(57)【要約】【課題】  低温で還元処理を実行し、高い歩留まりを実現する。【解決手段】  イオン供給ユニット２１は、水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースＳを所定温度で加熱する。そして、イオン供給ユニット２１は、マイナスイオンソースＳに所定の強さの電界を印加することによって、マイナスイオンソースＳから水素化物イオンを取り出す。また、イオン供給ユニット２１は、取り出した水素化物イオンを、キャリアガスである不活性ガスによって処理室５１内に供給し、処理室５１内に配置された半導体ウエハＷ上の金属膜表面に形成された酸化膜を還元する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ上に形成された金属膜の表面に形成される酸化膜を還元する還元装置であって、水素化物イオンを用いて前記酸化膜を還元する、ことを特徴とする還元装置。
【請求項２】
前記還元装置は、
前記水素化物イオンを発生させるイオン発生手段と、
前記イオン発生手段が発生させた水素化物イオンを前記半導体ウエハ上に供給するイオン供給手段と、
から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の還元装置。
【請求項３】
前記イオン発生手段は、
前記水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースを加熱するソース加熱手段と、
前記ソース加熱手段によって加熱された前記マイナスイオンソースに電界を印加することにより、該マイナスイオンソースに含有されている水素化物イオンを取り出す電界印加手段と、
から構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の還元装置。
【請求項４】
前記電界印加手段は、前記マイナスイオンソースに２００〜２０００Ｖ／ｃｍの電界を印加する、ことを特徴とする請求項３に記載の還元装置。
【請求項５】
前記ソース加熱手段は、前記マイナスイオンソースを２５０〜１０００℃に加熱する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の還元装置。
【請求項６】
前記還元装置は、前記半導体ウエハを加熱するウエハ加熱手段を備え、
前記ウエハ加熱手段は、前記半導体ウエハを３０〜２００℃に加熱する、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の還元装置。
【請求項７】
前記還元装置は、
前記酸化膜に還元処理を施すための処理室と、
前記処理室内の圧力を制御する圧力制御手段と、を備え、
前記圧力制御手段は、前記処理室内の圧力を準大気圧に設定する、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の還元装置。
【請求項８】
前記金属膜は、銅から形成され、
前記酸化膜は、亜酸化銅から形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の還元装置。
【請求項９】
半導体ウエハ上に形成された金属膜の表面に形成される酸化膜を還元する還元方法であって、水素化物イオンを用いて前記酸化膜を還元する、ことを特徴とする還元方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属膜表面の酸化膜を還元する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の速い動作速度を実現するため、配線等に銅が用いられる場合がある。
【０００３】
銅は酸化され易いという性質を有しているため、半導体装置の製造では、配線等を構成する銅膜の表面に形成された酸化膜を除去する工程が設けられる場合がある。
【０００４】
従来、銅膜表面の酸化膜を除去するために、微量の酸素ガスを含む水素ガスを用いたり（例えば、特許文献１参照。）、ギ酸（カルボン酸）を用いたりしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
上記した水素ガスを用いる方法では、処理室内に水素雰囲気を形成し、銅膜が形成された基板を４００℃で１分間加熱することにより、銅膜表面の酸化膜を除去している。
【０００６】
また、上記したギ酸を用いる方法では、処理室内にギ酸を導入した後、銅膜が形成された基板を２００〜３５０℃で約６分間加熱することにより、銅膜表面の酸化膜を除去している。
【特許文献１】特開２００２−２１７１９９号公報（段落００２５）
【特許文献２】特開２００２−２７０６０９号公報（段落００７８および段落００８４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した銅配線は、例えば図７に示すように、半導体基板（半導体ウエハ）上の層間絶縁膜に形成された配線溝中に、例えばダマシン法などによって、埋め込まれている。
【０００８】
層間絶縁膜は低誘電率膜から構成される場合があり、低誘電率膜の中には、２００℃を越える温度で膜質が劣化してしまうものがある。
【０００９】
以上のような膜質劣化が生じる低誘電率膜が層間絶縁膜等に用いられている場合、上記した水素ガスを用いる方法、および、ギ酸を用いる方法を適用すると、低誘電率膜（層間絶縁膜等）の膜質が劣化してしまう場合がある。
【００１０】
層間絶縁膜等の膜質が劣化すると、完成した半導体装置の装置特性も劣化してしまう場合があり、歩留まりの低下等を引き起こす場合がある。
【００１１】
従って、本発明は、高い歩留まりを実現可能な還元装置および還元方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、低温で還元処理を実行可能な還元装置および還元方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる還元装置は、半導体ウエハ上に形成された金属膜の表面に形成される酸化膜を還元する還元装置であって、水素化物イオンを用いて前記酸化膜を還元する、ことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、水素化物イオンによって酸化膜が還元される。水素化物イオンは高い反応性を有するので、半導体ウエハの温度を、例えば層間絶縁膜等の膜質変化が生じない低い温度に設定することができる。言い換えると、半導体ウエハ上に層間絶縁膜等が形成されていたとしても、層間絶縁膜等の膜質劣化を防止することができる。結果として、高い歩留まりを実現することができる。
【００１５】
前記還元装置は、前記水素化物イオンを発生させるイオン発生手段と、前記イオン発生手段が発生させた水素化物イオンを前記半導体ウエハ上に供給するイオン供給手段と、から構成されていてもよい。
【００１６】
前記イオン発生手段は、前記水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースを加熱するソース加熱手段と、前記ソース加熱手段によって加熱された前記マイナスイオンソースに電界を印加することにより、該マイナスイオンソースに含有されている水素化物イオンを取り出す電界印加手段と、から構成されていてもよい。
【００１７】
前記電界印加手段は、前記マイナスイオンソースに２００〜２０００Ｖ／ｃｍの電界を印加してもよい。
【００１８】
上記電界の強さは、好ましくは４００〜１５００Ｖ／ｃｍである。
【００１９】
前記ソース加熱手段は、前記マイナスイオンソースを２５０〜１０００℃に加熱してもよい。
【００２０】
上記加熱温度は、好ましくは４００〜８００℃であり、さらに好ましくは７００℃である。
【００２１】
前記還元装置は、前記半導体ウエハを加熱するウエハ加熱手段を備え、前記ウエハ加熱手段は、前記半導体ウエハを３０〜２００℃に加熱してもよい。
【００２２】
上記半導体ウエハの加熱温度は、好ましくは１００〜１８０℃であり、さらに好ましくは１５０℃である。
【００２３】
以上のような温度で、半導体ウエハを加熱することにより、半導体ウエハ上に層間絶縁膜等が形成されている場合であっても、層間絶縁膜等の膜質劣化を防止することができる。
【００２４】
前記還元装置は、前記酸化膜に還元処理を施すための処理室と、前記処理室内の圧力を制御する圧力制御手段と、を備え、前記圧力制御手段は、前記処理室内の圧力を準大気圧に設定してもよい。
【００２５】
前記金属膜は、銅から形成され、前記酸化膜は、亜酸化銅から形成されていてもよい。
【００２６】
本発明の第２の観点にかかる還元方法は、半導体ウエハ上に形成された金属膜の表面に形成される酸化膜を還元する還元方法であって、水素化物イオンを用いて前記酸化膜を還元する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によって、低温で還元処理を実行すると共に、高い歩留まりを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明の実施の形態にかかる金属膜表面の還元方法について図面を参照して説明する。
【００２９】
本実施の形態にかかる還元方法では、マイナスイオン、具体的には水素化物イオン（Ｈ−）が用いられ、半導体ウエハ（半導体基板）上に形成された金属膜表面の酸化膜、具体的には銅膜表面の亜酸化銅膜が還元により除去される。
【００３０】
上記マイナスイオンを放出するマイナスイオンソースを生成するイオンソース生成装置は、例えば窯業等で使用される雰囲気制御が可能な電気炉から構成することが可能である。
【００３１】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、上記イオンソース生成装置の構成を示している。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すイオン生成装置をＡ−Ａ’線で切断した場合の断面を示している。
【００３２】
図１に示すように、イオンソース生成装置は、処理容器１１と、原料ガス供給装置１２と、ガス排気装置１３と、断熱容器１４と、ヒータ１５と、ヒータ制御装置１６と、制御装置１７と、から構成される。
【００３３】
処理容器１１は、耐熱性を有する金属または高い耐還元性を有するセラミックから形成された耐熱容器である。例えば、処理容器１１は、高純度のアルミナから形成された円筒状の容器である。
【００３４】
処理容器１１内には、マイナスイオンソースとなる被処理体Ｔを載置するための、アルミナなどから形成される載置台１１ａが設置されている。なお、被処理体Ｔの形状は、図２（ａ）に示すような円盤状でもよく、図２（ｂ）に示すようなシャーレ状（縁付き円盤状）であってもよい。被処理体Ｔは、処理容器１１の蓋１１ｂを取り外して搬入出される。
【００３５】
また、処理容器１１の壁には、マイナスイオンソースを生成するための原料ガスを供給するためのガス供給管１１ｃと、処理容器１１内のガスを排気するためのガス排気管１１ｄが、設置されている。
【００３６】
原料ガス供給装置１２は、ガス供給管１１ｃを介して処理容器１１に接続され、マイナスイオンソースの生成に必要な原料ガス（水素を含むガス）を処理容器１１内に供給する。
【００３７】
ガス排気装置１３は、排気ポンプ等を備え、ガス排気管１１ｄを介して処理容器１１に接続され、処理容器１１内のガスを排気する。
断熱容器１４は、断熱材から構成された容器であり、その内壁上には、パイプ型のヒータ１５が設置されている。処理容器１１は、断熱容器１４内に収納され、ヒータ１５によって加熱される。
【００３８】
ヒータ制御装置１６は、断熱容器１４内に設置されたヒータ１５に接続され、ヒータ１５に所定の大きさの電流を流すことによりヒータ１５を発熱させ、断熱容器１４内に収納される処理容器１１の内部を所定温度に加熱する。
【００３９】
制御装置１７は、マイクロコンピュータ等から構成され、マイナスイオンソースを生成するためのプログラムを記憶している。制御装置１７は、記憶しているプログラムに従ってイオンソース生成装置全体の動作を制御し、マイナスイオンソースを生成する。
【００４０】
例えば、制御装置１７は、原料ガス供給装置１２を制御して、処理容器１１内に原料ガスを供給する。また、制御装置１７は、ガス排気装置１３を制御して、処理容器１１内の圧力を所定圧力に設定する。また、制御装置１７は、ヒータ制御装置１６を制御して、処理容器１１の内部を所定温度に加熱する。
【００４１】
次に、イオンソース生成装置の動作について説明する。
被処理体Ｔが載置台１１ａ上に載置され、蓋１１ｂが閉鎖されて処理容器１１内が密閉される。被処理体Ｔは、例えば12CaO・7Al2O3から形成されている。
【００４２】
被処理体Ｔが処理容器１１内に搬入された後、イオンソース生成装置は、例えばオペレータ等の指示に応答して、以下の動作を行う。なお、以下に示す動作は、制御装置１７の制御下で行われる。
【００４３】
初めに、原料ガス供給装置１２は、水素２０％、窒素８０％の混合ガスを原料ガスとして処理容器１１内に供給する。
続いて、ガス排気装置１３は、処理容器１１内のガスを排気して、処理容器１１内の圧力を所定圧力に設定する。具体的には、ガス排気装置１３は、処理容器１１内の圧力を大気圧（例えば９×１０４〜１１×１０４Ｐａ）に設定する。
【００４４】
また、ヒータ制御装置１６は、ヒータ１５に所定の大きさの電流を流すことによりヒータ１５を発熱させ、処理容器１１の内部を所定温度（約１３００℃）に加熱する。
【００４５】
制御装置１７は、以上の状態を約２時間保持する。これにより、被処理体Ｔは、マイナスイオン（水素化物イオン；Ｈ−）を放出するマイナスイオンソース（水素置換C12A7）となる。
【００４６】
以上のようにして生成されるマイナスイオンソースは、AlO4四面体が重合して形成するケージ内にマイナスイオン（水素化物イオン；Ｈ−）が閉じこめられたものである。
【００４７】
マイナスイオンソース内のマイナスイオンは、後述するように、マイナスイオンソースを所定温度に加熱して所定の強さの電界を印加することによって取り出され、金属膜表面の還元に用いられる。
【００４８】
次に、金属膜表面の還元を実行する還元装置について説明する。
還元装置は、図３に示すように、マイナスイオンを供給するイオン供給ユニット２１と、マイナスイオンを用いて還元処理を行う還元ユニット２２と、イオン供給ユニット２１および還元ユニット２２を制御する制御装置２３と、から構成される。
【００４９】
イオン供給ユニット２１は、処理室３１と、高圧電源３２と、原料ガス供給装置３３と、ガス排気装置３４と、キャリアガス供給装置３５と、から構成され、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを取り出し、還元ユニット２２に供給する。
処理室３１は、例えばアルミニウム等から形成された処理チャンバである。処理室３１の壁には、様々なガスを流通させるための配管が設置されている。
【００５０】
具体的には、処理室３１内に原料ガスを導入するための原料ガス供給管３１ａと、処理室３１内にキャリアガスを導入するためのキャリアガス供給管３１ｂと、処理室３１内のガスを排気するためのガス排気管３１ｃと、取り出されたマイナスイオンをキャリアガスによって還元ユニット２２に搬送するためのイオン供給管３１ｄと、が設置されている。
【００５１】
なお、キャリアガス供給管３１ｂとイオン供給管３１ｄとは、処理室３１内に導入されたキャリアガスによるマイナスイオンの搬送がスムーズに行われるように、互いに対向するように設置されている。
【００５２】
また、マイナスイオンは、壁にぶつかったり、他の化学種と結びついたりして、その活性を失っていく。このため、イオン供給管３１ｄの内径はできるだけ大きく、長さはできるだけ短く設定される。また、イオン供給管３１ｄの内壁は、マイナスイオンと反応しにくいフルオロカーボン（特にＰＴＦＥ；四フッ化エチレン樹脂）、または、テフロン（登録商標）等から形成される。さらに、イオン供給管３１ｄは、マイナスイオンを引きつけないように、処理中は、接地されている、または、マイナスの電位に保持されている。
【００５３】
さらに、イオン発生から処理室までの、酸素を低減した雰囲気を保つため、キャリアガスには、不活性ガス、好ましくは原料（水素ガス）を含有する不活性ガスを用いる。原料ガスを含有することで、マイナスイオンの活性を保つ（再結合を低減する）効果がある。
【００５４】
また、キャリアガスの流速を高く維持するために、キャリアガスが供給される領域（処理室３１内の後述する引出電極４６よりも上の領域）は、マイナスイオンが壁等に衝突しない範囲で、できるだけ狭く設定されることが好ましい。
【００５５】
また、処理室３１の壁には、処理室３１内の温度を測定する温度計４１と、処理室３１内の圧力を測定する圧力計４２と、が設置されている。
処理室３１の内部には、ヒータ４３と、接触電極４４と、電極支持部材４５と、引出電極４６と、が設置されている。
【００５６】
ヒータ４３は、処理室３１内の略中央に設置され、処理室３１内に配置されるマイナスイオンソースＳを後述する所定温度に加熱する。ヒータ４３の内部には、原料ガス供給管３１ａに接続され、原料ガス供給管３１ａを介して導入される原料ガスをヒータ４３の表面から噴出させるためのガス流路４３ａが形成されている。
【００５７】
接触電極４４は、マイナスイオンソースＳに貼り付けた状態で製造される。接触電極４４は、原料ガスを通す大きさの貫通した空隙のある多孔質とし、原料ガスとマイナスイオンソースＳと接触電極４４の三相界面を有するように製造する。接触電極４４の製造方法としては、例えば、微粉末を膜状に成型し焼結させたもの、もしくはスパッタリングや蒸着によって膜を堆積させる方法がある。
【００５８】
また、原料ガスとの接触面積を増やすため、接触電極４４は、例えば図４に示すように、複数の開口４４ａを有する網状に形成してもよい。接触電極４４は、電界を印加するための高圧電源３２の陰極と電気的に接続されている。原料ガスが接触電極４４とヒータ４３の隙間から大量に流れ出ることを防ぐため、この間を突起部４３ｂで保持し、気密を保つ。
【００５９】
接触電極４４に使用可能な物質としては、（１）プロトン伝導性を有するペロブスカイト型（ABO3）複酸化物にドープしたもの、（２）水素化物イオンを含有する物質、（３）セリア系の物質、または、（４）還元雰囲気で安定な金属などのイオン伝導性の高い物質がある。
【００６０】
上記（１）に該当する物質としては、例えば、Sr(Ce,In)O3：セリウム酸ストロンチウム、セリウム酸バリウム−インジウムドープ、Ca(Zr,In)O3：ジルコン酸カルシウム−インジウムドープ、LaAlO3：アルミン酸ランタン、ランタンアルミネートなどが挙げられる。
【００６１】
上記（２）に該当する物質としては、MgO:H（マグネシアMgOを水素中で還元したもの）、および、LaSrCoO3H0.7（K2NiF4型（ペロブスカイト関連構造）を有するコバルト酸ランタンストロンチウムのトポ化学的（構造を維持した）水素置換物）などが挙げられる。
【００６２】
上記（３）に該当する物質としては、ＧＤＣ（20mol%GdO1.5-CeO2）：ガドリニウム含有セリア、および、ＳＤＣ（20mol%SmO1.5-CeO2）：サマリウム含有セリアなどが挙げられる。
【００６３】
上記（４）に該当する物質としては、Pt、AuおよびAgなどが挙げられる。なお、処理温度が比較的低い場合には、他の金属を接触電極４４として使用することもできる。
【００６４】
電極支持部材４５は、その一端が処理室３１の壁に固定されている。電極支持部材４５は、引出電極４６を、接触電極４４に対向するように支持する。なお、処理室３１内の上部には、マイナスイオンを搬送するためのキャリアガスが供給されるので、引出電極４６は、キャリアガス供給管３１ｂおよびイオン供給管３１ｄの設置位置よりも低い位置に配置される。
【００６５】
引出電極４６は、マイナスイオンソースＳから取り出されたマイナスイオンが通過可能な形状に形成された電極である。例えば、引出電極４６は、網状に形成された金属電極またはセラミック電極あるいはそれらの複合材料で構成される。また、例えば、円板状で中心部に穴を持つ形状でもよい。なお、引出電極４６に使用可能な金属としては、耐還元性（耐水素化性）を有するPtやAuなどがある。
【００６６】
高圧電源３２は、その陰極がヒータ４３内を通る配線を介して接触電極４４に接続され、その陽極が電極支持部材４５内を通る配線を介して引出電極４６に接続されている。高圧電源３２は、接触電極４４と引出電極４６との間に所定の大きさの電圧を印加することにより、マイナスイオンソースＳに、後述する強さの電界を印加する。これにより、所定温度に加熱されたマイナスイオンソースＳからマイナスイオンが取り出される。
【００６７】
原料ガス供給装置３３は、原料ガス供給管３１ａを介して処理室３１に接続される。原料ガス供給装置３３は、マイナスイオンが取り出されたマイナスイオンソースＳに新たなマイナスイオンを補充するための原料ガス（水素ガスまたは水素ガスと不活性ガスとの混合ガス）を、原料ガス供給管３１ａを介して処理室３１内に供給する。
【００６８】
原料ガス供給装置３３によって供給される原料ガスは、原料ガス供給管３１ａを介してヒータ４３の内部に形成されたガス流路４３ａを通ってヒータ４３の表面から噴出される。そして、噴出された原料ガスは、接触電極４４を介してマイナスイオンソースＳと接触電極４４と原料ガスとの三相界面に供給される。
【００６９】
また、原料ガス供給装置３３は、接触電極４４の背面側におけるガスの全圧および原料の分圧が、マイナスイオンソースＳの引出電極４６側におけるガスの全圧および原料の分圧と等しいかまたは少し高くなるように、原料ガスを供給する。例えば、マイナスイオンソースＳの引出電極４６側の圧力が原料ガス１％を含む不活性ガスにより全圧１．１×１０５Pa、原料の分圧１．１×１０３Paに設定されている場合、接触電極４４の背面側の全圧が１．２×１０５Pa、原料の分圧が１．２×１０３Paとなるように、原料ガス１％を含む不活性ガスを供給する。このような分圧差を設けることにより、マイナスイオンソースＳ中の目的イオンの濃度勾配を作り、マイナスイオンを引き出しやすくする。
【００７０】
ガス排気装置３４は、排気ポンプ等を備え、ガス排気管３１ｃを介して処理室３１に接続される。ガス排気装置３４は、処理室３１内のガスを排気し、処理室３１内の圧力を後述する圧力に設定する。
【００７１】
キャリアガス供給装置３５は、キャリアガス供給管３１ｂを介して処理室３１に接続される。キャリアガス供給装置３５は、アルゴン、ヘリウムまたは窒素などの不活性ガスを、マイナスイオンソースＳから取り出されたマイナスイオンを搬送するキャリアガスとして処理室３１内に供給する。この際、キャリアガス供給装置３５は、マイナスイオンが、壁にぶつかったり、他の化学種と結びついたりして、その活性を失うのを抑制するために、比較的高い流速（例えば５０cm/s）でキャリアガスを処理室３１内に供給する。
【００７２】
還元ユニット２２は、処理室５１と、排気装置５２と、から構成され、イオン供給ユニット２１により供給されるマイナスイオンを用いて、半導体ウエハＷ上に形成された金属膜表面の酸化膜を還元する。
【００７３】
処理室５１は、例えばアルミニウム等から形成された処理チャンバから構成され、上記したイオン供給管３１ｄを介して、イオン供給ユニット２１の処理室３１に接続される。
【００７４】
処理室５１内には、処理対象の半導体ウエハＷを載置するためのテーブル５１ａと、テーブル５１ａ上に載置された半導体ウエハＷを加熱するためのヒータ５１ｂと、テーブル５１ａ（またはテーブル５１ａ上に載置された半導体ウエハＷ）の温度を測定するための温度計５１ｃと、処理室５１内の圧力を測定するための圧力計５１ｄと、が設置される。
【００７５】
なお、ヒータ５１ｂによって加熱される半導体ウエハＷの温度は、半導体ウエハＷ上に形成された金属膜表面の酸化膜をマイナスイオンによって還元するのに適した温度に設定される。
【００７６】
マイナスイオンは、絶縁体である絶縁膜（低誘電率膜など）よりも、導体である金属膜に引きつけられやすいという性質を有する。しかし、マイナスイオンは高い反応性を有するので、半導体ウエハＷの温度が高すぎると、絶縁膜とマイナスイオンとの反応が無視できなくなる場合がある。また、半導体ウエハＷの温度が高すぎると、低誘電率膜などの膜質が劣化してしまう場合がある。一方、マイナスイオンが高い反応性を有していたとしても、半導体ウエハＷの温度が低すぎれば、還元反応が十分行われない場合がある。従って、ヒータ５１ｂによって加熱される半導体ウエハＷの温度は、３０〜２００℃、好ましくは１００〜１８０℃、さらに好ましくは１５０℃に設定される。
【００７７】
これにより、たとえ、絶縁膜にマイナスイオンが付着しても、絶縁膜とマイナスイオンとの反応は無視できる程度となり、また、電気的反発力によって、絶縁膜を１層のマイナスイオンで覆う以上のマイナスイオンが付着することが防止される。さらに、上記温度で半導体ウエハＷを加熱することにより、半導体ウエハＷ上に形成された低誘電率膜などの膜質劣化を防止することができる。
【００７８】
排気装置５２は、ガス排気管５４を介して処理室５１に接続される。排気装置５２は、排気ポンプ等を備え、処理室５１内のガスを排気し、処理室５１内の圧力を所定の圧力（例えば準大気圧）に設定する。
【００７９】
上記したように、マイナスイオンは、絶縁体である絶縁膜（低誘電率膜など）よりも、導体である金属膜に引きつけられやすいという性質を有する。このため、処理室５１内の圧力が大気圧程度であっても、マイナスイオンが金属膜表面に到達して還元反応が進行する。
【００８０】
制御装置２３は、マイクロコンピュータ等から構成され、半導体ウエハＷ上に形成された銅膜表面の亜酸化銅膜を還元する還元処理を実行するためのプログラムを記憶している。制御装置２３は、記憶しているプログラムに従って、還元装置全体の動作を制御し、半導体ウエハＷ上に形成された銅膜表面の亜酸化銅膜を還元する。
【００８１】
例えば、制御装置２３は、ヒータ４３を制御し、温度計４１の測定結果を用いて、処理室３１内の温度を所定温度に設定する。また、制御装置２３は、ガス排気装置３４を制御し、圧力計４２の測定結果を用いて、処理室３１内を所定の圧力に設定する。また、制御装置２３は、高圧電源３２を制御し、マイナスイオンソースＳに所定強さの電界を印加する。また、制御装置２３は、キャリアガス供給装置３５を制御してキャリアガスを供給し、マイナスイオンを還元ユニット２２に供給する。また、制御装置２３は、ヒータ５１ｂを制御し、温度計５１ｃの測定結果を用いて、半導体ウエハＷを所定温度に加熱する。また、制御装置２３は、ガス排気装置５２を制御し、圧力計５１ｄの測定結果を用いて、処理室５１内を所定の圧力に設定する。
【００８２】
次に、ヒータ４３が加熱するマイナスイオンソースＳの温度、高圧電源３２が印加する電圧の大きさ、および、ガス排気装置３４が設定する処理室３１内の圧力の大きさについて説明する。
【００８３】
マイナスイオンソースＳ内のマイナスイオンは、マイナスイオンソースＳを加熱して電界を印加することにより取り出される。この際、マイナスイオンソースＳの温度が低すぎると、マイナスイオンソースＳ中のマイナスイオンが活性化しないため、マイナスイオンを取り出すのが困難になる。一方、マイナスイオンソースＳの温度が高すぎると、活性化されたマイナスイオンが異常発生し、マイナスイオンソースＳが変性するおそれがある。さらに、加熱温度が高すぎると、処理室３１内に設置されるヒータ４３や電極などに、高い耐熱性を有する特殊なセラミックや金属等を用いなければならなくなる。
【００８４】
このため、ヒータ４３が加熱するマイナスイオンソースＳの温度は、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを容易に取り出すことが可能であり、一般的な金属などの材質を使用可能な温度、２５０〜１０００℃、好ましくは４００〜８００℃、さらに好ましくは７００℃に設定される。
【００８５】
以上のような好適な温度に加熱されたマイナスイオンソースＳに電界を印加することにより、マイナスイオンソースＳに含有されているマイナスイオンを取り出すことができる。
【００８６】
この際、印加される電界が弱すぎると、還元に必要な量のマイナスイオンを取り出すことができず、一方、強すぎると、必要以上のマイナスイオンが取り出される。
【００８７】
必要以上のマイナスイオンが取り出された場合、目的以外の部分（処理室３１の内壁および引出電極４６等）において生じるマイナスイオンとの反応が、還元処理に影響を与える場合がある。このため、マイナスイオンソースＳに印加する電界の強さは、必要なマイナスイオンの量（電流量）を得ることができる強さに設定される。
【００８８】
例えば、２００mmの半導体ウエハＷ上に形成された厚さ１nmのCu2O膜を還元する場合、２．７×１０−６molの水素化物イオンが必要である。このCu2O膜を実用的な処理時間（例えば１〜９分）で還元する場合、０．４７mA〜４．３mAの電流に相当するイオンの量が必要である。
【００８９】
マイナスイオンソースＳから得られる電流量は、マイナスイオンソースＳのサイズ（イオンが取り出される面の面積）が大きくなるほど大きく、また、印加する電界を強くするほど大きくなる。
【００９０】
例えば、マイナスイオンソースＳとして水素置換C12A7を用い、マイナスイオンソースＳを７００℃に加熱した場合、４００V/cmの電界を印加することにより約０．１μA/cm2の電流量を、１５００V/cmの電界により約１．０μA/cm2の電流量を得ることができる。
【００９１】
従って、マイナスイオンソースＳに印加される電界の強さ（即ち、高圧電源３２が印加する電圧の大きさ）は、マイナスイオンソースＳのサイズに応じて、上記した電流量（０．４７mA〜４．３mA）が得られるように設定される。
【００９２】
上記還元装置では、還元ユニット２２の処理室５１が準大気圧に設定されるため、マイナスイオンソースＳからマイナスイオンを取り出す際の処理室３１の雰囲気および圧力は、不活性ガス、もしくは原料（水素ガス）を含有する不活性ガスを用いて酸素を低減した雰囲気で、処理室５１より高い圧力に設定される。
例えば、マイナスイオンの生成室（処理室３１）の圧力は、１％水素含有Arガスを用いて０．９〜１．１×１０５Paとする。
【００９３】
この圧力の範囲では、マイナスイオン生成室内で放電を生じない、使用可能な印加電界範囲は、２００〜２０００V/cmとなる。このとき、生成できるイオン電流の範囲は、０．０５〜１．４μA/cm2となる。より好ましい範囲としては、４００〜１５００V/cmであり、このときのイオン電流は０．１〜１．０μA/cm2となる。
【００９４】
例えば、上記した２００mmの半導体ウエハＷ上に形成された厚さ１mmのCu2O膜を実用的な処理時間で還元するために必要なイオン電流０．４７〜４．３mAを引き出すのに対応する面積としては、上記の好ましい電界範囲より４７００〜１００００cm2の電極に対向するマイナスイオンソースＳの面積があればよい。具体的には、例えば直径が７７cmの円板状（面積約４７００cm2）とすれば、印加電界４００〜１５００V/cmの範囲で、イオン電流０．４７〜４．７mAを引き出せる。
【００９５】
次に、上記した還元装置の動作について説明する。
マイナスイオンソースＳは、処理室（マイナスイオン生成室）３１に予めセットされ、半導体ウエハＷは、処理室（ウエハ処理室）５１の図示せぬ搬送口からテーブル５１ａ上に載置される。
【００９６】
テーブル５１ａ上に半導体ウエハＷが載置されると、制御装置２３は、予め記憶しているプログラムに従って、イオン供給ユニット２１および還元ユニット２２の動作を制御し、以下に示す還元処理を行う。
【００９７】
具体的には、制御装置２３は、初めに、原料ガス供給装置３３を制御し、処理室３１内に原料ガスを供給すると共に、ガス排気装置３４を制御し、圧力計４２の測定結果を用いて、処理室３１内の圧力を所定の圧力（例えば１．１×１０５Pa（８２５Torr））に設定する。
【００９８】
この際、制御装置２３は、接触電極４４の背面側におけるガスの全圧、および原料ガスの分圧が、マイナスイオンソースＳの引出電極４６側における雰囲気の全圧、および原料ガスの分圧よりも高くなるように（例えば１％H2-Arガスを用いて全圧を１．２×１０５Pa（H2の分圧が１．２×１０３Pa））原料ガスを供給する。
【００９９】
そして、制御装置２３は、ヒータ４３を制御し、温度計４１の測定結果を用いて、接触電極４４上に載置されたマイナスイオンソースＳを約７００℃に加熱する。
続いて、制御装置２３は、キャリアガス供給装置３５を制御し、処理室３１内に所定の流量（例えば１％H2-Arを５００sccm）でキャリアガスを供給する。
【０１００】
その後、制御装置２３は、高圧電源３２を制御して、接触電極４４と引出電極４６との間に電圧を印加することにより、上記した強さの電界をマイナスイオンソースＳに印加する。
【０１０１】
これにより、マイナスイオンソースＳ内のマイナスイオンが印加された電界によって取り出される。取り出されたマイナスイオンは、引出電極４６を通過し、処理室３１内の上部を流通するキャリアガス（不活性ガス）によって、還元ユニット２２に搬送される。
【０１０２】
また、制御装置２３は、テーブル５１ａ上に半導体ウエハＷが載置された後、ヒータ５１ｂを制御し、温度計５１ｃによる測定結果を用いて、テーブル５１ａ上に載置された半導体ウエハＷを上記した所定温度に加熱する。
【０１０３】
続いて、制御装置２３は、ガス排気装置５２を制御し、圧力計５１ｄの測定結果を用いて、処理室５１内の圧力を準大気圧（例えば８×１０４〜９×１０４Ｐａ）に設定する。
【０１０４】
これにより、処理室５１内に供給されたマイナスイオンは、半導体ウエハＷ上に形成された主に金属膜（銅膜）の表面に付着し、金属膜表面の酸化膜（亜酸化銅膜）と反応する。具体的には、化学式１に示す反応によって、金属膜表面の酸化膜が還元される。
【０１０５】
（化１）
Ｃｕ２Ｏ＋２Ｈ−→２Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ↑
【０１０６】
還元処理が終了した半導体ウエハＷは、処理室５１の図示せぬ搬送口から取り出され、続いて、未処理の半導体ウエハＷが、処理室５１のテーブル５１ａ上に載置されて上記と同様に還元処理を施される。
【０１０７】
以上のように、水素化物イオン（Ｈ−）を用いることにより、低誘電率膜などの膜質変化が生じない低い温度で還元処理を実行することが可能となる。このため、製造される半導体装置の高い歩留まりを実現することができる。
【０１０８】
また、マイナスイオンは、絶縁膜よりも金属膜に引きつけられやすいという性質を有するので、準大気圧という高い圧力下であっても、特別の構成を備えることなく、金属膜の表面を選択的に処理することができる。
【０１０９】
また、準大気圧下で還元処理が行われるため、還元ユニット２２のガス排気装置５２を、高性能の排気ポンプ等で構成する必要がなく、装置コストを抑えることができる。
【０１１０】
また、マイナスイオンは、マイナスイオンソースＳを加熱して電界を印加するという簡単な方法で得ることができる。これにより、イオン供給ユニット２１を簡単な構成とすることができる。
【０１１１】
また、上記したように、マイナスイオンを用いた還元処理は、準大気圧下で実行可能である。このため、上記した還元装置を、複雑な圧力制御機構等を設けることなく、大気圧下で処理を実行する他の装置に搭載したり、組み合わせたりすることができる。例えば、上記した還元装置を、洗浄装置、メッキ装置およびウエハプローバ装置等に搭載して、または、組み合わせて、大気圧下で行われる洗浄処理、メッキ処理およびプローブ処理の前や後に上記した還元処理を行うことができる。
【０１１２】
また、図３では、還元ユニット２２の処理室５１におけるマイナスイオンの吹出口としてシャワーヘッド型のものを示したが、半導体ウエハのサイズや還元装置の設定等に応じて、ノズル型など他のものを用いてもよい。
【０１１３】
また、イオン供給ユニット２１の構成は、図３に示した構成に限らず、例えば図５（ａ）〜５（ｃ）に示すような構成であってもよい。
具体的には、マイナスイオンソースＳが図２（ａ）に示したような円盤状である場合、クランプ６１によってマイナスイオンソースＳを固定してもよい。この場合は、例えば図５（ａ）に示すように、マイナスイオンソースＳを垂直に設置することも可能である。
【０１１４】
また、図５（ａ）に示すように、ヒータ４３の代わりに、被覆ヒータ６２ａを内包する、TaまたはMoから形成される孔開き金属ホットプレート６２ｂが用いられてもよく、温度差を吸収する、中空の金属管６３上にホットプレート６２ｂが設置されてもよい。
【０１１５】
また、図５（ｂ）に示すように、ヒータ４３の代わりに、複数のランプ６４を設置し、ランプ６４の輻射熱によってマイナスイオンソースＳを加熱するようにしてもよい。この場合、接触電極４４とランプ６４との間には、光を透過する石英窓６５が設置される。また、輻射熱をマイナスイオンソースＳに集中させるために、ランプ６４の光を反射する反射板６６等が設置されてもよい。
【０１１６】
また、図５（ｃ）に示すように、マイクロ波を発生させるマイクロ波電源６７と、マイクロ波を伝搬させる導波管６８ａおよび円錐石英ガラス（導波管）６８ｂと、を設置し、マイクロ波によってマイナスイオンソースＳを加熱するようにしてもよい。この場合、円錐石英ガラス６８ｂと接触電極４４との間には、マイナスイオンソースＳの全面を均一に加熱するために、高いマイクロ波吸収率と高い熱伝導性を有するSiCやムライト（3Al2O3・2SiO2）等から形成される均熱板６９を設置しても良い。
【０１１７】
以上のようにイオン供給ユニット２１を構成しても、上記した実施の形態と同様に、マイナスイオンをマイナスイオンソースＳから取り出し、半導体ウエハＷ上に形成された金属膜表面の還元を行うことができる。
【０１１８】
また、上記した還元装置は、図６に示すように、１つのチャンバ内を、マイナスイオンを生成する領域（イオン生成室）７１とウエハを処理する領域（ウエハ処理室）７２に分割して構成しても良い。この場合、イオン生成室７１とウエハ処理室７２との間に引出電極４６が設置される。この場合の引出電極４６は、イオン生成室７１とウエハ処理室７２との間の圧力差を調整するコンダクタンス板としても機能する。また、高温のマイナスイオンソースＳが近い距離にあるため、半導体ウエハＷを保持するサセプタ７４はホットプレートではなくチルトプレートとし、半導体ウエハＷを１５０℃に保持する場合がある。
【０１１９】
なお、図７に示す構成は、２つのチャンバを一体的に接続することによって実現することも可能である。
図７のような構成にすれば、キャリアガスによる搬送距離が短く、水素化物イオンの失活を最小限に抑えることができる。
【０１２０】
また、上記した金属膜表面の還元方法は、銅膜表面の還元だけでなく、他の金属膜表面の還元に適用してもよい。例えば、アルミニウムなどの金属膜表面の還元に適用してもよい。
【０１２１】
また、上記したイオン取出ユニット２１は、図３に示したような枚葉式の処理チャンバだけでなく、バッチ式の処理チャンバに接続することも可能である。即ち、バッチ式の処理チャンバ内において、複数枚の半導体ウエハ上に形成された金属膜表面に、上記と同様の還元処理を施してもよい。
【０１２２】
また、上記実施の形態では、水素化物イオンを含有するマイナスイオンソースＳの例として水素置換C12A7を示したが、水素化物イオンを放出するマイナスイオンソースＳとしてこれ以外のものが用いられてもよい。
【０１２３】
水素化物イオンを放出するマイナスイオンソースＳとして使用可能なものには、例えば、水素置換マイエナイトや、上記した接触電極４４に使用可能な（１）プロトン伝導性を有するペロブスカイト型（ABO3）複酸化物にドープしたもの、および、（２）水素化物イオンを含有する物質などがある。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の実施の形態にかかるイオンソース生成装置の構成図である。
【図２】マイナスイオンソースとなる被処理体の形状を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる還元装置の構成図である。
【図４】還元装置を構成する接触電極の構成を示す図である。
【図５】還元装置の他の構成を示す図である。
【図６】還元装置の他の構成を示す図である。
【図７】基板上に形成された銅配線を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１１    処理容器
１１ａ  載置台
１１ｂ  蓋
１１ｃ  ガス供給管
１１ｄ  ガス排気管
１２    原料ガス供給装置
１３    ガス排気装置
１４    断熱容器
１５    ヒータ
１６    ヒータ制御装置
１７    制御装置
２１    イオン供給ユニット
２２    還元ユニット
３１    処理室
３１ａ  原料ガス供給管
３１ｂ  キャリアガス供給管
３１ｃ  ガス排気管
３１ｄ  イオン供給管
３２    高圧電源
３３    原料ガス供給装置
３４    ガス排気装置
３５    キャリアガス供給装置
４１    温度計
４２    圧力計
４３    ヒータ
４３ａ  ガス流路
４３ｂ  突起部材
４４    接触電極
４４ａ  開口
４５    電極支持部材
４６    引出電極
５１    処理室
５１ａ  テーブル
５１ｂ  ヒータ
５１ｃ  温度計
５１ｄ  圧力計
５２    ガス排気装置
６１    クランプ
６２ａ  被覆ヒータ
６２ｂ  ホットプレート
６３    金属管
６５    ランプ
６６    反射板
６７    マイクロ波電源
６８ａ  導波管
６８ｂ  円錐石英ガラス
６９    均熱板
【図１】
2005150632.tif 000003
【図２】
2005150632.tif 000004
【図３】
2005150632.tif 000005
【図４】
2005150632.tif 000006
【図５】
2005150632.tif 000007
【図６】
2005150632.tif 000008
【図７】
2005150632.tif 000009