绝缘栅型开关元件制造方法技术

本发明专利技术提供一种能够以均匀的深度向栅电极及其附近的半导体基板注入杂质，并且能够抑制所注入的杂质的扩散的绝缘栅型开关元件的制造方法。绝缘栅型开关元件的制造方法具有：沟槽形成工序、栅极绝缘膜形成工序、在沟槽内和半导体基板的表面上堆积由半导体构成的电极层的工序、对电极层进行研磨而使其基底层露出的工序、通过热处理而在沟槽内的电极层的表层部上形成盖绝缘膜的工序、杂质注入工序。在杂质注入工序中，自半导体基板的表面侧向从沟槽内的电极层跨至半导体基板的范围内注入杂质。

【技术实现步骤摘要】

本说明书所公开的技术涉及一种绝缘栅型开关元件的制造方法。
技术介绍
已知有被配置于沟槽内的栅电极的绝缘栅型开关元件(例如，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极性晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等)。作为这种绝缘栅型开关元件的制造方法，而存在如下技术，即，在半导体基板中形成n型或p型的扩散层，接着以贯穿所形成的扩散层的方式来形成沟槽，之后，在沟槽内形成栅极绝缘膜和栅电极。但是，在该制造方法中，在形成栅极绝缘膜的工序中，扩散层中的杂质会被栅极绝缘膜吸收，或者杂质会从栅极绝缘膜被排出到扩散层中。因此，存在如下问题，即，在沟槽附近(即，栅极绝缘膜附近)的半导体层中，扩散层的杂质浓度不稳定，绝缘栅型开关元件的特性不稳定。相对于此，还已知一种如下的制造方法，即，先形成沟槽，接着在沟槽内形成栅极绝缘膜和栅电极，之后，向沟槽的周围的半导体层注入杂质，从而形成扩散层。在该制造方法中，在形成栅电极的工序中，在沟槽内和半导体基板的表面上堆积电极层(例如，多晶硅)，之后，将半导体基板的表面上的电极层去除，而使电极层(即，栅电极)残存在沟道内。为了去除半导体基板的表面上的电极层，沟槽内的电极层(栅电极)将被过多地蚀刻。因此，在蚀刻后，栅电极的上端将位于与半导体基板的表面相比而靠下侧处，并在栅电极的上部形成有凹部。例如，如图8所示，在沟槽40内的栅电极44的上部将形成有凹部70。当以此方式在栅电极的上部上存在有凹部时，在之后的杂质注入工序中，在沟槽附近的半导体层中将局部较深地注入有杂质。另外，虽然在图8中例示了向半导体基板斜向地注入杂质的工序，但即使是在相对于半导体基板而垂直地注入杂质的工序中，如果存在凹部，则在沟槽附近的半导体层中也将局部较深地注入有杂质。当以此方式在沟槽附近的半导体层中局部较深地注入有杂质时，将存在如下的问题，即，在沟槽附近的半导体层中杂质浓度不稳定，绝缘栅型开关元件的特性不稳定。如此，在上述的任一制造方法中，均存在难以正确地对沟槽附近的半导体层的杂质浓度进行控制，从而绝缘栅型开关元件的特性不稳定的问题。在专利文献1中公开了一种解决上述问题的绝缘栅型开关元件的制造方法。在该制造方法中，采用以下方式来形成栅电极并且在栅电极的周围注入杂质。首先，在半导体基板的表面上形成沟槽。接下来，形成对沟槽的内表面进行覆盖的栅极绝缘膜。接下来，在沟槽内和半导体基板的表面上堆积电极层。此时，在沟槽的上部的电极层的表面上形成有凹陷。接下来，对电极层的表面进行研磨，从而使半导体基板的表面上的电极层变薄。通过研磨，而使凹陷消失，从而使电极层的表面被平坦化。接下来，向从沟槽内的电极层跨至半导体基板的范围内注入杂质。在此，从平坦化的表面侧注入杂质。由于在电极层的表面并不存在凹陷，因此能够在沟槽内的电极层与半导体基板中以均匀的深度来注入杂质。接下来，通过蚀刻，而去除半导体基板的表面上(即，沟槽的外部)的电极层。残存于沟槽内的电极层成为栅电极。接下来，通过热处理，而使被注入到半导体基板中的杂质活性化。由此，在沟槽的周围形成了扩散层。在杂质注入工序中，由于在沟槽内的电极层与半导体基板中以均匀的深度注入了杂质，因此能够抑制沟槽附近处的扩散层的杂质浓度的偏差。接下来，使沟槽内的栅电极的表层部氧化，从而形成盖绝缘膜。盖绝缘膜被形成为，用于防止在之后的制造工序中栅电极的组成物向外部扩散的情况。通过盖绝缘膜，而防止了栅电极的特性发生变化的情况。之后，通过形成其他所需要电极、绝缘层、扩散层等，从而制造出绝缘栅型开关元件。如以上说明的那样，根据专利文献1的制造方法，能够在栅电极及其附近的半导体层中以均匀的深度来注入杂质。因此，能够正确地对沟槽附近的半导体层的杂质浓度进行控制，从而能够抑制绝缘栅型开关元件的特性的偏差。在先技术文献专利文献专利文献1：国际公开第WO/2013/121519号说明书
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在专利文献1的技术中，在向半导体基板注入杂质从而形成扩散层之后，使沟槽内的栅电极的表层部氧化而形成盖绝缘膜。在使电极层的表层部氧化时，对半导体基板进行热处理。即，在形成扩散层之后，对半导体基板进行热处理。因此，扩散层中的杂质在用于形成盖绝缘膜的热处理期间会在半导体基板中扩散。其结果为，通过用于形成盖绝缘膜的热处理，而使扩散层扩大。因此，在该制造方法中，难以在半导体基板中形成较小的扩散层，从而难以实现绝缘栅型开关元件的小型化。因此，在本说明书中，提供一种能够正确地对沟槽附近的半导体层的杂质浓度进行控制，并且能够实现绝缘栅型开关元件的小型化的制造方法。用于解决课题的方法本说明书所公开的绝缘栅型开关元件的制造方法具有：沟槽形成工序、栅极绝缘膜形成工序、电极层堆积工序、研磨工序、盖绝缘膜形成工序、杂质注入工序。在所述沟槽形成工序中，在半导体基板的表面上形成沟槽。在所述栅极绝缘膜形成工序中，在所述沟槽内形成栅极绝缘膜。在电极层堆积工序中，在所述栅极绝缘膜形成后，在所述沟槽内和所述表面上堆积由半导体构成的电极层。在所述研磨工序中，通过对所述电极层进行研磨，从而去除所述表面上的所述电极层而使其基底层露出。在所述盖绝缘膜形成工序中，在使所述基底层露出之后，通过对所述半导体基板进行热处理而在所述沟槽内的所述电极层的表层部上形成盖绝缘膜。在所述杂质注入工序中，在形成所述盖绝缘膜之后，自所述表面侧向从所述沟槽内的所述电极层跨至所述半导体基板的范围内注入杂质。另外，在电极层堆积工序(即，在半导体基板的表面上堆积电极层的工序)中，既可以在半导体基板的表面上直接堆积电极层，也可以在半导体基板的表面上形成其他层(例如，绝缘层等)并在该其他层上堆积电极层。此外，上述的基底层是指，被形成在电极层之下的层。基底层既可以为与电极层直接接触的层，也可以为与电极层直接接触的层的更下方的层。此外，基底层也可以为半导体基板本身。在该制造方法中，在电极层堆积工序中，在沟槽内和半导体基板的表面上堆积电极层之后，在研磨工序中对电极层进行研磨。在研磨工序中，去除半导体基板的表面上的电极层而使其基底层露出。因此，在研磨工序后，残存于沟槽内的电极层的表面和基底层的表面构成了平坦的平面。残存于沟槽内的电极层为栅电极。接下来，通过对半导体基板进行热处理，从而使沟槽内的电极层的表层部(即，露出的表面)氧化。由此，形成盖绝缘膜。由于盖绝缘膜形成前的电极层的表面和基底层的表面构成了平坦的平面，因此盖绝缘膜的表面和基底层的表面也构成了平坦的平面。接下来，在杂质注入工序中，自半导体基板的表面侧(即，被研磨的表面侧)，向电极层和半导体基板注入杂质。由于盖绝缘膜的表面和基底层的表面构成了平坦的平面，因此能够以均匀的深度向电极层和半导体基板注入杂质。即，能够防止在沟槽附近处局部杂质注入深度较深的情况。因此，通过以此方式来注入杂质，从而能够正确地对沟槽附近的半导体层中的杂质浓度进行控制。根据该制造方法，能够抑制绝缘栅型开关元件的特性的偏差。此外，由于杂质是在形成盖绝缘膜之后被注入的，因此不会出现在杂质注入工序中被注入的杂质因用于形成盖绝缘膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造方法，其为绝缘栅型开关元件的制造方法，所述制造方法具有：在半导体基板的表面上形成沟槽的工序；在所述沟槽内形成栅极绝缘膜的工序；在所述栅极绝缘膜形成后，在所述沟槽内和所述表面上堆积由半导体构成的电极层的工序；通过对所述电极层进行研磨，从而去除所述表面上的所述电极层而使其基底层露出的工序；在使所述基底层露出之后，通过对所述半导体基板进行热处理而在所述沟槽内的所述电极层的表层部上形成盖绝缘膜的工序；在形成所述盖绝缘膜之后，自所述表面侧向从所述沟槽内的所述电极层跨至所述半导体基板的范围内注入杂质的工序。

【技术特征摘要】
2015.05.27 JP 2015-1074861.一种制造方法，其为绝缘栅型开关元件的制造方法，所述制造方法具有：在半导体基板的表面上形成沟槽的工序；在所述沟槽内形成栅极绝缘膜的工序；在所述栅极绝缘膜形成后，在所述沟槽内和所述表面上堆积由半导体构成的电极层的工序；通过对所述电极层进行研磨，从而去除所述表面上的所述电极层而使其基底层露出的工序；在使所述基底层露出之后，通过对所述半导体基板进行热处理而在所述沟槽内的所述电极层的表层部上形成盖绝缘膜的工序；...

【专利技术属性】
技术研发人员：龟山悟，岩崎真也，荒川盛司，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP