(57)【要約】【課題】  埋込配線の形成方法に関し、信頼性が高く且つ抵抗上昇が発生しない歩留りの高い埋込多層配線を提供する。【解決手段】  配線溝孔３に埋め込んだ導電体層を研磨して埋込配線４を研磨したのち、気体状態の有機系ガス５により前記埋込配線４の露出部表面の清浄化・熱処理を行う。【選択図】          図１
2007227706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線溝孔に埋め込んだ導電体層を研磨して埋込配線を研磨したのち、気体状態の有機系ガスにより前記埋込配線の露出部表面の清浄化・熱処理を行う工程を有することを特徴とする埋込配線の形成方法。
【請求項２】
上記有機系ガスがカルボン酸を有することを特徴とする請求項１記載の埋込配線の形成方法。
【請求項３】
上記カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸或いは酪酸の内のいずれか１種であるであることを特徴とする請求項２記載の埋込配線の形成方法。
【請求項４】
上記有機系ガスがアルコール類であることを特徴とする請求項１記載の埋込配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は埋込配線の形成方法に関するものであり、特に、ダマシン構造を有する半導体装置の銅配線研磨後の残渣やメタル異物をダメージなく除去するとともに、絶縁耐圧特性、配線間耐リーク性、ＴＤＢＤ耐圧性等を向上するための構成に特徴のある埋込配線の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の電極材料、配線材料としては、アルミニウムが広く実用されてきたが、近年の半導体装置の微細化や処理の高速化の要求に伴い、電極や配線の形成をアルミニウムで対応することは困難になってきている。
【０００３】
そのため、アルミニウムの次世代材料として、エレクトロマイグレーションに強く、比抵抗がアルミニウムより小さな銅を利用する試みが進められている。
【０００４】
電極材料や配線材料として銅を用いる場合、銅が選択エッチングの困難な材料であることから、電極や配線はダマシン法により埋込電極或いは埋込配線として形成されることになるが、この場合は、形成される電極や配線のアスペクト比を高くすることによって、半導体装置の微細化、高速化を実現することが可能になる。
【０００５】
このような電極材料や配線材料として用いられる銅は、酸化されやすい性質を有しているため、半導体装置の製造過程においては、電極や配線として形成した銅の表面に、酸化銅（ＣｕＯ）や亜酸化銅（Ｃｕ2 Ｏ）といった銅酸化物が生成する。
【０００６】
この銅酸化物は、電気抵抗の上昇など、半導体装置の特性低下を招くため、電極形成後あるいは配線形成後に、生成してしまった銅酸化物を除去するための清浄化処理が必要となる。
【０００７】
また、電極材料や配線材料を埋め込んだ後に配線を露出させるためのＣＭＰ（化学機械研磨）工程においては、研磨中に発生するＣｕ屑やスラリー成分、さらに研磨後の洗浄液が残留することがあるので、薬液による清浄化処理を行っている。
【０００８】
また、銅は主にめっきにより配線溝孔内に埋め込まれるが、めっきで形成された銅内部には多数のボイドやめっき液起因による不純物、めっき液中の水分による銅酸化物が分散して存在している。
【０００９】
このボイドや不純物、ならびに銅酸化物は、電気抵抗の上昇など、半導体装置の特性低下を招くが、さらにストレスマイグレーション特性を低下させる。そのため、電極、或いは配線形成用のめっき埋め込み後に、生成してしまったボイド、不純物、および銅酸化物を除去するための処理が必要となる。
【００１０】
そこで、めっきで形成された銅は、通常、アニールが施され、このアニールによる銅粒界の成長が、粒界界面に極在しているボイドや不純物を外部に押し出す作用への駆動力となる（例えば、特許文献１参照）。
その際に用いられるアニール条件は、大気または不活性ガス雰囲気で１００〜４００℃で、５秒〜1 時間程度行われる。
【００１１】
また、半導体装置の高速化のためには、配線・電極の低抵抗化とともに、寄生容量を低減するためには層間絶縁膜の低誘電率化が必要となり、低誘電率の層間絶縁膜としてポリアエーテル等の低誘電率の有機絶縁材料（例えば、ダウケミカル社登録商標ＳｉＬＫ）やポーラスシリカの採用が試みられている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９７６９６号公報
【特許文献２】特開２００４−０７１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来の清浄化処理では、パーティクル除去および薬液による除去が行われ、その後、付着している薬液除去のために純水洗浄が行われるが、この純水洗浄において、薬液が次第に除去されることによって洗浄水が酸性から中性に変化してｐＨ値が高くなるに伴って埋込電極や埋込配線を形成している銅の浸食が起こるという問題点がある。
【００１３】
また、従来のアニール処理には、以下に示すような問題点があった。
従来のアニール処理は、大気中または不活性ガス中で行われるが、アニールにより銅粒界がある程度は成長し、成長にともないめっき中のボイドがめっき層の上部に移動し、上部に移動したボイドはＣＭＰ工程において取除かれる。
【００１４】
しかし、めっき膜内部のボイドが全て上層に移動する訳ではなく、ＣＭＰ工程で除去しきれない残留ボイドがデバイス駆動時における温度環境により再移動し、配線やビア内がオープンに至るまでになる（ストレスマイグレーション）。また、デバイス動作時電流や待機時リーク電流により、ボイドが移動し配線内オープンの原因となるという問題点がある。
【００１５】
また、めっきで成膜した銅内部にはめっき液起因の不純物が存在し、この不純物は配線腐食の原因となる。さらに、大気中でアニールを行うと銅表面が酸化するが、銅の酸化は深さ方向への進行性があるために、酸化銅がＣＭＰ工程で除去しきれず、埋込配線内に残留する可能性が生ずる。
この残留した銅酸化物は配線抵抗上昇の原因となる。
【００１６】
さらに、ポーラスＬｏｗ−ｋ材上にキャップ膜が形成される場合、影響は小さいが、直接ポーラスＬｏｗ−ｋ材を研磨する場合は、ポーラス空孔内にスラリー成分や洗浄液成分が残留する可能性があるため、絶縁性が低下するという課題、問題点がある。
【００１７】
したがって、本発明は、信頼性が高く且つ抵抗上昇が発生しない歩留りの高い埋込多層配線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】
【００１８】
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号１は下層の配線である。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、埋込配線４の形成方法において、配線溝孔３に埋め込んだ導電体層を研磨して埋込配線４を研磨したのち、気体状態の有機系ガス５により前記埋込配線４の露出部表面の清浄化・熱処理を行う工程を有することを特徴とする。
【００１９】
このように、埋込配線４の形成後に気体状態の有機系ガス５中における清浄化・熱処理を行うことによって、ＣＭＰ工程後の絶縁膜２表面上に付着する金属屑と薬液残留成分を同時に除去することが可能になるとともに、埋込配線４表面の自己酸化物を除去することができる。
【００２０】
即ち、有機系ガス５処理により配線表面に残留した金属屑を除去できるメカニズムとして考えられるのは、当該金属と有機系ガス５が錯体を形成することにより金属がエッチングされながら有機系ガス５とともに気化するためと考えられる。
【００２１】
なお、研磨後の金属屑は直径１〜０．１μｍ以下の超微小な大きさであるため、金属屑がエッチングされている間に配線を形成している金属もエッチングされるが、有機系ガス５による金属屑除去に要する時間内では配線抵抗に全く影響のない範囲である。
【００２２】
また、有機系ガス５による清浄化の効果として、表面に残留した薬液成分、主として有機系成分や水からなる薬液成分の除去が挙げられる。
配線表面に残留した薬液成分は所謂ウォーターマークとして残留するが、残留する薬液成分に対し、処理に用いる有機系ガス５の種類を最適することで、ウォーターマークを効果的に除去できる。
なお、液相による処理も考えられるが、基板表面との濡れ性不良によるウォータマークの発生や、未処理部分の発生が問題となる。
【００２３】
また、気体状態の有機系ガス５中における熱処理によって、埋込配線４中に残留するボイドや不純物を同時に低減することができる。
即ち、有機系ガス５によるアニール時にめっき銅表面が還元され、そのため銅酸化物の表面濃度が薄くなり、めっき内部の銅酸化物が粒界を通して表面に移動する。
この時、導電体層内部のボイドは元来粒界に分布していることから、銅酸化物の移動と共に表面に移動することとなる。
【００２４】
一方、導電体層内の不純物も粒界における物質移動にともなって表面に移動し、表面に移動した不純物は有機系ガス５により除去されることになる。
したがって、従来のアニール効果による粒成長に加え、有機系ガス５による処理による粒界内不純物除去により、信頼性の高いデバイスを提供することができる。
【００２５】
また、熱処理工程において使用する有機系ガス５としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸或いは酪酸等のカルボン酸を有するガスが望ましく、それによって、絶縁膜２等の他の部材にダメージを与えることがない。
なお、カルボン酸の分子量が大きくなるほど反応がソフトになる。
特に、薬液中の界面活性剤の除去には比較的分子量の大きな有機酸、またはアルコ−ル類が良好である。
【００２６】
一方、金属屑の除去には蟻酸等の低分子量の有機酸が有効であることから、蟻酸処理後に高分子量有機酸、またはアルコール類で処理を行っても良い。
また、これらのガスを同時に流して処理をしても、同等の効果が得られる。
【００２７】
或いは、熱処理工程において使用する有機系ガス５としては、メタノール等のアルコール類でも良く、一般的にはカルボン酸を有するガスより反応がソフトであるので、特に、絶縁膜２がＳｉを構成元素として含む有機系絶縁膜である場合にも、熱処理に伴って絶縁膜２がダメージを受けることがない。
【００２８】
上述熱処理は、各種の材料からなる配線に適用されるものであるが、表面の酸化物やその後の腐食が問題となる銅或いはＣｕ−Ａｌ，Ｃｕ−Ｓｉ等の銅を含む合金の場合に特に有効となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、研磨後の清浄化・熱処理工程を気相処理として行っているので、処理後の洗浄処理が不要になるため、配線の腐食等が発生することなくビアコンタクトのリーク歩留りの高い銅多層配線を得ることができる。
【００３０】
また、清浄化・熱処理工程に伴って配線を形成する絶縁膜の誘電率が増大することがないので、設計通りの高速半導体装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、下層配線或いはビア上に層間絶縁膜を設け、シングルダマシン法或いはデュアルダマシン法を用いて上層配線或いはビアを形成し、層間絶縁膜にフロロカーボン等を用いたドライエッチングによって埋込用溝或いは埋込用孔を形成したのち、埋込用溝或いは埋込用孔中にＣｕ等の金属を埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を研磨することによって埋込配線或いはビアを同時に或いは個別の工程で形成した後、気体状態の有機酸等で表面清浄化・熱処理するものである。
【００３２】
清浄化・熱処理に用いる有機系ガスとしては、カルボン酸或いはアルコール類を用いることにより、有機系ガスと金属屑が錯体を形成して気相状態で除去される。
例えば、清浄化剤として用いるカルボン酸は、蟻酸〔ＨＣＯＯＨ〕のほか、
酢酸〔ＣＨ3 ＣＯＯＨ：エタン酸（ｅｔｈａｎｏｉｃ  ａｃｉｄ  ）〕
プロピオン酸〔Ｃ2 Ｈ5 ＣＯＯＨ：プロパン酸（ｐｒｏｐａｎｏｉｃ  ａｃｉｄ）〕    酪酸〔Ｃ3 Ｈ7 ＣＯＯＨ：ブタン酸（ｂｕｔａｎｏｉｃ  ａｃｉｄ  ）〕
などの比較的沸点の低いものを用いるのが好ましい。
【００３３】
また、有機系ガスとして、カルボン酸を含む成分以外に、メタノール或いはエタノール等のアルコール系成分を気化させて噴出させても清浄化作用が得られる。
【００３４】
また、この場合の気相清浄化・熱処理条件としては、処理チャンバ内のカルボン酸の分圧を５０Ｐａ〜１００００Ｐａの範囲とし、還元温度１００℃〜４００℃、全圧１００Ｔｏｒｒ〜３００Ｔｏｒｒで還元時間３分、特に還元温度４００℃の場合には、圧力１００Ｔｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒで還元時間１分の反応条件で処理することにより、電極や配線の表面に凹凸を生じさせることなく、短い還元時間で均一に金属屑や薬液成分を除去することができる。
【００３５】
この様な清浄化・熱処理によって、ＣＭＰ工程後の絶縁膜表面上に付着する金属屑と薬液残留成分を同時に除去することが可能になるとともに、埋込配線表面の自己酸化物を除去することができ、さらには、埋込配線中に残留するボイドや不純物を低減することができる。
【実施例１】
【００３６】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の実施例１のデュアルダマシン工程を説明するが、まず、図２を参照して本発明の実施に用いる清浄化・熱処理装置を説明する。
図２参照  
図２は本発明の実施に用いる清浄化・熱処理装置の概念的構成図である。
この清浄化・熱処理装置は、アッシング装置を兼ねる清浄化・熱処理装置であり、ガス導入口１２及び排気口１３を備えた処理チャンバー１１、処理チャンバー１１内に設けられたステージを兼ねる下部電極１４、下部電極１４と対向するように設けられたリング状上部電極１５、リング状上部電極１５の中央部に移動可能に嵌め込まれた有機系ガス噴出シャワーヘッド１６、有機系材料を貯蔵する貯蔵槽１９と有機系ガス噴出シャワーヘッド１６との間に接続された有機系ガス供給用配管１７、有機系ガス供給用配管１７の途中に設けられ有機系材料を加熱して気化して有機系ガスとする気化器１８、及び、ステージを兼ねる下部電極１４の下部に配置されて被処理基板２１を加熱するヒータ２０によって構成される。
【００３７】
清浄化・熱処理工程においては、図に示すように、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６を下降させてリング状上部電極１５の中央部に嵌め込み、この状態で有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された有機系ガスを噴出して、ヒータ２０によって反応生成物が気体状態となる温度以上に加熱した埋込配線形成後の被処理基板２１を熱処理して、気体状の反応生成物及び未反応の有機系ガスを排気口１３からダウンフローで排出する。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の実施例１のデュアルダマシン工程を説明する。
図３参照  
まず、ｐ型シリコン基板３１に素子分離絶縁膜３２を形成したのち、ゲート絶縁膜３３を介してゲート電極３４を設け、このゲート電極３４をマスクとしてｎ型不純物を導入することによってｎ型エクステンション領域３５を形成し、次いで、サイドウォール３６を形成したのち、再び、ｎ型不純物を導入することによって、ｎ型ソース・ドレイン領域３７を形成する。
【００３９】
次いで、全面にＣｏを堆積させたのち、熱処理することによってＣｏシリサイド電極３８，３９を形成し、次いで、未反応のＣｏを除去したのち全面にＳｉＯ2 膜４０及びＢＰＳＧ膜４１を堆積させたのち、表面平坦化を行いエッチングストッパーとなるＳｉＣＮ膜４２を形成する。
【００４０】
次いで、ｎ型ソース・ドレイン領域３７に達するビアホールを形成したのち、ＴｉＮからなるバリア膜４３を介してＷを埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を除去することによってＷプラグ４４を形成する。
【００４１】
次いで、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯＣからなる第１配線用絶縁膜４５を堆積させたのち、Ｗプラグ４４を露出する配線用溝を形成し、次いで、ＴａＮからなるバリア膜４６を介してＣｕを埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を除去することによって第１Ｃｕ埋込配線４７を形成する。
【００４２】
次いで、処理チャンバー１１内に被処理基板を装着し、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された蟻酸ガス４８を蟻酸ガス４８の分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で還元時間２分で被処理基板を処理して、第１Ｃｕ埋込配線４７や第１配線用絶縁膜４５の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸として排気口１３から排気除去する。
また、銅表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、還元反応で生成されたＣＯ2 及び水蒸気（Ｈ2 Ｏ）とともに排気口１３から排気除去する
【００４３】
次いで、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さが、例えば、５０ｎｍのＳｉＣＮ膜４９、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＳｉＯ2 からなるビア形成用絶縁膜５０、厚さが、例えば、５０ｎｍのＳｉＣＮ膜５１、厚さが、例えば、２５０ｎｍのＳｉＯＣからなる第２配線用絶縁膜５２、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのＳｉＣＮ膜５３を順次堆積させる。
【００４４】
図４参照  
次いで、フロロカーボン系のエッチングガスを用いたプラズマエッチングによって、第２配線用絶縁膜５２に幅が例えば、０．１２μｍの配線用溝５４を形成したのち、ビア形成用絶縁膜５０に第１Ｃｕ埋込配線４７に達する直径が例えば、０．１２μｍのビアホール５５を形成する。
【００４５】
次いで、配線用溝５４及びビアホール５５を形成した被処理基板を上述の処理チャンバー内の下部電極１４上に載置・固定したのち、ガス導入口から４００ｓｃｃｍのＯ2 を導入して７０Ｐａとした状態で、ヒータ２０によって８０℃の基板温度に加熱して６００Ｗの電力を印加して酸素プラズマを発生させ、この酸素プラズマ中で６０秒間のプラズマ処理を行って、エッチング処理に伴うレジスト残渣等のエッチング残渣をアッシングして除去する。
【００４６】
次いで、再び、配線用溝５４及びビアホール５５をＴａＮからなるバリア膜５６を介してＣｕで埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を除去することによってＣｕビア５７及び第２Ｃｕ埋込配線５８を形成する。
【００４７】
次いで、再び、処理チャンバー１１内に被処理基板を装着し、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された蟻酸ガス５９を蟻酸ガス５９の分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で処理時間２分で被処理基板を処理して、第２Ｃｕ埋込配線５８及びＳｉＣＮ膜５３の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸として排気口１３から排気除去する。
また、銅表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、還元反応で生成されたＣＯ2 及び水蒸気（Ｈ2 Ｏ）とともに排気口１３から排気除去する
【００４８】
以降は、必要とする多層配線層数に応じてビア形成用絶縁膜及び層間絶縁膜の堆積工程、配線用溝及びビアホールの形成工程、アッシング処理工程、ビア及び埋込配線の形成工程、及び、清浄化・熱処理工程を繰り返すことによって半導体装置が完成する。
【００４９】
この本発明の実施例１において、上述の図示した２層配線構造において２０Ｍ（２×１０7 ）個のビアチェーンを形成してチェーン間リーク歩留りを確認したところ、ビアチェーンのリーク歩留りは１００％であり、十分な歩留りが得られた。
【００５０】
また、この場合のバリア膜５３，５１，４９となるＳｉＣＮ膜の清浄化・熱処理後の比誘電率を測定したところ、約３．６であり、処理前の約３．８に対して若干減少していた。
【００５１】
このように、本発明の実施例１においては、清浄化・熱処理を気化した蟻酸ガスを用いて気相処理として行っているので、反応生成物等は被処理基板の表面に残存することがなく、したがって、純水を用いた洗浄処理が不要になるので、埋込配線或いはビアの腐食に伴うコンタクト不良が発生することがない。
また、清浄化・熱処理に伴う層間絶縁膜の比誘電率の増大も見られないので、寄生容量の増大による信号遅延が発生することがない。
【００５２】
また、有機系ガスによる清浄化・熱処理工程時に、めっき銅表面が還元され、そのため銅酸化物の表面濃度が薄くなり、めっき内部の銅酸化物が粒界を通して表面に移動する。
この時、導電体層内部のボイドは元来粒界に分布していることから、銅酸化物の移動と共に表面に移動して表面から放出される。
【００５３】
さらに、導電体層内の不純物も粒界における物質移動にともなって表面に移動し、表面に移動した不純物は有機系ガスにより除去されることになる。
【００５４】
因に、上述のＣＭＰ工程の後、蟻酸ガスによる清浄化・熱処理を行わずに二層配線構造を作製したところ、実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは９０％であり、絶縁特性が欠如していた。
【実施例２】
【００５５】
次に、本発明の実施例２のデュアルダマシン工程を説明するが、第２配線用絶縁膜５２としてポリアエーテル等の低誘電率の有機絶縁材料（例えば、ダウケミカル社登録商標ＳｉＬＫTM）を用いて塗布形成したものであり、それにともなって、アッシング処理を水素プラズマを用いて行うとともに、清浄化・熱処理をメタノールガスを用いて行ったものであり、基本的な工程及び構造は上記の実施例１と全く同様であるので、詳細な工程の説明は省略する。
【００５６】
この実施例２においては、処理チャンバー１１内に有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化されたメタノールガスを分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で処理時間２分で被処理基板を処理して、第１Ｃｕ埋込配線４７或いは第２Ｃｕ埋込配線５８の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸と共に排気口１３から排気除去するものである。
また、同時に第１Ｃｕ埋込配線４７の表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するものである。
【００５７】
この実施例２におけるリーク歩留りは、上述の実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりとして１００％であり、実施例１と同等の絶縁体性が得られた。
【００５８】
因に、上述のＣＭＰ程の後、メタノールガスによる清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは８９％であり、絶縁体性が欠如していた。
【実施例３】
【００５９】
次に、本発明の実施例３のデュアルダマシン工程を説明するが、第２配線用絶縁膜５２としてポーラスシリカを用いるとともにその上のＳｉＣＮ膜を省略したものであり、それにともなって、アッシング処理を酸素プラズマを用いて軽めに行うとともに、清浄化・熱処理を蟻酸ガスより反応がソフトな酢酸ガスとメタノールを用いて行ったものであり、基本的な工程及び構造は上記の実施例１と全く同様であるので、詳細な工程の説明は省略する。
【００６０】
この場合のポーラスシリカは、例えば、触媒化成工業株式会社製のポーラスシリカ原料（ＮＣＳ）を被処理基板上にスピンコートしたのち、焼成（ベーク）及び硬化（キュア）することによって形成する。
【００６１】
処理チャンバー１１内に有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された酢酸ガスとメタノールをそれぞれの分圧が１００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を２００℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で処理時間２分で被処理基板を処理して、第１Ｃｕ埋込配線４７或いは第２Ｃｕ埋込配線５８の表面に残留したＣｕ屑を酢酸化反応によって形成された酢酸銅として、残留薬液成分を酢酸と共に排気口１３から排気除去するものである。
【００６２】
また、同時に第１Ｃｕ埋込配線４７或いは第２Ｃｕ埋込配線５８の表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するものである。また、ガス化したメタノールによりＮＣＳの空孔内に入り込んだ薬液成分を同時に除去する。
【００６３】
この実施例３におけるリーク歩留りは、上述の実施例１と同じ構造のビアチェーン
のリーク歩留まりとして１００％であり、実施例１と同等の絶縁耐性が得られた。
また、清浄化・熱処理後のポーラスシリカの被誘電率は約２．２であり、処理前の被誘電率の間に殆ど変化は見られなかった。
【００６４】
因に、上述のＣＭＰ工程の後、酢酸ガスによる清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは５５％であり、絶縁耐性が大きく欠如していた。
【実施例４】
【００６５】
次に、本発明の実施例４のデュアルダマシン工程を説明するが、ビア形成等絶縁膜５０として第２配線用絶縁膜５２と同じＳｉＯＣ膜を用いたものであり、それ以外の工程及び構造は上記の実施例１と全く同様であるので、詳細な工程の説明は省略する。
【００６６】
この実施例４におけるリーク歩留りは、上述の実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりとして１００％であり、実施例１と同等の絶縁耐性が得られた。
【００６７】
因に、上述のＣＭＰ工程の後、蟻酸ガスによる清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは８８％であり、絶縁耐性が低下していた。
【実施例５】
【００６８】
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施例５のシングルダマシン工程を説明するが、デュアルダマシン工程をシングルダマシン工程に置き換えただけで、基本的構造及び処理条件は上記の実施例１と全く同様である。
図５参照  
まず、図示を省略するが、図３と全く同様にＭＯＳＦＥＴ及びｎ型ソース・ドレイン領域上に設けたＣｏシリサイド電極に接続するＷプラグ４４を形成したのち、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯＣからなる第１配線用絶縁膜４５を堆積させたのち、Ｗプラグ４４を露出する配線用溝を形成し、次いで、ＴａＮからなるバリア膜４６を介してＣｕを埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を除去することによって第１Ｃｕ埋込配線４７を形成する。
【００６９】
次いで、処理チャンバー１１内に被処理基板を装着し、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された蟻酸ガス４８を蟻酸ガス４８の分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で還元時間２分で被処理基板を処理して、第１Ｃｕ埋込配線４７及び第１配線用絶縁膜４５の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸と共に排気口１３から排気除去する。
また、銅表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、還元反応で生成されたＣＯ2 及び水蒸気（Ｈ2 Ｏ）とともに排気口１３から排気除去する
【００７０】
次いで、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さが、例えば、５０ｎｍのＳｉＣＮ膜４９、厚さが、例えば、１５０ｎｍのＳｉＯ2 からなるビア形成用絶縁膜５０、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのＳｉＣＮ膜５１を順次堆積させたのち、フロロカーボン系のエッチングガスを用いたプラズマエッチングによって、ビア形成用絶縁膜５０に第１Ｃｕ埋込配線４７に達する直径が例えば、０．１２μｍのビアホール６０を形成する。
【００７１】
次いで、ビアホール６０を形成した被処理基板を上述の処理チャンバー内の下部電極１４上に載置・固定したのち、ガス導入口から４００ｓｃｃｍのＯ2 を導入して７０Ｐａとした状態で、ヒータ２０によって８０℃の基板温度に加熱して６００Ｗの電力を印加して酸素プラズマを発生させ、この酸素プラズマ中で６０秒間のプラズマ処理を行って、エッチング処理に伴うレジスト残渣等のエッチング残渣をアッシングして除去する。
【００７２】
図６参照  
次いで、再び、ビアホール６０をＴａＮからなるバリア膜６１を介してＣｕで埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を除去することによってＣｕビア６２を形成する。
【００７３】
次いで、処理チャンバー１１内に被処理基板を装着し、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された蟻酸ガス６３を蟻酸ガス６３の分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で還元時間２分で被処理基板を処理して、Ｃｕビア６２及びＳｉＣＮ膜５１の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸と共に排気口１３から排気除去する。
また、銅表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、還元反応で生成されたＣＯ2 及び水蒸気（Ｈ2 Ｏ）とともに排気口１３から排気除去する
【００７４】
次いで、再び、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２５０ｎｍのＳｉＯＣからなる第２配線用絶縁膜５２及び厚さが、例えば、５０ｎｍのＳｉＣＮ膜５３を順次堆積させる。
【００７５】
図７参照  
次いで、再び、フロロカーボン系のエッチングガスを用いたプラズマエッチングによって、第２配線用絶縁膜５２にＣｕビア６２に達する幅が例えば、０．１２μｍの配線用溝６４を形成する。
【００７６】
次いで、再び、配線用溝６４を形成した被処理基板を上述の処理チャンバー内の下部電極１４上に載置・固定したのち、ガス導入口から４００ｓｃｃｍのＯ2 を導入して７０Ｐａとした状態で、ヒータ２０によって８０℃の基板温度に加熱して６００Ｗの電力を印加して酸素プラズマを発生させ、この酸素プラズマ中で６０秒間のプラズマ処理を行って、エッチング処理に伴うレジスト残渣等のエッチング残渣をアッシングして除去する。
【００７７】
次いで、再び、配線用溝６４をＴａＮからなるバリア膜６５を介してＣｕで埋め込み、ＣＭＰ法によって不要部を除去することによって第２Ｃｕ埋込配線６６を形成する。
【００７８】
次いで、処理チャンバー１１内に該基板を装着し、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された蟻酸ガス６７を蟻酸ガス６７の分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で還元時間２分で被処理基板を処理して、第２Ｃｕ埋込配線６６の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸と共に排気口１３から排気除去する。
また、銅表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、還元反応で生成されたＣＯ2 及び水蒸気（Ｈ2 Ｏ）とともに排気口１３から排気除去する
【００７９】
以降は、必要とする多層配線層数に応じてビア形成用絶縁膜堆積工程、ビアホールの形成工程、アッシング処理工程、ビア形成工程、清浄化・熱処理工程、層間絶縁膜の堆積工程、配線用溝の形成工程、アッシング処理工程、埋込配線の形成工程及び清浄化・熱処理工程を繰り返すことによって半導体装置が完成する。
【００８０】
この本発明の実施例５においても実施例１と同様の構造の２層配線構造において２０Ｍ（２×１０7 ）個のビアチェーンを形成して絶縁耐性を確認したところ、ビアチェーンのリーク歩留りは１００％であり、十分な絶縁耐性が得られた。
【００８１】
因に、上述のＣＭＰ工程後、蟻酸ガスによる清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例１と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは８０％であり、絶縁耐性の低下が見られた。
【実施例６】
【００８２】
次に、本発明の実施例６のシングルダマシン工程を説明するが、第２配線用絶縁膜５２としてポリアエーテル等の低誘電率の有機絶縁材料（例えば、ダウケミカル社登録商標ＳｉＬＫTM）を用いて塗布形成したものであり、それにともなって、配線用溝のエッチング形成後のアッシング処理を水素プラズマを用いて行うとともに、清浄化・熱処理を蟻酸ガスを用いて行ったものであり、基本的な工程及び構造は上記の実施例５と全く同様であるので、詳細な工程の説明は省略する。
【００８３】
実施例６においては、清浄化・熱処理工程において、処理チャンバー１１内に該基板を装着し、有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された蟻酸ガスを蟻酸ガスの分圧が２００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を１５０℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で還元時間２分で被処理基板を処理して、第１Ｃｕ埋込配線４７或いは第２Ｃｕ埋込配線５８の表面に残留したＣｕ屑を蟻酸化反応によって形成された蟻酸銅として、残留薬液成分を蟻酸と共に排気口１３から排気除去する。  また、銅表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、還元反応で生成されたＣＯ2 及び水蒸気（Ｈ2 Ｏ）とともに排気口１３から排気除去する
【００８４】
この実施例６におけるリーク歩留りは、上述の実施例５と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりとして１００％であり、実施例５と同等の信頼性が得られた。
【００８５】
因に、上述のＣＭＰ工程後後、蟻酸ガスによる清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例６と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは８７％であり、絶縁体性の低下が見られた。
【実施例７】
【００８６】
次に、本発明の実施例７のシングルダマシン工程を説明するが、第２配線用絶縁膜５２としてポーラスシリカを用いるとともにその上のＳｉＣＮ膜を省略したものであり、それにともなって、配線用溝のエッチング形成後のアッシング処理を酸素プラズマを用いて軽めに行うとともに、清浄化・熱処理を蟻酸ガスより反応がソフトな酢酸ガスとメタノールを用いて行ったものであり、基本的な工程及び構造は上記の実施例５と全く同様であるので、詳細な工程の説明は省略する。
【００８７】
この場合もポーラスシリカも上述の実施例３と同様に、例えば、触媒化成工業株式会社製のポーラスシリカ原料（ＣＮＳ）を被処理基板上にスピンコートしたのち、焼成（ベーク）及び硬化（キュア）することによって形成する。
【００８８】
実施例７の清浄化・熱処理工程においては、処理チャンバー１１内に有機系ガス噴出シャワーヘッド１６から気化器１８によって気化された酢酸ガスとメタノールをそれぞれの分圧が１００Ｐａになるように導入して、ヒータ２０によって基板温度を２００℃とし、全圧が２００Ｔｏｒｒの状態で処理時間２分で被処理基板を処理して、第１Ｃｕ埋込配線４７或いは第２Ｃｕ埋込配線５８の表面に残留したＣｕ屑を酢酸化反応によって形成された酢酸銅として、残留薬液成分を酢酸と共に排気口１３から排気除去するものである。
【００８９】
また、同時に第１Ｃｕ埋込配線４７或いは第２Ｃｕ埋込配線５８の表面に形成された銅酸化物を金属銅に還元するとともに、ガス化したメタノールによりＮＣＳの空孔内に入り込んだ薬液成分を同時に除去する。
【００９０】
この実施例７におけるリーク歩留りは、上述の実施例５と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりとして１００％であり、実施例５と同等の絶縁耐性が得られた。
【００９１】
因に、上述のＣＭＰ工程の後、酢酸およびメタノールガスによる清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例７と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは３０％であり、絶縁体性の大幅な低下が見られた。
【実施例８】
【００９２】
次に、本発明の実施例８のシングルダマシン工程を説明するが、ビア形成用絶縁膜５０として第２配線用絶縁膜５２と同じＳｉＯＣ膜を用いたものであり、それ以外の工程及び構造は上記の実施例５と全く同様であるので、詳細な工程の説明は省略する。
【００９３】
この実施例８におけるリーク歩留りは、上述の実施例５と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりとして１００％であり、実施例５と同等の絶縁耐性が得られた。
【００９４】
因に、上述のＣＭＰ工程の後、蟻酸による清浄化・熱処理を行わずに、二層配線構造を作製したところ、実施例８と同じ構造のビアチェーンのリーク歩留まりは４０％であり、信頼性の大幅な低下が見られた。
【００９５】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、ビアホールのサイズ及び埋込配線の幅等は任意であり、必要とする集積度に応じて適宜決定すれば良い。
【００９６】
また、上記の各実施例においては、ビア及び埋込配線をＣｕによって形成しているが、Ｃｕに限られるものではなく、Ｃｕ−ＡｌやＣｕ−Ｓｉ等のＣｕを主成分とする合金にも適用されるものであり、さらには、ＡｌやＡｇいったＣｕ以外の金属、或いは、ＴｉＮやＴａＮ等の金属窒化物、Ｗにも適用されるものである。
【００９７】
また、上記の各実施例においては、ＣＭＰ工程後の清浄化・熱処理工程におけるカルボン酸として、蟻酸或いは酢酸を用いているが、これらのカルボン酸に限られるものではなく、プロピオン酸或いは酪酸等の他のカルボン酸を用いても良いものである。
【００９８】
また、上記の実施例３及び実施例７においては、ＣＭＰ工程後の清浄化・熱処理工程で用いるガスの一部として、メタノールを用いて行っているが、メタノールに限られるものではなく、エタノール或いはプロピルアルコール等の他のアルコール類を用いても良いものである。
【００９９】
また、上記の各実施例においては、使用する層間絶縁膜の種類に応じてプラズマ種及び有機系ガスを使い分けているが、このような使い分けは必須ではなく、互いに、他のプラズマ種及び有機系ガスに置き換えて実施しても良いものである。
【０１００】
また、上記の各実施例における配線用絶縁膜及びビア形成用絶縁膜の組み合わせた単なる一例であり、他の絶縁材料を用いた層間絶縁膜構造に適用できることは言うまでもないことであり、ＳｉＣＮ膜の代わりにＳｉＮ膜またはＳｉＯＣＮ膜を用いても良いし、或いは、ＳｉＯＣ膜の代わりにＳｉＯ2 膜或いはＳｉＯＣＮ膜を用いても良いものである。
【０１０１】
なお、ＳｉＯＣＮ膜に対して本発明の実施例と同様の清浄化・熱処理を行った場合、処理後の比誘電率は約２．９であり、処理前の比誘電率と殆ど変化がないか若干の低下が見られた。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の活用例としては、高集積度半導体装置の多層配線構造が典型的なものであるが、半導体装置における配線構造に限られるものではなく、強誘電体を用いた光デバイスの配線接続構造としても適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施に用いる清浄化・熱処理装置の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施例１のデュアルダマシン工程の途中までの説明図である。
【図４】本発明の実施例１のデュアルダマシン工程の図３以降の説明図である。
【図５】本発明の実施例５のシングルダマシン工程の途中までの説明図である。
【図６】本発明の実施例５のシングルダマシン工程の図５以降の途中までの説明図である。
【図７】本発明の実施例５のシングルダマシン工程の図６以降の説明図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  下層の配線
２  絶縁膜
３  配線溝孔
４  埋込配線
５  有機系ガス
１１  処理チャンバー
１２  ガス導入口
１３  排気口
１４  下部電極
１５  リング状上部電極
１６  有機系ガス噴出シャワーヘッド
１７  有機系ガス供給用配管
１８  気化器
１９  貯蔵槽
２０  ヒータ
２１  被処理基板
３１  ｐ型シリコン基板
３２  素子分離絶縁膜
３３  ゲート絶縁膜
３４  ゲート電極
３５  ｎ型エクステンション領域
３６  サイドウォール
３７  ｎ型ソース・ドレイン領域
３８  Ｃｏシリサイド電極
３９  Ｃｏシリサイド電極
４０  ＳｉＯ2 膜
４１  ＢＰＳＧ膜
４２  ＳｉＣＮ膜
４３  バリア膜
４４  Ｗプラグ
４５  第１配線用絶縁膜
４６  バリア膜
４７  第１Ｃｕ埋込配線
４８  蟻酸ガス
４９  ＳｉＣＮ膜
５０  ビア形成用絶縁膜
５１  ＳｉＣＮ膜
５２  第２配線用絶縁膜
５３  ＳｉＣＮ膜
５４  配線用溝
５５  ビアホール
５６  バリア膜
５７  Ｃｕビア
５８  第２Ｃｕ埋込配線
５９  蟻酸ガス
６０  ビアホール
６１  バリア膜
６２  Ｃｕビア
６３  蟻酸ガス
６４  配線用溝
６５  バリア膜
６６  第２Ｃｕ埋込配線
６７  蟻酸ガス
【図１】
2007227706.tif 000003
【図２】
2007227706.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007227706.tif 000006
【図５】
2007227706.tif 000007
【図６】
2007227706.tif 000008
【図７】
2007227706.tif 000009