半導体装置の製造方法、半導体装置
【課題】Ｆ添加カーボン膜を層間絶縁膜として使った多層配線構造ににおいて、開口部内のバリアメタル膜とＦ添加カーボン膜との反応を抑制し、配線と絶縁膜の密着性を向上させた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】開口部４４Ａ内のＦ添加カーボン膜４４の露出表面に、Ｔａバリアメタル膜４７の堆積に先立って、少なくとも前記開口部の側壁面および底面を覆うように、Ｆと反応した場合に安定な化合物を形成するＡｌなどの金属元素よりなる金属膜４９を堆積する。
【解決手段】開口部４４Ａ内のＦ添加カーボン膜４４の露出表面に、Ｔａバリアメタル膜４７の堆積に先立って、少なくとも前記開口部の側壁面および底面を覆うように、Ｆと反応した場合に安定な化合物を形成するＡｌなどの金属元素よりなる金属膜４９を堆積する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に絶縁膜の形成方法に係り、特にＦ（フッ素）添加カーボン膜の成膜方法、かかるフッ素添加カーボン膜を成膜方法を使った半導体装置の製造方法およびかかる方法により形成された半導体装置、さらにはかかる半導体装置の製造のための基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の微細化された半導体装置では、基板上に形成された莫大な数の半導体素子を電気的に接続するのに、いわゆる多層配線構造が使われる。多層配線構造では、配線パターンを埋設した層間絶縁膜を多数積層し、一の層の配線パターンは、隣接する層の配線パターンと、あるいは基板中の拡散領域と、前記層間絶縁膜中に形成したコンタクトホールを介して相互接続される。
【０００３】
かかる微細化された半導体装置では、層間絶縁膜中において複雑な配線パターンが近接して形成されるため、層間絶縁膜中の寄生容量による電気信号の配線遅延が深刻な問題になる。
【０００４】
このため、特に最近のいわゆるサブミクロン、あるいはサブクォータミクロンと呼ばれる超微細化半導体装置では、多層配線構造を構成する配線層として銅配線パターンが使われ、層間絶縁膜として、比誘電率が４程度の従来のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）の代わりに、比誘電率が３〜３．５程度のＦ添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）が使われている。
【０００５】
しかし、ＳｉＯＦ膜では比誘電率の低減にも限界があり、このようなＳｉＯ2ベースの絶縁膜では、設計ルール０．１μm以降の世代の半導体装置で要求される、３．０未満の比誘電率を達成するのは困難であった。
【０００６】
一方、比誘電率がより低い、いわゆる低誘電率（low-K）絶縁膜には様々な材料があるが、多層配線構造に使われる層間絶縁膜には、比誘電率が低いだけでなく、高い機械的強度と熱処理に対する安定性を備えた材料を使う必要がある。
【０００７】
Ｆ添加カーボン（ＣＦ）膜は、十分な機械的強度を有し、かつ２．５以下の比誘電率を実現できる点で、次世代の超高速半導体装置に使われる低誘電率層間絶縁膜としてとして有望である。
【０００８】
一般にＦ添加カーボン膜はＣｎＦｍで表される化学式を有しており、平行平板型プラズマ処理装置、あるいはＥＣＲ型プラズマ処理装置により形成できることが報告されている。
【０００９】
例えば特許文献１は、平行平板型プラズマ処理装置中においてＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，Ｃ4Ｆ8などのフッ化カーボン化合物を原料ガスに使い、Ｆ添加カーボン膜を得ている。また特許文献２では、ＥＣＲ型プラズマ処理装置においてＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，Ｃ4Ｆ8などのフッ化ガスを原料に使い、Ｆ添加カーボン膜を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−８３８４２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、従来のＦ添加カーボン膜ではリーク電流が大きく、また４００℃程度の半導体プロセスで使われる温度に加熱された場合、膜から脱ガスが生じやすい問題があり、このような膜を層間絶縁膜に使った場合には、半導体装置の信頼性に深刻な影響が生じると考えられる。リーク電流が大きくまた脱ガスが生じることは、これら従来のＦ添加カーボン膜では膜中に様々な欠陥が含まれていることを示唆している。
【００１２】
また、従来の技術によりこのようなＦ添加カーボン膜を形成しようとすると、フッ化カーボン化合物の解離により生じたＦラジカルを系から除去するために、原料ガス中に水素ガスを添加する必要があり、その結果、得られたフッ素添加カーボン膜中には大量の水素が含まれることになる。しかしこのように水素を多量に含むフッ素添加カーボン膜では膜中においてＨＦの放出が生じ、配線層や絶縁膜に腐食が生じてしまう。
【００１３】
また先にも述べたようにＦ添加カーボン膜は多層配線構造において層間絶縁膜として、銅配線パターンと組み合わされて使われることが多いが、このような銅配線パターンを使った多層配線構造では、配線パターンからのＣｕの拡散を阻止するため、配線パターンが形成される配線溝あるいはビアホールの側壁面を典型的にはＴａなどのバリアメタル膜により覆うことが必須である。しかし、Ｆ添加カーボン膜の表面にＴａバリアメタル膜を堆積すると、Ｆ添加カーボン膜中のＦとバリアメタル膜中のＴａとが反応して揮発性のＴａＦが形成されてしまう。このようなＴａＦの形成は、特にＦ添加カーボン膜が露出したビアホールの側壁面などにおいて生じ、密着性を劣化させ、また多層配線構造の信頼性あるいは寿命を劣化させる。
【００１４】
図１は、このような従来のＦ添加カーボン膜を使ったビアコンタクト構造の例を示す。
【００１５】
図１を参照するに、Ｆ添加カーボン膜よりなる層間絶縁膜２が、銅配線パターン１Ａが埋設された低誘電率層間絶縁膜１上に形成されており、前記Ｆ添加カーボン膜２中には前記銅配線パターン１Ａを露出するように、前記Ｆ添加カーボン膜２上に形成されたハードマスクパターン３をマスクにビアホール２Ａが形成されている。
【００１６】
前記ビアホール２Ａの側壁面においては前記層間絶縁膜２を構成するＦ添加カーボン膜が露出しており、前記側壁面は、前記ハードマスクパターン３上に前記ビアホール２Ａを覆うように堆積されたＴａ膜４により覆われている。このようなビアコンタクト構造では、先にも説明したように膜中に多量の水素が含まれるため、膜を構成するＦと水素とが反応して腐食性のＨＦが形成される恐れがある。
【００１７】
また前記ビアホール２Ａの側壁面ではＴａバリア膜４がドライエッチングにより露出された新鮮なＦ添加カーボン膜表面にコンタクトするため、かかる膜表面に存在するＦと反応して揮発性のＴａＦが形成されてしまう。
【００１８】
そこで本発明は上記の問題点を解決した、新規で有用な成膜方法、半導体装置の製造方法、半導体装置および基板処理システムを提供することを概括的課題とする。
【００１９】
本発明のより具体的な課題は、フッ素添加カーボン膜を層間絶縁膜に使って信頼性の高い多層配線構造を形成できる成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
基板上にフッ素添加カーボン膜を、分子中にＣとＦとを含む原料ガスを使ったプラズマＣＶＤプロセスにより堆積する工程と、
前記フッ素添加カーボン膜中にドライエッチングにより開口部を形成する工程と、
前記開口部の側壁面と底面を覆うように第１の金属膜を堆積する工程とよりなる半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程の後、前記第１の金属膜を堆積する工程の前に、少なくとも前記開口部の側壁面および底面を覆うように、Ｆと反応した場合に安定な化合物を形成する金属元素よりなる第２の金属膜を堆積する工程を設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法により、または
請求項２に記載したように、
前記第２の金属膜は、Ａｌ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇよりなる群のうちより選ばれる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により、または
請求項３に記載したように、
基板と、
前記基板上に形成されたフッ素添加カーボン膜と、
前記フッ素添加カーボン膜中に形成された開口部と、
少なくとも前記開口部の側壁面と底面とを沿って形成された第１の金属膜とよりなる半導体装置において、
前記フッ素添加カーボン膜と前記第１の金属膜との間には、前記開口部の側壁面と底面とを覆うように、第２の金属膜が形成されており、
前記第２の金属膜には、前記フッ素添加カーボン膜が露出する前記開口部の側壁面との界面に沿って、フッ化物膜が形成されていることを特徴とする半導体装置により、または
請求項４に記載したように、
前記開口部は、その底部において銅配線パターンを露出し、前記第２の金属膜は、前記銅配線パターンとの界面に沿って、Ｃｕを含む合金を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置により、解決する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｆ添加カーボン膜の露出表面を改質することにより、膜表面に存在するＦ原子が除去され、その結果、かかる膜表面上にバリアメタル膜などを形成した場合でも、界面において揮発性のフッ化膜が形成されることがなく、信頼性の高い電気的コンタクトを実現することができる。前記Ｆ添加カーボン膜を形成する際に、電子温度の低いマイクロ波を使ったプラズマＣＶＤプロセスを使い、さらに分子中におけるＦとＣの原子数の比Ｆ／Ｃが１よりも大きく２未満の原料ガスを使うことにより、水素ガスを添加せずとも所望のＦ添加カーボン膜の堆積が実現可能になる。すなわち、このようにして形成されたＦ添加カーボン膜は膜中に水素を実質的に含まず、このため多層配線構造などに使われた場合にも、配線層や他の絶縁膜を腐食することがない。さらに本発明のＦ添加カーボン膜では膜中に水素が実質的に含まれないため、前記改質処理を例えば窒素ラジカルを使って行った場合に、膜がエッチングされることがなく、所望の改質処理を安定に、再現性よく行うことが可能になる。
【００２２】
さらに本発明によれば、Ｆ添加カーボン膜のドライエッチングと改質処理、さらにドライクリーニング処理と金属膜堆積処理とをクラスタ型の基板処理システムにより実行することにより、ドライエッチングから金属膜堆積処理までを基板を大気に露出することなく実行することが可能で、反応性の高いＦ添加カーボン膜のドライエッチング直後の露出表面に大気中の水分が吸着されることがない。
【００２３】
さらに本発明によれば、Ｆ添加カーボン膜上にＴａ膜などの金属膜を堆積する際に、間にＦと反応して安定な化合物を形成する第２の金属膜を介在させることにより、ＴａＦなどの揮発性化合物が形成されて層間絶縁膜とバリアメタル膜との界面が不安定になる問題が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の半導体装置の製造方法における問題点を説明する図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明で使われるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２のマイクロ波プラズマ処理装置の一部を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図２のマイクロ波プラズマ処理装置中における電子温度分布および電子密度分布を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図６】（Ｄ）〜（Ｆ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図７】（Ｇ）〜（Ｈ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図８】本発明の第２実施例によるクラスタ型基板処理装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例で使われる別のクラスタ型基板処理装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施例による半導体装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明第１実施例で使われるマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図２（Ａ）はマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図２（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【００２６】
図２（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１Ｄから排気される処理容器１１を有し、前記処理容器１１中には被処理基板１２を保持する保持台１３が形成されている。前記処理容器１１の均一な排気を実現するため、前記保持台１３の周囲にはリング状に空間１１Ｃが形成されており、前記複数の排気ポート１１Ｄを前記空間１１Ｃに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理容器１１を前記空間１１Ｃおよび排気ポート１１Ｄを介して均一に排気することができる。
【００２７】
前記処理容器１１上には、前記保持台１３上の被処理基板１２に対応する位置に、前記処理容器１１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなるセラミックカバープレート１７がシールリング１６Ａを介して前記被処理基板１２に対面するように形成されている。
【００２８】
前記カバープレート１７は、前記処理容器１１上に設けられたリング状部材１４上に前記シールリング１６Ａを介して着座しており、前記リング状部材１４には、プラズマガス供給ポート１４Ａに連通した、前記リング状部材１４に対応したリング形状のプラズマガス通路１４Ｂが形成されている。さらに、前記リング状部材１４中には、前記プラズマガス通路１４Ｂに連通する複数のプラズマガス導入口１４Ｃが、前記被処理基板１２に対して軸対称に形成されている。
【００２９】
そこで前記プラズマガス供給ポート１４Ａに供給されたＡｒ，ＫｒやＸｅおよびＨ2等のプラズマガスは、前記プラズマガス通路１４Ｂから前記導入口１４Ｃに供給され、前記導入口１４Ｃから前記処理容器１１内部の前記カバープレート１７直下の空間１１Ａに放出される。
【００３０】
前記処理容器１１上には、さらに前記カバープレート１７上に、前記カバープレート１７から４〜５ｍｍ離間して、図２（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ３０が設けられている。
【００３１】
前記ラジアルラインスロットアンテナ３０は前記リング状部材１４上にシールリング１６Ｂを介して着座しており、外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管２１を介して接続されている。前記ラジアルラインスロットアンテナ３０は、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１１Ａに放出されたプラズマガスを励起する。
【００３２】
前記ラジアルラインスロットアンテナ３０は、前記同軸導波管２１の外側導波管２１Ａに接続された平坦なディスク状のアンテナ本体２２と、前記アンテナ本体２２の開口部に形成された、図２（Ｂ）に示す多数のスロット１８ａおよびこれに直交する多数のスロット１８ｂを形成された放射板１８とよりなり、前記アンテナ本体２２と前記放射板１８との間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１９が挿入されている。また前記放射板１８には、同軸導波管２１を構成する中心導体２１Ｂが接続されている。前記アンテナ本体２２上には、冷媒通路２０Ａを含む冷却ブロック２０が設けられている。
【００３３】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ３０では、前記同軸導波管２１から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体２２と放射板１８との間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１９の作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１８ａおよび１８ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１８に実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００３４】
かかるラジアルラインスロットアンテナ３０を使うことにより、前記カバープレート１７直下の空間１１Ａに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１２にダメージが生じることがなく、また処理容器１１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００３５】
図２のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１１中、前記カバープレート１７と被処理基板１２との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１１中に形成された処理ガス通路２３および２４Ａを介して供給された処理ガスを放出する多数のノズル２４Ｂを形成された導体構造物２４が形成されており、前記ノズル２４Ｂの各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物２４と被処理基板１２との間の空間１１Ｂに放出する。すなわち前記導体構造物１２４は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物２４には、前記隣接するノズル２４Ｂと２４Ｂとの間に、図３に示すように前記空間１１Ａにおいて形成されたプラズマを前記空間１１Ａから前記空間１１Ｂに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部２４Ｃが形成されている。
【００３６】
図３は、前記処理ガス供給部２４の底面図を示す。
【００３７】
図３よりわかるように前記ノズル２４Ｂは前記処理ガス供給部２４の前記基板１２に対面する側に形成されており、前記カバープレート１７に面する側には形成されていない。
【００３８】
そこで、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００において前記処理ガス供給部２４から前記ノズル２４Ｂを介して処理ガスを前記空間１１Ｂに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１１Ａにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１２上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部２４により阻止され、被処理基板１２を損傷させることはない。
【００３９】
図２（Ａ），（Ｂ）の基板処理装置では、前記空間１１Ａおよび１１Ｂがプロセス空間を形成するが、図５の処理ガス供給部２４を設けた場合、前記空間１１Ａでは主としてプラズマの励起が生じ、一方前記空間１１Ｂでは処理ガスによる成膜が主として生じる。
【００４０】
図４（Ａ）は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００において前記プラズマガス導入口１４ＣからＡｒガスを導入することにより前記処理容器１１中のプロセス圧を約６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）に設定し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０に２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚのマイクロ波を１．２７Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で導入した場合に前記空間１１Ａおよび１１Ｂを含むプロセス空間中に生じる電子温度の分布を示す。ただし図４（Ａ）中、縦軸は電子温度を、横軸は前記カバープレート下面から測った距離を示す。
【００４１】
図４（Ａ）を参照するに、電子温度は前記カバープレート１７直下の領域において最も高く、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合にはおよび２．０ｅＶ、マイクロ波周波数が８．３ＧＨｚの場合にはおよそ１．８ｅＶであるのに対し、前記カバープレート１７から２０ｍｍ以上離れた、いわゆる拡散プラズマ領域では電子温度がほぼ一定で、１．０〜１．１ｅＶの値をとることがわかる。
【００４２】
このように、図２（Ａ），（Ｂ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０では、非常に低い電子温度のプラズマを形成することができ、このような低い電子温度のプラズマを使って低いエネルギを要求されるプロセスを行うことができる。
【００４３】
図４（Ｂ）は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００において前記処理容器１１中に生じるプラズマ電子密度の分布を示す。
【００４４】
図４（Ｂ）を参照するに、図示の例は図４（Ａ）と同様に前記プラズマガス導入口１４ＣからＡｒガスを導入することにより前記処理容器１１中のプロセス圧を約６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）に設定し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０に２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚのマイクロ波を１．２７Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で導入した場合についての結果を示すが、前記カバープレート１７の下面から６０〜７０ｍｍ程度の距離までは、周端数が２．４５ＧＨｚの場合であっても８．３ＧＨｚの場合であっても、１×１０12ｃｍ-2の非常に高いプラズマ密度が実現されているのがわかる。
【００４５】
そこで本実施例では、前記処理ガス導入口２４の位置を、前記１×１０12ｃｍ-2のプラズマ電子密度が実現されるように前記カバープレート１７の下面から６０ｍｍ以内の距離に設定し、前記プロセス空間１１Ａにプラズマを、前記プラズマガス導入口１４ＣからＡｒガスを導入し、前記アンテナから周波数が１〜１０ＧＨｚ程度のマイクロ波を導入して励起し、この状態で前記処理ガス導入口２４から前記プロセス空間１１ＢにＣ4Ｆ8ガスを、前記ノズル２４Ｂを介して導入することにより、前記被処理基板１２上にＦ添加カーボン膜を形成することが可能である。
【００４６】
図５（Ａ）〜（Ｃ），図６（Ｄ）〜（Ｆ）および図７（Ｇ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
【００４７】
図５（Ａ）を参照するに、ＳｉＯ2，ＳｉＯＣあるいはその他の低誘電率絶縁膜４２が形成されたＳｉ基板４１上にはＳｉＮ膜あるいはＳｉＯＣ膜などよりなるキャップ層４３が形成されており、前記キャップ層４３上には、前記図２（Ａ），（Ｂ）で説明したプラズマ処理装置１００中において、前記プロセス空間１１Ｂ中に前記処理ガス供給部２４よりＣ5Ｆ8原料ガスを供給することにより、Ｆ添加カーボン膜４４が形成される。かかるＦ添加カーボン膜４４の堆積は、例えば基板温度を２５０℃に設定し、約１００Ｐａの圧力下、前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスを前記プラズマガス供給部１４Ｃより供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、２．０Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で供給することにより、実行することができる。図示の例では、前記低誘電率絶縁膜４２中にＣｕなどよりなる配線パターン４２Ａが埋設されている。
【００４８】
平行平板型あるいはＩＣＰ型の通常のプラズマ処理装置を使ったプラズマＣＶＤプロセスにおいてＦ添加カーボン膜４４を形成する場合には、原料ガス分子が解離して発生するＦラジカルを系から除去するために水素ガスを添加する必要があり、そのため得られるＦ添加カーボン膜は多量の水素を含むのが避けられない。これに対し、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置において前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から供給されたマイクロ波により、前記Ｃ5Ｆ8原料ガスなど、分子中におけるＦ原子の数とＣ原子の数の比、すなわちＦ／Ｃが１よりも大きく２未満のフッ化カーボン原料を解離させた場合には、水素ガスを添加せずとも所望のＦ添加カーボン膜４４を形成することができる。このようにして形成されたＦ添加カーボン膜４４は、水素を実質的に含まない膜となっている。
【００４９】
このようにしてＦ添加カーボン膜４４を形成した後、次に図５（Ｂ）の工程において前記Ｆ添加カーボン膜４４上に、同じプラズマ処理装置１００を使ってＳｉＣＮ，ＳｉＮあるいはＳｉＯ2などのハードマスク膜４５を形成し、さらに図５（Ｃ）の工程において前記ハードマスク膜４５上に開口部４６Ａを有するレジストパターン４６を通常のフォトリソグラフィにより形成する。前記プラズマ処理装置１００において前記ハードマスク膜４５をＳｉＣＮ膜により形成する場合には、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１Ｂにトリメチルシランを原料ガスとして供給し、また前記プラズマガス供給部１４ＣよりＡｒガスと窒素ガスとを前記カバープレート１７直下の空間１１Ａに導入して窒素ラジカルを含むプラズマを励起する。典型的な場合、かかるＳｉＣＮ膜４５の堆積は、例えば基板温度を３５０℃に設定し、約２００Ｐａの圧力下、前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から周波数が２．５４ＧＨｚのマイクロ波を、１．０Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で供給することにより、実行することができる。
【００５０】
さらに図５（Ｃ）の工程では前記レジストパターン４６をマスクに前記ハードマスク層４５をパターニングしてハードマスクパターン４５Ａを形成し、図６（Ｄ）の工程において前記ハードマスクパターン４５Ａをマスクにその下のＦ添加カーボン膜４４をパターニングし、前記Ｆ添加カーボン膜４４中に、前記レジスト開口部４６Ａに対応した開口部４４Ａを、前記配線層４２Ａが前記開口部４４Ａの底部において露出するように形成する。
【００５１】
本実施例では、さらに図６（Ｅ）の工程において図６（Ｄ）の構造を図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００中に再び導入し、前記プラズマガス導入口１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒと窒素の混合ガスを導入することにより、窒素ラジカルＮ*を生成させる。
【００５２】
図６（Ｅ）の工程では、さらにこのようにして生成した窒素ラジカルＮ*を使って前記プロセス空間１１Ｂにおいて被処理基板４１を処理し、前記開口部４４Ａの側壁面において露出した前記Ｆ添加カーボン膜４４の表面に存在するＦ原子を脱離させる。またこのような窒素ラジカル処理の結果、前記Ｆ添加カーボン膜４４の露出表面において窒素が結合した改質層が形成される可能性もある。
【００５３】
図６（Ｅ）の工程の後、本実施例では図６（Ｆ）の工程において図６（Ｅ）の構造上にＴａ膜４７をバリアメタル膜として、前記Ｔａ膜４７が前記ハードマスク膜４５の表面および前記Ｆ添加カーボン膜４４の露出側壁面、さらに前記開口部４４Ａの底部において露出された配線パターン４２Ａの表面を連続して覆うように形成する。
【００５４】
本実施例では図６（Ｅ）の工程において前記開口部４４Ａの側壁面に露出しているＦ添加カーボン膜４４の表面からＦ原子が除去されているため、このように前記側壁面を覆うようにＴａ膜４７を形成しても揮発性のＴａＦの形成は実質的に生じることがなく、前記Ｔａ膜４７は優れた密着性を有する。また前記Ｆ添加カーボン膜４４中には水素が実質的に含まれておらず、このため膜４４からのＨＦの放出も効果的に抑制されている。
【００５５】
ところで図６（Ｅ）の工程のようにＦ添加カーボン膜を窒素ラジカルにより処理した場合、一般には激しいエッチングが生じてしまい、改質処理を行うことは非常に困難であるが、これはＦ添加カーボン膜中に含まれる水素が窒素ラジカルと反応してＮ−Ｈ基を形成するのが原因である可能性がある。これに対し、本発明では前記Ｆ添加カーボン膜４４が水素を実質的に含まない膜であるため、このような問題は生じない。
【００５６】
図６（Ｆ）の工程の後、図７（Ｇ）の工程において図６（Ｄ）の構造上には前記開口部４４Ａを充填するようにＣｕ層４８が、典型的にはＣＶＤ法によるシード層形成工程と電解めっきによる充填工程を行うことにより形成され、さらに図７（Ｈ）の工程においてＣＭＰ法により前記Ｃｕ層４８の一部、前記Ｔａバリアメタル膜４７および前記ハードマスク膜４５までを除去することにより、前記Ｆ添加カーボン膜４４中にＴａバリアメタル膜４７を介してＣｕ配線パターンあるいはプラグを構成するＣｕパターン４８Ａが形成された構造が得られる。
【００５７】
先にも説明したように、このようにして得られた構造は安定であり、信頼性の高いコンタクトを実現する。
［第２実施例］
先に説明した本発明の第１実施例においては、図６（Ｄ）のドライエッチング工程の後、前記開口部４４Ａの側壁面に付着した不純物を除去するためにクリーニング工程を行う必要があり、これをドライエッチング装置から大気中に取り出して行っていた。
【００５８】
しかし、このように大気中において図６（Ｄ）の構造をクリーニングした場合には、前記開口部４４Ａの側壁面に大気中の水分が吸着され、ＨＦ形成の原因となる恐れがある。
【００５９】
そこで本実施例では、図６（Ｄ）〜図６（Ｆ）までの工程を、図８に示すクラスタ型基板処理システム６０を使って実行する。
【００６０】
図８を参照するに、クラスタ型基板処理装置６０は基板を出し入れするロードロック室６２が結合され搬送ロボットを設置された真空搬送室６１と、前記真空搬送室６１に結合されたドライエッチング室６３と、前記真空搬送室６１に結合され図６（Ｅ）の改質処理を行う改質処理室６４と、前記真空搬送室６１に結合され図６（Ｆ）のＴａ膜の堆積を行うスパッタリング室６５と、前記真空搬送室６１に結合され、図６（Ｄ）の構造に対してドライクリーニングを行うクリーニング室６６とよりなり、前記ドライエッチング室６３と改質処理室６４の各々には、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したのと同一構成のプラズマ処理装置１００が設置されている。
【００６１】
そこで図５（Ｃ）の工程の後、被処理基板４１は前記レジストパターン４６をアッシング等により除去した後、前記ロードロック室６２から真空搬送室６１を介してドライエッチング室６３に導入され、図６（Ｄ）のドライエッチング工程が実行される。
【００６２】
このドライエッチング工程では、前記ドライエッチング室６３中に設置されたプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス導入部１４ＣよりＡｒガスを空間１１Ａに導入し、また前記処理ガス導入部２４よりＮ2＋Ｈ2などのエッチングガスを前記プロセス空間１１Ｂに導入し、さらに前記基板保持台１３に高周波電源１３Ａより高周波バイアスを印加しながら前記ラジアルラインスロットアンテナ３０よりマイクロ波を前記空間１１Ａに前記マイクロ波窓１７を介して導入することにより、所望のドライエッチングが実行される。
【００６３】
図６（Ｄ）のドライエッチング工程の後、前記被処理基板４１は前記真空搬送室６１を介して改質処理室６４に搬送され、図６（Ｅ）の改質処理工程が実行される。
【００６４】
この改質処理工程では、前記改質処理室６４に設置されたプラズマ処理装置１００において前記プラズマガス導入部１４ＣよりＡｒガスと窒素ガスとを前記空間１１Ａに導入し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０よりマイクロ波を前記空間１１Ａに前記マイクロ波窓１７を介して導入することにより、図６（Ｅ）の改質処理が実行される。
【００６５】
さらに図６（Ｅ）の改質処理の後、前記被処理基板４１は真空搬送室６１を介してドライクリーニング室６６に搬送され、ＮＦ3，Ｆ2，ＣＯ2あるいはフロン系ガスを使ったドライクリーニングが実行される。
【００６６】
前記処理室６６でのドライクリーニング処理が終了した被処理基板４１はさらに真空搬送室６１を介してスパッタリング処理室６５に搬送され、図６（Ｆ）の工程により前記Ｔａバリアメタル膜４７が形成される。
【００６７】
図６（Ｆ）の工程の後、前記被処理基板４１は前記真空搬送室６１を介して前記ロードロック室６２に戻される。
【００６８】
図９は、図８の基板処理システム６０と共に使われ、前記キャップ膜４３，前記Ｆ添加カーボン膜４４およびハードマスク膜４５の形成に使われる別のクラスタ型基板処理システム８０の構成を示す。
【００６９】
図９を参照するに、クラスタ型基板処理装置８０は基板を出し入れするロードロック室８２が結合され搬送ロボットを設置された真空搬送室８１と、前記真空搬送室８１に結合され前記キャップ膜４３の形成に使われる堆積室８３と、前記真空搬送室８１に結合され前記Ｆ添加カーボン膜４４の形成に使われる堆積室８４と、前記真空搬送室８１に結合され前記ハードマスク膜４５の形成に使われる堆積室８５とを含み、前記堆積室８３、８４および８５の各々には、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したのと同一構成のプラズマ処理装置１００が設置されている。
【００７０】
そこで前記被処理基板４１は絶縁膜４２および配線パターン４２Ａの形成の後、前記ロードロック室８２より前記真空搬送室８１を介して堆積室８３に搬送され、前記堆積室８３中に設置されているプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス供給部１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスと窒素ガスを供給し、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１ＢにトリメチルシランやＳｉＨ4などのＳｉ含有原料ガスを供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０より前記空間１１Ａに前記カバープレート１７を介してマイクロ波を供給することにより前記空間１１Ａ中にマイクロ波プラズマを励起することにより、絶縁膜４２上に前記キャップ膜４３が形成される。
【００７１】
このようにしてキャップ膜４３が形成された後、前記被処理基板４１は前記堆積室８３から真空搬送室８１を通って堆積室８４に搬送され、前記堆積室８４中に設置されているプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス供給部１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスと窒素ガスを供給し、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１ＢにＣ5Ｆ8など、分子中のＦ／Ｃ比が１よりも大きく２未満のフッ化カーボン原料ガスを供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０より前記空間１１Ａに前記カバープレート１７を介してマイクロ波を供給することにより前記空間１１Ａ中にマイクロ波プラズマを励起することにより、前記キャップ膜４３上にＦ添加カーボン膜４４が形成される。先にも説明したように、このＦ添加カーボン膜４４の形成工程では原料ガスに水素ガスを添加する必要がなく、従って得られるＦ添加カーボン膜４４は膜中に実質的な量の水素を含まない。
【００７２】
このようにしてキャップ膜４３が形成された後、前記被処理基板４１は前記堆積室８４から真空搬送室８１を通って堆積室８５に搬送され、前記堆積室８５中に設置されているプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス供給部１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスと窒素ガスを供給し、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１ＢにトリメチルシランやＳｉＨ4などのＳｉ含有原料ガスを供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０より前記空間１１Ａに前記カバープレート１７を介してマイクロ波を供給することにより前記空間１１Ａ中にマイクロ波プラズマを励起することにより、前記Ｆ添加カーボン膜４４上にハードマスク膜４５が形成される。
【００７３】
このようにしてハードマスク膜４５が形成された被処理基板４１は前記真空搬送室８１を通ってロードロック室に戻され、さらに図５（Ｃ）のレジストプロセスおよびフォトリソグラフィプロセスへと送られる。
【００７４】
このように、図９のクラスタ型基板処理システム８０を使うことにより、前記Ｆ添加カーボン膜４４上にハードマスク膜４５を、前記フッ素添加カーボン膜４４を大気に露出することなく形成でき、膜４４の表面における水分の吸着を回避することができる。
［第３実施例］
図１０は、本発明の第４実施例による半導体装置１２０の構成を示す。ただし図１０中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図１０を参照するに、図示の構成は先に図６（Ｆ）で説明した状態、すなわちＴａバリアメタル膜４７が形成された後、図７（Ｇ）のＣｕ層４８が形成される前の状態に対応ｓしているが、本実施例では前記ハードマスク層４５の表面および前記開口部４４Ａにおいて露出されるＦ添加カーボン膜４４の側壁面と前記Ｔａバリアメタル膜４７との間にＡｌ膜４９が堆積されている。
【００７６】
前記Ａｌ膜４９を設けることにより、前記Ｔａバリア膜４７が前記Ｆ添加カーボン膜４４から離間され、バリア膜４７がＦと反応して揮発性のＴａＦを形成する問題が回避される。ＡｌはＦと反応した場合、安定なＡｌＦを形成するため、図１０の構成では前記Ａｌ膜４９のうち、前記Ｆ添加カーボン膜表面と接触する界面には、ＡｌＦ層が形成されている。また前記Ａｌ膜４９のうち、前記Ｃｕ配線パターン４２Ａとコンタクトしている開口部４４Ａの底部に対応する部分においては、Ａｌ−Ｃｕ合金が形成されている。
【００７７】
前記Ａｌ膜４９は、スパッタリングによって形成されるのが典型的であるが、ＡＬＤ法によっても、あるいはＣＶＤ法によっても形成することができる。
【００７８】
また前記膜４９としては、Ｆと反応して安定な化合物を形成する金属膜であれば、どのようなものでも使うことができる。
【００７９】
本実施例においても腐食性のＨＦの発生を回避するため、前記Ｆ添加カーボン膜４４はＦ／Ｃ比が１よりも大きく２よりも小さいフッ化カーボン原料を使い、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロ波プラズマ処理装置１００により形成するのが好ましい。
【００８０】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００８１】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１００ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１Ａ、１１Ｂ プロセス空間
１１Ｃ 排気空間
１１Ｄ 排気ポート
１２ 被処理基板
１３ 基板保持台
１３Ａ 高周波電源
１４ リング状部材
１４Ａ プラズマガス供給ポート
１４Ｂ プラズマガス通路
１４Ｃ プラズマガス導入口
１６Ａ，１６Ｂ シールリング
１７ カバープレート
１８ 放射板
１８ａ，１８ｂ スロット
１９ 遅相板
２０ 冷却ブロック
２０Ａ 冷媒通路
２１，２１Ａ，２１Ｂ 同軸導波管
２２ アンテナ本体
２３，２４Ａ 処理ガス通路
２４ 処理ガス導入部
２４Ｂ ノズル
２４Ｃ 開口部
３０ ラジアルラインスロットアンテナ
４１ 基板
４２ 絶縁膜
４２Ａ 配線パターン
４３ キャップ膜
４４ Ｆ添加カーボン膜
４５ ハードマスク膜
４６ レジストパターン
４７ Ｔａバリアメタル膜
４８ Ｃｕ層
４８Ａ Ｃｕパターン
４９ Ａｌ膜
６０，８０ クラスタ型基板処理装置
６１，８１ 真空搬送室
６２，８２ ロードロック室
６３〜６６，８３〜８５ 処理室
１２０ 半導体装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に絶縁膜の形成方法に係り、特にＦ（フッ素）添加カーボン膜の成膜方法、かかるフッ素添加カーボン膜を成膜方法を使った半導体装置の製造方法およびかかる方法により形成された半導体装置、さらにはかかる半導体装置の製造のための基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の微細化された半導体装置では、基板上に形成された莫大な数の半導体素子を電気的に接続するのに、いわゆる多層配線構造が使われる。多層配線構造では、配線パターンを埋設した層間絶縁膜を多数積層し、一の層の配線パターンは、隣接する層の配線パターンと、あるいは基板中の拡散領域と、前記層間絶縁膜中に形成したコンタクトホールを介して相互接続される。
【０００３】
かかる微細化された半導体装置では、層間絶縁膜中において複雑な配線パターンが近接して形成されるため、層間絶縁膜中の寄生容量による電気信号の配線遅延が深刻な問題になる。
【０００４】
このため、特に最近のいわゆるサブミクロン、あるいはサブクォータミクロンと呼ばれる超微細化半導体装置では、多層配線構造を構成する配線層として銅配線パターンが使われ、層間絶縁膜として、比誘電率が４程度の従来のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）の代わりに、比誘電率が３〜３．５程度のＦ添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）が使われている。
【０００５】
しかし、ＳｉＯＦ膜では比誘電率の低減にも限界があり、このようなＳｉＯ2ベースの絶縁膜では、設計ルール０．１μm以降の世代の半導体装置で要求される、３．０未満の比誘電率を達成するのは困難であった。
【０００６】
一方、比誘電率がより低い、いわゆる低誘電率（low-K）絶縁膜には様々な材料があるが、多層配線構造に使われる層間絶縁膜には、比誘電率が低いだけでなく、高い機械的強度と熱処理に対する安定性を備えた材料を使う必要がある。
【０００７】
Ｆ添加カーボン（ＣＦ）膜は、十分な機械的強度を有し、かつ２．５以下の比誘電率を実現できる点で、次世代の超高速半導体装置に使われる低誘電率層間絶縁膜としてとして有望である。
【０００８】
一般にＦ添加カーボン膜はＣｎＦｍで表される化学式を有しており、平行平板型プラズマ処理装置、あるいはＥＣＲ型プラズマ処理装置により形成できることが報告されている。
【０００９】
例えば特許文献１は、平行平板型プラズマ処理装置中においてＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，Ｃ4Ｆ8などのフッ化カーボン化合物を原料ガスに使い、Ｆ添加カーボン膜を得ている。また特許文献２では、ＥＣＲ型プラズマ処理装置においてＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，Ｃ4Ｆ8などのフッ化ガスを原料に使い、Ｆ添加カーボン膜を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−８３８４２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、従来のＦ添加カーボン膜ではリーク電流が大きく、また４００℃程度の半導体プロセスで使われる温度に加熱された場合、膜から脱ガスが生じやすい問題があり、このような膜を層間絶縁膜に使った場合には、半導体装置の信頼性に深刻な影響が生じると考えられる。リーク電流が大きくまた脱ガスが生じることは、これら従来のＦ添加カーボン膜では膜中に様々な欠陥が含まれていることを示唆している。
【００１２】
また、従来の技術によりこのようなＦ添加カーボン膜を形成しようとすると、フッ化カーボン化合物の解離により生じたＦラジカルを系から除去するために、原料ガス中に水素ガスを添加する必要があり、その結果、得られたフッ素添加カーボン膜中には大量の水素が含まれることになる。しかしこのように水素を多量に含むフッ素添加カーボン膜では膜中においてＨＦの放出が生じ、配線層や絶縁膜に腐食が生じてしまう。
【００１３】
また先にも述べたようにＦ添加カーボン膜は多層配線構造において層間絶縁膜として、銅配線パターンと組み合わされて使われることが多いが、このような銅配線パターンを使った多層配線構造では、配線パターンからのＣｕの拡散を阻止するため、配線パターンが形成される配線溝あるいはビアホールの側壁面を典型的にはＴａなどのバリアメタル膜により覆うことが必須である。しかし、Ｆ添加カーボン膜の表面にＴａバリアメタル膜を堆積すると、Ｆ添加カーボン膜中のＦとバリアメタル膜中のＴａとが反応して揮発性のＴａＦが形成されてしまう。このようなＴａＦの形成は、特にＦ添加カーボン膜が露出したビアホールの側壁面などにおいて生じ、密着性を劣化させ、また多層配線構造の信頼性あるいは寿命を劣化させる。
【００１４】
図１は、このような従来のＦ添加カーボン膜を使ったビアコンタクト構造の例を示す。
【００１５】
図１を参照するに、Ｆ添加カーボン膜よりなる層間絶縁膜２が、銅配線パターン１Ａが埋設された低誘電率層間絶縁膜１上に形成されており、前記Ｆ添加カーボン膜２中には前記銅配線パターン１Ａを露出するように、前記Ｆ添加カーボン膜２上に形成されたハードマスクパターン３をマスクにビアホール２Ａが形成されている。
【００１６】
前記ビアホール２Ａの側壁面においては前記層間絶縁膜２を構成するＦ添加カーボン膜が露出しており、前記側壁面は、前記ハードマスクパターン３上に前記ビアホール２Ａを覆うように堆積されたＴａ膜４により覆われている。このようなビアコンタクト構造では、先にも説明したように膜中に多量の水素が含まれるため、膜を構成するＦと水素とが反応して腐食性のＨＦが形成される恐れがある。
【００１７】
また前記ビアホール２Ａの側壁面ではＴａバリア膜４がドライエッチングにより露出された新鮮なＦ添加カーボン膜表面にコンタクトするため、かかる膜表面に存在するＦと反応して揮発性のＴａＦが形成されてしまう。
【００１８】
そこで本発明は上記の問題点を解決した、新規で有用な成膜方法、半導体装置の製造方法、半導体装置および基板処理システムを提供することを概括的課題とする。
【００１９】
本発明のより具体的な課題は、フッ素添加カーボン膜を層間絶縁膜に使って信頼性の高い多層配線構造を形成できる成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
基板上にフッ素添加カーボン膜を、分子中にＣとＦとを含む原料ガスを使ったプラズマＣＶＤプロセスにより堆積する工程と、
前記フッ素添加カーボン膜中にドライエッチングにより開口部を形成する工程と、
前記開口部の側壁面と底面を覆うように第１の金属膜を堆積する工程とよりなる半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程の後、前記第１の金属膜を堆積する工程の前に、少なくとも前記開口部の側壁面および底面を覆うように、Ｆと反応した場合に安定な化合物を形成する金属元素よりなる第２の金属膜を堆積する工程を設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法により、または
請求項２に記載したように、
前記第２の金属膜は、Ａｌ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇよりなる群のうちより選ばれる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により、または
請求項３に記載したように、
基板と、
前記基板上に形成されたフッ素添加カーボン膜と、
前記フッ素添加カーボン膜中に形成された開口部と、
少なくとも前記開口部の側壁面と底面とを沿って形成された第１の金属膜とよりなる半導体装置において、
前記フッ素添加カーボン膜と前記第１の金属膜との間には、前記開口部の側壁面と底面とを覆うように、第２の金属膜が形成されており、
前記第２の金属膜には、前記フッ素添加カーボン膜が露出する前記開口部の側壁面との界面に沿って、フッ化物膜が形成されていることを特徴とする半導体装置により、または
請求項４に記載したように、
前記開口部は、その底部において銅配線パターンを露出し、前記第２の金属膜は、前記銅配線パターンとの界面に沿って、Ｃｕを含む合金を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置により、解決する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Ｆ添加カーボン膜の露出表面を改質することにより、膜表面に存在するＦ原子が除去され、その結果、かかる膜表面上にバリアメタル膜などを形成した場合でも、界面において揮発性のフッ化膜が形成されることがなく、信頼性の高い電気的コンタクトを実現することができる。前記Ｆ添加カーボン膜を形成する際に、電子温度の低いマイクロ波を使ったプラズマＣＶＤプロセスを使い、さらに分子中におけるＦとＣの原子数の比Ｆ／Ｃが１よりも大きく２未満の原料ガスを使うことにより、水素ガスを添加せずとも所望のＦ添加カーボン膜の堆積が実現可能になる。すなわち、このようにして形成されたＦ添加カーボン膜は膜中に水素を実質的に含まず、このため多層配線構造などに使われた場合にも、配線層や他の絶縁膜を腐食することがない。さらに本発明のＦ添加カーボン膜では膜中に水素が実質的に含まれないため、前記改質処理を例えば窒素ラジカルを使って行った場合に、膜がエッチングされることがなく、所望の改質処理を安定に、再現性よく行うことが可能になる。
【００２２】
さらに本発明によれば、Ｆ添加カーボン膜のドライエッチングと改質処理、さらにドライクリーニング処理と金属膜堆積処理とをクラスタ型の基板処理システムにより実行することにより、ドライエッチングから金属膜堆積処理までを基板を大気に露出することなく実行することが可能で、反応性の高いＦ添加カーボン膜のドライエッチング直後の露出表面に大気中の水分が吸着されることがない。
【００２３】
さらに本発明によれば、Ｆ添加カーボン膜上にＴａ膜などの金属膜を堆積する際に、間にＦと反応して安定な化合物を形成する第２の金属膜を介在させることにより、ＴａＦなどの揮発性化合物が形成されて層間絶縁膜とバリアメタル膜との界面が不安定になる問題が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の半導体装置の製造方法における問題点を説明する図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明で使われるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２のマイクロ波プラズマ処理装置の一部を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図２のマイクロ波プラズマ処理装置中における電子温度分布および電子密度分布を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。
【図６】（Ｄ）〜（Ｆ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図（その２）である。
【図７】（Ｇ）〜（Ｈ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図（その３）である。
【図８】本発明の第２実施例によるクラスタ型基板処理装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例で使われる別のクラスタ型基板処理装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施例による半導体装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施例］
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明第１実施例で使われるマイクロ波プラズマ処理装置１００の構成を示す。ただし図２（Ａ）はマイクロ波プラズマ処理装置１００の断面図を、また図２（Ｂ）はラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
【００２６】
図２（Ａ）を参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置１００は複数の排気ポート１１Ｄから排気される処理容器１１を有し、前記処理容器１１中には被処理基板１２を保持する保持台１３が形成されている。前記処理容器１１の均一な排気を実現するため、前記保持台１３の周囲にはリング状に空間１１Ｃが形成されており、前記複数の排気ポート１１Ｄを前記空間１１Ｃに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理容器１１を前記空間１１Ｃおよび排気ポート１１Ｄを介して均一に排気することができる。
【００２７】
前記処理容器１１上には、前記保持台１３上の被処理基板１２に対応する位置に、前記処理容器１１の外壁の一部として、低損失誘電体よりなるセラミックカバープレート１７がシールリング１６Ａを介して前記被処理基板１２に対面するように形成されている。
【００２８】
前記カバープレート１７は、前記処理容器１１上に設けられたリング状部材１４上に前記シールリング１６Ａを介して着座しており、前記リング状部材１４には、プラズマガス供給ポート１４Ａに連通した、前記リング状部材１４に対応したリング形状のプラズマガス通路１４Ｂが形成されている。さらに、前記リング状部材１４中には、前記プラズマガス通路１４Ｂに連通する複数のプラズマガス導入口１４Ｃが、前記被処理基板１２に対して軸対称に形成されている。
【００２９】
そこで前記プラズマガス供給ポート１４Ａに供給されたＡｒ，ＫｒやＸｅおよびＨ2等のプラズマガスは、前記プラズマガス通路１４Ｂから前記導入口１４Ｃに供給され、前記導入口１４Ｃから前記処理容器１１内部の前記カバープレート１７直下の空間１１Ａに放出される。
【００３０】
前記処理容器１１上には、さらに前記カバープレート１７上に、前記カバープレート１７から４〜５ｍｍ離間して、図２（Ｂ）に示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ３０が設けられている。
【００３１】
前記ラジアルラインスロットアンテナ３０は前記リング状部材１４上にシールリング１６Ｂを介して着座しており、外部のマイクロ波源（図示せず）に同軸導波管２１を介して接続されている。前記ラジアルラインスロットアンテナ３０は、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間１１Ａに放出されたプラズマガスを励起する。
【００３２】
前記ラジアルラインスロットアンテナ３０は、前記同軸導波管２１の外側導波管２１Ａに接続された平坦なディスク状のアンテナ本体２２と、前記アンテナ本体２２の開口部に形成された、図２（Ｂ）に示す多数のスロット１８ａおよびこれに直交する多数のスロット１８ｂを形成された放射板１８とよりなり、前記アンテナ本体２２と前記放射板１８との間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板１９が挿入されている。また前記放射板１８には、同軸導波管２１を構成する中心導体２１Ｂが接続されている。前記アンテナ本体２２上には、冷媒通路２０Ａを含む冷却ブロック２０が設けられている。
【００３３】
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ３０では、前記同軸導波管２１から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体２２と放射板１８との間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板１９の作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット１８ａおよび１８ｂを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板１８に実質的に垂直な方向に放射することができる。
【００３４】
かかるラジアルラインスロットアンテナ３０を使うことにより、前記カバープレート１７直下の空間１１Ａに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板１２にダメージが生じることがなく、また処理容器１１の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
【００３５】
図２のプラズマ処理装置１００では、さらに前記処理容器１１中、前記カバープレート１７と被処理基板１２との間に、外部の処理ガス源（図示せず）から前記処理容器１１中に形成された処理ガス通路２３および２４Ａを介して供給された処理ガスを放出する多数のノズル２４Ｂを形成された導体構造物２４が形成されており、前記ノズル２４Ｂの各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物２４と被処理基板１２との間の空間１１Ｂに放出する。すなわち前記導体構造物１２４は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物２４には、前記隣接するノズル２４Ｂと２４Ｂとの間に、図３に示すように前記空間１１Ａにおいて形成されたプラズマを前記空間１１Ａから前記空間１１Ｂに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部２４Ｃが形成されている。
【００３６】
図３は、前記処理ガス供給部２４の底面図を示す。
【００３７】
図３よりわかるように前記ノズル２４Ｂは前記処理ガス供給部２４の前記基板１２に対面する側に形成されており、前記カバープレート１７に面する側には形成されていない。
【００３８】
そこで、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００において前記処理ガス供給部２４から前記ノズル２４Ｂを介して処理ガスを前記空間１１Ｂに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間１１Ａにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板１２上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部２４により阻止され、被処理基板１２を損傷させることはない。
【００３９】
図２（Ａ），（Ｂ）の基板処理装置では、前記空間１１Ａおよび１１Ｂがプロセス空間を形成するが、図５の処理ガス供給部２４を設けた場合、前記空間１１Ａでは主としてプラズマの励起が生じ、一方前記空間１１Ｂでは処理ガスによる成膜が主として生じる。
【００４０】
図４（Ａ）は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００において前記プラズマガス導入口１４ＣからＡｒガスを導入することにより前記処理容器１１中のプロセス圧を約６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）に設定し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０に２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚのマイクロ波を１．２７Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で導入した場合に前記空間１１Ａおよび１１Ｂを含むプロセス空間中に生じる電子温度の分布を示す。ただし図４（Ａ）中、縦軸は電子温度を、横軸は前記カバープレート下面から測った距離を示す。
【００４１】
図４（Ａ）を参照するに、電子温度は前記カバープレート１７直下の領域において最も高く、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合にはおよび２．０ｅＶ、マイクロ波周波数が８．３ＧＨｚの場合にはおよそ１．８ｅＶであるのに対し、前記カバープレート１７から２０ｍｍ以上離れた、いわゆる拡散プラズマ領域では電子温度がほぼ一定で、１．０〜１．１ｅＶの値をとることがわかる。
【００４２】
このように、図２（Ａ），（Ｂ）のマイクロ波プラズマ処理装置１０では、非常に低い電子温度のプラズマを形成することができ、このような低い電子温度のプラズマを使って低いエネルギを要求されるプロセスを行うことができる。
【００４３】
図４（Ｂ）は、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００において前記処理容器１１中に生じるプラズマ電子密度の分布を示す。
【００４４】
図４（Ｂ）を参照するに、図示の例は図４（Ａ）と同様に前記プラズマガス導入口１４ＣからＡｒガスを導入することにより前記処理容器１１中のプロセス圧を約６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）に設定し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０に２．４５ＧＨｚまたは８．３ＧＨｚのマイクロ波を１．２７Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で導入した場合についての結果を示すが、前記カバープレート１７の下面から６０〜７０ｍｍ程度の距離までは、周端数が２．４５ＧＨｚの場合であっても８．３ＧＨｚの場合であっても、１×１０12ｃｍ-2の非常に高いプラズマ密度が実現されているのがわかる。
【００４５】
そこで本実施例では、前記処理ガス導入口２４の位置を、前記１×１０12ｃｍ-2のプラズマ電子密度が実現されるように前記カバープレート１７の下面から６０ｍｍ以内の距離に設定し、前記プロセス空間１１Ａにプラズマを、前記プラズマガス導入口１４ＣからＡｒガスを導入し、前記アンテナから周波数が１〜１０ＧＨｚ程度のマイクロ波を導入して励起し、この状態で前記処理ガス導入口２４から前記プロセス空間１１ＢにＣ4Ｆ8ガスを、前記ノズル２４Ｂを介して導入することにより、前記被処理基板１２上にＦ添加カーボン膜を形成することが可能である。
【００４６】
図５（Ａ）〜（Ｃ），図６（Ｄ）〜（Ｆ）および図７（Ｇ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
【００４７】
図５（Ａ）を参照するに、ＳｉＯ2，ＳｉＯＣあるいはその他の低誘電率絶縁膜４２が形成されたＳｉ基板４１上にはＳｉＮ膜あるいはＳｉＯＣ膜などよりなるキャップ層４３が形成されており、前記キャップ層４３上には、前記図２（Ａ），（Ｂ）で説明したプラズマ処理装置１００中において、前記プロセス空間１１Ｂ中に前記処理ガス供給部２４よりＣ5Ｆ8原料ガスを供給することにより、Ｆ添加カーボン膜４４が形成される。かかるＦ添加カーボン膜４４の堆積は、例えば基板温度を２５０℃に設定し、約１００Ｐａの圧力下、前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスを前記プラズマガス供給部１４Ｃより供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、２．０Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で供給することにより、実行することができる。図示の例では、前記低誘電率絶縁膜４２中にＣｕなどよりなる配線パターン４２Ａが埋設されている。
【００４８】
平行平板型あるいはＩＣＰ型の通常のプラズマ処理装置を使ったプラズマＣＶＤプロセスにおいてＦ添加カーボン膜４４を形成する場合には、原料ガス分子が解離して発生するＦラジカルを系から除去するために水素ガスを添加する必要があり、そのため得られるＦ添加カーボン膜は多量の水素を含むのが避けられない。これに対し、図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置において前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から供給されたマイクロ波により、前記Ｃ5Ｆ8原料ガスなど、分子中におけるＦ原子の数とＣ原子の数の比、すなわちＦ／Ｃが１よりも大きく２未満のフッ化カーボン原料を解離させた場合には、水素ガスを添加せずとも所望のＦ添加カーボン膜４４を形成することができる。このようにして形成されたＦ添加カーボン膜４４は、水素を実質的に含まない膜となっている。
【００４９】
このようにしてＦ添加カーボン膜４４を形成した後、次に図５（Ｂ）の工程において前記Ｆ添加カーボン膜４４上に、同じプラズマ処理装置１００を使ってＳｉＣＮ，ＳｉＮあるいはＳｉＯ2などのハードマスク膜４５を形成し、さらに図５（Ｃ）の工程において前記ハードマスク膜４５上に開口部４６Ａを有するレジストパターン４６を通常のフォトリソグラフィにより形成する。前記プラズマ処理装置１００において前記ハードマスク膜４５をＳｉＣＮ膜により形成する場合には、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１Ｂにトリメチルシランを原料ガスとして供給し、また前記プラズマガス供給部１４ＣよりＡｒガスと窒素ガスとを前記カバープレート１７直下の空間１１Ａに導入して窒素ラジカルを含むプラズマを励起する。典型的な場合、かかるＳｉＣＮ膜４５の堆積は、例えば基板温度を３５０℃に設定し、約２００Ｐａの圧力下、前記ラジアルラインスロットアンテナ３０から周波数が２．５４ＧＨｚのマイクロ波を、１．０Ｗ／ｃｍ2のパワー密度で供給することにより、実行することができる。
【００５０】
さらに図５（Ｃ）の工程では前記レジストパターン４６をマスクに前記ハードマスク層４５をパターニングしてハードマスクパターン４５Ａを形成し、図６（Ｄ）の工程において前記ハードマスクパターン４５Ａをマスクにその下のＦ添加カーボン膜４４をパターニングし、前記Ｆ添加カーボン膜４４中に、前記レジスト開口部４６Ａに対応した開口部４４Ａを、前記配線層４２Ａが前記開口部４４Ａの底部において露出するように形成する。
【００５１】
本実施例では、さらに図６（Ｅ）の工程において図６（Ｄ）の構造を図２（Ａ），（Ｂ）のプラズマ処理装置１００中に再び導入し、前記プラズマガス導入口１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒと窒素の混合ガスを導入することにより、窒素ラジカルＮ*を生成させる。
【００５２】
図６（Ｅ）の工程では、さらにこのようにして生成した窒素ラジカルＮ*を使って前記プロセス空間１１Ｂにおいて被処理基板４１を処理し、前記開口部４４Ａの側壁面において露出した前記Ｆ添加カーボン膜４４の表面に存在するＦ原子を脱離させる。またこのような窒素ラジカル処理の結果、前記Ｆ添加カーボン膜４４の露出表面において窒素が結合した改質層が形成される可能性もある。
【００５３】
図６（Ｅ）の工程の後、本実施例では図６（Ｆ）の工程において図６（Ｅ）の構造上にＴａ膜４７をバリアメタル膜として、前記Ｔａ膜４７が前記ハードマスク膜４５の表面および前記Ｆ添加カーボン膜４４の露出側壁面、さらに前記開口部４４Ａの底部において露出された配線パターン４２Ａの表面を連続して覆うように形成する。
【００５４】
本実施例では図６（Ｅ）の工程において前記開口部４４Ａの側壁面に露出しているＦ添加カーボン膜４４の表面からＦ原子が除去されているため、このように前記側壁面を覆うようにＴａ膜４７を形成しても揮発性のＴａＦの形成は実質的に生じることがなく、前記Ｔａ膜４７は優れた密着性を有する。また前記Ｆ添加カーボン膜４４中には水素が実質的に含まれておらず、このため膜４４からのＨＦの放出も効果的に抑制されている。
【００５５】
ところで図６（Ｅ）の工程のようにＦ添加カーボン膜を窒素ラジカルにより処理した場合、一般には激しいエッチングが生じてしまい、改質処理を行うことは非常に困難であるが、これはＦ添加カーボン膜中に含まれる水素が窒素ラジカルと反応してＮ−Ｈ基を形成するのが原因である可能性がある。これに対し、本発明では前記Ｆ添加カーボン膜４４が水素を実質的に含まない膜であるため、このような問題は生じない。
【００５６】
図６（Ｆ）の工程の後、図７（Ｇ）の工程において図６（Ｄ）の構造上には前記開口部４４Ａを充填するようにＣｕ層４８が、典型的にはＣＶＤ法によるシード層形成工程と電解めっきによる充填工程を行うことにより形成され、さらに図７（Ｈ）の工程においてＣＭＰ法により前記Ｃｕ層４８の一部、前記Ｔａバリアメタル膜４７および前記ハードマスク膜４５までを除去することにより、前記Ｆ添加カーボン膜４４中にＴａバリアメタル膜４７を介してＣｕ配線パターンあるいはプラグを構成するＣｕパターン４８Ａが形成された構造が得られる。
【００５７】
先にも説明したように、このようにして得られた構造は安定であり、信頼性の高いコンタクトを実現する。
［第２実施例］
先に説明した本発明の第１実施例においては、図６（Ｄ）のドライエッチング工程の後、前記開口部４４Ａの側壁面に付着した不純物を除去するためにクリーニング工程を行う必要があり、これをドライエッチング装置から大気中に取り出して行っていた。
【００５８】
しかし、このように大気中において図６（Ｄ）の構造をクリーニングした場合には、前記開口部４４Ａの側壁面に大気中の水分が吸着され、ＨＦ形成の原因となる恐れがある。
【００５９】
そこで本実施例では、図６（Ｄ）〜図６（Ｆ）までの工程を、図８に示すクラスタ型基板処理システム６０を使って実行する。
【００６０】
図８を参照するに、クラスタ型基板処理装置６０は基板を出し入れするロードロック室６２が結合され搬送ロボットを設置された真空搬送室６１と、前記真空搬送室６１に結合されたドライエッチング室６３と、前記真空搬送室６１に結合され図６（Ｅ）の改質処理を行う改質処理室６４と、前記真空搬送室６１に結合され図６（Ｆ）のＴａ膜の堆積を行うスパッタリング室６５と、前記真空搬送室６１に結合され、図６（Ｄ）の構造に対してドライクリーニングを行うクリーニング室６６とよりなり、前記ドライエッチング室６３と改質処理室６４の各々には、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したのと同一構成のプラズマ処理装置１００が設置されている。
【００６１】
そこで図５（Ｃ）の工程の後、被処理基板４１は前記レジストパターン４６をアッシング等により除去した後、前記ロードロック室６２から真空搬送室６１を介してドライエッチング室６３に導入され、図６（Ｄ）のドライエッチング工程が実行される。
【００６２】
このドライエッチング工程では、前記ドライエッチング室６３中に設置されたプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス導入部１４ＣよりＡｒガスを空間１１Ａに導入し、また前記処理ガス導入部２４よりＮ2＋Ｈ2などのエッチングガスを前記プロセス空間１１Ｂに導入し、さらに前記基板保持台１３に高周波電源１３Ａより高周波バイアスを印加しながら前記ラジアルラインスロットアンテナ３０よりマイクロ波を前記空間１１Ａに前記マイクロ波窓１７を介して導入することにより、所望のドライエッチングが実行される。
【００６３】
図６（Ｄ）のドライエッチング工程の後、前記被処理基板４１は前記真空搬送室６１を介して改質処理室６４に搬送され、図６（Ｅ）の改質処理工程が実行される。
【００６４】
この改質処理工程では、前記改質処理室６４に設置されたプラズマ処理装置１００において前記プラズマガス導入部１４ＣよりＡｒガスと窒素ガスとを前記空間１１Ａに導入し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０よりマイクロ波を前記空間１１Ａに前記マイクロ波窓１７を介して導入することにより、図６（Ｅ）の改質処理が実行される。
【００６５】
さらに図６（Ｅ）の改質処理の後、前記被処理基板４１は真空搬送室６１を介してドライクリーニング室６６に搬送され、ＮＦ3，Ｆ2，ＣＯ2あるいはフロン系ガスを使ったドライクリーニングが実行される。
【００６６】
前記処理室６６でのドライクリーニング処理が終了した被処理基板４１はさらに真空搬送室６１を介してスパッタリング処理室６５に搬送され、図６（Ｆ）の工程により前記Ｔａバリアメタル膜４７が形成される。
【００６７】
図６（Ｆ）の工程の後、前記被処理基板４１は前記真空搬送室６１を介して前記ロードロック室６２に戻される。
【００６８】
図９は、図８の基板処理システム６０と共に使われ、前記キャップ膜４３，前記Ｆ添加カーボン膜４４およびハードマスク膜４５の形成に使われる別のクラスタ型基板処理システム８０の構成を示す。
【００６９】
図９を参照するに、クラスタ型基板処理装置８０は基板を出し入れするロードロック室８２が結合され搬送ロボットを設置された真空搬送室８１と、前記真空搬送室８１に結合され前記キャップ膜４３の形成に使われる堆積室８３と、前記真空搬送室８１に結合され前記Ｆ添加カーボン膜４４の形成に使われる堆積室８４と、前記真空搬送室８１に結合され前記ハードマスク膜４５の形成に使われる堆積室８５とを含み、前記堆積室８３、８４および８５の各々には、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したのと同一構成のプラズマ処理装置１００が設置されている。
【００７０】
そこで前記被処理基板４１は絶縁膜４２および配線パターン４２Ａの形成の後、前記ロードロック室８２より前記真空搬送室８１を介して堆積室８３に搬送され、前記堆積室８３中に設置されているプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス供給部１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスと窒素ガスを供給し、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１ＢにトリメチルシランやＳｉＨ4などのＳｉ含有原料ガスを供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０より前記空間１１Ａに前記カバープレート１７を介してマイクロ波を供給することにより前記空間１１Ａ中にマイクロ波プラズマを励起することにより、絶縁膜４２上に前記キャップ膜４３が形成される。
【００７１】
このようにしてキャップ膜４３が形成された後、前記被処理基板４１は前記堆積室８３から真空搬送室８１を通って堆積室８４に搬送され、前記堆積室８４中に設置されているプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス供給部１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスと窒素ガスを供給し、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１ＢにＣ5Ｆ8など、分子中のＦ／Ｃ比が１よりも大きく２未満のフッ化カーボン原料ガスを供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０より前記空間１１Ａに前記カバープレート１７を介してマイクロ波を供給することにより前記空間１１Ａ中にマイクロ波プラズマを励起することにより、前記キャップ膜４３上にＦ添加カーボン膜４４が形成される。先にも説明したように、このＦ添加カーボン膜４４の形成工程では原料ガスに水素ガスを添加する必要がなく、従って得られるＦ添加カーボン膜４４は膜中に実質的な量の水素を含まない。
【００７２】
このようにしてキャップ膜４３が形成された後、前記被処理基板４１は前記堆積室８４から真空搬送室８１を通って堆積室８５に搬送され、前記堆積室８５中に設置されているプラズマ処理装置１００において、前記プラズマガス供給部１４Ｃより前記カバープレート１７直下の空間１１ＡにＡｒガスと窒素ガスを供給し、前記処理ガス供給部２４より前記プロセス空間１１ＢにトリメチルシランやＳｉＨ4などのＳｉ含有原料ガスを供給し、さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ３０より前記空間１１Ａに前記カバープレート１７を介してマイクロ波を供給することにより前記空間１１Ａ中にマイクロ波プラズマを励起することにより、前記Ｆ添加カーボン膜４４上にハードマスク膜４５が形成される。
【００７３】
このようにしてハードマスク膜４５が形成された被処理基板４１は前記真空搬送室８１を通ってロードロック室に戻され、さらに図５（Ｃ）のレジストプロセスおよびフォトリソグラフィプロセスへと送られる。
【００７４】
このように、図９のクラスタ型基板処理システム８０を使うことにより、前記Ｆ添加カーボン膜４４上にハードマスク膜４５を、前記フッ素添加カーボン膜４４を大気に露出することなく形成でき、膜４４の表面における水分の吸着を回避することができる。
［第３実施例］
図１０は、本発明の第４実施例による半導体装置１２０の構成を示す。ただし図１０中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図１０を参照するに、図示の構成は先に図６（Ｆ）で説明した状態、すなわちＴａバリアメタル膜４７が形成された後、図７（Ｇ）のＣｕ層４８が形成される前の状態に対応ｓしているが、本実施例では前記ハードマスク層４５の表面および前記開口部４４Ａにおいて露出されるＦ添加カーボン膜４４の側壁面と前記Ｔａバリアメタル膜４７との間にＡｌ膜４９が堆積されている。
【００７６】
前記Ａｌ膜４９を設けることにより、前記Ｔａバリア膜４７が前記Ｆ添加カーボン膜４４から離間され、バリア膜４７がＦと反応して揮発性のＴａＦを形成する問題が回避される。ＡｌはＦと反応した場合、安定なＡｌＦを形成するため、図１０の構成では前記Ａｌ膜４９のうち、前記Ｆ添加カーボン膜表面と接触する界面には、ＡｌＦ層が形成されている。また前記Ａｌ膜４９のうち、前記Ｃｕ配線パターン４２Ａとコンタクトしている開口部４４Ａの底部に対応する部分においては、Ａｌ−Ｃｕ合金が形成されている。
【００７７】
前記Ａｌ膜４９は、スパッタリングによって形成されるのが典型的であるが、ＡＬＤ法によっても、あるいはＣＶＤ法によっても形成することができる。
【００７８】
また前記膜４９としては、Ｆと反応して安定な化合物を形成する金属膜であれば、どのようなものでも使うことができる。
【００７９】
本実施例においても腐食性のＨＦの発生を回避するため、前記Ｆ添加カーボン膜４４はＦ／Ｃ比が１よりも大きく２よりも小さいフッ化カーボン原料を使い、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したマイクロ波プラズマ処理装置１００により形成するのが好ましい。
【００８０】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００８１】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１００ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１Ａ、１１Ｂ プロセス空間
１１Ｃ 排気空間
１１Ｄ 排気ポート
１２ 被処理基板
１３ 基板保持台
１３Ａ 高周波電源
１４ リング状部材
１４Ａ プラズマガス供給ポート
１４Ｂ プラズマガス通路
１４Ｃ プラズマガス導入口
１６Ａ，１６Ｂ シールリング
１７ カバープレート
１８ 放射板
１８ａ，１８ｂ スロット
１９ 遅相板
２０ 冷却ブロック
２０Ａ 冷媒通路
２１，２１Ａ，２１Ｂ 同軸導波管
２２ アンテナ本体
２３，２４Ａ 処理ガス通路
２４ 処理ガス導入部
２４Ｂ ノズル
２４Ｃ 開口部
３０ ラジアルラインスロットアンテナ
４１ 基板
４２ 絶縁膜
４２Ａ 配線パターン
４３ キャップ膜
４４ Ｆ添加カーボン膜
４５ ハードマスク膜
４６ レジストパターン
４７ Ｔａバリアメタル膜
４８ Ｃｕ層
４８Ａ Ｃｕパターン
４９ Ａｌ膜
６０，８０ クラスタ型基板処理装置
６１，８１ 真空搬送室
６２，８２ ロードロック室
６３〜６６，８３〜８５ 処理室
１２０ 半導体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にフッ素添加カーボン膜を、分子中にＣとＦとを含む原料ガスを使ったプラズマＣＶＤプロセスにより堆積する工程と、
前記フッ素添加カーボン膜中にドライエッチングにより開口部を形成する工程と、
前記開口部の側壁面と底面を覆うように第１の金属膜を堆積する工程とよりなる半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程の後、前記第１の金属膜を堆積する工程の前に、少なくとも前記開口部の側壁面および底面を覆うように、Ｆと反応した場合に安定な化合物を形成する金属元素よりなる第２の金属膜を堆積する工程を設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の金属膜は、Ａｌ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇよりなる群のうちより選ばれる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】
基板と、
前記基板上に形成されたフッ素添加カーボン膜と、
前記フッ素添加カーボン膜中に形成された開口部と、
少なくとも前記開口部の側壁面と底面とを沿って形成された第１の金属膜とよりなる半導体装置において、
前記フッ素添加カーボン膜と前記第１の金属膜との間には、前記開口部の側壁面と底面とを覆うように、第２の金属膜が形成されており、
前記第２の金属膜には、前記フッ素添加カーボン膜が露出する前記開口部の側壁面との界面に沿って、フッ化物膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記開口部は、その底部において銅配線パターンを露出し、前記第２の金属膜は、前記銅配線パターンとの界面に沿って、Ｃｕを含む合金を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項１】
基板上にフッ素添加カーボン膜を、分子中にＣとＦとを含む原料ガスを使ったプラズマＣＶＤプロセスにより堆積する工程と、
前記フッ素添加カーボン膜中にドライエッチングにより開口部を形成する工程と、
前記開口部の側壁面と底面を覆うように第１の金属膜を堆積する工程とよりなる半導体装置の製造方法において、
前記開口部を形成する工程の後、前記第１の金属膜を堆積する工程の前に、少なくとも前記開口部の側壁面および底面を覆うように、Ｆと反応した場合に安定な化合物を形成する金属元素よりなる第２の金属膜を堆積する工程を設けたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の金属膜は、Ａｌ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇよりなる群のうちより選ばれる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】
基板と、
前記基板上に形成されたフッ素添加カーボン膜と、
前記フッ素添加カーボン膜中に形成された開口部と、
少なくとも前記開口部の側壁面と底面とを沿って形成された第１の金属膜とよりなる半導体装置において、
前記フッ素添加カーボン膜と前記第１の金属膜との間には、前記開口部の側壁面と底面とを覆うように、第２の金属膜が形成されており、
前記第２の金属膜には、前記フッ素添加カーボン膜が露出する前記開口部の側壁面との界面に沿って、フッ化物膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記開口部は、その底部において銅配線パターンを露出し、前記第２の金属膜は、前記銅配線パターンとの界面に沿って、Ｃｕを含む合金を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２９５９９２（Ｐ２００９−２９５９９２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７６０４３（Ｐ２００９−１７６０４３）
【出願日】平成２１年７月２９日（２００９．７．２９）
【分割の表示】特願２００３−２９３９０４（Ｐ２００３−２９３９０４）の分割
【原出願日】平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１５年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「マイクロ波励起高密度プラズマ技術を用いた半導体製造装置の技術開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【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１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２９日（２００９．７．２９）
【分割の表示】特願２００３−２９３９０４（Ｐ２００３−２９３９０４）の分割
【原出願日】平成１５年８月１５日（２００３．８．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１５年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「マイクロ波励起高密度プラズマ技術を用いた半導体製造装置の技術開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]