JP2008053611A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】n半導体基板1の裏面7を機械的に研削して、平坦化した後、この平坦化した裏面8にFS層9をエピタキシャル成長で形成した後、その表面層にpコレクタ層12を形成する
【選択図】 図1
Description
また、特許文献1によると、半導体基体の中層領域に形成されたn型半導体領域(ドリフト領域)と、半導体基体の他方の主面側に形成された凹部の底面に露出し、且つn型半導体領域に接合すると共に、このn型半導体領域よりも高い不純物密度を有するn型半導体領域と、半導体基体の一方の主面側に露出し、且つn型半導体領域に接合するp型半導体領域と、p型半導体領域の露出部分に形成された第1主電極層と、n型半導体領域の露出部分に形成された第2主電極層とから構成されていることで、素子(ダイオード)の主動作領域の厚さを薄くできて、低損失化を達成できることが開示されている。
各素子の電圧ブロッキング時においては、高電界領域が裏面近傍まで到達するが、仮に裏面キズがこの電界領域にかかってしまうと、この部分で漏れ電流が発生し、所定の耐圧が得られなくなる。これはキズの形状による電界集中、キズ面の汚れによる沿層方向の電流、裏面の不純物層形成時に導入された結晶欠陥による発生電流が原因である。素子面積内にこのようなキズが一個でも有ると、耐圧不良になる可能性がある。
しかし、裏面側の不純物層を厚くするためには、一般に高温・長時間の熱拡散が必要である。例えばリンやボロンを10μm拡散するためには1150℃で20時間程度の熱処理が必要である。ところが素子の表面構造の形成では、一般にこれ程の熱履歴を加えておらず、このような多大の熱履歴を加えると表面構造が大きく変化してしまう。このため当初設計した特性は得られなくなってしまう。
また、特許文献2では、シリコンウエハを絶縁膜を介して支持基板に接着し、その後シリコンウエハを研削して薄くし、その上にエピタキシャル成長層を形成し、その後MOSゲート構造を形成した後、支持基板と絶縁膜を除去している。本発明では、表面側にMOSゲート構造を形成した後、裏面側を研削し、研削した裏面にエピタキシャル成長層を形成しているのでこの特許文献2とは異なっている。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、表面構造を形成した時に加えた熱履歴以下の熱処理により、厚い裏面側の不純物層を形成することと、結晶欠陥の導入が少ない半導体装置の製造方法を提供することである。
また、前記半導体基板の一方の主面に、該半導体基板と異なる導電型で枠状の不純物層を形成するとよい。
また、他方の主面に形成する前記エピタキシャル成長層の厚さが0.5μm以上50μm以下であるとよい。
また、前記MOSゲート構造が、プレーナゲート型またはトレンチゲート型であるとよい。
500μmの厚さのFZウエハであるn半導体基板1の第1主面の表面層にpベース領域2を複数形成し、このpベース領域2の表面層にnエミッタ領域3を形成し、nエミッタ領域3とn半導体基板1に挟まれたpベース領域2上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を形成することで、表面のプレーナ型セル構造を形成した後、表面を1μmのBPSG(ボロンリンガラス)膜の層間絶縁膜6で覆う(同図(a))。
裏面側のn−層(n半導体基板1)とn+層(FS層9)のn−/n+接合14(界面)の位置が裏面17から12μm離れることで、工程中に数ミクロン深さの裏面キズ(裏面17についたキズ)が発生しても耐圧は低下しない。従来はリンのイオン注入によりFS層を形成しており、n−層とn+層のn−/n+接合の深さは2μm程度であるため、数ミクロンのキズが発生すると耐圧不良が発生した。本実施例では厚いFS層9が形成されるので、キズによる耐圧不良を防ぐことができる。
裏面側のn−層とp+層のn−/p+接合16の位置が裏面17から6μm離れることで、工程中に2〜3ミクロン深さの裏面キズが発生しても耐圧は低下しない。従来はボロンイオン注入と400℃以下の低温アニールによりpコレクタ層を形成しており、n−層とp+層のn−/p+接合の深さは深くても0.5μm程度であり、これよりミクロンオーダーのキズがあると耐圧低下を招く。また0.5μm以下の小さなキズでも結晶欠陥が十分回復せずライフタイムキラーが短かったためにもれ電流が増大していた。
逆阻止IGBTの場合、エピタキシャル成長層で形成したpコレクタ層15の厚さは0.5μm〜50μmが実用的な範囲であり、5μm程度以上とすると大きなキズが付いた場合でももれ電流を小さく抑制できて望ましい。通常、n−/p+接合16の方がn−/n+接合14よりも電界強度の影響を受け難く、接合の深さがn−/n+接合14より浅くてももれ電流は抑制される。そのため、pコレクタ層15の厚さの実用的な範囲の最小値を0.5μmとしてもよい。
FZウエハであるn半導体基板1の第1主面の表面層にpベース領域2を複数形成し、このpベース領域2の表面層にnソース領域21を形成し、nソース領域21とn半導体基板1に挟まれたpベース領域2上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を形成することで、表面のプレーナ型セル構造を形成した後、表面を1μmのBPSG膜の層間絶縁膜6で覆う(同図(a))。
裏面側のn−層とn+層のn−/n+接合25(界面)の位置が裏面17から10μm離れることで、工程中に数ミクロン深さの裏面キズ(裏面についたキズ)が発生しても耐圧は低下しない。
この場合も第1実施例と同様にエピタキシャル成長層の厚さを2μm〜50μmとし、望ましくは10μm程度以上とするとよい。
2 pベース領域
3 nエミッタ領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜
7 裏面(研削前)
8 裏面(平坦化後)
9 FS層
10 エミッタ電極
11 ポリイミド膜
12、15 pコレクタ層
13 コレクタ電極
14、25 n−/n+接合
16 n−/p+接合
17 裏面(エピタキシャル成長層の表面)
21 nソース領域
22 nドレイン領域
23 ソース電極
24 ドレイン電極
Claims (6)
- 半導体基板の一方の主面にMOSゲート構造を形成する工程と、前記MOSゲート構造上に層間絶縁膜を形成する工程と、他方の主面を研削し平坦化する工程と、平坦化した他方の主面にエピタキシャル成長層を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層を形成した後前記層間絶縁膜上に第1主電極を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層上に第2主電極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記エピタキシャル成長層が、前記半導体基板と同じ導電型、異なる導電型又は同じ導電型と異なる導電型の2層のいずれかとすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板の一方の主面に、該半導体基板と異なる導電型で枠状の不純物層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 他方の主面に形成する前記エピタキシャル成長層の厚さが0.5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エピタキシャル成長層を形成するときに原料ガスと同時にエッチングガスを流して、平坦化した他方の主面に半導体層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記MOSゲート構造が、プレーナゲート型またはトレンチゲート型であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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