(57)【要約】【課題】バリアメタルやＣｕなどの配線材料の層間絶縁膜への拡散を防ぐことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基体の上に、絶縁性の材料からなる薄膜を形成する工程と、前記薄膜に孔を開口する工程と、前記薄膜を、希ガスのプラズマの雰囲気に晒す工程と、前記孔に導電性材料を堆積する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。このようにすれば、層間絶縁膜の表面に改質層を形成することにより、バリアメタルや配線材料（Ｃｕ）の層間絶縁膜への拡散を確実且つ容易に防ぐことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の上に、絶縁性の材料からなる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜に孔を開口する工程と、
前記薄膜を、希ガスのプラズマの雰囲気に晒す工程と、
前記孔に導電性材料を堆積する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマの雰囲気に晒す工程の後であって、前記導電性材料を堆積する工程の前に、前記薄膜を加熱する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記薄膜を２００℃以上に加熱することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記希ガスとして、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンよりなる群から選択された少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記プラズマの雰囲気に晒す工程は、酸化シリコンが２ナノメータ以上エッチングされる条件において実施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁性の材料は、多孔質の材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記導電性材料は、銅を主成分とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の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、半導体装置の製造方法に関し、特に、層間絶縁膜を有しＣｕ（銅）配線を用いる半導体素子装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
６５ｎｍノード世代に代表される近年の半導体装置においては、配線での信号伝搬の遅延が素子動作を律速している。配線での遅延定数は、配線抵抗と配線間容量との積により表される。このため、配線抵抗を下げて素子動作を高速化するために、層間絶縁膜の材料として従来のＳｉＯ２よりも比誘電率の小さい材料が用いられ、配線材料として比抵抗の小さいＣｕ（銅）が用いられつつある。
【０００３】
Ｃｕ多層配線は、ダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法により形成されることが多い。
【０００４】
図１３は、ダマシン法の要部を表す工程断面図である。
すなわち、まず、同図（ａ）に表したように、シリコン（Ｓｉ）基板などの基体２００の上に、層間絶縁膜２２０を形成する。次に、図１３（ｂ）に表したように、層間絶縁膜２２０に孔Ｈを形成する。孔Ｈは、配線層のための配線溝や、ビア（ｖｉａ）のためのビア孔としての役割を有する。次に、図１３（ｃ）に表したように、孔Ｈの内壁にバリアメタル層２４０を形成する。さらに、図１３（ｄ）に表したように、配線材料としてＣｕ層２６０を埋め込む。ここで、Ｃｕ層２６０の埋め込みにあたっては、まず物理気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法などの方法によってＣｕを薄膜状に堆積し、そのＣｕ薄膜をカソード電極として電解鍍金法などにより埋め込みを実施する場合が多い。
【０００５】
また、ダマシン法においては、バリアメタル層２４０やＣｕ層２６０を堆積した後に、孔Ｈの外に堆積したバリアメタル２４０及びＣｕ層２６０を化学機械研磨（ケミカル・メカニカル・ポリッシング：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）によって除去することにより、図１３（ｄ）に表したような埋め込み構造を形成する。
【０００６】
ここで、バリアメタル層２４０は、シリコン基板などの基体２００に対するＣｕの拡散を防止し、層間絶縁膜２２０とＣｕ層２６０との密着性を向上させ、Ｃｕ層２６０の酸化を防止する役割を有する。
【０００７】
以上説明したような、層間絶縁膜を用いた配線構造を開示した文献として、例えば、非特許文献１及び２を挙げることができる。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｋ．  Ｍａｅｘ，  Ｍ．  Ｒ．  Ｂａｋｌａｎｏｖ，  Ｄ．  Ｓｈａｍｉｒｙａｎ，  Ｆ．  Ｉａｃｏｐｉ，  Ｓ．  Ｈ．  Ｂｒｏｎｇｅｒｓｍａ，  Ｚ．  Ｓ．  Ｙａｎｏｖｉｔｓｋａｙａ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ９３  （１１），  ｐｐ．８７９３−８８４１，  ２００３．
【非特許文献２】
Ｗ．  Ｂｅｓｌｉｎｇ，  Ａ．  Ｓａｔｔａ，  Ｊ．  Ｓｃｈｕｈｍａｃｈｅｒ，  Ｔ．  Ａｂｅｌｌ，  Ｖ．  Ｓｕｔｃｌｉｆｆｅ，  Ａ．−Ｍ．  Ｈｏｙａｓ，  Ｇ．  Ｂｅｙｅｒ，  Ｄ．  Ｇｒａｖｅｓｔｅｉｊｎ，  Ｋ．  Ｍａｅｘ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  ２００２  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  ｐｐ．２８８−２９１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
多孔質の絶縁体材料は、層間絶縁膜２２０のための低誘電率材料の有力候補である。しかし、これを用いてＣｕ多層配線構造を形成する場合に、バリアメタル堆積工程やＣｕ堆積工程で、バリアメタル材料やＣｕが多孔質の孔に入り込むことが問題となる。この場合、バリアメタルが多孔質の孔に入り込むと、バリアメタルの膜厚が薄くなるため、バリアメタルが有すべきＣｕの拡散の抑止能力が低下し、トランジスタなどの信頼性が低下する。また、バリアメタルやＣｕなどの金属が入り込むことによって、絶縁耐圧等の絶縁耐性も低下し、隣接する配線間での電流リーク等が生じ、配線による信号伝搬の信頼性が低下する。
【００１０】
近年、バリアメタルを薄膜化して配線抵抗やビア抵抗を低減することが検討されている。しかし、バリアメタルの形成方法として現在主流のＰＶＤ法は被覆率が悪く、現状でも配線溝やビア孔の側壁での膜厚が薄いため、これ以上の薄膜化するとバリア性や密着性を確保できなくなる。そのため、薄膜を被覆率良く形成するのが容易な化学気相成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法によりバリアメタルを形成することが求められている。しかし、ＣＶＤ法の場合、基板表面における分解反応によって薄膜の堆積が進行するため、多孔質の孔を経由した拡散がＰＶＤ法よりも生じやすく、この場合には多孔質の層間絶縁膜の配線溝やビア孔の側面の表面に存在する孔からの拡散防止が必須である。
【００１１】
この金属の拡散対策として、層間絶縁膜を加工後に、別の絶縁膜を堆積して孔を塞ぐ方法が検討されている。また、層間絶縁膜の加工に際し、加工中に発生する副生成物を配線溝やビア孔の側面に堆積することで、バリアメタルと接する面に開いた孔を塞ぐ方法が検討されている（例えば、非特許文献１）。しかし、この場合、新たな物質が介在することによる誘電率の実質的な上昇や孔サイズの変化などの問題が生ずるおそれがある。
【００１２】
一方、Ｎ２プラズマを用いたプラズマ処理により多孔質材料の空孔を塞ぐ方法が検討されている（例えば、非特許文献２）。しかし、Ｎ２プラズマ処理によって孔を塞ぐ方法による拡散防止効果を本発明者が検討した結果、層間絶縁膜の材料によっては効果が薄く、バリアメタルやＣｕの拡散が生じる場合があること明らかとなった。またさらに、Ｎ２プラズマ処理を施すと、層間絶縁膜の表面が窒化することにより誘電率が上昇するおそれがある。
【００１３】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、バリアメタルやＣｕなどの配線材料の層間絶縁膜への拡散を防ぐことができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、基体の上に、絶縁性の材料からなる薄膜を形成する工程と、前記薄膜に孔を開口する工程と、前記薄膜を、希ガスのプラズマの雰囲気に晒す工程と、前記孔に導電性材料を堆積する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
希ガスのプラズマの雰囲気に晒すことにより、絶縁性の材料からなる薄膜の表面に改質層が形成される。この改質層は、その上に形成される導電性材料の拡散を阻止し、絶縁膜の劣化やその他の各種の問題の発生を解消することができる。
【００１６】
また、前記プラズマの雰囲気に晒す工程の後であって、前記導電性材料を堆積する工程の前に、前記薄膜を加熱する工程をさらに備えたものとすれば、希ガスのプラズマの作用によって絶縁性の材料の表面で移動した原子が強固に再結合し、さらに良質の改質層を得ることが可能となる。
【００１７】
またこの場合、前記薄膜を２００℃以上に加熱することにより、改質層の品質を向上させる効果を得ることができる。
【００１８】
また、前記希ガスとして、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンよりなる群から選択された少なくともいずれかを用いることにより、改質層の形成をより確実なものとすることができる。
【００１９】
また、前記プラズマの雰囲気に晒す工程は、酸化シリコンが２ナノメータ以上エッチングされる条件において実施されるものとすれば、改質層を確実に形成することが可能となる。
【００２０】
また、前記絶縁性の材料は、多孔質の材料であるものとすれば、その誘電率を下げることができるので、導電性材料の拡散を抑制しつつ配線間の寄生容量などを抑制した高性能の半導体装置を製造することができる。
【００２１】
また、前記導電性材料は、銅を主成分とするものとすれば、配線やビアの寄生抵抗を下げて、より高性能の半導体装置の製造することができる。
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【００２４】
また、図２及び図３は、このフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
すなわち、本発明においては、絶縁膜の形成（ステップＳ１０２）、絶縁膜の加工（ステップＳ１０４）、希ガスによるプラズマ処理（ステップＳ１０６）、熱処理（ステップＳ１０８）、バリアメタルの形成（ステップＳ１１０）、配線材料の形成（ステップＳ１１２）という一連の工程を実施することができる。ただし、熱処理（ステップＳ１０８）は省略してもよい。また、後に詳述するように、使用される絶縁膜や配線材料などに応じて、バリアメタルの形成（ステップＳ１１０）を省略出来る場合もあり得る。
【００２５】
以下、図２及び図３を参照しつつ、その実施の形態について具体的に説明する。
【００２６】
まず、図２（ａ）に表したように、シリコン基板などの基体２００の上に絶縁膜２２０を形成する。絶縁膜２２０の材料としては、例えば、多孔質のメチルシルセスキオキサン（ｍｅｔｈｙｌ  ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ：ＭＳＱ）を用いることができる。また、その形成方法としては、例えば、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するスピン・オン・グラス（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）法を用いることができる。ＭＳＱの材料や形成条件などを適宜調節することにより、以下の物性値を有する多孔質の絶縁膜が得られる。
密度                  ：０．６８ｇ／ｃｍ３
空孔率                ：５４％
空孔の径の分布の最大値：１．９ｎｍ
比誘電率              ：１．８１
弾性率                ：１．６ＧＰａ
硬度                  ：０．１ＧＰａ
絶縁膜２２０を形成したら、次に、図２（ｂ）に表したように、孔Ｈを形成する。その形成方法としては、例えば、図示しないレジストマスクを形成し、露出した絶縁膜をエッチングした後に、レジストマスクをアッシングなどの方法により除去すればよい。
【００２７】
しかる後に、図２（ｃ）に表したように、絶縁膜２２０を希ガスのプラズマＰに晒す。例えば、アルゴン（Ａｒ）のプラズマを用い、削れ量が酸化シリコン（ＳｉＯ２）換算でおよそ２ナノメータ以上となるようにプラズマＰに晒す。その処理時間は、プラズマＰの密度にもよるが、概ね数秒〜数１０秒程度である。
【００２８】
ただし、プラズマＰに対して過度に晒すと、絶縁膜２２０が過度にエッチングされ、その膜厚が薄くなったり、孔Ｈの径が拡大する。従って、プラズマ処理の上限は、絶縁膜２２０の膜減りや孔Ｈの拡大が許容される範囲内とすることが望ましい。例えば、最新の半導体集積回路装置の場合、層間絶縁膜２２０の厚みは０．２〜０．３マイクロメータであり、ビアとしての孔Ｈの開口径は０．１マイクロメータ程度である。従って、この場合に、膜厚や開口径の変化の許容範囲を１０パーセントとすると、酸化シリコンに換算した削れ量で概ね１５ナノメータ程度をプラズマ処理の上限とすることができる。ただし、このようなプラズマ処理の上限は、製造すべきデバイスの構造パラメータや絶縁膜の材質などに応じて適宜決定することができる。
【００２９】
さて、このようにプラズマ処理を施したら、次に、熱処理を施す。すると、図２（ｄ）に表したように、層間絶縁膜２２０の表面に改質層２２０Ｍが形成される。プラズマＰによる効果は、孔Ｈの中にまで侵入するので、孔Ｈの内壁にも改質層２２０Ｍが形成される。熱処理の条件としては、例えば、不活性ガス雰囲気中で、４００℃で３０分間程度とすることができる。ただし、熱処理の条件についても、絶縁膜２２０の材質やプラズマ処理の条件などに応じて適宜決定することができる。本発明者の試作検討によれば、概ね２００℃以上において熱処理することにより、良好な改質層２２０Ｍが得られる傾向が認められた、また、熱処理温度の上限については、基体２００に形成した半導体素子など、他の各要素の熱による損傷を考慮して適宜決定することができる。
【００３０】
さらに、絶縁膜２２０の材質やプラズマ処理の条件などによっては、熱処理を省略してもよい場合もある。つまり、図２（ｃ）に表したプラズマ処理のみによって絶縁膜２２０の表面に改質層２２０Ｍを形成することも可能である。
【００３１】
このように改質層２２０Ｍを形成したら、次に、図３（ａ）に表したように、バリアメタル層２４０を堆積する。バリアメタルの材料としては、例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いることができる。また、その堆積方法としては、例えば、気相原子層成長（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ、あるいは  ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＣＶＤ法）やＣＶＤ法などを用いることができる。また一方、物理気相成長（ＰＶＤ）法を用いた場合、ＰＤＶ粒子はエネルギーが大きいために、層間絶縁膜２２０に打ち込まれてその内部に拡散するおそれがあるが、本発明においては、改質層２２０Ｍを設けたことにより、そのような膜中への拡散を抑止することができる。
【００３２】
しかる後に、図３（ｂ）に表したように、配線層２６０を堆積する。その材料としては、例えばＣｕを用いることができる。また、孔Ｈの中に埋め込むためには、前述したように、まずＰＶＤ法によりＣｕの薄膜を形成し、このＣｕ薄膜をカソード電極として、鍍金法によりＣｕを孔Ｈの中に埋め込むことができる。
【００３３】
この後、ＣＭＰ法により、絶縁膜２２０の表面に堆積された配線層２６０及びその下のバリアメタル層２４０を研磨除去して、図３（ｃ）に表した埋め込み構造が完成する。
【００３４】
以上説明した本発明の製造方法によれば、層間絶縁膜２２０の表面に改質層２２０Ｍを形成することにより、バリアメタルや配線材料（Ｃｕ）の層間絶縁膜への拡散を確実且つ容易に防ぐことができる。
【００３５】
図４乃至図６は、本発明において形成される改質層２２０Ｍの効果を説明するための模式図である。すなわち、図４は、比較例として改質層２２０Ｍが設けられていない場合の層間絶縁膜（Ｐ−ＭＳＱ）とバリアメタル層（ＢＭ）と配線層（Ｃｕ）との接合界面を表す断面図である。同図に例示した如く、層間絶縁膜には、その誘電率を効果的に下げるために、空孔Ｖが形成されている。
【００３６】
しかし、このように多孔質の層間絶縁膜とバリアメタル層とが直接的に接触していると、図５に表したように、バリアメタルが空孔を介して層間絶縁膜の中に拡散する。その結果として、バリアメタル層の膜厚が薄くなり、さらに連続的な薄膜状態を維持できなくなる場合もある。すると、配線層（Ｃｕ）のメタルも層間絶縁膜に拡散し、さらには半導体基板に拡散することよりトランジスタなどの信頼性が低下する。また、バリアメタルやＣｕなどの金属が入り込むことによって、層間絶縁膜の絶縁耐圧等の絶縁耐性も低下し、隣接する配線間での電流リーク等が生じ、配線による信号伝搬の信頼性が低下する。
【００３７】
これに対して、本発明によれば、層間絶縁膜の表面に改質層２２０Ｍを設けることにより、このようなバリアメタルあるいは配線材料の拡散を防止することができる。
【００３８】
図６は、本発明の製造方法により改質層２２０Ｍが形成された様子を例示する模式図である。改質層２２０Ｍを形成することにより、バリアメタル（ＢＭ）や配線層の材料（Ｃｕ）の絶縁膜２２０への拡散が阻止される。この理由は、プラズマ処理によって、層間絶縁膜２２０の表面で原子の移動が生じて空孔Ｖが塞がれ、さらにその後の熱処理によって、移動した原子と移動先の原子との間に強固な結合が形成されたためであると考えられる。つまり、空孔Ｖが塞がれて緻密な改質層２２０Ｍが表面に形成されることにより、バリアメタルや配線材料の拡散を確実に阻止することができたものと考えられる。
【００３９】
本発明者は、本発明によるプラズマ処理及び熱処理の効果を調べるために、これら処理を施したサンプルと施さないサンプルとを作成してその層内拡散を調べた。
【００４０】
図７は、プラズマ処理及び熱処理を施さない比較例において層間絶縁膜への元素の拡散状態を表すグラフ図である。
【００４１】
また、図８は、プラズマ処理及び熱処理を施した場合の拡散状態を表すグラフ図である。これらグラフにおいて、横軸は層間絶縁膜２２０とバリアメタル層２４０との界面からの距離を表し、縦軸は各元素の濃度を表す。またここで、プラズマ処理としては、Ａｒプラズマを用いてＳｉＯ２換算のエッチング量が２ｎｍとなる条件で行い、熱処理は、窒素雰囲気中で４００℃、３０分間とした。
【００４２】
いずれのサンプルにおいても、層間絶縁膜２２０としてはＭＳＱ、バリアメタル層２４０としてはＴａＮ、配線層２６０としてはＣｕを用いた。また、バリアメタル層２４０の厚みは１ナノメータとした。
【００４３】
図７に表した比較例の場合、配線材料のＣｕが界面から１０ナノメータの範囲にまで検出され、これに対応してシリコン（Ｓｉ）の濃度が低下している。つまり、バリアメタルの拡散阻止機能が大きく低下していることが分かる。
【００４４】
これに対して、図８に表した本発明のサンプルの場合、Ｃｕの濃度は、界面において急峻に低下し、絶縁膜中への拡散は殆ど観察されない。つまり、改質層２２０Ｍの作用によって、バリアメタルの拡散阻止機能が正常に維持されていることが分かる。
【００４５】
なお、前述した具体例においては、Ａｒプラズマを用いた処理を行ったが、本発明はこれに限定されず、その他、各種の希ガスのプラズマを用いて同様の効果が得られる。すなわち、アルゴン以外にも、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）などのプラズマを用いることが可能である。この場合、例えば、クリプトンやキセノンのように原子量が大きい元素のプラズマを適用すると、層間絶縁膜２２０の表面の原子に与えるエネルギーが大きくなるために、表面の改質効果が高くなると考えられる。
【００４６】
また、ヘリウム（Ｈｅ）のように原子量が小さい元素のプラズマを用いた場合、層間絶縁膜２２０の表面の原子に与えるエネルギーはやや小さいものとなる。しかし、例えば、層間絶縁膜２２０の孔Ｈの底に下層の配線層として銅（Ｃｕ）などが露出しているような場合、プラズマ処理に伴ってこれら下層の銅もスパッタされることとなる。このような場合、ヘリウム（Ｈｅ）のような軽元素のプラズマを用いると、下層の銅がスパッタされて孔Ｈの側壁に付着するという減少を抑制することができる。
【００４７】
従って、本発明においてプラズマ処理の際に用いる希ガスのガス種については、適用するデバイスの構造や形成条件などを考慮して適宜選択することができる。
【００４８】
また、前述した具体例においては、層間絶縁膜２２０の材料として多孔質のＭＳＱを用いた場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、その他の各種の絶縁膜に用いて同様の効果が得られる。特に、多孔質の低誘電率材料に本発明を適用した場合には、上述の如く顕著な効果が得られる。本発明において層間絶縁膜２２０の材料として用いることができるものとしては、例えば、各種のシルセスキオキサン化合物、ポリイミド、炭化フッ素（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）、ベンゾシクロブテンをはじめとする各種の絶縁性材料を挙げることができる。
【００４９】
また、配線層２６０の材料としても、Ｃｕ以外に、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金等の、半導体産業で用いられるＣｕを主成分とする材料を用いて同様の効果が得られる。またさらに、Ｃｕ系材料ではなく、アルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）等を主成分とする半導体産業で用いられる他の金属材料を用いた場合も、同様の効果が得られる。
【００５０】
一方、バリアメタル層２４０の材料としても、ＴａＮ以外に、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化窒化タングステン（ＷＣＮ）、窒化チタンシリケート（ＴｉＳｉＮ）、タンタル（Ｔａ）など、あるいはこれらのいずれか複数を積層させた多層膜としても同様の効果が得られる。
【００５１】
なお、多層配線構造などを形成する場合には、図２及び図３において基体２００は、下層の配線層と絶縁膜２２０とが形成されたものである。
【００５２】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えばエッチングストッパの形成、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれることは言うまでもない。
【００５３】
図９及び図１０は、本発明の変型例にかかる製造方法を表す工程断面図である。これらの図面については、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本変型例においては、図１０（ａ）に表した工程において、気相原子層成長（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ、あるいは  ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＣＶＤ法）によってＴａＮを堆積することにより、バリアメタル層２５０を形成する。前述したように、バリアメタル層をＡＬＤ法により形成した場合、ＰＶＤ法に比べて多孔質の低誘電率膜中への拡散が顕著となる。これに対して、本発明によれば、予めプラズマ処理並びに必要に応じて熱処理を施すことにより、層間絶縁膜２２０の表面に改質層２２０を形成することにより、バリアメタルの拡散を効果的に阻止することが可能となる。その結果として、ＡＬＤ法を用いたバリアメタル層２５０の形成が可能となる。
【００５４】
ＡＬＤ法は、膜厚の精密な制御が可能であり、極薄の薄膜を形成することができる。本変型例の場合、厚みが０．５ナノメータ程度の超薄膜状のバリアメタル層２５０を形成することができる。その結果として、Ｃｕなどの配線材料と比較して相対的に抵抗が高いバリアメタル層を薄膜化させ、集積密度を低下させることなく配線抵抗やビア抵抗を下げることができる。
【００５５】
図１１及び図１２は、本発明の第２の変型例にかかる製造方法を表す工程断面図である。これらの図面についても、図１乃至図１０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本変型例においては、図１２（ａ）に表した工程において、ＣＶＤ法によりタングステン（Ｗ）を堆積することにより配線層２７０を形成する。すなわち、バリアメタル層を設けずに、配線材料を直接形成する。しかる後に、ＣＭＰ法によって絶縁膜２２０の表面のタングステン層を研磨除去して、図１２（ｂ）に表したような埋め込み構造を得ることができる。
【００５６】
多孔質の低誘電率材料からなる層間絶縁膜は、現在のところＣｕ配線に対応して用いられることが多い。しかし、将来的には、タングステン（Ｗ）プラグについても、多孔質の低誘電率材料が適用されると考えられる。本発明によれば、このような場合に、改質層２２０Ｍを形成することにより、タングステンの拡散を確実且つ容易に阻止することができる。
【００５７】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００５８】
例えば、層間絶縁膜２２０の下に設けられる基体２００は、図示しない各種の半導体素子あるいは構造を有するものとすることができる。また、半導体基板ではなく、層間絶縁膜と配線層とを有する配線構造の上に、さらに層間絶縁膜２２０を形成してもよい。
【００５９】
さらに、層間絶縁膜の膜厚や、孔Ｈのサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００６０】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、希ガスのプラズマを用いたプラズマ処理によって、層間絶縁膜に対するバリアメタルや配線材料の拡散を確実且つ容易に阻止することができる。その結果として、多孔質の低誘電率材料を層間絶縁膜の材料として安定的に用いることができ、配線間の寄生容量を低減させた高性能且つ高集積度の半導体装置を実現することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図２】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図３】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図４】比較例として改質層２２０Ｍが設けられていない場合の層間絶縁膜（Ｐ−ＭＳＱ）とバリアメタル層（ＢＭ）と配線層（Ｃｕ）との接合界面を表す断面図である。
【図５】比較例において、バリアメタルが空孔を介して層間絶縁膜の中に拡散した様子を表す模式図である。
【図６】本発明の製造方法により改質層２２０Ｍが形成された様子を例示する模式図である。
【図７】プラズマ処理及び熱処理を施さない比較例において層間絶縁膜への元素の拡散状態を表すグラフ図である。
【図８】プラズマ処理及び熱処理を施した場合の拡散状態を表すグラフ図である。
【図９】本発明の変型例にかかる製造方法を表す工程断面図である。
【図１０】本発明の変型例にかかる製造方法を表す工程断面図である。
【図１１】本発明の第２の変型例にかかる製造方法を表す工程断面図である。
【図１２】本発明の第２の変型例にかかる製造方法を表す工程断面図である。
【図１３】ダマシン法の要部を表す工程断面図である。
【符号の説明】
２００  基体
２２０  層間絶縁膜
２２０Ｍ  改質層
２４０、２５０  バリアメタル層
２６０、２７０  配線層
Ｈ  孔
Ｐ  プラズマ
Ｖ  空孔
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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