JP4252549B2 - 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体製造装置 Download PDF

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Description

この発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に係る発明であり、例えば、スイッチング半導体素子のコレクタ面にめっき金属を形成する場合、または当該コレクタ面を洗浄する場合等に適用することができる。
縦型のスイッチング半導体素子のコレクタ面に、コレクタ電極となる金属膜を形成する方法として、スパッタ法や蒸着法等が一般的に存在する。また、ウエハコスト低減と熱損失低減のためウエハが薄膜化してきている。このように、ウエハが薄膜化してきているので、スパッタ法等によりコレクタ電極となる金属膜を形成すると、以下に示す問題があった。
つまり、スパッタ法や蒸着法を採用した場合には、400℃程度と高温での成膜処理が必要である。また、シリコンウエハの線膨張係数と金属膜の線膨張係数とは異なるため、両部材において線膨張係数差が生じる。したがって、上記高温での処理を行うと、当該線膨張係数差に起因して薄膜化しているウエハに反りが生じていた。このように、ウエハに反りが生じるので、ハンドリング、アセンブリ性が極端に低下するという問題があった。
そこで、上記のようなウエハ反りを抑制するため、コレクタ電極(金属膜)の形成方法として、低温での成膜が可能な電解めっき法および無電解めっき法が注目されている。無電解めっき法に係る先行技術として、例えば特許文献1がある。
特開2001−115268号公報
しかし、電解めっき法を利用した場合、電気を流すための通電用のシード金属を別途設ける必要がある。また、エッジ部に通電用電極も別途必要となる。また、エッジ部に通電用電極を設けると、当該部分においてめっき膜を成膜することができなくなるので、スイッチング半導体素子の歩留まりが低下するという問題も生じる。
また、無電解めっき法を利用する場合、パラジウム等の貴金属触媒が必要となる。これらの貴金属触媒は、ウエハ中に拡散し、ゲート部に混入することがある。そして、ゲート部に貴金属触媒が混入すると、正常な素子動作が阻害されるといった問題がある。
上記各問題点を解決するため、特許文献1に係る従来技術が存在する。
当該文献に係る従来技術では、ふっ化水素酸(以下HFと記す)をベースとした酸化剤を含む前処理溶液に、シリコンウエハを浸している。これにより、シリコンウエハ表面の活性化を行っている。そして、当該活性化処理後、パラジウム等を用いないで、無電解ニッケルめっきを施している。
ところが、上記文献に係る従来技術では、めっき前処理工程が煩雑となる。また、無電解ニッケルめっきを施しているため、めっき成膜速度が遅く、生産性が低下する。
また、めっき液の管理が煩雑になるため、製造コストも高くなる。
さらに、シリコンウエハ上にサブオキサイド層を介してニッケル膜が析出している。つまり、サブオキサイド層を無電解めっきの析出核として使用している。したがって、素子抵抗が増大するといった問題点もある。
以上により、仮に、通電用のシールド金属および通電用電極を設ける必要が無ければ、無電解めっき法よりも電解めっき法の法が、より実用性が高いことが分かる。
そこで、この発明は、通電用のシールド金属および通電用電極等を設けること無く、例えばコレクタ面に金属(めっき)膜を形成することができる、つまり、通電用のシールド金属および通電用電極等を設けること無く、スイッチング半導体素子を浸漬させる所定の液と、当該スイッチング半導体素子との間に電流を流すことができる、半導体装置の製造方法、半導体製造装置および、それによって製造され得るスイッチング半導体素子を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、(A)第一の主面に第一の主電極および制御電極が形成された、縦型のスイッチング半導体素子を用意する工程と、(B)所定の液が貯溜されており、当該所定の液中に電極部が配設されている、液槽内において、前記電極部に対向して、前記所定の液に前記スイッチング半導体素子の第二の主面を浸漬させる工程と、(C)前記工程(B)の後に、それぞれ所定の電圧を前記第一および第二の主電極ならびに前記制御電極に印加することにより、前記スイッチング半導体素子を導通状態にするとともに、前記所定の液を介して、前記電極部と前記第二の主面との間に電流を流す工程とを、備えている。
また、本発明に係る請求項6に記載の半導体製造方法は、所定の液が貯留されており、前記所定の液内に、第一の主面に第一の主電極および制御電極が形成された縦型のスイッチング半導体素子の、第二の主面を浸漬させることが可能な液槽と、前記第二の主面に対向して、前記所定の液内に配設される電極部と、前記第一の主電極、前記制御電極および前記電極部の各々に所定の電圧を印加することが可能な電源装置とを、備えている。
本発明の請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、(A)第一の主面に第一の主電極および制御電極が形成された、縦型のスイッチング半導体素子を用意する工程と、(B)所定の液が貯溜されており、当該所定の液中に電極部が配設されている、液槽内において、前記電極部に対向して、前記所定の液に前記スイッチング半導体素子の第二の主面を浸漬させる工程と、(C)前記工程(B)の後に、それぞれ所定の電圧を前記第一および第二の主電極ならびに前記制御電極に印加することにより、前記スイッチング半導体素子を導通状態にするとともに、前記所定の液を介して、前記電極部と前記第二の主面との間に電流を流す工程とを、備えているので、シード金属やその他の電極部等をスイッチング半導体素子に設けること無く、電極部−第二の主面間に所定の電圧値の電圧を印加(所定の電流値の電流を流す)ことができる。ここで、電極部と第二の主面との間には、所定の液が存在するので、電気化学反応を利用した、スイッチング半導体素子の第二の主面に対する、所定の処理を施すことができる。
また、本発明に係る請求項6に記載の半導体製造方法は、所定の液が貯留されており、前記所定の液内に、第一の主面に第一の主電極および制御電極が形成された縦型のスイッチング半導体素子の、第二の主面を浸漬させることが可能な液槽と、前記第二の主面に対向して、前記所定の液内に配設される電極部と、前記第一の主電極、前記制御電極および前記電極部の各々に所定の電圧を印加することが可能な電源装置とを、備えているので、シード金属やその他の電極部等をスイッチング半導体素子に設けること無く、所定の液内での電気化学反応を利用して、スイッチング半導体素子の第二の主面に対して、所定の処理を施すことができる。
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
<実施の形態1>
本実施の形態では、本発明を用いて、スイッチング半導体素子に対してめっき処理を施す場合について言及する。以下では、縦型のスイッチング半導体素子のコレクタ面に直接、金属膜(コレクタ電極)を形成する場合について説明する。
図1は、本実施の形態に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係る半導体製造装置は、液槽1、アノード電極2、および三電極型電源装置3等により構成されている。
液槽1内には、めっき液4が貯留されている。ここで、液槽1は、以下に説明する縦型のスイッチング半導体素子5のコレクタ面(第二の主面と把握できる)を、めっき液4に浸漬させることが可能な構成となっている。
なお、縦型のスイッチング半導体素子5の第一の主面(コレクタ面に対抗する面)には、エミッタ電極5a(第一の主電極と把握できる)およびゲート電極5b(制御電極と把握できる)が形成されている。
アノード電極2は、液槽1内に貯留されているめっき液内に配設されている。ここで、アノード電極2は、スイッチング半導体素子5のコレクタ面に対向して、配設されている。
また、三電極型電源装置3は、エミッタ電極5a、ゲート電極5bおよびアノード電極2の各々に、所定の電圧を印加することができるように、以下に説明する接続関係を有している。
つまり、三電極型電源装置3の第一の電圧端子3aは、エミッタ電極5aと接続されている。また、三電極型電源装置3の第二の電圧端子3bは、ゲート電極5bと接続されている。また、三電極型電源装置3の第三の電圧端子3cは、アノード電極2と接続されている。
なお、三電極型電源装置3により、エミッタ電極5aに対して高電位となる電圧が、ゲート電極5bに印加される。また、三電極型電源装置3により、エミッタ電極5aに対して高電位となる電圧が、アノード電極2に印加される。
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法(特に、コレクタ面に対するめっき成膜処理)について、図1に示す構成図を参照しながら説明する。
まず、第一の主面にエミッタ電極5aおよびゲート電極5bが形成された、縦型のスイッチング半導体素子5を用意する。当該縦型のスイッチング素子5のコレクタ面に、これからの処理により金属膜(コレクタ電極)を形成する。以下、当該コレクタ電極が形成されていないスイッチング半導体素子5を、単にウエハ5と称する。
さて、電解めっき処理前に、ウエハ5のコレクタ表面の自然酸化膜等を除去する。当該酸化膜等の除去処理は、当該コレクタ面に対してウエットエッチング処理を施すことにより行われる。
ここで、ウエットエッチング処理に用いられる液体(以下、エッチング液と称する)として、1/100に希釈したフッ酸、あるいは、(フッ酸:硝酸=1:3)の構成比から成るふっ硝酸等を用いることができる。また、当該ウエットエッチング処理は、25℃程度の温度化で1分間程度行う。
次に、上記ウエットエッチング処理後、エッチング液を除去するために、ウエハ5を3分程度水洗する。当該水洗いにより、めっき液内にエッチング液が混合することを防止することができる。
ところで、電解めっき処理に際して、めっきの液4が貯溜された液槽1を用意しておく。ここで、液槽1の底部付近において、当該めっき液4中にアノード電極2が配設されている。
なお、本実施の形態では、ニッケルと金めっきを行うこととする。したがって、めっき液4として、例えば、ニッケルに対してはワット浴を利用し、金に対しては酸性金めっき液を利用する。
ワット浴の組成は、硫酸ニッケルが240g/L、塩化ニッケルが45g/L、ホウ酸が30g/Lである。また、当該ワット浴の温度は、45℃程度である。これに対して、酸性金めっき液の組成は、シアン化金カリウムが15g/L、クエン酸が40g/L、クエン酸アンモニウム塩が40g/Lである。また、酸性金めっき液のpHは「4」であり、温度は40℃程度である。
また、アノード電極2として、ニッケルめっきの際には、電解ニッケル板を採用することができ、金めっきの際には、不溶性である白金被覆チタンを採用することができる。
さて、上記水洗い後、ウエハ5のコレクタ面がめっき液4に浸漬するように、当該ウエハ5を液槽1に設置する。ここで、当該コレクタ面は、アノード電極2に対向している。
上記のようにウエハ5を液槽1に設置したら、次に、エミッタ電極5a、ゲート電極5bおよびアノード電極2と、三電極電源装置3とを接続する。
具体的に、三電極型電源装置3の第一の電圧端子3aは、エミッタ電極5aと接続する。また、三電極型電源装置3の第二の電圧端子3bは、ゲート電極5bと接続する。また、三電極型電源装置3の第三の電圧端子3cは、アノード電極2と接続する。
さて、上記接続処理を行った後、三電極電源装置3により、各電極5a,5b,2に所定の電圧を印加する。
具体的に、三電極電源装置3を用いて、エミッタ電極5aに対して高電位となる電圧を、ゲート電極5bに印加する(例えば、エミッタ電極5aに対して+5Vの電圧を、ゲート電極5bに印加する。)。これにより、ウエハ(スイッチング半導体素子)5は、導通状態になる。
さらに、三電極電源装置3を用いて、エミッタ電極5aに対して高電位となる電圧を、アノード電極2に印加する。これにより、めっき液を介して、アノード電極2とウエハ5のコレクタ面との間に電流6(ここで、電子の向きは、符号7である)が流れる。
なお、ウエハ(スイッチング半導体素子)5は導通状態であるので、当該アノード電極2−コレクタ面間の電流6は、当該ウエハ5内にも流れる。そして、当該ウエハ5内に流れた電流6は、エミッタ電極5aから、三電極型電源装置3の第一の電圧端子3aに向けて流れる。
このように、アノード電極2−コレクタ面間に所定の電圧を印加すると、カソード電極となるコレクタ面において金属イオンの還元反応を生じる。よって、コレクタ電極となる金属膜をコレクタ面に析出させることができる。
なお、めっき析出量を制御するために、一定の電流6がアノード電極2−コレクタ面間に流れるように、三電極電源装置3を設定する。なお、上述の通り、ウエハ(スイッチング半導体素子)5は導通状態であるので、当該一定の電流6は、コレクタ面−エミッタ電極5a間にも流れる。
ここで、上記一定の電流6の電流密度は20mA/cm2である。
なお、めっき時間は、ニッケルについては5分程度であり、金については1分程度である。
以上の工程により、ウエハ5のコレクタ面に直接、膜厚2.03μm程度のニッケル膜と膜厚0.42μm程度の金膜とから成る、めっき膜8を形成することができる。
なお、当該方法により形成されためっき膜8に対して、めっき膜8とウエハ5との界面のピール強度を測定したところ、0.8−1.0kN/mの値が得られた。当該ピール強度は、充分な付着強度であることを示している。
なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法により、製造される縦型のスイッチング半導体素子5は、以下の構造を有する。
つまり、当該スイッチング半導体素子5のコレクタ面に、めっき膜8で構成されたコレクタ電極が、直接形成されている。また、めっき膜8とコレクタ面の界面において、めっき膜8の結晶方位は、コレクタ面を構成する結晶(例えば、シリコン結晶)の結晶方位に従っている。つまり、めっき膜8の結晶方位とシリコン結晶の結晶方位とは、当該界面において連続である。
本実施の形態に係る発明では、縦型のスイッチング半導体素子5のエミッタ電極5a−ゲート電極5b間に所定の電圧を印加し、当該スイッチング半導体素子5を導通状態にしている。そして、当該導通状態において、アノード電極2−コレクタ面間に、所定の液を介して、電流を流している。
したがって、電極部等をスイッチング半導体素子5に設けること無く、アノード電極2−コレクタ面間に所定の電圧値の電圧を印加(所定の電流値の電流を流す)ことができる。ここで、アノード電極2とコレクタ面との間には、所定の液が存在するので、当該所定の液中における電気化学反応を利用して、スイッチング半導体素子5のコレクタ面に対して、所定の処理を施すことができる。
例えば、本実施の形態に係る発明では、所定の液として、めっき液を採用している。
したがって、別途余分な電極部等を設けること無く、コレクタ面にめっき膜8(コレクタ電極)を形成することができる。
また、当該コレクタ電極の形成方法は、低温下(100℃以下)での製造が可能な電解めっき法を採用している。よって、コレクタ面とコレクタ電極との間で生じる線膨張係数差に起因した、ウエハの反りを抑制することができる。
また、上記の通り、コレクタ面のエッジ部に通電用電極を設ける必要が無いので、コレクタ面の全面に均一なめっき膜(コレクタ電極)を形成することができる。よって、スイッチング半導体素子の歩留まりの向上を図ることができ、結果として、製造コストを削減することができる。
また、パラジウム等の貴金属触媒を用いることが無いので、完成品の素子動作を阻害することも無い。
また、本実施の形態に係る発明は、上記文献(特開2001−115268号公報)に係る従来技術のように、めっき前処理工程が煩雑となることも無い。また、電解めっき法を採用しているため、めっき成膜速度が早く、生産性も優れている。また、めっき液の管理も容易であるため、製造コストを安価に抑えることができる。さらに、ウエハ5には直接めっき膜8が形成されるので、素子抵抗が増大することも無い。
つまり、上記文献に係る従来技術と異なり、本実施の形態に係る発明は、実用性を有している。
なお、上記説明では、エミッタ電極5aに対するゲート電極5bへの印加電圧を、+5Vとした。しかし、当該電圧値は、めっき膜の種類等により変更されることがあることは言うまでも無い。
また、コレクタ面に析出させるめっき膜8は、スイッチング半導体素子5のアセンブリ性を鑑みると、コレクタ面に直接ニッケルを成膜し、その上に銀、金等のめっきを施すのが一般的である。しかし、電解めっきが可能な金属であれば、特に種類を問わ無いことは言うまでも無い。
また図1では、めっき液4の上面にウエハ5を浸漬して、めっき処理を行うことが可能な装置の断面図が示されている。しかし、アノード電極2−コレクタ面間において、上記電圧印加が可能なものであれば、液槽1の構造、ウエハ5の設置方法等は、図1に示したものに限定されるものではない。
さらに、本実施の形態では、説明を簡単にするため、一つのウエハ5のみをめっき処理する場合について説明した。しかし、ウエハ5は複数であっても、各ウエハ5毎にはエミッタ電極5a、ゲート電極5bが形成されているので、本実施の形態に係る発明を実施できる。
<実施の形態2>
本実施の形態では、本発明を用いて、スイッチング半導体素子に対して洗浄処理を施す場合について言及する。以下では、縦型のスイッチング半導体素子のコレクタ面を洗浄する場合について説明する。
図2は、本実施の形態に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。図1,2から分かるように、本実施の形態に係る半導体製造装置の構成は、実施の形態1に係る半導体製造装置の構成とほぼ同じであり、以下の点において両装置は相違する。
つまり、実施の形態1に係る半導体製造装置では、液槽1内にはめっき液4が貯留されている。しかし、本実施の形態に係る半導体製造装置では、液槽1内に洗浄用電解質溶液11が貯留されている。
他の構成は、実施の形態1に係る半導体製造装置と同じであるので、ここでの説明は省略する。
実施の形態1では、ウエハ5に対するめっき処理前に、ウエットエッチング処理により、当該ウエハ5のコレクタ面を清浄化する場合について説明した。
しかし、本実施の形態に係る半導体製造装置または製造方法を採用することにより、例えば、めっき処理前のウエハ5のコレクタ面の洗浄を以下のようにして行うことができる。
まず、実施の形態1と同様に、第一の主面にエミッタ電極5aおよびゲート電極5bが形成された、縦型のスイッチング半導体素子(以下、単にウエハと称する)5を用意する。
また、洗浄処理に際して、洗浄用電解質溶液11が貯溜された液槽1を用意しておく。ここで、液槽1の底部付近において、当該洗浄用電解質溶液11中にアノード電極2が配設されている。
ここで、洗浄用電解質溶液11として、例えば、硫酸水溶液(150g/Lの硫酸)を採用することができる。また、アノード電極2として、当該洗浄用電解質溶液11に金属イオンが溶解しないよう、不溶性である白金被覆チタンを採用することができる。
さて、ウエハ5のコレクタ面の自然酸化膜等を除去するために、当該ウエハ5のコレクタ面に対して、以下の洗浄処理を施す。
まず、ウエハ5のコレクタ面が洗浄用電解質溶液11に浸漬するように、当該ウエハ5を液槽1に設置する。ここで、当該コレクタ面は、アノード電極2に対向している。
上記のようにウエハ5を液槽1に設置したら、次に、実施の形態1と同様の接続関係にて、エミッタ電極5a、ゲート電極5bおよびアノード電極2と、三電極電源装置3とを接続する。
具体的に、三電極型電源装置3の第一の電圧端子3aは、エミッタ電極5aと接続する。また、三電極型電源装置3の第二の電圧端子3bは、ゲート電極5bと接続する。また、三電極型電源装置3の第三の電圧端子3cは、アノード電極2と接続する。
さて、上記接続処理を行った後、三電極電源装置3により、各電極5a,5b,2に所定の電圧を印加する。
具体的に、三電極電源装置3を用いて、エミッタ電極5aに対して高電位となる電圧を、ゲート電極5bに印加する(例えば、エミッタ電極5aに対して+15Vの電圧を、ゲート電極5bに印加する。)。これにより、ウエハ(スイッチング半導体素子)5は、導通状態になる。
さらに、三電極電源装置3を用いて、エミッタ電極5aに対して高電位となる電圧を、アノード電極2に印加する。これにより、洗浄用電解質溶液11を介して、アノード電極2とウエハ5のコレクタ面との間に電流6(ここで、電子の向きは、符号7である)が流れる。そして、当該電圧印加により、洗浄用電解質溶液11内では、水素ガスが発生する。当該水素ガスが、コレクタ面の洗浄を可能とする。
また、上記水素発生量を制御するために、一定の電流6がアノード電極2−コレクタ面間に流れるように、三電極電源装置3を設定する。
なお、ウエハ(スイッチング半導体素子)5は導通状態であるので、当該アノード電極2−コレクタ面間の一定の電流6は、当該ウエハ5内にも流れる。そして、当該ウエハ5内に流れた一定の電流6は、エミッタ電極5aから、三電極型電源装置3の第一の電圧端子3aに向けて流れる。
ここで、上記一定の電流6の電流密度は120mA/cm2である。なお、洗浄時間は、3分程度である。
以上のように、本実施の形態に係る発明(電解洗浄)を採用することにより、ウエハ5のコレクタ表面付近に水素ガスを発生させることができる。そして、発生した水素ガスによりコレクタ面に付着した酸化膜等が除去され、コレクタ面の洗浄効果を得ることができる。
さらに、水素ガスの発生に伴って、洗浄用電解質溶液11はアルカリ性となる。したがって、当該コレクタ面において高い脱脂効果が得られる。
なお、本実施の形態によりウエハ5を洗浄した後、例えば実施の形態1に係る発明により、当該ウエハ5のコレクタ面にめっき膜を形成する場合には、本実施の形態に係る洗浄後、ウエハ5を水洗いしてから、めっき処理を施す必要がある。これは、めっき液と洗浄用電解質溶液11との混合を防止するためである。
ちなみに、実施の形態2に係る発明によりウエハ5を洗浄し、水洗い後、実施の形態1に係る発明によりコレクタ面にめっき膜(ニッケル膜と金膜から構成されためっき膜)を実際に形成した。当該めっき膜に対して、めっき膜とウエハ5との界面のピール強度を測定したところ、1.5kN/mの値が得られた。
当該ピール強度(1.5kN/m)は、ウエットエッチング処理により酸化膜等を除去した後、めっき膜を形成した場合に得られるピール強度(0.8−1.0kN/m)比べて、高くなっている。つまり、本実施の形態に係る洗浄方法を採用することにより、その後に、めっき膜を形成した場合には、当該めっき膜の付着強度を向上させることができる。
なお、上記説明では、エミッタ電極5aに対するゲート電極5bへの印加電圧を、+15Vとした。しかし、当該電圧値は、洗浄条件等により変更されることがあることは言うまでも無い。
なお、洗浄用電解質溶液11は、硫酸水溶液以外であっても良い。つまり、洗浄用電解質溶液11は、清浄効果が得られるのであれば、特に液性、種類を問わない。したがって、洗浄用電解質溶液11として、例えば、硝酸、リン酸、混酸等の水溶液も採用することができる。
また図2では、洗浄用電解質溶液11の上面にウエハ5を浸漬して、洗浄処理を行うことが可能な装置の断面図が示されている。しかし、アノード電極2−コレクタ面間において、上記電圧印加が可能なものであれば、液槽1の構造、ウエハ5の設置方法等は、図2に示したものに限定されるものではない。
さらに、本実施の形態では、説明を簡単にするため、一つのウエハ5のみを洗浄処理する場合について説明した。しかし、ウエハ5は複数であっても、各ウエハ5毎にエミッタ電極5a、ゲート電極5bが形成されているので、本実施の形態に係る発明を実施できる。
<実施の形態3>
本実施の形態では、本発明を用いて、スイッチング半導体素子に対して洗浄処理を施す場合について言及する。以下では、縦型のスイッチング半導体素子のコレクタ面を洗浄する場合について説明する。
図3は、本実施の形態に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。図2,3から分かるように、本実施の形態に係る半導体製造装置の構成は、実施の形態2に係る半導体製造装置の構成とほぼ同じであり、以下の点において両装置は相違する。
つまり、実施の形態2に係る半導体製造装置では、液槽1内には硫酸水溶液等の洗浄用電解質溶液11が貯留されている。しかし、本実施の形態に係る半導体製造装置では、液槽1内には金属イオンが含有されていない、めっき液21が貯留されている。ここで、金属イオンが含有されていないめっき液21は、めっき処理の際に使用されるめっき液と、金属イオンが含有されていない点を除けば、同一の成分である。
他の構成は、実施の形態2に係る半導体製造装置と同じであるので、ここでの説明は省略する。また、洗浄方法も実施の形態2に係る半導体装置の製造方法と同じであるので、以下に、概略を説明する。
まず、実施の形態3で説明したように、金属イオンが含有されていないめっき液21を液槽1内に貯留し、当該金属イオンが含有されていないめっき液21内に、スイッチング半導体素子5のコレクタ面を浸漬する。
そして、当該状態において、三電極電源装置3を用いて、エミッタ電極5a、ゲート電極5bおよびアノード電極2に所定の電圧を印加する。当該電圧の印加により、金属イオンが含有されていないめっき液21内のコレクタ面付近において、水素ガスが発生する。当該水素ガスの発生により、当該コレクタ面の洗浄が行われる。
以上のように、本実施の形態のように、金属イオンを含有しないめっき液21を採用したとしても、ウエハ5のコレクタ表面付近に水素ガスを発生させることができる。そして、発生した水素ガスによりコレクタ面に付着した酸化膜等が除去され、コレクタ面の洗浄効果を得ることができる。
さらに、水素ガスの発生に伴って、金属イオンを含有しないめっき液21はアルカリ性となる。したがって、当該コレクタ面において高い脱脂効果が得られる。
また、本実施の形態に係る発明によりウエハ5を洗浄し、その後、当該ウエハ5に対してめっき処理を施す場合において、他の実施の形態1,2で必要とされていたウエハ5の水洗いは、不要である。これは、金属イオンが含有されていないだけで、両液(つまり、めっき液と洗浄液)は、成分が同一だからであり、液の混合を考慮する必要が無いからである。
したがって、本実施の形態に係る発明を採用することにより、工程数(水洗い工程)を削減でき、結果として、製造コストの削減を図ることができる。
図3では、金属イオンが含有されていないめっき液21の上面にウエハ5を浸漬して、洗浄処理を行うことが可能な装置の断面図が示されている。しかし、アノード電極2−コレクタ面間において、上記電圧印加が可能なものであれば、液槽1の構造、ウエハ5の設置方法等は、図3に示したものに限定されるものではない。
さらに、本実施の形態では、説明を簡単にするため、一つのウエハ5のみを洗浄処理する場合について説明した。しかし、ウエハ5は複数であっても、各ウエハ5毎にエミッタ電極5a、ゲート電極5bが形成されているので、本実施の形態に係る発明を実施できる。
<実施の形態4>
本実施の形態では、本発明を用いて、スイッチング半導体素子に対して洗浄処理およびめっき処理を施す場合について言及する。つまり、実施の形態3に係る発明により縦型のスイッチング半導体素子を洗浄した後、当該縦型のスイッチング半導体素子のコレクタ面にめっき膜を形成する場合について、説明する。
まず、実施の形態3で説明した方法により、スイッチング半導体素子5のコレクタ面を洗浄する。
次に、金属イオンが含有されていないめっき液21中に、所定の金属イオンを含有させる。
次に、当該金属イオンが含有されためっき液(つまり、めっき処理の際に使用されるめっき液)内に、スイッチング半導体素子5のコレクタ面を浸漬させた状態で、実施の形態1で説明したように、三電極電源装置3を用いて、エミッタ電極5a、ゲート電極5bおよびアノード電極2に所定の電圧を印加する。
以上の工程により、スイッチング半導体素子5のコレクタ面に、所定のめっき膜(コレクタ電極)を形成することができる。
このように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を採用することにより、洗浄後のスイッチング半導体素子5を、図3で示した半導体製造装置の液槽1から、図1で示した半導体製造装置の液槽1内へ搬送する工程を省略することができる。
したがって、本実施の形態に係る発明を採用することにより、工程数(スイッチング半導体素子の搬送工程)を削減でき、結果として、製造コストの削減を図ることができる。
ちなみに、本実施の形態に係る発明により、スイッチング半導体素子5のコレクタ面にめっき膜(ニッケル膜と金膜から構成されためっき膜)を実際に形成した。当該めっき膜に対して、ピール強度を測定したところ、1.5kN/mの値が得られた。
当該ピール強度(1.5kN/m)は、ウエットエッチング処理により酸化膜等を除去した後、めっき膜を形成した場合に得られるピール強度(0.8−1.0kN/m)比べて、高くなっている。つまり、本実施の形態に係る発明を採用することにより、その後に、めっき膜を形成した場合には、当該めっき膜の付着強度を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、一つのスイッチング半導体素子5を対象として、上記一連の処理を施しても良く、また、複数のスイッチング半導体素子(各スイッチング半導体素子5毎にエミッタ電極5a、ゲート電極5bを設けられている)5を対象として、上記一連の処理を施しても良い。
実施の形態1に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。 実施の形態2に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。 実施の形態3に係る半導体製造装置の構成を示す断面図である。
符号の説明
1 液槽、2 アノード電極、3 三電極電源装置、4 めっき液、5 スイッチング半導体素子(ウエハ)、5a エミッタ電極、5b ゲート電極、8 めっき膜(コレクタ電極)、11 洗浄用電解質溶液、21 金属イオンが含有されていないめっき液。

Claims (8)

  1. (A)第一の主面に第一の主電極および制御電極が形成された、縦型のスイッチング半導体素子を用意する工程と、
    (B)所定の液が貯溜されており、当該所定の液中に電極部が配設されている、液槽内において、前記電極部に対向して、前記所定の液に前記スイッチング半導体素子の第二の主面を浸漬させる工程と、
    (C)前記工程(B)の後に、それぞれ所定の電圧を前記第一および第二の主電極ならびに前記制御電極に印加することにより、前記スイッチング半導体素子を導通状態にするとともに、前記所定の液を介して、前記電極部と前記第二の主面との間に電流を流す工程とを、備えている、
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記所定の液は、めっき液である、
    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. 前記所定の液は、洗浄用電解質溶液である、
    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。
  4. (X)前記工程(C)の後に、めっき液を用いて、めっき処理を行う工程を、さらに備えており、
    前記工程(B)および(C)における前記所定の液は、前記工程(X)で用いられる前記めっき液から金属イオンを除いた液であり、当該金属イオンを除けば前記めっき液と同一の成分の液である、
    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。
  5. 金属イオンが含有されていないめっき液を前記所定の液として用いて、前記工程(A)ないし(C)を施した後に、前記金属イオンが含有されていないめっき液中に所定の金属イオンを含有させ、その後に、前記めっき液を前記所定の液として前記工程(B)、(C)を施す、
    ことを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 所定の液が貯留されており、前記所定の液内に、第一の主面に第一の主電極および制御電極が形成された縦型のスイッチング半導体素子の、第二の主面を浸漬させることが可能な液槽と、
    前記第二の主面に対向して、前記所定の液内に配設される電極部と、
    前記第一の主電極、前記制御電極および前記電極部の各々に所定の電圧を印加することが可能な電源装置とを、備えている、
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  7. 前記所定の液は、めっき液である、
    ことを特徴とする請求項6に記載の半導体製造装置。
  8. 前記所定の液は、洗浄用電解質溶液である、
    ことを特徴とする請求項6に記載の半導体製造装置。
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