特開2019-197874IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

この発明は、半導体装置の製造方法

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】耐圧とオン抵抗とのトレードオフ関係を改善させることができる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】n型エピタキシャル層1〜3を積層するごとに、レジストマスクを用いてイオン注入により各n型エピタキシャル層1〜3にそれぞれp型不純物領域51〜53を形成する。n型エピタキシャル層1には、ドライエッチングにより形成した不純物拡散用トレンチ31の内壁にp型不純物領域51を形成する。n型エピタキシャル層2,3には、下層の不純物拡散用トレンチ31,32に応じた凹みである不純物拡散用トレンチ32,33の内壁にp型不純物領域52,53を形成する。イオン注入用レジストマスクの開口幅は、不純物拡散用トレンチ31〜33の開口端の幅w11〜w13よりも広い。その後、熱拡散処理によりp型不純物領域51〜53を連結して高アスペクト比のp型領域と、当該p型領域間のn型領域と、からなる並列pn層を形成する。
【選択図】図4

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

多段エピタキシャル方式による従来方法1では、p型拡散領域141’〜143’の横方向の拡散幅w101と縦方向の拡散幅d101とが略同じである。このため、高アスペクト比のp型領域152を形成するためにp型拡散領域141’〜143’の横方向の拡散幅w101を狭くした場合、並列pn層150のp型領域152を構成するp型拡散領域141’〜143’同士が縦方向に連結されなかったり、並列pn層150のp型領域152の幅が周期的に狭くなる箇所が生じるという問題がある。 すなわち、従来方法1では、多段に積層されたn型エピタキシャル層にわたって縦方向に垂直に延びるp型領域152を形成することができずに、耐圧とオン抵抗とのトレードオフ関係が悪くなる虞がある。したがって、p型拡散領域141’〜143’の端部同士が縦方向に重なる幅を増やすために、n型エピタキシャル層101〜104の1層当たりの厚さを薄くする必要があるが、n型エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる回数(段数)が増えることで、製造コストが増加するという問題が生じる。 多段エピタキシャル方式による従来方法2のように、1層のn型エピタキシャル層に対してp型不純物のイオン注入を複数回行うことで、並列pn層180のp型領域182を従来方法1よりも縦方向に垂直に延在させることができる。したがって、n型エピタキシャル層をエピタキシャル成長させる回数を減らすことも可能であるが、p型領域182を形成するために行うp型不純物のイオン注入162,164の回数が増えてしまうため、従来方法2においても、製造コストが増加するという問題が生じる。 上述したトレンチ埋め込みエピタキシャル方式による従来方法3では、アスペクト比が高く、かつ縦方向に垂直に延在するp型領域を形成可能であるが、高価な設備が必要となる。また、高アスペクト比のトレンチを形成することや、当該トレンチの内部にエピタキシャル層を埋め込むことは技術的に困難であったり、処理時間を要する。例えばエピタキシャル層の内部に空洞等の欠陥が生じないように、トレンチの内部に時間をかけてエピタキシャル層を埋め込む必要があるため、歩留り悪いという問題がある。 この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、耐圧とオン抵抗とのトレードオフ関係を改善させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1導電型領域と第2導電型領域とを交互に繰り返し配置してなる並列pn層を備えた半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。半導体基板の上に、複数の第1導電型エピタキシャル層をエピタキシャル成長させて積層する成長工程を行う。前記成長工程において前記第1導電型エピタキシャル層を積層させるごとに、前記第1・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、並列pn層を備えた半導体装置の製造方法であって、並列pn層のp型領域(第2導電型領域)として、縦方向に垂直に延在し、かつ高アスペクト比のp型領域を形成することができる。このため、耐圧とオン抵抗とのトレードオフ関係を改善させることができるという効果を奏する。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。

【図2】図1の不純物拡散用トレンチ付近を拡大して示す断面図である。

【図3】実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。

【図4】実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。

【図5】実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。

【図6】実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。

【図7】実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。

【図8】実施の形態にかかる半導体装置の別の一例の製造途中の状態を示す断面図である。

【図9】図6の並列pn層を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。

【図10】図6の並列pn層を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。

【図11】図6の並列pn層を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトの一例を示す平面図である。

【図12】実施例1の不純物拡散用トレンチの内壁に沿って形成されたp型不純物領域の熱拡散処理後のp型不純物濃度プロファイルをシミュレーションした結果を示す特性図である。

【図13】従来例1のp型不純物領域の熱拡散処理後のp型不純物濃度プロファイルをシミュレーションした結果を示す特性図である。

【図14】従来例1の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図15】実施例2にかかる半導体装置のTCADシミュレーションモデルを示す断面図である。

【図16】従来例2の半導体装置のTCADシミュレーションモデルを示す断面図である。

【図17】従来例2の並列pn層のチャージバランスと耐圧との関係を示す特性図である。

【図18】従来例2の耐圧とオン抵抗との関係を示す特性図である。

【図19】従来方法1による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図20】従来方法1による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図21】従来方法1による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図22】従来方法1による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図23】従来方法1による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図24】従来方法2による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図25】従来方法2による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図26】従来方法2による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図27】従来方法2による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

【図28】従来方法2による並列pn層の形成途中の状態を示す断面図である。

選択図 図4出願人が指定した本件の代表的な図

1〜4 n型エピタキシャル層   5 半導体基板   10 n+型出発基板   11 デバイス領域   12 スクライブライン   21〜24 アライメントマーク用トレンチ   31〜33 不純物拡散用トレンチ   41,43 レジストマスク   41a レジストマスクの開口部   42,44 イオン注入   51〜53 p型不純物領域   51’〜53’ p型拡散領域   60 並列pn層   61 並列pn層のn型領域   62 並列pn層のp型領域   71,81 p型ベース領域   72,85 n+型ソース領域   73,86 p+型コンタクト領域   74,83 ゲート絶縁膜   75,84 ゲート電極   76,87 層間絶縁膜   77,88 ソース電極   78.89 ドレイン電極   82 ゲートトレンチ   d1 p型拡散領域の拡散深さ   d10 並列pn層のp型領域の厚さ   d11〜d13 不純物拡散用トレンチの深さ   t1,t2 n型エピタキシャル層の厚さ   t11 半導体基板のエピタキシャル層部分の厚さ   w1 p型拡散領域の幅   w10 並列pn層のp型領域の幅   w11 不純物拡散用トレンチの開口端の幅   w11’ 不純物拡散用トレンチの底面の幅   w12,w13 不純物拡散用トレンチの開口端の幅   w2 n型エピタキシャル層の、隣り合うp型領域間に挟まれた部分の幅   w21 アライメントマーク用トレンチの開口端の幅   w21’ アライメントマーク用トレンチの底面の幅   w3 並列pn層のn型領域とp型領域との繰り返しピッチ   w31 不純物拡散用トレンチのピッチ   w41 レジストマスクの開口部の開口幅   w51 p型不純物領域の幅   x 半導体基板のおもて面に平行な方向(第1方向:横方向)   y 半導体基板のおもて面に平行な方向で、かつ第1方向と直交する方向(第2方向:横方向)   z 半導体基板の深さ方向(縦方向)   θ 不純物拡散用トレンチの側壁と不純物拡散用トレンチの底面の延長線とのなす角度

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