半導体装置の製造装置
【課題】装置の高いスループットを維持しつつ、バリアメタルの酸化工程の追加や異なる種類のシード層の積層、バリア層の積層等を行い配線の信頼性を向上させる。
【解決手段】薄膜の合金シード層を成長させるチャンバー、または、薄膜のバリアメタルを成長させるチャンバーのうち、最も短いタクト時間のチャンバー数を最も少なくして、あるいは、統一して１台の装置で専用に用い、タクト時間の長い工程のチャンバーを２または、３チャンバー以上にすることにより、薄膜工程のチャンバー間バラツキを無くして、装置のスループットを向上させる。
【解決手段】薄膜の合金シード層を成長させるチャンバー、または、薄膜のバリアメタルを成長させるチャンバーのうち、最も短いタクト時間のチャンバー数を最も少なくして、あるいは、統一して１台の装置で専用に用い、タクト時間の長い工程のチャンバーを２または、３チャンバー以上にすることにより、薄膜工程のチャンバー間バラツキを無くして、装置のスループットを向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ配線を形成するためのバリアメタルおよびシード層を成膜する半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩの製造にＣｕ配線が用いられている。このＣｕ配線は、層間膜内に設けられた接続孔（ビア）と配線溝に、めっき法により、Ｃｕを埋め込み、埋め込んだＣｕをＣＭＰ（化学機械研磨）法により、平坦に研磨して、ビアと配線を形成する。
【０００３】
図８は、従来のＣｕ配線におけるバリア／シード工程を示す図であり、バリア／シード成膜装置１１内では、脱ガス処理からめっき前までの工程が行われる。ここで、工程１は、デュアルダマシン工程において、ビアおよび配線の加工を行った後で、層間絶縁膜に吸着した水や酸素などの大気成分を除去するための脱ガス工程である。
【０００４】
工程２は、ビアをエッチング加工した後に、基板を大気に曝すことにより酸化された下層配線のビアコンタクト部のＣｕ酸化膜を除去して、ビアのコンタクト抵抗を小さくするためのプレクリーン工程である。工程３は、Ｃｕが、層間絶縁膜に拡散することを防止するためのバリアメタル成膜工程である。工程４は、Ｃｕのめっき成長のための初期膜（以下、シード膜という。）を生成する工程である。工程５は、Ｃｕのめっき工程である。上記、５つの工程のうち、工程１から工程４までが１つの装置（バリア／シード成膜装置１１）で行われる。
【０００５】
工程１では、ランプやヒーターなどで基板ウェハを２００℃から３００℃に加熱して、基板ウェハからのガスの放出を促進させる。工程２では、ランプやヒーターなどで基板ウェハを２００℃から３００℃に加熱しながら、かつ、水素などの還元ガスを導入して、下層配線のＣｕ表面の酸化物を除去する。もしくは水素を含むガスプラズマによりＣｕ表面の酸化膜を除去する。
【０００６】
工程３では、バリア膜としてのＴａをスパッタでつける。この工程は、通常、図７に示すように、３つの個別工程から成り立っている。つまり、図７（Ａ）では、スパッタリングでＴａ２１を層間膜２３につける。図７（Ｂ）では、Ａｒスパッタリングで、トレンチ２４を形成し、ビア２５底面のＴａ２１を除去して、下層のＣｕ配線２２の内部までエッチングを行う。図７（Ｃ）では、スパッタリングで、再び、Ｔａ２６をつける。工程４では、ＣｕめっきのためのシードＣｕをスパッタリングでつける。
【０００７】
通常、工程１から工程４までは、それぞれ別のチャンバー（処理室）で行われる。なお、工程１の脱ガスは、装置に備えられた小室で処理されることが多いため、ここでは、工程２のプレクリーンから工程４のシード層成膜までの工程を考える。
【０００８】
図６に、従来のバリア／シード装置のチャンバー構成を示す。各チャンバー１から６に、基板ウェハが真空ロボットで搬送されて、装置内で一貫処理される。このような一貫処理が２系統同時に行われる装置は、６つのチャンバーを持っている。ここで、チャンバー３１と３４は、プレクリーンのチャンバーであり、チャンバー３２と３５は、バリアメタルのチャンバーであり、３３と３６は、Ｃｕシードのチャンバーである。通常、３００ｍｍ基板を処理するバリア／シード成膜装置３０は、このように、プレクリーン、バリアメタル、Ｃｕシードの工程を行う６つのチャンバーから構成されている。
【０００９】
ここで、配線の信頼性の確保には、バリアメタルが支配的な役割を有する。バリア材料としては、例えば、ＴａＮ／Ｔａの積層膜やＴａ単層膜が選択される。バリア膜の役割は、Ｃｕのボイドの発生防止やＣｕの層間膜への拡散防止、はがれ防止などである。なお、デバイスを微細化させるためには、このバリア材料を薄くしてビア内面に均一に付着させて、信頼性を確保しなければならない。しかし、バリア材料を薄くすると、側面のストライエイションによる被覆欠陥が生じるほか、膜全体が、層間膜の吸着酸素や水分で酸化されてバリア機能を失うという欠陥、ピンホール欠陥などがある。そのため、こうした欠陥を補う技術が必要である。
【００１０】
例えば、Ｃｕ配線の信頼性を高める技術として、合金シールドを用いる方法が知られている。合金シールドとして、ＣｕＡｌ合金を用いると、ＳＩＶ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｖｏｉｄｉｎｇ）やＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）耐性を向上させることができることが多くの論文等で報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１１】
また、添加元素としてＭｎを用いると、酸化したバリアメタルのバリア機能をＭｎが修復するため、従来に比べて、薄いバリアメタルを用いても配線の信頼性を格段に向上させることができることが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１２】
しかしながら、合金シードを用いた場合の一般的な課題として、配線抵抗の上昇が挙げられる。非特許文献１の図６には、シード層の厚みを変えた時の配線抵抗特性が示されている。これによると、同じＡｌ濃度のＣｕＡl合金を用いた場合、シード層を薄くした方が、配線幅によらず、配線抵抗を下げられることがわかる。
【００１３】
一方、合金シードで配線抵抗を下げる方法として、合金の添加元素の濃度を下げることが考えられる。しかし、極限として、純Ｃｕ配線と同等の配線抵抗にするためには、合金の添加元素の濃度を配線抵抗に影響を与えない濃度まで下げることが必要になると考えられる。ところが、合金シードの効果により、Ｃｕ配線の信頼性を向上させるためには、合金の添加元素の濃度は高い方が、好ましいため、ここに、配線抵抗と信頼性とのトレードオフが存在する。
【００１４】
合金を用いたＣｕ配線の信頼性向上のためのメカニズムには、様々な要因が考えられるが、例えば、非特許文献２の図１には、信頼性向上のためのメカニズムとして、酸化したＴａのバリア機能をＭｎで修復することにより、強固なＴａ／Ｃｕ界面を作ることができるため、信頼性が向上すると述べられている。また、非特許文献１の図８からも、Ａｌが配線周囲のＴａやＳｉＣＮバリアと反応していることが判る。これは、酸化される性質の強いＡｌやＭｎに酸化したＴａやＳｉＣＮ中の残留酸素が反応して、信頼性を向上させる効果があるものと考えられる。
【００１５】
このように、合金元素が周囲のバリアメタルやＳｉＣＮバリアと反応して信頼性が向上するのであれば、Ｃｕ配線中に添加元素が残留している必要はなく、配線抵抗とのトレードオフは解消されることになる。ただし、この場合でも、より効率的に合金元素が周囲のバリアメタルやＳｉＣＮバリアと反応するためには、バリアに接している合金シードの添加元素濃度は高い方が望ましい。
【００１６】
図５に、ダマシン構造のビアとトレンチの断面構造を示す。ここで、図５（Ａ）は、従来の１層のシードの構成であり、下層Ｃｕ配線４１の上に層間膜４２があり、ビア４３とトレンチ４４とが形成されている。また、バリアメタルＴａ４５とＣｕシード４６とが積層されている。
【００１７】
図５（Ｂ）は、従来のＣｕシードの下に、非特許文献１あるいは非特許文献２にある合金シードを挿入した２層シードの構造の模式図である。ここで、Ｔａバリア４５の上に合金シード４７と従来のＣｕシード４６の２層が積層されて、２層のシード層が形成されている。以上が、２層のシード層による配線の信頼性向上の技術である。
【００１８】
非特許文献２によれば、信頼性の向上は、バリアメタルＴａが酸化されて形成されたＴａ酸化層の酸素と、合金Ｃｕシード中のＭｎが拡散して、Ｔａ酸化膜に侵入し、Ｔａ−Ｍｎ−Ｏの金属酸化物層ができるためであると解説されている。この金属酸化物の厚みは、バリアメタルの酸化物層の厚みに依存するのは当然であるので、このバリアメタルの酸化量の制御が、この技術の場合、重要となる。
【００１９】
合金Ｃｕシードは、めっきＣｕの工程の後では区別できないので、合金シードとバリアメタルとが積層になったバリアメタルのように見える。合金シードは、製造工程上は、バリアメタル工程のあとであるので、これを区別するために、シード層と呼んでいるが、機能的には、下のバリアメタルと一体となってバリアメタルとして働く。
【００２０】
Ｃｕ配線の信頼性向上の他の技術として、積極的に積層させるバリアメタルの技術がある。例えば、従来のＴａＮ／Ｔａのバリアに対して、ＴａＮ／Ｒｕを用いることにより、ＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）の性能を維持しながら、配線抵抗を下げることができる（例えば、非特許文献３参照。）。この場合、Ｒｕは酸化しにくい材料であるので、ＬＯＷ−Ｋ材料に吸着した酸化剤によるバリアメタルの下からの酸化を防止していると考えられる。
【００２１】
以上のように、シード層をＣｕとＣｕ合金との２層にすることや、バリア層をＴａとＲｕとの２層にすることにより、Ｃｕ配線の信頼性を向上させることができる。なお、これを実際に用いるときには、製造上の再現性と信頼性、同一条件で製造したという保証、装置のスループットの確保などを同時に成立させることが必要である。
【非特許文献１】Ｓ．Ｙｏｋｏｇａｗａ，Ｙ．Ｋａｋｕｈａｒａ，Ｈ．Ｔｓｕｃｈｉｙａ，ａｎｄ Ｋ．Ｋｉｋｕｔａ；Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｄｏｐｉｎｇ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｃｔｓ ｂｙ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅｌ，ＩＲＰＳ（２００７），１１７．
【非特許文献２】Ｍ．Ｈａｎｅｄａ，Ｔ．Ｔａｂｉｒａ，Ｈ．Ｓａｋａｉ，Ｈ．Ｋｕｄｏ，Ｍ．Ｓｕａｎａｙａｍａ，Ｎ．Ｏｈｔｕｋａ，Ａ．Ｔｓｕｋｕｎｅ ａｎｄ Ｎ．Ｓｈｉｍｉｚｕ；Ｓｅｌｆ−ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｂａｒｒｉｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｃｕ−Ｍｎ ａｌｌｏｙ，ＡＤＭＥＴＡ（２００７）１７ｔｈ ａｓｉａｎ ｓｅｓｓｉｏｎ．
【非特許文献３】Ｃ．Ｃ．Ｙａｎｇ，Ｔ．Ｓｐｏｏｎｅｒ，Ｓ．Ｐｏｎｏｔｈ，Ｋ．Ｃｈａｎｄａ，Ａ．Ｓｉｍｏｎ，Ｃ．Ｌａｖｏｉｅ，Ｍ．Ｌａｎｅ，Ｃ．Ｋ．Ｈｕ，Ｅ．Ｌｉｎｉｇｅｒ，Ｌ．Ｇｉｇｎａｃ，Ｔ．Ｓｈａｗ，Ｓ．Ｃｏｈｅｎ，Ｆ．Ｍｃｆｅｅｌｙ，Ｄ．Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ，ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｕ ｆｏｒ Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｃｔｓ，ＩＩＴＣ（２００６），
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上記では、配線の信頼性向上のために、バリア層が酸化されても信頼性を向上させるシード２層の技術やバリア層を２層にする技術があることを説明した。しかしながら、層間膜のガス吸着やウェハの保管や搬送に伴い、バリア層が酸化される現象は、工程上一定のバラツキで発生する。そのため、一定の酸化を許容して信頼性性能を一定にする配線の製造であるならば、酸化の制御は、装置で管理して行う必要がある。これは、一度、装置の外に出してしまうと、その環境暴露に依存して、外部で酸化された量を制御できないためである。そのため、バリア層の厚みや合金シードの厚みに依存させて再現性よく、酸化されたバリアメタルを製造する工程が必要になる。
【００２３】
以上の要求を満たすためには、現実の装置の機能と性能とが課題となる。例えば、シード層を２層にしたことにより、異なる材料を２層スパッタリングするために、ターゲットの異なるチャンバーが必要となる。そこで、まず、第１に、製造装置のスループットの点から、この工程が増加することが課題となる。
【００２４】
例えば、図６において、シードの工程を増やすと、従来構成のチャンバーのうち、どれかを増加したシードの工程に当てなくてはならない。すなわち、４つのチャンバーで一貫処理を行うことになる。図４に、単純に、工程を連続させたチャンバー構成の例を示す。図４の例では、チャンバー１で、プレクリーン工程を、チャンバー２で、バリアメタル工程を行い、チャンバー３の工程では、合金シードをつけ、チャンバー４の工程では、Ｃｕシードをつけることで、チャンバー３とチャンバー４とで、２層シード行程５１を行う。
【００２５】
一方、図６に示した従来の装置は、６チャンバー構成であり、それぞれ２系統のプレクリーン、バリアメタル、シード用チャンバーを有しているため、２つあるシード用チャンバーの一方を合金シードに転用すれば、６チャンバー構成でも一貫工程を構成することができる。
【００２６】
しかしながら、２つのシード工程のうちのそれぞれのタクト時間が半分以下にならない限り、４工程一貫処理を６チャンバーの構成で行うと、装置１台あたりのスループットが低下して、コストの課題が生じる。つまり、配線の信頼性向上のために、２層シードの４工程一貫処理を導入すると、６チャンバー装置では、経済効率が低下し、信頼性に係る薄膜の厚みや組成の制御の課題も浮上してくるという問題がある。
【００２７】
一方、合金シードを用いて、高い信頼性と低い配線抵抗を達成するためには、添加元素の濃度が高い、薄膜の合金シードを用いればよいことを上記で説明したが、現行のデュアルダマシンプロセスでは、シード作成後に電解めっきでビア／配線層をＣｕで埋め込んでいるため、薄膜の合金シードを用いると、シード層の電気抵抗が高くなって、電解めっきの均一制御が難しくなるという問題が生じる。また、シード層が薄くなると、電解めっき時に、シードが溶解して、埋め込みが難しくなるという問題も生じる。
【００２８】
このように、めっき前のシード層の厚みをウェハ毎に、精密にかつ再現性よく制御する管理が製造上の課題となる。従来の製造装置においては、２系統独立して工程処理を行っているために、仮に、合金シード層の工程を単純に追加して独立２系統にすると、チャンバーのターゲットの減り具合のバラツキが処理枚数に応じて増加し、同じ装置であるにも係わらず、薄い合金シード層の同一レシピーによるロット内管理ができないという製造管理上の課題が生じる。
【００２９】
そこで、上記の課題を解決するためには、処理時間の短い薄膜の合金シードのチャンバー数を他の工程のチャンバー数よりも少なくする、または、共通チャンバーで形成した後に、同一装置内で純Ｃｕシードを適正膜厚まで上乗せして、この２層シードを電解めっきのシード層として用いることが安定制御の観点から適切であると考えられる。
【００３０】
これは、バリア層を異なる２層メタルの積層構造にして配線の信頼性を向上させるときも同様である。この工程の流れを図３に示す。図３において、チャンバー１では、プレクリーニング工程を、チャンバー２では、バリアメタル工程を行う。チャンバー３では、異種のバリアメタルの工程を、チャンバー４では、Ｃｕシードをつける工程を行う。
【００３１】
また、図３では、２層バリアメタルの工程６１は、チャンバー２とチャンバー３とを用いる。しかし、２種類のバリア工程のタクト時間が前工程または後工程のタクト時間の半分にならない限り、４工程一貫処理では、６チャンバー装置１台あたりのスループットが低下するという問題を生じる。
【００３２】
ここで、バリアメタル層の厚みが配線の信頼性の制御に重要な要素であるのは、シード層を２層にするときと同様である。つまり、バリア層が薄いため、ウェハ毎に、精密に再現性よく制御する管理が製造上の課題となる。
【００３３】
図６に示した従来のバリア／シード製造装置３０においては、独立２系統で３つの工程を行っているため、仮に、バリア層を単純に追加して独立２系統にすると、スパッタのとき、チャンバーのターゲットの減り具合のバラツキが、また、ＣＶＤ膜のバリアメタルのときには、チャンバー間の成長速度の差や不純物の巻き込み量が、バリア処理枚数に依存して発生し、同じ装置であるにも係わらず、バリア層のロット内管理ができないという製造管理上の課題が生じる。
【００３４】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の高いスループットを維持しつつ、バリアメタルの酸化工程の追加や異なる種類のシード層の積層、バリア層の積層等を行い、配線の信頼性を向上させる半導体装置の製造装置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】
【００３５】
本発明は、上記した課題を解決するために以下の事項を提案している。
【００３６】
（１）本発明は、Ｃｕ配線を形成するためのバリアメタルおよびシード層を成膜する半導体装置の製造装置であって、前記バリアメタル成膜前のプレクリーン工程、バリアメタル成膜工程、シード層成膜工程のための装置内のチャンバー数が８以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００３７】
（２）本発明は、（１）の半導体装置の製造装置について、前記シード層成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００３８】
（３）本発明は、（１）または（２）の半導体装置の製造装置について、純Ｃｕシード層を成膜するためのチャンバーと、Ｃｕを含む合金シード層を成膜するためのチャンバーとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００３９】
（４）本発明は、（３）の半導体装置の製造装置について、前記合金シード層が、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｒｕの少なくとも１つを含むことを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４０】
（５）本発明は、（１）の半導体装置の製造装置について、前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４１】
（６）本発明は、（１）または（５）の半導体装置の製造装置について、前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバーのうち、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｕを含む合金の少なくとも２種類のバリアメタルを成膜するためのチャンバーを備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４２】
（７）本発明は、（１）または（４）の半導体装置の製造装置について、前記シード層成膜工程において、前記バリアメタル成膜後に、その表面を装置内で酸化させ、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４３】
（８）本発明は、（７）の半導体装置の製造装置について、１０−３Ｐａ以上の全圧で、かつ、酸素を含む雰囲気に前記バリアメタルを成長させたウェハを曝すことにより、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、装置の高いスループットを維持しつつ、バリアメタルの酸化工程の追加や異なる種類のシード層の積層、バリア層の積層等を行い配線の信頼性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００４６】
＜第１の実施形態＞
図１を用いて、本発明の第１の実施形態について、説明する。
【００４７】
図１は、８チャンバーの２層Ｃｕシード装置のチャンバー構成例を示している。
図１に示すように、チャンバー１から３は、プレクリーンのチャンバーであり、チャンバー４および５は、バリアメタルのチャンバーである。また、チャンバー６は、ＣｕにＭｎを添加した合金シードのスパッタリングチャンバーであり、チャンバー７および８は、Ｃｕシードのスパッタリングチャンバーである。
【００４８】
チャンバー１からチャンバー８までの８つのチャンバーが一貫処理Ｃｕバリア／シード製造装置７１を形成する構成である。なお、合金シードの工程のタクト時間は、短いため、１つのチャンバーで構成され、プレクリーンの工程のタクト時間は、相対的に長いため、３つのチャンバーで構成されている、これにより、装置全体のスループットの低下を防止することができる。
【００４９】
プレクリーン工程が終了すると、ウェハは、搬送経路の矢印を通り、バリアメタルの工程に運ばれる。バリアメタルのスパッタリング工程を終了すると、チャンバーの真空度を１０-２Ｐａに酸素を導入することにより酸化工程を行う。これにより、バリアメタル表面に酸化膜が形成される。この酸化膜形成は、Ｃｕシード／合金シードの界面組成をＳＩＭＳ分析することにより確かめられる。
【００５０】
ウェハは、搬送経路の矢印を通り、チャンバー６に運ばれる。なお、チャンバー６は、１つで構成されている。すべてのウェハは、共通の合金シードチャンバー６で処理されるので、チャンバー間の差が生じない。したがって、配線の信頼性を保証する合金シード層が装置１台ごとに管理されることになる。
【００５１】
合金シードの工程が終了すると、搬送経路の矢印を通り、ウェハは、Ｃｕシードチャンバー７および８に運ばれる。なお、合金シードチャンバーでは、Ｍｎの添加されたＣｕシードがスパッタリングされる例を示したが、この合金は、Ａｌ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎの少なくとも１つを含む合金であってもよい。
【００５２】
また、酸化工程をバリアメタルのチャンバーで行う例を示したが、圧力を上昇させてあるウェハ搬送のロボット室やロードロック室にウェハを搬送することによって、酸化工程を行ってもよい。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、薄い合金シードのチャンバーを他の工程よりも減らして、または、共通に統一して処理することにより、同一装置で処理するウェハは共通に管理される合金シードで配線が製造される。これにより、チャンバー間のバラツキを排除することができる。なお、Ｃｕシードは、安定なめっきに必要な程度に、厚い管理幅を設定して、管理してよい。
【００５４】
また、同様に、バリアメタルもバラツキの管理が難しい、薄い方のバリアメタル層のチャンバーを統一して、装置内で処理するウェハは、共通の薄膜バリアチャンバーで処理する。仮に、統一をすれば、同一装置で処理するウェハは、すべて共通に管理される薄膜バリアで配線が製造される。これにより、チャンバー間バラツキの課題を排除することができる。
【００５５】
また、薄い方の膜の成長時間は、厚い方の膜の成長時間よりも短く設定することができる。すなわち、タクト時間が短い工程は、チャンバーが１つでもスループットの低下につながらない。
【００５６】
また、最も時間を要するプレクリーンを独立の２系統にするのではなく、３チャンバーに増設することで、プレクリーン工程全体のタクト時間を短時間処理または、１チャンバー工程のタクト時間に近づけることができる。また、薄膜の合金シード層チャンバーまたは、薄膜のバリア層チャンバーを１系統にすることにより、装置全体の管理とスループットの改善を図ることができる。
【００５７】
さらに、タクト時間によっては、チャンバー数を８以上にする必要がある。これにより、２層シードや積層バリアメタルを適用した場合に、スループットのボトルネック工程になることを回避でき、スループットの低下を防止することができる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
図２を用いて、本発明の第２の実施形態について、説明する。
【００５９】
図２は、積層バリア工程のための８チャンバーの装置例を示している。
図２に示すように、チャンバー１からチャンバー３は、プレクリーンチャンバーであり、チャンバー４および５は、バリアメタル１のチャンバーである。ここで、バリアメタル１は、ＴａＮである。また、チャンバー６は、バリアメタル２のチャンバーである。ここで、バリアメタル２は、Ｒｕである。チャンバー７および８は、Ｃｕシードのスパッタリングチャンバーである。
【００６０】
チャンバー１からチャンバー８までの８つのチャンバーが一貫処理Ｃｕバリア／シード製造装置８１を形成する構成である。なお、バリアメタル２の工程のタクト時間は、短いため、１つのチャンバーで構成され、プレクリーンの工程のタクト時間は、相対的に長いため、３つのチャンバーで構成されている、これにより、装置全体のスループットの低下を防止することができる。
【００６１】
プレクリーン工程が終了すると、ウェハは、搬送経路の矢印を通り、バリアメタル１の工程に運ばれる。バリアメタル１の工程を終了すると、ウェハは、搬送経路の矢印を通り、チャンバー６に運ばれる。ここで、チャンバー６は、１つであるため、すべてのウェハは、共通のバリアメタル２のチャンバー６で処理される。このため、チャンバー間の差が生じない。したがって、配線の信頼性を保証するバリアメタル２の層が装置１台ごとに管理されることになる。バリアメタル２の工程を終了すると、搬送経路の矢印を通り、ウェハは、Ｃｕシードチャンバー７および８に運ばれる。
【００６２】
なお、バリアメタル１として、ＴａＮ、バリアメタル２としてＲｕの例を示したが、バリアメタルは、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｕを含む合金のうち、少なくともＡｌ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎの少なくとも１つを含む合金で上記２種類のメタルを含むバリアメタルであってもよい。
【００６３】
以上、説明したように本実施形態によれば、バリアメタルの工程時間は、シード工程の時間よりも長いため、２チャンバーを備えている。スパッタ装置は、通常１０−６Ｐａ以下に維持されるが、バリアメタルのスパッタリングの後に、１０−３ないし１０−１Ｐａの圧力に上昇させると、バリアメタル表面は、管理された酸化膜を形成する。なお、排気量を低くしても酸素または酸素を含むガスを導入して制御してもよい。
【００６４】
また、最も時間を要するプレクリーンを独立の２系統にするのではなく、３チャンバーに増設することで、プレクリーン工程全体のタクト時間を短時間処理または、１チャンバー工程のタクト時間に近づけることができる。また、薄膜の合金シード層チャンバーまたは、薄膜のバリア層チャンバーを１系統にすることにより、装置全体の管理とスループットの改善を図ることができる。
【００６５】
さらに、タクト時間によっては、チャンバー数を８以上にする必要がある。これにより、２層シードや積層バリアメタルを適用した場合に、スループットのボトルネック工程になることを回避でき、スループットの低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
２層のシード層や積層のバリアメタルを用いる信頼性の確保は、現在の３００ｍｍウェハの製造で必要になったが、４５０ｍｍウェハを用いる時代にも、本発明は、必須の技術となり、有効な装置技術となる。
【００６７】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の実施形態に係る２層Ｃｕシード装置のチャンバー構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態に係る積層バリア装置のチャンバー構成を示す図である。
【図３】従来例に係る積層バリアを行うチャンバー構成を示す図である。
【図４】従来例に係る２層Ｃｕシードを行うチャンバー構成を示す図である。
【図５】従来例に係るシード工程までの断面構造を示す図である。
【図６】従来例に係るバリア／シード装置のチャンバー構成を示す図である。
【図７】従来例に係るバリアメタル工程の断面構造を示す図である。
【図８】従来例に係るＣｕ配線のバリア／シード工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１・・・バリア・シード装置
２１、２６、４５・・・Ｔａバリアメタル
２２、４１・・・Ｃｕ配線
２３、４２・・・層間膜
２４、４４・・・トレンチ
２５、４３・・・ビア
３０・・・Ｃｕ
３１、３４・・・プレクリーンのチャンバー
３２、３５・・・バリアメタルのチャンバー
３３、３６・・・Ｃｕシードのチャンバー
４６・・・Ｃｕシード
４７・・・合金シード
５１・・・２層シードの工程
６１・・・積層バリアメタルの工程
７１・・・一貫処理Ｃｕバリア／シード装置
８１・・・一貫処理Ｃｕバリア／シード装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｕ配線を形成するためのバリアメタルおよびシード層を成膜する半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩの製造にＣｕ配線が用いられている。このＣｕ配線は、層間膜内に設けられた接続孔（ビア）と配線溝に、めっき法により、Ｃｕを埋め込み、埋め込んだＣｕをＣＭＰ（化学機械研磨）法により、平坦に研磨して、ビアと配線を形成する。
【０００３】
図８は、従来のＣｕ配線におけるバリア／シード工程を示す図であり、バリア／シード成膜装置１１内では、脱ガス処理からめっき前までの工程が行われる。ここで、工程１は、デュアルダマシン工程において、ビアおよび配線の加工を行った後で、層間絶縁膜に吸着した水や酸素などの大気成分を除去するための脱ガス工程である。
【０００４】
工程２は、ビアをエッチング加工した後に、基板を大気に曝すことにより酸化された下層配線のビアコンタクト部のＣｕ酸化膜を除去して、ビアのコンタクト抵抗を小さくするためのプレクリーン工程である。工程３は、Ｃｕが、層間絶縁膜に拡散することを防止するためのバリアメタル成膜工程である。工程４は、Ｃｕのめっき成長のための初期膜（以下、シード膜という。）を生成する工程である。工程５は、Ｃｕのめっき工程である。上記、５つの工程のうち、工程１から工程４までが１つの装置（バリア／シード成膜装置１１）で行われる。
【０００５】
工程１では、ランプやヒーターなどで基板ウェハを２００℃から３００℃に加熱して、基板ウェハからのガスの放出を促進させる。工程２では、ランプやヒーターなどで基板ウェハを２００℃から３００℃に加熱しながら、かつ、水素などの還元ガスを導入して、下層配線のＣｕ表面の酸化物を除去する。もしくは水素を含むガスプラズマによりＣｕ表面の酸化膜を除去する。
【０００６】
工程３では、バリア膜としてのＴａをスパッタでつける。この工程は、通常、図７に示すように、３つの個別工程から成り立っている。つまり、図７（Ａ）では、スパッタリングでＴａ２１を層間膜２３につける。図７（Ｂ）では、Ａｒスパッタリングで、トレンチ２４を形成し、ビア２５底面のＴａ２１を除去して、下層のＣｕ配線２２の内部までエッチングを行う。図７（Ｃ）では、スパッタリングで、再び、Ｔａ２６をつける。工程４では、ＣｕめっきのためのシードＣｕをスパッタリングでつける。
【０００７】
通常、工程１から工程４までは、それぞれ別のチャンバー（処理室）で行われる。なお、工程１の脱ガスは、装置に備えられた小室で処理されることが多いため、ここでは、工程２のプレクリーンから工程４のシード層成膜までの工程を考える。
【０００８】
図６に、従来のバリア／シード装置のチャンバー構成を示す。各チャンバー１から６に、基板ウェハが真空ロボットで搬送されて、装置内で一貫処理される。このような一貫処理が２系統同時に行われる装置は、６つのチャンバーを持っている。ここで、チャンバー３１と３４は、プレクリーンのチャンバーであり、チャンバー３２と３５は、バリアメタルのチャンバーであり、３３と３６は、Ｃｕシードのチャンバーである。通常、３００ｍｍ基板を処理するバリア／シード成膜装置３０は、このように、プレクリーン、バリアメタル、Ｃｕシードの工程を行う６つのチャンバーから構成されている。
【０００９】
ここで、配線の信頼性の確保には、バリアメタルが支配的な役割を有する。バリア材料としては、例えば、ＴａＮ／Ｔａの積層膜やＴａ単層膜が選択される。バリア膜の役割は、Ｃｕのボイドの発生防止やＣｕの層間膜への拡散防止、はがれ防止などである。なお、デバイスを微細化させるためには、このバリア材料を薄くしてビア内面に均一に付着させて、信頼性を確保しなければならない。しかし、バリア材料を薄くすると、側面のストライエイションによる被覆欠陥が生じるほか、膜全体が、層間膜の吸着酸素や水分で酸化されてバリア機能を失うという欠陥、ピンホール欠陥などがある。そのため、こうした欠陥を補う技術が必要である。
【００１０】
例えば、Ｃｕ配線の信頼性を高める技術として、合金シールドを用いる方法が知られている。合金シールドとして、ＣｕＡｌ合金を用いると、ＳＩＶ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｖｏｉｄｉｎｇ）やＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）耐性を向上させることができることが多くの論文等で報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１１】
また、添加元素としてＭｎを用いると、酸化したバリアメタルのバリア機能をＭｎが修復するため、従来に比べて、薄いバリアメタルを用いても配線の信頼性を格段に向上させることができることが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１２】
しかしながら、合金シードを用いた場合の一般的な課題として、配線抵抗の上昇が挙げられる。非特許文献１の図６には、シード層の厚みを変えた時の配線抵抗特性が示されている。これによると、同じＡｌ濃度のＣｕＡl合金を用いた場合、シード層を薄くした方が、配線幅によらず、配線抵抗を下げられることがわかる。
【００１３】
一方、合金シードで配線抵抗を下げる方法として、合金の添加元素の濃度を下げることが考えられる。しかし、極限として、純Ｃｕ配線と同等の配線抵抗にするためには、合金の添加元素の濃度を配線抵抗に影響を与えない濃度まで下げることが必要になると考えられる。ところが、合金シードの効果により、Ｃｕ配線の信頼性を向上させるためには、合金の添加元素の濃度は高い方が、好ましいため、ここに、配線抵抗と信頼性とのトレードオフが存在する。
【００１４】
合金を用いたＣｕ配線の信頼性向上のためのメカニズムには、様々な要因が考えられるが、例えば、非特許文献２の図１には、信頼性向上のためのメカニズムとして、酸化したＴａのバリア機能をＭｎで修復することにより、強固なＴａ／Ｃｕ界面を作ることができるため、信頼性が向上すると述べられている。また、非特許文献１の図８からも、Ａｌが配線周囲のＴａやＳｉＣＮバリアと反応していることが判る。これは、酸化される性質の強いＡｌやＭｎに酸化したＴａやＳｉＣＮ中の残留酸素が反応して、信頼性を向上させる効果があるものと考えられる。
【００１５】
このように、合金元素が周囲のバリアメタルやＳｉＣＮバリアと反応して信頼性が向上するのであれば、Ｃｕ配線中に添加元素が残留している必要はなく、配線抵抗とのトレードオフは解消されることになる。ただし、この場合でも、より効率的に合金元素が周囲のバリアメタルやＳｉＣＮバリアと反応するためには、バリアに接している合金シードの添加元素濃度は高い方が望ましい。
【００１６】
図５に、ダマシン構造のビアとトレンチの断面構造を示す。ここで、図５（Ａ）は、従来の１層のシードの構成であり、下層Ｃｕ配線４１の上に層間膜４２があり、ビア４３とトレンチ４４とが形成されている。また、バリアメタルＴａ４５とＣｕシード４６とが積層されている。
【００１７】
図５（Ｂ）は、従来のＣｕシードの下に、非特許文献１あるいは非特許文献２にある合金シードを挿入した２層シードの構造の模式図である。ここで、Ｔａバリア４５の上に合金シード４７と従来のＣｕシード４６の２層が積層されて、２層のシード層が形成されている。以上が、２層のシード層による配線の信頼性向上の技術である。
【００１８】
非特許文献２によれば、信頼性の向上は、バリアメタルＴａが酸化されて形成されたＴａ酸化層の酸素と、合金Ｃｕシード中のＭｎが拡散して、Ｔａ酸化膜に侵入し、Ｔａ−Ｍｎ−Ｏの金属酸化物層ができるためであると解説されている。この金属酸化物の厚みは、バリアメタルの酸化物層の厚みに依存するのは当然であるので、このバリアメタルの酸化量の制御が、この技術の場合、重要となる。
【００１９】
合金Ｃｕシードは、めっきＣｕの工程の後では区別できないので、合金シードとバリアメタルとが積層になったバリアメタルのように見える。合金シードは、製造工程上は、バリアメタル工程のあとであるので、これを区別するために、シード層と呼んでいるが、機能的には、下のバリアメタルと一体となってバリアメタルとして働く。
【００２０】
Ｃｕ配線の信頼性向上の他の技術として、積極的に積層させるバリアメタルの技術がある。例えば、従来のＴａＮ／Ｔａのバリアに対して、ＴａＮ／Ｒｕを用いることにより、ＥＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）の性能を維持しながら、配線抵抗を下げることができる（例えば、非特許文献３参照。）。この場合、Ｒｕは酸化しにくい材料であるので、ＬＯＷ−Ｋ材料に吸着した酸化剤によるバリアメタルの下からの酸化を防止していると考えられる。
【００２１】
以上のように、シード層をＣｕとＣｕ合金との２層にすることや、バリア層をＴａとＲｕとの２層にすることにより、Ｃｕ配線の信頼性を向上させることができる。なお、これを実際に用いるときには、製造上の再現性と信頼性、同一条件で製造したという保証、装置のスループットの確保などを同時に成立させることが必要である。
【非特許文献１】Ｓ．Ｙｏｋｏｇａｗａ，Ｙ．Ｋａｋｕｈａｒａ，Ｈ．Ｔｓｕｃｈｉｙａ，ａｎｄ Ｋ．Ｋｉｋｕｔａ；Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｄｏｐｉｎｇ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｃｔｓ ｂｙ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅｌ，ＩＲＰＳ（２００７），１１７．
【非特許文献２】Ｍ．Ｈａｎｅｄａ，Ｔ．Ｔａｂｉｒａ，Ｈ．Ｓａｋａｉ，Ｈ．Ｋｕｄｏ，Ｍ．Ｓｕａｎａｙａｍａ，Ｎ．Ｏｈｔｕｋａ，Ａ．Ｔｓｕｋｕｎｅ ａｎｄ Ｎ．Ｓｈｉｍｉｚｕ；Ｓｅｌｆ−ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｂａｒｒｉｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｃｕ−Ｍｎ ａｌｌｏｙ，ＡＤＭＥＴＡ（２００７）１７ｔｈ ａｓｉａｎ ｓｅｓｓｉｏｎ．
【非特許文献３】Ｃ．Ｃ．Ｙａｎｇ，Ｔ．Ｓｐｏｏｎｅｒ，Ｓ．Ｐｏｎｏｔｈ，Ｋ．Ｃｈａｎｄａ，Ａ．Ｓｉｍｏｎ，Ｃ．Ｌａｖｏｉｅ，Ｍ．Ｌａｎｅ，Ｃ．Ｋ．Ｈｕ，Ｅ．Ｌｉｎｉｇｅｒ，Ｌ．Ｇｉｇｎａｃ，Ｔ．Ｓｈａｗ，Ｓ．Ｃｏｈｅｎ，Ｆ．Ｍｃｆｅｅｌｙ，Ｄ．Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ，ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｕ ｆｏｒ Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｃｔｓ，ＩＩＴＣ（２００６），
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上記では、配線の信頼性向上のために、バリア層が酸化されても信頼性を向上させるシード２層の技術やバリア層を２層にする技術があることを説明した。しかしながら、層間膜のガス吸着やウェハの保管や搬送に伴い、バリア層が酸化される現象は、工程上一定のバラツキで発生する。そのため、一定の酸化を許容して信頼性性能を一定にする配線の製造であるならば、酸化の制御は、装置で管理して行う必要がある。これは、一度、装置の外に出してしまうと、その環境暴露に依存して、外部で酸化された量を制御できないためである。そのため、バリア層の厚みや合金シードの厚みに依存させて再現性よく、酸化されたバリアメタルを製造する工程が必要になる。
【００２３】
以上の要求を満たすためには、現実の装置の機能と性能とが課題となる。例えば、シード層を２層にしたことにより、異なる材料を２層スパッタリングするために、ターゲットの異なるチャンバーが必要となる。そこで、まず、第１に、製造装置のスループットの点から、この工程が増加することが課題となる。
【００２４】
例えば、図６において、シードの工程を増やすと、従来構成のチャンバーのうち、どれかを増加したシードの工程に当てなくてはならない。すなわち、４つのチャンバーで一貫処理を行うことになる。図４に、単純に、工程を連続させたチャンバー構成の例を示す。図４の例では、チャンバー１で、プレクリーン工程を、チャンバー２で、バリアメタル工程を行い、チャンバー３の工程では、合金シードをつけ、チャンバー４の工程では、Ｃｕシードをつけることで、チャンバー３とチャンバー４とで、２層シード行程５１を行う。
【００２５】
一方、図６に示した従来の装置は、６チャンバー構成であり、それぞれ２系統のプレクリーン、バリアメタル、シード用チャンバーを有しているため、２つあるシード用チャンバーの一方を合金シードに転用すれば、６チャンバー構成でも一貫工程を構成することができる。
【００２６】
しかしながら、２つのシード工程のうちのそれぞれのタクト時間が半分以下にならない限り、４工程一貫処理を６チャンバーの構成で行うと、装置１台あたりのスループットが低下して、コストの課題が生じる。つまり、配線の信頼性向上のために、２層シードの４工程一貫処理を導入すると、６チャンバー装置では、経済効率が低下し、信頼性に係る薄膜の厚みや組成の制御の課題も浮上してくるという問題がある。
【００２７】
一方、合金シードを用いて、高い信頼性と低い配線抵抗を達成するためには、添加元素の濃度が高い、薄膜の合金シードを用いればよいことを上記で説明したが、現行のデュアルダマシンプロセスでは、シード作成後に電解めっきでビア／配線層をＣｕで埋め込んでいるため、薄膜の合金シードを用いると、シード層の電気抵抗が高くなって、電解めっきの均一制御が難しくなるという問題が生じる。また、シード層が薄くなると、電解めっき時に、シードが溶解して、埋め込みが難しくなるという問題も生じる。
【００２８】
このように、めっき前のシード層の厚みをウェハ毎に、精密にかつ再現性よく制御する管理が製造上の課題となる。従来の製造装置においては、２系統独立して工程処理を行っているために、仮に、合金シード層の工程を単純に追加して独立２系統にすると、チャンバーのターゲットの減り具合のバラツキが処理枚数に応じて増加し、同じ装置であるにも係わらず、薄い合金シード層の同一レシピーによるロット内管理ができないという製造管理上の課題が生じる。
【００２９】
そこで、上記の課題を解決するためには、処理時間の短い薄膜の合金シードのチャンバー数を他の工程のチャンバー数よりも少なくする、または、共通チャンバーで形成した後に、同一装置内で純Ｃｕシードを適正膜厚まで上乗せして、この２層シードを電解めっきのシード層として用いることが安定制御の観点から適切であると考えられる。
【００３０】
これは、バリア層を異なる２層メタルの積層構造にして配線の信頼性を向上させるときも同様である。この工程の流れを図３に示す。図３において、チャンバー１では、プレクリーニング工程を、チャンバー２では、バリアメタル工程を行う。チャンバー３では、異種のバリアメタルの工程を、チャンバー４では、Ｃｕシードをつける工程を行う。
【００３１】
また、図３では、２層バリアメタルの工程６１は、チャンバー２とチャンバー３とを用いる。しかし、２種類のバリア工程のタクト時間が前工程または後工程のタクト時間の半分にならない限り、４工程一貫処理では、６チャンバー装置１台あたりのスループットが低下するという問題を生じる。
【００３２】
ここで、バリアメタル層の厚みが配線の信頼性の制御に重要な要素であるのは、シード層を２層にするときと同様である。つまり、バリア層が薄いため、ウェハ毎に、精密に再現性よく制御する管理が製造上の課題となる。
【００３３】
図６に示した従来のバリア／シード製造装置３０においては、独立２系統で３つの工程を行っているため、仮に、バリア層を単純に追加して独立２系統にすると、スパッタのとき、チャンバーのターゲットの減り具合のバラツキが、また、ＣＶＤ膜のバリアメタルのときには、チャンバー間の成長速度の差や不純物の巻き込み量が、バリア処理枚数に依存して発生し、同じ装置であるにも係わらず、バリア層のロット内管理ができないという製造管理上の課題が生じる。
【００３４】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の高いスループットを維持しつつ、バリアメタルの酸化工程の追加や異なる種類のシード層の積層、バリア層の積層等を行い、配線の信頼性を向上させる半導体装置の製造装置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】
【００３５】
本発明は、上記した課題を解決するために以下の事項を提案している。
【００３６】
（１）本発明は、Ｃｕ配線を形成するためのバリアメタルおよびシード層を成膜する半導体装置の製造装置であって、前記バリアメタル成膜前のプレクリーン工程、バリアメタル成膜工程、シード層成膜工程のための装置内のチャンバー数が８以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００３７】
（２）本発明は、（１）の半導体装置の製造装置について、前記シード層成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００３８】
（３）本発明は、（１）または（２）の半導体装置の製造装置について、純Ｃｕシード層を成膜するためのチャンバーと、Ｃｕを含む合金シード層を成膜するためのチャンバーとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００３９】
（４）本発明は、（３）の半導体装置の製造装置について、前記合金シード層が、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｒｕの少なくとも１つを含むことを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４０】
（５）本発明は、（１）の半導体装置の製造装置について、前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４１】
（６）本発明は、（１）または（５）の半導体装置の製造装置について、前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバーのうち、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｕを含む合金の少なくとも２種類のバリアメタルを成膜するためのチャンバーを備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４２】
（７）本発明は、（１）または（４）の半導体装置の製造装置について、前記シード層成膜工程において、前記バリアメタル成膜後に、その表面を装置内で酸化させ、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【００４３】
（８）本発明は、（７）の半導体装置の製造装置について、１０−３Ｐａ以上の全圧で、かつ、酸素を含む雰囲気に前記バリアメタルを成長させたウェハを曝すことにより、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする半導体装置の製造装置を提案している。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、装置の高いスループットを維持しつつ、バリアメタルの酸化工程の追加や異なる種類のシード層の積層、バリア層の積層等を行い配線の信頼性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００４６】
＜第１の実施形態＞
図１を用いて、本発明の第１の実施形態について、説明する。
【００４７】
図１は、８チャンバーの２層Ｃｕシード装置のチャンバー構成例を示している。
図１に示すように、チャンバー１から３は、プレクリーンのチャンバーであり、チャンバー４および５は、バリアメタルのチャンバーである。また、チャンバー６は、ＣｕにＭｎを添加した合金シードのスパッタリングチャンバーであり、チャンバー７および８は、Ｃｕシードのスパッタリングチャンバーである。
【００４８】
チャンバー１からチャンバー８までの８つのチャンバーが一貫処理Ｃｕバリア／シード製造装置７１を形成する構成である。なお、合金シードの工程のタクト時間は、短いため、１つのチャンバーで構成され、プレクリーンの工程のタクト時間は、相対的に長いため、３つのチャンバーで構成されている、これにより、装置全体のスループットの低下を防止することができる。
【００４９】
プレクリーン工程が終了すると、ウェハは、搬送経路の矢印を通り、バリアメタルの工程に運ばれる。バリアメタルのスパッタリング工程を終了すると、チャンバーの真空度を１０-２Ｐａに酸素を導入することにより酸化工程を行う。これにより、バリアメタル表面に酸化膜が形成される。この酸化膜形成は、Ｃｕシード／合金シードの界面組成をＳＩＭＳ分析することにより確かめられる。
【００５０】
ウェハは、搬送経路の矢印を通り、チャンバー６に運ばれる。なお、チャンバー６は、１つで構成されている。すべてのウェハは、共通の合金シードチャンバー６で処理されるので、チャンバー間の差が生じない。したがって、配線の信頼性を保証する合金シード層が装置１台ごとに管理されることになる。
【００５１】
合金シードの工程が終了すると、搬送経路の矢印を通り、ウェハは、Ｃｕシードチャンバー７および８に運ばれる。なお、合金シードチャンバーでは、Ｍｎの添加されたＣｕシードがスパッタリングされる例を示したが、この合金は、Ａｌ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎの少なくとも１つを含む合金であってもよい。
【００５２】
また、酸化工程をバリアメタルのチャンバーで行う例を示したが、圧力を上昇させてあるウェハ搬送のロボット室やロードロック室にウェハを搬送することによって、酸化工程を行ってもよい。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、薄い合金シードのチャンバーを他の工程よりも減らして、または、共通に統一して処理することにより、同一装置で処理するウェハは共通に管理される合金シードで配線が製造される。これにより、チャンバー間のバラツキを排除することができる。なお、Ｃｕシードは、安定なめっきに必要な程度に、厚い管理幅を設定して、管理してよい。
【００５４】
また、同様に、バリアメタルもバラツキの管理が難しい、薄い方のバリアメタル層のチャンバーを統一して、装置内で処理するウェハは、共通の薄膜バリアチャンバーで処理する。仮に、統一をすれば、同一装置で処理するウェハは、すべて共通に管理される薄膜バリアで配線が製造される。これにより、チャンバー間バラツキの課題を排除することができる。
【００５５】
また、薄い方の膜の成長時間は、厚い方の膜の成長時間よりも短く設定することができる。すなわち、タクト時間が短い工程は、チャンバーが１つでもスループットの低下につながらない。
【００５６】
また、最も時間を要するプレクリーンを独立の２系統にするのではなく、３チャンバーに増設することで、プレクリーン工程全体のタクト時間を短時間処理または、１チャンバー工程のタクト時間に近づけることができる。また、薄膜の合金シード層チャンバーまたは、薄膜のバリア層チャンバーを１系統にすることにより、装置全体の管理とスループットの改善を図ることができる。
【００５７】
さらに、タクト時間によっては、チャンバー数を８以上にする必要がある。これにより、２層シードや積層バリアメタルを適用した場合に、スループットのボトルネック工程になることを回避でき、スループットの低下を防止することができる。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
図２を用いて、本発明の第２の実施形態について、説明する。
【００５９】
図２は、積層バリア工程のための８チャンバーの装置例を示している。
図２に示すように、チャンバー１からチャンバー３は、プレクリーンチャンバーであり、チャンバー４および５は、バリアメタル１のチャンバーである。ここで、バリアメタル１は、ＴａＮである。また、チャンバー６は、バリアメタル２のチャンバーである。ここで、バリアメタル２は、Ｒｕである。チャンバー７および８は、Ｃｕシードのスパッタリングチャンバーである。
【００６０】
チャンバー１からチャンバー８までの８つのチャンバーが一貫処理Ｃｕバリア／シード製造装置８１を形成する構成である。なお、バリアメタル２の工程のタクト時間は、短いため、１つのチャンバーで構成され、プレクリーンの工程のタクト時間は、相対的に長いため、３つのチャンバーで構成されている、これにより、装置全体のスループットの低下を防止することができる。
【００６１】
プレクリーン工程が終了すると、ウェハは、搬送経路の矢印を通り、バリアメタル１の工程に運ばれる。バリアメタル１の工程を終了すると、ウェハは、搬送経路の矢印を通り、チャンバー６に運ばれる。ここで、チャンバー６は、１つであるため、すべてのウェハは、共通のバリアメタル２のチャンバー６で処理される。このため、チャンバー間の差が生じない。したがって、配線の信頼性を保証するバリアメタル２の層が装置１台ごとに管理されることになる。バリアメタル２の工程を終了すると、搬送経路の矢印を通り、ウェハは、Ｃｕシードチャンバー７および８に運ばれる。
【００６２】
なお、バリアメタル１として、ＴａＮ、バリアメタル２としてＲｕの例を示したが、バリアメタルは、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｕを含む合金のうち、少なくともＡｌ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｓｎの少なくとも１つを含む合金で上記２種類のメタルを含むバリアメタルであってもよい。
【００６３】
以上、説明したように本実施形態によれば、バリアメタルの工程時間は、シード工程の時間よりも長いため、２チャンバーを備えている。スパッタ装置は、通常１０−６Ｐａ以下に維持されるが、バリアメタルのスパッタリングの後に、１０−３ないし１０−１Ｐａの圧力に上昇させると、バリアメタル表面は、管理された酸化膜を形成する。なお、排気量を低くしても酸素または酸素を含むガスを導入して制御してもよい。
【００６４】
また、最も時間を要するプレクリーンを独立の２系統にするのではなく、３チャンバーに増設することで、プレクリーン工程全体のタクト時間を短時間処理または、１チャンバー工程のタクト時間に近づけることができる。また、薄膜の合金シード層チャンバーまたは、薄膜のバリア層チャンバーを１系統にすることにより、装置全体の管理とスループットの改善を図ることができる。
【００６５】
さらに、タクト時間によっては、チャンバー数を８以上にする必要がある。これにより、２層シードや積層バリアメタルを適用した場合に、スループットのボトルネック工程になることを回避でき、スループットの低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
２層のシード層や積層のバリアメタルを用いる信頼性の確保は、現在の３００ｍｍウェハの製造で必要になったが、４５０ｍｍウェハを用いる時代にも、本発明は、必須の技術となり、有効な装置技術となる。
【００６７】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の実施形態に係る２層Ｃｕシード装置のチャンバー構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態に係る積層バリア装置のチャンバー構成を示す図である。
【図３】従来例に係る積層バリアを行うチャンバー構成を示す図である。
【図４】従来例に係る２層Ｃｕシードを行うチャンバー構成を示す図である。
【図５】従来例に係るシード工程までの断面構造を示す図である。
【図６】従来例に係るバリア／シード装置のチャンバー構成を示す図である。
【図７】従来例に係るバリアメタル工程の断面構造を示す図である。
【図８】従来例に係るＣｕ配線のバリア／シード工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１・・・バリア・シード装置
２１、２６、４５・・・Ｔａバリアメタル
２２、４１・・・Ｃｕ配線
２３、４２・・・層間膜
２４、４４・・・トレンチ
２５、４３・・・ビア
３０・・・Ｃｕ
３１、３４・・・プレクリーンのチャンバー
３２、３５・・・バリアメタルのチャンバー
３３、３６・・・Ｃｕシードのチャンバー
４６・・・Ｃｕシード
４７・・・合金シード
５１・・・２層シードの工程
６１・・・積層バリアメタルの工程
７１・・・一貫処理Ｃｕバリア／シード装置
８１・・・一貫処理Ｃｕバリア／シード装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ配線を形成するためのバリアメタルおよびシード層を成膜する半導体装置の製造装置であって、
前記バリアメタル成膜前のプレクリーン工程、バリアメタル成膜工程、シード層成膜工程のための装置内のチャンバー数が８以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記シード層成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
純Ｃｕシード層を成膜するためのチャンバーと、Ｃｕを含む合金シード層を成膜するためのチャンバーとを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記合金シード層が、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｒｕの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバーのうち、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｕを含む合金の少なくとも２種類のバリアメタルを成膜するためのチャンバーを備えていることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記シード層成膜工程において、前記バリアメタル成膜後に、その表面を装置内で酸化させ、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
１０−３Ｐａ以上の全圧で、かつ、酸素を含む雰囲気に前記バリアメタルを成長させたウェハを曝すことにより、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１】
Ｃｕ配線を形成するためのバリアメタルおよびシード層を成膜する半導体装置の製造装置であって、
前記バリアメタル成膜前のプレクリーン工程、バリアメタル成膜工程、シード層成膜工程のための装置内のチャンバー数が８以上であることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記シード層成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
純Ｃｕシード層を成膜するためのチャンバーと、Ｃｕを含む合金シード層を成膜するためのチャンバーとを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記合金シード層が、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｒｕの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバー数の合計が少なくとも３以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記バリアメタル成膜工程に用いるチャンバーのうち、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃｕを含む合金の少なくとも２種類のバリアメタルを成膜するためのチャンバーを備えていることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記シード層成膜工程において、前記バリアメタル成膜後に、その表面を装置内で酸化させ、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
１０−３Ｐａ以上の全圧で、かつ、酸素を含む雰囲気に前記バリアメタルを成長させたウェハを曝すことにより、バリアメタルとシード層の間に金属酸化物を形成させることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２６６９８５（Ｐ２００９−２６６９８５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１３４１０（Ｐ２００８−１１３４１０）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（３０５０５４８５４）株式会社フィルテック (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（３０５０５４８５４）株式会社フィルテック (45)
【Ｆターム（参考）】
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