JP4061413B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4061413B2 JP4061413B2 JP17568898A JP17568898A JP4061413B2 JP 4061413 B2 JP4061413 B2 JP 4061413B2 JP 17568898 A JP17568898 A JP 17568898A JP 17568898 A JP17568898 A JP 17568898A JP 4061413 B2 JP4061413 B2 JP 4061413B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- epitaxial layer
- forming step
- manufacturing
- film
- insulating film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 45
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 36
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 30
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 25
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 21
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- -1 argon ion Chemical class 0.000 claims description 14
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 9
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 51
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 17
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 17
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 5
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、N − などの主として活性層表面の不純物密度が低い高耐圧用の表面型半導体デバイスであるP+ N− N+ プレーナー型のダイオード,トランジスタ等の半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の半導体装置として、例えば高耐圧用P+ N− N+ プレーナー型ダイオードを製造する場合、図2(a)〜(f)の要部側面断面図に示されるような各製造工程手順に従っている。但し、図2(a)はエピタキシャル成長工程に関するもの,同図(b)はマスク形成工程に関するもの,同図(c)はポリシリコン膜形成工程に関するもの,同図(d)はアノード形成及び配線パターン形成工程に関するもの,同図(e)は電極形成工程に関するもの,同図(f)はパッシベイションSiO2 −CVD膜形成工程に関するものである。
【0003】
ここでは、先ず図2(a)に示されるエピタキシャル成長工程として、不純物濃度が1×1018cm−3のN+ 型シリコン基板1上に不純物濃度が1×1013cm−3の低濃度N− 型エピタキシャル層2を厚さ約50μmでエピタキシャル成長させた後、N+ 型シリコン基板1の裏面及びN− 型エピタキシャル層2表面の全面に熱酸化によりSiO2 膜3を厚さ約3000オングストロームで形成する。尚、N+ 型シリコン基板1の裏面に形成されるSiO2 膜3は略図する。
【0004】
次に、図2(b)に示されるマスク形成工程として、N− 型エピタキシャル層2表面上のSiO2 膜3に一般的なフォトリソグラフィ法によってアノードパターンを形成した後、フッ酸系のエッチング液によりSiO2 膜3に開孔部を形成することによってN− 型エピタキシャル層2の局部を露呈させたSiO2 膜31を形成する。
【0005】
更に、図2(c)に示されるポリシリコン膜形成工程として、N− 型エピタキシャル層2の露呈部分及びSiO2 膜31の上にP型ガスとしてB2 H6(ジボラン)をドープしたP+ 型ポリシリコン膜4を成長させる。
【0006】
引き続き、図2(d)に示されるアノード形成及び配線パターン形成工程として、P+ 型ポリシリコン膜4を形成した状態でN− 型エピタキシャル層2に対して高温熱処理として約1100℃の温度条件下でP型熱拡散を行ってアノード層5を形成した後、P+ 型ポリシリコン膜4の配線をフォトリソグラフィ法によってパターニングし、P+ 型ポリシリコン膜4をエッチングしてパターニングされたP+ 型ポリシリコン41を形成する。
【0007】
又、図2(e)に示される電極形成工程として、蒸着やスパッタリング法等によりアルミニウム膜を表裏全面に形成し、表面に関してはフォトリソグラフィ及びエッチングによりアルミニウム膜をパターニングしてアノード電極6を形成し、裏面に関してはアルミニウム膜によるカソード電極7を形成する。
【0008】
更に、図2(f)に示されるパシベイションSiO2 −CVD膜形成工程として、CVD法によりSiO2 膜を表面全体に形成してからフォトリソグラフィ及びSiO2 −CVD膜のエッチングを行い、パターニングされたSiO2 −CVD膜8を形成する。
【0009】
尚、ここでは高耐圧用P+ N− N+ プレーナー型ダイオードを製造する場合の製造工程を説明したが、ここでのN+ 型シリコン基板1をドレイン層とすると共に、アノード領域(アノード層5,アノード電極6)並びにカソード領域(カソード電極7)をゲート領域並びにドレイン領域に置き換えれば、同様な手順で高耐圧用P+ N− N+ プレーナー型トランジスタを製造することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した高耐圧用P+ N− N+ プレーナー型ダイオードの製造方法の場合、その製造工程の過程でSiO2 膜自体の膜質に汚染があったり、或いは後の工程によりSiO2 膜への汚染があると、エピタキシャル層とSiO2 膜との間の界面は不純物の影響を受けエピタキシャル層表面の不純物密度(表面電荷密度)が見かけ上増加するため、設定したエピタキシャル層の不純物密度から決まる表面電荷密度がより大きくなって、高耐圧を得るために必要である空乏層を大きく広げるデバイス動作に支障を来し、結果として高耐圧が得られなくなってしまうという問題がある。即ち、このような汚染があれば、高耐圧を得るために必要なデバイス構造を考慮してPN接合理論値を計算しても不純物の濃度で決められる耐圧が得られず、高耐圧を得ることが困難であった。
【0011】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、製造工程の過程で不純物汚染があっても安定して高耐圧特性を確保し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、一導電型で高濃度のシリコン基板の表面に低濃度のエピタキシャル層が設けられた該エピタキシャル層表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、該絶縁膜をパターニングして逆導電型のアノード領域を形成するアノード領域形成工程と、前記シリコン基板の裏面にカソード領域を形成するカソード領域形成工程とを含むダイオードの製造方法において、前記アノード領域形成工程後であってパッシベイション膜形成工程以前に、少なくとも前記絶縁膜の表面にプラズマによりイオン化されたイオン化ガスを照射するイオン化ガス照射工程を含むダイオードの製造方法が得られる。
【0013】
このダイオードの製造方法において、イオン化ガス照射工程では、プラズマの状態により正イオン又は負イオンを生成してシリコン基板の表面電荷密度が低く、且つ高耐圧となるように該表面電荷密度を制御することは好ましく、更に、イオン化ガス照射工程は、イオン化ガスとしてアルゴンを用いアルゴンイオンを照射するアルゴンイオン照射工程であることは好ましい。
【0014】
一方、本発明によれば、一導電型で高濃度のシリコン基板の表面に低濃度のエピタキシャル層が設けられ、そのエピタキシャル層表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、その絶縁膜をパターニングして前記一導電型のソース領域及び逆導電型のゲート領域を形成するソース及びゲート領域形成工程と、シリコン基板の裏面にドレイン領域を形成するドレイン領域形成工程とを含むトランジスタの製造方法において、ソース領域及びゲート領域形成工程後であってパッシベイション膜形成工程以前に、少なくとも前記絶縁膜の表面にプラズマによりイオン化されたイオン化ガスを照射するイオン化ガス照射工程を含むトランジスタの製造方法が得られる。
【0015】
このトランジスタの製造方法において、イオン化ガス照射工程では、プラズマの状態により正イオン又は負イオンを生成してエピタキシャル層の表面電荷密度が低く、且つ高耐圧となるように該表面電荷密度を制御することは好ましく、更に、イオン化ガス照射工程は、例えば正イオン生成の場合、イオン化ガスとアルゴンを用いてアルゴンイオン照射工程であることは好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明の半導体装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【0017】
最初に、本発明の半導体装置の製造方法の概要を簡単に説明する。この半導体装置の製造方法は、半導体デバイスとして一導電型の10 13 程度の低濃度のエピタキシャル層の表面に逆導電型のアノード領域が形成されると共に、シリコン基板の裏面にカソード領域が形成されたP+ N− N+ プレーナー型ダイオードや、或いは一導電型の10 13 程度の低濃度のエピタキシャル層の表面に一導電型のソース領域及び逆導電型のゲート領域が形成されると共に、シリコン基板の裏面にドレイン領域が形成された例えばP+ N− N+ プレーナー型トランジスタを対象にして適用されるものである。
【0018】
即ち、ダイオードの製造方法では、一導電型の低濃度のエピタキシャル層の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、その絶縁膜をパターニングして逆導電型のアノード領域を形成するアノード領域形成工程と、シリコン基板の裏面にカソード領域を形成するカソード領域形成工程とを含む既存の製造手順以外に、アノード領域形成工程後であってパッシベイション膜形成工程以前に、少なくとも絶縁膜の表面にプラズマによりイオン化されたイオン化ガスを照射するイオン化ガス照射工程を実行する。
【0019】
一方、トランジスタの製造方法では、一導電型の10 13 程度の低濃度のエピタキシャル層の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、その表面に絶縁膜をパターニングして一導電型のソース領域及び逆導電型のゲート領域を形成するソース及びゲート領域形成工程と、シリコン基板の裏面にドレイン領域を形成するドレイン領域形成工程とを含む既存の製造手順以外に、ソース領域及びゲート領域形成工程後であってパッシベイション膜形成工程以前に、少なくとも絶縁膜の表面にプラズマによりイオン化されたイオン化ガスを照射するイオン化ガス照射工程を実行する。
【0020】
但し、何れの半導体デバイスを対象にした場合にも、イオン化ガス照射工程では、プラズマの状態により正イオン又は負イオンを生成して低濃度のエピタキシャル層の表面電荷密度が低く、且つ高耐圧となるように表面電荷密度を制御する。更に、イオン化ガス照射工程は、例えばイオン化ガスとしてアルゴンを用い、アルゴンイオンを照射するアルゴンイオン照射工程とすることが好ましい。即ち、この半導体装置の製造方法の一形態では、既存の製造工程で作製される半導体装置の表面にアルゴンイオンを照射することにより、SiO 2 及び酸化膜とN−低濃度のエピタキシャル層との界面の表面電荷密度を減少させ、製造工程の過程で不純物汚染があっても安定して高耐圧特性を確保できるようにしたものである。
【0021】
図1は、本発明の一実施例に係るP+ N− N+ ダイオードの製造工程を説明するために示した要部の側面断面図であり、同図(a)はエピタキシャル成長工程に関するもの,同図(b)はマスク形成工程に関するもの,同図(c)はポリシリコン膜形成工程に関するもの,同図(d)はアノード形成及び配線パターン形成工程に関するもの,同図(e)は電極形成工程に関するもの,同図(f)はアルゴンイオン照射工程に関するもの,同図(g)は同図(f)中のシリコン界面を含む局部領域Eの部分拡大図に関するもの.同図(h)はパッシベイションSiO2 −CVD膜形成工程に関するものである。
【0022】
ここでは、先ず図1(a)に示されるエピタキシャル成長工程として、不純物濃度が1×1018cm−3のN+ 型シリコン基板1上に不純物濃度が1×1013cm−3の低濃度N− 型エピタキシャル層2を厚さ約50μmでエピタキシャル成長させた後、N+ 型シリコン基板1の裏面及びN− 型エピタキシャル層2表面の全面に熱酸化によりSiO2 膜3を厚さ約3000オングストロームで形成する。尚、このエピタキシャル成長工程は、一導電型であるN+ 型シリコン基板1の表面にN − 低濃度のエピタキシャル層を設け、その表面に絶縁膜としてのSiO2 膜3を形成する一連の絶縁膜形成工程とみなすことができる。又、ここでもN+ 型シリコン基板1の裏面に形成されるSiO2 膜3は略図する。
【0023】
次に、図1(b)に示されるマスク形成工程として、N− 型エピタキシャル層2表面上のSiO2 膜3に一般的なフォトリソグラフィ法によってアノードパターンを形成した後、フッ酸系のエッチング液によりSiO2 膜3に開孔部を形成することによってN− 型エピタキシャル層2の局部を露呈させたSiO2 膜31を形成する。
【0024】
更に、図1(c)に示されるポリシリコン膜形成工程として、N− 型エピタキシャル層2の露呈部分及びSiO2 膜31の上にP型ガスとしてB2 H6(ジボラン)をドープしたP+ 型ポリシリコン膜4を成長させる。
【0025】
引き続き、図1(d)に示されるアノード形成及び配線パターン形成工程として、P+ 型ポリシリコン膜4を形成した状態でN− 型エピタキシャル層2に対して高温熱処理として約1100℃の温度条件下でP型熱拡散を行ってアノード層5を形成した後、P+ 型ポリシリコン膜4の配線をフォトリソグラフィ法によってパターニングし、P+ 型ポリシリコン膜4をエッチングしてパターニングされたP+ 型ポリシリコン41を形成する。
【0026】
尚、ここまでのマスク形成工程からアノード形成及び配線パターン形成工程に至る段階は、一導電型であるN+ 型シリコン基板1の表面にSiO2 膜3をパターニングして逆導電型であるP型のアノード領域を形成するアノード領域形成工程とみなすことができる。
【0027】
又、図1(e)に示される電極形成工程として、蒸着やスパッタリング法等によりアルミニウム膜を表裏全面に形成し、表面に関してはフォトリソグラフィ及びエッチングによりアルミニウム膜をパターニングしてアノード電極6を形成し、裏面に関してはアルミニウム膜によるカソード電極7を形成する。尚、この電極形成工程は、N+ 型シリコン基板1の裏面にカソード領域を形成するカソード領域形成工程とみなすことができる。又、上述したアノード領域形成工程は、この電極形成工程に至る段階まで含むものとみなすこともできる。
【0028】
因みに、以上の工程は図2(a)〜(e)で説明した従来の場合と全く同じ手順となっている。
【0029】
更に、図1(f)に示されるアルゴンイオン照射工程として、プラズマ発生装置内に比較的原子半径や質量の大きい不活性ガスであるArガスを導入し、基板ホルダー下部電極をマイナス電位としてプラズマを発生させ、イオン化されたAr原子によるAr+ イオン9を基板側に向けて照射する。これにより、アノード領域(アノード電極6)及び絶縁膜(SiO2 膜31)の表面にプラズマによりイオン化されたAr+ イオン9が照射されることになる。
【0030】
図1(g)は、図1(f)中のN− 型エピタキシャル層2及びSiO2 膜31のシリコン界面を含む局部領域Eを部分的に拡大して示したものである。このようなエピタキシャル層界面の準位発生は、SiO2 膜31形成時のエピタキシャル層と酸素との結合不良によって生成されるSiO2 欠陥が原因となる場合や、製造工程における汚染が原因となる場合があり、こうしたエピタキシャル層界面では新たな準位発生により表面電荷密度Qssが上昇する。この表面電荷密度Qssの上昇に伴い、見かけ上ドナー不純物が発生し、N− 型エピタキシャル層2においてはこれを加えた新たなエピタキシャル層21が生成されている。
【0031】
N− 型エピタキシャル層2自体は、ドナー不純物の方がアクセプタ不純物よりも勝る不純物密度の低い層であるが、新たに生成される表面電荷密度によるドナー不純物を加えたエピタキシャル層界面21では、N− 型エピタキシャル層2よりも見かけ上の不純物密度がずっと大きくなる。このエピタキシャル層界面では不純物密度が大きくなるため、このままの状態では空乏層が広がり難くなり、高耐圧が得られない。
【0032】
そこで、正の電荷を持ったAr+イオン9の照射を行うと、Ar+イオン9はSiO2 膜31の表面に衝突し、正の電荷を持ったSiO2 + 膜の電荷32を形成する。ここで、Ar+イオン9の運動エネルギーは衝突後にAr原子91へ、SiO2 膜31は衝突後にSiO2 + 膜の電荷32へ引き継がれるような形態で荷電交換が行われる。この荷電交換により正に帯電したSiO2 + 膜の電荷32はエピタキシャル層界面方向へ拡散してエピタキシャル層界面21の界面に辿り着く。エピタキシャル層界面21までSiO2 + 膜の電荷32が辿り着くと、結果として、正に帯電したSiO2 + 膜の電荷32とドナー不純物が見かけ上大きく見えるエピタキシャル層界面21との間で双方の電荷が結合し、SiO2 + 膜の電荷32側が正でありエピタキシャル層界面21側が負であるので見かけ上、電荷が削減することになる。
【0033】
このような反応により、SiO2 及び酸化膜の表面電荷密度を減少させてエピタキシャル層界面21の見かけ上生成されたドナー不純物を削減し、N− 型エピタキシャル層2を不純物密度の低い状態に維持できるように制御できる。ここでは例えばAr+ イオン9の生成条件として、比較的原子半径や質量の大きいArガスを用いているので、Ar原子91はSiO2 膜31の内部に進入せず、SiO2 膜31下部で守られているN− 型エピタキシャル層2の表面にはダメージを少なく制御できる。
【0034】
因みに、こうした技術を応用すれば、ここで説明したN+ 型シリコン基板1以外のものを対象にしても、プラズマの状態により正イオン又は負イオンを生成してシリコン基板の表面電荷密度Qssが低く、且つ高耐圧となるように表面電荷密度Qssを制御することができる。具体的に言えば、シリコン基板がN型半導体であるかP型半導体であるかに応じ、正イオンを発生させたい場合にはHe,Ne,Ar等の不活性ガスを用い、負イオンを発生させたい場合にはF,Cl,Br,I等のハロゲン族及びO,O2 等の原子,分子を導入してプラズマを発生させ、イオンの照射エネルギー及び照射量を的確に与えれば良い。
【0035】
最後に、図1(h)に示されるパッシベイションSiO2 −CVD膜形成工程として、CVD法によりSiO2 膜を表面全体に形成してからフォトリソグラフィ及びSiO2 −CVD膜のエッチングを行い、パターニングされたSiO2 −CVD膜8を形成する。上述したように、パッシベイションSiO 2 −CVD膜形成工程はアルゴンイオン照射工程後が望ましい。つまり、アルゴンイオン照射工程はアノード領域形成工程後とパッシベイションSiO 2 −CVD膜形成工程との間の工程に実施することが望ましい。
【0036】
尚、ここでも高耐圧用P+ N− N+ プレーナー型ダイオードを製造する場合の製造工程を説明したが、ここでのN+ 型シリコン基板1をドレイン層とすると共に、アノード領域(アノード層5,アノード電極6)並びにカソード領域(カソード電極7)をゲート領域並びにドレイン領域に置き換えれば、同様な手順で高耐圧用P+ N− N+ プレーナー型トランジスタを製造することができる。
【0037】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明の半導体装置の製造方法によれば、低濃度のエピタキシャル層が活性層となる半導体デバイスとしてP+ N− N+ プレーナー型のダイオードやトランジスタに対し、空乏層が広がるデバイス領域の表面に酸化膜を形成し、その酸化膜を介してエピタキシャル層界面にプラズマによりイオン化されたイオン化ガスを照射するイオン化ガス照射工程を実行しているため、エピタキシャル層界面の表面電荷密度を低下させた上で高耐圧を得るために必要とする空乏層の広がりを助ける作用が得られ、製造工程における汚染の増大を防いで安定して高耐圧特性が確保されるようになる。特に、イオン化ガス照射工程でプラズマの状態により正イオン又は負イオンを生成して、エピタキシャル層界面の電荷密度が低く、且つ高耐圧となるように表面電荷密度を制御するようにしているため、プラズマの条件や導入ガスの種類によって表面電荷密度を自由に制御した上でSiO2 及び酸化膜とN − 低濃度のエピタキシャル層との界面の表面電荷密度を減少させられるようになり、結果として、低濃度のエピタキシャル層を活性層とする様々な半導体デバイスの製造に際して製造工程の過程で不純物汚染があっても安定して高耐圧が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係るP+ N− N+ ダイオードの製造工程を説明するために示した要部の側面断面図であり、(a)はエピタキシャル成長工程に関するもの,(b)はマスク形成工程に関するもの,同図(c)はポリシリコン膜形成工程に関するもの,(d)はアノード形成及び配線パターン形成工程に関するもの,(e)は電極形成工程に関するもの,(f)はアルゴンイオン照射工程に関するもの,(g)は(f)中のシリコン界面を含む局部領域Eの部分拡大図に関するもの.(h)はパッシベイションSiO2 −CVD膜形成工程に関するものである。
【図2】 従来のP+ N− N+ プレーナー型ダイオードの製造工程を説明するために示した要部の側面断面図であり、(a)はエピタキシャル成長工程に関するもの,(b)はマスク形成工程に関するもの,(c)はポリシリコン膜形成工程に関するもの,(d)はアノード形成及び配線パターン形成工程に関するもの,(e)は電極形成工程に関するもの,(f)はパッシベイションSiO2 −CVD膜形成工程に関するものである。
【符号の説明】
1 N+ 型シリコン基板
2 N− 型エピタキシャル層
3,31 SiO2 膜
4,41 P+ 型ポリシリコン膜
5 アノード層
6 アノード電極
7 カソード電極
8 SiO2 −CVD膜
9 Ar+ イオン
21 エピタキシャル層界面
32 SiO2 + 膜の電荷
91 Ar原子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, N - mainly active layer surface P + N impurity density of the low surface-type semiconductor device of high breakdown voltage, such as - N + planar diode, a method of manufacturing a semiconductor device such as a transistor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a semiconductor device of this type, for example, when manufacturing a P + N - N + planar diode for high breakdown voltage, each manufacturing process as shown in the side sectional view of the main part in FIGS. Follow the procedure. 2A relates to the epitaxial growth process, FIG. 2B relates to the mask formation process, FIG. 2C relates to the polysilicon film formation process, and FIG. 2D relates to the anode formation and wiring pattern. relates to the formation process, FIG. (e) is related to the electrode forming step, FIG. (f) relates to path Tsu Shibeishon SiO 2 -CVD film forming step.
[0003]
Here, first, as an epitaxial growth step shown in FIG. 2A, a low concentration N − with an impurity concentration of 1 × 10 13 cm −3 is formed on an N + type silicon substrate 1 with an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3. After epitaxially growing the type
[0004]
Next, as a mask formation step shown in FIG. 2B, an anode pattern is formed on the SiO 2 film 3 on the surface of the N − -type
[0005]
Further, as the polysilicon film forming step shown in FIG. 2C, P + doped with B 2 H 6 (diborane) as a P-type gas on the exposed portion of the N − -type
[0006]
Subsequently, as an anode formation and wiring pattern formation step shown in FIG. 2D, the N − type
[0007]
In addition, as an electrode forming step shown in FIG. 2E, an aluminum film is formed on the entire front and back surfaces by vapor deposition or sputtering, and the
[0008]
Further, as a passivation SiO 2 -CVD film forming step shown in FIG. 2 (f), the SiO 2 film was formed on the entire surface by the CVD method, and then the photolithography and the SiO 2 -CVD film were etched and patterned. A SiO 2 -CVD film 8 is formed.
[0009]
Here, the manufacturing process in the case of manufacturing a P + N - N + planar type diode for high withstand voltage has been described, but the N + type silicon substrate 1 here is used as a drain layer and an anode region (anode layer 5). , Anode electrode 6) and cathode region (cathode electrode 7) are replaced with a gate region and a drain region, a P + N - N + planar transistor for high breakdown voltage can be manufactured in the same procedure.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the manufacturing method of the P + N - N + planar diode for high breakdown voltage described above, the SiO 2 film itself is contaminated during the manufacturing process, or the SiO 2 film is contaminated by a subsequent process. there the surface charge density interface determined by the impurity concentration for increasing the impurity density of the receiving surface of the epitaxial layer the influence of impurities (surface charge density) is apparent, the set epitaxial layer between the epitaxial layer and the SiO 2 film there is greater, hindered device operation to greatly extend the depletion layer is necessary for obtaining a high breakdown voltage, high breakdown voltage as a result there is a problem that not be obtained. In other words, if there is such contamination, the breakdown voltage determined by the impurity concentration cannot be obtained even if the theoretical value of the PN junction is calculated in consideration of the device structure necessary to obtain a high breakdown voltage, and a high breakdown voltage can be obtained. It was difficult.
[0011]
The present invention has been made to solve such problems, and its technical problem is a method for manufacturing a semiconductor device capable of stably ensuring high withstand voltage characteristics even in the presence of impurity contamination during the manufacturing process. Is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an insulating film forming step of low concentration of the epitaxial layer in a high concentration silicon substrate surface in the one conductivity type to form the epitaxial layer surface insulating film provided, and patterning the insulating film In a diode manufacturing method including an anode region forming step for forming an anode region of reverse conductivity type and a cathode region forming step for forming a cathode region on the back surface of the silicon substrate, a passive bay is formed after the anode region forming step. A diode manufacturing method including an ionized gas irradiation step of irradiating at least the surface of the insulating film with an ionized gas ionized by plasma before the formation film forming step is obtained.
[0013]
In this diode manufacturing method, in the ionized gas irradiation process, positive ions or negative ions are generated depending on the plasma state, and the surface charge density of the silicon substrate is controlled to be low and high withstand voltage. Further, the ionizing gas irradiation step is preferably an argon ion irradiation step in which argon is used as the ionizing gas and irradiated with argon ions.
[0014]
On the other hand, according to the present invention, low concentration of the epitaxial layer is provided on the high concentration silicon substrate surface in the one conductivity type, an insulating film forming step of forming an insulating film on the epitaxial layer surface, patterning the insulating film In the method of manufacturing a transistor, the method includes: a source and gate region forming step for forming the one conductivity type source region and a reverse conductivity type gate region; and a drain region forming step for forming a drain region on the back surface of the silicon substrate. A transistor manufacturing method including an ionized gas irradiation step of irradiating at least the surface of the insulating film with an ionized gas ionized by plasma after the source region and gate region forming step and before the passivation film forming step is obtained. .
[0015]
In this transistor manufacturing method, in the ionized gas irradiation process, positive ions or negative ions are generated depending on the plasma state, and the surface charge density of the epitaxial layer is controlled to be low and high withstand voltage. Furthermore, the ionized gas irradiation step is preferably an argon ion irradiation step using ionized gas and argon in the case of positive ion generation , for example .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
First, the outline of the semiconductor device manufacturing method of the present invention will be briefly described. Method of manufacturing a semiconductor device, together with the anode region of the opposite conductivity type is formed on the low concentration of the epitaxial layer surface of 10 13 extent of one conductivity type as the semiconductor device, the cathode region is formed on the back surface of the silicon substrate and P + N - N + planar diode or or together with the source region and the opposite conductivity type of the gate region of the one conductivity type on the surface of the one
[0018]
That is, in the manufacturing method of the diode, an insulating film forming step of forming an insulating film on the surface of the epitaxial layer of low concentration of one conductivity type, an anode region formed to form the anode region of the opposite conductivity type by patterning the insulating film In addition to the existing manufacturing procedure including the step and the cathode region forming step of forming the cathode region on the back surface of the silicon substrate , at least on the surface of the insulating film after the anode region forming step and before the passivation film forming step. An ionized gas irradiation process is performed in which an ionized gas ionized by plasma is irradiated.
[0019]
On the other hand, in the method for producing a transistor, the insulating film forming step of forming an insulating film on the surface of the low concentration of the epitaxial layer of 10 13 extent of one conductivity type, the source of one conductivity type by patterning the insulating film on the surface thereof In addition to the existing manufacturing procedure including a source and gate region forming step for forming a region and a reverse conductivity type gate region, and a drain region forming step for forming a drain region on the back surface of the silicon substrate, a source region and gate region forming step An ionized gas irradiation process is performed to irradiate at least the surface of the insulating film with an ionized gas ionized by plasma after the passivation film forming process.
[0020]
However, in any semiconductor device, in the ionized gas irradiation process, positive ions or negative ions are generated depending on the plasma state, and the surface charge density of the low-concentration epitaxial layer is low and the breakdown voltage is high. To control the surface charge density. Furthermore, the ionized gas irradiation process is preferably an argon ion irradiation process in which, for example, argon is used as the ionized gas and argon ions are irradiated. That is, in one form of the manufacturing method of this semiconductor device, the surface of the semiconductor device manufactured in the existing manufacturing process is irradiated with argon ions, so that the interface between SiO 2 and the oxide film and the N − low-concentration epitaxial layer is obtained. The surface charge density is reduced, and high breakdown voltage characteristics can be secured stably even if there is impurity contamination during the manufacturing process.
[0021]
FIG. 1 is a side sectional view of an essential part for explaining a manufacturing process of a P + N − N + diode according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) shows an epitaxial growth process. FIG. 4B relates to the mask formation process, FIG. 4C relates to the polysilicon film formation process, FIG. 4D relates to the anode formation and wiring pattern formation process, and FIG. (F) relates to the argon ion irradiation process, and (g) relates to a partially enlarged view of the local region E including the silicon interface in FIG. (F). FIG (h) relates to path Tsu Shibeishon SiO 2 -CVD film forming step.
[0022]
Here, first as an epitaxial growth process shown in FIG. 1 (a), the impurity concentration impurity concentration of 1 × 10 13 cm -3 on the N + -type silicon substrate 1 of 1 × 10 18 cm -3 low concentration N - After epitaxially growing the
[0023]
Next, as a mask formation step shown in FIG. 1B, an anode pattern is formed on the SiO 2 film 3 on the surface of the N − -
[0024]
Furthermore, as a polysilicon film forming step shown in FIG. 1C, P + doped with B 2 H 6 (diborane) as a P-type gas on the exposed portion of the N − -
[0025]
Subsequently, as the anode formation and wiring pattern formation step shown in FIG. 1D, the N −
[0026]
The steps from the mask formation process up to this point to the anode formation and wiring pattern formation processes are performed by patterning the SiO 2 film 3 on the surface of the N + type silicon substrate 1 which is one conductivity type, and the P type which is the opposite conductivity type. It can be regarded as an anode region forming step for forming the anode region.
[0027]
Further, as the electrode forming step shown in FIG. 1E, an aluminum film is formed on the entire front and back surfaces by vapor deposition or sputtering, and the
[0028]
Incidentally, the above process is the same procedure as the conventional case demonstrated in FIG. 2 (a)-(e).
[0029]
Furthermore, as an argon ion irradiation step shown in FIG. 1 (f), Ar gas, which is an inert gas having a relatively large atomic radius and mass, is introduced into the plasma generator, and plasma is generated with the substrate holder lower electrode as a negative potential. It is generated, and Ar + ions 9 irradiates toward the substrate side by ionised a r atom. As a result, the surfaces of the anode region (anode electrode 6) and the insulating film (SiO 2 film 31) are irradiated with Ar + ions 9 ionized by plasma.
[0030]
FIG. 1G shows a partially enlarged local region E including the silicon interface between the N −
[0031]
N - type
[0032]
Therefore, when Ar + ions 9 having a positive charge are irradiated, Ar + ions 9 collide with the surface of the SiO 2 film 31 to form a
[0033]
By such a reaction, the surface charge density of SiO 2 and the oxide film can be reduced to reduce the apparently generated donor impurities at the epitaxial layer interface 21, and the N −
[0034]
Incidentally, if such a technique is applied, even if the target is other than the N + type silicon substrate 1 described here, the surface charge density Qss of the silicon substrate is reduced by generating positive ions or negative ions depending on the plasma state. In addition, the surface charge density Qss can be controlled to achieve a high breakdown voltage. Specifically, depending on whether the silicon substrate is an N-type semiconductor or a P-type semiconductor, if you want to generate positive ions, use an inert gas such as He, Ne, Ar, etc. to generate negative ions In order to achieve this, plasma is generated by introducing halogen groups such as F, Cl, Br, and I, and atoms and molecules such as O and O 2 , and the ion irradiation energy and dose can be appropriately given.
[0035]
Finally, path Tsu Shibeishon SiO 2 -CVD film forming step shown in FIG. 1 (h), to form a SiO 2 film on the entire surface by etching of photolithography and SiO 2 -CVD film from by CVD, A patterned SiO 2 -CVD film 8 is formed. As mentioned above, the passivation SiO 2 -The CVD film forming step is preferably after the argon ion irradiation step. That is, the argon ion irradiation step is performed after the anode region forming step and the passivation SiO 2. -It is desirable to implement in the process between CVD film formation processes.
[0036]
Here, the manufacturing process in the case of manufacturing a P + N − N + planar type diode for high breakdown voltage has been described here, but the N + type silicon substrate 1 here is used as a drain layer and an anode region (anode layer 5). , Anode electrode 6) and cathode region (cathode electrode 7) are replaced with a gate region and a drain region, a P + N - N + planar transistor for high breakdown voltage can be manufactured in the same procedure.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a depletion layer spreads as compared with a P + N - N + planar type diode or transistor as a semiconductor device in which a low-concentration epitaxial layer becomes an active layer. Since the oxide film is formed on the surface of the device region, and the ionized gas irradiation process is performed to irradiate the ionized gas ionized by plasma to the epitaxial layer interface through the oxide film, the surface charge density at the epitaxial layer interface is reduced. An effect of helping the spread of a depletion layer necessary for obtaining a high breakdown voltage after being reduced is obtained, and an increase in contamination in the manufacturing process is prevented and a high breakdown voltage characteristic is stably secured. In particular, since positive ions or negative ions are generated according to the plasma state in the ionized gas irradiation process, the surface charge density is controlled so that the charge density at the interface of the epitaxial layer is low and the breakdown voltage is high. The surface charge density at the interface between the SiO 2 and oxide film and the N - low-concentration epitaxial layer can be reduced while the surface charge density is freely controlled according to the conditions and the type of introduced gas. When manufacturing various semiconductor devices using an epitaxial layer having a concentration as an active layer, a high breakdown voltage can be stably obtained even if there is impurity contamination during the manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view of a main part shown to explain a manufacturing process of a P + N − N + diode according to an embodiment of the present invention , ( a) relates to an epitaxial growth process , ( b) (C) relates to a polysilicon film formation process , ( d) relates to an anode formation and wiring pattern formation process , ( e) relates to an electrode formation process , and ( f) relates to argon. ( G) relates to a partially enlarged view of the local region E including the silicon interface in ( f) . (H) relates to path Tsu Shibeishon SiO 2 -CVD film forming step.
FIGS. 2A and 2B are side cross-sectional views of the main part shown to explain a manufacturing process of a conventional P + N − N + planar type diode, wherein FIG. 2A relates to an epitaxial growth process, and FIG. relates, (c) is related to the polysilicon film forming step, (d) is related to the anode formation and wiring pattern forming step, (e) is related to the electrode formation step, (f) the path Tsu Shibeishon SiO 2 -CVD The present invention relates to a film forming process.
[Explanation of symbols]
1 N + type silicon substrate 2 N −
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17568898A JP4061413B2 (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Manufacturing method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17568898A JP4061413B2 (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Manufacturing method of semiconductor device |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000012551A JP2000012551A (en) | 2000-01-14 |
| JP2000012551A5 JP2000012551A5 (en) | 2005-10-20 |
| JP4061413B2 true JP4061413B2 (en) | 2008-03-19 |
Family
ID=16000511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17568898A Expired - Fee Related JP4061413B2 (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4061413B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109166936A (en) * | 2018-08-09 | 2019-01-08 | 镇江镓芯光电科技有限公司 | A kind of high resistant AlGaN base photoconductive switching device and preparation method thereof |
| JP7657697B2 (en) | 2021-10-26 | 2025-04-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor Device |
-
1998
- 1998-06-23 JP JP17568898A patent/JP4061413B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000012551A (en) | 2000-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10629678B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2577330B2 (en) | Method of manufacturing double-sided gate static induction thyristor | |
| JP3684962B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2011109090A (en) | Fast recovery diode | |
| JP7711274B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| CN104851785A (en) | Method for processing a layer and a method for manufacturing an electronic device | |
| US7867882B2 (en) | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| JPH0785470B2 (en) | Device manufacturing method | |
| JP2002016013A (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| JP2018082050A (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP4061413B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP3539417B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JPH0558257B2 (en) | ||
| WO2017161645A1 (en) | Thin-film transistor, manufacturing method therefor, and display device | |
| JPH0298143A (en) | Manufacture of ldd structure polysilicon thin film transistor | |
| JP3921764B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2000012551A5 (en) | ||
| CN118738132B (en) | Semiconductor field effect transistor, method, device, equipment and medium | |
| JP3578345B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
| JP3336734B2 (en) | Method of forming element isolation region | |
| WO2025258182A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device | |
| JP2576373B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2025007323A (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| CN118748148A (en) | Planar MOS manufacturing method and planar MOS structure | |
| JPH0595000A (en) | Manufacture of semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050202 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050622 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050622 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070815 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070822 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071022 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071126 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071207 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20071126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |