(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の主面に金属シートを配置するシート配置工程と、
前記半導体基板および前記金属シートを焼き鈍しすることで、前記半導体基板と前記金属シートとの接合部に合金層を形成する焼き鈍し工程と、
を備え、
前記シート配置工程では、前記半導体基板と前記金属シートとを交互に積層させることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記焼き鈍し工程では、前記半導体基板に前記金属シートを密着させつつ焼き鈍しすることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の一方の主面に形成されたメサ溝にパッシベーション膜が形成され、
前記金属シートの厚さは、前記一方の主面から突出する前記パッシベーション膜の高さ寸法より厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記金属シートは、ニッケルを５０ｗｔ％以上１００ｗｔ％以下含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記焼き鈍し工程の後で、前記金属シートにおける前記合金層にならなかった部分を除去して前記合金層を露出させるシート除去工程と、
前記合金層上にニッケル層を形成する金属層形成工程と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体素子には、半導体基板上に電極を形成して構成されたものがある。半導体基板に電極用の金属の層を形成する方法としては、特許文献１の半導体装置の製造方法に用いられたメッキ法がある。
【０００３】
なお、特許文献１では、半導体基板の一方の主面にＮ＋型半導体層を形成し、他方の主面にＰ型半導体層を形成している。半導体基板に、Ｎ＋型半導体層側からＰＮ接合面より深い部分まで、エッチング法によりメサ溝を形成する。その後、半導体基板の上下の主面にメッキ法により、アノード電極およびカソード電極をそれぞれ形成している。
ところで、半導体基板に電極を形成する場合、半導体基板と電極との接続部分に、半導体基板を形成する材料と電極を形成する材料との合金層を設ける。この合金層は、メッキ法で電極を形成した半導体基板に焼き鈍しを施すことなどで形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２０４２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、メッキ法では前処理などに多量の薬液を使用する。このため、薬液の処理にコストがかかったり、薬液により半導体基板が汚染されたりする恐れがある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、メッキ法を用いることなく半導体基板に合金層を形成することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の半導体素子の製造方法は、半導体基板の一方の主面に金属シートを配置するシート配置工程と、前記半導体基板および前記金属シートを焼き鈍しすることで、前記半導体基板と前記金属シートとの接合部に合金層を形成する焼き鈍し工程と、を備え、前記シート配置工程では、前記半導体基板と前記金属シートとを交互に積層させることを特徴としている。
この発明によれば、予め形成された金属シートを半導体基板の一方の主面に配置し、焼き鈍しすることで合金層を形成している。このため、従来のメッキ法を用いることなく、半導体基板に合金層を形成することができる。また、金属シートを用いることで、半導体基板の一方の主面を覆う金属の厚さが等しくなり、合金層の厚さを容易に均一化することができる。
また、複数の半導体基板に同時に合金層が形成されるため、半導体素子の製造効率を高めることができる。また、複数の半導体素子の製造をコンパクトに行うことができる。
【０００７】
また、上記の半導体素子の製造方法において、前記焼き鈍し工程では、前記半導体基板に前記金属シートを密着させつつ焼き鈍しすることがより好ましい。
この発明によれば、半導体基板と金属シートとの隙間が低減することで、合金層をより安定して形成することができる。
【０００８】
また、上記の半導体素子の製造方法において、前記半導体基板の一方の主面に形成されたメサ溝にパッシベーション膜が形成され、前記金属シートの厚さは、前記一方の主面から突出する前記パッシベーション膜の高さ寸法より厚いことがより好ましい。
この発明によれば、パッシベーション膜上に配置された金属シートが、パッシベーション膜によって損傷して破れたりするのを防止し、合金層をより確実に形成することができる。
【００１０】
また、上記の半導体素子の製造方法において、前記金属シートは、ニッケルを５０ｗｔ％以上１００ｗｔ％以下含有することがより好ましい。
この発明によれば、合金層におけるニッケルの純度を高め、合金層を通して外部と確実に電気的に接続することができる。
【００１１】
また、上記の半導体素子の製造方法において、前記焼き鈍し工程の後で、前記金属シートにおける前記合金層にならなかった部分を除去して前記合金層を露出させるシート除去工程と、前記合金層上にニッケル層を形成する金属層形成工程と、を備えることがより好ましい。
この発明によれば、ニッケル層を介することで、ニッケル層上に形成される半田などと合金層との接続強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体素子の製造方法によれば、メッキ法を用いることなく半導体基板に合金層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造される半導体素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法において、拡散工程後の状態を示す概略断面図である。
【図３】同半導体素子の製造方法において、酸化膜形成工程でレジストを塗布した状態を示す概略断面図である。
【図４】同半導体素子の製造方法において、酸化膜形成工程でシリコン酸化膜パターンを形成した状態を示す概略断面図である。
【図５】同半導体素子の製造方法において、メサ溝形成工程後の状態を示す概略断面図である。
【図６】同半導体素子の製造方法において、表面処理工程後の状態を示す概略断面図である。
【図７】同半導体素子の製造方法において、シート配置工程後の状態を示す概略断面図である。
【図８】同半導体素子の製造方法において、焼き鈍し工程後の状態を示す概略断面図である。
【図９】同半導体素子の製造方法において、金属層形成工程後の状態を示す概略断面図である。
【図１０】同半導体素子の製造方法において、半田層形成工程後の状態を示す概略断面図である。
【図１１】同半導体素子の製造方法において、切断工程後の状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜１１を参照して本発明の一実施形態について説明する。以下では、半導体素子がメサ型ダイオードである場合を例にとって説明する。
図１に示すように、この実施形態に係るメサ型ダイオード１は、半導体基板２と、半導体基板２の両主面２ａ，２ｂに重ねて形成されたニッケル層３，４、及び半田層５，６と、を備えて大略構成されている。
半導体基板２は、第一導電型（例えばｎ型）のｎ型半導体層２１の一方の面に、第一導電型とは反対の第二導電型（例えばｐ型）のｐ型半導体層２２、ニッケル・シリサイド層（合金層）２３を順に積層し、ｎ型半導体層２１の他方の面に、ｎ型半導体層２１よりも不純物濃度の高い第一導電型の高濃度ｎ型半導体層２４、ニッケル・シリサイド層（合金層）２５を順に積層したものである。
ニッケル・シリサイド層２３の外周縁にはｐ型半導体層２２が、ニッケル・シリサイド層２５の外周縁には高濃度ｎ型半導体層２４がそれぞれ配されている。
【００１５】
ｎ型半導体層２１の不純物濃度は、例えば２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ｐ型半導体層２２の不純物濃度は、例えば１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。また、高濃度ｎ型半導体層２４は、ｎ型半導体層２１よりも高く、例えば１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
この半導体基板２は例えば平面視矩形状に形成されており、その一方の主面２ａの外周縁にはメサ溝７が形成されている。メサ溝７の面（内面）は、半導体基板２の一方の主面２ａから側面２ｃに向けて凹状に湾曲して傾斜している。そして、メサ溝７の面には、ｎ型半導体層２１とｐ型半導体層２２との接合界面（ＰＮ接合界面）が露出している。言い換えれば、メサ溝７は、ＰＮ接合界面よりも深く形成されている。
【００１６】
また、メサ溝７の面は、ガラスや樹脂等からなるパッシベーション膜８によって覆われている。パッシベーション膜８の厚さは、ほぼ均一となっている。また、本実施形態では、パッシベーション膜８が半導体基板２の一方の主面２ａ上まで延び、一方の主面２ａの外周縁領域も覆っている。言い換えれば、半導体基板２の一方の主面２ａに重ねて形成されたニッケル層３及び半田層５は、パッシベーション膜８によって囲まれている。
さらに、半導体基板２の他方の主面２ｂの外周縁領域には、シリコン酸化膜９が形成されている。したがって、半導体基板２の他方の主面２ｂに重ねて形成されたニッケル層４及び半田層６は、このシリコン酸化膜９によって囲まれている。
【００１７】
ニッケル層３，４は、ニッケルを５０ｗｔ（重量）％以上含有した層である。
ニッケル層３及び半田層５を積層させた全体の厚み、および、ニッケル層４及び半田層６を積層させた全体の厚みは、それぞれがパッシベーション膜８やシリコン酸化膜９の厚みよりも大きく設定されていることが好ましい。
【００１８】
次に、上記構成のメサ型ダイオード１の製造方法（以下、製造方法と呼ぶ。）の一例について説明する。
メサ型ダイオード１を製造する際には、はじめに、図２に示すように、第一導電型（例えばｎ型）の半導体基板２の一方の主面２ａに、第一導電型とは反対の第二導電型（例えばｐ型）の不純物を拡散して、第二導電型のｐ型半導体層２２を形成する（拡散工程）。また、本実施形態の拡散工程では、半導体基板２の他方の主面２ｂに、第一の導電型（ｎ型）の不純物を拡散して、半導体基板２よりも不純物濃度の高い第一導電型の高濃度ｎ型半導体層２４を形成する。
ｐ型半導体層２２は、半導体基板２の一方の主面２ａ上にホウ素やアルミニウム等を含有するシートを配置し焼成することで形成される。一方で、高濃度ｎ型半導体層２４は、半導体基板２の他方の主面２ｂ上にリン等を含有するシートを配置し焼成することで形成される。
拡散工程後の半導体基板２は、工程前の半導体基板２と同一のｎ型半導体層２１を、半導体基板２の一方の主面２ａをなすｐ型半導体層２２と、他方の主面２ｂをなす高濃度ｎ型半導体層２４とによって挟み込むように構成されている。
【００１９】
上記拡散工程後には、フォトリソグラフィ法を用いて半導体基板２の両主面２ａ，２ｂにそれぞれシリコン酸化膜パターンを形成する（酸化膜形成工程）。
この工程においては、はじめに、図３に示すように、半導体基板２の両主面２ａ，２ｂ全体にそれぞれシリコン酸化膜１１，１２を形成する。シリコン酸化膜１１，１２は、例えば、半導体基板２を加熱して酸化させることで形成される。
次いで、各シリコン酸化膜１１，１２上に感光性樹脂からなるレジスト１３，１４を塗布する。その後、図４に示すように、露光現像により各レジスト１３，１４に所定パターンを形成し、レジストパターン１３Ａ，１４Ａとする。なお、各レジストパターン１３Ａ，１４Ａに形成されるパターンは、各シリコン酸化膜１１，１２に形成すべきパターンと同一である。そして、各レジストパターン１３Ａ，１４Ａをマスクとして、各シリコン酸化膜１１，１２をエッチングすることで所定パターンを形成してシリコン酸化膜パターン１１Ａ，１２Ａとする。なお、上記エッチングは、ドライエッチングやウェットエッチングなど任意のエッチングであってよい。
【００２０】
上記のように形成される各シリコン酸化膜パターン１１Ａ，１２Ａについて詳細に説明する。半導体基板２の一方の主面２ａに形成されるシリコン酸化膜パターン１１Ａは、半導体基板２の一方の主面２ａにメサ溝７（図５参照）を形成するためのパターン（メサ溝形成用のパターン）である。すなわち、シリコン酸化膜パターン１１Ａは、一方の主面２ａのうちメサ溝７の形成予定領域のみを露出させるように形成されている。
【００２１】
一方、半導体基板２の他方の主面２ｂに形成されるシリコン酸化膜パターン１２Ａは、後述する切断工程において半導体基板２を切断して素子単位（図１参照）に分割する際に、切断用のガイドラインとして機能させるためのパターン（切断ガイド用のパターン）である。より具体的に説明すれば、シリコン酸化膜パターン１２Ａは、半導体基板２の他方の主面２ｂのうちメサ溝７の形成予定領域と半導体基板２の厚さ方向に重なる位置に形成されて、半導体基板２の他方の主面２ｂを複数の領域に区画している。なお、上記シリコン酸化膜パターン１２Ａは、図１に示すメサ型ダイオード１においてシリコン酸化膜９となるものである。
【００２２】
酸化膜形成工程後には、図５に示すように、半導体基板２の一方の主面２ａに互いに間隔をあけて複数のメサ溝７を形成し、これら複数のメサ溝７によって一方の主面２ａを複数の領域に区画する（メサ溝形成工程）。
この工程では、半導体基板２の一方の主面２ａに積層されたシリコン酸化膜パターン１１Ａ及びレジストパターン１３Ａをマスクとして、ドライエッチングやウェットエッチングなどの任意のエッチング法を実施することで、半導体基板２の一方の主面２ａに複数のメサ溝７が形成される。
【００２３】
そして、この工程においては、メサ溝７が、半導体基板２の一方の主面２ａから窪んで形成され、ｎ型半導体層２１とｐ型半導体層２２との接合界面（ＰＮ接合界面）よりも深くなるように形成される。すなわち、上記工程後の状態では、メサ溝７の内面にはＰＮ接合界面が露出することになる。
以上のように形成されるメサ溝７は、素子単位に分割された半導体基板２（図１参照）の一方の主面２ａの外周縁をなすものである。すなわち、メサ溝７は、半導体基板２の他方の主面２ｂ上のシリコン酸化膜パターン１２Ａと半導体基板２の厚さ方向に重なるように形成されている。
なお、本実施形態では、上記メサ溝形成工程後に図６に示すようにレジストパターン１３Ａ，１４Ａを除去するが、例えばメサ溝形成工程前や後述する表面安定化処理工程後に除去されてもよい。
【００２４】
その後、図６に示すように、メサ溝７の内面にガラスや樹脂等からなるパッシベーション膜８を被着する（表面処理工程）。この工程において、パッシベーション膜８は、その厚さがほぼ均一となるようにメサ溝７の内面に形成される。したがって、メサ溝７の窪み形状自体は表面処理工程後であっても維持されている。なお、図示例では、パッシベーション膜８がメサ溝７の内面全体に加え、半導体基板２の一方の主面２ａのうちメサ溝７の開口部周縁にまで形成されているが、少なくともメサ溝７の内面に露出するＰＮ接合界面を覆うように形成されればよい。
そして、この表面処理工程後に、サンドブラスト等によってシリコン酸化膜パターン１１Ａを除去する。
【００２５】
その後、図７に示すように、半導体基板２と金属シート３１とを交互に積層させて積層体３０を形成する（シート配置工程）。すなわち、半導体基板２のいずれの主面２ａ，２ｂにも金属シート３１が配置されるように積層体３０を構成する。
積層体３０は、複数の半導体基板２を積層させて構成されることが好ましい。
金属シート３１は、シート配置工程を行う前に予め形成されたものであり、ニッケルを５０ｗｔ％以上１００ｗｔ％以下含有するものが用いられる。
金属シート３１のうち、積層体３０の外面に配置され、かつ、半導体基板２の一方の主面２ａのみに配置される金属シート３１ａの厚さＴ１は、一方の主面２ａから突出するパッシベーション膜８の高さ寸法Ｈ１より厚く設定されている。金属シート３１のうち、積層体３０の外面に配置され、かつ、半導体基板２の他方の主面２ｂのみに配置される金属シート３１ｂの厚さＴ２は、シリコン酸化膜パターン１２Ａの厚さＨ２より厚く設定されている。金属シート３１のうち、半導体基板２に挟まれる金属シート３１ｃの厚さＴ３は、パッシベーション膜８の高さ寸法Ｈ１とシリコン酸化膜パターン１２Ａの厚さＨ２との和より厚く設定されている。
このように積層体３０を形成することは、両主面に電極等の金属層を有する半導体素子を製造する場合に、好適に用いることができる。
【００２６】
シート配置工程後には、図８に示すように、積層体３０を構成する半導体基板２および金属シート３１を焼き鈍しすることで、半導体基板２のｐ型半導体層２２および高濃度ｎ型半導体層２４と、金属シート３１との接合部にニッケル・シリサイド層２３，２５を形成する（焼き鈍し工程）。
この工程においては、半導体基板２の厚さ方向が鉛直方向と略平行になるように、積層体３０を配置することが好ましい。積層体３０をこのように配置することで、半導体基板２に作用する重力を利用して、半導体基板２の主面２ａ，２ｂに金属シート３１を密着させることができる。
焼き鈍しの条件は適宜設定することができるが、例えば、６００℃の炉に積層体３０を３０分間入れ、その後空冷することなどが挙げられる。
【００２７】
焼き鈍し工程に続いて、金属シート３１におけるニッケル・シリサイド層２３，２５にならなかった部分を除去してニッケル・シリサイド層２３，２５を露出させる（シート除去工程）。金属シート３１の除去には、硝酸ボイル処理等を用いることができる。
その後、図９に示すように、ニッケル・シリサイド層２３，２５上にニッケル層３，４を形成する（金属層形成工程）。ニッケル層３，４は、無電界メッキ法等により形成することができる。
【００２８】
この金属層形成工程後には、図１０に示すようにニッケル層３，４にそれぞれ半田層５，６を形成する（半田層形成工程）。
半田層５，６は、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
【００２９】
半田層形成工程に続いて、図１１に示すように、メサ溝７の底部及び絶縁膜パターン１２Ａを通るように半導体基板２を切断し、半導体基板２を素子単位に分割する切断工程を実施することで、メサ型ダイオード１が得られる。
この切断工程においては、例えば、半導体基板２の他方の主面２ｂに形成された絶縁膜パターン１２Ａをガイドラインとして、半導体基板２の他方の主面２ｂ側からメサ溝７の底部に向けて、レーザカット（レーザスクライブ）やダイシング等を実施すればよい。
なお、切断工程では、レーザカットあるいはダイシングのみ実施してもよいが、例えば、レーザカットやダイシングによって他方の主面２ｂ側にメサ溝７の底部まで到達しない切断溝を形成した後に、ブレーキングを実施してもよい。
これまで説明した工程により、メサ型ダイオード１が製造される。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、シート配置工程において、予め形成された金属シート３１を半導体基板２の両主面２ａ、２ｂに配置し、焼き鈍しすることでニッケル・シリサイド層２３，２５を形成している。このため、多量の薬液を使用する従来のメッキ法を用いることなく、半導体基板２にニッケル・シリサイド層２３，２５を形成することができる。
また、金属シート３１を用いることで、半導体基板２の主面２ａ、２ｂを覆う金属の厚さが等しくなり、ニッケル・シリサイド層２３，２５の厚さを容易に均一化することができる。
【００３１】
焼き鈍し工程で半導体基板２に金属シート３１を密着させつつ焼き鈍しすることで、半導体基板２と金属シート３１との隙間が低減し、ニッケル・シリサイド層２３，２５をより安定して形成することができる。
金属シート３１ａの厚さＴ１は、パッシベーション膜８の高さ寸法Ｈ１より厚いため、シート配置工程でパッシベーション膜８上に配置された金属シート３１ａが、パッシベーション膜８によって損傷して破れたりするのを防止し、ニッケル・シリサイド層２３をより確実に形成することができる。
金属シート３１ｂの厚さＴ２、金属シート３１ｃの厚さＴ３も上記のように設定することで、金属シート３１ｂがシリコン酸化膜パターン１２Ａによって損傷するのを防止するとともに、金属シート３１ｃがパッシベーション膜８およびシリコン酸化膜パターン１２Ａによって損傷するのを防止することができる。
【００３２】
シート配置工程で、半導体基板２と金属シート３１とを交互に積層させて積層体３０を形成することで、複数の半導体基板２に同時にニッケル・シリサイド層２３，２５が形成されるため、メサ型ダイオード１の製造効率を高めることができる。また、１枚ずつ分けられた半導体基板２にニッケル・シリサイド層２３，２５を形成する場合に比べて、複数のメサ型ダイオード１の製造をコンパクトに行うことができる。
金属シート３１は、ニッケルを５０ｗｔ％以上１００ｗｔ％以下含有するため、ニッケル・シリサイド層２３，２５におけるニッケルの純度を高め、ニッケル・シリサイド層２３，２５を通して外部と確実に電気的に接続することができる。したがって、メサ型ダイオード１の電気的な特性を向上させることができる。
シート除去工程および金属層形成工程によりニッケル層３，４を形成することで、ニッケル層３上に形成される半田層５とニッケル・シリサイド層２３との接続強度、および、ニッケル層４上に形成される半田層６とニッケル・シリサイド層２５との接続強度をそれぞれ高めることができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。
たとえば、前記実施形態では、焼き鈍し工程において、積層体３０の外面を把持装置などで半導体基板２の厚さ方向に押し付けつつ、焼き鈍ししてもよい。このようにすることで、半導体基板２の主面２ａ，２ｂと金属シート３１との密着性をさらに高めることができる。
【００３４】
シート配置工程では、１枚の半導体基板２の主面２ａ，２ｂに金属シート３１をそれぞれ密着させ、続く焼き鈍し工程で半導体基板２および金属シート３１を焼き鈍ししてもよい。
金属シートはニッケルを５０ｗｔ％以上含有するとしたが、クロムや銀等を５０ｗｔ％以上含有するようにしてもよい。
また、半導体素子はメサ型ダイオードであるとしたが、これに限ることなく、サイリスタや、プレーナ型の半導体素子にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１    メサ型ダイオード（半導体素子）
２    半導体基板
２ａ  一方の主面
３、４  ニッケル層
７    メサ溝
８    パッシベーション膜
２３、２５  ニッケル・シリサイド層（合金層）
３１  金属シート
Ｈ１  高さ寸法
Ｔ１  厚さ
【図１】
0005903287.tif 000002
【図２】
0005903287.tif 000003
【図３】
0005903287.tif 000004
【図４】
0005903287.tif 000005
【図５】
0005903287.tif 000006
【図６】
0005903287.tif 000007
【図７】
0005903287.tif 000008
【図８】
0005903287.tif 000009
【図９】
0005903287.tif 000010
【図１０】
0005903287.tif 000011
【図１１】
0005903287.tif 000012