[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置的制造方法，特别地，本发明涉及应用于如下半导体装置的制造方法的有效技术，该半导体装置在同一半导体衬底上具有：主半导体元件；以及温度检测用二极管，其用于立即检测出该主半导体元件在通电时的异常的温度上升，并且抑制由于热失控而导致的元件损坏。

背景技术

在逆变器等使用绝缘栅型双极晶体管(以下有时也称为IGBT)的情况下，存在称为负载短路的、成为过电压、过电流的模式。为了在陷入这样的模式的情况下也可避免元件损坏，期望功率器件本身具有尽可能没有延迟地检测由于过电压、过电流而导致的异常发热的功能等的耐过电压、耐过电流性能。作为那样的器件，已知有将流过大电流的功率IGBT或功率MOSFET等主半导体元件和温度检测用二极管(温度感测二极管)一体地组装在同一半导体衬底上的器件构造。

如图11所示，已知通常存在如下关系，即二极管的正方向电压(以下称为正向电压)随着元件的温度上升而线性下降。如果利用该特性，在搭载有主半导体元件(以下称为主元件)的半导体衬底的表面上隔着绝缘膜形成温度检测用二极管层，则能够作为电压变化立即检测主元件的温度变化。如果检测出的主元件的温度超过主元件的容许温度，则降低主元件的栅极电压以限制工作电流，由此能够保护主元件免于热损坏。

另一方面，在温度检测用二极管中流过正方向电流时，阳极(p区域)-阴极(n区域)之间产生的电位差(Vf：正向电压)为在pn结部产生的结电位Vpn和因p区域及n区域的电阻而产生的电压降(I×Rpn)之和。即，Vf＝Vpn+(I×Rpn)。由于p区域和n区域的电阻值Rpn由p区域和n区域的杂质浓度决定，因此当杂质浓度存在偏差时，p区域和n区域的电阻值Rpn产生偏差。其结果是，二极管的温度检测精度产生偏差。

作为这样的与主元件一体化的温度检测用二极管的制造方法，已知有例如如下制造方法，在主半导体元件的衬底表面上隔着硅氧化膜生长的多晶硅层通过杂质掺杂形成pn结二极管(专利文献1、2)。

此外，公开有如下温度检测用二极管构造(专利文献3内的图6)，在主元件的衬底表面隔着绝缘膜生长的多晶硅层通过离子注入和激光退火形成由经由结而彼此接触的各pn杂质层构成的二极管时，在pn杂质层的下层部残留有多晶硅层(专利文献3)。

此外，公开有详细记载多晶硅二极管的制造工艺的文献(专利文献4)。

图9(a)～9(e)表示以往的具有温度检测用二极管(温度感测二极管)的MOSFET的制造方法。在图9(a)～9(e)中，为了容易观看附图，省略了一部分表示截面的阴影线。

如图9(a)所示，在包含有源区域和非有源区域的半导体衬底101的整个表面上隔着绝缘膜103形成多晶硅层104。这里，将左侧的形成有主元件的区域设为有源区域，将右侧的形成有温度检测用二极管的区域设为非有源区域。

接着，如图9(b)所示，使用光致抗蚀剂(光刻胶)111作为掩模，选择性地去除半导体衬底101的有源区域上的多晶硅层104和绝缘膜103。

进一步地，如图9(c)所示，使用光致抗蚀剂112作为掩模，向半导体衬底101的非有源区域上的多晶硅层104和半导体衬底101的有源区域选择性地注入硼(B)离子作为杂质离子，从而在多晶硅层104形成二极管用的杂质离子注入层105a，并且在半导体衬底101的有源区域形成主元件用的杂质离子注入层。

接着，如图9(d)所示，使用光致抗蚀剂113作为掩模，向半导体衬底101的非有源区域上的多晶硅层104和半导体衬底101的有源区域选择性地注入砷(As)离子作为杂质离子，从而在多晶硅层104形成二极管用的杂质离子注入层106a，并且在半导体衬底101的有源区域形成主元件用的杂质离子注入层。

接着，如图9(e)所示，实施热处理，以将在图9(c)和图9(d)中注入的硼离子和砷离子激活，从而在多晶硅层104形成p区域105和n区域106。

这里，在以往的具有MOSFET和温度检测用二极管的半导体装置的制造方法中，如图9(c)和图9(d)所示，在向多晶硅层104选择性地注入杂质离子时，为了遮蔽向注入区域以外的非注入区域的离子注入，需要用光致抗蚀剂112、113覆盖非注入区域的工序。此外，构成温度检测用二极管的p区域105和n区域106，为了制造工序的效率化，多数情况下如专利文献1的段落[0022]～[0023]所记载的那样，在与向半导体衬底101的有源区域进行离子注入而形成主元件的同一工序中形成(参照图9(c)、(d))。