JP2010278345A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体素子の分野に関し、特に半導体基板と金属層が接触する構造を有する半導体素子の構造とその製造方法に関する。 The present invention relates to the field of semiconductor devices, and more particularly to a structure of a semiconductor device having a structure in which a semiconductor substrate and a metal layer are in contact with each other and a method for manufacturing the same.
半導体を用いた素子として、金属層と他の材料層とを、それぞれ半導体基板(例えばSi)の上面に接触させて形成した構造を有しているものがある。そして、上記他の材料層が、例えば積層構造であって、半導体基板上に形成された第1の材料層の上に第2の材料層が形成され、上記金属層が第1の金属層と、その上に形成された第2の金属層とからなるような場合がある。 An element using a semiconductor has a structure in which a metal layer and another material layer are formed in contact with the upper surface of a semiconductor substrate (for example, Si), respectively. The other material layer has a laminated structure, for example, and a second material layer is formed on the first material layer formed on the semiconductor substrate, and the metal layer is formed with the first metal layer. And a second metal layer formed thereon.
また、このような構造を有する半導体素子の一例として、ショットキーバリアダイオードが挙げられる。ショットキーバリアダイオードとは、ショットキーバリア形構造を形成したダイオードを指す。この構造は、一般的に、半導体基板と金属層が接触する構造を有している。例えば、特許文献1、2には、ショットキーバリアダイオードの構造およびその製造方法が記載されている。このようなショットキーバリアダイオードの一般的な製造方法を、断面図である図6を用いて説明すると以下のようになる。
An example of a semiconductor element having such a structure is a Schottky barrier diode. A Schottky barrier diode refers to a diode having a Schottky barrier structure. This structure generally has a structure in which a semiconductor substrate and a metal layer are in contact with each other. For example,
まず、第1の導電型(例えばN型)の半導体の表層に、いわゆるガードリングと称されるショットキーバリアダイオードの順逆方向電圧−電流特性等の電気的特性改善のための第2の導電型(例えばP型)拡散層102をリング状に設け、半導体基板101を形成する(図6(a))。なお、ここでは、簡単のため、第1の導電型がN型、第2の導電型がP型であるとして説明する。また、図6では、上記P型拡散層102のリングの片方の断面のみを示しており、実際には、断面で見た場合に紙面左方に同様のP型拡散層の断面が存在し、そして、図で示すP型拡散層102と紙面左方に存在するP型拡散層との中間にリングの中心が存在することになる。次に、図6(a)に示すように、半導体基板101全体に絶縁体被膜120(パシベーション膜)として、二酸化珪素被膜103(酸化膜)および窒化被膜104を形成する。絶縁体被膜120としては半導体基板101表面に形成された二酸化珪素被膜103(SiO2)と、この二酸化珪素被膜103に積層された窒化被膜104(具体的にはSi3N4)とからなる積層膜を採用する。
First, a second conductivity type for improving electrical characteristics such as forward-reverse voltage-current characteristics of a Schottky barrier diode called a so-called guard ring is formed on a surface layer of a first conductivity type (for example, N-type) semiconductor. A (for example, P-type)
次に、二酸化珪素被膜103および窒化被膜104をパターニングする。図6(b)に示すように、レジスト膜104Aをリング状のP型拡散層102の外縁を覆うように外側に形成し、まず窒化被膜104、続いて二酸化珪素被膜103をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング等)によりパターニングする。そして、レジスト膜104Aを除去し、リング中央部分に絶縁体被膜の窓穴150を形成する。
Next, the
次に、図6(c)に示すように、電位障壁(ショットキーバリア)を形成するために接触金属層105、例えばモリブデン/パラジウム等を蒸着等の手段により絶縁体被膜の窓穴150に露出させた半導体基板101の表面に形成する。そして、この接触金属層105および絶縁体被膜120(二酸化珪素被膜103および窒化被膜104)の表面を覆うようにクッション用(応力緩和用)電極層106(例えばAl)および半田等とのぬれの良い引出し電極層107(例えばNi)を形成する。その後、ショットキーバリア電極側と反対側の半導体基板表面に引出し電極層を形成し、チップ化する。
Next, as shown in FIG. 6C, in order to form a potential barrier (Schottky barrier), a
上記のような第1および第2の材料層と、第1および第2の金属層とを、それぞれ半導体基板の上面に接触させて形成した構造を有する半導体素子において、第2の材料層が第1の材料層よりもエッチングレートが小さく、第2の金属層が第1の金属層よりもエッチングレートが小さい場合、まず第1および第2の材料層をエッチングするとエッチングレートの大きい第1の材料層の方が多くエッチングされてしまい、第2の材料層がひさしのようになってその下に空間ができる。さらにこの場合、半導体装置の表面処理液やエッチング液等によって第1の金属層がより多くエッチングされ、第1の金属層の上で第2の金属層がひさしのようになり、第1の金属層の下側には、半導体基板との接触端面(エッジ)ができる。この状態で、製造工程中の蒸着やエッチング処理や熱処理時における熱膨張係数の差に起因して、第2の金属層に応力がかかると、第2の金属層のひさしの張り出し部分が力点に、そして第1の金属層の半導体との接触端面が作用点となって、てこの原理によって半導体基板の第1の金属層との接触端面付近に過大な力がかかってクラックが入る恐れがある。 In a semiconductor element having a structure in which the first and second material layers and the first and second metal layers as described above are formed in contact with the upper surface of the semiconductor substrate, the second material layer is the first material layer. When the etching rate is lower than that of the first material layer and the second metal layer has an etching rate lower than that of the first metal layer, the first material having a higher etching rate is first etched when the first and second material layers are etched. The layer is etched more, and the second material layer becomes like an eave, creating a space below it. Further, in this case, the first metal layer is more etched by the surface treatment liquid or the etching liquid of the semiconductor device, and the second metal layer becomes eaves on the first metal layer. A contact end face (edge) with the semiconductor substrate is formed below the layer. In this state, when the stress is applied to the second metal layer due to the difference in thermal expansion coefficient during the vapor deposition, etching process or heat treatment during the manufacturing process, the projecting portion of the eaves of the second metal layer becomes the main point. Then, the contact end face of the first metal layer with the semiconductor becomes an action point, and there is a risk that an excessive force is applied to the vicinity of the contact end face of the semiconductor substrate with the first metal layer by the lever principle to cause a crack. .
また、半導体素子の一例として挙げた従来のショットキーバリアダイオードにあっては、窒化被膜104のエッチングレートが二酸化珪素被膜103のエッチングレートに比べて小さいことに起因して、二酸化珪素被膜103が窒化被膜104より多くエッチングされ、これによって窒化被膜104に二酸化珪素被膜103よりも窓穴150の中央部側に張り出された部分(以下、窒化被膜ひさし104aという)が形成される。これが原因となって窒化被膜ひさし104aの下の半導体基板101側に空間が空く。この状態でクッション用電極層106および引出し電極層107をこの上に積層すると、窒化被膜ひさし104aおよびその下に開いた空間の影響によって引き出し電極層107やクッション用電極層106に段切れ160が生じることがある(図6(c)参照)。
Further, in the conventional Schottky barrier diode mentioned as an example of the semiconductor element, the
ショットキーバリアダイオードなどの半導体素子の製造過程では、裏面の付着物などの除去、洗浄のために例えばフッ酸等の表面処理液を使うことがあるが、段切れ160が生じた状態でこの表面処理液にさらすと、段切れ160にも表面処理液が浸入する。ここで、引出し電極層107の表面処理液に対するエッチングレートはクッション用電極層106の表面処理液に対するエッチングレートよりも小さいため、両者のエッチングレートの違いに起因してクッション用電極層106の方がより多くエッチングされ、段切れ160の空洞が広がる(図6(d)参照)。このため,引出し電極層107にクッション用電極層106よりも張り出された部分(以下、金属層ひさし107aという)が形成される。また、クッション用電極層106がエッチングされることにより、クッション用電極層106の下側には、半導体基板101との接触端面(エッジ)ができる。
In the process of manufacturing a semiconductor device such as a Schottky barrier diode, a surface treatment solution such as hydrofluoric acid may be used for removing or cleaning the adhered matter on the back surface. When exposed to the treatment liquid, the surface treatment liquid also enters the
この状態で、製造時や検査時において温度が変化すると、引出し電極層107(例えばNi)の熱膨張係数よりもクッション用電極層106(例えばAl)の熱膨張係数が大きいために、引出し電極層107に応力がかかることになる。また、半導体基板101の熱膨張係数はクッション用電極層106の熱膨張係数よりも小さい。従って、引出し電極層107の金属層ひさし107aの張り出し部分が力点に、そしてクッション用電極層106の半導体との接触端面が作用点となって、てこの原理によって半導体基板101のクッション用電極層106との接触端面付近に過大な力がかかってクラック170が入る恐れがある(図6(d)参照)。なお、この時の支点は、例えば引出し電極層107と半導体基板101との間に存在すると考えられる。
In this state, if the temperature changes during manufacturing or inspection, the thermal expansion coefficient of the cushion electrode layer 106 (for example, Al) is larger than the thermal expansion coefficient of the extraction electrode layer 107 (for example, Ni). 107 is stressed. The thermal expansion coefficient of the
従って、本発明の目的は、温度変化による半導体基板および金属層の熱膨張係数の差に起因して半導体基板にクラックが生じることを防止することができる半導体素子およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor element capable of preventing the semiconductor substrate from being cracked due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the metal layer due to temperature change, and a method for manufacturing the same. is there.
上述した課題を解決するために、本発明の半導体素子は、半導体基板と、該半導体基板の表面上に形成された第1の材料層と、該第1の材料層の表面上に形成され、前記第1の材料層よりもエッチングレートの小さい第2の材料層と、前記半導体基板の表面上および前記第2の材料層の表面上に形成された応力緩和中間層と、前記応力緩和中間層の表面上に形成された第1の金属層と、該第1の金属層の表面上に形成され、前記第1の金属層よりもエッチングレートの小さい第2の金属層と、を有し、前記応力緩和中間層は線膨張係数が前記第1の金属層よりも前記半導体基板に近いことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor element of the present invention is formed on a semiconductor substrate, a first material layer formed on the surface of the semiconductor substrate, and a surface of the first material layer, A second material layer having an etching rate lower than that of the first material layer; a stress relaxation intermediate layer formed on the surface of the semiconductor substrate and on the surface of the second material layer; and the stress relaxation intermediate layer A first metal layer formed on the surface of the first metal layer, and a second metal layer formed on the surface of the first metal layer and having a lower etching rate than the first metal layer, The stress relaxation intermediate layer has a linear expansion coefficient closer to the semiconductor substrate than the first metal layer.
上記のような構成を有する本発明の半導体素子においては、半導体基板の表面と第1の金属層との間には応力緩和中間層が位置するため、第1の金属層のエッジが半導体基板に直接接することがない。これにより、製造時や検査時の熱による熱膨張係数の差に起因して、第2の金属層に応力がかかっても、てこの原理によって過大な力がかかるのは応力緩和中間層のみに限られ、半導体基板には何らの影響を及ぼすことがない。しかも応力緩和中間層の線膨張係数が第1の金属層よりも半導体基板に近いため、半導体基板が応力緩和中間層のエッジから受ける変形の影響が小さくなる。従って、半導体基板にクラックが入ることを防止することができる。 In the semiconductor element of the present invention having the above configuration, since the stress relaxation intermediate layer is located between the surface of the semiconductor substrate and the first metal layer, the edge of the first metal layer is formed on the semiconductor substrate. There is no direct contact. As a result, even if stress is applied to the second metal layer due to the difference in thermal expansion coefficient due to heat during manufacturing or inspection, only the stress relaxation intermediate layer is subjected to excessive force by the lever principle. It is limited and does not affect the semiconductor substrate. In addition, since the linear expansion coefficient of the stress relaxation intermediate layer is closer to that of the semiconductor substrate than the first metal layer, the influence of the deformation that the semiconductor substrate receives from the edge of the stress relaxation intermediate layer is reduced. Therefore, cracks can be prevented from entering the semiconductor substrate.
上記半導体素子において、望ましくは、前記応力緩和中間層は前記第1の金属層よりもエッチングレートが小さいことを特徴とする。 In the semiconductor element, preferably, the stress relaxation intermediate layer has an etching rate smaller than that of the first metal layer.
また、本発明のショットキーバリアダイオードとして使用される半導体素子は、第1の導電型の半導体の表層に第2の導電型拡散層がリング状に形成されてなる半導体基板と、該半導体基板の前記第2の導電型拡散層の外周縁と前記半導体基板との境界を覆うリング状に形成された絶縁体被膜と、該絶縁体被膜の内側の前記半導体基板表面に積層された接触金属層と、該接触金属層および前記絶縁体被膜の表面を覆うように形成された応力緩和用電極層と、この応力緩和用電極層に積層され、前記応力緩和用電極層よりもエッチングレートの小さい引き出し電極層とを具備し、前記絶縁体被膜は積層膜であり、前記絶縁体被膜を形成する複数の膜は、互いに隣り合う膜のうち半導体基板よりも遠い側に位置する膜のエッチングレートが半導体基板側に位置する膜のエッチングレートよりも小さく形成され、さらに、前記接触金属層と前記応力緩和用電極層との間に、線膨張係数が前記応力緩和金属層よりも前記半導体基板に近い材料からなる応力緩和中間層を有することを特徴とする。 The semiconductor element used as the Schottky barrier diode of the present invention includes a semiconductor substrate in which a second conductivity type diffusion layer is formed in a ring shape on the surface layer of the first conductivity type semiconductor, and the semiconductor substrate. An insulating coating formed in a ring shape covering the boundary between the outer peripheral edge of the second conductivity type diffusion layer and the semiconductor substrate, and a contact metal layer laminated on the surface of the semiconductor substrate inside the insulating coating; A stress relieving electrode layer formed so as to cover the contact metal layer and the surface of the insulator coating, and a lead electrode laminated on the stress relieving electrode layer and having a lower etching rate than the stress relieving electrode layer And the insulating film is a laminated film, and the plurality of films forming the insulating film has a semiconductor with an etching rate of a film located on a side farther than the semiconductor substrate among adjacent films. A material formed smaller than the etching rate of the film located on the plate side, and further, a material whose linear expansion coefficient is closer to the semiconductor substrate than the stress relaxation metal layer between the contact metal layer and the stress relaxation electrode layer It has the stress relaxation intermediate | middle layer which consists of.
上記のような構成を有する本発明のショットキーバリアダイオードとして使用される半導体素子においては、接触金属層と応力緩和用電極層との間に、線膨張係数が接触金属応力緩和用電極層よりも半導体基板に近い材料からなる応力緩和中間層が配置されるため、応力緩和用電極層のエッジが半導体基板に直接接することがない。そして、応力緩和用電極層および引き出し電極層に段切れが生じ、この段切れに表面処理液が浸入して段切れの空洞が広がり、引出し電極層に金属層ひさしが形成されたとしても、応力緩和用電極層のエッジは半導体基板ではなく応力緩和中間層の上面に形成されることになる。これにより、製造時や検査時の熱による熱膨張係数の差に起因して、引出し電極層に応力がかかっても、この原理によって過大な力がかかるのは上記応力緩和中間層のみに限られ、半導体基板には何らの影響を及ぼすことがない。しかも応力緩和中間層の線膨張係数が応力緩和用電極層よりも半導体基板に近いため、半導体基板が応力緩和中間層のエッジから受ける変形の影響が小さくなる。従って、半導体基板にクラックが入ることを防止することができる。また、半導体基板に歪みが与えられることが防止されるため、逆方向電流の増加が防止される。 In the semiconductor device used as the Schottky barrier diode of the present invention having the above-described configuration, the linear expansion coefficient is larger than that of the contact metal stress relaxation electrode layer between the contact metal layer and the stress relaxation electrode layer. Since the stress relaxation intermediate layer made of a material close to the semiconductor substrate is disposed, the edge of the stress relaxation electrode layer does not directly contact the semiconductor substrate. Even if a step breakage occurs in the stress relaxation electrode layer and the extraction electrode layer, and the surface treatment liquid enters the step breakage to expand the step breakage cavities and the metal layer eaves are formed in the extraction electrode layer, The edge of the relaxation electrode layer is formed not on the semiconductor substrate but on the upper surface of the stress relaxation intermediate layer. As a result, even if stress is applied to the extraction electrode layer due to the difference in thermal expansion coefficient due to heat during manufacturing or inspection, the excessive force is applied only to the stress relaxation intermediate layer by this principle. There is no effect on the semiconductor substrate. In addition, since the linear expansion coefficient of the stress relaxation intermediate layer is closer to that of the semiconductor substrate than the stress relaxation electrode layer, the influence of the deformation that the semiconductor substrate receives from the edge of the stress relaxation intermediate layer is reduced. Therefore, cracks can be prevented from entering the semiconductor substrate. In addition, since the semiconductor substrate is prevented from being distorted, an increase in reverse current is prevented.
上記のような構成において、望ましくは、前記応力緩和用電極層と前記引き出し電極層とのエッチングレートの差は、表面処理液に対するエッチングレートの差であり、前記絶縁体被膜を形成する複数の膜のエッチングレートの差は、リング状の形態を形成する際のエッチング液に対するエッチングレートの差であり、さらに前記応力緩和中間層は前記応力緩和用電極層よりも表面処理液に対するエッチングレートが小さい。 In the above-described configuration, desirably, the difference in etching rate between the stress relaxation electrode layer and the lead electrode layer is a difference in etching rate with respect to the surface treatment liquid, and a plurality of films forming the insulator film The difference in the etching rate is the difference in the etching rate with respect to the etching solution when forming the ring-shaped form, and the stress relaxation intermediate layer has a lower etching rate with respect to the surface treatment solution than the stress relaxation electrode layer.
また、本発明の半導体素子の製造方法は、半導体基板上に第1の材料層を形成し、該第1の材料層上よりもエッチングレートの小さい第2の材料層を前記第1の材料層上に形成する材料層形成工程と、マスクを使用して前記第1および2の材料層をエッチングするエッチング工程と、前記半導体基板上および前記第2の材料層上に応力緩和中間層を形成する応力緩和中間層形成工程と、前記応力緩和中間層に第1の金属層を形成する金属層形成工程と、前記第1の金属層の表面上に、該第1の金属層よりもエッチングレートの小さい第2の金属層を形成する第1の金属形成工程と、を有し、前記応力緩和中間層は線膨張係数が前記第1の金属層よりも前記半導体基板に近いことを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor element of the present invention, a first material layer is formed on a semiconductor substrate, and a second material layer having an etching rate smaller than that on the first material layer is used as the first material layer. A material layer forming step to be formed thereon, an etching step in which the first and second material layers are etched using a mask, and a stress relaxation intermediate layer is formed on the semiconductor substrate and on the second material layer A stress relaxation intermediate layer forming step, a metal layer forming step of forming a first metal layer on the stress relaxation intermediate layer, and an etching rate higher than that of the first metal layer on the surface of the first metal layer. A first metal forming step of forming a small second metal layer, wherein the stress relaxation intermediate layer has a linear expansion coefficient closer to the semiconductor substrate than the first metal layer.
上記のような構成を有する本発明の半導体素子の製造方法においては、応力緩和中間層形成工程において形成される応力緩和中間層が半導体基板の表面と金属層との間に位置するため、金属層のエッジが半導体基板に直接接することがない。これにより、製造時や検査時の熱による熱膨張係数の差に起因して、第2の金属層に応力がかかっても、てこの原理によって過大な力がかかるのは応力緩和中間層のみに限られ、半導体基板には何らの影響を及ぼすことがない。しかも応力緩和中間層の線膨張係数が第1の金属層よりも半導体基板に近いため、半導体基板が応力緩和中間層のエッジから受ける変形の影響が小さくなる。従って、半導体基板にクラックが入ることを防止することができる。 In the method of manufacturing a semiconductor element of the present invention having the above-described configuration, the stress relaxation intermediate layer formed in the stress relaxation intermediate layer forming step is located between the surface of the semiconductor substrate and the metal layer. The edge of the substrate does not directly contact the semiconductor substrate. As a result, even if stress is applied to the second metal layer due to the difference in thermal expansion coefficient due to heat during manufacturing or inspection, only the stress relaxation intermediate layer is subjected to excessive force by the lever principle. It is limited and does not affect the semiconductor substrate. In addition, since the linear expansion coefficient of the stress relaxation intermediate layer is closer to that of the semiconductor substrate than the first metal layer, the influence of the deformation that the semiconductor substrate receives from the edge of the stress relaxation intermediate layer is reduced. Therefore, cracks can be prevented from entering the semiconductor substrate.
上記半導体素子の製造方法において、望ましくは、前記応力緩和中間層は前記第1の金属層よりもエッチングレートが小さい。 In the semiconductor device manufacturing method, preferably, the stress relaxation intermediate layer has an etching rate lower than that of the first metal layer.
また、本発明のショットキーバリアダイオードとして使用される半導体素子の製造方法は、第1の導電型の半導体の表層に第2の導電型拡散層がリング状に形成されてなる半導体基板の表面に絶縁体被膜を積層して形成する絶縁体被膜形成工程と、該絶縁体被膜形成工程にて形成した前記絶縁体被膜にエッチングによって窓穴を形成する窓穴形成工程と、前記窓穴に露出させた半導体基板の表面に接触金属層を形成する接触金属層形成工程と、前記接触金属層および前記絶縁体被膜の表面に応力緩和用電極層を形成した後、該応力緩和用電極層の表面に、前記応力緩和用電極層よりもエッチングレートの小さい引き出し電極層を形成する電極層形成工程とを具備し、前記絶縁体被膜形成工程では、互いに隣り合う膜のうち半導体基板よりも遠い側に位置する膜を半導体基板側に位置する膜よりもエッチングレートの小さい材料で形成し、さらに、前記接触金属層形成工程の後で前記応力緩和用電極層形成工程の前に、線膨張係数が前記応力緩和金属層よりも前記半導体基板に近い材料からなる応力緩和中間層を前記接触金属層および前記絶縁被膜の表面に形成する応力緩和中間層形成工程を具備し、前記応力緩和用電極層形成工程では、前記応力緩和用電極層を前記応力緩和中間層の表面に形成することを特徴とする。 In addition, a method of manufacturing a semiconductor device used as a Schottky barrier diode according to the present invention is provided on a surface of a semiconductor substrate in which a second conductive diffusion layer is formed in a ring shape on a surface layer of a first conductive semiconductor. Insulator film forming step of laminating and forming an insulator film, a window hole forming step of forming a window hole by etching in the insulator film formed in the insulator film forming step, and exposing to the window hole Forming a contact metal layer on the surface of the semiconductor substrate, and forming a stress relaxation electrode layer on the surfaces of the contact metal layer and the insulator coating; And an electrode layer forming step of forming an extraction electrode layer having an etching rate smaller than that of the stress relaxation electrode layer. In the insulator film forming step, the insulating film forming step is farther from the semiconductor substrate than the semiconductor substrate. The film located on the side is formed of a material having a lower etching rate than the film located on the semiconductor substrate side, and further, after the contact metal layer forming step and before the stress relaxation electrode layer forming step, the linear expansion coefficient A stress relaxation intermediate layer forming step of forming a stress relaxation intermediate layer made of a material closer to the semiconductor substrate than the stress relaxation metal layer on the surfaces of the contact metal layer and the insulating coating, and the electrode layer for stress relaxation In the forming step, the stress relaxation electrode layer is formed on a surface of the stress relaxation intermediate layer.
上記のような構成を有する本発明のショットキーバリアダイオードとして使用される半導体素子の製造方法においては、応力緩和中間層形成工程において形成される応力緩和中間層が接触金属層と応力緩和用電極層との間に配置されるため、応力緩和用電極層のエッジが半導体基板に直接接することがない。そして、応力緩和用電極層および引き出し電極層に段切れが生じ、この段切れに表面処理液が浸入して段切れの空洞が広がり、引出し電極層に金属層ひさしが形成されたとしても、応力緩和用電極層のエッジは半導体基板ではなく応力緩和中間層の上面に形成されることになる。これにより、製造時や検査時の熱による熱膨張係数の差に起因して、引出し電極層に応力がかかっても、てこの原理によって過大な力がかかるのは上記応力緩和中間層のみに限られ、半導体基板には何らの影響を及ぼすことがない。しかも応力緩和中間層の線膨張係数が応力緩和用電極層よりも半導体基板に近いため、半導体基板が応力緩和中間層のエッジから受ける変形の影響が小さくなる。従って、半導体基板にクラックが入ることを防止することができる。また、半導体基板に歪みが与えられることが防止されるため、逆方向電流の増加が防止される。 In the method for manufacturing a semiconductor device used as the Schottky barrier diode of the present invention having the above-described configuration, the stress relaxation intermediate layer formed in the stress relaxation intermediate layer forming step includes a contact metal layer and a stress relaxation electrode layer. Therefore, the edge of the stress relaxation electrode layer does not directly contact the semiconductor substrate. Even if a step breakage occurs in the stress relaxation electrode layer and the extraction electrode layer, and the surface treatment liquid enters the step breakage to widen the step breakage cavity, and the metal layer eaves are formed in the extraction electrode layer, The edge of the relaxation electrode layer is formed not on the semiconductor substrate but on the upper surface of the stress relaxation intermediate layer. As a result, even if stress is applied to the extraction electrode layer due to the difference in thermal expansion coefficient due to heat during manufacturing or inspection, excessive force is applied only to the stress relaxation intermediate layer due to the lever principle. The semiconductor substrate is not affected at all. In addition, since the linear expansion coefficient of the stress relaxation intermediate layer is closer to that of the semiconductor substrate than the stress relaxation electrode layer, the influence of the deformation that the semiconductor substrate receives from the edge of the stress relaxation intermediate layer is reduced. Therefore, cracks can be prevented from entering the semiconductor substrate. In addition, since the semiconductor substrate is prevented from being distorted, an increase in reverse current is prevented.
上記のような構成において、望ましくは、前記応力緩和用電極層と前記引き出し電極層とのエッチングレートの差は、表面処理液に対するエッチングレートの差であり、前記絶縁体被膜を形成する複数の膜のエッチングレートの差は、リング状の形態を形成する際のエッチング液に対するエッチングレートの差であり、さらに前記応力緩和中間層は前記応力緩和用電極層よりも表面処理液に対するエッチングレートが小さい。 In the above-described configuration, desirably, the difference in etching rate between the stress relaxation electrode layer and the lead electrode layer is a difference in etching rate with respect to the surface treatment liquid, and a plurality of films forming the insulator film The difference in the etching rate is the difference in the etching rate with respect to the etching solution when forming the ring-shaped form, and the stress relaxation intermediate layer has a lower etching rate with respect to the surface treatment solution than the stress relaxation electrode layer.
本発明によれば、半導体基板と金属層が接触する構造を有する半導体素子において、温度変化による半導体基板および金属層の熱膨張係数の差に起因して半導体基板にクラックが生じることを防止することができる。 According to the present invention, in a semiconductor element having a structure in which a semiconductor substrate and a metal layer are in contact with each other, it is possible to prevent the semiconductor substrate from being cracked due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the metal layer due to temperature change. Can do.
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、以下の説明で使用する図面においては、説明をわかり易くするために、各層の厚みを実際の縮尺通りには示していない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. In the drawings used in the following description, the thickness of each layer is not shown to an actual scale for easy understanding.
図1は本発明の第1の実施形態による半導体素子の基本的な構成を示す概略断面図である。図1に示すように、本発明の半導体素子は、半導体基板1と、半導体基板1の表面上に形成された第1の材料層2aと、第1の材料層2aの表面上に形成され、第1の材料層2aよりもエッチングレートの小さい第2の材料層2bと、半導体基板1の表面上および第2の材料層2bの表面上に形成された応力緩和中間層5と、応力緩和中間層5の表面上に形成された第1の金属層3aと、第1の金属層3aの表面上に形成され、第1の金属層3aよりもエッチングレートの小さい第2の金属層3bとを有する。ここで、応力緩和中間層5は、線膨張係数が金属層3よりも半導体基板1に近い材料で形成されている。また、応力緩和中間層5は金属層3よりもエッチングレートが小さいことが望ましい。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor element of the present invention is formed on a surface of a
次に、図1のような基本的な構成を有する半導体素子の製造方法について、以下で説明する。
まず、図2(a)に示すように、半導体基板1の上に第1の材料層2aを形成し、第1の材料層2aよりもエッチングレートの小さい第2の材料層2bを第1の材料層2a上に形成する。次に、図2(b)に示すように、レジスト膜4を形成し、第2の材料層2bおよび第1の材料層2aをエッチングする。この時、第2の材料層2bのエッチングレートが第1の材料層2aのエッチングレートに比べて小さいことに起因して、第1の材料層2aが第2の材料層2bより多くエッチングされる。次に、図2(c)に示すように、半導体基板1および第2の材料層2bの上に応力緩和中間層5を形成し、さらに応力緩和中間層5の上に第1の金属層3aおよび第2の金属層3bを形成する。なお、図1および図2(c)においては、第1の材料層2aが第2の材料層2bより多くエッチングされることの影響を受けて、応力緩和中間層5、第1の金属層3a、および第2の金属層3bが段切れしている例を示す。
Next, a method for manufacturing a semiconductor element having the basic configuration as shown in FIG. 1 will be described below.
First, as shown in FIG. 2A, a
ここで、例えば、製造工程中のエッチング処理や洗浄処理等のための薬液に半導体素子がさらされた場合、第2の金属層3bのエッチングレートが第1の金属層3aのエッチングレートよりも小さいため、図1に示すように、第1の金属層3aが多くエッチングされエッチバックされるが、第1の金属層3aのエッジは半導体基板1ではなく応力緩和中間層5の上面で接している。さらに、第1の金属層3aの上で第2の金属層3bがひさしのようになる。
Here, for example, when the semiconductor element is exposed to a chemical solution for etching or cleaning during the manufacturing process, the etching rate of the
本実施形態によれば、製造時や検査時の熱による熱膨張係数の差に起因して、第2の金属層3bに応力がかかっても、てこの原理によって第1の金属層3aを介して過大な力がかかるのは応力緩和中間層5のみに限られ、半導体基板1には何らの影響を及ぼすことがない。従って、半導体基板1にクラックが入ることを防止することができる。
According to the present embodiment, even if stress is applied to the
次に、本発明の第2の実施形態を、さらに具体的な例によって説明する。図3〜5は本発明の第2の実施形態による半導体素子の基本的な構成、およびその製造方法を示す概略断面図である。 Next, the second embodiment of the present invention will be described with a more specific example. 3 to 5 are schematic cross-sectional views showing a basic configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same.
まず、本発明の第2の実施形態による半導体素子の基本的な構成について、図5(c)により説明する。
本実施形態の半導体素子は、ショットキーバリアダイオードとして使用されるものである。図5(c)に示すように、第1の導電型(例えばN型)の半導体の表層に、いわゆるガードリングと称されるショットキーバリアダイオードの順逆方向電圧−電流特性等の電気的特性改善のための第2の導電型(例えばP型)拡散層12がリング状に形成され、半導体基板11が形成されている。なお、以下では、簡単のため、第1の導電型がN型、第2の導電型がP型であるとして説明するが、第1の導電型がP型、第2の導電型がN型であってもよい。
First, the basic structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The semiconductor element of this embodiment is used as a Schottky barrier diode. As shown in FIG. 5C, the electrical characteristics such as forward-reverse voltage-current characteristics of a Schottky barrier diode called a guard ring are improved on the surface layer of the first conductivity type (for example, N type) semiconductor. A second conductive type (for example, P-type)
半導体基板11上には、P型拡散層12の外周縁とN型半導体との境界を覆うように絶縁体被膜20がリング状に形成され、絶縁体被膜20の内側の半導体基板11表面には接触金属層15が積層されている。絶縁体被膜20は積層膜であって、二酸化珪素被膜13(酸化膜)と窒化被膜14とからなり、窒化被膜14のパターニング時のエッチングレートは二酸化珪素被膜13のパターニング時のエッチングレートよりも小さい。接触金属層15および絶縁体被膜20の表面を覆うように、応力緩和中間層30が形成され、応力緩和中間層30の表面を覆うようにクッション用(応力緩和用)電極層16が形成され、さらにクッション用電極層16には引き出し電極層17が積層されている。また、引出し電極層17(例えばNi)の表面処理液(半導体素子の裏面の付着物などの除去、洗浄のための表面処理液)に対するエッチングレートはクッション用電極層16(例えばAl)の表面処理液に対するエッチングレートよりも小さい。さらに、応力緩和中間層30、クッション用電極層16および引き出し電極層17の外周部は除去されている。
On the
応力緩和中間層30は、線膨張係数がクッション用電極層16よりも半導体基板11に近い材料からなる。応力緩和中間層30はクッション用電極層16よりもエッチングレートが小さいことが望ましい。また、応力緩和中間層30の材料としては、例えばMoが望ましい。さらに、少なくとも接触金属層15の表面と応力緩和中間層30との間にTi層を介在させてもよく、これにより接触金属層15と応力緩和中間層30との間の密着性が向上する。また、窒化被膜14と応力緩和中間層30の間に、Ti層を介在させてもよく、これにより窒化被膜14と応力緩和中間層30との間の密着性を向上させることができる。
The stress relaxation
次に、上記のような構成を有する本実施形態の半導体素子の製造方法について、図3〜5を用いて以下で説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor element of the present embodiment having the above configuration will be described below with reference to FIGS.
まず、N型の半導体の表層にP型拡散層12をリング状に設け、半導体基板11を形成する(図3(a))。なお、図3では、上記P型拡散層12のリングの片方の断面のみを示しており、実際には、断面で見た場合に紙面左方に同様のP型拡散層の断面が存在し、そして、図で示すP型拡散層12と紙面左方に存在するP型拡散層との中間にリングの中心が存在することになる(以下、図4および5においても同様である)。次に、図3(a)に示すように、半導体基板11全体に絶縁体被膜20(パシベーション膜)として、二酸化珪素被膜13および窒化被膜14を形成する。絶縁体被膜20としては半導体基板11表面に形成された二酸化珪素被膜13(SiO2)と、この二酸化珪素被膜13に積層された窒化被膜14(具体的にはSi3N4)とからなる積層膜を採用する。
First, a P-
次に、二酸化珪素被膜13および窒化被膜14をパターニングする。図3(b)に示すように、レジスト膜14Aを、リング状のP型拡散層12の外縁を覆うように外側に形成し、まず窒化被膜14をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング等)によりパターニングし(図3(c))、続いて二酸化珪素被膜13をエッチングによりパターニングする(図3(d))、そして、レジスト膜14Aを除去する(図4(a))。これにより、P型拡散層12の外縁とN型半導体との境界を覆うようにその表面に二酸化珪素被膜13および窒化被膜14からなる絶縁体被膜(パシベーション膜)が形成され、リング中央部分に絶縁体被膜の窓穴50が形成される。この時、窒化被膜14のエッチングレートが二酸化珪素被膜13のエッチングレートに比べて小さいことに起因して、二酸化珪素被膜13が窒化被膜14より多くエッチングされ、これによって窒化被膜14に二酸化珪素被膜13よりも窓穴50の中央部側に張り出された部分(以下、窒化被膜ひさし14aという)が形成される(図4(a)参照)。
Next, the
次に、電位障壁(ショットキーバリア)を形成するために接触金属層15、例えばモリブデン/パラジウム等を蒸着等の手段により絶縁体被膜の窓穴50に露出させた半導体基板11の表面に形成する(図4(b))。そして、この接触金属層15および絶縁体被膜20(二酸化珪素被膜13および窒化被膜14)の表面を覆うように、クッション用電極層16と引き出し電極層17とからなる電極層よりもエッチングレートが小さく、かつ線膨張係数がクッション用電極層16よりも半導体基板11に近い、例えばMo等の材料により応力緩和中間層30を形成する。
Next, in order to form a potential barrier (Schottky barrier), a
さらに、応力緩和中間層30の表面を覆うようにクッション用(応力緩和用)電極層16および半田等とのぬれの良い引出し電極層17を形成する(図4(c)参照)。この時、窒化被膜ひさし14aは不安定であり、その下には空間が空いているため、それが原因となって応力緩和中間層30や引き出し電極層17やクッション用電極層16に段切れ60が生じることがある(図4(c))。但し、段切れ60は、必ずしもリング状の形状の全周にわたって形成されるとは限らず、リング状の形状の少なくとも一部では段切れができずに電極層(クッション用電極層16および引出し電極層17)はつながっているものと考えられる。電極層(クッション用電極層16および引出し電極層17)を絶縁体被膜20(二酸化珪素被膜13および窒化被膜14)の上に形成するのは、絶縁体被膜によって電極層のコーナ領域でのブレークダウン耐圧の低下を防止することができるからである(フィールドプレート効果)。
Further, the
次に、応力緩和中間層30、クッション用電極層16および引き出し電極層17の外周部を除去する。図4(d)に示すように、レジスト膜18をリング状のP型拡散層12の外縁よりも大きな範囲に形成し、引き出し電極層17、クッション用電極層16および応力緩和中間層30をエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング等)によりパターニングし(図5(a))、続いてレジスト膜18を除去する(図5(b))。これにより、応力緩和中間層30、クッション用電極層16および引き出し電極層17の外周部が除去される。その後、ショットキーバリア電極側と反対側の半導体基板表面に引出し電極層を形成し、チップ化する。
Next, the outer peripheral portions of the stress relaxation
本実施形態によれば、接触金属層15および絶縁体被膜20とクッション用電極層16との間に応力緩和中間層30が配置されることにより、半導体基板11がクッション用電極層16のエッジに起因する変形の影響を直接受けることがない。従って、製造時や検査時の熱による熱膨張係数の差に起因して、引出し電極層17に応力がかかっても、てこの原理によって過大な力がかかるのは上記応力緩和中間層30のみに限られ、半導体基板11には何らの影響を及ぼすことがない。しかも応力緩和中間層30の線膨張係数がクッション用電極層16よりも半導体基板11に近いため、半導体基板11が応力緩和中間層30のエッジから受ける変形の影響が小さくなる。従って、半導体基板11にクラックが入ることを防止することができる。また、半導体基板に歪みが与えられることが防止されるため、逆方向電流の増加が防止される。
According to the present embodiment, the stress relaxation
1 半導体基板
2a 第1の材料層
2b 第2の材料層
3a 第1の金属層
3b 第2の金属層
4 レジスト膜
5 応力緩和中間層
11 半導体基板
12 P型拡散層
13 二酸化珪素被膜
14 窒化被膜
14a 窒化被膜ひさし
14A レジスト膜
15 接触金属層
16 クッション用(応力緩和用)電極層
17 電極層
18 レジスト膜
20 絶縁体被膜
30 応力緩和中間層
50 窓穴
60 段切れ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該第1の金属層の表面上に形成され、前記第1の金属層よりもエッチングレートの小さい第2の金属層と、を有し、
前記応力緩和中間層は線膨張係数が前記第1の金属層よりも前記半導体基板に近いことを特徴とする半導体素子。 A semiconductor substrate, a first material layer formed on the surface of the semiconductor substrate, and a second material formed on the surface of the first material layer and having an etching rate smaller than that of the first material layer A layer, a stress relaxation intermediate layer formed on the surface of the semiconductor substrate and on the surface of the second material layer, a first metal layer formed on the surface of the stress relaxation intermediate layer,
A second metal layer formed on the surface of the first metal layer and having a lower etching rate than the first metal layer,
The stress relaxation intermediate layer has a linear expansion coefficient closer to the semiconductor substrate than the first metal layer.
第1の導電型の半導体の表層に第2の導電型拡散層がリング状に形成されてなる半導体基板と、該半導体基板の前記第2の導電型拡散層の外周縁と前記半導体基板との境界を覆うリング状に形成された絶縁体被膜と、該絶縁体被膜の内側の前記半導体基板表面に積層された接触金属層と、該接触金属層および前記絶縁体被膜の表面を覆うように形成された応力緩和用電極層と、この応力緩和用電極層に積層され、前記応力緩和用電極層よりもエッチングレートの小さい引き出し電極層とを具備し、
前記絶縁体被膜は積層膜であり、前記絶縁体被膜を形成する複数の膜は、互いに隣り合う膜のうち半導体基板よりも遠い側に位置する膜のエッチングレートが半導体基板側に位置する膜のエッチングレートよりも小さく形成され、
さらに、前記接触金属層と前記応力緩和用電極層との間に、線膨張係数が前記応力緩和金属層よりも前記半導体基板に近い材料からなる応力緩和中間層を有することを特徴とする半導体素子。 A semiconductor element used as a Schottky barrier diode,
A semiconductor substrate in which a second conductivity type diffusion layer is formed in a ring shape on a surface layer of a semiconductor of the first conductivity type, an outer periphery of the second conductivity type diffusion layer of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate An insulator coating formed in a ring shape covering the boundary, a contact metal layer laminated on the surface of the semiconductor substrate inside the insulator coating, and formed so as to cover the surface of the contact metal layer and the insulator coating A stress relieving electrode layer, and a lead electrode layer laminated on the stress relieving electrode layer and having a smaller etching rate than the stress relieving electrode layer,
The insulator film is a laminated film, and the plurality of films forming the insulator film are films having an etching rate of a film located on the side farther than the semiconductor substrate among films adjacent to each other on the semiconductor substrate side. Formed smaller than the etching rate,
And a stress relaxation intermediate layer having a linear expansion coefficient made of a material closer to the semiconductor substrate than the stress relaxation metal layer between the contact metal layer and the stress relaxation electrode layer. .
マスクを使用して前記第1および2の材料層をエッチングするエッチング工程と、
前記半導体基板上および前記第2の材料層上に応力緩和中間層を形成する応力緩和中間層形成工程と、
前記応力緩和中間層に第1の金属層を形成する金属層形成工程と、
前記第1の金属層の表面上に、該第1の金属層よりもエッチングレートの小さい第2の金属層を形成する第1の金属形成工程と、を有し、
前記応力緩和中間層は線膨張係数が前記第1の金属層よりも前記半導体基板に近いことを特徴とする半導体素子の製造方法。 Forming a first material layer on the semiconductor substrate, and forming a second material layer having a lower etching rate on the first material layer than on the first material layer; and
An etching step of etching the first and second material layers using a mask;
A stress relaxation intermediate layer forming step of forming a stress relaxation intermediate layer on the semiconductor substrate and on the second material layer;
A metal layer forming step of forming a first metal layer on the stress relaxation intermediate layer;
Forming a second metal layer having an etching rate smaller than that of the first metal layer on the surface of the first metal layer, and
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the stress relaxation intermediate layer has a linear expansion coefficient closer to the semiconductor substrate than the first metal layer.
第1の導電型の半導体の表層に第2の導電型拡散層がリング状に形成されてなる半導体基板の表面に絶縁体被膜を積層して形成する絶縁体被膜形成工程と、該絶縁体被膜形成工程にて形成した前記絶縁体被膜にエッチングによって窓穴を形成する窓穴形成工程と、前記窓穴に露出させた半導体基板の表面に接触金属層を形成する接触金属層形成工程と、前記接触金属層および前記絶縁体被膜の表面に応力緩和用電極層を形成した後、該応力緩和用電極層の表面に、前記応力緩和用電極層よりもエッチングレートの小さい引き出し電極層を形成する電極層形成工程とを具備し、
前記絶縁体被膜形成工程では、互いに隣り合う膜のうち半導体基板よりも遠い側に位置する膜を半導体基板側に位置する膜よりもエッチングレートの小さい材料で形成し、
さらに、前記接触金属層形成工程の後で前記応力緩和用電極層形成工程の前に、線膨張係数が前記応力緩和金属層よりも前記半導体基板に近い材料からなる応力緩和中間層を前記接触金属層および前記絶縁被膜の表面に形成する応力緩和中間層形成工程を具備し、
前記応力緩和用電極層形成工程では、前記応力緩和用電極層を前記応力緩和中間層の表面に形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device used as a Schottky barrier diode,
An insulator film forming step of forming an insulator film on the surface of a semiconductor substrate in which a second conductivity type diffusion layer is formed in a ring shape on the surface layer of the first conductivity type semiconductor; and the insulator film A window hole forming step of forming a window hole by etching in the insulator film formed in the forming step, a contact metal layer forming step of forming a contact metal layer on the surface of the semiconductor substrate exposed in the window hole, and An electrode in which an electrode layer for stress relaxation is formed on the surface of the contact metal layer and the insulator coating, and then an extraction electrode layer having an etching rate smaller than that of the electrode layer for stress relaxation is formed on the surface of the electrode layer for stress relaxation A layer forming step,
In the insulator coating forming step, a film located on a side farther than the semiconductor substrate among adjacent films is formed of a material having a smaller etching rate than a film located on the semiconductor substrate side,
Further, after the contact metal layer formation step and before the stress relaxation electrode layer formation step, a stress relaxation intermediate layer made of a material whose linear expansion coefficient is closer to the semiconductor substrate than the stress relaxation metal layer is formed on the contact metal. A stress relaxation intermediate layer forming step to be formed on the surface of the layer and the insulating coating,
In the stress relaxation electrode layer forming step, the stress relaxation electrode layer is formed on the surface of the stress relaxation intermediate layer.
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