JP6588028B2 - 半導体装置の製造方法及びレジストガラス - Google Patents
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Description
また、近年、半導体装置の技術の分野において、高い生産性を有する半導体装置の製造方法が求められているという事情もある。
実施形態1に係る半導体装置の製造方法は、図1及び図2に示すように、半導体基板準備工程と、溝形成工程と、酸化膜除去工程と、粗面化領域形成領域と、電極形成工程と、半導体基板切断工程とをこの順序で実施する。以下、実施形態1に係る半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
まず、n−型半導体基板(n−型シリコン基板)110の一方の表面からのp型不純物の拡散によりp+型半導体層112を形成し、他方の表面からのn型不純物の拡散によりn+型半導体層114を形成して、主面に平行なpn接合が形成された半導体基板を形成する。その後、熱酸化によりp+型半導体層112及びn+型半導体層114の表面に酸化膜116,118を形成する(図1(a)参照。)。
次に、フォトエッチング法によって、酸化膜116の所定領域に所定の開口部を形成する。酸化膜のエッチング後、引き続いて半導体基板のエッチングを行い、半導体基板の一方の表面からpn接合を超える深さの溝120を形成する(図1(b)参照。)。これにより、溝120の内部にpn接合露出部を形成する。
次に、半導体基板110の表面に形成された酸化膜116を部分的に除去する。酸化膜除去工程は、レジストガラス層124を形成する第1工程と、レジストガラス層124を緻密化する第2工程と、レジストガラス層124をマスクとして酸化膜116を部分的に除去する第3工程とをこの順序で含む。なお、酸化膜除去工程の後には、レジストガラス層124を除去する工程を含まず、レジストガラス層124をそのままパッシベーション用のガラスとして用いる。
まず、電気泳動法によって、露光工程を用いることなく酸化膜116の上面のうち溝の周囲の領域及び溝の内面にレジストガラス層124を形成する(図1(c)参照。)。従って、溝120の内部におけるpn接合露出部はレジストガラス層124により直接被覆された状態となる。
次に、レジストガラス層124を所定温度条件で焼成してレジストガラス層124を緻密化する(図1(d)参照。)。
次に、レジストガラス層124をマスクとして酸化膜116の上面のうち溝の周囲の領域以外の領域(Niめっき電極膜を形成する領域130)の酸化膜116を除去する(図2(a)参照。)。第3工程においては、フッ酸を含むエッチング液(例えば、バッファードフッ酸)を用いて酸化膜116を除去する。
次に、酸化膜除去工程において酸化膜116が除去された領域(Niめっき電極膜を形成する領域130)における半導体基板110表面の粗面化処理を行い、Niめっき電極と半導体基板との密着性を高くするための粗面化領域132を形成する(図2(b)参照。)。
次に、半導体基板にNiめっきを行い、粗面化領域132上(第3工程において酸化膜116が除去された領域上)にアノード電極134を形成するとともに、半導体基板110の他方の表面にカソード電極136を形成する(図2(c)参照。)。
次に、ダイシング等により、レジストガラス層124の中央部において半導体基板を切断して半導体基板をチップ化して、メサ型半導体素子(pnダイオード)100を製造する(図2(d)参照。)。
実施形態2に係る半導体装置の製造方法は、基本的には実施形態1に係る半導体装置の製造方法と同様の工程を有するが、レジストガラス層の組成が実施形態1に係る半導体装置の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態2に係る半導体装置の製造方法において、レジストガラス層は、ZnOの含有量が4mol%〜14mol%の範囲内にあるレジストガラスからなり、具体的には、少なくともSiO2と、B2O3と、Al2O3と、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうち少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有せず、SiO2の含有量が50mol%〜65mol%の範囲内にあり、B2O3の含有量が8mol%〜18mol%の範囲内にあり、Al2O3の含有量が4mol%〜15mol%の範囲内にあり、ZnOの含有量が4mol%〜14mol%の範囲内にあり、アルカリ土類金属の酸化物の含有量が6mol%〜16mol%の範囲内にあるレジストガラスからなる。
実施形態3に係る半導体装置の製造方法は、基本的には実施形態1に係る半導体装置の製造方法と同様の工程を有するが、製造される半導体装置が、プレーナ型の半導体装置である点が実施形態1に係る半導体装置の製造方法とは異なる。すなわち、実施形態3に係る半導体装置の製造方法においては、図4及び図5に示すように、製造される半導体装置が、表面にpn接合が露出するpn接合露出部を有する半導体基板を備えるプレーナ型の半導体装置(pnダイオード)である。
まず、n+型半導体層(n+型シリコン基板)210上にn−型半導体層(n−型エピタキシャル層)212が積層された半導体基板を準備する(図4(a)参照。)。
次に、マスクM1を形成した後、当該マスクM1を介してn−型半導体層212の表面における所定領域にイオン注入法によりp型不純物(例えばボロンイオン)を導入する。その後、熱拡散することにより、p+型半導体層214を形成する(図4(b)参照。)。このとき、半導体基板の表面にpn接合露出部が形成される。
次に、マスクM1を除去するとともにマスクM2を形成した後、当該マスクM2を介してn−型半導体層212の表面における所定領域にイオン注入法によりn型不純物(例えばヒ素イオン)を導入する。その後、熱拡散することにより、n+型半導体層216を形成する(図4(c)参照。)。
次に、マスクM2を除去した後、ドライ酸素(DryO2)を用いた熱酸化法によって、n−型エピタキシャル層212の表面(及びn+型シリコン基板210の裏面)にシリコン酸化膜からなる酸化膜215を形成する(図4(d)参照。)。酸化膜215の厚さは、5nm〜100nmの範囲内(例えば20nm)とする。酸化膜215の形成は、半導体基板を拡散炉に入れた後、酸素ガスを流しながら900℃の温度で10分処理することにより行う。なお、酸化膜215の厚さが5nm未満であると製造される半導体装置の逆方向電流低減の効果が得られなくなる場合がある。
次に、半導体基板の表面に形成された酸化膜215を部分的に除去する。酸化膜除去工程は、露光工程を用いることなく酸化膜215の上面にレジストガラス層217を選択的に形成する第1工程と、レジストガラス層217を焼成して当該レジストガラス層217を緻密化する第2工程と、レジストガラス層217をマスクとして酸化膜215を部分的に除去する第3工程とを含む。なお、酸化膜除去工程の後には、レジストガラス層217を除去する工程を含まない。
(e−1)第1工程
まず、スクリーン印刷法によって、酸化膜215の上面のうち酸化膜215を介してpn接合露出部を覆う領域に露光工程を用いることなくレジストガラス層217を形成する(図5(a)参照。)。
(e−2)第2工程
次に、レジストガラス層217を所定温度条件で焼成して当該レジストガラス層217を緻密化する(図5(b)参照。)
(e−3)第3工程
次に、レジストガラス層217をマスクとして酸化膜215を部分的に除去する(図5(c)参照。)。第3工程においては、フッ酸を含むエッチング液(例えば、バッファードフッ酸)を用いて酸化膜215を除去する。
次に、半導体基板の表面における酸化膜215が除去された領域にアノード電極218を形成するとともに、半導体基板の裏面にカソード電極220を形成する(図5(d)参照。)。
次に、ダイシング等により、半導体基板を切断して半導体基板をチップ化して、半導体装置200を製造する(図示せず。)。
<試験例1>
試験例1は、「本発明のレジストガラスは、エッチング液に対して高い耐性を有するレジストガラス層を形成することができる」ことを確かめるための試験例である。
(1)試料1(実施例)
実施形態1に係るレジストガラスと同様のレジストガラスを用いて、電気泳動法により鏡面のシリコンウェーハの表面にレジストガラス層を形成し、当該レジストガラス層を焼成した後、シリコンウェーハを10mm×10mmのサイズに切り出して、試料1とした。
実施形態2に係るレジストガラスと同様のレジストガラスを用いて、電気泳動法により鏡面のシリコンウェーハの表面にレジストガラス層を形成し、当該レジストガラス層を焼成した後、シリコンウェーハを10mm×10mmのサイズに切り出して、試料2とした。
一般的な鉛含有ガラスを用いて、電気泳動法により鏡面のシリコンウェーハの表面にレジストガラス層を形成し、当該レジストガラス層を焼成した後、シリコンウェーハを10mm×10mmのサイズに切り出して、試料3とした。
各試料(試料1〜3)のレジストガラス層形成面に4mmφの開口を有する有機レジストを形成した。その後、各試料をバッファードフッ酸溶液(HF:HN4=1:10)に10分間浸漬した後、有機レジストを除去し、エッチング部と非エッチング部との段差(4箇所)を焦点深度法によって測定した。その結果、測定した箇所における段差の平均値が6.0μm以下の場合に「○」の評価を与え、測定した箇所における段差の平均値が6.0μmを超える場合に「×」の評価を与えた。
図6からも分かるように、試料1(実施例)においては、上記した段差の平均値は1μm以下であり、試料2(実施例)においては、上記した段差の平均値は1μm〜2μmの範囲内にある。従って、ともに評価基準を満たしていたためともに「○」の評価を与えた。これに対して、試料3(比較例)においては、上記した段差の平均値は12〜15μmの範囲内にあるため「×」の評価を与えた。
試験例2は、「本発明のレジストガラスは、半導体装置を製造する過程でこれを用いることにより、レジストガラス層をそのままパッシベーション用のガラス層として用いることができる」ことを確かめるための試験例である。
試料4〜7(実施例)及び試料8〜10(比較例)に示す組成比(図7参照。)になるように原料を調合し、混合機でよく攪拌した後、その混合した原料を白金ルツボに入れ、電気炉中で所定温度(1350℃〜1550℃)に上昇させて2時間溶融させた。その後、融液を水冷ロールに流し出して薄片状のガラスフレークを得た。このガラスフレークをボールミルで平均粒径が5μmとなるまで粉砕して、粉末状のレジストガラスを得た。
上記方法により得た各レジストガラスを用いて以下の評価項目により評価した。
各レジストガラスを用いてレジストガラス層を形成し、当該レジストガラス層を焼成してレジストガラス層を緻密化するときの温度(焼成温度)を測定した。焼成温度が高すぎると製造中の半導体装置に与える影響が大きくなるため、焼成温度が1000℃以下である場合に「○」の評価を与え、焼成温度が1000℃を超える場合に「×」の評価を与えた。
レジストガラスが王水、めっき液及びフッ酸の全てに対して難溶性を示す場合に「○」の評価を与え、王水、めっき液及びフッ酸のうちの少なくとも1つに対して溶解性を示す場合に「×」の評価を与えた。このうち、フッ酸に対して難溶性を示すか否かの試験は、以下の2つの試験方法(試験方法1及び2)により実施した。
各レジストガラスを用いて電気泳動法により鏡面のシリコンウェーハの表面にレジストガラス層を形成し、当該レジストガラス層を焼成した後、シリコンウェーハを10mm×10mmのサイズに切り出して試験片とした。その後、各試験片をフッ酸溶液(6%)に5分間浸漬し、浸漬前後の重量変化を測定した。
各レジストガラスを用いて電気泳動法により鏡面のシリコンウェーハの表面にレジストガラス層を形成し、当該レジストガラス層を焼成した後、シリコンウェーハを10mm×10mmのサイズの試料を作製した。その後、これらの試料のレジストガラス層形成面に4mmφの開口を有する有機レジストを形成し、これを試験片とした。その後、各試験片をフッ酸溶液(6%)に5分間浸漬した後、有機レジストを除去し、エッチング部と非エッチング部との段差(4箇所)を焦点深度法により測定した。
試験方法1において、試験片の重量変化が2.0mg以下であり、かつ、試験方法2において、測定した4箇所における段差の平均値が6.0μm以下の場合に「○」の評価を与え、試験方法1において、試験片の重量変化が2.0mgを超えた場合、及び、試験方法2において、測定した4箇所における段差の平均値が6.0μmを超えた場合の少なくともいずれかの場合に「×」の評価を与えた。
上記した「1.試料の調整」に記載された方法によって作製されたレジストガラスの融液から薄片状のレジストガラス板を作製し、当該薄片状のレジストガラス板を用いて、50℃〜550℃におけるレジストガラスの平均線膨張率を測定した。平均線膨張率の測定は、島津製作所製の熱機械分析装置TMA−60を用いて、長さ20mmのシリコン単結晶を標準試料として、全膨張測定法(昇温速度10℃/分)により行った。その結果、50℃〜550℃における平均線膨張率とシリコンの線膨張率(3.73×10−6)との差が「0.5×10−6」以下の場合に「○」の評価を与え、当該差が「0.5×10−6」を超える場合に「×」の評価を与えた。なお、図7の評価項目4の欄中、括弧内の数字は、50℃〜550℃におけるレジストガラスの平均線膨張率×10−6の値を示す。
レジストガラスとして、試料4〜10のレジストガラスを用いた点以外の点は実施形態1に係る半導体装置の製造方法と同様の方法によって耐圧600V級の半導体装置(pnダイオード)を作製し、作製した半導体装置の逆方向特性を測定した(試料4及び5については図8参照。)。ただし、試料7(実施例)においては、溝の内表面に絶縁膜(熱酸化膜)を形成した後に、当該絶縁膜上にレジストガラス層を形成した。また、試料8〜10(比較例)においては、レジストガラス層をマスクとする代わりにレジストガラス層の上に形成したフォトレジスト層をマスクとして酸化膜を除去した。その結果、半導体装置の逆方向特性が正常範囲にある場合に「○」の評価を与え、半導体装置の逆方向特性が正常範囲にない場合に「×」の評価を与えた。
上記した評価項目1〜4についての各評価がすべて「○」の場合に「○」の評価を与え、各評価のうち1つでも「×」がある場合に「×」の評価を与えた。
図7からも分かるように、試料8〜10(比較例)に係るレジストガラスはいずれも、いずれかの評価項目で「×」の評価があり、「×」の総合評価が得られた。すなわち、試料8〜10(比較例)に係るレジストガラスは、評価項目2で「×」の評価が得られた。また、試料9(比較例)に係るレジストガラスは、評価項目3でも「×」の評価が得られた。
Claims (1)
- 半導体基板の表面に形成された酸化膜を部分的に除去する酸化膜除去工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜除去工程は、
露光工程を用いることなく前記酸化膜の上面にレジストガラス層を選択的に形成する第1工程と、
前記レジストガラス層を焼成して当該レジストガラス層を緻密化する第2工程と、
前記レジストガラス層をマスクとして前記酸化膜を部分的に除去する第3工程とを含み、
前記レジストガラス層は、少なくともSiO2と、B2O3と、Al2O3と、ZnOと、CaO、MgO及びBaOのうち少なくとも2つのアルカリ土類金属の酸化物とを含有し、かつ、Pbと、Asと、Sbと、Liと、Naと、Kとを実質的に含有せず、
SiO2の含有量が50mol%〜65mol%の範囲内にあり、
B2O3の含有量が8mol%〜18mol%の範囲内にあり、
Al2O3の含有量が4mol%〜15mol%の範囲内にあり、
ZnOの含有量が4mol%〜14mol%の範囲内にあり、
アルカリ土類金属の酸化物の含有量が6mol%〜16mol%の範囲内にあるレジストガラスからなり、
前記第3工程においては、バッファードフッ酸を用いて前記酸化膜を除去し、
前記酸化膜除去工程の前には、
主面に平行なpn接合を有し、かつ、主面が酸化膜で覆われた半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、
前記半導体基板の一方の主面からpn接合を超える深さの溝を形成することにより、前記溝の内部にpn接合露出部を形成する溝形成工程とをこの順で含み、
前記第1工程においては、電気泳動法によって、前記酸化膜の上面のうち前記溝の周囲の領域及び前記溝の内面にPbを実質的に含有しない前記レジストガラス層を前記溝の内面で前記pn接合露出部が被覆されるように形成し、
前記第3工程においては、前記レジストガラス層をマスクとしてバッファードフッ酸を用いて前記酸化膜を除去し、
前記酸化膜除去工程の後には、
前記酸化膜除去工程において酸化膜が除去されたNiめっきを形成する領域における前記半導体基板の表面の粗面化処理を、前記マスクとして用いた前記レジストガラス層が残存する状態で行って、Niめっき電極と前記半導体基板との密着性を高くするための粗面化領域を形成する粗面化領域形成工程と、
前記マスクとして用いた前記レジストガラス層が残存する状態で、前記半導体基板にNiめっきを行って、前記粗面化領域上にNiめっき電極を形成する電極形成工程と、を含み、
前記酸化膜除去工程の後には、前記マスクとして用いた前記レジストガラス層を除去する工程を含まないものであり、
前記半導体基板の前記粗面化領域の上面に形成された前記Niめっき電極に隣接し且つ前記半導体基板の上面と前記レジストガラス層の端部との間に位置し、前記第3工程において除去されずに残存する前記酸化膜の一部である、シリコン酸化膜の厚さは、5nm〜100nmの範囲内であり、
前記残存する前記酸化膜の一部は、前記溝の周囲の領域において、前記溝の内面に形成された前記レジストガラス層と前記粗面化領域上に形成された前記Niめっき電極とに、挟まれている、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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