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公開番号2024068391
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-20
出願番号2022178803
出願日2022-11-08
発明の名称半導体装置の製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01L 21/336 20060101AFI20240513BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】トレンチの側面へのドーパントの注入を防止しながら、トレンチの底面の広い範囲にドーパントを注入する。
【解決手段】
半導体装置の製造方法であって、ウエハに設けられたトレンチの第1側面に不活性イオンを注入する工程であって、前記トレンチの幅方向に沿う断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度が、前記第2側面の上端と前記第1側面の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度よりも大きい状態で前記第1側面に不活性イオンを注入する工程と、前記トレンチの第2側面に不活性イオンを注入する工程と、前記半導体基板を加熱することによって前記第1側面と前記第2側面に酸化膜を成長させる工程と、前記底面にドーパントを注入する工程、を有する。
【選択図】図4
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、
半導体基板（１２）を含むウエハであって、前記ウエハの表面にトレンチ（１４、６２）が設けられており、前記トレンチが第１側面（１４ａ、６２ａ）と第２側面（１４ｂ、６２ｂ）と前記第１側面と前記第２側面の間に配置された底面（１４ｃ）を有し、前記底面が前記半導体基板内に位置している前記ウエハを準備する工程と、
前記第１側面に不活性イオンを注入する工程であって、前記トレンチの幅方向に沿う断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度（θ９２、θ１９２）が、前記第２側面の上端と前記第１側面の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度（θ９４、θ１９４）よりも大きい状態で前記第１側面に不活性イオンを注入する工程と、
前記第２側面に不活性イオンを注入する工程であって、前記トレンチの幅方向に沿う前記断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度（θ８２、θ１８２）が、前記第１側面の上端と前記第２側面の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度（θ８４、θ１８４）よりも大きい状態で前記第２側面に不活性イオンを注入する工程と、
前記半導体基板を加熱することによって前記第１側面と前記第２側面に酸化膜（６４）を成長させる工程と、
前記底面にドーパントを注入する工程、
を有する製造方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ウエハを準備する前記工程が、
前記半導体基板の表面にマスク層（６０）を形成する工程と、
前記マスク層を貫通して前記半導体基板に達するように前記トレンチを形成する工程、
を有し、
前記マスク層が存在する状態で、前記第１側面に不活性イオンを注入する前記工程、前記第２側面に不活性イオンを注入する前記工程、前記酸化膜を成長させる前記工程、及び、ドーパントを注入する前記工程を実施する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ウエハを準備する前記工程が、
前記半導体基板の表面にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層を貫通して前記半導体基板に達するように前記トレンチを形成する工程と、
前記マスク層を除去する工程、
を有し、
前記第１側面に不活性イオンを注入する前記工程、及び、前記第２側面に不活性イオンを注入する前記工程では、前記半導体基板の前記表面に不活性イオンを注入し、
前記酸化膜を成長させる前記工程では、前記第１側面と前記第２側面と前記半導体基板の前記表面に前記酸化膜を成長させ、
前記半導体基板の前記表面に前記酸化膜が存在する状態で、ドーパントを注入する前記工程を実施する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板が、ｐ型のボディ層（４４）を有しており、
前記トレンチが、前記ボディ層を貫通しており、
前記第１側面に不活性イオンを注入する前記工程では、前記トレンチの幅方向に沿う前記断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する前記傾斜角度が、前記断面において前記第２側面の上端と前記第１側面における前記ボディ層の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度（θ９６、θ１９６）よりも小さい状態で前記第１側面に不活性イオンを注入し、
前記第２側面に不活性イオンを注入する前記工程では、前記トレンチの幅方向に沿う前記断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する前記傾斜角度が、前記断面において前記第１側面の上端と前記第２側面における前記ボディ層の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度（θ８６、θ１８６）よりも小さい状態で前記第２側面に不活性イオンを注入する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【０００２】
特許文献１には、トレンチの底面にドーパントをイオン注入することによってトレンチの下部に拡散層を形成する技術が開示されている。この技術では、イオン注入の前にトレンチの内面に酸化膜を形成する。次に、トレンチの底面を覆う酸化膜をエッチングにより除去する。トレンチの両側面には酸化膜を残存させる。次に、トレンチの底面にドーパントをイオン注入することによって、トレンチの下部に拡散層を形成する。トレンチの両側面は酸化膜に覆われているので、トレンチの両側面へのドーパントの注入が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－２０７０６１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の技術では、トレンチの両側面を覆う酸化膜によってトレンチの底面の端部へのドーパントの注入が阻害される。このため、トレンチの底面の中央部にしかドーパントを注入することができない。例えば、トレンチの底面の幅が０．５μｍであり、両側面を覆う酸化膜の厚みが０．１μｍの場合には、トレンチの底面の中央部の幅０．３μｍの範囲にしかドーパントを注入することができない。このため、この技術では、トレンチの底面よりも幅が狭い拡散領域しか形成することができない。本明細書では、トレンチの側面へのドーパントの注入を防止しながら、トレンチの底面の広い範囲にドーパントを注入する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、ウエハ準備工程、第１不活性イオン注入工程、第２不活性イオン注入工程、酸化膜成長工程、及び、ドーパント注入工程を有する。前記ウエハ準備工程では、半導体基板を含むウエハを準備する。前記ウエハの表面にトレンチが設けられている。前記トレンチが、第１側面と第２側面と前記第１側面と前記第２側面の間に配置された底面を有する。前記底面が、前記半導体基板内に位置している。前記第１不活性イオン注入工程では、前記第１側面に不活性イオンを注入する。前記第１不活性イオン注入工程では、前記トレンチの幅方向に沿う断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度が、前記第２側面の上端と前記第１側面の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度よりも大きい状態で前記第１側面に不活性イオンを注入する。前記第２不活性イオン注入工程では、前記第２側面に不活性イオンを注入する。前記第２不活性イオン注入工程では、前記トレンチの幅方向に沿う前記断面において、不活性イオンの注入方向の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度が、前記第１側面の上端と前記第２側面の下端とを結ぶ直線の前記ウエハの前記表面に対する傾斜角度よりも大きい状態で前記第２側面に不活性イオンを注入する。前記酸化膜成長工程では、前記半導体基板を加熱することによって前記第１側面と前記第２側面に酸化膜を成長させる。前記ドーパント注入工程では、前記底面にドーパントを注入する。
【０００６】
なお、前記ウエハは、半導体基板のみによって構成されていてもよいし、半導体基板とその表面に設けられた他の層（例えば、絶縁層、導体層、マスク層など）を有していてもよい。また、前記トレンチは、半導体基板の表面に設けられていてもよいし、半導体基板の表面に設けられた前記他の層の表面に設けられていてもよい。トレンチが前記他の層の表面に設けられている場合、トレンチは前記他の層を貫通して前記半導体基板に達していることで前記トレンチの底面が前記半導体基板内に位置している。また、トレンチの側面と底面が曲面により接続されている場合には、半導体基板の表面に対する当該曲面の接線の傾斜角度が４５度となる位置がトレンチの側面の下端である。また、前記不活性イオンは、半導体基板内でアクセプタとドナーのいずれとしても機能しないイオン（すなわち、無極性のイオン）を意味する。前記不活性イオンは、例えば、アルゴンイオン、ネオンイオン等である。また、本明細書において、ウエハの表面に対する傾斜角度は、ウエハの表面に立てた垂線と対象物（例えば、注入方向または直線）の間の角度を意味する。したがって、傾斜角度が０度であることは、対象物が垂線に対して平行（すなわち、ウエハの表面に対して垂直）であることを意味する。
【０００７】
この製造方法では、第１不活性イオン注入工程と第２不活性イオン注入工程において第１側面と第２側面に不活性イオンが注入されることでこれらの側面に結晶欠陥が生成される。第１不活性イオン注入工程では、不活性イオンの注入方向の傾斜角度が上記のように設定されていることで、第１側面の下端近傍への不活性イオンの注入が防止される。また、第２不活性イオン注入工程では、不活性イオンの注入方向の傾斜角度が上記のように設定されていることで、第２側面の下端近傍への不活性イオンの注入が防止される。次に、酸化膜成長工程において、半導体基板が加熱される。不活性イオンの注入範囲では、結晶欠陥密度が高いので、酸化膜が速く成長する。したがって、第１側面及び第２側面のうちの不活性イオンの注入範囲では、トレンチの底面よりも速く酸化膜が成長する。また、第１側面及び第２側面のうちの下端近傍の範囲には不活性イオンが注入されていないので、第１側面及び第２側面のうちの下端近傍の範囲では酸化膜の成長速度が遅い。したがって、酸化膜成長工程では、第１側面及び第２側面のうちの下端近傍の範囲とトレンチの底面に厚く酸化膜を成長させることなく、第１側面及び第２側面のうちの不活性イオンの注入範囲に十分な厚さの酸化膜を形成することができる。次に、ドーパント注入工程において、トレンチの底面にドーパントが注入される。第１側面及び第２側面のうちの下端近傍の範囲に厚い酸化膜が存在しないので、トレンチの底面の広い範囲にドーパントを注入することができる。また、酸化膜によっておおわれている範囲では第１側面及び第２側面へのドーパントの注入が防止される。このように、この製造方法によれば、トレンチの側面へのドーパントの注入を防止しながら、トレンチの底面の広い範囲にドーパントを注入できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
半導体装置１０の断面図。
実施例１の製造方法の説明図。
実施例１の製造方法の説明図。
実施例１の製造方法の説明図。
実施例１の製造方法の説明図。
実施例１の製造方法の説明図。
実施例１の製造方法の説明図。
実施例２の製造方法の説明図。
実施例２の製造方法の説明図。
実施例２の製造方法の説明図。
実施例２の製造方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書が開示する一例の製造方法では、前記ウエハを準備する前記工程が、前記半導体基板の表面にマスク層を形成する工程と、前記マスク層を貫通して前記半導体基板に達するように前記トレンチを形成する工程、を有していてもよい。前記マスク層が存在する状態で、前記第１側面に不活性イオンを注入する前記工程、前記第２側面に不活性イオンを注入する前記工程、前記酸化膜を成長させる前記工程、及び、ドーパントを注入する前記工程を実施してもよい。
【００１０】
また、本明細書が開示する他の一例の製造方法では、前記ウエハを準備する前記工程が、前記半導体基板の表面にマスク層を形成する工程と、前記マスク層を貫通して前記半導体基板に達するように前記トレンチを形成する工程と、前記マスク層を除去する工程、を有していてもよい。前記第１側面に不活性イオンを注入する前記工程、及び、前記第２側面に不活性イオンを注入する前記工程では、前記半導体基板の前記表面に不活性イオンを注入してもよい。前記酸化膜を成長させる前記工程では、前記第１側面と前記第２側面と前記半導体基板の前記表面に前記酸化膜を成長させてもよい。前記半導体基板の前記表面に前記酸化膜が存在する状態で、ドーパントを注入する前記工程を実施してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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