JP3620528B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のオン抵抗を改善する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来、半導体基板の有する抵抗成分を低減して半導体装置のオン抵抗を低減する種々の方法が提案されている。
【0003】
例えば、特許公報第2513055号には、縦型の電力用半導体装置の製造方法として、半導体基板の一方の表面に、半導体素子としてのデバイス層(MOS構造素子)と表面電極を形成した後に、半導体基板とデバイス層との厚さが200〜450μm程度になるように、半導体基板の他方の表面をサーフェイス研削(SG加工)し、その後裏面電極を形成した方法が記載されている。
【0004】
このように、半導体基板にサーフェイス研削を施すことにより、半導体基板の厚みを薄くすることができるため、半導体基板の有する抵抗成分を低減して半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の半導体装置の製造方法では、半導体基板とデバイス層との厚さを200μm未満にすると、半導体基板の破壊強度の低下により、研削加工工程中や表面側に配置した粘着フィルムを剥離する際に、半導体基板に割れや曲がりが発生してしまい、歩留まりが低下するという問題がある。
【0006】
すなわち、上記公報に記載の半導体装置の製造方法では、半導体基板とデバイス層との厚さを200μm未満にすることは現状では難しく、半導体装置のオン抵抗を大幅に低減することができない。
【0007】
このような問題点を解決可能な半導体装置の製造方法として、特開平5−121384号公報に記載された方法が公知である。この公報に記載された方法では、半導体基板(ウエハ)の直径よりも小さい直径の研磨部を備える研磨装置によって、半導体基板の裏面側において、半導体基板の外周部に厚い部分を残すように、半導体基板の内周部のみ研磨する。これにより、半導体基板に割れや曲がりが生じることなく、半導体基板を薄く削ることを可能にしている。
【0008】
しかしながら、この従来方法では、半導体基板の裏面を研磨することによって半導体基板を薄くしているため、半導体基板の裏面には、研磨によるダメージ層が残る。このため、半導体基板の裏面に裏面電極を形成する場合に、両者の接触抵抗が増大するとの問題が生じる。
【0009】
また、従来方法では、半導体基板の直径よりも小さい直径の研磨部を回転させて、半導体基板を研磨しているため、半導体基板の外周部のみにしか暑い部分を残すことができない。このため、例えば、生産性を向上するために半導体基板を大口径化した場合などは、外周部のみにしか厚さの厚い部分を残すことができないため、半導体基板の割れや曲がりを十分に防止できない可能性がある。
【0010】
そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導体基板の割れや曲がりを防止しつつ、オン抵抗を大幅に低減することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板の一方の表面に半導体素子が形成された半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の面とは反対側の面から研削加工して、半導体基板を所定の厚さにする研削加工工程と、この研削加工工程を実行した後に、半導体基板の反対側の面に対し半導体基板の外周部を残して所定深さまでエッチングして薄くするエッチング工程と、このエッチング工程を実行した後に、半導体基板の反対側の面に、半導体基板の濃度よりも高い濃度の高濃度層を形成する高濃度層形成工程とを備えたことを特徴としている。
【0016】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法によれば、上記高濃度層よりも低濃度の半導体基板を用いているため、高濃度の半導体基板を用いた場合よりもコストを低減することができる。尚、低濃度の半導体基板を用いた場合、請求項4に記載するように、半導体基板の裏面(反対側の面)に直接電極を形成すると接触抵抗の増加が懸念されるが、本発明では、低濃度の半導体基板の反対側の面に高濃度層を形成しているため、前述の問題点を解決することができる。
【0017】
さらに、本発明では、エッチングによって半導体基板を薄くしているので、そのエッチング面である半導体基板の反対側の面に良好な拡散層を形成することができる。つまり、従来技術のように研磨によって半導体基板を薄肉化し、その研磨面に拡散層を形成した場合には、ダメージ層の存在により拡散層内のキャリヤの移動度の低下等が生じて、拡散層を形成しながらも接触抵抗の低減効果を十分にえられない。それに対して、本発明では、研磨によるダメージ層は、エッチング工程によって除去されるため、そのエッチング面に拡散層を形成することにより、十分な接触抵抗の低減効果を発揮することができる。
【0018】
請求項2に記載の半導体装置の製造方法は、エッチング工程では、半導体基板の外周部に加えて、その外周部によって囲まれる内部領域の一部も残して、所定深さまでエッチングを施すことを特徴としている。
【0019】
本発明では、エッチングによって半導体基板を薄肉化しているので、そのエッチング領域は、マスクパターンによって自由に設定することができる。そのため、例えば、大口径化された半導体ウエハを半導体基板としてエッチングする場合には、外周部に加えて内部領域の一部も残すことにより、そりや曲がり等の発生を確実に低減することができる。
【0020】
請求項3に記載した半導体装置の製造方法は、エッチング工程において、そのエッチング加工に用いるエッチング液組成によって、エッチング加工面の表面粗さを制御することを特徴としている。
【0021】
例えば、高濃度に不純物がドープされた半導体基板の裏面に電極を形成する場合、半導体基板の裏面に凹凸があると、基板と電極との接触面積が増加する。このため、エッチング加工面の表面粗さが大きくなるようにエッチング加工を行なう。これにより、半導体基板と電極との接触抵抗の一層の低減及び密着力の向上を図ることができる。一方、低濃度に不純物がドープされた半導体基板の裏面に拡散層を形成した上で、電極を形成する場合、半導体基板の裏面をミラー面相当の仕上げ面として、不純物の打ち込み及び拡散を行なうことにより、拡散層を均一に形成することができる。このため、この場合には、エッチング加工面がミラー面に近づくように表面粗さを小さくエッチング加工する。これにより、基板と電極との接触面の各部における接触抵抗のばらつきが減少できる。
【0022】
請求項5に記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板における半導体素子が形成された素子形成面に保護部材を設けた状態でエッチング工程を実行したことを特徴としている。
【0023】
請求項5に記載の発明によれば、半導体基板の素子形成面に保護部材を設けた状態でエッチング工程を実行しているので、エッチング工程中に半導体基板が割れたとしても、半導体基板がバラバラになることを防止できる。
【0024】
請求項6に記載の半導体装置の製造方法は、エッチング工程において、半導体基板におけるエッチングにより薄くなった領域の厚さを測定し所望の厚さとなったときにエッチングを終了させるようにしたことを特徴としている。
【0025】
請求項6に記載の発明によれば、時間管理にてエッチング終了点を検出する場合に比べて、エッチング工程中の厚さ計測にてエッチング終了点を検出することができるため、半導体基板におけるエッチングにより薄くなった領域の厚さ精度を高めることができる。
【0026】
請求項7に記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板におけるエッチングにより薄くなった領域の半導体基板の厚さを200μm未満としたことを特徴としている。このように、半導体基板におけるエッチングにより薄くなった領域の半導体基板の厚さを200μm未満とすると、実用上好ましいものとなる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を縦型のnチャネルMOSFETに適用した実施形態を、図面に従って説明する。
【0028】
(第1実施形態)
図1〜図10に、第1実施形態の半導体装置の製造方法を示す。
【0029】
まず、図1(a)に示されるように、半導体基板1の一面には、半導体素子(あるいは半導体素子を電気的に接続した半導体回路)が形成された素子形成領域2が設けられている。この素子形成領域2については、後述する図10を用いて具体的に説明する。ここで、半導体基板1における素子形成面1aの反対の面を裏面1bとする。尚、本実施形態の半導体基板1の厚さは625μmである。
【0030】
そして、図2に示されるように、半導体基板1の裏面1bから砥石3を用いて研削加工して、半導体基板1の厚さを例えば250μmにする。それにより、半導体基板1は図1(b)に示されるような状態になる。つまり、荒削りにより半導体基板1の全域を薄くする。
【0031】
続いて、図3に示されるように、ハーフダイシング工程に移行して、半導体基板1の裏面1b(研削面)に粘着テープ13を貼り付ける。そして、カッター5を用いて、半導体基板1の素子形成面1a側から所定深さの切り込み6を複数形成する。
【0032】
続いて、図4に示されるように、半導体基板1の素子形成面1aに粘着テープ4(本発明でいう、保護部材)を貼り付け、この状態でエッチング液7が入ったエッチングポット8に半導体基板1をセットして、半導体基板1の被エッチング面(裏面1b)を上向きに保持しエッチング液7に晒すようにして、同時に、シールパッキン9にて半導体基板の外周部10をマスクする。
【0033】
この状態で、例えば半導体基板の厚さが100μmになるまで半導体基板1の裏面1bをエッチングすると、半導体基板の外周部10がシールパッキン9でマスクされているので、半導体基板1には凹部11が形成されて、この凹部11の底面部のみが薄肉化される。それにより、半導体基板1は図1(c)に示されるような状態となる。尚、この際に、エッチング量は切り込み6に達しない量とする。
【0034】
続いて、図1(d)に示されるように、半導体基板1の裏面1bの全面に、蒸着、スパッタ、CVD法などにより金属を全面に堆積して、電極(ドレイン電極)12を形成する。
【0035】
続いて、図5に示されるように、半導体基板1の素子形成面1aに粘着テープ4を貼り付けた状態で、半導体基板1の素子形成面1aを下向きにして置き、ブレークローラ14を用いて、半導体基板1に曲げ応力をかけて、図3に示す工程で形成された切り込み6に沿って各半導体チップに破壊分離する。
【0036】
その後、図6及び図5におけるA矢視図である図7(半導体基板1の素子形成面1aのみ図示)に示されるように、粘着テープ4から各半導体チップ15を取り出し、半導体チップ15をそのまま所望のマウント箇所に配置する。
【0037】
ここで、前述の図4に示すエッチング工程について、図8〜図10を用いて詳しく説明する。図8にはエッチングポット8の具体的構成を示し、図9にはエッチング装置の全体構成を示し、図10にはエッチング装置の一部拡大断面図を示す。
【0038】
まず、図8に示されるように、エッチングポット8は、プレート状のポットベース20と筒状のポットリング21とを具備し、このポットベース20の上面には半導体基板1が載置されるとともに、その上にポットリング21が一方の開口部を下にした状態で配置される。
【0039】
つまり、半導体基板1が筒状のポットリング21の下面開口部を塞ぐように配置される。より詳しくは、ポットベース20はその中央部が半導体基板1を乗せる台の役割をしている。
【0040】
また、ポットベース20における半導体基板載置部の外周側には凹部22が環状に形成され、この凹部22にポットリング21の凸部23が嵌合する。このように凹部22は位置合わせの機能を持つ。
【0041】
さらに、ポットベース20における凹部22の外周側(半導体基板載置部の周囲)には、平坦なシール面S1が環状に形成され、このシール面S1には、凹部24が環状に形成され真空用ポケットとして機能する。
【0042】
また、ポットリング21の下面での内周部には、半導体基板形シールパッキン9が固定され、このパッキン9は半導体基板1の縁部上面をシールすべく半導体基板形状に形抜きされている。
【0043】
この半導体基板形シールパッキン9により、ポットリング21内に満たされるエッチング液に対しシールすることができる。つまり、シールパッキン9は、ポットベース20に半導体基板1を載置した状態で、ポットリング21の下面と半導体基板1の外周部とを液密状態でシールするためのものである。
【0044】
また、ポットリング21における下面外周部には、平坦なシール面S2が環状に形成され、このシール面S2には、凹部25が環状に形成され真空用ポケットとして機能する。
【0045】
また、ポットベース20のシール面S1とポットリング21のシール面S2との間には、環状のX形パッキン26が配置されている。
【0046】
そして、真空ポンプなどで凹部(真空用ポケット)24、25内の空気を排出することで、X形パッキン26が収縮してポットベース20とポットリング21とが引き寄せられ、シールパッキン9にて半導体基板1の外周部をシールした状態で固定される。このように、X形パッキン26が固定部材として機能する。
【0047】
このように構成したエッチングポット8は、図9に示されるように、エッチング装置にセットされ、エッチングポット8内にエッチング液7が注入される。尚、この際に、半導体基板形シールパッキン9によりシールされることにより、エッチング液7に対し半導体基板1の外周部がマスク(保護)される。
【0048】
このように、エッチングポット8の内部にエッチング液7が満たされるとともに、ポット8の底面部に半導体基板1が支持され、上向きの半導体基板1の被加工面(裏面)がエッチング液7にて覆われる。詳しくは、エッチングポット8がポット載置台27の上に搭載されるとともに、エッチングポット8の上面開口部がキャップ28にて塞がれる。
【0049】
このキャップ28には、攪拌翼29がシール材30にてシールされた状態で垂下され、モータ31の駆動により攪拌翼29が回転してエッチング液7を攪拌する。また、キャップ28には、ヒータ32がシール材33にてシールされた状態で垂下され、ヒータ32にてエッチング液7が加熱される。さらに、キャップ28には、温度センサ34がシール材35にてシールされた状態で垂下され、温度センサ34にてエッチング液7の温度が検出される。
【0050】
そして、エッチング中はエッチング液7が攪拌翼29により十分攪拌され、温調器36により温度センサ34による液温が所定の温度となるようにヒータ32が通電制御される。
【0051】
また、キャップ28には洗浄用純水の通路37が形成され、ポットリング21の内壁に沿って純水をエッチングポット8内に注入することができる。また、キャップ28には排液口38が形成され、ポット8内でオーバーフローした液を排出することができる。
【0052】
また、図9において、ポットベース20には厚さセンサ39が設けられ、図10に示されるように、半導体基板1における凹部11の底面部での厚さ(エッチング量)を測定してエッチングの進行状況を検出し、エッチング終了時期を検出する。
【0053】
ここで、この厚さセンサ39は、図10に示されるように、半導体基板1のエッチング面とその反対面の二重反射を利用して、片側から厚み測定を行う測定器として構成されている。
【0054】
そして、所定量のエッチングが行われ、半導体基板1における凹部11の底面部での厚さが所望の値になると、エッチングを停止すべく図9の通路37を通して、エッチングポット8内に洗浄用純水が注入されてエッチング液を希釈冷却するとともに、オーバーフローした液が排液口38を通して排水される。
【0055】
その後、真空ポンプ等による凹部(真空用ポケット)24、25内の真空引きを止めて凹部24、25内を大気圧にする。そして、キャップ28及びポットリング21(シールパッキン9)を取り外して、エッチング加工後の半導体基板1を次工程に送る。
【0056】
このように、薄肉加工用エッチング装置として、図9に示すようなポットエッチング装置を用いたときにおいて、ベース材としてのポットベース20に半導体基板1を載置した状態で、枠体としてのポットリング21をポットベース20の上に配置し、X形パッキン26によりポットベース20とポットリング21とを引き寄せて固定することにより、シールパッキン9によってポットリング21の下面と半導体基板1の外周部とを液密状態でシールさせ、ポットリング21の内部に注入されたエッチング液7にて、半導体基板1の裏面1bに対し半導体基板1の外周部を残して所定深さまでエッチングして薄くすることができる。
【0057】
特に、本実施形態では、エッチングにより半導体基板1を薄肉加工しているため、厚さを厚いまま残す外周部10は円環状、直線状等、どのような形状にもすることができる。すなわち、図7に示すように、半導体ウエハの外周に沿って、基本的には円環状に外周部10を形成しつつ、オリエンテーションフラット部分では直線状に外周部10を形成できる。この結果、従来技術において説明した研磨部を回転させてウエハ内部に薄肉化領域を形成する場合は、その薄肉化領域は円形に限られてしまうのに対し、本実施例では、半導体ウエハの外周形状に沿って厚肉の外周部10を形成できるので、半導体ウエハにおいて薄肉化領域を広く取ることが可能になる。
【0058】
以上説明してきたように、本実施形態の半導体装置の製造方法では、図4に示されるように、半導体基板1をエッチングして薄くする場合、半導体基板の外周部10をシールパッキン9によってマスクしエッチングせずに、凹部11の底面部のみにエッチングを施し薄肉化している。
【0059】
それにより、半導体基板の外周部10を凹部11の底面部より厚く残し強度を持たせることができるため、本実施形態のように、半導体基板1を100μmと薄くエッチングしたとしても、半導体基板1の割れや曲がりを防止することができる。
【0060】
さらに、半導体基板1の割れや曲がりを防止したことにより、半導体基板1の曲がりによる搬送系ツールとの干渉の防止や半導体基板1の大口径化を実現することができる。
【0061】
また、図2に示す研削加工による加工レートと図4に示すエッチングによるエッチレートとを比較すると、一般的に図2に示す研削加工レートの方が早いため、本実施形態のように、研削加工とエッチング加工とを組み合わせた半導体装置の製造方法を適用すると、エッチングのみで半導体基板1を薄肉化した場合と比較して、処理時間を短縮することができる。
【0062】
また、本実施形態では、図4に示されるように、半導体基板1の素子形成面1aに粘着テープ4を貼り付けた状態で、エッチングポット8に半導体基板1をセットしたことを特徴としている。
【0063】
それによって、エッチング工程中に切り込み6に達するようなエッチングが行われ半導体基板1が割れたとしても、半導体基板1には粘着テープ4が貼りついているため、この粘着テープ4によって各半導体チップ15を保持することができ、各半導体チップ15がバラバラになることを防止できる。
【0064】
また、本実施形態のエッチング工程は、図10に示されるように、厚さセンサ39にて所望の厚さとなったときにエッチングを終了させるようにしたことを特徴としている。
【0065】
それによって、時間管理にてエッチング終了点を検出する場合に比べて、エッチング中の厚さ計測にてエッチング終了点を検出することができるため、厚さ精度を高めることができる。
【0066】
ここで、図1におけるBの部分拡大図である図11を用いて、図1に示す素子形成領域2について具体的に説明する。
【0067】
まず、この図11に示されるように、P+型あるいはN+型の半導体基板1の上には、エピタキシャル成長法によりN―型のドリフト層40が形成され、このドリフト層40の上にはP型のベース層41が形成されている。このベース層41の内部には、N+型のソース層42が形成されている。
【0068】
また、この半導体基板1の一面(半導体基板1の素子形成面1a)には、ソース層42及びベース層41を貫通し、ドリフト層40に達するトレンチ43が形成されている。
【0069】
このトレンチ43の内壁にはゲート絶縁膜44が形成され、このゲート絶縁膜44を介して、トレンチ43の内部にはドープト多結晶シリコンなどからなるゲート電極45が埋め込み形成されている。
【0070】
また、ソース層42の一面(半導体基板15の素子形成面1a)にはBPSG膜(絶縁膜)46が形成され、このBPSG膜46に形成されたコンタクトホール46aを介して、ソース層42及びベース層41に接続されるソース電極47が形成されている。
【0071】
また、図示しないが、半導体基板1の素子形成面1a側には、ゲート電極45に接続されるゲート金属膜やポリイミドなどからなる表面保護膜が形成されている。
【0072】
以上の表面側構造体を形成した後に、上述した研削、エッチングを施し(図1(b)、1(c))、さらに、図1(d)に示されるように、半導体基板1の裏面1bの全面にはドレイン電極12が形成される。
【0073】
このような半導体装置においては、ゲート電極45に電圧を印加すると、トレンチ43の側面におけるベース層41にチャネルが形成され、このチャネルを通じてソース電極47とドレイン電極12との間に電流が流れるように作動する。
【0074】
以上、本実施形態のような半導体装置の製造方法を用いたことにより、半導体基板の外周部10を凹部11の底面部より厚く残し強度を持たせることができるため、半導体基板1を薄くエッチングしたとしても、半導体基板1の割れや曲がりを防止することができる。
【0075】
それによって、割れや曲がりの発生を防止しつつ、厚みの薄い半導体基板1を提供することができるため、縦型の半導体装置、例えば電力用半導体装置など半導体基板1の有する抵抗成分を大幅に低減して、半導体装置のオン抵抗を大幅に低減することができる。
【0076】
特に、上述した電力用半導体装置のように、半導体基板1の裏面にドレイン電極12を形成する場合には、エッチング加工によって半導体基板1を薄肉化することにより、半導体基板1とドレイン電極12との接触抵抗を低減できる。この結果、半導体装置のオン抵抗の低減にも寄与できる。この点について、図12に基づいて詳しく説明する。
【0077】
図12は、半導体基板の裏面加工条件と、半導体基板と裏面電極間の接触抵抗との関係を示すグラフである。なお、図12に示すグラフは、半導体基板として、抵抗率が0.001〜0.006Ω・cmのN型基板を用い、チタン(Ti)によって裏面電極を形成したときの、半導体基板と裏面電極との接触抵抗を測定した結果を示すものである。
【0078】
裏面加工条件は、3種類あり、▲1▼研削加工のみによって半導体基板を薄肉化した場合、▲2▼研削加工後に、フッ酸と硝酸との混酸でエッチング加工を行なって半導体基板を薄肉化した場合、及び▲3▼研削加工後に、フッ酸、硝酸及び硫酸の混酸でエッチング加工を行なって薄肉化した場合である。図12のグラフから、研削加工のみの場合▲1▼に比較し、エッチング加工を行なった▲2▼、▲3▼の場合とも、大きく接触抵抗を低減できていることが理解できる。
【0079】
研削加工のみによって半導体基板を薄肉化した場合に、接触抵抗が増大する理由は、その研削加工を施した加工面に、数百nmのダメージ層(シリコンのアモルファス層)が形成されるためである。すなわち、このようなダメージ層では、シリコンが非晶質化しているため、電極との接触面における電流が流れにくくなって、結果的に接触抵抗が増大する。一方、研削加工後にエッチング加工を行なった場合には、研削加工によって生じたダメージ層が、エッチング加工によって除去される。従って、単結晶シリコンからなる半導体基板の裏面に電極を形成することができるため、両者の接触抵抗を十分に低減することができる。
【0080】
また、裏面加工条件▲3▼のフッ酸、硝酸及び硫酸の混酸を用いてエッチング加工を行なった場合は、エッチング加工面の表面粗さRaを150nm程度に制御することができる。ちなみに、粗さが♯2000の砥石を用いて研磨加工した場合の研磨面の表面粗さRaは10nm程度である。このように、特定の組成のエッチング液を用いてエッチング加工を行なうことによって、エッチング加工面の表面粗さRaが大きくなるように制御することができる。そして、表面粗さRaが大きくなると、半導体基板と電極との接触面積を大きくすることができるので、接触抵抗の低減と同時に密着力の向上を図ることができる。
【0081】
なお、上述した実施形態においては、エッチングポット8によって、半導体基板1の外周部を残した凹状の加工を行なう例について説明した。しかしながら、エッチングポット8に限らず、例えばスピンエッチング装置を用いて、半導体基板1をエッチング加工しても良い。
【0082】
(第2実施形態)
図13に本発明の第2実施形態に係る半導体装置装置の断面構造を示す。
【0083】
本実施形態の半導体装置の構成は、上記第1実施形態とほぼ同様であるため、第1実施形態と同等な構成については同様の符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【0084】
上記第1実施形態では、半導体基板として、P+型あるいはN+型の半導体基板1、即ち高濃度の半導体基板1を用いていたが、第2実施形態では、図13に示されるように、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1、即ち低濃度の半導体基板1を用いるとともに、半導体基板1の裏面1b側にN+型のドリフト層48、即ち高濃度のドリフト層48(本発明でいう、高濃度層)を設けたことを特徴としている。
【0085】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、上記第1実施形態で用いた図1〜図10とほぼ同様である。
【0086】
つまり、図1(a)に示されるように、その一面(素子形成面1a)に素子形成領域2が形成された半導体基板1に対し、図2に示されるように、半導体基板1の裏面1bを、砥石3を用いて研削加工により荒削りし、図3に示されるように、半導体基板1の裏面1bに粘着テープ13を貼り付け、カッター5を用いて半導体基板1の素子形成面1a側から所定深さの切り込み6を複数形成する。
【0087】
続いて、図4に示されるように、半導体基板1の素子形成面1aに粘着テープ4を貼り付け、この状態でエッチング液7が入ったエッチングポット8に半導体基板1をセットし、シールパッキン9にて半導体基板の外周部10をマスクした状態で、半導体基板1の裏面1bをエッチングして凹部11を形成する。
【0088】
ここで、本実施形態では、図13に示されるように、図4に示すエッチング工程を実行した後に、半導体基板1の裏面1bにN+型のドレイン層48、即ち高濃度のドリフト層48を形成している。
【0089】
続いて、半導体基板1の裏面1bの全面に、蒸着、スパッタ、CVD法などにより金属を全面に堆積して、ドレイン電極12を形成する。
【0090】
続いて、図5に示されるように、半導体基板1の素子形成面1aに粘着テープ4を貼り付けた状態で、半導体基板1の素子形成面1aを下向きにして置き、半導体基板1の裏面1bの上からブレークローラ14を直接接触させてブレーキングを行い各チップに分離する。
【0091】
その後、図6に示されるように、粘着テープ4から各チップ15を取り出し、半導体チップ15をそのまま所望のマウント箇所に配置する。
【0092】
また、本実施形態においても、エッチング装置として図8に示すエッチングポット8を用いている。
【0093】
このように、本実施形態では、低濃度の半導体基板1を用いているため、高濃度の半導体基板を用いた場合よりもコストを低減することができる。尚、低濃度の半導体基板1を用いた場合、その表面に直接ドレイン電極12を形成すると接触抵抗の増加が懸念されるが、本実施形態では、半導体基板1の裏面1b側、即ち半導体基板1とドレイン電極12との間に、高濃度のドレイン層48を設けているため、接触抵抗の増加を防止することができる。
【0094】
さらに、本実施形態においても、前述の第1実施形態と同様に、エッチング加工によって半導体基板1を薄肉化しているため、その加工面にダメージ層が生ずることがないため、エッチング加工面である半導体基板の裏面1bに良好なドレイン層(拡散層)48を形成することができる。つまり、従来技術のように研磨によって半導体基板1を薄肉化し、その研磨面にドレイン層48を拡散によって形成した場合には、ダメージ層の存在によりドレイン層48内のキャリヤの移動度の低下等が生じて、ドレイン層48本来の目的である接触抵抗の低減効果を十分にえられない。それに対して、本実施形態では、研磨によるダメージ層は、エッチング工程によって除去されるため、そのエッチング加工面である半導体基板1の裏面1bにドレイン層48を拡散によって形成した場合、十分な接触抵抗の低減効果を発揮することができる。
【0095】
また、本実施形態において、半導体基板1の裏面1bをエッチング加工する場合、そのエッチング加工面にドレイン層48を形成することを考慮し、エッチング加工面をミラー面相当の仕上げ面とすることが好ましい。これは、低濃度に不純物がドープされた半導体基板1の裏面1bにドレイン層48を形成した上で、ドレイン電極12を形成する場合、半導体基板1の裏面1bをミラー面相当の仕上げ面として、不純物の打ち込み及び拡散を行なうことにより、ドレイン層48を均一に形成することができるためである。
【0096】
このため、本実施形態においては、エッチング加工を行なうためのエッチング液として、硝酸、フッ酸、硫酸及びりん酸の混酸を用いる。このような組成のエッチング液を用いて、半導体基板1の裏面1bをエッチング加工すると、そのエッチング加工面がミラー面相当の仕上げとなり、その表面粗さを小さく制御することができる。これにより、半導体基板1とドレイン電極12との接触面の各部における接触抵抗のばらつきが減少できる。
【0097】
(変形例)
尚、本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、様々な態様に適用可能である。
【0098】
例えば、上記各実施形態においては、半導体基板1をエッチングポット8を用いてエッチングする際に、シールパッキン9によって半導体基板1の外周部10をマスキングすることにより、外周部10がエッチングされずに厚い厚さのまま残されるようにしている。これにより、外周部10によって囲まれる内部領域のみが薄肉化された形状にエッチング加工された。しかしながら、半導体基板1をマスキングする領域は、シールパッキンあるいは公知のマスク材によって任意に設定することができるので、例えば図14に示すように、外周部10に加えて、外周部10によって囲まれた内部領域において十字状にマスキングすることにより、内部領域にも厚肉部分50を残すことができる。これにより、外周部10のみを厚肉とした場合に比較して、半導体基板1の曲げや割れに対する強度を高めることができる。その結果、半導体基板(ウエハ)1を大口径化することも容易となり、半導体チップの生産性を向上することができる。
【0099】
なお、半導体基板1の内部領域に形成する厚肉部分50としては、図15に示す十字形状に限らず、例えば、図15に示すように、隣接する全てのチップ間を厚肉部分としても良い。
【0100】
また、上記各実施形態では、ポットエッチング工程の装置は、厚さ精度を高めるために、エッチング中の厚さ計測が可能な構成としたが、これに限られるものではなく、厚みの要求精度によってはエッチング量を時間で管理するようにしてもよい。
【0101】
また、上記各実施形態では、図2に示す研削加工によって半導体基板1の厚みを250μmにしたが、これに限られるものではなく、研削加工工程中などに半導体基板1に外力が加わった際に、半導体基板1に割れや曲がりが発生しない程度の破壊強度を持った厚さであればよい。
【0102】
また、上記各実施形態では、図4に示すエッチングによって半導体基板1の厚みを100μmにしたが、これに限られるものではなく、エッチングポット8から半導体基板1を取り出す場合などに、半導体基板1に割れが発生しない程度の破壊強度を持った厚さであればよく、好ましくは200μm未満がよい。
【0103】
また、図1〜図10に示す半導体装置の製造方法において、図2の研削工程と図3のダイシング工程の工程順を入れ替えても同様の効果が得られる。つまり、上記各実施形態では、半導体基板1の素子形成面1aから半導体基板1に所定深さの切り込み6を入れる前に、半導体基板裏面1bから研削加工して所定厚さにしたが、これに限られるものではなく、切り込み6を入れた後に半導体基板裏面1bから研削加工して所定厚さにしてもよい。いずれの場合にも、半導体基板1の裏面1bから研削加工して所定厚さにすることにより、半導体基板面内が均一な厚さに薄くできるのでエッチングにて薄肉加工しやすくなる。
【0104】
また、上記各実施形態では、図3に示されるように、カッター5を用いて半導体基板1の素子形成面1a側から所定深さの切り込み6を形成した後に、図5に示されるように、ブレークローラ14を用いて半導体基板1に曲げ応力をかけて切り込み6に沿って各半導体チップに破壊分離しているが、これに限られるものではなく、図3に示す切り込み6を形成せずに、図5に示すブレークローラ14の替わりに図3に示すようなカッターなどを用いて、半導体基板を各半導体チップに分離してもよい。尚、この場合、半導体基板の表面(素子形成面)側からカッターなどを用いて半導体基板を各半導体チップに分離してもよい。
【0105】
また、上記各実施形態では、半導体装置として、nチャネルMOSFETについて説明したが、これに限られるものではなく、半導体装置としては、縦型のバイポーラトランジスタや縦型のIGBTなどにも適用することができる。
【0106】
また、上記第2実施形態では、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1の裏面1b側にN+型のドレイン層48を設けたが、これに限られるものではなく、半導体基板1とドレイン電極12との間に高濃度の層が介在していればよく、図16(a)に示されるように、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1の裏面1b側にP+型のドレイン層49を設けてもよい。
【0107】
また、上記第2実施形態では、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1の裏面1b側にN+型のドレイン層48を設けたが、これに限られるものではなく、半導体基板1とドレイン電極12との間に高濃度の層が介在していればよく、図16(b)に示されるように、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1の裏面1b側にN+型のドレイン層48を設けて、さらに、このドレイン層48における半導体基板1と接合した面とは反対側の面にP+型のドレイン層49を設けてもよい。
【0108】
また、上記第2実施形態では、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1の裏面1b側にN+型のドレイン層48を設けたが、これに限られるものではなく、半導体基板1とドレイン電極12との間に高濃度の層が介在していればよく、図16(c)に示されるように、CZ法によって形成されたN−型の半導体基板1の裏面1b側に、N+型のドレイン層48とP+型のドレイン層49の両方が半導体基板1と接合するように設けてもよい。
【0109】
さらに、上記第2実施形態においてはN−型の半導体基板1を形成するためにCZ法を用いていたが、FZ法によって半導体基板を形成しても良い。
【0110】
また、上記のドリフト層40、ベース層41、ソース層42、第2実施形態の半導体基板1、ドレイン層48、49の各導電型は、図11及び図12に示すものに限られるものではなく、それと逆になっていてもよい。
【0111】
さらに、図11に示す半導体装置は、P+型あるいはN+型の半導体基板1の上に、N−エピタキシャル層を形成しているが、N−型基板にP+型あるいはN+型の不純物の拡散を行なった拡散ウエハを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図2】同じく半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図3】同じく半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図4】同じく半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図5】同じく半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図6】同じく半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図7】図5におけるA矢視図である。
【図8】エッチングポットの断面図である。
【図9】エッチング装置の断面図である。
【図10】エッチング装置の一部拡大断面図である。
【図11】図1におけるBの部分の拡大図である。
【図12】半導体基板の裏面加工条件と、半導体基板と裏面電極間の接触抵抗との関係を示すグラフである。
【図13】本発明の第2実施形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。
【図14】外周部に加えて、半導体基板の内部領域にも厚肉部分を形成した場合の構成を示す図である。
【図15】半導体基板の内部領域に形成する厚肉領域の形状を変更した場合の構成を示す図である。
【図16】(a)〜(c)は、それぞれその他の実施形態の半導体装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、
1a…素子形成面、
1b…裏面、
2…素子形成領域、
3…砥石、
4…粘着テープ(保護部材)、
5…カッター、
6…切り込み、
7…エッチング液、
8…エッチングポット、
9…シールパッキン、
10…半導体基板の外周部、
11…凹部、
12…電極(ドレイン電極)、
13…粘着テープ、
14…ブレークローラ、
15…半導体チップ、
20…ポットベース、
21…ポットリング、
22、24、25…凹部、
23…凸部、
26…X形パッキン、
27…ポット載置台、
28…キャップ、
29…攪拌翼、
30…シール材、
31…モータ、
32…ヒータ、
33…シール材、
34…温度センサ、
35…シール材、
36…温調器、
37…通路、
38…排液口、
39…厚さセンサ、
S1、S2…シール面、
40…ドリフト層、
41…ベース層、
42…ソース層、
43…トレンチ、
44…ゲート絶縁膜、
45…ゲート電極、
46…BPSG膜(絶縁膜)、
46a…コンタクトホール、
47…ソース電極、
48、49…ドレイン層
50…内部領域に設けた厚肉部分
Claims (7)
- 半導体基板の一方の表面に半導体素子が形成された半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の一方の面とは反対側の面から研削加工して、前記半導体基板を所定の厚さにする研削加工工程と、
前記研削加工工程を実行した後に、前記反対側の面に対し前記半導体基板の外周部を残して所定深さまでエッチングして薄くするエッチング工程と、
前記エッチング工程を実行した後に、前記エッチングが施された前記半導体基板の反対側の面に、前記半導体基板の濃度よりも高い濃度の高濃度層を形成する高濃度層形成工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記エッチング工程では、前記半導体基板の外周部に加えて、その外周部によって囲まれる内部領域の一部も残して、前記所定深さまでエッチングを施す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。
- 前記エッチング工程では、そのエッチング加工に用いるエッチング液組成によって、エッチング面の表面粗さを制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1に記載の高濃度層形成工程を実行した後に、前記半導体基板の反対側の面に電極を形成する電極形成工程を付加したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板における前記半導体素子が形成された素子形成面に保護部材を設けた状態で前記エッチング工程を実行したことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エッチング工程は、前記半導体基板におけるエッチングにより薄くなった領域の厚さを測定し所望の厚さとなったときにエッチングを終了させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板におけるエッチングにより薄くなった領域の厚さを200μm未満としたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1つに記載の半導体装置の製造方法。
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