(57)【要約】  半導体装置形成可能領域を有する半導体基板であって、該半導体基板の外周部に、前記半導体装置形成可能領域よりも厚く、表面が平坦な頂部を有する補強部が形成され、該補強部の前記頂部と前記半導体装置形成可能領域とを結ぶ内側側面が、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする。
2010140666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置形成可能領域を有する半導体基板であって、
該半導体基板の外周部に、前記半導体装置形成可能領域よりも厚く、表面が平坦な頂部を有する補強部が形成され、
該補強部の前記頂部と前記半導体装置形成可能領域とを結ぶ内側側面が、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
前記内側側面は、前記頂部と、前記半導体装置形成可能領域とを直線的に結ぶ断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記内側側面は、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて傾斜角度が小さくなる断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記補強部は、半導体で形成され、前記半導体装置形成可能領域と同じ厚さの部分に酸化膜を有するサンドイッチ構造の断面構造を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記半導体装置形成可能領域と、前記補強部は、一体的に半導体で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項６】
前記半導体形装置形成可能領域は、３００μｍ以下の厚さであり、前記補強部は、５００μｍ以上の厚さであることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項７】
半導体装置形成可能領域と、該半導体装置形成可能領域を囲む外周部に該半導体装置形成可能領域よりも厚い補強部を有する半導体基板の製造方法であって、
表面に酸化膜が形成され、前記半導体装置形成可能領域を含む被補強半導体基板を用意する工程と、
該被補強半導体基板と外周形状が一致し、前記半導体装置形成可能領域を覆う位置に開口が形成され、底面に酸化膜が形成された補強リングを、前記被補強半導体基板の前記表面に、前記外周形状が一致するように重ね合わせる位置合わせ工程と、
熱処理を行って前記酸化膜同士を結合させる貼り合せ工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記補強リングは、上面が平坦な頂部を有し、該頂部と前記底面を結ぶ前記開口側の内側側面が、前記底面に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
半導体基板の半導体装置形成可能領域に形成された半導体装置であって、
前記半導体基板の一方の面の外周部に、前記半導体装置形成可能領域よりも厚く、表面が平坦な頂部を有する補強部が形成され、
前記半導体装置形成可能領域の両面に、拡散層が形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板の前記補強部が形成されていない面上には、電極が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体基板の前記補強部が形成された面の前記拡散層はソース又はエミッタであって、前記補強部が形成されていない面の前記拡散層はドレイン又はコレクタであることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記補強部の前記頂部と前記半導体装置形成可能領域とを結ぶ内側側面が、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の半導体基板を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の半導体装置形成可能領域に、膜形成用の処理液を供給しながら前記半導体基板を回転させ、前記処理液を前記半導体装置形成可能領域全体に拡大させるとともに、膜厚が所定の厚さとなるように前記半導体形成可能領域の前記処理液の残留量を調整する塗布工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記処理液は、レジスト液であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
半導体基板の第１の面に、イオンを注入して第１の拡散層を形成する第１拡散層形成工程と、
前記半導体基板の第２の面に、前記半導体基板の中央部の方が外周部よりも厚さが薄い凹形状を形成する凹形状形成工程と、
前記凹形状の窪み部分である凹部表面に、第２の拡散層及びゲートを形成する凹部加工工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記凹部加工工程は、前記半導体基板の前記第１の面をステージ上に接触させた状態で加工を行うことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記凹形状形成工程と、前記凹部加工工程との間に、前記凹形状形成工程において前記凹部の表面に生じたダメージ層を除去するダメージ層除去工程を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１拡散層形成工程は、前記凹部加工工程よりも先に行うことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の拡散層は、ドレイン又はコレクタであって、
前記第２の拡散層は、ソース又はエミッタであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記凹形状形成工程において、前記外周部の内側側面が、前記凹部の表面に接近するにつれて内径が小さくなるように前記凹部を形成することを特徴とする請求項１５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】
本発明は、半導体基板及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）等の半導体装置を形成するための半導体基板を薄板化し、製造コストを低減する要請があり、薄型の半導体基板が製造されている。【０００３】
しかしながら、３００〔μｍ〕以下の薄板化された半導体基板は、紙やフィルムの状態に近く、半導体製造プロセスにおける搬送等のハンドリングが困難である。そこで、そのような問題点を解決するため、ウェーハの外周縁から内側にオフセットされた位置にある境界線の内側の領域が薄板化されているウェーハであって、境界線よりも外側に存在している厚板部の内壁を、ウェーハよりも高い剛性を有する材料が被覆しており、強度が補強されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、かかる特許文献１に記載のウェーハの製造方法として、境界線に沿った範囲に異方性エッチングを施すことによって、境界線に沿ってウェーハの表面から裏面に向けて伸びるトレンチを形成するトレンチ形成工程と、ウェーハの表面から、トレンチの内側に存在するウェーハの表面がトレンチの底面に達するまで、トレンチの内側に存在する半導体を除去する除去工程、を備えた製造方法が開示されている。【０００４】
かかる特許文献１に記載のウェーハとその製造方法においては、トレンチを形成する際に、トレンチのアスペクト比を７〜９に保ったエッチングを継続することにより、トレンチの内壁を平滑に形成するとともに、かつ、内壁と底面の連結部分が丸みを帯びたＲ形状のトレンチを形成している。これにより、厚板部の内壁が平滑で、かつ厚板部と薄板部の連結部に応力が集中し難いウェーハとし、破損し難く、ハンドリングし易いウェーハとすることができる。
【特許文献１】特開２００８−２１８８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に記載のウェーハとその製造方法においては、厚板部の内壁が、底面部に対して略垂直に形成されているため、実際の半導体装置の製造プロセスにおけるレジスト形成工程等の膜形成工程においては、供給したレジスト液がウェーハの底面部に溜まってしまい、所望の膜厚が得られないという問題があった。【０００６】
つまり、通常の半導体装置の製造プロセスにおいては、パターン等を形成する際に、半導体基板上にレジスト液を供給し、半導体基板を回転させることにより、レジスト液を半導体基板の全面に供給するとともに、余分な液は回転による振り切り、所望の膜厚のレジスト膜を形成している。このとき、特許文献１に記載のウェーハでは、外周縁に垂直な壁のように存在する厚板部により、レジスト液がウェーハから振り切られずに、ウェーハ上に残留してしまい、膜厚が厚くなってしまうという問題があった。その他、レジスト以外にも、半導体製造プロセスにおいて処理液を供給して膜をウェーハ表面に形成する工程においては、所望の膜厚が得られないという同様の問題を有していた。【０００７】
そこで、本発明は、薄型の半導体基板の強度を確保しつつ、その後の半導体装置製造プロセスの膜形成工程においても、所望の膜厚を得ることができる半導体基板及びその製造方法、並びに半導体装置及びそ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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一実施態様に係る半導体基板は、半導体装置形成可能領域を有する半導体基板であって、
該半導体基板の外周部に、前記半導体装置形成可能領域よりも厚く、表面が平坦な頂部を有する補強部が形成され、
該補強部の前記頂部と前記半導体装置形成可能領域とを結ぶ内側側面が、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする。【０００９】
これにより、半導体基板を外周部の補強部により補強できるとともに、補強部の側面が頂部に接近するにつれて広がる傾斜面を有するので、半導体装置形成可能領域に供給された処理液を、回転により振り切ることができる。【００１０】
前記半導体基板において、
前記内側側面は、前記頂部と、前記半導体装置形成可能領域とを直線的に結ぶ断面形状を有することを特徴とする。【００１１】
これにより、機械加工により補強部の側面を形成することが可能となり、簡素な加工で、半導体製造プロセスの搬送や熱拡散で十分な強度を確保しつつ、レジスト形成工程等の膜形成工程を適切に行うことができる半導体基板とすることができる。【００１２】
前記半導体基板において、
前記内側側面は、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて傾斜角度が小さくなる断面形状を有することを特徴とする。【００１３】
これにより、エッチング加工により補強部の内側側面を形成することが可能になるととともに、半導体基板に半導体装置を形成する半導体製造プロセスにおいて、半導体形成可能領域に供給された処理液を振り切り易い側面形状とすることができる。【００１４】
前記半導体基板において、
前記補強部は、半導体で形成され、前記半導体装置形成可能領域と同じ厚さの部分に酸化膜を有するサンドイッチ構造の断面構造を有することを特徴とする。【００１５】
これにより、薄型の半導体基板の上に、別体の補強部を、酸化膜を用いて結合させることが可能となり、厚さの異なる補強部を容易に半導体基板に形成することができる。【００１６】
前記半導体基板において、
前記半導体装置形成可能領域と、前記補強部は、一体的に半導体で形成されたことを特徴とする。【００１７】
これにより、１枚の厚い半導体基板から薄型の半導体装置形成可能領域を有する半導体基板を形成することができ、元の厚さを補強部に用いつつ、薄型の半導体基板を提供することが可能となる。【００１８】
前記半導体基板において、
前記半導体形装置形成可能領域は、３００μｍ以下の厚さであり、前記補強部は、５００μｍ以上の厚さであることを特徴とする。【００１９】
これにより、紙やフィルムに近い状態の半導体基板に、搬送や拡散熱処理に必要な強度を与えることができ、薄型の半導体基板を用いて半導体装置を安価で製造することができるとともに、半導体製造プロセスを通常通り適切に行うことができる。【００２０】
本発明の他の実施態様に係る半導体基板の製造方法は、半導体装置形成可能領域と、該半導体装置形成可能領域を囲む外周部に該半導体装置形成可能領域よりも厚い補強部を有する半導体基板の製造方法であって、
表面に酸化膜が形成され、前記半導体装置形成可能領域を含む被補強半導体基板を用意する工程と、
該被補強半導体基板と外周形状が一致し、前記半導体装置形成可能領域を覆う位置に開口が形成され、底面に酸化膜が形成された補強リングを、前記被補強半導体基板の前記表面に、前記外周形状が一致するように重ね合わせる位置合わせ工程と、
熱処理を行って前記酸化膜同士を結合させる貼り合せ工程と、を含むことを特徴とする。【００２１】
これにより、酸化膜の熱処理による共有結合を用いて、補強されて扱い容易な薄型半導体基板を、簡素な工程で容易に製造することができる。【００２２】
前記半導体基板の製造方法において、
前記補強リングは、上面が平坦な頂部を有し、該頂部と前記底面を結ぶ前記開口側の内側側面が、前記底面に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする。【００２３】
これにより、半導体製造プロセスの膜形成工程において、処理液の振り切りが容易な半導体基板を製造することができる。【００２４】
本発明の他の実施態様に係る半導体装置は、半導体基板の半導体装置形成可能領域に形成された半導体装置であって、
前記半導体基板の一方の面の外周部に、前記半導体装置形成可能領域よりも厚く、表面が平坦な頂部を有する補強部が形成され、
前記半導体装置形成可能領域の両面に、拡散層が形成されたことを特徴とする。【００２５】
前記半導体装置において、
前記半導体基板の前記補強部が形成されていない面上には、電極が形成されていることを特徴とする。【００２６】
前記半導体装置において、
前記半導体基板の前記補強部が形成された面の前記拡散層はソース又はエミッタであって、前記補強部が形成されていない面の前記拡散層はドレイン又はコレクタであることを特徴とする。【００２７】
前記半導体装置において、
前記補強部の前記頂部と前記半導体装置形成可能領域とを結ぶ内側側面が、前記半導体装置形成可能領域に接近するにつれて内径が小さくなる断面形状を有することを特徴とする。【００２８】
本発明の他の実施態様に係る半導体装置の製造方法は、前記半導体基板を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の半導体装置形成可能領域に、膜形成用の処理液を供給しながら前記半導体基板を回転させ、前記処理液を前記半導体装置形成可能領域全体に拡大させるとともに、膜厚が所定の厚さとなるように前記半導体形成可能領域の前記処理液の残留量を調整する塗布工程を含むことを特徴とする。【００２９】
これにより、半導体装置の製造プロセスの膜形成工程において、所望の厚さの膜を形成することができ、半導体装置の製造コストを低減させつつ、製造工程の精度を適切に保つことができる。【００３０】
前記半導体装置の製造方法において、
前記処理液は、レジスト液であることを特徴とする。【００３１】
これにより、パワーＭＯＳトランジスタ等の半導体デバイスを製造する際に必須のレジスト膜形成工程において、レジスト膜の膜厚を適切にコントロールすることができ、製造コストの低減と製造プロセスの精度の維持を両立させることができる。【００３２】
本発明の他の実施態様に係る半導体装置の製造方法は、
半導体基板の第１の面に、イオンを注入して第１の拡散層を形成する第１拡散層形成工程と、
前記半導体基板の第２の面に、前記半導体基板の中央部の方が外周部よりも厚さが薄い凹形状を形成する凹形状形成工程と、
前記凹形状の窪み部分である凹部表面に、第２の拡散層及びゲートを形成する凹部加工工程と、を含むことを特徴とする。【００３３】
前記半導体装置の製造方法において、
前記凹部加工工程は、前記半導体基板の前記第１の面をステージ上に接触させた状態で加工を行うことを特徴とする。【００３４】
前記半導体装置の製造方法において、
前記凹形状形成工程と、前記凹部加工工程との間に、前記凹形状形成工程において前記凹部の表面に生じたダメージ層を除去するダメージ層除去工程を更に有することを特徴とする。【００３５】
前記半導体装置の製造方法において、
前記第１拡散層形成工程は、前記凹部加工工程よりも先に行うことを特徴とする。【００３６】
前記半導体装置の製造方法において、
前記第１の拡散層は、ドレイン又はコレクタであって、
前記第２の拡散層は、ソース又はエミッタであることを特徴とする。【００３７】
前記半導体装置の製造方法において、
前記凹形状形成工程において、前記外周部の内側側面が、前記凹部の表面に接近するにつれて内径が小さくなるように前記凹部を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、基板強度を保ちつつ、その後の半導体製造プロセスの膜形成工程を適切に行うことができる半導体基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の実施例１に係る半導体基板の断面構成の一例を示した図である。
【図１Ｂ】実施例１に係る半導体基板の平面構成の一例を示した上面図である。
【図２】参考例として、従来の薄型の半導体基板の断面構成を示した図である。
【図３】パワーＭＯＳトランジスタの一例を示した図である。
【図４】縦型熱処理装置の断面構成の一例を示した図である。
【図５】縦型熱処理装置の基板保持具の拡大図である。
【図６】実施例１に係る半導体基板の断面構成の一例を示した図である。
【図７Ａ】実施例１に係る半導体基板の製造方法の位置合わせ工程の一例を示した図である。
【図７Ｂ】実施例１に係る半導体基板の製造方法の貼り合せ工程の一例を示した図である。
【図８】実施例１に係る半導体基板を用いた半導体装置の製造方法の一例を示した図である。
【図９】実施例２に係る半導体基板の断面構成の一例を示した図である。
【図１０】実施例３に係る半導体基板の断面構成の一例を示した図である。
【図１１】実施例４に係る半導体基板の断面構成の一例を示した図である。
【図１２】実施例５に係る半導体装置の断面構成の一例を示した図である。
【図１３】実施例６に係る半導体装置の断面構成の一例を示した図である。
【図１４】実施例７に係る半導体装置の断面構成の一例を示した図である。
【図１５】実施例８に係る半導体装置の一例の断面構成を示した図である。
【図１６Ａ】実施例９に係る半導体装置の製造方法の第１拡散層形成工程の一例を示した図である。
【図１６Ｂ】半導体基板１５を上下に反転させた状態を示した図である。
【図１６Ｃ】実施例９に係る半導体装置の製造方法の凹形状形成工程の一例を示した図である。
【図１６Ｄ】実施例９に係る半導体装置の製造方法のダメージ層除去工程の一例を示した図である。
【図１６Ｅ】実施例９に係る半導体装置の製造方法のエピタキシャル成長工程の一例を示した図である。
【図１６Ｆ】実施例９に係る半導体装置の製造方法のレジスト塗布工程の一例を示した図である。
【図１６Ｇ】実施例９に係る半導体装置の製造方法の露光工程の一例を示した図である。
【図１６Ｈ】実施例９に係る半導体装置の製造方法の現像工程の一例を示した図である。
【図１６Ｊ】実施例９に係る半導体装置の製造方法の第２拡散層形成工程の一例を示した図である。
【図１６Ｋ】実施例９に係る半導体装置の製造方法の裏面メタル形成工程の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    被補強半導体基板
１１、１１ａ〜１１ｅ    半導体装置形成可能領域
１２    外周部
１３    外周端部
１５    半導体基板
１６    第１の面（裏面）
１７    第２の面（表面）
１８    凹部
２０    パワーＭＯＳトランジスタ
２１    ドレイン
２１ａ    ドレイン電極
２２    低濃度Ｎ層
２３    Ｎ層
２４    チャネル
２５    ソース
２６    ソースコンタクト
２６ａ    ソース電極
２７    ゲート
２７ａ    ゲート電極
２８、３０、３１、３２    酸化膜
４０、４０ａ    補強リング
４１、５１    頂部
４２、４２ａ、５２、５２ａ    内側側面
４３    外側側面
４４    底面
４５、４５ａ、５５、５５ａ    開口
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ    補強部
６０、６０ａ〜６０ｈ    半導体基板
７０、７１    処理液供給手段
８０〜８６    ステージ
８７    アタッチメント
９０    処理炉
１００    ヒータ
１２０    反応管
１３０    基板保持具
１３１    保持溝
１４０    断熱板
１５０    載置台
１６０    蓋体
１７０    縦型熱処理装置
１８０、１９０、２００、２１０    半導体装置
１８１、１９１    ドレイン領域
１８２、１９２、２０２、２１２    高濃度拡散領域
１８２ａ、１９２ａ    ドレインメタル
１８２ｂ、１９２ｂ    ドレイン電極
１８３、１９３、２０４、２１４    低濃度Ｎ層
１８４、１９４、２０５、２１５    チャネル
１８５、１９５    ソース領域
１８５ａ、１９５ａ    ソースメタル
１８５ｂ、１９５ｂ    ソース電極
１８７、１９７、２０７、２１７    ゲート
１８７ａ、１９７ａ、２０７ａ、２１７ａ    ゲート電極
１８８、１９８、２０８、２１８    酸化膜
２０１、２１１    コレクタ領域
２０２ａ、２１２ａ    コレクタメタル
２０２ｂ、２１２ｂ    コレクタ電極
２０３、２１３    高濃度Ｎ層
２０６、２１６    エミッタ領域
２０６ａ、２１６ａ    エミッタメタル
２０６ｂ、２１６ｂ    エミッタ電極
２２０    レジスト
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【実施例１】
【００４２】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施例１に係る半導体基板６０の概略構成の一例を示した図である。図１Ａは、実施例１に係る半導体基板６０の断面構成の一例を示した図であり、図１Ｂは、実施例１に係る半導体基板６０の平面構成の一例を示した上面図である。【００４３】
図１Ａにおいて、実施例１に係る半導体基板６０は、被補強半導体基板１０と、補強リング４０とを有する。被補強半導体基板１０は、半導体装置形成可能領域１１と、外周部１２とを有する。被補強半導体基板１０の外周部１２と、補強リング４０は、半導体基板６０の補強部５０を構成している。【００４４】
被補強半導体基板１０は、半導体チップ等の半導体装置が形成される中央部の半導体装置形成可能領域１１と、補強リング４０が設けられる外周部１２とを含む。被補強半導体基板１０は、種々の半導体材料から構成されてよいが、例えば、シリコンや、ＳｉＣ等の基板材料が用いられてよい。【００４５】
半導体装置形成可能領域１１は、パワーＭＯＳトランジスタ等の半導体デバイスを含む半導体装置を形成可能な領域である。近年、半導体装置は、製造コストの低減や、オン抵抗低減の観点から、薄型に構成することが要請されている場合が多い。例えば、半導体チップを形成する半導体装置形成可能領域１０は、３００〔μｍ〕以下にすることが要請されている場合が多い。一方、やはり製造コスト低減の観点から、半導体ウエファ等の半導体基板６０は、１枚の半導体基板６０から可能な限り多くの半導体装置を形成できるように、表面積の大型化が要請されている。例えば、被補強半導体基板１０の直径は、１５０〔ｍｍ〕〜３００〔ｍｍ〕の大きさを有し、半導体装置が製造される場合が多い。【００４６】
外周部１２は、被補強半導体基板１０の外縁を含む外側の部分である。外周部１２は、半導体装置形成可能領域１１と同様の材質で、１枚の半導体基板として一体的に構成されてよい。外周部１２は、補強リング４０が設けられるため、半導体装置を形成することはできない状態となっている。本実施例に係る半導体基板６０においては、被補強基板１０の外周部１２に補強リング４０を設けることにより、半導体基板６０全体としての搬送等のハンドリングを容易にする。【００４７】
補強リング４０は、被補強半導体基板１０を補強するための部材であり、被補強半導体基板１０と同じ材質の半導体材料で形成されてよい。補強リング４０は、被補強半導体基板１０に結合されることにより、被補強半導体基板１０の外周部１２の厚さを増大させ、半導体基板６０全体としての搬送等の取り扱いを容易にする。【００４８】
補強リング４０は、表面が平坦な頂部４１を有する。これにより、半導体基板６０のどちらの面が下側となっても、平坦面との接触により半導体基板６０を取り扱うことができ、安定した状態で半導体基板６０の搬送等のハンドリングを行うことができる。また、補強リング４０の頂部４１は、例えば、１０〔ｍｍ〕以下の幅に構成されてもよい。例えば、直径２００〔ｍｍ〕以下の被補強半導体基板１０であれば、１０〔ｍｍ〕以下の半径方向の幅を有すれば十分な強度を有し、半導体基板６０の搬送等を通常通りに行うことができる。【００４９】
補強リング４０の内側側面４２は、被補強半導体基板１０の半導体装置形成可能領域１１に接近するにつれて、その内周が小さくなるような断面形状を有する。つまり、底面に接近するにつれて開口が絞られ、頂部に接近するにつれて開口が大きくなるような傾斜面を有して構成されている。このような構成とすることにより、半導体基板６０の半導体装置形成可能領域１１の上にレジスト液等の処理液が供給された場合に、半導体基板６０を回転させることにより、処理液が内側側面の傾斜面上を容易に移動することができ、処理液を振り切ることが可能となる。【００５０】
補強リング４０は、被補強半導体基板１０の外周部１２と一体的に、補強部５０を構成する。補強部５０は、例えば、全体で５００〔μｍ〕以上の厚さを有するように構成され、好ましくは、約６００〔μｍ〕の厚さを有するように構成されてよい。補強部５０は、図１Ａに示すように、断面構成的に見ると、被半導体基板１０と補強リング４０が貼り合わされた構成となっているが、外見的に見れば、薄型に構成された半導体装置形成可能領域１１と、その周囲を囲んで外周部１２に補強部５０が形成されている構成である。このような構成を有すれば、被補強半導体基板１０と補充リング４０は、必ずしも別体である必要は無く、一体的に１枚の半導体基板から構成されてもよいし、他の形状のピース同士の組み合わせで構成されてもよい。なお、この点については、後述する。【００５１】
図１Ｂは、実施例１に係る半導体基板６０の上面図を示しているが、半導体装置形成領域１１の周囲の外周部１２を囲むように、内側側面４２と頂部４１とを有する補強リング４０が、補強部５０を構成している。また、半導体基板６０の外縁については、補強リング４０と被補強半導体基板１０の外縁が一致するように構成されている。なお、本実施例においては、半導体基板６０は円形であり、補強リングは環状である例が説明されているが、例えば、被補強半導体基板１０に、オリエンテーションフラットや、ノッチが形成されている場合には、補強リング４０は、オリエンテーションフラットに沿うように形成されてもよいし、又は、オリエンテーションフラットやノッチの部分を除いて形成されてもよい。つまり、補強リング４０は、完全なリング状でなくても、被補強半導体基板１０の外周部に設けられ、被補強半導体基板１０を補強することができれば、種々の形状とすることができる。【００５２】
また、図１Ｂにおいては、理解の容易のため、図１Ａに合わせて、補強リング４０の面積を大きく示しているが、実際の半導体基板６０においては、上述のような２００〔ｍｍ〕の直径の半導体基板６０において、１０〔ｍｍ〕以下の補強リング４０が設けられる割合で構成されてよい。【００５３】
図２は、比較用の参考例として、従来の薄型の半導体基板１１０の断面構成を示した図である。図２において、例えば、３００〔μｍ〕以下の厚さに構成され、１５０〜３００〔ｍｍ〕の直径を有すると、紙のようにペラペラした状態となり、側面を把持するのが困難となるだけでなく、半導体基板１１０の直径よりも小さい搬送台等に載置されると、半導体基板１１０が反った状態となり、半導体素子のスリップ（転移）等を発生するおそれがある。一方、半導体装置を形成するという観点から見ると、パワーＭＯＳトランジスタのように、裏面に電極を形成する構成の半導体装置の場合には、半導体基板１１０が薄い方が製造コスト上有利であるため、薄型の半導体基板１１０の要請は高い。【００５４】
図３は、実施例１に係る半導体基板６０の半導体装置形成可能領域１１にパワーＭＯＳトランジスタ２０を形成した例を示した図である。図３において、パワーＭＯＳトランジスタ２０は、高濃度Ｎ層でシリコン基板からなるドレイン領域２１と、エピタキシャル成長のＮ層２２と、表面Ｎ層２３と、Ｐ層のチャネル２４と、Ｎ層のソース領域２５と、ソースコンタクト２６と、ゲート２７と、酸化膜２８と、ドレイン電極２１ａと、ソース電極２６ａと、ゲート電極２７ａとを有する。ゲート電極２７ａからゲート２７に正電圧を印加すると、チャネル２４が開き、ドレイン領域２１からソース領域２５に電流が流れ、パワーＭＯＳトランジスタ２０が駆動する。このような、縦型のパワーＭＯＳトランジスタ２０においては、ドレイン領域２１及びドレイン電極２１ａが半導体基板６０の裏面に形成され、表裏を通じた断面全体に拡散層を形成する必要があるので、半導体基板６０の厚さが薄い程、各半導体層は薄く形成できるので、各半導体層の形成時の熱処理において、熱量を低減させることができ、低コストで半導体装置の製造を行うことができる。よって、半導体装置形成可能領域１１は、半導体装置の製造上、薄く構成することが好ましい。しかしながら、薄型にすると、搬送等のハンドリングの困難さが発生する。そこで、本実施例に係る半導体基板６０のように、半導体装置を形成する半導体装置形成可能領域１１は薄型に構成し、その周囲を補強部５０として構成することにより、薄型の要請に応えつつ、ハンドリングの困難さを解消する。【００５５】
図４は、半導体製造プロセスに用いられる縦型熱処理装置１７０の断面構成の一例を示した図である。図４において、縦型熱処理装置１７０は、ヒータ１００を備えた処理炉９０の中に、二重の反応管１２０が設けられている。反応管１２０の中には、半導体基板６０を多段に収容する基板保持具１３０が収容されている。基板保持具１３０は、蓋体１６０の上に設けられ、複数の断熱板１４０を平行に配置した載置台１５０上に設けられている。半導体基板６０は、このような状態で保持されて加熱され、熱拡散の処理が行われる。【００５６】
図５は、縦型熱処理装置１７０の基板保持具１３０の拡大図である。基板保持具１３０には、半導体基板６０を保持するための保持溝１３１が形成され、この保持溝１３１に半導体基板６０が挟時されて、半導体基板６０が反応管１２０内に保持され、熱処理される。ここで、半導体基板６０が、例えば、図２に示したように、紙やフィルムと同じ薄い状態、つまり従来の薄型の半導体基板１１０の構成であれば、保持溝１３１に半導体基板１１０を挟時しても、半導体基板１１０の中央部が凹んで垂れ下がり、結晶と結晶の面がずれるスリップ（転移）という現象を発生してしまう。このような現象を、実施例１に係る半導体基板６０の構成とすれば、補強部５０の存在により、半導体基板６０の中央部が垂れ下がる現象を防ぐことができ、歩留まりを向上させることができる。【００５７】
このように、図３乃至図５において説明したように、本実施例に係る半導体基板６０を用いて半導体装置の製造を行うことにより、製造コストを低減させ、歩留まりを向上させることができる。【００５８】
次に、図６を用いて、実施例１に係る半導体基板６０の構成を更に詳細に説明する。図６は、実施例１に係る半導体基板６０の断面構成の一例を示した図である。図６において、実施例１に係る半導体基板６０は、補強リング４０と被補強半導体基板１０との接合部が具体的に示されている。他の構成は、図１と同様であるので、その説明を省略する。【００５９】
図６において、実施例１に係る半導体基板６０は、補強リング４０と被補強半導体基板１０との間に、酸化膜３０が形成されている。本実施例に係る半導体基板６０においては、被補強半導体基板１０と、補強リング４０とは別部材で構成されているため、両者の表面を、各々単独で酸化し、酸化膜３０を発生させることができる。そして、酸化膜３０同士を重ね合わせて、熱処理を行うと、酸化膜３０同士を結合させることができる。実施例１に係る半導体基板６０は、そのような酸化膜３０同士の結合を利用して、補強リング４０を被補強半導体基板１０の外周部１２に接着形成し、補強部５０を形成している。従って、補強部５０の断面構成は、被補強半導体基板１０の表面の位置に酸化膜３０が形成され、酸化膜３０の上に半導体層が形成されたサンドイッチ状の３層構造となっている。【００６０】
なお、６インチの半導体ウエファの厚さのＳＥＭＩ規格は、６２５〔μｍ〕であり、本実施例に係る半導体基板６０は、被補強半導体基板１０が６２５〔μｍ〕より薄い場合に好適に適用できる。【００６１】
また、補強リング４０の内側側面４２は、頂部４１と半導体形成可能領域１１の表面とを直線的に結ぶ形状となっている。このような形状は、機械加工により容易に形成することができる。【００６２】
このように、実施例１に係る半導体基板６０によれば、別部材として構成された補強リング４０を用いて、酸化膜３０を利用して補強部５０を形成し、製造コストの低減ができるとともに、搬送や熱処理等を適切に行うことができる半導体基板６０として構成することができる。【００６３】
次に、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、実施例１に係る半導体基板６０の製造方法の一例について説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、実施例１に係る半導体基板６０の製造方法の一例を示した図である。【００６４】
図７Ａは、実施例１に係る半導体基板６０の製造方法の位置合わせ工程の一例を示した図である。図７Ａにおいて、表面に酸化膜３１が形成された被補強半導体基板１０が用意されている。被補強半導体基板１０は、上述のように、種々の半導体からなる基板が適用されてよいが、図７においては、シリコン基板が適用された例を挙げて説明する。シリコン基板が被補強半導体基板１０に用いられた場合には、酸化膜３１は、ＳｉＯ２の酸化膜３１となる。【００６５】
被補強半導体基板１０の上方には、補強リング４０が用意される。補強リング４０は、図１において説明したように、平坦な表面の頂部４１を有し、中央に開口４５を有する環状の部材である。補強リング４０は、被補強半導体基板１０と同様に、種々の半導体からなる部材が適用されてよいが、図７においては、被補強半導体基板１０と同様に、シリコン材料で形成されている例を挙げて説明する。補強リング４０の底面４４には、酸化膜３２が形成され、被補強半導体基板１０と結合可能な状態となっている。また、補強リング４０の開口４５側の内側側面４２は、頂部４１から底面４４に接近するにつれて、開口４５の内周が小さくなる断面形状を有し、漏斗状の傾斜面として構成されている。内側側面４２は、頂部４１の内側と底部４４の内側とを直線的に結ぶ断面形状を有している。このような形状は、機械加工で容易に加工することができるので、容易に補強リング４０を成形することができる。また、外周縁となる外側側面４３は、被補強半導体基板１０の外周端部１３と一致するように構成されている。【００６６】
補強リング４０は、酸化膜３２が形成された底面４４が、酸化膜３１が形成された被補強半導体基板１０の表面に対向され、外側側面４３が、被補強半導体基板１０の外周端部１３と一致するように位置合わせがなされ、被補強半導体基板１０上に重ね合わされる。【００６７】
図７Ｂは、実施例１に係る半導体基板６０の製造方法の貼り合せ工程の一例を示した図である。図７Ｂにおいて、補強リング４０の底面の酸化膜３２と、被補強半導体基板１０の表面の酸化膜３１とが位置合わせを行って重ね合わされた後は、加熱されて熱処理が行われ、酸化膜３１と酸化膜３２との結合が行われる。熱処理の加熱温度は、例えば、１０００〔℃〕程度であってもよい。酸化膜３１、３２同士の結合は、共有結合で行わていると考えられ、十分な強度の結合力で結合がなされる。【００６８】
貼り合せ工程により完成した半導体基板６０は、半導体装置形成可能領域１１の表面が、酸化膜３０で覆われた状態であるが、実際に半導体装置を形成する場合には、酸化膜３０を除去して、半導体装置を形成してよい。半導体装置形成可能領域１１は、３００〔μｍ〕以下程度の薄型に構成できるので、製造コストを低減させた半導体装置の製造が可能となる。また、補強部５０は、補助リング４０の厚み分が追加された厚さとなり、５００〔μｍ〕以上の厚さ、例えば、６００〔μｍ〕程度の厚さとすることができるので、半導体装置の製造プロセスにおける搬送時のハンドリングや、熱拡散処理におけるスリップを防止することができる。【００６９】
次に、図８を用いて、実施例１に係る半導体基板６０を用いた半導体装置の製造方法の一例について説明する。図８は、実施例１に係る半導体基板６０を用いた半導体装置の製造方法の一例を示した図であり、膜形成工程の一例を示している。【００７０】
図８において、実施例１に係る半導体基板６０が、ステージ８０上に載置されている。ステージ８０が回転し、載置された半導体基板６０が回転している状態で、処理液供給手段７０であるノズルから、処理液７５が半導体基板６０の中央部に供給されている。半導体基板６０は、半導体装置形成可能領域１１の表面と補強リング４０で形成している凹形状の内側側面４２が、外側に開いてゆく断面形状の傾斜面であるので、処理液７５が、内側側面４２を上昇移動して頂部４１まで達することができる。内側側面４２が、殆ど垂直に近い状態であると、処理液７５は、内側側面４２を超えることができず、凹面上に滞留してしまうが、実施例１に係る半導体基板６０は、内側側面４２が、処理液７５が回転の遠心力により移動できる傾斜面を有している。よって、半導体基板６０を回転させることにより、供給された処理液を振り切ることができ、処理液により形成される膜を、所望の厚さに調整することができる。【００７１】
なお、内側側面４２が形成する傾斜面の角度は、水平面である半導体装置形成可能領域１１の面に対して、６０度以下であることが好ましく、４５度以下であることが更に好ましく、３０度以下であれば最適である。【００７２】
また、半導体装置製造工程に用いられる処理液７５は、例えば、レジスト膜の形成に用いられるレジスト液であってもよいし、スピンオングラス膜の形成に用いられるスピンオングラス剤でもよいし、ポリイミドパッシベーション膜の形成に用いられる処理液であってもよい。【００７３】
このように、実施例１に係る半導体基板６０を用いた半導体装置の製造方法によれば、通常の完全に平面の半導体ウエファと同様に、半導体基板６０上に膜を形成し、パターニング等の工程を行うことができる。これにより、ＳＥＭＩ規格の６２５〔μｍ〕よりも遙かに厚さの薄い半導体装置形成可能領域１１に、通常の半導体ウエファと同様の膜形成工程で半導体装置を形成することができ、低コストの半導体装置を、製造工程の変更無く製造することができる。
【実施例２】
【００７４】
図９は、本発明の実施例２に係る半導体基板６０ａの断面構成の一例を示した図である。図９において、実施例２に係る半導体基板６０ａは、中央に半導体装置形成可能領域１１ａを有し、その周囲を囲むように半導体装置形成可能領域１１ａよりも厚さの厚い補強部５０ａを有する点では、実施例１に係る半導体基板６０と同様である。しかしながら、実施例２に係る半導体基板６０ａは、被補強半導体基板１０と補強リング４０を有せず、１枚の半導体ウエファから構成されている点で、実施例１に係る半導体基板６０と異なっている。【００７５】
このように、１枚の半導体ウエファを削って、半導体基板６０ａを構成するようにしてもよい。実施例２に係る半導体基板６０ａは、外形的には、実施例１に係る半導体基板６０と同様の形状となっている。つまり、半導体基板６０ａの中央部には、半導体装置形成可能領域１１ａが形成され、その周囲を、補強部５０ａが囲んだ構成となっている。半導体装置形成可能領域１１ａは、ＳＥＭＩ規格の６２５〔μｍ〕より薄く、例えば、３００〔μｍ〕以下の厚さであってもよい。また、補強部５０ａは、５００〔μｍ〕以上、例えば、約６００〔μｍ〕の厚さで構成されてもよい。【００７６】
半導体装置形成可能領域１１ａの表面の上方には、開口５５が形成され、全体としては凹型の断面形状となっている。そして、補強部５０ａの表面は、平坦面の頂部５１が存在し、開口５５側の内側側面５２は、頂部５１から半導体装置形成可能領域１１ａに接近するにつれて、内径が小さくなる断面形状となっている。これにより、半導体基板６０ａの半導体装置形成領域１１ａに半導体装置を形成する製造プロセスの膜形成工程において、処理液７５を回転により振り切ることができ、適切な膜厚で膜を形成することができる。【００７７】
実施例２に係る半導体基板６０ａの内部構成的には、酸化膜３０が形成されていない点で、実施例１に係る半導体基板６０と異なっている。実施例２に係る半導体基板６０ａにおいては、被補強半導体基板１０と補助リング４０とを結合させる製造方法ではなく、元々、補強部５０ａの厚さがあった半導体ウエファの中央部を削り、開口５５を形成する加工を行うことにより、半導体基板６０ａを製造している。よって、結合用の酸化膜３０は不要であり、総てが一体的な半導体材料で構成される。なお、半導体材料は、シリコンや、ＳｉＣ等、種々の半導体材料が適用されてよい。【００７８】
半導体基板６０ａを製造するためには、例えば、厚さが５００〔μｍ〕以上ある半導体ウエファを、３００〔μｍ〕以下の厚さとなるように削りだしの加工を行う必要がある。このような加工は、例えば、通常の機械加工によってもよいし、反応性イオンエッチング等のドライエッチングを行うことにより実行されてもよい。【００７９】
実施例２に係る半導体基板６０ａによれば一体的な半導体材料のみから半導体基板６０ａを構成することができる。
【実施例３】
【００８０】
図１０は、本発明の実施例３に係る半導体基板６０ｂの断面構成の一例を示した図である。図１０において、実施例１に係る半導体基板６０と同様の構成要素については、同一の参照番号を付している。【００８１】
実施例３に係る半導体基板６０ｂは、被補強半導体基板１０と、補強リング４０ａの２つの部材から構成されている点は、実施例１に係る半導体基板６０と同様である。また、補強リング４０ａと、酸化膜３０と、被補強半導体基板１０の外周部１２で３層構造の補強部５０ｂを形成している点も、実施例１に係る半導体装置６０と同様である。実施例３に係る半導体基板６０ｂは、補強リング４０ａの開口４５ａ側の内側側面４２ａが、頂部４１と半導体装置形成可能領域１１の表面とを直線的に結ぶ断面形状ではなく、頂部４１から半導体装置形成可能領域１１に接近するにつれて傾斜が小さくなる曲線的な側面形状である点で、実施例１に係る半導体基板６０と異なっている。【００８２】
このように、補強リング４０ａの内側側面４２ａは、曲線的な側面形状を有するように構成してもよい。このとき、図１０に示すように、内側側面４２ａは、半導体装置形成可能領域１１に接近すればする程、傾斜が緩やかになり、平面に近付くような曲線であることが好ましい。半導体基板６０ｂ上に、半導体装置を形成する半導体装置製造プロセスの膜形成工程において、処理液７５が供給される半導体装置形成可能領域１１の周辺が、平面状に近い程、処理液７５は内側側面４２ａを上り易くなり、処理液７５を回転により振り切ることが容易になるからである。【００８３】
なお、実施例３に係る半導体基板６０ｂは、補強リング４０ａの内側側面４２ａの加工は、例えば、ウエットエッチングにより行ってもよい。ウエットエッチングにより、補強リング４０ａの底面に接近するにつれて、傾斜角度が小さくなる、お椀型形状の断面構成とすることができる。【００８４】
実施例３に係る半導体基板６０ｂの製造方法は、実施例１に係る半導体基板６０と同様に、補強リング４０ａと被補強半導体基板１０とを、酸化膜３０で結合するようにして製造してよい。補強リング４０ａの内側側面４２ａの断面形状が異なるだけで、実施例１に係る半導体基板６０と同様の製造方法で製造できるので、その説明を省略する。【００８５】
なお、実施例３に係る半導体基板６０ｂの他の製造方法として、環状の完成した補強リング４０ａを被補強半導体基板１０に結合させるのではなく、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の片面の中央部をウエットエッチングし、開口４５ａを形成して半導体基板６０ｂを製造してもよい。酸化膜３０が、ウエットエッチングの終点として作用するので、片面中央部のウエットエッチング加工で、お椀型の開口４５ａを形成し、半導体基板６０ｂを製造することができる。【００８６】
実施例３に係る半導体基板６０ｂによれば、ウエットエッチングを利用して、ハンドリング容易な薄型の半導体基板６０ｂを実現することができる。
【実施例４】
【００８７】
図１１は、本発明の実施例４に係る半導体基板６０ｃの断面構成の一例を示した図である。図１１において、実施例４に係る半導体基板６０ｃは、１枚の半導体ウエファから構成されている点は、実施例２に係る半導体基板６０ａと同様である。実施例４に係る半導体基板６０ｃは、補強部５０ｃの開口５５ａ側の内側側面５２ａが、半導体装置形成可能領域１１ａに接近するにつれて、傾斜角が小さくなるお椀型の断面形状である点において、実施例２に係る半導体基板６０ａと異なっている。なお、実施例４に係る半導体基板６０ｃにおいて、実施例１乃至３に係る半導体基板６０、６０ａ、６０ｂと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。【００８８】
実施例４に係る半導体基板６０ｃにおいては、実施例３に係る半導体基板６０ｂと同様に、半導体装置形成可能領域１１ａと、補強部５０ｃの内側側面５２ａとの接続が、非常に緩やかな傾斜となっているので、処理液７５に回転による振り切りを容易に行うことができる。外形形状的には、実施例３に係る半導体基板６０ａと同様であるので、同様の作用効果を奏する。【００８９】
なお、実施例４に係る半導体基板６０ｃの製造方法は、例えば、内側側面５２ａの加工はウエットエッチングにより行い、他の部分の削りだしは、機械加工や、ドライエッチング等により行うようにしてもよい。【００９０】
実施例４に係る半導体基板６０ｃによれば、１枚の半導体ウエファから、処理液７５の振り切りが容易で、低コストで半導体装置を製造でき、ハンドリングが容易な半導体基板６０ｃを得ることができる。
【実施例５】
【００９１】
図１２は、本発明の実施例５に係る半導体装置１８０の断面構成の一例を示した図である。図１２に示すように、実施例５に係る半導体装置１８０は、半導体装置形成可能領域１１ｂと、補強部５０ｄとを有する半導体基板６０ｄの半導体装置形成可能領域１１ｂに形成される。半導体基板６０ｄは、実施例１乃至実施例４において説明した半導体基板６０、６０ａ〜６０ｃのいずれかが応用された半導体基板６０ｄであってもよいし、半導体基板６０ｄの外周部に、中央部の半導体装置形成可能領域１１ｂよりも厚い補強部５０ｄが形成されていれば、種々の半導体基板が用いられてよい。【００９２】
半導体装置形成可能領域１１ｂに形成された実施例５に係る半導体装置１８０は、プレーナ構造のＮチャネルＭＯＳトランジスタである。半導体装置１８０は、ドレイン領域１８１と、高濃度拡散領域１８２と、ドレインメタル１８２ａと、ドレイン電極１８２ｂと、低濃度Ｎ層１８３と、チャネル１８４と、ソース領域１８５と、ソースメタル１８５ａと、ソース電極１８５ｂと、ゲート１８７と、ゲート電極１８７ａと、酸化膜１８８とを備える。【００９３】
ドレイン領域１８１は、Ｎ＋の不純物濃度を有するＮ＋半導体基板から構成される。Ｎ＋半導体基板は、例えば、シリコン、ＳｉＣ等の半導体材料から構成されてよい。なお、本実施例においては、表面上に低濃度Ｎ層１８３等の成長層が形成されていないＮ＋の不純物濃度を有する単一の素材から構成された基板をＮ＋半導体基板と呼び、低濃度Ｎ層１８３等の成長層が形成された基板全体を含めて半導体基板６０ｄと呼ぶこととする。【００９４】
Ｎ＋半導体基板、即ち半導体基板６０ｄの裏面には、高濃度拡散領域１８２が形成されている。高濃度拡散領域１８２は、Ｎ＋半導体基板と同じ導電型のＮ型で、Ｎ＋半導体基板の不純物濃度Ｎ＋よりも濃いＮ＋＋の不純物濃度を有する不純物拡散領域である。高濃度拡散領域１８２は、Ｎ＋半導体基板の裏面側から、不純物を注入して熱拡散させることにより形成された拡散領域であり、高濃度とすることにより、導電性を高め、ドレインメタル１８２ａとの電気的接続を良好にしている。ドレインメタル１８２ａは、スパッタリング等で形成された金属膜で構成されてよい。また、ドレイン電極１８２ｂは、ドレイン領域１８１に外部から電圧印加を可能としている電極である。【００９５】
低濃度Ｎ層１８３は、Ｎ＋半導体基板の表面上にエピタキシャル成長させたＮ型の半導体層である。低濃度Ｎ層１８３は、ドレイン領域１８１よりも低濃度のＮ−の不純物濃度を有する。チャネル１８４は、低濃度Ｎ層１８３の表面側、即ち半導体基板６０ｄの表面側に形成された拡散層である。チャネル１８４は、ソース領域１８５を下方及び側方から覆うＰ型拡散層であり、半導体装置１８０の動作時にキャリアの通過経路となる。【００９６】
ソース領域１８５は、半導体基板６０ｄの表面に形成された拡散領域である。ソース領域１８５は、Ｎ型の導電型で、Ｎ＋の不純物濃度で構成されてよい。ソースメタル１８５ａは、ソース領域１８５と外部との電気的接続を行うための導電領域であり、スパッタリング等で形成された金属膜で構成されてよい。ソース電極１８５ｂは、外部からソース領域１８５に電圧を印加するための電極である。なお、図示されていないが、ソース領域１８５の表面側には、Ｎ＋よりも高濃度の、例えばＮ＋＋の高濃度拡散層が形成され、ソースメタル１８５ａとの電気的接続を高めるように構成されてよい。【００９７】
ゲート１８７は、電圧が印加されることにより、半導体装置１８０を駆動する。ゲート１８７は、酸化膜１８８を介して、半導体基板６０ｄの表面上に形成される。ゲート１８７は、ゲート電極１８７ａを介して、外部から電圧の印加が可能に構成されている
このように、実施例５に係る半導体装置１８０は、縦型のＭＯＳトランジスタとして構成されるので、半導体装置形成可能領域１１ｂの表面と裏面の両面に拡散層１８１、１８２、１８５が形成される。【００９８】
次に、半導体装置１８０の動作について説明する。ゲート電極１８７ａを介して、ゲート１８７に正電圧が印加されると、Ｐ型拡散層で構成されたチャネルが開き、ドレイン領域１８１からソース領域１８５に電流が流れ、半導体装置１８０が動作する。図１２においては、電子の移動で表現しているため、電流の向きと逆向きで、ソース領域１８５からドレイン領域１８１への電子の移動方向が示されている。【００９９】
このように、半導体基板６０ｄの表面側と裏面側の双方に拡散層が形成される縦型の半導体装置１８０においては、半導体基板６０ｄの厚さ方向に電流が流れるため、半導体基板６０ｄの半導体装置形成領域１１ｂを薄型に構成し、かかる半導体装置形成領域１１ｂに半導体装置１８０を形成することにより、半導体装置１８０のオン抵抗を下げることができるとともに、拡散層を形成するための処理も容易にすることができる。【０１００】
なお、図１２においては、プレーナ構造のＮチャネルＭＯＳトランジスタの例を挙げて説明したが、ＰチャネルＭＯＳトランジスタとして構成するようにしてもよい。また、図１２においては、低濃度Ｎ層１８３を、エピタキシャル成長層として構成した例を挙げて説明したが、これらをウェル層として構成してもよい。
【実施例６】
【０１０１】
図１３は、本発明の実施例６に係る半導体装置１９０の断面構成の一例を示した図である。図１３において、半導体基板６０ｅは、中央部の半導体装置形成可能領域１１ｃと、外周部の補強部５０ｄとを有し、補強部５０ｄの厚さが、半導体装置形成可能領域１１ｃの厚さよりも厚い凹形状に構成されている。そして、半導体装置形成可能領域１１ｃに、半導体装置１９０が形成される。【０１０２】
半導体装置１９０は、トレンチ構造のＮチャネルＭＯＳトランジスタとして構成されている。半導体装置１９０は、ドレイン領域１９１と、高濃度拡散領域１９２と、ドレインメタル１９２ａと、ドレイン電極１９２ｂと、低濃度Ｎ層１９３と、チャネル１９４と、ソース領域１９５と、ソースメタル１９５ａと、ソース電極１９５ｂと、ゲート１９７と、ゲート電極１９７ａと、酸化膜１９８とを備える点では、実施例５に係る半導体装置１８０と同様である。また、半導体装置形成可能領域１１ｃの両面に拡散層１９１、１９２、１９５が形成されている点も、実施例５に係る半導体装置１８０と同様である。実施例６に係る半導体装置は、ゲート１９７が、半導体基板６０ｅの表面上ではなく、半導体基板６０ｅの表面から深さ方向に延び、半導体基板６０の内部のトレンチ内に形成されている点で、実施例５に係る半導体装置１８０と異なっている。また、これに対応し、酸化膜１９８は、ゲート１９７の下方だけでなく、側方及び上方も覆うように形成され、ゲート１９７が半導体基板６０ｅと直接接触しない構成となっている。【０１０３】
このように、ゲート１９７を半導体基板６０ｅに形成されたトレンチ内に形成し、垂直方向に延在させてゲート１９７を設けるようにしてもよい。横方向へのソース領域１９５の広がりを抑制することができるので、省スペースで半導体装置１９０を構成することが可能となる。【０１０４】
なお、その他の構成要素については、実施例５に係る半導体装置１８０と同様であるので、その詳細な説明は省略する。【０１０５】
次に、実施例６に係る半導体装置１９０の動作の一例について説明する。ゲート１９７に正電圧が印加されると、ソース領域１９６の下方のチャネル１９４が開き、ドレイン領域１９１からソース領域１９５に電流が流れる。図１３においては、電子の流れでキャリアの移動が示されており、電子がソース領域１９５からドレイン領域１９１に移動している状態が示されている。【０１０６】
このように、半導体基板６０ｅの半導体装置形成可能領域１１ｃに、トレンチ構造のＮチャネルＭＯＳトランジスタを構成するようにしてもよい。なお、半導体装置１９０は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタとして構成してもよいし、また、低濃度Ｎ層１９３の代わりに、ウェル層を形成してもよい点も、実施例５に係るＭＯＳトランジスタ１８０と同様である。
【実施例７】
【０１０７】
図１４は、本発明の実施例７に係る半導体装置２００の断面構成の一例を示した図である。図１４において、中央部に半導体装置形成可能領域１１ｄが形成され、外周部に補強部５０ｄが形成された半導体基板６０ｆが示されている。実施例７に係る半導体装置２００は、半導体基板６０ｆの半導体装置形成可能領域１１ｄに形成される。【０１０８】
実施例７に係る半導体装置２００は、プレーナ構造のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁バイポーラトランジスタ）として構成される。半導体装置２００は、コレクタ領域２０１と、高濃度拡散領域２０２と、コレクタメタル２０２ａと、コレクタ電極２０２ｂと、高濃度Ｎ層２０３と、低濃度Ｎ層２０４と、チャネル２０５と、エミッタ領域２０６と、エミッタメタル２０６ａと、エミッタ電極２０６ｂと、ゲート２０７と、酸化膜２０８とを備える。実施例５、６と同様に、半導体装置形成可能領域１１ｄの両面に拡散層２０１、２０２、２０６が形成されている。【０１０９】
コレクタ領域２０１は、Ｐ型のＰ＋の不純物拡散濃度を有するＰ＋半導体基板から構成される。実施例５において説明したのと同様に、Ｐ＋半導体基板は、単一の半導体素材から、単一の導電型及び単一の不純物濃度で構成される基板であり、例えば、シリコン基板やＳｉＣ基板等が用いられてよい。Ｐ＋半導体基板の裏面、つまり半導体基板６０ｆの裏面に、導電性を高めるために、Ｐ＋半導体基板と同じ導電型で、Ｐ＋半導体基板よりも不純物濃度の高い高濃度拡散領域２０２が形成される点は、実施例５及び実施例６と同様である。実施例７においては、Ｐ型のＰ＋半導体基板が用いられ、よって高濃度拡散領域２０２もＰ＋＋の不純物濃度となっている点で、実施例５及び実施例６と異なっている。高濃度拡散領域２０２と電気的接続が図られるように、コレクタメタル２０２ａが設けられる。コレクタメタル２０２ａは、例えば、スパッタリング等により形成された金属膜であってよい。また、コレクタメタル２０２ａは、コレクタ電極２０２ｂと接続され、外部からコレクタ領域２０１に電力の供給が可能なように構成される。【０１１０】
高濃度Ｎ層２０３は、Ｐ＋半導体基板の表面上に形成されたＮ型拡散層である。高濃度Ｎ層２０３は、例えば、エピタキシャル成長層として形成されてもよいし、ウェル層として構成されてもよい。図１４においては、エピタキシャル成長層として構成された例が示されている。【０１１１】
低濃度Ｎ層２０４は、高濃度Ｎ層２０３上に形成された、高濃度Ｎ層２０３よりも不純物濃度が低いＮ型拡散層である。低濃度Ｎ層２０４も、高濃度Ｎ層２０３と同様の形成方法により形成されてよく、エピタキシャル成長層として形成されてもよいし、ウェル層として形成されてもよい。図１４においては、高濃度Ｎ層２０３及び低濃度Ｎ層２０４がエピタキシャル成長層として形成された例が示されている。【０１１２】
チャネル２０５は、キャリアの通過経路となる領域であり、Ｐ型の拡散層として構成される。【０１１３】
エミッタ領域２０６は、半導体基板６０ｆの表面側に、Ｎ型のＮ＋の不純物濃度を有する拡散領域として構成される。エミッタメタル２０６ａは、エミッタ領域２０６と外部との電気的接続を行うために設けられる導電領域であり、例えば、金属膜として構成されてよい。また、エミッタ電極２０６ｂは、外部からエミッタ領域２０６に電力を供給するための電極である。なお、図１４においては示されていないが、エミッタ領域２０６の表面には、エミッタ領域よりも不純物濃度が高く、導電性が高められたＮ＋＋の高濃度拡散領域が形成されてもよい。【０１１４】
ゲート２０７と、ゲート電極２０７ａと、酸化膜２０８は、実施例５に係る半導体装置１８０と同様に、電圧の印加により、半導体装置２００を駆動させる機能を有する。それらの機能は、実施例５のゲート１８７、ゲート電極１８７ａ及び酸化膜１８８と同様であるので、説明を省略する。【０１１５】
次に、実施例７に係る半導体装置２００の動作の一例について説明する。ゲート電極２０７ａを介してゲート２０７に正電圧が印加されると、酸化膜２０８の下のチャネル２０５が開き、コレクタ領域２０１からエミッタ領域２０６に電流が流れる。図１４においては、電子の移動で示されているため、電流の向きとは反対に、エミッタ領域２０６からコレクタ領域２０１に電子が移動している状態が示されている。ここで、Ｐ層のチャネル２０５と、低濃度Ｎ層２０４及び高濃度Ｎ層２０３と、Ｐ＋半導体基板で構成されたコレクタ領域２０１とは、寄生的なＰＮＰトランジスタを構成しているが、上述のコレクタ領域２０１からエミッタ領域２０５に流れた電流は、寄生ＰＮＰトランジスタのベース電流に相当する。よって、このベース電流により、コレクタ領域２０１からエミッタ領域２０６に向かって正孔の流れ込みが始まり、コレクタ領域２０１からエミッタ領域２０６に電流が流れる。図１４においては、正孔の移動で、電流と同じ向きで上述の電流が示されている。【０１１６】
このように、ＩＧＢＴにおいては、チャネル２０５が開いてコレクタ領域２０１からエミッタ領域２０６に電流が流れることにより、寄生ＰＮＰトランジスタを動作させ、コレクタ領域２０１からエミッタ領域２０６に更に電流を流すことができる。この場合も、電流の流れる方向は、半導体基板６０ｆの厚さ方向であるので、半導体基板６０ｆの半導体装置形成可能領域１１ｄを薄く構成することにより、オン抵抗の低下と、製造時の拡散層の形成を容易にすることができる。
【実施例８】
【０１１７】
図１５は、本発明の実施例８に係る半導体装置２１０の一例の断面構成を示した図である。実施例８に係る半導体装置２１０は、中央部に半導体装置形成可能領域１１ｅと、外周部に半導体装置形成可能領域１１ｅよりも厚さが厚い補強部５０ｄを有する半導体基板６０ｇの、半導体装置形成可能領域１１ｅに形成される。【０１１８】
実施例８に係る半導体装置２１０は、トレンチ構造のＩＧＢＴとして構成される。実施例８に係る半導体装置２１０は、コレクタ領域２１１と、高濃度拡散領域２１２と、コレクタメタル２１２ａと、コレクタ電極２１２ｂと、高濃度Ｎ層２１３と、低濃度Ｎ層２１４と、チャネル２１５と、エミッタ領域２１６と、エミッタメタル２１６ａと、エミッタ電極２１６ｂと、ゲート２１７と、ゲート電極２１７ａと、酸化膜２１８とを備える点で、実施例７に係る半導体装置２００と共通する。また、実施例５〜７と同様に、半導体装置形成可能領域１１ｅの両面に拡散層２１１、２１２、２１６が形成されている。
実施例８に係る半導体装置２１０は、ゲート２１７が、半導体基板６０ｇに形成されたトレンチ内に形成され、横方向ではなく、深さ方向に延在している点で、実施例７に係る半導体装置２００と異なっている。また、ゲート２１７が半導体基板６０ｇの深さ方向に延在して設けられたことにより、酸化膜２１８が、ゲート２１７の下方のみならず、側方及び上方も覆って半導体基板６０ｇとの直接の接触を防いでいる点も、実施例７に係る半導体装置２００と異なっている。その他の構成要素については、実施例７に係る半導体装置２００と同様であるので、その説明を省略する。【０１１９】
次に、実施例８に係る半導体装置２１０の動作について説明する。ゲート２１７に正電圧が印加されると、ゲート２１７の側方にあるチャネル２１５が開き、コレクタ領域２１１からエミッタ領域２１６に電流が流れる。図１５においては、キャリアである電子の移動方向が、電流の向きとは逆に示されている。ここで、Ｐ層のチャネル２１５と、低濃度Ｎ層２１４及び高濃度Ｎ層２１３と、Ｐ＋半導体基板のコレクタ領域２１１とが、寄生的なＰＮＰトランジスタを形成している点は、実施例７に係る半導体装置２００と同様である。チャネル２１５が開いたことにより、コレクタ領域２１１からエミッタ領域２１６に流れた電流は、やはり寄生ＰＮＰトランジスタのベース電流に相当し、これにより、寄生ＰＮＰトランジスタが動作し、コレクタ領域２１１からエミッタ領域２１６に向かって正孔が移動し、電流が流れる。【０１２０】
このように、トレンチ構造のＩＧＢＴである実施例８に係る半導体装置２１０の場合も、半導体基板６０ｇの厚さ方向に電流が流れるので、半導体装置２１０が形成される半導体装置形成領域１１ｅを薄く構成することにより、オン抵抗を低下させ、製造時の拡散層形成の容易とすることができる。
【実施例９】
【０１２１】
図１６Ａ〜図１６Ｋは、本発明の実施例９に係る半導体装置の製造方法の一例を示した図である。実施例９においては、実施例５乃至実施例８に係る半導体装置１８０〜２１０の製造方法の一例について説明する。【０１２２】
図１６Ａは、実施例９に係る半導体装置の製造方法の第１拡散層形成工程の一例を示した図である。第１拡散層形成工程においては、半導体基板１５の第１の面１６にイオンが注入され、その後に加熱されて第１の面１６に第１の拡散層が形成される。ここで、半導体基板１５は、単一の半導体素材で形成された基板を意味している。また、第１の面１６は、一般的には、半導体基板１５の裏面と呼ばれている面である。【０１２３】
第１拡散層形成工程においては、半導体基板１５が何ら加工されておらず、半導体層も形成されていない状態であるので、半導体層による温度、圧力等の制約が無く、第１の面１６に十分にイオン注入及び熱拡散を行うことができる。また、半導体基板１５も、純粋な板状であるので、イオン注入装置のステージにしっかりと固定保持した状態で、イオン注入を行うことができる。よって、第１の面１６に、十分に濃度が高い拡散層を形成することが可能となり、導電性の高い高濃度拡散層を形成するのに極めて有効である。【０１２４】
図１６Ｂは、半導体基板１５を上下に反転させた状態を示した図である。これにより、イオン注入が行われた第１の面１６が下面となり、イオン注入が行われていない第２の面１７が上面となる。【０１２５】
図１６Ｃは、実施例９に係る半導体装置の製造方法の凹形状形成工程の一例を示した図である。凹形状形成工程においては、半導体基板１５の第２の面１７に、中央部が薄く、外周部が中央部よりも厚い凹形状が形成される。凹形状は、種々の方法により形成されてよいが、例えば、図７Ａ、図７Ｂ及び図１０において説明した酸化膜同士を接合する方法であってもよいし、図９及び図１１において説明した半導体基板１５をエッチングする方法であってもよい。また、グラインディングやポリッシング等の機械的研磨、又は化学的機械的研磨により、凹形状を形成するようにしてもよい。【０１２６】
なお、第２の面１７に凹形状が形成されたときに、窪み部分の表面である凹部１８は、半導体装置形成可能領域となり、外周部は補強部５０ｅとなる。また、凹形状が形成されたことにより、実施例１乃至実施例８において説明した半導体基板６０、６０ａ〜６０ｇと同様の形状の半導体基板６０ｈが形成される。【０１２７】
図１６Ｄは、実施例９に係る半導体装置の製造方法のダメージ層除去工程の一例を示した図である。ダメージ層除去工程は、凹形状形成工程において、半導体装置形成可能領域である凹部１８の表面に、ダメージ層が形成された場合に、ダメージ層をエッチングにより除去する工程である。ダメージ層除去工程は、凹形状形成工程において、凹部１８の表面にダメージ層が発生した場合に、必要に応じて設けられてよい。例えば、凹形状形成工程を、グラインディングのような機械的加工で行った場合には、凹部１８の表面が粗くなり、ダメージが生じた状態となってしまう。このような場合には、凹部１８の表面をエッチングし、表面が粗いダメージ層を除去することが好ましいので、ダメージ層除去工程を行うようにする。【０１２８】
ダメージ層除去工程は、例えば、ウエットエッチングにより行ってもよいし、プラズマ等を用いたドライエッチングにより行うようにしてもよい。図１６Ｄにおいては、ノズル７１でエッチング液を凹部１８の表面に供給し、半導体基板６０ｈを回転させることによりエッチングを行うウエットエッチングが例として示されている。その他、浸漬式のウエットエッチングでダメージ層を除去してもよいし、種々のエッチング方法により、ダメージ層除去工程は行われてよい。【０１２９】
図１６Ｅは、実施例９に係る半導体装置の製造方法のエピタキシャル成長工程の一例を示した図である。エピタキシャル成長工程においては、半導体基板６０ｈの凹部１８に、エピタキシャル成長層１９が形成される。ここで、エピタキシャル成長を行う際には、エピタキシャル成長装置のステージ８１に半導体基板６０ｈが固定されて行われるが、ステージ８１に接触しているのが平坦面である第１の面（裏面）１６であるので、半導体基板６０ｈを容易に保持し、確実にステージ８１上に固定した状態でエピタキシャル成長層１９を形成することができる。【０１３０】
図１６Ｆは、実施例９に係る半導体装置の製造方法のレジスト塗布工程の一例を示した図である。レジスト塗布工程においては、半導体基板６０ｈの凹部１８を含む第２の面１７上に、レジスト２２０が供給されて塗布される。その際、レジスト塗布装置のステージ８２に半導体基板６０ｈは固定されるが、平坦面である第１の面１５がステージ８２と接触するので、ステージ８２上に半導体基板６０ｈを確実に固定保持してレジスト２２０を塗布することができる。【０１３１】
図１６Ｇは、実施例９に係る半導体装置の製造方法の露光工程の一例を示した図である。露光工程においては、半導体基板６０ｈの第２の面１６上に塗布されたレジスト２２０が露光され、レジスト２２０上にパターンが描かれる。その際、露光装置のステージ８３上に半導体基板６０ｈが載置されて露光工程が行われるが、平坦面である第１の面１５がステージ８３と接触するので、安定した状態で高精度の露光を行うことができる。【０１３２】
図１６Ｈは、実施例９に係る半導体装置の製造方法の現像工程の一例を示した図である。現像工程においては、露光されたレジスト２２０に現像液が供給され、レジスト２２０の不要部分が除去されてレジストパターンが形成される。その際、半導体基板６０ｈは、現像装置のステージ８４上に載置されて現像が行われるが、ステージ８４と接触するのは凹形状が形成されていない平坦な第１の面１６であるので、容易に、安定した状態で現像を行うことができる。【０１３３】
図１６Ｊは、実施例９に係る半導体装置の製造方法の第２拡散層形成工程の一例を示した図である。第２拡散層形成工程では、まず、形成されたレジストパターン２２０の上から、半導体基板６０ｈの凹部１８に、イオン注入が行われる。その際、図１６Ｊに示すように、半導体基板６０ｈは、平坦な第１の面１６がステージ８５の表面と接触して載置される。よって、半導体基板６０ｈをステージ８５上に固定支持した状態で、半導体基板６０ｈの第２の面１７に形成された凹部１８の表面に、イオンを適切に注入することができる。【０１３４】
イオン注入後は、レジスト２２０を除去し、半導体基板６０ｈを加熱してアニールすることにより、凹部１８に注入されたイオンを熱拡散させ、凹部１８の表面からも、第２拡散層が形成される。その際、レジスト２２０の除去、アニールにおいても、半導体基板６０ｈは、平坦な第１の面１６がステージの表面に接触するように載置されるので、常に安定した状態で処理を行うことができる。【０１３５】
以上、説明した図１６Ｆのレジスト塗布工程から、図１６Ｊの第２拡散層形成工程を繰り返して、半導体装置形成可能領域である凹部１８に、第２の面１７側から拡散層が順次形成される。そして、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体装置に必要な拡散層を総て形成する。【０１３６】
図１６Ｋは、実施例９に係る半導体装置の製造方法の裏面メタル形成工程の一例を示した図である。裏面メタル形成工程においては、半導体基板６０ｈの第１の面（裏面）１６に、メタルの膜が形成される。この場合、半導体基板６０ｈは、第１の面１６の反対面である第２の面１７がスパッタリング装置のステージ８６の表面に接触して載置されるが、第２の面１７は凹形状に構成されているので、スパッタリング装置のステージ８６の表面に固定して安定支持することができない。よって、半導体基板６０ｈとステージ８６との間に、凸形状のアタッチメント８７を挿入し、ステージ８６上に半導体基板６０ｈが安定支持されるようにする。アタッチメント８７の凸部の周囲からの高さは、半導体基板６０ｈの深さと一致するか、それよりも若干高く構成されることが好ましい。かかる凸形状のアタッチメント８７を用いることにより、半導体基板６０ｈをステージ８６上に安定支持し、スパッタリングを行うことができる。これにより、半導体基板６０ｈの第１の面１６に、メタルの薄膜を形成することができる。【０１３７】
なお、裏面メタル形成工程は、必ずしも必須ではなく、必要に応じて設けられてよい。図１６Ａの第１拡散層形成工程で説明したように、第１の面１６への拡散層の形成を最初に行うので、十分に高濃度に第１の面１６に拡散層を形成することが可能である。よって、拡散層のみで十分な導電性が得られ、必ずしも第１の面１６の表面上に導通のためのメタルを形成する必要がない場合があるからである。【０１３８】
このように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、最初に半導体基板１５の裏面に拡散層の形成を行うことにより、裏面メタルの形成を不要とすることも可能である。【０１３９】
また、裏面メタル形成工程以外の工程においては、ステージとの接触面を平坦面である第１の面１６として処理を行うことができるので、容易かつ確実に、各工程における処理を行うことができる。【０１４０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、パワーＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体装置を形成する半導体基板及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法に利用することができる。【０１４２】
本国際出願は、２００９年６月４日に出願された日本国特許出願２００９−１３４６１７号に基づく優先権を主張するものであり、２００９−１３４６１７号の全内容をここに本国際出願に援用する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【図１６Ｈ】
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【図１６Ｊ】
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【図１６Ｋ】
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【国際調査報告】
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