JP2004241534A

JP2004241534A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2004241534A
Application number: JP2003027982A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Katayama; 正敏片山; Nobutaka Ishizuka; 信隆石塚; Akira Nakajima; 章中嶋
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】良好な電気的特性を有する薄い構造のＩＧＢＴが低コストで得られるようにした製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェハ１０を支持基板８と酸化膜２０を介して接着する工程と、上記シリコンウェハ１０を研削してドレイン層１１を形成する工程と、ドレイン層１１の上にバッファ層１２及び高抵抗層１３をエピタキシャル成長で形成する工程と、高抵抗層１３の表面にＭＯＳゲート構造を形成する工程とを具備する。その結果、完成したＩＧＢＴの耐圧を決定する領域となる高抵抗層１３は、比抵抗ばらつきの小さいエピタキシャル成長で形成されるようになるため、所望の比抵抗を有する高コストなシリコンウェハを必要としなくなる。さらに、エピタキシャル成長で形成されるバッファ層１２は、高濃度で幅の狭い不純物濃度プロファイルを有するようになる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パンチスルー型のＩＧＢＴに、ノンパンチスルー型のＩＧＢＴで採用されている、厚みの薄い低注入のｐ^＋型のアノード（ドレイン）構造を採用することにより、オン電圧とターンオフ時間のトレードオフ関係が改善されることが知られるようになってきている。これは、ライフタイム制御を行わずにＩＧＢＴの高速化が図れるためである。
【０００３】
しかしながら、この構造においては、例えば耐圧６００Ｖ系の素子の場合、ＩＧＢＴの総厚は６０μｍ程度と、極めて薄い構造となるために、通常の半導体製造装置では処理できなくなってしまう。そこで、厚い構造のまま処理して、製造工程の最終段階で薄くする方法が種々提案されている。
【０００４】
図５、図６は、支持基板との接着技術を用いた、薄い構造のＩＧＢＴを製造するための一従来例を、主な工程（１）〜（８）に沿って説明したものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
（１）比較的厚いｎ⁻型のシリコンウェハを用意し、その一方面からイオン注入及び拡散等により、ｎ型のバッファ層を形成する。
（２）バッファ層の露出面から、イオン注入及び拡散等により、ｐ^＋型のドレイン層を形成する。
【０００６】
（３）先程のシリコンウェハとは別の支持基板を用意し、表面に酸化膜を形成する。
（４）シリコンウェハのドレイン層形成面を支持基板の酸化膜と貼り合わせ、熱処理により接着する。
【０００７】
（５）シリコンウェハの他方面を研削し、シリコンウェハ部分を耐圧に応じた厚みに形成する。
（６）研削して得られたシリコンウェハ表面に、ＭＯＳゲート構造を形成する。
【０００８】
（７）支持基板及び酸化膜を除去する。
（８）最後に、ドレイン電極を形成し、ＩＧＢＴを完成させる。
【０００９】
このことから明らかなように、ｎ⁻型のシリコンウェハは、完成したＩＧＢＴの耐圧を決定する領域となるために、その比抵抗が設計値に近いものでなければならない。
【００１０】
しかしながら、シリコンウェハとして切り出す前のインゴットの状態において
、ＣＺ単結晶の場合には比抵抗がその成長軸方向に変化しているため、所望の値に近い比抵抗を持つシリコンウェハはインゴットの一部からしか取れず、極めてコストの高いシリコンウェハとなる。
【００１１】
一方、ＦＺ単結晶の場合には、比抵抗がインゴットの半径方向に変化しているため、そのままでは切り出されたシリコンウェハの面内における比抵抗ばらつきが大きくなってしまう。そのため、より高比抵抗の結晶に中性子を照射して所望の比抵抗に調整するという手法が取られるが、この場合、原子炉を利用するためにやはりコストが高くなってしまう。
【００１２】
さらに、バッファ層については、その不純物濃度プロファイルが高濃度で幅の狭いことがＩＧＢＴの電気的特性上好ましいが、上記従来例のように拡散手法で形成した場合には、その濃度プロファイルがダレてしまう。
【００１３】
そこで、このバッファ層をエピタキシャル成長で形成すると、今度は、エピタキシャル層表面に特有のマウンドと呼ばれる微小突起により、支持基板との接着が困難になるという問題が生じる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−２６１２８１号公報（第７頁、図３〜図４）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、薄い構造のＩＧＢＴを製造するための従来方法では、所望の比抵抗のシリコンウェハを必要とするためにコスト高であったり、バッファ層の不純物濃度プロファイルがダレるという問題点を有していた。
【００１６】
本発明の目的は、良好な電気的特性を有する薄い構造のＩＧＢＴが低コストで得られるようにした製造方法を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、第１の基板の第１の面を、絶縁膜を介して第２の基板の第１の面に接着する工程と、前記第１の基板の前記第１の面と反対の第２の面を研磨し、所定の厚みの第１導電型のドレイン層を形成する工程と、前記ドレイン層上に第２導電型のバッファ層をエピタキシャル成長で形成する工程と、前記バッファ層上に第２導電型の高抵抗層をエピタキシャル成長で形成する工程と、前記高抵抗層の表面領域にベース領域、ソース領域、及びゲート電極を含むＭＯＳゲート構造を形成する工程と、前記第２の基板の前記第１の面と反対の第２の面の少なくとも一部を前記絶縁膜が露出するまで除去する工程と、前記第２の基板の前記第２の面を除去して露出させた前記絶縁膜を除去する工程とを具備している。
【００１８】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、第２導電型の第１の基板の第１の面に第１導電型のドレイン層を形成する工程と、前記第１の基板の前記第１の面を、絶縁膜を介して第２の基板の第１の面に接着する工程と、前記第１の基板の前記第１の面と反対の第２の面を研磨し、所定の厚みの第２導電型のバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に第２導電型の高抵抗層をエピタキシャル成長で形成する工程と、前記高抵抗層の表面領域にベース領域、ソース領域、及びゲート電極を含むＭＯＳゲート構造を形成する工程と、前記第２の基板の前記第１の面と反対の第２の面の少なくとも一部を前記絶縁膜が露出するまで除去する工程と、前記第２の基板の前記第２の面を除去して露出させた前記絶縁膜を除去する工程とを具備している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）図１、図２は、本発明の第１の実施形態を示すものであり
、支持基板との接着後にｎバッファ層１２とｎ⁻高抵抗層１３のエピタキシャル成長を行う製造方法である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、比較的厚いｐ^＋型のシリコンウェハ１０を用意する。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、別に用意した支持基板８の表面に酸化膜２０が形成された後、先程のシリコンウェハ１０の一方面と貼り合わされ、熱処理により両者が接着される。
【００２３】
次いで、図１（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１０の他方面が研削され、ｐ^＋ドレイン層１１が形成される。このｐ^＋ドレイン層１１は、酸化膜２０から
の厚さが例えば数μｍとなるように制御される。
【００２４】
また、この段階で、ｐ^＋ドレイン層１１の表面に、ボロンのイオン注入等により、ｐ型の不純物を導入してもよい。又は、図１（ａ）の段階で、シリコンウェハ１０の一方面にｐ型の不純物を導入してから、支持基板８との接着を行ってもよい。
【００２５】
このようにすると、ｐ^＋ドレイン層１１の不純物濃度をシリコンウェハ１０の濃度以上に高く設定することができる。このため、ｐ^＋ドレイン層１１からのホールの注入量を増すことが可能となり、オン電圧が低いＩＧＢＴを容易に製造できるようになる。更に、このようなｐ型の不純物を導入する工程を設けることにより、ｎ型のシリコンウェハも使用することが可能となり、材料の調達が容易になるため、製造コストを低廉化できる。
【００２６】
続いて、図１（ｄ）に示すように、ｐ^＋ドレイン層１１の表面にエピタキシャル成長により、ｎバッファ層１２が形成され、ｎバッファ層１２の表面に同じくエピタキシャル成長により、ｎ⁻高抵抗層１３が形成される。このｎバッファ層１２は、酸化膜２０からの厚さが例えば１０μｍとなるように制御され、ｎ⁻高抵抗層１３は、酸化膜２０からの厚さが例えば６０μｍとなるように制御される
。ここで、エピタキシャル成長は支持基板８との接着後に行われるので、エピタキシャル層表面のマウンドがこの接着を困難にすることはない。
【００２７】
次いで、図２（ａ）に示すように、ｎ⁻高抵抗層１３の表面領域に、ＭＯＳゲート構造が形成される。すなわち、周知のプロセスにより、ゲート絶縁膜２１、ゲート電極３１、ｐ型のベース領域１４、ｎ^＋型のソース領域１５、層間絶縁膜２２、ソース電極３２が順次形成される。
【００２８】
この後、図２（ｂ）に示すように、支持基板８の裏面の少なくとも一部が、酸化膜２０が露出するまで研削及びエッチング等により除去される。すなわち、支持基板８の裏面をある程度全体的に研削した後、例えばＣＶＤ酸化膜（図示せず）を支持基板８の裏面に形成し、周知のホトリソ及びエッチング工程により、このＣＶＤ酸化膜をあらかじめ予定された領域に残す。その後、このＣＶＤ酸化膜をマスクとしたシリコンの異方性エッチング等を行うと、酸化膜２０がエッチングストップ層となり支持基板８の裏面が除去される。この際、先行する裏面の研削工程には、支持基板８を異方性エッチングで除去する工程に要する時間を短縮する効果がある。
【００２９】
次いで、図２（ｃ）に示すように、露出させた酸化膜２０がエッチング等により除去された後、ドレイン電極３０が形成され、さらに、破線で示したように薄層化された部分がダイシング等により切り離されて、ＩＧＢＴが完成する。
【００３０】
上記第１の実施形態によれば、ｎ⁻高抵抗層１３は比抵抗ばらつきの小さいエピタキシャル成長によって形成されるため、所望の比抵抗を有する高コストなウェハを用いる必要が無く、製造コストを低廉化できる。更に、ＭＯＳゲート構造の形成される領域が、シリコンウェハよりも結晶欠陥の少ないエピタキシャル層となるために、歩留りの向上も得られる。
【００３１】
また、ｎバッファ層１２もエピタキシャル成長によって形成されるため、その不純物濃度分布を幅の狭いプロファイルにすることができ、良好な電気的特性を有するＩＧＢＴが得られるようになる。
【００３２】
（第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、第１の実施形態と同一部分には同一の符号を付している。第２の実施形態は第１の実施形態に対して、ｎバッファ層１２はシリコンウェハで形成している。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、比較的厚いｎ型のシリコンウェハ９を用意し、その一方面に、例えばボロンのイオン注入及び拡散等によりｐ^＋ドレイン層１１が形成される。なお、この工程ではｐ型の不純物をドープするだけにして、その後の各種熱処理により拡散されて、最終的にｐ^＋ドレイン層１１が形成されるようにしてもよい。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、別に用意した支持基板８の表面に酸化膜２０が形成された後、先程のシリコンウェハ９の一方面と貼り合わされ、熱処理により両者が接着される。
【００３５】
次いで、図３（ｃ）に示すように、シリコンウェハ９の他方面が研削され、ｎバッファ層１２が形成される。このｎバッファ層１２は、酸化膜２０からの厚さが例えば１０μｍとなるように制御される。
【００３６】
この後、図３（ｄ）に示すように、ｎバッファ層１２の表面にエピタキシャル成長により、ｎ⁻高抵抗層１３が形成される。このｎ⁻高抵抗層１３は、酸化膜
２０からの厚さが例えば６０μｍとなるように制御される。
【００３７】
この後、上記第１の実施形態の図２（ａ）乃至図２（ｃ）と同様のプロセスにより、ＩＧＢＴが完成する。
【００３８】
上記第２の実施形態によれば、ｎバッファ層１２のためのエピタキシャル成長が無くなるため、製造コストを低廉化できる。更に、シリコンウェハ９として高不純物濃度のものを用いれば、濃度プロファイルのダレが小さいまま、エピタキシャル成長法での限界値以上にｎバッファ層１２の不純物濃度を高めることができる。従って、電気的特性が良好なＩＧＢＴが得られるようになる。
【００３９】
（第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態を示すものであり、第１の実施形態と同一部分には同一の符号を付している。第３の実施形態はｐ^＋ドレイン層１１の厚みを薄くする工程を有している。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の図１（ａ）乃至図２（ｂ）と同様のプロセスにより、酸化膜２０が露出した状態が得られる。
【００４１】
この後、図４（ｂ）に示すように、酸化膜２０がエッチング等により除去された後、再びシリコンの異方性エッチング等により、ｐ^＋ドレイン層１１がわずかながら除去される。また、この際のエッチングレートを低く設定することにより、ｐ^＋ドレイン層１１の除去される量は正確にコントロールされる。
【００４２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ドレイン電極３０が形成された後、ダイシング等により破線部で切り離されて、ＩＧＢＴが完成する。
【００４３】
上記第３の実施形態によれば、ｐ^＋ドレイン層１１の厚みを精度良く容易に薄くすることができる。このため、ｐ^＋ドレイン層１１からのホールの注入量を調整することが可能となり、特にターンオフ時間の短いＩＧＢＴを容易に製造できる利点を有する。
【００４４】
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、ｐチャネル型やトレンチ型のＩＧＢＴについても同等の効果が得られることは明らかである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、高コストなウェハを用いる必要が無く、また、バッファ層の不純物濃度プロファイルもダレが小さい。そのため、良好な電気的特性を有する薄い構造のＩＧＢＴが低コストで製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る製造方法を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る製造方法を示す断面図。
【図５】従来の製造方法を示す断面図。
【図６】従来の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
８支持基板
９ｎ型のシリコンウェハ
１０ｐ^＋型のシリコンウェハ
１１ｐ^＋ドレイン層
１２ｎバッファ層
１３ｎ⁻高抵抗層
１４ｐ型のベース領域
１５ｎ^＋型のソース領域
２０酸化膜
２１ゲート絶縁膜
２２層間絶縁膜
３０ドレイン電極
３１ゲート電極
３２ソース電極

Claims

第１の基板の第１の面を、絶縁膜を介して第２の基板の第１の面に接着する工程と、
前記第１の基板の前記第１の面と反対の第２の面を研磨し、所定の厚みの第１導電型のドレイン層を形成する工程と、
前記ドレイン層上に第２導電型のバッファ層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記バッファ層上に第２導電型の高抵抗層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記高抵抗層の表面領域にベース領域、ソース領域、及びゲート電極を含むＭＯＳゲート構造を形成する工程と、
前記第２の基板の前記第１の面と反対の第２の面の少なくとも一部を前記絶縁膜が露出するまで除去する工程と、
前記第２の基板の前記第２の面を除去して露出させた前記絶縁膜を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
第２導電型の第１の基板の第１の面に第１導電型のドレイン層を形成する工程と、
前記第１の基板の前記第１の面を、絶縁膜を介して第２の基板の第１の面に接着する工程と、
前記第１の基板の前記第１の面と反対の第２の面を研磨し、所定の厚みの第２導電型のバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に第２導電型の高抵抗層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記高抵抗層の表面領域にベース領域、ソース領域、及びゲート電極を含むＭＯＳゲート構造を形成する工程と、
前記第２の基板の前記第１の面と反対の第２の面の少なくとも一部を前記絶縁膜が露出するまで除去する工程と、
前記第２の基板の前記第２の面を除去して露出させた前記絶縁膜を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記絶縁膜を除去して露出させた前記第１の基板の前記第１の面側から、前記ドレイン層の厚みを薄くする工程をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。