(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハの強度が確保され、素子性能が向上できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウェハ１の表面２から熱拡散層７を形成し、裏面３からアルカリ溶液による異方性エッチングで熱拡散層７に達するテーパー状の溝１２を形成し、この溝１２の側壁面１３に溝内拡散層２１を形成する。逆阻止ＩＧＢＴの分離層３はこの熱拡散層７と溝内拡散層２１からなり、溝内拡散層２１を形成することで熱拡散層７を浅く形成できて、熱拡散時間を大幅に短縮することができる。また、溝内拡散層２１を形成するイオン注入とコレクタ層２２を形成するイオン注入を分けて行うことで、逆阻止ＩＧＢＴの逆耐圧を確保しながらオン電圧とスイッチング損失のトレードオフ上の最適値を選択することができる。【選択図】図４
2011243670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１１０＞方向のダイシングラインとなる箇所の第１中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、
前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、
減厚された前記シリコンウェハの第２主面に前記第１中心線の投影線である第２中心線を挟んで両側に均等な幅となるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、
該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、
前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、
前記第２マスクを除去し、前記第２主面と前記溝の側壁面に亘って第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、
前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、
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】
表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１１０＞方向のダイシングラインとなる箇所の第１中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、
前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、
減厚された前記シリコンウェハの第２主面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、
前記第２主面に前記第１中心線の投影線である第２中心線を挟んで両側に均等な幅となるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、
該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、
前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、
前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１００＞方向のダイシングラインとなる箇所の中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、
前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、
減厚された前記シリコンウェハの第２主面に前記第１中心線を投影し、投影された第２中心線を挟んで両側に均等な幅でとなるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、
該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、
前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、
前記第２マスクを除去し、前記第２主面と前記溝の側壁面に亘って第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、
前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、
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】
表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１００＞方向のダイシングラインとなる箇所の第１中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、
前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、
減厚された前記シリコンウェハの第２主面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、
前記第２主面に前記第１中心線の投影線である第２中心線を挟んで両側に均等な幅となるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、
該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、
前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、
前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記熱拡散層を形成した後に前記ダイシングラインとなる箇所に囲まれ前記シリコンウェハの一部である第１導電型のシリコン基板の表側の表面層に第２導電型のウェル層を形成する工程と、
前記ウェル層の表面層に第１導電型のエミッタ層を形成する工程と、
前記シリコン基板と前記エミッタ層に挟まれた前記ウェル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上と前記エミッタ電極上に渡って層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に前記エミッタ層と前記ウェル層に電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、
前記エミッタ電極上に表面保護膜を形成する工程とを含む工程により表面構造を形成した後に、
前記シリコン基板の裏面に前記溝拡散層と前記コレクタ層を形成する工程と、
前記溝拡散層上とコレクタ層上に渡ってコレクタ電極を形成する工程と、
前記ダイシングラインとなる箇所に沿って前記熱拡散層を切断してチップ化する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記熱拡散層を形成した後に前記ダイシングラインとなる箇所に囲まれ前記シリコンウェハの一部である第１導電型のシリコン基板の表側の表面層に第２導電型のウェル層を形成する工程と、
前記シリコン基板の表側から前記ウェル層を貫通し前記ダイシングラインとなる箇所の方向と長手方向が平行なる開口部を有するトレンチを形成する工程と、
前記ウェル層の表面層に前記トレンチの側壁に接する第１導電型のエミッタ層を形成する工程と、
前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成し、続いて前記トレンチ内を充填するようにゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上と前記エミッタ電極上に渡って層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に前記エミッタ層と前記ウェル層に電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、
前記エミッタ電極上に表面保護膜を形成する工程とを含む工程により表面構造を形成した後に、
前記シリコン基板の裏面に前記溝拡散層と前記コレクタ層を形成する工程と、
前記溝拡散層上とコレクタ層上に渡ってコレクタ電極を形成する工程と、
前記ダイシングラインになる箇所に沿って前記熱拡散層を切断してチップ化する工程と、
を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１イオン注入の加速電圧およびドーズ量が前記第２イオン注入の加速電圧およびドーズ量よりそれぞれ大きいことを特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２イオン注入の加速電圧およびドーズ量が前記第１イオン注入の加速電圧およびドーズ量よりそれぞれ大きいことを特徴とする請求項２または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１イオン注入が、加速電圧が６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第２イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ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１０】
前記第２イオン注入が、加速電圧が６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第１イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われることを特徴とする請求項２または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１イオン注入が、加速電圧が８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第２イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ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１２】
前記第２イオン注入が、加速電圧が８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第１イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記アニール処理が、レーザーアニールもしくは加熱炉アニールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記の第１イオン注入が前記第２主面に対して斜めにイオン注入することを特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記の第２イオン注入が前記第２主面に対して斜めにイオン注入することを特徴とする請求項２または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
分離層が、前記熱拡散層と前記溝内拡散層からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程では、前記第２マスクの開口幅よりも前記溝の開口幅が広くなるようにエッチングすることを特徴とする請求項１,３，７，９，１１のいずれか一項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、逆阻止ＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの半導体装置の製造方法に関する。特に、逆阻止ＩＧＢＴの分離層を形成する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１８は、従来の逆阻止ＩＧＢＴの製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示す要部製造工程断面図である。ここでは１２００Ｖ耐圧の逆阻止ＩＧＢＴを例に挙げる。
【０００３】
図１８（ａ）において、４００μｍ程度の厚さのシリコンウェハ９１ａ（以下、単にウェハと称す）の表面９２に開口部９６を有するマスク９５を被覆す。続いて、その上に不純物源（例えば、ボロンソース）を塗布し、例えば、１３００℃の高温で３００時間程度の長時間拡散を行う。この長時間拡散により、開口部９６から不純物がウェハ９１ａに導入されて２００μｍを超える熱拡散層９７が形成される。
【０００４】
つぎに、図１８（ｂ）において、ウェハ９１ａの表面９２にプレーナゲート型の逆阻止ＩＧＢＴの表面構造９８を作りこむ。この表面構造９８は、図１９に示すように、ｐウェル層１０１、ｎエミッタ層１０２、ゲート絶縁膜１０３、ゲート電極１０４、層間絶縁膜１０５、エミッタ電極１０６およびポリイミドなどの表面保護膜１０７で構成される。尚、図１９は図１８（ｂ）のＥ部の詳細図である。また、図１８（ｂ）では表面保護膜１０７は図示されていない。
【０００５】
つぎに、図１８（ｃ）において、表面構造９８を保護するために表面構造９８上をレジスト９９で被覆する。続いて、ウェハ９１ａの裏面９３ａを熱拡散層９７に達するように２００μｍ程度削って薄ウェハ化されたウェハ９１にする。これで、表から裏まで熱拡散層９７が繋がり、逆阻止ＩＧＢＴの分離層１００が形成される。
【０００６】
また、特許文献１には、表面にｐ拡散層を形成し裏面にｐコレクタ層を形成した後、裏面から表面のｐ拡散層に接するように機械的加工と化学的処理によって溝を形成し、この溝の側壁にｐ拡散層を形成して分離層としていることが記載されている。この場合はｐコレクタ層と溝の側壁に形成されるｐ拡散層はそれぞれ分けて形成される。
【０００７】
また、特許文献２および特許文献５には、表面の拡散層に接するように裏面から分離溝を形成した後、この溝に形成されるｐ拡散層と裏面に形成されるｐコレクタ層は同時に形成されることが記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、ｐコレクタ層を形成した後、このｐコレクタ層に接するように溝を形成する。この溝の側壁にｐ拡散層を形成して分離層としていることが記載されている。この場合はコレクタ層となる薄いｐ層と深い溝の側壁に形成されるｐ層がそれぞれ分けて形成される。
【０００９】
また、特許文献４には、ｐコレクタ層を形成した後で溝を形成し、この溝から不純物を拡散して、この拡散層をｐコレクタ層に繋げて分離層としていることが記載されている。この分離層はダイシングラインよりチップの内側に形成されるている。
【００１０】
また、特許文献６では、裏面にイオン注入を行いｐコレクタ層を形成し、続いてウェハをダイシングしてチップにする。このチップを重ねてまとめその側面にイオン注入をして分離層を形成していることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１８５７２７号公報（図２７）
【特許文献２】特開２００６−３０３４１０号公報（図１）
【特許文献３】特開２００５−９３９７２号公報（図２）
【特許文献４】特開２００４−３３６００８号公報（図１）
【特許文献５】ＷＯ２００９−１３９４１７（図１）
【特許文献６】特開２００９−１７７０３９号公報（図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１８に示す従来の製造方法では、表面９２からの不純物拡散を熱拡散のみで分離層１００を形成しているため、厚い分離層を形成することが難しく、素子の高耐圧化が困難である。前記したように、１２００Ｖ耐圧クラスでは、ウェハ９１の厚さが２００μｍ程度になり、この厚い分離層１００を形成するためには、１３００℃程度の高温で、３００時間程度の長時間の熱拡散が必要である。このような高温で長時間の熱拡散を行うと、高耐圧化で必要とされる高抵抗のウェハに酸素が入り込む。この酸素がドナーとなって抵抗を下げ逆阻止ＩＧＢＴの耐圧を低下させるなどの不都合を生じる。
【００１３】
また、１回の熱処理に３００時間（約２週間）程度という長時間を必要とするためスループットが非常に悪く、生産性の低下を招く。つぎに、前記の特許文献についてその課題を説明する。
【００１４】
特許文献１では、溝の加工は機械的加工と化学的処理で行なわれており、結晶方位を利用した異方性エッチングについては記載されていない。
特許文献２および特許文献５では、溝部のｐ拡散層とｐコレクタ層を同時に形成するため、溝部の拡散層の不純物濃度とｐコレクタ層の不純物濃度を共に最適化することはできない。例えば、溝部の拡散層の不純物濃度を最適にするとオン電圧とスイッチング損失のトレードオフが悪化する。また、ｐコレクタ層の不純物濃度を最適にすると耐圧の確保が困難になる。また、溝部が裏側から表面近くまで形成されているので、ウェハの機械的強度が弱く、ハンドリングで割れる場合が生じる。
【００１５】
特許文献３では、表面側から裏面側のｐコレクタ層に達する深い溝を形成しているので、ウェハの機械的強度が弱く、ハンドリングで割れる場合が生じる。
特許文献４では、分離層の外側にダイシングラインがあるためチップが大きくなりチップコストが増大する。
【００１６】
特許文献６では、チップにした後、重ねてその側面にイオン注入するため、チップの表面にキズがついて素子性能の低下を招く場合がある。
さらに、特許文献１〜特許文献６には、「表面側から形成した熱拡散層に接するように裏面側からアルカリ溶液の異方性エッチングで溝を形成する。続いて、その溝の内壁に拡散層を形成し、この熱拡散層と溝内拡散層で分離層を形成する。さらに、この溝内拡散層を形成するためのイオン注入と裏面のコレクタ層を形成するためのイオン注入をそれぞれ分けて行う」ということについては記載されていない。
【００１７】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ウェハの強度が確保され、素子性能が向上でき、分離層を構成する熱拡散層を形成するときの熱拡散時間を短縮できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１１０＞方向のダイシングラインとなる箇所の第１中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、減厚された前記シリコンウェハの第２主面に前記第１中心線の投影線である第２中心線を挟んで両側に均等な幅となるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、前記第２マスクを除去し、前記第２主面と前記溝の側壁面に亘って第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。
【００１９】
また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１１０＞方向のダイシングラインとなる箇所の第１中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、減厚された前記シリコンウェハの第２主面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、前記第２主面に前記第１中心線の投影線である第２中心線を挟んで両側に均等な幅となるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。
【００２０】
また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１００＞方向のダイシングラインとなる箇所の中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、減厚された前記シリコンウェハの第２主面に前記第１中心線を投影し、投影された第２中心線を挟んで両側に均等な幅でとなるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、前記第２マスクを除去し、前記第２主面と前記溝の側壁面に亘って第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法とする。
【００２１】
また、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、表面の面方位が（１００）面である第１導電型のシリコンウェハで＜１００＞方向のダイシングラインとなる箇所の第１中心線を挟んで両側に均等な幅で開口した第１マスクを用いて、前記第１主面側から前記シリコンウェハ内に向って第２導電型の熱拡散層を形成する工程と、前記シリコンウェハを第２主面側から減厚する工程と、減厚された前記シリコンウェハの第２主面に第２導電型の不純物で第１イオン注入を行う工程と、前記第２主面に前記第１中心線の投影線である第２中心線を挟んで両側に均等な幅となるように開口された第２マスクを前記第２主面に形成する工程と、該第２マスクを用いて前記第２主面から前記熱拡散層に達する溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程と、前記第２マスクを用いて溝の側壁面に第２導電型の不純物で第２イオン注入を行う工程と、前記第１イオン注入および前記第２イオン注入で導入された前記不純物を活性化するためのアニール処理を行い溝内拡散層およびコレクタ層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法とする。
【００２２】
また、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記熱拡散層を形成した後に前記ダイシングラインとなる箇所に囲まれ前記シリコンウェハの一部である第１導電型のシリコン基板の表側の表面層に第２導電型のウェル層を形成する工程と、前記ウェル層の表面層に第１導電型のエミッタ層を形成する工程と、前記シリコン基板と前記エミッタ層に挟まれた前記ウェル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上と前記エミッタ電極上に渡って層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に前記エミッタ層と前記ウェル層に電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、前記エミッタ電極上に表面保護膜を形成する工程とを含む工程により表面構造を形成した後に、前記シリコン基板の裏面に前記溝拡散層と前記コレクタ層を形成する工程と、前記溝拡散層上とコレクタ層上に渡ってコレクタ電極を形成する工程と、前記ダイシングラインとなる箇所に沿って前記熱拡散層を切断してチップ化する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。
【００２３】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、請求項３または４に記載の発明において、前記熱拡散層を形成した後に前記ダイシングラインとなる箇所に囲まれ前記シリコンウェハの一部である第１導電型のシリコン基板の表側の表面層に第２導電型のウェル層を形成する工程と、前記シリコン基板の表側から前記ウェル層を貫通し前記ダイシングラインとなる箇所の方向と長手方向が平行なる開口部を有するトレンチを形成する工程と、前記ウェル層の表面層に前記トレンチの側壁に接する第１導電型のエミッタ層を形成する工程と、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成し、続いて前記トレンチ内を充填するようにゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上と前記エミッタ電極上に渡って層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に前記エミッタ層と前記ウェル層に電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、前記エミッタ電極上に表面保護膜を形成する工程とを含む工程により表面構造を形成した後に、前記シリコン基板の裏面に前記溝拡散層と前記コレクタ層を形成する工程と、前記溝拡散層上とコレクタ層上に渡ってコレクタ電極を形成する工程と、前記ダイシングラインになる箇所に沿って前記熱拡散層を切断してチップ化する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。
【００２４】
また、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、請求項１または３に記載の発明において、前記第１イオン注入の加速電圧およびドーズ量が前記第２イオン注入の加速電圧およびドーズ量よりそれぞれ大きいとよい。
【００２５】
また、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、請求項２または４に記載の発明において、前記第２イオン注入の加速電圧およびドーズ量が前記第１イオン注入の加速電圧およびドーズ量よりそれぞれ大きいとよい。
【００２６】
また、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記第１イオン注入が、加速電圧が６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第２イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われるとよい。
【００２７】
また、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、前記第２イオン注入が、加速電圧が６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第１イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われるとよい。
【００２８】
また、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明において、前記第１イオン注入が、加速電圧が８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第２イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われるとよい。
【００２９】
また、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明において、前記第２イオン注入が、加速電圧が８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶでドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われ、前記第１イオン注入が、加速電圧が４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２のボロンで行われるとよい。
【００３０】
また、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、請求項１〜４に記載の発明において、前記アニール処理が、レーザーアニールもしくは加熱炉アニールであるとよい。
【００３１】
また、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、請求項１または３に記載の発明において、前記の第１イオン注入が斜めイオン注入であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、請求項２または４に記載の発明において、前記の第２イオン注入が斜めイオン注入であるとよい。
【００３２】
また、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、分離層が、前記熱拡散層と前記溝内拡散層からなるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、請求項１，３，７，９，１１のいずれか一項に記載の発明において、前記溝をアルカリ溶液による異方性エッチングで形成する工程では、前記第２マスクの開口幅よりも前記溝の開口幅が広くなるようにエッチングされる。
【発明の効果】
【００３３】
この発明によれば、表面から形成される熱拡散層と裏面から形成される溝内拡散層を接続して分離層を形成することで、熱拡散層を浅く形成できて、熱拡散時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
また、溝内拡散層を形成するイオン注入とコレクタ層を形成するイオン注入を分けて行うことで、逆耐圧を確保しながらオン電圧とスイッチング損失のトレードオフ上の最適値を選択することができる。
【００３５】
また、ダイシングラインを＜１００＞方向に選定して、チップ外周端が＜１００＞方向になるようにすることで、トレンチゲートとなるトレンチ側壁面を界面準位の少ない（１００）面にすることができる。この（１００）面にチャネルを形成することで、電子移動度を高めることができる。その結果、ＩＧＢＴの性能を高めることができる。
【００３６】
また、ウェハの裏面から形成する溝の方向を＜１００＞方向にすることで、へき開方向と４５°で交わる。そのため、へき開が起こり難くなり、ウェハの機械的強度を高めることができる。その結果、工程中のハンドリング時のウェハ割れやカケを減少させることができて、良品率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図２】図１に続く、第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図３】図２に続く、第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図４】図３に続く、第１実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図５】第１実施例のウェハについて説明した図であり、（ａ）は図１（ａ）のウェハの平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部拡大図である。
【図６】表面構造８と耐圧構造３８の説明図であり、（ａ）は表面構造の断面図、（ｂ）は耐圧構造の断面図である。図１（ｃ）のＢ部の詳細図である。
【図７】テーパー状の溝１２が形成されたウェハ１の要部斜視図である。
【図８】イオン注入したボロンをレーザーアニールで活性化した後のプロファイル図である。
【図９】この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法であり、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図１０】この発明の第３実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１１】図１０に続く、第３実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１２】図１１に続く、第３実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１３】図１２に続く、第３実施例の半導体装置の要部製造工程断面図である。
【図１４】第３実施例のウェハについて説明した図であり、（ａ）は図１０（ａ）のウェハの平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は図（ｂ）のＣ部拡大図である。
【図１５】表面構造５８と耐圧構造９０およびトレンチ８８の説明図であり、（ａ）表面構造の断面図、（ｂ）は耐圧構造の断面図、（ｃ）はトレンチの斜視図である。
【図１６】テーパー状の溝６２が形成されたウェハ５１の要部斜視図である。
【図１７】この発明の第４実施例の半導体装置の製造工程であり、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図１８】従来の逆阻止ＩＧＢＴの製造方法であり、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示す要部製造工程断面図である。
【図１９】図１８（ｂ）のＥ部の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１〜図４は、この発明の第１実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。これはプレーナゲート構造を有する逆阻止ＩＧＢＴの例である。
【００４０】
まず、図１（ａ）において、図５に示すように、（１００）面でＯＦ（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｆｌａｔ）２５の方向が＜１１０＞方向であり、例えば４００μｍ程度の厚さのウェハ１ａを用意する。このＯＦ２５の方向はウェハ１ａからチップを取り出すときのダイシングライン２６の方向と一致しているため、ダイシングライン２６の方向も＜１１０＞方向となる。
【００４１】
尚、図５（ａ）は図１（ａ）のウェハの平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ部拡大図である。また、一連の工程断面図は図５（ｃ）に相当した断面図である。
【００４２】
つぎに、図１（ｂ）において、ダイシングライン２６となる箇所に開口部６を有するパターンを形成したマスク５を用いて、このマスク５の開口部６からボロンをイオン注入する。その後で、例えば、８５μｍ程度の深さにボロンを熱拡散して分離層３０の一部となる熱拡散層７を形成する。この熱拡散層７の深さは１２００Ｖ耐圧の場合の例であるが、素子耐圧で変化する。ダイシングライン２６の中心線４が開口部６の中心線４になるようにして開口部６を形成する。そうすると開口部６は中心線４を挟んで両側に均等な幅で形成される。このボロンの拡散深さは、後工程のアルカリエッチングで溝を形成したときの残膜のシリコンの厚さ（ウェハの厚さ）以上とする。ハンドリングできる残膜の厚さは６インチ以上の大きさのウェハでは５０μｍ以上である。そのため、ボロンの拡散深さは５０μｍ以上とする。
【００４３】
また、イオン注入する際のマスク５としては、例えば、熱酸化膜あるいはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成した酸化膜あるいはレジストである。
【００４４】
また、イオン注入する際のマスク５としては、例えば、熱酸化膜あるいはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成した酸化膜あるいはレジストである。
【００４５】
つぎに、図１（ｃ）において、マスク５を除去し、ウェハ１ａの表面２にプレーナゲート型の逆阻止ＩＧＢＴの表面構造８を形成した後でこの表面構造８上にレジスト９（例えば、ネガレジスト）を塗布する。この表面構造８は図６に示すように、ｐウェル層３１、ｎエミッタ層３２、ゲート絶縁膜３３、ゲート電極３４、層間絶縁膜３５、エミッタ電極３６およびポリイミドなどの表面保護膜３７で構成される。また拡散層３８は耐圧構造８ａの一部を構成する。尚、図６（ａ）は図１（ｃ）のＢ部の詳細図、図６（ｂ）はＣ部の詳細図である。また、図１（ｃ）では表面保護膜３７と拡散層３８は図示していない。
【００４６】
つぎに、図２（ｄ）において、ウェハ１ａの裏面３ａをバックグラインドし混酸によりエッチングして減厚（薄ウェハ化）し平坦な裏面３のウェハ１に仕上げる。バックグラインド後に混酸でエッチングすることでバックグラインドで生じた裏面３の加工歪が除去される。また、逆阻止ＩＧＢＴはＮＰＴ（Ｎｏｎ−Ｐｕｎｃｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈ）型のＩＧＢＴであるため，ウェハ１の厚さは例えば１２００Ｖ耐圧に対応できる約２００μｍである。素子耐圧が異なればこの厚さが変ることは当然である。
【００４７】
つぎに、図２（ｅ）において、ウェハ１の裏面３を上にしてレジストを塗布する。続いて両面露光装置を用いて、熱拡散層７を形成した表面２のパターン（マスク５の開口部６）に合わせて、裏面３にそのパターンを転写する。裏面３に転写されたパターンは表面２のパターンが投影されたパターンになる。投影された裏面３のパターンでレジストをパターニングして開口部１１を形成しマスク１０を形成する。熱拡散層７を形成する開口部６の中心線４と裏面３に形成される開口部１１の中心線４は一致するようになる。開口部１１は中心線４を挟んで両側に均等な幅で形成される。また、熱拡散層７を形成する開口部６の中心線４とダイシングライン２６の中心線４は一致している。つまり、図示した中心線４はダイシングライン２６、開口部６および開口部１１のそれぞれの中心線である。
【００４８】
つぎに、図２（ｆ）において、マスク１０を用いて、アルカリ溶液により異方性エッチングを行い、ウェハ１の裏面３にテーパー状の溝１２を形成する。アルカリエッチング溶液として、例えばＴＭＡＨ１０％水溶液（ＴＭＡＨ：水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を用いる。またエッチング時の液温は８５℃程度とする。このアルカリエッチングにより（１１１）面をエッチストップ面としたテーパー状の側壁面１３を有する溝１２（Ｖ溝）が形成される。このテーパー状の溝１２の側壁面１３のテーパー角θ１（ウェハ１面と側壁面１３が交差する箇所での鋭角をいう）は５４．７°である。また、溝１２の開口幅１２ａはサイドエッチングにより、マスク１０の開口幅１１より大きくなる。そのため、溝１２の開口幅１２ａの上にはマスク６０の庇６５ができる。尚、溝１２を掘らないウェハ１の表面２の表面構造８がアルカリエッチングされないように、マスク５にはネガレジストを用いる。このネガレジストを用いることでウェハ１に形成された表面構造８が保護される。尚、図７はテーパー状の溝１２が形成されたウェハ１の要部斜視図である。溝１２の側壁面１３は概ね平らな面になる。また、側壁面１３同士が交叉する稜線は実際は小面積の多面になり、その面方位は（１１１）以外の面になる。しかし、ここでは側壁面１３の面方位は全て（１１１）として描いた。
【００４９】
つぎに、図３（ｇ）において、マスク１０を用いて溝１２の内壁面（側壁面１３と底面１４）にボロン１７のイオン注入１６を加速電圧１２０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入１６は裏面３に対して垂直に行う。しかし、裏面３に対して斜めにイオン注入を行うと溝の側壁面に対するイオン注入方向が垂直方向に近づき、イオン注入の飛程を制御できるので、その後のアニール工程による欠陥回復が容易となる。
このイオン注入１６の条件としては加速電圧６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２の範囲がよい。
【００５０】
加速電圧が６０ｋｅＶ未満では、注入深さが浅すぎる。一方、１８０ｋｅＶを超えると溝１２の側壁面１３が受けるダメージが大きく、アニール処理で結晶性が回復し難くなる。また、ドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２未満では溝１２の側壁面６３に形成される溝内拡散層２１の不純物濃度が低すぎて耐圧確保が困難になる。一方、５×１０１５ｃｍ−２を超えるとイオン注入時間が長くなることと、打ち込み面が荒れてアニール処理で結晶性が回復し難くなり逆漏れ電流が増大する。従って、加速電圧とドーズ量は素子耐圧から前記の範囲内で最適値を決定するとよい。
【００５１】
溝１２以外はマスク１０で覆われているので、溝１２にのみ選択的にイオン注入１６を行うことができる。図８に示すように、テーパー状の溝１２（Ｖ溝）の側壁面１３へのボロン１７のドーズ量および注入深さは、イオン注入方向に対して垂直で平坦な面（平坦面）に打ち込まれるボロンに比べて、それぞれ低下する。尚、図８はイオン注入したボロンをレーザーアニールで活性化した後のプロファイル図である。このプロファイルは１×１０１５ｃｍ−２のボロンをイオン注入し、レーザーアニールで活性化した後ＳＩＭＳにより測定して得られた。平坦面ではピーク濃度は表面から約０．４μｍの深さで４×１０１９ｃｍ−３、接合深さＸｊは約０．８５μｍである。一方、Ｖ溝ではピーク濃度は表面から約０．３μｍの深さで１×１０１９ｃｍ−３、接合深さＸｊは約０．７μｍであり平坦面よりもそれぞれが小さくなる。しかし、Ｖ溝の場合でも逆阻止ＩＧＢＴの分離層３０を形成するには十分なドーズ量と深さである。このように、テーパー状の溝１２においても十分な不純物濃度が確保できる。
【００５２】
つぎに、図３（ｈ）において、マスク１０を灰化して除去し、ウェハ１の裏面３を洗浄した後、ＩＧＢＴのコレクタ層２２を形成するためにウェハ１の裏面３全面にボロン１９でイオン注入１８を加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入１８は裏面３に対して７°チルトした角度で行う。このイオン注入１８の条件として、加速電圧４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２の範囲で行うのがよい。加速電圧が４０ｋｅＶ未満では注入深さが浅すぎる。一方、１５０ｋｅＶを超えると打ち込み面のダメージが大きくなりアニールで回復しない場合が生ずる。またドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２未満ではコレクタ層２２からドリフト層２４への正孔の注入が低くなりオン電圧が大きくなる。一方、１×１０１５ｃｍ−２を超えると正孔の注入が多くなりスイッチング損失が増大する。その結果、前記の範囲を外れると、オン電圧とスイッチング損失のトレードオフが悪化する。従って、加速電圧とドーズ量は、素子のオン電圧とスイッチング損失のトレードオフから前記の範囲内で最適値を決定するとよい。
【００５３】
このコレクタ層２２を形成するためのイオン注入１８は、同時に溝１２の側壁面１３へも行われる。しかし先にマスク１０を用いてイオン注入１６を行ったときのドーズ量が支配的になる。
【００５４】
つぎに、図３（ｉ）において、イオン注入１６，１８をしたボロン１７，１９を活性化するため、アニール処理を行う。アニール処理はウェハ１の裏面３にレーザー光をスキャンしながら照射するレーザーアニール２０で行う。このレーザーアニール２０によりボロン１７，１９が活性化し溝内拡散層２１とコレクタ層２２が形成される。このレーザーアニール２０の代わりに加熱炉によるアニール処理（図示しない加熱炉アニール）を行っても良い。このアニール工程はイオン注入による結晶欠陥を回復させる効果も兼ねる。尚、ここでのレーザーアニール２０の条件としてはボロン１７，１９の活性化およびイオン注入１６，１８による結晶欠陥が十分に回復できるレーザーパワーを選択する。また、図示しない加熱炉アニールでは、ＩＧＢＴの表面は金属電極（エミッタ電極３６）が既に形成されていることから、例えば、４００℃以下でボロン１７，１９が活性化する条件を選べばよい。
【００５５】
つぎに、図４（ｊ）において、表面２のレジスト９（ネガレジスト）は剥離液により除去する。但し、加熱炉アニールの場合はイオン注入１８後に剥離液で除去する。続いて、ウェハ１の裏面３をＨＦ（フッ酸）洗浄して自然酸化膜を除去し、裏面電極２３（コレクタ電極）をスパッタで形成する。その後、メタルアニールを行い、分離層３０の箇所にあるダイシングライン２６に沿ってウェハ１を表面側から切断してチップ化し、逆阻止ＩＧＢＴが完成する。図４（ｊ）では表面構造８を上にして描いた。この分離層３０は、表面２から熱拡散で形成された熱拡散層７と、裏面３から溝１２の側壁面１３に形成された溝内拡散層２１からなる。
【００５６】
前記したように、逆阻止ＩＧＢＴの分離層３０を形成する際に、ウェハ１の裏面３側からマスク１０を用いて溝１２を掘る。続いて、そのマスク１０を用いて溝１２の側壁面１３に高濃度の溝内拡散層２１を形成するためのボロン１７のイオン注入１６を行う。その後、コレクタ層２２を形成するためにマスク１０を除去してウェハ１の裏面３全面にボロン１９のイオン注入１８を行いレーザーアニール２０を行う。このように溝内拡散層２１を形成するイオン注入１６とコレクタ層２２を形成するイオン注入１８を分けることで、溝内拡散層２１の不純物濃度を高くして逆阻止ＩＧＢＴの逆阻止能力を高めることができる。また、コレクタ層２２の濃度を最適値に調整することで逆阻止ＩＧＢＴのオン電圧とスイッチング損失のトレードオフ上の最適値を選択することができる。このように、イオン注入１６，１８を２度に分けて行うプロセスは極めて有効である。
【００５７】
また、図３（ｇ）で示す溝１２の側壁面１３へのイオン注入として、ウェハ１の裏面３に対して斜めに不純物を打ち込む斜めイオン注入１６ａを用いると、注入面である溝１２の側壁面１３に対してイオン注入の方向が垂直に近づく。そのため注入量を増やすことができる。特に、アルカリエッチング時にできるマスク１０のレジストにできる庇１５が大きい場合には斜めイオン注入１６ａが有効となる。
【００５８】
尚、実施例１では、溝１２の形成で用いたマスク１０を再度使用し、溝１２の側壁面１３にイオン注入１６を行い、その後にマスク１０を除去して全面にイオン注入１８を行うが、この処理順番は実施例２のように逆にすることもできる。
【実施例２】
【００５９】
図９は、この発明の第２実施例の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。実施例１と異なる点について説明する。図１（ａ）から図２（ｄ）までは、実施例１と同様の工程に製造する。
【００６０】
図９（ａ）において、図２（ｄ）の工程の後にコレクタ層２２を形成するために、加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入１８は裏面３に対して７°チルトした角度で行う。このイオン注入１８の条件として、加速電圧４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２でボロン１９の範囲で裏面３全面に行うとよい。
【００６１】
つぎに、図９（ｂ）において、レジストを裏面３全面に塗布する。続いて、両面露光装置を用いて、表裏の位置合わせを行ってダイシングライン２６に対応する箇所のレジストを開口してマスク１０を形成する。このマスク１０を用いて、アルカリエッチングによりテーパー状の溝１２を形成する。この表裏の位置合わせは、表面２の熱拡散層７の形成で用いたマスク５の開口部６の中心線４と裏面３の溝１２を形成するマスク１０の開口部１１の中心線４を一致させるようにして行う。
【００６２】
つぎに、図９（ｃ）において、マスク１０を用いて溝１２内にボロン１７のイオン注入１６を行う。イオン注入条件は、加速電圧６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２である。その後の工程は実施例１と同じように、マスク１０を除去し、ボロン１７，１９の活性化アニール（レーザーアニール２０）を行い、裏面電極２３を形成する。このようにしても十分な逆耐圧をもつ逆阻止ＩＧＢＴを得ることが出来る。尚、前記の溝１２の側壁面１３へのイオン注入１６ではアルカリエッチングで出来た庇１５の下は影になるので斜めイオン注入１６ａが有効になる。
【００６３】
実施例１および実施例２では、ウェハ１の裏面３から溝１２を形成することで熱拡散層７を形成するための熱拡散時間を大幅に短縮できる。また、コレクタ層２２の不純物濃度と溝内拡散層２１の不純物濃度を独立して決められるので、それぞれ最適な濃度にすることができる。
【００６４】
しかし、実施例１および実施例２では溝１２の方向がへき開の方向（＜１１０＞方向）であるため、ウェハ１の強度が低下して、ハンドリング時に割れやカケが発生する場合が生じる。また、トレンチゲート素子（例えば、トレンチゲート型逆阻止ＩＧＢＴなど）は界面準位が少ない（１００）面をトレンチ面として利用できないので製作できない。
【００６５】
つぎに、ウェハ１の強度が確保できて、トレンチゲート素子が製作できる方法について説明する。
【実施例３】
【００６６】
図１０〜図１３は、この発明の第３実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。これはトレンチゲート構造を有する逆阻止ＩＧＢＴの例である。
【００６７】
図１０（ａ）において、図１４に示すような、（１００）面でＯＦ７５の方向が＜１００＞方向であり、例えば４００μｍ程度の厚さのウェハ５１ａを用意する。この結晶方位を選定したのはＩＧＢＴのゲート構造をトレンチゲート化した際に、トレンチの長手方向をＯＦ７５の方向と垂直または平行に形成できるようにするためである。この方向（方位）を選定することで、チャネルを形成する面を界面準位が少ない（１００）面にできる。この（１００）面では電子の移動度を大きくできて、チャネル抵抗を減少させることができる。また、このＯＦ７５の方向はウェハ５１ａからチップを取り出すときのダイシングライン７６と一致するため、ダイシングライン７６の方向も＜１００＞方向となる。また、（１００）面のウェハ５１ａでは＜１００＞方向のＯＦ７５に直角・平行な方向に垂直な面方位は全て（１００）面と等価な面となる。また、＜１００＞方向のダイシングライン７６の方向は、＜１１０＞方向のへき開方向７７とは４５°（図１４のθ３）で交叉する。そのため、ウェハ５１ａは割れ難くくなり機械的強度が大きくなる。この図１４（ａ）は図１０（ａ）のウェハの平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の断面図、図１４（ｃ）は図１４（ｂ）のＣ部拡大図である。また断面工程図は図１４（ｃ）に相当した断面図である。
【００６８】
つぎに、図１０（ｂ）に示すように、ダイシングライン７６の中心線４が開口部５６の中心線５４になるようにして開口部５６を形成する。そうすると開口部５６は中心線５４を挟んで両側に均等な幅で形成される。この開口部５６を有するパターンを形成したマスク５５用いて、ボロンをイオン注入する。その後で、例えば、８５μｍ程度の深さにボロンを熱拡散して分離層８０の一部となる熱拡散層５７を形成する。この熱拡散層５７の深さは１２００Ｖ耐圧の場合の例であるが、素子耐圧で変化する。このボロンの拡散深さは、後工程のアルカリエッチングで溝６２を形成したときの残膜のシリコンの厚さ（ウェハの厚さ）となる。この残膜の厚さはウェハが割れずにハンドリングできる厚さ以上とする。ハンドリングできる残膜の厚さは６インチ以上の大きいさのウェハでは５０μｍ以上である。そのため、ボロンの拡散深さは５０μｍ以上とする。また、イオン注入する際のマスク５５としては酸化膜あるいはレジストである。酸化膜としては、例えば、ＣＶＤ膜でもよい。尚、図５ではウェハ１ａのへき開方向２７と溝１２の方向が同一であるため、溝１２を掘ることでウェハ１ａの強度が低下する。一方、図１４ではへき開方向７７と溝６２の方向（ダイシングラインの方向）が交叉する角度θ２が４５°をなしているため、ウェハ５１ａの強度は確保される。
【００６９】
つぎに、図１０（ｃ）において、マスク５５を除去し、トレンチゲート型ＩＧＢＴ素子の表面構造５８を形成し、その上にレジスト５９を塗布する。この表面構造５８は、図１５（ａ）に示すように、ｐウェル層８１、ｎエミッタ層８２、トレンチ８８に形成されるゲート絶縁膜８３、トレンチ８８を充填するゲート電極８４、層間絶縁膜８５、エミッタ電極８６およびポリイミドなどの表面保護膜８７で構成される。また拡散層９０は耐圧構造８９の一部を構成する。尚、図１５（ａ）は図１０（ｃ）のＥ部の詳細図、図１５（ｂ）はＦ部の詳細図，図１５（ｃ）はトレンチの斜視図である。また、図１０（ｃ）では表面保護膜８７と拡散層９０は図示していない。
【００７０】
但し、図１０（ｃ）では表面保護膜８７は図示されていない。ウェハ５１ａのＯＦ７５を＜１００＞方向として、この方向にトレンチ８８の長手方向を垂直または平行に形成することで、ゲートとなるトレンチ８８の側壁面８８ａは（１００）面になる。トレンチ８８の側壁面８８ａ、すなわちチャネル８９が形成される面が図１５（ｃ）に示すように界面準位の少ない（１００）面となり、チャネル８９を移動する電子の移動度を大きくできる。その結果、チャネル抵抗を小さくできて逆阻止ＩＧＢＴのオン電圧を小さくすることができる。
【００７１】
つぎに、図１１（ｄ）において、ウェハ５１ａの裏面５３ａをバックグラインドし混酸によりエッチングして減厚（薄ウェハ化）し平坦な裏面５３のウェハ５１に仕上げる。混酸でエッチングすることでバックグラインドで生じた裏面５３の加工歪が除去される。逆阻止ＩＧＢＴはＮＰＴ型のＩＧＢＴであるため，ウェハ５１の厚さは例えば１２００Ｖ耐圧に対応できる厚さとし約２００μｍである。素子耐圧が異なればこの厚さが変ることは当然である。
【００７２】
つぎに、図１１（ｅ）において、ウェハ５１の裏面３を上にしてレジストを塗布する。続いて両面露光装置を用いて、熱拡散層５７を形成した表面５２のパターン（マスク５５の開口部５６）に合わせて、裏面５３にそのパターンを転写する。裏面５３に転写されたパターンは表面５２のパターンが投影されたパターンになる。投影された裏面５３のパターンでレジストをパターニングして開口部６１を形成しマスク６０を形成する。熱拡散層５７を形成する開口部５６の中心線５４と裏面５３に形成される開口部６１の中心線５４は一致するようになる。開口部６１は中心線５４を挟んで両側に均等な幅で形成される。また、熱拡散層５７を形成する開口部５６の中心線５４とダイシングライン７６の中心線５４は一致している。つまり、図示した中心線５４はダイシングライン７６、開口部５６および開口部６１のそれぞれの中心線である。
【００７３】
つぎに、図１１（ｆ）において、マスク６０を用い、アルカリ溶液による異方性エッチングを行うことで、テーパー状の溝６２をウェハ５１に形成する。アルカリエッチング溶液としては、例えば、ＴＭＡＨ１０％水溶液を用いて液温８５℃でエッチングする。アルカリエッチングでは通常（１１１）面をエッチストップ面としたテーパー状の溝６２が得られる。ウェハ５１の面方位とエッチングマスクの向きの関係によりここでは溝６２の側壁面６３のテーパー角θ２は約４７°〜５２°程度になる。また、溝６２の開口幅６２ａはサイドエッチングにより、マスク６０の開口幅６１より大きくなる。そのため、溝６２の開口幅６２ａの上にはマスク６０の庇６５ができる。また、図１６に示すように、溝６２の側壁面６３は（１１１）面が交叉するように形成されて溝６２の側壁面６３には微小なμｍオーダーの凹凸が生じる。そのため、実施例１の場合よりイオン注入時の加速電圧を多少大きくする必要がある。
【００７４】
つぎに、図１２（ｇ）において、溝内拡散層７１を形成するために、前記のマスク６０を用いて溝６２の側壁面６３にボロン６７のイオン注入６６を加速電圧１５０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入６６は裏面３に垂直に行う。斜めイオン注入を用いる方が良い。イオン注入の飛程を制御できるので、その後のアニール工程による欠陥回復が容易となる。
このイオン注入６６の条件として、加速電圧が８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ、ドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２の範囲で行うとよい。このイオン注入６６は裏面５３に対して垂直に行う。加速電圧が８０ｋｅＶ未満では、注入深さが浅すぎる。一方、２００ｋｅＶを超えると溝６２の側壁面６３が受けるダメージが大きく、アニール処理で結晶性が回復し難くなる。また、ドーズ量が５×１０１３ｃｍ−２未満では溝６２の側壁面６３に形成される溝内拡散層７１の不純物濃度が低すぎて耐圧確保が困難になる。一方、５×１０１５ｃｍ−２を超えるとイオン注入時間が長くなることと、打ち込み面が荒れてアニール処理で結晶性が回復し難くなり逆漏れ電流が増大する。従って、加速電圧とドーズ量は素子耐圧から前記の範囲内で最適値を決定するとよい。
【００７５】
この工程では溝６２にのみ選択的にイオン注入６６を行うことができる。テーパー状の溝６２の側壁面６３へイオン注入されたボロン６７のドーズ量および注入深さは、イオン注入方向に対して垂直の平坦な面にイオン注入された場合に比べてそれぞれ低下する。しかし、高い加速電圧でイオン注入することで溝６２の側壁面６３が斜めで凹凸があってもボロン６７を十分なドーズ量および注入深さでイオン注入することができる。尚、溝６２の側壁面６３に凹凸が出来ているので、イオン注入６６の加速電圧は実施例１の場合より多少高くしている。
【００７６】
つぎに、図１２（ｈ）において、マスク６０を灰化して除去し、ウェハ５１の裏面５３を洗浄する。続いて、コレクタ層７２を形成するために、ウェハ５１の裏面５３全面にボロン６９のイオン注入６８を加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入６８は裏面５３に対して７°チルトした角度で行う。このイオン注入６８の条件として、加速電圧４０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２の範囲で行うとよい。加速電圧が４０ｋｅＶ未満では注入深さが浅すぎる。一方、１５０ｋｅＶを超えると打ち込み面のダメージが大きくなりアニールで回復しない場合が生ずる。またドーズ量が１×１０１３ｃｍ−２未満ではコレクタ層７２からドリフト層７４への正孔の注入が低くなりオン電圧が高くなる。一方、１×１０１５ｃｍ−２を超える正孔の注入が多くなりスイッチング損失が増大する。その結果、前記の範囲から外れると、オン電圧とスイッチング損失のトレードオフが悪化する。従って、加速電圧とドーズ量は、素子のオン電圧とスイッチング損失のトレードオフから前記の範囲内で決定するとよい。
【００７７】
また、コレクタ層７２と溝６２の側壁面６３に同時にイオン注入６８が行われることになるが、先にイオン注入６６を行ったときのドーズ量が支配的なドーズ量となる。
つぎに、図１２（ｉ）において、イオン注入したボロン６７，６９を活性化するため、アニール処理を行い溝内拡散層７１とコレクタ層７２を形成する。ここでアニール処理はウェハ５１の裏面５３にレーザー光をスキャンしながら照射するレーザーアニール７０で行う。しかし、図示しない加熱炉によるアニール処理を行っても良い。このアニール工程はイオン注入による結晶欠陥を回復させる効果も兼ねる。尚、ここでのレーザーアニール７０の条件としてはボロン６７，６９の活性化およびイオン注入による結晶欠陥が十分に回復できるレーザーパワーを選択する。また加熱炉でのアニール処理では、逆阻止ＩＧＢＴの表面構造５８には金属電極（エミッタ電極８６）が既に形成されていることから、例えば、４００℃以下でボロン６７，６９が活性化する条件を選べばよい。
【００７８】
つぎに、図１３（ｊ）において、表面５２のレジスト５９（ネガレジスト）は剥離液により除去する。但し、加熱炉アニールの場合はイオン注入６８後に剥離液で除去する。続いて、ウェハ５１の裏面５３をＨＦ（フッ酸）洗浄して自然酸化膜を除去し、図示しない裏面電極７３（コレクタ電極）をスパッタで形成する。その後、メタルアニールを行い、分離層８０の箇所にあるダイシングライン７６に沿ってウェハ５１を切断してチップ化し、逆阻止ＩＧＢＴが完成する。図１３（ｊ）では表面構造５８を上にして描いた。分離層８０は、表面５２から熱拡散で形成された熱拡散層５７と、この熱拡散層５７に繋がる裏面５３から溝６２の側壁面６３へのイオン注入６６，６８とレーザーアニール７０で形成された溝内拡散層７１からなる。
【００７９】
前記したように、逆阻止ＩＧＢＴの分離層８０を形成する際に、ウェハ５１の裏面５３側からレジスト６０をマスクとして溝６２を掘る。続いて、そのレジスト６０をマスクとして溝６２の側壁面６３に高濃度の溝内拡散層７１を形成するためのボロン６７のイオン注入６６を行う。その後、コレクタ層７２を形成するためにレジスト６０を除去してウェハ５１の裏面５３の全面にボロン６９のイオン注入６８を行う。続いて、レーザーアニール７０を行うことで、熱拡散層５７と溝内拡散層７１からなる分離層８０を形成する。溝内拡散層７１を形成するイオン注入６６とコレクタ層７２を形成するイオン注入６８を分けることで、溝内拡散層７１の不純物濃度を高くして逆阻止ＩＧＢＴの逆阻止能力を確保できる。また、コレクタ層７２の濃度を最適値に調整することで逆阻止ＩＧＢＴのオン電圧とスイッチング損失のトレードオフ上の最適値を選択することができる。このように、イオン注入６６，６８を２度に分けて行うプロセスは極めて有効である。
【００８０】
また、溝６２の側壁面６３が凹凸であっても、イオン注入６６の加速電圧を上げることで十分に溝６２の側壁面６３に高濃度の不純物層が形成される。その結果、逆阻止ＩＧＢＴの逆阻止能力を高めることができる。
【００８１】
また、溝６２の側壁面６３へのイオン注入に斜めイオン注入６６ａを用いると注入面に対してイオン注入方向が垂直に近づくので注入量を増やすことができる。特に、アルカリエッチング時にマスク６０のレジストにできる庇６５が大きい場合には有効である。
【００８２】
また、ウェハ５１の面方位を（１００）面とし、ＯＦ７５を＜１００＞方向とすることで、トレンチゲート化できて逆阻止ＩＧＢＴの性能を向上することができる。
さらに、ＯＦ７５を＜１００＞方向とすることで、ウェハ５１の機械的強度を高めることができて、ハンドリング時の割れやカケを防止できる。
【００８３】
尚、実施例３では、溝６２の形成で用いたマスク６０を再度使用し、溝６２の側壁面６３にイオン注入６６を行い、その後にマスク６０を除去して全面にイオン注入６８を行うが、この処理順番は実施例４のように逆にすることもできる。
【実施例４】
【００８４】
図１７は、この発明の第４実施例の半導体装置の製造工程であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。実施例３と異なる点について説明する。図１０（ａ）から図１１（ｄ）までは、実施例１と同様の工程に製造する。
【００８５】
図１７（ａ）において、図１１（ｄ）の工程の後に、コレクタ層７２を形成するために、加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入６８は裏面５３に対して７°チルトした角度で行う。このイオン注入６８の条件として、加速電圧４０〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２の範囲で裏面５３全面に行うとよい。
【００８６】
つぎに、図１７（ｂ）において、レジストを裏面３全面に塗布する。続いて、表裏の位置合わせを行ってダイシングライン７６に対応する箇所のレジストを開口してマスク６０を形成する。このマスク６０を用いて、アルカリエッチングによりテーパー状の溝６２を形成する。この表裏の位置合わせは、両面露光装置を用いて、表面５２の熱拡散層５７の形成で用いたマスク５５の開口部５６の中心線５４と裏面５３の溝６２を形成するマスク６０の開口部６１の中心線５４を一致させるようにする。
【００８７】
つぎに、図１７（ｃ）において、マスク６０を用いて溝６２内にボロン６７のイオン注入６６を加速電圧１５０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１４ｃｍ−２で行う。このイオン注入６６は裏面５３に垂直に行う。斜めイオン注入を用いる方が良い。イオン注入の飛程を制御できるので、その後のアニール工程による欠陥回復が容易となる。このイオン注入６６の条件として、加速電圧８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２の範囲で行うとよい。その後の工程は実施例３と同じように、マスク６０を除去し、ボロン６７，６９の活性化アニール（レーザーアニール７０）を行い、裏面電極７３を形成する。このようにしても十分な逆耐圧をもつ逆阻止ＩＧＢＴを得ることが出来る。尚、前記の溝６２の側壁面６３へのイオン注入６６ではアルカリエッチングで出来た庇６５の下は影になるので斜めイオン注入６６ａが有効になる。このようにして十分な逆耐圧をもつ逆阻止ＩＧＢＴを得ることが出来る。
【００８８】
尚、前記の実施例１および実施例３では、イオン注入１８，６８が裏面３，５３の全域に行われるので、マスク１０，６０の庇１５，６５がある場合でも裏面３，５３全域にイオン注入１８，６８が行われる。そのため、溝内拡散層２１，７１とコレクタ層２２，７１は繋がって形成される。一方、実施例２および実施例４では、裏面３，５３の全面にイオン注入１８，６８した後、マスク１０，６０で溝を形成し、そのマスク１０，６０を用いて溝１２，６２にイオン注入１６，６６を行うため、庇１５，６５の下の溝１２，６２の側壁面１３，６３の上端部にはイオン注入１６，６６されない箇所が発生する虞がある。そうすると、溝内拡散層２１，７１とコレクタ層２，７２が繋がらなくなり、その箇所で耐圧低下を引き起こす。そのため、実施例１および実施例３の製造方法の方が実施例２および実施例４の製造方法より好ましい。
【符号の説明】
【００８９】
１，５１  ウェハ（研削後）
１ａ，５１ａ  ウェハ（研削前）
２，５２  表面
３，５３  裏面
４，５４  中心線
５，１０，５５，６０  マスク
６，１１，５６，６１  開口部（マスク５，１０，５５，６０）
７，５７  熱拡散層
８，５８  表面構造
９，５９  レジスト（ネガレジスト）
１２，６２  溝（テーパー状）
１３，６３  側壁面
１４，６４  底部
１５，６５  庇
１６，６６  イオン注入（溝部）
１６ａ，６６ａ  斜めイオン注入（溝部）
１７，６７  ボロン（溝部）
１８，６８  イオン注入（全面）
１９，６９  ボロン（全面）
２０，７０  レーザーアニール
２１，７１  溝内拡散層
２２，７２  コレクタ層
２３，７３  裏面電極
２４，７４  ドリフト層
２５，７３  ＯＦ
２６，７６  ダイシングライン
２７，７７  へき開方向
３０，８０  分離層
３１，８１  ｐウェル層
３２，８２  ｎエミッタ層
３３，８３  ゲート絶縁膜
３４，８４  ゲート電極
３５，８５  層間絶縁膜
３６，８６  エミッタ電極
３７，８７  表面保護膜
３８，９０  耐圧構造
３８ａ，９１  拡散層
８８    トレンチ
８８ａ  側壁面（トレンチ８８）
８９    チャネル
【図１】
2011243670.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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【図７】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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