【手続補正書】
【提出日】平成15年11月12日(2003.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】半導体集積回路装置の製造方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板の上層に第１絶縁膜を形成し、前記第１絶縁膜に溝を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記溝の外の第１絶縁膜上にバリア導電膜を堆積し、前記バリア導電膜上に銅を主成分とする導電膜を堆積し、前記導電膜で前記溝内を埋め込み前記第１絶縁膜上にも前記導電膜を形成する工程、
（ｃ）前記溝以外の前記第１絶縁膜上の前記導電膜を第１の研磨パッドおよび第１の研磨液により研磨して除去したのち、前記第１絶縁膜上の前記バリア導電膜を第２の研磨パッドおよび第２の研磨液により研磨して除去し、前記溝内に前記バリア導電膜および前記導電膜からなる配線を形成する工程、
（ｄ）前記第１絶縁膜上および配線の表面を還元性雰囲気のプラズマにより処理する工程、
（ｅ）前記プラズマ処理工程の終了後、前記第１絶縁膜および配線上にバリア絶縁膜を堆積する工程、
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。
【請求項２】
請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記還元性雰囲気のプラズマは、アンモニア（ＮＨ3 ）プラズマ、または、水素（Ｈ2 ）プラズマ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。
【請求項３】
請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記還元性雰囲気のプラズマは、アンモニア（ＮＨ3 ）と希釈ガスとの混合ガスプラズマであり、
前記希釈ガスは、水素（Ｈ2 ）、窒素（Ｎ2 ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）から選択された単一または複数のガス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。
【請求項４】
請求項３記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記混合ガスに対するアンモニア（ＮＨ3 ）の濃度は５％以上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。
【請求項５】
請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記還元性雰囲気のプラズマは、水素（Ｈ2 ）と希釈ガスとの混合ガスプラズマであり、
前記希釈ガスは、アンモニア（ＮＨ3 ）、窒素（Ｎ2 ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）から選択された単一または複数のガス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。
【請求項６】
請求項５記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記混合ガスに対する水素（Ｈ2 ）の濃度は５％以上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。
【請求項７】
請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記第１の研磨液の砥粒濃度は前記第２の研磨液の砥粒濃度より低いことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記還元性雰囲気のプラズマは、アンモニア（ＮＨ3 ）、水素（Ｈ2 ）、または、これらのガスと窒素（Ｎ2 ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）から選択された単一または複数のガスとの混合ガスのプラズマ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。
【請求項９】
（ａ）基板主面上にシリコン酸化膜より誘電率の低い有機シロキサン系のシリコン酸化膜とシリコン酸化膜を積層した層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記シリコン酸化膜を貫通して前記有機シロキサン系のシリコン酸化膜に達する配線溝を形成し前記配線溝内にビアを形成する工程、
（ｃ）前記配線溝およびビア内に銅または銅合金を埋め込む工程、
（ｄ）前記銅または銅合金の表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理する工程、
（ｅ）前記アンモニアプラズマ処理された表面に銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１０】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記シリコン酸化膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記シリコン酸化膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記シリコン酸化膜上の前記導体膜を研磨砥粒濃度が研磨液の０．５ｗｔ％以下である第１の研磨液を用いて研磨して前記シリコン酸化膜上の前記導体膜を除去し、さらに前記シリコン酸化膜上の前記バリア金属膜を第２の研磨液を用いて研磨して除去し、前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｆ）前記アンモニアプラズマ処理された表面に銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１１】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記シリコン酸化膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記シリコン酸化膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記シリコン酸化膜上の前記導体膜を酸化剤と有機酸を含み前記導体膜に対するｐＨおよび酸化還元電位が腐食域にあるような研磨液を用いて研磨して前記シリコン酸化膜上の前記導体膜を除去し、さらに前記シリコン酸化膜上の前記バリア金属膜を別な研磨液を用いて研磨して除去し、前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理する工程、
（ｆ）前記アンモニアプラズマ処理された表面に銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１２】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記シリコン酸化膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記シリコン酸化膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記シリコン酸化膜上の前記導体膜を前記バリア金属膜をストッパ層として第１の研磨液を用いて研磨して前記シリコン酸化膜上の前記導体膜を除去し、さらに前記シリコン酸化膜上の前記バリア金属膜を第２の研磨液を用いて研磨して除去し、前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｆ）前記アンモニアプラズマ処理された表面に銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１３】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記バリア金属と導体膜を埋め込んだ表面上を有機酸を含む洗浄液にてクリーニングする工程、
（ｆ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｇ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にシランを主体とするプラズマＣＶＤ法によりシリコンを含む銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１４】
請求項１３記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記有機酸はクエン酸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。
【請求項１５】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記バリア金属と導体膜を埋め込んだ表面上を有機酸を含む洗浄液にてＰＶＡブラシを使ってクリーニングする工程、
（ｆ）前記クリーニングした基板を乾燥する工程、
（ｇ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｈ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にプラズマＣＶＤ法によりシリコンを含む銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
を有し、前記（ｇ）、（ｈ）工程は基板を大気中に晒すことなく処理することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１６】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記バリア金属と導体膜を埋め込んだ表面上をブラシを使って有機酸を含む洗浄液にてクリーニングする工程、
（ｆ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｇ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にシランを主体とするプラズマＣＶＤ法によりシリコンを含む銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１７】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後次の（ｆ）工程までの間において前記基板の表面を１００Ｌｕｘ以下に遮光された状態で流水にて湿潤状態に保管する工程、
（ｆ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｇ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にプラズマＣＶＤ法により銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項１８】
請求項１７記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記（ｄ）工程と（ｅ）工程の間において前記基板表面に防食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。
【請求項１９】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記基板の表面を１００Ｌｕｘ以下に遮光された状態で前記バリア金属と導体膜を埋め込んだ表面上をブラシを使って洗浄液にてクリーニングする工程、
（ｆ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｇ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にプラズマＣＶＤ法により銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項２０】
請求項１９記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記（ｄ）工程と（ｅ）工程の間において前記基板表面に防食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。
【請求項２１】
（ａ）基板主面上に層間接続用の溝が形成されたシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記溝内および前記層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｃ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｄ）前記層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後次の（ｆ）工程の開始までの間において前記基板の表面を１００Ｌｕｘ以下に遮光された状態で流水にて湿潤状態に保管する工程、
（ｆ）前記バリア金属と導体膜を埋め込んだ表面上をブラシを使って洗浄液にてクリーニングする工程、
（ｇ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｈ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にプラズマＣＶＤ法により銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項２２】
（ａ）基板主面上に低誘電率層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記低誘電率層間絶縁膜より誘電率の大きいシリコン酸化膜を前記低誘電率層間絶縁膜上に形成して前記シリコン酸化膜と前記低誘電率層間絶縁膜からなる第１層間絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記第１層間絶縁膜に溝を形成する工程、
（ｄ）前記溝内および前記第１層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｅ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記第１層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｆ）前記第１層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｇ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｈ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にプラズマＣＶＤ法により銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項２３】
請求項２２記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記低誘電率層間絶縁膜は有機ポリマー膜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。
【請求項２４】
請求項２２記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記低誘電率層間絶縁膜は比誘電率が３．０以下のシリコン酸化膜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。
【請求項２５】
請求項２４記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記低誘電率層間絶縁膜は有機ＳＯＧまたは無機ＳＯＧ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。
【請求項２６】
（ａ）基板主面上に低誘電率層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記低誘電率層間絶縁膜より誘電率の大きいシリコン酸化膜を前記低誘電率層間絶縁膜上に形成して前記シリコン酸化膜と前記低誘電率層間絶縁膜からなる第１層間絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記第１層間絶縁膜に層間接続領域を形成する工程、
（ｄ）前記溝内および前記第１層間絶縁膜上にバリア金属膜を形成する工程、
（ｅ）前記バリア金属膜の上に銅を主成分とする導体膜を埋め込んで前記溝内および前記第１層間絶縁膜上に前記導体膜を堆積する工程、
（ｆ）前記第１層間絶縁膜上の前記導体膜と前記バリア金属膜を化学機械研磨法で研磨して除去して前記溝内にバリア金属と導体膜を形成する工程、
（ｇ）前記溝内の導体膜表面および前記シリコン酸化膜の表面をアンモニアプラズマにて処理して表面を還元するとともに窒化する工程、
（ｈ）前記アンモニアプラズマ処理された表面にプラズマＣＶＤ法により銅拡散バリア絶縁膜を形成する工程、
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。
【請求項２７】
請求項２６記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記低誘電率層間絶縁膜は有機ポリマー膜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。
【請求項２８】
請求項２６記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記低誘電率層間絶縁膜は比誘電率が３．０以下のシリコン酸化膜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。
【請求項２９】
請求項２８記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記低誘電率層間絶縁膜は有機ＳＯＧまたは無機ＳＯＧ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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
また、特開平１０−５６０１４号公報には、配線を形成したい下地上に感光性ＳＯＧ膜を形成し、このＳＯＧ膜に配線溝を形成し、窒化チタン膜、銅膜および銅チタン合金膜を形成し、ＣＭＰ法による研磨により配線溝内にのみ前記被膜を残し、さらにアンモニア雰囲気で加熱処理して銅チタン合金膜の表層部に窒化チタン膜を形成する技術が記載されている。特開平１０−１８９６０４号公報にはＣｕ膜のＣＭＰ後に３００℃のＳｉＨ4雰囲気でアニールしてその後アンモニアプラズマ処理を行いＳｉＮキャップ層を形成する開示がある。特開２００１−１６０５５８号公報（特願平１１−３４３５１０号）にはＣＭＰ後にＮ2＋ＮＨ3あるいはＨ2、Ｎ2、Ｎ2＋Ｈ2＋ＮＨ3のプラズマ処理を行った後ＳｉＮあるいはＳｉＣ、ＳｉＣＮからなるキャップ絶縁膜を形成する開示がある。特開平１１−８７３５３号公報にはＣＭＰ後のＨ2アニールあるいはアンモニアプラズマ処理を行う開示がある（【００４０】〜【００４１】）。特開平１１−３３０２４６号公報には銅配線形成後にアンモニアプラズマ照射により銅配線と銅バリア層の接着性を向上させる開示がある（【００１７】）。特開平１１−１６９１２号公報にはＣＭＰ後に酸化層を還元するために水素あるいはアンモニアプラズマを行う開示がある（【００６２】〜【００６３】）。特開２０００−０４０６７９号公報（特願平１０−２０９８５７号）にはＣｕのＣＭＰ後に洗浄および保管時の光起電力によるＣｕ配線部の腐食を防止するために遮光状態にして洗浄、保管を行う開示がある。特開平１１−１３５４６６号公報には実質的に砥粒を含まない研磨液を用いてＣｕのＣＭＰを行う研磨方法の開示がある。特開２０００−１５０４３５号公報（特願平１０−３１７２３３号）には実質的に砥粒を含まない研磨液を用いてＣｕを研磨した後、バリアメタルを砥粒を含みＣｕとの研磨速度の選択比を大きくした研磨液を用いて研磨する方法の開示がある。特開２０００−３１５６６６号公報（特願平１１−１２３０６１号）にはＣｕとバリア膜からなる埋め込み配線のＣＭＰにおいて砥粒濃度が０．５％以下の研磨液を用いてＣｕ膜を研磨した後、砥粒濃度が０．５％以上の研磨液を用いてバリア膜の一部を研磨しその後Ｃｕの防食剤であるＢＴＡを含む研磨液を用いてバリア膜の残りを研磨する方法の開示がある。