JP2014143435A - Semiconductor device - Google Patents

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治雄 中澤
Takahito Harada
孝仁 原田
Fumio Shigeta
文雄 繁田
Kyohei Fukuda
恭平 福田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is able to suppress degradation in semiconductor characteristics, due to stress concentration on a corner part of a recessed part, resulting from solder heat hysteresis, in a semiconductor chip having the recessed part, which is formed from a non-penetration V-shaped groove, in a semiconductor substrate.SOLUTION: The surface of an n-type wafer 1 has a p-type diffusion layer 31 of a grid pattern. The back of the n-type wafer 1 has a grid pattern of the same pitch as the grid pattern on the surface. A V-shaped groove 21b is provided. The V-shaped groove 21b has a bottom face, parallel to the back, from which the p-type diffusion layer 31 is exposed, and tapering side faces 9d extending from the bottom face. The back surrounded by the tapering side faces 9d has a p-type semiconductor layer. A p-type separation layer 4b that conductively connects the p-type diffusion layer 31 of the surface and the p-type semiconductor layer of the back is provided along the side faces 9d. In the V-shaped groove 21b, a portion near the intersection of a corner of each side face and the bottom face has a chamfered face.

Description

本発明は、IC、MOS、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以降、IGBTと略記する)等の半導体装置に関する、特には双方向の耐圧特性を有する双方向デバイスまたは逆阻止型IGBTの改良に関する。 The present invention, IC, MOS, insulated gate bipolar transistor (hereinafter, abbreviated as IGBT) relates to semiconductor equipment such as, in particular, relates to an improvement of a bidirectional device or a reverse blocking IGB T having a bidirectional breakdown voltage characteristics .

半導体装置として、逆阻止型IGBTを採りあげて以下説明する。従来のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)は、主要な用途であるインバータ回路やチョッパー回路では、順方向の耐圧さえ確保できれば問題はなく、逆耐圧接合があるにもかかわらず、逆耐圧接合の接合終端面はチップ切断部側面に信頼性確保を考慮せずに露出したままの状態で作られていた。しかし、最近、マトリクスコンバータ等の直接リンク形変換回路であるAC(交流)/AC変換回路、電流型DC/AC変換回路、新3レベル回路と言った一部のDC(直流)/AC変換回路では、逆耐圧を有するスイッチング素子を使用して、回路の小型化、軽量化、高効率化、高速応答化および低コスト化を図ることが検討されている。   As a semiconductor device, a reverse blocking IGBT will be described below. Conventional IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) have no problem in the inverter circuit and chopper circuit, which are the main applications, as long as the forward breakdown voltage can be secured. The end face was made exposed on the side face of the chip cutting portion without considering reliability. Recently, however, some DC (direct current) / AC conversion circuits, such as AC (alternating current) / AC conversion circuits, current type DC / AC conversion circuits, and new three-level circuits, which are direct link type conversion circuits such as matrix converters, etc. Therefore, it has been studied to use a switching element having a reverse breakdown voltage to reduce the size, weight, efficiency, speed response, and cost of a circuit.

逆阻止型IGBTでは逆阻止電圧能力を確保するために、製造プロセスを経た半導体基板(以降、ウエハと記すことがある)を賽の目状に切断して半導体チップ化する際に、各チップ内の逆耐圧用pn接合は、切断して露出されないように半導体チップの表面側に屈曲延在され、さらに表面の絶縁膜でその接合終端が保護され信頼性が確保されている。前記逆耐圧pn接合を表面側に延在させるためには半導体チップの裏面側のp型コレクタ層と同導電型(たとえばp型)の拡散層であって、一端が裏面p型コレクタ層に連結され、他端は表面に延びるp型拡散層を必要とする。この拡散層はチップの側辺面に沿って形成される。ここではこのチップの側辺面に形成される拡散層を分離層と称する。   In reverse blocking IGBTs, in order to ensure reverse blocking voltage capability, when a semiconductor substrate (hereinafter sometimes referred to as a wafer) that has undergone a manufacturing process is cut into a square shape to form a semiconductor chip, the reverse in each chip The breakdown voltage pn junction is bent and extended to the surface side of the semiconductor chip so as not to be exposed by cutting, and the junction termination is protected by an insulating film on the surface to ensure reliability. In order to extend the reverse breakdown voltage pn junction to the front surface side, it is a diffusion layer of the same conductivity type (for example, p type) as the p-type collector layer on the back surface side of the semiconductor chip, and one end is connected to the back surface p-type collector layer. And the other end requires a p-type diffusion layer extending to the surface. This diffusion layer is formed along the side surface of the chip. Here, the diffusion layer formed on the side surface of the chip is referred to as a separation layer.

図2は、従来の逆阻止型IGBTにおける分離層を形成する製造方法の一つを工程順に示す半導体基板(以降ウエハと記すこともある)の要部断面図である。この分離層を塗布拡散によって形成する方法を示す。まず、ウエハ1上に膜厚がおおよそ2.5μm程度のドーパントマスク用酸化膜2を熱酸化法で形成する(図2(a))。つぎに、この酸化膜にフォトリソグラフィ技術のパターニングとエッチングにより、p型不純物ソースであるボロンを拡散させるための開口部3を形成する(図2(b))。つぎに、開口部3にボロンソース5を塗布し、その後、拡散炉により高温、長時間の熱処理を行い、おおよそ数百μm程度の深さのp型の拡散層を形成する(図2(c))。このp型の拡散層が分離層4となる。その後、逆阻止型IGBTの完成図である図3に示すように表面側MOS構造10を形成した後、裏面側から前記分離層4の先端付近に達するまで研削して(図2(c)の破線が裏面研削深さ)ウエハを薄くする。この研削面にp型コレクタ層6とコレクタ電極7で構成される裏面構造を形成する(図3)。前記分離層4の表面パターンの中心線に位置するスクライブラインでウエハを切断すると、図3の、切断端部8近傍の断面図に示す逆阻止型IGBTチップができる。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a principal part of a semiconductor substrate (hereinafter also referred to as a wafer) showing one of manufacturing methods for forming a separation layer in a conventional reverse blocking IGBT in the order of steps. A method for forming the separation layer by coating diffusion will be described. First, a dopant mask oxide film 2 having a film thickness of about 2.5 μm is formed on the wafer 1 by a thermal oxidation method (FIG. 2A). Next, an opening 3 for diffusing boron, which is a p-type impurity source, is formed in the oxide film by patterning and etching using a photolithography technique (FIG. 2B). Next, a boron source 5 is applied to the opening 3 and then heat treatment is performed at a high temperature for a long time in a diffusion furnace to form a p-type diffusion layer having a depth of about several hundred μm (FIG. 2C). )). This p-type diffusion layer becomes the separation layer 4. Then, after forming the surface side MOS structure 10 as shown in FIG. 3 which is a completed drawing of the reverse blocking IGBT, the surface side MOS structure 10 is ground from the back side to reach the vicinity of the tip of the separation layer 4 (see FIG. 2C). The broken line is the backside grinding depth). A back surface structure composed of the p-type collector layer 6 and the collector electrode 7 is formed on this ground surface (FIG. 3). When the wafer is cut by a scribe line located at the center line of the surface pattern of the separation layer 4, a reverse blocking IGBT chip shown in a sectional view in the vicinity of the cutting end 8 in FIG.

図4は、従来の逆阻止型IGBTにおける分離層4を形成する別の製造方法を工程順に示すウエハの要部断面図である。図4は、ウエハ1に表面から垂直に掘ったトレンチ(溝)11の、ほぼ垂直な側辺面に沿って拡散層を形成して、前述の分離層4と同様の機能を有する分離層4aとする工程を順に示す半導体基板の要部断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a principal part of a wafer showing another manufacturing method for forming a separation layer 4 in a conventional reverse blocking IGBT in the order of steps. 4 shows a separation layer 4a having a function similar to that of the aforementioned separation layer 4 by forming a diffusion layer along a substantially vertical side surface of a trench (groove) 11 dug vertically from the surface of the wafer 1. FIG. FIG.

まず、数μmの厚い酸化膜2でトレンチ形成用エッチングマスクを形成する(図4(a))。つぎに、数百μm程度の深さのトレンチ11をドライエッチングで形成する(図4(b))。つぎに、気相拡散にてトレンチ11の側辺面へ不純物(ボロン)を導入してp型分離層4aを形成する(図4(c))。トレンチ内に絶縁膜、ポリシリコンなどの補強材を充填し、裏面研磨およびIGBTに必要な表面側MOSゲート構造10、裏面p型コレクタ層6およびコレクタ電極7を形成する。次に、トレンチ11の中心または、図示しない2本のトレンチの間に位置するスクライブラインに沿ってダイシングしてウエハ1からIGBTチップを切り出すと、図5の、切断端部8近傍の断面図に示す逆阻止型IGBTができる(特許文献1、2、3)。   First, an etching mask for trench formation is formed with a thick oxide film 2 of several μm (FIG. 4A). Next, a trench 11 having a depth of about several hundred μm is formed by dry etching (FIG. 4B). Next, impurities (boron) are introduced into the side surface of the trench 11 by vapor phase diffusion to form the p-type isolation layer 4a (FIG. 4C). The trench is filled with a reinforcing material such as an insulating film and polysilicon, and a front side MOS gate structure 10, a back side p-type collector layer 6 and a collector electrode 7 necessary for back side polishing and IGBT are formed. Next, when the IGBT chip is cut out from the wafer 1 by dicing along the scribe line located in the center of the trench 11 or between two trenches (not shown), the sectional view in the vicinity of the cut end 8 in FIG. The reverse blocking IGBT shown can be made (Patent Documents 1, 2, and 3).

前記図2に示す逆阻止型IGBTの分離層を塗布拡散で形成する方法において、表面からボロンソース(ボロンの液状の拡散源)を塗布しボロンを熱拡散させ、数百μm程度の拡散深さのp型分離層を形成するためには、高温と長時間の熱拡散処理を必要とする。この結果、拡散炉を構成する石英ボード、石英管、石英ノズルなど石英治具のへたりや、ヒーターからの汚染、石英治具の失透現象による強度低下などの発生頻度が高くなり易く製造コストが高くなる。また、この塗布拡散法による分離層の形成では、マスク用酸化膜が長時間のボロン拡散に耐え、該酸化膜にボロンの突き抜けが生じないように、良質で厚い酸化膜を使用しなければならない。このようにマスクの耐久性が高い、つまり良質なシリコン酸化膜を得る方法としては熱酸化の方法が知られている。   In the method of forming the reverse blocking IGBT separation layer shown in FIG. 2 by coating diffusion, boron source (boron liquid diffusion source) is applied from the surface to thermally diffuse boron, and a diffusion depth of about several hundred μm. In order to form the p-type separation layer, high-temperature and long-time thermal diffusion treatment is required. As a result, the manufacturing cost is likely to increase due to the occurrence of quartz jigs such as quartz boards, quartz tubes, and quartz nozzles that constitute the diffusion furnace, contamination from heaters, and strength reduction due to devitrification of the quartz jigs. Becomes higher. Further, in the formation of the separation layer by this coating diffusion method, a high-quality and thick oxide film must be used so that the mask oxide film can withstand long-time boron diffusion and boron does not penetrate through the oxide film. . A thermal oxidation method is known as a method for obtaining a high-quality silicon oxide film having high mask durability.

このように、高温で長時間(たとえば1300℃、200時間)のボロンの拡散によるp型分離層の形成の際にも、マスク酸化膜の耐久性を有効にするためには、膜厚が約2.5μmの熱酸化膜を必要とする。この膜厚2.5μmの熱酸化膜形成のためには、例えば1150℃の酸化温度において必要な酸化時間は、良質な酸化膜が得られるドライ(乾燥酸素雰囲気)酸化では、約200時間を必要とする。さらにこれらの酸化処理中には、大量の酸素がウエハ内部に導入されるために、酸素析出物や酸化誘起積層欠陥などの結晶欠陥が発生し、酸素のドナー化現象が生じることによるデバイス特性劣化や信頼性低下の弊害が生じる。   As described above, in order to make the durability of the mask oxide film effective even when forming the p-type isolation layer by diffusion of boron at a high temperature for a long time (for example, 1300 ° C., 200 hours), the film thickness is about A thermal oxide film of 2.5 μm is required. In order to form a thermal oxide film having a thickness of 2.5 μm, for example, an oxidation time required at an oxidation temperature of 1150 ° C. requires about 200 hours in dry (dry oxygen atmosphere) oxidation in which a good quality oxide film can be obtained. And Furthermore, during these oxidation treatments, a large amount of oxygen is introduced into the wafer, so that crystal defects such as oxygen precipitates and oxidation-induced stacking faults occur, resulting in deterioration of device characteristics due to the oxygen donor phenomenon. And adverse effects of reduced reliability.

さらに、ボロンソース塗布後の拡散でも、通常は酸化雰囲気下で高温長時間の拡散処理が行われるため、ウエハ内部に格子間酸素が導入される。その結果、この拡散工程でも酸素析出物や酸素ドナー化現象、酸化誘起積層欠陥(OSF:Oxidation Induced Stacking Fault)や、スリップ転位など結晶欠陥が発生する。これら結晶欠陥の近傍に形成されたpn接合ではリーク電流が高くなり、このウエハの結晶欠陥の近傍に形成された熱酸化膜の耐圧、信頼性が大幅に劣化することが知られている。また、拡散中にウエハに取り込まれた酸素がドナー化し、耐圧が低下するという弊害を生じさせることもある。また、前記図2に示す塗布拡散による分離層の形成方法では、ボロン拡散はマスク酸化膜の開口部から、シリコンバルク中へ上下左右ほぼ等方的に進行する。その結果、深さ方向に200μmのボロン拡散を行う場合、同時に横方向にもボロンは160μmも拡散し拡がるので、チップサイズの縮小という課題に対する障害となる。   In addition, even after diffusion after boron source application, interstitial oxygen is introduced into the wafer because diffusion treatment is usually performed at a high temperature for a long time in an oxidizing atmosphere. As a result, even in this diffusion step, crystal defects such as oxygen precipitates, an oxygen donor phenomenon, an oxidation induced stacking fault (OSF) and slip dislocations are generated. It is known that the pn junction formed in the vicinity of these crystal defects has a high leakage current, and the breakdown voltage and reliability of the thermal oxide film formed in the vicinity of the crystal defects of the wafer are greatly deteriorated. In addition, oxygen taken into the wafer during the diffusion may become a donor, which may cause a negative effect that the breakdown voltage decreases. Further, in the method of forming the separation layer by coating diffusion shown in FIG. 2, boron diffusion proceeds substantially isotropically up and down and left and right from the opening of the mask oxide film into the silicon bulk. As a result, when boron diffusion of 200 μm is performed in the depth direction, boron diffuses and expands by 160 μm at the same time in the lateral direction, which is an obstacle to the problem of chip size reduction.

前記図4に示すトレンチを利用する分離層の形成方法では、ドライエッチングによってトレンチを形成し、形成したトレンチの側壁にボロンを導入してp型分離層を形成する。その後、トレンチを絶縁膜、ポリシリコンなどの補強材で充填する。このようにして形成された図4に示すp型分離層は、高アスペクト比で幅の狭いトレンチを利用できるため、前記図2の熱拡散によるp型分離層と比べてデバイスピッチの縮小に関して有利である。しかし、深さ200μm程度のエッチングに要する時間は、典型的なドライエッチング装置を用いた場合、1ウエハ当たり、100分程度の処理時間が必要であり、リードタイムの増加、メンテナンス回数の増加など別の弊害をもたらす。また、ドライエッチングによって深いトレンチを形成する場合、マスクとしてシリコン酸化膜(SiO)を用いる場合、選択比が50以下なので、数μm程度の厚いシリコン酸化膜を必要とする。その結果、コストの上昇や酸化誘起積層欠陥や酸素析出物などのプロセス誘起結晶欠陥導入による良品率低下という新たな弊害も生じさせる。さらにドライエッチングによる高アスペクト比のトレンチを利用した分離層形成プロセスでは、図6に示すように、トレンチ11内で薬液残渣12やレジスト残渣13などが発生し易く、歩留まりの低下や信頼性の低下などの弊害を生じさせる問題がある。 In the method of forming the isolation layer using the trench shown in FIG. 4, the trench is formed by dry etching, and boron is introduced into the side wall of the formed trench to form the p-type isolation layer. Thereafter, the trench is filled with a reinforcing material such as an insulating film or polysilicon. The p-type isolation layer shown in FIG. 4 formed in this way can use a trench having a high aspect ratio and a narrow width. Therefore, the p-type isolation layer is more advantageous in reducing the device pitch than the p-type isolation layer by thermal diffusion shown in FIG. It is. However, the time required for etching with a depth of about 200 μm requires a processing time of about 100 minutes per wafer when a typical dry etching apparatus is used. Bring about evil. When a deep trench is formed by dry etching, when a silicon oxide film (SiO 2 ) is used as a mask, the selection ratio is 50 or less, so a thick silicon oxide film of about several μm is required. As a result, there is a new problem that the cost increases and the yield rate decreases due to the introduction of process-induced crystal defects such as oxidation-induced stacking faults and oxygen precipitates. Furthermore, in the separation layer forming process using a high aspect ratio trench by dry etching, as shown in FIG. There is a problem that causes harmful effects such as.

通常、トレンチ11の側壁に対してリンやボロンなどのドーパントを導入する場合、トレンチ11の側壁が垂直となっているので、ウエハを斜めにしてイオン注入することによりトレンチ11の側壁へのドーパント導入を行なう。しかし、アスペクト比の高いトレンチの側壁へのドーパント導入は、実効ドーズ量の低下、それに伴う注入時間の増加、実効投影飛程の低下、スクリーン酸化膜によるドーズ量ロス、注入均一性の低下などの弊害を生じさせる。この問題に対処するため、アスペクト比の高いトレンチ11内へ不純物を導入するための手法として、イオン注入の代わりにPH(ホスフィン)やB(ジボラン)などのガス化させたドーパント零囲気中にウエハを暴露させる気相拡散法が用いられることがあるが、ドーズ量の制御性において、イオン注入法に比べて劣る。また、アスペクト比の高いトレンチ11内にはウエハ強度を上げるために、絶縁膜またはポリシリコンを充填させる工程を必要とするが、幅の狭いトレンチ内にはボイドと呼ばれる隙間ができ易く信頼性などの問題が発生する場合がある。 Usually, when introducing a dopant such as phosphorus or boron into the sidewall of the trench 11, the sidewall of the trench 11 is vertical, so that the dopant is introduced into the sidewall of the trench 11 by ion implantation with the wafer inclined. To do. However, introduction of dopants into the sidewalls of trenches with a high aspect ratio can lead to a decrease in effective dose, resulting in an increase in implantation time, a decrease in effective projection range, a loss in dose due to a screen oxide film, and a decrease in implantation uniformity. Cause harmful effects. In order to cope with this problem, as a method for introducing impurities into the trench 11 having a high aspect ratio, a gasified dopant zero such as PH 3 (phosphine) or B 2 H 6 (diborane) is used instead of ion implantation. A vapor phase diffusion method in which the wafer is exposed to the atmosphere may be used, but the dose controllability is inferior to that of the ion implantation method. Further, in order to increase the wafer strength in the trench 11 having a high aspect ratio, a step of filling with an insulating film or polysilicon is required. However, a gap called a void is easily formed in the narrow trench, and reliability is improved. The problem may occur.

以上のような問題を解決する製造方法が提案されている。図17はそのような製造方法における分離層形成のためのエッチング工程に係わる半導体基板の部分平面図である。詳しくは、この図17の部分平面図は、(100)面23を有するウエハ1への格子状平面パターンからなる貫通V字溝エッチングにより区画される逆阻止型IGBTチップのうち、9チップ分を示す。図17では、貫通V字溝21aは湿式異方性エッチングにより形成されるので、逆阻止型IGBTの側辺面は{111}面で表される方位面となる。図7(a)と(b)は、ウエハ1から図17に示す貫通V字溝21aで切り離される逆阻止型IGBTの断面図(1チップ分)である(図7中の波形二重破線は図面に省略部分があることを示す)。(a)と(b)は貫通V字溝エッチングを開始するウエハ1面がそれぞれ逆方向であることを示す断面図である。この逆阻止型IGBTチップのように、ウエハ1の主面に格子状の平面パターンでエッチング形成されるV字形断面の貫通V字溝21aのテーパー面(側辺面9a、9b)に沿って、イオン注入しアニール(活性化)することで、チップ領域の側辺面9aに分離層4bが形成される。逆阻止型IGBTチップの4つの側辺面9a、9bとなるテーパー面を形成する前述の貫通V字溝エッチングにはアルカリ性エッチング液を用いた異方性エッチングが採用される(特許文献4、5、6)。   A manufacturing method that solves the above problems has been proposed. FIG. 17 is a partial plan view of a semiconductor substrate related to an etching process for forming a separation layer in such a manufacturing method. Specifically, the partial plan view of FIG. 17 shows nine chips among reverse blocking type IGBT chips partitioned by through V-groove etching consisting of a lattice-like plane pattern on the wafer 1 having the (100) plane 23. Show. In FIG. 17, since the through V-shaped groove 21a is formed by wet anisotropic etching, the side surface of the reverse blocking IGBT is an azimuth plane represented by a {111} plane. 7A and 7B are cross-sectional views (for one chip) of the reverse blocking IGBT separated from the wafer 1 by the through V-shaped groove 21a shown in FIG. Indicates that there are omissions in the drawing). (A) And (b) is sectional drawing which shows that the wafer 1 surface which starts a penetration V groove | channel etching is a reverse direction, respectively. Like this reverse blocking type IGBT chip, along the tapered surface (side surfaces 9a, 9b) of the V-shaped through-groove 21a having a V-shaped cross section formed by etching in a lattice-like plane pattern on the main surface of the wafer 1, By performing ion implantation and annealing (activation), the separation layer 4b is formed on the side surface 9a of the chip region. Anisotropic etching using an alkaline etchant is employed for the above-mentioned through V-groove etching that forms the tapered surfaces that form the four side surfaces 9a and 9b of the reverse blocking IGBT chip (Patent Documents 4 and 5). 6).

さらに、図7(b)に示すテーパー状の側辺面9bを持つ逆阻止型IGBTは、逆方向傾斜面を有する前記図7(a)に比べ、エミッタ側(図7の図面の上側)の面を広く利用することができる。そうすると、エミッタ側の表層に形成される、n型エミッタ領域15とp型ベース領域16に利用できる面積が大きくなるため、電流密度を大きくすることができ、同じ電流定格に対してはチップ面積を縮小できるメリットとなる。また、これら図7(a)(b)に示す逆阻止型IGBTでは分離層4bをイオン注入により、前述の高温長時間拡散に比べて極めて短かい処理時間で形成できるので、長時間の高温拡散による分離層4の形成方法が抱える結晶欠陥や酸素起因の欠陥の問題、さらには拡散炉のダメージの問題を一挙に解決できる。またさらに、前述の垂直トレンチを利用した製造方法に比べても、貫通V字溝のアスペクト比が低いため、垂直トレンチへの絶縁膜の充填時に問題となるボイドや残渣もなく、イオン注入の際のドーパントも簡単に導入できるメリットを有する。   Furthermore, the reverse blocking type IGBT having the tapered side surface 9b shown in FIG. 7B is closer to the emitter side (upper side of the drawing of FIG. 7) than the FIG. 7A having the reverse inclined surface. The surface can be widely used. This increases the area that can be used for the n-type emitter region 15 and the p-type base region 16 formed in the surface layer on the emitter side, so that the current density can be increased, and the chip area can be increased for the same current rating. This is an advantage that can be reduced. Further, in the reverse blocking IGBT shown in FIGS. 7A and 7B, the separation layer 4b can be formed by ion implantation in an extremely short processing time as compared with the above-described high-temperature long-time diffusion. The problem of crystal defects and oxygen-induced defects in the method of forming the separation layer 4 by the above, and further the problem of damage of the diffusion furnace can be solved at once. Furthermore, since the aspect ratio of the V-shaped groove is lower than that of the manufacturing method using the vertical trench described above, there are no voids and residues which are problematic when filling the vertical trench with an insulating film. The dopant can be easily introduced.

特開平2−22869号公報JP-A-2-22869 特開2001−185727号公報JP 2001-185727 A 特開2002−76017号公報JP 2002-76017 A 特開2006−156926号公報JP 2006-156926 A 特開2004−336008号公報JP 2004-336008 A 特開2006−303410号公報JP 2006-303410 A

前記特許文献4〜6の記載にあるように、アルカリ異方性エッチングで形成した貫通V字溝のテーパー面に沿って形成される分離層を有する逆阻止型IGBTの製造方法では、前述のような種々の弊害を伴う長時間拡散を回避できる。しかしながら、イオン注入で形成する分離層の不純物分布の深さが極く浅いため、イオン注入に伴って形成される結晶欠陥が活性化処理(アニール)によっても充分回復されずに残った場合、結晶欠陥がpn接合に近いので、逆バイアス時のリーク電流が大きくなり易く、逆耐圧が保てなくなる。また、結晶欠陥の回復処理方法としてレーザーアニール処理を採用した場合には、短時間(数十ns〜数μs)のレーザー照射であることおよびレーザー照射の焦点位置がウエハ表面と側辺面の分離層とで異なることにより焦点にずれが生じて、特に側辺面の分離層の活性化が不充分になり易く結晶欠陥が充分に回復できない場合のあることが分かった。さらに、レーザーアニールを行った場合は、レーザーの照射領域が狭いため、充分な活性化のためには、レーザー照射を走査させて狭い照射領域を面状に並べてイオン注入層全体をカバーするように照射する必要がある。この際に、走査に沿って照射痕が形成され、耐圧特性に悪影響を及ぼす場合がある。   As described in Patent Documents 4 to 6, as described above, in the manufacturing method of the reverse blocking IGBT having the separation layer formed along the tapered surface of the through V-shaped groove formed by alkali anisotropic etching, as described above. It is possible to avoid long-term diffusion with various adverse effects. However, since the depth of the impurity distribution in the separation layer formed by ion implantation is extremely shallow, the crystal defects formed with the ion implantation remain without being sufficiently recovered even by the activation treatment (annealing). Since the defect is close to the pn junction, the leakage current at the time of reverse bias tends to increase, and the reverse breakdown voltage cannot be maintained. In addition, when laser annealing treatment is adopted as a crystal defect recovery treatment method, the laser irradiation is performed for a short time (several tens of nanoseconds to several microseconds) and the focal position of the laser irradiation is separated from the wafer surface and the side surface. It has been found that there is a case where the focal point shifts due to the difference between the layers, and in particular, the activation of the separation layer on the side surface tends to be insufficient and the crystal defects cannot be sufficiently recovered. Furthermore, when laser annealing is performed, the laser irradiation area is narrow, so for sufficient activation, the laser irradiation is scanned and the narrow irradiation area is arranged in a plane to cover the entire ion implantation layer. Irradiation is necessary. At this time, irradiation marks are formed along the scan, which may adversely affect the breakdown voltage characteristics.

またさらに、アルカリ異方性エッチングにより形成されるV字溝によるテーパー面を利用する逆阻止型IGBTは、図8に示すように、前記V字溝の形成時に、ウエハを貫通させないで浅くし、対向する位置の反対面から形成したp型拡散層を、溝の底面に露出させる製造方法もある(図8中の波形二重破線は図面に省略部分があることを示す)。このような非貫通タイプのV字溝でもテーパー面にp型拡散層からなる分離層を形成すれば、逆阻止型IGBTとすることができる。この構造でも前述のような高温長時間拡散に伴う問題点が緩和される。さらに、前述の貫通V字溝を有する逆阻止IGBTのプロセスフロー(図7)では、貫通V字溝により分離されたチップを一体に保持するためにウエハの支持基板による接着を必要とするが、この非貫通タイプのV字溝ではウエハの支持基板が不要になるメリットがある。   Still further, as shown in FIG. 8, the reverse blocking IGBT using the tapered surface formed by the V-shaped groove formed by alkali anisotropic etching is shallow without penetrating the wafer when the V-shaped groove is formed. There is also a manufacturing method in which a p-type diffusion layer formed from the opposite surface of the opposite position is exposed on the bottom surface of the groove (the wavy double broken line in FIG. 8 indicates that there is an omitted portion in the drawing). Even with such a non-penetrating type V-shaped groove, a reverse blocking IGBT can be obtained by forming a separation layer made of a p-type diffusion layer on the tapered surface. This structure also alleviates the problems associated with high-temperature and long-time diffusion as described above. Further, in the process flow of the reverse blocking IGBT having the above-mentioned through V-shaped groove (FIG. 7), the wafer separated by the through V-shaped groove needs to be bonded by the supporting substrate in order to hold the chip integrally. This non-penetrating type V-shaped groove has an advantage that a supporting substrate for the wafer becomes unnecessary.

しかしながら、前述の非貫通タイプのV字溝(以降、非貫通V字溝と略記)の製造工程に関し、他方の主面(裏面)の格子状平面パターンが交差する溝部分の4隅では、その1隅の近傍を示す図15の斜視図のように、溝内に形成される角張ったコーナー角部Aと溝の底面である薄いエミッタ側シリコン面Bとが所定の角度で交差する部分が形成される。裏面に、前述のような端部に溝からなる凹部を有する逆阻止型IGBTのチップは、実装基板上にマウントしたことを示す図16(b)の断面図のように、裏面側の端部の凹部が実装基板20に半田21で接合される際に下側になる。この半田付け作業の際にチップ30bに加えられる熱履歴によって、チップ30b端部の前記凹部には、逆阻止IGBTのチップ30bおよび半田21が有している異なる材料間の熱膨張係数の違いに基づく応力が発生し、特に前記AとBの交点近傍にその応力が集中する。この応力集中による応力歪により、チップ30bの端部にクラックが入り半導体特性が破壊される場合のあることが分かった。さらには、チップ30bにクラックが入らない場合でも、チップ30bの最表面を覆うパッシベーション膜を剥がすことがあり、信頼性特性が低下する惧れが生じる。図16(a)は通常のIGBT30aを実装基板20に半田21で接合した状態を示す断面図であり、比較のために示した。   However, regarding the manufacturing process of the above-mentioned non-penetrating type V-shaped groove (hereinafter abbreviated as non-penetrating V-shaped groove), at the four corners of the groove portion where the lattice plane pattern of the other main surface (back surface) intersects, As shown in the perspective view of FIG. 15 showing the vicinity of one corner, a portion where the angular corner portion A formed in the groove and the thin emitter-side silicon surface B which is the bottom surface of the groove intersect at a predetermined angle is formed. Is done. As shown in the cross-sectional view of FIG. 16B, the reverse-blocking IGBT chip having a recess made of a groove at the end as described above is mounted on the mounting substrate. When the concave portion is joined to the mounting substrate 20 with the solder 21, it becomes the lower side. Due to the thermal history applied to the chip 30b during the soldering operation, the concave portion at the end of the chip 30b has a difference in thermal expansion coefficient between the different materials of the chip 30b and the solder 21 of the reverse blocking IGBT. Stress is generated, and the stress is concentrated particularly near the intersection of A and B. It has been found that due to the stress strain due to this stress concentration, the end of the chip 30b may crack and the semiconductor characteristics may be destroyed. Furthermore, even when the chip 30b is not cracked, the passivation film covering the outermost surface of the chip 30b may be peeled off, and the reliability characteristics may be deteriorated. FIG. 16A is a cross-sectional view showing a state in which a normal IGBT 30a is joined to the mounting substrate 20 with solder 21, and is shown for comparison.

本発明は、以上説明した点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、半導体基板に異方性エッチングで形成される非貫通V字溝による凹部を有する半導体チップが、半田付けの熱履歴による前記凹部のコーナー部への応力集中により、半導体特性が劣化することを抑制することのできる半導体装置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 to provide a semiconductor chip having a recess by a non-through V-shaped groove formed by anisotropic etching on a semiconductor substrate. the stress concentration on the corner portion of the recessed portion due to thermal history is to provide a semiconductor equipment which can prevent the semiconductor characteristics are deteriorated.

本発明は、前記本発明の目的を達成するために、第1導電型半導体基板の一方の主面に、格子状の平面パターンの第2導電型拡散層を備え、他方の主面に、前記格子状の平面パターンと同ピッチの格子状の平面パターンを備え、該他方の主面に平行であって前記第2導電型拡散層が露出する底面と該底面から立ち上がるテーパー状の側辺面とで構成されるV字溝を有し、該テーパー状の側辺面に囲まれる前記他方の主面に第2導電型半導体層を備え、前記側辺面に沿って、前記一方の主面の前記第2導電型拡散層と前記他方の主面の前記第2導電型半導体層とを導電接続する第2導電型分離層を備え、前記V字溝の、前記側辺面と前記底面との交差部および前記側辺面同士が交差するコーナー部の4隅が面取り形状を有している半導体装置とする。前記面取り形状が曲面状であることが好ましい。また、前記面取り形状は曲率半径R=50μm以上の曲面状であることがより好ましい。前記半導体装置が逆阻止絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることが特に好ましい。 In order to achieve the object of the present invention, the present invention comprises a second conductive type diffusion layer having a lattice-like planar pattern on one main surface of a first conductive type semiconductor substrate, A bottom surface on which the second conductivity type diffusion layer is exposed, and a tapered side surface rising from the bottom surface, the second surface being parallel to the other main surface, A second conductive type semiconductor layer on the other principal surface surrounded by the tapered side surface, along the side surface, a second conductive separation layer of conductively connecting with the second conductive type semiconductor layer of the second conductivity type diffusion layer and the other principal surface, said V-shaped groove, and the bottom surface and the side edge surface a semiconductor device which four corners of the corner portions intersecting portion and the side edge faces intersect has a chamfered shape That. The chamfered shape is preferably a curved surface. The chamfered shape is more preferably a curved surface having a radius of curvature R = 50 μm or more. It is particularly preferable that the semiconductor device is a reverse blocking insulated gate bipolar transistor.

本発明によれば、半導体基板に異方性エッチングで形成される非貫通V字溝による凹部を有する半導体チップが、半田付けの熱履歴による前記凹部のコーナー部への応力集中により、半導体特性が劣化することを抑制することのできる半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, a semiconductor chip having a recess due to a non-through V-shaped groove formed by anisotropic etching on a semiconductor substrate has a semiconductor characteristic due to stress concentration at the corner of the recess due to a thermal history of soldering. it is possible to provide a semiconductor equipment which can suppress the deterioration.

本発明の実施例1にかかる分離層形成方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the separation layer formation method concerning Example 1 of this invention. 従来の塗布拡散による分離層形成方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the separation layer formation method by the conventional application | coating diffusion. 従来の塗布拡散により形成される分離層を有する逆阻止型IGBTの端部近傍の断面図である。It is sectional drawing of the edge part vicinity of the reverse blocking IGBT which has the separation layer formed by the conventional application | coating diffusion. 従来の垂直トレンチを利用する分離層形成方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the isolation layer formation method using the conventional vertical trench. 従来の垂直トレンチを利用する分離層を有する逆阻止型IGBTの端部近傍の断面図である。It is sectional drawing of the edge part vicinity of the reverse blocking IGBT which has the isolation layer using the conventional vertical trench. 従来の垂直トレンチを利用する分離層を形成する際の問題点を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the problem at the time of forming the isolation layer using the conventional vertical trench. 従来の貫通V字溝により形成する分離層を有する逆阻止IGBTの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the reverse blocking IGBT which has the isolation layer formed by the conventional penetration V-shaped groove. 従来の非貫通V字溝により形成する分離層を有する逆阻止IGBTの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the reverse blocking IGBT which has the isolation layer formed by the conventional non-penetrating V-shaped groove. 本発明にかかる低温アニールを用いる場合の、SR測定により求めた分離層とコレクタ層の不純物濃度プロファイル図である。It is an impurity concentration profile figure of the separated layer and collector layer which were calculated | required by SR measurement in the case of using the low temperature annealing concerning this invention. 本発明にかかるフラッシュランプアニールを用いた場合の、SR測定により求めた分離層とコレクタ層の不純物濃度プロファイル図である。FIG. 6 is an impurity concentration profile diagram of a separation layer and a collector layer obtained by SR measurement when flash lamp annealing according to the present invention is used. 本発明にかかるレーザーアニールを用いた場合の、SR測定により求めた分離層とコレクタ層の不純物濃度プロファイル図である。It is the impurity concentration profile figure of the separated layer and collector layer which were calculated | required by SR measurement at the time of using the laser annealing concerning this invention. 本発明にかかる、分離層のアニール方法の違いによる逆阻止型IGBTの逆漏れ電流の大きさを比較するための逆方向の電流−電圧波形図である。It is a current-voltage waveform diagram of the reverse direction for comparing the magnitude of the reverse leakage current of the reverse blocking IGBT due to the difference in the annealing method of the separation layer according to the present invention. 本発明の実施例5にかかる非貫通V字溝と分離層の製造プロセス工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process process of the non-penetrating V-shaped groove | channel and isolation | separation layer concerning Example 5 of this invention. 本発明の実施例6にかかる非貫通V字溝と分離層の製造プロセス工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process process of the non-penetrating V-shaped groove | channel and isolation | separation layer concerning Example 6 of this invention. 格子状平面パターンが交差する非貫通V字溝部分の1隅の近傍を示す半導体基板の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the semiconductor substrate which shows the vicinity of one corner of the non-penetration V-shaped groove part which a grid | lattice-like plane pattern cross | intersects. 非貫通V字溝からなる凹部を有する逆阻止型IGBTのチップを実装基板上にマウントしたことを示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows mounting the chip | tip of the reverse blocking IGBT which has a recessed part which consists of a non-penetrating V-shaped groove | channel on the mounting board | substrate. 格子状平面パターンからなる貫通V字溝を形成したことを示す半導体基板の部分平面図である。It is a partial top view of the semiconductor substrate which shows having formed the penetration V character slot which consists of a lattice-like plane pattern. 従来の面取りの無い非貫通V字溝(a)と、本発明の実施例1にかかる面取りを施した非貫通V字溝(b)を有する半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which has the non-penetrating V-shaped groove | channel (a) without the conventional chamfering, and the non-penetrating V-shaped groove | channel (b) which performed the chamfering concerning Example 1 of this invention. 本発明にかかる面取りを施した非貫通V字溝を有する逆阻止IGBTチップの断面図である。It is sectional drawing of the reverse prevention IGBT chip | tip which has the non-penetrating V-shaped groove | channel which gave the chamfer concerning this invention.

以下、本発明の半導体装置にかかる実施例について、特に半導体装置として、逆阻止型IGBTを採りあげ、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。以下の説明では、第1導電型としてn型を、第2導電型としてp型をそれぞれ用いる。また、半導体装置がIGBTの場合、一方の主面をIGBTのエミッタ側または表面、他方の主面をIGBTのコレクタ側または裏面とする。 A semiconductor instrumentation such an embodiment the location of the present invention, in particular as a semiconductor device, taking the reverse blocking IGBT, with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist. In the following description, n-type is used as the first conductivity type, and p-type is used as the second conductivity type. When the semiconductor device is an IGBT, one main surface is the emitter side or surface of the IGBT and the other main surface is the collector side or back surface of the IGBT.

以下、耐圧600Vの逆阻止型IGBTについて、本発明にかかる好ましい実施例について、詳細に説明する。この逆阻止型IGBTは、(100)面を主面とするFZ−n型シリコン半導体基板1の一方の主面(表面)に、深さ約120μmのp型拡散層が格子状平面パターンで形成され、この格子に囲まれた矩形状の領域にそれぞれ半導体素子領域を備えている。半導体素子領域には逆阻止型IGBTの表面側を構成するMOSゲート構造、耐圧構造を備える。前記p型拡散層に対向する他方の主面(裏面)には、アルカリ異方性エッチングによって形成される非貫通V字溝を有する。この非貫通V字溝は他方の主面に平行な底面を有し、この底面には前記一方の主面に形成された前記p型拡散層の底部が露出している。この非貫通V字溝は、ウエハの他方の主面に格子状平面パターンで形成され、前記ウエハの一方の主面にあるp型拡散層の格子状平面パターンとは同ピッチパターンであって対向するように配置されるので、この格子状平面パターンの中央で、たとえば、ダイシングし切断すると、逆阻止型IGBTチップとしてウエハから取り出すことができる。前記非貫通V字溝は深さ約80μmにある底面と、該底面から他方の主面(裏面)に立ち上がるテーパー状の側辺面を有している。該テーパー状の側辺面に囲まれる前記他方の主面には、p型コレクタ層(第2導電型半導体層)を備え、この側辺面に沿って、前記一方の主面の前記p型拡散層と前記他方の主面のp型コレクタ層とを導電接続するp型分離層を備えている。本発明は、逆阻止型IGBTを他方の主面から垂直方向から見て、前記テーパー状の側辺面が交差するコーナー部と前記V字溝の底面との交差部近傍が面取り形状にされていることが特徴である。   Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail for a reverse blocking IGBT having a withstand voltage of 600V. In the reverse blocking IGBT, a p-type diffusion layer having a depth of about 120 μm is formed in a lattice-like planar pattern on one main surface (surface) of the FZ-n type silicon semiconductor substrate 1 having a (100) plane as a main surface. Each of the rectangular regions surrounded by the lattice includes a semiconductor element region. The semiconductor element region has a MOS gate structure and a breakdown voltage structure that constitute the surface side of the reverse blocking IGBT. The other main surface (back surface) facing the p-type diffusion layer has a non-penetrating V-shaped groove formed by alkali anisotropic etching. The non-penetrating V-shaped groove has a bottom surface parallel to the other main surface, and the bottom of the p-type diffusion layer formed on the one main surface is exposed on the bottom surface. The non-penetrating V-shaped groove is formed in a lattice-like plane pattern on the other main surface of the wafer, and is opposed to the lattice-like plane pattern of the p-type diffusion layer on the one main surface of the wafer. Therefore, when the substrate is diced and cut at the center of the lattice-like planar pattern, for example, it can be taken out from the wafer as a reverse blocking IGBT chip. The non-penetrating V-shaped groove has a bottom surface with a depth of about 80 μm and a tapered side surface rising from the bottom surface to the other main surface (back surface). The other main surface surrounded by the tapered side surface is provided with a p-type collector layer (second conductivity type semiconductor layer), and the p-type of the one main surface is formed along the side surface. A p-type isolation layer is provided for conductively connecting the diffusion layer and the p-type collector layer on the other main surface. In the present invention, when the reverse blocking IGBT is viewed from the other main surface in the vertical direction, the vicinity of the intersection between the corner portion where the tapered side surface intersects and the bottom surface of the V-shaped groove is chamfered. It is a feature.

本発明にかかる実施例1について、特徴部分を中心に以下詳細に説明する。n型ウエハの一方の主面側に、格子状の平面パターンで、深さ約120μm、幅約200μmのp型拡散層を形成する(第1工程)。深さ120μm程度であれば、高温の熱拡散であっても、前述のような深さ数百μmの熱拡散に必要な1300℃、200時間の高温の熱拡散によるデメリットはかなり緩和され、大きな問題は生じない。   The first embodiment according to the present invention will be described in detail below with a focus on characteristic portions. A p-type diffusion layer having a depth of about 120 μm and a width of about 200 μm is formed on one main surface side of the n-type wafer in a lattice-like plane pattern (first step). If the depth is about 120 μm, the disadvantages due to the high temperature thermal diffusion of 1300 ° C. and 200 hours necessary for the thermal diffusion of several hundreds of μm as described above are considerably alleviated, even if the thermal diffusion is high temperature. There is no problem.

このp型拡散層に囲まれたウエハの(100)面に、p型ベース領域、p型ベース領域表面にn型エミッタ領域、該n型エミッタ領域と前記n型ウエハの表面領域に挟まれるp型ベース領域の表面にゲート絶縁膜を介して設けられるゲート電極などからなるMOSゲート構造およびゲート電極上を層間絶縁膜で覆った後、アルミニウムを主成分とするエミッタ電極を周知の製造方法で形成する。その後、ウエハの他方の主面を研磨してウエハ厚さを180μmにする。ウエハプロセスの投入当初から180μm厚さのウエハを用いる場合は、裏面研削してウエハ厚を薄くする工程は不要である。   A p-type base region is formed on the (100) plane of the wafer surrounded by the p-type diffusion layer, an n-type emitter region is formed on the surface of the p-type base region, and the p-type sandwiched between the n-type emitter region and the surface region of the n-type wafer. A MOS gate structure consisting of a gate electrode and the like provided on the surface of the mold base region via a gate insulating film and the gate electrode are covered with an interlayer insulating film, and then an emitter electrode mainly composed of aluminum is formed by a well-known manufacturing method To do. Thereafter, the other main surface of the wafer is polished to a wafer thickness of 180 μm. When a wafer having a thickness of 180 μm is used from the beginning of the wafer process, the step of reducing the wafer thickness by grinding the back surface is unnecessary.

厚さ180μmのウエハの他方の主面に深さ80μmの非貫通V字溝を、一方の主面のp型拡散層の格子状平面パターンと同ピッチの格子状平面パターンで形成する。この深さ80μmの非貫通V字溝は、他方の主面側に形成した熱酸化膜をマスクとして、その開口部に露出するウエハの(100)面を、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の5%溶液を用いて、80℃で2時間40分間エッチングをすることにより得られる。その結果、ウエハの他方の主面側には、裏面側で広く、深くなるにつれて狭くなる、断面が台形状である非貫通V字溝が形成される(第2工程)。この非貫通V字溝の内側には半導体チップの4側辺面となる{111}面からなる側壁が形成される。この非貫通V字溝の開口幅を150μmとした場合、底面までの深さは80μm、非貫通V字溝の底面の幅は36μmの(100)面となる。形成した非貫通V字溝の(100)面からなる底面には、一方の主面側のエミッタ側から形成した前記p型拡散層の底部が露出する。   A non-penetrating V-shaped groove having a depth of 80 μm is formed on the other main surface of the wafer having a thickness of 180 μm with a lattice-shaped planar pattern having the same pitch as the lattice-shaped planar pattern of the p-type diffusion layer on the one main surface. This non-penetrating V-shaped groove having a depth of 80 μm uses the thermal oxide film formed on the other main surface as a mask and the (100) surface of the wafer exposed at the opening is made of TMAH (tetramethylammonium hydroxide). It can be obtained by etching with a 5% solution at 80 ° C. for 2 hours and 40 minutes. As a result, a non-penetrating V-shaped groove having a trapezoidal cross section is formed on the other main surface side of the wafer, which is wide on the back surface side and narrows as it becomes deeper (second step). Inside this non-penetrating V-shaped groove, a side wall composed of {111} planes which are the four side surfaces of the semiconductor chip is formed. When the opening width of this non-penetrating V-shaped groove is 150 μm, the depth to the bottom surface is 80 μm, and the width of the non-penetrating V-shaped groove bottom surface is a (100) surface of 36 μm. The bottom of the p-type diffusion layer formed from the emitter side on one main surface side is exposed on the bottom surface formed of the (100) surface of the formed non-penetrating V-shaped groove.

非貫通V字溝を形成するエッチング液に関しては、前述のTMAH水溶液の他に、水酸化カリウム21:イソプロピルアルコール8:水71の混液からなるエッチング液を用い、50℃から70℃程度に恒温保持しながら前述と同様の非貫通V字溝を形成することもできる。さらに他のエッチング液としては、ヒドラジン、エチレンジアミンなどを含む水溶液を用いることもできる。   Regarding the etching solution for forming the non-penetrating V-shaped groove, in addition to the above-mentioned TMAH aqueous solution, an etching solution made of a mixed solution of potassium hydroxide 21: isopropyl alcohol 8: water 71 is used and kept at a constant temperature from about 50 ° C. to 70 ° C. However, a non-penetrating V-shaped groove similar to that described above can also be formed. Further, as another etching solution, an aqueous solution containing hydrazine, ethylenediamine, or the like can be used.

前述のエッチング液では、(100)面に対するエッチング速度が(111)面のエッチング速度に比べておよそ100倍早いため、エッチングを継続させると、いずれ底面の(100)面は消失し、側辺面(側壁)が(111)面と等価な{111}面からなるV字溝となって停止する。また、このエッチング液の(100)面と(111)面へのエッチング速度の相違を利用すれば、エッチングマスクの開口幅によってV字溝の深さを制御することが事実上可能となる。ウエハでは、(100)面と(111)面とのなす角が54.7°であるため、たとえば、実施例1では開口幅を150μmとし、V字溝の深さはおよそ80μmでストップさせる。そのような傾斜面9cと、反対面から形成したp型拡散層31の底部が露出する底面とを備える非貫通V字溝21bを形成したウエハ1の断面図を図18(a)に示す。   In the above-described etching solution, the etching rate for the (100) plane is about 100 times faster than the etching rate for the (111) plane. The (side wall) stops as a V-shaped groove composed of a {111} plane equivalent to the (111) plane. Further, if the difference in etching rate between the (100) plane and the (111) plane of this etching solution is utilized, it becomes practically possible to control the depth of the V-shaped groove by the opening width of the etching mask. In the wafer, since the angle formed by the (100) plane and the (111) plane is 54.7 °, for example, in Example 1, the opening width is 150 μm, and the depth of the V-shaped groove is stopped at about 80 μm. FIG. 18A shows a cross-sectional view of the wafer 1 in which the non-penetrating V-shaped groove 21b having such an inclined surface 9c and a bottom surface from which the bottom of the p-type diffusion layer 31 formed from the opposite surface is exposed is shown.

さらに、以上の非貫通V字溝を形成するエッチング方法として、アルカリ異方性エッチングを採りあげて説明したが、非貫通V字溝を形成するその他の方法として、先端の形がV字形または逆台形のダイシングブレードを用いることもできる(第2工程)。この場合は、ダイシングブレードで非貫通V字溝を形成した後、等方性ドライエッチングすれば、ブレードによる表面歪を除去すると同時にコーナー部の4隅の面取り処理を行うことができる。   Further, the anisotropic anisotropic etching has been described as an etching method for forming the non-penetrating V-shaped groove, but as another method for forming the non-penetrating V-shaped groove, the tip shape is V-shaped or reverse. A trapezoidal dicing blade can also be used (second step). In this case, if a non-penetrating V-shaped groove is formed with a dicing blade and then isotropic dry etching is performed, the surface distortion caused by the blade can be removed, and at the same time, the four corners of the corner portion can be chamfered.

前記図18(a)の断面図に示した傾斜面9cを有する非貫通V字溝21bの形成後、本発明にかかる図18(b)に示されるコーナー下部が丸みを帯びた傾斜面9dを有する非貫通V字溝21bを作製する製造プロセスを図1に示す。まず、非貫通V字溝21bが形成されたウエハ1の他方の主面(コレクタ面)に厚さ0.5μm〜5μm程度のレジストマスク32を形成する(図1(a))。非貫通V字溝21bの底面に向けて矢印で示すレーザー照射を施す(図1(b))。レーザーデバイスとしてYAG2ωレーザー(波長532nm,半値幅100ns)を用い、エネルギー密度4J/cmで他方の主面(コレクタ面)に垂直方向から照射する。図1(a)に示す側辺面9cの上方のコレクタ面は、レジストマスク32でマスクされているので、また、レーザー照射の光が当たらない。このレジストマスク32は、非貫通V字溝21bの形成のためにTMAHによるエッチング処理した際のレジストマスク32をそのまま用いることもできる。エッチングマスクとして酸化膜を用いた場合は再度レジストマスクを形成する。このレーザー照射により、図18(b)に示す曲率半径R=50μm程度に面取りされたコーナー部を持つ側辺面9dを形成することができる(図1(b)、(c))(第3工程)。なお、側辺面にもレーザー照射されるが、側辺面は傾斜しているので、単位面積当たりの照射エネルギー密度は小さくなって面取りの影響は小さい。一方、底面に近い側辺面下部では大きい照射エネルギーにより表面が溶融し、有効に丸みを帯びるように面取りされるのである。なお、ここではレーザー照射のマスクとしてレジストマスクで記載したが、メタルのハードマスクを用いてもよい。 After the formation of the non-penetrating V-shaped groove 21b having the inclined surface 9c shown in the cross-sectional view of FIG. 18 (a), the inclined surface 9d shown in FIG. 18 (b) according to the present invention is rounded. A manufacturing process for producing the non-penetrating V-shaped groove 21b is shown in FIG. First, a resist mask 32 having a thickness of about 0.5 μm to 5 μm is formed on the other main surface (collector surface) of the wafer 1 on which the non-penetrating V-shaped groove 21b is formed (FIG. 1A). Laser irradiation indicated by an arrow is applied toward the bottom surface of the non-penetrating V-shaped groove 21b (FIG. 1B). A YAG2ω laser (wavelength of 532 nm, half width of 100 ns) is used as the laser device, and the other main surface (collector surface) is irradiated from the vertical direction at an energy density of 4 J / cm 2 . Since the collector surface above the side surface 9c shown in FIG. 1A is masked by the resist mask 32, the laser irradiation light does not strike. As the resist mask 32, the resist mask 32 that has been etched by TMAH for forming the non-penetrating V-shaped groove 21b can be used as it is. When an oxide film is used as an etching mask, a resist mask is formed again. By this laser irradiation, a side surface 9d having a corner portion chamfered to a radius of curvature R = 50 μm shown in FIG. 18B can be formed (FIGS. 1B, 1C) (third). Process). Although the side surface is also irradiated with laser, the side surface is inclined, so that the irradiation energy density per unit area is small and the influence of chamfering is small. On the other hand, in the lower part of the side surface near the bottom surface, the surface is melted by a large irradiation energy and is chamfered so as to be effectively rounded. Although a resist mask is described here as a mask for laser irradiation, a metal hard mask may be used.

引き続き、図1(c)に示すように、このレジストマスク32を用いて、側辺面にボロンをイオン注入する。ボロンのイオン注入条件はドーズ量1×1015atoms/cm/45keVである。この際、垂直な側壁を有する通常の垂直トレンチへのイオン注入のように半導体基板を傾斜させて側壁に注入してもよいが、図1(c)の場合、非貫通V字溝21bの側辺面9dの傾斜角度がおよそ125°であるので、ウエハを傾けずに半導体基板面に垂直に入射するようにして注入することができる。この結果、非貫通V字溝21bの側辺面9dに、前記第1工程で形成されたp型拡散層31に一方の端部4bで接続されるボロンのイオン注入層が形成される。続いて、レーザー照射(YAG2ωレーザー(波長532nm,半値幅100ns)を照射エネルギー密度(4J/cm)で行う。このレーザーアニールにより側辺面9dのイオン注入層が活性化されてp型拡散層からなる分離層4bが形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 1C, boron is ion-implanted into the side surface using the resist mask 32. Ion implantation conditions of boron and a dosage of 1 × 10 15 atoms / cm 2 / 45keV. At this time, the semiconductor substrate may be tilted and implanted into the side wall as in the case of ion implantation into a normal vertical trench having a vertical side wall, but in the case of FIG. 1C, the non-penetrating V-shaped groove 21b side is provided. Since the inclination angle of the side surface 9d is approximately 125 °, the wafer can be implanted so as to be perpendicularly incident on the semiconductor substrate surface without being inclined. As a result, a boron ion implantation layer connected to the p-type diffusion layer 31 formed in the first step at one end 4b is formed on the side surface 9d of the non-penetrating V-shaped groove 21b. Subsequently, laser irradiation (YAG 2ω laser (wavelength 532 nm, half width 100 ns)) is performed at an irradiation energy density (4 J / cm 2 ) The ion implantation layer on the side surface 9 d is activated by this laser annealing, and a p-type diffusion layer is formed. A separation layer 4b made of is formed.

次に、図19の実施例1にかかる逆阻止IGBTの断面図に示すように、非貫通V字溝21b内をレジスト(図示しない)でマスクし直し、ボロンのイオン注入により非貫通V字溝で囲まれた平面に前記分離層4bに接続されるボロンイオン注入層を形成する。再度、レーザー照射(YAG2ωレーザー(波長532nm,半値幅100ns)を照射エネルギー密度(4J/cm)で行う。このレーザーアニールによりイオン注入層が活性化されてp型拡散層からなるp型コレクタ層6が形成される(図19−図中の波形二重破線は図面に省略部分があることを示す)。 Next, as shown in the cross-sectional view of the reverse blocking IGBT according to the first embodiment of FIG. 19, the inside of the non-penetrating V-shaped groove 21b is masked again with a resist (not shown), and non-penetrating V-shaped groove is formed by boron ion implantation. A boron ion implantation layer connected to the separation layer 4b is formed on a plane surrounded by the line. Again, laser irradiation (YAG2ω laser (wavelength 532 nm, half width 100 ns) is performed at an irradiation energy density (4 J / cm 2 ) The ion implantation layer is activated by this laser annealing, and a p-type collector layer comprising a p-type diffusion layer 6 is formed (the waveform double broken line in FIG. 19 shows that there is an omission in the drawing).

前記非貫通V字溝21bの側辺面9dに形成された前記p型拡散層による分離層4bは、非貫通V字溝21bの底面で、半導体基板の一方の面から形成されたp型拡散層31に一方の端部で接続し、他方の面側のコレクタ面に形成されているp型コレクタ層6に他方の端部で接続することになるので、同導電型のp型領域が半導体基板の一方の主面から他方の主面に繋がることになる。その結果、分離層4bはコレクタpn接合32の終端面をウエハの一方の主面(表面)側に移動させる。表面に露出したコレクタpn接合32の終端面は一方の主面(表面)の絶縁膜19により保護される(図19)。   The p-type diffusion layer isolation layer 4b formed on the side surface 9d of the non-penetrating V-shaped groove 21b is a p-type diffusion formed from one surface of the semiconductor substrate at the bottom surface of the non-penetrating V-shaped groove 21b. Since it is connected to the layer 31 at one end and connected to the p-type collector layer 6 formed on the collector surface on the other side, the p-type region of the same conductivity type is a semiconductor. One main surface of the substrate is connected to the other main surface. As a result, the separation layer 4b moves the end surface of the collector pn junction 32 to one main surface (front surface) side of the wafer. The end surface of the collector pn junction 32 exposed on the surface is protected by the insulating film 19 on one main surface (surface) (FIG. 19).

最後に、他方の主面のp型コレクタ層6の上にはTi、Ni、Auなどからなるコレクタ電極7を被着させると、本発明にかかる逆阻止型IGBTができる(図19)。
以上説明した本発明の実施例1にかかる非貫通V字溝を有する逆阻止型IGBTでは、組み立て時に半田接合による熱履歴を受ける際に生じ易い、非貫通V字溝の4隅コーナー部への応力集中が緩和されるので、基板厚さの薄い4隅コーナー部への応力集中によるチップの割れカケ、半導体特性の劣化等を抑制することができる。
Finally, when the collector electrode 7 made of Ti, Ni, Au or the like is deposited on the p-type collector layer 6 on the other main surface, the reverse blocking IGBT according to the present invention can be obtained (FIG. 19).
In the reverse blocking IGBT having the non-penetrating V-shaped groove according to the first embodiment of the present invention described above, the non-penetrating V-shaped groove is likely to occur when receiving a thermal history due to solder bonding during assembly. Since stress concentration is alleviated, chip cracking due to stress concentration at the four corners where the substrate is thin, deterioration of semiconductor characteristics, and the like can be suppressed.

本発明にかかる実施例2について、特徴部分を中心に以下説明する。
前記実施例1に記載の方法と同様に非貫通V字溝21bを形成し、レーザー照射により非貫通V字溝21bの側辺面9cの下部の面取り処理を行った後に、イオン注入と活性化を行う。その活性化方法として、実施例2では実施例1のレーザーアニールとは異なり、低温アニール(以下アニールを活性化の意味で用いる)を実施する。イオン注入はボロンを、ドーズ量1×1014(cm−2)/50keVの条件で行い、低温での炉アニール条件は380℃、1時間で行なう。この温度は、450℃付近での酸素のドナー化による特性悪化を考慮して、450℃を避けるようにして決められた温度である。
Example 2 according to the present invention will be described below with a focus on features.
The non-penetrating V-shaped groove 21b is formed in the same manner as described in the first embodiment, and after chamfering the lower side surface 9c of the non-penetrating V-shaped groove 21b by laser irradiation, ion implantation and activation are performed. I do. As an activation method, unlike the laser annealing of the first embodiment, the low temperature annealing (hereinafter, annealing is used for activation) is performed in the second embodiment. Ion implantation is performed with boron at a dose of 1 × 10 14 (cm −2 ) / 50 keV, and furnace annealing at a low temperature is performed at 380 ° C. for 1 hour. This temperature is determined so as to avoid 450 ° C. in consideration of deterioration of characteristics due to oxygen donor conversion in the vicinity of 450 ° C.

図9の(a)は、その時の非貫通V字溝21bの側辺面9dにおけるSR測定により求めたp型分離層の不純物濃度プロファイル図である。ボロンのイオン注入層の活性化率は1%程度と低いが、逆耐圧特性を有するIGBTを形成することができる。   FIG. 9A is an impurity concentration profile diagram of the p-type isolation layer obtained by SR measurement on the side surface 9d of the non-penetrating V-shaped groove 21b at that time. Although the activation rate of the boron ion implantation layer is as low as about 1%, an IGBT having reverse breakdown voltage characteristics can be formed.

以上説明した本発明の実施例2にかかる非貫通V字溝を有する逆阻止型IGBTでは、組み立て時に半田接合による熱履歴を受ける際に生じ易い、非貫通V字溝の4隅コーナー部への応力集中が緩和されるので、基板厚さの薄い4隅コーナー部への応力集中によるチップの割れカケ、半導体特性の劣化等を抑制することができる。   In the reverse blocking type IGBT having the non-penetrating V-shaped groove according to the second embodiment of the present invention described above, the non-penetrating V-shaped groove is likely to occur when receiving a thermal history due to solder bonding during assembly. Since stress concentration is alleviated, chip cracking due to stress concentration at the four corners where the substrate is thin, deterioration of semiconductor characteristics, and the like can be suppressed.

本発明にかかる実施例3について、特徴部分を中心に以下説明する。実施例1に記載の方法と同様に非貫通V字溝21bを形成し、レーザー照射により非貫通V字溝21bの側辺面9cの下部の面取り処理を行った後に、非貫通V字溝21bの側辺面9dへのボロンのイオン注入により、分離層形成用イオン注入層を形成する(図1)。実施例3では、そのイオン注入層を活性化して分離層4bとするためにフラッシュランプアニールを行うことが前述の実施例1、2と異なる点である。イオン注入はボロンをドーズ量1×1014(cm−2)/50keVの条件で行い、フラッシュランプアニールは、酸素のドナー化の影響をほとんど受けない300℃に予めウエハを加熱して温度上昇させた状態で、30J/cmのエネルギー密度で照射を行った。図10の(a)は、その時の非貫通V字溝の側辺面におけるSR測定により求めたp型分離層の不純物濃度プロファイル図である。ボロン層の活性化率は40%程度で、逆耐圧特性を有する素子を形成することができる。 A third embodiment according to the present invention will be described below with a focus on features. The non-penetrating V-shaped groove 21b is formed in the same manner as described in the first embodiment, and after chamfering the lower side surface 9c of the non-penetrating V-shaped groove 21b by laser irradiation, the non-penetrating V-shaped groove 21b is formed. An ion implantation layer for forming a separation layer is formed by ion implantation of boron into the side surface 9d (FIG. 1). The third embodiment is different from the first and second embodiments described above in that flash lamp annealing is performed in order to activate the ion implantation layer to form the separation layer 4b. Ion implantation is performed with boron at a dose of 1 × 10 14 (cm −2 ) / 50 keV, and flash lamp annealing is performed by heating the wafer to 300 ° C., which is hardly affected by oxygen donor formation, and raising the temperature in advance. In this state, irradiation was performed at an energy density of 30 J / cm 2 . FIG. 10A is an impurity concentration profile diagram of the p-type isolation layer obtained by SR measurement on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove at that time. The activation rate of the boron layer is about 40%, and an element having reverse breakdown voltage characteristics can be formed.

以上説明した本発明の実施例3にかかる非貫通V字溝を有する逆阻止型IGBTでは、組み立て時に半田接合による熱履歴を受ける際に生じ易い、非貫通V字溝の4隅コーナー部への応力集中が緩和されるので、基板厚さの薄い4隅コーナー部への応力集中によるチップの割れカケ、半導体特性の劣化等を抑制することができる。   In the reverse blocking IGBT having the non-penetrating V-shaped groove according to the third embodiment of the present invention described above, the non-penetrating V-shaped groove is likely to occur when receiving a thermal history due to soldering during assembly. Since stress concentration is alleviated, chip cracking due to stress concentration at the four corners where the substrate is thin, deterioration of semiconductor characteristics, and the like can be suppressed.

本発明にかかる実施例4について、特徴部分を中心に以下説明する。実施例4では、前述の実施例2、3における側辺面への分離層形成用イオン注入層と裏面p型コレクタ層形成用イオン注入層とを同時に形成した後、分離層形成用イオン注入層と裏面p型コレクタ層形成用イオン注入層とを同時に低温炉アニールにより実施することを特徴とする。非貫通V字溝の側辺面の分離層に対しても、裏面p型コレクタ層に対しても、イオン注入はボロンをドーズ量1×1014(cm−2)/50keVの条件で行った。低温での炉アニール条件は380℃、1時間とした。図9の(b)は、その時の裏面p型コレクタ層の、SR測定により求めた不純物濃度プロファイル図である。ボロン層の活性化率は1.3%程度と低いが、逆耐圧特性を有する素子を形成することができる。裏面p型コレクタ層の濃度分布の方が、非貫通V字溝の側辺面よりも濃度分布が深くなる(拡散深さが深くなる)のは、側辺面の方が傾斜面にイオン注入をしている分だけ側辺面に注入されるドーパント量が少なくなるためである(図9〜図11についても、同様の理由で裏面コレクタ層の方の拡散深さが深い)。 Example 4 according to the present invention will be described below with a focus on features. In Example 4, the ion implantation layer for forming the separation layer on the side surface and the ion implantation layer for forming the back surface p-type collector layer on the side surface in Examples 2 and 3 are formed at the same time, and then the ion implantation layer for forming the separation layer. And the back surface p-type collector layer forming ion-implanted layer are simultaneously performed by low-temperature furnace annealing. For both the separation layer on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove and the back surface p-type collector layer, the ion implantation was performed with boron at a dose of 1 × 10 14 (cm −2 ) / 50 keV. . The furnace annealing conditions at low temperature were 380 ° C. and 1 hour. FIG. 9B is an impurity concentration profile diagram obtained by SR measurement of the back surface p-type collector layer at that time. Although the activation rate of the boron layer is as low as about 1.3%, an element having reverse breakdown voltage characteristics can be formed. The concentration distribution of the back surface p-type collector layer becomes deeper than the side surface of the non-penetrating V-shaped groove (diffusion depth increases). The side surface is ion-implanted into the inclined surface. This is because the amount of dopant injected into the side surface is reduced by the amount of the etching (FIG. 9 to FIG. 11 also have a larger diffusion depth on the back collector layer for the same reason).

また、前記低温炉アニールに代えて、フラッシュランプアニールによる同時活性化とすることもできる。その場合の活性化の条件としては、イオン注入はボロンをドーズ量1×1014(cm−2)/50keVの条件で行った後、フラッシュランプアニールは30J/cmのエネルギーで行った。図10(b)は、その時の裏面p型コレクタ層の、SR測定により求めた不純物濃度プロファイル図である。ボロンイオン注入層の活性化率は40%程度であるが、逆耐圧特性を有する素子を形成することができる。 Further, simultaneous activation by flash lamp annealing may be performed instead of the low temperature furnace annealing. As activation conditions in this case, ion implantation was performed with boron at a dose of 1 × 10 14 (cm −2 ) / 50 keV, and then flash lamp annealing was performed with an energy of 30 J / cm 2 . FIG. 10B is an impurity concentration profile diagram obtained by SR measurement of the back surface p-type collector layer at that time. The activation rate of the boron ion implanted layer is about 40%, but an element having reverse breakdown voltage characteristics can be formed.

以上説明した実施例4によれば、非貫通V字溝の側辺面と裏面p型コレクタ層を別々の工程で行う必要がなく、また、前述と同様にコーナー下部での応力発生が抑制されるので、応力集中によるチップ割れ、カケ等の影響を受け難い素子とすることができる。   According to the fourth embodiment described above, the side surface of the non-penetrating V-shaped groove and the back surface p-type collector layer do not need to be performed in separate steps, and stress generation at the lower corner is suppressed as described above. Therefore, it is possible to obtain an element that is not easily affected by chip cracking or chipping due to stress concentration.

本発明にかかる実施例5について、特徴部分を中心に以下説明する。本発明は、非貫通V字溝をエッチング(この場合にはアルカリ異方性エッチング)により形成した後に、レーザー照射による面取り処理をこのプロセス段階では行わず、先に非貫通V字溝の側辺面にボロンのイオン注入を行う。その後、レーザー照射により非貫通V字溝の側辺面に形成されたイオン注入層を活性化させて分離層とすると同時に、非貫通V字溝のコーナー下部の面取りも行うものである。イオン注入はボロンをドーズ量1×1014(cm−2)/50keVの条件で行い、レーザーアニール条件はYAG2ωレーザー(波長532nm,半値幅100ns)で、照射エネルギー密度4J/cmで行った。図11(a)は、その時の非貫通V字溝の側辺面に形成されたp型分離層の、SR測定により求めた不純物濃度プロファイル図である。p型分離層の活性化率は50%程度で、逆耐圧特性を有する素子を形成することができる。また、このレーザー照射によりR=50μm程度の面取り形状のコーナー下部を持つ非貫通V字溝を形成することができる。 Example 5 according to the present invention will be described below with a focus on features. In the present invention, after the non-penetrating V-shaped groove is formed by etching (in this case, alkali anisotropic etching), the chamfering process by laser irradiation is not performed in this process stage, and the side of the non-penetrating V-shaped groove is first performed. Boron ions are implanted into the surface. Thereafter, the ion-implanted layer formed on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove is activated by laser irradiation to form a separation layer, and at the same time, chamfering is performed at the lower corner of the non-penetrating V-shaped groove. Ion implantation was performed with boron at a dose of 1 × 10 14 (cm −2 ) / 50 keV, laser annealing conditions were YAG 2ω laser (wavelength 532 nm, half width 100 ns), and irradiation energy density 4 J / cm 2 . FIG. 11A is an impurity concentration profile diagram obtained by SR measurement of the p-type separation layer formed on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove at that time. The activation rate of the p-type isolation layer is about 50%, and an element having reverse breakdown voltage characteristics can be formed. Further, by this laser irradiation, a non-penetrating V-shaped groove having a chamfered corner lower portion of about R = 50 μm can be formed.

図13は、実施例5にかかる発明の特徴部分のプロセス((a)〜(d))を順に示す断面図である。(a)はレジスト32をマスクとして前述と同様のアルカリ異方性エッチングにより、p型拡散層とは反対側の主面から非貫通V字溝21bを形成する工程を示す断面図。(b)は、同じレジスト32を用いて非貫通V字溝21bの側辺面9cへのボロンのイオン注入工程を示す断面図。(c)は前記側辺面9cに形成されたボロンイオン注入層の活性化によるp型分離層4bの形成と側辺面9c下部の面取りとを同時に行うレーザー照射工程を示す断面図。(d)はレジスト32を除去し、p型分離層4bとp型拡散層31とが連結されることを示す断面図である。この結果、ウエハ1の一方の主面から他方の主面にかけてp型の拡散層が繋がり、他方の主面側に形成されるコレクタpn接合32の終端を一方の主面(表面)側に延在させることができる。その後、側辺面21bに囲まれる他方の主面にボロンのイオン注入層を形成してp型分離層4bの他端と接続させ、活性化させてp型コレクタ層を形成する。   FIG. 13: is sectional drawing which shows the process ((a)-(d)) of the characteristic part of the invention concerning Example 5 in order. (A) is sectional drawing which shows the process of forming the non-penetration V-shaped groove | channel 21b from the main surface on the opposite side to a p-type diffused layer by the alkali anisotropic etching similar to the above using the resist 32 as a mask. FIG. 6B is a cross-sectional view showing a boron ion implantation step into the side surface 9c of the non-penetrating V-shaped groove 21b using the same resist 32; (C) is sectional drawing which shows the laser irradiation process which performs simultaneously the formation of the p-type isolation | separation layer 4b by activation of the boron ion implantation layer formed in the said side surface 9c, and the chamfering of the lower side surface 9c lower part. (D) is sectional drawing which shows that the resist 32 is removed and the p-type isolation layer 4b and the p-type diffusion layer 31 are connected. As a result, the p-type diffusion layer is connected from one main surface of the wafer 1 to the other main surface, and the end of the collector pn junction 32 formed on the other main surface side extends to the one main surface (front surface) side. Can exist. Thereafter, a boron ion-implanted layer is formed on the other main surface surrounded by the side surface 21b, connected to the other end of the p-type isolation layer 4b, and activated to form a p-type collector layer.

本発明にかかる実施例6について、特徴部分を中心に以下説明する。本発明は、前記実施例5に加えて、非貫通V字溝の側辺面の分離層および裏面p型コレクタ層を同時にレーザー照射により活性化することができるようにする製造方法である。非貫通V字溝の側辺面に対しても、裏面p型コレクタ層に対しても、イオン注入はボロンをドーズ量1×1014(cm−2)/50keVの条件で行い、レーザーアニール条件はYAG2ωレーザー(波長532nm,半値幅100ns)で、照射エネルギー密度4J/cmで行う。図11(b)は、その時の裏面p型コレクタ層の、SR測定により求めた不純物濃度プロファイル図である。ボロンイオン注入層の活性化率は60%程度で、逆耐圧特性を有する素子を形成することができる。非貫通V字溝の側辺面の分離層に対しても、裏面p型コレクタ層に対しても活性化すると同時に、このレーザー照射によりR=50μm程度の面取り形状のコーナー下部を持つ非貫通V字溝を形成することができる。 A sixth embodiment according to the present invention will be described below with a focus on characteristic portions. In addition to the fifth embodiment, the present invention is a manufacturing method in which the separation layer on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove and the back surface p-type collector layer can be simultaneously activated by laser irradiation. Both the side surface of the non-penetrating V-shaped groove and the back surface p-type collector layer are ion-implanted with boron at a dose of 1 × 10 14 (cm −2 ) / 50 keV and laser annealing conditions. Is a YAG2ω laser (wavelength 532 nm, full width at half maximum 100 ns) at an irradiation energy density of 4 J / cm 2 . FIG. 11B is an impurity concentration profile diagram obtained by SR measurement of the back surface p-type collector layer at that time. The activation rate of the boron ion implanted layer is about 60%, and an element having reverse breakdown voltage characteristics can be formed. Both the separation layer on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove and the back surface p-type collector layer are activated, and at the same time, this laser irradiation causes a non-penetrating V having a chamfered corner lower portion of about R = 50 μm. A gutter can be formed.

図12は、分離層のアニール方法の違いによる逆阻止型IGBTの逆漏れ電流の大きさを比較するための逆方向の電流−電圧波形図である。(a)は実施例2、4で作製された低温炉アニールによる逆阻止型IGBTの逆方向の電流−電圧波形図である。(b)は実施例3、4で作製された、フラッシュランプアニールによる逆阻止型IGBTの逆方向の電流−電圧波形図である。(c)は実施例5、6で作製された、レーザーアニールによる逆阻止型IGBTの逆方向の電流−電圧波形図である。(a)、(b)、(c)のいずれも、所定の逆漏れ電流の基準内に入っており、良品であるが、低温炉アニールよりフラッシュランプ、フラッシュランプよりレーザーアニールを用いた場合の方が、より漏れ電流が低いことを示している。その理由は、レーザーアニールによれば、面取り形状を持つ非貫通V字溝コーナー部を形成できると同時に、非貫通V字溝の側辺面の分離層および裏面p型コレクタ層をアニールして結晶欠陥を回復できるからである。   FIG. 12 is a reverse current-voltage waveform diagram for comparing the magnitude of the reverse leakage current of the reverse blocking IGBT due to the difference in the annealing method of the separation layer. (A) is a current-voltage waveform diagram in the reverse direction of the reverse-blocking IGBT by low-temperature furnace annealing produced in Examples 2 and 4. FIG. (B) is the current-voltage waveform diagram of the reverse direction of reverse blocking type IGBT by flash lamp annealing produced in Example 3, 4. FIG. (C) is the current-voltage waveform diagram of the reverse direction of the reverse blocking IGBT by laser annealing produced in Examples 5 and 6. FIG. All of (a), (b), and (c) are within the standard of the predetermined reverse leakage current, and are non-defective products, but when using flash annealing from low temperature furnace annealing and laser annealing from flash lamp Indicates that the leakage current is lower. The reason is that laser annealing can form a chamfered non-penetrating V-shaped groove corner portion, and at the same time, anneals the separation layer on the side surface of the non-penetrating V-shaped groove and the back surface p-type collector layer to form a crystal. This is because defects can be recovered.

図14は実施例6にかかる発明部分のプロセス(a)、(b)を順に示す断面図である。前記図13の断面図に示す前記実施例5にかかる発明部分の4工程プロセスよりも、工程数が2工程少ないことを示す。なお、実施例6では、YAG2ωレーザーで説明をしたが、面取り形状を持つ非貫通V字溝21bの傾斜面9dを形成すると同時に活性化も行うレーザー装置としては、エキシマレーザー(XeF,XeCl)や、全固体レーザー(YAG3ω)、および半導体レーザーでもよい。また、エキシマレーザーと半導体レーザーの組合せ、全固体レーザーとの組合せでも問題ない。   FIG. 14: is sectional drawing which shows process (a) of the invention part concerning Example 6 in order (b). 13 shows that the number of steps is two steps smaller than the four-step process of the invention portion according to Example 5 shown in the cross-sectional view of FIG. In the sixth embodiment, the YAG2ω laser has been described. However, an excimer laser (XeF, XeCl) or a laser device that activates at the same time that the inclined surface 9d of the non-through V-shaped groove 21b having a chamfered shape is formed can be used. An all-solid-state laser (YAG3ω) and a semiconductor laser may be used. A combination of an excimer laser and a semiconductor laser, or a combination of an all-solid-state laser is not a problem.

レーザー照射を非貫通V字溝のコーナー部の面取り形状の形成およびイオン注入領域の活性化に用いることにより、活性化率の高いイオン注入層の形成および基板厚さの薄い4隅コーナー部への応力集中による割れ欠けが少ない、半導体特性も良好な逆阻止型IGBTの製造方法を提供することができる。   By using laser irradiation to form the chamfered shape of the corner portion of the non-penetrating V-shaped groove and to activate the ion implantation region, it is possible to form an ion implantation layer with a high activation rate and to form a corner with a thin substrate thickness at the four corners It is possible to provide a method for manufacturing a reverse blocking IGBT with less cracking due to stress concentration and good semiconductor characteristics.

さらに、以上説明した実施例1〜実施例6では面取り処理の方法として、レーザー照射を用いたが、等方性ドライエッチングによって面取り処理を行うこともできる。等方性ドライエッチングとしては、良く知られたXeF、CFなどを用いたドライエッチングとすることができる。 Further, in Examples 1 to 6 described above, laser irradiation is used as the method of the chamfering process, but the chamfering process can also be performed by isotropic dry etching. As the isotropic dry etching, well-known dry etching using XeF 4 , CF 4 or the like can be used.

1 ウエハ
2 酸化膜
3 開口部
4 p型拡散層
4a、4b 分離層
6 p型コレクタ層
7 コレクタ電極
10 M0Sゲート構造
15 n型エミッタ領域
16 p型ベース領域
17 ゲート電極
18 エミッタ電極
19 絶縁膜
20 実装基板
21a 貫通V字溝
12b 非貫通V字溝
22 半田
23 (100)面
30b 逆阻止IGBT
31 p型拡散層
32 レジストマスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer 2 Oxide film 3 Opening 4 p-type diffusion layer 4a, 4b Separation layer 6 p-type collector layer 7 Collector electrode 10 M0S gate structure 15 n-type emitter region 16 p-type base region 17 Gate electrode 18 Emitter electrode 19 Insulating film 20 Mounting board 21a Through V-shaped groove 12b Non-through V-shaped groove 22 Solder 23 (100) surface 30b Reverse blocking IGBT
31 p-type diffusion layer 32 resist mask

Claims (4)

第1導電型半導体基板の一方の主面に、格子状の平面パターンの第2導電型拡散層を備え、他方の主面に、前記格子状の平面パターンと同ピッチの格子状の平面パターンを備え、該他方の主面に平行であって前記第2導電型拡散層が露出する底面と該底面から立ち上がるテーパー状の側辺面とで構成されるV字溝を有し、該テーパー状の側辺面に囲まれる前記他方の主面に第2導電型半導体層を備え、前記側辺面に沿って、前記一方の主面の前記第2導電型拡散層と前記他方の主面の前記第2導電型半導体層とを導電接続する第2導電型分離層を備え、前記V字溝の、前記側辺面と前記底面との交差部および前記側辺面同士が交差するコーナー部の4隅が面取り形状を有していることを特徴とする半導体装置。 One main surface of the first conductivity type semiconductor substrate is provided with a second conductivity type diffusion layer having a lattice-like plane pattern, and the other main surface is provided with a lattice-like plane pattern having the same pitch as the lattice-like plane pattern. And having a V-shaped groove formed of a bottom surface that is parallel to the other main surface and from which the second conductivity type diffusion layer is exposed and a tapered side surface that rises from the bottom surface. a second conductive semiconductor layer on the other main surface surrounded by the side edge surface, along the side edge surface, wherein the other main surface and the second conductive type diffusion layer of the one main surface a second conductive separation layer of conductively connecting a second conductive type semiconductor layer, 4 the V-grooves, intersections and the sides faces of the bottom and the sides surfaces of the corner portions intersecting A semiconductor device characterized in that a corner has a chamfered shape. 前記面取り形状が曲面状であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the chamfered shape is a curved surface. 前記面取り形状の曲面状が曲率半径R=50μm以上であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the curved surface of the chamfered shape has a radius of curvature R = 50 [mu] m or more. 前記半導体装置が逆阻止絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a reverse blocking insulated gate bipolar transistor.
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