JP3767864B2

JP3767864B2 - メサ型半導体装置の製法

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Publication number: JP3767864B2
Application number: JP2004038177A
Authority: JP
Inventors: 龍一根木
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: TW200534483A; JP2005229035A; US7192848B2; KR20060041961A; TWI357660B; CN100466295C; CN1658374A; US20050181580A1

Description

本発明は、メサ型半導体装置の表面に電極とする金属膜配線パターンが形成される半導体装置の製法に関する。さらに詳しくは、金属膜配線パターンを均一な膜厚で形成することができる半導体装置の製法に関する。

従来のメサ型半導体装置で、その表面に電極用の金属膜配線パターンを形成する場合、電気めっき法により所望の場所に金属膜を形成するか、スパッタリング法または真空蒸着法により金属膜を全面に設け、その後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングをして必要な場所にのみ金属膜を残すことにより形成する方法が知られている。

たとえば、図３（ａ）に示されるように、ｎ形半導体基板２１上にｐ形層２２が設けられることによりｐｎ接合が形成された半導体ウェハのペレットに分割する部分に凹部を形成し、その凹部内にＳｉＯ₂膜の成膜、またはガラスペーストを塗布して焼結することにより形成されるパシベーション膜などの絶縁膜２３を設け、その後に凹部が形成された側の半導体層２２表面および半導体基板２１の裏面に電気めっき法などにより金属膜を形成することにより、両電極２４、２５を形成する方法が採られている。この場合、表面側の電極２４は半導体層２３の表面のみではなく、絶縁膜２３上にも金属めっき膜のダレが生じ、浮遊容量の増加やメサ側面で静電破壊の問題が生じやすいという問題がある。このような問題を解決するため、半導体層２２の表面にホトレジスト膜により開口部を形成し、その開口部内のみに電極２４を電気めっき法により形成する方法も採られている（たとえば特許文献１参照）。

また、図３（ｂ）に示されるように、前述の例と同様にｐｎ接合が形成された半導体ウェハの表面および裏面の全面に電気めっき法などの方法により金属膜２４、２５を成膜し、その後に半導体層２２の表面に図示しないレジスト膜を設けてパターニングをし、金属膜２４、半導体層２２および半導体基板２１の一部のペレットに分割する部分に凹部を形成してメサ形状を形成し、その凹部内にガラスペーストなどを塗布して焼結することにより絶縁膜２３を形成する方法も採られている（たとえば特許文献２参照）。
特開平１−２３２７１９号公報特開昭５６−５８２３２号公報

前述のように、凹部を形成した半導体ウェハの表面に電極を形成する場合に、絶縁膜の形成されていない半導体層の表面に直接電極を形成すると、絶縁膜上に電極の金属膜がダレて浮遊容量の増加や静電破壊を生じやすいという問題があり、全面にレジスト膜を設けて凹部以外の半導体層上のみを開口し、所望の領域にのみ電気めっきをして電極を形成しようとすると、凹部が形成された半導体ウェハは反りが生じやすく、しかも凹部により表面の凹凸が激しいため、精密なパターニングをし難く、所望の範囲のみに電極を形成することができないという問題がある。この凹部を形成して絶縁膜を設けた後に、レジスト膜のパターニングにより所望の範囲のみに金属膜（電極）を形成するという方法は、電気めっき法に限らず、スパッタリング法や真空蒸着法により成膜してパターニングをする場合でも同様の問題を生じる。

また、前述の半導体ウェハ表面の全面に金属膜を成膜し、その後に凹部を形成して絶縁膜を形成する方法では、高耐圧用に厚い絶縁膜を形成するにはガラスペーストを塗布して焼結する必要があり、焼結温度が６００〜８００℃程度になるため、電極の材料として焼結時の温度に耐え得る材料を用いなければならず、通常のＡｌなどを用いることができず、材料に制約があるという問題がある。

さらに、電気めっき法により成膜すると、めっき液撹拌による液流によりウェハ中央部と端部側とでめっき成長レートのバラツキが生じたり、電極がウェハ中心部の一点接触になるため電極との距離の相違に基づくめっき成長レートのバラツキが生じたり、ウェハ裏面にパターン異常などの不良がある場合は、異常点に電流が集中してめっき成長レートのバラツキが生じたりするため、ウェハ面内の金属膜厚の均一性が悪く、Ｖ_F（順方向電圧降下）特性などの電気的特性が低下するいという問題もある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、メサ型半導体装置を製造するため、半導体ウェハにペレットへの分割用に凹部が形成された半導体層表面で、絶縁膜が形成されていない部分のみに均一な厚さで金属膜を設けて電極を形成することができるメサ型半導体装置の製法を提供することを目的とする。

本発明による半導体装置の製法は、（ａ）半導体ウェハに少なくとも１つのｐｎ接合を形成することにより素子を形成し、（ｂ）前記素子の周囲をエッチングすることにより凹部を形成し、（ｃ）前記凹部の表面に絶縁膜を形成し、（ｄ）前記半導体ウェハの表面の半導体層および前記絶縁膜の表面に金属膜を形成し、（ｅ）熱処理を施し、ついで前記半導体ウェハ表面に高圧水を噴射することにより、前記絶縁膜上の金属膜を選択的に除去し、（ｆ）前記凹部の下の前記半導体ウェハを切断することを特徴とする。

前記金属膜の形成を、スパッタリング法または真空蒸着法により行うことにより、非常に均一な厚さの金属膜を形成することができる。

前記高圧水の噴射を０.５〜１.５ＭＰａの圧力で行うことにより、金属膜と半導体層との密着力および金属膜と絶縁膜との密着力との差に基づき、絶縁膜上の金属膜のみが剥離して除去され、半導体層上の金属膜は剥離することなく残存するため好ましい。

本発明によれば、絶縁膜上の金属膜をパターニングしてエッチングすることにより除去するのではなく、全面に高圧水を噴射することにより、その衝撃力で密着力の弱い絶縁膜上の金属膜のみを剥離しているため、凹部の形成によりウェハ表面の凹凸が激しくても、非常に精度よく選択的に金属膜を除去することができ、絶縁膜のない半導体層表面の金属膜は何ら剥離することなく、そのまま電極として利用することができ、半導体層表面のみに非常に精度よく、しかも均一な膜厚で電極を形成することができる。また、スパッタリング法または真空蒸着法により金属膜を形成することにより、電極膜の厚さが非常に均一になり、Ｖ_F特性など、電気的特性も非常に良好な半導体装置が得られる。

つぎに、本発明の半導体装置の製法について、図面を参照しながら説明をする。本発明による半導体装置の製法は、図１にその一実施形態の工程説明図が示されるように、半導体ウェハ１に少なくとも１つのｐｎ接合を形成することにより素子を形成し、その素子の周囲をエッチングすることにより凹部８を形成する。そして、凹部８の表面に絶縁膜５を形成し、半導体ウェハ１表面の半導体層４および絶縁膜５の表面にスパッタリング法または真空蒸着法により金属膜６ａを形成する。その後、熱処理を施すことにより半導体層４と金属膜６ａとの密着性を向上させ、半導体ウェハ１の表面に高圧水を噴射することにより、その衝撃力で絶縁膜５上の金属膜のみを選択的に除去する。そして、凹部８の下の半導体ウェハ１を切断することにより、メサ型形状の半導体装置のチップを形成することを特徴とする。以下に具体的に詳述する。

まず、図１（ａ）に示されるように、半導体ウェハ１に少なくとも１つのｐｎ接合を形成することにより素子を形成する。図１に示される例は、メサ型のダイオードの例で、たとえばシリコンからなるｎ⁺形の半導体基板２表面にｎ形の半導体層３およびｐ形の半導体層４がエピタキシャル成長させることにより、ｐｎ接合が形成され、ダイオードが形成されている。しかし、この例に限定されるものではなく、半導体基板２に直接拡散などにより不純物が導入されてｐｎ接合が形成されることによりダイオードが形成されるものでもよく、また、ダイオードでなくてもトランジスタやサイリスタなど、メサ型形状に形成する半導体装置であればよい。また、半導体基板もシリコンに限定されるものではなく、ＧａＡｓなどの化合物半導体でもよい。

つぎに、図１（ｂ）に示されるように、素子の周囲で、半導体ウェハ１から各ペレットに分割する部分をエッチングすることにより凹部８を形成する。このエッチングは、たとえばレジスト膜を半導体層４の表面の全面に設け、フォトレジスト技術によりエッチングする部分を開口させることによりマスク９を形成し、マスク９から露出する半導体層４の表面から、たとえばフッ酸と硝酸の混合液などのエッチング液によりｐｎ接合を超える部分までエッチングし、その後マスク９を除去する。その結果、ｐ形半導体層４がメサ形状に突出する構造になる。

つぎに、図１（ｃ）に示されるように、凹部８の表面に絶縁膜５を形成する。この絶縁膜５は、たとえばガラス粉末を有機溶剤に懸濁させたガラスペーストを凹部内に塗布して、６００〜８００℃程度で６０〜９０分程度の焼結処理をすることにより形成することができる。また、前述の凹部を形成する際のマスク９をそのまま残しておいて、たとえばＣＶＤ法などにより全面にＳｉＯ₂膜などを成膜し、その後にマスク９と共に凹部以外のＳｉＯ₂膜を除去することにより絶縁膜５を形成することもできる。

その後、図１（ｄ）に示されるように、半導体ウェハ１表面の半導体層４および絶縁膜５の表面にスパッタリング法または真空蒸着法などにより金属膜６ａを形成する。たとえば、ＡｌまたはＡｇをターゲットとして、通常のスパッタリング法により、ターゲットからＡｌまたはＡｇを飛散させ、半導体ウェハ１表面の全面に金属膜６ａを０.５〜３μｍ程度の厚さに成膜する。スパッタリング法ではなく、真空蒸着法により同様に形成しても構わない。この後、半導体ウェハ１を裏返して半導体基板２の裏面にも、同様に金属膜を０.５〜３μｍ程度の厚さに成膜して裏側の電極７を形成する。なお、半導体基板２裏面の電極７は、スパッタリング法または真空蒸着法ではなく、電気めっき法により形成しても構わない。

その後、熱処理を行う。熱処理を施すことにより半導体層４と金属膜６ａとの密着性を向上させることができる。ついで半導体ウェハ表面に高圧水を噴射することにより、図１（ｅ）に示されるように、絶縁膜５上の金属膜６ａを選択的に除去する。具体的には、真空中で４００〜５００℃程度、３０〜９０分程度の熱処理を行うことにより、半導体層４と金属膜６ａとの接合面がシリサイド化し、密着性が向上する。一方、絶縁膜５上の金属膜６ａは、絶縁膜５と金属膜６ａとは反応しないため、熱処理を行っても密着性は向上しない。

その後、図２に示されるような高圧水噴射装置のウェハ吸着ステージ１１上に、半導体ウェハ１をセッティングする。高圧水噴射装置は、図示しない回転機構を有し、たとえば図２に矢印Ａで示される方向に回転するようにウェハ吸着ステージ１１が設けられ、そのウェハ吸着ステージ１１の上方に、ウェハ吸着ステージ１１の表面に先端部を向けて高圧ノズル１２が設けられ、図示しない水源から供給される水を高圧で噴射し得るように構成されている。この高圧ノズル１２は水平面内で移動し得るように図示しない水平方向への移動を可能にする移動機構を有し、ウェハ吸着ステージ１１上の全面に高圧水を噴射し得るように構成されている。ウェハ吸着ステージ１１上には、さらに乾燥窒素を吹き付けられるＮ₂ノズル１３が設けられている。

このような装置のウェハ吸着ステージ１１上に、凹部５が形成された側を表にして半導体ウェハ１を固定し、ウェハ吸着ステージ１１を回転させ、かつ、高圧ノズル１２を水平面内で移動させながら、半導体ウェハ１表面の全面に満遍なく高圧水を噴射して、その衝撃力により金属膜６ａの密着性が劣る部分、すなわち絶縁膜５上の金属膜６ａを選択的に除去して、半導体層４の表面のみに電極６を形成する。このときの高圧水の圧力を０.５〜１.５ＭＰａの範囲に設定することにより、絶縁膜５上のみの金属膜６ａを選択的に剥離することができ、半導体層４上の金属膜６ａには何らの異常もなく、選択的に金属膜６ａを剥離することができる。すなわち、本発明者が金属膜６ａを選択的に剥離するため鋭意検討を重ねて調べた結果、圧力が小さ過ぎると絶縁膜５上の金属膜６ａを充分に剥離することができず、また、余り強過ぎると半導体ウェハの割れ、破損などのダメージを受けたり、半導体層４と金属膜６ａとの剥離などが生じたりするため、上述の圧力の範囲で高圧水を噴射させることにより、絶縁膜５上のみの金属膜６ａを選択的に剥離することができ、半導体層４上の金属膜６ａには何らの異常も発生しなかった。選択的に金属膜６ａを除去してから、純水で洗浄し、Ｎ₂ノズル１３よりＮ₂ガスを吹き付けて半導体ウェハ１を乾燥させる。

その後、凹部の下の半導体ウェハ１を切断することにより、図１（ｆ）に示されるように、メサ型形状の半導体装置の各ペレットに分割され、本発明による半導体装置が得られる。この切断は、ダイサーによる切断で一般的には行われるが、他の方法で切断することもできる。

本発明によれば、フォトリソグラフィ工程を適用することなく、表面の全面に形成された金属膜を選択的に剥離除去して、必要な部分のみに金属膜を電極として形成することができる。そのため、メサ型にするため半導体ウェハ表面に凹部が形成されることにより表面の凹凸が激しくなったり、ガラスなどからなる絶縁膜が焼結されて半導体ウェハに反りが出たりすることにより、ウェハ表面に精細なレジスト膜パターンを形成することができない場合でも、非常に正確に全面に成膜した金属膜の不要部分を選択的に除去することができる。しかも、フォトリソグラフィ工程を必要としないため、フォトリソグラフィ工程として必要な工程（レジスト塗布−露光−現像−ベーキング−金属エッチング−レジスト除去）のプロセスが不要となり、非常に少ない工程で正確なパターンで電極を形成することができ、非常に安価に製造することができる。さらに、金属膜の形成をスパッタリング法または真空蒸着法により成膜することにより、非常に均一な膜厚で形成することができる。その結果、金属膜厚が不均一であると電極剥離や密着不良となり、Ｖ_F（順方向電圧降下）不良などが発生しやすいが、そのような問題もなく、非常に高特性の半導体装置が得られる。

本発明による製法の一実施形態の製造工程を示す図である。図１の高圧水を噴射させる工程に用いる装置の一例を示す図である。従来のメサ型半導体装置の例を示す図である。

符号の説明

１半導体ウェハ
２半導体基板
５絶縁膜
６電極
７電極
８凹部

Claims

（ａ）半導体ウェハに少なくとも１つのｐｎ接合を形成することにより素子を形成し、
（ｂ）前記素子の周囲をエッチングすることにより凹部を形成し、
（ｃ）前記凹部の表面に絶縁膜を形成し、
（ｄ）前記半導体ウェハの表面の半導体層および前記絶縁膜の表面に金属膜を形成し、
（ｅ）熱処理を施し、ついで前記半導体ウェハ表面に高圧水を噴射することにより、前記絶縁膜上の金属膜を選択的に除去し、
（ｆ）前記凹部の下の前記半導体ウェハを切断する
ことを特徴とするメサ型半導体装置の製法。
前記金属膜の形成を、スパッタリング法または真空蒸着法により行う請求項１記載のメサ型半導体装置の製法。
前記高圧水の噴射を０.５〜１.５ＭＰａの圧力で行う請求項１または２記載のメサ型半導体装置の製法。