(57)【要約】【課題】  電極の接触不良のない半導体装置を提供する。【解決手段】  少なくとも、電極１１を含む導電層パターン１０を形成した半導体素子２０の表面に表面保護層３０を形成する工程と、表面保護層３０のうち電極の上部に位置する部分を反応性イオンエッチングにより除去する表面保護層一部除去工程と、表面保護層一部除去工程後の半導体素子２０を熱処理する工程と、電極表面をクリーニングする工程とを含むことを特徴とする半導体装置４０の製造方法。ここで、電極表面をクリーニングする工程を反応性イオンエッチングにより行なうことができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、電極を含む導電層パターンを形成した半導体素子の表面に表面保護層を形成する工程と、前記表面保護層のうち電極の上部に位置する部分を反応性イオンエッチングにより除去する表面保護層一部除去工程と、前記表面保護層一部除去工程後の半導体素子を熱処理する工程と、電極表面をクリーニング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。
【請求項２】
表面保護層一部除去工程後の半導体素子を熱処理する工程を、水素ガス雰囲気下で行なう請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
表面保護層一部除去工程後の半導体素子を熱処理する工程における熱処理温度が、４１０℃〜４３０℃である請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
電極表面をクリーニングする工程を、反応性イオンエッチングにより行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
電極表面をクリーニングする工程における反応性イオンエッチングの時間が、３０秒〜６０秒である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
電極表面をクリーニングする工程における反応性イオンエッチングを、エッチングガスとしてハロゲン含有ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、エッチングガス全体の流量を５０ｍｌ／ｍ〜１５０ｍｌ／ｍとして行なう請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、電極パッドの表面状態を改善する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の耐久性および耐熱性の向上のため、半導体素子の表面には表面保護層がしばしば形成される（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、半導体素子の表面保護層としては、耐久性および耐熱性に優れているポリイミド樹脂層が好ましく用いられ、一般的には以下のようにして形成される。
【０００４】
まず、メタルパターン形成を終了した半導体素子表面に、回転塗布法によりポリイミド樹脂を均一な厚さに塗布する。次に、この半導体素子を、たとえば窒素ガス（Ｎ２）雰囲気下３５０℃に保持することにより、ポリイミド樹脂を硬化させてポリイミド樹脂層を形成する。さらに、表面保護層上にフォトレジストのパターンを形成し、電極など表面保護膜が必要ない部分のポリイミド樹脂層を除去する。ここで、ポリイミド層を除去するために、反応性イオンエッチング（以下、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）という）法を用いる。フォトレジストを除去した後、水素ガス（Ｈ２）雰囲気下で４１０℃〜４３０℃の熱処理を行なう。
【０００５】
このようにして得られた半導体装置は電極の接触不良による不良率が増加するという問題があった。
【特許文献１】特開平０６−２８３５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題点を解決するため、本発明は、電極の接触不良のない半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
上記問題点の原因を調べるため、上記半導体装置の製造工程の各工程において、電極の接触抵抗を測定したところ、上記熱処理工程の前後に接触抵抗が増加した。また、熱処理工程後の半導体装置の電極を詳細に観察したところ、電極表面に付着物が認められた。
【０００８】
したがって、本発明においては、電極の接触不良を解消するためには、電極表面の付着物を除去することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、少なくとも、電極を含む導電部パターンを形成した半導体素子の表面に表面保護層を形成する工程と、表面保護層のうち電極の上部に位置する部分をＲＩＥにより除去する表面保護層一部除去工程と、表面保護層一部除去工程後の半導体素子を熱処理する工程と、電極表面をクリーニングする工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる半導体製造装置の製造法において、上記表面保護層一部除去工程後の半導体素子を熱処理する工程を水素ガス雰囲気下で行なうことができ、かかる熱処理工程における熱処理温度を４１０℃〜４３０℃とすることができる。電極表面をクリーニングする工程は、ＲＩＥにより行なうことができ、ＲＩＥの時間を３０秒〜６０秒、エッチングガスとしてハロゲン含有ガスと酸素ガス（Ｏ２）との混合ガスを用い、エッチングガス全体の流量を５０ｍｌ／ｍ〜１５０ｍｌ／ｍとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように、本発明においては、上記表面保護層一部除去工程後の半導体素子を熱処理する工程において生じた電極表面の付着物を、電極表面をクリーニングする工程により除去することによって、電極の接触不良を減少し、接触抵抗の小さい半導体装置の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を、図面に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、図１および図２を参照して、少なくとも、電極１１を含む導電部パターン１０を形成した半導体素子２０の表面に表面保護層３０を形成する工程と、図３を参照して、表面保護層３０のうち電極の上部に位置する部分をＲＩＥにより除去する表面保護層一部除去工程と、表面保護層一部除去工程後の半導体素子２０を熱処理する工程と、電極表面をクリーニングする工程とを含む。電極表面をクリーニングすることにより、上記熱処理工程の際に生じた電極表面の付着物を除去して、電極の接触抵抗を小さくすることができる。
【００１４】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、表面保護層３０は、特に制限なく、各種有機高分子層、酸化シリコン層などが用いられるが、耐久性、耐熱性および加工性の観点から有機高分子層の１つであるポリイミド層が好ましく用いられる。
【００１５】
また、表面保護層一部除去工程後の半導体素子２０を熱処理する工程は、非酸化性雰囲気下であれば特に制限がなく、水素ガス雰囲気下、窒素ガス雰囲気下などで行なうことができる。ただし、得られる半導体装置４０の電気的特性の観点からは、水素ガス雰囲気下の方が好ましい。さらに、上記熱処理工程における熱処理温度は、４１０℃〜４３０℃が好ましい。処理温度が４１０℃未満であるとＲＩＥにより生じた半導体素子２０のダメージの緩和効果が小さくなり、処理温度が４３０℃を超えると表面保護層として用いたポリイミド層の耐熱限界を超えるからである。
【００１６】
また、電極表面をクリーニングする工程は、特に制限はなく、ＲＩＥ法、プラズマエッチング法などの乾式クリーニング方法、有機溶剤による洗浄処理などの湿式クリーニング方法により行なうことができる。半導体素子への影響が小さい観点から、ＲＩＥ法により電極表面のクリーニング工程を行なうことが好ましい。
【００１７】
ここで、電極表面をクリーニングする工程をＲＩＥで行なう場合は、ＲＩＥの時間が３０秒〜６０秒であることが好ましい。ＲＩＥの時間が３０秒未満であると電極表面のクリーニングが不十分となり、ＲＩＥの時間が６０秒を超えると表面保護層自体がエッチングされてが薄くなる。
【００１８】
また、ＲＩＥに用いるエッチングガスとしては、特に制限はなく、ハロゲン含有ガス、酸素ガスなどを用いることができる。電極の付着物を効率よく除去する観点からハロゲン含有ガスと酸素ガスの混合ガスが好ましい。ハロゲン含有ガスとしては、ＨＣｌガス、ＨＢｒガス、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガスなどが好ましく用いられ、特にＣＦ４が好ましく用いられる。ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの混合比（ハロゲン含有ガス：酸素ガス）は、１：６〜１：２が好ましい。かかる混合比よりハロゲン含有ガスが多くなるとエッチング速度が遅くなり、酸素ガスが多くなるとエッチング速度が速くなる。エッチングガス全体の流量は、特に制限はないが、５０ｍｌ／ｍ〜１５０ｍｌ／ｍであることが好ましい。エッチングガス全体の流量が５０ｍｌ／ｍ未満であると電極表面に付着した物質の除去速度が遅くなり、エッチングガス全体の流量が１５０ｍｌ／ｍを超えると表面保護層のエッチングが大きくなる。
【００１９】
ここで、本発明にかかる半導体装置の製造方法について、さらに詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１を参照して、半導体基板としてたとえばｎ型シリコン基板２１を用いて、ｎ型シリコン基板２１を酸化雰囲気下で熱処理することにより、ｎ型シリコン基板２１表面に絶縁層として酸化シリコン層２４を形成する。ここで、酸化雰囲気とは、ｎ型シリコン基板の表面を酸化して酸化シリコン層２４を形成する程度の雰囲気をいい、酸素ガス雰囲気の他、乾燥空気雰囲気などを含む。
【００２１】
次に、選択的エッチングにより酸化シリコン層２４を部分的に除去して開口部を設けた後、イオン注入法またはデポジション法などによりｎ型シリコン基板２１にボロン（Ｂ）などのｐ型不純物を導入し、酸化雰囲気下で熱処理することによりｐ型不純物を拡散させることによりｐ型不純物拡散層２２を形成するとともに上記開口部に酸化シリコン層２４を形成する。さらに、選択的エッチングにより酸化シリコン層２４を部分的に除去して開口部を設けた後、イオン注入法またはデポジション法などによりｐ型不純物拡散層２２にリン（Ｐ）などのｎ型不純物を導入し、酸化雰囲気下で熱処理することによりｎ型不純物を拡散させることによりｎ型不純物拡散層２３を形成するとともに上記開口部に酸化シリコン層２４を形成する。選択的エッチングにより酸化シリコン層２４を部分的に除去して開口部を設けた後、スパッタリング法などによりアルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）などの導電層を形成する。選択的エッチングにより電極１１、配線１２などの導電層パターン１０を形成した後、電極と、ｐ型不純物拡散層２２またはｎ型不純物拡散層２３とのオーミック接触を取るために、たとえば窒素ガス雰囲気下４００℃〜５００℃で熱処理を行なう。
【００２２】
次に、図２を参照して、上記のようにして電極１１および配線１２の導電層パターン１０を形成した半導体素子２０の表面に、表面保護層３０として回転塗布法によりポリイミド樹脂を塗布し、窒素ガス雰囲気下２００℃〜３５０℃の熱処理によってポリイミド樹脂を硬化させて、１μｍ〜１０μｍ程度のポリイミド樹脂層を形成する。
【００２３】
次に、図３を参照して、上記のようにして形成した表面保護層３０のうち電極１１の上部に位置する部分をＲＩＥにより選択的にエッチングして除去する（表面保護層一部除去工程）。エッチングガスとしてハロゲン含有ガス、酸素ガスなどを用いることができる。表面保護層であるポリイミド樹脂層を効率よく除去する観点からハロゲン含有ガスと酸素ガスの混合ガスが好ましい。ハロゲン含有ガスとしては、ＨＣｌガス、ＨＢｒガス、ＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガスなどが好ましく用いられ、特にＣＦ４が好ましく用いられる。また、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの混合比（ハロゲン含有ガス：酸素ガス）は、１：６〜１：２が好ましい。真空度は５Ｐａ〜５０Ｐａ程度、ＲＦパワーは０．５ｋＷ〜２．０ｋＷ程度が好ましい。また、ポリイミド樹脂層のエッチング時間は５分〜３０分程度が好ましい。
【００２４】
次に、ＲＩＥによる半導体素子２０のダメージを緩和するために、上記表面保護層一部除去工程後の半導体素子２０を熱処理する。この熱処理は、水素雰囲気下、４１０℃〜４３０℃で行なうのが好ましい。ここで、ＲＩＥによる半導体素子２０のダメージのひとつとしては、ｐ型不純物拡散層２２またはｎ型不純物拡散層２３と、酸化シリコン層２４との界面に溜まる固定電荷がある。水素雰囲気下における熱処理は、上記固定電荷の除去するために有効であるため、かかる熱処理は半導体装置４０の製造工程における最終の熱処理とするのが好ましく、表面保護層３０の形成後に行なうのが好ましい。
【００２５】
上記熱処理工程により、電極に付着物が形成される。かかる付着物は、上記熱処理工程の際に表面保護層であるポリイミド樹脂層から自己拡散した有機物と考えられる。上記電極の付着物を除去するために、電極のクリーニングを行なう。かかる電極のクリーニング工程は、ＲＩＥにより行なうのが好ましい。かかるＲＩＥの処理条件としては、ＲＩＥの時間については３０秒〜６０秒が好ましく、エッチングガスの種類・混合比、エッチングガス全体の流量、真空度およびＲＦパワーなどについては上記表面保護層３０であるポリイミド樹脂層のうち電極１０の上部に位置する部分を除去する工程におけるＲＩＥと同様であることが好ましい。このようにして、電極１０の付着物が除去され、電極１０の接触抵抗が小さく接触不良がない半導体装置４０が得られる。
【００２６】
さらに、具体的な実施例に基づいて、本発明にかかる半導体装置の製造方法を説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１を参照して、厚さ６００μｍのｎ型シリコン基板２１を酸化雰囲気下で熱処理することにより、ｎ型シリコン基板２１表面に酸化シリコン層２４を形成した。選択的エッチングにより酸化シリコン層２４を部分的に除去して開口部を設けた後、イオン注入法によりｎ型シリコン基板２１にボロンを導入し、酸化雰囲気下で熱処理することによりボロンを拡散させてｐ型不純物拡散層２２を形成するとともに上記開口部に酸化シリコン層２４を形成した。さらに、選択的エッチングにより酸化シリコン層２４を部分的に除去して開口部を設けた後、イオン注入法によりｐ型不純物拡散層２２にリン（Ｐ）を導入し、酸化雰囲気下で熱処理することによりリンを拡散させてｎ型不純物拡散層２３を形成するとともに上記開口部に酸化シリコン層２４を形成した。選択的エッチングにより酸化シリコン層２４を部分的に除去して開口部を設けた後、スパッタリング法によりアルミニウム（Ａｌ）の導電層を形成した。選択的エッチングにより電極１１および配線１２の導電層パターン１０を形成した後、窒素ガス雰囲気下４５０℃で熱処理を行ない、電極１１とｐ型不純物拡散層２２およびｎ型不純物拡散層２３とをオーミック接触させた。
【００２８】
次に、図２を参照して、上記のようにして電極１１および配線１２の導電層パターン１０を形成した半導体素子２０の表面に、表面保護層３０として回転塗布法によりポリイミド樹脂（日立化成社製ＰＩＸ１４００）を塗布し、窒素ガス雰囲気下３５０℃の熱処理によってポリイミド樹脂を硬化させて、厚さ５μｍのポリイミド樹脂層を形成した。
【００２９】
次に、図３を参照して、上記のようにして形成した表面保護層３０のうち電極１１の上部に位置する部分をＲＩＥにより選択的にエッチングして除去した（表面保護層一部除去工程）。エッチングガスにはＣＦ４ガス：酸素ガス＝１：４の混合ガスを用いて、エッチングガス流量は１５０ｍｌ／ｍとして、１０分間エッチングを行なった。また、真空度は３５Ｐａ、ＲＦパワーは１．５ｋＷとした。
【００３０】
次に、上記表面保護層一部除去工程後の半導体素子２０を、水素ガス雰囲気下４２０℃で４５分間熱処理を行なった。かかる熱処理工程によって生じた電極の付着物をクリーニングするために、再度ＲＩＥを行なった。エッチングガスにはＣＦ４ガス：酸素ガス＝１：４の混合ガスを用いて、エッチングガス流量は１５０ｍｌ／ｍとして、４５秒間エッチングを行なった。また、真空度は３５Ｐａ、ＲＦパワーは１．５ｋＷとした。
【００３１】
このようにして得られた１０００個の半導体装置４０について、定電流印加法により、電極の接触抵抗値を測定し、それらの平均値、最小値および最大値を求めた。結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例１）
熱処理工程後の電極のクリーニング工程である再度のＲＩＥを行なわなかった他は、実施例１と同様にして１０００個の半導体装置を作製し、電極の接触抵抗値を測定し、それらの平均値、最小値および最大値を求めた。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１に示すように、電極のクリーニングを行なわなかったもの（比較例１）は接触抵抗値が大きくかつ接触抵抗値のバラツキも大きかったのに対し、ＲＩＥにより電極のクリーニングを行なったもの（実施例１）は接触抵抗値が小さくなりかつ接触抵抗値のバラツキの小さくなった。
【００３５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、熱処理工程の際に生じた電極の付着物をクリーニングすることにより電極の接触抵抗を減少するものであり、半導体装置の製造方法に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法における導電層パターンの形成工程を説明する図である。
【図２】本発明にかかる半導体装置の製造方法における表面保護層の形成工程を説明する図である。
【図３】本発明にかかる半導体装置の製造方法における表面保護層一部除去工程、熱処理工程および電極表面のクリーニング工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  導電層パターン、１１  電極、１２  配線、２０  半導体素子、２１  ｎ型シリコン基板、２２  ｐ型不純物拡散層、２３  ｎ型不純物拡散層、２４  酸化シリコン層、３０  表面保護層、４０  半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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