(57)【要約】【課題】金属膜をウェハ表面に成膜する際に周辺エッジ部および裏面に回り込み、次工程の装置の搬送アームが金属膜に接触することにより装置が二次汚染されることを防止する。【解決手段】半導体基板１１の表裏面に犠牲膜１３を成膜し、裏面と周辺エッジ部のみ犠牲膜を残す。半導体基板の表面に金属膜１５を成膜した後、半導体基板の裏面から薬液を吐出し、犠牲膜を全てエッチングする。このときリフトオフ効果により、金属膜における半導体基板のエッジ部上と裏面側にまで回りこんで形成された部分を除去する。これにより、不要な金属膜がエッジ部に残存して装置間の金属汚染が拡大することを抑制する。【選択図】図１
2007281191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の少なくとも周辺エッジ部に犠牲膜を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上に、前記周辺エッジ部において前記犠牲膜の一部が露出するように前記犠牲膜を覆う金属膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の一部が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、
前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板の周辺エッジ部を含む表面上に犠牲膜を形成する工程と、
前記周辺エッジ部上に形成された前記犠牲膜を覆うマスクを用いて、前記半導体基板の表面上に露出した前記犠牲膜をエッチバックする工程と、
前記半導体基板の表面上に、前記周辺エッジ部において残存する前記犠牲膜の一部が露出するように前記犠牲膜上を覆う金属膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の一部が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、
前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記犠牲膜を形成する前に、前記半導体基板の周囲全体を覆う下地膜を形成する工程をさらに備え、
前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記下地膜に対する前記犠牲膜のエッチレートの選択比が１００以上である請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲膜を減圧ＣＶＤ法により成膜する請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記減圧ＣＶＤ法により成膜する前記犠牲膜は、ＬＰ−ＴＥＯＳ膜またはポリシリコンである請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板の周辺エッジ部のみに犠牲膜を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上に、前記犠牲膜の一部が露出するように前記犠牲膜を覆う金属膜を形成する工程と、
前記犠牲膜の一部が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、
前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板の周辺エッジ部を含む裏面上に犠牲膜を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上に、前記犠牲膜における前記周辺エッジ部上に形成された部分を覆う金属膜を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面上における前記犠牲膜が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、
前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記犠牲膜として化学酸化膜を成膜する請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記化学酸化膜を高温ＳＰＭにより成膜する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記犠牲膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記プラズマＣＶＤ法により成膜する前記犠牲膜は、プラズマＴＥＯＳ膜である請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記犠牲膜に対する前記金属膜のエッチレートの選択比が０．２以上、かつ０．５以下となる薬液を用いる請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、特に、半導体基板のベベル部および裏面に回り込んで付着した不要な金属膜を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の更なる微細化や多層化、高速性に応じて、配線膜としてＣｕが用いられる傾向にあり、このＣｕ膜を成膜する場合には、Ｃｕ膜と下層との密着性を向上させるため、下地にバリアメタルとして例えばＴｉＮ膜などの金属膜を形成する。また、ＤＲＡＭを混載した半導体集積回路等においては、装置特性向上のため、電極膜に例えばＴｉＮなどの金属膜が用いられている。
【０００３】
図１７は、ＴｉＮなどの金属膜の成膜工程の断面図である。半導体基板１上に、金属膜２としてＴｉＮ膜を堆積した状態が示される。ＴｉＮ膜などの金属膜２を成膜するには、一般的には化学気相成長法を用いて数Ｔｏｒｒ程度の低圧下で成膜処理を行なうので、半導体基板は装置内のサセプタ（載置台）上に載置させるだけであり、クランプリング等によりサセプタ上に固定することなく成膜処理が行なわれる。このため、金属膜２は、半導体基板１上の表面部分１Ａのみならず、半導体基板１のベベル部分１Ｂおよび裏面に回り込んだ部分１Ｃにも成膜される。
【０００４】
ところで、ＴｉＮ膜などの金属膜２が、半導体基板１上の表面部分１Ａだけでなく、ベベル部分１Ｂおよび裏面に回り込んだ部分１Ｃにも付着すると、このベベル部分１Ｂおよび裏面に回り込んだ部分１Ｃに付着した金属膜２が、次工程において剥がれ落ちてパーティクルの発生原因となる問題、あるいは次工程の装置の搬送アームのとの接触により剥がれ落ちて装置が二次汚染されるといった問題が発生し易い。このことは、製品歩留まりや品質を低下させるといった課題につながる。
【０００５】
このため、従来の半導体装置の製造方法では、図１７（ｂ）に示すように、裏面洗浄工程において裏面洗浄処理を行うことで、半導体基板１のベベル部分１Ｂと裏面に回り込んだ部分１Ｃに付着した金属膜２を除去している。ここで、ベベル部分１Ｂと裏面に回り込んだ部分１Ｃを洗浄して、ベベル部分１Ｂに付着した金属膜２Ｂおよび裏面に回り込んだ部分１Ｃに付着した金属膜２Ｃを除去するのみではなく、半導体基板１の裏面そのものを洗浄処理することによって、半導体基板１の裏面に付着した金属膜２の成分からなる金属や、その他付着している金属汚染も除去できるという効果が得られる。
【０００６】
上記した半導体基板１のベベル部１Ｂや裏面に回り込んだ部分１Ｃに付着した金属膜を除去する洗浄装置としては、例えば、図５に示すような洗浄装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。図５において、２４はウエハ保持台であり、その上に半導体基板２１を保持して回転させる。薬液ノズル２５から、半導体基板２１の裏面中央の位置に向けて薬液が吐出される。一般的には、このような枚葉洗浄装置により、薬液を用いてウェットエッチを行う。その場合に一般的に用いる薬液は、金属膜の下地膜をエッチングせず金属膜のみをエッチングするような、下地膜に対して選択性の高い薬液を用いる。
【特許文献１】特開平６−２２４１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来のＴｉＮ膜ウェットエッチング方法では、図１７（ｂ）の裏面洗浄工程において、図１７(ａ)の半導体基板１のベベル部分１Ｂに付着した金属膜２Ｂおよび裏面に回り込んだ部分１Ｃに付着した金属膜２Ｃを十分に除去することができない。例えば金属膜がＴｉＮの場合、半導体基板ベベル部のＴｉ検出量を誘電結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ，Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry）で評価すると、一例として２×１０12ａｔｏｍ／ｃｍ2のＴｉ残留物３が検出される。
【０００８】
そのため、この半導体基板を次工程の装置で処理する際に、搬送アームとの接触によりこの残留物３が半導体基板から剥がれ、装置に付着して装置が二次汚染されるという問題が発生する。このＴｉＮ膜の除去性を上げるためには洗浄処理時間を長時間にすることになるが、このようにすると長時間処理によってＴｉＮ膜の下地膜にダメージや傷が発生してしまい、次工程の熱処理によってＴｉＮ膜の下地膜が剥がれ落ちて半導体基板外周部にパーティクルが多数発生するという問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体基板のベベル部分および裏面に回り込んだ部分に付着する不要な金属膜を、下地に影響を与えることなく効果的に除去することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板の少なくとも周辺エッジ部に犠牲膜を形成する工程と、前記半導体基板の表面上に、前記周辺エッジ部において前記犠牲膜の一部が露出するように前記犠牲膜を覆う金属膜を形成する工程と、前記犠牲膜の一部が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板の周辺エッジ部を含む表面上に犠牲膜を形成する工程と、前記周辺エッジ部上に形成された前記犠牲膜を覆うマスクを用いて、前記半導体基板の表面上に露出した前記犠牲膜をエッチバックする工程と、前記半導体基板の表面上に、前記周辺エッジ部において残存する前記犠牲膜の一部が露出するように前記犠牲膜上を覆う金属膜を形成する工程と、前記犠牲膜の一部が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の半導体装置の製造方法は、半導体基板の周辺エッジ部のみに犠牲膜を形成する工程と、前記半導体基板の表面上に、前記犠牲膜の一部が露出するように前記犠牲膜を覆う金属膜を形成する工程と、前記犠牲膜の一部が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の半導体装置の製造方法は、半導体基板の周辺エッジ部を含む裏面上に犠牲膜を形成する工程と、前記半導体基板の表面上に、前記犠牲膜における前記周辺エッジ部上に形成された部分を覆う金属膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面上における前記犠牲膜が露出した部分から前記犠牲膜をウェットエッチングし、前記犠牲膜の全てを除去する工程とを備え、前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記金属膜のうち少なくとも前記犠牲膜上に形成された領域を同時にリフトオフすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成の本発明の半導体装置の製造方法によれば、ベベル部および裏面に回り込んだ部分に付着した金属膜を短時間で効果的に除去できる。そのため、次工程の装置の搬送アームとの接触により次工程の装置が二次汚染されることがなく、また、従来技術のような長時間洗浄処理が不要になるため、下地膜が次工程の熱処理で剥がれ落ちてパーティクルが発生することがない。この結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができ、電子デバイスを安価に供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第２の半導体装置の製造方法において、前記犠牲膜を形成する前に、前記半導体基板の周囲全体を覆う下地膜を形成する工程をさらに備え、前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記下地膜に対する前記犠牲膜のエッチレートの選択比が１００以上とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の第１または第２の半導体装置の製造方法において、前記犠牲膜を減圧ＣＶＤ法により成膜することができる。
【００１７】
また、前記減圧ＣＶＤ法により成膜する前記犠牲膜は、ＬＰ−ＴＥＯＳ膜またはポリシリコン膜とすることができる。
【００１８】
本発明の第３または第４の半導体装置の製造方法において、前記犠牲膜として化学酸化膜を成膜することができる。
【００１９】
また、前記化学酸化膜を高温ＳＰＭにより成膜することができる。
【００２０】
本発明の第４の半導体装置の製造方法において、前記犠牲膜をプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
【００２１】
また、前記プラズマＣＶＤ法により成膜する前記犠牲膜は、プラズマＴＥＯＳ膜とすることができる。
【００２２】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記犠牲膜をウェットエッチングする工程では、前記犠牲膜に対する前記金属膜のエッチレートの選択比が０．２以上、かつ０．５以下となる薬液を用いることが好ましい。
【００２３】
以下、本発明の各実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法における、ベベル部および裏面に回り込んだ金属膜の除去方法について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における各工程を順に示す断面図である。本実施形態では、半導体基板１１に下地膜１２としてＬＰ−ＳｉＮ、犠牲膜１３としてＬＰ-ＴＥＯＳ（low pressure tetraetyl orthosilicate）、金属膜１５としてＴｉＮ、犠牲膜１３を除去する薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を使用した場合の実施例を示す。本実施形態によれば、ベベル部と裏面に回り込んだ金属膜１５を効果的に除去できるとともに、下地膜１２のエッチングはできる限り抑制することができる。例えば、次工程にバス式洗浄があり、その際に下地膜１２をエッチングストッパー膜として使用する場合などに有効である。
【００２６】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１１の表面および裏面を含む周囲全体に、下地膜１２としてＬＰ−ＳｉＮ膜を堆積し、その上層に犠牲膜１３としてＬＰ−ＴＥＯＳ膜を堆積する。
【００２７】
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーによるレジストパターニングを行い、半導体基板１１表面上のエッジ部から内側５ｍｍまでの箇所にレジストが残存するように、レジストパターン１４を形成する。ここで、ベベル部と裏面に回りこんだ部分の下地膜１２を除去してもかまわない場合は、図１（ｂ）に示すフォトリソグラフィーによるレジストパターニング工程は不要となる。
【００２８】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１４をマスクとして、半導体基板１１表面上の犠牲膜１３に対しプラズマドライエッチング法を用いて表面エッチバックを行ない、レジストパターン１４の開口部内の犠牲膜１３を除去する。このときのドライエッチング条件は、例えばエッチングガスとしてＣＦ4が１５ｓｃｃｍ、Ａｒが７００ｓｃｃｍの混合ガスを用い、１００ｍＴｏｒｒ、高周波電力８００Ｗとする。
【００２９】
ここで、例えばコンタクト形成工程などのように、下地膜１２までエッチング除去する場合で、かつ下地膜１２が例えばプラズマＴＥＯＳ膜のように半導体基板１１表面にだけに成膜されており、ホール形成後に金属膜を成膜するような場合においては、図１（ａ）に示す犠牲膜１３を下地膜１２と同一膜とすることで、犠牲膜１３と下地膜１２を同時にエッチングすることができるため、上記図１（ｂ）、（ｃ）に示す工程は不要となる。
【００３０】
次に、図１（ｄ）に示すように、レジストパターン１４を除去した後、半導体基板１１表面上に金属膜１５としてＴｉＮ膜を、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて堆積する。具体的には、例えば、成膜ガスとしてＴｉＣｌ4を５ｓｃｃｍで用い、圧力５Ｔｏｒｒ、ヒーター温度２００℃の条件で成膜を行う。このとき、ＴｉＮ膜からなる金属膜１５は、半導体基板１１のベベル部を越えて、半導体基板１１裏面の周縁部まで回り込んで周辺エッジ部１５Ａに堆積される。
【００３１】
次に、図１（ｅ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）洗浄液を用いて、半導体基板１１の裏面側から犠牲膜１３を全て除去する。このとき、リフトオフ効果によって犠牲膜１３上に形成されている金属膜１５、すなわちベベル部と裏面に回り込んだ周辺エッジ部１５Ａの金属膜１５も同時に除去される。
【００３２】
ここで、犠牲膜除去工程において、犠牲膜１３の一部が周辺エッジ部１５Ａの金属膜１５に覆われているにもかかわらず、薬液処理によって犠牲膜１３を全て除去できる理由を以下に説明する。
【００３３】
処理する薬液に対して下地膜１２であるＳｉＮ膜のエッチレートがゼロ、犠牲膜１３であるＬＰ-ＴＥＯＳ膜のエッチレートが無限大であれば、薬液処理の際に周辺エッジ部１５Ａにおいて金属膜１５であるＴｉＮ膜に覆われていない犠牲膜１３の部分からエッチングが進行し、犠牲膜１３を全て除去できる。その結果、ＴｉＮ膜のエッチレートがゼロであっても犠牲膜１３除去のリフトオフ効果によって、ベベル部と裏面に回り込んだ周辺エッジ部１５Ａの金属膜１５を除去できる。
【００３４】
しかし、以上のような理想的な場合はあり得ないので、現実には、下地膜１２であるＳｉＮ膜をほとんどエッチングせず、犠牲膜１３であるＬＰ-ＴＥＯＳ膜を良好にエッチングし、周辺エッジ部１５Ａの金属膜１５であるＴｉＮ膜も適度にエッチングするような薬液を用いる。
【００３５】
ここで、下地膜１２（ＳｉＮ膜）に対する犠牲膜１３（ＬＰ-ＴＥＯＳ膜）のエッチレートの選択比が１００以上、犠牲膜１３（ＬＰ-ＴＥＯＳ膜）に対する金属膜１５（ＴｉＮ膜）のエッチレートの選択比が０．２以上、かつ０．５以下を示す薬液を用いれば、薬液処理の際に、周辺エッジ部１５Ａの金属膜１５（ＴｉＮ膜）に覆われていない部分から薬液が浸透して犠牲膜１３のエッチングが進行するだけでなく、周辺エッジ部１５Ａの金属膜１５の溶解したすき間（ピンホール）から薬液が犠牲膜１３に浸透することで、犠牲膜１３を全てエッチング除去できる。
【００３６】
例えば、下地膜１２が膜厚１０ｎｍのＳｉＮ膜、犠牲膜１３が膜厚３０ｎｍのＬＰ-ＴＥＯＳ膜、金属膜１５が膜厚２０ｎｍのＴｉＮ膜の場合、薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を７００ｍｌ/ｍｉｎの流量で１２０秒間の洗浄を行なうことが望ましい。また、下地膜１２が膜厚１０ｎｍのＳｉＮ膜、犠牲膜１３が膜厚３０ｎｍのポリシリコン膜、金属膜１５が膜厚２０ｎｍのＴｉＮ膜の場合、薬液としてフッ硝酸（ＨＦ：ＨＮ3＝1：８０）を７００ｍｌ/ｍｉｎの流量で６０秒間の洗浄を行なうことが望ましい。
【００３７】
以下に、本実施形態の方法で半導体基板のベベル部と裏面に回り込んだ金属膜を除去した場合のパーティクル評価結果を示す。図２は、犠牲膜除去工程後の層間絶縁膜形成工程において、パーティクルカウンターにより、サイズ０．１６μｍ以上の欠陥評価を行った結果を示す。
【００３８】
図２のＡで示されるように、犠牲膜を形成せずに従来の洗浄方法で上記と同様の条件下で３００秒間の洗浄処理を行った場合では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は４７個であった。一方、Ｂで示されるように、犠牲膜を形成し、洗浄時間を１２０秒間とした本実施形態の洗浄方法では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は９個に抑えられた。
【００３９】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態によれば、従来技術のような長時間洗浄処理によって下地膜にダメージや傷が発生し、下地膜が次工程の熱処理で剥がれ落ちてパーティクルが発生するという問題を抑制することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００４０】
図３は犠牲膜であるＬＰ-ＴＥＯＳ膜の膜厚を変化させて裏面洗浄処理を行ったときの、半導体基板のベベル部におけるＴｉ検出量を誘電結合プラズマ質量分析法で評価した結果である。
【００４１】
図３に示すように、犠牲膜を形成せずに従来の洗浄方法で上記と同様の条件下で３００秒間の洗浄処理を行った場合には、Ｔｉ検出量が２×１０12ａｔｏｍ／ｃｍ2であるのに対して、犠牲膜を形成する本実施形態の洗浄方法では、犠牲膜の膜厚を厚くするほどＴｉ検出量は減少し、犠牲膜の膜厚が５ｎｍでＴｉ検出量が８×１０10ａｔｏｍ／ｃｍ2、犠牲膜の膜厚が１００ｎｍでＴｉ検出量が３．８×１０10ａｔｏｍ／ｃｍ2まで減少することが分かる。
【００４２】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態の方法を用いることで、半導体基板のＴｉ汚染量を効果的に減少させることができ、次工程の装置の搬送アームとの接触により装置が二次汚染されるという問題を解決することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法における、ベベル部と裏面に回り込んだ金属膜の除去方法について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図４は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を順に示す断面図である。本実施形態では、半導体基板２１に犠牲膜２２となる化学酸化膜を形成するための薬液としてＳＰＭ（Ｈ2Ｓ０4：Ｈ2Ｏ2＝２：１）、金属膜２３としてＴｉＮ、犠牲膜２２を除去する薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を使用した場合の実施例を示す。
【００４５】
予め、図５に示す枚葉式裏面洗浄装置によって、酸化処理を行なう。この酸化処理のために、薬液としてＳＰＭ（Ｈ2Ｓ０4：Ｈ2Ｏ2＝２：１）を、７００ｍｌ／ｍｉｎの流量で薬液ノズル２５から吐出しながら、回転数５００ｒｐｍで６０秒間処理を行なう。それにより、半導体基板２１の裏面全体および表面側への回り込み幅５ｍｍまでの位置に、化学酸化膜からなる犠牲膜２２が形成される。
【００４６】
次に、図４（ａ）に示すように、図５に示す枚葉式裏面洗浄装置によって、犠牲膜２２として化学酸化膜が形成された半導体基板２１を試料として準備する。
【００４７】
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板２１の表面側から金属膜２３としてＴｉＮ膜を、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて堆積する。具体的には、例えば、成膜ガスとしてＴｉＣｌ4を５ｓｃｃｍで用い、圧力５Ｔｏｒｒ、ヒーター温度２００℃の条件で成膜を行う。このとき、金属膜２３は半導体基板２１のベベル部を越えて、半導体基板２１裏面の周縁部まで回り込んで堆積される。
【００４８】
次に、図４（ｃ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）洗浄液を用いて、半導体基板２１の裏面側から犠牲膜２２（化学酸化膜）を全て除去する。このとき、リフトオフ効果によって犠牲膜２２上に形成されている金属膜２３、すなわちベベル部と裏面に回り込んだ周辺エッジ部２３ＡのＴｉＮ膜も同時に除去される。
【００４９】
ここで、犠牲膜除去工程により、犠牲膜２２である化学酸化膜の一部が、周辺エッジ部２３Ａにおいて金属膜２３であるＴｉＮ膜に覆われているにもかかわらず、薬液処理によって犠牲膜２２を全て除去できる理由は、原理的には第１の実施形態において説明した理由と同様である。
【００５０】
本実施形態では、半導体基板２１に対する犠牲膜２２（化学酸化膜）のエッチレートの選択比が１００以上、犠牲膜２２（化学酸化膜）に対する金属膜２３（ＴｉＮ膜）のエッチレートの選択比が０．２以上、かつ０．５以下を示す薬液を用いることで、薬液処理の際に金属膜２３に覆われていない部分から薬液が浸透して犠牲膜２２のエッチングが進行するだけでなく、金属膜２３の溶解したすき間（ピンホール）から薬液が犠牲膜２２に浸透して、犠牲膜２２を全てエッチング除去できる。
【００５１】
例えば、犠牲膜２２が膜厚１．５ｎｍの化学酸化膜、金属膜２３が膜厚８ｎｍのＴｉＮ膜の場合、薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を７００ｍｌ／ｍｉｎの流量で６０秒間の条件で洗浄を行なうことが望ましい。
【００５２】
以下に、本実施形態の方法で半導体基板のベベル部と裏面に回り込んだ金属膜を除去した場合のパーティクル評価結果を示す。図６は、犠牲膜除去工程後の層間絶縁膜形成工程においてパーティクルカウンターでサイズ０．１６μｍ以上の欠陥評価を行った結果を示す。
【００５３】
図６のＡで示されるように、犠牲膜を形成せずに従来の洗浄方法で上記と同様の条件下で３００秒間の洗浄処理を行った場合では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は３８個であった。一方、Ｂで示されるように、犠牲膜を形成し、洗浄時間を６０秒間とした本実施形態の洗浄方法では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は７個に抑えられた。
【００５４】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態を用いることで、従来技術のような長時間洗浄処理によって下地膜にダメージや傷が発生し、下地膜が次工程の熱処理で剥がれ落ちてパーティクルが発生するという問題を抑制することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００５５】
図７は、犠牲膜２２である化学酸化膜の膜厚を変化させて裏面洗浄処理を行ったときの、半導体基板２１のベベル部におけるＴｉ検出量を、誘電結合プラズマ質量分析法で評価した結果を示す。
【００５６】
図７に示すように、化学酸化膜の膜厚を厚くするほどＴｉ検出量は減少し、化学酸化膜の膜厚が０．５ｎｍでＴｉ検出量が１．８×１０12ａｔｏｍ／ｃｍ2であるのに対して、化学酸化膜の膜厚が１ｎｍでＴｉ検出量が２．１×１０11ａｔｏｍ／ｃｍ2、化学酸化膜の膜厚が１．５ｎｍでＴｉ検出量が９．７×１０10ａｔｏｍ／ｃｍ2まで減少することがわかる。
【００５７】
また、図８にＳＰＭによって形成される化学酸化膜の過酸化水素濃度依存性を示す。
【００５８】
図８に示すように、過酸化水素濃度によって化学酸化膜の膜厚を制御することができ、具体的には体積濃度３０ｖｏｌ／％以上で化学酸化膜の膜厚が１ｎｍ以上になることが分かる。このことから、ＳＰＭの過酸化水素濃度が３０ｖｏｌ／％未満の条件で付着した化学酸化膜に対して裏面洗浄処理を行っても、リフトオフ効果によるＴｉ検出量の抑制は期待できない。
【００５９】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態において犠牲膜である化学酸化膜の膜厚が１ｎｍ以上あれば、半導体基板のＴｉ汚染量を効果的に減少させることができ、次工程の装置の搬送アームとの接触により装置が二次汚染されるという問題を解決することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００６０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法における、ベベル部と裏面に回り込んだ金属膜の除去方法について図面を参照しながら説明する。
【００６１】
図９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における工程を順に示す断面図である。本実施形態では、半導体基板３１に犠牲膜３２となる化学酸化膜を形成するための薬液としてＳＰＭ（Ｈ2Ｓ０4：Ｈ2Ｏ2＝２：１）、金属膜３３としてＴｉＮ、犠牲膜３２を除去する薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を使用した場合の実施例を示す。
【００６２】
予め、図１０に示す枚葉式裏面洗浄装置によって酸化処理を行なう。図１０において、３４はウエハ保持台であり、その上に半導体基板３１を保持して回転させる。薬液ノズル３５から、半導体基板３１の表面エッジ部のエッジ幅５ｍｍの位置に向けて薬液が吐出される。薬液としてＳＰＭ（Ｈ2Ｓ０4：Ｈ2Ｏ2＝２：１）を７００ｍｌ／ｍｉｎの流量で薬液ノズル３５から吐出しながら、回転数５００ｒｐｍで６０秒間酸化処理を行なう。それにより、半導体基板３１の表面エッジ幅５ｍｍの箇所までと裏面側への回り込み幅５ｍｍまでの位置に、犠牲膜３２となる化学酸化膜が、膜厚１．５ｎｍ程度に形成される。
【００６３】
次に、図９（ａ）に示すように、図１０に示す枚葉式裏面洗浄装置によって、犠牲膜３２として化学酸化膜が膜厚１．５ｎｍ程度に形成された半導体基板３１を準備する。
【００６４】
次に、図９（ｂ）に示すように、半導体基板３１の表面側から金属膜３３としてＴｉＮ膜を、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて堆積する。具体的には、例えば、成膜ガスとしてＴｉＣｌ4を５ｓｃｃｍで用い、圧力５Ｔｏｒｒ、ヒーター温度２００℃の条件で成膜を行う。このとき、金属膜３３であるＴｉＮ膜は、半導体基板３１のベベル部を越えて半導体基板３１裏面の周縁部まで回り込んで堆積される。
【００６５】
次に、図９（ｃ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）洗浄液を用いて、半導体基板３１の裏面側から犠牲膜３２である化学酸化膜を全て除去する。このとき、リフトオフ効果によって犠牲膜３２上に形成されているＴｉＮ膜、すなわちベベル部と裏面に回り込んだ周辺エッジ部３３ＡのＴｉＮ膜も同時に除去される。
【００６６】
ここで、犠牲膜除去工程により、周辺エッジ部３３Ａにおける犠牲膜３２である化学酸化膜の一部が金属膜３３であるＴｉＮ膜に覆われているにもかかわらず、薬液処理によって犠牲膜３２を全て除去できる理由は、原理的には第１の実施形態において説明した理由と同様である。
【００６７】
本実施形態では、半導体基板３１に対する犠牲膜３２（化学酸化膜）のエッチレートの選択比が１００以上、犠牲膜３２に対する金属膜３３（ＴｉＮ膜）のエッチレートの選択比が０．２以上、かつ０．５以下を示す薬液を用いることで、薬液処理の際に周辺エッジ部３３Ａにおける金属膜３３に覆われていない部分から薬液が浸透して犠牲膜３２のエッチングが進行するだけでなく、金属膜３３の溶解したすき間（ピンホール）から薬液が犠牲膜３２に浸透することで、犠牲膜３２を全てエッチング除去できる。
【００６８】
例えば、犠牲膜３２が膜厚１．５ｎｍの化学酸化膜、金属膜３３が膜厚８ｎｍのＴｉＮ膜の場合、薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を７００ｍｌ／ｍｉｎの流量で６０秒間の条件で洗浄を行なうことが望ましい。
【００６９】
本実施形態のように、半導体基板３１の表面エッジ幅５ｍｍの箇所までと裏面側への回り込み幅５ｍｍまでの位置にのみ犠牲膜３２を形成すると、使用する薬液量を低減できるという効果が得られる。また、薬液吐出によって溶解してしまう膜が金属膜３３の下地膜として形成されているような場合に有効である。
【００７０】
以下に、本実施形態の方法により半導体基板のベベル部と裏面に回り込んだ金属膜を除去した場合の、パーティクル評価結果を示す。図１１は、犠牲膜除去工程後の層間絶縁膜形成工程において、パーティクルカウンターでサイズ０．１６μｍ以上の欠陥評価を行った結果を示す。
【００７１】
図１１のＡで示されるように、犠牲膜を形成せずに従来の洗浄方法で上記と同様の条件下で３００秒間の洗浄処理を行った場合では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は２９個であった。一方、Ｂで示されるように、犠牲膜を形成し、洗浄時間を６０秒間とした本実施形態の洗浄方法では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は５個に抑えられた。
【００７２】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態によれば、従来技術のような長時間洗浄処理によって下地膜にダメージや傷が発生し、下地膜が次工程の熱処理で剥がれ落ちてパーティクルが発生するという問題を抑制することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００７３】
図１２は、犠牲膜である化学酸化膜の膜厚を変化させて裏面洗浄処理を行ったときの、半導体基板のベベル部におけるＴｉ検出量を誘電結合プラズマ質量分析法で評価した結果である。
【００７４】
図１２に示すように、化学酸化膜の膜厚を厚くするほどＴｉ検出量は減少し、化学酸化膜の膜厚が０．５ｎｍでＴｉ検出量が２．３×１０12ａｔｏｍ／ｃｍ2であるのに対して、化学酸化膜の膜厚が１ｎｍでＴｉ検出量が２．４×１０11ａｔｏｍ／ｃｍ2、化学酸化膜の膜厚が１．５ｎｍでＴｉ検出量が７．９×１０10ａｔｏｍ／ｃｍ2まで減少することがわかる。
【００７５】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態においては、犠牲膜である化学酸化膜の膜厚が１ｎｍ以上あれば、半導体基板のＴｉ汚染量を効果的に減少させることができ、次工程の装置の搬送アームとの接触により装置が二次汚染されるという問題を解決することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００７６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法における、ベベル部と裏面に回り込んだ金属膜の除去方法について図面を参照しながら説明する。
【００７７】
図１３は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法における工程を示す断面図である。本実施形態では、半導体基板４１に犠牲膜４２としてプラズマＴＥＯＳ、金属膜４３としてＴｉＮ、犠牲膜４２を除去する薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を使用した場合の実施例を示す。
【００７８】
予め、図１４に示す成膜装置によって、半導体基板４１にプラズマＴＥＯＳ膜を成膜する。図１４において、４４はウエハ保持台であり、その上に上下を反転させた半導体基板４１を保持して回転させる。上下を反転させた半導体基板４１に対して、成膜ガス供給ノズル４５Ａがその上面（半導体基板４１の裏面側）の中央部に、成膜ガス供給ノズル４５Ｂがその側面（半導体基板４１のベベル部）に、それぞれ対向するように設置されている。成膜ガス供給ノズル４５Ａ、４５Ｂから、成膜ガスとしてＴＥＯＳを２０ｓｃｃｍ（標準状態）で供給し、圧力１００Ｔｏｒｒ、高周波電力３００Ｗの条件で成膜を行う。それにより、半導体基板４１の裏面全体および表面側のエッジ部まで回り込ませてプラズマＴＥＯＳ膜を成膜する。
【００７９】
次に、図１３（ａ）に示すように、図１４に示す成膜装置によって犠牲膜４２としてプラズマＴＥＯＳ膜が成膜された半導体基板４１を準備する。
【００８０】
次に、図１３（ｂ）に示すように、半導体基板４１の表面側から金属膜４３としてＴｉＮ膜を、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて堆積する。具体的には、例えば、成膜ガスとしてＴｉＣｌ4を５ｓｃｃｍで用い、圧力５Ｔｏｒｒ、ヒーター温度２００℃の条件で成膜を行う。このとき、金属膜４３であるＴｉＮ膜は、半導体基板４１のベベル部を越えて半導体基板４１裏面の周縁部まで回り込んで堆積される。
【００８１】
次に、図１３（ｃ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）洗浄液を用いて、半導体基板４１の裏面側から犠牲膜４２であるプラズマＴＥＯＳ膜を全て除去する。このとき、リフトオフ効果によって犠牲膜４２上に形成されているＴｉＮ膜、すなわち周辺エッジ部４３Ａにおけるベベル部と裏面に回り込んだＴｉＮ膜も同時に除去される。
【００８２】
ここで、犠牲膜除去工程により、周辺エッジ部４３Ａにおける犠牲膜４２であるプラズマＴＥＯＳ膜の一部が金属膜４３であるＴｉＮ膜に覆われているにもかかわらず、薬液処理によって犠牲膜４２を全て除去できる理由は、原理的には第１の実施形態において説明した理由と同様である。
【００８３】
本実施形態では、半導体基板４１に対する犠牲膜４２（プラズマＴＥＯＳ膜）のエッチレートの選択比が１００以上、犠牲膜４２に対する金属膜４３（ＴｉＮ膜）のエッチレートの選択比が０．２以上、かつ０．５以下を示す薬液を用いることで、薬液処理の際に金属膜４３に覆われていない部分から薬液が浸透して犠牲膜４２のエッチングが進行するだけでなく、金属膜４３の溶解したすき間（ピンホール）から薬液が犠牲膜４２に浸透することで、犠牲膜４２を全てエッチング除去できる。
【００８４】
例えば、犠牲膜４２が膜厚３０ｎｍのプラズマＴＥＯＳ膜、金属膜４３が膜厚２０ｎｍのＴｉＮ膜の場合、薬液としてフッ化水素（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：１０）を７００ｍｌ／ｍｉｎの流量で１２０秒間の条件で洗浄を行なうことが望ましい。
【００８５】
以下に、本実施形態の方法で半導体基板のベベル部と裏面に回り込んだ金属膜を除去した場合のパーティクル評価結果を示す。図１５は、犠牲膜除去工程後の層間絶縁膜形成工程においてパーティクルカウンターでサイズ０．１６μｍ以上の欠陥評価を行った結果を示す。
【００８６】
図１５のＡで示されるように、犠牲膜を形成せずに従来の洗浄方法で上記と同様の条件下で３００秒間の洗浄処理を行った場合では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は４２個であった。一方、Ｂで示されるように、犠牲膜を形成し、洗浄時間を１２０秒間とした本実施形態の洗浄方法では、次工程の層間絶縁膜形成工程において欠陥数の増加は８個に抑えられた。
【００８７】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態によれば、従来技術のような長時間洗浄処理によって下地膜にダメージや傷が発生し、下地膜が次工程の熱処理で剥がれ落ちてパーティクルが発生するという問題を抑制することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【００８８】
図１６は犠牲膜であるプラズマＴＥＯＳ膜の膜厚を変化させて裏面洗浄処理を行ったときの、半導体基板のベベル部におけるＴｉ検出量を誘電結合プラズマ質量分析法で評価した結果である。
【００８９】
図１６に示すように、犠牲膜を形成せずに従来の洗浄方法で上記と同様の条件下で３００秒間の洗浄処理を行った場合では、Ｔｉ検出量が４．７×１０12ａｔｏｍ／ｃｍ2であるのに対して、犠牲膜を形成する本実施形態の洗浄方法では、犠牲膜の膜厚を厚くするほどＴｉ検出量は減少し、犠牲膜の膜厚が５ｎｍでＴｉ検出量が６．９×１０10ａｔｏｍ／ｃｍ2、犠牲膜の膜厚が１００ｎｍでＴｉ検出量が２．３×１０10ａｔｏｍ／ｃｍ2まで減少することが分かる。
【００９０】
以上の評価結果から明らかなように、本実施形態を用いることで、半導体基板のＴｉ汚染量を効果的に減少させることができ、次工程の装置の搬送アームとの接触により装置が二次汚染されるという問題を解決することができる。その結果、半導体チップの信頼性と歩留まり向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造工程において、後続工程の装置が二次汚染されることがなく、また、後続工程においてパーティクルが発生することがない製造方法であり、特に半導体基板のベベル部分と裏面に回り込んだ部分に付着する不要な金属膜の除去に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程フローを示す断面図
【図２】同製造方法におけるパーティクル評価結果を表したグラフ
【図３】同製造方法における犠牲膜の膜厚に対するベベル部のＴｉ検出量を示すグラフ
【図４】第２の実施形態における半導体装置の製造方法の工程フローを示す断面図
【図５】同製造方法に用いる枚葉洗浄装置の模式図
【図６】同製造方法におけるパーティクル評価結果を表したグラフ
【図７】同製造方法における過酸化水素濃度に対する化学酸化膜厚を示すグラフ
【図８】同製造方法における化学酸化膜厚に対するベベル部のＴｉ検出量を示すグラフ
【図９】第３の実施形態における半導体装置の製造方法の工程フローを示す断面図
【図１０】同製造方法に用いる枚葉洗浄装置の模式図
【図１１】同製造方法におけるパーティクル評価結果を表したグラフ
【図１２】同製造方法における化学酸化膜厚に対するベベル部のＴｉ検出量を示すグラフ
【図１３】第４の実施形態における半導体装置の製造方法の工程フローを示す断面図
【図１４】同製造方法に用いる成膜装置の模式図
【図１５】同製造方法におけるパーティクル評価結果を表したグラフ
【図１６】同製造方法における犠牲膜の膜厚に対するベベル部のＴｉ検出量を示すグラフ
【図１７】従来例の半導体装置の製造方法の工程フローを示す断面図
【符号の説明】
【００９３】
１、１１、２１、３１、４１  半導体基板
１Ａ  表面部分
１Ｂ  ベベル部分
１Ｃ  裏面に回り込んだ部分
３  Ｔｉ残留物
１２  下地膜
１３、２２、３２、４２  犠牲膜
１４  レジストパターン
１５、２３、３３、４３、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  金属膜
１５Ａ、２３Ａ、３３Ａ、４３Ａ  周辺エッジ部
２４、３４、４４  ウエハ保持台
２５、３５  薬液ノズル
４５Ａ  上面ガス供給ノズル
４５Ｂ  側面ガス供給ノズル
【図１】
2007281191.tif 000003
【図２】
2007281191.tif 000004
【図３】
2007281191.tif 000005
【図４】
2007281191.tif 000006
【図５】
2007281191.tif 000007
【図６】
2007281191.tif 000008
【図７】
2007281191.tif 000009
【図８】
2007281191.tif 000010
【図９】
2007281191.tif 000011
【図１０】
2007281191.tif 000012
【図１１】
2007281191.tif 000013
【図１２】
2007281191.tif 000014
【図１３】
2007281191.tif 000015
【図１４】
2007281191.tif 000016
【図１５】
2007281191.tif 000017
【図１６】
2007281191.tif 000018
【図１７】
2007281191.tif 000019