(57)【要約】【課題】半導体素子の特定の深さに結晶欠陥領域を形成する。【解決手段】アルミニウム(Al)、銅(Cu)、白金(Pt)、鉛(Pb)又はそれらの合金から成る群から選択された１種又は２種以上の金属のメッキにより半導体基板(1)の一方の主面(1a)上に不均一な厚さの金属膜(2)を形成し、金属膜(2)の露出面(2a)を機械的に切削又は研磨して金属膜(2)の露出面(2a)を平滑化する。次に、平滑化された金属膜(2)の露出面(2a)をエッチングして凹部(3)を形成し、凹部(3)を形成した金属膜(2)を介して半導体基板(1)に放射線(5)を照射して、半導体基板(1)内に略均等な深さＤ1,Ｄ2に結晶欠陥領域(6)を形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム(Al)、銅(Cu)、白金(Pt)、鉛(Pb)又はそれらの合金から成る群から選択された１種又は２種以上の金属のメッキにより半導体基板の少なくとも一方の主面に金属膜を形成する工程と、
該金属膜の露出面を機械的に切削又は研磨して前記金属膜の露出面を平滑化する工程と、
平滑化した前記金属膜の露出面をエッチングして、前記金属膜に複数の凹部を形成する工程と、
複数の前記凹部を形成した前記金属膜を介して前記半導体基板に放射線を照射して、前記半導体基板内に結晶欠陥領域を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の製法。
【請求項２】
前記凹部の底面は、前記金属膜の下方の前記半導体基板に達せず、前記底面と前記半導体基板との間に薄膜部を形成する請求項１に記載の半導体素子の製法。
【請求項３】
前記金属膜の露出面を平滑化する工程は、前記半導体基板からの前記金属膜の場所による高さの差を２０μm以下とする請求項１又は２に記載の半導体素子の製法。
【請求項４】
前記金属膜の露出面を平滑化する工程は、前記半導体基板と支持台との相対的回転又は相対的移動を阻止して、前記支持台の平坦な支持面上に前記半導体基板を配置する工程と、前記金属膜の露出面の少なくとも一部に接触させた切削具又は研磨具を前記金属膜に押圧しながら、相対的に回転し又は相対的に移動して、前記露出面の切削又は研磨を行う工程とを含む請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体素子の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタ又はダイオード等の半導体素子の製法、特に電子線、γ線、中性子線又はイオン線等の放射線の照射による結晶欠陥領域の形成工程を含む半導体素子の製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線、γ線、中性子線又はイオン線等の放射線照射を利用する半導体素子のライフタイム制御技術は、金(Au)又は白金(Pt)等の重金属拡散を利用するライフタイム制御技術に比較して、ライフタイムの制御及び再現に優れていることが知られている。特に、プロトン等の各種イオン線の照射を利用するライフタイム制御技術では、イオン線の照射によって形成される結晶欠陥領域がイオン線の飛程を中心として半導体基板の厚さ方向に限定される領域に集中的に形成されるため、高精度でライフタイムを制御することができる。
【０００３】
ところで、半導体素子を構成する半導体基板の全体にわたって前記の結晶欠陥領域を形成すると、結晶欠陥領域の発生によって半導体基板の内部抵抗が増大し、半導体素子の動作抵抗（例えばオン抵抗）が増大する問題が生じる。そこで、半導体基板の全体にわたって結晶欠陥領域を均一な深さで形成せずに、半導体基板の主面に沿う方向の特定領域で結晶欠陥を選択的に深く形成する技術が知られている。例えば、下記の特許文献１には、半導体素子の一方の電極（例えば裏面のコレクタ電極）側にアルミニウム等の金属の薄膜（アブゾーバ）を接触させ、更にその上に微細孔が多数形成されたステンレス等の金属のマスクを設け、ヘリウム(He)等の軽イオン線をマスクに向けて照射して、微細孔を除く他の領域を通過する軽イオン線の飛程よりも、微細孔を通過する軽イオン線の飛程を長くすることにより、半導体基板内に形成される結晶欠陥領域の深さ方向の位置を領域毎に異ならせた半導体素子の製造方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２１４６７４号公報（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された半導体素子のライフタイム制御を行なうには、図６に示すように、例えば金属メッキ等により半導体基板(1)の一方の主面(1a)上に数１００μm〜数mmの厚さでアルミニウム(Al)等の金属膜(2)を形成し、その後、図７に示すように、金属膜(2)の露出面(2a)を部分的にエッチングして、複数の凹部(3)を備えた金属製のマスク(4)を形成する。その後、図８に示すように、凹部(3)のない相対的に厚い部分と凹部(3)を設けた相対的に薄い部分とを備えた金属製のマスク(4)を介してヘリウム(He)等の軽イオン線(5)を半導体基板(1)に照射して、半導体基板(1)内に結晶欠陥領域(6)を形成する。この結晶欠陥形成法は、製造上安価であり、生産性にも優れる。
【０００６】
しかしながら、半導体基板(1)の一方の主面(1a)に厚い金属膜(2)を金属メッキにより形成するとき、図６に示すように、半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)で金属膜(2)の厚さに差異が生じて、金属膜(2)の上面が浅いすり鉢状に形成されることが多い。これは、半導体基板(1)を浸漬したメッキ液中で半導体基板(1)の中心部より周辺部で多くの電流が流れて、半導体基板(1)の中心部より周辺部により厚いメッキ層が形成されるためである。メッキ液の組成、温度及び攪拌条件を選択することにより、メッキ厚の不均一性をある程度解消できるが、メッキ液中の全メッキ領域で電流値を均等に制御することは事実上不可能であって、半導体基板(1)の全面にわたり完全に均一な厚さのメッキ層を形成することはできない。
【０００７】
図７に示すように、半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)とで厚さの異なる金属膜(2)の露出面(2a)に凹部(3)を設けて金属製のマスク(4)を形成し、マスク(4)を介して半導体基板(1)に軽イオン線(5)を照射すると、半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)とに軽イオン線(5)の飛程差が生じる。このため、図８に示すように、半導体基板(1)の周縁側(1b)に形成される結晶欠陥領域(6)の深さＤ1,Ｄ2と中心側(1c)に形成される結晶欠陥領域(6)の深さＤ3,Ｄ4とに差異が生じるため、半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)とに形成される半導体素子の電気的特性に差異が発生して、半導体素子の歩留まりが低下する問題があった。
【０００８】
そこで、本発明では、半導体基板の全体にわたって均等な電気的特性が得られる半導体素子の製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】
【０００９】
本発明による半導体素子の製法は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、白金(Pt)、鉛(Pb)又はそれらの合金から成る群から選択された１種又は２種以上の金属のメッキにより半導体基板(1)の少なくとも一方の主面(1a)に金属膜(2)を形成する工程と、金属膜(2)の露出面(2a)を機械的に切削又は研磨して金属膜(2)の露出面(2a)を平滑化する工程と、平滑化された金属膜(2)の露出面(2a)をエッチングして複数の凹部(3)を形成する工程と、複数の凹部(3)を形成した金属膜(2)を介して半導体基板(1)に放射線(5)を照射し、半導体基板(1)内に結晶欠陥領域(6)を形成する工程とを含む。
【００１０】
メッキにより半導体基板(1)の一方の主面(1a)に不均一な厚さで金属膜(2)が形成されても、金属膜(2)の露出面(2a)を機械的に切削又は研磨して、半導体基板(1)の一方の主面(1a)から金属膜(2)の厚さを全体にわたり均一に平滑化する。その後、エッチングにより金属膜(2)の露出面(2a)上に複数の凹部(3)を形成したとき、金属膜(2)の露出面(2a)上に形成された凹部(3)の深さと凹部(3)の底面(3a)から半導体基板(1)の一方の主面(1a)までの厚さが半導体基板(1)の全主面にわたり実質的に均等となる。その後、凹部(3)を形成した金属膜(2)を介して半導体基板(1)に放射線(5)を照射するとき、金属膜(2)は、半導体基板(1)内の放射線(5)の飛程を制御するマスクとなり、半導体基板(1)の全面にわたり凹部(3)を形成した位置と凹部(3)を形成しない位置とで略均等な各深さＤ1,Ｄ2に結晶欠陥領域(6)を形成できる。このため、半導体素子の実質的に均等の電気的特性を半導体基板(1)の全面に付与して、半導体素子の歩留まりを向上できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の半導体素子の電気的特性の均質化及び安定化を達成し、半導体素子の品質の信頼性を向上することができる。また、金属メッキ、切削又は研磨及びエッチングを含む各加工工程を利用して半導体基板内の放射線の飛程を制御する金属膜を形成できるので、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明による半導体素子の製法の実施の形態を図１〜図５について説明する。これらの図面では、図６〜図８に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
本実施の形態の半導体素子の製法では、まず、不純物拡散やエピタキシャル成長等により複数の半導体素子を形成した半導体基板(1)を用意する。本実施の形態では、半導体素子は、例えば絶縁ゲート型パイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であるが、これに限定されない。したがって、半導体基板(1)内に形成されたＰＮ接合の構造、絶縁膜及び各種電極等の詳細な図示は省略する。
【００１４】
続いて、図６に示すように、例えばアルミニウム(Al)から成る金属膜(2)を金属メッキにより半導体基板(1)の一方の主面(1a)上に例えば５００μm程度の厚さに形成する。形成された直後の金属膜(2)の厚さは、図６に破線で示すように半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)とで相違する。即ち、半導体基板(1)の周縁側(1b)では金属膜(2)の厚さが相対的に厚く、半導体基板(1)の中心側(1c)では金属膜(2)の厚さが相対的に薄く形成される。例えば絶縁ゲート型パイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を半導体素子として製造するとき、金属膜(2)がエミッタ電極の露出面上に積層して形成される。
【００１５】
次に、金属膜(2)の露出面(2a)に機械的な切削加工、研磨加工又は切削研磨加工を施して、図１に示すように、金属膜(2)の露出面(2a)を平滑化して、金属膜(2)の厚さを均一にする。金属膜(2)の露出面(2a)を平滑化する際に、図２に示すように、回転止め(7b)により支持台(7)との相対的回転又は相対的移動を阻止して、支持台(7)の平坦な支持面(7a)上に半導体基板(1)を配置する。その後、金属膜(2)の露出面(2a)の少なくとも一部又は全面に接触させた切削具(8)又は研磨具を露出面(2a)に押圧し、相対的に回転し又は相対的に移動して、露出面(2a)の切削又は研磨を行う。例えば、切削具(8)又は研磨具を金属膜(2)に接触させ、押圧しながら、切削具(8)又は研磨具の水平面内で左右、前後に移動し又は回転運動、公転運動若しくは回転公転運動を行う。これにより、金属膜(2)が全面にわたり切削又は研磨されて、金属膜(2)の厚さが半導体基板(1)の一方の主面(1a)全体にわたって均一化される。切削加工は、グラインダ研削、ラッピング、ホーニング又は砥石による機械加工がある。研磨加工は、バフ研磨である。金属膜(2)の露出面(2a)を平滑化するには、半導体基板(1)の中心部と外周部での金属膜(2)の高さの差を２０μm以下、好ましくは、１０μm以下、更に好ましくは５μm以下とするのが好ましい。
【００１６】
その後、図３に示すように、金属膜(2)とは異なる材質、例えば樹脂から成り且つ多数の開口部(9a)を有するマスク(9)を平滑化された金属膜(2)の露出面(2a)上に被着し、マスク(9)の開口部(9a)を通じて金属膜(2)を選択的にエッチングする。これにより、樹脂製のマスク(9)の開口部(9a)に対応する金属膜(2)の露出面(2a)で金属膜(2)が薄くエッチングされ、図４に示すように均等な深さの複数の凹部(3)が形成され、相対的に肉厚の部分と相対的に肉薄の部分を有する金属製のマスク(4)が形成される。凹部(3)の底面(3a)は、半導体基板(1)の一方の主面(1a)に達せず、凹部(3)の底面(3a)と半導体基板(1)の一方の主面(1a)との間に薄膜部(3b)を形成する。また、凹部(3)は、コ字形、Ｕ字形、Ｖ字形等の種々の断面形状を有する凹み、窪み、溝、溝部、溝条、蟻溝、切欠、切欠部、穴（ほぞ穴）等の種々の断面形状、幅及び長さの凹部を含む。なお、本実施の形態では、一つの半導体素子に対して少なくとも１個の肉厚部分と肉薄部分が対向するように金属膜(2)をエッチング加工する。
【００１７】
図４に示す樹脂製のマスク(9)を除去した後、図５に示すように、複数の凹部(3)を形成した金属膜(2)を介して半導体基板(1)にプロトン又はヘリウム(He)等の軽イオン線(5)（放射線）を照射する。これにより、金属膜(2)の相対的に肉厚の部分、即ち凹部(3)を除く部分を通じて照射された軽イオン線(5)は半導体基板(1)の比較的浅い位置に到達し、金属膜(2)の相対的に肉薄の部分、即ち凹部(3)を通じて照射された軽イオン線(5)は半導体基板(1)の比較的深い位置に到達する。この結果、金属膜(2)の凹部(3)を除く部分に対応する半導体基板(1)の一方の主面(1a)から比較的浅い深さＤ1と、金属膜(2)の凹部(3)に対応する半導体基板(1)の一方の主面(1a)から比較的深い深さＤ2に結晶欠陥領域(6)が形成される。更に、金属膜(2)を除去して半導体基板(1)を複数個に分割すれば、互いに同一の電気的特性を有する複数の半導体素子が得られる。
【００１８】
本実施の形態では、半導体基板(1)の一方の主面(1a)を金属メッキしてアルミニウム(Al)から成る金属膜(2)を形成した後、金属膜(2)の露出面(2a)に機械的切削加工を施すことにより、半導体基板(1)の一方の主面(1a)全体を平滑化して金属膜(2)の厚さを均一化する。その後、厚さが均一な金属膜(2)の露出面(2a)をエッチングして凹部(3)を形成すると、金属膜(2)の露出面(2a)上に形成された凹部(3)の深さが半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)とで均等となる。更に、凹部(3)が形成された金属膜(2)を介して半導体基板(1)にプロトン又はヘリウム(He)等の軽イオン線(5)を照射することにより、金属膜(2)が半導体基板(1)内の軽イオン線(5)の飛程を制御するマスクとして作用し、半導体基板(1)の周縁側(1b)と中心側(1c)で均等な深さＤ1,Ｄ2に結晶欠陥領域(6)を形成できるので、半導体基板(1)の周縁側(1b)及び中心側(1c)を含む半導体基板(1)の全面に均等な電気的特性の半導体素子を形成して、半導体素子の歩留まりを向上することができる。また、半導体基板(1)内の軽イオン線(5)の飛程を制御する金属製のマスク(4)を金属メッキ、切削又は研磨及びエッチングを含む加工技術を利用して安価に形成でき且つ生産性を向上することができる利点がある。
【００１９】
本発明の実施態様は前記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では半導体基板(1)の一方の主面(1a)上に金属膜(2)を形成するが、他方の主面(1d)上に金属膜(2)を形成してもよい。また、上記の実施の形態では金属膜(2)を構成する金属としてアルミニウム(Al)を選択するが、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、白金(Pt)又は鉛(Pb)又はこれらの合金から選択することができる。また、切削加工、バフ加工、バレル加工等の種々の機械的研磨加工又はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的・機械的研磨）加工等により金属膜(2)の露出面(2a)を平滑化することもできる。更に、メッキにより、金属膜(2)の露出面(2a)に凹凸部、陥没部、ボイド、突起が形成される場合にも、機械的な切削又は研磨による平滑化は有効である。また、金属膜(2)の下方の半導体基板(1)に達する金属膜(2)の凹部(3)を形成して、金属膜(2)の底面と半導体基板(1)との間に薄膜部(3b)を形成しなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、半導体基板内に結晶欠陥領域を有する半導体素子の製造又は電子線の放射量の制御に良好に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】半導体基板上に形成された金属膜の露出面を切削加工により平滑化した状態を示す断面図
【図２】半導体基板を支持台上に載置して切削具を金属膜の露出面に接触させた状態を示す断面図
【図３】多数の開口部を有する樹脂製のマスクを金属膜の露出面に被着した状態を示す断面図
【図４】図３に示す金属膜の露出面に複数の凹部を形成した状態を示す断面図
【図５】金属膜を通じて半導体基板に軽イオン線を照射して半導体基板内に複数の結晶欠陥領域を形成する状態を示す断面図
【図６】不均一な厚さの金属膜を形成した半導体基板の断面図
【図７】不均一な厚さの金属膜に複数の凹部を形成した半導体基板の断面図
【図８】不均一な厚さの金属膜を通じて半導体基板に軽イオン線を照射して半導体基板内に結晶欠陥領域を形成する状態を示す断面図
【符号の説明】
【００２２】
(1)・・半導体基板、  (1a)・・一方の主面、  (1b)・・周縁側、  (1c)・・中心側、  (1d)・・他方の主面、  (2)・・金属膜、  (2a)・・露出面、  (3)・・凹部、  (3a)・・底面、  (3b)・・薄膜部、  (5)・・軽イオン線（放射線）、  (6)・・結晶欠陥領域、  (7)・・支持台、  (7a)・・支持面、  (7b)・・回転止め、  (8)・・切削具、  (9)・・マスク、  (9a)・・開口部、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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