JP4286204B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上で周縁部近傍領域を除く領域にＳＯＧを形成する工程と、第１の絶縁膜上の凹部にＳＯＧを残すとともに、周縁部近傍領域の第１の絶縁膜を除去して周縁部近傍領域の半導体基板表面を露出させるエッチバック工程と、周縁部近傍領域を含む上記半導体基板上全体に、第２の絶縁膜を形成する工程と、を少なくとも備えた半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの微細化、高集積化に伴ない、半導体デバイスに形成される配線構造の微細化、多層化が進んでいる。
配線構造を微細化するために、一般にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）法が用いられている。ＣＭＰ法を適用した半導体デバイスの製造プロセスにおける層間膜形成のプロセスの一例を、以下に説明する。

まず、半導体基板であるシリコン基板上にトランジスタ等の素子を形成した後、ポリシリコン−メタル間層間絶縁膜を形成する。ポリシリコン−メタル間層間絶縁膜上に配線金属を通常の写真製版技術及びエッチング技術によりパターニングした後、第１の絶縁膜を堆積し、次に半導体基板を回転させながらＳＯＧ（Spin On Glass）を塗布する。ＳＯＧ塗布後、半導体基板裏面へのＳＯＧの回り込みを防止するために、半導体基板の周縁部近傍領域のＳＯＧを除去する（エッジカットとも呼ばれる。）。
ＳＯＧをベークした後、酸化膜エッチャーで半導体基板表面全体のエッチバックを行なう。このエッチバック処理は、半導体基板の周縁部近傍領域のＳＯＧが除去された状態で行なわれるので、シリコン基板の周縁部近傍領域において第１の絶縁膜が除去されてシリコン基板の表面が露出する。

その後、第２の絶縁膜を半導体基板の表面全体に形成する。第２の絶縁膜は、ＣＭＰ処理時の犠牲膜となる。次に、ＣＭＰ処理を施して配線金属上の絶縁膜の膜厚を所定の膜厚にするとともに平坦化する。
特開２０００−１００９４４号公報

上記のプロセスにおいて、ＳＯＧに対してエッチバック処理を行なうと、シリコン基板の表面に炭素系の有機物が生成する。上記のプロセスでは、シリコン基板の周縁部近傍領域のＳＯＧが除去された状態でエッチバック処理が行なわれるので、最終的に周縁部近傍領域で第１の絶縁膜が除去されてシリコン基板が露出し、このシリコン基板が露出した領域に、エッチバック処理で生成した有機物などの不要な物質が付着する。このままの状態でシリコン基板上に第２の絶縁膜を形成すると、エッチバック処理での生成物の影響により、新たに形成された第２の絶縁膜とシリコン基板との密着性が低下する。シリコン基板と第２の絶縁膜の密着性が低下した状態でＣＭＰ処理等を施すと、半導体基板の周縁部で第２の絶縁膜が剥離してしまい、その後の工程においてパターン欠陥となって半導体装置の歩留を低下させるという問題があった。

例えば、シリコン基板周縁部における絶縁膜の膜剥がれを防止する従来技術として、基板上に有機系材料かなる低誘電率有機系材料膜を形成し、シリコン基板の周縁部近傍領域の低誘電率有機系材料膜にＵＶ光を照射して、表面に表面硬化領域を形成して、低誘電率有機系材料膜の膜剥がれを防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、絶縁膜の膜剥がれを防止する他の方法として例えば、エッチバック処理完了後に、半導体基板の周縁部を含む半導体基板の表面からエッチバック処理で生成した不要な物質を除去するために、特定の洗浄液を用いた洗浄やアッシング処理を行なうことも考えられるが、特定の洗浄液を用いた洗浄やアッシング処理を半導体基板の全面に対して行なうとＳＯＧに損傷を与えてしまうので、実施することができない。

本発明は、半導体基板の周縁部近傍における絶縁膜の膜剥れを防止することを目的としている。

本発明は、半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜で周縁部近傍領域を除く領域にＳＯＧを形成する工程と、第１の絶縁膜上の凹部にＳＯＧを残すとともに、周縁部近傍領域の第１の絶縁膜を除去して周縁部近傍領域の半導体基板表面を露出させるエッチバック工程と、周縁部近傍領域を含む半導体基板上全体に、第２の絶縁膜を形成する工程と、を少なくとも備えた半導体装置の製造方法であって、上記エッチバック処理後、上記第２の絶縁膜を形成する前に、上記周縁部近傍領域の半導体基板表面に付着した不要物質を除去するための不要物除去工程をさらに備えていることを特徴とするものである。
エッチバック処理後、第２の絶縁膜を形成する前に、周縁部近傍領域の半導体基板表面に付着した不要物質を除去するための不要物除去工程をさらに備えているようにしたので、エッチング処理で生成した不要な物質の影響により半導体基板の周縁部近傍領域に形成される絶縁膜の密着性が低下するのを防止することができる。

上記の不要物除去工程において、半導体基板の周縁部近傍領域に対して不活性ガスを用いたプラズマ処理を施すようにすることができる。
絶縁膜が存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に対して不活性ガスを用いたプラズマ処理を施すようにすれば、周縁部近傍領域に付着した不要な物質が除去されるので、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができる。

また、不要物除去工程では、半導体基板の周縁部近傍領域に洗浄液を供給して不要な物質の除去を行なってもよい。
その場合の洗浄液としては、硫酸過水又はオゾン水を用いることができる。
絶縁膜が存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に付着した不要な物質を、洗浄液による洗浄を施して除去することで、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができる。
また、その場合の洗浄液として、硫酸過水又はオゾン水を用いることにより、半導体基板の周縁部近傍領域に付着した有機物質を酸化分解して除去することができる。

また、不要物除去工程では、半導体基板の周縁部近傍領域に対して酸素を含む雰囲気下で紫外光を照射してもよい。
絶縁膜の存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に紫外光を照射することで、その領域近傍に存在する酸素が紫外光によって酸化されてオゾンが生成するので、オゾンの酸化分解作用によってその周辺の領域に付着している有機物質を酸化分解して除去することができ、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができる。

さらに、不要物除去工程において、半導体基板の周縁部近傍領域に対してオゾンガスを供給することも可能である。
半導体基板の周縁部近傍領域に対してオゾンガスを供給することで、絶縁膜が存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に付着している有機物質をオゾンガスの酸化分解作用により除去することができるので、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができる。

半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上の上記周縁部近傍領域を除く領域にＳＯＧを形成する工程と、第１の絶縁膜上の凹部にＳＯＧを残すとともに、上記周縁部近傍領域の第１の絶縁膜を除去して上記周縁部近傍領域の半導体基板表面を露出させるエッチバック工程と、上記周縁部近傍領域を含む半導体基板上全体に、第２の絶縁膜を形成する工程と、を少なくとも備えた半導体装置の製造方法において、上記エッチバック処理後、第２の絶縁膜を形成する前に、上記周縁部近傍領域の半導体基板表面に付着した不要物質を除去するための不要物除去工程をさらに備えているようにしたので、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができ、半導体基板の周縁部からの絶縁膜の膜剥れを防止することができる。

上記の不要物除去工程において、絶縁膜が存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に対して不活性ガスを用いたプラズマ処理を施すようにすれば、その領域に付着した不要な物質が除去されるので、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができ、半導体基板の周縁部からの絶縁膜の膜剥れを防止することができる。

さらに、不要物除去工程において、絶縁膜が存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に付着した不要な物質を、洗浄液による洗浄を施して除去することで、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができ、半導体基板の周縁部からの絶縁膜の膜剥れを防止することができる。
また、その場合の洗浄液として硫酸過水又はオゾン水を用いることにより、絶縁膜が存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に付着した有機物質を酸化分解して除去することができるので、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができ、半導体基板の周縁部からの絶縁膜の膜剥れを防止することができる。

また、上記の不要物除去工程において、絶縁膜の存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に対して酸素を含む雰囲気下で紫外光を照射すれば、その周辺に存在する酸素が紫外光によって酸化されてオゾンが生成するので、生成したオゾンの酸化分解作用によって、半導体基板の周縁部近傍領域に付着した有機物質を酸化分解して除去することができる。その結果、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができ、半導体基板の周縁部からの絶縁膜の膜剥れを防止することができる。

さらに、上記の不要物除去工程において、絶縁膜の存在しない半導体基板の周縁部近傍領域に対してオゾンガスを供給することで、オゾンガスによって半導体基板の周縁部近傍領域に付着している有機物質を酸化分解して除去することができる。その結果、周縁部近傍領域における半導体基板と第２の絶縁膜の密着性が不要物によって低下することを防止することができ、半導体基板の周縁部からの絶縁膜の膜剥れを防止することができる。

以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。尚、以下に説明する実施の形態は本発明を詳細に説明するための一例であって、本発明を限定するものではない。

図１，図２は半導体装置の製造方法の一実施例を示す工程図である。尚、以下（Ａ）〜（Ｅ）の説明は同図（Ａ）〜（Ｅ）に対応したものである。
（Ａ）シリコン基板（半導体基板）２上にトランジスタ等の素子を形成した後、シリコン基板２上全面にポリシリコン−メタル間層間絶縁膜４として、例えばＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜を形成する。シリコン基板２の周縁部近傍領域１２のポリシリコン−メタル間層間絶縁膜４は、例えばポリシリコン−メタル間層間絶縁膜４にコンタクトホールを形成するときと同時に、除去されている。

（Ｂ）シリコン基板２上全面に、金属材料、例えばＴｉＮ／Ｔｉ／ＡｌＳｉＣｕ／Ｔｉ／ＴｉＮを順次積層する。通常の写真製版技術及びエッチング技術により、上記金属材料をパターニングして、ポリシリコン−メタル間層間絶縁膜４上に金属配線層６を形成する。図面では、金属配線層６の積層材料を一体的に示している。

（Ｃ）金属配線層６上及びポリシリコン−メタル間層間絶縁膜４上を含んでシリコン基板２上全面に第１の絶縁膜８を形成する。第１の絶縁膜８の材料としては、例えばＴＥＯＳ-ＳｉＯ₂などの酸化シリコン膜を挙げることができる。第１の絶縁膜８の膜厚は、例えば４０００Åである。

（Ｄ）第１の絶縁膜８の上にＳＯＧを例えば４０００Åの膜厚に塗布した後、シリコン基板２の裏面にＳＯＧが回り込むのを防止するために、シリコン基板２の周縁部近傍領域のＳＯＧは除去する。酸化膜エッチャーにより全面エッチバックを施してＳＯＧ膜１０を形成し、平坦化を行なう。シリコン基板２の周縁部近傍領域１２にＳＯＧが存在しない状態でエッチバック処理を行なうため、周縁部近傍領域１２においてエッチバック処理時に第１の絶縁膜８が除去されてシリコン基板２が露出する。

ＳＯＧに対するエッチバック処理において、シリコン基板２の周縁部近傍領域１２でシリコン基板２が露出すると、周縁部近傍領域１２においてシリコン基板２の表面にエッチバック処理によって生成した炭素系の有機物などの不要物質が付着する。これらの有機物などの不要物質は、領域１２においてシリコン基板２とその上に形成される絶縁膜の密着性を低下させる。周縁部近傍領域１２において絶縁膜の密着性が低下していると、その後の工程で絶縁膜がシリコン基板２の周縁部から剥離してしまうことがあるため、周縁部近傍領域１２に付着した不要物質を除去するための工程を設ける必要がある。そこで、以下に周縁部近傍領域１２に付着した不要物質を除去するための方法を示す。

露出したシリコン基板２の表面に付着した不要物質を除去するための工程として、例えば以下の（１）〜（４）の方法を挙げることができる。

（１）不活性ガスを用いたプラズマ処理による不要物除去方法
図３に示すように、シリコン基板２の近傍に周縁部近傍領域１２以外の領域の表面に、プラズマが発生するように、電極１６を配置する。
周縁部近傍領域１２に、例えばＡｒガス等の不活性ガスを供給しつつ、電極１６に所定の電圧を印加してプラズマ処理を施す。これにより、周縁部近傍領域１２の不要物質が除去される。
領域１２の不要な物質を除去した後、純水リンス処理を施して領域１２表面の清浄化を行なう。

上記（１）の除去方法において、周縁部近傍領域１２には、ガスが供給されないので、プラズマ処理が施されず、周縁部近傍領域１２に付着している不要な物質が選択的に除去される。これにより、シリコン基板２に形成されている第１の絶縁膜８やＳＯＧ１０がプラズマ処理により損傷を受けることはない。
また、電極１６とシリコン基板２の距離や電極１６の形状によって、周縁部近傍領域１２の近傍領域にのみプラズマを発生するようにしてもよい。

（２）特定の洗浄液を用いた洗浄による不要物除去方法
図４に示すように、先端部から洗浄液を吐出することができるノズル２０を、シリコン基板２の周縁部近傍領域１２に対して洗浄液を噴出するように配置する。シリコン基板２を、例えば３０００〜４０００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ノズル２０から周縁部近傍領域１２に対して洗浄液を吹き付けることにより、不要な物質を酸化分解して除去する。
この場合、洗浄液としては、硫酸過水又はオゾン水を用いることができ、これらの溶液を洗浄液として用いることにより、領域１２に付着した有機物質などの不要物質を酸化分解して除去することができる。

上記（２）の除去方法において、洗浄液によって絶縁膜８及びＳＯＧ１０が損傷するのを防止するためのマスクを周縁部近傍領域１２以外の領域に配置してもよい。
周縁部近傍領域１２の不要な物質を除去した後は、純水リンス処理を行ない、領域１２表面の清浄化を行なう。

（３）紫外線照射による不要物除去方法
図５に示すように、シリコン基板２の周縁部近傍領域１２以外の領域の上に、マスク２２を配置する。この場合のマスク２２は紫外光を透過させない材料で構成されている。
周縁部近傍領域１２に対して紫外光を照射するための光源２４を配置する。酸素を含んだ雰囲気下で、シリコン基板２を、例えば５〜３０ｒｐｍの回転速度で回転させながら、光源２４より紫外光を領域１２に対して照射する。領域１２に紫外光が照射されることにより、領域１２付近に存在する酸素が酸化されてオゾンが生成する。生成したオゾンの酸化力により、領域１２の表面に付着している有機物質を酸化分解する。

酸化分解した不要な物質は、紫外線照射後に領域１２に対して、例えば純水リンス処理を施すことにより、除去することができる。
この場合、少なくとも領域１２が存在する空間が、例えばフレームで囲うなどして適当な密閉性を有し、紫外線照射によって生成したオゾンが外部に漏れにくくするのが好ましい。

周縁部近傍領域１２以外の領域は紫外光を透過させないマスク２２により被われているので、光源２４から発生する紫外光は、シリコン基板２においては領域１２のみに照射されるので、絶縁膜８及びＳＯＧ１０が紫外光とオゾンの影響を受けずに、周縁部近傍領域１２に付着した不要な物質を除去することができる。

（４）図６に示すように、シリコン基板２の周縁部近傍領域１２以外の領域の上にオゾンガスを遮断することができる材料、例えばＡｌ合金の表面にアルマイト処理を施した材料からなるマスク２６を配置する。
オゾンガスを噴出するためのノズル２８を、周縁部近傍領域１２に対してオゾンガスを噴出するように配置する。シリコン基板２を、例えば５〜３０ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ノズル２８よりシリコン基板２の領域１２に対してオゾンガスを吹き付け、オゾンガスの酸化分解作用によって領域１２の表面上に付着している有機物を酸化分解する。

酸化分解した不要な物質は、紫外線照射後に領域１２に対して、例えば純水リンス処理を施すことにより、除去することができる。
この場合、少なくとも領域１２が存在する空間が供給されるオゾンガスが外部に漏れにくくする程度に、例えばフレームで囲うなどして適当な密閉性を有しているのが好ましい。

尚、上記（１）〜（４）の不要物質除去方法のうちいずれの方法を用いてもよい。但し、（２）〜（４）の方法は有機物を分解除去するための方法であり、有機物以外の物質が露出したシリコン基板２の表面に付着している場合には（１）の方法を用いるのが好ましい。また、（２）で用いる洗浄液としては、硫酸過水やオゾン水以外の成分を含んでいるものでもよい。

図２に戻って半導体装置の製造工程の続きを説明する。
（Ｅ）次に、シリコン基板２表面の全面に、例えばＴＥＯＳ-ＳｉＯ₂などの酸化シリコン膜からなる第２の絶縁膜１４を１００００〜１５０００Åの膜厚に形成する。第２の絶縁膜１４はＣＭＰプロセスによる平坦化処理のための犠牲膜となる。第２の絶縁膜１４を形成後、ＣＭＰによりシリコン基板２表面の平坦化を行なう。
ＣＭＰプロセスでは、シリコン基板２の表面全体を研磨するが、この際、シリコン基板２の周縁部近傍に形成されている第２の絶縁膜の密着度が低いと、シリコン基板２と第２の絶縁膜１４との間に剥離が生じ、歩留の低下の要因となる。この実施例の半導体装置の製造プロセスにおいては、第２の絶縁膜１４の形成前に、半導体基板の周縁部近傍領域に付着した有機物などの不要な物質を除去するので、この領域における下地（シリコン基板２）とその上に形成されている第２の絶縁膜１４との密着性がよく、ＣＭＰによる平坦化を実施しても絶縁膜の剥離が生じにくい。

半導体装置の製造方法の一実施例を説明するための工程図である。 同実施例の半導体装置の製造方法の工程の続きを説明するための工程図である。 同実施例における不要物質除去方法の一例を説明するための図である。 同実施例における不要物質除去方法の他の例を説明するための図である。 同実施例における不要物質除去方法の他の例を説明するための図である。 同実施例における不要物質除去方法の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ シリコン基板
４ ポリシリコン−メタル間層間絶縁膜
６ 金属配線層
８ 第１の絶縁膜
１０ ＳＯＧ
１２ 半導体基板周縁部近傍領域
１４ 第２の絶縁膜
１６ プラズマ発生用電極
２０ 洗浄液吐出用ノズル
２２，２６ マスク
２４ 光源
２８ オゾンガス噴出ノズル

Claims (6)

1. 半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜上で周縁部近傍領域を除く領域にＳＯＧを形成する工程と、第１の絶縁膜上の凹部にＳＯＧを残すとともに、周縁部近傍領域の第１の絶縁膜を除去して周縁部近傍領域の半導体基板表面を露出させるエッチバック工程と、周縁部近傍領域を含む前記半導体基板上全体に、第２の絶縁膜を形成する工程と、を少なくとも備えた半導体装置の製造方法において、
   前記エッチバック工程後、前記第２の絶縁膜を形成する前に、前記周縁部近傍領域の前記半導体基板表面に付着した不要物質を除去するための不要物除去工程をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記不要物除去工程では、前記周縁部近傍領域に対して不活性ガスを用いてプラズマ処理を施すことにより不要な物質の除去を行なう請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記不要物除去工程では、前記周縁部近傍領域に洗浄液を供給して不要な物質の除去を行なう請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記洗浄液は、硫酸過水又はオゾン水である請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記不要物除去工程では、前記周縁部近傍領域に対して酸素を含む雰囲気下で紫外光を照射する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記不要物除去工程では、前記周縁部近傍領域に対してオゾンガスを供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
   

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