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公開番号2024082007
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-19
出願番号2022195678
出願日2022-12-07
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
代理人弁理士法人 快友国際特許事務所
主分類H01L 21/336 20060101AFI20240612BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】スーパージャンクション構造を備えた半導体装置において、n型コラムとp型コラムの間のチャージバランスの崩れが抑えられる技術を提供する。
【解決手段】n型コラム14aとp型コラム14bが少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されているスーパージャンクション構造を含む半導体層10、を備えた半導体装置1の製造方法は、前記半導体層の表面に成膜されており、前記n型コラムと前記p型コラムの少なくとも一方の形成範囲に対応して開口する遮蔽層52,54,62,64の設計パターンからのずれを示すパターンずれに基づいて前記スーパージャンクション構造を形成する工程、を備えている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
n型コラム(14a)とp型コラム(14b)が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されているスーパージャンクション構造を含む半導体層(10)、を備えた半導体装置(1)の製造方法であって、
前記半導体層の表面に成膜されており、前記n型コラムと前記p型コラムの少なくとも一方の形成範囲に対応して開口する遮蔽層(52,54,62,64)の設計パターンからのずれを示すパターンずれに基づいて前記スーパージャンクション構造を形成する工程、を備える、半導体装置の製造方法。
続きを表示(約 2,700 文字)【請求項2】
前記スーパージャンクション構造を形成する工程は、
前記n型コラムの形成範囲に対応して開口するn型コラム用遮蔽層(52,62)の前記パターンずれに基づいて前記n型コラムを形成する工程と、
前記p型コラムの形成範囲に対応して開口するp型コラム用遮蔽層(54,64)の前記パターンずれに基づいて前記p型コラムを形成する工程と、を有している、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記n型コラム用遮蔽層の前記パターンずれに基づいて前記n型コラムを形成する工程は、
前記n型コラム用遮蔽層の開口幅(52W)を測定するステップと、
前記n型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを注入して前記n型コラムを形成するステップであって、測定された前記開口幅に応じて前記n型不純物イオンの注入量が調整される、ステップと、を含む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記p型コラム用遮蔽層の前記パターンずれに基づいて前記p型コラムを形成する工程は、
前記p型コラム用遮蔽層の開口幅(54W)を測定するステップと、
前記p型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを注入して前記p型コラムを形成するステップであって、測定された前記開口幅に応じて前記p型不純物イオンの注入量が調整される、ステップと、を含む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記n型コラム用遮蔽層の前記パターンずれに基づいて前記n型コラムを形成する工程は、
前記n型コラム用遮蔽層の開口幅(52W)を測定するステップと、
前記n型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを注入するステップであって、所定条件に応じて前記n型不純物イオンが注入される、ステップと、
測定された前記開口幅に応じて前記n型不純物イオンを追加で注入するか否かを判定し、追加注入が必要と判定された場合には、前記n型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを追加で注入して前記n型コラムを形成するステップと、を含む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記p型コラム用遮蔽層の前記パターンずれに基づいて前記p型コラムを形成する工程は、
前記p型コラム用遮蔽層の開口幅(54W)を測定するステップと、
前記p型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを注入するステップであって、所定条件に応じて前記p型不純物イオンが注入される、ステップと、
測定された前記開口幅に応じて前記p型不純物イオンを追加で注入するか否かを判定し、追加注入が必要と判定された場合には、前記p型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを追加で注入して前記p型コラムを形成するステップと、を含む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記n型コラム用遮蔽層の前記パターンずれに基づいて前記n型コラムを形成する工程は、
前記n型コラム用遮蔽層の開口幅(62W)を測定するステップと、
前記n型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを注入するステップと、
前記n型コラム用遮蔽層を除去するステップと、
測定された前記開口幅に応じて前記n型不純物イオンを追加で注入するか否かを判定し、追加注入が必要と判定された場合には、前記n型コラムの形成範囲の少なくとも一部に対応して開口する追加のn型コラム用追加遮蔽層(64)を前記半導体層の表面に成膜するステップと、
前記n型コラム用追加遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを注入して前記n型コラムを形成するステップと、を含む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記p型コラム用遮蔽層の前記パターンずれに基づいて前記p型コラムを形成する工程は、
前記p型コラム用遮蔽層の開口幅(64W)を測定するステップと、
前記p型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを注入するステップと、
測定された前記開口幅に応じて前記p型不純物イオンを追加で注入するか否かを判定し、追加注入が必要と判定された場合には、前記p型コラムの形成範囲の少なくとも一部に対応して開口する追加のp型コラム用追加遮蔽層(68)を前記半導体層の表面に成膜するステップと、
前記p型コラム用追加遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを注入して前記p型コラムを形成するステップと、を含む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記スーパージャンクション構造を形成する工程は、
前記n型コラムの形成範囲に対応して開口するn型コラム用遮蔽層を前記半導体層の表面に成膜する工程と、
前記n型コラム用遮蔽層の設計パターンからのアライメントずれを測定する工程と、
前記n型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを注入して前記n型コラムを形成する工程と、
測定された前記アライメントずれに基づいて前記p型コラムの形成範囲に対応して開口するp型コラム用遮蔽層を前記半導体層の前記表面に成膜する工程と、
前記p型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを注入して前記p型コラムを形成する工程と、を有している、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記スーパージャンクション構造を形成する工程は、
前記p型コラムの形成範囲に対応して開口するp型コラム用遮蔽層を前記半導体層の表面に成膜する工程と、
前記p型コラム用遮蔽層の設計パターンからのアライメントずれを測定する工程と、
前記p型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にp型不純物イオンを注入して前記p型コラムを形成する工程と、
測定された前記アライメントずれに基づいて前記n型コラムの形成範囲に対応して開口するn型コラム用遮蔽層を前記半導体層の前記表面に成膜する工程と、
前記n型コラム用遮蔽層の開口を介して前記半導体層内にn型不純物イオンを注入して前記n型コラムを形成する工程と、を有している、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示(約 2,400 文字)【背景技術】
【0002】
低オン抵抗と高耐圧が両立する構造として、n型コラムとp型コラムが少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されているスーパージャンクション構造が提案されている。特許文献1~3は、このようなスーパージャンクション構造を備えた半導体装置の一例を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2006-245082号公報
特開2009-188177号公報
特開2010-056154号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
低オン抵抗と高耐圧の両立をさらに改善するためには、スーパージャンクション構造を構成するn型コラムとp型コラムの各々の不純物濃度を高くする必要がある。n型コラムとp型コラムの各々の不純物濃度が高くなると、例えばn型半導体層内にp型不純物イオンをカウンタードーピングしてn型コラムとp型コラムを形成することが困難となる。高濃度なn型半導体層内に多量のp型不純物イオンをイオン注入しなければならず、欠陥等が問題となるからである。このため、低オン抵抗と高耐圧を高度に両立する半導体装置を製造するためには、n型コラムとp型コラムの各々をイオン注入で形成しなければならない。
【0005】
n型コラムとp型コラムの各々をイオン注入で形成する場合において、n型コラムとp型コラムの各々の不純物濃度及び/又は位置を制御し、n型コラムとp型コラムの間のチャージバランスの崩れを抑えることができる技術が必要である。本明細書は、スーパージャンクション構造を備えた半導体装置において、n型コラムとp型コラムの間のチャージバランスの崩れが抑えられる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書は、n型コラム(14a)とp型コラム(14b)が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されているスーパージャンクション構造を含む半導体層(10)、を備えた半導体装置(1)の製造方法を開示することができる。この製造方法は、前記半導体層の表面に成膜されており、前記n型コラムと前記p型コラムの少なくとも一方の形成範囲に対応して開口する遮蔽層(52,54,62,66)の設計パターンからのずれを示すパターンずれに基づいて前記スーパージャンクション構造を形成する工程、を備えていてもよい。ここで、前記パターンずれは、特に限定されるものではないが、例えば前記遮蔽層の開口幅の寸法ずれであってもよく、前記遮蔽層のアライメントずれであってもよい。この製造方法によると、前記遮蔽層のパターンずれに基づくフィードバック制御によって前記スーパージャンクション構造を形成することができるので、前記第1コラムと前記第2コラムのチャージバランスの崩れが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本明細書が開示する実施形態の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第1の製造方法のうちスーパージャンクション構造を形成する工程のフローを示す。
図1に示す半導体装置を製造する第1の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第1の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第1の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第1の製造方法の変形例のうちスーパージャンクション構造を形成する工程のフローを示す。
図1に示す半導体装置を製造する第2の製造方法のうちスーパージャンクション構造を形成する工程のフローを示す。
図1に示す半導体装置を製造する第2の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第2の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第2の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第2の製造方法中の要部断面図を模式的に示す。
図1に示す半導体装置を製造する第3の製造方法のうちスーパージャンクション構造を形成する工程のフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本明細書が開示する半導体装置について説明する。なお、図示明瞭化を目的として、繰り返し配置されている構成要素についてはその1つのみに符号を付す。
【0009】
図1に、半導体装置1の要部断面図を模式的に示す。半導体装置1は、MOSFETと称される種類のパワー半導体装置であり、半導体層10と、半導体層10の下面を被覆するドレイン電極22と、半導体層10の上面を被覆するソース電極24と、半導体層10の上層部に設けられている複数のトレンチゲート30と、を備えている。
【0010】
半導体層10は、特に限定されるものではないが、例えば4Hの炭化珪素層であってもよい。半導体層10は、その上面の結晶面が(0001)のSi面に対してオフ角だけ傾斜していてもよい。オフ角は、特に限定されるものではないが、例えば4°であってもよい。半導体層10は、炭化珪素層に代えて、シリコン層、窒化物半導体層、酸化ガリウム層であってもよい。半導体層10は、n
+
型のドレイン領域12と、n型のドリフト領域14と、p型のボディ領域16と、n
+
型のソース領域18と、p
+
型のボディコンタクト領域19と、を有している。
(【0011】以降は省略されています)

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