JP6329199B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
近年、半導体装置は高集積化の傾向にあり、それに伴って配線間が微細化される。このため、配線間において電気的容量が大きくなり、信号の伝搬速度の低下を引き起こすなどの問題がある。そこで、配線間をできるだけ低誘電率化することが求められている。
低誘電率化を実現する方法の一つとして、配線間に空隙を設けるエアギャップ構造が検討されている。エアギャップ構造の空隙を形成する方法としては、例えば配線間をエッチングする方法がある。例えば特許文献１にエアギャップの形成方法が記載されている。
ところが、加工精度の問題によって、パターニングを行う際にミスアライメントが起きることがある。それにより、回路特性が悪くなるという問題がある。
そこで本発明は、エアギャップが形成された半導体装置において、良好な特性を実現可能とする技術を提供することを目的とする。
特開２００６−３３４７０３
上記課題を解決するために、第一の層間絶縁膜と、前記第一の層間絶縁膜上に形成され、配線として用いられる複数の銅含有膜と、前記銅含有膜間を絶縁する配線間絶縁膜と、前記複数の銅含有膜の間に設けられた空隙とを有する第一の配線層と、前記銅含有膜上面の一部の面上に形成され、前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第一の拡散防止膜と、を有する基板を処理室に搬入する工程と、前記銅含有膜上のうち前記第一の拡散防止膜が形成されていない他部の面上に、前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第二の拡散防止膜を形成する工程とを有する技術を提供する。
本発明に係る技術によれば、エアギャップが形成された半導体装置において、良好な特性を実現可能とする技術を提供することができる。
一実施形態に係る半導体デバイスの製造フローを説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 一実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 一実施形態に係る第二の拡散防止膜を形成するフローを説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 一実施形態に係る第二の拡散防止膜を形成するフローを説明する説明図である。
（第一の実施形態）
以下に本発明の第一の実施形態について説明する。
図1を用いて、半導体装置の製造工程の一工程を説明する。
（配線層形成工程Ｓ１０１）
配線層形成工程Ｓ１０１について説明する。
配線層形成工程Ｓ１０１に関し、図２を用いて説明する。図２は、半導体ウエハ２００に形成する配線層２００６を説明した図である。配線層２００６は、絶縁膜２００１上に形成される。絶縁膜２００１より下方には、図示しない電極層が存在し、電極層にはゲート電極、アノード等の構成が設けられている。絶縁膜２００１は、電極層と絶縁する層間絶縁膜として用いられる。
絶縁膜２００１は例えばポーラス状の炭素含有シリコン膜（ＳｉＯＣ膜）である。絶縁膜２００１上には、配線間絶縁膜２００２が形成されている。配線間絶縁膜２００２は、例えばＳｉＯＣ膜で形成される。
配線間絶縁膜２００２には複数の溝２００３が設けられ、溝２００３の表面にはバリア膜２００４が形成されている。バリア膜２００４は、例えば窒化タンタル膜（ＴａＮ膜）である。バリア膜２００４上には、後に配線として用いられる銅含有膜２００５が形成される。銅含有膜２００５は、例えば銅で構成される。
銅含有膜２００５を形成したら、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）にて余分な銅含有膜２００５を除去して図２の状態とし、各溝２００３内に形成された銅含有膜２００５間を絶縁させる。
本実施形態においては、層間絶縁膜２００２、溝２００３、バリア膜２００４、銅含有膜２００５が設けられた層を配線層２００６と呼ぶ。本実施形態においては、説明の便宜上、下層の配線層を第一の配線層と呼び、第一の配線層の上方に設けられる配線層を第二の配線層と呼ぶ。
（第一の拡散防止膜形成工程Ｓ１０２）
続いて、第一の拡散防止膜形成工程Ｓ１０２について、図３を用いて説明する。ここでは図２の配線層２００６が形成された状態のウエハ２００に対して、第一の拡散防止膜２００７を形成する。拡散防止膜２００７は、例えばＳｉＯＮ膜である。拡散防止膜２００７は絶縁性の性質および拡散を抑制する性質を有する。具体的には、第一の拡散防止膜２００７を形成することで、銅含有膜２００５の成分が上層への拡散を抑制することができる。また、著しく配線間が狭い場合には、配線層２００６上に形成される上層を介して配線（銅含有膜２００５）が導通する恐れがあるが、それを抑制することができる。
（パターニング工程Ｓ１０３）
次にパターニング工程Ｓ１０３について説明する。
ここでは、図３に記載の拡散防止膜２００７が形成された状態のウエハ２００を処理する。まず、拡散防止膜２００７上に、パターニング用のレジスト層２００８を形成する。その後露光処理を行い、図４（Ａ）に記載のように、レジスト層２００８を所望のパターンに形成する。
レジスト層２００８を所望のパターンに形成したら、エッチング処理を行い、図４（Ｂ）に記載のように、配線間絶縁膜２００２の一部をエッチングし、銅含有膜２００５間に空隙２００９を形成する。たとえば、銅含有膜２００５ａと銅含有膜２００５ｂとの間に空隙２００９を形成する。空隙２００９は、後にエアギャップとして構成される。
空隙２００９を形成後、レジスト２００８を除去する。
ここでエアギャップについて説明する。
近年の微細化、高密度化に伴い、配線間の距離が狭くなってきている。そうなると配線間でコンデンサ容量が増加して信号遅延が発生するという問題がある。この場合、従来同様、配線間に低誘電率の絶縁物を充填することが考えられるが、それには物理的な限界がある。それを回避するために、配線間にエアギャップと呼ばれる空隙を設け、誘電率を下げる。
（第二の拡散防止膜形成工程Ｓ１０４）
ところで、近年の微細化、高密度化によって、デバイス上の配線間の距離が狭くなってきているが、それに伴い露光精度も限界に近づいており、ミスアライメントの影響を受けやすくなっている。ミスアライメントが起きると、たとえば図４（Ｂ）に記載のように、銅含有膜２００５間だけでなく、銅含有膜２００５上の拡散防止膜２００７の一部がエッチングされ、被エッチング部２００７ａ上を露出させてしまう。
レジスト２００８除去後、銅含有膜２００５ａの一部が露出された状態で、銅含有膜２００５上に層間絶縁膜を形成すると、銅含有膜２００５ａの露出面から上方の層間絶縁膜にリーク電流が発生し、それが隣接する銅含有膜２００５と導通したりする。例えば、銅含有膜２００５ａと銅含有膜２００５ｂとの間が導通したりする。または上層の層間絶縁膜に金属（銅）の成分が拡散したりする。このような問題はデバイスの特性を低くしてしまう。
そこで本実施形態では、レジスト２００８を除去後、図５に記載のように、少なくとも被エッチング部（銅含有膜２００５ａの露出面）に、第二の拡散防止膜２０１０を形成する。拡散防止膜２０１０の形成方法については後述する。
このようにして第一の拡散防止膜と第二の拡散防止膜を形成する。これらの拡散防止膜の性質について改めてまとめると、次のように表される。即ち、第一の拡散防止膜は、銅含有膜上面の一部の面上に形成されており、一部の面を介して銅含有膜から前記第一の配線層の上方に形成される第二の配線層に前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するような性質を有する。第二の拡散防止膜は、銅含有膜上のうち前記第一の拡散防止膜が形成されていない露出面上に、露出面を介して銅含有膜から第二の配線層に銅含有膜の成分の拡散を抑制する性質を有する。
（第二の層間絶縁膜形成工程Ｓ１０５）
続いて、拡散防止膜２０１０上に層間絶縁膜２０１１を形成する第二の層間絶縁膜形成工程Ｓ１０５について説明する。拡散防止膜２０１０を形成したら、図６に記載のように、拡散防止膜２０１０上に、層間絶縁膜２０１１を形成する。層間絶縁膜２０１１は、例えば炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）である。形成する際は、例えばシリコン含有ガスと酸素含有ガスとをウエハ２００上に供給して気相反応させ、その後炭素をドーピングする、等の方法が考えられる。
次に、この工程にて空隙２００９が確保された状態で層間絶縁膜２０１１が形成される理由を以下に説明する。
前述のように配線間が非常に狭い場合、層間絶縁膜２０１１の堆積が進行するに従って、拡散防止膜２００７の上部付近では、堆積物に遮られてガスが下方に回りこみにくくなる。このため、空隙２００９の下方の堆積速度は、拡散防止膜２００７の上方における堆積速度よりも小さくなる。そのような状態で成膜処理を継続することで、空隙２００９を確保する。確保された空隙２００９はエアギャップとして用いられる。
続いて、第二の拡散防止膜形成工程Ｓ１０４で用いる基板処理装置、拡散防止膜形成方法を説明する。第二の拡散防止膜の形成方法は、半導体製造方法の一部であり、基板処理方法の一部でもある。
（基板処理装置）
まず図７を用いて基板処理装置１００を説明する。本実施形態においては、基板処理装置１００は拡散防止膜２０１０を形成する。
基板処理装置１００を構成するチャンバ２０２は、横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、チャンバ２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。チャンバ２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理空間２０１と、ウエハ２００を処理空間２０１に搬送する際にウエハ２００が通過する搬送空間２０３とが形成されている。チャンバ２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０４が設けられる。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０６を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。
処理空間２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１を表面に持つ載置台２１２、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ２１３を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。ヒータ２１３には、通電具合を制御するヒータ制御部２２０が接続される。
基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７の支持部はチャンバ２０２の底壁に設けられた穴２１５を貫通しており、更には支持板２１６を介してチャンバ２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び支持台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われている。チャンバ２０２内は気密に保持されている。
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口２０６に対向する位置（ウエハ搬送位置、ウエハ搬送ポジション）まで下降し、ウエハ２００の処理時には、図７で示されるように、ウエハ２００が処理空間２０１内の処理位置（ウエハ処理位置、ウエハ処理ポジション）となるまで上昇する。
具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
処理空間２０１の上部（上流側）には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０が設けられている。シャワーヘッド２３０の蓋２３１には第一分散機構２４１が挿入される貫通孔２３１ａが設けられる。第一分散機構２４１は、シャワーヘッド内に挿入される先端部２４１ａと、蓋２３１に固定されるフランジ２４１ｂを有する。
先端部２４１ａは柱状であり、例えば円柱状に構成される。円柱の側面には分散孔が設けられている。後述するチャンバのガス供給部（供給系）から供給されるガスは、先端部２４１ａを介してバッファ空間２３２に供給される。
シャワーヘッド２３０は、ガスを分散させるための第二分散機構としての分散板２３４を備えている。この分散板２３４の上流側がバッファ空間２３２であり、下流側が処理空間２０１である。分散板２３４には、複数の貫通孔２３４ａが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。
分散板２３４は例えば円盤状に構成される。貫通孔２３４ａは分散板２３４の全面にわたって設けられている。隣接する貫通孔２３４ａは例えば等距離で配置されており、最外周に配置された貫通孔２３４ａは基板載置台２１２上に載置されたウエハの外周よりも外側に配置される。
上部容器２０２ａはフランジを有し、フランジ上に支持ブロック２３３が載置され、固定される。支持ブロック２３３はフランジ２３３ａを有し、フランジ２３３ａ上には分散板２３４が載置され、固定される。更に、蓋２３１は支持ブロック２３３の上面に固定される。このような構造とすることで、上方から、蓋２３１、分散板２３４、支持ブロック２３３の順に取り外すことが可能となる。
（供給系）
シャワーヘッド２３０の蓋２３１に設けられたガス導入孔２３１ａには、第一分散機構２４１が接続されている。第一分散機構２４１には、共通ガス供給管２４２が接続されている。第一分散機構２４１にはフランジが設けられ、ねじ等によって、蓋２３１や共通ガス供給管２４２のフランジに固定される。
第一分散機構２４１と共通ガス供給管２４２は、管の内部で連通しており、共通ガス供給管２４２から供給されるガスは、第一分散機構２４１、ガス導入孔２３１ａを介してシャワーヘッド２３０内に供給される。
共通ガス供給管２４２には、第一ガス供給管２４３ａ、第二ガス供給管２４４ａ、第三ガス供給管２４５ａが接続されている。
第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給系２４３からは第一元素含有ガスが主に供給され、第二ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給系２４４からは主に第二元素含有ガスが供給される。
（第一ガス供給系）
第一ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、第一ガス供給源２４３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。
第一ガス供給管２４３ａから、第一元素を含有するガス（以下「第一元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、共通ガス供給管２４２を介してシャワーヘッド２３０に供給される。
第一元素含有ガスは、例えば水素（Ｈ２）ガスであり、還元ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、例えば水素（Ｈ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えば水素含有ガスである。
第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。不活性ガスは、還元工程（Ｓ３０４）、選択成長工程（Ｓ３０６）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
主に、第一ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一元素含有ガス供給系２４３が構成される。
また、主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、マスフローコントローラ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより第一不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２３４ｂ、第一ガス供給管２４３ａを、第一不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第一ガス供給源２４３ｂ、第一不活性ガス供給系を、第一元素含有ガス供給系２４３に含めて考えてもよい。
（第二ガス供給系）
第二ガス供給管２４４ａには、上流方向から順に、第二ガス供給源２４４ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４４ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４４ｄが設けられている。
第二ガス供給管２４４ａからは、第二元素を含有するガス（以下「第二元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。第二元素含有ガスは、銅含有膜２００５上に膜を成長させやすく、配線間絶縁膜２００２上では膜が成長しにくいという、成膜に関する選択性を有する。言い換えれば銅含有膜２００５上に選択成長可能なガスである。例えば遷移金属を含むガスである。遷移金属は析出しやすい性質を有するため、銅含有膜と反応しやすく、絶縁膜とは反応しにくい。そのため、選択成長が可能となる。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素は遷移金属であり、例えばタングステン（Ｗ）である。第二元素含有ガスは、例えば６フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスが用いられる。
ここで、第二元素含有ガスが、銅含有膜２００５と配線間絶縁膜２００２の間で選択性を有する理由について説明する。
タングステンは、活性点の多い領域で選択的に成長する性質を有する。本実施形態における活性点の多い領域とは、銅含有膜２００５の露出部分である。露出部分では最外殻反応によって電子の移動が為されやすく、それが活性点となる。一方、配線間絶縁膜２００２や第一の層間絶縁膜２００１の表面は電子の移動が行われにくいため、活性点とはなりにくい。すなわち、溝２００９の側面を構成する配線絶縁膜２００２の側面２００２ａと、溝２００９の底面を構成する層間絶縁膜２００１の表面２００１ａは活性点とはなりにくい。このような関係であるので、銅含有膜２００５の露出面の表面にタングステン膜が成長するが、配線間絶縁膜２００２の表面にはタングステン膜が成長しない。この様な特徴を有する金属含有ガスであれば、ＷＦ６ガスに限らず用いることが可能である。
主に、第二ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第二元素含有ガス供給系２４４（金属含有ガス供給系ともいう）が構成される。
また、第二ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。
第二不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、第二ガス供給管２４７ａを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、第二の拡散防止膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、マスフローコントローラ２４７ｃ及びバルブ２４７ｄにより第二不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２４７ｂを第二不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源２４７ｂ、第二不活性ガス供給系を、第二元素含有ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給系）
第三ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２４５ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４５ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。
第三ガス供給管２４５ａから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介してシャワーヘッド２３０に供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
第三ガス供給管２４５ａのバルブ２４５ｄよりも下流側には、エッチングガス供給管２４８ａの下流端が接続されている。エッチングガス供給管２４８ａには、上流方向から順に、エッチングガス供給源２４８ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４８ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４８ｄが設けられている。エッチングガスは、タングステン含有膜を除去する性質を有し、例えばフッ素含有ガスであり、ＮＦ３ガスである。
主に、第三ガス供給管２４５ａ、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄにより、第三ガス供給系２４５が構成される。
また、主に、エッチングガス供給管２４８ａ、マスフローコントローラ２４８ｃ及びバルブ２４８ｄによりエッチングガス供給系が構成される。なお、エッチングガス供給源２４８ｂ、第三ガス供給管２４５ａを、エッチングガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第三ガス供給源２４５ｂ、エッチングガス供給系を、第三ガス供給系２４５に含めて考えてもよい。
第三ガス供給管２４５ａからは、選択成長工程３０６では、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４５ｃ、バルブ２４５ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。また、エッチング工程では、エッチングガスが、マスフローコントローラ２４８ｃ、バルブ２４８ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
不活性ガス供給源２４５ｂから供給される不活性ガスは、基板処理工程では、処理容器２０２やシャワーヘッド２３０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。また、エッチング工程では、エッチングガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用しても良い。
エッチングガス供給源２４８ｂから供給されるエッチングガスは、エッチング工程ではウエハ２００上に形成されるアイランド状のタングステン膜をエッチングする。
エッチングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスであるが、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス等を用いても良く、またこれらを組合せて用いても良い。
（排気系）
チャンバ２０２の雰囲気を排気する排気系は、チャンバ２０２に接続された複数の排気管を有する。具体的には、処理空間２０１に接続される排気管２６２と、搬送空間２０３に接続される排気管２６１とを有する。また、各排気管２６１，２６２の下流側には、排気管２６４が接続される。
排気管２６１は、搬送空間２０３の側面あるいは底面に設けられる。排気管２６１には、ターボ分子ポンプ２６５が設けられる。排気管２６１においてターボ分子ポンプ２６５の上流側には搬送空間用第一排気バルブとしてのバルブ２６６が設けられる。
排気管２６２は、処理空間２０１の側方に設けられる。排気管２６２には、処理空間２０１内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２７６が設けられる。ＡＰＣ２７６は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、後述するコントローラ２８０からの指示に応じて排気管２６２のコンダクタンスを調整する。また、排気管２６２においてＡＰＣ２７６の上流側にはバルブ２７５が設けられる。排気管２６２とバルブ２７５、ＡＰＣ２７６をまとめて処理室排気部と呼ぶ。
排気管２６４には、ＤＰ（Ｄｒｙ Ｐｕｍｐ。ドライポンプ）２６７が設けられる。図示のように、排気管２６４には、その上流側から排気管２６２、排気管２６１が接続され、さらにそれらの下流にＤＰ２６７が設けられる。ＤＰ２６７は、排気管２６２、排気管２６１のそれぞれを介して処理空間２０１および搬送空間２０３のそれぞれの雰囲気を排気する。また、ＤＰ２６７は、ＴＭＰ２６５が動作するときに、その補助ポンプとしても機能する。すなわち、高真空（あるいは超高真空）ポンプであるＴＭＰ２６５は、大気圧までの排気を単独で行うのは困難であるため、大気圧までの排気を行う補助ポンプとしてＤＰ２６７が用いられる。上記した排気系の各バルブには、例えばエアバルブが用いられる。
（コントローラ）
基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、図８に記載のように、演算部（ＣＰＵ）２８０a、一時記憶部２８０ｂ、記憶部２８０ｃ、送受信部２８０ｄを少なくとも有する。コントローラ２８０は、送受信部２８０を介して基板処理装置１００の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部２８０ｃからプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）２８２を用意し、外部記憶装置２８２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすることにより、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。また、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置２８０から受信部２８３を介して情報を受信し、外部記憶装置２８２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置２８１を用いて、コントローラ２８０に指示をしても良い。
なお、記憶部２８０ｃや外部記憶装置２８２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（基板処理方法）
続いて、基板処理装置に搬入されたウエハ２００の第二拡散防止膜形成工程Ｓ１０４の詳細について、図９を用いて説明する。なお、ウエハ２００は図４（Ｂ）の状態からレジスト層２００８を除去した状態であり、銅含有膜２００５が露出した状態である。
以下、第一の処理ガスとしてＨ２ガスを用い、第二の処理ガスとしてＷＦ６ガスを、第三の処理ガスとしてＮＦ３ガスを用いて、拡散防止膜２０１０を形成する例について説明する。
（基板搬入・載置工程Ｓ３０２）
基板処理装置１００では基板載置台２１２をウエハ２００の搬送位置（搬送ポジション）まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ２０５を開いて搬送空間２０３を移載室（図示せず）と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機（図示せず）を用いてウエハ２００を搬送空間２０３に搬入し、リフトピン２０７上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。
チャンバ２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機をチャンバ２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じてチャンバ２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置台２１２に設けられた基板載置面２１１上にウエハ２００を載置させ、さらに基板載置台２１２を上昇させることにより、前述した処理空間２０１内の処理位置（基板処理ポジション）までウエハ２００を上昇させる。
ウエハ２００が搬送空間２０３に搬入された後、処理空間２０１内の処理位置まで上昇すると、バルブ２６６を閉とする。これにより、搬送空間２０３とＴＭＰ２６５の間が遮断され、ＴＭＰ２６５による搬送空間２０３の排気が終了する。一方、バルブ２７５を開き、処理空間２０１とＡＰＣ２７６の間を連通させる。ＡＰＣ２７６は、排気管２６３のコンダクタンスを調整することで、ＤＰ２６７による処理空間２０１の排気流量を制御し、処理空間２０１を所定の圧力（例えば１０−5〜１０−1Ｐａの高真空）に維持する。
また、ウエハ２００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３に電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上８００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって７００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、温度センサにより検出された温度情報に基づいてコントローラ２８０が制御値を抽出し、温度制御部２２０によってヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。
（還元工程Ｓ３０４）
続いて還元工程Ｓ３０４を行う。
還元工程Ｓ３０４では第一ガス供給系から処理空間２０１にＨ２ガスを供給する。ここでは、搬送途中においてウエハ２００の表面に形成された自然酸化膜等を除去する。特に、被エッチング部２００７ａにおける銅含有膜２００５の露出面を清浄化（クリーニング）する。清浄化することで、銅含有膜２００５の露出面と拡散防止膜２０１０との間の反応阻害物を除去できるので、銅含有膜２００５の露出面全面に渡って拡散防止膜２０１０との間の反応性を高めることができる。したがって、露出面における拡散防止膜２０１０を均一に形成することができる。
還元工程Ｓ３０４では、処理空間２０１の圧力を１００Ｐａ〜１０００Ｐａ、ウエハ２００の温度を１５０℃〜４００℃とすると共に、水素含有ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍとする。
（選択成長工程Ｓ３０６）
基板処理装置に搬入されたウエハ２００の選択成長工程Ｓ３０６について説明する。選択成長工程Ｓ３０６では、図４（Ｂ）の状態でのウエハを処理する。
以下、第一の処理ガスとしてＨ２ガスを用い、第二の処理ガスとしてＷＦ６ガスを用いて、第二の拡散防止膜２０１０を形成する例について説明する。
還元工程Ｓ４０４にて所定の時間経過後、引き続き水素含有ガスを供給しつつ、第二ガス供給系からＷＦ６ガスを供給する。供給されたＷＦ６ガスは熱分解され、ウエハ２００上に供給される。ＷＦ６ガスは、前述のように成膜に関する選択性を有することから、側面２００２ａや表面２００１ａにはタングステン膜が形成されずに、銅含有膜２００５の露出面上にタングステンを主成分とした第二の拡散防止膜２０１０が形成される。
このように形成することで、図５に記載のように、空隙２００９の幅Lを確保することができる。従って、低誘電率のエアギャップを実現することが可能となる。
選択成長工程Ｓ３０６では、処理空間２０１の圧力を１Ｐａ〜１０Ｐａ、ウエハ２００の温度を１５０℃〜３００℃とすると共に、水素含有ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ〜３０００ｓｃｃｍ、ＷＦ６ガスの流量を３ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍとする。
ＷＦ６ガスの割合は、例えば水素含有ガスとＷＦ６ガスの混合ガスのうち、０．１％〜３％の間とする。
所定時間経過したら、ＷＦ６ガスの供給を停止する。水素含有ガスの供給は継続する。このように、先にＷＦ６の供給を停止し、水素含有ガスの供給を継続することで、ＷＦ６ガスの分圧が増加することを避けることができ、選択性の低下を防止することができる。
より望ましくは遷移金属の中でも銅と反応しにくいタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）のいずれかを用いることが望ましい。例えば遷移金属としてチタン（Ｔｉ）を用いた場合、タングステン等に比べて銅と反応しやすい。そのため、銅含有膜２００５中にＴｉ成分が拡散し、銅含有膜２００５の抵抗値を上昇させる恐れがある。
一方、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）は銅と反応しにくいため、各金属成分が銅に拡散することが容易ではなく、従って抵抗値が上昇することがない。
（エッチング工程Ｓ３０８）
ところで、選択成長工程Ｓ３０６においては、処理条件等が一時的に変動し、選択性が破れることがある。この場合、図５に記載のように、露出面上だけでなく、層間絶縁膜２００１の表面２００１ａや配線間絶縁膜２００２の側面２００２ａに、まだらな状態の膜２０１２が形成されることがある。この状態で次の工程である第二の層間絶縁膜形成工程Ｓ１０５以降の工程を行った場合、局所的にエアギャップの誘電率が高くなる等、エアギャップ構造の特性低下が起きる。
そこで本工程では、まだらな膜２０１２を除去するために、次のように膜２０１２のエッチングを行う。
選択成長工程Ｓ３０６にて所定の時間経過後、水素含有ガスの供給を停止すると共に、雰囲気を排気する。排気後、バルブ２４８ｄを開として、エッチングガスを処理空間２０１に供給する。供給されたエッチングガスは膜２０１２を除去する。
エッチング工程Ｓ３０８では、処理空間２０１の圧力を１Ｐａ〜１０Ｐａ、ウエハ２００の温度を１５０℃〜３００℃とすると共に、エッチングガスの流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとする。
（基板搬出工程Ｓ３１０）
改質工程Ｓ３０８が終了したら、基板搬出工程Ｓ３１０を実施する。基板搬出工程Ｓ３１０では、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。これにより、ウエハ２００は処理位置から搬送位置となる。
次いで、ウエハ２００が搬送位置まで移動すると、バルブ２７５を閉とし、搬送空間２０３と排気管２６４との間を遮断する。一方、バルブ２６６を開とし、ＴＭＰ２６５（およびＤＰ２６７）によって搬送空間２０３の雰囲気を排気することにより、チャンバ２０２を高真空（超高真空）状態（例えば１０−5Ｐａ以下）に維持し、同様に高真空（超高真空）状態（例えば１０−6Ｐａ以下）に維持されている移載室との圧力差を低減する。所定の圧力に到達したら、図示しないアームによってウエハ２００は搬出される。
（第二の実施形態）
続いて第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態は、主に次の点で第一の実施形態と相違する。一つ目の相違点は第二のガスが異なる点である。二つ目の相違点は、第二の拡散防止膜を形成する工程が異なる点である。
以下に、図１１から図１３を用いて、第一の実施形態との相違点を中心に、具体例を説明する。尚、第一の実施形態と同様の内容については説明を省略する。
本実施工程では図４（Ｂ）においてレジスト層２００８を除去した状態のウエハ２００に対して、図１１（Ｂ）のように第二の層間絶縁膜２０１５を形成することを目的とする。
図１１は図５に相当する図である。ここでは、図４においてレジスト層を除去した状態のウエハ２００を本実施形態の第二の拡散防止膜形成工程Ｓ１０４で処理して図１１（Ａ）のようにシリコン含有膜２０１３を形成し、その後シリコン含有膜２０１３を改質して図１１（Ｂ）のように第二の拡散防止膜２０１５を形成する。
また図１２は本実施形態における第二の拡散防止膜形成工程を実現するための基板処理装置１００’を説明する図である。図１３は図９に相当する図であり、本実施形態における第二の拡散防止膜形成工程Ｓ１０４を説明する図である。
本実施形態で処理するウエハ２００は、図４に記載の第一の実施形態と同様に、パターニング工程において銅含有膜２００５の表面の一部が露出した状態である。
まず、図１１を用いて、第二の実施形態に係る基板処理によるウエハ２００の状態を説明する。本工程においては、図１１（Ａ）のシリコン含有膜２０１３を形成し、その後シリコン含有膜２０１３が改質して図１１（Ｂ）の第二の拡散防止膜２０１４としている。
続いて、第二の拡散防止膜２０１４を形成する方法およびそれを実現する基板処理装置について説明する。
（基板処理装置）
ここでは図１２を用いて基板処理装置１００’を説明する。基板処理装置１００’は、第一の実施形態の基板処理装置１００と比べ第二のガス供給系、第三のガス供給系の構成が異なると共に、第四のガス供給系が新たに加わった。以下では基板処理装置１００との相違点を中心に詳細を説明する。なお、基板処理装置１００と同様の番号の構成については説明を省略する。
（第二ガス供給系）
第二の実施形態における第二ガス供給系２４９を説明する。
第二ガス供給管２４９ａには、上流方向から順に、第二ガス供給源２４９ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４９ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４９ｄが設けられている。
第二ガス供給管２４９ａからは、第二ガスである第二元素を含有するガス（以下、「第二元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４９ｃ、バルブ２４９ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。第二元素含有ガスは、銅含有膜２００５上に膜を成長しやすく、配線間絶縁膜２００２上では膜が成長しにくいという、成膜に関する選択性を有する。言い換えれば銅含有膜２００５上に選択成長可能なガスである。例えばシリコン成分を含むガスである。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素はシリコン含有ガスであり、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である。
主に、第二ガス供給管２４９ａ、マスフローコントローラ２４９ｃ、バルブ２４９ｄにより、第二元素含有ガス供給系２４９（シリコン含有ガス供給系ともいう）が構成される。
また、第二ガス供給管２４９ａのバルブ２４９ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２５０ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２５０ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２５０ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５０ｃ、及び開閉弁であるバルブ２５０ｄが設けられている。
第二不活性ガス供給管２５０ａからは、不活性ガスが、マスフローコントローラ２５０ｃ、バルブ２５０ｄ、第二ガス供給管２４９ａを介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、第二の拡散防止膜形成工程（Ｓ１０４）ではキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第二不活性ガス供給管２５０ａ、マスフローコントローラ２５０ｃ及びバルブ２５０ｄにより第二不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２５０ｂを第二不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第二ガス供給源２５０ｂ、第二不活性ガス供給系を、第二元素含有ガス供給系２４９に含めて考えてもよい。
（第三ガス供給系）
第三ガス供給管２５１ａには、上流方向から順に、第三ガス供給源２５１ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２５１ｄが設けられている。
第三ガス供給管２５１ａから、パージガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ２５０ｃ、バルブ２５０ｄ、共通ガス供給管２４２を介してシャワーヘッド２３０に供給される。
ここで、不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ２）ガスである。なお、不活性ガスとして、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
第三ガス供給管２５１ａのバルブ２５１ｄよりも下流側には、エッチングガス供給管２５２ａの下流端が接続されている。エッチングガス供給管２５２ａには、上流方向から順に、エッチングガス供給源２５２ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５２ｃ、及び開閉弁であるバルブ２５２ｄが設けられている。エッチングガスは、シリコン含有膜を除去する性質を有し、例えば塩素含有ガスであり、ＨＣｌガスである。
主に、第三ガス供給管２５１ａ、マスフローコントローラ２５１ｃ、バルブ２５１ｄにより、第三ガス供給系２５１が構成される。
また、主に、エッチングガス供給管２５２ａ、マスフローコントローラ２５２ｃ及びバルブ２５２ｄによりエッチングガス供給系が構成される。なお、エッチングガス供給源２５２ｂ、第三ガス供給管２５１ａを、エッチングガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第三ガス供給源２５１ｂ、エッチングガス供給系を、第三ガス供給系２５１に含めて考えてもよい。
第三ガス供給管２５１ａからは、選択成長工程４０６では、不活性ガスが、マスフローコントローラ２５１ｃ、バルブ２５１ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。また、エッチング工程では、エッチングガスが、マスフローコントローラ２５２ｃ、バルブ２５２ｄ、共通ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。
不活性ガス供給源２５１ｂから供給される不活性ガスは、基板処理工程では、処理容器２０２やシャワーヘッド２３０内に留まったガスをパージするパージガスとして作用する。また、エッチング工程では、エッチングガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用しても良い。
エッチングガス供給源２５２ｂから供給されるエッチングガスは、エッチング工程ではウエハ２００上に形成されるまだら状（もしくはアイランド状）のシリコン含有膜をエッチングする。
（第四ガス供給系）
続いて第四ガス供給系２５２を説明する。
第四ガス供給管２５２ａには、上流方向から順に、第四ガス供給源２５２ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５２ｃ、及び開閉弁であるバルブ２５２ｄ、リモートプラズマユニット２５２ｅが設けられている。
第四ガス供給管２５２ａからは、改質工程Ｓ４１０で用いられる窒化ガスが、マスフローコントローラ２５２ｃ、バルブ２５２ｄ、リモートプラズマユニット２５２ｅ、共通ガス供給管２４２を介してシャワーヘッド２３０に供給される。
ここで、窒化ガスは、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスである。なお、窒化ガスとして、ＮＨ３ガスのほか、例えば窒素（Ｎ２）ガス等を用いることができる。
第四ガス供給管２５２ａのバルブ２５２ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２５３ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２５３ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２５３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２５３ｄが設けられている。
主に、第四ガス供給管２５２ａ、マスフローコントローラ２５２ｃ、バルブ２５２ｄ、リモートプラズマユニット２５２ｅにより、第四ガス供給系２５２が構成される。
また、主に、不活性ガス供給管２５３ａ、マスフローコントローラ２５３ｃ及びバルブ２５３ｄにより不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２５３ｂ、第四ガス供給管２５３ａを、不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
更には、第四ガス供給源２５２ｂ、不活性ガス供給系供給系を、第四ガス供給系２５２に含めて考えてもよい。
次に、第二の実施形態における第二の拡散防止膜形成工程Ｓ１０４の詳細を、図１３を用いて説明する。なお、基板搬入・載置工程Ｓ４０２は基板搬入・載置工程Ｓ３０２と同様であり、還元工程Ｓ４０４は還元工程Ｓ３０４と同様であり、基板搬出工程Ｓ４０８は基板搬出工程Ｓ３１０と同様であるので説明を省略する。
（選択成長工程Ｓ４０６）
基板処理装置に搬入されたウエハ２００の選択成長工程Ｓ４０６について説明する。選択成長工程Ｓ４０６では、図４（Ｂ）の状態のうち、レジスト層２００８が除去された状態のウエハを処理する。
以下、第一の処理ガスとしてＨ２ガスを用い、第二の処理ガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを用いて、シリコン含有膜２０１３を形成し、さらにシリコン含有膜２０１３を改質して第二の拡散防止膜２０１４を形成する例について説明する。
還元工程Ｓ４０４にて所定の時間経過後、引き続き水素含有ガスを供給しつつ、第二ガス供給系からＳｉ２Ｈ６ガスを供給する。供給されたＳｉ２Ｈ６ガスは熱分解され、ウエハ２００上に供給される。Ｓｉ２Ｈ６ガスは、銅含有膜２００５の露出面上でシリコン含有膜２０１３を形成する。所定時間経過後、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給を停止する。
選択成長工程Ｓ４０６では、処理空間２０１の圧力を１Ｐａ〜１０Ｐａ、ウエハ２００の温度を１５０℃〜３００℃とすると共に、シリコン含有ガスの流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとする。
（エッチング工程Ｓ４０８）
ところで、選択成長工程Ｓ４０６においては、選択性の問題から銅含有膜２００５の露出面だけでなく、層間絶縁膜２００１の表面２００１ａや配線間絶縁膜２００２の側面２００２ａにまだら状態の膜２０１４が形成される。この状態で次の工程である第二の層間絶縁膜形成工程Ｓ１０５以降の工程を行った場合、エアギャップの誘電率が高くなる等、エアギャップ構造の特性低下が起きる。
そこで本工程では、膜２０１４を除去するために、次のように膜２０１４のエッチングを行う。
具体的には、選択成長工程Ｓ４０６にて所定の時間経過後、Ｓｉ２Ｈ６ガスの供給を停止すると共に、雰囲気を排気する。排気後、バルブ２４８ｄを開として、エッチングガスを処理空間２０１に供給する。供給されたエッチングガスは膜２０１２を除去する。
エッチング工程Ｓ４０８では、処理空間２０１の圧力を１Ｐａ〜１０Ｐａ、ウエハ２００の温度を１５０℃〜３００℃とすると共に、エッチングガスの流量を１０〜１０００ｓｃｃｍとする。
（改質工程Ｓ４１０）
続いて改質工程Ｓ４１０を説明する。
ところで、一般的に、例えば４００℃程度の高温状態の場合、シリコン成分は銅に拡散しやすいということが知られている。本実施形態に照らし合わせてみると、銅で構成される銅含有膜２００５の露出部分に形成されたシリコン含有膜２０１３に含まれるシリコン成分が、銅含有膜２００５に拡散される恐れがある。
シリコン成分が拡散した銅含有膜は抵抗値が上昇するため、配線としての性能を劣化させる。そこで、より良くは、シリコン成分の拡散を抑制するよう、シリコン含有膜２０１３を改質する。
次に改質工程Ｓ４１０におけるシリコン含有膜２０１０の改質方法の具体例を説明する。第一ガス供給系２４３、第二ガス供給系２４４、第三ガス供給系２４５のバルブを閉とし、各ガス供給系から供給されるガスの供給を停止して選択成長工程Ｓ４０６およびエッチング工程４０８を終了したら、バルブ２５２ｄを開としてアンモニア（ＮＨ３）ガスの供給を開始する。このとき、リモートプラズマユニット２５２ｅは既に起動されている。
リモートプラズマユニット２５２ｅを通過したアンモニアガスはプラズマ状態となり、ウエハ２００上にはプラズマ状態のアンモニアガスが供給される。ウエハ２００では、シリコン含有膜２０１３とアンモニアプラズマが反応してシリコン含有膜を窒化し、第二の拡散防止膜２０１５を形成する。シリコン含有膜２０１３の窒化処理は、シリコン成分と窒素成分の結合度を高くするため、シリコン成分の拡散を抑制することができる。所定の時間経過後、アンモニアガスの供給を停止する。
ここで、窒素含有ガスのプラズマを用いて窒化する理由を説明する。前述したように、高温状態ではシリコン成分が銅含有膜に拡散されやすいことが知られている。一方、窒化する場合、高いエネルギーが必要であることが知られている。そのため、仮に高熱によって反応エネルギーを補填した場合、より高温にウエハ２００を加熱する必要がある。ウエハ２００を高温にすると、前述のようにシリコンが拡散し、銅含有膜２００５の抵抗値が上昇してしまうという問題がある。銅含有膜２００５は後に配線として用いられるものであり、効率よく電流を流すためには、できるだけ抵抗値が低いことが望ましい。
従って、シリコン成分が銅含有膜への拡散を抑制する程度の温度で窒化処理を行う必要がある。そこで、ウエハ２００を高温にして窒化しないよう、窒素含有ガスをプラズマ状態として反応に必要なエネルギーをプラズマで補填することで、シリコン含有膜を窒化処理する。
ここで、改質工程Ｓ４１０における処理条件では、本工程では、ＮＨ３ガスの供給量は例えば１０〜１０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜５００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１〜６００秒、好ましくは１〜１２０秒の範囲内の時間とする。また、ウエハ２００の温度は、例えば２００〜４００℃程度とし、好ましくは３００〜３８０℃程度とする。
このように形成することで、図１１に記載のように、空隙２００９の幅Lを確保した状態で第一の拡散防止膜と第二の拡散防止膜を形成することができる。従って、銅成分の拡散を防ぐと共に、低誘電率のエアギャップを実現することが可能となる。
尚、本実施形態においてはシリコン含有ガスとしてＳｉ２Ｈ６ガスを用いて説明したが、それに限るものではなく、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガスや、その混合ガスを用いても良い。
（主な効果）
以上の実施形態に伴う主な効果を以下に記す。
（ａ）第二の拡散防止膜を形成することで、エッチング工程にて銅含有膜が露出したとしても、上層への金属成分の拡散を抑制することができる。
（ｂ）第二の拡散防止膜を形成することで、エッチング工程にて銅含有膜が露出したとしても、隣接する銅含有膜との導通を抑制することができる。
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理空間
２０２ チャンバ
２１２ 基板載置台

Claims (14)

  1. 第一の層間絶縁膜と、前記第一の層間絶縁膜上に形成され、配線として用いられる複数の銅含有膜と、前記銅含有膜間を絶縁する配線間絶縁膜と、前記複数の銅含有膜の間に設けられた空隙とを有する第一の配線層と、
    前記銅含有膜上面の一部の面上に形成され、前記第一の配線層の上方に設けられる第二の配線層としての第二の層間絶縁膜への前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第一の拡散防止膜と、
    を有する基板を処理室に搬入する工程と、
    前記銅含有膜上のうち前記第一の拡散防止膜が形成されていない他部の面上に、前記第二の層間絶縁膜への前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第二の拡散防止膜を選択的に形成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記第二の拡散防止膜を形成する工程では、前記配線間絶縁膜を選択せずに前記銅含有膜を選択する性質を有する金属含有ガスを前記基板に供給し、前記他部の面上に前記第二の拡散防止膜を形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記金属含有ガスは遷移金属含有ガスである請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記金属含有ガスにおける金属成分は、タングステン、タンタル、モリブデンのいずれかである請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第二の拡散防止膜を形成する工程では、さらに水素含有ガスを前記基板に供給する請求項２から請求項４のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第二の拡散防止膜を形成する工程では、前記基板に前記水素含有ガスを供給し、その後前記金属含有ガスを供給する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記第二の拡散防止膜を形成する工程では、前記金属含有ガスの供給を停止した後、前記水素含有ガスの供給を停止する請求項５または請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第一の拡散防止膜はシリコン含有膜であり、前記第二の拡散防止膜は金属含有膜である請求項１から請求項７のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記第二の拡散防止膜を形成する工程では、前記配線間絶縁膜を選択せずに前記銅含有膜を選択する性質を有するシリコン含有ガスを前記基板に供給し、前記他部の面上にシリコン含有膜を形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記第二拡散防止膜形成工程では、前記シリコン含有膜形成後、前記シリコン含有膜の改質を行い、前記第二拡散防止膜を形成する請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記シリコン含有膜の改質では、前記基板に窒化ガスを供給する請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記改質工程では、前記シリコン含有膜の成分が前記銅含有膜に拡散することを抑制する温度で前記基板を処理する請求項９から請求項１１のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 第一の層間絶縁膜と、前記第一の層間絶縁膜上に形成され、配線として用いられる複数の銅含有膜と、前記銅含有膜間を絶縁する配線間絶縁膜と、前記複数の銅含有膜の間に設けられた空隙とを有する第一の配線層と、
    前記銅含有膜上面の一部の面上に形成され、前記第一の配線層の上方に設けられる第二の配線層としての第二の層間絶縁膜への前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第一の拡散防止膜と、
    を有する基板を載置する載置部と、
    前記載置部を内包する処理室と、
    前記処理室に、前記銅含有膜上のうち前記第一の拡散防止膜が形成されていない他部の面上に、前記第二の層間絶縁膜への前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第二の拡散防止膜を選択的に形成するガスを供給する供給部と、
    を有する基板処理装置。
  14. 第一の層間絶縁膜と、前記第一の層間絶縁膜上に形成され、配線として用いられる複数の銅含有膜と、前記銅含有膜間を絶縁する配線間絶縁膜と、前記複数の銅含有膜の間に設けられた空隙とを有する第一の配線層と、
    前記銅含有膜上面の一部の面上に形成され、前記第一の配線層の上方に設けられる第二の配線層としての第二の層間絶縁膜への前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第一の拡散防止膜と、
    を有する基板を処理室に搬入する手順と、
    前記銅含有膜上のうち前記第一の拡散防止膜が形成されていない他部の面上に、前記第二の層間絶縁膜への前記銅含有膜の成分の拡散を抑制するよう構成される第二の拡散防止膜を選択的に形成する手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。

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