(57)【要約】【課題】高温で長時間の拡散処理や酸化処理を行わずに、簡便な方法で半導体チップの端面に分離層を形成すること。【解決手段】ウェハ処理工程において、半導体ウェハ１のおもて面にｐ耐圧領域１０を含む表面構造を形成するとともに、半導体ウェハ１の裏面にｐコレクタ領域７を含む裏面構造を形成する。ダイシング工程において、ｐ耐圧領域１０の切断領域にレーザー２２を照射し、アブレーションによって半導体ウェハ１を切断する。切断と同時に、レーザー照射によって出現するダイシング面１１に、レーザー照射によるアブレーションによって飛散した溶融状態のｐ型半導体材料を付着させ、分離層５とする。【選択図】図１−３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハのおもて面に第１導電型の不純物を高濃度に含む第１高濃度領域を形成するとともに、前記半導体ウェハの裏面に第１導電型の不純物を高濃度に含む第２高濃度領域を形成するウェハ処理工程と、
前記第１高濃度領域の一部にレーザーを照射して前記半導体ウェハを切断しながら、前記レーザーの照射によって出現するダイシング面に第１導電型の半導体領域を生成するダイシング工程と、
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】
前記ダイシング工程では、第１導電型の不純物を含むガス雰囲気中でレーザーを照射す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３】
前記ガス雰囲気は、水素やアルゴンによりジボランを０．１〜数％の濃度に希釈したガス雰囲気であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ダイシング工程では、減圧雰囲気中でレーザーを照射することを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板のおもて面の端部に設けられた第１導電型の不純物を高濃度に含む第１高濃度領域と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第１導電型の不純物を高濃度に含む第２高濃度領域と、
前記第１高濃度領域の一部に照射されたレーザーにより切断されてできたダイシング面と、
前記ダイシング面と平行になるように前記ダイシング面から第１導電型の不純物が拡散してできた第１導電型の半導体領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【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半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に、双方向の耐圧特性を有する双方向型半導体装置または逆阻止型半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆阻止型の半導体装置においては、順阻止能力と同等の逆阻止能力が必要となる。この逆阻止能力を確保するために、逆耐圧を維持するｐｎ接合を半導体チップの裏面からおもて面まで延在させる必要がある。この裏面からおもて面に延在したｐｎ接合を形成するための拡散層が分離層である。従来、逆阻止型ＩＧＢＴの分離層を形成する方法として、以下の三つの方法がある。
【０００３】
図２は、従来の第１の方法を説明する断面図であり、図２−１から図２−４には、逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態が工程順に示されている。図２に示すように、第１の方法は、塗布拡散によって分離層を形成する方法である。まず、熱酸化処理を行い、半導体ウェハ１のおもて面に２．５μｍ程度の厚さの酸化膜２をドーパントマスクとして形成する（図２−１）。つぎに、この酸化膜２に対してパターニング・エッチング処理を行い、分離層を形成するための１００μｍ程度の幅の開口部３を形成する（図２−２）。
【０００４】
つぎに、開口部３にボロンソース４を塗布し、拡散炉において高温で長時間の熱処理を行い、半導体ウェハ１の表面領域に数百μｍ程度の深さのｐ型拡散層を形成する（図２−３）。このｐ型拡散層が分離層５となる。その後、特に図示しないが、表面構造を形成した後、半導体ウェハ１の裏面を研削して半導体ウェハ１を薄くし、この研削面６にｐコレクタ領域とコレクタ電極で構成される裏面構造を形成する。そして、分離層５の中心部に位置するスクライブラインで半導体ウェハ１を切断してＩＧＢＴチップを得る（図２−４）。図２−４において、７はｐコレクタ領域、８はｐウェル領域、９はゲート絶縁膜、１０はｐ耐圧領域、１１はダイシング面、１２はフィールド酸化膜である。エミッタ領域、ゲート電極、層間絶縁膜、エミッタ電極、フィールドプレートおよびコレクタ電極は省略されている。
【０００５】
図３は、従来の第２の方法を説明する断面図であり、図３−１および図３−２には、逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態が工程順に示されている。図３に示すように、第２の方法は、トレンチの側面に拡散層を形成して分離層を形成する方法である。まず、半導体ウェハ１のおもて面に数μｍの厚さの酸化膜１３でエッチングマスクを形成する。そして、ドライエッチング処理を行い、半導体ウェハ１に数百μｍ程度の深さのトレンチ１４を形成する（図３−１）。つぎに、気相拡散処理を行い、トレンチ１４の側壁に不純物１５を導入して、トレンチ１４の側壁に分離層５を形成する（図３−２）。つぎに、トレンチ１４に補強材を充填し、ｐコレクタ領域およびコレクタ電極等の裏面構造を形成した後、スクライブラインに沿ってダイシングして半導体ウェハ１からＩＧＢＴチップを得る。この第２の方法については、特許文献１〜３に開示されている。
【０００６】
図４は、従来の第３の方法を説明する断面図であり、図４−１から図４−３には、逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態が工程順に示されている。図４に示すように、第３の方法は、ウェハ裏面からトレンチを形成し、トレンチの側面に分離層を形成する方法である。まず、支持基板１６に両面粘着テープを介して薄い半導体ウェハ１のおもて面を貼り付け、ウェハ裏面にマスク１７を形成する（図４−１）。つぎに、アルカリエッチング処理を行って半導体ウェハ１の裏面にスクライブラインとなるトレンチ１４を形成する（図４−２）。つぎに、ウェハの裏面側からイオン注入を行い、レーザーアニール１８を行ってトレンチ１４の側壁に分離層５を形成するとともに、半導体ウェハ１の裏面にｐコレクタ領域７を形成する（図４−３）。つぎに、コレクタ電極を形成した後、両面粘着テープを剥がして半導体ウェハ１からＩＧＢＴチップを得る。この第３の方法については、特許文献４に開示されている。
【０００７】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した第１の方法では、分離層を形成するには、高温で長時間（例えば１３００℃で２００時間）の拡散処理が必要となる。このため、拡散炉を構成する石英ボードや石英管（石英チューブ）や石英ノズルなどの石英治具が劣化したり、ヒーターから汚染を受けたり、失透現象によって石英治具の強度が低下するという問題点がある。また、長時間の拡散処理に耐え得る良質で厚い酸化膜をドライ（乾燥酸素雰囲気）酸化法で形成するには、例えば１１５０℃で約２００時間の熱酸化を行う必要がある。ドライ酸化法に比べて膜質がやや劣るウェット酸化またはパイロジェニック酸化でも、約１５時間の処理が必要である。このように長時間の熱酸化処理を行う必要があるため、スループットが低下するという問題点がある。
【０００９】
また、長時間の熱酸化処理中に大量の酸素が半導体ウェハ中に導入されるため、酸素析出物が生じたり、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）やスリップ転位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。それらが原因で、ｐｎ接合でのリーク電流が増大したり、半導体ウェハ上に形成された絶縁膜の耐圧や信頼性が大幅に低下するという問題点がある。通常、酸化雰囲気下で行われる拡散処理においても、同様の問題が起こる。さらに、ボロンの拡散がほぼ等方的に進行するため、ボロンを深さ方向に２００μｍ拡散させると、横方向にもボロンが１８０μｍ程度拡散してしまう。そのため、デバイスピッチやチップサイズの縮小化が妨げられるという問題点もある。
【００１０】
また、上述した第２の方法では、典型的なドライエッチング装置を用いて半導体ウェハに２００μｍ程度の深さのトレンチを形成するには、ウェハ１枚あたり１００分程度かかる。そのため、リードタイムが増加したり、ドライエッチング装置のメンテナンス回数が増加するという問題点がある。また、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）のマスクを用いたドライエッチング処理によって深いトレンチを形成する場合、マスクの選択比が約５０程度であるため、数μｍ程度の厚さのシリコン酸化膜が必要となる。そのため、製造コストが上昇したり、酸化誘起積層欠陥や酸素析出物などのプロセス誘起結晶欠陥が導入されてしまい、良品率が低下するという問題点がある。
【００１１】
また、高アスペクト比のトレンチをドライエッチングで形成する際に、トレンチ内にレジストや薬液の残渣などが発生することがあり、歩留まりが低下したり、信頼性が低下するという問題点がある。また、高アスペクト比のトレンチ内へ不純物を導入するにあたっては、実効ドーズ量の低下や注入均一性の低下などの理由によりイオン注入法が適当でないため、気相拡散法が用いられる。しかし、気相拡散法は、ドーズ量の精密制御性の点でイオン注入法より劣る。また、気相拡散法では、導入できるドーパントのドーズ量が固溶限（ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  ｌｉｍｉｔ）により制限されることが多い。
【００１２】
さらに、トレンチのアスペクト比が高いと、トレンチに絶縁膜を充填させる際に、トレンチ内にボイドと呼ばれる隙間ができることがあり、信頼性が低下するという問題点がある。また、トレンチ形成時に半導体ウェハの表面が長時間プラズマ雰囲気に曝されることによるデバイス特性の劣化を避けるため、ゲート構造を作製する前にトレンチを形成する必要がある。その場合には、トレンチ形成後の種々のプロセスにおいてトレンチ内にレジストや薬液の残渣が発生するのを避けるために、トレンチを半導体膜や絶縁膜などで埋める必要がある。そのため、製造コストが上昇するという問題点がある。
【００１３】
また、上述した第３の方法では、支持基板が必要であるため、材料費がかさみ、コスト増を招くという問題点がある。また、アルカリエッチング用のマスクを形成する工程およびそのマスクを除去する工程が増えるため、製造コストが上昇するという問題点がある。
【００１４】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、高温で長時間の拡散処理や酸化処理を行わずに、簡便な方法で半導体チップの端面に分離層を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、デバイスピッチやチップサイズを小さくすることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。さらに、この発明は、高い信頼性を有する半導体装置を低コストで製造することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、デバイスピッチやチップサイズの小さい半導体装置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】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体ウェハのおもて面に第１導電型の不純物を高濃度に含む第１高濃度領域を形成するとともに、前記半導体ウェハの裏面に第１導電型の不純物を高濃度に含む第２高濃度領域を形成するウェハ処理工程と、前記第１高濃度領域の一部にレーザーを照射して前記半導体ウェハを切断しながら、前記レーザーの照射によって出現するダイシング面に第１導電型の半導体領域を生成するダイシング工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記ダイシング工程では、第１導電型の不純物を含むガス雰囲気中でレーザーを照射することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記ガス雰囲気は、水素やアルゴンによりジボランを０．１〜数％の濃度に希釈したガス雰囲気であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項２または３に記載の発明において、前記ダイシング工程では、減圧雰囲気中でレーザーを照射することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５の発明にかかる半導体装置は、半導体基板のおもて面の端部に設けられた第１導電型の不純物を高濃度に含む第１高濃度領域と、前記半導体基板の裏面に設けられた第１導電型の不純物を高濃度に含む第２高濃度領域と、前記第１高濃度領域の一部に照射されたレーザーにより切断されてできたダイシング面と、前記ダイシング面と平行になるように前記ダイシング面から第１導電型の不純物が拡散してできた第１導電型の半導体領域と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項１の発明によれば、ダイシング工程において、レーザー照射によるアブレーションによって、第１導電型の不純物を高濃度に含む領域が切断されると、第１導電型の不純物を含む半導体材料が溶融状態となって周囲に飛散し、レーザー照射によって出現するダイシング面に付着して分離層となる。また、その分離層の生成時に第１導電型の不純物の横方向の拡散が起こらない。
【００２１】
請求項２〜４の発明によれば、レーザーの照射によって、励起された第１導電型の不純物がラジカルとなってダイシング面に付着するので、分離層としての効果がより促進される。また、酸素を含まない雰囲気で分離層が生成されるので、アブレーションによって飛散した溶融状態の半導体材料が酸化するのが抑えられる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、ダイシング面に、このダイシング面と平行に設けられた第１導電型の半導体領域が分離層となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、高温で長時間の拡散処理や酸化処理を行わずに、簡便な方法で半導体チップの端面に分離層を形成することができるという効果を奏する。また、デバイスピッチやチップサイズを小さくすることができるという効果を奏する。さらに、高い信頼性を有する半導体装置を低コストで製造することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる半導体装置によれば、本発明方法で製造されることにより、デバイスピッチやチップサイズが従来よりも小さくなるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する断面図であり、図１−１から図１−３には、半導体装置の製造途中の状態が工程順に示されており、図１−４には、完成した半導体装置の構成が示されている。まず、図１−１に示すように、周知の方法により、半導体ウェハ１のおもて面にｐウェル領域８、ゲート絶縁膜９、ｐ耐圧領域（第１高濃度領域）１０およびフィールド酸化膜１２を含む表面構造を形成する。ｐ耐圧領域１０は、高濃度のｐ型不純物を含んでいる。ｐ耐圧領域１０は、後のダイシング工程においてレーザーが照射される領域（切断領域とする）を含むように形成される。また、周知の方法により、半導体ウェハ１の裏面にｐコレクタ領域（第２高濃度領域）７を含む裏面構造を形成する。ｐコレクタ領域７は、高濃度のｐ型不純物を含んでいる。ここで、ｐ耐圧領域（第１高濃度領域）１０とｐコレクタ領域（第２高濃度領域）７は、ｐウエル領域８よりも不純物の濃度を高く形成する。ｐコレクタ領域７は、図示していないコレクタ電極層と良好な接触を得るために高濃度としておく必要があり、１×１０19ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3程度の濃度とするとよい。また、切断後のチップの端部（ダイシング面）に１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3程度の不純物濃度の分離層を形成する必要がある。分離層５の不純物は、ｐ耐圧領域１０内のｐ型の不純物が供給源となるため、ｐ耐圧領域１０は、分離層５の不純物濃度より高い１×１０20ｃｍ-3程度の濃度に選定すればよい。ここまでの段階で、ウェハプロセスが終了する。従って、図示省略するが、エミッタ領域、ゲート電極、層間絶縁膜、エミッタ電極、フィールドプレートおよびコレクタ電極なども形成されている。
【００２６】
つぎに、図１−２に示すように、半導体ウェハ１の裏面にダイシングテープ２１を貼り付ける。ダイシングテープ２１は、ＵＶ光の照射による硬化によって剥離可能なＵＶ硬化タイプのものであってもよいし、そうでなくてもよい。ダイシングテープ２１は、半導体ウェハ１の径よりも大きい内径を有するフレーム（図示省略）に固定されている。つぎに、図１−３に示すように、半導体ウェハ１のおもて面側からｐ耐圧領域１０の切断領域にレーザー２２を照射して、ダイシングを行う。レーザー照射によってアブレーションが起こり、切断領域の半導体が深さ方向に除去される。
【００２７】
ｐ耐圧領域１０が切断される際には、ｐ型不純物を含む半導体材料が溶融状態となって飛散する。飛散した半導体材料は、切断の進行と同時に、ダイシング面１１に付着する。付着した半導体材料には、ｐ型不純物がドーパントとして含まれている。従って、ダイシングの進行とともに、そのダイシング面１１に分離層５が生成される。例えば半導体材料がシリコンの場合には、ｐ型不純物は例えばボロンであり、ｐ型のポリシリコンが分離層５として生成される。分離層５は、ダイシング面１１からｐ型不純物がダイシング面１１とほぼ平行になるように拡散することによって形成される。分離層５の幅、すなわちダイシング面１１からの拡散深さは、例えば１〜２μｍ程度である。なお、ダイシング面１１には、レーザー照射によって溶けた半導体が冷えて固化したときにできる溶融痕が残る。
【００２８】
ここで、レーザーの種類としては、アブレーションを起こすものであれば、可視レーザーであってもよいし、紫外レーザーであってもよい。一例として、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザーの第二高調波（波長：５３２ｎｍ）、第三高調波（波長：３５５ｎｍ）または第四高調波（波長：２６６ｎｍ）が挙げられる。最後に、ダイシングテープ２１から半導体ウェハ１を剥がす。それによって、図１−４に示すように、逆阻止型ＩＧＢＴ等の半導体チップ２０が得られる。
【００２９】
ダイシングの際に、例えばジボランガス（Ｂ2Ｈ6）雰囲気中でレーザー照射を行ってもよい。この場合には、半導体ウェハにダイシングテープを貼り付けた後、真空の反応容器の中に半導体ウェハを搬入する。そして、反応容器内に、水素やアルゴンにより０．１〜数％の濃度に希釈されたジボランを導入し、反応容器内を減圧または常圧に保持する。その状態で、ｐ耐圧領域の切断領域にレーザーを照射し、ダイシングを行う。レーザーの照射によって、励起されたジボラン分子がラジカルとなってダイシング面に付着するので、ｐ型分離層としての効果がより促進される。また、酸素を含まない雰囲気でｐ型分離層が生成されるので、アブレーションによって飛散した溶融状態の半導体材料が酸化するのが抑えられる。例えば半導体材料がシリコンの場合には、より良質のｐ型のポリシリコンが分離層として生成される。なお、ジボランガス雰囲気に限らず、ｐ型不純物を含むガス雰囲気であればよい。なお、ｐ型不純物を含むガス雰囲気中でレーザーを照射する場合、ガス中のｐ型不純物を含むガス雰囲気も分離層の不純物となるので、ｐ耐圧領域１０の不純物濃度は、上述の１×１０20ｃｍ-3程度より低くてもよいが、ｐ耐圧領域１０の不純物濃度を上述のとおり１×１０19ｃｍ-3程度としておくと、ガス中のｐ型不純物がさらに導入されて、より良好な分離層を形成することができる。
【００３０】
以上説明したように、実施の形態によれば、ダイシング工程において、レーザー照射による半導体ウェハの切断と同時に、ダイシング面に分離層が生成される。つまり、分離層を生成するための特別な工程を設けることなく、簡便な方法で半導体チップの端面に分離層を形成することができる。高温で長時間の拡散処理や酸化処理を行ったり、高アスペクト比のトレンチを形成する必要がない。従って、高い信頼性を有する半導体装置を低コストで製造することができる。また、分離層を生成する際に、ドーパントの横方向の拡散が起こらないので、デバイスピッチやチップサイズを小さくすることができる。
【００３１】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載したレーザーの波長やジボランガスの濃度などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、実施の形態では第１導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｎ型としても同様に成り立つ。また、本発明は、逆阻止型ＩＧＢＴに限らず、その他の逆阻止型デバイスや双方向型デバイス、または分離層形成を伴うＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタもしくはＭＯＳサイリスタなどの半導体デバイスにも適用でき、それらに適用した場合にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置に有用であり、特に、双方向型デバイスまたは逆阻止型デバイスに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１−１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１−２】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１−３】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１−４】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２−１】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２−２】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２−３】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２−４】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３−１】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３−２】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４−１】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４−２】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４−３】従来の逆阻止型ＩＧＢＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体ウェハ
５  分離層
７  ｐコレクタ領域
１０  ｐ耐圧領域
１１  ダイシング面
２０  半導体チップ
２２  レーザー
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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