(57)【要約】【課題】１回のイオン注入で半導体基板に底部領域と接続領域を同時に形成することができる技術を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、第１トレンチ１１と第２トレンチ１２の上方から第１トレンチ１１と第２トレンチ１２の底部に不純物をイオン注入してその不純物を活性化することによって第１トレンチ１１と第２トレンチ１２の底部に露出する範囲のドリフト領域３１にｐ型の底部領域５１を形成する工程を備えている。底部領域５１を形成する工程では、イオン注入のときに第２トレンチ１２の側面２６に不純物が注入されることによって底部領域５１とボディ領域３２を接続するｐ型の接続領域５２が形成される。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
ｎ型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上に形成されているｐ型のボディ領域を備えている半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の上面をドライエッチングすることによって前記半導体基板の上面から前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域まで達する第１トレンチと第２トレンチを形成する工程であって、前記第１トレンチと前記第２トレンチが繋がり、前記半導体基板を上面視したときの前記第２トレンチの開口部が前記第１トレンチの開口部の短手方向の長さより直径が大きい円を包含する形状になり、前記第２トレンチの側面の傾斜角度が前記第１トレンチの側面の傾斜角度より大きくなるように前記第１トレンチと前記第２トレンチを形成する工程と、
前記第１トレンチと前記第２トレンチの上方から前記第１トレンチと前記第２トレンチの底部に不純物をイオン注入し、その不純物を活性化することによって前記第１トレンチと前記第２トレンチの底部に露出する範囲の前記ドリフト領域にｐ型の底部領域を形成する工程を備えており、
前記底部領域を形成する工程では、イオン注入のときに前記第２トレンチの側面に不純物が注入されることによって前記底部領域と前記ボディ領域を接続するｐ型の接続領域が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されている半導体装置の製造方法では、まず半導体基板を準備する。半導体基板は、ｎ型のドリフト領域と、ドリフト領域の上に形成されているｐ型のボディ領域を備えている。次に、半導体基板の上面をドライエッチングすることによって半導体基板の上面からボディ領域を貫通してドリフト領域まで達するトレンチを形成する。次に、トレンチの底面にｐ型の不純物をイオン注入する。また、イオン注入の角度を変えて、トレンチの長手方向の側面にｐ型の不純物をイオン注入する。また、イオン注入をした後に半導体基板を熱処理する。これによって、トレンチの底面に露出する範囲のドリフト領域にｐ型の底部領域が形成される。また、トレンチの長手方向の側面に露出する範囲のドリフト領域にｐ型の接続領域が形成される。接続領域によって底部領域とボディ領域が接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４２８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体装置の製造方法では、底部領域と接続領域を形成するために、複数回にわたってイオン注入を行っている。そのため、イオン注入の手間がかかってしまうので、その点について改善の余地があった。また、複数回にわたってイオン注入を行うと、イオン注入を予定していない部分にも不純物が注入されてしまうことがある。例えば、トレンチの短手方向の側面に不純物が注入されてしまうことがある。これによって、半導体基板に余分なｐ型領域が形成されてしまうことがある。余分なｐ型領域は、半導体装置のオン抵抗の増加の要因になる。そこで本明細書は、１回のイオン注入で半導体基板に底部領域と接続領域を同時に形成することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する半導体装置の製造方法は、ｎ型のドリフト領域と、ドリフト領域の上に形成されているｐ型のボディ領域を備えている半導体基板を準備する工程を備えている。また、この製造方法は、半導体基板の上面をドライエッチングすることによって半導体基板の上面からボディ領域を貫通してドリフト領域まで達する第１トレンチと第２トレンチを形成する工程であって、第１トレンチと第２トレンチが繋がり、半導体基板を上面視したときの第２トレンチの開口部が第１トレンチの開口部の短手方向の長さより直径が大きい円を包含する形状になり、第２トレンチの側面の傾斜角度が第１トレンチの側面の傾斜角度より大きくなるように第１トレンチと第２トレンチを形成する工程を備えている。また、この製造方法は、第１トレンチと第２トレンチの上方から第１トレンチと第２トレンチの底部に不純物をイオン注入し、その不純物を活性化することによって第１トレンチと第２トレンチの底部に露出する範囲のドリフト領域にｐ型の底部領域を形成する工程を備えている。底部領域を形成する工程では、イオン注入のときに第２トレンチの側面に不純物が注入されることによって底部領域とボディ領域を接続するｐ型の接続領域が形成される。
【０００６】
なお、本明細書では、半導体基板の上面に垂直な方向に対するトレンチの側面の角度を傾斜角度という。
【０００７】
このような構成によれば、第２トレンチの開口部を、第１トレンチの開口部の短手方向の長さより直径が大きい円を包含する形状にすることによって、第２トレンチの開口部を比較的広くする。半導体基板をドライエッチングするときに、エッチングすべき領域の幅が広い第２トレンチ内では第１トレンチ内よりも副生成物が発生しやすくなる。この副生成物の影響によって、半導体基板の深い部分では浅い部分よりもエッチングされ難くなる。そのため、ドライエッチングによって第１トレンチと第２トレンチを形成するときに、第２トレンチの側面の傾斜角度が第１トレンチの側面の傾斜角度より大きくなる。このように第２トレンチの側面の傾斜角度を第１トレンチの側面の傾斜角度より大きくすることによって、第１トレンチの底部と第２トレンチの底部に不純物を注入するときに、不純物が第２トレンチの側面に注入されやすくなる。第２トレンチの側面が大きく傾くため、イオン注入のときに第２トレンチの底面だけでなく側面にも不純物が注入される。これによって、第１トレンチと第２トレンチの底部に露出する範囲のドリフト領域にｐ型の底部領域を形成するときに、それと同時に第２トレンチの側面に露出する範囲のドリフト領域にｐ型の接続領域を形成することができる。したがって、１回のイオン注入で半導体基板に底部領域と接続領域を同時に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（１）。
【図２】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（２）。
【図３】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（３）。
【図４】レジストマスクの上面図である。
【図５】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（４）。
【図６】酸化膜マスクの上面図である。
【図７】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（５）。
【図８】半導体基板の上面図である。
【図９】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（６）。
【図１０】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（７）。
【図１１】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（８）。
【図１２】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（９）。
【図１３】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（１０）。
【図１４】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（１１）。
【図１５】実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（１２）。
【図１６】他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【図１７】更に他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【図１８】更に他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【図１９】更に他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【図２０】更に他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【図２１】更に他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【図２２】更に他の実施例に係る半導体基板の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施例に係る半導体装置の製造方法は、準備工程とトレンチ形成工程と底部領域形成工程を備えている。各工程について以下に説明する。まず準備工程では、図１に示すように、半導体基板３を準備する。半導体基板３は、例えばシリコン（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。半導体基板３は、ｎ型のドリフト領域３１と、ｐ型のボディ領域３２と、ｎ型のソース領域３３を備えている。ドリフト領域３１の上にボディ領域３２が形成されており、ボディ領域３２の上にソース領域３３が形成されている。ボディ領域３２とソース領域３３は、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００１０】
次に、図２に示すように、半導体基板３の上面に酸化膜マスク８０を形成する。ソース領域３３の上に酸化膜マスク８０が形成される。酸化膜マスク８０は、例えば熱酸化によって形成されたＳｉＯ２膜である。
【００１１】
次に、図３に示すように、酸化膜マスク８０の上面にレジストマスク９０のパターンを形成する。レジストマスク９０のパターンは、露光や現像を含むリソグラフィ処理によって形成される。図４に示すように、レジストマスク９０には第１開口部９１と第２開口部９２が形成されている。第１開口部９１と第２開口部９２は繋がっている。第１開口部９１の長手方向（ｙ方向）の両端部に第２開口部９２が繋がっている。
【００１２】
次に、レジストマスク９０から露出している酸化膜マスク８０をエッチングによって除去する。また、エッチングの後に酸化膜マスク８０の上に残存しているレジストマスク９０も除去する。図５に示すように、酸化膜マスク８０の一部が除去されてエッチングパターンが形成される。酸化膜マスク８０の除去された部分から半導体基板３の上面が露出する。図６に示すように、上記のエッチングによって酸化膜マスク８０には第１開口部８１と第２開口部８２が形成される。酸化膜マスク８０の第１開口部８１と第２開口部８２は、上記のレジストマスク９０の第１開口部９１と第２開口部９２に対応する位置に形成される。第１開口部８１と第２開口部８２は繋がっている。第１開口部８１の長手方向（ｙ方向）の両端部に第２開口部８２が繋がっている。酸化膜マスク８０を上面視したときに、第２開口部８２は、第１開口部８１の短手方向（ｘ方向）の長さＬ８１より直径が大きい円Ｃ８２を包含する形状になっている。酸化膜マスク８０の第２開口部８２が仮想的に包含している円Ｃ８２の直径Ｌ８２は、第１開口部８１の短手方向（ｘ方向）の長さＬ８１より大きい。
【００１３】
続いてトレンチ形成工程を行う。トレンチ形成工程では、図７に示すように、酸化膜マスク８０から露出している半導体基板３の上面をドライエッチングする。酸化膜マスク８０の第１開口部８１と第２開口部８２を介して半導体基板３をエッチングする。半導体基板３の上面からソース領域３３とボディ領域３２を貫通してドリフト領域３１に達する深さにわたって半導体基板３が除去される。図８に示すように、エッチングによって半導体基板３には第１トレンチ１１と第２トレンチ１２が同時に形成される。第１トレンチ１１と第２トレンチ１２は、上記の酸化膜マスク８０の第１開口部８１と第２開口部８２に対応する位置に形成される。第１トレンチ１１と第２トレンチ１２は繋がっている。第１トレンチ１１の長手方向（ｙ方向）の両端部に第２トレンチ１２が繋がっている。半導体基板３を上面視したときに、第２トレンチ１２の開口部２７は、第１トレンチ１１の開口部１７の短手方向（ｘ方向）の長さＬ１７より直径が大きい円Ｃ２７を包含する形状になる。第２トレンチ１２の開口部２７が仮想的に包含している円Ｃ２７の直径Ｌ２７は、第１トレンチ１１の開口部１７の短手方向（ｘ方向）の長さＬ１７より大きい。半導体基板３を上面視したときに、第１トレンチ１１の開口部１７は長方形である。第２トレンチ１２の開口部２７は正方形である。第２トレンチ１２の開口部２７の短手方向（ｘ方向）の幅が、第１トレンチ１１の開口部１７の短手方向（ｘ方向）の幅よりも広い。
【００１４】
図７に示すように、第１トレンチ１１は、底面１５と側面１６を有している。第１トレンチ１１の両側面１６は、第１トレンチ１１の開口部１７の幅が底面１５の幅よりも広くなるように傾斜している。また、図９に示すように、第２トレンチ１２は、第１トレンチ１１と同様に、底面２５と側面２６を有している。第２トレンチ１２の両側面２６は、第２トレンチ１２の開口部２７の幅が底面２５の幅よりも広くなるように傾斜している。半導体基板３を断面視したときに、第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６（第２トレンチ１２の底面２５と側面２６のなす角度）は、第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６（第１トレンチ１１の底面１５と側面１６のなす角度）より大きい（図７と図９参照）。本明細書では、第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６は、半導体基板３の上面に垂直な方向Ｚに対する第１トレンチ１１の側面１６の角度とする。また、第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６は、半導体基板３の上面に垂直な方向Ｚに対する第２トレンチ１２の側面２６の角度とする。酸化膜マスク８０の第１開口部８１と第２開口部８２を上記の形状にしたことによって、半導体基板３をドライエッチングしたときに第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６が第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６より大きくなる。また、図１０に示すように、第１トレンチ１１の長手方向（ｙ方向）における第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６も、第１トレンチ１１の短手方向（ｘ方向）の側面１６の傾斜角度θ１６（図７参照）よりも大きくなる。ドライエッチングにおけるマイクロローディング効果を利用することによって、第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６が、第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６よりも大きくなる。すなわち、半導体基板をドライエッチングするときに、第２トレンチ１２内では第１トレンチ１１内よりも副生成物が多く発生する。これによって、第２トレンチ１２の深い部分では浅い部分よりも半導体基板３がエッチングされ難くなる。そのため、第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６が大きくなる。
【００１５】
続いて底部領域形成工程を行う。底部領域形成工程では、図１１〜図１３に示すように、第１トレンチ１１と第２トレンチ１２の上方から第１トレンチ１１と第２トレンチの底部にｐ型の不純物をイオン注入する。第１トレンチ１１の底部と第２トレンチの底部の周囲の半導体基板３に不純物が注入される。図１１に示すように、第１トレンチ１１の底面１５に露出する範囲のドリフト領域３１に不純物がイオン注入される。第１トレンチ１１の底面１５から半導体基板３の内部に不純物が注入される。また、図１２に示すように、第２トレンチ１２の底面２５に露出する範囲のドリフト領域３１に不純物がイオン注入される。また、第２トレンチ１２のｘ方向の側面２６に露出する範囲のドリフト領域３１にも不純物がイオン注入される。また、図１３に示すように、第２トレンチ１２のｙ方向の側面２６に露出する範囲のドリフト領域３１にも不純物がイオン注入される。第２トレンチ１２の底面２５と側面２６から半導体基板３の内部に不純物が注入される。第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６が大きいので、イオン注入のときに第２トレンチ１２の側面２６から半導体基板３の内部に不純物が注入され易い。一方、第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６が小さいので、イオン注入の方向と第１トレンチ１１の側面１６が平行に近くなっており、イオン注入のときに第１トレンチ１１の側面１６から半導体基板３の内部に不純物が注入され難い。
【００１６】
半導体基板３に不純物をイオン注入した後に熱処理を行う。半導体基板３にイオン注入された不純物が熱処理によって活性化する。これによって、半導体基板３の不純物が注入された部分に、ｐ型の底部領域５１とｐ型の接続領域５２が形成される。底部領域５１は、第１トレンチ１１の底部と第２トレンチ１２の底部に露出する範囲のドリフト領域３１に形成される。底部領域５１は、第１トレンチ１１の底面１５の周囲と第２トレンチ１２の底面２５の周囲に形成される。接続領域５２は、第２トレンチ１２の側面２６に露出する範囲のドリフト領域３１に形成される。接続領域５２は、第２トレンチ１２の側面２６の周囲に形成される。接続領域５２は、第２トレンチ１２の側面２６に沿うように形成される。本実施例では、第１トレンチ１１の側面１６の周囲には、接続領域５２が形成されない。底部領域５１と接続領域５２は繋がっている。接続領域５２はボディ領域３２にも繋がっている。接続領域５２は底部領域５１とボディ領域３２を接続する。第２トレンチ１２の周囲では、ｐ型の底部領域５１とｐ型の接続領域５２とｐ型のボディ領域３２が連続した状態になる。
【００１７】
続いて、図１４及び図１５に示すように、第１トレンチ１１の底面１５と側面１６及び第２トレンチ１２の底面２５と側面２６を覆うゲート絶縁膜６１を形成する。また、第１トレンチ１１の内部と第２トレンチ１２の内部にゲート電極６２を形成する。また、ゲート電極６２の上に層間絶縁膜６３を形成する。更に、半導体基板３の上面に上面電極７１を形成する。上面電極７１は、ソース領域３３と導通する。上面電極７１は、図示しない位置でボディ領域３２とも導通する。
【００１８】
更に、半導体基板３の下面に露出する範囲のドリフト領域３１にｎ型の不純物をイオン注入し、その不純物を活性化することによってｎ型のドレイン領域３５を形成する。ドレイン領域３５の不純物濃度は、ドリフト領域３１の不純物濃度より高濃度である。その後、半導体基板３の下面に下面電極７２を形成する。以上の工程によって、半導体装置１を製造することができる。
【００１９】
上記の半導体装置の製造方法によれば、ドライエッチングによって半導体基板３に第１トレンチ１１と第２トレンチ１２を形成するときに、第２トレンチ１２の側面２６の傾斜角度θ２６が第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６より大きくなる。これによって、第１トレンチ１１と第２トレンチ１２の底部にイオン注入するときに、第２トレンチ１２の側面２６から半導体基板３の内部に不純物が注入されやすくなる。そのため、第１トレンチ１１と第２トレンチ１２の底部の周囲にｐ型の底部領域５１を形成するときに、それと同時に第２トレンチ１２の側面２６の周囲にｐ型の接続領域５２を形成することができる。接続領域５２は、底部領域５１とボディ領域３２を繋ぐように形成される。底部領域５１とボディ領域３２が接続領域５２によって接続されている半導体装置１を製造することができる。このように、上記の構成によれば、１回のイオン注入で半導体基板３に底部領域５１と接続領域５２を同時に形成することができる。
【００２０】
また、上記の構成によれば、イオン注入の回数が１回だけであり、なおかつ第１トレンチ１１の側面１６の傾斜角度θ１６が小さいので、第１トレンチ１１の側面１６から半導体基板３の内部に不純物が注入されることを抑制できる。したがって、第１トレンチ１１の側面１６の周囲にｐ型の領域が形成されることを抑制できる。これによって、半導体基板３の内部に不要なｐ型の領域が形成され難いので、半導体装置１のオン抵抗が増加することを抑制できる。よって、良好なオン抵抗特性が得られる。
【００２１】
以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
上記の実施例では、半導体基板３を上面視したときに第２トレンチ１２の開口部２７が正方形であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施例では、図１６に示すように、半導体基板３を上面視したときに第２トレンチ１２の開口部２７が長方形であってもよい。また、図１７に示すように、半導体基板３を上面視したときに第２トレンチ１２の開口部２７が円形であってもよい。上面視における第２トレンチ１２の開口部２７の幾何学的な形状は特に限定されるものではない。
【００２３】
また、第２トレンチ１２の形成位置は特に限定されるものではない。また、１個の第１トレンチ１１に対する第２トレンチ１２の数は特に限定されるものではない。図１８に示すように、第１トレンチ１１の長手方向（ｙ方向）の中央部に第２トレンチ１２を形成してもよい。
【００２４】
また、図１９および図２０に示すように、半導体基板３に複数の第１トレンチ１１と複数の第２トレンチ１２を形成してもよい。この場合、第１トレンチ１１の短手方向（ｘ方向）において隣り合う第２トレンチ１２と第２トレンチ１２が重ならないように、複数の第１トレンチ１１と複数の第２トレンチ１２を形成することがこのましい。第１トレンチ１１の短手方向（ｘ方向）において隣り合う第２トレンチ１２と第２トレンチ１２は、第１トレンチ１１の長手方向（ｙ方向）において互いにずれて形成される。
【００２５】
また、図２１および図２２に示すように、１個の第２トレンチ１２が複数の第１トレンチ１１に繋がる構成であってもよい。図２１に示す実施例では、１個の第２トレンチ１２が３個の第１トレンチ１１に繋がっている（３個の第１トレンチ１１の各一端部に１個の第２トレンチ１２が繋がっている。）。図２２に示す実施例では、１個の第２トレンチ１２が２個の第１トレンチ１１に繋がっている。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２７】
１      ：半導体装置
３      ：半導体基板
１１    ：第１トレンチ
１２    ：第２トレンチ
１５    ：底面
１６    ：側面
１７    ：開口部
２５    ：底面
２６    ：側面
２７    ：開口部
３１    ：ドリフト領域
３２    ：ボディ領域
３３    ：ソース領域
３５    ：ドレイン領域
５１    ：底部領域
５２    ：接続領域
６１    ：ゲート絶縁膜
６２    ：ゲート電極
６３    ：層間絶縁膜
７１    ：上面電極
７２    ：下面電極
８０    ：酸化膜マスク
８１    ：第１開口部
８２    ：第２開口部
９０    ：レジストマスク
９１    ：第１開口部
９２    ：第２開口部
Ｃ２７  ：円
Ｃ８２  ：円
θ１６  ：傾斜角度
θ２６  ：傾斜角度
【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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