JPH10107029A - Semiconductor integrated circuit device, method of manufacturing the same, and manufacturing apparatus used therefor - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device, method of manufacturing the same, and manufacturing apparatus used therefor

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JPH10107029A
JPH10107029A JP25436296A JP25436296A JPH10107029A JP H10107029 A JPH10107029 A JP H10107029A JP 25436296 A JP25436296 A JP 25436296A JP 25436296 A JP25436296 A JP 25436296A JP H10107029 A JPH10107029 A JP H10107029A
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Japan
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metal layer
wiring metal
wiring
layer
forming
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JP25436296A
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Japanese (ja)
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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
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトリソグラフィ技術と選択エッチング技
術とを使用した配線パターンの形成方法とは異なり、特
有な製造工程によって配線パターンを微細に形成できる
半導体集積回路装置およびその製造方法ならびに製造装
置を提供する。 【解決手段】 層間絶縁膜25に溝26を形成した後
に、層間絶縁膜25の上に配線用金属層としての例えば
銅層28を形成する工程と、その銅層28の成膜後また
は成膜中に銅層28を流動化させる処理を行うことによ
って、溝26に配線用金属層としての銅層28を埋め込
むと共にその埋め込まれている銅層28とその上の銅層
28aとの間に空隙29を形成する工程と、溝26に埋
め込まれている銅層28以外の銅層28aを取り除く工
程とを有するものである。
(57) Abstract: Unlike a method of forming a wiring pattern using a photolithography technique and a selective etching technique, a semiconductor integrated circuit device capable of finely forming a wiring pattern by a specific manufacturing process, a manufacturing method thereof, and the like Provide a manufacturing device. SOLUTION: After forming a groove 26 in an interlayer insulating film 25, a step of forming, for example, a copper layer 28 as a wiring metal layer on the interlayer insulating film 25, and after or after forming the copper layer 28 By performing a process of fluidizing the copper layer 28 therein, the copper layer 28 as a metal layer for wiring is buried in the groove 26, and a gap is formed between the buried copper layer 28 and the copper layer 28a thereon. 29, and a step of removing the copper layer 28a other than the copper layer 28 buried in the groove 26.

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
置およびその製造方法ならびにそれに用いる製造装置に
関し、特に、特有な製造工程によって配線層のパターン
を微細化をもって形成できる半導体集積回路装置および
その製造方法ならびにそれに用いる製造装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, a method of manufacturing the same, and a manufacturing apparatus used for the same. The present invention relates to a method and a manufacturing apparatus used for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ところで、本発明者は、半導体集積回路
装置の製造方法について検討した。以下は、本発明者に
よって検討された技術であり、その概要は次のとおりで
ある。
2. Description of the Related Art The present inventors have studied a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device. The following is a technique studied by the present inventors, and the outline is as follows.

【0003】すなわち、半導体集積回路装置における配
線層の製造方法は、絶縁膜上に例えばアルミニウム層な
どの配線用金属層をスパッタリング法を使用して形成し
た後、フォトリソグラフィ工程により配線用金属層上に
配置しているレジスト膜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、そのレジスト膜をマスクとし
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
いる。
That is, in a method of manufacturing a wiring layer in a semiconductor integrated circuit device, a wiring metal layer such as an aluminum layer is formed on an insulating film by a sputtering method, and then the wiring metal layer is formed by a photolithography process. A resist pattern having the same shape as that of the wiring pattern is formed on the resist film disposed on the substrate, and the wiring pattern is formed by a dry etching process using the resist film as a mask.

【0004】なお、半導体集積回路装置における配線層
の形成技術について記載されている文献としては、例え
ば平成元年11月2日、(株)プレスジャーナル発行の
「’90最新半導体プロセス技術」p267〜p273
に記載されているものがある。
[0004] Incidentally, as a document describing a technology for forming a wiring layer in a semiconductor integrated circuit device, for example, “Ninety-Sixth Latest Semiconductor Process Technology” published on November 2, 1989 by Press Journal, p. p273
Some are described in

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した半
導体集積回路装置における配線層の製造方法は、フォト
リソグラフィ技術と選択エッチング技術とを使用して配
線パターンを形成していることによって、配線層の微細
化に伴い、特にドライエッチング工程によって配線パタ
ーンの微細化が困難となっているなどの種々の問題が発
生している。
However, the above-described method for manufacturing a wiring layer in a semiconductor integrated circuit device uses a photolithography technique and a selective etching technique to form a wiring pattern. Along with miniaturization, various problems such as difficulty in miniaturization of wiring patterns due to a dry etching process have occurred.

【0006】一方、溝が形成されている絶縁膜上に例え
ばアルミニウム層または銅層などの配線用金属層を埋め
込んだ後、溝外部の余分な配線用金属層をCMP(Chem
icalMechanical Polishing 、化学機械研磨)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。
On the other hand, after a wiring metal layer such as an aluminum layer or a copper layer is buried on the insulating film in which the groove is formed, an extra wiring metal layer outside the groove is removed by CMP (Chem).
A method of forming a wiring pattern in a groove by removing the wiring pattern using ical mechanical polishing (chemical mechanical polishing) has been studied.

【0007】しかし、この方法においては、配線の微細
化に伴い、微細な溝内に配線用金属層を埋め込むことが
困難となることが予想される。また、微細配線層の密集
部や孤立部がありしかも幅太配線層の混在しているよう
な状況下で、配線パターンに依存した局所的な研磨速度
の増大によるくぼみなどの発生や配線層の加工時のスト
レスなどによる溝内の配線用金属層の剥離や剥離部分か
らの研磨液の侵入による配線用金属層の腐食などを伴う
ことなしに、高精度に溝外部の配線用金属層(不要な配
線用金属層)を除去することも困難になることが予想さ
れる。
However, in this method, it is expected that it becomes difficult to embed a wiring metal layer in a fine groove as the wiring becomes finer. Also, in a situation where there are dense portions and isolated portions of fine wiring layers and a mixture of wide wiring layers, the occurrence of dents due to a local increase in polishing rate depending on the wiring pattern and the generation of wiring layers. The metal layer for wiring outside the groove can be precisely formed without the need to peel off the metal layer for wiring in the groove due to stress during processing, or to corrode the metal layer for wiring due to the intrusion of polishing liquid from the peeled portion. It is expected that it will also be difficult to remove the appropriate wiring metal layer).

【0008】本発明の目的は、フォトリソグラフィ技術
と選択エッチング技術とを使用した配線パターンの形成
方法とは異なり、特有な製造工程によって配線パターン
を微細化をもって形成できる半導体集積回路装置および
その製造方法ならびにそれに用いる製造装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device capable of forming a wiring pattern with a fine structure by a specific manufacturing process, unlike a method of forming a wiring pattern using a photolithography technique and a selective etching technique, and a method of manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus used for the apparatus.

【0009】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.

【0010】[0010]

【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、
以下のとおりである。
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.

【0011】すなわち、(1).本発明の半導体集積回
路装置は、絶縁膜に溝あるいは孔の少なくともいずれか
一方が形成されており、溝または孔の少なくともいずれ
か一方に埋め込まれている配線用金属層が、その配線用
金属層の成膜後または成膜中に配線用金属層を流動化さ
せる処理を行うことによって、溝あるいは孔の少なくと
もいずれか一方に配線用金属層を埋め込むと共にその埋
め込まれている配線用金属層とその上の配線用金属層と
の間に空隙を形成した後、埋め込まれている配線用金属
層以外の配線用金属層を取り除く工程をもって形成され
ている。または、半導体基板上の絶縁膜に溝あるいは孔
の少なくともいずれか一方が形成されており、配線用金
属層が、その成膜直後の状態では溝あるいは孔の上方に
配線層の段差部を形成される態様であり、その成膜後の
流動化を行うことなく、前記溝または前記孔の少なくと
もいずれか一方に配線用金属層を埋め込んだ後、埋め込
まれている前記配線用金属層以外の配線用金属層を取り
除く工程をもって形成されている。
That is, (1). In the semiconductor integrated circuit device of the present invention, at least one of the groove and the hole is formed in the insulating film, and the wiring metal layer embedded in at least one of the groove and the hole is formed of the wiring metal layer. By performing a process of fluidizing the wiring metal layer after or during film formation, the wiring metal layer is buried in at least one of the groove and the hole, and the buried wiring metal layer and the After a gap is formed between the wiring metal layer and the upper wiring metal layer, the wiring metal layer other than the embedded wiring metal layer is removed. Alternatively, at least one of the groove and the hole is formed in the insulating film on the semiconductor substrate, and the wiring metal layer has a step portion of the wiring layer formed above the groove or the hole immediately after the film is formed. Without performing fluidization after the film formation, after embedding a metal layer for wiring in at least one of the groove or the hole, for wiring other than the metal layer for wiring being embedded. It is formed with a step of removing the metal layer.

【0012】(2).本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、絶縁膜に溝あるいは孔の少なくともいずれか
一方を形成した後に、絶縁膜の上に配線用金属層を形成
する工程と、配線用金属層の成膜後または成膜中に配線
用金属層を流動化させる処理を行うことによって、溝あ
るいは前記孔の少なくともいずれか一方に配線用金属層
を埋め込むと共にその埋め込まれている配線用金属層と
その上の配線用金属層との間に空隙を形成する工程と、
溝または孔の少なくともいずれか一方に埋め込まれてい
る配線用金属層以外の配線用金属層を取り除く工程とを
有する。または、半導体基板上の絶縁膜に溝あるいは孔
の少なくともいずれか一方を形成する工程と、前記溝あ
るいは前記孔の上方に配線層の段差部を形成される態様
で、配線用金属層を前記絶縁膜の上に形成する工程と、
前記溝あるいは前記孔の少なくともいずれか一方に埋め
込まれている前記配線用金属層以外の配線用金属層を取
り除く工程とを有する。
(2). The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes, after forming at least one of a groove and a hole in an insulating film, forming a wiring metal layer on the insulating film; By performing a process of fluidizing the wiring metal layer later or during film formation, the wiring metal layer is buried in at least one of the groove and the hole, and the buried wiring metal layer and the buried wiring metal layer are formed thereon. Forming a gap between the wiring metal layer,
Removing the wiring metal layer other than the wiring metal layer embedded in at least one of the groove and the hole. Alternatively, the step of forming at least one of a groove and a hole in the insulating film on the semiconductor substrate, and the step of forming a step portion of the wiring layer above the groove or the hole, insulates the wiring metal layer. Forming on the film,
Removing the wiring metal layer other than the wiring metal layer embedded in at least one of the groove and the hole.

【0013】(3).本発明の製造装置は、ターゲット
がターゲット位置調節機構にセットされており、ターゲ
ット位置調節機構によって、ターゲットとウエハとの間
の距離を制御することができるようになっていたり、ス
パッタリング室におけるガス導入部に3種類のガス導入
機構が連結されていたり、ウエハを載置できるウエハス
テージにそのウエハの温度を調節できる温度調節機構が
設置されていたり、ターゲットとウエハとの間にスパッ
タリング粒子の指向性を制御する機能をもった構造物が
設置されていたりする配線金属成膜用のスパッタリング
室を有するものであり、しかもその配線金属成膜用のス
パッタリング室およびロードロック室、前処理加熱室、
高融点金属成膜用のスパッタリング室、プラズマ処理室
および後処理室が搬送室にゲートバルブを介して連結さ
れているものである。
(3). In the manufacturing apparatus of the present invention, the target is set on the target position adjusting mechanism, and the distance between the target and the wafer can be controlled by the target position adjusting mechanism, or the gas introduction into the sputtering chamber can be performed. Three types of gas introduction mechanisms are connected to the unit, a temperature adjustment mechanism that can adjust the temperature of the wafer is installed on a wafer stage on which a wafer can be placed, or the directivity of sputtered particles between the target and the wafer. Has a sputtering chamber for wiring metal film formation or a structure having a function of controlling the wiring metal film formation, and furthermore, a sputtering room and a load lock chamber for the wiring metal film formation, a pretreatment heating chamber,
A sputtering chamber, a plasma processing chamber, and a post-processing chamber for forming a refractory metal film are connected to a transfer chamber via a gate valve.

【0014】[0014]

【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機能を有するものは同一の符
号を付し、重複説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0015】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態である製造装置を示す概略構成図である。図2
は、図1に示す製造装置における配線金属成膜用のスパ
ッタリング室を示す概略断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a sputtering chamber for forming a wiring metal film in the manufacturing apparatus shown in FIG. 1.

【0016】図1に示すように、本実施の形態の製造装
置1は、配線用金属層の成膜およびその埋め込みに用い
ることができるものであり、ロードロック室2、前処理
加熱室3、高融点金属成膜用のスパッタリング室4、プ
ラズマ処理室5、配線金属成膜用のスパッタリング室6
および後処理室7が搬送室8にゲートバルブ9を介して
連結されている。
As shown in FIG. 1, a manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment can be used for forming and embedding a metal layer for wiring, and includes a load lock chamber 2, a pretreatment heating chamber 3, Sputtering chamber 4 for refractory metal film formation, plasma processing chamber 5, sputtering chamber 6 for wiring metal film formation
The post-processing chamber 7 is connected to the transfer chamber 8 via a gate valve 9.

【0017】また、各室に必要に応じてウエハを搬入す
ると共に搬出する機構部である搬送室8は、真空ポンプ
(図示を省略)に連結されて減圧状態にできるようにな
っていることによって、真空状態にすることができるの
で、前述した各室も搬送室8における真空状態をもって
搬送室8に連結されている。
The transfer chamber 8, which is a mechanism for loading and unloading wafers into and out of each chamber as necessary, is connected to a vacuum pump (not shown) so that the pressure can be reduced. The above-mentioned chambers are also connected to the transfer chamber 8 with the vacuum state in the transfer chamber 8 because they can be brought into a vacuum state.

【0018】本実施の形態の製造装置1における配線金
属成膜用のスパッタリング室6以外のロードロック室
2、前処理加熱室3、高融点金属成膜用のスパッタリン
グ室4、プラズマ処理室5、後処理室6およびそれらの
各室が連結されている搬送室8は、本発明者が過去に発
明した製造装置と同様であることにより、その詳細な説
明を省略する。なお、本発明者が過去に発明した製造装
置は、特開平8−162534号公報および特願平7−
136253号明細書に記載されている。
In the manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment, a load lock chamber 2 other than the sputtering chamber 6 for forming a wiring metal, a pretreatment heating chamber 3, a sputtering chamber 4 for forming a high melting point metal, a plasma processing chamber 5, The post-processing chamber 6 and the transfer chamber 8 to which these chambers are connected are the same as the manufacturing apparatus invented in the past by the present inventor, and thus detailed description thereof is omitted. The manufacturing apparatus invented by the inventor in the past is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-162534 and Japanese Patent Application No.
No. 136253.

【0019】図2に示すように、本実施の形態の製造装
置1における配線金属成膜用のスパッタリング室6は、
スパッタリング処理を行うことができる処理部であり、
スパッタリング室6の内部にウエハ10をセットするウ
エハステージ11とターゲット12が配置されている。
As shown in FIG. 2, the sputtering chamber 6 for forming a wiring metal in the manufacturing apparatus 1 of the present embodiment
A processing unit that can perform a sputtering process,
A wafer stage 11 on which a wafer 10 is set and a target 12 are arranged inside the sputtering chamber 6.

【0020】すなわち、ウエハ10は、ウエハステージ
11の上に載置されている。ウエハステージ11には、
ウエハ10の温度を調節できる温度調節機構(図示を省
略している)が設置されている。したがって、ウエハス
テージ11に設置されている温度調節機構を冷却機構と
して使用することによって、配線用金属層の成膜中のウ
エハ10の温度の上昇を抑制することができるなど、ウ
エハ10の温度を制御することができる。
That is, the wafer 10 is placed on the wafer stage 11. On the wafer stage 11,
A temperature adjustment mechanism (not shown) capable of adjusting the temperature of the wafer 10 is provided. Therefore, by using the temperature control mechanism provided on the wafer stage 11 as a cooling mechanism, the temperature of the wafer 10 can be suppressed, for example, it is possible to suppress a rise in the temperature of the wafer 10 during the formation of the wiring metal layer. Can be controlled.

【0021】ウエハステージ11には温度調節機構と連
結しているガス導入管11aが設置されている。したが
って、ウエハステージ11の裏面から温度調節機構を使
用してウエハ10の冷却用のアルゴンガスをガス導入管
11aを通じて供給しながら、アルゴンプラズマを生成
しスパッタリングを行うことができる。
The wafer stage 11 is provided with a gas introduction pipe 11a connected to a temperature control mechanism. Therefore, argon plasma can be generated and sputtering can be performed while supplying argon gas for cooling the wafer 10 from the back surface of the wafer stage 11 through the gas introduction pipe 11a using the temperature control mechanism.

【0022】ターゲット12は、ターゲット位置調節機
構13にセットされており、ターゲット位置調節機構1
3によって、ターゲット12とウエハ10との間の距離
を制御することができるようになっている。
The target 12 is set on a target position adjusting mechanism 13, and the target position adjusting mechanism 1
3, the distance between the target 12 and the wafer 10 can be controlled.

【0023】また、本実施の形態の配線金属成膜用のス
パッタリング室6におけるガス導入部14は、3種類の
ガス導入機構14a〜14cが連結されており、例えば
ガス導入機構14aにはアルゴン(Ar)ガスが導入さ
れ、ガス導入機構14bには水素(H2 )ガスが導入さ
れ、ガス導入機構14cには酸素(O2 )ガスが導入さ
れており、必要に応じてそれぞれのガスまたはそれらの
混合ガスをスパッタリング室6の内部に供給することが
できる。
The gas introduction unit 14 in the sputtering chamber 6 for forming a wiring metal film according to the present embodiment is connected to three types of gas introduction mechanisms 14a to 14c. Ar) gas is introduced, hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the gas introduction mechanism 14b, and oxygen (O 2 ) gas is introduced into the gas introduction mechanism 14c. Can be supplied to the inside of the sputtering chamber 6.

【0024】さらに、ウエハ10とターゲット12の間
にウエハ10に対してほぼ垂直な方向に貫通孔を有する
構造物15を必要に応じて配置させることができる。構
造物15に開口された貫通孔の形状は、例えば最大開口
長が3cm以下、深さ/最大開口長の比が0.9以下であ
る。この構造物15を設けることにより、構造物15が
ターゲット12とウエハ10との間にスパッタリング粒
子の指向性を制御する機能をもっていることにより、所
定の条件下でスパッタリング法を使用して例えば高アス
ペクト比の接続孔の側壁と底面の両方に平坦部に比べ1
0%以上の段差被覆性を確保した状態でもって配線用金
属層の成膜ができる。
Further, a structure 15 having a through hole in a direction substantially perpendicular to the wafer 10 can be arranged between the wafer 10 and the target 12 as required. The shape of the through-hole opened in the structure 15 has, for example, a maximum opening length of 3 cm or less and a depth / maximum opening length ratio of 0.9 or less. By providing the structure 15, the structure 15 has a function of controlling the directivity of sputtered particles between the target 12 and the wafer 10. The ratio of the connection hole to the side wall and the bottom surface is 1
The metal layer for wiring can be formed with the step coverage of 0% or more secured.

【0025】前述した本実施の形態の製造装置1におけ
る配線金属成膜用のスパッタリング室6は、ターゲット
位置調節機構13によって、ターゲット12とウエハ1
0との間の距離を制御することができるようになってい
る。
The sputtering chamber 6 for forming a wiring metal in the above-described manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment is provided with a target 12 and a wafer 1 by a target position adjusting mechanism 13.
It is possible to control the distance to zero.

【0026】その結果、本発明者の検討の結果、ターゲ
ット12とウエハ10との間の距離をウエハ10の半径
以上となる位置関係またはターゲット12の実効的な半
径R1 とウエハ10の半径R2 との和(ターゲット12
の実効的な半径R1 +ウエハ10の半径R2 )を3の平
方根(1.73205)で割った値以上とし、しかも放電
時のスパッタ粒子の平均自由行程がTW(ターゲット1
2とウエハ10との間の距離)/cos [tan -1{(R1
+R2 )/TW}]以上となるような条件下でスパッタ
リング法を使用して配線用金属層の成膜を行うと、ウエ
ハ10に入射するスパッタ粒子の指向性を改善すること
ができる。また、スパッタリング粒子の指向性を制御す
る機能をもった構造物15をウエハ10とターゲット1
2の間に配置し、その構造物15とウエハ10との間の
距離が放電時の平均自由行程の1/2以下となりかつ構
造物15の高さの2倍以上となるような条件下でスパッ
タリング法を使用して配線用金属層の成膜を行うと、ウ
エハ10に入射するスパッタ粒子の指向性を改善するこ
とができる。
As a result, as a result of the study by the present inventor, the positional relationship where the distance between the target 12 and the wafer 10 is larger than the radius of the wafer 10 or the effective radius R 1 of the target 12 and the radius R of the wafer 10 Sum with 2 (Target 12
Is greater than or equal to the value obtained by dividing the effective radius R 1 + the radius R 2 of the wafer 10 by the square root of three (1.732205), and the mean free path of the sputtered particles during discharge is TW (target 1).
2 / cos [tan -1 ) (R 1
+ R 2 ) / TW}] When the wiring metal layer is formed by using a sputtering method under the condition of not less than or equal to, the directivity of sputtered particles incident on the wafer 10 can be improved. Further, the structure 15 having a function of controlling the directivity of the sputtered particles is placed on the wafer 10 and the target 1.
2 under the condition that the distance between the structure 15 and the wafer 10 is not more than の of the mean free path during discharge and not less than twice the height of the structure 15. When the wiring metal layer is formed by using the sputtering method, the directivity of the sputtered particles incident on the wafer 10 can be improved.

【0027】前述した本実施の形態の製造装置1によれ
ば、ターゲット12とウエハ10との間の距離および放
電時の平均自由工程を本発明者の検討の結果に基づいた
条件下でスパッタリング法を使用して配線用金属層の成
膜を行うことができることによって、ウエハ10に入射
するスパッタ粒子の指向性を改善することができる。
According to the manufacturing apparatus 1 of the present embodiment described above, the distance between the target 12 and the wafer 10 and the mean free path at the time of discharge are determined by the sputtering method under the conditions based on the result of the study by the present inventors. Can be used to form the wiring metal layer, so that the directivity of sputtered particles incident on the wafer 10 can be improved.

【0028】また、前述した本実施の形態の製造装置1
によれば、スパッタリング粒子の指向性を制御する機能
をもった構造物15をウエハ10とターゲット12の間
に配置し、その構造物15とウエハ10との間の距離が
放電時の平均自由行程の1/2以下となりかつ構造物1
5の高さの2倍以上となるような本発明者の検討の結果
に基づいた条件下でスパッタリング法を使用して配線用
金属層の成膜を行うことができることによって、ウエハ
10に入射するスパッタ粒子の指向性を改善することが
できる。
The manufacturing apparatus 1 according to the above-described embodiment
According to the method, a structure 15 having a function of controlling the directivity of sputtered particles is disposed between the wafer 10 and the target 12, and the distance between the structure 15 and the wafer 10 is determined by the mean free path during discharge. Less than 1/2 of
Since the metal layer for wiring can be formed using a sputtering method under conditions based on the result of the study by the present inventors so that the height of the wiring layer 5 is twice or more the height of the wafer 5, the light is incident on the wafer 10. Directivity of sputtered particles can be improved.

【0029】(実施の形態2)図3〜図18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工程
を示す断面図である。同図を用いて、本実施の形態の半
導体集積回路装置およびその製造方法について説明す
る。
(Embodiment 2) FIGS. 3 to 18 are cross-sectional views showing manufacturing steps of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIG.

【0030】まず、例えば200mmの直径のウエハ状
の半導体基板21に複数のMOSFET(Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor )22を形成
した後、半導体基板21の上に絶縁膜23を形成した
後、コンタクト電極24を形成する(図3)。この場
合、ウエハ10に複数のMOSFET22などを形成す
る製造工程は、種々の先行技術を使用して行うことがで
きる。なお、本実施の形態を説明する際に、ウエハ状の
半導体基板21およびその上に形成される絶縁膜23な
どを包括して、ウエハ10と称する。
First, for example, a plurality of MOSFETs (Metal Oxide
After forming a semiconductor field effect transistor (22), an insulating film 23 is formed on the semiconductor substrate 21, and then a contact electrode 24 is formed (FIG. 3). In this case, the manufacturing process for forming the plurality of MOSFETs 22 and the like on the wafer 10 can be performed using various conventional techniques. In the description of the present embodiment, a wafer-like semiconductor substrate 21 and an insulating film 23 formed thereon are collectively referred to as a wafer 10.

【0031】すなわち、例えばp型のシリコン単結晶で
ある半導体基板21からなるウエハ10の表面の選択的
な領域である素子分離領域に熱酸化処理を用いて酸化シ
リコン膜からなるフィールド絶縁膜を形成する。なお、
図示を省略しているがフィールド絶縁膜の下に反転防止
用のチャネルストッパー層を形成している。次に、フィ
ールド絶縁膜によって囲まれた活性領域に酸化シリコン
からなるゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜の上
に導電性の多結晶シリコンからなるゲート電極を形成す
る。ゲート電極は、ウエハ10の上に導電性の多結晶シ
リコン膜および酸化シリコン膜からなる絶縁膜を順次堆
積し、これらを順次エッチングして形成する。その後、
ゲート電極の側壁に酸化シリコン膜からなるサイドウォ
ール絶縁膜を形成する。その後、ウエハ10に例えばリ
ン(P)などのn型の不純物をイオン注入してソースお
よびドレインとなるn型の半導体領域を形成する。
That is, a field insulating film made of a silicon oxide film is formed in a device isolation region which is a selective region on the surface of the wafer 10 made of a semiconductor substrate 21 made of, for example, p-type silicon single crystal by using thermal oxidation. I do. In addition,
Although not shown, a channel stopper layer for preventing inversion is formed below the field insulating film. Next, a gate insulating film made of silicon oxide is formed in the active region surrounded by the field insulating film, and a gate electrode made of conductive polycrystalline silicon is formed on the gate insulating film. The gate electrode is formed by sequentially depositing an insulating film made of a conductive polycrystalline silicon film and a silicon oxide film on the wafer 10 and sequentially etching them. afterwards,
A sidewall insulating film made of a silicon oxide film is formed on a side wall of the gate electrode. Thereafter, an n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into the wafer 10 to form an n-type semiconductor region serving as a source and a drain.

【0032】その後、ウエハ10の上に絶縁膜23を形
成し、それにコンタクトホールを形成した後、コンタク
ト電極24を形成する。具体的には、ウエハ10の上に
絶縁膜23としての例えば酸化シリコン膜をプラズマC
VD(Chemical Vapor Deposition )法を使用して形成
した後、化学機械研磨(CMP)法を使用してその絶縁
膜23の表面を平坦化する。その後、フォトリソグラフ
ィ技術と選択エッチング技術とを使用して絶縁膜23に
コンタクトホールを形成した後、コンタクト電極24と
しての例えばタングステン(W)層を選択CVD法など
を使用してコンタクトホールに埋め込む作業を行う。
Thereafter, an insulating film 23 is formed on the wafer 10, a contact hole is formed in the insulating film 23, and a contact electrode 24 is formed. Specifically, for example, a silicon oxide film as an insulating film 23 is
After being formed using a VD (Chemical Vapor Deposition) method, the surface of the insulating film 23 is flattened using a chemical mechanical polishing (CMP) method. Thereafter, a contact hole is formed in the insulating film 23 using a photolithography technique and a selective etching technique, and then, for example, a tungsten (W) layer as the contact electrode 24 is buried in the contact hole using a selective CVD method or the like. I do.

【0033】次に、ウエハ10の上に1層目の層間絶縁
膜(絶縁膜)25を形成した後、それに配線用の溝26
を形成する(図4)。すなわち、ウエハ10の上に層間
絶縁膜25として例えば酸化シリコン膜をプラズマCV
D法を使用して形成した後、フォトリソグラフィ技術と
ドライエッチングなどの選択エッチング技術とを使用し
て、配線層を配置する部分に溝26を形成する。
Next, after a first interlayer insulating film (insulating film) 25 is formed on the wafer 10, a wiring groove 26
Is formed (FIG. 4). That is, for example, a silicon oxide film is formed on the wafer 10 as the interlayer insulating film 25 by plasma CV.
After the formation using the method D, the groove 26 is formed in a portion where the wiring layer is to be disposed by using a photolithography technique and a selective etching technique such as dry etching.

【0034】この場合、1層目の層間絶縁膜25は、溝
26内に形成される(溝26の側面に接して形成され
る)配線層およびこの層間絶縁膜25が介在している配
線層の容量を低減するために、誘電率が4.5以下の絶縁
膜であるプラズマCVD法を使用して形成した酸化シリ
コン膜(誘電率が約4.2である絶縁膜)または無機SO
G(Spin On Glass )膜などの塗布絶縁膜(誘電率が約
4以下である絶縁膜)などを使用する。そのため、窒化
シリコン膜(誘電率が約8である絶縁膜)などの誘電率
が高い絶縁膜の使用を避けている。また、1層目の配線
層または接続孔などの孔に埋め込まれている配線層(コ
ンタクト電極、柱形状のピラー(pillar)またはプラグ
(plug)と称されている配線用金属層)は、1層目の層
間絶縁膜25に溝26などの溝または接続孔などの孔を
形成し、その溝または孔に配線用金属層を埋め込む態様
とすることができる。
In this case, the first interlayer insulating film 25 is a wiring layer formed in the groove 26 (formed in contact with the side surface of the groove 26) and a wiring layer in which the interlayer insulating film 25 is interposed. In order to reduce the capacitance, a silicon oxide film (an insulating film having a dielectric constant of about 4.2) or an inorganic SO film formed by using a plasma CVD method, which is an insulating film having a dielectric constant of 4.5 or less, is used.
A coated insulating film (an insulating film having a dielectric constant of about 4 or less) such as a G (Spin On Glass) film is used. Therefore, use of an insulating film having a high dielectric constant such as a silicon nitride film (an insulating film having a dielectric constant of about 8) is avoided. The first wiring layer or a wiring layer embedded in a hole such as a connection hole (a metal layer for wiring called a contact electrode, a pillar-shaped pillar or a plug) is 1 A groove such as the groove 26 or a hole such as a connection hole may be formed in the interlayer insulating film 25 of the layer, and the wiring metal layer may be embedded in the groove or the hole.

【0035】その後、前述した実施の形態1の製造装置
1におけるロードロック室2にウエハ10を導入し、真
空引きを行う。真空引き完了後、ウエハ10を前処理加
熱室3に搬送する。前処理加熱室3において、ウエハ1
0を例えば200℃まで加熱し、ウエハ10に吸着して
いた水分などの不純物を除去する。なお、図19は、本
実施の形態の配線層を形成する製造工程を示すプロセス
図である。
Thereafter, the wafer 10 is introduced into the load lock chamber 2 of the manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, and the vacuum is drawn. After the evacuation is completed, the wafer 10 is transferred to the pretreatment heating chamber 3. In the pretreatment heating chamber 3, the wafer 1
0 is heated to, for example, 200 ° C. to remove impurities such as moisture adsorbed on the wafer 10. FIG. 19 is a process diagram showing a manufacturing process for forming a wiring layer according to the present embodiment.

【0036】次に、ウエハ10を高融点金属成膜用のス
パッタリング室4に搬送し、ウエハ10の上に、高融点
金属を含有している層として例えば窒化チタン(Ti
N)層27を形成する(図5)。高融点金属を含有して
いる層は、後述する配線層の下層となるものであり、配
線層と層間絶縁膜25との密着性を向上させるために形
成するものであり、この高融点金属を含有している層を
必要に応じて設けたり、設ける必要がない場合がある。
また、本実施の形態の場合、配線用金属層として、アル
ミニウム(Al)層またはその材料の合金層などを使用
でき、例えば銅(Cu)層、銀(Ag)層または金(A
u)層あるいはそれらの材料の合金層を使用する場合
に、その下層としての高融点金属を含有している層とし
て、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン
(Mo)などの材料あるいはその化合物(TiSiな
ど)からなる金属層またはその材料の合金層(TiWな
ど)を使用することができる。
Next, the wafer 10 is transferred to the sputtering chamber 4 for forming a high melting point metal, and a layer containing a high melting point metal such as titanium nitride (Ti) is formed on the wafer 10.
N) The layer 27 is formed (FIG. 5). The layer containing the high melting point metal is a layer below the wiring layer described later, and is formed to improve the adhesion between the wiring layer and the interlayer insulating film 25. In some cases, a contained layer may be provided as necessary or may not be necessary.
In the case of the present embodiment, an aluminum (Al) layer or an alloy layer of the material can be used as the metal layer for wiring, for example, a copper (Cu) layer, a silver (Ag) layer, or a gold (A) layer.
When a layer u) or an alloy layer of those materials is used, as a layer containing a high melting point metal as a lower layer, a material such as titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo) or the like is used. A metal layer made of a compound (such as TiSi) or an alloy layer of the material (such as TiW) can be used.

【0037】次に、ウエハ10をプラズマ処理室5に搬
送する。プラズマ処理室5においてはウエハ10表面に
例えばアルゴン(Ar)プラズマを照射する。この目的
は、ウエハ10表面をアルゴンイオンでスパッタし、層
間絶縁膜25における平坦部の窒化チタン層27を除去
することと、溝26内をアルゴンイオンで照射すること
によって、後述する配線層としての銅層に対する密着性
の改善を行うことができる(図6)。
Next, the wafer 10 is transferred to the plasma processing chamber 5. In the plasma processing chamber 5, the surface of the wafer 10 is irradiated with, for example, argon (Ar) plasma. The purpose of this is to sputter the surface of the wafer 10 with argon ions to remove the titanium nitride layer 27 in the flat portion of the interlayer insulating film 25 and irradiate the inside of the groove 26 with argon ions to form a wiring layer as described later. The adhesion to the copper layer can be improved (FIG. 6).

【0038】なお、層間絶縁層25における平坦部の窒
化チタン層27の除去は、例えばCMP装置などの別の
製造装置によって行ってもよい。また、この溝26に形
成する配線層の態様によって、前述の窒化チタン層27
の成膜とこのプラズマ処理を行わなくてもよい。
The removal of the titanium nitride layer 27 in the flat portion of the interlayer insulating layer 25 may be performed by another manufacturing apparatus such as a CMP apparatus. Further, depending on the mode of the wiring layer formed in the groove 26, the above-mentioned titanium nitride layer 27 is formed.
And the plasma processing need not be performed.

【0039】その後、プラズマ処理後、ウエハ10を配
線金属成膜用のスパッタリング室6に搬送する。配線金
属成膜用のスパッタリング室6においては、ウエハ10
の上に、1層目の配線層として例えば銅層(配線用金属
層)28を成膜する(図7)。この場合、図7に示すよ
うに、銅層28の成膜中にスパッタリング粒子の指向性
を特有なものとし、層間絶縁膜25の平坦部には厚膜の
銅層28が形成される一方、溝26内のステップカバレ
ージを特有なものとして、溝26内には少量の銅層28
が埋め込まれ、その上に銅層28の段差部が形成される
態様とするために、銅層28を成膜する際のスパッタリ
ング法における条件を次の通りとしている。
Thereafter, after the plasma processing, the wafer 10 is transferred to the sputtering chamber 6 for forming a wiring metal film. In the sputtering chamber 6 for forming the wiring metal film, the wafer 10
For example, a copper layer (metal layer for wiring) 28 is formed as a first wiring layer (FIG. 7). In this case, as shown in FIG. 7, the directivity of the sputtered particles is made unique during the formation of the copper layer 28, and the thick copper layer 28 is formed on the flat portion of the interlayer insulating film 25, The step coverage in the trench 26 is unique, and a small amount of copper layer 28
Are embedded, and a step in the copper layer 28 is formed thereon. The conditions in the sputtering method when forming the copper layer 28 are as follows.

【0040】すなわち、前述した本実施の形態1の製造
装置1における配線金属成膜用のスパッタリング室6
は、ターゲット位置調節機構13によって、ターゲット
12とウエハ10との間の距離を制御することができる
ようになっている。
That is, the sputtering chamber 6 for forming a wiring metal in the manufacturing apparatus 1 of the first embodiment described above.
The distance between the target 12 and the wafer 10 can be controlled by the target position adjusting mechanism 13.

【0041】その結果、ターゲット12とウエハ10と
の間の距離をウエハ10の半径以上となる位置関係(近
似的な設定条件)、またはその位置関係の確定的な値と
して、ターゲット12の実効的な半径R1 とウエハ10
の半径R2 との和(ターゲット12の実効的な半径R1
+ウエハ10の半径R2 )を3の平方根(1.7320
5)で割った値以上とし、しかも放電時のスパッタ粒子
の平均自由行程がTW(ターゲット12とウエハ10と
の間の距離)/cos [tan -1{(R1 +R2 )/T
W}]以上となるような条件下でスパッタリング法を使
用して銅層28の成膜を行うと、ウエハ10に入射する
スパッタ粒子の指向性を改善することができる。また、
スパッタリング粒子の指向性を制御する機能をもった構
造物15をウエハ10とターゲット12の間に配置し、
その構造物15とウエハ10との間の距離が放電時の平
均自由行程の1/2以下となりかつ構造物15の高さの
2倍以上となるような条件下でスパッタリング法を使用
して銅層28の成膜を行うと、ウエハ10に入射するス
パッタ粒子の指向性を改善することができる。
As a result, the distance between the target 12 and the wafer 10 is set to be equal to or greater than the radius of the wafer 10 (approximate setting conditions) or the definite value of the positional relation, and the effective Radius R 1 and wafer 10
The sum of the radius R 2 of the (effective radius R 1 of the target 12
+ The radius R 2 of the wafer 10) to the square root of 3 (1.7320)
5) and the mean free path of the sputtered particles during discharge is TW (distance between target 12 and wafer 10) / cos [tan -1 {(R 1 + R 2 ) / T
When the copper layer 28 is formed by using the sputtering method under the condition that W}] or more, the directivity of the sputtered particles incident on the wafer 10 can be improved. Also,
A structure 15 having a function of controlling the directivity of sputtered particles is disposed between the wafer 10 and the target 12,
The sputtering method is used under the condition that the distance between the structure 15 and the wafer 10 is equal to or less than 1/2 of the mean free path during discharge and equal to or more than twice the height of the structure 15. When the layer 28 is formed, the directivity of sputtered particles incident on the wafer 10 can be improved.

【0042】したがって、銅層28を成膜する際のスパ
ッタリング法における条件は、具体的に、ターゲット1
2とウエハ10の距離は例えば200mm、ウエハ10
の直径は例えば200mm、スパッタリングに用いるア
ルゴンガス圧力は例えば0.01Paとしている。
Accordingly, the conditions in the sputtering method for forming the copper layer 28 are specifically as follows.
The distance between the wafer 2 and the wafer 10 is, for example, 200 mm,
Is 200 mm, for example, and the argon gas pressure used for sputtering is 0.01 Pa, for example.

【0043】また、ウエハステージ11の設定温度は例
えば10℃であり、これにより、成膜中のウエハ10を
冷却する。なお、ウエハステージ11の設定温度は10
0℃以下とし、銅層28の成膜を無加熱もしくはウエハ
10の冷却状態として行うか、銅膜28の成膜後で高温
での成膜処理を行う態様とすることができる。
The set temperature of the wafer stage 11 is, for example, 10 ° C., thereby cooling the wafer 10 during film formation. The set temperature of the wafer stage 11 is 10
The temperature may be 0 ° C. or lower, and the copper layer 28 may be formed without heating or the wafer 10 may be cooled, or a high-temperature film forming process may be performed after the copper film 28 is formed.

【0044】次に、ウエハ10を後処理室7に搬入し、
減圧下でウエハ10を熱処理する。熱処理条件は圧力を
0.002Paとし、温度を300℃とし、時間を3分と
している。この熱処理により、銅層28を流動化させ、
溝26を銅層28で埋め込みつつ、溝26側壁上部で層
間絶縁膜25の平坦部の銅層28aと溝26内部の銅層
28を分断することができ、溝26内部の銅層28とそ
の上の銅層28aとの間に空隙(ボイド)29を形成す
ることができる(図8)。なお、今後の説明に対し、流
動化した後の銅層28を区分化し、溝26内部の銅層を
28とし、層間絶縁膜25の平坦部の銅層を28aとし
ている。
Next, the wafer 10 is loaded into the post-processing chamber 7, and
The wafer 10 is heat-treated under reduced pressure. Heat treatment conditions are pressure
0.002 Pa, the temperature is 300 ° C., and the time is 3 minutes. By this heat treatment, the copper layer 28 is fluidized,
While the trench 26 is filled with the copper layer 28, the copper layer 28 a in the flat portion of the interlayer insulating film 25 and the copper layer 28 inside the trench 26 can be separated at the upper part of the sidewall of the trench 26, and the copper layer 28 inside the trench 26 and its A void (void) 29 can be formed between the upper copper layer 28a (FIG. 8). In the following description, the copper layer 28 after fluidization is sectioned, the copper layer inside the groove 26 is defined as 28, and the copper layer in the flat portion of the interlayer insulating film 25 is defined as 28a.

【0045】この場合、配線用金属層としての銅層28
を流動化させる処理として、配線用金属層としての銅層
28の成膜後または成膜中に減圧下の熱処理により配線
用金属層としての銅層28を流動化させる処理、また
は、配線用金属層としての銅層28の成膜後に100気
圧以上の高圧下での熱処理により配線用金属層としての
銅層28を流動化させる処理、または、配線用金属層と
しての銅層28の成膜を酸素を含む雰囲気中で行った後
に、水素を含む雰囲気中での熱処理によりその配線用金
属層としての銅層28を流動化させる処理を行う態様と
することができる。
In this case, the copper layer 28 as a wiring metal layer
Of fluidizing the copper layer 28 as the wiring metal layer by heat treatment under reduced pressure after or during the formation of the copper layer 28 as the wiring metal layer, or After forming the copper layer 28 as a layer, a process of fluidizing the copper layer 28 as a wiring metal layer by heat treatment under a high pressure of 100 atm or more, or forming a copper layer 28 as a wiring metal layer is performed. After performing in an atmosphere containing oxygen, a mode in which a process of fluidizing the copper layer 28 as a metal layer for wiring by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen may be performed.

【0046】次に、ウエハ10を製造装置1から取り出
した後、ウエハ10の上の銅層28aの表面に樹脂テー
プなどの粘着性の物質などからなる物体30を貼付ける
(図9)。その後、その物体30を操作してその物体3
0に貼付けられている銅層28aを層間絶縁膜25から
剥離する(図10)ことにより、層間絶縁膜25の平坦
部の銅層28aを選択的に除去し、溝26内に1層目の
配線層としての銅層28を形成する(図11)。
Next, after taking out the wafer 10 from the manufacturing apparatus 1, an object 30 made of an adhesive substance such as a resin tape is attached to the surface of the copper layer 28a on the wafer 10 (FIG. 9). Thereafter, the object 30 is operated to operate the object 3
By peeling the copper layer 28a stuck on the interlayer insulating film 25 from the interlayer insulating film 25 (FIG. 10), the copper layer 28a on the flat portion of the interlayer insulating film 25 is selectively removed, and the first layer in the groove 26 is formed. A copper layer 28 is formed as a wiring layer (FIG. 11).

【0047】1層目の配線層としての銅層28すなわち
溝26に埋め込まれている銅層28を残存させ、その上
の空隙29の上の不要な銅層28aを取り除く工程とし
ては、前述した工程以外に、取り除く銅層28aを化学
機械研磨法または機械研磨法を用いて取り除く工程、ま
たは、取り除く銅層28aの表面に犠牲膜を成膜した
後、ドライエッチング法またはウエットエッチング法を
使用して、取り除く配線層としての銅層28aおよびそ
の犠牲膜を取り除く工程、または、溝26の上の空隙2
9の上の取り除く銅層28aの表面にレジスト膜を形成
した後、そのレジスト膜をマスクとしてドライエッチン
グ法またはウエットエッチング法を使用して、銅層28
を取り除く工程、または、取り除く銅層28aの前述し
た種々の取り除く工程のいずれかを使用して、取り除く
銅層28aをおおむね除去した後に、さらに化学機械研
磨法または機械研磨法を使用して取り除く銅層28aを
完全に除去する工程を使用することができる。
The step of leaving the copper layer 28 as the first wiring layer, that is, the copper layer 28 buried in the groove 26, and removing the unnecessary copper layer 28a above the gap 29 thereon is described above. In addition to the step, a step of removing the copper layer 28a to be removed by using a chemical mechanical polishing method or a mechanical polishing method, or forming a sacrificial film on the surface of the copper layer 28a to be removed, and then using a dry etching method or a wet etching method. To remove the copper layer 28a as a wiring layer to be removed and its sacrificial film, or
9, a resist film is formed on the surface of the copper layer 28a to be removed, and the resist film is used as a mask by dry etching or wet etching.
, Or after substantially removing the removed copper layer 28a using any of the various removal steps described above for the removed copper layer 28a, further removing the copper using chemical-mechanical polishing or mechanical polishing. A step of completely removing layer 28a can be used.

【0048】なお、本実施の形態の他の態様として、前
述した配線用金属層としての銅層28を流動化させる処
理を行わなくても、層間絶縁膜25の溝26あるいは孔
の上方に配線層の段差部を形成される態様で、配線用金
属層としての銅層28を層間絶縁絶縁膜25の上に形成
することによって、層間絶縁膜25の平坦部の銅層28
aと溝26内部の銅層28を分断することができるの
で、溝26あるいは孔の少なくともいずれか一方に埋め
込まれている配線用金属層としての銅層28以外の配線
用金属層としての銅層28aを前述した種々の手法を利
用して取り除くことができる。
In another embodiment of the present invention, the wiring above the groove 26 or the hole of the interlayer insulating film 25 can be formed without performing the above-described process of fluidizing the copper layer 28 as the wiring metal layer. By forming a copper layer 28 as a wiring metal layer on the interlayer insulating film 25 in such a manner that a step portion of the layer is formed, the copper layer 28 in the flat portion of the interlayer insulating film 25 is formed.
a and the copper layer 28 inside the groove 26 can be separated, so that a copper layer as a wiring metal layer other than the copper layer 28 as a wiring metal layer embedded in at least one of the groove 26 and the hole is formed. 28a can be removed using the various techniques described above.

【0049】次に、ウエハ10の上に2層目の層間絶縁
膜(絶縁膜)31を形成し、その選択的な領域に2層目
の配線層を形成するための溝32を形成する。この場合
の製造工程は、前述した1層目の層間絶縁膜25とその
選択的な領域に1層目の配線層を形成するための溝26
を形成する工程と同様な工程を使用して行うことができ
る。その後、選択エッチング法を使用して、特定の溝3
2に接続孔(スルーホールまたはコンタクトホールと称
されている孔)33を形成する(図12)。
Next, a second interlayer insulating film (insulating film) 31 is formed on the wafer 10, and a groove 32 for forming a second wiring layer is formed in a selective region thereof. The manufacturing process in this case includes the above-described first interlayer insulating film 25 and a groove 26 for forming a first wiring layer in a selective region thereof.
Can be performed using the same step as the step of forming Then, using a selective etching method, a specific groove 3 is formed.
A connection hole (a hole referred to as a through hole or a contact hole) 33 is formed in 2 (FIG. 12).

【0050】その後、接続孔33に例えばタングステン
などからなる配線用金属層34を選択CVD法などを使
用して形成する(図13)。この場合、配線用金属層3
4は、接続孔33の上に突出するように形成している。
Thereafter, a wiring metal layer 34 made of, for example, tungsten or the like is formed in the connection hole 33 by using a selective CVD method or the like (FIG. 13). In this case, the wiring metal layer 3
4 is formed so as to protrude above the connection hole 33.

【0051】次に、溝32に埋め込まれている2層目の
配線層としての例えば銅層(配線用金属層)35を形成
する(図14)。この場合の銅層35の製造工程は、前
述した1層目の配線層としての銅層28を形成する工程
と同様な工程を使用して行うことができる。
Next, a copper layer (metal layer for wiring) 35 as a second wiring layer embedded in the groove 32 is formed (FIG. 14). In this case, the manufacturing process of the copper layer 35 can be performed using the same process as the process of forming the copper layer 28 as the first wiring layer described above.

【0052】次に、ウエハ10の上に3層目の層間絶縁
膜(絶縁膜)36を形成し、その選択的な領域に3層目
の配線層を形成するための溝37を形成する。その後、
選択エッチング法を使用して、特定の溝37に接続孔3
8を形成する(図15)。この場合の製造工程は、前述
した2層目の層間絶縁膜31とその選択的な領域に2層
目の配線層を形成するための溝32とその溝32に接続
孔33を形成する工程と同様な工程を使用して行うこと
ができる。
Next, a third interlayer insulating film (insulating film) 36 is formed on the wafer 10, and a groove 37 for forming a third wiring layer is formed in a selective region thereof. afterwards,
The connection hole 3 is formed in a specific groove 37 by using a selective etching method.
8 (FIG. 15). The manufacturing process in this case includes a process of forming the above-described second interlayer insulating film 31, a groove 32 for forming a second wiring layer in a selective region thereof, and a connection hole 33 in the groove 32. It can be performed using similar steps.

【0053】その後、層間絶縁膜36をマスクとして、
接続孔38の下の銅層35を選択エッチング法を使用し
て取り除く作業を行う(図16)。次に、接続孔38に
例えばタングステンなどからなる配線用金属層39を選
択CVD法などを使用して形成する(図17)。この場
合、配線用金属層39は、接続孔38の上に突出するよ
うに形成しており、しかも下部の配線用金属層34と接
触し、それと一体化するように形成されている。この状
態に配線用金属層39とその下の配線用金属層34とを
形成することにより、コンタクト抵抗を低下することが
できる。
Thereafter, using the interlayer insulating film 36 as a mask,
An operation of removing the copper layer 35 below the connection hole 38 by using a selective etching method is performed (FIG. 16). Next, a wiring metal layer 39 made of, for example, tungsten or the like is formed in the connection hole 38 by using a selective CVD method or the like (FIG. 17). In this case, the wiring metal layer 39 is formed so as to protrude above the connection hole 38 and is formed so as to be in contact with the lower wiring metal layer 34 and be integrated therewith. By forming the wiring metal layer 39 and the wiring metal layer 34 thereunder in this state, the contact resistance can be reduced.

【0054】次に、溝37に埋め込まれている3層目の
配線層としての例えば銅層(配線用金属層)40を形成
する(図18)。この場合の銅層40の製造工程は、前
述した1層目の配線層としての銅層28を形成する工程
と同様な工程を使用して行うことができる。
Next, for example, a copper layer (metal layer for wiring) 40 is formed as a third wiring layer embedded in the groove 37 (FIG. 18). The manufacturing process of the copper layer 40 in this case can be performed using the same process as the process of forming the copper layer 28 as the first wiring layer described above.

【0055】その後、前述した製造工程を繰り返して使
用して多層配線層を必要に応じて形成した後、パシベー
ション膜(図示を省略)を形成して、本実施の形態の半
導体集積回路装置の製造工程を終了する。
Thereafter, the above-described manufacturing process is repeated to form a multilayer wiring layer as required, and then a passivation film (not shown) is formed to manufacture the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment. End the process.

【0056】前述した本実施の形態の半導体集積回路装
置の製造方法は、溝26を形成している層間絶縁膜25
の上に配線用金属層として例えば銅層28を形成した
後、その銅層28の成膜後または成膜中に銅層28を流
動化させる処理を行うことによって、溝26に配線用金
属層としての銅層28を埋め込むと共にその埋め込まれ
ている銅層28とその上の銅層28aとの間に空隙29
を形成する工程と、溝26に埋め込まれている配線用金
属層としての銅層28以外の銅層28aを取り除く工程
とを有するものである。
In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment, the interlayer insulating film 25 having the trench 26 is formed.
For example, after forming a copper layer 28 as a wiring metal layer thereon, a process of fluidizing the copper layer 28 after or during the formation of the copper layer 28 is performed, so that the wiring metal layer is formed in the groove 26. And a gap 29 between the buried copper layer 28 and the copper layer 28a thereon.
And a step of removing the copper layer 28a other than the copper layer 28 as the wiring metal layer embedded in the groove 26.

【0057】また、前述した本実施の形態の半導体集積
回路装置の製造方法は、層間絶縁膜25の溝26あるい
は孔の上方に配線層の段差部を形成される態様で、配線
用金属層としての銅層28を層間絶縁膜25の上に形成
することによって、層間絶縁膜25の平坦部の銅層28
aと溝26内部の銅層28を分断する工程と、溝26に
埋め込まれている配線用金属層としての銅層28以外の
銅層28aを取り除く工程とを有するものである。
In the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present embodiment, the step portion of the wiring layer is formed above the groove 26 or the hole of the interlayer insulating film 25. Is formed on the interlayer insulating film 25 so that the copper layer 28 on the flat portion of the interlayer insulating film 25 is formed.
a, a step of dividing the copper layer 28 inside the groove 26, and a step of removing the copper layer 28a other than the copper layer 28 as the wiring metal layer embedded in the groove 26.

【0058】その結果、前述した本実施の形態の半導体
集積回路装置の製造方法によれば、フォトリソグラフィ
技術と選択エッチング技術とを使用して配線層のパター
ンを形成する従来の配線層のパターンの製造工程を使用
せずに、配線層としての例えば銅層28を形成している
ことによって、配線層幅および隣接配線層間の距離が極
めて小さい配線層構造であろうとも微細加工により高精
度な寸法精度をもって配線層を製造することができる。
また、微細配線層の密集部や孤立部がありしかも幅太配
線層の混在しているような状況下であっても、高精度に
溝26外部の配線用金属層(不要な配線用金属層)を除
去することができることによって、微細加工により高精
度な寸法精度をもって配線層を製造することができる。
As a result, according to the above-described method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, a conventional wiring layer pattern is formed using a photolithography technique and a selective etching technique. By forming, for example, the copper layer 28 as a wiring layer without using a manufacturing process, even if the wiring layer width and the distance between adjacent wiring layers are extremely small, high-precision dimensions can be obtained by fine processing. The wiring layer can be manufactured with high accuracy.
Further, even in a situation where there are dense portions and isolated portions of the fine wiring layer and a mixture of wide wiring layers, the wiring metal layer outside the groove 26 (unnecessary wiring metal layer) can be precisely formed. ) Allows the wiring layer to be manufactured with high dimensional accuracy by fine processing.

【0059】また、前述した本実施の形態の半導体集積
回路装置の製造方法によれば、1層目の層間絶縁膜25
などの層間絶縁膜の材料として、誘電率が4.5以下の絶
縁膜であるプラズマCVD法を使用して形成した酸化シ
リコン膜(誘電率が約4.2である絶縁膜)または無機S
OG膜などの塗布絶縁膜(誘電率が約4以下である絶縁
膜)などを使用していることによって、その層間絶縁膜
25に形成されている溝26内に埋め込まれている(溝
26の側面と接している)銅層28などの配線層の容量
を低減することができると共にその銅層28などの配線
層の上に2層目の層間絶縁膜31を介在して配置されて
いる銅層35などの配線層との間の容量をも低減できる
ので、高性能で高信頼度の配線層構造とすることができ
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, the first interlayer insulating film 25 is formed.
As a material of an interlayer insulating film such as a silicon oxide film (an insulating film having a dielectric constant of about 4.2) or an inorganic S film formed by using a plasma CVD method, which is an insulating film having a dielectric constant of 4.5 or less.
By using a coating insulating film such as an OG film (an insulating film having a dielectric constant of about 4 or less) or the like, it is embedded in the groove 26 formed in the interlayer insulating film 25 (of the groove 26). The capacitance of the wiring layer such as the copper layer 28 (which is in contact with the side surface) can be reduced, and the copper disposed on the wiring layer such as the copper layer 28 with the second interlayer insulating film 31 interposed therebetween. Since the capacitance between the wiring layers such as the layer 35 can also be reduced, a high-performance and highly reliable wiring layer structure can be obtained.

【0060】さらに、前述した本実施の形態の半導体集
積回路装置の製造方法は、層間絶縁膜31における溝3
2内に形成されている接続孔33に配線用金属層34を
形成する際に、接続孔33に埋め込まれた配線用金属層
34の表面が接続孔33より突出するようにその配線用
金属層34を形成している。また、その接続孔33の上
に上層の層間絶縁膜36における溝37内に接続孔38
を形成し、その接続孔38に埋め込まれた配線用金属層
39の裏面がその下部の配線用金属層34の表面と直接
に接続するように形成している。
Further, the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present embodiment described above
When the wiring metal layer 34 is formed in the connection hole 33 formed in the wiring hole 2, the wiring metal layer 34 is buried in the connection hole 33 so that the surface of the wiring metal layer 34 protrudes from the connection hole 33. 34 are formed. A connection hole 38 is formed in the groove 37 in the upper interlayer insulating film 36 on the connection hole 33.
Is formed so that the back surface of the wiring metal layer 39 buried in the connection hole 38 is directly connected to the surface of the wiring metal layer 34 therebelow.

【0061】その結果、前述した本実施の形態の半導体
集積回路装置の製造方法によれば、接続孔33に埋め込
まれている配線用金属層34とその上部の接続孔38に
埋め込まれている配線用金属層39とが一体化するよう
に形成されていることによって、コンタクト抵抗を低下
することができるので、高性能で高信頼度の配線層構造
とすることができる。
As a result, according to the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment described above, the wiring metal layer 34 buried in the connection hole 33 and the wiring buried in the connection hole 38 above the wiring metal layer 34. Since the contact resistance can be reduced by being formed integrally with the metal layer 39 for use, a high-performance and highly reliable wiring layer structure can be obtained.

【0062】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いうまでも
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 embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the invention. Needless to say, it can be changed.

【0063】例えば、前述した実施の形態の溝または孔
に埋め込まれている配線用金属層の製造工程として、溝
または孔に配線用金属層を埋め込む工程とその後の不要
な配線用金属層を取り除く工程とは、それらの工程を複
数回繰り返して行って設計仕様に対応する複雑な構造の
配線層を形成する態様とすることができ、本発明は、そ
れらの工程を少なくとも1回以上行う製造工程を使用し
て設計仕様に対応する配線層を形成する製造工程に適用
できる。
For example, as a manufacturing process of the wiring metal layer buried in the groove or the hole of the above-described embodiment, a step of burying the wiring metal layer in the groove or the hole and removing the unnecessary wiring metal layer thereafter. The term “step” refers to a mode in which the steps are repeated a plurality of times to form a wiring layer having a complicated structure corresponding to a design specification. The present invention provides a manufacturing step in which the steps are performed at least once. Can be applied to a manufacturing process of forming a wiring layer corresponding to a design specification.

【0064】また、本発明は、半導体素子を形成してい
る半導体基板をSOI(Silicon onInsulator)基板に
変更することができ、MOSFET、CMOSFETお
よびバイポーラトランジスタなどの種々の半導体素子を
組み合わせた態様の半導体集積回路装置およびその製造
方法とすることができる。
Further, according to the present invention, a semiconductor substrate forming a semiconductor element can be changed to an SOI (Silicon on Insulator) substrate, and a semiconductor in which various semiconductor elements such as a MOSFET, a CMOSFET and a bipolar transistor are combined is used. An integrated circuit device and a method for manufacturing the same can be provided.

【0065】さらに、本発明は、MOSFET、CMO
SFETなどを構成要素とするロジック系あるいはDR
AM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(St
aticRandom Access Memory )などのメモリ系などを有
する種々の半導体集積回路装置およびその製造方法に適
用できる。
Further, the present invention relates to a MOSFET, a CMO
Logic system or DR with SFET etc. as components
AM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (St
The present invention can be applied to various semiconductor integrated circuit devices having a memory system such as an aticRandom Access Memory) and a method of manufacturing the same.

【0066】[0066]

【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。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows.

【0067】(1).本発明の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、フォトリソグラフィ技術と選択エッチ
ング技術とを使用して配線層のパターンを形成する従来
の配線層のパターンの製造工程を使用せずに、配線層と
しての例えば銅層(配線用金属層)を形成していること
によって、配線層幅および隣接配線層間の距離が極めて
小さい配線層構造であろうとも微細加工により高精度な
寸法精度をもって配線層を製造することができる。ま
た、微細配線層の密集部や孤立部がありしかも幅太配線
層の混在しているような状況下であっても、高精度に溝
外部の銅層などの配線用金属層(不要な配線用金属層)
を除去することができることによって、微細加工により
高精度な寸法精度をもって配線層を製造することができ
る。
(1). According to the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, a wiring layer pattern is formed without using a conventional wiring layer pattern manufacturing process of forming a wiring layer pattern using photolithography technology and selective etching technology. For example, by forming a copper layer (metal layer for wiring), even if the wiring layer width and the distance between adjacent wiring layers are extremely small, the wiring layer can be formed with high precision dimensional accuracy by fine processing. Can be manufactured. Further, even in a situation where there are dense portions and isolated portions of fine wiring layers and a mixture of wide wiring layers, a wiring metal layer (such as an unnecessary wiring Metal layer)
, It is possible to manufacture a wiring layer with high dimensional accuracy by fine processing.

【0068】(2).本発明の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、1層目の層間絶縁膜(絶縁膜)などの
層間絶縁膜(絶縁膜)の材料として、誘電率が4.5以下
の絶縁膜であるプラズマCVD法を使用して形成した酸
化シリコン膜(誘電率が約4.2である絶縁膜)または無
機SOG膜などの塗布絶縁膜(誘電率が約4以下である
絶縁膜)などを使用していることによって、その層間絶
縁膜に形成されている溝内に埋め込まれている(溝の側
面に接している)例えば銅層などの配線層の容量を低減
することができると共にその銅層などの配線層の上に2
層目の層間絶縁膜を介在して配置されている銅層などの
配線層との間の容量をも低減できるので、高性能で高信
頼度の配線層構造とすることができる。
(2). According to the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, the material of the interlayer insulating film (insulating film) such as the first interlayer insulating film (insulating film) is an insulating film having a dielectric constant of 4.5 or less. A silicon oxide film (an insulating film having a dielectric constant of about 4.2) or an applied insulating film such as an inorganic SOG film (an insulating film having a dielectric constant of about 4 or less) formed by a plasma CVD method is used. By doing so, it is possible to reduce the capacity of a wiring layer such as a copper layer embedded in a groove formed in the interlayer insulating film (contacting the side surface of the groove), and to reduce the copper layer and the like. 2 on the wiring layer of
Since the capacitance between the wiring layer such as a copper layer and the like, which is disposed with the interlayer insulating film of the first layer interposed therebetween, can be reduced, a high-performance and highly reliable wiring layer structure can be obtained.

【0069】(3).本発明の半導体集積回路装置の製
造方法によれば、接続孔に埋め込まれている配線用金属
層とその上部の接続孔に埋め込まれている配線用金属層
とが一体化するように形成されていることによって、コ
ンタクト抵抗を低下することができるので、高性能で高
信頼度の配線層構造とすることができる。
(3). According to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, the wiring metal layer buried in the connection hole and the wiring metal layer buried in the connection hole above the wiring hole are formed so as to be integrated. By doing so, the contact resistance can be reduced, and a high-performance and highly reliable wiring layer structure can be obtained.

【0070】(4).本発明の半導体集積回路装置によ
れば、前述した本発明の半導体集積回路装置の製造方法
によって製造されたものであることによって、微細加工
をもって配線層幅および隣接配線層間の距離が極めて小
さい配線層構造とすることができる。また、配線層およ
び隣接する配線層間の容量を低減できると共に接続孔に
埋め込まれている配線用金属層間のコンタクト抵抗を低
下することができることによって、高性能で高信頼度の
配線層構造とすることができる。
(4). According to the semiconductor integrated circuit device of the present invention, since the semiconductor device is manufactured by the above-described method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, the wiring layer width and the distance between adjacent wiring layers are extremely small by fine processing. It can be structured. In addition, a high-performance and highly-reliable wiring layer structure can be obtained by reducing the capacitance between the wiring layers and the adjacent wiring layers and reducing the contact resistance between the wiring metal layers embedded in the connection holes. Can be.

【0071】(5).本発明の製造装置によれば、ター
ゲットとウエハとの間の距離および放電時の平均自由工
程を本発明者の検討の結果に基づいた条件下でスパッタ
リング法を使用して配線用金属層の成膜を行うことがで
きることによって、ウエハに入射するスパッタ粒子の指
向性を改善することができる。
(5). According to the manufacturing apparatus of the present invention, the distance between the target and the wafer and the mean free path at the time of discharge are formed by sputtering using the sputtering method under conditions based on the results of the study by the present inventors. Being able to form a film can improve the directivity of sputtered particles incident on the wafer.

【0072】また、本発明の製造装置によれば、スパッ
タリング粒子の指向性を制御する機能をもった構造物を
ウエハとターゲットの間に配置し、その構造物とウエハ
との間の距離が放電時の平均自由行程の1/2以下とな
りかつ構造物の高さの2倍以上となるような本発明者の
検討の結果に基づいた条件下でスパッタリング法を使用
して配線用金属層の成膜を行うことができることによっ
て、ウエハに入射するスパッタ粒子の指向性を改善する
ことができる。
Further, according to the manufacturing apparatus of the present invention, a structure having a function of controlling the directivity of sputtered particles is arranged between the wafer and the target, and the distance between the structure and the wafer is reduced by the discharge. The metal layer for wiring is formed using a sputtering method under a condition based on the result of the study of the present inventor so that the mean free path at the time is not more than 1/2 and not less than twice the height of the structure. Being able to form a film can improve the directivity of sputtered particles incident on the wafer.

【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製造装置を示す概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す製造装置における配線金属成膜用の
スパッタリング室を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a sputtering chamber for forming a wiring metal film in the manufacturing apparatus shown in FIG.

【図3】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路
装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図16】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図17】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図18】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【図19】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程において配線層を形成する製造工程を
示すプロセス図である。
FIG. 19 is a process diagram showing a manufacturing process of forming a wiring layer in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 製造装置 2 ロードロック室 3 前処理加熱室 4 高融点金属成膜用のスパッタリング室 5 プラズマ処理室 6 配線金属成膜用のスパッタリング室 7 後処理室 8 搬送室 9 ゲートバルブ 10 ウエハ 11 ウエハステージ 11a ガス導入管 12 ターゲット 13 ターゲット位置調節機構 14 ガス導入部 14a ガス導入機構 14b ガス導入機構 14c ガス導入機構 15 構造物 21 半導体基板 22 MOSFET 23 絶縁膜 24 コンタクト電極 25 層間絶縁膜(絶縁膜) 26 溝 27 窒化チタン層 28 銅層(配線用金属層) 28a 銅層(取り除く配線用金属層) 29 空隙 30 物体 31 層間絶縁膜(絶縁膜) 32 溝 33 接続孔 34 配線用金属層 35 銅層(配線用金属層) 36 層間絶縁膜(絶縁膜) 37 溝 38 接続孔 39 配線用金属層 40 銅層(配線用金属層) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 2 Load lock room 3 Pre-processing heating room 4 Sputtering room for refractory metal film formation 5 Plasma processing room 6 Sputtering room for wiring metal film formation 7 Post-processing room 8 Transfer room 9 Gate valve 10 Wafer 11 Wafer stage 11a gas introduction pipe 12 target 13 target position adjustment mechanism 14 gas introduction section 14a gas introduction mechanism 14b gas introduction mechanism 14c gas introduction mechanism 15 structure 21 semiconductor substrate 22 MOSFET 23 insulation film 24 contact electrode 25 interlayer insulation film (insulation film) 26 Groove 27 Titanium nitride layer 28 Copper layer (metal layer for wiring) 28 a Copper layer (metal layer for wiring to be removed) 29 Void 30 Object 31 Interlayer insulating film (insulating film) 32 Groove 33 Connection hole 34 Metal layer for wiring 35 Copper layer ( (Metal layer for wiring) 36 interlayer insulating film (insulating film) 37 groove 38 connection 39 wiring metal layer 40 of copper layer (wiring metal layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/768 H01L 21/90 D (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 (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/768 H01L 21/90 D (72) Inventor Hiji Yamaguchi 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Nobuo Owada 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の絶縁膜に溝あるいは孔の
少なくともいずれか一方が形成されており、前記溝また
は前記孔の少なくともいずれか一方に埋め込まれている
配線用金属層が、その配線用金属層の成膜後または成膜
中に前記配線用金属層を流動化させる処理を行うことに
よって、前記溝あるいは前記孔の少なくともいずれか一
方に配線用金属層を埋め込むと共にその埋め込まれてい
る配線用金属層とその上の配線用金属層との間に空隙を
形成した後、埋め込まれている前記配線用金属層以外の
配線用金属層を取り除く工程をもって形成されている、 または、半導体基板上の絶縁膜に溝あるいは孔の少なく
ともいずれか一方が形成されており、配線用金属層が、
その成膜直後の状態では溝あるいは孔の上方に配線層の
段差部を形成される態様であり、その成膜後の流動化を
行うことなく、前記溝または前記孔の少なくともいずれ
か一方に配線用金属層を埋め込んだ後、埋め込まれてい
る前記配線用金属層以外の配線用金属層を取り除く工程
をもって形成されていることを特徴とする半導体集積回
路装置。
At least one of a groove and a hole is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and a wiring metal layer embedded in at least one of the groove and the hole is used for forming the wiring metal layer. By performing a process of fluidizing the wiring metal layer after or during the formation of the metal layer, the wiring metal layer is embedded in at least one of the groove and the hole, and the embedded wiring is embedded therein. Forming a gap between the wiring metal layer and the wiring metal layer thereover, and then removing the wiring metal layer other than the embedded wiring metal layer. At least one of a groove or a hole is formed in the insulating film, and the wiring metal layer is
Immediately after the film formation, a step portion of the wiring layer is formed above the groove or the hole, and the wiring is formed in at least one of the groove or the hole without performing fluidization after the film formation. A semiconductor integrated circuit device formed by burying a metal layer for wiring and then removing a wiring metal layer other than the buried metal layer for wiring.
【請求項2】 半導体基板上の絶縁膜に溝あるいは孔の
少なくともいずれか一方を形成する工程と、前記絶縁膜
の上に配線用金属層を形成する工程と、前記配線用金属
層の成膜後または成膜中に前記配線用金属層を流動化さ
せる処理を行うことによって、前記溝あるいは前記孔の
少なくともいずれか一方に配線用金属層を埋め込むと共
にその埋め込まれている配線用金属層とその上の配線用
金属層との間に空隙を形成する工程と、前記溝あるいは
前記孔の少なくともいずれか一方に埋め込まれている前
記配線用金属層以外の配線用金属層を取り除く工程とを
有すること、 または、半導体基板上の絶縁膜に溝あるいは孔の少なく
ともいずれか一方を形成する工程と、前記溝あるいは前
記孔の上方に配線層の段差部を形成される態様で、配線
用金属層を前記絶縁膜の上に形成する工程と、前記溝あ
るいは前記孔の少なくともいずれか一方に埋め込まれて
いる前記配線用金属層以外の配線用金属層を取り除く工
程と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 step of forming at least one of a groove and a hole in an insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a wiring metal layer on the insulating film, and forming the wiring metal layer. By performing a process of fluidizing the wiring metal layer later or during the film formation, the wiring metal layer is buried in at least one of the groove or the hole and the buried wiring metal layer and the Forming a gap between the upper wiring metal layer and a step of removing a wiring metal layer other than the wiring metal layer embedded in at least one of the groove and the hole. A step of forming at least one of a groove and a hole in an insulating film on a semiconductor substrate, and a step of forming a step portion of a wiring layer above the groove or the hole; Forming a layer on the insulating film; and removing a wiring metal layer other than the wiring metal layer embedded in at least one of the groove or the hole. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【請求項3】 請求項2記載の半導体集積回路装置の製
造方法であって、前記絶縁膜の上に配線用金属層を形成
する工程として、ターゲットとウエハとの間の距離TW
がターゲットの実効的な半径R1 とウエハの半径R2
の和(ターゲットの実効的な半径R1 +ウエハの半径R
2 )を3の平方根(1.73205)で割った値以上と
し、しかも放電時のスパッタ粒子の平均自由行程がTW
/cos [tan -1{(R1 +R2 )/TW}]以上となる
ような条件下でスパッタリング法を使用して配線用金属
層の成膜を行う工程、 または、前記ターゲットと前記ウエハとの間にスパッタ
リング粒子の指向性を制御する機能をもった構造物を設
けると共にその構造物と前記ウエハとの間の距離が放電
時の平均自由行程の1/2以下となり、かつ前記構造物
の高さの2倍以上となるような条件下でスパッタリング
法を使用して配線用金属層の成膜を行う工程であること
を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the step of forming a wiring metal layer on the insulating film includes the step of forming a distance TW between a target and a wafer.
Radius R of but effective radius R 1 + wafer sum (target radius R 2 of the effective radii R 1 and wafer target
2 ) is equal to or greater than a value obtained by dividing the square root of 3 (1.732205), and the mean free path of the sputtered particles during discharge is TW.
/ Cos [tan -1 {(R 1 + R 2 ) / TW}] or more, using a sputtering method to form a metal layer for wiring using a sputtering method. A structure having a function of controlling the directivity of sputtered particles is provided therebetween, and the distance between the structure and the wafer is equal to or less than の of the mean free path during discharge, and A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising a step of forming a wiring metal layer by using a sputtering method under a condition that the height is twice or more.
【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、前記配線用金属層を流動化さ
せる処理として、前記配線用金属層の成膜後または成膜
中に減圧下の熱処理により前記配線用金属層を流動化さ
せる処理、 または、前記配線用金属層の成膜後に100気圧以上の
高圧下での熱処理により前記配線用金属層を流動化させ
る処理、 または、前記配線用金属層の成膜を酸素を含む雰囲気中
で行った後に、水素を含む雰囲気中での熱処理により前
記配線用金属層を流動化させる処理を行うことを特徴と
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 step of fluidizing the wiring metal layer includes reducing the pressure after or during the formation of the wiring metal layer. A process of fluidizing the wiring metal layer by a lower heat treatment, or a process of fluidizing the wiring metal layer by a heat treatment under a high pressure of 100 atm or more after the formation of the wiring metal layer, or A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a wiring metal layer in an atmosphere containing oxygen, and then performing a process of fluidizing the wiring metal layer by a heat treatment in an atmosphere containing hydrogen. Method.
【請求項5】 請求項2〜4のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記配線用金属
層として、アルミニウム層、銅層、銀層または金層ある
いはそれらの材料の合金層を使用するか、銅層、銀層ま
たは金層あるいはそれらの材料の合金層とその下層とし
ての高融点金属層またはその材料の合金層を使用するこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the wiring metal layer is an aluminum layer, a copper layer, a silver layer, a gold layer, or a layer thereof. A semiconductor integrated circuit characterized by using an alloy layer of a material, or using a copper layer, a silver layer or a gold layer, or an alloy layer of such a material and a refractory metal layer or an alloy layer of the material as a lower layer thereof Device manufacturing method.
【請求項6】 請求項2〜5のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記溝あるいは
前記孔の少なくともいずれか一方に埋め込まれている前
記配線用金属層以外の配線用金属層を取り除く工程とし
て、取り除く配線用金属層の表面に粘着性の物質からな
る物体を貼付けた後、その物体を操作してそれに貼付け
られている配線用金属層を取り除く工程、 または、取り除く配線用金属層を化学機械研磨法または
機械研磨法を用いて取り除く工程、 または、取り除く配線用金属層の表面に犠牲膜を成膜し
た後、ドライエッチング法またはウエットエッチング法
を使用して、取り除く配線用金属層および前記犠牲膜を
取り除く工程、 または、前記絶縁膜の溝上の取り除く配線用金属層の表
面にレジスト膜を形成した後、そのレジスト膜をマスク
としてドライエッチング法またはウエットエッチング法
を使用して、取り除く配線用金属層を取り除く工程、 または、前記工程のいずれかを使用して、前記取り除く
配線用金属層をおおむね除去した後に、さらに化学機械
研磨法または機械研磨法を使用して前記取り除く配線用
金属層を完全に除去する工程を使用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 for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the wiring metal layer is not embedded in at least one of the groove and the hole. Removing the wiring metal layer as a step of attaching an object made of an adhesive substance to the surface of the wiring metal layer to be removed, and then manipulating the object to remove the wiring metal layer attached thereto; or A step of removing the wiring metal layer to be removed using a chemical mechanical polishing method or a mechanical polishing method, or forming a sacrificial film on the surface of the wiring metal layer to be removed, and then using a dry etching method or a wet etching method. Removing the wiring metal layer and the sacrificial film to be removed, or forming a resist film on the surface of the wiring metal layer to be removed on the groove of the insulating film. A step of removing the wiring metal layer to be removed using a dry etching method or a wet etching method using the resist film as a mask, or, after substantially removing the wiring metal layer to be removed using any of the above steps, A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, further comprising a step of completely removing the wiring metal layer to be removed by using a chemical mechanical polishing method or a mechanical polishing method.
【請求項7】 請求項2〜6のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記絶縁膜にお
ける溝内に形成されている接続孔に配線用金属層を埋め
込む工程を有し、その工程において、前記接続孔に埋め
込まれた配線用金属層の表面が前記接続孔より突出する
ようにその配線用金属層を形成する、 または、前記絶縁膜における溝内に形成されている接続
孔に配線用金属層を埋め込む工程を有し、その接続孔の
上に上層の絶縁膜における溝内の接続孔を形成し、その
接続孔に埋め込まれた配線用金属層の裏面がその下部の
接続孔に埋め込まれている配線用金属層の表面と直接に
接続するようにそれらの配線用金属層を形成することを
特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein a metal layer for wiring is buried in a connection hole formed in a groove in said insulating film. Forming the wiring metal layer so that the surface of the wiring metal layer embedded in the connection hole protrudes from the connection hole, or formed in a groove in the insulating film. Burying a wiring metal layer in the connection hole, forming a connection hole in a groove in an upper insulating film on the connection hole, and forming a back surface of the wiring metal layer embedded in the connection hole. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a wiring metal layer so as to be directly connected to a surface of a wiring metal layer embedded in a lower connection hole.
【請求項8】 請求項2〜7のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法であって、前記絶縁膜にお
いて、その絶縁膜が1種の絶縁膜または複数の種類の絶
縁膜の積層構造であっても、それらの絶縁膜の誘電率が
4.5以下とする、 または、前記配線用金属層の下層の絶縁膜とその配線用
金属層の側面の絶縁膜とは同一の種類からなる絶縁膜と
することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein said insulating film is one kind of insulating film or a plurality of kinds of insulating films. Even with a stacked structure of
4.5 or less, or an insulating film of the same type as an insulating film below the wiring metal layer and an insulating film on a side surface of the wiring metal layer. Manufacturing method.
【請求項9】 請求項2〜8のいずれか1項に記載の半
導体集積回路装置の製造方法に用いる製造装置であっ
て、ターゲットはターゲット位置調節機構にセットされ
ており、ターゲット位置調節機構によって、ターゲット
とウエハとの間の距離を制御することができるようにな
っている配線金属成膜用のスパッタリング室を有する、 また、前記スパッタリング室におけるガス導入部は、3
種類のガス導入機構が連結されており、必要に応じてそ
れぞれのガスまたはそれらの混合ガスをスパッタリング
室の内部に供給することができる配線金属成膜用のスパ
ッタリング室を有する、 また、ウエハを載置できるウエハステージには、そのウ
エハの温度を調節できる温度調節機構が設置されている
配線金属成膜用のスパッタリング室を有する、 また、ターゲットとウエハとの間にスパッタリング粒子
の指向性を制御する機能をもった構造物が設置されてい
る配線金属成膜用のスパッタリング室を有する、 または、前記配線金属成膜用のスパッタリング室および
ロードロック室、前処理加熱室、高融点金属成膜用のス
パッタリング室、プラズマ処理室および後処理室が搬送
室にゲートバルブを介して連結されていることを特徴と
する製造装置。
9. The manufacturing apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the target is set on a target position adjusting mechanism, and the target is set by the target position adjusting mechanism. A sputtering chamber for forming a wiring metal film capable of controlling a distance between the target and the wafer; and a gas introduction unit in the sputtering chamber,
A type of gas introduction mechanism is connected, and has a sputtering chamber for forming a wiring metal film that can supply each gas or a mixed gas thereof as necessary to the inside of the sputtering chamber. The mountable wafer stage has a sputtering chamber for wiring metal film formation in which a temperature control mechanism capable of controlling the temperature of the wafer is installed. Also, the directivity of sputtered particles is controlled between the target and the wafer. It has a sputtering chamber for wiring metal film formation in which a structure having a function is installed, or a sputtering chamber and a load lock chamber for the wiring metal film formation, a pretreatment heating chamber, and a high melting point metal film formation chamber. The sputtering chamber, the plasma processing chamber and the post-processing chamber are connected to the transfer chamber via a gate valve. Apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008536073A (en) * 2005-04-15 2008-09-04 ジーエスアイ グループ リミテッド Gas bearing spindle
JP2013120859A (en) * 2011-12-07 2013-06-17 Ulvac Japan Ltd Reflow method and semiconductor device manufacturing method

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