JP2002507058A - Equipment that can be formed by low-temperature direct bonding - Google Patents

Equipment that can be formed by low-temperature direct bonding

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Abstract

(57)【要約】 半導体装置は、横方向に拡がる半導体ベース(82,96)と、ベースに隣接し第1導電型ドーパントを有するバッファ(83)と、バッファに隣接し、ベースの反対側にあり、第2導電型ドーパントを有する横方向に拡がるエミッタ(85)とを含む。バッファ(83)は薄型であり、電流増大に対する負の温度係数と順方向電圧に対する正の温度係数を半導体装置に与えるため、隣接したエミッタ部の第2導電型ドーパント濃度よりも高い第1導電型ドーパント濃度を有する。バッファは、シリコン若しくはゲルマニウムである。低温接合型界面(103)は、エミッタ・バッファ間、又は、バッファ・ベース間に設けられる。半導体装置の別の実施例は、逆極性にドープされた第1の横方向延在部分と第2の横方向延在部分の間に横方向に拡がる局在化ライフタイムキル部分(92,102)を含む。局在化ライフタイムキル部分は、横方向に制限され、横方向に隙間が設けられた複数のライフタイムキル領域を有する。別の半導体装置は、一つ以上のPN接合を有する。 (57) Abstract: A semiconductor device comprises a semiconductor base (82, 96) extending in a lateral direction, a buffer (83) adjacent to the base and having a first conductivity type dopant, and an adjacent to the buffer and opposite to the base. A laterally extending emitter (85) having a second conductivity type dopant. The buffer (83) is thin and provides the semiconductor device with a negative temperature coefficient for increasing current and a positive temperature coefficient for forward voltage, so that the first conductivity type is higher than the second conductivity type dopant concentration of the adjacent emitter section. Having a dopant concentration. The buffer is silicon or germanium. The low-temperature junction type interface (103) is provided between the emitter and the buffer or between the buffer and the base. Another embodiment of a semiconductor device includes a localized lifetime kill portion (92, 102) that extends laterally between a first lateral extension portion and a second lateral extension portion that are doped in opposite polarities. )including. The localized lifetime kill portion has a plurality of lifetime kill regions that are limited in the lateral direction and have a gap in the lateral direction. Another semiconductor device has one or more PN junctions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、半導体の分野に係り、特に、電力半導体装置の製造方法、及び、こ
の方法により製造される半導体装置に関する。
The present invention relates to the field of semiconductors, and more particularly, to a method of manufacturing a power semiconductor device and a semiconductor device manufactured by the method.

【0002】 電力スイッチング装置は、たとえば、モータ制御、インバータ、回線スイッチ
、パルス回路及びその他の電力スイッチングアプリケーションのような多数のア
プリケーションで広範に使用されている。シリコン制御型整流器(SCR)若し
くはサイリスタは、4層のシリコンから形成される双安定半導体スイッチング装
置である。電力スイッチング装置の一つのタイプであるMOS制御型サイリスタ
(MCT)は、特に、共振(零電圧又は零電流)スイッチングアプリケーション
に好適である。MCTは、SCRと非常に類似した順方向電圧降下を有し、伝導
電力損失が著しく低減される。MCTは、非常に少ない量の入力エネルギーを用
いて高電力回路を制御することができる。この特徴はSCRにも共通した特徴で
ある。MCTの場合に、ターンオフは、サイリスタの一方若しくは両方のエミッ
タ・ベース接合を短絡するため、高度に組み合わされたオフFETをターンオン
することによって実現される。
[0002] Power switching devices are widely used in numerous applications such as, for example, motor control, inverters, line switches, pulse circuits, and other power switching applications. A silicon controlled rectifier (SCR) or thyristor is a bistable semiconductor switching device formed from four layers of silicon. One type of power switching device, a MOS controlled thyristor (MCT), is particularly suitable for resonant (zero voltage or zero current) switching applications. MCTs have a forward voltage drop very similar to SCRs, with significantly reduced conducted power losses. MCTs can control high power circuits with very small amounts of input energy. This feature is common to SCRs. In the case of an MCT, turn-off is achieved by turning on a highly combined off-FET to short-circuit one or both emitter-base junctions of the thyristor.

【0003】 別の有利な電力スイッチング装置は、スイッチングレギュレータやモータ駆動
装置のような高電圧、低散逸アプリケーションのため設計された絶縁ゲートバイ
ポーラトランジスタ(IGBT)である。IGBTは、低電力集積回路から動作
させることができる。IGBTは、絶縁ゲート型であり、MCTと同じ電界制御
型スイッチング装置である。入手可能なMCT及びIGBTは、たとえば、電力
ダーリントントランジスタで一般的に実現されるよりも高いスイッチング周波数
で有用である。その上、MCT及びIGBTは、150℃以上の接合温度で動作 し、600ボルト以上のスイッチ定格を有するスイッチング回路内で動作する。
[0003] Another advantageous power switching device is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) designed for high voltage, low dissipation applications such as switching regulators and motor drives. IGBTs can be operated from low power integrated circuits. The IGBT is an insulated gate type and is the same electric field control type switching device as the MCT. Available MCTs and IGBTs are useful, for example, at higher switching frequencies than typically realized in power Darlington transistors. Additionally, MCTs and IGBTs operate at junction temperatures of 150 ° C. or higher and operate in switching circuits with switch ratings of 600 volts or higher.

【0004】 電力スイッチング装置を製造する一つの解決法は、半導体−半導体の直接ウェ
ーハボンディングである。ウェーハボンディングは、たとえば、厚さ100μm
の厚いエピタキシャル層成長を置き換える目的で行われる。このボンディングア
プリケーションの場合、約1100℃以上の温度の高温ボンディングアニールは
、マイクロ波及びバブルを取り除くため典型的に使用される。疎水性及び親水性
の両方のボンディングが使用される。
One solution for manufacturing power switching devices is semiconductor-semiconductor direct wafer bonding. Wafer bonding is performed, for example, with a thickness of 100 μm.
For the purpose of replacing the thick epitaxial layer growth. For this bonding application, a high temperature bonding anneal at a temperature of about 1100 ° C. or higher is typically used to remove microwaves and bubbles. Both hydrophobic and hydrophilic bonding are used.

【0005】 近年、ターンオフがより高速に行えるように表面及び裏面の両方にMOSFE
T電流制御装置が設けられたスイッチング電源を製造する可能性への関心が高ま
りつつある。このような電源は、たとえば、Abbasに発行された米国特許第4,977
,438号に記載されている。両面に設けられたMOSFET制御型の電源を製造す
るための従来の解決法は、ウェーハの両面でプロセス及び写真ステップを行う。
熱源の非常に重要な制御を必要とするこの解決法は、製造ステップの数をおよそ
2倍に増加し、スクラッチなどによる歩留り損失を増加させる。
In recent years, MOSFE has been provided on both the front and back surfaces so that turn-off can be performed at higher speed.
There is increasing interest in the possibility of manufacturing switching power supplies provided with a T-current controller. Such power supplies are described, for example, in US Pat. No. 4,977, issued to Abbas.
No. 438. A conventional solution for manufacturing a double-sided MOSFET-controlled power supply involves a process and photographic steps on both sides of the wafer.
This solution, which requires very important control of the heat source, approximately doubles the number of manufacturing steps and increases the yield loss due to scratches and the like.

【0006】 Tu他に発行された米国特許第5,541,122号は、たとえば、2枚のウェーハが一 つに接合され、800℃乃至1100℃の範囲の温度でアニールされるIGBT
の製造方法を開示する。N型ウェーハは、表面にN+ドープされ、IGBT用の
N+バッファ領域を画成するためP+ウェーハに接合される。次に、ゲートが上
面に形成され、種々の拡散が、ゲートを取り囲むエミッタ/コレクタを画成する
ためエミッタ・コレクタゲートの近くで行われる。エミッタ接点は拡散物上に形
成され、コレクタ接点は従来の技術を用いてウェーハの下面側に堆積される。
US Pat. No. 5,541,122 issued to Tu et al. Discloses, for example, an IGBT in which two wafers are bonded together and annealed at a temperature in the range of 800 ° C. to 1100 ° C.
Is disclosed. The N-type wafer is N + doped on the surface and bonded to the P + wafer to define an N + buffer region for the IGBT. Next, a gate is formed on the top surface and various diffusions are performed near the emitter-collector gate to define an emitter / collector surrounding the gate. An emitter contact is formed on the diffuser and a collector contact is deposited on the underside of the wafer using conventional techniques.

【0007】 残念ながら、かなり高温のアニーリング及び後続の装置処理ステップは、バッ
ファ層のドーピングプロファイルに悪影響を与える。したがって、ターンオフ速
度は低くなる。さらに、アニーリング後の両面処理は、非常に多数のプロセスス
テップを必要とし、基板は歩留りを低下させる機械的損傷を受けやすい。
[0007] Unfortunately, fairly high temperature annealing and subsequent device processing steps adversely affect the doping profile of the buffer layer. Therefore, the turn-off speed is low. Furthermore, double-sided processing after annealing requires a very large number of process steps, and the substrate is susceptible to mechanical damage that reduces yield.

【0008】 上記の背景技術を鑑みて、本発明の目的は、容易に製造できる半導体装置に改
良された特徴及び特性を与えることである。
In view of the background art described above, it is an object of the present invention to provide improved features and characteristics to a semiconductor device that can be easily manufactured.

【0009】 本発明の上記並びにその他の目的、効果及び特徴が得られる第1実施例の半導
体装置は、横方向に拡がる半導体ベースと、ベースに隣接し、第1導電型ドーパ
ントを有するバッファと、バッファに隣接し、ベースの反対側にあり、第2導電
型ドーパントを有する横方向に拡がるエミッタとを含む。バッファは非常に薄型
であり、電流増大に対する負の温度係数と順方向電圧に対する正の温度係数を半
導体装置に与えるため、隣接したエミッタ部の第2導電型ドーパント濃度よりも
高い第1導電型ドーパント濃度を有する。電流増大に対する負の温度係数は、半
導体装置の熱的放出を減少させ、より良好な短絡保護を与える。
A semiconductor device according to a first embodiment, in which the above and other objects, effects, and features of the present invention are obtained, includes a semiconductor base extending in a lateral direction, a buffer adjacent to the base, and having a first conductivity type dopant, A laterally extending emitter having a second conductivity type dopant adjacent the buffer and opposite the base. Since the buffer is very thin and provides the semiconductor device with a negative temperature coefficient for increasing current and a positive temperature coefficient for forward voltage to the semiconductor device, the first conductivity type dopant is higher than the second conductivity type dopant concentration of the adjacent emitter section. Has a concentration. A negative temperature coefficient for increasing current reduces the thermal emissions of the semiconductor device and provides better short circuit protection.

【0010】 ベースは、バッファ内の第1導電型ドーパント濃度よりも低い濃度の第1導電
型ドーパントを含有してもよい。また、バッファは、約10ミクロン未満の厚さ
でもよく、より好ましくは、約200乃至500ナノメートルの範囲の厚さをも
つ。バッファのドーパント濃度は、好ましくは、一実施例では、約3×1016 cm−3以上であり、他の実施例では、約1×1017cm−3以上である。
[0010] The base may contain a first conductivity type dopant at a lower concentration than the first conductivity type dopant concentration in the buffer. Also, the buffer may be less than about 10 microns thick, and more preferably has a thickness in the range of about 200 to 500 nanometers. The dopant concentration of the buffer is preferably greater than or equal to about 3 × 10 16 cm −3 in one embodiment, and greater than or equal to about 1 × 10 17 cm −3 in another embodiment.

【0011】 ベースとエミッタの中の少なくとも一方はシリコンを含み、一実施例において
、バッファはシリコンを含有する。他の実施例では、バッファはゲルマニウムを
含有する。
[0011] At least one of the base and the emitter comprises silicon, and in one embodiment, the buffer comprises silicon. In another embodiment, the buffer contains germanium.

【0012】 半導体装置は、以下に詳述するように低温ボンディングに従って形成される。
したがって、一実施例において、装置は、エミッタとバッファの間に接合された界
面(接合界面)を更に有する。接合界面は、バッファとベースの間に設けてもよ
い。接合界面は、好ましくは、実質的に酸化物を含まない。
The semiconductor device is formed by low-temperature bonding as described in detail below.
Thus, in one embodiment, the device further comprises an interface (junction interface) between the emitter and the buffer. The bonding interface may be provided between the buffer and the base. The bonding interface is preferably substantially free of oxide.

【0013】 この装置の一変形例において、エミッタは、バッファに隣接したエピタキシャ
ル部分と、エピタキシャル部分に対向した第2の部分とを有する。さらに、半導
体装置は、第1の部分と第2の部分の少なくとも一方の部分に形成されたMOS
FET電流制御装置、若しくは、その他の電流制御装置を含む。
In one variation of the apparatus, the emitter has an epitaxial portion adjacent the buffer and a second portion opposite the epitaxial portion. Further, the semiconductor device may include a MOS formed on at least one of the first portion and the second portion.
Includes FET current control devices or other current control devices.

【0014】 本発明による更に別の装置は、逆極性にドープされた第1の横方向延在部分と
第2の横方向延在部分の間に横方向に拡がる局在化ライフタイムキル部を含む。
局在化ライフタイムキル部分は、横方向に制限され、横方向に隙間が設けられた
複数のライフタイムキル領域を有する。接合界面は、局在化ライフタイムキル部
分と、第1の部分又は第2の部分のいずれか一方との間に設けられる。界面は実
質的に酸化物を含有しない。ライフタイムキル領域は、好ましくは、たとえば、
約10ミクロンのような所定の距離で接合界面から縦方向に間隔が設けられる。
Yet another apparatus according to the present invention includes a localized lifetime kill portion that extends laterally between a first laterally extending portion and a second laterally extending portion that are doped in opposite polarities. Including.
The localized lifetime kill portion has a plurality of lifetime kill regions that are limited in the lateral direction and have a gap in the lateral direction. The bonding interface is provided between the localized lifetime kill portion and one of the first portion and the second portion. The interface is substantially free of oxide. The lifetime kill area is preferably, for example,
A predetermined distance, such as about 10 microns, is provided longitudinally from the bonding interface.

【0015】 各ライフタイムキル領域は、欠陥と打込み不純物の中の少なくとも一方を含む
。さらに、ライフタイムキル領域は、直径約2〜2μmの円形状であり、約5〜
20μmの間隔がある。あるいは、各ライフタイムキル領域は、約2乃至20ミ
クロンの幅を有する帯状領域でもよい。隣接した帯状領域は、約5乃至20ミク
ロンずつ離間する。
[0015] Each lifetime kill region includes at least one of a defect and implanted impurities. Further, the lifetime kill area is a circular shape having a diameter of about 2-2 μm,
There are 20 μm intervals. Alternatively, each lifetime kill region may be a band having a width of about 2 to 20 microns. Adjacent strips are separated by about 5 to 20 microns.

【0016】 本発明の他の局面は、一つ以上のPN接合を有する装置に関係する。半導体装
置は、第1導電型ドーパントを含み横方向に延在する第1の部分と、第1導電型
ドーパントを含み第1の部分上で横方向に延在する第2の部分と、第1の部分と
第2の部分の界面に隣接した第1の部分に形成され、少なくとも一つのPN接合
を画成する第2導電型の少なくとも一つのドープト領域とを有する。また、導電
層は、PN接合の抵抗を下げるため、少なくとも一つのドープト領域と第2の部
分の間に配置してもよい。導電層は、たとえば、金属又は珪素化合物である。
Another aspect of the invention involves a device having one or more PN junctions. The semiconductor device includes a first portion that includes a first conductivity type dopant and extends in a lateral direction; a second portion that includes the first conductivity type dopant and extends in a lateral direction on the first portion; And at least one doped region of the second conductivity type formed in the first portion adjacent to the interface between the second portion and the second portion and defining at least one PN junction. Further, the conductive layer may be disposed between at least one doped region and the second portion to reduce the resistance of the PN junction. The conductive layer is, for example, a metal or a silicon compound.

【0017】 PN接合の一つの実現形態は、縦型接合電界効果トランジスタを画成するよう
に離間した接合を設けることである。導電層は格子状に配置してもよく、この場
合に装置は浸透ベーストランジスタである。第1の部分と第2の部分の中の少な
くとも一方はシリコンでもよい。また、接合界面は、第1の部分と第2の部分の
間に設けられる。接合界面は、好ましくは、実質的に酸化物を含まない。
One implementation of a PN junction is to provide spaced junctions to define a vertical junction field effect transistor. The conductive layers may be arranged in a grid, in which case the device is a penetration base transistor. At least one of the first portion and the second portion may be silicon. Further, the bonding interface is provided between the first portion and the second portion. The bonding interface is preferably substantially free of oxide.

【0018】 本発明は、第1導電型ドーパントを含み横方向に延在する第1の部分と、第1
導電型ドーパントを含み第1の部分上で横方向に延在する第2の部分と、第2導
電型ドーパントを含み第2の部分上で横方向に延在する第3の部分とを有する半
導体装置にも関係する。第1の部分と第2の部分の中の少なくとも一方は、好ま
しくは、第3の総のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有する。さらに
、装置は、好ましくは、第1の能動制御装置が第1の部分の外面上に設けられ、 第2の能動制御装置が第3の部分の外面上に設けられる。
According to the present invention, there is provided a first portion including a first conductivity type dopant and extending in a lateral direction;
Semiconductor having a second portion including a dopant of a conductivity type and extending laterally on a first portion and a third portion including a dopant of a second conductivity type and extending laterally on a second portion It also relates to the device. At least one of the first portion and the second portion preferably has a higher dopant concentration than the third total dopant concentration. Further, the device preferably has a first active control device provided on an outer surface of the first part and a second active control device provided on an outer surface of the third part.

【0019】 以下、本発明の好ましい実施例が示された添付図面を参照して、本発明を詳細 に説明する。しかし、本発明は、多数の異なる形態で実現され得るものであり、
以下に説明される実施例に限定されるものではない。むしろ、これらの実施例は
、本発明の開示が貫徹し、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために与えられ
るものである。図面を通じて、同じ参照番号は同じ要素を指定する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing preferred embodiments of the present invention. However, the invention can be implemented in many different forms,
The present invention is not limited to the embodiments described below. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Throughout the drawings, the same reference numbers designate the same elements.

【0020】 最初に図1に示されたフローチャート50を参照して、本発明の製造方法の局
面について説明する。本実施例において、第1のウェーハ及び第2のウェーハが
処理される。同図において、第1のウェーハに対する処理ブロックには添え字“ a”が付けられ、第2のウェーハに対する処理ブロックには添え字“b”が付け られる。以下では、第1のウェーハに対する処理ステップだけを詳細に説明する が、当業者は、本実施例では、第2のウェーハに対しても類似した処理ステップ
が選択的に実行されることを容易に認めるであろう。
First, an aspect of the manufacturing method of the present invention will be described with reference to a flowchart 50 shown in FIG. In this embodiment, a first wafer and a second wafer are processed. In the figure, the processing block for the first wafer is given the suffix "a" and the processing block for the second wafer is given the suffix "b". In the following, only the processing steps for the first wafer will be described in detail, but those skilled in the art will readily understand that in the present embodiment, similar processing steps can be selectively performed for the second wafer. I will admit.

【0021】 この方法はステップ51で始まり、ステップ52aで、ゲッター層が第1のウ
ェーハの第2面、すなわち、B面上に形成される。ゲッター層は、当業者には容
易にわかるように、たとえば、ホウ素のような汚染物質を除去するのに有効であ
る。ゲッター領域は、薄膜化及び直接ボンディングの前に、ウェーハの塊からゲ
ッター部位にライフタイムキル用遷移金属を拡散する。当業者には明らかなよう
に、典型的なゲッタリング技術には、ウェーハのB面へのリン拡散、イオン打込
み、又は、アルゴン若しくは炭素、及び/又は、ポリシリコン堆積が含まれる。
The method starts at step 51, and at step 52a, a getter layer is formed on a second side of the first wafer, ie, the B side. The getter layer is effective in removing contaminants such as, for example, boron, as will be readily apparent to those skilled in the art. The getter region diffuses the lifetime kill transition metal from the wafer mass to the getter site before thinning and direct bonding. As will be apparent to those skilled in the art, typical gettering techniques include phosphorus diffusion, ion implantation, or argon or carbon and / or polysilicon deposition on the B side of the wafer.

【0022】 ステップ54aにおいて、一つ以上の能動装置が第1のウェーハの第1面、す
なわち、A面に形成される。能動装置は、当業者には明らかなように従来技術に
よって形成されるような一つ以上のドープト領域を含む。一実施例において、以
下に詳述するように金属相互連結が形成される。典型的な処理ステップは、打込
み、拡散、金属堆積、ポリシリコン堆積、珪素化合物形成、酸化物成長などの中
の少なくとも一つを含む。同型若しくは異型のMOSFET電流制御型装置が第
1及び第2の基板上に製作される。本発明に従って形成された装置は、当業者に
は明らかなように、縦型方向に、すなわち、一体的に接合された表面の間に形成
される界面に対し直角方向に電流導通を有するよう決められる。片面装置若しく
は両面装置を動かすためには、一般的に界面全体に導電率変調用の少数キャリア
のフローが必要とされる。装置がN−ベースを有するとき、導電率変調を生じさ
せるため、高密度の正孔(少数キャリア)をN−ベースに注入することが望まし
い。導電率変調の条件は、ベース内の電子と正孔の密度が等しくなることである
。導電率変調は、電子密度をその平衡値よりもかなり増加させるので、当業者に
は明らかなように、N−ベースの抵抗が著しく下げられる。
In step 54a, one or more active devices are formed on the first side of the first wafer, ie, the A side. Active devices include one or more doped regions as formed by the prior art, as will be apparent to those skilled in the art. In one embodiment, a metal interconnect is formed as described in more detail below. Typical processing steps include at least one of implantation, diffusion, metal deposition, polysilicon deposition, silicide formation, oxide growth, and the like. Equal or heterogeneous MOSFET current controlled devices are fabricated on the first and second substrates. Devices formed in accordance with the present invention are defined to have current conduction in the vertical direction, i.e., perpendicular to the interface formed between the integrally joined surfaces, as will be apparent to those skilled in the art. Can be Operating a single-sided or double-sided device generally requires a flow of minority carriers for conductivity modulation across the interface. When the device has an N-base, it is desirable to inject a high density of holes (minority carriers) into the N-base to cause conductivity modulation. The condition of the conductivity modulation is that the electron and hole densities in the base are equal. Since conductivity modulation increases the electron density significantly above its equilibrium value, the N-base resistance is significantly reduced, as will be apparent to those skilled in the art.

【0023】 第1のウェーハは、ハンドリングウェーハ又はサポートフィルムに固定され(
ステップ56a)、ステップ58aにおいて、第1のウェーハはB面側が薄くさ
れ、これにより、ゲッタリング層及びゲッタリング層に含まれる汚染物質が取り
除かれる。ウェーハは、たとえば、約200μm未満の厚さまで減らすために研
削によって薄くされるが、一部のアプリケーションではより薄いウェーハが好ま
しい。ハンドリングウェーハ又はサポートフィルムは、薄膜化後に取り除かれる
The first wafer is fixed to a handling wafer or a support film (
In steps 56a) and 58a, the first wafer is thinned on the B side, thereby removing gettering layers and contaminants contained in the gettering layers. Wafers are thinned, for example, by grinding to reduce the thickness to less than about 200 μm, although thinner wafers are preferred for some applications. The handling wafer or support film is removed after thinning.

【0024】 B面は、ステップ60aで、炭化水素の空隙を最小限に抑え、最終的な接合界
面の酸素を減少させるため、研摩、洗浄される。金属接合パッドのような金属が
表面に露出される場合、ウェーハの洗浄に使用される化学薬品から金属を保護す
ることが有利である。このため実現可能な一つの技術は、耐化学薬品性のある保
護絶縁層を堆積させることである。絶縁層は、ウェーハが接合された後に除去で
きる。化学機械的研摩(CMP)のような研摩処理が使用され、B面の表面は約
1nm未満の二乗平均(RMS)表面粗さをもつ。約10nm未満の表面粗さは
、二つの基板を一つに直接ボンディングすることが望ましい。さらに、ボンディ
ングプロセスに圧力が使用される場合、表面粗さは多少悪くても許容される可能
性がある。ウェーハは、厚い誘電層の存在に起因して歪む傾向にあるので、ボン
ディング中に圧力が必要とされる。勿論、ボンディングは、当業者には明らかな
ように、たとえば、200℃から400℃に上昇した温度で実行してもよい。
Side B is polished and cleaned in step 60a to minimize hydrocarbon voids and reduce oxygen at the final bonded interface. When a metal, such as a metal bond pad, is exposed on the surface, it is advantageous to protect the metal from the chemicals used to clean the wafer. One feasible technique for this is to deposit a protective insulating layer that is resistant to chemicals. The insulating layer can be removed after the wafer has been bonded. A polishing process such as chemical mechanical polishing (CMP) is used, and the surface of the B-side has a root mean square (RMS) surface roughness of less than about 1 nm. For surface roughness less than about 10 nm, it is desirable to bond two substrates directly to one. Furthermore, if pressure is used in the bonding process, a slightly worse surface roughness may be acceptable. Pressure is required during bonding because wafers tend to distort due to the presence of a thick dielectric layer. Of course, bonding may be performed at elevated temperatures, for example, from 200 ° C. to 400 ° C., as will be apparent to those skilled in the art.

【0025】 洗浄は、表面から炭化水素、有機物、及び、金属不純物を取り除くことである
。洗浄プロセスは、当業者には明らかなように、一般的に、RCAクリーン及び
ピラニアクリーンズで使用されるような化学薬品を使用する。プラズマ、UV、
オゾン、及び、レーザー照射は、ボンディング前に表面を洗浄するため使用され
る。
Cleaning is the removal of hydrocarbons, organics, and metallic impurities from the surface. The cleaning process generally uses chemicals such as those used in RCA Clean and Piranha Cleans, as will be apparent to those skilled in the art. Plasma, UV,
Ozone and laser irradiation are used to clean the surface before bonding.

【0026】 自然酸化物を取り除くため、エッチングが希釈フッ化水素(HF)酸を用いて
行われる。ボンディング前に自然酸化物の再成長を最小限に抑えることが望まし
い。シリコンの場合、一つの解決法は、希釈HFエッチを用いてシリコン表面を
水素終端化し、続いて、無水すすぎ、若しくは、最小限の水洗を行うことである
。自然酸化物を最小限に抑えるための別のより複雑な解決法は、真空、又は、酸
素濃度が最低限に抑えられた精製された窒素、アルゴン、若しくは、水素のよう
な環境で2枚のウェーハを直接的に接合することである。実現可能な接合アニー
ル環境には、窒素、酸素、アルゴン、水素が含まれる。アニール時間と共に接合
強度が増加する一つの実現可能なメカニズムは、水素が接合界面に沿って横方向
に拡散し、ウェーハから放出されるメカニズムである。環境は、水素が横方向に
拡散する容易さの程度に影響を与える。
Etching is performed using dilute hydrofluoric (HF) acid to remove native oxides. It is desirable to minimize native oxide regrowth prior to bonding. In the case of silicon, one solution is to hydrogen terminate the silicon surface using a dilute HF etch, followed by an anhydrous rinse or minimal water rinse. Another more complex solution to minimize native oxides is to use two layers in an environment such as vacuum or purified nitrogen, argon, or hydrogen with a minimum oxygen concentration. Direct bonding of wafers. Possible bonding anneal environments include nitrogen, oxygen, argon, and hydrogen. One possible mechanism by which bond strength increases with annealing time is that in which hydrogen diffuses laterally along the bond interface and is released from the wafer. The environment affects the degree to which hydrogen can diffuse laterally.

【0027】 当業者には明らかなように、自然酸化物は、界面を通る電流フローを妨げる。
疎水性方式は炭化水素吸収の影響を受け易いが、界面に薄い酸化物が存在する親
水性ボンディング方式は炭化水素吸収の影響を受け難い。
As will be appreciated by those skilled in the art, native oxides prevent current flow through the interface.
The hydrophobic method is easily affected by hydrocarbon absorption, but the hydrophilic bonding method in which a thin oxide is present at the interface is not easily affected by hydrocarbon absorption.

【0028】 水素終端化されることは、当業者には明らかなように、表面積の大部分で酸素
が失われることを意味する。換言すると、表面に存在する自然酸化物又は酸素が
取り除かれるか、或いは、最小限に抑えられる。さらに、洗浄は、炭化水素又は
金属のような汚染物質を接合されるべき表面から除去するために望ましい。界面
にも酸化物が含まれないと考えられる。電力スイッチング装置は、非常に薄い酸
化物層が存在していも動作することができる。しかし、酸化物層は、電子と正孔
の両方が酸化物を通り抜け得るように十分に薄くしなければならない。たとえば
、酸化物層は、満足できる動作のためには約1nm未満であることが望ましい。
Hydrogen termination, as will be apparent to those skilled in the art, means that most of the surface area will lose oxygen. In other words, native oxides or oxygen present at the surface are removed or minimized. Further, cleaning is desirable to remove contaminants such as hydrocarbons or metals from surfaces to be joined. It is considered that no oxide is contained at the interface. Power switching devices can operate even in the presence of very thin oxide layers. However, the oxide layer must be thin enough so that both electrons and holes can pass through the oxide. For example, it is desirable that the oxide layer be less than about 1 nm for satisfactory operation.

【0029】 ステップ62aにおいて、第1のウェーハのB面は、以下に詳述されるように
、ライフタイムキルのため、及び/又は、電力装置内の層に対するドーパントが
選択的に打込まれる。たとえば、プロトン、ヘリウム、炭素、アルゴン、酸素な
どのイオン打込みが使用される。プラチナ若しくは金のようなライフタイムキル
金属は、表面に打込み若しくは拡散される。金属を拡散するために必要とされる
温度は、一般的に約450℃よりも高いので、アニール中に裏面にアルミニウム
を用いることはできない。
In step 62 a, side B of the first wafer is selectively implanted with dopants for lifetime kill and / or for layers in the power device, as described in more detail below. For example, ion implantation of proton, helium, carbon, argon, oxygen, etc. is used. A lifetime kill metal, such as platinum or gold, is implanted or diffused into the surface. Since the temperature required to diffuse the metal is typically higher than about 450 ° C., aluminum cannot be used on the back side during annealing.

【0030】 順方向電圧対ターンオフ時間の関係を最適化するため、電力装置は、均一なラ
イフタイムキルではなく、局在化されたライフタイムキル領域を設けることが望
ましい。特に、ライフタイムキル領域は、当業者には容易に理解されるように、
P+エミッタ陽極の裏面付近にあるN型ベース領域、及び/又は、IGPT若し
くはMCTのP+エミッタ内に局在化させることが屡々望まれる。ライフタイム
キル打込みを横方向並びに縦方向に局在化することが有利である。この場合、フ
ォトリソグラフィステップ、又は、金属メッシュは、ある領域内でより高いエネ
ルギープロトンを横方向に制限するため使用される。
In order to optimize the relationship between forward voltage and turn-off time, it is desirable for the power device to have a localized lifetime kill region rather than a uniform lifetime kill. In particular, the lifetime kill area is easily understood by those skilled in the art,
It is often desirable to localize in the N-type base region near the backside of the P + emitter anode and / or in the IGPT or MCT P + emitter. It is advantageous to localize the lifetime kill implant both horizontally and vertically. In this case, a photolithography step, or metal mesh, is used to laterally limit higher energy protons in certain areas.

【0031】 ウェーハと基板の一方又は両方の接合界面、若しくは、接合界面付近に極薄ド
ーパント層を設けることが望ましい。全ての高温処理ステップは薄膜化前にウェ
ーハ上で行われるため、薄い領域内でドーパントを拡散させる高温ステップが後
で必要とされないので、接合界面、若しくは、接合界面付近の極薄ドーパント層 は、イオン打込み又はレーザードーピングによって獲得される。打込まれたドー
パントのレーザーアニーリングは、当業者には容易に認められるように、ドーパ
ントを活性化するため行われる。
It is desirable to provide an ultrathin dopant layer at or near the bonding interface of one or both of the wafer and the substrate. Since all high temperature processing steps are performed on the wafer before thinning, a high temperature step to diffuse the dopant in the thin region is not needed later, so the ultra-thin dopant layer at or near the junction interface is: Obtained by ion implantation or laser doping. Laser annealing of the implanted dopant is performed to activate the dopant, as will be readily appreciated by those skilled in the art.

【0032】 他の例として、フォトリソグラフィステップは、イオン打込みドーパントの場
所を決めるため使用される。たとえば、ある種の場合には、IGBT若しくはM CTに対し、高速ターンオフを実現するため少数キャリアのチップ外側付近の領
域への注入は殆ど生じないように、N+バッファ層への打込みを決めることが望
ましい。
As another example, a photolithography step is used to locate the implanted dopant. For example, in some cases, the implantation into the N + buffer layer may be determined for the IGBT or the MCT so that minority carriers are hardly injected into the region near the outside of the chip in order to realize a fast turn-off. desirable.

【0033】 ウェーハ上には、典型的に複数の個別のダイが設けられるので、これらのダイ はテストされ(ステップ64a)、そのテスト結果は、第2の基板との相関のた
めに後で使用され、これにより、全体的なプロセス歩留りが改善される。しかし 、本発明の更に別の局面は、外側ストリートに沿ったウェーハのカッティングに
関係する(ステップ66a)。これにより、第1のウェーハと第2のウェーハが
ステップ68で精密に位置合わせされる。ウェーハが適切に位置合わせされた後
、ウェーハは中心点に集められ、原子ボンディングによってウェーハが一体的に 中心から外側に広げられることによって接合される。ある種の実施例では、ボン ディングプロセス中、極高真空若しくは超高真空であることが望ましい。2枚の
ウェーハは、当業者には明らかなように、2枚のウェーハの結晶方位に基づいて
整列させてもよい。
Since a plurality of individual dies are typically provided on the wafer, these dies are tested (step 64a) and the test results are used later for correlation with a second substrate. This improves overall process yield. However, yet another aspect of the present invention involves cutting the wafer along the outer street (step 66a). Thereby, the first wafer and the second wafer are precisely aligned in step 68. After the wafers are properly aligned, the wafers are collected at a center point and joined by atomic bonding to spread the wafers out of the center. In certain embodiments, it is desirable to have an ultra-high or ultra-high vacuum during the bonding process. The two wafers may be aligned based on the crystal orientation of the two wafers, as will be apparent to those skilled in the art.

【0034】 ステップ70で、低温アニールが実行される。特に、後でアルミニウムが添加
される場合、温度は約800℃未満であるが、アルミニウム金属相互連結が既に
設けられている場合には、450℃以下でもよい。バリアメタル層がアルミニウ
ムとシリコン基板の間に設けられている場合、たとえば、より高温の約450乃
至550℃のアニールも許容される。最良の総収量は、2枚のウェーハがボンデ
ィング前に完全に処理されている場合に達成される。
At step 70, a low temperature anneal is performed. In particular, if aluminum is added later, the temperature will be less than about 800 ° C, but may be 450 ° C or less if aluminum metal interconnects are already provided. When the barrier metal layer is provided between the aluminum and the silicon substrate, for example, annealing at a higher temperature of about 450 to 550 ° C. is also allowed. The best overall yield is achieved when the two wafers have been completely processed before bonding.

【0035】 上述の通り、重要な接合強度の要求条件は、強度が400℃のアニールの間に
ソーイング又はダイシングを行うために十分なことである。したがって、800
ergs/cmの接合界面エネルギーが経験的に要求される。400℃のアニ
ールは、当業者には明らかなように、潜在的にSi−Al共晶の形成を遅らせ得
るために十分に低温である。他の実施例の場合に、レーザーカッティングが使用
され、当業者には明らかなように、より低い接合強度が許容される。
As mentioned above, an important bond strength requirement is that the strength be sufficient to perform sawing or dicing during the 400 ° C. anneal. Therefore, 800
An interface energy of ergs / cm 2 is empirically required. The 400 ° C. anneal is cold enough to potentially delay the formation of the Si—Al eutectic, as will be apparent to those skilled in the art. In another embodiment, laser cutting is used, and lower bonding strengths are acceptable, as will be apparent to those skilled in the art.

【0036】 ステップ74において、更なる処理が必要ではない場合、個別の装置のダイ/
回路が一体的に接合されたウェーハから、当業者には公知の従来技術を用いてダ
イシングされる。本発明に従って製作された電力スイッチング装置は、ボンディ
ング界面を通過して、すなわち、ボンディング界面と垂直方向に電流輸送がある
In step 74, if no further processing is required, the individual device dies /
The circuit is diced from the integrally bonded wafer using conventional techniques known to those skilled in the art. Power switching devices made in accordance with the present invention have current transport through the bonding interface, ie, perpendicular to the bonding interface.

【0037】 本発明の方法は、順次的なプロセスステップの数が従来技術の約半分に著しく
削減された両面MOSFET制御型電力スイッチング装置の製造方法である。直
接ボンディング法は、片面電力装置を製造する従来の製造レシピを称することが
でき、別個のプロセスシーケンスを開発する必要がない。本発明は、アニールが
基板の表面の一つのドーパントに対し最適化され、裏面の別のドーパントに対し
ては最適化されないので、従来の処理のような熱源の厳しい制御を回避する。従
来の手法は、スクラッチなどによる歩留りの損失を招く。本発明は、これらの欠
点を解決し、ゲッタリング動作によってボンディング前に金属不純物を取り除く
ことができる。歩留りは、作業用ダイを2枚のウェーハにマッピングし、最良の
歩留りが得られるようにウェーハの位置を合わせることによって最適化される。
本発明による処理後の直接ボンディングは、たとえば、高性能のIGBT、MO
SFET、及び、MCTを実現するため使用される。直接ボンディッド(接合型
)装置は、超薄型N+バッファ層を有し、以下に詳細する代替的な手法よりもタ
ーンオフ時間を著しく改良することができる。また、直接接合型IGBT及びM
CTの新規特徴は、電流増大に対する負の温度係数によって得られる順方向電圧
に対する正の温度係数を有することである。
The method of the present invention is a method of manufacturing a double-sided MOSFET controlled power switching device in which the number of sequential process steps is significantly reduced to about half of the prior art. The direct bonding method can refer to a conventional manufacturing recipe for manufacturing single-sided power devices, without having to develop a separate process sequence. The present invention avoids the tight control of the heat source as in conventional processing because the anneal is optimized for one dopant on the front surface of the substrate and not for another on the back surface. The conventional method causes a loss in yield due to scratches or the like. The present invention solves these disadvantages, and can remove metal impurities before bonding by a gettering operation. Yield is optimized by mapping the working dies to two wafers and aligning the wafers for best yield.
Direct bonding after processing according to the present invention is, for example, a high performance IGBT, MO
Used to implement SFETs and MCTs. Direct bonded devices have an ultra-thin N + buffer layer and can significantly improve turn-off time over alternative approaches detailed below. In addition, the direct junction type IGBT and M
A novel feature of CT is that it has a positive temperature coefficient for the forward voltage obtained by a negative temperature coefficient for the current increase.

【0038】 第1の基板内のシリコンMOSFET電流制御電圧装置をSiC材料を含有す
る第2の基板に接合する点も有利である。第2の基板の他の材料候補には、Ga
N、InP、及び、GaAsが含まれる。SiCのようなワイドバンドギャップ
材料は、一般的に、電気的破壊の高い臨界フィールドと、高い飽和ドリフト速度
とを有する。したがって、ワイドバンドギャップ材料は、電力装置内の空乏層の
間の殆どの高電圧降下をサポートするため使用するのが望ましい。第2の基板の
材料としてシリコン以外の材料を選択する別の理由は、高熱伝導率を得るためで
ある。SiCは、シリコンの3倍の熱伝導率を有するので、第2の基板に使用さ れる。勿論、他の実施例において、二つ以上のシリコン以外の基板が処理され、
本発明に従って接合されてもよい。
It is also advantageous to join the silicon MOSFET current controlled voltage device in the first substrate to a second substrate containing a SiC material. Other material candidates for the second substrate include Ga
N, InP, and GaAs are included. Wide bandgap materials, such as SiC, typically have a high critical field of electrical breakdown and a high saturation drift velocity. Therefore, wide bandgap materials are desirably used to support most high voltage drops between depletion layers in power devices. Another reason for selecting a material other than silicon as the material for the second substrate is to obtain high thermal conductivity. SiC is used for the second substrate because it has three times the thermal conductivity of silicon. Of course, in other embodiments, two or more non-silicon substrates are processed,
It may be joined according to the invention.

【0039】 図2乃至5を参照するに、本発明の一局面は、2個のMOSFET電流制御装
置を2枚の別々のウェーハ上に製作し、裏面から約200μmまでウェーハを薄
くし、ウェーハの位置合わせされたボンディングを行うことにより、低温直接半
導体−半導体ウェーハボンディングを用いて両面MOSFET制御型電力スイッ
チング装置を実現する方法である。この手法の最大の利点は、2枚のウェーハが
ボンディング前に殆ど完全に処理されている場合に得られる。この場合、アルミ
ニウム相互連結は、表面上に存在し、最大許容ボンディングアニール温度は約4
50℃である。バリアメタルがアルミニウムとシリコン接合の間に使用されると
き、約450乃至550℃のボンドアニール温度が使用される。金属相互連結が
存在しない場合には、より高い温度のボンディングアニールが許容される。この
場合、MOSFET電流制御ウェーハは、コンタクト窓フォトステップによって
製作される。一つの重要な要求条件は、ボンディングアニールがソース/ドレイ
ン打込み物の過剰な拡散を生じさせないことであり、このとき、800乃至90
0℃の範囲内のボンドアニール温度が許容される。
Referring to FIGS. 2-5, one aspect of the invention is to fabricate two MOSFET current controllers on two separate wafers, thin the wafer from the back to about 200 μm, This is a method for realizing a double-sided MOSFET controlled power switching device using low-temperature direct semiconductor-semiconductor wafer bonding by performing aligned bonding. The greatest advantage of this approach is obtained when the two wafers are almost completely processed before bonding. In this case, the aluminum interconnect is on the surface and the maximum allowable bonding anneal temperature is about 4
50 ° C. When a barrier metal is used between the aluminum and silicon bond, a bond anneal temperature of about 450-550 ° C is used. In the absence of metal interconnects, higher temperature bonding anneals are allowed. In this case, the MOSFET current control wafer is fabricated by a contact window photo step. One important requirement is that the bonding anneal does not cause excessive diffusion of the source / drain implant, where 800-90
Bond anneal temperatures in the range of 0 ° C. are acceptable.

【0040】 第1の基板80の初期処理は図2に示されている。第1の基板80は、両面M
CT110(図6)を生成するため、当業者には明らかなように第2の基板95
に直接ボンディングされる。ゲッタリング打込み91は、既に詳述したように行
われる。次に、図3に示されるように、種々のドーパント領域が基板80の上面
に、第2のゲート領域81と共に形成される。例示された処理済み部分は、N型
ベース82と、N型ベース上のN型バッファ層83と、P型ベース上のP+エミ
ッタ85とを含む。基板80は、アノード層86及びN+領域87を更に有する
The initial processing of the first substrate 80 is shown in FIG. The first substrate 80 has a double-sided M
To generate CT 110 (FIG. 6), a second substrate 95 will be apparent to those skilled in the art.
Directly bonded to The gettering implantation 91 is performed as already described in detail. Next, as shown in FIG. 3, various dopant regions are formed on the upper surface of the substrate 80 together with the second gate region 81. The illustrated processed portion includes an N-type base 82, an N-type buffer layer 83 on the N-type base, and a P + emitter 85 on the P-type base. The substrate 80 further has an anode layer 86 and an N + region 87.

【0041】 第1の基板80は、ハンドリング基板90若しくはウェーハに連結され、ゲッ
タリング層91は、図4に示される中間構造体を生成するため薄膜化によって取
り除かれる。ライフタイムキリング(ライフタイムキラー)打込み92は、図5
に概略的に示されるように基板80に形成される。図6において、かくして処理
された第1の基板80は、洗浄、直接ボンディング、及び、低温アニール後に、
第2の基板95に接合される。第2の基板95は、たとえば、N型ベース96と
、N型ベース上のP型ベース97と、N型ベース上のN+エミッタ98と、第1
のゲート99と、カソード層100と、例示的なP+領域101とを含む。第2
の基板95は、たとえば、ライフタイムキリング打込み102を更に含む。界面
103は、第1の基板80と第2の基板95の間に概略的に示されている。
The first substrate 80 is connected to a handling substrate 90 or wafer, and the gettering layer 91 is removed by thinning to create the intermediate structure shown in FIG. Lifetime killing (lifetime killer) implantation 92 is shown in FIG.
Is formed on the substrate 80 as schematically shown in FIG. In FIG. 6, the first substrate 80 thus treated is cleaned, directly bonded, and after low-temperature annealing,
It is bonded to the second substrate 95. The second substrate 95 includes, for example, an N-type base 96, a P-type base 97 on the N-type base, an N + emitter 98 on the N-type base,
, A gate layer 99, a cathode layer 100, and an exemplary P + region 101. Second
Substrate 95 further includes, for example, a lifetime killing implant 102. Interface 103 is shown schematically between first substrate 80 and second substrate 95.

【0042】 低温直接ボンディングを用いて両面スイッチング電力装置を実現するために特
別の考慮がなされる。第1の要求条件として、ボンディング界面の間に略理想的
な電流導通が要求される。このため、ボンディング界面に存在できる自然酸化物
は最低限に抑えられる。先行の研究成果によると、シリコン表面が水素終端化さ
れる疎水性ボンディングを使用することによって、最小限の自然酸化物を含むボ ンディング界面が獲得される。表面洗浄作業中に、ホウ素及び重金属汚染物質を
減少させることに更なる考慮が必要である。別の要求条件は、バブル及び微小ボ
イドがボンディング界面で最小限に抑えられることである。
Special considerations are made for realizing a double-sided switching power device using low temperature direct bonding. As a first requirement, substantially ideal current conduction is required between bonding interfaces. Therefore, the amount of native oxide that can be present at the bonding interface is minimized. Previous work has shown that by using hydrophobic bonding where the silicon surface is hydrogen terminated, a bonding interface with minimal native oxide is obtained. Further consideration needs to be given to reducing boron and heavy metal contaminants during surface cleaning operations. Another requirement is that bubbles and microvoids be minimized at the bonding interface.

【0043】 低温で疎水的にボンディングされたウェーハは、特に、炭化水素で生成された
ボイドの影響を受けやすく、炭化水素を取り除く洗浄処理に特別の注意を払うべ
きである。さらに別の要求条件は、ボンディングインタフェースでの少数キャリ
アの再結合が少ないことである。低温直接ボンディングは、従来の(1100℃
を超える)高温アニールボンディングに対し、欠陥を形成するドライブエネルギ
ーが小さいので、低温でボンディングされた界面に含まれる2枚のウェーハの格
子間方向不一致による欠陥の数が減少する点で有利である。
Low temperature, hydrophobically bonded wafers are particularly susceptible to hydrocarbon generated voids, and special attention should be paid to the cleaning process to remove hydrocarbons. Yet another requirement is that minority carrier recombination at the bonding interface be low. Low-temperature direct bonding is a conventional method (1100 ° C).
In contrast to the high temperature annealing bonding, since the drive energy for forming defects is small, the number of defects due to the lattice mismatch between two wafers included in the interface bonded at low temperature is advantageously reduced.

【0044】 図7乃至12を参照するに、ボンディングの実験から得られる結果は、N型対
N型、並びに、P型対P型のシリコン<100>ウェーハが、伝導帯又は価電子
帯のいずれかに電位バリアを生成することなく、低温度アニールを用いて疎水的
にボンディングされ得ることである。水素終端化された表面を実現するため使用
される処理は、Oプラズマとpiranhaクリーンの組み合わせを含み、続いて、 10:1のHFディップが行われ、HFディップの後に水洗は行われない。多数 のアニール温度に対するN型ウェーハとN型ウェーハの電気的データは、図7に
示されている。
Referring to FIGS. 7-12, the results from the bonding experiments show that N-type vs. N-type and P-type vs. P-type silicon <100> wafers have either conduction band or valence band. That it can be hydrophobically bonded using a low temperature anneal without creating a potential barrier. The treatment used to achieve a hydrogen terminated surface includes a combination of O 2 plasma and piranha clean, followed by a 10: 1 HF dip, with no rinsing after the HF dip. Electrical data for N-type wafers and N-type wafers for multiple annealing temperatures is shown in FIG.

【0045】 電位バリアの存在は、低バイアスに対する抵抗の非線形性として抵抗特性に現
れる。600℃及び700℃のアニールに対し電位バリアは現れない。抵抗は、
800℃のアニールに対し増加し、非線形であり、バリアの形成を示す。100
0℃のアニールに対し、抵抗は減少し、非線形性はない。接合する必要がない場
合、800℃アニールに対し観察される電位バリアは、大気から吸収されたホウ
素によってボンディング前にウェーハ表面に存在するホウ素の活性化により誘起
される。1000℃のアニールの場合に、ホウ素は界面から拡散され、電位バリ
アの高さを減少させる。
The presence of the potential barrier appears in the resistance characteristics as the nonlinearity of the resistance to low bias. No potential barrier appears for annealing at 600 ° C and 700 ° C. The resistance is
Increased for 800 ° C. anneal, non-linear, indicating barrier formation. 100
For 0 ° C. annealing, the resistance decreases and there is no nonlinearity. If bonding is not required, the potential barrier observed for the 800 ° C. anneal is induced by activation of boron present on the wafer surface prior to bonding by boron absorbed from the atmosphere. In the case of a 1000 ° C. anneal, boron diffuses from the interface, reducing the height of the potential barrier.

【0046】 さらに、所定の面積に対する抵抗の面積及び変動の関数で表される抵抗の依存
性は、接合界面の品質を評価するため調べられた。図8は、抵抗と、面積の逆数
との関係と、400℃で9時間に亘ってアニールされたN型ウェーハ対N型ウェ
ーハに対する抵抗値のばらつきのプロットとを示している。図9は、400℃で
24時間に亘ってアニールされたP型対P型ボンドの類似した結果を示している
Furthermore, the dependence of the resistance on a given area as a function of the area and the variation of the resistance was investigated to evaluate the quality of the junction interface. FIG. 8 shows a plot of resistance versus reciprocal area and a plot of resistance variation for an N-type wafer versus an N-type wafer annealed at 400 ° C. for 9 hours. FIG. 9 shows similar results for P-type to P-type bonds annealed at 400 ° C. for 24 hours.

【0047】 低温疎水性ボンディングによって調製されたPN接合の電気特性も調べられた
。図10には、600℃ボンドアニールの間に疎水的に接合されたP型ウェーハ
とN型ウェーハから製作されえた20個のダイオードの順方向及び逆方向の電流
・電圧特性が示されている。リーク電流密度は、疎水的に接合されたウェーハの
場合に約40nA/cmである。この測定結果は、面積への強い依存性を表し
、最小面積のダイオードが最大の理想係数値をもつ。理想係数値が1.0よりも
増大する原因は、典型的に、冶金学的接合又は装置の周囲で起こる少数キャリア
の再結合である。面積に対する測定された依存性は、高い理想係数がパッシベー
ションされていないソーイングされたメサのエッジで生じる再結合によることを
示している。理想係数は、ダイオードの面積が増加すると共にl.0の値に達す
る。低温接合された装置には最良の理想係数が存在する。
The electrical properties of PN junctions prepared by low-temperature hydrophobic bonding were also investigated. FIG. 10 shows the forward and reverse current-voltage characteristics of 20 diodes fabricated from a P-type wafer and an N-type wafer hydrophobically bonded during a 600 ° C. bond anneal. The leakage current density is about 40 nA / cm 2 for hydrophobically bonded wafers. This measurement shows a strong dependence on area, with the diode with the smallest area having the largest ideality factor value. The cause of the increase in the ideality factor value above 1.0 is typically a metallurgical bond or recombination of minority carriers occurring around the device. The measured dependence on the area indicates that the high ideality factor is due to recombination occurring at the edges of the unpassivated sawed mesa. The ideality coefficient increases with increasing diode area, l. Reaches the value of 0. There is the best ideality factor for low temperature bonded devices.

【0048】 電気特性の他に重要な要求条件は、スイッチング電力装置のソーイング又はダ
イシングを行うため、ボンド強度が400℃のアニールに対し十分な強度を持つ
ことである。経験上、800ergs/cmを上回るボンド界面エネルギーは
、十分なボンド強度を与えるため要求される。図12は、400℃でのボンド反
応速度に対する1次反応を表すボンド強度がアニール時間と共に対数的に増加す
ることを示している。400℃のアニールが選択される理由は、この温度は十分
に低く、Si−Al共晶の形成を遅らせる可能性があるからである。
An important requirement in addition to the electrical properties is that the bond strength be sufficient for annealing at 400 ° C. for sawing or dicing the switching power device. From experience, bond interfacial energies above 800 ergs / cm 2 are required to provide sufficient bond strength. FIG. 12 shows that the bond strength, representing the first order response to the bond reaction rate at 400 ° C., increases logarithmically with annealing time. The 400 ° C. anneal is chosen because this temperature is sufficiently low that it may slow the formation of the Si—Al eutectic.

【0049】 実験的な測定によると、低温直接ウェーハボンディングは、2重ゲートMOS
FET制御型スイッチング電力装置を製造する適当な方法であることがわかる。
バンディング界面を通る略理想的な電気伝導率は、400℃乃至700℃のボン
ドアニール温度の場合に得られる。開発された疎水性洗浄プロセスは、炭化水素
生成されたボイドを最小限に抑え、ボンディング界面で非常に僅かの酸素しか含
まない。1000ergs/cmのボンド界面エネルギーは、400℃で約9
時間のアニールの間に獲得され、これは、ウェーハのソーイングを許容するため
に十分である。
According to experimental measurements, low-temperature direct wafer bonding is a dual gate MOS
It can be seen that this is a suitable method of manufacturing a FET controlled switching power device.
Nearly ideal electrical conductivity through the banding interface is obtained for bond anneal temperatures between 400 ° C and 700 ° C. The developed hydrophobic cleaning process minimizes hydrocarbon-generated voids and contains very little oxygen at the bonding interface. A bond interface energy of 1000 ergs / cm 2 is about 9 at 400 ° C.
Obtained during the time anneal, which is sufficient to allow sawing of the wafer.

【0050】 図13を参照して本発明の別の面を説明する。低ボンディングアニール温度が
本発明に従って使用されるため、必要に応じて、界面のPN接合に低抵抗が得ら
れるように、ボンディングの前に、一方若しくは両方の基板に形成される金属若
しくは珪素化合物のラインを画成することが可能である。低抵抗性金属又は珪素
化合物ストラップ型PN接合を実現する実施可能なプロセスは、図13に示され
るように、P型ドーパント121を、中間構造体120のN型基板122に確実
に打込むフォトリソグラフィステップを使用することである。第2のフォトステ
ップは、P型ドーパント領域121内に金属若しくは珪素化合物片123の場所
を画成するため使用される。レジストマスクは、約100nmのシリコンをエッ
チングするため使用される。約30nmのタングステンは蒸着される。レジスト
表面上の余分なタングステンは、リフトオフにより除去され、次に、タングステ
ン珪素化合物123を形成するためアニールが行われる。当業者には容易に理解
されるように、別の解決法は、隣接したシリコン表面と共にシリコン表面バック
プレーナに形成された珪素化合物を研磨するため研磨技術を使用することである
。この珪素化合物は、ゲート・ターンオフ・サイリスタのP型ベース抵抗を下げ
るように、ブランケットドーピング層の抵抗を下げるため使用される。
Another aspect of the present invention will be described with reference to FIG. Since a low bonding anneal temperature is used in accordance with the present invention, if necessary, a metal or silicon compound formed on one or both substrates prior to bonding, such that a low resistance is obtained at the interface PN junction. It is possible to define a line. A feasible process to achieve a low resistivity metal or silicide strap PN junction is to use photolithography to reliably implant a P-type dopant 121 into an N-type substrate 122 of an intermediate structure 120, as shown in FIG. Is to use steps. A second photo step is used to define the location of the metal or silicide piece 123 within the P-type dopant region 121. A resist mask is used to etch about 100 nm of silicon. About 30 nm of tungsten is deposited. Excess tungsten on the resist surface is removed by lift-off, and then annealing is performed to form a tungsten silicon compound 123. As will be readily appreciated by those skilled in the art, another solution is to use a polishing technique to polish the silicon compound formed on the silicon surface back planar with the adjacent silicon surface. This silicide is used to lower the resistance of the blanket doping layer so as to lower the P-type base resistance of the gate turn-off thyristor.

【0051】 図14を参照するに、低抵抗性PN接合のグリッドは、縦型JFET130の ゲートとして使用される。図示された接合131及び132のペアは、接合に直
交した電流フロー、すなわち、界面134を通過する電流フローを変調するため
使用される。勿論、複数の接合を形成してもよい。デプレッション領域135は
、当業者には明らかなように、Pドープト領域123の周りに形成される。本発
明の更に別の変形例では、MOSゲートは、トレンチの側面に形成され、電流が
零ソース・ゲート間バイアスのチャネルの間で導通するデプレッションモードで
動作する。二つの基板125と122の界面の珪素化合物ラインのグリッドは、
当業者には容易に認められるように、逆バイアスされたショットキーダイオード
が珪素化合物ライン123のグリッドと直交した電流フローを変調するため使用
される透磁性ベーストランジスタを形成するため使用される。
Referring to FIG. 14, a low resistance PN junction grid is used as the gate of vertical JFET 130. The illustrated pair of junctions 131 and 132 is used to modulate the current flow orthogonal to the junction, ie, the current flow through the interface 134. Of course, a plurality of junctions may be formed. Depletion region 135 is formed around P-doped region 123, as will be apparent to those skilled in the art. In yet another variation of the invention, the MOS gate is formed on the side of the trench and operates in a depletion mode in which current conducts between channels with zero source-gate bias. The grid of silicide lines at the interface between the two substrates 125 and 122 is:
As will be readily appreciated by those skilled in the art, a reverse-biased Schottky diode is used to form a permeable base transistor that is used to modulate the current flow orthogonal to the grid of silicide lines 123.

【0052】 上記PN接合、低抵抗性P型ベース層、及び、ショットキーダイオードに対し
、いずれかの基板の上面から珪素化合物への接点を設ける必要がある。バイアは
、珪素化合物若しくは金属層をエッチストップ層として使用して、いずれかの基
板の上面から珪素化合物若しくは金属層に化学的又はプラズマエッチングされる
。別の適当な技術は、上面125(図13)を貫通するバイアをレーザードリル
加工し、金属若しくは珪素化合物層で停止することである。
For the PN junction, the low-resistance P-type base layer, and the Schottky diode, it is necessary to provide a contact from the upper surface of any one of the substrates to the silicon compound. Vias are chemically or plasma etched into the silicide or metal layer from the top surface of either substrate using the silicide or metal layer as an etch stop layer. Another suitable technique is to laser drill the vias through top surface 125 (FIG. 13) and stop at the metal or silicide layer.

【0053】 本発明の更に別の局面は、ボンディング前に一方若しくは両方の基板上に半導
体層をエピタキシャル成長させ得ることである。アルミニウム相互連結が基板上
のあるとき、エピタキシャル成長は、450℃未満の温度で行われ、バリアメタ ル層が上述の如く使用される場合には、450℃乃至550℃以下で行われるべ きである. たとえば、図15に示されるように、第2の基板150へのボンディング前に
、基板145のシリコン表面上にSiGeヘテロ接合層141を画成するため、
超薄型N+バッファ層を成長させ得る。完成体のIGBT140は、アノード層
142と、アノードに隣接したP+基板エミッタ層143と、界面144に隣接
したSiGeバッファ層141とを含む。上面150は、外部エミッタ層151
と、ゲート層152と、その下にある絶縁層153とを有する。上面150は、
上述のライフタイムキリング打込み156を含むN型ベース155を更に有する
。上面150のその他のドープト領域は、当業者に良く知られているのでこれ以
上の説明を行わない。適切に構成されたSiGeベース・エミッタ間へテロ接合
は、電流増大に対し負の温度係数を有し、順方向電圧に対し正の温度係数を有す
る。この特性は、当業者には明らかなように、短絡保護を行い、熱放散の阻止を
助ける。
Yet another aspect of the invention is that a semiconductor layer can be epitaxially grown on one or both substrates before bonding. When aluminum interconnects are present on the substrate, the epitaxial growth should be performed at temperatures below 450 ° C and, if the barrier metal layer is used as described above, between 450 ° C and 550 ° C or less. For example, as shown in FIG. 15, to define a SiGe heterojunction layer 141 on the silicon surface of substrate 145 before bonding to second substrate 150,
An ultra-thin N + buffer layer can be grown. The completed IGBT 140 includes an anode layer 142, a P + substrate emitter layer 143 adjacent to the anode, and a SiGe buffer layer 141 adjacent to the interface 144. The upper surface 150 is formed on the external emitter layer 151.
And a gate layer 152 and an insulating layer 153 thereunder. The upper surface 150
It further has an N-type base 155 including the lifetime killing implant 156 described above. Other doped regions on top surface 150 are well known to those skilled in the art and will not be described further. A properly configured SiGe base-emitter heterojunction has a negative temperature coefficient for increasing current and a positive temperature coefficient for forward voltage. This property provides short circuit protection and helps prevent heat dissipation, as will be apparent to those skilled in the art.

【0054】 ボンディング前に基板の表面に超薄型高濃度ドーパント層を成長させることが
できる。たとえば、図16のIGBT160に示されるように、超薄型N+バッ
ファ層161は、下側基板162上で成長させられる。図16のIGBT160
のその他の部分は、図15の部分と同様であり、同じ参照番号で示される。その
ため、当業者にはこれ以上詳細に説明する必要なないであろう。N+バッファ層
は、たとえば、砒素、アンチモン、又は、リンのような約1×1019cm−3 の濃度のN型ドーパントを有する約200nmの膜厚の薄い層を、P+基板の表
面に打込むことにより製造される。P+基板は、約3×1016乃至1×10 cm−3の濃度のP型ドーパントを含む。基板は、当業者には容易に認められ
るように、イオン打込み中に形成された欠陥をアニールするため、約900乃至 1000℃の温度でアニールされる。
An ultra-thin high-concentration dopant layer can be grown on the surface of the substrate before bonding. For example, as shown in IGBT 160 of FIG. 16, an ultra-thin N + buffer layer 161 is grown on lower substrate 162. IGBT 160 of FIG.
Are similar to those of FIG. 15 and are indicated by the same reference numerals. Therefore, a person skilled in the art will not need to elaborate in any more detail. The N + buffer layer is, for example, a thin layer of about 200 nm having an N-type dopant concentration of about 1 × 10 19 cm −3 such as arsenic, antimony, or phosphorus is implanted on the surface of the P + substrate. It is manufactured by P + substrate includes a P-type dopant concentration of about 3 × 10 16 to 1 × 10 1 9 cm -3. The substrate is annealed at a temperature of about 900-1000 ° C. to anneal defects formed during ion implantation, as will be readily appreciated by those skilled in the art.

【0055】 N+バッファ層161が薄くなると共に、ターンオフ時間が速くなる。典型的
に、ターンオフの直前に、蓄積されたベース電荷の大半は、N+バッファ層16
1付近、若しくは、N+バッファ層161内にある。したがって、当業者には容
易に認められるように、N+バッファ層161が薄くなるのに応じて、蓄積され たベース電荷はP+エミッタ143に近づき、蓄積されたベース電荷がP+エミ
ッタに到達し、再結合するために拡散しなければならない距離は短くなる。
As the N + buffer layer 161 becomes thinner, the turn-off time becomes shorter. Typically, just prior to turn-off, most of the stored base charge is in the N + buffer layer 16.
1 or in the N + buffer layer 161. Therefore, as will be readily appreciated by those skilled in the art, as the N + buffer layer 161 becomes thinner, the accumulated base charge approaches the P + emitter 143, and the accumulated base charge reaches the P + emitter and is recharged. The distance that must be spread to combine is reduced.

【0056】 少数電荷キャリアの能動領域の外側領域への注入を阻止することが望ましい。
注入を阻止する技術は、正孔の領域への注入効率を減少させることである。した
がって、フォトリソグラフィステップが能動領域の外側への厚型N+イオン打込
みを定めるため行われ、これにより、注入効率が低下される。ボンディング界面 144に酸化物バリアを画成するような他の技術を使用してもよい。
It is desirable to prevent minority charge carriers from being injected into regions outside the active region.
A technique for blocking injection is to reduce the efficiency of injection of holes into the region. Therefore, a photolithography step is performed to define a thick N + implant outside the active area, which reduces implantation efficiency. Other techniques may be used, such as defining an oxide barrier at the bonding interface 144.

【0057】 SiGe若しくは高いN型濃度ドーパントの薄型エピタキシャル層は、高性能
IGBT若しくはMCTに主要な利点を与える。たとえば、薄型高濃度ドーパン
ト層は、短いターンオフ時間と電流増大に対する負の温度係数とを得るために、
IGBTのN+バッファに使用される。勿論、基板がN+エミッタとして使用さ
れるならば、当業者に容易にわかるように、装置はP+超薄型バッファ層が得ら れるように処理される。
[0057] Thin epitaxial layers of SiGe or high N-type dopants provide major advantages to high performance IGBTs or MCTs. For example, a thin high-concentration dopant layer requires a short turn-off time and a negative temperature coefficient for increasing current,
Used for N + buffer of IGBT. Of course, if the substrate is used as an N + emitter, the device is processed to provide a P + ultra-thin buffer layer, as will be readily apparent to those skilled in the art.

【0058】 高ドープト半導体におけるバンドギャップ狭小化の半導体装置の物理的特性の
ため、N+バッファ層161のドーピング濃度はP+エミッタ143のドーピン
グ濃度よりも高い場合に、IGBT160若しくはMCTの裏面エミッタの電流
増大に対する負の温度係数が獲得できることがわかる。この原理の式は以下の通
りである。
When the doping concentration of the N + buffer layer 161 is higher than the doping concentration of the P + emitter 143, the current of the backside emitter of the IGBT 160 or the MCT increases due to the physical characteristics of the semiconductor device having a narrow band gap in the highly doped semiconductor. It can be seen that a negative temperature coefficient for can be obtained. The equation for this principle is:

【0059】 電子注入効率(EIE)=J/J であり、かつ、Electron injection efficiency (EIE) = Je/ Jh  And

【0060】[0060]

【数1】 である。短いベース、すなわち、w>>Lを仮定すると、(Equation 1) It is. Assuming a short base, ie, w >> L,

【0061】[0061]

【数2】 である。(Equation 2) It is.

【0062】 ケース1:Eg>Eg→+δEgCase 1: Eg N > Eg P → + δEg

【0063】[0063]

【数3】 したがって、温度が増加すると共にEIEは減少する。[Equation 3] Thus, EIE decreases with increasing temperature.

【0064】 ケース2:Eg<Eg Case 2: Eg P <Eg N

【0065】[0065]

【数4】 したがって、温度が増加すると共にEIEは減少する。(Equation 4) Thus, EIE decreases with increasing temperature.

【0066】 P+エミッタよりも濃度が高いN+ベースバッファ層を伴うP+エミッタの装
置物理特性は、電流増大に対し負の温度係数を生じる。図17には、界面付近に
おける装置の種々の部分に対するプロファイルが示されている。界面は、当業者
には明らかなように、N+バッファの一方側にある。電流増大に対する負の温度
係数は、IGBT又はMCTの電流が温度上昇と共に減少することを意味する。
より高い温度で減少する電流は、順方向電圧が増加することを意味する。したが
って、IGBT及びMCTは、順方向電圧に対し正の温度係数を有する。IGB
T及びMCTの両方に関する順方向電圧に対する正の温度係数は、熱放散を防止
し、短絡保護回路を設けるために重要である。
The device physical properties of the P + emitter with the N + base buffer layer having a higher concentration than the P + emitter produce a negative temperature coefficient for increasing current. FIG. 17 shows profiles for various parts of the device near the interface. The interface is on one side of the N + buffer, as will be apparent to those skilled in the art. A negative temperature coefficient for increasing current means that the current of the IGBT or MCT decreases with increasing temperature.
A current that decreases at higher temperatures means that the forward voltage increases. Therefore, the IGBT and the MCT have a positive temperature coefficient with respect to the forward voltage. IGB
A positive temperature coefficient for the forward voltage for both T and MCT is important to prevent heat dissipation and provide a short circuit protection circuit.

【0067】 N+バッファ層を設計する際に、P+エミッタよりも高いN+バッファ濃度を
与えることが重要である。しかし、N+バッファは、IGBT及びMCTのP+
裏面エミッタに十分な電流利得を与えることができるように薄くされるべきであ
る。
When designing an N + buffer layer, it is important to provide a higher N + buffer concentration than the P + emitter. However, the N + buffer is the P + of IGBT and MCT.
It should be thin enough to give sufficient current gain to the backside emitter.

【0068】 直接ボンディング又はMOSFET電流制御装置を収容する予め製造された基
板を使用するアプローチは、特に、N+バッファ濃度がP+基板濃度よりも高い
IGBT若しくはMCTを製作し、裏面P+エミッタに許容可能な電流利得を生
ずるように十分薄くするために利点がある。IGBT若しくはMCTを製作する
ため使用される共通のアプローチは、高温エピタキシャル成長を使用してN+バ ッファを成長させることである。高温エピタキシャル成長は、厚型バッファ層(
10乃至20μmの厚さ)を製作するためN+ドーパントを拡散する。N+バッ
ファ積分ドーピング濃度には最大許容値があるので、N+濃度は、裏面P+エミ
ッタ電流利得を得るために、一般的に、P+基板濃度よりも低くすることが必要
である。また、高温(1100乃至1200℃)アニールは、典型的に、電界終
端用のディープP型接合を生成するため、P型ドーパントの拡散に使用される。
温度プロセスステップがN+バッファの形成後に使用される場合、アニールは、
N+バッファの幅を増加させるN型ドーパントを拡散する。積分N+バッファド
ーパント(厚さに関して積分された濃度)は、適切なIGBT及びMCT動作の
ために十分な利得を与えることができるように低くする必要があるので、N+バ
ッファの厚さが増加すると、濃度が低下する。高温電界終端アニールは、P+エ
ミッタ濃度よりも高い濃度のN+バッファを得ることが難しい。
The approach of using a pre-fabricated substrate containing a direct bond or MOSFET current controller is particularly suitable for fabricating IGBTs or MCTs where the N + buffer concentration is higher than the P + substrate concentration and the backside P + emitter is acceptable. It is advantageous to make it thin enough to produce current gain. A common approach used to fabricate IGBTs or MCTs is to grow N + buffers using high temperature epitaxial growth. High-temperature epitaxial growth is performed by using a thick buffer layer (
N + dopant is diffused to produce a thickness of 10 to 20 μm). Since there is a maximum allowable value for the N + buffer integrated doping concentration, the N + concentration generally needs to be lower than the P + substrate concentration to obtain the backside P + emitter current gain. Also, high temperature (1100-1200 ° C.) anneals are typically used to diffuse P-type dopants to create a deep P-type junction for field termination.
If a temperature process step is used after the formation of the N + buffer, the anneal
Diffuse N-type dopants that increase the width of the N + buffer. As the thickness of the N + buffer increases, the integrated N + buffer dopant (concentration integrated over thickness) must be low to provide sufficient gain for proper IGBT and MCT operation. The concentration decreases. High temperature field termination anneal makes it difficult to obtain an N + buffer with a higher concentration than the P + emitter concentration.

【0069】 P+エミッタ内のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度をもつN+バッフ
ァを実現する好ましい手法は、N型イオン(砒素、リン、アンチモン)を、P+
基板にイオン打込みすることである。イオン打込みされたN型ドーパント濃度は
、P+ドーピング濃度よりも高いので、N型ドーパントは、P+ドーピング濃度 を過剰に補償し、薄型N+層は基板の予め接合された表面に形成され得る。N+
バッファ打込みは、他の基板の予め接合された表面に打込まれる。一方の基板は
、100μm乃至200μmの厚さがあり、その表面上に金属相互連結が設けら れるので、イオン打込みアニールを行うことは更に困難になる。
A preferred approach to achieving an N + buffer with a dopant concentration higher than the dopant concentration in the P + emitter is to use N-type ions (arsenic, phosphorus, antimony) with P +
That is, ion implantation into a substrate. Since the implanted N-type dopant concentration is higher than the P + doping concentration, the N-type dopant overcompensates the P + doping concentration and a thin N + layer can be formed on the pre-bonded surface of the substrate. N +
The buffer implant is implanted into a pre-bonded surface of another substrate. One substrate has a thickness of 100 μm to 200 μm and is provided with metal interconnects on its surface, making ion implantation annealing more difficult.

【0070】 P+エミッタよりも高い濃度を有する薄型N+バッファを製作する別のアプロ
ーチは、ボンディング前に、N+バッファをいずれか一方の基板の予め接合され
た表面でエピタキシャル成長させることである。
Another approach to fabricating a thin N + buffer having a higher concentration than the P + emitter is to grow the N + buffer epitaxially on the pre-bonded surface of either substrate before bonding.

【0071】 P+基板濃度が非常に高い場合(たとえば、P+からN+への接合が非常に低
い破壊電圧、非常に高いリーク電流、あるいは、非常に高い濃度をもち、N+バ ッファ濃度をP+濃度よりも高くすることが困難であるような場合)、別のアプ
ローチは、図18からわかるように、より低い濃度のP型エピタキシャル層をP
+基板上で最初に成長させることである。P型エピタキシャル層の厚さ及び濃度
を最適化することが必要であると考えられる。P型エピタキシャル層が十分に厚
い場合(電子のP+エミッタへの拡散距離よりも厚くしなければならない場合)
、P型エピタキシャル層のドーピング濃度は、注入効率を決める有効エミッタ濃
度を決定する。この場合、P型エピタキシャル層は、数十ミクロンの厚さであり
、約1×1017cm−3のドーピング濃度を持つ必要がある。電子のP型エミ
ッタへの拡散距離は、P型エミッタ内の電子の再結合時間によって決まる。低P
型エミッタ濃度の場合、相対的に低いN+バッファ濃度は、N+バッファ濃度が
P+エミッタ濃度よりも高いという基準を満たす必要がある。N+バッファイオ
ン打込みは、エピタキシャル成長P型層に行われ、あるいは、N+エピタキシャル
層がP型エピタキシャル層で成長する。これにより、二つの基板の直接ボンディ
ングが行える。
If the P + substrate concentration is very high (eg, the junction from P + to N + has a very low breakdown voltage, very high leakage current, or very high concentration, the N + buffer concentration is lower than the P + concentration Is also difficult to increase), another approach is to use a lower concentration P-type epitaxial layer as shown in FIG.
+ First to grow on substrate. It may be necessary to optimize the thickness and concentration of the P-type epitaxial layer. When the P-type epitaxial layer is sufficiently thick (when it must be thicker than the diffusion distance of electrons to the P + emitter)
, The doping concentration of the P-type epitaxial layer determines the effective emitter concentration that determines the injection efficiency. In this case, the P-type epitaxial layer must be several tens of microns thick and have a doping concentration of about 1 × 10 17 cm −3 . The diffusion distance of the electrons to the P-type emitter is determined by the recombination time of the electrons in the P-type emitter. Low P
For a type emitter concentration, a relatively low N + buffer concentration must meet the criterion that the N + buffer concentration is higher than the P + emitter concentration. The N + buffer ion implantation is performed on the epitaxially grown P-type layer, or the N + epitaxial layer is grown on the P-type epitaxial layer. This allows direct bonding of the two substrates.

【0072】 上述の通り、電流利得に対する負の温度係数を得るための別の方法は、SiG
eひずみN+バッファ層を、それぞれの基板の予め接合された表面上でエピタキ
シャル成長させる。SiGe又は高N型濃度ドーパントの薄型エピタキシャル層
は、高性能IGBT及びMCTのための重要な利点である。たとえば、薄型高濃
度ドーパント層は、短いターンオフ時間と、電流利得に対する負の温度係数とを
実現するため、IGBTのN+バッファに使用される。
As mentioned above, another way to obtain a negative temperature coefficient for current gain is to use SiG
An e-strained N + buffer layer is epitaxially grown on the pre-bonded surface of each substrate. Thin epitaxial layers of SiGe or high N-type dopants are an important advantage for high performance IGBTs and MCTs. For example, thin heavily doped layers are used in IGBT N + buffers to achieve short turn-off times and a negative temperature coefficient for current gain.

【0073】 特に、SiGeの層は、IGBT若しくはMCTのためのN+バッファ層とし
て作用する。N+バッファ層は薄いため、IGBTは高速ターンオフ時間を有す
る。適切に設計されたSiGeベース・エミッタ間のヘテロ接合は、電流利得に
対する負の温度係数と、順方向電圧に対する正の温度係数とを有する。この特性
は、短絡保護と、熱放散の防止の補助とを与える。第1の基板がN+エミッタと
して使用される場合、装置は、P+バッファが第2の基板に製作されるように処
理される。
In particular, the layer of SiGe acts as an N + buffer layer for IGBT or MCT. The IGBT has a fast turn-off time because the N + buffer layer is thin. A properly designed SiGe base-emitter heterojunction has a negative temperature coefficient for current gain and a positive temperature coefficient for forward voltage. This property provides short circuit protection and aids in preventing heat dissipation. If a first substrate is used as the N + emitter, the device is processed such that a P + buffer is fabricated on the second substrate.

【0074】 IGBT及び/又はMCTに正の温度係数を得るため、P+エミッタのどより
も高いN+バッファ濃度を実現するボンディング以外のいくつかのアプローチが
存在する。第1のアプローチは、超薄膜化方式であり、P+エミッタ濃度よりも
高いN+バッファ濃度を得るための重要な要件は、N+バッファ形成後の温度ス
テップを最低限に抑えることである。好ましい製造方法は、 1.IGBT若しくはMCTを半導体基板の表面に実現するのに必要なMOS
FET電流制御装置を形成するため要求される処理ステップを実行する。好まし
い一つのアプローチは、薄膜化前の金属相互連結ステップ、誘電体堆積ステップ
、及び、フォトリソグラフィステップを含む全てのプロセスステップを完了する
To obtain a positive temperature coefficient for the IGBT and / or MCT, there are several approaches other than bonding that achieve a higher N + buffer concentration than the P + emitter. The first approach is the ultra-thinning method, and an important requirement for obtaining an N + buffer concentration higher than the P + emitter concentration is to minimize the temperature steps after forming the N + buffer. Preferred production methods are: MOS necessary to realize IGBT or MCT on the surface of semiconductor substrate
Perform the processing steps required to form a FET current controller. One preferred approach completes all process steps, including metal interconnect steps prior to thinning, dielectric deposition steps, and photolithography steps.

【0075】 2.基板を裏面から約100μmまで薄膜化する。2. The substrate is thinned to about 100 μm from the back surface.

【0076】 3.大量のホウ素イオンを約100nmのピーク打込み深さで打込むことによ
って、P+エミッタを薄膜化された基板の裏面に形成する。
[0076] 3. P + emitters are formed on the backside of the thinned substrate by implanting a large amount of boron ions at a peak implantation depth of about 100 nm.

【0077】 4.リンイオンを約500nmの深さまで打込むことにより、高濃度N+バッ
ファを基板の裏面に形成する。
[0077] 4. By implanting phosphorus ions to a depth of about 500 nm, a high concentration N + buffer is formed on the back surface of the substrate.

【0078】 5.ホウ素及びリンのイオン打込みドーパントを活性化するためアニール処理
する。表面に金属が存在する場合、最大アニール温度は、従来のファーネスアニ
ール処理を使用する約450乃至550℃である。450乃至550℃の温度は
、ホウ素とリンのイオン打込みドーパントの一部しか活性化しない。
[0078] 5. Anneal to activate boron and phosphorus implanted dopants. If metal is present on the surface, the maximum anneal temperature is about 450-550 ° C. using a conventional furnace anneal process. Temperatures between 450 and 550 ° C. activate only some of the boron and phosphorus implanted dopants.

【0079】 表面に金属相互連結が存在する場合でも、打込まれたホウ素及びリンのイオン
を略完全に活性化する技術は、エキシマレーザー照射の繰り返し短パルスを使用
する。薄膜化された基板の裏面上でP+エミッタよりも高い濃度のN+バッファ
を実現する他の技術は、N+バッファ及びP+エミッタを約500℃の温度で裏
面にエピタキシャル成長させることである。アルミニウム相互連結の下側にバリ
アメタルが存在する場合、500℃の成長温度が許容される。分子ビームエピタ
キシャル(MBE)成長技術は、有機金属気相成長法(MOCVD)及び超高真
空化学気相成長法(UHVCVD)を含む。N+アモルファスシリコン層及びP
+アモルファスシリコン層を堆積させ、層の中の単結晶層を固相エピタキシャル
再成長法を用いて約500℃で再成長させてもよい。P+エミッタを裏面に形成
する別の技術は、P+ポリシリコン層を使用することである。このタイプのエミ
ッタは、ポリシリコン層と単結晶層の間に薄型自然酸化物を含む場合があり、電
流利得を増加させる可能性があり、ある種の場合には、電流利得が温度に対して 殆ど変化しない。
The technique of almost completely activating implanted boron and phosphorus ions, even when metal interconnects are present on the surface, uses repetitive short pulses of excimer laser irradiation. Another technique for achieving a higher concentration of the N + buffer than the P + emitter on the backside of the thinned substrate is to epitaxially grow the N + buffer and the P + emitter on the backside at a temperature of about 500 ° C. If a barrier metal is present below the aluminum interconnect, a growth temperature of 500 ° C. is acceptable. Molecular beam epitaxy (MBE) growth techniques include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and ultra-high vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD). N + amorphous silicon layer and P
+ An amorphous silicon layer may be deposited and the single crystal layer in the layer may be regrown at about 500 ° C using a solid phase epitaxial regrowth method. Another technique for forming a P + emitter on the backside is to use a P + polysilicon layer. This type of emitter can include a thin native oxide between the polysilicon layer and the single crystal layer, which can increase the current gain, and in some cases, the current gain is a function of temperature. Hardly changes.

【0080】 高アニール温度は、金属相互連結がステップ1で表面に存在しない場合、裏面
にイオン打込みされたドーパントを活性化するため使用される(この場合、基板 は金属堆積の直前に処理される)。この場合、基板は薄膜化され、ホウ素及びリ
ンは裏面に打込まれ、800乃至900℃のアニールは打込まれたドーパントを
活性化するため使用される。IGBTを製作するプロセスを完結するために、表
面でプロセスステップ及びフォトリソグラフィステップを実行することが必要で
ある。このプロセスの難しい局面は、ウェーハがこの時点で約100μmの厚さ
になることである。一般的に、残りのプロセスステップの間に、ウェーハをサポ
ートウェーハに一時的に取り付け、プロセスステップの最後、又は、金属シンタ
ステップの直前にサポートウェーハを取り除くことが必要である。あるいは、薄
膜化されたIGBT若しくはMCTの基板は、金属基板に永続的に接合若しくは
半田付けし、残りの処理ステップを実行してもよい。
A high anneal temperature is used to activate the dopants implanted on the backside if metal interconnects are not present on the front side in Step 1 (where the substrate is processed just before metal deposition) ). In this case, the substrate is thinned, boron and phosphorus are implanted on the backside, and an anneal at 800-900 ° C. is used to activate the implanted dopant. In order to complete the process of fabricating an IGBT, it is necessary to perform process and photolithography steps on the surface. A difficult aspect of this process is that the wafer is now about 100 μm thick. In general, it is necessary to temporarily attach the wafer to the support wafer during the remaining process steps and remove the support wafer at the end of the process step or just before the metal sintering step. Alternatively, the thinned IGBT or MCT substrate may be permanently bonded or soldered to a metal substrate and the remaining processing steps may be performed.

【0081】 かなり狭いN+バッファ層を製作する技術は、N+バッファを低N型ドーパン
ト濃度の予め接合された面に打込み、打込みドーパントをアニールし、基板をP
+エミッタ基板に直接ボンドすることである。N+バッファドーパントをP+基
板に打込み、P+ドーパント濃度を過剰に補償してもよい。N型基板は、約10
0μmまで薄膜化され、IGBT又はMCTを製作する拡散及びプロセスステッ
プが次に実行される。最高温度ステップは、電界終端に対し深い接合を形成すべ
くホウ素を拡散する1100乃至1200℃のアニールである。この高温ステッ
プは、N+バッファを拡散させ、次に、N+バッファの厚さを増加させる。適切
な設計及びアニール温度ステップを用いることにより、P+エミッタ濃度よりも 高いN+バッファ濃度を有するIGBT若しくはMOSFETを製作することが
できる。
A technique for fabricating a fairly narrow N + buffer layer is to implant an N + buffer into the pre-bonded surface with a low N-type dopant concentration, anneal the implanted dopant, and
+ Direct bonding to the emitter substrate. N + buffer dopants may be implanted into the P + substrate to overcompensate the P + dopant concentration. N-type substrate is about 10
Diffusion and process steps to make the IGBT or MCT thinned to 0 μm are then performed. The highest temperature step is a 1100-1200 ° C. anneal that diffuses boron to form a deep junction to the field termination. This hot step diffuses the N + buffer, which in turn increases the thickness of the N + buffer. With proper design and annealing temperature steps, IGBTs or MOSFETs with N + buffer concentrations higher than P + emitter concentrations can be fabricated.

【0082】 P+バッファ濃度よりも高いN+バッファ濃度を得るための一つのアプローチ
は、図18に示されるように、かなり厚い(10μm)のP型エピタキシャル層
を約1×1017cm−3のドーパント濃度を用いてP+基板上で成長させるこ
とである。N+バッファが予め接合された面に打込まれた低濃度N型基板は、P 型エピタキシャル面に直接ボンディングされる。P型エミッタ注入効率に対する
有効ドーパント濃度は、P+基板ドーパント濃度ではなく、P型エピタキシャル 層ドーパント濃度である。
One approach to obtaining a higher N + buffer concentration than the P + buffer concentration is to add a rather thick (10 μm) P-type epitaxial layer to a dopant concentration of about 1 × 10 17 cm −3 , as shown in FIG. Growing on a P + substrate using concentration. The low-concentration N-type substrate with the N + buffer implanted on the previously bonded surface is directly bonded to the P-type epitaxial surface. The effective dopant concentration for P-type emitter implantation efficiency is the P-type epitaxial layer dopant concentration, not the P + substrate dopant concentration.

【0083】 P+バッファ濃度よりも高いN+バッファ濃度を得るための更に別のアプロー
チは、図18に示されるように、かなり厚い(10μm〜20μm)のP型エピ
タキシャル層を約1×1017cm−3のドーパント濃度を用いてP+基板上で
成長させることである。このエピタキシャル成長の後に、N+バッファのエピタ
キシャル成長と、最後のNベース層のエピタキシャル成長が続けられる。エピタ
キシャル成長は、非常に高温のプロセスであるため、薄いN+バッファを得るこ
とは困難であり、かくして、N+バッファ濃度がP+エミッタ濃度よりも高いと
いう条件を実現することが困難である。P型エミッタ注入効率に対する有効ドー
パント濃度は、P+基板ドーパント濃度ではなく、P型エピタキシャル層ドーパ ント濃度である。
Still another approach to obtaining an N + buffer concentration higher than the P + buffer concentration is to add a rather thick (10 μm-20 μm) P-type epitaxial layer to about 1 × 10 17 cm , as shown in FIG. Growth on a P + substrate using a dopant concentration of 3 . This epitaxial growth is followed by an N + buffer epitaxial growth and a final N base layer epitaxial growth. Since epitaxial growth is a very high temperature process, it is difficult to obtain a thin N + buffer, and thus it is difficult to achieve the condition that the N + buffer concentration is higher than the P + emitter concentration. The effective dopant concentration for P-type emitter implantation efficiency is not the P + substrate dopant concentration, but the P-type epitaxial layer dopant concentration.

【0084】 本発明の別の局面は、IGBT及びMCTの直接ボンディング界面付近に横方
向に局在化するライフタイムキリングに関係する。図19の装置170に概略的
に示されるように、ライフタイムキリング打込み物175を横方向及び縦方向に
局在化させることは有利である。装置170は、概略的に示された界面173で
下側基板171に接合された上側基板172から形成される。下側基板171は
、たとえば、N+ドープト部176と、Nドープト部177とを有する。本例の
場合、フォトリソグラフィステップ(又は金属メッシュ)が高エネルギープロト
ン(または、ライフタイムキリング打込み、欠陥生成技術、あるいは、遷移金属
拡散)を決めるため使用され、ある領域まで横方向に制限される。ライフタイム
キリングを有する電力装置の領域は、多数の注入キャリアが、アノードからカソ
ードへの移動ではなく、ライフタイムキリング領域で再結合するので、典型的に
、高い順方向電圧を有する。イオン打込みされたライフタイムキリングを横方向
に制限することによって、キャリアがアノードからカソードに移動する間に再結
合しない装置170の領域が得られるので、装置のこの部分は低い(又は理想的
)順方向電圧を有する。
Another aspect of the invention relates to lifetime killing that is laterally localized near the direct bonding interface of the IGBT and MCT. It is advantageous to localize the lifetime killing implant 175 laterally and longitudinally, as shown schematically in the apparatus 170 of FIG. The device 170 is formed from an upper substrate 172 bonded to a lower substrate 171 at an interface 173 shown schematically. Lower substrate 171 has, for example, N + doped portion 176 and N doped portion 177. In this example, a photolithography step (or metal mesh) is used to determine high energy protons (or lifetime killing implants, defect generation techniques, or transition metal diffusion) and is laterally confined to a region. . Regions of the power device with lifetime killing typically have a high forward voltage because a large number of injected carriers recombine in the lifetime killing region rather than moving from the anode to the cathode. By laterally limiting the implanted lifetime killing, this portion of the device is ordered in a low (or ideal) order, as it provides an area of the device 170 that does not recombine while carriers move from anode to cathode. It has a directional voltage.

【0085】 ベース層にある少数キャリアは、典型的に、エミッタ・ベース接合まで拡散す
ることによって、或いは、再結合中心まで拡散することによって、ベース層から
取り除かれる。ライフタイムキリング打込み物175は横方向に画定され、ベー
ス内の少数キャリアは横方向に短ライフタイム再結合領域まで拡散する。約10
μmの厚さのレジストを約3μmの形状サイズまでフォト画定することができる
ので、ライフタイムキリング領域は、予め接合された界面から約10μmに埋め
込まれ、横方向に約10μmずつ離間した直径2乃至3μmの円形ライフタイム
キリング領域175の格子を含む(10μm間隔に設けられた2乃至3μm幅の
平行線はオプションである)。再合成のため少数キャリアが横方向に移動知なけ
ればならない有効距離は約5μmである。このように距離が短いため、再結合時
間は短い。したがって、ライフタイムキリングが横方向に制限される場合、注入
PN接合面積の大部分はライフタイムキリングがなく、略理想的なターンオフ時
間が実現されると共に、少数キャリアが横方向に再合成することによって高速タ
ーンオフ時間も実現される。
The minority carriers in the base layer are typically removed from the base layer by diffusing to the emitter-base junction or by diffusing to the recombination center. The lifetime killing implant 175 is laterally defined and minority carriers in the base diffuse laterally to the short lifetime recombination region. About 10
Since a μm thick resist can be photo-defined to a feature size of about 3 μm, the lifetime killing region is buried about 10 μm from the pre-bonded interface and has a diameter of 2 to 10 μm laterally spaced by about 10 μm. Includes a grid of 3 μm circular lifetime killing regions 175 (2 to 3 μm wide parallel lines at 10 μm intervals are optional). The effective distance over which minority carriers must move in the lateral direction for recombining is about 5 μm. Because of this short distance, the recombination time is short. Therefore, when the lifetime killing is limited in the lateral direction, most of the injected PN junction area does not have the lifetime killing, a substantially ideal turn-off time is realized, and the minority carriers are recombined in the lateral direction. As a result, a fast turn-off time is also realized.

【0086】 シリコン中のヘリウムイオン打込みダメージの大部分は、400乃至600℃
の温度範囲のアニールの期間にアニールされないことが実証された。したがって
、この打込みライフタイムキリングダメージは、低温ボンディングアニールの後
まで残る。
Most of helium ion implantation damage in silicon is 400 to 600 ° C.
Is not annealed during the annealing in the temperature range. Therefore, the implantation lifetime killing damage remains until after the low-temperature bonding annealing.

【0087】 上記のライフタイムキリングを横方向に制限する技術は、PNダイオードのよ
うな非接合型装置と同様の利点が得られる。ダイオードは低順方向電圧を有する
ことが望ましいので、大部分のダイオード面積がライフタイムキリングを含まな
いことが望ましい。また、高速ターンオフ時間を実現することが望ましい。ダイ
オードに蓄積された電荷の大部分はPN接合付近にあるので、望ましくは、横方
向に制限されたライフタイムキリング領域(高エネルギーヘリウム打込みによっ
て打込まれた可能性がある)はPN接合からN型ベースの中へ約4μm乃至8μ
mのところにある。横方向に約10μmずつ離間したライフタイムキリング領域
は、その面積の中の殆どの部分にライフタイムキリングが存在しないが、キャリ
アが横方向に再結合するように約5μmだけ横方向に拡散することを許容するこ とによって、高速ターンオフ時間を実現する。横方向に制限されたライフタイム
キリングは、P+エミッタアノードがカソード側でIGBT又はMCT装置構造
体の裏面に形成される薄膜IGBTと同様の効果を奏する。
The technique for limiting the lifetime killing in the lateral direction has the same advantages as a non-junction type device such as a PN diode. Since diodes preferably have a low forward voltage, it is desirable that most diode areas do not include lifetime killing. It is also desirable to achieve a fast turn-off time. Since the majority of the charge stored in the diode is near the PN junction, a laterally limited lifetime killing region (possibly driven by a high energy helium implant) is preferably Approximately 4μm to 8μ into the mold base
m. A lifetime killing region spaced apart by about 10 μm in the lateral direction has almost no lifetime killing in its area, but the carrier is diffused laterally by about 5 μm so that carriers recombine in the lateral direction. By realizing a fast turn-off time. The laterally limited lifetime killing has the same effect as a thin film IGBT where the P + emitter anode is formed on the back side of the IGBT or MCT device structure on the cathode side.

【0088】 IGBT及びMCTの場合、ライフタイムキリングがN+バッファ付近若しく
はN+バッファ内に存在することが望ましい。パンチスルーIGBTを製作する
共通アプローチは、P+基板上でN+バッファ及びN−バース層をエピタキシャ
ル成長させる。カソード付近にあるIGBT若しくはMCTの拡散及びMOSF
ET制御装置のための処理ステップが実行される。(典型的に、1000℃より
も高い)高温のエピタキシャル層成長のため、プロトン若しくはHE打込み、又
は、遷移金属拡散のようなライフタイムキリングは、典型的に、エピタキシャル
成長の後に行われる。数種類のイオン打込みキリング技術が存在するが、高温エ
ピタキシャル成長後に少数キャリア再合成中心として残らない。これらのライフ
タイムキリング技術の重要な要件は、良質のエピタキシャル層が成長し得るよう
に、イオン打込みによってエピタキシャル層が成長する表面に欠陥を生ずること
である。一つの技術は、表面から約0.5μm下に埋め込まれるように十分なエ ネルギーで、かつ、基板が加熱されたときにHeガスが膨張し、シリコン面の下
にバブルを生成するように十分な量(1×1016cm−3)でHeイオンを打
込むことである。これらのバブルはエピタキシャル層成長後まで残る。バブルの
シリコン側の壁は、遷移金属の析出中心、及び、少数キャリアの再合成中心とし
て作用する。ライフタイムキリングを横方向に局在化させるアプローチは、フォ
トリソグラフィ的に画定されたレジストマスキング層を使用し、その結果として
、He打込み物が2乃至3μm径の円形ライフタイムキリング領域のグリッドを
画定し得ることである。このライフタイムキリング領域は、エピタキシャル層が
成長させられる表面から約0.5μm下に埋め込まれ、横方向に約10乃至20 μmずつ離間している。2乃至3μm幅の平行線は、オプションとして10乃至 20μmずつ離間する。エピタキシャル層及び横方向ライフタイムキリングを形 成、成長させるプロセスは、以下の通りである。 1.厚さ約10μmのN+バッファと10μmのNベース層とを含むエピタキシ
ャル層をP+基板上で成長させる。 2.横方向に局在化されたHe打込み物のための領域を画定するフォトリソグラ
フィステップを実行する。 3.He打込みを実行する。 4.シリコンにバブルを生成するため加熱する。 5.残りのNベースエピタキシャル層を成長させる。
In the case of IGBTs and MCTs, it is desirable that lifetime killing exists near or within the N + buffer. A common approach to fabricating punch-through IGBTs is to epitaxially grow an N + buffer and N- berth layer on a P + substrate. Diffusion of IGBT or MCT near the cathode and MOSF
Processing steps for the ET controller are performed. For high temperature epitaxial layer growth (typically above 1000 ° C.), lifetime killing such as proton or HE implantation or transition metal diffusion is typically performed after epitaxial growth. Although there are several types of ion implantation killing techniques, they do not remain as minority carrier recombination centers after high temperature epitaxial growth. An important requirement of these lifetime killing techniques is that ion implantation causes defects on the surface on which the epitaxial layer is grown so that a good quality epitaxial layer can be grown. One technique is that the energy is sufficient to be buried about 0.5 μm below the surface and that the He gas expands when the substrate is heated, creating bubbles below the silicon surface. He ions are implanted in an appropriate amount (1 × 10 16 cm −3 ). These bubbles remain until after the epitaxial layer growth. The silicon side wall of the bubble acts as a transition metal deposition center and a minority carrier resynthesis center. An approach for laterally localizing lifetime killing uses a photolithographically defined resist masking layer, so that the He implant defines a grid of circular lifetime killing regions of 2-3 μm diameter. It is possible to do. The lifetime killing region is buried about 0.5 μm below the surface on which the epitaxial layer is grown, and is laterally spaced apart by about 10 to 20 μm. Parallel lines of 2-3 μm width are optionally separated by 10-20 μm. The process for forming and growing the epitaxial layer and lateral lifetime killing is as follows. 1. An epitaxial layer including an N + buffer having a thickness of about 10 μm and an N base layer having a thickness of 10 μm is grown on a P + substrate. 2. Perform a photolithography step that defines an area for the laterally localized He implant. 3. He implantation is performed. 4. Heat to generate bubbles in silicon. 5. Grow the remaining N-based epitaxial layers.

【0089】 或いは、別のプロセスは以下のステップを含む。 1.20μmのNベースエピタキシャル層を成長させ、N+バッファ用の打込み
砒素を被覆し、He打込みのためのフォトリソグラフィステップを実行し、He
打込みを実行し、加熱し、残りのNベースエピタキシャル層を成長させる。 2.上記He打込みと同じ方法で使用できる他のイオン打込みライフタイムキリ
ング核は、以下の通りである。 a)シリコン面の下側に埋め込まれ、再合成中心として作用する酸素析出物を生
成するための酸素打込み物。酸素析出物を生成するためのアニールには、典型的
に、析出物を核化する650℃の長時間アニールと、析出物を成長させる950
℃のアニールと、場合によっては、積層欠陥を成長させる1100℃のアニール
とが含まれる。高密度の酸素を生成するため典型的に要求されるイオン打込み量
は、典型的に、約1×1015cm−3未満であり、バブルを生じさせるHe打
込みの場合のように表面を粗くしない。 b)基板の下側に炭素析出を生じる炭素打込み物。 c)エピタキシャル層が成長させられる表面の下側に埋め込まれた順応しない転
位の横方向領域を生成するGe打込み物。 d)ある種の場合には、事前にエピタキシャル成長したライフタイムキリングの
横方向以外に局在化されたキリング領域が望ましい。
Alternatively, another process includes the following steps. 1. grow a 20 μm N-based epitaxial layer, cover implanted arsenic for N + buffer, perform photolithography step for He implant,
Perform the implant, heat, and grow the remaining N-based epitaxial layer. 2. Other ion implantation lifetime killing nuclei that can be used in the same manner as the He implantation described above are as follows. a) Oxygen implant to produce oxygen precipitates embedded below the silicon surface and acting as recombination centers. Annealing to produce oxygen precipitates typically involves a long anneal at 650 ° C. to nucleate the precipitate and a 950 to grow the precipitate.
C. anneals and, in some cases, 1100 C. anneals to grow stacking faults. The ion implantation dose typically required to produce a high density of oxygen is typically less than about 1 × 10 15 cm −3 and does not roughen the surface as in the case of He implants that create bubbles. . b) Carbon implants that produce carbon deposition on the underside of the substrate. c) Ge implants that create lateral regions of unadapted dislocations embedded below the surface on which the epitaxial layer is grown. d) In some cases, a localized killing region other than the lateral direction of the lifetime killing epitaxially grown in advance is desirable.

【0090】 以下の説明は、1)装置のアノード側でP型ボディ付近にあるN+バッファと
、2)両面電力装置のための順方向電圧に対する正の温度係数と、3)ボンディ
ング前に研磨する必要のない薄型アノード側及びカソード側装置を形成するため
の絶縁膜上シリコン(SOI)基板の使用法と、4)薄型電力装置層を形成する
電気化学的エッチングとを実現する別のアプローチに関係する。
The following description is based on 1) an N + buffer near the P-type body on the anode side of the device, 2) a positive temperature coefficient for forward voltage for double-sided power devices, and 3) polishing before bonding. Relating to the use of silicon-on-insulator (SOI) substrates to form thin anode-side and cathode-side devices that are not needed, and 4) another approach to achieving electrochemical etching to form thin power device layers I do.

【0091】 多数の電力スイッチングアプリケーションは、順方向阻止動作だけを必要とし
、逆方向阻止動作を必要としない。この場合、能動装置構造体及び電界終端は、
高破壊電圧を実現するため装置のカソード側で要求されるが、低破壊電圧装置だ
けが装置のアノード側で要求される。この場合、屡々、Nベースに蓄積された正
孔電荷の大部分がN+バッファ内若しくはN+バッファ付近にあるので装置の所
定の全体的な厚さに対しより高い破壊電圧を実現するため、並びに、上述の電流
利得に対する負の温度係数を実現するため装置のアノード側でP型エミッタ付近
にN+バッファを配置することが望ましい。
Many power switching applications require only forward blocking operation and do not require reverse blocking operation. In this case, the active device structure and the electric field termination are:
While a high breakdown voltage is required on the cathode side of the device, only a low breakdown voltage device is required on the anode side of the device. In this case, often to achieve a higher breakdown voltage for a given overall thickness of the device, since the majority of the hole charge stored in the N base is in or near the N + buffer, and It is desirable to place an N + buffer near the P-type emitter on the anode side of the device to achieve the negative temperature coefficient for the current gain described above.

【0092】 両側装置にN+バッファを実現する原理的な方法は、基板が処理された後、直
接ボンディングを行う。従来の両面半導体処理を用いて製造された電力スイッチ
ング装置を実現するため適当な幾つかの方法がある。
The principle method of realizing an N + buffer in the two-sided device is to perform direct bonding after the substrate is processed. There are several suitable methods for implementing a power switching device manufactured using conventional double-sided semiconductor processing.

【0093】 エピタキシャル成長は、アノード側能動装置が製作される前に、アノード側基
板上で使用される。このアプローチでは、図20に示されるように、N−ベース
層182と、N+バッファ層181と、最後に下側のドープトN層とを有するエ
ピタキシャル層は、浮遊ゾーンN型基板183上で成長する。一部の場合に、二
つのドーピング濃度バッファは頑強性のため望ましい。二つのドーピング濃度バ
ッファは、幅広い低ドーピング濃度N型バッファ及び薄型N+バッファのエピタ
キシャル成長を含む。N+バッファ層は、一般的に、上面から2 μm乃至20μmの場所に設けられる。装置のアノード側に設置されたMOSF
ET電流制御装置は、図示されているようにP型ボディ185内に製作され得る
。Pボディは、装置のカソード側でP型ボディエミッタと、N+バッファ/N型
ベースと、P型コレクタとにより構成されるPNP型バイポーラトランジスタの
エミッタを形成する。
[0093] Epitaxial growth is used on the anode-side substrate before the anode-side active device is fabricated. In this approach, an epitaxial layer having an N- base layer 182, an N + buffer layer 181, and finally a lower doped N layer is grown on a floating zone N-type substrate 183, as shown in FIG. . In some cases, two doping concentration buffers are desirable for robustness. Two doping buffers include epitaxial growth of a wide low doping N-type buffer and a thin N + buffer. The N + buffer layer is generally provided at a position of 2 μm to 20 μm from the upper surface. MOSF installed on the anode side of the device
The ET current controller can be fabricated in a P-type body 185 as shown. The P-body forms the emitter of a PNP-type bipolar transistor consisting of a P-type body emitter, an N + buffer / N-type base and a P-type collector on the cathode side of the device.

【0094】 上記のN+バッファを含む両面電力装置を製造するため使用される直接ボンド
方式は、図21に示されるように、上述の通りアノード側基板を製作し、約10
μm乃至200μmまで薄膜化し、基板を研磨、洗浄し、基板を水素終端化し、
薄膜化され研磨されたカソード基板190に直接接合する。直接ボンド方式は、
アノード側基板180のN型基板濃度が、2ステップN型バッファのより低濃度
のN型バッファの所望の濃度をもつことによって、上述の2ステップのNバッフ
ァを形成する。アノード側電流制御装置付近にある両面電力装置は、上述のエピ
タキシャル成長によって製造されるが、直接ウェーハボンド技術の代わりに、両
面半導体処理を用いてもよい。
The direct bonding method used to manufacture the double-sided power device including the N + buffer described above, as shown in FIG.
μm to 200 μm thin, polishing and cleaning the substrate, hydrogen termination of the substrate,
It is directly bonded to the thinned and polished cathode substrate 190. The direct bond method is
The N-type substrate concentration of the anode-side substrate 180 has the desired concentration of the lower concentration N-type buffer of the two-step N-type buffer, thereby forming the above-described two-step N-buffer. The double-sided power device near the anode-side current controller is manufactured by the above-described epitaxial growth, but a double-sided semiconductor process may be used instead of the direct wafer bonding technique.

【0095】 リンの高エネルギー打込みは、図22に示されるように基板180’のN+バ
ッファ領域181’を形成するため使用される。基板180’の他の部分は、図
20及び21に示された部分と同様であるため、これ以上の説明は行わない。
A high energy implant of phosphorus is used to form the N + buffer region 181 ′ of the substrate 180 ′ as shown in FIG. The other parts of the substrate 180 'are the same as the parts shown in FIGS. 20 and 21, and will not be described further.

【0096】 両面電力装置の順方向電圧に対する正の温度係数は、上述の通り、P型ボディ
エミッタ濃度よりも高いN+バッファ濃度を与えることによって獲得される。こ
の場合、一般的に、図24のアノード側基板200に示されるように、N+バッ
ファ層210を、P型ボディ202の隣又は近傍に設けることが望ましい。図2
5では、かくして形成されたアノード側基板200を例示されたカソード側基板
210に直接ボンディングされる。
A positive temperature coefficient for the forward voltage of a double-sided power device is obtained by providing a higher N + buffer concentration than a P-type body emitter concentration, as described above. In this case, it is generally desirable to provide the N + buffer layer 210 next to or near the P-type body 202, as shown in the anode-side substrate 200 in FIG. FIG.
At 5, the anode-side substrate 200 thus formed is directly bonded to the illustrated cathode-side substrate 210.

【0097】 N+バッファを実現する別のアプローチは、絶縁膜上シリコン(SOI)技術
を使用することである。このアプローチでは、N+バッファ21を形成するN+
イオン打込みは、図26の上部に示されるようなアノード側基板220の一方の
面で行われる。その後、この基板220は、図26の下部に示されるようにSO
I基板225を形成するため、表面に酸化膜226が設けられたシリコン基板2 27にボンディングされる。次に、アノード側基板220の能動装置部分が、図 26の上部に示されるように製作される。両面電力装置を形成するため直接ボン
ディングの前に、シリコン基板及びSOI層は、ウェーハの前面を保護し、酸化
膜の内部に50μmまで研削し、シリコンを化学エッチングし、酸化膜でエッチ
ングを停止し、最終的に酸化膜を化学エッチングすることによって取り除かれる
。SOI基板の利点は、表面粗さが十分に小さくされ、その結果として、研磨動
作が不要になることである。図27に示されるように、予め製作されたアノード
側基板220は、予め製作されたカソード側基板230に直接ボンディングされ
得る。イオン打込みされたN+バッファは、予め製作された超薄型アノード側基
板の予め接合された面内に形成される。アノード側基板のPボディ付近にN+バ
ッファ層を形成するアプローチにおいて、N+イオン打込みは、アノード側基板 若しくはカソード側基板のいずれか一方の予め接合された面の中の一面に行われ
る。アノード側基板は、Pボディ付近にN+バッファを形成するため、約3μm
乃至20μmの厚さであることが一般的に望ましい。超薄型アノード側基板は、
研削、研磨、水素イオン打込み層分割、及び、電気化学エッチストップと研磨に
よる直前で説明したSOIアプローチによって実現され得る。
Another approach to implementing an N + buffer is to use silicon-on-insulator (SOI) technology. In this approach, the N + buffer 21
The ion implantation is performed on one surface of the anode-side substrate 220 as shown in the upper part of FIG. Thereafter, the substrate 220 is placed on SO 2 as shown in the lower part of FIG.
In order to form the I-substrate 225, it is bonded to a silicon substrate 227 provided with an oxide film 226 on the surface. Next, the active device portion of the anode-side substrate 220 is fabricated as shown in the upper part of FIG. Prior to direct bonding to form a double-sided power device, the silicon substrate and SOI layer protect the front side of the wafer, grind the interior of the oxide to 50 μm, chemically etch the silicon, and stop etching at the oxide. Finally, the oxide film is removed by chemical etching. An advantage of an SOI substrate is that the surface roughness is made sufficiently small, so that a polishing operation is not required. As shown in FIG. 27, the pre-fabricated anode-side substrate 220 can be directly bonded to the pre-fabricated cathode-side substrate 230. The ion-implanted N + buffer is formed in a pre-bonded surface of a pre-fabricated ultra-thin anode-side substrate. In the approach of forming an N + buffer layer near the P body of the anode substrate, the N + implant is performed on one of the pre-bonded surfaces of either the anode substrate or the cathode substrate. The anode side substrate is about 3 μm in order to form an N + buffer near the P body.
It is generally desirable for the thickness to be between 20 and 20 μm. The ultra-thin anode side substrate is
Grinding, polishing, hydrogen ion implantation layer splitting, and electrochemical etch stop and polishing can be implemented by the SOI approach just described.

【0098】 薄型アノード側基板は、上述のように、P型基板上でN型ベース層、N+バッ
ファ、N型ベース層をエピタキシャル成長させ、アノード側能動装置を形成する
ことにより作成される。電気化学エッチストップアプローチの場合、典型的に、
P型基板は、PN接合欠乏層内でエッチストッピングでエッチングされる。かく
して、能動側基板が形成される。一般的に必要なことは、カソード側基板に直接
ボンディングできるように十分小さい表面粗さを得るため基板が研磨されること
である。電気化学エッチストップ技術は、ウェーハの前面を保護したまます装置
の前面に電気接点を製作する方法を必要とする。潜在的なアプローチは、導電性
ポリマーを用いて両方の機能を実行する。
As described above, the thin anode-side substrate is formed by epitaxially growing an N-type base layer, an N + buffer, and an N-type base layer on a P-type substrate to form an anode-side active device. In the case of an electrochemical etch stop approach, typically
The P-type substrate is etched by etch stopping in the PN junction depletion layer. Thus, an active substrate is formed. What is generally needed is that the substrate be polished to obtain a sufficiently small surface roughness so that it can be directly bonded to the cathode-side substrate. Electrochemical etch stop technology requires a method of making electrical contacts on the front of the device that protects the front of the wafer. A potential approach uses a conductive polymer to perform both functions.

【0099】 両面電源装置を形成するため直接ボンディングを行う薄型基板を製作する別の
SOIアプローチは、SOI基板の上部シリコン層に両面電源装置の一面又は両
面を製作し、基板及び酸化膜を取り除き、装置を形成するため二つの予め製作さ
れた基板を直接ボンディングする。このアプローチの主要な利点は、直接ボンデ
ィングの前に予め接合された面を研磨する必要が無いことである。両面電力装置
を直接ボンディングするSOIアプローチは、N+バッファが含まれるかどうか
とは無関係に有効であり、片面IGBT若しくはMCT装置だけを形成する場合
でも有効である。SOI基板を形成する際に、典型的なプロセスは、小さい表面
粗さ(<1nm)の酸化面を直接ボンディングし、シリコンウェーハの表面仕上
げをシリコンハンドル基板まで進める。したがって、埋め込み酸化膜に隣接した
シリコン面の表面粗さは小さい。両面電力装置を形成するためSOI基板を使用
するアプローチは、上部シリコン層を、一般的に、約3乃至100μmの厚さの
範囲の所望の厚さまで研磨し、上部シリコン層に電力スイッチング装置を製作し
、シリコンハンドル基板を取り除き、酸化膜を取り除き、潜在的に予め接合sれ
た面にイオン打込みを行い、両面電力スイッチング装置を形成するため予め製作
された2枚の基板を直接ボンディングする。このプロセスは、図28及び29を
参照してより明瞭に示される。図28において、アノード側基板230はSOI
基板240に接合され、図29において、SOI基板が取り除かれた後、アノー
ド側基板230はカソード側基板250に接合される。
Another SOI approach to making a thin substrate with direct bonding to form a double-sided power supply is to fabricate one or both sides of a double-sided power supply in the upper silicon layer of the SOI substrate, remove the substrate and oxide, Two prefabricated substrates are directly bonded to form a device. The main advantage of this approach is that there is no need to polish the pre-bonded surface before direct bonding. The SOI approach of directly bonding a double-sided power device is effective regardless of whether an N + buffer is included or not, even when only a single-sided IGBT or MCT device is formed. In forming an SOI substrate, a typical process is to directly bond an oxidized surface with a small surface roughness (<1 nm) and advance the surface finish of the silicon wafer to the silicon handle substrate. Therefore, the surface roughness of the silicon surface adjacent to the buried oxide film is small. An approach using an SOI substrate to form a double-sided power device is to polish the top silicon layer to a desired thickness, typically in the range of about 3 to 100 μm, to fabricate a power switching device on the top silicon layer. Then, the silicon handle substrate is removed, the oxide film is removed, and the potentially pre-bonded surface is ion implanted, and the two prefabricated substrates are directly bonded to form a double-sided power switching device. This process is more clearly illustrated with reference to FIGS. In FIG. 28, the anode-side substrate 230 is made of SOI
29, the anode-side substrate 230 is joined to the cathode-side substrate 250 after the SOI substrate is removed in FIG.

【0100】 当業者には容易に理解されるように、3枚以上の基板を接合することも望まし
い。たとえば、一部の高圧電力装置は、シリコン基板の厚さが2mmであること
を要求する。このシリコン基板はかなり厚い基板であり、厚さが0.5mmの4
枚の基板を一つに接合することにより形成され、上側基板及び下側基板は、本発
明に従ってボンディングされる前に予め処理されている。
As will be readily appreciated by those skilled in the art, it is also desirable to bond more than two substrates. For example, some high voltage power devices require a silicon substrate thickness of 2 mm. This silicon substrate is a considerably thick substrate, and has a thickness of 0.5 mm.
The upper and lower substrates are formed by bonding two substrates together and have been pre-treated before bonding according to the present invention.

【0101】 半導体装置の一実施例は、横方向拡張半導体ベースと、ベースに隣接し第1導
電型ドーパントを有するバッファと、バッファに隣接しベースの反対側にあり、
第2導電型ドーパントを有する横方向拡張エミッタとを含む。バッファは、装置
の電流利得に対する負の温度係数と、順方向電圧に対する正の温度係数とを与え
るため、比較的薄く、隣接したエミッタ部の第2導電型ドーパント濃度よりも高
い第1導電型ドーパント濃度を有する。バッファは、シリコン若しくはゲルマニ
ウムである。低温ボンディングされた界面は、エミッタとバッファの間、若しく
は、バッファとベースの間にある。装置の別の実施例は、逆極性にドープされた
第1の横方向拡張部分と第2の横方向拡張部分の間に横方向拡張局在化ライフタ
イムキリング部分を含む。局在化ライフタイムキリング部分は、複数の横方向に
制限され、横方向に間隔が設けられたライフタイムキリング領域を含む。別の装
置は一つ以上のPN接合を含む。
One embodiment of the semiconductor device is a laterally extended semiconductor base, a buffer adjacent to the base and having a first conductivity type dopant, and adjacent to the buffer and opposite the base;
A laterally extending emitter having a second conductivity type dopant. The buffer is relatively thin and has a first conductivity type dopant concentration higher than the second conductivity type dopant concentration of the adjacent emitter section to provide a negative temperature coefficient for the device current gain and a positive temperature coefficient for the forward voltage. Has a concentration. The buffer is silicon or germanium. The low temperature bonded interface is between the emitter and the buffer or between the buffer and the base. Another embodiment of the device includes a laterally extended localized lifetime killing portion between the first and second laterally doped oppositely doped portions. The localized lifetime killing portion includes a plurality of laterally-limited, laterally spaced lifetime killing regions. Another device includes one or more PN junctions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による半導体装置製造方法のフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention.

【図2】 本発明に従って処理された基板の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate processed according to the present invention.

【図3】 本発明に従って処理された基板の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a substrate processed according to the present invention.

【図4】 本発明に従って処理された基板の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate processed according to the present invention.

【図5】 本発明に従って処理された基板の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a substrate processed according to the present invention.

【図6】 本発明に従って、図2乃至5に示されたステップを用いて製造されたIGBT
の断面図である。
FIG. 6 shows an IGBT manufactured using the steps shown in FIGS.
FIG.

【図7】 N−N疎水性接合型ウェーハの抵抗特性をアニール温度の関数として表すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing the resistance characteristics of an NN hydrophobic bonded wafer as a function of annealing temperature.

【図8】 400℃でアニールされたN−N疎水性接合型ウェーハに対する抵抗とダイ面
積の逆数との関係を表し、期待抵抗値が実線で示されたグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the resistance and the reciprocal of the die area for an NN hydrophobic bonded wafer annealed at 400 ° C., and the expected resistance value is indicated by a solid line.

【図9】 400℃でアニールされたP−P疎水性接合型ウェーハに対する抵抗とダイ面
積の逆数との関係を表し、期待抵抗値が実線で示されたグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the resistance and the reciprocal of the die area for a PP hydrophobic bonded wafer annealed at 400 ° C., and the expected resistance value is indicated by a solid line.

【図10】 疎水性接合P型及びN型シリコンウェーハから製作された20個のダイオード
に対する順方向及び逆方向の電流・電圧特性のグラフである。
FIG. 10 is a graph of forward and reverse current-voltage characteristics for 20 diodes manufactured from hydrophobic junction P-type and N-type silicon wafers.

【図11】 疎水性接合PN接合のダイオード面積の関数としてダイオード理想特性と順方
向バイアスの関係を表すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between diode ideal characteristics and forward bias as a function of the diode area of a hydrophobic junction PN junction.

【図12】 400℃でアニールされた疎水性接合型ウェーハの接合(ボンド)強度をアニ
ール時間の関数として表し、点線がソーイング及びプロセッシングのため必要な
800ergs/cmを示し、実線がA+Blog(x)への最小二乗平均当
てはめを示すグラフである。
FIG. 12 shows the bond strength of a hydrophobic bonded wafer annealed at 400 ° C. as a function of annealing time, with the dotted line indicating 800 ergs / cm 2 required for sawing and processing, and the solid line as A + Blog (x 4 is a graph showing a least-mean-square fit to ().

【図13】 本発明に従って2枚の基板の間のボンディングPN接合領域の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a bonding PN junction region between two substrates according to the present invention.

【図14】 ボンド界面を通る電流の導通を切り換える縦型JFETを形成するため使用さ
れる直接ボンド界面のPN接合ペアの断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a PN junction pair of a direct bond interface used to form a vertical JFET that switches conduction of current through the bond interface.

【図15】 本発明による薄型N+SiGe層を含む直接ボンディッドIGBTの断面図で
ある。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a direct bonded IGBT including a thin N + SiGe layer according to the present invention.

【図16】 本発明による超薄型イオン打込み若しくはエピタキシャル成長N+バッファ層
を含む直接ボンディッドIGBTの断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a direct bonded IGBT including an ultra-thin ion implanted or epitaxially grown N + buffer layer according to the present invention.

【図17】 本発明によるIGBT若しくはMCTのN+バッファ層及びP型アノード付近
でドーピング濃度と距離の関係を表すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing a relationship between a doping concentration and a distance in the vicinity of an N + buffer layer and a P-type anode of an IGBT or MCT according to the present invention.

【図18】 本発明に従ってP基板上で成長したP型エピタキシャル層を更に含むN+バッ
ファ層及びP型エミッタアノード付近でドーピング濃度と距離の関係を表すグラ
フである。
FIG. 18 is a graph showing the relationship between doping concentration and distance near an N + buffer layer and a P-type emitter anode further including a P-type epitaxial layer grown on a P-substrate according to the present invention.

【図19】 本発明による局在化再結合領域が示されたボンド界面領域の断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of a bond interface region showing a localized recombination region according to the present invention.

【図20】 本発明に従ってN+バッファエピタキシャル層を含むアノード側基板の断面図
である。
FIG. 20 is a cross-sectional view of an anode-side substrate including an N + buffer epitaxial layer according to the present invention.

【図21】 更なる処理がなされ、カソード側基板に接合された図20に示されるようなア
ノード側基板の断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view of the anode-side substrate as shown in FIG. 20 that has been further processed and joined to the cathode-side substrate.

【図22】 本発明に従ってN+バッファ層を形成する高エネルギー打込みを例示するアノ
ード側基板の断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view of an anode side substrate illustrating a high energy implant to form an N + buffer layer according to the present invention.

【図23】 更なる処理がなされ、カソード側基板に接合された図22に示されるようなア
ノード側基板の断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the anode-side substrate as shown in FIG. 22 that has been further processed and joined to the cathode-side substrate.

【図24】 本発明に従ってPボディ拡散付近にN+バッファ層を含むアノード側基板の断
面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view of an anode-side substrate including an N + buffer layer near a P body diffusion according to the present invention.

【図25】 更なる処理がなされ、カソード側基板に接合された図24に示されるようなア
ノード側基板の断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of the anode-side substrate as shown in FIG. 24 that has been further processed and joined to the cathode-side substrate.

【図26】 本発明に従ってSOI基板に接合されたアノード側基板の断面図である。FIG. 26 is a sectional view of an anode-side substrate bonded to an SOI substrate according to the present invention.

【図27】 カソード側基板に接合された図26に示されるようなアノード側基板の断面図
である。
FIG. 27 is a cross-sectional view of the anode-side substrate as shown in FIG. 26 joined to the cathode-side substrate.

【図28】 本発明に従ってSOI基板に実装されたN+バッファ層及びベース浮遊ゾーン
を含むアノード側基板の断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view of an anode-side substrate including an N + buffer layer and a base floating zone mounted on an SOI substrate according to the present invention.

【図29】 更なる処理がなされ、カソード側基板に接合された図28に示されるようなア
ノード側基板の断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view of the anode-side substrate as shown in FIG. 28 that has been further processed and joined to the cathode-side substrate.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年3月9日(2000.3.9)[Submission date] March 9, 2000 (200.3.9)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項45】 第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第1の部分 と、 上記第1の部分の上にあり、第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第 2の部分と、 上記第2の部分の上にあり、第2導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第 3の部分と、 上記第1の部分の外面にある第1の能動制御装置と、 上記第3の部分の外面にある第2の能動制御装置とを含み、 上記第1の部分と上記第2の部分の一方は上記第3の部分のドーパント濃度よ りも高いドーパント濃度を有する、半導体装置。 A first portion extending laterally with 45. A first conductive type dopant, is on the first portion, a second portion extending laterally of the first conductivity type dopant, the A third laterally extending portion having a second conductivity type dopant overlying the second portion , a first active control device on an outer surface of the first portion, and an outer surface of the third portion; and a second active control unit in said one of the first portion and the second portion has a remote high dopant concentration by the dopant concentration in the third portion, the semiconductor device.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年1月9日(2001.1.9)[Submission date] January 9, 2001 (2001.1.9)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/336 H01L 29/78 658K 29/80 658H 29/80 V (31)優先権主張番号 09/036,815 (32)優先日 平成10年3月9日(1998.3.9) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),JP,KR (72)発明者 テンプル,ヴィクター キース アメリカ合衆国 ニューヨーク州 12065 クリフトン・パーク メイン・ストリー ト 962 (72)発明者 ニールソン,ジョン マニング セイヴィ ッジ アメリカ合衆国 ペンシルヴェニア州 19403 ノリスタウン イージプト・ロー ド 2620 (72)発明者 ホバート,カール アメリカ合衆国 メリーランド州 20772 アッパー・マールボロ クルーム・ロー ド 8610 Fターム(参考) 5F005 AA02 AA03 AB02 AB03 AC02 AD01 AE09 AF01 AF02 AG02 AH02 AH04 GA01 5F102 GB04 GC07 GD04 GD10 GJ02 GJ03 GJ10 GK02 GQ01 HC01 HC07 HC21 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/336 H01L 29/78 658K 29/80 658H 29/80 V (31) Priority claim number 09/036 , 815 (32) Priority date March 9, 1998 (1998.3.9) (33) Priority country United States (US) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK) (ES), ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), JP, KR (72) Inventor Temple, Victor Keith 12065 Clifton Park, New York, USA Main Street 962 (72) Inventor Neilson, John Manning Savage United States of America Pennsylvania 19403 Norista 2620 (72) Hobart, Carl Inventor Maryland, USA 20772 Upper Marlboro Croom Road 8610 F-term (reference) 5F005 AA02 AA03 AB02 AB03 AC02 AD01 AE09 AF01 AF02 AG02 AH02 AH04 GA01 5F102 GB04 GC07 GD04 GD10 GJ02 GJ03 GJ10 GK02 GQ01 HC01 HC07 HC21

Claims (178)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 横方向に拡がる横方向拡張半導体ベースと、 上記ベースに隣接し第1導電型ドーパントを有する横方向拡張バッファと、 上記バッファに隣接し上記ベースの反対側にあり、第2導電型ドーパントを有
する横方向拡張エミッタとを含み、 上記バッファは、装置の電流利得に対する負の温度係数と、順方向電圧に対す
る正の温度係数とを与えるため、比較的薄く、隣接したエミッタ部分の第2導電
型ドーパント濃度よりも高い第1導電型ドーパント濃度を有する、半導体装置。
A laterally extending semiconductor base extending laterally; a laterally extending buffer adjacent to the base and having a dopant of a first conductivity type; a laterally extending buffer adjacent to the buffer and opposite the base; A laterally extending emitter having a type dopant, wherein the buffer is relatively thin to provide a negative temperature coefficient for the current gain of the device and a positive temperature coefficient for the forward voltage of the device. A semiconductor device having a first conductivity type dopant concentration higher than a two conductivity type dopant concentration.
【請求項2】 上記ベースは上記バッファの第1導電型ドーパント濃度より
も低い第1導電型ドーパント濃度を有する請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said base has a first conductivity type dopant concentration lower than said first conductivity type dopant concentration of said buffer.
【請求項3】 上記バッファは約10ミクロン未満の厚さを有する請求項1
記載の半導体装置。
3. The buffer of claim 1, wherein said buffer has a thickness of less than about 10 microns.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 上記バッファは約200乃至500ナノメートルの範囲の厚
さを有する請求項1記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said buffer has a thickness in a range of about 200 to 500 nanometers.
【請求項5】 上記バッファのドーパント濃度は約3×1016cm−3
りも高い濃度である請求項1記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the dopant concentration of the buffer is higher than about 3 × 10 16 cm −3 .
【請求項6】 上記バッファのドーパント濃度は約1×1017cm−3
りも高い濃度である請求項1記載の半導体装置.
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the dopant concentration of the buffer is higher than about 1 × 10 17 cm −3 .
【請求項7】 上記ベースと上記エミッタの少なくとも一方はシリコンを含
む請求項1記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of said base and said emitter contains silicon.
【請求項8】 上記バッファはシリコンを含む請求項7記載の半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein said buffer contains silicon. 【請求項9】 上記バッファはゲルマニウムを含む請求項7記載の半導体装
置。
9. The semiconductor device according to claim 7, wherein said buffer contains germanium.
【請求項10】 上記エミッタと上記バッファの間にボンディングされたボ
ンディッド界面を更に有する請求項1記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a bonded interface bonded between said emitter and said buffer.
【請求項11】 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項
10記載の半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein said bonded interface contains substantially no oxide.
【請求項12】 上記バッファと上記ベースの間にボンディングされたボン
ディッド界面を更に有する請求項1記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a bonded interface bonded between said buffer and said base.
【請求項13】 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項
12記載の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein said bonded interface contains substantially no oxide.
【請求項14】 上記エミッタは、上記バッファに隣接したエピタキシャル
部分と、上記エピタキシャル部分の反対側の第2の部分とを含む請求項1記載の
半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 1, wherein said emitter includes an epitaxial portion adjacent to said buffer and a second portion opposite said epitaxial portion.
【請求項15】 上記ベースに出入りする電流フローを制御する手段を更に
有する請求項1記載の半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 1, further comprising means for controlling a current flow to and from the base.
【請求項16】 上記電流フローを制御する手段は少なくとも1個のMOS
FET電流制御装置を含む請求項15記載の半導体装置。
16. The means for controlling a current flow comprises at least one MOS transistor.
16. The semiconductor device according to claim 15, comprising a FET current control device.
【請求項17】 横方向に拡がる半導体ベースと、 上記ベースに隣接し第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がるバッファと
、 上記バッファに隣接し上記ベースの反対側にあり、第2導電型ドーパントを有
する横方向に拡がるエミッタと、 上記ベースと上記バッファの間、並びに、上記バッファと上記エミッタの間の
いずれか一方の間で横方向に拡がるボンディングされた界面とを含み、 上記バッファは、比較的薄く、隣接したエミッタ部分の第2導電型ドーパント
濃度よりも高い第1導電型ドーパント濃度を有し、 上記横方向に拡がるボンディングされた界面は実質的に酸化物を含まない、半
導体装置。
17. A laterally extending semiconductor base, a laterally extending buffer having a first conductivity type dopant adjacent to the base, and a second conductivity type dopant adjacent to the buffer and opposite the base. A laterally extending emitter having a bonded interface extending laterally between the base and the buffer, and between one of the buffer and the emitter. A semiconductor device having a first conductive type dopant concentration that is substantially thinner than a second conductive type dopant concentration of an adjacent emitter portion, and wherein the laterally extending bonded interface is substantially free of oxide.
【請求項18】上記ベースは上記バッファの第1導電型ドーパント濃度より
も低い第1導電型ドーパント濃度を有する請求項17記載の半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 17, wherein said base has a first conductivity type dopant concentration lower than said first conductivity type dopant concentration of said buffer.
【請求項19】 上記バッファのドーパント濃度は約1×1017cm−3 よりも高い濃度である請求項17記載の半導体装置.19. The semiconductor device according to claim 17, wherein the buffer has a dopant concentration higher than about 1 × 10 17 cm −3 . 【請求項20】 上記ベースと上記エミッタの少なくとも一方はシリコンを
含む請求項17記載の半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 17, wherein at least one of said base and said emitter contains silicon.
【請求項21】 上記バッファはシリコンを含む請求項20記載の半導体装
置。
21. The semiconductor device according to claim 20, wherein said buffer contains silicon.
【請求項22】 上記バッファはゲルマニウムを含む請求項20記載の半導
体装置。
22. The semiconductor device according to claim 20, wherein said buffer contains germanium.
【請求項23】 上記ベースに出入りする電流フローを制御する手段を更に
有する請求項17記載の半導体装置。
23. The semiconductor device according to claim 17, further comprising means for controlling a current flow into and out of said base.
【請求項24】 上記電流フローを制御する手段は少なくとも1個のMOS
FET電流制御装置を含む請求項23記載の半導体装置。
24. The means for controlling the current flow comprises at least one MOS
24. The semiconductor device according to claim 23, comprising a FET current control device.
【請求項25】 シリコンを含有する横方向に拡がる横方向拡張半導体ベー
スと、 上記ベースに隣接し第1導電型ドーパントを有しゲルマニウムを含有する横方
向拡張バッファと、 上記バッファに隣接し上記ベースの反対側にあり、第2導電型ドーパントを有
し、シリコンを含有する横方向拡張エミッタと、 上記ベースと上記バッファの間、並びに、上記バッファと上記エミッタの間の
いずれか一方の間で横方向に拡がるボンディングされた界面とを含み、 上記横方向に拡がるボンディングされた界面は実質的に酸化物を含まず、 上記バッファは、装置の電流利得に対する負の温度係数と、順方向電圧に対する
正の温度係数とを与えるため、比較的薄型である、半導体装置。
25. A laterally extending laterally extending semiconductor base containing silicon, a laterally extending buffer adjacent to the base and having a first conductivity type dopant and containing germanium, and adjacent to the buffer and adjacent to the base. A laterally extending emitter having a second conductivity type dopant and containing silicon, and a laterally extending emitter between the base and the buffer, and between the buffer and the emitter. A laterally extending bonded interface, wherein the laterally extending bonded interface is substantially free of oxide, and wherein the buffer has a negative temperature coefficient for device current gain and a positive for forward voltage. Semiconductor device that is relatively thin in order to provide a temperature coefficient of
【請求項26】 上記ベースは上記バッファの第1導電型ドーパント濃度よ
りも低い第1導電型ドーパント濃度を有する請求項25記載の半導体装置。
26. The semiconductor device according to claim 25, wherein the base has a first conductivity type dopant concentration lower than the first conductivity type dopant concentration of the buffer.
【請求項27】 上記バッファは約10ミクロン未満の厚さを有する請求項
25記載の半導体装置。
27. The semiconductor device according to claim 25, wherein said buffer has a thickness of less than about 10 microns.
【請求項28】 上記バッファは約200乃至500ナノメートルの範囲の
厚さを有する請求項25記載の半導体装置。
28. The semiconductor device according to claim 25, wherein said buffer has a thickness in a range of about 200 to 500 nanometers.
【請求項29】 上記エミッタと上記バッファの間にボンディングされたボ
ンディッド界面を更に有し、 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項25記載の半導体装
置。
29. The semiconductor device according to claim 25, further comprising a bonded interface bonded between said emitter and said buffer, wherein said bonded interface is substantially free of oxide.
【請求項30】 上記ベースに出入りする電流フローを制御する手段を更に
有する請求項25記載の半導体装置。
30. The semiconductor device according to claim 25, further comprising means for controlling a current flow into and out of said base.
【請求項31】 上記電流フローを制御する手段は少なくとも1個のMOS
FET電流制御装置を含む請求項30記載の半導体装置。
31. The means for controlling the current flow comprises at least one MOS
31. The semiconductor device according to claim 30, including a FET current control device.
【請求項32】 第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第1の部分
と、 上記第1の部分の上にあり、第2導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第
2の部分と、 上記第1の部分と上記第2の部分の間で、横方向に拡がる局在化ライフタイム
キリング部分とを含み、 上記局在化ライフタイムキリング部分は、横方向に制限され、横方向に離間し
た複数のライフタイムキリング領域を有する、半導体装置。
32. A laterally extending first portion having a first conductivity type dopant; a laterally extending second portion having a second conductivity type dopant overlying the first portion; A localized lifetime killing portion extending laterally between the first portion and the second portion, wherein the localized lifetime killing portion is laterally confined and laterally spaced apart; A semiconductor device having a plurality of lifetime killing regions.
【請求項33】 上記局在化ライフタイムキリング部分と上記第1の部分の
間に、ボンディングされたボンディッド界面が画成される、請求項32記載の半
導体装置。
33. The semiconductor device of claim 32, wherein a bonded bonded interface is defined between said localized lifetime killing portion and said first portion.
【請求項34】 上記ライフタイムキリング領域は、所定の距離だけ上記ボ
ンディッド界面から縦方向に離間している、請求項33記載の半導体装置。
34. The semiconductor device according to claim 33, wherein the lifetime killing region is vertically separated from the bonded interface by a predetermined distance.
【請求項35】 上記所定の距離は約10ミクロンである請求項34記載の
半導体装置。
35. The semiconductor device according to claim 34, wherein said predetermined distance is about 10 microns.
【請求項36】 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項
33記載の半導体装置。
36. The semiconductor device according to claim 33, wherein the bonded interface contains substantially no oxide.
【請求項37】 上記局在化ライフタイムキリング部分及び上記第2の部分
の間に、ボンディングされたボンディッド界面が画成される、請求項32記載の
半導体装置。
37. The semiconductor device according to claim 32, wherein a bonded bonded interface is defined between the localized lifetime killing portion and the second portion.
【請求項38】 上記ライフタイムキリング領域は、所定の距離だけ上記ボ
ンディッド界面から縦方向に離間している、請求項37記載の半導体装置。
38. The semiconductor device according to claim 37, wherein the lifetime killing region is vertically separated from the bonded interface by a predetermined distance.
【請求項39】 上記所定の距離は約10ミクロンである請求項38記載の
半導体装置。
39. The semiconductor device according to claim 38, wherein said predetermined distance is about 10 microns.
【請求項40】 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項
37記載の半導体装置。
40. The semiconductor device according to claim 37, wherein the bonded interface contains substantially no oxide.
【請求項41】 上記の各ライフタイムキリング領域は、欠陥と打込まれた
不純物の中の少なくとも一つを含む、請求項32記載の半導体装置。
41. The semiconductor device according to claim 32, wherein each of the lifetime killing regions includes at least one of a defect and an implanted impurity.
【請求項42】 上記の各ライフタイムキリング領域は、直径が約2乃至2
0ミクロンの円形領域を有し、 隣接した円形領域は約5乃至20ミクロンずつ離間されている、請求項32記
載の半導体装置。
42. Each of said lifetime killing regions has a diameter of about 2 to 2
33. The semiconductor device of claim 32, having a 0 micron circular area, wherein adjacent circular areas are separated by about 5 to 20 microns.
【請求項43】 上記の各ライフタイムキリング領域は、幅が約2乃至20 ミクロンである帯状領域を有し、 隣接した帯状領域は約5乃至20ミクロンずつ離間されている、請求項32記
載の半導体装置。
43. The method of claim 32, wherein each of the lifetime killing regions has a band that is about 2 to 20 microns in width, and adjacent bands are spaced about 5 to 20 microns apart. Semiconductor device.
【請求項44】 上記ベースに出入りする電流フローを制御する手段を更に
有する請求項32記載の半導体装置。
44. The semiconductor device according to claim 32, further comprising means for controlling a current flow to and from the base.
【請求項45】 上記電流フローを制御する手段は少なくとも1個のMOS
FET電流制御装置を含む請求項44記載の半導体装置。
45. The means for controlling the current flow comprises at least one MOS
The semiconductor device according to claim 44, further comprising an FET current control device.
【請求項46】 第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第1の部分
と、 上記第1の部分の上にあり、第2導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第
2の部分と、 上記第1の部分と上記第2の部分の界面に隣接した上記第1の部分に形成され
、少なくとも一つのPN接合を画定する少なくとも一つの第2導電型のドープト
領域と、 上記少なくとも一つのドープト領域と上記第2の部分の間に配置され、上記P
N接合の抵抗を低下させる導電層とを含む、半導体装置。
46. A laterally extending first portion having a first conductivity type dopant; a laterally extending second portion having a second conductivity type dopant overlying the first portion; At least one doped region of the second conductivity type formed in the first portion adjacent to the interface between the first portion and the second portion and defining at least one PN junction; and the at least one doped region And the second portion, and the P
A conductive layer that reduces the resistance of the N junction.
【請求項47】 上記少なくとも一つのドープト領域は一対の離間したドー
プト領域を含み、 縦型接合電界効果トランジスタである請求項46記載の半導体装置。
47. The semiconductor device according to claim 46, wherein said at least one doped region includes a pair of spaced apart doped regions and is a vertical junction field effect transistor.
【請求項48】 上記導電層は格子状に配置され、 透磁性ベーストランジスタである請求項46記載の半導体装置。48. The semiconductor device according to claim 46, wherein the conductive layers are arranged in a lattice and are magnetically permeable base transistors. 【請求項49】 上記導電層は金属とシリコンの中の少なくとも一方を含有
する請求項46記載の半導体装置。
49. The semiconductor device according to claim 46, wherein said conductive layer contains at least one of a metal and silicon.
【請求項50】 上記第1の部分と上記第2の部分の少なくとも一方はシリ
コンを含有する請求項46記載の半導体装置。
50. The semiconductor device according to claim 46, wherein at least one of said first portion and said second portion contains silicon.
【請求項51】 上記第1の部分と上記第2の部分の間にボンディングされ
たボンディッド界面を更に有する請求項46記載の半導体装置。
51. The semiconductor device according to claim 46, further comprising a bonded interface bonded between said first portion and said second portion.
【請求項52】 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項
51記載の半導体装置。
52. The semiconductor device according to claim 51, wherein the bonded interface contains substantially no oxide.
【請求項53】 上記ベースに出入りする電流フローを制御する手段を更に
有する請求項46記載の半導体装置。
53. The semiconductor device according to claim 46, further comprising means for controlling a current flow to and from the base.
【請求項54】 上記電流フローを制御する手段は少なくとも1個のMOS
FET電流制御装置を含む請求53記載の半導体装置。
54. The means for controlling the current flow comprises at least one MOS
54. The semiconductor device according to claim 53, comprising a FET current control device.
【請求項55】 第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第1の部分
と、 上記第1の部分の上にあり、第1導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第
2の部分と、 上記第2の部分の上にあり、第2導電型ドーパントを有する横方向に拡がる第
3の部分と、 上記第1の部分の外面にある第1の能動制御装置と、 上記第3の部分の外面にある第2の能動制御装置とを含み、 上記第1の部分と上記第2の部分の一方は上記第3の部分のドーパント濃度よ
りも高いドーパント濃度を有する、半導体装置。
55. A laterally extending first portion having a first conductivity type dopant, a laterally extending second portion having a first conductivity type dopant overlying the first portion, and A laterally extending third portion overlying the second portion and having a second conductivity type dopant; a first active control device on an outer surface of the first portion; and an outer surface of the third portion. A second active control device according to claim 1, wherein one of said first portion and said second portion has a dopant concentration higher than a dopant concentration of said third portion.
【請求項56】 上記第2の部分と上記第3の部分の間にボンディングされ
たボンディッド界面を更に有する請求項55記載の半導体装置。
56. The semiconductor device according to claim 55, further comprising a bonded interface bonded between said second portion and said third portion.
【請求項57】 上記ボンディッド界面は実質的に酸化物を含まない請求項
56記載の半導体装置。
57. The semiconductor device according to claim 56, wherein the bonded interface contains substantially no oxide.
【請求項58】 上記第1の能動制御装置及び上記第2の能動制御装置は、
第1のMOSFET電流制御装置及び第2のMOSFET電流制御装置を含む請
求項55記載の半導体装置。
58. The first active control device and the second active control device,
The semiconductor device according to claim 55, further comprising a first MOSFET current controller and a second MOSFET current controller.
【請求項59】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であって
、 少なくとも1枚の基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 少なくとも1枚の基板を薄膜化するステップと、 少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように、上
記処理された基板と上記薄膜化された基板を一体にボンディングするステップと
、 上記少なくとも一方の処理された面に悪影響を与えないように、上記ボンディ
ングされた一体の基板を比較的低いアニール温度でアニーリングするステップと
を有する方法。
59. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: treating at least one surface of at least one substrate; thinning at least one substrate; Bonding the processed substrate and the thinned substrate together such that the processed surface defines an outer surface of the semiconductor device, and adversely affects the at least one processed surface. Annealing the bonded integral substrate at a relatively low annealing temperature.
【請求項60】 上記薄膜化するステップは、上記処理された面の反対側の 少なくとも1枚の基板の表面部を取り除く、請求項59記載の方法。60. The method of claim 59, wherein said thinning removes a surface portion of at least one substrate opposite the treated surface. 【請求項61】 上記薄膜化するステップは、約200μm未満の厚さに薄
膜化する、請求項59記載の方法。
61. The method of claim 59, wherein the step of thinning comprises thinning to a thickness of less than about 200 μm.
【請求項62】 上記薄膜化された面を所定の表面粗さに研磨するステップ
を更に有する請求項59記載の方法。
62. The method of claim 59, further comprising polishing the thinned surface to a predetermined surface roughness.
【請求項63】 上記少なくとも1枚の基板を薄膜化するステップの前に、
ゲッタリング層を形成するステップを更に有し、 上記薄膜化するステップは上記ゲッタリング層を取り除く、請求項59記載の
方法。
63. Before the step of thinning the at least one substrate,
60. The method of claim 59, further comprising forming a gettering layer, wherein the thinning removes the gettering layer.
【請求項64】 上記ゲッタリング層を形成するステップは、リン拡散、ア
ルゴン若しくは炭素のイオン打込み、及び、ポリシリコン堆積の中の少なくとも
一つを実行する、請求項63記載の方法。
64. The method of claim 63, wherein said step of forming a gettering layer performs at least one of phosphorus diffusion, argon or carbon implantation, and polysilicon deposition.
【請求項65】 上記ゲッタリング層を形成するステップは、上記処理する
ステップの前に上記ゲッタリング層を形成する、請求項63記載の方法。
65. The method of claim 63, wherein said step of forming a gettering layer forms said gettering layer before said processing step.
【請求項66】 ボンディングするステップの前に、上記処理された基板と
反対側の上記少なくとも1枚の基板の面に打込み領域を形成するステップを更に
有する請求項59記載の方法。
66. The method of claim 59, further comprising, prior to the bonding step, forming a implanted region on a surface of the at least one substrate opposite the processed substrate.
【請求項67】 上記打込み領域を形成するステップは、ライフタイムキリ ング打込み物を用いて打込みを行う、請求項66記載の方法。67. The method of claim 66, wherein the step of forming the implant region comprises implanting using a lifetime kill implant. 【請求項68】 上記打込み領域を形成するステップは、複数の横方向に離
間したライフタイムキリング打込み領域を画成するため、所定のパターンに打込
みを行う、請求項67記載の方法。
68. The method of claim 67, wherein said step of forming an implant includes implanting in a predetermined pattern to define a plurality of laterally spaced lifetime killing implants.
【請求項69】 上記ライフタイムキリング打込み物は、プロトン、ヘリウ
ム、炭素、酸素、アルゴン、シリコン、プラチナ、パラジウム、金、鉄、及び、
ニッケルの中の少なくとも一つを含有する、請求項67記載の方法。
69. The lifetime killing implant comprises proton, helium, carbon, oxygen, argon, silicon, platinum, palladium, gold, iron, and
68. The method of claim 67, comprising at least one of nickel.
【請求項70】 ボンディングするステップの前に、上記処理された基板と
反対側の上記少なくとも1枚の基板の面にドープト層を形成するステップを更に
有する請求項59記載の方法。
70. The method of claim 59, further comprising, prior to the bonding step, forming a doped layer on a surface of the at least one substrate opposite the processed substrate.
【請求項71】 上記ドープト層を形成するステップはドーパントを上記基
板に打込むステップを有する、請求項70記載の方法。
71. The method of claim 70, wherein forming the doped layer comprises implanting a dopant into the substrate.
【請求項72】 上記少なくとも1枚の基板は第1導電型ドーパントを有し
、 上記ドーパントを打込むステップは、上記基板内の上記第1導電型ドーパント
よりも高い濃度の第2導電型ドーパントを上記ドープト層に打込む、請求項70
記載の方法。
72. The method according to claim 72, wherein the at least one substrate has a first conductivity type dopant, and the step of implanting the dopant includes a higher concentration of the second conductivity type dopant than the first conductivity type dopant in the substrate. 71. The method of claim 70, wherein said doped layer is implanted.
The described method.
【請求項73】 上記打込まれたドーパントを活性化するステップを更に有
する請求項71記載の方法。
73. The method of claim 71, further comprising the step of activating said implanted dopant.
【請求項74】 上記ドープト層を形成するステップは、エピタキシャルド
ープト層を形成する、請求項72記載の方法。
74. The method of claim 72, wherein the step of forming a doped layer forms an epitaxially doped layer.
【請求項75】 ボンディングするステップの前に、上記処理された基板と
反対側の上記少なくとも1枚の基板の面にエピタキシャル層を形成するステップ
を更に有する請求項59記載の方法。
75. The method of claim 59, further comprising, before the bonding step, forming an epitaxial layer on a surface of the at least one substrate opposite the processed substrate.
【請求項76】 上記少なくとも1枚の基板はシリコンを含有し、 上記エピタキシャル層はゲルマニウムを含有する、請求項75記載の方法。76. The method of claim 75, wherein said at least one substrate comprises silicon and said epitaxial layer comprises germanium. 【請求項77】 上記処理するステップは、第1導電型の高ドープトバッフ
ァ層を上記第1導電型のドープト基板に形成する、請求項59記載の方法。
77. The method of claim 59, wherein said processing comprises forming a highly doped buffer layer of a first conductivity type on the doped substrate of the first conductivity type.
【請求項78】 上記処理するステップは、第1導電型の高ドープトバッフ
ァ層を第1導電型のドープト基板に打込む、請求項59記載の方法。
78. The method of claim 59, wherein said processing comprises implanting a highly doped buffer layer of a first conductivity type into a doped substrate of the first conductivity type.
【請求項79】 上記ボンディングするステップは真空中で行われる、請求
項59記載の方法。
79. The method of claim 59, wherein said bonding is performed in a vacuum.
【請求項80】 上記薄膜化するステップの前に、薄膜化されるべき少なく
とも1枚の基板をハンドリング基板に実装するステップを更に有する請求項59
記載の方法。
80. The method according to claim 59, further comprising, before the step of thinning, mounting at least one substrate to be thinned on a handling substrate.
The described method.
【請求項81】 上記ボンディングするステップの前に、上記基板を整列す
るステップを更に有する請求項59記載の方法。
81. The method of claim 59, further comprising, prior to said bonding, aligning said substrate.
【請求項82】 上記整列するステップは、 各基板に所定の対応する部分を画定するステップと、 切断エッジを画成するため、上記所定の部分に沿って上記基板をカッティング
するステップと、 上記切断エッジに沿って上記基板を整列するステップとを有する、請求項81
記載の方法。
82. The step of aligning includes defining a predetermined corresponding portion on each substrate; cutting the substrate along the predetermined portion to define a cutting edge; Aligning the substrate along an edge.
The described method.
【請求項83】 各基板上で個々の装置をテストするステップと、 半導体装置の歩留りを高めるため上記基板を整列するステップとを更に有する
請求項81記載の方法。
83. The method of claim 81, further comprising: testing individual devices on each substrate; and aligning the substrates to increase semiconductor device yield.
【請求項84】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項59記載の方法。84. The method of claim 59, wherein said treating forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項85】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成する請求項
59記載の方法。
85. The method of claim 59, wherein said treating forms an aluminum layer.
【請求項86】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成するス
テップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項85記載
の方法。
86. The method of claim 85, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C. to 550 ° C.
【請求項87】 上記処理するステップは少なくとも一つのドープト領域を
形成し、 上記アニーリングするステップの後に、少なくとも一つの金属層を形成するス
テップを更に有し、 上記アニール温度は約800℃未満である、請求項59記載の方法。
87. The processing step further comprises forming at least one doped region, and after the annealing step, forming at least one metal layer, wherein the annealing temperature is less than about 800 ° C. 60. The method of claim 59.
【請求項88】 上記アニール温度は約400℃以上である請求項59記載
の方法。
88. The method according to claim 59, wherein said annealing temperature is about 400 ° C. or higher.
【請求項89】 上記アニーリングするステップは所定の時間に亘ってアニ
ーリングする、請求項59記載の方法。
89. The method of claim 59, wherein said annealing step anneals for a predetermined time.
【請求項90】 上記基板はシリコンを含有し、 上記ボンディングするステップの前に、シリコン面を水素終端化するステップ
を更に有する、請求項59記載の方法。
90. The method of claim 59, wherein said substrate comprises silicon and further comprising hydrogen terminating the silicon surface prior to said bonding step.
【請求項91】 炭化水素と金属の少なくとも一方を除くため、ボンディン
グされる面を洗浄するステップを更に有する請求項59記載の方法。
91. The method of claim 59, further comprising the step of cleaning the surface to be bonded to remove hydrocarbons and / or metals.
【請求項92】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET制
御装置を形成する、請求項59記載の方法。
92. The method of claim 59, wherein said processing steps form at least one MOSFET controller.
【請求項93】 上記複数の基板は2枚であり、 上記処理するステップは両方の基板を処理する、請求項59記載の方法。93. The method of claim 59, wherein said plurality of substrates is two, and wherein said processing step processes both substrates. 【請求項94】 上記ボンディングするステップは、所定の温度、所定の環
境、及び、所定の圧力でボンディングする、請求項59記載の方法。
94. The method of claim 59, wherein said bonding comprises bonding at a predetermined temperature, a predetermined environment, and a predetermined pressure.
【請求項95】 上記アニーリングするステップは、所定の環境、所定の圧
力でアニーリングする、請求項59記載の方法。
95. The method of claim 59, wherein said annealing step comprises annealing at a predetermined environment and a predetermined pressure.
【請求項96】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であって
、 少なくとも1枚の基板に対するゲッタリング層を形成するステップと、 上記半導体装置の少なくとも1枚の面が処理されるように少なくとも1枚の基
板を薄膜化するステップと、 上記少なくとも一方の処理された面に悪影響を与えないように、ボンディング
された一体の基板を比較的低いアニール温度でアニーリングするステップとを有
する方法。
96. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: forming a gettering layer on at least one substrate; and processing at least one surface of the semiconductor device. A method comprising: thinning at least one substrate; and annealing the bonded one-piece substrate at a relatively low annealing temperature so as not to adversely affect the at least one treated surface.
【請求項97】 上記ゲッタリング層を形成するステップは、リン拡散、ア
ルゴン、シリコン、酸素、若しくは、炭素のイオン打込み、及び、ポリシリコン堆
積の中の少なくとも一つを実行する、請求項96記載の方法。
97. The step of forming a gettering layer comprises performing at least one of phosphorus diffusion, ion implantation of argon, silicon, oxygen, or carbon, and polysilicon deposition. the method of.
【請求項98】 上記処理するステップは金属層を形成し、 上記アニール温度は上記金属層の特性に関係した温度よりも低い、請求項97
記載の方法。
98. The processing step forms a metal layer, wherein the annealing temperature is lower than a temperature related to a property of the metal layer.
The described method.
【請求項99】 上記処理するステップは金属層を形成し、 上記アニール温度は上記金属層の特性に関係した温度よりも低い、請求項96
記載の方法。
99. The processing step forms a metal layer, wherein the annealing temperature is lower than a temperature related to properties of the metal layer.
The described method.
【請求項100】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項96記載の方法。100. The method of claim 96, wherein said treating forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項101】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成する
ステップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項100記
載の方法。
101. The method of claim 100, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C. to 550 ° C.
【請求項102】 上記処理するステップは少なくとも一つのドープト領域
を形成し、 上記アニーリングするステップの後に、少なくとも一つの金属層を形成するス
テップを更に有し、 上記アニール温度は約800℃未満である、請求項96記載の方法。
102. The step of forming further comprises forming at least one doped region, forming at least one metal layer after the annealing, wherein the annealing temperature is less than about 800 ° C. 97. The method of claim 96.
【請求項103】 上記アニール温度は約400℃以上である請求項96記
載の方法。
103. The method according to claim 96, wherein said annealing temperature is about 400 ° C. or higher.
【請求項104】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項96記載 の方法。104. The method of claim 96, wherein said processing step completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項105】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項59記載の方法。
105. The step of processing comprises at least one MOSFET
60. The method of claim 59, forming a controller.
【請求項106】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であっ
て、 少なくとも1枚の基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 上記処理された面の反対側の少なくとも1枚の基板の領域を打込むステップと
、 上記少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように
、上記処理された基板を一体にボンディングするステップと、 上記少なくとも一方の処理された面及び上記打込まれた領域に悪影響を与えな
いように、上記ボンディングされた一体の基板を比較的低いアニール温度でアニ
ーリングするステップとを有する方法。
106. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: processing at least one surface of at least one substrate; and at least one substrate opposite the processed surface. Implanting the processed substrate; and bonding the processed substrate together such that the at least one processed surface defines an outer surface of the semiconductor device; and the at least one processed surface. Annealing the bonded integral substrate at a relatively low annealing temperature so as not to adversely affect the implanted area.
【請求項107】 上記ボンディングするステップの前に、上記少なくとも
1枚の基板を薄膜化するステップを更に有する請求項106記載の方法。
107. The method of claim 106, further comprising, prior to said bonding, thinning said at least one substrate.
【請求項108】 上記打込むステップは、ライフタイムキリング打込み物 を用いて打込みを行う、請求項106記載の方法。108. The method of claim 106, wherein said driving step includes driving with a lifetime killing drive. 【請求項109】 上記打込むステップは、複数の横方向に離間したライフ
タイムキリング打込み領域を画成するため、所定のパターンに打込みを行う、請
求項108記載の方法。
109. The method of claim 108, wherein said driving step includes driving in a predetermined pattern to define a plurality of laterally spaced lifetime killing driving regions.
【請求項110】 上記ライフタイムキリング打込み物は、プロトン、ヘリ
ウム、炭素、酸素、アルゴン、シリコン、プラチナ、パラジウム、金、鉄、及び
、ニッケルの中の少なくとも一つを含有する、請求項109記載の方法。
110. The lifetime killing implant includes at least one of proton, helium, carbon, oxygen, argon, silicon, platinum, palladium, gold, iron, and nickel. the method of.
【請求項111】 上記打込むステップは上記基板にドーパントを打込むス
テップを有する、請求項106記載の方法。
111. The method of claim 106, wherein said implanting comprises implanting a dopant into said substrate.
【請求項112】 上記少なくとも1枚の基板は第1導電型ドーパントを有
し、 上記ドーパントを打込むステップは、上記基板内の上記第1導電型ドーパント
よりも高い濃度の第2導電型ドーパントを上記ドープト層に打込む、請求項11
1記載の方法。
112. The at least one substrate has a first conductivity type dopant, and the step of implanting the dopant includes a higher concentration of the second conductivity type dopant in the substrate than the first conductivity type dopant. 12. The implant of claim 11, wherein said doped layer is implanted.
The method of claim 1.
【請求項113】 上記処理するステップは金属層を形成し、 上記アニール温度は上記金属層の特性に関係した温度よりも低い、請求項10
6記載の方法。
113. The processing step forms a metal layer, and wherein the annealing temperature is lower than a temperature related to properties of the metal layer.
6. The method according to 6.
【請求項114】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項106記載の方法。114. The method of claim 106, wherein said treating forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項115】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成する
ステップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項114記
載の方法。
115. The method of claim 114, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C to 550 ° C.
【請求項116】 上記処理するステップは少なくとも一つのドープト領域
を形成し、 アニーリングが約800℃未満で行われた後に、少なくとも一つの金属層を形
成するステップを更に有する、請求項106記載の方法。
116. The method of claim 106, wherein said processing steps form at least one doped region, and further comprise forming at least one metal layer after the annealing has been performed at less than about 800 ° C. .
【請求項117】 上記アニール温度は約400℃以上である請求項106
記載の方法。
117. The anneal temperature is about 400 ° C. or higher.
The described method.
【請求項118】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項106記 載の方法。118. The method of claim 106, wherein said processing step completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項119】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項106記載の方法。
119. The method according to claim 119, wherein the processing includes at least one MOSFET.
107. The method of claim 106, forming a controller.
【請求項120】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であっ
て、 少なくとも1枚の基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 上記処理された面の反対側の少なくとも1枚の基板の面にエピタキシャル層を
形成するステップと、 上記半導体装置の外面を画成するよう上記少なくとも一方の処理された面をボ
ンディングするステップと、 上記少なくとも一方の処理された面に悪影響を与えないように、上記ボンディ
ングされた一体の基板を比較的低いアニール温度でアニーリングするステップと
を有する方法。
120. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: processing at least one surface of at least one substrate; and at least one substrate opposite the processed surface. Forming an epitaxial layer on the surface of the semiconductor device, bonding the at least one processed surface to define an outer surface of the semiconductor device, and not adversely affecting the at least one processed surface. Annealing the bonded integral substrate at a relatively low annealing temperature.
【請求項121】 上記ボンディングするステップの前に、上記少なくとも
1枚の基板を薄膜化するステップを更に有する請求項119記載の方法。
121. The method of claim 119, further comprising, prior to said bonding step, thinning said at least one substrate.
【請求項122】 上記エピタキシャル層を形成するステップは、比較的薄
いバッファ層を画成するため、エピタキシャルドープト層を形成する、請求項1
19記載の方法。
122. The step of forming an epitaxial layer includes forming an epitaxially doped layer to define a relatively thin buffer layer.
19. The method according to item 19.
【請求項123】 上記エピタキシャルドープト層を形成するステップは、
隣接した基板部分よりも高いドーパント濃度を有するエピタキシャルドープ層を
形成する、請求項121記載の方法。
123. The step of forming said epitaxially doped layer comprises:
122. The method of claim 121, wherein forming an epitaxially doped layer having a higher dopant concentration than an adjacent substrate portion.
【請求項124】 上記少なくとも1枚の基板はシリコンを含有し、 上記エピタキシャル層はゲルマニウムを含有する、請求項120記載の方法。124. The method of claim 120, wherein said at least one substrate comprises silicon and said epitaxial layer comprises germanium. 【請求項125】 上記処理するステップは金属層を形成し、 上記アニール温度は上記金属層の特性に関係した温度よりも低い、請求項12
0記載の方法。
125. The processing step forms a metal layer, wherein the annealing temperature is lower than a temperature related to properties of the metal layer.
0. The method of claim 0.
【請求項126】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項120記載の方法。126. The method of claim 120, wherein said processing step forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項127】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成する
ステップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項126記
載の方法。
127. The method of claim 126, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C to 550 ° C.
【請求項128】 上記処理するステップは少なくともドープト領域を形成
し、 アニーリングするステップの後に、少なくとも一つの金属層を形成するステッ
プを更に有し、 上記アニール温度は約800℃未満である、請求項120記載の方法。
128. The processing step further comprises forming at least one metal layer after forming at least a doped region and annealing, wherein the annealing temperature is less than about 800 ° C. 120. The method of claim 120.
【請求項129】 上記アニール温度は約400℃以上である請求項120
記載の方法。
129. The anneal temperature is about 400 ° C. or higher.
The described method.
【請求項130】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項120記 載の方法。130. The method of claim 120, wherein said processing completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項131】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項120記載の方法。
131. The step of processing comprises at least one MOSFET
121. The method of claim 120, forming a controller.
【請求項132】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であっ
て、 少なくとも1枚の基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 複数の横方向に離間したライフタイムキリング打込み領域を画成するため、所
定のパターンで、上記処理された面の反対側の少なくとも1枚の基板の領域を打
込むステップと、 上記少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように
、上記処理された基板を一体にボンディングするステップと、 上記少なくとも一方の処理された面及び上記打込まれた領域に悪影響を与えな
いように、上記ボンディングされた一体の基板を比較的低いアニール温度でアニ
ーリングするステップとを有する方法。
132. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: treating at least one surface of at least one substrate; defining a plurality of laterally spaced lifetime kill implant regions. Implanting, in a predetermined pattern, a region of at least one substrate opposite the treated surface; and wherein the at least one treated surface defines an outer surface of the semiconductor device. Bonding the treated substrate together; and relatively annealing the bonded integral substrate so as not to adversely affect the at least one treated surface and the implanted area. Annealing at a temperature.
【請求項133】 上記ボンディングするステップの前に、上記少なくとも
1枚の基板を薄膜化するステップを更に有する請求項132記載の方法。
133. The method of claim 132, further comprising, prior to said bonding, thinning said at least one substrate.
【請求項134】 上記ライフタイムキリング打込み物は、プロトン、ヘリ
ウム、炭素、酸素、アルゴン、シリコン、プラチナ、パラジウム、金、鉄、及び
、ニッケルの中の少なくとも一つを含有する、請求項133記載の方法。
134. The lifetime killing implant includes at least one of proton, helium, carbon, oxygen, argon, silicon, platinum, palladium, gold, iron, and nickel. the method of.
【請求項135】 上記処理するステップは金属層を形成し、 上記アニール温度は上記金属層の特性に関係した温度よりも低い、請求項13
2記載の方法。
135. The processing step forms a metal layer, and wherein the annealing temperature is lower than a temperature related to properties of the metal layer.
2. The method according to 2.
【請求項136】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項132記載の方法。136. The method of claim 132, wherein said treating forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項137】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成する
ステップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項136記
載の方法。
137. The method of claim 136, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C to 550 ° C.
【請求項138】 上記処理するステップは少なくとも一つのドープト領域
を形成し、 アニーリングするステップの後に、少なくとも一つの金属層を形成するステッ
プを更に有し、 上記アニール温度は約800℃未満である、請求項132記載の方法。
138. The step of processing further comprises forming at least one doped region, forming at least one metal layer after the annealing step, wherein the annealing temperature is less than about 800 ° C. 133. The method of claim 132.
【請求項139】 上記アニール温度は約400℃以上である請求項132
記載の方法。
139. The anneal temperature is about 400 ° C. or higher.
The described method.
【請求項140】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項132記 載の方法。140. The method of claim 132, wherein said processing completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項141】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項132記載の方法。
141. The step of processing comprises at least one MOSFET
133. The method of claim 132, forming a controller.
【請求項142】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であっ
て、 少なくとも1枚の基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 上記少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように
上記処理された基板をボンディングするステップと、 上記少なくとも一方の処理された面に悪影響を与えないように、上記ボンディ
ングされた一体の基板を比較的低いアニール温度でアニーリングするステップと
を有する方法。
142. A method for manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: processing at least one surface of at least one substrate; wherein the at least one processed surface is an outer surface of the semiconductor device. Bonding the treated substrate so as to define the step of: annealing the bonded integral substrate at a relatively low annealing temperature so as not to adversely affect the at least one treated surface. And a method comprising:
【請求項143】 上記処理するステップは金属層を形成し、 上記アニール温度は上記金属層の特性に関係した温度よりも低い、請求項14
2記載の方法。
143. The processing step forms a metal layer, wherein the annealing temperature is lower than a temperature related to a property of the metal layer.
2. The method according to 2.
【請求項144】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項142記載の方法。144. The method of claim 142, wherein said treating forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項145】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成する
ステップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項144記
載の方法。
145. The method of claim 144, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C to 550 ° C.
【請求項146】 上記処理するステップは少なくともドープト領域を形成
し、 上記アニール温度は約900℃未満である、請求項142記載の方法。
146. The method of claim 142, wherein said processing steps form at least a doped region, and wherein said annealing temperature is less than about 900 ° C.
【請求項147】 上記アニーリングするステップの後に、少なくとも一つ
の金属層を形成するステップを更に有する、請求項146記載の方法。
147. The method of claim 146, further comprising forming at least one metal layer after said annealing step.
【請求項148】 上記処理するステップは少なくともドープト領域を形成
し、 上記アニール温度は約800℃未満である、請求項142記載の方法。
148. The method of claim 142, wherein said treating forms at least a doped region, and wherein said annealing temperature is less than about 800 ° C.
【請求項149】 上記アニーリングするステップの後に、少なくとも一つ
の金属層を形成するステップを更に有する、請求項148記載の方法。
149. The method according to claim 148, further comprising forming at least one metal layer after said annealing step.
【請求項150】 上記アニーリングするステップの後に、上記半導体装置
をカッティングするステップを更に有し、 上記アニール温度は、カッティングを許容する所定の表面エネルギーを与える
のに十分である、請求項142記載の方法。
150. The method of claim 142, further comprising the step of cutting said semiconductor device after said annealing step, wherein said annealing temperature is sufficient to provide a predetermined surface energy allowing cutting. Method.
【請求項151】 上記アニール温度は約400℃以上であり、 上記所定の表面エネルギーは約800ergs/cmμ以上である、請求項1
50記載の方法。
151. The annealing temperature is at least about 400 ° C., and the predetermined surface energy is at least about 800 ergs / cmμ.
50. The method of claim 50.
【請求項152】 上記アニーリングするステップは、所定の時間に亘って
アニーリングする、請求項142記載の方法。
152. The method of claim 142, wherein said annealing step anneals for a predetermined amount of time.
【請求項153】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項142記 載の方法。153. The method of claim 142, wherein said processing step completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項154】 上記基板はシリコンを含有し、 上記ボンディングするステップの前に、シリコン面を水素終端化するステップ
を更に有する請求項142記載の方法。
154. The method of claim 142, wherein said substrate contains silicon, and further comprising the step of hydrogen terminating the silicon surface prior to said bonding step.
【請求項155】 炭化水素と金属の少なくとも一方を除くため、ボンディ
ングされる面を洗浄するステップを更に有する請求項142記載の方法。
155. The method of claim 142, further comprising cleaning the surface to be bonded to remove at least one of a hydrocarbon and a metal.
【請求項156】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項142記載の方法。
156. The step of processing comprises at least one MOSFET
142. The method of claim 142, forming a controller.
【請求項157】 上記複数の基板は2枚であり、 上記処理するステップは両方の基板を処理する、請求項142記載の方法。157. The method of claim 142, wherein said plurality of substrates is two, and said processing comprises processing both substrates. 【請求項158】 複数のシリコン基板から半導体装置を製造する方法であ
って、 少なくとも1枚のシリコン基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように、上
記処理されたシリコン基板と水素終端化された面を一体にボンディングするステ
ップと、 上記ボンディングされた一体のシリコン基板を約800℃未満のアニール温度
でアニーリングするステップとを有する方法。
158. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of silicon substrates, comprising: processing at least one surface of at least one silicon substrate; and at least one processed surface is an outer surface of the semiconductor device. Bonding the treated silicon substrate and the hydrogen-terminated surface together, and annealing the bonded integrated silicon substrate at an annealing temperature of less than about 800 ° C. to define How to have.
【請求項159】 一体にボンディングされるシリコン面を水素終端化する
ステップを更に有する請求項158記載の方法。
159. The method of claim 158, further comprising the step of hydrogen terminating the silicon surface to be bonded together.
【請求項160】 上記アニール温度は約400℃以上である、請求項15
8記載の方法。
160. The method as recited in claim 15, wherein said annealing temperature is about 400 ° C. or higher.
8. The method according to 8.
【請求項161】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚のシリコン基板を完全に処理する、請求項 158記載の方法。161. The method of claim 158, wherein said processing step completely processes said at least one silicon substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項162】 炭化水素と金属の少なくとも一方をボンディングされる
面から除く洗浄ステップを更に有する請求項158記載の方法。
162. The method according to claim 158, further comprising the step of removing at least one of the hydrocarbon and the metal from the surface to be bonded.
【請求項163】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項158記載の方法。
163. The step of processing comprises at least one MOSFET
159. The method according to claim 158, wherein the method forms a controller.
【請求項164】 上記複数の基板は2枚であり、 上記処理するステップは両方の基板を処理する、請求項158記載の方法。164. The method of claim 158, wherein said plurality of substrates is two, and said processing comprises processing both substrates. 【請求項165】 複数のシリコン基板から半導体装置を製造する方法であ
って、 少なくとも1枚のシリコン基板の少なくとも一方の面を処理するステップと、 炭化水素と金属の少なくとも一方を除くため、ボンディングされる面を洗浄す
るステップと、 少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように、上
記処理されたシリコン基板及び上記洗浄されたシリコン基板を一体にボンディン
グするステップと、 上記ボンディングされた一体のシリコン基板を約800℃未満の比較的低いア
ニール温度でアニーリングするステップとを有する方法。
165. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of silicon substrates, comprising: treating at least one surface of at least one silicon substrate; and bonding to remove at least one of a hydrocarbon and a metal. Cleaning the surface of the semiconductor device and bonding the processed silicon substrate and the cleaned silicon substrate together such that at least one of the processed surfaces defines an outer surface of the semiconductor device; Annealing the bonded unitary silicon substrate at a relatively low annealing temperature of less than about 800 ° C.
【請求項166】 上記アニール温度は約400℃以上である、請求項16
5記載の方法。
166. The anneal temperature of about 400 ° C or higher.
5. The method according to 5.
【請求項167】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚のシリコン基板を完全に処理する、請求項 165記載の方法。167. The method of claim 165, wherein said processing step completely processes said at least one silicon substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項168】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項165記載の方法。
168. The processing step comprises at least one MOSFET
166. The method according to claim 165, wherein the control is formed.
【請求項169】 上記複数の基板は2枚であり、 上記処理するステップは両方の基板を処理する、請求項165記載の方法。169. The method of claim 165, wherein said plurality of substrates is two, and wherein said processing step processes both substrates. 【請求項170】 複数の半導体基板から半導体装置を製造する方法であっ
て、 金属層を形成するため、少なくとも1枚の基板の少なくとも一方の面を処理す
るステップと、 少なくとも一方の処理された面が上記半導体装置の外面を画成するように、上
記処理された基板を一体にボンディングするステップと、 上記ボンディングされた一体の基板を上記金属層の特性に関係した温度よりも
低い比較的低温のアニール温度でアニーリングするステップとを有する方法。
170. A method of manufacturing a semiconductor device from a plurality of semiconductor substrates, comprising: processing at least one surface of at least one substrate to form a metal layer; and at least one processed surface. Bonding the processed substrate together so as to define an outer surface of the semiconductor device; and bonding the bonded integrated substrate to a relatively low temperature lower than a temperature related to a property of the metal layer. Annealing at an annealing temperature.
【請求項171】 上記アニール温度は、上記金属層の融点と、上記金属と
上記基板の反応温度の少なくとも一方に関係した温度である、請求項170記載
の方法。
171. The method of claim 170, wherein said annealing temperature is a temperature related to at least one of a melting point of said metal layer and a reaction temperature of said metal and said substrate.
【請求項172】 上記処理するステップはアルミニウム層を形成し、 上記アニール温度は約450℃未満である、請求項170記載の方法。172. The method of claim 170, wherein said treating forms an aluminum layer, and wherein said annealing temperature is less than about 450 ° C. 【請求項173】 上記アルミニウムと基板の間のバリアメタルを形成する
ステップを更に有し、 上記アニール温度は約450℃乃至550℃の範囲に収まる、請求項172記
載の方法。
173. The method of claim 172, further comprising forming a barrier metal between the aluminum and the substrate, wherein the anneal temperature ranges from about 450 ° C to 550 ° C.
【請求項174】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項170記 載の方法。174. The method of claim 170, wherein said processing step completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項175】 上記処理するステップは、全ての能動装置及び相互連結 を形成するため、上記少なくとも1枚の基板を完全に処理する、請求項170記 載の方法。175. The method of claim 170, wherein said processing step completely processes said at least one substrate to form all active devices and interconnects. 【請求項176】 上記基板はシリコンを含有し、 上記ボンディングするステップの前に、シリコン面を水素終端化するステップ
を更に有する請求項170記載の方法。
176. The method of claim 170, wherein said substrate comprises silicon, and further comprising the step of hydrogen terminating the silicon surface prior to said bonding step.
【請求項177】 上記処理するステップは少なくとも1個のMOSFET
制御装置を形成する、請求項170記載の方法。
177. The step of processing comprises at least one MOSFET
170. The method of claim 170, forming a controller.
【請求項178】 上記複数の基板は2枚であり、 上記処理するステップは両方の基板を処理する、請求項170記載の方法。178. The method of claim 170, wherein said plurality of substrates is two, and said processing comprises processing both substrates.
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