專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件一比如反向阻斷IGBT(IGBT 絕緣柵雙極型晶體管)——的制造方法。尤其是，本發(fā)明涉及一種形成有反向阻斷IGBT的分離層的制造方法。
背景技術(shù)：


圖18A至18C示出一種以往已知的反向阻斷IGBT的制造方法，是以步驟為順序示出主要部分制造步驟的剖視圖。其中，具有1200V的阻斷電壓的反向阻斷IGBT作為一個(gè)例子被給出。在圖18A中，厚度大約為400 μ m的硅晶片91a(以后簡(jiǎn)稱(chēng)為“晶片91a”)的正面 92被具有開(kāi)口 96的掩模95覆蓋。接著，雜質(zhì)源(例如硼源)被涂布于掩模95，并在例如 1300°C的高溫下，進(jìn)行大約300小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散。由于長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散，雜質(zhì)經(jīng)由開(kāi)口 96被導(dǎo)入至晶片91a，并形成超過(guò)200 μ m的散熱層97。接下來(lái)，在圖18B中，平面柵極類(lèi)型的反向阻斷IGBT的表面構(gòu)造98構(gòu)成于晶片 91a的正面92上。如圖19所示，表面構(gòu)造98由以下構(gòu)件構(gòu)成p_阱層101、n_發(fā)射極層 102、柵極絕緣膜103、柵電極104、層間絕緣膜105、發(fā)射極電極106以及聚酰亞胺或類(lèi)似物的表面保護(hù)膜107。圖19是圖18B的E部分的細(xì)節(jié)圖。另外，在圖18B中未示出表面保護(hù)膜 107。接下來(lái)，在圖18C中，為了保護(hù)表面構(gòu)造98，表面構(gòu)造98的頂部被抗蝕劑99覆蓋。 接著，晶片91a的背面93a被研磨大約200 μ m,以便到達(dá)散熱層97，形成減薄的晶片91。通過(guò)這樣，散熱層97從正面到背面連續(xù)，并形成有反向阻斷IGBT的分離層100。另外，在JP-A-2001-185727中(圖27)說(shuō)明了在正面形成p_擴(kuò)散層并在背面形成P-集電極層后，從背面通過(guò)機(jī)械加工和化學(xué)處理來(lái)形成槽，使其與正面P-擴(kuò)散層接觸， 并且P-擴(kuò)散層形成于槽的側(cè)壁上并用作分離層。在這種情況下，P-集電極層與形成于槽的側(cè)壁的P-擴(kuò)散層是分開(kāi)形成的。另外，在JP-A-2006-303410(圖 1)和 W0-2009-139417 (圖 1)中說(shuō)明了在從背面形成分離槽使其與正面擴(kuò)散層接觸后，形成于槽的P-擴(kuò)散層和形成于背面的P-集電極層同時(shí)形成。另外，在開(kāi)^-2005-93972(圖幻中說(shuō)明了在形成p_集電極層后，形成槽，使其與 P-集電極層接觸。它說(shuō)明了 P-擴(kuò)散層形成于槽的側(cè)壁上，用作分離層。在這種情況下，較薄的形成集電極層的P-層和較深的形成于槽的側(cè)壁的P-層是分開(kāi)形成的。另外，在JP-A-2004_336008(圖1)說(shuō)明了在p_集電極層形成后形成槽，雜質(zhì)從槽擴(kuò)散，該擴(kuò)散層與P-集電極層連結(jié)并且用作分離層。分離層形成得比切割線進(jìn)入芯片的內(nèi)側(cè)更多。另外，在JP-A-2009-177039(圖7)，向背面進(jìn)行離子注入，形成P-集電極層，然后晶片被切割為芯片。它說(shuō)明了芯片被堆疊在一起，向其側(cè)表面進(jìn)行離子注入，形成分離層。在以往已知的圖18A至18C中示出的制造方法中，由于分離層100僅由來(lái)自正面92的雜質(zhì)擴(kuò)散的熱擴(kuò)散形成，因此難以形成厚的分離層，且難以增加器件的阻斷電壓。如上所述，在1200V的級(jí)別下，晶片91的厚度大約為200 μ m，為了形成厚的分離層100，需要在大約1300°C的高溫下長(zhǎng)時(shí)間熱擴(kuò)散大約300小時(shí)。當(dāng)在這種高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間熱擴(kuò)散時(shí)， 氧會(huì)進(jìn)入為阻斷電壓增加所需的高電阻晶片。氧成為施主，會(huì)減小電阻，引起諸如反向阻斷 IGBT的阻斷電壓下降之類(lèi)的不利。另外，由于一次熱處理需要大約300小時(shí)(大約兩周)的較長(zhǎng)時(shí)間，因此生產(chǎn)量極差，導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。接下來(lái)，將說(shuō)明上述的JP-A-2001-185727 (圖 27)、JP-A-2006-303410(圖 1)、W0-2009-139417 (圖 1)、JP-A-2005-93972 (圖 2)、 JP-A-2004-336008 (圖 1)和 JP-A-2009-177039 (圖 7)的問(wèn)題。在JP-A-2001-185727 (圖27)中，由于槽的制造是通過(guò)機(jī)械加工和化學(xué)處理進(jìn)行的，因此沒(méi)有說(shuō)明利用晶體取向的各向異性蝕刻。在JP-A-2006-303410(圖 1)和 W0-2009-139417 (圖 1)中，由于槽的 p_ 擴(kuò)散層和 P-集電極層同時(shí)形成，因此無(wú)法優(yōu)化槽擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度和P-集電極層的雜質(zhì)濃度這兩者。例如，當(dāng)槽擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度被優(yōu)化時(shí)，接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗之間的折衷惡化。另外， 當(dāng)P-集電極層的雜質(zhì)濃度被優(yōu)化時(shí)，難以保證阻斷電壓。另外，由于槽從背側(cè)形成至正面附近，因此晶片的機(jī)械強(qiáng)度較低，并且當(dāng)操作時(shí)它可能損壞。在JP-A-2005-93972 (圖2)中，由于較深的槽形成為從正面?zhèn)鹊竭_(dá)背面?zhèn)鹊膒_集電極層，因此晶片的機(jī)械強(qiáng)度較低，并且當(dāng)操作時(shí)它可能損壞。在JP-A-2004-336008 (圖1)中，由于切割線在分離層的外側(cè)，因此芯片尺寸會(huì)增加，且芯片成本增加。在JP-A-2009-177039 (圖7)中，由于芯片在切割后堆疊并向其側(cè)表面進(jìn)行離子注入，因此可能發(fā)生芯片表面劃傷，導(dǎo)致器件性能下降。進(jìn)一步地，在JP-A-2001-185727 (圖 27)至 JP-A-2009-177039 (圖 7)中，沒(méi)有說(shuō)
明“通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻從背面?zhèn)刃纬刹?，使其與從正面?zhèn)刃纬傻纳釋咏佑|。接著，散熱層形成于槽的內(nèi)壁上，且分離層由散熱層和槽內(nèi)擴(kuò)散層形成。進(jìn)一步地，分開(kāi)進(jìn)行用于形成槽內(nèi)擴(kuò)散層的離子注入和用于形成背面集電極層的離子注入”的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其解決了前述問(wèn)題，可以保證晶片強(qiáng)度，提升器件性能，當(dāng)形成構(gòu)成分離層的散熱層時(shí)可以減少熱擴(kuò)散時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<110>方向切割線處的第一中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟；從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；在所述第二主表面形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在厚度減小的所述硅晶片的第二主表面上的所述第一中心線的投影即第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口 ；使用該第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟； 去除所述第二掩模，并且進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入所述第二主表面和所述槽的側(cè)壁面的步驟；以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理，并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<110>方向切割線處的第一中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟；從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入厚度減小后的所述硅晶片的第二主表面的步驟；在所述第二主表面形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在所述第二主表面的所述第一中心線的投影即第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口 ；使用所述第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟；以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理，并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<100>方向切割線處的中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟；從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；向厚度減小后的所述硅晶片的第二主表面上投影所述第一中心線，并且在所述第二主表面形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在所投影的第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口 ；使用所述第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟； 去除所述第二掩模，并且進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入所述第二主表面和所述槽的側(cè)壁面的步驟；以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理，并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<100>方向切割線處的第一中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟；從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入厚度減小后的所述硅晶片的第二主表面的步驟；在所述第二主表面上形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在所述第二主表面的所述第一中心線的投影即第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口 ；使用所述第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟；以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理，并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在本發(fā)明的第一方面或第二方面中，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在形成所述散熱層后，在作為所述硅晶片的被所述切割線處包圍的一部分的第一導(dǎo)電型的硅基板的前側(cè)表面層中形成第二導(dǎo)電型的阱層的步驟；在所述阱層的表面層上形成第一導(dǎo)電型的發(fā)射極層的步驟；在夾在所述硅基板和所述發(fā)射極層之間的所述阱
7層上跨柵絕緣膜形成柵電極的步驟；跨所述柵電極的頂部和所述發(fā)射極層的頂部來(lái)形成層間絕緣膜的步驟；在所述層間絕緣膜上形成與所述發(fā)射極層和所述阱層電連接的發(fā)射電極的步驟；在通過(guò)包括在所述發(fā)射電極上形成表面保護(hù)膜的步驟的步驟來(lái)形成表面構(gòu)造后， 在所述硅基板的背面上形成所述槽內(nèi)擴(kuò)散層和所述集電極層的步驟；跨所述槽內(nèi)擴(kuò)散層的頂部和所述集電極層的頂部形成集電電極的步驟；以及沿著所述切割線處切割所述散熱層并使其單片化的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在本發(fā)明的第三方面或第四方面中，半導(dǎo)體器件的制造方法包括在形成所述散熱層后，在作為所述硅晶片的被所述切割線處包圍的一部分的第一導(dǎo)電型的硅基板的前側(cè)表面層中形成第二導(dǎo)電型的阱層的步驟；形成從所述硅基板的前側(cè)貫穿所述阱層，并具有長(zhǎng)度方向與所述切割線處的方向平行的開(kāi)口部的溝槽的步驟；在所述阱層的表面層上形成與所述溝槽的側(cè)壁相接觸的第一導(dǎo)電型的發(fā)射極層的步驟；在所述溝槽的內(nèi)壁上形成柵絕緣膜，然后形成柵電極以填充所述溝槽內(nèi)部的步驟；跨所述柵電極的頂部和所述發(fā)射極層的頂部來(lái)形成層間絕緣膜的步驟；在所述層間絕緣膜上形成與所述發(fā)射極層和所述阱層電連接的發(fā)射電極的步驟；在利用包括在所述發(fā)射電極上形成表面保護(hù)膜的步驟的步驟來(lái)形成表面構(gòu)造后，在所述硅基板的背面上形成所述槽內(nèi)擴(kuò)散層和所述集電極層的步驟；跨所述槽內(nèi)擴(kuò)散層的頂部和所述集電極層的頂部形成集電電極的步驟；以及沿著所述切割線處切割所述散熱層并使其單片化的步驟。另外，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在本發(fā)明的第一或者第三方面中，優(yōu)選的是所述第一離子注入的加速電壓及劑量分別比所述第二離子注入的加速電壓及劑量大。另外，根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在本發(fā)明的第二或者第四方面中，優(yōu)選的是所述第二離子注入的加速電壓及劑量分別比所述第一離子注入的加速電壓及劑量大。另外，根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在本發(fā)明的第一方面中，優(yōu)選的是所述第一離子注入是用硼在加速電壓為60keV 180keV，劑量為5 X 1013cm_2 5 X 1015cm_2的情況下進(jìn)行的， 所述第二離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為IX IO13CnT2 IX IO15cnT2 的情況下進(jìn)行的。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在本發(fā)明的第二方面中，優(yōu)選的是所述第二離子注入是用硼在加速電壓為60keV 180keV，劑量為5 X 1013cm_2 5 X 1015cm_2的情況下進(jìn)行的， 所述第一離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為IX IO13CnT2 IX IO15cnT2 的情況下進(jìn)行的。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，在本發(fā)明的第三方面中，優(yōu)選的是所述第一離子注入是用硼在加速電壓為80keV 200keV，劑量為5X IO13CnT2 5X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的，所述第二離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為IX 1013cm_2 IXlO15cnT2的情況下進(jìn)行的。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，在本發(fā)明的第四方面中，優(yōu)選的是所述第二離子注入是用硼在加速電壓為80keV 200keV，劑量為5X IO13CnT2 5X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的，所述第一離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為IX 1013cm_2 IXlO15cnT2的情況下進(jìn)行的。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，在本發(fā)明的第一至第四方面中，優(yōu)選的是所述退火處理是激光退火或者加熱爐退火。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，在本發(fā)明的第一或者第三方面中，優(yōu)選的是所述第一離子注入傾斜地注入。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，在本發(fā)明的第二或者第四方面中，優(yōu)選的是所述第二離子注入傾斜地注入。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，在本發(fā)明的第一至第四方面的任一個(gè)中，優(yōu)選的是分離層由所述散熱層和所述槽內(nèi)擴(kuò)散層構(gòu)成。另外，根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，在本發(fā)明的第一、第三、第七、第九、第十一方面中，在通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成所述槽的步驟中，進(jìn)行蝕刻使得所述槽的開(kāi)口寬度比所述第二掩模的開(kāi)口寬度寬。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將從正面形成的散熱層和從背面形成的槽內(nèi)擴(kuò)散層連接，從而形成分離層，可以將散熱層形成得較淺，并且可以大幅減少熱擴(kuò)散時(shí)間。另外，同將形成的槽內(nèi)擴(kuò)散層的離子注入和形成集電極層的離子注入分開(kāi)，可以針對(duì)接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗間的折衷選擇最佳值，同時(shí)確保反向阻斷電壓。另外，通過(guò)選擇<100>方向用于切割線，進(jìn)行排列，使得芯片的周端朝向<100>方向，可以使成為溝槽柵極的溝槽側(cè)壁表面為(100)面，該(100)面幾乎沒(méi)有界面狀態(tài)。通過(guò)在(100)面形成溝道，可以增加電子遷移率。作為其結(jié)果，可以增加IGBT的性能。另外，通過(guò)使從晶片的背面形成的槽的方向?yàn)?lt;100>方向，其以45°的分裂方向交叉。因此，不大可能產(chǎn)生分裂，可以增加晶片的機(jī)械強(qiáng)度。作為其結(jié)果，在操作處理中可以減少晶片損壞和碎屑，并且可以提升成品率。附圖簡(jiǎn)述圖IA至IC是本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖2D至2F接著圖IA至1C，是第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖3G至31接著圖2D至2F，是第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖4J接著圖3G至31，是第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖5A至5C是圖示第一實(shí)施例的晶片的圖表，其中圖5A是圖IA的晶片的俯視圖， 圖5B是圖5A的剖視圖，圖5C是圖5B的A部分的放大圖；圖6A和6B是表面構(gòu)造8和阻斷電壓構(gòu)造的圖示，其中圖6A是表面構(gòu)造的剖視圖， 圖6B是阻斷電壓構(gòu)造的剖視圖。圖6A是圖IC的B部分的細(xì)節(jié)圖；圖7是形成有錐形槽12的晶片1的主要部分的立體圖；圖8是通過(guò)激光退火激活離子注入的硼后的曲線圖；圖9A至9C，示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，是以步驟為順序示出主要部分制造步驟的剖視圖；圖IOA至IOC是本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖IlD至IlF接著圖IOA至10C，是第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖12G至121接著圖IlD至11F，是第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分制造步驟的剖視圖；圖13J接著圖12G至121，是第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的制造步驟的剖視圖；圖14A至14C是圖示第三實(shí)施例的晶片的圖，其中圖14A是圖IOA的晶片的俯視圖，圖14B是圖14A的剖視圖，圖14C是圖14B的C部分的放大圖；圖15A至15C是表面構(gòu)造58、阻斷電壓構(gòu)造、溝槽88的圖示，其中圖15A是表面構(gòu)造的剖視圖，圖15B是阻斷電壓構(gòu)造的剖視圖，圖15C是溝槽的立體圖；圖16是形成有錐形槽62的晶片51的主要部分的立體圖；圖17A至17C示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟，是以步驟為順序示出主要部分的制造步驟的剖視圖；圖18A至18C示出以往已知的反向阻斷IGBT制造方法，是以步驟為順序示出主要部分的制造步驟的剖視圖；圖19是圖18B的E部分的細(xì)節(jié)圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)下面的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。實(shí)施例1圖IA至4J示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，是以步驟為順序示出主要部分的制造步驟的剖視圖。這是具有平面柵極構(gòu)造的反向阻斷IGBT的一個(gè)例子。首先，在圖IA中，準(zhǔn)備如圖5A至5C所示的晶片la，其厚度大約為例如400 μ m，其中在(100)面的方位平面(OF，orientation flat) 25的方向是<110>方向。由于OF 25的方向與切割線26的方向一致，因此當(dāng)從晶片Ia去除芯片時(shí)，切割線沈的方向也是<110> 方向。圖5A是圖IA的晶片的俯視圖，圖5B是圖5A的剖視圖，圖5C是圖5B的A部分的放大圖。另外，一系列步驟剖視圖是對(duì)應(yīng)于圖5C的剖視圖。接下來(lái)，在圖IB中，使用形成有在將成為切割線沈的位置處具有開(kāi)口 6的圖案的掩模5，硼離子經(jīng)由掩模5的開(kāi)口 6注入。接下來(lái)，硼熱擴(kuò)散至例如大約85 μ m的深度，形成成為分離層30的一部分的熱擴(kuò)散層7。熱擴(kuò)散層7的深度只是當(dāng)阻斷電壓為1，200V時(shí)的一個(gè)例子，但是深度根據(jù)器件阻斷電壓而改變。形成開(kāi)口 6，使得切割線沈的中心線4是開(kāi)口 6的中心線4。通過(guò)這樣，開(kāi)口 6在中心線4的任一側(cè)上都形成為均等寬度。硼的擴(kuò)散深度為等于或大于當(dāng)在后續(xù)步驟中利用堿性蝕刻形成槽時(shí)的殘留膜中硅的厚度(晶片厚度)。在尺寸為6英寸或以上的晶片中可操作的殘留膜的厚度為50μπι或以上。因此，硼的擴(kuò)散深度為50 μ m或以上。另外，例如，當(dāng)注入離子時(shí)使用熱氧化物膜、使用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法形成的氧化物膜或者抗蝕劑作為掩模5。接下來(lái)，在圖IC中，掩模5被去除，并且在平面柵極類(lèi)型的反向阻斷IGBT表面構(gòu)造8形成于晶片Ia的正面2后，抗蝕劑9 (例如，負(fù)性抗蝕劑)被涂布于表面構(gòu)造8上。如圖6A和6B所示，表面構(gòu)造8由以下構(gòu)件構(gòu)成p-阱層31、n-發(fā)射極層32、柵極絕緣膜33、 柵電極34、層間絕緣膜35、發(fā)射極電極36以及聚酰亞胺或類(lèi)似物的表面保護(hù)膜37。另外， 擴(kuò)散層38構(gòu)成阻斷電壓構(gòu)造的一部分。圖6A是圖IC的B部分的細(xì)節(jié)圖，圖6B是圖IC的 C部分的細(xì)節(jié)圖。另外，表面保護(hù)膜37和擴(kuò)散層38在圖IC中未示出。接下來(lái)，在圖2D中，通過(guò)研磨晶片Ia的背面3a并用混合酸對(duì)其進(jìn)行蝕刻，晶片1 的厚度被減小(晶片被減薄)，完成具有平滑背面3的晶片1。通過(guò)在背面研磨后用混合酸進(jìn)行蝕刻，在背面研磨中產(chǎn)生的背面3的處理應(yīng)力被去除。另外，由于反向阻斷IGBT是非穿通(NPT，non-punch through)類(lèi)型的IGBT，因此晶片1的厚度為大約200 μ m，由此，可以響應(yīng)例如1，200V的阻斷電壓。當(dāng)然，在器件阻斷電壓不同的情況下，厚度會(huì)改變。接下來(lái)，在圖2E中，抗蝕劑被涂布于背面3朝上的晶片1。接著，使用雙側(cè)曝光設(shè)備，形成有散熱層7的正面2的圖案(掩模5的開(kāi)口 6)被轉(zhuǎn)移至背面3，使得圖案對(duì)齊。轉(zhuǎn)移至背面3的圖案是正面2的圖案的投影的圖案?？刮g劑根據(jù)背面3的投影的圖案來(lái)圖案化，形成其中形成有開(kāi)口 11的掩模10。用于形成散熱層7的開(kāi)口 6的中心線4和形成于背面3的開(kāi)口 11的中心線4 一致。開(kāi)口 11在中心線4的任一側(cè)上形成為均等寬度。另外， 用于形成散熱層7的開(kāi)口 6的中心線4和切割線沈的中心線4 一致。S卩，圖中示出的中心線4分別是切割線沈、開(kāi)口 6、和開(kāi)口 11的中心線。接下來(lái)，在圖2F中，使用掩模10，利用堿性溶液進(jìn)行各向異性蝕刻，在晶片1的背面3中形成錐形槽12。例如，使用10% TMAH水溶液(TMAH 四甲基氫氧化銨)作為堿性蝕刻溶液。另外，當(dāng)蝕刻時(shí)溶液溫度是大約85°C。利用堿性蝕刻，形成具有錐形側(cè)壁表面13 的、以(111)面作為蝕刻截止面的槽12 (V形槽)。錐形槽12的側(cè)壁表面13的錐角Θ1 (指示晶片1表面與側(cè)壁表面13相遇處的鈍角)是討.7°。另外，由于側(cè)面蝕刻，槽12的開(kāi)口寬度12a大于掩模10的開(kāi)口 11的寬度。因此，掩模10的突出端15形成于槽12的開(kāi)口寬度1 上。負(fù)性抗蝕劑被用作掩模5，以便在沒(méi)有蝕刻出槽12的晶片1的正面2的表面構(gòu)造8處沒(méi)有堿性蝕刻。通過(guò)使用負(fù)性抗蝕劑，保護(hù)形成于晶片1的表面構(gòu)造8。圖7是形成有錐形槽12的晶片1的主要部分的立體圖。槽12的側(cè)壁表面13主要是平的表面。另外， 側(cè)壁表面13交叉的脊線實(shí)際上是小面積的多面，其平面方向是不同于(111)的平面。其中， 然而側(cè)壁表面13的平面方向都被標(biāo)記為(111)。接下來(lái)，在圖3G中，使用掩模10向槽12的內(nèi)壁表面(側(cè)壁表面13和底表面14)， 以120keV的加速電壓和5X IO14CnT2的劑量，進(jìn)行硼17的離子注入16。與背面3垂直地進(jìn)行離子注入16。然而，當(dāng)與背面3傾斜地進(jìn)行離子注入時(shí)，離子注入與槽的側(cè)壁表面的方向接近垂直方向，并且可以控制離子注入的范圍，意味著在后續(xù)退火步驟中的缺陷恢復(fù)比較容易。關(guān)于離子注入16的條件，加速電壓為60keV至ISOkeV的范圍，劑量為5X1013cm_2 至5X IO15CnT2是優(yōu)選的。以少于60keV的加速電壓，注入太淺。同時(shí)，當(dāng)加速電壓超過(guò)180keV時(shí)，槽12的側(cè)壁表面13遭受的損傷較大，難以使結(jié)晶性在退火處理中恢復(fù)。另外，以少于5X IO13CnT2 的劑量，形成于槽12的側(cè)壁表面13中的槽內(nèi)擴(kuò)散層21的雜質(zhì)濃度太低，難以保證阻斷電壓。同時(shí)，當(dāng)劑量超過(guò)5X IO15CnT2時(shí)，離子注入時(shí)間增加，并且由于被進(jìn)行注入的表面變得粗糙而難以使結(jié)晶性在退火處理中恢復(fù)，意味著反向漏電流增加。所以，明智的是從器件阻斷電壓的觀點(diǎn)而言，加速電壓和劑量的最佳值被固定在上述的范圍內(nèi)。
由于除了槽12所有都被掩模10覆蓋，因此可以選擇性地僅在槽12內(nèi)進(jìn)行離子注入16。如圖8所示，注入錐形槽12(V形槽)的側(cè)壁表面13的硼17的劑量和注入深度，與注入垂直于離子注入方向的平的表面的硼相比分別減少。圖8是激光退火激活離子注入的硼后的曲線圖。該曲線圖是在注入1 X IO15CnT2的硼離子并通過(guò)激光退火激活后使用SIMS測(cè)定得到的曲線圖。以平的表面，峰值濃度在距表面大約0. 4 μ m的深度處為4X IO19Cm-3,結(jié)深 Xj大約為0. 85 μ m。同時(shí)，以V形槽，峰值濃度在距表面大約0. 3 μ m的深度處為1 X IO1W3, 結(jié)深Xj大約為0. 7 μ m，各值分別小于平的表面。然而，在V形槽的情況下也有充分的劑量和深度來(lái)形成反向阻斷IGBT的分離層30。通過(guò)這樣，在錐形槽12中也可以保證充分的雜質(zhì)濃度。接下來(lái)，在圖3H中，在灰化并去除掩模10并且清洗晶片1的背面3后，在晶片1的整個(gè)背面3上，以SOkeV的加速電壓和IX IO14CnT2的劑量，進(jìn)行硼19的離子注入18，以便形成IGBT集電極層22。以相對(duì)于背面3成7°傾斜角進(jìn)行離子注入18。關(guān)于離子注入18 的條件，加速電壓為40keV至150keV的范圍，劑量為IX IO13CnT2至IXlO15cnT2是優(yōu)選的。 以小于40keV的加速電壓，注入太淺。同時(shí)，當(dāng)加速電壓超過(guò)150keV時(shí)，對(duì)被注入表面的損傷較大，并且可能發(fā)生其無(wú)法通過(guò)退火恢復(fù)的狀況。另外，以小于lX1013cm_2的劑量，從集電極層22向漂移層M注入的空穴減少，并且接通電壓增加。同時(shí)，當(dāng)劑量超過(guò)IX IO15CnT2 時(shí)，注入的空穴增加，開(kāi)關(guān)損耗增加。作為其結(jié)果，當(dāng)離開(kāi)上述的范圍時(shí)，接通電壓與開(kāi)關(guān)損耗之間的折衷惡化。所以，明智的是從器件的接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗之間的折衷的觀點(diǎn)而言， 加速電壓和劑量的最佳值固在上述的范圍內(nèi)。用于形成集電極層22的離子注入18也同時(shí)向槽12的側(cè)壁表面13進(jìn)行。然而， 之前進(jìn)行的使用掩模10的離子注入16的劑量是支配性的。接下來(lái)，在圖31中，為了激活由離子注入16和18注入的硼17和19，進(jìn)行退火處理。使用激光退火20來(lái)進(jìn)行退火處理，其中晶片1的背面3被激光束掃描和照射。由于激光退火20，硼17和19被激活，且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層21和集電極層22?？梢栽跔t內(nèi)進(jìn)行退火處理(未示出的爐內(nèi)退火)，以代替激光退火20。退火步驟還具有使離子注入導(dǎo)致的晶體缺陷恢復(fù)的效果。此處，作為激光退火20的條件，所選擇的激光功率使得硼17和19被激活，且由離子注入16和18導(dǎo)致的晶體缺陷充分恢復(fù)。另外，以未示出的爐內(nèi)退火，由于金屬電極(發(fā)射極電極36)已經(jīng)形成于IGBT的表面上，因此選擇硼17和19在例如400°C或以下被激活的條件就足夠了。接下來(lái)，在圖4J中，使用剝離液去除正面2的抗蝕劑9 (負(fù)性抗蝕劑)。然而，在爐內(nèi)退火的情況下，在離子注入18后使用剝離液去除抗蝕劑。接著，對(duì)晶片1的背面3進(jìn)行 HF(氫氟酸)清洗，去除自然氧化物膜，并通過(guò)濺射法形成背面電極23(集電極電極)。接下來(lái)，進(jìn)行金屬退火，從正面?zhèn)妊刂挥诜蛛x層30中的切割線沈切割晶片1，將晶片1單片化，完成反向阻斷IGBT。圖4J是表面構(gòu)造8朝上畫(huà)出的。分離層30由通過(guò)熱擴(kuò)散從正面 2所形成的散熱層7、從背面3形成于槽12的側(cè)壁表面13中的槽內(nèi)擴(kuò)散層21構(gòu)成。如以往說(shuō)明那樣，當(dāng)形成反向阻斷IGBT的分離層30時(shí)，從晶片1的背面3側(cè)使用掩模10來(lái)蝕刻槽12。接著，使用掩模10，進(jìn)行硼17的離子注入16，用于在槽12的側(cè)壁表面13中形成高密度槽內(nèi)擴(kuò)散層21。接下來(lái)，為了形成集電極層22，去除掩模10，在晶片1 的整個(gè)背面3上進(jìn)行硼19的離子注入18，并進(jìn)行激光退火20。通過(guò)以此方式將形成槽內(nèi)
12擴(kuò)散層21的離子注入16和形成集電極層22的離子注入18分離，可以增加槽內(nèi)擴(kuò)散層21 的雜質(zhì)濃度，并增加反向阻斷IGBT的反向阻斷能力。另外，通過(guò)將集電極層22的濃度調(diào)節(jié)為最佳值，可以針對(duì)反向阻斷IGBT的接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗間的折衷選擇最佳值。離子注入 16和18在分離的時(shí)間以此方式進(jìn)行的處理極其有效。另外，如圖3G所示，當(dāng)使用向晶片1的背面3傾斜地注入雜質(zhì)的傾斜離子注入16a 作為向槽12的側(cè)壁表面13的離子注入時(shí)，向作為被注入表面的槽12的側(cè)壁表面13的離子注入的方向接近垂直。因此，可以增加注入量。尤其是，當(dāng)進(jìn)行堿性蝕刻時(shí)形成于掩模10 的抗蝕劑中的突出端15較大時(shí)，傾斜離子注入16a比較有效。在實(shí)施例1中，向槽12的側(cè)壁表面13進(jìn)行離子注入16，再使用槽12形成時(shí)所使用的掩模10，在掩模10被去除后，在整個(gè)背面3上進(jìn)行離子注入18，但是處理順序也可以相反，如實(shí)施例2所示。實(shí)施例2圖9A至9C，示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，是以步驟為順序示出主要部分的制造步驟的剖視圖。以不同于實(shí)施例1的點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。從圖IA至圖2D，以與實(shí)施例1相同的步驟進(jìn)行制造。在圖9A中，在圖2D的步驟后，以80keV的加速電壓和IXlO14cnT2的劑量進(jìn)行離子注入18，以便形成集電極層22。以相對(duì)于背面3成7°的傾斜角進(jìn)行離子注入18。關(guān)于離子注入18的條件，優(yōu)選的是在整個(gè)背面3上以40keV至150keV的范圍的加速電壓和 1 X IO1W2至1 X IO15cm-2的劑量的硼19進(jìn)行。接下來(lái)，在圖9B中，抗蝕劑被涂布在整個(gè)背面3上。接著，使用雙側(cè)曝光設(shè)備，對(duì)正面和背面進(jìn)行對(duì)齊，抗蝕劑在對(duì)應(yīng)于切割線26的位置處開(kāi)口，形成掩模10。使用掩模10， 使用堿性蝕刻形成錐形槽12。正面和背面的對(duì)齊進(jìn)行如下將在形成正面2的散熱層7時(shí)使用的掩模5的開(kāi)口 6的中心線4與在形成背面3的槽12時(shí)使用的掩模10的開(kāi)口 11的中心線4進(jìn)行匹配。接下來(lái)，在圖9C中，使用掩模10，在槽12內(nèi)側(cè)進(jìn)行硼17的離子注入16。離子注入條件是加速電壓為60keV至180keV,劑量為5 X 1013cm_2至5 X IO1W0在后續(xù)步驟中， 以與實(shí)施例1相同的方式，去除掩模10，進(jìn)行激活硼17和19的退火(激光退火20)，形成背面電極23。通過(guò)這樣，也可以獲得具有充分的反向阻斷電壓的反向阻斷IGBT。由于在向槽12的側(cè)壁表面13的離子注入16時(shí)通過(guò)堿性蝕刻所形成的突出端15的下方有陰影，因此傾斜離子注入16a比較有效。在實(shí)施例1和實(shí)施例2中，可以大幅減少通過(guò)從晶片1的背面3形成槽12來(lái)形成散熱層7的熱擴(kuò)散時(shí)間。另外，由于集電極層22的雜質(zhì)濃度和槽內(nèi)擴(kuò)散層21的雜質(zhì)濃度是獨(dú)立決定的，因此可以使其分別為最佳濃度。然而，由于實(shí)施例1和實(shí)施例2中槽的方向12是分裂的方向(<110>方向)，因此晶片1的強(qiáng)度減小，可能當(dāng)操作時(shí)發(fā)生損壞或者碎屑。另外，由于(100)面幾乎沒(méi)有界面狀態(tài)，因此無(wú)法被利用作為溝槽柵極器件(例如，溝槽柵極反向阻斷IGBT)的溝槽表面，無(wú)法制造。接下來(lái)，說(shuō)明可以保證晶片1的強(qiáng)度，并可以制造溝槽柵極器件的方法。實(shí)施例3
13
圖IOA至13J，示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，是以步驟為順序示出主要部分的制造步驟的剖視圖。這是一個(gè)具有溝槽柵極構(gòu)造的反向阻斷IGBT的例子。 在圖IOA中，準(zhǔn)備如圖14A至14C所示的晶片51a，其厚度大約為例如400μπι，其中OF 75在(100)面的方向是<100>方向。選擇該晶體取向，以便在使IGBT的柵極構(gòu)造為溝槽柵極時(shí)，可以將溝槽的縱向方向形成得與OF 75的方向垂直或者平行。通過(guò)選擇這些方向(方位)，可以使形成有溝道的平面為幾乎沒(méi)有界面狀態(tài)的(100)面。以(100)面，可以增加電子遷移率，且可以減小溝道電阻。另外，由于當(dāng)從晶片51a去除芯片時(shí)OF 75的方向與切割線76的方向一致，因此切割線76的方向也是<100>方向。另外，以(100)面晶片 51a，所有的垂直于與<100>方向的OF 75垂直或者平行的方向的面方位是等同于(100)面的平面。另外，<100>方向的切割線76的方向與<110>方向分裂方向77以45° (圖14A 的Θ3)交叉。因此，晶片51a不大可能損壞，且具有較大的機(jī)械強(qiáng)度。圖14A是圖IOA的晶片的俯視圖，圖14B是圖14A的剖視圖，圖14C是圖14B的D部分的放大圖。另外，步驟剖視圖是對(duì)應(yīng)于圖14C的剖視圖。接下來(lái)，如圖IOB所示，形成開(kāi)口 56，使得切割線76的中心線54是開(kāi)口 56的中心線54。通過(guò)這樣，開(kāi)口 56在中心線54的任一側(cè)上形成為均等寬度。使用形成有具有開(kāi)口 56的圖案的掩模55注入硼離子。接下來(lái)，硼被熱擴(kuò)散至例如大約85 μ m的深度，形成成為分離層80的一部分的散熱層57。散熱層57的深度是當(dāng)阻斷電壓為1200V的一個(gè)例子，但是深度會(huì)根據(jù)器件阻斷電壓而改變。硼的擴(kuò)散深度為當(dāng)在后續(xù)步驟中利用堿性蝕刻形成槽 62時(shí)的殘留膜的硅的厚度(晶片厚度)。殘留膜的厚度為可以不使晶片損壞地操作的厚度或以上?？梢圆僮鞯臍埩裟さ暮穸仍诰叽鐬?英寸或以上時(shí)為50 μ m或以上。因此， 硼的擴(kuò)散深度為50 μ m或以上。另外，當(dāng)注入離子時(shí)氧化物膜或者抗蝕劑用作掩模55。作為氧化物膜，例如可以使用CVD膜。由于在圖5A中分裂方向27和晶片Ia的槽12方向相同，因此晶片Ia的強(qiáng)度由于蝕刻槽12而減小。同時(shí)，由于圖14A中的分裂方向77與槽62 方向(切割線方向)交叉的角Θ3是45°，因此保證了晶片51a的強(qiáng)度。接下來(lái)，在圖IOC中，去除掩模55，形成溝槽柵極類(lèi)型IGBT器件表面構(gòu)造58，且抗蝕劑59被涂布于表面構(gòu)造58上。如圖15A所示，表面構(gòu)造58由以下構(gòu)件構(gòu)成p_阱層 SUn-發(fā)射極層82、形成于溝槽88中的柵極絕緣膜83、填充溝槽88的柵電極84、層間絕緣膜85、發(fā)射極電極86以及聚酰亞胺或類(lèi)似物的表面保護(hù)膜87。另外，擴(kuò)散層91構(gòu)成阻斷電壓構(gòu)造的一部分。圖15A是圖IOC的E部分的細(xì)節(jié)圖，圖15B是圖IOC的F部分的細(xì)節(jié)圖，圖15C是溝槽的立體圖。另外，表面保護(hù)膜87和擴(kuò)散層91在圖IOC中未示出。通過(guò)晶片51a的OF 75為<100>方向，并通過(guò)溝槽88的縱向方向與這些方向垂直或者平行形成，成為柵極的溝槽88的側(cè)壁表面88a在(100)面。如圖15C所示，溝槽88的側(cè)壁表面88a，即，形成有溝道89的表面是(100)面，其幾乎沒(méi)有界面狀態(tài)，意味著可以增加在溝道89移動(dòng)的電子的遷移率。作為結(jié)果，可以減小溝道電阻，且可以減小反向阻斷IGBT 的接通電壓。接下來(lái)，在圖IlD中，通過(guò)研磨晶片51a的背面53a和利用混合酸進(jìn)行蝕刻，晶片 51的厚度被減小(晶片被減薄)，完成具有平滑背面53的晶片51。通過(guò)利用混合酸進(jìn)行蝕刻，在背面研磨中產(chǎn)生的背面53的處理應(yīng)變被去除。由于反向阻斷IGBT是NPT類(lèi)型的IGBT，因此晶片51的厚度大約為200 μ m，該厚度可以響應(yīng)例如1200V的阻斷電壓。當(dāng)然，在器件阻斷電壓不同的的情況下，厚度會(huì)改變。接下來(lái)，在圖IlE中，抗蝕劑被涂布于晶片51的背面53朝上。接著，使用雙側(cè)曝光設(shè)備，形成有散熱層57的正面52的圖案(掩模55的開(kāi)口 56)被轉(zhuǎn)移至背面53，使得圖案對(duì)齊。轉(zhuǎn)移至背面53的圖案是正面52的圖案的投影的圖案?？刮g劑根據(jù)背面53的投影的圖案來(lái)圖案化，形成其中形成有開(kāi)口 61的掩模60。用于形成散熱層57的開(kāi)口 56的中心線54和形成于背面53中的開(kāi)口 61的中心線54 —致。開(kāi)口 61在中心線54的任一側(cè)上形成為均等寬度。另外，用于形成散熱層57的開(kāi)口 56的中心線54和切割線76的中心線 54—致。即，圖中示出的中心線54分別是切割線76、開(kāi)口 56、和開(kāi)口 61的中心線。

接下來(lái)，在圖IlF中，使用掩模60，利用堿性溶液進(jìn)行的各向異性蝕亥lj，在晶片51 中形成錐形槽62。使用85°C的溶液溫度，利用例如10% TMAH水溶液作為堿性蝕刻溶液，進(jìn)行蝕刻。利用堿性蝕刻，通常獲得以(111)面作為蝕刻截止面的錐形槽62。由于晶片51的面方位和蝕刻掩模的方位的關(guān)系，此處槽62的側(cè)壁表面63的錐角θ 2大約為47°至52°。 另外，由于側(cè)蝕刻，槽62的開(kāi)口寬度62a大于掩模60的開(kāi)口 61的寬度。因此，掩模60的突出端65形成于槽62的開(kāi)口寬度62a上。另外，如圖16所示，形成槽62的側(cè)壁表面63， 使得(111)面交叉，在槽62的側(cè)壁表面63中產(chǎn)生微米級(jí)別的小的不規(guī)則。因此，需要使離子注入時(shí)的加速電壓比實(shí)施例1大一定量。接下來(lái)，在圖12G中，為了形成槽內(nèi)擴(kuò)散層71，使用掩模60向槽62的側(cè)壁表面63， 以150keV的加速電壓和5 X IO14CnT2的劑量，進(jìn)行硼67的離子注入66。離子注入66與背面53垂直地進(jìn)行。最好使用傾斜離子注入。由于可以控制離子注入的范圍，因此在后續(xù)退火步驟中缺陷恢復(fù)比較容易。關(guān)于離子注入66的條件，加速電壓為SOkeV至200keV的范圍，劑量為5X1013cm_2至5X1015cm_2是優(yōu)選的。以少于SOkeV的加速電壓，注入太淺。同時(shí)，當(dāng)加速電壓超過(guò)200keV時(shí)，槽62的側(cè)壁表面63遭受的損傷較大，難以使結(jié)晶性在退火處理中恢復(fù)。另外，以少于5X IO13CnT2的劑量，形成于槽62的側(cè)壁表面63的槽內(nèi)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度71太低，難以保證阻斷電壓。同時(shí)，當(dāng)劑量超過(guò)5X IO15CnT2時(shí)，離子注入時(shí)間增力口，且由于被注入的表面變得粗糙而難以在退火處理中使結(jié)晶性恢復(fù)，意味著反向漏電流增加。所以，明智的是從器件阻斷電壓的觀點(diǎn)而言，加速電壓和劑量的最佳值被固定在上述的范圍內(nèi)。在該步驟中，可以選擇性地僅在槽62內(nèi)進(jìn)行離子注入66。在錐形槽62的側(cè)壁表面63中注入的硼67離子的劑量和注入深度，與注入到垂直于離子注入方向的平的表面的硼離子相比分別減少。然而，通過(guò)利用高加速電壓的離子注入，即使槽62的側(cè)壁表面63是傾斜且具有不規(guī)則，也可以以充分的劑量離子注入硼67并注入到充分的注入深度。由于在槽62的側(cè)壁表面63形成不規(guī)則，因此離子注入66的加速電壓稍高于實(shí)施例1。接下來(lái)，在圖12H中，掩模60被灰化和去除，且清洗晶片51的背面53。接著，在晶片51的整個(gè)背面53上，以SOkeV的加速電壓和IX 1014cm_2的劑量，進(jìn)行硼的離子注入68 以便形成集電極層72。以相對(duì)于背面3成7°的傾斜角進(jìn)行離子注入68。關(guān)于離子注入68 的條件，加速電壓為40keV至150keV的范圍，劑量為IX IO13CnT2至IXlO15cnT2是優(yōu)選的。 以少于40keV的加速電壓，注入太淺。同時(shí)，當(dāng)加速電壓超過(guò)150keV時(shí)，對(duì)注入的表面的損傷較大，可能發(fā)生其無(wú)法通過(guò)退火恢復(fù)的狀況。另外，以少于IXlO13cnT2的劑量，從集電極層72向漂移層74注入的空穴減少，接通電壓增加。同時(shí)，當(dāng)劑量超過(guò)IXlO15cnT2時(shí)，注入的空穴增加，開(kāi)關(guān)損耗增加。作為其結(jié)果，當(dāng)離開(kāi)上述的范圍時(shí)，接通電壓與開(kāi)關(guān)損耗間的折衷惡化。所以，明智的是從器件的接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗間的折衷的觀點(diǎn)而言，加速電壓和劑量的固在上述的范圍內(nèi)。另外，在相同的時(shí)間向集電極層72和槽62的側(cè)壁表面63進(jìn)行離子注入68，但是， 之前進(jìn)行的離子注入66的劑量是支配性的劑量。接下來(lái)，在圖121中，為了激活由離子注入的硼67和69，進(jìn)行退火處理，從而形成槽內(nèi)擴(kuò)散層71和集電極層72。其中，是退火處理使用激光退火70進(jìn)行的，其中晶片51的背面53被激光束掃描和照射。然而，也可以進(jìn)行未示出的在爐內(nèi)進(jìn)行的退火處理。退火步驟也具有使離子注入導(dǎo)致的晶體缺陷恢復(fù)的效果。此處，作為激光退火70的條件，選擇激光功率，使得硼67和69被激活，且離子注入導(dǎo)致的晶體缺陷充分恢復(fù)。另外，以爐內(nèi)的退火處理，由于金屬電極(發(fā)射極電極86)已經(jīng)形成于反向阻斷IGBT的表面構(gòu)造58，因此硼 67和69在例如400°C或以下被激活的條件就足夠了。接下來(lái)，在圖13J中，使用剝離液去除正面52的抗蝕劑59 (負(fù)性抗蝕劑)。然而， 在爐內(nèi)退火的情況下，在離子注入68后使用剝離液去除抗蝕劑。接著，晶片51的背面53 進(jìn)行HF (氫氟酸)清洗，去除自然氧化物膜，并通過(guò)濺射法形成未示出的背面電極73 (集電極電極)。接下來(lái)，進(jìn)行金屬退火，沿著位于分離層80中的切割線76切割晶片51，將晶片 51單片化，完成反向阻斷IGBT。圖13J是表面構(gòu)造58朝上畫(huà)出的。分離層80由通過(guò)熱擴(kuò)散從正面52所形成的散熱層57、連結(jié)于散熱層57的通過(guò)從背面53向槽62的側(cè)壁表面63 進(jìn)行離子注入66和68且通過(guò)激光退火70形成的槽內(nèi)擴(kuò)散層71構(gòu)成。如以往說(shuō)明那樣，當(dāng)形成反向阻斷IGBT的分離層80時(shí)，使用掩模60作為掩模，從晶片51的背面53側(cè)來(lái)蝕刻槽62。接著，使用掩模60作為掩模，進(jìn)行硼67的離子注入66， 用于在槽62的側(cè)壁表面63中形成高密度槽內(nèi)擴(kuò)散層71。接下來(lái)，為了形成集電極層72， 去除抗蝕劑60，在晶片51的整個(gè)背面53上進(jìn)行硼69的離子注入68。接著，通過(guò)進(jìn)行激光退火70，形成由散熱層57和槽內(nèi)擴(kuò)散層71構(gòu)成的分離層80。通過(guò)將形成槽內(nèi)擴(kuò)散層71 的離子注入66和形成集電極層72的離子注入68分離，可以增加槽內(nèi)擴(kuò)散層71的雜質(zhì)濃度71，并保證反向阻斷IGBT的反向阻斷能力。另外，通過(guò)將集電極層72的濃度調(diào)節(jié)為最佳值，可以針對(duì)反向阻斷IGBT的接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗間的折衷選擇最佳值。離子注入66和 68在分離的時(shí)間這樣進(jìn)行的處理極其有效。另外，盡管槽62的側(cè)壁表面63不規(guī)則，通過(guò)提高離子注入66的加速電壓，充分高濃度的雜質(zhì)層形成于槽62的側(cè)壁表面63。作為結(jié)果，可以增加反向阻斷IGBT的反向阻斷能力。另外，當(dāng)傾斜離子注入66a被用作向槽62的側(cè)壁表面63的離子注入時(shí)，離子注入的方向與被注入的表面接近垂直，意味著可以增加注入量。尤其是，當(dāng)進(jìn)行堿性蝕刻時(shí)形成于抗蝕劑中的掩模60的突出端65較大時(shí)，傾斜離子注入66a比較有效。另外，通過(guò)使晶片51的面方位為(100)面，使OF 75在<100>方向，可以造出溝槽柵極，可以提升反向阻斷IGBT的性能。進(jìn)一步地，通過(guò)使OF 75在<100>方向，可以增加晶片51的機(jī)械強(qiáng)度，且可以在操作時(shí)防止損壞和碎屑。
在實(shí)施例3中，向槽62的側(cè)壁表面63進(jìn)行離子注入66，再使用在形成槽62時(shí)使用的掩模60，之后去除掩模60，且在整個(gè)背面53上進(jìn)行離子注入68，但是該處理順序可以相反，如實(shí)施例4所示。實(shí)施例4圖17A至17C示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造步驟，是以步驟為順序示出主要部分的制造步驟的剖視圖。說(shuō)明不同于實(shí)施例3的點(diǎn)。從圖IOA至圖11D，以與實(shí)施例3相同的步驟進(jìn)行制造。在圖17A中，在圖IlD的步驟后，以80keV的加速電壓和lX1014cm_2的劑量進(jìn)行離子注入68，以便形成集電極層72。以與背面53成7°的傾斜角進(jìn)行離子注入68。關(guān)于離子注入68的條件，優(yōu)選的是在整個(gè)背面53上以40keV至150keV的范圍的加速電壓和 1 X IO1W2至1 X IO15cnT2的劑量進(jìn)行。接下來(lái)，在圖17B中，抗蝕劑被涂布在整個(gè)背面53上。接著，對(duì)正面和背面進(jìn)行對(duì)齊，抗蝕劑在對(duì)應(yīng)于切割線76的位置處開(kāi)口，形成掩模60。使用掩模60，使用堿性蝕刻形成錐形槽62。正面和背面的對(duì)齊進(jìn)行如下使用雙側(cè)曝光設(shè)備，將在形成正面52的散熱層 57時(shí)使用掩模55的開(kāi)口 56的中心線54與在形成背面53的槽62是使用的掩摸60的開(kāi)口 61的中心線54進(jìn)行匹配。接下來(lái)，在圖17C中，使用掩模60，以150keV的加速電壓和5X IO14CnT2的劑量，在槽62內(nèi)進(jìn)行硼67的離子注入66。離子注入66與背面53垂直進(jìn)行。最好使用傾斜離子注入。由于可以控制離子注入的范圍，因此在后續(xù)退火步驟中缺陷恢復(fù)比較容易。關(guān)于離子注入66的條件，加速電壓為80keV至200keV的范圍，劑量為5 X IO13CnT2至5 X IO15CnT2是優(yōu)選的。在后續(xù)步驟中，以與實(shí)施例3相同的方式，去除掩模60，進(jìn)行激活硼67和69的退火(激光退火70)，形成背面電極73。通過(guò)這樣，也可以獲得具有充分的反向阻斷電壓的反向阻斷IGBT。由于在向槽62的側(cè)壁表面63的離子注入66時(shí)通過(guò)堿性蝕刻所形成的突出端65的下方有陰影，因此傾斜離子注入66a比較有效。通過(guò)這樣，可以獲得具有足夠的反向阻斷電壓的反向阻斷IGBT。在實(shí)施例1和實(shí)施例3中，由于離子注入18和68在整個(gè)背面3和53上進(jìn)行，因此即 使存在掩模10和60的突出端15和65時(shí)，也在整個(gè)背面3和53上進(jìn)行離子注入18 和68。因此，槽內(nèi)擴(kuò)散層21和71與集電極層22和72形成為連結(jié)在一起。同時(shí)，以實(shí)施例 2和實(shí)施例4，由于在整個(gè)背面3和53上進(jìn)行離子注入18和68后，槽形成于掩模10和60 中，且使用掩模10和60，向槽12和62進(jìn)行離子注入16和66，因此有可能在槽12和62的側(cè)壁表面13和63的上端部分與突出端15和65的下方處出現(xiàn)沒(méi)有進(jìn)行離子注入16和66 的位置。因此，槽內(nèi)擴(kuò)散層21和71與集電極層22和72停止連結(jié)在一起，在這些處產(chǎn)生阻斷電壓下降。因此，實(shí)施例1和實(shí)施例3的制造方法優(yōu)于實(shí)施例2和實(shí)施例4的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<110>方向切割線處的第一中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟； 從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；在所述第二主表面形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在厚度減小的所述硅晶片的第二主表面上的所述第一中心線的投影即第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口；使用該第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟；去除所述第二掩模，并且進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入所述第二主表面和所述槽的側(cè)壁面的步驟；以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理， 并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。
2.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<110>方向切割線處的第一中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟； 從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入厚度減小后的所述硅晶片的第二主表面的步驟；在所述第二主表面形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在所述第二主表面的所述第一中心線的投影即第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口；使用所述第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟·’以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理， 并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。
3.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<100>方向切割線處的中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟；從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；向厚度減小后的所述硅晶片的第二主表面上投影所述第一中心線，并且在所述第二主表面形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在所投影的第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口 ；使用所述第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟；去除所述第二掩模，并且進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入所述第二主表面和所述槽的側(cè)壁面的步驟；以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理， 并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。
4.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在第一主表面的面方位為(100)面的第一導(dǎo)電型的硅晶片中，使用在位于<100>方向切割線處的第一中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口的第一掩模，從所述第一主表面?zhèn)认蛩龉杈瑑?nèi)側(cè)形成第二導(dǎo)電型的散熱層的步驟； 從第二主表面?zhèn)葴p小所述硅晶片的厚度的步驟；進(jìn)行第一離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入厚度減小后的所述硅晶片的第二主表面的步驟；在所述第二主表面上形成第二掩模的步驟，所述第二掩模在所述第二主表面的所述第一中心線的投影即第二中心線的任一側(cè)上都以均等寬度開(kāi)口；使用所述第二掩模，通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成從所述第二主表面到達(dá)所述散熱層的槽的步驟；使用所述第二掩模，進(jìn)行第二離子注入以將第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)注入槽的側(cè)壁面的步驟·’以及進(jìn)行用于激活由所述第一離子注入和所述第二離子注入導(dǎo)入的所述雜質(zhì)的退火處理， 并且形成槽內(nèi)擴(kuò)散層和集電極層的步驟。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在形成所述散熱層后，在作為所述硅晶片的被所述切割線處包圍的一部分的第一導(dǎo)電型的硅基板的前側(cè)表面層中形成第二導(dǎo)電型的阱層的步驟； 在所述阱層的表面層上形成第一導(dǎo)電型的發(fā)射極層的步驟；在夾在所述硅基板和所述發(fā)射極層之間的所述阱層上跨柵絕緣膜形成柵電極的步驟；跨所述柵電極的頂部和所述發(fā)射極層的頂部來(lái)形成層間絕緣膜的步驟； 在所述層間絕緣膜上形成與所述發(fā)射極層和所述阱層電連接的發(fā)射電極的步驟； 在通過(guò)包括在所述發(fā)射電極上形成表面保護(hù)膜的步驟的步驟來(lái)形成表面構(gòu)造后，在所述硅基板的背面上形成所述槽內(nèi)擴(kuò)散層和所述集電極層的步驟；跨所述槽內(nèi)擴(kuò)散層的頂部和所述集電極層的頂部形成集電電極的步驟；以及沿著所述切割線處切割所述散熱層并使其單片化的步驟。
6.如權(quán)利要求3或4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括在形成所述散熱層后，在作為所述硅晶片的被所述切割線處包圍的一部分的第一導(dǎo)電型的硅基板的前側(cè)表面層中形成第二導(dǎo)電型的阱層的步驟；形成從所述硅基板的前側(cè)貫穿所述阱層，并具有長(zhǎng)度方向與所述切割線處的方向平行的開(kāi)口部的溝槽的步驟；在所述講層的表面層上形成與所述溝槽的側(cè)壁相接觸的第一導(dǎo)電型的發(fā)射極層的步驟； 在所述溝槽的內(nèi)壁上形成柵絕緣膜，然后形成柵電極以填充所述溝槽內(nèi)部的步驟； 跨所述柵電極的頂部和所述發(fā)射極層的頂部來(lái)形成層間絕緣膜的步驟； 在所述層間絕緣膜上形成與所述發(fā)射極層和所述阱層電連接的發(fā)射電極的步驟； 在利用包括在所述發(fā)射電極上形成表面保護(hù)膜的步驟的步驟來(lái)形成表面構(gòu)造后，在所述硅基板的背面上形成所述槽內(nèi)擴(kuò)散層和所述集電極層的步驟；跨所述槽內(nèi)擴(kuò)散層的頂部和所述集電極層的頂部形成集電電極的步驟；以及沿著所述切割線處切割所述散熱層并使其單片化的步驟。
7.如權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第一離子注入的加速電壓及劑量分別比所述第二離子注入的加速電壓及劑量大。
8.如權(quán)利要求2或4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第二離子注入的加速電壓及劑量分別比所述第一離子注入的加速電壓及劑量大。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第一離子注入是用硼在加速電壓為60keV 180keV，劑量為5X 1013cm_2 5 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的，所述第二離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為1 X IO13CnT2 1 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的。
10.如權(quán)利要求2或4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第二離子注入是用硼在加速電壓為60keV 180keV，劑量為5X 1013cm_2 5 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的，所述第一離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為1 X IO13CnT2 1 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的。
11.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第一離子注入是用硼在加速電壓為80keV 200keV，劑量為5X 1013cm_2 5 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的，所述第二離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為1 X IO13CnT2 1 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的。
12.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第二離子注入是用硼在加速電壓為80keV 200keV，劑量為5X 1013cm_2 5 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的，所述第一離子注入是用硼在加速電壓為40keV 150keV，劑量為1 X IO13CnT2 1 X IO15CnT2的情況下進(jìn)行的。
13.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述退火處理是激光退火或者加熱爐退火。
14.如權(quán)利要求1或3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述第一離子注入相對(duì)于所述第二主表面傾斜地注入離子。
15.如權(quán)利要求2或4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述第二離子注入相對(duì)于所述第二主表面傾斜地注入離子。
16.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 分離層由所述散熱層和所述槽內(nèi)擴(kuò)散層構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求1、3、7、9、11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻來(lái)形成所述槽的步驟中，進(jìn)行蝕刻使得所述槽的開(kāi)口寬度比所述第二掩模的開(kāi)口寬度寬。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其可以保證晶片的強(qiáng)度，可以提升器件性能。散熱層從晶片的正面形成，到達(dá)散熱層的錐形槽從背面通過(guò)利用堿性溶液的各向異性蝕刻形成，槽內(nèi)散熱層形成于槽的側(cè)壁表面。反向阻斷IGBT的分離層由散熱層和槽內(nèi)擴(kuò)散層構(gòu)成，可以通過(guò)形成槽內(nèi)擴(kuò)散層將散熱層形成得較淺，可以大幅減少熱擴(kuò)散時(shí)間。另外，通過(guò)將形成槽內(nèi)擴(kuò)散層離子注入和形成集電極層的離子注入分開(kāi)進(jìn)行，可以針對(duì)接通電壓和開(kāi)關(guān)損耗間的折衷選擇最佳值，同時(shí)確保反向阻斷IGBT的反向阻斷電壓。
文檔編號(hào)H01L21/266GK102254820SQ201110136870
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者宮崎正行, 脅本博樹(shù), 荻野正明 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社