半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法
【課題】多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との間の密着性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１メタルキャップ膜ＭＣ１と第２メタルキャップ膜ＭＣ２とが成膜される際に、まず基板Ｓの表面に水素ラジカルが供給されて、表面処理である微粒子のエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層の還元処理が実行される。そして、この表面処理が基板Ｓに施された後、基板Ｓの表面にＺｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とが供給されて、第１メタルキャップ膜ＭＣ１及び第２メタルキャップ膜ＭＣ２である硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【解決手段】第１メタルキャップ膜ＭＣ１と第２メタルキャップ膜ＭＣ２とが成膜される際に、まず基板Ｓの表面に水素ラジカルが供給されて、表面処理である微粒子のエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層の還元処理が実行される。そして、この表面処理が基板Ｓに施された後、基板Ｓの表面にＺｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とが供給されて、第１メタルキャップ膜ＭＣ１及び第２メタルキャップ膜ＭＣ２である硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硼窒化ジルコニウム膜を用いた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置における多層配線技術では、半導体装置の微細化や多層化が進展することに伴い、エレクトロマイクレーションの耐性を確保するための銅配線技術が不可欠となる。この銅配線技術においては、層間絶縁膜にトレンチを形成して当該トレンチ内に配線材料である銅（Ｃｕ）を充填する、いわゆるダマシン法が利用される。アルミ配線技術に用いるバリア膜や洗浄技術をこのＣｕダマシン法へ転用する場合には、配線材料である銅原子が絶縁膜中へ拡散し易いことから配線寿命の短命化を招く虞があり、また上記トレンチのアスペクト比が非常に高くなることから、トレンチ底部を洗浄し難くなり、ひいては銅配線と下地配線との間でコンタクト抵抗の増大を招く虞がある。そこで、上記の銅配線技術では、従来から、こうした問題を解消すべく、銅配線に適した各種のバリア膜とメタルキャップ膜とが提案されている。
【０００３】
特許文献１では、上記バリア膜の構成材料として硼化ジルコニウムや硼窒化ジルコニウムを提案し、前駆体であるＺｒ（ＢＨ４）４の分解反応をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法を利用した表面反応で具現化する。これにより、アスペクト比の高い微細なトレンチに段差被覆性の高い硼化ジルコニウム膜や硼窒化ジルコニウム膜を成膜できることから、銅配線に対するバリア性を十分に確保でき、しかもバリア膜を４５０℃以下の低温で成膜することで配線構造への熱投入量（サーマルバジェット(Thermal Budget )）を抑え
ることができる。
【０００４】
特許文献２では、上記ジルコニウム化合物を下地膜に積層し、ジルコニウム化合物が有する比抵抗値の下地依存性、いわゆる抵抗選択性を利用してメタルキャップ膜を形成する。いわば、ジルコニウム化合物からなる１つのメタルキャップ膜が、銅配線上においては導電性を有したキャップ膜として機能し、層間絶縁膜上においては絶縁性を有したキャップ膜として機能する。これによれば、耐酸化性に優れた導電性のジルコニウム化合物でトレンチ底部が構成されるため、洗浄工程後のトレンチ底部においてメタルキャップ膜の残膜が在る場合であっても、銅配線と下地配線との間のコンタクト抵抗を良好な水準で維持できる。
【特許文献１】特開２００６−５７１６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４９６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、上記バリア膜やメタルキャップ膜の成膜時には、上記層間絶縁膜の他、先行するトレンチ形成で利用したエッチストップ膜やハードマスク等の各種絶縁膜が基板表面に露出している。上記エッチストップ膜やハードマスクには、層間絶縁膜との間のエッチングの選択比を確保するために、一般的にＣＶＤ法を利用した炭化シリコン膜が利用される。バリア膜やメタルキャップ膜として上記ＺｒＢＮ膜を適用する上では、半導体装置の信頼性を確保するために、この炭化シリコン膜とバリア膜との間、また炭化シリコン膜とメタルキャップ膜との間に高い密着性が要求される。
【０００６】
一方、上記ＣＶＤ法における成膜終了時には、炭素や炭化シリコンからなる微粒子や未結合手が炭化シリコン膜の表面に高い頻度で形成されてしまう。こうした微粒子や未結合
手が膜表面に存在すると、上記Ｚｒ（ＢＨ４）４を用いる表面反応系では、当該微粒子や未結合手を核とした硼窒化ジルコニウムのグレインが成長してしまい、下地膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性が大きく損なわれ、さらには硼窒化ジルコニウム膜自身が発現すべきバリア性や抵抗選択性等の膜特性が著しく劣化してしまう。
【０００７】
本願発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との間の密着性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載する半導体装置の製造装置は、炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱した状態で収容する真空槽と、励起した水素を前記真空槽へ供給して加熱下の基板表面を表面処理する表面処理部と、Ｚｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽へ供給して加熱下の前記基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜処理する成膜処理部と、前記表面処理部を駆動して前記表面処理を実行した後に前記成膜処理部を駆動して前記成膜処理を実行する制御部とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載する半導体装置の製造装置によれば、先行して駆動する表面処理部が、シリコン系絶縁膜上にある炭素含有の微粒子や未結合手を、励起した水素による還元反応で成膜処理前に取り除くことができる。したがって、シリコン系絶縁膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性と、さらには金属膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性とを向上させることができる。そして、硼窒化ジルコニウム膜の膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載する半導体装置の製造装置は、請求項１に記載する半導体装置の製造装置であって、前記真空槽に連結された１つの管へ水素ガスと窒素ガスとを選択的に供給するガス供給部と、前記管内へマイクロ波を照射するマイクロ波電源とを備え、前記制御部は、前記表面処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記水素ガスにマイクロ波を照射することにより前記水素ガスを前記励起した水素にして前記真空槽へ供給し、前記成膜処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記窒素ガスにマイクロ波を照射することで前記窒素ガスを前記励起した窒素にして前記真空槽へ供給することを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載する半導体装置の製造装置によれば、表面処理と成膜処理との異なる処理において、表面処理と成膜処理とで制御部が共通する管、ガス供給部及びマイクロ波電源を利用することから、より簡便な構成の下で双方の処理を実行できる。したがって、より簡便な構成の下で半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法は、炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とを露出する基板を加熱して基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、前記基板が搬入された真空槽に励起した水素を供給して加熱下の前記基板表面を前記励起した水素に曝した後、前記真空槽への前記水素の供給を停止してＺｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽に供給することにより加熱下の前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法によれば、シリコン系絶縁膜上にある炭素含有の微粒子や未結合手を、励起した水素による還元反応で予め取り除くことができる。したがって、シリコン系絶縁膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性、さらには金属膜と
硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性を向上させることができる。この結果、シリコン系絶縁膜を被覆する硼窒化ジルコニウム膜に関してその膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に記載する半導体装置の製造方法は、請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、前記基板に形成された下地金属膜に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記下地金属膜までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程と、前記凹部内を埋め込むように前記シリコン系絶縁膜に前記金属膜を積層して当該金属膜を平坦化することにより前記凹部に埋め込まれた配線を形成し、前記金属膜である前記配線と前記配線を囲う前記シリコン系絶縁膜とを前記基板表面に露出させる工程とを備え、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで前記シリコン系絶縁膜と前記配線とを覆うメタルキャップ膜を形成することを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載する半導体装置の製造方法によれば、シリコン系絶縁膜と配線とを覆うメタルキャップ膜に関してその膜特性の均一化を図ることができる。したがって、シリコン系絶縁膜とメタルキャップ膜との間の密着性と、銅配線とメタルキャップ膜との間の密着性とを向上させることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載する半導体装置の製造方法は、請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、前記基板に形成された前記金属膜である配線に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記配線までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程を備え、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで、前記シリコン系絶縁膜と、前記凹部の底部である前記配線とを覆うバリア膜を形成することを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載する半導体装置の製造方法によれば、シリコン系絶縁膜と配線とを覆うバリア膜に関してその膜特性の均一化を図ることができる。したがって、シリコン系絶縁膜とバリア膜との間の密着性、銅配線とバリア膜との間の密着性を向上させることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記したように、本発明によれば、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との間の密着性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。まず、本発明を利用して製造した半導体装置１０について説明する。図１は、半導体装置１０を示す部分断面図であり、半導体装置１０は、例えば各種ＲＡＭや各種ＲＯＭを含むメモリ、あるいはＭＰＵや汎用ロジックを含むロジック等である。
【００２０】
［半導体装置１０］
図１において、半導体装置１０が有する基板Ｓの表面（図１の上面）には、拡散領域Ｓａ上のＭＯＳトランジスタＴｒを覆うように第１層間絶縁膜Ｄ１が積層されている。第１層間絶縁膜Ｄ１には、拡散領域Ｓａまで貫通するコンタクトホールＣＨが形成されて、コンタクトホールＣＨの内側には、コンタクトプラグＰが充填されている。
【００２１】
第１層間絶縁膜Ｄ１の表面には、第２層間絶縁膜Ｄ２と、当該第２層間絶縁膜Ｄ２を覆
う第１ハードマスクＨＭ１とが順に積層されている。第２層間絶縁膜Ｄ２としては、シリコン酸化膜等からなる多孔性の低誘電率膜を用いることができ、第１ハードマスクＨＭ１としては炭化シリコンや炭化水素シリコン等、炭素含有のシリコン系絶縁膜を用いることができる。これら第２層間絶縁膜Ｄ２と第１ハードマスクＨＭ１とには、コンタクトホールＣＨから上方へ拡開する凹部（第１トレンチＴＨ１）が貫通形成されている。この第１トレンチＴＨ１の内面全体には、硼窒化ジルコニウムからなる第１バリア膜Ｂ１が被覆されて、その第１バリア膜Ｂ１で被覆された第１トレンチＴＨ１の内部には、配線材料である銅からなる第１配線Ｍ１が充填されている。第１配線Ｍ１の上面には、第１ハードマスクＨＭ１の上面全体に広がり硼窒化ジルコニウムからなる第１メタルキャップ膜ＭＣ１が被覆されている。
【００２２】
第１バリア膜Ｂ１は、水分に対する高いバリア性を有し、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と協働して第１配線Ｍ１の全体を囲うことにより、第１配線Ｍ１の酸化を阻止する。また、第１バリア膜Ｂ１は、第１トレンチＴＨ１の内面及び第１配線Ｍ１に対して高い密着性を有し、第１配線Ｍ１とコンタクトプラグＰとの間で十分に低いコンタクト抵抗を実現する。さらに、第１バリア膜Ｂ１は、銅原子に対する高いバリア性を有し、第１配線Ｍ１からの銅原子の拡散や第１配線Ｍ１のマイグレーションを防止する。
【００２３】
第１メタルキャップ膜ＭＣ１は、下地の比抵抗値に応じた比抵抗値を有する膜であり、いわば抵抗選択性を有する。例えば、第１メタルキャップ膜ＭＣ１は、導電体である第１配線Ｍ１の表面上の領域（図１において濃いドットで示す領域）で５〜８［μΩ・ｃｍ］の低い比抵抗値を有し、絶縁体である第１ハードマスクＨＭ１の表面上の領域（図１において薄いドットで示す領域）で１０２［Ω・ｃｍ］以上の高い比抵抗値を有する。
【００２４】
第１メタルキャップ膜ＭＣ１の表面には、第３層間絶縁膜Ｄ３、エッチストップ膜ＥＳ、第４層間絶縁膜Ｄ４及び第２ハードマスクＨＭ２が順に積層されている。第３層間絶縁膜Ｄ３及び第４層間絶縁膜Ｄ４としては、シリコン酸化膜等からなる多孔性の低誘電率膜を用いることができ、エッチストップ膜ＥＳ及び第２ハードマスクＨＭ２としては炭化シリコンや炭化水素シリコン等、炭素含有のシリコン系絶縁膜を用いることができる。第１メタルキャップ膜ＭＣ１、第３層間絶縁膜Ｄ３及びエッチストップ膜ＥＳには、第１配線Ｍ１から上方へ延びる共通の凹部（ビアホールＶＨ）が貫通形成されて、第４層間絶縁膜Ｄ４と第２ハードマスクＨＭ２とには、そのビアホールＶＨから上方へ拡開する共通の凹部（第２トレンチＴＨ２）が貫通形成されている。
【００２５】
上記ビアホールＶＨ及び上記第２トレンチＴＨ２の内面全体には、硼窒化ジルコニウムからなる第２バリア膜Ｂ２が被覆されている。その第２バリア膜Ｂ２で被覆されたビアホールＶＨの内部には、配線材料である銅からなるビア配線Ｖ１が充填され、また第２バリア膜Ｂ２で被覆された第２トレンチＴＨ２の内部には、配線材料である銅からなる第２配線Ｍ２が充填されている。第２配線Ｍ２の上面には、第２ハードマスクＨＭ２の上面全体にわたり、硼窒化ジルコニウムからなる共通の第２メタルキャップ膜ＭＣ２が被覆されている。
【００２６】
第２バリア膜Ｂ２は、第１バリア膜Ｂ１と同じく、水分に対する高いバリア性を有し、第２メタルキャップ膜ＭＣ２と協働してビア配線Ｖ１及び第２配線Ｍ２の全体を囲うことにより、ビア配線Ｖ１及び第２配線Ｍ２の酸化を阻止する。また、第２バリア膜Ｂ２は、ビアホールＶＨ及び第２トレンチＴＨ２の内面、さらには第１メタルキャップ膜ＭＣ１に対して高い密着性を有し、ビア配線Ｖ１と第１配線Ｍ１との間で十分に低いコンタクト抵抗を実現する。また、第２バリア膜Ｂ２は、銅原子に対する高いバリア性を有し、ビア配線Ｖ１及び第２配線Ｍ２からの銅原子の拡散やマイグレーションを防止する。
【００２７】
第２メタルキャップ膜ＭＣ２は、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と同じく、下地の導電性に応じた導電性を有する膜であり、例えば第２配線Ｍ２の表面上の領域（図１において濃いドットで示す領域）で５〜８［μΩ・ｃｍ］の比抵抗値を有し、第２ハードマスクＨＭ２の表面上の領域（図１において薄いドットで示す領域）で１０２［Ω・ｃｍ］以上の比抵抗値を有する。
【００２８】
［成膜装置２０］
次に、上記半導体装置１０の製造装置としての成膜装置２０について図２〜図６を参照して説明する。図２は成膜装置２０の全体を示す断面図であり、図３は成膜チャンバ２３の構成を示す断面図である。また、図４は成膜チャンバ２３の電気的構成を示すブロック図である。
【００２９】
図２において、成膜装置２０は、ロードロックチャンバ２１と、ロードロックチャンバ２１に連結されたコアチャンバ２２と、コアチャンバ２２に連結された４つの成膜チャンバ２３とを搭載し、前記ロードロックチャンバ２１と各成膜チャンバ２３とは、コアチャンバ２２を介して互いに解除可能に連通し、共通の真空系を形成可能にする。
【００３０】
ロードロックチャンバ２１は、複数の基板Ｓを収容する真空槽であり、基板Ｓに関する表面処理と成膜処理とを開始するとき、各基板Ｓを成膜装置２０の内部へ搬入する。また、ロードロックチャンバ２１は、基板Ｓの成膜処理を終了するとき、成膜処理後の基板Ｓを大気に解放し成膜装置２０の外部に搬出する。コアチャンバ２２は、搬送ロボット２２ａを搭載する真空槽であり、基板Ｓの表面処理と成膜処理とを開始するとき、基板Ｓをロードロックチャンバ２１から搬入して成膜チャンバ２３へ搬出する。コアチャンバ２２は、基板Ｓの成膜処理を終了するとき、成膜チャンバ２３にある基板Ｓを搬入してロードロックチャンバ２１へ搬出する。
【００３１】
成膜チャンバ２３は、ＣＶＤ法を用いて上記硼窒化ジルコニウム膜を成膜するチャンバであり、成膜処理を実行するときには、まず基板Ｓをコアチャンバ２２から搬入して基板Ｓへ表面処理を施した後、上記硼窒化ジルコニウム膜、すなわち上記第１バリア膜Ｂ１、第２バリア膜Ｂ２、第１メタルキャップ膜ＭＣ１及び第２メタルキャップ膜ＭＣ２を成膜する。
【００３２】
図３において、成膜チャンバ２３は、その上部を開口したチャンバ本体３１と、チャンバ本体３１の上部に配設されてチャンバ本体３１の上部開口を開閉可能にするチャンバリッド３２とを有する。成膜チャンバ２３は、これらチャンバ本体３１とチャンバリッド３２とに囲まれた内部空間（以下単に、処理室３１Ｓという。）を有する。チャンバ本体３１には、基板Ｓを載置する基板ステージ３３が配設されている。基板ステージ３３は、抵抗加熱ヒータ３３Ｈを内蔵したステージであり、基板Ｓを載置するときには、基板Ｓを所定の温度（２００℃〜２４０℃）に昇温させる。基板ステージ３３の下側には、基板ステージ３３を上下方向に昇降して基板Ｓの搬入や搬出を可能にする昇降機構３４が連結されている。チャンバ本体３１の一側には、排気ポートＰ１を介して排気ポンプ３５が接続されている。排気ポンプ３５は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の各種のポンプにより構成され、前記表面処理及び成膜処理を実行するときには、処理室３１Ｓの圧力を所定の圧力（１Ｐａ〜１０００Ｐａ）の範囲に減圧する。
【００３３】
チャンバリッド３２の下側には、複数の第１供給孔Ｈ１と、各第１供給孔Ｈ１から独立する複数の第２供給孔Ｈ２とを有したシャワーヘッド３６が取付けられている。各第１供給孔Ｈ１は、硼窒化ジルコニウム膜の原料であるＺｒ（ＢＨ４）４を処理室３１Ｓに供給するものであり、各第２供給孔Ｈ２は、励起した窒素あるいは励起した水素を処理室３１Ｓに供給するものである。詳述すると、各第１供給孔Ｈ１には、チャンバリッド３２の内
部と原料ガスポートＰ２とを介して原料タンクＴＫが連結され、原料タンクＴＫには、キャリアガスであるアルゴンを供給するための流量コントローラＭＦＣ１が連結されている。流量コントローラＭＦＣ１からのキャリアガスが原料タンクＴＫに供給されるとき、原料タンクＴＫは、収容するＺｒ（ＢＨ４）４をバブリングさせて、Ｚｒ（ＢＨ４）４をキャリアガスと共に原料ガスポートＰ２へ導出し、当該Ｚｒ（ＢＨ４）４とキャリアガスとを、各第１供給孔Ｈ１から処理室３１Ｓに供給する。
【００３４】
各第２供給孔Ｈ２には、チャンバリッド３２の内部と励起ガスポートＰ３とを介して３つの流量コントローラＭＦＣ２、ＭＦＣ３、ＭＦＣ４が連結されている。各流量コントローラＭＦＣ２、ＭＦＣ３、ＭＦＣ４は、それぞれ窒素ガス、アルゴンガス、水素ガスを所定の流量に調整して励起ガスポートＰ３へ導出する。チャンバリッド３２の内部であって、励起ガスポートＰ３と各第２供給孔Ｈ２との間には、石英管あるいはアルミナ管からなる耐熱性を有した照射管３７が内設されている。この照射管３７の径方向外側には、マイクロ波電源ＦＧによって駆動されるマイクロ波源３８と、マイクロ波源３８に連結されて照射管３７へ延びる導波管３９とが配設されている。マイクロ波源３８は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発振器、すなわちマグネトロンであって、マイクロ波電源ＦＧの駆動電力を受けて所定の出力範囲、例えば０．０１ｋＷ〜３．０ｋＷの範囲でマイクロ波を出力する。導波管３９は、マイクロ波源３８が発振するマイクロ波を導波管３９の内部に伝播させて照射管３７の内部へ照射する。マイクロ波源３８がマイクロ波を発振するとき、導波管３９は、照射管３７を通過するガスにマイクロ波を照射して、当該ガスを励起させる。
【００３５】
各第２供給孔Ｈ２と照射管３７との間には、チャンバリッド３２を介して接地されたメッシュ３２ａが配設されている。マイクロ波源３８が照射管３７でガスを励起するとき、すなわちマイクロ波源３８が照射管３７内にプラズマを生成するとき、メッシュ３２ａは、照射管３７から各第２供給孔Ｈ２へ流れるプラズマ中のイオン成分を中性化し、当該プラズマ中のラジカル成分と中性化したガス成分とを、各第２供給孔Ｈ２から処理室３１Ｓに供給する。これにより、原料ガスポートＰ２から照射管３７へ導入される水素ガス、アルゴンガス及び窒素ガスは、照射管３７でプラズマ化された後に、メッシュ３２ａによってそのイオン成分が中性化され、前記プラズマ中のラジカル成分のみが処理室３１Ｓに供給される。
【００３６】
次に、上記成膜装置２０の電気的構成について説明する。図４において、制御部４１は、成膜装置２０に各種の処理動作、例えば基板Ｓの搬送や前記表面処理、さらには成膜処理等を実行させるものである。制御部４１は、各種の演算処理を実行するＣＰＵ、各種データや各種プログラムを格納する記憶部４１Ａ、各種処理工程の経過時間を計時するタイマ４１Ｂ等を有する。制御部４１は、例えば記憶部４１Ａが格納する表面処理プログラムを読み出し、タイマ４１Ｂが計時する処理時間と前記表面処理プログラムとに基づいて前記表面処理を実行する。また、制御部４１は、記憶部４１Ａが格納する成膜処理プログラムを読み出し、タイマ４１Ｂが計時する処理時間と成膜処理プログラムとに基づいて前記成膜処理を実行する。
【００３７】
制御部４１には、起動スイッチや停止スイッチ等の各種操作スイッチや液晶ディスプレイ等の各種表示装置等からなる入出力部４２が接続されている。入出力部４２は、各処理動作に利用する各種のデータを制御部４１に入力し、成膜装置２０における前記表面処理の状況や前記成膜処理の状況に関するデータを出力する。例えば、入出力部４２は、前記表面処理や前記成膜処理に必要となる各種の条件データＩｄ（処理時間、ガス流量、処理圧力、処理温度、マイクロ波電源ＦＧの出力等）を制御部４１に入力する。制御部４１は、入出力部４２から入力される上記各種の条件データＩｄを受信し、当該条件データＩｄに応じた各種の制御信号を生成して、その条件データＩｄに相当する処理条件の下で前記
表面処理や前記成膜処理を実行する。
【００３８】
制御部４１は、排気系を駆動するための排気系駆動回路４３に接続されて、排気系駆動回路４３に対応する駆動信号を排気系駆動回路４３へ出力する。排気系駆動回路４３は、制御部４１からの駆動信号に応答して前記排気ポンプ３５等の排気系を駆動し、これにより前記処理室３１Ｓ等の各チャンバ内部を所定の処理圧力に調整する。
【００３９】
制御部４１は、搬送系を駆動するための搬送系駆動回路４４に接続されて、搬送系駆動回路４４に対応する駆動信号を搬送系駆動回路４４へ出力する。搬送系駆動回路４４は、制御部４１からの駆動制御信号に応答して搬送ロボット２２ａや昇降機構３４、さらには基板ステージ３３に搭載される抵抗加熱ヒータ３３Ｈ等の搬送系を駆動し、これにより基板Ｓを所定の搬送経路に沿って搬送して所定の処理温度に温調する。
【００４０】
制御部４１は、各流量コントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を駆動するための流量コントローラ駆動回路４５に接続されて、流量コントローラ駆動回路４５に対応する駆動信号を流量コントローラ駆動回路４５へ出力する。流量コントローラ駆動回路４５は、制御部４１からの駆動信号に応答して各流量コントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４をそれぞれ駆動し、これにより所定流量のガスを選択的に処理室３１Ｓへ供給する。
【００４１】
制御部４１は、マイクロ波電源ＦＧを駆動するためのマイクロ波電源駆動回路４６に接続されて、マイクロ波電源駆動回路４６に対応する駆動信号をマイクロ波電源駆動回路４６へ出力する。マイクロ波電源駆動回路４６は、制御部４１からの駆動信号に応答してマイクロ波電源ＦＧを駆動し、これにより所定の出力値でマイクロ波を出力する。
【００４２】
［半導体装置１０の製造方法］
次に、上記成膜装置２０を用いた半導体装置１０の製造方法について説明する。図５及び図６は半導体装置１０の製造工程を示す工程図であり、図７は成膜装置２０における各部の動作を示すタイミングチャートである。
【００４３】
まず、公知の半導体装置製造技術を用いて、上記ＭＯＳトランジスタＴｒ、第１層間絶縁膜Ｄ１及びコンタクトプラグＰが基板Ｓに形成され、次いで、公知のダマシン法を用いて、第２層間絶縁膜Ｄ２、第１ハードマスクＨＭ１、第１バリア膜Ｂ１及び金属膜からなる第１配線Ｍ１が形成される。この際、図５に示すように、第１ハードマスクＨＭ１の成膜処理によって、第１ハードマスクＨＭ１の表面には、炭素や炭化シリコンからなる微粒子ＤＯ、さらにはシリコンの未結合手等が残存する。また、第１配線Ｍ１（金属膜）へのＣＭＰ処理や第１配線Ｍ１と大気との接触等によって、第１配線Ｍ１の表面には、酸化層ＭＯが形成される。第１配線Ｍ１が形成されると、第１配線Ｍ１を有する基板Ｓが成膜装置２０へ搬入されて、基板Ｓの表面である第１ハードマスクＨＭ１と第１配線Ｍ１とに表面処理と成膜処理とが施される。
【００４４】
表面処理と成膜処理とを開始するにあたり、成膜装置２０の制御部４１は、まず上記表面処理プログラムと上記成膜処理プログラムとを記憶部４１Ａから読み出し、入出力部４２からの各種の条件データＩｄに基づいて排気ポンプ３５を駆動し、処理室３１Ｓの圧力を条件データＩｄに基づく処理圧力に調整し続ける。処理室３１Ｓの圧力を前記処理圧力に調整すると、制御部４１は、図７に示すように、抵抗加熱ヒータ３３Ｈを駆動して基板ステージ３３の温度を条件データＩｄに基づく処理温度、例えば２２０℃に温調する。そして、制御部４１は、搬送ロボット２２ａを駆動して基板ステージ３３に基板Ｓを載置し、基板Ｓを前記処理温度に加熱する。
【００４５】
次いで、制御部４１は、タイマ４１Ｂを用いた処理時間の計時動作を開始し、流量コン
トローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４を駆動して処理条件に基づく流量のアルゴンガス及び水素ガスを照射管３７へ導入する。続いて、制御部４１は、マイクロ波電源ＦＧを駆動して照射管３７の内部にアルゴンと水素とを用いたプラズマを生成し、メッシュ３２ａによって抽出される水素ラジカルを基板Ｓの表面に供給する。
【００４６】
この際、加熱された基板Ｓの表面へ励起状態の水素が供給されることから、前記微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理、いわば基板Ｓの表面処理が実行される。制御部４１は、上記の計時結果に基づいてマイクロ波の照射時間が所定の時間だけ経過すると、マイクロ波電源ＦＧの出力を停止させることにより水素ラジカルの供給を停止させる。そして、制御部４１は、上記表面処理の処理時間が条件データＩｄに基づく処理時間になると、流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４のガス供給を停止させて上記の表面処理を完了する。なお、上記の処理時間は、各種試験等に基づいて決定される時間であり、例えば前記のエッチング処理により微粒子ＤＯが消失する時間と、前記末端処理により未結合手が消失する時間と、前記還元処理により酸化層ＭＯが消失する時間との中で最も長い時間に設定される。
【００４７】
制御部４１は、上記表面処理を完了すると、引き続き基板Ｓを処理温度に加熱し、流量コントローラＭＦＣ２を駆動して処理条件に基づく流量の窒素ガスを照射管３７へ導入し、マイクロ波電源ＦＧを駆動して照射管３７の内部に窒素プラズマを生成し、メッシュ３２ａによって抽出される窒素ラジカルを基板Ｓの表面に供給する。また、制御部４１は、マイクロ波電源ＦＧを駆動するタイミングで流量コントローラＭＦＣ１を駆動し、処理条件に基づく流量のキャリアガスを原料タンクＴＫに導入し、キャリアガスとＺｒ（ＢＨ４）４とを基板Ｓの表面に供給する。
【００４８】
この際、加熱された基板Ｓの表面へ励起状態の窒素が供給され、その後にＺｒ（ＢＨ４）４が供給されることから、基板Ｓの表面では吸着したＺｒ（ＢＨ４）４の窒化反応や熱分解反応等が表面反応として進行し、基板Ｓの表面全体に硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。この硼窒化ジルコニウム膜は、先行する表面処理によって基板表面が清浄化されているため、表面反応により成長する一方で、前記微粒子ＤＯや未結合手を核としたグレインの成長を回避でき、下地膜である第１ハードマスクＨＭ１や第１配線Ｍ１との間で高い密着性を発現することができる。また、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記の表面処理によって酸化層ＭＯが除去されているため、下地膜である第１ハードマスクＨＭ１と第１配線Ｍ１との上で高い抵抗選択性を発現することができる。それゆえに、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１としての抵抗選択性、バリア性及び耐酸化性を十分に発現することができる。
【００４９】
上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１の成膜処理を完了すると、上記成膜装置２０から基板Ｓが搬出されて、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１に第３層間絶縁膜Ｄ３、エッチストップ膜ＥＳ、第４層間絶縁膜Ｄ４及び第２ハードマスクＨＭ２が順に積層される。続いて、公知のデュアルダマシン法を用いて、第２ハードマスクＨＭ２、第４層間絶縁膜Ｄ４、及びエッチストップ膜ＥＳに第２トレンチＴＨ２が形成されて、第３層間絶縁膜Ｄ３及び第１メタルキャップ膜ＭＣ１にビアホールＶＨが形成される。
【００５０】
この際、図６に示すように、第２ハードマスクＨＭ２の表面には、炭素や炭化シリコンからなる微粒子ＤＯ、さらにはシリコンの未結合手が残存する。また、第２トレンチＴＨ２から露出するエッチストップ膜ＥＳの表面には、同じく、エッチストップ膜ＥＳの成膜処理によって、炭素や炭化シリコンからなる微粒子ＤＯ、さらにはシリコンの未結合手が残存する。また、ビアホールＶＨから露出する第１配線Ｍ１の表面には、酸化層ＭＯが形成される。
【００５１】
ビアホールＶＨと第２トレンチＴＨ２とが形成されると、これらを有する基板Ｓが再び成膜装置２０へ搬入され、基板Ｓの表面に表面処理と成膜処理とが施される。詳述すると、成膜装置２０の制御部４１は、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１の成膜時と同じく、図７に示すように、まず抵抗加熱ヒータ３３Ｈを駆動して条件データＩｄに基づく処理温度に基板Ｓを加熱する。次いで、制御部４１は、タイマ４１Ｂを用いた処理時間の計時動作を開始し、流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４とマイクロ波電源ＦＧとを駆動して、基板Ｓの表面に所定の処理時間だけ水素ラジカルを供給する。そして、加熱された基板Ｓの表面へ励起状態の水素が供給されることから、前記微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理、いわば基板Ｓの表面処理が実行される。制御部４１は、条件データＩｄに基づく処理時間だけ水素ラジカルを供給すると、マイクロ波電源ＦＧと流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４とを停止させて、第２ハードマスクＨＭ２、エッチストップ膜ＥＳ及び第１配線Ｍ１への表面処理を完了する。
【００５２】
制御部４１は、上記表面処理を完了すると、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１の成膜時と同じく、引き続き基板Ｓを処理温度に加熱し、流量コントローラＭＦＣ１、流量コントローラＭＦＣ２、及びマイクロ波電源ＦＧを駆動して、加熱された基板Ｓの表面へ、Ｚｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とを供給する。これにより、第２ハードマスクＨＭ２の表面と、第２トレンチＴＨ２及びビアホールＶＨの内面とには、吸着したＺｒ（ＢＨ４）４の熱分解反応やその窒化反応等が表面反応として進行し、基板Ｓの表面全体に硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【００５３】
この硼窒化ジルコニウム膜は、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１と同じく、先行する表面処理によって基板表面が清浄化されているため、前記微粒子ＤＯや未結合手を核としたグレインの成長を来たすことがなく、下地膜である第２ハードマスクＨＭ２、エッチストップ膜ＥＳ及び第１配線Ｍ１との間で高い密着性を発現することができる。また、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記の表面処理によって酸化層ＭＯが除去されるため、第１配線Ｍ１との間で低い接触抵抗を実現することができる。さらに、この硼窒化ジルコニウム膜は、導電性の第１メタルキャップ膜ＭＣ１で第１配線Ｍ１が覆われていたことから、第１メタルキャップ膜ＭＣ１のエッチング残渣が第１配線Ｍ１の表面に残存する場合であっても、第１配線Ｍ１との間で低い接触抵抗を実現することができる。それゆえに、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記第１バリア膜Ｂ１としてのバリア性及び導電性を十分に発現することができる。
【００５４】
上記第１バリア膜Ｂ１の成膜処理を完了すると、上記成膜装置２０から基板Ｓが搬出されて、ビアホールＶＨ内と第２トレンチＴＨ２内とを埋め込むように、上記第１バリア膜Ｂ１の全体に金属膜が成膜される。次いで、上記第２ハードマスクＨＭ２をＣＭＰストッパとするＣＭＰ処理等によって前記金属膜が平坦化されて、ビアホールＶＨ内と第２トレンチＴＨ２内とを充填する第２配線Ｍ２が形成される。そして、第２配線Ｍ２が形成されると、第２配線Ｍ２を有する基板Ｓが成膜装置２０へ搬入されて、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と同じく、基板Ｓの表面である第２ハードマスクＨＭ２と第２配線Ｍ２とに表面処理と成膜処理とが順に施されて、硼窒化ジルコニウム膜からなる第２メタルキャップ膜ＭＣ２が形成される。
【００５５】
［実施例］
上記の基板Ｓとしてシリコン基板を用い、当該シリコン基板上にＣＶＤ法を利用して膜厚が５０ｎｍの炭化シリコン膜を成膜した。次いで、当該炭化シリコン膜を有するシリコン基板を上記成膜装置２０へ搬入し、炭化シリコン膜の表面に対して以下に示す表面処理と成膜処理とを順に施して膜厚が３ｎｍの硼窒化ジルコニウム膜を成膜した。続いて、当該硼窒化ジルコニウム膜上にＰＶＤ法を利用して膜厚が２００ｎｍの金属膜を成膜し、実施例の積層膜を得た。そして、カーターナイフを用いて前記積層膜に３ｍｍ間隔の格子状
のスクラッチを形成し、このスクラッチ上に粘着テープを一旦貼着して剥がし、硼窒化ジルコニウム膜が炭化シリコン膜から剥がれるか否かを検出した。
【００５６】
（表面処理条件）
・基板温度：２２０℃
・水素ガスの流量（ＭＦＣ４）：１００ｓｃｃｍ
・アルゴンガスの流量（ＭＦＣ３）：３０ｓｃｃｍ
・マイクロ波出力：１００Ｗ
・処理圧力：５０Ｐａ
・処理時間：１２０ｓｅｃ
（成膜処理条件）
・基板温度：２２０℃
・Ｚｒ（ＢＨ４）４：５５ｓｃｃｍ
・キャリアガスの流量（ＭＦＣ１）：１００ｓｃｃｍ
・窒素ガスの流量（ＭＦＣ２）：５０ｓｃｃｍ
・マイクロ波出力：１００Ｗ
・処理圧力：４００Ｐａ
また、上記実施例の表面処理を省略し、その他の条件を同じくして得た比較例１を用い、実施例と同じく、密着性テストを実施した。また、上記実施例及び比較例１における炭化シリコン膜を酸化シリコン膜に変更し、その他の条件を同じくして得た比較例２及び比較例３を用い、実施例と同じく、密着性テストを実施した。
【００５７】
実施例の密着性テストにおいては、炭化シリコン膜−硼窒化ジルコニウム膜−金属膜の膜間に剥がれが認められず、積層構造にて十分な密着性を発現していることが分った。また、比較例２及び比較例３においても、実施例と同じく、膜間に剥がれが認められず、積層構造にて十分な密着性を発現していることが分った。一方、比較例１の密着性テストにおいては、炭化シリコン膜−硼窒化ジルコニウム膜の膜間で剥がれが認められ、これにより上記表面処理による密着性の向上が認められた。なお、こうした密着性の向上は、上記表面処理が成膜処理の前に施される上において認められ、上記の処理条件に限らず、例えば基板温度が２００℃〜２４０℃の範囲においても認められ、また上記第１トレンチＴＨ１や第２トレンチＴＨ２に適用する場合においても認められた。
【００５８】
上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）上記実施形態によれば、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と第２メタルキャップ膜ＭＣ２とが成膜される際に、まず表面処理部を構成する流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４及びマイクロ波電源ＦＧが駆動されて、基板Ｓの表面に水素ラジカルが供給される。そして、表面処理である微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理が実行される。次いで、この表面処理が基板Ｓに施された後、成膜処理部を構成する流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４及びマイクロ波電源ＦＧが駆動されて、基板Ｓの表面にＺｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とが供給される。そして、第１メタルキャップ膜ＭＣ１及び第２メタルキャップ膜ＭＣ２である硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【００５９】
したがって、先行する表面処理によって、炭素含有の微粒子ＤＯやシリコンの未結合手、さらには酸化層ＭＯを取り除くことができため、第１配線Ｍ１と第１メタルキャップ膜ＭＣ１との間の密着性と、第１ハードマスクＨＭ１と第１メタルキャップ膜ＭＣ１との間の密着性とを向上させることができる。また、第２配線Ｍ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性と、第２ハードマスクＨＭ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性とを向上させることができる。この結果、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置１０の信頼
性を向上させることができる。
【００６０】
（２）上記実施形態によれば、第２バリア膜Ｂ２が成膜される際に、まず基板Ｓの表面に水素ラジカルが供給されて、表面処理である微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理が実行される。そして、この表面処理が基板Ｓに施された後、基板Ｓの表面にＺｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とが供給されて、第２バリア膜Ｂ２である硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【００６１】
したがって、先行する表面処理によって、炭素含有の微粒子ＤＯやシリコンの未結合手、さらには酸化層ＭＯを取り除くことができため、第２配線Ｍ２と第２バリア膜Ｂ２との間、エッチストップ膜ＥＳと第２バリア膜Ｂ２との間、さらには第２ハードマスクＨＭ２と第２バリア膜Ｂ２との間において、密着性を向上させることができる。また、第２配線Ｍ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性と、第２ハードマスクＨＭ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性とを向上させることができる。この結果、第２バリア膜Ｂ２の膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。
【００６２】
（３）上記実施形態によれば、制御部４１は、表面処理を実行するときに、ガス供給部を構成する流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４と、マイクロ波電源ＦＧとを駆動し、真空槽である処理室３１Ｓに水素ラジカルを供給する。また、制御部４１は、成膜処理を実行するときに、ガス供給部を構成する流量コントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２と、前記マイクロ波電源ＦＧとを駆動し、真空槽である処理室３１Ｓに窒素ラジカルとＺｒ（ＢＨ４）４とを供給する。
【００６３】
したがって、表面処理と成膜処理との異なる処理において、制御部４１が共通するガス供給部と共通するマイクロ波電源ＦＧとを利用することから、より簡便な構成の下で双方の処理を実行できる。したがって、より簡便な構成の下で半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、成膜チャンバ２３が１つのマイクロ波源３８を搭載する例について説明したが、これに限らず、上記表面処理と成膜処理とを順に実施する上では、成膜チャンバ２３が、水素ラジカルを生成するマイクロ波源と、窒素ラジカルを生成するマイクロ波源とをそれぞれ搭載する構成であってもよい。これによれば、２種類のラジカルを２つのマイクロ波源で生成できることから、水素ラジカルを生成するタイミングと、窒素ラジカルを生成するタイミングとに自由度を得ることができ、それゆえ、表面処理に関わる処理条件の範囲と成膜処理に関わる処理条件の範囲とを拡張することができる。
【００６５】
・上記実施形態では、水素ガスにマイクロ波を照射することで励起した水素である水素ラジカルを生成する構成にしたが、これに限らず、水素ガスに電磁波を供給することで励起した水素である水素ラジカルや水素イオンを生成する構成にしてもよい。
【００６６】
・上記実施形態では、窒素ガスにマイクロ波を照射することで励起した窒素である窒素ラジカルを生成する構成にしたが、これに限らず、窒素ガスに電磁波を供給することで励起した窒素である窒素ラジカルや窒素イオンを生成する構成にしてもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、表面処理において水素ガスとアルゴンガスとを用いる例について説明したが、これに限らず、基板Ｓの表面に水素ラジカルを照射する上では、アルゴンガスを用いない構成であってもよい。また、硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との密着性を向上させる上では、水素ラジカルに加えて、さらに窒素ラジカルを添加する構成であっても
よい。
【００６８】
・上記実施形態では、成膜処理において窒素ガスをプラズマ化する例について説明したが、これに限らず、窒素のプラズマ状態を安定させる上では、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスをプラズマ化する構成であってもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、第１メタルキャップ膜ＭＣ１を貫通するビアホールＶＨを形成したが、これに限らず、第１メタルキャップ膜ＭＣ１の表面がビアホールＶＨの底面をなす構成であってもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、硼窒化ジルコニウム膜を、第１メタルキャップ膜ＭＣ１、第２メタルキャップ膜ＭＣ２及び第２バリア膜Ｂ２に具体化したが、これに限らず、上記表面処理と成膜処理とを順に実施する上では、硼窒化ジルコニウム膜を、メタルキャップ膜だけに具体化してもよく、あるいはバリア膜だけに具体化してもよい。
【００７１】
・上記実施形態では、半導体装置１０が２層の銅配線を有する例について説明したが、これに限らず、上記の硼窒化ジルコニウム膜をメタルキャップ膜又はバリア膜として利用する構成であれば、半導体装置１０は、その銅配線の層数に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】半導体装置を示す部分断面図。
【図２】成膜装置の全体を示す図。
【図３】成膜チャンバを示す部分断面図。
【図４】成膜装置の電気的構成を示すブロック図。
【図５】半導体装置の製造方法を示す工程図。
【図６】半導体装置の製造方法を示す工程図。
【図７】半導体装置の製造方法を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００７３】
ＭＣ１…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第１メタルキャップ膜、ＭＣ２…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第２メタルキャップ膜、Ｂ２…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第２バリア膜、ＥＳ…シリコン系絶縁膜を構成するエッチストップ膜、Ｍ１…下地金属膜としての金属膜である第１配線、Ｍ２…金属膜である第２配線、ＭＦＣ１，ＭＦＣ２，ＭＦＣ３，ＭＦＣ４…成膜処理部及びガス供給部を構成する流量コントローラ、ＦＧ…マイクロ波電源、１０…半導体装置、３１Ｓ…真空槽を構成する処理室、３７…照射管、３８…マイクロ波源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硼窒化ジルコニウム膜を用いた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置における多層配線技術では、半導体装置の微細化や多層化が進展することに伴い、エレクトロマイクレーションの耐性を確保するための銅配線技術が不可欠となる。この銅配線技術においては、層間絶縁膜にトレンチを形成して当該トレンチ内に配線材料である銅（Ｃｕ）を充填する、いわゆるダマシン法が利用される。アルミ配線技術に用いるバリア膜や洗浄技術をこのＣｕダマシン法へ転用する場合には、配線材料である銅原子が絶縁膜中へ拡散し易いことから配線寿命の短命化を招く虞があり、また上記トレンチのアスペクト比が非常に高くなることから、トレンチ底部を洗浄し難くなり、ひいては銅配線と下地配線との間でコンタクト抵抗の増大を招く虞がある。そこで、上記の銅配線技術では、従来から、こうした問題を解消すべく、銅配線に適した各種のバリア膜とメタルキャップ膜とが提案されている。
【０００３】
特許文献１では、上記バリア膜の構成材料として硼化ジルコニウムや硼窒化ジルコニウムを提案し、前駆体であるＺｒ（ＢＨ４）４の分解反応をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）法を利用した表面反応で具現化する。これにより、アスペクト比の高い微細なトレンチに段差被覆性の高い硼化ジルコニウム膜や硼窒化ジルコニウム膜を成膜できることから、銅配線に対するバリア性を十分に確保でき、しかもバリア膜を４５０℃以下の低温で成膜することで配線構造への熱投入量（サーマルバジェット(Thermal Budget )）を抑え
ることができる。
【０００４】
特許文献２では、上記ジルコニウム化合物を下地膜に積層し、ジルコニウム化合物が有する比抵抗値の下地依存性、いわゆる抵抗選択性を利用してメタルキャップ膜を形成する。いわば、ジルコニウム化合物からなる１つのメタルキャップ膜が、銅配線上においては導電性を有したキャップ膜として機能し、層間絶縁膜上においては絶縁性を有したキャップ膜として機能する。これによれば、耐酸化性に優れた導電性のジルコニウム化合物でトレンチ底部が構成されるため、洗浄工程後のトレンチ底部においてメタルキャップ膜の残膜が在る場合であっても、銅配線と下地配線との間のコンタクト抵抗を良好な水準で維持できる。
【特許文献１】特開２００６−５７１６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７４９６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、上記バリア膜やメタルキャップ膜の成膜時には、上記層間絶縁膜の他、先行するトレンチ形成で利用したエッチストップ膜やハードマスク等の各種絶縁膜が基板表面に露出している。上記エッチストップ膜やハードマスクには、層間絶縁膜との間のエッチングの選択比を確保するために、一般的にＣＶＤ法を利用した炭化シリコン膜が利用される。バリア膜やメタルキャップ膜として上記ＺｒＢＮ膜を適用する上では、半導体装置の信頼性を確保するために、この炭化シリコン膜とバリア膜との間、また炭化シリコン膜とメタルキャップ膜との間に高い密着性が要求される。
【０００６】
一方、上記ＣＶＤ法における成膜終了時には、炭素や炭化シリコンからなる微粒子や未結合手が炭化シリコン膜の表面に高い頻度で形成されてしまう。こうした微粒子や未結合
手が膜表面に存在すると、上記Ｚｒ（ＢＨ４）４を用いる表面反応系では、当該微粒子や未結合手を核とした硼窒化ジルコニウムのグレインが成長してしまい、下地膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性が大きく損なわれ、さらには硼窒化ジルコニウム膜自身が発現すべきバリア性や抵抗選択性等の膜特性が著しく劣化してしまう。
【０００７】
本願発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との間の密着性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載する半導体装置の製造装置は、炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱した状態で収容する真空槽と、励起した水素を前記真空槽へ供給して加熱下の基板表面を表面処理する表面処理部と、Ｚｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽へ供給して加熱下の前記基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜処理する成膜処理部と、前記表面処理部を駆動して前記表面処理を実行した後に前記成膜処理部を駆動して前記成膜処理を実行する制御部とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載する半導体装置の製造装置によれば、先行して駆動する表面処理部が、シリコン系絶縁膜上にある炭素含有の微粒子や未結合手を、励起した水素による還元反応で成膜処理前に取り除くことができる。したがって、シリコン系絶縁膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性と、さらには金属膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性とを向上させることができる。そして、硼窒化ジルコニウム膜の膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載する半導体装置の製造装置は、請求項１に記載する半導体装置の製造装置であって、前記真空槽に連結された１つの管へ水素ガスと窒素ガスとを選択的に供給するガス供給部と、前記管内へマイクロ波を照射するマイクロ波電源とを備え、前記制御部は、前記表面処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記水素ガスにマイクロ波を照射することにより前記水素ガスを前記励起した水素にして前記真空槽へ供給し、前記成膜処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記窒素ガスにマイクロ波を照射することで前記窒素ガスを前記励起した窒素にして前記真空槽へ供給することを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載する半導体装置の製造装置によれば、表面処理と成膜処理との異なる処理において、表面処理と成膜処理とで制御部が共通する管、ガス供給部及びマイクロ波電源を利用することから、より簡便な構成の下で双方の処理を実行できる。したがって、より簡便な構成の下で半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法は、炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とを露出する基板を加熱して基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、前記基板が搬入された真空槽に励起した水素を供給して加熱下の前記基板表面を前記励起した水素に曝した後、前記真空槽への前記水素の供給を停止してＺｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽に供給することにより加熱下の前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法によれば、シリコン系絶縁膜上にある炭素含有の微粒子や未結合手を、励起した水素による還元反応で予め取り除くことができる。したがって、シリコン系絶縁膜と硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性、さらには金属膜と
硼窒化ジルコニウム膜との間の密着性を向上させることができる。この結果、シリコン系絶縁膜を被覆する硼窒化ジルコニウム膜に関してその膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に記載する半導体装置の製造方法は、請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、前記基板に形成された下地金属膜に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記下地金属膜までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程と、前記凹部内を埋め込むように前記シリコン系絶縁膜に前記金属膜を積層して当該金属膜を平坦化することにより前記凹部に埋め込まれた配線を形成し、前記金属膜である前記配線と前記配線を囲う前記シリコン系絶縁膜とを前記基板表面に露出させる工程とを備え、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで前記シリコン系絶縁膜と前記配線とを覆うメタルキャップ膜を形成することを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載する半導体装置の製造方法によれば、シリコン系絶縁膜と配線とを覆うメタルキャップ膜に関してその膜特性の均一化を図ることができる。したがって、シリコン系絶縁膜とメタルキャップ膜との間の密着性と、銅配線とメタルキャップ膜との間の密着性とを向上させることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載する半導体装置の製造方法は、請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、前記基板に形成された前記金属膜である配線に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記配線までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程を備え、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで、前記シリコン系絶縁膜と、前記凹部の底部である前記配線とを覆うバリア膜を形成することを要旨とする。
【００１７】
請求項５に記載する半導体装置の製造方法によれば、シリコン系絶縁膜と配線とを覆うバリア膜に関してその膜特性の均一化を図ることができる。したがって、シリコン系絶縁膜とバリア膜との間の密着性、銅配線とバリア膜との間の密着性を向上させることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記したように、本発明によれば、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との間の密着性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。まず、本発明を利用して製造した半導体装置１０について説明する。図１は、半導体装置１０を示す部分断面図であり、半導体装置１０は、例えば各種ＲＡＭや各種ＲＯＭを含むメモリ、あるいはＭＰＵや汎用ロジックを含むロジック等である。
【００２０】
［半導体装置１０］
図１において、半導体装置１０が有する基板Ｓの表面（図１の上面）には、拡散領域Ｓａ上のＭＯＳトランジスタＴｒを覆うように第１層間絶縁膜Ｄ１が積層されている。第１層間絶縁膜Ｄ１には、拡散領域Ｓａまで貫通するコンタクトホールＣＨが形成されて、コンタクトホールＣＨの内側には、コンタクトプラグＰが充填されている。
【００２１】
第１層間絶縁膜Ｄ１の表面には、第２層間絶縁膜Ｄ２と、当該第２層間絶縁膜Ｄ２を覆
う第１ハードマスクＨＭ１とが順に積層されている。第２層間絶縁膜Ｄ２としては、シリコン酸化膜等からなる多孔性の低誘電率膜を用いることができ、第１ハードマスクＨＭ１としては炭化シリコンや炭化水素シリコン等、炭素含有のシリコン系絶縁膜を用いることができる。これら第２層間絶縁膜Ｄ２と第１ハードマスクＨＭ１とには、コンタクトホールＣＨから上方へ拡開する凹部（第１トレンチＴＨ１）が貫通形成されている。この第１トレンチＴＨ１の内面全体には、硼窒化ジルコニウムからなる第１バリア膜Ｂ１が被覆されて、その第１バリア膜Ｂ１で被覆された第１トレンチＴＨ１の内部には、配線材料である銅からなる第１配線Ｍ１が充填されている。第１配線Ｍ１の上面には、第１ハードマスクＨＭ１の上面全体に広がり硼窒化ジルコニウムからなる第１メタルキャップ膜ＭＣ１が被覆されている。
【００２２】
第１バリア膜Ｂ１は、水分に対する高いバリア性を有し、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と協働して第１配線Ｍ１の全体を囲うことにより、第１配線Ｍ１の酸化を阻止する。また、第１バリア膜Ｂ１は、第１トレンチＴＨ１の内面及び第１配線Ｍ１に対して高い密着性を有し、第１配線Ｍ１とコンタクトプラグＰとの間で十分に低いコンタクト抵抗を実現する。さらに、第１バリア膜Ｂ１は、銅原子に対する高いバリア性を有し、第１配線Ｍ１からの銅原子の拡散や第１配線Ｍ１のマイグレーションを防止する。
【００２３】
第１メタルキャップ膜ＭＣ１は、下地の比抵抗値に応じた比抵抗値を有する膜であり、いわば抵抗選択性を有する。例えば、第１メタルキャップ膜ＭＣ１は、導電体である第１配線Ｍ１の表面上の領域（図１において濃いドットで示す領域）で５〜８［μΩ・ｃｍ］の低い比抵抗値を有し、絶縁体である第１ハードマスクＨＭ１の表面上の領域（図１において薄いドットで示す領域）で１０２［Ω・ｃｍ］以上の高い比抵抗値を有する。
【００２４】
第１メタルキャップ膜ＭＣ１の表面には、第３層間絶縁膜Ｄ３、エッチストップ膜ＥＳ、第４層間絶縁膜Ｄ４及び第２ハードマスクＨＭ２が順に積層されている。第３層間絶縁膜Ｄ３及び第４層間絶縁膜Ｄ４としては、シリコン酸化膜等からなる多孔性の低誘電率膜を用いることができ、エッチストップ膜ＥＳ及び第２ハードマスクＨＭ２としては炭化シリコンや炭化水素シリコン等、炭素含有のシリコン系絶縁膜を用いることができる。第１メタルキャップ膜ＭＣ１、第３層間絶縁膜Ｄ３及びエッチストップ膜ＥＳには、第１配線Ｍ１から上方へ延びる共通の凹部（ビアホールＶＨ）が貫通形成されて、第４層間絶縁膜Ｄ４と第２ハードマスクＨＭ２とには、そのビアホールＶＨから上方へ拡開する共通の凹部（第２トレンチＴＨ２）が貫通形成されている。
【００２５】
上記ビアホールＶＨ及び上記第２トレンチＴＨ２の内面全体には、硼窒化ジルコニウムからなる第２バリア膜Ｂ２が被覆されている。その第２バリア膜Ｂ２で被覆されたビアホールＶＨの内部には、配線材料である銅からなるビア配線Ｖ１が充填され、また第２バリア膜Ｂ２で被覆された第２トレンチＴＨ２の内部には、配線材料である銅からなる第２配線Ｍ２が充填されている。第２配線Ｍ２の上面には、第２ハードマスクＨＭ２の上面全体にわたり、硼窒化ジルコニウムからなる共通の第２メタルキャップ膜ＭＣ２が被覆されている。
【００２６】
第２バリア膜Ｂ２は、第１バリア膜Ｂ１と同じく、水分に対する高いバリア性を有し、第２メタルキャップ膜ＭＣ２と協働してビア配線Ｖ１及び第２配線Ｍ２の全体を囲うことにより、ビア配線Ｖ１及び第２配線Ｍ２の酸化を阻止する。また、第２バリア膜Ｂ２は、ビアホールＶＨ及び第２トレンチＴＨ２の内面、さらには第１メタルキャップ膜ＭＣ１に対して高い密着性を有し、ビア配線Ｖ１と第１配線Ｍ１との間で十分に低いコンタクト抵抗を実現する。また、第２バリア膜Ｂ２は、銅原子に対する高いバリア性を有し、ビア配線Ｖ１及び第２配線Ｍ２からの銅原子の拡散やマイグレーションを防止する。
【００２７】
第２メタルキャップ膜ＭＣ２は、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と同じく、下地の導電性に応じた導電性を有する膜であり、例えば第２配線Ｍ２の表面上の領域（図１において濃いドットで示す領域）で５〜８［μΩ・ｃｍ］の比抵抗値を有し、第２ハードマスクＨＭ２の表面上の領域（図１において薄いドットで示す領域）で１０２［Ω・ｃｍ］以上の比抵抗値を有する。
【００２８】
［成膜装置２０］
次に、上記半導体装置１０の製造装置としての成膜装置２０について図２〜図６を参照して説明する。図２は成膜装置２０の全体を示す断面図であり、図３は成膜チャンバ２３の構成を示す断面図である。また、図４は成膜チャンバ２３の電気的構成を示すブロック図である。
【００２９】
図２において、成膜装置２０は、ロードロックチャンバ２１と、ロードロックチャンバ２１に連結されたコアチャンバ２２と、コアチャンバ２２に連結された４つの成膜チャンバ２３とを搭載し、前記ロードロックチャンバ２１と各成膜チャンバ２３とは、コアチャンバ２２を介して互いに解除可能に連通し、共通の真空系を形成可能にする。
【００３０】
ロードロックチャンバ２１は、複数の基板Ｓを収容する真空槽であり、基板Ｓに関する表面処理と成膜処理とを開始するとき、各基板Ｓを成膜装置２０の内部へ搬入する。また、ロードロックチャンバ２１は、基板Ｓの成膜処理を終了するとき、成膜処理後の基板Ｓを大気に解放し成膜装置２０の外部に搬出する。コアチャンバ２２は、搬送ロボット２２ａを搭載する真空槽であり、基板Ｓの表面処理と成膜処理とを開始するとき、基板Ｓをロードロックチャンバ２１から搬入して成膜チャンバ２３へ搬出する。コアチャンバ２２は、基板Ｓの成膜処理を終了するとき、成膜チャンバ２３にある基板Ｓを搬入してロードロックチャンバ２１へ搬出する。
【００３１】
成膜チャンバ２３は、ＣＶＤ法を用いて上記硼窒化ジルコニウム膜を成膜するチャンバであり、成膜処理を実行するときには、まず基板Ｓをコアチャンバ２２から搬入して基板Ｓへ表面処理を施した後、上記硼窒化ジルコニウム膜、すなわち上記第１バリア膜Ｂ１、第２バリア膜Ｂ２、第１メタルキャップ膜ＭＣ１及び第２メタルキャップ膜ＭＣ２を成膜する。
【００３２】
図３において、成膜チャンバ２３は、その上部を開口したチャンバ本体３１と、チャンバ本体３１の上部に配設されてチャンバ本体３１の上部開口を開閉可能にするチャンバリッド３２とを有する。成膜チャンバ２３は、これらチャンバ本体３１とチャンバリッド３２とに囲まれた内部空間（以下単に、処理室３１Ｓという。）を有する。チャンバ本体３１には、基板Ｓを載置する基板ステージ３３が配設されている。基板ステージ３３は、抵抗加熱ヒータ３３Ｈを内蔵したステージであり、基板Ｓを載置するときには、基板Ｓを所定の温度（２００℃〜２４０℃）に昇温させる。基板ステージ３３の下側には、基板ステージ３３を上下方向に昇降して基板Ｓの搬入や搬出を可能にする昇降機構３４が連結されている。チャンバ本体３１の一側には、排気ポートＰ１を介して排気ポンプ３５が接続されている。排気ポンプ３５は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の各種のポンプにより構成され、前記表面処理及び成膜処理を実行するときには、処理室３１Ｓの圧力を所定の圧力（１Ｐａ〜１０００Ｐａ）の範囲に減圧する。
【００３３】
チャンバリッド３２の下側には、複数の第１供給孔Ｈ１と、各第１供給孔Ｈ１から独立する複数の第２供給孔Ｈ２とを有したシャワーヘッド３６が取付けられている。各第１供給孔Ｈ１は、硼窒化ジルコニウム膜の原料であるＺｒ（ＢＨ４）４を処理室３１Ｓに供給するものであり、各第２供給孔Ｈ２は、励起した窒素あるいは励起した水素を処理室３１Ｓに供給するものである。詳述すると、各第１供給孔Ｈ１には、チャンバリッド３２の内
部と原料ガスポートＰ２とを介して原料タンクＴＫが連結され、原料タンクＴＫには、キャリアガスであるアルゴンを供給するための流量コントローラＭＦＣ１が連結されている。流量コントローラＭＦＣ１からのキャリアガスが原料タンクＴＫに供給されるとき、原料タンクＴＫは、収容するＺｒ（ＢＨ４）４をバブリングさせて、Ｚｒ（ＢＨ４）４をキャリアガスと共に原料ガスポートＰ２へ導出し、当該Ｚｒ（ＢＨ４）４とキャリアガスとを、各第１供給孔Ｈ１から処理室３１Ｓに供給する。
【００３４】
各第２供給孔Ｈ２には、チャンバリッド３２の内部と励起ガスポートＰ３とを介して３つの流量コントローラＭＦＣ２、ＭＦＣ３、ＭＦＣ４が連結されている。各流量コントローラＭＦＣ２、ＭＦＣ３、ＭＦＣ４は、それぞれ窒素ガス、アルゴンガス、水素ガスを所定の流量に調整して励起ガスポートＰ３へ導出する。チャンバリッド３２の内部であって、励起ガスポートＰ３と各第２供給孔Ｈ２との間には、石英管あるいはアルミナ管からなる耐熱性を有した照射管３７が内設されている。この照射管３７の径方向外側には、マイクロ波電源ＦＧによって駆動されるマイクロ波源３８と、マイクロ波源３８に連結されて照射管３７へ延びる導波管３９とが配設されている。マイクロ波源３８は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発振器、すなわちマグネトロンであって、マイクロ波電源ＦＧの駆動電力を受けて所定の出力範囲、例えば０．０１ｋＷ〜３．０ｋＷの範囲でマイクロ波を出力する。導波管３９は、マイクロ波源３８が発振するマイクロ波を導波管３９の内部に伝播させて照射管３７の内部へ照射する。マイクロ波源３８がマイクロ波を発振するとき、導波管３９は、照射管３７を通過するガスにマイクロ波を照射して、当該ガスを励起させる。
【００３５】
各第２供給孔Ｈ２と照射管３７との間には、チャンバリッド３２を介して接地されたメッシュ３２ａが配設されている。マイクロ波源３８が照射管３７でガスを励起するとき、すなわちマイクロ波源３８が照射管３７内にプラズマを生成するとき、メッシュ３２ａは、照射管３７から各第２供給孔Ｈ２へ流れるプラズマ中のイオン成分を中性化し、当該プラズマ中のラジカル成分と中性化したガス成分とを、各第２供給孔Ｈ２から処理室３１Ｓに供給する。これにより、原料ガスポートＰ２から照射管３７へ導入される水素ガス、アルゴンガス及び窒素ガスは、照射管３７でプラズマ化された後に、メッシュ３２ａによってそのイオン成分が中性化され、前記プラズマ中のラジカル成分のみが処理室３１Ｓに供給される。
【００３６】
次に、上記成膜装置２０の電気的構成について説明する。図４において、制御部４１は、成膜装置２０に各種の処理動作、例えば基板Ｓの搬送や前記表面処理、さらには成膜処理等を実行させるものである。制御部４１は、各種の演算処理を実行するＣＰＵ、各種データや各種プログラムを格納する記憶部４１Ａ、各種処理工程の経過時間を計時するタイマ４１Ｂ等を有する。制御部４１は、例えば記憶部４１Ａが格納する表面処理プログラムを読み出し、タイマ４１Ｂが計時する処理時間と前記表面処理プログラムとに基づいて前記表面処理を実行する。また、制御部４１は、記憶部４１Ａが格納する成膜処理プログラムを読み出し、タイマ４１Ｂが計時する処理時間と成膜処理プログラムとに基づいて前記成膜処理を実行する。
【００３７】
制御部４１には、起動スイッチや停止スイッチ等の各種操作スイッチや液晶ディスプレイ等の各種表示装置等からなる入出力部４２が接続されている。入出力部４２は、各処理動作に利用する各種のデータを制御部４１に入力し、成膜装置２０における前記表面処理の状況や前記成膜処理の状況に関するデータを出力する。例えば、入出力部４２は、前記表面処理や前記成膜処理に必要となる各種の条件データＩｄ（処理時間、ガス流量、処理圧力、処理温度、マイクロ波電源ＦＧの出力等）を制御部４１に入力する。制御部４１は、入出力部４２から入力される上記各種の条件データＩｄを受信し、当該条件データＩｄに応じた各種の制御信号を生成して、その条件データＩｄに相当する処理条件の下で前記
表面処理や前記成膜処理を実行する。
【００３８】
制御部４１は、排気系を駆動するための排気系駆動回路４３に接続されて、排気系駆動回路４３に対応する駆動信号を排気系駆動回路４３へ出力する。排気系駆動回路４３は、制御部４１からの駆動信号に応答して前記排気ポンプ３５等の排気系を駆動し、これにより前記処理室３１Ｓ等の各チャンバ内部を所定の処理圧力に調整する。
【００３９】
制御部４１は、搬送系を駆動するための搬送系駆動回路４４に接続されて、搬送系駆動回路４４に対応する駆動信号を搬送系駆動回路４４へ出力する。搬送系駆動回路４４は、制御部４１からの駆動制御信号に応答して搬送ロボット２２ａや昇降機構３４、さらには基板ステージ３３に搭載される抵抗加熱ヒータ３３Ｈ等の搬送系を駆動し、これにより基板Ｓを所定の搬送経路に沿って搬送して所定の処理温度に温調する。
【００４０】
制御部４１は、各流量コントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を駆動するための流量コントローラ駆動回路４５に接続されて、流量コントローラ駆動回路４５に対応する駆動信号を流量コントローラ駆動回路４５へ出力する。流量コントローラ駆動回路４５は、制御部４１からの駆動信号に応答して各流量コントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４をそれぞれ駆動し、これにより所定流量のガスを選択的に処理室３１Ｓへ供給する。
【００４１】
制御部４１は、マイクロ波電源ＦＧを駆動するためのマイクロ波電源駆動回路４６に接続されて、マイクロ波電源駆動回路４６に対応する駆動信号をマイクロ波電源駆動回路４６へ出力する。マイクロ波電源駆動回路４６は、制御部４１からの駆動信号に応答してマイクロ波電源ＦＧを駆動し、これにより所定の出力値でマイクロ波を出力する。
【００４２】
［半導体装置１０の製造方法］
次に、上記成膜装置２０を用いた半導体装置１０の製造方法について説明する。図５及び図６は半導体装置１０の製造工程を示す工程図であり、図７は成膜装置２０における各部の動作を示すタイミングチャートである。
【００４３】
まず、公知の半導体装置製造技術を用いて、上記ＭＯＳトランジスタＴｒ、第１層間絶縁膜Ｄ１及びコンタクトプラグＰが基板Ｓに形成され、次いで、公知のダマシン法を用いて、第２層間絶縁膜Ｄ２、第１ハードマスクＨＭ１、第１バリア膜Ｂ１及び金属膜からなる第１配線Ｍ１が形成される。この際、図５に示すように、第１ハードマスクＨＭ１の成膜処理によって、第１ハードマスクＨＭ１の表面には、炭素や炭化シリコンからなる微粒子ＤＯ、さらにはシリコンの未結合手等が残存する。また、第１配線Ｍ１（金属膜）へのＣＭＰ処理や第１配線Ｍ１と大気との接触等によって、第１配線Ｍ１の表面には、酸化層ＭＯが形成される。第１配線Ｍ１が形成されると、第１配線Ｍ１を有する基板Ｓが成膜装置２０へ搬入されて、基板Ｓの表面である第１ハードマスクＨＭ１と第１配線Ｍ１とに表面処理と成膜処理とが施される。
【００４４】
表面処理と成膜処理とを開始するにあたり、成膜装置２０の制御部４１は、まず上記表面処理プログラムと上記成膜処理プログラムとを記憶部４１Ａから読み出し、入出力部４２からの各種の条件データＩｄに基づいて排気ポンプ３５を駆動し、処理室３１Ｓの圧力を条件データＩｄに基づく処理圧力に調整し続ける。処理室３１Ｓの圧力を前記処理圧力に調整すると、制御部４１は、図７に示すように、抵抗加熱ヒータ３３Ｈを駆動して基板ステージ３３の温度を条件データＩｄに基づく処理温度、例えば２２０℃に温調する。そして、制御部４１は、搬送ロボット２２ａを駆動して基板ステージ３３に基板Ｓを載置し、基板Ｓを前記処理温度に加熱する。
【００４５】
次いで、制御部４１は、タイマ４１Ｂを用いた処理時間の計時動作を開始し、流量コン
トローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４を駆動して処理条件に基づく流量のアルゴンガス及び水素ガスを照射管３７へ導入する。続いて、制御部４１は、マイクロ波電源ＦＧを駆動して照射管３７の内部にアルゴンと水素とを用いたプラズマを生成し、メッシュ３２ａによって抽出される水素ラジカルを基板Ｓの表面に供給する。
【００４６】
この際、加熱された基板Ｓの表面へ励起状態の水素が供給されることから、前記微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理、いわば基板Ｓの表面処理が実行される。制御部４１は、上記の計時結果に基づいてマイクロ波の照射時間が所定の時間だけ経過すると、マイクロ波電源ＦＧの出力を停止させることにより水素ラジカルの供給を停止させる。そして、制御部４１は、上記表面処理の処理時間が条件データＩｄに基づく処理時間になると、流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４のガス供給を停止させて上記の表面処理を完了する。なお、上記の処理時間は、各種試験等に基づいて決定される時間であり、例えば前記のエッチング処理により微粒子ＤＯが消失する時間と、前記末端処理により未結合手が消失する時間と、前記還元処理により酸化層ＭＯが消失する時間との中で最も長い時間に設定される。
【００４７】
制御部４１は、上記表面処理を完了すると、引き続き基板Ｓを処理温度に加熱し、流量コントローラＭＦＣ２を駆動して処理条件に基づく流量の窒素ガスを照射管３７へ導入し、マイクロ波電源ＦＧを駆動して照射管３７の内部に窒素プラズマを生成し、メッシュ３２ａによって抽出される窒素ラジカルを基板Ｓの表面に供給する。また、制御部４１は、マイクロ波電源ＦＧを駆動するタイミングで流量コントローラＭＦＣ１を駆動し、処理条件に基づく流量のキャリアガスを原料タンクＴＫに導入し、キャリアガスとＺｒ（ＢＨ４）４とを基板Ｓの表面に供給する。
【００４８】
この際、加熱された基板Ｓの表面へ励起状態の窒素が供給され、その後にＺｒ（ＢＨ４）４が供給されることから、基板Ｓの表面では吸着したＺｒ（ＢＨ４）４の窒化反応や熱分解反応等が表面反応として進行し、基板Ｓの表面全体に硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。この硼窒化ジルコニウム膜は、先行する表面処理によって基板表面が清浄化されているため、表面反応により成長する一方で、前記微粒子ＤＯや未結合手を核としたグレインの成長を回避でき、下地膜である第１ハードマスクＨＭ１や第１配線Ｍ１との間で高い密着性を発現することができる。また、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記の表面処理によって酸化層ＭＯが除去されているため、下地膜である第１ハードマスクＨＭ１と第１配線Ｍ１との上で高い抵抗選択性を発現することができる。それゆえに、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１としての抵抗選択性、バリア性及び耐酸化性を十分に発現することができる。
【００４９】
上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１の成膜処理を完了すると、上記成膜装置２０から基板Ｓが搬出されて、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１に第３層間絶縁膜Ｄ３、エッチストップ膜ＥＳ、第４層間絶縁膜Ｄ４及び第２ハードマスクＨＭ２が順に積層される。続いて、公知のデュアルダマシン法を用いて、第２ハードマスクＨＭ２、第４層間絶縁膜Ｄ４、及びエッチストップ膜ＥＳに第２トレンチＴＨ２が形成されて、第３層間絶縁膜Ｄ３及び第１メタルキャップ膜ＭＣ１にビアホールＶＨが形成される。
【００５０】
この際、図６に示すように、第２ハードマスクＨＭ２の表面には、炭素や炭化シリコンからなる微粒子ＤＯ、さらにはシリコンの未結合手が残存する。また、第２トレンチＴＨ２から露出するエッチストップ膜ＥＳの表面には、同じく、エッチストップ膜ＥＳの成膜処理によって、炭素や炭化シリコンからなる微粒子ＤＯ、さらにはシリコンの未結合手が残存する。また、ビアホールＶＨから露出する第１配線Ｍ１の表面には、酸化層ＭＯが形成される。
【００５１】
ビアホールＶＨと第２トレンチＴＨ２とが形成されると、これらを有する基板Ｓが再び成膜装置２０へ搬入され、基板Ｓの表面に表面処理と成膜処理とが施される。詳述すると、成膜装置２０の制御部４１は、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１の成膜時と同じく、図７に示すように、まず抵抗加熱ヒータ３３Ｈを駆動して条件データＩｄに基づく処理温度に基板Ｓを加熱する。次いで、制御部４１は、タイマ４１Ｂを用いた処理時間の計時動作を開始し、流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４とマイクロ波電源ＦＧとを駆動して、基板Ｓの表面に所定の処理時間だけ水素ラジカルを供給する。そして、加熱された基板Ｓの表面へ励起状態の水素が供給されることから、前記微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理、いわば基板Ｓの表面処理が実行される。制御部４１は、条件データＩｄに基づく処理時間だけ水素ラジカルを供給すると、マイクロ波電源ＦＧと流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４とを停止させて、第２ハードマスクＨＭ２、エッチストップ膜ＥＳ及び第１配線Ｍ１への表面処理を完了する。
【００５２】
制御部４１は、上記表面処理を完了すると、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１の成膜時と同じく、引き続き基板Ｓを処理温度に加熱し、流量コントローラＭＦＣ１、流量コントローラＭＦＣ２、及びマイクロ波電源ＦＧを駆動して、加熱された基板Ｓの表面へ、Ｚｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とを供給する。これにより、第２ハードマスクＨＭ２の表面と、第２トレンチＴＨ２及びビアホールＶＨの内面とには、吸着したＺｒ（ＢＨ４）４の熱分解反応やその窒化反応等が表面反応として進行し、基板Ｓの表面全体に硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【００５３】
この硼窒化ジルコニウム膜は、上記第１メタルキャップ膜ＭＣ１と同じく、先行する表面処理によって基板表面が清浄化されているため、前記微粒子ＤＯや未結合手を核としたグレインの成長を来たすことがなく、下地膜である第２ハードマスクＨＭ２、エッチストップ膜ＥＳ及び第１配線Ｍ１との間で高い密着性を発現することができる。また、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記の表面処理によって酸化層ＭＯが除去されるため、第１配線Ｍ１との間で低い接触抵抗を実現することができる。さらに、この硼窒化ジルコニウム膜は、導電性の第１メタルキャップ膜ＭＣ１で第１配線Ｍ１が覆われていたことから、第１メタルキャップ膜ＭＣ１のエッチング残渣が第１配線Ｍ１の表面に残存する場合であっても、第１配線Ｍ１との間で低い接触抵抗を実現することができる。それゆえに、この硼窒化ジルコニウム膜は、上記第１バリア膜Ｂ１としてのバリア性及び導電性を十分に発現することができる。
【００５４】
上記第１バリア膜Ｂ１の成膜処理を完了すると、上記成膜装置２０から基板Ｓが搬出されて、ビアホールＶＨ内と第２トレンチＴＨ２内とを埋め込むように、上記第１バリア膜Ｂ１の全体に金属膜が成膜される。次いで、上記第２ハードマスクＨＭ２をＣＭＰストッパとするＣＭＰ処理等によって前記金属膜が平坦化されて、ビアホールＶＨ内と第２トレンチＴＨ２内とを充填する第２配線Ｍ２が形成される。そして、第２配線Ｍ２が形成されると、第２配線Ｍ２を有する基板Ｓが成膜装置２０へ搬入されて、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と同じく、基板Ｓの表面である第２ハードマスクＨＭ２と第２配線Ｍ２とに表面処理と成膜処理とが順に施されて、硼窒化ジルコニウム膜からなる第２メタルキャップ膜ＭＣ２が形成される。
【００５５】
［実施例］
上記の基板Ｓとしてシリコン基板を用い、当該シリコン基板上にＣＶＤ法を利用して膜厚が５０ｎｍの炭化シリコン膜を成膜した。次いで、当該炭化シリコン膜を有するシリコン基板を上記成膜装置２０へ搬入し、炭化シリコン膜の表面に対して以下に示す表面処理と成膜処理とを順に施して膜厚が３ｎｍの硼窒化ジルコニウム膜を成膜した。続いて、当該硼窒化ジルコニウム膜上にＰＶＤ法を利用して膜厚が２００ｎｍの金属膜を成膜し、実施例の積層膜を得た。そして、カーターナイフを用いて前記積層膜に３ｍｍ間隔の格子状
のスクラッチを形成し、このスクラッチ上に粘着テープを一旦貼着して剥がし、硼窒化ジルコニウム膜が炭化シリコン膜から剥がれるか否かを検出した。
【００５６】
（表面処理条件）
・基板温度：２２０℃
・水素ガスの流量（ＭＦＣ４）：１００ｓｃｃｍ
・アルゴンガスの流量（ＭＦＣ３）：３０ｓｃｃｍ
・マイクロ波出力：１００Ｗ
・処理圧力：５０Ｐａ
・処理時間：１２０ｓｅｃ
（成膜処理条件）
・基板温度：２２０℃
・Ｚｒ（ＢＨ４）４：５５ｓｃｃｍ
・キャリアガスの流量（ＭＦＣ１）：１００ｓｃｃｍ
・窒素ガスの流量（ＭＦＣ２）：５０ｓｃｃｍ
・マイクロ波出力：１００Ｗ
・処理圧力：４００Ｐａ
また、上記実施例の表面処理を省略し、その他の条件を同じくして得た比較例１を用い、実施例と同じく、密着性テストを実施した。また、上記実施例及び比較例１における炭化シリコン膜を酸化シリコン膜に変更し、その他の条件を同じくして得た比較例２及び比較例３を用い、実施例と同じく、密着性テストを実施した。
【００５７】
実施例の密着性テストにおいては、炭化シリコン膜−硼窒化ジルコニウム膜−金属膜の膜間に剥がれが認められず、積層構造にて十分な密着性を発現していることが分った。また、比較例２及び比較例３においても、実施例と同じく、膜間に剥がれが認められず、積層構造にて十分な密着性を発現していることが分った。一方、比較例１の密着性テストにおいては、炭化シリコン膜−硼窒化ジルコニウム膜の膜間で剥がれが認められ、これにより上記表面処理による密着性の向上が認められた。なお、こうした密着性の向上は、上記表面処理が成膜処理の前に施される上において認められ、上記の処理条件に限らず、例えば基板温度が２００℃〜２４０℃の範囲においても認められ、また上記第１トレンチＴＨ１や第２トレンチＴＨ２に適用する場合においても認められた。
【００５８】
上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）上記実施形態によれば、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と第２メタルキャップ膜ＭＣ２とが成膜される際に、まず表面処理部を構成する流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４及びマイクロ波電源ＦＧが駆動されて、基板Ｓの表面に水素ラジカルが供給される。そして、表面処理である微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理が実行される。次いで、この表面処理が基板Ｓに施された後、成膜処理部を構成する流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４及びマイクロ波電源ＦＧが駆動されて、基板Ｓの表面にＺｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とが供給される。そして、第１メタルキャップ膜ＭＣ１及び第２メタルキャップ膜ＭＣ２である硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【００５９】
したがって、先行する表面処理によって、炭素含有の微粒子ＤＯやシリコンの未結合手、さらには酸化層ＭＯを取り除くことができため、第１配線Ｍ１と第１メタルキャップ膜ＭＣ１との間の密着性と、第１ハードマスクＨＭ１と第１メタルキャップ膜ＭＣ１との間の密着性とを向上させることができる。また、第２配線Ｍ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性と、第２ハードマスクＨＭ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性とを向上させることができる。この結果、第１メタルキャップ膜ＭＣ１と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置１０の信頼
性を向上させることができる。
【００６０】
（２）上記実施形態によれば、第２バリア膜Ｂ２が成膜される際に、まず基板Ｓの表面に水素ラジカルが供給されて、表面処理である微粒子ＤＯのエッチング処理や未結合手への末端処理、さらには酸化層ＭＯの還元処理が実行される。そして、この表面処理が基板Ｓに施された後、基板Ｓの表面にＺｒ（ＢＨ４）４と励起状態の窒素とが供給されて、第２バリア膜Ｂ２である硼窒化ジルコニウム膜が成膜される。
【００６１】
したがって、先行する表面処理によって、炭素含有の微粒子ＤＯやシリコンの未結合手、さらには酸化層ＭＯを取り除くことができため、第２配線Ｍ２と第２バリア膜Ｂ２との間、エッチストップ膜ＥＳと第２バリア膜Ｂ２との間、さらには第２ハードマスクＨＭ２と第２バリア膜Ｂ２との間において、密着性を向上させることができる。また、第２配線Ｍ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性と、第２ハードマスクＨＭ２と第２メタルキャップ膜ＭＣ２との間の密着性とを向上させることができる。この結果、第２バリア膜Ｂ２の膜特性の均一化を図ることができ、ひいては半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。
【００６２】
（３）上記実施形態によれば、制御部４１は、表面処理を実行するときに、ガス供給部を構成する流量コントローラＭＦＣ３、ＭＦＣ４と、マイクロ波電源ＦＧとを駆動し、真空槽である処理室３１Ｓに水素ラジカルを供給する。また、制御部４１は、成膜処理を実行するときに、ガス供給部を構成する流量コントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２と、前記マイクロ波電源ＦＧとを駆動し、真空槽である処理室３１Ｓに窒素ラジカルとＺｒ（ＢＨ４）４とを供給する。
【００６３】
したがって、表面処理と成膜処理との異なる処理において、制御部４１が共通するガス供給部と共通するマイクロ波電源ＦＧとを利用することから、より簡便な構成の下で双方の処理を実行できる。したがって、より簡便な構成の下で半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、成膜チャンバ２３が１つのマイクロ波源３８を搭載する例について説明したが、これに限らず、上記表面処理と成膜処理とを順に実施する上では、成膜チャンバ２３が、水素ラジカルを生成するマイクロ波源と、窒素ラジカルを生成するマイクロ波源とをそれぞれ搭載する構成であってもよい。これによれば、２種類のラジカルを２つのマイクロ波源で生成できることから、水素ラジカルを生成するタイミングと、窒素ラジカルを生成するタイミングとに自由度を得ることができ、それゆえ、表面処理に関わる処理条件の範囲と成膜処理に関わる処理条件の範囲とを拡張することができる。
【００６５】
・上記実施形態では、水素ガスにマイクロ波を照射することで励起した水素である水素ラジカルを生成する構成にしたが、これに限らず、水素ガスに電磁波を供給することで励起した水素である水素ラジカルや水素イオンを生成する構成にしてもよい。
【００６６】
・上記実施形態では、窒素ガスにマイクロ波を照射することで励起した窒素である窒素ラジカルを生成する構成にしたが、これに限らず、窒素ガスに電磁波を供給することで励起した窒素である窒素ラジカルや窒素イオンを生成する構成にしてもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、表面処理において水素ガスとアルゴンガスとを用いる例について説明したが、これに限らず、基板Ｓの表面に水素ラジカルを照射する上では、アルゴンガスを用いない構成であってもよい。また、硼窒化ジルコニウム膜と下地膜との密着性を向上させる上では、水素ラジカルに加えて、さらに窒素ラジカルを添加する構成であっても
よい。
【００６８】
・上記実施形態では、成膜処理において窒素ガスをプラズマ化する例について説明したが、これに限らず、窒素のプラズマ状態を安定させる上では、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスをプラズマ化する構成であってもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、第１メタルキャップ膜ＭＣ１を貫通するビアホールＶＨを形成したが、これに限らず、第１メタルキャップ膜ＭＣ１の表面がビアホールＶＨの底面をなす構成であってもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、硼窒化ジルコニウム膜を、第１メタルキャップ膜ＭＣ１、第２メタルキャップ膜ＭＣ２及び第２バリア膜Ｂ２に具体化したが、これに限らず、上記表面処理と成膜処理とを順に実施する上では、硼窒化ジルコニウム膜を、メタルキャップ膜だけに具体化してもよく、あるいはバリア膜だけに具体化してもよい。
【００７１】
・上記実施形態では、半導体装置１０が２層の銅配線を有する例について説明したが、これに限らず、上記の硼窒化ジルコニウム膜をメタルキャップ膜又はバリア膜として利用する構成であれば、半導体装置１０は、その銅配線の層数に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】半導体装置を示す部分断面図。
【図２】成膜装置の全体を示す図。
【図３】成膜チャンバを示す部分断面図。
【図４】成膜装置の電気的構成を示すブロック図。
【図５】半導体装置の製造方法を示す工程図。
【図６】半導体装置の製造方法を示す工程図。
【図７】半導体装置の製造方法を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００７３】
ＭＣ１…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第１メタルキャップ膜、ＭＣ２…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第２メタルキャップ膜、Ｂ２…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第２バリア膜、ＥＳ…シリコン系絶縁膜を構成するエッチストップ膜、Ｍ１…下地金属膜としての金属膜である第１配線、Ｍ２…金属膜である第２配線、ＭＦＣ１，ＭＦＣ２，ＭＦＣ３，ＭＦＣ４…成膜処理部及びガス供給部を構成する流量コントローラ、ＦＧ…マイクロ波電源、１０…半導体装置、３１Ｓ…真空槽を構成する処理室、３７…照射管、３８…マイクロ波源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱した状態で収容する真空槽と、
励起した水素を前記真空槽へ供給して加熱下の基板表面を表面処理する表面処理部と、
Ｚｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽へ供給して加熱下の前記基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜処理する成膜処理部と、
前記表面処理部を駆動して前記表面処理を実行した後に前記成膜処理部を駆動して前記成膜処理を実行する制御部と
を備えた半導体装置の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載する半導体装置の製造装置であって、
前記真空槽に連結された１つの管へ水素ガスと窒素ガスとを選択的に供給するガス供給部と、
前記管内へマイクロ波を照射するマイクロ波電源とを備え、
前記制御部は、
前記表面処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記水素ガスにマイクロ波を照射することにより前記水素ガスを前記励起した水素にして前記真空槽へ供給し、前記成膜処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記窒素ガスにマイクロ波を照射することで前記窒素ガスを前記励起した窒素にして前記真空槽へ供給することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３】
炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱して基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記基板が搬入された真空槽に励起した水素を供給して加熱下の前記基板表面を前記励起した水素に曝した後、前記真空槽への前記水素の供給を停止してＺｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽に供給することにより加熱下の前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記基板に形成された下地金属膜に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記下地金属膜までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程と、
前記凹部内を埋め込むように前記シリコン系絶縁膜に前記金属膜を積層して当該金属膜を平坦化することにより前記凹部に埋め込まれた配線を形成し、前記金属膜である前記配線と前記配線を囲う前記シリコン系絶縁膜とを前記基板表面に露出させる工程とを備え、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで前記シリコン系絶縁膜と前記配線とを覆うメタルキャップ膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記基板に形成された前記金属膜である配線に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記配線までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程を備え、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで、前記シリコン系絶縁膜と、前記凹部の底部である前記配線とを覆うバリア膜を形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項１】
炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱した状態で収容する真空槽と、
励起した水素を前記真空槽へ供給して加熱下の基板表面を表面処理する表面処理部と、
Ｚｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽へ供給して加熱下の前記基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜処理する成膜処理部と、
前記表面処理部を駆動して前記表面処理を実行した後に前記成膜処理部を駆動して前記成膜処理を実行する制御部と
を備えた半導体装置の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載する半導体装置の製造装置であって、
前記真空槽に連結された１つの管へ水素ガスと窒素ガスとを選択的に供給するガス供給部と、
前記管内へマイクロ波を照射するマイクロ波電源とを備え、
前記制御部は、
前記表面処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記水素ガスにマイクロ波を照射することにより前記水素ガスを前記励起した水素にして前記真空槽へ供給し、前記成膜処理を実行するときに、前記ガス供給部と前記マイクロ波電源とを駆動して前記管内の前記窒素ガスにマイクロ波を照射することで前記窒素ガスを前記励起した窒素にして前記真空槽へ供給することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３】
炭素含有のシリコン系絶縁膜と前記シリコン系絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱して基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記基板が搬入された真空槽に励起した水素を供給して加熱下の前記基板表面を前記励起した水素に曝した後、前記真空槽への前記水素の供給を停止してＺｒ（ＢＨ４）４と励起した窒素とを前記真空槽に供給することにより加熱下の前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記基板に形成された下地金属膜に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記下地金属膜までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程と、
前記凹部内を埋め込むように前記シリコン系絶縁膜に前記金属膜を積層して当該金属膜を平坦化することにより前記凹部に埋め込まれた配線を形成し、前記金属膜である前記配線と前記配線を囲う前記シリコン系絶縁膜とを前記基板表面に露出させる工程とを備え、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで前記シリコン系絶縁膜と前記配線とを覆うメタルキャップ膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記基板に形成された前記金属膜である配線に前記シリコン系絶縁膜を積層して前記シリコン系絶縁膜の表面から前記配線までを貫通する凹部を前記シリコン系絶縁膜に凹設する工程を備え、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記基板表面に前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜することで、前記シリコン系絶縁膜と、前記凹部の底部である前記配線とを覆うバリア膜を形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１０６２４（Ｐ２０１０−１０６２４Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７１４７０（Ｐ２００８−１７１４７０）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]