(57)【要約】【課題】割れ不良、外観不良を低減し、生産性を向上させる半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】ホルダー１の周縁部にある支持台１ｃの上にウエハ５をセットし、その上に外周部押さえリング２を置き、ウエハ５と外周部押さえリングを蓋で押圧する。支持台の高さＬを６ｍｍ程度と高くすることで、ウエハ５に反りが発生しても、ウエハ５がホルダー１の底面１ｄに接することはなく、ウエハ５にキズが付くことはなく、またウエハ１の周縁部を外周部押さえリングで均一に押圧することで、ウエハ５の反り量を小さくして、割れの発生とキズによる外観不良を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの裏面を研削した後、半導体ウエハ保持治具を用いて、前記裏面に、金属電極膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体ウエハの裏面の略全面を露出させた状態で、前記半導体ウエハの周縁部を半導体ウエハ裏面に対して垂直な方向から挟んで前記半導体ウエハを保持し、前記半導体ウエハの前記周縁部以外の領域が前記半導体ウエハ保持治具に接触しない状態で、前記裏面に金属電極膜を蒸着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体ウエハの表面の周縁部に当接する治具本体と、前記半導体ウエハの裏面の略全体を露出させた状態で、前記半導体ウエハの周縁部を前記半導体ウエハの裏面側から押圧する支持体とを有する半導体ウエハ保持治具を用いて、前記半導体ウエハの裏面に金属電極膜を蒸着することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体ウエハの周縁部以外の表面とこれと対向する前記治具本体の底面との間隔が、金属電極膜の蒸着過程での半導体ウエハの反り量より広いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
裏面が研削された半導体ウエハを、裏面が露出するように半導体ウエハ保持治具に保持し、該半導体ウエハの裏面に金属電極膜を蒸着する工程を有する半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハ保持治具の本体治具側壁に接し、本体治具の底面から所定の高さに表面が配置されたリング状の接触台に、半導体ウエハ表面の周縁部が接するように該半導体ウエハを配置する工程と、該半導体ウエハの裏面の周縁部に接するように半導体ウエハ保持治具のリング状の押さえ板を配置する工程と、半導体ウエハ保持治具のリング状の蓋と本体治具で、間に挟まれた前記半導体ウエハと前記リング状の押さえ板とを押圧する工程と、前記半導体ウエハの露出した裏面に金属電極膜を蒸着する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴとする）などの半導体装置の電極膜として、半導体ウエハの裏面に、金属電極膜を蒸着する半導体装置の製造方法に関し、特に半導体ウエハの裏面を研削・研磨して製作される薄型の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータや通信機器の重要部分には、多数のトランジスタや抵抗等が配線で接続して用いられると共に、半導体チップ（以下、単にチップとする）に集積した集積回路（以下、ＩＣとする）も多用されている。このようなＩＣに、パワー半導体素子をさらに集積したものはパワーＩＣと呼ばれている。
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、ＭＯＳＦＥＴの高速スイッチング特性と電圧駆動特性と、バイポーラトランジスタの低オン電圧特性を併せ持つパワー半導体素子である。このため、ＩＧＢＴは、汎用インバータ、ＡＣサーボ、無停電電源（ＵＰＳ）およびスイッチング電源などの産業機器分野をはじめ、電子レンジ、炊飯器、ストロボなどの民生機器分野への応用も進んでいる。さらに次世代素子への開発も進んでおり、新しい素子構造により、より低オン電圧のものが開発され、適用装置の低損失化や高効率化が図られている。
【０００３】
このＩＧＢＴの構造には、パンチスルー型、ノンパンチスルー型、そしてフィールドストップ型等がある。そして、現在量産されているＩＧＢＴは、一部のオーディオ・パワー・アンプ用のｐチャネル型を除いて、殆どが、ｎチャネル型の縦型二重拡散構造となっているので、以下、ｎチャネル型のＩＧＢＴで説明する。
パンチスルー型は、ｐ＋  エピタキシャル基板とｎ−  層（活性層）の間にｎ＋  層（バッファ層）を設け、活性層中の空乏層がｎ＋  層であるバッファ層に到達する構造であり、ＩＧＢＴで主流の基本構造である。例えば、耐圧６００Ｖ系に対しては、ｎ−  層である活性層は厚さ７０μｍ程度で十分であるが、ｐ＋  基板部を含むと総厚さは２００〜３００μｍになる。そこで、エピタキシャル基板を用いずに、ＦＺ基板を用いて、チップの低コスト化を図った低ドーズ量の浅いｐ＋  コレクタ層を採用したノンパンチスルー型ＩＧＢＴ、フィールドストップ型ＩＧＢＴが開発されてきている。
【０００４】
図３は、低ドーズ量の浅いｐ＋  コレクタ層を採用したノンパンチスルー型ＩＧＢＴの要部断面図である。図は１／２セルを示す。
低ドーズの浅いｐ＋  コレクタ層５８（低注入ｐ＋  コレクタ）を採用したノンパンチスルー型は、ｐ＋  エピタキシャル基板を使わないので、基板総厚さはパンチスルー型よりも大幅に薄くなる。この構造では、正孔の注入率を制御できるので、ライフタイム制御を行わなくても高速スイッチングが可能であるが、オン電圧は活性層であるｎ−  層５１の厚みと比抵抗に依存するのでやや高い値である。但し、前述のようにｐ＋  エピタキシャル基板を用いずに、ＦＺ基板を用いているため、チップの低コスト化が可能である。
【０００５】
尚、図中の５２はｐベース層、５３はｎエミッタ層、５４はゲート絶縁膜、５５はゲート電極、５６はエミッタ電極、５７は層間絶縁膜、５９はコレクタ電極である。
図４は、フィールドストップ型ＩＧＢＴの要部断面図である。図は１／２セルを示す。
基本構造は、パンチスルー型ＩＧＢＴと同じであるが、やはりｐ＋  エピタキシャル基板は用いずに、ＦＺ（フローティング・ゾーン）基板を用いて基板の総厚さを１００μｍ〜２００μｍとしている。パンチスルー型と同じく活性層であるｎ−  層５１の厚さは６００Ｖ耐圧の場合は７０μｍ程度にしてあり、定格電圧を印加したときは全域が空乏化するため、活性層下にはｎ＋  層６０（ｎバッファ層）を設ける。コレクタ側は、低ドーズ量の浅いｐ＋  拡散層をコレクタ層５８として形成し、低注入コレクタとして用いる。これにより、ノンパンチスルー型の場合と同様にライフタイム制御は不要である。（さらにオン電圧の低減を目的として、チップ表面に狭く深い溝を形成し、その溝側面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成したトレンチＩＧＢＴの構造をこのフールドストップ型ＩＧＢＴ（ＦＳ−ＩＧＢＴ）と組み合わせた構造のものもある）。また、設計の最適化を図る等によって、総厚さの低減が進められている。
【０００６】
しかし、７０μｍ程度の薄型ＩＧＢＴを実現するために、裏面バックグラインドや裏面からのイオン注入、裏面熱処理等が必要であるが、ウエハの薄型化によって、ウエハに大きな反りが発生し製造プロセスに影響を与えてしまうなど技術的課題が多い。
図５は、ＦＳ−ＩＧＢＴの表面構造を形成した後の製造プロセスを説明する図で、同図（ａ）から同図（ｅ）は工程順に示した工程断面図である。先ず、図４のＦＳ−ＩＧＢＴの要部断面図を用いて表面構造６１の製造プロセスを説明する。
（１）ＦＺ−Ｎ基板（フローティング・ゾーン法で製作したｎ型の基板）であるｎ型の半導体ウエハ（以下、単にウエハ５０とする）の表面側にゲート絶縁膜５４（ここでは、ＳｉＯ２  ）を介して多結晶シリコン（ここでは、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなるゲート電極５５を堆積、加工、その表面に層間絶縁膜５７（ここでは、ＢＰＳＧ）を堆積し、加工し、絶縁ゲート構造が作られる。
（２）ウエハ５０にｐベース層５２（ｐ＋  ）を形成し、その後にこのｐベース層５２内にｎエミッタ層５３（ｎ＋  ）を形成する。
（３）ｎエミッタ層５３に接するようにアルミ・シリコン膜からなる表面電極（エミッタ電極５６）を形成する。アルミ・シリコン膜は、安定した接合性、低抵抗配線を実現するために、その後、４００〜５００℃程度の低温で熱処理される。さらに、図示しないが、表面を覆うようにポリイミド膜からなる絶縁保護膜を形成する。ここまでが、表面構造６１を形成するプロセスである（図５（ａ））。
【０００７】
つぎに、裏面側のプロセスについて説明する。尚、裏面側のプロセスは、表面側のプロセスが完了した後で行う。そのため、図５では図４に示した表面側の表面構造６１の詳細は省略してある。
（４）裏面側より、所望の厚さまでウエハ５０をバックグラインドやエッチングを用いて薄ウエハ化する（同図（ｂ））。
（５）つぎに、バッファ層であるｎ＋  層６０と高濃度のｐコレクタ層５８（ｐ＋  層）を形成するために、裏面よりイオン注入を行う。この例では、ｎ＋  層６０はリン、ｐコレクタ層５８はボロンを注入した。その後、電気炉により熱処理（アニール）を行う。熱処理温度は３５０℃〜５００℃の低温である（同図（ｃ））。
（６）つぎに、高濃度のｐコレクタ層５８（ｐ＋  層）上に、アルミニウム層、チタン層、ニッケル層、金層などの金属膜の組合わせで裏面電極（コレクタ電極５９）である金属電極膜を半導体ウエハ保持治具を用いて蒸着で形成する（同図（ｄ））。
（８）つぎに、チップ状にダイシングする（同図（ｅ））。
【０００８】
最後に、図示しないが、表面構造のエミッタ電極５６の表面には、アルミワイヤが超音波ワイヤボンディングで固着され、裏面のコレクタ電極５９は、はんだ層を介して固定部材に固着される。
ここで、（６）の蒸着工程で使用する半導体ウエハ保持治具とウエハを治具にセットした状態を説明する。
図６は、従来の半導体ウエハ保持治具とウエハを治具にセットした状態を説明する図であり、同図（ａ）は治具の要部平面図、同図（ｂ）から同図（ｄ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。
【０００９】
従来の半導体ウエハ保持治具７０は、ウエハ５０の表面端部が当接する板状の治具本体７１と、バネ７２などの弾性復帰力を利用して、ウエハ５０の中心に向かって外側４箇所からウエハ５０を挟み込む４本のピン７３とから構成されている。また、ウエハ５０とあて板７４とが直接接触しないように０．５ｍｍ程度の突起７５を設けてある。
また、図６の他に、ＩＧＢＴなどの半導体素子の金属電極膜などの薄膜をウエハに形成したり、また、ダイシングしたウエハをチップ化したりする場合の種々のウエハの保持方法について説明する。
【００１０】
例えば、トレーの凹部にウエハを載せ、押し付け具でウエハの周縁部を押さえ、凹部の空間に昇圧用ガスを導入してウエハを固定し、露出したウエハ面に薄膜を形成する（特許文献１参照）。
また、基板台上にウエハを密着させて載せ、リング状の押さえ板でウエハの周縁部をバネで押さえ、露出したウエハ面に薄膜を形成する方法が知られている（特許文献２参照）。
また、ウエハからチップを取り出す方法として、ＩＣウエハを粘着シートに貼着し、その粘着シートをウエハリングに張設し、ダイシングで予め所定のチップサイズに切れ目を入れておき、エキシバンド装置でウエハの外側を広げることでＩＣチップ相互の間隔を広げてチップ化する方法が知られている（特許文献３）。
【００１１】
また、クランプに押圧固定されたウエハをクランプから外す際に生じるウエハ押圧部の付着を防止し、製品歩留りの低下を抑えるためにウエハの周縁部を部分的の押圧してウエハを保持する方法も知られている（特許文献４参照）。
また、ウエハのオリフラ部分の割れや欠けを防止するために、ウエハのオリフラ部は全体を押圧しその他の箇所はウエハの周縁部を部分押圧してウエハを保持する方法がある（特許文献５参照）。
また、半導体ウエハの裏面を研削した後、この裏面に金属電極膜を形成するために半導体ウエハに水平方向のストレスをかけずに、半導体ウエハの周縁部を保持する方法を出願している（特願２００２−２３３９１３）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−４３４０４号公報  図１
【特許文献２】
特開平７−１３０８２４号公報  図１
【特許文献３】
特開平１１−２１４４８７号公報  図１
【特許文献４】
特開２００２−２９９４２２号公報  図１
【特許文献５】
特開２０００−１２４２９５号公報  図２
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図６の半導体ウエハ保持治具を用いて蒸着する方法では、前記したように、バネ等７２の弾性復帰力を利用して、ウエハ５０の中心に向かって  外側４箇所からピン７３でウエハ５０を挟み込むようにして蒸着する。
この方法では、数１００μｍと厚いウエハの場合はウエハの反りは小さく問題とならないが、裏面をバックグラインドした後のウエハ５０の厚さが７０μｍ程度と薄くなると、ウエハ５０が割れることが多い。これは、蒸着する金属膜は、ウエハ５０に対して引っ張り応力を持ち、図７に示すように、その応力により発生する反り量はウエハ５０を薄くすればするほど大きくなる。そのため、図８に示すように、ウエハの厚さを薄くすればする程、割れ発生率が大きくなり、生産性が著しく悪くなる。割れ発生率が大きくなる要因として、蒸着時のウエハの保持方法が大きく影響している。
【００１４】
図６（ａ）のような半導体ウエハ保持治具では、ウエハの外周をバネ７２の復帰力を使ってピン７３で抑える方式であるため、ウエハ５０が薄い場合には、ピン７３に押されて曲がり割れてしまう。また、一部分しかウエハ５０を押さえないために、図６（ｄ）に示すように、ウエハ５０の反そりが大きく、あて板７４と接触してキズが付き外観不良になったり、割れが発生したりする。
これを解決するために、特願２００２−２３３９１３に記載のように、ウエハの周縁部を押さえる方法にした場合は、ウエハ割れの防止には大きな効果があるが、ウエハが薄くなると反りが大きくなり、半導体ウエハ保持治具とウエハが接触してウエハにキズが入るため、外観不良を防止することは困難である。
【００１５】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、割れ不良、外観不良を低減し、生産性を向上させる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、半導体ウエハの裏面を研削した後、半導体ウエハ保持治具を用いて、前記裏面に、金属電極膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体ウエハの裏面の略全面を露出させた状態で、前記半導体ウエハの周縁部を半導体ウエハ裏面に対して垂直な方向から挟んで前記半導体ウエハを保持し、前記半導体ウエハの前記周縁部以外の領域が前記半導体ウエハ保持治具に接触しない状態で、前記裏面に金属電極膜を蒸着する製造方法とする。
また、前記半導体ウエハの表面の周縁部に当接する治具本体と、前記半導体ウエハの裏面の略全体を露出させた状態で、前記半導体ウエハの周縁部を前記半導体ウエハの裏面側から押圧する支持体とを有する半導体ウエハ保持治具を用いて、前記半導体ウエハの裏面に金属電極膜を蒸着する製造方法とする。
【００１７】
また、前記半導体ウエハの周縁部以外の表面とこれと対向する前記治具本体の底面との間隔が、金属電極膜の蒸着過程での半導体ウエハの反り量より広いとよい。
また、裏面が研削された半導体ウエハを、裏面が露出するように半導体ウエハ保持治具に保持し、該半導体ウエハの裏面に金属電極膜を蒸着する工程を有する半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハ保持治具の本体治具側壁に接し、本体治具の底面から所定の高さに表面が配置されたリング状の接触台に、半導体ウエハ表面の周縁部が接するように該半導体ウエハを配置する工程と、該半導体ウエハの裏面の周縁部に接するように半導体ウエハ保持治具のリング状の押さえ板を配置する工程と、半導体ウエハ保持治具のリング状の蓋と本体治具で、間に挟まれた前記半導体ウエハと前記リング状の押さえ板とを押圧する工程と、前記半導体ウエハの露出した裏面に金属電極膜を蒸着する工程とを含む製造方法とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例の半導体装置の製造方法を説明する図であり、同図（ａ）は半導体ウエハ保持治具の斜視図、同図（ｂ）から同図（ｄ）は工程順に示した工程断面図である。同図（ｂ）から同図（ｄ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した断面図に相当する図であり、蒸着工程で、ウエハを半導体ウエハ保持治具にセットする方法について説明する図である。
最初に半導体ウエハ保持治具について説明する。半導体ウエハ保持治具は、ホルダー１（本体治具）、蓋３、外周部押さえリング２で構成され、ホルダー１はウエハ外周より大きな内周の側壁１ａと、この側壁１ａに接触し、ウエハ５の周縁部と接するホルダー１の椅子状の支持台１ｃと、凹状の底面１ｄから構成され、ウエハ５と接触する支持台の高さＬは凹状の底部から６ｍｍ程度高くする。また、支持台の幅Ｗ１は、５〜７ｍｍにする。外周部押さえリングの幅Ｗ２は、５〜７ｍｍ、厚さは０．５〜１ｍｍである。蓋３には板バネ３ａが取り付けてあり、外周部押さえリング２に把手部２ａが設けられ、この把手部２ａはホルダー１の側壁１ａの切り欠き１ｂに嵌合するよう作られている。蓋とホルダーとはＢ部で蝶接する図示しない蝶番が付いている。（同図（ａ））。
【００１９】
つぎに同図（ｂ）〜同図（ｄ）を用いて７０μｍ〜１００μｍ程度の薄いウエハを半導体ウエハ保持治具に取り付ける工程について説明する。
まず、図示しない蒸着装置のドームに取り付けられた半導体ウエハ保持治具のホルダー１の支持台１ｃに接するようにウエハ５を置く。支持台の高さＬ（凹状の底面１ｄからの高さ）が６ｍｍ程度あるため、ウエハ５に金属電極膜を蒸着した場合の熱膨張係数の差で、ウエハ５に反りが発生しても、ウエハ５がホルダー１の底面１ｄに接することはなく、ウエハ５にキズが付くことはない（同図（ｂ））。
【００２０】
つぎに、外周部押さえリング２の把手部２ａをピンセットなどで挟んで、ホルダー１の側壁１ａに形成された切り欠き１ｂに嵌合させ、ウエハ５上に載せる。（同図（ｃ））。
つぎに、ホルダー１上に蓋３を被せ、止め金具４でホルダー１と蓋３を挟み込む。この蓋３には、板バネ３ａが取り付けてあり、この板バネ３ａで板状の外周部押さえリング２を介してウエハ５の周縁部を均一に押圧するため、ウエハ５の反り量が小さくなり、またウエハ５に局部的に強い圧力がかかることはないため、割れ発生率を低減することができる（同図（ｄ））。
【００２１】
つぎに、図示しない真空蒸着装置のベルジャーを真空にして、蒸着を開始する。
尚、本実施例では、支持台１ｃの高さＬを６ｍｍ程度としたが、この高さは、ウエハ５をホルダー１にセットする際および蒸着中にウエハ５がたわむことにより、ウエハ５が底面１ｄに接触しない高さに設計すればよい。ウエハ５の直径が大きい場合や、ウエハ５の厚みが薄い場合には、この高さを高くすればよい。
また、板バネ３ａの押さえ力はウエハ５を割らない程度の強さに調整する。また、ホルダー１の側部のＣ部に図示しない切り欠きを形成して、ピンセットなどでのウエハ５の取り付けと取り外しを容易に行えるようするとよい。
【００２２】
前記の半導体ウエハ支持治具を用いて薄膜のウエハ面に金属電極膜を蒸着することで、前記したようにウエハ５のキズの発生が防止され、また、図２に示すように割れ発生率を大幅に低減することができる。特に、７０μｍ〜１００μｍ程度と薄いウエハの場合でも割れ発生率は数％にすることができる。その結果、薄型半導体装置の生産性を大幅に向上させることができる。また、キズの発生防止により外観不良を低減できて、良好な電気的特性を得ることができる。
以上のことをまとめると次のようになる。前記のように、ピン方式からホルダー方式にすることでウエハセット時の割れを低減することができる。また、ウエハの外周部を支持台１ｃと外周部押さえリング２で挟み込むことで、蒸着膜の成膜時のウエハ５の反りを強制的に抑えることができる。また、ホルダー１の底面１ｄとウエハ５の間に反り量より大きな隙間を開けることで、ウエハ５と底面１ｄとの接触がなくなり、キズや割れを低減することができる。また、ホルダー１の蓋３に板バネ３ａがあることで、蓋３を閉めたとき、ウエハ５の外周部を上下方向からのストレスを与えずにソフトに押さえることができるので、割れを低減することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明において、薄膜ウエハを前記した半導体ウエハ保持治具を用いて蒸着することで、キズによる外観不良と割れ発生率を大幅に低減し、薄型半導体装置の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の半導体装置の製造方法を説明する図であり、（ａ）は半導体ウエハ保持治具の斜視図、（ｂ）から（ｄ）は工程順に示した工程断面図
【図２】ウエハの厚さと割れ発生率の関係を示す図
【図３】低ドーズ量の浅いｐ＋  コレクタ層を採用したノンパンチスルー型ＩＧＢＴの要部断面図
【図４】フィールドストップ型ＩＧＢＴの要部断面図
【図５】ＦＳ−ＩＧＢＴの表面構造を形成した後の製造プロセスを説明する図で、（ａ）から（ｅ）は工程順に示した工程断面図
【図６】従来の半導体ウエハ保持治具とウエハを治具にセットした状態を説明する図であり、（ａ）は治具の要部平面図、（ｂ）から（ｄ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図
【図７】ウエハの厚さと反り量の関係を示す図
【図８】ウエハの厚さと割れ発生率の関係を示す図
【符号の説明】
１    ホルダー
１ａ  側壁
１ｂ  切り欠き
１ｃ  支持台
１ｄ  底面
２    外周部押さえリング
２ａ  把手部
３    蓋
３ａ  板バネ
４    止め金具
５    ウエハ
Ｗ１  支持台の幅
Ｗ２  外周部押さえリングの幅
Ｌ    支持台の高さ
【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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