專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法、基板處理裝置及基板處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可靠性高的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
技術(shù)背景為了提高大規(guī)模集成電路(LSI)的性能，必須進(jìn)一步提高信號處 理的速度。信號處理的速度提高可通過對電路進(jìn)行細(xì)微處理，減小布 線的信號延遲而實(shí)現(xiàn)。近年，細(xì)微處理進(jìn)展，LSI的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到O.l 微米，在這樣的LSI的場合，布線延遲的降低是特別重要的。為了減小上述的布線延遲，布線電阻的減小是有效的措施。為了 減小布線電阻，代替在過去一般使用的鋁，而可采用電遷移耐性優(yōu)良、 低電阻的銅。在采用銅布線的場合，由于難于進(jìn)行過去的蝕刻工藝的 加工，故作為不對銅進(jìn)行蝕刻，實(shí)現(xiàn)多層布線的方法，采用所謂的雙 鑲嵌法。下面參照圖7 (a) (d)，對采用雙鑲嵌法制造具有多個布線層 的半導(dǎo)體裝置201的工序進(jìn)行描述。首先，在埋入有布線層202的， 由氧化硅等形成的第一絕緣層203上，形成由氮化硅等形成的罩層 204。布線層202由通過銅形成的導(dǎo)體層205，與屏障層206構(gòu)成，該 屏障層206包圍導(dǎo)體層205，由氮化鉭等形成。接著，在罩層204上， 形成由氧化硅等構(gòu)成的第二絕緣層207。此外，在第二絕緣層207上， 形成由氮化硅等構(gòu)成的阻擋膜208，在其上，疊置由氧化硅等形成的第 三絕緣層209。由此，獲得圖7 (a)所示的那樣的結(jié)果物。接著，象圖7 (b)所示的那樣，在第三絕緣層209上，形成抗蝕 圖案210，通過蝕刻，形成以導(dǎo)體層205為底的孔211。此時，蝕刻在
第二和第三絕緣膜207、 209、阻擋膜208、與罩層204均受到蝕刻的 條件下進(jìn)行。在蝕刻處理后，通過灰化處理等方式，將抗蝕圖案210 去除。然后，象圖7 (c)所示的那樣，在第三絕緣膜209上，形成抗蝕 圖案212，通過蝕刻，在第三絕緣膜209上，形成與孔211重合，并且 以阻擋膜208為底的布線槽213。由此，形成布線槽213和將布線槽 213和布線層202連接的連接孔214。在這里，蝕刻在對第三絕緣膜蝕 亥ij，但是不對阻擋膜208蝕刻的條件下進(jìn)行。由此，在阻擋膜208處， 蝕刻處理受到阻止。在蝕刻處理后，通過灰化處理等的方式，去除抗 蝕圖案212。之后，通過CVD等方式，在布線槽213和連接孔214的內(nèi)壁，形 成由氮化鉭等形成的屏障層215。另外，通過電鍍法，埋入于布線槽 213和連接孔214的內(nèi)部，然后，通過CMP，去除多余的銅。通過以 上的工序，形成圖7 (d)所示的那樣的，填塞層216與導(dǎo)體層217， 該導(dǎo)體層217通過填塞層216，與導(dǎo)體層205連接。在通過上述雙鑲嵌法形成的半導(dǎo)體裝置201中，設(shè)置屏障層215， 以便防止作為布線材料的銅的擴(kuò)散。由于銅的擴(kuò)散性高，容易使半導(dǎo) 體的特性變差，故屏障層215對于由銅形成的布線層的形成是不可缺 少的。特別是，近年來，由于因介電常數(shù)低，特別適合的多孔膜的內(nèi) 部具有多個孔，故銅原子容易侵入(擴(kuò)散)。屏障層215 —般由氮化鈦、氮化鉭等的金屬材料形成，其為單獨(dú) 層、或按照疊置方式構(gòu)成，通過CVD等方式形成。但是，如果伴隨尺 寸細(xì)微化的進(jìn)展，對圖7 (c)所示的那樣的連接孔214的尺寸進(jìn)行進(jìn) 一步的細(xì)微化處理，則難于在連接孔214的整個內(nèi)壁上，形成可靠性 較高的屏障層215。艮P，比如，如果連接孔214非常微小，則以物理方式妨礙屏障層 215的前驅(qū)體分子(有機(jī)金屬等)朝向連接孔214的下方的侵入，連接 孔214的下方的形成膜的速度慢于上方。由此，在連接孔214的下方， 不形成足夠的厚度的屏障層215，屏障性降低。另外，如果屏障層215 的厚度不均勻，則在后續(xù)的銅的埋入的工序中，容易產(chǎn)生空隙。此時，在層間絕緣膜207、 209采用多孔絕緣膜的場合，在通過CVD方式形成屏障層215時，前驅(qū)體分子侵入絕緣膜內(nèi)的空孔內(nèi)。它 們是在蝕刻時，與蝕刻氣體發(fā)生反應(yīng)等的，絕緣膜性能變差的原因。另外，伴隨尺寸的微小化，屏障層215本身的厚度也減小，相對 于布線槽213和連接孔214的表面的貼合性降低。由此，屏障層215 容易發(fā)生剝離，或屏障層215，進(jìn)而半導(dǎo)體裝置201的可靠性降低。象 這樣，難于在高度微小的(高寬比較高)槽，或孔的內(nèi)壁，形成可靠 性較高的屏障層。另一方面，象上述那樣，在雙鑲嵌法的場合，采用蝕刻的阻擋膜 208。象圖7 (d)所示的那樣，阻擋膜208形成布線槽213的底部。伴 隨該尺寸的微小化的進(jìn)行，同樣對于阻擋膜208，還要求薄膜化。于是， 與上述屏障層215相同，在采用通過CVD等的方式形成的較薄的阻擋 膜208的場合，與第二絕緣膜207的貼合性降低，容易產(chǎn)生剝離性。 在阻擋膜208剝離等的場合，疊置于其上的屏障層215不均勻，可靠 性較低。象這樣，現(xiàn)有的通過PVD或CVD方式形成的屏障層和阻擋膜難 于以較高的可靠性形成于細(xì)微的布線槽和連接孔的內(nèi)壁上，具有因布 線材料的擴(kuò)散等因素，半導(dǎo)體裝置的可靠性降低的危險(xiǎn)。發(fā)明內(nèi)容針對上述情況，本發(fā)明的目的在于提供可靠性較高的半導(dǎo)體裝置 及其制造方法。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種具有可靠性較高的屏障層的半 導(dǎo)體裝置及其制造方法。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種具有可靠性較高的阻擋層的半 導(dǎo)體裝置及其制造方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法 的特征在于其包括下述工序形成絕緣層的工序，在該絕緣層的一面?zhèn)染哂胁?，并且具有從?述槽的底部貫穿到另一面?zhèn)鹊目?，該絕緣層以硅為主成分而構(gòu)成；屏障層形成工序，即，將上述槽和上述孔的內(nèi)壁的表面曝露于具 有氮的氣體的等離子體中，在上述槽和上述孔的內(nèi)壁的表面區(qū)域，形
成由硅氮化膜形成的屏障層；和
在上述槽和上述孔的內(nèi)側(cè)，經(jīng)上述屏障層，埋入由導(dǎo)體材料形成 的布線層。
在上述方案中，在埋入有布線材料(特別是銅)的布線槽和連接 孔的內(nèi)壁上，形成由硅氮化膜構(gòu)成的屏障層。構(gòu)成屏障層的硅氮化膜 通過下述方式形成，該方式為利用氮?dú)獾牡入x子體，改善由硅類膜
構(gòu)成的絕緣層的表面區(qū)域。象這樣，可通過直接改善絕緣層的表面的 質(zhì)量，在微小的高寬比較高的槽和孔的內(nèi)壁上，以較高的可靠性形成 較薄的屏障層。由此，可提供布線材料的擴(kuò)散等降低且可靠性較高的 半導(dǎo)體裝置。
在上述方案中，優(yōu)選，上述屏障層形成工序包括下述工序?qū)⑸?述槽和上述孔的內(nèi)壁的表面曝露于具有氮的氣體的等離子體中，對上 述槽和上述孔的表面區(qū)域進(jìn)行氮化處理。象這樣，可通過絕緣膜的直 接氮化處理，形成屏障層，可形成剝離等少的較薄的屏障層。
在上述方案中，優(yōu)選，具有氮的氣體的等離子體按照從具有多個 槽的平面天線對具有氮的氣體照射微波的方式而形成。由此，可在減 小對其它的膜表面的損害的同時，形成較薄的屏障層。
在上述方案中，上述絕緣層也可由多孔的電介質(zhì)膜形成。即使在 屏障層的形成不采用有機(jī)金屬等的金屬前驅(qū)體，而在絕緣層采用多孔 膜的情況下，金屬前驅(qū)體等不侵入絕緣層中的空孔。由此，獲得防止 空孔中的金屬前驅(qū)體與蝕刻氣體之間的反應(yīng)等造成的絕緣層的性能變 差，可靠性較高的半導(dǎo)體裝置。
為了實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明的第二方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特 征在于，該方法包括下述工序
形成以硅為主成分而構(gòu)成的第一絕緣層的工序；
將上述第一絕緣層的表面曝露于具有氮的氣體的等離子體中，在 上述第一絕緣層的表面區(qū)域，形成由硅氮化膜形成的阻擋膜的工序； 在上述阻擋膜上，形成第二絕緣層的工序；
形成穿過上述第一絕緣層和上述第二絕緣層的通孔的工序；和 將上述阻擋膜作為蝕刻的阻擋部，在上述第二絕緣層中，形成與 上述通孔重合的孔或槽的工序。
按照該方案，通過等離子體，借助改善表面質(zhì)量，形成由硅氮化 膜形成的阻擋膜。己形成的阻擋膜為表面損傷少、質(zhì)量高的膜。由此， 可以較高的可靠性形成構(gòu)成布線槽的底部的阻擋膜。
在上述方案中，優(yōu)選，上述阻擋膜形成工序包括下述工序，艮P， 通過將上述第一絕緣層的表面曝露于具有氮的氣體的等離子體中，對 上述第一絕緣層的表面區(qū)域進(jìn)行氮化處理的工序。象這樣，通過絕緣 膜的直接氮化處理形成阻擋膜，可在抑制表面損傷的同時，形成剝離 等少的較薄的阻擋膜。
在上述結(jié)構(gòu)中，上述第一和第二絕緣層也可由多孔的電介質(zhì)膜構(gòu)成。
在上述方案中，上述導(dǎo)體材料也可采用以銅為主成分的材料。艮P， 硅氮化膜具有相對銅的屏障性，有效地用作屏障部。
在上述方案中，上述氣體也可采用具有氫的氣體。由此，在形成 硅氮化膜的同時，可使氫與位于絕緣層的表面區(qū)域的硅的懸空鍵鍵合， 使膜穩(wěn)定。
在上述方案中，優(yōu)選，上述屏障層在室溫 600'C的溫度下形成。 象這樣，可在低溫下進(jìn)行處理，可防止雜質(zhì)的擴(kuò)散等，可防止器件的 特性變差。
在上述方案中，上述屏障層的厚度可在lnm 20nm的范圍內(nèi)形成。 另外，上述阻擋膜的厚度可在lnm 20nm的范圍內(nèi)形成。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第三方面的半導(dǎo)體裝置的特征在于 該半導(dǎo)體裝置包括
絕緣層，在該絕緣層的一面?zhèn)染哂胁?，并且具有從上述槽的底?貫穿到另一面?zhèn)鹊目?，該絕緣層以硅為主成分而構(gòu)成；
布線層，該布線層埋入到上述槽和上述孔中，由導(dǎo)體材料形成；
禾口
屏障層，該屏障層設(shè)置于上述絕緣層和布線層的界面，防止上述 導(dǎo)體材料擴(kuò)散到上述絕緣層，該屏障層由硅氮化膜構(gòu)成。
按照上述方案，通過采用作為屏障層的硅氮化膜，象形成金屬類 的屏障膜的場合那樣，在屏障膜形成時，實(shí)質(zhì)上不發(fā)生金屬前驅(qū)體侵 入到絕緣膜內(nèi)部的孔內(nèi)等情況。于是，避免蝕刻等處理的工序中的絕
緣層破壞，性能變差，獲得可靠性較高的半導(dǎo)體裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第四方面的半導(dǎo)體裝置的特征在于 其包括
絕緣層，在該絕緣層的一面?zhèn)染哂胁?，并且具有從上述槽的底?貫穿到另一面?zhèn)鹊目?，該絕緣層以硅為主成分；
布線層，該布線層埋入于上述槽和上述孔中，由導(dǎo)體材料形成； 屏障層，該屏障層設(shè)置于上述絕緣層和布線層的界面，防止上述 導(dǎo)體材料擴(kuò)散到上述絕緣層，
上述屏障層通過下述方式形成，該方式為將上述絕緣層的表面 曝露于等離子體中，該等離子體是從具有多個槽的平面天線對具有氮 的氣體照射微波而形成的，在上述絕緣膜的表面區(qū)域，形成硅氮化膜。 在上述結(jié)構(gòu)中，在埋入有布線材料(特別是銅)的布線槽和連接 孔的內(nèi)壁上，形成有由硅氮化膜構(gòu)成的屏障層。構(gòu)成屏障層的硅氮化 膜采用徑向線槽天線(RLSA)，通過微波等離子體而形成于由硅類膜 構(gòu)成的絕緣層的表面區(qū)域。象這樣，可通過采用RLSA等離子體，以 較高的可靠性，在微小的、高寬比較高的槽和孔的內(nèi)壁上，形成較薄 的屏障層。由此，可提供布線材料的擴(kuò)散等減小的、可靠性較高的半 導(dǎo)體裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第五方面的半導(dǎo)體裝置的特征在于 該半導(dǎo)體裝置包括
第一絕緣層，該第一絕緣層具有通孔，該第一絕緣層以硅為主成
分；
阻擋膜，該阻擋膜設(shè)置于上述第一絕緣層上，具有與上述通孔重 合的開口；
第二絕緣層，該第二絕緣層設(shè)置于上述阻擋膜上，具有與上述開 口重合且直徑大于上述開口的孔或槽，
上述阻擋膜通過下述方式形成，該方式為將上述第一絕緣層的 一個面曝露于等離子體中，該等離子體是從具有多個槽的平面天線， 對具有氮的氣體照射微波而形成的，在上述第一絕緣層的表面區(qū)域， 形成硅氮化膜。
按照該方案，通過RLSA等離子體，形成由氮化硅膜形成的阻擋
膜。通過RLSA等離子體形成的阻擋膜為表面損傷少的、質(zhì)量高的膜。 由此，可以較高的可靠性，形成構(gòu)成布線槽的底部的阻擋膜。


圖1為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的組成的圖。 圖2為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的等離子體處理裝置的構(gòu)成的圖。 圖3為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的RLSA的構(gòu)成的圖。 圖4為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的圖。 圖5為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的圖。 圖6為表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的圖。 圖7為表示雙鑲嵌法的工序的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，對本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行描述。本實(shí)施方式的 半導(dǎo)體裝置為包括設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的晶體管、存儲器等的元件， 與和其連接的多層布線層的半導(dǎo)體裝置。
圖1為表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置11的最頂層的多層布線的部 分截面圖。象圖1所示的那樣，半導(dǎo)體裝置11包括第一絕緣層12、第 二絕緣層13、第三絕緣層14與鈍化膜15。
第一絕緣層12由低介電常數(shù)氧化硅(Si02)膜形成，該膜具有規(guī) 定的多孔度。第一絕緣層12包括第一槽16，在第一槽16中，埋入有 由銅形成的第一布線層17。另外，在第一絕緣層12的表面上，設(shè)置有 由氮化硅(SiN)形成的膜18。
第二絕緣層13設(shè)置于第一絕緣層12上。第二絕緣層13由形成多 孔的、低介電常數(shù)的氧化硅形成。第二絕緣層13是在與第一絕緣層12 的接觸面和其相反側(cè)的表面上，設(shè)置有由SiN形成的第一和第二阻擋 膜19、 20。第一和第二阻擋膜19、 20的厚度設(shè)定在比如10 30nm的 范圍內(nèi)。
在第一槽16的上方的第二絕緣層13，按照穿過第二絕緣層13的 方式設(shè)置有連接孔21。在該連接孔21中，埋入有由銅形成的填塞層 22。
第三絕緣層14設(shè)置于第二絕緣層13上。第三絕緣層14由多孔化 的低介電常數(shù)氧化硅形成。在連接孔21上的第三絕緣層14上，按照 穿過第三絕緣層14的方式設(shè)置有第二槽23。在第二槽23中，埋入有 由銅形成的第二布線層24。
象這樣，通過第一布線層17、填塞層22、第二布線層24，形成多 層布線層。另外，在第一槽16、連接孔21和第二槽23的內(nèi)壁上，形 成屏障層25。該屏障層25由SiN構(gòu)成，比如，其厚度在5 10nm的 范圍內(nèi)。設(shè)置該屏障層25，以便防止作為布線材料的銅的擴(kuò)散。
在這里，由SiN形成的第一和第二阻擋膜19、 20與屏障膜25由 采用后面將要描述的RLSA型等離子體處理裝置的硅氧化膜的直接氮 化處理而形成。
在第三絕緣層14的表面上，設(shè)置有SiN膜26。另外，在第三絕緣 層14上，通過SiN膜27，疊置有鈍化膜15。該鈍化膜15由氧化硅、 FSG等構(gòu)成，用作半導(dǎo)體裝置11的保護(hù)膜。另外，將鈍化層15和第 三絕緣層14隔開的SiN層27防止作為布線材料的銅的擴(kuò)散。
下面參照附圖，對上述半導(dǎo)體裝置11中的用于形成屏障層25的 等離子體處理裝置進(jìn)行描述。用于形成屏障層25的等離子體處理裝置 是RLSA (Radial Line Slot Antenna:徑向線槽天線)型的等離子體處 理裝置。等離子體處理裝置，采用微波能量，產(chǎn)生處理氣體的等離子 體，通過該等離子體，改善被處理體(硅類材料)的表面的質(zhì)量。
圖2表示等離子體處理裝置100的截面結(jié)構(gòu)。象圖2所示的那樣， 該等離子體處理裝置100包括基本呈圓筒形的室101 。該室101由鋁等 構(gòu)成。
在室101的內(nèi)部的中間，設(shè)置有作為被處理體的半導(dǎo)體晶片(在 下面稱為"晶片W")的放置臺102。在該放置臺102的內(nèi)部，設(shè)置 有圖中未示出的溫度調(diào)節(jié)部，通過該溫度調(diào)節(jié)部，將晶片W加熱到規(guī) 定溫度，比如，室溫 600'C。
在室101的底部，連接有排氣管103的一端，該排氣管103的另 一端與真空泵等的排氣裝置104連接。通過排氣裝置104等，將室101 的內(nèi)部的壓力設(shè)定在規(guī)定壓力，比如，《0Pa 0.13kPa(30mTorr lTorr) 的范圍內(nèi)。
在室101的側(cè)部上方，設(shè)置有氣體供給管105。該氣體供給管105 與氮(N2)氣源106，氫(H2)氣源107和氬(Ar)氣源108連接。 氣體供給管105沿室101的側(cè)壁的周向，均勻地設(shè)置于比如16個部位。 通過象這樣設(shè)置，從氣體供給管105供給的氣體均勻地供給到放置臺 102上的晶片W的上方。在室101的上部，設(shè)置有開口 109。在該開口 109的內(nèi)側(cè)，設(shè)置有 窗IIO。該窗110由透過性材料，比如，石英、Si02類的玻璃、Si3N4、 NaCl、 KC1、 LiF、 CaF2、 BaF2、 A1203、 A1N、 MgO等的無機(jī)物,或聚 乙烯、聚酯、聚碳酸酯、纖維素乙酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氯亞 乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺等的有機(jī)物的薄膜、層構(gòu)成。在窗IIO上，設(shè)置有比如，徑向線槽天線(在下面稱為"RLSA") 111。在該RLSA111上，設(shè)置有與高頻電源部112連接的波導(dǎo)通路113。 該波導(dǎo)通路113由下述部分構(gòu)成扁平的圓形波導(dǎo)管114，該圓形波導(dǎo) 管114的下端與RLSA111連接；圓筒型波導(dǎo)管115，該圓筒型波導(dǎo)管 115的一端與圓形波導(dǎo)管114的上面連接；同軸波導(dǎo)變換器116，該同 軸波導(dǎo)變換器116與圓筒型波導(dǎo)管115的上面連接;和矩形波導(dǎo)管117， 該矩形波導(dǎo)管117的一端呈直角地與同軸波導(dǎo)變換器116的側(cè)面連接， 另一端與高頻電源部112連接。RLSA111和波導(dǎo)通路113由銅板構(gòu)成。 在圓形波導(dǎo)管114的內(nèi)部，設(shè)置有同軸波導(dǎo)管118。該同軸波導(dǎo)管 118由利用導(dǎo)電性材料形成的軸部件形成，其一端與RLSA1U的上面 的基本中間部連接，其另一端呈同軸狀與圓形波導(dǎo)管114的上面連接。 圖3表示RLSA111的平面圖。象圖3所示的那樣，在RLSAlll 的表面，具有設(shè)置于同心圓上的多個槽llla、 llla、…。各槽llla為 基本呈矩形的貫通的槽，鄰接的槽llla之間相互垂直，按照大致形成 T字形的方式設(shè)置。槽llla的長度或排列間距對應(yīng)于由高頻電源部112 產(chǎn)生的高頻的波長而確定。高頻電源部112的功率比如，在500W 5kW的范圍內(nèi)，產(chǎn)生比 如，2.45GHz的微波。從高頻電源部112產(chǎn)生的微波按照矩形模式在 矩形波導(dǎo)管117的內(nèi)部傳送。另外，微波通過同軸波導(dǎo)變換器116，從 矩形模式轉(zhuǎn)換為圓形模式，按照圓形模式傳送給圓筒型波導(dǎo)管115。微 波還通過圓形波導(dǎo)管114，按照放大的狀態(tài)傳送，通過RLSA111的槽
llla輻射。己輻射的微波透過窗110，送入室IOI。室101的內(nèi)部處于規(guī)定的真空壓力，Ar、N2和H2的混合氣體比如， 按照Ar/N2/H2 = 10: 1: 1的比例，從氣體供給管105供給到室101的 內(nèi)部。通過在窗110中實(shí)現(xiàn)透過的微波，將高頻能量傳遞給室101內(nèi) 的混合氣體，產(chǎn)生高頻等離子體。此時，由于從RLSAlll中的多個槽 llla，輻射微波，故產(chǎn)生高密度的等離子體。通過已產(chǎn)生的高密度等離子體，進(jìn)行晶片W表面的直接氮化處理。 即，已產(chǎn)生的等離子體中的氮(N)自由基(radical)對形成于晶片W 上的硅氧化膜(SiCb膜)的表面作用，切斷Si與O之間的鍵，置換O。 象這樣，按照數(shù)nm的程度改善硅氧化膜的表面的質(zhì)量，形成SiN。此 時，晶片W的溫度在室溫 60(TC的范圍內(nèi)，室101內(nèi)的壓力在4.0Pa 0.13kPa的范圍內(nèi)。此時，混合氣體中的Ar用作稀有氣體，使反應(yīng)的控制性良好。另 夕卜，從H2產(chǎn)生的H自由基(radical)與Si的懸空鍵鍵合，使通過改善 質(zhì)量而形成的SiN膜穩(wěn)定，提高膜的質(zhì)量。下面參照附圖，對上述的半導(dǎo)體裝置ll的制造方法進(jìn)行描述。在 本實(shí)施方式中，釆用雙鑲嵌法，制造具有屏障層25的半導(dǎo)體裝置11。 圖4 (a) (d)，圖5 (e) (g)和圖6 (h)表示半導(dǎo)體裝置11 的布線層的形成工序。首先，配備第一絕緣層12，該第一絕緣層12具有第一槽16，在 該第一槽16中埋入有由銅形成的第一布線層17。該第一絕緣層12由 氧化硅形成，設(shè)置于半導(dǎo)體基板上。另外，在第一槽16的周圍，設(shè)置 有由SiN形成的屏障層25，另外，在第一絕緣層12的表面上，形成有 由SiN形成的絕緣膜。該第一槽16、屏障層25a等通過后面將要描述 的雙鑲嵌法形成。接著，象圖4 (a)所示的那樣，在第一絕緣層12上，通過CVD 法等，形成由SiN形成的第一阻擋膜19。另外，還在第一阻擋膜19 上，通過CVD法等，形成由氧化硅形成的第二絕緣層13。在這里，第 二絕緣層13的厚度按照形成連接孔21的高度的方式設(shè)定。然后，象圖4 (b)所示的那樣，采用RLSA型等離子體處理裝置 100，進(jìn)行氮化處理，在第二絕緣層13的表面上形成由SiN形成的第15
二阻擋膜20。另外，象圖4 (c)所示的那樣，在第二阻擋膜20上， 形成由氧化硅形成的第三絕緣層14。在這里，第三絕緣層14的厚度按 照與第二槽23的高度相同的方式設(shè)定。之后，象圖4 (d)所示的那樣，在第三絕緣層14上，形成抗蝕圖 案30，在按照基本相同的速度蝕刻的條件下，對第一和第二阻擋膜19、 20與第三絕緣層14進(jìn)行各向異性蝕刻處理。上述蝕刻比如，可采用 CF4與02的混合氣體而進(jìn)行。通過采用抗蝕圖案30的蝕刻處理，形成 構(gòu)成連接孔21的孔31。在通過灰化處理等方式，將抗蝕圖案30去除后，象圖5 (e)所示 的那樣，在第三絕緣層14上形成抗蝕圖案32，對第三絕緣層14進(jìn)行 蝕刻處理，但是在第二阻擋膜20未進(jìn)行蝕刻的條件下，進(jìn)行各向異性 蝕刻處理。上述蝕刻可通過采用比如C4Fg與CO的混合氣體而進(jìn)行。 通過采用抗蝕圖案32的蝕刻處理，形成第二槽23。在通過灰化處理等方式，將抗蝕圖案32去除后，象圖5 (f)所示 的那樣，進(jìn)行包括連接孔21和第二槽23的側(cè)壁的整個表面的氮化處 理。氮化處理采用上述的RLSA型等離子體處理裝置IOO而進(jìn)行，在 硅氧化膜的整個表面上，形成薄的SiN膜33。形成于連接孔21和第二 槽23上的SiN膜33構(gòu)成布線材料的屏障層25b和SiN層26。接著，通過PVD等，較薄地形成由銅形成的晶種層，然后，進(jìn)行 鍍銅處理。通過該鍍敷處理，利用銅，將連接孔21和第二槽23的內(nèi) 部完全地埋住，接著，通過CMP (Chemical Mechanical Polishing:化 學(xué)機(jī)械拋光)，將上面的不需要的金屬膜去除。由此，圖5 (g)所示 的那樣的，第一布線層17和第二布線層24形成通過填塞層22連接的 2層布線。通過對上述一系列的工序反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)，可形成2層以上的 多層布線層。最后，在半導(dǎo)體裝置11的表面上，通過CVD等方式，形成防止 銅的擴(kuò)散的SiN膜27。接著，象圖6 (h)所示的那樣，在SiN膜上， 通過CVD等方式，形成由Si02， FSG等形成的鈍化膜15。另外，也 可在鈍化膜15上，形成SiN膜等的保護(hù)膜。象這樣，在多個布線層上 形成保護(hù)層，半導(dǎo)體裝置11的制造結(jié)束。
象上面描述的那樣，在上述實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置11中，抑制布線材料的擴(kuò)散的屏障層25采用RLSA型等離子體處理裝置100，通過 絕緣層的直接氮化處理而形成。由此，在微小的布線槽16、 23和連接 孔21的側(cè)壁上，形成較薄的難于剝離的屏障層25。另外，由于屏障層 25通過絕緣層的直接氮化處理而形成，故沒有因形成的膜而造成的槽 堵塞等的情況，還在高寬比較高的槽中，在不使埋入特性變差的情況 下，形成屏障層25。另外，同樣，采用RLSA型等離子體處理裝置100，形成作為蝕刻 阻擋膜的第一和第二阻擋膜19、 20。由此，可在層間絕緣膜中，設(shè)置 較薄的難于剝離的阻擋膜。象這樣，通過采用RLSA型等離子體處理裝置100的硅類膜的直 接氮化處理，形成第一和第二阻擋膜19、 20，由此，獲得可靠性較高 的半導(dǎo)體裝置ll。此外，在RLSA型等離子體處理裝置100中，在室溫 60(TC的較 低的溫度下，進(jìn)行氮化處理。于是，所產(chǎn)生的等離子體中的激活種的 電子溫度較低而為1.5eV左右。由此，可抑制膜的表面的損傷，并且 防止元件中的雜質(zhì)的差異擴(kuò)散等造成的元件特性的變差，同時，形成 屏障層25和阻擋膜19、 20。于是，獲得防止元件特性的變差的可靠性 較高的半導(dǎo)體裝置11。還有，不由氮化鉭、氮化鈦等的金屬材料，而由SiN形成屏障層 25。由此，屏障層25形成時實(shí)質(zhì)上沒有金屬前驅(qū)體(有機(jī)金屬等)朝 向多孔硅氧化膜13、 14的滲透，避免金屬前驅(qū)體與蝕刻處理時滲透到 絕緣膜內(nèi)部的蝕刻殘留物(氟)之間的反應(yīng)。由此，防止屏障層25的 破壞、低介電常數(shù)膜的性能變差，獲得半導(dǎo)體裝置11的更高的可靠性。 本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可實(shí)現(xiàn)各種變形、應(yīng)用。下面對可 用于本發(fā)明的上述實(shí)施方式的變形形式進(jìn)行描述。在上述實(shí)施方式中，RLSA111和波導(dǎo)通路113由銅板構(gòu)成。在這 里，構(gòu)成RLSAlll和波導(dǎo)通路113的材料為了抑制微波的傳送損失， 故可適合采用導(dǎo)電率較高的A1、 Cu、鍍有Ag/Cu的不銹鋼等。再有，用于本發(fā)明的環(huán)狀波導(dǎo)通路113的導(dǎo)入口的朝向只要可有 效地將微波送入環(huán)狀波導(dǎo)通路113內(nèi)的微波傳送空間，則也可為可按 照實(shí)現(xiàn)H面T分支或連接導(dǎo)入的方式在與H面平行的情況下將微波導(dǎo) 入的朝向，或?yàn)榘凑諏?shí)現(xiàn)E面T分支的方式與H面垂直地導(dǎo)入微波的 朝向。另外，微波的行進(jìn)方向的槽間距適合為管內(nèi)波長的1/2或1/4。在上述實(shí)施方式中，采用2.45GHz的波長的微波，產(chǎn)生高密度等 離子體。但是，并不限于此，微波頻率可從0.8GHz 20GHz的范圍適 當(dāng)?shù)剡x擇。在上述實(shí)施方式中，構(gòu)成布線的材料采用銅。但是，并不限于銅， 可采用鋁等的金屬或其合金。另外，特別是，填塞部也可采用鴇等的 高熔點(diǎn)金屬。在上述實(shí)施方式中，第一，第二和第三絕緣層12、 13、 14由具有 規(guī)定的多孔度的、低介電常數(shù)的硅膜形成。但是，并不限于此，本發(fā) 明在為以硅為主成分的、特別是具有低介電常數(shù)的膜的場合，也可用 于以下的絕緣膜。比如，本發(fā)明可用FSG(Fuluorinated Silicate Glass)、 SiC類膜、SiCN類膜、SiOCH類膜等的硅類膜。在上述實(shí)施方式中，硅氧化膜的直接氮化處理采用由N2、 H2、 Ar 形成的混合氣體。但是，氮化處理也可采用其它的氣體。比如，代替 N2，而采用NH3、 N20、 NO、 N02等的含氮?dú)怏w，另外也可代替Ar， 而采用Ne、 Xe、 Kr等的其它的稀有氣體。但是，優(yōu)選，激活的Ar具 有的能量為可一邊防止膜表面的損害， 一邊可激活硅(Si)的能量。另外，上述混合氣體的混合比也不限于上述的Ar/N2/H2=10 : 1 : 1的比例，比如，也可使N2、 H2的比分別在0.05 5的范圍內(nèi)變化。 另外，同樣就晶片溫度、反應(yīng)壓力等的反應(yīng)條件來說，不限于上述實(shí) 例，如果可形成高質(zhì)量的SiN膜，也可為下述的條件。在上述半導(dǎo)體裝置11中，第一和第二阻擋膜19、 20也可不通過 RLSA型等離子體處理裝置100，而通過CVD、 PVD等方式形成。在 此場合，阻擋膜19、 20也可由SiN以外的SiC、 SiCN等形成。但是， 顯然，從生產(chǎn)性的方面來說，優(yōu)選，屏障膜25和第一與第二阻擋膜19、 20由RLSA型等離子體處理裝置100形成。用于本發(fā)明的RLSA型等離子體處理裝置100也可與CVD裝置、 蝕刻裝置、晶種層形成用的濺射裝置等相組合用作所謂的組合式裝置。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，則提供可靠性較高的半導(dǎo)體裝置及其制
造方法。產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用可能性本發(fā)明用于半導(dǎo)體裝置等的電子器件的制造。本發(fā)明根據(jù)于2001年8月29日申請的申請?zhí)枮镴P特愿 2001—260181號申請，包括說明書、權(quán)利要求的范圍、附圖和摘要。 上述申請的公開內(nèi)容在本說明書中以整體作為參照而包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，該方法包括下述工序形成絕緣層的工序，在該絕緣層的一面?zhèn)染哂胁郏⑶揖哂袕乃霾鄣牡撞控灤┑搅硪幻鎮(zhèn)鹊目?，該絕緣層以硅為主成分而構(gòu)成；屏障層形成工序，即，將所述槽和所述孔的內(nèi)壁的表面曝露于含有氮的氣體的等離子體中，在所述槽和所述孔的內(nèi)壁的表面區(qū)域，形成由硅氮化膜形成的屏障層；和將由導(dǎo)體材料形成的布線層經(jīng)所述屏障層埋入所述槽和所述孔的內(nèi)側(cè)的工序，所述含有氮的氣體的等離子體，使用天線在含有氮的氣體和氬氣的混合氣體中形成，利用所述氬氣的混合比調(diào)整所述含有氮的氣體的等離子體能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述屏障層形成工序包括通過將所述槽和所述孔的內(nèi)壁的表面曝露于含 有氮的氣體的等離子體中，從而對所述槽和所述孔的表面區(qū)域進(jìn)行氮 化處理的工序。
3. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，該方法包括下述工序 形成以硅為主成分而構(gòu)成的第一絕緣層的工序；將所述第一絕緣層的表面曝露于含有氮的氣體的等離子體中，在 所述第一絕緣層的表面區(qū)域，形成由硅氮化膜構(gòu)成的阻擋膜的工序； 在所述阻擋膜上，形成第二絕緣層的工序；形成穿過所述第一絕緣層和所述第二絕緣層的通孔的工序；和將所述阻擋膜作為蝕刻的阻擋部，在所述第二絕緣層中，形成與 所述通孔重合的孔或槽的工序，所述含有氮的氣體的等離子體，使用天線在含有氮的氣體和氬氣 的混合氣體中形成，利用所述氬氣的混合比調(diào)整所述含有氮的氣體的等離子體能量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括通過將所述第一絕緣層的表面曝露于所述含有氮的氣體的 等離子體中，而對所述第一絕緣層的表面區(qū)域進(jìn)行氮化處理的工序。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述絕緣層由多孔的電介質(zhì)膜構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述導(dǎo)體材料采用以銅為主成分的材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述含有氮的氣體的等離子體，按照從具有多個槽的平面天線向含有氮的氣體和氬氣以及氫氣的混合氣體照射微波的方式而形成，利 用從所述氫氣生成的氫自由基使所述硅氮化膜的懸空鍵減少。。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 以lnm 20nm的厚度形成所述屏障層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 以lnm 20nm的厚度形成所述阻擋膜。
10. —種基板處理方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備基板的工序，該基板具有絕緣層，在該絕緣層的一面?zhèn)染?有槽，并且具有從所述槽的底部貫穿到另一面?zhèn)鹊目?，該絕緣層以硅 為主成分而構(gòu)成，以及布線層，該布線層埋入到所述槽和所述孔中， 由導(dǎo)體材料構(gòu)成；和具有屏障層，該屏障層設(shè)置于所述絕緣層和所述布線層的界面， 防止所述導(dǎo)體材料擴(kuò)散到所述絕緣層、在所述基板上，使用天線生成含氮?dú)怏w的等離子體，將所述絕緣 層的表面曝露于該等離子體中，在所述絕緣層的表面區(qū)域，形成氮化 膜的工序， 所述含氮?dú)怏w的等離子體由含氮?dú)怏w和氬氣的混合氣體形成， 利用所述氬氣的混合比調(diào)整所述含有氮的氣體的等離子體能量。
11. 一種基板處理裝置，其特征在于，包括第一絕緣層，在所述基板上具有通孔，且以硅為主成分而構(gòu)成； 氮化膜，設(shè)置于所述第一絕緣層上，具有與所述通孔重合的開口;和第二絕緣層，設(shè)置于所述氮化膜上，具有與所述開口重合且其直 徑大于所述開口的孔或槽，在所述基板上具有絕緣膜，使用天線將該絕緣膜表面曝露于含氮 氣體的等離子體，形成氮化膜，所述含氮?dú)怏w的等離子體由含氮?dú)怏w和氬氣的混合氣體形成，利用所述氬氣的混合比調(diào)整所述含有氮的氣體的等離子體能量。
12. 如權(quán)利要求11記載的基板處理裝置，其特征在于， 所述氮化膜通過下述方式形成，該方式為將所述第一絕緣層的一個面曝露于通過從具有多個槽的平面天線對含有氮的氣體照射微波 而生成的等離子體，在所述第一絕緣層的表面區(qū)域，形成硅氮化膜。
13. 如權(quán)利要求ll記載的基板處理裝置，其特征在于， 使所述絕緣膜曝露于所述含氮的等離子體的壓力是在4.0Pa 0.13Pa下進(jìn)行的。
14. 一種基板處理裝置，其特征在于，包括 處理基板的腔室； 載置并加熱所述基板的載置臺； 向所述腔室供給含氮?dú)怏w的氣體供給部； 在所述腔室的上部生成等離子體的天線；和 排出所述腔室內(nèi)氣體的排氣裝置；在所述基板上使用所述天線生成所述含氮?dú)怏w的等離子體，利用 該等離子體氮化所述基板而形成氮化膜， 所述含氮?dú)怏w的等離子體利用所述含氮?dú)怏w和氬氣的混合氣體生成，利用所述氬氣的混合比調(diào)整所述含氮的氣體的等離子體能量。
15.如權(quán)利要求14記載的基板處理裝置，其特征在于， 所述天線是徑向線槽天線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，該方法包括下述工序形成絕緣層的工序，在該絕緣層的一面?zhèn)染哂胁郏⑶揖哂袕乃霾鄣牡撞控灤┑搅硪幻鎮(zhèn)鹊目?，該絕緣層以硅為主成分而構(gòu)成；屏障層形成工序，即，將所述槽和所述孔的內(nèi)壁的表面曝露于含有氮的氣體的等離子體中，在所述槽和所述孔的內(nèi)壁的表面區(qū)域，形成由硅氮化膜形成的屏障層；和將由導(dǎo)體材料形成的布線層經(jīng)所述屏障層埋入所述槽和所述孔的內(nèi)側(cè)的工序，所述含有氮的氣體的等離子體，使用天線在含有氮的氣體和氬氣的混合氣體中形成，利用所述氬氣的混合比調(diào)整所述含有氮的氣體的等離子體能量。
文檔編號H01L21/314GK101165876SQ200710196168
公開日2008年4月23日 申請日期2002年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者尾﨑成則, 村川惠美, 松下實(shí) 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社