半導体素子の製造方法
【課題】ウエハプロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる場合でも、ウエハ反りおよびウエハ割れの少ない半導体素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板１に複数の半導体素子を形成する工程の前に、半導体基板１の外周を減厚して外周端部３を形成し、外周端部３に、前記半導体基板より熱膨張係数が大きく、かつ、半導体素子１を形成する工程内の熱処理工程で印加されるもっとも高い温度より融点が高い金属４を、半導体基板１の半導体素子が形成される両主面より突出しない膜厚で被着する半導体素子の製造方法とする。
【解決手段】半導体基板１に複数の半導体素子を形成する工程の前に、半導体基板１の外周を減厚して外周端部３を形成し、外周端部３に、前記半導体基板より熱膨張係数が大きく、かつ、半導体素子１を形成する工程内の熱処理工程で印加されるもっとも高い温度より融点が高い金属４を、半導体基板１の半導体素子が形成される両主面より突出しない膜厚で被着する半導体素子の製造方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置（以降、半導体装置は半導体素子と同義語とする）は、オン時にドリフト電流が流れる方向と、オフ時の逆バイアス電圧による空乏層が延びる方向とが同じであるので、縦型半導体装置とも言われる。たとえば、通常のプレーナーゲート型ｎチャネル縦型ＭＯＳＦＥＴの場合、高抵抗のｎ−ドリフト層の部分は、ＭＯＳＦＥＴがオン状態の時は縦方向にドリフト電流を流す領域として働き、オフ状態の時は空乏化して耐圧を保持する領域となる。この高抵抗のｎ−ドリフト層の電流経路を短くすることすなわち高抵抗ｎ−ドリフト層を薄くすることは、ドリフト抵抗が低くなるのでＭＯＳＦＥＴの実質的なオン抵抗を下げる効果に繋がる。このような低オン抵抗にする構成は、前述のＭＯＳＦＥＴだけでなく、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ダイオード等の縦型半導体素子においても同様に成立することが知られている。縦型半導体装置の耐圧はドリフト層の厚さに関連するが、１８００Ｖクラスの半導体装置でも仕上がり時のウエハ（半導体基板）の厚さは１８０μｍ、１２００Ｖで１２０μｍ、６００Ｖでは６０μｍあれば充分である。
【０００３】
一方で、均一な抵抗分布が必要な電力用半導体装置ではウエハとしてＦＺ結晶を用いるのが一般的である。ＦＺ結晶を用いるウエハは、ＣＺ結晶を用いるものより大径化が難しいが、それでもチップのコストダウンのため大径化が進められている。しかし、たとえば、直径６インチ、８インチのＦＺ結晶のウエハで、たとえば、厚さ１２０μｍのウエハを、ウエハプロセスに投入して所要の加工を加える際に、ウエハ割れを少なくしてプロセスフローを完了して半導体素子を製造することは困難を伴う。ウエハ割れが多いとプロセスを完了できないウエハ数が増加し、半導体装置の完成数量が大きく低下し易い。そこで、従来は通常、ウエハを厚く、たとえば、６インチ径で６２５μｍ厚、８インチ径で７２５μｍ厚程度に厚くしてウエハ強度を上げることにより、大径のウエハで製造プロセスに流した場合でもウエハ割れを少なくする方法が採られている。さらに、たとえば、製造プロセスの前半ではウエハの片面側のみの製造プロセスを進め、製造プロセス後半で裏面側の製造プロセスに移る前に、裏面側を研磨およびエッチングしてほぼ仕上げウエハ厚に近い厚さにまでウエハを薄化している。その後、薄化ウエハの裏面側に必要な製造プロセスを加えることにより、薄化ウエハの状態でのプロセス加工を少なくしてウエハ割れをできるだけ防止するようにしている。しかし、この方法は、厚い投入ウエハを製造プロセスの途中で厚さの三分の二以上を削り落として仕上がりウエハとしているので、結果的には高価な半導体基板材料を無駄に消費していることになる。
【０００４】
この点に関して、プロセス投入を薄いウエハにした場合に問題となる薄いウエハの反りを低減するために、薄いウエハを平坦化した状態でウエハの外周部に樹脂をリング状に塗布し硬化させて、基板の補強部とする加工方法が知られている。またはウエハの外周部にリング状に厚い基板部分を残すように内周部のみを必要な厚さに削って薄くする薄化ウエハのように、厚い外周部が補強部となる加工方法も知られている（特許文献１）。また、薄化ウエハにガラス支持板を貼り付けて補強する貼り付けウエハでは、外周部の貼り付け界面からのウエハ割れや薬液の浸透を防ぐために、ウエハの外周端部に樹脂をリング状に付着させ密封した状態で硬化させる加工方法が知られている（特許文献２）。ウエハの外周部のみをリング状に厚くして補強部とすることにより、ウエハ強度を高くして製造プロセスに流す方法およびその治具に関することが記載されている文献が公開されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５７１８５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５２０７８号公報
【特許文献３】米国公開第２００８−６４１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、薄いウエハに生じ易いウエハ反りを防ぐために、ウエハの外周端部に樹脂をリング状に付着させ硬化させる方法は、リング状の硬化樹脂の厚さがウエハの厚さより厚いため、製造プロセスに流すためには、固有の搬送装置とプロセス装置に合わせるための治具などを必要とする。さらに、ウエハの外周端部に付着させるリング状の樹脂の温度特性により、プロセス条件が制約されるという問題がある。また、薄化ウエハにガラス支持板を接着剤で貼り付けて強度を高くしたウエハではやはり接着剤の耐熱温度がその後のプロセスで問題となる。さらに、貼り付けウエハの場合はウエハ外周部を密封しないとその後のプロセスに使用される薬液の性質によって、貼り付けウエハ内部に浸透してウエハの加工表面を劣化させる問題がある。いずれにしても、プロセス投入の最初から、プロセス完了した仕上がりウエハ厚に近い薄いウエハを投入しても、ウエハ割れがなくウエハプロセスを完了させることができれば、厚いウエハをプロセス後半で裏面研削して厚さの三分の二を捨てる半導体結晶材料費が減るので、コストダウンになることは明白である。
【０００７】
本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、プロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる場合でも、ウエハ反りおよびウエハ割れの少ない半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記本発明の目的を達成するために、半導体基板に複数の半導体素子を形成する工程の前に、前記半導体基板の外周を減厚して外周端部を形成し、該外周端部に、前記半導体基板より熱膨張係数が大きく、かつ、前記半導体素子を形成する工程内の熱処理工程で印加されるもっとも高い温度より融点が高い金属を、前記半導体基板の前記半導体素子が形成される両主面より突出しない膜厚で被着する半導体素子の製造方法とする。
【０００９】
前記外周端部を備える同径の前記半導体基板を複数枚重ね、前記外周端部を露出させて前記主面方向から回転治具に挟み、少なくとも、前記半導体素子が形成される領域をマスクし、前記回転治具に挟む方向を軸に前記重ねた半導体基板を回転させ、前記外周端部に前記金属をスパッタリングによって成膜することが好ましい。また、前記スパッタリングが、複数枚重ねられた前記半導体基板の密着部に到達しない角度の傾斜スパッタリングにより、それぞれの主面側から順次行われることも好ましい。
【００１０】
また、前記複数枚の半導体基板は、前記スパッタリング時に上昇する前記半導体基板の温度以上の耐熱性を有する緩衝膜を間に挟んで重ねられることが望ましい。
【００１１】
さらに、前記半導体基板は、前記半導体素子を形成する工程でその厚さを減じる研削工程を必要としない厚さである半導体素子の製造方法とすることが望ましい。また、前記半導体基板の外周端部は、前記両主面からそれぞれ延長される傾斜部と両主面に垂直な端面からなる形状、または前記両主面からそれぞれ延長される曲率部からなる形状に加工されている半導体素子の製造方法とすることも好ましい。また、前記半導体素子をＩＧＢＴとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる場合でも、ウエハ反りおよびウエハ割れの少ない半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるウエハ回転治具の断面図である。
【図２】本発明にかかるウエハの外周端部を示す断面図である。
【図３】本発明にかかるウエハの外周端部の処理方法を示す断面図である。
【図４】本発明にかかるＩＧＢＴを示す断面図である。
【図５】本発明にかかる異なるウエハ回転治具の断面図である。
【図６】本発明にかかるウエハの外周端部の処理方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の半導体素子の製造方法にかかる実施例について、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。
【００１５】
本発明の半導体素子の製造方法として、１２００ＶクラスのＩＧＢＴの製造方法を採りあげて具体的に説明する。８インチ径で厚さ１２０μｍのｎ型ＦＺシリコンウエハ１（以下ウエハ１という）を用意する。この例の場合、投入ウエハ（半導体基板）としてのウエハ１の厚さは、ほぼ仕上がり時の厚さである。製造プロセスの中で、表面を研磨したり、エッチングを行なうことがあるが、研磨やエッチングで減じる厚さはごくわずか（例えば裏面にシリコン層を露出させる為に、研磨で５μｍ程度）である。つまり、製造プロセスの過程で、ウエハの厚さを大幅に減じる研削工程を必要としないため、材料の無駄が生じない。なお、製造するＩＧＢＴの耐圧など所望の特性に応じて投入するウエハの厚さを決定すればよい。
【００１６】
図３はウエハ１の外周端部の処理方法を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、ボンド剤中に固定砥粒を分散させた砥石からなる型治具２に、ウエハ１の外周端部３をウエハ１および型治具２を回転させながら押し当てて、ウエハ１の両主面側の外周端部３の表面にそれぞれ傾斜部３ａを形成する。また、最も外側には、両主面に垂直な最外周端面３ｃを形成する。最外周面３ｃは、ウエハ１の外周端部処理前の該終端面を残してもよいし、やや鋭利になった端面を型治具２で研削して平坦な面としてもよい。
【００１７】
あるいは、図３（ｂ）に示すように、型治具２にＲ形状を持たせて、これに倣って面取りを行なって、ウエハ１の両主面側の外周端部３に曲率部３ｂを形成してもよい。
【００１８】
このように、ウエハ１の両主面側の外周端部３に傾斜部３ａ、曲率部３ｂや最外周面３ｃを形成するのは、ウエハ１の最外周がナイフ状に鋭利にとがっていると、搬送時にウエハ１を保持するホルダを削り取ってしまったり、割れや欠けの発生を防ぐためである。
【００１９】
図６は、ウエハ１の外周端部３の処理方法を示す図である。上記のように外周端部３を形成した後、図６に示すように、研磨剤を含浸させた研磨布５を円筒状に備え、該円筒状の研磨布５に研磨剤を含浸させたものを回転させ、一方のウエハ１も回転させながら押し付け、かつ該研磨布５とウエハ１とを相対的に上下動させることによって、前記型治具２によって加工された面に残留する加工ダメージを除去することが望ましい。
【００２０】
次に、上記のように外周端部処理を終えたウエハ１を複数枚用意する。そして各ウエハ１間に図示しない耐熱フィルム（たとえば、耐熱エラストマーフィルム）をそれぞれ挟んで重ねる。この耐熱フィルムはウエハ同士の接触による擦れ、キズを防止する機能を有する。後の工程でウエハ１の表面を仕上げ研磨する工程を行なえば、この耐熱フィルム無しにウエハを重ねることもできる。
【００２１】
図１は、ウエハ回転治具３０の断面図である。ここでは、ウエハ１に前記耐熱フィルムを挟んで重ねた状態でウエハ回転治具３０に取り付ける。図１の例では、２５枚のウエハ１を重ねて取り付けたが、スパッタ装置の能力に応じてより多くの枚数を重ねて処理してもよい。なお、ウエハ回転治具３０は、スパッタ蒸着槽５０内に配置されている。
【００２２】
耐熱フィルムを挟んで重ねあわされたウエハ１は、二枚のウエハ挟み円板３１ａ−３１ｂによって挟持される。
【００２３】
一方のウエハ挟み板３１ａの中心には、回転軸２０ｂの一端が取り付けられ、回転軸２０ｂの他端はスパッタ蒸着槽５０の一方の壁面にベアリング３３ａとベアリングマウント３４ａを介して保持されている。他方のウエハ挟み板３１ｂの中心には、回転軸２０ｃの一端が取り付けられ、回転軸２０ｃの他端は、スパッタ蒸着槽５０の他方の壁面にベアリング３３ｂとベアリングマウント３４ｂを介して保持されている。この他方の側の回転軸２０ｃは、前記他方のウエハ挟み板３１ｂとベアリング３３ｂとの間に軸の長さ調整ネジ３６とストッパー３５を備えている。
【００２４】
積層されたウエハ１は、軸の長さ調整ネジ３６の締め付け力によって二枚のウエハ挟み円板３１ａ−３１ｂの間に保持される。
【００２５】
ここで、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂが、ウエハ１に比べて小さすぎると、積層されたウエハ１を局所的に押さえることになり、ウエハ１に不要な応力を印加することになる。そこで、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂは、ウエハ１の押圧面をできるだけ大きく（広く）して、ウエハ１を面で押圧することが望ましい。
【００２６】
また、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂが、ウエハ１よりも大きいと、後述のスパッタ工程で、外周端部３以外の領域への不要な金属膜の成膜を防ぐことができるが、大きすぎると、後述するスパッタ工程で、斜め方向からのスパッタを行なう際の障害となってしまう。そこで、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂは、ウエハ１の面取りが行なわれていない領域（外周端部３以外の領域）と同じ大きさにするか、後述のスパッタ工程で斜め方向からのスパッタの障害とならない範囲で、ウエハ１の面取りが行なわれていない領域（外周端部３以外の領域）より若干大きくすればよい。
【００２７】
例えば、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂを、ウエハ１の面取りが行なわれていない領域と同じ大きさとする。
【００２８】
回転軸２０ａは、一端が図示しない回転駆動モーターなどに接続され、他端に取り付けられた歯車３２を介して、回転軸２０ｂに駆動力を伝達する。
【００２９】
前記スパッタ蒸着槽５０中に設置されたウエハ回転治具３０に挟まれる２５枚のウエハの外周端部３にスパッタ蒸着処理をする際、図１に示すウエハ回転治具３０に２５枚のウエハ１を挟んだ状態では、図示されない遮蔽板によってウエハ１の外周端部３以外の部分にはスパッタ蒸着されないようにされている。
【００３０】
図５は、前記図１とは異なるウエハ回転治具４０の断面図である。前記ウエハ回転治具３０と異なるところは、前記調整ネジ３６に代えて、スプリング３８によって、ウエハ挟み治具３１に挟まれるウエハ１を弾性的に保持していることである。ベアリング３８を備えたベアリングマウント３４を、スプリング３８で押圧することで、ウエハ挟み円板３１ａと３１ｂとの間にウエハ１を挟持する。このほかの、図１と同じところは同じ符号で示して説明を省略する。また、このウエハ回転治具４０では、回転軸２０ｄを直接スパッタ蒸着槽の外側に出しているが、前記図１のウエハ回転治具３０のように蒸着槽内で歯車を介して駆動力を伝達させてもよい。本発明の半導体素子の製造方法では、回転機能を有する治具にウエハを挟み込んで回転させ、高融点金属をウエハ外周端部にスパッタ蒸着すればよい。図１と図５のウエハ回転治具は、その例を示すものであり、本発明の要旨を超えない限り、これらの方式に限定されない。
【００３１】
図２は、ウエハの外周端部を示す断面図である。図１のように取り付けた２５枚のウエハ１を回転させながら、重ねたウエハ１同士の外周端部３に、半導体基板（ウエハ）より熱膨張係数が大きい材料をスパッタにより被着させる。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、斜めスパッタ３７でウエハ１の両主面側から被着させる。
【００３２】
ウエハ１の外周端部３に被着させる材料として、ウエハの材料（シリコン）より、熱膨張係数の大きな材料を選択したのは、ウエハに対する線膨張係数の大きい高融点金属では、高張力が得られ基板の反りを平坦に矯正する働きを示すためである。ドーナツ形状をした材料では、室温よりも高い温度下において、室温の状態に比べ外側に広がろうとする力が働く。すなわち、内側の空間の直径が大きくなる方向に膨張する。本発明においては、ウエハの外周部にドーナツ状の線膨張係数の高い材料を付設するため、室温よりも高い温度下で内側のウエハを広げようとする力が働く。即ち、ウエハの反りは矯正される。
【００３３】
また、ウエハ（半導体基板）より融点が高い材料を選択したのは、後の製造プロセスに、高温（１０００℃〜１２００℃程度）の熱処理のプロセス、たとえば、熱酸化膜形成、ボロンなどの不純物の熱拡散工程が存在しても、半導体特性に悪影響を及ぼすことがないようにするためである。すなわち、前記のような高温熱処理の際にも、ウエハの外周端部にリング状に被着させた高融点金属膜が半導体基板中へ熱拡散したり、合金を形成することがなく、溶融、蒸発を起こさず、また、不純物元素としてウエハ内部に深く拡散しない材料が望ましいから選択したのである。
【００３４】
また、ウエハ（半導体基板）より融点が高い材料を選択するもう一つの理由は、半導体プロセスの中で行われる数々のウエハに対する異なる種類の積層膜堆積や、ウエハの積層膜パターン形成においてなされる部分的な前記積層膜の除去により、シリコンウエハ内部には応力が蓄積され、ウエハの変形や反りをもたらすからである。本発明によれば、ウエハの外周部にリング状に、ウエハが平坦な状態で予め高融点材料を付設することにより、当初の平坦な形状を維持しようとする保持力を得ることが可能となるからである。
【００３５】
さらに、前述したように図１、図２に示す斜めスパッタ３７を用いたのは、重ねたウエハ１同士の外周端部３側の密着部（図２（ａ）（ｂ）における点ａ）にスパッタ粒子が到達しないようにするためである。斜めスパッタ３７で、図２（ｃ）に示すように、それぞれの外周端部３の傾斜部３ａに高融点金属を被着させる。
【００３６】
この例では、チタン／窒化チタン膜４を被着した。チタン／窒化チタン膜４のチタンと窒化チタンとの膜厚比は１／１とする。このような斜めスパッタ３７すると、金属スパッタによるウエハ１同士の癒着を防止することができる。金属スパッタによるウエハ１同士の癒着を防止するには、さらに、被着チタン／窒化チタン膜４とウエハの傾斜部３ａを含めたトータル厚さがウエハ１の厚さより薄いことが重要である。このトータル厚さが厚いと、スパッタ時に隣接するウエハ１の外周端部３の傾斜部３ａに被着されたチタン／窒化チタン膜４同士が接触して癒着する惧れがある。チタン／窒化チタン膜４同士が癒着すると、複数枚のウエハが分離できなくなる惧れがあるので避けなければならない。
【００３７】
また、癒着しない場合でも、ウエハの厚さより外周端部３のチタン／窒化チタン膜４が出っ張っていると、このウエハ１を加工プロセスに流す場合特別な治具が必要になり、コストが増すので好ましくない。つまり、被着した金属（この例ではチタン／窒化チタン膜４）の厚さ（図２（ｃ）の矢印Ｔ１）がプロセスに投入するウエハ１の厚さを超えないようにする。
【００３８】
しかし一方で、ウエハ１の厚さを越えてチタン／窒化チタン膜を厚く堆積させる必要が有る場合、即ち、より強い反り補強力を確保しようとする場合であるが、この様に高融点金属を厚く形成する場合は、ウエハ１同士の癒着を防ぐために、ウエハ１とウエハ１との間に面内で一様な厚さを有するフィルムや板を挟めばよい。スパッタや蒸着時にウエハが高温化（２５０℃以下）する場合は、エラストマ材などを選択すれば良い。この場合はウエハの片面につき、ウエハ１同士の間に挟むフィルムや板の厚さの半分以下の範囲で、ウエハ１の厚さを越えて厚く堆積させる事ができる。
【００３９】
ただし、このようにウエハ１の厚さを越えてチタン／窒化チタン膜を厚く堆積すると、ウエハの外周部を強固に補強できる半面、半導体素子工程の途中でウエハ厚さを減じる必要が有る場合、この部分を避けて坐繰り研磨したり、エッチングしたりする、特別なウエハ薄化技術を要する。
【００４０】
前述の高融点金属としてはチタン／窒化チタンの他に、タングステン、チタン、窒化チタンなどの単層、あるいはモリブデンタングステン／チタン、タングステン／モリブデンなどの積層を用いることができる。ウエハ１の外周端部３の傾斜部３ａへのチタン／窒化チタン膜４の被着工程の終了後、重ねたウエハ１を一枚毎、バラバラにして、通常の半導体素子用の表面側プロセスを施す。前記耐熱フィルムを挟まないで、ウエハ１を直接重ねてウエハ１の外周端部３にチタン／窒化チタン膜４を被着したときは、ウエハプロセスに投入する前に、ウエハ１の表裏面を両面研磨で仕上げ研磨することが望ましい。研磨条件は一般的な研磨方法でよい。たとえば、研磨材；コロイダルシリカ（粒径２０〜４０ｎｍ）ｐＨ１１〜１２程度、溶剤；ＮａＯＨ水溶液、研磨布；不織布または発泡ポリウレタン系等、厚さ１ｍｍ程度、研磨時間；１０分程度である。
【００４１】
以降の本発明にかかるウエハプロセスについて、一例として、図４の要部断面図に示すＩＧＢＴのウエハプロセスを採りあげて説明する。図４に示すＩＧＢＴ１００ウエハの表面は図面の上側（エミッタ側）であり、ウエハの裏面は下側（コレクタ側）とする。ウエハの外周端部の傾斜部にチタン／窒化チタン膜が被着されたウエハの主要部表面に、酸化膜パターンを形成後、ｐベース領域１０２と、耐圧領域内に設けられるｐ型ガードリング（図示せず）とが同時に形成される。ｐベース領域の表面からｎ−ベース層１０１（ｎ−ドリフト層）に達する深さのトレンチ１０３が形成され、該トレンチ１０３内にゲート絶縁膜１０４が形成されゲート電極１０５となる高濃度ポリシリコンが充填された後に、前記トレンチ１０３に接するｐベース領域１０２の表面にｎ＋型エミッタ領域１０６が形成される。ラッチアップ耐量の向上を図るためにｐ型ベース領域１０２の表面層の一部に高濃度ｐ＋型領域（図示せず）が形成されることが望ましい。
【００４２】
前記ゲート電極１０５の上部には層間絶縁膜１０７が被覆される。さらに、この層間絶縁膜１０７の表面上にはＡｌなどの金属膜からなるエミッタ電極１０８が被覆される。このエミッタ電極１０８は前記層間絶縁膜１０７に設けられる開口部により、前記ｎ＋型エミッタ領域１０６表面とｐ型ベース領域１０２の表面に共通に導電接触する構成となっている。さらに、エミッタ電極１０８上にパッシベーション膜としてチッ化膜や窒素雰囲気中でアニールしたアモルファスシリコン膜、あるいはポリイミド膜が形成されることが好ましいが、図４では省略されている。
【００４３】
ウエハの裏面側に形成される表面構造（以下、裏面素子構造とする）として、ｎ−ベース層１０１の表面層に、ｎ＋ＦＳ層１０９（フィールドストップ層）およびｐ＋コレクタ層１１０がこの順で設けられている。コレクタ電極１１１は、ｐ＋コレクタ層１１０に接する。このような裏面素子構造を有するＩＧＢＴをＦＳ（フィールドストップ）型ＩＧＢＴと称する。これにより、少数キャリアの低注入、高輸送効率という効果を奏しながら、ノンパンチスルー構造よりもベース層を薄くすることで更なるオン電圧、ターンオフ損失特性が改善されたものにすることができる。
【００４４】
１バッチ２５枚の８インチ径で、厚さ１２０μｍのＦＺ−ｎ型シリコンウエハの外周端部に前記高融点金属を前述のようにスパッタ被着させた後、耐圧１２００Ｖクラスの通常のＩＧＢＴのウエハプロセスから裏面研削工程を除いたウエハプロセスに流し、前記シリコンウエハに複数のＩＧＢＴ領域を完成させる。この複数のＩＧＢＴ領域を有するウエハについて、ウエハの反り（Ｗａｒｐ）の大きさ（ｍｍ）とウエハが割れたり、ウエハ欠けたりした枚数を調べた。反りの値はウエハの割れや欠けの無いウエハについての反り値である。反りは、ウエハを垂直に立て、ウエハ全域に渡り、表裏それぞれに最も迫り出した位置間の距離を、水平成分について求め、その値からウエハの平均厚さを引いた値を反り値とする。比較例として、高融点金属をスパッタ被着しない場合で、厚さ１２０μｍの薄いウエハ２５枚をＩＧＢＴプロセスに投入しプロセス完了させた後のウエハについて調べた。前記高融点金属として、チタン／窒化チタン、タングステン、チタン、窒化チタン、モリブデンタングステン／チタン、タングステン／モリブデンについて調べた。融点と熱膨張係数（線膨張係数）はそれぞれタングステンが３４３０℃と０．０４５×１０−４Ｋ−１、チタンが１８１２℃と０．０８４×１０−４Ｋ−１、窒化チタンが２９３０℃と０．０９４×１０−４Ｋ−１、モリブデンが２６２０℃と０．０５１×１０−４Ｋ−１、シリコン単結晶の線膨張係数は０．０４２×１０−４Ｋ−１である。各高融点金属のスパッタ被着膜厚を、０．０８μｍ、０．０１μｍ、０．１μｍ、１．０μｍ、３．０μｍに変化させてウエハの反りの大きさと割れまたは欠けが生じた枚数（ワレカケと表示）とを調べた。その結果を表１に示す。なお、表１において最厚部は、図２（ｃ）の矢印（Ｔ２）で表したように、スパッタ被着膜の最も厚い部分の厚さを示している。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１では、８インチの薄いウエハの外周端部に高融点金属膜を被着させなかった場合は、１バッチ２５枚のすべてのウエハに割れまたは欠けが発生することを示している。高融点金属膜をウエハの外周端部に被着させた場合は、チタン／窒化チタン膜を用いると、膜厚０．０１μｍ以上にすると、ウエハの割れ・欠けが０枚になるので望ましい。また、膜厚３．０μｍで反り１ｍｍ、ウエハの割れ・欠け０枚であり、最も良い結果を示している。チタン／窒化チタン膜の膜厚３．０μｍの場合は、反り値が１ｍｍと最も小さい値になるので、高融点金属熱膨張係数はシリコンウエハの熱膨張係数より大きくなるほど、大径ウエハの反りに対する矯正能力が高いことを示していると考えられる。
【００４７】
チタン／窒化チタン膜以外の高融点金属の場合、いずれの金属膜でも膜厚０．０１μｍ以上にすると、ウエハの割れ・欠けが０枚であるので採用することができる。
【００４８】
割れ・欠けについては、高融点金属の膜厚が０．０１μｍ以上あれば、反りの大きさに係わらず、０枚となっている。タングステン膜をウエハ外周端部に被着させた場合は、反りの大きさが２３ｍｍでも割れ・欠けが無いことを示していることから、２０ｍｍ程度までの反り自体の大きさは割れ・欠けに直接的には関係しないと思われる。高融点金属膜の膜厚が０．０１μｍ以上あれば、反りがある程度の大きさであっても、割れ・欠けが無いのは、金属膜が薄いウエハを補強するとともに、金属膜を被着する前に、割れ・欠けの発端となり易いウエハ外周端部の鋭角部を研磨除去することによる抑止効果もあるからと思われる。
【００４９】
ウエハの割れ・欠けの発生が無い場合でも、表１から、反りについては、最大２３ｍｍから１ｍｍ程度まであり、ある程度の反りは避けられない。また、８インチ径用のウエハプロセスで、ウエハの搬送治具の一種として用いられるウエハカセットのウエハを差し入れ保持するウエハスロットのピッチとして、一般的に６．３５ｍｍなどのものが使用されている。このウエハスロットを隔てる仕切りの幅は２．５ｍｍであるので、この値を引いた値がウエハが入る隙間になる。従って、反りが６．３５ｍｍ−２．５ｍｍ＝３．８５ｍｍ以下の場合、２５枚入れのカセットを使用することができる。反りがこれ以上になると、仕切りを間引いた倍ピッチカセットあるいは２つ置きに間引いた３倍ピッチカセットを使うことになる。倍ピッチカセットの場合のウエハスロットのピッチは１２．７ｍｍ、３倍ピッチカセットの場合のウエハスロットピッチは１９．０５ｍｍとなるので、反りについてはある程度大きくてもプロセスに流せないことはないが、一度に流せるウエハ枚数が少なくなるので、プロセスの処理効率が悪くなり、製造コストがアップする問題がある。従って、ウエハの反りについては、プロセスの処理効率の観点から、３．８５ｍｍ以下であることが望ましい。これを基準に表１を見ると、高融点金属としてチタン、窒化チタン、タングステン／モリブデンを用いる場合は膜厚３．０ｍｍ以上、チタン／窒化チタン、タングステン／チタンを用いる場合は膜厚１．０ｍｍ以上が当てはまる。これらの高融点金属とすれば、ウエハワレカケ０枚で、ウエハの反りを３ｍｍ以下にすることができるので、８インチ径ウエハをプロセスに投入した場合でも、通常の２５枚用ウエハカセットを用いることができ、プロセス処理効率が悪くなることもない。
【符号の説明】
【００５０】
１ ウエハ
２ 型治具
３ 外周端部
３ａ 傾斜部
３ｂ 曲率部
３ｃ 最外周端面
４ チタン／窒化チタン膜
５ 研磨布
３０ ウエハ回転治具
３１ａ、３１ｂ ウエハ挟み円板
３２ 歯車
３３、３３ａ、３３ｂ ベアリング
３４、３４ａ、３４ｂ ベアリングマウント
３５ ストッパー
３６ 長さ調節ネジ
３７ 斜めスパッタ
５０ スパッタ蒸着槽
１００ ＩＧＢＴ
１０１ ｎ−ベース層
１０２ ｐベース領域
１０３ トレンチ
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ ゲート電極
１０６ ｎ＋型エミッタ領域
１０７ 層間絶縁膜
１０８ エミッタ電極
１０９ ｎ＋ＦＳ層
１１０ ｐ＋コレクタ層
１１１ コレクタ電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置（以降、半導体装置は半導体素子と同義語とする）は、オン時にドリフト電流が流れる方向と、オフ時の逆バイアス電圧による空乏層が延びる方向とが同じであるので、縦型半導体装置とも言われる。たとえば、通常のプレーナーゲート型ｎチャネル縦型ＭＯＳＦＥＴの場合、高抵抗のｎ−ドリフト層の部分は、ＭＯＳＦＥＴがオン状態の時は縦方向にドリフト電流を流す領域として働き、オフ状態の時は空乏化して耐圧を保持する領域となる。この高抵抗のｎ−ドリフト層の電流経路を短くすることすなわち高抵抗ｎ−ドリフト層を薄くすることは、ドリフト抵抗が低くなるのでＭＯＳＦＥＴの実質的なオン抵抗を下げる効果に繋がる。このような低オン抵抗にする構成は、前述のＭＯＳＦＥＴだけでなく、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ダイオード等の縦型半導体素子においても同様に成立することが知られている。縦型半導体装置の耐圧はドリフト層の厚さに関連するが、１８００Ｖクラスの半導体装置でも仕上がり時のウエハ（半導体基板）の厚さは１８０μｍ、１２００Ｖで１２０μｍ、６００Ｖでは６０μｍあれば充分である。
【０００３】
一方で、均一な抵抗分布が必要な電力用半導体装置ではウエハとしてＦＺ結晶を用いるのが一般的である。ＦＺ結晶を用いるウエハは、ＣＺ結晶を用いるものより大径化が難しいが、それでもチップのコストダウンのため大径化が進められている。しかし、たとえば、直径６インチ、８インチのＦＺ結晶のウエハで、たとえば、厚さ１２０μｍのウエハを、ウエハプロセスに投入して所要の加工を加える際に、ウエハ割れを少なくしてプロセスフローを完了して半導体素子を製造することは困難を伴う。ウエハ割れが多いとプロセスを完了できないウエハ数が増加し、半導体装置の完成数量が大きく低下し易い。そこで、従来は通常、ウエハを厚く、たとえば、６インチ径で６２５μｍ厚、８インチ径で７２５μｍ厚程度に厚くしてウエハ強度を上げることにより、大径のウエハで製造プロセスに流した場合でもウエハ割れを少なくする方法が採られている。さらに、たとえば、製造プロセスの前半ではウエハの片面側のみの製造プロセスを進め、製造プロセス後半で裏面側の製造プロセスに移る前に、裏面側を研磨およびエッチングしてほぼ仕上げウエハ厚に近い厚さにまでウエハを薄化している。その後、薄化ウエハの裏面側に必要な製造プロセスを加えることにより、薄化ウエハの状態でのプロセス加工を少なくしてウエハ割れをできるだけ防止するようにしている。しかし、この方法は、厚い投入ウエハを製造プロセスの途中で厚さの三分の二以上を削り落として仕上がりウエハとしているので、結果的には高価な半導体基板材料を無駄に消費していることになる。
【０００４】
この点に関して、プロセス投入を薄いウエハにした場合に問題となる薄いウエハの反りを低減するために、薄いウエハを平坦化した状態でウエハの外周部に樹脂をリング状に塗布し硬化させて、基板の補強部とする加工方法が知られている。またはウエハの外周部にリング状に厚い基板部分を残すように内周部のみを必要な厚さに削って薄くする薄化ウエハのように、厚い外周部が補強部となる加工方法も知られている（特許文献１）。また、薄化ウエハにガラス支持板を貼り付けて補強する貼り付けウエハでは、外周部の貼り付け界面からのウエハ割れや薬液の浸透を防ぐために、ウエハの外周端部に樹脂をリング状に付着させ密封した状態で硬化させる加工方法が知られている（特許文献２）。ウエハの外周部のみをリング状に厚くして補強部とすることにより、ウエハ強度を高くして製造プロセスに流す方法およびその治具に関することが記載されている文献が公開されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５７１８５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５２０７８号公報
【特許文献３】米国公開第２００８−６４１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、薄いウエハに生じ易いウエハ反りを防ぐために、ウエハの外周端部に樹脂をリング状に付着させ硬化させる方法は、リング状の硬化樹脂の厚さがウエハの厚さより厚いため、製造プロセスに流すためには、固有の搬送装置とプロセス装置に合わせるための治具などを必要とする。さらに、ウエハの外周端部に付着させるリング状の樹脂の温度特性により、プロセス条件が制約されるという問題がある。また、薄化ウエハにガラス支持板を接着剤で貼り付けて強度を高くしたウエハではやはり接着剤の耐熱温度がその後のプロセスで問題となる。さらに、貼り付けウエハの場合はウエハ外周部を密封しないとその後のプロセスに使用される薬液の性質によって、貼り付けウエハ内部に浸透してウエハの加工表面を劣化させる問題がある。いずれにしても、プロセス投入の最初から、プロセス完了した仕上がりウエハ厚に近い薄いウエハを投入しても、ウエハ割れがなくウエハプロセスを完了させることができれば、厚いウエハをプロセス後半で裏面研削して厚さの三分の二を捨てる半導体結晶材料費が減るので、コストダウンになることは明白である。
【０００７】
本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、プロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる場合でも、ウエハ反りおよびウエハ割れの少ない半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記本発明の目的を達成するために、半導体基板に複数の半導体素子を形成する工程の前に、前記半導体基板の外周を減厚して外周端部を形成し、該外周端部に、前記半導体基板より熱膨張係数が大きく、かつ、前記半導体素子を形成する工程内の熱処理工程で印加されるもっとも高い温度より融点が高い金属を、前記半導体基板の前記半導体素子が形成される両主面より突出しない膜厚で被着する半導体素子の製造方法とする。
【０００９】
前記外周端部を備える同径の前記半導体基板を複数枚重ね、前記外周端部を露出させて前記主面方向から回転治具に挟み、少なくとも、前記半導体素子が形成される領域をマスクし、前記回転治具に挟む方向を軸に前記重ねた半導体基板を回転させ、前記外周端部に前記金属をスパッタリングによって成膜することが好ましい。また、前記スパッタリングが、複数枚重ねられた前記半導体基板の密着部に到達しない角度の傾斜スパッタリングにより、それぞれの主面側から順次行われることも好ましい。
【００１０】
また、前記複数枚の半導体基板は、前記スパッタリング時に上昇する前記半導体基板の温度以上の耐熱性を有する緩衝膜を間に挟んで重ねられることが望ましい。
【００１１】
さらに、前記半導体基板は、前記半導体素子を形成する工程でその厚さを減じる研削工程を必要としない厚さである半導体素子の製造方法とすることが望ましい。また、前記半導体基板の外周端部は、前記両主面からそれぞれ延長される傾斜部と両主面に垂直な端面からなる形状、または前記両主面からそれぞれ延長される曲率部からなる形状に加工されている半導体素子の製造方法とすることも好ましい。また、前記半導体素子をＩＧＢＴとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロセスへの投入から大径の薄化ウエハを用いる場合でも、ウエハ反りおよびウエハ割れの少ない半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるウエハ回転治具の断面図である。
【図２】本発明にかかるウエハの外周端部を示す断面図である。
【図３】本発明にかかるウエハの外周端部の処理方法を示す断面図である。
【図４】本発明にかかるＩＧＢＴを示す断面図である。
【図５】本発明にかかる異なるウエハ回転治具の断面図である。
【図６】本発明にかかるウエハの外周端部の処理方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の半導体素子の製造方法にかかる実施例について、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。
【００１５】
本発明の半導体素子の製造方法として、１２００ＶクラスのＩＧＢＴの製造方法を採りあげて具体的に説明する。８インチ径で厚さ１２０μｍのｎ型ＦＺシリコンウエハ１（以下ウエハ１という）を用意する。この例の場合、投入ウエハ（半導体基板）としてのウエハ１の厚さは、ほぼ仕上がり時の厚さである。製造プロセスの中で、表面を研磨したり、エッチングを行なうことがあるが、研磨やエッチングで減じる厚さはごくわずか（例えば裏面にシリコン層を露出させる為に、研磨で５μｍ程度）である。つまり、製造プロセスの過程で、ウエハの厚さを大幅に減じる研削工程を必要としないため、材料の無駄が生じない。なお、製造するＩＧＢＴの耐圧など所望の特性に応じて投入するウエハの厚さを決定すればよい。
【００１６】
図３はウエハ１の外周端部の処理方法を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、ボンド剤中に固定砥粒を分散させた砥石からなる型治具２に、ウエハ１の外周端部３をウエハ１および型治具２を回転させながら押し当てて、ウエハ１の両主面側の外周端部３の表面にそれぞれ傾斜部３ａを形成する。また、最も外側には、両主面に垂直な最外周端面３ｃを形成する。最外周面３ｃは、ウエハ１の外周端部処理前の該終端面を残してもよいし、やや鋭利になった端面を型治具２で研削して平坦な面としてもよい。
【００１７】
あるいは、図３（ｂ）に示すように、型治具２にＲ形状を持たせて、これに倣って面取りを行なって、ウエハ１の両主面側の外周端部３に曲率部３ｂを形成してもよい。
【００１８】
このように、ウエハ１の両主面側の外周端部３に傾斜部３ａ、曲率部３ｂや最外周面３ｃを形成するのは、ウエハ１の最外周がナイフ状に鋭利にとがっていると、搬送時にウエハ１を保持するホルダを削り取ってしまったり、割れや欠けの発生を防ぐためである。
【００１９】
図６は、ウエハ１の外周端部３の処理方法を示す図である。上記のように外周端部３を形成した後、図６に示すように、研磨剤を含浸させた研磨布５を円筒状に備え、該円筒状の研磨布５に研磨剤を含浸させたものを回転させ、一方のウエハ１も回転させながら押し付け、かつ該研磨布５とウエハ１とを相対的に上下動させることによって、前記型治具２によって加工された面に残留する加工ダメージを除去することが望ましい。
【００２０】
次に、上記のように外周端部処理を終えたウエハ１を複数枚用意する。そして各ウエハ１間に図示しない耐熱フィルム（たとえば、耐熱エラストマーフィルム）をそれぞれ挟んで重ねる。この耐熱フィルムはウエハ同士の接触による擦れ、キズを防止する機能を有する。後の工程でウエハ１の表面を仕上げ研磨する工程を行なえば、この耐熱フィルム無しにウエハを重ねることもできる。
【００２１】
図１は、ウエハ回転治具３０の断面図である。ここでは、ウエハ１に前記耐熱フィルムを挟んで重ねた状態でウエハ回転治具３０に取り付ける。図１の例では、２５枚のウエハ１を重ねて取り付けたが、スパッタ装置の能力に応じてより多くの枚数を重ねて処理してもよい。なお、ウエハ回転治具３０は、スパッタ蒸着槽５０内に配置されている。
【００２２】
耐熱フィルムを挟んで重ねあわされたウエハ１は、二枚のウエハ挟み円板３１ａ−３１ｂによって挟持される。
【００２３】
一方のウエハ挟み板３１ａの中心には、回転軸２０ｂの一端が取り付けられ、回転軸２０ｂの他端はスパッタ蒸着槽５０の一方の壁面にベアリング３３ａとベアリングマウント３４ａを介して保持されている。他方のウエハ挟み板３１ｂの中心には、回転軸２０ｃの一端が取り付けられ、回転軸２０ｃの他端は、スパッタ蒸着槽５０の他方の壁面にベアリング３３ｂとベアリングマウント３４ｂを介して保持されている。この他方の側の回転軸２０ｃは、前記他方のウエハ挟み板３１ｂとベアリング３３ｂとの間に軸の長さ調整ネジ３６とストッパー３５を備えている。
【００２４】
積層されたウエハ１は、軸の長さ調整ネジ３６の締め付け力によって二枚のウエハ挟み円板３１ａ−３１ｂの間に保持される。
【００２５】
ここで、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂが、ウエハ１に比べて小さすぎると、積層されたウエハ１を局所的に押さえることになり、ウエハ１に不要な応力を印加することになる。そこで、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂは、ウエハ１の押圧面をできるだけ大きく（広く）して、ウエハ１を面で押圧することが望ましい。
【００２６】
また、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂが、ウエハ１よりも大きいと、後述のスパッタ工程で、外周端部３以外の領域への不要な金属膜の成膜を防ぐことができるが、大きすぎると、後述するスパッタ工程で、斜め方向からのスパッタを行なう際の障害となってしまう。そこで、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂは、ウエハ１の面取りが行なわれていない領域（外周端部３以外の領域）と同じ大きさにするか、後述のスパッタ工程で斜め方向からのスパッタの障害とならない範囲で、ウエハ１の面取りが行なわれていない領域（外周端部３以外の領域）より若干大きくすればよい。
【００２７】
例えば、ウエハ挟み円板３１ａ，３１ｂを、ウエハ１の面取りが行なわれていない領域と同じ大きさとする。
【００２８】
回転軸２０ａは、一端が図示しない回転駆動モーターなどに接続され、他端に取り付けられた歯車３２を介して、回転軸２０ｂに駆動力を伝達する。
【００２９】
前記スパッタ蒸着槽５０中に設置されたウエハ回転治具３０に挟まれる２５枚のウエハの外周端部３にスパッタ蒸着処理をする際、図１に示すウエハ回転治具３０に２５枚のウエハ１を挟んだ状態では、図示されない遮蔽板によってウエハ１の外周端部３以外の部分にはスパッタ蒸着されないようにされている。
【００３０】
図５は、前記図１とは異なるウエハ回転治具４０の断面図である。前記ウエハ回転治具３０と異なるところは、前記調整ネジ３６に代えて、スプリング３８によって、ウエハ挟み治具３１に挟まれるウエハ１を弾性的に保持していることである。ベアリング３８を備えたベアリングマウント３４を、スプリング３８で押圧することで、ウエハ挟み円板３１ａと３１ｂとの間にウエハ１を挟持する。このほかの、図１と同じところは同じ符号で示して説明を省略する。また、このウエハ回転治具４０では、回転軸２０ｄを直接スパッタ蒸着槽の外側に出しているが、前記図１のウエハ回転治具３０のように蒸着槽内で歯車を介して駆動力を伝達させてもよい。本発明の半導体素子の製造方法では、回転機能を有する治具にウエハを挟み込んで回転させ、高融点金属をウエハ外周端部にスパッタ蒸着すればよい。図１と図５のウエハ回転治具は、その例を示すものであり、本発明の要旨を超えない限り、これらの方式に限定されない。
【００３１】
図２は、ウエハの外周端部を示す断面図である。図１のように取り付けた２５枚のウエハ１を回転させながら、重ねたウエハ１同士の外周端部３に、半導体基板（ウエハ）より熱膨張係数が大きい材料をスパッタにより被着させる。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、斜めスパッタ３７でウエハ１の両主面側から被着させる。
【００３２】
ウエハ１の外周端部３に被着させる材料として、ウエハの材料（シリコン）より、熱膨張係数の大きな材料を選択したのは、ウエハに対する線膨張係数の大きい高融点金属では、高張力が得られ基板の反りを平坦に矯正する働きを示すためである。ドーナツ形状をした材料では、室温よりも高い温度下において、室温の状態に比べ外側に広がろうとする力が働く。すなわち、内側の空間の直径が大きくなる方向に膨張する。本発明においては、ウエハの外周部にドーナツ状の線膨張係数の高い材料を付設するため、室温よりも高い温度下で内側のウエハを広げようとする力が働く。即ち、ウエハの反りは矯正される。
【００３３】
また、ウエハ（半導体基板）より融点が高い材料を選択したのは、後の製造プロセスに、高温（１０００℃〜１２００℃程度）の熱処理のプロセス、たとえば、熱酸化膜形成、ボロンなどの不純物の熱拡散工程が存在しても、半導体特性に悪影響を及ぼすことがないようにするためである。すなわち、前記のような高温熱処理の際にも、ウエハの外周端部にリング状に被着させた高融点金属膜が半導体基板中へ熱拡散したり、合金を形成することがなく、溶融、蒸発を起こさず、また、不純物元素としてウエハ内部に深く拡散しない材料が望ましいから選択したのである。
【００３４】
また、ウエハ（半導体基板）より融点が高い材料を選択するもう一つの理由は、半導体プロセスの中で行われる数々のウエハに対する異なる種類の積層膜堆積や、ウエハの積層膜パターン形成においてなされる部分的な前記積層膜の除去により、シリコンウエハ内部には応力が蓄積され、ウエハの変形や反りをもたらすからである。本発明によれば、ウエハの外周部にリング状に、ウエハが平坦な状態で予め高融点材料を付設することにより、当初の平坦な形状を維持しようとする保持力を得ることが可能となるからである。
【００３５】
さらに、前述したように図１、図２に示す斜めスパッタ３７を用いたのは、重ねたウエハ１同士の外周端部３側の密着部（図２（ａ）（ｂ）における点ａ）にスパッタ粒子が到達しないようにするためである。斜めスパッタ３７で、図２（ｃ）に示すように、それぞれの外周端部３の傾斜部３ａに高融点金属を被着させる。
【００３６】
この例では、チタン／窒化チタン膜４を被着した。チタン／窒化チタン膜４のチタンと窒化チタンとの膜厚比は１／１とする。このような斜めスパッタ３７すると、金属スパッタによるウエハ１同士の癒着を防止することができる。金属スパッタによるウエハ１同士の癒着を防止するには、さらに、被着チタン／窒化チタン膜４とウエハの傾斜部３ａを含めたトータル厚さがウエハ１の厚さより薄いことが重要である。このトータル厚さが厚いと、スパッタ時に隣接するウエハ１の外周端部３の傾斜部３ａに被着されたチタン／窒化チタン膜４同士が接触して癒着する惧れがある。チタン／窒化チタン膜４同士が癒着すると、複数枚のウエハが分離できなくなる惧れがあるので避けなければならない。
【００３７】
また、癒着しない場合でも、ウエハの厚さより外周端部３のチタン／窒化チタン膜４が出っ張っていると、このウエハ１を加工プロセスに流す場合特別な治具が必要になり、コストが増すので好ましくない。つまり、被着した金属（この例ではチタン／窒化チタン膜４）の厚さ（図２（ｃ）の矢印Ｔ１）がプロセスに投入するウエハ１の厚さを超えないようにする。
【００３８】
しかし一方で、ウエハ１の厚さを越えてチタン／窒化チタン膜を厚く堆積させる必要が有る場合、即ち、より強い反り補強力を確保しようとする場合であるが、この様に高融点金属を厚く形成する場合は、ウエハ１同士の癒着を防ぐために、ウエハ１とウエハ１との間に面内で一様な厚さを有するフィルムや板を挟めばよい。スパッタや蒸着時にウエハが高温化（２５０℃以下）する場合は、エラストマ材などを選択すれば良い。この場合はウエハの片面につき、ウエハ１同士の間に挟むフィルムや板の厚さの半分以下の範囲で、ウエハ１の厚さを越えて厚く堆積させる事ができる。
【００３９】
ただし、このようにウエハ１の厚さを越えてチタン／窒化チタン膜を厚く堆積すると、ウエハの外周部を強固に補強できる半面、半導体素子工程の途中でウエハ厚さを減じる必要が有る場合、この部分を避けて坐繰り研磨したり、エッチングしたりする、特別なウエハ薄化技術を要する。
【００４０】
前述の高融点金属としてはチタン／窒化チタンの他に、タングステン、チタン、窒化チタンなどの単層、あるいはモリブデンタングステン／チタン、タングステン／モリブデンなどの積層を用いることができる。ウエハ１の外周端部３の傾斜部３ａへのチタン／窒化チタン膜４の被着工程の終了後、重ねたウエハ１を一枚毎、バラバラにして、通常の半導体素子用の表面側プロセスを施す。前記耐熱フィルムを挟まないで、ウエハ１を直接重ねてウエハ１の外周端部３にチタン／窒化チタン膜４を被着したときは、ウエハプロセスに投入する前に、ウエハ１の表裏面を両面研磨で仕上げ研磨することが望ましい。研磨条件は一般的な研磨方法でよい。たとえば、研磨材；コロイダルシリカ（粒径２０〜４０ｎｍ）ｐＨ１１〜１２程度、溶剤；ＮａＯＨ水溶液、研磨布；不織布または発泡ポリウレタン系等、厚さ１ｍｍ程度、研磨時間；１０分程度である。
【００４１】
以降の本発明にかかるウエハプロセスについて、一例として、図４の要部断面図に示すＩＧＢＴのウエハプロセスを採りあげて説明する。図４に示すＩＧＢＴ１００ウエハの表面は図面の上側（エミッタ側）であり、ウエハの裏面は下側（コレクタ側）とする。ウエハの外周端部の傾斜部にチタン／窒化チタン膜が被着されたウエハの主要部表面に、酸化膜パターンを形成後、ｐベース領域１０２と、耐圧領域内に設けられるｐ型ガードリング（図示せず）とが同時に形成される。ｐベース領域の表面からｎ−ベース層１０１（ｎ−ドリフト層）に達する深さのトレンチ１０３が形成され、該トレンチ１０３内にゲート絶縁膜１０４が形成されゲート電極１０５となる高濃度ポリシリコンが充填された後に、前記トレンチ１０３に接するｐベース領域１０２の表面にｎ＋型エミッタ領域１０６が形成される。ラッチアップ耐量の向上を図るためにｐ型ベース領域１０２の表面層の一部に高濃度ｐ＋型領域（図示せず）が形成されることが望ましい。
【００４２】
前記ゲート電極１０５の上部には層間絶縁膜１０７が被覆される。さらに、この層間絶縁膜１０７の表面上にはＡｌなどの金属膜からなるエミッタ電極１０８が被覆される。このエミッタ電極１０８は前記層間絶縁膜１０７に設けられる開口部により、前記ｎ＋型エミッタ領域１０６表面とｐ型ベース領域１０２の表面に共通に導電接触する構成となっている。さらに、エミッタ電極１０８上にパッシベーション膜としてチッ化膜や窒素雰囲気中でアニールしたアモルファスシリコン膜、あるいはポリイミド膜が形成されることが好ましいが、図４では省略されている。
【００４３】
ウエハの裏面側に形成される表面構造（以下、裏面素子構造とする）として、ｎ−ベース層１０１の表面層に、ｎ＋ＦＳ層１０９（フィールドストップ層）およびｐ＋コレクタ層１１０がこの順で設けられている。コレクタ電極１１１は、ｐ＋コレクタ層１１０に接する。このような裏面素子構造を有するＩＧＢＴをＦＳ（フィールドストップ）型ＩＧＢＴと称する。これにより、少数キャリアの低注入、高輸送効率という効果を奏しながら、ノンパンチスルー構造よりもベース層を薄くすることで更なるオン電圧、ターンオフ損失特性が改善されたものにすることができる。
【００４４】
１バッチ２５枚の８インチ径で、厚さ１２０μｍのＦＺ−ｎ型シリコンウエハの外周端部に前記高融点金属を前述のようにスパッタ被着させた後、耐圧１２００Ｖクラスの通常のＩＧＢＴのウエハプロセスから裏面研削工程を除いたウエハプロセスに流し、前記シリコンウエハに複数のＩＧＢＴ領域を完成させる。この複数のＩＧＢＴ領域を有するウエハについて、ウエハの反り（Ｗａｒｐ）の大きさ（ｍｍ）とウエハが割れたり、ウエハ欠けたりした枚数を調べた。反りの値はウエハの割れや欠けの無いウエハについての反り値である。反りは、ウエハを垂直に立て、ウエハ全域に渡り、表裏それぞれに最も迫り出した位置間の距離を、水平成分について求め、その値からウエハの平均厚さを引いた値を反り値とする。比較例として、高融点金属をスパッタ被着しない場合で、厚さ１２０μｍの薄いウエハ２５枚をＩＧＢＴプロセスに投入しプロセス完了させた後のウエハについて調べた。前記高融点金属として、チタン／窒化チタン、タングステン、チタン、窒化チタン、モリブデンタングステン／チタン、タングステン／モリブデンについて調べた。融点と熱膨張係数（線膨張係数）はそれぞれタングステンが３４３０℃と０．０４５×１０−４Ｋ−１、チタンが１８１２℃と０．０８４×１０−４Ｋ−１、窒化チタンが２９３０℃と０．０９４×１０−４Ｋ−１、モリブデンが２６２０℃と０．０５１×１０−４Ｋ−１、シリコン単結晶の線膨張係数は０．０４２×１０−４Ｋ−１である。各高融点金属のスパッタ被着膜厚を、０．０８μｍ、０．０１μｍ、０．１μｍ、１．０μｍ、３．０μｍに変化させてウエハの反りの大きさと割れまたは欠けが生じた枚数（ワレカケと表示）とを調べた。その結果を表１に示す。なお、表１において最厚部は、図２（ｃ）の矢印（Ｔ２）で表したように、スパッタ被着膜の最も厚い部分の厚さを示している。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１では、８インチの薄いウエハの外周端部に高融点金属膜を被着させなかった場合は、１バッチ２５枚のすべてのウエハに割れまたは欠けが発生することを示している。高融点金属膜をウエハの外周端部に被着させた場合は、チタン／窒化チタン膜を用いると、膜厚０．０１μｍ以上にすると、ウエハの割れ・欠けが０枚になるので望ましい。また、膜厚３．０μｍで反り１ｍｍ、ウエハの割れ・欠け０枚であり、最も良い結果を示している。チタン／窒化チタン膜の膜厚３．０μｍの場合は、反り値が１ｍｍと最も小さい値になるので、高融点金属熱膨張係数はシリコンウエハの熱膨張係数より大きくなるほど、大径ウエハの反りに対する矯正能力が高いことを示していると考えられる。
【００４７】
チタン／窒化チタン膜以外の高融点金属の場合、いずれの金属膜でも膜厚０．０１μｍ以上にすると、ウエハの割れ・欠けが０枚であるので採用することができる。
【００４８】
割れ・欠けについては、高融点金属の膜厚が０．０１μｍ以上あれば、反りの大きさに係わらず、０枚となっている。タングステン膜をウエハ外周端部に被着させた場合は、反りの大きさが２３ｍｍでも割れ・欠けが無いことを示していることから、２０ｍｍ程度までの反り自体の大きさは割れ・欠けに直接的には関係しないと思われる。高融点金属膜の膜厚が０．０１μｍ以上あれば、反りがある程度の大きさであっても、割れ・欠けが無いのは、金属膜が薄いウエハを補強するとともに、金属膜を被着する前に、割れ・欠けの発端となり易いウエハ外周端部の鋭角部を研磨除去することによる抑止効果もあるからと思われる。
【００４９】
ウエハの割れ・欠けの発生が無い場合でも、表１から、反りについては、最大２３ｍｍから１ｍｍ程度まであり、ある程度の反りは避けられない。また、８インチ径用のウエハプロセスで、ウエハの搬送治具の一種として用いられるウエハカセットのウエハを差し入れ保持するウエハスロットのピッチとして、一般的に６．３５ｍｍなどのものが使用されている。このウエハスロットを隔てる仕切りの幅は２．５ｍｍであるので、この値を引いた値がウエハが入る隙間になる。従って、反りが６．３５ｍｍ−２．５ｍｍ＝３．８５ｍｍ以下の場合、２５枚入れのカセットを使用することができる。反りがこれ以上になると、仕切りを間引いた倍ピッチカセットあるいは２つ置きに間引いた３倍ピッチカセットを使うことになる。倍ピッチカセットの場合のウエハスロットのピッチは１２．７ｍｍ、３倍ピッチカセットの場合のウエハスロットピッチは１９．０５ｍｍとなるので、反りについてはある程度大きくてもプロセスに流せないことはないが、一度に流せるウエハ枚数が少なくなるので、プロセスの処理効率が悪くなり、製造コストがアップする問題がある。従って、ウエハの反りについては、プロセスの処理効率の観点から、３．８５ｍｍ以下であることが望ましい。これを基準に表１を見ると、高融点金属としてチタン、窒化チタン、タングステン／モリブデンを用いる場合は膜厚３．０ｍｍ以上、チタン／窒化チタン、タングステン／チタンを用いる場合は膜厚１．０ｍｍ以上が当てはまる。これらの高融点金属とすれば、ウエハワレカケ０枚で、ウエハの反りを３ｍｍ以下にすることができるので、８インチ径ウエハをプロセスに投入した場合でも、通常の２５枚用ウエハカセットを用いることができ、プロセス処理効率が悪くなることもない。
【符号の説明】
【００５０】
１ ウエハ
２ 型治具
３ 外周端部
３ａ 傾斜部
３ｂ 曲率部
３ｃ 最外周端面
４ チタン／窒化チタン膜
５ 研磨布
３０ ウエハ回転治具
３１ａ、３１ｂ ウエハ挟み円板
３２ 歯車
３３、３３ａ、３３ｂ ベアリング
３４、３４ａ、３４ｂ ベアリングマウント
３５ ストッパー
３６ 長さ調節ネジ
３７ 斜めスパッタ
５０ スパッタ蒸着槽
１００ ＩＧＢＴ
１０１ ｎ−ベース層
１０２ ｐベース領域
１０３ トレンチ
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ ゲート電極
１０６ ｎ＋型エミッタ領域
１０７ 層間絶縁膜
１０８ エミッタ電極
１０９ ｎ＋ＦＳ層
１１０ ｐ＋コレクタ層
１１１ コレクタ電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に複数の半導体素子を形成する工程の前に、
前記半導体基板の外周を減厚して外周端部を形成し、該外周端部に、前記半導体基板より熱膨張係数が大きく、かつ、前記半導体素子を形成する工程内の熱処理工程で印加されるもっとも高い温度より融点が高い金属を、前記半導体基板の前記半導体素子が形成される両主面より突出しない膜厚で被着することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記外周端部を備える同径の前記半導体基板を複数枚重ね、前記外周端部を露出させて前記主面方向から回転治具に挟み、
少なくとも、前記半導体素子が形成される領域をマスクし、
前記回転治具に挟む方向を軸に前記重ねた半導体基板を回転させ、
前記外周端部に前記金属をスパッタリングによって成膜することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記スパッタリングが、複数枚重ねられた前記半導体基板の密着部に到達しない角度の傾斜スパッタリングにより、それぞれの主面側から順次行われることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記複数枚の半導体基板は、前記スパッタリング時に上昇する前記半導体基板の温度以上の耐熱性を有する緩衝膜を間に挟んで重ねられてことを特徴とする請求項２または３の何れか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板は、前記半導体素子を形成する工程でその厚さを減じる研削工程を必要としない厚さであることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板の外周端部は、前記両主面からそれぞれ延長される傾斜部と両主面に垂直な端面からなる形状、または前記両主面からそれぞれ延長される曲率部からなる形状に加工されていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
半導体素子がＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
半導体基板に複数の半導体素子を形成する工程の前に、
前記半導体基板の外周を減厚して外周端部を形成し、該外周端部に、前記半導体基板より熱膨張係数が大きく、かつ、前記半導体素子を形成する工程内の熱処理工程で印加されるもっとも高い温度より融点が高い金属を、前記半導体基板の前記半導体素子が形成される両主面より突出しない膜厚で被着することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記外周端部を備える同径の前記半導体基板を複数枚重ね、前記外周端部を露出させて前記主面方向から回転治具に挟み、
少なくとも、前記半導体素子が形成される領域をマスクし、
前記回転治具に挟む方向を軸に前記重ねた半導体基板を回転させ、
前記外周端部に前記金属をスパッタリングによって成膜することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記スパッタリングが、複数枚重ねられた前記半導体基板の密着部に到達しない角度の傾斜スパッタリングにより、それぞれの主面側から順次行われることを特徴とする請求項２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記複数枚の半導体基板は、前記スパッタリング時に上昇する前記半導体基板の温度以上の耐熱性を有する緩衝膜を間に挟んで重ねられてことを特徴とする請求項２または３の何れか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板は、前記半導体素子を形成する工程でその厚さを減じる研削工程を必要としない厚さであることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板の外周端部は、前記両主面からそれぞれ延長される傾斜部と両主面に垂直な端面からなる形状、または前記両主面からそれぞれ延長される曲率部からなる形状に加工されていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
半導体素子がＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１０７７０（Ｐ２０１１−２１０７７０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４４４１（Ｐ２０１０−７４４４１）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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