JP2011138976A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the following problem: although a single-chamber and multi-film-deposition-site type device is widely used for a recent multilayer metal sputtering film deposition process in place of a conventional multi-chamber type device, such a single-chamber and multi-film-deposition-site type sputtering film deposition device greatly reduces throughput since a wafer to be processed needs to be transferred to a different film deposition site to form a film when a magnetic metal film and a nonmagnetic metal film are deposited laminated. <P>SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device which uses the single-chamber and multi-film-deposition-site type sputtering film deposition device is characterized by changing over and using both magnetic and nonmagnetic targets at least at one film deposition site to form both the magnetic and nonmagnetic films. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置(または半導体集積回路装置)の製造方法におけるスパッタリング成膜技術に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a technique effective when applied to a sputtering film forming technique in a method for manufacturing a semiconductor device (or a semiconductor integrated circuit device).

国際公開第2001/44534号パンフレット(特許文献1)には、単一のウエハを同一のチャンバ内で移動させることにより、磁性及び非磁性ターゲットを切り替えて複数の膜をスパッタリング成膜するマグネトロン方式のスパッタリング成膜技術が開示されている。   International Publication No. 2001/44534 pamphlet (Patent Document 1) discloses a magnetron method in which a single wafer is moved in the same chamber to switch a magnetic and non-magnetic target to form a plurality of films by sputtering. A sputtering deposition technique is disclosed.

日本特開2009−135459号公報(特許文献2)には、単一のウエハを同一のチャンバ内で固定して置き、斜め方向に設置された磁性及び非磁性ターゲットを切り替えることにより、複数の膜をスパッタリング成膜するマグネトロン方式のスパッタリング成膜技術が開示されている。   In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-135559 (Patent Document 2), a single wafer is fixedly placed in the same chamber, and a plurality of films are switched by switching magnetic and nonmagnetic targets installed in an oblique direction. A magnetron type sputtering film forming technique for forming a film by sputtering is disclosed.

国際公開第2001/44534号パンフレットInternational Publication No. 2001/44534 Pamphlet 特開2009−135459号公報JP 2009-135559 A

最近の多層メタルスパッタリング成膜プロセスにおいては、従来のマルチチャンバ型の装置に代わって、単一チャンバ&マルチ成膜サイト型の装置(ただし、ロードロック室は別室となっている)が広く使用されるようになっている。しかし、本願発明者が検討したところによると、このような単一チャンバ&マルチ成膜サイト型スパッタリング成膜装置は、磁性メタル膜(ここで、「磁性」はフェリ磁性を含む強磁性)と非磁性メタル膜(強磁性でないもの)を積層形成する場合は、被処理ウエハを別の成膜サイトに移送して成膜する必要があり、スループットを大きく低下させていることが明らかとなった。   In recent multi-layer metal sputtering deposition process, single chamber & multi deposition site type equipment (however, load lock chamber is a separate room) is widely used instead of conventional multi-chamber type equipment. It has become so. However, according to a study by the inventors of the present application, such a single chamber & multi film formation site type sputtering film formation apparatus has a magnetic metal film (where “magnetic” is ferromagnetic including ferrimagnetism) and non-magnetic. In the case of laminating and forming magnetic metal films (non-ferromagnetic), it has become clear that it is necessary to transfer the wafer to be processed to another film formation site for film formation, which greatly reduces the throughput.

本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。   The present invention has been made to solve these problems.

本発明の目的は、生産性の高い半導体装置の製造プロセスを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a manufacturing process of a semiconductor device with high productivity.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及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 be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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下記の通りである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

すなわち、本願の一つの発明は、単一チャンバ&マルチ成膜サイト型多層スパッタリング成膜装置を用いた半導体装置の製造方法において、少なくとも一つの成膜サイトにおいて、磁性および非磁性ターゲットの両方を切り替えて用い、磁性および非磁性膜の両方の膜を成膜するものである。   That is, according to one aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device using a single chamber & multi-deposition site type multilayer sputtering deposition apparatus, at least one deposition site is switched between a magnetic and a non-magnetic target. Used to form both magnetic and non-magnetic films.

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下記のとおりである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、単一チャンバ&マルチ成膜サイト型多層スパッタリング成膜装置を用いた半導体装置の製造方法において、少なくとも一つの成膜サイトにおいて、磁性および非磁性ターゲットの両方を切り替えて用い、磁性および非磁性膜の両方の膜を成膜するので、多層成膜プロセスの効率を大幅に向上させることができる。   That is, in a method for manufacturing a semiconductor device using a single chamber & multi film formation site type multilayer sputtering film formation apparatus, at least one film formation site is used by switching both magnetic and nonmagnetic targets, and magnetic and nonmagnetic. Since both films are deposited, the efficiency of the multilayer deposition process can be greatly improved.

本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するウエハ裏面多層メタル成膜装置の上面図である。It is a top view of the wafer back surface multilayer metal film-forming apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するウエハ裏面多層メタル成膜装置の上面図(図1においてターゲット切替機構を透明化して、その下の部分を見やすくしたもの)である。1 is a top view of a wafer back surface multilayer metal film forming apparatus used in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (the target switching mechanism in FIG. 1 is made transparent so that the lower part can be easily seen). 図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置におけるウエハの移動の仕方を説明するための内部搬送ロボット、各ウエハステージ、ステージ上のウエハ、およびウエハサセプタの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of an internal transfer robot, each wafer stage, a wafer on a stage, and a wafer susceptor for explaining how a wafer moves in the wafer backside multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2. 図3のウエハサセプタの上面図である。FIG. 4 is a top view of the wafer susceptor of FIG. 3. 図4のX−X’断面に対応するウエハサセプタの断面図(内部搬送ロボットに保持されているとき)である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the wafer susceptor corresponding to the X-X ′ cross section of FIG. 4 (when held by the internal transfer robot). 図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置の冷却ウエハステージ63b、63cの正断面構造図である。FIG. 3 is a front sectional structural view of cooling wafer stages 63b and 63c of the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2; 図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置のランプ加熱ウエハステージ63aの正断面構造図である。FIG. 3 is a front sectional structural view of a lamp heating wafer stage 63a of the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2; 図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置のロードロック室61の正断面構造図(脱ガス処理中)である。FIG. 3 is a front sectional structural view (during a degassing process) of a load lock chamber 61 of the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2. 図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置を見やすいように横長に展開したときの模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view when the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. 図9のウエハ裏面多層メタル成膜装置におけるマルチターゲット成膜処理領域62b部分周辺の拡大断面図である。FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of a multi-target film forming region 62b in the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus of FIG. 図9および図10に示すマグネトロン用マグネット群の下面拡大図である。It is a lower surface enlarged view of the magnetron magnet group shown to FIG. 9 and FIG. 図9および図10に示すターゲット切替機構59の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the target switching mechanism 59 shown in FIG. 9 and FIG. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセスのプロセスブロックフロー図である。It is a process block flow diagram of a wafer back surface multilayer metal layer film forming process in the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of the present application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法により製造されたパワーMOSFETの一例を示すデバイス上面図である。It is a device top view which shows an example of power MOSFET manufactured by the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(ソースコンタクト溝形成用レジストパターン形成工程)である。It is a device cross section flow figure (resist pattern formation process for source contact groove formation) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(ソースコンタクト溝形成工程)である。It is a device section flow figure (source contact groove formation process) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(ソースコンタクト溝形成用レジストパターン除去工程)である。It is a device cross section flow figure (resist pattern removal process for source contact groove formation) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(ソースコンタクト溝延長工程)である。It is a device cross section flow figure (source contact groove extension process) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス上面図(p+ボディコンタクト領域導入工程)である。It is a device top view (p + body contact region introduction process) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部(図19のX−X’断面に対応する)のデバイス断面フロー図(p+ボディコンタクト領域導入工程)である。FIG. 20 is a device cross-sectional flow diagram (p + body contact region introduction step) of a trench gate cell portion (corresponding to the X-X ′ cross section of FIG. 19) in the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present application; 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(バリアメタル膜成膜工程)である。It is a device section flow figure (barrier metal film formation process) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(アルミニウム系メタル膜成膜工程)である。FIG. 5 is a device cross-sectional flow diagram (aluminum-based metal film forming step) of a trench gate cell portion in the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(バックグラインディング工程)である。It is a device cross section flow figure (back grinding process) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application. 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(裏面多層メタル膜成膜工程)である。It is a device section flow figure (back surface multilayer metal film formation process) of a trench gate cell part in a manufacturing method of a semiconductor device of one embodiment of this application.

〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment of the invention disclosed in the present application will be described.

1.以下のウエハ処理装置を使用する半導体装置の製造方法であって、前記ウエハ処理装置は以下を有する:
(x1)外部と空間的に独立可能とされたロードロック室;
(x2)外部および前記ロードロック室と空間的に独立可能とされ、空間的に一体のスパッタリング成膜処理室;
(x3)前記スパッタリング成膜処理室内に設けられた第1および第2のスパッタリング成膜処理領域;
(x4)前記第1のスパッタリング成膜処理領域におけるターゲット切替機構;
(x5)前記ターゲット切替機構に保持された磁性ターゲットおよび非磁性ターゲット、
ここで、前記半導体装置の製造方法は以下の工程を含む:
(a)ウエハを前記ロードロック室に導入して、真空処理を施す工程;
(b)前記工程(a)の後、前記第1のスパッタリング成膜処理領域において、前記ウエハに対して、前記磁性ターゲットを用いた第1のスパッタリング成膜処理および前記非磁性ターゲットを用いた第2のスパッタリング成膜処理を実行する工程;
(c)前記工程(a)の後、前記第2のスパッタリング成膜処理領域において、前記ウエハに対して、第3のスパッタリング成膜処理を実行する工程;
(d)前記ロードロック室が空き次第、他のウエハに対して、前記工程(a)、(b)および(c)を含む処理を繰り返し連続的に実行する工程。
1. A method of manufacturing a semiconductor device using the following wafer processing apparatus, wherein the wafer processing apparatus includes:
(X1) a load lock room that is spatially independent from the outside;
(X2) Sputtering deposition processing chamber that is spatially independent of the outside and the load lock chamber and is spatially integrated;
(X3) first and second sputtering film forming regions provided in the sputtering film forming chamber;
(X4) a target switching mechanism in the first sputtering film forming region;
(X5) a magnetic target and a non-magnetic target held by the target switching mechanism,
Here, the manufacturing method of the semiconductor device includes the following steps:
(A) introducing a wafer into the load lock chamber and performing a vacuum treatment;
(B) After the step (a), in the first sputtering film forming region, the first sputtering film forming process using the magnetic target and the first sputtering film forming process using the non-magnetic target are performed on the wafer. Performing the sputtering film forming process of 2;
(C) A step of performing a third sputtering film forming process on the wafer in the second sputtering film forming region after the step (a);
(D) A step of repeatedly and continuously executing the processes including the steps (a), (b) and (c) on another wafer as soon as the load lock chamber is empty.

2.前記1項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理領域および前記第2のスパッタリング成膜処理領域の真空排気系は共通である。   2. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the evacuation system is common to the first sputtering film formation region and the second sputtering film formation region.

3.前記1または2項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理領域には、一組のマグネトロン用マグネット群が設置されている。   3. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 1 or 2, a set of magnetron magnet groups is installed in the first sputtering film forming region.

4.前記1から3項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記工程(a)の真空処理は、脱ガス処理である。   4). 4. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 3, the vacuum process in the step (a) is a degassing process.

5.前記1から4項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理領域におけるターゲットの切り替えは、前記磁性ターゲットおよび前記非磁性ターゲットを移動させることによって実行する。   5. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 4, the switching of the target in the first sputtering film formation region is performed by moving the magnetic target and the nonmagnetic target.

6.前記1から5項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理、前記第2のスパッタリング成膜処理および前記第3のスパッタリング成膜処理は、前記ウエハおよび前記他のウエハの裏面に対して実行される。   6). 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 5, wherein the first sputtering film forming process, the second sputtering film forming process, and the third sputtering film forming process are performed on the wafer and the other. Is performed on the backside of the wafer.

7.前記1から6項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハおよび前記他のウエハの厚さは、300マイクロメートル未満である。   7). 7. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 6, the thickness of the wafer and the other wafer is less than 300 micrometers.

8.前記1から7項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x6)前記ロードロック室の底部を形成できるように設けられた第1のウエハステージ;
(x7)前記第1のスパッタリング成膜処理領域に設けられた第2のウエハステージ;
(x8)前記第2のスパッタリング成膜処理領域に設けられた第3のウエハステージ。
8). 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 7, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X6) a first wafer stage provided so as to form the bottom of the load lock chamber;
(X7) a second wafer stage provided in the first sputtering film formation region;
(X8) A third wafer stage provided in the second sputtering film forming region.

9.前記1から8項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x9)前記第1のスパッタリング成膜処理領域に設けられた一組の第1の膜付着防止用シールド;
(x10)前記第2のスパッタリング成膜処理領域に設けられた一組の第2の膜付着防止用シールド。
9. 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 8, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X9) a set of first film adhesion preventing shields provided in the first sputtering film formation region;
(X10) A pair of second film adhesion preventing shields provided in the second sputtering film forming region.

10.前記8または9項の半導体装置の製造方法において、前記第1のウエハステージ、前記第2のウエハステージ、および前記第3のウエハステージは、平面的に言って、ほぼ同一円周上にある。   10. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 8 or 9, the first wafer stage, the second wafer stage, and the third wafer stage are substantially on the same circumference in plan view.

11.前記1から10項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置内における前記ウエハおよび前記他のウエハに対する処理は、前記ウエハおよび前記他のウエハの各ウエハとそれぞれリング状のウエハサセプタが近接した状態で実行される。   11. 11. In the method of manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 1 to 10, the processing on the wafer and the other wafer in the wafer processing apparatus is performed on each wafer of the wafer and the other wafer and a ring-shaped wafer, respectively. It is executed with the susceptor in close proximity.

12.前記1から11項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理はチタン膜のスパッタリング成膜処理であり、前記第2のスパッタリング成膜処理は第1のニッケル膜のスパッタリング成膜処理であり、前記第3のスパッタリング成膜処理は金膜のスパッタリング成膜処理である。   12 12. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 11, the first sputtering film formation process is a titanium film sputtering film formation process, and the second sputtering film formation process is a first nickel film. The third sputtering film forming process is a gold film sputtering film forming process.

13.前記1から12項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記磁性ターゲットの径は、前記非磁性ターゲットの径よりも小さい。   13. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 12, the diameter of the magnetic target is smaller than the diameter of the nonmagnetic target.

14.前記1から13項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x11)前記磁性ターゲットの背面に設けられた第1のバッキングプレート;
(x12)前記非磁性ターゲットの背面に設けられた第2のバッキングプレート;
(x13)前記非磁性ターゲットと前記第2のバッキングプレートの間に設けられたスペーサプレート。
14 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 13, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X11) a first backing plate provided on the back surface of the magnetic target;
(X12) a second backing plate provided on the back surface of the nonmagnetic target;
(X13) A spacer plate provided between the nonmagnetic target and the second backing plate.

15.前記1から14項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記真空排気系は以下を含む:
(y1)ドライポンプ;
(y2)クライオポンプ。
15. 15. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 14, wherein the evacuation system includes:
(Y1) dry pump;
(Y2) A cryopump.

16.前記15項の半導体装置の製造方法において、前記ロードロック室の真空排気系は以下を含む:
(y3)前記ドライポンプ;
(y4)分子ポンプ。
16. 16. The method for manufacturing a semiconductor device according to the item 15, wherein the load pump chamber evacuation system includes
(Y3) the dry pump;
(Y4) Molecular pump.

17.前記9から12項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x14)前記スパッタリング成膜処理室内に設けられた第3のスパッタリング成膜処理領域;
(x15)前記第3のスパッタリング成膜処理領域に設けられた第4のウエハステージ;
(x16)前記第3のスパッタリング成膜処理領域に設けられた一組の第3の膜付着防止用シールド。
17. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 9 to 12, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X14) a third sputtering film forming region provided in the sputtering film forming chamber;
(X15) a fourth wafer stage provided in the third sputtering film forming region;
(X16) A set of third film adhesion preventing shields provided in the third sputtering film forming region.

18.前記17項の半導体装置の製造方法において、前記第3のスパッタリング成膜処理領域は、第2のニッケル膜のスパッタリング成膜処理のためのものである。   18. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 17, the third sputtering film formation region is for sputtering film formation of the second nickel film.

19.前記17または18項の半導体装置の製造方法において、前記第1のウエハステージ、前記第2のウエハステージ、前記第3のウエハステージ、および前記第4のウエハステージは、平面的に言って、ほぼ同一円周上にある。   19. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 17 or 18, the first wafer stage, the second wafer stage, the third wafer stage, and the fourth wafer stage are substantially in a plane. On the same circumference.

20.前記1から19項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記工程(b)は、前記工程(c)よりも先に実行される。   20. 20. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 19, the step (b) is performed before the step (c).

21.前記1から20項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はパワーMOSFET、IGBTまたはLDMOSFETを有する。   21. 21. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 20, the semiconductor device includes a power MOSFET, an IGBT, or an LDMOSFET.

22.前記1から20項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はパワーMOSFETを有する。   22. 21. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 20, the semiconductor device includes a power MOSFET.

23.前記1から20項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はIGBTを有する。   23. 21. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 20, the semiconductor device includes an IGBT.

24.前記1から20項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はLDMOSFETを有する。   24. 21. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 20, the semiconductor device includes an LDMOSFET.

25.前記1から24項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第2のスパッタリング成膜処理は、前記第1のスパッタリング成膜処理よりも先に実行される。   25. 25. In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 24, the second sputtering film formation process is performed before the first sputtering film formation process.

〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary. Each part of a single example, one part is the other part of the details, or part or all of the modifications. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.

更に、本願において、「半導体装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)などの単体デバイスや、これらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したものをいう。なお、単体といっても、実際は、微小な素子を複数集積したものもある。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)や、IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor)を例示することができる。また、「MOS」といっても、絶縁膜を酸化物に限定しているわけではない。   Furthermore, in the present application, the term “semiconductor device” mainly refers to a single device such as various transistors (active elements), and mainly a resistor, a capacitor, etc. on a semiconductor chip or the like (for example, a single crystal silicon substrate). It is a collection. In addition, even if it is called a single unit, there are actually a plurality of small elements integrated. Here, as a typical example of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Transistor which can be a MISFET represented by a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or a transistor, an IGB transistor which can be an IGBT transistor, an IBB transistor, an IGB transistor, an IBB transistor, an IGB transistor, an IGB transistor, an IB transistor, an IGB transistor, an IGBT, and an IGBT. . Also, “MOS” does not limit the insulating film to oxide.

2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG(Fluorosilicate Glass)、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノクラスタリングシリカ(Nano-Clustering Silica:NSC)等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜)、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。   2. Similarly, in the description of the embodiment and the like, the material, composition, etc. may be referred to as “X consisting of A”, etc., except when clearly stated otherwise and clearly from the context, except for A It does not exclude what makes an element one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member” is not limited to pure silicon, but also includes SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and members containing other additives. Needless to say. Similarly, “silicon oxide film”, “silicon oxide insulating film”, etc. are not only relatively pure undoped silicon oxide (FS), but also FSG (Fluorosilicate Glass), TEOS-based silicon oxide ( Thermal oxide films such as TEOS-based silicon oxide), SiOC (Silicon Oxicarbide) or Carbon-doped Silicon oxide or OSG (Organosilicate glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), BPSG (Borophosphosilicate Glass), CVD Oxide film, SOG (Spin ON Glass), nano-clustering silica (Nano-Clustering Silica: NSC), etc., coating system silicon oxide, and silica-based low-k insulating film (porous insulation) with holes introduced in the same material Needless to say, a film) and a composite film with other silicon-based insulating films including these as main constituent elements are included.

また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。   In addition to silicon oxide insulating films, silicon nitride insulating films that are commonly used in the semiconductor field include silicon nitride insulating films. Materials belonging to this system include SiN, SiCN, SiNH, SiCNH, and the like. Here, “silicon nitride” includes both SiN and SiNH unless otherwise specified. Similarly, “SiCN” includes both SiCN and SiCNH, unless otherwise specified.

なお、SiCは、SiNと類似の性質を有するが、SiONは、むしろ、酸化シリコン系絶縁膜に分類すべき場合が多い。   Note that SiC has similar properties to SiN, but SiON is often rather classified as a silicon oxide insulating film.

3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。   3. Similarly, suitable examples of graphics, positions, attributes, and the like are given, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to those cases unless explicitly stated otherwise, and unless otherwise apparent from the context.

4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。   4). In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.

5.「ウエハ」というときは、通常は半導体装置(半導体集積回路装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。   5. “Wafer” usually refers to a single crystal silicon wafer on which a semiconductor device (same as a semiconductor integrated circuit device and an electronic device) is formed, but an insulating substrate such as an epitaxial wafer, an SOI substrate, an LCD glass substrate, and the like. Needless to say, a composite wafer such as a semiconductor layer is also included.

6.本願において、ウエハに対する処理を「連続的に実行する」とは、たとえば、バッチを25枚として、バッチ単位で処理するとすれば、第1番目のウエハがロードロック室からスパッタリング成膜室へ移動すると同時又はその後続いて、第2番目のウエハがロードロック室に導入され、第2番目のウエハがロードロック室からスパッタリング成膜室へ移動すると同時又はその後続いて、第3番目のウエハがロードロック室に導入される言う具合に、できるだけロードロック室やスパッタリング成膜室の各成膜領域の利用率を高めるように連続的又は断続的に処理することを言う。なお、種々の都合で適宜、処理の間隙や待機時間等を設けてもよい。   6). In the present application, “continuously executing” the processing for wafers means that, for example, if batch processing is performed with 25 batches, the first wafer moves from the load lock chamber to the sputtering film formation chamber. Simultaneously or subsequently, the second wafer is introduced into the load lock chamber and the second wafer moves from the load lock chamber to the sputtering deposition chamber. In other words, the treatment is performed continuously or intermittently so as to increase the utilization rate of each film formation region of the load lock chamber and the sputtering film formation chamber as much as possible. Note that a processing gap, a waiting time, and the like may be provided as appropriate for various reasons.

7.本願において、処理チャンバ、ロードロック室等に関して、「空間的に独立」とは、真空室としたときに独立していることであり、幾何学的には、当該チャンバ(空間領域1)とそれ以外の領域(空間領域2)間にマクロな断面積を有する空間通路(「マクロ空間通路」という)がないことを言う。また、「空間的に一体」とは、真空室としたときに、実質的に連結した一つの真空室を成し、全体の気圧が定常状態ではほぼ均一であることをいい、幾何学的には、当該空間領域内の任意の2点がその内部のみを通過するマクロ空間通路により連結可能なことを言う。ただし、これらの場合において、マクロ空間通路の途中には、真空ポンプ等の両端に顕著な圧力差を生ずる要素がないことを条件とする。   7). In the present application, regarding a processing chamber, a load lock chamber, and the like, “spatial independence” means being independent when a vacuum chamber is used, and geometrically, the chamber (spatial region 1) and the chamber. It means that there is no space passage (referred to as “macro space passage”) having a macro sectional area between other regions (space region 2). In addition, “spatial integration” means that when a vacuum chamber is formed, a substantially connected vacuum chamber is formed, and the entire atmospheric pressure is substantially uniform in a steady state. Means that any two points in the space region can be connected by a macro space passage that passes only through the interior. However, in these cases, it is a condition that there is no element that causes a significant pressure difference between both ends of the vacuum pump or the like in the middle of the macro space passage.

8.本願において、「パワー系半導体装置」とは、たとえば、パワーMOSFET,IGBT,LDMOSFET(Laterally Diffused MOSFET)等、および、これらのうち少なくとも一つを有する集積回路を指す。「パワーMOS系半導体装置」、「IGBT系半導体装置」、「LDMOS系半導体装置」等についても同様である。   8). In the present application, “power semiconductor device” refers to, for example, a power MOSFET, IGBT, LDMOSFET (Laterally Diffused MOSFET), and the like, and an integrated circuit having at least one of them. The same applies to “power MOS semiconductor device”, “IGBT semiconductor device”, “LDMOS semiconductor device”, and the like.

9.本願において、「ウエハとウエハサセプタが近接した状態」とは、ウエハがウエハサセプタに接触して保持されている状態及びウエハがウエハサセプタに接触していないが、ウエハがウエハサセプタ内にある状態を言う。   9. In this application, “the state where the wafer and the wafer susceptor are close to each other” means a state where the wafer is held in contact with the wafer susceptor and a state where the wafer is not in contact with the wafer susceptor but the wafer is in the wafer susceptor. To tell.

〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.

また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。   In the accompanying drawings, hatching or the like may be omitted even in a cross section when it becomes complicated or when the distinction from the gap is clear. In relation to this, when it is clear from the description etc., the contour line of the background may be omitted even if the hole is planarly closed. Furthermore, even if it is not a cross section, it may be hatched to clearly indicate that it is not a void.

なお、パワーMOSFET等へのスパッタリング成膜について開示した先行特許出願としては、たとえば日本特願第2009−92973号(日本出願日2009年4月7日)がある。   An example of a prior patent application that discloses sputtering film deposition on a power MOSFET or the like is, for example, Japanese Patent Application No. 2009-92973 (Japan application date April 7, 2009).

1.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法により製造したパワーMOSFETの一例の説明(主に図14)
図14は、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法により製造されたパワーMOSFETの一例を示すデバイス上面図である。図14に示すように、正方形又は長方形の板状のシリコン系半導体基板(個々のチップに分割する前はウエハである)上に素子を形成したパワーMOSFET素子チップ8(トレンチゲートパワーMOS型半導体装置)は中央部にあるソースパッド領域11(アルミニウム系パッド)が主要な面積を占めている。その下には、それらの幅(またはピッチ)よりも十分長く延びる帯状ゲート電極(柱状トレンチゲート電極に対応)と帯状ソースコンタクト領域が交互に多数形成された帯状繰り返しデバイスパターン領域R(リニアセル領域)がある。より正確には、リニアセル領域Rは、ソースパッド領域11の下方のほぼ全体に広がっており、破線で囲った部分はその一部である。このリニアセル領域Rの周辺には、ゲート電極を周辺から外部に引き出すゲートパッド領域13がある。更にその周りには、アルミニウムガードリング19が設けられている。そして、チップ8の最外周部はウエハをダイシング等により分割する際の領域、すなわち、スクライブ領域14である。
1. Description of an example of a power MOSFET manufactured by a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly FIG. 14)
FIG. 14 is a device top view showing an example of a power MOSFET manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. As shown in FIG. 14, a power MOSFET element chip 8 (trench gate power MOS type semiconductor device) in which elements are formed on a square or rectangular plate-like silicon-based semiconductor substrate (wafer before being divided into individual chips). ) Occupies the main area of the source pad region 11 (aluminum-based pad) in the center. Below that, a strip-shaped repetitive device pattern region R (linear cell region) in which a strip-shaped gate electrode (corresponding to a columnar trench gate electrode) extending sufficiently longer than the width (or pitch) and a number of strip-shaped source contact regions are alternately formed. There is. More precisely, the linear cell region R extends almost entirely below the source pad region 11, and a portion surrounded by a broken line is a part thereof. In the periphery of the linear cell region R, there is a gate pad region 13 for leading the gate electrode from the periphery to the outside. Further, an aluminum guard ring 19 is provided therearound. The outermost peripheral portion of the chip 8 is an area when the wafer is divided by dicing or the like, that is, a scribe area 14.

2.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法における関連するデバイス断面プロセスフローの概要説明(主に図15から図22)
このセクションでは、0.15マイクロメートルプロセスのリニアトレンチゲート型パワーMOSFETの例について、図15から図22に基づいて、セクション2における図14の帯状繰り返しデバイスパターン領域切り出し部分(リニアセル領域)Rに対応するデバイス断面等について、プロセスフローを説明する。
2. Outline of related device cross-section process flow in manufacturing method of semiconductor device of one embodiment of the present application (mainly FIGS. 15 to 22)
In this section, an example of a 0.15-micrometer process linear trench gate type power MOSFET corresponds to the strip-like repetitive device pattern region cutout portion (linear cell region) R in FIG. 14 in section 2 based on FIGS. A process flow will be described with respect to a device cross section and the like.

図15は、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるトレンチゲートセル部のデバイス断面フロー図(ソースコンタクト溝形成用レジストパターン形成工程)である。ここでは、200ファイのn+型シリコン単結晶ウエハ(シリコン系ウエハ)にn型エピタキシャル層(たとえばエピタキシャル層の厚さは、4マイクロメートル程度)を形成したn型エピタキシャルウエハ1を原材料ウエハとして使用する例を説明するが、ウエハの径は300ファイでも450ファイでも、その他(たとえば、n型シリコン単結晶ウエハにバックグラインディング後に裏面にn+型を形成してもよい)でもよい。また、ウエハの導電型はp型等でもよい。更に、ウエハの形式はエピタキシャルウエハに限らず、他の半導体基板や絶縁性基板等であってもよい。また、必要があれば、シリコン系以外の半導体ウエハ又は基板であってもよい。   FIG. 15 is a device cross-sectional flow diagram (source contact groove forming resist pattern forming step) of the trench gate cell portion in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. Here, an n-type epitaxial wafer 1 in which an n-type epitaxial layer (for example, the thickness of the epitaxial layer is about 4 micrometers) is formed on a 200 phi n + -type silicon single crystal wafer (silicon-based wafer) is used as a raw material wafer. As an example, the diameter of the wafer may be 300 phi, 450 phi, or other (for example, an n + type may be formed on the back surface after back-grinding an n-type silicon single crystal wafer). Further, the conductivity type of the wafer may be p-type. Further, the type of wafer is not limited to an epitaxial wafer, and may be another semiconductor substrate or an insulating substrate. Further, if necessary, it may be a semiconductor wafer or substrate other than silicon.

図15に示すように、半導体ウエハ1は、主にn+シリコン基板部1sとエピタキシャル層1eからなり、エピタキシャル層1e内には、もともとのn型エピタキシャル層であるn型ドリフト領域2があり、その上部には、p型チャネル領域(p型ベース領域)3、n+ソース領域4等が形成されている。エピタキシャル層1eから上部が突出するように、複数のトレンチゲート電極(ポリシリコン電極)6が周期的に設けられており、各トレンチゲート電極6の中下部周辺には、ゲート絶縁膜7が設けられている。半導体ウエハ1のデバイス面側1aには、層間絶縁膜21が形成されており、各トレンチゲート電極6を完全にカバーしている。この層間絶縁膜21としては、下層から、たとえば60nm程度の厚さを有する窒化シリコン膜(窒化シリコン系絶縁膜)、300nm程度の厚さを有するPSG膜(酸化シリコン系絶縁膜)、95nm程度の厚さを有するSOG膜(酸化シリコン系絶縁膜)等からなる多層絶縁膜を例示することができる。   As shown in FIG. 15, the semiconductor wafer 1 is mainly composed of an n + silicon substrate portion 1s and an epitaxial layer 1e. In the epitaxial layer 1e, there is an n-type drift region 2 which is an original n-type epitaxial layer. In the upper part, a p-type channel region (p-type base region) 3, an n + source region 4 and the like are formed. A plurality of trench gate electrodes (polysilicon electrodes) 6 are periodically provided so that the upper portion protrudes from the epitaxial layer 1e, and a gate insulating film 7 is provided around the middle and lower portions of each trench gate electrode 6. ing. An interlayer insulating film 21 is formed on the device surface side 1 a of the semiconductor wafer 1 to completely cover each trench gate electrode 6. As the interlayer insulating film 21, from the lower layer, for example, a silicon nitride film (silicon nitride insulating film) having a thickness of approximately 60 nm, a PSG film (silicon oxide insulating film) having a thickness of approximately 300 nm, A multilayer insulating film composed of a thick SOG film (silicon oxide insulating film) or the like can be exemplified.

層間絶縁膜21上には、加工のためのレジスト膜9が形成されている。このレジスト膜9をエッチングマスクとして、ドライエッチングを実行すると、図16に示すように、凹部(ソースコンタクト溝)22が形成される。次に、不要になったレジスト膜9を除去すると図17に示すように状態となる。   A resist film 9 for processing is formed on the interlayer insulating film 21. When dry etching is performed using the resist film 9 as an etching mask, a recess (source contact groove) 22 is formed as shown in FIG. Next, when the resist film 9 that is no longer needed is removed, the state is as shown in FIG.

次に、パターニングされた層間絶縁膜21をエッチングマスクとして、更にドライエッチングを実行すると、図18に示すように、凹部(ソースコンタクト溝)22がp型チャネル領域3の上端まで延長される。   Next, when dry etching is further performed using the patterned interlayer insulating film 21 as an etching mask, the recess (source contact groove) 22 is extended to the upper end of the p-type channel region 3 as shown in FIG.

この時点の図18に対応する(図20にも対応している)デバイス上面(ウエハ上面)を図19に示す。図19において、セル繰り返し単位領域Gを図20にも対応して示す。   FIG. 19 shows a device upper surface (wafer upper surface) corresponding to FIG. 18 (corresponding to FIG. 20) at this time. In FIG. 19, the cell repetition unit region G is also shown corresponding to FIG.

図18に続き、図20に示すように、ソースコンタクト溝22(たとえば溝底幅300nm程度、深さ850nm程度、アスペクト比2以上、5以下程度であり、平均的には、2.8程度である)を通して、イオン注入により、p型チャネル領域3の表面領域に、p+ボディコンタクト領域5を導入する。   Following FIG. 18, as shown in FIG. 20, the source contact groove 22 (for example, the groove bottom width is about 300 nm, the depth is about 850 nm, the aspect ratio is about 2 or more and about 5 or less, and the average is about 2.8. P + body contact region 5 is introduced into the surface region of p-type channel region 3 by ion implantation.

次に、図21に示すように、半導体ウエハ1のデバイス面側1aのほぼ全面に、バリアメタル膜23を形成する。なお、バリアメタル膜23は、たとえば、下層バリアメタル膜、上層バリアメタル膜等で構成され、下層バリアメタル膜(一部はシリサイド化メタル)としては、チタンのほか、TiW,Ta,W,WSi等が使用可能である。また、上層バリアメタル膜としては、窒化チタンのほか、TiW,TaN等が使用可能である。   Next, as shown in FIG. 21, a barrier metal film 23 is formed on substantially the entire device surface side 1 a of the semiconductor wafer 1. The barrier metal film 23 is composed of, for example, a lower barrier metal film, an upper barrier metal film, or the like. As the lower barrier metal film (partially silicided metal), in addition to titanium, TiW, Ta, W, WSi Etc. can be used. As the upper barrier metal film, TiW, TaN, etc. can be used in addition to titanium nitride.

続いて、シリサイデーションアニールを実施する。シリサイデーションアニールを実施すると、シリコン部材と接しているチタン膜部分が、その全厚にわたりチタンシリサイド化するが、図示が煩雑になるので、これらの変化は表示しない。   Subsequently, silicidation annealing is performed. When silicidation annealing is performed, the titanium film portion in contact with the silicon member is converted into titanium silicide over the entire thickness, but the illustration becomes complicated, so these changes are not displayed.

次に、図22に示すように、バリアメタル膜23上のほぼ全面に、ソース電極となるアルミニウム系メタル膜24を成膜する。なお、ソース電極材料としては、ここで説明するシリコン添加アルミニウム系メタル(AlSi)のほか、AlCu,純Al、銅系メタル部材等が使用可能である。   Next, as shown in FIG. 22, an aluminum-based metal film 24 to be a source electrode is formed on almost the entire surface of the barrier metal film 23. As a source electrode material, AlCu, pure Al, a copper metal member, etc. can be used in addition to the silicon-added aluminum metal (AlSi) described here.

その後、アルミニウム系メタル膜24をパターニングし、その上に、ファイナルパッシベーション絶縁膜(たとえば2マイクロメータ程度の厚さを有する塗布系ポリイミド樹脂膜等の有機系絶縁膜)を形成して、必要な開口を形成する。   Thereafter, the aluminum-based metal film 24 is patterned, and a final passivation insulating film (for example, an organic insulating film such as a coating-based polyimide resin film having a thickness of about 2 micrometers) is formed on the aluminum-based metal film 24. Form.

次に、図23に示すように、バックグラインディング処理を施し、元のウエハ厚さ(たとえば750マイクロメートル程度)をたとえば120から280マイクロメートル程度(すなわち、300マイクロメートル未満)まで薄くする。   Next, as shown in FIG. 23, a back grinding process is performed to reduce the original wafer thickness (for example, about 750 micrometers) to, for example, about 120 to 280 micrometers (that is, less than 300 micrometers).

次に、図24に示すように、ウエハ1の裏面1bに多層メタル膜15(裏面メタル電極膜)をスパッタリング成膜により、成膜する。裏面メタル電極膜15は、ウエハ1に近い側から、たとえば、裏面チタン膜15a(金およびニッケルの拡散防止層)、裏面ニッケル膜15b(チップボンディング材との接着層)、裏面金膜15c(ニッケルの酸化防止層)等からなる。その後、個々のチップに分割すると、図14に示すようなデバイスとなる。   Next, as shown in FIG. 24, a multilayer metal film 15 (back metal electrode film) is formed on the back surface 1b of the wafer 1 by sputtering. The back metal electrode film 15 is formed from the side close to the wafer 1, for example, a back titanium film 15a (gold and nickel diffusion prevention layer), a back nickel film 15b (adhesive layer with a chip bonding material), and a back gold film 15c (nickel). For example, an antioxidant layer). Then, when divided into individual chips, a device as shown in FIG. 14 is obtained.

このウエハ裏面多層メタル成膜プロセスは、次セクションにおいて、詳しく説明する。   This wafer backside multilayer metal deposition process will be described in detail in the next section.

3.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するメタル成膜装置等の説明(主に図1から図12により説明、更に図24を参照)
このセクションでは、前セクションの図24で説明したウエハ裏面多層メタル成膜プロセスに使用するウエハ処理装置(多層スパッタリング成膜装置)について更に説明する。なお、200φウエハ用の市販の好適な装置としては、株式会社アルバック(ULVAC,Inc.)の多層スパッタリング成膜装置SRH−420等を例示することができる。
3. Description of a metal film forming apparatus and the like used in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly described with reference to FIGS. 1 to 12, and further refer to FIG. 24)
In this section, a wafer processing apparatus (multilayer sputtering film forming apparatus) used in the wafer back surface multilayer metal film forming process described in FIG. 24 in the previous section will be further described. An example of a commercially available suitable apparatus for a 200φ wafer is a multilayer sputtering film forming apparatus SRH-420 manufactured by ULVAC, Inc.

図1は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するウエハ裏面多層メタル成膜装置の上面図である。図2は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するウエハ裏面多層メタル成膜装置の上面図(図1においてターゲット切替機構を透明化して、その下の部分を見やすくしたもの)である。図3は図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置におけるウエハの移動の仕方を説明するための内部搬送ロボット、各ウエハステージ、ステージ上のウエハ、およびウエハサセプタの斜視図である。図4は図3のウエハサセプタの上面図である。図5は図4のX−X’断面に対応するウエハサセプタの断面図(内部搬送ロボットに保持されているとき)である。図6は図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置の冷却ウエハステージ63b、63cの正断面構造図である。図7は図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置のランプ加熱ウエハステージ63aの正断面構造図である。図8は図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置のロードロック室61の正断面構造図(脱ガス処理中)である。図9は図1および図2に示すウエハ裏面多層メタル成膜装置を見やすいように横長に展開したときの模式断面図である。図10は図9のウエハ裏面多層メタル成膜装置におけるマルチターゲット成膜処理領域62b部分周辺の拡大断面図である。図11は図9および図10に示すマグネトロン用マグネット群の下面拡大図である。図12は図9および図10に示すターゲット切替機構59の拡大断面図である。図13は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセスのプロセスブロックフロー図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するメタル成膜装置およびそれを用いたウエハ裏面多層メタル層成膜プロセス等を説明する。   FIG. 1 is a top view of a wafer back surface multilayer metal film forming apparatus used in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application. FIG. 2 is a top view of a wafer back surface multilayer metal film forming apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (in FIG. 1, the target switching mechanism is made transparent so that the lower part can be easily seen). is there. FIG. 3 is a perspective view of the internal transfer robot, each wafer stage, the wafer on the stage, and the wafer susceptor for explaining how to move the wafer in the wafer backside multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. FIG. 4 is a top view of the wafer susceptor of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the wafer susceptor corresponding to the X-X ′ cross section of FIG. 4 (when held by the internal transfer robot). FIG. 6 is a front sectional view of the cooling wafer stages 63b and 63c of the wafer backside multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. FIG. 7 is a front sectional structural view of the lamp heating wafer stage 63a of the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. FIG. 8 is a front sectional structural view (during degassing processing) of the load lock chamber 61 of the wafer backside multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view when the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus shown in FIGS. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the multi-target film forming region 62b in the wafer back surface multilayer metal film forming apparatus of FIG. FIG. 11 is an enlarged bottom view of the magnetron magnet group shown in FIGS. 9 and 10. FIG. 12 is an enlarged sectional view of the target switching mechanism 59 shown in FIGS. 9 and 10. FIG. 13 is a process block flow diagram of a wafer back surface multilayer metal layer deposition process in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application. Based on these, a metal film forming apparatus used in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application, a wafer back surface multilayer metal layer forming process using the metal film forming apparatus, and the like will be described.

まず、図1から図12により、ウエハ裏面多層メタル成膜プロセスに使用する単一チャンバ型多層スパッタリング成膜装置51の構造等を説明する。図1または図2に示すように、単一チャンバ型多層スパッタリング成膜装置51は、ロードポート部52と成膜処理部53から構成されている。このロードポート部52には、被処理ウエハ1を収容したウエハ搬送容器またはウエハカセット54が置けるようになっており、被処理ウエハ1は、外部ロボット56の先端部56a(上面は弾性体パッドとなっている)によって、そのデバイス面1aを保持されて、リフトステージ50上に置かれ、その後、リフトステージ50が降下して、ウエハ1をウエハサセプタ65(金属または耐熱絶縁体)にセットする。ここで、必要であれば、ウエハ1の方位(ノッチまたはオリエンテーションフラットの方向)を合わせる。   First, the structure and the like of a single chamber type multilayer sputtering film forming apparatus 51 used in the wafer back surface multilayer metal film forming process will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1 or 2, the single chamber type multilayer sputtering film forming apparatus 51 includes a load port unit 52 and a film forming unit 53. A wafer transfer container or wafer cassette 54 that accommodates the wafer 1 to be processed can be placed in the load port portion 52. The wafer 1 to be processed 1 has a tip 56a of the external robot 56 (the upper surface is an elastic pad). The device surface 1a is held and placed on the lift stage 50, and then the lift stage 50 is lowered to set the wafer 1 on the wafer susceptor 65 (metal or heat-resistant insulator). Here, if necessary, the orientation (direction of notch or orientation flat) of the wafer 1 is aligned.

成膜処理部53内には、ロードロック室61とスパッタリング成膜処理室57が設けられており、ロードロック室61は、その外部と空間的に独立可能となっている。スパッタリング成膜処理室57内には、単一ターゲット成膜処理領域62a、62cおよびマルチターゲット成膜処理領域62bが設けられており、これらに対応して、ランプ加熱ウエハステージ63aおよび冷却ウエハステージ63b、63cが設けられている。また、スパッタリング成膜処理室57内には、ロードロック室61に対応して、真空フランジ付きウエハステージ63dが設けられており、この真空フランジ付きウエハステージ63dおよびウエハステージ63a、63b、63c間でウエハ1をウエハサセプタ65とともに移送する内部搬送ロボット58が設けられている。   A load lock chamber 61 and a sputtering film formation processing chamber 57 are provided in the film formation processing unit 53, and the load lock chamber 61 can be spatially independent from the outside. In the sputtering film forming chamber 57, single target film forming regions 62a and 62c and a multi-target film forming region 62b are provided. Corresponding to these, the lamp heating wafer stage 63a and the cooling wafer stage 63b are provided. , 63c. In addition, a wafer stage 63d with a vacuum flange is provided in the sputtering film forming chamber 57 corresponding to the load lock chamber 61, and between the wafer stage 63d with a vacuum flange and the wafer stages 63a, 63b, 63c. An internal transfer robot 58 that transfers the wafer 1 together with the wafer susceptor 65 is provided.

更に、成膜処理部53には、マルチターゲット成膜処理領域62bのターゲットを切り替えるターゲット切替機構59(上部電極又はカソード)が設けられており、そこには、たとえば、チタンターゲット64t(非磁性ターゲット)、ニッケルターゲット64n(磁性ターゲット)等がセットされている。通常、このターゲット切替機構59、すなわち、ターゲット保持回転テーブルには、3枚のターゲットがセット可能となっており、ここでは、一つの空きポジション64xがある。   Furthermore, the film forming unit 53 is provided with a target switching mechanism 59 (upper electrode or cathode) for switching the target in the multi-target film forming region 62b, and includes, for example, a titanium target 64t (nonmagnetic target). ), Nickel target 64n (magnetic target) and the like are set. Normally, three targets can be set on the target switching mechanism 59, that is, the target holding rotary table, and here, there is one empty position 64x.

次に、図3により、内部搬送ロボット58、ウエハサセプタ65、ウエハステージ63a、63b、63c等を更に説明する。図3に示すように、内部搬送ロボット58は、上下移動および両方向に回転可能となっており、4つのウエハサセプタ65(ウエハ1がセットされた)を同時に搬送可能となっている。このとき、ウエハ1は、その裏面1bを上にして、ウエハサセプタ65内に収容されている。各ステージ支持台55上のウエハステージ63a、63b、63cは、必要に応じて種々の構造をしており、たとえば、ロードロック室61(脱ガス室)用のウエハステージ63dには、Oリング60をセットできるフランジ部があり、ウエハ1の高さを上げるための金属ステージ99等が設けられている。   Next, the internal transfer robot 58, the wafer susceptor 65, the wafer stages 63a, 63b, 63c, etc. will be further described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the internal transfer robot 58 can move up and down and rotate in both directions, and can transfer four wafer susceptors 65 (with the wafer 1 set) simultaneously. At this time, the wafer 1 is accommodated in the wafer susceptor 65 with its back surface 1b facing up. The wafer stages 63a, 63b, 63c on each stage support base 55 have various structures as required. For example, the wafer stage 63d for the load lock chamber 61 (degas chamber) includes an O-ring 60. And a metal stage 99 or the like for raising the height of the wafer 1 is provided.

次に、図4および図5(図4のX−X’断面)により、ウエハサセプタ65の詳細構造等を説明する。図4に示すように、ウエハサセプタ65は円環状の金属(たとえば、ステンレススチール)または絶縁体(たとえば、石英)で構成され、周辺に位置ずれ防止ノッチ65nが設けられており、搬送時および成膜処理時の位置ずれを防止している。ここでは、多層成膜プロセスが、全体として摂氏250度以上の処理を伴う場合には、たとえば石英ウエハ製のサセプタ65を用い、摂氏250度以上の処理を伴わない場合には、たとえばステンレススチール製(たとえばオーステナイト系非磁性ステンレススティール製)のサセプタ65を用いている。   Next, the detailed structure of the wafer susceptor 65 and the like will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 4, the wafer susceptor 65 is made of a ring-shaped metal (for example, stainless steel) or an insulator (for example, quartz), and is provided with a misalignment prevention notch 65n around the wafer susceptor 65. Misalignment during film processing is prevented. Here, when the multilayer film forming process involves processing of 250 degrees Celsius or more as a whole, for example, a susceptor 65 made of quartz wafer is used, and when processing of 250 degrees Celsius or more is not involved, for example, stainless steel is used. A susceptor 65 (for example, made of austenitic non-magnetic stainless steel) is used.

図5に内部搬送ロボット58によって保持された状態のウエハ1を保持したウエハサセプタ65の断面を示す。図5に示すように、ウエハ1はその裏面1bを上にむけた状態でウエハサセプタ65の内部平坦部により、その周辺部を保持されており、ウエハサセプタ65はその周辺部を内部搬送ロボット58の先端部によって保持されている。   FIG. 5 shows a cross section of the wafer susceptor 65 that holds the wafer 1 held by the internal transfer robot 58. As shown in FIG. 5, the periphery of the wafer 1 is held by the internal flat portion of the wafer susceptor 65 with the back surface 1b facing upward, and the wafer susceptor 65 holds the periphery of the internal transfer robot 58. Is held by the tip of the.

次に、非加熱ステージ63b、63cの断面構造を図6により説明する。図6に示すように、たとえば銅製の水冷ホルダ部66(冷却用ベース金属板)上の同じくたとえば銅製の金属スペーサ67を介して、内部に電極を有するセラミック製の静電チャック(Electrostatic chuck)68が設けられており、その上に、ウエハ1のデバイス面1aを傷つけないように、たとえばポリイミドフィルム等のウエハ表面保護層70が設けられている。ウエハサセプタ65はサセプタ位置決め用絶縁リング69aを介して冷却用ベース金属板66上に保持されており、その状態では、ウエハ1はウエハサセプタ65から離れて、ウエハ表面保護層70によって支えられている。   Next, the sectional structure of the non-heating stages 63b and 63c will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, for example, an electrostatic chuck 68 made of ceramic having an electrode inside through a metal spacer 67 made of copper, for example, on a water-cooled holder 66 made of copper (cooling base metal plate). A wafer surface protective layer 70 such as a polyimide film is provided thereon so as not to damage the device surface 1 a of the wafer 1. The wafer susceptor 65 is held on the cooling base metal plate 66 via the susceptor positioning insulating ring 69a. In this state, the wafer 1 is separated from the wafer susceptor 65 and supported by the wafer surface protective layer 70. .

次に、ランプ加熱ウエハステージ63aの断面構造を図7により説明する。図7に示すように、ステージ支持台55上に反射板73があり、この周辺には金属製のウエハホルダベース71があり、このウエハホルダベース71の開口部の上に石英窓98が設けられている。この石英窓98と反射板73の間には、ランプヒータ72が設けられている。ウエハホルダベース71上にはサセプタ位置決め用絶縁リング69bを介してウエハサセプタ65が置かれており、その中にウエハ1がその裏面1bを上に向けて保持されている。   Next, the sectional structure of the lamp heating wafer stage 63a will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, a reflector 73 is provided on a stage support base 55, a metal wafer holder base 71 is provided around the reflector 73, and a quartz window 98 is provided on the opening of the wafer holder base 71. ing. A lamp heater 72 is provided between the quartz window 98 and the reflection plate 73. A wafer susceptor 65 is placed on the wafer holder base 71 via a susceptor positioning insulating ring 69b, in which the wafer 1 is held with its back surface 1b facing up.

次に、ロードロック室61の断面構造(外部と遮断されている状態)を図8(図3参照)により説明する。図8に示すように、ロードロック室61は、それ以外の部分とOリング60を有するウエハゲート77と同様にOリング60を有する真空フランジ付きウエハステージ63dによって、遮断されている。ロードロック室61の上方には、ガス供給ライン76(ガス供給ノズル)が設けられており、その直下には反射板73、ランプヒータ72、石英窓98等から構成されたウエハ裏面加熱機構80も設けられている。真空フランジ付きウエハステージ63d上には、金属ステージ99を介して、ウエハサセプタ65が置かれている。このとき、ウエハ1はウエハサセプタ65に保持されており、ウエハ1と金属ステージ99は離れている。   Next, a cross-sectional structure of the load lock chamber 61 (a state in which it is blocked from the outside) will be described with reference to FIG. 8 (see FIG. 3). As shown in FIG. 8, the load lock chamber 61 is blocked by a wafer stage 63 d with a vacuum flange having an O-ring 60 in the same manner as the wafer gate 77 having the other portions and the O-ring 60. A gas supply line 76 (gas supply nozzle) is provided above the load lock chamber 61, and a wafer back surface heating mechanism 80 including a reflector 73, a lamp heater 72, a quartz window 98 and the like is also provided directly below the gas supply line 76. Is provided. A wafer susceptor 65 is placed on the wafer stage 63 d with a vacuum flange via a metal stage 99. At this time, the wafer 1 is held by the wafer susceptor 65, and the wafer 1 and the metal stage 99 are separated.

次に、図9により、ウエハ処理装置51(多層スパッタリング成膜装置)の真空系、ロードロック室(脱ガス室)61、各スパッタリング成膜処理室57、成膜処理領域62a、62b、62c等を更に説明する。図9に示すように、各ウエハステージ63a、63b、63c、63dの主要部はスパッタリング成膜処理室57内にあり、昇降可能となっており、ロードロック室61はウエハステージ63dの上昇によって、成膜処理室57と空間的に独立になるようにされている。一方、成膜処理領域62a、62b、62cもそれぞれ各ウエハステージ63a、63b、63cが上昇することによって、ウエハ1に対する処理が実施可能な状態になるが、各成膜処理領域62a、62b、62cと成膜処理室57のその他の部分は、空間的に独立ではなく、基本的にほぼ同一の気圧となっている。   Next, referring to FIG. 9, the vacuum system of the wafer processing apparatus 51 (multilayer sputtering film forming apparatus), the load lock chamber (degas chamber) 61, each sputtering film forming processing chamber 57, film forming processing regions 62a, 62b, 62c, etc. Will be further described. As shown in FIG. 9, the main part of each wafer stage 63a, 63b, 63c, 63d is in the sputtering film forming chamber 57 and can be moved up and down, and the load lock chamber 61 is moved upward by the wafer stage 63d. The film formation chamber 57 is spatially independent. On the other hand, the film processing regions 62a, 62b, and 62c also become ready to perform processing on the wafer 1 by raising the wafer stages 63a, 63b, and 63c. The other portions of the film forming chamber 57 are not spatially independent but basically have substantially the same atmospheric pressure.

次に真空系について説明する。図9(なお、図9及び図10においては、図示の都合上、ウエハサセプタ65を省略している)に示すように、ロードロック室61はターボ分子ポンプ81、ドライ粗引きポンプ78等で構成された真空系(ロードロック真空系)で真空引きされる。このロードロック真空系が動作中は、ロードロック排気バルブ87および分子ポンプバルブ82が開状態である。このとき、通常、成膜処理室57の真空系(成膜処理室真空系)も動作状態である。成膜処理室真空系は主にクライオポンプ79で構成されており、このポンプの動作中は、メイン排気バルブ86が開状態であり、粗引きバルブ84、クライオポンプ排気バルブ85、ドライポンプバルブ83等は閉状態である。なお、クライオポンプ79による排気開始時の粗引きにおいては、メイン排気バルブ86およびクライオポンプ排気バルブ85を閉状態として、粗引きバルブ84、ドライポンプバルブ83等を開状態として、排気管88(真空排気系)を介してドライ粗引きポンプ78により粗引きを実行する。ここで、通常の状態では、分子ポンプバルブ82とドライポンプバルブ83は同時に開状態としない。   Next, the vacuum system will be described. As shown in FIG. 9 (for convenience of illustration, the wafer susceptor 65 is omitted in FIG. 9 and FIG. 10), the load lock chamber 61 includes a turbo molecular pump 81, a dry roughing pump 78, and the like. The vacuum system (load lock vacuum system) is evacuated. While this load lock vacuum system is operating, the load lock exhaust valve 87 and the molecular pump valve 82 are open. At this time, normally, the vacuum system of the film forming chamber 57 (film forming chamber vacuum system) is also in an operating state. The vacuum chamber of the film forming chamber is mainly composed of a cryopump 79. During operation of this pump, the main exhaust valve 86 is open, and the roughing valve 84, cryopump exhaust valve 85, dry pump valve 83 are open. Etc. are closed. In the roughing at the start of exhausting by the cryopump 79, the main exhaust valve 86 and the cryopump exhaust valve 85 are closed, the roughing valve 84, the dry pump valve 83, etc. are opened, and the exhaust pipe 88 (vacuum) Roughing is performed by the dry roughing pump 78 via the exhaust system. Here, in a normal state, the molecular pump valve 82 and the dry pump valve 83 are not simultaneously opened.

次に、各成膜処理領域62a、62b、62cの構造を説明する。図9に示すように、成膜処理領域62a、62cは、成膜処理室57の内壁91が外部に向けて一部突出して円筒状の下方が開放された部屋状の区画(部屋状区画または円筒状区画)をその主要部としている。この円筒状区画内には、膜付着防止シールド75(使用時は接地電位にされる)が設けられており、円筒状区画の上部内側には、たとえば他のニッケルターゲット64s(磁性ターゲット)、金ターゲット64a(非磁性ターゲット)、またはそれを取り付ける上部電極(カソード電極)が、それぞれ設けられている。更に、円筒状区画の上部外側には、マグネトロン用マグネット群(マグネット搭載回転板)74がそれぞれ設けられている。   Next, the structure of each film-forming process area 62a, 62b, 62c will be described. As shown in FIG. 9, the film forming regions 62a and 62c are formed into room-like compartments (room-like compartments or room-like compartments) in which the inner wall 91 of the film-forming treatment chamber 57 partially protrudes toward the outside and the cylindrical lower part is opened. The cylindrical section) is the main part. In this cylindrical section, a film adhesion preventing shield 75 (which is set to the ground potential when used) is provided, and another nickel target 64s (magnetic target), gold, for example, is disposed on the upper inner side of the cylindrical section. A target 64a (nonmagnetic target) or an upper electrode (cathode electrode) to which the target 64a is attached is provided. Further, magnetron magnet groups (magnet-mounted rotating plates) 74 are provided on the upper outer sides of the cylindrical sections.

これと同様に、図9に示すように、成膜処理領域62bは、成膜処理室57の内壁91が外部に向けて一部突出して円筒状の下方が開放された部屋状の区画(部屋状区画または円筒状区画)をその主要部としている。この円筒状区画内には、同様に膜付着防止シールド75(使用時は接地電位にされる)が設けられている。ここで、成膜処理領域62bは、複数のターゲットを切り替えて使用するため、円筒状区画に空間的に連結して、ターゲット切替機構59(上部電極又はカソード)を収容するための拡張区画90が設けられている。ここには、先と同様に、マグネトロン用マグネット群(マグネット搭載回転板)74や、カソードを構成するチタンターゲット64t(非磁性ターゲット)、ニッケルターゲット(磁性ターゲット)64nが設置されているが、構造が複雑であるので、拡大した図10により説明する。   Similarly, as shown in FIG. 9, the film formation processing region 62b is a room-like section (room) in which the inner wall 91 of the film formation processing chamber 57 partially protrudes toward the outside and the cylindrical lower part is opened. The main part is a cylindrical section or a cylindrical section). In the cylindrical section, a film adhesion prevention shield 75 (which is set to the ground potential when used) is similarly provided. Here, since the film forming region 62b is used by switching a plurality of targets, there is an expansion section 90 spatially connected to the cylindrical section to accommodate the target switching mechanism 59 (upper electrode or cathode). Is provided. Here, as before, a magnetron magnet group (magnet mounting rotary plate) 74, a titanium target 64t (nonmagnetic target) and a nickel target (magnetic target) 64n constituting the cathode are installed. Is complicated, and will be described with reference to FIG.

図10に示すように、この部分の成膜処理室57の壁面(たとえばアルミニウム系金属製)は、内壁91と外壁89の2重構造となっており、その間にターゲット切替機構59が収容され、水平に回転可能となっている。ターゲット切替機構59は、複数のターゲットをその下面に保持して回転可能なターゲット保持板、その回転機構等から構成されている。外壁89の外側には、マグネット-ターゲット間隔壁92を介して、マグネトロン用マグネット群74(マグネット搭載回転板)が設けられており、ウエハ処理時には回転機構により回転するようになっている。マルチターゲット成膜処理領域62bの円筒状区画の上方側面側には、ガス供給用のノズル76(ガス供給ライン)が設けられている。   As shown in FIG. 10, the wall surface (for example, made of aluminum metal) of the film forming chamber 57 in this portion has a double structure of an inner wall 91 and an outer wall 89, and a target switching mechanism 59 is accommodated between them. It can be rotated horizontally. The target switching mechanism 59 includes a target holding plate that can rotate while holding a plurality of targets on its lower surface, a rotating mechanism, and the like. A magnetron magnet group 74 (magnet-mounted rotating plate) is provided outside the outer wall 89 via a magnet-target interval wall 92, and is rotated by a rotating mechanism during wafer processing. A gas supply nozzle 76 (gas supply line) is provided on the upper side surface of the cylindrical section of the multi-target film formation region 62b.

なお、他の成膜処理領域62a、62cの構造も図10の単一ターゲット成膜処理領域周辺部Lとほぼ同様の構造をしている。ただし、他の成膜処理領域62a、62cの場合は、ターゲットは移動せず、固定されている。その他の部分、すなわち、膜付着防止シールド75、ガス供給用のノズル76、マグネトロン用マグネット群74、マグネット-ターゲット間隔壁92(たとえばオーステナイト系非磁性ステンレススティール製)等はほぼ同様の構造をしている。   Note that the structures of the other film forming regions 62a and 62c are substantially the same as the peripheral portion L of the single target film forming region in FIG. However, in the case of the other film forming regions 62a and 62c, the target does not move and is fixed. Other parts, that is, the film adhesion prevention shield 75, the gas supply nozzle 76, the magnetron magnet group 74, the magnet-target spacing wall 92 (for example, made of austenitic non-magnetic stainless steel), etc. have substantially the same structure. Yes.

次に、図10その他のマグネトロン用マグネット群74(図9の各マグネトロン用マグネット群74について同じ)の詳細構造を図11(マグネット搭載回転板の下面拡大図)により説明する。図11に示すように、金属板74(たとえばオーステナイト系非磁性ステンレススティール製)上に円形の永久磁石94n,94nが、たとえば回転中心93を共有する2つの同心円上に”C”の字状に配列されている。このとき、永久磁石94n,94nは、同心円の円周に沿って、表面が交互にN極、S極となることによって封じ込め磁場を形成するように配列されている。   Next, the detailed structure of FIG. 10 and other magnetron magnet groups 74 (the same applies to each magnetron magnet group 74 of FIG. 9) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, circular permanent magnets 94n, 94n are formed in a letter "C" on two concentric circles sharing a rotation center 93, for example, on a metal plate 74 (for example, made of austenitic non-magnetic stainless steel). It is arranged. At this time, the permanent magnets 94n and 94n are arranged so as to form a containment magnetic field along the circumference of a concentric circle by alternately changing the surface to the north and south poles.

次に、図10のターゲット切替機構59の主要部であるターゲット搭載回転板の詳細断面構造を図12により説明する。図12に示すように、ターゲット搭載回転板59(たとえば銅製)には、たとえば3個の円形開口が設けられており、必要に応じて、そこにターゲットを取り付ける。ここでは、磁性ターゲットとしてニッケルターゲット64n(たとえば直径290ミリメートル程度、厚さ5ミリメートル程度)を、非磁性ターゲットとしてチタンターゲット64t(たとえば直径304ミリメートル程度、厚さ12ミリメートル程度)を取り付けている。各ターゲットはバッキングメタルプレート95(第1及び第2のバッキングプレートであり、たとえば銅製、直径360ミリメートル程度、厚さ5ミリメートル程度)を介して、取り付けられている。マグネットターゲット間距離D(マグネトロン用マグネット群の下端からターゲットの下面までの距離)は、ニッケルターゲット64n(磁性ターゲット)については、たとえば22ミリメートル程度、チタンターゲット64t(非磁性ターゲット)については、たとえば29ミリメートル程度を例示することができる。   Next, the detailed cross-sectional structure of the target mounting rotary plate, which is the main part of the target switching mechanism 59 in FIG. 10, will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the target mounting rotary plate 59 (for example, made of copper) is provided with, for example, three circular openings, and a target is attached thereto as necessary. Here, a nickel target 64n (for example, a diameter of about 290 millimeters and a thickness of about 5 millimeters) is attached as a magnetic target, and a titanium target 64t (for example, a diameter of about 304 millimeters and a thickness of about 12 millimeters) is attached as a nonmagnetic target. Each target is attached via a backing metal plate 95 (first and second backing plates, for example, made of copper, having a diameter of about 360 millimeters and a thickness of about 5 millimeters). The distance D between magnet targets (the distance from the lower end of the magnetron magnet group to the lower surface of the target) is, for example, about 22 millimeters for the nickel target 64n (magnetic target) and 29 for the titanium target 64t (nonmagnetic target), for example. A millimeter can be exemplified.

なお、磁性ターゲット64nにおいては、周辺で磁場が弱くなる場合があるので、その場合はターゲットの径をバッキングプレートの径よりも小さめにするとそのような問題を回避することができる。また、そのように径を小さくしたターゲットの周辺には、不所望な膜が付着する場合があるので、その場合は膜付着防止のため付着防止リング97(たとえばオーステナイト系非磁性ステンレススティール製)を設けるとそのような問題を回避することができる。もちろん、これらの対策は必須ではない。   In the magnetic target 64n, since the magnetic field may be weak in the periphery, such a problem can be avoided by making the diameter of the target smaller than the diameter of the backing plate. In addition, since an undesired film may adhere to the periphery of the target having such a small diameter, in this case, an adhesion preventing ring 97 (for example, made of austenitic non-magnetic stainless steel) is used to prevent film adhesion. If provided, such a problem can be avoided. Of course, these measures are not essential.

また、磁性ターゲット64n側の下面において、磁場を十分に確保しようとすると、非磁性ターゲット64t側の下面において、磁場が強くなりすぎる場合があるので、その場合はバッキングプレート95と非磁性ターゲット64tの間にスペーサ板96(スペーサプレートであり、たとえば銅製、直径304ミリメートル程度、厚さ0.5ミリメートル程度)を介在させるとそのような問題を回避することができる。もちろん、これらの対策は必須ではない。   Further, if a sufficient magnetic field is to be secured on the lower surface on the magnetic target 64n side, the magnetic field may become too strong on the lower surface on the nonmagnetic target 64t side. In that case, the backing plate 95 and the nonmagnetic target 64t If a spacer plate 96 (a spacer plate, for example, made of copper, having a diameter of about 304 millimeters and a thickness of about 0.5 millimeters) is interposed therebetween, such a problem can be avoided. Of course, these measures are not essential.

4.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセス(パワーMOS系デバイスの例)等の説明(主に図13により、図1から図12、図23および図24を参照)
このセクションでは、セクション3で説明した多層スパッタリング成膜装置51を使用したウエハ裏面多層メタル層成膜プロセスについて、パワーMOS系デバイス(裏面電極構造は図24に示す)を例にとり説明する。
4). Description of wafer back surface multilayer metal layer film forming process (example of power MOS device) in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly referring to FIG. 13, FIGS. 1 to 12, 23, and 24) See
In this section, the wafer back surface multilayer metal layer film forming process using the multilayer sputtering film forming apparatus 51 described in section 3 will be described taking a power MOS device (the back electrode structure is shown in FIG. 24) as an example.

図13は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセスのプロセスブロックフロー図である。これに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセス等を説明する。   FIG. 13 is a process block flow diagram of a wafer back surface multilayer metal layer deposition process in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application. Based on this, a wafer back surface multilayer metal layer film forming process and the like in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application will be described.

図13および図1に示すように、図23の状態の被処理ウエハ1がウエハ搬送容器54(たとえば、ウエハ1の裏面1bを上に向けて収容されている)に収容された状態で、多層スパッタリング成膜装置51のロードポート部52に受け入れられると、処理対象ウエハ1は外部ロボット56によって、ウエハ搬送容器54から取り出されて、その裏面を上に向けた状態でリフトステージ50上に置かれる。その後、リフトステージ50が降下して、ウエハ1をウエハサセプタ65内に収容する(サセプタへの搭載工程101)。   As shown in FIGS. 13 and 1, the processed wafer 1 in the state of FIG. 23 is stored in a wafer transfer container 54 (for example, stored with the back surface 1 b of the wafer 1 facing upward) in a multilayer state. When the wafer 1 is received by the load port unit 52 of the sputtering film forming apparatus 51, the wafer 1 to be processed is taken out of the wafer transfer container 54 by the external robot 56 and placed on the lift stage 50 with the back surface thereof facing up. . Thereafter, the lift stage 50 is lowered and the wafer 1 is accommodated in the wafer susceptor 65 (mounting process 101 on the susceptor).

次に、図8に示すように、ウエハ1を載せたウエハサセプタ65は、ウエハゲート77を介して、外部ロボット56によって、ロードロック室61内に導入され、ウエハ1の裏面1bを上にむけた状態で、ウエハステージ63d上に置かれる(ロードロック室への導入工程102)。このとき、ロードロック室61内に先行して処理された別のウエハがあるときは、その別のウエハの取出しを先に行う。以上のサセプタおよびロードロック室へのセット並びにサセプタおよびロードロック室からの取り出しに要する時間は、たとえば、1分40秒程度である。   Next, as shown in FIG. 8, the wafer susceptor 65 on which the wafer 1 is placed is introduced into the load lock chamber 61 by the external robot 56 through the wafer gate 77, and the back surface 1 b of the wafer 1 is turned upward. In this state, it is placed on the wafer stage 63d (introduction process 102 to the load lock chamber). At this time, when there is another wafer processed in advance in the load lock chamber 61, the other wafer is taken out first. The time required for setting to the susceptor and load lock chamber and for taking out from the susceptor and load lock chamber is, for example, about 1 minute and 40 seconds.

次に、ウエハゲート77が閉じて、ロードロック室61の真空引きが開始されることにより、脱ガス処理103が実行される。具体的には、先ず、真空引きにより、真空度を、たとえば5x10−3パスカル程度以上に上昇させる(所要時間30秒程度)。続いて、ランプ72が点灯して、ウエハ1の温度を摂氏200度程度まで上昇させる。この状態(ランプ加熱および真空引きは継続)で脱ガス処理(ウエハ上の水分を除去する処理)をたとえば50秒程度実行する。脱ガス処理103が終了すると、ランプ72が消灯する。以上より、ロードロック室61に関する処理時間は、ウエハ当たり、たとえば3分程度(「ロードロック関連単位処理時間」という)である。 Next, the wafer gate 77 is closed and evacuation of the load lock chamber 61 is started, whereby the degassing process 103 is executed. Specifically, first, the degree of vacuum is raised to, for example, about 5 × 10 −3 Pascal or more by vacuuming (required time is about 30 seconds). Subsequently, the lamp 72 is turned on to raise the temperature of the wafer 1 to about 200 degrees Celsius. In this state (lamp heating and evacuation are continued), a degassing process (a process for removing moisture on the wafer) is performed for about 50 seconds, for example. When the degassing process 103 is completed, the lamp 72 is turned off. Thus, the processing time for the load lock chamber 61 is, for example, about 3 minutes per wafer (referred to as “load lock related unit processing time”).

次に、図8において、ウエハステージ63dが降下して(このとき他のステージ63a、63b、63cも同時に降下する)、図3に示す要領で、内部搬送ロボット58によって、ウエハ1を載せたウエハサセプタ65は、ウエハステージ63a(この場合は待機ステージ)に移送される。このとき、各ウエハステージ63a、63b、63cに他のウエハを載せたウエハサセプタ65がある場合は、それらも同時に次のステージに移送される。なお、スパッタリング成膜処理室57は、たとえば、0.5パスカル程度(範囲としては、たとえば0.2から0.8パスカル程度)の真空度(たとえばアルゴンガス雰囲気)に保持されている。このウエハステージ63aは、待機ステージとして使用されるときは、常温(室温)とされている。ウエハサセプタ65に載せられた状態でウエハ1は、他のステージの63b、63c、63dにおける処理が完了するまで、待機する(図13の待機工程104)。この待機時間は、概ね、ロードロック関連単位処理時間で律速または決定されている。待機工程104が終了すると、先と同様に、他の処理中のウエハの移送と同時に、ウエハサセプタ65に載せられた状態でウエハ1は、内部搬送ロボット58によって、冷却ウエハステージ63b上へ移送される。   Next, in FIG. 8, the wafer stage 63d is lowered (at this time, the other stages 63a, 63b, 63c are also lowered simultaneously), and the wafer on which the wafer 1 is placed by the internal transfer robot 58 in the manner shown in FIG. The susceptor 65 is transferred to the wafer stage 63a (in this case, a standby stage). At this time, if there is a wafer susceptor 65 on which another wafer is placed on each wafer stage 63a, 63b, 63c, they are also transferred to the next stage at the same time. The sputtering film forming chamber 57 is maintained at a degree of vacuum (for example, an argon gas atmosphere) of about 0.5 Pascal (the range is, for example, about 0.2 to 0.8 Pascal). The wafer stage 63a is set to room temperature (room temperature) when used as a standby stage. With the wafer 1 placed on the wafer susceptor 65, the wafer 1 waits until the processing in the other stages 63b, 63c, 63d is completed (standby step 104 in FIG. 13). This waiting time is generally rate-determined or determined by the load lock related unit processing time. When the standby step 104 is completed, the wafer 1 is transferred onto the cooling wafer stage 63b by the internal transfer robot 58 while being placed on the wafer susceptor 65 simultaneously with the transfer of the wafer being processed in the same manner as before. The

次に、図9に示す冷却ウエハステージ63bが上昇して、マルチターゲット成膜処理領域62bでのスパッタリング成膜によるチタン膜の成膜が実行される(図13のチタン成膜工程105)。成膜条件としては、たとえば、膜厚100nm程度,処理時間15秒程度、DCパワー8キロワット程度、アルゴン流量15sccm程度、ガス圧0.3パスカル程度を例示することができる。ここで、ウエハステージ等の設定は、静電チャックオフ、室温で水冷状態である。チタン成膜工程105が終了すると、DCパワーは一度オフされる。   Next, the cooling wafer stage 63b shown in FIG. 9 is raised, and a titanium film is formed by sputtering film formation in the multi-target film formation region 62b (titanium film formation step 105 in FIG. 13). Examples of film formation conditions include a film thickness of about 100 nm, a processing time of about 15 seconds, a DC power of about 8 kilowatts, an argon flow rate of about 15 sccm, and a gas pressure of about 0.3 Pascal. Here, the setting of the wafer stage and the like is an electrostatic chuck off and a water cooling state at room temperature. When the titanium film forming step 105 is completed, the DC power is turned off once.

続いて、ウエハステージ等の設定を室温で水冷状態のまま、静電チャックをオン状態(印加電圧はたとえば2キロボルト程度)にするとともに、ターゲットをニッケルターゲット64nに切り替えて、スパッタリング成膜によるチタン膜の成膜を実行する(図13のニッケル成膜工程106)。成膜条件としては、たとえば、膜厚200nm程度,処理時間35秒程度、DCパワー4キロワット程度、アルゴン流量10sccm程度、ガス圧0.4パスカル程度を例示することができる。ニッケル成膜工程106が終了すると、DCパワー、静電チャックの印加電圧はオフされ、その状態で他のウエハの処理が完了するのを待つ(「予備待機工程」という)。この予備待機工程の間、アルゴンガス等のプロセスガスを停止すると、スパッタリング成膜処理室57の全体としての真空度が上昇することがある。このような場合は、必須ではないが、成膜プロセス中と同程度のアルゴンガス等のプロセスガス(たとえば、この場合は、アルゴン流量15sccm程度)を流し続けると、そのような問題を回避することができる。なお、この点は、先の単一ターゲット成膜処理領域62a(待機領域)における待機工程104でも同じで、たとえばアルゴン流量10sccm程度を流し続けると、同様にそのような問題を回避することができる。マルチターゲット成膜処理領域62bにおける予備待機工程が終了すると、先と同様に、他の処理中のウエハの移送と同時に、ウエハサセプタ65に載せられた状態でウエハ1は、内部搬送ロボット58によって、冷却ウエハステージ63c上へ移送される。   Subsequently, while setting the wafer stage and the like in a water-cooled state at room temperature, the electrostatic chuck is turned on (applied voltage is, for example, about 2 kilovolts), the target is switched to the nickel target 64n, and the titanium film formed by sputtering film formation is used. Are formed (nickel film forming step 106 in FIG. 13). Examples of film forming conditions include a film thickness of about 200 nm, a processing time of about 35 seconds, a DC power of about 4 kilowatts, an argon flow rate of about 10 sccm, and a gas pressure of about 0.4 Pascal. When the nickel film forming process 106 is completed, the DC power and the applied voltage of the electrostatic chuck are turned off, and the process waits for the completion of processing of another wafer in this state (referred to as “preliminary standby process”). If the process gas such as argon gas is stopped during the preliminary standby process, the vacuum degree of the entire sputtering film forming chamber 57 may increase. In such a case, although it is not essential, if a process gas such as an argon gas (for example, an argon flow rate of about 15 sccm in this case) is kept flowing, the problem can be avoided. Can do. This point is the same in the standby step 104 in the previous single target film formation processing region 62a (standby region). For example, if an argon flow rate of about 10 sccm is kept flowing, such a problem can be similarly avoided. . When the preliminary standby process in the multi-target film formation processing region 62b is completed, the wafer 1 is placed on the wafer susceptor 65 simultaneously with the transfer of the wafer being processed in the same manner as before, by the internal transfer robot 58. It is transferred onto the cooling wafer stage 63c.

次に、図9に示すように、冷却ウエハステージ63cが上昇して、単一ターゲット成膜処理領域62cにおけるスパッタリング成膜による金成膜工程107(図13)が実行される。成膜条件としては、たとえば、膜厚100nm程度,処理時間15秒程度、DCパワー2キロワット程度、アルゴン流量15sccm程度、ガス圧0.6パスカル程度を例示することができる。金成膜工程107が終了すると、DCパワーはオフされ、その状態で他のウエハの処理が完了するのを待つ(「予備待機工程」という)。この予備待機工程の間、アルゴンガス等のプロセスガスを停止すると、スパッタリング成膜処理室57の全体としての真空度が上昇することがある。このような場合は、必須ではないが、先と同様に、成膜プロセス中と同程度のアルゴンガス等のプロセスガス(たとえば、この場合は、アルゴン流量15sccm程度)を流し続けると、そのような問題を回避することができる。単一ターゲット成膜処理領域62cにおける予備待機工程が終了すると、先と同様に、他の処理中のウエハの移送と同時に、ウエハサセプタ65に載せられた状態でウエハ1は、内部搬送ロボット58によって、ロードロック室61で使用するウエハステージ63d上へ移送される。   Next, as shown in FIG. 9, the cooling wafer stage 63c is raised, and the gold film formation step 107 (FIG. 13) is performed by sputtering film formation in the single target film formation region 62c. Examples of film formation conditions include a film thickness of about 100 nm, a processing time of about 15 seconds, a DC power of about 2 kilowatts, an argon flow rate of about 15 sccm, and a gas pressure of about 0.6 Pascal. When the gold film forming step 107 is completed, the DC power is turned off, and the process waits for the processing of another wafer to be completed in this state (referred to as “preliminary standby step”). If the process gas such as argon gas is stopped during the preliminary standby process, the vacuum degree of the entire sputtering film forming chamber 57 may increase. In such a case, although it is not essential, if a process gas such as an argon gas (for example, an argon flow rate of about 15 sccm in this case) continues to flow as in the film forming process, The problem can be avoided. When the preliminary standby process in the single target film formation processing region 62c is completed, the wafer 1 is placed on the wafer susceptor 65 at the same time as the transfer of the wafer being processed in the same manner as described above, by the internal transfer robot 58. Then, the wafer is transferred onto the wafer stage 63d used in the load lock chamber 61.

次に、図8に示すように、ウエハステージ63dが上昇して、ロードロック室61が外部から空間的に独立した状態になると、ガス供給ライン76からエアが供給されて、外気と同一気圧になる。そこで、ウエハゲート77が開き、図1に示す外部ロボット56がウエハ1を載せたウエハサセプタ65をロードポート部52上へ排出する(図13のロードロック室からの排出工程108)。そこで、リフトステージ50が上昇して、ウエハ1を持ち上げた状態で、外部ロボット56がウエハ1をウエハ搬送容器54へ移送する(図13のサセプタからの取り出し工程109)。これで、多層メッキ単位サイクル100(図13)を一巡して、サセプタへ搭載工程101の開始前に戻ったことになる。   Next, as shown in FIG. 8, when the wafer stage 63 d is raised and the load lock chamber 61 is spatially independent from the outside, air is supplied from the gas supply line 76 to the same atmospheric pressure as the outside air. Become. Therefore, the wafer gate 77 is opened, and the external robot 56 shown in FIG. 1 discharges the wafer susceptor 65 on which the wafer 1 is placed onto the load port portion 52 (discharge process 108 from the load lock chamber in FIG. 13). Therefore, with the lift stage 50 raised and the wafer 1 lifted, the external robot 56 transfers the wafer 1 to the wafer transfer container 54 (step 109 for removing from the susceptor in FIG. 13). This completes the cycle of the multilayer plating unit cycle 100 (FIG. 13) and returns to the susceptor before the start of the mounting step 101.

通常の量産工程では、このようなサイクルを順次繰り返して、多数のウエハの処理をできるだけ各ステージ63a、63b、63c、63dの空き時間が短くなるように、連続的に実行する。   In a normal mass production process, such a cycle is sequentially repeated, and a large number of wafers are continuously processed so that the free time of each stage 63a, 63b, 63c, 63d is as short as possible.

5.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセス(IGBT系デバイスの例)等の説明(主に図13により、図1から図12、図23および図24を参照)
セクション4では、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセスをパワーMOS系デバイスの製造に適用した場合について説明したが、このセクションでは、それをIGBT系デバイスの製造に適用した場合について説明する。図13に示すように、ほとんどの工程は共通するので、異なる部分のみを説明する。
5. Description of wafer back surface multilayer metal layer film forming process (example of IGBT-based device) in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly referring to FIG. 13, FIG. 1 to FIG. 12, FIG. 23 and FIG. 24) reference)
In Section 4, the case where the wafer back surface multilayer metal layer film forming process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application is applied to the manufacture of a power MOS device is described. A case where the present invention is applied to manufacture will be described. As shown in FIG. 13, since most processes are common, only different parts will be described.

図13に示すように、プロセス的には待機工程104の代わりに、Ni成膜領域62aでのNi成膜工程111を実行する点のみが異なる。また、裏面電極の構造について言えば、図24において、シリコン基板1s側に別のニッケル膜(第2にニッケル膜)が付加される点のみが異なる。もちろん、をパワーMOS系デバイスとIGBT系デバイスでは、シリコン基板内およびシリコン基板のデバイス面1a上の構造は異なっているが、これらの相違は、裏面電極の構造およびその製法に関しては本質的ではない。また、同一のカテゴリ(たとえばパワーMOS系デバイス)に属するデバイスでも、その品種により、裏面電極構造は多種多様であり、量産では、この各種の仕様の製品が前後して流れるのが普通である。   As shown in FIG. 13, the only difference is that the Ni film forming step 111 in the Ni film forming region 62a is executed instead of the standby step 104 in terms of process. Further, regarding the structure of the back electrode, the only difference is that in FIG. 24, another nickel film (second nickel film) is added to the silicon substrate 1s side. Of course, the power MOS device and the IGBT device have different structures in the silicon substrate and on the device surface 1a of the silicon substrate, but these differences are not essential with respect to the structure of the back electrode and the manufacturing method thereof. . Further, even in a device belonging to the same category (for example, a power MOS device), there are various back electrode structures depending on the product type, and in mass production, products of various specifications usually flow around.

図7および図9により、Ni成膜領域62aでのNi成膜工程111を説明する。図7および図9に示すように、ウエハサセプタ65上に載せられたウエハ1がランプ加熱ウエハステージ63a上に置かれると、ウエハステージ63aが上昇して、Ni成膜工程111(図13)が実行される。成膜条件としては、たとえば、膜厚50nm程度,処理時間10秒程度、DCパワー4キロワット程度、アルゴン流量10sccm程度、ガス圧0.4パスカル程度を例示することができる。このとき、ウエハ温度は、ランプ加熱がオフ状態であるため、室温か、それよりもあまり高くない温度にある。Ni成膜工程111が終了すると、DCパワーはオフされ、その状態で他のウエハの処理が完了するのを待つ(「予備待機工程」という)。この予備待機工程の間、アルゴンガス等のプロセスガスを停止すると、スパッタリング成膜処理室57の全体としての真空度が上昇することがある。このような場合は、必須ではないが、成膜プロセス中と同程度のアルゴンガス等のプロセスガス(たとえば、この場合は、アルゴン流量10sccm程度)を流し続けると、そのような問題を回避することができる。予備待機工程が終了すると、先と同様に、他の処理中のウエハの移送と同時に、ウエハサセプタ65に載せられた状態でウエハ1は、内部搬送ロボット58によって、冷却ウエハステージ63b上へ移送される。   The Ni film forming step 111 in the Ni film forming region 62a will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 7 and 9, when the wafer 1 placed on the wafer susceptor 65 is placed on the lamp heating wafer stage 63a, the wafer stage 63a is raised and the Ni film forming step 111 (FIG. 13) is performed. Executed. Examples of film formation conditions include a film thickness of about 50 nm, a processing time of about 10 seconds, a DC power of about 4 kilowatts, an argon flow rate of about 10 sccm, and a gas pressure of about 0.4 Pascal. At this time, since the lamp heating is in an off state, the wafer temperature is room temperature or a temperature not much higher than that. When the Ni film forming process 111 is completed, the DC power is turned off, and the process waits for the completion of processing of another wafer in this state (referred to as “preliminary standby process”). If the process gas such as argon gas is stopped during the preliminary standby process, the vacuum degree of the entire sputtering film forming chamber 57 may increase. In such a case, although it is not essential, if a process gas such as an argon gas (for example, an argon flow rate of about 10 sccm in this case) is kept flowing, the problem can be avoided. Can do. When the preliminary standby process is completed, the wafer 1 is transferred onto the cooling wafer stage 63b by the internal transfer robot 58 while being placed on the wafer susceptor 65 simultaneously with the transfer of the wafer being processed in the same manner as before. The

6.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセス(LD−MOSFET系デバイスの例)等の説明(主に図13により、図1から図12、図23および図24を参照)
セクション5では、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセスをIGBT系デバイスの製造に適用した場合について説明したが、このセクションでは、それをLD−MOS系デバイスの製造に適用した場合について説明する。図13に示すように、ほとんどの工程は共通するので、異なる部分のみを説明する。ただし、Ni成膜工程111において加熱処理が加わる点も異なっている。なお、このプロセスでは、セクション4および5と異なり、ウエハサセプタ65は、石英製を用いる。
6). Description of wafer back surface multilayer metal layer film forming process (example of LD-MOSFET system device) in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly referring to FIG. 13, FIGS. 1 to 12, 23 and FIG. (See 24)
In section 5, the case where the wafer back surface multilayer metal layer deposition process in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application is applied to the manufacture of an IGBT-based device has been described. A case where the present invention is applied to device manufacturing will be described. As shown in FIG. 13, since most processes are common, only different parts will be described. However, the Ni film forming step 111 is different in that a heat treatment is applied. In this process, unlike sections 4 and 5, wafer susceptor 65 is made of quartz.

図13に示すように、Ni成膜領域62aでのNi成膜工程111に加えて、アロイ処理112を実行することにより、Ni成膜工程111において成膜したニッケル層(第2にニッケル膜)をニッケルシリサイド層に変換する点のみが異なる。また、裏面電極の構造について言えば、図24において、シリコン基板1s側にニッケルシリサイド膜が付加される点のみが異なる。もちろん、IGBT系デバイスとLD−MOS系デバイスでは、シリコン基板内およびシリコン基板のデバイス面1a上の構造は異なっているが、これらの相違は、先と同様に、裏面電極の構造およびその製法に関しては本質的ではない。また、同一のカテゴリ(たとえばパワーMOS系デバイス)に属するデバイスでも、その品種により、裏面電極構造は多種多様であり、量産では、この各種の仕様の製品が前後して流れるのが普通である。   As shown in FIG. 13, in addition to the Ni film forming step 111 in the Ni film forming region 62a, the nickel layer (second nickel film) formed in the Ni film forming step 111 by executing the alloy process 112 is performed. The only difference is that it is converted to a nickel silicide layer. Also, regarding the structure of the back electrode, the only difference is that a nickel silicide film is added to the silicon substrate 1s side in FIG. Of course, the IGBT device and the LD-MOS device have different structures in the silicon substrate and on the device surface 1a of the silicon substrate, but these differences are related to the structure of the back electrode and the manufacturing method thereof as before. Is not essential. Further, even in a device belonging to the same category (for example, a power MOS device), there are various back electrode structures depending on the product type, and in mass production, products of various specifications usually flow around.

図7および図9により、Ni成膜領域62aでのNi成膜工程111を説明する。図7および図9に示すように、ウエハサセプタ65上に載せられたウエハ1がランプ加熱ウエハステージ63a上に置かれると、ウエハステージ63aが上昇して、ランプヒータ72が点灯して、予備過熱工程(ウエハ温度は、たとえば摂氏350度程度、予備加熱時間60秒程度)が実行される。続いて、そのままの状態でNi成膜工程111(図13)が実行される。成膜条件としては、たとえば、膜厚50nm程度,処理時間10秒程度、DCパワー4キロワット程度、アルゴン流量10sccm程度、ガス圧0.4パスカル程度、ウエハ温度摂氏350度程度を例示することができる。続いて、DCパワーがオフされる外はそのままの状態で、アロイ処理112(図13)が実行される。アロイ処理条件としては、たとえば、処理時間60秒程度、アルゴン流量10sccm程度、ガス圧0.4パスカル程度、ウエハ温度摂氏350度程度を例示することができる。アロイ処理112が終了すると、ランプヒータ72が消灯され、その状態で他のウエハの処理が完了するのを待つ(「予備待機工程」という)。この予備待機工程の間、アルゴンガス等のプロセスガスを停止すると、スパッタリング成膜処理室57の全体としての真空度が上昇することがある。このような場合は、必須ではないが、成膜プロセス中と同程度のアルゴンガス等のプロセスガス(たとえば、この場合は、アルゴン流量10sccm程度)を流し続けると、そのような問題を回避することができる。予備待機工程が終了すると、先と同様に、他の処理中のウエハの移送と同時に、ウエハサセプタ65に載せられた状態でウエハ1は、内部搬送ロボット58によって、冷却ウエハステージ63b上へ移送される。   The Ni film forming step 111 in the Ni film forming region 62a will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 7 and 9, when the wafer 1 placed on the wafer susceptor 65 is placed on the lamp heating wafer stage 63a, the wafer stage 63a is raised, the lamp heater 72 is turned on, and preliminary overheating is performed. A process (wafer temperature is, for example, about 350 degrees Celsius and a preheating time of about 60 seconds) is performed. Subsequently, the Ni film forming step 111 (FIG. 13) is executed as it is. Examples of film formation conditions include a film thickness of about 50 nm, a processing time of about 10 seconds, a DC power of about 4 kilowatts, an argon flow rate of about 10 sccm, a gas pressure of about 0.4 Pascal, and a wafer temperature of about 350 degrees Celsius. . Subsequently, the alloy process 112 (FIG. 13) is executed with the DC power turned off as it is. Examples of alloy processing conditions include a processing time of about 60 seconds, an argon flow rate of about 10 sccm, a gas pressure of about 0.4 Pascal, and a wafer temperature of about 350 degrees Celsius. When the alloy process 112 is completed, the lamp heater 72 is turned off, and the process waits for another wafer to be processed in this state (referred to as “preliminary standby process”). If the process gas such as argon gas is stopped during the preliminary standby process, the vacuum degree of the entire sputtering film forming chamber 57 may increase. In such a case, although it is not essential, if a process gas such as an argon gas (for example, an argon flow rate of about 10 sccm in this case) is kept flowing, the problem can be avoided. Can do. When the preliminary standby process is completed, the wafer 1 is transferred onto the cooling wafer stage 63b by the internal transfer robot 58 while being placed on the wafer susceptor 65 simultaneously with the transfer of the wafer being processed in the same manner as before. The

7.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ裏面多層メタル層成膜プロセス(各種のデバイス)等の量産工程における各種態様についての補足説明(主に図13により、図1から図12、図23および図24を参照)
セクション4から6に説明したように、パワー系デバイスの裏面電極構造は、製品カテゴリ間または製品カテゴリ内において多種多様であるので、量産工程では、必然的に各種の裏面構造のデバイスが混在して流れることになる。ことのとき、主にセクション4で説明したように、同一の成膜処理室内に区画された複数の処理区画(成膜処理領域)の少なくとも一つおいて、磁性ターゲットと非磁性ターゲットを切り替えて、2層以上の成膜をすることにより、量産プロセス全体としてのスループットを大幅に向上させることが可能となる。
7). Supplementary explanation about various aspects in the mass production process such as the wafer back surface multilayer metal layer film forming process (various devices) in the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of the present application (mainly referring to FIG. 13, FIGS. 1 to 12, (See FIG. 23 and FIG. 24)
As described in Sections 4 to 6, since the back electrode structure of power devices varies widely between product categories or within product categories, devices of various back surface structures are inevitably mixed in the mass production process. Will flow. At this time, as described mainly in section 4, the magnetic target and the non-magnetic target are switched in at least one of a plurality of processing sections (film forming process areas) partitioned in the same film forming process chamber. By forming two or more layers, the throughput of the entire mass production process can be significantly improved.

また、仮に単一の仕様の製品のみを製造する場合であっても、多層成膜装置の成膜処理領域を最小の数に押さえることが可能である。   Even if only a product with a single specification is manufactured, it is possible to keep the number of film forming regions of the multilayer film forming apparatus to a minimum number.

更に、図9に説明したように、同一の真空室(スパッタリング成膜処理室57)内に複数の成膜サイト(成膜処理領域62a、62b、62c)があるため、真空排気系が共通にできるというメリットがある。また、同様にロードロック室61とスパッタリング成膜処理室57に関して、真空排気系の粗引きポンプを共有できるというメリットもある(なお、別々にしてもよい)。   Further, as described in FIG. 9, since there are a plurality of film formation sites (film formation processing regions 62a, 62b, 62c) in the same vacuum chamber (sputtering film formation processing chamber 57), the vacuum exhaust system is commonly used. There is a merit that you can. Similarly, the load lock chamber 61 and the sputtering film formation processing chamber 57 have an advantage that a roughing pump of an evacuation system can be shared (may be separated).

前記実施の形態では、成膜処理領域が3個で、その内の1個をマルチターゲット成膜処理領域としたものを例示したが、量産工程を流れる裏面仕様のうち、最大の裏面メタル層の数に合わせて、適宜、マルチターゲット成膜処理領域を増やすことによって(この例では最大層数は4であり、成膜処理領域が3個であるので、マルチターゲット成膜処理領域の数を1個とした)、複数の成膜処理領域を可能な限りフルに活用できるので、スループットを向上させる効果が非常に大きい。すなわち、順送りで処理(パイプライン処理)できる膜数を超える製品があると、その製品の処理においては、順送りを一度逆回転しなければならず、その間、順送り処理のメリットが得られないこととなる。このような順送り処理では、基本的に移送期間以外は全てのステージがウエハに占有されているので、処理効率が圧倒的に高くなる利点がある。   In the above embodiment, there are three film forming regions, and one of them is a multi-target film forming region. However, of the back surface specifications that flow through the mass production process, The number of multi-target film forming regions is appropriately increased by increasing the number of multi-target film forming regions (in this example, the maximum number of layers is 4 and there are 3 film forming regions). Since a plurality of film forming regions can be utilized as much as possible, the effect of improving the throughput is very large. In other words, if there is a product that exceeds the number of membranes that can be processed in order (pipeline processing), the product must be reverse-rotated once in the processing of the product, and during that time, the benefits of forward processing cannot be obtained. Become. Such a progressive process has an advantage that the processing efficiency is overwhelmingly high because basically all the stages except the transfer period are occupied by the wafer.

たとえば、セクション4の例で、処理対象が最大層数3の品種のみであれば、成膜処理領域を2個のみ(成膜処理領域62b、62c)とすることもできる。これは、他の例でも同じであるが、処理はもっとも長い処理サイト(ロードロック室又は成膜処理領域)に関する処理時間(「最大単位処理時間」という)が、全体を律速しており、通常であれば、ロードロック室関連の処理時間が全体でもっとも長くなる(場合によっては、成膜処理領域62aその他の成膜処理領域に関連した処理時間が最大となることもある)。従って、最大単位処理時間に係る成膜処理領域以外の成膜処理領域でターゲットを切り替えて複数の(前記の装置構成では位置サイトにおいて最大3層まで形成可能)膜を形成しても、それに要する時間は、通常、最大単位処理時間以下となるので、スループットに影響しない。   For example, in the example of section 4, if the processing target is only the type having the maximum number of layers 3, the number of film forming regions can be only two (film forming regions 62b and 62c). This is the same in other examples, but the processing time for the longest processing site (load lock chamber or film formation processing area) (referred to as “maximum unit processing time”) is the overall rate limiting, Then, the processing time related to the load lock chamber is the longest overall (in some cases, the processing time related to the film forming process area 62a and other film forming process areas may be maximized). Accordingly, even if a plurality of films (up to three layers can be formed at the position site in the above-described apparatus configuration) are formed by switching the target in a film forming process area other than the film forming process area related to the maximum unit processing time, it is necessary to do so. Since the time is usually less than the maximum unit processing time, it does not affect the throughput.

また、図2に示すように、ウエハステージ63a、63b、63c、63dが、内部搬送ロボット58の回転中心を中心とする円周上にあるので、搬送が迅速に行える利点がある。これに関連して、ターゲットの切り替えにおいては、図9および図10で説明したように、平面的にウエハステージ63bを移動させず(もちろん移動させてもよい)、ターゲット(ターゲット切替機構59)側を回転移動(平行移動でもよい)させるので、ウエハステージ間の搬送のために元の位置に戻す等の操作を必要としないメリットがある。   Further, as shown in FIG. 2, since the wafer stages 63a, 63b, 63c, and 63d are on the circumference around the rotation center of the internal transfer robot 58, there is an advantage that the transfer can be performed quickly. In this connection, in the target switching, as described with reference to FIGS. 9 and 10, the wafer stage 63b is not moved in a plane (of course, it may be moved), but the target (target switching mechanism 59) side. Is rotated (or may be moved in parallel), and there is an advantage that an operation such as returning to the original position is not required for transfer between wafer stages.

また、ターゲット(ターゲット切替機構59)側を移動させることとしたので、マグネトロン用マグネット群74、シールド75等が当該成膜処理領域について一組で済むというメリットがある。   Further, since the target (target switching mechanism 59) side is moved, there is an advantage that only one set of the magnetron magnet group 74, the shield 75, etc. is required for the film forming region.

8.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本願の発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
8). Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the invention of the present application is not limited thereto, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .

例えば、前記実施の形態では、パワーMOSFETを例にとり具体的に説明したが、本願の発明はそれに限定されるものではなく、IGBT,LDMOSFET等のその他の単体や、それらを含む集積回路素子その他に広く適用できることは言うまでもない。   For example, in the above-described embodiment, the power MOSFET has been specifically described as an example. However, the invention of the present application is not limited thereto, and other single units such as IGBT and LDMOSFET, integrated circuit elements including them, and the like. Needless to say, it can be widely applied.

また、前記実施の形態では、Nチャネル型パワーMOSFET等のNチャネル型デバイスについて具体的に説明したが、本願の発明はそれに限定されるものではなく、Pチャネル型パワーMOSFET等のPチャネル型デバイスにも適用できることは言うまでもない。その場合には、前記実施の形態において、PとNを総入れ替えするPN反転操作を実行すればよい。   In the above-described embodiment, the N-channel type device such as the N-channel type power MOSFET has been specifically described. However, the invention of the present application is not limited thereto, and the P-channel type device such as the P-channel type power MOSFET is used. Needless to say, it can also be applied. In that case, what is necessary is just to perform PN inversion operation which carries out total exchange of P and N in the said embodiment.

更に、前記実施の形態では、ウエハ等の基板の裏面の多層金属膜の形成に適用した例を具体的に説明したが、本願の発明はそれに限定されるものではなく、ウエハ等の基板の裏面の絶縁膜と金属膜から構成された多層膜、ウエハ等の基板のデバイス面(第1主面)の多層金属膜および絶縁膜と金属膜から構成された多層膜の形成にも適用できることは言うまでもない。   Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to the formation of a multilayer metal film on the back surface of a substrate such as a wafer has been specifically described. However, the invention of the present application is not limited thereto, and the back surface of the substrate such as a wafer is described. Needless to say, the present invention can also be applied to the formation of a multilayer film composed of an insulating film and a metal film, a multilayer metal film on the device surface (first main surface) of a substrate such as a wafer, and a multilayer film composed of an insulating film and a metal film. Yes.

1 半導体ウエハ(エピタキシャルウエハ)
1a ウエハのデバイス面(第1の主面)
1b ウエハの裏面
1e エピタキシャル層(n型エピタキシャル層)
1s n+シリコン基板部
2 n型ドリフト領域
3 p型チャネル領域(p型ベース領域)
4 n+ソース領域
5 p+ボディコンタクト領域
6 トレンチゲート電極(ポリシリコン電極)
7 ゲート絶縁膜
8 チップ又はチップ領域
9 レジスト膜
11 ソースパッド
13 ゲートパッド
14 スクライブ領域(ダイシング領域)
15 裏面メタル電極膜
15a 裏面チタン膜
15b 裏面ニッケル膜(第1のニッケル膜)
15c 裏面金膜
19 ガードリング
21 層間絶縁膜
22 凹部(ソースコンタクト溝)
23 バリアメタル膜
24 アルミニウム系メタル膜(ソース電極)
50 リフトステージ
51 ウエハ処理装置(多層スパッタリング成膜装置)
52 ロードポート部
53 成膜処理部
54 ウエハカセット(ウエハ搬送容器)
55 ステージ支持台
56 外部ロボット
56a 外部ロボット先端部
57 スパッタリング成膜処理室
58 内部搬送ロボット
59 ターゲット切替機構(上部電極又はカソード)
60 Oリング
61 ロードロック室(脱ガス室)
62a 単一ターゲット成膜処理領域(待機領域または第3のスパッタリング成膜処理領域)
62b マルチターゲット成膜処理領域(第1のスパッタリング成膜処理領域)
62c 単一ターゲット成膜処理領域(第2のスパッタリング成膜処理領域)
63a ランプ加熱ウエハステージ(第4のウエハステージ)
63b 冷却ウエハステージ(第2のウエハステージ)
63c 冷却ウエハステージ(第3のウエハステージ)
63d 真空フランジ付きウエハステージ(第1のウエハステージ)
64a 金ターゲット(非磁性ターゲット)
64n ニッケルターゲット(磁性ターゲット)
64s 他のニッケルターゲット(磁性ターゲット)
64t チタンターゲット(非磁性ターゲット)
64x ターゲット切替機構の空きポジション
65 ウエハサセプタ
65n 位置ずれ防止ノッチ
66 水冷ホルダ部(冷却用ベース金属板)
67 金属スペーサ
68 ESCセラミック板(内部に電極あり)
69a,69b サセプタ位置決め用絶縁リング
70 ウエハ表面保護層(ポリイミドフィルム)
71 ウエハホルダベース
72 ランプヒータ
73 反射板
74 マグネトロン用マグネット群(マグネット搭載回転板)
75 膜付着防止シールド(第1、第2及び第3の膜付着防止シールド)
76 ガス供給ライン(ガス供給ノズル)
77 ウエハゲート
78 ドライ粗引きポンプ
79 クライオポンプ
80 ウエハ裏面加熱機構
81 ターボ分子ポンプ
82 分子ポンプバルブ
83 ドライポンプバルブ
84 粗引きバルブ
85 クライオポンプ排気バルブ
86 メイン排気バルブ
87 ロードロック排気バルブ
88 排気管(真空排気系)
89 成膜処理室の外壁
90 ターゲット切替機構収納用拡張区画
91 成膜処理室の内壁
92 マグネット-ターゲット間隔壁
93 マグネットの回転中心
94n 磁石のN極
94s 磁石のS極
95 バッキングメタルプレート
96 スペーサ板
97 付着防止リング
98 石英窓
99 金属ステージ
100 多層メッキ単位サイクル
101 サセプタへ搭載工程
102 ロードロック室への導入工程
103 脱ガス処理工程(真空処理)
104 待機工程
105 Ti/Ni成膜領域でのTi成膜工程(第1のスパッタリング成膜処理)
106 Ti/Ni成膜領域でのNi成膜工程(第2のスパッタリング成膜処理)
107 金成膜工程
108 ロードロック室からの排出工程
109 サセプタからの取り出し工程
111 Ni成膜領域でのNi成膜工程
112 アロイ処理工程
D マグネットターゲット間距離
L 単一ターゲット成膜処理領域周辺部
G セル繰り返し単位領域
R 帯状繰り返しデバイスパターン領域切り出し部分
1 Semiconductor wafer (epitaxial wafer)
1a Device surface of the wafer (first main surface)
1b Wafer backside 1e Epitaxial layer (n-type epitaxial layer)
1s n + silicon substrate part 2 n-type drift region 3 p-type channel region (p-type base region)
4 n + source region 5 p + body contact region 6 Trench gate electrode (polysilicon electrode)
7 Gate insulating film 8 Chip or chip area 9 Resist film 11 Source pad 13 Gate pad 14 Scribe area (dicing area)
15 Back metal electrode film 15a Back titanium film 15b Back nickel film (first nickel film)
15c Back surface gold film 19 Guard ring 21 Interlayer insulating film 22 Recessed portion (source contact groove)
23 Barrier metal film 24 Aluminum metal film (source electrode)
50 Lift stage 51 Wafer processing equipment (multilayer sputtering deposition equipment)
52 Load port section 53 Deposition processing section 54 Wafer cassette (wafer transfer container)
55 Stage support base 56 External robot 56a Front end of external robot 57 Sputtering film formation processing chamber 58 Internal transfer robot 59 Target switching mechanism (upper electrode or cathode)
60 O-ring 61 Load lock chamber (degas chamber)
62a Single target film formation region (standby region or third sputtering film formation region)
62b Multi-target film formation process area (first sputtering film formation process area)
62c Single target film formation region (second sputtering film formation region)
63a Lamp heating wafer stage (fourth wafer stage)
63b Cooling wafer stage (second wafer stage)
63c Cooling wafer stage (third wafer stage)
63d Wafer stage with vacuum flange (first wafer stage)
64a gold target (non-magnetic target)
64n nickel target (magnetic target)
64s Other nickel target (magnetic target)
64t titanium target (non-magnetic target)
64x Empty position of target switching mechanism 65 Wafer susceptor 65n Misalignment prevention notch 66 Water cooling holder (base metal plate for cooling)
67 Metal spacer 68 ESC ceramic plate (with electrodes inside)
69a, 69b Insulating ring for positioning susceptor 70 Wafer surface protective layer (polyimide film)
71 Wafer holder base 72 Lamp heater 73 Reflector plate 74 Magnet group for magnetron (rotary plate equipped with magnet)
75 Film adhesion prevention shield (first, second and third film adhesion prevention shields)
76 Gas supply line (gas supply nozzle)
77 Wafer gate 78 Dry roughing pump 79 Cryo pump 80 Wafer back surface heating mechanism 81 Turbo molecular pump 82 Molecular pump valve 83 Dry pump valve 84 Roughing valve 85 Cryo pump exhaust valve 86 Main exhaust valve 87 Load lock exhaust valve 88 Exhaust pipe ( (Evacuation system)
89 Outer wall of film forming chamber 90 Expansion compartment for storing target switching mechanism 91 Inner wall of film forming chamber 92 Magnet-target spacing wall 93 Magnet rotation center 94n N pole of magnet 94s S pole of magnet 95 Backing metal plate 96 Spacer plate 97 Adhesion prevention ring 98 Quartz window 99 Metal stage 100 Multilayer plating unit cycle 101 Mounting process to susceptor 102 Introduction process to load lock chamber 103 Degassing process (vacuum process)
104 standby process 105 Ti film forming process in Ti / Ni film forming region (first sputtering film forming process)
106 Ni film forming step in Ti / Ni film forming region (second sputtering film forming process)
107 Gold film formation process 108 Ejection process from load lock chamber 109 Removal process from susceptor 111 Ni film formation process in Ni film formation area 112 Alloy treatment process D Distance between magnet targets L Single target film formation process area peripheral part G Cell repeat unit area R Strip-like repeat device pattern area cut-out part

Claims (20)

以下のウエハ処理装置を使用する半導体装置の製造方法であって、前記ウエハ処理装置は以下を有する:
(x1)外部と空間的に独立可能とされたロードロック室;
(x2)外部および前記ロードロック室と空間的に独立可能とされ、空間的に一体のスパッタリング成膜処理室;
(x3)前記スパッタリング成膜処理室内に設けられた第1および第2のスパッタリング成膜処理領域;
(x4)前記第1のスパッタリング成膜処理領域におけるターゲット切替機構;
(x5)前記ターゲット切替機構に保持された磁性ターゲットおよび非磁性ターゲット、
ここで、前記半導体装置の製造方法は以下の工程を含む:
(a)ウエハを前記ロードロック室に導入して、真空処理を施す工程;
(b)前記工程(a)の後、前記第1のスパッタリング成膜処理領域において、前記ウエハに対して、前記磁性ターゲットを用いた第1のスパッタリング成膜処理および前記非磁性ターゲットを用いた第2のスパッタリング成膜処理を実行する工程;
(c)前記工程(a)の後、前記第2のスパッタリング成膜処理領域において、前記ウエハに対して、第3のスパッタリング成膜処理を実行する工程;
(d)前記ロードロック室が空き次第、他のウエハに対して、前記工程(a)、(b)および(c)を含む処理を繰り返し連続的に実行する工程。
A method of manufacturing a semiconductor device using the following wafer processing apparatus, wherein the wafer processing apparatus includes:
(X1) a load lock room that is spatially independent from the outside;
(X2) Sputtering deposition processing chamber that is spatially independent of the outside and the load lock chamber and is spatially integrated;
(X3) first and second sputtering film forming regions provided in the sputtering film forming chamber;
(X4) a target switching mechanism in the first sputtering film forming region;
(X5) a magnetic target and a non-magnetic target held by the target switching mechanism,
Here, the manufacturing method of the semiconductor device includes the following steps:
(A) introducing a wafer into the load lock chamber and performing a vacuum treatment;
(B) After the step (a), in the first sputtering film forming region, the first sputtering film forming process using the magnetic target and the first sputtering film forming process using the non-magnetic target are performed on the wafer. Performing the sputtering film forming process of 2;
(C) A step of performing a third sputtering film forming process on the wafer in the second sputtering film forming region after the step (a);
(D) A step of repeatedly and continuously executing the processes including the steps (a), (b) and (c) on another wafer as soon as the load lock chamber is empty.
前記1項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理領域および前記第2のスパッタリング成膜処理領域の真空排気系は共通である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the evacuation system is common to the first sputtering film formation region and the second sputtering film formation region. 前記2項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理領域には、一組のマグネトロン用マグネット群が設置されている。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 2, a set of magnetron magnet groups is provided in the first sputtering film forming region. 前記3項の半導体装置の製造方法において、前記工程(a)の真空処理は、脱ガス処理である。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 3, the vacuum processing in the step (a) is degassing processing. 前記4項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理領域におけるターゲットの切り替えは、前記磁性ターゲットおよび前記非磁性ターゲットを移動させることによって実行する。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 4, the switching of the target in the first sputtering film forming region is performed by moving the magnetic target and the nonmagnetic target. 前記5項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理、前記第2のスパッタリング成膜処理および前記第3のスパッタリング成膜処理は、前記ウエハおよび前記他のウエハの裏面に対して実行される。     6. The method of manufacturing a semiconductor device according to 5 above, wherein the first sputtering film forming process, the second sputtering film forming process, and the third sputtering film forming process are performed on the back surface of the wafer and the other wafer. Executed. 前記6項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハおよび前記他のウエハの厚さは、300マイクロメートル未満である。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to item 6, the thickness of the wafer and the other wafer is less than 300 micrometers. 前記7項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x6)前記ロードロック室の底部を形成できるように設けられた第1のウエハステージ;
(x7)前記第1のスパッタリング成膜処理領域に設けられた第2のウエハステージ;
(x8)前記第2のスパッタリング成膜処理領域に設けられた第3のウエハステージ。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 7, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X6) a first wafer stage provided so as to form the bottom of the load lock chamber;
(X7) a second wafer stage provided in the first sputtering film formation region;
(X8) A third wafer stage provided in the second sputtering film forming region.
前記8項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x9)前記第1のスパッタリング成膜処理領域に設けられた一組の第1の膜付着防止用シールド;
(x10)前記第2のスパッタリング成膜処理領域に設けられた一組の第2の膜付着防止用シールド。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 8, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X9) a set of first film adhesion preventing shields provided in the first sputtering film formation region;
(X10) A pair of second film adhesion preventing shields provided in the second sputtering film forming region.
前記9項の半導体装置の製造方法において、前記第1のウエハステージ、前記第2のウエハステージ、および前記第3のウエハステージは、平面的に言って、ほぼ同一円周上にある。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 9, the first wafer stage, the second wafer stage, and the third wafer stage are substantially on the same circumference in plan view. 前記10項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置内における前記ウエハおよび前記他のウエハに対する処理は、前記ウエハおよび前記他のウエハの各ウエハとそれぞれリング状のウエハサセプタが近接した状態で実行される。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 10, the wafer and other wafers in the wafer processing apparatus are processed in a state where each wafer of the wafer and the other wafer is close to a ring-shaped wafer susceptor. Executed. 前記11項の半導体装置の製造方法において、前記第1のスパッタリング成膜処理はチタン膜のスパッタリング成膜処理であり、前記第2のスパッタリング成膜処理は第1のニッケル膜のスパッタリング成膜処理であり、前記第3のスパッタリング成膜処理は金膜のスパッタリング成膜処理である。     12. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 11, the first sputtering film forming process is a titanium film sputtering film forming process, and the second sputtering film forming process is a first nickel film sputtering film forming process. The third sputtering film forming process is a gold film sputtering film forming process. 前記12項の半導体装置の製造方法において、前記磁性ターゲットの径は、前記非磁性ターゲットの径よりも小さい。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 12, the diameter of the magnetic target is smaller than the diameter of the nonmagnetic target. 前記13項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x11)前記磁性ターゲットの背面に設けられた第1のバッキングプレート;
(x12)前記非磁性ターゲットの背面に設けられた第2のバッキングプレート;
(x13)前記非磁性ターゲットと前記第2のバッキングプレートの間に設けられたスペーサプレート。
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to the item 13, wherein the wafer processing apparatus further includes:
(X11) a first backing plate provided on the back surface of the magnetic target;
(X12) a second backing plate provided on the back surface of the nonmagnetic target;
(X13) A spacer plate provided between the nonmagnetic target and the second backing plate.
前記2項の半導体装置の製造方法において、前記真空排気系は以下を含む:
(y1)ドライポンプ;
(y2)クライオポンプ。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 2, the evacuation system includes:
(Y1) dry pump;
(Y2) A cryopump.
前記15項の半導体装置の製造方法において、前記ロードロック室の真空排気系は以下を含む:
(y3)前記ドライポンプ;
(y4)分子ポンプ。
16. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 15, the evacuation system of the load lock chamber includes the following:
(Y3) the dry pump;
(Y4) Molecular pump.
前記12項の半導体装置の製造方法において、前記ウエハ処理装置は更に以下を有する:
(x14)前記スパッタリング成膜処理室内に設けられた第3のスパッタリング成膜処理領域;
(x15)前記第3のスパッタリング成膜処理領域に設けられた第4のウエハステージ;
(x16)前記第3のスパッタリング成膜処理領域に設けられた一組の第3の膜付着防止用シールド、
ここで、前記第3のスパッタリング成膜処理領域は、第2のニッケル膜のスパッタリング成膜処理のためのものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 12, the wafer processing apparatus further includes:
(X14) a third sputtering film forming region provided in the sputtering film forming chamber;
(X15) a fourth wafer stage provided in the third sputtering film forming region;
(X16) a set of third film adhesion preventing shields provided in the third sputtering film forming region;
Here, the third sputtering film forming region is for the sputtering film forming process of the second nickel film.
前記9項の半導体装置の製造方法において、前記半導体装置はパワーMOSFET、IGBTまたはLDMOSFETを有する。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 9, the semiconductor device includes a power MOSFET, an IGBT, or an LDMOSFET. 前記18項の半導体装置の製造方法において、前記第1のウエハステージ、前記第2のウエハステージ、前記第3のウエハステージ、および前記第4のウエハステージは、平面的に言って、ほぼ同一円周上にある。     In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 18, the first wafer stage, the second wafer stage, the third wafer stage, and the fourth wafer stage are substantially the same circle in plan view. It is on the lap. 前記1項の半導体装置の製造方法において、前記工程(b)は、前記工程(c)よりも先に実行される。     In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the step (b) is performed prior to the step (c).
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