JP2006269522A

JP2006269522A - 半導体装置の製法及びマスク

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Publication number: JP2006269522A
Application number: JP2005081996A
Authority: JP
Inventors: Hideto Onishi; 秀人大西
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: JP4775539B2

Abstract

【課題】半導体ウエハの所望の位置に且つ所望の厚さで容易に形成できるマスクにより、半導体装置の生産性を向上する。
【解決手段】マスク(4)は、半導体ウエハ(1)の少なくとも一方の主面(1a)に塗布される基材樹脂(10)と、基材樹脂(10)内に配合され且つ電子線(5)を遮蔽する粒子状の放射線遮蔽材(9)とにより構成されるため、半導体ウエハ(1)の所望の位置に且つ所望の厚さで容易に形成でき、電子線(5)を遮蔽して、半導体ウエハ(1)のキャリアのライフタイムを制御することができる。また、基材樹脂(10)を主成分とするマスク(4)は、半導体ウエハ(1)に設けられた電極(3)又は配線導体等の金属部材を損傷せずに、良好に除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を半導体基板に照射して、半導体基板のキャリアのライフタイムを制御する半導体装置の製法及び放射線から半導体基板を遮蔽するマスクに関する。

電子線、γ線、中性子線又はイオン線等の放射線を半導体ウエハに照射し、半導体ウエハの所定の領域に放射線により結晶欠陥（「再結合中心」又は「ライフタイム制御領域」と呼ぶこともできる）を形成して、半導体ウエハのキャリアのライフタイム（寿命）を制御するライフタイム制御技術は、公知である。半導体ウエハのキャリアのライフタイムを制御して、半導体装置の応答特性を向上することができる。放射線を半導体ウエハに照射するライフタイム制御技術は、金又は白金等の重金属原子を半導体ウエハに導入するライフタイム制御と比較して、ライフタイムの制御性及び再現性に優れている。

特に、プロトン等の各種イオンを照射するライフタイム制御技術では、イオン線によって形成される結晶欠陥が、イオン線の飛程を中心として半導体ウエハの厚み方向の限られた領域に集中的に形成されるため、制御性の高いライフタイム制御を行なえる。一方、電子線を照射するライフタイム制御技術では、長い飛程距離を有する電子線が半導体ウエハの厚み方向全体にわたり透過するため、一般的に、半導体ウエハの厚み方向の全体に結晶欠陥を形成するライフタイム制御として使用されていた。

上述のように、半導体ウエハに結晶欠陥を形成すると、キャリアのライフタイムを短縮して半導体装置のリカバリー特性を向上させることができるが、半導体ウエハの内部抵抗が増大して、半導体装置の動作抵抗が大きくなる問題が生じる。このため、結晶欠陥を半導体ウエハの特定領域に形成する試みがある。

下記特許文献１は、半導体ウエハの幅方向の特定領域で結晶欠陥を選択的に深く形成する半導体装置の製法を開示する。特許文献１の製法は、多数の孔（開口）を有する金属膜により形成されたマスクを半導体ウエハの上面に被覆し、半導体ウエハの上面に向かって軽イオンを照射するため、孔を通過しない他の領域のイオンに対して、孔を通過するイオンの飛程が大きくなり、異なる深さの結晶欠陥を半導体ウエハに形成することができる。

特開平４−２１４６７４号公報

しかしながら、半導体ウエハの特定領域に結晶欠陥を形成するには、電子線やイオン線を半導体ウエハの特定領域に選択的に照射する必要があり、このため特定領域以外の半導体ウエハをマスクにより被覆して、電子線やイオン線を完全又は十分に遮蔽する必要がある。よって、数１００μm〜数mm程度の大きな厚みでマスクとなる金属膜を形成する長時間の蒸着工程又はメッキ工程を行う必要があり、半導体装置の生産性が低下した。例えば、厚さ１００μmの金属膜を形成するには、２〜３時間のメッキ工程を必要とする。

また、マスクを被覆する半導体ウエハの上面には、ベース電極、ゲート電極、エミッタ電極及びソース電極等の金属電極膜又は配線導体が形成されるため、エッチングにより金属膜のマスクを半導体ウエハの上面から除去する際に、金属電極膜及び配線導体もエッチングを受けて損傷する問題が生じた。

そこで、本発明は、放射線を良好に遮蔽でき且つ容易に形成できるマスク及びこのマスクを使用する半導体装置の製法を提供することを目的とする。また、本発明は、半導体基板の特定領域に結晶欠陥を形成でき且つ生産性に優れる半導体装置の製法及びマスクを提供することを目的とする。更に、本発明は、半導体基板の電極又は配線導体等の金属部材を損傷せずに、良好に除去できるマスク及びこのマスクを使用する半導体装置の製法を提供することを目的とする。

本発明による半導体装置の製法は、粒子状の放射線遮蔽材(9)を含有する樹脂(10)により構成されるマスク(4)を半導体基板(1)の少なくとも一方の主面(1a)に形成する工程と、マスク(4)を介して半導体基板(1)の一方の主面(1a)に放射線(5)を照射して、半導体基板(1)のキャリアのライフタイムを制御する工程と、マスク(4)の少なくとも一部を半導体基板(1)から除去する工程とを含む。マスク(4)内に配合される粒子状の放射線遮蔽材(9)により、マスク(4)を介して照射される放射線(5)が半導体基板(1)内に侵入する侵入深度又は侵入量を制御して、半導体基板(1)の幅方向及び厚み方向の特定領域に結晶欠陥を形成することができる。これにより、半導体基板(1)のキャリアのライフタイム（寿命）を制御して、半導体装置の応答特性を向上することができる。樹脂(10)を主成分とするマスク(4)は、金属膜による従来のマスクに対し、半導体基板(1)の所望の位置に且つ所望の厚さで容易に形成でき、半導体装置の生産性を向上することができる。

本発明によるマスクは、半導体基板(1)の少なくとも一方の主面(1a)に塗布される樹脂(10)と、樹脂(10)内に配合され且つ放射線(5)を遮蔽する粒子状の放射線遮蔽材(9)とを備え、放射線遮蔽材(9)により半導体基板(1)に照射される放射線(5)の侵入深度又は侵入量を制御する。樹脂(10)を主成分とするマスク(4)は、半導体基板(1)の一方の主面(1a)に平坦な膜状に塗布できるので、高精度に制御された量の放射線(5)を半導体基板(1)に入射して、半導体基板(1)に結晶欠陥を形成できる。更に、マスク(4)は、半導体基板(1)に設けられた電極(3)又は配線導体等の金属部材を損傷せずに、良好に除去することができる。

本発明によれば、放射線遮蔽材を含有する樹脂から成るマスクを使用して、放射線を半導体基板の特定領域に照射するので、放射線を良好に遮蔽できる比較的厚いマスクを容易に形成できる。この結果、ライフタイム等の諸特性が所望に制御された半導体装置を容易に得ることができる。

以下、本発明による半導体装置の製法及びマスクをＩＣの製法に適用した実施の形態を図１〜図４について説明する。また、本実施の形態では、電子線を照射して半導体ウエハのキャリアのライフタイムを制御する。

本実施の形態に例示する半導体基板としての半導体ウエハ(1)は、シリコンウエハを基体とし、図１に示すように、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)側に形成されたＮ型半導体領域(11)と、Ｎ型半導体領域(11)に隣接して半導体ウエハ(1)の他方の主面(1b)側に形成されたＮ＋型半導体領域(12)と、Ｎ型半導体領域(11)内で半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)側に形成されたＩＣ形成領域(13)とＰ＋型半導体領域(14)とを備える。ＩＣ形成領域(13)には、周知のＭＯＳトランジスタ等が多数個形成されているが、その図示を省略する。また、Ｐ＋型半導体領域(14)は、Ｎ型半導体領域(11)及びＮ＋型半導体領域(12)と共にＰＮ接合ダイオードを形成するため、図１の半導体装置は、ＩＣとダイオードから構成される複合半導体装置となる。半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)には、ＩＣ形成領域(13)及びＰ＋型半導体領域(14)に隣接して形成された開口部(2a)を有する絶縁膜(2)が固着され、金属膜からなる上部電極(3)が絶縁膜(2)の一部と、絶縁膜(2)の開口部(2a)を通じてＩＣ形成領域(13)及びＰ＋型半導体領域(14)とに固着される。また、半導体ウエハ(1)の他方の主面(1b)には、Ｎ＋型半導体領域(12)に隣接して底部電極(7)が固着される。便宜上、図示する半導体ウエハ(1)は、ＩＣ形成領域(13)及びＰ＋型半導体領域(14)等から構成される単一の半導体チップを示すが、実際の半導体ウエハは、半導体ウエハのＸ軸方向とＹ軸方向とに前記半導体チップを繰り返し形成した構造を有する。本実施の形態では、周知の半導体ウエハの製法と共に、多数の半導体チップを整列させた半導体ウエハの図を省略する。

半導体ウエハ(1)を形成した後、図１に示すように、粒子状の放射線遮蔽材(9)を含有する基材樹脂(10)により構成されるマスク形成材(8)を半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)に形成する。電子線(5)を良好に遮蔽できるように、１００〜１０００μm程度の厚さで半導体ウエハ(1)上に形成されるマスク形成材(8)が好ましい。マスク形成材(8)から成るマスク(4)の厚さが１００μmよりも薄いと、十分な電子線(5)の遮蔽効果が得られず、１０００μmよりも厚いと、除去工程が遅延される。また、マスク形成材(8)に含まれる放射線遮蔽材(9)の含有率は、５０〜９０wt%とするのが好ましい。放射線遮蔽材(9)の含有率が５０wt%よりも小さいと、十分な電子線(5)の遮蔽効果が得られず、放射線遮蔽材(9)の含有率が９０wt%よりも大きいと、所望のパターン形状を有するマスク(4)を良好に形成することが困難となる。マスク(4)の厚さ又はマスク形成材(8)中の放射線遮蔽材(9)の含有量を調節して、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)から他方の主面(1b)に向う厚み方向の電子線(5)の侵入深度又は侵入量を制御することができる。放射線の一種である電子線(5)は、飛程が比較的長いため、従来では、半導体ウエハ(1)の幅方向又は厚み方向の特定領域に結晶欠陥を形成することが事実上できなかった。本実施の形態では、マスク形成材(8)の厚さ、即ちマスク(4)の厚さ又はマスク形成材(8)中の放射線遮蔽材(9)の含有量を調節することにより、電子線(5)の侵入深度又は侵入量を容易に制御することができる。

マスク形成材(8)は、半導体ウエハ(1)の少なくとも一方の主面(1a)に塗布される基材樹脂(10)と、基材樹脂(10)内に配合され且つ電子線(5)を遮蔽する粒子状の放射線遮蔽材(9)とにより構成され、基材樹脂(10)は、マスク形成材(8)をパターンニングするための感光剤を含有する。放射線遮蔽材(9)は、例えば、鉛(Pb)、銅(Cu)又はプラチナ(Pt)等の電子線(5)を内部に良好に取り込む金属から選択された金属粒子を使用する。即ち、密度９g/cm³〜２１g/cm³の金属又はこれら金属の合金を放射線遮蔽材(9)に使用するのが望ましい。基材樹脂(10)は、例えば、露光後のエッチングに対して、高い耐エッチング性及び耐熱性を有するクレゾールノボラック等のフェノール系樹脂が望ましい。安価なフェノール系樹脂により電子線(5)を遮蔽するマスク(4)を形成することができる。感光剤は、例えば、紫外線領域に吸収ピークを有するナフトキノンジアジドが望ましい。

電子線(5)の遮蔽効果を良好に発揮するように、基材樹脂(10)の中に均一に且つ比較的高密度に放射線遮蔽材(9)を分布させるのが良い。このため、０.０５〜０.５μm程度の金属粒子の平均粒径が良いが、電子線に対する遮蔽性、マスク(4)の厚さ又は金属の種類等の条件により適宜に決定される。感光剤を含有する周知のフォトレジスト樹脂に放射線遮蔽材(9)を含有させてマスク形成材(8)を使用することもできる。

放射線遮蔽材(9)を含む基材樹脂(10)から成るマスク形成材(8)は、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)に周知のスピンコートや印刷技術を使用して塗布形成又は印刷形成できる。このため、従来の蒸着又はメッキによる金属膜の形成に比較して、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)に容易に且つ厚く形成することができる。

次に、マスク形成材(8)を半導体ウエハ(1)に形成した後、エッチングマスクとしてガラスマスク(6)をマスク形成材(8)の表面(8a)に配置し、露光及び現像によりマスク形成材(8)をエッチングする。放射線遮蔽材(9)を含む基材樹脂(10)から成るマスク形成材(8)は、周知のリソグラフィ技術により容易に所定の形状にエッチングすることができる。エッチングマスクは、使用する波長の紫外線を透過しない材料からなる板材であればよく、ガラスマスクに限定されない。図２に示すように、ガラスマスク(6)は、紫外線を透過する領域に開口部(6a)を有し、開口部(6a)を通じて露光を施す。ガラスマスク(6)の開口部(6a)は、電子線(5)を入射させる半導体ウエハ(1)の特定領域の上方に形成され、マスク形成材(8)の一部を露出する。本実施の形態では、Ｐ＋型半導体領域(14)を含むダイオード形成領域が電子線(5)を入射させる半導体ウエハ(1)の特定領域である。また、マスク形成材(8)は、ポジ型であり、紫外線に露光された領域がエッチングされる。

ガラスマスク(6)を除去した後、露光を施したマスク形成材(8)をエッチング液により現像する。エッチング液は、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）水溶液が使用される。現像されたマスク形成材(8)は、ガラスマスク(6)の開口部(6a)に対応して、エッチング液による孔部(4b)が形成される。これにより、マスク(4)が形成される。図３に示すマスク(4)は、Ｐ＋型半導体領域(14)の上方に孔部(4b)が形成されて、上部電極(3)が露出する。

その後、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)に向かってマスク(4)を介して電子線(5)を照射する。電子線(5)は、孔部(4b)を通じてダイオード形成領域に入射される。電子線(5)を遮蔽する放射線遮蔽材(9)がマスク(4)に混入されるため、半導体ウエハ(1)のマスク(4)に被覆された領域では、電子線(5)が遮蔽され、半導体ウエハ(1)のマスク(4)の孔部(4b)により露出する領域にのみ電子線(5)が照射される。この結果、図３に示すように、半導体ウエハ(1)内の所定の半導体領域のみに電子線(5)が照射され、半導体ウエハ(1)のキャリアのライフタイム（寿命）を制御して、半導体装置の応答特性を向上できると共に、動作電圧等の諸特性も良好に得られる。

また、放射線遮蔽材(9)を含む基材樹脂(10)から成るマスク形成材(8)は、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)に比較的平坦に塗布形成又は印刷形成できる。この結果、マスク形成材(8)をエッチングし所望の微細パターンにマスク(4)を良好に形成し、電子線(5)を半導体ウエハ(1)の特定領域に良好に照射することができる。更に、厚く形成できるマスク(4)により半導体ウエハ(1)に照射される電子線(5)を実質的に完全遮蔽して、半導体ウエハ(1)の幅方向の特定領域にのみ結晶欠陥を形成することができる。

最後に、図４に示すように、半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)からマスク(4)を除去して、半導体ウエハ(1)のキャリアのライフタイムを制御する工程を終了する。電極(3)又は配線導体を含む半導体ウエハ(1)の一方の主面(1a)に形成されたマスク(4)を剥離剤により除去することができる。マスク(4)は、樹脂を溶解し且つ電極(3)又は配線導体を形成するアルミニウム等の金属をエッチングしないアセトン等の溶剤により剥離して、容易に除去できるため、半導体ウエハ(1)の電極(3)又は配線導体の損傷を防止できる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されず、更に種々の変更が可能である。ＩＧＢＴやサイリスタ等の他の半導体装置の製法に適用してもよい。また、マスク(4)によって電子線(5)を完全遮断するのではなく、その厚みや放射線遮蔽材(9)の密度をコントロールして、マスク(4)により被覆した半導体ウエハ(1)の領域にも電子線(5)の一部を照射する構造としてもよい。この場合、孔部(4b)によりマスク(4)から露出する領域に侵入する電子線(5)の量に対し、他の領域に侵入する電子線(5)の量を減少して、結晶欠陥の多い領域と少ない領域とを交互に且つ半導体ウエハ(1)の幅方向に形成することが可能である。また、一方の主面(1a)から他方の主面(1b)に向う厚み方向の特定領域に電子線(5)により結晶欠陥を形成することもできる。半導体ウエハ(1)にマスク形成材(8)を著しく厚く形成して、電子線(5)を完全に遮断すると、マスク形成材(8)の良好な露光が困難な場合には、マスク形成材(8)を良好に露光できる比較的薄いマスク形成材(8)を半導体ウエハ(1)に形成して、電子線(5)の一部がマスク(4)を透過する構造としてもよい。更に、電子線(5)による半導体ウエハ(1)のライフタイム制御に限定されず、イオン線等の他の放射線によるライフタイム制御に本発明を適用してもよい。

本発明は、ダイオード、ＩＧＢＴ、サイリスタ又はＩＣ等の半導体装置の製法及び製造過程に使用される放射線を遮蔽するマスクに良好に適用することができる。

本発明による半導体装置の製法及びマスクの実施の形態を示す断面図ガラスマスクを形成した図１の断面図電子線を照射した図１の断面図マスクを除去した図１の断面図

符号の説明

(1)・・半導体ウエハ（半導体基板）、 (1a)・・一方の主面、 (1b)・・他方の主面、 (3)・・電極（上部電極）、 (4)・・マスク、 (5)・・電子線（放射線）、 (6)・・ガラスマスク（エッチングマスク）、 (6a)・・開口部、 (9)・・放射線遮蔽材、 (10)・・基材樹脂（樹脂）、

Claims

粒子状の放射線遮蔽材を含有する樹脂により構成されるマスクを半導体基板の少なくとも一方の主面に形成する工程と、
前記マスクを介して前記半導体基板の一方の主面に放射線を照射して、前記半導体基板のキャリアのライフタイムを制御する工程と、
前記マスクの少なくとも一部を前記半導体基板から除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製法。
前記マスクは、孔部を有し、
前記半導体基板のキャリアのライフタイムを制御する工程は、前記孔部を通じて前記半導体基板の一方の主面に放射線を照射する工程を含む請求項１に記載の半導体装置の製法。
前記樹脂は、感光剤を含有し、
前記樹脂を前記半導体基板に形成した後、開口部を有するエッチングマスクを前記樹脂の表面に形成し、露光及び現像により前記樹脂をエッチングして、前記マスクに前記孔部を形成する工程を含む請求項２に記載の半導体装置の製法。
前記半導体基板は、一方の主面に電極又は配線導体を有し、
前記マスクを除去する工程は、前記電極又は配線導体の上に形成された前記マスクを溶剤により除去する工程を含む請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製法。
半導体基板の少なくとも一方の主面に塗布される樹脂と、該樹脂内に配合され且つ放射線を遮蔽する粒子状の放射線遮蔽材とを備え、
前記放射線遮蔽材により半導体基板に照射される放射線の侵入深度又は侵入量を制御することを特徴とするマスク。
前記樹脂は、フェノール系樹脂により形成され、
前記放射線遮蔽材は、鉛(Pb)、銅(Cu)、プラチナ(Pt)及びそれらの合金から選択された金属粒子により形成される請求項５に記載のマスク。