アモルファスカーボン膜の処理方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法
【課題】エッチング加工後のアモルファスカーボン膜をウエット洗浄した際の酸化による劣化を抑制することができるアモルファスカーボン膜の処理方法を提供すること。
【解決手段】基板上に成膜され、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜の処理方法であって、ウエット洗浄処理後、上層の形成前に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行う。
【解決手段】基板上に成膜され、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜の処理方法であって、ウエット洗浄処理後、上層の形成前に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を製造する際のマスク等として好適なアモルファスカーボン膜の処理方法、およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスにおいては、配線層間に層間絶縁膜が形成される。このような層間絶縁膜としては従来からＳｉＯ２膜が用いられてきたが、近時、半導体デバイスのさらなる高速化の要求から、より低誘電率の膜が求められており、このような低誘電率層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）としては、例えばＳｉ、Ｏ、Ｃを含むＳｉ主体の有機系材料が用いられつつある。
【０００３】
しかしながら、このようなＳｉ主体の低誘電率膜は高価である上に、他の膜との間で選択性の高いエッチングを行いにくい等の問題があるため、このような問題が生じない低誘電率膜が求められている。
【０００４】
そのような材料として水素を添加したアモルファスカーボン膜が検討されている。アモルファスカーボン膜は、特許文献１に示されているように、処理ガスとして炭化水素ガス等を用いてＣＶＤにより成膜することができ、安価であるし、Ｓｉ主体の低誘電率膜のような不都合が生じない。
また、特許文献１には、アモルファスカーボン膜を、多層レジストの下層のレジスト膜の代わりや、反射防止層等の種々の用途へ適用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アモルファスカーボンを層間絶縁膜に適用する場合には、アモルファスカーボンを成膜した後、ダマシン工程にてトレンチ、ビア部分のドライエッチングを行い、その後、ウエット洗浄を行って、エッチング時のデポ物を除去する。この際、ドライエッチング加工されたアモルファスカーボン膜の側壁部分はエッチングダメージを受けており、ウエット洗浄時に水分等により比較的容易に酸化され、水酸基（ＯＨ基）が形成される。そして、形成されたＯＨ基による酸化作用により、その上に形成される膜との密着性が劣化したり、アモルファスカーボン膜自体の誘電率が増加する等、膜特性が劣化してしまう。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、エッチング加工後のアモルファスカーボン膜をウエット洗浄した際の酸化による劣化を抑制することができるアモルファスカーボン膜の処理方法を提供することを目的とする。また、そのような処理方法を適用した半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点では、基板上に成膜され、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜の処理方法であって、ウエット洗浄処理後、上層の形成前に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行うことを特徴とするアモルファスカーボン膜の処理方法を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点では、半導体基板上にアモルファスカーボン膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にドライエッチングを施してホールまたはトレンチを形成する工程と、前記ドライエッチングを施した層間絶縁膜にウエット洗浄処理を施す工程と、ウエット洗浄処理後に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行う工程と、表面改質処理後、アモルファスカーボン膜の上層としてバリア膜を形成する工程と、前記ホールまたはトレンチに配線金属を埋め込む工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【０００９】
上記第１および第２の観点において、前記表面改質処理として、アモルファスカーボン膜にシリル化剤を接触させるシリル化処理を用いることができる。前記シリル化処理はシリル化剤の蒸気を前記アモルファスカーボン膜の表面に接触させることにより行われることができる。この場合に、前記シリル化処理は、室温〜２００℃の温度で行うことができる。
【００１０】
また、上記第１および第２の観点において、前記シリル化剤は、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
からなる群から選択された１種または２種以上であることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記第１または第２の観点において、前記表面改質処理として、アモルファスカーボン膜にシリコン水素化ガスを接触させる処理を用いることができる。
【００１２】
さらにまた、上記第１または第２の観点において、前記ウエット洗浄処理の後、前記表面改質処理の前に、前記アモルファスカーボン膜の表面酸化膜を除去する処理を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点の方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜に対し、上層の形成前に表面改質処理を行うので、ドライエッチングによりダメージを受けてその後ウエット洗浄により水酸基（ＯＨ基）が形成された表面が改質されるので、その上に形成される膜との密着性が劣化することを抑制することができ、かつＯＨ基が形成されることにより上昇したアモルファスカーボン膜自体の誘電率を回復させることができる。特に、このような表面改質処理としてシリル化処理を行うことにより、アモルファスカーボン膜の表面に形成された水酸基がシリル基に置換されるので、上層の金属膜の密着性の問題やアモルファスカーボン膜自体の誘電率が上昇することを、極めて有効に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法の一連の手順を示すフローチャート、図２および図３はその工程断面図である。
【００１６】
本実施形態では、まず、シリコン基板（半導体ウエハ）１０１の上に層間絶縁膜としてのアモルファスカーボン膜１０２を成膜する（ステップ１、図２（ａ））。アモルファスカーボン膜１０２の成膜方法は特に限定されるものではないが、後述するようにＣＶＤで成膜することが好ましい。この際の処理ガスとしては、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭化水素ガスや、これらの化合物を主体とするものを用いることができる。また、処理ガスとしてさらに酸素を含有させることにより、比較的低温成膜であっても強固なカーボンネットワークを形成することが可能となる。
【００１７】
アモルファスカーボン膜１０２の成膜後、層間絶縁膜としてのアモルファスカーボン膜１０２に対してドライエッチングを施し、ホール１０３、トレンチ１０４を形成する（ステップ２、図２（ｂ））。具体的には、まず、レジスト層（図示せず）等をマスクとしてビアエッチングを行い、レジストを除去した後、犠牲層（図示せず）を形成し、レジスト層をマスクとしてトレンチエッチングを行い、再びレジストを除去しドライアッシング行い、犠牲膜およびストッパー層（図示せず）をエッチング除去してホール１０３、トレンチ１０４を形成する。このとき、アモルファスカーボン膜１０２には、エッチングやアッシングによるダメージ層１０５が形成されている。
【００１８】
上記ステップ２の処理の後、常法に従ってウエット洗浄を行う（ステップ３、図２（ｃ））。このウエット洗浄の際の水分によりダメージ層１０５が比較的容易に酸化され、ＯＨ基を有する自然酸化膜１０６となる。
【００１９】
次に、必要に応じて表面の自然酸化膜１０６を除去する（ステップ４、図２（ｄ））。自然酸化膜の除去は、プラズマ処理、Ｈ２ガス等の還元ガスを用いた処理、アンモニアガスおよびフッ化水素ガスを用いたＣＯＲ処理等を用いることができる。ただし、このようにして自然酸化膜を除去してもアモルファスカーボン膜１０２の表面にはＯＨ基が存在する変質層１０７が残存する。
【００２０】
自然酸化膜１０６や変質層１０７のようなＯＨ基を有する部分が表面に存在すると、その後に金属膜を形成した場合に金属膜が酸化したり、アモルファスカーボン膜１０２自体の誘電率が上昇して、膜質が劣化してしまう。
【００２１】
このため、次に、上層の形成に先立って、アモルファスカーボン膜１０２に表面改質処理を施し、表面改質層１０８を形成する（ステップ５、図２（ｅ））。このようにアモルファスカーボン膜１０２の表面を改質して表面のＯＨ基を他の基に置換することにより、酸化作用を低減して、その上に形成される膜の密着性の低下を抑制することができる。また、ＯＨ基が存在することによる上昇したアモルファスカーボン膜１０２の誘電率を回復することができる。
【００２２】
このような処理として例えばシリル化処理を挙げることができる。シリル化処理は、アモルファスカーボン膜１０２の表面に形成されたＯＨ基とシリル化剤とを反応させてトリメチルシリル基等のシリル基に置換する処理であり、これによりアモルファスカーボン膜の表面が改質され、表面改質層１０８が形成される。
【００２３】
シリル化剤としては、シリル化反応を起こす物質であれば特に制限なく使用可能であるが、分子内にシラザン結合（Ｓｉ−Ｎ結合）を有する化合物群の中で比較的小さな分子構造を持つものが好ましい。具体的には、例えば、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
等を用いることが可能である。これらの化学構造を以下に示す。
【００２４】
【化１】
【００２５】
シリル化反応は、シリル化剤としてＤＭＳＤＭＡを用いた場合を例にとると、下記化２式で示され、膜中のＯＨ基がＯ−Ｓｉの形に置き換わる。
【００２６】
【化２】
【００２７】
シリル化処理は、上記シリル化剤をアモルファスカーボン膜に接触させることにより行うことができ、典型的には後述するように上記シリル化剤の蒸気をアモルファスカーボン膜の表面に接触させることが挙げられる。シリル化剤をアモルファスカーボン膜に塗布することにより行ってもよい。
【００２８】
このようにアモルファスカーボン膜１０２に本実施形態の処理を施した後、アモルファスカーボン膜の上層としてバリア膜１１０を形成する（ステップ６、図３（ａ））。
【００２９】
次に、ホール１０３およびトレンチ１０４をＣｕめっき等で埋めてＣｕ配線層１１１を形成する（ステップ７、図３（ｂ））。そして、形成したＣｕ配線層１１１をＣＭＰにより研磨する（ステップ８、図３（ｃ））。得られる半導体装置の特性を良好にする観点から、Ｃｕ配線層１１１の表面の自然酸化膜を除去することが好ましい。
【００３０】
次に、Ｃｕ配線層１１１およびアモルファスカーボン膜１０２の上に、ＳｉＮ膜等の銅拡散バリア膜１１２を形成する（ステップ９、図３（ｄ））。その後、銅拡散バリア膜１１２の上に、次の層間絶縁膜１１３を形成する（ステップ１０、図３（ｅ））。この層間絶縁膜１１３にも同様にデュアルダマシン法によりホールおよびトレンチを形成し、Ｃｕ配線層を埋め込み、このような処理を所定回数繰り返し、銅多層配線構造を有する半導体装置が製造される。
【００３１】
次に、上記図１のステップ５の本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の表面改質処理までの一連の工程を実施するための処理装置群について説明する。図４は、上記一連の工程を実施するための処理装置群を示すブロック図である。この処理装置群は、アモルファスカーボン膜を成膜するアモルファスカーボン膜成膜装置２０１と、半導体ウエハＷの上のアモルファスカーボン膜にドライエッチング処理を施すドライエッチング装置２０２と、エッチング後にレジスト膜等をアッシングするアッシング装置２０３と、エッチング、アッシング後にウエット洗浄処理を行うウエット洗浄処理装置２０４と、ウエット洗浄後にアモルファスカーボン膜の表面の自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去装置２０５と、ウエット洗浄後または自然酸化膜除去後にアモルファスカーボン膜に表面改質処理としてのシリル化処理を施すシリル化処理装置２０６とを有している。なお、各装置間でウエハＷを搬送する際には、図示しない搬送装置を用いることができる。搬送装置を用いる代わりにオペレータにより搬送してもよい。また、上記一群の装置のうち、アモルファスカーボン成膜装置２０１とシリル化処理装置２０６は以下に説明するが、他の装置は通常用いられる装置を適用することができるため、詳細な説明は省略する。
【００３２】
これら各装置は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ２１１により一括して制御される構成となっている。プロセスコントローラ２１１には、工程管理者が各装置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、各装置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２１２と、各処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ２１１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部２１３とが接続されている。
【００３３】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース２１２からの指示等を受けて、任意のレシピを記憶部２１３から呼び出してプロセスコントローラ２１１に実行させることで、プロセスコントローラ２１１の制御下で、処理装置群において所望の一連の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものであってもよく、さらに、各装置間、あるいは外部の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３４】
次に、アモルファスカーボン膜成膜装置２０１について詳細に説明する。図５はアモルファスカーボン膜の成膜装置の一例を示す断面図である。
【００３５】
このアモルファスカーボン膜成膜装置２０１は、略円筒状のチャンバ２１を有している。このチャンバ２１の内部には、被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材２３により支持された状態で配置されている。サセプタ２２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング２４が設けられている。また、サセプタ２２にはヒータ２５が埋め込まれており、このヒータ２５はヒータ電源２６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ２２には熱電対２７が埋設されており、この検出信号によりヒータ２５への出力が制御されるようになっている。サセプタ２２の表面近傍には電極２８が埋設されており、この電極２８は接地されている。さらに、サセプタ２２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本のウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３６】
チャンバ２１の天壁２１ａには、絶縁部材２９を介してシャワーヘッド３０が設けられている。このシャワーヘッド３０は、内部にガス拡散空間３９を有する円筒状をなしており、上面に処理ガスを導入するガス導入口３１、下面に多数のガス吐出口３２を有している。シャワーヘッド３０のガス導入口３１には、ガス配管３３を介して、アモルファスカーボン膜を形成するための処理ガスを供給するガス供給機構３４が接続されている。
【００３７】
シャワーヘッド３０には、整合器３５を介して高周波電源３６が接続されており、この高周波電源３６からシャワーヘッド３０に高周波電力が供給されるようになっている。高周波電源３６から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド３０を介してチャンバ２１内に供給されたガスをプラズマ化することができる。
【００３８】
チャンバ２１の底壁２１ｂには排気管３７が接続されており、この排気管３７には真空ポンプを含む排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバ２１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。チャンバ２１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４０と、この搬入出口４０を開閉するゲートバルブ４１とが設けられている。
【００３９】
アモルファスカーボン膜成膜装置２０１の各構成部、例えば、ヒータ電源２６、ガス供給機構３４，高周波電源３６、排気装置３８等は、装置コントローラ４２接続され、装置コントローラ４２は上記プロセスコントローラ２１１に接続されている。そして、プロセスコントローラ２１１の指令に基づいて装置コントローラ４２によりアモルファスカーボン膜成膜装置２０１の各構成部が制御されるようになっている。
【００４０】
このように構成されたアモルファスカーボン膜成膜装置２０１においては、まず半導体ウエハＷをチャンバ２１内に搬入し、サセプタ２２上に載置する。そして、ガス供給機構３４からガス配管３３およびシャワーヘッド３０を介してプラズマ生成ガスとして例えばＡｒガスを流しながら、排気装置３８によりチャンバ２１内を排気して、チャンバ２１内を所定の減圧状態に維持するとともに、ヒータ２５によりサセプタ２２を１００〜２００℃の所定温度に加熱する。そして、高周波電源３６からシャワーヘッド３０に高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド３０と電極２８との間に高周波電界が生じ、処理ガスがプラズマ化される。
【００４１】
その状態で、ガス供給機構３４からアモルファスカーボン膜を成膜するための炭化水素ガスを含む処理ガスをガス配管３３およびシャワーヘッド３０を介してチャンバ２１内に導入する。
【００４２】
これにより、チャンバ２１内に形成されたプラズマにより処理ガスを励起させるとともに、ウエハＷ上で加熱して分解させて、所定の厚さのアモルファスカーボン膜を成膜する。
【００４３】
炭化水素ガスを含む処理ガスとしては、アセチレンと水素ガスを混合したガスを用いることができる。また、この他に、化学式がＣ４Ｈ６で表されるガスを用いることができ、具体的な化合物としては、２−ブチン、ブタジエンを用いることができる。また、処理ガスとしては、Ａｒガス等の不活性ガスが含まれていてもよい。さらに、成膜の際のチャンバ内圧力は、２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）以下が好ましい。
【００４４】
また、アモルファスカーボン膜を成膜する際のウエハ温度（成膜温度）は、２００℃以下が好ましく、１００〜２００℃がより好ましい。
【００４５】
シャワーヘッド３０に印加される高周波電力の周波数およびパワーは、必要な反応に応じて適宜設定すればよい。このように高周波電力を印加することにより、チャンバ２１内に高周波電界を形成して処理ガスをプラズマ化することができ、プラズマＣＶＤによるアモルファスカーボン膜の成膜を実現することができる。プラズマ化されたガスは反応性が高いため、成膜温度をより低下させることが可能である。なお、プラズマ源としては、このような高周波電力による容量結合型のものに限らず、誘導結合型のプラズマでもよいし、マイクロ波を導波管およびアンテナを介してチャンバ２１内に導入してプラズマを形成するものであってもよい。また、プラズマ生成は必須ではなく、反応性が十分な場合には、熱ＣＶＤによる成膜であってもよい。
【００４６】
このようにして成膜されたアモルファスカーボン膜は、炭素と水素とからなるＣＨｘ膜（０．８＜ｘ＜１．２）であり、誘電率が２．７程度と既存のＬｏｗ−ｋ膜より若干高い値程度であり、十分に低誘電率の層間絶縁膜として適用可能である。また、このように形成されたアモルファスカーボン膜は、Ｃｕの拡散に対するバリア性が高い。
【００４７】
次に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理であるシリル化処理を実施するシリル化処理装置２０６について説明する。図６はシリル化処理装置の概略構成を示す断面図である。シリル化処理装置２０６は、ウエハＷを収容するチャンバ５１を備えており、チャンバ５１は、固定された下部容器５１ａと、下部容器５１ａを覆う蓋体５１ｂから構成され、蓋体５１ｂは図示しない昇降装置により昇降自在である。下部容器５１ａにはホットプレート５２が設けられており、ホットプレート５２の周囲から上記いずれかのシリル化剤の蒸気がチャンバ５１内に供給されるようになっている。シリル化剤は気化器５３によって気化されて蒸気状になり、Ｎ２ガスにキャリアされてチャンバ５１に供給される。
【００４８】
ホットプレート５２内には、ヒータ５２ａが埋設されており、このヒータ５２ａがヒータ電源（図示せず）から給電されることによって、例えば、室温〜２００℃の範囲で温度調節が可能であり、その表面には半導体ウエハＷを支持するピン５４が設けられている。半導体ウエハＷをホットプレート５２に直接載置しないことで、ウエハＷの裏面の汚染が防止される。下部容器５１ａの外周部上面には第１シールリング５５が設けられており、蓋体５１ｂの外周部下面には、蓋体５１ｂを下部容器５１ａに押し付けた際に第１シールリング５５と接触する第２シールリング５６が設けられている。これら第１および第２シールリング５５，５６のペアーは内側と外側に２組設けられており、これらの間の空間は減圧可能となっていて、この空間を減圧することにより、チャンバ５１の気密性が確保される。蓋体５１ｂの略中心部には、チャンバ５１に供給されたシリル化剤と窒素ガスを排気するための排気口５７が設けられており、この排気口５７は圧力調整装置５８を介して、真空ポンプ５９に接続されている。
【００４９】
シリル化処理装置２０６の各構成部は、装置コントローラ６０に接続され、装置コントローラ６０は上記プロセスコントローラ２１１に接続されている。そして、プロセスコントローラ２１１の指令に基づいて装置コントローラ６０によりシリル化処理装置２０６の各構成部が制御されるようになっている。
【００５０】
このように構成されるシリル化処理装置２０６においては、蓋体５１ｂを上昇した状態でチャンバ５１内に半導体ウエハＷを搬入してホットプレート５２のピン５４上に載置する。次いで、蓋体５１ｂを下降させてチャンバ５１内を密閉空間とし、さらにチャンバ５１内を減圧して気密性を高め、この状態で、ホットプレート５２を室温〜２００℃の所定の温度に制御するとともに、気化器５３の温度を室温〜５０℃とし、シリル化剤を例えば０．１〜１．０ｇ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス（パージガス）を例えば１〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給するとともに、処理圧力を６６６〜９６０００Ｐａ（５〜７２０Ｔｏｒｒ）としてシリル化処理を１分程度行う。これにより、シリル化剤の蒸気が半導体ウエハＷに形成されたアモルファスカーボン膜上に供給され、その表面でシリル化反応を生じて表面改質層が形成される。
【００５１】
このように表面改質処理を行うことにより、実質的にＯＨ基が存在しない表面改質層が形成されるので、その上に形成されるＣｕ拡散バリア層との密着性の低下が抑制されるとともに、ＯＨ基の存在により上昇したアモルファスカーボン膜自体の誘電率を２．７程度に回復することができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、アモルファスカーボン膜の表面改質処理としてシリル化処理を例示したが、アモルファスカーボン膜を改質することができる処理であれば特に限定されない。例えば、他の方面改質処理として、アモルファスカーボン膜を加熱還元雰囲気中に曝す方法を採用することもできる。ここで還元ガス（雰囲気）としては、シラン（ＳｉＨ４）のようなシリコン水素化ガスを挙げることができる。例えば、既述のアモルファスカーボン膜成膜装置２０１において、室温〜３５０℃の所定温度に維持されたサセプタ２２上にウエハＷを載置し、シャワーヘッド３０から例えばシランガスを供給することにより、アモルファスカーボン膜の表面にシリコン水素化ガスを接触させる。このようにして作製されたアモルファスカーボン膜を、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で観察すると、Ｓｉ−Ｃの結合スペクトルが見られることから、アモルファスカーボンに付着した水酸基は、シリコン水素化ガスと以下のような反応を起こすものと考えられる。
ＳｉＨ４ ＋ ＨＯ−Ｃ− → Ｈ２Ｏ ＋ Ｈ３Ｓｉ−Ｃ
【００５３】
また、上記実施形態では、アモルファスカーボン膜を層間絶縁膜として適用し、かつアモルファスカーボン膜のみで層間絶縁膜を形成した例について示したが、図７や図８のように、ＳｉＯＣ系等の他の低誘電率膜１２０とを積層したものであっても本発明を適用可能である。また、層間絶縁膜に限らず、Ｃｕ拡散バリア膜等の他の用途にアモルファスカーボン膜を適用した場合にも同様に本発明を適用することが可能である。さらに、ドライエッチングによりホールおよびトレンチを形成した例を示したが、これらのいずれかでもよく、他のエッチングであってもよい。
【００５４】
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示したが、これに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板等、他の基板にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法の一連の手順を示すフローチャート。
【図２】本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法におけるアモルファスカーボン膜の表面改質処理までの工程を示す工程断面図。
【図３】本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法におけるアモルファスカーボン膜の表面改質処理後の工程を示す工程断面図。
【図４】上記半導体装置の製造工程のうち、アモルファスカーボン膜の表面改質処理までの一連の工程を実施するための処理装置群を説明するブロック図。
【図５】図４の処理装置群の中のアモルファスカーボン膜成膜装置の概略構成を示す断面図。
【図６】図４の処理装置群の中のシリル化処理装置の概略構成を示す断面図。
【図７】本発明のアモルファスカーボン膜の処理方法の他の適用例を示す断面図。
【図８】本発明のアモルファスカーボン膜の処理方法のさらに他の適用例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５６】
２１；チャンバ
２２；サセプタ
２５；ヒータ
３０；シャワーヘッド
３４，５０；ガス供給機構
３６；高周波電源
４２；装置コントローラ
５１；チャンバ
５２；ホットプレート
５２ａ；ヒータ
５３；気化器
５７；排気口
６０；装置コントローラ
１０１；シリコン基板
１０２；アモルファスカーボン膜
１０３；ホール
１０４；トレンチ
１０５；ダメージ層
１０６；自然酸化膜
１０７；変質層
１０８；表面改質層
１１０；バリア膜
１１１；Ｃｕ配線層
１１２；銅拡散バリア膜
１２０；低誘電率膜
２０１；アモルファスカーボン膜成膜装置
２０２；ドライエッチング装置
２０３；アッシング装置
２０４；ウエット洗浄処理装置
２０５；自然酸化膜除去装置
２０６；シリル化処理装置
２１１；プロセスコントローラ
２１２；ユーザーインターフェース
２１３；記憶部
Ｗ；半導体ウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を製造する際のマスク等として好適なアモルファスカーボン膜の処理方法、およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスにおいては、配線層間に層間絶縁膜が形成される。このような層間絶縁膜としては従来からＳｉＯ２膜が用いられてきたが、近時、半導体デバイスのさらなる高速化の要求から、より低誘電率の膜が求められており、このような低誘電率層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）としては、例えばＳｉ、Ｏ、Ｃを含むＳｉ主体の有機系材料が用いられつつある。
【０００３】
しかしながら、このようなＳｉ主体の低誘電率膜は高価である上に、他の膜との間で選択性の高いエッチングを行いにくい等の問題があるため、このような問題が生じない低誘電率膜が求められている。
【０００４】
そのような材料として水素を添加したアモルファスカーボン膜が検討されている。アモルファスカーボン膜は、特許文献１に示されているように、処理ガスとして炭化水素ガス等を用いてＣＶＤにより成膜することができ、安価であるし、Ｓｉ主体の低誘電率膜のような不都合が生じない。
また、特許文献１には、アモルファスカーボン膜を、多層レジストの下層のレジスト膜の代わりや、反射防止層等の種々の用途へ適用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１２９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アモルファスカーボンを層間絶縁膜に適用する場合には、アモルファスカーボンを成膜した後、ダマシン工程にてトレンチ、ビア部分のドライエッチングを行い、その後、ウエット洗浄を行って、エッチング時のデポ物を除去する。この際、ドライエッチング加工されたアモルファスカーボン膜の側壁部分はエッチングダメージを受けており、ウエット洗浄時に水分等により比較的容易に酸化され、水酸基（ＯＨ基）が形成される。そして、形成されたＯＨ基による酸化作用により、その上に形成される膜との密着性が劣化したり、アモルファスカーボン膜自体の誘電率が増加する等、膜特性が劣化してしまう。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、エッチング加工後のアモルファスカーボン膜をウエット洗浄した際の酸化による劣化を抑制することができるアモルファスカーボン膜の処理方法を提供することを目的とする。また、そのような処理方法を適用した半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点では、基板上に成膜され、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜の処理方法であって、ウエット洗浄処理後、上層の形成前に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行うことを特徴とするアモルファスカーボン膜の処理方法を提供する。
【０００８】
本発明の第２の観点では、半導体基板上にアモルファスカーボン膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にドライエッチングを施してホールまたはトレンチを形成する工程と、前記ドライエッチングを施した層間絶縁膜にウエット洗浄処理を施す工程と、ウエット洗浄処理後に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行う工程と、表面改質処理後、アモルファスカーボン膜の上層としてバリア膜を形成する工程と、前記ホールまたはトレンチに配線金属を埋め込む工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【０００９】
上記第１および第２の観点において、前記表面改質処理として、アモルファスカーボン膜にシリル化剤を接触させるシリル化処理を用いることができる。前記シリル化処理はシリル化剤の蒸気を前記アモルファスカーボン膜の表面に接触させることにより行われることができる。この場合に、前記シリル化処理は、室温〜２００℃の温度で行うことができる。
【００１０】
また、上記第１および第２の観点において、前記シリル化剤は、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
からなる群から選択された１種または２種以上であることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記第１または第２の観点において、前記表面改質処理として、アモルファスカーボン膜にシリコン水素化ガスを接触させる処理を用いることができる。
【００１２】
さらにまた、上記第１または第２の観点において、前記ウエット洗浄処理の後、前記表面改質処理の前に、前記アモルファスカーボン膜の表面酸化膜を除去する処理を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点の方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜に対し、上層の形成前に表面改質処理を行うので、ドライエッチングによりダメージを受けてその後ウエット洗浄により水酸基（ＯＨ基）が形成された表面が改質されるので、その上に形成される膜との密着性が劣化することを抑制することができ、かつＯＨ基が形成されることにより上昇したアモルファスカーボン膜自体の誘電率を回復させることができる。特に、このような表面改質処理としてシリル化処理を行うことにより、アモルファスカーボン膜の表面に形成された水酸基がシリル基に置換されるので、上層の金属膜の密着性の問題やアモルファスカーボン膜自体の誘電率が上昇することを、極めて有効に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法の一連の手順を示すフローチャート、図２および図３はその工程断面図である。
【００１６】
本実施形態では、まず、シリコン基板（半導体ウエハ）１０１の上に層間絶縁膜としてのアモルファスカーボン膜１０２を成膜する（ステップ１、図２（ａ））。アモルファスカーボン膜１０２の成膜方法は特に限定されるものではないが、後述するようにＣＶＤで成膜することが好ましい。この際の処理ガスとしては、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭化水素ガスや、これらの化合物を主体とするものを用いることができる。また、処理ガスとしてさらに酸素を含有させることにより、比較的低温成膜であっても強固なカーボンネットワークを形成することが可能となる。
【００１７】
アモルファスカーボン膜１０２の成膜後、層間絶縁膜としてのアモルファスカーボン膜１０２に対してドライエッチングを施し、ホール１０３、トレンチ１０４を形成する（ステップ２、図２（ｂ））。具体的には、まず、レジスト層（図示せず）等をマスクとしてビアエッチングを行い、レジストを除去した後、犠牲層（図示せず）を形成し、レジスト層をマスクとしてトレンチエッチングを行い、再びレジストを除去しドライアッシング行い、犠牲膜およびストッパー層（図示せず）をエッチング除去してホール１０３、トレンチ１０４を形成する。このとき、アモルファスカーボン膜１０２には、エッチングやアッシングによるダメージ層１０５が形成されている。
【００１８】
上記ステップ２の処理の後、常法に従ってウエット洗浄を行う（ステップ３、図２（ｃ））。このウエット洗浄の際の水分によりダメージ層１０５が比較的容易に酸化され、ＯＨ基を有する自然酸化膜１０６となる。
【００１９】
次に、必要に応じて表面の自然酸化膜１０６を除去する（ステップ４、図２（ｄ））。自然酸化膜の除去は、プラズマ処理、Ｈ２ガス等の還元ガスを用いた処理、アンモニアガスおよびフッ化水素ガスを用いたＣＯＲ処理等を用いることができる。ただし、このようにして自然酸化膜を除去してもアモルファスカーボン膜１０２の表面にはＯＨ基が存在する変質層１０７が残存する。
【００２０】
自然酸化膜１０６や変質層１０７のようなＯＨ基を有する部分が表面に存在すると、その後に金属膜を形成した場合に金属膜が酸化したり、アモルファスカーボン膜１０２自体の誘電率が上昇して、膜質が劣化してしまう。
【００２１】
このため、次に、上層の形成に先立って、アモルファスカーボン膜１０２に表面改質処理を施し、表面改質層１０８を形成する（ステップ５、図２（ｅ））。このようにアモルファスカーボン膜１０２の表面を改質して表面のＯＨ基を他の基に置換することにより、酸化作用を低減して、その上に形成される膜の密着性の低下を抑制することができる。また、ＯＨ基が存在することによる上昇したアモルファスカーボン膜１０２の誘電率を回復することができる。
【００２２】
このような処理として例えばシリル化処理を挙げることができる。シリル化処理は、アモルファスカーボン膜１０２の表面に形成されたＯＨ基とシリル化剤とを反応させてトリメチルシリル基等のシリル基に置換する処理であり、これによりアモルファスカーボン膜の表面が改質され、表面改質層１０８が形成される。
【００２３】
シリル化剤としては、シリル化反応を起こす物質であれば特に制限なく使用可能であるが、分子内にシラザン結合（Ｓｉ−Ｎ結合）を有する化合物群の中で比較的小さな分子構造を持つものが好ましい。具体的には、例えば、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
等を用いることが可能である。これらの化学構造を以下に示す。
【００２４】
【化１】
【００２５】
シリル化反応は、シリル化剤としてＤＭＳＤＭＡを用いた場合を例にとると、下記化２式で示され、膜中のＯＨ基がＯ−Ｓｉの形に置き換わる。
【００２６】
【化２】
【００２７】
シリル化処理は、上記シリル化剤をアモルファスカーボン膜に接触させることにより行うことができ、典型的には後述するように上記シリル化剤の蒸気をアモルファスカーボン膜の表面に接触させることが挙げられる。シリル化剤をアモルファスカーボン膜に塗布することにより行ってもよい。
【００２８】
このようにアモルファスカーボン膜１０２に本実施形態の処理を施した後、アモルファスカーボン膜の上層としてバリア膜１１０を形成する（ステップ６、図３（ａ））。
【００２９】
次に、ホール１０３およびトレンチ１０４をＣｕめっき等で埋めてＣｕ配線層１１１を形成する（ステップ７、図３（ｂ））。そして、形成したＣｕ配線層１１１をＣＭＰにより研磨する（ステップ８、図３（ｃ））。得られる半導体装置の特性を良好にする観点から、Ｃｕ配線層１１１の表面の自然酸化膜を除去することが好ましい。
【００３０】
次に、Ｃｕ配線層１１１およびアモルファスカーボン膜１０２の上に、ＳｉＮ膜等の銅拡散バリア膜１１２を形成する（ステップ９、図３（ｄ））。その後、銅拡散バリア膜１１２の上に、次の層間絶縁膜１１３を形成する（ステップ１０、図３（ｅ））。この層間絶縁膜１１３にも同様にデュアルダマシン法によりホールおよびトレンチを形成し、Ｃｕ配線層を埋め込み、このような処理を所定回数繰り返し、銅多層配線構造を有する半導体装置が製造される。
【００３１】
次に、上記図１のステップ５の本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の表面改質処理までの一連の工程を実施するための処理装置群について説明する。図４は、上記一連の工程を実施するための処理装置群を示すブロック図である。この処理装置群は、アモルファスカーボン膜を成膜するアモルファスカーボン膜成膜装置２０１と、半導体ウエハＷの上のアモルファスカーボン膜にドライエッチング処理を施すドライエッチング装置２０２と、エッチング後にレジスト膜等をアッシングするアッシング装置２０３と、エッチング、アッシング後にウエット洗浄処理を行うウエット洗浄処理装置２０４と、ウエット洗浄後にアモルファスカーボン膜の表面の自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去装置２０５と、ウエット洗浄後または自然酸化膜除去後にアモルファスカーボン膜に表面改質処理としてのシリル化処理を施すシリル化処理装置２０６とを有している。なお、各装置間でウエハＷを搬送する際には、図示しない搬送装置を用いることができる。搬送装置を用いる代わりにオペレータにより搬送してもよい。また、上記一群の装置のうち、アモルファスカーボン成膜装置２０１とシリル化処理装置２０６は以下に説明するが、他の装置は通常用いられる装置を適用することができるため、詳細な説明は省略する。
【００３２】
これら各装置は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ２１１により一括して制御される構成となっている。プロセスコントローラ２１１には、工程管理者が各装置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、各装置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２１２と、各処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ２１１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部２１３とが接続されている。
【００３３】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース２１２からの指示等を受けて、任意のレシピを記憶部２１３から呼び出してプロセスコントローラ２１１に実行させることで、プロセスコントローラ２１１の制御下で、処理装置群において所望の一連の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものであってもよく、さらに、各装置間、あるいは外部の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３４】
次に、アモルファスカーボン膜成膜装置２０１について詳細に説明する。図５はアモルファスカーボン膜の成膜装置の一例を示す断面図である。
【００３５】
このアモルファスカーボン膜成膜装置２０１は、略円筒状のチャンバ２１を有している。このチャンバ２１の内部には、被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材２３により支持された状態で配置されている。サセプタ２２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング２４が設けられている。また、サセプタ２２にはヒータ２５が埋め込まれており、このヒータ２５はヒータ電源２６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ２２には熱電対２７が埋設されており、この検出信号によりヒータ２５への出力が制御されるようになっている。サセプタ２２の表面近傍には電極２８が埋設されており、この電極２８は接地されている。さらに、サセプタ２２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本のウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３６】
チャンバ２１の天壁２１ａには、絶縁部材２９を介してシャワーヘッド３０が設けられている。このシャワーヘッド３０は、内部にガス拡散空間３９を有する円筒状をなしており、上面に処理ガスを導入するガス導入口３１、下面に多数のガス吐出口３２を有している。シャワーヘッド３０のガス導入口３１には、ガス配管３３を介して、アモルファスカーボン膜を形成するための処理ガスを供給するガス供給機構３４が接続されている。
【００３７】
シャワーヘッド３０には、整合器３５を介して高周波電源３６が接続されており、この高周波電源３６からシャワーヘッド３０に高周波電力が供給されるようになっている。高周波電源３６から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド３０を介してチャンバ２１内に供給されたガスをプラズマ化することができる。
【００３８】
チャンバ２１の底壁２１ｂには排気管３７が接続されており、この排気管３７には真空ポンプを含む排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバ２１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。チャンバ２１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４０と、この搬入出口４０を開閉するゲートバルブ４１とが設けられている。
【００３９】
アモルファスカーボン膜成膜装置２０１の各構成部、例えば、ヒータ電源２６、ガス供給機構３４，高周波電源３６、排気装置３８等は、装置コントローラ４２接続され、装置コントローラ４２は上記プロセスコントローラ２１１に接続されている。そして、プロセスコントローラ２１１の指令に基づいて装置コントローラ４２によりアモルファスカーボン膜成膜装置２０１の各構成部が制御されるようになっている。
【００４０】
このように構成されたアモルファスカーボン膜成膜装置２０１においては、まず半導体ウエハＷをチャンバ２１内に搬入し、サセプタ２２上に載置する。そして、ガス供給機構３４からガス配管３３およびシャワーヘッド３０を介してプラズマ生成ガスとして例えばＡｒガスを流しながら、排気装置３８によりチャンバ２１内を排気して、チャンバ２１内を所定の減圧状態に維持するとともに、ヒータ２５によりサセプタ２２を１００〜２００℃の所定温度に加熱する。そして、高周波電源３６からシャワーヘッド３０に高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド３０と電極２８との間に高周波電界が生じ、処理ガスがプラズマ化される。
【００４１】
その状態で、ガス供給機構３４からアモルファスカーボン膜を成膜するための炭化水素ガスを含む処理ガスをガス配管３３およびシャワーヘッド３０を介してチャンバ２１内に導入する。
【００４２】
これにより、チャンバ２１内に形成されたプラズマにより処理ガスを励起させるとともに、ウエハＷ上で加熱して分解させて、所定の厚さのアモルファスカーボン膜を成膜する。
【００４３】
炭化水素ガスを含む処理ガスとしては、アセチレンと水素ガスを混合したガスを用いることができる。また、この他に、化学式がＣ４Ｈ６で表されるガスを用いることができ、具体的な化合物としては、２−ブチン、ブタジエンを用いることができる。また、処理ガスとしては、Ａｒガス等の不活性ガスが含まれていてもよい。さらに、成膜の際のチャンバ内圧力は、２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）以下が好ましい。
【００４４】
また、アモルファスカーボン膜を成膜する際のウエハ温度（成膜温度）は、２００℃以下が好ましく、１００〜２００℃がより好ましい。
【００４５】
シャワーヘッド３０に印加される高周波電力の周波数およびパワーは、必要な反応に応じて適宜設定すればよい。このように高周波電力を印加することにより、チャンバ２１内に高周波電界を形成して処理ガスをプラズマ化することができ、プラズマＣＶＤによるアモルファスカーボン膜の成膜を実現することができる。プラズマ化されたガスは反応性が高いため、成膜温度をより低下させることが可能である。なお、プラズマ源としては、このような高周波電力による容量結合型のものに限らず、誘導結合型のプラズマでもよいし、マイクロ波を導波管およびアンテナを介してチャンバ２１内に導入してプラズマを形成するものであってもよい。また、プラズマ生成は必須ではなく、反応性が十分な場合には、熱ＣＶＤによる成膜であってもよい。
【００４６】
このようにして成膜されたアモルファスカーボン膜は、炭素と水素とからなるＣＨｘ膜（０．８＜ｘ＜１．２）であり、誘電率が２．７程度と既存のＬｏｗ−ｋ膜より若干高い値程度であり、十分に低誘電率の層間絶縁膜として適用可能である。また、このように形成されたアモルファスカーボン膜は、Ｃｕの拡散に対するバリア性が高い。
【００４７】
次に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理であるシリル化処理を実施するシリル化処理装置２０６について説明する。図６はシリル化処理装置の概略構成を示す断面図である。シリル化処理装置２０６は、ウエハＷを収容するチャンバ５１を備えており、チャンバ５１は、固定された下部容器５１ａと、下部容器５１ａを覆う蓋体５１ｂから構成され、蓋体５１ｂは図示しない昇降装置により昇降自在である。下部容器５１ａにはホットプレート５２が設けられており、ホットプレート５２の周囲から上記いずれかのシリル化剤の蒸気がチャンバ５１内に供給されるようになっている。シリル化剤は気化器５３によって気化されて蒸気状になり、Ｎ２ガスにキャリアされてチャンバ５１に供給される。
【００４８】
ホットプレート５２内には、ヒータ５２ａが埋設されており、このヒータ５２ａがヒータ電源（図示せず）から給電されることによって、例えば、室温〜２００℃の範囲で温度調節が可能であり、その表面には半導体ウエハＷを支持するピン５４が設けられている。半導体ウエハＷをホットプレート５２に直接載置しないことで、ウエハＷの裏面の汚染が防止される。下部容器５１ａの外周部上面には第１シールリング５５が設けられており、蓋体５１ｂの外周部下面には、蓋体５１ｂを下部容器５１ａに押し付けた際に第１シールリング５５と接触する第２シールリング５６が設けられている。これら第１および第２シールリング５５，５６のペアーは内側と外側に２組設けられており、これらの間の空間は減圧可能となっていて、この空間を減圧することにより、チャンバ５１の気密性が確保される。蓋体５１ｂの略中心部には、チャンバ５１に供給されたシリル化剤と窒素ガスを排気するための排気口５７が設けられており、この排気口５７は圧力調整装置５８を介して、真空ポンプ５９に接続されている。
【００４９】
シリル化処理装置２０６の各構成部は、装置コントローラ６０に接続され、装置コントローラ６０は上記プロセスコントローラ２１１に接続されている。そして、プロセスコントローラ２１１の指令に基づいて装置コントローラ６０によりシリル化処理装置２０６の各構成部が制御されるようになっている。
【００５０】
このように構成されるシリル化処理装置２０６においては、蓋体５１ｂを上昇した状態でチャンバ５１内に半導体ウエハＷを搬入してホットプレート５２のピン５４上に載置する。次いで、蓋体５１ｂを下降させてチャンバ５１内を密閉空間とし、さらにチャンバ５１内を減圧して気密性を高め、この状態で、ホットプレート５２を室温〜２００℃の所定の温度に制御するとともに、気化器５３の温度を室温〜５０℃とし、シリル化剤を例えば０．１〜１．０ｇ／ｍｉｎ、Ｎ２ガス（パージガス）を例えば１〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給するとともに、処理圧力を６６６〜９６０００Ｐａ（５〜７２０Ｔｏｒｒ）としてシリル化処理を１分程度行う。これにより、シリル化剤の蒸気が半導体ウエハＷに形成されたアモルファスカーボン膜上に供給され、その表面でシリル化反応を生じて表面改質層が形成される。
【００５１】
このように表面改質処理を行うことにより、実質的にＯＨ基が存在しない表面改質層が形成されるので、その上に形成されるＣｕ拡散バリア層との密着性の低下が抑制されるとともに、ＯＨ基の存在により上昇したアモルファスカーボン膜自体の誘電率を２．７程度に回復することができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、アモルファスカーボン膜の表面改質処理としてシリル化処理を例示したが、アモルファスカーボン膜を改質することができる処理であれば特に限定されない。例えば、他の方面改質処理として、アモルファスカーボン膜を加熱還元雰囲気中に曝す方法を採用することもできる。ここで還元ガス（雰囲気）としては、シラン（ＳｉＨ４）のようなシリコン水素化ガスを挙げることができる。例えば、既述のアモルファスカーボン膜成膜装置２０１において、室温〜３５０℃の所定温度に維持されたサセプタ２２上にウエハＷを載置し、シャワーヘッド３０から例えばシランガスを供給することにより、アモルファスカーボン膜の表面にシリコン水素化ガスを接触させる。このようにして作製されたアモルファスカーボン膜を、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で観察すると、Ｓｉ−Ｃの結合スペクトルが見られることから、アモルファスカーボンに付着した水酸基は、シリコン水素化ガスと以下のような反応を起こすものと考えられる。
ＳｉＨ４ ＋ ＨＯ−Ｃ− → Ｈ２Ｏ ＋ Ｈ３Ｓｉ−Ｃ
【００５３】
また、上記実施形態では、アモルファスカーボン膜を層間絶縁膜として適用し、かつアモルファスカーボン膜のみで層間絶縁膜を形成した例について示したが、図７や図８のように、ＳｉＯＣ系等の他の低誘電率膜１２０とを積層したものであっても本発明を適用可能である。また、層間絶縁膜に限らず、Ｃｕ拡散バリア膜等の他の用途にアモルファスカーボン膜を適用した場合にも同様に本発明を適用することが可能である。さらに、ドライエッチングによりホールおよびトレンチを形成した例を示したが、これらのいずれかでもよく、他のエッチングであってもよい。
【００５４】
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示したが、これに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板等、他の基板にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法の一連の手順を示すフローチャート。
【図２】本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法におけるアモルファスカーボン膜の表面改質処理までの工程を示す工程断面図。
【図３】本実施形態に係るアモルファスカーボン膜の処理方法を含む半導体装置の製造方法におけるアモルファスカーボン膜の表面改質処理後の工程を示す工程断面図。
【図４】上記半導体装置の製造工程のうち、アモルファスカーボン膜の表面改質処理までの一連の工程を実施するための処理装置群を説明するブロック図。
【図５】図４の処理装置群の中のアモルファスカーボン膜成膜装置の概略構成を示す断面図。
【図６】図４の処理装置群の中のシリル化処理装置の概略構成を示す断面図。
【図７】本発明のアモルファスカーボン膜の処理方法の他の適用例を示す断面図。
【図８】本発明のアモルファスカーボン膜の処理方法のさらに他の適用例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５６】
２１；チャンバ
２２；サセプタ
２５；ヒータ
３０；シャワーヘッド
３４，５０；ガス供給機構
３６；高周波電源
４２；装置コントローラ
５１；チャンバ
５２；ホットプレート
５２ａ；ヒータ
５３；気化器
５７；排気口
６０；装置コントローラ
１０１；シリコン基板
１０２；アモルファスカーボン膜
１０３；ホール
１０４；トレンチ
１０５；ダメージ層
１０６；自然酸化膜
１０７；変質層
１０８；表面改質層
１１０；バリア膜
１１１；Ｃｕ配線層
１１２；銅拡散バリア膜
１２０；低誘電率膜
２０１；アモルファスカーボン膜成膜装置
２０２；ドライエッチング装置
２０３；アッシング装置
２０４；ウエット洗浄処理装置
２０５；自然酸化膜除去装置
２０６；シリル化処理装置
２１１；プロセスコントローラ
２１２；ユーザーインターフェース
２１３；記憶部
Ｗ；半導体ウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に成膜され、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜の処理方法であって、
ウエット洗浄処理後、上層の形成前に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行うことを特徴とするアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項２】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリル化剤を接触させるシリル化処理であることを特徴とする請求項１に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項３】
前記シリル化処理はシリル化剤の蒸気を前記アモルファスカーボン膜の表面に接触させることにより行われることを特徴とする請求項２に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項４】
前記シリル化処理は、室温〜２００℃の温度で行うことを特徴とする請求項３に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項５】
前記シリル化剤は、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
からなる群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項６】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリコン水素化ガスを接触させる処理であることを特徴とする請求項１に記載のアモルファスカーボンの処理方法。
【請求項７】
前記ウエット洗浄処理の後、前記表面改質処理の前に、前記アモルファスカーボン膜の表面酸化膜を除去する処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項８】
半導体基板上にアモルファスカーボン膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜にドライエッチングを施してホールまたはトレンチを形成する工程と、
前記ドライエッチングを施した層間絶縁膜にウエット洗浄処理を施す工程と、
ウエット洗浄処理後に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行う工程と、
表面改質処理後、アモルファスカーボン膜の上層としてバリア膜を形成する工程と、
前記ホールまたはトレンチに配線金属を埋め込む工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリル化剤を接触させるシリル化処理であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記シリル化処理はシリル化剤の蒸気を前記アモルファスカーボン膜の表面に接触させることにより行われることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記シリル化処理は、室温〜２００℃の温度で行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記シリル化剤は、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
からなる群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリコン水素化ガスを接触させる処理であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ウエット洗浄処理の後、前記表面改質処理の前に、前記アモルファスカーボン膜の表面酸化膜を除去する処理を行うことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項７のいずれかの方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１】
基板上に成膜され、ドライエッチング後にウエット洗浄処理が施されたアモルファスカーボン膜の処理方法であって、
ウエット洗浄処理後、上層の形成前に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行うことを特徴とするアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項２】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリル化剤を接触させるシリル化処理であることを特徴とする請求項１に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項３】
前記シリル化処理はシリル化剤の蒸気を前記アモルファスカーボン膜の表面に接触させることにより行われることを特徴とする請求項２に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項４】
前記シリル化処理は、室温〜２００℃の温度で行うことを特徴とする請求項３に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項５】
前記シリル化剤は、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
からなる群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項６】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリコン水素化ガスを接触させる処理であることを特徴とする請求項１に記載のアモルファスカーボンの処理方法。
【請求項７】
前記ウエット洗浄処理の後、前記表面改質処理の前に、前記アモルファスカーボン膜の表面酸化膜を除去する処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアモルファスカーボン膜の処理方法。
【請求項８】
半導体基板上にアモルファスカーボン膜を含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜にドライエッチングを施してホールまたはトレンチを形成する工程と、
前記ドライエッチングを施した層間絶縁膜にウエット洗浄処理を施す工程と、
ウエット洗浄処理後に、アモルファスカーボン膜の表面改質処理を行う工程と、
表面改質処理後、アモルファスカーボン膜の上層としてバリア膜を形成する工程と、
前記ホールまたはトレンチに配線金属を埋め込む工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリル化剤を接触させるシリル化処理であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記シリル化処理はシリル化剤の蒸気を前記アモルファスカーボン膜の表面に接触させることにより行われることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記シリル化処理は、室温〜２００℃の温度で行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記シリル化剤は、
ＨＭＤＳ（Hexamethyldisilan）、
ＤＭＳＤＭＡ（Dimethylsilyldimethylamine）、
ＴＭＳＤＭＡ（Dimethylaminotrimethylsilane）、
ＴＭＤＳ（1,1,3,3-Tetramethyldisilazane）、
ＴＭＳＰｙｒｏｌｅ（1-Trimethylsilylpyrole）、
ＢＳＴＦＡ（N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide）、
ＢＤＭＡＤＭＳ（Bis(dimethylamino)dimethylsilane）
からなる群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記表面改質処理は、アモルファスカーボン膜にシリコン水素化ガスを接触させる処理であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ウエット洗浄処理の後、前記表面改質処理の前に、前記アモルファスカーボン膜の表面酸化膜を除去する処理を行うことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項７のいずれかの方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７０７８８（Ｐ２００９−１７０７８８Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９５０４（Ｐ２００８−９５０４）
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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