半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以住，作為在電動(dòng)汽車（EV:ElectricVehicle)和/或電動(dòng)混合動(dòng)力汽車（EHV: ElectricandHybridVehicle)等中使用的功率器件，眾所周知有例如溝槽柵結(jié)構(gòu)的絕緣 柵型雙極晶體管（IGBT:InsulatedGateBipolarTransistor)。溝槽柵結(jié)構(gòu)在形成于半 導(dǎo)體基板的表面的槽（溝槽）內(nèi)隔著氧化膜而埋入有柵電極。溝槽柵結(jié)構(gòu)與在半導(dǎo)體基板 的表面具備柵電極的平面柵結(jié)構(gòu)相比，能夠制成更微細(xì)的單元結(jié)構(gòu)。接下來，對(duì)溝槽柵結(jié)構(gòu) 的縱型IGBT的制造方法進(jìn)行說明。
[0003] 圖18~20是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。首先，如圖 18所示，在成為η型漂移層101的η型半導(dǎo)體基板（硅（Si)基板）的正面的表面層形成 p型基區(qū)102。接下來，形成從基板正面貫通p型基區(qū)102而到達(dá)η型漂移層101的溝槽 103。接著，按順序進(jìn)行熱氧化處理和摻雜多晶娃（dopedPoly-Si)生長(zhǎng)，通過蝕刻而在溝 槽103的內(nèi)部隔著柵絕緣膜（柵氧化膜）104形成柵電極105。接下來，將后述的離子注入 的成為緩沖層的厚度薄的氧化膜（未圖示）形成在η型半導(dǎo)體基板的正面。
[0004] 接下來，利用光刻法在η型半導(dǎo)體基板的正面形成與ρ+型接觸區(qū)106的形成區(qū)域 對(duì)應(yīng)的部分開口的抗蝕掩模111。接著，將抗蝕掩模111作為掩模，以與基板正面（主面） 垂直的注入角度進(jìn)行硼（Β)的離子注入112,在ρ型基區(qū)102的被夾持在相鄰的溝槽103間 的部分（以下，稱為臺(tái)面部）的中央附近的表面層選擇性地形成Ρ+型接觸區(qū)106。接下來， 去除抗蝕掩模111。接著，如圖19所示，利用光刻法在η型半導(dǎo)體基板的正面形成與η+型 發(fā)射區(qū)107的形成區(qū)域以及柵電極105對(duì)應(yīng)的部分開口的抗蝕掩模113。
[0005] 接下來，將抗蝕掩模113和柵電極105作為掩模，以與基板正面垂直的注入角度進(jìn) 行砷（As)的離子注入114,在ρ型基區(qū)102(臺(tái)面部）的被溝槽103與ρ+型接觸區(qū)106夾 持的部分的表面層選擇性地形成η+型發(fā)射區(qū)107。η+型發(fā)射區(qū)107以與柵絕緣膜104的沿 溝槽103的側(cè)壁的部分接觸的方式形成。接著，去除抗蝕掩模113。接下來，如圖20所示， 通過熱處理進(jìn)行活性化和熱擴(kuò)散，使Ρ+型接觸區(qū)106和η+型發(fā)射區(qū)107分別達(dá)到預(yù)定的擴(kuò) 散深度。特別地，使η+型發(fā)射區(qū)107熱擴(kuò)散，以使柵電極105的上表面的高度成為位于η+ 型發(fā)射區(qū)107的內(nèi)部的高度。其后，通過利用通常的方法來形成省略圖示的層間絕緣膜、發(fā) 射電極、Ρ+型集電層、集電極等，從而完成溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT。
[0006] 作為溝槽柵結(jié)構(gòu)的另外的M0S(金屬-氧化膜-半導(dǎo)體）型半導(dǎo)體裝置，提出了如 下裝置。在第一源區(qū)、第二源區(qū)和源接觸區(qū)中，第一源區(qū)與溝槽的周圍的柵電極最接近，接 下來，按第二源區(qū)、源接觸區(qū)的順序從柵電極分離。第一源區(qū)的深度形成為比第二源區(qū)的深 度淺。對(duì)于第一源區(qū)，通過縮短擴(kuò)散時(shí)間，降低擴(kuò)散溫度或者調(diào)整雜質(zhì)注入量，從而較淺地 形成（例如，參照下述專利文獻(xiàn)1 (第0018段））。
[0007] 作為溝槽柵結(jié)構(gòu)的M0S(金屬-氧化膜-半導(dǎo)體）型半導(dǎo)體裝置的其它制造方法， 提出了如下方法。向P型阱區(qū)選擇性地注入砷。這時(shí)，從相對(duì)于基板表面的垂直方向朝向 溝槽的長(zhǎng)度方向的一側(cè)傾斜的傾斜方向和朝向另一側(cè)傾斜的傾斜方向這二個(gè)方向注入砷。 注入角度設(shè)定為相對(duì)于基板表面的垂直方向?yàn)?0度以上且30度以下的范圍的角度。接 著，進(jìn)行熱處理，使砷擴(kuò)散和活性化，在P型阱區(qū)的表面層選擇性地形成n+型源區(qū)。其后，在 P型阱區(qū)的被n+型源區(qū)夾持的區(qū)域的表面層形成p+型阱接觸區(qū)（例如，參照下述專利文獻(xiàn) 2(第 0030 ~0033 段，圖 6))。
[0008] 另外，作為溝槽柵結(jié)構(gòu)的M0S型半導(dǎo)體裝置的其它制造方法，提出了通過離子注 入，利用各不相同的離子注入，按順序形成P型接觸區(qū)、η型源區(qū)和p型相反區(qū)（p型接觸 區(qū)）后，對(duì)這些區(qū)域一并進(jìn)行熱處理而使其擴(kuò)散和活性化的方法（例如，參照下述專利文獻(xiàn) 3(第0154~0155段，圖17))。在下述專利文獻(xiàn)3中，將抗蝕掩模和溝槽內(nèi)部的柵電極作 為掩模，進(jìn)行用于形成η型源區(qū)的砷的離子注入。由此，通過在柵電極的表面（溝槽上部） 不用抗蝕掩模覆蓋而進(jìn)行用于形成η型源區(qū)的離子注入，從而防止η型源區(qū)與溝槽側(cè)壁的 柵絕緣膜分離地形成。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006-120894號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008-034615號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)3:國(guó)際公開第2012/124784號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 技術(shù)問題
[0015] 然而，在上述專利文獻(xiàn)1~3中，由于分別通過離子注入形成源區(qū)和接觸區(qū)，所以 進(jìn)行兩次用于形成離子注入用掩模的光刻工序。另外，在上述專利文獻(xiàn)1中，為了形成第一 源區(qū)、第二源區(qū)，要形成分別不同的離子注入用掩模。因此，在利用光刻法進(jìn)行的離子注入 用掩模的構(gòu)圖的定位（對(duì)位）偏離了基于設(shè)計(jì)條件的預(yù)定位置時(shí)，可能存在如下問題。例 如，在溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT中，為了防止閂鎖的發(fā)生，通常通過調(diào)整離子注入的加速電壓等 而使Ρ+型接觸區(qū)106的深度比η+型發(fā)射區(qū)107的深度深。因此，在用于形成ρ+型接觸區(qū) 106的抗蝕掩模111的構(gòu)圖的定位從臺(tái)面部的中央向溝槽103側(cè)偏離時(shí)，通過其后的熱處理 進(jìn)行的Ρ+型接觸區(qū)106的橫向擴(kuò)散（向與深度方向正交的方向的擴(kuò)散）也向溝槽103側(cè)偏 離。通過該橫向擴(kuò)散，從而Ρ+型接觸區(qū)106的ρ型雜質(zhì)（硼）擴(kuò)散到η+型發(fā)射區(qū)107的正 下方（集電極側(cè)）的形成有溝道（η型的反轉(zhuǎn)層）的部分（ρ型基區(qū)102的被η+型發(fā)射區(qū) 107與η型漂移層101夾持的部分），該部分中的ρ型雜質(zhì)濃度變高。其結(jié)果，存在閾值電 壓Vth比預(yù)定的值高，產(chǎn)生缺陷的問題。
[0016] 另外，在上述專利文獻(xiàn)1中，還產(chǎn)生如下問題。圖17是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置在 制造過程中的狀態(tài)的截面圖。在圖17中示出通過從與基板正面垂直的方向朝向多個(gè)溝槽 103并列的方向側(cè)傾斜的傾斜方向進(jìn)行砷的離子注入（以下，稱為傾斜離子注入）116,從而 形成n+型發(fā)射區(qū)107的情況。如圖17所示，用于形成η+型發(fā)射區(qū)107的傾斜離子注入116 在未利用抗蝕掩模115來覆蓋溝槽103的上部（在溝槽103的內(nèi)部所形成的柵電極105的 表面）的狀態(tài)下進(jìn)行。因此，通過傾斜離子注入116注入的η型雜質(zhì)（砷）可能從在溝槽 103側(cè)壁的柵氧化膜104的從抗蝕掩模115的下表面到被蝕刻了的柵電極105的上表面為 止的間隙露出的部分118,通過柵氧化膜104而到達(dá)相鄰的單位單元的臺(tái)面部（用虛線箭 頭表示的部分），在相鄰的單位單元的臺(tái)面部的表面層形成對(duì)主動(dòng)作沒有貢獻(xiàn)的n+型區(qū)域 117。由此，可能存在元件錯(cuò)誤動(dòng)作，或者在n+型區(qū)域117的位置，在關(guān)斷時(shí)因電場(chǎng)集中等 而導(dǎo)致元件耐壓降低和/或破壞。
[0017] 為了消除上述的現(xiàn)有技術(shù)的問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠穩(wěn)定地確保 預(yù)定的電特性的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0018] 技術(shù)方案
[0019] 另外，為了解決上述的課題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法 具有如下特征。首先，進(jìn)行第一工序，在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的正面的表面層形成第二 導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域。接下來，進(jìn)行第二工序，以預(yù)定的間隔形成多個(gè)在深度方向上貫 通上述第一半導(dǎo)體區(qū)域的溝槽。接著，進(jìn)行第三工序，在上述溝槽的內(nèi)部隔著柵絕緣膜形成 柵電極。接下來，進(jìn)行第四工序，在上述半導(dǎo)體基板的正面形成選擇性地露出上述第一半導(dǎo) 體區(qū)域的至少上述溝槽側(cè)的部分的第一掩模膜。接著，進(jìn)行第五工序，將上述第一掩模膜作 為掩模，進(jìn)行第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一離子注入，以與上述柵絕緣膜的沿著上述溝槽的側(cè)壁 的部分接觸的方式形成第一導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域。接下來，進(jìn)行第六工序，去除上述第 一掩模膜。接著，進(jìn)行第七工序，在上述半導(dǎo)體基板的正面形成選擇性地露出上述第一半導(dǎo) 體區(qū)域的與上述第二半導(dǎo)體區(qū)域相比遠(yuǎn)離上述溝槽的部分的第二掩模膜。接著，進(jìn)行第八 工序，將上述第二掩模膜作為掩模，以與上述半導(dǎo)體基板的正面垂直的注入角度進(jìn)行第二 導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二離子注入，以與上述第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸的方式形成雜質(zhì)濃度比上述第 一半導(dǎo)體區(qū)域高的第二導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域。接下來，進(jìn)行第九工序，去除上述第二掩 模膜。并且，在上述第五工序中，在由上述第一掩模膜覆蓋上述柵電極的表面的狀態(tài)下，作 為上述第一離子注入，以相對(duì)于與上述半導(dǎo)體基板的正面垂直的方向朝向多個(gè)上述溝槽并 列的第一方向側(cè)傾斜的注入角度進(jìn)行上述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的傾斜離子注入。
[0020] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述的發(fā)明中，在上述第五 工序中，作為上述第一離子注入，除了上述傾斜離子注入以外，還以與上述半導(dǎo)體基板的正 面垂直的注入角度進(jìn)行上述第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的離子注入。
[0021] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述的發(fā)明中，在上述第五 工序