JP2000216249A - Method and device for manufacturing electronic device - Google Patents

Method and device for manufacturing electronic device

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JP2000216249A
JP2000216249A JP11139514A JP13951499A JP2000216249A JP 2000216249 A JP2000216249 A JP 2000216249A JP 11139514 A JP11139514 A JP 11139514A JP 13951499 A JP13951499 A JP 13951499A JP 2000216249 A JP2000216249 A JP 2000216249A
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substrate
conductive layer
processed
electronic device
manufacturing
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Japanese (ja)
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Toshiharu Yanagida
敏治 柳田
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic device manufacturing method with which a highly reliable low-resistance interlayer connection can be achieved by using fine connecting holes having high aspect ratios. SOLUTION: Prior to the cleaning of a natural oxide film 8, etc., formed on the surface of an impurity diffusion layer 5 or gate electrode wiring 3' exposed on the bottoms of connecting holes 7 and 7' by using the discharge plasma of a rare gas or by performing reverse sputtering, adsorbed water is removed from the surface of a substrate, to be treated by irradiating the surface with the light of a lamp in a nonoxidative reduced-pressure atmosphere.

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】本発明は電子装置の製造方法
及びその装置に関し、さらに詳しくは、高集積度半導体
装置をはじめとする電子装置の多層配線構造の層間接続
(Interconnection)において、上層導電層の形成(Meta
lization) 工程に入る前の前処理工程に特徴を有する電
子装置の製造方法及びその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an electronic device and an apparatus therefor, and more particularly, to an upper conductive layer in an interconnection of a multilayer wiring structure of an electronic device such as a highly integrated semiconductor device. Formation (Meta
The present invention relates to a method of manufacturing an electronic device having a feature in a pretreatment process before entering a process, and an apparatus thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ULSI(Ultra Large Scale Integrat
ed Circuits)等の半導体装置の高集積化が進展し、その
設計デザインルールが微細化するとともに、多層配線構
造が多用されつつある。多層配線構造においては、層間
絶縁膜に形成された接続孔を介して、下層導電層と上層
導電層とが電気的に接続される。この接続孔も微細化の
方向にあり、例えば最小デザインルールが0.18μm
の半導体装置においては、接続孔の開口径は0.24μ
m程度である。層間絶縁膜の厚さそのものは、配線間容
量や耐圧の関係から1.0μm程度であるので、接続孔
のアスペクト比は4.0以上にもなる。
2. Description of the Related Art ULSI (Ultra Large Scale Integrat)
Semiconductor devices such as ed circuits) have been highly integrated, and their design design rules have become finer, and multilayer wiring structures have been used extensively. In a multilayer wiring structure, a lower conductive layer and an upper conductive layer are electrically connected via a connection hole formed in an interlayer insulating film. These connection holes are also in the direction of miniaturization, for example, the minimum design rule is 0.18 μm
In the semiconductor device described above, the opening diameter of the connection hole is 0.24 μm.
m. Since the thickness of the interlayer insulating film itself is about 1.0 μm from the viewpoint of the capacitance between wirings and the withstand voltage, the aspect ratio of the connection hole becomes 4.0 or more.

【0003】このような微細で高アスペクト比の接続孔
により、低抵抗で信頼性の高い多層配線構造を実現する
ためには、接続孔の底部に露出した下層導電層の表面に
不可避的に形成された自然酸化膜や汚染物等(以下、自
然酸化膜等と略記する。)を除去する前処理工程、即ち
清浄化工程が不可欠である。
In order to realize a multi-layer wiring structure with low resistance and high reliability by using such fine and high aspect ratio connection holes, it is inevitable to form on the surface of the lower conductive layer exposed at the bottom of the connection holes. A pretreatment step for removing the removed natural oxide film, contaminants and the like (hereinafter abbreviated as a natural oxide film and the like), that is, a cleaning step is indispensable.

【0004】シリコン等の半導体基板の不純物拡散層を
下層導電層とする場合や、Al又はAl合金等のメタル
配線を下層導電層とする場合、接続孔、即ちコンタクト
ホール又はヴィア(Via)ホールの底部に露出する不純物
拡散層又はメタル配線の表面の自然酸化膜等は、酸化シ
リコンや酸化アルミニウム等を主体とし、エッチング残
渣やレジスト残渣あるいは吸着水分等をも含むものであ
る。
When an impurity diffusion layer of a semiconductor substrate such as silicon is used as a lower conductive layer, or when a metal wiring such as Al or an Al alloy is used as a lower conductive layer, connection holes, ie, contact holes or via holes, are formed. The impurity diffusion layer exposed at the bottom or the natural oxide film on the surface of the metal wiring is mainly composed of silicon oxide or aluminum oxide, and also contains etching residues, resist residues, adsorbed moisture and the like.

【0005】この自然酸化膜等、例えば酸化シリコンの
除去には、従来から、希フッ酸水溶液によるウエット洗
浄が主として用いられてきた。しかしながら、接続孔の
側壁の層間絶縁膜も等方的にエッチングされてオーバー
ハング形状となる結果、コンタクトプラグや上層配線の
埋め込み形状が悪化するという問題があった。また、微
細な開口径で高アスペクト比の接続孔においては、接続
孔の内部にまで洗浄液が充分にゆき渡らない結果、接続
孔の底部の自然酸化膜の除去効果が低下するという問題
もあった。
For the removal of the natural oxide film and the like, for example, silicon oxide, wet cleaning with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution has been mainly used. However, the interlayer insulating film on the side wall of the connection hole is also isotropically etched to have an overhang shape, and thus, there is a problem that the embedded shape of the contact plug and the upper wiring is deteriorated. Further, in the case of a connection hole having a fine opening diameter and a high aspect ratio, the cleaning liquid does not sufficiently spread to the inside of the connection hole. As a result, there is also a problem that the effect of removing the natural oxide film at the bottom of the connection hole is reduced. .

【0006】こうしたウエット洗浄に換わり、平行平板
型プラズマ処理装置を用い、Ar+イオンによるRF逆
スパッタリングでドライ洗浄するドライ前処理が提案さ
れ、Al系金属等の下層配線を下層の導電層とするヴィ
アホールの前処理に実用化されている。Ar+ イオンは
電界等によりその方向性を制御できるので、微細で高ア
スペクト比の接続孔底部の自然酸化膜等の除去が容易で
ある。
In place of such wet cleaning, a dry pretreatment in which a parallel plate type plasma processing apparatus is used to perform dry cleaning by RF reverse sputtering using Ar + ions has been proposed, and a lower wiring such as an Al-based metal is used as a lower conductive layer. Practical for pre-processing of via holes. Since the direction of Ar + ions can be controlled by an electric field or the like, it is easy to remove a natural oxide film or the like at the bottom of a fine and high aspect ratio connection hole.

【0007】しかしながら、ゲート電極から延在する下
層配線の表面の自然酸化膜の除去においては、入射する
Ar+ イオンによる電荷の蓄積等により、ゲート絶縁膜
の破壊(前記電荷による部分的な電位差がリーク電流を
生じることがゲート破壊の一つの原因である。)等のデ
バイス・ダメージを起こす懸念が指摘されており、ま
た、ウエハの大口径化が更に進展した場合にAr+ イオ
ンによる処理性能がウエハ面内でばらつく度合が増加す
ること等も懸念されている。また、下層導電層が半導体
基板に形成された浅い不純物拡散層の場合には、高イオ
ンエネルギーのAr+ イオンの入射によるダメージによ
り、ジャンクションリークを引き起こす可能性がある。
これらは、主として、平行平板型のプラズマ装置で大口
径ウエハを処理した場合のRFプラズマ密度の不均一性
に起因したものであった。
However, in the removal of the natural oxide film on the surface of the lower wiring extending from the gate electrode, the accumulation of charges due to incident Ar + ions or the like causes the gate insulating film to be destroyed (partial potential difference due to the charges is reduced). It has been pointed out that device damage such as leakage current is one of the causes of gate destruction.) In addition, when the diameter of the wafer is further increased, the processing performance by Ar + ions is reduced. There is also a concern that the degree of variation within the wafer surface will increase. In the case where the lower conductive layer is a shallow impurity diffusion layer formed on a semiconductor substrate, there is a possibility that a junction leak may be caused by damage due to the incidence of Ar + ions having high ion energy.
These were mainly caused by non-uniformity of RF plasma density when a large-diameter wafer was processed by a parallel plate type plasma apparatus.

【0008】そこで、本発明者は、コンタクトホール又
はヴィアホール内に上層導電層を形成する際の前処理方
法として、低基板バイアスの高密度プラズマ処理装置を
用いたソフトエッチング方法を、特開平6−26045
5号公報等に開示した。例えば、下層メタル配線層との
コンタクトをとるヴィアホールに上層メタルを成膜する
ときの前処理にICP(Inductively Coupled Plasma)
、TCP(Transfer Coupled Plasma)、ECR(Elect
ron Cyclotron Resonance) 、ヘリコン波プラズマ等の
高密度プラズマ源を用い、かつ基板バイアス電圧を最適
に制御することにより、大口径ウエハに対応可能であっ
て超微細な半導体素子のデバイスダメージを抑制した、
次世代のウエハ処理技術を提案した。
Accordingly, the present inventor has proposed a soft etching method using a high-density plasma processing apparatus with a low substrate bias as a pre-processing method for forming an upper conductive layer in a contact hole or a via hole. -26045
No. 5 publication. For example, ICP (Inductively Coupled Plasma) is used for pre-processing when forming an upper metal layer in a via hole that makes contact with a lower metal wiring layer.
, TCP (Transfer Coupled Plasma), ECR (Elect
ron Cyclotron Resonance), by using a high-density plasma source such as helicon wave plasma, and by optimally controlling the substrate bias voltage, it is possible to handle large-diameter wafers and suppress device damage to ultra-fine semiconductor elements.
The next generation wafer processing technology was proposed.

【0009】この方法によれば、低エネルギーのAr+
イオンを用いた低ダメージの清浄化が可能であり、ま
た、それにより懸念されるエッチングレートの低下は、
プラズマ密度の向上により補うことができる。即ち、I
CP等による高密度プラズマの形成、及びプラズマ生成
とは独立した基板バイアス電圧の精密な制御によって、
従来の平行平板型プラズマ装置を用いたRF逆スパッタ
に比べて、高いウエハ面内均一性かつ低ダメージで、充
分な下層メタル酸化物等の除去能力を有するドライ前処
理プロセスを実現することができる。そして、これによ
り、微細化の進んだ超LSIデバイスのヴィアプラグ等
の形成に対応できるメタル成膜前処理を実現することが
可能となる。
According to this method, low energy Ar +
It is possible to perform low-damage cleaning using ions, and a concern about a decrease in the etching rate is as follows.
This can be compensated for by improving the plasma density. That is, I
By the formation of high-density plasma by CP, etc., and precise control of substrate bias voltage independent of plasma generation,
Compared to the RF reverse sputtering using a conventional parallel plate type plasma apparatus, a dry pretreatment process having high uniformity in a wafer surface and low damage and sufficient removal capability for lower layer metal oxides and the like can be realized. . As a result, it is possible to realize a metal film forming pretreatment that can cope with the formation of via plugs and the like of a very miniaturized VLSI device.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように、低基板バ
イアスの高密度プラズマ処理装置を用いたソフトエッチ
ングによる前処理の採用により、微細化の進んだ接続孔
底部の自然酸化膜等の清浄化に大きな進展が見られた。
しかしながら、被処理基体表面に強固に吸着した水分を
完全に除去するには至らず、上層導電層の形成時にアウ
トガスを発生したり、長期的に見るとコンタクト界面で
の電気的特性を不安定にする要因となるおそれを残して
いた。
As described above, by adopting the pretreatment by soft etching using a high-density plasma processing apparatus with a low substrate bias, it is possible to clean a natural oxide film and the like at the bottom of a finely-divided connection hole. Has made significant progress.
However, it has not been possible to completely remove moisture firmly adsorbed on the surface of the substrate to be treated, causing outgassing during the formation of the upper conductive layer and causing unstable electrical characteristics at the contact interface in the long term. Had a risk of becoming a factor.

【0011】また、更に微細化されたデバイスや、従来
のAl又はAl合金のスパッタ以外のCVD(化学的気
相成長法)やめっきでWやCu等の配線材料を成膜する
場合には、より厳しい下地のクリーン度が要求され、上
記したドライ前処理を施しても、ウエハ表面に吸着した
水分等が必ずしも充分には除去しきれずに、ヴィアプラ
グ(或いはコンタクトプラグ)等のメタル接合部界面の
電気的特性を不安定にする要因となってしまうこともあ
った。
In the case of forming a wiring material such as W or Cu by a further miniaturized device or by CVD (chemical vapor deposition) or plating other than the conventional sputtering of Al or Al alloy, Stricter substrate cleanliness is required, and even if the above-mentioned dry pretreatment is performed, the moisture adsorbed on the wafer surface cannot always be sufficiently removed, and the interface of the metal joint such as a via plug (or contact plug) is not removed. In some cases, this may cause the electrical characteristics of the device to become unstable.

【0012】半導体装置の高集積度化がさらに進み、例
えばゲート絶縁膜の厚さが10nm以下となり、不純物
拡散層の深さも同様に薄膜化しつつある現状において
は、一層の低ダメージかつ安定な清浄化方法が望まれ
る。また、上層導電層としてAl系金属のスパッタリン
グでの形成以外に、W等の高融点金属や、低抵抗のCu
等の金属をCVD法や電解めっき法で形成する場合に
は、より厳しい清浄化度が要求される。
In a situation where the degree of integration of a semiconductor device is further advanced, for example, the thickness of a gate insulating film is reduced to 10 nm or less, and the depth of an impurity diffusion layer is also becoming thinner, further cleaning with less damage and more stable cleaning is performed. A method of conversion is desired. In addition to the formation of the upper conductive layer by sputtering an Al-based metal, a high-melting point metal such as W or a low-resistance Cu
When a metal such as is formed by a CVD method or an electrolytic plating method, a stricter degree of cleaning is required.

【0013】また、サブ・クォーターミクロン世代の超
微細デバイスのコンタクトプラグやヴィアプラグの形成
を安定して行うための、高い信頼性を有するメタル成膜
前処理プロセスを確立することが望まれている。
It is also desired to establish a highly reliable metal film forming pretreatment process for stably forming contact plugs and via plugs of ultra-fine devices of the sub-quarter micron generation. .

【0014】本発明は、上述したこれまでの問題点を解
決し、サブ・クォーターミクロンのデザインルールが適
用される半導体装置等においても、被処理基体上のコン
タクトホール又はヴィアホール内の自然酸化膜等はもと
より、被処理基体上の吸着水をも除去ならびに清浄化で
き、しかもこの清浄化を、被処理基体にダメージを与え
ることなく実施できる、電子装置の製造方法及びその装
置を提供することを目的とするものである。
[0014] The present invention solves the above-described problems and provides a natural oxide film in a contact hole or a via hole on a substrate to be processed even in a semiconductor device to which a sub-quarter micron design rule is applied. In addition, it is an object of the present invention to provide an electronic device manufacturing method and an electronic device manufacturing method capable of removing and cleaning adsorbed water on a substrate to be processed and performing the cleaning without damaging the substrate to be processed. It is the purpose.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、被処理
基体に形成された導電層上に形成された層間絶縁膜に、
前記導電層に臨む接続孔を開口する工程と、前記接続孔
の底部に露出した前記導電層の表面を清浄化する工程
と、連続的に、少なくとも前記接続孔内に上層導電層を
形成する工程とを具備する、電子装置の製造方法におい
て、前記清浄化工程は、前記被処理基体に、非酸化性の
減圧雰囲気中でランプ光を照射する工程と、前記被処理
基体に、少なくとも希ガスの放電プラズマ処理を施す工
程とを含むことを特徴とする、電子装置の製造方法(以
下、本発明の第1の方法と称する。)に係るものであ
る。
That is, the present invention provides a method for forming an interlayer insulating film formed on a conductive layer formed on a substrate to be processed.
A step of opening a connection hole facing the conductive layer; a step of cleaning the surface of the conductive layer exposed at the bottom of the connection hole; and a step of continuously forming an upper conductive layer at least in the connection hole. In the method of manufacturing an electronic device, the cleaning step includes irradiating the substrate to be processed with lamp light in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere, and applying at least a rare gas to the substrate to be processed. A method of manufacturing an electronic device (hereinafter, referred to as a first method of the present invention).

【0016】本発明において、上記の「連続的」とは、
被処理基体を大気等の汚染雰囲気に曝すことなく、真空
ゲートバルブ等により導電層形成装置に搬送して、次工
程の上層導電層の形成工程を施すという意味であり、こ
うした連続処理により、清浄化された被処理基体の再酸
化や水分、異物の再吸着を回避して上層導電層を形成す
ることができる(以下、同様)。また、本発明が対象と
する電子装置は、メモリ、ロジック、CCD(Charge C
oupled Device)等の高集積度半導体装置をはじめ、多層
コイル方式の薄膜磁気ヘッド装置、薄膜インダクタ装
置、薄膜コイル装置、あるいはマイクロマシン装置等、
コンタクトホール又はヴィアホール等と称される接続孔
による多層配線が採用される微小電子装置が例示される
(以下、同様)。
In the present invention, the term “continuous” refers to
This means that the substrate to be processed is conveyed to a conductive layer forming apparatus by a vacuum gate valve or the like without being exposed to a polluted atmosphere such as the atmosphere, and is subjected to the next step of forming an upper conductive layer. The upper conductive layer can be formed while avoiding reoxidation of the converted substrate and re-adsorption of moisture and foreign matter (the same applies hereinafter). The electronic device to which the present invention is applied includes a memory, a logic, and a CCD (Charge C).
oupled Device), multi-layer coil type thin film magnetic head device, thin film inductor device, thin film coil device, micro machine device, etc.
A microelectronic device employing a multilayer wiring with connection holes called contact holes or via holes is exemplified (the same applies hereinafter).

【0017】また、本発明は、被処理基体に形成された
導電層上に形成された層間絶縁膜に、前記導電層に臨む
接続孔を開口する工程と、前記接続孔の底部に露出した
前記導電層の表面を清浄化する工程と、連続的に、少な
くとも前記接続孔内に上層導電層を形成する工程とを具
備する、電子装置の製造方法において、前記清浄化工程
は、前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰囲気中でラン
プ光を照射する工程と、前記被処理基体に、逆スパッタ
処理を施す工程とを含むことを特徴とする、電子装置の
製造方法(以下、本発明の第2の方法と称する。)に係
るものである。
Further, according to the present invention, a step of opening a connection hole facing the conductive layer in an interlayer insulating film formed on the conductive layer formed on the substrate to be processed; A method of manufacturing an electronic device, comprising: a step of cleaning a surface of a conductive layer; and a step of continuously forming an upper conductive layer at least in the connection hole. A method of manufacturing the electronic device (hereinafter referred to as the present invention), which comprises a step of irradiating a lamp light in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere and a step of subjecting the substrate to be processed to reverse sputtering. This is referred to as a second method.)

【0018】また、本発明は、被処理基体に形成された
下層導電層上に形成された層間絶縁膜に、前記下層導電
層に臨むヴィアホールとしての接続孔を開口する工程
と、前記接続孔の底部に露出した前記下層導電層の表面
を清浄化する工程と、少なくとも前記接続孔内に上層導
電層を形成する工程とを具備する、電子装置の製造方法
において、前記清浄化工程は、少なくとも光照射装置を
具備するプラズマ処理室にて、前記被処理基体に対する
光照射とプラズマ処理とによって施すことを特徴とす
る、電子装置の製造方法(以下、本発明の第3の方法と
称する。)に係るものである。
Further, the present invention provides a process for forming a connection hole as a via hole facing the lower conductive layer in an interlayer insulating film formed on the lower conductive layer formed on the substrate to be processed; A step of cleaning the surface of the lower conductive layer exposed at the bottom of the device, and a step of forming an upper conductive layer at least in the connection hole, wherein the cleaning step comprises at least A method for manufacturing an electronic device, characterized in that the substrate to be processed is subjected to light irradiation and plasma processing in a plasma processing chamber having a light irradiation device (hereinafter, referred to as a third method of the present invention). It is related to.

【0019】更に、本発明は、被処理基体に形成された
導電層上に層間絶縁膜に開口された接続孔の底部に露出
した前記導電層の表面を清浄化する清浄化室と、少なく
とも前記接続孔内に上層導電層を形成する成膜室とを具
備する、電子装置の製造装置において、前記清浄化室
は、少なくとも光照射装置を具備するプラズマ処理室と
して、前記被処理基体に対する光照射とプラズマ処理と
を施せるように構成されていることを特徴とする、電子
装置の製造装置(以下、本発明の装置と称する。)も提
供するものである。
Further, the present invention provides a cleaning chamber for cleaning the surface of the conductive layer exposed on the bottom of the connection hole opened in the interlayer insulating film on the conductive layer formed on the substrate to be processed; An apparatus for manufacturing an electronic device, comprising: a film forming chamber for forming an upper conductive layer in a connection hole; wherein the cleaning chamber is a plasma processing chamber including at least a light irradiation device; The present invention also provides an apparatus for manufacturing an electronic device (hereinafter, referred to as an apparatus of the present invention), characterized in that the apparatus is configured to be able to perform plasma processing.

【0020】本発明の第1の方法及び第2の方法によれ
ば、非酸化性の減圧雰囲気中でランプ光を照射すること
により、被処理基体表面に吸着した水分が急速に脱離除
去される。ランプ光は、短時間のうちに被処理基体の表
面を主として昇温するので、被処理基体にMOS(Meta
l Oxide Semiconductor)トランジスタ等の素子が形成さ
れていても、不純物拡散層の再拡散等の不都合が生じる
おそれは小さい。そして、その後、被処理基体に対して
少なくとも希ガスの放電プラズマ処理あるいは逆スパッ
タ処理を施すことにより、自然酸化膜等が除去される。
According to the first and second methods of the present invention, the moisture adsorbed on the surface of the substrate to be treated is rapidly desorbed and removed by irradiating the lamp light in a non-oxidizing reduced pressure atmosphere. You. Since the lamp light mainly raises the temperature of the surface of the substrate to be processed in a short period of time, the MOS (Meta
(l Oxide Semiconductor) Even if an element such as a transistor is formed, there is little possibility that inconvenience such as re-diffusion of the impurity diffusion layer occurs. Then, a natural oxide film or the like is removed by subjecting the substrate to be processed to at least a discharge plasma treatment of a rare gas or a reverse sputtering treatment.

【0021】従って、清浄化後の被処理基体表面は、吸
着水分および自然酸化膜等がいずれも存在しない状態と
なり、連続的に上層導電層を形成すれば、アウトガスの
発生がなく、コンタクト界面での接触抵抗が低減する。
Therefore, the surface of the substrate to be processed after cleaning is in a state where neither adsorbed moisture nor a natural oxide film is present. If the upper conductive layer is formed continuously, no outgas is generated, and no contact gas is generated at the contact interface. Contact resistance is reduced.

【0022】また、本発明の第3の方法及び本発明の装
置によれば、少なくとも光照射装置を具備するプラズマ
処理室にて、ランプ光等の光を照射することにより、被
処理基体表面に吸着した水分が急速に脱離除去される。
ランプ光は、短時間のうちに被処理基体の表面を主とし
て昇温するので、被処理基体にMOSトランジスタ等の
素子が形成されていても、不純物拡散層の再拡散等の不
都合が生じるおそれは小さい。そして、その後、被処理
基体に対しプラズマ処理を施すことにより、自然酸化膜
等が除去される。
According to the third method of the present invention and the apparatus of the present invention, the surface of the substrate to be processed is irradiated by irradiating light such as lamp light in at least a plasma processing chamber provided with a light irradiation device. The adsorbed water is quickly desorbed and removed.
Since the lamp light mainly raises the temperature of the surface of the substrate to be processed in a short time, even if an element such as a MOS transistor is formed on the substrate to be processed, there is a possibility that inconvenience such as re-diffusion of the impurity diffusion layer may occur. small. Then, a natural oxide film or the like is removed by performing a plasma process on the substrate to be processed.

【0023】従って、ヴィアホール形成後の被処理基体
の表面に吸着した水分を効果的に脱離除去しながら、ヴ
ィアホール内の下層導電層(特にメタル配線材料層)の
表面のクリーニングを行うことができ、この清浄化後の
被処理基体表面は、吸着水分および自然酸化膜等がいず
れも存在しない状態となり、このため、連続的に後のバ
リアメタルや配線材料層の如き上層導電層を成膜すれ
ば、その成膜中には、被処理基体からのアウトガスが抑
制され、不純物ガスによってプロセスが悪影響を受ける
ことなく、純度の高い導電性材料でヴィアプラグを形成
することが可能となる。その結果、サブ・クォーターミ
クロン世代の微細なヴィアホールのメタル界面における
接触抵抗が低減する等、ヴィアプラグの電気特性が向上
し、高速で動作する超LSIデバイスの製造を高歩留ま
りで安定して行える。
Therefore, the surface of the lower conductive layer (particularly, the metal wiring material layer) in the via hole is cleaned while effectively removing and removing the moisture adsorbed on the surface of the substrate to be processed after the formation of the via hole. After the cleaning, the surface of the substrate to be treated is in a state in which neither adsorbed moisture nor a natural oxide film is present, and therefore, an upper conductive layer such as a barrier metal or a wiring material layer is continuously formed. If a film is formed, outgas from the substrate to be processed is suppressed during the film formation, and the via plug can be formed of a highly pure conductive material without adversely affecting the process due to the impurity gas. As a result, the electrical characteristics of via plugs are improved, such as a reduction in contact resistance at the metal interface of fine via holes of the sub-quarter micron generation, and high-speed operation of ultra LSI devices can be stably manufactured at a high yield. .

【0024】上記した如く、微細なデザインルールに基
づいて設計され、高集積度、高性能、高信頼性を要求さ
れる今後の半導体装置の製造に極めて有効である。
As described above, the semiconductor device is designed based on a fine design rule, and is extremely effective for the manufacture of a semiconductor device which requires high integration, high performance and high reliability.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の第1の方法においては、
前記清浄化工程は、ランプ光照射装置を具備するプラズ
マ処理室にて施し、前記上層導電層の形成工程は、前記
プラズマ処理室に、ゲートバルブを介して連設された成
膜室にて施すことが望ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a first method of the present invention,
The cleaning step is performed in a plasma processing chamber equipped with a lamp light irradiation device, and the upper conductive layer forming step is performed in a film forming chamber connected to the plasma processing chamber via a gate valve. It is desirable.

【0026】また、本発明の第2の方法においては、前
記清浄化工程のうち、前記ランプ光を照射する工程は、
ランプ光照射装置を具備する予備真空室にて施すととも
に、前記逆スパッタ処理は、前記予備真空室にゲートバ
ルブを介して連設された成膜前処理室にて施し、前記上
層導電層の形成工程は、前記成膜前処理室にゲートバル
ブを介して連設された成膜室にて施すことが望ましい。
In the second method of the present invention, in the cleaning step, the step of irradiating the lamp light may include:
The reverse sputtering process is performed in a preliminary vacuum chamber provided with a lamp light irradiation device, and the reverse sputtering process is performed in a film formation pretreatment chamber connected to the preliminary vacuum chamber via a gate valve to form the upper conductive layer. The step is desirably performed in a film forming chamber connected to the film forming pretreatment chamber via a gate valve.

【0027】また、本発明の第3の方法においては、前
記清浄化工程は、前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰
囲気中でランプ光を照射する工程と、前記被処理基体
に、逆スパッタ処理又は少なくとも希ガスの放電プラズ
マ処理を施す工程とを含むことが望ましい。
In the third method of the present invention, the cleaning step includes irradiating the substrate to be treated with a lamp light in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere. Performing a sputtering process or at least a discharge plasma treatment of a rare gas.

【0028】この場合、前記プラズマ処理をHClな
ど、下層導電層に対して還元作用のあるガスの放電プラ
ズマの作用下で行うのがよい。
In this case, the plasma treatment is preferably performed under the action of discharge plasma of a gas having a reducing effect on the lower conductive layer such as HCl.

【0029】また、前記上層導電層の形成工程は、前記
プラズマ処理室に連設された成膜室にて連続的に施すこ
とが望ましく、その成膜をスパッタリングによって行う
のがよい。
The step of forming the upper conductive layer is desirably performed continuously in a film forming chamber connected to the plasma processing chamber, and the film is preferably formed by sputtering.

【0030】また、本発明の装置においては、前記清浄
化室は、前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰囲気中で
ランプ光を照射するための光源と、前記被処理基体に、
逆スパッタ処理又は少なくとも希ガスの放電プラズマ処
理を施すプラズマ発生手段とを含むことが望ましい。
Further, in the apparatus of the present invention, the cleaning chamber includes a light source for irradiating the substrate to be processed with lamp light in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere;
It is preferable to include a plasma generating means for performing reverse sputtering processing or at least discharge plasma processing of a rare gas.

【0031】この場合、少なくとも一部に光透過部を有
する前記清浄化室の外部に前記光源が配されているのが
よく、前記プラズマ発生手段が、誘導結合プラズマを発
生するように構成されているのがよく、また、前記プラ
ズマ処理がHClなど、下層導電層に対して還元作用の
あるガスの放電プラズマの作用下で行われるのがよい。
In this case, it is preferable that the light source is disposed outside the cleaning chamber having at least a part of the light transmitting portion, and the plasma generating means is configured to generate inductively coupled plasma. Preferably, the plasma treatment is performed under the action of discharge plasma of a gas having a reducing effect on the lower conductive layer, such as HCl.

【0032】また、前記上層導電層が、前記プラズマ処
理室に連設された成膜室にて連続的に形成されることが
望ましく、その成膜がスパッタリングによって行われる
のがよい。
It is preferable that the upper conductive layer is formed continuously in a film forming chamber connected to the plasma processing chamber, and the film is formed by sputtering.

【0033】また、前記接続孔がコンタクトホール又は
ヴィアホールとして形成されるのがよい。
Preferably, the connection holes are formed as contact holes or via holes.

【0034】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面
参照下に例示する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0035】はじめに、本発明に基づく清浄化工程で採
用する処理装置の二例を図2及び図3についてそれぞれ
説明する。
First, two examples of the processing apparatus employed in the cleaning step according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0036】図2に示す処理装置は、主として、ランプ
光照射兼プラズマ処理装置10と、成膜装置20とから
構成されている。Si半導体ウエハなどの被処理基体1
1を搬入するロード室、搬出するアンロード室又は被処
理基体11の搬送装置等の装置細部は、いずれも図示省
略している。
The processing apparatus shown in FIG. 2 mainly includes a lamp light irradiation / plasma processing apparatus 10 and a film forming apparatus 20. Substrate to be processed 1 such as Si semiconductor wafer
The details of the apparatus such as a load chamber for loading 1, an unload chamber for unloading, and a transport device for the substrate 11 are not shown.

【0037】このうち、ランプ光照射兼プラズマ処理装
置10は、ランプ光照射及びプラズマ処理を施す装置で
あり、そのチャンバ21内には、被処理基体11を載置
するとともに結合コンデンサ28を介してバイアス電源
13が印加されるステージ12が配設されている。この
ステージ12は抵抗加熱方式等のヒータ56が内蔵され
ていて、ランプ光照射による加熱温度を制御可能であ
る。チャンバ上部は石英やアルミナ等の誘電体材料から
なるベルジャとなっており、ベルジャの側面にはICP
(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)電
源15に接続されたICPコイル14が巻回されてい
る。さらにベルジャの上方には、ハロゲンランプやXe
アークランプ等のランプ16が配設されていて、ベルジ
ャの光透過性壁部(光照射窓)18を通して被処理基体
11の表面を加熱することができる。
Among them, the lamp light irradiation and plasma processing apparatus 10 is an apparatus for performing lamp light irradiation and plasma processing. In the chamber 21, the substrate 11 to be processed is placed and via a coupling capacitor 28. A stage 12 to which a bias power supply 13 is applied is provided. The stage 12 has a built-in heater 56 of a resistance heating type or the like, and can control a heating temperature by lamp light irradiation. The upper part of the chamber is a bell jar made of a dielectric material such as quartz or alumina, and the side of the bell jar has an ICP
(Inductively Coupled Plasma) An ICP coil 14 connected to a power supply 15 is wound. Above the bell jar, a halogen lamp or Xe
A lamp 16 such as an arc lamp is provided, and the surface of the substrate 11 to be processed can be heated through the light-transmitting wall (light irradiation window) 18 of the bell jar.

【0038】図2に示したランプ光照射兼プラズマ処理
装置10は、磁場を発生せず、被処理基体11のダメー
ジやプラズマのムラが小さいICP方式がよいが、他の
プラズマ生成方式であってもよい。また、ランプ16は
ベルジャの外部に配されているので、プラズマが効率よ
く発生する上にメンテナンスも容易となる。
The lamp light irradiation / plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 2 preferably uses an ICP method which does not generate a magnetic field and has little damage to the substrate 11 to be processed and small plasma unevenness. Is also good. Further, since the lamp 16 is disposed outside the bell jar, plasma is efficiently generated and maintenance is easy.

【0039】本発明で好適に採用されるプラズマ生成方
式としては、ICP方式の他に、TCP(Transformer
Coupled Plasma) 方式、ヘリコン波プラズマ方式又はE
CR(Electron Cyclotron Resonance) プラズマ方式等
が例示される。これらの装置は、1×1011cm-3以上
の高密度プラズマ発生源である。プラズマ密度は高い方
が望ましいが、1×1014cm-3のプラズマ密度は、現
状の高真空プラズマ処理装置においては、ほぼ限界値で
ある。
As a plasma generation method preferably employed in the present invention, in addition to the ICP method, a TCP (Transformer
Coupled Plasma) method, Helicon wave plasma method or E
An example is a CR (Electron Cyclotron Resonance) plasma method. These devices are high-density plasma sources of 1 × 10 11 cm −3 or more. Although a higher plasma density is desirable, a plasma density of 1 × 10 14 cm −3 is almost a limit value in the current high vacuum plasma processing apparatus.

【0040】バイアス電源13は生成プラズマエネルギ
ーとは別個にバイアスエネルギー(イオン入射エネルギ
ー)を設定するものであり、10V以上、300V以下
程度に設定して処理を施すことが望ましい(このバイア
ス電圧は、後述のヴィアプラグの場合には、250〜5
00Vと少し高めに設定する必要がある)。このように
して、高密度プラズマで低イオンエネルギーの希ガスプ
ラズマ処理を施すことにより、スループットを確保した
まま、低ダメージの清浄化を施すことが可能となる。な
お、プラズマ発生源の方式によっては、プラズマ発生用
のアンテナ又はコイルと、ランプ16とが位置的に干渉
しあう場合もあるが、この場合には図3のようにランプ
光照射装置とプラズマ照射装置とを別体に配置し、ゲー
トバルブで連設すればよい。
The bias power supply 13 sets the bias energy (ion incident energy) separately from the generated plasma energy, and it is desirable to set the bias energy to about 10 V or more and about 300 V or less (the bias voltage is In the case of a via plug described later, 250 to 5
It is necessary to set a little higher to 00V). In this manner, by performing rare gas plasma processing with low ion energy using high-density plasma, low-damage cleaning can be performed while securing throughput. Depending on the type of the plasma generation source, the antenna or coil for plasma generation may interfere with the lamp 16 in some cases. In this case, as shown in FIG. What is necessary is just to arrange | position a device separately and connect with a gate valve.

【0041】一方、成膜装置20は、例えばDCスパッ
タリング装置として構成されている。これは、ランプ光
照射兼プラズマ処理装置10とはゲートバルブ17を介
して連設されており、そのチャンバ27内には被処理基
体11を載置するステージ22と、スパッタリング電源
24が接続されたターゲット23が対向配置されてい
る。
On the other hand, the film forming apparatus 20 is configured as, for example, a DC sputtering apparatus. This is connected to the lamp light irradiation and plasma processing apparatus 10 via a gate valve 17, and a stage 22 on which the substrate 11 to be processed is mounted and a sputtering power supply 24 are connected in a chamber 27. The target 23 is arranged opposite.

【0042】この成膜方式は、DCスパッタリング方式
であるが、その他にRF(AC)スパッタリング、EC
Rスパッタリング方式、蒸着、CVD(Chemical Vapor
Deposition)法等、上層導電層の材料に適合した成膜方
式であれば、いかなる方法であってもよい。
This film forming method is a DC sputtering method, but may be RF (AC) sputtering, EC
R sputtering method, evaporation, CVD (Chemical Vapor
Any method may be used as long as it is a film formation method suitable for the material of the upper conductive layer, such as a deposition method.

【0043】図2に示す連続処理装置によれば、被処理
基体11に対して、非酸化性の減圧雰囲気中でランプ光
照射を施す工程と、希ガスの放電プラズマ処理を施す工
程とを同一の装置10内で行い、この清浄化工程に引き
続いて成膜装置20において上層導電層を形成する工程
を、被処理基体11を大気に曝すことなく連続的に施す
ことができる。そして、装置構成をコンパクト、小型化
できるというメリットもある。
According to the continuous processing apparatus shown in FIG. 2, the step of irradiating the substrate 11 to be treated with lamp light in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere is the same as the step of performing discharge plasma treatment of a rare gas. After the cleaning step, the step of forming the upper conductive layer in the film forming apparatus 20 can be performed continuously without exposing the substrate 11 to be processed. There is also an advantage that the device configuration can be made compact and small.

【0044】図3に示す処理装置は、ランプ光照射装置
30と、成膜前処理装置40と、成膜装置20とがゲー
トバルブ37、47を介して連設された装置である。図
3においても、被処理基体11を搬入するロード室、搬
出するアンロード室又は被処理基体11の搬送装置等の
装置細部は、いずれも図示省略している。
The processing apparatus shown in FIG. 3 is an apparatus in which a lamp light irradiation device 30, a film forming pre-processing device 40, and a film forming device 20 are connected in series via gate valves 37 and 47. Also in FIG. 3, details of the apparatus such as a load chamber for loading the substrate 11 to be processed, an unload chamber for unloading the substrate 11, and a device for transporting the substrate 11 are omitted.

【0045】このうち、ランプ光照射装置30は、その
チャンバ25内に、被処理基体11を載置するとともに
抵抗加熱方式等のヒータ56を内蔵するステージ32が
配設されている。チャンバの上面は、耐圧石英ガラス等
の光照射窓19となっており、ここを通してハロゲンラ
ンプやXeアークランプ等のランプ36により被処理基
体11表面を加熱することができる。
The lamp light irradiation device 30 includes a stage 32 in which a substrate 11 to be processed is placed and a heater 56 of a resistance heating type or the like is built in the chamber 25. The upper surface of the chamber is a light irradiation window 19 made of, for example, pressure-resistant quartz glass, through which the surface of the substrate 11 to be processed can be heated by a lamp 36 such as a halogen lamp or a Xe arc lamp.

【0046】成膜前処理装置40は、例えばトライオー
ド平行平板型RFプラズマ処理装置として構成されてい
る。チャンバ26内には、被処理基体11を載置すると
ともに一方の電極ともなるステージ42、対向電極4
5、及びこれら平行平板電極の中間に位置する格子電極
48が配置されている。ステージ42にはバイアスを与
えるバイアス電源43が、対向電極45にはプラズマ生
成電源(RF電源)46がそれぞれ接続される一方、格
子電極48は接地電位に落とされている。
The film forming pre-processing apparatus 40 is configured as, for example, a triode parallel plate RF plasma processing apparatus. In the chamber 26, the stage 42 on which the substrate 11 to be processed is placed and which also serves as one electrode, the counter electrode 4
5 and a grid electrode 48 located in the middle of these parallel plate electrodes. A bias power supply 43 for applying a bias is connected to the stage 42, and a plasma generation power supply (RF power supply) 46 is connected to the counter electrode 45, while the grid electrode 48 is set to the ground potential.

【0047】図3に示した成膜前処理装置40によれ
ば、対向電極45と格子電極48との間に109 cm-3
台のプラズマが生成されるとともに、結合コンデンサ2
9を介してバイアス電源43によりプラズマからのイオ
ン入射エネルギーを独立して制御することができる。即
ち、バイアス電源43が形成する弱いバイアス電位によ
り、プラズマ中のAr+ 等のイオンは格子電極48を通
過し、被処理基体11に向けて入射し、その表面を逆ス
パッタリングして清浄化する。なお、このバイアス電位
は、後述のヴィアプラグの場合には、主として、比較的
高エネルギーのイオンをウエハ側に均一に引き出せると
いう利点がある。
According to the film-forming pretreatment apparatus 40 shown in FIG. 3, the gap between the counter electrode 45 and the grid electrode 48 is 10 9 cm −3.
Plasma is generated and the coupling capacitor 2
9 allows the bias power supply 43 to independently control the ion incident energy from the plasma. That is, due to the weak bias potential generated by the bias power supply 43, ions such as Ar + in the plasma pass through the grid electrode 48, enter the target substrate 11, and clean the surface thereof by reverse sputtering. Note that this bias potential has an advantage that, in the case of a via plug described later, mainly ions of relatively high energy can be uniformly extracted to the wafer side.

【0048】なお、図3に示した成膜前処理装置40
は、対向電極45の裏側やチャンバの周囲に磁石を配置
し、プラズマ中の電子のマグネトロン運動を用いたマグ
ネトロンタイプの平行平板型プラズマ処理装置として構
成すれば、1010cm-3台のプラズマ密度を得ることが
できる。
The film forming pre-processing apparatus 40 shown in FIG.
If a magnet is arranged on the back side of the counter electrode 45 and around the chamber to constitute a magnetron type parallel plate type plasma processing apparatus using magnetron motion of electrons in the plasma, the plasma density of the order of 10 10 cm −3 can be obtained. Can be obtained.

【0049】成膜装置20は、図2に示した成膜装置2
0と同様の構成であり、重複する説明は省略する。
The film forming apparatus 20 is the same as the film forming apparatus 2 shown in FIG.
Since the configuration is the same as that of 0, duplicate description is omitted.

【0050】図3に示した連続処理装置によれば、被処
理基体11に対して、装置30において非酸化性の減圧
雰囲気中でランプ36で光照射を施す工程と、装置40
において逆スパッタを施す工程と、これら清浄化工程に
引き続いて成膜装置20において上層導電層を形成する
工程とを、被処理基体11を大気に曝すことなく連続的
に施すことができる。
According to the continuous processing apparatus shown in FIG. 3, the substrate to be processed 11 is irradiated with light by the lamp 36 in the non-oxidizing reduced-pressure atmosphere in the apparatus 30;
The step of performing reverse sputtering and the step of forming the upper conductive layer in the film forming apparatus 20 following the cleaning step can be continuously performed without exposing the substrate 11 to be processed to the atmosphere.

【0051】この清浄化工程のうち、ランプ光照射工程
は、例えば10-5Pa程度以下の高真空雰囲気、あるい
は希ガスや不活性ガスを少量流しながら、例えば数Pa
以下の減圧雰囲気で施す。この際、被処理基体11にラ
ンプ光を照射してその表面を数百℃に加熱することによ
り、表面の吸着水分のみを除去することができる。ま
た、ステージ32に内蔵したヒータ56によりステージ
温度を例えば100℃程度に設定しておけば、ランプ光
照射による加熱温度の制御性が向上する。
In this cleaning step, the lamp light irradiation step is performed, for example, in a high vacuum atmosphere of, for example, about 10 −5 Pa or less, or while flowing a small amount of a rare gas or an inert gas.
It is applied in the following reduced pressure atmosphere. At this time, only the adsorbed moisture on the surface can be removed by irradiating the substrate 11 to be treated with lamp light and heating the surface to several hundred degrees Celsius. If the stage temperature is set to, for example, about 100 ° C. by the heater 56 built in the stage 32, the controllability of the heating temperature by lamp light irradiation is improved.

【0052】希ガスの放電プラズマ処理、あるいは逆ス
パッタで用いる希ガスとしては、従来から用いられてい
るAr等でよいが、Xe、KrあるいはRnを採用する
ことにより、より一層低ダメージのドライ前処理を施す
ことができる。希ガスに、H2 等の還元性ガスを添加し
てもよい。
The rare gas used in the discharge plasma treatment of the rare gas or the reverse sputtering may be Ar or the like which has been conventionally used, but by employing Xe, Kr or Rn, it is possible to further reduce the damage before drying. Processing can be performed. A reducing gas such as H 2 may be added to the rare gas.

【0053】次に、電子装置の一例として高集積度半導
体装置の製造方法を図1について説明する。
Next, a method of manufacturing a highly integrated semiconductor device as an example of an electronic device will be described with reference to FIG.

【0054】図1は、半導体装置の製造方法の要部の工
程を示す概略断面図である。このうち、図1(a)は、
清浄化工程を施す前の被処理基体を示し、半導体基板1
の表面に形成された選択酸化膜からなる素子分離領域
2、この素子分離領域2に囲まれた素子領域内に形成さ
れたゲート電極3及び不純物拡散層5、さらにこの不純
物拡散層5に臨み、層間絶縁膜6に開口された接続孔
(コンタクトホール)7等を有するものである。また、
図中の3’は素子領域から分離領域2上に延びた部分に
おける隣接するゲート電極(通常はWポリサイド)を示
したものである(従って、下地は異なるが、接続孔7’
もコンタクトホールと呼ぶ)。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing main steps of a method of manufacturing a semiconductor device. Among them, FIG.
2 shows a substrate to be processed before a cleaning step is performed, and shows a semiconductor substrate 1
A device isolation region 2 formed of a selective oxide film formed on the surface of the device, a gate electrode 3 and an impurity diffusion layer 5 formed in the device region surrounded by the device isolation region 2, and further facing the impurity diffusion layer 5, It has connection holes (contact holes) 7 and the like opened in the interlayer insulating film 6. Also,
Reference numeral 3 'in the figure indicates an adjacent gate electrode (usually W polycide) in a portion extending from the element region onto the isolation region 2 (accordingly, the base is different, but the connection hole 7').
Are also called contact holes).

【0055】不純物拡散層5及びゲート電極3、3’
は、いずれも導電層を構成する。これら導電層の露出表
面には、自然酸化膜等8が生成している。既述のよう
に、この自然酸化膜等8は、本来の自然酸化膜、及び接
続孔7、7’の形成工程におけるエッチング残渣やレジ
スト残渣又は反応生成物等の有機物を含むものである。
さらに、被処理基体表面には、水分の吸着層が生成して
いる。この吸着層は、層厚が極めて薄く、図示省略する
ものの、被処理基体表面に強固に付着している。
The impurity diffusion layer 5 and the gate electrodes 3, 3 '
Constitute a conductive layer. On the exposed surfaces of these conductive layers, natural oxide films 8 and the like 8 are formed. As described above, the natural oxide film 8 includes an original natural oxide film and an organic substance such as an etching residue, a resist residue, or a reaction product in a process of forming the connection holes 7 and 7 ′.
Further, a moisture adsorption layer is formed on the surface of the substrate to be processed. This adsorption layer has a very small thickness and is not shown in the figure, but is firmly attached to the surface of the substrate to be processed.

【0056】この自然酸化膜等8は、上記した希ガスの
放電プラズマ処理や逆スパッタリング処理により除去、
即ち清浄化されるべきものであるが、水分の吸着層はこ
れら処理では完全には除去できず、また再吸着する場合
もある。
The natural oxide film 8 and the like are removed by the discharge plasma treatment of the rare gas or the reverse sputtering treatment.
That is, although it should be cleaned, the adsorbed layer of water cannot be completely removed by these treatments and may be adsorbed again.

【0057】そこで、これら希ガスの放電プラズマ処理
や逆スパッタリング処理を施す前に、非酸化性の減圧雰
囲気でランプ光照射を施し、短時間、即ち数秒から数十
秒の間に被処理基体表面の温度を数百度に昇温し、水分
の吸着層のみを除去する。被処理基体の温度は、すでに
被処理基体に形成されているMOSトランジスタ等の素
子の不純物拡散層が再拡散しない程度に選ばれる。そし
て、ランプ光照射時の加熱によって層間絶縁膜がキュア
され、上下の配線間の寄生容量が低減する(以下、同
様)。
Therefore, before performing discharge plasma treatment or reverse sputtering treatment of these rare gases, lamp light irradiation is performed in a non-oxidizing, reduced-pressure atmosphere, and the surface of the substrate to be treated is treated in a short time, ie, several seconds to several tens of seconds. Is raised to several hundred degrees, and only the moisture adsorption layer is removed. The temperature of the substrate to be processed is selected so that the impurity diffusion layer of an element such as a MOS transistor already formed on the substrate to be processed does not re-diffuse. Then, the interlayer insulating film is cured by heating at the time of lamp light irradiation, and the parasitic capacitance between the upper and lower wirings is reduced (the same applies hereinafter).

【0058】図1(b)は、希ガスの放電プラズマ処理
又は逆スパッタリング処理による清浄化工程を示す。こ
こではAr+ が被処理基体に入射し、接続孔7、7’の
底部の自然酸化膜等の粒子がスパッタアウトしている状
態を模式的に示している。希ガスとしては、一般的なA
rの他に、Xe、Kr、He又はRn等も使用すること
ができる。また、希ガスとともに、H2 等の還元性ガス
を添加してもよい。
FIG. 1B shows a cleaning step by discharge plasma treatment of rare gas or reverse sputtering treatment. Here, a state in which Ar + is incident on the substrate to be processed and particles such as natural oxide films at the bottoms of the connection holes 7 and 7 ′ are sputtered out is shown. As a rare gas, general A
In addition to r, Xe, Kr, He, Rn, or the like can also be used. Further, a reducing gas such as H 2 may be added together with the rare gas.

【0059】図1(c)は、清浄化された接続孔7、
7’にコンタクトする上層導電層9を形成した状態であ
る。上層導電層9は、清浄化された被処理基体を大気に
曝すことなく、連続的に形成したものである。上層導電
層9は、バリア層9bと配線層9aから構成されてい
る。バリア層9bはTi、TiN、TiSiN、TiS
2 等の高融点金属又はその化合物の単層や積層からな
る。また、配線層9aは多結晶シリコン、Al系金属、
WやMo等の高融点金属、又はCu等からなる。図1
(c)では、接続孔7、7’を埋め込むコンタクトプラ
グと、さらに層間絶縁膜6上に延在する上層配線が一体
となった構造を示すが、これらが異なる材料で別体に構
成されていてもよい。
FIG. 1 (c) shows the cleaned connection holes 7,
This is a state in which an upper conductive layer 9 contacting 7 'has been formed. The upper conductive layer 9 is formed by continuously exposing the cleaned substrate to be processed without exposing the substrate to the atmosphere. The upper conductive layer 9 includes a barrier layer 9b and a wiring layer 9a. The barrier layer 9b is made of Ti, TiN, TiSiN, TiS
a single layer or a stack of i refractory metal or its compound such as 2. The wiring layer 9a is made of polycrystalline silicon, Al-based metal,
It is made of a high melting point metal such as W or Mo, or Cu or the like. FIG.
(C) shows a structure in which a contact plug filling the connection holes 7 and 7 ′ and an upper wiring extending over the interlayer insulating film 6 are integrated, but these are formed separately from different materials. You may.

【0060】図1では、一例として半導体基板1の不純
物拡散層5やゲート電極配線3’を下層導電層として説
明したが、さらに上層配線を導電層とし、この上層配線
に臨むように層間絶縁膜に形成した接続孔に上記と同様
の清浄化工程を施してもよい。さらに、最終パッシベー
ション膜の開口から露出するパッド電極を導電層とし、
このパッド電極に上記と同様の清浄化工程を施してもよ
い。
In FIG. 1, the impurity diffusion layer 5 and the gate electrode wiring 3 'of the semiconductor substrate 1 have been described as a lower conductive layer as an example. However, the upper wiring is a conductive layer, and an interlayer insulating film is formed so as to face the upper wiring. May be subjected to the same cleaning step as described above. Further, the pad electrode exposed from the opening of the final passivation film is used as a conductive layer,
This pad electrode may be subjected to the same cleaning step as described above.

【0061】図4は、他の半導体装置の製造方法の要部
の工程を示す概略断面図である。このうち、図4(a)
は、清浄化工程を施す前の被処理基体を示し、半導体基
板51の表面に形成された酸化膜からなる絶縁層52に
接続孔(コンタクトホール)57が開口され、ここに、
Ti、TiN、TiSiN、TiSi2 等の高融点金属
又はその化合物の単層や積層からなるバリア層53bと
多結晶シリコン、Al系金属、WやMo等の高融点金
属、又はCu等からなる配線層53aとの積層構造の下
層導電層53が形成されている。そして、層間絶縁膜5
4の接続孔(ヴィアホール)55に露出した下層導電層
53の露出表面には、自然酸化膜等58が生成してい
る。既述のように、この自然酸化膜等58は、本来の自
然酸化膜、及び接続孔57の形成工程におけるエッチン
グ残渣やレジスト残渣又は反応生成物等の有機物を含む
ものである。さらに、被処理基体表面には、水分の吸着
層が生成している。この吸着層は、層厚が極めて薄く、
図示省略するものの、被処理基体表面に強固に付着して
いる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing main steps of another method of manufacturing a semiconductor device. Among these, FIG.
Shows a substrate to be processed before a cleaning step is performed, and a connection hole (contact hole) 57 is opened in an insulating layer 52 made of an oxide film formed on the surface of a semiconductor substrate 51.
A barrier layer 53b composed of a single layer or a laminate of a refractory metal such as Ti, TiN, TiSiN, TiSi 2 or a compound thereof and a wiring composed of a refractory metal such as polycrystalline silicon, an Al-based metal, W or Mo, or Cu. A lower conductive layer 53 having a layered structure with the layer 53a is formed. Then, the interlayer insulating film 5
On the exposed surface of the lower conductive layer 53 exposed to the connection hole (via hole) 55 of No. 4, a natural oxide film 58 or the like is formed. As described above, the natural oxide film 58 includes an original natural oxide film and an organic substance such as an etching residue, a resist residue, or a reaction product in a process of forming the connection hole 57. Further, a moisture adsorption layer is formed on the surface of the substrate to be processed. This adsorption layer has an extremely thin layer,
Although not shown, it is firmly attached to the surface of the substrate to be processed.

【0062】この自然酸化膜等58は、上記した希ガス
の放電プラズマ処理や逆スパッタリング処理により除
去、即ち清浄化されるべきものであるが、水分の吸着層
はこれら処理では完全には除去できず、また再吸着する
場合もある。
The natural oxide film 58 and the like should be removed, that is, cleaned by the rare gas discharge plasma treatment or the reverse sputtering treatment, but the moisture adsorption layer can be completely removed by these treatments. And may be re-adsorbed.

【0063】そこで、これら希ガスの放電プラズマ処理
や逆スパッタリング処理を施す前に、特に図2に示した
装置を用い、非酸化性の減圧雰囲気でランプ光照射を施
し、短時間、即ち数秒から数十秒の間に被処理基体表面
の温度を数百度に昇温し、水分の吸着層のみを除去す
る。被処理基体の温度は、すでに被処理基体に形成され
ているMOSトランジスタ等の素子の不純物拡散層が再
拡散しない程度に選ばれる。
Therefore, before performing the discharge plasma treatment or the reverse sputtering treatment of the rare gas, the apparatus shown in FIG. 2 is used to irradiate the lamp light in a non-oxidizing reduced pressure atmosphere for a short time, that is, several seconds. The temperature of the surface of the substrate to be treated is raised to several hundred degrees in several tens of seconds, and only the moisture adsorption layer is removed. The temperature of the substrate to be processed is selected so that the impurity diffusion layer of an element such as a MOS transistor already formed on the substrate to be processed does not re-diffuse.

【0064】図4(b)は、ランプ光照射による水分除
去と、希ガスの放電プラズマ処理又は逆スパッタリング
処理による自然酸化膜等58の除去による清浄化工程を
示す。ここではAr+ が被処理基体に入射し、接続孔5
5の底部の自然酸化膜等の粒子がスパッタアウトしてい
る状態を模式的に示している。希ガスとしては、一般的
なArの他に、Xe、Kr、He又はRn等も使用する
ことができる。また、希ガスとともに、H2 等の還元性
ガスを添加してもよい。
FIG. 4B shows a cleaning step by removing water by irradiating a lamp light and removing a natural oxide film 58 by a discharge plasma treatment of rare gas or reverse sputtering treatment. Here, Ar + is incident on the substrate to be processed, and the connection holes 5
5 schematically shows a state where particles such as a natural oxide film at the bottom of the sample No. 5 are sputtered out. As the rare gas, Xe, Kr, He, Rn, or the like can be used in addition to general Ar. Further, a reducing gas such as H 2 may be added together with the rare gas.

【0065】図4(c)は、清浄化された接続孔55に
コンタクトする上層導電層59を形成した状態である。
上層導電層59は、清浄化された被処理基体を大気に曝
すことなく、連続的に形成したものである。上層導電層
59は、バリア層59bと配線層59aとの積層体から
構成されている。バリア層はTi、TiN、TiSi
N、TiSi2 等の高融点金属又はその化合物の単層や
積層からなり、また、配線層は多結晶シリコン、Al系
金属、WやMo等の高融点金属、又はCu等からなる。
FIG. 4C shows a state in which an upper conductive layer 59 which contacts the cleaned connection hole 55 is formed.
The upper conductive layer 59 is formed continuously without exposing the cleaned substrate to be processed to the atmosphere. The upper conductive layer 59 is composed of a laminate of a barrier layer 59b and a wiring layer 59a. The barrier layer is made of Ti, TiN, TiSi
N, made of single layer or multilayer of a refractory metal or a compound thereof, such as TiSi 2, also, the wiring layer is made of polycrystalline silicon, Al-based metal, W or refractory metal such as Mo, or Cu.

【0066】このように、ヴィアホール55を介して多
層配線構造を形成する場合も、コンタクトホール57に
対すると同様、本発明を適用すれば、微細化、高集積
度、高性能、高信頼性のデバイスの製造に有利である。
As described above, similarly to the case of forming the contact hole 57, when forming the multilayer wiring structure via the via hole 55, by applying the present invention, miniaturization, high integration, high performance, and high reliability can be achieved. This is advantageous for device manufacturing.

【0067】ここで、図4に示した如きヴィアプラグの
メタル成膜工程のウエハ前処理方法として特にデバイス
特性及び信頼性に優れたドライ前処理法について更に詳
述する。
Here, a dry pretreatment method which is particularly excellent in device characteristics and reliability as a wafer pretreatment method in the metal film forming step of the via plug as shown in FIG. 4 will be described in further detail.

【0068】まず、下層メタル配線層53とのコンタク
トをとるヴィアプラグのメタル成膜工程において、図2
に示した如く少なくともランプ加熱機構を具備したプラ
ズマ処理装置10を用いて、メタル成膜前処理を行うこ
とである。
First, in a metal film forming step of a via plug for making contact with the lower metal wiring layer 53, FIG.
As shown in (1), the pretreatment for metal film formation is performed using the plasma processing apparatus 10 having at least the lamp heating mechanism.

【0069】即ち、超LSIデバイスの製造においてヴ
ィアプラグの形成を行う際に、メタル接合部の界面にお
ける電気特性及びその信頼性を向上させるための手段を
提供するものであるが、ヴィアホールを形成したウエハ
に対してのメタル成膜工程において、下層メタル配線層
の表面のクリーニングを主目的にメタルの成膜前処理と
して行うプラズマ処理(通称:逆スパッタ)を、ランプ
加熱機構を併設するプラズマ処理装置を用いて行う。
That is, when a via plug is formed in the manufacture of an VLSI device, means for improving the electrical characteristics at the interface of the metal junction and the reliability thereof are provided. In the metal film forming process for the wafer that has been processed, plasma processing (commonly called reverse sputtering) is performed as a pre-metal film forming process mainly for cleaning the surface of the lower metal wiring layer, and plasma processing provided with a lamp heating mechanism is also performed. This is performed using an apparatus.

【0070】これにより、メタル成膜直前の前処理工程
において、温調加熱されたウエハステージからの伝熱に
加えて、赤外光ランプによるウエハ表面からの真空加熱
を迅速に施すことができるようになるため、従来のプラ
ズマからの輻射熱とイオン照射のみを利用する場合に比
べて、ヴィアホール形成後のウエハ表面に吸着した水分
をより効果的に被処理ウエハから脱離除去させながら、
ヴィアホール底部の下層メタル配線層の表面のクリーニ
ングが行える。このため、後のバリアメタルや配線材料
層の成膜中には、被処理ウエハからのアウトガスが抑制
され、不純物ガスによってプロセスが悪影響を受けるこ
となく、純度の高いメタルのスパッタ成膜によってヴィ
アプラグを形成することが可能となる。この結果、サブ
・クォーターミクロン世代の微細なヴィアホールのメタ
ル界面における接触抵抗が低減する等、ヴィアプラグの
電気特性が向上し、高速で動作する超LSIデバイスの
製造を安定して行えるようになる。
Thus, in the pretreatment process immediately before metal film formation, in addition to the heat transfer from the wafer stage whose temperature has been controlled and heated, vacuum heating from the wafer surface by the infrared lamp can be quickly performed. Therefore, compared with the case of using only the radiant heat and ion irradiation from the conventional plasma, the water adsorbed on the wafer surface after the via hole is formed is more effectively desorbed and removed from the wafer to be processed.
The surface of the lower metal wiring layer at the bottom of the via hole can be cleaned. For this reason, during the subsequent formation of the barrier metal and the wiring material layer, outgas from the wafer to be processed is suppressed, and the process is not adversely affected by the impurity gas. Can be formed. As a result, the electrical characteristics of the via plug are improved, such as the contact resistance at the metal interface of the fine via hole of the sub-quarter micron generation is reduced, and the manufacture of a high-speed ultra LSI device can be performed stably. .

【0071】なお、このヴィアホールに対するプラズマ
処理は、高周波電界の作用下でのイオンアシスト効果
(陰極電圧降下)を利用できるため、下層メタルの露出
面の処理を十分に行うことができる(これは、プラズマ
を用いることの利点であり、この意味では上述の他の例
又は後述の例でも同様である。)。
In the plasma treatment for the via hole, the ion assist effect (cathode voltage drop) under the action of the high-frequency electric field can be used, so that the exposed surface of the lower metal can be sufficiently treated (this is because This is an advantage of using plasma, and in this sense, the same applies to the other examples described above and examples described later.)

【0072】別のウエハ処理方法としては、下層メタル
配線層とのコンタクトをとるヴィアプラグのメタル成膜
工程において、図3に示した如く少なくともプロセス処
理前に被処理ウエハをランプ加熱することのできる予備
真空室30を備えたプラズマ処理装置40を用いて、予
め真空加熱処理を加えた後に、メタル成膜前処理を行う
ことである。
As another wafer processing method, in the metal film forming step of the via plug for making contact with the lower metal wiring layer, the wafer to be processed can be lamp-heated at least before the process processing as shown in FIG. This is to perform a pretreatment for metal film formation after applying a vacuum heating process in advance using the plasma processing apparatus 40 having the preliminary vacuum chamber 30.

【0073】即ち、上記と同様、超LSIデバイスの製
造においてヴィアプラグ形成を行う際に、メタル接合部
の界面における電気特性及びその信頼性をより一層向上
させるための手段を提供するため、ランプ加熱機構を予
備真空(ロードロック)室に有するプラズマ処理装置を
用いて、ヴィアホールを形成したウエハに対するメタル
成膜処理を行う。
That is, as described above, when forming a via plug in the manufacture of an VLSI device, a lamp heating method is provided to provide a means for further improving the electrical characteristics at the interface of the metal junction and the reliability thereof. Using a plasma processing apparatus having a mechanism in a preliminary vacuum (load lock) chamber, a metal film forming process is performed on a wafer having a via hole formed therein.

【0074】これにより、ヴィアホールのメタルスパッ
タ成膜前処理として放電プラズマによる逆スパッタ処理
を行う前に、予備真空室において温調加熱されたウエハ
ステージ上に被処理ウエハを保持しながら赤外光照射に
よるランプ加熱を行うことで、高真空下でのウエハ加熱
処理が可能となり、その加熱効果によって、後のスパッ
タプロセスに悪影響を与えること無く、ヴィアホール形
成後のウエハ表面に吸着した水分を、事前に被処理ウエ
ハから効果的に蒸発除去させておくことができる。この
ため、メタル成膜前の逆スパッタ処理における被処理ウ
エハからのアウトガスが抑制されて、ヴィアホール開口
部の下層メタル配線層表面のクリーニングのために最適
化された処理が要求される、成膜前処理プロセスの安定
性が向上する上、その後のバリアメタルや配線材料層の
成膜処理中のアウトガスがより一層効果的に抑制され
て、上述の場合以上に、不純物ガスによる悪影響を成膜
プロセスが受けることなく、純度の高いメタルでヴィア
プラグを形成することが可能となる。この結果、サブ・
クォーターミクロン世代の微細なヴィアホールのメタル
界面における接触抵抗が一層低減する等、ヴィアプラグ
の電気特性が向上し、高速で動作する超LSIデバイス
の製造をより安定して行えるようになる。
Thus, before performing the reverse sputtering process by the discharge plasma as the pre-process of the metal sputtering film formation of the via hole, the infrared light is held while holding the wafer to be processed on the wafer stage heated and controlled in the preliminary vacuum chamber. By performing lamp heating by irradiation, it becomes possible to perform a wafer heating process under a high vacuum, and by the heating effect, moisture adsorbed on the wafer surface after the via hole is formed without adversely affecting a subsequent sputtering process. It can be effectively evaporated and removed from the wafer to be processed in advance. For this reason, outgassing from the wafer to be processed in the reverse sputtering process before metal film formation is suppressed, and processing optimized for cleaning the surface of the lower metal wiring layer at the via hole opening is required. In addition to improving the stability of the pretreatment process, outgassing during the subsequent deposition process of the barrier metal and the wiring material layer is more effectively suppressed. , It is possible to form a via plug with high purity metal. As a result,
The electrical characteristics of the via plug are improved, such as the contact resistance at the metal interface of the fine via hole of the quarter-micron generation is further reduced, and it becomes possible to more stably manufacture a high-speed LSI device.

【0075】また、更に別のウエハ処理方法としては、
下層メタル配線層とのコンタクトをとるヴィアプラグの
メタル成膜工程において、図2又は図3の装置において
少なくとも還元性ガスの放電プラズマを用いてメタル成
膜前処理を行うことである。
Further, as still another wafer processing method,
In the metal film forming step of the via plug for making contact with the lower metal wiring layer, a metal film pre-treatment is performed by using at least a discharge plasma of a reducing gas in the apparatus of FIG. 2 or FIG.

【0076】即ち、メタル接合部の界面で更に良好な電
気特性を有するヴィアプラグを形成するために、上述の
場合と同様に、ヴィアホールのメタル成膜前処理とし
て、ウエハを加熱した後にスパッタエッチ処理を行う際
に、通常用いる不活性ガスではなく、HCl等の如く、
下層導電層に対して還元性のあるガスを処理室に導入し
てプラズマ処理を行う。
That is, in order to form a via plug having better electric characteristics at the interface of the metal junction, as in the above-described case, as a pretreatment for forming a metal film in the via hole, the wafer is heated and then sputter-etched. When performing the treatment, instead of an inert gas usually used, such as HCl,
A plasma treatment is performed by introducing a gas having a reducing property to the lower conductive layer into the processing chamber.

【0077】これにより、ウエハ表面に吸着した水分や
大気中の酸素に起因して形成される、ヴィアホール下地
の下層メタル配線層の表面の自然酸化膜を化学的に還元
除去しながら、スパッタエッチングが進行し、上述した
処理効果を一層高めた形で、メタル成膜前処理を行うこ
とができる。また、メタル接合部の界面となる下層メタ
ル配線層の表面に生じ得るメタル原子のダングリングボ
ンドが電気陰性度の大きいCl原子(その他のハロゲン
元素)にターミネイトされて消失することにより、化学
的により活性な状態を形成するため、次に成膜されるメ
タルとの接合状態も安定化し、ヴィアプラグのコンタク
ト抵抗を一層低減させることができる。
Thus, sputter etching is performed while chemically reducing and removing the natural oxide film on the surface of the lower metal wiring layer under the via hole, which is formed due to moisture adsorbed on the wafer surface or oxygen in the atmosphere. Progresses, and the metal film pretreatment can be performed in a form in which the above-described processing effect is further enhanced. In addition, dangling bonds of metal atoms that may be formed on the surface of the lower metal wiring layer serving as an interface of the metal junction are terminated by Cl atoms (other halogen elements) having a high electronegativity and disappear, thereby chemically reducing the dangling bonds. Since the active state is formed, the bonding state with the metal to be formed next is also stabilized, and the contact resistance of the via plug can be further reduced.

【0078】[0078]

【実施例】以下、本発明を実施例について更に詳細に説
明する(但し、以下の実施例は単なる例示であり、本発
明を何ら限定するものではない)。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples (however, the following examples are merely illustrative and do not limit the present invention in any way).

【0079】実施例1 本実施例は、超LSIデバイスの製造プロセスにおける
コンタクトホールのコンタクトの形成に本発明の第1の
方法を適用したものであり、図2に示した連続処理装置
により、被処理基体の表面の水分吸着層をランプ光照射
により除去後、接続孔の底部に露出した導電層の自然酸
化膜等を希ガスの放電プラズマにより清浄化した例であ
る。この工程を図1の参照下に説明する。
Embodiment 1 In this embodiment, the first method of the present invention is applied to the formation of a contact in a contact hole in a manufacturing process of an VLSI device, and the process is performed by a continuous processing apparatus shown in FIG. This is an example in which after removing a moisture adsorption layer on the surface of a treatment substrate by irradiation with lamp light, a natural oxide film or the like of a conductive layer exposed at the bottom of a connection hole is cleaned by discharge plasma of a rare gas. This step will be described below with reference to FIG.

【0080】図1(a)に示した清浄化処理前の被処理
基体11は、前述した構成であり、このうち半導体基板
1はシリコン単結晶、層間絶縁膜6はSiO2 、ゲート
電極3は多結晶シリコンや高融点金属ポリサイド等から
それぞれ構成された。接続孔7、7’の開口径は約0.
24μm、層間絶縁膜6の厚さは約1.0μmであっ
た。導電層であるゲート電極3’及び不純物拡散層5の
露出表面には自然酸化膜等8が生成していた(図1
(a)では、この自然酸化膜等8は説明のために実際よ
り厚く示されている)。さらに、被処理基体11の表面
には一面に水分吸着層(図示せず)が存在していた。
The substrate 11 to be processed before the cleaning process shown in FIG. 1A has the above-described structure, of which the semiconductor substrate 1 is a single crystal silicon, the interlayer insulating film 6 is SiO 2 , and the gate electrode 3 is Each was made of polycrystalline silicon, high melting point metal polycide, or the like. The opening diameter of the connection holes 7 and 7 'is about 0.
24 μm, and the thickness of the interlayer insulating film 6 was about 1.0 μm. On the exposed surfaces of the gate electrode 3 ′, which is a conductive layer, and the impurity diffusion layer 5, a natural oxide film 8 was formed.
In (a), the native oxide film 8 is shown thicker than it actually is for the sake of explanation.) Further, a moisture adsorption layer (not shown) was present on the entire surface of the substrate 11 to be processed.

【0081】図1(a)に示した被処理基体11を、図
2に示したランプ光照射兼プラズマ処理装置10のステ
ージ12上に搬入し、次の条件下でランプ16によりラ
ンプ光照射を施した。 ランプ光照射: Ar 100sccm 圧力 3Pa ステージ温度 100℃ 時間 120sec このランプ光照射により、被処理基体11の表面は数百
℃に昇温し、水分吸着層が除去された。
The substrate 11 shown in FIG. 1A is loaded onto the stage 12 of the lamp light irradiation / plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 2 and irradiated with the lamp light by the lamp 16 under the following conditions. gave. Lamp light irradiation: Ar 100 sccm Pressure 3 Pa Stage temperature 100 ° C. Time 120 sec By this lamp light irradiation, the surface of the substrate 11 to be treated was heated to several hundred ° C., and the moisture adsorption layer was removed.

【0082】この後、同じランプ光照射兼プラズマ処理
装置10内で、次の条件で希ガスの放電プラズマ処理を
施す。このとき、ランプ光電源はオフとした。希ガスの
放電プラズマ処理: Ar 25sccm 圧力 0.7Pa ステージ温度 100℃ ICPソース電力 1kW(450kHz) 基板バイアス電圧 200V(13.56MHz) 時間 60sec 基板バイアス電圧は、被処理基体11のダメージを抑制
するため、例えば10〜300V程度、好ましくは50
〜250V程度が選ばれ、ここでは200Vとした。
Thereafter, in the same lamp light irradiation and plasma processing apparatus 10, a rare gas discharge plasma processing is performed under the following conditions. At this time, the lamp light power was turned off. Discharge plasma treatment of rare gas: Ar 25 sccm Pressure 0.7 Pa Stage temperature 100 ° C. ICP source power 1 kW (450 kHz) Substrate bias voltage 200 V (13.56 MHz) Time 60 sec The substrate bias voltage suppresses damage to the substrate 11 to be processed. For example, about 10 to 300 V, preferably 50
250250 V is selected, and here, it is set to 200 V.

【0083】この自然酸化膜等の除去工程、すなわち清
浄化工程では、図1(b)のように実線の矢印で示すA
+ イオンの照射により、接続孔7、7’の底部の自然
酸化膜等8はスパッタアウトされ、破線矢印で示すスパ
ッタ粒子となって除去された。本実施例でのAr+ イオ
ンの照射エネルギーは比較的低エネルギーであり、被処
理基体11にダメージを与えるおそれは小さいものであ
った。
In the step of removing the natural oxide film and the like, that is, in the step of cleaning, A shown by a solid arrow as shown in FIG.
By the irradiation of r + ions, the native oxide film 8 and the like 8 at the bottoms of the connection holes 7 and 7 ′ are sputtered out and removed as sputtered particles indicated by broken arrows. The irradiation energy of Ar + ions in this example was relatively low, and the possibility of damaging the substrate 11 to be processed was small.

【0084】清浄化された被処理基体11はゲートバル
ブ17を介して成膜装置20のステージ22上に真空下
で搬送し、直ちに上層導電層9を形成した。本実施例で
は、上層導電層9として、120nmの厚さのバリア層
9bと600nmの厚さのAl−Cu合金からなる配線
層9aをスパッタリング成膜した。このうち、バリア層
9bはTi/TiN/Tiの3層構造とし、それぞれの
厚さを30nm/60nm/30nmとして形成した。
上層導電層9を形成した状態を図1(c)に示した。上
層導電層9はその後、所望の配線パターンにエッチング
するか、CMP(Chemical mechanical polishing)によ
り接続孔7、7’内に埋め込んでコンタクトプラグを形
成した。
The cleaned substrate 11 was conveyed under vacuum to the stage 22 of the film forming apparatus 20 via the gate valve 17, and the upper conductive layer 9 was immediately formed. In this embodiment, as the upper conductive layer 9, a barrier layer 9b having a thickness of 120 nm and a wiring layer 9a made of an Al-Cu alloy having a thickness of 600 nm are formed by sputtering. Among them, the barrier layer 9b had a three-layer structure of Ti / TiN / Ti, and was formed to have a thickness of 30 nm / 60 nm / 30 nm.
FIG. 1C shows a state in which the upper conductive layer 9 is formed. Thereafter, the upper conductive layer 9 was etched into a desired wiring pattern or buried in the connection holes 7 and 7 'by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to form a contact plug.

【0085】本実施例によれば、ランプ光照射により吸
着水分を除去した後に、希ガスのプラズマ放電処理を施
すので、自然酸化膜等や吸着水の影響のない低抵抗の層
間接続を安定して形成することが可能であった。
According to the present embodiment, the plasma discharge treatment of the rare gas is performed after the adsorbed moisture is removed by irradiating the lamp light, so that the low resistance interlayer connection free from the influence of the natural oxide film or the adsorbed water is stabilized. It was possible to form.

【0086】実施例2 本実施例は、超LSIデバイスの製造プロセスにおける
コンタクトホールのコンタクトの形成に本発明の第2の
方法を適用したものであり、図3に示した連続処理装置
により、被処理基体の表面の水分吸着層をランプ光照射
により除去後、接続孔の底部に露出した導電層表面の自
然酸化膜等を逆スパッタにより清浄化した例である。こ
の工程を図1の参照下に説明する。
Embodiment 2 In this embodiment, the second method of the present invention is applied to the formation of a contact in a contact hole in a manufacturing process of an VLSI device, and the process is performed by a continuous processing apparatus shown in FIG. This is an example in which after removing the moisture adsorbing layer on the surface of the processing substrate by irradiation with lamp light, a natural oxide film or the like on the conductive layer surface exposed at the bottom of the connection hole is cleaned by reverse sputtering. This step will be described below with reference to FIG.

【0087】図1(a)に示した清浄化処理前の被処理
基体11は実施例1と同じであり、重複する説明は省略
する。この被処理基体を図3に示したランプ光照射装置
30のステージ32上に搬入し、次の条件下でランプ3
6によりランプ光照射を施した。 ランプ光照射条件: 圧力 1×10-7Pa ステージ温度 110℃ 時間 120sec このランプ光照射工程では、Ar等の処理ガスは流さ
ず、高真空ポンプで真空引きするに留めた(圧力は、1
×10-7Pa以下であれば、被処理基体11が酸化され
るおそれはない)。このランプ光照射により、被処理基
体11の表面は数百℃に昇温し、水分吸着層が除去され
た。
The substrate 11 to be processed before the cleaning process shown in FIG. 1A is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description will be omitted. The substrate to be processed is carried on the stage 32 of the lamp light irradiation device 30 shown in FIG.
6, and irradiation with lamp light was performed. Lamp light irradiation conditions: Pressure 1 × 10 −7 Pa Stage temperature 110 ° C. Time 120 sec In this lamp light irradiation step, a processing gas such as Ar was not flown, and a vacuum was pulled by a high vacuum pump (the pressure was 1
If it is × 10 −7 Pa or less, there is no possibility that the substrate 11 to be processed is oxidized.) By the irradiation with the lamp light, the surface of the substrate 11 to be treated was heated to several hundred degrees Celsius, and the moisture adsorption layer was removed.

【0088】この後、被処理基体11を成膜前処理装置
40のステージ42上に搬送し、次の条件下でArガス
による逆スパッタを施した。 逆スパッタ条件: Ar 25sccm 圧力 0.7Pa ステージ温度 100℃ プラズマ生成電力 600W(2MHz) バイアス電圧 250V(13.56MHz) 時間 60sec バイアス電圧は、被処理基体11のダメージを抑制する
ため、例えば10〜300V程度、好ましくは50〜2
50V程度が選ばれ、ここでは250Vとした。
Thereafter, the substrate 11 to be processed was transferred onto the stage 42 of the film forming pretreatment apparatus 40, and subjected to reverse sputtering with Ar gas under the following conditions. Reverse sputtering conditions: Ar 25 sccm Pressure 0.7 Pa Stage temperature 100 ° C. Plasma generation power 600 W (2 MHz) Bias voltage 250 V (13.56 MHz) Time 60 sec The bias voltage is, for example, 10 to 300 V in order to suppress damage to the substrate 11 to be processed. Degree, preferably 50-2
A voltage of about 50 V was selected, and was set to 250 V here.

【0089】この自然酸化膜等の除去工程、すなわち清
浄化工程では、図1(b)のように実線の矢印で示すA
+ イオンの照射により、接続孔7、7’の底部の自然
酸化膜等8はスパッタアウトされ、破線矢印で示すスパ
ッタ粒子となって除去された。本実施例でのAr+ イオ
ンの照射エネルギーは比較的低エネルギーに制御されて
おり、被処理基体11にダメージを与えるおそれは小さ
いものであった。
In the step of removing the natural oxide film or the like, that is, in the step of cleaning, A shown by a solid arrow as shown in FIG.
By the irradiation of r + ions, the native oxide film 8 and the like 8 at the bottoms of the connection holes 7 and 7 ′ are sputtered out and removed as sputtered particles indicated by broken arrows. In this embodiment, the irradiation energy of Ar + ions was controlled to be relatively low, and the possibility of damaging the substrate 11 to be processed was small.

【0090】清浄化された被処理基体11はゲートバル
ブ47を介して成膜装置20のステージ22上に真空下
で搬送し、直ちに上層導電層9を形成した。上層導電層
9の形成工程は、実施例1と同様でよく、重複する説明
は省略する。
The cleaned substrate 11 was conveyed under vacuum to the stage 22 of the film forming apparatus 20 via the gate valve 47, and the upper conductive layer 9 was immediately formed. The process of forming the upper conductive layer 9 may be the same as that of the first embodiment, and a duplicate description will be omitted.

【0091】本実施例によれば、ランプ光照射により吸
着水分の除去を独立したランプ光照射装置内で施すの
で、放出された水分等が逆スパッタリング装置のチャン
バ内を汚染することなく、実施例1と同様の効果をさら
に一層徹底することができた。
According to the present embodiment, the removal of adsorbed moisture by lamp light irradiation is performed in an independent lamp light irradiation device, so that the released moisture does not contaminate the inside of the chamber of the reverse sputtering device. The same effect as that of No. 1 was able to be further enhanced.

【0092】実施例3 本実施例は、超LSIデバイスの製造プロセスにおける
ヴィアプラグ形成に本発明の第3の方法を適用したもの
であり、図2に示したランプ加熱機構を併設したICP
(Inductively Coupled Plasma) 処理装置を用いて、ヴ
ィアホールのメタル成膜前処理を行った例である。この
工程を図4の参照下に説明する。
Embodiment 3 In this embodiment, the third method of the present invention is applied to formation of a via plug in a process for manufacturing an VLSI device, and an ICP having a lamp heating mechanism shown in FIG.
(Inductively Coupled Plasma) This is an example in which a pre-process of forming a metal film on a via hole is performed using a processing apparatus. This step will be described below with reference to FIG.

【0093】本実施例においてサンプルとして使用した
ウエハは、図4(a)に示したように、下層のメタル配
線層53に望むヴィアホール55が層間絶縁膜54に形
成されたものを準備した。ここで、下層メタル配線層5
3は、TiN/Ti(厚さ70nm/30nm)からな
るバリアメタル53bとAl−0.5%Cu(厚さ0.
5μm)からなるAl配線層53aとで構成されてい
た。なお、このときのヴィアホール55の底部のメタル
表面には、自然酸化膜等58が薄く成長しており、被処
理基体の表面には水分が吸着していた(ただし、図中で
は表現の便宜上、実際よりも厚く表記している)。
As shown in FIG. 4A, a wafer used as a sample in this embodiment was prepared in which a via hole 55 desired in a lower metal wiring layer 53 was formed in an interlayer insulating film 54. Here, the lower metal wiring layer 5
3 is a barrier metal 53b made of TiN / Ti (thickness 70 nm / 30 nm) and Al-0.5% Cu (thickness 0.3 mm).
5 μm). At this time, a natural oxide film 58 or the like was grown thinly on the metal surface at the bottom of the via hole 55, and moisture was adsorbed on the surface of the substrate to be processed (however, in the drawing, for convenience of expression). , Thicker than it actually is).

【0094】この状態のウエハ11を図2に示したスパ
ッタ装置10にセットした。このスパッタ装置では、メ
タル成膜チャンバ20に高真空下で連結した、ランプ加
熱機構を具備したICP(Inductively Coupled Plasm
a) 搭載の成膜前処理チャンバ21において、一例とし
て次の条件下でメタル成膜前処理を行った。
The wafer 11 in this state was set in the sputtering apparatus 10 shown in FIG. In this sputtering apparatus, an inductively coupled plasma (ICP) connected to a metal film forming chamber 20 under a high vacuum and having a lamp heating mechanism is provided.
a) In the on-board deposition pre-processing chamber 21, metal deposition pre-processing was performed, for example, under the following conditions.

【0095】 真空加熱保持(ランプ光照射): Ar 100sccm 圧力 3Pa ウエハステージ温度 100℃ ICPソース電力 0kW(450kHz) 基板バイアス電圧 0V(13.56MHz) IRランプ ON 時間 120sec 逆スパッタ処理(希ガスの放電プラズマ処理): Ar 25sccm 圧力 0.7Pa ウエハステージ温度 100℃ ICPソース電力 1kW(450kHz) 基板バイアス電圧 350V(13.56MHz) IRランプ OFF 時間 60secVacuum heating holding (lamp light irradiation): Ar 100 sccm pressure 3 Pa Wafer stage temperature 100 ° C. ICP source power 0 kW (450 kHz) Substrate bias voltage 0 V (13.56 MHz) IR lamp ON time 120 sec Reverse sputtering process (discharge of rare gas) Plasma treatment): Ar 25 sccm Pressure 0.7 Pa Wafer stage temperature 100 ° C. ICP source power 1 kW (450 kHz) Substrate bias voltage 350 V (13.56 MHz) IR lamp OFF time 60 sec

【0096】なお、本実施例における第1段階の真空加
熱保持は、ウエハステージ12に内蔵した抵抗加熱ヒー
ター56、並びにウエハステージ12に対向して設置さ
れた赤外光ランプ16の照射によって、数百℃への迅速
なウエハ昇温、及び均一で高精度なウエハ温度制御を実
現した。
In the present embodiment, the first stage of vacuum heating and holding is performed several times by irradiation of the resistance heater 56 built in the wafer stage 12 and the infrared light lamp 16 installed opposite to the wafer stage 12. Rapid wafer temperature rise to 100 ° C and uniform and high-precision wafer temperature control were realized.

【0097】このプラズマ処理後のウエハの状態は、概
ね図4(b)に示したように、放電プラズマからのAr
+ イオン照射を受け、ヴィアホール55の底部に成長し
ていた自然酸化膜58が効果的にスパッタ除去されて、
ヴィアプラグのコンタクト界面となる下層メタル配線層
53の表面が清浄化された。
The state of the wafer after the plasma processing is substantially as shown in FIG.
Due to the + ion irradiation, the natural oxide film 58 growing on the bottom of the via hole 55 is effectively removed by sputtering.
The surface of the lower metal wiring layer 53 serving as the contact interface of the via plug was cleaned.

【0098】そして、本実施例では、初めに温調加熱さ
れたウエハステージ12からの熱伝達と赤外光ランプ1
6の照射によって、プラズマ処理前のウエハに予め真空
加熱処理を施した後に実質的なウエハ処理を行っている
ので、ヴィアホール55の形成後のウエハ表面に吸着し
た水分を真空加熱処理により被処理ウエハから効果的に
脱離除去した後に、プラズマ輻射熱やイオン入射エネル
ギーをウエハが受けながら、比較的低い基板バイアス条
件下で徐々に成膜前処理のためのプロセスが進行した。
In the present embodiment, the heat transfer from the wafer stage 12 which has been first temperature-controlled and heated and the infrared light lamp 1
Since the wafer before the plasma processing is subjected to the vacuum heat treatment in advance by the irradiation of the step 6, the substantial wafer processing is performed, so that the moisture adsorbed on the wafer surface after the formation of the via holes 55 is processed by the vacuum heat processing. After the wafer was effectively desorbed and removed from the wafer, a process for film formation pretreatment gradually progressed under relatively low substrate bias conditions while the wafer was subjected to plasma radiation heat and ion incident energy.

【0099】こうして成膜前処理を行ったウエハは、ゲ
ートバルブ17を介して高真空下で連結されたメタル成
膜チャンバ20に搬送し、一例として、TiN/Ti
(厚さ60nm/30nm)からなるバリアメタル層5
9b及びAl−0.5%Cu層59a(厚さ0.6μ
m)からなる上層メタル配線層59を連続してスパッタ
成膜することにより、図4(c)に示したように、ヴィ
アプラグ及び配線材料層の形成を完了した。
The wafer having been subjected to the film forming pretreatment is transferred to the metal film forming chamber 20 connected under high vacuum through the gate valve 17 and, as an example, TiN / Ti
(Thickness 60 nm / 30 nm) barrier metal layer 5
9b and an Al-0.5% Cu layer 59a (0.6 μm thick)
By forming the upper metal wiring layer 59 consisting of m) continuously by sputtering, the formation of the via plug and the wiring material layer was completed as shown in FIG. 4C.

【0100】このメタル成膜プロセス中は、本発明を適
用した成膜前処理によって、被処理ウエハからの放出ガ
スの発生が効果的に抑制されており、プロセス雰囲気が
不純物ガスの悪影響を受けることなく、ヴィアプラグ及
び配線材料層の形成を行えた。
During the metal film forming process, the generation of gas released from the wafer to be processed is effectively suppressed by the film forming pretreatment to which the present invention is applied, and the process atmosphere is adversely affected by the impurity gas. Thus, a via plug and a wiring material layer could be formed.

【0101】本実施例によれば、ヴィアホールのメタル
成膜プロセス中に被処理ウエハからの放出ガスが抑制さ
れるため、純度の高いメタルが成膜して、ヴィアプラグ
周囲のメタルの密着力が向上する上に、メタル界面にお
ける接続抵抗及び配線抵抗の低減を図ることができた。
この結果、サブ・クォーターミクロン世代の微細なヴィ
アプラグの電気特性及び信頼性が向上し、高速で動作す
る超LSIデバイスの製造歩留まりを向上させることが
できた。
According to the present embodiment, since the gas released from the wafer to be processed is suppressed during the metal film forming process of the via hole, a high-purity metal is formed and the adhesion of the metal around the via plug is reduced. And the connection resistance and the wiring resistance at the metal interface can be reduced.
As a result, the electrical characteristics and reliability of the fine via plugs of the sub-quarter micron generation were improved, and the manufacturing yield of the VLSI device operating at high speed could be improved.

【0102】実施例4 本実施例は、超LSIデバイスの製造プロセスにおける
ヴィアプラグ形成に本発明の第2の方法を適用したもの
であり、図3に示したランプ加熱機構を具備した予備真
空(ロードロック)室において予めウエハを真空加熱処
理した後に、トライオード型のRFプラズマ処理チャン
バにウエハを搬送して、ヴィアホールのメタル成膜前処
理を行った例である。この工程を図4の参照下に説明す
る。
Embodiment 4 In this embodiment, the second method of the present invention is applied to the formation of a via plug in the process of manufacturing an VLSI device. This is an example in which a wafer is preliminarily vacuum-heated in a (load lock) chamber, then transferred to a triode-type RF plasma processing chamber, and pre-processed for metal film formation in a via hole. This step will be described below with reference to FIG.

【0103】本実施例においてサンプルとして使用した
ウエハは、実施例3で用いたものと同じものであった
(図4(a)参照)。
The wafer used as a sample in this example was the same as that used in Example 3 (see FIG. 4A).

【0104】この状態のウエハ11を図3に示したラン
プ光照射装置30にセットした。このランプ光照射装置
30は、メタル成膜前処理チャンバ40に高真空下で連
結され、その予備真空室25において一例として次の条
件下でウエハの真空加熱処理を行った。 真空加熱保持(ランプ光照射): 圧力 1×10-7Pa以下 ウエハステージ温度 110℃ 時間 120sec なお、上記における真空加熱処理は、ウエハステージ3
2に内蔵した抵抗加熱ヒーター56、並びにウエハステ
ージ32に対向して設置された赤外光ランプ38の照射
によって、数百℃への迅速なウエハ昇温、及び均一で高
精度なウエハ温度制御を実現した。
The wafer 11 in this state was set on the lamp light irradiation device 30 shown in FIG. The lamp light irradiation device 30 was connected to a metal film pretreatment chamber 40 under a high vacuum, and in the pre-vacuum chamber 25, for example, a vacuum heating process was performed on the wafer under the following conditions. Vacuum heating and holding (irradiation with lamp light): pressure 1 × 10 −7 Pa or less Wafer stage temperature 110 ° C. time 120 sec.
Irradiation of the resistance heater 56 built in 2 and the infrared light lamp 38 installed opposite to the wafer stage 32 enables rapid temperature rise of the wafer to several hundred degrees Celsius and uniform and accurate wafer temperature control. It was realized.

【0105】次に、ウエハ11をトライオード型RFプ
ラズマ装置であるメタル成膜前処理チャンバ26に搬送
し、一例として次の条件下でスパッタエッチによる成膜
前処理を行った。 逆スパッタ処理: HCl/Ar 5/25sccm 圧力 0.7Pa ウエハステージ温度 100℃ プラズマソース電力 600W(2MHz) 基板バイアス電圧 350V(13.56MHz) 時間 60sec
Next, the wafer 11 was transferred to a metal film pre-processing chamber 26, which is a triode type RF plasma apparatus, and subjected to a film pre-processing by sputter etching under the following conditions as an example. Reverse sputtering treatment: HCl / Ar 5/25 sccm Pressure 0.7 Pa Wafer stage temperature 100 ° C. Plasma source power 600 W (2 MHz) Substrate bias voltage 350 V (13.56 MHz) Time 60 sec

【0106】このプラズマ処理後のウエハの状態は、実
施例3と同様に、概ね図4(b)に示したように、放電
プラズマからのAr+ イオン照射を受け、ヴィアホール
55の底部に成長していた自然酸化膜58が効果的にス
パッタ除去されて、ヴィアプラグのコンタクト界面とな
る下層メタル配線層53の表面が清浄化された。
[0106] wafer state after the plasma treatment in the same manner as in Example 3, as generally shown in FIG. 4 (b), receives and Ar + ion irradiation from the discharge plasma, the growth on the bottom of the via hole 55 The natural oxide film 58 that had been removed was effectively removed by spattering, and the surface of the lower metal wiring layer 53, which was the contact interface of the via plug, was cleaned.

【0107】そして、本実施例では、プラズマ処理を行
うプロセス室とは独立した予備真空(ロードロック)室
において、予め温調加熱されたウエハステージからの熱
伝達と赤外光のランプ照射によって、プラズマ処理前の
ウエハに真空加熱処理を施しているので、ヴィアホール
形成後のウエハ表面に吸着している水分をこれら真空加
熱処理で被処理ウエハから効果的に脱離除去した状態
で、成膜前処理室にウエハが搬入されることになる。
In this embodiment, in a pre-vacuum (load lock) chamber independent of the process chamber for performing the plasma processing, heat is transferred from the wafer stage heated and controlled in advance and the lamp is irradiated with infrared light. Since vacuum heating is applied to the wafer before the plasma processing, the moisture adsorbed on the wafer surface after the via hole is formed is effectively removed and removed from the wafer by the vacuum heating. The wafer is carried into the pre-processing chamber.

【0108】従って、本実施例では、事前の加熱効果に
より、ウエハから脱離した水分がプロセス室内を汚染す
ることなしに、メタル成膜前の逆スパッタ処理における
下地からの放出ガス量を低減できるため、ウエハの処理
数が増加した場合であっても、成膜前処理プロセスの安
定性が大きく向上した。
Therefore, in this embodiment, the amount of gas released from the base in the reverse sputtering process before metal film formation can be reduced without the moisture desorbed from the wafer contaminating the process chamber due to the heating effect in advance. Therefore, even when the number of processed wafers is increased, the stability of the film forming pretreatment process is greatly improved.

【0109】また、この成膜前処理としてのプラズマ処
理ではAr+ イオンのスパッタリング作用に加えて、H
Clによる還元作用によって、下層メタル配線層53の
表面の自然酸化膜58は化学反応を伴いながら一層効果
的に除去され、より清浄なメタル表面が露出した。更
に、本実施例では、配線層53の最表面のメタル原子の
ダングリングボンドが電気陰性度の大きいCl原子にタ
ーミネイトされて、化学的により活性な状態になった。
In the plasma treatment as the film forming pretreatment, in addition to the sputtering action of Ar + ions,
The natural oxide film 58 on the surface of the lower metal wiring layer 53 was more effectively removed with a chemical reaction due to the reducing action by Cl, and a cleaner metal surface was exposed. Furthermore, in the present embodiment, the dangling bonds of the metal atoms on the outermost surface of the wiring layer 53 are terminated by Cl atoms having a high electronegativity, and are in a chemically more active state.

【0110】こうして成膜前処理を行ったウエハ11を
ゲートバルブ47を介して高真空下で連結されたメタル
成膜チャンバ27に搬送し、一例としてTaN/Ta
(厚さ60nm/30nm)からなるバリアメタル層5
9b及びCu−0.5%Al層59a(厚さ0.6μ
m)からなる上層メタル配線層59を連続してスパッタ
成膜することにより、図4(c)に示したように、ヴィ
アプラグ及び配線材料層の形成を完了した。
The wafer 11 which has been subjected to the film forming pretreatment is transferred to the metal film forming chamber 27 connected under a high vacuum through the gate valve 47, and as an example, TaN / Ta
(Thickness 60 nm / 30 nm) barrier metal layer 5
9b and Cu-0.5% Al layer 59a (0.6 μm thick)
By forming the upper metal wiring layer 59 consisting of m) continuously by sputtering, the formation of the via plug and the wiring material layer was completed as shown in FIG. 4C.

【0111】このメタル成膜プロセス中は、本発明を適
用した成膜前処理によって、実施例3と同様の効果(被
処理ウエハからの放出ガスの発生を抑制する効果)を更
に一層徹底することができ、プロセス雰囲気が不純物ガ
スの悪影響を受けることなく、より良質なヴィアプラグ
及び配線材料層の形成を行えた。
During the metal film forming process, the same effect as that of the third embodiment (the effect of suppressing the generation of outgassed gas from the wafer to be processed) is further enhanced by the film forming pretreatment to which the present invention is applied. Thus, a higher quality via plug and wiring material layer could be formed without the process atmosphere being adversely affected by the impurity gas.

【0112】本実施例によれば、コンタクト界面となる
下層メタル配線層の表面をより清浄した上で、ヴィアホ
ールのメタル成膜プロセス中に被処理ウエハからの放出
ガスが一層効果的に抑制されるため、ヴィアプラグ周囲
のメタルの密着力がより一層向上すると共に、メタル界
面における接続抵抗及び配線抵抗の更なる低減を図るこ
とができた。この結果、サブ・クォーターミクロン世代
の微細なヴィアプラグの電気特性及び信頼性が更に向上
し、高速で動作する超LSIデバイスの製造歩留まりを
より一層向上させることができた。
According to the present embodiment, after the surface of the lower metal wiring layer serving as the contact interface is further cleaned, outgassing from the wafer to be processed is more effectively suppressed during the metal film forming process of the via hole. Therefore, the adhesion of the metal around the via plug is further improved, and the connection resistance and the wiring resistance at the metal interface can be further reduced. As a result, the electrical characteristics and reliability of the fine via plugs of the sub-quarter micron generation were further improved, and the production yield of ultra-high speed LSI devices could be further improved.

【0113】以上、本発明を説明したが、本発明は上述
の例に何ら限定されるものではなく、上述の例における
デバイス又は素子構造、プロセス装置、プロセス条件等
は本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変形若しくは選
択可能である。
The present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described examples, and the device or element structure, the processing apparatus, the process conditions, and the like in the above-described examples do not depart from the gist of the present invention. It can be appropriately modified or selected within the range.

【0114】例えば、上述の例では、メタル成膜前処理
装置として、ICP高密度プラズマ処理装置とトライオ
ード型RFプラズマ処理装置を用いた場合を示したが、
それ以外にも、オーソドックスな平行平板型RFプラズ
マ処理装置やTCP、ECR、ヘリコン波プラズマ等、
ICP以外の高密度プラズマ処理装置を用いた製法への
適用も可能である。
For example, in the above-mentioned example, the case where the ICP high-density plasma processing apparatus and the triode type RF plasma processing apparatus are used as the metal film pre-processing apparatus has been described.
In addition, orthodox parallel plate RF plasma processing equipment, TCP, ECR, helicon wave plasma, etc.
Application to a manufacturing method using a high-density plasma processing apparatus other than ICP is also possible.

【0115】これら希ガスの放電プラズマ処理工程や逆
スパッタリング工程ではArを用いたが、He、Xe、
KrはRn等の他の希ガスを用いてもよく、またH2
の還元性ガスを添加して用いてもよい。還元性のガスと
して、上述の実施例4ではHClを用いたが、それ以外
にもH2 、HF等を同様に用いることができる。このう
ち、HClやHF等の液体ソースの場合は、He等のキ
ャリアガスによるバブリング、加熱気化、超音波気化等
の手法によってプロセスチャンバ内に導入するのがよ
い。
Although Ar was used in the discharge plasma treatment step and the reverse sputtering step of the rare gas, He, Xe,
As Kr, another rare gas such as Rn may be used, or a reducing gas such as H 2 may be added and used. As the reducing gas, HCl was used in Example 4 described above, but other gases such as H 2 and HF can be used. Among them, in the case of a liquid source such as HCl or HF, it is preferable to introduce the liquid source into the process chamber by a method such as bubbling with a carrier gas such as He, heating and vaporizing, and ultrasonic vaporizing.

【0116】また、メタル成膜前処理において水分除去
のためのランプ光照射には、ハロゲンランプ、Xeアー
クランプや、赤外光ランプ等を使用してよい。
Further, a halogen lamp, a Xe arc lamp, an infrared lamp, or the like may be used for lamp light irradiation for removing moisture in the metal film formation pretreatment.

【0117】また、被処理基体上の導電層として、シリ
コン基板に形成された不純物拡散層やゲート電極・配線
の他に、薄膜トランジスタの半導体膜等であってもよ
い。また、半導体基体として、シリコンの他に、SiG
eやGe、GaAs等の化合物半導体であってもよい。
その他、被処理基体の構成等は適宜変更可能である。
The conductive layer on the substrate to be processed may be a semiconductor film of a thin film transistor in addition to the impurity diffusion layer and the gate electrode / wiring formed on the silicon substrate. As a semiconductor substrate, in addition to silicon, SiG
Compound semiconductors such as e, Ge, and GaAs may be used.
In addition, the configuration of the substrate to be processed can be appropriately changed.

【0118】[0118]

【発明の作用効果】上述した如く、本発明によれば、特
に非酸化性の減圧雰囲気中で光照射することにより、被
処理基体表面に吸着した水分が急速に脱離除去され、そ
の後、被処理基体に対して特に少なくとも希ガスの放電
プラズマ処理あるいは逆スパッタ処理を施すことによ
り、自然酸化膜等が除去される。
As described above, according to the present invention, moisture adsorbed on the surface of the substrate to be treated is rapidly desorbed and removed by irradiating light in a non-oxidizing, reduced-pressure atmosphere. A natural oxide film or the like is removed by subjecting the processing substrate to at least a rare gas discharge plasma treatment or a reverse sputtering treatment.

【0119】従って、下地となる被処理基体にダメージ
を与えることなく、吸着水分や自然酸化膜等、あるいは
エッチング残渣を安定に除去することができ、清浄化後
の被処理基体表面は、吸着水分および自然酸化膜等がい
ずれも存在しない状態となり、連続的に上層導電層を形
成すれば、アウトガスの発生がなく、コンタクト界面で
の接触抵抗が低減し、微細な開口径で高アスペクト比の
接続孔であっても低抵抗かつ信頼性の高い層間接続構造
を形成できる。
Therefore, it is possible to stably remove adsorbed moisture, a natural oxide film and the like or etching residues without damaging the substrate to be treated as a base, and the surface of the substrate to be treated after cleaning is adsorbed by the adsorbed moisture. No natural oxide film, etc. are present, and if the upper conductive layer is formed continuously, no outgassing occurs, the contact resistance at the contact interface is reduced, and a connection with a fine opening diameter and a high aspect ratio is formed. Even with holes, a low-resistance and highly reliable interlayer connection structure can be formed.

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

【図1】本発明に基づく電子装置の一例としての半導体
装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device as an example of an electronic device according to the present invention in the order of steps.

【図2】本発明による電子装置の製造方法に適用する連
続処理装置の一例の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a continuous processing apparatus applied to a method of manufacturing an electronic device according to the present invention.

【図3】本発明による電子装置の製造方法に適用する連
続処理装置の他の例の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another example of a continuous processing apparatus applied to a method of manufacturing an electronic device according to the present invention.

【図4】本発明に基づく電子装置の他の例としてのUL
SIデバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。
FIG. 4 shows a UL as another example of an electronic device according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an SI device in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、51…半導体基板、2…素子分離領域、3、3’…
ゲート電極、5…不純物拡散層、6、52、54…層間
絶縁膜、7、7’、55、57…接続孔、8、58…自
然酸化膜等、9、59…上層導電層、9a、53a、5
9a…配線層、9b、53b、59b…バリア層、10
…ランプ光照射兼プラズマ処理装置、11…被処理基
体、12、22、32、42…ステージ、13、43…
バイアス電源、14…ICPコイル、15…ICP電
源、16、36…ランプ、17、37、47…ゲートバ
ルブ、20…成膜装置、21、25、26、27…チャ
ンバ、23…ターゲット、24…スパッタリング電源、
30…ランプ光照射装置、40…成膜前処理装置、45
…対向電極、46…プラズマ生成電源、48…格子電
極、53…下層配線、56…ヒータ
1, 51: semiconductor substrate, 2: element isolation region, 3, 3 '...
Gate electrode, 5 ... impurity diffusion layer, 6, 52, 54 ... interlayer insulating film, 7, 7 ', 55, 57 ... connection hole, 8, 58 ... natural oxide film, etc. 9, 59 ... upper conductive layer, 9a, 53a, 5
9a: wiring layer, 9b, 53b, 59b: barrier layer, 10
... Lamp light irradiation and plasma processing apparatus, 11 ... Substrate to be processed, 12, 22, 32, 42 ... Stage, 13, 43 ...
Bias power supply, 14 ICP coil, 15 ICP power supply, 16, 36 lamp, 17, 37, 47 gate valve, 20 film forming apparatus, 21, 25, 26, 27 ... chamber, 23 ... target, 24 ... Sputtering power supply,
Reference numeral 30: lamp light irradiation device, 40: film forming pretreatment device, 45
... counter electrode, 46 ... plasma generation power supply, 48 ... grid electrode, 53 ... lower wiring, 56 ... heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 AA02 AA05 BB14 BB25 BB30 CC01 DD22 DD23 DD37 DD78 DD80 FF16 HH15 5F004 AA14 BA14 BA20 BB05 BB26 BC05 BC06 BD05 DA22 DA23 DA24 DA29 EB01 EB03 FA08 5F033 GG00 GG02 HH04 HH08 HH09 HH11 HH18 HH19 HH20 HH27 HH33 JJ01 JJ04 JJ08 JJ11 JJ18 JJ19 JJ20 JJ27 JJ33 KK01 KK04 KK08 KK11 KK18 KK19 KK20 KK27 KK33 MM05 MM07 MM08 NN06 NN07 PP06 PP15 PP19 QQ12 QQ14 QQ73 QQ74 QQ82 QQ85 QQ92 QQ94 QQ96 QQ98 XX09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M104 AA01 AA02 AA05 BB14 BB25 BB30 CC01 DD22 DD23 DD37 DD78 DD80 FF16 HH15 5F004 AA14 BA14 BA20 BB05 BB26 BC05 BC06 BD05 DA22 DA23 DA24 DA29 EB01 EB03 FA08 5F033H00H08H11H08 HH18 HH19 HH20 HH27 HH33 JJ01 JJ04 JJ08 JJ11 JJ18 JJ19 JJ20 JJ27 JJ33 KK01 KK04 KK08 KK11 KK18 KK19 KK20 KK27 KK33 MM05 MM07 MM08 NN06 NN07 PP06 PP15 PP19 Q78Q98 Q92 Q92

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理基体に形成された導電層上に形成
された層間絶縁膜に、前記導電層に臨む接続孔を開口す
る工程と、 前記接続孔の底部に露出した前記導電層の表面を清浄化
する工程と、 連続的に、少なくとも前記接続孔内に上層導電層を形成
する工程とを具備する、電子装置の製造方法において、 前記清浄化工程は、 前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰囲気中でランプ光
を照射する工程と、 前記被処理基体に、少なくとも希ガスの放電プラズマ処
理を施す工程とを含むことを特徴とする、電子装置の製
造方法。
A step of opening a connection hole facing the conductive layer in an interlayer insulating film formed on the conductive layer formed on the substrate to be processed; and a surface of the conductive layer exposed at the bottom of the connection hole. A method of manufacturing an electronic device, comprising: a step of cleaning; and a step of continuously forming an upper conductive layer at least in the connection hole. A step of irradiating the substrate with a lamp light in a reduced-pressure atmosphere, and a step of subjecting the substrate to be processed to discharge plasma treatment of at least a rare gas.
【請求項2】 前記清浄化工程は、 ランプ光照射装置を具備するプラズマ処理室にて施し、 前記上層導電層の形成工程は、 前記プラズマ処理室に、ゲートバルブを介して連設され
た成膜室にて施す、請求項1に記載の電子装置の製造方
法。
2. The cleaning step is performed in a plasma processing chamber provided with a lamp light irradiation device, and the upper conductive layer forming step is performed by connecting a gate valve to the plasma processing chamber. The method for manufacturing an electronic device according to claim 1, wherein the method is performed in a film chamber.
【請求項3】 被処理基体に形成された導電層上に形成
された層間絶縁膜に、前記導電層に臨む接続孔を開口す
る工程と、 前記接続孔の底部に露出した前記導電層の表面を清浄化
する工程と、 連続的に、少なくとも前記接続孔内に上層導電層を形成
する工程とを具備する、電子装置の製造方法において、 前記清浄化工程は、 前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰囲気中でランプ光
を照射する工程と、 前記被処理基体に、逆スパッタ処理を施す工程とを含む
ことを特徴とする、電子装置の製造方法。
3. A step of opening a connection hole facing the conductive layer in an interlayer insulating film formed on the conductive layer formed on the substrate to be processed, and a surface of the conductive layer exposed at a bottom of the connection hole. A method of manufacturing an electronic device, comprising: a step of cleaning the substrate to be processed; and a step of continuously forming an upper conductive layer at least in the connection hole. A step of irradiating the substrate with a lamp light in a reduced-pressure atmosphere, and a step of subjecting the substrate to be processed to reverse sputtering.
【請求項4】 前記清浄化工程のうち、前記ランプ光を
照射する工程は、ランプ光照射装置を具備する予備真空
室にて施すとともに、前記逆スパッタ処理は、前記予備
真空室にゲートバルブを介して連設された成膜前処理室
にて施し、 前記上層導電層の形成工程は、 前記成膜前処理室にゲートバルブを介して連設された成
膜室にて施す、請求項3に記載の電子装置の製造方法。
4. The step of irradiating the lamp light in the cleaning step is performed in a preliminary vacuum chamber provided with a lamp light irradiation device, and the reverse sputtering process includes a step of setting a gate valve in the preliminary vacuum chamber. 4. The method according to claim 3, wherein the step of forming the upper conductive layer is performed in a film formation chamber connected to the film formation pretreatment chamber via a gate valve. 6. The method for manufacturing an electronic device according to claim 1.
【請求項5】 被処理基体に形成された下層導電層上に
形成された層間絶縁膜に、前記下層導電層に臨むヴィア
ホールとしての接続孔を開口する工程と、 前記接続孔の底部に露出した前記下層導電層の表面を清
浄化する工程と、 少なくとも前記接続孔内に上層導電層を形成する工程と
を具備する、電子装置の製造方法において、 前記清浄化工程は、 少なくとも光照射装置を具備するプラズマ処理室にて、
前記被処理基体に対する光照射とプラズマ処理とによっ
て施すことを特徴とする、電子装置の製造方法。
5. A step of opening a connection hole as a via hole facing the lower conductive layer in an interlayer insulating film formed on the lower conductive layer formed on the substrate to be processed, and exposing a bottom of the connection hole. A method of manufacturing an electronic device, comprising: a step of cleaning the surface of the lower conductive layer thus formed; and a step of forming at least an upper conductive layer in the connection hole. In the equipped plasma processing chamber,
A method of manufacturing an electronic device, wherein the method is performed by irradiating the substrate to be processed with light and performing plasma processing.
【請求項6】 前記清浄化工程は、 前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰囲気中でランプ光
を照射する工程と、 前記被処理基体に、逆スパッタ処理又は少なくとも希ガ
スの放電プラズマ処理を施す工程とを含む、請求項5に
記載の電子装置の製造方法。
6. The cleaning step includes: irradiating the substrate to be processed with lamp light in a non-oxidizing, reduced-pressure atmosphere; and performing reverse sputtering or at least discharge plasma treatment of a rare gas on the substrate to be processed. The method of manufacturing an electronic device according to claim 5, further comprising:
【請求項7】 前記プラズマ処理を還元作用のあるガス
の放電プラズマの作用下で行う、請求項6に記載の電子
装置の製造方法。
7. The method for manufacturing an electronic device according to claim 6, wherein the plasma processing is performed under the action of discharge plasma of a gas having a reducing action.
【請求項8】 前記上層導電層の形成工程は、 前記プラズマ処理室に連設された成膜室にて連続的に施
す、請求項5に記載の電子装置の製造方法。
8. The method according to claim 5, wherein the step of forming the upper conductive layer is performed continuously in a film forming chamber connected to the plasma processing chamber.
【請求項9】 前記成膜をスパッタリングによって行
う、請求項8に記載の電子装置の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the film is formed by sputtering.
【請求項10】 被処理基体に形成された導電層上の層
間絶縁膜に開口された接続孔の底部に露出した前記導電
層の表面を清浄化する清浄化室と、 少なくとも前記接続孔内に上層導電層を形成する成膜室
とを具備する、電子装置の製造装置において、 前記清浄化室は、 少なくとも光照射装置を具備するプラズマ処理室とし
て、前記被処理基体に対する光照射とプラズマ処理とを
施せるように構成されていることを特徴とする、電子装
置の製造装置。
10. A cleaning chamber for cleaning the surface of the conductive layer exposed at the bottom of the connection hole opened in the interlayer insulating film on the conductive layer formed on the substrate to be processed; An apparatus for manufacturing an electronic device, comprising: a film formation chamber for forming an upper conductive layer; wherein the cleaning chamber is a plasma processing chamber including at least a light irradiation device, and is configured to irradiate the substrate to be processed with light irradiation and plasma processing. An apparatus for manufacturing an electronic device, characterized in that the apparatus is configured to perform the following.
【請求項11】 前記清浄化室は、 前記被処理基体に、非酸化性の減圧雰囲気中でランプ光
を照射するための光源と、 前記被処理基体に、逆スパッタ処理又は少なくとも希ガ
スの放電プラズマ処理を施すプラズマ発生手段とを含
む、請求項10に記載の電子装置の製造装置。
11. The cleaning chamber includes: a light source for irradiating the substrate to be processed with lamp light in a non-oxidizing reduced-pressure atmosphere; and a reverse sputtering process or at least a discharge of a rare gas to the substrate to be processed. The apparatus for manufacturing an electronic device according to claim 10, further comprising: a plasma generating unit that performs a plasma process.
【請求項12】 少なくとも一部に光透過部を有する前
記清浄化室の外部に前記光源が配されている、請求項1
1に記載の電子装置の製造装置。
12. The light source according to claim 1, wherein the light source is arranged outside the cleaning chamber having a light transmitting part at least in part.
2. The apparatus for manufacturing an electronic device according to claim 1.
【請求項13】 前記プラズマ発生手段が、誘導結合プ
ラズマを発生するように構成されている、請求項11に
記載の電子装置の製造装置。
13. The apparatus for manufacturing an electronic device according to claim 11, wherein said plasma generating means is configured to generate inductively coupled plasma.
【請求項14】 前記プラズマ処理が還元作用のあるガ
スの放電プラズマの作用下で行われる、請求項11に記
載の電子装置の製造装置。
14. The apparatus for manufacturing an electronic device according to claim 11, wherein the plasma processing is performed under the action of discharge plasma of a gas having a reducing action.
【請求項15】 前記上層導電層が、前記プラズマ処理
室に連設された成膜室にて連続的に形成される、請求項
10に記載の電子装置の製造装置。
15. The apparatus for manufacturing an electronic device according to claim 10, wherein the upper conductive layer is continuously formed in a film forming chamber connected to the plasma processing chamber.
【請求項16】 前記成膜がスパッタリングによって行
われる、請求項15に記載の電子装置の製造装置。
16. The apparatus according to claim 15, wherein the film is formed by sputtering.
【請求項17】 前記接続孔がコンタクトホール又はヴ
ィアホールとして形成される、請求項10に記載の電子
装置の製造装置。
17. The apparatus according to claim 10, wherein the connection hole is formed as a contact hole or a via hole.
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