JP2009176892A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FZウェハのおもて面に、MOSゲート構造を形成した後に、FZウェハ10の裏面を研削する。次いで、この研削された面にプロトンを照射し、異なる波長の2種類のレーザを同時に照射して、N+第1バッファ層2と、N第2バッファ層12とを形成する。次いで、プロトンの照射面にP+コレクタ層3と、コレクタ電極9とを形成する。また、N+第1バッファ層2のネットドーピング濃度が極大の位置から、P+コレクタ層3と第2バッファ層12との界面までの距離を、5μm以上30μm以下となるようにする。
【選択図】図1
Description
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構成およびネットドーピング濃度を示す図である。図1において半導体装置の断面図100に示すように、例えば、第1半導体層であるN-ドリフト層1の一方の主面側(第1主面側)に、第2半導体層であるN+第1バッファ層(N+フィールドストップ層)2と、第3半導体層であるN第2バッファ層12と、第4半導体層であるP+コレクタ層3と、がこの順に形成されている。また、N-ドリフト層1の他方の主面側(第2主面側)に、第5半導体層であるPベース層4が形成されている。Pベース層4の表面層の一部には、第6半導体層であるNソース層5がN-ドリフト層1と離れて形成されている。ゲート電極7は、Nソース層5およびPベース層4を貫通してN-ドリフト層1に達するトレンチ内に、ゲート絶縁膜6を介して形成されている。そして、Pベース層4およびNソース層5の表面には、第1電極であるエミッタ電極8が形成されている。また、P+コレクタ層3の表面には、第2電極であるコレクタ電極9が形成されている。
次に、実施の形態2にかかる半導体装置について説明する。実施の形態2にかかる半導体装置は、実施の形態1と異なり、プロトン以外のイオンを注入することによりN+第1バッファ層が形成されている。図11〜図13は、それぞれ、ヘリウムイオン(He2+)、リチウムイオン(Li3+)、酸素イオン(O+)を注入したときの加速電圧に対する、それぞれのイオンの飛程および漏れ電流良品率を測定した結果を示す説明図である。図11〜図13において、縦軸の左軸はプロトンの飛程、縦軸の右軸は漏れ電流良品率であり、横軸は加速電圧である。また、各イオンのドーズ量は1×1014atoms/cm2である。
図14は、実施の形態3にかかる半導体装置の構成およびネットドーピングを示す図である。図14において半導体装置の断面図200に示すように、実施の形態3の半導体装置は、図1に示す実施の形態1の半導体装置において、N第2バッファ層12とP+コレクタ層3の間に、N第2バッファ層12よりも高濃度である、N+カソードバッファ層22(第7半導体層)を設けたものである。その他の構成は実施の形態1と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
図17は、実施の形態4にかかる半導体装置の構成、ネットドーピング濃度を示す図である。図17において半導体装置の断面図300に示すように、例えば第1半導体層であるN-ドリフト層31の一方の主面側(第1主面側)に、第2半導体層であるN+カソードバッファ層32と、第3半導体層であるN++カソード層33と、がこの順に形成されている。また、N-ドリフト層31の他方の主面側(第2主面側)に、第4半導体層であるPアノード層34が形成されている。Pアノード層34の表面には、第1電極であるアノード電極38が形成されている。また、N++カソード層33の表面には、第2電極であるカソード電極39が形成されている。このような構造のため、実施の形態4にかかる半導体装置は、ダイオードとしての機能を果たす。
2 N+第1バッファ層(N+フィールドストップ層)
3 P+コレクタ層
4 Pベース層
5 Nソース層
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 エミッタ電極
9 コレクタ電極
10 FZウェハ
11 絶縁膜
12 N第2バッファ層
13 高濃度領域
Claims (16)
- 第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第1半導体層の第1主面側で当該第1半導体層に接して設けられた第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層よりも低濃度で、かつ前記第2半導体層に接して設けられた第1導電型の第3半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、前記第3半導体層に接して設けられた第2導電型の第4半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第1半導体層の第2主面側で当該第1半導体層に接して設けられた第2導電型の第5半導体層と、前記第5半導体層の表面に選択的に設けられた第1導電型の第6半導体層と、前記第5半導体層のうち前記第1半導体層と前記第6半導体層とに挟まれる部分に接するゲート絶縁膜と当該ゲート絶縁膜に接するゲート電極からなるMOSゲート構造と、前記第5半導体層の少なくとも一部に接触する第1電極と、前記第4半導体層の少なくとも一部に接触する第2電極と、を備える半導体装置であって、
前記第2半導体層のネットドーピング濃度が極大となる位置から、前記第3半導体層と前記第4半導体層との界面までの距離が、5μm以上30μm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 前記MOSゲート構造は、前記第5半導体層および前記第6半導体層を貫通し、前記第1半導体層に達するトレンチ内に、前記ゲート絶縁膜と当該ゲート絶縁膜に接する前記ゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2半導体層のネットドーピング濃度の最大値と、当該第2半導体層の半値全幅とを乗じた値の半値が、5×1011atoms/cm3以上、好ましくは6×1011atoms/cm2以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第2半導体層のネットドーピング濃度の最大値が1.0×1015atoms/cm3以上、かつ当該第2半導体層の半値全幅が2.5μm以上、好ましくは3μm以上であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第2半導体層および前記第3半導体層に、水素、ヘリウム、リチウムまたは酸素のいずれか一つの原子が電気的に活性化されたドーパントとして含まれることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第3半導体層と、前記第4半導体層の間に、当該第3半導体層よりもネットドーピング濃度が高い第7半導体層を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第1半導体層の第1主面側で当該第1半導体層に接して設けられた第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層よりも高濃度で、かつ前記第2半導体層に接して設けられた第1導電型の第3半導体層と、前記第1半導体層よりも高濃度で、かつ前記第1半導体層の第2主面側で当該第1半導体層に接して設けられた第2導電型の第4半導体層と、前記第4半導体層の少なくとも一部に接触する第1電極と、前記第3半導体層の少なくとも一部に接触する第2電極と、を備える半導体装置であって、
前記第2半導体層のネットドーピング濃度が極大となる位置から、当該第2半導体層と前記第3半導体層との界面までの距離が、5μm以上30μm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 上記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置を製造するにあたって、
前記第1半導体層となる第1導電型の半導体基板の第1主面側を研削する研削工程と、
前記第1半導体層の研削により露出された面に軽イオンを注入する注入工程と、
前記軽イオンを注入した面に異なる波長の2種類のレーザ光を照射することによって、注入された軽イオンを電気的に活性化させる照射工程と、
前記レーザ光を照射した面に金属膜を積層し、第2電極を形成する電極形成工程と、
を含み、
前記2種類のレーザ光のうちの短い波長のレーザ光は、前記半導体基板への侵入長が0.3μm以上5μm以下であり、
前記2種類のレーザ光のうちの長い波長のレーザ光は、前記半導体基板への侵入長が5μm以上30μm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記照射工程においては、異なる波長の2種類のレーザ光を同時に照射することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記短い波長のレーザ光として、YAG2ωレーザ、YVO42ωレーザもしくはYLF2ωレーザのうちのいずれか一つの全固体レーザ、窒化ガリウムを含む半導体レーザ、または、エキシマレーザもしくはヘリウムネオンレーザのうちのいずれか一つの気体レーザを用いることを特徴とする請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記長い波長のレーザ光として、組成の一部にガリウムを含む半導体レーザ、ルビーレーザ、または、YAGレーザ、YVO4レーザもしくはYLFレーザのうちのいずれか一つの基準振動数の全固体レーザを用いることを特徴とする請求項8〜10のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記長い波長のレーザ光として、AlXGa1-XAs(Xは、ストイキオメトリー(正規組成)を表す)レーザまたはInXGa1-XAsレーザを用いることを特徴とする請求項8〜10のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記軽イオンは、プロトン、ヘリウムイオン、リチウムイオンまたは酸素イオンのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項8〜12のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記軽イオンは、プロトンであることを特徴とする請求項8〜12のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記注入工程においては、前記軽イオンを200keV以上30MeV以下の加速電圧で注入することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記注入工程においては、プロトンを200keV以上2MeV以下の加速電圧で注入することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
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