JP2000124308A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JP2000124308A
JP2000124308A JP10299844A JP29984498A JP2000124308A JP 2000124308 A JP2000124308 A JP 2000124308A JP 10299844 A JP10299844 A JP 10299844A JP 29984498 A JP29984498 A JP 29984498A JP 2000124308 A JP2000124308 A JP 2000124308A
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JP
Japan
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layer
wiring
forming
semiconductor device
wiring layer
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JP10299844A
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Itaru Sugano
至 菅野
Toko Konishi
瞳子 小西
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that has a wiring structure for preventing burnout between wiring and the increase in resistance, even if a wiring layer is formed at a position that is deviated from a connection hole. SOLUTION: A semiconductor device is provided with a first insulation layer 6, that is formed on a semiconductor substrate 1 and has a connection hole 7 reaching the surface of the semiconductor substrate 1, an embedded conductive layer 8 that is embedded into the connection hole 7, a wiring layer 12 that is formed on the interlayer insulation layer 6 and the embedded conductive layer 8, an insulator layer 16 that is formed on the surface of the wiring layer 12, and a second insulation layer that is formed on the insulator layer 16 and the first insulation layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関するもので、特に、半導体集積回路に
おける配線構造およびその製造方法に関するものであ
る。
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a wiring structure in a semiconductor integrated circuit and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化にとも
ない素子の微細化が進んでいる。その結果、素子間を相
互接続するための配線構造も同時に微細化され、その配
線幅の寸法と接続孔の径とが同程度にまでに縮小されて
きている。たとえば、256MDRAMでは配線幅と接
続穴径が、ともに0.3μmで厳しい位置合わせ精度が
要求される。そのため、配線と接続孔との位置合わせず
れなどを起因とした接続不良が問題となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, elements have been miniaturized as semiconductor integrated circuits have become more highly integrated. As a result, a wiring structure for interconnecting elements has been miniaturized at the same time, and the size of the wiring width and the diameter of the connection hole have been reduced to about the same level. For example, in a 256M DRAM, both the wiring width and the connection hole diameter are 0.3 μm, and strict alignment accuracy is required. Therefore, there is a problem of poor connection due to misalignment between the wiring and the connection hole.

【0003】図12は、従来の配線構造を有する半導体
装置の一部を示す断面構造図である。図において、1は
半導体基板、2は半導体基板1の主表面上に形成された
各素子領域を分離絶縁するための分離絶縁膜、3は半導
体基板1上の素子領域に形成されたゲート絶縁膜、4は
ゲート絶縁膜3を介して形成されたゲート電極、5は半
導体基板1の主表面上にゲート電極を挟むようにして形
成された不純物拡散層、6は層間絶縁膜、7は層間絶縁
膜6に形成され、不純物拡散層5の表面上に達する接続
孔、8は接続孔に埋め込まれたタングステンからなる埋
込導電層、9は接続孔7の側面および底面ないし層間絶
縁膜9の表面上に形成されたチタン化合物とチタンの複
合膜からなるバリア層、10は埋込導電層8およびバリ
ア層9上に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム
合金膜からなるアルミニウム配線層、11はアルミニウ
ム配線層10上に形成されたチタンまたはチタン化合物
などからなる上層金属膜、12はバリア層9、アルミニ
ウム配線層10および上層金属膜11から構成される配
線層、30はゲート絶縁膜3、ゲート電極4および不純
物拡散層5から構成されるトランジスタ、70は配線層
12上に形成された層間絶縁膜である。
FIG. 12 is a sectional view showing a part of a semiconductor device having a conventional wiring structure. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an isolation insulating film for separating and insulating each element region formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and 3 is a gate insulating film formed in the element region on the semiconductor substrate 1. 4, a gate electrode formed with the gate insulating film 3 interposed therebetween; 5, an impurity diffusion layer formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to sandwich the gate electrode; 6, an interlayer insulating film; A contact hole reaching the surface of the impurity diffusion layer 5; a buried conductive layer 8 made of tungsten embedded in the contact hole; 9 a side surface and a bottom surface of the connection hole 7 or a surface of the interlayer insulating film 9; The barrier layer formed of a composite film of a titanium compound and titanium is formed, 10 is an aluminum wiring layer formed of an aluminum or aluminum alloy film formed on the buried conductive layer 8 and the barrier layer 9, and 11 is aluminum. An upper metal film made of titanium or a titanium compound formed on the wiring layer 10, a wiring layer 12 composed of the barrier layer 9, the aluminum wiring layer 10 and the upper metal film 11, a gate insulating film 3, and a gate electrode 30 A transistor composed of 4 and the impurity diffusion layer 5, and 70 is an interlayer insulating film formed on the wiring layer 12.

【0004】以上のようにして構成された配線構造にお
いては、配線層12と半導体基板1の主表面上に形成さ
れた不純物拡散層5とが埋込導電層8が埋め込まれた接
続孔7を介して電気的に接続される。この配線構造は、
一般にプラグ配線と呼ばれ、接続孔7に埋込導電層8を
埋め込むことによって接続孔7のアスペクト比を軽減
し、配線層12の被覆性を向上させることができるので
微細化に適した配線構造として近年、多用されているも
のである。
In the wiring structure configured as described above, the wiring layer 12 and the impurity diffusion layer 5 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 form the connection hole 7 in which the buried conductive layer 8 is buried. Electrically connected via the This wiring structure
Generally called plug wiring, by embedding the buried conductive layer 8 in the connection hole 7, the aspect ratio of the connection hole 7 can be reduced and the coverage of the wiring layer 12 can be improved, so that a wiring structure suitable for miniaturization. In recent years, it has been widely used.

【0005】次に、この従来の配線構造を有する半導体
装置の製造方法について説明する。図13(a)ないし
(d)および図14(e)ないし(g)は図12に示す
半導体装置の配線構造部分200のみを拡大して示した
部分工程断面図である。なお、分離絶縁膜2およびトラ
ンジスタ30は周知の製造方法によりすでに形成されて
いるものとし、これらの形成工程は省略されている。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device having the conventional wiring structure will be described. 13 (a) to 13 (d) and FIGS. 14 (e) to 14 (g) are partial process sectional views showing only the wiring structure portion 200 of the semiconductor device shown in FIG. 12 in an enlarged manner. It is assumed that the isolation insulating film 2 and the transistor 30 have already been formed by a well-known manufacturing method, and the steps of forming these are omitted.

【0006】まず、図13(a)を参照して、半導体基
板1上に半導体基板1の表面に達する接続孔7を有する
層間絶縁膜6を形成する。次に、図13(b)を参照し
て、接続孔7内における配線層と半導体基板との十分な
コンタクトを確保するために接続孔7の内壁および層間
絶縁膜6上にチタン合金およびチタンの多層膜からなる
バリア層9を形成する。次に、図13(c)を参照し
て、このバリア層9上にタングステンからなる埋込導電
層8を接続孔7内に埋め込むようにしてバリア層9上に
形成した後、全面エッチバック法を用いて接続孔7内に
のみタングステンが埋め込まれた埋込導電層8を形成す
る。
First, referring to FIG. 13A, an interlayer insulating film 6 having a connection hole 7 reaching the surface of the semiconductor substrate 1 is formed on the semiconductor substrate 1. Next, referring to FIG. 13B, in order to secure a sufficient contact between the wiring layer and the semiconductor substrate in the connection hole 7, a titanium alloy and a titanium alloy are formed on the inner wall of the connection hole 7 and the interlayer insulating film 6. A barrier layer 9 composed of a multilayer film is formed. Next, referring to FIG. 13C, a buried conductive layer 8 made of tungsten is formed on the barrier layer 9 so as to be buried in the connection hole 7, and then the whole surface is etched back. To form a buried conductive layer 8 in which tungsten is buried only in the connection hole 7.

【0007】次に、図13(d)を参照して、この埋込
導電層8およびバリア層9上にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金膜からなるアルミニウム配線層10および
チタンまたはチタンの化合物などからなる上層金属層1
1を順次形成し、バリア層9とともに配線層12を形成
する。次に、図14(e)を参照して、この配線層12
上にフォトリソグラフィー技術を用いて形成されたレジ
スト膜13をマスクとして配線層12をドライエッチン
グ技術を用いてエッチングを行い、配線層12と半導体
基板1の主表面上に形成された不純物拡散層5とが埋込
導電層8が埋め込まれた接続孔7を介して電気的に接続
されるようにパターンニングする。
Referring to FIG. 13D, an aluminum wiring layer 10 made of aluminum or an aluminum alloy film and an upper metal layer made of titanium or a titanium compound are formed on the buried conductive layer 8 and the barrier layer 9. Layer 1
1 are sequentially formed, and the wiring layer 12 is formed together with the barrier layer 9. Next, referring to FIG.
The wiring layer 12 is etched using the dry etching technique using the resist film 13 formed thereon using the photolithography technique as a mask, thereby forming the wiring layer 12 and the impurity diffusion layer 5 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. Are patterned so as to be electrically connected via the connection hole 7 in which the buried conductive layer 8 is buried.

【0008】次に、図14(f)を参照して、エッチン
グ後に残ったレジスト膜13を酸素を含むガスのプラズ
マ処理(アッシング処理)により除去する。しかし、レ
ジスト膜13は先のエッチング処理で変質し硬化してい
るため、このようなアッシング処理だけでは十分に除去
することができず、配線層12の表面や側面にレジスト
残渣15となって残ることがある。
Next, referring to FIG. 14F, the resist film 13 remaining after the etching is removed by a plasma treatment (ashing treatment) of a gas containing oxygen. However, since the resist film 13 is altered and hardened by the previous etching process, it cannot be sufficiently removed only by such an ashing process, and remains as a resist residue 15 on the surface or side surface of the wiring layer 12. Sometimes.

【0009】そこで通常は、このレジスト残渣15を除
去するために、強アルカリ性の有機溶剤などからなる洗
浄液を用いた半導体基板の浸漬処理を行う。なお、上記
アッシング処理では、残ったレジスト膜13の最大膜厚
に対し、除去性を高めるために通常50%〜100%程
度のオーバーアッシングが行われる。したがって、配線
層12の表面はレジスト膜13が除去された後、プラズ
マに一定時間晒される結果、その表面にはレジスト残渣
15とともに上層金属層11が酸素ガスプラズマにより
酸化されてなる酸化層14が形成されている。
Therefore, usually, in order to remove the resist residue 15, a semiconductor substrate is immersed in a cleaning solution containing a strong alkaline organic solvent or the like. Note that, in the ashing process, overashing of about 50% to 100% is usually performed with respect to the maximum thickness of the remaining resist film 13 in order to enhance removability. Therefore, after the resist film 13 is removed, the surface of the wiring layer 12 is exposed to plasma for a certain period of time. As a result, an oxide layer 14 formed by oxidizing the upper metal layer 11 together with the resist residue 15 by oxygen gas plasma is formed on the surface. Is formed.

【0010】最後に、図14(g)を参照して、配線層
12上に、この配線層12とさらにその上に形成される
配線層とを絶縁したり、配線層12を外気から保護する
ための絶縁膜70が形成される。以上のようにして、従
来の配線構造を有する半導体装置が形成される。
Finally, referring to FIG. 14 (g), the wiring layer 12 and the wiring layer formed thereon are insulated on the wiring layer 12, or the wiring layer 12 is protected from the outside air. Insulating film 70 is formed. As described above, a semiconductor device having a conventional wiring structure is formed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】半導体装置における従
来の配線構造は以上のように構成されているので、図1
4(e)に示す配線層12をパターニングする工程にお
いて、配線層12が、フォトリソグラフィー技術におけ
る位置合わせずれなどにより、図15に示すように接続
孔7からずれて、埋込導電層8の表面の一部17が露出
したような状態で形成された場合、その後、レジスト残
渣15を除去するために半導体基板を洗浄液に浸漬処理
すると、図16に示すように埋込導電層8が溶解ないし
消失し、断線や抵抗上昇のような接続不良が生じるとい
う問題点があった。
Since the conventional wiring structure in a semiconductor device is constructed as described above, FIG.
In the step of patterning the wiring layer 12 shown in FIG. 4E, the wiring layer 12 is displaced from the connection hole 7 as shown in FIG. When the semiconductor substrate is immersed in a cleaning solution in order to remove the resist residue 15, when the buried conductive layer 8 is dissolved or disappears as shown in FIG. However, there is a problem that a connection failure such as disconnection or resistance rise occurs.

【0012】この埋込導電層の溶解は、以下のような理
由により発生すると考えられる。再び、図14(e)お
よび図14(f)を参照して、レジスト膜13を除去す
る工程において、配線層12の表面は上述したようにオ
ーバーアッシング時に酸素ガスプラズマに一定時間晒さ
れるため、その表面は酸化され、上層金属膜11の金属
酸化物からなる酸化層14が形成されている。またこの
とき同時に、この酸素ガスプラズマ中に生成された酸素
ラジカルは反応性が高く、さらに電気陰性度が高いた
め、配線層12の表面から電子を奪い、配線層12をプ
ラスに帯電させる。これにともなって、配線層12と接
触している埋込導電層8の電位が上昇する。
The dissolution of the buried conductive layer is considered to occur for the following reasons. Referring again to FIGS. 14E and 14F, in the step of removing resist film 13, the surface of wiring layer 12 is exposed to oxygen gas plasma for a certain time during overashing as described above. The surface is oxidized to form an oxide layer 14 made of a metal oxide of the upper metal film 11. At the same time, the oxygen radicals generated in the oxygen gas plasma have high reactivity and high electronegativity, so that they take electrons from the surface of the wiring layer 12 and charge the wiring layer 12 positively. Accordingly, the potential of the buried conductive layer 8 in contact with the wiring layer 12 increases.

【0013】一方、レジスト残渣を除去するための強ア
ルカリ性の洗浄液は、レジストの溶解力が高く、効率よ
くレジスト残渣を除去する。また、単体のタングステン
などの金属に対しては、通常、エッチング性が微弱で、
洗浄液中に単に浸漬しただけでは、ほとんどエッチング
されない。しかし、洗浄液のPHが高く、かつ、酸化還
元電位が高い場合にはタングステンは溶液中で溶解する
性質を有するため、タングステンの電位が高い状態にあ
る場合には、その電気化学的作用によってタングステン
金属でも容易に溶解する。
On the other hand, a strong alkaline cleaning solution for removing the resist residue has a high dissolving power of the resist and removes the resist residue efficiently. In addition, for a single metal such as tungsten, the etching property is usually weak,
Simply immersion in the cleaning solution hardly etches. However, when the pH of the cleaning solution is high and the oxidation-reduction potential is high, tungsten has a property of dissolving in a solution. Therefore, when the potential of tungsten is in a high state, the tungsten metal is electrochemically actuated. But it dissolves easily.

【0014】したがって、図15に示すように、配線層
12が接続孔7からずれて埋込導電層8の表面の一部1
7が露出したような状態で半導体基板をレジスト残渣を
除去するための洗浄液に浸漬すると、配線層12の帯電
により洗浄液中での埋込導電層8の酸化還元電位が高め
られているため、その電気化学的作用によって図16に
示すように埋込導電層8の表面の一部17から埋込導電
層8が加速的に溶解ないし消失する。
Therefore, as shown in FIG. 15, the wiring layer 12 is shifted from the connection hole 7 and a part of the surface of the
When the semiconductor substrate is immersed in a cleaning solution for removing resist residues while the semiconductor substrate 7 is exposed, the oxidation-reduction potential of the buried conductive layer 8 in the cleaning solution is increased due to charging of the wiring layer 12. As shown in FIG. 16, the embedded conductive layer 8 is acceleratedly dissolved or disappears from a part 17 of the surface of the embedded conductive layer 8 by the electrochemical action.

【0015】配線層に蓄積された電荷は、通常、洗浄液
中で自然に放電されるが、配線層の表面や側面には、ア
ッシング処理時に形成された酸化層14やエッチング中
のデポ膜などの絶縁物が付着しており、これらの絶縁物
は蓄積された電荷が洗浄液中に放電されるのを妨げ、埋
込導電層8の電位を洗浄液に浸漬中も常に高い状態に保
持する作用をしている。なお、上記洗浄液としてアルカ
リ性の有機溶剤をあげたが、中性あるいは弱酸性の有機
溶剤や無機の洗浄液でも埋込導電層が溶解することが確
認されている。
The electric charge accumulated in the wiring layer is normally spontaneously discharged in the cleaning solution. However, the surface or side surfaces of the wiring layer are formed on the surface or side surfaces of the oxide layer 14 formed during the ashing process or the deposition film during etching. Insulators are attached, and these insulators prevent accumulated electric charges from being discharged into the cleaning solution, and keep the potential of the buried conductive layer 8 high at all times during immersion in the cleaning solution. ing. Although an alkaline organic solvent is used as the cleaning solution, it has been confirmed that the embedded conductive layer can be dissolved by a neutral or weakly acidic organic solvent or an inorganic cleaning solution.

【0016】また、配線層は通常、高い反射率を有する
ため、この上にフォトリソグラフィ技術によりレジスト
膜を形成する際、レジスト膜が劣化し、所望の配線層が
得られないという問題点もあった。
Further, since a wiring layer usually has a high reflectance, when a resist film is formed thereon by photolithography, the resist film is deteriorated, and a desired wiring layer cannot be obtained. Was.

【0017】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、第1の目的は、配線層が接続孔
からずれて、埋込導電層の表面の一部が露出したような
状態で形成されても、配線の断線や抵抗の上昇がない配
線構造を有する半導体装置を得るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. A first object is to displace a wiring layer from a connection hole and expose a part of the surface of a buried conductive layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a wiring structure in which the wiring is not broken or the resistance does not increase even if the wiring is formed in a proper state.

【0018】第2の目的は、配線層の帯電を防止するこ
とができ、洗浄液の処理による埋込導電層の溶解ないし
消失がなく、さらに、配線層の劣化のない信頼性の高い
配線構造を有する半導体装置を得るものである。
A second object is to provide a highly reliable wiring structure which can prevent the charging of the wiring layer, does not dissolve or disappear the buried conductive layer due to the treatment of the cleaning liquid, and does not deteriorate the wiring layer. And a semiconductor device having the same.

【0019】また、第3の目的は、配線層の帯電を防止
することができ、洗浄液の処理による埋込導電層の溶解
ないし消失がなく信頼性の高い配線構造を有する半導体
装置の製造方法を得るものである。
A third object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a highly reliable wiring structure which can prevent charging of a wiring layer and does not dissolve or disappear the buried conductive layer due to treatment with a cleaning solution. What you get.

【0020】さらに、第4の目的は、帯電した配線層の
電荷を除電することができ、洗浄液の処理による埋込導
電層の溶解ないし消失がなく信頼性の高い配線構造を有
する半導体装置の製造方法を得るものである。
A fourth object of the present invention is to manufacture a semiconductor device having a highly reliable wiring structure which can eliminate the charge of the charged wiring layer and does not dissolve or disappear the buried conductive layer due to the treatment of the cleaning liquid. Get the way.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置においては、半導体基板上に形成された接続孔を有す
る第1の絶縁層と接続孔内に埋め込まれた埋込導電層と
第1の絶縁層および埋込導電層上に形成され、埋込導電
層とは異なる材料からなる配線層と配線層表面上にのみ
接して形成された絶縁体層と絶縁体層および前記第1の
絶縁層上に形成された第2の絶縁層とを備えたものであ
る。
In a semiconductor device according to the present invention, a first insulating layer having a connection hole formed on a semiconductor substrate, a buried conductive layer embedded in the connection hole, and a first insulating layer are provided. A wiring layer formed on the insulating layer and the buried conductive layer and made of a different material from the buried conductive layer; an insulating layer formed on the wiring layer surface only in contact with the wiring layer; the insulating layer; and the first insulating layer And a second insulating layer formed thereon.

【0022】さらに、埋込導電層の表面の一部が配線層
から露出してなるものである。
Further, a part of the surface of the buried conductive layer is exposed from the wiring layer.

【0023】さらに、また、絶縁体層はチタンまたはア
ルミニウムのフッ化物からなるものである。
Further, the insulator layer is made of a fluoride of titanium or aluminum.

【0024】さらに、絶縁体層はタングステン、タング
ステン合金、ルテニューム、白金の群より選ばれたいず
れか一つの酸化物からなるものである。
Further, the insulator layer is made of any one oxide selected from the group consisting of tungsten, a tungsten alloy, ruthenium and platinum.

【0025】さらに、絶縁体層は窒化酸化シリコンから
なるものである。
Further, the insulator layer is made of silicon nitride oxide.

【0026】さらに、絶縁体層は10Å〜500Åの膜
厚を有するものである。
Further, the insulator layer has a thickness of 10 to 500 °.

【0027】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形
成する工程と接続孔内に埋込導電層を形成する工程と第
1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成する工程
と配線層上に絶縁体層を形成する工程と絶縁体層上にマ
スク層を形成する工程とマスク層をマスクにしてエッチ
ングすることにより絶縁体層および配線層をパターニン
グする工程とエッチング工程後に残ったマスク層を酸素
ガスを用いたプラズマ処理により除去する工程と除去工
程後に前記半導体基板を洗浄する工程と洗浄工程後に前
記絶縁体層および第1の絶縁層上に第2の絶縁層を形成
する工程とを備えたものである。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate, forming a buried conductive layer in the connection hole, and Forming a wiring layer on the insulating layer and the buried conductive layer, forming an insulator layer on the wiring layer, forming a mask layer on the insulator layer, and etching using the mask layer as a mask. A step of patterning an insulator layer and a wiring layer, a step of removing a mask layer remaining after the etching step by plasma treatment using oxygen gas, a step of cleaning the semiconductor substrate after the removing step, and a step of cleaning the semiconductor layer after the cleaning step. Forming a second insulating layer on the first insulating layer.

【0028】さらに、配線層の表面または配線層上に形
成された金属層表面を絶縁化処理して形成する工程を含
むものである。
Further, the method further includes a step of forming the surface of the wiring layer or the surface of the metal layer formed on the wiring layer by insulating treatment.

【0029】さらに、また、絶縁化処理は、酸素または
水蒸気を含む酸化性ガスを用いたプラズマ処理を含むも
のである。
Further, the insulation treatment includes a plasma treatment using an oxidizing gas containing oxygen or water vapor.

【0030】また、絶縁化処理は、オゾンガスまたは、
酸素または水蒸気を含む酸化性ガスの雰囲気中で行う加
熱処理を含むものである。
The insulation treatment may be performed by using ozone gas or
This includes a heat treatment performed in an atmosphere of an oxidizing gas containing oxygen or water vapor.

【0031】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形
成する工程と接続孔内に埋込導電層を形成する工程と第
1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成する工程
と配線層上に無機絶縁物が含有されたマスク層を形成す
る工程と配線層をマスク層をマスクにしてエッチング
し、配線層をパターニングする工程とマスク層を酸素ガ
スを用いたプラズマ処理により除去する工程と除去工程
後に半導体基板を洗浄する工程と洗浄工程後に絶縁体層
および第1の絶縁層上に第2の絶縁層を形成する工程と
を備えたものである。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate, forming a buried conductive layer in the connection hole, and Forming a wiring layer on the insulating layer and the buried conductive layer, forming a mask layer containing an inorganic insulator on the wiring layer, etching the wiring layer using the mask layer as a mask, and patterning the wiring layer And a step of removing the mask layer by plasma treatment using oxygen gas, a step of cleaning the semiconductor substrate after the removing step, and forming a second insulating layer on the insulator layer and the first insulating layer after the cleaning step And a process.

【0032】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に接続孔を有する層間絶縁膜を形成
する工程と接続孔内に埋込導電層を形成する工程と層間
絶縁膜および埋込導電層上に配線層を形成する工程と配
線層上にマスク層を形成する工程と配線層をマスク層を
マスクにしてエッチングし、配線層をパターニングする
工程とマスク層を酸素ガスを用いたプラズマ処理により
除去する工程とマスク層が除去された配線層表面にアル
コールガスを含むガスを用いたプラズマ処理を施す工程
と除去工程後に半導体基板を洗浄する工程とを備えたも
のである。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film having a connection hole on a semiconductor substrate, a step of forming a buried conductive layer in the connection hole, Forming a wiring layer on the embedded conductive layer, forming a mask layer on the wiring layer, etching the wiring layer using the mask layer as a mask, patterning the wiring layer, and using the mask layer with oxygen gas. The method includes a step of performing plasma processing, a step of performing plasma processing using a gas containing an alcohol gas on the surface of the wiring layer from which the mask layer has been removed, and a step of cleaning the semiconductor substrate after the removing step.

【0033】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形
成する工程と接続孔内に埋込導電層を形成する工程と第
1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成する工程
と配線層上にタングステン、タングステン合金、ルテニ
ューム、白金の群より選ばれたいずれか一つからなる導
電層を形成する工程と導電層上にマスク層を形成する工
程と配線層および導電層をマスク層をマスクにしてエッ
チングし、配線層と導電層とをパターニングする工程と
マスク層を酸素ガスを用いたプラズマ処理により除去す
る工程と除去工程後に半導体基板を洗浄する工程と除去
工程後に絶縁体層および第1の絶縁層上に第2の絶縁層
を形成する工程とを備えたものである。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate, forming a buried conductive layer in the connection hole, and Forming a wiring layer on the insulating layer and the buried conductive layer, forming a conductive layer made of any one selected from the group consisting of tungsten, tungsten alloy, ruthenium, and platinum on the wiring layer; Forming a mask layer, etching the wiring layer and the conductive layer using the mask layer as a mask, patterning the wiring layer and the conductive layer, and removing and removing the mask layer by plasma treatment using oxygen gas. The method includes a step of cleaning the semiconductor substrate after the step and a step of forming a second insulating layer on the insulator layer and the first insulating layer after the removing step.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1である配線構造を適用した半導体装置の
一部を示す構造断面図である。図において、1は半導体
基板、2は半導体基板1の主表面上に形成された各素子
領域を分離絶縁するための分離絶縁膜、3は素子領域の
半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜、4はゲート絶
縁膜3を介して形成されたゲート電極、5は半導体基板
1の主表面上にゲート電極を挟むようにして形成された
不純物拡散層、6はゲート電極4上に形成された第1の
絶縁層としての層間絶縁膜、7は層間絶縁膜6に形成さ
れ、不純物拡散層5の表面上に達する接続孔、8は接続
孔に埋め込まれたタングステンからなる埋込導電層、9
は接続孔7の側面および底面ないし層間絶縁膜6の表面
上に形成されたチタン化合物およびチタンの複合膜から
なるバリア層、10は埋込導電層8およびバリア層9上
に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金膜か
らなるアルミニウム配線層、11はアルミニウム配線層
10上に形成されたチタンまたはチタン化合物などから
なる上層金属膜、12はバリア層9、アルミニウム配線
層10および上層金属膜11から構成される配線層、1
6は配線層12の表面上にのみ接触して形成された絶縁
体層、30はゲート絶縁膜3、ゲート電極4および不純
物拡散層5から構成されるトランジスタ、70は層間絶
縁膜6および配線層12上に形成された第2の絶縁層と
しての絶縁膜である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a structural sectional view showing a part of a semiconductor device to which a wiring structure according to a first embodiment of the present invention is applied. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an isolation insulating film for separating and insulating each element region formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, 3 is a gate insulating film formed on the semiconductor substrate in the element region, Reference numeral 4 denotes a gate electrode formed with the gate insulating film 3 interposed therebetween, 5 denotes an impurity diffusion layer formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 with the gate electrode interposed therebetween, and 6 denotes a first diffusion layer formed on the gate electrode 4. An interlayer insulating film as an insulating layer; 7, a connection hole formed on the interlayer insulating film 6, reaching the surface of the impurity diffusion layer 5; 8, a buried conductive layer made of tungsten embedded in the connection hole;
Is a barrier layer composed of a titanium compound and titanium composite film formed on the side and bottom surfaces of the connection hole 7 or on the surface of the interlayer insulating film 6; 10 is aluminum formed on the buried conductive layer 8 and the barrier layer 9; An aluminum wiring layer made of an aluminum alloy film, 11 is an upper metal film made of titanium or a titanium compound formed on the aluminum wiring layer 10, and 12 is made up of a barrier layer 9, an aluminum wiring layer 10, and an upper metal film 11. Wiring layer, 1
Reference numeral 6 denotes an insulator layer formed only on the surface of the wiring layer 12, 30 denotes a transistor including the gate insulating film 3, the gate electrode 4 and the impurity diffusion layer 5, 70 denotes an interlayer insulating film 6 and a wiring layer 12 is an insulating film as a second insulating layer formed on the insulating film 12.

【0035】以上のようにして構成された半導体装置に
おける配線構造では、配線層12が、層間絶縁膜6に形
成され埋込導電層8が埋め込まれた接続孔7を介して半
導体基板表面に形成されたトランジスタ30の不純物拡
散層5と電気的に接続される。配線層12はこのように
して各素子領域のトランジスタとを相互接続する。そし
て、配線層12の表面上に形成された絶縁体層16によ
り断線や抵抗上昇がない安定した接続配線が得られる。
In the wiring structure of the semiconductor device configured as described above, the wiring layer 12 is formed on the surface of the semiconductor substrate via the connection hole 7 formed in the interlayer insulating film 6 and the buried conductive layer 8 is buried. Electrically connected to the impurity diffusion layer 5 of the transistor 30 thus formed. The wiring layer 12 thus interconnects the transistors in each element region. In addition, the insulating layer 16 formed on the surface of the wiring layer 12 provides a stable connection wiring without disconnection or increase in resistance.

【0036】次に、このような配線構造を有する半導体
装置の製造方法について説明する。図2(a)ないし
(c)、図3(d)ないし(f)、および図4(g)は
図1に示す半導体装置の配線構造部分100だけの形成
方法を拡大して示した部分工程断面図である。なお、分
離絶縁膜2およびトランジスタ30は通常の製造方法に
よりすでに形成されているものとし、これらの形成工程
は省略されている。まず、図2(a)を参照して、半導
体基板1上に層間絶縁膜6をCVD法により5000Å
の膜厚に形成し、さらにこの上に形成されたレジスト膜
(図示せず)をマスクにエッチングを行い半導体基板1
の表面に達する接続孔7を形成する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device having such a wiring structure will be described. 2 (a) to 2 (c), 3 (d) to 3 (f), and FIG. 4 (g) are enlarged partial steps showing a method of forming only the wiring structure 100 of the semiconductor device shown in FIG. It is sectional drawing. Here, it is assumed that the isolation insulating film 2 and the transistor 30 have already been formed by a normal manufacturing method, and these forming steps are omitted. First, referring to FIG. 2A, an interlayer insulating film 6 is formed on a semiconductor substrate 1 by a CVD method to a thickness of 5000 °.
The semiconductor substrate 1 is formed by etching using a resist film (not shown) formed thereon as a mask.
A connection hole 7 reaching the surface of is formed.

【0037】次に、図2(b)を参照して、接続孔7内
において配線層と半導体基板との十分なコンタクトを確
保するために、接続孔7の内面および層間絶縁層6上に
バリア層9としてチタン化合物およびチタンからなる多
層膜をスパッタリング法により1000Åの膜厚に形成
する。次に、図2(c)を参照して、このバリア層9上
に埋込導電層6としてタングステンを接続孔7内を埋め
込むようにしてCVD法により5000Åの膜厚に形成
した後、全面エッチバック法を用いて接続孔7内にのみ
埋め込まれた埋込導電層8を形成する。この埋込導電層
8としては、タングステン以外にタングステン合金やポ
リシリコンを用いてもよい。
Next, referring to FIG. 2B, in order to secure a sufficient contact between the wiring layer and the semiconductor substrate in the connection hole 7, a barrier is formed on the inner surface of the connection hole 7 and on the interlayer insulating layer 6. As the layer 9, a multilayer film made of a titanium compound and titanium is formed to a thickness of 1000 ° by a sputtering method. Next, referring to FIG. 2 (c), tungsten is formed as a buried conductive layer 6 on barrier layer 9 to a thickness of 5000 ° by a CVD method so as to fill connection holes 7, and then the entire surface is etched. The buried conductive layer 8 buried only in the connection hole 7 is formed by using the back method. As the buried conductive layer 8, a tungsten alloy or polysilicon other than tungsten may be used.

【0038】次に、図3(d)を参照して、この埋込導
電層8およびバリア層9上にアルミニウム配線層10と
してアルミニウムまたはシリコンや銅などを含むアルミ
ニウム合金膜および上層金属膜11としてチタンまたは
その合金あるいは化合物をスパッタリング法により、そ
れぞれ4000Å、300Åの膜厚に順次形成する。さ
らに、その上に、絶縁体層16としてシリコン酸化膜を
CVD法などの方法により200Åの膜厚に形成する。
この絶縁体層16は、膜形成の安定性、半導体基板上で
の面内均一性または後述する帯電防止効果の確保および
この絶縁体層16上にフォトリソグラフィー技術を用い
てマスク層となるレジスト膜などを形成する際に問題と
なる反射率等を考慮して、10Å以上500Å以下の膜
厚の範囲で形成するのが好ましい。
Next, referring to FIG. 3D, an aluminum alloy film containing aluminum or silicon or copper and an upper metal film 11 are formed on the buried conductive layer 8 and the barrier layer 9 as an aluminum wiring layer 10. Titanium or an alloy or compound thereof is sequentially formed to a thickness of 4000 ° and 300 ° by a sputtering method. Further, a silicon oxide film is formed thereon as the insulator layer 16 to a thickness of 200 ° by a method such as a CVD method.
This insulator layer 16 is used to secure film formation stability, in-plane uniformity on a semiconductor substrate or an antistatic effect to be described later, and a resist film serving as a mask layer on the insulator layer 16 using a photolithography technique. It is preferable that the film is formed in a thickness range of 10 ° or more and 500 ° or less in consideration of a reflectance or the like which becomes a problem when forming the film.

【0039】次に、図3(e)を参照して、絶縁体層1
6上にマスク層としてレジスト膜13を形成し、これを
マスクとして、絶縁体層16、上層金属膜11、アルミ
ニウム配線層10およびバリア層9をエッチングし、配
線層12と半導体基板1とが埋込導電層8の埋め込まれ
た接続孔7を介して電気的に接続されるように配線層1
2をパターンニングする。ただし、ここでは、本願発明
の説明を容易にするため、配線層12が接続孔7からず
れ、埋込導電層8の表面の一部17が露出した状態でパ
ターニングされた場合を示している。例えば、256M
DRAMのような高集積回路では、配線幅と接続穴径が
ともに0.3μm程度となり厳しい位置合わせ精度が要
求され、上記のようなずれは、実際、かなりの割合で起
こり得る。
Next, referring to FIG.
6, a resist film 13 is formed as a mask layer, and the insulating layer 16, the upper metal film 11, the aluminum wiring layer 10 and the barrier layer 9 are etched using the resist film 13 as a mask, so that the wiring layer 12 and the semiconductor substrate 1 are buried. Wiring layer 1 so as to be electrically connected through connection hole 7 in which embedded conductive layer 8 is embedded.
2 is patterned. However, here, in order to facilitate the description of the present invention, a case is shown in which the wiring layer 12 is shifted from the connection hole 7 and is patterned with a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8 exposed. For example, 256M
In a highly integrated circuit such as a DRAM, both the wiring width and the diameter of the connection hole are about 0.3 μm, and strict alignment accuracy is required, and the above-described shift may actually occur at a considerable rate.

【0040】次に、図3(f)を参照して、エッチング
後に残ったレジスト膜13を酸素を含むガスのプラズマ
処理(アッシング処理)によって除去する。このアッシ
ング処理では、残ったレジスト膜13の最大膜厚に対
し、除去性を高めるために50%〜100%程度のオー
バーアッシングが行われる。しかし、レジスト膜13は
先のエッチング処理やこのアッシング処理のプラズマで
変質して硬化しており、このようなアッシング処理だけ
では十分に除去されず、絶縁体層16の表面や配線層1
2の側面にレジスト残渣15となって残ることがある。
Next, referring to FIG. 3F, the resist film 13 remaining after the etching is removed by a plasma treatment (ashing treatment) of a gas containing oxygen. In this ashing process, overashing of about 50% to 100% is performed on the maximum thickness of the remaining resist film 13 in order to enhance the removability. However, the resist film 13 is deteriorated and hardened by the plasma of the previous etching process or this ashing process, and is not sufficiently removed only by such ashing process, so that the surface of the insulator layer 16 and the wiring layer 1 are not removed.
2 may be left as a resist residue 15 on the side surface.

【0041】そこで、この半導体基板を洗浄液に浸漬処
理し、レジスト残渣15を除去する。この洗浄液として
は、通常、アルカリ性の有機溶剤や中性あるいは弱酸性
の有機溶剤、あるいは、無機の洗浄液などが用いられる
が、特に、アルカリ性の有機溶剤としては、通常、アミ
ン系の有機溶剤がよく用いられる。この有機溶剤は、ヒ
ドロキシルアミンやモノエタノールアミン等のアルカノ
ールアミンを主成分とし、レジストの溶解力が高く、ア
ルミニウムやチタン等の金属を若干エッチングする作用
を有する。また、アミンは水と混合すると強アルカリ性
を示し、洗浄液のPH値は10以上を示すものが多い
が、単体のタングステンなどの金属に対してはエッチン
グ性は微弱で、例えば、60℃30分の剥離液の浸漬処
理でのエッチング量は30Å以下である。しかし、タン
グステンの酸化還元電位が高い場合には、この洗浄液中
での電気化学的作用によって、タングステンなどの金属
でも容易に溶解するという性質を有している。
Therefore, the semiconductor substrate is immersed in a cleaning liquid to remove the resist residue 15. As the cleaning liquid, usually, an alkaline organic solvent or a neutral or weakly acidic organic solvent, or an inorganic cleaning liquid is used.In particular, as the alkaline organic solvent, an amine-based organic solvent is usually used. Used. This organic solvent contains an alkanolamine such as hydroxylamine or monoethanolamine as a main component, has a high solvent dissolving power, and has an action of slightly etching metals such as aluminum and titanium. Further, amines show strong alkalinity when mixed with water, and the pH value of the cleaning liquid often shows 10 or more, but the etching property is weak for a single metal such as tungsten, for example, at 60 ° C. for 30 minutes. The etching amount in the immersion treatment of the stripping solution is 30 ° or less. However, when the oxidation-reduction potential of tungsten is high, even a metal such as tungsten easily dissolves due to the electrochemical action in the cleaning solution.

【0042】最後に、図4(g)を参照して、配線層1
2上に、第2の絶縁層として、この配線層12とさらに
その上に形成される配線層とを絶縁したり、配線層12
を外気から保護するための絶縁膜70が形成される。
Finally, referring to FIG. 4G, wiring layer 1
On the wiring layer 12 as a second insulating layer, the wiring layer 12 is further insulated from a wiring layer formed thereon;
Is formed to protect the semiconductor device from outside air.

【0043】なお、上記の説明では、絶縁体層16とし
て酸化シリコン膜を用いた例を示したが、これに限ら
ず、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン、フッ素を含む
酸化シリコン膜、さらに、配線材料に用いられるチタン
やアルミニウムの酸化物である酸化チタンや酸化アルミ
ニウム、あるいはチタンやアルミニウムのフッ化物であ
るフッ化チタンやフッ化アルミニウムなど、アッシング
処理のプラズマと配線層とを絶縁する絶縁膜であれば配
線層の帯電を防止することができる。特に、フッ化物
は、酸素より電気陰性度が高いフッ素と結合しているた
め、配線層から電子を奪い難くく、配線層の帯電を防止
する効果が高い。
In the above description, an example in which a silicon oxide film is used as the insulator layer 16 is shown. However, the present invention is not limited to this. A silicon nitride film, silicon nitride oxide, a silicon oxide film containing fluorine, and a wiring An insulating film that insulates the ashing plasma from the wiring layer, such as titanium oxide or aluminum oxide, which is an oxide of titanium or aluminum, or titanium fluoride or aluminum fluoride, which is a fluoride of titanium or aluminum. If it is, charging of the wiring layer can be prevented. In particular, since the fluoride is bonded to fluorine having a higher electronegativity than oxygen, it is difficult to remove electrons from the wiring layer, and the effect of preventing the wiring layer from being charged is high.

【0044】また、絶縁層16として窒化酸化シリコン
膜を用いた場合には、さらにこの膜が反射率を低減する
反射防止膜としても作用する。図5および図6は、それ
ぞれ、露光光源としてKrFエキシマレーザー光(波長
248nm)を用いたときの、上記窒化酸化シリコン膜
の膜厚と反射率および屈折率と反射率との関係を示した
ものである。図5からは膜厚が200Å〜500Åの間
で、また、図6からは一定の屈折率の範囲で反射率が低
くなっており、絶縁膜16を適切な膜厚および屈折率を
選択することにより反射率を低下させることができるの
で、絶縁体層の上に形成されるレジスト膜の劣化がな
く、したがって、劣化のない所望の配線層が形成でき
る。
When a silicon oxynitride film is used as the insulating layer 16, this film also functions as an antireflection film for reducing the reflectance. FIGS. 5 and 6 show the relationship between the thickness and the reflectance of the silicon nitride oxide film and the relationship between the refractive index and the reflectance, respectively, when KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is used as the exposure light source. It is. FIG. 5 shows that the film thickness is between 200 ° and 500 °, and FIG. 6 shows that the reflectance is low within a certain range of the refractive index. As a result, the reflectivity can be reduced, so that the resist film formed on the insulator layer does not deteriorate, and therefore, a desired wiring layer without deterioration can be formed.

【0045】さらに、上記説明では、これらの絶縁膜を
形成する方法として、CVD法による場合を示したが、
これに限らず、プラズマCVD法、スピン・オン・ガラ
ス等のスピンコートあるいは絶縁物をターゲットとした
スパッタリング法(PVD)などを用いることができ
る。
Furthermore, in the above description, the case where the insulating film is formed by the CVD method has been described.
Not limited to this, a plasma CVD method, spin coating such as spin-on-glass, or a sputtering method (PVD) using an insulator as a target can be used.

【0046】以上のような配線構造の形成方法において
は、配線層12の表面上に形成された絶縁体層16がレ
ジスト膜13を除去するアッシング処理中に酸素ガスプ
ラズマと配線層12とを電気的に絶縁するので、アッシ
ング処理中に配線層12の表面が酸素プラズマに晒さ
れ、電気陰性度の高い酸素ラジカルによりその表面から
電子が奪われてプラスに帯電するのを防止することがで
き、埋込導電層8の電位が高くなることがない。
In the method of forming the wiring structure as described above, the insulator layer 16 formed on the surface of the wiring layer 12 electrically connects the oxygen gas plasma and the wiring layer 12 during the ashing process for removing the resist film 13. Since the insulating layer is electrically insulated, it is possible to prevent the surface of the wiring layer 12 from being exposed to oxygen plasma during the ashing process, thereby preventing electrons from being deprived from the surface by oxygen radicals having high electronegativity and being positively charged. The potential of the buried conductive layer 8 does not increase.

【0047】したがって、たとえ、配線層12が接続孔
7からずれて形成され埋込導電層8の表面の一部17が
露出した状態で、その後のレジスト残渣を除去するため
の洗浄液に浸漬処理したとしても、埋込導電層8の電位
が高くなっていないので、電気化学的作用による埋込導
電層8の溶解ないし消失が防止されるという効果を奏
し、配線間の断線や抵抗上昇のような接続不良のない配
線構造が得られ、信頼性の高い半導体装置を得ることが
できる。また、絶縁層16として、特に、窒化酸化シリ
コン膜を用いた場合には、この膜が反射防止膜となるの
で、さらに、配線層の劣化のない信頼性の高い半導体装
置を得ることができる。
Therefore, even if the wiring layer 12 is formed so as to be displaced from the connection hole 7 and a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8 is exposed, it is immersed in a cleaning solution for removing the resist residue thereafter. However, since the potential of the buried conductive layer 8 is not high, the effect of preventing the buried conductive layer 8 from dissolving or disappearing due to the electrochemical action is exerted, such as disconnection between wirings and increase in resistance. A wiring structure without connection failure can be obtained, and a highly reliable semiconductor device can be obtained. In particular, when a silicon nitride oxide film is used as the insulating layer 16, this film serves as an antireflection film, so that a highly reliable semiconductor device with no deterioration of the wiring layer can be obtained.

【0048】実施の形態2.なお、実施の形態1では、
配線構造の配線層12上に形成される絶縁体層16をC
VD法などにより直接形成していたが、本実施の形態で
は配線層12の表面またはこの配線層12上に新たに形
成した金属膜表面を絶縁化処理することにより絶縁体層
を形成する方法に関するものである。以下、図1に示す
半導体装置の実施の形態2にかかる配線構造部分100
の形成方法を図7(a)および(b)に示す部分工程断
面図を用いて説明する。なお、両図において、図2ない
し図4中の符号と同一のものは、同一または相当部分を
示す。
Embodiment 2 In the first embodiment,
The insulator layer 16 formed on the wiring layer 12 of the wiring structure is C
Although this embodiment is directly formed by the VD method or the like, the present embodiment relates to a method of forming an insulator layer by insulating the surface of the wiring layer 12 or the surface of a metal film newly formed on the wiring layer 12. Things. Hereinafter, the wiring structure portion 100 according to the second embodiment of the semiconductor device shown in FIG.
Will be described with reference to the partial process sectional views shown in FIGS. 7A and 7B. In both figures, the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 4 indicate the same or corresponding parts.

【0049】まず、図7(a)を参照して、実施の形態
1と同様の方法にて、配線層12までを形成した後、配
線層12上に金属膜18としてチタンをスパッタリング
法より200Åの膜厚に形成する。この金属膜18は、
膜形成の安定性、半導体基板上での面内均一性または後
述する帯電防止効果の確保およびこの絶縁体層16上に
フォトリソグラフィー技術を用いてマスク層となるレジ
スト膜などを形成する際に問題となる反射率等を考慮し
て、10Å以上500Å以下の膜厚の範囲で形成するの
が好ましい。なお、チタン以外にアルミニウムやシリコ
ンなどの金属膜を用いてもよい。
First, referring to FIG. 7A, after forming up to the wiring layer 12 in the same manner as in the first embodiment, titanium is formed on the wiring layer 12 as a metal film 18 by sputtering at a thickness of 200 °. To a film thickness of This metal film 18
Problems in securing film formation stability, in-plane uniformity on a semiconductor substrate or an antistatic effect to be described later, and when forming a resist film or the like serving as a mask layer on the insulator layer 16 using photolithography technology. It is preferable to form the film in the range of 10 ° to 500 ° in consideration of the reflectance and the like. Note that a metal film such as aluminum or silicon may be used instead of titanium.

【0050】次に、図7(b)を参照して、金属膜18
の表面を酸素または水蒸気等の酸化性ガスを用いたプラ
ズマ中に一定時間晒して金属膜18をプラズマ中の酸化
性ガスのラジカルにより酸化し絶縁体層16としてチタ
ンの金属酸化膜を形成する。以後、実施の形態1の図3
(e)に示すと同様に、絶縁体層16上にレジスト膜1
3を形成し、これをマスクに絶縁体層16および配線層
12のエッチングを行い絶縁体層16および配線層12
をパターニングする。そして、実施の形態1の図3
(f)に示すように、残ったレジスト膜13をアッシン
グ処理によって除去する。その後、アミン系の有機溶剤
などの洗浄液を用いて半導体基板を浸漬処理し、残った
レジスト残渣15を除去する。最後に、実施の形態1の
図4(g)に示すように、配線層12および層間絶縁膜
6上に絶縁膜70を形成する。以上のようにして本実施
の形態にかかる配線構造が形成される。
Next, referring to FIG.
Is exposed to plasma using an oxidizing gas such as oxygen or water vapor for a certain period of time to oxidize the metal film 18 by radicals of the oxidizing gas in the plasma to form a metal oxide film of titanium as the insulator layer 16. Hereinafter, FIG. 3 of the first embodiment
As shown in (e), the resist film 1 is formed on the insulator layer 16.
3 is formed, and the insulating layer 16 and the wiring layer 12 are etched using the mask as a mask.
Is patterned. FIG. 3 of the first embodiment
As shown in (f), the remaining resist film 13 is removed by ashing. After that, the semiconductor substrate is immersed in a cleaning liquid such as an amine-based organic solvent to remove the remaining resist residue 15. Finally, an insulating film 70 is formed on the wiring layer 12 and the interlayer insulating film 6, as shown in FIG. As described above, the wiring structure according to the present embodiment is formed.

【0051】なお、絶縁化する方法としては、上記の他
に、オゾンガスや酸素または水蒸気等の酸化性ガスの雰
囲気中で、300℃程度の熱処理を行う方法、オゾンガ
スまたは酸素を含む水溶液に浸漬処理する方法、フッ素
ガスを含むフッ化性ガスの雰囲気中で300℃程度の熱
処理を行う方法などを用いることができる。
In addition, as a method of insulating, in addition to the method described above, a method of performing heat treatment at about 300 ° C. in an atmosphere of an oxidizing gas such as ozone gas, oxygen, or water vapor, or a dipping treatment in an aqueous solution containing ozone gas or oxygen And a method of performing a heat treatment at about 300 ° C. in an atmosphere of a fluorinated gas containing a fluorine gas.

【0052】また、上記の説明では、配線層12上に新
たに金属層18を形成した場合を示したが、このような
金属層を形成せず配線層12の表面を上記に示した方法
により直接絶縁化処理してもよい。
In the above description, the case where the metal layer 18 is newly formed on the wiring layer 12 is shown. However, without forming such a metal layer, the surface of the wiring layer 12 is formed by the method described above. Direct insulation treatment may be performed.

【0053】以上のようにして構成された本実施の形態
2にかかる配線構造の形成方法においては、配線層12
の表面上に形成された金属膜18あるいは配線層12の
上層金属膜11を絶縁化処理して形成された絶縁体層1
6が、レジスト膜13を除去するアッシング処理中に酸
素ガスプラズマと配線層12とを電気的に絶縁するの
で、アッシング処理中に配線層12の表面が酸素プラズ
マに晒され、電気陰性度の高い酸素ラジカルによりその
表面から電子が奪われてプラスに帯電するのを防止する
ことができ、埋込導電層8の電位が高くなることがな
い。よって、たとえ、配線層12が接続孔7からずれ、
埋込導電層8の表面の一部17が露出した状態の半導体
基板を洗浄液に浸漬処理したとしても、その電気化学的
作用による埋込導電層8の溶解ないし消失が発生するこ
とがなく、配線間の断線や抵抗上昇のような接続不良の
ない安定した配線構造が得られ、信頼性の高い半導体装
置を得ることができる。
In the method of forming the wiring structure according to the second embodiment configured as described above, the wiring layer 12
Insulator layer 1 formed by insulating the metal film 18 formed on the surface of the substrate or the upper metal film 11 of the wiring layer 12.
6 electrically insulates the oxygen gas plasma from the wiring layer 12 during the ashing process for removing the resist film 13, so that the surface of the wiring layer 12 is exposed to the oxygen plasma during the ashing process and has a high electronegativity. Electrons can be prevented from being deprived of electrons from the surface by oxygen radicals and charged positively, and the potential of the embedded conductive layer 8 does not increase. Therefore, even if the wiring layer 12 is shifted from the connection hole 7, for example,
Even if the semiconductor substrate in a state where a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8 is exposed is immersed in a cleaning liquid, the buried conductive layer 8 does not dissolve or disappear due to the electrochemical action, and the wiring A stable wiring structure free from connection failure such as disconnection between wires and a rise in resistance can be obtained, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

【0054】実施の形態3.実施の形態2では、配線層
の帯電を防止する絶縁体層を金属膜の絶縁化処理により
形成したが、本実施の形態では、さらに、配線層をパタ
ーニングするマスクとなるレジスト膜または有機反射防
止膜中に無機の絶縁物を混入し、アッシング処理と同時
に絶縁体層を形成するものである。以下、実施の形態3
にかかる配線構造の形成方法を図8(a)ないし(b)
および図9(c)に示す部分工程断面図を用いて説明す
る。なお、これらの図において、図2ないし図4中の符
号と同一のものは、同一または相当部分を示す。
Embodiment 3 FIG. In the second embodiment, the insulator layer for preventing electrification of the wiring layer is formed by insulating the metal film. However, in the second embodiment, a resist film serving as a mask for patterning the wiring layer or an organic antireflection film is further provided. An inorganic insulator is mixed into the film to form an insulator layer simultaneously with the ashing process. Hereinafter, Embodiment 3
(A) and (b) of FIG.
Description will be made with reference to a partial process sectional view shown in FIG. In these figures, the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 4 indicate the same or corresponding parts.

【0055】まず、図8(a)を参照して、実施の形態
1と同様の方法を用いて配線層12までを形成した後、
この配線層12上に配線層12をエッチングするマスク
層として酸化シリコンなどの無機絶縁物19が混入され
たレジスト膜13を形成する。この無機絶縁物19のレ
ジスト膜13への混入は、図8(a)に示すように、レ
ジスト膜13をパターン形成した後、無機絶縁物19を
直接イオン注入することにより行われるが、あらかじめ
レジスト中に混入し、このレジストを用いてレジスト膜
13を形成してもよい。また、無機絶縁物19として
は、この他に、アルミニウム、チタンおよびそれらの酸
化物、タングステンおよびその酸化物、酸化シリコン、
窒化シリコン、窒化酸化シリコン、あるいはこれらの混
合物などを用いてもよい。
First, referring to FIG. 8A, after forming up to the wiring layer 12 using the same method as in the first embodiment,
On the wiring layer 12, a resist film 13 mixed with an inorganic insulator 19 such as silicon oxide is formed as a mask layer for etching the wiring layer 12. The mixing of the inorganic insulator 19 into the resist film 13 is performed by directly ion-implanting the inorganic insulator 19 after patterning the resist film 13 as shown in FIG. The resist film 13 may be formed using the resist. In addition, as the inorganic insulator 19, aluminum, titanium and their oxides, tungsten and its oxides, silicon oxide,
Silicon nitride, silicon nitride oxide, a mixture thereof, or the like may be used.

【0056】次に、図8(b)を参照して、無機絶縁物
19が混入されたレジスト膜13をマスクとして配線層
12をエッチングし配線層12をパターニングする。な
お、図8(b)は、本実施の形態1ないし2と同様に、
配線層12が接続孔7からずれて、埋込導電層8の表面
に一部17が露出した状態を示している。次に、図9
(c)を参照して、配線層12をエッチングした後に残
ったレジスト膜13を酸素を含むガスのプラズマによる
アッシング処理にて除去する。このとき、レジスト膜1
3に混入されていた無機絶縁物19は除去されずに絶縁
体層16としてレジスト残渣15とともに配線層12の
表面上に残り、オーバーアッシング時に酸素ガスプラズ
マと配線層12とを電気的に絶縁する役割をする。以
後、このレジスト残渣15を除去するために、半導体基
板1を例えばアミン系の有機溶剤などの洗浄液に浸漬処
理する。最後に、図4(g)に示すように、配線層12
および層間絶縁膜6上に絶縁膜70を形成する。以上の
ようにして実施の形態3にかかる配線構造が形成され
る。
Next, referring to FIG. 8B, the wiring layer 12 is etched and patterned using the resist film 13 mixed with the inorganic insulator 19 as a mask. FIG. 8B shows the same as Embodiments 1 and 2,
This shows a state where the wiring layer 12 is shifted from the connection hole 7 and a part 17 is exposed on the surface of the buried conductive layer 8. Next, FIG.
Referring to (c), the resist film 13 remaining after the etching of the wiring layer 12 is removed by ashing using plasma of a gas containing oxygen. At this time, the resist film 1
The inorganic insulator 19 mixed in 3 remains on the surface of the wiring layer 12 together with the resist residue 15 as an insulator layer 16 without being removed, and electrically insulates the oxygen gas plasma from the wiring layer 12 during overashing. Play a role. Thereafter, in order to remove the resist residue 15, the semiconductor substrate 1 is immersed in a cleaning liquid such as an amine-based organic solvent. Finally, as shown in FIG.
Then, an insulating film 70 is formed on the interlayer insulating film 6. The wiring structure according to the third embodiment is formed as described above.

【0057】なお、上記の説明では、レジスト膜中に無
機絶縁物を混入した場合を示したが、レジスト膜を形成
する場合にその下層に反射を防止するための有機反射防
止膜を用いる場合には、レジスト膜ではなく、この有機
反射防止膜中に無機絶縁物を混入しておいてもよい。こ
の場合、無機絶縁物がシリコン酸化膜であるとすると、
その密度を2g/cm3および有機反射防止膜の密度を
1g/cm3として、アッシング処理時の帯電防止とし
ての絶縁性を確保するために絶縁体層の厚みが10Å以
上必要であると仮定すると、有機反射防止膜の膜厚が1
000Åだと、この有機反射防止膜中のシリコン酸化膜
の含有量は、2%以上となる。さらに、この無機絶縁物
が混入された有機反射防止膜は、その用途に応じてレジ
スト膜の上に形成されたものであってもよい。
In the above description, the case where an inorganic insulator is mixed in the resist film is shown. However, when a resist film is formed, an organic anti-reflection film for preventing reflection is used below the resist film. May be mixed with an inorganic insulating material in the organic antireflection film instead of the resist film. In this case, if the inorganic insulator is a silicon oxide film,
Assuming that the density is 2 g / cm 3 and the density of the organic anti-reflection film is 1 g / cm 3 , the thickness of the insulator layer is required to be 10 ° or more in order to ensure insulation as antistatic during ashing. The thickness of the organic antireflection film is 1
If it is 000 °, the content of the silicon oxide film in the organic antireflection film is 2% or more. Further, the organic antireflection film in which the inorganic insulator is mixed may be formed on a resist film depending on the use.

【0058】以上のようにして構成された本実施の形態
3にかかる配線構造の形成方法においては、配線層12
の表面上に形成された無機絶縁物19からなる絶縁体層
16が、レジスト膜を除去するアッシング処理中での酸
素ガスプラズマと配線層12とを電気的に絶縁するの
で、アッシング中に配線層12の表面が酸素プラズマに
晒され、電気陰性度の高い酸素ラジカルによりその表面
から電子が奪われプラスに帯電するのを防止することが
でき、埋込導電層8の電位が高くなることがない。よっ
て、たとえ、配線層12が接続孔7からずれ、埋込導電
層8の表面の一部17が露出した状態の半導体基板を洗
浄液に浸漬したとしても、その電気化学的作用による埋
込導電層8の溶解ないし消失が発生しない。したがっ
て、配線間の断線や抵抗上昇のような接続不良のない安
定した配線構造が得られ、信頼性の高い半導体装置を得
ることができる。
In the method of forming the wiring structure according to the third embodiment configured as described above, the wiring layer 12
The insulator layer 16 made of the inorganic insulator 19 formed on the surface of the substrate electrically insulates the oxygen gas plasma and the wiring layer 12 during the ashing process for removing the resist film. 12 can be prevented from being exposed to oxygen plasma to remove electrons from the surface due to oxygen radicals having high electronegativity and being positively charged, and the potential of the buried conductive layer 8 does not increase. . Therefore, even if the wiring layer 12 is displaced from the connection hole 7 and the semiconductor substrate in a state where a part 17 of the surface of the embedded conductive layer 8 is exposed is immersed in the cleaning liquid, the embedded conductive layer 8 does not dissolve or disappear. Therefore, a stable wiring structure free from connection failures such as disconnection between wires and increase in resistance can be obtained, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

【0059】実施の形態4.以上の実施の形態では、レ
ジスト膜を除去する工程において、配線層12が酸素ガ
スプラズマにより帯電されるのを防止するものであった
が、本実施の形態では、帯電した配線層12の電荷を除
電する方法に関するものである。
Embodiment 4 FIG. In the above embodiment, in the step of removing the resist film, the wiring layer 12 is prevented from being charged by the oxygen gas plasma. However, in this embodiment, the charged charge of the wiring layer 12 is reduced. It relates to a method for removing static electricity.

【0060】まず、従来の配線構造の形成方法を示す図
14(f)を参照して、配線層12は、その表面や側面
にレジスト残渣15が付着しているとともに、レジスト
膜除去時の酸素プラズマ中の酸素ラジカルにより電子が
奪われてプラスに帯電している。先述したように、この
ような状態でレジスト残渣15を除去するために半導体
基板を洗浄液に浸漬処理すると、配線層12が帯電して
いることにより埋込導電層8の電位も高くなっているの
で、図15に示すように配線層12が接続孔7とずれ
て、埋込導電層8の表面の一部17が露出したような状
態で形成された場合には、図12に示すようにその電気
化学的作用により埋込導電層8が容易に溶解してしま
う。
First, referring to FIG. 14 (f) showing a conventional method for forming a wiring structure, a wiring layer 12 has a resist residue 15 adhered to the surface and side surfaces thereof, and has a high oxygen content when the resist film is removed. Electrons are deprived by oxygen radicals in the plasma and are positively charged. As described above, when the semiconductor substrate is immersed in a cleaning solution to remove the resist residue 15 in such a state, the potential of the buried conductive layer 8 is also increased because the wiring layer 12 is charged. When the wiring layer 12 is formed so as to be shifted from the connection hole 7 as shown in FIG. 15 and a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8 is exposed, as shown in FIG. The embedded conductive layer 8 is easily dissolved by the electrochemical action.

【0061】そこで、本実施の形態では、レジスト残渣
を除去するための洗浄液の浸漬処理を行う前に、帯電し
た配線層12をメチルアルコールを含んだガスのプラズ
マに一定時間晒して帯電した電荷をあらかじめ除電して
おく。除電するためのガスとしては、メチルアルコール
以外にもメタノールやIPAなど、アルコール一般のガ
スを用いても同様の効果を得ることができる。そして、
このような除電処理を行ったのち、改めてアミン系の有
機溶剤などの洗浄液による浸漬処理を行いレジスト残渣
15を除去する。
Therefore, in the present embodiment, the charged wiring layer 12 is exposed to a plasma of a gas containing methyl alcohol for a certain period of time before the immersion treatment of the cleaning solution for removing the resist residue is performed to remove the charged charges. Remove static electricity in advance. Similar effects can be obtained by using a general alcohol gas such as methanol or IPA in addition to methyl alcohol as a gas for static elimination. And
After performing such a charge elimination process, the resist residue 15 is removed again by immersion treatment with a cleaning solution such as an amine-based organic solvent.

【0062】以上のようにして構成された実施の形態4
にかかる配線構造の形成方法においては、配線層12を
パターニングした後のレジスト膜を除去する工程で帯電
した配線層12を、アルコールガスを含むガスを用いた
プラズマに晒し除電しているので、たとえ、配線層12
と接続孔7とがずれ、埋込導電層8の表面の一部17が
露出していても、その後のレジスト残渣15を除去する
ための洗浄液による浸漬処理を行っても埋込導電層8の
溶解ないし消失が発生しない。したがって、配線間の断
線や抵抗上昇などの接続不良がない安定した配線構造を
得ることができ、信頼性の高い半導体装置を得ることが
できる。
Embodiment 4 configured as described above
In the method for forming a wiring structure according to the above, since the wiring layer 12 charged in the step of removing the resist film after patterning the wiring layer 12 is exposed to plasma using a gas containing an alcohol gas to remove electricity, , Wiring layer 12
And the contact hole 7 is displaced to expose a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8, and even if a immersion treatment with a cleaning solution for removing the resist residue 15 is performed, No dissolution or disappearance occurs. Therefore, it is possible to obtain a stable wiring structure with no connection failure such as disconnection between wirings or an increase in resistance, and to obtain a highly reliable semiconductor device.

【0063】実施の形態5.本実施の形態は、帯電した
配線層12の電荷を除電する他の方法に関するものであ
る。以下、実施の形態5にかかる配線構造の形成方法を
図10(a)ないし(c)に示す部分工程断面図を用い
て説明する。なお、これらの図において、図2ないし図
4中の符号と同一のものは、同一または相当部分を示
す。
Embodiment 5 FIG. The present embodiment relates to another method for removing charges from the charged wiring layer 12. Hereinafter, a method for forming a wiring structure according to the fifth embodiment will be described with reference to partial process cross-sectional views shown in FIGS. In these figures, the same reference numerals as those in FIGS. 2 to 4 indicate the same or corresponding parts.

【0064】まず、図10(a)を参照して、実施の形
態1と同様の方法を用いて配線層12までを形成した
後、この配線層12上に導電層20としてタングステン
をスパッタ法により10Å以上500Å以下の膜厚に適
宜形成する。導電層20としては、タングステンの他に
タングステン合金などその酸化物の導電性が高い金属を
用いる。次に、図10(b)を参照して、導電層20上
にレジスト膜13を形成し、これをマスクとして導電層
20および配線層12をエッチングし、導電層20およ
び配線層12をパターニングする。ただし、図は、配線
層12が接続孔7からずれて、埋込導電層8の表面の一
部17が露出した状態を示している。
First, referring to FIG. 10 (a), after forming up to wiring layer 12 using the same method as in the first embodiment, tungsten is formed on wiring layer 12 as conductive layer 20 by sputtering. It is formed appropriately to a thickness of 10 ° to 500 °. As the conductive layer 20, a metal having a high conductivity such as a tungsten alloy, such as a tungsten alloy, is used in addition to tungsten. Next, referring to FIG. 10B, a resist film 13 is formed on conductive layer 20, and using this as a mask, conductive layer 20 and wiring layer 12 are etched to pattern conductive layer 20 and wiring layer 12. . However, the figure shows a state in which the wiring layer 12 is shifted from the connection hole 7 and a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8 is exposed.

【0065】次に、図10(c)を参照して、上記エッ
チングで残ったレジスト膜13を酸素を含むプラズマに
よるアッシング処理により除去する。このとき、導電層
20の表面や配線層12の側面にはレジスト残渣15が
付着しているとともに、オーバーアッシング時の酸素ガ
スプラズマにより配線層12がプラスに帯電している。
さらに、導電層20はプラズマにより酸化され、その表
面には図示しないタングステンの金属酸化物が形成され
ている。この金属酸化物は他の金属酸化物に比べ導電性
が高いという性質を有する。このような性質を有する導
電層20として、他にタングステン合金やルテニューム
を用いてもよい。そして、このレジスト残渣15を除去
するために、アミン系の有機溶剤などの洗浄液による浸
漬処理を行う。最後に、図4(g)に示すように、配線
層12および層間絶縁膜6上に絶縁膜70を形成する。
以上のようにして実施の形態5にかかる配線構造が形成
される。
Next, referring to FIG. 10C, the resist film 13 remaining by the etching is removed by ashing using plasma containing oxygen. At this time, the resist residue 15 is attached to the surface of the conductive layer 20 and the side surface of the wiring layer 12, and the wiring layer 12 is positively charged by oxygen gas plasma during overashing.
Further, the conductive layer 20 is oxidized by the plasma, and a tungsten metal oxide (not shown) is formed on the surface thereof. This metal oxide has the property of having higher conductivity than other metal oxides. As the conductive layer 20 having such properties, a tungsten alloy or ruthenium may be used. Then, in order to remove the resist residue 15, an immersion treatment with a cleaning liquid such as an amine-based organic solvent is performed. Finally, as shown in FIG. 4G, an insulating film 70 is formed on the wiring layer 12 and the interlayer insulating film 6.
The wiring structure according to the fifth embodiment is formed as described above.

【0066】以上のようにして構成された実施の形態5
にかかる配線構造の形成方法においては、たとえ、配線
層12がアッシング処理中に帯電したとしても、このア
ッシング処理により酸化され形成された導電層20の金
属酸化物が高い導電性を示すいう性質を有しているの
で、レジスト残渣15を除去するための洗浄液中でこの
金属酸化物を通じて蓄積された電荷が瞬時にして放電さ
れる。したがって、埋込導電層8の酸化還元電位も瞬時
にして低下するので、たとえ、配線層12と接続孔7と
がずれ、埋込導電層8の表面の一部17が露出していて
も、電気化学的作用による埋込導電層8の溶解ないし消
失が発生しない。よって、配線間の断線や抵抗上昇など
の接続不良がない安定した配線構造を得ることができ、
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
Embodiment 5 configured as described above
According to the method for forming a wiring structure according to the above, even if the wiring layer 12 is charged during the ashing process, the metal oxide of the conductive layer 20 formed by oxidation by the ashing process exhibits a high conductivity. Therefore, the charges accumulated through the metal oxide in the cleaning solution for removing the resist residue 15 are discharged instantaneously. Therefore, the oxidation-reduction potential of the buried conductive layer 8 also instantaneously decreases, so that even if the wiring layer 12 is displaced from the connection hole 7 and a part 17 of the surface of the buried conductive layer 8 is exposed, Dissolution or disappearance of the embedded conductive layer 8 due to electrochemical action does not occur. Therefore, it is possible to obtain a stable wiring structure with no connection failure such as disconnection between wires or increase in resistance,
A highly reliable semiconductor device can be obtained.

【0067】なお、以上の実施の形態では本発明の配線
構造を一層配線の場合についてのみ説明したが、図11
に示すような多層配線構造の一部としても適用できる。
図11において、150で示される本件発明の配線構造
は、半導体基板1上に形成され、トランジスタ30を含
む層間絶縁膜60の接続孔を介して半導体基板1と接続
されている配線層120とともに多層配線構造をなして
いる。さらに、図示しない多層配線構造における各層す
べてに本件発明の配線構造を適用してもよい。また、本
願発明の配線構造はDRAMやSRAMなどの半導体集
積回路に限らず、種々の半導体装置に採用することがで
きる。
In the above embodiment, the wiring structure of the present invention has been described only for the case of single-layer wiring.
The present invention can also be applied as a part of a multilayer wiring structure as shown in FIG.
In FIG. 11, the wiring structure 150 of the present invention is formed on the semiconductor substrate 1 and has a multilayer structure together with the wiring layer 120 connected to the semiconductor substrate 1 through the connection hole of the interlayer insulating film 60 including the transistor 30. It has a wiring structure. Further, the wiring structure of the present invention may be applied to all layers in a multilayer wiring structure (not shown). Further, the wiring structure of the present invention is not limited to semiconductor integrated circuits such as DRAMs and SRAMs, and can be applied to various semiconductor devices.

【0068】[0068]

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に示すような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0069】配線層の表面上に接触して形成された絶縁
体層がアッシング処理中の配線層の帯電を防止し埋込導
電層の電位が高くなることがないので、レジスト残渣を
除去する洗浄液に浸漬処理しても埋込導電層の溶解ない
し消失が防止され、配線間の断線や抵抗上昇のような接
続不良のない配線構造が得られ、信頼性の高い半導体装
置を得ることができる。
Since the insulator layer formed in contact with the surface of the wiring layer prevents the charging of the wiring layer during the ashing process and does not increase the potential of the buried conductive layer, a cleaning solution for removing the resist residue Even if the immersion treatment is performed, the embedded conductive layer is prevented from being dissolved or disappeared, a wiring structure free from connection failure such as disconnection between wirings or an increase in resistance can be obtained, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

【0070】さらに、配線層の表面上に接触して形成さ
れた絶縁体層にフッ化物を用いているので配線層の帯電
防止効果を高めることができ、さらに信頼性の高い半導
体装置を得ることができる。
Further, since fluoride is used for the insulator layer formed in contact with the surface of the wiring layer, the antistatic effect of the wiring layer can be enhanced, and a more reliable semiconductor device can be obtained. Can be.

【0071】また、さらに、配線層の表面上に接触して
形成された絶縁体層に窒化酸化シリコンを用いているの
で、レジスト膜を形成する際の反射を防止することがで
き、配線層の劣化のない信頼性の高い半導体装置を得る
ことができる。
Further, since silicon nitride oxide is used for the insulator layer formed in contact with the surface of the wiring layer, reflection at the time of forming a resist film can be prevented, and A highly reliable semiconductor device without deterioration can be obtained.

【0072】また、配線層の表面上に接触するように絶
縁体層を形成することにより、配線層の帯電を防止する
ことができ、洗浄液による埋込導電層の溶解ないし消失
のない信頼性の高い配線構造を有する半導体装置の製造
方法を得ることができる。
Further, by forming the insulator layer so as to be in contact with the surface of the wiring layer, the charging of the wiring layer can be prevented, and the reliability of the embedded conductive layer without dissolving or disappearing by the cleaning liquid can be improved. A method for manufacturing a semiconductor device having a high wiring structure can be obtained.

【0073】また、アルコールガスによるプラズマ処理
により帯電した配線層の電荷を除電することができるの
で、洗浄液による埋込導電層の溶解ないし消失がない信
頼性の高い配線構造を有する半導体装置の製造方法を得
ることができる。
Further, since the charge of the wiring layer charged by the plasma treatment with the alcohol gas can be eliminated, a method of manufacturing a semiconductor device having a highly reliable wiring structure in which the embedded conductive layer is not dissolved or disappeared by the cleaning liquid. Can be obtained.

【0074】また、配線層の表面上に接触するように導
電層を形成することにより、帯電した配線層の電荷を除
電することができるので、洗浄液による埋込導電層の溶
解ないし消失がない信頼性の高い配線構造を有する半導
体装置の製造方法を得ることができる。
Further, by forming the conductive layer so as to be in contact with the surface of the wiring layer, the charge of the charged wiring layer can be eliminated, so that the embedded conductive layer is not dissolved or disappeared by the cleaning liquid. A method for manufacturing a semiconductor device having a highly reliable wiring structure can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態1である配線構造を有する半導体
装置の構造断面図である。
FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor device having a wiring structure according to a first embodiment;

【図2】 実施の形態1である配線構造の形成方法を示
す部分工程断面図である。
FIG. 2 is a partial process sectional view illustrating the method for forming the wiring structure according to the first embodiment;

【図3】 実施の形態1である配線構造の形成方法を示
す部分工程断面図である。
FIG. 3 is a partial process sectional view illustrating the method for forming the wiring structure according to the first embodiment;

【図4】 実施の形態1である配線構造の形成方法を示
す部分工程断面図である。
FIG. 4 is a partial process sectional view illustrating the method for forming the wiring structure according to the first embodiment;

【図5】 実施の形態1である窒化酸化シリコン膜の膜
厚と反射率との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between the thickness of a silicon nitride oxide film and the reflectance according to the first embodiment;

【図6】 実施の形態1である窒化酸化シリコン膜の屈
折率と反射率との関係を示す図である。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between the refractive index and the reflectance of the silicon nitride oxide film of Embodiment 1;

【図7】 実施の形態2である配線構造の形成方法を示
す部分工程断面図である。
FIG. 7 is a partial process sectional view illustrating the method for forming the wiring structure according to the second embodiment;

【図8】 実施の形態3である配線構造の形成方法を示
す部分工程断面図である。
FIG. 8 is a partial process sectional view illustrating the method for forming the wiring structure according to the third embodiment;

【図9】 実施の形態3である配線構造の形成方法を示
す部分工程断面図である。
FIG. 9 is a partial process sectional view illustrating the method of forming the wiring structure according to the third embodiment;

【図10】 実施の形態5である配線構造の形成方法を
示す部分工程断面図である。
FIG. 10 is a partial process sectional view illustrating the method of forming the wiring structure according to the fifth embodiment;

【図11】 実施の形態1ないし5である配線構造を多
層配線構造に適用した半導体装置の構成断面図である。
FIG. 11 is a configuration sectional view of a semiconductor device in which the wiring structure according to the first to fifth embodiments is applied to a multilayer wiring structure;

【図12】 従来の配線構造を有する半導体装置の構成
断面図である。
FIG. 12 is a configuration sectional view of a semiconductor device having a conventional wiring structure.

【図13】 従来の配線構造の形成方法を示す部分断面
工程図である。
FIG. 13 is a partial cross-sectional process view showing a conventional method for forming a wiring structure.

【図14】 従来の配線構造の形成方法を示す部分断面
工程図である。
FIG. 14 is a partial cross-sectional process view showing a conventional method for forming a wiring structure.

【図15】 従来の配線構造における配線の帯電を説明
するための構成断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a configuration for explaining charging of a wiring in a conventional wiring structure.

【図16】 従来の配線構造における埋込導電層の溶解
を説明するための構成断面図。
FIG. 16 is a configuration sectional view for explaining dissolution of a buried conductive layer in a conventional wiring structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板、 6 層間絶縁膜、 7 接続孔、
8 埋込導電層 12 配線層、 13 レジスト膜、 16 絶縁体
層、 18 金属層 19 無機絶縁物、 20 導電層
1 semiconductor substrate, 6 interlayer insulating film, 7 connection hole,
Reference Signs List 8 embedded conductive layer 12 wiring layer, 13 resist film, 16 insulator layer, 18 metal layer 19 inorganic insulator, 20 conductive layer

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Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 埋込導電層を用いた配線構造を有する半
導体装置であって、 半導体基板上に形成された接続孔を有する第1の絶縁層
と、 前記接続孔内に埋め込まれた埋込導電層と、 前記第1の絶縁層および埋込導電層上に形成され、前記
埋込導電層とは異なる材料からなる配線層と、 前記配線層表面上にのみ接して形成された絶縁体層と、 前記絶縁体層および前記第1の絶縁層上に形成された第
2の絶縁層とを備えた半導体装置。
1. A semiconductor device having a wiring structure using a buried conductive layer, comprising: a first insulating layer having a connection hole formed on a semiconductor substrate; A conductive layer; a wiring layer formed on the first insulating layer and the buried conductive layer, made of a material different from the buried conductive layer; and an insulator layer formed only on the surface of the wiring layer. And a second insulating layer formed on the insulator layer and the first insulating layer.
【請求項2】 配線層が埋込導電層の表面の一部を覆っ
てなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring layer covers a part of the surface of the buried conductive layer.
【請求項3】 絶縁体層はチタンまたはアルミニウムの
フッ化物からなることを特徴とする請求項1または2記
載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator layer is made of titanium or aluminum fluoride.
【請求項4】 絶縁体層はタングステン、タングステン
合金、ルテニューム、白金の群より選ばれたいずれか一
つの酸化物からなることを特徴とする請求項1または2
記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator layer is made of any one oxide selected from the group consisting of tungsten, a tungsten alloy, ruthenium, and platinum.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 絶縁層は窒化酸化シリコンからなる絶縁
膜であることを特徴とする請求項1または2記載の半導
体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer is an insulating film made of silicon nitride oxide.
【請求項6】 絶縁体層は10Å以上500Å以下の膜
厚を有することを特徴とする請求項1ないし5記載の半
導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator layer has a thickness of 10 ° to 500 °.
【請求項7】 埋込導電層を用いた配線構造を有する半
導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形成する
工程と、 前記接続孔内に埋込導電層を形成する工程と、 前記第1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成す
る工程と、 前記配線層上に絶縁体層を形成する工程と、 前記絶縁体層上にマスク層を形成する工程と、 前記マスク層をマスクにしてエッチングすることにより
前記絶縁体層および配線層をパターニングする工程と、 前記エッチング工程後に残った前記マスク層を酸素ガス
を用いたプラズマ処理により除去する工程と、 前記除去工程後に前記半導体基板を洗浄する工程と、 前記洗浄工程後に前記絶縁体層および前記第1の絶縁層
上に第2の絶縁層を形成する工程とを備えた半導体装置
の製造方法。
7. A method of manufacturing a semiconductor device having a wiring structure using a buried conductive layer, comprising: forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate; Forming an embedded conductive layer; forming an interconnect layer on the first insulating layer and the buried conductive layer; forming an insulator layer on the interconnect layer; A step of forming a mask layer, a step of patterning the insulator layer and the wiring layer by etching using the mask layer as a mask, and a step of plasma-treating the mask layer remaining after the etching step using an oxygen gas. A semiconductor device comprising: a removing step; a step of cleaning the semiconductor substrate after the removing step; and a step of forming a second insulating layer on the insulator layer and the first insulating layer after the cleaning step. of Production method.
【請求項8】 配線層上に絶縁体層を形成する工程に
は、 前記配線層の表面または前記配線層上に形成された金属
層表面を絶縁化処理して形成する工程を含む請求項7記
載の半導体装置の製造方法。
8. The step of forming an insulator layer on a wiring layer includes the step of forming a surface of the wiring layer or a surface of a metal layer formed on the wiring layer by insulating treatment. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項9】 絶縁化処理は、酸素または水蒸気を含む
酸化性ガスを用いたプラズマ処理を含む請求項7記載の
半導体装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the insulation treatment includes a plasma treatment using an oxidizing gas containing oxygen or water vapor.
【請求項10】 絶縁化処理は、オゾンガスを含む酸化
性ガスまたは酸素あるいは水蒸気を含む酸化性ガスの雰
囲気中で行う加熱処理を含む請求項7記載の半導体装置
の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the insulation treatment includes a heat treatment performed in an atmosphere of an oxidizing gas containing ozone gas or an oxidizing gas containing oxygen or water vapor.
【請求項11】 埋込導電層を用いた配線構造を有する
半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形成する
工程と、 前記接続孔内に埋込導電層を形成する工程と、 前記第1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成す
る工程と、 前記配線層上に無機絶縁物が含有されたマスク層を形成
する工程と、 前記配線層を前記マスク層をマスクにしてエッチング
し、前記配線層をパターニングする工程と、 前記マスク層を酸素ガスを用いたプラズマ処理により除
去する工程と、 前記除去工程後に前記半導体基板を洗浄する工程と、 前記洗浄工程後に前記絶縁体層および前記第1の絶縁層
上に第2の絶縁層を形成する工程とを備えた半導体装置
の製造方法。
11. A method of manufacturing a semiconductor device having a wiring structure using a buried conductive layer, comprising: forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate; Forming a wiring layer on the first insulating layer and the buried conductive layer; forming a mask layer containing an inorganic insulator on the wiring layer; Etching the wiring layer using the mask layer as a mask and patterning the wiring layer; removing the mask layer by plasma treatment using oxygen gas; and cleaning the semiconductor substrate after the removing step. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a second insulating layer on the insulator layer and the first insulating layer after the cleaning step.
【請求項12】 埋込導電層を用いた配線構造を有する
半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形成する
工程と、 前記接続孔内に埋込導電層を形成する工程と、 前記第1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成す
る工程と、 前記配線層上にマスク層を形成する工程と、 前記配線層を前記マスク層をマスクにしてエッチング
し、前記配線層をパターニングする工程と、 前記マスク層を酸素ガスを用いたプラズマ処理により除
去する工程と、 前記マスク層が除去された前記配線層表面にアルコール
ガスを含むガスを用いたプラズマ処理を施す工程と、 前記除去工程後に半導体基板を洗浄する工程と、 前記洗浄後に前記絶縁体層および前記第1の絶縁層上に
第2の絶縁層を形成する工程とを備えた半導体装置の製
造方法。
12. A method of manufacturing a semiconductor device having a wiring structure using a buried conductive layer, comprising: forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate; Forming a wiring layer on the first insulating layer and the buried conductive layer; forming a mask layer on the wiring layer; and forming the wiring layer on the mask layer. Etching with the mask as a mask and patterning the wiring layer; removing the mask layer by plasma treatment using oxygen gas; and a gas containing an alcohol gas on the wiring layer surface from which the mask layer has been removed. Performing a plasma treatment using: a step of cleaning the semiconductor substrate after the removing step; and a step of forming a second insulating layer on the insulator layer and the first insulating layer after the cleaning. Half A method for manufacturing a conductor device.
【請求項13】 埋込導電層を用いた配線構造を有する
半導体装置の製造方法であって、 半導体基板上に接続孔を有する第1の絶縁層を形成する
工程と、 前記接続孔内に埋込導電層を形成する工程と、 前記第1の絶縁層および埋込導電層上に配線層を形成す
る工程と、 前記配線層上にタングステン、タングステン合金、ルテ
ニューム、白金の群より選ばれたいずれか一つからなる
導電層を形成する工程と、 前記導電層上にマスク層を形成する工程と、 前記配線層および導電層をマスク層をマスクにしてエッ
チングし、前記配線層と前記導電層とをパターニングす
る工程と、 前記マスク層を酸素ガスを用いたプラズマ処理により除
去する工程と、 前記除去工程後に半導体基板を洗浄する工程と、 前記除去工程後に前記絶縁体層および前記第1の絶縁層
上に第2の絶縁層を形成する工程とを備えた半導体装置
の製造方法。
13. A method for manufacturing a semiconductor device having a wiring structure using a buried conductive layer, comprising: forming a first insulating layer having a connection hole on a semiconductor substrate; Forming a wiring layer on the first insulating layer and the buried conductive layer; and forming any of tungsten, tungsten alloy, ruthenium, and platinum on the wiring layer. Forming a conductive layer made of any one of the above, forming a mask layer on the conductive layer, etching the wiring layer and the conductive layer using a mask layer as a mask, and forming the wiring layer and the conductive layer Patterning, removing the mask layer by plasma treatment using oxygen gas, cleaning the semiconductor substrate after the removing step, and removing the insulating layer and the Forming a second insulating layer on the first insulating layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266307A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Fujitsu Ltd Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2022031749A (en) * 2016-08-31 2022-02-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device manufacturing method

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