JP2013041919A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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ウエハ上の静電気制御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 static electricity control technique on a wafer in a method of manufacturing a semiconductor device (or a semiconductor integrated circuit device).
日本特開2007−123412号公報(特許文献1)には、ダマシンプロセスのビア形成時に、ビア開口の途中で、ビア下方の配線に蓄積された電荷を除電し、その後に、残りの絶縁膜を除去して、ビアを完成する技術が開示されている。 In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-123812 (Patent Document 1), when forming a via in a damascene process, the charge accumulated in the wiring under the via is neutralized in the middle of the via opening, and then the remaining insulating film is formed. A technique for removing and completing a via is disclosed.
日本特開平11−111660号公報(特許文献2)には、RCA洗浄におけるHPM(Hydrochloride Hydrogen Peroxide Mixture)による塩酸雰囲気の問題を解決するため、HPMの代わりに、酸性イオン水を用いる技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-111660 (Patent Document 2) discloses a technique that uses acidic ionized water instead of HPM in order to solve the problem of hydrochloric acid atmosphere caused by HPM (Hydrogen Hydrogen Peroxide Mix) in RCA cleaning. ing.
日本特開平6−252076号公報(特許文献3)には、レジスト付ウエハのドライエッチングやアッシングによるチャージアップに起因する不所望な効果を防止するために、ドライエッチング等の後に、紫外線を照射し、その後に、有機洗浄を実施する技術が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 6-252076 (Patent Document 3), in order to prevent an undesired effect caused by charge-up by dry etching or ashing of a wafer with resist, ultraviolet rays are irradiated after dry etching or the like. Thereafter, a technique for performing organic cleaning is disclosed.
本願発明者らが、プラズマ処理等による半導体ウエハのチャージアップの影響を検討したところによると、半導体ウエハ等にドライエッチング等を施すと、通常、その結果として、半導体ウエハは、主に電気的に正側に偏った不均一な帯電状態となることが明らかとなった。これは、ドライエッチング等によって、正の可動イオン等がウエハの表面やその近傍に残存し、不均一に分布していることを示すものであり、個々の半導体チップとされた後も残存して、動作に悪影響を及ぼす恐れがある。 The inventors of the present application have examined the effect of charge-up of a semiconductor wafer due to plasma processing or the like. When dry etching or the like is performed on a semiconductor wafer or the like, the semiconductor wafer is usually electrically It became clear that the charged state was unevenly biased to the positive side. This indicates that positive movable ions etc. remain on the wafer surface and its vicinity by dry etching, etc., and are unevenly distributed, and remain even after individual semiconductor chips are formed. May adversely affect operation.
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、信頼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 highly reliable semiconductor device.
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、通常、ポリマー除去液等を使用する必要のないメタル膜加工工程に於いて、加工用レジスト膜の除去後、ポリマー除去液類似の導電性処理液との摩擦により、ウエハ全体を負に帯電させるものである。 That is, according to one invention of the present application, in a metal film processing step that does not normally require the use of a polymer removal solution, etc., after removal of the processing resist film, friction with a conductive treatment solution similar to the polymer removal solution is caused. The whole wafer is negatively charged.
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、通常、ポリマー除去液等を使用する必要のないメタル膜加工工程に於いて、加工用レジスト膜の除去後、ポリマー除去液類似の導電性処理液との摩擦により、ウエハ全体を負に帯電させることにより、プラズマ処理等による不所望な帯電を防止することができる。 That is, normally, in a metal film processing process that does not require the use of a polymer removal solution, the entire wafer is negatively charged by friction with a conductive treatment solution similar to the polymer removal solution after the processing resist film is removed. By doing so, undesired charging due to plasma treatment or the like can be prevented.
〔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.以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)第1の主面および第2の主面を有する半導体ウエハの前記第1の主面上のほぼ全面に金属膜を形成する工程;
(b)前記金属膜上に、パターンを有するレジスト膜を形成する工程;
(c)前記レジスト膜がある状態で、実質的に異方性ドライエッチングを用いることなく、エッチングすることによって、前記金属膜をパターニングする工程;
(d)前記工程(c)の後、前記レジスト膜を除去する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面側のほぼ全体を負に帯電させる工程、
ここで、前記工程(c)は、以下の下位工程を含む:
(c1)前記金属膜を構成する第1のメタル層を、等方性ドライエッチングにより、パターニングする工程。
1. A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) forming a metal film on substantially the entire surface of the first main surface of the semiconductor wafer having the first main surface and the second main surface;
(B) forming a resist film having a pattern on the metal film;
(C) patterning the metal film by etching without using anisotropic dry etching in the presence of the resist film;
(D) a step of removing the resist film after the step (c);
(E) After the step (d), a step of negatively charging substantially the whole of the first main surface side of the semiconductor wafer;
Here, the step (c) includes the following substeps:
(C1) A step of patterning the first metal layer constituting the metal film by isotropic dry etching.
2.前記1項の半導体装置の製造方法において、前記金属膜は、以下を有する:
(x1)下層の前記第1のメタル層;
(x2)上層の第2のメタル層、
ここで、前記第1のメタル層は、バリアメタル層であり、前記第2のメタル層は、アルミニウム系メタル層である。
2. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the
(X1) the lower first metal layer;
(X2) an upper second metal layer,
Here, the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is an aluminum-based metal layer.
3.前記2項の半導体装置の製造方法において、前記工程(c)は、以下の下位工程を含む:
(c2)前記下位工程(c1)の前に、前記レジスト膜をマスクとして、前記第2のメタル層に対して、ウエットエッチングを実行することにより、前記第2のメタル層をパターニングする工程。
3. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the
(C2) A step of patterning the second metal layer by performing wet etching on the second metal layer using the resist film as a mask before the substep (c1).
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(e)は、導電性処理液を用いたウエット処理により実行される。
4). In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
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、前記金属膜は、主に、前記半導体ウエハの前記第1の主面上の絶縁膜上に形成されている。 5). In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 4, the metal film is mainly formed on an insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
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、更に、以下の工程を含む:
(f)前記工程(e)の後、前記金属膜上のほぼ全面に、ファイナルパッシベーション膜を形成する工程。
6). 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(F) A step of forming a final passivation film on substantially the entire surface of the metal film after the step (e).
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、前記工程(d)は、アッシング処理により実行される。 7). In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 6, the step (d) is performed by an ashing process.
8.前記4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、前記導電性処理液は、ポリマー剥離液である。 8). 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 4 to 7, wherein the conductive treatment liquid is a polymer stripping liquid.
9.前記4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、前記導電性処理液は、前記ウエハをスピンさせた状態で、前記第1の主面側に供給される。 9. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 4 to 8, the conductive processing liquid is supplied to the first main surface side in a state where the wafer is spun.
10.前記4から9項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記導電性処理液は、酢酸およびアンモニアを主要な成分として含む水溶液である。 10. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 4 to 9, the conductive treatment liquid is an aqueous solution containing acetic acid and ammonia as main components.
11.以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)第1の主面および第2の主面を有する半導体ウエハの前記第1の主面上のほぼ全面に金属膜を形成する工程;
(b)前記金属膜上に、パターンを有するレジスト膜を形成する工程;
(c)前記レジスト膜がある状態で、実質的に側壁ポリマーの形成を伴うドライエッチングを用いることなく、エッチングすることによって、前記金属膜をパターニングする工程;
(d)前記工程(c)の後、前記レジスト膜を除去する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面側のほぼ全体を負に帯電させる工程、
ここで、前記工程(c)は、以下の下位工程を含む:
(c1)前記金属膜を構成する第1のメタル層を、実質的に側壁ポリマーの形成を伴うことなく、ドライエッチングすることにより、パターニングする工程。
11. A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) forming a metal film on substantially the entire surface of the first main surface of the semiconductor wafer having the first main surface and the second main surface;
(B) forming a resist film having a pattern on the metal film;
(C) patterning the metal film by etching in the presence of the resist film without using dry etching that substantially involves formation of a sidewall polymer;
(D) a step of removing the resist film after the step (c);
(E) After the step (d), a step of negatively charging substantially the whole of the first main surface side of the semiconductor wafer;
Here, the step (c) includes the following substeps:
(C1) A step of patterning the first metal layer constituting the metal film by dry etching without substantially forming a sidewall polymer.
12.前記11項の半導体装置の製造方法において、前記金属膜は、以下を有する:
(x1)下層の前記第1のメタル層;
(x2)上層の第2のメタル層、
ここで、前記第1のメタル層は、バリアメタル層であり、前記第2のメタル層は、アルミニウム系メタル層である。
12 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the
(X1) the lower first metal layer;
(X2) an upper second metal layer,
Here, the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is an aluminum-based metal layer.
13.前記12項の半導体装置の製造方法において、前記工程(c)は、以下の下位工程を含む:
(c2)前記下位工程(c1)の前に、前記レジスト膜をマスクとして、前記第2のメタル層に対して、ウエットエッチングを実行することにより、前記第2のメタル層をパターニングする工程。
13. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the
(C2) A step of patterning the second metal layer by performing wet etching on the second metal layer using the resist film as a mask before the substep (c1).
14.前記11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、前記工程(e)は、導電性処理液を用いたウエット処理により実行される。 14 14. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 11 to 13, the step (e) is performed by a wet process using a conductive process liquid.
15.前記11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、前記金属膜は、主に、前記半導体ウエハの前記第1の主面上の絶縁膜上に形成されている。 15. 15. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 11 to 14, the metal film is mainly formed on an insulating film on the first main surface of the semiconductor wafer.
16.前記11から15項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、更に、以下の工程を含む:
(f)前記工程(e)の後、前記金属膜上のほぼ全面に、ファイナルパッシベーション膜を形成する工程。
16. 16. The method for manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 11 to 15, further includes the following steps:
(F) A step of forming a final passivation film on substantially the entire surface of the metal film after the step (e).
17.前記11から16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(d)は、アッシング処理により実行される。 17. 17. In the method for manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 11 to 16, the step (d) is executed by an ashing process.
18.前記14から17項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記導電性処理液は、ポリマー剥離液である。
18. 18. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
19.前記14から18項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記導電性処理液は、前記ウエハをスピンさせた状態で、前記第1の主面側に供給される。
19. 19. In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
20.前記14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、前記導電性処理液は、酢酸およびアンモニアを主要な成分として含む水溶液である。 20. 20. In the method for manufacturing a semiconductor device as described above in any one of 14 to 19, the conductive treatment liquid is an aqueous solution containing acetic acid and ammonia as main components.
〔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、便宜上複数のパートおよび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 parts and sections for convenience, if necessary. However, unless otherwise specified, they are not independent from each other. Rather, each part of a single example, one of which is a partial detail of the other or a part or all of a modification. 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)単体、またはそれらを中心に、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。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)を例示することができる。このとき、各種単体トランジスタの代表的なものとしては、パワーMOSFETやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例示することができる。 Further, in the present application, the term “semiconductor device” mainly refers to various transistors (active elements) alone, or a device in which resistors, capacitors, etc. are integrated on a semiconductor chip or the like (for example, a single crystal silicon substrate). Say. Here, as a representative of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) typified by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. At this time, typical examples of various single transistors include power MOSFETs and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
なお、本願において、「半導体能動素子」とは、トランジスタ、ダイオード等を指す。 In the present application, “semiconductor active element” refers to a transistor, a diode, or the like.
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:NCS)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: NCS) and other coating-type silicon oxide, silica-based low-k insulating film (porous insulating) 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.
〔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.
1.本願の実施の形態の半導体装置の製造方法における対象デバイスの一例であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のチップ構造等の説明(主に図1から図3)
ここでは、IGBTを例に取り具体的に説明するが、本願発明は、IGBTに限らず、パワーMOSFET、パワーダイオード、その他のパワー系半導体能動素子、半導体集積回路装置等に適用できることは言うまでもない。
1. Description of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) chip structure as an example of a target device in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 1 to 3)
Here, the IGBT will be specifically described by way of example, but it goes without saying that the present invention is not limited to the IGBT but can be applied to power MOSFETs, power diodes, other power semiconductor active elements, semiconductor integrated circuit devices, and the like.
図1は本願の実施の形態の半導体装置の製造方法における対象デバイスの一例であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のチップ上面レイアウト図である。図2は図1のアクティブセル部抜き出し領域R2におけるA−A’断面に対応するセル部のチップ断面図である。図3は図1のチップ端部切り出し領域R1におけるX−X’ 断面に対応するチップ周辺領域のチップ断面図である。これらに基づいて、本願の実施の形態の半導体装置の製造方法における対象デバイスの一例であるIGBTのチップ構造等を説明する。 FIG. 1 is a top surface layout diagram of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) which is an example of a target device in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. FIG. 2 is a chip cross-sectional view of the cell portion corresponding to the A-A ′ cross section in the active cell extraction region R <b> 2 of FIG. 1. FIG. 3 is a chip cross-sectional view of the chip peripheral region corresponding to the X-X ′ cross section in the chip end cutout region R <b> 1 of FIG. 1. Based on these, an IGBT chip structure, which is an example of a target device in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application, will be described.
まず、図1により、代表的なシリコン系IGBTのチップ上面レイアウト(第1の主面1a上のレイアウト)を説明する。図1に示すように、半導体チップ2の周辺部には、リング状のメタルガードリング3が設けられており、このメタルガードリング3の内側には、たとえば、これと同層のメタル層で構成されたメタルゲート配線8が設けられている。メタルゲート配線8の一部は、幅が広くなってメタルゲート電極となっており、その部分にゲートパッド開口7が設けられている。メタルゲート配線8の内側のほとんどの領域は、たとえばメタルゲート配線8と同層のメタル層で構成されたメタルエミッタ電極5で覆われており、メタルエミッタ電極5の中央部には、エミッタバッド開口42が設けられている。エミッタバッド開口42の外側は、ゲートパッド開口7を除き、メタルガードリング3の若干外側まで、ポリイミド膜等のファイナルパッシベーション膜33により被覆されている。メタルエミッタ電極5下のほとんどの部分は、アクティブセル領域4となっており、その周辺部(チップ周辺領域26)には、内側からそれぞれリング状のセル周辺P型主接合領域6pおよびP型ウエル領域9が設けられている。
First, referring to FIG. 1, a chip top surface layout (a layout on the first
次に、図2により、図1のアクティブセル部抜き出し領域R2のA−A’断面を説明する。図2に示すように、アクティブセル領域4は、単位セル領域10の繰り返し構造となっている。半導体チップ2の裏面1b(第2の主面)には、メタルコレクタ電極24が設けられており、その内側の半導体領域表面には、P+型コレクタ領域23が、更にその内側には、N+型フィールドストップ領域22が設けられている。半導体基板2の主要部は、下側のN型ドリフト領域16および上側のP型ボディ領域6(P型チャネル領域)から構成されている。半導体チップ2の表面1a(第1の主面)には、P型ボディ領域6を貫通して、N型ドリフト領域16の内部に達するように複数のトレンチ15が形成されており、その内部には、ゲート絶縁膜17を介して、ポリシリコンゲート電極18が埋め込まれている。半導体基板2の表面1a上には、層間絶縁膜11が設けられており、隣接するトレンチ15間の半導体基板2の表面1a内には、N+型エミッタ領域12が設けられている。また、半導体基板2の表面1a側に於いては、層間絶縁膜11およびN+型エミッタ領域12を貫通して、P型ボディ領域6に至るコンタクト部21(コンタクト溝)が設けられており、このコンタクト溝21の下端に接するP型ボディ領域6には、P+型ボディコンタクト領域14が設けられている。コンタクト溝21の内壁を含む層間絶縁膜11上には、バリアメタル膜19(第1のメタル層)が設けられており、コンタクト溝21の内には、タングステンプラグ20が設けられている。これらのバリアメタル膜19およびタングステンプラグ20上には、メタルエミッタ電極5が設けられている。
Next, the A-A ′ cross section of the active cell extraction region R <b> 2 in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2. As shown in FIG. 2, the
次に、図3により、図1のチップ端部切り出し領域R1(アクティブセル領域4の端部およびチップ周辺領域26)のX−X’ 断面を説明する。図3に示すように、半導体チップ2の裏面1b(第2の主面)には、メタルコレクタ電極24が設けられており、その内側の半導体領域表面には、P+型コレクタ領域23が、更にその内側には、N+型フィールドストップ領域22が設けられている。半導体基板2の主要部は、下側のN型ドリフト領域16から構成されている。N型ドリフト領域16の半導体基板表面1a側の表面領域には、アクティブセル領域4を取り巻くセル周辺P型主接合領域6pがあり、更に、この外側には、これと連結して、アクティブセル領域4を取り巻くP型ウエル領域9等が設けられている。図中に、ブロッキングモードにおける空乏層25が破線で描かれている。チップ端部におけるN型ドリフト領域16の半導体基板表面1a側の表面領域には、N+型チャンネルストップ領域30およびP+型チップ周辺コンタクト領域31が設けられている。N型ドリフト領域16の半導体基板表面1a上には、酸化シリコン系絶縁膜等の表面絶縁膜32が設けられており、この上には、ゲート引き出しのためのポリシリコンゲート配線28、メタルガードリング3のコンタクトを取るためのポリシリコンガードリング29等が設けられている。N型ドリフト領域16の半導体基板表面1a上および表面絶縁膜32上には、酸化シリコン系絶縁膜等の層間絶縁膜11が設けられており、この層間絶縁膜11の上には、メタルエミッタ電極5、ポリシリコンゲート配線28に電気的に接続されたメタルゲート配線8、ポリシリコンガードリング29に電気的に接続されたメタルガードリング3等の表面メタル電極が設けられている。これらの表面メタル電極は、たとえば、アルミニウム系電極層等から構成されている。層間絶縁膜11上、および表面メタル電極5,8,3上には、必要に応じて、たとえば、ポリイミド膜等から構成されたファイナルパッシベーション膜33が形成されている。
Next, the X-X ′ cross section of the chip end cutout region R1 (the end of the
ここで、層間絶縁膜11とファイナルパッシベーション膜33の界面等に不所望な正電荷(正可動イオン27p)等があると、ブロッキングモードに於いて、耐圧の劣化を生じたり、エミッタおよびゲート間でリークを生じたりする信頼性不良等の原因となる。このような不良は、通常、高温ストレス試験等により確認することができる。高温ストレス試験の代表的なものとしては、HTRB(High Temperature Reverse Bias)試験があり、たとえば、チップ状態で、摂氏150度、エミッタおよびゲートは、0ボルト、コレクタに400ボルトを印加した状態で、比較的長時間(たとえば、1000時間)行われる。
Here, if there is an undesired positive charge (positive
2.本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインの説明(主に図4および図7から図26)
ここでは、CZ(Czochralski)法によるP+型シリコン単結晶ウエハ上に2層のエピタキシャル層を形成する方式を例に取り具体的に説明するが、本願発明はこれに限定されるものではなく、CZ法によるウエハ、またはFZ(Floating Zone)法によるN型ウエハにイオン注入等により、N+型フィールドストップ領域22およびP+型コレクタ領域23を形成するものにも適用できることは言うまでもない。
2. Description of outline of wafer process in manufacturing method of semiconductor device of one embodiment of the present application (mainly FIG. 4 and FIGS. 7 to 26)
Here, a method of forming two epitaxial layers on a P + type silicon single crystal wafer by a CZ (Czochralski) method will be specifically described as an example, but the present invention is not limited to this. Needless to say, the present invention can also be applied to an N + type
図4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バリアメタル形成プロセス以降のプロセスブロックフロー図である。図7は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(P型ウエル領域導入工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図8は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(P型ウエル領域導入工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図9は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(P型ボディ領域導入工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図10は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(P型ボディ領域導入工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図11は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(トレンチ形成工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図12は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(トレンチ形成工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図13は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(ポリシリコン膜加工工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図14は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(ポリシリコン膜加工工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図15は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(エミッタ導入工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図16は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(エミッタ導入工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図17は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(コンタクト溝形成工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図18は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(コンタクト溝形成工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図19は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(バリアメタル層等形成工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図20は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(バリアメタル層等形成工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図21は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(金属膜加工工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図22は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(金属膜加工工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図23は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(ファイナルパッシベーション膜形成工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図24は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(ファイナルパッシベーション膜形成工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。図25は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(メタルコレクタ電極形成工程)における図2に対応する断面に関するデバイス断面図(アクティブセル領域)である。図26は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明するための製造プロセス中(メタルコレクタ電極形成工程)における図3のチップ周辺部断面切り出し領域R3に対応する断面に関するデバイス断面図(チップ周辺領域)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハプロセスのアウトラインを説明する。 FIG. 4 is a process block flow diagram after the barrier metal formation process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. FIG. 7 is a device cross-sectional view (active view) corresponding to the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (P-type well region introducing step) for explaining the outline of the wafer process in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application. Cell region). FIG. 8 corresponds to the chip peripheral section cutout region R3 in FIG. 3 during the manufacturing process (P-type well region introducing step) for explaining the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device according to the one embodiment of the present application. It is device sectional drawing (chip peripheral area | region) regarding the cross section to perform. 9 is a device cross-sectional view (active view) corresponding to the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (P-type body region introducing step) for explaining the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present application. Cell region). FIG. 10 corresponds to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (P-type body region introduction step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing (chip peripheral area | region) regarding the cross section to perform. FIG. 11 is a device cross-sectional view (active cell region) relating to the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (trench formation step) for explaining the outline of the wafer process in the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present application. It is. FIG. 12 relates to a cross section corresponding to the chip peripheral section cutout region R3 in FIG. 3 during the manufacturing process (trench forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing (chip peripheral region). FIG. 13 is a device cross-sectional view (active cell) regarding the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (polysilicon film processing step) for explaining the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present application. Area). 14 corresponds to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (polysilicon film processing step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing (chip peripheral area | region) regarding a cross section. FIG. 15 is a device cross-sectional view (active cell region) regarding a cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (emitter introduction step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. It is. FIG. 16 relates to a cross section corresponding to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (emitter introduction process) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing (chip peripheral region). FIG. 17 is a device cross-sectional view (active cell region) relating to the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (contact groove forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. ). 18 is a cross section corresponding to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (contact groove forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a device cross-sectional view (chip peripheral region). FIG. 19 is a device cross-sectional view (active cross-sectional view) corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (barrier metal layer forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. Cell region). FIG. 20 corresponds to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (barrier metal layer forming step) for explaining the outline of the wafer process in the semiconductor device manufacturing method of the embodiment of the present invention. It is device sectional drawing (chip peripheral area | region) regarding the cross section to perform. FIG. 21 is a device sectional view (active cell region) relating to the section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (metal film processing step) for explaining the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present application. ). FIG. 22 is a cross section corresponding to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (metal film processing step) for explaining the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device of the embodiment of the present application. FIG. 6 is a device cross-sectional view (chip peripheral region). FIG. 23 is a device cross-sectional view (active cell) relating to the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (final passivation film forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present application. Area). FIG. 24 corresponds to the chip peripheral section cut-out region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (final passivation film forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. It is device sectional drawing (chip peripheral area | region) regarding a cross section. FIG. 25 is a device cross-sectional view (active cell) regarding the cross-section corresponding to FIG. 2 during the manufacturing process (metal collector electrode forming step) for explaining the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present application. Area). 26 corresponds to the chip peripheral section cutout region R3 of FIG. 3 during the manufacturing process (metal collector electrode forming step) for explaining the outline of the wafer process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention. It is device sectional drawing (chip peripheral area | region) regarding a cross section. Based on these, the outline of the wafer process in the manufacturing method of the semiconductor device of the one embodiment of the present application will be described.
まず、P−型シリコン単結晶(たとえば、ボロン高濃度ドープ)の200φウエハ(150φ、100φ、300φ、450φ等の各種径のウエハでもよい)を準備する。ここでは、たとえば、CZ(Czochralski)法によるウエハが最も好適であるが、FZ(Floating Zone)法によるウエハでもよい。 First, a P-type silicon single crystal (for example, boron high-concentration doped) 200φ wafer (wafers of various diameters such as 150φ, 100φ, 300φ, 450φ, etc.) may be prepared. Here, for example, a wafer by the CZ (Czochralski) method is most suitable, but a wafer by the FZ (Floating Zone) method may be used.
次に、図7および図8に示すように、P−型シリコン単結晶ウエハ1、すなわち、半導体基板部1s(P+型シリコン単結晶半導体基板部)の表面1a(第1の主面)側に、順次、たとえばエピタキシャル成長により、N+型エピタキシ層1nおよびN型エピタキシ層1eを形成する。続いて、ウエハ1の表面1a上に、たとえば、熱酸化により、酸化シリコン系絶縁膜等のP型ウエル領域導入用絶縁膜34aを成膜する。
Next, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, on the
次に、たとえば、通常のリソグラフィにより、P型ウエル領域導入用絶縁膜34aを一部分で全面除去し、半導体基板表面を熱酸化等により再酸化し、イオン注入用の薄い酸化シリコン膜35(犠牲酸化膜)を成膜する。次に、この状態で、薄い酸化シリコン膜35下に選択的にボロンイオンをイオン注入することにより、P型ウエル領域9を導入する。
Next, the P-type well region introducing insulating
次に、図9および図10に示すように、一旦、ウエハ1の表面1a上の絶縁膜を全面除去し、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)等により、酸化シリコン系絶縁膜等のP型ボディ領域導入用絶縁膜34bを成膜する。続いて、たとえば、通常のリソグラフィにより、P型ボディ領域導入用絶縁膜34bを一部領域で全面除去する。続いて、この全面除去された部分を再酸化することにより、再度、イオン注入用の薄い酸化シリコン膜35(犠牲酸化膜)を成膜する。次に、この状態で、薄い酸化シリコン膜35下に選択的にボロンイオンをイオン注入することにより、P型ボディ領域6(P型チャネル領域)を導入する。その後、不要になったP型ボディ領域導入用絶縁膜34bを全面除去する。
Next, as shown in FIGS. 9 and 10, the insulating film on the
次に、図11および図12に示すように、ウエハ1の表面1a上に、たとえば、CVD等により、酸化シリコン系絶縁膜等のトレンチ形成用ハードマスク膜36を成膜する。次に、たとえば、通常のリソグラフィにより、トレンチ形成用ハードマスク膜36をパターニングする。続いて、パターニングされたトレンチ形成用ハードマスク膜36をマスクとして、異方性ドライエッチングにより、トレンチ15を形成する。
Next, as shown in FIGS. 11 and 12, a trench forming
次に、図13および図14に示すように、トレンチ形成用ハードマスク膜36を、たとえば、通常のリソグラフィにより、再度、パターニングする。次に、たとえば、熱酸化等により、ゲート絶縁膜17およびゲート絶縁膜と同時に形成された絶縁膜37を成膜する。次に、ウエハ1の表面1a上に、たとえば、CVD等により、ゲート電極用ポリシリコン膜を成膜する。続いて、このゲート電極用ポリシリコン膜を、たとえば、通常のリソグラフィにより、パターニングすることで、ポリシリコンゲート電極18、ポリシリコンゲート配線28、ポリシリコンガードリング29等を形成する。
Next, as shown in FIGS. 13 and 14, the trench forming
次に、図15および図16に示すように、熱酸化等により、ポリシリコンゲート電極18、ポリシリコンゲート配線28、ポリシリコンガードリング29等の表面に、薄い酸化シリコン膜39を成膜する。この状態で、レジスト膜をマスクとして、砒素等をイオン注入することにより、N+型エミッタ領域12およびN+型チャンネルストップ領域30を導入する。その後、不要になったレジスト膜を全面除去する。
Next, as shown in FIGS. 15 and 16, a thin
次に、図17および図18に示すように、ウエハ1の表面1a上、表面絶縁膜32上、薄い酸化シリコン膜39上等に、たとえば、CVD等により、酸化シリコン系絶縁膜等の層間絶縁膜11を成膜する。次に、たとえば、通常のリソグラフィにより、層間絶縁膜11および半導体基板1をエッチングすることにより、コンタクト部21(コンタクト溝)を形成する。
Next, as shown in FIGS. 17 and 18, interlayer insulation such as a silicon oxide insulating film is formed on the
次に、図19および図20に示すように、コンタクト溝21を通して、半導体基板に、ボロンをイオン注入することにより、P+型ボディコンタクト領域14およびP+型チップ周辺コンタクト領域31を導入する。次に、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、スパッタリング成膜により、窒化チタン膜等のバリアメタル膜19(第1のメタル層)を成膜する(図4のTiNスパッタ工程101)。続いて、バリアメタル膜19上のほぼ全面に、たとえば、CVD等により、タングステン膜を成膜する(図4のW成膜工程102)ことにより、コンタクト溝21を充填する。続いて、コンタクト溝21外のタングステン膜をエッチバック等により除去することにより、タングステンプラグ20を形成する(図4のWエッチバック工程103)。このエッチバックは、たとえば、SF6系ガスを用いた等方性ドライエッチングによって実行する。
Next, as shown in FIGS. 19 and 20, boron is ion-implanted into the semiconductor substrate through the
次に、図21および図22に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、スパッタリング成膜により、アルミニウムを主要な成分とするアルミニウム系メタル層40(第2のメタル層)を堆積する(図4のAlスパッタ工程104)。ここで、先のバリアメタル膜19(第1のメタル層)およびアルミニウム系メタル層40(第2のメタル層)等により、金属膜41を構成することになる。これにより、図4のTiNスパッタ工程101からAlスパッタ工程104で構成される金属膜形成工程121を完了したことになる。
Next, as shown in FIGS. 21 and 22, an aluminum-based metal layer 40 (second metal layer) containing aluminum as a main component is formed on almost the entire surface on the
次に、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布により、フォトレジスト膜を形成する。続いて、このフォトレジスト膜を例えば通常のリソグラフィにより、パターニングする(図4のレジストパターン形成工程105)。このパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして、たとえば、ウエットエッチングにより、アルミニウム系メタル層40をパターニングする(図4のAlウエットエッチ工程106)。Alウエットエッチ工程106に用いる薬液としては、たとえば、酢酸、硝酸、燐酸等からなる水溶液を好適なものとして例示することができる。なお、アルミニウム系メタル層40のパターニングは、等方性ドライエッチングにより、実行しても良い(塩素系のガスを用いた場合は、H2Oアッシャー処理、O2プラズマ処理等の防食処理が必要である)。
Next, a photoresist film is formed on almost the
続いて、等方性ドライエッチング(図5参照)により、バリアメタル膜19をパターニングする(図4のバリアドライエッチ工程107)。ここで、バリアドライエッチ工程107のエッチングガス系としては、たとえば、CF4/O2等を好適なものとして例示することができる。これにより、図4のAlウエットエッチ工程106およびバリアドライエッチ工程107で構成される金属膜パターニング工程122を完了したことになる。
Subsequently, the
続いて、プラズマアッシング(酸素雰囲気)等により、フォトレジスト膜を除去する(図4のレジスト除去工程108)。これによって、メタルエミッタ電極5、メタルゲート配線8、メタルガードリング3等が形成されたことになる。
Subsequently, the photoresist film is removed by plasma ashing (oxygen atmosphere) or the like (resist
ここで、図4に示すように、ウエハ1の表面1aの電荷分布を安定させるためのウエット処理109(負電荷付与処理)を実行するが、詳細は、次のセクションで説明する。
Here, as shown in FIG. 4, a wet process 109 (negative charge imparting process) for stabilizing the charge distribution on the
ウエット処理109の後、図23および図24に示すように、ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば、塗布により、ポリイミド系有機絶縁膜等を形成する。続いて、ポリイミド系有機絶縁膜等をパターニングすることにより、これをファイナルパッシベーション膜33とする(図4の保護膜形成工程110)。
After the
次に、図25および図26に示すように、ウエハ1の裏面1bに対して、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80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(図4のBG処理工程111)。
Next, as shown in FIGS. 25 and 26, the backside grinding process is performed on the
更に、ウエハ1の裏面1bにメタル裏面ドレイン電極24をスパッタリング成膜により、成膜する(図4の裏面電極形成工程112)。裏面メタル電極膜24は、ウエハ1に近い側から、たとえば、裏面チタン膜(金およびニッケルの拡散防止層)、裏面ニッケル膜(チップボンディング材との接着層)、裏面金膜(ニッケルの酸化防止層)等からなる。
Further, a metal back
その後、個々のチップに分割し(図4のダイシング工程113)、封止樹脂でトランスファーモールド等を施すと、パッケージされたデバイスとなる(図4の組み立て工程114)。
Thereafter, the chip is divided into individual chips (dicing
3.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法における要部プロセスの説明(主に図5および図6、図4を参照)
このセクションでは、セクション2で説明したウエット処理工程109(負電荷付与処理)の詳細並びに、バリアドライエッチ工程107等における帯電のメカニズム等を説明する。
3. Description of main process in manufacturing method of semiconductor device according to one embodiment of the present application (refer mainly to FIGS. 5, 6, and 4)
In this section, the details of the wet treatment process 109 (negative charge imparting process) described in
ここでは、負電荷付与の具体的方法として、スピン洗浄(スピンテーブルによるウエット処理)を例に取り具体的に説明するが、本願発明は、これに限定されるものではなく、スプレー処理、浸漬による攪拌処理、その他ウエハと薬液の間に摩擦が生じる処理方法であれば、いずれの方法であっても良い。 Here, as a specific method for imparting a negative charge, spin cleaning (wet processing using a spin table) will be specifically described as an example. However, the present invention is not limited to this, and spray processing and immersion are used. Any method may be used as long as it is a stirring method or other processing method in which friction occurs between the wafer and the chemical solution.
図5は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるバリアメタル加工工程に使用するドライエッチング装置の模式断面図である。図6は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法における要部プロセスである負電荷付与工程(ウエット表面処理工程)を説明するためのスピンウエット処理装置の模式断面図である。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おける要部プロセス等を説明する。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus used for a barrier metal processing step in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a spin wet processing apparatus for explaining a negative charge imparting step (wet surface treatment step) which is a main process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. Based on these drawings, a description will be given of essential processes and the like in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application.
まず、バリアドライエッチ工程107等において、ウエハに不所望な可動イオンが付加されるメカニズムを説明する。図5に、バリアドライエッチ工程107に使用するドライエッチング装置(等方性ドライエッチング装置)の一例の模式断面図を示す。図5に示すように、チャンバ51内の下部には、下部電極52(ウエハステージ)が設けられ、この下部電極52上に、ウエハ1が、その表面1aを上に向けて、設置されている。ここで、下部電極52は、接地されている。チャンバ51内の上部には、上部電極53が設けられており、この上部電極53は、高周波電源59を介して、接地されている。高周波電源59により、高周波電力が印加されると、下部電極52と上部電極53の間に、プラズマ54が生成される。このプラズマ54は、中性原子27a、負電荷27n(電子、負イオン)、正電荷27p(正イオン)、ラジカル27r等から構成されており、等方性ドライエッチングの場合は、主にラジカル27rによって、エッチングが進行するが、一部の正電荷27p(正イオン)は、ウエハ1上に残り、ウエハを帯電させる。なお、反応に係る処理用ガス56等は、ガス導入口55から供給され、チャンバ51の排出ガス58は、ガス排出口57から排出される。
First, the mechanism by which undesired mobile ions are added to the wafer in the barrier
次に、図6により、ウエット処理工程109(図4)において、ウエハ1に均一な負電荷分布が形成されるメカニズムを説明する。図6に示すように、回転軸62上にウエハ吸着ステージ61(スピンテーブル)が固定されており、その上に、ウエハ1がその表面1aを上に向けて、吸着保持されている。薬液ノズル63から薬液64を供給すると、ウエハ1との摩擦により、摩擦電気が相互に付与され、ウエハ1は、負に帯電し、薬液64は、正に帯電することとなる。
Next, a mechanism for forming a uniform negative charge distribution on the
図6のスピン洗浄装置によるウエット処理の具体的条件としては、一例として、以下を提示することができる。すなわち、液温:たとえば、摂氏60度から80度程度、液流量:たとえば、180cc/分程度、スピン速度:たとえば、1000rpm程度、処理時間:たとえば60秒から120秒程度である。 As specific conditions for the wet treatment by the spin cleaning apparatus of FIG. 6, the following can be presented as an example. That is, the liquid temperature is, for example, about 60 to 80 degrees Celsius, the liquid flow rate is, for example, about 180 cc / min, the spin speed is, for example, about 1000 rpm, and the processing time is, for example, about 60 seconds to 120 seconds.
また、薬液64としては、アルミニウム系電極膜(アルミニウム系配線膜)の異方性ドライエッチング後のポリマー除去に於いて使用されるポリマー除去液等の溶剤が好適であるが、一例として、以下を提示することができる。すなわち、CH3COOH/NH4OH/H2O(組成3:2:30程度)の混合溶液等である。このほかに、燐酸アンモニウム系ポリマー除去液、ジメチルスルホイシド(Dimethylsulfoxide)/H2O/NHF4/HF等の混合液を主要な成分とするポリマー除去液を上げることができる。
Further, as the
これらのポリマー除去液は、比較的微弱であるが導電性を有し、シリコンウエハ等対象物(その他の材料である場合は、当該材料)に負の静電気を付与するものである必要がある。 These polymer removing liquids are relatively weak but have electrical conductivity, and need to impart negative static electricity to an object such as a silicon wafer (in the case of other materials, the material).
4.本願の前記実施の形態に対する補足的説明並びに全般についての考察(主に図27から図29)
図27は本願の前記一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるバリアメタル膜ドライエッチング工程完了時および負電荷付与処理完了時点のウエハ状の電位分布を示す比較図表である。図28は図27の結果と比較するための帯電していないウエハの電位分布図である。図29は図27の結果と比較するために、図28のウエハに、純水を用いて、負電荷付与処理と同様の処理をしたウエハの電位分布図である。これらに基づいて、本願の前記実施の形態に対する補足的説明並びに全般についての考察を行う。
4). Supplementary explanation and general consideration for the above embodiment of the present application (mainly FIGS. 27 to 29)
FIG. 27 is a comparative chart showing the wafer-like potential distribution at the completion of the barrier metal film dry etching process and at the completion of the negative charge application process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present application. FIG. 28 is a potential distribution diagram of an uncharged wafer for comparison with the result of FIG. FIG. 29 is a potential distribution diagram of a wafer obtained by performing the same process as the negative charge applying process on the wafer of FIG. 28 using pure water for comparison with the result of FIG. Based on these, a supplementary explanation for the above embodiment of the present application and a general consideration will be given.
図27に示すように、各種のエッチング装置(同一機種を含む)でバリアエッチを施した後(バリアエッチング完了時点)のウエハ1上の電荷分布(静電気による電位分布)は、個別の装置で相違があり、機種が異なると分布形状が大きく異なっている。しかし、いずれにしても、その分布は凹凸が大きく、変化に富んでいる。一方、負電荷付与処理を施すと、分布が比較的平坦になり、ウエハ全体として、負側に大きくシフトしているのがわかる。
As shown in FIG. 27, the charge distribution (potential distribution due to static electricity) on the
これと比較するために、帯電していないウエハの電荷分布と、そのウエハに対して、負電荷付与処理と同様な構成で、純水スピン洗浄を施した後のウエハ上の電荷分布を、それぞれ図28および図29に示す。図28および図29からわかるように、非常に平坦であった帯電していないウエハ上の電荷分布が、純水洗浄後では、極めて、変動の大きな分布に変わっていることがわかる。 In order to compare with this, the charge distribution on the uncharged wafer and the charge distribution on the wafer after performing pure water spin cleaning on the wafer in the same configuration as the negative charge application process, respectively, It shows in FIG. 28 and FIG. As can be seen from FIGS. 28 and 29, the charge distribution on the uncharged wafer, which was very flat, has changed to a distribution with extremely large fluctuations after cleaning with pure water.
このように、先に説明した負電荷付与処理においては、処理前のウエハの電荷分布の状態に係りなく、ほぼ均一にウエハを負帯電状態に変換できるので、不所望な正電荷分布に起因する信頼性不良を有効に低減することができるものと考えられる。 As described above, in the negative charge imparting process described above, the wafer can be almost uniformly converted into the negatively charged state regardless of the state of the charge distribution of the wafer before the process, which is caused by an undesired positive charge distribution. It is considered that the reliability failure can be effectively reduced.
以上のように、前記実施の形態では、金属膜(部材膜)のパターニングにおいて、通常、側壁ポリマー除去液等による後処理を必要としない等方性ドライエッチングを含むエッチング工程の後に、後処理として、側壁ポリマー除去液類似の薬液による負電荷付与処理を実施している。これによって、等方性ドライエッチング中にウエハ1上に蓄積した正電荷を中和し、更に、比較的深く、均一な負電位分布を付与して、ウエハ1の静電的安定化を図っている。
As described above, in the above-described embodiment, in the patterning of the metal film (member film), the post-treatment is usually performed after the etching process including isotropic dry etching that does not require the post-treatment with the sidewall polymer removal solution or the like. The negative charge imparting treatment is performed with a chemical solution similar to the sidewall polymer removal solution. This neutralizes the positive charges accumulated on the
言い換えると、実質的に側壁ポリマーの形成を伴う異方性ドライエッチングを含まず、実質的に側壁ポリマーの形成を伴わないドライエッチングを含むエッチング工程の後に、後処理として、側壁ポリマー除去液類似の薬液による負電荷付与処理を実施している。すなわち、通常、このような場合には、側壁ポリマー除去処理は必要ないのであるが、前記実施の形態に於いては、ウエハ1の静電的安定化のために、あえて、側壁ポリマー除去という点では必要のない側壁ポリマー除去液類似の薬液による処理を実施するのである。
In other words, after the etching step which includes a dry etching which does not substantially involve the formation of the sidewall polymer and which does not substantially involve the formation of the sidewall polymer, a post-treatment is similar to the sidewall polymer removal solution. A negative charge imparting process using chemicals is performed. That is, normally, in such a case, the side wall polymer removal process is not necessary. However, in the above-described embodiment, the side wall polymer removal is purposely performed for electrostatic stabilization of the
5.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。
5. Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前記実施の形態では、トレンチ型ゲート構造のIGBTを例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、プレーナ構造にも全く同様に適用できることは言うまでもない。 For example, in the above-described embodiment, the IGBT having the trench type gate structure has been specifically described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and it is needless to say that the present invention can be applied to the planar structure in the same manner.
なお、前記実施の形態では、P+シリコン単結晶基板上のNエピタキシャル層上面に主にNチャネルデバイスを形成するものを具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、N+シリコン単結晶基板上のPエピタキシャル層上面にPチャネルデバイスを形成するものでもよい。 In the above embodiment, the N channel device is mainly formed on the upper surface of the N epitaxial layer on the P + silicon single crystal substrate. However, the present invention is not limited to this, and the N + silicon is not limited thereto. A P channel device may be formed on the upper surface of the P epitaxial layer on the single crystal substrate.
また、前記実施の形態では、主にシリコン系半導体基板に作られるデバイスについて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、GaAs系半導体基板、シリコンカーバイド系半導体基板及びシリコンナイトライド系半導体基板に作られるデバイスについてもほぼそのまま適用できることは言うまでもない。 In the above-described embodiments, devices mainly made on a silicon-based semiconductor substrate have been specifically described. However, the present invention is not limited thereto, and a GaAs-based semiconductor substrate, a silicon carbide-based semiconductor substrate, and a silicon nitride. Needless to say, the present invention can be applied almost as it is to a device made on a ride-type semiconductor substrate.
1 半導体ウエハ
1a 半導体ウエハ又はチップの表面(第1の主面)
1b 半導体ウエハ又はチップの裏面(第2の主面)
1e N型エピタキシ層
1n N+型エピタキシ層
1s 半導体基板部(P+型シリコン単結晶半導体基板部)
2 半導体チップ(半導体基板)
3 メタルガードリング
4 アクティブセル領域
5 メタルエミッタ電極
6 P型ボディ領域(P型チャネル領域)
6p セル周辺P型主接合領域
7 メタルゲート電極(ゲートパッド開口)
8 メタルゲート配線
9 P型ウエル領域
10 単位セル領域
11 層間絶縁膜
12 N+型エミッタ領域
14 P+型ボディコンタクト領域
15 トレンチ
16 N型ドリフト領域
17 ゲート絶縁膜
18 ポリシリコンゲート電極
19 バリアメタル膜(第1のメタル層)
20 タングステンプラグ
21 コンタクト部(コンタクト溝)
22 N+型フィールドストップ領域
23 P+型コレクタ領域
24 メタルコレクタ電極
25 空乏層
26 チップ周辺領域
27a 中性原子
27n 負可動イオン(または負電荷)
27p 正可動イオン(または正電荷)
27r ラジカル
28 ポリシリコンゲート配線
29 ポリシリコンガードリング
30 N+型チャンネルストップ領域
31 P+型チップ周辺コンタクト領域
32 表面絶縁膜
33 ファイナルパッシベーション膜
34a P型ウエル領域導入用絶縁膜
34b P型ボディ領域導入用絶縁膜
35 イオン注入用の薄い酸化シリコン膜
36 トレンチ形成用ハードマスク膜
37 ゲート絶縁膜と同時に形成された絶縁膜
38 タングステンCVD膜
39 ポリシリコン上の薄い酸化シリコン膜
40 アルミニウム系メタル層(第2のメタル層)
41 金属膜
42 エミッタバッド開口
51 チャンバ
52 下部電極(ウエハステージ)
53 上部電極
54 プラズマ
55 ガス導入口
56 処理用ガス
57 ガス排出口
58 排出ガス
59 高周波電源
61 ウエハ吸着ステージ(スピンテーブル)
62 回転軸
63 薬液ノズル
64 薬液
101 TiNスパッタ工程
102 W成膜工程
103 Wエッチバック工程
104 Alスパッタ工程
105 レジストパターン形成工程
106 Alウエットエッチ工程
107 バリアドライエッチ工程
108 レジスト除去工程
109 ウエット処理工程(負電荷付与処理)
110 保護膜形成工程
111 BG処理工程
112 裏面電極形成工程
113 ダイシング工程
114 組み立て工程
121 金属膜形成工程
122 金属膜パターニング工程
R1 チップ端部切り出し領域
R2 アクティブセル部抜き出し領域
R3 チップ周辺部断面切り出し領域
DESCRIPTION OF
1b Rear surface of semiconductor wafer or chip (second main surface)
1e N
2 Semiconductor chip (semiconductor substrate)
3
6p Cell peripheral P-type
8 Metal gate wiring 9 P
20
22 N + type field stop region 23 P +
27p Positive mobile ion (or positive charge)
27r radical 28
41
53
62 Rotating
110 Protective film forming process 111
Claims (20)
(a)第1の主面および第2の主面を有する半導体ウエハの前記第1の主面上のほぼ全面に金属膜を形成する工程;
(b)前記金属膜上に、パターンを有するレジスト膜を形成する工程;
(c)前記レジスト膜がある状態で、実質的に異方性ドライエッチングを用いることなく、エッチングすることによって、前記金属膜をパターニングする工程;
(d)前記工程(c)の後、前記レジスト膜を除去する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面側のほぼ全体を負に帯電させる工程、
ここで、前記工程(c)は、以下の下位工程を含む:
(c1)前記金属膜を構成する第1のメタル層を、等方性ドライエッチングにより、パターニングする工程。 A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) forming a metal film on substantially the entire surface of the first main surface of the semiconductor wafer having the first main surface and the second main surface;
(B) forming a resist film having a pattern on the metal film;
(C) patterning the metal film by etching without using anisotropic dry etching in the presence of the resist film;
(D) a step of removing the resist film after the step (c);
(E) After the step (d), a step of negatively charging substantially the whole of the first main surface side of the semiconductor wafer;
Here, the step (c) includes the following substeps:
(C1) A step of patterning the first metal layer constituting the metal film by isotropic dry etching.
(x1)下層の前記第1のメタル層;
(x2)上層の第2のメタル層、
ここで、前記第1のメタル層は、バリアメタル層であり、前記第2のメタル層は、アルミニウム系メタル層である。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 1, the metal film has the following:
(X1) the lower first metal layer;
(X2) an upper second metal layer,
Here, the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is an aluminum-based metal layer.
(c2)前記下位工程(c1)の前に、前記レジスト膜をマスクとして、前記第2のメタル層に対して、ウエットエッチングを実行することにより、前記第2のメタル層をパターニングする工程。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 2, the step (c) includes the following sub-steps:
(C2) A step of patterning the second metal layer by performing wet etching on the second metal layer using the resist film as a mask before the substep (c1).
(f)前記工程(e)の後、前記金属膜上のほぼ全面に、ファイナルパッシベーション膜を形成する工程。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the item 5, further includes the following steps:
(F) A step of forming a final passivation film on substantially the entire surface of the metal film after the step (e).
(a)第1の主面および第2の主面を有する半導体ウエハの前記第1の主面上のほぼ全面に金属膜を形成する工程;
(b)前記金属膜上に、パターンを有するレジスト膜を形成する工程;
(c)前記レジスト膜がある状態で、実質的に側壁ポリマーの形成を伴うドライエッチングを用いることなく、エッチングすることによって、前記金属膜をパターニングする工程;
(d)前記工程(c)の後、前記レジスト膜を除去する工程;
(e)前記工程(d)の後、前記半導体ウエハの前記第1の主面側のほぼ全体を負に帯電させる工程、
ここで、前記工程(c)は、以下の下位工程を含む:
(c1)前記金属膜を構成する第1のメタル層を、実質的に側壁ポリマーの形成を伴うことなく、ドライエッチングすることにより、パターニングする工程。 A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) forming a metal film on substantially the entire surface of the first main surface of the semiconductor wafer having the first main surface and the second main surface;
(B) forming a resist film having a pattern on the metal film;
(C) patterning the metal film by etching in the presence of the resist film without using dry etching that substantially involves formation of a sidewall polymer;
(D) a step of removing the resist film after the step (c);
(E) After the step (d), a step of negatively charging substantially the whole of the first main surface side of the semiconductor wafer;
Here, the step (c) includes the following substeps:
(C1) A step of patterning the first metal layer constituting the metal film by dry etching without substantially forming a sidewall polymer.
(x1)下層の前記第1のメタル層;
(x2)上層の第2のメタル層、
ここで、前記第1のメタル層は、バリアメタル層であり、前記第2のメタル層は、アルミニウム系メタル層である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the item 11, the metal film has the following:
(X1) the lower first metal layer;
(X2) an upper second metal layer,
Here, the first metal layer is a barrier metal layer, and the second metal layer is an aluminum-based metal layer.
(c2)前記下位工程(c1)の前に、前記レジスト膜をマスクとして、前記第2のメタル層に対して、ウエットエッチングを実行することにより、前記第2のメタル層をパターニングする工程。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the item 12, the step (c) includes the following substeps:
(C2) A step of patterning the second metal layer by performing wet etching on the second metal layer using the resist film as a mask before the substep (c1).
(f)前記工程(e)の後、前記金属膜上のほぼ全面に、ファイナルパッシベーション膜を形成する工程。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the item 15, further includes the following steps:
(F) A step of forming a final passivation film on substantially the entire surface of the metal film after the step (e).
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JP2020047676A (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-26 | 富士電機株式会社 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device |
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-
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