏み外れているために、接続孔６の底部における第１のバリアメタル膜８ｃの下に第１の絶縁膜１が形成されている部分においては、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより第１のバリアメタル膜８ｃと共に第１の絶縁膜１も除去されるので、接続孔６の側壁には第２の付着物９ｂだけではなく酸化物よりなる第３の付着物９ｃも付着する。また、第２の付着物９ｂ及び第３の付着物９ｃには、第１の配線２と第１のバリアメタル膜８ｃとの界面に存在する自然酸化膜及び接続孔６の底部に存在する残留ポリマー等も含まれる。
【００７２】
次に、図２(a)に示すように、還元性ガスである水素ガスを用いたプラズマ処理を行なう。これにより、第２の付着物９ｂ及び第３の付着物９ｃに含まれる酸化物及び残留ポリマー等を還元して除去することにより、図２(b)に示すように、第２の付着物９ｂ及び第３の付着物９ｃに含まれる絶縁性を有する物質を除去する。また、還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なうことにより、第１のバリアメタル膜８ｃの表面が改質されるので、第１のバリアメタル膜８ｃの結晶粒と後述するように第１のバリアメタル膜８ｃの上に形成されるシード層となる銅膜８ｄの結晶粒とが調和しやすくなる。したがって、第１のバリアメタル膜８ｃとシード層となる銅膜８ｄとの界面の結晶性及び濡れ性が改善されるので、第１の配線溝７及び接続孔６への埋め込み特性並びにエレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション等の不良に対する信頼性が向上する。
【００７３】
次に、図２(c)に示すように、第１の配線２及び第１の絶縁膜１の表面が露出している接続孔６の底部と第１のバリアメタル膜８ｃの上に、８０ｎｍの膜厚を有するシード層となる銅膜８ｄを成膜する。
【００７４】
次に、図２(d)に示すように、電界メッキ法を用いて、６００ｎｍの膜厚を有する銅を接続孔６及び第２の配線溝７に埋め込んで、例えば１５０℃で１２０分間、窒素雰囲気で熱処理を行った後、ＣＭＰ法により表面を平坦化する。これにより、接続孔６には第１のバリアメタル膜８ｃ及び銅よりなる配線プラグ８ｅが形成されると共に、第２の配線溝７には第１のバリアメタル膜８ｃ及び銅よりなる第２の配線８ｆが形成される。
【００７５】
第１の本実施形態においては、第１のバリアメタル膜８ｃとなるタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを成膜する工程からシード層となる銅膜８ｄを成膜する工程までは、同一装置内において大気に曝すことなく連続して行なうことが望ましい。
【００７６】
以上のように、第１の実施形態によると、第１のバリアメタル膜８ｃを形成した後にアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なって、第１のバリアメタル膜８ｃと第１の配線２との界面に存在する自然酸化膜及び残留ポリマー等を除去するので、第１のバリアメタル膜８ｃを形成する前にアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なう場合（例えば第１の従来例参照）とは異なり、エッチングにより除去された第１の配線２を構成する銅と接続孔６の側壁となる絶縁膜とが直接接することがなくり、絶縁膜中に銅が拡散することを防止することができ、その結果、配線間リーク等の問題の発生を防止することができる。
【００７７】
また、第１のバリアメタル膜８ｃを形成する前に還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なわないので、例えば第２の従来例とは異なり、還元性ガスによって低誘電率膜である絶縁膜がダメージを受けることを防止することができ、その結果、低誘電率膜の比誘電率の上昇を防止することができる。
【００７８】
また、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行わず、第１のバリアメタル膜８ｃを成膜するため、付着物がほとんど付いていない凹凸の少ない側壁に、バリアメタル膜を形成することができるので、膜厚が比較的均一なバリアメタル膜を成膜できると共に膜厚を薄膜化することができる。
【００７９】
また、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングの後に、水素ガスを用いたプラズマ処理を行なうことにより、第１〜第３の付着物９ａ〜９ｃに含まれる酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を還元して除去できるため、第１のバリアメタル膜８ｃの上に形成するシード層となる銅膜８ｄとの界面において良好な濡れ性及び密着性を確保できるので、接続孔６及び第２の配線溝７への埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション不良等に対する信頼性が向上する。
【００８０】
また、水素ガスを用いたプラズマ処理を行なう際には、接続孔６の底部を除く接続孔６の側壁、第２の配線溝７の側壁及び底部、並びに第３の絶縁膜５の上は第１のバリアメタル膜８ｃにより覆われているので、水素ガスを用いたプラズマ処理による低誘電率膜である第２の絶縁膜４へのダメージを防止することができ、その結果、低誘電率膜の比誘電率の上昇を防止することができる。
【００８１】
また、接続孔６の底部においては、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより第１のバリアメタル膜８ｃを除去した後に、シード層となる銅膜８ｄを成膜して電解メッキ法により銅を接続孔６及び第２の配線溝７に埋め込むため、第１の配線２と第２の配線８ｆとを接続する配線プラグ８ｅの底部に第１のバリアメタル膜８ｃが介在することがなくなり、第１の配線２と第２の配線８ｆとは銅のみで接続されるので、第１の配線２と第２の配線８ｆとの接続抵抗の低減を実現できると共に、原子の移動が自由に行なわれるためエレクトロマイグレーション耐性が向上する。
【００８２】
また、第１の実施形態では、第１のバリアメタル膜となるタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを形成する前に、アルゴンガスを用いたスパッタエッチング及び還元性ガスを用いたプラズマ処理等は行なわないが、還元性ガスである水素ガスを用いたアニール処理を行なうことが望ましい。例えばスパッタリング装置と同一の装置内で、１５０〜４００℃で３０秒間、水素ガスを用いたアニール処理を行なうことにより、第１の配線２の上に形成されている自然酸化膜をある程度除去することができるため、第１の配線２とその上に形成する第１のバリアメタル膜８ｃとの界面の清浄性が向上するので、その後に行なう還元性ガスを処理によって、第１の配線２を露出させる際に生じる酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性の物質等を効果的に還元及び除去することができる。尚、このように、アニール処理によって界面を清浄するので、低誘電率膜である第２の絶縁膜４にダメージを与えることがない。
【００８３】
また、第１の実施形態では、第１のバリアメタル膜８ｃをスパッタ法により形成する場合について説明したが、ＣＶＤ法により形成してもよい。この場合、前述の還元性ガスを用いたプラズマ処理が行なわれると、ＣＶＤ法によって形成された第１のバリアメタル膜８ｃは、例えば膜中の結晶性が改善される等、膜質が改善される。このため、第１のバリアメタル膜８ｃの膜密度が緻密化したり、膜中の不純物が還元されたり、又は膜中の不純物が除去される等の効果が生じるので、接続孔６及び第２の配線溝７への埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレーション耐性の向上等により信頼性が向上する。
【００８４】
また、第１の実施形態では、接続孔６及び第２の配線溝７に銅を同時に埋め込むデュアルダマシン法について説明したが、接続孔６と第２の配線溝７とに対してそれぞれ個別に銅を埋め込むシングルダマシン法であっても同様に本発明は実施可能であることは言うまでもない。
【００８５】
また、第１の実施形態では、図２(a)に示した工程において、還元性ガスを用いたプラズマ処理によって、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に付着している酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を除去したが、還元性ガスを用いたプラズマ処理の代わりに、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう場合であっても、同様に、酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を除去することが可能なる。したがって、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう場合であっても、前述と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、第１の実施形態では、アルゴンガスを用いるスパッタエッチングの前に形成される第１のバリアメタル膜８ｃは、タンタルナイトライド膜８ａとタンタル膜８ｂとが積層されてなる２層構造を有している場合について説明したが、シード層となる銅膜との濡れ性が良いタンタル膜８ｂの単層膜よりなる構造を有する場合であってもよいし、タンタルナイトライド膜８ａの単層膜よりなる構造であってもかまわない。
【００８７】
尚、本実施形態で用いる低誘電率膜としては、有機膜（ＳｉＯＣ、ＢＣＢ、ＭＳＱ、ＦＬＡＲＥ、ポーラス有機膜）、メチル基やベンゼン環を含む膜、又は無機膜（ＨＳＱ、ポーラスＳｉＯ）等があげられる。
【００８８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図３(a)〜(c)及び図４(a)〜(c)を参照しながら説明する。
【００８９】
まず、第２の実施形態では、第１の実施形態における図１(a)及び(b)に示した工程を第１の実施形態と同様にして行なう。
【００９０】
次に、図３(a)に示すように、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なうことにより、接続孔６の底部に露出しているタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを除去すると共に、第１のバリアメタル膜８ｃとの界面に存在する自然酸化膜を除去する。
【００９１】
このアルゴンガスを用いたスパッタエッチングは、後述する図３(b)に示すように、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃが残存するように行なう。但し、第１の実施形態と同様にタンタル膜８ｂが残存するようにエッチングを行なってもよいし、タンタル膜８ｂが残存しないようにエッチングを行なってもよいが、第２の実施形態では、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上に形成されているタンタル膜８ｂを除去すると共にタンタルナイトライド膜８ａが残存するように行なった例を示す。これは、後述するように、第１のバリアメタル膜８ｃの上に、銅に対する濡れ性が良いタンタル膜よりなる第２のバリアメタル膜８ｇを形成するので、第１のバリアメタル膜８ｃを構成するタンタル膜８ｂを残存させておく必要性が乏しいためである。
【００９２】
スパッタ法により第１のバリアメタル膜８ｃを形成する場合、第２の配線溝７におけるカバレージに比べて接続孔６におけるカバレージは悪いので、接続孔６の底部に形成される第１のバリアメタル膜８ｃの膜厚は、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上に形成される第１のバリアメタル膜８ｃの膜厚に比べて薄くなる。したがって、このような膜厚差を利用することにより、接続孔６の底部においてはタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを除去しながら、第２の配線溝７の底部及び第３の絶縁膜５の上においてはタンタル膜８ｂを除去しながらタンタルナイトライド膜８ａが残存するようにエッチングを行なうことができる。
【００９３】
また、接続孔６の底部に露出しているタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂの除去はスパッタエッチングによって行なうので、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に比べて底部に対するエッチングの程度が強くなるので、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃが残存するように、接続孔６の底部に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃを除去することができる。このように、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃを残存させているため、第１の配線２の上面を露出させる際に第１の配線２から除去された例えば銅等の導電体物質が第２の絶縁膜４と直接接して膜中に拡散することを確実に防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を確実に防止することができる。また、還元性ガスを用いた処理によって第２の絶縁膜４がダメージを受けることを確実に防止することができる。
【００９４】
また、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより除去された第２の配線溝７の底部に形成されているタンタル膜８ｂは、第１の付着物９ａとして第２の配線溝７の側壁に付着する。付着物９ａは、第２の配線溝７の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃのカバレージ不足を補強する役割を有する。また、同様に、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより除去された接続孔６の底部に形成されているタンタル膜８ｂ、タンタルナイトライド膜８ａ及び第１の配線２の銅は、第２の付着物９ｂとして接続孔６の側壁に付着する。第２の付着物９ｂに含まれるタンタル及びタンタルナイトライドは、接続孔６の側壁に形成されている第１のバリアメタル膜８ｃのカバレージ不足を補強する役割を有する。
【００９５】
一方、接続孔６が第１の配線２から踏み外れているために、接続孔６の底部における第１のバリアメタル膜８ｃの下に第１の絶縁膜１が形成されている部分においては、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングにより第１のバリアメタル膜８ｃと共に第１の絶縁膜１も除去されるので、接続孔６の側壁には第２の付着物９ｂだけではなく酸化物よりなる第３の付着物９ｃも付着する。また、第２の付着物９ｂ及び第３の付着物９ｃには、第１の配線２と第１のバリアメタル膜８ｃとの界面に存在する自然酸化膜及び接続孔６の底部に存在する残留ポリマー等も含まれる。
【００９６】
次に、図３(c)に示すように、還元性ガスである水素ガスを用いたプラズマ処理を行なう。これにより、第２の付着物９ｂ及び第３の付着物９ｃに含まれる酸化物及び残留ポリマー等を還元して除去することにより、図４(a)に示すように、第２の付着物９ｂ及び第３の付着物９ｃに含まれる絶縁性を有する物質を除去する。また、還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なうことにより、第１のバリアメタル膜８ｃの表面が改質されるので、第１のバリアメタル膜８ｃの結晶粒と後述するように第１のバリアメタル膜８ｃの上に形成される第２のバリアメタル膜８ｇの結晶粒とが調和しやすくなる。したがって、第１のバリアメタル膜と第２のバリアメタル膜との界面の結晶性及び濡れ性が改善されるので、第１の配線溝７及び接続孔６への埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション等の不良に対する信頼性が向上する。
【００９７】
次に、図４(b)に示すように、第１の配線２及び第１の絶縁膜１の表面が露出している接続孔６の底部と第１のバリアメタル膜８ｃの上に、１０ｎｍの膜厚を有するタンタル膜よりなる第２のバリアメタル膜８ｇと８０ｎｍの膜厚を有するシード層となる銅膜８ｄとを順に成膜する。
【００９８】
次に、図４(ｃ)に示すように、電界メッキ法を用いて、６００ｎｍの膜厚を有する銅を接続孔６及び第２の配線溝７に埋め込んで、例えば１５０℃で１２０分間、窒素雰囲気で熱処理を行った後、ＣＭＰ法により表面を平坦化する。これにより、接続孔６には第１のバリアメタル膜８ｃ、第２のバリアメタル膜８ｇ及び銅よりなる配線プラグ８ｈが形成されると共に、第２の配線溝７には第１のバリアメタル膜８ｃ、第２のバリアメタル膜８ｇ及び銅よりなる第２の配線８ｉが形成される。
【００９９】
第２の本実施形態においては、第１のバリアメタル膜８ｃとなるタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを成膜する工程からシード層となる銅膜８ｄを成膜する工程までは、同一装置内において大気に曝すことなく連続して行なうことが望ましい。
【０１００】
以上のように、第２の実施形態によると、第１のバリアメタル膜８ｃを形成した後にアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なって、第１のバリアメタル膜８ｃと第１の配線２との界面に存在する自然酸化膜及び残留ポリマー等を除去するので、第１のバリアメタル膜８ｃを形成する前にアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なう場合（例えば第１の従来例参照）とは異なり、エッチングにより除去された第１の配線２を構成する銅と接続孔６の側壁となる絶縁膜とが直接接することがなくり、絶縁膜中に銅が拡散することを防止することができ、その結果、配線間リーク等の問題の発生を防止することができる。
【０１０１】
また、第１のバリアメタル膜８ｃを形成する前に還元性ガスを用いたプラズマ処理を行なわないので、例えば第２の従来例とは異なり、還元性ガスによって低誘電率膜である絶縁膜がダメージを受けることを防止することができ、その結果、低誘電率膜の比誘電率の上昇を防止することができる。
【０１０２】
また、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行なわず、第１のバリアメタル膜８ｃを成膜するため、付着物がほとんどついていない凹凸の少ない側壁に、バリアメタル膜を形成することができるので、膜厚が比較的均一なバリアメタル膜を成膜できると共に膜厚を薄膜化することができる。
【０１０３】
また、第２の実施形態において、シード層となる銅膜８ｄを形成する前に第２のバリアメタル膜８ｇを形成することにより、銅膜８ｄは第２のバリアメタル膜８ｇの上に形成されて、第１の配線２の上面を露出させる際に生じた酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性の物質の上に直接形成されないため、銅膜８ｄと第２のバリアメタル膜８ｇとの界面が良好な状態となるので、接続孔６及び第２の配線溝７への銅の埋め込み特性が一層向上して信頼性が一層向上する。
【０１０４】
また、アルゴンガスを用いたスパッタエッチングの後に、水素ガスを用いたプラズマ処理を行なうことにより、第１〜第３の付着物９ａ〜９ｃに含まれる酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を還元して除去できるため、第１のバリアメタル膜８ｃの上に形成するタンタル膜よりなる第２のバリアメタル膜８ｇとの界面において良好な濡れ性を確保できるので、第２のバリアメタル膜８ｇは膜質及び配向性に優れたタンタル膜となる。これにより、接続孔６及び第２の配線溝７への埋め込み特性が一層向上すると共に、エレクトロマイグレーション及びストレスマイグレーション不良等に対する信頼性が一層向上する。
【０１０５】
また、水素ガスを用いたプラズマ処理を行なう際には、接続孔６の底部を除く接続孔６の側壁、第２の配線溝７の側壁及び底部、並びに第３の絶縁膜５の上は第１のバリアメタル膜８ｃにより覆われているので、水素ガスを用いたプラズマ処理による低誘電率膜である第２の絶縁膜４へのダメージを防止することができ、低誘電率膜の比誘電率の上昇を防止することができる。
【０１０６】
また、第２の実施形態では、第１のバリアメタル膜８ｃとなるタンタルナイトライド膜８ａ及びタンタル膜８ｂを形成する前に、アルゴンガスを用いたスパッタエッチング及び還元性ガスを用いたプラズマ処理等は行なわないが、還元性ガスである水素ガスを用いたアニール処理を行なうことが望ましい。例えばスパッタリング装置と同一の装置内で、１５０〜４００℃で３０秒間、水素ガスを用いたアニール処理を行なうことにより、第１の配線２の上に形成されている自然酸化膜をある程度除去することができるため、第１の配線２とその上に形成する第１のバリアメタル膜８ｃとの界面の清浄性が向上するので、その後に行なう還元性ガスを用いた処理によって、第１の配線２を露出させる際に生じる酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性の物質等を効果的に還元及び除去することができる。尚、このように、アニール処理によって界面を清浄するので、低誘電率膜である第２の絶縁膜４にダメージを与えることがない。
【０１０７】
また、第２の実施形態では、第１のバリアメタル膜８ｃをスパッタ法により形成する場合について説明したが、ＣＶＤ法により形成してもよい。この場合、前述の還元性ガスを用いたプラズマ処理が行なわれると、ＣＶＤ法によって形成された第１のバリアメタル膜８ｃは、例えば膜中の結晶性が改善される等、膜質が改善される。このため、第１のバリアメタル膜８ｃの膜密度が緻密化したり、膜中の不純物が還元されたり、又は膜中の不純物が除去される等の効果が生じるので、接続孔６及び第２の配線溝７への埋め込み特性が向上すると共に、エレクトロマイグレーション耐性及びストレスマイグレーション耐性の向上等により信頼性が向上する。
【０１０８】
また、第２の実施形態では、接続孔６及び第２の配線溝７に銅を同時に埋め込むデュアルダマシン法について説明したが、接続孔６と第２の配線溝７とに対してそれぞれ個別に銅を埋め込むシングルダマシン法であっても同様に本発明は実施可能であることは言うまでもない。
【０１０９】
また、第２の実施形態では、図３(c)に示した工程において、還元性ガスを用いたプラズマ処理によって、接続孔６及び第２の配線溝７の側壁に付着している酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を除去したが、還元性ガスを用いたプラズマ処理の代わりに、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう場合であっても、同様に、酸化物及び残留ポリマー等の絶縁性を有する物質を除去することが可能になる。したがって、還元性ガスを用いたアニール処理を行なう場合であっても、前述と同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
また、第２の実施形態では、シード層となる銅膜８ｄを成膜する前に銅との濡れ性を向上させる目的で、アルゴンガスを用いるスパッタエッチングの前に成膜される第１のバリアメタル膜８ｃが、タンタルナイトライド膜８ａとタンタル膜８ｂとが積層されてなる２層構造である場合について説明したが、タンタルナイトライド膜８ａの単層膜よりなる構造の場合であってもかまわない。
【０１１１】
尚、本実施形態で用いる低誘電率膜としては、有機膜（ＳｉＯＣ、ＢＣＢ、ＭＳＱ、ＦＬＡＲＥ、ポーラス有機膜）、メチル基やベンゼン環を含む膜、又は無機膜（ＨＳＱ、ポーラスＳｉＯ）等があげられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
以上のように、本発明に係る第１及び第２の電子デバイスの製造方法によると、例えば銅等の導電体物質が絶縁膜と直接接して膜中に拡散することを防止できるので、配線間リーク等の問題の発生を防止することができる。従って、本発明は、銅配線と低誘電率膜とを組み合わせた配線技術等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】(a)〜(d)は、第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図２】(a)〜(d)は、第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図３】(a)〜(c)は、第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図４】(a)〜(c)は、第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図５】(a)〜(c)は、従来の電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図６】(a)及び(b)は、従来の電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図７】従来例における電子デバイスの設計レイアウト図である。
【図８】(a)〜(c)は、下層配線に対して接続孔が踏み外れている場合における従来の電子デバイスの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  第１の絶縁膜
２ａ、８ａ  タンタルナイトライド膜
２ａ、８ｂ  タンタル膜
２ｃ  銅
２  第１の配線
３  バリア絶縁膜
４  第２の絶縁膜
５  第３の絶縁膜
６  接続孔
７  第２の配線溝
８ａ  タンタルナイトライド
８ｂ  タンタル
８ｃ  第１のバリアメタル膜
８ｄ  シード層となる銅膜
８ｅ、８ｈ  配線プラグ
８ｆ、８ｉ  第２の配線
８ｇ  第２のバリアメタル膜
９ａ  第１の付着物
９ｂ  第２の付着物
９ｃ  第３の付着物
【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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