JP5218326B2 - Manufacturing method of semiconductor substrate having parallel pn junction structure - Google Patents
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Description
本発明は、n型の半導体領域とp型の半導体領域とが交互に繰り返し接合された構成の並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure in which an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region are alternately and repeatedly joined.
シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長させたシリコンエピタキシャルウェーハ(以下、半導体基板ともいう)において、成長させたシリコン単結晶薄膜(以下、シリコンエピタキシャル層あるいは単にエピタキシャル層ともいう)に、イオン注入法により不純物元素のイオン注入層を形成し、さらに別のエピタキシャル層を形成して埋込層となす技術が知られている。
ここで、エピタキシャル成長を行って半導体基板を作製する場合に、パワーMOSFETや縦型バイポーラトランジスタ等の素子を作り込むために、深さ方向に長い不純物添加領域(以下、縦方向添加領域と称する)を形成して、並列pn接合構造を形成しなければならない場合がある。プレーナ型のMOSFETでは不純物添加領域の面内が電流経路の主体となるのに対し、縦方向添加領域を作りこむことにより、該領域の層厚方向に電流を導通させることができ、素子のON抵抗を低減できる利点がある。
In a silicon epitaxial wafer obtained by vapor phase epitaxial growth of a silicon single crystal thin film on a silicon single crystal substrate (hereinafter also referred to as a semiconductor substrate), the grown silicon single crystal thin film (hereinafter also referred to as a silicon epitaxial layer or simply an epitaxial layer) is used. A technique is known in which an ion implantation layer of an impurity element is formed by an ion implantation method, and another epitaxial layer is formed to form a buried layer.
Here, when a semiconductor substrate is manufactured by performing epitaxial growth, an impurity-added region that is long in the depth direction (hereinafter referred to as a vertical-added region) is formed in order to manufacture elements such as a power MOSFET and a vertical bipolar transistor. It may be necessary to form a parallel pn junction structure. In the planar type MOSFET, the in-plane of the impurity doped region is the main current path, but by forming the longitudinally doped region, current can be conducted in the layer thickness direction of the region, and the element is turned on. There is an advantage that resistance can be reduced.
このような深い縦方向添加領域の形成方法としては、エピタキシャル層の成長工程とイオン注入工程とを繰り返して形成する方法が特許文献1に開示されているが、この場合、工程数が増大しやすくコストアップにつながりやすい欠点がある。
そこで、特許文献2、3、4には、シリコン単結晶基板の主表面にエッチングによりトレンチ(溝)を形成し、このトレンチを埋めるようにエピタキシャル層を成長させて縦方向添加領域を形成する技術が開示されている。この方法では、トレンチ内への例えばp型半導体のエピタキシャル成長が終了すると、半導体基板表面のトレンチ開口部やマスク酸化膜上にシリコンの盛り上がり(1〜数μmの段差)やポリシリコンが形成されており、またマスク酸化膜も残っているため、基板表面を研磨して、マスク酸化膜やポリシリコンを除去するとともに、平坦化する必要がある。
As a method for forming such a deep vertical addition region,
Therefore, Patent Documents 2, 3, and 4 describe a technique in which a trench (groove) is formed by etching on the main surface of a silicon single crystal substrate, and an epitaxial layer is grown so as to fill the trench to form a longitudinally added region. Is disclosed. In this method, when the epitaxial growth of, for example, a p-type semiconductor in the trench is completed, silicon swells (steps of 1 to several μm) and polysilicon are formed on the trench opening and the mask oxide film on the surface of the semiconductor substrate. In addition, since the mask oxide film remains, it is necessary to polish the substrate surface to remove the mask oxide film and polysilicon and to flatten the surface.
この平坦化処理に関して、特許文献2には、エピタキシャル成長後の基板表面をCMP(化学機械研磨)法により研磨することが記載されている。また、特許文献3には、トレンチを形成する際に用いたマスク酸化膜を、基板を平坦化する際の研磨ストッパ膜としても用い、CMP法により基板表面の研磨を行うことが記載されている。CMP法による研磨以外にも、ドライエッチング法により基板表面をシリコンエッチングする方法が公知である。特許文献4には、トレンチを形成した際のマスク酸化膜をエッチストップ層として用いてシリコンエッチングを行うことが記載されている。 Regarding this planarization treatment, Patent Document 2 describes that the substrate surface after epitaxial growth is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Patent Document 3 describes that the mask oxide film used for forming the trench is also used as a polishing stopper film for planarizing the substrate, and the substrate surface is polished by CMP. . In addition to polishing by the CMP method, a method of etching the substrate surface by dry etching is known. Patent Document 4 describes that silicon etching is performed using a mask oxide film at the time of forming a trench as an etch stop layer.
また、特許文献5にはトレンチを形成する際に用いたマスク酸化膜を、基板表面の研磨時に研磨ストッパ膜として用い、一旦ポリシリコンを除去した後にそのマスク酸化膜をHF等で除去し、さらにマスク酸化膜厚に相当する表面段差を再度研磨して表面を平坦化する技術が開示されている。
MOSFET等のデバイスは、平坦化処理によって研磨された半導体基板表面に形成される。そのため、上記のような研磨後の基板表面の汚染が少ないことが重要である。また、研磨により除去する基板表面の厚さ(削り厚さ)を管理する必要があり、製造された半導体基板表面の平坦度が高いことが重要である。
Further, in Patent Document 5, the mask oxide film used for forming the trench is used as a polishing stopper film when polishing the substrate surface, and after removing the polysilicon once, the mask oxide film is removed with HF or the like. A technique for flattening the surface by polishing again the surface step corresponding to the mask oxide film thickness is disclosed.
A device such as a MOSFET is formed on the surface of a semiconductor substrate polished by a planarization process. Therefore, it is important that there is little contamination of the substrate surface after polishing as described above. In addition, it is necessary to manage the thickness (cut thickness) of the substrate surface to be removed by polishing, and it is important that the flatness of the manufactured semiconductor substrate surface is high.
上記したような、従来の並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法のフロー図を図4に示す。
図4に示すように、従来の製造において、まず例えばn型のシリコン単結晶基板101上に第1導電型半導体層102を形成して(図4(a))、その第1導電型半導体層102にマスク酸化膜103を形成してパターニング後トレンチ104を形成し(図4(b))、トレンチ104内に埋め込みエピタキシャル成長させて第2導電型半導体領域105を形成する(図4(c))。この際生じるエピタキシャル層の盛り上がりを除去して平坦化するために、研磨ストッパ膜として残したマスク酸化膜103が露出するまで研磨する(図4(d))。そして、デバイス形成面を露出するためにマスク酸化膜103をエッチング等で除去する(図4(e))。
FIG. 4 shows a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor substrate having a conventional parallel pn junction structure as described above.
As shown in FIG. 4, in the conventional manufacturing, first, for example, a first conductivity
しかし、マスク酸化膜を研磨ストッパ膜として表面を平坦化しても、埋め込みエピタキシャル成長を行った位置に図4(d)(e)に示すようなへこみ(ディッシング)やマスク酸化膜の厚さに相当する段差が残ってしまう。また、さらにその段差を取り去るためにマスク酸化膜を除去した後、再度研磨を行っても、一度段差が生じた表面を平坦化するのは困難であり、工程が増えるだけで完全には段差を無くすことは出来ず、平坦度が上がらない問題点があった。 However, even if the surface is flattened using the mask oxide film as a polishing stopper film, it corresponds to the dent (dishing) or the thickness of the mask oxide film as shown in FIGS. A step remains. Furthermore, even if the mask oxide film is removed to remove the step and then polished again, it is difficult to flatten the surface where the step has occurred once. There is a problem that it cannot be eliminated and the flatness does not increase.
また、研磨ストッパ膜としてマスク酸化膜を用いるため、トレンチ溝を形成する際に用いたマスク酸化膜が基板表面に残留した状態でトレンチ埋め込みの為のエピタキシャル成長を行うことになり、マスク酸化膜自身やマスク酸化膜とシリコンの間の熱応力に起因する欠陥がエピタキシャル層内に発生してしまい、結晶性の低下、ひいてはデバイス特性の劣化を引き起こす問題もあった。 Further, since the mask oxide film is used as the polishing stopper film, the mask oxide film used for forming the trench groove is epitaxially grown for filling the trench with the mask oxide film remaining on the substrate surface. There is also a problem that defects due to thermal stress between the mask oxide film and silicon are generated in the epitaxial layer, resulting in a decrease in crystallinity and, consequently, device characteristics.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、結晶性が良く、平坦度の高いデバイス形成面を有する半導体基板を汚染を防止しながら製造することができる並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a parallel pn junction structure capable of manufacturing a semiconductor substrate having a device formation surface with good crystallinity and high flatness while preventing contamination. An object is to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate.
上記目的を達成するために、本発明は、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合された並列pn接合構造を有する半導体基板を製造する方法であって、少なくとも、エピタキシャル成長させるシリコン単結晶基板を準備する工程と、前記準備したシリコン単結晶基板上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させることにより、第1導電型半導体層を形成する工程と、前記形成した第1導電型半導体層にトレンチを形成する工程と、前記トレンチが形成された第1導電型半導体層上に第2導電型半導体をエピタキシャル成長させることにより、前記トレンチ内に第2導電型半導体領域を形成するとともに、前記第1導電型半導体層上に第2導電型半導体層を形成する工程と、前記シリコン単結晶基板を除去する工程とを有し、前記除去されたシリコン単結晶基板側の面をデバイス形成面とすることを特徴とする並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure in which a first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region are alternately and repeatedly joined, A step of preparing a silicon single crystal substrate to be epitaxially grown, a step of forming a first conductivity type semiconductor layer by epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on the prepared silicon single crystal substrate, and the first conductivity type formed above. Forming a trench in the type semiconductor layer, and epitaxially growing a second conductivity type semiconductor on the first conductivity type semiconductor layer in which the trench is formed, thereby forming a second conductivity type semiconductor region in the trench. , Forming a second conductive type semiconductor layer on the first conductive type semiconductor layer, and removing the silicon single crystal substrate And a degree, to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure, characterized in that the said removing silicon single crystal substrate side surface of the device formation surface.
このように、エピタキシャル成長させたシリコン単結晶基板を除去してシリコン単結晶基板側の面をデバイス形成面とすることで、シリコン単結晶基板の平坦度が反映された平坦な面をデバイス形成面とすることができる。また、酸化膜とシリコン、p型とn型等の異種材質のものを同時にエッチング、研磨する必要がないため、エッチングレートや強度の違いによる凹凸も生じず、平坦度の高いデバイス形成面を得ることができる。さらに、デバイス形成面はシリコン単結晶基板を除去するまで露出されないため、研磨、エッチング等による汚染はほとんどない。また、エピタキシャル成長する面にマスク酸化膜を残してエピタキシャル成長させる必要がないため、成長させるエピタキシャル層を結晶性良く形成することができる。
以上より、本発明の並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法によれば、結晶性が良く、平坦度の高いデバイス形成面を有する半導体基板を汚染を防止しながら製造することができる。
Thus, by removing the epitaxially grown silicon single crystal substrate and using the surface on the silicon single crystal substrate side as the device formation surface, the flat surface reflecting the flatness of the silicon single crystal substrate is defined as the device formation surface. can do. Further, since it is not necessary to etch and polish different materials such as oxide film and silicon, p-type and n-type simultaneously, unevenness due to the difference in etching rate and strength does not occur, and a device formation surface with high flatness is obtained. be able to. Furthermore, since the device formation surface is not exposed until the silicon single crystal substrate is removed, there is almost no contamination due to polishing, etching or the like. Moreover, since it is not necessary to leave the mask oxide film on the epitaxial growth surface and perform the epitaxial growth, the epitaxial layer to be grown can be formed with good crystallinity.
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure of the present invention, a semiconductor substrate having a device formation surface with good crystallinity and high flatness can be manufactured while preventing contamination.
このとき、前記第1導電型半導体層を形成する工程の前に、前記シリコン単結晶基板上にエッチストップ層を形成して、該エッチストップ層上に前記第1導電型半導体層を形成することが好ましい。
このように、シリコン単結晶基板上にエッチストップ層を形成することで、シリコン単結晶基板除去の際に、エッチングによりデバイス形成面となる面の平坦度を維持しながら確実かつ容易に基板を除去することができる。
At this time, before the step of forming the first conductive semiconductor layer, an etch stop layer is formed on the silicon single crystal substrate, and the first conductive semiconductor layer is formed on the etch stop layer. Is preferred.
In this way, by forming an etch stop layer on the silicon single crystal substrate, the substrate can be removed reliably and easily while maintaining the flatness of the device forming surface by etching when removing the silicon single crystal substrate. can do.
このとき、前記準備するシリコン単結晶基板としてp型基板を準備し、前記エッチストップ層としてn型エピタキシャル層を形成し、前記シリコン単結晶基板を除去する工程において、少なくとも前記エッチストップ層を露出させる際に電気化学的エッチングを行うことが好ましい。
このように、エッチストップ層としてn型エピタキシャル層を形成し、シリコン単結晶基板を除去する工程において、少なくともエッチストップ層を露出させる際に電気化学的エッチングを行うことで、n型エピタキシャル層で確実にエッチングを止めることができるため、より確実に平坦度の高いデバイス形成面を得ることができる。また、エッチストップ層として形成したn型エピタキシャル層上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させるため、平坦度が高く、結晶性が良い第1導電型半導体層を形成できる。
At this time, a p-type substrate is prepared as the prepared silicon single crystal substrate, an n-type epitaxial layer is formed as the etch stop layer, and at least the etch stop layer is exposed in the step of removing the silicon single crystal substrate. In this case, electrochemical etching is preferably performed.
As described above, in the step of forming the n-type epitaxial layer as the etch stop layer and removing the silicon single crystal substrate, at least the etch stop layer is exposed, and the electrochemical etching is performed, so that the n-type epitaxial layer can be reliably formed. In addition, since the etching can be stopped, a device forming surface with high flatness can be obtained more reliably. In addition, since the first conductivity type semiconductor is epitaxially grown on the n-type epitaxial layer formed as the etch stop layer, the first conductivity type semiconductor layer having high flatness and good crystallinity can be formed.
このとき、前記シリコン単結晶基板を除去する工程において、前記シリコン単結晶基板を厚さ10〜30μmになるまで研削して、その後前記電気化学的エッチングを行って前記エッチストップ層を露出させることが好ましい。
このように、シリコン単結晶基板を厚さ10〜30μmになるまで研削して、その後電気化学的エッチングを行ってエッチストップ層を露出させることで、シリコン単結晶基板除去を効率的に行うことができ、またエッチストップ層を露出させるのは電気化学的エッチングによるため平坦度の維持も確実かつ容易である。
At this time, in the step of removing the silicon single crystal substrate, the silicon single crystal substrate is ground to a thickness of 10 to 30 μm, and then the electrochemical etching is performed to expose the etch stop layer. preferable.
Thus, the silicon single crystal substrate can be efficiently removed by grinding the silicon single crystal substrate to a thickness of 10 to 30 μm and then performing an electrochemical etching to expose the etch stop layer. Further, since the etch stop layer is exposed by electrochemical etching, the flatness can be maintained reliably and easily.
前記電気化学的エッチングを行う前に、予め前記第2導電型半導体層を保護膜で覆うことが好ましい。
このように、予め第2導電型半導体層を保護膜で覆うことで、電気化学的エッチングの際に第2導電型半導体層の表面がエッチングされて荒れたり、汚染されることを防止できるため、より高品質の半導体基板を製造できる。
Before performing the electrochemical etching, it is preferable to cover the second conductive semiconductor layer with a protective film in advance.
Thus, by covering the second conductive type semiconductor layer with the protective film in advance, it is possible to prevent the surface of the second conductive type semiconductor layer from being etched and roughened or contaminated during the electrochemical etching. A higher quality semiconductor substrate can be manufactured.
以上のように、本発明の並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法によれば、結晶性が良く、平坦度の高いデバイス形成面を有する半導体基板を汚染を防止しながら製造することができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure of the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor substrate having a device formation surface with good crystallinity and high flatness while preventing contamination. .
以下、本発明の並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明の並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
Hereinafter, although the manufacturing method of the semiconductor substrate which has a parallel pn junction structure of this invention is demonstrated in detail, referring an figure as an example of an embodiment, this invention is not limited to this.
FIG. 1 is a flowchart showing an example of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure according to the present invention.
本発明の製造方法では、図1(a)に示すように、エピタキシャル成長させるシリコン単結晶基板10を準備する。
このとき、準備するシリコン単結晶基板10としては、特に限定されないが、後工程において、シリコン単結晶基板10の除去の際に電気化学的エッチングを用いる場合には、p型基板を準備する。
In the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 1A, a silicon
At this time, the silicon
次に、図1(b)に示すように、シリコン単結晶基板10上にエッチストップ層11を形成することが好ましい。
このように、エッチストップ層を形成することで、後工程でのシリコン単結晶基板除去の際に表面の平坦度を高く維持しながらエッチングで除去することが容易にできる。また、このときエッチストップ層11を厚さ1〜5μmで形成することで、デバイス形成面を露出する際に容易に除去できる。
Next, as shown in FIG. 1B, an
Thus, by forming the etch stop layer, it can be easily removed by etching while maintaining high flatness of the surface when removing the silicon single crystal substrate in a later step. At this time, the
このとき形成されるエッチストップ層11としては、特に限定されず、用いた基板よりエッチング速度が大幅に小さく、基板が除去された後に、実質的にエッチングを停止できるものであればよい。電気化学的エッチングを用いるために、シリコン単結晶基板10としてp型基板を準備した場合には、エッチストップ層11としてn型エピタキシャル層を形成することが好ましい。これにより、後工程でn型エピタキシャル層上に結晶性の良い第1導電型半導体層を成長させることができる。
The
また、本発明の製造方法に用いることができる他のエッチストップ層11としては、シリコン単結晶基板10上に例えば高濃度ボロン層を形成することで、シリコン単結晶基板とのエッチレートの違いにより良好なエッチストップ層として機能する。
As another
次に、図1(c)に示すように、第1導電型半導体をエピタキシャル成長させることにより、第1導電型半導体層12を形成する。
このとき形成される第1導電型半導体層12としては、特に限定されず、作製されるデバイスの耐圧特性等から、例えば厚さ20〜60μm、抵抗率0.5〜3.0Ωcmのp型エピタキシャル層を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, the first conductivity
The first
次に、図1(d)に示すように、第1導電型半導体層12にトレンチ13を形成する。
トレンチ13の形成方法としては、例えば、熱酸化法やCVD(化学気相成長)法により第1導電型半導体層の表面に厚さ1μm程度の酸化膜をマスクとして形成する。そして、フォトリソグラフィー技術により、トレンチ形成領域の酸化膜を除去して、トレンチ形成用酸化膜パターンを形成した後、プラズマエッチング、RIE(反応性イオンエッチング)、異方性ウェットエッチング等の異方性エッチングによりトレンチを形成することができる。このときのマスクとしては酸化膜に限定されず、例えば窒化膜を形成することもできる。この際、本発明では、トレンチ形成時のマスクを後工程での研磨ストッパ膜等として用いる必要がなく、良好なエピタキシャル成長を行うために、トレンチ形成後にはマスクを除去するのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1D, a trench 13 is formed in the first conductivity
As a method of forming the trench 13, for example, an oxide film having a thickness of about 1 μm is formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer by a thermal oxidation method or a CVD (chemical vapor deposition) method as a mask. Then, the oxide film in the trench formation region is removed by photolithography technology to form an oxide film pattern for trench formation, and then anisotropic such as plasma etching, RIE (reactive ion etching), anisotropic wet etching, etc. A trench can be formed by etching. The mask at this time is not limited to the oxide film, and for example, a nitride film can be formed. In this case, in the present invention, it is not necessary to use a mask at the time of trench formation as a polishing stopper film or the like in a subsequent process, and it is preferable to remove the mask after the trench formation in order to perform good epitaxial growth.
次に、図1(e)に示すように、第2導電型半導体をエピタキシャル成長させることにより、トレンチ13内に第2導電型半導体領域17を形成するとともに、第1導電型半導体層12上に第2導電型半導体層19を形成する。
例えば850〜1100℃の範囲で成長温度を調整しながら、トレンチ13内が第2導電型半導体で充填されて第2導電型半導体領域17が形成された後も、エピタキシャル成長を継続し、第1導電型半導体層12上に第2導電型半導体層19を所定厚さになるまで成長させる。このとき形成される第2導電型半導体層19の厚さとしては、特に限定されず、第1導電型半導体層12を覆う程度以上に成長させればよい。
Next, as shown in FIG. 1 (e), the second conductivity type semiconductor is epitaxially grown to form the second conductivity
For example, while adjusting the growth temperature in the range of 850 to 1100 ° C., the epitaxial growth is continued after the trench 13 is filled with the second conductivity type semiconductor and the second conductivity
次に、図1(f)に示すように、シリコン単結晶基板10を除去する。
除去する方法としては、特に限定されず、例えば、予め第2導電型半導体層19側に機械的強度を補強するための保持基板18を接着させて貼り付け、その後シリコン単結晶基板10を研削、研磨、エッチング等により除去することができる。この保持基板18は、第2導電型半導体層19を厚く形成した場合等には貼り合わせる必要はないが、第2導電型半導体層19を厚くエピタキシャル成長させる時間等を考慮すると、第2導電型半導体層19を薄く形成して保持基板18を貼り合わせる方が、生産効率が良い。
Next, as shown in FIG. 1F, the silicon
The removal method is not particularly limited. For example, the holding
このとき、エッチストップ層11が形成されている場合には、シリコン単結晶基板10の除去としては、まずシリコン単結晶基板10を厚さ10〜30μmになるまで研削して、その後エッチングを行ってエッチストップ層11を露出させることが好ましい。
このように、上記厚さになるまで研削してからエッチングを行うことで、作業効率が格段に良くなり、また、最後はエッチングによりエッチストップを起こさせて基板を除去するため、デバイス形成面となる面の平坦度を悪化させることもない。
At this time, when the
In this way, by performing etching after grinding to the above thickness, the working efficiency is remarkably improved, and finally, the etching stop is caused by etching to remove the substrate. The flatness of the resulting surface is not deteriorated.
また、シリコン単結晶基板10としてp型基板を準備し、エッチストップ層11としてn型エピタキシャル層を形成している場合には、エッチストップ層11を露出させる際に電気化学的エッチングを行うことが好ましい。この電気化学的エッチングの方法としては、特に限定されず、エッチングする面をKOH等のアルカリ溶液中に浸漬し、基板とアルカリ溶液間に所定の電圧を印加して電気化学的エッチングを行う。これにより、エッチングが進行し、n型エピタキシャル層がアルカリ溶液に露出すると、その表面にSiO2膜が形成されてエッチングが停止する。
このように、電気化学的エッチングであれば、エッチストップ層で確実にエッチングを停止させることができ、これにより露出される面は、シリコン単結晶基板とn型エピタキシャル層の界面の形状を反映しているため平坦度は非常に高い。
In addition, when a p-type substrate is prepared as the silicon
As described above, in the case of electrochemical etching, the etching can be surely stopped by the etch stop layer, and the exposed surface reflects the shape of the interface between the silicon single crystal substrate and the n-type epitaxial layer. Therefore, the flatness is very high.
このとき、電気化学的エッチングを行う前に、予め第2導電型半導体層19を例えばアルカリ溶液にエッチングされない材質の保護膜16で覆うことが好ましい。
これにより、第2導電型半導体層がエッチングされることを確実に防止できるため、エッチングのための作業がより容易になって複数枚同時にバッチ処理することで生産性がより向上し、さらに製造する半導体基板の品質も向上する。
At this time, it is preferable to previously cover the second
As a result, it is possible to reliably prevent the second conductive semiconductor layer from being etched. Therefore, the work for etching becomes easier, and batch processing of a plurality of sheets simultaneously improves productivity and further manufacture. The quality of the semiconductor substrate is also improved.
また、エッチストップ層11として例えば高濃度ボロン層を形成している場合には、エッチストップ層11(高濃度ボロン層)を露出する際に、例えばエチレンジアミンとピロカテコール混合溶液(EDP)、NaOH溶液、或いは、KOH溶液を用いて、シリコン単結晶基板10のエッチングを行うことで、エッチングレートが極めて遅い高濃度ボロン層でエッチストップを起こすため、デバイス形成面となる面の平坦度を高く維持しながらシリコン単結晶基板の除去を行うことができる。この場合も、上記した保護膜16を第2導電型半導体層19側に形成することが好ましい。
Further, when a high-concentration boron layer is formed as the
そして、図1(g)に示すように、エッチストップ層11等をエッチング等により除去して、デバイス形成面14を有する半導体基板15を製造する。
このように、本発明によれば、従来のように最終的に得られるデバイス形成面を平坦化するために、凹凸面を研削、研磨、エッチングしたり、異種材質の酸化膜とシリコン部分、p型とn型等を同時に研磨等する必要が無く、さらに、シリコン単結晶基板の平坦度を反映しているため、デバイス形成面の平坦度が非常に高い半導体基板を効率的かつ確実に製造することができる。また、研磨、エッチング等を用いた基板除去の際にはデバイス形成面は露出していないため、研磨等によりデバイス形成面が汚染されることは無い。
Then, as shown in FIG. 1G, the
Thus, according to the present invention, in order to flatten the device formation surface finally obtained as in the prior art, the uneven surface is ground, polished, etched, or the oxide film and silicon portion of different materials, p It is not necessary to polish the n-type and the like at the same time, and moreover, since the flatness of the silicon single crystal substrate is reflected, a semiconductor substrate having a very high flatness of the device formation surface can be manufactured efficiently and reliably. be able to. In addition, since the device forming surface is not exposed when removing the substrate using polishing, etching, or the like, the device forming surface is not contaminated by polishing or the like.
以上より、本発明の半導体基板の製造方法によれば、デバイス形成面が高平坦度で、結晶性が良い並列pn接合構造を有する半導体基板を汚染を防止しながら、生産性良く製造することができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure with high flatness and good crystallinity with high productivity while preventing contamination. it can.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例)
図1に示す工程で半導体基板を製造した。
まず、p型シリコン単結晶基板10を準備して(図1(a))、その上に厚さ3μmのn型シリコンエピタキシャル層11を形成し(図1(b))、さらにその上に厚さ40μm、抵抗率2Ωcmのp型シリコンエピタキシャル層12を形成した(図1(c))。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example)
A semiconductor substrate was manufactured by the process shown in FIG.
First, a p-type silicon
次に、マスク酸化膜をp型シリコンエピタキシャル層12上に形成して、フォトリソグラフィー技術とプラズマエッチングによりトレンチ13を形成した(図1(d))。トレンチ形成後にマスク酸化膜を除去した。
次に、n型シリコンエピタキシャル層19を形成するとともに、トレンチ内に埋め込みエピタキシャル成長してn型半導体領域17を形成した(図1(e))。
次に、n型シリコンエピタキシャル層19側に保持基板18を接着して貼り付け、さらに保護膜16を形成した後、厚さ20μmになるまでシリコン単結晶基板10を研削し、その後研削面をKOH溶液中に浸漬させて電気化学的エッチングを行い、シリコン単結晶基板10を除去した(図1(f))。
Next, a mask oxide film was formed on the p-type
Next, an n-type
Next, the holding
最後にn型シリコンエピタキシャル層11と保護膜16を除去してデバイス形成面14を有する半導体基板15を製造した(図1(g))。
図2に、実施例で製造されたデバイス形成用半導体基板の断面SEM写真(図2(a))とその拡大図(図2(b))、及び選択エッチングを行って結晶欠陥を観察した断面SEM写真(図2(c))を示す。
Finally, the n-type
FIG. 2 is a cross-sectional SEM photograph (FIG. 2A) and an enlarged view (FIG. 2B) of the device-forming semiconductor substrate manufactured in the example, and a cross-section in which crystal defects are observed by performing selective etching. An SEM photograph (FIG. 2 (c)) is shown.
(比較例)
図4に示す工程で半導体基板を製造した。
まず、p型シリコン単結晶基板101を準備して、その上にn型エピタキシャル層102を形成した(図4(a))。その後、実施例と同様にマスク酸化膜103を形成してトレンチ104を形成した(図4(b))。その後n型シリコンをエピタキシャル成長させてトレンチ104を埋め込んで、n型半導体領域105を形成した(図4(c))。次に、マスク酸化膜103が露出するまでn型半導体領域105の盛り上がりを研磨し(図4(d))、その後マスク酸化膜103をHFで除去した。
図3に、比較例で製造されたデバイス形成用半導体基板の断面SEM写真(図3(a))とその拡大図(図3(b))、及び選択エッチングを行って結晶欠陥を観察した断面SEM写真(図3(c))を示す。
(Comparative example)
A semiconductor substrate was manufactured by the process shown in FIG.
First, a p-type silicon
3 is a cross-sectional SEM photograph (FIG. 3A) and an enlarged view (FIG. 3B) of the semiconductor substrate for device formation manufactured in the comparative example, and a cross-section in which crystal defects are observed by performing selective etching. A SEM photograph (FIG.3 (c)) is shown.
図2(a)、(b)に示すように、実施例で製造された半導体基板は凹凸が無く平坦度が高い。さらには、図2(c)に示すように、選択エッチングにより欠陥はほとんど検出されなかった。
一方、図3(a)、(b)に示すように、比較例で製造された半導体基板はマスク酸化膜の厚みの段差ができており、図3(c)に示す選択エッチングを行った後には、エピタキシャル成長時の温度によるマスク酸化膜とシリコンの応力に起因する転位が表面付近に多数発生していた。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the semiconductor substrate manufactured in the example has no unevenness and high flatness. Furthermore, as shown in FIG. 2C, almost no defects were detected by selective etching.
On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, the semiconductor substrate manufactured in the comparative example has a step difference in the thickness of the mask oxide film, and after the selective etching shown in FIG. 3C is performed. In this case, many dislocations were generated near the surface due to the stress of the mask oxide film and silicon due to the temperature during epitaxial growth.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
10…シリコン単結晶基板、 11…エッチストップ層、
12…第1導電型半導体層、 13…トレンチ、 14…デバイス形成面、
15…半導体基板、 16…保護膜、 17…第2導電型半導体領域、
18…保持基板、 19…第2導電型半導体領域。
10 ... Silicon single crystal substrate, 11 ... Etch stop layer,
12 ... 1st conductivity type semiconductor layer, 13 ... Trench, 14 ... Device formation surface,
15 ... Semiconductor substrate, 16 ... Protective film, 17 ... Second conductivity type semiconductor region,
18 ... holding substrate, 19 ... second conductivity type semiconductor region.
Claims (5)
エピタキシャル成長させるシリコン単結晶基板を準備する工程と、
前記準備したシリコン単結晶基板上に第1導電型半導体をエピタキシャル成長させることにより、第1導電型半導体層を形成する工程と、
前記形成した第1導電型半導体層にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチが形成された第1導電型半導体層上に第2導電型半導体をエピタキシャル成長させることにより、前記トレンチ内に第2導電型半導体領域を形成するとともに、前記第1導電型半導体層上に第2導電型半導体層を形成する工程と、
前記シリコン単結晶基板を除去する工程とを有し、
前記除去されたシリコン単結晶基板側の面をデバイス形成面とすることを特徴とする並列pn接合構造を有する半導体基板の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure in which a first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region are alternately and repeatedly joined, comprising:
Preparing a silicon single crystal substrate to be epitaxially grown;
Forming a first conductivity type semiconductor layer by epitaxially growing a first conductivity type semiconductor on the prepared silicon single crystal substrate;
Forming a trench in the formed first conductive semiconductor layer;
A second conductivity type semiconductor is epitaxially grown on the first conductivity type semiconductor layer in which the trench is formed to form a second conductivity type semiconductor region in the trench, and a second conductivity type semiconductor region is formed on the first conductivity type semiconductor layer. Forming a two-conductivity-type semiconductor layer;
Removing the silicon single crystal substrate,
A method of manufacturing a semiconductor substrate having a parallel pn junction structure, wherein the removed silicon single crystal substrate side surface is used as a device formation surface.
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