(57)【要約】【課題】ＭｎＯｘ膜上にＲｕ膜を形成し、その上にＣｕ膜を形成し、ＣＭＰを行う際に、ＣＭＰによるＲｕ膜除去の不都合を解消する。【解決手段】ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３を用いて層間絶縁膜２０２にトレンチ２０４を形成し、ハードマスク２０３を残したまま、ＭｎＯｘ膜２０５をＡＬＤにより形成し、次いで、ＭｎＯｘ膜２０５の表面に水素ラジカル処理を施し、次いで、Ｒｕ膜２０７をＣＶＤにより形成し、次いで、Ｃｕ系膜２０８をＰＶＤにより形成してトレンチ２０４内にＣｕ系膜を埋め込み、次いで、ＣＭＰを行う。ＴｉＮ膜の上のＭｎＯｘ膜２０５はＭｎＴｉＯ３等となり水素ラジカル処理では酸化物のままの第１Ｍｎ含有膜２０６ａであり、Ｒｕ膜は層間絶縁膜２０２に対応する表面が還元された第２Ｍｎ含有膜２０６ｂ上に選択的に形成される。【選択図】  図２
2017050304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜と、その上に設けられた所定パターンのハードマスクとを有する基板を準備する工程と、
前記ハードマスクを用いて層間絶縁膜をエッチングしてトレンチを形成する工程と、
前記ハードマスクを残したまま、前記層間絶縁膜との反応で自己形成バリア膜となるＭｎＯｘ膜をＡＬＤにより形成する工程と、
次いで、前記ＭｎＯｘ膜の表面に水素ラジカル処理を施す工程と、
次いで、Ｒｕ膜をＣＶＤにより形成する工程と、
次いで、Ｃｕ系膜をＰＶＤにより形成するか、あるいはＰＶＤによりＣｕシードを形成した後Ｃｕめっきを施すことにより形成して、前記トレンチ内にＣｕ系膜を埋め込む工程と、
次いで、ＣＭＰを行って前記ハードマスクまで除去し、Ｃｕ配線を形成する工程と
を有し、
前記ハードマスクは、前記ＭｎＯｘ膜が形成された際に、前記水素ラジカル処理では実質的に還元されない酸化物が形成される材料からなり、
前記ＭｎＯｘ膜の前記ハードマスクに対応する部分は、前記水素ラジカル処理により酸化物のままの第１Ｍｎ含有膜となり、
前記ＭｎＯｘ膜の前記層間絶縁膜に対応する部分は、前記水素ラジカル処理により還元されて表面にＭｎが形成された第２Ｍｎ含有膜となり、
前記Ｒｕ膜は、前記第１Ｍｎ含有膜上には実質的に形成されず、前記第２Ｍｎ含有膜上に選択的に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ハードマスクはＴｉＮ膜からなる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ＭｎＯｘ膜は、基板を配置した処理容器内に、マンガン化合物ガスおよび酸素含有ガスを、前記処理容器内のパージを挟んで交互に供給することにより成膜し、その際の基板温度を、前記マンガン化合物の熱分解温度よりも低い温度とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ＭｎＯｘ膜の膜厚が１〜５ｎｍであ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５】
前記水素ラジカル処理は、基板温度を２００〜４００℃にして１００ｓｅｃ以上の期間行われることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記水素ラジカル処理は、水素ガスを含むガスのプラズマを前記基板に供給することにより行われることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記Ｒｕ膜を形成する際に、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記Ｃｕ系膜は、イオン化ＰＶＤにより基板温度を２３０〜３５０℃にして形成されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
コンピュータ上で動作し、処理システムを制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項８のいずれかの半導体装置の製造方法が行われるように、コンピュータに前記処理システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレンチにＣｕを埋め込んでＣｕ配線を形成する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、半導体ウエハに成膜処理やエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線の低抵抗化（導電性向上）およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められている。
【０００３】
このような点に対応して、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高く（抵抗が低く）かつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）が用いられるようになってきている。
【０００４】
Ｃｕ配線の形成方法としては、トレンチやホールが形成された層間絶縁膜全体にタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル窒化膜（ＴａＮ）、チタン窒化膜（ＴｉＮ）などからなるバリア膜をＰＶＤであるプラズマスパッタで形成し、バリア膜の上に同じくプラズマスパッタによりＣｕシード膜を形成し、さらにその上にＣｕめっきを施してトレンチやホールを完全に埋め込み、ウエハ表面の余分な銅薄膜およびバリア膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理により研磨処理して取り除く技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
一方、配線パターンの益々の微細化にともない、バリア膜として上述したような物理的蒸着法（ＰＶＤ）で形成したものを用いた場合には十分なステップカバレッジが得難くなっており、近時、バリア膜として良好なステップカバレッジで薄い膜を形成することができる化学的蒸着法（ＣＶＤ）や原子層堆積法（ＡＬＤ）による酸化マンガン（ＭｎＯｘ）が検討されている。しかし、ＭｎＯｘ膜はＣｕ膜との濡れ性が悪いため、ＭｎＯｘ膜上に、Ｃｕとの濡れ性の良いルテニウム（Ｒｕ）膜を形成し、その上にＣｕ膜を形成してＣｕ配線を形成する方法が提案されている（例えば特許文献２、３）。
【０００６】
しかし、ＭｎＯｘ膜の上にＲｕ膜を成膜する際に、Ｒｕの核形成密度が低く、良好な表面状態のＲｕ膜を得難い。このため、ＭｎＯｘ膜を成膜後に水素ラジカル処理を施し、その後Ｒｕ膜を成膜する技術が提案されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４８０７５号公報
【特許文献２】特開２００８−３００５６８号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１４４７号公報
【特許文献４】国際公開第２０１２／１７３０６７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＭｎＯｘ膜上にＲｕ膜を形成する場合には、ＣＭＰによりＲｕ膜も除去する必要があるが、Ｒｕは安定性が高く、ＣＭＰが非常に困難である。このため、Ｒｕを含む研磨残りによる電気特性の低下や、Ｒｕ除去の際に用いる特殊な薬液によるＣｕ配線の腐食が生じるおそれがあり、歩留まり低下が懸念される。
【０００９】
したがって、本発明は、ＭｎＯｘ膜上にＲｕ膜を形成し、その上にＣｕ膜を形成し、ＣＭＰを行ってＣｕ配線を形成するにあたり、Ｒｕ膜をＣＭＰにより除去する際の不都合を解消することができる半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、トレンチを形成した後、ＴｉＮ膜等からなるハードマスクを残存した状態でＭｎＯｘ膜の形成、水素ラジカル処理、Ｒｕ膜の形成を行えば、フィールド部分にＲｕ膜が形成されず、Ｃｕの埋め込み後のＣＭＰの際にＲｕ膜を除去する必要がないことを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、層間絶縁膜と、その上に設けられた所定パターンのハードマスクとを有する基板を準備する工程と、前記ハードマスクを用いて層間絶縁膜をエッチングしてトレンチを形成する工程と、前記ハードマスクを残したまま、前記層間絶縁膜との反応で自己形成バリア膜となるＭｎＯｘ膜をＡＬＤにより形成する工程と、次いで、前記ＭｎＯｘ膜の表面に水素ラジカル処理を施す工程と、次いで、Ｒｕ膜をＣＶＤにより形成する工程と、次いで、Ｃｕ系膜をＰＶＤにより形成するか、あるいはＰＶＤによりＣｕ系シード膜を形成した後Ｃｕめっきを施すことにより形成して、前記トレンチ内にＣｕ系膜を埋め込む工程と、次いで、ＣＭＰを行って前記ハードマスクまで除去し、Ｃｕ配線を形成する工程とを有し、前記ハードマスクは、前記ＭｎＯｘ膜が形成された際に、前記水素ラジカル処理では実質的に還元されない酸化物が形成される材料からなり、前記ＭｎＯｘ膜の前記ハードマスクに対応する部分は、前記水素ラジカル処理により酸化物のままの第１Ｍｎ含有膜となり、前記ＭｎＯｘ膜の前記層間絶縁膜に対応する部分は、前記水素ラジカル処理により還元されて表面にＭｎが形成された第２Ｍｎ含有膜となり、前記Ｒｕ膜は、前記第１Ｍｎ含有膜上には実質的に形成されず、前記第２Ｍｎ含有膜上に選択的に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１２】
前記ハードマスクは典型的にはＴｉＮ膜からなる。また、前記ＭｎＯｘ膜は、基板を配置した処理容器内に、マンガン化合物ガスおよび酸素含有ガスを、前記処理容器内のパージを挟んで交互に供給することにより成膜し、その際の基板温度を、前記マンガン化合物の熱分解温度よりも低い温度とすることが好ましい。この場合に前記ＭｎＯｘ膜の膜厚が１〜５ｎｍであることが好ましい。
【００１３】
また、前記水素ラジカル処理は、基板温度を２００〜４００℃にして１００ｓｅｃ以上の期間行われることが好ましい。前記水素ラジカル処理の基板温度が３００〜４００℃であることがより好ましい。前記水素ラジカル処理は、水素ガスを含むガスのプラズマを前記基板に供給することにより行うことができる。
【００１４】
前記Ｒｕ膜を形成する際に、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用いることが好ましい。また、前記Ｃｕ系膜の形成は、イオン化ＰＶＤにより基板温度を２３０〜３５０℃にして形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明はまた、コンピュータ上で動作し、処理システムを制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記半導体装置の製造方法が行われるように、コンピュータに前記処理システムを制御させることを特徴とする記憶媒体体を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ハードマスクは、ＭｎＯｘ膜が形成された際に、水素ラジカル処理では実質的に還元されない酸化物が形成される材料からなり、ＭｎＯｘ膜のハードマスクに対応する部分は、水素ラジカル処理により酸化物のままの第１Ｍｎ含有膜となり、ＭｎＯｘ膜の層間絶縁膜に対応する部分は、水素ラジカル処理により還元されて表面にＭｎが形成された第２Ｍｎ含有膜となり、Ｒｕ膜は、第１Ｍｎ含有膜上には実質的に形成されず、第２Ｍｎ含有膜上に選択的に形成される。このため、Ｒｕ膜によりＣｕ系膜の移動性を確保することができるとともに、ハードマスク上にはＲｕ膜が形成されないことにより、Ｒｕ膜をＣＭＰにより除去する必要がなくなり、Ｒｕ膜をＣＭＰで除去する際の不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３】トレンチにＭｎＯｘ膜を形成して下地の層間絶縁膜との反応により自己形成バリア膜が形成されるメカニズムを説明するための図である。
【図４】トレンチにＭｎＯｘ膜を形成してハードマスクであるＴｉＮ膜との反応によりＭｎＴｉＯ３またはＭｎ２ＴｉＯ４が形成されるメカニズムを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法に従って、ハードマスクであるＴｉＮ膜を残したままＭｎＯｘ膜の成膜、水素ラジカル処理、Ｒｕ膜成膜、およびＣｕ膜の埋め込みを行ったサンプルの断面を示すＴＥＭ写真である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の実施に好適な処理システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６の処理システムにおける成膜処理部の一例を示す平面図である。
【図８】図６の処理システムにおける制御部を示すブロック図である。
【図９】Ｃｕ系膜成膜装置に好適に用いることができるｉＰＶＤ装置の一例を示す断面図である。
【図１０】ＭｎＯｘ膜成膜装置に好適に用いることができるＡＬＤ装置の一例を示す断面図である。
【図１１】水素ラジカル処理装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００１９】
＜半導体装置の製造方法の一実施形態＞
最初に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態について図１のフローチャートおよび図２の工程断面図を参照して説明する。
なお、酸化マンガンはＭｎＯ、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２等複数の形態をとり得るため、これら全てを総称してＭｎＯｘで表す。
【００２０】
まず、下層のＣｕ配線を含む下部構造２０１（詳細は省略）の上にＳｉＯ２膜、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜（ＳｉＣＯ、ＳｉＣＯＨ等）等からなる層間絶縁膜２０２が形成され、その上にフォトリソグラフィ等によりパターン形成されたＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３が形成された半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを準備し（ステップ１、図２（ａ））、ハードマスク２０３を用いてプラズマエッチングにより層間絶縁膜２０２にトレンチ２０４を形成する（ステップ２、図２（ｂ））。その後必要に応じてアッシングを行う。
【００２１】
なお、トレンチ２０４の底には、下層のＣｕ配線に接続されるビアホールが形成されているが、図では省略している。
【００２２】
次に、エッチング後のウエハＷに対して、前処理としてデガス（Ｄｅｇａｓ）プロセスや前洗浄（Ｐｒｅ−Ｃｌｅａｎ）プロセスによって、絶縁膜表面の水分を除去し（ステップ３、図２では図示せず）、その後、ハードマスク２０３を残したままトレンチ２０４の表面を含む全面にＣｕの拡散を抑制するバリア膜としてＭｎＯｘ膜２０５を成膜する（ステップ４、図２（ｃ））。
【００２３】
次いで、ＭｎＯｘ膜２０５に対して水素ラジカル処理を施す（ステップ５、図２（ｄ））。この処理は、ＭｎＯｘ膜２０５の表面を還元してＭｎとし、Ｒｕ膜を成膜しやすくするための処理である。ただし、後述するように、ＭｎＯｘ膜２０５は、水素ラジカル処理によってもＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３と接触する部分は還元されずに表面にＭｎが生成されない第１Ｍｎ含有膜２０６ａとなり、層間絶縁膜２０２に接触する部分のみに表面の還元が生じ、表面にＭｎが生成された第２Ｍｎ含有膜２０６ｂとなる。また、この水素ラジカル処理により、第２Ｍｎ含有膜２０６ｂの一部を、層間絶縁膜２０２との反応によりシリケート化する。
【００２４】
その後、ＣｕまたはＣｕ合金に対して濡れ性の高い被濡れ層としてＲｕ膜２０７を成膜する（ステップ６、図２（ｅ））。このとき、ＭｎＯｘ膜２０５のうち還元されていない第１Ｍｎ含有膜２０６ａにはＲｕ膜２０７が形成されず、表面が還元されている第２Ｍｎ含有膜２０６ｂのみにＲｕ膜２０７が形成される。
【００２５】
次いで、Ｒｕ膜２０７の表面にＰＶＤ、好ましくはイオン化ＰＶＤ（Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｉＰＶＤ）によりＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ系膜２０８を形成し、Ｃｕ系膜２０８をトレンチ２０４に埋め込む（ステップ７、図２（ｆ））。なお、このとき、トレンチ２０４の底に形成されたビアホールにもＣｕ系膜が埋め込まれる。この際に、必要に応じて、その後の平坦化処理に備えて、ウエハＷの全面にＣｕめっき等により積み増しＣｕ層を形成してもよい。また、ＰＶＤにより薄いＣｕ系シード膜を形成した後、ＣｕめっきしてＣｕ系膜２０８を形成し、トレンチを埋め込んでもよい。Ｃｕ系膜２０８を形成した後、アニールを行う（ステップ８、図２（ｇ））。
【００２６】
この後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりウエハＷ表面の全面を研磨して、Ｃｕ系膜２０８、第１Ｍｎ含有膜２０６ａ、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３を除去して平坦化する（ステップ９、図２（ｈ））。これによりＣｕ配線２０９が形成される。
【００２７】
なお、Ｃｕ配線２０９を形成後、ウエハＷ表面のＣｕ配線２０９および層間絶縁膜２０２を含む全面に、エッチングストップ機能を有するＳｉＮやＳｉＣＮからなるバリア膜が成膜される。また、ウエハＷ表面のＣｕ配線２０９の上に、ＣｏＷ（Ｐ）などのメタルキャップ膜を選択的に成膜してもよい。
【００２８】
次に、以上の一連の工程のうち、主要な工程について詳細に説明する。
【００２９】
最初に、バリア膜であるＭｎＯｘ膜２０５を形成する工程について説明する。
ＭｎＯｘ膜２０５は、処理容器内の圧力を０．１３３〜１３．３Ｐａ程度の減圧状態として、マンガン化合物ガスとＨ２Ｏ等の酸素含有ガスとを、処理容器内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤにより成膜する。このとき、成膜の際の熱、またはその後のプロセス（水素ラジカル処理やアニール処理等）の熱により、少なくとも層間絶縁膜２０２との境界部分で層間絶縁膜２０２中のＳｉおよびＯ成分と反応してマンガンシリケート（ＭｎｘＳｉＯｙ（ＭｎＳｉＯ３またはＭｎ２ＳｉＯ４））が形成され、自己形成バリア膜となる。
【００３０】
すなわち、図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜２０２上では、Ｍｎ化合物が、層間絶縁膜２０２に含まれるＳｉおよびＯと反応するので、図３（ｂ）に示すように、バリア膜を下地である層間絶縁膜２０２側に形成することができる。このため、トレンチ内でのバリア膜の体積を小さくすることができ、トレンチ内でのバリア膜の体積を０に近付けることができる。したがって、配線中のＣｕの体積を増加させて配線の低抵抗化を実現することができる。配線中のＣｕの体積を増加させる観点からは、ＭｎＯｘ膜２０５は薄いほうが好ましく、１〜５ｎｍの範囲が好ましい。
【００３１】
また、ハードマスク２０３を構成するＴｉＮ膜上では、ＭｎＯｘ膜形成時に、図４に示すように、ＴｉＮとＨ２ＯとＭｎとが反応してＭｎＴｉＯ３またはＭｎ２ＴｉＯ４が生成される。
【００３２】
ＭｎＯｘ膜２０５を成膜する際に用いるマンガン化合物ガスとしては、シクロペンタジエニル系マンガン化合物、アミジネート系マンガン化合物、アミドアミノアルカン系マンガン化合物が好適である。
【００３３】
シクロペンタジエニル系マンガン化合物としては、Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］、（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］のような一般式Ｍｎ（ＲＣ５Ｈ４）２で表されるビス（アルキルシクロペンタジエニル）マンガンを挙げることができる。
【００３４】
アミジネート系マンガン化合物としては、米国公報ＵＳ２００９／０２６３９６５Ａ１号に開示されている一般式Ｍｎ（Ｒ１Ｎ−ＣＲ３−ＮＲ２）２で表されるビス(Ｎ,Ｎ'−ジアルキルアセトアミジネート)マンガンを挙げることができる。
【００３５】
アミドアミノアルカン系マンガン化合物としては、国際公開第２０１２／０６０４２８号に開示されている一般式Ｍｎ（Ｒ１Ｎ−Ｚ−ＮＲ２２）２で表されるビス(Ｎ,Ｎ'−１−アルキルアミド−２−ジアルキルアミノアルカン)マンガンを挙げることができる。ここで、上記一般式中の“Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３”は−ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎは０以上の整数）で記述される官能基であり、“Ｚ”は−ＣｎＨ２ｎ−（ｎは１以上の整数）で記述される官能基である。
【００３６】
また、他のマンガン化合物として、カルボニル系マンガン化合物、ベータジケトン系マンガン化合物も用いることができる。カルボニル系マンガン化合物としては、デカカルボニル２マンガン（Ｍｎ２（ＣＯ）１０）やメチルシクロペンタジエニルトリカルボニルマンガン（（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３）を挙げることができる。この中では、特に、Ｍｎ２（ＣＯ）１０は構造が単純であるため、不純物の少ないＭｎ膜の成膜を期待することができる。
【００３７】
また、酸素含有ガスとしては、Ｈ２Ｏ（水蒸気）、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＯ、Ｏ３、Ｏ２、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、メチルアルコールやエチルアルコールなどのアルコール類を用いることができる。
【００３８】
また、ＡＬＤでＭｎＯｘ膜２０５を成膜する際に、ＣＶＤモードとなって表面が粗くなることを防止する観点から、成膜原料であるマンガン化合物の熱分解開始温度よりも低い温度とすることが好ましい。なお、有機Ｍｎ化合物の温度が気化開始温度以下ではガスとして処理容器に供給することができないから、気化開始温度が事実上の下限となる。
【００３９】
有機Ｍｎ化合物がアミドアミノアルカン系マンガン化合物（ビス(Ｎ,Ｎ'−１−アルキルアミド−２−ジアルキルアミノアルカン)マンガン）であれば、２３０℃付近から熱分解が始まるため、ＡＬＤ成膜温度は２３０℃未満であることが好ましい。また、このマンガン化合物を有効に気化させるためには８０℃以上に加熱する必要がある。ＡＬＤ成膜温度として好ましいのは、１００〜１８０℃であり、ＣＶＤモードになることを極力防止するとともに、成膜速度を上げるためには、１３０℃付近が好ましい。また、他の好適なＭｎ化合物であるシクロペンタジエニル系マンガン化合物、アミジネート系マンガン化合物についても、同様の温度範囲において同様の膜厚で成膜することができる。
【００４０】
次に、水素ラジカル処理について説明する。
水素ラジカル処理は、ＭｎＯｘ膜２０５を還元して表面をＭｎに改質する処理であり、これにより、Ｒｕ膜が成膜しやすくなる。すなわち、水素ラジカル処理により、Ｒｕ膜成膜時のインキュベーション時間を短くすることができ、成膜初期における成膜レートを高くすることができるとともに、Ｒｕの膜質を良好にすること（低抵抗）、Ｒｕ膜の表面粗さを低減すること、およびＲｕ膜を高ステップカバレッジで薄く均一に成膜することができる。
【００４１】
ただし、ＭｎＯｘ膜２０５のうちＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３と接触する部分は、上述したように、ＭｎＴｉＯ３またはＭｎ２ＴｉＯ４となっており、これらはＯの結合が強いため、水素ラジカル処理では還元されず、酸化物のままの第１Ｍｎ含有膜２０６ａとなる。このため、ＭｎＯｘ膜２０５のうち層間絶縁膜２０２に接触する部分のみに表面の還元が生じ、その部分が表面にＭｎが生成された第２Ｍｎ含有膜２０６ｂとなる。
【００４２】
水素ラジカル処理は、ＭｎＯｘ膜２０５を成膜した後、大気暴露することなく行われることが好ましい。ＭｎＯｘ膜を成膜後に大気暴露する場合には、水素ラジカル処理を行う処理容器において水素ラジカル処理の前にデガス処理を行うことが好ましい。
【００４３】
水素ラジカル処理は、水素ラジカル（原子状水素）が生成されればその手法は問わない。例えば、リモートプラズマ処理、プラズマ処理、加熱フィラメントに水素ガスを接触させる処理を挙げることができる。
【００４４】
リモートプラズマ処理は、処理容器外で誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等で水素プラズマを生成し、これを処理容器内に供給し、その中の水素ラジカルにより処理するものである。
【００４５】
また、プラズマ処理は、処理容器内に容量結合プラズマまたは誘導結合プラズマ等を生成し、これによって処理容器内に生成された水素プラズマ中の水素ラジカルにより処理するものである。
【００４６】
さらに、加熱フィラメントに水素ガスを接触させる処理は、加熱フィラメントが触媒として機能し、接触分解反応により水素ラジカルを発生させる。
【００４７】
水素ラジカル処理の処理温度（ウエハ温度）は、ＭｎＯｘ膜２０５の還元性を決定する重要なファクターである。十分な還元性を得るためには２００〜４００℃が好ましく、３００〜４００℃がより好ましい。また、水素ラジカル処理の処理時間もＭｎＯｘ膜２０５の還元性を決定する重要なファクターである。十分な還元性を得るためには処理時間は１００ｓｅｃ以上が好ましく、３００ｓｅｃ付近がより好ましい。
【００４８】
水素ラジカル処理の際に供給されるガスとしては、水素ガスにＡｒガス等の不活性ガスを加えたものが好ましく、この際の水素濃度は１〜５０％が好ましい。また、水素ラジカル処理の処理圧力は、１０〜５００Ｐａが好ましく、２０〜１００Ｐａがより好ましい。
【００４９】
次に、被濡れ層としてのＲｕ膜２０７を形成する工程について説明する。
【００５０】
ＲｕはＣｕに対する濡れ性が高いため、Ｃｕのための下地としてＲｕ膜を形成することにより、次のＰＶＤによるＣｕ膜形成の際に、良好なＣｕの移動性を確保することができ、トレンチやビアホールの開口を塞ぐオーバーハングを生じ難くすることができる。Ｒｕ膜２０７は、トレンチ２０４に埋め込むＣｕ系材料の体積を大きくして配線を低抵抗にする観点から１〜５ｎｍと薄く形成することが好ましい。
【００５１】
Ｒｕ膜２０７は、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を成膜原料として用いて熱ＣＶＤにより好適に形成することができる。これにより、高純度で薄いＲｕ膜を高ステップカバレッジで成膜することができる。この場合に、成膜温度が１７５〜２３０℃の範囲、圧力が１．３〜１３３Ｐａの範囲であることが好ましい。
【００５２】
なお、Ｒｕ膜２０７は、ルテニウムカルボニル以外の他の成膜原料、例えば（シクロペンタジエニル）（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、ビス（シクロペンタジエニル）（２，４−メチルペンタジエニル）ルテニウム、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（２，４−メチルペンタジエニル）（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウムのようなルテニウムのペンタジエニル化合物を用いたＣＶＤを用いて成膜することもできる。
【００５３】
Ｒｕ膜は下地が金属であると堆積されやすいが、下地が酸化膜であるとＲｕの核形成密度が低くなり、堆積され難い。このため、上述の水素ラジカル処理を行うことにより、ＭｎＯｘ膜の表面を還元してＭｎを生成させ、Ｒｕ膜２０７が堆積できるようにする。
【００５４】
このとき層間絶縁膜２０２上のＭｎＯｘ膜の表面は還元されてＭｎが生成された第２Ｍｎ含有膜２０６ｂとなっているためＲｕ膜２０７が堆積されるが、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３上では、ＭｎＯｘ膜２０５はＭｎＴｉＯ３またはＭｎ２ＴｉＯ４となっており、水素ラジカル処理した際にも実質的に還元されず、酸化物のままの第１Ｍｎ含有膜２０６ａとなっているから、Ｒｕ膜２０７はほとんど堆積されない。
【００５５】
すなわち、Ｒｕ膜２０７は、層間絶縁膜２０２に対応する部分のみに選択的に成膜され、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３に対応する部分にはほとんど成膜されない。
【００５６】
ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３に対応する部分にＲｕ膜２０７が堆積されなくても、トレンチ２０４の内壁の大部分が層間絶縁膜２０２であるから、その後に形成されるＣｕ系膜の移動性確保には支障はない。
【００５７】
次に、Ｃｕ系膜２０８を成膜する工程について説明する。
上述したように、Ｃｕ系膜２０８をドライプロセスであるＰＶＤにより成膜し、トレンチを埋め込む場合には、ウエハにイオンを引き込みながら成膜するｉＰＶＤを用いることが好ましい。
【００５８】
Ｃｕ系膜２０８を埋め込む際に、通常のＰＶＤ成膜の場合には、Ｃｕの凝集により、トレンチやビアホールの開口を塞ぐオーバーハングが生じやすいが、ｉＰＶＤを用い、ウエハに印加するバイアスパワーを調整して、Ｃｕイオンの成膜作用とプラズマ生成ガスのイオン（Ａｒイオン）によるエッチング作用とを制御することにより、Ｒｕ膜２０７上でＣｕまたはＣｕ合金を移動させてオーバーハングの生成を抑制することができ、狭い開口のトレンチやビアホールであっても良好な埋め込み性を得ることができる。このとき、Ｃｕの流動性を持たせて良好な埋め込み性を得る観点からＣｕがマイグレートする高温プロセス（６５〜４００℃）で行われることが好ましいが、その際の温度は２３０〜３５０℃が好ましく、３００℃付近が特に好ましい。このように高温プロセスでＰＶＤ成膜することにより、Ｃｕ結晶粒を成長させることができ、粒界散乱を小さくしてＣｕ配線の抵抗を低くすることができる。また、上述したように、Ｃｕ系膜を埋め込むべきトレンチ２０４内壁の層間絶縁膜２０２に対応する部分にＣｕ膜系２０８のための下地として、ＣｕやＣｕ合金に対する濡れ性が高いＲｕ膜２０７を薄く形成するので、Ｒｕ膜上でＣｕやＣｕ合金が凝集せず流動し、微細な凹部においてもオーバーハングの生成を抑制することができ、ボイドを発生させずに確実にＣｕ系膜２０８（ＣｕまたはＣｕ合金）を埋め込むことができる。一方、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３の表面に対応する部分にはＲｕ膜がほとんど形成されておらず、その部分には第１Ｍｎ含有膜２０６ａの上に直接Ｃｕ系膜２０８が形成される。なお、Ｃｕ系膜成膜時における処理容器内の圧力（プロセス圧力）は、０．１３３〜１３．３Ｐａが好ましく、４．６６〜１２．０Ｐａがより好ましい。
【００５９】
また、Ｃｕ系膜２０８をＰＶＤによりＣｕ系シード膜を形成した後、Ｃｕめっきを施すことにより成膜してトレンチを埋め込む場合には、Ｃｕ系シード膜の成膜を高温プロセスで行う必要はなく、通常の低温プロセスで行うことができる。
【００６０】
Ｃｕ系膜２０８としてＣｕ合金を用いる場合には、代表的なものとして、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｍｎを挙げることができる。また、他のＣｕ合金として、Ｃｕ−Ｍｇ、Ｃｕ−Ａｇ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｐｔ、Ｃｕ−Ａｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｃｏ、Ｃｕ−Ｔｉなどを用いることができる。
【００６１】
以上のように、本実施形態では、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３を残したまま、ＭｎＯｘ膜２０５の形成、水素ラジカル処理、Ｒｕ膜２０７の成膜、Ｃｕ系膜２０８の埋め込みを行うことにより、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３に対応する部分にＲｕ膜がほとんど形成されない状態とし、その部分にはＲｕ膜を介することなくＣｕ系膜２０８が形成される。このため、ＣＭＰの際には、Ｃｕ系膜２０８、バリア膜であるＭｎＯｘ膜２０５（第１Ｍｎ含有膜２０６ａ）、ＴｉＮ膜からなるハードマスク２０３を除去すればよく、Ｒｕ膜をＣＭＰする必要がない。このため、Ｒｕ膜をＣＭＰにより除去する際の、Ｒｕを含む研磨残りによる電気特性の低下や、Ｒｕ除去の際に用いる特殊な薬液によるＣｕ配線の腐食が生じるといった不都合を解消することができる。
【００６２】
次に、本実施形態の効果を確認した実験について説明する。
ここでは、シリコンウエハに層間絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜を形成し、ＴｉＮ膜からなるハードマスクを用いて所定幅のライン／スペースでプラズマエッチングを行ってトレンチを形成した後、ハードマスクを残存させたままアミドアミノアルカン系マンガン化合物およびＨ２Ｏ（水蒸気）を用いてＭｎＯｘ膜を成膜し、リモートプラズマを用いて水素ラジカル処理を行った後、ルテニウムカルボニルを用いたＣＶＤによりＲｕ膜を成膜し、その後ｉＰＶＤによりＣｕ膜を成膜してトレンチにＣｕを埋め込んだ。その際の断面のＴＥＭ写真を図５に示す。この図に示すように、トレンチ底部近傍のＬｏｗ−ｋ膜に対応する部分にはＲｕ膜が形成されているが、ＴｉＮ膜に対応する部分にはＲｕ膜が形成されておらず、Ｌｏｗ−ｋ膜に対応する部分に選択的にＲｕ膜を形成できることが確認された。
【００６３】
＜本発明の実施形態の実施に好適な処理システム＞
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の実施に好適な処理システムについて説明する。
図６はそのような処理システム概略構成を示すブロック図、図７は図６の処理システムの主要部となる成膜処理部１０２の一例を示す平面図、図８は図６の成膜システムの制御部１０４を示すブロック図である。
【００６４】
図６に示すように、処理システム１００は、プラズマエッチング処理を行うエッチング処理部１０１と、デガス処理からＣｕ系膜成膜までを行う成膜処理部１０２と、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理部１０３と、このＣｕ配線製造システム１００の各構成部を制御するための制御部１０４と、エッチング処理部１０１と成膜処理部１０２との間でウエハＷを収容したキャリアＣを搬送する第１のキャリア搬送装置１０５と、成膜処理部１０２とＣＭＰ処理部１０３との間でウエハＷを収容したキャリアを搬送する第２のキャリア搬送装置１０６とを有している。
【００６５】
図７に示すように、成膜処理部１０２は、デガス処理、ＭｎＯｘ膜の成膜、および水素ラジカル処理を行うための第１の処理セクション１０と、Ｒｕ膜の成膜およびＣｕ系膜の成膜のための第２の処理セクション２０と、搬入出セクション３０とを有している。
【００６６】
第１の処理セクション１０は、第１の真空搬送室１１と、この第１の真空搬送室１１の壁部に接続された、４つのＭｎＯｘ膜成膜装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ、デガス室１３、および水素ラジカル処理装置１４とを有している。水素ラジカル処理装置１４はウエハＷのデガス処理も行えるようになっている。また、デガス室１３および水素ラジカル処理装置１４は、アニール処理も行えるようになっている。第１の真空搬送室１１のデガス室１３と水素ラジカル処理装置１４との間の壁部には、第１の真空搬送室１１と後述する第２の真空搬送室２１との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し室１５が接続されている。
【００６７】
ＭｎＯｘ膜成膜装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ、デガス室１３、水素ラジカル処理装置１４、および受け渡し室１５は、第１の真空搬送室１１の各辺にゲートバルブＧを介して接続されている。
【００６８】
第１の真空搬送室１１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、ウエハＷを搬送する第１の搬送機構１６が設けられている。この第１の搬送機構１６は、第１の真空搬送室１１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１７と、その先端に設けられたウエハＷを支持する２つの支持アーム１８ａ，１８ｂとを有する。第１の搬送機構１６は、ウエハＷをＭｎＯｘ膜成膜装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ、デガス室１３、水素ラジカル処理装置１４、および受け渡し室１５に対して搬入出する。
【００６９】
第２の処理セクション２０は、第２の真空搬送室２１と、この第２の真空搬送室２１の対向する壁部に接続された、Ｒｕ膜成膜装置２２およびＣｕ系膜成膜装置２３とを有している。
【００７０】
第２の真空搬送室２１の第１の処理セクション１０側の２つの壁部には、それぞれ上記デガス室１３および水素ラジカル処理装置１４が接続され、デガス室１３と水素ラジカル処理装置１４との間の壁部には、上記受け渡し室１５が接続されている。すなわち、デガス室１３、水素ラジカル処理装置１４および受け渡し室１５は、いずれも第１の真空搬送室１１と第２の真空搬送室２１との間に設けられ、受け渡し室１５の両側にデガス室１３および水素ラジカル処理装置１４が配置されている。さらに、第２の真空搬送室２１の搬入出セクション３０側の２つの壁部には、それぞれ大気搬送および真空搬送可能なロードロック室２４ａ，２４ｂが接続されている。
【００７１】
Ｒｕ膜成膜装置２２、Ｃｕ系膜成膜装置２３、デガス室１３、水素ラジカル処理装置１４、およびロードロック室２４ａ，２４ｂは、第２の真空搬送室２１の各壁部にゲートバルブＧを介して接続されている。また、受け渡し室１５はゲートバルブを介さずに第２の真空搬送室２１に接続されている。
【００７２】
第２の真空搬送室２１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、Ｒｕ膜成膜装置２２、Ｃｕ系膜成膜装置２３、デガス室１３、水素ラジカル処理装置１４、ロードロック室２４ａ，２４ｂ、および受け渡し室１５に対してウエハＷの搬入出を行う第２の搬送機構２６が設けられている。この第２の搬送機構２６は、第２の真空搬送室２１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部２７を有し、その回転・伸縮部２７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム２８ａ，２８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム２８ａ，２８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部２７に取り付けられている。
【００７３】
搬入出セクション３０は、上記ロードロック室２４ａ，２４ｂを挟んで第２の処理セクション２０と反対側に設けられており、ロードロック室２４ａ，２４ｂが接続される大気搬送室３１を有している。大気搬送室３１の上部には清浄空気のダウンフローを形成するためのフィルター（図示せず）が設けられている。ロードロック室２４ａ，２４ｂと大気搬送室３１との間の壁部にはゲートバルブＧが設けられている。大気搬送室３１のロードロック室２４ａ，２４ｂが接続された壁部と対向する壁部には、被処理基板としてのウエハＷを収容するキャリアＣを接続する２つの接続ポート３２，３３が設けられている。また、大気搬送室３１の側面にはウエハＷのアライメントを行うアライメント室３４が設けられている。大気搬送室３１内には、キャリアＣに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室２４ａ，２４ｂに対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送用搬送機構３６が設けられている。この大気搬送用搬送機構３６は、２つの多関節アームを有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール３８上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３７上にウエハＷを載せてその搬送を行うようになっている。
【００７４】
エッチング処理部１０１は、プラズマエッチング装置およびそれに付随する装置からなっている。また、必要に応じてアッシング装置を有していてもよい。ＣＭＰ処理部１０３は、ＣＭＰ装置およびそれに付随する装置からなっている。
【００７５】
制御部１０４は、図８に示すように、エッチング処理部１０１、成膜処理部１０２、ＣＭＰ処理部１０３の各構成部、ならびに第１および第２のキャリア搬送装置１０５，１０６の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ４１と、オペレータが処理システム１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理システム１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース４２と、処理システム１００で実行される処理をプロセスコントローラ４１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部４３とを備えている。なお、ユーザーインターフェース４２および記憶部４３はプロセスコントローラ４１に接続されている。
【００７６】
上記レシピは記憶部４３の中の記憶媒体４３ａに記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性ディスクや、フラッシュメモリ等の半導体メモリであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００７７】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース４２からの指示等にて任意のレシピを記憶部４３の記憶媒体４３ａから呼び出してプロセスコントローラ４１に実行させることで、プロセスコントローラ４１の制御下で、処理システム１００での所望の処理が行われる。
【００７８】
なお、Ｃｕめっきにより積み増しＣｕ層を形成する場合は、処理システム１００は、さらにＣｕめっき処理部を備える。
【００７９】
次に、このような処理システム１００の動作について説明する。
層間絶縁膜の上に所定パターンのＴｉＮ膜からなるハードマスクを有するウエハを収容したキャリアＣをエッチング処理部１０１へ搬送し、エッチング処理部１０１でウエハにプラズマエッチング処理を施す。エッチングされた後、ハードマスクを残したままの状態のウエハを収容したキャリアＣを成膜処理部１０２に搬送する。成膜処理部１０２においては、キャリアＣから大気搬送用搬送機構３６によりウエハＷを取り出し、アライメント室３４でアライメントを行った後、ロードロック室２４ａまたは２４ｂに搬送する。そのロードロック室を第２の真空搬送室２１と同程度の真空度に減圧した後、第２の搬送機構２６によりロードロック室のウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室２１を介してデガス室１３に搬送し、ウエハＷのデガス処理を行う。その後、第１の搬送機構１６によりデガス室１３のウエハＷを取り出し、第１の真空搬送室１１を介してＭｎＯｘ膜成膜装置１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのいずれかに搬入し、上述したような自己形成バリア膜を形成するためのＭｎＯｘ膜を成膜する。
【００８０】
ＭｎＯｘ膜の形成後、第１の搬送機構１６によりウエハＷを取り出し、水素ラジカル処理装置１４に搬送し、ＭｎＯｘ膜表面の水素ラジカル処理を行う。その後、第２の搬送機構２６により水素ラジカル処理装置１４からウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室を介してＲｕ膜成膜装置２２に搬送し、Ｒｕ膜を被濡れ層として成膜する。このとき、上述したように、ＴｉＮ膜からなるハードマスクに対応する部分にはＲｕ膜が成膜されない。Ｒｕ膜成膜後、第２の搬送機構２６によりＲｕ膜成膜装置２２からウエハＷを取り出し、Ｃｕ系膜成膜装置２３に搬送し、ｉＰＶＤにより上述したようなＣｕ系膜を成膜してトレンチやビアなどの凹部へのＣｕ系膜（ＣｕまたはＣｕ合金）の埋め込みを行う。その後、デガス室１３または水素ラジカル処理装置１４に搬送し、アニール処理を行う。なお、受け渡し室１５は、ウエハＷを一時的に保持するバッファとして用いることができる。
【００８１】
Ｃｕ系膜の形成後、第２の搬送機構２６によりウエハＷをロードロック室２４ａまたは２４ｂに搬送し、そのロードロック室を大気圧に戻した後、大気搬送用搬送機構３６によりＣｕ系膜が形成されたウエハＷを取り出し、キャリアＣに戻す。このような処理をキャリア内のウエハＷの数の分だけ繰り返す。
【００８２】
なお、積み増しＣｕ層を形成する場合には、別途設けられたＣｕめっき処理部によりＣｕめっきを施した後、アニールを行う。また、Ｃｕ系膜をＣｕ系シード膜とＣｕめっきとの組み合わせで形成する場合には、Ｃｕ系膜成膜装置２３でＰＶＤによりＣｕ系シード膜を成膜した後、同様に別途設けられたＣｕめっき処理部によりＣｕめっきを施した後、アニールを行う。
【００８３】
Ｃｕ系膜の成膜まで終了したウエハＷが収容されたキャリアＣを第２のキャリア搬送装置１０６によりＣＭＰ処理部１０３へ搬送し、ＣＭＰ処理を行う。
【００８４】
ＣＭＰ処理部１０３においては、ハードマスクであるＴｉＮ膜の上にＲｕ膜がほとんど形成されていないので、Ｒｕ膜を除去する必要はなく、Ｃｕ系膜、ＭｎＯｘ膜、ＴｉＮ膜のみを除去すればよく、ＣＭＰを行う際に、Ｒｕを含む研磨残りによる電気特性の低下や、Ｒｕ除去の際に用いる特殊な薬液によるＣｕ配線の腐食が生じるといった不都合は生じない。
【００８５】
処理システム１００によれば、エッチングからＣＭＰ処理までを一括して行うことができる。また、成膜処理部１０２では、エッチング後のウエハに対し、大気開放することなく真空中でデガス処理、ＭｎＯｘ膜成膜処理、水素ラジカル処理、Ｒｕ膜成膜処理、Ｃｕ系膜成膜処理を行うので、これらの工程中での膜の酸化を防止することができ、高性能の半導体装置を製造することができる。
【００８６】
［ｉＰＶＤ装置］
次に、上記処理システム１００においてＣｕ系膜成膜装置２３に好適に用いることができるｉＰＶＤ装置についてＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタ装置を例にとって説明する。図９は、ＩＣＰ型プラズマスパッタ装置を示す断面図である。
【００８７】
図９に示すように、このＰＶＤ装置は、アルミニウム等の金属からなる接地された処理容器６１を有しており、処理容器６１の底部６２には排気口６３およびガス導入口６７が設けられている。排気口６３には排気管６４が接続されており、排気管６４には圧力調整を行うスロットルバルブ６５および真空ポンプ６６が接続されている。また、ガス導入口６７にはガス供給配管６８が接続されており、ガス供給配管６８には、Ａｒガス等のプラズマ励起用ガスやＮ２ガス等の他のガスを供給するためのガス供給源６９が接続されている。また、ガス供給配管６８には、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部７０が介装されている。
【００８８】
処理容器６１内には、被処理基板であるウエハＷを載置するための載置機構７２が設けられる。この載置機構７２は、円板状に成形された載置台７３と、この載置台７３を支持する中空筒体状の支柱７４とを有している。載置台７３は導電性材料よりなり、支柱７４を介して接地されている。載置台７３の中には冷却ジャケット７５が設けられている。また、載置台７３内には冷却ジャケット７５の上に絶縁材料で被覆された抵抗ヒーター９７が埋め込まれている。そして、冷却ジャケット７５および抵抗ヒーター９７によりウエハ温度が制御される。
【００８９】
載置台７３の上面側には、誘電体部材７６ａの中に電極７６ｂが埋め込まれて構成されたウエハＷ吸着用の静電チャック７６が設けられている。また、支柱７４の下部は、処理容器６１の底部６２の中心部に形成された挿通孔７７を貫通して下方へ延びている。支柱７４は昇降機構（図示せず）により昇降可能となっており、これにより載置機構７２の全体が昇降される。
【００９０】
支柱７４を囲むように、伸縮可能な金属ベローズ７８が設けられている。金属ベローズ７８により処理容器６１内の気密性を維持しつつ載置機構７２の昇降移動が許容される。
【００９１】
底部６２には、上方に向けて例えば３本（２本のみ図示）の支持ピン７９が垂直に設けられており、また、載置台７３には支持ピン７９に対応したピン挿通孔８０が形成されており、載置台７３を降下させた際に、ピン挿通孔８０を貫通した支持ピン７９の上端でウエハＷを受けて、外部より侵入する搬送アーム（図示せず）との間で移載することが可能となっている。処理容器６１の下部側壁には、搬送アームを侵入させるために搬出入口８１が設けられ、この搬出入口８１はゲートバルブＧにより開閉される。
【００９２】
上述した静電チャック７６の電極７６ｂには、給電ライン８２を介して直流電源８３が接続されており、直流電源８３から電極７６ｂに直流電圧が印加されることにより、ウエハＷが静電力により吸着保持される。また給電ライン８２にはバイアス用高周波電源８４が接続されており、静電チャック７６の電極７６ｂにバイアス電力を印加するための高周波電力が供給されるようになっている。
【００９３】
一方、処理容器６１の天井部には、誘電体からなる透過板８６がシール部材８７を介して気密に設けられ、この透過板８６の上部に、処理容器６１内の処理空間Ｓにプラズマ励起用ガスのプラズマを生成するためのプラズマ発生源８８が設けられている。
【００９４】
プラズマ発生源８８は、透過板８６に対応して設けられた誘導コイル９０を有しており、この誘導コイル９０には、プラズマ発生用の高周波電源９１が接続されて、透過板８６を介して処理空間Ｓに高周波電力が導入され誘導電界を形成するようになっている。
【００９５】
透過板８６の直下には、導入された高周波電力を拡散させる金属製のバッフルプレート９２が設けられる。このバッフルプレート９２の下方には、上記処理空間Ｓの上部側方を囲むようにして断面が内側に向けて傾斜した環状（截頭円錐殻状）をなすＣｕまたはＣｕ合金からなるターゲット９３が設けられており、このターゲット９３には電圧可変の直流電源９４が接続されており、ターゲット９３にＡｒイオンを引きつけるための直流電力を印加するようになっている。直流電源に代えて交流電源を用いてもよい。
【００９６】
また、ターゲット９３の外周側には、磁石９５が設けられている。ターゲット９３はプラズマ中のＡｒイオンによりスパッタされ、ＣｕまたはＣｕ合金が放出されるとともに、これらの多くはプラズマ中を通過する際にイオン化される。
【００９７】
またこのターゲット９３の下部には、処理空間Ｓを囲むように金属製の円筒状の保護カバー部材９６が設けられている。この保護カバー部材９６は接地されている。保護カバー部材９６の内側の端部は、載置台７３の外周側を囲むようにして設けられている。
【００９８】
このように構成されるＰＶＤ装置においては、ウエハＷを処理容器６１内へ搬入し、このウエハＷを載置台７３上に載置して静電チャック７６により吸着する。載置台７３は、熱電対（図示せず）で検出された温度に基づいて、冷却ジャケット７５および抵抗ヒーター９７により温度制御される。
【００９９】
そして、所定の真空状態にされた処理容器６１内に、所定流量でＡｒガスを流しつつスロットルバルブ６５を制御して処理容器６１内を所定の真空度に維持する。その後、可変直流電源９４から直流電力をターゲット９３に印加し、さらにプラズマ発生源８８の高周波電源９１から誘導コイル９０に高周波電力（プラズマ電力）を供給する。一方、バイアス用高周波電源８４から静電チャック７６の電極７６ｂに対して所定のバイアス用の高周波電力を供給する。
【０１００】
これにより、処理容器６１内においては、誘導コイル９０に供給された高周波電力によりアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンはターゲット９３に印加された直流電圧に引き寄せられてターゲット９３に衝突し、このターゲット９３がスパッタされて粒子が放出される。この際、ターゲット９３に印加する直流電圧により放出される粒子の量が最適に制御される。
【０１０１】
また、スパッタされたターゲット９３からの粒子はプラズマ中を通る際に多くはイオン化され下方向へ飛散して行く。このとき、この処理容器６１内の圧力をある程度高くし、これによりプラズマ密度を高めることにより、粒子を高効率でイオン化することができる。この時のイオン化率は高周波電源９１から供給される高周波電力により制御される。
【０１０２】
イオンは、バイアス用高周波電源８４から静電チャック７６の電極７６ｂに印加されたバイアス用の高周波電力によりウエハＷ面上に形成される厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもってウエハＷ側に加速するように引き付けられてウエハＷに堆積する。これにより、Ｃｕ系膜の成膜処理が行われる。
【０１０３】
Ｃｕ膜成膜の際には、ウエハ温度を高く（６５〜４００℃）設定するとともに、バイアス用高周波電源８４から静電チャック７６の電極７６ｂに対して印加されるバイアスパワーを調整してＣｕの成膜とＡｒによるエッチングを調整することにより、Ｃｕの流動性を良好にすることができ、良好な埋め込み性でＣｕを埋め込むことができる。
【０１０４】
［ＡＬＤ装置］
次に、上記処理システム１００に用いられるＭｎＯｘ膜成膜装置１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに好適に用いることができるＡＬＤ装置について説明する。図１０は、ＡＬＤ装置の一例を示す断面図であり、ＡＬＤによりＭｎＯｘ膜を成膜するものである。なお、このＡＬＤ装置は、ＣＶＤ装置としてＲｕ膜成膜装置２２に用いることも可能である。
【０１０５】
図１０に示すように、このＡＬＤ装置は処理容器１１０を有する。処理容器１１０内にはウエハＷを水平に載置するための載置台１１１が設けられている。載置台１１１内にはウエハの温調手段となるヒーター１１１ａが設けられている。また、載置台１１１には昇降機構１１１ｂにより昇降自在な３本の昇降ピン１１１ｃ（２本のみ図示）が設けられており、この昇降ピン１１１ｃを介してウエハ搬送手段（図示せず）と載置台１１１との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【０１０６】
処理容器１１０の底部には排気管１１２の一端側が接続され、この排気管１１２の他端側には真空ポンプ１１３が接続されている。処理容器１１０の側壁には、ゲートバルブＧにより開閉される搬送口１１４が形成されている。
【０１０７】
処理容器１１０の天井部には載置台１１１に対向するガスシャワーヘッド１１５が設けられている。ガスシャワーヘッド１１５はガス室１１５ａを備え、ガス室１１５ａに供給されたガスは複数設けられたガス吐出孔１１５ｂから処理容器１１０内に供給される。
【０１０８】
ガスシャワーヘッド１１５には、マンガン化合物ガスをガス室１１５ａに導入するためのマンガン化合物ガス供給配管系１１６が接続される。マンガン化合物ガス供給配管系１１６は、ガス供給路１１６ａを備え、ガス供給路１１６ａの上流側には、バルブ１１６ｂ、マンガン化合物ガス供給源１１７、マスフローコントローラ１１６ｃが接続されている。マンガン化合物ガス供給源１１７からは、マンガン化合物ガスがバブリング法により供給される。バブリングのためのキャリアガスとしてはＡｒガス等を用いることができる。このキャリアガスはパージガスとしても機能する。
【０１０９】
さらに、ガスシャワーヘッド１１５には、酸素含有ガスをガス室１１５ａに導入するための酸素含有ガス供給配管系１１８が接続される。酸素含有ガス供給配管系１１８もまたガス供給路１１８ａを備えており、ガス供給路１１８ａの上流側に、バルブ１１８ｂ、マスフローコントローラ１１８ｃを介して酸素含有ガス供給源１１９が接続されている。酸素含有ガス供給源１１９からは、酸素含有ガスとして、例えば、Ｈ２Ｏガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガス、ＮＯガス、Ｏ２ガス、Ｏ３ガス等が供給される。なお、酸素含有ガス供給配管系１１８は、Ａｒガス等をパージガスとして供給可能となっている。
【０１１０】
なお、本実施形態においては、マンガン化合物ガスと酸素含有ガスとがガスシャワーヘッド１１５のガス室１１５ａを共有する構成となっており、ガス吐出孔１１５ｂから処理容器１１０内に交互に供給されるようになっているが、これに限らず、ガスシャワーヘッド１１５においてマンガン化合物ガス専用のガス室と酸素含有ガス専用のガス室とが独立して設けられ、マンガン化合物ガスと酸素含有ガスとが別々に処理容器１１０内に供給されるようになっていてもよい。
【０１１１】
このように構成されるＡＬＤ装置においては、搬送口１１４からウエハＷを処理容器１１０内に搬送して、所定温度に温調された載置台１１１に載置する。そして、チャンバー１１０内を所定の圧力に調整しつつ、マンガン化合物ガス供給配管系１１６からのマンガン化合物ガスの供給と、酸素含有ガス供給配管系１１８からの酸素含有ガスの供給とを、処理容器１１０内のパージを挟んで複数回繰り返すＡＬＤ法により、所定の膜厚のＭｎＯｘ膜を成膜する。成膜終了後、搬送口１１４から処理後のウエハＷを搬出する。
【０１１２】
［水素ラジカル処理装置］
次に、上記処理システム１００に用いられる水素ラジカル処理装置の一例について説明する。
図１１は、水素ラジカル処理装置の一例を示す断面図であり、リモートプラズマ処理により処理容器内に水素ラジカルを生成するものを例にとって説明する。
【０１１３】
図１１に示すように、この水素ラジカル処理装置は、例えばアルミニウム等により筒体に形成された水素ラジカル処理を行うための処理容器１４１と、処理容器１４１の上方に設けられた誘電体からなる円筒状のベルジャー１４２とを有している。ベルジャー１４２は処理容器１４１よりも小径であり、処理容器１４１の壁部とベルジャー１４２の壁部とは気密に形成され、それらの内部が連通している。
【０１１４】
処理容器１４１の内部には、ウエハＷを載置する例えばＡｌＮ等のセラミックスからなる載置台１４３が配置されており、この載置台１４３内にはヒーター１４４が設けられている。このヒーター１４４はヒーター電源（図示せず）から給電されることにより発熱する。載置台１４３には、ウエハ搬送用の３本のウエハ支持ピン（図示せず）が載置台１４３の表面に対して突没可能に設けられている。
【０１１５】
処理容器１４１の底部には、排気口１５１が設けられており、この排気口１５１には排気管１５２が接続されている。排気管１５２には圧力調整を行うスロットルバルブ１５３および真空ポンプ１５４が接続されており、処理容器１４１およびベルジャー１４２内が真空引き可能となっている。一方、処理容器１４１の側壁には、ウエハ搬出入口１６１が形成されており、ウエハ搬出入口１６１はゲートバルブＧにより開閉可能となっている。そして、ゲートバルブＧを開放した状態でウエハＷの搬入出が行われる。
【０１１６】
ベルジャー１４２の天壁中央には、ガス導入口１７１が形成されている。ガス導入口１７１にはガス供給配管１７２が接続されており、ガス供給配管１７２には水素ラジカル処理のために用いられる水素ガスや不活性ガス等を供給するためのガス供給源１７３が接続されている。また、ガス供給配管１７２には、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部１７４が介装されている。
【０１１７】
ベルジャー１４２の周囲には、アンテナとしてコイル１８１が巻回されている。コイル１８１には高周波電源１８２が接続されている。そして、ベルジャー１４２内に水素ガスおよび不活性ガスを供給しつつコイル１８１に高周波電力が供給されることにより、ベルジャー１４２内に誘導結合プラズマが生成され、処理容器１４１内でウエハＷのＭｎＯｘ膜に対して水素プラズマ処理が施される。
【０１１８】
このように構成される水素ラジカル処理装置においては、ゲートバルブＧを開けて、ウエハＷを載置台１４３上に載置した後、ゲートバルブＧを閉じ、処理容器１４１およびベルジャー１４２内を真空ポンプ１５４により排気してスロットルバルブ１５３によって処理容器１４１およびベルジャー１４２内を所定の圧力に調整するとともに、ヒーター１４４により載置台１４３上のウエハＷを所定温度に加熱する。そして、ガス供給源１７３からガス供給配管１７２およびガス供給口１７１を介して処理容器１４１内に水素ラジカル処理のために用いられる水素ガスや不活性ガス等を供給するとともに、高周波電源１８２からコイル１８１に高周波電力を供給することにより、ベルジャー１４２内に水素ガスや不活性ガス等が励起されて誘導結合プラズマが生成され、その誘導結合プラズマが処理容器１４１内に導入される。そして、生成したプラズマ中の水素ラジカルにより、ウエハＷのＭｎＯｘ膜に対して水素プラズマ処理が施される。
【０１１９】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ハードマスクとしてＴｉＮ膜を用いた場合を示したが、これに限らず、ＭｎＯｘ膜成膜時に水素ラジカル処理で実質的に還元されない強固な結合を持った酸化物が形成されるものであればよい。
【０１２０】
また、例えば、成膜システムとしては、Ｃｕ系膜成膜までを図７のような一体となった処理部で行うものに限らず、複数の処理部に分かれていてもよい。
【０１２１】
また、本発明はトレンチにＣｕ膜を埋め込んだ後、ＣＭＰを行う場合に適用されるものであり、ビアホールの存在や半導体装置の構造に関わらず適用可能である。
【０１２２】
さらに、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハにはシリコンのみならず、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体も含まれ、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２３】
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ；ＭｎＯｘ膜成膜装置
１３；デガス室
１４；水素ラジカル処理装置
２２；Ｒｕ膜成膜装置
２３；Ｃｕ系膜成膜装置
１００；処理システム
１０１；エッチング処理部
１０２；成膜処理部
１０３；ＣＭＰ処理部
１０４；制御部
２０１；下部構造
２０２；層間絶縁膜
２０３；ハードマスク（ＴｉＮ膜）
２０４；トレンチ
２０５；ＭｎＯｘ膜
２０６ａ；第１Ｍｎ含有膜
２０６ｂ；第２Ｍｎ含有膜
２０７；Ｒｕ膜
２０８；Ｃｕ系膜
２０９；Ｃｕ配線
Ｗ；半導体ウエハ（基板）
【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５】
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