JP2013247248A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Kainei O
海寧 王
Takaichi Yoshida
崇一 吉田
Seishi Noguchi
晴司 野口
Shinji Amano
伸治 天野
Kenji Kono
憲司 河野
Yukio Tsuzuki
幸夫 都築
Hiromitsu Tanabe
広光 田邊
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Fuji Electric Co Ltd
Denso Corp
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which improves a withstanding voltage and reduces a leakage current.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: forming a surface element structure of an RC-IGBT having a MOS gate structure on a surface side of a semiconductor substrate to become a drift region 1; subsequently polishing the semiconductor substrate from a rear face side to obtain a thin plate of the semiconductor substrate; subsequently, performing first ion implantation of selenium into a rear face of the semiconductor substrate; subsequently, diffusing selenium by furnace annealing to form a field stop region 11; subsequently, selectively performing second ion implantation of phosphorous into the field stop region 11; subsequently selectively performing third ion implantation of boron into the field stop region 11; and diffusing phosphorous and boron by laser annealing to form an ntype region of a diode and a ptype region of an IGBT.

Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)とダイオード(Diode)が同一の半導体基板に形成された半導体装置として、例えば逆導通IGBT(RC−IGBT:Reverse Conducting IGBT)が公知である。   As a semiconductor device in which an insulated gate bipolar transistor (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode (Diode) are formed on the same semiconductor substrate, for example, a reverse conducting IGBT (RC-IGBT: Reverse Conducting IGBT) is known.

RC−IGBTは、例えば、ドリフト領域となるn型半導体基板の裏面に、IGBTのp+型領域とダイオードのn+型領域が設けられている。また、上記p+型領域およびn+型領域とドリフト領域との間には、ドリフト領域よりも高い不純物濃度を有するn型のフィールドストップ領域が設けられている。フィールドストップ領域は、順バイアス時、エミッタ領域から拡がる空乏層がコレクタ領域に達することを防止する。 In the RC-IGBT, for example, the p + type region of the IGBT and the n + type region of the diode are provided on the back surface of the n type semiconductor substrate serving as the drift region. An n-type field stop region having an impurity concentration higher than that of the drift region is provided between the p + -type region and the n + -type region and the drift region. The field stop region prevents a depletion layer extending from the emitter region from reaching the collector region during forward bias.

RC−IGBTを形成する方法として、次の方法が提案されている。半導体ウェハの裏面を研削し、研削が行われた半導体ウェハの裏面全体にn+型領域を形成する。この後、n+型領域が形成された半導体ウェハの裏面全体にイオン注入を行い、n+型領域の表層部にp+型領域を形成する。そして、p+型領域のうちダイオード部にレーザ光を照射してレーザアニールすることによりパターニングし、p+型領域にn+型領域を選択的に形成する(例えば、下記特許文献1参照。)。 The following method has been proposed as a method for forming the RC-IGBT. The back surface of the semiconductor wafer is ground, and an n + type region is formed on the entire back surface of the ground semiconductor wafer. Thereafter, ion implantation is performed on the entire back surface of the semiconductor wafer on which the n + -type region is formed, thereby forming a p + -type region in the surface layer portion of the n + -type region. Then, patterning is performed by irradiating a laser beam to the diode portion of the p + type region and performing laser annealing to selectively form an n + type region in the p + type region (see, for example, Patent Document 1 below). .

また、別の方法として、次の方法が提案されている。イオン注入によりn-支持基板の裏面の表面層にFS領域を形成した後、アニール処理によりFS領域を活性化する。つぎに、イオン注入によりFS領域の表面層にpコレクタ領域を形成する。つぎに、n+高濃度領域の形成領域が開口するレジストマスクをマスクとして例えばリンをイオン注入し、pコレクタ領域の表面層の一部に、n+高濃度領域を形成する。つぎに、レーザアニールを行い、pコレクタ領域およびn+高濃度領域を活性化させる。FS層の形成には、例えばドーパントとしてリン(P)が用いられている(例えば、下記特許文献2参照。)。 As another method, the following method has been proposed. After forming the FS region in the surface layer on the back surface of the n support substrate by ion implantation, the FS region is activated by annealing treatment. Next, a p collector region is formed in the surface layer of the FS region by ion implantation. Then, n + high concentration region of the formation region of the resist mask having an opening as a mask for example, phosphorus ions are implanted into part of the surface layer of the p collector region, forming the n + high concentration region. Next, laser annealing is performed to activate the p collector region and the n + high concentration region. In forming the FS layer, for example, phosphorus (P) is used as a dopant (see, for example, Patent Document 2 below).

また、フィールドストップ領域を有するIGBTを単体で形成する方法として、次の方法が提案されている。FZウェハの裏面から、セレン(Se)またはリンをイオン注入する。そして、例えば1000℃、1時間の熱処理を行って、注入したイオンを拡散させn+バッファ層を形成する。つづいて、FZウェハの裏面から、ボロン(B)をイオン注入する。そして、例えば450℃、1時間の熱処理を行って、注入したボロンイオンを拡散させる。また、熱処理に代えて、YAGレーザ等のレーザ光をダブルパルス法にて照射してボロンイオンを活性化してもよい。活性化されたボロンイオンは、p+コレクタ層を形成する(例えば、下記特許文献3参照。)。 Further, the following method has been proposed as a method of forming an IGBT having a field stop region alone. Selenium (Se) or phosphorus is ion-implanted from the back surface of the FZ wafer. Then, for example, heat treatment is performed at 1000 ° C. for 1 hour to diffuse the implanted ions to form an n + buffer layer. Subsequently, boron (B) is ion-implanted from the back surface of the FZ wafer. Then, for example, heat treatment is performed at 450 ° C. for 1 hour to diffuse the implanted boron ions. Further, instead of heat treatment, boron ions may be activated by irradiating laser light such as YAG laser by a double pulse method. The activated boron ions form a p + collector layer (see, for example, Patent Document 3 below).

また、別の方法として、次の方法が提案されている。半導体基板の裏面にフィールドストップ(FS)層を形成するために、セレン(またはイオウ)をイオン注入する。そして、イオンの活性化およびドライブ拡散のために、700℃〜950℃の温度範囲の温度プロフィールによる熱処理を加える。その後、半導体基板の裏面にボロンのイオン注入を行い、活性化処理として350℃〜500℃の熱処理を加えてp+コレクタ層を形成する(例えば、下記特許文献4参照。)。 As another method, the following method has been proposed. Selenium (or sulfur) is ion-implanted to form a field stop (FS) layer on the back surface of the semiconductor substrate. Then, a heat treatment with a temperature profile in the temperature range of 700 ° C. to 950 ° C. is applied for ion activation and drive diffusion. Thereafter, boron ions are implanted into the back surface of the semiconductor substrate, and a heat treatment at 350 ° C. to 500 ° C. is performed as an activation process to form a p + collector layer (see, for example, Patent Document 4 below).

また、フィールドストップ領域を有するダイオードを単体で形成する方法として、次の方法が提案されている。基板裏面にセレンをイオン注入する。つぎに、600℃で1時間の熱処理を行う。それによって、注入されたセレンが基板裏面からアノード側へ拡散し、nカソードバッファ層が形成される。その後、基板裏面にリンをイオン注入する。そして、そのイオン注入面にYAG第2高調波レーザを照射し、注入されたリンを活性化させてn+カソード層を形成する(例えば、下記特許文献5参照。)。 Further, the following method has been proposed as a method of forming a diode having a field stop region alone. Selenium ions are implanted into the back surface of the substrate. Next, heat treatment is performed at 600 ° C. for 1 hour. Thereby, the injected selenium diffuses from the back surface of the substrate to the anode side, and an n cathode buffer layer is formed. Thereafter, phosphorus is ion-implanted into the back surface of the substrate. The ion implantation surface is irradiated with a YAG second harmonic laser to activate the implanted phosphorus to form an n + cathode layer (see, for example, Patent Document 5 below).

特開2008−004867号公報JP 2008-004867 A 特開2010−129697号公報JP 2010-129697 A 特開2008−227414号公報JP 2008-227414 A 特開2008−103562号公報JP 2008-103562 A 特開2007−158320号公報JP 2007-158320 A

しかしながら、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次のような問題が生じることが新たに判明した。従来のRC−IGBTのフィールドストップ領域は、1μm程度と浅いため、ドーパントとしてリン(P)を用いてレーザアニールによって形成される。それは、リンの拡散係数が小さく、かつレーザアニールが、レーザを照射した部分の温度を局所的にかつ瞬時に上昇させ、半導体基板の裏面に注入したリンをほとんど拡散させずに活性化することができるからである。   However, as a result of repeated studies by the present inventors, it has been newly found that the following problems occur. Since the field stop region of the conventional RC-IGBT is as shallow as about 1 μm, it is formed by laser annealing using phosphorus (P) as a dopant. This is because the diffusion coefficient of phosphorus is small, and laser annealing increases the temperature of the laser-irradiated part locally and instantaneously and activates the phosphorus implanted into the back surface of the semiconductor substrate with little diffusion. Because it can.

このように、従来のRC−IGBTのフィールドストップ領域を形成するには、まず、半導体基板のおもて面に、MOSゲート構造や終端構造領域を形成する(以下、おもて面工程とする)。つぎに、ウェハの厚みを200μm以下まで研削して、ウェハを薄板化する。つぎに、半導体基板の裏面にリンをイオン注入し、レーザ照射によってリンを活性化する。これにより、半導体基板の裏面にフィールドストップ領域が形成される。   Thus, in order to form the field stop region of the conventional RC-IGBT, first, a MOS gate structure and a termination structure region are formed on the front surface of the semiconductor substrate (hereinafter referred to as a front surface process). ). Next, the wafer is ground to a thickness of 200 μm or less to thin the wafer. Next, phosphorus is ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate and activated by laser irradiation. Thereby, a field stop region is formed on the back surface of the semiconductor substrate.

しかしながら、このように形成されたフィールドストップ領域を有する従来のRC−IGBTは、リンによって形成されるフィールドストップ領域の拡散深さが1μm程度と浅いため、耐圧が低くかったり、漏れ電流によるデバイス不良が生じやすいという問題が生じる。特に、IGBT単体に比べて10%以上歩留まりが低くなる虞がある。その理由は、RC−IGBTの裏面素子構造を形成する工程(以下、裏面工程とする)が、IGBT単体の裏面工程よりも処理時間が長くなってしまうからである。   However, in the conventional RC-IGBT having the field stop region formed in this way, the diffusion depth of the field stop region formed by phosphorus is as shallow as about 1 μm. The problem that is likely to occur occurs. In particular, the yield may be reduced by 10% or more compared to the IGBT alone. The reason is that the process of forming the back element structure of the RC-IGBT (hereinafter referred to as the back surface process) takes longer than the back surface process of the IGBT alone.

具体的には、RC−IGBTの裏面工程は、半導体基板の裏面にpコレクタ層を形成する他にnカソード層を形成する。このため、pコレクタ層のみを形成するIGBT単体の裏面工程に比べてイオン注入工程やフォトリソグラフィ工程の回数が増大する。これにより、IGBT単体の裏面工程よりも半導体基板の裏面が露出した状態となる時間が長くなり、半導体基板裏面に傷やパーティクルなど汚れが付きやすいという問題が生じる。   Specifically, in the back surface process of RC-IGBT, an n cathode layer is formed in addition to forming a p collector layer on the back surface of the semiconductor substrate. For this reason, the number of times of the ion implantation process and the photolithography process is increased as compared with the back surface process of the IGBT alone forming only the p collector layer. As a result, the time during which the back surface of the semiconductor substrate is exposed is longer than the back surface process of the IGBT alone, and there arises a problem that the back surface of the semiconductor substrate is easily contaminated with scratches and particles.

このような問題を解消するために、半導体基板の裏面から例えば30μm程度と深いフィールドストップ領域を形成することが望ましい。しかしながら、上述した特許文献2に示す技術のようにドーパントとしてリンを用いて、従来のRC−IGBTよりも深いフィールドストップ領域を形成する場合、リンの拡散係数が小さいことから、半導体基板の裏面に注入したリンを1100℃以上の温度で数時間以上にわたって熱拡散させる必要がある。   In order to solve such a problem, it is desirable to form a field stop region as deep as about 30 μm from the back surface of the semiconductor substrate. However, when a field stop region deeper than the conventional RC-IGBT is formed using phosphorus as a dopant as in the technique shown in Patent Document 2 described above, the diffusion coefficient of phosphorus is small, so that it is formed on the back surface of the semiconductor substrate. It is necessary to thermally diffuse the injected phosphorus at a temperature of 1100 ° C. or more for several hours or more.

この場合、フィールドストップ領域よりも前に、おもて面工程において形成されたMOSFETのゲート構造や終端構造領域にも熱処理が施されてしまう。このため、おもて面工程の後に、従来よりも深いフィールドストップ領域を形成することはできない。また、フィールドストップ領域を形成した後におもて面工程を行う場合、ウェハを薄板化した状態でおもて面工程を行うこととなるため、ウェハに割れや欠けが生じてしまう虞がある。   In this case, heat treatment is also applied to the gate structure and termination structure region of the MOSFET formed in the front surface process before the field stop region. For this reason, a deeper field stop region cannot be formed after the front surface process. Further, when the front surface process is performed after the field stop region is formed, the front surface process is performed in a state where the wafer is thinned, so that there is a possibility that the wafer is cracked or chipped.

また、上述した特許文献2において、リンよりも拡散係数の大きいセレンを用いてフィールドストップ領域を形成する場合、フィールドストップ領域を形成した後に、フィールドストップ領域の表面層全体にIGBTのp+型領域を形成し、その後、IGBTのp+型領域の表面層に選択的にダイオードのn+型領域を形成する。このとき、ダイオードのn+型領域は、IGBTのp+型領域をn型不純物で補償することができる程度に高いドーズ量で例えばリンがイオン注入されることによって形成される。このため、ダイオードのn+型領域よりも先に形成されているフィールドストップ領域は、ダイオードのn+型領域を形成するためのリンのイオン注入によって損傷する。これにより、半導体基板の裏面から浅い領域におけるキャリア濃度が低下し、RC−IGBTの耐圧が低下してしまう。 Further, in the above-mentioned Patent Document 2, when the field stop region is formed using selenium having a diffusion coefficient larger than that of phosphorus, after the field stop region is formed, the p + type region of the IGBT is formed on the entire surface layer of the field stop region. After that, the n + type region of the diode is selectively formed on the surface layer of the p + type region of the IGBT. At this time, the n + type region of the diode is formed by ion implantation of phosphorus, for example, with a dose high enough to compensate the p + type region of the IGBT with the n-type impurity. Therefore, field stop region formed before the n + -type region of the diode is damaged by the ion implantation of phosphorus for forming the n + -type region of the diode. As a result, the carrier concentration in a shallow region from the back surface of the semiconductor substrate decreases, and the breakdown voltage of the RC-IGBT decreases.

また、上述した特許文献4に示すIGBT単体を形成する技術をRC−IGBTに適用する場合、IGBT単体のpコレクタ層を形成するための500℃程度の熱処理では、RC−IGBTのpコレクタ層を活性化させることはできるが、RC−IGBTのnカソード層を十分に活性化させることができない。その理由は、nカソード層はpコレクタ層よりも10倍以上高い不純物濃度で形成する必要があるため、500℃程度の熱処理ではイオン注入による欠陥を十分に回復することができないからである。   In addition, when the technology for forming the IGBT simple substance shown in Patent Document 4 described above is applied to the RC-IGBT, the heat treatment at about 500 ° C. for forming the IGBT single p-collector layer is performed by changing the RC collector IGBT p-collector layer. Although it can be activated, the n cathode layer of the RC-IGBT cannot be activated sufficiently. The reason is that the n cathode layer needs to be formed with an impurity concentration 10 times or more higher than that of the p collector layer, so that the heat treatment at about 500 ° C. cannot sufficiently recover defects caused by ion implantation.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、高い耐圧を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、漏れ電流を低減することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、歩留まりの高い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a high breakdown voltage in order to solve the above-described problems caused by the conventional technology. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing leakage current. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device with a high yield.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとダイオードとが同一の第1導電型の半導体基板に設けられた半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第1ドーパントをイオン注入し、熱処理によって、前記半導体基板よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第1半導体領域を形成する第1形成工程と、前記第1形成工程の後、前記半導体基板の裏面に、前記第1ドーパントよりも拡散係数の小さい第1導電型の第2ドーパント、および第2導電型の第3ドーパントをそれぞれイオン注入し、熱処理によって、第1導電型の第2半導体領域および第2導電型の第3半導体領域を形成する第2形成工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes a semiconductor in which an insulated gate bipolar transistor and a diode are provided on the same first conductivity type semiconductor substrate. A device manufacturing method, wherein a first dopant of a first conductivity type is ion-implanted into a back surface of the semiconductor substrate, and a first conductivity type first semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate by heat treatment. After the first formation step and the first formation step, a second conductivity type second dopant having a diffusion coefficient smaller than that of the first dopant and a second conductivity type second are formed on the back surface of the semiconductor substrate. And a second forming step of forming a first conductivity type second semiconductor region and a second conductivity type third semiconductor region by ion implantation of each of the three dopants and heat treatment. And features.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1形成工程では、前記半導体基板の裏面全体に前記第1ドーパントをイオン注入した後に、熱処理炉を用いて熱処理を行うことを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above-described invention, in the first forming step, the first dopant is ion-implanted into the entire back surface of the semiconductor substrate, and then heat treatment is performed using a heat treatment furnace. It is characterized by that.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2形成工程では、前記半導体基板の裏面に選択的に前記第2ドーパントをイオン注入した後、当該半導体基板の裏面の当該第2ドーパントをイオン注入した領域と異なる領域に前記第3ドーパントをイオン注入し、その後、レーザを用いて熱処理を行うことを特徴とする。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the second forming step, after the second dopant is selectively ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate, The third dopant is ion-implanted in a region different from the region where the second dopant is ion-implanted, and then heat treatment is performed using a laser.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2形成工程では、前記半導体基板の裏面全体に前記第3ドーパントをイオン注入した後、当該半導体基板の裏面に選択的に前記第2ドーパントをイオン注入し、その後、レーザを用いて熱処理を行うことを特徴とする。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the second forming step, the third dopant is ion-implanted over the entire back surface of the semiconductor substrate, and then selectively applied to the back surface of the semiconductor substrate. The second dopant is ion-implanted and then heat treatment is performed using a laser.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2形成工程では、前記ダイオードを構成する前記第2半導体領域を形成することを特徴とする。   In addition, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the second formation step, the second semiconductor region constituting the diode is formed.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2形成工程では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを構成する前記第3半導体領域を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the second forming step, the third semiconductor region constituting the insulated gate bipolar transistor is formed.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1形成工程の前に、前記半導体基板の裏面を研削する研削工程を行うことを特徴とする。   In addition, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a grinding step of grinding a back surface of the semiconductor substrate is performed before the first forming step.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1ドーパントはセレンであることを特徴とする。   The semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the first dopant is selenium.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2ドーパントはリンであることを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, the second dopant is phosphorus in the above-described invention.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第3ドーパントはボロンであることを特徴とする。   The semiconductor device manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the third dopant is boron.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとダイオードとが同一の第1導電型の半導体基板に設けられた半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第1ドーパントをイオン注入する第1注入工程と、前記第1注入工程の後に、炉アニールを行う第1アニール工程と、前記第1アニール工程の後に、前記ダイオードの第1導電型の第2半導体領域の形成領域が開口する第1マスクで、前記半導体基板の裏面を覆う第1マスク形成工程と、前記第1マスクをマスクとして、前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第2ドーパントをイオン注入する第2注入工程と、前記第1マスクを除去する第1除去工程と、前記第1除去工程の後に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの第2導電型の第3半導体領域の形成領域が開口する第2マスクで、前記半導体基板の裏面を覆う第2マスク形成工程と、前記第2マスクをマスクとして、前記半導体基板の裏面に、第2導電型の第3ドーパントをイオン注入する第3注入工程と、前記第2マスクを除去する第2除去工程と、前記第2除去工程の後に、前記半導体基板の裏面にレーザアニールを行う第2アニール工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes an insulated gate bipolar transistor and a diode provided on the same first conductivity type semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first implantation step of ion-implanting a first dopant of a first conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate; and a first annealing for performing furnace annealing after the first implantation step. A first mask forming step of covering a back surface of the semiconductor substrate with a first mask in which a formation region of the first conductive type second semiconductor region of the diode is opened after the first annealing step; Using the one mask as a mask, a second implantation step of ion-implanting a second dopant of the first conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate; a first removal step of removing the first mask; A second mask forming step of covering the back surface of the semiconductor substrate with a second mask in which a formation region of a second conductive type third semiconductor region of the insulated gate bipolar transistor is opened after the removing step; Using the mask as a mask, a third implantation step of ion-implanting a second dopant of the second conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate, a second removal step of removing the second mask, and after the second removal step And a second annealing step of performing laser annealing on the back surface of the semiconductor substrate.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとダイオードとが同一の第1導電型の半導体基板に設けられた半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第1ドーパントをイオン注入する第1注入工程と、前記第1注入工程の後に、炉アニールを行う第1アニール工程と、前記第1アニール工程の後に、前記半導体基板の裏面に、第2導電型の第3ドーパントをイオン注入する第3注入工程と、前記第3注入工程の後に、前記ダイオードの第1導電型の第2半導体領域の形成領域が開口する第1マスクで、前記半導体基板の裏面を覆う第1マスク形成工程と、前記第1マスクをマスクとして、第1導電型の第2ドーパントをイオン注入する第2注入工程と、前記第1マスクを除去する第1除去工程と、前記第1除去工程の後に、前記半導体基板の裏面にレーザアニールを行う第2アニール工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes an insulated gate bipolar transistor and a diode provided on the same first conductivity type semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first implantation step of ion-implanting a first dopant of a first conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate; and a first annealing for performing furnace annealing after the first implantation step. And a third implantation step of ion-implanting a second dopant of a second conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate after the first annealing step, and a first conductivity of the diode after the third implantation step. A first mask forming step of covering the back surface of the semiconductor substrate with a first mask in which a formation region of the second semiconductor region of the mold is opened, and a second mask of the first conductivity type using the first mask as a mask A second implantation step of ion-implanting a dopant, a first removal step of removing the first mask, and a second annealing step of performing laser annealing on the back surface of the semiconductor substrate after the first removal step. It is characterized by that.

上述した発明によれば、半導体基板の裏面に、第1ドーパントをイオン注入して当該第1ドーパントを拡散して第1半導体領域を形成してから、第1ドーパントよりも拡散係数の小さい第2ドーパントをイオン注入する。このため、第2ドーパントが第1半導体領域の形成を阻害することはない。これにより、第1半導体領域のキャリア濃度が低下することを回避することができる。   According to the above-described invention, after the first dopant is ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate to diffuse the first dopant to form the first semiconductor region, the second diffusion coefficient is smaller than that of the first dopant. The dopant is ion-implanted. For this reason, the second dopant does not hinder the formation of the first semiconductor region. Thereby, it can avoid that the carrier concentration of a 1st semiconductor region falls.

また、第1半導体領域は炉アニールによって、半導体基板の裏面から1μm以上の深さで拡散される。このため、半導体基板の裏面に第1ドーパントのドーズ量よりも高いドーズ量で、第2ドーパントおよび第3ドーパントをイオン注入したとしても、第2ドーパントおよび第3ドーパントが第1半導体領域の形成を阻害することはない。これにより、第1半導体領域のキャリア濃度が低下することを回避することができる。   The first semiconductor region is diffused at a depth of 1 μm or more from the back surface of the semiconductor substrate by furnace annealing. For this reason, even if the second dopant and the third dopant are ion-implanted at a dose amount higher than the dose amount of the first dopant on the back surface of the semiconductor substrate, the second dopant and the third dopant form the first semiconductor region. There is no inhibition. Thereby, it can avoid that the carrier concentration of a 1st semiconductor region falls.

また、第2ドーパントおよび第3ドーパントはレーザアニールによって拡散される。このため、第2半導体領域および第3半導体領域を形成するためのレーザアニールによる熱エネルギーの、第1半導体領域への影響は、半導体基板の裏面から1μm程度となる。これにより、第1半導体領域の不純物濃度分布が、第2半導体領域および第3半導体領域を形成するための熱拡散によって変化することを回避することができる。   The second dopant and the third dopant are diffused by laser annealing. For this reason, the influence on the first semiconductor region of the thermal energy by the laser annealing for forming the second semiconductor region and the third semiconductor region is about 1 μm from the back surface of the semiconductor substrate. Thereby, it can be avoided that the impurity concentration distribution of the first semiconductor region is changed by thermal diffusion for forming the second semiconductor region and the third semiconductor region.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、耐圧を向上することができるという効果を奏する。また、漏れ電流を低減することができるという効果を奏する。また、歩留まりを高くすることができるという効果を奏する。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention produces an effect that the breakdown voltage can be improved. In addition, there is an effect that the leakage current can be reduced. In addition, the yield can be increased.

本発明にかかる半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device concerning this invention. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 実施例1にかかる半導体装置のキャリア濃度分布について示す特性図である。6 is a characteristic diagram showing a carrier concentration distribution of the semiconductor device according to Example 1. FIG. 実施例2にかかる半導体装置の電気的特性について示す特性図である。6 is a characteristic diagram showing electrical characteristics of the semiconductor device according to Example 2. FIG.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明にかかる半導体装置を示す断面図である。図1に示す半導体装置100は、同一の半導体基板に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)110とダイオード120が設けられている。ダイオード120は、例えばフリーホイールダイオード(FWD:Free Wheeling Diode)であってもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to the present invention. A semiconductor device 100 shown in FIG. 1 includes an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 110 and a diode 120 provided on the same semiconductor substrate. The diode 120 may be, for example, a free wheeling diode (FWD).

-型(第1導電型)のドリフト領域1となる半導体基板のおもて面の表面層には、p型(第2導電型)のベース領域2が設けられている。ベース領域2は、その表面から半導体基板の内部に向かって徐々に低くなるような不純物濃度を有する。ベース領域2の表面層には、p型のコンタクト領域3およびn+型のエミッタ領域4が選択的に設けられている。コンタクト領域3およびエミッタ領域4は互いに接する。また、ベース領域2を貫通し、ドリフト領域1に達するトレンチ5が設けられている。 A p-type (second conductivity type) base region 2 is provided on the surface layer of the front surface of the semiconductor substrate which becomes the n type (first conductivity type) drift region 1. Base region 2 has an impurity concentration that gradually decreases from the surface toward the inside of the semiconductor substrate. A p-type contact region 3 and an n + -type emitter region 4 are selectively provided on the surface layer of the base region 2. Contact region 3 and emitter region 4 are in contact with each other. A trench 5 that penetrates the base region 2 and reaches the drift region 1 is provided.

トレンチ5の内部には、ゲート絶縁膜を介して第1電極6が設けられている。第1電極6は、IGBT110のゲート電極として機能する。第2電極8は、コンタクト領域3およびエミッタ領域4に接する。また、第2電極8は、層間絶縁膜7により第1電極6と電気的に絶縁されている。第2電極8は、IGBT110のエミッタ電極およびダイオード120のアノード電極として機能する。第2電極8の表面には、パッシベーション膜(不図示)が設けられている。   A first electrode 6 is provided inside the trench 5 via a gate insulating film. The first electrode 6 functions as a gate electrode of the IGBT 110. The second electrode 8 is in contact with the contact region 3 and the emitter region 4. The second electrode 8 is electrically insulated from the first electrode 6 by the interlayer insulating film 7. The second electrode 8 functions as an emitter electrode of the IGBT 110 and an anode electrode of the diode 120. A passivation film (not shown) is provided on the surface of the second electrode 8.

半導体基板の裏面の表面層には、n+型のフィールドストップ領域(第1半導体領域)11が設けられている。フィールドストップ領域11は、ドリフト領域1より高い不純物濃度を有する。フィールドストップ領域11の表面層には、IGBT110の形成領域において、p+型領域(第3半導体領域)9が設けられている。また、ダイオード120の形成領域において、n+型領域(第2半導体領域)10が設けられている。p+型領域9は、IGBT110のコレクタ領域である。n+型領域10は、ダイオード120のカソード領域である。p+型領域9の幅は、288μm以上であるのが好ましい。n+型領域10の幅は、96μm以上であるのが好ましい。その理由は、スナップバックが発生しないため、IGBTの動作を安定させることができるからである。 An n + type field stop region (first semiconductor region) 11 is provided on the front surface layer of the semiconductor substrate. Field stop region 11 has a higher impurity concentration than drift region 1. In the surface layer of the field stop region 11, a p + type region (third semiconductor region) 9 is provided in the formation region of the IGBT 110. Further, an n + -type region (second semiconductor region) 10 is provided in the formation region of the diode 120. The p + type region 9 is a collector region of the IGBT 110. The n + type region 10 is a cathode region of the diode 120. The width of the p + type region 9 is preferably 288 μm or more. The width of the n + -type region 10 is preferably 96 μm or more. The reason is that since the snapback does not occur, the operation of the IGBT can be stabilized.

+型領域9およびn+型領域10の表面には、第3電極12が設けられている。第3電極12は、IGBT110のコレクタ電極として機能する。また、第3電極12は、ダイオード120のカソード電極として機能する。 A third electrode 12 is provided on the surfaces of the p + type region 9 and the n + type region 10. The third electrode 12 functions as a collector electrode of the IGBT 110. Further, the third electrode 12 functions as a cathode electrode of the diode 120.

つぎに、上述した半導体装置100の製造方法について説明する。図2〜10は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。まず、図2に示すように、ドリフト領域1となる半導体基板のおもて面側に、ベース領域2、コンタクト領域3、エミッタ領域4、第1電極6などのMOSゲート構造や、ベース領域2およびコンタクト領域3と第2電極8とのコンタクトなど、半導体装置100のおもて面素子構造を形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 described above will be described. 2 to 10 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. First, as shown in FIG. 2, a MOS gate structure such as a base region 2, a contact region 3, an emitter region 4, and a first electrode 6, or a base region 2 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate to be the drift region 1. Further, a front surface element structure of the semiconductor device 100 such as a contact between the contact region 3 and the second electrode 8 is formed.

つぎに、図3に示すように、半導体基板のおもて面側を例えば保護膜(不図示)で保護した後に、半導体基板の裏面を、例えば半導体基板の厚さが200μm以下となるまで研削する(研削工程)。なお、エッチングの場合、厳密には研削ではないが、本明細書では、半導体基板を薄くする手段については問わないので、エッチングを含めて研削とする。   Next, as shown in FIG. 3, after the front surface side of the semiconductor substrate is protected by, for example, a protective film (not shown), the back surface of the semiconductor substrate is ground until the thickness of the semiconductor substrate becomes 200 μm or less, for example. (Grinding process). In the case of etching, although it is not strictly grinding, in this specification, any means for thinning the semiconductor substrate is used, and therefore grinding including etching is performed.

つぎに、図4に示すように、研削された半導体基板の裏面、すなわち、ドリフト領域1のおもて面素子構造が形成された面に対して反対側の表面に、n型の第1ドーパントとして例えばセレン(Se)をイオン注入する(第1注入工程)。このとき、半導体基板の裏面全体に、第1ドーパントをイオン注入する。図4において、半導体基板の裏面の表面近傍の点線は、注入された第1ドーパントを表している。第1ドーパントが注入される領域は、フィールドストップ領域11の形成領域である。第1ドーパントのドーズ量は、例えば1×1014/cm2以上であってもよい。 Next, as shown in FIG. 4, the n-type first dopant is formed on the back surface of the ground semiconductor substrate, that is, on the surface opposite to the surface on which the front surface element structure of the drift region 1 is formed. For example, selenium (Se) is ion-implanted (first implantation step). At this time, the first dopant is ion-implanted into the entire back surface of the semiconductor substrate. In FIG. 4, a dotted line near the front surface of the back surface of the semiconductor substrate represents the implanted first dopant. The region where the first dopant is implanted is a region where the field stop region 11 is formed. The dose amount of the first dopant may be, for example, 1 × 10 14 / cm 2 or more.

つぎに、熱処理炉の処理室に半導体基板を入れて熱処理(炉アニール)を行い、第1注入工程においてドリフト領域1に注入した第1ドーパントを活性化する(第1アニール工程)。炉アニールの処理条件は、例えば、900℃以上950℃以下の温度で、30分以上2時間以下であってもよい。これにより、図5に示すように、半導体基板の裏面全体にわたって、ドリフト領域1の表面層にフィールドストップ領域11が形成される。第1注入工程および第1アニール工程が、第1形成工程に相当する。   Next, a semiconductor substrate is placed in a processing chamber of a heat treatment furnace and heat treatment (furnace annealing) is performed to activate the first dopant implanted into the drift region 1 in the first implantation process (first annealing process). The furnace annealing treatment conditions may be, for example, a temperature of 900 ° C. or higher and 950 ° C. or lower and 30 minutes or longer and 2 hours or shorter. Thereby, as shown in FIG. 5, the field stop region 11 is formed in the surface layer of the drift region 1 over the entire back surface of the semiconductor substrate. The first implantation process and the first annealing process correspond to the first formation process.

n型の第1ドーパントとしては、次の特徴を有するドーパントであればよい。例えば、第1ドーパントは、第1形成工程よりも後の工程にて形成されるp+型領域(第3半導体領域)9の深さと比べて、例えば900℃以上950℃以下の温度で十分深くまで拡散するような拡散係数を有するn型ドーパントであればよい。このようなn型ドーパントとしては、セレンの他に、例えば硫黄(S)を用いてもよい。 The n-type first dopant may be a dopant having the following characteristics. For example, the first dopant is sufficiently deep at a temperature of, for example, 900 ° C. or more and 950 ° C. or less as compared to the depth of the p + -type region (third semiconductor region) 9 formed in a step after the first formation step. Any n-type dopant that has a diffusion coefficient that diffuses to the upper limit may be used. As such an n-type dopant, for example, sulfur (S) may be used in addition to selenium.

つぎに、半導体基板のおもて面側を保護する保護膜を除去し、半導体基板のおもて面側に、例えばアルミニウム(Al)を主成分とする第2電極8を形成する。つぎに、第2電極8の表面に、パッシベーション膜(不図示)を形成する。   Next, the protective film for protecting the front surface side of the semiconductor substrate is removed, and the second electrode 8 containing, for example, aluminum (Al) as a main component is formed on the front surface side of the semiconductor substrate. Next, a passivation film (not shown) is formed on the surface of the second electrode 8.

つぎに、図6に示すように、フォトリソグラフィによって、半導体基板の裏面、すなわち、フィールドストップ領域11の表面に、n+型領域10の形成領域が開口するレジストマスク(第1マスク)21を形成する(第1マスク形成工程)。 Next, as shown in FIG. 6, a resist mask (first mask) 21 in which the formation region of the n + -type region 10 is opened is formed on the back surface of the semiconductor substrate, that is, the surface of the field stop region 11 by photolithography. (First mask forming step).

つぎに、図7に示すように、レジストマスク21をマスクとして、半導体基板の裏面側からフィールドストップ領域11に、n型の第2ドーパントをイオン注入する(第2注入工程)。これにより、レジストマスク21の開口部に露出するフィールドストップ領域11にのみ第2ドーパントが注入される。   Next, as shown in FIG. 7, n-type second dopant is ion-implanted from the back surface side of the semiconductor substrate into the field stop region 11 using the resist mask 21 as a mask (second implantation step). As a result, the second dopant is implanted only into the field stop region 11 exposed at the opening of the resist mask 21.

第2注入工程において用いる第2ドーパントは、第1ドーパントよりも拡散係数が小さいのが好ましい。例えば、第2ドーパントは、リン(P)であってもよい。その理由は、半導体装置100の完成後にフィールドストップ領域11となる部分にまで第2ドーパントが拡散せず、フィールドストップ領域11の不純物濃度分布を変化させないようにすることができるからである。第2ドーパントは、他に砒素(As)であってもよい。   The second dopant used in the second implantation step preferably has a smaller diffusion coefficient than the first dopant. For example, the second dopant may be phosphorus (P). The reason is that the second dopant does not diffuse to the portion that becomes the field stop region 11 after the completion of the semiconductor device 100, and the impurity concentration distribution of the field stop region 11 can be prevented from changing. Alternatively, the second dopant may be arsenic (As).

図7において、フィールドストップ領域11の表面近傍の点線(図4よりも粗い点線)は、注入された第2ドーパントを表している。すなわち、第2ドーパントは、n+型領域10の形成領域にのみ注入され、p+型領域9の形成領域には注入されない。第2ドーパントのドーズ量は、例えば1×1014/cm2以上であってもよい。つぎに、レジストマスク21を除去する(第1除去工程)。 In FIG. 7, a dotted line (rough dotted line than FIG. 4) in the vicinity of the surface of the field stop region 11 represents the implanted second dopant. That is, the second dopant is implanted only into the formation region of the n + -type region 10 and is not implanted into the formation region of the p + -type region 9. The dose amount of the second dopant may be, for example, 1 × 10 14 / cm 2 or more. Next, the resist mask 21 is removed (first removal step).

つぎに、図8に示すように、フォトリソグラフィによって、半導体基板の裏面、すなわち、フィールドストップ領域11の表面に、p+型領域9の形成領域が開口するレジストマスク(第2マスク)22を形成する(第2マスク形成工程)。 Next, as shown in FIG. 8, a resist mask (second mask) 22 having an opening for forming the p + -type region 9 is formed on the back surface of the semiconductor substrate, that is, the surface of the field stop region 11 by photolithography. (Second mask forming step).

つぎに、図9に示すように、レジストマスク22をマスクとして、半導体基板の裏面側からフィールドストップ領域11に、p型の第3ドーパントをイオン注入する(以下、第3注入工程とする)。これにより、レジストマスク22の開口部に露出するフィールドストップ領域11の表面にのみ第3ドーパントが注入される。   Next, as shown in FIG. 9, using the resist mask 22 as a mask, a p-type third dopant is ion-implanted from the back surface side of the semiconductor substrate into the field stop region 11 (hereinafter referred to as a third implantation step). As a result, the third dopant is implanted only into the surface of the field stop region 11 exposed at the opening of the resist mask 22.

第3注入工程において用いる第3ドーパントは、例えばボロン(B)であってもよい。図9において、レジストマスク22の開口部に露出するフィールドストップ領域11の表面近傍の点線(図4および図7よりも細かい点線)は、注入された第3ドーパントを表している。すなわち、第3ドーパントは、p+型領域9の形成領域にのみ注入され、n+型領域10の形成領域に注入されない。第3ドーパントのドーズ量は、例えば1×1014/cm2以上であってもよい。つぎに、レジストマスク22を除去する(第2除去工程)。 The third dopant used in the third implantation step may be boron (B), for example. In FIG. 9, a dotted line (dotted line smaller than those in FIGS. 4 and 7) in the vicinity of the surface of the field stop region 11 exposed at the opening of the resist mask 22 represents the implanted third dopant. That is, the third dopant is implanted only into the formation region of the p + -type region 9 and is not implanted into the formation region of the n + -type region 10. The dose amount of the third dopant may be, for example, 1 × 10 14 / cm 2 or more. Next, the resist mask 22 is removed (second removal step).

つぎに、半導体基板の裏面にレーザ光を照射して熱処理(レーザアニール)を行い、第2注入工程および第3注入工程においてそれぞれフィールドストップ領域11に注入した第2ドーパントおよび第3ドーパントを活性化する(以下、第2アニール工程とする)。第2アニール工程におけるレーザアニールの処理条件は、例えば、レーザ照射密度2J/cm2以下であってもよい。これにより、図10に示すように、フィールドストップ領域11の表面層に選択的に、ダイオード120のn+型領域10およびIGBT110のp+型領域9が形成される。第1マスク形成工程から第2アニール工程までの工程が、第2形成工程に相当する。 Next, heat treatment (laser annealing) is performed by irradiating the back surface of the semiconductor substrate with laser light to activate the second dopant and the third dopant implanted in the field stop region 11 in the second implantation step and the third implantation step, respectively. (Hereinafter referred to as a second annealing step). The laser annealing treatment condition in the second annealing step may be, for example, a laser irradiation density of 2 J / cm 2 or less. Thereby, as shown in FIG. 10, n + type region 10 of diode 120 and p + type region 9 of IGBT 110 are selectively formed in the surface layer of field stop region 11. The processes from the first mask forming process to the second annealing process correspond to the second forming process.

つぎに、p+型領域9およびn+型領域10の表面に、第3電極12を形成する。これにより、図1に示すように、半導体装置100が完成する。 Next, the third electrode 12 is formed on the surfaces of the p + type region 9 and the n + type region 10. Thereby, as shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 is completed.

上述した半導体装置100の製造方法において、第3注入工程の後に、第2注入工程を行ってもよい。すなわち、フィールドストップ領域11を形成するための第1注入工程および炉アニール(第1アニール工程)の後、n+型領域10となる第2ドーパントおよびp+型領域9となる第3ドーパントを活性化するレーザアニール(第2アニール工程)を行う前までに、n+型領域10となる第2ドーパントをイオン注入する第2注入工程と、p+型領域9となる第3ドーパントをイオン注入する第3注入工程とが行われればよい。 In the manufacturing method of the semiconductor device 100 described above, the second implantation step may be performed after the third implantation step. That is, after the first implantation step for forming the field stop region 11 and the furnace annealing (first annealing step), the second dopant that becomes the n + type region 10 and the third dopant that becomes the p + type region 9 are activated. Before performing laser annealing (second annealing step) to be performed, a second implantation step of ion-implanting a second dopant that becomes the n + -type region 10 and a third dopant that becomes the p + -type region 9 are ion-implanted. The third injection step may be performed.

+型領域10となる第2ドーパントをイオン注入する第2注入工程と、p+型領域9となる第3ドーパントをイオン注入する第3注入工程の順序は、望ましくは、n+型領域10およびp+型領域9のうちフィールドストップ領域11の表面に対して深く形成する方のドーパント注入工程を先に行うのがよい。例えば、実施の形態1においては、n+型領域10をp+型領域9よりも深く形成することを想定し、第2注入工程の後に第3注入工程を行っている。その理由は、次のとおりである。 The order of the second implantation step of ion-implanting the second dopant to be the n + -type region 10 and the third implantation step of ion-implanting the third dopant to be the p + -type region 9 is preferably the n + -type region 10. In addition, it is preferable to perform the dopant implantation step of forming deeper than the surface of the field stop region 11 in the p + -type region 9 first. For example, in the first embodiment, assuming that the n + type region 10 is formed deeper than the p + type region 9, the third implantation step is performed after the second implantation step. The reason is as follows.

実施の形態1においては、第2注入工程においてn+型領域10(カソード領域)の形成領域に注入される第2ドーパントを、第3注入工程においてp+型領域9(コレクタ領域)の形成領域に注入される第3ドーパントよりも深く注入する。このため、仮に、第3注入工程、第2注入工程の順にドーパントの注入工程を行う場合、第2ドーパントをイオン注入する際に用いるレジストマスク21にパターンムラがあったときに、p+型領域9の形成領域に形成された第3ドーパントのp型の不純物領域に、このp型の不純物領域よりも深い第2ドーパントによるn型の不純物領域が形成されてしまう。これにより、p+型領域9に半導体基板裏面からフィールドストップ領域11に達するn+型領域が部分的に形成されてしまい、p+型領域9を均一に形成することができない。 In the first embodiment, the second dopant implanted into the formation region of the n + -type region 10 (cathode region) in the second implantation step is used as the formation region of the p + -type region 9 (collector region) in the third implantation step. The third dopant is implanted deeper than the third dopant. For this reason, if the dopant implantation process is performed in the order of the third implantation process and the second implantation process, the p + -type region is present when there is pattern unevenness in the resist mask 21 used when the second dopant is ion-implanted. In the p-type impurity region of the third dopant formed in the formation region 9, an n-type impurity region due to the second dopant deeper than the p-type impurity region is formed. Thus, p + n + -type region extending from the rear surface of the semiconductor substrate to a field stop region 11 in the mold region 9 will be partially formed, it is impossible to form a uniform p + -type region 9.

それに対して、第2注入工程、第3注入工程の順に行う場合、p+型領域9の形成領域に第2ドーパントによるn型の不純物領域が形成されたとしても、その後、p+型領域9の形成領域の表面層に第3ドーパントによるp型の不純物領域を均一に形成することができる。これにより、p+型領域9に半導体基板裏面からフィールドストップ領域11に達するn+型領域が部分的に形成されることを回避し、p+型領域9を均一に形成することができるからである。 In contrast, the second implantation step, if performed in the order of the third implantation step, as the impurity region of the n-type by the second dopant is formed in the formation region of the p + -type region 9, then, the p + -type region 9 A p-type impurity region by the third dopant can be uniformly formed on the surface layer of the formation region. In this manner, avoids the n + -type region to the p + -type region 9 extending from the rear surface of the semiconductor substrate to a field stop region 11 is partially formed, since the p + -type region 9 can be formed uniformly is there.

また、仮に、第3ドーパントをイオン注入する際に用いるレジストマスク22にパターンムラがあったとしても、n+型領域10の形成領域に形成された第2ドーパントによるn型の不純物領域は、第3ドーパントによるp型の不純物領域よりも深く形成されるため、n+型領域10に半導体基板裏面からフィールドストップ領域11に達するp+型領域が部分的に形成されることはないからである。なお、図1〜10では、p+型領域9およびn+型領域10の厚さの違いは図示を省略する(図11〜13においても同様)。 Even if the resist mask 22 used for ion implantation of the third dopant has pattern unevenness, the n-type impurity region formed by the second dopant formed in the formation region of the n + -type region 10 is This is because the p + -type region reaching the field stop region 11 from the rear surface of the semiconductor substrate is not partially formed in the n + -type region 10 because it is formed deeper than the p-type impurity region of 3 dopants. 1 to 10, the difference in thickness between the p + -type region 9 and the n + -type region 10 is not shown (the same applies to FIGS. 11 to 13).

第2注入工程および第3注入工程における第2ドーパントおよび第3ドーパントのイオン注入の深さは、イオン注入時の加速エネルギーを調整することで制御する。すなわち、n+型領域10およびp+型領域9のうち、深く形成する方のドーパントのイオン注入時の加速エネルギーを、浅く形成する方のドーパントのイオン注入時の加速エネルギーよりも大きくすればよい。例えば、第2ドーパント(リン)のイオン注入時の加速エネルギーを100keVとし、第3ドーパント(ボロン)のイオン注入時の加速エネルギーを50keVとしてもよい。 The depths of ion implantation of the second dopant and the third dopant in the second implantation process and the third implantation process are controlled by adjusting the acceleration energy at the time of ion implantation. That is, in the n + -type region 10 and the p + -type region 9, the acceleration energy at the time of ion implantation of the deeper dopant may be made larger than the acceleration energy at the time of ion implantation of the shallower dopant. . For example, the acceleration energy at the time of ion implantation of the second dopant (phosphorus) may be 100 keV, and the acceleration energy at the time of ion implantation of the third dopant (boron) may be 50 keV.

以上、説明したように、実施の形態1によれば、半導体基板の裏面に、セレン(第1ドーパント)を第1イオン注入して当該セレンを拡散してフィールドストップ領域11を形成してから、セレンよりも拡散係数の小さいリン(第2ドーパント)を第2イオン注入する。このため、第2イオン注入されたリンがフィールドストップ領域11の形成を阻害することはない。これにより、フィールドストップ領域11のキャリア濃度が低下することを回避することができる。したがって、RC−IGBTの耐圧を10%以上向上することができる。   As described above, according to the first embodiment, after the first ion implantation of selenium (first dopant) is performed on the back surface of the semiconductor substrate and the selenium is diffused to form the field stop region 11, Phosphorus (second dopant) having a smaller diffusion coefficient than selenium is second ion-implanted. For this reason, the phosphorus implanted with the second ions does not hinder the formation of the field stop region 11. Thereby, it can avoid that the carrier concentration of the field stop area | region 11 falls. Therefore, the breakdown voltage of the RC-IGBT can be improved by 10% or more.

また、フィールドストップ領域11は炉アニールによって、半導体基板の裏面から1μm以上の深さで十分に拡散される。このため、半導体基板の裏面にセレンのドーズ量よりも高いドーズ量で、リンおよびボロン(第3ドーパント)を第2,3イオン注入したとしても、リンおよびボロンがフィールドストップ領域11の形成を阻害することはない。これにより、フィールドストップ領域11のキャリア濃度が低下することを回避することができる。したがって、RC−IGBTの耐圧を10%以上向上することができる。   The field stop region 11 is sufficiently diffused at a depth of 1 μm or more from the back surface of the semiconductor substrate by furnace annealing. Therefore, even if phosphorus and boron (third dopant) are implanted at the back surface of the semiconductor substrate at a dose higher than that of selenium, the phosphorus and boron inhibit the formation of the field stop region 11. Never do. Thereby, it can avoid that the carrier concentration of the field stop area | region 11 falls. Therefore, the breakdown voltage of the RC-IGBT can be improved by 10% or more.

また、第2,3イオン注入されたリンおよびボロンはレーザアニールによって拡散される。このため、n+型領域10およびp+型領域9を形成するためのレーザアニールによる熱エネルギーの、フィールドストップ領域11への影響は、半導体基板の裏面から1μm程度となる。これにより、フィールドストップ領域11の不純物濃度分布が、n+型領域10およびp+型領域9を形成するための熱拡散によって変化することを回避することができる。したがって、漏れ電流を10%以上低減することができる。これにより、歩留まりを高くすることができる。 The phosphorus and boron implanted with the second and third ions are diffused by laser annealing. Therefore, the influence of the thermal energy by the laser annealing for forming the n + type region 10 and the p + type region 9 on the field stop region 11 is about 1 μm from the back surface of the semiconductor substrate. Thereby, it can be avoided that the impurity concentration distribution of the field stop region 11 is changed by thermal diffusion for forming the n + -type region 10 and the p + -type region 9. Therefore, the leakage current can be reduced by 10% or more. Thereby, a yield can be made high.

(実施の形態2)
図11〜13は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。実施の形態2は、第2注入工程の前に第3注入工程を行うこと、および第3注入工程において、半導体基板の裏面全体に第3ドーパントをイオン注入することが実施の形態1と異なる。実施の形態2においては、n+型領域10をp+型領域9よりも浅く形成する場合について説明する。
(Embodiment 2)
11 to 13 are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the third implantation step is performed before the second implantation step, and that the third dopant is ion-implanted into the entire back surface of the semiconductor substrate in the third implantation step. In the second embodiment, the case where n + type region 10 is formed shallower than p + type region 9 will be described.

実施の形態2にかかる半導体装置100は、実施の形態1にかかる半導体装置と同様の構成を有する(図1参照)。実施の形態2にかかる半導体装置100は、次のように製造される。まず、実施の形態1と同様に、半導体装置100のおもて面素子構造、フィールドストップ領域11、第2電極8およびパッシベーション膜(不図示)を形成するまでの工程を行う(図2〜図5参照)。   The semiconductor device 100 according to the second embodiment has the same configuration as the semiconductor device according to the first embodiment (see FIG. 1). The semiconductor device 100 according to the second embodiment is manufactured as follows. First, similarly to the first embodiment, the processes up to the formation of the front surface element structure, the field stop region 11, the second electrode 8, and the passivation film (not shown) of the semiconductor device 100 are performed (FIGS. 2 to 2). 5).

つぎに、図11に示すように、半導体基板の裏面、すなわち、フィールドストップ領域11の表面に、p型の第3ドーパント(例えばボロン)をイオン注入する(第3注入工程)。このとき、半導体基板の裏面全体に、第3ドーパントをイオン注入する。図11において、フィールドストップ領域11の表面近傍の点線は、注入された第3ドーパントを表している。すなわち、第3ドーパントは、p+型領域9の形成領域およびn+型領域10の形成領域の両領域に注入される。 Next, as shown in FIG. 11, p-type third dopant (for example, boron) is ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate, that is, the surface of the field stop region 11 (third implantation step). At this time, the third dopant is ion-implanted into the entire back surface of the semiconductor substrate. In FIG. 11, the dotted line near the surface of the field stop region 11 represents the implanted third dopant. That is, the third dopant is implanted into both the p + -type region 9 formation region and the n + -type region 10 formation region.

つぎに、図12に示すように、フォトリソグラフィによって、半導体基板の裏面、すなわち、フィールドストップ領域11の第3ドーパントがイオン注入された表面に、n+型領域10の形成領域が開口するレジストマスク23を形成する。 Next, as shown in FIG. 12, a resist mask in which a region where the n + -type region 10 is formed is opened on the back surface of the semiconductor substrate, that is, the surface where the third dopant in the field stop region 11 is ion-implanted by photolithography. 23 is formed.

つぎに、図13に示すように、レジストマスク23をマスクとして、半導体基板の裏面に、n型の第2ドーパント(例えばリン)をイオン注入する(第2注入工程)。これにより、レジストマスク23の開口部に露出するフィールドストップ領域11の表面にのみ第2ドーパントが注入される。   Next, as shown in FIG. 13, n-type second dopant (for example, phosphorus) is ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate using the resist mask 23 as a mask (second implantation step). As a result, the second dopant is implanted only into the surface of the field stop region 11 exposed at the opening of the resist mask 23.

図13において、レジストマスク23の開口部に露出するフィールドストップ領域11の表面近傍の点線は、注入された第2ドーパントを表している。すなわち、第2ドーパントは、n+型領域10の形成領域にのみ注入され、p+型領域9の形成領域には注入されない。このとき、第2ドーパントのドーズ量は、第1ドーパントのドーズ量よりも高く、かつ、第3ドーパントのドーズ量よりも高い。 In FIG. 13, a dotted line near the surface of the field stop region 11 exposed at the opening of the resist mask 23 represents the implanted second dopant. That is, the second dopant is implanted only into the formation region of the n + -type region 10 and is not implanted into the formation region of the p + -type region 9. At this time, the dose amount of the second dopant is higher than the dose amount of the first dopant and higher than the dose amount of the third dopant.

また、実施の形態2においても、第2注入工程と第3注入工程の順序は、好ましくは、n+型領域10およびp+型領域9のうちフィールドストップ領域11の表面に対して深く形成する方のドーパント注入工程を先に行うとよい。例えば、実施の形態2においては、第3注入工程として第3ドーパント(ボロン)を加速エネルギーが100keVにて先にイオン注入する。そして、第3注入工程よりも後の工程で、第2注入工程(後述)として第2ドーパント(リン)を加速エネルギーが50keVにてイオン注入すればよい。 Also in the second embodiment, the order of the second implantation step and the third implantation step is preferably formed deeper than the surface of the field stop region 11 in the n + -type region 10 and the p + -type region 9. One of the dopant implantation steps may be performed first. For example, in the second embodiment, the third dopant (boron) is ion-implanted first at an acceleration energy of 100 keV as the third implantation step. Then, a second dopant (phosphorus) may be ion-implanted at an acceleration energy of 50 keV as a second implantation step (described later) in a step after the third implantation step.

つぎに、レジストマスク23を除去する。つぎに、実施の形態1と同様に、半導体基板の裏面にレーザ光を照射して熱処理(レーザアニール)を行い、第3注入工程および第2注入工程においてそれぞれフィールドストップ領域11に注入した第3ドーパントおよび第2ドーパントを活性化する(第2アニール工程)。   Next, the resist mask 23 is removed. Next, in the same manner as in the first embodiment, the back surface of the semiconductor substrate is irradiated with laser light to perform heat treatment (laser annealing), and the third implantation injected into the field stop region 11 in the third implantation step and the second implantation step, respectively. The dopant and the second dopant are activated (second annealing step).

上述したように、第2ドーパントのドーズ量は、第1ドーパントのドーズ量よりも高く、かつ、第3ドーパントのドーズ量よりも高い。このため、第3注入工程の後に第2注入工程を行ったとしても、n+型領域10の形成領域には、第2ドーパントのイオン注入によってn型不純物濃度が補償されてn+型領域10(以下、補償によるn+型領域10とする)が形成される。したがって、実施の形態1と同様に、第2アニール工程によってn+型領域10およびp+型領域9が形成される(図10参照)。 As described above, the dose amount of the second dopant is higher than the dose amount of the first dopant and higher than the dose amount of the third dopant. Therefore, even when subjected to a second injection step after the third implantation step, the formation region of the n + -type region 10, n-type impurity concentration by ion implantation of the second dopant is compensated n + -type region 10 (Hereinafter referred to as n + -type region 10 by compensation) is formed. Therefore, as in the first embodiment, n + type region 10 and p + type region 9 are formed by the second annealing step (see FIG. 10).

つぎに、実施の形態1と同様に、以降の工程を行うことにより、図1に示すように、半導体装置100が完成する。実施の形態2のその他の製造方法および処理条件は、実施の形態1と同様である。   Next, as in the first embodiment, the following steps are performed to complete the semiconductor device 100 as shown in FIG. Other manufacturing methods and processing conditions of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の半導体装置が作製(製造)されるため、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, since the same semiconductor device as that of the first embodiment is manufactured (manufactured), the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

(実施例1)
つぎに、実施例1にかかる半導体装置100のフィールドストップ領域11におけるキャリア濃度分布について説明する。図14は、実施例1にかかる半導体装置のキャリア濃度分布について示す特性図である。図14の横軸は、半導体基板の裏面からの深さを示す。図14の縦軸は、n型不純物のキャリア濃度を示す。まず、実施の形態1に従い、RC−IGBTを作製した。具体的には、ドリフト領域1となる半導体基板の裏面にセレンをイオン注入(第1注入工程)して炉アニール(第1アニール工程)を行い、フィールドストップ領域11を形成した。その後、フィールドストップ領域11の表面にリンおよびボロンをそれぞれイオン注入(第2,3注入工程)してレーザアニール(第2アニール工程)を行い、p+型領域9(コレクタ領域)およびn+型領域10(カソード領域)を形成した。
Example 1
Next, the carrier concentration distribution in the field stop region 11 of the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 14 is a characteristic diagram illustrating the carrier concentration distribution of the semiconductor device according to the first example. The horizontal axis of FIG. 14 shows the depth from the back surface of the semiconductor substrate. The vertical axis in FIG. 14 indicates the carrier concentration of the n-type impurity. First, RC-IGBT was manufactured according to Embodiment 1. Specifically, selenium was ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate to be the drift region 1 (first implantation step) and furnace annealing (first annealing step) was performed to form the field stop region 11. Thereafter, phosphorus and boron are ion-implanted into the surface of the field stop region 11 (second and third implantation steps), respectively, and laser annealing (second annealing step) is performed, and p + -type region 9 (collector region) and n + -type Region 10 (cathode region) was formed.

比較として、実施例1にかかるRC−IGBTと異なる製造方法で作製した2種類のRC−IGBTを用意した(以下、第1,2比較例とする)。第1比較例では、半導体基板の裏面にセレンを注入した後に続けてリンおよびボロンをそれぞれイオン注入し、その後、炉アニールを行って半導体基板の裏面にイオン注入したセレン、リンおよびボロンを一括して活性化させてフィールドストップ領域、コレクタ領域およびカソード領域を形成した。第1比較例のそれ以外の製造方法、イオン注入条件およびアニール条件は、実施例1にかかるRC−IGBTの製造方法と同様である。第2比較例では、半導体基板の裏面にリンをイオン注入し、炉アニールを行ってリンを活性化させてフィールドストップ領域を形成した。それ以外の製造方法、イオン注入条件およびアニール条件は、実施例1にかかるRC−IGBTの製造方法と同様である。   For comparison, two types of RC-IGBTs prepared by a manufacturing method different from the RC-IGBT according to Example 1 were prepared (hereinafter referred to as first and second comparative examples). In the first comparative example, phosphorus and boron are respectively ion-implanted after selenium is implanted into the back surface of the semiconductor substrate, and then furnace annealing is performed to collectively collect the selenium, phosphorus and boron ions implanted into the back surface of the semiconductor substrate. The field stop region, the collector region, and the cathode region were formed by activation. Other manufacturing methods, ion implantation conditions, and annealing conditions of the first comparative example are the same as those of the RC-IGBT manufacturing method according to the first example. In the second comparative example, phosphorus is ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate, and furnace annealing is performed to activate phosphorus to form a field stop region. Other manufacturing methods, ion implantation conditions, and annealing conditions are the same as those of the RC-IGBT manufacturing method according to the first example.

図14に示す結果において、測定点31,32,33は、それぞれ実施例1にかかるRC−IGBT、第1比較例および第2比較例の、フィールドストップ領域とn+型領域(カソード領域)との界面におけるフィールドストップ領域のキャリア濃度を示している。図14に示す結果より、実施例1にかかるRC−IGBTおよび第1比較例において、フィールドストップ領域のキャリア濃度は、測定点31,32から深さ方向に、測定点31,32と同程度のキャリア濃度で計測されている。すなわち、実施例1にかかるRC−IGBTおよび第1比較例において、フィールドストップ領域は、測定点31,32から図示省略する深さまでの厚さで形成されていることがわかる。一方、第2比較例において、フィールドストップ領域のキャリア濃度は、測定点33から2.5μm程度の深さまでしか計測されていない。すなわち、第2比較例において、フィールドストップ領域は、測定点33から2.5μm程度の深さまでしか形成されていないことがわかる。 In the results shown in FIG. 14, the measurement points 31, 32, and 33 are respectively the field stop region and the n + -type region (cathode region) of the RC-IGBT according to Example 1, the first comparative example, and the second comparative example. The carrier concentration in the field stop region at the interface is shown. From the results shown in FIG. 14, in the RC-IGBT according to Example 1 and the first comparative example, the carrier concentration in the field stop region is about the same as the measurement points 31 and 32 in the depth direction from the measurement points 31 and 32. It is measured by carrier concentration. That is, it can be seen that in the RC-IGBT and the first comparative example according to Example 1, the field stop region is formed with a thickness from the measurement points 31 and 32 to a depth not shown. On the other hand, in the second comparative example, the carrier concentration in the field stop region is measured only from the measurement point 33 to a depth of about 2.5 μm. That is, in the second comparative example, it can be seen that the field stop region is formed only from the measurement point 33 to a depth of about 2.5 μm.

また、実施例1にかかるRC−IGBTの測定点31におけるフィールドストップ領域11のキャリア濃度は、第1比較例の測定点32におけるフィールドストップ領域のキャリア濃度よりも高くなっていることがわかる。この理由は、次のように推測される。第1比較例では、フィールドストップ領域を形成するためのセレン、カソード領域を形成するためのリンを続けて注入した後、このセレンおよびリンを一括して活性化し、フィールドストップ領域とカソード領域とを同時に形成する。このため、セレンおよびリンを一括して活性化するときに、リンがセレンの拡散を阻害する。それに対して、実施例1にかかるRC−IGBTにおいては、半導体基板の裏面にセレンをイオン注入(第1注入工程)した後に続けて炉アニール(第1アニール工程)を行うことによって、まず、フィールドストップ領域11のみが形成される。このため、セレンの拡散を、その後の第2注入工程で半導体基板の裏面に注入されるリンが阻害することはない。   Moreover, it turns out that the carrier concentration of the field stop area | region 11 in the measurement point 31 of RC-IGBT concerning Example 1 is higher than the carrier concentration of the field stop area | region in the measurement point 32 of a 1st comparative example. The reason is estimated as follows. In the first comparative example, selenium for forming the field stop region and phosphorus for forming the cathode region are continuously injected, and then the selenium and phosphorus are activated together to form the field stop region and the cathode region. Form at the same time. For this reason, when selenium and phosphorus are activated collectively, phosphorus inhibits diffusion of selenium. On the other hand, in the RC-IGBT according to the first embodiment, first, field annealing is performed by performing furnace annealing (first annealing step) after ion implantation (first implantation step) of selenium into the back surface of the semiconductor substrate. Only the stop region 11 is formed. For this reason, diffusion of selenium is not inhibited by phosphorus implanted into the back surface of the semiconductor substrate in the subsequent second implantation step.

また、第1比較例では、カソード領域を形成するためのリンを炉アニールによって活性化している。それに対して、実施例1にかかるRC−IGBTにおいては、第2注入工程でイオン注入されたリンをレーザアニールによって活性化する(第2アニール工程)。レーザアニールは、炉アニールよりも半導体基板の温度を早く上昇させることができ、レーザを照射した部分の温度を局所的にかつ瞬時に上昇させることができる。このため、実施例1にかかるRC−IGBTにおいては、注入されたリンはほとんど拡散せず、その拡散深さは、半導体基板の裏面から例えば1μm程度となる。これにより、実施例1にかかるRC−IGBTは、測定点31におけるフィールドストップ領域11のキャリア濃度が第1比較例(測定点32)よりも高くなると推測される。   In the first comparative example, phosphorus for forming the cathode region is activated by furnace annealing. On the other hand, in the RC-IGBT according to the first embodiment, the phosphorus ion-implanted in the second implantation process is activated by laser annealing (second annealing process). Laser annealing can raise the temperature of a semiconductor substrate faster than furnace annealing, and can raise the temperature of the part which irradiated the laser locally and instantaneously. For this reason, in the RC-IGBT according to the first embodiment, the implanted phosphorus hardly diffuses, and the diffusion depth is, for example, about 1 μm from the back surface of the semiconductor substrate. Thereby, in the RC-IGBT according to Example 1, it is estimated that the carrier concentration of the field stop region 11 at the measurement point 31 is higher than that of the first comparative example (measurement point 32).

以上の結果より、実施例1にかかるRC−IGBTは、第2比較例よりもフィールドストップ領域11を厚く形成することができることがわかった。また、実施例1にかかるRC−IGBTにおいては、フィールドストップ領域11を形成するためにイオン注入されるセレンの拡散が阻害されない。このため、所望のキャリア濃度および所望の厚さを有するフィールドストップ領域11を形成することができることがわかった。   From the above results, it was found that the RC-IGBT according to Example 1 can form the field stop region 11 thicker than the second comparative example. Further, in the RC-IGBT according to the first embodiment, diffusion of selenium that is ion-implanted to form the field stop region 11 is not inhibited. For this reason, it was found that the field stop region 11 having a desired carrier concentration and a desired thickness can be formed.

(実施例2)
つぎに、実施例2にかかる半導体装置100の電気的特性について説明する。図15は、実施例2にかかる半導体装置の電気的特性について示す特性図である。まず、実施の形態1に従い、p+型領域9(コレクタ領域)およびn+型領域10(カソード領域)のそれぞれの幅を種々変更して4種類のRC−IGBTを作製した(以下、第1〜第4試料とする)。第1試料のp+型領域9およびn+型領域10の幅は、それぞれ96μmおよび32μmとした。第2試料のp+型領域9およびn+型領域10の幅は、それぞれ144μmおよび48μmとした。第3試料のp+型領域9およびn+型領域10の幅は、それぞれ288μmおよび96μmとした。第4試料のp+型領域9およびn+型領域10の幅は、それぞれ432μmおよび144μmとした。そして、第1〜第4試料において、コレクタ−エミッタ間電圧Vceとコレクタ電流Icとの関係(IV特性)について検討した。
(Example 2)
Next, electrical characteristics of the semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described. FIG. 15 is a characteristic diagram illustrating electrical characteristics of the semiconductor device according to the second example. First, according to the first embodiment, four types of RC-IGBTs were manufactured by changing the widths of the p + -type region 9 (collector region) and the n + -type region 10 (cathode region) in various ways (hereinafter referred to as a first type). To the fourth sample). The widths of the p + type region 9 and the n + type region 10 of the first sample were 96 μm and 32 μm, respectively. The widths of the p + type region 9 and the n + type region 10 of the second sample were 144 μm and 48 μm, respectively. The widths of the p + type region 9 and the n + type region 10 of the third sample were 288 μm and 96 μm, respectively. The widths of the p + type region 9 and the n + type region 10 of the fourth sample were 432 μm and 144 μm, respectively. Then, in the first to fourth samples, the relationship (IV characteristics) between the collector-emitter voltage Vce and the collector current Ic was examined.

図15に示す結果より、第1,2試料では、RC−IGBTがMOSFET動作からバイポーラ動作に移行するまでの過渡期間から生じる、IV特性のスナップバック41が発生していることがわかる。例えば、上述した特許文献3〜5に示すIGBTを単体で形成する技術と、ダイオードを単体で形成する技術を用いてRC−IGBTを作製した場合においても、第1,2試料と同様に、スナップバックが発生すると推測される。   From the results shown in FIG. 15, it can be seen that in the first and second samples, the snapback 41 having the IV characteristic, which is generated from the transient period until the RC-IGBT shifts from the MOSFET operation to the bipolar operation, is generated. For example, even when the RC-IGBT is manufactured by using the technology for forming the IGBT shown in Patent Documents 3 to 5 described above and the technology for forming the diode alone, as in the first and second samples, the snap It is estimated that a back will occur.

それに対して、第3,4試料においては、スナップバックは発生していない。これにより、p+型領域9の幅は288μm以上であり、n+型領域10の幅は96μm以上であるのが好ましいことがわかった。より好適には、p+型領域9の幅を288μmとし、n+型領域10の幅を96μmとするのが好ましい(第3試料)。その理由は、第4試料においては逆回復耐量が低下してしまうからである。 On the other hand, snapback does not occur in the third and fourth samples. Accordingly, it was found that the width of the p + -type region 9 is preferably 288 μm or more, and the width of the n + -type region 10 is preferably 96 μm or more. More preferably, the width of the p + type region 9 is preferably 288 μm, and the width of the n + type region 10 is preferably 96 μm (third sample). The reason is that the reverse recovery tolerance is reduced in the fourth sample.

上述した実施例1,2において、実施の形態1にかかるRC−IGBTを例に説明したが、実施の形態2にかかるRC−IGBTにおいても同様の結果になると推測される。その理由は、実施の形態1,2ともに、第1注入工程の後に続けて第1アニール工程(炉アニール)を行い、その後、第2注入工程および第2アニール工程(レーザアニール)を行っているからである。   In Examples 1 and 2 described above, the RC-IGBT according to the first embodiment has been described as an example, but it is assumed that the same result is obtained also in the RC-IGBT according to the second embodiment. The reason is that both the first and second embodiments perform the first annealing process (furnace annealing) after the first implantation process, and then perform the second implantation process and the second annealing process (laser annealing). Because.

以上において本発明は、同一の半導体基板にトレンチゲート構造のIGBTおよびダイオードを形成する半導体装置の製造方法について説明したが、上述した実施の形態に限らず、同一の半導体基板に例えばプレーナゲート構造のIGBTおよびダイオードが設けられた半導体装置を作製する際に適用することが可能である。すなわち、n型のフィールドストップ領域の表面にn+型領域が設けられた構成の半導体装置を作製する際に適用することができる。また、半導体基板に1つの半導体素子が設けられた半導体装置においても、n型領域の表面にn+型領域を形成する際に適用してもよい。また、n型とp型をすべて逆転し、p型のフィールドストップ領域の表面にp+型領域が設けられた構成の半導体装置を作製する際に適用してもよい。 In the above, the present invention has been described with respect to a method of manufacturing a semiconductor device in which an IGBT and a diode having a trench gate structure are formed on the same semiconductor substrate. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. It can be applied when manufacturing a semiconductor device provided with an IGBT and a diode. That is, the present invention can be applied to manufacturing a semiconductor device having an n + type region provided on the surface of an n type field stop region. Further, the present invention may be applied to a semiconductor device in which one semiconductor element is provided on a semiconductor substrate when an n + type region is formed on the surface of the n type region. Further, the present invention may be applied when a semiconductor device having a configuration in which the n type and the p type are reversed and the p + type region is provided on the surface of the p type field stop region.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、例えば産業用あるいは自動車用のモーター制御やエンジン制御に使用されるパワー半導体装置に有用である。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for a power semiconductor device used for motor control or engine control for industrial or automobile use, for example.

1 ドリフト領域
2 ベース領域
3 コンタクト領域
4 エミッタ領域
5 トレンチ
6 電極(第1)
7 層間絶縁膜
8 電極(第2)
9 p+型領域
10 n+型領域
11 フィールドストップ領域
12 電極(第3)
100 半導体装置
110 IGBT
120 ダイオード
1 Drift region 2 Base region 3 Contact region 4 Emitter region 5 Trench 6 Electrode (first)
7 Interlayer insulation film 8 Electrode (second)
9 p + type region 10 n + type region 11 Field stop region 12 Electrode (third)
100 Semiconductor device 110 IGBT
120 diode

Claims (12)

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとダイオードとが同一の第1導電型の半導体基板に設けられた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第1ドーパントをイオン注入し、熱処理によって、前記半導体基板よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第1半導体領域を形成する第1形成工程と、
前記第1形成工程の後、前記半導体基板の裏面に、前記第1ドーパントよりも拡散係数の小さい第1導電型の第2ドーパント、および第2導電型の第3ドーパントをそれぞれイオン注入し、熱処理によって、第1導電型の第2半導体領域および第2導電型の第3半導体領域を形成する第2形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which an insulated gate bipolar transistor and a diode are provided on the same first conductivity type semiconductor substrate,
A first forming step of ion-implanting a first conductivity type first dopant on the back surface of the semiconductor substrate and forming a first conductivity type first semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate by a heat treatment; ,
After the first formation step, a second conductivity type second dopant and a second conductivity type third dopant having a diffusion coefficient smaller than that of the first dopant are ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate, respectively, and heat treatment is performed. A second forming step of forming a second semiconductor region of the first conductivity type and a third semiconductor region of the second conductivity type by:
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1形成工程では、前記半導体基板の裏面全体に前記第1ドーパントをイオン注入した後に、熱処理炉を用いて熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the first formation step, after the first dopant is ion-implanted into the entire back surface of the semiconductor substrate, heat treatment is performed using a heat treatment furnace. 前記第2形成工程では、前記半導体基板の裏面に選択的に前記第2ドーパントをイオン注入した後、当該半導体基板の裏面の当該第2ドーパントをイオン注入した領域と異なる領域に前記第3ドーパントをイオン注入し、その後、レーザを用いて熱処理を行う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の製造方法。   In the second forming step, the second dopant is selectively ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate, and then the third dopant is implanted into a region different from the region where the second dopant is ion-implanted on the back surface of the semiconductor substrate. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein ion implantation is performed, and thereafter heat treatment is performed using a laser. 前記第2形成工程では、前記半導体基板の裏面全体に前記第3ドーパントをイオン注入した後、当該半導体基板の裏面に選択的に前記第2ドーパントをイオン注入し、その後、レーザを用いて熱処理を行う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の製造方法。   In the second forming step, the third dopant is ion-implanted into the entire back surface of the semiconductor substrate, and then the second dopant is selectively ion-implanted into the back surface of the semiconductor substrate, and then heat treatment is performed using a laser. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed. 前記第2形成工程では、前記ダイオードを構成する前記第2半導体領域を形成す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の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the second formation step, the second semiconductor region constituting the diode is formed. 6. 前記第2形成工程では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを構成する前記第3半導体領域を形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the second formation step, the third semiconductor region constituting the insulated gate bipolar transistor is formed. 5. 前記第1形成工程の前に、前記半導体基板の裏面を研削する研削工程を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a grinding step of grinding a back surface of the semiconductor substrate is performed before the first forming step. 前記第1ドーパントはセレンであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first dopant is selenium. 前記第2ドーパントはリンであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second dopant is phosphorus. 前記第3ドーパントはボロンであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third dopant is boron. 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとダイオードとが同一の第1導電型の半導体基板に設けられた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第1ドーパントをイオン注入する第1注入工程と、
前記第1注入工程の後に、炉アニールを行う第1アニール工程と、
前記第1アニール工程の後に、前記ダイオードの第1導電型の第2半導体領域の形成領域が開口する第1マスクで、前記半導体基板の裏面を覆う第1マスク形成工程と、
前記第1マスクをマスクとして、前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第2ドーパントをイオン注入する第2注入工程と、
前記第1マスクを除去する第1除去工程と、
前記第1除去工程の後に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの第2導電型の第3半導体領域の形成領域が開口する第2マスクで、前記半導体基板の裏面を覆う第2マスク形成工程と、
前記第2マスクをマスクとして、前記半導体基板の裏面に、第2導電型の第3ドーパントをイオン注入する第3注入工程と、
前記第2マスクを除去する第2除去工程と、
前記第2除去工程の後に、前記半導体基板の裏面にレーザアニールを行う第2アニール工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which an insulated gate bipolar transistor and a diode are provided on the same first conductivity type semiconductor substrate,
A first implantation step of ion-implanting a first dopant of a first conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate;
A first annealing step for performing furnace annealing after the first implantation step;
A first mask forming step of covering the back surface of the semiconductor substrate with a first mask in which a formation region of the first conductive type second semiconductor region of the diode is opened after the first annealing step;
Using the first mask as a mask, a second implantation step of ion-implanting a second dopant of the first conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate;
A first removal step of removing the first mask;
A second mask forming step of covering the back surface of the semiconductor substrate with a second mask in which the formation region of the second conductive type third semiconductor region of the insulated gate bipolar transistor is opened after the first removing step;
A third implantation step of ion-implanting a second dopant of a second conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate using the second mask as a mask;
A second removal step of removing the second mask;
A second annealing step of performing laser annealing on the back surface of the semiconductor substrate after the second removing step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタとダイオードとが同一の第1導電型の半導体基板に設けられた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の裏面に、第1導電型の第1ドーパントをイオン注入する第1注入工程と、
前記第1注入工程の後に、炉アニールを行う第1アニール工程と、
前記第1アニール工程の後に、前記半導体基板の裏面に、第2導電型の第3ドーパントをイオン注入する第3注入工程と、
前記第3注入工程の後に、前記ダイオードの第1導電型の第2半導体領域の形成領域が開口する第1マスクで、前記半導体基板の裏面を覆う第1マスク形成工程と、
前記第1マスクをマスクとして、第1導電型の第2ドーパントをイオン注入する第2注入工程と、
前記第1マスクを除去する第1除去工程と、
前記第1除去工程の後に、前記半導体基板の裏面にレーザアニールを行う第2アニール工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which an insulated gate bipolar transistor and a diode are provided on the same first conductivity type semiconductor substrate,
A first implantation step of ion-implanting a first dopant of a first conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate;
A first annealing step for performing furnace annealing after the first implantation step;
A third implantation step of ion-implanting a second dopant of a second conductivity type into the back surface of the semiconductor substrate after the first annealing step;
A first mask forming step of covering a back surface of the semiconductor substrate with a first mask in which a formation region of the first conductive type second semiconductor region of the diode is opened after the third implantation step;
A second implantation step of ion-implanting a first dopant of a first conductivity type using the first mask as a mask;
A first removal step of removing the first mask;
A second annealing step of performing laser annealing on the back surface of the semiconductor substrate after the first removing step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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