JPWO2018105299A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

所定回転数で回転させた半導体ウエハ（１０）のおもて面（１０ａ）にフォトレジストを塗布して所定厚さ（ｔ１）のフォトレジスト膜（３１）を形成して乾燥させる。次に、フォトレジスト塗布時の所定回転数以下の回転数で半導体ウエハ（１０）を回転させながら薬液（４４）を滴下することで、フォトレジスト膜（３１）の所定厚さ（ｔ１）を維持した状態で、フォトレジスト膜（３１）の端部を薬液（４４）で溶解し除去する。次に、露光・現像により、フォトレジスト膜（３１）を所定パターンにする。現像後、ＵＶキュアまたはポストベークを行わずに、フォトレジスト膜（３１）をマスクとして、半導体ウエハ（１０）のおもて面（１０ａ）から８μｍ以上の飛程となるヘリウム照射（３２）を行う。これによれば、フォトレジスト膜（３１）をマスクとして用いて所定領域に位置精度よく所定不純物を注入することができ、かつコストを低減させることができる。

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関する。
従来、高加速エネルギーでのイオン注入によりライフタイムキラーとなる不純物欠陥を導入することで特性向上および特性改善を図ったパワーデバイスが開発されている。例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と当該ＩＧＢＴに逆並列に接続されたＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：還流ダイオード）とを同一半導体チップに内蔵して一体化した構造の逆導通型ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）では、ヘリウム（Ｈｅ）を照射してライフタイムキラーとなる欠陥をｎ-型ドリフト領域に形成することが公知である。
図１２，１３は、従来のＲＣ−ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。図１２に示す従来のＲＣ−ＩＧＢＴでは、ｎ-型ドリフト領域１０１とｐ型ベース領域１０２との界面付近に、ヘリウム照射による欠陥１１３が形成されている。この欠陥１１３は、ＦＷＤ領域１１２だけでなく、ＩＧＢＴ領域１１１にも形成されている。ＩＧＢＴ領域１１１は、ＩＧＢＴが配置された領域である。ＦＷＤ領域１１２は、ＦＷＤが配置された領域である。また、図１３に示すように、ＩＧＢＴ領域１１１での漏れ電流低減や損失低減を図るために、ＦＷＤ領域１１２のみに欠陥１１４を形成したＲＣ−ＩＧＢＴが提案されている（例えば、下記特許文献１〜３参照。）。
このようなＲＣ−ＩＧＢＴを作製（製造）するにあたって、ｎ+型エミッタ領域１０３やｐ+型コンタクト領域１０４のような拡散領域を選択的に形成するには、各領域に対応する部分が開口したフォトレジスト膜１２１をマスク（遮蔽膜）として半導体ウエハ１１０に不純物がイオン注入１２２される（図１４）。図１４は、フォトレジスト膜をマスクとして用いたイオン注入工程の状態を模式的に示す断面図である。フォトレジスト膜１２１はイオン注入１２２される不純物の飛程に対応した厚さｔ１０１で形成され、通常、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等がイオン注入１２２される。また、フォトレジスト膜１２１は、イオン注入１２２の後、灰化処理（アッシング）により除去される。
また、下記特許文献２（第００２５〜００２７段落）には、ＦＷＤ領域に対応する部分のみを開口したマスクを用いて、半導体ウエハの所定の深さにヘリウムを選択的に照射することが開示されている。下記特許文献３（第００４５段落）には、所定パターンのフォトレジスト膜を遮蔽膜とし、半導体ウエハにヘリウムを選択的に照射することが開示されている。また、高加速エネルギーでのヘリウム照射やプロトン（Ｈ+）照射のように、不純物の注入（照射）１３２の深さ（飛程）が深く、フォトレジスト膜では遮蔽膜としての機能をなさない場合、メタルマスクやシリコン（Ｓｉ）マスク等のハードマスク１３１を用いる方法が知られている（図１５）。
図１５，１６は、ハードマスクをマスクとして用いたイオン注入工程の状態を模式的に示す断面図である。図１５に示すように、不純物のイオン注入の遮蔽膜としてハードマスク１３１を用いる場合、半導体ウエハ１１０に予め形成された位置合わせ用マークを基準として半導体ウエハ１１０とハードマスク１３１との位置合わせが行われ、両者が対向する主面同士が接触しないように例えばクリップやネジ（不図示）等で固定される。そして、半導体ウエハ１１０とハードマスク１３１とが固定された状態で、ハードマスク１３１側から高加速エネルギーで不純物を注入１３２することで、所定領域にのみ所定のイオン種の不純物や欠陥が導入される。
例えば、ＲＣ−ＩＧＢＴにおいて、ＦＷＤ領域１１２にのみヘリウム照射による欠陥１１４を導入する場合の製造途中の状態を図１６に示す。図１６に示すように、半導体ウエハ１１０にＩＧＢＴおよびＦＷＤの素子構造を形成した後、半導体ウエハ１１０の裏面（ｐ+型コレクタ領域１０５側の面）に対向するように、例えばクリップやネジ（不図示）等で半導体ウエハ１１０にハードマスク１３１を固定する。そして、ハードマスク１３１をマスクとして半導体ウエハ１１０の裏面からヘリウムを照射することで、ハードマスク１３１の開口部１３１ａからＦＷＤ領域１１２のみにヘリウム照射による欠陥１１４が導入される。
特開２０１５−１１８９９１号公報 特開２００８−１９２７３７号公報 特開２０１４−１３５４７６号公報
しかしながら、ハードマスク１３１は切削加工やワイヤカット加工等により機械的に加工されるため、開口部１３１ａの位置精度に劣る。また、ハードマスク１３１の開口部１３１ａの加工最小寸法は３００μｍ程度と大きいため、各半導体領域の微細化が難しく、デバイス寸法によっては用いることができない。また、半導体ウエハ１１０とハードマスク１３１との位置合わせ精度は±５０μｍ程度であり、フォトリソグラフィにより形成されるフォトレジスト膜１２１のアライメント精度（±１．５μｍ程度）と比較して精度に劣る。このため、設計マージンを大きく取る必要があり、チップサイズが大きくなることで、１枚の半導体ウエハから切り出し可能なチップ枚数が減少し、コストが増加する。
一方、フォトレジスト膜１２１を遮蔽膜とし、不純物のイオン注入１２２の深さを深くする場合、上述したようにイオン注入１２２する不純物の飛程に対応した厚さｔ１０１でフォトレジスト膜１２１を形成する必要がある。例えば、フォトレジスト膜１２１中の飛程が半導体ウエハ１１０中の飛程の倍となるとする。このとき、半導体ウエハ１１０への不純物のイオン注入１２２の深さが０．５μｍである場合には、フォトレジスト膜１２１の厚さｔ１０１は１．０μｍである。しかし、ヘリウム照射やプロトン（Ｈ+）照射のように半導体ウエハ１１０への不純物のイオン注入１２２の深さが例えば５０μｍと深くなる場合、フォトレジスト膜１２１の厚さｔ１０１は１００μｍ以上必要となる。
このように遮蔽膜として用いるフォトレジスト膜（レジストマスク）１２１の厚さｔ１０１を厚くする場合、次の問題が生じる。図９は、従来の半導体装置の製造方法の一部の工程の概要を示すフローチャートである。図１０は、従来のレジストマスクの形成途中の状態を示す断面図である。一般に、フォトレジスト膜１２１を形成する場合、まず、コーター（塗布機）１４０の回転支持台１４１に半導体ウエハ１１０を固定する。次に、ノズル（不図示）から半導体ウエハ１１０の一方の主面１１０ａにフォトレジストを塗布した後、半導体ウエハ１１０を回転させて半導体ウエハ１１０の一方の主面１１０ａの全面に所定の厚さｔ１０１でフォトレジスト膜１２１を形成する（ステップＳ１０１）。
次に、半導体ウエハ１１０を回転させた状態で、フォトレジスト膜１２１の端部に薬液１４４を滴下し、フォトレジスト膜１２１の端部から所定幅ｗ１０１の部分１２１ａを、フォトレジスト膜１２１の端部を全周にわたって溶解して除去する（ステップＳ１０２）。フォトレジスト膜１２１の端部付近１４５の拡大図を図１０の下側に示す。ステップＳ１０２では、半導体ウエハ１１０の周縁部１１０ｄの全周を露出させる（以下、半導体ウエハ１１０の端面処理とする）。半導体ウエハ１１０の周縁部１１０ｄとは、半導体チップとして用いない無効領域となる部分であり、半導体ウエハ１１０の搬送時に、搬送ハンド（不図示）で挟み込む部分や、ウエハカセット（不図示）の内壁に櫛歯状に設けられた溝の側壁に接触する部分である。
ステップＳ１０２では、フォトレジスト膜１２１の厚さｔ１０１が厚いと、フォトレジスト膜１２１の端部から所定幅ｗ１０１の部分１２１ａを溶解しているときに新たに露出した端面１２１ｂの形状が崩れて、溶解したフォトレジストが外側（半導体ウエハ１１０の端部１１０ｃ側）へ流れ出してしまう。このため、半導体ウエハ１１０の周縁部１１０ｄに、半導体ウエハ１１０の一方の主面１１０ａを覆うように、または半導体ウエハ１１０の一方の主面１１０ａから端部１１０ｃまでを覆う、またはさらに他方の主面１１０ｂにまでわたって覆うように、フォトレジスト膜１２１が残ってしまう。すなわち、ステップＳ１０２において、フォトレジスト膜１２１の端部から所定幅ｗ１０１の部分１２１ａを完全に除去することができず、半導体ウエハ１１０の周縁部１１０ｄを覆った状態で残ってしまう。
半導体ウエハ１１０の周縁部１１０ｄにフォトレジスト膜１２１が残っている場合、ステップＳ１０２の後、フォトレジスト膜１２１を除去（ステップＳ１０７）するまでに行う各工程において、フォトレジスト膜１２１の、半導体ウエハ１１０の周縁部１１０ｄに残る部分が搬送ハンドやウエハカセットの収納溝、ステッパー（露光装置）等のステージに接触することで剥がれ落ちる。剥がれ落ちたフォトレジスト膜１２１はパーティクル（微小な塵）の発生源となるため、半導体ウエハ１１０に付着して不良チップが増大する虞がある。また、フォトレジスト膜１２１の、半導体ウエハ１１０の他方の主面１１０ｂに残る部分がステッパー等のステージに接触し、当該ステージが汚染される虞がある。
フォトレジスト膜１２１を除去（ステップＳ１０７）するまでに行う各工程とは、露光（ステップＳ１０３）、現像（ステップＳ１０４）、ＵＶ（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ：紫外線）キュアまたはポストベーク（ステップＳ１０５）、およびヘリウム照射（ステップＳ１０６）等である。特に、露光工程において、剥がれ落ちたフォトレジスト膜１２１が半導体ウエハ１１０やステッパーに悪影響を及ぼす。ステップＳ１０５では、フォトレジスト膜１２１の表面を固めて、ヘリウム照射時にフォトレジスト膜１２１の表面が変質することを防止している。符号１４１ａは、モータの動力を回転支持台１４１に伝達する回転軸である。符号１４２はコーター１４０のカップ（外輪）であり、符号１４３は薬液１４４が吐出されるノズルである。
また、ステップＳ１０１では、ステップＳ１０６で用いる遮蔽膜として必要な所定厚さｔ１０１でフォトレジスト膜１２１が形成される。そして、ステップＳ１０２では、フォトレジスト膜１２１の、薬液１４４で溶解させた部分を回転による遠心力で外側へ飛ばして除去するため、ステップＳ１０１の処理時の約２倍以上の回転数［ｒｐｍ：ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ］で半導体ウエハ１１０を回転させる。通常、フォトレジストの粘度や溶媒の種類が同じ場合、フォトレジスト膜１２１の厚さｔ１０１は、半導体ウエハ１１０の回転数の増加にともなって指数関数的に減少する（図１１参照）。図１１は、半導体ウエハの回転数とフォトレジスト膜の厚さとの関係を示す特性図である。
例えば、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１での半導体ウエハ１１０の回転数ｍ１［ｒｐｍ］よりも高い回転数ｍ２［ｒｐｍ］以上で半導体ウエハ１１０を回転させるとする（ｍ１＜ｍ２＜ｍ３）。ステップＳ１０２の処理時、フォトレジスト膜１２１の硬さはステップＳ１０１の処理時とほぼ同じである。このため、ステップＳ１０１において、半導体ウエハ１１０の回転数ｍ１［ｒｐｍ］としてフォトレジスト膜１２１の所定厚さｔ１０１を確保したとしても、ステップＳ１０２において半導体ウエハ１１０の回転数ｍ２［ｒｐｍ］を高くすることで、フォトレジスト膜１２１の最終的な厚さｔ１０１’は所定厚さｔ１０１よりも薄くなってしまう（ｔ１０１’＜ｔ１０１）。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、フォトレジスト膜をマスクとして用いて所定領域に位置精度よく所定不純物を注入することができ、かつコストを低減させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体ウエハの第１主面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する第１工程を行う。次に、前記フォトレジスト膜の所定箇所を開口してレジストマスクを形成する第２工程を行う。次に、前記レジストマスクをマスクとして、前記半導体ウエハの第１主面から８μｍ以上の飛程となる加速エネルギーで不純物をイオン注入する第３工程を行う。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、前記半導体ウエハの第１主面の全面に所定厚さの前記フォトレジスト膜を形成する。前記第１工程の後、前記第２工程の前に、熱処理により前記フォトレジスト膜を乾燥させる乾燥工程を行い、前記乾燥工程の後、前記フォトレジスト膜の端部から所定幅の部分を、前記フォトレジスト膜の端部を全周にわたって薬液で溶解して除去する除去工程を行うことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、前記半導体ウエハを当該半導体ウエハの第１主面と直交する中心軸周りに所定回転数で回転させることで前記フォトレジストを前記半導体ウエハの第１主面の全面に広げて前記所定厚さの前記フォトレジスト膜を形成する。前記除去工程では、前記半導体ウエハを前記中心軸周りに前記所定回転数以下の回転数で回転させた状態で前記フォトレジスト膜の端部に前記薬液を滴下して、前記フォトレジスト膜の端部の全周にわたって前記薬液を塗布することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記フォトレジスト膜の厚さは、３３μｍ以上であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記イオン注入の加速エネルギーは、３．０ＭｅＶ以上であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記不純物はヘリウムであることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記イオン注入のドーズ量を１×１０15／ｃｍ2以下とする。前記イオン注入の加速エネルギーを５ＭｅＶ以下とする。前記第２工程の後、他の工程を挟まずに前記第３工程を行うことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程は、前記フォトレジスト膜に所定のマスクパターンを転写する露光工程と、前記マスクパターンに基づいて前記フォトレジスト膜を選択的に溶かして、前記フォトレジスト膜の前記所定箇所を開口する現像工程と、を含む。前記現像工程の後、他の工程を挟まずに前記第３工程を行うことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、化学増幅型の前記フォトレジストを用いることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、ポジ型の前記フォトレジストを用いることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、ネガ型の前記フォトレジストを用いることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程の前に、前記半導体ウエハの第１領域に第１半導体素子を形成し、前記半導体ウエハの第２領域に第２半導体素子を形成する素子形成工程をさらに含む。前記フォトレジスト膜の前記所定箇所は、前記第２領域の形成領域に対応する箇所であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１半導体素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。前記第２半導体素子はダイオードである。前記素子形成工程では、第１導電型の前記半導体ウエハの第１主面の表面層に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第２導電型半導体領域を形成する。前記第３工程では、前記半導体ウエハの第１主面から、前記半導体ウエハの、前記第２導電型半導体領域との界面付近に前記不純物を注入することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１半導体素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。前記第２半導体素子はダイオードである。前記素子形成工程では、第１導電型の前記半導体ウエハの第２主面の表面層に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第２導電型半導体領域を形成する。前記第３工程では、前記半導体ウエハの第１主面から、前記半導体ウエハの、前記第２導電型半導体領域との界面付近に前記不純物を注入することを特徴とする。
上述した発明によれば、レジストマスクを用いることで、ハードマスクを用いる場合と比べて、マスク開口部の最小加工寸法を小さくすることができ、かつ半導体ウエハとの位置合わせ精度を向上させることができる。また、デバイス設計時に設計マージンを削減することができるため、チップサイズを小さくすることができる。これによって、１枚の半導体ウエハから切り出し可能なチップ枚数を増やすことができる。
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、フォトレジスト膜をマスクとして用いて所定領域に位置精度よく所定不純物を注入することができ、かつコストを低減させることができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。 図２は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の別の一例の状態を示す断面図である。 図３は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の一部の工程の概要を示すフローチャートである。 図４は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。 図５は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。 図６は、図４のステップＳ５の処理後のフォトレジスト膜の状態を示す断面図である。 図７は、比較例のフォトレジスト膜の状態を示す断面図である。 図８は、ヘリウムの注入深さとフォトレジスト膜の厚さとの関係を示す特性図である。 図９は、従来の半導体装置の製造方法の一部の工程の概要を示すフローチャートである。 図１０は、従来のレジストマスクの形成途中の状態を示す断面図である。 図１１は、半導体ウエハの回転数とフォトレジスト膜の厚さとの関係を示す特性図である。 図１２は、従来のＲＣ−ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。 図１３は、従来のＲＣ−ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。 図１４は、フォトレジスト膜をマスクとして用いたイオン注入工程の状態を模式的に示す断面図である。 図１５は、ハードマスクをマスクとして用いたイオン注入工程の状態を模式的に示す断面図である。 図１６は、ハードマスクをマスクとして用いたイオン注入工程の状態を模式的に示す断面図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。
（実施の形態）
実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、ＦＷＤ領域にヘリウム（Ｈｅ）照射によりヘリウムの欠陥を導入した耐圧１２００ＶクラスのＲＣ−ＩＧＢＴを例に説明する。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。図１は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図２は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の別の一例の状態を示す断面図である。図１，２には、それぞれ、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ側および裏面１０ｂ側からヘリウム照射を行っている状態を模式的に示す。
ＲＣ−ＩＧＢＴは、例えばトレンチゲート構造のＩＧＢＴと、このＩＧＢＴに逆並列に接続したＦＷＤとを同一の半導体基板（半導体チップ）上に一体化してなる。具体的には、同一の半導体基板上の活性領域に、ＩＧＢＴの動作領域となるＩＧＢＴ領域２１と、ＦＷＤの動作領域となるＦＷＤ領域２２とが並列に設けられている（図１参照）。活性領域は、オン状態のときに電流が流れる領域である。活性領域の周囲を囲むエッジ終端領域（不図示）にガードリングやフィールドプレート等の耐圧構造が設けられていてもよい。
まず、図１に示すように、ｎ-型ドリフト領域１となるｎ-型の半導体ウエハ１０を用意する。半導体ウエハ１０の材料は、シリコン（Ｓｉ）であってもよいし、炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよい。以下、半導体ウエハ１０がシリコンウエハである場合を例に説明する。半導体ウエハ１０の不純物濃度は、例えば比抵抗が２０Ωｃｍ以上９０Ωｃｍ以下程度となる範囲であってもよい。半導体ウエハ１０のおもて面１０ａは、例えば（００１）面であってもよい。半導体ウエハ１０の厚さ（後述するバックグラインド前の厚さ）は、例えば７２５μｍであってもよい。
次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入を１組とする工程を異なる条件で繰り返し行い、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ側に、ＩＧＢＴのｐ型ベース領域２、ｎ+型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４を形成する。ｐ型ベース領域２は、ＩＧＢＴ領域２１からＦＷＤ領域２２にわたって活性領域全面に形成される。ｐ型ベース領域２は、ＦＷＤ領域２２においてｐ型アノード領域を兼ねる。ｎ+型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４は、ＩＧＢＴ領域２１においてｐ型ベース領域２の内部に選択的に形成される。
半導体ウエハ１０の、ｐ型ベース領域２および後述するｎ型フィールドストップ（ＦＳ）層１２、ｐ+型コレクタ領域１３およびｎ+型カソード領域１４以外の部分がｎ-型ドリフト領域１である。ＩＧＢＴ領域２１において、ｎ-型ドリフト領域１とｐ型ベース領域２との間に、ｎ型蓄積層５を形成してもよい。ｎ型蓄積層５は、ＩＧＢＴのターンオン時にｎ-型ドリフト領域１の少数キャリア（ホール）の障壁となり、ｎ-型ドリフト領域１に少数キャリアを蓄積する機能を有する。
次に、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａを熱酸化して、エッジ終端領域において半導体ウエハ１０のおもて面１０ａを覆うフィールド酸化膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ＩＧＢＴ領域２１においてｎ+型エミッタ領域３、ｐ型ベース領域２およびｎ型蓄積層５を貫通してｎ-型ドリフト領域１に達するトレンチ６を形成する。トレンチ６は、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ側から見て、例えば、ＩＧＢＴ領域２１とＦＷＤ領域２２とが並ぶ方向（図１の横方向）と直交する方向（図１の奥行き方向）に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。
また、トレンチ６は、ＩＧＢＴ領域２１と同様のレイアウトで、ＦＷＤ領域２２にも形成される。ＦＷＤ領域２２において、トレンチ６は、ｐ型ベース領域２（ｐ型アノード領域）を貫通してｎ-型ドリフト領域１に達する。次に、例えば熱酸化により、トレンチ６の内壁に沿ってゲート絶縁膜７を形成する。次に、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ上に、トレンチ６の内部を埋め込むようにポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層を形成する。次に、このポリシリコン層を例えばエッジバックして、ゲート電極８となる部分をトレンチ６の内部に残す。
これらのｐ型ベース領域２、ｎ+型エミッタ領域３、ｐ+型コンタクト領域４、トレンチ６、ゲート絶縁膜７およびゲート電極８でトレンチゲート構造のＭＯＳゲートが構成される。ゲート電極８の形成後に、ｎ+型エミッタ領域３、ｐ+型コンタクト領域４およびｎ型蓄積層５を形成してもよい。ｎ+型エミッタ領域３は、隣り合うトレンチ６間（メサ領域）の少なくとも１つのメサ領域に配置されていればよく、ｎ+型エミッタ領域３を配置しないメサ領域が存在してもよい。また、ｎ+型エミッタ領域３は、トレンチ６がストライプ状に延びる方向に所定の間隔で選択的に配置されていてもよい。
次に、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ上に、ゲート電極８を覆うように層間絶縁膜９を形成する。次に、層間絶縁膜９をパターニングして、層間絶縁膜９を深さ方向に貫通する複数のコンタクトホールを形成する。深さ方向とは、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａから裏面１０ｂに向かう方向である。ＩＧＢＴ領域２１のコンタクトホールには、ｎ+型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４が露出される。ＦＷＤ領域２２のコンタクトホールには、ｐ型ベース領域２が露出される。
次に、層間絶縁膜９上に、コンタクトホールを埋め込むようにおもて面電極１１を形成する。おもて面電極１１は、ＩＧＢＴ領域２１においてｐ型ベース領域２、ｎ+型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４に電気的に接続され、エミッタ電極として機能する。また、おもて面電極１１は、ＦＷＤ領域２２においてｐ型ベース領域２に電気的に接続され、アノード電極として機能する。おもて面電極１１は、ｎ+型エミッタ領域３を配置しないメサ領域においてｐ型ベース領域２に電気的に接続されていてもよい。
次に、半導体ウエハ１０を裏面１０ｂ側から研削していき（バックグラインド）、半導体装置として用いる製品厚さ（例えば１１５μｍ程度）の位置まで研削する。耐圧１２００Ｖの場合、半導体装置として用いる製品厚さは、例えば１１０μｍ以上１５０μｍ以下程度である。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入を１組とする工程を異なる条件で繰り返し行い、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂ側に、ｎ型フィールドストップ（ＦＳ：Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｏｐ）層１２およびｎ+型カソード領域１４を形成する。
ｎ+型カソード領域１４は、半導体ウエハ１０の研削後の裏面１０ｂの表面層に、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂの全面にわたって形成される。ｎ型フィールドストップ層１２は、半導体ウエハ１０の研削後の裏面１０ｂからｎ+型カソード領域１４よりも深い位置に形成される。ｎ型フィールドストップ層１２は、少なくともＩＧＢＴ領域２１からＦＷＤ領域２２にわたって形成される。ｎ型フィールドストップ層１２は、ｎ+型カソード領域１４に接していてもよい。
次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入により、ｎ+型カソード領域１４の、ＩＧＢＴ領域２１に対応する部分をｐ+型に変えることでｐ+型コレクタ領域１３を形成する。すなわち、ｐ+型コレクタ領域１３は、ＩＧＢＴ領域２１とＦＷＤ領域２２とが並ぶ方向においてｎ+型カソード領域１４に接する。ｐ+型コレクタ領域１３は、深さ方向においてｎ型フィールドストップ層１２に接していてもよい。次に、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ上に、エッジ終端領域を覆うようにパッシベーション保護膜を形成する。
次に、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ上に、ＦＷＤ領域２２に対応する部分が開口したフォトレジスト膜３１を形成する。このフォトレジスト膜３１をマスク（遮蔽膜）として高加速エネルギー（例えば３．０ｅＶ以上程度）で深い飛程（例えば８μｍ以上程度）のヘリウム照射３２を行い、ｎ-型ドリフト領域１の内部にライフタイムキラーとなるヘリウムの欠陥１５を導入（形成）する。ヘリウムの欠陥１５は、ｎ-型ドリフト領域１の、ｐ型ベース領域２（ｐ型アノード領域）との境界付近に導入される。ヘリウムの注入深さ（飛程）ｄ１は、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａから例えば８μｍ程度である。
ヘリウムの注入深さｄ１が半導体ウエハ１０のおもて面１０ａから８μｍ程度である場合に、フォトレジスト膜３１を遮蔽膜として機能させるためには、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１は後述するように３３μｍ以上程度とする。これにより、フォトレジスト膜３１で覆われたＩＧＢＴ領域２１には欠陥１５は導入されず、ＦＷＤ領域２２のみに欠陥１５が導入される。半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからのヘリウム照射３２の条件は、例えば、ドーズ量を１×１０10／ｃｍ2以上１×１０13／ｃｍ2以下程度とし、加速エネルギーを３．０ＭｅＶ以上４．５ＭｅＶ以下程度としてもよい。
そして、灰化処理（アッシング）により、フォトレジスト膜３１を除去する。フォトレジスト膜３１の形成から、ヘリウム照射３２を経てフォトレジスト膜３１の除去に至るまでの各工程の詳細な説明については後述する。次に、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂの全面に、裏面電極（不図示）を形成する。裏面電極は、ｐ+型コレクタ領域１３およびｎ+型カソード領域１４に接する。裏面電極は、コレクタ電極として機能するとともに、カソード電極として機能する。その後、半導体ウエハ１０をチップ状に切断（ダイシング）して個片化することで、ＲＣ−ＩＧＢＴチップ（半導体チップ）が完成する。
なお、ヘリウム照射３２は、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ上に、層間絶縁膜９を形成する前に行ってもよい。この場合、ヘリウム照射３２は、高加速エネルギーは２．０ＭｅＶ以上で飛程が８μｍ程度となる。この場合、灰化処理（アッシング）により、フォトレジスト膜３１を除去後に層間絶縁膜９を半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ上に形成する。
半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからのヘリウム照射３２に代えて、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂからヘリウム照射３４を行ってもよい（図２参照）。この場合、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂ上に、ＦＷＤ領域２２に対応する部分が開口したフォトレジスト膜３３を形成する。そして、このフォトレジスト膜３３をマスク（遮蔽膜）としてヘリウム照射３４し、ｎ-型ドリフト領域１の内部にライフタイムキラーとなるヘリウムの欠陥１５を導入すればよい。ヘリウムの注入深さ（飛程）ｄ２は、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂから例えば１００μｍ程度である。
このようにヘリウムの注入深さｄ２が半導体ウエハ１０の裏面１０ｂから１００μｍ程度である場合、フォトレジスト膜３３を遮蔽膜として機能させるためには、フォトレジスト膜３３の厚さｔ２は後述するように２２０μｍ以上程度とする。これにより、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからのヘリウム照射３２と同様に、フォトレジスト膜３３で覆われたＩＧＢＴ領域２１には欠陥１５は導入されず、ＦＷＤ領域２２のみに欠陥１５が導入される。半導体ウエハ１０の裏面１０ｂからのヘリウム照射３４の条件は、例えば、ドーズ量を１×１０10／ｃｍ2以上１×１０13／ｃｍ2以下程度とし、加速エネルギーを１０ＭｅＶ以上２５ＭｅＶ以下程度としてもよい。
次に、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからのヘリウム照射３２を行う場合を例に、フォトレジスト膜（レジストマスク）３１の形成から除去までの間に行う各工程について説明する。図３は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の一部の工程の概要を示すフローチャートである。図３には、フォトレジスト膜３１の形成から除去までの間に行う各工程の概要を順に示す。図４，５は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図４には図３のステップＳ３の状態を示し、図５には図３のステップＳ２の状態を示す。
まず、コーター（塗布機）４０の回転支持台４１に裏面１０ｂを下側（回転支持台４１側）にして半導体ウエハ１０を載置し、回転支持台４１に一体化された例えば真空チャック（不図示）により回転支持台４１に半導体ウエハ１０を固定する。次に、ノズル（不図示）から半導体ウエハ１０のおもて面１０ａにフォトレジストを塗布（滴下）する。そして、半導体ウエハ１０を回転させることで、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａの全面にフォトレジストを広げて、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａの全面にフォトレジスト膜３１を形成する（ステップＳ１）。
ステップＳ１においては、後述するヘリウム照射３２において遮蔽膜としてフォトレジスト膜３１を用いるために必要な所定厚さｔ１でフォトレジスト膜３１を形成する。フォトレジストの粘度を高くするほど、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１を厚くすることができる。フォトレジスト膜３１の所定厚さｔ１を確保するには、半導体ウエハ１０に塗布するフォトレジストの粘度および当該フォトレジストに含まれる溶媒の種類に応じて、半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］を決定すればよい。半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］は、例えば、半導体ウエハ１０を固定した回転支持台４１の回転数［ｒｐｍ］を制御する例えばモータ（不図示）の動力（＝トルク×回転数）により制御される。
フォトレジストの塗布を２回以上繰り返して、フォトレジスト膜３１の所定厚さｔ１を確保してもよい。フォトレジスト膜３１の所定の厚さｔ１を得られればよく、フォトレジスト膜３１の材料には、ポジ型およびネガ型のいずれのフォトレジストを用いてもよいし、化学増幅型フォトレジストを用いてもよい。化学増幅型フォトレジストは、樹脂、酸発生剤および溶剤を混合した感光材料であり、通常のフォトレジストに比べて光に反応しやすい。フォトレジスト膜３１を厚くするほど露光時間がかかるため、フォトレジスト膜３１の材料として化学増幅型のフォトレジストを用いることが好ましい。
次に、加熱源を備えた例えばホットプレート等の加熱手段４６（図５参照）の上に、裏面１０ｂを下側（加熱手段４６側）にして半導体ウエハ１０を載置する。そして、加熱手段４６により半導体ウエハ１０全体を加熱（以下、乾燥ベークとする）して、フォトレジスト膜３１中の溶媒や水を蒸発させることで、フォトレジスト膜３１を乾燥させて固める（ステップＳ２）。乾燥ベークの温度は、例えば８０℃以上１５０℃以下程度であってもよい。コーター４０の回転支持台４１の載置面から加熱手段４６の載置面４６ａへ（または後述する加熱手段４６からコーター４０の回転支持台４１へ）半導体ウエハ１０を搬送するための搬送ハンドや、加熱手段４６には、フォトレジスト膜３１に接触しない形状の搬送ハンドを用いることが好ましい。
例えば、この搬送ハンドとして、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂの一部に接触して、回転支持台４１（または加熱手段４６）の、半導体ウエハ１０を載置する面（以下、載置面とする）から半導体ウエハ１０を上方に持ち上げて保持可能な搬送ハンドを用いてもよい。この場合、コーター４０の回転支持台４１の載置面の直径は、半導体ウエハ１０の径（直径）よりも小さいことが好ましい。これにより、搬送ハンドに半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ側や端部１０ｃが接触しないため、半導体ウエハ１０からフォトレジスト膜３１が剥がれ落ちることを防止することができる。かつ搬送ハンドや当該搬送ハンドを介して他の半導体ウエハがフォトレジストで汚染されることを防止することができる。
例えば、加熱手段４６として、加熱手段４６の載置面４６ａに、加熱手段４６の載置面４６ａから離して半導体ウエハ１０を保持可能な保持部４７が設けられていてもよい（図５参照）。保持部４７は、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂの有効領域に対応する部分の一部に接触して半導体ウエハ１０を保持する。保持部４７は、例えば、半導体ウエハ１０の径よりも小さい直径を有する例えばリング状をなしていてもよい。この保持部４７により、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂは加熱手段４６の載置面４６ａに直接接触しない。このため、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂにフォトレジストが付着していた場合においても、加熱手段４６の載置面４６ａや当該載置面４６ａを介して他の半導体ウエハがフォトレジストで汚染されることを防止することができる。
次に、加熱手段４６の載置面からコーター４０の回転支持台４１の載置面へ半導体ウエハ１０を搬送する。そして、半導体ウエハ１０を回転させた状態でフォトレジスト膜３１の端部に薬液４４を滴下し、フォトレジスト膜３１の端部から所定幅ｗ１の部分３１ａを、フォトレジスト膜３１の端部を全周にわたって溶解して除去する（ステップＳ３）。薬液４４は、例えばシンナー等の樹脂を溶解する性質を有する液体である。フォトレジスト膜３１の端部付近４５の拡大図を図４の下側に示す。ステップＳ３においては、半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄの全周を露出させる（半導体ウエハ１０の端面処理）。すなわち、半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄは、フォトレジスト膜３１の、薬液４４で溶解される部分３１ａと略同じ幅ｗ１を有する。
半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄとは、半導体チップとして用いない無効領域となる部分である。具体的には、半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄとは、ステップＳ３以降の工程において半導体ウエハ１０の搬送時に、搬送ハンド（不図示）で挟み込む部分や、ウエハカセット（不図示）の内壁に櫛歯状に設けられた溝（以下、収納溝とする）の側壁に接触する部分である。半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄの幅ｗ１は、半導体ウエハ１０の、半導体チップとして用いる有効領域（半導体チップとして切り出される領域）の面積を広げるために可能な限り狭いことが好ましく、例えば最大で６ｍｍ程度である。幅ｗ１とは、半導体ウエハ１０の中心から端部側へ向かう方向の幅である。
ステップＳ２の乾燥ベークによりフォトレジスト膜３１がすでに固まっているため、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１が厚くても、ステップＳ３においてフォトレジスト膜３１の新たに露出した端面３１ｂの形状は崩れない。すなわち、フォトレジスト膜３１が半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄに流れ出さないため、半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄの全周が所定幅ｗ１で完全に露出される。したがって、ステップＳ３の後の各工程において、搬送ハンドやウエハカセットの収納溝、製造装置のステージ等にフォトレジスト膜３１が接触しない。このため、パーティクル（微小な塵）の発生や、搬送ハンド、ウエハカセットの収納溝および製造装置のステージ等の汚染を防止することができる。
また、ステップＳ３での半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］は、ステップＳ１での半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］と同じか、それ未満とする。フォトレジスト膜３１の厚さｔ１は半導体ウエハ１０の回転数の増加にともなって指数関数的に減少するが（図１１参照）、このようにステップＳ３での半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］をステップＳ１での半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］の１倍以下にすることで、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１が保たれる。すなわち、フォトレジスト膜３１の最終的な厚さｔ１’として、ステップＳ１で決定した所定厚さｔ１を確保することができる（ｔ１’＝ｔ１）。
一方、ステップＳ３での半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］が小さすぎる場合、フォトレジスト膜３１の端部に薬液４４が部分的に滴下されてしまい、フォトレジスト膜３１の端部の全周にわたって薬液４４を均一に塗布することができない。これによって、フォトレジスト膜３１の端部から所定幅ｗ１の部分３１ａを溶解しているときに新たに露出した端面３１ｂが半導体ウエハ１０のおもて面１０ａ側から見て波打った平面形状となってしまう。すなわち、ステップＳ３において半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄの全周を一定の幅ｗ１で露出することができない。このため、半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］は、例えば、ステップＳ１での半導体ウエハ１０の回転数［ｒｐｍ］の０．５倍以上程度であることが好ましい。
ステップＳ３で用いるコーター４０は、ステップＳ１と同じコーター４０を用いてもよいし（すなわちステップＳ１，Ｓ３共用のコーター４０を用意）、ステップＳ１と異なるコーター４０を用いてもよい（すなわちステップＳ１専用のコーター４０と、ステップＳ３専用のコーター４０と、を用意）。ステップＳ１，Ｓ３共用のコーター４０を用いる場合、設備にかかるコストを低減させることができる。ステップＳ１専用のコーター４０と、ステップＳ３専用のコーター４０と、を用いる場合、スループットを向上させることができる。符号４１ａは、モータの動力を回転支持台４１に伝達する回転軸である。符号４２はコーター４０のカップ（外輪）であり、符号４３は薬液４４が吐出されるノズルである。
次に、フォトレジスト膜３１を形成した半導体ウエハ１０を、コーター４０からステッパー（露光装置：不図示）のステージに搬送する。このとき、例えば、半導体ウエハ１０の周縁部１０ｄにおいて半導体ウエハ１０の両面を挟み込むように搬送ハンドで半導体ウエハ１０を摘まんでウエハカセット（不図示）に収納し、当該ウエハカセットに収納した複数枚の半導体ウエハ１０をまとめて搬送する。これにより、後述する露光工程において複数枚の半導体ウエハ１０を連続して処理することができる。このため、稼働コストの高いステッパーの稼働時間を短くすることができ、コストを低減させることができる。
次に、ステッパーにより１枚ずつ半導体ウエハ１０の全面を走査しながらマスク（レチクル）を通して１チップずつ露光を行うことで、フォトレジスト膜３１に所定のマスクパターンを転写する（ステップＳ４）。次に、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ：露光後焼き締め）の後、ディベロッパー（現像機）によりフォトレジスト膜３１の所定箇所を溶かしてパターンを現像し、フォトレジスト膜３１の、ＦＷＤ領域２２に対応する部分を開口する（ステップＳ５）。次に、フォトレジスト膜３１をマスクとして、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからヘリウム照射３２を行う（ステップＳ６）。
ここで、フォトレジスト膜３１の材料としてポジ型フォトレジストを用いる場合、ステップＳ５とステップＳ６との間に、従来のようなＵＶキュアまたはポストベーク（図９のステップＳ１０５参照）を行わない。その理由は、次の通りである。図６は、図４のステップＳ５の処理後のフォトレジスト膜の状態を示す断面図である。図７は、比較例のフォトレジスト膜の状態を示す断面図である。ステップＳ５の後、フォトレジスト膜３１のパターンの端面３１ｃは半導体ウエハ１０のおもて面１０ａに略垂直な状態であり、その厚さｔ１’は略一様である（図６）。フォトレジスト膜３１のパターンの端面３１ｃとは、フォトレジスト膜３１のパターンの開口部３１ｄに露出する側面である。
一方、ステップＳ５とステップＳ６との間にＵＶキュアまたはポストベークを行った場合、フォトレジスト膜３１’の厚さｔ１’が厚いと、フォトレジスト膜３１’のパターンの端部３１ｅ’が変形する。ＵＶキュアまたはポストベークの温度が上がるほど、開口部３１ｄ’の上端側が広くなってフォトレジスト膜３１’のパターンの端面３１ｃ’が傾斜し、フォトレジスト膜３１’のパターンの端部３１ｅ’の厚さｔ３が薄くなる（ｔ３＜ｔ１’）（図７参照）。
フォトレジスト膜３１’のパターンの端部３１ｅ’の厚さｔ３が薄くなった部分では、ヘリウム照射３２時にヘリウムが突き抜けてしまう。このため、半導体ウエハ１０の、フォトレジスト膜３１’のパターンの端部３１ｅ’直下の部分（深さ方向に対向する部分）にヘリウムが導入されてしまい、ＩＧＢＴのゲート閾値が変動したり、漏れ電流が増加してしまう。また、フォトレジスト膜３１’のパターンの端部３１ｅ’直下にＩＧＢＴの素子構造が配置されないようにＩＧＢＴ領域２１の設計マージンを大きくした場合、チップサイズが大きくなってしまうからである。
このようにフォトレジスト膜３１の材料としてポジ型フォトレジストを用いる場合において、ステップＳ５とステップＳ６との間にＵＶキュアまたはポストベークを行わないことで、ステップＳ５の後のフォトレジスト膜３１’のパターン形状を維持することができる。その一方で、ＵＶキュアまたはポストベークを行わない場合、ヘリウム照射３２時にフォトレジスト膜３１の表面が変質して、その後の灰化処理でフォトレジスト膜３１を除去しにくくなる。このため、ヘリウム照射３２の条件は、フォトレジスト膜３１が変質しないドーズ量および加速エネルギーとする。具体的には、ヘリウム照射３２の条件は、例えば、ドーズ量を１×１０15／ｃｍ2以下とし、加速エネルギーを５ＭｅＶ以下とする。このようにヘリウム照射３２の加速エネルギーを抑えることで、ヘリウム照射３２時にフォトレジスト膜３１の表面が変質することを防止することができる。
図８は、ヘリウムの注入深さとフォトレジスト膜の厚さとの関係を示す特性図である。図８には、注入深さｄ１でヘリウム照射３２を行うにあたって、フォトレジスト膜３１の遮蔽に必要な厚さｔ１’を示す。図８において、○印は遮蔽可能であることを意味し、×印はフォトレジスト膜３１の厚さｔ１’が足りず遮蔽することができない（すなわちヘリウムがフォトレジスト膜３１を突き抜けて半導体ウエハ１０に導入されてしまう）ことを意味する。上述したようにフォトレジスト膜３１の材料としてポジ型フォトレジストを用いる場合、上述したようにヘリウム照射３２の加速エネルギーを５ＭｅＶ以下に抑えるため、ヘリウムの注入深さｄ１の最大値は３０μｍ程度となる。すなわち、フォトレジスト膜３１の材料としてポジ型フォトレジストを用いる場合、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’は最大で６６μｍ程度にすればよい（図８の太枠で囲む部分）。ヘリウムの注入深さｄ１が８μｍ以下程度である場合には、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’は３３μｍ以下程度としてもよい。
フォトレジスト膜３１の材料としてネガ型フォトレジストを用いる場合には、上述したポジ型フォトレジストに生じる問題は起きないため、ステップＳ５とステップＳ６との間に従来のようなＵＶキュアまたはポストベークを行ってもよい。このため、ヘリウム照射３２のドーズ量や加速エネルギーの条件を抑える必要がなく、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を厚くして、飛程の深いヘリウム照射３２を行うことができるが、その後の灰化処理でフォトレジスト膜３１を除去しにくくなる。また、ネガ型フォトレジストには腐食性の高い専用の除去液が必要であり、この除去液によりおもて面電極が溶解したり、パッシベーション保護膜に亀裂が入ったりする虞がある。したがって、このような問題を回避可能な程度にフォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を決定することが好ましい。
図示省略するが、例えば、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を２２０μｍとした場合、ヘリウムの注入深さｄ１を１００μｍ程度まで深くすることができる。ヘリウムの注入深さｄ１が７５μｍ以下程度である場合には、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を１６５μｍ以下程度とすることができる。また、図８に示すように、ヘリウムの注入深さｄ１が５０μｍ以下程度である場合には、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を１１０μｍ以下程度とすることができる。ヘリウムの注入深さｄ１が３０μｍ以下程度である場合には、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を６６μｍ以下程度とすることができる。ヘリウムの注入深さｄ１が８μｍ以下程度である場合には、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’を３３μｍ以下程度とすることができる。
ＲＣ−ＩＧＢＴにおいては、上述したようにｎ-型ドリフト領域１とｐ型ベース領域２との界面付近にヘリウム照射３２による欠陥１５を形成する（図１参照）。このため、半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからのヘリウム照射３２する場合、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’は比較的薄くなる。このため、フォトレジスト膜３１の材料はポジ型およびネガ型のいずれのフォトレジストであってもよい。また、フォトレジスト膜３１の開口部３１ｄの幅ｗ２の最小加工寸法は、フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’に等しい。フォトレジスト膜３１の厚さｔ１’が比較的薄いことで、フォトレジスト膜３１の開口部３１ｄの幅ｗ２の最小加工寸法が小さくなるため、半導体チップの小型化が可能である。その後、灰化処理によりフォトレジスト膜３１を除去することで（ステップＳ７）、ヘリウム照射３２を行うための一連の工程が完了する。
フォトレジスト膜３３をマスクとして半導体ウエハ１０の裏面１０ｂからＦＷＤ領域２２にヘリウム照射３４する場合（図２参照）においても、上述した半導体ウエハ１０のおもて面１０ａからヘリウム照射３２を行うための一連の工程（図３〜５参照）を適用可能である。この場合、半導体ウエハ１０の裏面１０ｂからＦＷＤ領域２２にヘリウム照射３４する場合、フォトレジスト膜３３の厚さｔ２が比較的厚くなるため、フォトレジスト膜３３の材料はネガ型フォトレジストを用いればよい。
以上、説明したように、実施の形態によれば、高加速エネルギーでのイオン注入にレジストマスクを用いることで、ハードマスクを用いる場合と比べて、マスク開口部の最小加工寸法を小さくすることができ、かつ半導体ウエハとの位置合わせ精度を向上させることができる。具体的には、ハードマスクの開口部の最小加工寸法が３００μｍ程度であるのに対して、レジストマスクの開口部の最小加工寸法はレジストマスクの厚さと同程度であり、最大でも２２０μｍ程度である。また、半導体ウエハとハードマスクとの位置合わせ精度は±５０μｍ程度であるのに対し、半導体ウエハとレジストマスクとのアライメント精度は±１．５μｍ程度である。これによって、所定領域に位置精度よく所定不純物を注入することができる。また、デバイス設計時に設計マージンを削減することができるため、チップサイズを小さくすることができる。これによって、１枚の半導体ウエハから切り出し可能なチップ枚数が増加するため、製品単価を低減させることができ、コストを低減させることができる。
また、実施の形態によれば、レジストマスクの開口部の最小加工寸法を小さくすることができることで、ＩＧＢＴとＦＷＤとを同一半導体チップに内蔵して一体化した構造のＲＣ−ＩＧＢＴを作製するにあたって、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との配置の自由度が上がる。例えば、ＲＣ−ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴとＦＷＤとが交互に動作する。このため、素子がオン状態になったことで発熱している領域と、素子がオフ状態になったことで比較的低温度となっている領域と、が１つの半導体チップ内に同時に存在し、低温度となっている領域が冷却機として機能する。したがって、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との配置の自由度が上がることで、小面積のＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域とを交互に配置することができ、半導体チップ自体の発熱をさらに抑制することができる。
また、実施の形態によれば、フォトレジスト膜の端部を薬液により溶解する（半導体ウエハの端面処理）前に、フォトレジスト膜を乾燥ベークすることで、フォトレジスト膜の厚さが厚くても、フォトレジスト膜の端面の形状を崩すことなく、半導体ウエハの端面処理を行うことができる。したがって、パーティクルの発生や、搬送ハンド、ウエハカセットの収納溝および製造装置のステージ等の汚染を防止することができる。また、実施の形態によれば、半導体ウエハの端面処理時の半導体ウエハの回転数を、フォトレジスト塗布時の半導体ウエハの回転数と同じか、それ未満とすることで、フォトレジスト塗布時に決定したフォトレジスト膜の厚さを、半導体ウエハの端面処理後も維持することができる。
また、実施の形態によれば、フォトレジスト膜の現像とヘリウム照射との間にＵＶキュアやポストベークを行わないことで、フォトレジスト膜のパターンの端部が変形しない。したがって、半導体ウエハの所定の部分（すなわちＲＣ−ＩＧＢＴを作製する場合にはＦＷＤ領域）のみに位置精度よくヘリウム照射を行うことができる。また、実施の形態によれば、ＲＣ−ＩＧＢＴを作製するにあたって、ＦＷＤ領域にのみヘリウムを導入することができるため、ヘリウム照射のドーズ量を抑える必要がなく、損失低減効果を向上させることができる。また、実施の形態によれば、ＲＣ−ＩＧＢＴを作製するにあたって、ＩＧＢＴ領域にヘリウムが導入されないため、ＩＧＢＴ領域で漏れ電流が増加することを防止することができる。
以上において本発明では、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態では、ヘリウムを照射する場合を例に説明しているが、これに限らず、所定の不純物のイオン注入を例えば１．５ＭｅＶ以上程度の高加速エネルギー（例えば飛程が８μｍ以上）で行う場合や、レジストマスク（遮蔽膜）として用いるフォトレジスト膜の厚さが例えば３０μｍ以上程度になる場合に、本発明を適用可能である。また、上述した実施の形態では、ＲＣ−ＩＧＢＴを例に説明しているが、これに限らず、上記条件で高加速度エネルギーのヘリウム照射や不純物のイオン注入を行う様々な素子構造のデバイスに本発明を適用可能である。また、各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、本発明は、導電型（ｎ型、ｐ型）を反転させても同様に成り立つ。
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、高加速エネルギーでのイオン注入を行う必要のある半導体装置に有用である。
１ ｎ-型ドリフト領域
２ ｐ型ベース領域
３ ｎ+型エミッタ領域
４ ｐ+型コンタクト領域
５ ｎ型蓄積層
６ トレンチ
７ ゲート絶縁膜
８ ゲート電極
９ 層間絶縁膜
１０ 半導体ウエハ
１０ａ 半導体ウエハのおもて面
１０ｂ 半導体ウエハの裏面
１０ｃ 半導体ウエハの端部
１０ｄ 半導体ウエハの周縁部
１１ おもて面電極
１２ ｎ型フィールドストップ層
１３ ｐ+型コレクタ領域
１４ ｎ+型カソード領域
１５ 欠陥
２１ ＩＧＢＴ領域
２２ ＦＷＤ領域
３１，３３ フォトレジスト膜
３１ａ フォトレジスト膜の端部の溶解される部分
３１ｂ フォトレジスト膜の端部の溶解中にフォトレジスト膜の新たに露出される端面
３１ｃ フォトレジスト膜のパターンの端面
３１ｄ フォトレジスト膜の開口部
３２，３４ ヘリウム照射
４０ コーター
４１ 回転支持台
４１ａ 回転支持台の回転軸
４２ コーターカップ
４３ 薬液が吐出されるノズル
４４ 薬液
４５ フォトレジスト膜の端部付近
４６ 加熱手段
４６ａ 加熱手段の載置面
４７ 加熱手段の載置面の保持部
ｔ１，ｔ１’，ｔ２ フォトレジスト膜の厚さ
ｗ１ 半導体ウエハの周縁部の幅、フォトレジスト膜の端部の溶解される部分の幅
ｗ２ フォトレジスト膜の開口部の幅

Claims (14)

  1. 半導体ウエハの第１主面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する第１工程と、
    前記フォトレジスト膜の所定箇所を開口してレジストマスクを形成する第２工程と、
    前記レジストマスクをマスクとして、前記半導体ウエハの第１主面から８μｍ以上の飛程となる加速エネルギーで不純物をイオン注入する第３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. 前記第１工程では、前記半導体ウエハの第１主面の全面に所定厚さの前記フォトレジスト膜を形成し、
    前記第１工程の後、前記第２工程の前に、
    熱処理により前記フォトレジスト膜を乾燥させる乾燥工程と、
    前記乾燥工程の後、前記フォトレジスト膜の端部から所定幅の部分を、前記フォトレジスト膜の端部を全周にわたって薬液で溶解して除去する除去工程と、をさらに含む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. 前記第１工程では、前記半導体ウエハを当該半導体ウエハの第１主面と直交する中心軸周りに所定回転数で回転させることで前記フォトレジストを前記半導体ウエハの第１主面の全面に広げて前記所定厚さの前記フォトレジスト膜を形成し、
    前記除去工程では、前記半導体ウエハを前記中心軸周りに前記所定回転数以下の回転数で回転させた状態で前記フォトレジスト膜の端部に前記薬液を滴下して、前記フォトレジスト膜の端部の全周にわたって前記薬液を塗布することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記フォトレジスト膜の厚さは、３３μｍ以上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. 前記イオン注入の加速エネルギーは、３．０ＭｅＶ以上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。
  6. 前記不純物はヘリウム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。
  7. 前記イオン注入のドーズ量を１×１０15／ｃｍ2以下とし、
    前記イオン注入の加速エネルギーを５ＭｅＶ以下とし、
    前記第２工程の後、他の工程を挟まずに前記第３工程を行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第２工程は、
    前記フォトレジスト膜に所定のマスクパターンを転写する露光工程と、
    前記マスクパターンに基づいて前記フォトレジスト膜を選択的に溶かして、前記フォトレジスト膜の前記所定箇所を開口する現像工程と、を含み、
    前記現像工程の後、他の工程を挟まずに前記第３工程を行うことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 化学増幅型の前記フォトレジストを用い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。
  10. ポジ型の前記フォトレジストを用い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。
  11. ネガ型の前記フォトレジストを用い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。
  12. 前記第１工程の前に、前記半導体ウエハの第１領域に第１半導体素子を形成し、前記半導体ウエハの第２領域に第２半導体素子を形成する素子形成工程をさらに含み、
    前記フォトレジスト膜の前記所定箇所は、前記第２領域の形成領域に対応する箇所であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記第１半導体素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、
    前記第２半導体素子はダイオードであり、
    前記素子形成工程では、第１導電型の前記半導体ウエハの第１主面の表面層に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第２導電型半導体領域を形成し、
    前記第３工程では、前記半導体ウエハの第１主面から、前記半導体ウエハの、前記第２導電型半導体領域との界面付近に前記不純物を注入することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記第１半導体素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、
    前記第２半導体素子はダイオードであり、
    前記素子形成工程では、第１導電型の前記半導体ウエハの第２主面の表面層に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのベース領域および前記ダイオードのアノード領域となる第２導電型半導体領域を形成し、
    前記第３工程では、前記半導体ウエハの第１主面から、前記半導体ウエハの、前記第２導電型半導体領域との界面付近に前記不純物を注入することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
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