JPH1116912A - Manufacture of semiconductor integrated circuit device and manufacture device of semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Manufacture of semiconductor integrated circuit device and manufacture device of semiconductor integrated circuit device

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JPH1116912A
JPH1116912A JP16870797A JP16870797A JPH1116912A JP H1116912 A JPH1116912 A JP H1116912A JP 16870797 A JP16870797 A JP 16870797A JP 16870797 A JP16870797 A JP 16870797A JP H1116912 A JPH1116912 A JP H1116912A
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JP
Japan
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wiring
integrated circuit
semiconductor integrated
circuit device
manufacturing
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JP16870797A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuyuki Saito
達之 齋藤
Naoki Fukuda
直樹 福田
Tadashi Ohashi
直史 大橋
Hide Yamaguchi
日出 山口
Nobuo Owada
伸郎 大和田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce contact resistance in the connection hole parts of a semiconductor integrated circuit device having wirings, in which Cu and the like are set to be main conduction layers. SOLUTION: Silicon films are deposited on the wirings 14, where copper is set to be main conduction layers 14a by a sputtering method or a CVD method, and an interlayer insulating film 16 is formed. Connection holes 17 are opened to the interlayer insulating film 16 is prescribed positions by using photographic technology. Oxide layers 23 are formed at the bases of the connection holes 17 after the connection holes 17 are opened by ashing for removing a resist mask used for photolithography or the exposure of atmosphere after the connection holes 17 are opened. Then, the oxide layers 23 are changed into copper by thermal treatment or plasma treatment or the irradiation of ultraviolet rays under a reducing atmosphere of hydrogen or ammonia, so as to dissolve it.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術および半導体集積回路装置に関し、特に、
銅を主導電層とする配線を有する半導体集積回路装置に
適用して有効な技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device manufacturing technique and a semiconductor integrated circuit device.
The present invention relates to a technique effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having a wiring having copper as a main conductive layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体集積回路における配線層の
形成は、たとえば、昭和59年11月30日、株式会社
オーム社発行、「LSIハンドブック」、p253〜p
292に記載されているように、絶縁膜上にアルミニウ
ム(Al)合金またはタングステン(W)などの高融点
金属薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィ工程により
配線用薄膜上に配線パターンと同一形状のレジストパタ
ーンを形成し、それをマスクとしてドライエッチング工
程により配線パターンを形成していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, wiring layers in a semiconductor integrated circuit are formed, for example, on November 30, 1984, by Ohm Co., Ltd., "LSI Handbook", p.
292, a high-melting-point metal thin film such as an aluminum (Al) alloy or tungsten (W) is formed on an insulating film, and a photolithography process is used to form a thin film having the same shape as the wiring pattern on the wiring thin film. A resist pattern is formed, and a wiring pattern is formed by a dry etching process using the resist pattern as a mask.

【0003】しかし、このAl合金を用いる方法では配
線の微細化に伴い、配線抵抗の増大が顕著となり、それ
に伴い配線遅延が増加し、半導体集積回路装置の性能が
低下する等の問題があった。特に高性能なロジックLS
Iにおいては、その性能阻害要因として大きな問題が生
じている。
However, in the method using the Al alloy, there is a problem that the wiring resistance is remarkably increased as the wiring is miniaturized, the wiring delay is increased, and the performance of the semiconductor integrated circuit device is reduced. . Especially high performance logic LS
In the case of I, a great problem has arisen as a performance hindrance factor.

【0004】このため、最近では、1993 VMIC
(VLSI Multilevel Interconnection Conference)予稿
集、p15〜p21に記載されているように、絶縁膜に
形成した溝上にCuを主導体層とする配線用金属を埋め
込んだ後、溝外部の余分な金属を化学機械研磨法(CM
P法)を用いて除去することにより溝内に配線パターン
を形成する方法が検討されている。
For this reason, recently, 1993 VMIC
(VLSI Multilevel Interconnection Conference) As described in the Proceedings, pp. 15-21, after burying the wiring metal with Cu as the main conductor layer on the groove formed in the insulating film, the extra metal outside the groove is chemically Mechanical polishing method (CM
A method of forming a wiring pattern in a groove by removing the wiring pattern using the P method has been studied.

【0005】また、1995 VMIC(VLSI Multile
vel Interconnection Conference)予稿集、p308〜
p314に記載されているように、Cu膜をスパッタ後
基板を熱処理してCuを流動化し、流動化したCuを溝
内に移動せしめて溝を埋め込む技術が知られている。
Also, in 1995 VMIC (VLSI Multile
vel Interconnection Conference) Proceedings, p308-
As described in p314, a technique is known in which a substrate is heat-treated after a Cu film is sputtered to fluidize Cu, and the fluidized Cu is moved into the groove to fill the groove.

【0006】さらに、公開された技術ではないが、本発
明者らにより発明された技術であって、特願平8−25
4362号として出願されている技術、すなわちCu膜
をスパッタ後、Cu膜にボイドが存在したままの状態で
基板を熱処理し、溝内にCuを埋め込むと同時に溝内の
Cuと絶縁膜表面のCu膜とを分断し、絶縁膜表面の余
分なCu膜をテープ等で剥離して除去する技術が知られ
ている。
[0006] Further, although not a disclosed technology, it is a technology invented by the present inventors, and is disclosed in Japanese Patent Application No. 8-25 / 1996.
No. 4362, that is, after sputtering a Cu film, the substrate is heat-treated in a state where voids are present in the Cu film, and Cu is buried in the groove and Cu in the groove and Cu on the surface of the insulating film are simultaneously formed. There is known a technique in which a film is separated from the film, and an excess Cu film on the surface of the insulating film is removed by removing the film with a tape or the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、Cuを主導体
層とする配線を用いる半導体集積回路装置の場合、下層
の配線に接続するためにその配線層を覆う層間絶縁膜に
接続孔を開口する際に、接続孔底部の下層配線の表面に
酸化膜(酸化銅)が形成される。あるいは、配線をダマ
シン法あるいはフォトリソグラフィとエッチングを組み
合わせたパターニングにより形成した後に、配線の表面
あるいは側面に酸化膜が形成される。このような酸化膜
は、接続孔を開口した後のレジストのアッシング等の際
のオゾンまたは酸素プラズマに暴露されることによる酸
化あるいは、接続孔または配線を形成した後に大気雰囲
気に暴露されることによる自然酸化により形成されるも
のであり、接続孔底部でのコンタクト抵抗の増加、ある
いは配線自体の抵抗の増大を引き起こすという問題を生
じる。ひいては半導体集積回路装置の高速応答を阻害す
る等の性能低下の原因ともなり、顕著な場合には動作不
良、あるいは信頼性の低下の原因ともなる。
However, in the case of a semiconductor integrated circuit device using a wiring having Cu as a main conductor layer, a connection hole is opened in an interlayer insulating film covering the wiring layer in order to connect to a lower wiring. At this time, an oxide film (copper oxide) is formed on the surface of the lower wiring at the bottom of the connection hole. Alternatively, an oxide film is formed on the surface or side surface of the wiring after forming the wiring by a damascene method or patterning combining photolithography and etching. Such an oxide film is oxidized by being exposed to ozone or oxygen plasma at the time of ashing of a resist after opening a connection hole, or by being exposed to an air atmosphere after forming a connection hole or a wiring. It is formed by natural oxidation, and causes a problem that the contact resistance at the bottom of the connection hole or the resistance of the wiring itself increases. Eventually, this may cause performance degradation such as impeding the high-speed response of the semiconductor integrated circuit device, and if it is notable, it may cause malfunction or decrease reliability.

【0008】このような酸化膜を除去する方法として、
特殊な酸化銅のエッチングガスを用いたエッチングプロ
セスを実施し、あるいは、スパッタエッチにより酸化銅
を除去する工程を追加することを考えることができる。
As a method of removing such an oxide film,
An etching process using a special copper oxide etching gas may be performed, or a step of removing copper oxide by sputter etching may be considered.

【0009】しかし、特殊なエッチングガスを用いる場
合には、新規なガスが必要となり、エッチングプロセス
およびエッチング装置が複雑となって好ましくない。ま
た、スパッタエッチにより酸化銅を除去する場合には、
酸化銅が接続孔の底部に形成されているときには微細化
の進展に伴って接続孔が高アスペクト比化されており、
深い接続孔の底部にまでスパッタの効果を及ぼすことが
困難となる。すなわち、今後の高度に微細化された半導
体集積回路装置においては、スパッタエッチにより接続
孔底部の配線表面をクリーニングすることは難しい。
However, when a special etching gas is used, a new gas is required, and the etching process and the etching apparatus are complicated, which is not preferable. When removing copper oxide by sputter etching,
When copper oxide is formed at the bottom of the connection hole, the connection hole has a high aspect ratio with the progress of miniaturization,
It becomes difficult to exert the effect of sputtering even to the bottom of the deep connection hole. That is, in the future highly integrated semiconductor device, it is difficult to clean the wiring surface at the bottom of the connection hole by sputter etching.

【0010】本発明の目的は、Cu等を主導体層とする
配線を有する半導体集積回路装置の接続孔部分における
コンタクト抵抗を低減することができる技術を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing a contact resistance in a connection hole portion of a semiconductor integrated circuit device having a wiring using Cu or the like as a main conductor layer.

【0011】また、本発明の目的は、Cu等を主導体層
とする配線を有する半導体集積回路装置の配線抵抗を低
減することができる技術を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the wiring resistance of a semiconductor integrated circuit device having a wiring using Cu or the like as a main conductor layer.

【0012】さらに、本発明の目的は、Cu等を主導体
層とする配線を有する半導体集積回路装置の動作を確保
し、その信頼性の向上を図ること、およびその性能の向
上を図ることができる技術を提供することにある。
Further, it is an object of the present invention to secure the operation of a semiconductor integrated circuit device having a wiring using Cu or the like as a main conductor layer, to improve its reliability, and to improve its performance. It is to provide the technology that can be done.

【0013】また、本発明の目的は、Cu等を主導体層
とする配線、あるいは接続孔の形成の際に形成される酸
化膜を簡便に除去することができる技術およびそれを実
現することができる半導体集積回路装置の製造装置を提
供することにある。
Another object of the present invention is to realize a technique capable of easily removing an oxide film formed when forming a wiring or a connection hole using Cu or the like as a main conductor layer, and to realize the technique. It is an object of the present invention to provide an apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit device that can be manufactured.

【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0016】(1)本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体基体の主面上に半導体集積回路素子が形
成され、その上層に銅、銀もしくはアルミニウムまたは
それらの合金からなる配線を有し、配線が複数層形成さ
れた多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造方
法であって、(a)配線を覆う層間絶縁膜に接続孔また
は溝を開口する工程、(b)半導体基体を還元雰囲気に
保持しつつ熱、プラズマまたは光のエネルギを印加する
工程、(c)接続孔または溝に導電部材を形成する工
程、を有するものである。
(1) In a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, a semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is provided in an upper layer. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure in which a plurality of wirings are formed, wherein: (a) a step of opening a connection hole or a groove in an interlayer insulating film covering the wiring; The method comprises the steps of applying heat, plasma or light energy while maintaining a reducing atmosphere, and (c) forming a conductive member in the connection hole or groove.

【0017】このような半導体集積回路装置の製造方法
によれば、配線を覆う層間絶縁膜にたとえば接続孔を開
口した後に半導体基体を還元雰囲気に保持しつつ熱、プ
ラズマまたは光のエネルギを印加するため、接続孔の開
口の際に形成された接続孔底部の配線表面の酸化膜(酸
化銅)を除去することができる。そのため、その後接続
孔にプラグ等の導電部材を形成しても、高抵抗体である
酸化銅によりコンタクト抵抗を増加することがなく、半
導体集積回路装置の所定の性能を保持し、また、信頼性
を向上することが可能である。
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, heat, plasma or light energy is applied while holding the semiconductor substrate in a reducing atmosphere after, for example, opening a connection hole in the interlayer insulating film covering the wiring. Therefore, the oxide film (copper oxide) on the wiring surface at the bottom of the connection hole formed at the time of opening the connection hole can be removed. Therefore, even if a conductive member such as a plug is formed in the connection hole thereafter, the predetermined resistance of the semiconductor integrated circuit device is maintained without increasing the contact resistance due to the high-resistance copper oxide, and the reliability is improved. Can be improved.

【0018】すなわち、配線を覆う層間絶縁膜に接続孔
を開口した際に、接続孔底部の配線表面に高抵抗体であ
る酸化銅(CuO等)が形成されるが、本発明では、酸
化銅が還元され、銅に変化するため、コンタクト抵抗を
増加することがない。
That is, when a connection hole is opened in an interlayer insulating film covering a wiring, a high-resistance copper oxide (CuO or the like) is formed on the wiring surface at the bottom of the connection hole. Is reduced and converted to copper, so that the contact resistance does not increase.

【0019】なお、還元雰囲気において熱エネルギを加
えることにより、還元反応を促進することができ、プラ
ズマエネルギを加えることにより、たとえば水素ラジカ
ルを生成して水素ラジカルの反応性により還元反応を促
進することができる。さらに、光エネルギを加えること
により、還元雰囲気のガスを励起して反応性を高め、た
とえば水素あるいはアンモニウムラジカルを生成して、
還元反応を促進することができる。
By applying thermal energy in a reducing atmosphere, the reduction reaction can be promoted. By applying plasma energy, for example, hydrogen radicals are generated and the reduction reaction is promoted by the reactivity of the hydrogen radicals. Can be. Further, by applying light energy, the gas in the reducing atmosphere is excited to increase the reactivity, for example, to generate hydrogen or ammonium radicals,
The reduction reaction can be promoted.

【0020】また、プラズマエネルギを加える場合に
は、プラズマの自己バイアスの効果等によりスパッタリ
ングの作用が同時に及ぼされ、ラジカルによる化学的な
作用に加えてスパッタリング(ボンバードメント)の物
理的作用もおよび、両作用の相乗効果によりさらに還元
反応を促進することが可能となる。
When plasma energy is applied, the effect of sputtering is simultaneously exerted by the effect of plasma self-biasing, etc., and in addition to the chemical effect of radicals, the physical effect of sputtering (bombardment) is also increased. The synergistic effect of both actions makes it possible to further promote the reduction reaction.

【0021】なお、このような製造方法では、プラズマ
エネルギを加える場合を除きスパッタ等の作用を伴わな
いため、アスペクト比の高い接続孔の底部をも確実に還
元作用を及ぼすことが可能であり、今後の微細化の進展
に対しても有利に作用する。また、スパッタ等の作用を
伴わないため、接続孔の形状を変化させることがなく、
微細加工に容易に対処することも可能である。さらに、
スパッタ等によりエッチングされた被エッチ物が接続孔
底部に再付着することなく、これらの再付着物によるコ
ンタクト不良を発生させることもない。また、接続孔底
部の配線は、還元されるのみで、スパッタによりエッチ
ングされるわけではないので、配線を構成する銅原子等
が減少することなく、配線の堆積が減少するような不具
合も発生することがない。プラズマエネルギを加える場
合であっても、スパッタリングの作用を低く抑え、化学
的作用を強く及ぼす条件で処理する場合には、上記効果
を同様に得ることが可能である。このような条件は、一
般に、高い処理圧力および低い投入電力により実現する
ことが可能である。
In this manufacturing method, since no action such as sputtering is involved except when plasma energy is applied, it is possible to surely exert a reducing action even on the bottom of the connection hole having a high aspect ratio. It also has an advantageous effect on future miniaturization. Also, since there is no action such as sputtering, there is no change in the shape of the connection hole,
It is also possible to easily deal with fine processing. further,
The object etched by sputtering or the like does not re-attach to the bottom of the connection hole, and the re-adhesion does not cause a contact failure. In addition, since the wiring at the bottom of the connection hole is only reduced and not etched by sputtering, there is a problem that the accumulation of the wiring is reduced without reducing the copper atoms and the like constituting the wiring. Nothing. Even when plasma energy is applied, the above-described effect can be obtained in the same manner when processing is performed under conditions where the effect of sputtering is suppressed and a chemical effect is strongly exerted. Such conditions can generally be achieved with high processing pressures and low input power.

【0022】(2)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、半導体基体の主面上に半導体集積回路素
子が形成され、その上層に銅、銀もしくはアルミニウム
またはそれらの合金からなる配線を有し、配線が複数層
形成された多層配線構造を有する半導体集積回路装置の
製造方法であって、(a)半導体集積回路素子または配
線を覆う層間絶縁膜に溝または接続孔を形成し、溝また
は接続孔を含む層間絶縁膜の表面に銅、銀もしくはアル
ミニウムまたはそれらの合金からなる薄膜を堆積した
後、溝または接続孔を除く層間絶縁膜上の薄膜を除去し
て配線または配線と下層配線とを接続する接続部材を形
成する工程、(b)半導体基体を還元雰囲気に保持しつ
つ熱、プラズマまたは光のエネルギを印加する工程、を
有するものである。
(2) In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, a semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is formed thereon. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure in which a plurality of wirings are formed, comprising: (a) forming a groove or a connection hole in an interlayer insulating film covering a semiconductor integrated circuit element or a wiring; After depositing a thin film made of copper, silver or aluminum or an alloy thereof on the surface of the interlayer insulating film including the groove or the connection hole, the thin film on the interlayer insulating film excluding the groove or the connection hole is removed to form the wiring or the wiring and the lower layer. Forming a connection member for connecting to the wiring; and (b) applying heat, plasma or light energy while maintaining the semiconductor substrate in a reducing atmosphere.

【0023】このような半導体集積回路装置の製造方法
によれば、前記(1)に記載した接続孔の底部のみなら
ず、配線あるいは接続部材をいわゆるダマシン法を用い
て形成した場合の配線あるいは接続部材の表面に形成さ
れた酸化膜(酸化銅)の除去を行うことも可能である。
この結果、配線あるいは接続部材の表面に形成される酸
化膜の影響で配線あるいは接続部材の抵抗値が上昇する
ことなく、半導体集積回路装置の性能を向上することが
可能である。今後、半導体集積回路装置の微細化が進展
し、配線あるいは接続部材の膜厚が減少するときには、
酸化膜の影響が相対的に大きくなる状況にあり、このよ
うな対策を施す効果がより顕著となる。
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, not only the bottom of the connection hole described in (1) but also the wiring or the connection when the wiring or the connecting member is formed by using a so-called damascene method. It is also possible to remove an oxide film (copper oxide) formed on the surface of the member.
As a result, it is possible to improve the performance of the semiconductor integrated circuit device without increasing the resistance value of the wiring or the connection member due to the oxide film formed on the surface of the wiring or the connection member. In the future, when the miniaturization of semiconductor integrated circuit devices advances and the film thickness of wiring or connecting members decreases,
The effect of the oxide film is relatively large, and the effect of taking such a measure becomes more remarkable.

【0024】(3)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、半導体基体の主面上に半導体集積回路素
子が形成され、その上層に銅、銀もしくはアルミニウム
またはそれらの合金からなる配線を有し、配線が複数層
形成された多層配線構造を有する半導体集積回路装置の
製造方法であって、(a)半導体集積回路素子または配
線を覆う層間絶縁膜の上面に銅、銀もしくはアルミニウ
ムまたはそれらの合金からなる薄膜を堆積した後、薄膜
をパターニングして配線を形成する工程、(b)半導体
基体を還元雰囲気に保持しつつ熱、プラズマまたは光の
エネルギを印加する工程、を有するものである。
(3) In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, a semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is formed thereon. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure in which a plurality of wirings are formed, comprising: (a) copper, silver, aluminum, or aluminum on an upper surface of an interlayer insulating film covering a semiconductor integrated circuit element or a wiring; Forming a wiring by patterning the thin film after depositing a thin film made of such an alloy; and (b) applying heat, plasma or light energy while maintaining the semiconductor substrate in a reducing atmosphere. is there.

【0025】このような半導体集積回路装置の製造方法
によれば、前記(1)および(2)に記載した場合のみ
ならず、層間絶縁膜上に配線をパターニングした場合に
生成される酸化膜の除去を行うことも可能である。この
結果、(2)に記載したと同様に、酸化膜に起因する配
線の抵抗上昇を抑制し、半導体集積回路装置の性能を向
上することが可能である。
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, not only the cases described in the above (1) and (2), but also the oxide film generated when the wiring is patterned on the interlayer insulating film. Removal can also be performed. As a result, as described in (2), it is possible to suppress an increase in the resistance of the wiring due to the oxide film and improve the performance of the semiconductor integrated circuit device.

【0026】(4)なお、前記薄膜は、スパッタ法また
はCVD法あるいはメッキ法により堆積されてもよく、
または、スパッタ法による銅、銀もしくはアルミニウム
からなるシード膜を形成した後に、そのシード膜上にメ
ッキ法により堆積されてもよい。このようにスパッタ法
またはCVD法を用いて薄膜を形成することにより、従
来確立されたプロセスを用いて安定的に半導体集積回路
装置を製造することができ、また、メッキ法を用いた場
合にはプロセスを簡便化して製造コストを低減すること
が可能である。
(4) The thin film may be deposited by sputtering, CVD, or plating.
Alternatively, after a seed film made of copper, silver or aluminum is formed by a sputtering method, it may be deposited on the seed film by a plating method. By forming a thin film using a sputtering method or a CVD method in this manner, a semiconductor integrated circuit device can be stably manufactured using a conventionally established process, and when a plating method is used, It is possible to simplify the process and reduce the manufacturing cost.

【0027】なお、前記の薄膜を堆積する前にバリアメ
タルを形成して、その薄膜を構成する金属等原子の層間
絶縁膜への拡散を防止することができる。また、拡散を
防止するためには、バリアメタルに限られず、層間絶縁
膜の改質等により、金属等原子の侵入を防止してもよ
い。
By depositing a barrier metal before depositing the above-mentioned thin film, it is possible to prevent atoms such as metals constituting the thin film from diffusing into the interlayer insulating film. Further, in order to prevent the diffusion, not only the barrier metal but also the penetration of atoms such as metal may be prevented by modifying the interlayer insulating film or the like.

【0028】(5)また、前記還元雰囲気は、水素雰囲
気またはアンモニア雰囲気とすることができる。このよ
うに、水素雰囲気またはアンモニア雰囲気とすることに
より特別なガスを使用することなく配線を還元すること
が可能となり、プロセスの容易化と製造装置の簡便化を
図ることが可能となる。
(5) The reducing atmosphere may be a hydrogen atmosphere or an ammonia atmosphere. As described above, by setting the atmosphere to a hydrogen atmosphere or an ammonia atmosphere, the wiring can be reduced without using a special gas, and the process can be simplified and the manufacturing apparatus can be simplified.

【0029】(6)また、前記製造方法において、前記
(b)工程の前または後に、接続孔底部、接続部材の上
面または前記配線の上面もしくは側面の還元雰囲気に暴
露される、または暴露された配線部分または接続部材部
分をプラズマスパッタによりスパッタエッチングする工
程を含むことができる。
(6) In the manufacturing method, before or after the step (b), the substrate is exposed to or exposed to a reducing atmosphere at the bottom of the connection hole, the upper surface of the connection member, or the upper surface or side surface of the wiring. The method may include a step of performing sputter etching of the wiring portion or the connection member by plasma sputtering.

【0030】このように、還元雰囲気に暴露された配線
部分または接続部材部分、つまり配線または接続部材の
酸化膜が除去された部分に、さらにスパッタエッチング
を施すことにより、さらにコンタクト抵抗の低減、また
は配線の抵抗値の低減を確実なものとすることができ
る。すなわち、接続孔の底部あるいは配線の表面、側面
に不純物が存在する場合には、この不純物が接続孔のコ
ンタクト抵抗を上昇し、または、配線の抵抗値を上昇す
る原因となると考えられるが、スパッタエッチングによ
りこの不純物を除去することができ、コンタクト抵抗の
低減、または配線の抵抗値の低減を図ることができる。
As described above, by further performing sputter etching on the wiring portion or the connecting member portion exposed to the reducing atmosphere, that is, the portion where the oxide film of the wiring or the connecting member is removed, the contact resistance is further reduced, or A reduction in the resistance value of the wiring can be ensured. In other words, when impurities exist at the bottom of the connection hole or on the surface or side surface of the wiring, it is considered that the impurity increases the contact resistance of the connection hole or the resistance of the wiring. This impurity can be removed by etching, so that contact resistance or wiring resistance can be reduced.

【0031】(7)なお、前記配線には、前記配線をパ
ターニングする際の、または、前記配線上の層間絶縁膜
に接続孔または溝を形成する際の露光光の反射を防止す
る反射防止膜が含まれる。反射防止膜は、窒化チタン
(TiN)等の他、銅等の合金により構成することが可
能である。
(7) The wiring has an anti-reflection film for preventing reflection of exposure light when patterning the wiring or forming connection holes or grooves in an interlayer insulating film on the wiring. Is included. The antireflection film can be made of an alloy such as copper in addition to titanium nitride (TiN).

【0032】(8)また、前記製造方法において、前記
(b)工程の後に、半導体基体を加熱し、接続孔底部、
接続部材の上面または配線の上面もしくは側面の還元雰
囲気に暴露された配線部分または接続部材部分を再結晶
化する工程を含むことができる。このように、還元雰囲
気に暴露された部分、つまり、酸化膜が除去された部分
を加熱により再結晶化することにより、接続孔のコンタ
クト抵抗または配線の抵抗値を低減することが可能であ
る。すなわち、配線または接続部材の還元により酸化膜
が除去された部分は、酸化膜のうち酸素原子が取り除か
れ、たとえば銅で構成される場合には、銅がポーラスと
なっている可能性のあるものである。このようなポーラ
スな部分は、コンタクト抵抗を上昇し、あるいは、配線
の抵抗値を上昇する可能性のあるものであるが、本発明
では加熱により配線あるいは接続部材を流動化し、再結
晶化するため、ポーラス部分をなくすことが可能であ
る。この結果、コンタクト抵抗を上昇し、あるいは、配
線の抵抗値を上昇を抑制することが可能である。なお、
加熱温度の具体例としては、たとえば、銅を350℃の
水素雰囲気で還元する場合には、さらに100℃上昇さ
せ、450℃で処理する方法を例示することができる。
さらに、本方法によると、CMP法による配線形成時
に、配線表面に形成される研磨傷を部材の流動化により
軽減あるいはなくすことが可能である。
(8) In the above-described manufacturing method, after the step (b), the semiconductor substrate is heated so that the bottom of the connection hole is heated.
The method may include a step of recrystallizing the wiring portion or the connecting member portion exposed to the reducing atmosphere on the upper surface of the connecting member or the upper surface or the side surface of the wiring. As described above, by recrystallizing by heating the portion exposed to the reducing atmosphere, that is, the portion from which the oxide film has been removed, the contact resistance of the connection hole or the resistance value of the wiring can be reduced. In other words, in the portion where the oxide film is removed by reduction of the wiring or the connection member, oxygen atoms are removed from the oxide film. For example, when the oxide film is made of copper, copper may be porous. It is. Such a porous portion may increase the contact resistance or increase the resistance value of the wiring. However, in the present invention, the wiring or the connecting member is fluidized by heating and is recrystallized. It is possible to eliminate the porous portion. As a result, it is possible to increase the contact resistance or suppress the increase in the resistance value of the wiring. In addition,
As a specific example of the heating temperature, for example, when copper is reduced in a hydrogen atmosphere at 350 ° C., a method of further increasing the temperature by 100 ° C. and treating at 450 ° C. can be exemplified.
Further, according to the present method, it is possible to reduce or eliminate polishing scratches formed on the wiring surface by fluidizing the members when forming the wiring by the CMP method.

【0033】(9)本発明の半導体集積回路装置の製造
装置は、半導体基体を還元雰囲気に保持しつつ熱、プラ
ズマまたは光のエネルギを印加することができる第1の
反応室と、金属または金属化合物を堆積することができ
る第2の反応室とを有する半導体集積回路装置の製造装
置であって、第1の反応室と前記第2の反応室とを同一
の反応室とするもの、あるいは、第1の反応室と第2の
反応室とを非酸化性雰囲気または減圧雰囲気で結合する
ものとすることができる。
(9) The apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention comprises a first reaction chamber capable of applying heat, plasma or light energy while maintaining a semiconductor substrate in a reducing atmosphere; An apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a second reaction chamber on which a compound can be deposited, wherein the first reaction chamber and the second reaction chamber are the same reaction chamber, or The first reaction chamber and the second reaction chamber may be connected in a non-oxidizing atmosphere or a reduced-pressure atmosphere.

【0034】このような半導体集積回路装置の製造装置
によれば、第1の反応室と前記第2の反応室とが同一の
反応室、あるいは、第1の反応室と第2の反応室とが非
酸化性雰囲気または減圧雰囲気で結合されているため、
接続孔底部あるいは配線の表面または側面の酸化膜を除
去した後に、その部分を酸化させることなく金属または
金属化合物を堆積することができる。これにより、接続
孔のコンタクト抵抗を低減し、配線の抵抗値を低減し
て、半導体集積回路装置の性能の向上と、信頼性の向上
とを図ることが可能である。
According to such a semiconductor integrated circuit device manufacturing apparatus, the first reaction chamber and the second reaction chamber are the same reaction chamber, or the first reaction chamber and the second reaction chamber are not connected to each other. Are combined in a non-oxidizing or reduced-pressure atmosphere,
After removing the oxide film at the bottom of the connection hole or the surface or side surface of the wiring, a metal or a metal compound can be deposited without oxidizing the portion. As a result, the contact resistance of the connection hole can be reduced, the resistance value of the wiring can be reduced, and the performance and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0035】(10)なお、本発明の製造装置は、さら
にプラズマスパッタにより半導体基体をスパッタエッチ
ングすることができる第3の反応室を有し、第1の反応
室と第2の反応室と第3の反応室とを同一の反応室とす
るもの、あるいは、第1の反応室と第2の反応室と第3
の反応室とを非酸化性雰囲気または減圧雰囲気で結合す
るものとすることもできる。このように、スパッタエッ
チングすることができる第3の反応室を備えることによ
り、さらに接続孔底部あるいは配線の表面または側面の
不純物を除去し、よりいっそうの接続孔のコンタクト抵
抗の低減および配線の抵抗値の低減を図ることが可能と
なる。しかも、これらの反応室は、同一反応室あるいは
非酸化性雰囲気または減圧雰囲気で結合されているた
め、その工程の途中において接続孔底部あるいは配線の
表面または側面が酸化されることがない。
(10) The manufacturing apparatus of the present invention further has a third reaction chamber capable of sputter-etching the semiconductor substrate by plasma sputtering, and comprises a first reaction chamber, a second reaction chamber, and a second reaction chamber. The third reaction chamber is the same reaction chamber, or the first reaction chamber, the second reaction chamber and the third reaction chamber are the same.
May be combined in a non-oxidizing atmosphere or a reduced-pressure atmosphere. As described above, by providing the third reaction chamber capable of being sputter-etched, impurities at the bottom of the connection hole or the surface or side surface of the wiring are further removed, thereby further reducing the contact resistance of the connection hole and further reducing the resistance of the wiring. The value can be reduced. Moreover, since these reaction chambers are connected in the same reaction chamber or in a non-oxidizing atmosphere or a reduced-pressure atmosphere, the bottom of the connection hole or the surface or side surface of the wiring is not oxidized during the process.

【0036】(11)本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、半導体基体の主面上に半導体集積回路素子が
形成され、その上層に銅、銀もしくはアルミニウムまた
はそれらの合金からなる配線を有し、配線が複数層形成
された多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造
方法であって、配線を覆う層間絶縁膜に接続孔を開口し
た後、または、配線を形成した後に、接続孔または配線
を有する半導体基体を加熱するものである。このような
半導体集積回路装置の製造方法によれば、接続孔の底部
あるいは配線の表面または側面に酸化膜が形成されてい
ても、半導体基体の加熱により、酸化銅(CuO等)の
酸素原子のみが除去され、コンタクト抵抗の上昇または
配線の抵抗値の上昇を抑制することができる。すなわ
ち、酸化銅(CuO等)の酸素は、ある程度の蒸気圧を
有するものであり、加熱により酸化銅(CuO等)から
銅に変化させることが可能である。このような加熱は、
不活性雰囲気でも行うことができるが、減圧下で行うこ
とが好ましい。
(11) In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention, a semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is formed on the semiconductor integrated circuit element. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure in which a plurality of wirings are formed, wherein the connection holes are opened in an interlayer insulating film covering the wirings or after the wirings are formed, This is for heating a semiconductor substrate having wiring. According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, even if an oxide film is formed on the bottom of the connection hole or on the surface or side surface of the wiring, only the oxygen atoms of copper oxide (CuO or the like) are heated by heating the semiconductor substrate. Is removed, and an increase in the contact resistance or an increase in the resistance value of the wiring can be suppressed. That is, the oxygen of copper oxide (such as CuO) has a certain vapor pressure, and can be changed from copper oxide (such as CuO) to copper by heating. Such heating can
Although the reaction can be performed in an inert atmosphere, it is preferably performed under reduced pressure.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一の部材には同一の符号を付
し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals, and a repeated description thereof will be omitted.

【0038】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態である半導体集積回路装置の製造方法を適用して
製造される半導体集積回路装置の一例を示した断面図で
ある。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor integrated circuit device manufactured by applying a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.

【0039】本実施の形態1の半導体集積回路装置は、
SOI絶縁層2およびU溝素子分離領域3を有する半導
体基板1のpウェル4にn形MISFETQnが形成さ
れたものである。SOI絶縁層2、U溝素子分離領域3
は、たとえばシリコン酸化膜を例示することができる。
The semiconductor integrated circuit device of the first embodiment is
An n-type MISFET Qn is formed in a p-well 4 of a semiconductor substrate 1 having an SOI insulating layer 2 and a U-groove element isolation region 3. SOI insulating layer 2, U-groove element isolation region 3
Is, for example, a silicon oxide film.

【0040】n形MISFETQnは、半導体基板1の
主面上にたとえば数nmの膜厚を有するシリコン酸化膜
からなるゲート絶縁膜6を介して形成され、たとえば低
抵抗多結晶シリコン膜からなるゲート電極7と、ゲート
電極7の両側の半導体基板1の主面に形成された不純物
半導体領域8とを有するものであり、ゲート電極7の側
面および上面にはサイドウォールスペーサ9およびキャ
ップ絶縁膜10がそれぞれ形成されている。
The n-type MISFET Qn is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 via a gate insulating film 6 made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of several nm, for example, a gate electrode made of a low-resistance polycrystalline silicon film. 7 and impurity semiconductor regions 8 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 on both sides of the gate electrode 7. Sidewall spacers 9 and a cap insulating film 10 are provided on the side and upper surfaces of the gate electrode 7, respectively. Is formed.

【0041】不純物半導体領域8は、n形MISFET
Qnのソース・ドレイン領域として機能するものであ
る。ゲート電極7および不純物半導体領域8の上部にW
Six、MoSix 、TiSix 、TaSix などの高
融点金属シリサイド膜を積層したシリサイド膜で構成し
てもよい。サイドウォールスペーサ9およびキャップ絶
縁膜10は、たとえばシリコン酸化膜あるいはシリコン
窒化膜とすることができ、シリコン窒化膜を用いる場合
には、そのシリコン窒化膜からなるサイドウォールスペ
ーサ9およびキャップ絶縁膜10をマスクとして用い、
後に説明する層間絶縁膜に自己整合的に接続孔を開口す
ることができる。
The impurity semiconductor region 8 is an n-type MISFET
It functions as a source / drain region of Qn. W is formed on the gate electrode 7 and the impurity semiconductor region 8.
It may be constituted by a silicide film in which a refractory metal silicide film such as Six, MoSix, TiSix, TaSix or the like is laminated. The sidewall spacer 9 and the cap insulating film 10 can be, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. When a silicon nitride film is used, the side wall spacer 9 and the cap insulating film 10 made of the silicon nitride film are used. Used as a mask,
A connection hole can be opened in an interlayer insulating film described later in a self-aligned manner.

【0042】半導体基板1およびn形MISFETQn
の上面には層間絶縁膜11aが形成されている。層間絶
縁膜11aとして、BPSG膜またはPSG膜等のリフ
ロー膜を用いることができるが、層間絶縁膜11aの下
部もしくは上部にCVD法またはスパッタ法により形成
されたシリコン酸化膜との積層膜とすることもできる。
不純物半導体領域8上の層間絶縁膜11aには接続孔1
2が設けられ、接続孔12には、たとえばスパッタ法に
より形成されたタングステン膜13a、およびたとえば
ブランケットCVD法あるいは選択CVD法により形成
されたタングステンからなる金属プラグ13bが形成さ
れている。
Semiconductor substrate 1 and n-type MISFET Qn
Is formed with an interlayer insulating film 11a. As the interlayer insulating film 11a, a reflow film such as a BPSG film or a PSG film can be used. However, a laminated film with a silicon oxide film formed by a CVD method or a sputtering method below or above the interlayer insulating film 11a can be used. Can also.
The connection hole 1 is formed in the interlayer insulating film 11a on the impurity semiconductor region 8.
In the connection hole 12, a tungsten film 13a formed by, for example, a sputtering method and a metal plug 13b made of tungsten formed by, for example, a blanket CVD method or a selective CVD method are formed.

【0043】層間絶縁膜11aの上層には、層間絶縁膜
11bが形成され、配線14が層間絶縁膜11bに形成
された配線溝15内に形成されている。
An interlayer insulating film 11b is formed above the interlayer insulating film 11a, and a wiring 14 is formed in a wiring groove 15 formed in the interlayer insulating film 11b.

【0044】配線14は、主導電層14aと窒化チタン
膜14bとからなる。主導電層14aは、たとえば銅を
例示することができるが、銀もしくはアルミニウムまた
はそれらの合金であってもよい。これら低抵抗率の低い
材料を主な導電層とすることにより配線14の微細化に
伴う配線抵抗の上昇を抑制することができる。これによ
り半導体集積回路装置の高性能化を達成することができ
る。窒化チタン膜14bは、主導電層14aを構成する
材料たとえば銅の拡散を防止するブロッキング膜として
作用させることができ、窒化チタン膜の他、たとえば、
窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、スパッタタング
ステン膜、あるいはこれらのシリコンとの化合物とする
こともできる。
The wiring 14 is composed of a main conductive layer 14a and a titanium nitride film 14b. The main conductive layer 14a may be, for example, copper, but may be silver or aluminum or an alloy thereof. By using such a material having a low resistivity as a main conductive layer, an increase in wiring resistance due to miniaturization of the wiring 14 can be suppressed. This makes it possible to achieve higher performance of the semiconductor integrated circuit device. The titanium nitride film 14b can function as a blocking film for preventing diffusion of a material constituting the main conductive layer 14a, for example, copper.
A tantalum nitride film, a tungsten nitride film, a sputtered tungsten film, or a compound thereof with silicon can also be used.

【0045】配線14および層間絶縁膜11bの上面に
は層間絶縁膜16が形成されている。層間絶縁膜16と
して、CVD法またはスパッタ法により形成されたシリ
コン酸化膜を例示することができる。また、配線14上
の層間絶縁膜16には接続孔17が設けられ、接続孔1
7には接続孔12と同様に、たとえばスパッタ法により
形成されたタングステン膜18a、およびたとえばブラ
ンケットCVD法あるいは選択CVD法により形成され
たタングステンからなる金属プラグ18bが形成されて
いる。
An interlayer insulating film 16 is formed on the upper surfaces of the wiring 14 and the interlayer insulating film 11b. As the interlayer insulating film 16, a silicon oxide film formed by a CVD method or a sputtering method can be exemplified. A connection hole 17 is provided in the interlayer insulating film 16 on the wiring 14, and the connection hole 1 is formed.
Similar to the connection hole 12, a tungsten film 18a formed by, for example, a sputtering method and a metal plug 18b made of tungsten formed by, for example, a blanket CVD method or a selective CVD method, are formed in 7.

【0046】なお、接続孔17の底部のタングステン膜
18aと配線14との界面には、配線14を構成するた
とえば銅の酸化物である酸化銅は形成されていない。こ
れは後に説明するように接続孔17の開口後に接続孔1
7の底部の配線14の表面に形成された酸化膜を還元し
て消失させるためであり、これにより、接続孔17での
コンタクト抵抗を低減し、また電気的接続の信頼性を向
上することが可能である。この結果、半導体集積回路装
置の性能および信頼性を向上することができる。
At the interface between the tungsten film 18a and the wiring 14 at the bottom of the connection hole 17, for example, copper oxide, which is an oxide of copper, forming the wiring 14 is not formed. This is because the connection hole 17 is opened after the connection hole 17 is opened as described later.
The purpose of this is to reduce and eliminate the oxide film formed on the surface of the wiring 14 at the bottom of the wiring 7, thereby reducing the contact resistance in the connection hole 17 and improving the reliability of the electrical connection. It is possible. As a result, the performance and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0047】層間絶縁膜16の上層には、層間絶縁膜1
9が形成され、配線20が層間絶縁膜19に形成された
配線溝21内に形成されている。
As an upper layer of the interlayer insulating film 16, the interlayer insulating film 1
9 is formed, and a wiring 20 is formed in a wiring groove 21 formed in the interlayer insulating film 19.

【0048】配線20は配線14と同様に、主導電層2
0aと窒化チタン膜20bとからなる。主導電層20a
は、たとえば銅を例示することができるが、銀もしくは
アルミニウムまたはそれらの合金であってもよい。これ
ら低抵抗率の低い材料を主な導電層とすることにより配
線20の微細化に伴う配線抵抗の上昇を抑制することが
できる。これにより半導体集積回路装置の高性能化を達
成することができる。窒化チタン膜20bは、主導電層
20aを構成する材料たとえば銅の拡散を防止するブロ
ッキング膜として作用させることができ、窒化チタン膜
の他、窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、スパッタ
タングステン膜、あるいはこれらのシリコンとの化合物
とすることもできる。
The wiring 20 is made of the main conductive layer 2 like the wiring 14.
0a and a titanium nitride film 20b. Main conductive layer 20a
May be, for example, copper, but may be silver or aluminum or an alloy thereof. By using such a material having a low resistivity as a main conductive layer, an increase in wiring resistance due to miniaturization of the wiring 20 can be suppressed. This makes it possible to achieve higher performance of the semiconductor integrated circuit device. The titanium nitride film 20b can function as a blocking film for preventing the diffusion of a material constituting the main conductive layer 20a, for example, copper. In addition to the titanium nitride film, a tantalum nitride film, a tungsten nitride film, a sputtered tungsten film, or With silicon.

【0049】なお、配線14あるいは配線20の表面に
は酸化膜が形成されていない。これは、後に説明する配
線14あるいは配線20のたとえばCMP法による形成
後、その表面に生成された酸化膜を還元して消失させる
ためであり、これにより、配線14あるいは配線20の
抵抗を低減することが可能である。この結果、半導体集
積回路装置の性能を向上することができる。
Note that no oxide film is formed on the surface of the wiring 14 or the wiring 20. This is for reducing and eliminating the oxide film formed on the surface of the wiring 14 or the wiring 20 to be described later, for example, by the CMP method, thereby reducing the resistance of the wiring 14 or the wiring 20. It is possible. As a result, the performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0050】また、本実施の形態1では、配線層が2層
の場合を例示しているが、層間絶縁膜16,19および
配線20と同様な層間絶縁膜および配線をさらに多層に
構成して3層以上の多層配線構造を有する半導体集積回
路装置とすることも可能である。
Although the first embodiment exemplifies a case where the number of wiring layers is two, an interlayer insulating film and a wiring similar to the interlayer insulating films 16 and 19 and the wiring 20 are formed in a multilayer structure. It is also possible to provide a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure of three or more layers.

【0051】次に、上記した半導体集積回路装置の製造
方法を図に従って説明する。図2〜図18は、本発明の
一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法の一
例をその工程順に示した断面図である。
Next, a method of manufacturing the above-described semiconductor integrated circuit device will be described with reference to the drawings. 2 to 18 are sectional views showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【0052】まず、高濃度酸素注入法等により形成され
たSOI絶縁層2を有するp- 形の単結晶シリコンから
なる半導体基板1を用意し、p形の導電形にするための
不純物、たとえばボロンをイオン注入等によりドープし
てpウェル4を形成する。pウェル4は、高濃度酸素注
入法におけるエピタキシャル成長時に不純物ガスを混入
し、ドーピングを行ってもよい。
Firstly, p has a SOI insulating layer 2 formed by hyperoxia implantation or the like - providing a semiconductor substrate 1 made of the form of single crystal silicon, an impurity for the conductivity type of p-type, such as boron Is doped by ion implantation or the like to form a p-well 4. The p-well 4 may be doped with an impurity gas during the epitaxial growth by the high-concentration oxygen implantation method.

【0053】次に、半導体基板1の主面に、SOI絶縁
層2に達するU溝形成し、その後たとえばシリコン酸化
膜を堆積した後CMP法等を用いて余分なシリコン酸化
膜を除去して、前記U溝にシリコン酸化膜を埋め込み、
U溝素子分離領域3を形成する(図2)。
Next, a U-groove reaching the SOI insulating layer 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and thereafter, for example, a silicon oxide film is deposited, and an excess silicon oxide film is removed by using a CMP method or the like. A silicon oxide film is buried in the U groove,
A U-groove element isolation region 3 is formed (FIG. 2).

【0054】次に、半導体基板1の主面上にゲート絶縁
膜6となるシリコン酸化膜、ゲート電極7となる多結晶
シリコン膜およびキャップ絶縁膜10となるシリコン酸
化膜を順次堆積して積層膜を形成し、フォトリソグラフ
ィによりパターニングされたレジストをマスクとして前
記積層膜をエッチングし、ゲート絶縁膜6、ゲート電極
7およびキャップ絶縁膜10を形成する(図3)。ゲー
ト絶縁膜6はたとえば熱CVD法により堆積することが
でき、ゲート電極7はCVD法により形成することがで
きるが、その抵抗値を低減するためにn形の不純物(例
えばP)をドープしてもよい。なお、ゲート電極7の上
部にWSix 、MoSix 、TiSix、TaSix などの高
融点金属シリサイド膜を積層してもよい。キャップ絶縁
膜10はたとえばCVD法により堆積することができ
る。
Next, a silicon oxide film serving as a gate insulating film 6, a polycrystalline silicon film serving as a gate electrode 7, and a silicon oxide film serving as a cap insulating film 10 are sequentially deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1 to form a laminated film. Is formed, and the laminated film is etched using a resist patterned by photolithography as a mask to form a gate insulating film 6, a gate electrode 7, and a cap insulating film 10 (FIG. 3). The gate insulating film 6 can be deposited by, for example, a thermal CVD method, and the gate electrode 7 can be formed by a CVD method. However, in order to reduce the resistance value, the gate electrode 7 is doped with an n-type impurity (for example, P). Is also good. Note that a refractory metal silicide film such as WSix, MoSix, TiSix, or TaSix may be laminated on the gate electrode 7. The cap insulating film 10 can be deposited by, for example, a CVD method.

【0055】次に、半導体基板1上にCVD法で酸化シ
リコン膜を堆積した後、反応性イオンエッチング(RI
E)法でこの酸化シリコン膜を異方性エッチングするこ
とにより、ゲート電極7の側壁にサイドウォールスペー
サ9を形成し、n形不純物(リン)をイオン注入してゲ
ート電極7の両側のpウェル4にn形MISFETQn
のソース、ドレイン領域を構成する不純物半導体領域8
を形成する(図4)。なお、サイドウォールスペーサ9
の形成前に低濃度の不純物半導体領域を形成し、サイド
ウォールスペーサ9の形成後に高濃度の不純物半導体領
域を形成してもよい。
Next, after a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 by the CVD method, reactive ion etching (RI
The silicon oxide film is anisotropically etched by the method E) to form sidewall spacers 9 on the side walls of the gate electrode 7 and ion-implant n-type impurities (phosphorus) to form p-wells on both sides of the gate electrode 7. 4 is an n-type MISFET Qn
Semiconductor region 8 constituting source and drain regions of
Is formed (FIG. 4). The side wall spacer 9
A low-concentration impurity semiconductor region may be formed before the formation of the semiconductor layer, and a high-concentration impurity semiconductor region may be formed after the formation of the sidewall spacer 9.

【0056】次に、半導体基板1上にスパッタ法または
CVD法で酸化シリコン膜を堆積し、層間絶縁膜11a
を形成する。さらに、半導体基板1の主面の不純物半導
体領域8上の層間絶縁膜11aに、公知のフォトリソグ
ラフィ技術を用いて接続孔12を開口する(図5)。
Next, a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 by a sputtering method or a CVD method to form an interlayer insulating film 11a.
To form Further, a connection hole 12 is formed in the interlayer insulating film 11a on the impurity semiconductor region 8 on the main surface of the semiconductor substrate 1 by using a known photolithography technique (FIG. 5).

【0057】次に、スパッタ法によりタングステン膜1
3aを堆積し(図6)、さらにブランケットCVD法に
よりタングステン膜13cを堆積する(図7)。
Next, the tungsten film 1 is formed by sputtering.
3a is deposited (FIG. 6), and a tungsten film 13c is further deposited by blanket CVD (FIG. 7).

【0058】次に、接続孔12以外の層間絶縁膜11a
上のタングステン膜13cおよびタングステン膜13a
をCMP法により研磨して除去し、金属プラグ13bを
形成する(図8)。
Next, the interlayer insulating film 11a other than the connection hole 12
Tungsten film 13c and tungsten film 13a
Is polished and removed by a CMP method to form a metal plug 13b (FIG. 8).

【0059】次に、スパッタ法またはCVD法で酸化シ
リコン膜を堆積して層間絶縁膜11bを形成し、さらに
公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を
用いて加工し、配線溝15を形成する(図9)。なお、
ここでは、スパッタ法またはCVD法で形成されたシリ
コン酸化膜を例示しているが、SOG等の塗布膜、有機
膜、フッ素を添加したCVDシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜、その他複数種の絶縁膜を積層した多層膜であっ
てもよい。また、配線溝15は後に配線材料を埋め込ん
で配線14としたい領域に形成される。なお、本実施の
形態1では、金属プラグ13を形成した後に配線溝15
を形成しているが、接続孔12を開口した後に配線溝1
5を形成し、その後金属プラグ13を形成してもよい。
Next, a silicon oxide film is deposited by a sputtering method or a CVD method to form an interlayer insulating film 11b, which is further processed by using a known photolithography technique and an etching technique to form a wiring groove 15 (FIG. 9). 9). In addition,
Here, a silicon oxide film formed by a sputtering method or a CVD method is illustrated, but a coating film of SOG or the like, an organic film, a CVD silicon oxide film to which fluorine is added, a silicon nitride film, and a plurality of types of insulating films May be used as a multilayer film. The wiring groove 15 is formed in a region where the wiring material is to be buried later to form the wiring 14. In the first embodiment, the wiring groove 15 is formed after the metal plug 13 is formed.
Is formed, but after the connection hole 12 is opened, the wiring groove 1 is formed.
5 may be formed, and then the metal plug 13 may be formed.

【0060】次に、半導体基板1の全面に配線14の窒
化チタン膜14bとなる窒化チタン膜14bを堆積する
(図10)。窒化チタン膜14bは、たとえばCVD法
あるいはスパッタ法により堆積することができる。窒化
チタン膜14bの堆積は、後に説明する銅膜の密着性の
向上および銅の拡散防止のために行うものである。な
お、本実施の形態1では窒化チタン膜を例示するが、タ
ンタル等の金属膜あるいは窒化タンタル膜等であっても
よい。また、次工程である主導電層14aの堆積直前に
窒化チタン膜14bの表面をスパッタエッチすることも
可能である。このようなスパッタエッチにより、窒化チ
タン膜14bの表面に吸着した水、酸素分子等を除去
し、主導電層14aの接着性を改善することができる。
特に、窒化チタン膜14bの堆積後、真空破壊して表面
を大気に曝し、その主導電層14aを堆積する場合に効
果が大きい。
Next, a titanium nitride film 14b to be the titanium nitride film 14b of the wiring 14 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 (FIG. 10). The titanium nitride film 14b can be deposited by, for example, a CVD method or a sputtering method. The deposition of the titanium nitride film 14b is performed to improve the adhesion of the copper film and prevent the diffusion of copper, which will be described later. Although a titanium nitride film is exemplified in the first embodiment, a metal film such as tantalum or a tantalum nitride film may be used. It is also possible to sputter-etch the surface of the titanium nitride film 14b immediately before the next step of depositing the main conductive layer 14a. By such sputter etching, water, oxygen molecules, and the like adsorbed on the surface of the titanium nitride film 14b can be removed, and the adhesion of the main conductive layer 14a can be improved.
In particular, after deposition of the titanium nitride film 14b, the effect is great when vacuum breaking is performed to expose the surface to the atmosphere and deposit the main conductive layer 14a.

【0061】次に主導電層14aとなる金属、たとえば
銅の薄膜を堆積し、これを熱処理して流動化し、配線溝
15に良好に埋め込まれた主導電層14aを形成する
(図11)。銅膜の堆積は、通常のスパッタ法を用いる
ことができるが、蒸着法等の物理的気相成長法を用いて
もよい。また、熱処理の条件は、主導電層14aを構成
する銅が流動化する温度および時間を必要とし、たとえ
ば、350℃〜400℃、3分〜5分を例示することが
できる。
Next, a thin film of a metal, for example, copper, which will be the main conductive layer 14a, is deposited, heat-treated and fluidized to form the main conductive layer 14a well embedded in the wiring groove 15 (FIG. 11). For the deposition of the copper film, a normal sputtering method can be used, but a physical vapor deposition method such as an evaporation method may be used. The conditions of the heat treatment require a temperature and a time at which copper constituting the main conductive layer 14a is fluidized, and may be, for example, 350 ° C. to 400 ° C. for 3 minutes to 5 minutes.

【0062】次に、層間絶縁膜11b上の余分な窒化チ
タン膜14bおよび主導電層14aを除去し、配線14
を構成する主導電層14aおよび窒化チタン膜14bを
形成する(図12)。窒化チタン膜14bおよび主導電
層14aの除去は、たとえばCMP法を例示することが
できるが、エッチバック法を用いてもよい。なお、この
配線14の形成の際に、たとえばCMP法を用いた場合
には、その工程は大気雰囲気で行われるものであり、銅
が露出した配線14の表面は大気雰囲気に曝され、酸化
される。この結果、配線14の表面に酸化層(酸化銅)
22が生成される。この酸化層22は、高抵抗体であ
り、このまま放置した場合には、配線14の抵抗値を増
加させ、また、後に説明する上層配線との電気的接続に
不良が発生し、半導体集積回路装置の性能の低下と信頼
性の低下を来す原因となる。しかし、本実施の形態1で
は、次に説明する工程において、酸化層22を還元し、
銅に変化させるため、このような不具合を発生すること
はない。
Next, excess titanium nitride film 14b and main conductive layer 14a on interlayer insulating film 11b are removed, and
Are formed (FIG. 12). The removal of the titanium nitride film 14b and the main conductive layer 14a may be performed by, for example, a CMP method, but may be performed by an etch-back method. When the wiring 14 is formed, for example, when a CMP method is used, the process is performed in the air atmosphere, and the surface of the wiring 14 where copper is exposed is exposed to the air atmosphere and oxidized. You. As a result, an oxide layer (copper oxide) is formed on the surface of the wiring 14.
22 is generated. The oxide layer 22 is a high-resistance body, and if left unattended, increases the resistance value of the wiring 14 and causes a failure in electrical connection with an upper-layer wiring described later. Causes the performance and reliability of the device to decrease. However, in the first embodiment, in the process described below, the oxide layer 22 is reduced,
Since it is changed to copper, such a problem does not occur.

【0063】次に、酸化層22を還元して銅に変化さ
せ、これを消失させる(図13)。還元反応は、半導体
基板1を還元雰囲気に保持し、熱、プラズマまたは光の
エネルギを印加して行う。還元雰囲気としては水素雰囲
気あるいはアンモニア雰囲気を例示することができる。
また、還元雰囲気は、常圧あるいは減圧とすることがで
きる。このような還元雰囲気において、同時に熱、プラ
ズマまたは光のエネルギを加えることにより水素あるい
はアンモニアを活性化し、反応性を高めて還元反応を促
進することができる。また、熱、プラズマまたは光のエ
ネルギを加えることにより水素ラジカルの生成を促し、
この水素ラジカルに酸化層22が暴露されることにより
還元反応を促進することができる。
Next, the oxidized layer 22 is reduced to copper, which disappears (FIG. 13). The reduction reaction is performed by holding the semiconductor substrate 1 in a reducing atmosphere and applying heat, plasma, or light energy. Examples of the reducing atmosphere include a hydrogen atmosphere or an ammonia atmosphere.
Further, the reducing atmosphere can be at normal pressure or reduced pressure. In such a reducing atmosphere, hydrogen or ammonia can be activated by simultaneously applying heat, plasma or light energy to increase the reactivity and promote the reduction reaction. Also, by applying heat, plasma or light energy, the generation of hydrogen radicals is promoted,
The reduction reaction can be promoted by exposing the oxide layer 22 to the hydrogen radicals.

【0064】熱エネルギの印加は、半導体基板1を加熱
することにより行うことができ、たとえば、水素あるい
はアンモニア雰囲気下での350℃程度の熱処理を例示
することができる。また、プラズマエネルギの印加は、
水素あるいはアンモニア、またはこれらのガスとアルゴ
ン等の希ガスとの混合ガスの減圧下におけるグロー放電
により行うことができる。さらに、光エネルギの印加
は、水素あるいはアンモニア雰囲気下での紫外線の照射
により行うことができる。紫外線は、たとえば低圧水銀
ランプあるいはエキシマレーザ等の遠紫外線を用いるこ
とが好ましく、また、酸化層22に直接照射されるよう
にすることが好ましい。
The application of heat energy can be performed by heating the semiconductor substrate 1, for example, a heat treatment at about 350 ° C. in a hydrogen or ammonia atmosphere. The application of plasma energy
Glow discharge can be performed under reduced pressure of hydrogen or ammonia, or a mixed gas of these gases and a rare gas such as argon. Further, application of light energy can be performed by irradiation with ultraviolet rays in a hydrogen or ammonia atmosphere. It is preferable to use far ultraviolet rays such as a low-pressure mercury lamp or an excimer laser as the ultraviolet rays, and it is preferable to irradiate the oxide layer 22 directly.

【0065】また、半導体基板1を還元雰囲気に置か
ず、非酸化雰囲気において単に加熱処理を施すのみであ
っても酸化層22中の酸素原子のみが除去され、酸化層
22を銅に変化させることができる。これは、酸化銅に
ある程度の蒸気圧が存在し、特に減圧下においては酸素
が解離する可能性があるためと考えられる。もっとも、
酸素原子の除去効果は還元雰囲気下で熱処理を行う方が
大きいと考えられる。
Further, even if the semiconductor substrate 1 is not placed in a reducing atmosphere but is simply subjected to a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, only the oxygen atoms in the oxide layer 22 are removed and the oxide layer 22 is changed to copper. Can be. This is presumably because copper oxide has a certain vapor pressure and oxygen may be dissociated particularly under reduced pressure. However,
It is considered that the effect of removing oxygen atoms is greater when heat treatment is performed in a reducing atmosphere.

【0066】このように本実施の形態1では酸化層22
を除去することができるため、配線14の抵抗値を低減
し、半導体集積回路装置の性能を向上することが可能で
ある。しかも、上記酸化層22の除去は、エッチング作
用による除去ではなく、酸化層22の還元による銅への
変化であり、堆積減少を伴うものではない。このため、
このような還元処理を行っても配線14の膜厚が減少す
ることはなく、抵抗値を低減するものではない。
As described above, in the first embodiment, the oxide layer 22
Can be removed, so that the resistance value of the wiring 14 can be reduced and the performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved. Moreover, the removal of the oxide layer 22 is not a removal by an etching action, but a change to copper by reduction of the oxide layer 22, and does not involve a decrease in deposition. For this reason,
Even if such a reduction process is performed, the film thickness of the wiring 14 does not decrease, and does not reduce the resistance value.

【0067】なお、プラズマエネルギを印加して酸化層
22の酸素を除去する場合には、プラズマの自己バイア
スを利用したスパッタ作用を併用することができる。こ
の場合には酸化層22の酸素を除去して還元反応を促進
するのみならず、酸化層22あるいは配線14に付着し
た不純物をも除去することが可能である。これにより不
純物に起因する配線14の抵抗値の上昇を抑制し、半導
体集積回路装置の性能を向上することができる。
When oxygen in the oxide layer 22 is removed by applying plasma energy, a sputtering operation utilizing a self-bias of plasma can be used together. In this case, not only oxygen in the oxide layer 22 is removed to promote the reduction reaction, but also impurities attached to the oxide layer 22 or the wiring 14 can be removed. Thus, an increase in the resistance value of the wiring 14 due to impurities can be suppressed, and the performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0068】また、酸化層22の還元と同時に、または
還元を行った後に、半導体基板1を加熱し、配線14の
銅を流動化して再結晶化させることができる。これは、
還元後の配線14の表面は、幾分かポーラスになってい
る可能性があり、これを再結晶化により解消して配線1
4の抵抗値の上昇を抑制することができる。また、ポー
ラス状態の解消は、再度の酸化を抑制する効果も有す
る。さらに本方法によるとCMP法による配線形成時に
配線表面に形成される研磨傷を部材の流動化により軽減
もしくは解消することができる。
Further, at the same time as or after the reduction of the oxide layer 22, the semiconductor substrate 1 is heated, and the copper of the wiring 14 can be fluidized and recrystallized. this is,
There is a possibility that the surface of the reduced wiring 14 is somewhat porous.
4 can be suppressed from increasing. The elimination of the porous state also has the effect of suppressing the re-oxidation. Further, according to the present method, polishing scratches formed on the wiring surface when the wiring is formed by the CMP method can be reduced or eliminated by fluidizing the member.

【0069】なお、図示はしないが、配線14の表面に
は、反射防止膜となる金属層が形成されていてもよい。
Although not shown, a metal layer serving as an antireflection film may be formed on the surface of the wiring 14.

【0070】次に、半導体基板1上にスパッタ法または
CVD法で酸化シリコン膜を堆積し、層間絶縁膜16を
形成する。なお、ここではスパッタ法またはCVD法で
形成されたシリコン酸化膜を例示しているが、SOG等
の塗布膜、有機膜、フッ素を添加したCVDシリコン酸
化膜、シリコン窒化膜、その他複数種の絶縁膜を積層し
た多層膜であってもよい。さらに、所定の位置の層間絶
縁膜16に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて接
続孔17を開口する(図14)。この接続孔17の底部
には、接続孔17の開口後にフォトリソグラフィに用い
たレジストマスクの除去のためのアッシングにより、あ
るいは、接続孔17の開口後の大気雰囲気の暴露によ
り、酸化層23が形成される。この酸化層23は、酸化
層22と同様に高抵抗体であり、これをそのまま放置す
れば、後に説明する金属プラグとの電気的接続が不良と
なり、半導体集積回路装置の正常な動作の確保ができ
ず、また、信頼性の低下を来す原因となる。
Next, a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 1 by a sputtering method or a CVD method to form an interlayer insulating film 16. Although a silicon oxide film formed by a sputtering method or a CVD method is illustrated here, a coating film of SOG or the like, an organic film, a CVD silicon oxide film to which fluorine is added, a silicon nitride film, and a plurality of types of insulating films It may be a multilayer film in which films are stacked. Further, a connection hole 17 is opened in the interlayer insulating film 16 at a predetermined position by using a known photolithography technique (FIG. 14). An oxide layer 23 is formed on the bottom of the connection hole 17 by ashing for removing a resist mask used for photolithography after the opening of the connection hole 17 or by exposure to the air atmosphere after the opening of the connection hole 17. Is done. The oxide layer 23 is a high-resistance body like the oxide layer 22, and if left unattended, electrical connection with a metal plug described later will be poor, and normal operation of the semiconductor integrated circuit device will be ensured. Cannot be performed, and the reliability is reduced.

【0071】したがって、前記配線14の表面に形成さ
れた酸化層22と同様に、酸化層23を還元して銅に変
化させ、これを消失させる(図15)。還元反応は、酸
化層22の場合と同様であるため詳細な説明を省略す
る。
Therefore, as in the case of the oxide layer 22 formed on the surface of the wiring 14, the oxide layer 23 is reduced to copper and is eliminated (FIG. 15). Since the reduction reaction is the same as that of the oxide layer 22, detailed description is omitted.

【0072】このように、このように本実施の形態1で
は酸化層23を除去することができるため、接続孔17
の底部での電気的接続を確実に行うことができ、半導体
集積回路装置の正常な動作を確保し、その信頼性と性能
を向上することが可能である。しかも、上記酸化層23
の除去は、エッチング作用による除去ではなく、酸化層
23の還元による銅への変化であり、堆積減少を伴うも
のではない。このため、このような還元処理を行っても
配線14の膜厚が減少することはなく、抵抗値を低減す
るものではない。また、エッチング作用を伴わないた
め、接続孔17の形状を変化させることがない。これは
より精密な微細加工が要求される今後の技術の要求の方
向に合致したものであり、半導体集積回路装置の高集積
化を容易にする技術の1つであるという効果もある。さ
らに、接続孔17の側壁がスパッタされて、接続孔17
の底部へのスパッタ物の再付着がない。これは、電気的
接続の信頼性を低下させる原因になる可能性があるスパ
ッタによる再付着物を発生しないこととなり、半導体集
積回路装置の信頼性をより向上させることができること
となる。
As described above, in the first embodiment, since oxide layer 23 can be removed, connection hole 17 can be removed.
The electric connection at the bottom of the semiconductor integrated circuit device can be reliably performed, the normal operation of the semiconductor integrated circuit device can be ensured, and its reliability and performance can be improved. Moreover, the oxide layer 23
Is not a removal by an etching action, but a change to copper by reduction of the oxide layer 23, and is not accompanied by a decrease in deposition. Therefore, even if such a reduction treatment is performed, the film thickness of the wiring 14 does not decrease, and the resistance value does not decrease. Further, since no etching action is involved, the shape of the connection hole 17 does not change. This is in line with the demands of future technology that requires more precise microfabrication, and has the effect of being one of the technologies that facilitates high integration of semiconductor integrated circuit devices. Further, the side wall of the connection hole 17 is sputtered,
There is no reattachment of spatter to the bottom. This eliminates the occurrence of reattachment due to sputtering, which may cause a reduction in the reliability of the electrical connection, thereby further improving the reliability of the semiconductor integrated circuit device.

【0073】なお、プラズマエネルギを印加して酸化層
23の酸素を除去する場合には、プラズマの自己バイア
スを利用したスパッタ作用を併用することができる。こ
の場合には酸化層23の酸素を除去して還元反応を促進
するのみならず、接続孔17の底部の不純物をも除去す
ることが可能である。これにより不純物に起因する電気
的接続の信頼性の低下を抑制し、半導体集積回路装置の
信頼性を向上することができる。
When oxygen in the oxide layer 23 is removed by applying plasma energy, a sputtering operation utilizing a self-bias of plasma can be used together. In this case, not only the oxygen in the oxide layer 23 is removed to promote the reduction reaction, but also the impurities at the bottom of the connection hole 17 can be removed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the reliability of the electrical connection due to the impurities, and to improve the reliability of the semiconductor integrated circuit device.

【0074】また、スパッタは、還元により酸化層23
を消失させる前、または消失させた後にも行うことがで
きる。これにより不純物を除去して半導体集積回路装置
の信頼性を向上することができることは上記の効果と同
様である。
In the sputtering, the oxide layer 23 is formed by reduction.
Can be carried out before or after disappearing. As a result, it is possible to improve the reliability of the semiconductor integrated circuit device by removing impurities, as in the above-described effect.

【0075】また、酸化層23の還元を行った後に、半
導体基板1を加熱し、接続孔17の底部の配線14の銅
を流動化して再結晶化させることができる。これは、還
元後の配線14の表面は、幾分かポーラスになっている
可能性があり、これを再結晶化により解消して電気的接
続信頼性の低減を抑制することができる。また、ポーラ
ス状態の解消は、再度の酸化を抑制する効果も有する。
After the reduction of the oxide layer 23, the semiconductor substrate 1 is heated, and the copper of the wiring 14 at the bottom of the connection hole 17 can be fluidized and recrystallized. This is because the surface of the reduced wiring 14 may be somewhat porous, and this can be eliminated by recrystallization to suppress a reduction in electrical connection reliability. The elimination of the porous state also has the effect of suppressing the re-oxidation.

【0076】次に、スパッタ法によりタングステン膜1
8aを堆積し(図16)、さらにブランケットCVD法
によりタングステン膜18cを堆積する(図17)。な
お、タングステン膜18aの堆積は、酸化層23の還元
後、大気雰囲気に曝されることなく、減圧雰囲気あるい
は非酸化性雰囲気に保持したまま行うことが好ましい。
Next, the tungsten film 1 is formed by sputtering.
8a (FIG. 16), and a tungsten film 18c is further deposited by blanket CVD (FIG. 17). Note that the deposition of the tungsten film 18a is preferably performed after the reduction of the oxide layer 23, without being exposed to the air atmosphere, while maintaining the reduced pressure atmosphere or the non-oxidizing atmosphere.

【0077】次に、接続孔17以外の層間絶縁膜16上
のタングステン膜18cおよびタングステン膜18aを
CMP法により研磨して除去し、金属プラグ18bを形
成する(図18)。
Next, the tungsten film 18c and the tungsten film 18a on the interlayer insulating film 16 other than the connection holes 17 are polished and removed by the CMP method to form a metal plug 18b (FIG. 18).

【0078】最後に、層間絶縁膜11bおよび配線14
の場合と同様に、層間絶縁膜19と、層間絶縁膜19に
形成した配線溝21に主導電層20aおよび窒化チタン
膜20bからなる配線20を形成して、図1に示す半導
体集積回路装置がほぼ完成する。この配線20には、配
線14と同様に酸化層が形成されるが、配線14と同様
に還元してこれを消失させることができることは言うま
でもない。
Finally, the interlayer insulating film 11b and the wiring 14
As in the case of (1), a wiring 20 composed of a main conductive layer 20a and a titanium nitride film 20b is formed in an interlayer insulating film 19 and a wiring groove 21 formed in the interlayer insulating film 19, and the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. Almost completed. An oxide layer is formed on the wiring 20 similarly to the wiring 14, but it is needless to say that the oxide layer can be reduced and eliminated like the wiring 14.

【0079】本実施の形態1の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、配線14,20の表面には酸化層が形
成されず、また、接続孔17の底面の配線14には酸化
層が形成されない。この結果、半導体集積回路装置の所
定の機能を確保し、半導体集積回路装置の信頼性と性能
を向上することが可能である。
According to the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment, no oxide layer is formed on the surfaces of wirings 14 and 20, and an oxide layer is formed on wiring 14 on the bottom of connection hole 17. Not formed. As a result, it is possible to secure a predetermined function of the semiconductor integrated circuit device and improve the reliability and performance of the semiconductor integrated circuit device.

【0080】(実施の形態2)図19は、本発明の他の
実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法を適用
して製造される半導体集積回路装置の一例を示した断面
図である。
(Embodiment 2) FIG. 19 is a sectional view showing an example of a semiconductor integrated circuit device manufactured by applying a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention. .

【0081】本実施の形態2の半導体集積回路装置は、
実施の形態1と同様に半導体基板1にn形MISFET
Qnが形成され、その上層の層間絶縁膜11bの配線溝
15に第1層配線である配線14を有するまでの構成は
実施の形態1と同様である。したがって、その部分の説
明は省略する。本実施の形態2の半導体集積回路装置が
実施の形態1の半導体集積回路装置と相違する点は、第
2層配線が配線用の溝および第1層配線への接続孔を同
時に開口された状態から接続部材および配線材を同時に
一体として形成し、その後CMP法等により余分な配線
材を除去することにより形成されている点である。した
がって、以下の説明ではその相違する点についてのみ説
明する。
The semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment is
As in the first embodiment, an n-type MISFET is
The structure up to the formation of Qn and the provision of the wiring 14 as the first-layer wiring in the wiring groove 15 of the interlayer insulating film 11b thereover is the same as in the first embodiment. Therefore, the description of that part is omitted. The semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment is different from the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment in that the second layer wiring is simultaneously opened with a wiring groove and a connection hole to the first layer wiring. In this case, the connection member and the wiring member are formed integrally at the same time, and then the excess wiring member is removed by a CMP method or the like. Therefore, in the following description, only the differences will be described.

【0082】配線14および層間絶縁膜11bの上面に
は層間絶縁膜24が形成されている。層間絶縁膜24
は、実施の形態1と同様にCVD法またはスパッタ法に
より形成されたシリコン酸化膜を例示することができ
る。
An interlayer insulating film 24 is formed on the upper surfaces of the wiring 14 and the interlayer insulating film 11b. Interlayer insulating film 24
Can be exemplified by a silicon oxide film formed by the CVD method or the sputtering method as in the first embodiment.

【0083】また、層間絶縁膜24には接続孔25およ
び配線溝26が所定の位置に一体で設けられ、その接続
孔25および配線溝26内に接続部材および配線材とし
ての導電体である配線27が形成されている。配線27
は、接続部材および配線材を同時に一体として形成する
ものである。
In the interlayer insulating film 24, a connection hole 25 and a wiring groove 26 are integrally provided at predetermined positions. In the connection hole 25 and the wiring groove 26, a wiring which is a conductor as a connection member and a wiring material is provided. 27 are formed. Wiring 27
Is to integrally form the connecting member and the wiring member at the same time.

【0084】配線27は、主導電層27aと主導電層2
7aをメッキ法により形成するためのシード膜27bと
窒化チタン膜27cとから構成される。主導電層27a
およびシード膜27bは、たとえば銅を例示することが
できるが、銀もしくはアルミニウムまたはそれらの合金
であってもよい。これら低抵抗率の低い材料を主な導電
層とすることにより配線27の微細化に伴う配線抵抗の
上昇を抑制することができる。窒化チタン膜27cは、
主導電層27aおよびシード膜27bを構成する材料た
とえば銅の拡散を防止するブロッキング膜として作用さ
せることができ、窒化チタン膜の他、窒化タンタル膜、
窒化タングステン膜、スパッタタングステン膜、あるい
はこれらのシリコンとの化合物とすることもできる。
The wiring 27 is composed of the main conductive layer 27a and the main conductive layer 2
It comprises a seed film 27b and a titanium nitride film 27c for forming 7a by plating. Main conductive layer 27a
The seed film 27b may be, for example, copper, but may be silver or aluminum or an alloy thereof. By using such a material having a low resistivity as a main conductive layer, an increase in wiring resistance due to miniaturization of the wiring 27 can be suppressed. The titanium nitride film 27c is
The main conductive layer 27a and the seed film 27b can function as a blocking film for preventing diffusion of a material such as copper, and can function as a titanium nitride film, a tantalum nitride film,
A tungsten nitride film, a sputtered tungsten film, or a compound thereof with silicon can also be used.

【0085】なお、接続孔25の底部の窒化チタン膜2
7cと配線14との界面には、配線14を構成するたと
えば銅の酸化物である酸化銅は形成されていない。これ
は実施の形態1と同様に、接続孔25の開口および配線
溝26の形成後に接続孔25の底部の配線14の表面に
形成された酸化膜を還元して消失させるためであり、こ
れにより、接続孔25でのコンタクト抵抗を低減し、ま
た電気的接続の信頼性を向上することが可能である。こ
の結果、半導体集積回路装置の性能および信頼性を向上
することができる。
The titanium nitride film 2 at the bottom of the connection hole 25
At the interface between the wiring 7c and the wiring 14, for example, copper oxide, which is an oxide of copper, constituting the wiring 14 is not formed. This is for reducing and eliminating the oxide film formed on the surface of the wiring 14 at the bottom of the connection hole 25 after the formation of the opening of the connection hole 25 and the formation of the wiring groove 26 as in the first embodiment. It is possible to reduce the contact resistance in the connection hole 25 and to improve the reliability of the electrical connection. As a result, the performance and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0086】また、配線14あるいは配線27の表面に
は酸化膜が形成されていない。これも実施の形態1と同
様に、配線14あるいは配線27のたとえばCMP法に
よる形成後、その表面に生成された酸化膜を還元して消
失させるためであり、これにより、配線14あるいは配
線27の抵抗を低減することが可能である。この結果、
半導体集積回路装置の性能を向上することができる。
Further, no oxide film is formed on the surface of the wiring 14 or the wiring 27. This is also for reducing the oxide film formed on the surface of the wiring 14 or the wiring 27 after the formation by the CMP method, for example, in the same manner as in the first embodiment, thereby reducing the thickness of the wiring 14 or the wiring 27. It is possible to reduce the resistance. As a result,
The performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0087】また、本実施の形態2では、配線層が2層
の場合を例示しているが、さらに多層に構成して3層以
上の多層配線構造を有する半導体集積回路装置としても
よいことは実施の形態1と同様である。
Although the second embodiment exemplifies the case where the number of wiring layers is two, the semiconductor integrated circuit device having a multi-layered structure of three or more layers may be formed. This is the same as in the first embodiment.

【0088】次に、上記した半導体集積回路装置の製造
方法を図に従って説明する。図20〜図23は、本発明
の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法
の一例をその工程順に示した断面図である。
Next, a method of manufacturing the above-described semiconductor integrated circuit device will be described with reference to the drawings. 20 to 23 are sectional views showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.

【0089】本実施の形態2の製造方法は、実施の形態
1における図13までの工程と同様である。したがっ
て、その部分の説明は省略し、その後の工程について説
明する。
The manufacturing method of the second embodiment is the same as the steps up to FIG. 13 in the first embodiment. Therefore, the description of that part will be omitted, and the subsequent steps will be described.

【0090】層間絶縁膜11bおよび配線14上にスパ
ッタ法またはCVD法で酸化シリコン膜を堆積し、層間
絶縁膜24を形成する。その後、所定の位置の層間絶縁
膜24に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて接続
孔25を開口する。さらに、公知のフォトリソグラフィ
技術を用いて配線溝26を形成する(図20)。この接
続孔25の底部には、接続孔25および配線溝26の形
成後にフォトリソグラフィに用いたレジストマスクの除
去のためのアッシングにより、あるいは、接続孔25お
よび配線溝26の形成後の大気雰囲気の暴露により、実
施の形態1と同様に、酸化層28が形成される。この酸
化層28は、実施の形態1の酸化層22,23と同様に
高抵抗体であり、これをそのまま放置すれば、接続孔2
5の底部での電気的接続が不良となり、半導体集積回路
装置の正常な動作の確保ができず、また、信頼性の低下
を来す原因となる。
A silicon oxide film is deposited on the interlayer insulating film 11b and the wiring 14 by a sputtering method or a CVD method to form an interlayer insulating film 24. Thereafter, a connection hole 25 is opened in the interlayer insulating film 24 at a predetermined position by using a known photolithography technique. Further, a wiring groove 26 is formed using a known photolithography technique (FIG. 20). The bottom of the connection hole 25 is formed by ashing for removing a resist mask used for photolithography after the formation of the connection hole 25 and the wiring groove 26 or in the atmosphere after the formation of the connection hole 25 and the wiring groove 26. By the exposure, an oxide layer 28 is formed as in the first embodiment. The oxide layer 28 is a high-resistance body like the oxide layers 22 and 23 of the first embodiment.
5, electrical connection at the bottom of the semiconductor integrated circuit device 5 becomes defective, so that normal operation of the semiconductor integrated circuit device cannot be ensured, and reliability is reduced.

【0091】したがって、実施の形態1と同様に酸化層
28を還元して銅に変化させ、これを消失させる。これ
により接続孔25の底部での電気的接続を確保すること
ができる。なお、還元反応は、実施の形態1と同様であ
るため詳細な説明を省略する。
Therefore, as in the first embodiment, the oxide layer 28 is reduced to copper and disappears. Thereby, electrical connection at the bottom of the connection hole 25 can be ensured. Note that the reduction reaction is the same as that in Embodiment 1, and thus the detailed description is omitted.

【0092】このように本実施の形態2では酸化層28
を除去することができるため、接続孔25の底部での電
気的接続を確実に行うことができ、半導体集積回路装置
の正常な動作を確保し、その信頼性と性能を向上するこ
とが可能である。しかも、上記酸化層28の除去は、エ
ッチング作用による除去ではなく、酸化層28の還元に
よる銅への変化であり、堆積減少を伴うものではない。
このため、このような還元処理を行っても配線14の膜
厚が減少することはなく、抵抗値を低減するものではな
い。また、エッチング作用を伴わないため、接続孔25
および配線溝26の形状を変化させることがない。これ
はより精密な微細加工が要求される今後の技術の要求の
方向に合致したものであり、半導体集積回路装置の高集
積化を容易にする技術の1つであるという効果もある。
さらに、接続孔25および配線溝26の側壁がスパッタ
されて、接続孔25の底部へのスパッタ物の再付着がな
い。これは、電気的接続の信頼性を低下させる原因にな
る可能性があるスパッタによる再付着物を発生しないこ
ととなり、半導体集積回路装置の信頼性をより向上させ
ることができることとなる。
As described above, in the second embodiment, the oxide layer 28
, The electrical connection at the bottom of the connection hole 25 can be reliably performed, the normal operation of the semiconductor integrated circuit device can be secured, and its reliability and performance can be improved. is there. Moreover, the removal of the oxide layer 28 is not a removal by an etching action, but a change to copper by reduction of the oxide layer 28, and does not involve a decrease in deposition.
Therefore, even if such a reduction treatment is performed, the film thickness of the wiring 14 does not decrease, and the resistance value does not decrease. Further, since no etching action is involved, the connection holes 25
Also, the shape of the wiring groove 26 is not changed. This is in line with the demands of future technology that requires more precise microfabrication, and has the effect of being one of the technologies that facilitates high integration of semiconductor integrated circuit devices.
Further, the side walls of the connection hole 25 and the wiring groove 26 are sputtered, and there is no reattachment of spatter to the bottom of the connection hole 25. This eliminates the occurrence of reattachment due to sputtering, which may cause a reduction in the reliability of the electrical connection, thereby further improving the reliability of the semiconductor integrated circuit device.

【0093】なお、プラズマエネルギを印加して酸化層
28の酸素を除去する場合には、プラズマの自己バイア
スを利用したスパッタ作用を併用することができるこ
と、スパッタは、還元により酸化層28を消失させた後
にも行うことができることは、実施の形態1と同様であ
る。
[0093] When oxygen is removed from the oxide layer 28 by applying plasma energy, a sputtering action utilizing the self-bias of plasma can be used in combination. Sputtering reduces the oxide layer 28 by reduction. After that, what can be performed is the same as in the first embodiment.

【0094】また、酸化層28の還元を行った後に、半
導体基板1を加熱し、接続孔25の底部の配線14の銅
を流動化して再結晶化させることができることも実施の
形態1と同様である。
Also, the semiconductor substrate 1 is heated after the reduction of the oxide layer 28, and the copper of the wiring 14 at the bottom of the connection hole 25 can be fluidized and recrystallized as in the first embodiment. It is.

【0095】次に、半導体基板1の全面に窒化チタン膜
27cを堆積し、さらに、主導電層27aと同じ材料の
シード膜27bを堆積する(図21)。
Next, a titanium nitride film 27c is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and a seed film 27b of the same material as the main conductive layer 27a is deposited (FIG. 21).

【0096】窒化チタン膜27cは、たとえばCVD法
あるいはスパッタ法により堆積することができ、シード
膜27bは、たとえばスパッタ法またはCVD法により
堆積することができる。窒化チタン膜27cの堆積は、
後に説明する銅膜の密着性の向上および銅の拡散防止の
ために行うものである。なお、窒化チタン膜以外に、タ
ンタル等の金属膜であってもよい。また、シード膜27
b堆積直前に窒化チタン膜27cの表面をスパッタエッ
チすることも可能である。このようなスパッタエッチに
より、窒化チタン膜27cの表面に吸着した水、酸素分
子等を除去し、シード膜27bの接着性を改善すること
ができる。
Titanium nitride film 27c can be deposited by, for example, a CVD method or a sputtering method, and seed film 27b can be deposited by, for example, a sputtering method or a CVD method. The deposition of the titanium nitride film 27c
This is to improve the adhesion of the copper film and prevent the diffusion of copper, which will be described later. Note that, other than the titanium nitride film, a metal film such as tantalum may be used. Also, the seed film 27
It is also possible to sputter-etch the surface of the titanium nitride film 27c immediately before b deposition. By such sputter etching, water, oxygen molecules, and the like adsorbed on the surface of the titanium nitride film 27c can be removed, and the adhesion of the seed film 27b can be improved.

【0097】シード膜27bは、後に説明する主導電層
27aをメッキ法で形成するための結晶成長核となる膜
である。
The seed film 27b is a film serving as a crystal growth nucleus for forming a main conductive layer 27a described later by a plating method.

【0098】次に主導電層27aとなる金属、たとえば
銅をメッキ法で堆積する(図22)。メッキ法は、電解
メッキまたは無電解メッキを例示することができる。本
実施の形態2では、メッキ法で主導電層27aを堆積す
るため、ステップカバレッジに優れ、接続孔25および
配線溝26を良好に埋め込むことができる。また、1工
程での大量な処理が可能であるため、工程のスループッ
トを向上し、製造コストを低減することが可能である。
なお、メッキ法を用いずに、実施の形態1と同様に通常
のスパッタ法、蒸着法等を用いてもよいことは言うまで
もない。また、無電解メッキの場合にはシード膜27b
は特に必要でなく、窒化チタン膜27c上に直接主導電
層27aを形成してもよい。
Next, a metal to be the main conductive layer 27a, for example, copper is deposited by a plating method (FIG. 22). Examples of the plating method include electrolytic plating and electroless plating. In the second embodiment, since the main conductive layer 27a is deposited by the plating method, the step coverage is excellent, and the connection hole 25 and the wiring groove 26 can be satisfactorily embedded. Further, since a large amount of processing can be performed in one step, the throughput of the step can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
It is needless to say that a normal sputtering method, a vapor deposition method, or the like may be used similarly to the first embodiment without using the plating method. In the case of electroless plating, the seed film 27b is used.
Is not particularly necessary, and the main conductive layer 27a may be formed directly on the titanium nitride film 27c.

【0099】次に、層間絶縁膜24上の余分な窒化チタ
ン膜27c、シード膜27bおよび主導電層27aを除
去し、配線27を形成する(図23)。窒化チタン膜2
7c、シード膜27bおよび主導電層27aの除去は、
たとえばCMP法を例示することができるが、エッチバ
ック法を用いてもよい。なお、この配線27の形成の際
に、たとえばCMP法を用いた場合には、その工程は大
気雰囲気で行われるものであり、銅が露出した配線27
の表面は大気雰囲気に曝され、酸化される。この結果、
配線27の表面に酸化層29が生成される。この酸化層
29は、高抵抗体であり、このまま放置した場合には、
配線27の抵抗値を増加させる原因となる可能性がある
が、実施の形態1と同様にこれを還元して消失させるこ
とが可能である。この結果、図19に示すような半導体
集積回路装置をほぼ完成することができる。
Next, the extra titanium nitride film 27c, seed film 27b and main conductive layer 27a on the interlayer insulating film 24 are removed, and the wiring 27 is formed (FIG. 23). Titanium nitride film 2
7c, the removal of the seed film 27b and the main conductive layer 27a
For example, a CMP method can be exemplified, but an etch-back method may be used. When the wiring 27 is formed, for example, by using the CMP method, the process is performed in an air atmosphere, and the wiring
Is exposed to the atmosphere and oxidized. As a result,
An oxide layer 29 is generated on the surface of the wiring 27. This oxide layer 29 is a high-resistance body, and if left as it is,
Although this may cause an increase in the resistance value of the wiring 27, it can be reduced and eliminated as in the first embodiment. As a result, a semiconductor integrated circuit device as shown in FIG. 19 can be almost completed.

【0100】本実施の形態2の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、配線27の表面には酸化層が形成され
ず、また、接続孔25の底面の配線14には酸化層が形
成されない。この結果、半導体集積回路装置の所定の機
能を確保し、半導体集積回路装置の信頼性と性能を向上
することが可能である。また、本実施の形態2では接続
部材として銅を主導電層とする部材を用いているため、
接続部材での抵抗値を低減し、半導体集積回路装置の性
能を向上することができる。
According to the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the second embodiment, no oxide layer is formed on the surface of wiring 27, and no oxide layer is formed on wiring 14 on the bottom surface of connection hole 25. . As a result, it is possible to secure a predetermined function of the semiconductor integrated circuit device and improve the reliability and performance of the semiconductor integrated circuit device. Further, in Embodiment 2, since a member having copper as the main conductive layer is used as the connection member,
The resistance value of the connection member can be reduced, and the performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

【0101】(実施の形態3)図24は、本発明のさら
に他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法
を適用して製造される半導体集積回路装置の一例を示し
た断面図である。
(Embodiment 3) FIG. 24 is a sectional view showing an example of a semiconductor integrated circuit device manufactured by applying a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention. is there.

【0102】本実施の形態3の半導体集積回路装置は、
実施の形態1と同様に半導体基板1にn形MISFET
Qnが形成され、その上層の層間絶縁膜11bの配線溝
15に第1層配線である配線14を有するまでの構成は
実施の形態1と同様である。したがって、その部分の説
明は省略する。本実施の形態3の半導体集積回路装置が
実施の形態1の半導体集積回路装置と相違する点は、第
1配線層である配線14と2層配線との接続を銅を主導
電層とするプラグにより形成されている点、および、第
2配線層にフォトリソグラフィを用いてパターニングさ
れた銅配線が用いられている点である。したがって、以
下の説明ではその相違する点についてのみ説明する。
The semiconductor integrated circuit device of the third embodiment is
As in the first embodiment, an n-type MISFET is
The structure up to the formation of Qn and the provision of the wiring 14 as the first-layer wiring in the wiring groove 15 of the interlayer insulating film 11b thereover is the same as in the first embodiment. Therefore, the description of that part is omitted. The semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment is different from the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment in that the connection between the wiring 14 as the first wiring layer and the two-layer wiring is made of a plug having copper as a main conductive layer. And a point that a copper wiring patterned using photolithography is used for the second wiring layer. Therefore, in the following description, only the differences will be described.

【0103】配線14および層間絶縁膜11bの上面に
は層間絶縁膜30が形成され、層間絶縁膜30に開口し
た接続孔31には銅を主導電層とする銅プラグ32が形
成されている。銅プラグ32は、銅のブロッキング層と
して作用する窒化チタン膜32bと銅からなる主導電層
32aからなる。
An interlayer insulating film 30 is formed on the upper surfaces of the wiring 14 and the interlayer insulating film 11b, and a copper plug 32 having copper as a main conductive layer is formed in a connection hole 31 opened in the interlayer insulating film 30. The copper plug 32 includes a titanium nitride film 32b acting as a copper blocking layer and a main conductive layer 32a made of copper.

【0104】また、層間絶縁膜30および銅プラグ32
の上層には銅配線33が形成され、銅配線33を覆う層
間絶縁膜34が形成されている。
The interlayer insulating film 30 and the copper plug 32
In the upper layer, a copper wiring 33 is formed, and an interlayer insulating film 34 covering the copper wiring 33 is formed.

【0105】層間絶縁膜30,34は、実施の形態1と
同様にCVD法またはスパッタ法により形成されたシリ
コン酸化膜を例示することができる。
As the interlayer insulating films 30 and 34, a silicon oxide film formed by a CVD method or a sputtering method as in the first embodiment can be exemplified.

【0106】また、接続孔31の底部の配線14と銅プ
ラグ32との界面、銅プラグ32と銅配線33との界
面、および、銅配線33の上面および側面には酸化層が
形成されていない。これは実施の形態1,2と同様に、
各部材の形成工程後に生成される酸化層を還元して消失
させるためであり、これにより、接続孔31でのコンタ
クト抵抗を低減し、また電気的接続の信頼性を向上する
ことが可能であり、銅配線33の抵抗値を低減して半導
体集積回路装置の性能および信頼性を向上することがで
きる。
Further, no oxide layer is formed on the interface between the wiring 14 and the copper plug 32 at the bottom of the connection hole 31, the interface between the copper plug 32 and the copper wiring 33, and the upper and side surfaces of the copper wiring 33. . This is similar to the first and second embodiments.
This is for reducing and eliminating the oxide layer generated after the step of forming each member, whereby the contact resistance in the connection hole 31 can be reduced and the reliability of the electrical connection can be improved. The performance and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved by reducing the resistance value of the copper wiring 33.

【0107】次に、上記した半導体集積回路装置の製造
方法を図に従って説明する。図25〜図30は、本発明
のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製
造方法の一例をその工程順に示した断面図である。
Next, a method of manufacturing the above-described semiconductor integrated circuit device will be described with reference to the drawings. 25 to 30 are sectional views showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【0108】本実施の形態3の製造方法は、実施の形態
1における図13までの工程と同様である。したがっ
て、その部分の説明は省略し、その後の工程について説
明する。
The manufacturing method of the third embodiment is the same as the steps up to FIG. 13 in the first embodiment. Therefore, the description of that part will be omitted, and the subsequent steps will be described.

【0109】層間絶縁膜11bおよび配線14上にスパ
ッタ法またはCVD法で酸化シリコン膜を堆積し、層間
絶縁膜30を形成する。その後、所定の位置の層間絶縁
膜30に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて接続
孔31を開口する(図25)。この接続孔31の底部に
は、接続孔31の形成後にフォトリソグラフィに用いた
レジストマスクの除去のためのアッシングにより、ある
いは、接続孔31の形成後の大気雰囲気の暴露により、
実施の形態1と同様に、酸化層35が形成される。この
酸化層35は、実施の形態1,2と同様に高抵抗体であ
り、これをそのまま放置すれば、接続孔31の底部での
電気的接続が不良となり、半導体集積回路装置の正常な
動作の確保ができず、また、信頼性の低下を来す原因と
なる。
A silicon oxide film is deposited on the interlayer insulating film 11b and the wiring 14 by a sputtering method or a CVD method to form an interlayer insulating film 30. Thereafter, a connection hole 31 is opened in the interlayer insulating film 30 at a predetermined position by using a known photolithography technique (FIG. 25). The bottom of the connection hole 31 is formed by ashing for removing a resist mask used for photolithography after the formation of the connection hole 31 or by exposure to the air atmosphere after the formation of the connection hole 31.
As in the first embodiment, oxide layer 35 is formed. This oxide layer 35 is a high-resistance body as in the first and second embodiments, and if left as it is, the electrical connection at the bottom of the connection hole 31 becomes defective, and the normal operation of the semiconductor integrated circuit device Cannot be ensured, and the reliability is reduced.

【0110】したがって、実施の形態1,2と同様に酸
化層35を還元して銅に変化させ、これを消失させる。
これにより接続孔31の底部での電気的接続を確保する
ことができる。なお、還元反応は、実施の形態1,2と
同様であるため詳細な説明を省略する。
Therefore, as in the first and second embodiments, the oxide layer 35 is reduced to be changed to copper, which disappears.
Thus, electrical connection at the bottom of the connection hole 31 can be secured. Since the reduction reaction is the same as in Embodiments 1 and 2, detailed description will be omitted.

【0111】このように、このように本実施の形態3で
は酸化膜を除去することができるため、接続孔31の底
部での電気的接続を確実に行うことができ、半導体集積
回路装置の正常な動作を確保し、その信頼性と性能を向
上することが可能である。しかも、上記酸化層35の除
去は、エッチング作用による除去ではなく、酸化層35
の還元による銅への変化であり、堆積減少を伴うもので
はないこと、接続孔31の形状を変化させないこと、再
付着がないことは、実施の形態1,2と同様である。ま
た、プラズマエネルギを印加する場合にスパッタ作用を
併用することができること、スパッタは還元により酸化
層35を消失させた後にも行うことができることも、実
施の形態1,2と同様である。さらに、酸化層35の還
元を行った後に、半導体基板1を加熱し、接続孔31の
底部の配線14の銅を流動化して再結晶化させることが
できることも実施の形態1、2と同様である。
As described above, since the oxide film can be removed in the third embodiment, the electrical connection at the bottom of the connection hole 31 can be reliably performed, and the normal operation of the semiconductor integrated circuit device can be achieved. Operation can be ensured, and its reliability and performance can be improved. Moreover, the removal of the oxide layer 35 is not the removal by etching, but the removal of the oxide layer 35.
Are the same as in the first and second embodiments in that the change to copper by reduction does not involve a decrease in deposition, does not change the shape of the connection hole 31, and there is no reattachment. Further, it is the same as the first and second embodiments that the sputtering action can be used together when applying the plasma energy, and that the sputtering can be performed even after the oxide layer 35 is eliminated by reduction. Furthermore, after the reduction of the oxide layer 35, the semiconductor substrate 1 can be heated and the copper of the wiring 14 at the bottom of the connection hole 31 can be fluidized and recrystallized as in the first and second embodiments. is there.

【0112】次に、半導体基板1の全面に窒化チタン膜
32bを堆積する(図26)。窒化チタン膜32bは、
たとえばCVD法あるいはスパッタ法により堆積するこ
とができる。窒化チタン膜32bの堆積は、後に説明す
る銅膜の密着性の向上および銅の拡散防止のために行う
ものである。なお、窒化チタン膜以外に、タンタル等の
金属膜であってもよい。
Next, a titanium nitride film 32b is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 (FIG. 26). The titanium nitride film 32b is
For example, it can be deposited by a CVD method or a sputtering method. The deposition of the titanium nitride film 32b is performed to improve the adhesion of the copper film and prevent the diffusion of copper, which will be described later. Note that, other than the titanium nitride film, a metal film such as tantalum may be used.

【0113】次に、たとえば銅からなる主導電層32a
を堆積する(図27)。主導電層32aは、通常のスパ
ッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法で堆積することがで
きる。
Next, main conductive layer 32a made of, for example, copper
Is deposited (FIG. 27). The main conductive layer 32a can be deposited by a usual sputtering method, vapor deposition method, or plating method.

【0114】次に、層間絶縁膜30上の余分な窒化チタ
ン膜32bおよび主導電層32aを除去し、銅プラグ3
2を形成する(図28)。窒化チタン膜32bおよび主
導電層32aの除去は、たとえばCMP法を例示するこ
とができるが、エッチバック法を用いてもよい。なお、
この銅プラグ32の形成の際に、たとえばCMP法を用
いた場合には、その工程は大気雰囲気で行われるもので
あり、銅が露出した表面は大気雰囲気に曝され、酸化さ
れる。この結果、銅プラグ32の表面に酸化層36が生
成される。この酸化層36は、高抵抗体であり、このま
ま放置した場合には、銅プラグ32と銅配線33との接
続抵抗を増加させる原因となる可能性があるが、実施の
形態1,2と同様にこれを還元して消失させることが可
能である。
Next, excess titanium nitride film 32b and main conductive layer 32a on interlayer insulating film 30 are removed, and copper plug 3
2 is formed (FIG. 28). The removal of the titanium nitride film 32b and the main conductive layer 32a can be exemplified by a CMP method, for example, but may be performed by an etch-back method. In addition,
When the copper plug 32 is formed, for example, when a CMP method is used, the process is performed in an air atmosphere, and the surface where copper is exposed is exposed to the air atmosphere and oxidized. As a result, an oxide layer 36 is formed on the surface of the copper plug 32. This oxide layer 36 is a high-resistance body, and if left as it is, there is a possibility that the connection resistance between the copper plug 32 and the copper wiring 33 is increased. It is possible to reduce this to make it disappear.

【0115】次に、半導体基板1の全面に銅薄膜37を
堆積する(図29)。銅薄膜37の堆積は、スパッタ法
またはCVD法を用いることができる。なお、銅薄膜3
7の表面には反射防止膜を設けてもよい。
Next, a copper thin film 37 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 (FIG. 29). The copper thin film 37 can be deposited by a sputtering method or a CVD method. The copper thin film 3
7 may be provided with an anti-reflection film.

【0116】次に、銅薄膜37を、公知のフォトリソグ
ラフィおよびエッチング技術を用いてパターニングし、
銅配線33を形成する(図30)。このパターニングの
後、銅配線33が大気に暴露されることにより、その上
面および側面に酸化層38が形成されるが、この酸化層
38は、上記したように還元により消失させることが可
能である。これにより、銅配線33の抵抗値の増加を抑
制して半導体集積回路装置の性能を向上することが可能
である。
Next, the copper thin film 37 is patterned using known photolithography and etching techniques.
A copper wiring 33 is formed (FIG. 30). After this patterning, the copper wiring 33 is exposed to the air, so that an oxide layer 38 is formed on the upper surface and side surfaces thereof. This oxide layer 38 can be eliminated by reduction as described above. . Thereby, it is possible to suppress an increase in the resistance value of the copper wiring 33 and improve the performance of the semiconductor integrated circuit device.

【0117】最後に、層間絶縁膜34を半導体基板1の
全面に堆積し、図24に記載の半導体集積回路装置がほ
ぼ完成する。
Finally, an interlayer insulating film 34 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 24 is almost completed.

【0118】本実施の形態3の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、銅配線33の上面および側面には酸化
層が形成されず、また、接続孔31に形成された銅プラ
グ32の上面および底面には酸化層が形成されない。こ
の結果、半導体集積回路装置の所定の機能を確保し、半
導体集積回路装置の信頼性と性能を向上することが可能
である。
According to the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the third embodiment, no oxide layer is formed on the upper and side surfaces of copper wiring 33, and the upper surface of copper plug 32 formed in connection hole 31 is formed. Also, no oxide layer is formed on the bottom surface. As a result, it is possible to secure a predetermined function of the semiconductor integrated circuit device and improve the reliability and performance of the semiconductor integrated circuit device.

【0119】(実施の形態4)図31は、本発明の他の
実施の形態である半導体集積回路装置の製造装置の一例
を示す概念図である。
(Embodiment 4) FIG. 31 is a conceptual diagram showing an example of a semiconductor integrated circuit device manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【0120】図31(a)は、ロード室39およびアン
ロード室40を有し、前処理室41、還元処理室42、
スパッタエッチ室43、タングステンスパッタ室44、
ブランケットタングステンCVD室45を備えた金属膜
形成装置であり、各処理室が搬送室46にゲート弁47
を介して接続されているものである。
FIG. 31A has a load chamber 39 and an unload chamber 40, and includes a pre-processing chamber 41, a reduction processing chamber 42,
A sputter etch chamber 43, a tungsten sputter chamber 44,
This is a metal film forming apparatus provided with a blanket tungsten CVD chamber 45, and each processing chamber is provided with a gate valve 47 in a transfer chamber 46.
Are connected via

【0121】前処理室41では基板加熱を行うことがで
き、吸着水分子や吸着酸素の離脱を行うことができる。
また、還元処理室42では、水素雰囲気あるいはアンモ
ニア雰囲気下での加熱、プラズマ処理または紫外線照射
を行うことができる。また、スパッタエッチ室43は必
須ではないが、たとえばアルゴン等の希ガスのプラズマ
処理を行うことができる。タングステンスパッタ室44
では、実施の形態1で説明したタングステン膜18aを
堆積することができ、ブランケットタングステンCVD
室45では、実施の形態1で説明したタングステン膜1
8cを堆積することができる。
In the pretreatment chamber 41, the substrate can be heated, and the adsorbed water molecules and adsorbed oxygen can be released.
In the reduction treatment chamber 42, heating, plasma treatment, or ultraviolet irradiation in a hydrogen atmosphere or an ammonia atmosphere can be performed. Although the sputter etching chamber 43 is not essential, plasma processing of a rare gas such as argon can be performed. Tungsten sputtering chamber 44
Then, the tungsten film 18a described in the first embodiment can be deposited, and blanket tungsten CVD is performed.
In the chamber 45, the tungsten film 1 described in Embodiment 1 is used.
8c can be deposited.

【0122】このような半導体集積回路装置の製造装置
によれば、ロード室39から搬送室46を介して前処理
室41、還元処理室42、スパッタエッチ室43、タン
グステンスパッタ室44、ブランケットタングステンC
VD室45に順次搬送されるため、処理基板を非酸化性
雰囲気に保持することが可能である。このため、実施の
形態1での配線14等に生成した酸化層を還元処理室4
2で消失させた後に、その部分を酸化させることなくタ
ングステン膜18aおよびタングステン膜18cを堆積
することができ、高い接続孔での電気的接続信頼性を有
する半導体集積回路装置を製造することができる。
According to such a semiconductor integrated circuit device manufacturing apparatus, the pretreatment chamber 41, the reduction treatment chamber 42, the sputter etch chamber 43, the tungsten sputter chamber 44, the blanket tungsten C
Since the substrates are sequentially transported to the VD chamber 45, the processing substrate can be kept in a non-oxidizing atmosphere. Therefore, the oxide layer generated on the wiring 14 and the like in the first embodiment is
2, the tungsten film 18a and the tungsten film 18c can be deposited without oxidizing the portions, and a semiconductor integrated circuit device having high electrical connection reliability in the connection hole can be manufactured. .

【0123】なお、各処理室および搬送室46は、減圧
あるいは真空状態とすることが好ましいが、不活性ガス
等の非酸化性雰囲気であってもよい。
It is preferable that each of the processing chambers and the transfer chambers 46 is in a reduced pressure or vacuum state, but may be in a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas.

【0124】また、本実施の形態4では金属プラグ13
bを形成する場合の製造装置の例を示したが、実施の形
態2,3における銅からなる配線27あるいは銅プラグ
32を形成する場合には、タングステンスパッタ室44
を窒化チタンのCVD室に、ブランケットタングステン
CVD室45を銅のスパッタ室に置き換えることにより
実現することができる。なお、バリア層としての窒化チ
タンに代えて、窒化タンタル、タングステン、窒化タン
グステン、あるいはこれらのシリサイド膜であってもよ
い。これらのバリア膜は、CVD法あるいはスパッタ法
のいずれの堆積法であってもよい。
In the fourth embodiment, the metal plug 13
Although the example of the manufacturing apparatus in the case of forming the b is shown, when forming the wiring 27 made of copper or the copper plug 32 in the second and third embodiments, the tungsten sputtering chamber 44 is used.
By replacing the blanket tungsten CVD chamber 45 with a copper sputter chamber. Note that, instead of titanium nitride as a barrier layer, tantalum nitride, tungsten, tungsten nitride, or a silicide film thereof may be used. These barrier films may be deposited by any of the CVD method and the sputtering method.

【0125】また、図31(b)に示すような複数の処
理室48がゲート弁49を介して接続されている装置で
も前記のような前処理室41、還元処理室42、スパッ
タエッチ室43、タングステンスパッタ室44、ブラン
ケットタングステンCVD室45を各処理室48に割り
当て、交互に処理を行うことが可能である。
Also, in a device in which a plurality of processing chambers 48 are connected via a gate valve 49 as shown in FIG. 31B, the pre-processing chamber 41, the reduction processing chamber 42, the sputter etching chamber 43 , A tungsten sputtering chamber 44 and a blanket tungsten CVD chamber 45 can be assigned to the respective processing chambers 48 to perform the processing alternately.

【0126】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでも
ない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0127】たとえば、上記実施の形態1〜4では、主
にスパッタ法について説明したが、蒸着法、あるいはイ
オン化スパッタ法に適用してもよい。
For example, in the first to fourth embodiments, the sputtering method has been mainly described, but the present invention may be applied to a vapor deposition method or an ionization sputtering method.

【0128】また、主導電層が銅の場合を例示したが、
銀あるいはアルミニウムの場合であってもよく、その他
酸化により支障の生じる金属または金属化合物を配線あ
るいは接続部材に用いる場合に本発明を適用することが
できる。
Also, the case where the main conductive layer is made of copper has been exemplified,
The present invention can be applied to a case where silver or aluminum may be used, and when a metal or a metal compound which causes trouble by oxidation is used for the wiring or the connecting member.

【0129】また、上記実施の形態4では複数処理室を
有する製造装置の例を示したが、単一の処理室で各処理
を行うようにしてもよい。
In the fourth embodiment, an example of a manufacturing apparatus having a plurality of processing chambers has been described. However, each processing may be performed in a single processing chamber.

【0130】[0130]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0131】(1)Cu等を主導体層とする配線を有す
る半導体集積回路装置の接続孔部分におけるコンタクト
抵抗を低減することができる。
(1) The contact resistance at the connection hole of a semiconductor integrated circuit device having a wiring having Cu or the like as a main conductor layer can be reduced.

【0132】(2)Cu等を主導体層とする配線を有す
る半導体集積回路装置の配線抵抗を低減することができ
る。
(2) The wiring resistance of a semiconductor integrated circuit device having a wiring whose main conductor layer is Cu or the like can be reduced.

【0133】(3)Cu等を主導体層とする配線を有す
る半導体集積回路装置の動作を確保し、その信頼性の向
上を図ること、およびその性能の向上を図ることができ
る。
(3) The operation of a semiconductor integrated circuit device having a wiring whose main conductor layer is Cu or the like can be ensured, its reliability can be improved, and its performance can be improved.

【0134】(4)Cu等を主導体層とする配線、ある
いは接続孔の形成の際に形成される酸化膜を簡便に除去
することができ、それを実現することができる半導体集
積回路装置の製造装置を実現できる。
(4) A semiconductor integrated circuit device which can easily remove an oxide film formed at the time of forming a wiring or a connection hole using Cu or the like as a main conductor layer and can realize the same. A manufacturing apparatus can be realized.

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

【図1】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を適用して製造される半導体集積回路装置
の一例を示した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor integrated circuit device manufactured by applying a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps;

【図3】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps;

【図4】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps;

【図5】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図6】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps;

【図7】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図8】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図9】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 9 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図10】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 10 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図11】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 11 is a sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図12】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 12 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図13】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 13 is a sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図14】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 14 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図15】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 15 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図16】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 16 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図17】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 17 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図18】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図であ
る。
FIG. 18 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図19】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造方法を適用して製造される半導体集積回路
装置の一例を示した断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor integrated circuit device manufactured by applying a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図20】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図で
ある。
FIG. 20 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図21】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図で
ある。
FIG. 21 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図22】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図で
ある。
FIG. 22 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図23】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断面図で
ある。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing one example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention in the order of steps;

【図24】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法を適用して製造される半導体集
積回路装置の一例を示した断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor integrated circuit device manufactured by applying a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention.

【図25】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断
面図である。
FIG. 25 is a sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図26】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断
面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図27】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断
面図である。
FIG. 27 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図28】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断
面図である。
FIG. 28 is a sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図29】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断
面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図30】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造方法の一例をその工程順に示した断
面図である。
FIG. 30 is a sectional view illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.

【図31】(a)および(b)は、本発明の他の実施の
形態である半導体集積回路装置の製造装置の一例を各々
示す概念図である。
FIGS. 31 (a) and 31 (b) are conceptual diagrams each showing an example of a semiconductor integrated circuit device manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 SOI絶縁層 3 U溝素子分離領域 4 pウェル 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 不純物半導体領域 9 サイドウォールスペーサ 10 キャップ絶縁膜 11a 層間絶縁膜 11b 層間絶縁膜 12 接続孔 13 金属プラグ 13a タングステン膜 13b 金属プラグ 13c タングステン膜 14 配線 14a 主導電層 14b 窒化チタン膜 15 配線溝 16 層間絶縁膜 17 接続孔 18a タングステン膜 18b 金属プラグ 18c タングステン膜 19 層間絶縁膜 20 配線 20a 主導電層 20b 窒化チタン膜 21 配線溝 22 酸化層 23 酸化層 24 層間絶縁膜 25 接続孔 26 配線溝 27 配線 27a 主導電層 27b シード膜 27c 窒化チタン膜 28 酸化層 29 酸化層 30 層間絶縁膜 31 接続孔 32 銅プラグ 32a 主導電層 32b 窒化チタン膜 33 銅配線 34 層間絶縁膜 35 酸化層 36 酸化層 37 銅薄膜 38 酸化層 39 ロード室 40 アンロード室 41 前処理室 42 還元処理室 43 スパッタエッチ室 44 タングステンスパッタ室 45 ブランケットタングステンCVD室 46 搬送室 47 ゲート弁 48 処理室 49 ゲート弁 Qn n形MISFET Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 SOI insulating layer 3 U-groove element isolation region 4 p-well 6 gate insulating film 7 gate electrode 8 impurity semiconductor region 9 sidewall spacer 10 cap insulating film 11a interlayer insulating film 11b interlayer insulating film 12 connection hole 13 metal plug 13a Tungsten film 13b Metal plug 13c Tungsten film 14 Wiring 14a Main conductive layer 14b Titanium nitride film 15 Wiring groove 16 Interlayer insulating film 17 Connection hole 18a Tungsten film 18b Metal plug 18c Tungsten film 19 Interlayer insulating film 20 Wiring 20a Main conductive layer 20b Titanium nitride Film 21 wiring groove 22 oxide layer 23 oxide layer 24 interlayer insulating film 25 connection hole 26 wiring groove 27 wiring 27a main conductive layer 27b seed film 27c titanium nitride film 28 oxide layer 29 oxide layer 30 interlayer insulating film 31 connection hole 32 copper plug 32a Main conductive layer 32b Titanium nitride film 33 Copper wiring 34 Interlayer insulating film 35 Oxide layer 36 Oxide layer 37 Copper thin film 38 Oxide layer 39 Load chamber 40 Unload chamber 41 Pretreatment chamber 42 Reduction treatment chamber 43 Sputter etch chamber 44 Tungsten sputter chamber 45 Blanket tungsten CVD chamber 46 Transfer chamber 47 Gate valve 48 Processing chamber 49 Gate valve Qn n-type MISFET

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 日出 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大和田 伸郎 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Hideki Yamaguchi 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Device Development Center (72) Inventor Nobuo Owada 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Inside the center

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体の主面上に半導体集積回路素
子が形成され、前記半導体集積回路素子の上層に銅、銀
もしくはアルミニウムまたはそれらの合金からなる配線
を有し、前記配線が複数層形成された多層配線構造を有
する半導体集積回路装置の製造方法であって、 (a)前記配線を覆う層間絶縁膜に接続孔または溝を開
口する工程、 (b)前記半導体基体を還元雰囲気に保持しつつ熱、プ
ラズマまたは光のエネルギを印加する工程、 (c)前記接続孔または溝に導電部材を形成する工程、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
1. A semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is formed on an upper layer of the semiconductor integrated circuit element. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multi-layer wiring structure, comprising: (a) a step of opening a connection hole or a groove in an interlayer insulating film covering the wiring; and (b) holding the semiconductor substrate in a reducing atmosphere. And (c) forming a conductive member in the connection hole or the groove while applying heat, plasma or light energy.
【請求項2】 半導体基体の主面上に半導体集積回路素
子が形成され、前記半導体集積回路素子の上層に銅、銀
もしくはアルミニウムまたはそれらの合金からなる配線
を有し、前記配線が複数層形成された多層配線構造を有
する半導体集積回路装置の製造方法であって、 (a)前記半導体集積回路素子または前記配線を覆う層
間絶縁膜に溝または接続孔を形成し、前記溝または接続
孔を含む前記層間絶縁膜の表面に銅、銀もしくはアルミ
ニウムまたはそれらの合金からなる薄膜を堆積した後、
前記溝または接続孔を除く前記層間絶縁膜上の前記薄膜
を除去して前記配線または前記配線と下層配線とを接続
する接続部材を形成する工程、 (b)前記半導体基体を還元雰囲気に保持しつつ熱、プ
ラズマまたは光のエネルギを印加する工程、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
2. A semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is formed on an upper layer of the semiconductor integrated circuit element, and the wiring is formed in a plurality of layers. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multi-layer wiring structure, comprising: (a) forming a groove or a connection hole in an interlayer insulating film covering the semiconductor integrated circuit element or the wiring, and including the groove or the connection hole; After depositing a thin film made of copper, silver or aluminum or an alloy thereof on the surface of the interlayer insulating film,
Removing the thin film on the interlayer insulating film excluding the groove or the connection hole to form a connection member for connecting the wiring or the wiring and a lower wiring, (b) holding the semiconductor substrate in a reducing atmosphere Applying a heat, plasma or light energy to the semiconductor integrated circuit device.
【請求項3】 半導体基体の主面上に半導体集積回路素
子が形成され、前記半導体集積回路素子の上層に銅、銀
もしくはアルミニウムまたはそれらの合金からなる配線
を有し、前記配線が複数層形成された多層配線構造を有
する半導体集積回路装置の製造方法であって、 (a)前記半導体集積回路素子または前記配線を覆う層
間絶縁膜の上面に銅、銀もしくはアルミニウムまたはそ
れらの合金からなる薄膜を堆積した後、前記薄膜をパタ
ーニングして前記配線を形成する工程、 (b)前記半導体基体を還元雰囲気に保持しつつ熱、プ
ラズマまたは光のエネルギを印加する工程、 を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
3. A semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor substrate, and a wiring made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof is formed on an upper layer of the semiconductor integrated circuit element, and the wiring is formed in a plurality of layers. (A) forming a thin film made of copper, silver, aluminum, or an alloy thereof on an upper surface of the semiconductor integrated circuit element or an interlayer insulating film covering the wiring; Forming a wiring by patterning the thin film after deposition; and (b) applying heat, plasma or light energy while maintaining the semiconductor substrate in a reducing atmosphere. A method for manufacturing an integrated circuit device.
【請求項4】 請求項2または3記載の半導体集積回路
装置の製造方法であって、 前記(a)工程における前記薄膜は、スパッタ法または
CVD法またはメッキ法により堆積される第1の構成、
または、スパッタ法による銅、銀もしくはアルミニウム
からなるシード膜上にメッキ法により堆積される第2の
構成、のいずれかの構成により堆積されることを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the thin film in the step (a) is deposited by a sputtering method, a CVD method, or a plating method,
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the semiconductor integrated circuit device is deposited by a plating method on a seed film made of copper, silver, or aluminum by a sputtering method.
【請求項5】 請求項1、2、3または4記載の半導体
集積回路装置の製造方法であって、 前記還元雰囲気は、水素雰囲気またはアンモニア雰囲気
とすることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
5. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the reducing atmosphere is a hydrogen atmosphere or an ammonia atmosphere. Method.
【請求項6】 請求項1、2、3、4または5記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、 前記(b)工程の前または後に、前記接続孔底部、前記
接続部材の上面または前記配線の上面もしくは側面の前
記還元雰囲気に暴露される、または暴露された前記配線
部分または前記接続部材部分をプラズマスパッタにより
スパッタエッチングする工程を有することを特徴とする
半導体集積回路装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the bottom of the connection hole, the top surface of the connection member, or before or after the step (b). A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising a step of exposing the wiring portion or the connecting member portion exposed to the reducing atmosphere on the upper surface or the side surface of the wiring, or performing a sputter etching by plasma sputtering.
【請求項7】 請求項1、2、3、4、5または6記載
の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記配線には、前記配線をパターニングする際の、また
は、前記配線上の層間絶縁膜に接続孔または溝を形成す
る際の露光光の反射を防止する反射防止膜が含まれるこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the wiring is formed when patterning the wiring or on the wiring. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising an anti-reflection film for preventing reflection of exposure light when forming a connection hole or a groove in an interlayer insulating film.
【請求項8】 請求項1、2、3、4、5、6または7
記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記(b)工程の後に、前記半導体基体を加熱し、前記
接続孔底部、前記接続部材の上面または前記配線の上面
もしくは側面の前記還元雰囲気に暴露された前記配線部
分または前記接続部材部分を再結晶化する工程を含むこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
8. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the above, wherein after the step (b), the semiconductor substrate is heated to bring the semiconductor substrate into the reducing atmosphere at the bottom of the connection hole, the upper surface of the connection member, or the upper surface or side surface of the wiring. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising a step of recrystallizing the exposed wiring portion or the connecting member portion.
【請求項9】 半導体基体を還元雰囲気に保持しつつ
熱、プラズマまたは光のエネルギを印加することができ
る第1の反応室と、金属または金属化合物を堆積するこ
とができる第2の反応室とを有する半導体集積回路装置
の製造装置であって、 前記第1の反応室と前記第2の反応室とが同一の反応室
である第1の構成、 前記第1の反応室と前記第2の反応室とが非酸化性雰囲
気または減圧雰囲気で結合された第2の構成、 のいずれかの構成を有することを特徴とする半導体集積
回路装置の製造装置。
9. A first reaction chamber to which heat, plasma or light energy can be applied while holding a semiconductor substrate in a reducing atmosphere, and a second reaction chamber to which metal or a metal compound can be deposited. A first configuration in which the first reaction chamber and the second reaction chamber are the same reaction chamber, and wherein the first reaction chamber and the second reaction chamber are the same. A second configuration in which the reaction chamber and the reaction chamber are combined in a non-oxidizing atmosphere or a reduced-pressure atmosphere.
【請求項10】 請求項9記載の半導体集積回路装置の
製造装置であって、 前記半導体集積回路装置の製造装置は、さらにプラズマ
スパッタにより半導体基体をスパッタエッチングするこ
とができる第3の反応室を有し、 前記第1の反応室と前記第2の反応室と前記第3の反応
室とが同一の反応室である第1の構成、 前記第1の反応室と前記第2の反応室と前記第3の反応
室とが非酸化性雰囲気または減圧雰囲気で結合された第
2の構成、 のいずれかの構成を有することを特徴とする半導体集積
回路装置の製造装置。
10. The apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein the apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit device further comprises a third reaction chamber capable of sputter etching a semiconductor substrate by plasma sputtering. A first configuration in which the first reaction chamber, the second reaction chamber, and the third reaction chamber are the same reaction chamber; and the first reaction chamber, the second reaction chamber, and the like. A second configuration in which the third reaction chamber and the third reaction chamber are combined in a non-oxidizing atmosphere or a reduced-pressure atmosphere.
【請求項11】 半導体基体の主面上に半導体集積回路
素子が形成され、前記半導体集積回路素子の上層に銅、
銀もしくはアルミニウムまたはそれらの合金からなる配
線を有し、前記配線が複数層形成された多層配線構造を
有する半導体集積回路装置の製造方法であって、 前記配線を覆う層間絶縁膜に接続孔を開口した後、また
は、前記配線を形成した後に、前記接続孔または前記配
線を有する半導体基体を加熱することを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
11. A semiconductor integrated circuit element is formed on a main surface of a semiconductor base, and copper is formed on the semiconductor integrated circuit element.
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a wiring formed of silver or aluminum or an alloy thereof and having a multilayer wiring structure in which the wiring is formed in a plurality of layers, wherein a connection hole is formed in an interlayer insulating film covering the wiring. Heating the semiconductor substrate having the connection hole or the wiring after forming the wiring or after forming the wiring.
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