JP2011165771A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】まず、デバイス基板101の裏面と、熱酸化膜103が形成された支持基板102のおもて面とを、熱酸化膜103を介して貼り合せる。ついで、熱処理によって、デバイス基板101と熱酸化膜103との界面の化学結合を促進させる。ついで、デバイス基板101のおもて面に、おもて面素子構造を形成する。ついで、支持基板102の裏面側の外周に沿ってリブ22を形成して補強部とし、支持基板102の裏面の中央部21のみを薄くする。このとき、支持基板102を貫通し、デバイス基板101に達するまで除去して、デバイス基板101を所望の厚さにする。これにより、支持基板102の裏面側に、デバイス基板101の裏面が露出する。ついで、支持基板102の裏面側に露出するデバイス基板101の裏面に、裏面素子構造を形成する。
【選択図】図4
Description
図1〜図5は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。例えばトレンチ構造のフィールドストップ(FS)型IGBTの製造方法について説明する。まず、図1に示すように、デバイス基板(第1基板)101と、支持基板(第2基板)102を準備する。ついで、デバイス基板101の裏面(第1主面)を、おもて面(第2主面)と同様に鏡面研磨する(図示省略)。また、支持基板102のおもて面(第1主面)を鏡面研磨する(図示省略)。支持基板102の裏面(第2主面)を、おもて面と同様に鏡面研磨してもよい(以下、鏡面研磨工程とする)。
図6〜図8は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態1において、貼り合せ基板にリブ構造を形成する前に、支持基板102の裏面全体を一様に除去し、支持基板102の厚さを薄くしてもよい。
図9は、実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態1において、支持基板102のおもて面ではなく、デバイス基板101の裏面に熱酸化膜103を形成してもよい。
図10〜図17は、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。デバイス基板101と支持基板102との間に熱酸化膜103を設けずに、デバイス基板101と支持基板102とを直に貼り合せてもよい。
図18〜図23は、実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態1において、予め裏面素子構造のみが形成されたデバイス基板101を用いてもよい。
図24は、実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態5の除去工程において、支持基板102の裏面の中央部24を完全に除去するとともに、貼り合せ基板の支持基板102側に露出する熱酸化膜103を薄くするように除去してもよい。
図25は、実施の形態7にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態5において、支持基板102のおもて面ではなく、デバイス基板104の裏面に熱酸化膜103を形成してもよい。
図26〜図30は、実施の形態8にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態5において、支持基板102のおもて面に形成する熱酸化膜を、アモルファス構造または多結晶構造のシリコン膜を熱酸化することで形成された熱酸化膜105としてもよい。
図31は、実施の形態9にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態9において、支持基板102のおもて面ではなく、デバイス基板104の裏面に、アモルファス構造または多結晶構造のシリコン膜を熱酸化することで形成された熱酸化膜105を形成してもよい。
図32は、フィールドストップ型IGBTの各領域の形成条件について示す図である。また、図33は、フィールドストップ型IGBTの電気的特性について示す特性図である。実施の形態1〜4にかかる半導体装置の製造方法によって作製した各試料の電気的特性について検証した。次に示すように、試料として、6通りの製造方法で作製されたFS型IGBTを準備した。実施の形態1に従い、FS型IGBTを作製した(以下、第1実施例とする)。実施の形態2に従い、FS型IGBTを作製した(以下、第2実施例とする)。実施の形態3に従い、除去工程の異なる2通りのFS型IGBTを作製した(以下、第3,4実施例とする)。第4実施例は、第2基板薄化工程を行っている。また、第1実施例〜第4実施例では、パイロジェニック酸化法を用いて、熱酸化膜103を形成している。熱酸化膜103の厚さを、0.5μmとした。実施の形態4に従い、除去工程の異なる2通りのFS型IGBTを作製した(以下、第5,6実施例とする)。第6実施例は、第2基板薄化工程を行っている。
図34は、フィールドストップ型IGBTの電気的特性について示す特性図である。実施の形態5〜7にかかる半導体装置の製造方法によって作製した各試料の電気的特性について検証した。実施の形態5に従い、FS型IGBTを作製した(以下、第7実施例とする)。第7実施例では、除去工程において支持基板102の裏面の中央部24の厚みを薄くするように除去し、その一部を一様に残している。実施の形態6に従い、FS型IGBTを作製した(以下、第8実施例とする)。第8実施例では、除去工程において熱酸化膜103の厚みを薄くするように除去している。実施の形態7に従い、デバイス基板104のp+コレクタ層1の表面に形成される熱酸化膜103の形成方法、および除去工程の異なる4通りのFS型IGBTを作製した(以下、第9〜第12実施例とする)。第9,11実施例では、除去工程において支持基板102の裏面の中央部24の厚みを薄くするように除去し、その一部を一様に残している。第10,12実施例では、熱酸化膜103の厚みを薄くするように除去している。また、第9,10実施例では、p+コレクタ層1を形成した後に、p+コレクタ層1の表面に熱酸化膜103を形成した。第11,12実施例では、p+コレクタ層1と同時に熱酸化膜103を形成した。
図35は、フィールドストップ型IGBTの電気的特性について示す特性図である。実施の形態8,9にかかる半導体装置の製造方法によって作製した各試料の電気的特性について検証した。実施の形態8に従い、FS型IGBTを作製した(以下、第13実施例とする)。実施の形態9に従い、FS型IGBTを作製した(以下、第14実施例とする)。各試料は、8インチのシリコンウェハを用いて、それぞれ50枚ずつ作製している。
21 支持基板の裏面の中央部
22 リブ
100 おもて面素子構造部
101 デバイス基板
102 支持基板
103 熱酸化膜
Claims (20)
- 第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の第1主面と、第1主面に酸化膜を有する第2基板の当該第1主面とを、当該酸化膜を介して貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第1基板と前記酸化膜との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
前記おもて面素子構造形成工程の後、前記第2基板の第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板を貫通し前記第1基板に達するまで除去する除去工程と、
前記除去工程によって露出された前記第1基板の前記第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記おもて面素子構造形成工程の後、前記除去工程の前に、前記第2基板を第2主面側から、当該第2基板の厚さを一様に薄くする第2基板薄化工程をさらに含み、
前記除去工程では、薄化された前記第2基板の前記第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板を貫通し前記第1基板に達するまで除去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。 - 第1主面に酸化膜を有し、第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の当該第1主面と、第2基板の第1主面とを、当該酸化膜を介して貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第2基板と前記酸化膜との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
前記おもて面素子構造形成工程の後、前記第2基板の第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板を貫通し前記第1基板に達するまで除去する除去工程と、
前記除去工程によって露出された前記第1基板の前記第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記おもて面素子構造形成工程の後、前記除去工程の前に、前記第2基板を第2主面側から、当該第2基板の厚さを一様に薄くする第2基板薄化工程をさらに含み、
前記除去工程では、薄化された前記第2基板の前記第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板を貫通し前記第1基板に達するまで除去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。 - 第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の第1主面と、第2基板の第1主面とを貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第1基板と前記第2基板との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
前記おもて面素子構造形成工程の後、前記第2基板の第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板を貫通し前記第1基板に達するまで除去する除去工程と、
前記除去工程によって露出された前記第1基板の前記第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記おもて面素子構造形成工程の後、前記除去工程の前に、前記第2基板を第2主面側から、当該第2基板の厚さを一様に薄くする第2基板薄化工程をさらに含み、
前記除去工程では、薄化された前記第2基板の前記第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板を貫通し前記第1基板に達するまで除去することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
前記第1基板の前記裏面素子構造が形成された前記第1主面と、第1主面に酸化膜を有する第2基板の当該第1主面とを、当該酸化膜を介して貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第1基板と前記酸化膜との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
前記第1基板の前記裏面素子構造の表面に酸化膜が形成された前記第1主面と、第2基板の第1主面とを、当該酸化膜を介して貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第2基板と前記酸化膜との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 裏面素子構造形成工程では、前記第1基板の前記第1主面に、前記裏面素子構造を形成する熱拡散によって前記酸化膜が形成されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記おもて面素子構造形成工程の後、前記第2基板の第2主面の外周端部を残し、当該第2基板の当該第2主面の中央部を、当該第2基板の当該第2主面側から除去する除去工程と、
前記第2基板の前記第2主面の前記中央部に、前記第1基板の前記第1主面を露出する露出工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項7〜9のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記除去工程では、前記第2基板の前記第2主面側から、当該第2基板の当該第2主面の前記中央部の厚みを薄くするように除去し、
前記露出工程では、前記除去工程で残した前記第2基板の前記第2主面の前記中央部と、前記酸化膜とを除去して、前記第1基板の前記第1主面を露出することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記除去工程では、前記第2基板の前記第2主面の前記中央部を貫通し、かつ当該第2基板の当該第2主面の当該中央部に露出する前記酸化膜の厚みを薄くするように除去し、
前記露出工程では、前記除去工程で残した前記第2基板の前記第2主面の前記中央部に露出する前記酸化膜を除去して、前記第1基板の前記第1主面を露出することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
第2基板の第1主面に、アモルファス構造または多結晶構造のシリコン膜を形成し、当該シリコン膜を酸化性雰囲気中で熱処理することによって酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記第1基板の前記裏面素子構造が形成された前記第1主面と、前記第2基板の前記第1主面とを、前記酸化膜を介して貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第1基板と前記酸化膜との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の第1半導体領域となる第1基板の第1主面に、裏面素子構造を形成する裏面素子構造形成工程と、
前記第1基板の前記第1主面の前記裏面素子構造の表面に、アモルファス構造または多結晶構造のシリコン膜を形成し、当該シリコン膜を酸化性雰囲気中で熱処理することによって酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記第1基板の前記裏面素子構造が形成された前記第1主面と、前記第2基板の前記第1主面とを、前記酸化膜を介して貼り合せる貼り合せ工程と、
熱処理することによって、前記第2基板と前記酸化膜との界面の化学結合を促進する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、前記第1基板の第2主面に、おもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1基板の第2主面に、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
少なくとも前記第1基板と前記第2基板との間の前記酸化膜をエッチング液に浸し、当該酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項13または14に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化膜除去工程では、弗酸系のエッチング液を用いることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化膜形成工程では、CVD法によって前記シリコン膜を形成することを特徴とする請求項13〜16のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記熱処理工程の後、前記おもて面素子構造形成工程の前に、前記第1基板を前記第2主面側から除去し、当該第1基板を前記第1半導体領域の厚さに応じて薄くする第1基板薄化工程をさらに含むことを特徴とする請求項7〜17のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- おもて面素子構造形成工程では、おもて面素子構造として、少なくとも第2導電型の第2半導体領域および第1導電型の第3半導体領域を形成することを特徴とする請求項1〜18のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記裏面素子構造形成工程では、裏面素子構造として少なくとも第1導電型の第4半導体領域および第2導電型の第5半導体領域を形成することを特徴とする請求項1〜19のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
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