JP2009152609A

JP2009152609A - トレンチ型フィールドリング構造を有するパワー半導体コンポーネントとその生成方法

Info

Publication number: JP2009152609A
Application number: JP2008322271A
Authority: JP
Inventors: Bernhard Koenig; ケーニッヒベルンハルト
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2009-07-09
Also published as: CN101483195A; US7821028B2; CN101483195B; US20090179224A1; EP2073273B1; EP2073273A1; DE102007062305B3

Abstract

【課題】本発明は、第１ドーピングを有する半導体ベース体から成るパワー半導体コンポーネントと、その生成方法とを提供する。
【解決手段】第１ドーピングを有するベース体に、ｐｎ接合が、ドーピング第１輪郭線をもって第２ドーピングを有する接触領域により形成される。各フィールドリングのドーピング第２輪郭線をもって第２ドーピングを有するフィールドリング構造も配置される。この場合、接触領域とフィールドリング構造とは、それぞれ、ベース体の第１表面の第１及び第２部分面に割り当てられて配置される。この接触領域とフィールドリング構造とは、ベース体の容積内部に延び、ベース体は、フィールドリング構造のために、各フィールドリングに割り当てられたトレンチ型切除部分を有しており、この切除部分の表面は、割り当てられたドーピング輪郭線の輪郭を概ねたどる。
【選択図】図６

Description

本発明は、パワー半導体コンポーネントに関するものである。このコンポーネントは、少なくとも１つのｐｎ接合から成っており、パワークラスのコンバータに適用するために、少なくとも６００Ｖの遮断電圧を有するパワーダイオードであると好ましい。このタイプのパワー半導体コンポーネントのための条件に関して必要不可欠な条件とは、遮断電圧に寄与するエッジ領域である。

従来技術に従うと、前述の条件を満たすために、パワー半導体コンポーネントのエッジ領域に複数のフィールドリングから成る同心円構造を配置することが知られている。この場合、フィールドリングが拡散工程を用いて生成され、ドーパントが表面上でマスキングされた状態で用いられ、温度の作用により半導体内部で十分に拡散される結果、拡散輪郭線（プロフィール）が形成されることが周知である。バルクが導電性であるパワー半導体コンポーネントを得るために、ダイオードの活性（電流が流れる）領域であるｐｎ接合を生成すると共にフィールドリングを形成することは、ここでは通常である。

ここでは、ドーパントが深く拡散することが必要なので、長い拡散時間が生じ、この結果、例えば重い金属によって、拡散領域がコンタミネートされる危険がある。

本発明の課題は、拡散輪郭線の広い領域においてコンタミネーションを防止した、フィールドリング構造から成るパワー半導体コンポーネントと、さらに、より短い拡散時間しか要さない、このコンポーネントの生成方法とを提供することである。

上述した課題は、本発明に従い、請求項１、及び６に記載した装置及び方法により解決される。好適実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明の概念は、好ましくはｎ型である第１ドーピングを有する半導体ベース体から成るパワー半導体コンポーネントに基づいている。少なくとも１つのｐｎ接合を形成するために、接触領域として後述される、好ましくはｐ型である第２ドーピングを有する少なくとも１つの領域が、ベース体に配置される。第２ドーピングを有するこの領域は、拡散工程によって形成されることが好ましいため、均一なドーピングを有さないが、ドーパント添加面から出発する、濃度が減少していくドーピング第１輪郭線を有する。前述の接触領域は、パワー半導体コンポーネントの第１表面の第１部分面上に配置される。

さらに、本発明に従うパワー半導体コンポーネントは、第１表面の第２部分面に、フィールドリング構造を有し、この構造は、パワー半導体コンポーネントのエッジ領域に配置される複数のフィールドリングとして体現される。同様に、この複数のフィールドリングは、第２ドーピングと、ドーピング第２輪郭線とを有する領域として体現され、接触領域を、好ましくは同心円状に取り囲む。フィールドリングは、ベース体の第１表面に配置され、接触領域のように、ベース体の容積内部に延びる。

本発明に従うと、パワー半導体コンポーネントのベース体は、フィールドリング構造のために、場合ごとに、各フィールドリングに割り当てられたトレンチ型切除部分を有し、この切除部分の表面は、割り当てられたドーピング第２輪郭線の輪郭を概ねたどる。

上述したパワー半導体コンポーネントを生成するための特に好適な方法は、フィールドリングを形成するための以下の基本的な方法ステップを含む。
・パワー半導体コンポーネントの表面の第１部分面の領域の中の、後にフィールドリングとなる領域に、複数のトレンチ型切除部分（トレンチ）を適切に形成するステップ。このトレンチは、パワー半導体コンポーネントの接触領域周辺で同心円状に配置されるのが好ましい。
・トレンチが形成されない領域において、パワー半導体コンポーネントの表面の第１部分面をマスキングするステップ。
・トレンチの領域の第１表面から出発する第２ドーピングを有するドーピング第２輪郭線を生成し、フィールドリング構造を形成するステップ。この生成は、イオン注入を用いて行われると有利である。
・第１部分面と、フィールドリングのトレンチの表面とを完全に不活性化するステップ。

この方法で重要な点は、この場合、ドーピング輪郭線が、より短い時間による工程で生成され、その上、コンタミネーションの危険が低い点である。

フィールドリングを形成するための各方法ステップと同時に、第１部分面の領域でトレンチを形成し、その後トレンチのドーピング輪郭線を形成することにより、同様にｐｎ接合と接触領域とが、専用のトレンチで生じることは有益である。

本発明の解決手段を、２つの実行可能な生成方法に基づき、図１〜６を用いて、詳細に説明する。ここでは、本発明に従うフィールドリング構造の形成だけでなく、好適な接触領域の形成にも言及する。しかし、これは、有利なことに限定的ではない。接触領域に代わる構成も同様に好適である。

本発明に従うパワー半導体コンポーネントのベース体を示す図である。第２ドーピングを有するドーピング輪郭線を形成するための第１方法の部分ステップを示す図である。第１方法に従う、ドーピング輪郭線を形成した後のパワー半導体コンポーネントを示す図である。フィールドリング構造のトレンチを形成した後の部分ステップを示す図である。本発明に従う第２方法による、フィールドリングのドーピング輪郭線を形成するための部分ステップを示す図である。本発明に従う方法により形成されたパワー半導体コンポーネントを示す図である。

図１は、正確な縮尺率ではないが、本発明に従うパワー半導体コンポーネントのベース体（２、４）の断面を示しており、遮断電圧１２００Ｖ用のパワーダイオードの例に基づいている。この例は、他の図においても、基本的には継続して用いられている。この場合、半導体ベース体は、２つの異なる濃度を備えたｎ型ドーピングを有する。低濃度のドーピング領域（２）は、ベース体の第１表面（１０）に隣接しており、高濃度のドーピング領域（４）は、第２表面（１００）に隣接している。２つのドーピング領域の境界は、表面（１０、１００）に平行してベース体の内部で延びている。

図２は、接触領域とフィールドリング構造とのために、第２ドーピングを有するドーピング輪郭線を形成するための第１方法の部分ステップを示している。従来技術に従うと、この場合は、ドーピングを選択する準備で様々な領域がマスキング（６）される。後から、接触領域が、第１部分面（１０ａ）の領域に生成され、フィールドリング構造のフィールドリングが、第２部分面（１０ｂ）の領域に生成される。従来技術に従うと、この場合、拡散（６０）によるドーピングが、第１表面（１０）の方向から行われる。

図３は、ここではｐ型である第２ドーピングを形成した後の部分ステップを示している。さらに、各ドーピング輪郭線（１２０、１４０）の推移、すなわち浸透の深さによるｐ型ドーピングの濃度の減少を図示している。ｐ型ドーパントが、半導体ベース体（２、４）の中へ表面（１０）に対して垂直に浸透していくだけでなく、表面に対して横方向にも浸透していき、マスキング（６）の十分に小さな開口部にほぼ半円状の領域を形成していく様子が見られる。これは、接触領域（１２）の形成にも同様に適用される。

図４は、接触領域（１２）とフィールドリング（１４）とのためのトレンチ（１２２、１４２）を形成した後の部分ステップを示している。有利なことに、このトレンチは、適切なエッチング溶剤を用いて生成され、トレンチの表面が、ｐ型ドーピング（１２０）の濃度を示す線にほぼ沿って形成される。低濃度のドーピング接触領域（１２）と、同様に低濃度のドーピングフィールドリング（１４）とが生成される。第１ドーピング（２）に関するフィールドリング（１４）の遷移領域のみが、このフィールドリングの効果のための本質的要素であるので、パワー半導体コンポーネントの電気的特徴が、トレンチ（１４２）の形成によって大きく変化することはない。

ここでは、パワーダイオードである、１０ｍｍ^２から１００ｍｍ^２の範囲にある好適なベース面と、遮断電圧１２００Ｖとを有する、代表的なパワー半導体コンポーネントの典型的なサイズのオーダーは、以下のことを含む。
・パワーダイオードの厚さは、１００μｍから４５０μｍの間である。
・ｐｎ接合、すなわちここではｐ型である第２ドーピング、又は、ドーピング輪郭線（１２０、１４０）の浸透の深さは、１０μｍから３０μｍの間である。
・トレンチ（１２２、１４２）の深さの範囲は、第２ドーピングの浸透の深さに対して、最大が９０％、最小が５０％である。浸透の深さを２０μｍとすると、トレンチの深さは、１０μｍから１８μｍである。
・フィールドリング（１４）の第２ドーピングを有する領域は、表面において１０^１５から１０^１６ｃｍ^−３の好適な濃度を有する。
・フィールドリング（１４）に割り当てられたトレンチ（１４２）の横方向の大きさは、深さの大きさに対して、１対３から３対１の比率を有する。

図５は、本発明に従う第２方法による、フィールドリング（１４）のドーピング輪郭線を形成するための部分ステップを示している。各フィールドリング（１４）に割り当てられているトレンチ（１４２）と、接触領域（１２）に好都合なトレンチ（１２２）とを形成した後、表面（１０）のマスキング（２６）が、トレンチ（１２２、１４２）の形成されない領域で行われる。

次のステップで、イオン注入（２８）が、第１表面（１０）の方向から行われる。イオン注入（２８）の後に、アニーリングステップがさらに続くことは有益であり、注入の間に生成された結晶欠陥を取り除く。

図６は、本発明に従う方法により形成されたパワー半導体コンポーネントを示している。各フィールドリングは、割り当てられたトレンチを有し、各トレンチの表面が、ドーピング輪郭線の輪郭を概ねたどる。

従来技術に従う不活性化層（１４６）が、第２部分面（１０ｂ）上と、フィールドリング（１４）のトレンチ（１４２）の表面上とにさらに配置されることは利点である。同様に、電気接続するために、接触領域（１２）が金属被覆（１２４）を有し、第２表面（１００）が金属被覆（１０２）を有する。

上述したことから明確であるように、本発明に従うパワー半導体コンポーネントを生成する間、接触領域（１２）とフィールドリング構造（１４）とを連係して形成することが可能であるため、ドーピング第１輪郭線（１２０）とドーピング第２輪郭線（１４０）の浸透の深さが、同一に形成されることが特に有益である。しかし、接触領域（１２）とフィールドリング構造（１４）とが連係して形成されないことも、また有益である。そして、フィールドリング構造（１４）のドーピング第２輪郭線（１４０）の浸透の深さを、接触領域（１２）のドーピング第１輪郭線（１２０）の浸透の深さより、浅く又は深く選択できることが有益である。

２ベース体（低濃度のドーピング領域）
４ベース体（高濃度のドーピング領域）
６、２６マスク
１０第１表面
１０ａ第１部分面
１０ｂ第２部分面
１２接触領域
１４フィールドリング（構造）
２６マスク
２８イオン注入
６０拡散
１００第２表面
１０２、１２４金属被覆
１２０ドーピング第１輪郭線
１２２、１４２トレンチ
１４０ドーピング第２輪郭線
１４６不活性化層

Claims

第１ドーピングを有する半導体ベース体（２、４）と、ドーピング第１輪郭線（１２０）をもって第２ドーピングを有する接触領域（１２）と、フィールドリング構造（１４）とを有するパワー半導体コンポーネントにおいて、接触領域（１２）が、ベース体に形成され、第１ドーピングを有する領域とともにｐｎ接合を形成しており、フィールドリング構造（１４）が、各フィールドリングのドーピング第２輪郭線（１４０）をもって第２ドーピングを有しており、接触領域（１２）とフィールドリング構造（１４）とが、ベース体の第１表面（１０）の、それぞれ割り当てられた第１部分面（１０ａ）と第２部分面（１０ｂ）に配置され、ベース体の容積内部に延びており、ベース体（２、４）が、フィールドリング構造（１４）のために、各フィールドリングに割り当てられたトレンチ型切除部分（１４２）を有し、切除部分の表面が、割り当てられたドーピング輪郭線（１４０）の輪郭を概ねたどることを特徴とする、パワー半導体コンポーネント。
ドーピング第１輪郭線（１２０）とドーピング第２輪郭線（１４０）との浸透の深さが、同一であることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体コンポーネント。
ドーピング第２輪郭線（１４０）の浸透の深さが、ドーピング第１輪郭線（１２０）の浸透の深さより浅い又は深いことを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体コンポーネント。
トレンチ型切除部分（１４２）を含む第２部分面（１０ｂ）が、不活性化層（１４６）で被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体コンポーネント。
各トレンチ（１４２）の横方向の大きさが、各深さの大きさに対し、１対３から３対１の比率を有する、請求項１に記載のパワー半導体コンポーネント。
フィールドリング構造を形成するための方法ステップが、
・パワー半導体コンポーネントの表面（１０）の第２部分面（１０ｂ）において、後にフィールドリングとなる領域に複数のトレンチ（１４２）を適切に形成するステップと、
・トレンチ（１４２）が形成されない領域において、パワー半導体コンポーネントの表面（１０）の第１部分面（１０ｂ）をマスキング（２６）するステップと、
・トレンチ（１４２）の領域の第１表面（１０）から出発する、第２ドーピングを有するドーピング第２輪郭線（１４０）を生成し、フィールドリング構造（１４）を形成するステップと、
・第１部分面（１０ａ）と、フィールドリングのトレンチとを、完全に不活性化（１４６）するステップと
を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のパワー半導体コンポーネントを生成する方法。
フィールドリング（１４）を形成するための各ステップと同時に、第１部分面（１０ａ）の領域で、トレンチ（１２２）と、次にトレンチのドーピング輪郭線（１２０）とが形成され、ｐｎ接合と接触領域（１２）とが生じることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
フィールドリングのドーピング輪郭線（１４０）が、イオン注入（２８）を用いて生成されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。