TWI357660B - Fabricating method of mesa-shaped semiconductor de - Google Patents

Description

1357660 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在台地型半導體裝置之表面形成作為 電極之金屬膜配線圖案之半導體裝置之製法。更古 之係關於-種藉由均勾的膜厚而可形成金屬膜配線 之半導體裝置之製法。 茶 【先前技術】 在以往習知之台地型半導體裝置中，已知有一種在其 表面形成電極用之金屬膜配線圖案時，藉由電鍍法於所希 望之處形成金屬膜’或是藉由濺鍍法或真空紐法將金屬 膜設於全面，然後，藉由光微影餘進行圖案化而僅於必 要之處殘留金屬膜而藉以形成之方法。 如第3A圖所示，係採用一種形半導體基板21上 設置Ρ形層22，藉此以於要分割成形成有卯接合之半導 體晶圓之切片（pellet)之部分形成凹部，並設置藉由於該 凹部内塗佈Si〇2膜之成膜或玻璃塗料並予以燒結之方式 所形成之鈍化（passivation)膜等之絕緣膜23，然後又以 電鍍法等而於形成有凹部之侧的半導體層22表面及半導 體基板21之背面形成金屬膜，藉此以形成兩電極24、25 之方法。此時，表面侧之電極24不僅在半導體層22表面， 另在絕緣膜23上亦會產生金屬經膜的垂落，而有增加浮游 電容或於台地側面容易產生靜電破壞的問題。為了解決此 種問題’乃採用一種藉由光阻（photoresist)膜於半導體 層22之表面形成開口部，並藉由電鍍法而僅於該開口部内 6 316623修正版 1357660 形成電極24 報）。 之方法（參照例如日本特開平 第94104282號專利申諳案 .100年8月5日修正替換頁 1-232719 號公 由電…所示，與前述之例相同採用-種藉 合而使金屬膜24、25成膜於形成有押接 之光2 之表面及背面的全面，並於之後將未圖示 = 於金屬膜24之表面並進行圖案化，且於要分 °刀片之部分，於金屬膜24、半導體層22及半導體基 二之一部分形成凹部，以形成台地形狀，又藉由於該土凹 内塗佈玻璃塗料等而燒結之方式以形成絕緣膜23之方 法（參照例如曰本特開昭56_58232號公報）。 ^前所述，在形成有凹部之半導體晶圓表面形成電極 時’若於未形成有絶緣膜之半導體層表面直接形成電極 時，由於電極的金屬膜會垂落於絕緣膜上而容易產生浮游 電容的增加或靜電破壞之問題，若欲於全面設置光阻膜而 僅將凹部以外的半導體層上予以開口，且僅於所希望的區 域進行電鍍以形成電極時，則形成有凹部的半導體晶圓將· 易於產生輕曲，而且由於凹部而使表面的凹凸劇烈，因而 難以進行精密的圖案化，而有無法僅在所希望的範圍形成 電極之問題。在形成該凹部並設置絕緣膜之後，藉由光阻 膜之圖案化而僅於所希望之範圍形成金屬膜（電極）之方 法，並不限於電鍍法，即使藉由濺鍍法或真空蒸鍍法成膜 而進行圖案化時亦有同樣的問題。 並且’以使金屬膜成膜於前述半導體晶圓表面之全 面，並於之後形成凹部而形成絶緣膜之方法而言，如欲形 7 316623修正版 1357660 第94104282號專利申請案 100年8月5日修正替換頁 ιυυ千δ乃）9修止瞀換j 成作為咼耐壓用之較厚的絕緣膜，必須要塗佈玻璃塗料並 予以燒結，而由於燒結溫度到達6〇〇至8〇〇〇c左右，因此 必須採用能夠承受燒結時溫度之材料以作為電極的材料， ，無法採用通常的鋁（A1)等，故有在材料上受到限制的問 題。 再者，若藉由電鍍法成膜時，當由於鍍覆液攪拌所產 生的液流而於晶圓中央部與端部側產生鍍覆成長率的參差 不齊，或由於電極形成與晶圓中心部的一點接觸而使鑛覆 f長率因為與電極之距離的不同而產生參差不齊，或是於 *圓月面產生圖案異常等的不良時，由於電流會集中在異 而會產生鑛覆成長率的參差不齊，故亦有晶圓面内 、金屬鍍膜的均句性惡化，且Vf (順向電壓降）特性 性特性降低之問題。 【發明内容】 [發明欲解決之問題] f發明係有鑑於此種狀況而研創者’其 種台地型半導體裝置之製法，用以製造台地型半導體^ 置’而於半導體晶圓作為分割成切片之 +導縣表面，而可以均勻的厚度僅於未形 部分設置金屬膜以形成電極。 、’’、之 [解決問題之方案] 本發明之半導體裝置之製法之特徵 晶圓形成具有至少“固押接合之 二:⑴於半導體 之周圍以形成凹部與台地部；（c) Μ刻前述元件 )於别述凹部之表面形成 316623修正版 8 1357660 第94104282號專利申讀宏 100年8月5曰修正替換頁' 锅缝晅.,j、 匕二月3曰修正替換1 絕緣腺Η於前述半導體晶圓之表面的半導體層及前述 :=二面形成金屬膜;(0施以熱處理並接著將高壓 ^ 半導體晶圓表面，藉此以選擇性去除前述絕 ，^的金屬膜；以及⑴切斷前述凹部之下的前述半導 腹ΒΘ圓。 A述金屬臈的形成係藉由減鍍法或真空蒸鑛法進 仃，即可形成非常均勻厚度的金屬膜。 前述高壓水的噴射係藉由以G.5至1.5Mpa的壓力而進 =根據金屬膜與半導體層之密著力及金屬膜與絕緣膜之 密者力的差，僅將絕緣膜上的金屬膜予以剝離並去除，且 不會剝離半導體層上的金屬膜而使其殘存，故甚為理想。 [發明之功效] “ 依據本發明，絕緣膜上的金屬膜並非藉由圖案化並予 =钱刻而加以去除，而是藉由對全面噴射高壓水，以該衝 擊力而僅將密著力較弱的絕緣膜上之金屬膜予以剝離，因 此即使由於凹部的形成而使晶圓表面的凹凸劇烈，亦可精 氆度極佳地選擇性去除金屬膜，並且在無絕緣膜之半導體 層表面的金屬膜並不會有任何剝離，而可直接利用作為電 極’故可僅在半導體層表面形成精密度極佳而且可以均勻 的膜厚形成電極。並且，藉由以濺鍍法或真空蒸鍍法形成 金屬膜，可使電極膜之厚度極為均勻，且可獲得Vp特性 等、電性特性等均極為良好的半導體裝置。 【實施方式】 [發明之實施形態] 9 316623修正版 1357660 第94104282號專利申請案 100年8月5日修正替換頁

. 丁 〇 /3 J Q ，、次’兹參照圖式說明本發明之半導體裝置之製法。 =據本發明之半導體裝置之製法，係如第以至1F圖之- =態之製程說明圖所示，其特徵為於半導體晶圓！藉 ，成至少一個pn接合而形成元件並藉由將該元件之周 =以餘刻以形成凹部8。㈣’於凹部8之表面形成絕 緣膜5,並藉由濺鍍法或真空蒸鑛法而於半導體晶圓u 面之P形半導體層4及絕緣膜5之表面形成金屬膜6a。之 後’藉由施以熱處理以使p形半導體層4與金屬膜心之密 者性提昇，並藉由將高愿水喷射於半導體晶圓k表面， 以由該衝擊力僅將絕緣膜5上的金屬料以選擇性地去 除。然後，藉由將凹部8之下之半導體晶圓i予以切斷， 以形成台地型形狀之半導體裝置之晶片。以下具體詳述之。 百先，如第1A圖所示，藉由於半導體晶圓i形成至 少-個Pn接合以形成元件。第1AJL㈣示之例係為台 地型之二極體之例，其係^形半導體層3及^形半導體 層4磊晶成長於例如由矽所構成之n+形半導體基板2表 面’以形成pn接合，並形成二極體。然而’並不以此例為 限’亦可藉由直接擴散等將雜質導入半導體基板2以形成 pn接合之方式而形成二極體，而且’並不以二極體為限， 亦可是電晶體或閉流體（thyrist〇r)等形成為台地型形狀 之半導體裝置。並且，半導體基板亦不以石夕為限，亦^ GaAs等的化合物半導體。 其次’如第1B圖所示，於元件的周圍，藉由從 體晶圓1將要分割成各切片之部分予以蝕刻以形成凹部 316623修正版 丄357660 第941〇4282號專利申請案 100年8月5日修正替換頁 。姓刻係將例如光阻膜設置於？形半導 由料《彡技術使要⑽i的部分開口之方式以形 /、.、9’並從由遮罩9露出的p形半導體層4的表面， 糟由例如氟酸與硝酸的混合液等的蝕刻液而蝕刻到超過 Pn接合”分’並於之後將鮮9錯。其結果，p形半 導體層4即成為突出於台地形狀的構造。 其次’如第1C圖所示，於凹部8的表面形成絕緣膜& 此絕緣膜5係將使玻璃粉末懸濁於有機溶劑之玻璃塗料予 =塗佈於凹部内，並以6〇〇至8〇〇它程度進行6〇至卯分 &度的燒結處理而形成。並且，將用以形成前述凹部之際 的遮罩9直接留下’藉由例如CVD法等而使Si02膜等成 膜於全面，之後亦可將遮罩9與凹部以外的si〇2膜一同去 除，藉以形成絕緣膜5。 之後，如第1D圖所示，藉由濺鍍法或真空蒸鍍法以 於半導體晶圓1表面之p形半導體層4及絕緣膜5之表面 形成金屬膜6a。例如，以A1或Ag作為靶材，藉由通常的 濺鍍法，使A1或Ag從靶材飛散，而使金屬膜6a成膜為 〇·5至3//m左右的厚度於半導體晶圓1表面的全面。亦可 不藉由錢鍍法而藉由以真空濺鍍法亦可同樣形成。之後， 將半導體晶圓1反轉而同樣使金屬膜成膜為〇 5至m 程度的厚度於半導體基板2的背面，以形成背侧的電極7。 另外’半導體基板2背面的電極7亦可不藉由濺鍍法或真 空蒸鑛法而改以電鍍法形成。 之後’進行熱處理。藉由施行熱處理即可將p形半導 11 316623修正版 Ϊ357660 _ 第94104282號專利申請案 * 100年8月5日修正替換苜 體層4與金屬膜6a之密著性提昇。接著並藉由將高壓水噴 射於半導體晶圓表面’如第1E圖所示’即可將絕緣膜5 上的金屬膜6a予以選擇性地去除。具體而言，藉由於真空 中進行400至500°C左右、30至9〇分左右的熱處理，使^ 形半導體層4與金屬膜以的接合面矽化物化，以使密著性 提昇。另一方面，由於絕緣膜5上的金屬膜6a並不會與絕 緣膜5與金屬膜6a產生反應，因此即使施以熱處理亦不會 提昇密著性。 ^ 之後，將半導體晶圓1設定於第2圖所示之高壓水喷 射裝置之晶圓吸附基台（stage)lljL。高壓水喷射裝㈣ 具有未圖示之旋轉機構，並以向例如第2圖所示箭頭A所 示方向旋轉之方式設置晶圓制基台^，且於該晶圓吸附 基台11之上方，設有將前端部朝向晶圓吸附基台u之表 面之高壓喷嘴12,並以可藉由高壓將未圖示之水源所供給 之水予以喷射之方式而構成。該高壓嘴嘴12係具有可向未 圖不之水平方向移動之移動機構，俾可於水平面内移動， 並以可將高壓水喷射於晶圓吸附基台11±之全面 而構成。在晶圓吸附基台丨丨上漶i 士 m 工 n2喷嘴13。 1上復-有用以喷附乾燥氮氣的 在此種裝置之晶圓吸附某AL w “ 上，將形成有凹部8 之側作為表面而將半導體晶圓】予以 基A I丨斿M Θ 固疋，並使晶圓吸附 丞口 11鉍轉，並且一面使高壓喷 —面徹底將高壓水嘴射於半導體 2二=内移動’ 該衝擊力將金屬膜6a之密著性不良圓的1表八面的全面’並以 的4分，亦即絕緣膜5 316623修正版 12 1357660 第94104282號專利申請案 ' | 100年8月5日修正替換頁 上的金屬膜6a予以選擇性地去除，而僅於p形半導體層4 的表面形成電極6。此時將高壓水的壓力設定為〇 5至 1.5Mpa的範圍，藉此即可將絕緣膜5上的金屬膜6a予以 選擇性地剝離，而且在p形半導體層4上的金屬膜6a不會 有任何異常情形，即可選擇性將金屬膜6a予以剝離❶亦 即’本發明人經過不斷研究檢討將金屬膜6a予以選擇性剝 離的結果，有鑑於當壓力過小時無法將絕緣膜5上的金屬 獏6a充分地剝離’而且，壓力過強時又有受到半導體晶圓 的破裂、破損等損害，或產生p形半導體層4與傘屬膜以 之剝離等，因而藉由以上述壓力的範圍喷射高壓水，即可 選擇性地僅將絕緣膜5上的金屬膜6a予以剝離，且於p 形半導體層4上的金屬膜6a不會有任何異常產生。在選擇 性地將金屬膜6a去除之後，藉由純水予以洗淨，並從n2 噴嘴13喷附&氣體而使半導體晶圓i乾燥。 之後，藉由將凹部之下的半導體晶圓j切斷，如第if 圖所示，分割成台地型形狀之半導體裝置之各切片，可獲 得本發明之半導體裝置。而該切斷一般係以切割機（4^^) 進行切斷，然而亦可以其他方法進行切斷。 依據本發明，不必應用光微影製程，即可將形成於表 面全面之金屬膜予以選擇性地剝離去除，並可僅在必要的 持將金屬膜形成為電極。因此，即使由於設成台地型而 於半導體晶圓表面形成凹部而使表面的凹凸劇烈，或由於 由玻璃等所構成之絕緣膜燒結而使半導體晶圓產生勉曲，、 以致無法於晶圓表面形成細緻的光阻膜圖案時，亦可非常

1Q 316623修正版 丄妁7660 第94104282號專利申請案 100年8月5日修正替換百 |川》平8月5日修正替換1 精確地將全面成膜之金屬膜的不需要部分予以選擇性地去 ,、並且由於不需要光微影製程，因此不須再有光微影 製程上所需的製程（光阻塗佈一曝光一顯影一烘烤—金屬 蝕刻-光阻去除）的程序，故可以非常少的製程而以正確 的圖案形成電極，且非常廉價地製造。再者，由於金屬膜 的形成係藉由濺鍍法或真空蒸鍍法而成膜，故可以非常均 勻的膜科以形成金屬膜。其結果，亦不會再有例如金屬 膜厚不均勻時而使電極剝離或形成密著不良，或易於產生 壓降“良等之問題’而可獲得非常高特性的 【圖式簡單說明】 第1A至if圖為表示依據本發明之製 之貫施形態 ^圖為表示用於使第㈣之高壓水料之製程之 衣罝的一例圖。 第3A及第3B圖為表示習知之台地 圖。 土卞导體裝置之例 【主要元件符號說明】 半導體晶圓 ’半導體基板 n形半導體層 P形半導體層 1 絕緣膜 > 電極 316623修正版 14 第94104282號專利申請案 100年8月5日修正替換頁 金屬膜 電極 凹部 遮罩 晶圓吸附基台 高壓喷嘴 n2喷嘴 η形半導體基板 半導體層 絕緣膜 電極（金屬膜） 15 316623修正版

Claims (1)

1357660 第94104282號專利申請案 1〇〇年8月5曰修正替換頁 其特徵為包括以下製 十、申請專利範園： 1. 一種台地型半導體裝置之製法 程： (a )於半導體晶圓形成具有至少！個pn接合之 元件； (b)蝕刻前述元件之周圍以形成凹部與台地部 (C)於前述凹部之表面形成絕緣膜； (d) 於刖述半導體晶圓表面的半導體層及前述 絕緣膜表面形成金屬膜； (e) 施以熱處理並接著將高壓水喷射於前述半 導體晶圓表面’藉此以選擇性去除前述絕緣膜上的金屬 If)切斷前述凹部之下的前述半導體晶圓。 2.如申^專利範圍第之台地型半導體裝置之製法，其 中’别述絕緣職將使玻德㈣濁於有機㈣所成之 玻璃塗料予以塗佈於前述凹部内，並以嶋至8〇代進 行60至90分的燒結處理而形成。 如申明專利㈣第W之台地型半導體裝置之製法，其 中，前述絕緣膜的形成係將形成前述凹部時的遮罩直接 留下，藉由CVD法而使絕緣膜成臈於全面，之後將前 2罩去除，藉此以去除前述凹部内以外之絕緣膜㈣ 成别述絕緣膜。 •如奢專利範圍第W之台地型半導體裝置之製法，其 中’剧述金屬膜之形成係藉由㈣法或真空聽法而進 16 316623修正版 4 1357660 行 第94104282號專利申請案 100年8月5日修正替換頁 5. 如申請專利範圍第4項 A 項之σ地型+導體裝置之製法，其 中，將前述金屬膜形成為0.5至3/zm之厚度。 6. 如申=專利範圍第i項之台地型半導體裝置之製法其 下 中如述（e)製程之熱處理係藉由在4〇〇至50〇。〇 加熱30至90分而進行。 7. 如申請專利範圍第丨項之台地型半導體裝置之製法，其 中，藉由0.5至1.5MPa之壓力以進行前述高壓水的噴 射。 8. 如申請專利範圍第1項之台地型半導體裝置之製法，其 中，一面使高壓喷嘴移動’ 一面於前述半導體晶圓表面 全面均勻地進行前述高壓水的喷射。 9. 如申請專利範圍第1項之·台地型半導體裝置之製法，其 中，在前述（e)製程之選擇性地將金屬膜去除之後， 藉由純水洗淨’並喷附N2氣體而使前述半導體晶圓乾 燥。 316623修正版 17