[发明专利]反向阻断MOS型半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有伴随着高温长时间扩散的较深的杂质扩散层的形成工序的反向阻断MOS（绝缘栅型场效应管）型半导体器件的制造方法。

背景技术

近年来，使用半导体元件进行AC（交流）/AC转换、AC/DC（直流）转换、DC/AC转换等用的电力转换电路中，已知有矩阵转换器作为能够不需要由电解电容器、直流电抗器等构成的直流平滑电路的直接连接型转换电路。该矩阵转换器在交流电压下使用，所以需要能够在正、反方向上控制电流的双向开关装置作为构成矩阵转换器的多个开关装置。

最近，从电路的小型化、轻量化、高效率化、高速响应化和低成本化等观点出发，着眼于使上述双向开关装置如图6的等价电路图所示成为将两个反向阻断IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管）反向并联连接的结构。这样的反向阻断IGBT的反向并联连接结构的双向开关装置中，具有能够不需要用于阻断反方向电压的二极管的优点。上述反向阻断IGBT是具有使反向耐压成为与正向耐压相同程度的耐压、并且耐压可靠性提高了的特性的装置。另一方面，在现有的电力转换电路中使用的通常的IGBT中，与没有反向耐压的通常的晶体管和MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管）同样，不需要有效的反向耐压，所以反向耐压比正向耐压低，且耐压可靠性也低的性能的IGBT就可以满足。

图5是表示这样的反向阻断IGBT的截面示意图，在下述专利文献1中记载。该反向阻断IGBT特征在于在装置芯片的中央具有活性区域110，在包围该活性区域110的外周侧夹着耐压结构区域120，进而具有包围其外侧的p型分离扩散层31的结构。为了仅通过来自n型硅衬底1的一方的主面的热扩散形成该p型分离扩散层31，需要使p型分离扩散层31的深度成为衬底的厚度以上，所以要伴随有高温长时间的热扩散推进。图5所示的反向阻断IGBT的活性区域110是成为纵型IGBT的主电流的通路的区域，该纵型IGBT具备n型漂移层1、p型基极区域2、n型发射极区域3、栅极绝缘膜4、栅极电极5、层间绝缘膜6、发射极电极9和p型集电极层10、集电极电极11等的。上述p型分离扩散层31是从n型硅衬底的正面起通过硼的热扩散形成达到背面一侧的p型集电极层10的深度的p型的区域。通过该p型分离扩散层31，使作为反向耐压结的p型集电极层10与n型漂移层1之间的pn结面的终端部不在作为芯片化时的切断面的芯片侧端面12上露出，而是在被绝缘膜保护的耐压结构区域120的表面13上露出，所以能够提高反向耐压可靠性。

图4（（a）～（d））是按工序顺序表示这样的反向阻断IGBT中的通过硼离子注入和热扩散形成p型分离扩散层104的现有的杂质扩散处理的制造工序截面图。首先，在600μm以上厚的硅半导体衬底100的正面一侧形成约0.8μm～2.5μm程度的热氧化膜101作为掺杂掩模（图4（a））。对该氧化膜101进行图案形成，形成用于导入形成分离扩散层的杂质的开口部102（图4（b））。接着，从开口部102离子注入作为杂质的硼103（图4（c））。除去作为用于硼的选择扩散（p型分离扩散层用）的掺杂掩模使用的热氧化膜101。进行高温（1300℃）、长时间（100小时～200小时）的热处理，形成100μm～200μm程度的深度的p型的扩散层104（图4（d））。将该p型的扩散层104用作分离扩散层。之后，在被p型的扩散层104包围的硅半导体衬底100的正面再次形成氧化膜，实施形成MOS栅结构和必要的正面侧功能区域的处理（未图示）。从硅半导体衬底100的背面起如虚线所示进行磨削除去直到达到上述p型的扩散层104的底部，从而使硅半导体衬底100变薄（图4（d））。在该背面磨削面上形成由未图示的p集电极层和集电极电极构成的背面结构，在位于扩散层104的中心部的划线（scribe line）105处切断硅半导体衬底100。通过该切断而芯片化的反向阻断IGBT成为上述图5的截面图。

但是，如上述图5所示，通过离子注入形成p型分离扩散层31的反向阻断IGBT中，如上所述为了形成较深的p型分离扩散层31而进行高温长时间的热扩散推进（drive）。结果，在该高温长时间的热扩散推进中，在硅衬底内导入晶格间氧，导入氧析出物或氧供体化现象、晶体缺陷等。导入这些晶体缺陷时，硅衬底中的pn结中漏电流提高和硅衬底上形成的绝缘膜的耐压、可靠性大幅劣化的可能性较大。