制造半导体装置的方法与流程

本说明书中公开的技术涉及一种制造半导体装置的方法。

背景技术：

在许多半导体装置中，电极形成在半导体基板的一个主表面上。在清洗半导体基板的一个主表面之后，在半导体基板的一个主表面上形成这种电极。日本专利申请公开第2008-085050号(jp2008-085050a)公开了一种使用hf清洗(使用氢氟酸的清洗)去除在半导体基板的一个主表面上形成的自然氧化膜，然后在半导体基板的一个主表面上形成电极的技术。

技术实现要素：

作为半导体装置的示例，已知在同一个半导体基板中形成igbt区域和二极管区域的逆导型igbt。在逆导型igbt中，对应于igbt区域的p+型集电极区域和对应于二极管区域的n+型阴极区域在半导体基板的背面上被图案化，以便暴露于半导体基板的背面，并且在半导体基板的背面上形成背面电极，以覆盖集电极区域和阴极区域。在集电极区域和阴极区域中，根据期望的特性来调整离子注入量。因此，典型地，集电极区域的离子注入量与阴极区域的离子注入量不匹配。如此，如果形成具有不同的离子注入量的集电极区域和阴极区域，由于在离子注入期间对半导体基板的背面的损坏变化，所以半导体基板的背面的表面粗糙度在集电极区域和阴极区域之间不同。

如果形成背面电极以覆盖集电极区域和阴极区域，则集电极区域和阴极区域的表面粗糙度反映在背面电极中。因此，背面电极的前表面的表面粗糙度相应于集电极区域和阴极区域的图案而变化。例如，在集电极区域和阴极区域具有条纹状布局的情况下，具有不同表面粗糙度的部分以条纹状形成在背面电极的前表面上。因此，由于光的漫反射的变化，在背面电极的前表面上出现条纹状阴影。

作为半导体装置的一个检查项目，进行用于检测形成在电极的前表面上的缺陷的外观检查。在上述逆导型igbt的情况下，由于与集电极区域和阴极区域的图案对应的阴影出现在背面电极的前表面上，因此难以区分这些阴影和缺陷。

在以上描述中，已经结合逆导型igbt作为示例描述了在半导体基板的背面电极上形成具有不同表面粗糙度的部分的问题。然而，该问题不限于逆导型igbt，且可能会在其中具有不同离子注入量的半导体区域形成在半导体基板的一个主表面上的各种半导体装置中发生。本说明书提供了一种在具有不同离子注入量的多个半导体区域暴露在一个主表面上的半导体基板中，防止半导体基板的一个主表面上的半导体区域之间的表面粗糙度的变化反映在电极中的技术。

本说明书中公开的制造半导体装置的方法包括半导体区域形成工序、清洗工序、表面粗糙度均匀化工序和电极形成工序。作为半导体区域形成工序，形成半导体区域使得具有不同离子注入量的多个半导体区域暴露在半导体基板的一个主表面上。作为清洗工序，在半导体区域形成工序之后，在半导体基板的一个主表面上进行使用氢氟酸的清洗。作为表面粗糙度均匀化工序，在清洗工序之后，半导体基板的一个主表面的表面粗糙度被均匀化。作为电极形成工序，在表面粗糙度均匀化工序之后，在半导体基板的一个主表面上形成电极。

根据上述制造方法，在电极形成步骤之前，使半导体基板的一个主表面的表面粗糙度均匀化，从而防止半导体基板的一个主表面上的表面粗糙度的变化反映在电极中。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性的实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1为示意性地示出了逆导型igbt的主要部分的剖视图；

图2示出了在制造逆导型igbt的方法中形成背面结构的步骤的流程；

图3a为示意性地示出了在形成背面结构的步骤中的逆导型igbt的主要部分的放大剖视图；

图3b为示意性地示出了在形成背面结构的步骤中的逆导型igbt的主要部分的放大剖视图；

图3c为示意性地示出了在形成背面结构的步骤中的逆导型igbt的主要部分的放大剖视图；

图3d为示意性地示出了在形成背面结构的步骤中的逆导型igbt的主要部分的放大剖视图；和

图3e为示意性地示出了在形成背面结构的步骤中的逆导型igbt的主要部分的放大剖视图。

具体实施方式

如图1所示，逆导型igbt1包括被分成igbt区域2a和二极管区域2b的单晶硅半导体基板10、覆盖半导体基板10的背面的背面电极22、覆盖半导体基板10的前表面的正面电极24，和设置在半导体基板10的igbt区域2a的前表面侧的沟槽栅极26。背面电极22在igbt区域2a中起集电极电极作用，并且在二极管区域2b中起阴极电极作用。正面电极24在igbt区域2a中起发射极电极作用，并且在二极管区域2b中起阳极电极作用。在示例中，铝硅合金(alsi)用作背面电极22的材料，且铝硅合金(alsi)用作正面电极24的材料。

半导体基板10具有p+型集电极区域11、n+型阴极区域12、n+型缓冲区域13、n-型漂移区域14、p型区域15和n+型发射极区域16。

集电极区域11设置在半导体基板10的背面的一部分上，并且暴露于半导体基板10的背面。集电极区域11设置在漂移区域14下方的一部分上，并且选择性地布置在igbt区域2a中。在半导体基板10中，将集电极区域11存在的范围称为igbt区域2a。集电极区域11具有高杂质浓度，并且与背面电极22欧姆接触。集电极区域11通过例如使用离子注入方法从半导体基板10的背面导入硼来形成。

阴极区域12设置在半导体基板10的背面的一部分上，并且暴露于半导体基板10的背面。阴极区域12设置在漂移区域14下方的一部分上，并且选择性地布置在二极管区域2b中。在半导体基板10中，将阴极区域12存在的范围称为二极管区域2b。阴极区域12具有高杂质浓度，并且与背面电极22欧姆接触。阴极区域12通过例如使用离子注入方法从半导体基板10的背面导入磷来形成。

缓冲区域13设置在集电极区域11和漂移区域14之间以及阴极区域12和漂移区域14之间，并且跨igbt区域2a和二极管区域2b两者连续地布置。缓冲区域13通过例如使用离子注入方法从半导体基板10的背面导入磷而形成。

漂移区域14设置在缓冲区域13和p型区域15之间，并且跨igbt区域2a和二极管区域2b两者连续地布置。漂移区域14是在半导体基板10中形成其他区域的剩余部，并且在厚度方向上具有均匀的杂质浓度。在漂移区域14的上层部中，形成具有通过he照射以高密度调整晶体缺陷的寿命控制区域14a。

p型区域15设置在漂移区域14的上方，与漂移区域14接触，跨igbt区域2a和二极管区域2b两者连续地布置，并且暴露于半导体基板10的前表面。p型区域15在igbt区域2a中起体区域作用，并且在二极管区域2b中起阳极区域作用。p型区域15通过在igbt区域2a中的接触区域(未示出)与正面电极24欧姆接触，并且在二极管区域中也与正面电极24欧姆接触。p型区域15通过例如使用离子注入技术从半导体基板10的前表面导入硼来形成。

发射极区域16设置在p型区域15的上方，与p型区域15接触，选择性地布置在igbt区域2a中，与沟槽栅极26的侧面接触，并且暴露于半导体基板10的前表面。发射极区域16具有高杂质浓度，并且与正面电极24欧姆接触。发射极区域16通过例如使用离子注入技术从半导体基板10的正面导入磷而形成。

每个沟槽栅极26都具有由多晶硅制成的电极部和由氧化硅制成的绝缘膜，并且电极部通过绝缘膜面向半导体基板10。每个沟槽栅极26的电极部都通过层间绝缘膜而与正面电极24分离，并且被构造为使得可以施加栅极电位。每个沟槽栅极26都被构造为从半导体基板10的前表面朝向深部延伸，以穿过p型区域15并且突出到漂移区域14。

在逆导型igbt1中，背面电极22、集电极区域11、缓冲区域13、漂移区域14、p型区域15、发射极区域16、正面电极24和沟槽栅极26构成igbt结构。在逆导型igbt1中，背面电极22、阴极区域12、缓冲区域13、漂移区域14、p型区域15和正面电极24构成二极管结构。

在逆导型igbt1中，如果比正面电极24正的电压施加到背面电极22，并且比正面电极24正的电压施加到每个沟槽栅极26的电极部，则igbt区域2a的igbt结构导通。在逆导型igbt1中，如果比正面电极24正的电压施加到背面电极22，并且与正面电极24相同的电压施加到每个沟槽栅极26的电极部，则igbt区域2a的igbt结构关断。在逆导型igbt1中，当比背面电极22正的逆偏压施加到正面电极24时，回流电流流过二极管区域2b的二极管结构。

接下来，将描述制造逆导型igbt1的方法。在下文中，将描述在用于制造逆导型igbt1的工序中执行的步骤中形成背面结构的步骤。将省略关于可以使用现有的制造技术来执行形成其他构成元件的步骤的描述。在下文中，将在参照图2的制造流程的同时，基于图3a至3e来描述形成背面结构的各个步骤。

首先，如图3a所示，准备好半导体基板10。各种半导体区域15、16、正面电极24和沟槽栅极26都已经形成在半导体基板10的前表面侧上。

接下来，如图3b所示，集电极区域11、阴极区域12和缓冲区域13都在半导体基板10的背面上被图案化(图2的s11)。具体地，首先，缓冲区域13通过使用离子注入方法将磷导入到半导体基板10的整个背面来形成。接下来，阴极区域12通过使用离子注入方法将磷选择性地导入到半导体基板10的背面上的二极管区域2b中来形成。接着，集电极区域11通过使用离子注入方法将硼选择性地导入到半导体基板10的背面上的igbt区域2a中来形成。如果执行该背面图案化步骤，则会在半导体基板10的背面覆上自然氧化膜32。

在形成集电极区域11时，硼的离子注入量为例如1×10¹³cm^-2。在形成阴极区域12时，磷的离子注入量为例如1×10¹⁵cm^-2。集电极区域11的离子注入量与阴极区域12的离子注入量不匹配。以这种方式，如果集电极区域11和阴极区域12以不同的离子注入量而形成，由于在离子注入期间对半导体基板10的背面的损坏不同，所以半导体基板10的背面的表面粗糙度在集电极区域11和阴极区域12之间是不同的。如图3b所示，对应于集电极区域11的半导体基板10的背面的表面粗糙度相对小，而对应于阴极区域12的半导体基板10的背面的表面粗糙度相对大。

接下来，如图3c所示，在半导体基板10的背面上进行hf清洗(使用氟化的酸清洗)，从而除去覆在半导体基板10的背面上的自然氧化膜32(图2的s12)。

接下来，如图3d所示，在半导体基板10的背面上进行apm清洗(使用氨和过氧化氢溶液的混合物清洗)，在半导体基板10的背面上涂覆薄的氧化膜42，从而使半导体基板10的背面的表面粗糙度均匀化(图2的s13)。氧化膜42的厚度约为1～10nm。典型地，apm清洗是为了除去有机物质而进行的。本说明书中公开的技术集中注意在apm清洗的氧化性上，并且使用apm清洗来形成薄的氧化膜42。由于apm清洗导致与半导体基板10的背面进行液体反应，所以能够使氧与半导体基板10的背面均匀地反应。因此，半导体基板10的不平坦的背面的凹进部在比较短的期间内被从其侧面和底部延伸的氧化膜42填充。也就是说，填充凹进部的氧化膜42以比半导体基板10的不平坦的背面的突出部的顶点更大的膜厚度而形成。这样，如果在半导体基板10的背面上进行apm清洗，半导体基板10的背面的表面粗糙度通过氧化膜42减小，则表面粗糙度被均匀化。在图3d中，尽管使氧化膜42的前表面平滑化，但使氧化膜42的前表面平滑化并不重要，重要的是使氧化膜42的前表面的表面粗糙度均匀化。

接下来，如图3e所示，使用溅射法在半导体基板10的背面上形成背面电极22(图2的s14)。由于涂覆在半导体基板10的背面上的氧化膜42的厚度非常小，所以由铝硅合金制成的背面电极22吸收或穿透氧化膜42，由此背面电极22可以与暴露于半导体基板10的背面上的集电极区域11和阴极区域12中的每一个欧姆接触。由于半导体基板10的背面的表面粗糙度通过先前的apm清洗被均匀化，所以涂覆在半导体基板10的背面上的背面电极22的前表面的表面粗糙度也被均匀化。背面电极22可以使用蒸镀法而不是溅射法来形成。

当使用溅射法形成背面电极22时，期望加热半导体基板10。可替换地，期望在使用溅射法形成背面电极22之后加热半导体基板10。背面电极22使用热能能够高效地吸收或穿透涂覆在半导体基板10的背面上的氧化膜42。由此，背面电极22可以令人满意地与暴露于半导体基板10的背面上的集电极区域11和阴极区域12中的每一个欧姆接触。当使用溅射法形成背面电极22时，期望将半导体基板10加热至50℃以上且450℃以下。可替换地，期望在使用溅射法形成背面电极22之后将半导体基板10加热至50℃以上且450℃以下。如果半导体基板10的温度为50℃以上，则背面电极22可以使用足够的热能并且可以令人满意地与集电极区域11和阴极区域12中的每一个欧姆接触。如果半导体基板10的温度为450℃以下，则能够抑制形成在半导体基板10的前表面上的正面电极24的变形。在使用蒸镀法代替溅射法来形成背面电极的情况下，期望在背面电极22形成之后加热半导体基板10，并且更期望将半导体基板10加热至50℃以上且450℃以下。类似地，背面电极22使用热能可以令人满意地与集电极区域11和阴极区域12中的每一个欧姆接触。

如上所述，制造逆导型igbt1的方法具有以下特征：在hf清洗和形成背面电极22的步骤之间，半导体基板10的背面的表面粗糙度被均匀化。上述制造逆导型igbt1的方法具有的一个特征是进行apm清洗作为表面粗糙度均匀化的步骤。如果进行apm清洗步骤，由此在半导体基板10的背面上涂覆薄的氧化膜42，则可以减小半导体基板10的背面的表面粗糙度。由此，集电极区域11和阴极区域12之间的表面粗糙度的变化变小，则半导体基板10的背面的表面粗糙度被均匀化。根据上述制造逆导型igbt1的方法，可以仅通过增加apm清洗步骤来使半导体基板10的背面的表面粗糙度均匀化。结果，防止了半导体基板10的背面的表面粗糙度反映在形成于半导体基板10的背面上的背面电极22中。由此，可以以良好的精度对背面电极22的前表面进行外观检查。

在下文中，列出了本说明书中公开的技术的特征。以下所述的事项是单独有用的。

在本说明书中公开的制造半导体装置的方法可以包括半导体区域形成步骤、hf清洗步骤、表面粗糙度均匀化步骤和电极形成步骤。在半导体区域形成步骤中，形成具有不同离子注入量的多个半导体区域以便暴露在半导体基板的一个主表面上。具有不同离子注入量的多个半导体区域还包括不进行离子注入的半导体区域。在hf清洗步骤中，在半导体区域形成步骤之后，在半导体基板的一个主表面上进行hf清洗。在表面粗糙度均匀化步骤中，在hf清洗步骤之后，使半导体基板的一个主表面的表面粗糙度均匀化。在表面粗糙度均匀化步骤中，可以使用使半导体基板的一个主表面的表面粗糙度均匀化的各种方法。例如，作为表面粗糙度均匀化步骤，示出了apm清洗、抛光等。在电极形成步骤中，在表面粗糙度均匀化步骤之后，在半导体基板的一个主表面上形成电极。

在表面粗糙度均匀化步骤中，可以在半导体基板的一个主表面上进行apm清洗。如果进行apm清洗，则在半导体基板的一个主表面上形成薄的氧化膜。apm清洗可以使氧与半导体基板的一个主表面均匀地反应。因此，半导体基板的不平坦的一个主表面的凹进部在比较短的期间内被从其侧面和底部延伸的氧化膜填充。也就是说，填充凹进部的氧化膜以比半导体基板的不平坦的一个主表面的突出部的顶点更大的膜厚度而形成。由此，如果在半导体基板的一个主表面上进行apm清洗，半导体基板的一个主表面的表面粗糙度通过氧化膜减小，则表面粗糙度被均匀化。由于通过apm清洗形成的氧化膜的厚度小，所以形成在半导体基板的一个主表面上的电极吸收并穿透氧化膜，且可以因此电连接到半导体基板的一个主表面。

在电极形成步骤中，可以使用溅射法或蒸镀法。如果使用溅射法，电极使用等离子的热能可以高效地吸收或穿透涂覆在半导体基板的一个主表面上的氧化膜。由此，令人满意的电连接设置在电极与半导体基板的一个主表面之间。在使用蒸镀法的情况下，期望在形成电极之后加热半导体基板。电极使用热能可以高效地吸收或穿透涂覆在半导体基板的一个主表面上的氧化膜。由此，令人满意的电连接设置在电极与半导体基板的一个主表面之间。

在电极形成步骤中，可以在加热半导体基板的同时，使用溅射法在半导体基板的一个主表面上形成电极。溅射法在加热半导体基板的同时进行，由此电极使用热能可以高效地吸收或穿透涂覆在半导体基板的一个主表面上的氧化膜。由此，令人满意的电连接设置在电极与半导体基板的一个主表面之间。

在电极形成步骤中，可以在将半导体基板的温度调整到50℃以上且450℃以下的同时使用溅射法在半导体基板的一个主表面上形成电极。如果将半导体基板的温度调整到该温度范围，则电极令人满意地电连接到半导体基板的一个主表面上，并且可以抑制形成在半导体基板的另一个主表面上的电极的变形。

虽然已经详细描述了本发明的具体示例，但是这些示例是用于说明的目的，并不意图限制本发明。本发明包括对上述具体示例的各种修改和替换。本说明书或附图中描述的技术元素单独地或组合地发挥技术有用性，并且组合不限于在所提交的权利要求书中描述的组合。本说明书或附图中所示的技术同时实现多个目标，并且通过实现这些目标中的一个而具有技术有用性。