JPH11288944A - 高耐圧半導体装置の製造方法 - Google Patents

高耐圧半導体装置の製造方法

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JPH11288944A
JPH11288944A JP9106498A JP9106498A JPH11288944A JP H11288944 A JPH11288944 A JP H11288944A JP 9106498 A JP9106498 A JP 9106498A JP 9106498 A JP9106498 A JP 9106498A JP H11288944 A JPH11288944 A JP H11288944A
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JP
Japan
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type
semiconductor wafer
emitter layer
type emitter
semiconductor device
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JP9106498A
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Tomoki Inoue
智樹 井上
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 浅い接合を持った装置にベベル構造の適用を
可能とする。 【解決手段】 n型単結晶シリコン基板を用いたn型ベ
ース層7の各主面にn型エミッタ層8、浅いp型エミッ
タ層6が形成された半導体ウェハ3のp型エミッタ層8
に、n型ベース層7の途中の深さにまで達する段差を設
けて、この段差部分にRIEを行なって斜めの溝9を形
成してベベル構造を形成する。RIEによってベベル構
造を形成するので、半導体ウェハ3の割れ、欠けが生じ
ず、浅い接合の装置でもベベル構造が形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高耐圧半導体装置の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高耐圧半導体装置においては、従来、p
n接合表面部におけるなだれ降伏を防止するための手段
の1つとしてベベル構造が用いられてきた。このベベル
構造の例を図7の断面図に示す。
【0003】図において、101はn型高抵抗層であ
り、n型高抵抗層101に接してp型層102が形成さ
れている。これらのn型高抵抗層101、p型層102
を含む半導体ウェハの側面部がベベル角θの傾斜をつけ
て加工されて、正ベベル構造が形成されている。このよ
うに半導体ウェハの側面部に傾斜をつけることにより表
面電界が弱められ、その結果、pn接合部表面における
なだれ降伏を防止することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなベベル
構造はなだれ降伏を防止することができるという利点を
有するものの、まだ以下に述べるような問題点があっ
た。ベベル構造を形成するために従来用いられている方
法は、砂を吹き付けて溝を掘るサンドブラスト法や、機
械的に切削する方法である。これらの方法でベベル構造
を形成すると、半導体ウェハ表面部の近傍で角が欠ける
等の問題が起こりやすく、その結果、半導体ウェハ表面
部の近傍にpn接合が形成される、いわゆる浅い接合を
持った装置にベベル構造を適用できない。
【0005】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、浅い接合を持った装置にもベベル構造を
適用できる高耐圧半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために本発明は請求項1の発明として、高抵抗半導体層
と、この高抵抗半導体層の一方の主面に形成された第1
導電型半導体層と、前記高抵抗半導体層の他方の主面に
形成された第2導電型半導体層とを具備した半導体ウェ
ハを用いる高耐圧半導体装置の製造方法であって、前記
半導体ウェハの主面に垂直な方向とは実質的に異なる面
方位の側壁を有する溝を製造するに際し、荷電粒子を用
いた異方性エッチングを用いることを特徴とする高耐圧
半導体装置の製造方法を提供する。
【0007】また請求項2の発明として、前記異方性エ
ッチングが反応性イオンエッチングであることを特徴と
する請求項1記載の高耐圧半導体装置の製造方法を提供
する。
【0008】荷電粒子を用いた異方性エッチングにおい
ては、原子オーダーの粒子が半導体ウェハと反応するこ
とによりエッチングが進行するので、サンドブラスト法
や機械的に切削する方法で生じるような半導体ウェハ表
面近傍での割れ、欠けが生じない。従って、このような
異方性エッチングを用いて半導体ウェハの主面に垂直な
方向とは実質的に異なる面方位の側壁を有する溝を形成
することにより、半導体ウェハ表面部近傍にpn接合が
形成される浅い接合を持った装置でも信頼性の高いベベ
ル構造を形成することが可能となる。
【0009】なお異方性エッチングとしては反応性イオ
ンエッチングを用いることが望ましい。これは、エッチ
ングプロセスがイオンの入射エネルギーを用いて化学的
に行われ溝の表面が比較的滑らかに形成されるため、シ
リコン等の半導体界面に電界が集中する部分が少なくな
り、その結果、放電により絶縁破壊される可能性が小さ
くなるからであり、また高精度のエッチングが可能なた
め、ベベル構造を均一に形成できるからである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。以下の実施の形態では第1導電
型をn型、第2導電型をp型としている。まず図1に、
以下に示す本発明の実施の形態に係る高耐圧半導体装置
の製造に用いられる平行平板形反応性イオンエッチング
(RIE)装置の概略図を示す。
【0011】図のRIE装置12において、1は平行に
なるよう設置された1対の電極であり、片方の電極1上
に半導体ウェハ3が載置されている。またGasは反応
ガスの入口であり、Pumpは反応ガスの排気口であ
る。Vは電極1間に高周波電力を印加するための高周波
電源であり、Cは結合容量である。
【0012】装置12のチャンバ11内に反応ガス入口
Gasから例えば塩素等の反応ガスを導入し、電極1間
に高周波電源Vによって高周波電力を印加すると、電極
1間に放電が生じる。この放電によってチャンバ11内
の電極1間にプラズマ2が生じて、プラズマ2からイオ
ンが半導体ウェハ3に入射して半導体ウェハ3がエッチ
ングされる。
【0013】エッチング装置としては図1のようなRI
E装置の他、プラズマが半導体ウェハの上方に形成され
て異方性エッチングを行なう装置であれば、図1のエッ
チング装置と同様に用いることができる。
【0014】(第1の実施の形態)図2、図3は本発明
の第1の実施の形態に係る高耐圧半導体装置としてのダ
イオードを示す概略断面図である。図2、図3は異方性
エッチングを行なう前と後の断面図をそれぞれ示してい
る。
【0015】図2において、3は半導体ウェハを示して
おり、半導体ウェハ3はn型ベース層7として用いられ
る高抵抗のn型単結晶シリコン基板の一方の主面にp型
エミッタ層6が形成され、他方の主面にn型エミッタ層
8が形成されている構成となっている。また半導体ウェ
ハ3表面部の近傍にpn接合が形成される浅い接合を持
つように、p型エミッタ層8の深さは通常約10μm以
下となるように設計される。またp型エミッタ層8上に
はシリコン酸化膜5が形成されている。このpエミッタ
層8にn型ベース層7の途中の深さにまで達する段差X
を形成し、段差Xにはシリコン酸化膜を設けないでお
く。
【0016】この段差XはRIE、ケミカルドライエッ
チング(CDE)、アルカリ溶液によるエッチング等の
手段で形成すればよい。また段差Xの深さは後述するイ
オンシースの厚さと同程度の大きさとなるように形成す
ればよく、通常は約50μm以上であればよい。
【0017】半導体ウェハ3は図1で示したRIE装置
12内に入れられ高周波電力が印加されているのでプラ
ズマ2が生じており、プラズマ2と半導体ウェハ3との
間にはイオンシース4が生じている。このイオンシース
4内の電界は、段差Xの上部の領域において半導体ウェ
ハ3の主面と平行な面からずれる。そしてこの上部の領
域からのイオンは半導体ウェハ3に斜めに入射して、段
差Xの部分の半導体ウェハ3が斜めにエッチングされ
る。
【0018】ここでエッチングの条件としては例えば、
臭化水素140sccm、四弗化珪素2sccm、酸素
1sccmの流量比の反応ガスをチャンバ11内に流
し、チャンバ11内の圧力を2Pa、高周波電力を60
0Wとする。
【0019】このようにしてRIEを行なうことによ
り、図3に示すような構造となる。RIEを行なうこと
により素子領域の周辺に溝9が斜め、すなわち半導体ウ
ェハ3の主面と垂直な方向とは実質的に異なる面方位の
側壁を有するように形成されて、ベベル構造が形成され
る。
【0020】ここで例えば、段差Xの深さを約100μ
m、溝の幅を約170μmとするとベベル角θ1 は約6
0°となる。また、溝9の内部を例えばシリコン酸化膜
等で埋めることにより、p型エミッタ層6とn型ベース
層7とからなるpn接合の表面を保護することができ
る。
【0021】そしてp型エミッタ層6、n型エミッタ層
8にそれぞれ図示せぬ電極を形成することにより本実施
の形態に係るダイオードが完成する。このようにしてR
IEによって素子領域の周辺部に斜めの溝を形成するこ
とでベベル構造を作成するので、本実施の形態によれ
ば、従来のサンドブラスト法や機械的に切削する方法と
比較して、半導体ウェハ表面部の近傍での割れ、欠けが
生じず、浅い接合を持つダイオードに信頼性の高いベベ
ル構造を形成することができるようになる。
【0022】なお本実施の形態では電極を形成しない状
態で溝を形成する方法を示したが、電極を形成した後に
溝を形成してもよい。これは後述の実施の形態において
も同様である。
【0023】(第2の実施の形態)図4、図5は本発明
の第2の実施の形態に係る高耐圧半導体装置としてのダ
イオードを示す概略断面図である。図4、図5は異方性
エッチングを行なう前と後の断面図をそれぞれ示してい
る。本実施の形態で用いるエッチング装置も図1に示し
たRIE装置12であり、エッチング条件は第1の実施
の形態と同様である。また本実施の形態のダイオードは
n型ベース層7、n型エミッタ層8の構成は第1の実施
の形態のダイオードと同様となっているがp型エミッタ
層6には段差が設けられていない。
【0024】本実施の形態では図4に示すように、酸化
膜5に素子領域周辺に設けたベベル構造用パターンAと
パターンAよりも面積の小さいダミートレンチ用パター
ンBとを設ける。これによりイオンシース内の電界は、
パターンBの上部の領域では半導体ウェハ3の主面と平
行となるが、パターンAの上部の領域では第1の実施の
形態の段差の上部領域と同様に半導体ウェハ3の主面と
平行な面からずれる。
【0025】従って図5に示すように、パターンAの部
分には斜めの溝9が、パターンBの部分には垂直なダミ
ートレンチ10が形成されて、溝9によるベベル構造が
形成される。
【0026】また、溝9の内部を例えばシリコン酸化膜
等で埋めることにより、p型エミッタ層6とn型ベース
層7とからなるpn接合の表面を保護することができ
る。そして第1の実施の形態と同様に、p型エミッタ層
6、n型エミッタ層8にそれぞれ図示せぬ電極を形成す
ることにより本実施の形態に係るダイオードが完成す
る。
【0027】本実施の形態によっても第1の実施の形態
と同様な効果が得られる他、本実施の形態によればベベ
ル構造を形成する溝とダミートレンチとを同時に形成で
きるという効果が得られる。
【0028】(第3の実施の形態)図6に本発明の第3
の実施の形態に係るIGBT(Insulated G
ate Bipolar Transistor)の断
面図を示す。
【0029】図6において、23は高抵抗のn型単結晶
シリコン基板を用いたn型ベース層であり、n型ベース
層23の一方の主面にp型エミッタ層24が形成され、
他方の主面にp型ベース層21が選択的に形成されてい
る。またp型ベース層21の表面には選択的にn型エミ
ッタ層22が形成されている。n型エミッタ層22とn
型ベース層23とで挟まれた領域のp型ベース層21の
表面にはゲート酸化膜30を介してゲート電極25が設
けられている。またp型エミッタ層24にはアノード電
極29が、n型エミッタ層22とp型ベース層21には
カソード電極28がそれぞれ設けられている。
【0030】そして、第1、第2の実施の形態における
溝9の代わりに、本実施の形態においては素子領域の周
辺に断面が樽状の溝27が形成されており、これにより
2重正ベベル構造が構成されている。
【0031】この溝27は図1のRIE装置12を用い
て、エッチングの条件を第1、第2の実施の形態とは異
ならせることにより形成することができる。具体的に
は、反応ガスの流量比を臭化水素140sccm、四弗
化珪素5sccmと変化させる。
【0032】樽状の溝27を形成することにより、p型
エミッタ層24とn型ベース層23とのなすベベル角θ
2 、p型ベース層21とn型ベース層23とのなすベベ
ル角θ3 が共に約60℃の鋭角となる。このため、IG
BTの正耐圧および負耐圧は理想耐圧の約90%とな
る。
【0033】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。
上述の実施の形態では異方性エッチングとしてRIEを
用いたが、スパッタエッチング、反応性イオンビームエ
ッチング、イオンビームエッチング等を用いてもよい。
また高耐圧半導体装置としてダイオードとIGBTを例
にとって説明したが、サイリスタ、GTO、MOSFE
T、IEGT等に適用してもよい。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、浅
い接合を持った装置にもベベル構造を適用できる高耐圧
半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態において用いられるRI
E装置の概略図。
【図2】 本発明の第1の実施の形態に係るダイオード
のRIE前の概略断面図。
【図3】 本発明の第1の実施の形態に係るダイオード
のRIE後の概略断面図。
【図4】 本発明の第2の実施の形態に係るダイオード
のRIE前の概略断面図。
【図5】 本発明の第2の実施の形態に係るダイオード
のRIE後の概略断面図。
【図6】 本発明の第3の実施の形態に係るIGBTの
概略断面図。
【図7】 従来の高耐圧半導体装置の概略断面図。
【符号の説明】
2…プラズマ 3…半導体ウェハ 4…イオンシース 5…シリコン酸化膜 6…p型エミッタ層 7…n型ベース層 8…n型エミッタ層 9、27…溝 12…RIE装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高抵抗半導体層と、この高抵抗半導体層
    の一方の主面に形成された第1導電型半導体層と、前記
    高抵抗半導体層の他方の主面に形成された第2導電型半
    導体層とを具備した半導体ウェハを用いる高耐圧半導体
    装置の製造方法であって、前記半導体ウェハの主面に垂
    直な方向とは実質的に異なる面方位の側壁を有する溝を
    製造するに際し、荷電粒子を用いた異方性エッチングを
    用いることを特徴とする高耐圧半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記異方性エッチングが反応性イオンエ
    ッチングであることを特徴とする請求項1記載の高耐圧
    半導体装置の製造方法。
JP9106498A 1998-04-03 1998-04-03 高耐圧半導体装置の製造方法 Pending JPH11288944A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009206502A (ja) * 2008-01-29 2009-09-10 Sanyo Electric Co Ltd メサ型半導体装置及びその製造方法
JP2011124325A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Renesas Electronics Corp 半導体装置、及びその製造方法

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JP2009206502A (ja) * 2008-01-29 2009-09-10 Sanyo Electric Co Ltd メサ型半導体装置及びその製造方法
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