(57)【要約】【課題】絶縁膜で覆われた銅層を半導体基板上に有する半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して絶縁膜を部分的に除去して銅層表面を露出させ、得られた半導体ウエハを大気へ暴露してから半導体ウエハを表面処理に供する場合であっても、銅層に対するコロージョンの発生を抑制し得る半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】フルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して絶縁膜（１４）を部分的に除去して銅層（１３）の表面を露出させた後、銅層（１３）を窒素プラズマ処理に供する。【選択図】      図３
2005116801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜で覆われた銅層を半導体基板上に有する半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して前記絶縁膜を部分的に除去することにより前記銅層表面を少なくとも部分的に露出させ、前記表面が少なくとも部分的に露出した銅層を窒素プラズマ処理に供し、前記窒素プラズマ処理された銅層を有する前記半導体ウエハを大気へ暴露し、しかる後該半導体ウエハを表面処理に供することを包含する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の絶縁膜で覆われた導電層と、前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の絶縁膜の表面を部分的に露出する開口を有する第２の絶縁膜を半導体基板上に備える半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して前記第１の絶縁膜を部分的に除去することにより前記導電層の表面を少なくとも部分的に露出させ、前記第２の絶縁膜の表面を窒素プラズマ処理に供し、前記窒素プラズマ処理に供された第２の絶縁膜を有する前記半導体ウエハを大気へ暴露し、しかる後該半導体ウエハを表面処理に供することを包含する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記導電層が、銅で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記窒素プラズマ処理により、前記第２の絶縁膜表面が窒化される請求項２または３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜が、フッ素含有酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記窒素プラズマを窒素ガス含有プラズマ発生ガスから発生させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記プラズマ発生ガスが、水素ガスフリーであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記プラズマ発生ガスが、窒素ガス単独、または窒素ガスと希ガスとの混合物からなることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ドライエッチングと前記窒素プラズマ処理を同じチャンバ内で行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記ドライエッチングを第１のチャンバ内で行った後、前記半導体ウエハを大気に暴露することなく、第１のチャンバとは異なる第２のチャンバに移送し、前記第２のチャンバ内で前記窒素プラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記表面処理が、ウエット処理であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置における配線技術として、配線工程を簡略化し、配線の歩留まりや信頼性を向上させるために、ダマシン法が用いられている。また、配線の低抵抗化のために、配線材料として銅が使用されている。
【０００３】
例えば、半導体基板上に多層銅配線を形成するために、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に配線溝を形成し、この配線溝を埋めて銅配線材料層を形成し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により銅配線材料層を平坦化し、第１の銅ダマシン配線層を形成する。次に、この第１の銅ダマシン配線層を覆ってバリア／エッチストップ絶縁膜を堆積し、その上に第２の層間絶縁膜を形成する。ついで、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術およびアッシング技術を用いて、第２の層間絶縁膜を貫通しバリア／エッチストップ絶縁膜を露出させるビアホールと第２の銅ダマシン配線層を形成するトレンチとを順次形成形成する。バリア／エッチストップ絶縁膜をフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングにより除去し、第１の銅ダマシン配線層の表面を露出させる。しかる後、ビアホールおよびトレンチ内に銅配線材料を堆積させ、接続プラグと第２の銅ダマシン配線層を形成する。このような銅ダマシン配線層を形成する方法は、例えば、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】米国特許第６３２３１２１Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バリア／エッチストップ絶縁膜をフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングにより除去した後、銅を堆積させる前に、半導体ウエハ表面を例えばウエット処理により浄化することがしばしば行われる。そのような表面処理を行うためには、ドライエッチング終了後、ドライエッチング装置から半導体ウエハを取り出し、表面処理工程に移行させる。従って、ドライエッチング装置から半導体ウエハを取り出す際、半導体ウエハの露出した銅ダマシン配線層表面は、大気に暴露される。
【０００５】
銅金属は、周知のように、コロージョンに対して保護膜となるような安定で緻密な酸化膜をその表面に生成させにくい材料である。そのため、銅ダマシン配線層表面を大気に暴露するとコロージョンが発生し、しかもそのコロージョン反応を停止させることは困難である。また、フルオロカーボン系エッチングガスを用いたドライエッチングにおいては、通常、オーバーエッチングを行うので、銅ダマシン配線層上をフルオロカーボン系エッチングガスのプラズマに曝すこととなり、銅ダマシン配線層上にフルオロカーボン系堆積物が堆積し、銅表面にフッ素を付着させる結果となる。銅のコロージョン反応（酸化反応）はフッ素のように電気陰性度の高いハロゲンが存在した場合には、大気中の水分と反応してさらに急激に進行することが予想される。
【０００６】
コロージョンにより生成した銅酸化物は、銅ダマシン配線層の体積を増加させるとともに、銅ダマシン配線層中の金属銅を減少させ、銅やタングステンの埋め込み時に埋め込み不良、コンタクト不良を生じさせ、銅ダマシン配線層を変形させる恐れがある。加えて、銅酸化物が後のクリーニング処理により除去されることにより、ボイドを生じ、このボイドが埋め込み配線材料を埋め込んでもそのまま残存し、コンタクト不良をもたらし得る。こうして、電気回路的にオープンやコンタクトの高抵抗化を引き起こす。これらの現象は、デバイスの歩留まりや信頼性を低下させる。
【０００７】
銅ダマシン配線層にフッ素が接触する原因は、銅ダマシン配線層表面上でのフルオロカーボン系堆積物以外にもあり得る。すなわち、銅ダマシン配線層上のバリア／エッチストップ絶縁膜をフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングによって部分的に除去する際、バリア／エッチストップ絶縁膜上に形成された層間絶縁膜の表面全体にもフルオロカーボン系堆積物が付着する。これを大気に暴露すると、層間絶縁膜表面からフッ素が放出され、銅ダマシン配線層上に再付着することにより、銅のコロージョンを誘発することもある。また、バリア／エッチストップ絶縁膜上に形成された層間絶縁膜が特にフッ素含有二酸化シリコンからなる場合は、膜中からもフッ素が脱離して銅のコロージョンをさらに加速させるおそれがある。
従って、本発明は、絶縁膜で覆われた銅層等の導電層を半導体基板上に有する半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して絶縁膜を部分的に除去することにより導電層表面を露出させ、得られた半導体ウエハを大気へ暴露してから半導体ウエハを表面処理に供する場合であっても、導電層に対するコロージョンの発生を抑制し得る半導体装置の製造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】
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、絶縁膜で覆われた銅層を半導体基板上に有する半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して前記絶縁膜を部分的に除去することにより前記銅層表面を少なくとも部分的に露出させ、前記表面が少なくとも部分的に露出した銅層を窒素プラズマ処理に供し、前記窒素プラズマ処理された銅層を有する前記半導体ウエハを大気へ暴露し、しかる後該半導体ウエハを表面処理に供することを包含する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第２の側面によれば、第１の絶縁膜で覆われた導電層と、前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の絶縁膜の表面を部分的に露出する開口を有する第２の絶縁膜を半導体基板上に備える半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して前記第１の絶縁膜を部分的に除去することにより前記導電層の表面を少なくとも部分的に露出させ、前記第２の絶縁膜の表面を窒素プラズマ処理に供し、前記窒素プラズマ処理に供された第２の絶縁膜を有する前記半導体ウエハを大気へ暴露し、しかる後該半導体ウエハを表面処理に供することを包含する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、絶縁膜で覆われた導電層を半導体基板上に有する半導体ウエハをフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供して絶縁膜を部分的に除去し、それにより導電層表面を露出させ、得られた半導体ウエハを大気へ暴露してから半導体ウエハを表面処理に供しても、導電層に対するコロージョンの発生を抑制し得る半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者らは、銅ダマシン配線層や接続プラグのような導電層を覆うバリア／エッチストップ絶縁膜のような絶縁膜をフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングに供してバリア／エッチストップ絶縁膜を部分的に除去して導電層表面を露出させた場合、この露出した導電層表面に対して行われる窒素プラズマ処理は、導電層を大気と接触させた際に生じる、導電層上に堆積されたフルオロカーボン系堆積物からのフッ素による導電層のコロージョンを抑制できることを見いだした。すなわち、本発明の第１の側面によれば、半導体ウエハの表面処理を行うために半導体ウエハを大気に暴露させる前に、銅ダマシン配線層や接続プラグのような導電層を窒素プラズマ処理に供する。
【００１２】
また、通常、上記バリア／エッチストップ絶縁膜の部分的除去は、バリア／エッチストップ絶縁膜上に形成され、バリア／エッチストップ絶縁膜を部分的に露出する開口（ビアホールや配線溝（トレンチ）等）を設けた層間絶縁膜のような第２の絶縁膜をマスクとして用いて行われる。すると、上記窒素プラズマ処理は、別の側面から見ると、この第２の絶縁膜表面に対しても行われることとなるが、この第２の絶縁膜表面に対して行われる窒素プラズマ処理は、フルオロカーボン系ガスからのプラズマに曝された第２の絶縁膜からのフッ素の導電層表面への再付着を防止して、導電層を大気と接触させた際に生じる導電層のコロージョンを抑制できることを見いだした。すなわち、本発明の第２の側面によれば、半導体ウエハの表面処理を行うために半導体ウエハを大気に暴露させる前に、上記層間絶縁膜のような第２の絶縁膜表面を窒素プラズマ処理に供する。
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１〜図４は、本発明の１つの実施の形態に従ってデュアルダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１５】
図１に示すように、種々の半導体素子（図示せず）が形成されたシリコン基板のような半導体基板１１上に設けられた第１の層間絶縁膜１２内に形成された銅ダマシン配線層１３を有する半導体ウエハを準備する。銅ダマシン配線層１３は、通常の銅配線材料の堆積法（スパッタリングおよび／またはめっき技術による）および通常のＣＭＰ技術により、第１の層間絶縁膜１２内のトレンチ（配線溝）１２１内に形成することができる。通常、銅ダマシン配線層１３は、接続プラグを介して半導体基板１１上の半導体素子と電気的に接続される（図示せず）。第１の層間絶縁膜１２および銅ダマシン配線層１３の表面上に、バリア／エッチストップ絶縁膜１４が形成される。バリア／エッチストップ絶縁膜１４は、１つの実施の形態において、例えば窒化シリコンにより形成することができる。バリア／エッチストップ絶縁膜１４は、例えば、２０〜１００ｎｍの厚さを有し得る。バリア／エッチストップ絶縁膜１４上に、第２の層間絶縁膜１５を形成する。第２の層間絶縁膜１５は、１つの実施の形態において、二酸化シリコン、フッ素含有二酸化シリコン（ＦＳＧ）、ｌｏｗ−ｋ材料またはテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）から形成することができるし、それらの積層膜で形成することもできる。第２の層間絶縁膜１５は、例えば、８００〜１２００ｎｍの厚さを有し得る。
【００１６】
第２の層間絶縁膜１５には、第２の層間絶縁膜１５を貫通し、バリア／エッチストップ膜１４の表面を部分的に露出するビアホール１５１を、通常のフォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術およびアッシング技術を用いて形成する。
【００１７】
しかる後、図２に示すように、通常のフォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術およびアッシング技術を用いて、ビアホール１５１と連通し、第２の層間絶縁膜１５表面に開口するトレンチ（配線溝）１５２を第２の層間絶縁膜１５の上部分に設ける。図２では、１つのトレンチ１５２のみが見られるが、複数のトレンチを同時に設けることができる。
【００１８】
次に、図３に示すように、ＣＦ4、ＣＨＦ3等のフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチング技術を用いて、バリア／エッチストップ膜１４に開口１４１を形成し、銅ダマシン配線層１３の表面を部分的に露出させる。
【００１９】
ついで、銅ダマシン配線層１３表面を窒素プラズマ処理に供する。１つの実施の形態において、この窒素プラズマ処理は、２周波重畳型並行平板ＲＩＥ装置を用いて、圧力４．０〜６．５Ｐａ、高周波パワー４００〜６００Ｗ、低周波パワー８０〜１２０Ｗ、窒素ガス流量１８０〜２６０ｓｃｃｍという条件の下で窒素ガス含有プラズマ発生ガスから窒素プラズマを生成させて行うことができる。プラズマ発生ガスは、窒素ガス単独、または窒素ガスとアルゴンのような希ガスとの混合物からなることができる。アルゴン等の希ガスは、例えば、４０ｓｃｃｍ〜６０ｓｃｃｍの流量で用いることができる。なお、窒素供給源およびアルゴン等の希ガス供給源は、通常、ドライエッチング装置に接続されているので、装置に新たなコストを追加させないで済む。
【００２０】
窒素プラズマ処理は、露出した銅ダマシン配線層１３を有する図３の半導体ウエハ構造を大気に暴露することなく行う。そうするためには、真空を維持した状態で、バリア／エッチストップ絶縁膜１４の加工（開口１４１の形成）に使用したチャンバと同一チャンバ内で、窒素プラズマ処理を行うことができる。しかしながら、窒素プラズマ処理は、露出した銅ダマシン配線層１３を有する図３の半導体ウエハ構造を、大気に暴露することなく、真空搬送によってまたは窒素ガス等の不活性ガスでパージして水分の混入を抑えながら搬送することによって、別のチャンバに移し、当該別のチャンバ内で行うこともできる。バリア／エッチストップ絶縁膜１４を加工（開口１４１を形成）したチャンバの内壁には、当該加工に使用したフルオロカーボン系の堆積物等様々な生成物が付着しており、この中で窒素プラズマを発生させると、プラズマが例えばチャンバ内壁のフルオロカーボン系堆積物をアタックすることにより、比較的多量の炭素を銅ダマシン配線層１３上に堆積させる可能性がある。このように銅表面のプラズマ処理中におけるチャンバ内壁の影響が銅表面のプラズマ処理能力を不安定にする懸念があるので、窒素プラズマ処理は、バリア／エッチストップ絶縁膜１４の加工（開口１４１の形成）に使用したチャンバとは別の（クリーンな）チャンバに移してから、行うことが望ましい。
【００２１】
こうして窒素プラズマ処理を行うことにより、その後、半導体ウエハを大気に暴露しても、銅ダマシン配線層のコロージョンが抑制される。そのメカニズムの詳細は不明であるが、フルオロカーボン系ガスによるオーバーエッチング後に銅ダマシン配線層上に付着したフルオロカーボン系堆積物中の炭素と窒素が反応して極薄いＣ−Ｎ系の生成物を形成するか、窒素が銅と反応してＣｕ−Ｎ系の生成物を形成することにより、フッ素と大気中の水分による銅のコロージョン反応をブロックしているものと予想される。また、以下記述する例１にも示されているように、窒素プラズマの代わりに、酸素／アルゴン混合ガスによるプラズマ処理を用いてもコロージョンが抑制できない。また、窒素プラズマ処理の代わりに水素ガスを用いたプラズマ処理を行った場合には、銅表面のフルオロカーボン系の膜が除去され、無垢の銅が露出し、表面に保護層を形成しないことが予想され、大気中のコロージョンは抑制できないと推測される。従って、窒素プラズマ発生ガスは、酸素ガスおよび／または水素ガスフリーであることが望ましい。また、窒素ガスと希ガスからなるプラズマ発生ガスを用いた場合、希ガスは、いずれの化学反応をも生じさせず、銅ダマシン配線層の表面部分をスパッタリングするのみであるので、形成されると予想されるＣｕ−Ｎ系生成物やＣ−Ｎ系生成物の量を制御できると考えられる。
【００２２】
このようにして窒素プラズマ処理を施した図３の半導体ウエハ構造を窒素プラズマ処理装置から大気中に取り出してから、表面処理セクション（図示せず）に搬送し、そこで表面処理を行う。通常、この表面処理は、窒素プラズマ処理に供した銅ダマシン配線層表面を含む半導体ウエハの表面クリーニングを行うものであり、例えば、希フッ酸、希硫酸、リン酸のようなウエット剤を用いたウエットエッチングによるものである。
【００２３】
こうして表面クリーニングされた半導体ウエハに対し、通常のスパッタリング技術および／またはめっき技術を用いた銅配線材料の堆積法および通常のＣＭＰ技術により、バリア／エッチストップ絶縁膜１４内の開口１４１を通じて銅ダマシン配線層１３と接続するビアホール１５１内のビアプラグ（接続プラグ）１６１とトレンチ１５２内の第２のダマシン配線層１６２を連続して形成し、一体のビアプラグ１６１とダマシン配線層１６２からなる銅デュアルダマシン配線層１６を有する半導体装置を提供することができる（図４）。
【００２４】
図５〜図９は、本発明の別の実施の形態に従って多層ダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を工程順に示す概略断面図である。
【００２５】
図５に示すように、図１に示す半導体基板１１と同様の半導体基板２１上に設けられた、図１に示す第１の層間絶縁膜１２と同様の第１の層間絶縁膜２２内に形成されたトレンチ（配線溝）２２１内に埋め込まれた銅ダマシン配線層２３を有する半導体ウエハを準備する。第１の層間絶縁膜２２および銅ダマシン配線層２３の表面上に、図１に示すバリア／エッチストップ絶縁膜１４と同様のバリア／エッチストップ絶縁膜２４を形成する。バリア／エッチストップ絶縁膜２４上に、第２の層間絶縁膜２５を形成する。第２の層間絶縁膜２５は、図１に示す第２の層間絶縁膜１５と同様に形成することができる。第２の層間絶縁膜１５の厚さは、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍであり得る。第２の層間絶縁膜２５には、第２の層間絶縁膜２５を貫通し、バリア／エッチストップ絶縁膜２４の表面を露出するビアホール２５１を、図１に示すビアホール１５１と同様に形成する。
【００２６】
ついで、第１のバリア／エッチストップ絶縁膜２４に、図３に示す開口１４１と同様にして開口２４１を形成し、必要に応じて図３に示す銅ダマシン配線層１３に適用したのと同様の窒素プラズマ処理、大気暴露および表面クリーニング処理を銅ダマシン配線層２３に供した後、スパッタリング技術および／またはめっき技術を用いて銅からなる導電性プラグ材料を堆積し、通常のＣＭＰ技術を用いてビアプラグ２６をビアホール２５１内に形成する（図６）。
【００２７】
次に、第２の層間絶縁膜２５およびビアプラグ２６上にわたって、第２のバリア／エッチストップ絶縁膜２７および第３の層間絶縁膜２８を順次堆積する。バリア／エッチストップ絶縁膜２７および第３の層間絶縁膜２８は、それぞれ、第２のバリア／エッチストップ絶縁膜２４および第２の層間絶縁膜２５と同様に形成することができる。第３の層間絶縁膜２８は、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍの厚さを有し得る。ついで、フォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術およびアッシング技術を用いて、第３の層間絶縁膜２８内に、第２のバリア／エッチストップ絶縁膜２７表面を部分的に露出するトレンチ（配線溝）２８１を形成する（図７）。図７には、１つのトレンチ２８１が見られるが、複数のトレンチを同時に形成することができる。
【００２８】
しかる後、ＣＦ4、ＣＨＦ3などのガスを用いたドライエッチング技術を用いて、ビアプラグ２６の全表面およびビアプラグ２６の周囲に位置する第２の層間絶縁膜２５の部分の表面を露出する開口２７１を第２のバリア／エッチストップ絶縁膜２７に設ける（図８）。
【００２９】
ついで、先に説明した通りの窒素プラズマ処理、大気暴露および表面クリーニング処理を行った後、スパッタリング技術および／またはめっき技術を用いて、トレンチ２８１を埋め、第３の層間絶縁膜２８表面上にわたって、銅配線材料を堆積し、通常のＣＭＰ技術を用いて銅配線材料層を研磨し、銅シングルダマシン配線層２９を形成することにより、銅多層配線を提供する（図９）。
【００３０】
さて、図１〜図４および図５〜図９に関し、窒素プラズマ処理を銅ダマシン配線またはビアプラグ表面に対するものとして説明した。しかしながら、フルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングによるバリア／エッチストップ絶縁膜１４または２７中の開口１４１または２７１の形成時には、バリア／エッチストップ絶縁膜１４または２７上に、バリア／エッチストップ絶縁膜１４または２７を部分的に露出する開口（ビアホール１５１またはトレンチ２８１）を設けた層間絶縁膜１５または２８が形成されている。従って、ビアホール１５１またはトレンチ２８１の内面を含む層間絶縁膜１５または２８の露出表面は、上記フルオロカーボン系グガスを用いたドライエッチング雰囲気に曝されるとともに上記窒素プラズマ処理にも供される。
【００３１】
バリア／エッチストップ絶縁膜１４または２７をフルオロカーボン系ガスを用いたドライエッチングによって部分的に除去する際には、層間絶縁膜１５または２８の露出表面全体にフルオロカーボン系堆積物が付着する。これを大気に暴露すると、層間絶縁膜１５または２８の表面からフッ素が放出され、銅ダマシン配線層またはビアプラグ上に再付着することにより、銅のコロージョンを誘発することもある。しかしながら、この層間絶縁膜１５または２８の露出表面に対する上記窒素プラズマ処理により、層間絶縁膜１５または２８の露出表面が窒化され、フッ素の放出が大幅に抑制され、銅のコロージョンがより一層低減される。さらに、層間絶縁膜１５または２８がフッ素含有二酸化シリコンで形成される場合は、窒素プラズマ処理により、層間絶縁膜１５または２８の表面を窒化することで、膜中からのフッ素の脱離をも抑えることができ、銅のコロージョンを低減するうえで非常に有効となる。なお、窒化プラズマ処理後の表面クリーニング処理を希フッ酸を用いて行うことにより、層間絶縁膜１５または２８の表面に形成された極薄い窒化層を除去することができ、その結果配線間容量は影響されない。
【００３２】
以上、本発明の種々の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、１の実施の形態の一部として説明された事項は、他の実施の形態またはその一部と組み合わせてさらなる実施の形態とすることができる。
【実施例】
【００３３】
例１
本例では、銅表面を窒素プラズマ処理することによって銅のコロージョンを抑制し得ることを確認するための実験を行った。
【００３４】
図２に示す構造のウエハを準備した。バリア／エッチストップ絶縁膜１４は窒化シリコンで形成され、７０ｎｍの厚さを有し、第２の層間絶縁膜１５はフッ素含有二酸化シリコンで形成され、１０００ｎｍ程度の厚さを有するものであった。バリア／エッチストップ絶縁膜１４をＣＦ4ガスを用いたドライエッチングによりオーバーエッチングをかけて部分的に除去して銅ダマシン配線層１３を部分的に露出させた後、同一チャンバ内にて、表１に示すように、プラズマ発生ガスを変えてプラズマ処理を行い、大気中に数日間暴露した後、走査型電子顕微鏡によって銅ダマシン配線層１３の表面の酸化状態を観察し、銅酸化物生成量（コロージョンの度合い）を評価した。表１に結果を併記する。表１には、プラズマ処理を行わなかった例も示す。
【表１】
2005116801.tif 000003
【００３５】
表１に示す結果より、バリア／エッチストップ絶縁膜１４をＣＦ4系ガスによるドライエッチングにより除去し銅ダマシン配線層を露出させた後、プラズマ処理を行わずに、ダマシン配線層を大気に放置すると、銅のコロージョンが激しく起こることが確認できる。また、ドライエッチングで露出した銅ダマシン配線層を酸素／アルゴン混合ガスによるプラズマ処理に供した後、大気中に暴露しても、銅コロージョンは抑制されないことも確認できる。これに対し、ドライエッチングで露出した銅ダマシン配線層を窒素ガスまたは窒素／アルゴン混合ガスによる窒素プラズマ処理に供すると、大気暴露による銅コロージョンが抑制されていることが明らかとなった。
【００３６】
また、上述のようにプラズマ処理の有無とプラズマ発生ガスを変えて処理を行った半導体ウエハに対して、銅ダマシン配線層を形成し、ビアチェーンの抵抗バラツキを測定した。その結果を図１０に示す。この結果より、プラズマ処理なし、および酸素／アルゴン（Ｏ2／Ａｒ）混合ガスによるプラズマ処理を行ったものについてはビアチェーンの抵抗値バラツキが大きく、窒素（Ｎ2）ガスまたは窒素／アルゴン（Ｎ2／Ａｒ）混合ガスによるプラズマ処理を行ったものについてはビアチェーンの抵抗バラツキが非常に小さいことが明らかとなった。前述の走査型電子顕微鏡での評価結果より、この抵抗バラツキの差異の原因は大気中での銅コロージョンであることが明らかである。
【００３７】
例２
実験用サンプルとして、シリコン基板上に、フッ素含有二酸化シリコン（以下ＦＳＧと表記する）膜、フッ素を含まない二酸化シリコン（以下ＳｉＯ2と表記する）膜をそれぞれ約５００〜１０００ｎｍの厚さに形成し、これらの酸化シリコン膜表面をＣＦ4ガスを用いたドライエッチング処理に供した。ドライエッチング後、大気に暴露することなく、窒素プラズマ処理を行った場合と行わなかった場合について、それぞれ、大気暴露後の酸化シリコン膜表面からのフッ素放出量を測定した。この結果を図１１に示す。図１１において、線ａは、窒素プラズマ処理を行わなかったＦＳＧについての結果を示し、線ｂは、窒素プラズマ処理を行わなかったＳｉＯ2についての結果を示し、線ｃは、窒素プラズマ処理を行ったＦＳＧについての結果を示し、線ｄは、窒素プラズマ処理を行ったＳｉＯ2についての結果を示す。
【００３８】
図１１より、ＦＳＧ、ＳｉＯ2ともに、窒素プラズマ処理を行っていない場合には、大気暴露中にフッ素が多量に放出されていることが明らかであり、特に大気暴露初期にフッ素放出量が多いことがわかる（線ａ、線ｂ）。ＳｉＯ2の場合には、フルオロカーボン系のドライエッチングによって付着したフッ素が放出されていると考えられ、ＦＳＧの場合にはそれに加えて、ＦＳＧ自体に本来含まれているフッ素も放出されている可能性がある。これに対し、窒素プラズマ処理を行った場合の結果をみると、フッ素の放出がほぼ完全に抑制されていることが確認できる（線ｃ、線ｄ）。すなわち、窒素プラズマ処理を行うことにより、フルオロカーボン系ドライエッチングによって付着した酸化シリコン膜上のフッ素や、酸化シリコン膜中に含まれるフッ素の大気中への放出を抑制することが可能であることが明らかとなった。
【００３９】
さらに、上記フルオロカーボン系のドライエッチングに続いて窒素プラズマ処理を行ったＦＳＧ表面をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）法により分析した結果を図１２に示す。図１２に見られるように、Ｎ１ｓスペクトルにおいてＳｉ−Ｎの結合が確認され、シリコン酸化物表面が窒化していることが明らかとなった。よって、前述のフッ素放出の抑制はこの表面の窒化層に起因していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の１つの実施の形態に従ってデュアルダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図２】本発明の１つの実施の形態に従ってデュアルダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図３】本発明の１つの実施の形態に従ってデュアルダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図４】本発明の１つの実施の形態に従ってデュアルダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図５】本発明の他の実施の形態に従ってダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図６】本発明の他の実施の形態に従ってダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図７】本発明の他の実施の形態に従ってダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図８】本発明の他の実施の形態に従ってダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図９】本発明の他の実施の形態に従ってダマシン配線層を有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図１０】フルオロカーボン系のドライエッチングに続いて各種プラズマ発生ガスからのプラズマによる処理を経て銅ダマシン配線層を形成した場合のビアチェーン抵抗のバラツキを、プラズマ処理を行わなかった場合のビアチェーン抵抗のバラツキとともに示すグラフ。
【図１１】フルオロカーボン系のドライエッチングに続いて各種酸化シリコン絶縁膜に対し窒素プラズマ処理を行った場合と行わなかった場合におけるフッ素放出量を示すグラフ。
【図１２】フルオロカーボン系のドライエッチングに続いて窒素プラズマ処理を行ったフッ素含有二酸化シリコン膜表面のＸＰＳ法によるＮｓ１スペクトル。
【符号の説明】
【００４１】
１１，２１…半導体基板
１２，１５，２２，２５，２８…層間絶縁膜
１３，１６２，２３，２９…銅ダマシン配線層
１４，２４，２７…バリア／エッチストップ絶縁膜
１６１，２６…ビアプラグ
１５１，２５１…ビアホール
１２１，２２１，１５２，２８１…トレンチ
【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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