CN103325669A - 屏蔽板、半导体装置的制造方法、半导体装置 - Google Patents
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Abstract
基于本实施例的屏蔽板，在对形成了具有第1半导体元件及第2半导体元件的半导体装置的半导体基板注入带电粒子而形成寿命控制层时进行覆盖，具备：用于对上述半导体基板进行对位的对准标记；第1区域；厚度比上述第1区域薄的第2区域，上述第1区域覆盖上述第1半导体元件，上述第2区域覆盖上述第2半导体元件。
Description
技术领域
本实施方式涉及屏蔽板、半导体装置的制造方法及半导体装置。
背景技术
兼备双极晶体管导通时的低电阻特性和MOSFET的高速开关动作特性的绝缘栅双极晶体管(以下，记载为IGBT元件)在各种领域中被使用。
在该IGBT元件被用于逆变器电路等的情况下，大多与逆导通用二极管(以下，称为二极管元件)组合使用。将该IGBT元件和二极管元件组合而成的半导体装置通常被称为逆导通型绝缘栅双极晶体管。
在逆导通型绝缘栅双极晶体管中，为了改善二极管元件从正偏置向逆偏置切换时的特性(恢复特性)，有时形成寿命控制层。
该寿命控制层通过向半导体基板照射带电粒子如氢离子、氦离子，或者通过扩散铂(Pt)而形成。例如，作为形成寿命控制层的方法，提出了在半导体基板上形成金属层后，选择性地刻蚀该金属层，在期望的位置形成凹部，以形成了该凹部的金属层为掩模，向半导体基板注入带电粒子，来形成寿命控制层。
但是，在以往的逆导通型绝缘栅双极晶体管中，向半导体基板整体照射带电粒子，或者扩散铂。因而，不仅在二极管元件，而且在IGBT元件也形成有寿命控制层，IGBT元件的导通电阻增加。另一方面，在二极管元件未形成寿命控制层的情况下，虽不会使IGBT元件的性能降低，但是无法使二极管元件的性能提高。
发明内容
基于本发明的屏蔽板，对于形成了具有第1半导体元件及第2半导体元件的半导体装置的半导体基板注入带电粒子来形成寿命控制层时进行覆盖，具备：用于对上述半导体基板进行对位的对准标记；第1区域；以及厚度比上述第1区域薄的第2区域，上述第1区域覆盖上述第1半导体元件，上述第2区域覆盖上述第2半导体元件。
基于本发明的半导体装置的制造方法，具备：在半导体基板形成具有第1半导体元件、第2半导体元件的半导体装置的工序；将具有用于对上述半导体基板进行对位的对准标记、第1区域、厚度比上述第1区域薄的第2区域的第1屏蔽板与上述半导体基板接合，以使得上述第1半导体元件被上述第1区域覆盖，上述第2半导体元件被上述第2区域覆盖的工序；以及向上述半导体基板注入带电粒子的工序。
基于本发明的半导体装置，具备绝缘栅双极晶体管及逆导通用二极管，在形成有上述逆导通用二极管的区域形成至少一个寿命控制层。
如上所述，在以往的逆导通型绝缘栅双极晶体管中，能够寻求提高二极管元件的性能、且不使IGBT元件的性能降低的方法。
附图说明
图1是第1实施方式涉及的屏蔽板的平面图。
图2是第1实施方式涉及的对准标记的放大图。
图3是第1实施方式涉及的区域A的放大图。
图4是第1实施方式涉及的屏蔽板及晶片的一部分截面图。
图5是表示采用了第1实施方式涉及的屏蔽板的半导体装置的制造方法的截面图。
图6是第2实施方式涉及的屏蔽板及晶片的截面图。
图7是第3实施方式涉及的屏蔽板及晶片的截面图。
图8是第4实施方式涉及的屏蔽板及晶片的截面图。
具体实施方式
基于本实施例的屏蔽板，对于形成了具有第1半导体元件及第2半导体元件的半导体装置的半导体基板注入带电粒子来形成寿命控制层时进行覆盖，具备：用于对上述半导体基板进行对位的对准标记；第1区域；以及厚度比上述第1区域薄的第2区域，上述第1区域覆盖上述第1半导体元件，上述第2区域覆盖上述第2半导体元件。
基于其他实施例的半导体装置的制造方法，具备：在半导体基板形成具有第1半导体元件、第2半导体元件的半导体装置的工序；将具有用于对上述半导体基板进行对位的对准标记、第1区域、厚度比上述第1区域薄的第2区域的第1屏蔽板与上述半导体基板接合，以使得上述第1半导体元件被上述第1区域覆盖，上述第2半导体元件被上述第2区域覆盖的工序；以及向上述半导体基板注入带电粒子的工序。
基于其他实施例的半导体装置，具备绝缘栅双极晶体管及逆导通用二极管，在形成有上述逆导通用二极管的区域形成至少一个寿命控制层。
以下，参照附图，详细说明实施方式。
(第1实施方式)
图1是第1实施方式涉及的屏蔽板100的平面图。屏蔽板100在对被形成于半导体基板(以下，记载为晶片)的半导体装置、即由绝缘栅双极晶体管(IGBT元件)和逆导通用二极管(二极管元件)组合而成的逆导通型绝缘栅双极晶体管，注入带电粒子如氢离子、氦离子，形成寿命控制层时使用。
屏蔽板100由金属如铝(Al)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)及这些的合金、不锈钢(SUS)或硅(Si)等构成。屏蔽板100是圆形。屏蔽板100的直径D与作为遮蔽对象的晶片直径近似相同。在屏蔽板100的周边部，涂敷用于点固晶片的接合剂103。另外，涂敷接合剂103的区域优选设为从屏蔽板100的端起1mm～3mm。通常，在从晶片的端起数mm(通常，2mm左右)的区域，不形成半导体装置。因而，通过使涂敷接合剂103的区域为从屏蔽板100的端起例如1mm～3mm，可以防止在晶片上形成的半导体装置与接合剂103接合。
另外，在屏蔽板100的端部，形成有对位用的对准标记101、102。图2是对准标记101的平面图。另外，对准标记102的构成与对准标记101相同。如图2所示，对准标记101具有被形成于屏蔽板100的4个开口101A～101D。开口101A～101D的形状分别是矩形，并被矩阵状地配置。
在与对准标记101的4个开口101A～101D对应的晶片上的位置，形成4个矩形上的标记M1～M4。标记M1～M4的面积比开口101A～101D的面积小一些。标记M1～M4与开口101A～101D同样地，被矩阵状配置。另外，在与对准标记102对应的晶片上的位置也形成有4个矩形状的标记M1～M4(未图示)。
通过使对准标记101、102的4个开口分别与在晶片所形成的标记M1～M4对准，确定屏蔽板100相对于晶片的位置。此时，以在俯视图中全部标记M1～M4分别可从对准标记101的各开口101A～101D看得见的方式进行对位。另外，对准标记102也与对准标记101同样进行对位。另外，在该第1实施方式中，在屏蔽板100形成有2个对准标记101、102。但是，对准标记的数量不限于2个。另外，也可以在构成对准标记101、102的开口101A～101D嵌入透明材料，例如玻璃。
图3A是图1的区域A的放大平面图。图3B是图3A的X-X线(点划线)中的截面图。如图3所示，屏蔽板100的厚度具有厚的区域100A和比区域100A薄的区域100B。屏蔽板100的区域100A的厚度T1为带电粒子不能透过的程度的厚度。另外，屏蔽板100的区域100B的厚度T2为可使带电粒子透过的程度的厚度。
图4是屏蔽板100和作为遮蔽对象的晶片W的一部分截面图。在晶片W，形成多个逆导通型绝缘栅双极晶体管，具有形成有IGBT元件的区域X(以下，称为IGBT元件形成区域X)和形成有二极管元件的区域Y(以下，称为二极管元件形成区域Y)。
在IGBT元件形成区域X，按照P+集电极层201、N+缓冲层202、N‐漂移层203、P基极层204、N+发射极层205的顺序层叠，形成了具有贯通N+发射极层205、P基极层204而一直达到N‐漂移层203内的栅极电极206及栅极绝缘膜207、以及集电极电极Ec及发射极电极Ee的IGBT元件。
在二极管元件形成区域Y，形成具有N+集电极层211、N‐基极层212、P发射极层213、集电极电极Ec(阴极侧)及发射极电极Ee(阳极侧)的逆导通用二极管。
使屏蔽板100的对准标记101、102与在晶片W形成的标记M1～M4(未图示)分别对位。这样，如图4所示，以屏蔽板100的厚区域100A覆盖IGBT元件形成区域X，屏蔽板100的薄区域100B覆盖二极管元件形成区域Y的方式，使屏蔽板100相对于晶片W定位。
该状态下，经由屏蔽板100，向晶片W照射带电粒子。在厚区域100A所覆盖的IGBT元件形成区域X，不被照射带电粒子P。另一方面，在薄区域100B所覆盖的二极管元件形成区域Y，被照射带电粒子P。即，通过用屏蔽板100覆盖晶片W，仅仅对二极管元件形成区域Y照射带电粒子，可以形成寿命控制层L。
(半导体装置的制造方法)
接着，说明使用了参照图1～图4说明的屏蔽板100的逆导通型绝缘栅双极晶体管的制造方法。图5A～D是逆导通型绝缘栅双极晶体管的制造工序图。以下，参照图5A～D，说明逆导通型绝缘栅双极晶体管的制造工序。
首先，准备形成了具有IGBT元件及二极管元件的逆导通型绝缘栅双极晶体管的晶片W。接着，利用屏蔽板100的对准标记101、102和在晶片W形成的标记M，相对于晶片W确定屏蔽板100的位置(参照图5(A))。
接着，以在晶片W和屏蔽板100之间确保空间的状态，使屏蔽板100与晶片W接合(参照图5B)。
接着，经由屏蔽板100，向晶片W照射带电粒子P(参照图5C)。带电粒子P透过薄区域100B，但是不透过厚区域。因而，带电粒子P仅仅照射到晶片W的形成有二极管元件的区域。在被照射了带电粒子P的二极管元件，在期望的深度形成有寿命控制层L(参照图5D)。
带电粒子P停止的位置可以通过调节带电粒子P的加速电压来控制。即，通过调节带电粒子P的加速电压，可以在期望的深度形成寿命控制层L。另外，在形成了寿命控制层L后，最好进行退火处理，例如，以400℃进行120分钟。
如上所述，该第1实施方式涉及的屏蔽板100具有对准标记101、102，通过将该对准标记101、102与对应的晶片的标记M对准，厚区域100A被与晶片的IGBT元件形成区域X对位，薄区域100B被与晶片的二极管元件形成区域Y对位。因而，可以使带电粒子仅向晶片的二极管元件形成区域Y照射，在晶片的二极管元件形成区域Y形成寿命控制层L。
另外，由于在从屏蔽板100的端起1mm～3mm，涂敷点固用的接合剂103，因此，可以防止在晶片所形成的半导体装置与接合剂103接合。
(第2实施方式)
图6是第2实施方式涉及的屏蔽板100C及晶片W的截面图。在第1实施方式中，屏蔽板100的薄区域101B的厚度全部相同。另一方面，如图6所示屏蔽板100C那样，也可以将覆盖二极管元件形成区域Y的薄区域100B的厚度设为相互不同的厚度。如果这样地构成，可以改变带电粒子的照射深度(侵入长度)，在不同深度形成寿命控制层L。
(第3实施方式)
图7是第3实施方式涉及的屏蔽板100及晶片W的截面图。在第3实施方式中，经由屏蔽板100向晶片W照射带电粒子，形成寿命控制层L1后，在屏蔽板100重叠平板Z。经由屏蔽板100及平板Z向晶片W照射带电粒子，形成寿命控制层L2。通过这样的构成，可以在平面内的同一位置中，在不同深度形成寿命控制层L1、L2。
(第4实施方式)
图8是第4实施方式涉及的屏蔽板100D及晶片W的截面图。在第4实施方式中，屏蔽板100D的区域100A和区域100B由不同材料构成。具体地说，在覆盖IGBT元件形成区域X的区域100A，使用带电粒子的遮蔽能力高的重元素材料，例如钨，在覆盖二极管元件形成区域Y的区域100B，使用带电粒子的遮蔽能力低的轻元素材料，例如铝。通过这样的构成，可以使屏蔽板100D的表面成为无凹凸的平面。因此，可以用作研磨晶片W的背面而使晶片W变薄时的增强板。
另外，在将屏蔽板100B用作研磨增强用的情况下，对屏蔽板100B整体涂敷点固用的接合剂进行粘贴。另外，带电粒子的注入具有接合剂残留外周部地除去了后注入带电粒子的情形和不除去接合剂而残留的状态下注入带电粒子的情形。
(其他的实施方式)
如以上那样，虽然说明了实施方式，但是上述实施方式只是例示，而并不意图限定发明的范围。上述实施方式可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明的要旨的范围，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形被包含在发明的范围和要旨中，同样地，被包含在权利要求书记载的发明及其均等的范围中。
Claims (19)
1.一种屏蔽板，是对于形成了具有第1半导体元件及第2半导体元件的半导体装置的半导体基板注入带电粒子来形成寿命控制层时进行覆盖的屏蔽板，该屏蔽板具备：
用于对上述半导体基板进行对位的对准标记；
第1区域；以及
厚度比上述第1区域薄的第2区域，
上述第1区域覆盖上述第1半导体元件，上述第2区域覆盖上述第2半导体元件。
2.根据权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于，
上述对准标记的多个矩形的开口被配置为矩阵状。
3.根据权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于，
上述第1半导体元件是绝缘栅双极晶体管，上述第2半导体元件是逆导通用二极管。
4.根据权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于，
上述屏蔽板由金属或硅构成。
5.根据权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于，
上述第2区域具有多个厚度。
6.根据权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于，
上述第1区域和上述第2区域由相互不同的材料构成。
7.一种半导体装置的制造方法，具备：
在半导体基板形成具有第1半导体元件、第2半导体元件的半导体装置的工序；
将具有用于对上述半导体基板进行对位的对准标记、第1区域、厚度比上述第1区域薄的第2区域的第1屏蔽板与上述半导体基板接合，以使得上述第1半导体元件被上述第1区域覆盖，上述第2半导体元件被上述第2区域覆盖的工序；以及
向上述半导体基板注入带电粒子的工序。
8.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
上述对准标记的多个矩形的开口被配置为矩阵状。
9.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
以上述第1屏蔽板和上述半导体基板之间确保空间的状态，使上述第1屏蔽板与上述半导体基板接合。
10.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备：在上述第1屏蔽板的周边区域涂敷点固用的接合剂的工序。
11.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备：对注入了上述带电粒子的半导体基板的背面进行研磨的工序。
12.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备：在上述第1屏蔽板的整个面涂敷点固用的接合剂的工序。
13.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，还具备：
对上述第1屏蔽板接合第2屏蔽板的工序；
经由上述第1屏蔽板及上述第2屏蔽板，向上述半导体基板注入带电粒子的工序。
14.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
上述第1半导体元件是绝缘栅双极晶体管，上述第2半导体元件是逆导通用二极管。
15.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
上述第2区域具有多个厚度。
16.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
上述第1区域和上述第2区域由相互不同的材料构成。
17.一种半导体装置，具备绝缘栅双极晶体管及逆导通用二极管，
在形成有上述逆导通用二极管的区域形成有至少一个寿命控制层。
18.根据权利要求17所述的半导体装置，其特征在于，
多个上述寿命控制层被包含在上述逆导通用二极管，各个上述寿命控制层被配置在深度不同的部分。
19.根据权利要求17所述的半导体装置，其特征在于，
多个上述寿命控制层被包含在上述逆导通用二极管，各个上述寿命控制层在同一平面被配置在深度不同的部分。
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