JP2003249653A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003249653A
JP2003249653A JP2002049032A JP2002049032A JP2003249653A JP 2003249653 A JP2003249653 A JP 2003249653A JP 2002049032 A JP2002049032 A JP 2002049032A JP 2002049032 A JP2002049032 A JP 2002049032A JP 2003249653 A JP2003249653 A JP 2003249653A
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JP
Japan
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region
semiconductor substrate
collector
conductivity type
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002049032A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Wakimoto
博樹 脇本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce variations in an on-voltage between elements while trade-off between the on-voltage and turn-off loss is ensured excellently. <P>SOLUTION: Peak concentration of activated impurities of a p-collector layer 8 of IGBT is set to be at least 2×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>and at most 2×10<SP>18</SP>cm<SP>-3</SP>. As a result, the variations in the on-voltage is reduced between the elements while the trade-off between the on-voltage and the turn-off loss is ensured excellently. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電力変換装置な
どに用いられる半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device used for a power conversion device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、600〜1200V耐圧のIGB
T(Insulated GateBipolar T
ransisitor)などのMOS制御型の電力用半
導体デバイスでは、動作時のエネルギー損失の低減、ウ
ェハコストの削減のため、エピタキシャル基板よりも安
価なFZ(Floating Zone)基板を用い、
厚さを1200V品では200μm程度、600V品で
は100μm程度に加工してデバイスを作り込む技術が
発展してきている。
2. Description of the Related Art In recent years, IGB withstand voltage of 600 to 1200V
T (Insulated Gate Bipolar T)
In a MOS-controlled power semiconductor device such as a transistor, an FZ (Floating Zone) substrate, which is cheaper than an epitaxial substrate, is used to reduce energy loss during operation and wafer cost.
A technology for manufacturing a device by processing the thickness to about 200 μm for a 1200V product and about 100 μm for a 600V product has been developed.

【0003】この耐圧クラスのIGBTでは、FZウェ
ハの表面側にゲート部やエミッタ部を作り込んだ後、ウ
ェハの裏面側を機械的または化学的に除去して最適なウ
ェハ厚さにして、その裏面にボロンのイオン注入を行
い、その後350℃から450℃程度の活性化熱処理を
施して製造するNPT(Non Punch−Thro
ugh)型のNPT−IGBTが注目されている。
In this withstand voltage class IGBT, after a gate portion and an emitter portion are formed on the front surface side of an FZ wafer, the back surface side of the wafer is mechanically or chemically removed to obtain an optimum wafer thickness, NPT (Non Punch-Thro) manufactured by performing boron ion implantation on the back surface and then performing activation heat treatment at about 350 ° C. to 450 ° C.
Ugh) type NPT-IGBTs are receiving attention.

【0004】図6は、従来のNPT−IGBTの要部断
面図である。n半導体基板100としてFZ基板を用
い、その厚みWを100μm程度とし、ターンオフ損失
とオン電圧(VCE(sat) のこと)のトレードオフを改善
するために、pコレクタ層8aの不純物ピーク濃度を、
1×1017cm-3としている。以下の説明で不純物ピー
ク濃度は、イオン注入後に活性化熱処理を行った後で
の、活性化した不純物濃度のピーク値のことをいう。
尚、図中の1はnドリフト領域、2はpウエル領域、3
はnエミッタ領域、4はゲート絶縁膜、5はゲート電
極、6は層間絶縁膜、7はエミッタ電極、9はコレクタ
電極、10はコンタクトホールである。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part of a conventional NPT-IGBT. An FZ substrate is used as the n semiconductor substrate 100, the thickness W thereof is set to about 100 μm, and the impurity peak concentration of the p collector layer 8a is changed to improve the trade-off between the turn-off loss and the on-voltage (VCE (sat)).
It is set to 1 × 10 17 cm −3 . In the following description, the impurity peak concentration means the peak value of the activated impurity concentration after performing the activation heat treatment after the ion implantation.
In the figure, 1 is an n drift region, 2 is a p well region, 3
Is an n emitter region, 4 is a gate insulating film, 5 is a gate electrode, 6 is an interlayer insulating film, 7 is an emitter electrode, 9 is a collector electrode, and 10 is a contact hole.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、1×1017
-3の不純物ピーク濃度では、NPT−IGBTのオン
電圧とターンオフ損失のトレードオフは改善できるが、
オン電圧のばらつきが素子間で大きくなるという問題が
ある。これは、pコレクタ層8aの不純物濃度が低くな
ると、pコレクタ層8aとコレクタ電極9の接触抵抗値
がばらつくためである。
However, 1 × 10 17 c
At the impurity peak concentration of m −3 , the trade-off between the on-voltage and turn-off loss of the NPT-IGBT can be improved,
There is a problem that variations in on-voltage become large between elements. This is because the contact resistance value between the p collector layer 8a and the collector electrode 9 varies when the impurity concentration of the p collector layer 8a decreases.

【0006】この発明の目的は、前記の課題を解決し
て、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフを良好に
確保しながら、素子間でのオン電圧のばらつきが小さい
半導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a semiconductor device in which variations in on-voltage between elements are small while ensuring good trade-off between on-voltage and turn-off loss. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、第1導電型半導体基板の第1主面側の表面層に形
成される該半導体基板より不純物濃度が高い第1導電型
の第1領域と、該第1領域上に形成される第1電極と、
前記半導体基板の第2主面側の表面層に形成される第2
導電型の第2領域と、該第2領域上に形成される第2電
極とを具備する半導体装置において、前記第2領域の活
性化した不純物ピーク濃度が、2×10 17cm-3以上2
×1018cm-3以下となるようにする。
[Means for Solving the Problems]
To form a surface layer on the first main surface side of the first conductivity type semiconductor substrate.
First conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate formed
A first region, and a first electrode formed on the first region,
A second main surface formed on the second main surface side of the semiconductor substrate;
A second region of conductivity type and a second electrode formed on the second region.
A semiconductor device having a pole, the active region of the second region.
Concentrated impurity peak concentration is 2 × 10 17cm-3Above 2
× 1018cm-3It should be as follows.

【0008】また、第1導電型の半導体基板の第1主面
の表面層に選択的に形成される第2導電型のウエル領域
と、該ウエル領域の表面層に選択的に形成される第1導
電型のエミッタ領域と、該エミッタ領域と前記半導体基
板に挟まれた前記ウエル領域上にゲート絶縁膜を介して
形成されるゲート電極と、前記エミッタ領域上に形成さ
れるエミッタ電極と、前記半導体基板の第2主面の表面
層に形成される第2導電型のコレクタ領域と、該コレク
タ領域上に形成されるコレクタ電極とを具備する半導体
装置において、前記コレクタ領域の活性化した不純物ピ
ーク濃度が、2×1017cm-3以上2×1018cm-3
下となるようにする。
A second conductivity type well region selectively formed in the surface layer of the first major surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and a first region selectively formed in the surface layer of the well region. An emitter region of one conductivity type, a gate electrode formed on the well region sandwiched between the emitter region and the semiconductor substrate via a gate insulating film, an emitter electrode formed on the emitter region, In a semiconductor device including a second conductivity type collector region formed in a surface layer of a second main surface of a semiconductor substrate and a collector electrode formed on the collector region, an activated impurity peak of the collector region The concentration is set to 2 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less.

【0009】また、第1導電型の半導体基板の第1主面
の表面層に選択的に形成される第2導電型のウエル領域
と、該ウエル領域を貫通し前記半導体基板に達するトレ
ンチ溝の側壁と底部を被覆して形成されるゲート絶縁膜
と、前記トレンチ溝を充填して形成されるゲート電極
と、前記ウエル領域の表面層に、前記トレンチ溝と接し
選択的に形成されるエミッタ領域と、該エミッタ領域上
に形成されるエミッタ電極と、前記半導体基板の第2主
面の表面層に形成される第2導電型のコレクタ領域と、
該コレクタ領域上に形成されるコレクタ電極とを具備す
る半導体装置において、前記コレクタ領域の活性化した
不純物ピーク濃度が、2×1017cm-3以上2×1018
cm-3以下となるようにする。
A second conductivity type well region selectively formed in the surface layer of the first major surface of the first conductivity type semiconductor substrate and a trench groove penetrating the well region and reaching the semiconductor substrate. A gate insulating film formed to cover the side wall and the bottom, a gate electrode formed to fill the trench groove, and an emitter region selectively formed on the surface layer of the well region in contact with the trench groove. An emitter electrode formed on the emitter region, and a second conductivity type collector region formed on a surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate,
In a semiconductor device having a collector electrode formed on the collector region, the activated impurity peak concentration of the collector region is 2 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18
It should be below cm -3 .

【0010】また、前記コレクタ領域を形成するために
注入するイオン種が、ボロンイオンであるとよい。前記
のように、p型コレクタ層の不純物ピーク濃度を2×1
17cm-3以上、2×1018cm-3以下にすることによ
り、オン電圧のばらつきを大幅に低減することができ
る。
The ion species implanted to form the collector region may be boron ions. As described above, the impurity peak concentration of the p-type collector layer is set to 2 × 1.
By setting it to 0 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, it is possible to significantly reduce the variation in the on-voltage.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下の説明で、nはn型、pはp
型であり、この導電型は逆にしても勿論構わない。ま
た、図6と同一部位には同一の符号を記した。図1は、
この発明の第1実施例の半導体装置の要部断面図であ
る。この半導体装置はプレーナ型のNPT−IGBTで
ある。この図は図6に相当している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the following description, n is n-type, p is p
Of course, the conductivity type may be reversed. The same parts as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals. Figure 1
1 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor device of a first embodiment of the present invention. This semiconductor device is a planar type NPT-IGBT. This figure corresponds to FIG.

【0012】n半導体基板100の一方の主面の表面層
にpウエル領域2を形成し、このpウエル領域2の表面
層にnエミッタ領域3を形成し、このnエミッタ領域3
とn半導体基板100に挟まれたpウエル領域2上にゲ
ート絶縁膜4を介してゲート電極5を形成する。この上
に層間絶縁膜6を被覆し、層間絶縁膜6にコンタクトホ
ール10を開けてnエミッタ領域3と接触するエミッタ
電極7を形成する。
A p well region 2 is formed on the surface layer of one main surface of the n semiconductor substrate 100, an n emitter region 3 is formed on the surface layer of the p well region 2, and this n emitter region 3 is formed.
A gate electrode 5 is formed on the p well region 2 sandwiched between the n semiconductor substrate 100 and the gate insulating film 4. An interlayer insulating film 6 is covered thereover, and a contact hole 10 is formed in the interlayer insulating film 6 to form an emitter electrode 7 which is in contact with the n emitter region 3.

【0013】n半導体基板100の他方の主面の表面層
にpコレクタ層8を形成し、pコレクタ層8上にコレク
タ電極9を形成する。尚、n半導体基板100で、pウ
エル領域2とpコレクタ領域8で挟まれた箇所はnドリ
フト領域1である。pコレクタ層8の不純物ピーク濃度
(活性化した不純物ピーク濃度のこと)を2×1017
-3以上で、2×1018cm-3以下とする。また、n半
導体基板の厚さWは耐圧クラスによって、50μmから
200μm程度とする。
A p collector layer 8 is formed on the surface layer of the other main surface of the n semiconductor substrate 100, and a collector electrode 9 is formed on the p collector layer 8. In the n semiconductor substrate 100, a portion sandwiched between the p well region 2 and the p collector region 8 is the n drift region 1. The impurity peak concentration of the p collector layer 8 (which is the activated impurity peak concentration) is 2 × 10 17 c
It is not less than m −3 and not more than 2 × 10 18 cm −3 . The thickness W of the n semiconductor substrate is about 50 μm to 200 μm depending on the breakdown voltage class.

【0014】また、pコレクタ層8は、ボロンのイオン
注入と熱処理をして形成し、熱処理温度を350℃から
450℃とする。pコレクタ層8の不純物ピーク濃度を
2×1017cm-3以上で、2×1018cm-3以下とする
ことで、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフを良
好に確保しながら、図3(b)に示すように、素子間で
オン電圧のばらつきを小さくすることができる。
The p collector layer 8 is formed by ion implantation of boron and heat treatment, and the heat treatment temperature is set to 350 ° C. to 450 ° C. By setting the impurity peak concentration of the p-collector layer 8 to 2 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, a good trade-off between the on-voltage and the turn-off loss can be obtained, while FIG. As shown in b), it is possible to reduce variations in the on-voltage between the elements.

【0015】図2は、この発明の第2実施例の半導体装
置の要部断面図である。この半導体装置はトレンチ型の
NPT−IGBTである。n半導体基板100の一方の
主面の表面層にpウエル領域2を形成し、このpウエル
領域2を貫通し、n半導体基板100に達するトレンチ
11を形成し、このトレンチ11の側壁と底面にゲート
絶縁膜4を形成し、さらにポリシリコンをこのトレンチ
11に充填してゲート電極5を形成する。pウエル領域
2の表面層にトレンチ11の側壁のゲート酸化膜4に接
触するnエミッタ領域3を形成し、この上に層間絶縁膜
6を被覆し、層間絶縁膜6にコンタクトホール10を開
けてnエミッタ領域3と接触するエミッタ電極7を形成
する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This semiconductor device is a trench type NPT-IGBT. A p-well region 2 is formed in a surface layer on one main surface of the n semiconductor substrate 100, and a trench 11 that penetrates the p-well region 2 and reaches the n semiconductor substrate 100 is formed. A gate insulating film 4 is formed, and then the trench 11 is filled with polysilicon to form a gate electrode 5. An n emitter region 3 that contacts the gate oxide film 4 on the sidewall of the trench 11 is formed in the surface layer of the p well region 2, an interlayer insulating film 6 is covered thereover, and a contact hole 10 is formed in the interlayer insulating film 6. An emitter electrode 7 that contacts the n emitter region 3 is formed.

【0016】n半導体基板100の他方の主面の表面層
にpコレクタ層8を形成し、pコレクタ層8上にコレク
タ電極9を形成する。尚、n半導体基板100で、pウ
エル領域2とpコレクタ領域8で挟まれた箇所はnドリ
フト領域1である。図1と同様に、pコレクタ層8の不
純物ピーク濃度(活性化した不純物ピーク濃度のこと)
を2×1017cm-3以上で、2×1018cm-3以下とす
る。また、n半導体基板の厚さWは耐圧クラスによっ
て、50μmから200μm程度とする。
A p collector layer 8 is formed on the surface layer of the other main surface of the n semiconductor substrate 100, and a collector electrode 9 is formed on the p collector layer 8. In the n semiconductor substrate 100, a portion sandwiched between the p well region 2 and the p collector region 8 is the n drift region 1. Similar to FIG. 1, the impurity peak concentration of the p collector layer 8 (the activated impurity peak concentration)
Is 2 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less. The thickness W of the n semiconductor substrate is about 50 μm to 200 μm depending on the breakdown voltage class.

【0017】また、pコレクタ層8は、ボロンのイオン
注入と熱処理をして形成し、熱処理温度を350℃から
450℃とする。pコレクタ層8の不純物ピーク濃度を
2×1017cm-3以上で、2×1018cm-3以下とする
ことで、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフを良
好に確保しながら、図3(b)に示すように、素子間で
オン電圧のばらつきを小さくすることができる。
The p collector layer 8 is formed by ion implantation of boron and heat treatment, and the heat treatment temperature is set to 350 ° C. to 450 ° C. By setting the impurity peak concentration of the p-collector layer 8 to 2 × 10 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less, a good trade-off between the on-voltage and the turn-off loss can be obtained, while FIG. As shown in b), it is possible to reduce variations in the on-voltage between the elements.

【0018】尚、本発明をダイオードのpアノード層に
適用した場合にも、同様の効果が期待できる。図3は、
図1の半導体装置のI−Vカーブであり、同図(a)は
pコレクタ層の不純物ピーク濃度が1×1017cm-3
場合、同図(b)は、pコレクタ層の不純物ピーク濃度
が2×1017cm-3の場合である。縦軸は電流(IC :
コレクタ電流のこと)で、横軸はオン電圧(VCE(sat)
:コレクタ・エミッタ間の飽和電圧のこと)である。
いずれも600Vクラスの半導体装置を10個測定した
I−Vカーブである。
Similar effects can be expected when the present invention is applied to the p anode layer of a diode. Figure 3
FIG. 2 is an IV curve of the semiconductor device of FIG. 1, where (a) shows the impurity peak concentration of the p collector layer is 1 × 10 17 cm −3 , and (b) shows the impurity peak of the p collector layer. This is the case where the concentration is 2 × 10 17 cm −3 . The vertical axis shows the current (IC:
Collector current), the horizontal axis is the on-voltage (VCE (sat)
: Saturation voltage between collector and emitter).
All are IV curves obtained by measuring 10 semiconductor devices of 600V class.

【0019】同図(a)では、30Aでのオン電圧は、
1.95Vから2.18Vであり、ばらつき(最大値−
最小値)は0.23Vである。このばらつきを標準偏差
(1σ)で表すと0.04Vである。同図(b)では、
同じく30Aでのオン電圧は、1.66Vから1.73
Vで、ばらつき(最大値−最小値)は0.03Vであ
る。このばらつきを標準偏差で表すと0.015Vであ
る。
In FIG. 3A, the on-voltage at 30 A is
1.95V to 2.18V, which is a variation (maximum value-
The minimum value) is 0.23V. This variation is 0.04 V when expressed as a standard deviation (1σ). In the figure (b),
Similarly, the ON voltage at 30 A is 1.66 V to 1.73 V.
At V, the variation (maximum value-minimum value) is 0.03V. The variation is 0.015 V when expressed as a standard deviation.

【0020】このことから、同図(b)は、同図(a)
に比べて、ばらつきも標準偏差も小さくなることが分か
る。さらに、供試数を40個に増やし、20Aでのオン
電圧(VCE(sat) )を測定し、統計処理すると、表1に
なる。
From this, the same figure (b) is shown in the same figure (a).
It can be seen that the variation and the standard deviation are smaller than those of. Furthermore, the number of samples to be tested is increased to 40, the on-voltage (VCE (sat)) at 20 A is measured, and the statistical processing is shown in Table 1.

【0021】[0021]

【表1】 この表から、不純物ピーク濃度を2×1017cm-3にす
ることにより、1×1017cm-3の場合のオン電圧を確
保しながら、ばらつきが0.040Vから0.017V
に向上したことがわかる。このことから、オン電圧とタ
ーンオフ損失のトレードオフを良好に保ちながら、オン
電圧のばらつきを小さくできることが分かる。
[Table 1] From this table, by setting the impurity peak concentration to 2 × 10 17 cm −3 , the variation is 0.040 V to 0.017 V while ensuring the on-voltage in the case of 1 × 10 17 cm −3.
You can see that it has improved to. From this, it is understood that the variation in the on-voltage can be reduced while maintaining the good trade-off between the on-voltage and the turn-off loss.

【0022】尚、図2の半導体装置でも同じ効果が得ら
れる。これは、本発明は裏面のコレクタ層8に関するも
のであるため、表側のゲート構造がプレーナ型、トレン
チ型でことなることが影響しないためである。また、オ
ン電圧のばらつきは、前記したように、主にpコレクタ
層8/コレクタ電極9間の接触抵抗のばらつきに起因す
るため、不純物ピーク濃度が大きいほど、ばらつきは低
減する。
The same effect can be obtained with the semiconductor device shown in FIG. This is because the present invention relates to the collector layer 8 on the back surface, so that the fact that the gate structure on the front side is a planar type or a trench type does not affect. Further, as described above, the variation in the ON voltage is mainly due to the variation in the contact resistance between the p collector layer 8 and the collector electrode 9, and thus the variation decreases as the impurity peak concentration increases.

【0023】また、このオン電圧のばらつき低減効果
は、接触抵抗のばらつきに起因するために、n半導体基
板の厚さWに関係なく得られる。図4は、ターンオフ損
失比、オン電圧の標準偏差の不純物ピーク濃度の依存性
を示す図である。測定した半導体装置は図1の場合であ
り、その個数は40個である。図4において、ターンオ
フ損失比は平均値で、ばらつきは標準偏差で示した。ま
たターンオフ損失比は2×1017cm-3を基準として規
格化した値である。
The effect of reducing the variation in the on-voltage is obtained regardless of the thickness W of the n semiconductor substrate because it is caused by the variation in the contact resistance. FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the turn-off loss ratio and the standard deviation of the on-voltage on the impurity peak concentration. The measured semiconductor device is the case of FIG. 1, and the number thereof is 40. In FIG. 4, the turn-off loss ratio is an average value, and the variation is a standard deviation. The turn-off loss ratio is a value standardized with 2 × 10 17 cm −3 as a reference.

【0024】この図から、不純物ピーク濃度が2×10
18cm-3を超えるとターンオフ損失が大きくなりすぎ、
実用に供し得ない。一方、不純物ピーク濃度が2×10
17cm-3未満では、オン電圧の標準偏差が大きく成り過
ぎてしまう。そのために、不純物ピーク濃度は2×10
17cm-3以上で、2×1018cm-3以下が好ましい。勿
論、図2の半導体装置でも同様である。
From this figure, the impurity peak concentration is 2 × 10.
If it exceeds 18 cm -3 , the turn-off loss becomes too large,
It cannot be put to practical use. On the other hand, the impurity peak concentration is 2 × 10
When it is less than 17 cm −3 , the standard deviation of the on-voltage becomes too large. Therefore, the impurity peak concentration is 2 × 10.
It is preferably 17 cm −3 or more and 2 × 10 18 cm −3 or less. Of course, the same applies to the semiconductor device of FIG.

【0025】図5は、不純物ピーク濃度とボロンイオン
注入量の関係を示す図である。この不純物ピーク濃度は
活性化した不純物ピーク濃度であることは勿論である。
不純物ピーク濃度は、ボロンイオン注入量(ドーズ量)
と活性化熱処理温度に依存する。不純物ピーク濃度を2
×1017cm-3とするためには、活性化熱処理温度が3
50℃の場合は、1×1015cm-2以上のボロンイオン
注入量が必要であり、活性化熱処理温度を450℃に上
げると、7×1013cm-2以上のボロンイオン注入量が
必要である。また、活性化熱処理温度が450℃の場
合、不純物ピーク濃度を2×1018cm-3以下とするた
めには、1×1015cm-2以下のボロンイオン注入量と
する必要である。つまり、活性化熱処理温度を350℃
から450℃の範囲で、不純物ピーク濃度を2×1017
cm-3から2×1018cm-3とするためには、ボロンイ
オン注入量は活性化熱処理温度に応じて、本図を用いて
決定するとよい。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the impurity peak concentration and the boron ion implantation amount. Of course, this impurity peak concentration is the activated impurity peak concentration.
The impurity peak concentration is the boron ion implantation amount (dose amount).
And it depends on the activation heat treatment temperature. Impurity peak concentration is 2
The activation heat treatment temperature should be 3 in order to obtain × 10 17 cm -3.
At 50 ° C., a boron ion implantation amount of 1 × 10 15 cm -2 or more is required. When the activation heat treatment temperature is raised to 450 ° C., a boron ion implantation amount of 7 × 10 13 cm -2 or more is required. Is. Further, when the activation heat treatment temperature is 450 ° C., the boron ion implantation amount is required to be 1 × 10 15 cm −2 or less in order to set the impurity peak concentration to 2 × 10 18 cm −3 or less. That is, the activation heat treatment temperature is set to 350 ° C.
To 450 ° C, the impurity peak concentration should be 2 × 10 17
In order to set the cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 , the boron ion implantation amount may be determined using this figure according to the activation heat treatment temperature.

【0026】[0026]

【発明の効果】この発明によれば、コレクタ層の活性化
した不純物ピーク濃度を2×1017cm-3から2×10
18cm-3の範囲とすることで、ターンオフ損失とオン電
圧のトレードオフを良好に保ちながら、オン電圧のばら
つきを小さくすることができる。
According to the present invention, the activated impurity peak concentration of the collector layer is from 2 × 10 17 cm −3 to 2 × 10.
By setting the range to 18 cm −3 , it is possible to reduce the variation in the on-voltage while maintaining a good trade-off between the turn-off loss and the on-voltage.

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

【図1】この発明の第1実施例の半導体装置の要部断面
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面
FIG. 2 is a sectional view of a main portion of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】図1の半導体装置のI−Vカーブであり、
(a)はpコレクタ層の不純物ピーク濃度が1×1017
cm-3の場合、(b)は、pコレクタ層の不純物ピーク
濃度が2×1017cm-3の場合の図
3 is an IV curve of the semiconductor device of FIG.
(A) shows that the impurity peak concentration of the p collector layer is 1 × 10 17
In the case of cm −3 , (b) is a diagram when the impurity peak concentration of the p collector layer is 2 × 10 17 cm −3

【図4】ターンオフ損失比とオン電圧の標準偏差の不純
物ピーク濃度依存性を示す図
FIG. 4 is a diagram showing impurity peak concentration dependence of turn-off loss ratio and standard deviation of on-voltage.

【図5】不純物ピーク濃度とボロンイオン注入量の関係
を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an impurity peak concentration and a boron ion implantation amount.

【図6】従来のNPT−IGBTの要部断面図FIG. 6 is a sectional view of a main part of a conventional NPT-IGBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 nドリフト領域 2 pウェル領域 3 nエミッタ領域 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 層間絶縁膜 7 エミッタ電極 8、8a コレクタ層 9 コレクタ電極 10 コンタクトホール 11 トレンチ 100 n半導体基板 W n半導体基板の厚み 1 n drift region 2p well region 3 n emitter region 4 Gate insulation film 5 Gate electrode 6 Interlayer insulation film 7 Emitter electrode 8,8a collector layer 9 Collector electrode 10 contact holes 11 trench 100 n semiconductor substrate Thickness of W n semiconductor substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型半導体基板の第1主面側の表面
層に形成される該半導体基板より不純物濃度が高い第1
導電型の第1領域と、該第1領域上に形成される第1電
極と、前記半導体基板の第2主面側の表面層に形成され
る第2導電型の第2領域と、該第2領域上に形成される
第2電極とを具備する半導体装置において、 前記第2領域の活性化した不純物ピーク濃度が、2×1
17cm-3以上2×1018cm-3以下であることを特徴
とする半導体装置。
1. A first conductive type semiconductor substrate having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate formed in a surface layer on the first main surface side.
A first region of conductivity type, a first electrode formed on the first region, a second region of second conductivity type formed in a surface layer on the second main surface side of the semiconductor substrate, In a semiconductor device having a second electrode formed on two regions, the activated impurity peak concentration of the second region is 2 × 1.
A semiconductor device having a size of 0 17 cm -3 or more and 2 × 10 18 cm -3 or less.
【請求項2】第1導電型の半導体基板の第1主面の表面
層に選択的に形成される第2導電型のウエル領域と、該
ウエル領域の表面層に選択的に形成される第1導電型の
エミッタ領域と、該エミッタ領域と前記半導体基板に挟
まれた前記ウエル領域上にゲート絶縁膜を介して形成さ
れるゲート電極と、前記エミッタ領域上に形成されるエ
ミッタ電極と、前記半導体基板の第2主面の表面層に形
成される第2導電型のコレクタ領域と、該コレクタ領域
上に形成されるコレクタ電極とを具備する半導体装置に
おいて、 前記コレクタ領域の活性化した不純物ピーク濃度が、2
×1017cm-3以上2×1018cm-3以下であることを
特徴とする半導体装置。
2. A well region of a second conductivity type selectively formed in a surface layer of a first main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a well region selectively formed in a surface layer of the well region. An emitter region of one conductivity type, a gate electrode formed on the well region sandwiched between the emitter region and the semiconductor substrate via a gate insulating film, an emitter electrode formed on the emitter region, A semiconductor device comprising a second conductivity type collector region formed in a surface layer of a second main surface of a semiconductor substrate, and a collector electrode formed on the collector region, wherein an activated impurity peak of the collector region Concentration is 2
A semiconductor device having a size of not less than × 10 17 cm -3 and not more than 2 × 10 18 cm -3 .
【請求項3】第1導電型の半導体基板の第1主面の表面
層に選択的に形成される第2導電型のウエル領域と、該
ウエル領域を貫通し前記半導体基板に達するトレンチ溝
の側壁と底部を被覆して形成されるゲート絶縁膜と、前
記トレンチ溝に充填して形成されるゲート電極と、前記
ウエル領域の表面層に、前記トレンチ溝と接し選択的に
形成されるエミッタ領域と、該エミッタ領域上に形成さ
れるエミッタ電極と、前記半導体基板の第2主面の表面
層に形成される第2導電型のコレクタ領域と、該コレク
タ領域上に形成されるコレクタ電極とを具備する半導体
装置において、 前記コレクタ領域の活性化した不純物ピーク濃度が、2
×1017cm-3以上2×1018cm-3以下であることを
特徴とする半導体装置。
3. A well region of a second conductivity type selectively formed in a surface layer of a first main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a trench groove penetrating the well region and reaching the semiconductor substrate. A gate insulating film formed to cover the side wall and the bottom, a gate electrode formed to fill the trench groove, and an emitter region selectively formed in contact with the trench groove on the surface layer of the well region. An emitter electrode formed on the emitter region, a second conductivity type collector region formed on the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate, and a collector electrode formed on the collector region. In the semiconductor device, the activated impurity peak concentration of the collector region is 2
A semiconductor device having a size of not less than × 10 17 cm -3 and not more than 2 × 10 18 cm -3 .
【請求項4】前記第2領域もしくは前記コレクタ領域を
形成するために注入するイオン種が、ボロンイオンであ
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半
導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the ion species implanted to form the second region or the collector region is boron ion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012156207A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

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