JP2011134861A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置10は、ダイオード領域20とIGBT領域40を有する半導体基板12を備えている。半導体基板12には、ダイオードドリフト領域28とIGBTドリフト領域50の間に、分離構造70とライフタイム制御領域41が形成されている。ライフタイム制御領域41のキャリアライフタイムは、ダイオードドリフト領域28及びIGBTドリフト領域50のキャリアライフタイムより短い。ライフタイム制御領域41の上端部は分離構造70に接続している。
【選択図】図1
Description
ダイオード領域は、アノード領域とダイオードドリフト領域とカソード領域を有している。アノード領域は、p型であり、アノード電極に接している。ダイオードドリフト領域は、n型であり、アノード領域の下側に設けられている。カソード領域は、n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の下側に設けられており、共通電極に接している。
IGBT領域は、エミッタ領域とボディ領域とIGBTドリフト領域とコレクタ領域とゲート電極を有している。エミッタ領域は、n型であり、エミッタ電極に接している。ボディ領域は、p型であり、エミッタ領域の側方及び下側に設けられており、エミッタ電極に接している。IGBTドリフト領域は、n型であり、ボディ領域の下側に設けられている。コレクタ領域は、p型であり、IGBTドリフト領域の下側に設けられており、共通電極に接している。ゲート電極は、エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。
ダイオード領域とIGBT領域の間には、分離構造と第1ライフタイム制御領域が形成されている。分離構造は、半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に設けられており、アノード領域とボディ領域とを分離している。第1ライフタイム制御領域は、ダイオードドリフト領域とIGBTドリフト領域の間に設けられており、そのキャリアライフタイムがダイオードドリフト領域及びIGBTドリフト領域のキャリアライフタイムより短く、その上端部が分離構造に接続している。
この製造方法では、ダイオード領域とIGBT領域の間の領域に、半導体基板を貫通するように荷電粒子を照射することで、半導体基板の表面から下面に連続する結晶欠陥が形成される。これによって、ダイオード領域とIGBT領域の間の領域に、半導体基板の表面から下面に連続するライフタイム制御領域を形成することができる。
図1に示すように、半導体装置10は、シリコンからなる半導体基板12と、半導体基板12の上面及び下面に形成されている金属層及び絶縁層を備えている。半導体基板12には、ダイオード領域20とIGBT領域40が形成されている。
半導体装置10のダイオードの動作について説明する。ダイオードをオンするには、アノード電極22と共通電極60の間に、アノード電極22がプラスとなる電圧(すなわち、順電圧)を印加する。順電圧が印加されてダイオードがオンすると、アノード電極22から、アノード層26、ダイオードドリフト層28及びカソード層30を経由して、共通電極60に電流が流れる。なお、半導体装置10は、アノード電極22とエミッタ電極42とを導通させた状態で使用される。このため、ダイオード20に順電圧を印加すると、エミッタ電極42の電位がアノード電極22と略同じ電位に上昇する。
半導体装置10のIGBTの動作について説明する。エミッタ電極42と共通電極60の間に共通電極60がプラスとなる電圧を印加し、ゲート電極54にオン電位(チャネルが形成されるのに必要な電位以上の電位)を印加すると、IGBTがオンする。すなわち、ゲート電極54へのオン電位の印加により、ゲート絶縁膜56に接する範囲の低濃度ボディ層48bにチャネルが形成される。すると、電子が、エミッタ電極42から、エミッタ領域44、チャネル、IGBTドリフト層50及びコレクタ層52を介して、共通電極60に流れる。また、ホールが、共通電極60から、コレクタ層52、IGBTドリフト層50、低濃度ボディ層48b及びボディコンタクト領域48aを介して、エミッタ電極42に流れる。すなわち、共通電極60からエミッタ電極42に電流が流れる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:半導体基板
20:ダイオード領域
22:アノード電極
26:アノード層
26a:アノードコンタクト領域
26b:低濃度アノード層
28:ダイオードドリフト層
30:カソード層
39:ダイオードライフタイム制御領域
40:IGBT領域
41:ライフタイム制御領域
42:エミッタ電極
44:エミッタ領域
48:ボディ層
48a:ボディコンタクト領域
48b:低濃度ボディ層
50:IGBTドリフト層
52:コレクタ層
54:ゲート電極
56:ゲート絶縁膜
60:共通電極
70:分離領域
Claims (11)
- ダイオード領域とIGBT領域を有する半導体基板と、
ダイオード領域内の半導体基板の上面に設けられているアノード電極と、
IGBT領域内の半導体基板の上面に設けられているエミッタ電極と、
半導体基板の下面に設けられている共通電極と、を有しており、
ダイオード領域は、
p型であり、アノード電極に接しているアノード領域と、
n型であり、アノード領域の下側に設けられているダイオードドリフト領域と、
n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の下側に設けられており、共通電極に接しているカソード領域と、を有しており、
IGBT領域は、
n型であり、エミッタ電極に接しているエミッタ領域と、
p型であり、エミッタ領域の側方及び下側に設けられており、エミッタ電極に接しているボディ領域と、
n型であり、ボディ領域の下側に設けられているIGBTドリフト領域と、
p型であり、IGBTドリフト領域の下側に設けられており、共通電極に接しているコレクタ領域と、
エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、を有しており、
ダイオード領域とIGBT領域の間には、
半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に設けられており、アノード領域とボディ領域とを分離する分離構造と、
ダイオードドリフト領域とIGBTドリフト領域の間に設けられており、そのキャリアライフタイムがダイオードドリフト領域及びIGBTドリフト領域のキャリアライフタイムより短く、その上端部が分離構造に接続している第1ライフタイム制御領域が形成されている、半導体装置。 - 第1ライフタイム制御領域の下端部がコレクタ領域に接続している、請求項1に記載の半導体装置。
- ダイオードドリフト領域内には第2ライフタイム制御領域が設けられており、
第2ライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、第2ライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域のキャリアライフタイムより短く、
第2ライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部が第1ライフタイム制御領域に接続している、請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 第1ライフタイム制御領域の結晶欠陥密度の最大値は、第2ライフタイム制御領域の結晶欠陥密度の最大値以上とされている、請求項3に記載の半導体装置。
- IGBTドリフト領域内には第3ライフタイム制御領域が設けられており、
第3ライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、第3ライフタイム制御領域外のIGBTドリフト領域のキャリアライフタイムよりも短く、
第3ライフタイム制御領域のダイオード領域側の端部が第1ライフタイム制御領域に接続している、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 第1ライフタイム制御領域の結晶欠陥密度の最大値は、第3ライフタイム制御領域の結晶欠陥密度の最大値以上とされている、請求項5に記載の半導体装置。
- 前記分離構造は、アノード領域及びボディ領域に接しているp型の半導体領域である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記分離構造は、半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に設けられた分離トレンチである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 請求項1に記載の半導体装置を製造する方法であって、
ダイオード領域とIGBT領域の間の領域に、半導体基板の上面から下面、又は、下面から上面に貫通するように荷電粒子を照射する荷電粒子照射工程、を有する半導体装置の製造方法。 - 分離構造が、半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に設けられるp型半導体領域である、請求項9に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体基板のダイオード領域とIGBT領域の間の領域にp型の不純物イオンを注入する不純物イオン注入工程、をさらに有しており、
不純物イオン注入工程は、不純物イオン照射装置と半導体装置の間にマスクを配置した状態で行われ、
荷電粒子照射工程は、不純物イオン注入工程で用いたマスクと同一のマスクを荷電粒子照射装置と半導体装置の間に配置した状態で行われる、半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、ダイオードドリフト領域又はIGBTドリフト領域にライフタイム制御領域が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記荷電粒子照射工程では、厚さが薄い第1部分と第1部分より厚さが厚い第2部分を有するマスク、または、貫通孔からなる第1部分と所定の厚さの第2部分を有するマスクを荷電粒子照射装置と半導体基板の間に配置した状態で、第1部分に向けて照射された荷電粒子が第1部分と半導体基板を通過し、第2部分に向けて照射された荷電粒子が第2部分を通過して半導体基板内で停止するように、荷電粒子照射装置から半導体基板に向けて荷電粒子を照射し、
マスクの第1部分を通過した荷電粒子が、ダイオード領域とIGBT領域の間の領域に対応する領域の半導体基板を通過し、
マスクの第2部分を通過した荷電粒子が、ダイオードドリフト領域又はIGBTドリフト領域に対応する半導体基板の領域中で停止する、半導体装置の製造方法。
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