JP2010028018A - Semiconductor wafer, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超接合構造を備える電力用半導体装置に関し、特にはSJ−MOSFETに関する。 The present invention relates to a power semiconductor device having a superjunction structure, and more particularly to an SJ-MOSFET.
超接合構造(以降、SJ構造と略記することもある)を利用して従来の特性限界を破るようなMOSFETが開発されている。このMOSFETの製造方法の主流である多段エピタキシャル方式(以降、多段エピ方式と略記することもある)は、高不純物濃度のn型半導体基板の表面にエピタキシャル層を多数回に分けて成長させる。各成長段階の前にパターニングおよびイオン注入によって、前記半導体基板の主面に垂直方向に薄層状または柱状のp型層およびn型層を形成する。このp型層およびn型層が、主面に平行な方向では前記p型層とn型層が交互に繰り返し隣接するように、pn層の並列構造またはコラム構造を形成するという製造方法である。pn層のコラム構造の平面パターン(セル状パターンということもある)は、たとえばn型層中に複数の円または矩形状のp型層を所定の間隔で配置される構成を有し、pn層の並列構造の平面パターンは複数のストライプ状のp型層とn型層が、相互に平行で、交互に隣接して配置される構成となる。 MOSFETs have been developed that use a superjunction structure (hereinafter sometimes abbreviated as SJ structure) to break the conventional characteristic limit. In the multi-stage epitaxial method (hereinafter sometimes abbreviated as multi-stage epi method), which is the main method of manufacturing the MOSFET, an epitaxial layer is grown on the surface of a high impurity concentration n-type semiconductor substrate in a number of times. Prior to each growth step, thin or columnar p-type and n-type layers are formed in the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate by patterning and ion implantation. In this manufacturing method, the p-type layer and the n-type layer form a parallel structure or a column structure of pn layers so that the p-type layer and the n-type layer are alternately and repeatedly adjacent in a direction parallel to the main surface. . The planar pattern (sometimes referred to as a cellular pattern) of the column structure of the pn layer has a configuration in which, for example, a plurality of circular or rectangular p-type layers are arranged at predetermined intervals in the n-type layer, and the pn layer The plane pattern of the parallel structure is configured such that a plurality of striped p-type layers and n-type layers are arranged in parallel and alternately adjacent to each other.
一方、近年になって製造コストを安くすることが可能であるトレンチ埋め込みエピタキシャル方式(以降、トレンチ埋め込みエピ方式と略記)が開発されている。この方式は高不純物濃度のn型半導体基板(以降、高濃度n型基板と略記)の表面にn型エピタキシャル層を成長させたウエハを材料とし、このウエハの表面から、n型エピタキシャル層を貫き、前記高濃度n型基板に達するような高アスペクト比のトレンチを所定の間隔で異方性エッチングにより形成(場合によっては完全には貫通せず、基板に到達しなくても良い)する。その後、このトレンチ内にp型エピタキシャル層を成長させることによりトレンチを完全に埋め込み、前述の多段エピ方式と同様のpn層の並列構造またはコラム構造からなるSJ構造を形成する方式である。 On the other hand, recently, a trench buried epitaxial method (hereinafter abbreviated as a trench buried epi method) has been developed that can reduce the manufacturing cost. This method uses a wafer obtained by growing an n-type epitaxial layer on the surface of a high impurity concentration n-type semiconductor substrate (hereinafter abbreviated as a high concentration n-type substrate), and penetrates the n-type epitaxial layer from the surface of the wafer. Then, trenches having a high aspect ratio that reach the high-concentration n-type substrate are formed by anisotropic etching at a predetermined interval (in some cases, they do not penetrate completely and may not reach the substrate). Thereafter, a p-type epitaxial layer is grown in the trench to completely fill the trench, and an SJ structure having a parallel structure of pn layers or a column structure similar to the above-described multi-stage epi system is formed.
また、ウエハ表面に前述のpn層の並列構造またはコラム構造からなるSJ構造を配置する平面的なレイアウトに、大きく分けて2つの方法がある。一(前者)の方法は、ウエハ内に繰り返し複数格子状に配置される半導体チップ毎に、前記pn層の並列構造またはコラム構造からなるSJ構造を分離独立させて配置する方法であり、他(後者)の方法はウエハ内に配置される半導体チップの大きさおよび位置に関係なく、ウエハ内の全面に前記pn層の並列構造またはコラム構造からなるSJ構造を連続的に配置する方法である。これらのいずれの方法についても、通常、ウエハへのSJ構造のパターン配置はウエハの最下部に配置されるオリエンテーションフラット(通称オリフラ)に対して直交または平行になるように行われるので、前記pn層の並列構造のストライプパターンは前記オリフラに対しては直交または平行にされる。前記半導体チップの配置パターンについても、前記オリフラと前記半導体チップの格子状配置パターンとは相互に直交または平行にされる。従って、前者の方法は前記オリフラに平行な方向と直角な方向の両方にパターン合わせが必要となるため、アライメントマーカーを別途ウエハ表面に設けておく必要がある。後者の方法では、相互のパターンが斜交することは無いので、前記pn層の並列構造のストライプパターンに対して半導体チップのMOS構造のパターンを平行ではなく直交するように配置させれば、マスク合わせが不要になるという特徴を有する。 In addition, there are roughly two methods for the planar layout in which the above-described parallel structure of pn layers or the SJ structure having a column structure is arranged on the wafer surface. One (the former) method is a method in which an SJ structure composed of a parallel structure or a column structure of the pn layers is arranged separately and independently for each semiconductor chip repeatedly arranged in a plurality of lattices in a wafer. The latter method is a method in which the SJ structure composed of the parallel structure of the pn layers or the column structure is continuously disposed on the entire surface of the wafer regardless of the size and position of the semiconductor chips disposed in the wafer. In any of these methods, the pattern layout of the SJ structure on the wafer is usually performed so as to be orthogonal or parallel to an orientation flat (commonly referred to as an orientation flat) disposed at the bottom of the wafer. The stripe pattern of the parallel structure is orthogonal or parallel to the orientation flat. Regarding the arrangement pattern of the semiconductor chip, the orientation flat and the lattice arrangement pattern of the semiconductor chip are made orthogonal or parallel to each other. Therefore, since the former method requires pattern alignment in both a direction parallel to the orientation flat and a direction perpendicular to the orientation flat, it is necessary to separately provide an alignment marker on the wafer surface. In the latter method, since the mutual patterns do not cross each other, if the MOS structure pattern of the semiconductor chip is arranged not to be parallel but orthogonal to the stripe pattern of the parallel structure of the pn layer, the mask The feature is that alignment is not necessary.
前述のように、pn層のコラム構造をウエハ全面に形成すると共に、このpn層のコラム構造を、半導体チップを構成する半導体層の一部として用い、同時に、前記半導体チップをウエハ内に格子状に複数繰り返し配置する製造方法とすることにより、pn層のコラム構造の平面パターンと半導体チップの表面層に形成されるMOS構造との正確なマーカーを用いるパターン合わせを不要にする方法については既に公開されている(特許文献1)。また、pn層のコラム構造をウエハ全面に形成すると共に、半導体チップを高耐圧で使用できるように、半導体チップの周辺耐圧構造部には活性領域よりも高い濃度で、しかも拡散係数の大きいセレン、硫黄などのn型ドーパントによるイオン注入を行う製造方法が知られている。すなわち、周辺耐圧構造部のp型層を、n型ドーパントの補償作用によって活性領域部内のp層よりもいっそう強く補償して高抵抗にすることにより高耐圧が得られるようにする製造方法である(特許文献2、3)。
前述した通常の多段エピ方式およびトレンチ埋込みエピ方式のいずれのSJ構造の製造方式においても、製造する半導体のチップサイズに合わせて、チップ毎に分離および独立したSJ構造を形成する場合は、チップ間の切断領域にはSJ構造が形成されないようになっている。このように、切断領域にSJ構造を形成しない理由は、半導体チップの主電流の流れる活性領域とチップの周辺に設けられ耐圧を保持するための表面領域である周辺耐圧構造部のSJ構造を個別に設計することができ、設計の自由度が向上するからである。また、ストライプ状の平面パターンを有するSJ構造においては、切断領域にSJ構造を形成しない平面パターンとすることにより、ウエハから半導体チップを切り出した後にも、SJ構造のp型層が半導体チップの切断面に露出しなくなるので、この切断に起因する漏れ電流の発生を防ぐことができるからである。 In any of the above-described ordinary multi-stage epi method and trench buried epi method, both of the SJ structures can be manufactured in accordance with the chip size of the semiconductor to be manufactured. The SJ structure is not formed in the cutting region. As described above, the reason why the SJ structure is not formed in the cut region is that the SJ structure of the active region where the main current flows in the semiconductor chip and the peripheral withstand voltage structure portion, which is a surface region provided around the chip for maintaining the withstand voltage, are individually provided. This is because the degree of freedom of design is improved. Further, in the SJ structure having the stripe-like planar pattern, the p-type layer having the SJ structure can be cut into the semiconductor chip even after the semiconductor chip is cut out from the wafer by forming the planar pattern in which the SJ structure is not formed in the cutting region. This is because it is not exposed to the surface, so that it is possible to prevent the occurrence of leakage current due to this cutting.
しかしながら、この場合、前述のトレンチ埋込みエピ方式ではSJ構造とMOS構造とを正確にアライメントマーカーを用いて位置合わせする必要がある。このためアライメント用のマーカーを別途形成する必要が生じるなど追加工程が必要になり、製造コストが増加するという問題がある。
また、前記特許文献1には、ウエハ全面にSJ構造を形成して正確なアライメントを不要にする方法が開示されている。一方、トレンチ埋め込みエピ方式においては、良好なエピタキシャル層の埋め込み性という観点では、ストライプ状平面パターンによるpn層の並列構造が他の円または矩形状の平面パターンなどによるpn層のコラム構造よりも優れている。しかし、ウエハ全面にストライプ状平面パターンを有するSJ構造を形成する場合、図5の半導体チップの周辺部の斜視断面図に示すように、ウエハから半導体チップをダイシングなどにより切り出す際に半導体チップの切断面にSJ構造の切断面が必ず露出する。前記図5の矢印で示すように、その切断の際にできる結晶欠陥に起因して、ドレイン電極20からソース電極15へ流れる漏れ電流が増大することが問題となる。その原因はダイシング後の半導体チップ側壁には切断により形成される結晶欠陥が残存していることと、前記側壁切断面を表面保護膜で覆って不活性化していないためである。従って、ウエハ全面に連続的にストライプ状トレンチの平面パターンを形成してpn層の並列構造のSJ構造を形成するトレンチ埋め込みエピ方式はトレンチへの良好な埋め込み性と正確なアライメントを不要とする点で優れているが、半導体チップ切断面に起因する前述の漏れ電流の増大という問題を抱えている。
However, in this case, it is necessary to accurately align the SJ structure and the MOS structure using the alignment marker in the above-described trench buried epi method. For this reason, there is a problem that an additional process such as the necessity of separately forming an alignment marker is required, resulting in an increase in manufacturing cost.
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228867 discloses a method of forming an SJ structure on the entire wafer surface and making accurate alignment unnecessary. On the other hand, in the trench buried epi method, the parallel structure of the pn layers based on the stripe-shaped planar pattern is superior to the column structure of the pn layer based on other circular or rectangular planar patterns from the viewpoint of good epitaxial layer embedding. ing. However, when an SJ structure having a striped planar pattern is formed on the entire surface of the wafer, the semiconductor chip is cut when the semiconductor chip is cut out from the wafer by dicing or the like, as shown in the perspective sectional view of the periphery of the semiconductor chip in FIG. The cut surface of the SJ structure is always exposed on the surface. As indicated by the arrows in FIG. 5, there is a problem that leakage current flowing from the
本発明は、以上説明した点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、半導体装置のチップ化の際に、チップの切断面に超接合構造の切断面が露出するストライプ状の平面パターンを備える半導体装置であっても、半導体チップの切断面に露出する超接合構造に起因する漏れ電流の発生を抑制することのできる半導体ウエハ、半導体装置およびその製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is a striped plane in which a cut surface of a superjunction structure is exposed on a cut surface of a chip when a semiconductor device is formed into a chip. It is an object to provide a semiconductor wafer, a semiconductor device, and a method for manufacturing the same that can suppress the occurrence of leakage current caused by a superjunction structure exposed on a cut surface of a semiconductor chip even in a semiconductor device having a pattern.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、第一導電型の半導体基板の主面上に設けられ、該主面に垂直方向であって薄層状の第一導電型層および第二導電型層が、前記主面に平行な方向では、ストライプ状平面形状であって交互に繰り返し隣接すると共に、前記半導体基板の全面に亘って等間隔で配置されている超接合構造と、該超接合構造の表面に半導体装置の縦横寸法をピッチ間隔として配置される該半導体装置の格子状パターンが前記超接合構造のストライプ状平面形状に平行および直交する配置を有し、該半導体装置が、前記超接合構造のストライプ状平面形状に直交するように表面層に配置されるストライプ状のMOS構造領域と該MOS構造領域を取り巻く耐圧構造領域と最外周に格子状に配置される切断領域と該切断領域に沿って配置されるエッチング溝とを備え、該エッチング溝が前記超接合構造の表面から前記半導体基板に達する深さと、該エッチング溝の内面を覆う第一導電型表面層を備える半導体ウエハとすることにより、前記本発明の目的は達成される。 According to the first aspect of the present invention, the first conductive type layer and the second conductive layer which are provided on the main surface of the first conductive type semiconductor substrate and are perpendicular to the main surface and have a thin layer shape. A superjunction structure in which the conductive type layer has a stripe-like planar shape in a direction parallel to the main surface and is alternately adjacent to each other, and is disposed at equal intervals over the entire surface of the semiconductor substrate; The lattice pattern of the semiconductor device arranged on the surface of the junction structure with the vertical and horizontal dimensions of the semiconductor device as pitch intervals is parallel to and orthogonal to the stripe-like planar shape of the superjunction structure, Striped MOS structure region arranged on the surface layer so as to be orthogonal to the stripe-like planar shape of the superjunction structure, a breakdown voltage structure region surrounding the MOS structure region, a cutting region arranged in a grid pattern on the outermost periphery, and the cutting Territory And a depth of the etching groove reaching the semiconductor substrate from the surface of the superjunction structure, and a first conductivity type surface layer covering the inner surface of the etching groove. Thus, the object of the present invention is achieved.
特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、前記エッチング溝の長手方向に直角方向の切断面がV字形である特許請求の範囲の請求項1記載の半導体ウエハとする。
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、前記エッチング溝の長手方向に直角方向の切断面がU字形である特許請求の範囲の請求項1記載の半導体ウエハとする。
特許請求の範囲の請求項4記載の発明によれば、第一導電型の半導体基板の主面上に設けられ、該主面に垂直方向であって薄層状の第一導電型層および第二導電型層が、前記主面に平行な方向では、ストライプ状平面形状であって交互に等間隔で繰り返し隣接する超接合構造と、該超接合構造の前記ストライプ状平面形状に直交するように表面層に配置されるストライプ状のMOS構造領域と該MOS構造領域を取り巻く耐圧構造領域と最外周に配置される切断領域と該切断領域に沿って配置されるエッチング溝とを備え、該エッチング溝が前記超接合構造の表面から前記半導体基板に達する深さと、該エッチング溝の内面を覆う第一導電型表面層を備える半導体装置とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
According to a second aspect of the present invention, the semiconductor wafer according to the first aspect of the present invention has a V-shaped cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the etching groove.
According to a third aspect of the present invention, the semiconductor wafer according to the first aspect of the present invention has a U-shaped cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the etching groove.
According to the invention of
特許請求の範囲の請求項5記載の発明によれば、前記エッチング溝の長手方向に直角方向の切断面がV字形である特許請求の範囲の請求項4記載の半導体装置とする。
特許請求の範囲の請求項6記載の発明によれば、前記エッチング溝の長手方向に直角方向の切断面がU字形である特許請求の範囲の請求項4記載の半導体装置とする。
特許請求の範囲の請求項7記載の発明によれば、前記超接合構造と、該超接合構造のストライプ状平面形状に直交するストライプ状のMOS構造領域と、該MOS構造領域を取り巻く耐圧構造領域と、最外周に配置される切断領域とを形成した後、該切断領域に沿ってウェットエッチングによりエッチング溝を形成し、このエッチング溝内の表面層に第一導電型のイオンを注入して第一導電型表面層を形成する特許請求の範囲の請求項1または2記載の半導体装置の製造方法とする。
According to the fifth aspect of the present invention, the semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention is such that the cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the etching groove is V-shaped.
According to a sixth aspect of the present invention, the semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention is such that a cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the etching groove is U-shaped.
According to the invention of claim 7, the superjunction structure, a stripe-shaped MOS structure region orthogonal to the stripe-like planar shape of the superjunction structure, and a breakdown voltage structure region surrounding the MOS structure region And a cutting region disposed on the outermost periphery, an etching groove is formed by wet etching along the cutting region, and ions of the first conductivity type are implanted into the surface layer in the etching groove. The method of manufacturing a semiconductor device according to
特許請求の範囲の請求項8記載の発明によれば、前記エッチングが加熱アルカリ水溶液を用いたウェットエッチングである特許請求の範囲の請求項7記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項9記載の発明によれば、前記エッチングがRIEエッチングによる異方性エッチングである特許請求の範囲の請求項7記載の半導体装置の製造方法とする。
According to the eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the etching is wet etching using a heated alkaline aqueous solution.
According to the ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, the etching is anisotropic etching by RIE etching.
前記課題を解決するために、ウエハ全面に亘って同じ幅および同じ間隔でストライプ状SJ構造を形成する半導体ウエハにおいて、MOS構造の製造プロセス終了後に、各半導体チップの最外周辺部に、異方性ウェットエッチングによりエッチング溝を形成し、n型イオンを注入して溝表面層にn型表面層を形成する。このn型表面層を切断領域に設けることにより、ウエハから半導体チップを切り出すために切断する際に、切断による欠陥層がストライプ状のSJ構造部には発生せず、空乏層がエッチング溝表面に現れないため、漏れ電流が抑えられる。 In order to solve the above-mentioned problem, in a semiconductor wafer in which a stripe SJ structure is formed with the same width and the same interval over the entire surface of the wafer, after the manufacturing process of the MOS structure is completed, An etching groove is formed by reactive wet etching, and n-type ions are implanted to form an n-type surface layer in the groove surface layer. By providing this n-type surface layer in the cutting region, when cutting to cut a semiconductor chip from the wafer, a defective layer due to cutting does not occur in the striped SJ structure portion, and a depletion layer is formed on the etching groove surface. Since it does not appear, the leakage current is suppressed.
本発明によれば、半導体ウエハから半導体チップを切り出す際に、切断面に超接合構造の断面が露出するストライプ状の超接合構造パターンを有する半導体装置であっても、半導体チップの切断面に露出する超接合構造に起因する漏れ電流の発生を抑制する半導体ウエハ、半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, when a semiconductor chip is cut out from a semiconductor wafer, even a semiconductor device having a stripe-shaped superjunction structure pattern in which a cross section of the superjunction structure is exposed on the cut surface is exposed on the cut surface of the semiconductor chip. It is possible to provide a semiconductor wafer, a semiconductor device, and a method for manufacturing the same that suppress the occurrence of leakage current due to the super junction structure.
以下、本発明の半導体ウエハ、半導体装置およびその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。図1〜図4は本発明の600V−SJ−MOSFETの実施例にかかる主要な製造工程を順に示す要部断面図である。図6は本発明と従来のSJ−MOSFETの漏れ電流分布を比較するグラフ図である。図8は本発明にかかるストライプ状SJ構造を有するSJ−MOSFETのストライプ状SJ構造に平行な切断領域の部分の斜視断面図である。図9は本発明にかかるストライプ状SJ構造を有するSJ−MOSFETの切断領域近傍の斜視断面図(a)、同平面図(b)である。(a)は(b)のA−A線断面を含む斜視断面図である。 Hereinafter, a semiconductor wafer, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist. 1 to 4 are cross-sectional views showing the main parts in order of main manufacturing steps according to an embodiment of the 600V-SJ-MOSFET of the present invention. FIG. 6 is a graph comparing the leakage current distribution between the present invention and a conventional SJ-MOSFET. FIG. 8 is a perspective sectional view of a portion of a cutting region parallel to the stripe SJ structure of the SJ-MOSFET having the stripe SJ structure according to the present invention. 9A and 9B are a perspective sectional view (a) and a plan view (b) in the vicinity of a cutting region of an SJ-MOSFET having a stripe SJ structure according to the present invention. (A) is a perspective sectional view containing the AA line section of (b).
図1〜図4に実施例1にかかるトレンチ埋め込みエピ方式による600V耐圧のSJ−MOSFETの主要な製造工程順に並べた半導体基板の要部断面図を示す。厚さ625μmの低比抵抗、高不純物濃度のn型半導体基板1に50μm厚で、不純物濃度4×1015cm−3のn型半導体層2をエピタキシャル成長させたウエハ3をウエハプロセスへの投入材料とする。
1 to 4 are cross-sectional views of main parts of a semiconductor substrate arranged in the order of main manufacturing steps of a 600V breakdown voltage SJ-MOSFET according to a trench buried epi method according to the first embodiment. A
厚さ2.4μmの酸化膜4を1150℃/15時間のパイロジェニック酸化により形成する。レジスト塗布およびベーク後に露光し、超接合構造の一部となるp型層をエピタキシャル成長により埋め込むためのトレンチ6形成用の幅6μmのストライプ状平面パターンをウエハ3の全面に形成する。酸化膜4をエッチングしてn型半導体層2のSi面を露出させた後、レジストを除去する(図1(a))。Siエッチャーにより深さ50μmの高アスペクトトレンチ6を形成する。トレンチエッチング中に酸化膜4もエッチングされ、残厚は1.1μmになる(図1(b))。エピタキシャル成長法により、1000℃にてトリクロロシラン、塩化水素、ジボラン、および水素を供給しながらトレンチ6内部をp型エピタキシャル層5aで埋め込む(図2(a))。形成したトレンチ6の平面パターンは、ウエハ3の面内に終端部のない連続ストライプ状パターンの方がエピタキシャル層の埋め込みには好都合である。円柱状または角柱状のセル状パターンの場合、p型エピタキシャル層5aの埋め込み工程において、先にトレンチ6の開口部が閉塞し、トレンチ6の内部に空洞が閉じ込められ易くなる。トレンチ6内空洞は漏れ電流の増加という悪影響を及ぼすため、極力避ける必要がある。従って、トレンチ埋め込みエピ方式によりp型エピタキシャル層5aを形成するSJ−MOSFETにおいては、空洞のでき難いストライプ状のトレンチパターンが望ましい。ただし、後述するように、ウエハ3の面内に終端部の無い連続性ストライプパターンの場合は、ウエハから半導体チップを切り出す際に、半導体チップ外周部での切断時に付随して発生する結晶欠陥部に起因して漏れ電流が増大することが問題となる。なお、従来の多段エピ方式によるSJ−MOSFETの場合はセル状パターン状のSJ構造の適用が問題なく適用できるので、特に半導体チップ外周部の漏れ電流が増大することはなく、対策は不要である。
An
次にCMP(Chemical Mechanical Polishing Machine)により基板表面に成長させたエピタキシャル層を酸化膜4の表面位置まで研磨する。その後、この酸化膜4と同程度の高さのエピタキシャル層をSiエッチャーにより酸化膜厚分だけエッチバックしてp型層5aとする(図2(b))。次に、酸化膜4を除去した後、MOS構造の形成工程に入る。ストライプ状のSJ構造5とMOS構造の平面パターンを相互に直交させるように配置させると、前述のように、SJ構造パターンとMOS構造のパターンとのアライメントは不要となる。半導体チップでMOS構造が形成される活性領域を取り巻く周辺部に配置される耐圧構造領域22を覆うフィールド酸化膜23の形成およびそのパターニングを経て、活性領域に前記フィールド酸化膜をマスクにしてゲート酸化膜10およびゲートポリシリコン11を形成する。次にゲートポリシリコン11をパターニングし、これにセルフアラインさせてイオン注入および熱拡散によりp型ベース領域12を形成する。n型ソース領域13、層間絶縁膜(BPSG)14、ソース電極15ならびにポリイミドなどの表面保護膜16を形成する(図3)。ストライプ状パターンのSJ構造の場合は、ウエハから半導体チップを切り出すための切断領域18にウェットエッチングによりV字溝17を形成する。TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(tetramethyl ammonium hydroxide))などのアルカリ水溶液を80℃に熱し、ウェットエッチングするとシリコン層が異方性エッチングされて(111)面が現われる。ポリイミド膜などの表面保護膜16やアルミニウムからなるソース電極15はエッチングされないので、エッチングマスクとなる。このようにして切断領域18にはV字溝17が形成され、その先端部(底部)は低比抵抗n型基板1に到達する深さとする(図4(a))。V字溝17にドーズ量1×1015cm−2のリンイオンを注入し、V字溝17の側壁表面に高濃度n型表面層19を形成する。最後に裏面ドレイン電極20を蒸着により形成してウエハプロセスが終了する(図4(b))。符号21はウエハから半導体チップを切り出す際のダイシングラインである。しかし、本発明において切断領域18に形成されるエッチング溝は、前述のようにV字溝の形成だけに限定されるものではない。RIE(反応性イオンエッチング)による異方性のドライエッチングにより基板表面に対して垂直な側壁を有するU字溝であってもよい。ただし、このRIEによりU字溝を形成する場合は、前述のV字溝の形成に比べて、枚葉設備のために生産性が悪く、設備価格が高く、ガス費が高いなどのため工程コストが高い。ウェットエッチングと比較して側壁に結晶ダメージが入り易く、漏れ電流増大が懸念され、さらに、追加のウェットエッチングを必要とする。U字溝の内面に高不純物濃度のn型表面層を形成するための斜めイオン注入時において、側壁両側に確実に注入するために、少なくとも2回のイオン注入が必要であるなどの追加プロセスや追加プロセスコストが生じるので、ウェットエッチングによるV字溝の形成の方がより好ましいと言える。
Next, the epitaxial layer grown on the substrate surface is polished up to the surface position of the
ゲートオフ状態においてドレイン電極20に正バイアスを印加すると、p型層5aとn型層2が交互に並んだSJ構造5が空乏化する。低バイアスでpn層のSJ構造5が完全空乏化する設計になっているので、p型層5aとn型層2が低比抵抗であるにも関わらず高耐圧が得られる。ところで、ストライプ状のp型層5aの表面は一部でソース電極15に接触しており、また、このストライプ状の平面パターンのp型層5aはチップ最外周部まで伸びている。従って、図9の半導体チップの周辺部の斜視断面図(a)および平面図(b)に示すように、p型層5aは完全空乏化する前段階においてはソース電位を維持する。チップ外周部の切断面に対策を施さない場合、前記図5で説明したように、ドレイン電極20に正バイアスを加えるとチップ外周部の切断面に露出したp型層5aとドレイン電極20間に大きな漏れ電流が流れる。これはウエハから半導体チップをダイシングにより切り出した後のチップ側壁の切断面は表面保護膜16で覆われておらず、また、切断による結晶欠陥が残存しているためである。本実施例1のようにチップ外周部の切断領域18にウェットエッチングによりV字溝17を形成し、イオン注入によりV字溝17の内側の表面層に高濃度n型層19を形成すれば、空乏層がこの高濃度n型層19で停止するために表面保護膜16がV字溝17に無くても、V字溝17側壁表面に到達しない。したがって、側壁表面を通じて流れる漏れ電流を回避ことができる。また、ウェットエッチングにより結晶欠陥領域を除去するので、結晶欠陥に起因して発生する漏れ電流を防ぐことができる。
When a positive bias is applied to the
図6はV字溝を設けた本発明と設けない場合のSJ−MOSFETについて、ドレイン−ソース間電圧とドレイン電流(モレ電流)との関係を比較して示すグラフ図である。図6によれば、V字溝17の形成により、半導体チップの外周部における漏れ電流が大幅に低減されていることが示されている。一方、図7の要部平面図に示すように、SJ構造として、前述のようにストライプ状ではなく、コラム状パターン(またはセル状パターン)のp型層5bをウエハ全面に形成した場合は、活性領域においてソース電極15に接触するp型層5cとチップ外周付近のp型層5bは電気的に分離されている。そのため、半導体チップに切り出す際に、コラム状のp型層5bのところで切断されても、漏れ電流は増大する惧れはないので、実施例1で説明したようなV字溝を形成する必要がない。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the drain-source voltage and the drain current (more current) for the SJ-MOSFET without the V-groove and the SJ-MOSFET without the V-groove. FIG. 6 shows that the formation of the V-shaped
図8はSJ構造のストライプ状パターンに平行に形成されるV字溝17の部分を示す斜視断面図である。
実施例1によれば、SJ構造とMOS構造の正確なアライメントを不要とするためにウエハ全面にストライプSJ構造を形成する製造工程としても、チップ周辺部の切断部に露出するSJ構造に起因する漏れ電流の発生を抑えることができる。また副次的効果としてチップサイズに関係なくSJ構造のパターンがウエハ全面に形成されるので、チップサイズが決まる前にSJ構造を形成したウエハを製造しておくことができる。複雑で工程時間が長くかかるSJ構造を有するウエハの形成をあらかじめ完了させておくことが可能である。製造要求が来てからチップ完成までの製造リードタイムを大幅に削減することができ、製品物量に対する要求に迅速に応えられるようになる。
FIG. 8 is a perspective sectional view showing a portion of the V-shaped
According to the first embodiment, the manufacturing process for forming the stripe SJ structure on the entire surface of the wafer in order to eliminate the need for accurate alignment between the SJ structure and the MOS structure is caused by the SJ structure exposed at the cut portion around the chip. Generation of leakage current can be suppressed. Further, as a secondary effect, a pattern having an SJ structure is formed on the entire surface of the wafer regardless of the chip size. Therefore, a wafer having the SJ structure can be manufactured before the chip size is determined. It is possible to complete in advance the formation of a wafer having an SJ structure that is complicated and takes a long process time. The manufacturing lead time from when the manufacturing request comes to the completion of the chip can be greatly reduced, and the demand for the product quantity can be quickly met.
1 高不純物濃度n型半導体基板
2 n型層
3 ウエハ
4 酸化膜
5 SJ構造
5a p型層
6 トレンチ
10 ゲート酸化膜
11 ゲートポリシリコン
12 p型ベース領域
13 n型ソース領域
14 層間絶縁膜
15 ソース電極
16 表面保護膜
17 V字溝
18 切断領域
19 n型表面層
20 ドレイン電極
21 ダイシングライン
22 耐圧構造領域
23 フィールド酸化膜。
1 high impurity concentration n-type semiconductor substrate 2 n-
Claims (9)
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the etching is anisotropic etching by RIE etching.
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