(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に半導体素子を形成してなる半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の第１表面に不純物層を形成するステップと、
前記不純物層形成後に前記不純物層上に該不純物の拡散を防止する拡散防止体を形成するステップと、
前記拡散防止体形成後に前記半導体基板の前記第１表面と反対側の第２表面に前記半導体素子を形成し、前記半導体素子形成時の熱工程により前記不純物層を活性化させるステップと、
前記活性化後に前記拡散防止体を除去するステップと、
前記拡散防止体除去後に前記不純物層上に電極を形成するステップと、
を有し、前記拡散防止体を形成するステップは、
ベース基板上に前記拡散防止体を形成する第１ステップと、
前記第１ステップ後に、前記半導体基板と前記ベース基板とを、前記不純物層と前記拡散防止体とが対向するように接合する第２ステップと、
を有する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】
本発明は半導体装置の製造方法、特にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の基板面に垂直に電流が流れる縦型半導体装置における電極形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＧＢＴ等の縦型半導体装置が知られており、半導体基板表面に半導体素子を形成して表面および裏面に電極を形成している。例えば、特開平９−１４８５７７号公報には、半導体基板上に半導体素子およびダイオードを形成し、表面にアルミ電極を形成するとともに半導体基板の裏面に電極を形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、裏面に形成された電極（裏面電極）のオーミック性を向上させるためには半導体基板と裏面電極との界面にある濃度の不純物層を形成する必要があり、さらに不純物層を有効且つ安定的に機能させるために不純物層を十分に活性化させる必要がある。不純物層を活性化させるためには、半導体基板を一定温度に加熱する必要があるが、一般に半導体装置には一定以上の温度に加熱できない材料が用いられており、その材料で制限される温度では不純物層の活性化が十分に行われない問題があった。
【０００４】
例えば、半導体装置の配線材料としてはアルミ系材料が用いられるが、アルミ系材料は成膜後５００度以上の高温に加熱すると流動（マイグレーション）が発生して開放（オープン）などが生じてしまう。したがって、配線形成後の熱処理はこの温度で規制されることになり、不純物層を十分活性化させることができない問題がある。
【０００５】
もちろん、アルミ配線を形成する前に半導体基板に不純物層を形成して熱処理することも考えられるが、単に高温で熱処理しても不純物が半導体基板から拡散してしまい、結果として所望の濃度の不純物層を得ることができない問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、半導体基板に導入された不純物層を十分に活性化し、これにより半導体基板と裏面電極とのオーミックコンタクトを実現することができる製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板に半導体素子を形成してなる半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の第１表面に不純物層を形成するステップと、前記不純物層形成後に前記不純物層上に該不純物の拡散を防止する拡散防止体を形成するステップと、前記拡散防止体形成後に前記半導体基板の前記第１表面と反対側の第２表面に前記半導体素子を形成し、前記半導体素子形成時の熱工程により前記不純物層を活性化させるステップと、前記活性化後に前記拡散防止体を除去するステップと、前記拡散防止体除去後に前記不純物層上に電極を形成するステップとを有し、前記拡散防止体を形成するステップは、ベース基板上に前記拡散防止体を形成する第１ステップと、前記第１ステップ後に、前記半導体基板と前記ベース基板とを、前記不純物層と前記拡散防止体とが対向するように接合する第２ステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明の製造方法では、従来のように半導体素子を形成した後に不純物層を形成するのではなく、半導体素子形成に先立ち半導体基板に不純物層を形成し、半導体素子形成時に不純物層を活性化する。すなわち、半導体素子形成時にはエピタキシャル成長やイオン注入後の熱拡散処理や熱酸化膜形成処理などに伴い高温熱処理が行われるが、この時の熱処理、特に配線工程前の高温熱処理を用いて不純物層を活性化させる。これにより、高温で不純物層を熱処理し活性化させることができる。さらに、本発明においては、不純物層上に拡散防止体が形成されており、不純物層を高温で熱処理しても不純物が半導体基板から拡散せず、不純物濃度、すなわち導電率を維持してその後に形成される裏面電極と半導体基板とのオーミックコンタクトを実現することができる。
【００１１】
なお、縦型半導体装置の場合、装置の動作速度を高速化するために半導体基板の厚さは薄いほうが好ましい。一方、あまりに薄いと高温熱処理工程において半導体基板に反りが生じる。そこで、一定の厚さを有するベース基板に拡散防止体を形成し、不純物層が形成された半導体基板と拡散防止体が形成されたベース基板とを接合して熱処理することで、不純物層上に拡散防止体を形成するとともに高温熱処理時の反りを防止し、製造中の扱いを容易化できる。
【００１２】
本発明の拡散防止体としては、熱処理時の不純物の拡散を防止するため、拡散係数の小さい窒化物を用いることができる。不純物層の活性化後は拡散防止体は除去され、不純物層上に裏面電極が形成される。拡散防止体を除去するためには例えばエッチングを用いることができ、半導体基板として使用されるＳｉと窒化物はエッチング選択比が高いため、比較的容易に除去でき不純物層上に裏面電極を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１には、本実施形態に係る半導体装置の製造方法が示されており、図２には処理フローチャートが示されている。まず、図１（ａ）に示されるように、Ｓｉ等の半導体基板１０の表面に不純物層１２を形成する（Ｓ１０１）。不純物層１２は、例えばボロンＢやリンＰなどの不純物をイオン注入する、あるいは不純物を有するエピタキシャル膜を成膜する等により形成することができる。半導体基板１０の厚さは約７２５μｍ、不純物層１２は数μｍとすることができる。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示されるように、ベース基板１００を用意し、このベース基板１００上に拡散防止体としての絶縁膜１０２を形成する（Ｓ１０２）。絶縁膜１０２は、例えばＳｉＮやＳｉＯＮ等の窒化物で形成され、イオン注入や化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等で形成することができる。ベース基板１００の厚さは半導体基板１０と同様約７２５μｍ、絶縁膜１０２の厚さは１μｍ程度とすることができる。
【００１６】
半導体基板１０上に不純物層１２を形成し、ベース基板１００上に絶縁膜１０２を形成した後、図１（ｃ）に示されるように、不純物層１２と絶縁膜１０２が対向するように半導体基板１０とベース基板１００とを接合する（Ｓ１０３）。したがって、半導体基板１０を基準にすると、半導体基板１０／不純物層１２／絶縁膜１０２／ベース基板１００なる積層構造となる。
【００１７】
不純物層１２の上に絶縁膜１０２を形成した後、図１（ｄ）に示されるように、半導体素子を形成するために必要な厚さ（例えば１００μｍ程度）まで半導体基板１０を加工する（Ｓ１０４）。
【００１８】
次に、図１（ｅ）に示されるように、半導体基板１０上に公知の技術を用いて半導体素子１３を形成する。半導体素子１３としては、ＩＧＢＴ等のトランジスタでもよく、ダイオードでもよい。エピタキシャル成長やイオン注入、蒸着、スパッタなどにより半導体素子１３が形成されるが、半導体素子形成時の高温熱工程、特にアルミ配線工程前の高温熱工程により、予め形成された不純物層１２が同時に熱処理され活性化されることとなる（Ｓ１０５）。そして、不純物層１２上には絶縁膜１０２が形成されているため、熱処理時に半導体基板１０からベース基板１００に不純物が拡散してしまうことを抑制でき、不純物層１２の濃度低下を抑えて不純物層１２を所望の濃度で活性化できる。絶縁膜１０２としては、上述したＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜のように不純物に対する拡散係数の小さい材料を用いることができる。なお、ＳｉＯ2膜を用いた場合にはＢやＰなどの不純物を透過させてしまうので適当ではない。
【００１９】
半導体素子形成時の熱工程、特に配線工程前の熱工程により不純物層１２を活性化した後、図１（ｆ）に示されるように絶縁膜１０２を研磨停止層としてベース基板１００を研磨する（Ｓ１０６）。すなわち、絶縁膜１０２は研磨停止層としても機能することになる。なお、研磨時にはすべてのベース基板１００を研磨する必要はなく、ある厚さを確保してもよい。
【００２０】
ベース基板１００を研磨した後、図１（ｇ）に示されるように、ウエットエッチング法やドライエッチング法等を用いて絶縁膜１０２を除去する（Ｓ１０７）。エッチング液あるいはエッチングガスとしては、半導体基板１０と絶縁膜１０２のエッチング選択比が十分高い材料を選定することが好ましく、例えばウエットエッチング法であればＨＦを含むエッチング液、ドライエッチング法であればＣＦ4＋ＣＨＦ3＋Ａｒ混合ガスなどを用いることができる。
【００２１】
絶縁膜１０２を除去した後、図１（ｈ）に示されるように、公知の技術、例えば蒸着やスパッタリング法などを用いて不純物層１２上に裏面電極１４を例えば１．２μｍ形成する（Ｓ１０８）。不純物層１２が所望の濃度で活性化されているため、半導体基板１０と裏面電極１４とのオーミックコンタクトを得ることができる。
【００２２】
このように、本実施形態では、絶縁膜１０２に拡散防止機能及び研磨防止機能並びに選択的エッチング機能をもたせることで、不純物層１２を活性化させるとともに不純物層１２上に裏面電極１４を形成することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においてはベース基板１００を研磨した後、絶縁膜１０２をエッチングにより除去しているが、ベース基板１００としてＳｉを用い、半導体素子１３形成後、半導体素子１３表面を耐薬品性を有する膜、例えばポリイミド等の有機膜で被覆してエッチングすることで、ベース基板１００を研磨することなく半導体基板１０とベース基板１００とを切り離すことができ、ベース基板１００を繰り返し使用することも可能である。
【００２４】
また、本実施形態では、拡散防止体としてＳｉ系窒化物を用いているが、耐熱性を有し、不純物に対する拡散係数の小さい他の窒化系絶縁膜、例えばＴｉＮやＡｌＮを用いることができる。もちろん、窒化物以外にも拡散係数の小さい他の絶縁膜を用いることも可能である。
【００２５】
また、本実施形態では、製造時の半導体基板１０の反り防止等の観点から、ベース基板１００上に絶縁膜１０２を形成し、半導体基板１０とベース基板１００とを接合することで不純物層１２上に絶縁膜１０２を形成しているが、ベース基板１００を用いることなく半導体基板１０上に不純物層１２及び絶縁膜１０２を順次形成し、その後の半導体素子工程で不純物層１２を活性化させることもできる。
【００２６】
また、本実施形態では、半導体素子形成時の熱工程を利用して不純物層１２を活性化させているが、半導体素子を形成するための熱工程の他に、さらに補助的にアルミ配線工程に先だって高温熱処理して不純物層１２をより確実に活性化させることも可能である。
【００２７】
また、本実施形態では、半導体素子形成時の熱工程を利用して不純物層１２を活性化させているが、これとは別個に熱処理を行い不純物層１２を活性化させることも理論的には可能である。例えば、半導体基板１０上に半導体素子１３を形成（但し、アルミ配線工程は除く）し、その後半導体基板１０の裏面に不純物層１２及び絶縁膜１０２を形成し、その後高温熱処理して不純物層１２を活性化させた後に半導体素子１３のアルミ配線を行い、絶縁膜１０２を除去して裏面電極１４を形成する等である。但し、この場合には不純物活性化のための熱処理が別途必要となり、工程の複雑化を招くことになるので、本実施形態のように半導体素子形成時に併せて不純物層１２を活性化させる方が効率的である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば半導体基板に形成された不純物層を確実に活性化でき、これにより半導体基板と裏面電極とのオーミックコンタクトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【図２】  実施形態の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０  半導体基板、１２  不純物層、１３  半導体素子、１４  裏面電極、１００  ベース基板、１０２  絶縁膜。
【図１】
0003818121.tif 000002
【図２】
0003818121.tif 000003