JP2010171259A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010171259A JP2010171259A JP2009013261A JP2009013261A JP2010171259A JP 2010171259 A JP2010171259 A JP 2010171259A JP 2009013261 A JP2009013261 A JP 2009013261A JP 2009013261 A JP2009013261 A JP 2009013261A JP 2010171259 A JP2010171259 A JP 2010171259A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- element structure
- surface side
- semiconductor substrate
- side element
- layer
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
【課題】 上面側素子構造と下面側素子構造を高い位置精度で形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体基板100の上面側から半導体基板の選択した平面範囲内にイオンを注入することによって、半導体基板100内にイオン注入領域112を形成するイオン注入工程と、半導体基板100に上面側素子構造22、24、24a、30、32、34、42、62を形成する上面側素子構造形成工程と、イオン注入領域112を利用して、半導体基板に下面側素子構造28、48を形成する下面側素子構造形成工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】図8
【解決手段】 半導体基板100の上面側から半導体基板の選択した平面範囲内にイオンを注入することによって、半導体基板100内にイオン注入領域112を形成するイオン注入工程と、半導体基板100に上面側素子構造22、24、24a、30、32、34、42、62を形成する上面側素子構造形成工程と、イオン注入領域112を利用して、半導体基板に下面側素子構造28、48を形成する下面側素子構造形成工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】図8
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
半導体基板の下面部に複数の半導体層が形成されている半導体装置が知られている。例えば、特許文献1には、IGBTとダイオードが1つの半導体基板に形成されている半導体装置が開示されている。この半導体装置では、半導体基板の上面部に、IGBTの一部(エミッタ領域、ボディ領域、及び、ゲート電極等)とダイオードのp型領域が形成されている。また、半導体基板の下面部には、IGBTのp+型領域とダイオードのn+型領域が形成されている。以下では、半導体基板の上面部に形成されている半導体素子の構造(特許文献1の例では、IGBTのエミッタ領域、ボディ領域、ゲート電極等と、ダイオードのp型領域)を上面側素子構造といい、半導体基板の下面部に形成されている半導体素子の構造(特許文献1の例では、IGBTのp+型領域とダイオードのn+型領域)を下面側素子構造という。
このような半導体装置を製造する際には、上面側素子構造と下面側素子構造との間の相対位置(半導体基板の表面に対して平行な方向における相対位置)にずれが生じないように、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて(すなわち、設計通りの相対位置関係となるように)形成する必要がある。上面側素子構造と下面側素子構造の間に位置ずれが生じると、半導体装置の特性が意図した特性とならない。
特許文献1では、以下のようにして半導体装置を製造する。まず、半導体基板に、上面側素子構造を形成する。このとき、半導体基板の上面にアライメント用凸部も形成する。次に、半導体基板の下面にイオン注入等を行う。次に、半導体基板の下面部を選択的にレーザアニールする。これによって、半導体基板の下面部が、p+型領域とn+型領域に作り分けられる(すなわち、下面側素子構造が形成される)。レーザアニールの際には、半導体基板の上面がステージと接触するように、半導体基板をステージ上に載置する。このとき、上面に形成されているアライメント用の凸部は、ステージに形成されている貫通孔を通してカメラで撮影できるようになっている。半導体基板を載置したら、上面に形成されているアライメント用凸部をカメラで撮影して、半導体基板の基準位置あわせを行う。次に、前記基準位置を基準として、下面に対するレーザ照射範囲を選択し、その範囲にレーザを照射する。これによって、上面側素子構造に対応する位置に、下面側素子構造(すなわち、p+型領域とn+型領域)を形成する。
このような半導体装置を製造する際には、上面側素子構造と下面側素子構造との間の相対位置(半導体基板の表面に対して平行な方向における相対位置)にずれが生じないように、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて(すなわち、設計通りの相対位置関係となるように)形成する必要がある。上面側素子構造と下面側素子構造の間に位置ずれが生じると、半導体装置の特性が意図した特性とならない。
特許文献1では、以下のようにして半導体装置を製造する。まず、半導体基板に、上面側素子構造を形成する。このとき、半導体基板の上面にアライメント用凸部も形成する。次に、半導体基板の下面にイオン注入等を行う。次に、半導体基板の下面部を選択的にレーザアニールする。これによって、半導体基板の下面部が、p+型領域とn+型領域に作り分けられる(すなわち、下面側素子構造が形成される)。レーザアニールの際には、半導体基板の上面がステージと接触するように、半導体基板をステージ上に載置する。このとき、上面に形成されているアライメント用の凸部は、ステージに形成されている貫通孔を通してカメラで撮影できるようになっている。半導体基板を載置したら、上面に形成されているアライメント用凸部をカメラで撮影して、半導体基板の基準位置あわせを行う。次に、前記基準位置を基準として、下面に対するレーザ照射範囲を選択し、その範囲にレーザを照射する。これによって、上面側素子構造に対応する位置に、下面側素子構造(すなわち、p+型領域とn+型領域)を形成する。
アライメント用凸部によって基準位置合わせを行ってレーザを照射する際には、レーザの照射範囲として指定した座標と、実際にレーザが照射される目標照射位置との間に誤差が生じる。一般的な半導体装置の製造プロセスでは、レーザを照射する面とアライメント用の凸部が形成されている面が同一面であるので、レーザの目標照射位置とアライメント用凸部との相対位置を画像認識等により検出することで、この誤差を修正することができる。しかしながら、特許文献1の製造方法では、上面に形成されているアライメント用凸部を基準として、下面に対してレーザを照射する。すなわち、アライメント用凸部が形成されている面とレーザを照射する面が異なる。このため、レーザの照射位置の誤差を修正することができない。また、特許文献1の製造方法では、半導体基板の上面をステージに接触させる必要があるため、半導体基板の上面にキズ防止用のシート等を貼り付ける必要がある。上面にシートを貼り付けると、アライメント用凸部の認識精度が低下する。これによっても、レーザの照射位置の誤差が大きくなる。このように、特許文献1の製造方法では、下面に対して正確にレーザを照射することができない。このため、上面側素子構造と下面側素子構造との間の相対位置のずれが大きくなり、意図した特性の半導体装置を製造することが困難であるという問題があった。すなわち、製造する半導体装置の特性ばらつきが大きくなるという問題があった。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、上面側素子構造と下面側素子構造を高い位置精度で形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、イオン注入工程と、上面側素子構造形成工程と、下面側素子構造形成工程を有している。イオン注入工程では、半導体基板の上面側から半導体基板の選択した平面範囲内にイオンを注入することによって、半導体基板内にイオン注入領域を形成する。上面側素子構造形成工程では、半導体基板に上面側素子構造を形成する。下面側素子構造形成工程では、イオン注入領域を利用して、半導体基板に下面側素子構造を形成する。
なお、「選択した平面範囲内にイオンを注入する」とは、半導体基板の表面と平行な方向における一定の範囲内にイオンを注入することを意味する。例えば、半導体基板の上面にマスクを形成し、そのマスク越しに半導体基板にイオンを注入する場合には、マスクを形成する範囲を選択することがイオンを注入する平面範囲を選択することに相当する。
また、上面側素子構造形成工程は、イオン注入工程より先に実施してもよいし、イオン注入工程後であって下面側素子構造形成工程前に実施してもよいし、下面側素子構造形成工程後に実施してもよい。
また、上面側素子構造形成工程は、イオン注入工程より先に実施してもよいし、イオン注入工程後であって下面側素子構造形成工程前に実施してもよいし、下面側素子構造形成工程後に実施してもよい。
この製造方法においては、イオン注入工程と上面側素子構造形成工程の何れもが、半導体基板の上面側から半導体基板に加工を施す工程である。したがって、イオン注入領域と上面側素子構造を正確な相対位置関係で形成することができる。また、下面側素子構造形成工程では、イオン注入領域を利用して下面側素子構造を形成するので、下面側素子構造を上面側素子構造に対して正確な相対位置に形成することができる。この製造方法によれば、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
上述した製造方法は、第1半導体層を有する半導体基板を用いて実施することができる。この場合、以下のように、各工程を実施することができる。すなわち、イオン注入工程では、半導体基板の第1半導体層の上端より下側であるとともに第1半導体層の上端を含まない深さ範囲内に酸化イオンを注入することによって、その注入範囲に酸化膜を形成すると同時に、半導体基板の上面にアライメントマークを形成する。上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する。下面側素子構造形成工程では、半導体基板の下面側から第1半導体層にイオンを注入することによって、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層内に第2半導体層を形成する。そして、下面側素子構造形成工程後に、少なくとも酸化膜を含む半導体基板の下側の層を除去することによって、半導体基板の下面に第1半導体層と第2半導体層を露出させる下面側素子構造露出工程を実施する。
なお、「第1半導体層を有する半導体基板」とは、第1半導体層のみからなる半導体基板であってもよいし、第1半導体層の上部や下部に他の層が形成されている半導体基板であってもよい。
また、この製造方法においては、上面側素子構造形成工程は、イオン注入工程後であって下面側素子構造形成工程前に実施してもよいし、下面側素子構造形成工程後であって下面側素子構造露出工程前に実施してもよいし、下面側素子構造露出工程後に実施してもよい。
また、下面側素子構造形成工程では、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層の深さ方向全体に第2半導体層を形成してもよいし、深さ方向の一部の範囲内に第2半導体層を形成してもよい。
また、下面側半導体層露出工程では、第1半導体層の下側に酸化膜のみが存在している場合には酸化膜のみを除去し、第1半導体層の下側に酸化膜以外の層も存在している場合にはその下側の層全体を除去する。
また、この製造方法においては、上面側素子構造形成工程は、イオン注入工程後であって下面側素子構造形成工程前に実施してもよいし、下面側素子構造形成工程後であって下面側素子構造露出工程前に実施してもよいし、下面側素子構造露出工程後に実施してもよい。
また、下面側素子構造形成工程では、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層の深さ方向全体に第2半導体層を形成してもよいし、深さ方向の一部の範囲内に第2半導体層を形成してもよい。
また、下面側半導体層露出工程では、第1半導体層の下側に酸化膜のみが存在している場合には酸化膜のみを除去し、第1半導体層の下側に酸化膜以外の層も存在している場合にはその下側の層全体を除去する。
この製造方法では、イオン注入工程において酸化イオンを注入することによって、第1半導体層の上端より下側であるとともに第1半導体層の上端を含まない深さ範囲内に酸化膜を形成する。また、イオン注入工程では、酸化膜とともに、半導体基板の上面にアライメントマークを形成する。例えば、酸化膜形成時の膨張によって半導体基板の上面に段差状のアライメントマークを形成することができる。また、半導体基板の上面近傍にも酸化イオンを注入することで、半導体基板の上面に酸化物からなるアライメントマークを形成することもできる。このように、酸化膜とアライメントマークを同時に形成することで、アライメントマークと酸化膜を正確な相対位置関係で形成することができる。下面側素子構造形成工程では、半導体基板の下面側から第1半導体層にイオンを注入する。このとき、酸化膜がマスクとなるので、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層内に第2半導体層が形成される。このため、第2半導体層を、酸化膜に対して正確な相対位置に形成することができる。すなわち、第2半導体層は、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。第2半導体層を形成した後に、下面側素子構造露出工程を実施することで、第1半導体層と第2半導体層(すなわち、下面側素子構造)が半導体基板の下面に露出する。また、上面側素子構造形成工程では、上面に形成されているアライメントマークを基準として位置決めして上面側素子構造を形成するので、上面側素子構造はアライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。このように、上面側素子構造と下面側素子構造の双方が同一のアライメントマークに対して正確な相対位置に形成されるので、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応する位置に形成することができる。
上述した第1半導体層を有する半導体基板を用いた製造方法は、以下のように実施することもできる。すなわち、イオン注入形成工程後、かつ、上面側素子構造形成工程前に、半導体基板上に第3半導体層を成長させる第3半導体層成長工程を実施し、上面側素子構造形成工程では、第3半導体層の上面に現れているアライメントマークに倣った形状を基準として位置決めして、第3半導体層に上面側素子構造を形成する。
この製造方法では、イオン注入後に半導体基板上に第3半導体層が成長される。この際、成長させる第3半導体層の上面にアライメントマークに倣った形状が現れる。例えば、イオン注入工程で形成されるアライメントマークが段差状のアライメントマークであれば、その段差の上に成長される第3半導体層にも段差が形成される。また、イオン注入工程で形成されるアライメントマークが酸化物であれば、酸化物上に第3半導体層が成長しない方法で第3半導体層を成長させることで、第3半導体層の上面に凹部が形成される。このように、第3半導体層の上面には、アライメントマークに倣った形状が現れる。上面側素子構造形成工程では、このアライメントマークに倣った形状を基準として位置決めして上面側素子構造を形成することができる。アライメントマークに倣った形状を基準として位置決めすることは、アライメントマークを基準として位置決めしているに等しい。したがって、上面側素子構造をアライメントマークに対して正確な相対位置に形成することができる。すなわち、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。また、この製造方法では、イオン注入後に半導体基板上に第3半導体層を成長させる。このため、第3半導体層にイオン注入時のダメージ(結晶欠陥等)が残らない。その第3半導体層の上面に上面側素子構造を形成するので、品質の高い半導体装置を製造することができる。
上述した第1半導体層を有する半導体基板を用いた製造方法は、イオン注入工程において、酸化膜の形成による体積膨張によって半導体基板の上面に段差形状のアライメントマークが形成される構成とすることができる。
また、上述した第3半導体層を成長させる製造方法は、以下のように実施することもできる。イオン注入工程では、半導体基板の上面を含む範囲にも酸化イオンを注入することによって、半導体基板の上面に酸化物からなるアライメントマークを形成する。第3半導体層形成工程では、酸化物上に半導体層が成長しない方法によって第3半導体層を成長させる。上面側素子構造形成工程では、アライメントマーク上の第3半導体層が形成されていない領域(第3半導体層の上面の凹部)を基準として位置決めして、第3半導体層に上面側素子構造を形成する。
また、上述した製造方法は、上面にアライメントマークが形成されている半導体基板を用いて実施することもできる。この場合、以下のように各工程を実施することができる。イオン注入工程では、アライメントマークを基準として平面範囲を選択して、半導体基板にイオンを注入する。上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する。
この製造方法では、イオン注入工程と上面側素子構造形成工程の双方が、半導体基板の上面に形成されているアライメントマークを基準として位置決めして行われる。したがって、イオン注入領域と上面側素子構造を正確な相対位置で形成することができる。下面側素子構造はイオン注入領域を利用して形成されるので、下面側素子構造は上面側素子構造に対して正確な相対位置に形成される。
上述したアライメントマークが形成されている半導体基板を用いた製造方法は、以下のように実施することができる。この製造方法では、アライメントマークが形成されているとともに、第1半導体層を有している半導体基板を用いる。イオン注入工程では、半導体基板の第1半導体層の上端より下側であるとともに第1半導体層の上端を含まない深さ範囲内に酸化イオンを注入することによって、その注入範囲に酸化膜を形成する。上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する。下面側素子構造形成工程では、半導体基板の下面側から第1半導体層にイオンを注入することによって、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層内に第2半導体層を形成する。下面側素子構造形成工程後に、少なくとも酸化膜を含む半導体基板の下側の層を除去することによって、半導体基板の下面に第1半導体層と第2半導体層を露出させる下面側素子構造露出工程を実施する。
なお、この製造方法においては、上面側素子構造形成工程は、イオン注入工程より前に実施してもよいし、イオン注入工程後であって下面側素子構造形成工程前に実施してもよいし、下面側素子構造形成工程後であって下面側素子構造露出工程前に実施してもよいし、下面側素子構造露出工程後に実施してもよい。
この製造方法では、アライメントマークを基準として選択した平面範囲内への酸化イオン注入によって、酸化膜が形成される。すなわち、酸化膜はアライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。したがって、第2半導体層も、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。また、上面側半導体素子構造も、アライメントマークを基準として位置決めして形成されるので、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。すなわち、この製造方法によれば、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応する位置に形成することができる。
アライメントマークが形成されている半導体基板を用いた製造方法は、以下のように実施することができる。すなわち、イオン注入形成工程後、かつ、上面側素子構造形成工程前に、半導体基板上に第3半導体層を成長させる第3半導体層成長工程を実施する。そして、上面側素子構造形成工程では、第3半導体層の上面に現れているアライメントマークに倣った形状を基準として位置決めして、第3半導体層に上面側素子構造を形成する。
なお、アライメントマークを例えば凸形状や凹形状とすることで、成長される第3半導体層の上面にアライメントマークに倣った形状が現れる。
この製造方法によれば、イオン注入によるダメージを受けていない第3半導体層に上面側素子構造を形成することができる。したがって、品質の高い半導体装置を製造することができる。
なお、アライメントマークを例えば凸形状や凹形状とすることで、成長される第3半導体層の上面にアライメントマークに倣った形状が現れる。
この製造方法によれば、イオン注入によるダメージを受けていない第3半導体層に上面側素子構造を形成することができる。したがって、品質の高い半導体装置を製造することができる。
上述したアライメントマークが形成されている半導体基板を用いた製造方法は、以下のように実施することができる。この製造方法では、アライメントマークが形成されているとともに、下面に露出する範囲に第1半導体層が形成されており、第1半導体層の上側に隣接する範囲に第2半導体層が形成されている半導体基板を用いる。イオン注入工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板の上面に半導体基板の上面に接する側が広がっているテーパ形状の側面を有するマスクを形成する工程と、マスクの上面を通過したイオンが第2半導体層内に注入され、マスクを通過しないイオンが半導体基板を貫通する強度でマスク越しに半導体基板にイオンを注入する工程を実施することによって、イオンが注入された領域にその領域外の半導体層に対するエッチング選択比を有する分離領域を形成する。下面側素子構造形成工程では、分離領域をエッチングにより除去することによって、半導体基板の下面に第2半導体層を露出させる。上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する。
この製造方法では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板の上面にテーパ形状の側面を有するマスクを形成する。マスクは、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。また、イオン注入時には、マスクの上面を通過したイオンが第2半導体層内に注入され、マスクを通過しないイオンが半導体基板を貫通する強度で、マスク越しに半導体基板にイオンを注入する。このとき、マスクの側面がテーパ形状であるので、側面を通過したイオンの注入深さ(停止深さ)が、第2半導体層から半導体基板の下面に跨って分布する。このため、マスクの上面に対応する範囲では第2半導体層内に分離領域が形成され、マスクの側面に対応する範囲では、第2半導体層から半導体基板の下面に跨って分離領域が形成される。マスクがアライメントマークに対して正確な相対位置に形成されているので、分離領域もアライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。その後、分離領域をエッチングで除去することによって、分離領域に囲まれた部分が半導体基板から分離され、半導体基板の下面に第2半導体層が露出する。すなわち、下面の一部で第2半導体層が露出しており、下面の他部で第1半導体層が露出している構造(下面側素子構造)が形成される。上記のように、分離領域がアライメントマークに対して正確な相対位置に形成されているので、下面側素子構造もアライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。また、上面側素子構造は、アライメントマークを基準として位置決めして形成されるので、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。すなわち、この製造方法によれば、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
この製造方法では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板の上面にテーパ形状の側面を有するマスクを形成する。マスクは、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。また、イオン注入時には、マスクの上面を通過したイオンが第2半導体層内に注入され、マスクを通過しないイオンが半導体基板を貫通する強度で、マスク越しに半導体基板にイオンを注入する。このとき、マスクの側面がテーパ形状であるので、側面を通過したイオンの注入深さ(停止深さ)が、第2半導体層から半導体基板の下面に跨って分布する。このため、マスクの上面に対応する範囲では第2半導体層内に分離領域が形成され、マスクの側面に対応する範囲では、第2半導体層から半導体基板の下面に跨って分離領域が形成される。マスクがアライメントマークに対して正確な相対位置に形成されているので、分離領域もアライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。その後、分離領域をエッチングで除去することによって、分離領域に囲まれた部分が半導体基板から分離され、半導体基板の下面に第2半導体層が露出する。すなわち、下面の一部で第2半導体層が露出しており、下面の他部で第1半導体層が露出している構造(下面側素子構造)が形成される。上記のように、分離領域がアライメントマークに対して正確な相対位置に形成されているので、下面側素子構造もアライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。また、上面側素子構造は、アライメントマークを基準として位置決めして形成されるので、アライメントマークに対して正確な相対位置に形成される。すなわち、この製造方法によれば、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
上述したアライメントマークが形成されている半導体基板を用いた製造方法は、以下のように実施することもできる。この製造方法では、アライメントマークが形成されているとともに、下面に露出する範囲に第1半導体層が形成されており、第1半導体層の上側に隣接する範囲に第2半導体層が形成されている半導体基板を用いる。イオン注入工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板の上面に半導体基板の上面に接する側が広がっているテーパ形状の側面を有するマスクを形成する工程と、マスクの上面を通過したイオンが第2半導体層内に注入され、マスクを通過しないイオンが半導体基板を貫通する強度でマスク越しに半導体基板にイオンを注入する工程を実施することによって、イオンが注入された領域にマイクロバブルを有する分離領域を形成する。下面側素子構造形成工程では、半導体基板を熱処理することによって、分離領域に囲まれた部分を半導体基板から分離し、半導体基板の下面に第2半導体層を露出させる。上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する。
この製造方法では、イオン注入工程において、マイクロバブルを有する分離領域を形成する。例えば、水素イオンや希ガスイオン等を半導体基板に注入すると、注入した物質が半導体基板内で凝集して、マイクロバブルと呼ばれる微小な空孔が多数形成される。イオン注入工程を実施することで、マスクの上面に対応する範囲では第2半導体層内に分離領域が形成され、マスクの側面に対応する範囲では、第2半導体層から半導体基板の下面に跨って分離領域が形成される。下面側素子構造形成工程では、半導体基板を熱処理する。すると、マイクロバブル(すなわち、水素や希ガス等)が熱膨張して、分離領域に囲まれた部分が分離領域を境界として半導体基板から分離される。これによって、半導体基板の下面に第2半導体層が露出する。すなわち、下面の一部で第2半導体層が露出しており、下面の他部で第1半導体層が露出している構造(下面側素子構造)が形成される。この製造方法によれば、上面側素子構造と下面側素子構造の双方がアライメントマークを基準として位置決めして形成されるので、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
この製造方法では、イオン注入工程において、マイクロバブルを有する分離領域を形成する。例えば、水素イオンや希ガスイオン等を半導体基板に注入すると、注入した物質が半導体基板内で凝集して、マイクロバブルと呼ばれる微小な空孔が多数形成される。イオン注入工程を実施することで、マスクの上面に対応する範囲では第2半導体層内に分離領域が形成され、マスクの側面に対応する範囲では、第2半導体層から半導体基板の下面に跨って分離領域が形成される。下面側素子構造形成工程では、半導体基板を熱処理する。すると、マイクロバブル(すなわち、水素や希ガス等)が熱膨張して、分離領域に囲まれた部分が分離領域を境界として半導体基板から分離される。これによって、半導体基板の下面に第2半導体層が露出する。すなわち、下面の一部で第2半導体層が露出しており、下面の他部で第1半導体層が露出している構造(下面側素子構造)が形成される。この製造方法によれば、上面側素子構造と下面側素子構造の双方がアライメントマークを基準として位置決めして形成されるので、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
上述した本発明の製造方法の何れによっても、高い相対位置精度で上面側素子構造と下面側素子構造が形成されている半導体装置を製造することができる。
第1実施例に係る半導体装置の製造方法について説明する。図1は、第1実施例の製造方法により製造されるIGBT−ダイオード一体型の半導体装置10の断面図を示している。図1に示すように、半導体装置10は、主にシリコンからなる半導体基板12と、半導体基板12の表面に形成されている絶縁膜、金属配線等によって構成されている。半導体基板12には、IGBT領域20とダイオード領域40が形成されている。
IGBT領域20の半導体基板12の上面12aには、複数のトレンチ30が形成されている。トレンチ30の壁面には、ゲート絶縁膜32が形成されている。トレンチ30内には、ゲート電極34が形成されている。IGBT領域20の半導体基板12の上面12aに臨む領域には、n型のエミッタ領域22と、p型のボディコンタクト領域24aが選択的に形成されている。エミッタ領域22は、ゲート絶縁膜32と接するように形成されている。ボディコンタクト領域24aは、2つのエミッタ領域22の間に形成されている。エミッタ領域22とボディコンタクト領域24aの下側には、ボディ層24が形成されている。ボディ層24は、トレンチ30の下端より浅い位置まで形成されている。ボディコンタクト領域24a内のp型不純物濃度は、ボディ層24内のp型不純物濃度よりも高い。ボディ層24の下側には、n型のドリフト層26が形成されている。ドリフト層26は、ボディ層24によってエミッタ領域22から分離されている。IGBT領域20内のドリフト層26の下側(半導体基板12の下面12bに臨む領域)には、p型のコレクタ層28が形成されている。コレクタ層28は、ドリフト層26によってボディ層24から分離されている。IGBT領域20には、エミッタ領域22、ボディコンタクト領域24a、ボディ層24、ドリフト層26、コレクタ層28、及び、ゲート電極34によって、多数のIGBTが形成されている。
ダイオード領域40の半導体基板12の上面12aに臨む領域には、p型のアノード層42が形成されている。アノード層42は、IGBT領域20のボディ層24と同じ深さまで形成されている。アノード層42の下側には、n型のドリフト層26が形成されている。ダイオード領域40内のドリフト層26の厚さは、IGBT領域20内のドリフト層26の厚さと等しい。ダイオード領域40内のドリフト層26の下側(半導体基板12の下面12bに臨む領域)には、ドリフト層26よりn型不純物濃度が高いカソード層48が形成されている。半導体基板12の下面12bは、ダイオード領域40内でIGBT領域20内よりも凹んでいる。このため、ダイオード領域40のカソード層48は、IGBT領域20のコレクタ層28よりも薄い。ダイオード領域40には、アノード層42とドリフト層26とカソード層48によって、多数のダイオードが形成されている。
半導体基板12の下面12bには、全面に亘って下部電極60が形成されている。下部電極60は、コレクタ層28及びカソード層48とオーミック接触している。
半導体基板12の上面12aのうち、トレンチ30の上部には、キャップ絶縁膜62が形成されている。各ゲート電極34は、図示しない位置で半導体基板12上に形成されている電極と接続されている。
半導体基板12の上面12aには、上部電極64が形成されている。上部電極64は、キャップ絶縁膜62を覆うように形成されている。上部電極64は、ゲート電極34から絶縁されている。上部電極64は、エミッタ領域22、ボディコンタクト領域24a及びアノード層42とオーミック接触している。
半導体基板12の上面12aのうち、トレンチ30の上部には、キャップ絶縁膜62が形成されている。各ゲート電極34は、図示しない位置で半導体基板12上に形成されている電極と接続されている。
半導体基板12の上面12aには、上部電極64が形成されている。上部電極64は、キャップ絶縁膜62を覆うように形成されている。上部電極64は、ゲート電極34から絶縁されている。上部電極64は、エミッタ領域22、ボディコンタクト領域24a及びアノード層42とオーミック接触している。
次に、半導体装置10の製造方法について説明する。半導体装置10は、図2に示す半導体ウエハ100から製造される。半導体ウエハ100は、n+層102と、n−層104と、支持層106を備えている。n+層102は、図1のカソード層48と略同じ濃度のn型不純物を含有するシリコン層である。n−層104は、n+層102の上側に薄く形成されており、図1のドリフト層26と略同じ濃度のn型不純物を含有するシリコン層である。支持層106は、n+層102の下側に形成されているシリコン層である。
最初に、図3に示すように、半導体ウエハ100の上面上に、マスク層110を形成する。マスク層110は、IGBT領域20に対応する範囲に形成する。そして、半導体ウエハ100の上面側から半導体ウエハ100に酸素イオンを注入する。マスク層110が形成されている範囲では、マスク層110内で酸素イオンが停止するので、半導体ウエハ100に酸素イオンが注入されない。マスク層110が形成されていない範囲では、酸素イオンが半導体ウエハ100に注入される。本実施例では、半導体ウエハ100に注入される酸素イオンが、n+層102の深さ方向中央部(n+層102の上端と下端を含まない深さ範囲内)で停止するように、酸素イオンの注入強度を調整してイオン注入を行う。
酸素イオンを注入したら、マスク層110を除去する。そして、半導体ウエハ100を熱処理する。すると、注入した酸素イオンがシリコンと反応して、図4に示すように、酸素イオンを注入した範囲に酸化シリコン層112が形成される。酸化シリコン層112が形成される際には体積膨張が生じるので、半導体ウエハ100の上面(すなわち、n−層104の上面)に微小な段差114が形成される。
酸化シリコン層112を形成したら、図5に示すように、半導体ウエハ100上(すなわち、n−層104上)にn−層104と略等しいn型不純物を含有するシリコン層をエピタキシャル成長させる。以下では、n−層104と成長させた層を合わせて、n−層105という。上述したように、n−層104の上面に段差114が形成されているので、成長させたn−層105の上面にも段差114に倣った段差118が形成される。
n−層105を形成したら、図6に示すように、n−層105の上面部に、上面側素子構造(すなわち、図1のエミッタ領域22、ボディコンタクト領域24a、ボディ層24、ゲート電極34、ゲート絶縁膜32、キャップ絶縁膜62、及び、アノード層42)を形成する。上面側素子構造を形成する際には、n−層105の上面の段差118をアライメントマークとして位置決めする。
すなわち、段差118を基準として位置決めして、半導体ウエハ100上(すなわち、n−層105上)に所望のパターンのマスクを形成し、その後、半導体ウエハ100の上面側から半導体ウエハ100にイオンを注入する。この工程を繰り返す(マスクのパターンは随時変更する)ことによって、エミッタ領域22、ボディコンタクト領域24a、ボディ層24、アノード層42を形成する。次に、段差118を基準として位置決めして、半導体ウエハ100上(すなわち、n−層105上)に所望のパターンのマスクを形成し、その後、半導体ウエハ100の上面側からRIE法によるエッチングを行う。これによって、トレンチ30を形成する。次に、熱酸化法等によってゲート絶縁膜32を形成する。次に、CVD法等によって、トレンチ30内にゲート電極34を充填する。次に、CVD法等によって、ゲート電極34上にキャップ絶縁膜62を形成する。以上の工程によって、上面側素子構造が形成される。上面側素子構造の形成後に残存するn−層105が、ドリフト層26となる。
以上のように、この工程では、半導体ウエハ100の上面に形成されている段差118を基準として位置決めして、上面側素子構造を形成する(すなわち、イオン注入時とエッチング時のマスクを形成する)。加工を施す面とアライメントマーク(段差118)が形成されている面が同じ面であるので、上面側素子構造は段差118に対して正確に位置決めして形成することができる。段差118は、酸化シリコン層112の形成に伴って生じる段差である。したがって、上面側素子構造を、酸化シリコン層112に対応する位置に正確に形成することができる。
すなわち、段差118を基準として位置決めして、半導体ウエハ100上(すなわち、n−層105上)に所望のパターンのマスクを形成し、その後、半導体ウエハ100の上面側から半導体ウエハ100にイオンを注入する。この工程を繰り返す(マスクのパターンは随時変更する)ことによって、エミッタ領域22、ボディコンタクト領域24a、ボディ層24、アノード層42を形成する。次に、段差118を基準として位置決めして、半導体ウエハ100上(すなわち、n−層105上)に所望のパターンのマスクを形成し、その後、半導体ウエハ100の上面側からRIE法によるエッチングを行う。これによって、トレンチ30を形成する。次に、熱酸化法等によってゲート絶縁膜32を形成する。次に、CVD法等によって、トレンチ30内にゲート電極34を充填する。次に、CVD法等によって、ゲート電極34上にキャップ絶縁膜62を形成する。以上の工程によって、上面側素子構造が形成される。上面側素子構造の形成後に残存するn−層105が、ドリフト層26となる。
以上のように、この工程では、半導体ウエハ100の上面に形成されている段差118を基準として位置決めして、上面側素子構造を形成する(すなわち、イオン注入時とエッチング時のマスクを形成する)。加工を施す面とアライメントマーク(段差118)が形成されている面が同じ面であるので、上面側素子構造は段差118に対して正確に位置決めして形成することができる。段差118は、酸化シリコン層112の形成に伴って生じる段差である。したがって、上面側素子構造を、酸化シリコン層112に対応する位置に正確に形成することができる。
上面側素子構造を形成したら、半導体ウエハ100の下面を研磨して、支持層106とn+層102の一部を除去する。これによって、図7に示すように、半導体ウエハ100の下面に、n+層102と酸化シリコン層112を露出させる。
半導体ウエハ100の下面を研磨したら、下面側から半導体ウエハ100にボロンイオン(若しくは、砒素イオン)を注入する。酸化シリコン層112が形成されている範囲では、酸化シリコン層112内でボロンイオンが停止するので、n+層102にボロンイオンが注入されない。酸化シリコン層112が形成されていない範囲では、ボロンイオンがn+層102に注入される。本実施例では、酸化シリコン層112が形成されていない範囲に注入されるボロンイオンが、n+層102が形成されている深さ範囲全体に分布するように、ボロンイオンの注入強度を調整してイオン注入を行う。ボロンイオンを注入したら、半導体ウエハ100の下面をレーザアニールにより局所的に加熱する。これによって、注入したボロンイオンが拡散すると共に活性化する。これによって、図8に示すように、酸化シリコン層112に覆われていない範囲のn+層102がp+層(すなわち、図1のコレクタ層28)に変化する。残存したn+層102が、図1のカソード層48となる。
コレクタ層28を形成したら、酸化シリコン層112をエッチングにより除去する。これによって、半導体ウエハ100の下面に、コレクタ層28とカソード層48が露出する。酸化シリコン層112を除去したら、半導体ウエハ100の下面に下部電極60を形成する。また、半導体ウエハ100の上面に、上部電極64を形成する。その後、半導体ウエハ100をダイシングして分割することで、図1に示す半導体装置10が完成する。なお、段差118は非常に微小な段差であるため、図1では段差118の図示を省略している。
以上に説明したように、第1実施例の製造方法では、上面側素子構造を形成する際に、半導体ウエハ100の上面の段差118を基準(アライメントマーク)として位置決めを行う。位置決めの基準とする段差118が形成されている面と上面側素子構造の形成用のマスクを形成する面とが同じ面であるので、上面側素子構造を段差118に対して正確に位置決めして形成することができる。また、段差118は、酸化シリコン層112の形成時に形成される段差114に起因して形成される段差である。したがって、段差118は、酸化シリコン層112の位置を正確に表している。コレクタ層28は、酸化シリコン層112をマスクとするイオン注入によって形成する。このため、コレクタ層28とカソード層48の境界部が、酸化シリコン層112の縁部に沿って形成される。すなわち、コレクタ層28とカソード層48(すなわち、下面側素子構造)は、段差118に対して正確に位置決めして形成される。このように、上面側素子構造と下面側素子構造の双方が段差118に対して正確に位置決めして形成されるので、第1実施例の製造方法では、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
また、第1実施例の製造方法では、酸化シリコン層112の形成に伴って形成される段差118をアライメントマークとして用いるので、別途にアライメントマークを形成する必要がない。このため、効率よく半導体装置を製造することができる。
また、第1実施例の製造方法では、上面側素子構造を形成した後に、コレクタ層28を形成する。すなわち、上面側素子構造の形成工程において実施される高温の熱処理(例えば、ゲート絶縁膜32を形成するための熱処理)の際に、まだコレクタ層28が形成されていない。このため、コレクタ層28が高温に曝されて、コレクタ層28とカソード層48の境界があいまいになったり、その境界が移動することが防止される。このため、上面側素子構造と下面側素子構造をより正確に対応させて形成することができる。
また、第1実施例の製造方法では、酸化シリコン層112の形成に伴って形成される段差118をアライメントマークとして用いるので、別途にアライメントマークを形成する必要がない。このため、効率よく半導体装置を製造することができる。
また、第1実施例の製造方法では、上面側素子構造を形成した後に、コレクタ層28を形成する。すなわち、上面側素子構造の形成工程において実施される高温の熱処理(例えば、ゲート絶縁膜32を形成するための熱処理)の際に、まだコレクタ層28が形成されていない。このため、コレクタ層28が高温に曝されて、コレクタ層28とカソード層48の境界があいまいになったり、その境界が移動することが防止される。このため、上面側素子構造と下面側素子構造をより正確に対応させて形成することができる。
次に、第2実施例の製造方法について説明する。第2実施例の製造方法でも、第1実施例の製造方法と同様に、図2に示す半導体ウエハ100から図1に示す半導体装置10を製造する。
第2実施例の製造方法では、最初に、図9に示すように、半導体ウエハ100の上面にマスク層110を形成する。このとき、マスク層110の一部に、厚さが薄い領域110aを形成しておく。領域110aは、半導体ウエハ100の半導体装置とならない領域の上に形成する。領域110aの厚さは、後の酸素イオン注入工程において、酸素イオンが領域110aを貫通し、半導体ウエハ100の上面近傍に停止する厚さに調整する。
マスク層110を形成したら、第1実施例と同様にして、上面側から半導体ウエハ100に酸素イオンを注入する。マスク層110が形成されている範囲(領域110aを除く)では、酸素イオンがマスク層110内で停止する。また、マスク層110が形成されていない範囲では、第1実施例と同様の位置に酸素イオンが停止する。一方、領域110aでは、酸素イオンがマスク層110を貫通し、半導体ウエハ100の上面近傍に停止する。酸素イオンを注入したら、マスク層110を除去する。その後、半導体ウエハ100を熱処理する。すると、図10に示すように、酸化シリコン層112と共に、半導体ウエハ100の上面に臨む領域(領域110aに対応する範囲)に、酸化シリコン層130(アライメントマーク)が形成される。また、第2実施例の製造方法では、酸素イオンの注入量等を調整することによって、酸化シリコン層112を第1実施例よりも薄く形成する。したがって、半導体ウエハ100には段差がほとんど形成されない。
酸化シリコン層112、130を形成したら、半導体ウエハ100上にn−層をエピタキシャル成長させる。このエピタキシャル成長工程は、原料ガスにシランガスと塩素ガスの混合ガスを用いる方法(いわゆる、選択エピタキシャル成長法)により行う。選択エピタキシャル成長法によると、シリコン層の表面にはエピタキシャル層(シリコン層)が成長するが、酸化シリコン層の表面にはエピタキシャル層が成長しない。したがって、エピタキシャル成長工程を実施すると、図11に示すように、酸化シリコン層130上にシリコン層が形成されず、成長したn−層105に凹部132が形成される。
n−層105を形成したら、凹部132を基準として位置決めして、第1実施例と同様に上面側素子構造を形成する。
上面側素子構造を形成したら、第1実施例と同様にして、半導体ウエハ100の下面を研磨する。そして、第1実施例と同様にして、酸化シリコン層112をマスクとして半導体ウエハ100の下面にボロンイオンを注入し、下面をレーザアニールすることで、コレクタ層28を形成する。コレクタ層28を形成したら、酸化シリコン層112をエッチングして除去する。次いで、上部電極64と下部電極60を形成する。その後、半導体ウエハ100をダイシングにより分割して、図1に示す半導体装置10が完成する。
以上に説明したように、第2実施例の製造方法では、n+層102に酸素イオンを注入する際に、半導体ウエハ100の上面近傍にも酸素イオンを注入する。これによって、半導体ウエハ100の上面に酸化シリコン層130を形成する。酸化シリコン層130は、酸化シリコン層112と同時に形成されるので、酸化シリコン層112の位置と正確に対応している。コレクタ層28は、酸化シリコン層112をマスクとするイオン注入により形成されるので、凹部132に対して正確に位置決めして形成される。また、上面側素子構造は、酸化シリコン層130を底部とした凹部132を基準として正確に位置決めして形成される。このように、上面側素子構造と下面側素子構造の双方が凹部132を基準として正確に位置決めして形成されるので、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応して形成することができる。
また、第2実施例の製造方法では、酸化シリコン層112を薄くすることができる。これによって、半導体ウエハ100内に生じる応力を低減することができる。
また、第2実施例の製造方法では、酸化シリコン層112を薄くすることができる。これによって、半導体ウエハ100内に生じる応力を低減することができる。
次に、第3実施例の製造方法について説明する。第3実施例の製造方法でも、第1実施例の製造方法と同様に、図2に示す半導体ウエハ100から図1に示す半導体装置10を製造する。
第3実施例の製造方法では、エッチング等によって、図12に示すように半導体ウエハ100の上面(n−層104の上面)に、凹部140(アライメントマーク)を形成する。凹部140は、半導体ウエハ100の半導体装置とならない領域に形成する。
凹部140を形成したら、凹部140を基準として位置決めして、半導体ウエハ100の上面にマスク層110を形成する。そして、第1実施例と同様に、酸素イオン注入と熱処理を実施して、酸化シリコン層112を形成する。但し、第3実施例の製造方法では、酸化シリコン層112を第1実施例よりも薄く形成する。したがって、半導体ウエハ100には段差がほとんど形成されない。
酸化シリコン層112を形成したら、第1実施例と同様にして、半導体ウエハ100上にシリコン層をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長により形成されたn−層105の上面には、図13に示すように、凹部140に倣った凹部142が形成される。
n−層105を形成したら、凹部142を基準として位置決めして、第1実施例と同様に半導体ウエハ100に上面側素子構造を形成する。
上面側素子構造を形成したら、第1実施例と同様にして、半導体ウエハ100の下面を研磨する。そして、第1実施例と同様にして、酸化シリコン層112をマスクとして半導体ウエハ100の下面にボロンイオンを注入し、下面をレーザアニールすることで、コレクタ層28を形成する。コレクタ層28を形成したら、酸化シリコン層112をエッチングして除去する。次いで、上部電極64と下部電極60を形成する。その後、半導体ウエハ100をダイシングにより分割して、図1に示す半導体装置10が完成する。
以上に説明したように、第3実施例の製造方法では、最初に半導体ウエハ100の上面に凹部140を形成する。そして、凹部140を基準として位置決めして、マスク層110を形成する。凹部140が形成されている面とマスク層110を形成する面が同一の面であるので、マスク層110は正確に位置決めして形成することができる。そして、そのマスク層110をマスクとした酸素イオン注入によって、酸化シリコン層112を形成し、その酸化シリコン層112をマスクとするイオン注入によりコレクタ層28を形成する。したがって、コレクタ層28を、凹部140に対して正確に位置決めして形成することができる。また、上面側素子構造は、凹部140に倣って形成される凹部142を基準として位置決めして形成される。この位置決めは、凹部140を基準として行っているに等しい。このため、上面側素子構造も、凹部140に対して正確に位置決めして形成される。このように、上面側素子構造と下面側素子構造の双方が凹部140を基準として正確に位置決めして形成されるので、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応して形成することができる。
また、第3実施例の製造方法では、酸化シリコン層112を薄くすることができる。これによって、半導体ウエハ100内に生じる応力を低減することができる。
また、第3実施例の製造方法では、酸化シリコン層112を薄くすることができる。これによって、半導体ウエハ100内に生じる応力を低減することができる。
なお、上述した第1実施例〜第3実施例では、n+層102内に酸化シリコン層112を形成したが(図4、図10、及び、図13参照)、支持層106内に酸化シリコン層112を形成してもよい。支持層106内に酸化シリコン層112を形成しても、酸化シリコン層112をマスクとしたイオン注入によって、コレクタ層28を形成することができる。
次に、第4実施例の製造方法について説明する。第4実施例の製造方法では、図14に示す半導体装置200を製造する。半導体装置200では、ダイオード領域40の両側にIGBT領域20が形成されている。IGBT領域20内の上面側素子構造は、図1の半導体装置10と略等しい。また、この半導体装置200では、ダイオード領域40内の上面側素子構造が、IGBT領域20内の上面側素子構造と同様に形成されている。また、半導体基板12の下面側には、コレクタ層28とn+層202が形成されている。IGBT領域20内では、コレクタ層28が半導体基板12の下面12bに露出している。ダイオード領域40内では、半導体基板12の下面12bに凹部204が形成されており、その凹部204の底部においてn+層202が露出している。n+層202は、IGBT領域20内では、ドリフト層26とコレクタ層28の間に設けられたバッファ層として機能する。また、n+層202は、ダイオード領域40内では、ダイオードのカソード領域として機能する。ダイオード領域40内には、ボディコンタクト領域24aと、ボディ層24と、ドリフト層26と、n+層202(カソード層)によって、ダイオードが形成されている。この半導体装置200では、IGBT領域20とダイオード領域40とで上面側素子構造を作り分けていない。しかしながら、ダイオード領域40の位置(すなわち、凹部204の位置)が意図した位置に形成されていないと、一方のIGBT領域20と他方のIGBT領域20の面積が設計値と異なってしまう。各IGBT領域20の面積が設計値と異なると、コレクタ層28からドリフト層26に注入されるホールの注入効率が意図した値とならず、その結果、IGBTのスイッチング特性やオン電圧が設計値と異なってしまう。すなわち、ダイオード領域40を上面側素子構造と正確に対応させて形成しなければ、IGBTの特性のばらつきを低減することができない。半導体装置200でも、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成する必要がある。
第4実施例の製造方法では、図15に示す半導体ウエハ210から半導体装置200を製造する。半導体ウエハ210の下面に臨む範囲には、コレクタ層28が形成されている。コレクタ層28の上側に隣接する範囲には、n+層202が形成されている。n+層202の上側(半導体ウエハ210の上面に臨む範囲)には、n−層216が形成されている。また、半導体ウエハ210の上面には、凹部218(アライメントマーク)が形成されている。凹部218は、半導体ウエハ210の半導体装置とならない領域に形成されている。
最初に、凹部218を基準として位置決めして、図16に示すように、半導体ウエハ210の上面にマスク層220を形成する。マスク層220は、図1の凹部204に対応する位置に形成する。マスク層220は、上面220aが平坦であり、側面220bがテーパ状(すなわち、マスク層220の幅が上側に向かうほど狭くなるように傾斜した形状)に形成する。
マスク層220を形成したら、上面側から半導体ウエハ210に酸素イオンを注入する。このとき、図16に示すように、マスク層220が形成されていない範囲では、酸素イオンが半導体ウエハ210を貫通し、酸素イオンがマスク層220の上面220aに入射する範囲では、酸素イオンがn+層202内で停止する強度で、酸素イオンを注入する。このとき、マスク層220の側面220bがテーパ状に形成されているので、マスク層220の側面220bに入射した酸素イオンの停止位置が、n+層202内から半導体ウエハ210の下面に跨って分布するようになる。酸素イオンを注入したら、マスク層220を除去し、その後、半導体ウエハ210を熱処理する。すると、注入した酸素とシリコンが反応して、図17に示すように、酸素イオンが注入された範囲内に酸化シリコンからなる分離領域230が形成される。
分離領域230を形成したら、半導体ウエハ210の下部をフッ酸中に浸漬して、分離領域230(酸化シリコン)をエッチングする。これによって、分離領域230を除去する。分離領域230を除去すると、半導体ウエハ210の下面部のうちの分離領域230によって囲まれている部分232が、半導体ウエハ210から分離される。これによって、図18に示すように、半導体ウエハ210の下面に凹部204が形成され、凹部204の底部にn+層202が露出する。
凹部204を形成したら、凹部218を基準として位置決めして、半導体ウエハ210に上面側素子構造を形成する。次いで、上部電極64と下部電極60を形成する。その後、半導体ウエハ210をダイシングにより分割することで、図14に示す半導体装置200が完成する。
以上に説明したように、第4実施例の製造方法では、半導体ウエハ210の上面に形成されている凹部218を基準として位置決めをして、マスク層220を形成する。凹部218が形成されている面とマスク層220を形成する面が同一の面であるので、マスク層220を正確に形成することができる。そして、そのマスク層220をマスクとした酸素イオン注入によって、分離領域230を形成し、その分離領域230をエッチングで除去することによって凹部204(すなわち、下面にn+層202が露出する領域)を形成する。したがって、凹部204を、凹部218に対して正確に位置決めして形成することができる。また、上面側素子構造も、凹部218を基準として位置決めして形成される。このように、上面側素子構造と下面側素子構造の双方が凹部218を基準として正確に位置決めして形成されるので、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応して形成することができる。
次に、第5実施例の製造方法について説明する。第5実施例の製造方法では、第4実施例と同様に、図15に示す半導体ウエハ210から、図14に示す半導体装置200を製造する。
最初に、第4実施例と同様に、図16に示すように、半導体ウエハ210の上面にマスク層220を形成する。マスク層220を形成したら、上面側から半導体ウエハ210に水素イオンを注入する。このとき、第4実施例と同様に、図16に示すように、マスク層220が形成されていない範囲では、水素イオンが半導体ウエハ210を貫通し、水素イオンがマスク層220の上面220aに入射する範囲では、水素イオンがn+層202内で停止する強度で、水素イオンを注入する。このとき、マスク層220の側面220bがテーパ状に形成されているので、マスク層220の側面220bに入射した水素イオンの停止位置が、n+層202内から半導体ウエハ210の下面に跨って分布するようになる。水素イオンが注入された範囲内には、水素によって多数のマイクロバブルが形成される。すなわち、図17に示すように、水素イオンが注入された範囲内に、多数のマイクロバブルが存在する分離領域230が形成される。
分離領域230を形成したら、半導体ウエハ210を熱処理する。熱処理を実施すると、マイクロバブル(すなわち、水素)が熱膨張する。これによって、半導体ウエハ210の下面部のうちの分離領域230によって囲まれている部分232が、分離領域230を境界として、半導体ウエハ210から分離される。これによって、図18に示すように、半導体ウエハ210の下面に凹部204が形成され、凹部204の底部にn+層202が露出する。
凹部204を形成したら、凹部218を基準として位置決めして、半導体ウエハ210に上面側素子構造を形成する。次いで、上部電極64と下部電極60を形成する。その後、半導体ウエハ210をダイシングにより分割することで、図14に示す半導体装置200が完成する。
以上に説明したように、第5実施例の製造方法では、第4実施例の製造方法と同様にして、上面側素子構造と下面側素子構造の双方が凹部218を基準として正確に位置決めして形成される。したがって、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応して形成することができる。
また、第5実施例の製造方法では、質量が小さい水素イオンの注入によって分離領域230を形成する。このため、水素イオン注入時に水素イオンが通過する領域に、結晶欠陥が形成され難い。また、水素イオンの質量が小さいために、低いエネルギーで水素イオンを注入することができる。このため、一般的なイオン注入装置でイオン注入を行うことができる。この製造方法は、汎用性が高い。
また、第5実施例の製造方法では、質量が小さい水素イオンの注入によって分離領域230を形成する。このため、水素イオン注入時に水素イオンが通過する領域に、結晶欠陥が形成され難い。また、水素イオンの質量が小さいために、低いエネルギーで水素イオンを注入することができる。このため、一般的なイオン注入装置でイオン注入を行うことができる。この製造方法は、汎用性が高い。
以上に説明したように、第1実施例〜第5実施例の製造方法では、アライメントマーク(114、130、140、218)と、イオン注入領域(第1実施例〜第3実施例では酸化シリコン層112、第4、第5実施例では分離領域230)を正確な相対位置関係で配置する。より詳細には、第1実施例と第2実施例では、イオン注入によって酸化シリコン層112とアライメントマーク(114、130)を同時に形成することで、これらを正確な相対位置関係で配置する。第3実施例と第4実施例と第5実施例では、アライメントマーク(140、218)を基準として正確に位置決めしてイオン注入領域(酸化シリコン層112または分離領域230)を形成することで、これらを正確な相対位置関係で配置する。そして、形成したイオン注入領域を利用して、下面側素子構造を形成する。また、アライメントマーク(または、アライメントマークに基づいて形成される形状(第1実施例では段差118、第2実施例では凹部132、第3実施例では凹部142:これらはアライメントマークと同一視できる))を基準として、上面側素子構造を形成する。したがって、上面側素子構造と下面側素子構造を正確に対応させて形成することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10:半導体装置
12:半導体基板
20:IGBT領域
22:エミッタ領域
24:ボディ層
24a:ボディコンタクト領域
26:ドリフト層
28:コレクタ層
30:トレンチ
32:ゲート絶縁膜
34:ゲート電極
40:ダイオード領域
42:アノード層
48:カソード層
60:下部電極
62:キャップ絶縁膜
64:上部電極
100:半導体ウエハ
102:n+層
104:n−層
105:n−層
106:支持層
110:マスク層
112:酸化シリコン層
114:段差
118:段差
130:酸化シリコン層
132:凹部
140:凹部
142:凹部
200:半導体装置
202:n+層
204:凹部
210:半導体ウエハ
216:n−層
218:凹部
220:マスク層
230:分離領域
12:半導体基板
20:IGBT領域
22:エミッタ領域
24:ボディ層
24a:ボディコンタクト領域
26:ドリフト層
28:コレクタ層
30:トレンチ
32:ゲート絶縁膜
34:ゲート電極
40:ダイオード領域
42:アノード層
48:カソード層
60:下部電極
62:キャップ絶縁膜
64:上部電極
100:半導体ウエハ
102:n+層
104:n−層
105:n−層
106:支持層
110:マスク層
112:酸化シリコン層
114:段差
118:段差
130:酸化シリコン層
132:凹部
140:凹部
142:凹部
200:半導体装置
202:n+層
204:凹部
210:半導体ウエハ
216:n−層
218:凹部
220:マスク層
230:分離領域
Claims (10)
- 半導体基板の上面側から半導体基板の選択した平面範囲内にイオンを注入することによって、半導体基板内にイオン注入領域を形成するイオン注入工程と、
半導体基板に上面側素子構造を形成する上面側素子構造形成工程と、
イオン注入領域を利用して、半導体基板に下面側素子構造を形成する下面側素子構造形成工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板は、第1半導体層を有しており、
イオン注入工程では、半導体基板の第1半導体層の上端より下側であるとともに第1半導体層の上端を含まない深さ範囲内に酸化イオンを注入することによって、その注入範囲に酸化膜を形成すると同時に、半導体基板の上面にアライメントマークを形成し、
上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成し、
下面側素子構造形成工程では、半導体基板の下面側から第1半導体層にイオンを注入することによって、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層内に第2半導体層を形成し、
下面側素子構造形成工程後に、少なくとも酸化膜を含む半導体基板の下側の層を除去することによって、半導体基板の下面に第1半導体層と第2半導体層を露出させる下面側素子構造露出工程を実施する、
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。 - イオン注入形成工程後、かつ、上面側素子構造形成工程前に、半導体基板上に第3半導体層を成長させる第3半導体層成長工程を実施し、
上面側素子構造形成工程では、第3半導体層の上面に現れているアライメントマークに倣った形状を基準として位置決めして、第3半導体層に上面側素子構造を形成する、
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - イオン注入工程では、酸化膜の形成による体積膨張によって半導体基板の上面に段差形状のアライメントマークが形成されることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置の製造方法。
- イオン注入工程では、半導体基板の上面を含む範囲にも酸化イオンを注入することによって、半導体基板の上面に酸化物からなるアライメントマークを形成し、
第3半導体層形成工程では、酸化物上に半導体層が成長しない方法によって第3半導体層を成長させ、
上面側素子構造形成工程では、アライメントマーク上の第3半導体層が形成されていない領域を基準として位置決めして、第3半導体層に上面側素子構造を形成することを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板の上面にはアライメントマークが形成されており、
イオン注入工程では、アライメントマークを基準として平面範囲を選択して、半導体基板にイオンを注入し、
上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する、
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。 - 半導体基板は、第1半導体層を有しており、
イオン注入工程では、半導体基板の第1半導体層の上端より下側であるとともに第1半導体層の上端を含まない深さ範囲内に酸化イオンを注入することによって、その注入範囲に酸化膜を形成し、
上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成し、
下面側素子構造形成工程では、半導体基板の下面側から第1半導体層にイオンを注入することによって、酸化膜が形成されていない平面範囲内の第1半導体層内に第2半導体層を形成し、
下面側素子構造形成工程後に、少なくとも酸化膜を含む半導体基板の下側の層を除去することによって、半導体基板の下面に第1半導体層と第2半導体層を露出させる下面側素子構造露出工程を実施する、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - イオン注入形成工程後、かつ、上面側素子構造形成工程前に、半導体基板上に第3半導体層を成長させる第3半導体層成長工程を実施し、
上面側素子構造形成工程では、第3半導体層の上面に現れているアライメントマークに倣った形状を基準として位置決めして、第3半導体層に上面側素子構造を形成する、
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板は、下面に露出する範囲に形成されている第1半導体層と、第1半導体層の上側に隣接する範囲に形成されている第2半導体層を有しており、
イオン注入工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板の上面に半導体基板の上面に接する側が広がっているテーパ形状の側面を有するマスクを形成する工程と、マスクの上面を通過したイオンが第2半導体層内に注入され、マスクを通過しないイオンが半導体基板を貫通する強度でマスク越しに半導体基板にイオンを注入する工程を実施することによって、イオンが注入された領域にその領域外の半導体層に対してエッチング選択比を有する分離領域を形成し、
下面側素子構造形成工程では、分離領域をエッチングにより除去することによって、半導体基板の下面に第2半導体層を露出させ、
上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板は、下面に露出する範囲に形成されている第1半導体層と、第1半導体層の上側に隣接する範囲に形成されている第2半導体層を有しており、
イオン注入工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板の上面に半導体基板の上面に接する側が広がっているテーパ形状の側面を有するマスクを形成する工程と、マスクの上面を通過したイオンが第2半導体層内に注入され、マスクを通過しないイオンが半導体基板を貫通する強度でマスク越しに半導体基板にイオンを注入する工程を実施することによって、イオンが注入された領域にマイクロバブルを有する分離領域を形成し、
下面側素子構造形成工程では、半導体基板を熱処理することによって、分離領域に囲まれた部分を半導体基板から分離し、半導体基板の下面に第2半導体層を露出させ、
上面側素子構造形成工程では、アライメントマークを基準として位置決めして、半導体基板に上面側素子構造を形成する、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009013261A JP2010171259A (ja) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009013261A JP2010171259A (ja) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010171259A true JP2010171259A (ja) | 2010-08-05 |
Family
ID=42703088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009013261A Pending JP2010171259A (ja) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010171259A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012033568A (ja) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
CN103441074A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-12-11 | 吴宗宪 | 一种制造集成有二极管的igbt器件的方法 |
JP2014017407A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
2009
- 2009-01-23 JP JP2009013261A patent/JP2010171259A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012033568A (ja) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2014017407A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
CN103441074A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-12-11 | 吴宗宪 | 一种制造集成有二极管的igbt器件的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5560931B2 (ja) | 超接合半導体装置の製造方法 | |
KR101875283B1 (ko) | 반도체 웨이퍼 제조 방법 및 반도체 장치 제조 방법 | |
JP5509543B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
WO2012137412A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2010171259A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
US10411097B2 (en) | Semiconductor component having a doped substrate layer and corresponding methods of manufacturing | |
US11087986B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP5791870B2 (ja) | 半導体装置を製造するための方法 | |
CN111564370A (zh) | 沟槽型功率器件及其制作方法 | |
JP2006229135A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP5464192B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
US20160005843A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2017055046A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP6102171B2 (ja) | 炭化珪素mos型半導体装置の製造方法 | |
JP2013239600A (ja) | 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 | |
JP6951308B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
CN113497135B (zh) | 反向传导绝缘栅双极晶体管的制造方法 | |
JP6861914B1 (ja) | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 | |
JP5382098B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
EP4095888A1 (en) | Semiconductor device having a reduced concentration of carbon vacancies and method for manufacturing a semiconductor device | |
US20230369411A1 (en) | Method of manufacturing silicon carbide substrate, silicon carbide single-crystal substrate and silicon carbide semiconductor device | |
JP5044948B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP6445480B2 (ja) | Soi基板の製造方法 | |
JP2020141105A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP5353036B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 |