JP2012033782A - Igbtの製造方法及びigbt - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パンチスルー型のIGBTを製造するためのIGBTの製造方法。n−型シリコン基板112を準備する第1工程と、n−型シリコン基板112の第1主面側表面にMOS構造120を形成する第2工程と、n−型シリコン基板112を研削・研磨してn−型シリコン基板112を薄くする第3工程と、n−型シリコン基板112の第2主面側からn−型シリコン基板112の内部にn型不純物を導入する第4工程と、n−型シリコン基板112の第2主面側の表面上にp型不純物を含有する多結晶シリコン層116”を形成する第5工程と、n−型シリコン基板112の第2主面側からレーザー光を照射して多結晶シリコン層116”を溶融させる第6工程とをこの順序で含む。
【選択図】図1
Description
また、従来のIGBTの製造方法によれば、「エピタキシャル基板810の第2主面側からエピタキシャル基板810を研削・研磨してp+型シリコン層816を薄くする工程」を含むため、p+型シリコン層816(コレクタ層)をある程度まで薄くすることが可能となり、オン抵抗の低いIGBTを製造することが可能となる。
また、従来の他のIGBTの製造方法によれば、n−型シリコン基板912の第2主面側における深い位置にn型不純物を導入するとともにn−型シリコン基板912の第2主面側における浅い位置にp型不純物を導入することにより、n+型シリコン層914(バッファ層)及びp+型シリコン層916(コレクタ層)を形成することとしているため、従来のIGBTの製造方法のように「n+型エピタキシャル層及びn−型エピタキシャル層の厚さを精密に制御する」必要も「エピタキシャル基板を研削・研磨する」必要もなくなる。このため、従来の他のIGBTの製造方法によれば、p+型シリコン層916(コレクタ層)を10μm以下の厚さにすることが可能となり、従来のIGBTの製造方法によって製造されるIGBTよりもオン抵抗の低いIGBTを製造することが可能となる。
また、このような方法とすることにより、イオン注入装置を用いることなく、半導体基板の内部に第1導電型不純物を導入することが可能となり、より一層安価な製造コストでIGBTを製造することが可能となる。
また、このような方法とすることにより、イオン注入装置を用いることなく、上記した半導体層を形成することが可能となり、より一層安価な製造コストでIGBTを製造することが可能となる。
また、このような方法とすることにより、イオン注入装置を用いることなく、上記した半導体層を形成することが可能となり、より一層安価な製造コストでIGBTを製造することが可能となる。
図1は、実施形態1に係るIGBTの製造方法を示す図である。図1(a)〜図1(h)は各工程図である。図2は、実施形態1に係るIGBT100における深さ方向の不純物濃度分布を示す図である。図2において、横軸はn+型シリコン層114とp+型シリコン層116との界面からの距離を示し、深さが深くなる方向を正とし、深さが浅くなる方向を負としている。
第1工程は、n−型シリコン基板112を準備する工程である(図1(a)参照。)。n−型シリコン基板112の不純物濃度は例えば1×1014cm−3である。n−型シリコン基板112の厚さは例えば500μmである。
第2工程は、n−型シリコン基板112の第1主面側表面にMOS構造120を形成する工程である(図1(b)参照。)。MOS構造120の形成は、例えば以下のようにして行う。すなわち、n−型シリコン基板112の第1主面側表面にp型ベース領域122を形成し、当該p型ベース層の表面にn+型エミッタ領域を示124を形成する、その後、n−型シリコン基板112の第1主面側表面を清浄化した後、熱酸化法によりシリコン熱酸化膜を形成し、例えばn型不純物が高濃度でドープされた多結晶シリコン層を形成する。その後、写真工程により多結晶シリコン層からゲート電極128を形成し、シリコン熱酸化膜からゲート絶縁膜126を形成する。その後、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜130を形成した後、アルミニウムからなるエミッタ電極132を形成し、ポリイミドからなる保護絶縁膜(図示せず。)を形成する。
第3工程は、n−型シリコン基板112の第2主面側からn−型シリコン基板112を研削・研磨してn−型シリコン基板912を薄くする工程である(図1(c)参照。)。これにより、n−型シリコン基板912の厚さは例えば70μmとなる。
第4工程は、n−型シリコン基板112の第2主面側からn−型シリコン基板112の内部にn型不純物を導入する工程である(図1(d)参照。)。
当該第4工程においては、100keV以下の加速電圧(例えば30keV)でn−型シリコン基板112の第2主面側からn型不純物(例えばリンイオン)をイオン注入(ドーズ量:例えば1×1012cm−2〜1×1014cm−2)することにより、n−型シリコン基板112の内部にn型不純物を導入する。
第5工程は、n−型シリコン基板112の第2主面側の表面上に、p型不純物を含有する多結晶シリコン層116”を形成する工程である(図1(e)及び図1(f)参照。)。
当該第5工程においては、n−型シリコン基板112の第2主面側の表面上にノンドープの多結晶シリコン層116’を気相法(例えばスパッタ法)により形成し、その後、100keV以下の加速電圧(例えば30keV)で多結晶シリコン層116’の表面側からp型不純物(例えばボロンイオン)をイオン注入(ドーズ量:例えば2×1013cm−2〜2×1015cm−2)することにより、多結晶シリコン層116’の内部にp型不純物を導入し、n−型シリコン基板112の第2主面側の表面上に、p型不純物を含有する多結晶シリコン層116”を形成する。多結晶シリコン層116’の厚さは、図2に示すように、例えば1μmである。
第6工程は、n−型シリコン基板112の第2主面側からレーザー光を照射して多結晶シリコン層116”を溶融させる工程である(図1(g)参照。)。
レーザー光としては、可視光レーザー(例えば、波長532nmのグリーンレーザー。)を用いる。例えば30kHzでパルス発振させた、例えば直径100μmのビームを300mm/秒の速度でn−型シリコン基板112の第2主面側の全面にわたって走査する。
これにより、多結晶シリコン層116”は溶融してその結晶粒が大結晶化するとともにp型不純物が活性化し、当該多結晶シリコン層116”がp+型シリコン層116(コレクタ層)となる。また、n型不純物物導入層114’におけるn型不純物も活性化し、当該n型不純物物導入層114’がn+型シリコン層(バッファ層)となる。
第7工程は、p+型シリコン層116の表面にコレクタ電極134を形成する工程である(図1(h)参照。)。
図1(h)に示すように、p+型シリコン層116の表面にコレクタ電極134を形成することにより、パンチスルー型のIGBT(実施形態1に係るIGBT100)が完成する。
図3は、実施形態2に係るIGBTの製造方法を示す図である。図3(a)〜図3(h)は各工程図である。
また、実施形態2に係るIGBTの製造方法によれば、イオン注入装置を用いることなく、n−型シリコン基板112の内部にn型不純物を導入することが可能となり、より一層安価な製造コストでIGBTを製造することが可能となる。
図4は、実施形態3に係るIGBTの製造方法を示す図である。図4(a)〜図4(h)は各工程図である。
また、実施形態3に係るIGBTの製造方法によれば、イオン注入装置を用いることなく、上記した多結晶シリコン層116”を形成することが可能となり、より一層安価な製造コストでIGBTを製造することが可能となる。
図5は、実施形態4に係るIGBTの製造方法を示す図である。図5(a)〜図5(h)は各工程図である。
図6は、実施形態5に係るIGBTの製造方法を示す図である。図6(a)〜図6(h)は各工程図である。図7は、実施形態5に係るIGBT100dにおける深さ方向の不純物濃度分布を示す図である。図7において、横軸はn+型シリコン層114とp+型シリコン層116との界面からの距離を示し、深さが深くなる方向を正とし、深さが浅くなる方向を負としている。
Claims (11)
- パンチスルー型のIGBTを製造するためのIGBTの製造方法であって、
第1導電型不純物を含有する半導体基板を準備する第1工程と、
前記半導体基板の第1主面側表面にMOS構造を形成する第2工程と、
前記半導体基板の第2主面側から前記半導体基板を研削・研磨して前記半導体基板を薄くする第3工程と、
前記半導体基板の第2主面側から前記半導体基板の内部に第1導電型不純物を導入する第4工程と、
前記半導体基板の第2主面側の表面上に、前記半導体基板を構成する半導体材料と同一の半導体材料からなり、第1導電型不純物とは反対導電型の第2導電型不純物を含有する半導体層を形成する第5工程と、
前記半導体基板の第2主面側からレーザー光を照射して前記半導体層を溶融させる第6工程とをこの順序で含むことを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1に記載のIGBTの製造方法において、
前記第4工程においては、100keV以下の加速電圧で前記半導体基板の第2主面側から第1導電型不純物をイオン注入することにより、前記半導体基板の内部に第1導電型不純物を導入することを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1に記載のIGBTの製造方法において、
前記第4工程においては、前記半導体基板の第2主面側の表面に第1導電型不純物を含む溶液を塗布する工程と、
前記半導体基板の第2主面側からレーザー光を照射して前記半導体基板の内部に第1導電型不純物を導入する工程とをこの順序で含むことを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記第5工程は、
前記半導体基板の第2主面側の表面上に、前記半導体基板を構成する半導体材料と同一の半導体材料からなる半導体層を気相法により形成する工程と、
100keV以下の加速電圧で前記半導体層の表面側から第2導電型不純物をイオン注入することにより、前記半導体層の内部に第2導電型不純物を導入する工程とをこの順序で含むことを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記第5工程は、
前記半導体基板の第2主面側の表面上に、前記半導体基板を構成する半導体材料と同一の半導体材料からなる半導体層を気相法により形成する工程と、
前記半導体層の表面に第2導電型不純物を含む溶液を塗布することにより、前記半導体層の表面に第2導電型不純物を導入する工程とをこの順序で含むことを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記第5工程は、
前記半導体基板の第2主面側の表面上に、前記半導体基板を構成する半導体材料と同一の半導体材料からなり、第2導電型不純物を含有する半導体層を気相法により形成する工程からなることを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記第5工程においては、前記半導体層を0.1μm〜5μmの厚さに形成することを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜7のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記半導体基板はシリコン基板であり、前記半導体層は多結晶シリコン層であることを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記第6工程においては、出力10W以下のグリーンレーザーを用いてレーザー光を照射することを特徴とするIGBTの製造方法。 - 請求項1〜9のいずれかに記載のIGBTの製造方法において、
前記第4工程と前記第6工程との間に、500℃以下の温度で前記半導体基板の熱処理を行って第1導電型不純物を活性化する工程をさらに含むことを特徴とするIGBTの製造方法。 - パンチスルー型のIGBTであって、
第1導電型不純物を含有する半導体基板であって、当該半導体基板の第2主面側から当該半導体基板を研削・研磨して得られる半導体基板からなるドリフト領域と、
前記半導体基板の第1主面側に形成されたMOS構造と、
前記半導体基板の第2主面側から導入された第1導電型不純物を含有するバッファ層と、
前記半導体基板の第2主面側の表面上に形成された、前記半導体基板を構成する半導体材料と同一の半導体材料からなる半導体層であって、第2導電型不純物を含有する半導体層からなるコレクタ層とを備えることを特徴とするIGBT。
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