JPH11168210A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH11168210A
JPH11168210A JP9334436A JP33443697A JPH11168210A JP H11168210 A JPH11168210 A JP H11168210A JP 9334436 A JP9334436 A JP 9334436A JP 33443697 A JP33443697 A JP 33443697A JP H11168210 A JPH11168210 A JP H11168210A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 U溝の内壁にエッチピット(凹部)が形成さ
れるのを抑制し、ゲート絶縁膜の耐圧を向上させる。 【解決手段】 縦型パワーMOSFETにおいて、U溝
を形成するために、半導体基板1の一表面に形成したn
+ 型エピタキシャル層2の表面の所定領域をエッチング
するが、このエッチングの前に熱拡散工程を行う場合、
この熱拡散工程の前に半導体基板1のうちn+ 型エピタ
キシャル層2とは反対側の表面にリンのデポジションに
よるゲッタリング層を形成する。これにより、熱処理時
にn+ 型エピタキシャル層2内の汚染不純物金属原子を
ゲッタリング層によって捕獲することができる。このた
め、汚染不純物金属原子を源とする結晶欠陥の発生を抑
制することができ、エッチング工程の際に結晶欠陥を起
因とするエッチピットの発生を抑制することができる。
その結果、ゲート酸化膜8の耐圧を向上させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体素子
として用いられる半導体装置、例えばDMOS構造を有
する縦型あるいは横型(アップドレイン)のMOSFE
TやIGBT等の製造方法、及びその単体又は電力用半
導体素子を組み込んだMOSIC等の製造方法に適用し
て好適である。
【0002】
【従来の技術】図1に、従来における縦型パワーMOS
FETの断面図を示し、この縦型パワーMOSFETに
ついて説明する。図1において、ウェハ21は、例えば
不純物濃度が1020cm-3程度で厚さ600μm程度の
+ 型シリコンから成る半導体基板1上に、不純物濃度
が1016cm-3程度で厚さ8.5μm程度のn+ 型エピ
タキシャル層2が構成されたものであり、このウェハ2
1の主表面に所定のユニットセルが形成される。
【0003】ウェハ21の主表面に12μm程度のユニ
ットセル寸法でU溝50を形成するために、厚さ1μm
程度の選択酸化膜が形成され、この選択酸化膜をマスク
として自己整合的な二重拡散により接合深さが1μm程
度のp型ベース層16と接合深さが0.5μm程度のn
+ 型ソース層4とが形成されており、それによりU溝5
0の側壁部51にチャネル5が設定される。
【0004】p型ベース層16の接合深さはU溝50の
底辺のエッジ部12でブレークダウンによる破壊が生じ
ない程度に設定されており、p型ベース層16の中央部
(チャネル5から離れる領域)の接合深さが周囲よりも
深くなるようにして、予めp型ベース層16の底面の中
央部でブレークダウンが起こるようになっている。ま
た、二重拡散後にこの拡散用のマスク及びU溝50の形
成用として使用した選択酸化膜は除去されて、U溝50
の内壁には厚さが60nm程度のゲート酸化膜8が形成
され、さらにその上に厚さが440nm程度のポリシリ
コンからなるゲート電極9、厚さが1μm程度のBPS
Gからなる層間絶縁膜18が形成されている。
【0005】さらに、p型ベース層16の中央部表面に
接合深さが0.5μm程度のp+ 型ベースコンタクト層
17が形成され、層間絶縁膜18の上に形成された電極
19とn+ 型ソース層4及びp+ 型ベースコンタクト層
17がコンタクトホールを介してオーミック接触してい
る。また、半導体基板1の裏面にオーミック接触するよ
うにドレイン電極20が形成されている。なお、6はド
レイン層である。
【0006】次に、この縦型パワーMOSFETの製造
方法を図2〜図4に示す工程図に基づいて説明する。 〔図2(a)に示す工程〕まず、n+ 型シリコンからな
る半導体基板1の一表面に、n- 型のエピタキシャル層
2を成長させ、このエピタキシャル層2の表面を主表面
とするウェハ21を用意する。このウェハ21の主表面
を熱酸化して、厚さ680nm程度のフィールド酸化膜
60を形成する。このとき、ウェハ21の裏面(半導体
基板1の裏面)にも同時に酸化膜601が形成される。
【0007】〔図2(b)に示す工程〕フォトリソ工程
にて、フィールド酸化膜60のうちセル形成予定領域の
中央部に相当する部分と半導体基板1の裏面に形成され
た酸化膜601をエッチング除去する。 〔図2(c)に示す工程〕熱酸化により、フィールド酸
化膜60が除去された部分に厚さ45nm程度の酸化膜
602を形成する。このとき、ウェハ21の裏面にも酸
化膜603が形成される。
【0008】引き続き、フィールド酸化膜60をマスク
にしつつ、薄い酸化膜602を透過させてボロン
(B+ )を、加速電圧60keV、ドーズ量9×1013
cm-2でイオン注入する。 〔図2(d)に示す工程〕N2 ガス雰囲気で1170
℃、60分程度の熱処理を行い、注入されたイオンを熱
拡散させて所定の接合深さを有するp型拡散層(ディー
プWELL層)62を形成する。このp型拡散層62は
最終的にはp+ 型ベース層16の一部となり、ドレイン
・ソース間に高電圧が印加されたときには、このp型拡
散層62の底辺部分で安定にブレークダウンを起こさせ
ることにより、耐サージ性を向上させる目的を果たす。
【0009】〔図2(e)に示す工程〕フィールド酸化
膜60及び酸化膜602、603をエッチング除去し、
熱酸化によって再び厚さ45nm程度の酸化膜604、
605を形成する。 〔図3(a)に示す工程〕ウェハ21の主表面にデポジ
ションにより厚さ150nm程度の窒化シリコン(Si
3 4 )膜63を形成する。このとき、ウェハ21の裏
面にも窒化シリコン膜631が形成される。
【0010】〔図3(b)に示す工程〕窒化シリコン膜
63及び酸化膜604をパターニングして所定のピッチ
幅で開口する格子状の開口パターンを形成する。なお、
この開口パターンは、上述のp型拡散層62がそのピッ
チ間隔の中央部に位置するようにマスク合わせしてい
る。その後、窒化シリコン膜63及び酸化膜604をマ
スクとして、n- 型エピタキシャル層2をCDE(Ch
emical Dry Etching)法により例え
ば深さ0.6μm程度エッチングして、溝64を形成す
る。
【0011】〔図3(c)に示す工程〕窒化シリコン膜
63及び酸化膜604をマスクとして、溝64の部分を
熱酸化する。これはLOCOS(Local Oxid
ation of Silicon)法として良く知ら
れた酸化方法であり、この酸化により選択酸化膜(すな
わち、LOCOS膜)65が形成され、同時に選択酸化
膜65によって食われたn- 型エピタキシャル層2の表
面にU溝50が形成され、かつU溝50の形状が確定す
る。なお、このLOCOS酸化によって酸化膜604は
選択酸化膜65と一体となる。
【0012】〔図3(d)に示す工程〕加熱したリン酸
液に浸す等のウェットエッチングにより、窒化シリコン
膜63、631を除去する。その後、選択酸化膜65を
マスクとしつつ、薄い酸化膜604を透過させてp型ベ
ース層16を形成するためのボロンをイオン注入する。
このとき、選択酸化膜65と酸化膜604の境界部分が
自己整合位置になり、イオン注入される領域が正確に規
定される。
【0013】引き続き、注入させたボロンのイオンを熱
拡散させる。この熱拡散により形成されたボロンの拡散
層が、図2(d)に示す工程で形成されたp型拡散層6
2と一体となって、p型ベース層16を形成する。ま
た、p型ベース層16の領域の両端面はU溝50の側壁
の位置で自己整合的に規定される。 〔図4(a)に示す工程〕フォトリソ工程により、n+
型ソース層4を形成するためのイオン注入を行ったの
ち、注入されたイオンを熱拡散させてn+ 型ソース層4
を形成する。これによりチャネル5が設定される。この
熱拡散において、n+ 型ソース層4の領域のU溝50に
接した端面は、U溝50の側壁部51の位置で自己整合
的に規定される。このように、n+ 型ソース層4及び図
3(d)に示すp型ベース層16は、これら双方を拡散
させた二重拡散により形成される。
【0014】さらに、フォトリソ工程により、p+ 型ベ
ースコンタクト層17を形成するためのイオン注入を行
ったのち、注入されたイオンを熱拡散させてp+ 型ベー
スコンタクト層17を形成する。 〔図4(b)に示す工程〕ウェットエッチングにより選
択酸化膜65を除去してU溝50の内壁を露出させたの
ち、熱酸化により厚さ60nm程度のゲート酸化膜8を
形成する。このとき、ウェハ21の裏面にも酸化膜60
6が形成される。
【0015】〔図4(c)に示す工程〕ウェハ21の主
表面にCVD法を用いて厚さ440nm程度のポリシリ
コン膜を堆積したのち、パターニングしてゲート電極を
形成する。 〔図4(d)に示す工程〕ウェハ21の主表面にBPS
Gからなる層間絶縁膜18を形成したのち、フォトリソ
工程にて層間絶縁膜18及びゲート酸化膜8の一部にコ
ンタクトホールを形成して、p+ 型ベースコンタクト層
17とn+ 型ソース層4を露出させる。なお、このとき
酸化膜606も同時に除去する。
【0016】さらに、アルミニウム膜からなるソース電
極19を形成し、コンタクトホールを介してp+ 型ベー
スコンタクト層17とにオーミック接触させる。さら
に、アルミニウム膜保護用としてプラズマCVD法等に
よりなるパッシベーション膜(図示せず)を形成する。
この後、ウェハ21の裏面を研磨し、半導体基板1を露
出させ、Ti/Ni/Auの3層膜からなるドレイン電
極20を形成し、n+ 型半導体基板1にオーミック接触
をとる。これにより縦型パワーMOSFETが完成す
る。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】基板シリコンにU溝を
形成し、ここにチャネルを形成する縦型MOSFETに
おいて、U溝形成までの熱処理等の工程でOSF(Ox
idation Induced Stacking
Fault)と呼ばれる結晶欠陥が基板に作り込まれる
と、U溝形成時に結晶欠陥部のエッチング速度が正常な
シリコン部に比べて以上に速いために、形成されたU溝
の内壁の所々にエッチピットが形成される。
【0018】このU溝の内壁に形成されたエッチピット
は、後に形成されるゲート酸化膜8にも影響を与え、そ
の結果エッチピット上に形成されたゲート酸化膜8の耐
圧が低くなるという問題がある。本発明は上記点に鑑み
て成され、U溝の内壁にエッチピット(凹部)が形成さ
れるのを抑制し、ゲート絶縁膜の耐圧を向上させること
を目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下に示す技術的手段を採用する。請求項1乃至7
に記載の発明においては、半導体基板(1)の一表面に
形成した第1導電型の半導体層(2)の表面の所定領域
をエッチングする工程の前に、半導体層内に熱処理によ
る拡散層(62)を形成する工程を有しており、かつこ
の工程の前に、半導体基板のうち半導体層とは反対側の
表面にゲッタリング層を形成する工程を有していること
を特徴としている。
【0020】このように、半導体層の表面の所定領域を
エッチングする工程の前に、半導体層内に熱処理による
拡散層を形成する工程を有している場合に、この工程の
前に、半導体基板のうち半導体層とは反対側の表面にゲ
ッタリング層を形成すれば、拡散層形成における熱処理
時に、結晶欠陥発生の主原因と考えられる半導体層内の
汚染不純物金属原子等をゲッタリング層によって捕獲す
ることができる。このため、拡散層形成における熱処理
において、汚染不純物金属原子が減少し、この汚染不純
物金属原子を源とする結晶欠陥の発生を抑制することが
できる。これにより、エッチング工程の際に結晶欠陥を
起因とするエッチピットの発生を抑制することができ、
その結果ゲート絶縁膜(8)の耐圧を向上させることが
できる。
【0021】なお、請求項2に示すように、選択酸化膜
(65)を形成する工程の後に、ベース層(16)やソ
ース層(4)を形成する工程を行うことができる。この
場合、ベース層やソース層を形成するために熱拡散処理
を行ったとしても、選択酸化膜を形成するためのエッチ
ング工程が終了したあとであるため、エッチピットが発
生することはなく、ゲート絶縁膜の耐圧に影響はない。
【0022】具体的な拡散層としては、請求項6に示す
ように、ソース層のうちチャネル(6)から離れた領域
として、接合深さが前記チャネル近傍の領域よりも深く
なるように形成される部分、つまりディープWELL層
(62)が該当する。また、具体的なゲッタリング層の
形成は、請求項7に示すように、半導体基板のうちドレ
イン電極が形成される側に、リンのデポジションを行う
ことによって行うことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態における縦型パワーMO
SFETの構造は図1に示すものと同様である。本実施
形態における縦型パワーMOSFETの製造方法につい
て従来と異なるため、以下、縦型パワーMOSFETの
製造方法を、図5の工程図に基づいて説明する。なお、
縦型パワーMOSFETの製造方法において、従来と同
様の部分についてはその旨を明示して説明を省略する。
【0024】まず、図2(a)に示す工程を施したウェ
ハ21を用意する。つまり、半導体基板1の表面にn-
型エピタキシャル層2が形成されたものをウェハ21と
して、ウェハ21の主表面にフィールド酸化膜60、裏
面に酸化膜601が形成されたものを用意する。その
後、以下に示す図5(a)〜図5(c)の工程を行う。 〔図5(a)に示す工程〕フィールド酸化膜60をレジ
ストで覆ったのち、ウェハ21の裏面の酸化膜601を
エッチング除去する。
【0025】〔図5(b)に示す工程〕ウェハ21の主
表面及び裏面にリンをデポジションする。このリンのデ
ポジションは、N2 が25l/min、O2 が40cc
/min、POClが800cc/minの雰囲気で温
度を980℃程度として、約51分間かけて行う。これ
により、ウェハ21の主表面及び裏面にリンガラス10
0、101が形成されると共に、半導体基板1の下層部
表面にリンが高濃度に拡散され、半導体基板1の下層部
にダメージ層(図中の斜線部分)が形成される。
【0026】〔図5(c)に示す工程〕ウェハ21の両
面に形成されたリンガラスを除去する。これにより、半
導体基板1の下層部に形成されたダメージ層のみ残され
る。この半導体基板1の下層部に残されたダメージ層
が、後にゲッタリングシンク(EGシンク)として働
く。この後、図2(b)〜図2(e)、図3(a)〜図
3(d)、及び図4(a)〜図4(d) に示す工程を
行っていき、縦型パワーMOSFETを完成させる。
【0027】この縦型パワーMOSFETを製造するに
際し、従来と同様に、図3(a)に示されるp型拡散層
62を形成するための熱拡散工程がある。上述したよう
に、従来ではp型拡散層62を形成するときの熱拡散の
際に、汚染不純物金属原子が源となってOSFと呼ばれ
る結晶欠陥が発生していた。しかしながら、本実施形態
では、p型拡散層62を形成する前にダメージ層を形成
しているため、結晶欠陥の源となる汚染不純物金属原子
は、p型拡散層62を形成する際の熱処理時に、ゲッタ
リングシンクとして働くダメージ層に向かってウェハ2
1の裏面(半導体基板1の下層部)まで拡散されると共
にダメージ層に捕獲され、n- 型エピタキシャル層中か
ら排除される(「半導体結晶工学」志村 史夫著;丸善
(株)参照)。
【0028】このため、結晶欠陥発生の源となる汚染不
純物金属原子が減少し、p型拡散層62の形成工程時に
結晶欠陥が発生するのを抑制することができると共に、
結晶欠陥を起因とする結晶性の乱れの発生を抑制するこ
とができる。従って、U溝50の内壁にエッチピットが
形成されるのを抑制することができ、ゲート酸化膜8は
エッチピットの影響を受けない良好なものとして形成す
ることができる。これにより、ゲート酸化膜8の耐圧を
向上させることができる。
【0029】なお、ゲッタリングシンクとして形成した
ダメージ層は、ドレイン電極20を形成する際の前工程
における半導体基板1の裏面の研削あるいは研磨によっ
て除去され、最終的には縦型パワーMOSFETに残ら
ないため、本実施形態における縦型パワーMOSFET
は図1の構造となる。本実施形態では、p型拡散層(デ
ィープWELL層)62を形成する前に、ゲッタリング
シンクとして働くダメージ層をウェハ21の裏面に形成
しているが、p型拡散層62に限らず熱処理による拡散
工程にて拡散層を形成するような場合の前に同様のダメ
ージ層を形成すると上記と同様の効果を得ることができ
る。
【0030】例えば、上記したパワーMOSFETと同
一チップ内に過電流あるいは加熱保護素子を集積化する
場合、これらの集積回路とパワーMOSFET部からア
イソレーションするためのWELLを形成する場合、さ
らにゲートあるいはソースのパッド下に電極シールド用
の拡散層を設ける場合等において、上記ダメージ層を形
成すると有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】縦型パワーMOSFETの構成を説明するため
の断面図である。
【図2】縦型パワーMOSFETの製造工程を示す説明
図である。
【図3】図2に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す説明図である。
【図4】図3に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す説明図である。
【図5】本実施形態の特徴部分に係る縦型パワーMOS
FETの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…n- 型エピタキシャル層、4…n
+ 型ソース層、5…チャネル、8…ゲート酸化膜、9…
ゲート電極、16…p型ベース層、19…ソース電極、
20…ドレイン電極、50…U溝、62…p型拡散層、
65…選択酸化膜、100、101…リンガラス。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体層(2)を有する半
    導体基板(1)の該半導体層の表面の所定領域をエッチ
    ングする工程と、 前記エッチングが成された前記所定領域を選択酸化する
    ことにより、選択酸化膜(65)を形成する工程とを含
    む半導体装置の製造方法において、 前記半導体層の所定領域をエッチングする工程の前に、
    前記半導体層内に熱処理による拡散層(62)を形成す
    る工程を有しており、かつこの拡散層を形成する工程の
    前に、前記半導体基板のうち前記半導体層とは反対側の
    表面にゲッタリング層を形成する工程を有していること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記選択酸化膜の側面に接する前記半導
    体層表面にチャネル(5)を形成すべく、前記選択酸化
    膜をマスクにして第2導電型のベース層(16)と第1
    導電型のソース層(4)を二重拡散により形成する工程
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記拡散層を形成する工程は、 第2導電型の層であり、前記ベース層と重なる位置に配
    置するようにされた拡散層で形成する工程であることを
    特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記選択酸化膜を除去して前記半導体層
    の表面に溝(50)を形成する工程と、 前記チャネルとなる部分を含む前記溝の内壁にゲート絶
    縁膜(8)を形成すると共に、このゲート絶縁膜上にゲ
    ート電極(9)を形成する工程とを備えることを特徴と
    する請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板(1)の一表面に配された第
    1導電型の半導体層(2)の表面の所定領域をエッチン
    グする工程と、 前記エッチングが成された前記所定領域を選択酸化する
    ことにより、選択酸化膜(65)を形成する工程と、 前記選択酸化膜の側面に接する前記半導体層表面にチャ
    ネル(5)を形成すべく、前記選択酸化膜をマスクにし
    て第2導電型のベース層(16)と第1導電型のソース
    層(4)を二重拡散により形成する工程と、 前記選択酸化膜を除去して前記半導体層の表面に溝(5
    0)を形成する工程と、 前記チャネルとなる部分を含む前記溝の内壁にゲート絶
    縁膜(8)を形成すると共に、このゲート絶縁膜上にゲ
    ート電極(9)を形成する工程と、 前記ソース層及び前記ベース層に電気的に接触するソー
    ス電極(19)と、前記半導体基板のうち前記主表面の
    反対側面に電気的に接触するドレイン電極(20)とを
    形成する工程とを含み、 前記半導体層の所定領域をエッチングする工程の前に、
    前記半導体層内に熱処理による拡散層(62)を形成す
    る工程を有しており、かつこの工程の前に、前記半導体
    基板のうち前記半導体層とは反対側の表面にゲッタリン
    グ層を形成する工程を有していることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記選択酸化膜を形成する工程は、LO
    COS酸化により行うことを特徴とする請求項1乃至5
    のいずれか1つに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記拡散層は、前記ソース層のうち前記
    チャネルから離れた領域として、接合深さが前記チャネ
    ル近傍の領域よりも深くなるように形成される部分(6
    2)であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか
    1つに記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記ゲッタリング層を形成する工程は、 前記半導体基板のうち前記ドレイン電極が形成される側
    に、リンのデポジションを行う工程であることを特徴と
    する請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体装置
    の製造方法。
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