DE112013000655T5 - Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben Download PDF

Info

Publication number
DE112013000655T5
DE112013000655T5 DE201311000655 DE112013000655T DE112013000655T5 DE 112013000655 T5 DE112013000655 T5 DE 112013000655T5 DE 201311000655 DE201311000655 DE 201311000655 DE 112013000655 T DE112013000655 T DE 112013000655T DE 112013000655 T5 DE112013000655 T5 DE 112013000655T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulating film
semiconductor device
manufacturing
forming
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201311000655
Other languages
English (en)
Inventor
c/o DENSO CORPORATION Cheng Weitao
c/o DENSO CORPORATION Amano Shinji
c/o DENSO CORPORATION Okabe Yoshifumi
c/o DENSO CORPORATION Shiga Tomofusa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of DE112013000655T5 publication Critical patent/DE112013000655T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28176—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation with a treatment, e.g. annealing, after the formation of the definitive gate conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
    • H01L21/3221—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66734—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

Ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung beinhaltet einen Anwendungsschritt zum Anwenden einer Partikelbestrahlung und/oder einer Radialbestrahlung auf eine Oberfläche (11a) eines Halbleitersubstrats (11), auf dem ein Transistor einschließlich eines Gateisolierfilms (21) und einer Gateelektrode (22) benachbart zur Oberfläche (11a) ausgebildet wurde, und einen Temperungsschritt zum Erwärmen des Halbleitersubstrats (11) zum Wiederherstellen eines Kristalldefekts, der in dem Gateisolierfilm (21) und der Gateelektrode (22) beinhaltet ist, nach dem Anwendungsschritt. Ferner beinhaltet das Herstellungsverfahren einen Vortemperungsschritt zum Reduzieren eines Inhalts eines Wasserstoffmoleküls und eines Wassermoleküls, die in dem Gateisolierfilm (21) und der Gateelektrode (22) beinhaltet sind, auf eine vorbestimmte Konzentration vor dem Anwendungsschritt. In der Halbleitervorrichtung, die durch dieses Verfahren gefertigt wird, wird eine Konzentration eines thermisch stabilen Defekts, der in dem Gateisolierfilm (21) existiert, auf eine vorbestimmte Konzentration reduziert.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Offenbarung basiert auf den Japanischen Patentanmeldungen mit der Nummer 2012-11127 , die am 23. Januar 2012 eingereicht wurde, und der Nummer 2012-280404 , die am 24. Dezember 2012 eingereicht wurde, auf deren Offenbarungen vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung, das einen Schritt zum Anwenden einer Radialbestrahlung und einer Partikelbestrahlung für Lebenszeitsteuerung beinhaltet, und eine Halbleitervorrichtung, die durch das Verfahren hergestellt wird.
  • Stand der Technik
  • In jüngsten Jahren wurden Schaltvorrichtungen mit niedrigem Energieverbrauch in industrieller Ausstattung oder elektrischen Haushaltsgeräten zum Sparen von Energie eingesetzt. Als eine derartige Schaltvorrichtung ist ein MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET) bekannt.
  • Da der MOSFET bei einer hohen Frequenz verwendet wird, wird eine Umschaltgeschwindigkeit durch Ausführen der Lebenszeitsteuerung abgeglichen. Beispiele des Verfahrens der Lebenszeitsteuerung sind Diffusion eines Schwermetalls wie beispielsweise Platin, Anwenden einer Partikelbestrahlung wie beispielsweise Elektronenbestrahlung und Anwenden einer Radialbestrahlung wie beispielsweise Gammabestrahlung. Wird das Verfahren der Anwendung der Partikelbestrahlung oder das Verfahren der Anwendung der Radialbestrahlung eingesetzt, tritt ein Kristalldefekt in einem Halbleitersubstrat, das ein Ziel darstellt, auf, was in der Falle für Elektronen und Löcher resultiert. Demnach wird ein Aussterben der Minoritätsladungsträger verbessert und die Lebenszeit kann verglichen mit einem Fall verkürzt werden, in dem die Partikelbestrahlung nicht angewandt wird. Demnach kann die Lebenszeit durch Abgleichen des Typs der Partikelbestrahlung, der Energie zum Anwenden des Partikelbestrahlung und der Intensität zum Anwenden der Partikelbestrahlung abgeglichen werden.
  • Jedoch wird, wenn die Partikelbestrahlung oder die Radialbestrahlung angewandt wird, ein Lochfallengrad an einer Schnittstelle zwischen einem Gateisolierfilm und dem Halbleitersubstrat erhöht, und somit wird eine Grenzwertspannung verringert. Nachdem die Partikelbestrahlung oder die Radialbestrahlung angewandt ist, wird zum Zweck der Lebenszeitsteuerung eine Temperungsverarbeitung bei einer Temperatur, die den in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Defekt nicht wiederherstellt, wie beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 300 und 400 Grad Celsius (°C), durchgeführt. Durch diese Verarbeitung verschwindet ein unstabiler Fallengrad in dem Gateisolierfilm, und somit steigt die Grenzwertspannung an.
  • Da die Fallen, die im Anwendungsschritt erzeugt werden, bei dieser Temperungstemperatur nicht vollständig beseitigt werden können, ist es jedoch schwierig, die Grenzwertspannung auf den Pegel wie vor dem Anwendungsschritt zu erhöhen. Dies kommt daher, dass ein Wasserstoffion oder Wasserstoffradikal aufgrund eines Wasserstoffmoleküls oder Wassermoleküls erzeugt wird, das in einem Element enthalten ist, das durch die Partikelbestrahlung oder die Radialbestrahlung zersetzt wird, und eine große Menge Lochfallen erzeugt, die relativ stabil unter Kristalldefekten sind, da sie mit einer Si-Si-Verbindung in einem Gateoxidfilm interagieren, der durch den Anwendungsschritt geschnitten wird.
  • Die Patentdokumente 1 und 2 beschreiben ein Verfahren zum Erhöhen der Grenzwertspannung, bevor die Partikelbestrahlung oder die Radialbestrahlung angewandt wird, um höher zu sein als eine gewünschte Spannung, indem die Störstellenkonzentration, mit der ein Halbleitersubstrat dotiert wird (insbesondere eine Kanalregion), vorab auf einen hohen Pegel festgelegt wird. Das heißt, die begrenzte Zunahme der Grenzwertspannung aufgrund der Temperung nach dem Anwenden relativ zum verringerten Betrag der Grenzwertspannung, verursacht durch die Anwendung, wird durch Festlegen der Störstellenkonzentration der Kanalregion auf den hohen Pegel kompensiert.
  • Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: JP 2002-184986 A (entspricht US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002/0109183 A1)
    • Patentdokument 2: JP 2000-200792 A
  • Überblick über die Erfindung
  • In den Verfahren der Patentdokumente 1 und 2 steigt eine Variation der Grenzwertspannung wahrscheinlich aufgrund des Anstiegs der Konzentration der Kanalregion an. Ferner können Schaltverluste zunehmen.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde hinsichtlich der vorhergehenden Probleme angefertigt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, in der eine Partikelbestrahlung und/oder eine Radialbestrahlung für Lebenszeitsteuerung angewandt wird, eine Grenzwertspannung mit einem Pegel, bevor die Partikelbestrahlung und/oder die Radialbestrahlung angewandt wird, ohne Ansteigen einer Störstellenkonzentration eines Halbleitersubstrats sicherzustellen. Ebenso ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die die Grenzwertspannung mit einem Pegel sicherstellt, der vor dem Anwenden der Partikelbestrahlung und/oder der Radialbestrahlung vorliegt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung 1 beinhaltet ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung: einen Elementausbildungsschritt zum Ausbilden eines Elements, das einen Transistor beinhaltet, der einen Gateisolierfilm und eine Gateelektrode benachbart zu einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats aufweist; einen Anwendungsschritt zum Anwenden einer Partikelbestrahlung oder einer Radialbestrahlung auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats nach dem Elementausbildungsschritt; und einen Temperungsschritt zum Erwärmen des Halbleitersubstrats zum Wiederherstellen eines Kristalldefekts, der in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten ist, nach dem Anwendungsschritt. Das vorstehend erläuterte Verfahren beinhaltet ferner einen Vortemperungsschritt zum Erwärmen des Halbleitersubstrats zum Reduzieren eines Gehalts eines Wasserstoffmoleküls und eines Wassermoleküls, die in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode beinhaltet sind, vor dem Anwendungsschritt.
  • Durch Einsetzen dieses Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung kann die Anzahl der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten sind, vor dem Anwendungsschritt reduziert werden, in dem die Partikelbestrahlung oder die Radialbestrahlung zum Zweck der Lebenszeitsteuerung angewandt wird. Demnach kann unter den Defekten, die durch den Anwendungsschritt erzeugt werden, eine Komponente einer Lochfalle, die bezüglich des Temperungsschritts stabil ist, der nach dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, reduziert werden. Das heißt, die stabile Lochfalle, die in dem Gateisolierfilm durch den Anwendungsschritt erzeugt wird, kann stark reduziert werden. Demnach kann der Defekt, der in dem Gateisolierfilm beinhaltet ist, fast lediglich durch den Temperungsschritt wiederhergestellt werden, und somit kann eine Grenzwertspannung mit einem Pegel wie vor dem Anwendungsschritt wiederhergestellt werden. In anderen Worten kann die Grenzwertspannung durch den Temperungsschritt, der nach dem Anwenden ausgeführt wird, wiederhergestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, eine Störstellenkonzentration des Halbleitersubstrats, die die Grenzwertspannung bestimmt, vorab auf einen höheren Grad festzulegen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten sind, durch den Vortemperungsschritt kleiner als 6 × 1021 cm–3 gemacht.
  • Die Erfinder bestätigten eine Eigenschaft, dass ein Verschiebungsbetrag einer Grenzwertspannung von enthaltenen Wasserstoffmolekülen und Wassermolekülen abhängt, anhand einer Computersimulation (vgl. 8 von „Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung”, die später erläutert wird). Der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung ist eine Differenz der Grenzwertspannung vor dem Anwendungsschritt und dem Temperungsschritt. In diesem Fall kann, da der Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten sind, kleiner als 6 × 1021 cm–3 gemacht wird, der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung verglichen mit einem Zustand, in dem der Gehalt gleich oder größer als 6 × 1021 cm–3 ist, effektiv reduziert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten sind, durch den Vortemperungsschritt gleich oder kleiner als 1 × 1021 cm–3 gemacht.
  • Gemäß der Charakteristik (8), dass die Verschiebungsspannung der Grenzwertspannung von dem Wasserstoffgehalt abhängt, die durch die Simulation der Erfinder erlangt wird, kann, wenn der Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle gleich oder kleiner als 1 × 1021 cm–3 gemacht wird, der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung im Wesentlichen auf null gebracht werden. Das heißt, der Kristalldefekt, der in dem Gateisolierfilm durch den Anwendungsschritt erzeugt wird, kann durch den Temperungsschritt nach dem Anwenden wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist in dem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung das Element, das den Transistor beinhaltet ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (nachfolgend als IGBT bezeichnet). Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist in dem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung das Element, das den Transistor beinhaltet, ein Doppeldiffusions-MOS-Transistor.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist in dem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung das Element, das den Transistor beinhaltet, ein Element mit einer Sperrmetallschicht.
  • Als die Sperrmetallschicht, die in dem Element verwendet wird, wird ein Metallmaterial mit einer starken Affinität zu Aluminium oder Kupfer, das in einer Verdrahtung verwendet wird, allgemein verwendet. In dem Element, das die Sperrmetallschicht aufweist, diffundiert Wasserstoff, der in der Sperrmetallschicht beinhaltet ist, in dem Gateisolierfilm, und der diffundierte Wasserstoff wird ein Wasserstoffion oder Wasserstoffradikal aufgrund der Bestrahlung mit dem Partikelstrahl oder dem Radialstrahl. Ferner interagiert dieses Wasserstoffion oder Wasserstoffradikal mit dem Bonding, das in dem Isolierfilm geschnitten wurde, und somit wird eine stabile Lochfalle in dem Gateisolierfilm erzeugt. Wenn das Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung, das vorstehend erläutert ist, für das Element, das die Sperrmetallschicht aufweist, eingesetzt wird, kann der Gehalt der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten sind, vor dem Anwenden der Partikelbestrahlung oder der Radialbestrahlung reduziert werden. Dadurch kann unter den Defekten, die durch den Anwendungsschritt erzeugt werden, die Lochfallenkomponente, die bezüglich des Temperungsschritts stabil ist, der nach dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, reduziert werden. Das heißt, der größte Teil des Defekts, der durch den Anwendungsschritt erzeugt wird, kann in einen Defekt umgewandelt werden, der bezüglich des Temperungsschritts unstabil ist. Demnach kann der Defekt in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode durch lediglich den Temperungsschritt repariert werden, und somit kann die Grenzwertspannung des Elements auf einen Pegel wie vor dem Anwendungsschritt wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Sperrmetallschicht eine Verbindung, die auf Titan basiert.
  • Die titanbasierte Verbindung wird für die Sperrmetallschicht verwendet, weist jedoch eine hohe Okklusionskapazität von Wasserstoff auf. Wenn die titanbasierte Verbindung für die Sperrmetallschicht verwendet wird, wird die stabile Lochfalle aufgrund des verschlossenen Wasserstoffs erzeugt. Wenn das Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung, das vorstehend erläutert ist, eingesetzt wird, kann sogar in dem Fall, in dem das Sperrmetall, das den hohen Okklusionsbetrag des Wasserstoffs aufweist, verwendet wird, der Defekt, der in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode enthalten ist, nur durch den Temperungsschritt repariert werden. Das heißt, die Grenzwertspannung des Elements kann auf die Ebene vor dem Anwendungsschritt wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das Halbleitersubstrat, in dem das Element ausgebildet wurde, in einem Vakuum oder einem inerten Gas aufbewahrt bis der Anwendungsschritt nach dem Vortemperungsschritt endet.
  • In diesem Fall ist es in einer Verarbeitung bis zur Vervollständigung des Anwendungsschritts möglich, einen Zustand, in dem die Anzahl der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle in dem Element (beispielsweise in dem Gateisolierfilm oder der Gateelektrode) reduziert ist, beizubehalten. Ebenso kann in dem Anwendungsschritt eine Diffusion der Wasserstoffmoleküle und/oder der Wassermoleküle in dem Element reduziert werden. Demnach kann der gesamte Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle in dem Element reduziert werden, und unter den Defekten, die durch den Anwendungsschritt erzeugt werden, kann die Erzeugung der stabilen Lochfalle reduziert werden. Demzufolge kann der Defekt in dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode durch lediglich den Temperungsschritt repariert werden, und somit kann die Grenzwertspannung des Elements auf einen Pegel wie vor dem Anwendungsschritt wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet in dem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung der Elementausbildungsschritt einen Zwischenschichtfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Zwischenschichtisolierfilms auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats, um den Gateisolierfilm und die Gateelektrode zu bedecken. Der Vortemperungsschritt wird nach dem Elementausbildungsschritt ausgeführt. Nach dem Vortemperungsschritt wird das Halbleitersubstrat in einem Vakuum oder einem inerten Gas aufbewahrt, bis der Anwendungsschritt endet. Nach dem Anwendungsschritt werden ein Sperrmetallausbildungsschritt zum Ausbilden einer Sperrmetallschicht auf dem Zwischenschichtisolierfilm und ein Verdrahtungsausbildungsschritt zum Ausbilden einer Verdrahtung auf der Sperrmetallschicht ausgeführt.
  • In diesem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung wird der Vortemperungsschritt zum Reduzieren des Gesamtgehalts der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle, die in mindestens dem Gateisolierfilm, der Gateelektrode und dem Zwischenschichtisolierfilm enthalten sind, unter den Komponenten, die das Element ausbilden, ausgeführt. Der Anwendungsschritt wird in dem Vakuum oder dem inerten Gas ausgeführt. Dadurch kann unter den Defekten, die durch den Anwendungsschritt erzeugt werden, die Komponente der Lochfalle, die bezüglich des Temperungsschritts stabil ist, der nach dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, reduziert werden. Die Wasserstoffmoleküle oder die Wassermoleküle, die in der Sperrmetallschicht und der Verdrahtung enthalten sind, die nach dem Anwendungsschritt ausgebildet werden, verursachen die stabile Lochfalle nicht, sofern die Partikelbestrahlung oder die Radialbestrahlung nach dem Sperrmetallausbildungsschritt und dem Verdrahtungsausbildungsschritt nicht angewandt wird. Das heißt, sogar wenn wasserstoffokkludierende Metalle, die eine große Menge Wasserstoffmoleküle oder Wassermoleküle enthalten, als die Sperrmetallschicht verwendet werden, kann der Effekt reduziert werden. Demnach kann der Defekt in dem Gateisolierfilm durch lediglich den Temperungsschritt repariert werden, und die Grenzwertspannung des Elements kann auf einen Pegel vor dem Anwendungsschritt wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet in dem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung der Elementausbildungsschritt einen Zwischenschichtausbildungsschritt zum Ausbilden eines Zwischenschichtisolierfilms auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats, um den Gateisolierfilm und die Gateelektrode zu bedecken. Nach dem Elementausbildungsschritt wird der Vortemperungsschritt ausgeführt. Nach dem Vortemperungsschritt werden in einem Vakuum oder einem inerten Gas ein Sperrmetallausbildungsschritt zum Ausbilden der Sperrmetallschicht auf dem Zwischenschichtisolierfilm und ein Verdrahtungsausbildungsschritt zum Ausbilden einer Verdrahtung auf der Sperrmetallschicht ausgeführt. Danach wird der Anwendungsschritt in einem Vakuum oder einem inerten Gas ausgeführt.
  • In einem Fall, in dem der Anwendungsschritt nach dem Sperrmetallausbildungsschritt und dem Verdrahtungsausbildungsschritt ausgeführt wird, kann, wenn diese drei Schritte in dem Vakuum oder dem inerten Gas ausgeführt werden, der gesamte Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm, der Gateelektrode, dem Zwischenschichtisolierfilm und der Sperrmetallschicht enthalten sind, reduziert werden. Ferner wird, wenn das Anwenden der Radialbestrahlung oder der Partikelbestrahlung in dem Zustand ausgeführt wird, in dem der gesamte Gehalt der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle klein ist, die Erzeugung der stabilen Lochfalle reduziert. Demnach wird der Defekt des Gateisolierfilms nur durch den Temperungsschritt repariert und die Grenzwertspannung des Elements kann auf einen Pegel sie vor dem Anwendungsschritt wiederhergestellt werden.
  • Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, in dem ein Element, das einen Transistor mit einer Gateelektrode und einem Gateisolierfilm beinhaltet, ausgebildet ist, und in dem eine Dichte einer stabilen Lochfalle in dem Gateisolierfilm gleich oder kleiner als 3 × 1011 cm–3 ist.
  • Die Lochfalle, die in dem Gateisolierfilm aufgrund des Anwendens der Partikelbestrahlung oder der Radialbestrahlung zum Ausführen der Lebenszeitsteuerung des Elements erzeugt wird, verursacht ein Sinken der Grenzwertspannung des Elements. In der Lochfalle wird ein stabiler Fallengrad durch Wasserstoffione oder Wasserstoffradikale, die durch Zersetzung des Wasserstoffmoleküls oder des Wassermoleküls erzeugt werden, verursacht. Die stabile Lochfalle ist stabil bezüglich der Temperung, die zum Zweck der Wiederherstellung der Grenzwertspannung ausgeführt wird, und kann nicht durch eine Temperung repariert werden, die die gesteuerte Lebenszeit nicht ändert. Das heißt, bei dem vorstehend erläuterten Halbleiter kann die Rate von Kristalldefekten, die nur durch die Temperung repariert werden können, die nach dem Anwenden der Partikelbestrahlung oder der Radialbestrahlung ausgeführt wird, durch Reduzieren der Dichte der stabilen Lochfalle in dem Gateisolierfilm erhöht werden. Das heißt, die Grenzwertspannung kann durch ledigliches Tempern wiederhergestellt werden. Die Erfinder bestätigten mittels einer Computersimulation eine Eigenschaft, dass der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung von der Dichte der stabilen Lochfalle abhängt (vgl. 9 von „Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung”, die später erläutert wird). Gemäß der Computersimulation nimmt der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung mit der Reduzierung der Dichte der stabilen Lochfalle ab und wird nahe null. Insbesondere wird die Grenzwertspannung einfach wiederhergestellt, wenn die Dichte der stabilen Lochfalle in dem Gateisolierfilm gleich oder kleiner als 3 × 1011 cm–3 ist. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die stabile Lochfalle stabil bezüglich der Temperung, die zum Zweck der Wiederherstellung der Grenzwertspannung ausgeführt wird, wodurch sich die Dichte aufgrund der Temperung kaum ändert. In anderen Worten bedeutet, dass die Dichte der stabilen Lochfalle in dem Gateisolierfilm gleich oder kleiner als 3 × 1011 cm–3 ist, dass die Konzentration der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle in dem Gateisolierfilm vor dem Anwenden der Partikelbestrahlung oder der Radialbestrahlung gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Konzentration ist.
  • Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Element, das den Transistor beinhaltet, ein IGBT. Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Element, das den Transistor beinhaltet ein DMOS.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlicher.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert;
  • 2 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Diffusionsschichtausbildungsschritts und eines Gateausbildungsschritts;
  • 3 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Vortemperungsschritts;
  • 4 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Anwendungsschritts;
  • 5 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Sperrmetallausbildungsschritts und eines Verdrahtungsausbildungsschritts;
  • 6 einen Graphen, der eine Differenz einer Aktivierungsenergie eines Kristalldefekts zwischen einem Fall, in dem ein Vortemperungsschritt ausgeführt wird, und einem Fall illustriert, in dem der Vortemperungsschritt nicht ausgeführt wird;
  • 7 einen Graphen, der Charakteristika eines Kollektorstroms Ic abhängig von einer Gatespannung Vg illustriert;
  • 8 einen Graphen, der eine Charakteristik des Verschiebungsbetrags einer Grenzwertspannung Vth abhängig von einem Inhalt von Wasserstoffmolekülen und Wassermolekülen illustriert;
  • 9 einen Graphen, der eine Charakteristik des Verschiebungsbetrags der Grenzwertspannung Vth abhängig von einer Dichte stabiler Lochfallen illustriert;
  • 10 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Sperrmetallausbildungsschritts und eines Verdrahtungsausbildungsschritts gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
  • 11 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Anwendungsschritts.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es ist zu beachten, dass in den Zeichnungen dieselben oder äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
  • (Erste Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines IGBT, der eine Element darstellt, das einen Transistor beinhaltet, der einen Gateisolierfilm und eine Gateelektrode aufweist, erläutert.
  • Als Erstes wird eine schematische Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben.
  • Eine Halbleitervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) des vertikalen Typs (IGBT) versehen, der eine Grabengatestruktur aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 dargestellt ist, verwendet ein Halbleitersubstrat 11 ein Einkristall-Bulk-Siliziumsubstrat des n-Leitfähigkeitstyps (n), das Silizium als eine Hauptkomponente beinhaltet und eine Störstellenkonzentration von 1 × 1014 cm–3 aufweist. Eine Kanalschicht 12 des p-Leitfähigkeitstyps (p) mit einer Störstellenkonzentration von 2 × 1017 cm–3 ist auf einer Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet. In der Kanalschicht 12, sind Gräben 20 selektiv ausgebildet, um die Kanalschicht 12 zu durchdringen und sich in einer vorbestimmte Richtung zu erstrecken (in einer Richtung senkrecht zu einer Papierebene in der vorliegenden Ausführungsform). Mehrere Gateelektroden 22 mit einer Grabengatestruktur sind derart ausgebildet, dass ein Gateisolierfilm 21 auf einer Wandoberfläche des Grabens 20 ausgebildet ist und ein leitendes Material (beispielsweise Polysilizium mit einer Störstellenkonzentration von annähernd 1 × 1020 cm–3) in den Graben 20 durch den Gateisolierfilm 21 gefüllt ist. Jede der Gateelektroden 22 erstreckt sich in einer Längsrichtung des Grabens 20. Die Gateelektroden 22 werden wiederholt mit einem vorbestimmten Abstand in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung ausgebildet. Durch die Gateelektroden 22, die wie beschrieben in einem Streifenmuster angeordnet sind, ist die Kanalschicht 12 in mehrere Regionen unterteilt, die in der Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Gateelektode 22 angeordnet sind und elektrisch voneinander separiert sind.
  • In einer Oberflächenschicht der Kanalschicht 12 benachbart zur Hauptoberfläche 11a sind Emitterregionen 13 des n-Leitfähigkeitstyps (n+) selektiv an Abschnitten auf Seitenflächen des Gateisolierfilms 21 als Regionen ausgebildet, die eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher als die des Halbleitersubstrats 11 ist. Die Störstellenkonzentration der Emitterregionen 13 ist annähernd 1 × 1020 cm–3. Ferner ist eine Basiskontaktregion 14 des p-Leitfähigkeitstyps (p+) in einer Region zwischen benachbarten Gräben 20 und zwischen benachbarten Emitterregionen 13 ausgebildet. Eine Störstellenkonzentration der Basiskontaktregion 14 ist annähernd 1 × 1020 cm–3.
  • Ein Zwischenschichtisolierfilm 23 ist selektiv auf der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 zum elektrischen Separieren einer Verdrahtung 30, die später beschrieben wird, und der Gateelektrode 22 ausgebildet. Der Zwischenschichtisolierfilm 23 ist entlang der Erstreckungsrichtung der Gateelektrode 22 zum Bedecken des Gateisolierfilms 21 und der Gateelektrode 2 ausgebildet.
  • Die Verdrahtung 30 ist auf der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 derart ausgebildet, dass die Verdrahtung 30 elektrisch von einer nicht illustrierten Gateverdrahtung separiert ist und den Zwischenschichtisolierfilm 23 und die Emitterregionen 13 und die Basiskontaktregionen 14 bedeckt, die von der Hauptoberfläche 11a freigelegt sind. Eine Sperrmetallschicht 31 ist zwischen der Verdrahtung 30 und dem Zwischenschichtisolierfilm 23, den Emitterregionen 13 und den Basiskontaktregionen 14 ausgebildet, um so eine Verbindungseigenschaft der Verdrahtung 30 mit der Hauptoberfläche 11a zu verbessern. Das heißt, die Verdrahtung 30 ist elektrisch mit den Emitterregionen 13 und den Basiskontaktregionen 14 durch die Sperrmetallschicht 31 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform bilden die Verdrahtung 30 und die Sperrmetallschicht 31 eine Emitterelektrode des IGBT. In der vorliegenden Ausführungsform können als Materialen zum Ausbilden der Verdrahtung 30 und der Sperrmetallschicht 31 beispielsweise Aluminium bzw. Titannitrid verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Dichte der stabilen Lochfalle, die in dem Gateisolierfilm 21 enthalten ist, durch das später beschriebene Herstellungsverfahren auf annähernd 1 × 1011 cm–3 gebracht.
  • Andererseits sind in einer Oberflächenschicht der Rückseite 11b des Halbleitersubstrats 11 gegenüber der Hauptoberfläche 11a eine Pufferschicht 15 des n-Leitfähigkeitstyps (n) und eine Kollektorschicht 16 des p-Leitfähigkeitstyps (p+) ausgebildet. Die Kollektorschicht 16 ist auf der Rückseite 11b freigelegt, und eine Kollektorelektrode 32 ist auf der Gesamtheit der Rückseite 11b ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Störstellenkonzentration der Pufferschicht 15 annähernd 3 × 1016 cm–3 und eine Störstellenkonzentration der Kollektorschicht 16 ist annähernd 1 × 1018 cm–3. Ferner wird als ein Material zum Ausbilden der Kollektorelektrode 32 beispielsweise Aluminium verwendet.
  • Es ist zu beachten, dass die stabile Lochfalle ein Gitterdefekt ist, der erzeugt wird, da ein Wasserstoffion oder Wasserstoffradikal mit einer Si-Si-Verbindung interagiert, die durch Bestrahlung mit einem Radialstrahl oder dergleichen geschnitten wird. Hinsichtlich der stabilen Lochfalle, die bei einem derartigen Verfahren erzeugt wird, ist eine Energie (Aktivierungsenergie), die zum Reparieren derselben erforderlich ist, höher als annähernd 0,64 eV. (Literatur: Submicron device II von Mitsumasa Koyanagi, S. 53, Maruzen).
  • Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 5 erläutert.
  • Als Erstes werden ein Diffusionsschichtausbildungsschritt und ein Gateausbildungsschritt ausgeführt. Wie in 2 dargestellt ist, wird eine Störstelle wie beispielsweise Bor in die Oberflächenschicht der Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 dotiert, um die Kanalschicht 12 des p-Typs auszubilden. Dann werden die Gräben 20 ausgehend von einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 angrenzend zur Hauptoberfläche 11a ausgebildet, um die Kanalschicht 12 zu durchdringen und sich in der vorbestimmten Richtung zu erstrecken. Ferner wird der Gateisolierfilm 21 auf der Innenwand der Gräben 20 mit beispielsweise Siliziumoxid (SiO2) ausgebildet. Danach wird die Gateelektrode 22 innerhalb des Grabens 20 beispielsweise durch Einfüllen eines dotierten Polysiliziums ausgebildet. Ferner wird die Basiskontaktregion 14 durch Dotieren von Bor oder dergleichen in die Region zwischen den angrenzenden Gräben 20 ausgebildet. Die mehreren Emitterregionen 13 des n-Typs werden durch Dotieren einer Verunreinigung wie beispielsweise Phosphor ausgebildet, so dass die Emitterregionen 13 an den Seitenflächen der Gräben 20 in der Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Gräben 20 angrenzen und sich in der Erstreckungsrichtung der Gräben 20 auf der Oberflächenschicht der Kanalschicht 12 erstrecken. Die Reihenfolge der Ausbildung der Gräben 20 und der Emitterregionen 13 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Reihenfolge beschränkt. Das heißt, die Gräben 20 und die Emitterregionen 13 können wie folgt ausgebildet werden: Die Emitterregion 13 wird in einer Region zwischen den benachbarten Basiskontaktregionen 14 ausgebildet, um von der Hauptoberfläche 11a freizuliegen und von der Kanalschicht 12 umgeben zu sein. Der Graben 20 wird dann ausgebildet, um die Emitterregion 13 und die Kanalschicht 12 zu durchdringen; und der Gateisolierfilm 21 und die Gatelektrode 22 werden danach ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Zwischenschichtisolierfilmausbildungsschritt ausgeführt. Wie in 2 dargestellt ist, wird der Zwischenschichtisolierfilm 23 ausgebildet, um den Gateisolierfilm 21 und die Gateelektrode 22 zu bedecken. Der Zwischenschichtisolierfilm 23 wird entlang der Erstreckungsrichtung der Gräben 20 ausgebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die vorstehend erläuterten Schritte einem Elementausbildungsschritt.
  • Als Nächstes wird ein Vortemperungsschritt zum Extrahieren von Wasserstoff oder Wasser von dem Gateisolierfilm 21 und der Gateelektrode 22 ausgeführt. Wie in 3 dargestellt ist, wird das Halbleitersubstrat 11, das den Elementausbildungsschritt erfahren hat, in einem Wärmeofen 100 platziert. Das Halbleitersubstrat 11 wird für annähernd eine Stunde bei einer Temperatur zwischen 380°C und 550°C (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise annähernd 380°C) in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt. Es ist zu beachten, dass der Vortemperungsschritt durch ein Lampenerwärmungsverfahren ausgeführt werden kann.
  • Als Nächstes wird ein Anwendungsschritt für die Lebenszeitsteuerung des Elements ausgeführt. Wie in 4 dargestellt ist, wird das Halbleitersubstrat 11 unmittelbar nach dem Vortemperungsschritt in einer Vakuumkammer 200 platziert. Eine Elektronenbestrahlung 100 wird hin zur Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 angewandt, während die Vakuumkammer 200 bei einem Vakuumgrad zwischen annähernd 1 × 10–6 Pa bis 1 Pa gehalten wird (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise annähernd 1 × 10–5 Pa). Eine absorbierte Dosis der Elektronenbestrahlung 300 ist bevorzugt zwischen 40 kGy und 100 kGy und kann in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise 40 kGy sein.
  • Als Nächstes wird ein Sperrmetallausbildungsschritt ausgeführt. Wie in 5 dargestellt ist, wird die Sperrmetallschicht 31 ausgebildet, um die Emitterregionen 13 und die Basiskontaktregionen 14, die von der Hauptoberfläche 11a freigelegt sind, zu bedecken, während sie elektrisch von der nicht illustrierten Gateverdrahtung separiert sind. Als das Material zum Ausbilden der Sperrmetallschicht 31 kann Titannitrid wie vorstehend erläutert verwendet werden. Die Sperrmetallschicht 31 kann durch ein Spritzverfahren akkumuliert werden.
  • Als Nächstes wird ein Verdrahtungsausbildungsschritt ausgeführt. Wie in 5 dargestellt ist, wird die Verdrahtung 30 ausgebildet, um die Sperrmetallschicht 31 zu bedecken. Als das Material zum Ausbilden der Verdrahtung 30 kann wie vorstehend beschrieben Aluminium verwendet werden. Die Verdrahtung 30 kann durch ein Spritzverfahren akkumuliert werden.
  • Als Nächstes wird ein Schritt zum Ausbilden der Pufferschicht 15, der Kollektorschicht 16 und der Kollektorelektrode 32 auf der Rückseite 11b des Halbleitersubstrats 11 gegenüber der Hauptoberfläche 11a wie in 1 dargestellt ausgeführt. Als Erstes wird das Halbleitersubstrat 11 durch Schleifen ausgehend von der Rückseite 11b verdünnt. Dann wird die Pufferschicht 15 durch Dotieren von Phosphor oder dergleichen ausgehend von der Rückseite 11b ausgebildet. Danach wird die Kollektorschicht 16 durch Dotieren von Bor oder dergleichen ausgehend von der Rückseite 11b ausgebildet. Die Kollektorschicht 16 ist von der Rückseite 11b freigelegt. Ferner wird die Kollektorelektrode 32 durch Akkumulieren von Aluminium oder dergleichen auf der Gesamtheit der Rückseite 11b durch das Spritzverfahren ausgebildet.
  • Obwohl nicht dargestellt ist, wird ein Temperungsschritt zum Reparieren des Kristalldefekts zuletzt ausgeführt, der in dem Gateisolierfilm 21 und der Gateelektrode 22 durch den Anwendungsschritt erzeugt wird. Der Temperungsschritt wird durch Platzieren des Halbleitersubstrats 11 in dem Wärmeofen 100 ähnlich dem Vortemperungsschritt und durch Erwärmen des Halbleitersubstrats 11 für ungefähr eine Stunde bei einer Temperatur zwischen 300°C und 400°C (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise ungefähr 330°C) in einer Wasserstoffatmosphäre in dem Wärmeofen 100 ausgeführt.
  • Durch die vorstehend erläuterten Schritte wird die Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform wie in 1 dargestellt produziert.
  • Als Nächstes werden Wirkungen der Halbleitervorrichtung 10 und der Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 6 bis 9 erläutert.
  • Der charakteristische Abschnitt des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, dass der Vortemperungsschritt vor dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, in dem die Elektronenbestrahlung auf das Halbleitersubstrat 11 angewandt wird. Durch Ausführen des Vortemperungsschritts kann die Rate der thermisch stabilen Lochfalle, die den Kristalldefekt darstellt, der in dem Gateisolierfilm 21 aufgrund des Anwendungsschritts erzeugt wird, reduziert werden.
  • Die Erfinder untersuchten eine Aktivierungsenergie des Kristalldefekts, der in dem Gateisolierfilm 21 existiert, in einem Fall, in dem der Vortemperungsschritt ausgeführt wird, und in einem Fall, in dem der Vortemperungsschritt nicht ausgeführt wird, und erlangten die in 6 dargestellten Ergebnisse. 6 ist ein Einfachlogarithmisches Diagramm, in dem eine horizontale Achse eine reziproke Zahl der Temperungstemperatur des Temperungsschritts repräsentiert und eine vertikale Achse die Rate der Änderung (ΔVt) der Grenzwertspannung in dem Fall repräsentiert, in dem der Temperungsschritt nicht ausgeführt wird, bezüglich der Rate der Änderung (ΔVt – ΔVtshift) von der Ausgangsgrenzwertspannung zur Grenzwertspannung nach dem Temperungsschritt. In dem Graphen von 6 entspricht der Gradient einer Linie der Aktivierungsenergie. Gemäß dem Graphen wird davon ausgegangen, dass der Kristalldefekt mit 1,45 eV Aktivierungsenergie, der existiert, wenn der Vortemperungsschritt nicht ausgeführt wird, kaum in dem Fall existiert, in dem der Vortemperungsschritt ausgeführt wird. Der Kristalldefekt mit der 0,68 eV Aktivierungsenergie (entspricht dem vorstehend erläuterten Defekt mit 0,64 eV Aktivierungsenergie), der in dem Fall existiert, in dem der Vortemperungsschritt ausgeführt wird, kann in seiner Anzahl bei der niedrigeren Temperaturverglichen mit dem Kristalldefekt reduziert werden, der in dem Fall existiert, in dem die Vortemperung nicht ausgeführt wird. Das heißt, der Kristalldefekt kann durch den Temperungsschritt einfach wiederhergestellt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, kann in dem Fall, in dem der Anwendungsschritt nach dem Vortemperungsschritt ausgeführt wird und dann der Temperungsschritt ausgeführt wird, der Großteil des Kristalldefekts, der in dem Gateisolierfilm 21 erzeugt wird, wiederhergestellt werden. Somit kann die Grenzwertspannung auf den Pegel wiederhergestellt werden, der im Wesentlichen gleich dem Pegel vor dem Anwendungsschritt ist. Demnach ist in der Halbleitervorrichtung 10, die durch das vorstehend beschriebene Verfahren gefertigt wird, die Dichte des thermisch stabilen Defekts in dem Gateisolierfilm 21 niedriger als die in dem Fall ohne Ausführung des Vortemperungsschritts.
  • Nachfolgend wird ein detailliertes Verfahren erläutert.
  • Die Änderung der Grenzwertspannung Vth in dem Fall, in dem der Vortemperungsschritt nicht vor dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, wird mit Bezug auf 7 erläutert. 7 gibt die Änderung (I-V-Charakteristik) eines Kollektorstroms Ic, der in der Kollektorelektrode 32 fließt, bezüglich einer Gatespannung Vg an, die an der Gateelektrode 22 anliegt. Eine strichpunktierte Linie (A in 7) ist die I-V-Charakteristik eines IGBT, der ohne Ausführen des Vortemperungsschritts und des Anwendungsschritts hergestellt ist. Das heißt, die Grenzwertspannung dieser charakteristischen Kurve A entspricht einer Grenzwertspannung Vth1 vor dem Anwendungsschritt. Eine strichzweipunktierte Linie (B in 7) ist die I-V-Charakteristik eines IGBT, der mit dem Anwendungsschritt ohne den Vortemperungsschritt gefertigt ist. Das heißt, die Grenzwertspannung der charakteristischen Kurve B entspricht einer Grenzwertspannung Vth2 nach dem Anwendungsschritt. Eine durchgezogene Linie (C in 7) ist die I-V-Charakteristik eines IGBT, der durch Ausführen des Anwendungsschritts ohne den Vortemperungsschritt und Ausführen des Temperungsschritts nach dem Anwendungsschritt hergestellt ist. Das heißt, die Grenzwertspannung der charakteristischen Kurve C entspricht einer Grenzwertspannung Vth3 in dem Fall, in dem der Temperungsschritt nach dem Anwendungsschritt ausgeführt wird. Danach entspricht der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung Vth, die vorstehend beschrieben ist, Vth3 – Vth1.
  • Der Kristalldefekt wird in der Kanalschicht 12 durch Ausführen des Anwendungsschritts erzeugt. Da der Fallengrad mit dem Gateisolierfilm 21 mit der Kanalschicht 12 geändert werden kann (der Grad des Fangens der Träger kann erhöht werden), kann die Lebenszeit der Träger gesteuert werden. Andererseits wird der Kristalldefekt ebenso in dem Gateisolierfilm 21 erzeugt. Demnach reduziert sich die Grenzwertspannung Vth (ändert sich von Vth1 zu Vth2), wie in 7 dargestellt ist.
  • In dem Fall, in dem der Vortemperungsschritt nicht vor dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, ist das Element, insbesondere der Gateisolierfilm 21 und die Gateelektrode 22, in dem Zustand, in dem sie eine große Menge der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle während des Anwendungsschritts enthalten. Demnach werden diese Moleküle durch die Elektronenbestrahlung zersetzt, und somit wird das Wasserstoffion oder Wasserstoffradikal erzeugt. Das Wasserstoffion oder Wasserstoffradikal interagiert mit der Si-Si-Verbindung, die geschnitten ist und in dem Gateisolierfilm 21 existiert, was in der stabilen Lochfalle resultiert. Diese stabile Lochfalle ist thermisch stabil und kann nicht durch die Temperatur nahe dem Temperungsschritt (300°C bis 400°C) repariert werden. Demnach kann, obwohl die Grenzwertspannung Vth auf einen bestimmten Pegel (geändert von Vth2 in Vth3) aufgrund des thermisch unstabilen Kristalldefekts, der in dem Temperungsschritt repariert wird, wiederhergestellt werden kann, die Grenzwertspannung Vth nicht auf den Pegel wie vor dem Anwendungsschritt, d. h. auf Vth1, wiederhergestellt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist der Hauptgrund für die Verschiebung der Grenzwertspannung Vth(Vth3 – Vth1 =/0) die Wasserstoffmoleküle und die Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm 21 und der Gateelektrode 22 enthalten sind. Wenn die Konzentrationen der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle durch Ausführen des Vortemperungsschritts vor dem Anwendungsschritt zum Beaufschlagen der Elektronenbestrahlung auf das Halbleitersubstrat 11 reduziert werden, kann der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung Vth reduziert werden.
  • Die Erfinder bestätigten während einer Computersimulation den Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung Vth bezüglich des Gehalts der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle, die in dem Gateisolierfilm 21 und der Gateelektrode 22 enthalten sind. 8 illustriert das Ergebnis der Computersimulation, die angibt, dass der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung sich mit der Abnahme des Gehalts der Wasserstoffmoleküle und der Wassermoleküle reduziert. Das Simulationsergebnis gibt an, dass der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung effektiv reduziert werden kann, wenn der Gehalt unter 6 × 1021 cm–3 gebracht wird. Ferner gibt das Simulationsergebnis an, dass der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung im Wesentlichen null gemacht werden kann, wenn der Gehalt gleich oder kleiner als 1 × 1021 cm–3 gemacht wird.
  • Die Erfinder bestätigten ebenso durch eine Computersimulation den Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung Vth bezüglich der Dichte der stabilen Lochfalle, die in dem Gateisolierfilm 21 des hergestellten IGBT existiert. 9 illustriert das Ergebnis der Computersimulation, die angibt, dass der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung sich mit der Abnahme der Dichte der stabilen Lochfalle reduziert. Das Simulationsergebnis gibt an, dass der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung effektiv reduziert wird, wenn die Dichte der stabilen Lochfalle gleich oder kleiner als 3 × 1011 cm–3 gemacht wird.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, kann in dem Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Grenzwertspannung vor dem Anwenden sichergestellt werden, ohne die Konzentration der in das Halbleitersubstrat 11 dotierten Verunreinigung auf einen höheren Grad zu bringen. In der durch dieses Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtung 10 wird eine Variation der Grenzwertspannung aufgrund der Zunahme des Dosierbetrags der Verunreinigung reduziert.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • In der ersten Ausführungsform wird das Beispiel, in dem der Anwendungsschritt unmittelbar nach dem Vortemperungsschritt ausgeführt wird, beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird andererseits ein Beispiel beschrieben, in dem der Anwendungsschritt nach dem Sperrmetallausbildungsschritt und dem Verdrahtungsausbildungsschritt ausgeführt wird, die nach dem Vortemperungsschritt kommen.
  • Als Erstes wird ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 3, 10 und 11 beschrieben.
  • Als Erstes werden, wie in 2 dargestellt ist, der Diffusionsschichtausbildungsschritt, der Gateausbildungsschritt und der Zwischenschichtisolierfilmausbildungsschritt ausgeführt. Diese Schritte sind dieselben wie die der ersten Ausführungsform, und somit werden detaillierte Beschreibungen derselben weggelassen. In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen diese Schritte dem Elementausbildungsschritt.
  • Als Nächstes wird, wie in 3 dargestellt ist, der Vortemperungsschritt ausgeführt. Der Vortemperungsschritt ist ebenso derselbe wie der der ersten Ausführungsform, und somit wird eine detaillierte Beschreibung desselben weggelassen.
  • Als Nächstes wird der Sperrmetallausbildungsschritt ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 10 dargestellt ist, das Halbleitersubstrat 11, das unmittelbar nach dem Vortemperungsschritt ist, in einer Vakuumkammer 200 platziert. Die Sperrmetallschicht 31 ist durch ein Spritzverfahren ausgebildet, während das Innere der Vakuumkammer 200 bei einem Vakuumgrad von annähernd 1 × 10–6 Pa bis 1 Pa (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise annähernd 1 × 10–5 Pa) beibehalten wird, um den Zwischenschichtisolierfilm 23 und die Emitterregionen 13 und die Basiskontaktregionen 14, die von der Hauptoberfläche 11a freigelegt sind, zu bedecken. Ebenso kann in der vorliegenden Ausführungsform als ein Material zum Ausbilden der Sperrmetallschicht Titannitrid verwendet werden.
  • Als Nächstes wird der Drahtausbildungsschritt ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 10 dargestellt ist, die Verdrahtung 30 in dem Zustand ausgebildet, in dem das Halbleitersubstrat 11 in der Vakuumkammer 200 nach dem Sperrmetallausbildungsschritt aufbewahrt wird. Als ein Material zum Ausbilden der Verdrahtung 30 kann Aluminium verwendet werden, ähnlich zur ersten Ausführungsform. Das Aluminium kann durch das Spritzverfahren akkumuliert werden.
  • Als Nächstes wird der Anwendungsschritt ausgeführt. Wie in 11 dargestellt ist, wird nach dem Sperrmetallausbildungsschritt und dem Verdrahtungsausbildungsschritt eine Elektronenbestrahlung 300 auf die Hauptoberfläche 11a des Halbleitersubstrats 11 innerhalb der Vakuumkammer 200 angewandt. Die absorbierte Dosis der Elektronenbestrahlung 300 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise 40 kGy bis 100 kGy und beispielsweise 40 kGy.
  • Danach werden die Schritte zum Ausbilden der Pufferschicht 15, der Kollektorschicht 16 und der Kollektorelektrode 32 auf der Rückseite 11b des Halbleitersubstrats, die der Hauptoberfläche 11a gegenüberliegt, ausgeführt und dann wird der Temperungsschritt ausgeführt. Diese Schritte sind ebenso dieselben wie die der ersten Ausführungsform, und somit wird ihre detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Schritte kann die Halbleitervorrichtung 10 wie in 1 dargestellt hergestellt werden.
  • Als Nächstes werden Wirkungen der Halbleitervorrichtung 10 und des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Anders als bei der ersten Ausführungsform, in der der Anwendungsschritt unmittelbar nach dem Vortemperungsschritt ausgeführt wird, können der Sperrmetallausbildungsschritt und der Verdrahtungsausbildungsschritt nach dem Vortemperungsschritt ausgeführt werden, und dann kann der Anwendungsschritt nach dem Sperrmetallausbildungsschritt und dem Verdrahtungsausbildungsschritt ausgeführt werden, was das Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Auf diese Weise ist es, wenn ein weiterer Schritt zwischen dem Vortemperungsschritt und dem Anwendungsschritt ausgeführt wird, bevorzugt, den Schritt in dem Vakuum oder dem inerten Gas als die bevorzugte Ausführungsform auszuführen.
  • In dem Sperrmetallausbildungsschritt kann, wenn das Ausbilden der Schicht aus Titannitrid durch das Spritzverfahren in dem Vakuum oder dem inerten Gas ausgeführt wird, die Sperrmetallschicht 31, die eine kleine Menge der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle enthält, ausgebildet werden. Ebenso kann in dem Verdrahtungsausbildungsschritt, wenn das Ausbilden der Aluminiumverdrahtung durch das Spritzverfahren in dem Vakuum oder dem inerten Gas ausgeführt wird, die Verdrahtung 30, die eine kleine Menge der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle enthält, ausgebildet werden. Demnach kann die Anzahl der Wasserstoffmoleküle oder der Wassermoleküle, die zu dem Gateisolierfilm 21 und der Gateelektrode 22 von der Sperrmetallschicht 31 und der Verdrahtung 30 diffundieren, reduziert werden. In dem Anwendungsschritt ist es demnach weniger wahrscheinlich, dass die Wasserstoffmoleküle oder die Wassermoleküle in dem Gateisolierfilm 21 durch die Elektronenbestrahlung zersetzt und Ionen oder Radikale werden. Demzufolge kann die Erzeugung der thermisch stabilen Lochfalle reduziert werden. Ferner kann die Grenzwertspannung Vth, die durch den Anwendungsschritt reduziert wurde, durch Ausführen des Temperungsschritts annähernd wiederhergestellt werden.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Beispiel erläutert, in dem das Element, das den Transistor beinhaltet, der den Gateisolierfilm und die Gateelektrode aufweist, der vertikale IGBT mit der Grabengatestruktur ist. Jedoch ist das Element, das den Transistor beinhaltet, nicht auf den IGBT beschränkt. Beispielsweise kann das Element, das den Transistor beinhaltet, ein Doppeldiffusions-MOS eines vertikalen Typs mit einer Grabengatestruktur sein (nachfolgend als DMOS bezeichnet).
  • Obwohl nicht illustriert, ist eine Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass die Kollektorschicht 16 nicht ausgebildet ist und die Pufferschicht 15 auf der Rückseite 11b des Halbleitersubstrats 11 relativ zur Struktur des IGBT (1), der in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform angegeben ist, freigelegt ist. In einer derartigen Struktur funktioniert die Verdrahtung 30 der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform als eine Verdrahtung auf einer Sourceseite (Sourceelektrode) und die Kollektorelektrode 32 funktioniert als eine Elektrode auf einer Drainseite (Drainelektrode).
  • Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens kann das Verfahren, das in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform angegeben ist, verwendet werden. Die Kollektorschicht 16 muss nicht ausgebildet werden, und die Pufferschicht 15 kann ausgebildet werden, um auf der Rückseite 11b des Halbleitersubstrats 11 freizuliegen.
  • Wirkungen der Halbleitervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform und des Herstellungsverfahrens derselben sind dieselben wie bei jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsform, weshalb eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen wird.
  • (Weitere Ausführungsformen)
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erläutert. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann durch Modifizieren der Ausführungsformen auf unterschiedliche Arten implementiert werden, ohne den Kern der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
  • In der ersten Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, in dem der Temperungsschritt nach dem Sperrmetallausbildungsschritt und dem Verdrahtungsausbildungsschritt nach dem Anwendungsschritt ausgeführt wird. Jedoch kann der Temperungsschritt zu jeder Zeit ausgeführt werden, solange er nach dem Anwendungsschritt ausgeführt wird.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Beispiel beschrieben, in dem das Halbleitersubstrat in dem Vakuum oder in dem inerten Gas aufbewahrt wird, bis der Anwendungsschritt nach dem Vortemperungsschritt endet. Jedoch ist es nicht immer notwendig, das Halbleitersubstrat in dem Vakuum oder dem inerten Gas zu halten. Es ist bevorzugt, eine Verarbeitung, bis der Anwendungsschritt nach dem Vortemperungsschritt endet, in einer Umgebung auszuführen, die weniger Wasserstoffmoleküle oder Wassermoleküle enthält.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Beispiel, in dem das Halbleitersubstrat in dem Vakuum aufbewahrt wird, bis der Anwendungsschritt nach dem Vortemperungsschritt endet, beschrieben. Jedoch ist das Beispiel nicht darauf beschränkt, in dem Vakuum ausgeführt zu werden, sondern kann in einem inerten Gas wie beispielsweise Stickstoff oder Argon ausgeführt werden.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Beispiel beschrieben, in dem das Material zum Ausbilden der Sperrmetallschicht Titannitrid ist. Jedoch ist das Material der Sperrmetallschicht nicht auf Titannitrid beschränkt, sondern kann Titanwolfram (TiW) oder Tantalnitrid (TaN) sein.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Struktur, die die Sperrmetallschicht aufweist, als ein Beispiel beschrieben. Jedoch ist die Struktur nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt, sondern die vorliegende Offenbarung kann bei einer Struktur eingesetzt werden, die die Sperrmetallschicht nicht aufweist.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird als das Beispiel der Partikelbestrahlung oder der Radialbestrahlung, die in dem Anwendungsschritt angewandt wird, die Elektronenbestrahlung angewandt. Jedoch ist die Bestrahlung, die in dem Anwendungsschritt angewandt wird, nicht auf die Elektronenbestrahlung beschränkt. Beispielsweise kann eine Partikelbestrahlung wie beispielsweise eine Heliumbestrahlung oder eine Neutronenbestrahlung oder eine Radialbestrahlung wie beispielsweise eine Gammabestrahlung oder eine Röntgenbestrahlung verwendet werden.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Beispiel beschrieben, in dem das Element, das den Transistor mit dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode beinhaltet, die Grabengatestruktur aufweist. Dieses Element ist nicht auf den Grabengatetyp beschränkt. Beispielsweise kann das Element ein IGBT oder DMOS mit einer planaren Gatestruktur sein.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Element, das den Transistor mit dem Gateisolierfilm und der Gateelektrode beinhaltet, das Element des vertikalen Typs. Jedoch ist dieses Element nicht auf das Element des vertikalen Typs beschränkt. Beispielsweise kann das Element ein IGBT oder DMOS eines lateralen Typs sein.
  • Ferner ist das Element nicht auf den IGBT oder den DMOS beschränkt, die in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind. Das heißt, die vorliegenden Offenbarung kann auf ein Element angewandt werden, das eine Struktur aufweist, in der ein elektrischer Strom, der zwischen Elektroden eines Halbleitersubstrats fließt, durch eine Spannung gesteuert wird, die an einer Gateelektrode anliegt, die einen Gateisolierfilm aufweist, was eine sogenannte CMOS-Struktur ist.
  • Ferner ist die vorliegende Offenbarung nicht auf ein Beispiel beschränkt, in dem ein IGBT oder ein DMOS ausschließlich in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Insbesondere kann die vorliegende Offenbarung für eine Struktur geeignet sein, in der ein IGBT und eine Diode (Freilaufdiode: FWD) in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind, was ein sogenannter RC-IGBT ist. In dem RC-IGBT wird eine Heliumbestrahlung allgemein auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats angewandt, auf der der Gateisolierfilm des IGBT ausgebildet ist, um einen DC-Verlust der FWD zu reduzieren. Demnach wird ein Kristalldefekt auf einfache Weise in dem Gateisolierfilm des IGBT erzeugt. Somit kann, wenn die vorliegende Offenbarung auf den RC-IGBT angewandt wird, der Kristalldefekt des Gateisolierfilms effektiv wiederhergestellt werden. Das heißt, der Verschiebungsbetrag der Grenzwertspannung Vth des IGBT kann reduziert werden und der DC-Verlust der FWD kann reduziert werden.

Claims (13)

  1. Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Elementausbildungsschritt zum Ausbilden eines Elements, das einen Transistor beinhaltet, der einen Gateisolierfilm (21) und eine Gateelektrode (22) benachbart zu einer Oberfläche (11a) eines Halbleitersubstrats (11) aufweist; einen Anwendungsschritt zum Anwenden einer Partikelbestrahlung und/oder einer Radialbestrahlung auf das Halbleitersubstrat (11) ausgehend von einer Seite, die benachbart zur Oberfläche (11a) ist, nach dem Elementausbildungsschritt; und einen Temperungsschritt zum Erwärmen des Halbleitersubstrats (11) zum Wiederherstellen eines Kristalldefekts, der in dem Gateisolierfilm (21) und der Gateelektrode (22) enthalten ist, nach dem Anwendungsschritt, gekennzeichnet durch einen Vortemperungsschritt zum Erwärmen des Halbleitersubstrats (11) zum Reduzieren eines Gehalts eines Wasserstoffmoleküls und eines Wassermoleküls, die in dem Gateisolierfilm (21) und der Gateelektrode (22) beinhaltet sind, vor dem Anwendungsschritt.
  2. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt durch den Vortemperungsschritt kleiner als 6 × 1021 cm–3 gemacht wird.
  3. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt durch den Vortemperungsschritt gleich oder kleiner als 1 × 1021 cm–3 gemacht wird.
  4. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate ist.
  5. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Doppeldiffusions-MOS-Transistor ist.
  6. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Sperrmetallschicht (31) aufweist.
  7. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmetallschicht (31) eine Titanverbindung ist.
  8. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (11), in dem das Element ausgebildet wurde, in einem Vakuum oder einem inerten Gas nach dem Vortemperungsschritt und bis der Anwendungsschritt endet aufbewahrt wird.
  9. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementausbildungsschritt einen Zwischenschichtfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Zwischenschichtisolierfilms (23) auf der Oberfläche (11a) des Halbleitersubstrats (11) beinhaltet, um den Gateisolierfilm (21) und die Gateelektrode (22) zu bedecken, der Vortemperungsschritt nach dem Elementausbildungsschritt ausgeführt wird, und das Halbleitersubstrat (11) in einem Vakuum oder einem inerten Gas nach dem Vortemperungsschritt und bis der Anwendungsschritt endet aufbewahrt wird, wobei das Herstellungsverfahren ferner umfasst einen Sperrmetallausbildungsschritt zum Ausbilden der Sperrmetallschicht (31) auf dem Zwischenschichtisolierfilm (23) und einen Verdrahtungsausbildungsschritt zum Ausbilden einer Verdrahtung (30) auf der Sperrmetallschicht, nach dem Anwendungsschritt.
  10. Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementausbildungsschritt einen Zwischenschichtausbildungsschritt zum Ausbilden eines Zwischenschichtisolierfilms (23) auf der Oberfläche (11a) des Halbleitersubstrats (11) beinhaltet, um den Gateisolierfilm (21) und die Gateelektrode (22) zu bedecken, und der Vortemperungsschritt nach dem Elementausbildungsschritt ausgeführt wird, wobei das Herstellungsverfahren ferner umfasst einen Sperrmetallausbildungsschritt zum Ausbilden der Sperrmetallschicht (31) auf dem Zwischenschichtisolierfilm (23) und einen Verdrahtungsausbildungsschritt zum Ausbilden einer Verdrahtung (30) auf der Sperrmetallschicht (31), in einem Vakuum oder einem inerten Gas nach dem Vortemperungsschritt, wobei der Anwendungsschritt in einem Vakuum oder einem inerten Gas nach dem Verdrahtungsausbildungsschritt ausgeführt wird.
  11. Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (11) mit einem Element, wobei das Element einen Transistor beinhaltet, der eine Gateelektrode (22) und einen Gateisolierfilm (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichte einer stabilen Lochfalle in dem Gateisolierfilm (21) gleich oder kleiner als 3 × 1011 cm–3 ist.
  12. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate ist.
  13. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Doppeldiffusions-MOS-Transistor ist.
DE201311000655 2012-01-23 2013-01-22 Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben Withdrawn DE112013000655T5 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012011127 2012-01-23
JPJP2012011127 2012-01-23
JPJP2012280404 2012-12-24
JP2012280404A JP5929741B2 (ja) 2012-01-23 2012-12-24 半導体装置の製造方法
PCT/JP2013/000283 WO2013111568A1 (ja) 2012-01-23 2013-01-22 半導体装置およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112013000655T5 true DE112013000655T5 (de) 2014-11-13

Family

ID=48873300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201311000655 Withdrawn DE112013000655T5 (de) 2012-01-23 2013-01-22 Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150008478A1 (de)
JP (1) JP5929741B2 (de)
CN (1) CN104067377A (de)
DE (1) DE112013000655T5 (de)
WO (1) WO2013111568A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150051067A (ko) * 2013-11-01 2015-05-11 삼성전기주식회사 전력 반도체 소자 및 그의 제조 방법
JP6107767B2 (ja) * 2013-12-27 2017-04-05 トヨタ自動車株式会社 半導体装置とその製造方法
JP5895950B2 (ja) 2014-01-20 2016-03-30 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
JP6221974B2 (ja) * 2014-07-14 2017-11-01 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
DE112016000071T5 (de) 2015-02-03 2017-03-23 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN108831832B (zh) * 2018-05-07 2020-08-14 株洲中车时代电气股份有限公司 沟槽台阶栅igbt芯片的制作方法
US10998418B2 (en) * 2019-05-16 2021-05-04 Cree, Inc. Power semiconductor devices having reflowed inter-metal dielectric layers
WO2022205169A1 (zh) * 2021-03-31 2022-10-06 华为技术有限公司 一种场效应晶体管、其制作方法、开关电路及电路板

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0728036B2 (ja) * 1987-03-13 1995-03-29 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP2003069031A (ja) * 2001-08-28 2003-03-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
US7880173B2 (en) * 2002-06-28 2011-02-01 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Semiconductor device and method of manufacturing same
JP2007221058A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US7749879B2 (en) * 2006-08-03 2010-07-06 Micron Technology, Inc. ALD of silicon films on germanium
JP2011082454A (ja) * 2009-10-09 2011-04-21 Panasonic Corp 絶縁膜構造体及びこれを用いた半導体装置
JP5672719B2 (ja) * 2010-03-03 2015-02-18 株式会社デンソー パワー素子を備えた半導体装置の製造方法
CN102053114B (zh) * 2010-11-02 2012-12-12 北京大学 无衬底引出半导体器件的栅介质层陷阱密度的测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5929741B2 (ja) 2016-06-08
WO2013111568A1 (ja) 2013-08-01
CN104067377A (zh) 2014-09-24
JP2013175707A (ja) 2013-09-05
US20150008478A1 (en) 2015-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013000655T5 (de) Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben
DE102018103973B4 (de) Siliziumcarbid-halbleiterbauelement
DE102006055068B4 (de) Halbleitervorrichtung mit verbessertem Bipolartransistor mit isoliertem Gate und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112013007772B3 (de) Halbleitervorrichtung
DE112010005443B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat mit einem Diodenbereich und einem IGBT-Bereich sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018215731B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102005049506B4 (de) Vertikales Halbleiterbauelement
DE112015006403T5 (de) Siliciumcarbid-halbleitereinheit und verfahren zur herstellung derselben
DE112015000610T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102012211544A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112006001791B4 (de) Non-Punch-Through Hochspannungs-IGBT für Schaltnetzteile und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102007026387A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102007030805A1 (de) Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben
DE102015101124A1 (de) Halbleitervorrichtung mit unduliertem Profil der Nettodotierung einer Driftzone
DE102015100340A1 (de) Bipolare halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren dafür
DE102013106795B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem Randgebiet und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102015109545B4 (de) Transistor mit Feldelektroden und verbessertem Lawinendurchbruchsverhalten
DE102019112985B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
DE112013005788T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Fertigung
DE102017219159A1 (de) Halbleitervorrichtung und Fertigungsverfahren dafür
DE112021002169T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE10240107B4 (de) Randabschluss für Leistungshalbleiterbauelement und für Diode sowie Verfahren zur Herstellung einer n-leitenden Zone für einen solchen Randabschluss
DE112017002379T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102021103703A1 (de) Hochvolt-Randabschluss-Struktur für Leistungshalbleiterbauelemente und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102019216131A1 (de) Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee