KR100485680B1 - 반도체장치및그제조방법 - Google Patents

반도체장치및그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 별도의 조사선억제층을 형성하지 않고, 소정의 영역에만 조사선을 조사하는 것이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다. 알미늄인 소스전극(22)을 형성하여 소스전극이 노출된 상태로 조사선을 조사하여도 제동X선이 발생하지 않는다. 또한 결정흠결영역(11)의 상부에는 개구부(25)가 형성되어 있어서, 조사선을 조사한 경우에 마스크로서 기능을 가진다. 즉 알미늄제의 소스전극을 배선으로 사용함과 같이 조사선의 마스크로서 사용하는 것이 가능하다.

Description

반도체장치 및 그 제조방법{Semiconductor device and method for manufacturing therefor}
본 발명은 기판 내에 부분적으로 조사선을 조사하는 반도체장치에 관한 것으로, 특히 그 부분적 조사기술에 관한 것이다.
종래, 플레이너형 고내압종형소자를 구비하는 반도체장치로서, 도 9에 도시한 IGBT80(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 널리 알려져 있다. 이러한 IGBT80은, MOSFET의 고입력인피던스특성 및 바이폴러트랜지스터의 저포화전압특성을 합친 반도체장치이다.
IGBT80의 반도체기판(82)은 p+형 드레인층(3), n+형층(5) 및 n-형층(7)을 구비하고 있다. n-형층(7)에는 베이스영역(21)이 형성되어 있고, 베이스영역(21)에는 n+형의 소스영역(23)이 형성되어 있다. n-형반도체층(82c)의 표면은 게이트산화막(17)로 덮혀 있다.
그런데 IGBT80에 있어서는 pn접합면(59)에 기생다이오드가 생기고 이것에 의하여 스위칭 손실이 발생한다. 이 때문에 제조단계에 있어서, 일본국 특허공개 평성 7-135214호 공보에는, 도 9에 도시한 바와 같은 마스크판(41)을 이용한 선택적 전자선 조사법이 개시되어 있다. 마스크판(41)은 관통공(43)을 구비하고 있고, 상기 관통공(43)을 통과한 전자선은 IGBT80에 조사된다. 이것에 의하여 pn접합면(59)의 영역에 결정결함영역이 형성되어, 기생 다이오드가 발생하는 부분의 캐리어의 라이프타임을 단축시킬 수 있게 된다.
상기와 같은 제조공정에 있어서는, 마스크판(41)은 통상 납 등의 중금속이 사용되고 있기 때문에 제동X선이 발생하고, IGBT의 스레쉬홀드레벨의 변동 등의 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본국 특허 공개 평성 8-227895호 공보에는, 전자선 억제막을 형성한 IGBT90이 개시되어 있다. IGBT90은, 도 10에 도시한 바와 같이 소스전극(62)의 하부에 필요부분 만에 질화규소의 전자선억제막(69)가 형성되어 있다. 이러한 상태에서 조사선을 조사하면, 전자선억제막(69)를 마스크로 하여 조사선이 형성되어서, 제동X선의 발생을 방지할 수 있게 된다.
그러나 이러한 방법에 있어서는 질화규소의 전자선억제막(69)을 축층하는 공정이 필요하게 되어, 공정수가 증가한다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 장치의 일례인 IGBT1의 요부단면도.
도 2는 IGBT1의 사시도.
도 3은 전자에너지와 레인지와의 관계를 보인 도면,
도 4a, 4b, 4c는 IGBT1의 제조공정을 보인 도면,
도 5a, 5b는 IGBT1의 제조공정을 보인 도면,
도 6a, 6b는 IGBT의 제조공정을 보인 도면,
도 7a, 7b는 IGBT의 제조공정을 보인 도면,
도 8은 IGBT의 제조공정을 보인 도면.
도 9는 종래의 IGBT80의 요부단면도.
도 10은 종래의 IGBT90의 요부단면도.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고, 조사선을 이용하는 경우에도 제동X선 등에 의한 악영향이 없고, 더욱이 간단한 공정으로 소망의 영역만에 조사선을 조사 가능한 반도체 장치 또는 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 반도체 장치에 있어서는,
조사선을 조사하기 위한 조사영역을 구비하는 기판,
상기 기판 상에 설치되는 금속배선층을 구비하는 반도체 장치로서,
상기 금속배선층은, 경원소금속으로 구성되어 있고,
상기 조사영역 상부의 상기 금속배선층은, 상기 조사영역에는 상기 조사선이 도달하는 정도로, 상기 조사영역 이외의 영역의 상부보다 얇게 성형하고 있다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는,
조사선을 조사하기 위한 조사영역을 구비하는 기판,
상기 기판 상에 설치되는 금속배선층을 구비하는 반도체장치로서,
상기 금속배선층은, 경원소금속으로 구성되어 있고, 상기 조사영역 이외의 영역으로의 조사선의 조사를 억제하는 마스크로서 사용한다.
본 발명에 의한 반도체장치의 제조방법에 있어서는,
기판 상에 금속배선층을 구비하고, 기판내에 부분적으로 조사선을 조사하는 반도체장치의 제조방법으로서,
상기 금속배선층을 전면에 형성하고,
상기 조사영역의 상부의 금속배선층을 제거하고,
상기 잔존하는 금속배선층을 마스크로하여 상기 조사선을 조사한다.
본 발명의 특성, 다른 목적, 용도, 효과 등은 실시예 및 도면을 참조하는 것에 의하여 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 일실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예인 IGBT1의 요부 단면도를 보이는 것이다.
IGBT1는 반도체기판(2)에 형성되어 있다. 반도체기판(2)에 있어서는 p+형의 드레인층(3) 상에, n+형층(5) 및 n-형층(7)이 순차적으로 형성되어 있다. n-형층(7)에는, p형의 베이스영역(21)이 형성되어 있다. 베이스영역(21)에는, n+형의 소스영역(23)이 형성되어 있다. n-형층(7)의 표면은 게이트산화막(15)로 피복되어 있다. 게이트산화막(15) 상에는, 게이트전극(17)이 형성되어 있다. 게이트전극(17)은 층간절연막(19)으로 덮혀 있고, 층간절연막(19)의 위에는 알미늄의 소스전극(22)이 설계되어 있다. 금속배선층인 소스전극(22)은, 복수개의 IGBT소자의 소자영역(23)을 전기적으로 접속하는 배선층으로서도 기능을 가지고 있다. 소스전극(22)은 패시베이션막(29)로 덮혀 있다. 그리고 본 실시예에서는 제1도전형을 n형으로 하고, 제2도전형을 p형으로 하고 있다.
동일한 베이스영역(21) 내에 형성된 소스영역(23)의 사이의 영역(24)의 상부에는, 실리콘산화막(27)이 설계되어 있다. 또한 실리콘산화막(27)의 상부에는 소스전극(22)이 존재하지 않고, 개구부(25)가 형성되어 있다. 한편 실리콘산화막(27) 하부의 n-형층(7)은 결정결함영역(11)이 형성되어 있다.
도 2에, 패시베이션막(29) 형성 전의 IGBT1의 사시도를 보이고 있다. 이와 같이, 결정결함영역(11)의 상부에는 실리콘산화막(27)이 형성되어 있고, 더욱이 개구부(25)가 형성되어 있다. 이것에 의하여 알미늄제의 소스전극을 배선으로 사용함과 같이 조사선의 마스크로서 사용할 수 있게 된다.
다음에 IGBT1의 제조방법에 대하여 설명한다. 소스전극(23)의 형성까지는 통상의 IGBT의 제법과 동일하다. 즉 도 4a에 도시한 바와 같이, 드레인층(3) 위에 P+형층(5), 그 위에 N-형층(7)을 형성하여, 기판(2)을 형성한다. 다음에 도 4b에 도시한 바와 같이 게이트산화막(15)을 형성하고, 게이트전극(17)을 형성한다. 게이트전극(17)을 마스크로 하여 P형의 불순물을 이온주입한다. 더욱이 도 4c에 도시한 바와 같이 레지스트(81)을 형성하고, 레지스트(81) 및 게이트전극(17)을 마스크로하여 N형 불순물을 이온주입한다. 열처리를 수행하는 것에 의하여, 도 5a에 도시한 바와 같이 P형의 베이스영역(21) 및 베이스영역(21) 내에 N+형의 소스영역(23)이 이중확산으로 형성된다.
다음에 도 5b에 도시한 바와 같이 CVD법으로 전면에 SiO2층(18)을 퇴적시킨다. 도 6a에 도시한 바와 같이 결정결함영역(11) 및 게이트전극(17)의 상방에 레지스트(82)를 형성한다. 레지스트(82)를 사용하여 에치백하는 것에 의하여, 층간 절연막(19) 및 실리콘산화막(27)이 형성된다. 이것에 의하여 도 6b에 도시한 바와 같이 결정결함영역(11) 상에 실리콘산화막(27)이 형성된다.
다음에 도 7a에 도시한 바와 같이 CVD법으로 전면에 막두께 5㎛로 알미늄을 퇴적시킨다.
도 7b에 도시한 바와 같이 레지스트(84)를 형성하고 에칭을 수행하는 것에 의하여 소스전극(22)이 형성된다. 이것에 의하여 실리콘 산화막(27)의 상부에는 개구부(25)가 형성된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 레지스트(84)를 제거하고 상부에서 전자선을 조사하는 것에 의하여 결정결함영역(11)에 전자선이 조사된다. 본 실시예에 있어서는, 에너지의 강도, 1MeV로 조사를 수행한다.
상기 조사에 의하여, 상부에 소스전극(22)이 존재하지 않는 결정결함영역(11)에는 전자선이 조사되고, 결정결함영역(11)에는 소망의 결정결함이 발생한다. 한편 결정결함영역(11) 이외의 영역에는 소스전극(22)에 의하여 전자선의 조사가 억제된다. 그리고 결정결함영역(11) 이외에도, 이러한 조사에 의하여 어느 정도의 결정결함이 생기지만, 이러한 결정결함은 그후의 어닐링처리에 의하여 제거될 수 있다.
이와 같이 하여, 도 1에 도시한 IGBT1이 제조된다.
다음에 소스전극(22) 중의 레인지와 전자선의 에너지량과의 관계를 참조하면서 소스전극(22)의 막두께에 대하여 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이 조사에너지량이 증가하면 알미늄 중의 레인지가 크게 된다. 통상 결정결함영역이 형성하는 전자선의 에너지 강도는, 600eV에서 1MeV 정도이다. 따라서 소스전극(22) 만큼에서, 상기 결정흠결을 저지하기 위해서는 소스전극(22)의 두께로서 0.6∼1cm의 두께가 필요하게 된다. 그러나 게이트전극(17)이나 패시베이션막(29) 등에 의해서도 조사선의 제어가 수행되기 때문에 통상의 알미늄 배선보다 조금 두꺼운 정도(1㎛~10㎛ 정도)에서도, 억제효과가 인정된다.
또한 본 실시예에 있어서는 경원소금속으로 소스전극(22)를 형성하고 있어서, 소스전극이 노출된 상태로 조사선을 조사하여도, 중금속으로 소스전극(22)을 형성한 경우에 발생하는 제동X선을 저지하는 것이 가능하다. 이와 같이 본 발명에 있어서는 알미늄제의 소스전극을 배선으로 이용하과 같이 조사영역에 개구부를 설계하여 조사선의 마스크로서 이용하는 것에 의하여 별도로 조사선억제층을 형성하는 것 없이 소정의 영역에만 조사선을 조사하는 것이 가능하다.
본 실시예에 있어서는 레지스트(84)를 제거하고 나서 전자선을 조사하도록 하였지만, 레지스트(84)를 제거하지 않고 전자선의 조사를 수행하여도 좋다.
그리고 본 실시예에 있어서는 IGBT를 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, 다른 반도체장치 예를 들면 종형 MOSFET인 파워MOSFET 등에도 이용될 수 있다. 또한 통상의 바이폴러트랜지스터, 또는 그 이외에도 기판 내의 일부에만 조사선을 조사하고자 하는 영역을 구비하는 반도체 장치이면 어떠한 것에도 적용될 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 소스전극(22)를 알미늄을 이용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 제동X선이 발생하지 않는 다른 경원소금속 예를 들면 알미늄실리콘 등을 채용하여도 좋다. 또한 경원소금속 이외에도 제동X선이 발생하지 않는 금속이면 어떠한 금속이라도 가능하고, 예를 들면 구리를 사용하여도 좋다. 특히 구리는 알미늄 보다 밀도가 높아서 막두깨를 얇게 하여도 소정의 영역에만 조사선을 조사하는 것이 가능하다. 그외 텅스턴 등을 사용하여도 좋다.
또한 본 실시예에 있어서는 조사선영역을 구비하는 반도체장치로서, IGBT를 채용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명을 IGBT를 구비하는 반도체장치로서 채용하여도 좋다.
그리고 본 실시예에 있어서는 결정결함영역(11)의 상부의 개구부(25)를 형성하기 위하여, 실리콘산화막(27)을 설계하고 있다. 그러나 이와 같은 실리콘산화막를 설계하지 않고, 형성된 소스전극(22)을 에칭하여 개구부를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는, 상기 금속배선층은, 경원소금속으로 구성하고 있다. 따라서 조사선을 조사한 경우에 제동X선이 발생하지 않는다. 또한 상기 금속배선층은 상기 조사영역에는 조사선이 도달할 정도로, 상기 조사영역 이외의 영역의 상부 보다 얇게 형성하고 있다. 따라서 소망의 조사영역에는 조사선을 조사하여 결정결함을 생기게 하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조사선을 이용하는 경우에도 제동X선 등에 의한 악영향이 없고, 더욱이 간단한 공정으로 소망의 영역에만 조사선을 조사 가능한 반도체장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는 상기 금속배선층의 상기 조사영역의 상부에는 개구되어 있다. 따라서 상기 조사영역으로의 조사를 보다 효율적으로 수행하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 반도체 장치에 있어서는, 상기 조사영역 이외의 영역의 상부의 금속배선층은, 상기 조사선이 조사영역 이외의 영역에 악영향을 미치지 않을 정도의 두께이다. 따라서 상기 조사에 의하여 조사영역 이외의 영역으로의 영향을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는 상기 금속배선층은 경원소금속으로 구성되어 있고, 상기 조사영역 이외의 영역으로의 조사선의 조사를 억제하는 마스크로서 이용한다. 따라서 조사선을 조사한 경우에도 제동X선 등에 의한 악영향이 없으며, 더욱이 간단한 공정으로 소망의 영역에만 조사선을 조사 가능한 반도체장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는, 상기 반도체장치는 IGBT이고, 상기 조사영역은 기생다이오드가 형성되는 PN접합영역이다. 따라서 간단한 구조로 기생다이오드에 의한 스위칭 손실을 해소할 수 있는 IGBT를 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는, 상기 반도체장치는 MOSFET이고, 상기 조사영역은 기생다이오드가 형성된 PN접합영역이다. 따라서 간단한 구조로, 기생다이오드에 의한 스위칭 손실을 해소할 수 있는 MOSFET를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 반도체장치의 제조방법에 있어서는, 상기 금속배선층을 점녕에 형성하고, 상기 조사영역의 상부에 상기 금속배선층을 제거하고, 상기 잔존하는 금속배선층을 마스크로서 조사선을 조사한다. 따라서 조사선을 조사한 경우에 제동X선이 발생하는 것 없이, 소망의 조사영역에는 결정결함을 생기게 하는 것이 가능하다. 이것에 의하여 조사선을 이용하는 경우에도 제동X선 등에 의한 악영향을 없애고, 더욱이 간단한 고정으로 소망의 영역에만 조사선을 조사 가능한 반도체장치의 제조방법을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 반도체장치에 있어서는, 상기 금속배선층은 조사선을 조사하여도 제동X선을 발생하지 않는 금속으로 구성되어 있고, 더욱이 상기 금속배선층은 상기 조사영역에는 조사선이 도달하는 정도에, 상기 조사영역 이외의 영역의 상부보다 얇게 형성하고 있다. 따라서 소망의 조사영역에만 결정결함을 발생시킬 수 있다. 이것에 의하여 조사선을 이용하는 경우에도 제동X선 등에 의한 악영향이 없고, 더욱이 간단한 공정으로 소망의 영역에만 조사선을 조사 가능한 반도체장치를 제공하는 것이 가능하다.
상기 설명에 있어서는, 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명하였지만, 각 용어는 한정을 위하여 사용되는 것은 아니고, 설명을 위하여 사용된 것이어서, 본 발명의 범위 및 정신을 이탈하지 않고, 첨부한 청구범위에 있어서 변경하는 것이 가능할 것이다.

Claims (8)

  1. 조사선을 조사하기 위한 조사영역을 구비하는 기판,
    상기 기판상에 직접 또는 간접 설치되는 금속배선층을 구비하는 반도체장치로서,
    상기 금속배선층은, 경원소금속으로 구성되어 있고,
    상기 조사영역의 상부의 금속배선층은, 상기 조사영역에는 조사선이 도달하는 정도로, 조사영역 이외의 영역의 상부보다 얇게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조사영역의 상부에는 상기 금속배선층이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조사영역의 상부에는 절연막이 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조사영역 이외의 영역의 상부의 금속배선층은, 상기 조사선이 조사영역 이외의 영역에 악영향을 미치지 않을 정도의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  5. 조사선을 조사하기 위한 조사영역을 구비하는 기판,
    상기 기판 상에 설치되는 금속배선층을 구비하는 반도체장치로서,
    상기 금속배선층은, 경원소금속으로 구성되어 있고, 상기 조사영역 이외의 영역으로의 조사선의 조사를 억제하는 마스크로서 이용되는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체장치는, IGBT이고, 상기 조사영역은 기생다이오드가 형성되는 PN접합영역인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반도체장치는, MOSFET이고, 상기 조사영역은, 기생다이오드가 형성되는 PN접합영역인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  8. 기판 상에 금속배선층을 구비하고, 기판내에 부분적으로 조사선을 조사하는 반도체장치의 제조방법으로,
    상기 금속배선층을 전면에 형성하고,
    상기 조사영역의 상부의 금속배선층을 제거하고,
    상기 잔존하는 금속배선층을 마스크로서 조사선을 조사하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
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