(57)【要約】【課題】  温度センスダイオードのｐｎ接合面がグレインの境界部を横断することを防止する技術を提供する。【解決手段】  半導体装置の製造方法は、単結晶の半導体基板の上面に、開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、開口部内と絶縁膜の上面に、非晶質または多結晶の温度センス半導体層を形成する工程と、温度センス半導体層を熱処理することにより開口部の内部と開口部の周辺部を含む範囲で温度センス半導体層を単結晶化させる工程と、単結晶化した温度センス半導体層に温度センスダイオードを形成する工程、を有する。【選択図】図５
2020035862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
単結晶の半導体基板の上面に、開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記開口部内と前記絶縁膜の上面に、非晶質または多結晶の温度センス半導体層を形成する工程と、
前記温度センス半導体層を熱処理することにより前記開口部の内部と前記開口部の周辺部を含む範囲で前記温度センス半導体層を単結晶化させる工程と、
単結晶化した前記温度センス半導体層に温度センスダイオードを形成する工程、
を有する、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板の上面に設けられた絶縁膜と、絶縁膜の上面に設けられた温度センスダイオードを有する半導体装置が開示されている。この半導体装置を製造する際には、絶縁膜上に多結晶シリコンからなる温度センス半導体層を形成し、温度センス半導体層内に温度センスダイオードを形成する。次に、温度センス半導体層を再結晶化することにより、温度センス半導体層のグレインサイズを拡大する。これにより、温度センスダイオードの特性が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９３０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、温度センス半導体層のグレインサイズを拡大することができるが、再結晶化後の温度センス半導体層には依然として多数のグレインが存在する。したがって、温度センスダイオードのｐｎ接合面がグレインの境界部を横断する。このため、温度センスダイオードの抵抗の増大や、温度センスダイオードの特性の経時変化等の問題が生じる。また、再結晶化した後のグレインサイズのばらつきが大きいため、温度センスダイオードの特性ばらつきが大きくなる。このように、ｐｎ接合面がグレインの境界部を横断することで、種々の問題が生じる。したがって、本明細書では、ｐｎ接合面がグレインの境界部を横断することを防止する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、単結晶の半導体基板の上面に、開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、前記開口部内と前記絶縁膜の上面に、非晶質または多結晶の温度センス半導体層を形成する工程と、前記温度センス半導体層を熱処理することにより前記開口部の内部と前記開口部の周辺部を含む範囲で前記温度センス半導体層を単結晶化させる工程と、熱処理した前記温度センス半導体層に温度センスダイオードを形成する工程、を有する。
【０００６】
上記の製造方法では、絶縁膜の開口部内と絶縁膜の上面に、非晶質または多結晶の温度センス半導体層を形成する。開口部内では、非晶質または多結晶の温度センス半導体層が、半導体基板（すなわち、単結晶）と接している。次に、温度センス半導体層を熱処理する。これによって、温度センス半導体層と半導体基板の界面から固相エピタキシャル成長を生じさせることができる。固相エピタキシャル成長は、温度センス半導体層と半導体基板の界面を起点として、絶縁膜上の温度センス半導体層まで進行する。これによって、開口部の内部と開口部の周辺部を含む範囲で温度センス半導体層を単結晶化させることができる。温度センス半導体層全体を単結晶化させてもよい。そして、単結晶化された温度センス半導体層に温度センスダイオードが形成される。このため、温度センスダイオードのｐｎ接合面がグレインの境界部を横断することを防止することができる。したがって、上記の製造方法によれば、温度センスダイオードの抵抗の低減、特性の経時変化の抑制、特性のばらつきの抑制を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体装置１０の上面の要部拡大図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における縦断面図。
【図３】半導体装置１０の製造工程を説明するための図。
【図４】半導体装置１０の製造工程を説明するための図。
【図５】半導体装置１０の製造工程を説明するための図。
【図６】半導体装置１０の製造工程を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、実施形態の半導体装置１０の要部を拡大した上面図である。図示するように、半導体装置１０は、温度センスダイオード２０を有している。また、半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。図示していないが、半導体基板１２の内部に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が設けられている。温度センスダイオード２０は、半導体基板１２（すなわち、ＩＧＢＴ）の温度を検出する。図１では、図の見易さのため、半導体基板１２の上面１２ａ上に形成された温度センスダイオード２０のみを図示し、電極、絶縁層等を省略している。図１に示すように、各温度センスダイオード２０は、半導体基板１２の上面１２ａの一部（例えば、中心部）に形成されている。半導体基板１２は、単結晶のシリコン（Ｓｉ）によって構成されている。
【０００９】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における縦断面図を示している。図２に示すように、半導体基板１２の上面１２ａ上には、複数の開口部１４ａを有する絶縁膜１４が配置されている。絶縁膜１４は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって構成されている。
【００１０】
温度センスダイオード２０は、開口部１４ａ内から絶縁膜１４の上面に亘って設けられている。温度センスダイオード２０は、開口部１４ａ内で半導体基板１２の上面１２ａに接している。各温度センスダイオード２０は、単結晶のシリコンにより構成されている。各温度センスダイオード２０は、ｎ型のカソード領域２２と、ｐ型のアノード領域２４を備える。
【００１１】
カソード領域２２は、開口部１４ａ内から開口部１４ａの上部に亘る範囲に設けられている。カソード領域２２は、開口部１４ａ内で半導体基板１２の上面１２ａに接している。アノード領域２４は、絶縁膜１４の上面に設けられている。図１、２に示すように、アノード領域２４は、カソード領域２２の周囲に隣接して設けられている。温度センスダイオード２０は、順方向電圧の温度依存性を利用することにより、半導体基板１２の温度を検知する。
【００１２】
温度センスダイオード２０の上面には、層間膜１６が設けられている。層間膜１６は、各温度センスダイオード２０のカソード領域２２の上面において開口する複数の開口部１６ａを有している。層間膜１６は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって構成されている。
【００１３】
層間膜１６の開口部１６ａ内には、金属層１８が充填されている。金属層１８は、例えば、タングステン（Ｗ）により構成されている。層間膜１６の上面及び金属層１８の上面には、センス電極１９が設けられている。センス電極１９は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）により構成されている。各温度センスダイオード２０のアノード領域２４は、互いに接している。図示しない位置に、アノード領域２４に接するアノード電極が設けられている。アノード電極とセンス電極１９の間に電圧を印加することで、各温度センスダイオードに電流を流すことができる。
【００１４】
温度センスダイオード２０により半導体基板１２の温度を検知するときには、温度センスダイオード２０に一定の電流を流しておく。そして、温度センスダイオード２０の下側の半導体基板１２の温度が変化すると、温度センスダイオード２０の順方向電圧が変化する。この電圧の変化により半導体基板１２の温度の変化を検知することができる。
【００１５】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。なお、以下では、本実施形態の特徴である工程のみを説明する。したがって、実際の製造方法には、必要に応じて以下の説明に含まれない１又は複数の工程が含まれ得る。
【００１６】
まず、図３に示すように、単結晶のシリコンによって構成されたｐ型の半導体基板１２を準備し、半導体基板１２の上面１２ａに、開口部１４ａを有する絶縁膜１４を形成する。
【００１７】
次に、図４に示すように、開口部１４ａ内の半導体基板１２の上面１２ａに接するように、開口部１４ａ内と絶縁膜１４の上面に、温度センス半導体層３０を堆積させる。温度センス半導体層３０は、例えば、アモルファス（非晶質）シリコンやポリ（多結晶）シリコンによって構成することができる。
【００１８】
次に、図５に示すように、温度センス半導体層３０を所定の温度で熱処理する。温度センス半導体層３０を熱処理すると、単結晶である半導体基板１２とアモルファスまたは多結晶である温度センス半導体層３０の界面（開口部１４ａ内の界面）において、温度センス半導体層３０を構成するシリコン原子が、半導体基板１２を構成するシリコン単結晶に倣って整列する現象が生じる。この現象は、温度センス半導体層３０が固体状態のまま生じる。この現象は、固相エピタキシャル成長と呼ばれる。固相エピタキシャル成長は、各開口部１４ａ内の半導体基板１２と温度センス半導体層３０の界面を起点として、温度センス半導体層３０内へ進行する。固相エピタキシャル成長は、半導体基板１２と温度センス半導体層３０の界面から上側に進行する。このため、開口部１４ａの内部の温度センス半導体層３０が単結晶化する。さらに、固相エピタキシャル成長は、開口部１４ａから絶縁膜１４の上部の温度センス半導体層３０へ進行する。このため、温度センス半導体層３０のうち、開口部１４ａから一定の距離範囲内の領域が、単結晶化する。各開口部１４ａの間の位置で各開口部１４ａから進行する結晶成長面同士が衝突してグレインの境界面４０となる。したがって、温度センス半導体層３０には、開口部１４ａと同数の単結晶半導体層３０ａが形成される。
【００１９】
次に、図６に示すように、温度センス半導体層３０に対してｐ型及びｎ型の不純物をそれぞれ選択的に注入することにより、温度センス半導体層３０に複数の温度センスダイオード２０を形成する。すなわち、各単結晶半導体層３０ａにアノード領域２４及びカソード領域２２を形成する。このとき、各温度センスダイオード２０のｐｎ接合面が、グレインの境界面４０を横断しないように、不純物を注入する。例えば、図６に示すように、単結晶半導体層３０ａそれぞれに温度センスダイオード２０が形成されるように、各単結晶半導体層３０ａに対して不純物の注入を行う。
【００２０】
その後、公知の方法によって、層間膜１６、金属層１８及びセンス電極１９等を形成することによって、図１、２に示す半導体装置１０が完成する。
【００２１】
上記の製造方法では、絶縁膜１４の開口部１４ａ内と絶縁膜１４の上面に、非晶質の温度センス半導体層３０を形成する。開口部１４ａ内では、非晶質の温度センス半導体層３０が、単結晶の半導体基板１２と接している。そして、温度センス半導体層３０を熱処理する。これによって、温度センス半導体層３０と半導体基板１２の界面から固相エピタキシャル成長を生じさせることができる。固相エピタキシャル成長は、温度センス半導体層３０と半導体基板１２の界面を起点として、絶縁膜１４上の温度センス半導体層３０まで進行する。これによって、開口部１４ａの内部と開口部１４ａの周辺部を含む範囲で温度センス半導体層３０を単結晶化させることができる。そして、単結晶化された各単結晶半導体層３０ａそれぞれに温度センスダイオード２０が形成される。このため、温度センスダイオード２０のｐｎ接合面がグレインの境界面４０を横断することを防止することができる。したがって、上記の製造方法によれば、温度センスダイオード２０の抵抗の低減、特性の経時変化の抑制、特性のばらつきの抑制を実現することができる。
【００２２】
また、本実施形態の半導体装置１０では、温度センスダイオード２０が、温度変化を検知する対象である半導体基板１２に直接接しているので、半導体基板１２の温度が変化した際に、温度センスダイオード２０の順方向電圧が直ちに変化する。したがって、この温度センスダイオード２０は、半導体基板１２の温度変化に高速で応答することができる。
【００２３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２４】
１０：半導体装置
１２：半導体基板
１２ａ：上面
１４：絶縁膜
１４ａ：開口部
１６：層間膜
１６ａ：開口部
１８：金属層
１９：センス電極
２０：温度センスダイオード
２２：カソード領域
２４：アノード領域
３０：温度センス半導体層
３０ａ：単結晶半導体層
４０：境界面
【図１】
2020035862.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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