(57)【要約】【課題】電子線照射によるライフタイムコントロールでは、高温耐圧リークの増加、スナップバックによる特性悪化等が生じるという問題があった。【解決手段】この発明は、素子形成部としてのエミッタ部１００とガードリング部１０１とを備える半導体装置１の製造に用いる金属製マスク２であって、エミッタ部１００に対応する第１マスク部であるエミッタ部対応マスク６と、ガードリング部１０１に対応する第２マスク部であるガードリング部対応マスク５とを備え、エミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５はメッシュ構造により構成され、メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、エミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５の開口率がそれぞれ独立に設定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子形成部とガードリング部とを備える半導体装置の製造に用いる金属製マスクであって、
前記素子形成部に対応する第１マスク部と、
前記ガードリング部に対応する第２マスク部とを備え、
前記第１、第２マスク部はメッシュ構造により構成され、
前記メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、前記第１、第２マスク部の開口率がそれぞれ独立に設定される、
金属製マスク。
【請求項２】
前記第２マスク部の開口率は、前記第１マスク部の開口率より小さい、
請求項１に記載の金属製マスク。
【請求項３】
前記素子形成部は、カレントセンス部をさらに備え、
前記カレントセンス部に対応する第３マスク部をさらに備え、
前記第３マスク部はメッシュ構造により構成され、
前記メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、前記第３マスク部の開口率が前記第１、第２マスク部とは独立に設定される、
請求項１または２に記載の金属製マスク。
【請求項４】
前記第３マスク部の開口率は、前記第１マスク部の開口率より小さい、
請求項３に記載の金属製マスク。
【請求項５】
前記第１〜３マスク部のうちいずれか１つを除く他のマスク部のメッシュ開口率は０％に設定される、
請求項１〜４のいずれかに記載の金属製マスク。
【請求項６】
材質にステンレスが用いられた、
請求項１〜５のいずれかに記載の金属製マスク。
【請求項７】
前記素子形成部および前記ガードリング部外に対応する金属板マスク部をさらに備える、
請求項１〜６のいずれかに記載の金属製マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製マスクに関し、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の電子線照射に使用する金属製マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）はスイッチング特性の向上のため、半導体チップ内部にたまったキャリアを早急に除去する必要がある。その一つの方法として、電子線照射により欠陥を生成することでキャリアのライフタイムを短くするライフタイムコントロールが、従来から主として用いられている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９１７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子線照射はライフタイムコントロール方法として、生産性、コスト、スイッチング特性向上の面でメリットがある。しかし、高温耐圧リークの増加、スナップバックによる特性悪化等のデメリットも存在する。
【０００５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、生産性、コスト、スイッチング特性向上等のメリットを損なうことなく、高温耐圧リーク、スナップバックによる特性悪化を抑制したＩＧＢＴを得るための金属マスクの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、素子形成部とガードリング部とを備える半導体装置の製造に用いる金属製マスクであって、前記素子形成部に対応する第１マスク部と、前記ガードリング部に対応する第２マスク部とを備え、前記第１、第２マスク部はメッシュ構造により構成され、前記メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、前記第１、第２マスク部の開口率がそれぞれ独立に設定される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、素子形成部とガードリング部とを備える半導体装置の製造に用いる金属製マスクであって、前記素子形成部に対応する第１マスク部と、前記ガードリング部に対応する第２マスク部とを備え、前記第１、第２マスク部はメッシュ構造により構成され、前記メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、前記第１、第２マスク部の開口率がそれぞれ独立に設定されることにより、電子線照射によって各領域ごとに所望の密度で欠陥が形成でき、スイッチング特性を維持しながらも耐圧リークを安定させることができるため、歩留改善および信頼性の向上が期待できる。また製造コストの低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置及び金属製マスクの構造を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる金属製マスクのメッシュ構造を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる、半導体装置に対する金属製マスクの配置、及び欠陥密度の分布を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる、半導体装置に対する金属製マスクの配置、及び欠陥密度の分布を示す図である。
【図５】従来の方法による、欠陥密度の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
従来の電子線照射では、半導体チップ全面に電子線照射することにより欠陥密度を生成していた（図５参照）。利点としてスイッチング特性の向上は可能であるが、欠点として高温耐圧リークが増加し、条件によってはカレントセンス特性が悪化する。そこで、図１に示すような金属製マスク２を電子線照射時に配置する。
【００１０】
図１に示すように、半導体装置１の製造に用いるこの金属製マスク２は、電子線照射工程において照射マスクとして半導体装置１上に配置され、半導体装置１の半導体チップの各領域に対応したメッシュ構造を備えている。なお図では、メッシュ構造の１つ１つの網目の図示は省略している。
【００１１】
図２において、メッシュ構造について詳細に示す。図２（ａ）は、半導体チップに備えられた素子形成部としてのエミッタ部１００に対応した第１マスク部としてのエミッタ部対応マスク６と、半導体チップに備えられたガードリング部１０１に対応した第２マスク部としてのガードリング部対応マスク５と、半導体チップのガードリング部１０１の周辺部、すなわち素子形成部としてのエミッタ部１００およびガードリング部１０１外に対応した金属板マスク部４とを備える金属製マスク２を示している。エミッタ部対応マスク６、およびガードリング部対応マスク５はメッシュ構造である。また、金属板マスク部４は板状金属により形成されている。
【００１２】
また、図２（ｂ）では、素子形成部としてのエミッタ部１００にカレントセンス部１０２がさらに備えられていた場合に、それに対応した第３マスク部としてのカレントセンス部対応マスク７をさらに備えた金属製マスク２を示している。カレントセンス部対応マスク７はメッシュ構造である。
【００１３】
図２（ａ）（ｂ）におけるメッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、第１〜３マスク部であるエミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５、カレントセンス部対応マスク７の開口率が、所望の電子線照射制御のためそれぞれ独立に設定される。単一領域の電子線照射制御のため、第１〜３マスク部であるエミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５、カレントセンス部対応マスク７のうちいずれか１つを除く他のマスク部のメッシュ開口率を０％に設定することも可能である。
【００１４】
図３は、電子線照射工程において金属製マスク２が半導体装置１上に配置された状態の断面図であり、図２（ａ）におけるＡ―Ａ’の断面図に対応する。
【００１５】
図３に例を示すように、ＩＧＢＴである半導体装置１は、Ｐ型基板１０上にＰ＋拡散層１１が積層され、さらにＮ型層１２が積層されたものである。図３右側の領域では、Ｐ＋拡散層１５がＮ型層１２の表面に配設され、その領域に対応して、金属製マスク２の金属板マスク部４が配置されている。図３の中央の領域はガードリング部１０１であり、Ｐ型ガードリング層１４がＮ型層１２の表面に所定の間隔で配設される。表面には絶縁膜１７が成膜される。このガードリング部１０１に対応して、金属製マスク２のガードリング部対応マスク５が配置される。図３の左側の領域はエミッタ部１００であり、図示しないＮ型エミッタ層が表面に配設されるＰ型ベース層１３がＮ型層１２の表面に配設される。このエミッタ部１００に対応して、金属製マスク２のエミッタ部対応マスク６が配置される。なお、Ｐ型ベース層１３表面にはＮ型エミッタ層、ゲート電極等が存在するが、図４においてその部分は図示を省略する。
【００１６】
図４は、電子線照射工程において金属製マスク２が半導体装置１上に配置された状態の断面図であり、図２（ｂ）におけるＢ―Ｂ’の断面図に対応する。
【００１７】
図３に示す場合に加えて、Ｐ型ベース層１３表面にカレントセンス層１６が形成される場合を示す。このカレントセンス層１６に対応するカレントセンス部１０２が存在するとき、このカレントセンス部１０２にさらに対応して金属製マスク２のカレントセンス部対応マスク７が配置される。なおここでも、Ｐ型ベース層１３表面にはＮ型エミッタ層、ゲート電極等が存在するが、図３においてその部分は図示を省略する。
【００１８】
なお、金属製マスクの材質には、マスク強度の向上のためステンレスを用いることが可能である。
【００１９】
＜Ａ−２．動作＞
従来は、半導体チップの全面に対し電子線の照射を行うことで格子欠陥を形成しライフタイムをコントロールしていたので、図５に示すように半導体チップの全ての領域において均一に格子欠陥が形成され、高温耐圧リーク、スナップバック等の問題が生じていた。ここで、図３、図４、図５に示される×印は、格子欠陥を示す。
【００２０】
本発明によれば図３、図４に示すように、エミッタ部１００、ガードリング部１０１、カレントセンス部１０２のそれぞれに対応するエミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５、カレントセンス部対応マスク７のメッシュ構造の開口率を独立に設定することで生成し、これらを備える金属製マスク２を配置した状態で電子線を照射することで、各領域ごとの格子欠陥の形成密度を、各領域ごとに所望の密度にすることが可能となる。
【００２１】
高い欠陥密度を要する部分、および低い欠陥密度を要する部分に対応させたメッシュ構造の開口率を選択することで、異なる欠陥密度を必要とする部分に対して異なる条件の電子線を照射する必要がなく、１つの電子線条件で所望の欠陥密度を各部分に形成することができる（図３、図４参照）。本発明により、既存のプロセスで、且つ１回の電子線照射で所望の欠陥密度を備える半導体装置１の製造が可能となり、製造コスト、生産性の向上が期待できる。
【００２２】
具体的には、高温耐圧リークの増加はガードリング部１０１の欠陥数に影響を受けるため、ガードリング部１０１への電子線の照射をメッシュ構造の開口率の設定によって抑制する必要がある。これは、第２マスク部であるガードリング部対応マスク５の開口率を、第１マスク部であるエミッタ部対応マスク６の開口率より小さくすることにより実現できる。ガードリング部１０１には多少の欠陥を生成し、空乏層の伸びを安定させることで、常温時のリーク電流を安定させることが可能となる。
【００２３】
また、エミッタ部１００はスイッチング速度の向上のために高い欠陥密度が必要となるため、メッシュ構造の開口率の設定によって欠陥密度を高める必要がある。開口率を大きくすることにより欠陥密度は高くなり、スイッチング速度を向上させつつリーク電流を安定させることが可能となる。
【００２４】
また、カレントセンス部１０２は面積が小さく、エミッタ部１００と同等の電子線照射をするとキャリアの注入効率が落ちスナップバックが起こる。よってエミッタ部１００よりもカレントセンス部１０２に照射する電子線の照射量を抑制するようメッシュ構造の開口率を設定する必要がある。これは、第３マスク部であるカレントセンス部対応マスク７の開口率を、第１マスク部であるエミッタ部対応マスク６の開口率より小さくすることにより実現できる。
【００２５】
＜Ａ−３．効果＞
この発明にかかる実施の形態１によれば、素子形成部としてのエミッタ部１００とガードリング部１０１とを備える半導体装置１の製造に用いる金属製マスク２であって、エミッタ部１００に対応する第１マスク部であるエミッタ部対応マスク６と、ガードリング部１０１に対応する第２マスク部であるガードリング部対応マスク５とを備え、エミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５はメッシュ構造により構成され、メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、エミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５の開口率がそれぞれ独立に設定されることで、１回の電子線照射によって各領域ごとに所望の密度で欠陥が形成でき、スイッチング特性を維持しながらも耐圧リークを安定させることができるため、歩留改善および信頼性の向上が期待できる。また製造コストの低減が期待できる。
【００２６】
また、この発明にかかる実施の形態１によれば、金属製マスクにおいて、第２マスク部であるガードリング部対応マスク５の開口率は、第１マスク部であるエミッタ部対応マスク６の開口率より小さいことで、ガードリング部１０１には多少の欠陥を生成し、空乏層の伸びを安定させることができ、常温時のリーク電流を安定させることが可能となる。
【００２７】
また、この発明にかかる実施の形態１によれば、金属製マスクにおいて、素子形成部としてのエミッタ部１００は、カレントセンス部１０２をさらに備え、カレントセンス部１０２に対応する第３マスク部であるカレントセンス部対応マスク７をさらに備え、カレントセンス部対応マスク７はメッシュ構造により構成され、メッシュ構造のメッシュ開口率（０％〜１００％）に応じて、カレントセンス部対応マスク７の開口率が第１、第２マスク部であるエミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５とは独立に設定されることで、カレントセンス部１０２のスナップバックを抑制でき、歩留向上が期待できる。
【００２８】
また、この発明にかかる実施の形態１によれば、金属製マスクにおいて、第３マスク部であるカレントセンス部対応マスク７の開口率は、第１マスク部であるエミッタ部対応マスク６の開口率より小さいことで、キャリアの注入効率を維持し、スナップバックを防ぐことができる。
【００２９】
また、この発明にかかる実施の形態１によれば、金属製マスクにおいて、第１〜３マスク部であるエミッタ部対応マスク６、ガードリング部対応マスク５、カレントセンス部対応マスク７のうちいずれか１つを除く他のマスク部のメッシュ開口率は０％に設定されることで、同一マスク設計基準にて開口率を変えるだけで、あらゆる品種に対応できるため開発コストの低減ができる。
【００３０】
また、この発明にかかる実施の形態１によれば、金属製マスクの材質にステンレスが用いられたことで、マスク強度の向上、加工精度の向上が期待できる。
ができる。
【００３１】
また、この発明にかかる実施の形態１によれば、金属製マスクにおいて、素子形成部としてのエミッタ部１００およびガードリング部１０１外に対応する金属板マスク部４をさらに備えることで、マスク強度を向上させ、特性バラつきを抑制でき、その結果歩留改善が期待できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  半導体装置、２  金属製マスク、４  金属板マスク部、５  ガードリング部対応マスク、６  エミッタ部対応マスク、７  カレントセンス部対応マスク、１０  Ｐ型基板、１１，１５  Ｐ＋拡散層、１２  Ｎ型層、１３  Ｐ型ベース層、１４  Ｐ型ガードリング層、１６  カレントセンス層、１７  絶縁膜、１００  エミッタ部、１０１  ガードリング部、１０２  カレントセンス部。
【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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