(57)【要約】【課題】長時間の酸化処理を行わずに分離層を形成す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】まず、アブソーバーを介してｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５に中性子線２４を照射し、中性子線照射領域２３を形成する。中性子線２４が通過することによって、ｐ-シリコンウェハ２１の深さ方向にほぼ均一な不純物濃度でシリコン原子同位体（質量数３０）がリン原子同位体（質量数３１）に核種変換され、中性子線照射領域２３にはリン原子が深さ方向にほぼ均一にドーピングされる。アブソーバーによって中性子線２４を遮断した領域２２はｐ-ドリフト領域１９となり、中性子線照射領域２３はｎ+分離層１７となる。その後、ｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５に、周知のプロセスにしたがって活性領域におけるＭＯＳゲート構造および耐圧構造を作製することにより、ｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴが完成する。【選択図】図２−１
2014082428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体ウェハの第１主面または第２主面に放射線を照射し、前記第１導電型半導体ウェハを構成する第１原子の核種が変換されてなる第２原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることにより、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面から第２主面に達する第２導電型半導体層を選択的に形成する第１工程と、
前記第１工程後、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面側に金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート構造を形成する第２工程と、
前記第１導電型半導体ウェハの第２主面側に、前記第２導電型半導体層に接する第２導電型拡散層と前記第２導電型拡散層に接する第２主電極とを形成する第３工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程では、スクライブラインに沿って前記第２導電型半導体層を形成し、
前記第２工程では、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域に前記絶縁ゲート構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第１導電型半導体ウェハの第１主面または第２主面に放射線を照射し、前記第１導電型半導体ウェハを構成する第１原子の核種が変換されてなる第２原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることにより、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面から第２主面に達する第２導電型半導体層を選択的に形成する第１工程と、
前記第１工程後、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面側に金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート構造を形成する第２工程と、
前記第１導電型半導体ウェハの第２主面側に、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域に接する第１導電型拡散層と前記第１導電型拡散層に接する第２主電極とを形成する第３工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程では、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域がスクライブラインに沿って残るように前記第２導電型半導体層を形成し、
前記第２工程では、前記第２導電型半導体層に前記絶縁ゲート構造を形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記放射線は中性子線であり、
前記第１原子はシリコン原子であり、
前記第１工程では、前記第２原子として生成されたリン原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記放射線はγ線であり、
前記第１原子はシリコン原子であり、
前記第１工程では、前記第２原子として生成されたアルミニウム原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程では、第１導電型半導体インゴットの第１主面または第２主面から前記放射線を照射して前記第２導電型半導体層を形成した後、前記第１導電型半導体インゴットを切断して前記第１導電型半導体ウェハを製造することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２導電型半導体層を分離層とし、前記第２導電型拡散層をコレクタ層とする逆阻止型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを製造することを特徴とする請求項１、２、５、６、７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域を分離層とし、前記第１導電型拡散層をコレクタ層とする逆阻止型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを製造することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１導電型半導体ウェハは、シリコンウェハまたは炭化珪素ウェハであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平板状のＭＯＳゲート（金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート）構造を有するプレーナゲート型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は、主にインバータ回路やチョッパー回路において直流電源下で使用されている。このため、プレーナゲート型ＩＧＢＴは、順方向耐圧および逆方向耐圧をともに維持することができる構造を有するにもかかわらず、素子設計の段階から逆方向耐圧についての信頼性確保を考慮せず、逆方向耐圧を維持するｐｎ接合がチップ側面に露出された状態となっている。
【０００３】
近年、半導体電力変換装置においてＡＣ（交流）／ＡＣ変換や、ＡＣ／ＤＣ（直流）変換、ＤＣ／ＡＣ変換を行うにあたって、双方向スイッチング素子を用いて直接リンク形変換回路等のマトリクスコンバータを構成することにより回路の小型化、軽量化、高効率化、高速応答化および低コスト化を図ることが検討されている。この双方向スイッチング素子は、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ（ＲＢ−ＩＧＢＴ）を逆並列接続することで構成することができるため、逆方向耐圧が高く、かつ信頼性が高いＩＧＢＴが要望されている。
【０００４】
逆阻止型の半導体装置においては、順阻止能力と同等の逆阻止能力が必要となる。この逆阻止能力を確保するために、逆方向耐圧を維持するｐｎ接合を半導体チップの裏面から表面まで延在させる必要がある。この裏面から表面に延在したｐｎ接合を形成するための拡散層が分離層である。従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法について説明する。図７（図７−１〜図７−３）は、従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【０００５】
図７−１〜図７−３には、分離層を塗布拡散によって形成する方法を示す。まず、半導体ウェハ１０１上に膜厚がおおよそ２．５μｍ程度の熱酸化で形成した酸化膜１０２をドーパントマスクとして形成する（図７−１）。次に、この酸化膜１０２にパターニング・エッチングにより、分離層を形成するための開口部１０３を形成する（図７−２）。次に、開口部１０３にボロンソース１０４を塗布し、その後、拡散炉により高温、長時間の熱処理を行い、おおよそ数百μｍ程度のｐ型の拡散層を形成する（図７−３）。
【０００６】
このｐ型の拡散層が分離層１０５となる。その後、特に図示しないが、表面構造を形成した後、裏面を分離層１０５付近に達するまで研削して半導体ウェハ１０１を薄くし、この研削面１０６にｐコレクタ領域とコレクタ電極で構成される裏面構造を形成する。これにより、ｐコレクタ領域と分離層１０５とが接続され、裏面から表面に延在したｐｎ接合が形成される。その後、分離層１０５の中心部に位置するスクライブラインで半導体ウェハ１０１を切断してＩＧＢＴチップが完成する。
【０００７】
図８は、図７の方法に従って製造された従来の逆阻止型ＩＧＢＴの構成を示す断面図である。図８において符号１１１はｐウェル領域、符号１１２はｐ耐圧領域、符号１１３はエミッタ領域、符号１１４はゲート絶縁膜、符号１１５はゲート電極、符号１１６は層間絶縁膜、符号１１７はエミッタ電極、符号１１８はフィールド酸化膜、符号１１９はフィールドプレート、符号１２０はｐコレクタ領域、符号１２１はコレクタ電極、符号１２２はダイシング面である。
【０００８】
図９（図９−１〜図９−３）は、従来の逆阻止型ＩＧＢＴの別の一例の製造途中の状態を示す断面図である。図９−１〜図９−３には、トレンチ（溝）を掘ってその側面に拡散層を形成して分離層を形成する方法を示す。この方法は、図７−１〜図７−３で示すｐ型の拡散層を形成するための高温、長時間の熱処理を回避する方法であり、半導体ウェハ１０１に高アスペクト比の深いトレンチを形成し、トレンチ側壁に形成した拡散層を分離層とする方法である。図１０は、図９の方法に従って製造された従来の逆阻止型ＩＧＢＴの構成を示す断面図である。
【０００９】
まず、半導体ウェハ１０１上に、数μｍの厚い酸化膜１２３でエッチングマスクを形成する（図９−１）。次に、数百μｍ程度の深さのトレンチ１２４をドライエッチングで形成する（図９−２）。次に、気相拡散１２５にてトレンチ１２４の側壁へ不純物を導入して分離層１２６を形成する（図９−３）。次に、トレンチ１２４にポリシリコンや絶縁膜などの補強材１２７を充填した後、図８と同様に表面構造を形成する。その後、スクライブラインに沿ってダイシングして半導体ウェハ１０１からＩＧＢＴチップが切り出されて、逆阻止型ＩＧＢＴが完成する（図１０）。符号１２８はダイシング面である。
【００１０】
このように、トレンチ１２４を掘ってその側面に分離層１２６を形成する方法として、例えば下記特許文献１〜３が提案されている。下記特許文献１には、デバイス上面から下側接合まで活性層を取り囲むようにトレンチを形成し、このトレンチの側面に拡散層を形成し、デバイスの下側接合の終端をデバイスの上面まで延在させて分離層を形成することが示されている。下記特許文献２および下記特許文献３には、下記特許文献１と同様に、デバイス上面から下側接合までトレンチを形成し、このトレンチの側面に拡散層を形成することで逆阻止能力のあるデバイスとしている。
【００１１】
また、半導体ウェハにｐｎ接合を形成する方法として、中性子線を照射することにより、ｐ型半導体ウェハを構成する半導体原子同位体をドナー同位体に変化させてｎ型領域を形成する方法が提案されている（例えば、下記特許文献４〜７参照。）。下記特許文献４では、中性子線照射によってゲルマニウム原子同位体（Ｇｅ：質量数７４）を砒素原子同位体（Ａｓ：質量数７５）に変化させている。また、下記特許文献５〜７では、中性子線照射によってシリコン原子同位体（Ｓｉ：質量数３０）をリン原子同位体（Ｐ：質量数３１）に変化させている。また、下記特許文献５には、ガンマ線照射やレーザーアニールにより同位体の質量数を変化させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２２８６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８５７２７号公報
【特許文献３】特開２００２−７６０１７号公報
【特許文献４】特開２００４−２９６８６６号公報
【特許文献５】特開平０８−１３９０４８号公報
【特許文献６】特表２００７−５３５８００号公報
【特許文献７】特許第４５８０８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図７−１〜図７−３に示す逆阻止型ＩＧＢＴの分離層の形成方法では、高耐圧の半導体装置とするために半導体ウェハ１０１の厚さを厚くした場合、半導体ウェハ１０１の厚さに応じた厚い酸化膜１０２および深い分離層１０５を形成するための高温、長時間の熱処理を必要とする。このため、デバイス特性が劣化したり、拡散炉を構成する部品等の品質に悪影響が及ぶという問題がある。
【００１４】
具体的には、塗布拡散法による分離層１０５の形成では、表面からボロンソース１０４（ボロンの液状の拡散源）を塗布し熱処理にてボロンを拡散し、数百μｍ程度の拡散深さの分離層１０５を形成するために、高温、長時間の拡散処理を必要とする。これにより、拡散炉を構成する石英ボード、石英管（石英チューブ）、石英ノズルなど石英治具のへたりや、ヒーターからの汚染、石英治具の失透現象による強度低下などを発生させてしまう。
【００１５】
また、塗布拡散法による分離層１０５の形成では、長時間のボロン拡散に耐えるようにするために、良質で厚いマスク酸化膜（酸化膜１０２）の形成が必要となる。この耐マスク性が高い、すなわち良質なシリコン酸化膜を得る方法としては熱酸化の方法がある。しかし、高温で長時間（例えば１５００℃、２００時間）のボロンによる分離層１０５の拡散処理においてボロンがマスク酸化膜を突き抜けないためには、膜厚が約２．５μｍの熱酸化膜を形成させる必要がある。
【００１６】
この膜厚２．５μｍの熱酸化膜形成のためには、例えば１１５０℃の酸化温度において必要な酸化時間は、良質な酸化膜が得られるドライ（乾燥酸素雰囲気）酸化で約２００時間である。膜質がやや劣るものの、ドライ酸化に比べて酸化時間が短くて済むウェットもしくはパイロジェニック酸化でも、約１５時間と長い酸化時間を必要とする。さらにこれらの酸化処理中には、大量の酸素がシリコンウェハ中に導入されるために、酸素析出物や酸化誘起積層欠陥などの結晶欠陥が導入されたり、酸素ドナーが発生したりすることによるデバイス特性劣化や信頼性低下の弊害が生じる。
【００１７】
さらに、ボロンソース１０４塗布後の拡散でも、通常は酸化雰囲気下で上記高温長時間の拡散処理が行われるため、ウェハ内に格子間酸素が導入され、この工程でも酸素析出物や酸素ドナー化現象、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）や、スリップ転位など結晶欠陥が導入されてしまう。これら結晶欠陥が導入されたウェハに形成されたｐｎ接合ではリーク電流が高くなってしまったり、ウェハ上に熱酸化により形成された絶縁膜の耐圧、信頼性が大幅に劣化することが知られている。また、拡散中に取り込まれた酸素がドナー化し、耐圧が低下するという弊害を生じさせる。
【００１８】
図７−１〜図７−３に示す分離層の形成方法では、ボロンによる拡散はマスク酸化膜の開口部から、シリコンバルクへとほぼ等方的に進行するため、深さ方向に２００μｍのボロン拡散を行う場合、必然的に横方向にもボロンは１６０μｍ拡散されてしまう。これにより、デバイスピッチやチップサイズの縮小に対しての弊害を生じさせる。
【００１９】
図９−１〜図９−３に示す分離層の形成方法では、ドライエッチングにてトレンチ１２４を形成し、形成したトレンチ１２４側壁にボロンを導入して分離層を形成する。その後、トレンチ１２４を絶縁膜などの補強材１２７で充填し、高アスペクト比のトレンチが形成される。このため、図９−１〜図９−３に示す分離層の形成方法は、図７−１〜図７−３に示す分離層の形成方法と比べてデバイスピッチの縮小に有利である。
【００２０】
しかし、２００μｍ程度の深さのエッチングに要する時間は、典型的なドライエッチング装置を用いた場合、１枚あたり、１００分程度の処理時間が必要であり、リードタイムの増加、メンテナンス回数の増加などの弊害をもたらす。また、ドライエッチングによって深いトレンチを形成する際に、マスクとしてシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を用いた場合、選択比が５０以下と小さいため、数μｍ程度の厚いシリコン酸化膜が必要となる。その結果、コストの上昇や酸化誘起積層欠陥や酸素析出物などのプロセス誘起結晶欠陥導入による良品率低下という弊害を生じさせる。
【００２１】
図１１は、トレンチ内に薬液残渣やレジスト残渣などが発生した様子を示す断面図である。さらに、異方性ドライエッチングによる高アスペクト比の深堀りトレンチを利用した分離層形成プロセスでは、図１１に示すように、トレンチ１２４内で薬液残渣１２９やレジスト残渣１３０などが発生し、歩留まりの低下や信頼性の低下などの弊害を生じさせてしまう問題がある。通常、トレンチ１２４側壁に対してリンやボロンなどのドーパントを導入する場合、トレンチ１２４側壁が垂直となっているため、半導体ウェハ１０１を斜めにしてイオン注入することによりトレンチ１２４側壁へのドーパント導入を行っている。
【００２２】
しかし、アスペクト比の高いトレンチ１２４側壁へのドーパント導入は、実効ドーズ量の低下（それに伴う注入時間の増加）、実効投影飛程の低下、スクリーン酸化膜によるドーズ量ロス、注入均一性の低下などの弊害を生じさせる。このため、アスペクト比の高いトレンチ１２４内へ不純物を導入するための手法として、イオン注入の代わりにＰＨ3（ホスフィン）やＢ2Ｈ6（ジボラン）などのガス化させたドーパント零囲気中にウェハを暴露させる気相拡散法が用いられるが、ドーズ量の精密制御性において、イオン注入法に比べて劣る。
【００２３】
また、アスペクト比の高いトレンチ１２４に補強材１２７として絶縁膜を充填させる場合、トレンチ１２４内にボイドと呼ばれる隙間ができてしまい、信頼性の低下などの問題が発生する。また、上記特許文献１〜３の製造方法では、トレンチ内に補強材を充填してウェハをスクライブラインで切断して半導体チップ化する工程が必要となることが想定され、製造コストが高くなる。
【００２４】
また、高耐圧の逆阻止型ＩＧＢＴを得る方法として、シリコン（Ｓｉ）ウェハではなく炭化珪素（ＳｉＣ）ウェハを用いる方法も想定される。しかし、炭化珪素ウェハに導入された不純物は熱拡散されにくく、炭化珪素ウェハに導入された不純物を熱拡散させるために必要な熱処理温度はシリコンウェハを用いる場合よりも高温となる。このため、不純物拡散やトレンチ側壁への不純物導入によって炭化珪素ウェハのおもて面から裏面に達する分離層を形成することは、同処理によってシリコンウェハに分離層を形成する場合よりも困難となる。
【００２５】
この発明は、高温で長時間の拡散処理や、長時間の酸化処理を行わずに分離層を形成す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】
【００２６】
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、次の特徴を有する。まず、第１導電型半導体ウェハの第１主面または第２主面に放射線を照射し、前記第１導電型半導体ウェハを構成する第１原子の核種が変換されてなる第２原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることにより、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面から第２主面に達する第２導電型半導体層を選択的に形成する第１工程を行う。次に、前記第１工程後、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面側に金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート構造を形成する第２工程を行う。次に、前記第１導電型半導体ウェハの第２主面側に、前記第２導電型半導体層に接する第２導電型拡散層と前記第２導電型拡散層に接する第２主電極と、を形成する第３工程を行う。
【００２７】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、スクライブラインに沿って前記第２導電型半導体層を形成する。前記第２工程では、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域に前記絶縁ゲート構造を形成することを特徴とする。
【００２８】
また、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、次の特徴を有する。まず、第１導電型半導体ウェハの第１主面または第２主面に放射線を照射し、前記第１導電型半導体ウェハを構成する第１原子の核種が変換されてなる第２原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることにより、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面から第２主面に達する第２導電型半導体層を選択的に形成する第１工程を行う。次に、前記第１工程後、前記第１導電型半導体ウェハの第１主面側に金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート構造を形成する第２工程を行う。次に、前記第１導電型半導体ウェハの第２主面側に、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域に接する第１導電型拡散層と前記第１導電型拡散層に接する第２主電極と、を形成する第３工程を行う。
【００２９】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域がスクライブラインに沿って残るように前記第２導電型半導体層を形成する。前記第２工程では、前記第２導電型半導体層に前記絶縁ゲート構造を形成することを特徴とする。
【００３０】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記放射線は中性子線である。前記第１原子はシリコン原子である。そして、前記第１工程では、前記第２原子として生成されたリン原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることを特徴とする。
【００３１】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記放射線はγ線である。前記第１原子はシリコン原子である。そして、前記第１工程では、前記第２原子として生成されたアルミニウム原子によって前記第１導電型半導体ウェハをドーピングすることを特徴とする。
【００３２】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、第１導電型半導体インゴットの第１主面または第２主面から前記放射線を照射して前記第２導電型半導体層を形成した後、前記第１導電型半導体インゴットを切断して前記第１導電型半導体ウェハを製造することを特徴とする。
【００３３】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２導電型半導体層を分離層とし、前記第２導電型拡散層をコレクタ層とする逆阻止型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを製造することを特徴とする。
【００３４】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１導電型半導体ウェハの、前記第２導電型半導体層以外の領域を分離層とし、前記第１導電型拡散層をコレクタ層とする逆阻止型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを製造することを特徴とする。
【００３５】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１導電型半導体ウェハは、シリコンウェハまたは炭化珪素ウェハであることを特徴とする。
【００３６】
上述した発明によれば、中性子線またはγ線を照射して第１導電型半導体ウェハ（または第１導電型半導体インゴット）にリンまたはアルミニウムをドーピングすることにより、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深い第２導電型半導体層を形成することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、高温で長時間の拡散処理や、長時間の酸化処理を行わずに、高耐圧用の厚さの厚い半導体ウェハのおもて面から裏面に達する分離層を形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により製造される逆阻止型ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。
【図２−１】図１に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２−２】図１に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２−３】図１に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３】実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により製造される逆阻止型ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。
【図４−１】図３に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４−２】図３に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４−３】図３に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図５−１】実施の形態３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５−２】実施の形態３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５−３】実施の形態３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６−１】実施の形態４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６−２】実施の形態４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６−３】実施の形態４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７−１】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図７−２】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図７−３】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図８】図７の方法に従って製造された従来の逆阻止型ＩＧＢＴの構成を示す断面図である。
【図９−１】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの別の一例の製造途中の状態を示す断面図である。
【図９−２】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの別の一例の製造途中の状態を示す断面図である。
【図９−３】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの別の一例の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１０】図９の方法に従って製造された従来の逆阻止型ＩＧＢＴの構成を示す断面図である。
【図１１】トレンチ内に薬液残渣やレジスト残渣などが発生した様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４０】
（実施の形態１）
実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置について、ｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴを例に説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法により製造される逆阻止型ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。図１に示すように、高比抵抗のｐ-シリコン半導体基板１の第１主面１５に、ｎベース領域２が選択的に複数形成されている。ｐ-シリコン半導体基板１の裏面側の第２主面１６には、ｎ+コレクタ層３が形成されている。ｎベース領域２とｎ+コレクタ層３とによって基板厚さ方向に挟まれる領域は、もともとｐ-シリコン半導体基板１であり、ｐ-ドリフト領域１９となる。
【００４１】
矢印で示す活性領域１４において、ｎベース領域２内の表面層には、ｐ+エミッタ領域４が選択的に形成されている。活性領域１４とは、オン状態のときに電流が流れる領域である。この活性領域１４の外側には、プレーナ型ｐｎ接合表面の終端構造の一種として、矢印で示す耐圧構造１３が形成されており、このＩＧＢＴの順方向阻止耐圧を確保している。この耐圧構造１３は、第１主面１５内で活性領域１４の外側にあって、ｐ-シリコン半導体基板１の表面層にリング状に形成されるｎ+半導体領域のガードリング（不図示）、ガードリング間のｐ-シリコン半導体基板１を覆う酸化膜（フィールド絶縁膜）１１、および金属膜又はポリシリコンのフィールドプレート（不図示）等を複数段組み合わせて作られていて、順バイアス時にｐｎ接合の前後に広がる空乏層が、ダイシング等による切断面１８およびその周辺のダメージ領域にまで広がり達するのを防いでいる。
【００４２】
ｐ+エミッタ領域４とｐ-ドリフト領域（ｐ-シリコン半導体基板１）とに挟まれたｎベース領域２の表面と、複数のｎベース領域２間のｐ-ドリフト領域１９の表面には、ゲート絶縁膜５を介してそれぞれゲート電極６が形成されている。ｐ+エミッタ領域４の表面は、エミッタ電極８により被覆されている。ｎ+コレクタ層３の表面は、コレクタ電極９により被覆されている。エミッタ電極８とゲート電極６とは、層間絶縁膜７によって電気的に絶縁されている。
【００４３】
耐圧構造１３の外側には、ｎ+分離層１７が形成されている。ｎ+分離層１７は、ｐ-シリコン半導体基板１を貫通して第１主面１５から第２主面１６に達し、ｎ+コレクタ層３に連結されている。ｐ+分離層１７が設けられていることによって、逆バイアス時にｐｎ接合の前後に広がる空乏層が、ダイシング等による切断面１８およびその周辺のダメージ領域に広がるのを防ぐことができる。これにより、空乏層の端は耐圧構造１３にかかるが、耐圧構造１３が逆方向の素子耐圧を持つような構造としていることで空乏層の端が活性領域１４の表面構造に広がるのを防ぐことができ、十分な逆耐圧を得ることができる。符号１２は、パッシベーション膜である。
【００４４】
次に、図１に示す構成のｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴの製造プロセスについて、図２（図２−１〜図２−３）を参照しながら説明する。図２−１〜図２−３は、図１に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。まず、ボロン（Ｂ）をガスドープしてＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法またはＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により作製されたｐ-シリコンウェハ２１を用意する。ＣＺ法として、強力な磁場をかけて結晶成長を制御するＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  ＣＺ）法を用いてもよい。
【００４５】
次に、光線束に調整（コリメート）された中性子線２４（白抜き矢印で示す）を、アブソーバー（不図示）を介してｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５に照射（ＮＴＤ：Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｉｎｇ）する（図２−１）。このとき、アブソーバーによって、例えば格子状のスクライブラインに囲まれた領域（半導体チップとなる領域）の外周の領域、すなわち耐圧構造１３のうちの外側の部分にのみ中性子線２４が照射されるように中性子線２４を遮蔽する。アブソーバーによって中性子線２４を遮断した領域２２はｐ-ドリフト領域１９となる。
【００４６】
また、第１主面２５から第２主面２６（以下、深さ方向とする）へ向かってｐ-シリコンウェハ２１を貫通するように中性子線２４を通過させ、第１主面２５から第２主面２６に達する中性子線照射領域２３（ｎ+分離層１７）を選択的に形成する。中性子線２４が通過することによって、中性子線照射領域２３ではｐ-シリコンウェハ２１の深さ方向にほぼ均一な不純物濃度でシリコン（Ｓｉ）原子同位体（質量数３０）がリン（Ｐ）原子同位体（質量数３１）に核種変換される。このため、中性子線照射領域２３には、ｎ型不純物であるリン原子が深さ方向にほぼ均一にドーピングされる。
【００４７】
そして、中性子線照射領域２３のリン濃度が所定の不純物濃度になったところで、ｐ-シリコンウェハ２１への中性子線２４照射を終了する。次に、中性子線２４照射によってリン原子同位体と同時に形成される放射性リン原子同位体（質量数３２、半減期１４．３日）から放出される放射線の強さが規定の強さ以下まで減衰した後、例えば１０００℃程度の熱処理によって中性子線２４照射に伴う結晶欠陥を回復させる。これにより、中性子線照射領域２３からなるｎ+分離層１７が選択的に形成されたｐ-シリコンウェハ２１が完成する。
【００４８】
アブソーバーは、例えば、中性子線２４の遮蔽効果が高いボロンを含む材料、具体的には炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）を含む材料でできているのが好ましい。この場合、例えば、アブソーバーの厚さを１０ｃｍ程度としたときに、中性子線２４の強度を１／１０００程度に低下させることができる。また、アブソーバーは、例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む材料、水（Ｈ2Ｏ）またはステンレスでできていてもよい。
【００４９】
また、アブソーバーのパターン幅は、逆阻止型ＩＧＢＴの場合０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であってもよい。アブソーバーの厚さは、例えば１０ｃｍ程度であってもよい。中性子線２４の波長はÅオーダーである。このため、上述した程度のアブソーバーのパターン幅や厚さであれば、アブソーバーを介してｐ-シリコンウェハ２１に照射された中性子線２４の回折による影響は小さく、無視できる程度である。仮に、中性子線２４の回折による影響が無視できない程度であっても、完成する逆阻止型ＩＧＢＴの半導体チップの厚さが例えば１ｍｍ程度までであれば、ｎ+分離層１７程度に広い幅を有する場合、パターン像のずれは問題にならない。
【００５０】
中性子線２４照射は、ｐ-シリコンウェハ２１の第２主面２６側から行ってもよい。また、ｐ-シリコンウェハ２１の第２主面２６側から中性子線２４照射を行う場合、中性子線２４照射によって形成される中性子線照射領域２３（ｎ+分離層１７）の第１主面２５から、完成する逆阻止型ＩＧＢＴの半導体チップ（ｐ-シリコン半導体基板１）の厚さまでの範囲で、回折の影響によってｎ+分離層１７が広がり過ぎないように、パターンを選べばよい。
【００５１】
また、中性子線２４照射は、ｐ-シリコンウェハ２１にスライシングされる前のインゴットに対して行ってもよい。この場合、中性子線２４照射による結晶欠陥を回復させた後に、個々のｐ-シリコンウェハ２１にスライシングする。このように、インゴットに対して中性子線２４を照射することにより、ｎ+分離層１７が形成された複数のｐ-シリコンウェハ２１を一括して作製することができる。ｐ-シリコンウェハ２１よりも厚みのあるインゴットでは、アブソーバーを介してｐ-シリコンウェハ２１に照射された中性子線２４の回折による影響を無視することができないため、単一の平行光線束にコリメートされた複数の中性子線２４をパターン配置したアレイ方式を用いて、インゴットの軸方向に上底面（または下底面）に中性子線２４照射してもよい。
【００５２】
また、単一の光線束にコリメートされた中性子線２４を、ｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５（または、円柱状のインゴットの上底面もしくは下底面、以下、ｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５に照射する場合を例に説明する）に平行に走査させることで格子状の中性子線照射領域２３を形成してもよい。具体的には、まず、単一の平行光線束にコリメートされた中性子線２４を、ｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５に照射し、第１主面２５に平行な第１方向へ走査させる。さらに、この中性子線２４（または別の中性子線２４）を、第１主面２５に平行で、かつ第１方向に直交する第２方向へ走査させる。これにより、第１方向と第２方向とに直交する格子状のスクライブラインに沿って中性子線２４を照射して、位置精度よく中性子線照射領域２３を形成することができる。
【００５３】
しかし、上述したように中性子線２４を同じ速度で第１，２方向に走査させた場合、第１方向に走査された中性子線２４が照射した領域と第２方向に走査された中性子線２４が照射した領域とが重なる。このため、中性子線２４照射が重なる部分（例えば図２−１において符号２３ａで示す矩形状の中性子線照射領域２３の角部分）でのリン濃度が２倍になってしまう。中性子線２４照射が重なる部分において中性子線２４の走査速度をともに２倍にしたとしても、実際には、中性子線２４の放射光は所定の大きさの照射面積を有するため、照射面積の重なり具合が均一にならず、中性子線照射領域２３のリン濃度を制御することができない。
【００５４】
したがって、中性子線２４照射が重なる部分については、アブソーバーによって第１方向（または第２方向）に走査させる中性子線２４を遮蔽し、１つの方向に走査させる中性子線２４のみを照射してもよい。また、中性子線２４照射が重なる部分については、アブソーバーによって、中性子線２４の放射光強度を中性子線２４照射が重ならない部分（例えば図２−１において符号２３ｂで示す中性子線照射領域２３の辺部分）への放射光強度の１／２となるように調整してもよい。
【００５５】
また、１度に２本の平行線状の中性子線２４を照射し、さらに角度を変えて再度２本の平行線状の中性子線２４を照射することにより、４本の平行線からなる矩形状の中性子線２４を擬似的に照射してもよい。この場合、中性子線２４照射が重なる部分については、放射光強度を中性子線２４照射が重ならない部分の１／２に補正した状態で中性子線２４を照射する。また、２本の平行な線状の放射光を結像させた中性子線２４を２回照射して矩形状の中性子線照射領域２３を形成する場合、２回の中性子線２４照射のうちの、１回の中性子線２４照射のパターンを中性子線２４照射が重なる部分に照射されないパターン（例えば２本の平行な破線状）としてもよい。
【００５６】
また、単一の光線束にコリメートされた中性子線２４を複数並列に配置し、中性子線２４が並んだ方向に走査させることで、擬似的に線状の中性子線２４を構成してもよい。こ場合においても、中性子線２４照射が重なる部分については、上述した方法によって中性子線照射領域２３のリン濃度が２倍にならないように対処する。また、格子状パターンに放射光を結像させた中性子線２４とした場合には、中性子線２４を１回照射することで、リン濃度が均一な格子状の中性子線照射領域２３を形成することができる。
【００５７】
次に、中性子線照射領域２３（ｎ+分離層１７）が形成されたｐ-シリコンウェハ２１の第１主面２５に、周知のプロセスにしたがって活性領域１４における素子のおもて面表面構造および耐圧構造１３を作製する（図２−２）。具体的には、中性子線照射領域２３（ｎ+分離層１７）にスクライブライン２７が重なるように、ｐ-ドリフト領域１９の第１主面２５側に、ｎベース領域２、ｐ+エミッタ領域４、ゲート絶縁膜５およびゲート電極６からなるＭＯＳゲート構造１０を形成する。
【００５８】
次に、第１主面２５側に層間絶縁膜７を形成し、層間絶縁膜７にｎベース領域２およびｐ+エミッタ領域４が露出するコンタクトホールを形成する。次に、ｎベース領域２およびｐ+エミッタ領域４に接するエミッタ電極８を形成する。また、活性領域１４における素子のおもて面表面構造の形成とともに所要のプロセスによって、耐圧構造１３に、ガードリング（不図示）、フィールド絶縁膜１１、フィールドプレート（不図示）およびパッシベーション膜１２などを形成する。
【００５９】
図２−２では、活性領域１４および耐圧構造１３の繰り返しパターンを省略し、二重破線で示す波線で示す（他の図においても同様）。ｐ-シリコンウェハ２１におもて面素子構造を形成する前に中性子線２４照射を行う理由は、中性子線２４照射により形成される結晶欠陥を回復させるための高温熱処理によって、ｐ-シリコンウェハ２１内に意図しない不純物拡散が生じたり、電極やパッシベーション膜１２が損傷するなどの問題が生じるからである。
【００６０】
次に、ｐ-シリコンウェハ２１の第２主面２６を研削ライン２８まで研削し、ｐ-シリコンウェハ２１の厚さを耐圧で決まる所定の厚さにまで薄くする（薄ウェハ化：図２−２）。薄ウェハ化後の状態を図２−３に示す。次に、ｐ-シリコンウェハ２１の研削された第２主面１６に、例えばリン（Ｐ）などのｎ型不純物のイオン注入と熱処理によりｎ+コレクタ層３を形成する。次に、ｐ-シリコンウェハ２１の第２主面１６全面にコレクタ電極９を形成する。最後に、ダイシング等によりスクライブライン２７に沿って個々のチップ（ｐ-シリコン半導体基板１）に切断する。これにより、図１に示すｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴチップが完成する。
【００６１】
以上、説明したように、実施の形態１によれば、中性子線照射によってｐ-シリコンウェハにリンをドーピングすることによって、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深いｎ+分離層を形成することができる。これにより、高温で長時間の拡散処理や、長時間の酸化処理を行わずにｎ+分離層を形成することができる。したがって、不純物拡散法によって分離層を形成した高耐圧素子において問題となっている熱処理の増大や、長時間の熱処理に伴う良品率低下、深堀トレンチエッチングに伴う問題を解消することができる。高耐圧素子を製造する場合、不純物濃度が低い高比抵抗のｐ-シリコンウェハを用いるため、低耐圧素子の製造に用いる低比抵抗のｐ++シリコンウェハに本発明を適用する場合よりも、中性子線照射によるリンのドーピングを短時間で終了させることができ、有効性が高い。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、ｐ+シリコンウェハに中性子線を照射することにより中性子線照射領域からなるｎ-ドリフト領域を形成する点である。すなわち、実施の形態１では第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としたが、実施の形態２のように第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたｎチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴにおいても本発明は同様に成り立つ。
【００６３】
実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により製造される半導体装置について説明する。図３は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法により製造される逆阻止型ＩＧＢＴの構造を示す断面図である。図３に示すように、活性領域４４において、高比抵抗のｐ+シリコン半導体基板３１に、第１主面４５から第２主面４６に達するｎ-ドリフト領域４９が形成されている。ｎ-ドリフト領域４９の外側には、耐圧構造４３においてｐ+シリコン半導体基板３１からなるｐ+分離層４７が形成されている。
【００６４】
活性領域４４において、ｎ-ドリフト領域４９には、第１主面４５側にｐベース領域３２、ｎ+エミッタ領域３４、ゲート絶縁膜３５およびゲート電極３６からなるＭＯＳゲート構造４０が形成されている。ｎ+エミッタ領域３４の表面は、エミッタ電極３８により被覆されている。エミッタ電極３８とゲート電極３６とは、層間絶縁膜３７によって電気的に絶縁されている。ｎ-ドリフト領域４９の第２主面４６側の表面層には、ｐ+分離層４７に連結されるようにｐ+コレクタ層３３が形成されている。
【００６５】
したがって、実施の形態１と同様に、ｐ+分離層４７によって、逆バイアス時にｐｎ接合の前後に広がる空乏層が切断面４８およびその周辺のダメージ領域に広がるのを防ぐことができるので、十分な逆耐圧を得ることができる。ｐ+コレクタ層３３の表面は、コレクタ電極３９により被覆されている。耐圧構造４３は、ｐ+半導体領域のガードリング（不図示）、ガードリング間のｎ-ドリフト領域４９を覆うフィールド絶縁膜４１、および金属膜のフィールドプレート（不図示）等を複数段組み合わせて作られている。符号４２はパッシベーション膜である。
【００６６】
次に、図３に示す構成のｎチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴの製造プロセスについて、図４（図４−１〜図４−３）を参照しながら説明する。図４−１〜図４−３は、図３に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。まず、アブソーバー（不図示）を介してｐ+シリコンウェハ５１に中性子線（白抜き矢印で示す）５４を照射する。実施の形態２においては、実施の形態１とは反対に、アブソーバーによって、例えば格子状のスクライブラインに囲まれた領域の外周の領域への中性子線５４を遮蔽する（図４−１）。
【００６７】
すなわち、活性領域４４となる領域から耐圧構造４３となる領域の一部にわたって中性子線照射領域５３を形成する。アブソーバーによって中性子線５４を遮断した領域５２がｐ+分離層４７となり、中性子線照射領域５３がｎ-ドリフト領域４９となる。中性子線５４の照射方法は、ｐ+シリコンウェハ５１（またはインゴット）に対する中性子線５４の照射位置と、ｎ-ドリフト領域４９を形成するための所定のリン濃度とが異なる以外は実施の形態１における中性子線照射方法と同様である。
【００６８】
次に、中性子線照射領域５３のリン濃度が所定の不純物濃度になったところでｐ+シリコンウェハ５１への中性子線５４照射を終了し、実施の形態１と同様に中性子線５４照射後の処理を行う。これにより、中性子線照射領域２３からなるｎ-ドリフト領域４９が選択的に形成されたｐ+シリコンウェハ５１が完成する。
【００６９】
次に、中性子線照射領域５３（ｎ-ドリフト領域４９）が形成されたｐ+シリコンウェハ５１の第１主面４５に、周知のプロセスにしたがって活性領域４４における素子のおもて面表面構造および耐圧構造４３を作製する（図４−２）。具体的には、ｐ+分離層４７にスクライブライン５７が重なるように、中性子線照射領域２３（ｎ-ドリフト領域４９）の第１主面５５側に、ｐベース領域３２、ｎ+エミッタ領域３４、ゲート絶縁膜３５およびゲート電極３６からなるＭＯＳゲート構造４０を形成する。
【００７０】
次に、第１主面５５側に層間絶縁膜３７を形成し、層間絶縁膜３７にｐベース領域３２およびｎ+エミッタ領域３４が露出するコンタクトホールを形成する。次に、ｐベース領域３２およびｎ+エミッタ領域３４に接するエミッタ電極３８を形成する。また、活性領域４４における素子のおもて面表面構造の形成とともに所要のプロセスによって、耐圧構造４３に、ガードリング（不図示）、フィールド絶縁膜４１、フィールドプレート（不図示）およびパッシベーション膜４２などを形成する。ｐ+シリコンウェハ５１におもて面素子構造を形成する前に中性子線５４照射を行う理由は、実施の形態１と同様である。
【００７１】
次に、ｐ+シリコンウェハ５１の第２主面５６を研削ライン５８まで研削して薄ウェハ化する（図４−２）。薄ウェハ化後の状態を図４−３に示す。次に、ｐ+シリコンウェハ５１の研削された第２主面４６に、例えばボロンなどのｐ型不純物のイオン注入と熱処理によりｐ+コレクタ層３３を形成する。次に、ｐ+シリコンウェハ５１の研削された第２主面４６全面にコレクタ電極３９を形成する。最後に、ダイシング等によりスクライブライン５７に沿って個々のチップ（ｐ+シリコン半導体基板３１）に切断して、図３に示すｎチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴチップが完成する。
【００７２】
以上、説明したように、実施の形態２によれば、中性子線照射によってｐ+シリコンウェハにリンをドーピングし、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深いｎ-ドリフト領域を形成することによって、中性子線を照射しない領域を深いｐ+分離層とすることができる。これにより、高温で長時間の拡散処理や、長時間の酸化処理を行わずにｐ+分離層を形成することができ、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００７３】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、ｎ-シリコンウェハにγ線（ガンマ線）を照射することによりγ線照射領域からなるｐ+分離層４７を形成する点である。このため、実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法によって、例えば、図３に示す構成のｎチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴが製造される。
【００７４】
実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法によって図３に示す構成のｎチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴを製造するプロセスについて、図５（図５−１〜図５−３）を参照しながら説明する。図５−１〜図５−３は、実施の形態３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５−１〜図５−３には、図３に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態の別の一例を示す。
【００７５】
まず、コリメートされたγ線６４（白抜き矢印で示す）を、アブソーバー（不図示）を介してｎ-シリコンウェハ６１の第１主面６５に照射する（図５−１）。実施の形態３においては、実施の形態１と同様に、例えば格子状のスクライブラインに囲まれた領域の外周の領域にのみγ線６４が照射されるように、アブソーバーによってγ線６４を遮蔽する。すなわち、アブソーバーによってγ線６４を遮断した領域６２がｎ-ドリフト領域４９となり、第１主面６５から第２主面６６（深さ方向）へ向かってγ線６４が通過することにより形成されたγ線照射領域６３がｐ+分離層４７となる。
【００７６】
γ線６４が通過することによって、γ線照射領域６３ではｎ-シリコンウェハ６１の深さ方向にほぼ均一な不純物濃度でシリコン原子同位体（質量数２８）はアルミニウム（Ａｌ）原子同位体（質量数２７）に核種変換される。このため、γ線照射領域６３には、ｐ型不純物であるアルミニウム原子が深さ方向にほぼ均一にドーピングされる。そして、γ線照射領域６３のアルミニウム濃度が所定の不純物濃度になったところで、ｎ-シリコンウェハ６１へのγ線６４照射を終了する。次に、例えば１０００℃程度の熱処理によってγ線６４照射に伴う結晶欠陥を回復させる。これにより、γ線照射領域６３からなるｐ+分離層４７が形成されたｎ-シリコンウェハ６１が完成する。アブソーバーは、アルミニウムからなる１０ｃｍ程度の厚さの金属板であるのが好ましい。
【００７７】
γ線６４照射は、実施の形態１の中性子線照射と同様に、インゴットに対して行ってもよいし、ｎ-シリコンウェハ６１の第２主面６６側から行ってもよい。また、ｎ-シリコンウェハ６１の第２主面６６側からγ線６４照射を行う場合、γ線照射領域６３が第１主面６５から完成後の逆阻止型ＩＧＢＴの半導体チップ厚さまでの範囲で、回折の影響で広がり過ぎないようにアブソーバーのパターンを設計して行えばよい。
【００７８】
次に、γ線照射領域６３（ｎ-ドリフト領域４９）が形成されたｎ-シリコンウェハ６１の第１主面６５に、周知のプロセスにしたがって活性領域４４における素子のおもて面表面構造および耐圧構造４３を作製する（図５−２）。具体的には、γ線照射領域６３（ｐ+分離層４７）にスクライブライン６７が重なるように、ｎ-ドリフト領域４９の第１主面６５側に、ｐベース領域３２、ｎ+エミッタ領域３４、ゲート絶縁膜３５およびゲート電極３６からなるＭＯＳゲート構造４０を形成する。
【００７９】
次に、第１主面６５側に層間絶縁膜３７を形成し、層間絶縁膜３７にｐベース領域３２およびｎ+エミッタ領域３４が露出するコンタクトホールを形成する。次に、ｐベース領域３２およびｎ+エミッタ領域３４に接するエミッタ電極３８を形成する。また、活性領域４４における素子のおもて面表面構造の形成とともに所要のプロセスによって、実施の形態２と同様に耐圧構造４３を形成する。ｎ-シリコンウェハ６１におもて面素子構造を形成する前にγ線６４照射を行う理由は、実施の形態１においてｐ-シリコンウェハにおもて面素子構造を形成する前に中性子線照射を行う理由と同様である。
【００８０】
次に、ｎ-シリコンウェハ６１の第２主面６６を研削ライン６８まで研削して薄ウェハ化する（図５−２）。薄ウェハ化後の状態を図５−３に示す。次に、ｎ-シリコンウェハ６１の研削された第２主面６９に、例えばボロンなどのｐ型不純物のイオン注入と熱処理によりｐ+コレクタ層３３を形成する。次に、ｎ-シリコンウェハ６１の第２主面６９全面にコレクタ電極３９を形成する。最後に、ダイシング等によりスクライブライン６７に沿って個々のチップ（ｎ-シリコン半導体基板）に切断して、図３に示すｎチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴチップが完成する。
【００８１】
以上、説明したように、実施の形態３によれば、γ線照射によってｎ-シリコンウェハにボロンをドーピングすることによって、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深いｐ+分離層を形成することができる。これにより、高温で長時間の拡散処理や、長時間の酸化処理を行わずにｐ+分離層を形成することができ、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００８２】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、ｎ+シリコンウェハにγ線（ガンマ線）を照射することによりγ線照射領域からなるｐ-ドリフト領域１９を形成する点である。このため、実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法によって、例えば、図１に示す構成のｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴが製造される。
【００８３】
実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法によって図１に示す構成のｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴを製造するプロセスについて、図６（図６−１〜図６−３）を参照しながら説明する。図６−１〜図６−３は、実施の形態４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６−１〜図６−３には、図１に示す逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態の別の一例を示す。なお、実施の形態１と同様の構成については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
まず、コリメートされたγ線７４（白抜き矢印で示す）を、アブソーバー（不図示）を介してｎ+シリコンウェハ７１の第１主面７５に照射する（図６−１）。実施の形態４においては、実施の形態２と同様に、アブソーバーによって例えば格子状のスクライブラインに囲まれた領域の外周の領域へのγ線７４を遮蔽し、活性領域１４となる領域から耐圧構造１３となる領域の一部にわたってγ線照射領域７３を形成する。すなわち、アブソーバーによってγ線７４を遮断した領域７２がｎ+分離層１７となり、γ線照射領域７３がｐ-ドリフト領域１９となる。
【００８５】
γ線７４の照射方法は、ｎ+シリコンウェハ７１（またはインゴット）に対するγ線７４の照射位置と、ｐ-ドリフト領域１９を形成するための所定のアルミニウム濃度とが異なる以外は実施の形態３におけるγ線照射方法と同様である。次に、γ線照射領域７３のアルミニウム濃度が所定の不純物濃度になったところでｎ+シリコンウェハ７１へのγ線７４照射を終了し、実施の形態３と同様にγ線７４照射後の処理を行う。これにより、γ線照射領域７３からなるｐ-ドリフト領域１９が選択的に形成されたｎ+シリコンウェハ７１が完成する。
【００８６】
次に、γ線照射領域７３（ｐ-ドリフト領域１９）が形成されたｎ+シリコンウェハ７１の第１主面７５に、周知のプロセスにしたがって活性領域１４における素子のおもて面表面構造および耐圧構造１３を作製する（図６−２）。具体的には、ｎ+分離層１７にスクライブライン７７が重なるように、γ線照射領域７３（ｐ-ドリフト領域１９）の第１主面７５側に、ｎベース領域２、ｐ+エミッタ領域４、ゲート絶縁膜５およびゲート電極６からなるＭＯＳゲート構造１０を形成する。
【００８７】
次に、第１主面７５側に層間絶縁膜７を形成し、層間絶縁膜７にｎベース領域２およびｐ+エミッタ領域４が露出するコンタクトホールを形成する。次に、ｎベース領域２およびｐ+エミッタ領域４に接するエミッタ電極８を形成する。また、活性領域１４における素子のおもて面表面構造の形成とともに所要のプロセスによって、実施の形態１と同様に耐圧構造１３を形成する。ｎ+シリコンウェハ７１におもて面素子構造を形成する前にγ線７４照射を行う理由は、実施の形態３と同様である。
【００８８】
次に、ｎ+シリコンウェハ７１の第２主面７６を研削ライン７８まで研削して薄ウェハ化する（図６−２）。薄ウェハ化後の状態を図６−３に示す。次に、ｎ+シリコンウェハ７１の研削された第２主面７９に、例えばリンなどのｎ型不純物のイオン注入と熱処理によりｎ+コレクタ層３を形成する。次に、ｎ+シリコンウェハ７１の第２主面７９全面にコレクタ電極９を形成する。最後に、ダイシング等によりスクライブライン７７に沿って個々のチップ（ｎ+シリコン半導体基板）に切断する。これにより、図１に示すｐチャネル型の逆阻止型ＩＧＢＴチップが完成する。
【００８９】
以上、説明したように、実施の形態４によれば、γ線照射によってｎ+シリコンウェハにボロンをドーピングし、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深いｐ-ドリフト領域を形成することによって、γ線を照射しない領域を深いｎ+分離層とすることができる。これにより、高温で長時間の拡散処理や、長時間の酸化処理を行わずにｎ+分離層を形成することができ、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００９０】
以上において、本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。本発明は、逆阻止型ＩＧＢＴに限らず、その他の逆阻止型デバイスや双方向型デバイス、または分離層形成を伴うＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ、ＭＯＳサイリスタ、ダイオードなどの半導体デバイスにも適用でき、有効性がある。
【００９１】
また、本発明は、分離層形成に限らず、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深い不純物層を形成する場合に適用可能である。また、不純物が熱拡散しにくい炭化珪素ウェハを用いた場合においても本発明を適用可能である。このため、炭化珪素ウェハを用いた場合においても、シリコンウェハを用いた場合と同様に、不純物熱拡散法では形成することができない程度に深い不純物層を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置に有用であり、特に、双方向型デバイスまたは逆阻止型デバイスに適している。
【符号の説明】
【００９３】
１  ｐ-シリコン半導体基板
２  ｎベース領域
３  ｎ+コレクタ層
４  ｐ+エミッタ領域
５  ゲート絶縁膜
６  ゲート電極
７  層間絶縁膜
８  エミッタ電極
９  コレクタ電極
１０  ＭＯＳゲート構造
１１  フィールド絶縁膜
１２  パッシベーション膜
１３  耐圧構造
１４  活性領域
１５，２５  第１主面
１６，２６  第２主面
１７  ｎ+分離層
１８  切断面
１９  ｐ-ドリフト領域
２１  ｐ-シリコンウェハ
２２  アブソーバーによって中性子線を遮断した領域
２３  中性子線照射領域
２４  中性子線
２７  スクライブライン
２８  研削ライン
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図１０】
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【図１１】
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