(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎材料ウェハに高耐圧の周縁端部を形成する方法において、
基礎材料ウェハ全体にわたって第１の導電形の領域（２）と、第１の導電形とは異なる第２の導電形の領域（３）とを横方向に格子状に交互に形成して、第１の導電形の領域及び第２の導電形の領域において相互に空乏化されるようにすなわち横方向に電荷補償が存在するようにし、
該基礎材料ウェハに形成される高耐圧半導体素子の周縁端部領域に、第１または第２の導電形のドーパントを拡散して、該周縁端部領域（４）において該ドーパントのドーピングが、該周縁端部領域（４）とは異なる導電形の領域（３）のドーピングを上回るようにすることを特徴とする、基礎材料ウェハに高耐圧の周縁端部を形成する方法。
【請求項２】
ドーパントとしてセレンまたは硫黄を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ドーパントを、周縁方向に向かって幅が広くなっている開口部を有するマスクを介したイオン注入によって注入する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
基礎材料ウェハの周縁Ａとセルアレイの開始部Ｃとの間の端部領域においては次式が成立つように設定する：
【数１】
0003942893.tif 000003
ただし、ρ（ｘ）は、周縁端部領域（４）における電荷密度であり、ｑcは該周縁端部領域（４）において電気的降伏が臨界的に生じる電荷量である、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、基礎材料ウェハに高耐圧の周縁端部を形成する方法に関する。
【０００２】
近い将来においては既に、高阻止ＭＯＳ素子の分野で巨大なマーケットシェアを占めることが期待される高耐圧半導体素子の製造は、現在ではまだ非常にコストがかかりまた時間を要する。このことは、例えば製造すべきトランジスタの構造を、既に基礎材料の段階で考慮しなければならないことに起因している。これは例えば、そのようなトランジスタのゲートパッド及び周縁端部の領域においては、基礎材料がこのトランジスタのアクティブセルアレイとは異なる方法で処理されなければならないということを意味している。例えば６００Ｖの阻止耐圧を有するトランジスタを、注入ステップとエピタキシャルステップを連続して行う、従来好んで使用される構築技術において製造すれば、アクティブセルアレイ及びゲートパッド並びに周縁端部の領域における基礎材料を、それぞれ所望の方法で処理するためには、この基礎材料の処理に多大な時間を費やさねばならない。
【０００３】
基板をエッチングし、深くエッチングされたトレンチないし溝を充填する他の基礎材料処理技術によって、注入ステップ及びエピタキシャルステップを連続して行う構築技術を使用する場合、高ドーピングされるｎ形基礎材料を用いることは殆ど不可能であろう。何故ならば、周縁端部ではこの基礎材料の耐圧補償が、ｐ形の半導体材料で充填されたトレンチによって徐々に減少してしまうからである。トレンチないしめくら穴の分離、また集中した溝の間隔を拡げることは、現在のところあまり見られない。このことは、トレンチないしめくら穴及び集中した溝を深くエッチングする際の様々な強さのエッチングによる浸食、並びに集中した溝のカーブにおける結晶指向に依存したエピタキシャル析出速度に起因している。高耐圧半導体素子において、外側に向かってエッチング量が徐々に減少していくことは、製造許容偏差の理由から、また相応のトレンチないしめくら穴または溝の開口面からのエッチング深さに依存していることに基づいて、同様に好ましいものではない。
【０００４】
したがってこれら全ての理由から、高耐圧半導体素子自体があるコンセプトによってのみ、経済的に製造できるようになるべきである。つまり、このコンセプトでは、ドーピングされていないかまたは非常に低ドーピングされた、例えばｎ形基礎材料から出発し、この基礎材料へトレンチを介してｎ形及びｐ形エピタキシャル層を形成する必要がある。
【０００５】
高耐圧半導体素子を経済的に製造することは、しかしながら基本的には、この製造が、既存のＭＯＳ素子のように２つのステップ、すなわち一方では基礎材料を製造し、他方では基礎材料から個々の素子を作成するというように区分できる場合可能になる。つまりこれによって基礎材料の製造は、後で作成される半導体素子、すなわちそのチップ面積及びその正確な寸法から独立している。この独立性によって、２つのステップに応じて別個に製造することも可能になる。
【０００６】
高耐圧半導体素子に対する製造工程をこのように分離することは従来不可能であった。何故ならばこの高耐圧半導体素子は、既に上述したように、例えば周縁端部とセルアレイに対しては、異なる方法で処理された基礎材料を前提としており、その結果基礎材料を製造する際に既に、この基礎材料から作成されるべき個々の高耐圧半導体素子の正確な寸法を考慮する必要があるからである。
【０００７】
高耐圧半導体素子の経済的に製造するための、この実質的な問題は今日まで解決されていない。
【０００８】
したがって本発明の課題は、基礎材料ウェハに、高電圧に耐えられる周縁端部を形成するための方法を提供し、それによってこの基礎材料ウェハから、任意の寸法であるにも関わらず高電圧に耐えられる周縁端部を形成することである。
【０００９】
この課題は、冒頭で述べたような方法では、本発明により別個に以下のステップによって解決される。すなわち：
−基礎材料ウェハ全体にわたって第１の導電形の領域と、第１の導電形とは異なる第２の導電形の領域とを横方向に格子状に交互に形成して、第１の導電形の領域及び第２の導電形の領域において相互に空乏化されるようにすなわち横方向に電荷補償が存在するようにする。
【００１０】
−該基礎材料ウェハに形成される高耐圧半導体素子の周縁端部領域に、第１または第２の導電形のドーパントを拡散して、該周縁端部領域において該ドーパントのドーピングが、該周縁端部領域とは異なる導電形の領域のドーピングを上回るようにする。
【００１１】
周縁端部に拡散するドーパントには、有利にはセレンまたは硫黄が使用される。
【００１２】
基礎材料に第１の導電形の領域と第２の導電形の領域が横方向に格子状に並列に形成するために、有利な方法では注入ステップとエピタキシャルステップを連続して行う構築技術が使用される。しかしながらこれに対して、第１の導電形の半導体基板から出発し、この半導体基板に深いトレンチをエッチングし、次いでそのトレンチに第２の導電形の半導体材料を充填することも同様に可能である。
【００１３】
本発明の方法によって、高耐圧半導体素子に対する製造工程を２つのステップに分けることができる。すなわち第１のステップにおいては、全体の基礎材料にｐ導電形領域及びｎ導電形領域からなる所定の格子を横方向に形成する。この時点では、ゲートパッド、周縁端部及びダイシングフレームは完全に無視されている。
【００１４】
第２のステップにおいては、次いで周縁端部及び必要に応じてゲートパッドが形成される。このためには、例えばｐ形領域が組み込まれているｎ導電形基礎材料ウェハの場合、個々のチップに対しては、本来的には基礎材料ウェハの全体にわたって調節された耐圧補償が、周縁に向かって徐々にｎ形ドーピングが弱くなる方向に変化されなければならない。この場合基礎材料ウェハの耐圧補償は、基礎材料ウェハに対する製造許容偏差に基づいて、低濃度のｐ形、真正半導体または低濃度のｎ形の可能性があり、ここでは、少なくとも基礎材料ウェハの有効な体積体全体にわたって累積された正味ドーピング量は、同じ阻止電圧を有する標準的なトランジスタのドーピングより小さいかまたは最大でその付近にある。このように形成された基礎材料を有する高耐圧半導体素子に、周縁端部として通常のフィールドプレート構造体及び酸化段構造体が載置されるならば、周縁の好適な阻止特性は、基礎材料のドーピングが僅かに低いｎ形である場合にのみ生じるが、耐圧補償の度合いが推移する可能性のある領域全体にわたっては決して生じない。
【００１５】
この認識は、本発明の方法では有利なやり方で十分に利用される。すなわち第１の導電形領域と第２の導電形領域との横方向の所定の格子、有利にはｎ導電形シリコン基板におけるｐ導電形柱頭状領域の所定の格子状配置からなる基礎材料ウェハを統一的に前もって形成した後に、基礎材料ウェハから製造されるべき高耐圧半導体素子の周端部及びダイシングフレームに対して、付加的なｎ導電形ドーパントが打ち込まれる。このことは、基礎材料ウェハの表面から、例えばセレンまたは硫黄のような材料を非常に急速に拡散することによってなされる。セレンまたは硫黄の拡散定数は、すなわち燐の拡散定数を上回る約６のオーダである。
【００１６】
周縁に向かって高くなる、横方向のｎ導電形ドーピングプロファイルを形成するためにここでは、例えばセレン及び／又は硫黄を、周縁方向に向って異なる幅の開口部を有するマスクにいわゆる「ＶＬＤ技術」によって注入することが可能である。ここで「ＶＬＤ」とは「可変横方向ドーピング（Variable Lateral Doping）」を意味し、この技術では、開口部の始点から周縁に向かって幅が広くなっていく注入開口部を有するマスクが使用される。セレンはドーパントとしては、硫黄よりもまだ有利であり、何故ならばシリコンでのセレンの溶解度は十分に高く、１０15ｃｍ3を上回る。シリコン中の硫黄の溶解度はセレンよりも低いが、注入中に温度を上げることによって、必要に応じて高めることができる。
【００１７】
ｎ形ドーパント、すなわち有利にはセレンまたは硫黄が高濃度であることは、ｎ形シリコン基板及びこの基板に組み込まれたｐ形柱を有する高耐圧半導体素子では、空間電荷領域がチップを超えて広がることを回避するために、個々のチップに対するダイシングフレームの領域において個別に必要とされる。チップのセルアレイに向かって、空間電荷領域のプロファイルは横方向に減少すべきであり、その際深さはｎ+形シリコン基板に達するようにすべきである。このことは、標準的な拡散ステップを用いた侵入深さが少なくとも４０μｍであることを意味し、この標準的な拡散ステップは、パワーエレクトロニクスにおいては通常である、例えば４００分間１１５０℃で行われる。セレン及び硫黄は、極めて速く拡散する材料としてのこれらの条件を十分に満たしている。
【００１８】
セレン及び硫黄の活性化エネルギは比較的高く、セレンでは約２５０ｍｅＶである。これは、室温においては不完全にしかイオン化されないので、トランジスタの導電性活性化領域に対しては、これらの材料は排除される。阻止特性に対してはこの特性は重要ではない。何故ならば空間電荷領域の中では、伝導帯内を移動する電荷キャリアは直ちになくなり、伝導帯と不純物帯との間には熱平衡は存在しないからである。
【００１９】
本発明を図面に基づき以下詳細に説明する。ここで図１及び図２は、本発明の方法を説明するための基礎材料ウェハの概略断面図である。図３は、図２の基礎材料ウェハでの縁端部におけるドーピング経過である。
【００２０】
図１は、ｎ+形シリコン基板１からなる基礎材料ウェハの断面図を示し、このシリコン基板１上には、注入ステップとエピタキシャルステップを連続して行う構築技術でもって、ｎ形領域２が形成されており、この領域２内には複数のｐ形柱状領域３が設けられている。この基礎材料ウェハを製造するために、場合によっては簡単にも、ｎ形シリコンからなる半導体基体から出発することができ、この半導体基体に深いトレンチが形成され、次いでｐ形シリコンが充填される。
【００２１】
均一かつ規則的にｐ形領域３が設けられている、図１に示された基礎材料ウェハから、ダイシングによって個々の高耐圧半導体素子、例えばトランジスタを有する複数のチップが製造される。これらのトランジスタは、既に上述したように、周縁端部を必要とし、この周縁端部ではドーピングはｎ形に、周縁に向かって高まる。
【００２２】
このために本発明の方法では、製造される高耐圧半導体素子、例えばトランジスタの周縁端部（及び場合によってはダイシングフレーム）の領域での基礎材料ウェハに、セレンまたは硫黄からなるｎ形ドーパントが、図２及び図３に示すように、周端部（図２及び図３の点Ａを参照されたい）からトランジスタのセルアレイに向かって低くなる（図２及び図３の点Ｃを参照されたい）ように注入される。このことは例えば、開口部の幅が周縁方向に異なっているマスクを介して注入することによって可能である。このやり方によってｎ形領域４が生じ、この領域４においてはｎ形ドーパント、すなわちセレンまたは硫黄のドープ濃度が、周縁（点Ａ）からセルアレイの開始部（点Ｃ）に向かって、多かれ少なかれ減少している。この減少は、ｎ形ドーピングのプロファイルとして図３に概略的に示されている。
【００２３】
必要に応じて、ｎ形領域４を、点Ａを越えてダイシングフレームへと延在させることもでき、このダイシングフレームは図２において点Ａの左側に隣接しており、一点鎖線で示されている。このダイシングフレームに対して鏡像的に、チャネルストッパ６、周縁端部フィールドプレート５及び領域４を備えた、別の高耐圧半導体素子の周縁端部がつながっている。
【００２４】
本発明の方法は、高耐圧半導体素子を経済的に製造することを可能にする。すなわち第１のステップにおいて、図１に示したように、基礎材料ウェハが形成される。続く第２のステップにおいては、個々の素子のための周縁端部が、任意の位置から、基礎材料ウェハに形成される。この場合における周縁端部は、基礎材料ウェハにおいてセレンまたは硫黄を急速に拡散する簡単なものである。
【００２５】
ｎ形領域４を製造した後に、さらに続けて、通常のようにこのｎ形領域４の上部に、図２に簡単に示されているように、周縁端部フィールドプレート５及びチャネルストッパ６が形成される。
【００２６】
ｎ形領域４におけるドーピングに対しては、実際には以下の不等式が成立つ。
【００２７】
【数２】
0003942893.tif 000002
【００２８】
ここでρ（ｘ）はｎ形領域４における電荷密度であり、ｑcはこの領域４において電気的な降伏が臨界的に生ずる電荷量である。この電荷量は、第１のマックスウェルの方程式に関して、臨界電界強度と関連している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を説明するための、基礎材料の概略的断面図である。
【図２】本発明の方法を説明するための、基礎材料の概略的断面図である。
【図３】図２の基礎材料ウェハでの端末部におけるドーピングプロファイルを示す図である。
【図１】
0003942893.tif 000004
【図２】
0003942893.tif 000005
【図３】
0003942893.tif 000006