(57)【要約】【課題】  金属拡散に対するバリア性が高く、比抵抗値の低いバリア層を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体装置の製造方法では、層間絶縁膜にビアホール３や配線溝７を形成した後、ＴａＮ等のバリア層４を形成し、このバリア層４が形成された半導体基板を水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を実施する。これにより、バリア層４中及びその界面に存在する未結合手（ダングリングボンド）を低減することができ、導電性の高いバリア層が得られる。また、水蒸気雰囲気中で熱処理を行うことにより、バリア層が４活性化されて緻密性が向上する。これにより、バリア層４の導電性が向上するとともバリア性も向上し、金属部である配線部１１やプラグからの層間絶縁膜２への金属拡散を低減することが可能となる。【選択図】  図１
2005311148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の多層配線構造において金属部からの層間絶縁膜への金属拡散を防止するバリア層を有する半導体装置の製造方法であって、
前記バリア層を形成した後、このバリア層が形成された半導体基板を水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
該層間絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
該ビアホールの表面にバリア層を形成する工程と、
前記水蒸気雰囲気で熱処理する工程の後に、バリア層が形成されたビアホールに前記金属部としてプラグを形成する工程とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
該層間絶縁膜に配線溝を形成する工程と、
該配線部の表面にバリア層を形成する工程と、
前記水蒸気雰囲気で熱処理する工程の後に、バリア層が形成された配線溝に前記金属部として配線部を形成する工程とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記バリア層を化学気相成長法、物理気相成長法又は原子層堆積法により形成する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記配線部を化学気相成長法又は物理気相成長法により形成する、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】
前記層間絶縁膜を化学気相成長法、物理気相成長法又は塗布法により形成する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記層間絶縁膜は、リン、ヒ素、ボロン及びハロゲン化物のうち少なくとも一種類を含有するシリコン酸化膜である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記バリア層は金属又は金属化合物からなる、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記水蒸気雰囲気の圧力は１ＭＰａ以上である、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記水蒸気雰囲気中の水蒸気濃度は５％乃至１００％である、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理の温度は１００℃乃至１０００℃である、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは、層間絶縁層への金属の拡散を防止するバリア層を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ等の半導体装置は、半導体基板上に電気的に分離して配置されたトランジスタやダイオード、キャパシタ、抵抗などの基本的な構成要素（素子）を配線で接続している。この素子同士を高密度で接続する多層配線技術は、ＬＳＩの高性能化を決定付ける重要な技術である。
【０００３】
多層配線構造を有する半導体装置の製造工程においては、図６に示すように、下層配線部５１と上層配線部５２とを接続するために層間絶縁膜５３に配線溝５４及びビアホール５５（スルーホール）を形成し、その上に、配線部５２からの金属拡散を防止する目的で窒化タンタル（ＴａＮ）等からなるバリア層５６を形成し、その上にメッキシード層５７と上層配線部５２を形成するのが一般的である。なお、この例の配線構造は、いわゆるデュアルダマシン配線構造といわれている。
【０００４】
現在、半導体デバイススケールが９０ｎｍ世代に移行しており、今後も更なる微細化が要求されている。配線工程においても同様であり、ＩＴＲＳ（国際半導体技術ロードマップ委員会）の報告によれば、２０１６年にはバリア層は２．２ｎｍ程度までの薄膜化が必要とされている。
【０００５】
一方、バリア層を薄膜化することは、層間絶縁膜への金属拡散の増大を招くため半導体デバイスの性能低下が懸念される。また、バリア層は、下層配線部と上層配線部とを電気的に接続する機能をも担うものであることから、電力損失を低く抑えるために、その比抵抗値はなるべく低いことが望ましい。ところが、バリア層は一般的に化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の堆積法により形成されるため、比較的緻密性が悪く、電気抵抗が高い傾向にある。例えば、代表的なバリア層として用いられるＴａＮの比抵抗値は１３５μΩｃｍであり、これはＣｕの比抵抗値である２μΩｃｍの約７５倍にも達している。このことはバリア層での電力損失が大きいことを意味し、半導体デバイスの消費電力増大を招く要因となり得る。そのため、半導体デバイスの微細化の要求に対して、金属拡散に対するバリア性が高く、比抵抗値の低い（導電性の良い）バリア層を如何にして形成するかが重要な課題となっている。
【０００６】
かかる状況のもと、バリア層に関する先行技術が下記特許文献１〜４に開示されている。
【０００７】
特許文献１の「半導体集積回路の配線構造」は、半導体集積回路の配線部分に配線材としてＣｕを用いる場合に、Ｃｕの拡散を防止することを目的とし、Ｃｕ配線の下地又は周囲にバリア層としてＴａ、Ｗ又はＴａ−Ｗ層を設け、その下地又は周囲にトラップ層としてＢｉ、Ｇａ、Ｍｇ又はＭｎ層を設けている。
【０００８】
特許文献２の「金属配線構造及びその形成方法」は、Ｃｕを用いた金属配線において
Ｃｕの拡散及び寄生容量の増加を防いで素子の信頼性を高めることを目的とし、導電線と隣接した絶縁膜の部分において密度を増加させたり、不純物を含有させたりして変質層としている。
【０００９】
特許文献３の「半導体装置の製造方法」は、バリア層のバリア性の向上を図ることを目的とし、バリア層を形成する工程において、窒化チタン層を形成する工程と、酸素を含む雰囲気中で窒化チタン層と酸素とを接触させる工程と、窒素雰囲気中で熱処理することにより酸化チタン層を形成し、かつ、窒化チタンを緻密化する工程とを含むものである。
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−３１０５０９号公報
【特許文献２】特開平０９−２３７８３８号公報
【特許文献３】特開２０００−１８２９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これらの先行技術には次のような種々の問題点があった。
（１）特許文献１の「半導体集積回路の配線構造」は、トラップ層を別途設ける工程を必要としており、また、タクトの増加、半導体デバイスの微細化に伴うトラップ層成形技術の高度化、トラップ層とバリア層との界面特性など、多くの課題を残している。
（２）特許文献２の「金属配線構造及びその形成方法」は、バリア層を設けておらず、また、半導体デバイスの微細化に伴うバリア性の低下、不純物注入制御技術の高度化、変質層と配線材との界面特性など、多くの課題を残している。
（３）特許文献３の「半導体装置の製造方法」は、バリア層を窒素雰囲気中で熱処理することにより、バリア層を緻密化し、バリア性の向上及び比抵抗値の低減を図っている。しかし、半導体デバイスの微細化が高度に進展しつつある状況では、デバイスの信頼性向上、高性能化のためには、更なるバリア性の向上及び比抵抗値の低減が要求される。
【００１２】
本発明は上述した問題点に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、金属拡散に対するバリア性が高く、比抵抗値の低いバリア層を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の多層配線構造において金属部からの層間絶縁膜への金属拡散を防止するバリア層を有する半導体装置の製造方法であって、前記バリア層を形成した後、このバリア層が形成された半導体基板を水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を含む、ことを特徴としている（請求項１）。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜にビアホールを形成する工程と、該ビアホールの表面にバリア層を形成する工程と、前記水蒸気雰囲気で熱処理する工程の後に、バリア層が形成されたビアホールに前記金属部としてプラグを形成する工程とを含む（請求項２）。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜に配線溝を形成する工程と、該配線部の表面にバリア層を形成する工程と、前記水蒸気雰囲気で熱処理する工程の後に、バリア層が形成された配線溝に前記金属部として配線部を形成する工程とを含む（請求項３）。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記バリア層を化学気相成長法、物理気相成長法又は原子層堆積法により形成する（請求項４）。
【００１７】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記配線部を化学気相成長法又は物理気相成長法により形成する（請求項５）。
【００１８】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記層間絶縁膜を化学気相成長法、物理気相成長法又は塗布法により形成する（請求項６）。
【００１９】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記層間絶縁膜は、リン、ヒ素、ボロン及びハロゲン化物のうち少なくとも一種類を含有するシリコン酸化膜である（請求項７）。
【００２０】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記バリア層は金属又は金属化合物からなる（請求項８）。
【００２１】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記水蒸気を含む雰囲気の圧力は１ＭＰａ以上である（請求項９）。
【００２２】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記水蒸気を含む雰囲気中の水蒸気濃度は５％乃至１００％である（請求項１０）。
【００２３】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、好ましくは、前記熱処理の温度は１００℃乃至１０００℃である（請求項１１）。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、バリア層の形成後に水蒸気雰囲気中で熱処理を行うことにより、バリア層中及びその界面に存在する未結合手（ダングリングボンド）を低減することができる。これは、ダングリングボンドがＯＨ又はＨにより終端されるからである。これにより、キャリアである電子・正孔（ホール）の移動がダングリングボンドによって妨げられることがなく、導電性の高いバリア層が得られる。
【００２５】
また、水蒸気雰囲気中で熱処理を行うことにより、バリア層が活性化されて緻密性が向上する。これにより、バリア層の導電性が向上するとともバリア性も向上し、金属部である配線部やプラグからの層間絶縁膜への金属拡散を低減することが可能となる。
【００２６】
また、バリア層を１ＭＰａ以上の高圧水蒸気雰囲気中で熱処理することにより、雰囲気中の水蒸気濃度が更に増大するため、バリア層のダングリングボンドの低減と緻密性の向上を更に促進することができる。
【００２７】
したがって、本発明の半導体装置の製造方法によれば、金属拡散に対するバリア性が高く、比抵抗値の低いバリア層を有する半導体装置を製造することができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施形態を工程順に説明する図である。本実施形態では、いわゆるダマシン法により配線部に銅配線を適用する場合を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板上に形成された下層配線部１の上に層間絶縁膜２を形成する。その後、図１（ｂ）のように、下層配線部１上の層間絶縁膜２にビアホール３を開口形成して、下層配線部１の表面を露出させる。この層間絶縁膜２は、例えばシリコン酸化膜であり、その中にリン、ヒ素、ボロン、ハロゲン化物等のうち少なくとも１種を含有するＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜等である。層間絶縁膜２の形成にあたっては、化学気相成長法（ＣＶＤ）のほか、物理気相成長法（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、塗布法（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）その他の各種成膜法を適用することができる。
【００３０】
次に、図１（ｃ）のように、窒化タンタル（ＴｉＮ）からなるバリア層４をビアホール３表面及び層間絶縁膜２の全面に形成する。このバリア層４には、ＴｉＮの他、Ｍｎ等の金属（遷移金属）、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴａＳｉ２、ＴｉＳｉ２等の金属化合物（遷移金属化合物）を使用することができる。また、バリア層４の形成に当たっては、ＣＶＤ、ＰＶＤ、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）その他の各種堆積法を適用することができる。
【００３１】
次に、上述したバリア層４が形成された半導体基板を水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を実施する。この熱処理には、例えば、図３に示すような高圧水蒸気アニール装置３０を用いる。そこで、この高圧水蒸気アニール装置３０の構成について簡単に説明する。
【００３２】
この高圧水蒸気アニール装置３０は、高圧水蒸気雰囲気下で熱処理できる装置であり、ウエハ搭載ボート３２と、処理容器３３と、加熱ヒータ３４と、圧力容器３５と、純水ボイラ３６と、純水供給ライン３７と、水蒸気ライン３８と、不活性ガス供給ライン３９と、処理容器排気ライン４０と、圧力容器給排気ライン４１とを備えている。ウエハ搭載ボート３２は、半導体装置（処理ウエハ）３１を多数枚（例えば、１００〜１５０枚程度）縦に並べて搭載できるようになっている。処理容器３３は、空断面円形で上部がドーム状をなす石英ガラスからなり、内部にウエハ搭載ボート３２を収容できるようになっている。加熱ヒータ３４は、円筒形状をなし、処理容器３３の外側にこれを囲むように縦方向に複数段設けられており、これにより半導体装置３１を加熱する。純水ボイラ３６は純水供給ライン３７から供給される純水を蒸発させて水蒸気を発生させる装置であり、発生した水蒸気は水蒸気ライン３８により処理容器３３内に導入されるようになっている。また、処理容器３３には不活性ガス供給ライン３９が接続されており、処理容器３３内に窒素ガス等の不活性ガスを導入できるようになっている。処理容器３３内に導入された水蒸気又は不活性ガスは、処理容器排気ライン４０から排出される。これにより、処理容器３３内を水蒸気雰囲気と不活性ガス雰囲気を相互に置換可能に構成されている。また、圧力容器３５には圧力容器給排気ライン４１が接続されており、圧力容器３５内にガス（空気等）を供給し、又は圧力容器３５内からガスを排出することにより圧力容器３５内の圧力を調整するようになっている。
【００３３】
バリア層４の熱処理は、高圧水蒸気アニール装置３０の処理容器３３内に半導体基板を投入し、図４に示すような温度プロフィール及び圧力プロフィールに従って行われる。すなわち、所定温度および所定圧力まで昇温・昇圧した後（Ｓ１）、必要な処理時間保持し（Ｓ２）、その後降温・減圧し（Ｓ３）、処理が終了する。このときの処理温度は１００℃〜１０００℃とすることが好ましい。
【００３４】
この熱処理により、バリア層４に存在するダングリングボンドの低減が行われる。ここで、ダングリングボンドとは、結晶の表面や欠陥付近において、共有結合の相手を失って結合に関与しない電子（不対電子）で占められた結合手（未結合手）をいう。つまり、バリア層４の形成後に水蒸気雰囲気中で熱処理を行うことにより、バリア層４中及びその界面に存在するダングリングボンドがＯＨ又はＨにより終端され、その結果、ダングリングボンドを低減することができる。これにより、キャリアである電子・正孔（ホール）の移動がダングリングボンドによって妨げられず、導電性の高い（比抵抗値の低い）バリア層４となる。また、水蒸気雰囲気中で熱処理を行うことにより、バリア層４が活性化されて緻密性が向上する。これにより、バリア層４の導電性が向上するとともバリア性も向上し、タングステンプラグからの金属拡散を低減することが可能となる。
【００３５】
この水蒸気を含む雰囲気の圧力は０．１ＭＰａ以上とし、好ましくは１ＭＰａ以上の高圧とする。後述する実験結果から明らかになるように、水蒸気雰囲気の圧力を高くするほど水蒸気雰囲気中の水蒸気濃度が増大するため、バリア層４のダングリングボンドの低減と緻密性の向上を更に促進することができるからである。このとき、水蒸気雰囲気中の水蒸気濃度は５％〜１００％に設定するのが好ましい。
【００３６】
次に、ＣＶＤによりタングステン膜をビアホールを埋め込むように全面に形成し、続いて、ドライエッチングによりタングステン膜を全面エッチバックしてビアホール内のみに残存させて、図１（ｄ）のようなタングステンプラグ５を形成する。
【００３７】
続いて、図１（ｅ）のように、配線部となる銅を埋め込む配線溝を形成するための層間絶縁膜６を形成する。この層間絶縁膜６は、先に形成した層間絶縁膜２と同様の材料および方法により形成することができる。
【００３８】
次いで、フォトレジストを塗布形成し、露光、現像してレジストマスクを残し、これをマスクに層間絶縁膜６をドライエッチングして図２（ｆ）のような配線溝７を形成する。
【００３９】
次に、図２（ｇ）のように、配線溝７の表面及び層間絶縁膜６の上に、後に形成する配線部からの金属拡散を防止するためのＴａＮからなるバリア層８を形成する。このバリア層８は、先に形成したバリア層４と同様の材料及び方法により形成することができる。
【００４０】
次に、上述したバリア層８が形成された半導体基板を水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を実施する。バリア層８の熱処理は、上述したのと同様の方法及び条件により実施する。これにより、バリア層８に存在するダングリングボンドの低減及びバリア層８の緻密化が図られ、バリア層８の導電性が向上するとともにバリア性も向上し、後に形成する配線部からの金属拡散を低減することができる。
【００４１】
バリア層８の熱処理に続いて、図２（ｈ）のように、スパッタ法によりＣｕメッキシード９層を形成し、次いで、ＣＶＤによりＣｕ膜１０を成膜する。このＣｕ膜１０の成膜は、ＣＶＤの他ＰＶＤを適用することもできる。
【００４２】
次いで、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により、バリア層８、Ｃｕメッキシード層９及びＣｕ膜１０を研磨することにより配線溝７内にＣｕ膜１０を埋め込んで、図２（ｉ）のような配線部１１を形成する。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を工程順に説明する図である。本実施形態は、いわゆるデュアルダマシン法により配線部に銅配線を適用する場合を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、半導体基板上に形成された下層配線部１３の上に、シリコン窒化膜等のエッチングストッパ膜１４を形成した後、ビアホールを形成するための下層の層間絶縁膜１５を形成し、更に、エッチングストッパ膜１６と上層の層間絶縁膜１７を同様に形成する。この層間絶縁膜１５、１７は第１の実施形態と同様の材料及び方法により形成することができる。
【００４４】
次に、ビアホールに対応したレジストマスクを形成し、これをマスクに上層の層間絶縁膜１７とエッチングストッパ膜１６をエッチングしてビアホールに対応する溝を形成する（不図示）。更に、配線溝に対応したレジストマスクを形成し、溝の底に露出した下層の層間絶縁膜１５と上層の層間絶縁膜１７とを同時にエッチングすることで、図５（ｂ）に示すようなビアホール１８と配線溝１９とが形成される。
【００４５】
次いで、第１の実施形態と同様の方法により、図５（ｃ）のように、ビアホール１８と配線溝１９の表面及び上層の層間絶縁膜１７の上面にバリア層２０を形成し、このバリア層２０が形成された半導体基板を水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を実施する。この熱処理の条件及び方法についても第１の実施形態と同様である。これにより、バリア層２０に存在するダングリングボンドの低減及びバリア層２０の緻密化が図られ、バリア層２０の導電性が向上するとともにバリア性も向上し、後に形成する配線部からの金属拡散を低減することができる。
【００４６】
バリア層２０の熱処理に続いて、図５（ｄ）のように、第１の実施形態と同様の方法により、スパッタ法によりＣｕメッキシード層２１を形成し、次いで、ＣＶＤによりＣｕ膜を成膜し、続いてＣＭＰによりバリア層２０、Ｃｕメッキシード層２１及びＣｕ膜を研磨することによりビアホール１８及び配線溝１９内にＣｕ膜を埋め込んで配線部２２を形成する。
【００４７】
表１〜３は本発明の効果を確認するための試験結果を示すものである。
【００４８】
表１は、ＴａＮ  ｏｎ  Ｓｉ基板（ＴａＮ膜：１０ｎｍ）に対して、アニール処理をしなかった場合、窒素アニール処理をした場合、及び水蒸気アニール処理をした場合において、それぞれのバリア層（ＴａＮ）のダングリングボンド密度［１／ｃｍ３］についての評価結果を示すものである。窒素アニール処理は、処理温度が３５０℃、処理圧力が０．１ＭＰａ（常圧）、処理時間が６０ｍｉｎの処理条件で実施した。水蒸気アニール処理は、処理温度が３５０℃、処理圧力が０．１ＭＰａ、１ＭＰａ、２ＭＰａの３条件、処理時間が６０ｍｉｎの処理条件で実施した。
【００４９】
【表１】
2005311148.tif 000003
【００５０】
表１によると、窒素アニール処理した場合のダングリングボンド密度は、アニール処理無しの場合とほぼ同等である。これに対し、水蒸気アニール処理の場合のダングリングボンド密度は、アニール処理無しの場合と比較して大幅に低減されており、その処理圧力が高くなるほどダングリングボンド密度はより低減されることが分かる。この結果から、ダングリングボンド密度は、その値が低いほど導電性が高いことを意味することから、本発明によりバリア層の比抵抗値を低減することができることが分かる。
【００５１】
表２は、上述のアニール処理をした場合、窒素アニール処理をした場合、水蒸気アニール処理した場合のそれぞれのＣｕ  ｏｎ  ＴａＮ  ｏｎ  Ｓｉ基板に対して水素（Ｈ２）ガス雰囲気中で、処理温度６００℃、処理時間６０ｍｉｎの熱処理を施した場合におけるＳｉ中のＣｕ拡散距離［ｎｍ］の評価結果を示すものである。ここで「Ｃｕ拡散距離」を、「Ｓｉ中に入り込んでいるＣｕのＳｉ−ＴａＮ界面からの最大距離」と定義する。なお、窒素アニール処理及び水蒸気アニール処理の処理条件は表１の場合と同様である。また、Ｃｕ  ｏｎ  ＴａＮ  ｏｎ  Ｓｉ基板の各膜厚は、Ｃｕは１００ｎｍ、ＴａＮ（バリア層）は１０ｎｍである。
【００５２】
【表２】
2005311148.tif 000004
【００５３】
表２によると、窒素アニール処理した場合のＣｕ拡散距離は、バリア層の緻密化が行われているため、アニール処理無しの場合と比較して大幅に短くなることが分かる。一方、水蒸気アニール処理した場合のＣｕ拡散距離は、バリア層の緻密化に加え、ダングリングボンドが低減されているため、アニール処理無しの場合と比較して大幅に短くなるっていることは勿論のこと、窒素アニール処理の場合と比較しても更にＣｕ拡散距離は短くなっていることが分かる。また、水蒸気アニール処理の場合、処理圧力が高くなるほどＣｕの拡散距離が短くなることも分かる。この結果から、バリア層を水蒸気雰囲気で熱処理することにより、窒素雰囲気で熱処理する場合よりも配線材からの金属拡散を低減することができ、しかも、その処理圧力が大きいほど金属拡散を一層低減することができることが分かる。
【００５４】
表３は、ＴａＮ  ｏｎ  Ｓｉ基板（ＴａＮ膜：１０ｎｍ）に対して、アニール処理をしなかった場合、窒素アニール処理をした場合、及び水蒸気アニール処理をした場合において、それぞれのバリア層（ＴａＮ）の比抵抗値［μΩ・ｃｍ］についての評価結果を示すものである。なお、窒素アニール処理及び水蒸気アニール処理の処理条件は表１の場合と同様である。
【００５５】
【表３】
2005311148.tif 000005
【００５６】
表３によると、窒素アニール処理した場合のバリア層の比抵抗値は、バリア層の緻密化が行われているため、アニール処理無しの場合と比較して低減されていることが分かる。一方、水蒸気アニール処理した場合のバリア層の比抵抗値は、バリア層の緻密化に加え、ダングリングボンドが低減されているため、アニール処理無しの場合と比較して低減されていることは勿論のこと、窒素アニール処理の場合と比較しても更に比抵抗値が低減されていることが分かる。また、水蒸気アニール処理の場合、処理圧力が高くなるほど比抵抗値が低減されていることも分かる。ここで、比抵抗値の低減は導電性が高くなることを意味している。この結果から、バリア層を水蒸気雰囲気で熱処理することにより、その導電性を窒素雰囲気で熱処理する場合よりも高めることができ、しかも、その処理圧力が大きいほど一層導電性を高めることができることが分かる。
【００５７】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、以下のような効果が得られる。
（１）バリア層を水蒸気雰囲気中で熱処理することにより、バリア層中に存在するダングリングボンドを低減することができる。これにより、導電性の高いバリア層が得られる。
（２）バリア層を水蒸気雰囲気中で熱処理することにより、バリア層が活性化されて緻密性が向上する。これにより、バリア層の導電性が向上するとともバリア性も向上し、配線部やプラグからの層間絶縁膜への金属拡散を低減することが可能となる。
（３）バリア層を１ＭＰａ以上の高圧水蒸気雰囲気中で熱処理することにより、雰囲気中の水蒸気濃度が更に増大するため、バリア層のダングリングボンドの低減と緻密性の向上を更に促進することができる。
（４）したがって、本発明の半導体装置の製造方法によれば、金属拡散に対するバリア性が高く、比抵抗値の低いバリア層を有する半導体装置を製造することができるという優れた効果が得られる。
【００５８】
なお、上述した本発明の実施の形態では、配線形成の手法としてダマシン法及びデュアルダマシン法を適用した例を説明したが、これに限定されず、フォトリソグラフィにより配線パターンを形成するエッチング法を適用することも可能である。また、エッチング法を適用する場合は、配線材としてＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ等その他の金属配線を使用することもできる。
【００５９】
その他、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態を工程順に説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を工程順に説明する別の図である。
【図３】高圧水蒸気アニール装置の構成図である。
【図４】バリア層の熱処理における圧力及び温度プロフィールを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を工程順に説明する図である。
【図６】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  配線部
２  層間絶縁膜
３  ビアホール
４  バリア層
５  タングステンプラグ
６  層間絶縁膜
７  配線溝
８  バリア層
９  Ｃｕメッキシード層
１０  Ｃｕ膜
１１  配線部
１３  配線部
１４  エッチングストッパ膜
１５  層間絶縁膜
１６  エッチングストッパ膜
１７  層間絶縁膜
１８  ビアホール
１９  配線溝
２０  バリア層
２１  Ｃｕストッパ膜
２２  配線部
【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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