基板の処理方法及び基板の処理装置
【課題】 層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した基板であっても、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を低くできる基板の処理方法を提供すること。
【解決手段】 シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理方法であって、不活性ガスの雰囲気中で、前記誘電体層を脱水縮合処理するために加熱する脱水工程と、少なくとも水素原子を含むガスの雰囲気中で、前記基板をアニールする工程と、を備える。
【解決手段】 シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理方法であって、不活性ガスの雰囲気中で、前記誘電体層を脱水縮合処理するために加熱する脱水工程と、少なくとも水素原子を含むガスの雰囲気中で、前記基板をアニールする工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の処理方法及び基板の処理装置に係わり、特に、層間絶縁膜に低誘電率材料を使用した基板の処理方法及び基板の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体装置の微細化及び高集積化が益々進んでいる。微細化及び高集積化が進むと、内部配線どうしの間隔が狭くなり、内部配線間に寄生する寄生容量が大きくなる。このため、従前の半導体装置ではほとんど現れることが無かった、寄生容量に起因する電気信号の遅延が顕著に現れるようになってきた。
【０００３】
電気信号の遅延を解消する一つの策は、層間絶縁膜に、一般的なシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の代わりに、シリコン酸化膜の比誘電率（約４）よりも小さい比誘電率を持つ材料、いわゆる低誘電率材（Ｌｏｗ−ｋ材）を使用することである（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ところで、半導体装置の製造プロセスにおいては、トランジスタの特性を安定させ、信頼性を高めるための処理とし、水素雰囲気中で半導体装置を熱処理するプロセス、いわゆる水素シンター処理が行われる（例えば、特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８５８６号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９１８６号公報
【特許文献３】特開２００３−３２４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｌｏｗ−ｋ材はＳｉＯ２よりも比誘電率が小さく、寄生容量の低減に寄与する。しかしながら、Ｌｏｗ−ｋ材は、ＳｉＯ２に比較して化学的な安定性に乏しい。
【０００７】
例えば、Ｌｏｗ−ｋ材で構成された層間絶縁膜においても、ＳｉＯ２を使用した層間絶縁膜と同様に、内部配線を形成するための孔、又は溝がエッチング加工により形成される。しかし、Ｌｏｗ−ｋ材においては、このエッチング加工の際に、原子の結合が切れやすく、未結合手（ダングリングボンド）が発生しやすい。特に、比誘電率の低下に貢献する原子が切れやすい。ダングリングボンドには、ヒドロキシ基（ＯＨ基）が結合される。Ｌｏｗ−ｋ膜の吸湿、あるいはＬｏｗ−ｋ膜のダメージと呼ばれる現象である。
【０００８】
ダメージを受けたＬｏｗ−ｋ膜を備えた半導体装置を、特許文献２、３に記載された水素シンターすると、ＯＨ基が水素（Ｈ）変わり、Ｌｏｗ−ｋ材の末端が水素終端する。水素終端によって、Ｌｏｗ−ｋ材に発生したダメージは解消する。しかしながら、ダメージの解消は、一時的なものである。Ｈは時間が経つにつれて離れていき、Ｌｏｗ−ｋ材にダングリングボンドが再発生する。再発生したダングリングボンドには、再びＯＨ基が結合したり、別の物質が結合したりしていく。このようにして、層間絶縁膜の特性が時間の経過とともに劣化したり、層間絶縁膜が変質したりする。
【０００９】
この発明は、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した基板であっても、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を低くできる基板の処理方法及び基板の処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る基板の処理方法は、シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理方法であって、不活性ガスの雰囲気中で、前記誘電体層を脱水縮合処理するために加熱する脱水工程と、少なくとも水素原子を含むガスの雰囲気中で、前記基板をアニールする工程と、を備える。
【００１１】
また、この発明の第２の態様に係る基板の処理装置は、シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、前記基板を保持するための載置台と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記誘電体層を脱水縮合処理するために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記基板をアニールするために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに水素原子を含むガスを供給する水素原子を含むガス供給手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した基板であっても、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を低くできる基板の処理方法及び基板の処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図
【図２】この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す流れ図
【図３】この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によるＬｏｗ−ｋ材の構造式を示す図
【図４】この発明の一実施形態に係る半導体装置のＬｏｗ−ｋ材のリーク特性を示す図
【図５】処理装置の一例を示す縦断面図
【図６】ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャート
【図７】参考例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図
【図８】参考例に係る半導体装置の製造方法によるＬｏｗ−ｋ材の構造式を示す図
【図９】参考例に係る半導体装置のＬｏｗ−ｋ材のリーク特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態の説明に先立ち、Ｌｏｗ−ｋ材のダメージについて説明する。
【００１５】
図７Ａ乃至図７Ｃは、参考例に係る半導体装置を、主要な製造段階毎に示した断面図である。
【００１６】
図７Ａは、半導体基板、例えば、シリコン基板１の素子分離領域２によって区画された素子領域３にトランジスタ４が形成され、トランジスタ４上に第１層層間絶縁膜５が形成された段階を示している。層間絶縁膜５はＳｉＯ２よりも比誘電率ｋが小さい（ｋ＜４）Ｌｏｗ−ｋ材、例えば、ＳｉＣＯＨである。層間絶縁膜５が形成された段階では、ＳｉＣＯＨはダメージを受けていない。ダメージを受けていないＳｉＣＯＨの構造式を図８Ａに示す。
【００１７】
図８Ａに示すように、シリコン（Ｓｉ）の結合種にはメチル基（ＣＨ３基）が結合され、層間絶縁膜５は、末端がＣＨ３基で終端されたものとなっている。
【００１８】
図７Ｂは、層間絶縁膜５にコンタクト孔や配線を埋め込むための溝６が形成された段階を示す。溝６を層間絶縁膜５に形成するとき、層間絶縁膜５に対して、マスクとなるレジストパターンの形成と、レジストパターンをマスクに用いたプラズマエッチングが行われる。層間絶縁膜５はプラズマエッチング、及びレジストパターン除去（プラズマを用いたレジストアッシング）によってダメージを受ける。この結果、層間絶縁膜５の上面。及び層間絶縁膜５の溝６に露出する露出面には、ダメージ層７が生じる。ダメージ層７におけるＳｉＣＯＨの構造式を図８Ｂ及び図８Ｃに示す。
【００１９】
図８Ｂに示すように、プラズマによって末端のＣＨ３基がＳｉから脱離し、ダングリングボンドが発生する。このダングリングボンドに、図８Ｃに示すようにヒドロキシ基（ＯＨ基）が結合する。このように、ＯＨ基のような遊離基や別の原子が末端に結合している部分がダメージ層７である。特に、図８Ｃに示すように、ＯＨ基が結合した状態は、Ｌｏｗ−ｋ材の吸湿、と呼ぶ。
【００２０】
図７Ｃは、溝６内に下層内部配線８が形成され、内部配線８が形成された層間絶縁膜５上に上層層間絶縁膜９、及び層間絶縁膜９に溝１０と溝１０内に上層内部配線１１が形成され、さらに、層間絶縁膜９上にパッシベーション膜１２が形成された段階を示している。図７Ｃに示す段階は、ウエハプロセスの最終段階である。層間絶縁膜９もＬｏｗ−ｋ材、例えば、ＳｉＣＯＨであり、層間絶縁膜５と同様なダメージ層１３が生じている。パッシベーション膜１２を形成した後、トランジスタ４の特性を安定させるために、水素（Ｈ）を含む雰囲気下での加熱処理（水素シンター処理）を行う。水素シンター処理の条件例は、例えば、窒素ガス及び水素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分である。図８Ｄに水素シンター直後のダメージ層７、１３の構造式を示す。
【００２１】
水素シンターは、トランジスタの特性を安定させるための処理であるが、層間絶縁膜に、Ｌｏｗ−ｋ材を用いた場合には、図８Ｄに示すように、ＯＨ基がＨに変わる（水素終端）。これにより、ダメージ層７、１３が回復する。しかしながら、回復効果は一時的なものである。時間の経過とともに水素が離れていき、図８Ｅに示すように、ダングリングボンドが再発生する。再発生したダングリングボンドには、図８Ｆに示すように、ＯＨ基のような遊離基や別の原子が末端に結合する。この結果、図８Ｂ及び図８Ｃに示したダメージ層７、１３の発生と同じメカニズムで、層間絶縁膜５、９にダメージ層が再発生する。
【００２２】
図９に、参考例に係る半導体装置の、水素シンター前、水素シンター直後、水素シンター後２週間の、Ｌｏｗ−ｋ材のリーク電流値の検査結果を示す。
【００２３】
図９に示すように、水素シンター前、約１０−１０Ａ乃至１０−８Ａあったリーク電流は、水素シンターをすることによって、約１０−１３Ａ乃至１０−１１Ａに１桁以上改善される。しかしながら、水素シンター後２週間が経過すると、リーク電流は約１０−１３Ａ乃至１０−９Ａまで劣化してしまう。
【００２４】
以下、添付図面を参照しながらこの発明の一実施形態について説明する。
【００２５】
図１はこの発明の一実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図、図２はその製造方法の一例を示す流れ図である。なお、図１においては、図７Ａ乃至図７Ｃを参照して説明した参考例と同様の部分に同様の参照符号を付す。以下、製造方法の一例に従って。一実施形態に係る半導体装置を説明する。
【００２６】
図１及び図２に示すように、まず、半導体基板、例えば、シリコン基板１に素子分離領域２を形成し、基板１の素子形成面に素子領域３を区画する。次いで、素子領域３に、例えば、トランジスタ４等の集積回路素子を形成する（ステップ１）。
【００２７】
次に、集積回路素子が形成された基板１上に、層間絶縁膜５を形成する。層間絶縁膜５は、Ｌｏｗ−ｋ材である。本例では、ＳｉＣＯＨである。図３Ａに、層間絶縁膜５が形成された段階での構造式を示す。次いで、層間絶縁膜５にフォトリソグラフィ法及びプラズマエッチング法を用いて溝６を形成し、形成された溝６に内部配線８を形成する。本例においても、上述した参考例と同様に層間絶縁膜５の上面、及び溝６への露出面に、ダメージ層が生じる。ダメージ層におけるＳｉＣＯＨの構造式を図８Ｂ及び図８Ｃに示す。次いで、層間絶縁膜５上に、上層層間絶縁膜９を形成する。層間絶縁膜９もまた、層間絶縁膜５と同様にＬｏｗ−ｋ材であり、例えば、ＳｉＣＯＨである。次いで、層間絶縁膜９にフォトリソグラフィ法及びプラズマエッチング法を用いて溝１０を形成し、形成された溝１０に内部配線１１を形成する。層間絶縁膜９にも、層間絶縁膜５と同様に、層間絶縁膜９の上面、及び溝１０への露出面にダメージ層が生じる。なお、本例では、層間絶縁膜及び内部配線は二層であるが。二層に限られるものではない。層間絶縁膜、及び内部配線は、必要とされる層数分繰り返して形成されれば良い（ステップ２）。
【００２８】
次に、最上層の層間絶縁膜、本例では層間絶縁膜９上に、パッシベーション膜１２を形成する（ステップ３）。
【００２９】
この後、水素シンター処理に入るわけであるが、本例では以下のように行う。
【００３０】
まず、層間絶縁膜５、９、並びにパッシベーション膜１２が形成された基板１を、水素原子を含まない雰囲気下で脱水処理する。脱水処理の一例は加熱処理である。加熱処理の条件の例は、水素原子を含まない雰囲気下、例えば、窒素ガス雰囲気下、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とする（ステップ４）。脱水処理により、層間絶縁膜５、９の、特に、ダメージ層部分には脱水縮合反応がおき、図３Ｄに示すように、末端のＯＨ基が脱水縮合される。特に、本例では、図１に示すように、層間絶縁膜５、９のうち、ダメージ層が生じていた層間絶縁膜５、９の上面付近、及び溝６、１０への露出面付近が脱水縮合され、層間絶縁膜５、９の上面付近、及び溝６、１０への露出面付近に脱水縮合領域１４、１５を持つ層間絶縁膜５、９が得られる。
【００３１】
次に、層間絶縁膜５、９を脱水処理した後、水素原子を含む雰囲気下で加熱処理をする（水素シンター）。加熱処理の条件例は、例えば、窒素ガス及び水素ガス雰囲気下、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス（Ｎ２）及び水素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とする（ステップ５）。
【００３２】
図４に、一実施形態に係る半導体装置の、水素シンター前、水素シンター直後、水素シンター後２週間の、Ｌｏｗ−ｋ材のリーク電流値の検査結果を示す。
【００３３】
図９に示したように水素シンター前、約１０−１２Ａ乃至１０−８Ａあったリーク電流は、ステップ４に示した脱水処理と、引き続きステップ５に示した加熱処理をすることによって、図４に示すように、約１０−１３Ａ乃至１０−１１Ａに１桁以上改善される。
【００３４】
しかも、一実施形態に係る半導体装置においては、水素シンター後２週間が経過しても、リーク電流値が増加してしまうような劣化傾向は見られない。
【００３５】
もちろんであるが、一実施形態に係る半導体装置においても、ステップ５において水素シンターが行われるので、トランジスタ４の特性は参考例と同様に安定する。
【００３６】
このような一実施形態に係る半導体装置、及びその製造方法によれば、Ｌｏｗ−ｋ材を含む層間絶縁膜を脱水処理することにより、Ｌｏｗ−ｋ材を含む層間絶縁膜に生じていたダメージ層に脱水縮合反応を起こすことができる。脱水縮合したＬｏｗ−ｋ材は、原子の結合が切れにくい。このため、末端を水素終端させた層間絶縁膜を備える参考例に示した半導体装置に比較して、ダングリングボンドが再発生する可能性を低くすることができる。
【００３７】
よって、一実施形態によれば、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した半導体装置であって、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を小さくできる半導体装置及びその製造方法を提供できる。
【００３８】
次に、上記脱水処理、及び加熱処理を実施できる処理装置の一例を説明する。
【００３９】
図５は、処理装置の一例を示す縦断面図、図６はガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００４０】
処理装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１０１を有している。処理容器１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理容器１０１内の天井には石英製の天井板１０２が設けられ、封止されている。処理容器１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。
【００４１】
マニホールド１０３は処理容器１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下端開口部からは、ウエハボート１０５が処理容器１０１内に挿入可能となっている。ウエハボート１０５は、例えば、石英製であり、被処理体として多数枚、例えば、５０〜１００枚の基板１（半導体ウエハ）を載置可能に構成されている。本例のウエハボート１０５は複数本の支柱、例えば、３本の支柱１０６を有している。なお、図５においては、２本の支柱のみを示す。支柱１０６には図示せぬ複数の溝が形成されており、これら複数の溝に基板１を載せることで、複数の基板１が多段に支持される。
【００４２】
ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置される。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持する。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えばＯリングよりなるシール部材１１２が介設されており、これにより処理容器１０１内のシール性が保持される。回転軸１１０は、アーム１１３の先端に取り付けられている。アーム１１３は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持され、ウエハボート１０５、保温筒１０７、テーブル１０８、蓋部１０９、回転軸１１０、及び磁性流体シール１１１を一体的に昇降させる。これにより、ウエハボート１０５、保温筒１０７、テーブル１０８、蓋部１０９、回転軸１１０、及び磁性流体シール１１１は、処理容器１０１内に対して挿脱可能になっている。なお、テーブル１０８は、蓋部１０９に固定し、ウエハボート１０５を回転させないように構成することもできる。
【００４３】
処理装置１００は、水素原子を含むガスを処理容器１０１内に供給する水素原子含有ガス供給機構１１４と、不活性ガスを処理容器１０１内に供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。水素原子含有ガスの一例は、水素ガス（Ｈ２ガス）である。不活性ガスの一例は窒素ガス（Ｎ２ガス）である。
【００４４】
水素原子含有ガス供給機構１１４は、水素原子含有ガス供給源１１４ａと、水素原子含有ガス供給源１１４ａから処理容器１０１内へ、水素原子を含むガスを導く水素含有ガス配管１１４ｂとを有している。水素含有ガス配管１１４ｂには、開閉弁１１４ｃ、及びマスフローコントローラのような流量制御器１１４ｄが設けられている。水素原子を含むガスは、流量制御器１１４ｄによって流量が制御されつつ、処理容器１０１内へ供給されるように構成されている。
【００４５】
不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１１５ａと、不活性ガス供給源１１５ａから処理容器１０１内へ、不活性ガスを導く不活性ガス配管１１５ｂとを有している。不活性ガス配管１１５ｂには、開閉弁１１５ｃ、及び流量制御器１１５ｄが設けられている。不活性ガスは、流量制御器１１５ｄによって流量が制御されつつ、処理容器１０１内へ供給されるように構成されている。
【００４６】
水素含有ガス配管１１４ｂ、及び不活性ガス配管１１５ｂは、本例では一本のガス分散ノズル１１６に接続されている。ガス分散ノズル１１６は、例えば、石英製であり、マニホールド１０３の外部からマニホールド１０３の内部に貫通する。ガス分散ノズル１１６は、マニホールド１０３の内部において上方向へ屈曲されて垂直に延びる垂直部分を有する。ガス分散ノズル１１６の垂直部分は、ウエハボート１０５に支持された複数の基板１の側面に対向される。ガス分散ノズル１１６の垂直部分には、複数のガス吐出孔１１６ａが所定の間隔を隔てて形成されている。各ガス吐出孔１１６ａからは、不活性ガス、又は不活性ガスと水素含有ガスとの混合ガスが、ウエハボート１０５に支持された複数の基板１に向けて水平方向に、略均一に吐出させることができる。本例では、ガス分散ノズル１１６が一本の例を示しているが、複数本設けても良いし、水素含有ガス用のガス分散ノズルと、不活性ガス用のガス分散ノズルとに分けられても良い。
【００４７】
ガス吐出孔１１６ａに対して相対した処理容器１０１の側壁には、排気口１１７が設けられている。排気口１１７は、例えば、処理容器１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成される。処理容器１０１の外側には、排気口１１７を覆うように形成された排気口カバー１１８が取り付けられている。排気口カバー１１８は、処理容器１０１の側壁に沿って上方に延び、処理容器１０１の上方にガス出口１１９を規定している。ガス出口１１９には、図示せぬ真空排気機構が接続される。図示せぬ真空排気機構は、真空ポンプ等を有しており、排気口カバー１１８の内部、排気口１１７を介して、処理容器１０１内を排気する。これにより、処理容器１０１の内部は、所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００４８】
処理容器１０１の外側には、筒体状の加熱装置１２０が設けられている。筒体状の加熱装置１２０は処理容器１０１の側壁を覆っており、処理容器１０１、及び処理容器１０１内に収容された複数の基板１を加熱する。加熱装置としては、ランプ加熱方式もしくは抵抗加熱方式の装置を好適に用いることができる。
【００４９】
処理装置１００は、制御部１２１により制御される。制御部１２１は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１２２を有している。
【００５０】
コントローラ１２２には、ユーザーインターフェース１２３が接続されている。ユーザーインターフェース１２３は、工程管理者が処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含んで構成されている。
【００５１】
また、コントローラ１２２には、記憶部１２４が接続されている。記憶部１２４は記憶媒体を備えている。記憶媒体には、処理装置１００で実行される処理をコントローラ１２２の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置１００に処理を実行させるためのプログラム、即ち、レシピ等が格納される。記憶媒体としては、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、ユーザーインターフェース１２３からの指示等にて任意のレシピを記憶部１２４から呼び出し、コントローラ１２２に実行させることで、コントローラ１２２の制御下で、処理装置による基板１に対する処理が行われる。
【００５２】
次に、以上のように構成された処理装置１００を用いた基板の処理方法の一例を説明する。図６は、ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００５３】
まず、基板１が支持されたウエハボート１０５を、処理容器１０１の内部に収容する。基板１の例としては、半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハであり、図１に示したような層間絶縁膜５、９、並びにパッシベーション膜１２が形成されたものである。
【００５４】
（脱水工程）
基板１を収容したあと、開閉弁１１４ｃを閉じた状態で開閉弁１１５ｃを開ける。これにより、処理容器１０１の内部に、ガス吐出孔１１６ａを介して不活性ガス、例えば、窒素ガスが供給される（図６中時刻ｔ１）。また、加熱装置１２０を用いて基板１を加熱する。
【００５５】
処理条件の一例は、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とした。
【００５６】
この処理により、層間絶縁膜５、９の、特に、ダメージ層部分には脱水縮合反応がおき、図３Ｄを参照して示したように、末端のＯＨ基が脱水縮合される。
【００５７】
（アニール工程（水素シンター））
次に、開閉弁１１５ｃを開ける。これにより、処理容器１０１の内部に、ガス吐出孔１１６ａを介して水素原子を含むガス、例えば、水素ガスが、さらに供給される（図６中時刻ｔ２）。また、加熱装置１２０を用いて基板１を加熱する。本例では、脱水工程における温度を維持した。
【００５８】
処理条件の一例は、例えば、窒素ガス及び水素ガス雰囲気下、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス（Ｎ２）及び水素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とした。
【００５９】
この処理により、基板１においては、図４に示したように、リーク電流が約１０−１３Ａ乃至１０−１１Ａに１桁以上改善されるとともに、水素シンター後２週間が経過しても、リーク電流値が増加せず、劣化傾向を示さない高品質の基板１、即ち、半導体装置を得ることができる。
【００６０】
このように、この発明の一実施形態に係る基板の処理方法は、図５に示したような処理装置１００を用いることで実施することができる。
【００６１】
しかも、処理装置１００によれば、水素含有ガス供給機構１１４と不活性ガス供給機構１１５とを備えているので、上記脱水工程と上記アニール工程を、一つの処理装置１００において、連続して行うことができる。このため、スループットの向上に有利である。
【００６２】
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。
【００６３】
例えば、上記一実施形態によれば、脱水処理として加熱処理を用いたが、例えば、紫外線等の照射等、光処理を用いることもできる。
【００６４】
さらに、脱水処理時の雰囲気としては、窒素ガス雰囲気としたが、窒素ガス雰囲気以外にも不活性ガス雰囲気、例えば、アルゴンガス雰囲気やヘリウムガス雰囲気とすることも可能である。
【００６５】
さらに、アニール時の雰囲気としては、窒素ガスと水素ガスとの組み合わせの雰囲気中で処理したが、アルゴンガスと水素ガスとの組み合わせの雰囲気中で処理することも可能である。
【００６６】
また、層間絶縁膜に用いるＬｏｗ−ｋ材として、ＳｉＣＯＨを用いたが、ＳｉＣＯＨ以外のＬｏｗ−ｋ材を用いた層間絶縁膜を備える半導体装置に対しても、この発明は有効である。例えば、シリコン酸化膜系Ｌｏｗ−ｋ材としては、上記ＳｉＣＯＨ（メチル含有ポリシロキサン：ＭＳＱ）の他、
フッ素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）
水素含有ポリシロキサン（ＨＳＱ）
カーボン含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）
等を挙げることができる。
【００６７】
また、シリコン酸化膜系Ｌｏｗ−ｋ材以外にも、有機系ポリマーＬｏｗ−ｋ材を使うこともできる。有機系ポリマーＬｏｗ−ｋ材としては、
ポリイミド系ポリマー
パリレン系ポリマー
テトラフルオロエチレン系ポリマー
ポリアリルエーテル系ポリマー
等を挙げることができる。
【００６８】
さらに、Ｌｏｗ−ｋ材の構造としては、稠密な構造でなくても、多孔質であっても良い。
【００６９】
さらに、上記Ｌｏｗ−ｋ材の成膜方法は、ＣＶＤ手法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及び塗布手法（ＳＯＤ手法：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）のいずれであっても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１…半導体基板（シリコン基板）、２…素子分離領域、３…素子領域、４…トランジスタ、５…層間絶縁膜、６…溝、７…ダメージ層、８…内部配線、９…層間絶縁膜、１０…溝、１１…内部配線、１２…パッシベーション膜、１３…ダメージ層、１４、１５…脱水縮合領域。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の処理方法及び基板の処理装置に係わり、特に、層間絶縁膜に低誘電率材料を使用した基板の処理方法及び基板の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体装置の微細化及び高集積化が益々進んでいる。微細化及び高集積化が進むと、内部配線どうしの間隔が狭くなり、内部配線間に寄生する寄生容量が大きくなる。このため、従前の半導体装置ではほとんど現れることが無かった、寄生容量に起因する電気信号の遅延が顕著に現れるようになってきた。
【０００３】
電気信号の遅延を解消する一つの策は、層間絶縁膜に、一般的なシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の代わりに、シリコン酸化膜の比誘電率（約４）よりも小さい比誘電率を持つ材料、いわゆる低誘電率材（Ｌｏｗ−ｋ材）を使用することである（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ところで、半導体装置の製造プロセスにおいては、トランジスタの特性を安定させ、信頼性を高めるための処理とし、水素雰囲気中で半導体装置を熱処理するプロセス、いわゆる水素シンター処理が行われる（例えば、特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８５８６号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９１８６号公報
【特許文献３】特開２００３−３２４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｌｏｗ−ｋ材はＳｉＯ２よりも比誘電率が小さく、寄生容量の低減に寄与する。しかしながら、Ｌｏｗ−ｋ材は、ＳｉＯ２に比較して化学的な安定性に乏しい。
【０００７】
例えば、Ｌｏｗ−ｋ材で構成された層間絶縁膜においても、ＳｉＯ２を使用した層間絶縁膜と同様に、内部配線を形成するための孔、又は溝がエッチング加工により形成される。しかし、Ｌｏｗ−ｋ材においては、このエッチング加工の際に、原子の結合が切れやすく、未結合手（ダングリングボンド）が発生しやすい。特に、比誘電率の低下に貢献する原子が切れやすい。ダングリングボンドには、ヒドロキシ基（ＯＨ基）が結合される。Ｌｏｗ−ｋ膜の吸湿、あるいはＬｏｗ−ｋ膜のダメージと呼ばれる現象である。
【０００８】
ダメージを受けたＬｏｗ−ｋ膜を備えた半導体装置を、特許文献２、３に記載された水素シンターすると、ＯＨ基が水素（Ｈ）変わり、Ｌｏｗ−ｋ材の末端が水素終端する。水素終端によって、Ｌｏｗ−ｋ材に発生したダメージは解消する。しかしながら、ダメージの解消は、一時的なものである。Ｈは時間が経つにつれて離れていき、Ｌｏｗ−ｋ材にダングリングボンドが再発生する。再発生したダングリングボンドには、再びＯＨ基が結合したり、別の物質が結合したりしていく。このようにして、層間絶縁膜の特性が時間の経過とともに劣化したり、層間絶縁膜が変質したりする。
【０００９】
この発明は、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した基板であっても、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を低くできる基板の処理方法及び基板の処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明の第１の態様に係る基板の処理方法は、シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理方法であって、不活性ガスの雰囲気中で、前記誘電体層を脱水縮合処理するために加熱する脱水工程と、少なくとも水素原子を含むガスの雰囲気中で、前記基板をアニールする工程と、を備える。
【００１１】
また、この発明の第２の態様に係る基板の処理装置は、シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、前記基板を保持するための載置台と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記誘電体層を脱水縮合処理するために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記基板をアニールするために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに水素原子を含むガスを供給する水素原子を含むガス供給手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した基板であっても、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を低くできる基板の処理方法及び基板の処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図
【図２】この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す流れ図
【図３】この発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によるＬｏｗ−ｋ材の構造式を示す図
【図４】この発明の一実施形態に係る半導体装置のＬｏｗ−ｋ材のリーク特性を示す図
【図５】処理装置の一例を示す縦断面図
【図６】ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャート
【図７】参考例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図
【図８】参考例に係る半導体装置の製造方法によるＬｏｗ−ｋ材の構造式を示す図
【図９】参考例に係る半導体装置のＬｏｗ−ｋ材のリーク特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態の説明に先立ち、Ｌｏｗ−ｋ材のダメージについて説明する。
【００１５】
図７Ａ乃至図７Ｃは、参考例に係る半導体装置を、主要な製造段階毎に示した断面図である。
【００１６】
図７Ａは、半導体基板、例えば、シリコン基板１の素子分離領域２によって区画された素子領域３にトランジスタ４が形成され、トランジスタ４上に第１層層間絶縁膜５が形成された段階を示している。層間絶縁膜５はＳｉＯ２よりも比誘電率ｋが小さい（ｋ＜４）Ｌｏｗ−ｋ材、例えば、ＳｉＣＯＨである。層間絶縁膜５が形成された段階では、ＳｉＣＯＨはダメージを受けていない。ダメージを受けていないＳｉＣＯＨの構造式を図８Ａに示す。
【００１７】
図８Ａに示すように、シリコン（Ｓｉ）の結合種にはメチル基（ＣＨ３基）が結合され、層間絶縁膜５は、末端がＣＨ３基で終端されたものとなっている。
【００１８】
図７Ｂは、層間絶縁膜５にコンタクト孔や配線を埋め込むための溝６が形成された段階を示す。溝６を層間絶縁膜５に形成するとき、層間絶縁膜５に対して、マスクとなるレジストパターンの形成と、レジストパターンをマスクに用いたプラズマエッチングが行われる。層間絶縁膜５はプラズマエッチング、及びレジストパターン除去（プラズマを用いたレジストアッシング）によってダメージを受ける。この結果、層間絶縁膜５の上面。及び層間絶縁膜５の溝６に露出する露出面には、ダメージ層７が生じる。ダメージ層７におけるＳｉＣＯＨの構造式を図８Ｂ及び図８Ｃに示す。
【００１９】
図８Ｂに示すように、プラズマによって末端のＣＨ３基がＳｉから脱離し、ダングリングボンドが発生する。このダングリングボンドに、図８Ｃに示すようにヒドロキシ基（ＯＨ基）が結合する。このように、ＯＨ基のような遊離基や別の原子が末端に結合している部分がダメージ層７である。特に、図８Ｃに示すように、ＯＨ基が結合した状態は、Ｌｏｗ−ｋ材の吸湿、と呼ぶ。
【００２０】
図７Ｃは、溝６内に下層内部配線８が形成され、内部配線８が形成された層間絶縁膜５上に上層層間絶縁膜９、及び層間絶縁膜９に溝１０と溝１０内に上層内部配線１１が形成され、さらに、層間絶縁膜９上にパッシベーション膜１２が形成された段階を示している。図７Ｃに示す段階は、ウエハプロセスの最終段階である。層間絶縁膜９もＬｏｗ−ｋ材、例えば、ＳｉＣＯＨであり、層間絶縁膜５と同様なダメージ層１３が生じている。パッシベーション膜１２を形成した後、トランジスタ４の特性を安定させるために、水素（Ｈ）を含む雰囲気下での加熱処理（水素シンター処理）を行う。水素シンター処理の条件例は、例えば、窒素ガス及び水素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分である。図８Ｄに水素シンター直後のダメージ層７、１３の構造式を示す。
【００２１】
水素シンターは、トランジスタの特性を安定させるための処理であるが、層間絶縁膜に、Ｌｏｗ−ｋ材を用いた場合には、図８Ｄに示すように、ＯＨ基がＨに変わる（水素終端）。これにより、ダメージ層７、１３が回復する。しかしながら、回復効果は一時的なものである。時間の経過とともに水素が離れていき、図８Ｅに示すように、ダングリングボンドが再発生する。再発生したダングリングボンドには、図８Ｆに示すように、ＯＨ基のような遊離基や別の原子が末端に結合する。この結果、図８Ｂ及び図８Ｃに示したダメージ層７、１３の発生と同じメカニズムで、層間絶縁膜５、９にダメージ層が再発生する。
【００２２】
図９に、参考例に係る半導体装置の、水素シンター前、水素シンター直後、水素シンター後２週間の、Ｌｏｗ−ｋ材のリーク電流値の検査結果を示す。
【００２３】
図９に示すように、水素シンター前、約１０−１０Ａ乃至１０−８Ａあったリーク電流は、水素シンターをすることによって、約１０−１３Ａ乃至１０−１１Ａに１桁以上改善される。しかしながら、水素シンター後２週間が経過すると、リーク電流は約１０−１３Ａ乃至１０−９Ａまで劣化してしまう。
【００２４】
以下、添付図面を参照しながらこの発明の一実施形態について説明する。
【００２５】
図１はこの発明の一実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図、図２はその製造方法の一例を示す流れ図である。なお、図１においては、図７Ａ乃至図７Ｃを参照して説明した参考例と同様の部分に同様の参照符号を付す。以下、製造方法の一例に従って。一実施形態に係る半導体装置を説明する。
【００２６】
図１及び図２に示すように、まず、半導体基板、例えば、シリコン基板１に素子分離領域２を形成し、基板１の素子形成面に素子領域３を区画する。次いで、素子領域３に、例えば、トランジスタ４等の集積回路素子を形成する（ステップ１）。
【００２７】
次に、集積回路素子が形成された基板１上に、層間絶縁膜５を形成する。層間絶縁膜５は、Ｌｏｗ−ｋ材である。本例では、ＳｉＣＯＨである。図３Ａに、層間絶縁膜５が形成された段階での構造式を示す。次いで、層間絶縁膜５にフォトリソグラフィ法及びプラズマエッチング法を用いて溝６を形成し、形成された溝６に内部配線８を形成する。本例においても、上述した参考例と同様に層間絶縁膜５の上面、及び溝６への露出面に、ダメージ層が生じる。ダメージ層におけるＳｉＣＯＨの構造式を図８Ｂ及び図８Ｃに示す。次いで、層間絶縁膜５上に、上層層間絶縁膜９を形成する。層間絶縁膜９もまた、層間絶縁膜５と同様にＬｏｗ−ｋ材であり、例えば、ＳｉＣＯＨである。次いで、層間絶縁膜９にフォトリソグラフィ法及びプラズマエッチング法を用いて溝１０を形成し、形成された溝１０に内部配線１１を形成する。層間絶縁膜９にも、層間絶縁膜５と同様に、層間絶縁膜９の上面、及び溝１０への露出面にダメージ層が生じる。なお、本例では、層間絶縁膜及び内部配線は二層であるが。二層に限られるものではない。層間絶縁膜、及び内部配線は、必要とされる層数分繰り返して形成されれば良い（ステップ２）。
【００２８】
次に、最上層の層間絶縁膜、本例では層間絶縁膜９上に、パッシベーション膜１２を形成する（ステップ３）。
【００２９】
この後、水素シンター処理に入るわけであるが、本例では以下のように行う。
【００３０】
まず、層間絶縁膜５、９、並びにパッシベーション膜１２が形成された基板１を、水素原子を含まない雰囲気下で脱水処理する。脱水処理の一例は加熱処理である。加熱処理の条件の例は、水素原子を含まない雰囲気下、例えば、窒素ガス雰囲気下、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とする（ステップ４）。脱水処理により、層間絶縁膜５、９の、特に、ダメージ層部分には脱水縮合反応がおき、図３Ｄに示すように、末端のＯＨ基が脱水縮合される。特に、本例では、図１に示すように、層間絶縁膜５、９のうち、ダメージ層が生じていた層間絶縁膜５、９の上面付近、及び溝６、１０への露出面付近が脱水縮合され、層間絶縁膜５、９の上面付近、及び溝６、１０への露出面付近に脱水縮合領域１４、１５を持つ層間絶縁膜５、９が得られる。
【００３１】
次に、層間絶縁膜５、９を脱水処理した後、水素原子を含む雰囲気下で加熱処理をする（水素シンター）。加熱処理の条件例は、例えば、窒素ガス及び水素ガス雰囲気下、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス（Ｎ２）及び水素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とする（ステップ５）。
【００３２】
図４に、一実施形態に係る半導体装置の、水素シンター前、水素シンター直後、水素シンター後２週間の、Ｌｏｗ−ｋ材のリーク電流値の検査結果を示す。
【００３３】
図９に示したように水素シンター前、約１０−１２Ａ乃至１０−８Ａあったリーク電流は、ステップ４に示した脱水処理と、引き続きステップ５に示した加熱処理をすることによって、図４に示すように、約１０−１３Ａ乃至１０−１１Ａに１桁以上改善される。
【００３４】
しかも、一実施形態に係る半導体装置においては、水素シンター後２週間が経過しても、リーク電流値が増加してしまうような劣化傾向は見られない。
【００３５】
もちろんであるが、一実施形態に係る半導体装置においても、ステップ５において水素シンターが行われるので、トランジスタ４の特性は参考例と同様に安定する。
【００３６】
このような一実施形態に係る半導体装置、及びその製造方法によれば、Ｌｏｗ−ｋ材を含む層間絶縁膜を脱水処理することにより、Ｌｏｗ−ｋ材を含む層間絶縁膜に生じていたダメージ層に脱水縮合反応を起こすことができる。脱水縮合したＬｏｗ−ｋ材は、原子の結合が切れにくい。このため、末端を水素終端させた層間絶縁膜を備える参考例に示した半導体装置に比較して、ダングリングボンドが再発生する可能性を低くすることができる。
【００３７】
よって、一実施形態によれば、層間絶縁膜にＬｏｗ−ｋ材を使用した半導体装置であって、層間絶縁膜の経時劣化や変質の可能性を小さくできる半導体装置及びその製造方法を提供できる。
【００３８】
次に、上記脱水処理、及び加熱処理を実施できる処理装置の一例を説明する。
【００３９】
図５は、処理装置の一例を示す縦断面図、図６はガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００４０】
処理装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１０１を有している。処理容器１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理容器１０１内の天井には石英製の天井板１０２が設けられ、封止されている。処理容器１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。
【００４１】
マニホールド１０３は処理容器１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下端開口部からは、ウエハボート１０５が処理容器１０１内に挿入可能となっている。ウエハボート１０５は、例えば、石英製であり、被処理体として多数枚、例えば、５０〜１００枚の基板１（半導体ウエハ）を載置可能に構成されている。本例のウエハボート１０５は複数本の支柱、例えば、３本の支柱１０６を有している。なお、図５においては、２本の支柱のみを示す。支柱１０６には図示せぬ複数の溝が形成されており、これら複数の溝に基板１を載せることで、複数の基板１が多段に支持される。
【００４２】
ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置される。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持する。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えばＯリングよりなるシール部材１１２が介設されており、これにより処理容器１０１内のシール性が保持される。回転軸１１０は、アーム１１３の先端に取り付けられている。アーム１１３は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持され、ウエハボート１０５、保温筒１０７、テーブル１０８、蓋部１０９、回転軸１１０、及び磁性流体シール１１１を一体的に昇降させる。これにより、ウエハボート１０５、保温筒１０７、テーブル１０８、蓋部１０９、回転軸１１０、及び磁性流体シール１１１は、処理容器１０１内に対して挿脱可能になっている。なお、テーブル１０８は、蓋部１０９に固定し、ウエハボート１０５を回転させないように構成することもできる。
【００４３】
処理装置１００は、水素原子を含むガスを処理容器１０１内に供給する水素原子含有ガス供給機構１１４と、不活性ガスを処理容器１０１内に供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。水素原子含有ガスの一例は、水素ガス（Ｈ２ガス）である。不活性ガスの一例は窒素ガス（Ｎ２ガス）である。
【００４４】
水素原子含有ガス供給機構１１４は、水素原子含有ガス供給源１１４ａと、水素原子含有ガス供給源１１４ａから処理容器１０１内へ、水素原子を含むガスを導く水素含有ガス配管１１４ｂとを有している。水素含有ガス配管１１４ｂには、開閉弁１１４ｃ、及びマスフローコントローラのような流量制御器１１４ｄが設けられている。水素原子を含むガスは、流量制御器１１４ｄによって流量が制御されつつ、処理容器１０１内へ供給されるように構成されている。
【００４５】
不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１１５ａと、不活性ガス供給源１１５ａから処理容器１０１内へ、不活性ガスを導く不活性ガス配管１１５ｂとを有している。不活性ガス配管１１５ｂには、開閉弁１１５ｃ、及び流量制御器１１５ｄが設けられている。不活性ガスは、流量制御器１１５ｄによって流量が制御されつつ、処理容器１０１内へ供給されるように構成されている。
【００４６】
水素含有ガス配管１１４ｂ、及び不活性ガス配管１１５ｂは、本例では一本のガス分散ノズル１１６に接続されている。ガス分散ノズル１１６は、例えば、石英製であり、マニホールド１０３の外部からマニホールド１０３の内部に貫通する。ガス分散ノズル１１６は、マニホールド１０３の内部において上方向へ屈曲されて垂直に延びる垂直部分を有する。ガス分散ノズル１１６の垂直部分は、ウエハボート１０５に支持された複数の基板１の側面に対向される。ガス分散ノズル１１６の垂直部分には、複数のガス吐出孔１１６ａが所定の間隔を隔てて形成されている。各ガス吐出孔１１６ａからは、不活性ガス、又は不活性ガスと水素含有ガスとの混合ガスが、ウエハボート１０５に支持された複数の基板１に向けて水平方向に、略均一に吐出させることができる。本例では、ガス分散ノズル１１６が一本の例を示しているが、複数本設けても良いし、水素含有ガス用のガス分散ノズルと、不活性ガス用のガス分散ノズルとに分けられても良い。
【００４７】
ガス吐出孔１１６ａに対して相対した処理容器１０１の側壁には、排気口１１７が設けられている。排気口１１７は、例えば、処理容器１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成される。処理容器１０１の外側には、排気口１１７を覆うように形成された排気口カバー１１８が取り付けられている。排気口カバー１１８は、処理容器１０１の側壁に沿って上方に延び、処理容器１０１の上方にガス出口１１９を規定している。ガス出口１１９には、図示せぬ真空排気機構が接続される。図示せぬ真空排気機構は、真空ポンプ等を有しており、排気口カバー１１８の内部、排気口１１７を介して、処理容器１０１内を排気する。これにより、処理容器１０１の内部は、所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
【００４８】
処理容器１０１の外側には、筒体状の加熱装置１２０が設けられている。筒体状の加熱装置１２０は処理容器１０１の側壁を覆っており、処理容器１０１、及び処理容器１０１内に収容された複数の基板１を加熱する。加熱装置としては、ランプ加熱方式もしくは抵抗加熱方式の装置を好適に用いることができる。
【００４９】
処理装置１００は、制御部１２１により制御される。制御部１２１は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１２２を有している。
【００５０】
コントローラ１２２には、ユーザーインターフェース１２３が接続されている。ユーザーインターフェース１２３は、工程管理者が処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含んで構成されている。
【００５１】
また、コントローラ１２２には、記憶部１２４が接続されている。記憶部１２４は記憶媒体を備えている。記憶媒体には、処理装置１００で実行される処理をコントローラ１２２の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置１００に処理を実行させるためのプログラム、即ち、レシピ等が格納される。記憶媒体としては、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、ユーザーインターフェース１２３からの指示等にて任意のレシピを記憶部１２４から呼び出し、コントローラ１２２に実行させることで、コントローラ１２２の制御下で、処理装置による基板１に対する処理が行われる。
【００５２】
次に、以上のように構成された処理装置１００を用いた基板の処理方法の一例を説明する。図６は、ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００５３】
まず、基板１が支持されたウエハボート１０５を、処理容器１０１の内部に収容する。基板１の例としては、半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハであり、図１に示したような層間絶縁膜５、９、並びにパッシベーション膜１２が形成されたものである。
【００５４】
（脱水工程）
基板１を収容したあと、開閉弁１１４ｃを閉じた状態で開閉弁１１５ｃを開ける。これにより、処理容器１０１の内部に、ガス吐出孔１１６ａを介して不活性ガス、例えば、窒素ガスが供給される（図６中時刻ｔ１）。また、加熱装置１２０を用いて基板１を加熱する。
【００５５】
処理条件の一例は、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とした。
【００５６】
この処理により、層間絶縁膜５、９の、特に、ダメージ層部分には脱水縮合反応がおき、図３Ｄを参照して示したように、末端のＯＨ基が脱水縮合される。
【００５７】
（アニール工程（水素シンター））
次に、開閉弁１１５ｃを開ける。これにより、処理容器１０１の内部に、ガス吐出孔１１６ａを介して水素原子を含むガス、例えば、水素ガスが、さらに供給される（図６中時刻ｔ２）。また、加熱装置１２０を用いて基板１を加熱する。本例では、脱水工程における温度を維持した。
【００５８】
処理条件の一例は、例えば、窒素ガス及び水素ガス雰囲気下、温度１００℃乃至５００℃、加熱時間１分乃至１２０分である。本例では、窒素ガス（Ｎ２）及び水素ガス雰囲気下、温度４００℃、加熱時間３０分とした。
【００５９】
この処理により、基板１においては、図４に示したように、リーク電流が約１０−１３Ａ乃至１０−１１Ａに１桁以上改善されるとともに、水素シンター後２週間が経過しても、リーク電流値が増加せず、劣化傾向を示さない高品質の基板１、即ち、半導体装置を得ることができる。
【００６０】
このように、この発明の一実施形態に係る基板の処理方法は、図５に示したような処理装置１００を用いることで実施することができる。
【００６１】
しかも、処理装置１００によれば、水素含有ガス供給機構１１４と不活性ガス供給機構１１５とを備えているので、上記脱水工程と上記アニール工程を、一つの処理装置１００において、連続して行うことができる。このため、スループットの向上に有利である。
【００６２】
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。
【００６３】
例えば、上記一実施形態によれば、脱水処理として加熱処理を用いたが、例えば、紫外線等の照射等、光処理を用いることもできる。
【００６４】
さらに、脱水処理時の雰囲気としては、窒素ガス雰囲気としたが、窒素ガス雰囲気以外にも不活性ガス雰囲気、例えば、アルゴンガス雰囲気やヘリウムガス雰囲気とすることも可能である。
【００６５】
さらに、アニール時の雰囲気としては、窒素ガスと水素ガスとの組み合わせの雰囲気中で処理したが、アルゴンガスと水素ガスとの組み合わせの雰囲気中で処理することも可能である。
【００６６】
また、層間絶縁膜に用いるＬｏｗ−ｋ材として、ＳｉＣＯＨを用いたが、ＳｉＣＯＨ以外のＬｏｗ−ｋ材を用いた層間絶縁膜を備える半導体装置に対しても、この発明は有効である。例えば、シリコン酸化膜系Ｌｏｗ−ｋ材としては、上記ＳｉＣＯＨ（メチル含有ポリシロキサン：ＭＳＱ）の他、
フッ素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）
水素含有ポリシロキサン（ＨＳＱ）
カーボン含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）
等を挙げることができる。
【００６７】
また、シリコン酸化膜系Ｌｏｗ−ｋ材以外にも、有機系ポリマーＬｏｗ−ｋ材を使うこともできる。有機系ポリマーＬｏｗ−ｋ材としては、
ポリイミド系ポリマー
パリレン系ポリマー
テトラフルオロエチレン系ポリマー
ポリアリルエーテル系ポリマー
等を挙げることができる。
【００６８】
さらに、Ｌｏｗ−ｋ材の構造としては、稠密な構造でなくても、多孔質であっても良い。
【００６９】
さらに、上記Ｌｏｗ−ｋ材の成膜方法は、ＣＶＤ手法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及び塗布手法（ＳＯＤ手法：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）のいずれであっても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１…半導体基板（シリコン基板）、２…素子分離領域、３…素子領域、４…トランジスタ、５…層間絶縁膜、６…溝、７…ダメージ層、８…内部配線、９…層間絶縁膜、１０…溝、１１…内部配線、１２…パッシベーション膜、１３…ダメージ層、１４、１５…脱水縮合領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理方法であって、
不活性ガスの雰囲気中で、前記誘電体層を脱水縮合処理するために加熱する脱水工程と、
少なくとも水素原子を含むガスの雰囲気中で、前記基板をアニールする工程と、
を備えたことを特徴とする基板の処理方法。
【請求項２】
前記誘電体層はＳｉＣＯＨもしくはＳｉＯＣであることを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項３】
前記誘電体層はＳＯＤ手法（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）にて形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項４】
前記誘電体層はＣＶＤ手法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にて形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項５】
前記脱水工程は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスからなるグループから選択されるもしくは組み合わされる雰囲気中で処理することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項６】
前記アニールする工程は少なくとも水素ガスを含む雰囲気中で処理することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項７】
前記基板をアニールする工程は窒素ガスと水素ガスとの組み合わせ、もしくはアルゴンガスと水素ガスとの組み合わせの雰囲気中で処理することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項８】
前記脱水工程と前記アニールする工程は、同一のチャンバで処理されることを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項９】
シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記基板を保持するための載置台と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記誘電体層を脱水縮合処理するために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記基板をアニールするために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに水素原子を含むガスを供給するガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする基板の処理装置。
【請求項１０】
前記不活性ガスは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスからなるグループから選択されるもしくは組み合わされるガスであることを特徴とする請求項９に記載の基板の処理装置。
【請求項１１】
前記水素原子を含むガスは、少なくとも水素ガスを含むガスであることを特徴とする請求項９に記載の基板の処理装置。
【請求項１２】
前記水素原子を含むガスは、窒素ガスと水素ガスとの組み合わせ、もしくはアルゴンガスと水素ガスとの組み合わせであることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記加熱手段は、ランプ加熱方式もしくは抵抗加熱方式の装置であることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１】
シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理方法であって、
不活性ガスの雰囲気中で、前記誘電体層を脱水縮合処理するために加熱する脱水工程と、
少なくとも水素原子を含むガスの雰囲気中で、前記基板をアニールする工程と、
を備えたことを特徴とする基板の処理方法。
【請求項２】
前記誘電体層はＳｉＣＯＨもしくはＳｉＯＣであることを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項３】
前記誘電体層はＳＯＤ手法（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）にて形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項４】
前記誘電体層はＣＶＤ手法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）にて形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項５】
前記脱水工程は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスからなるグループから選択されるもしくは組み合わされる雰囲気中で処理することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項６】
前記アニールする工程は少なくとも水素ガスを含む雰囲気中で処理することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項７】
前記基板をアニールする工程は窒素ガスと水素ガスとの組み合わせ、もしくはアルゴンガスと水素ガスとの組み合わせの雰囲気中で処理することを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項８】
前記脱水工程と前記アニールする工程は、同一のチャンバで処理されることを特徴とする請求項１に記載の基板の処理方法。
【請求項９】
シリコン酸化膜よりも低い誘電率の誘電体層を含む基板を処理する基板の処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記基板を保持するための載置台と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記誘電体層を脱水縮合処理するために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記基板をアニールするために、前記加熱手段によって前記誘電体層を加熱するとともに水素原子を含むガスを供給するガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする基板の処理装置。
【請求項１０】
前記不活性ガスは、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスからなるグループから選択されるもしくは組み合わされるガスであることを特徴とする請求項９に記載の基板の処理装置。
【請求項１１】
前記水素原子を含むガスは、少なくとも水素ガスを含むガスであることを特徴とする請求項９に記載の基板の処理装置。
【請求項１２】
前記水素原子を含むガスは、窒素ガスと水素ガスとの組み合わせ、もしくはアルゴンガスと水素ガスとの組み合わせであることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記加熱手段は、ランプ加熱方式もしくは抵抗加熱方式の装置であることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−４０５６３（Ｐ２０１１−４０５６３Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８６５３１（Ｐ２００９−１８６５３１）
【出願日】平成２１年８月１１日（２００９．８．１１）
【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２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１１日（２００９．８．１１）
【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 ]