JP2007317883A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハ内にライフタイムキラーとなる重金属を低濃度にかつ選択的に簡単に導入できるようにする。
【解決手段】中心部に凹部２１を有する重金属の板体２０を載置するステージ１０を用意し、該ステージ１０の載置部に板体２０を載置した後、この板体２０にウエーハ薄板化工程を終えたウエーハ２を重ね合せる。そして、この状態で、板体２０に設けた細孔２３を通じてウエーハ２を吸引して、板体２０の環状表面２２とウエーハ２とを平面接触させる。この平面接触によりライフタイムキラーとしての重金属の微粒子がウエーハ２に選択的に付着し、その後、ステージ２０から切離してウエーハ２を熱処理する。周辺部のライフタイムが中心部よりも長い傾向にあるウエーハを対象にした場合、ウエーハ２の周辺部に対する重金属導入によって、ウエーハ面内のライフタイムが均一化される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にウエーハ内部にライフタイムキラーとしての重金属を導入する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。

トランジスタ等の半導体装置のスイッチング特性の向上を図る目的で、ウエーハ内部にＡｕ、Ｐｔ、Ｆe、Ｃｕ、Ｎｉ等の重金属（ライフタイムキラー）を導入することが従来より行われている。そして、このライフタイムキラーの導入には、ウエーハの一面（裏面）に蒸着等により重金属の薄膜を形成した後、熱処理を行って重金属をウエーハ内部に熱拡散させる方法が一般に採用されていた。しかるに、これら重金属は拡散係数が大きく、このため、前記した方法ではウエーハ内部に重金属が高濃度に導入されてしまい、場合によっては、重金属が過多に導入されて、オン動作時のコレクタ−エミッタ間電圧を急激に上昇させる、いわゆるスナップバックの発生を招くことになる。
また、ウエーハ製造工程やデバイス工程における種々の要因で、ウエーハ面内のライフタイムにバラツキが生じることがあるが、前記したようにウエーハの一面に重金属の薄膜を形成してライフタイムキラーを導入する方法では、ウエーハ面内のライフタイムのバラツキが増幅されてしまうという問題もあった。

ところで、特許文献１には、溶着防止用の多結晶シリコン粒子にライフタイムキラーとなる重金属元素を混在させたパウダーをウエーハ表面に付着させて、熱処理を行う半導体装置の製造方法が記載されており、この方法によれば、ウエーハに接触する重金属の量が制限されるので、ウエーハ中に重金属を低濃度に導入できるようになる。
また、特許文献２には、予めウエーハの裏面に重金属の拡散を抑えるストッパ薄膜を所定のパターンで形成し、このストッパ薄膜を含むウエーハの裏面全面にライフタイムキラーとなる重金属の薄膜を形成して、熱処理を行う半導体装置の製造方法が記載されており、この方法によれば、前記ストッパ薄膜により所定の領域での熱拡散を抑えることができるので、重金属を選択的に導入してウエーハ面内のライフタイムの均一化を図ることができる。

特公平６−４６６３３号公報 特開平３−２０４９３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載される方法によれば、パウダーを介して重金属をウエーハに接触および付着させるので処理が面倒で、製造性の悪化が避けれない。
また、特許文献２に記載される方法によれば、ウエーハに重金属の薄膜を形成する点は従来と変わりがなく、重金属を低濃度にウエーハに導入することは困難である。また、予めウエーハの裏面にストッパ薄膜を形成する余分な成膜工程が必要で、製造コストの上昇も避けられない。

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、第１の課題とするところは、ウエーハ内にライフタイムキラーとなる重金属を簡単に低濃度に導入できるようにすることにある。また、第２の課題とするところは、第１の課題に加え、ウエーハ内にライフタイムキラーとなる重金属を選択的にかつ低コストで導入できるようにすることにある。

第１の課題を解決するための第１の発明は、ライフタイムキラーとしての重金属をウエーハに平面接触させて、該ウエーハの一面に重金属の微粒子を付着させる重金属付着工程と、前記重金属付着工程を終えたウエーハを加熱して、該ウエーハ内部に重金属を熱拡散させる熱処理工程とを含むことを特徴とする。

半導体製造プロセスにおいては、重金属汚染が大きな問題になっており、この重金属汚染を防止するための種々の対策が採られている。重金属汚染の発生原因には、他の固体や流体などの媒体を介して付着する場合と重金属との接触によって付着する場合とがあるが、重金属との接触によって付着する場合は、原子レベルの汚染となる。

本第１の発明は、半導体製造プロセスにおいて有害とされている重金属汚染を積極的に利用するもので、ライフタイムキラーとしての重金属をウエーハに平面接触させることにより、重金属の微粒子をウエーハに付着させることを特徴とする。ここで、前記微粒子は原子レベルの微粒子であり、重金属の蒸着薄膜をウエーハに形成する場合に比べれば、その付着量はきわめてわずかとなる。したがって、その後の熱処理工程でウエーハ内部に熱拡散される重金属濃度は低濃度範囲に制限され、この結果、スナップバックの発生が確実に防止される。しかも、ウエーハに重金属を平面接触させるだけなので、処理は簡単となる。

第２の課題を解決するための第２の発明は、上記第１の発明における重金属付着工程において、重金属を任意のパターンでウエーハに接触させることを特徴とする。この場合は、例えば、ウエーハ製造工程やデバイス工程での何らかの要因によって、ウエーハ面内にライフタイムの長くなる領域が形成されることが事前にわかっている場合は、その領域のみに重金属を平面接触させることで、ウエーハ面内でのライフタイムの均一化を図ることができる。

本第１および第２の発明において、上記重金属付着工程は、重金属の板体を載置させる載置部を有するステージ上で、該板体にウエーハを重ね合せて行うことができ、これにより、簡単かつ確実に重金属をウエーハに平面接触させることができる。この場合、前記ステージに吸引手段を付設し、該吸引手段により重金属の板体を通じてウエーハを吸引し、該板体に吸着させるようにしてもよく、この場合は、より確実に重金属をウエーハに平面接触させることができる。

本発明は、上記重金属付着工程を、ウエーハ薄板化工程の後に設定するようにしてもよく、この場合は、重金属の拡散距離を短くできる分、熱処理温度を下げることができ、これによって熱処理に要するエネルギーコストが低減する。また、半導体製造プロセス全体の熱履歴に制約がある場合にも、これを回避することができる。

本発明はさらに、上記重金属付着工程の前または後に、ウエーハにイオンまたは電子線を照射する照射工程を設定するようにしてもよい。ウエーハにイオンまたは電子線を照射して、シリコン結晶内に欠陥を生じさせてライフタイムを制御することは従来より行われており、所望により、このイオンまたは電子線の照射を追加的に行うことで、ライフタイムをより広範に制御することが可能になる。

第１の発明によれば、ウエーハにライフタイムキラーとなる重金属を平面接触させるだけで、簡単かつ確実にウエーハ内に重金属を低濃度に導入できるので、製造性の悪化を招くことはなくなる。
また、第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、ウエーハ内にライフタイムキラーとなる重金属を選択的にかつ低コストで導入できるので、性能的に優れた半導体装置を安定して得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法の一つの実施形態である製造工程を示したものである。本実施形態は、基板の厚さ方向に電流が流れる、後述のトランジスタ１（図２）を製造しようとするもので、このトランジスタ１の基板となるウエーハを製造するウエーハ製造工程Ａ、トランジスタ１を前記ウエーハに形成するデバイス工程Ｂ、トランジスタ１が形成されたウエーハ２（図３、４）の背面を研削して薄板化するウエーハ薄板化工程Ｃ、薄板化されたウエーハ２の裏面に重金属の微粒子を付着させる重金属付着工程Ｄ、重金属の微粒子を付着させたウエーハ２を加熱して重金属をウエーハ２の内部に熱拡散させる熱処理工程Ｅ、ウエーハ２の裏面に電極（コレクタ電極）を形成する裏面電極形成工程Ｆおよびダイシング、マウンティング、ボンディング、シーリング等を含む組立工程Ｇから概略構成されている。

ウエーハ２に形成するトランジスタ１は、ここでは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）となっており、図２に示されるように、表面側にゲート絶縁膜３とエミッタ層４とを備えると共に、裏面側にコレクタ層５を備えている。また、ゲート絶縁膜３上にはゲート電極６が、エミッタ層４上にはエミッタ電極７が、コレクタ層５上にはコレクタ電極８がそれぞれ形成されている。本実施形態において、上記デバイス工程Ｂは表面側にゲート電極６およびエミッタ電極７を形成して終了し、この段階では、裏面側のコレクタ電極８は存在しない。上記ウエーハ薄板化工程Ｃにおいては、前記デバイス工程を終えたウエーハ２の裏面側のコレクタ層５を研削してウエーハ２の全体を薄板化する。この場合、ウエーハ２の薄板化方法は任意であり、例えば、電極６，７を含むウエーハ２の表面に保護テープを貼付けて反転し、研削砥石で裏面を研削する方法を採用することができる。なお、薄板化されたウエーハ２の厚さは、一例として４００μｍ程度となっている。

本実施形態において、上記重金属付着工程Ｄは、図３および４に示すようにステージ１０を利用して行われる。このステージ１０は、重金属の板体２０を載置させる載置部（段部）１１を開口端部内周に有する箱形のステージ本体１２とこのステージ本体１２の内部を配管１３を通じて排気する吸引手段１４と、配管１３内の管路を吸引手段１４と大気側とに切り換える切換弁１５とを備えている。ステージ本体１２の、載置部１１より開口端側の筒状部分１６は、重金属の板体２０を嵌合可能な大きさを有しており、これにより重金属の板体２０は、該筒状部分１６によって水平方向へ拘束された状態で載置部１１に載置可能となる。

ここで、重金属の板体２０の表面側の中央部には凹部２１が形成されており、該板体２０は、前記凹部２１の周りの環状表面２２がウエーハ２との接触面となっている。また、この板体２０には、前記環状表面２２から裏面側に貫通する細孔２３が多数穿設されている。この細孔２３の存在により、上記吸引手段１４によりステージ本体１２内を排気すると、該細孔２２を通じてウエーハ２が吸引されて重金属の板体２０の環状表面２２に吸着される。この吸着に応じて重金属の板体２０とウエーハ２とが密に平面接触するようになる。

重金属付着に際しては、ライフタイムキラーとして導入する重金属の種類に応じて、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｆe、Ｃｕ、Ｎｉ等からなる板体２０を用意し、これを上記ステージ１０の載置部１１に載置する。次に、上記ウエーハ薄板化工程Ｃを終えたウエーハ２を前記ステージ１０上の重金属の板体２０に重ね合せ、続いて配管１３中の切換弁１５を吸引手段１４側に切換えてステージ本体１２の内部を排気する。すると、重金属の板体２０に設けた細孔２３を通じてウエーハ２が吸引されて該板体２０に吸着され、板体２０の環状表面２２とウエーハ２とが平面接触する。そして、この平面接触を適当時間（一例として、５秒程度）維持したら、切換弁１５を大気側へ切換えてステージ本体１２の内部を大気に開放し、これによりステージ１０上からのウエーハ２の取外しが可能になる。

上記重金属の板体２０とウエーハ２との平面接触により、板体２０を形成する重金属の微粒子が原子レベルでウエーハ２の裏面に付着する。この場合、板体２０の環状表面２２だけがウエーハ２に平面接触しているため、ウエーハ２における重金属の付着領域は前記環状表面２２を転写したリング形状となる。

上記重金属付着工程Ｄを終えたウエーハ２は、ステージ１０上から切離されて熱処理工程Ｅに搬入される。熱処理は、例えば、複数枚のウエーハ２をボートに載せて炉心管内に装入して行われる。この熱処理によって、ウエーハ２の裏面に微粒子として付着していた重金属がウエーハ２の内部に熱拡散し、これによってライフタイムキラーがウエーハ２の内部に導入される。このとき、上記したようにウエーハ２における重金属の付着領域がリング形状となっているため、重金属の熱拡散はウエーハ２の周辺部を中心に起こり、したがってウエーハ２の周辺部で重金属濃度が高くなる。

本実施形態において、ウエーハ製造工程Ａおよびデバイス工程Ｂを経て製造されたウエーハ２は、周辺部のライフタイムが中心部より長くなっていることが事前にわかっており、前記したウエーハ２の周辺部に対する重金属の選択的導入によって、ウエーハ面内のライフタイムが均一化される。一方、ウエーハ２に対する重金属の付着量は、上記した平面接触によりわずかとなっているので、ウエーハ２の内部に熱拡散される重金属は低濃度範囲に制限される。本実施形態においては特に、ウエーハ２の厚さが、事前のウエーハ薄板化工程Ｂで十分に薄くなっているので、熱処理温度を低くすることができる（一例として、４００℃程度）と共に、熱処理時間を短くすることができ、その分、熱処理に要するエネルギーコストは低減する。

その後、上記した裏面電極形成工程Ｆにおいてウエーハ２の裏面にコレクタ電極８（図２）を形成し、最終的に組立工程Ｇを経て半導体装置は完成する。このようにして得られた半導体装置のライフタイムは、図５の中段に示されるように短い水準で均一化しており、この結果、スナップバックの発生が防止されることはもちろん、所望の半導体性能が確保される。因みに、周辺部のライフタイムが中心部よりも長い傾向にあるウエーハに対し、その裏面に全面的に重金属を付着させて熱処理を行った場合は、図５の上段に示されるように、ライフタイムの分布がウエーハ面内で不均一な状態が維持されることとなる。

なお、上記実施形態においては、重金属の板体２０に細孔２３を設けて、該細孔２３を通じてウエーハ２を板体２０に吸着するようにしたが、重金属の板体２０を、例えば、焼結体のような多孔質材から形成する場合は、前記細孔２３は不要となる。また、上記実施形態においては、製造すべき半導体装置としてＩＧＢＴを例示したが、この半導体装置の種類は任意であり、ＰＩＮダイオード、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等であってもよい。

ここで、周辺部が中心部よりもライフタイムが短い傾向にあるウエーハを対象にする場合は、重金属の板体として、その中心部のみにウエーハとの接触面を有するものを用いるようにする。すなわち、図３、４に示される板体２０において、その凹部２１と環状表面２２とを内・外逆の配置にした板体を用いるようにする。

また、重金属の板体は、ライフタイムキラーの導入対象であるウエーハの面内のライフタイム分布に応じて種々の形状（パターン）としてもよいことはもちろんである。さらに、ウエーハの部位によってライフタイムに差がない場合は、ウエーハの裏面全体に重金属の板体を接触させるようにする。

本発明はまた、板体の組成を変更することで、重金属の付着量を任意に調整し、あるいは複数の重金属を同時に導入することも可能である。さらに、板体の形状を変更することで、ウエーハ面内で積極的にライフタイム分布に変化をつけることも可能である。

本発明は、上記重金属付着工程Ｄの前または後に、ウエーハにイオンまたは電子線を照射するなどの他のライフタイム制御工程を設定するようにしてもよく、この場合は、ライフタイムをより広範に制御することが可能になる。

本発明に係る半導体装置の製造方法の一つの実施形態である製造工程を示すブロック図である。 デバイス工程で形成する半導体素子の一例を模式的に示す断面図である。 重金属付着工程の実施状況を示す斜視図である。 重金属付着工程で用いるステージの構造を示す断面図である。 本発明により得られた半導体装置のライフタイムのウエーハ面内分布を比較例と対比して示すグラフである。

符号の説明

１ ＮＰＮ型トランジスタ
２ ウエーハ
１０ ステージ
１４ 吸引手段
２０ 重金属の板体
２１ 凹部
２２ 環状表面
２３ 細孔

Claims (6)

1. ライフタイムキラーとしての重金属をウエーハに平面接触させて、該ウエーハの一面に重金属の微粒子を付着させる重金属付着工程と、前記重金属付着工程を終えたウエーハを加熱して、該ウエーハ内部に重金属を熱拡散させる熱処理工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 重金属付着工程において、重金属を任意のパターンでウエーハに接触させ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. 重金属付着工程を、重金属の板体を載置させる載置部を有するステージ上で、該板体にウエーハを重ね合せて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. ステージに吸引手段を付設し、該吸引手段により重金属の板体を通じてウエーハを吸引し、該板体に吸着させることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 重金属付着工程を、ウエーハ薄板化工程の後に設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 重金属付着工程の前または後に、ウエーハにイオンまたは電子線を照射する照射工程を設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
   
   

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