(57)【要約】【課題】２００μｍ以下の薄いウエハの一方の主面に金属電極膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、ウエハに反りが生じていてもウエハ割れを少なくすることのできるリング状サセプターを用いて半導体ウエハに金属膜を成膜する半導体装置の製造方法を提供すること【解決手段】２００μｍ以下の薄いウエハ１の一方の主面に金属電極膜２５を蒸着形成し、パターニングをする電極膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記電極膜形成工程が、前記ウエハ１を成膜処理室７の外側のリング状サセプター２上に載置し、該サセプター２を、前記成膜処理室７へ搬送し、搬送後、前記サセプター２上の前記ウエハ１を下方に位置するリフトピン３により０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ上方へ持ち上げ、成膜処理室７を気密に閉じた後、真空引きし、前記金属電極膜２５を蒸着形成するプロセスを含む半導体装置の製造方法とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００μｍ以下の薄い半導体ウエハの一方の主面に金属電極膜を蒸着形成し、該電極膜のパターニングをする電極膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記電極膜形成工程が、前記半導体ウエハを成膜処理室の外側に置かれたリング状サセプター上に載置し、該サセプターを前記成膜処理室へ搬送し、搬送後、前記サセプター上の前記半導体ウエハを該半導体ウエハの下方に位置するリフトピンにより０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ上方へ持ち上げ、成膜処理室を気密に閉じた後、真空引きし、前記金属電極膜を蒸着形成するプロセス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】
前記半導体ウエハ表面から０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ上方の位置に、前記半導体ウエハの最外周から０ｍｍ〜２ｍｍの内周を覆う金属電極膜の防着板を設置することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
成膜処理室の到達圧力を５×１０-5Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
成膜処理室の成膜時の圧力を０．１Ｐａ〜１．０Ｐａにして成膜を行うことを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法及び装置。
【請求項５】
成膜処理室に搬送されたサセプター上の半導体ウエハを、下方から０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ上方へ持ち上げるリフトピンと、前記半導体ウエハ表面から０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ上方の位置に、前記半導体ウエハの最外周から０ｍｍ〜２ｍｍの内周を覆う金属電極膜の防着板とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
成膜処理室が加熱部とリフトピンとリング状サセプターを置く台を有し、上に開いた開口部を有する下部装置と、前記防着板が取り付けられる上枠部と該上枠部上部に設けられる金属ターゲットを有し、下側に開いた開口部を有する上部装置とを備え、前記下部装置と前記上部装置との開口部を合わせることにより密閉された成膜処理室を形成することを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【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および成膜装置に関し、特には、半導体ウエハ（以降ウエハと略記する）段階の製造工程において、成膜装置でウエハの表面に金属電極を成膜する際に、ウエハをその上に載せて搬送するために使用されるサセプターの改良にかかる半導体装置の製造方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業・民生用インバータ製品に使用されるパワー半導体装置は、前記インバータ製品の低コスト・低損失化を図るために、その半導体チップの厚さを極限にまで薄くしている。
一方、近年、自動車分野では進展のめざましいＥＨＶ（ハイブリッド自動車）やＥＶ（電気自動車）の電力変換回路にも、前記パワー半導体装置は多く使われているが、高品質を目的とした放熱性の改善の観点からも、その半導体チップの厚さを薄くすることが求められている。
その詳細を説明すると、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）と言ったパワー半導体装置の製造方法では、そのウエハの製造工程の段階で、割れなどによる生産効率の低下、良品率の低下などを防ぐために５００μｍ前後の厚いウエハを用いて、その一方の主面（おもて側）に半導体領域、ＭＯＳゲート構造およびＡｌ系金属からなるエミッタ電極膜を形成する工程を有する。一方、前述のチップの厚さを薄くするという要請を受け、ウエハの他方の主面側（裏面側）を研磨研削して２００μｍ以下の厚さに薄くした後、この研磨研削面に不純物のイオン注入と活性化のための熱処理を行うことにより、薄いウエハで耐圧を向上させるためのｎ型ＦＳ層の形成とＩＧＢＴのバイポーラ動作のための少数キャリアを注入するｐ+コレクタ層の形成工程を有する。その結果、前記ＦＷＤも含め裏面側に形成されるコレクタ電極とのオーミックコンタクトを得やすい高濃度の表面不純物濃度を有するコレクタ表面が得られ、薄いウエハ厚さと相俟って、半導体チップの低損失化が図られるようにしている。
【０００３】
しかし、前記ｎ型ＦＳ層とｐ+コレクタ層を形成する際には、前記ＩＧＢＴの一方の面側（ＭＯＳゲート構造側）の表面には、Ａｌ系材料からなる電極膜が既に形成されている。このＡｌ系材料の融点は５５０℃くらいなので、このＡｌ電極膜を熱処理で劣化させないようにするには、前記ｎ型ＦＳ層とｐ+コレクタ層を有効にするための活性化処理温度を４５０℃程度以下の温度とすることが肝要である。その結果、イオン注入された不純物は十分に活性化されておらず、本来のｎ型ＦＳ層とｐ+コレクタ層の機能を十分に奏しているとは言えないという問題が生じる。
前記ｎ型ＦＳ層とｐ+コレクタ層の機能、性能を十分に奏するように改良するため、前記活性化処理温度を４５０℃程度より高くするには、ＭＯＳゲート構造側の主面に形成されるＡｌ系材料からなる電極膜の成膜前に、高温熱処理を伴う裏面側の前記ｎ型ＦＳ層とｐ+コレクタ層の形成をするように前記ＩＧＢＴの製造方法を変える必要がある。同時に、ウエハの厚さを２００μｍ以下に研磨研削しておく薄ウエハ化工程を、前記ｎ型ＦＳ層とｐ+コレクタ層の形成工程前に行うように変更することも必要となる。
しかしながら、前述のようにＩＧＢＴの製造工程の順序を変えると、新たな問題が生じる。すなわち、２００μｍ以下に薄くするためにウエハの他方の主面を研磨研削した後、ウエハの一方の主面にＡｌ系材料からなる電極膜を成膜すると、薄いウエハの片面にＡｌ電極膜が被覆形成されることになるので、ウエハに反りが生じやすくなる。ウエハの反りが大きいと、成膜工程中にウエハの割れや欠けが増加するという問題が生じ易い。
【０００４】
従来、ウエハのおもて側にＡｌ系のエミッタ電極膜を形成するための成膜装置では、ウエハを別室でＡｌ系（アルミニウム合金）やＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属材料で作られたハンドに載せて、隣接し開閉可能な間仕切りを有する成膜処理室へ搬送していた。成膜処理室に搬送されたハンド上のウエハを突き上げピンで一旦上昇させてから処理室内のステージにハンドから降ろして移し換え、ハンドを元の位置に戻した後、間仕切りを閉じて成膜処理室を密閉し、ステージ上のウエハに加熱・蒸着膜形成などの成膜処理を行っている。また、前記ハンドはウエハを単に上に載せるだけでなく、真空吸着して固定させながら成膜処理室に搬送させる方式が採られることが多い。そのため、薄いウエハでは、ハンドで吸着する際に、その吸引力で割れることがある。また、加熱・蒸着膜形成などの成膜の際に突き上げピンなどがハンドの下方にあると、ウエハが周囲で吸着固定されているため、ハンド上で撓んだ薄いウエハの最下端がそのピンに接触し、ウエハ割れ・欠けを発生させることがある。さらに、前記成膜処理室では、ウエハの反りや薄さによるたわみを考慮した部材の寸法設計を行なう必要がある。また、ウエハをサセプターに載せたまま成膜を行うと、ウエハのエッジ部は付着した膜の連続性によりサセプターに貼り付き、ウエハをサセプターから取り外す際に、ウエハ割れ・欠けを発生させることがある。
【０００５】
ウエハを昇降ピン、位置決めピンによってサセプターから上昇させ、位置決めしたのちに、外周をマスクして成膜する成膜方法について記載されている（特許文献１）。
ウエハ載置台を蒸着によるダメージから守るため、周辺カバーを設けることが記載されている。また、成膜処理室内の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持することが記載されている。ウエハと外周をマスクするカバーリングとの隙間を１．５ｍｍ程度とすることが記載されている（特許文献２）。
さらに、複数のカセット室を気密に閉塞した状態とし、内部を所定の真空度に排気することが記載されている。ウエハの外周をカバーするカバーリングをウエハから０．５ｍｍいかの間隔で離して設けることの記載もある。また、ウエハの周辺部を幅２ｍｍでカバーすることの記載もある（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−１００８５１号公報（要約、段落００３１〜００４１）
【特許文献２】特開２００６−８６２３０号公報（段落００４６、００６８）
【特許文献３】特開２００４−２００２１９号公報（段落００３３、００７０、００５８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上説明した点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、２００μｍ以下の薄い半導体ウエハの一方の主面に金属電極膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法および成膜装置において、ウエハに反りが生じていてもウエハ割れを少なくすることのできるリング状サセプターを用いて半導体ウエハに金属膜を成膜する半導体装置の製造方法および成膜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、２００μｍ以下の薄い半導体ウエハの一方の主面に金属電極膜を蒸着形成し、該電極膜のパターニングをする電極膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記電極膜形成工程が、前記半導体ウエハを成膜処理室の外側に置かれたリング状サセプター上に載置し、該サセプターを前記成膜処理室へ搬送し、搬送後、前記サセプター上の前記半導体ウエハを該半導体ウエハの下方に位置するリフトピンにより０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ上方へ持ち上げ、成膜処理室を気密に閉じた後、真空引きし、前記金属電極膜を蒸着形成するプロセスを含む半導体装置の製造方法とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記半導体ウエハ表面から０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ上方の位置に、前記半導体ウエハの最外周から０ｍｍ〜２ｍｍの内周を覆う金属電極膜の防着板を設置する特許請求の範囲の請求項１記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、成膜処理室の到達圧力を５×１０-5Ｐａ以下とする特許請求の範囲の請求項１または２記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、成膜処理室の成膜時の圧力を０．１Ｐａ〜１．０Ｐａにして成膜を行う特許請求の範囲の請求項１または２記載の成膜方法及び装置とする。
【０００８】
特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、成膜処理室に搬送されたサセプター上の半導体ウエハを、下方から０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ上方へ持ち上げるリフトピンと、前記半導体ウエハ表面から０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ上方の位置に、前記半導体ウエハの最外周から０ｍｍ〜２ｍｍの内周を覆う金属電極膜の防着板とを備える成膜装置とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、成膜処理室が加熱部とリフトピンとリング状サセプターを置く台とを有し、上側に開いた開口部を有する下部装置と、前記防着板が取り付けられる上枠部と該上枠部上部に設けられる金属ターゲットを有し、下側に開いた開口部を有する上部装置とを備え、前記下部装置と前記上部装置との開口部を合わせることにより密閉された成膜処理室を形成する特許請求の範囲の請求項５記載の成膜装置とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、２００μｍ以下の薄い半導体ウエハの一方の主面に金属電極膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法および成膜装置において、ウエハに反りが生じていてもウエハ割れを少なくすることのできるリング状サセプターを用いて半導体ウエハに金属膜を成膜する半導体装置の製造方法および成膜装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の半導体装置の製造方法および成膜装置について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施例１にかかるＩＧＢＴの製造方法を示す製造工程毎の半導体ウエハの要部断面図である。図２は本発明の実施例１にかかる半導体ウエハを載置するリング状のサセプターの断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。図３は本発明の実施例１にかかる成膜装置の、開放された成膜処理室の断面図である。図４は本発明の実施例１にかかる成膜装置の、密閉された成膜処理室の断面図である。図５は本発明の実施例１にかかる、反った半導体ウエハを載置するリング状のサセプターの断面図である。図６は本発明の実施例１にかかるサセプター２の上枠部への固定部の拡大図である。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の半導体装置の製造方法の実施例１にかかるＩＧＢＴの製造方法を説明するための主要な製造工程ごとの要部断面図である。以下の段落の文頭に示すアルファベット記号は図１（ａ）〜図１（ｆ）に対応させている。
ａ）４００〜５００μｍ程度の厚いＦＺ−ｎ型シリコン半導体基板２０に対して、おもて面にｐベース領域、ｎ+エミッタ領域などの半導体領域をイオン注入および熱拡散などにより形成する。さらにゲート酸化膜、ポリシリコンからなるゲート電極の形成、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）やＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）などの層間絶縁膜を形成する。以上をすべて併せて図１（ａ）では半導体機能領域２１として示す。
ｂ）おもて面側にレジストなどの保護膜（図示せず）を形成する。その後、半導体ウエハ（以降、単にウエハという。ウエハとは半導体基板に各工程における処理を順次加えたもの）の裏面側をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などにより研磨研削加工して、耐圧に必要な厚さ（６００Ｖ〜１２００Ｖ耐圧の場合で、厚さ７０μｍ〜２００μｍ）程度にできるかぎり薄く、たとえば、１４０μｍ程度にする。研削後、研削面をフッ硝酸などのエッチング等により平滑化し洗浄して、ウエハ厚さを約１２５μｍ程度の厚さに仕上げる。
【００１２】
ｃ）裏面側Ｐ（リン）、Ｓｅ（セレン）、Ｓ（イオウ）などのいずれかのイオン注入によりにｎ型ＦＳ層２６を、さらに、Ｂ（ボロン）のイオン注入によりｐ+コレクタ層２７をそれぞれドーピングし、おもて面の前記保護膜を除去した後、８００〜９５０℃程度の高温で充分に有効な活性化熱処理を行い、それぞれ、ｎ型ＦＳ層２６とｐ+コレクタ層２７を形成する。
ｄ）前記ウエハのおもて面へＡｌ／Ｓｉ合金を以下の手順によりスパッタ蒸着してエミッタ電極膜２５を成膜する。
ウエハ１を図２の断面図（ａ）と平面図（ｂ）に示すリング状のサセプター２の上に載せる。ウエハ１は、前記リング状のサセプター２のウエハ載置部２ａに載せられているだけで、従来のサセプターのようにウエハの押圧ピンによる固定または吸着による固定がされていないので、ウエハに大きな反りがあっても割れることが少ない。
前記ウエハ１を載せた前記リング状のサセプター２を、図３に示す開放状態の成膜処理室７に移動させる。ウエハ１を載せたリング状のサセプター２が成膜装置の図示しない移載部品によって成膜処理室７に運ばれた後、リフトピン３の上昇によって、ウエハ１はリング状のサセプター２上のウエハ載置部２ａからの距離Ａとして、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの高さに持ち上げられてリフトピン３上に保持される。リング状のサセプター２のウエハ載置部２ａの上面と前記ウエハ１の下面との距離Ａが０．５ｍｍ未満と狭い場合、蒸着膜形成後に蒸着膜によりウエハ１がリング状のサセプター２と繋がりやすくなり、ウエハ１がリング状のサセプター２にくっ付いた状態になってウエハ１の取り外し時にウエハ割れの確率が高くなるので、好ましくない。また、前記距離Ａが２．０ｍｍを越える広すぎる場合は、蒸着膜が裏面側に回り込み易くなるので、やはり好ましくない。
【００１３】
成膜処理室７の上部側には、さらに、蒸着膜が裏面側に回り込むことを防ぐ防着板５が取り付けられた上枠部８と該上枠部８内の上部に設けられる金属ターゲット６と下側を向いた開口部９とを有する上部装置１１が設置されている。同下部側にはランプ加熱などの加熱ステージ（加熱部）４とウエハ１を持ち上げるリフトピン３と加熱ステージ４とリング状のサセプター２を置く台と上側を向いた開口部１０とを有する下部装置１２が設置されている。
次に、図４の密閉された状態の成膜処理室７の断面図に示すように、ウエハ１をウエハ載置部２ａからリフトピン３により前記距離Ａ（０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）の高さに持ち上げた状態で、成膜処理室７の下部装置１２を上昇させる。成膜処理室７の上部装置１１の開口部９に、前記下部装置の開口部１０が合わさって閉じることにより成膜処理室７の密閉空間が形成される。
密閉された成膜処理室７を５×１０-5Ｐａに真空に排気し、ここにＡｒガスを導入し、０．１Ｐａ乃至１．０Ｐａの内部圧力として、上部の蒸着金属ターゲット６に放電させることでターゲット金属をウエハ１のおもて面にスパッタ成膜する。成膜時は、前記図４に示すように、ウエハ１はリフトピン３により、リング状のサセプター２のウエハ載置部２ａからの距離Ａとして、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ離すように上昇した状態にあるので、ウエハ１とリング状のサセプター２が接触することが無い。さらにまた、ウエハ１とリング状のサセプター２での貼り付きも無くなる。また、ウエハ１の外周を最外周端から内側へ覆う距離Ｃを０ｍｍ〜２ｍｍとし、かつリフトピン３により持ち上げられたウエハ１の表面から防着板下端面の距離Ｂを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとし、ウエハ１の表面から距離Ｂの上方に防着板５の対応する下端面が配置されるように設置することにより、ウエハ１裏面へのスパッタされた粒子の回り込みを防止することができる。
【００１４】
防着板５は、前記図４の成膜処理室の断面図に円形破線で示すサセプターおよび防着板近傍の拡大図である図６に示すように、成膜処理室７を構成する上枠部８にボルトナットなどの固定部品１３で取り付けられる。同時に、サセプター２は上枠部８に上下左右の位置調整ができるように可変可能に取り付けられているので、異なるロット毎または同一ロット内でウエハ径が微妙に異なっていても最適な位置に調整することができる。前記図６には、さらに、前述したリング状サセプターのウエハ載置部２ａの上面とリフトピン３により持ち上げられたウエハ１の下面との距離Ａと、ウエハ１の外周を防着板が覆う距離Ｃと、リフトピン３により持ち上げられたウエハ１の上面と防着板５のウエハ１の外周に面する下端の間の距離Ｂを示す。
成膜処理後、ウエハ１の一方の主面には、Ａｌ／ＳｉなどのＡｌ系合金からなる金属電極膜２５が全面に蒸着形成されているので、冷却される際に金属電極膜２５が収縮し、図５の断面図に示すようにリング状のサセプター２上のウエハ１を反らせてしまう。しかし、本発明の製造方法によれば、反ったウエハ１はリング状のサセプター２上に載せられているだけで、リング状のサセプター２に固定されていないので、ウエハ１の反りがあっても、特に割れなどの不具合なく処理することができる。図１に戻って説明する。
【００１５】
ｅ）裏面側にコレクタ電極膜２８を形成する。
ｆ）接着テープ３０にウエハ１を、そのコレクタ電極膜２８面を下にして貼付し、ダイシングによりチップ２９化する。
以上説明したように、本発明によれば、２００μｍ以下の薄くかつ反りのあるウエハを割れること無く処理することができる。たとえば、従来、数％〜数十％あったウエハ割れ率を殆ど０％にすることができる。
本発明にかかるリング状のサセプターは成膜処理装置の中をウエハと共に移動するため、従来のように、ハンドが直接ウエハを持ち上げることが無く、また、撓んだウエハの下端がピンなどに接触してウエハ割れを起こすことがない。また、ウエハ外周全てをリング状のサセプターで支持するので、ウエハ反りによる大きな撓みがあっても不具合が生じない。さらに、リング状のサセプターはウエハの直径に合わせたリング状のサセプターの直径だけを考慮して設計するだけでよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１にかかるＩＧＢＴの製造方法を示す製造工程毎の半導体ウエハの要部断面図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる半導体ウエハを載置するサセプターの断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図３】本発明の実施例１にかかる成膜装置の、開放された成膜処理室の断面図である。
【図４】本発明の実施例１にかかる成膜装置の、密閉された成膜処理室の断面図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる、反った半導体ウエハを載置するサセプターの断面図である。
【図６】本発明の実施例１にかかるサセプター２の上枠部への固定部拡大図である。
【符号の説明】
【００１７】
１      ウエハ
２      サセプター
３      リフトピン
４      加熱ステージ、加熱部
５      防着板
６      金属ターゲット
７      成膜処理室
８      上枠部
９、１０      開口部
１１    上部装置
１２    下部装置
１３    固定部品
２０    半導体基板
２５    金属電極膜。
【図１】
2009260041.tif 000003
【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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