JP2007158085A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】選択的に塗布膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１０上の一部に撥水性樹脂からなる第１の塗布膜６０を選択的に形成し、半導体基板１０の上に塗布剤を塗布して、第１の塗布膜６０が選択的に形成された領域を除いた半導体基板１０上に第２の塗布膜６２を選択的に形成することを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、塗布膜を有する半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造において、フォトレジスト等の感光性樹脂、低誘電率（ｌｏｗ‐ｋ）材料等の絶縁膜等の塗布膜が用いられる。通常、塗布膜は、回転塗布法により形成される。例えば、半導体基板に設けたトレンチにガラス粒子を含有した塗布剤を回転塗布して、絶縁膜を埋め込んだ分離領域を形成することが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

塗布剤は、ガラス粒子等の粒状絶縁物を低粘度の有機溶媒等の分散媒に分散させた懸濁液である。塗布剤を塗布して分離領域を形成する場合、半導体基板表面の不要な塗布膜は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）等により除去できる。しかし、回転塗布により、低粘度の塗布剤を半導体基板の表面に塗布すると、半導体基板の裏面にも塗布剤が回り込む。また、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板のエッジに施されたベベル部にも塗布膜が形成される。

半導体基板のベベル部や裏面に塗布された塗布膜は、ＣＭＰにより除去されない。また、乾燥後の粒状絶縁物を有機溶媒等で除去することは困難である。半導体基板のベベル部や裏面の塗布膜の残渣は、以後の製造工程において粉塵の発生等の原因となる。その結果、半導体装置の歩留まりが低下する。したがって、塗布剤を回転塗布するときに、半導体基板のエッジ周辺に塗布膜が形成されないことが望ましい。しかし、低粘度の塗布剤を、回転塗布により所望の領域に選択的に塗布することは困難である。
米国特許第４５４４５７６号明細書

本発明の目的は、選択的に塗布膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、（イ）半導体基板上の一部に撥水性樹脂からなる第１の塗布膜を選択的に形成し、（ロ）半導体基板の上に塗布剤を塗布して、第１の塗布膜が選択的に形成された領域を除いた半導体基板上に第２の塗布膜を選択的に形成することを含む半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、（イ）半導体基板の一部を除去して、活性素子領域を分離するトレンチを形成し、（ロ）半導体基板の外周部の表面上に撥水性樹脂からなる塗布膜を選択的に形成し、（ハ）塗布膜が選択的に形成された領域を除いて、トレンチを埋め込むように粒状絶縁物を塗布し、（ニ）粒状絶縁物の表面を覆うように絶縁膜を堆積して分離領域を形成することを含む半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、選択的に塗布膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法で用いられる塗布装置は、図１に示すように、回転台５０と、塗布部５４と、ノズル５６とを備える。回転台５０は回転可能で、半導体基板１０を保持する。塗布部５４は支持部５２で支持され、半導体基板１０上に第１の塗布剤を塗布する。ノズル５６は半導体基板１０上に第２の塗布剤を滴下する。

例えば、塗布部５４には、フェルトチップ等が用いられる。塗布部５４には、塗布剤供給部（図示省略）から支持部５２を介して供給される第１の塗布剤を染み込ませる。第１の塗布剤として、フッ素系樹脂をハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）等のフッ素系溶剤に溶解した薬剤が用いられる。第２の塗布剤として、シリカ等の粒状絶縁物をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、エチレングリコール（ＥＧ）、純水等の溶媒、あるいはこれらの混合溶媒に分散させた薬液が用いられる。

例えば、実質的に円板状の半導体基板１０を回転させながら、塗布部５４を半導体基板１０の外周部の表面に接触させて第１の塗布剤を塗布する。「実質的に円板状」とは、円板の一部にオリエンテーションフラット等の切り欠き部を有する形状をも円板としてみなす意である。その結果、図２に示すように、半導体基板１０の外周部の表面上に、第１の塗布膜６０が選択的に形成される。第１の塗布膜６０は、図３に示すように、半導体基板１０のエッジに設けられたベベル部１００を覆うように塗布される。

引き続き、第２の塗布剤をノズル５６から半導体基板１０の中央部に滴下して第２の塗布剤を回転塗布する。ここで、第１の塗布剤を塗布して形成される第１の塗布膜６０は、フッ素系樹脂塗布膜である。フッ素系樹脂塗布膜は、撥水性を示すので、第１の塗布膜６０表面では、塗布された第２の塗布剤がはじかれる。その結果、第１の塗布膜６０表面を除いた半導体基板１０表面に、複数の粒状絶縁物からなる第２の塗布膜６２を選択的に形成することができる。

本発明の実施の形態の説明に用いる半導体装置は、図４に示すように、ｎ⁺型（第１導電型）のＳｉ等の半導体基板１０と、半導体基板１０上に配置された活性素子領域４０と、活性素子領域４０のそれぞれを図４の断面図上において分離するように配置された分離領域２０を備える。分離領域２０の底部は、半導体基板１０に接している。なお、「活性素子領域」とは、半導体装置の活性素子が設けられる領域を言い、電力用半導体装置のように多数の単位素子が並列接続されてマルチチャネル構造をなす場合は、複数の単位素子が設けられる領域が対応する。以下においては、活性素子の一例として、パワーＭＯＦＥＴについて説明するが、パワーＭＯＳＦＥＴに限られるものではない。例えば、ＭＩＳＦＥＴ、ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子であってもよい。

活性素子領域４０は、分離領域２０の側面に接して配置されたｎ型の第１の拡散領域１４と、第１の拡散領域１４に隣接して配置されたｐ型（第２導電型）の第２の拡散領域１６と、第２の拡散領域１６に挟まれたｎ⁻型の半導体層１２とを備える。例えば、活性素子領域４０は、エピタキシャル成長法等により、半導体基板１０上に成長させた半導体層１２であり、半導体層１２に設けられたトレンチにより図４の断面図上では分離されて示されている。第１及び第２の拡散領域１４、１６は、トレンチを複数の粒状絶縁物等の絶縁膜で埋め込む前に、トレンチの側壁から半導体層１２に注入された不純物を活性化しながら拡散させて形成される。

図４の断面図上では分離して示された活性素子領域４０のそれぞれの平面パターンは、例えば図５に示すように、ストライプ状である。なお、活性素子領域４０のそれぞれの平面パターンは、メッシュ状であってもよい。

なお、第１導電型と第２導電型とは互いに反対導電型である。すなわち、第１導電型がｎ型であれば、第２導電型はｐ型であり、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型はｎ型である。以下の説明では、便宜上、ｎ型を第１導電型、ｐ型を第２導電型としているが、ｐ型を第１導電型、ｎ型を第２導電型としても良いことは勿論である。

また、活性素子領域４０には、第２の拡散領域１６及び半導体層１２の表面側で第１の拡散領域１４で挟まれたｐ型のベース領域（ボディ領域）２４が備えられる。また、ベース領域２４の表面側で第１の拡散領域１４と対向するように配置されたｎ型のソース領域２６が備えられる。また、ソース領域２６及び第１の拡散領域１４の間のベース領域２４の表面に配置された酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜等のゲート絶縁膜２８と、ゲート絶縁膜２８表面に配置された多結晶Ｓｉ等のゲート電極３０と、ゲート電極３０を覆うように配置されたＳｉＯ₂等の絶縁膜３２とが備えられる。更に、ソース領域２６、ベース領域２４、及び絶縁膜３２の上に配置されたソース電極３４と、半導体基板１０の裏面に配置されたドレイン電極３６とが備えられる。

次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図６〜図９に示す断面図を用いて説明する。なお、説明を簡略にするため、図４に示した半導体層１２、第１及び第２の拡散領域１４、１６は図示を省略している。

（イ）図６に示すように、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により、半導体基板１０を選択的に除去してトレンチ７０を形成する。トレンチ７０は、例えば深さが約２０μｍ〜約７０μｍ、開口寸法が約３μｍ〜約１５μｍのストライプ状であり、平面パターンは図５の分離領域２０を示すストライプパターンと同様である。化学気相成長法（ＣＶＤ）等により、半導体基板１０表面に窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）等のバリア絶縁膜７２を堆積する。その後、図１に示した塗布装置の塗布部５４を用いた回転塗布により、半導体基板１０の外周部の表面に第１の塗布剤を塗布して撥水性の樹脂からなる第１の塗布膜６０を形成する。例えば、第１の塗布膜６０は、フッ素系樹脂からなる。半導体基板１０のエッジに設けられたベベル部１００の表面にも第１の塗布膜６０が形成される。

（ロ）図７に示すように、塗布装置のノズル５６を用いた回転塗布により、第２の塗布剤を塗布してトレンチ７０の中に複数の粒状絶縁物７４を埋め込むように第２の塗布膜６２を形成する。第１の塗布膜６０は、撥水性を有するため、ベベル部１００を含む半導体基板１０の外周部では、第２の塗布剤ははじかれてしまう。その結果、第１の塗布膜６０が選択的に塗布された半導体基板１０の外周部を除いた半導体基板１０表面のバリア絶縁膜７２上に第２の塗布膜６２が形成される。

（ハ）図８に示すように、ＣＭＰ等により、トレンチ７０内に第２の塗布膜６２を選択的に残置させ、半導体基板１０表面のバリア絶縁膜７２の表面が露出するように平坦化する。その結果、ベベル部１００以外のバリア絶縁膜７２上の第１の塗布膜６０は除去される。平坦化後に、半導体基板１０を約１１００℃で加熱し、第２の塗布膜６２を焼成する。なお、第２の塗布膜６２が粒状シリカのような粒状絶縁物７４の場合、例えば純水研磨等であっても容易に第２の塗布膜６２をトレンチ内に選択的に残置させることが可能である。

（ニ）図９に示すように、ＣＶＤ等により、トレンチ７０内に埋め込まれた第２の塗布膜６２を覆うように半導体基板１０の上に、ボロン燐ドープＳｉＯ₂（ＢＰＳＧ）等の絶縁膜７６を堆積する。ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）等により、半導体基板１０上の絶縁膜７６及びバリア絶縁膜７２を除去してバリア絶縁膜７２、第２の塗布膜６２、及び絶縁膜７６を有する分離領域２０が形成される。このとき、ベベル部１００の表面のバリア絶縁膜７２及び第１の塗布膜６０も除去される。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、第１の塗布膜６０がベベル部１００を含む半導体基板１０の外周部に選択的に塗布される。第２の塗布剤を半導体基板１０に回転塗布すると、第２の塗布剤は、第１の塗布膜６０表面ではじかれて塗布されない。そのため、分離領域２０に埋め込まれる複数の粒状絶縁物からなる第２の塗布膜６２を、半導体基板１０の外周部を除いた半導体基板１０上に選択的に形成することができる。

このように、第２の塗布膜６２がベベル部１００に形成されないため、以後の製造工程において粉塵発生等の原因となる粒状絶縁物をＣＭＰにより半導体基板１０表面から除去することができる。その結果、半導体装置の歩留まり低下を抑制することが可能となる。

（変形例）
本発明の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法で用いられる塗布装置は、図１０に示すように、塗布部５４ａを備える。塗布部５４ａは、フェルトチップ等が用いられる。塗布部５４ａの側面には、楔状の切込みが設けられる。

本発明の実施の形態の変形例では、第１の塗布剤は、塗布部５４ａの切込みを半導体基板１０のエッジ側面に押し当てて回転塗布される。その結果、図１１に示すように、半導体基板１０の外周部の表面、側面、及び裏面に第１の塗布膜６０が形成される。第２の塗布剤を半導体基板１０に回転塗布すると、第１の塗布膜６０表面では第２の塗布剤がはじかれる。その結果、第２の塗布剤の裏面への回り込みを抑制して、第２の塗布膜６２を半導体基板１０の表面上に選択的に形成することができる。

本発明の実施の形態の変形例では、塗布部５４ａを用いて、第１の塗布膜６０を半導体基板１０の外周部の表面、側面、及び裏面に形成する点が実施の形態と異なる。他の構成は実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。

本発明の実施の形態の変形例では、第１の塗布膜６０がベベル部１００、側面、及び裏面を含む半導体基板１０の外周部に選択的に塗布される。第２の塗布剤を半導体基板１０に回転塗布すると、第２の塗布剤は、第１の塗布膜６０表面ではじかれて塗布されない。そのため、分離領域２０に埋め込まれる複数の粒状絶縁物からなる第２の塗布膜６２を、半導体基板１０の外周部を除いた半導体基板１０上に選択的に形成することができる。また、第２の塗布剤の半導体基板１０裏面への回り込みを防止することができる。

このように、第２の塗布膜６２がベベル部１００、側面、及び裏面に形成されないので、以後の製造工程において粉塵発生等の原因となる粒状絶縁物をＣＭＰにより半導体基板１０表面から除去することができる。その結果、半導体装置の歩留まり低下を抑制することが可能となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の実施の形態においては、塗布部５４、５４ａにフェルトチップを用いて、半導体基板１０の外周部に第１の塗布剤を回転塗布している。しかし、塗布部はフェルトチップに限定されず、例えば、塗布部にノズルを用いて第１の塗布剤を滴下しながら回転塗布してもよい。また、第１の塗布膜６０は、半導体基板１０の外周部だけでなく、半導体基板１０の任意の領域に第１の塗布膜を形成して第２の塗布膜を選択的に形成してもよい。半導体基板１０の任意の領域に第１の塗布膜を形成する場合は、半導体基板１０を回転させずに、塗布部５４等により第１の塗布剤を点塗布や、線引塗布する。あるいは、半導体基板１０を回転させずに、塗布部にノズルを用いて、任意の箇所に第１の塗布剤を滴下してもよい。

また、本発明の実施の形態においては、第２の塗布膜６２の粒状絶縁物７４として、シリカを用いて説明している。しかし、粒状絶縁物７４は、シリカに限定されず、他の絶縁物であってもよい。例えば、チタニア（ＴｉＯ₂）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等を使用することができる。また、第２の塗布剤として、ケイ酸化合物を有機溶媒に溶解したスピンオングラス（ＳＯＧ）溶液を用いてもよい。

このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に用いる塗布装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る半導体基板の一例を説明する概略図である。 図２に示した半導体基板のＡ−Ａ断面を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す平面概略図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その４）である。 本発明の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法に用いる塗布装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る半導体基板の一例を説明する概略図である。

符号の説明

１０…半導体基板
５０…回転台
５２…支持部
５４、５４ａ…塗布部
５６…ノズル
６０…第１の塗布膜
６２…第２の塗布膜
７０…トレンチ
７２…バリア絶縁膜
７４…粒状絶縁物
７６…絶縁膜
１００…ベベル部

Claims (5)

1. 半導体基板上の一部に撥水性樹脂からなる第１の塗布膜を選択的に形成し、
   前記半導体基板の上に塗布剤を塗布して、前記第１の塗布膜が選択的に形成された領域を除いた前記半導体基板上に第２の塗布膜を選択的に形成する
   ことを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１の塗布膜が、前記半導体基板の外周部の表面に塗布されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１の塗布膜が、前記半導体基板の外周部の側面及び裏面に塗布されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２の塗布膜が、複数の粒状絶縁物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 半導体基板の一部を除去して、活性素子領域を分離するトレンチを形成し、
   前記半導体基板の外周部の表面上に撥水性樹脂からなる塗布膜を選択的に形成し、
   前記塗布膜が選択的に形成された領域を除いて、前記トレンチを埋め込むように粒状絶縁物を塗布し、
   前記粒状絶縁物の表面を覆うように絶縁膜を堆積して分離領域を形成する
   ことを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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