(57)【要約】【課題】分離層の形成時間を短縮できて、高い信頼性と低コストを図れる逆阻止型のパワー半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】テーパー状のダイシングブレード７を用いて、ウェハ１の裏面１ｂから表面側拡散分離層４に達するテーパー状の溝６を形成し、その溝６のテーパー状の側壁面１７に裏面側拡散分離層９を形成することで、裏面側の分離層の形成時間を短縮できる。その結果、低コスト化を図ることができる。異なる複数のダイシングブレードを用いることによって、種々のテーパー状溝を形成することもできる。【選択図】        図１
2013125877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆耐圧を確保するための分離層を有する逆阻止型のパワー半導体装置の製造方法において、
第１導電型の半導体ウェハの第１主面側に第２導電型の表面側拡散分離層を形成する工程と
第２主面側から前記表面側拡散分離層に達するテーパー状の側壁面を有する溝をテーパー状の側面と平坦もしくは円弧状の先端部を有するダイシングブレードの刃で切削形成する工程と、
前記溝に形成された加工歪をウェットエッチングで除去する工程と、
前記溝の前記側壁面に第２導電型不純物をイオン注入して前記表面側拡散分離層と接する第２導電型の裏面側拡散分離層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするパワー半導体装置の製造方法。
【請求項２】
加工歪が除去された前記溝のそれぞれ対向するテーパー状の側壁面の延長面が交差する角度が７０．６°より大きいことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記角度が、７１°以上で、１５０°以下であることを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ウェットエッチングが、等方性ウェットエッチングもしくは異方性ウェットエッチングもしくはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記等方性ウェットエッチングのエッチング液がフッ硝酸系のシリコンを溶解する混酸であることを特徴とする請求項４に記載のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項６】
幅の異なる複数のダイシングブレードを幅の薄い方から順次用いて、開口部が広く深さが深いテーパー状の前記溝を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記の７０．６°の角度が、アルカリエッチングのみで形成された台形型溝のそれぞれ対向するテーパー状の側壁面の延長面が交差する角度であることを特徴とする請求項２または３のパワー半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のパワー半導体装置の製造方法で製作されたパワー半導体装置であって、
前記半導体ウェハから切り出される半導体チップの第１主面側に配置される前記表面側拡散分離層および表面構造と、
前記半導体チップの第２主面側から前記表面側拡散分離層に達するテーパー状の側壁面と、
該側壁面に配置され前記表面側拡散分離層と接する前記裏面側拡散分離層と、
を具備することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項９】
前記半導体チップの第２主面と前記側壁面の前記半導体チップ内の角度が１２５．５°〜１５０°の範囲とすることを特徴とする請求項８に記載のパワー半導体装置。
【請求項１０】
前記表面構造が、ＭＯＳゲート構造を含むことを特徴とする請求項８に記載のパワー半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置およびその製造方法に関し、特に、順耐圧と逆耐圧を有する逆阻止型デバイスおよび逆耐圧を確保するために必要となる分離層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆阻止型のパワー半導体装置においては、逆阻止能力を確保するために、ｐｎ接合を半導体チップの側面に裏面側から表面側に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必要となる。この半導体チップの側面に形成された拡散層が分離層といわれる半導体層である。
【０００３】
図１３は、従来の逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。この逆阻止型ＩＧＢＴは、ｎ型半導体基板２１（半導体チップ）の第１主面２２側に形成されたｐ型ウェル領域２３（ｐ型ベース領域ともいう）、ｐ型ウェル領域２３の表面層に形成されたｎ型エミッタ領域２４、ｎ型エミッタ領域２４とｎ型半導体基板２１に挟まれたｐウェル領域２３上にゲート絶縁膜２５を介して形成されたゲート電極２６を備える。ｎ型半導体基板２１の外周部に形成されるｐ型の分離層６４および耐圧構造３と、ゲート電極２６上に形成された層間絶縁膜２７と層間絶縁膜２７上に形成され層間絶縁膜２７のコンタクトホールを介してｎ型エミッタ領域２４と接続するエミッタ電極２８と、表面に形成される、例えば、ポリイミド膜やＳｉＮ膜などの表面保護膜２９とを備える。ｎ型半導体基板２１の第２主面３０側にｐ型コレクタ層１０と、ｎ型半導体基板２２の第２主面３０側（裏面側）に分離層６４に繋がるｐ型コレクタ層１０と、ｐ型コレクタ層１０上に形成されたコレクタ電極１１を備える。分離層６４の側端部はダイシング切断面３１となる。
【０００４】
逆阻止型ＩＧＢＴの表面構造２は、ｐ型ウェル領域２３、ｎ型エミッタ領域２４、ゲート絶縁膜２５、ゲート電極２６、層間絶縁膜２７、エミッタ電極２８および表面保護膜２９で構成される。
【０００５】
図１４は、図１３の逆阻止型ＩＧＢＴ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。これは、分離層を塗布拡散によって形成する方法である。
【０００６】
まず、同図（ａ）において、ｎ型のウェハ６１ａ上に膜厚が２．５μｍ程度の熱酸化で形成した酸化膜６２を形成する。
つぎに、同図（ｂ）において、この酸化膜６２をフォトリソグラフィーによりパターニングとエッチングを行い、分離層６４を形成するための１００μｍ程度の開口部６３を有するドーパントマスクを形成する。
【０００７】
つぎに、同図（ｃ）において、開口部６３を有するドーパントマスク上にボロンソースを塗布する。その後、拡散炉により高温で長時間の熱処理を行い、分離層６４となる数百μｍ程度の拡散深さのｐ型拡散層を形成する。
【０００８】
つぎに、同図（ｄ）において、表面構造２および耐圧構造３を形成した後、分離層６４に達するまでウェハ６１ａの裏面６１ｂを研削して、薄いウェハ６１にする。この研削面６５にエッチング処理した後、ｐ型コレクタ層１０とコレクタ電極１１を形成する。その後、分離層６４の中心部に位置するダイシングライン６６に沿って半導体ウェハ６１を切断して半導体チップ（逆阻止型ＩＧＢＴチップ６７）を形成する。
【０００９】
図１５は、従来の別の逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。図１３との違いは、図１３の分離層６４がトレンチ溝７１とその内壁面に形成されたｐ型の拡散分離層７２で構成されている点である。この逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法は、数μｍの厚い酸化膜でエッチングマスクを形成する。その後、数百μｍ程度の深さのトレンチ溝７１をドライエッチングで形成する。その後、気相拡散にてトレンチ溝７１の内壁面へ不純物を導入してｐ型の拡散分離層７２を形成する。その後、トレンチ溝７１をエピタキシャルシリコン膜やポリシリコン膜の補強材７３で埋め戻した後、スクライブラインに沿ってダイシングしてウェハからＩＧＢＴチップが切り出されて、逆阻止型ＩＧＢＴが出来上がる。
【００１０】
このように、トレンチ溝７１を掘ってその側壁面に拡散分離層７２を形成する方法は、特許文献１〜３および特許文献６に開示されている。
特許文献１において、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テーパー状の溝を形成し、この溝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裏面側拡散分離層を形成することが示されている。
【００１１】
特許文献２および特許文献３において、デバイス上面から下側接合まで溝を形成し、この溝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。
また、特許文献４，５には、湿式異方性ウェットエッチングにて台形型溝を形成し、溝の側壁面に裏面側拡散分離層を形成し、この裏面側拡散分離層を表面側に形成した表面側拡散分離層に接続することで分離層を形成する方法が開示されている。この溝はアルカリエッチングのような湿式異方性ウェットエッチングのみにより形成される。
【００１２】
図１６は、アルカリ溶液によるシリコンの湿式異方性ウェットエッチングのみで溝を形成した要部斜視図である。図中の８６は厚い酸化膜のエッチングマスクであり、８７はウェハである。
【００１３】
図１６の台形型溝８１（図では台形が逆さまになっている）を形成する湿式異方性エッチング溶液には、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やヒドラジン、エチレンジアミン、アンモニア、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム）などのアルカリ溶液が古くより知られ、広く用いられている。これらアルカリ溶液を用いてシリコンをエッチングした場合、異方性（シリコンのエッチングレートの面方位依存性）を有する。
【００１４】
具体的には、ＫＯＨ溶液を用いた場合のエッチングレートは（１１１）：（１１０）：（１００）が１：６００：４００であり、（１１１）面に等価な結晶面｛１１１｝で、エッチングが事実上、ストップするため、（１００）ウェハ上に予め＜１１０＞方向とそれに垂直な方向に沿って、エッチングマスクを形成してエッチングを行えば、Ｖ字溝やピラミッド型のピット、ピラミッド型の空洞構造を形成することができることが知られている。このＶ字溝には台形型溝も含まれる。
【００１５】
マスク開口幅やエッチング時間を調整することにより、任意の深さと任意の大きさのＶ字溝や台形型溝およびピラミッド型のピットを形成することができることが知られている。
【００１６】
エッチングを途中で停止させた場合は、図１６に示されるように断面が逆台形状の溝（これは台形型溝８１に相当する）を形成することが可能である。さらにエッチングを進行させると、側壁の｛１１１｝面の面積が増加する一方で、底面８２の（１００）面の面積が減少して行く。最終的には底面は消滅し、両側の｛１１１｝面が交差すると、それ以上のエッチングは実質的に自己停止する。
【００１７】
このため、エッチング時間がばらついても、Ｖ字溝の深さはばらつかずに、マスク開口部の幅が決まれば、Ｖ字溝の深さが自動的に決定される。具体的には、Ｖ字溝の深さは、開口部幅の１／２にｔａｎ５４．７°を乗じて算出される。また、Ｖ字溝の側壁面の交差する角度は７０．６°になる。台形型溝を形成する場合は、エッチング時間を短くすればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【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２００６−３０３４１０号公報
【特許文献５】特開２００６−１５６９２６号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５／２９５６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図１４に示す逆阻止型ＩＧＢＴの分離層の形成方法において、表面からボロンソース（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６４を形成するためには、高温で長時間の熱拡散処理を必要とする。
【００２０】
このため、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。
【００２１】
また、この塗布拡散法による分離層６４の形成では、ドーパントマスク（酸化膜６２）の形成が必要となる。このドーパントマスク材としては長時間のボロン拡散に耐えるように良質で厚いシリコン酸化膜が必要となる。この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。
【００２２】
しかし、高温で長時間（例えば１３００℃、２００時間）のボロンによる分離層６４の熱拡散処理においてボロンがマスク酸化膜（酸化膜６２）を突き抜けないようにするためには、膜厚が約２．５μｍ程度の厚い熱酸化膜を形成する必要がある。この膜厚２．５μｍ程度の熱酸化膜を形成のためには、例えば、１１５０℃で２００時間程度の熱処理が必要となる。
【００２３】
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が生じる。
【００２４】
さらに、ボロンソース塗布後の拡散でも、通常は酸化雰囲気下で上記高温長時間の熱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、酸素析出物、酸素ドナー化現象が発生したり、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。
【００２５】
これら結晶欠陥が導入されたウェハでは、漏れ電流の増大、耐圧低下および信頼性低下が起こることが知られている。
また、熱拡散処理中に取り込まれた酸素が別の熱処理によりドナー化し、耐圧が低下するという弊害を生じさせる。
【００２６】
さらに、図１４の塗布拡散による拡散分離層６４の形成では、分離層６４の底部の横幅が狭くなり、図１３に示すダイシング切断面３１から拡散分離層６４に導入されたクラック６８により、耐圧低下や漏れ電流の増大をもたらす懸念がある。
【００２７】
図１５に示すように、ドライエッチングによる高アスペクト比の深堀り溝（トレンチ溝７１）を利用した拡散分離層７２の形成する場合には、この溝７１内ではレジストや薬液の残渣やレジスト残渣などが発生し、歩留まりの低下や信頼性の低下など弊害を生じさせてしまう問題がある。
【００２８】
通常、溝７１の側壁面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、溝７１の側壁面が垂直となっているので、ウェハを斜めにしてイオン注入する（斜めイオン注入する）ことにより溝７１の側壁面へのドーパント導入を行っている。
【００２９】
しかし、アスペクト比の高い溝７１の側壁面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。
【００３０】
このため、アスペクト比の高い溝７１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。
【００３１】
しかし、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。また導入できるドーパントのドーズ量も、固溶限（ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔ）により制限されることが多い。
【００３２】
またアスペクト比の高い溝７１に補強材７３（たとえば絶縁膜）を充填させる場合、溝７１内にボイドと呼ばれる隙間ができてしまい、信頼性などの問題が発生する。
ドライエッチングにより深い溝を形成する場合、プラズマ雰囲気に長時間ウェハ表面が暴露されるため、プラズマ照射損傷（プラズマダメージ）によるデバイス特性の劣化という問題が発生する。特にＩＧＢＴにおけるゲート構造は、プラズマ照射損傷を受けやすい。
【００３３】
このため、ドライエッチングによる溝形成は、ゲート構造作製工程の前に限られてしまう。ゲート構造作製後も、エミッタ構造や保護層形成など、数々の半導体製造プロセス工程を経る必要があり、溝が開口したままだと、レジストや薬液の残渣による不良が懸念されるため、溝内を半導体膜や絶縁膜などで充填させる必要があり、製造コストの上昇を招く。
【００３４】
また、ＭＯＳゲート構造を形成する第１主面（表面）側からエッチングしてＶ字溝を形成した場合、デバイスピッチが大きくなるなどの懸念がある。
また、特許文献４に記載されているアルカリエッチングによる台形型溝で裏面側拡散分離層を形成する方法では、デバイスの高耐圧化、すなわちウェハ厚みの増大に伴って溝形成のためのエッチング時間が増大し、製造コストが上昇する。
【００３５】
図１７は、アルカリエッチングのみで形成された側壁面８２と裏面側拡散分離層８３を有する逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。この側壁面８３はウェハの裏面にアルカリエッチングのみで形成された台形型溝８１の側壁面である。図１６に示すように、この台形型溝８１の対向する側壁面８３の延長面の交差する角度θ０は７０．６である。
【００３６】
図１８は、パワー半導体装置の耐圧クラスとチップ厚み一例を示した図である。図１８では耐圧が６００Ｖ〜２５００Ｖの場合のチップ厚みを括弧内に示した。耐圧クラスの増加に伴ってチップ厚みが増加し、それに伴いＶ字溝の深さが深くなり、エッチング時間が増大する。
【００３７】
例えば、湿式異方性ウェットエッチング液（アルカリ水溶液）であるＴＭＡＨ液（テトラメチルアンモニウム）水溶液を用いてＶ字溝形成のエッチングを行う場合、表面からの形成される表面側拡散分離層８０の深さが５０μｍ、ＴＭＡＨエッチングレートが６０μｍ／時間とすると６００Ｖクラスの場合５０μｍ以上、すなわち最低５０分のエッチング処理時間なのに対し、２５００Ｖクラスを作成しようとした場合エッチング量は最低３５０μｍ、すなわちエッチング時間が３５０分と長時間の処理になってしまう。よって、加工時間の増加による製造コストの上昇が懸念される。
【００３８】
加えて、エッチング処理時には表面側のデバイス構造（表面構造２や耐圧構造３）が出来上がっているため、レジスト等の保護膜を予め塗布することでエッチング中の保護が必要になる。しかし上記のような長時間のエッチングに対し耐性のあるレジストの選定は困難であり、処理中のウェハ外周部のレジスト界面からの侵食により、ウェハ外周部のカケや強度低下等の懸念も発生する。
【００３９】
また、アルカリエッチングでは、ウェハに形成される台形型溝８１の底面８２と側壁面８３の接続箇所（Ｂ部）が鈍角ではあるが丸みを帯びていないため、応力集中が起こりこの箇所でクラック８５や強度低下が起こることが懸念される。これらのことは、ＴＭＡＨ水溶液に限らずＫＯＨ水溶液を用いた場合でも起こる。
【００４０】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、分離層の形成時間を短縮できて、高い信頼性と低コストを図れる逆阻止型のパワー半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
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、逆耐圧を確保するための分離層を有する逆阻止型のパワー半導体装置の製造方法において、第１導電型の半導体ウェハの第１主面側に第２導電型の表面側拡散分離層を形成する工程と
第２主面側から前記表面側拡散分離層に達するテーパー状の側壁面を有する溝をテーパー状の側面と平坦もしくは円弧状の先端部を有するダイシングブレードの刃で切削形成する工程と、前記溝に形成された加工歪をウェットエッチングで除去する工程と、前記溝の前記側壁面に第２導電型不純物をイオン注入して前記表面側拡散分離層と接する第２導電型の裏面側拡散分離層を形成する工程とを含む製造方法とする。
【００４２】
また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、加工歪が除去された前記溝のそれぞれ対向するテーパー状の側壁面の延長面が交差する角度が７０．６°より大きいとよい。
【００４３】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、前記角度が、７１°以上で、１５０°以下であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記ウェットエッチングが、等方性ウェットエッチングもしくは異方性ウェットエッチングもしくはこれらの組み合わせであるとよい。
【００４４】
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４に記載の発明において、前記等方性ウェットエッチングのエッチング液がフッ硝酸系のシリコンを溶解する混酸であるとよい。
【００４５】
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１〜５のいずれか一項に記載の発明において、厚みの異なる複数のダイシングブレードを薄い方から順次用いて、開口部が広く深さが深いテーパー状の前記溝を形成するとよい。
【００４６】
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２に記載の発明において、前記の７０．６°の角度が、アルカリエッチングのみで形成された台形型溝のそれぞれ対向するテーパー状の側壁面の延長面が交差する角度であるとよい。
【００４７】
また、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のパワー半導体装置の製造方法で製作されたパワー半導体装置であって、前記半導体ウェハから切り出される半導体チップの第１主面側に配置される前記表面側拡散分離層および表面構造と、前記半導体チップの第２主面側から前記表面側拡散分離層に達するテーパー状の側壁面と、該側壁面に配置され前記表面側拡散分離層と接する前記裏面側拡散分離層とを具備する構成とする。
【００４８】
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８に記載の発明において、前記半導体チップの第２主面と前記側壁面の前記半導体チップ内の角度が１２５．５°〜１５０°の範囲とするとよい。
【００４９】
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８に記載の発明において、前記表面構造がＭＯＳゲート構造を含むとよい。
【発明の効果】
【００５０】
この発明によれば、テーパー状のダイシングブレードを用いて、ウェハの裏面から表面側拡散分離層に達するテーパー状の溝を形成し、その溝のテーパー状の側壁面に裏面側拡散分離層を形成することで、裏面側の分離層の形成時間を短縮できる。その結果、低コスト化を図ることができる。。
【００５１】
また、ブレードのテーパー状の両側面が交わる角度（内角）を、アルカリエッチングで形成した溝のテーパー状の側壁面の延長面の交わる角度（内角：７０．６°）より大きくすることで、裏面側拡散分離層を形成するためのイオン注入の注入量を増加させることができる。それによって、十分な濃度の裏面側拡散分離層を形成することができる。その結果、耐圧を確実に確保でき、チップ端部からのクラックなどによる耐圧低下や漏れ電流の増加を抑制することができて高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、（ａ）〜（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図２】ダイシングブレードとエッチング後の台形型溝の要部断面図である。
【図３】図１の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。
【図４】この発明の第２実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、（ａ）〜（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図５】ダイシングブレードとエッチング後の台形型溝の要部断面図である。
【図６】刃の先端を丸めたブレードを４枚用いて形成した溝６ａの要部断面図である。
【図７】図４の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。図３との違いは、溝６の幅Ｗが広く、深さＴが深くなっている点である。
【図８】この発明の第３実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、（ａ）〜（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図９】図８の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。
【図１０】この発明の第４実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、（ａ）〜（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図１１】図１０（ｃ）の溝６の形成方法を示し、（ａ）および（ｂ）は工程順に示した溝の形成断面図である。
【図１２】図１０の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。
【図１３】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。
【図１４】図１３の逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【図１５】従来の別の逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。
【図１６】アルカリ溶液によるシリコンの湿式異方性ウェットエッチングのみで溝を形成した要部斜視図である。
【図１７】アルカリエッチングのみで形成された側壁面８２と裏面側拡散分離層８３を有する逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。
【図１８】パワー半導体装置の耐圧クラスとチップ厚み一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
実施の形態を以下の実施例で説明する。尚、従来の部位と同一の部位には同一の符号を付した。また、実施例の図中の符号６はエッチング後で加工歪を除去した本発明における溝に共通に付与した符号であり、６ａはエッチング前の溝に共通に付与した符号である。
＜実施例１＞
図１は、この発明の第１実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【００５４】
まず、同図（ａ）において、逆阻止ＩＧＢＴの製造工程において、ｎ型のウェハ１の表面１ａ（第１主面）側の表面構造２、耐圧構造３および深さが１００μｍ程度のｐ型の表面側拡散分離層４を形成する。その後、この表面側拡散分離層４に達しない素子耐圧に見合う所定の厚さ（数百μｍ）までウェハ１の裏面１ｂ（第２主面）側を研削しウェハ１を薄化する。その後、両面マスクアライナーを用いて表面１ａの表面側分離拡散層４のパターンに対応させて裏面１ｂ上にエッチングマスク５を形成する。
【００５５】
つぎに、同図（ｂ）において、ダイシング装置のダイシングブレード７を用いて、ｐ型の裏面側拡散分離層を形成するための溝６ａ（Ｖ字溝の底部を平坦した台形型溝）を表面側拡散分離層４に達するよう機械的な研削で形成する。この溝６ａは前記のエッチングマスク５の開口部５ａの中央にダイシングブレード７（以下、単にブレードと称す）の刃の平坦な先端を位置させて、ウェハ１をハーフカットすることで形成される。このハーフカットによる溝６ａを形成するためのシリコン除去量は、エッチング後の最終的な溝幅、深さを考慮して決める。図では左側から右側にブレード７で溝６ａを形成する様子を示した。
【００５６】
つぎに、同図（ｃ）において、表面１aがエッチングされないように図示しない保護膜で被覆する。続いて、等方性ウェットエッチング液であるフッ硝酸系のシリコンを溶解する混酸（例えば、フッ硝酸溶液など）を用いて前記の溝６ａの表面の加工歪を除去して溝６を形成する。
【００５７】
つぎに、同図（ｄ）において、裏面１ｂのエッチングマスク５を除去し、裏面１ｂ側から形成した溝６の側壁面８と平坦なウェハの裏面１ｂへドーパントであるボロンをイオン注入する。続いて、表面構造２や耐圧構造３に熱的なダメージを与えないように、例えば５５０℃程度以下の温度で炉アニールもしくはレーザーアニールする。このアニールでドーパントを活性化し、ｐ型の裏面側拡散分離層９とｐ型コレクタ層１０を形成する。ウェハ１の裏面１ｂ全面にコレクタ電極１１のための金属膜をスパッタなどにより堆積させる。
【００５８】
つぎに、同図（ｅ）に示すように、ダイシングライン１２に沿ってウェハ１をダイシング切断し、逆阻止型ＩＧＢＴチップ１３が出来上がる。
前記の図１（ａ）において、エッチングマスクは溝内面の加工歪を除去するウェットエッチング用のマスクである。このエッチングマスクの材料は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や常圧ＣＶＤによるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いるが、ＳＯＧ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）を用いる場合もある。またはエッチング液に対し耐性のあるレジスト材でもよい。
【００５９】
前記の図１（ｂ）において、図２に示すように、ブレード７の刃にはテーパー１４が付いており、刃の両面についているテーパー状の側面１５の点線で示す延長面１５ａが交わる角度θ１が大きくなると、溝６を形成するときにブレード７とウェハ１に大きな応力が掛かり、両者が損傷する場合が生じる。それを防止するために、研削スピードを遅くすると加工時間が掛かりコストが上昇する。尚、図２のブレード７は要部断面図を示す。
【００６０】
一方、角度θ１を小さくすると、開口部１６の広い溝６を形成できなくなり、裏面側拡散分離層９を形成するためのイオン注入量も減少する。
前記の図１（ｃ）の工程において、加工歪が除去された後の溝６の対向するテーパ−状の側壁面１７の延長面１７ａが交わる角度θ２（図２参照）は、アルカリエッチングで交わる角度θ０（図１６，１７参照）である７０．６°より大きくすると、側壁面１７に注入されるイオン注入量をアルカリエッチングで形成した溝８１の場合より増加させることができる。その結果、十分な不純物量の裏面側拡散分離層９を形成することができて、逆耐圧を向上させることができる。
【００６１】
具体的には、アルカリエッチングで形成した溝８１の場合より側壁面１７へのイオン注入量を多くするためには、この角度θ２を７１°以上で１２０°以下にすることよい。７１°未満では、アルカリエッチングで形成した溝８１の場合より側壁面１７へのイオン注入量が少なくなる。一方、１２０°を超えると、ブレード７による溝６ａの形成時間が長くなり過ぎる。また、さらに好ましくはこの角度θ２を８０°以上、１００°以下とするとよい。
【００６２】
また、このエッチングは等方性ウェットエッチングのため、図２（ｂ）に示すように、溝６の底部１８の角部Ａは丸みを帯びた形状となる。これにより、溝６部でのウェハの割れの発生が軽減される。また、図２（ａ）で示すように、ブレード７の先端を平坦にしないで、側壁面１７と滑らかに接続する円弧状の面１９（点線で示す）とすることで、さらにこの効果は高まる。
【００６３】
前記の図１（ｄ）の工程において、コレクタ電極１１となる金属膜は溝の側壁面１７にも形成されるので、裏面拡散分離層９の保護膜として作用させることができる。つまり、コスト上昇を招くことなく、キズや汚染物質の混入による裏面拡散分離層９の不良を防止することができる。
【００６４】
本発明を用いることで、アルカリエッチングのみで溝８１を形成した場合（図１７参照）に比べ、溝６の形成時間を短縮できて低コスト化を図ることができる。また、前記の角度θ２を角度θ０より大きくすることで、アルカリエッチングのみで溝８１を形成した場合より側壁面１７へのイオン注入量を増やして十分な不純物量の裏面側拡散分離層９を形成できる。その結果、逆耐圧を向上させることができる。また、チップの端部（図３のダイシング切断面３１）から導入されるクラックなどによる耐圧低下や漏れ電流の増加を抑制することができる。その結果、高い信頼性を得ることができる。さらに、溝６の底部１８の隅が角張らずに曲線状となるので、溝６の角部Ａにおけるウェハ１の割れを防止できる。
【００６５】
また、前記のエッチングは溝６の底部１８の隅が角張らずに曲線状するためには等方性ウェットエッチングが好ましいが、溝６の底部１０が点線で示すように曲線状となっている場合には、異方性ウェットエッチングもしくは等方性ウェットエッチングと異方性ウェットエッチングを組み合わせてもよい。
【００６６】
また、アルカリエッチングのようにウェハ１の表面１ａの結晶方位に依存することなく、任意の結晶方位で溝６を形成できる。例えば、（１１１）面を用いた電力用サイリスタやダイオードなどパワー半導体装置にも本発明は適用することができる。
【００６７】
図３は、図１の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。この逆阻止型ＩＧＢＴは、ｎ型半導体基板２１（半導体チップ）の第１主面２２側に形成されたｐ型ウェル領域２３（ｐ型ベース領域ともいう）と、ｐ型ウェル領域２３の表面層に形成されたｎ型エミッタ領域２４と、ｎ型エミッタ領域２４とｎ型半導体基板２１に挟まれたｐウェル領域２３上にゲート絶縁膜２５を介して形成されたゲート電極２６を備える。ｎ型半導体基板２１の外周部に形成されるｐ型の表面側拡散分離層４および耐圧構造３と、ゲート電極２６上に形成された層間絶縁膜２７を備える。この層間絶縁膜２７上に形成され層間絶縁膜２７のコンタクトホールを介してｎ型エミッタ領域２４と接続するエミッタ電極２８と、表面に形成される、例えば、ポリイミド膜やＳｉＮ膜などの表面保護膜２９を備える。ｎ型半導体基板２１の第２主面３０側にｐ型コレクタ層１０と、第２主面３０側から表面側拡散分離層４に接する側壁面１７を備える。この側壁面１７にイオン注入で形成され表面側拡散分離層４およびｐ型コレクタ層１０にそれぞれ接するｐ型の裏面側拡散分離層９と、ｐ型コレクタ層１０上および裏面側拡散分離層９上に形成されるコレクタ電極１１を備える。ｎ型半導体基板２１の端部はダイシング切断面３１となる。前記の表面側拡散分離層４は表面側の分離層であり、溝６と裏面側拡散分離層９は裏面側の分離層を構成する。表面側の分離層と裏面側の分離層で逆阻止型ＩＧＢＴの分離層が構成される。
【００６８】
逆阻止型ＩＧＢＴの表面構造２は、ｐ型ウェル領域２３、ｎ型エミッタ領域２４、ゲート絶縁膜２５、ゲート電極２６、層間絶縁膜２７、エミッタ電極２８および表面保護膜２９で構成される。また、耐圧構造３はｐ型拡散領域と金属膜からなる。
【００６９】
図３の逆阻止型ＩＧＢＴでは、半導体基板２１の第２主面３０（裏面）を基準とした側壁面１７の半導体基板２１内の角度θ３は１２５．５°（すなわち、９０°＋（７１°÷２））〜１５０°（すなわち、９０°＋（１２０°÷２））の範囲とするとよい。
【００７０】
テーパー状のダイシングブレード７で溝６を形成することで、半導体基板２１の第２主面３０を基準として溝６の側壁面１７の角度θ３を、１２５．５°以上とすることで、アルカリエッチングで形成される溝の角度（１２５．２５°）より、大きくすることができる。大きな角度にすることで、裏面側拡散分離層９を形成するための不純物イオン（ボロンイオン）の溝６の側壁面１７へのイオン注入量を増加させることができる。その結果、裏面側分離拡散層９の不純物濃度を十分高めることができて、逆耐圧などの特性を向上させることができる。一方、１５０°を超えると溝６の形成時間が長過ぎるので１５０°以下とするのが望ましい。
【００７１】
また、垂直線と溝６の側壁面１７との角度θ４は３５．５°〜７５°の範囲となる。
＜実施例２＞
図４は、この発明の第２実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【００７２】
図１との違いは、複数の幅の異なるブレードを用いて、図１の場合より幅が広く深い溝６を形成した点である。図４では、２つの幅の異なるブレードを用いて溝６ａを形成した場合について説明する。
【００７３】
図４（ｂ）の工程において、図５（ａ）のように、第１ブレード３５は幅Ｗ１が相対的に狭く、第２ブレード３６の幅Ｗ２は第１ブレード３５の幅より広くなっている。ブレード３５，３６の側面面３７，３８のテーパーは両者で同じであり、第１ブレード３５の表面側拡散分離層４に達する第１溝３９を形成する。
【００７４】
続いて、図５（ｂ）のように、幅の広い第２ブレード３６の刃の先端を第１溝３９の中心に合わせて切削する。第１溝３９の底部４１ａに第２ブレード３６の底部４２ａが当たった時点で第２ブレード３６による切削を停止させ第２溝４０を形成する。第２ブレード３６の底部４２ａが第１溝３９の底部４１ａに接したところで急激に切削のための力が大きくなるので、第２ブレード３６の底部４２ａが第１溝３９の底部４１ａに達したことが分かる。
【００７５】
このようにすることで、第１ブレード３５で形成された第１溝３９のテーパー状の側壁面４１と、第２ブレード３６で形成された第２溝４０（６ａ）のテーパー状の側壁面４２が同じ傾斜で延長される。その後、湿式等方性ウェットエッチングして加工歪を除去した溝６は、幅Ｗが広く深さＴが深い溝となる。加工歪を除去した溝６の側壁面１７の傾斜はウェハ１の裏面１ｂまで同一のテーパーで形成することができる。この側壁面１７のテーパーは側壁面４２のテーパーとほぼ同じである。加工歪除去後の角度θ２と除去前の角度θ１もほぼ同じになる。
【００７６】
このようにテーパー状の幅Ｗ１，Ｗ２の異なるブレード３５，３６を使用することで、開口部１６の幅Ｗが広く深さＴが深い溝６を形成することができる。ここで幅Ｗ２のブレード３６一つで深い溝を形成するのが、切削のためにウエハに強い力が作用しウエハ割れを生じるなど困難な場合でも深い溝を形成できる利点がある。この幅が広く深さが深い溝を形成する場合は厚いウェハを必要とする高耐圧の逆阻止ＩＧＢＴなどで有効になる。
【００７７】
図６は、刃の先端を丸めたブレードを４枚用いて形成した溝６ａの要部断面図である。溝３５（６ａ）の側壁面４６は複数の曲線が繋がった形状となる。このようにして、溝３５の開口部４７を広くして、側壁面４６の平均の傾斜を小さくすることができる。図６において、溝幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及びＷ４は幅が小さいほうから順に大きくなる４枚のブレードに対応するが、これらブレードの幅は形成される溝幅と同じであっても良いし、これら形成される溝幅よりも多少幅広であっても良い。すなわち、それぞれのブレード幅はそれよりもひとつ大きいブレード幅よりも小さければ良い。図６に示したブレード７０１、７０２はそれぞれ溝幅Ｗ１、Ｗ２に対応する溝を形成するのに用いられるブレードを例示したものである。ブレード７０１、７０２は刃の先端が断面楕円状の丸みを有する例である。この丸みは楕円状に限らず刃の外側に向かって凸状の曲線であって良い。また図６では刃の先端を丸めたブレードを用いる例を示したが、図５で示されたような刃の先端が平坦なテーパー状ブレードを用いても良い。
【００７８】
図７は、図４の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。図３との違いは、溝６の幅Ｗが広く、深さＴが深くなっている点である。
図７の逆阻止型ＩＧＢＴも図３の逆阻止型ＩＧＢＴと同じように、チップの裏面を基準とした溝６の側壁面１７の角度θ３は１２５．５°〜１５０°の範囲とすることで、図３と同じ効果が得られる。
＜実施例３＞
図８は、この発明の第３実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
【００７９】
図１との違いは、図９に示すように、側壁面１７が垂直面１７ａとテーパー状の面１７ｂおよび平坦な底面１７ｃで構成されている点である。この場合の裏面側拡散分離層９を形成するためのイオン注入は斜めイオン注入を用いる。この場合も溝６の形成時間はブレード７ａを用いているのでアルカリエッチングに比べて短縮できる。ブレード７ａの先端を円弧状にすることで図９の点線４３で示すように溝６の底部１８を丸めることができる。これによって、溝６の底部１８での応力集中を緩和できてウェハ１の割れを防止できる。その結果、良品率が向上し製造コストを低減できる。
【００８０】
図９は、図８の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。図３との違いは、側壁面１７が垂直面１７ａとテーパー状の面１７ｂおよび平坦な底面１７ｃで構成されている点である。この場合は、裏面側拡散分離層９の形成は斜めイオン注入で形成するとよい。
＜実施例４＞
図１０は、この発明の第４実施例のパワー半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｅ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。図４との違いは、図１１に示すように、先端が円弧状のブレードで幅が狭い第１ブレード５１と幅が広い第２ブレード５２を用いて、第１溝５３と第２溝５４を形成し、幅Ｗが広い、深さが深い溝６を形成している点である。溝６の側壁面１７は垂直面と円弧面で形成されている。
【００８１】
図１１は、図１０（ｃ）の溝６の形成方法を示し、同図（ａ）および同図（ｂ）は工程順に示した溝の形成断面図である。同図（ａ）のように幅の狭い第１ブレード５１で第１溝５３を形成し、その後で幅の広い第２ブレード５２で第２溝５４を形成する。第１溝５３の先端は丸みを帯びている。また側壁面１７は垂直面と円弧状の面で構成されている。垂直面があるため、斜めイオン注入で裏面側拡散分離層９を形成する。
【００８２】
この溝６は、開口部が幅Ｗが広く深さＴが深い場合で、ウェハ厚みが厚い高耐圧の逆阻止ＩＧＢＴなどにこの方法が適用できる。この場合も溝６の形成時間はブレード５１，５２を用いているので短縮できる。
【００８３】
図１２は、図１０の製造方法で製作された逆阻止型ＩＧＢＴの要部断面図である。図７との違いは、側壁面１７が湾曲面と垂直面で構成され、側壁面１７が２段になっている点である。
【符号の説明】
【００８４】
１    ウェハ
１ａ  表面
１ｂ  裏面
２    表面構造
３    耐圧構造
４    表面側拡散分離層
５    エッチングマスク
６    溝（エッチング後）
６ａ  溝（エッチング前）
７    ブレード
９    裏面側拡散分離層
１０    ｐ型コレクタ層
１１    コレクタ電極
１２    ダイシングライン
１３    逆阻止型ＩＧＢＴチップ
１４    テーパー
１５    側面（ブレード）
１６    開口部
１７    側壁面（エッチング後）
１７ａ  延長面
１８    底部
１９    円弧状の面
２１    ｎ型半導体基板
２２  第１主面（表面）
２３    ｐ型ウェル領域
２４    ｎ型エミッタ領域
２５    ゲート絶縁膜
２６    ゲート電極
２７    層間絶縁膜
２８    エミッタ電極
２９    表面保護膜
３０  第２主面（裏面）
３１    ダイシング切断面
【図１】
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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】
2013125877.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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