JP2014072306A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2014072306A
JP2014072306A JP2012216127A JP2012216127A JP2014072306A JP 2014072306 A JP2014072306 A JP 2014072306A JP 2012216127 A JP2012216127 A JP 2012216127A JP 2012216127 A JP2012216127 A JP 2012216127A JP 2014072306 A JP2014072306 A JP 2014072306A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
conductivity type
semiconductor substrate
semiconductor device
collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012216127A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Torii
克行 鳥居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2012216127A priority Critical patent/JP2014072306A/en
Publication of JP2014072306A publication Critical patent/JP2014072306A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method, which achieve a short turn-off time and relatively low on-state voltage, and which inhibit increase in manufacturing cost.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a first conductivity type collector region which has first and second principal surfaces opposite to each other and which has a higher activation rate of a first conductivity type impurity and less crystal defect on the second principal surface side than on the first principal surface side; a second conductivity type semiconductor substrate arranged on the first principal surface of the collector region; a first conductivity type base region arranged on the semiconductor substrate; a second conductivity type emitter region arranged on the base region; a gate insulation film arranged on the base region and at least between a drift region and the emitter region; a gate electrode arranged opposite to the base region via the gate insulation film; a collector electrode arranged on the second principal surface of the collector region; and an emitter electrode electrically connected with the emitter region.

Description

本発明は、IGBT構造を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having an IGBT structure and a method for manufacturing the semiconductor device.

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)は、高入力インピーダンス、低オン電圧を有することから、モータ駆動回路などで使用されている。しかし、制御電極(ゲート電極)にオフ信号を印加したとしても、P型コレクタ領域からN−型ドリフト領域へ注入されて残存する正孔がドリフト領域から排出されるまで、IGBTはオフ状態にならない。更に、ドリフト領域に残存する電子はコレクタ領域を通り抜ける際に、コレクタ領域からドリフト領域への正孔の注入を誘起する。このため、IGBTにはターンオフ時間が大きいという問題がある。   Insulated gate bipolar transistors (IGBTs) have high input impedance and low on-voltage, and are therefore used in motor drive circuits and the like. However, even if an off signal is applied to the control electrode (gate electrode), the IGBT is not turned off until the remaining holes injected from the P-type collector region into the N-type drift region are discharged from the drift region. . Furthermore, when the electrons remaining in the drift region pass through the collector region, holes are injected from the collector region into the drift region. For this reason, the IGBT has a problem that the turn-off time is long.

そこで、IGBTのターンオフ時間を改善するために、低ライフタイム層によってキャリアライフを小さくする方法がある。具体的には、金・プラチナなどの重金属を拡散して低ライフタイム層を形成する方法や、電子線や中性子線などの放射線を照射して低ライフタイム層を形成する方法などがある。   Therefore, in order to improve the turn-off time of the IGBT, there is a method of reducing the carrier life by the low lifetime layer. Specifically, there are a method of forming a low lifetime layer by diffusing heavy metals such as gold and platinum, and a method of forming a low lifetime layer by irradiating radiation such as an electron beam or a neutron beam.

しかし、低ライフタイム層を形成することによってキャリア・ライフタイムの低下を招き、IGBTのメリットである伝導度や変調度を低下させ、オン電圧が上昇する問題がある。特に、ドリフト領域に低ライフタイム層を形成すると、耐圧劣化やターンオフ時に長いテール電流を引く問題、キャリア・ライフタイムの低下によるオン電圧の増大などの問題がある。   However, there is a problem that the formation of the low lifetime layer causes a decrease in carrier lifetime, lowers the conductivity and modulation degree, which are the merits of the IGBT, and increases the on-voltage. In particular, when a low lifetime layer is formed in the drift region, there are problems such as breakdown voltage degradation, a problem of drawing a long tail current during turn-off, and an increase in on-voltage due to a decrease in carrier lifetime.

このため、高エネルギー粒子の照射によってコレクタ領域に形成され、少なくともコレクタ領域内に再結合のピークを有するような低ライフタイム層によって、短いターンオフ時間と低いオン電圧を実現しようとする方法などが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   For this reason, a method for realizing a short turn-off time and a low on-voltage with a low lifetime layer formed in the collector region by irradiation with high-energy particles and having at least a recombination peak in the collector region is proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平4−269874号公報JP-A-4-269874

しかしながら、高エネルギー粒子の照射による低ライフタイム層の形成は、コレクタ領域の形成後に行われる。したがって、低ライフタイム層を形成する工程が追加され、製造コストが増大する。更に、コレクタ領域の形成が終了した段階でのライトパンチスルー型IGBTやフィールドストップ型IGBTの厚みは100μm以下であり、ノンパンチスルー型のIGBTに比べて薄い。このため、低ライフタイム層を形成前後の運搬時にウェハが割れるなどして加工歩留まりが低下しやすい。その結果、製造コストが増大する。   However, the formation of the low lifetime layer by irradiation with high energy particles is performed after the formation of the collector region. Therefore, a process for forming a low lifetime layer is added, and the manufacturing cost increases. Furthermore, the thickness of the write punch-through type IGBT and field stop type IGBT at the stage where the formation of the collector region is completed is 100 μm or less, which is thinner than the non-punch-through type IGBT. For this reason, the processing yield is likely to decrease due to, for example, cracking of the wafer during transportation before and after forming the low lifetime layer. As a result, the manufacturing cost increases.

また、所望の深さに低ライフタイム層を形成するためには、高精度の位置合わせが必要である。しかし、例えば特許文献1のようにコレクタ層内に低ライフタイム層を形成する場合、低ライフタイム層を形成する製造装置のばらつきや半導体装置のコレクタ領域の深さばらつき等があるため、コレクタ領域と低ライフタイム層の位置関係に誤差が生じやすい。その結果、歩留まりが低下し、製造コストの増大を招く。   Moreover, in order to form a low lifetime layer at a desired depth, high-precision alignment is necessary. However, when the low lifetime layer is formed in the collector layer as in Patent Document 1, for example, there are variations in the manufacturing apparatus for forming the low lifetime layer and variations in the depth of the collector region of the semiconductor device. There is a tendency for errors to occur in the positional relationship between the low lifetime layer. As a result, the yield decreases and the manufacturing cost increases.

上記問題点に鑑み、本発明は、短いターンオフ時間と比較的低いオン電圧を実現し、且つ製造コストの増大が抑制された半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that realize a short turn-off time and a relatively low on-voltage, and that suppress an increase in manufacturing cost.

本発明の一態様によれば、(イ)互いに対向する第1及び第2の主面を有し、第1の主面側よりも第2の主面側での第1導電型不純物の活性化率が高く且つ結晶欠陥が少ない、第1導電型のコレクタ領域と、(ロ)コレクタ領域の第1の主面上に配置された第2導電型の半導体基体と、(ハ)半導体基体上に配置された第1導電型のベース領域と、(ニ)ベース領域上に配置された第2導電型のエミッタ領域と、(ホ)少なくとも半導体基体とエミッタ領域間でベース領域上に配置されたゲート絶縁膜と、(ヘ)ゲート絶縁膜を介してベース領域に対向して配置されたゲート電極と、(ト)コレクタ領域の第2の主面上に配置されたコレクタ電極と、(チ)エミッタ領域と電気的に接続されたエミッタ電極とを備える半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, (i) having first and second main surfaces facing each other, the activity of the first conductivity type impurity on the second main surface side rather than the first main surface side A first conductivity type collector region having a high conversion rate and few crystal defects; (b) a second conductivity type semiconductor substrate disposed on the first main surface of the collector region; and (c) on the semiconductor substrate. And (d) an emitter region of the second conductivity type disposed on the base region, and (e) disposed on the base region at least between the semiconductor substrate and the emitter region. A gate insulating film; (f) a gate electrode disposed opposite the base region through the gate insulating film; (g) a collector electrode disposed on the second main surface of the collector region; Provided is a semiconductor device comprising an emitter region and an emitter electrode electrically connected

本発明の他の態様によれば、(イ)第1導電型のベース領域を第2導電型の半導体基体上に形成するステップと、(ロ)ベース領域上に第2導電型のエミッタ領域を形成するステップと、(ハ)半導体基体の上面に対向する下面から、半導体基体の下面側に第1導電型不純物を注入するステップと、(ニ)下面から離間した領域よりも下面近傍において第1導電型不純物の活性化率が高いように半導体基体を下面側から加熱して、第1導電型のコレクタ領域を半導体基体の下面側に形成するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, (b) forming a first conductivity type base region on a second conductivity type semiconductor substrate; and (b) forming a second conductivity type emitter region on the base region. (C) a step of implanting a first conductivity type impurity from the lower surface opposite to the upper surface of the semiconductor substrate to the lower surface side of the semiconductor substrate; and (d) a first region closer to the lower surface than a region spaced from the lower surface. And heating the semiconductor substrate from the lower surface side so that the activation rate of the conductive impurities is high, and forming a first conductivity type collector region on the lower surface side of the semiconductor substrate. .

本発明によれば、短いターンオフ時間と比較的低いオン電圧を実現し、且つ製造コストの増大が抑制された半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the short turn-off time and the comparatively low on-voltage can be implement | achieved, and the manufacturing method of the semiconductor device with which the increase in manufacturing cost was suppressed can be provided.

本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。It is a typical sectional view showing the structure of the semiconductor device concerning the embodiment of the present invention. IGBTにおける活性化率の特性に及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which acts on the characteristic of the activation rate in IGBT. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である(その1)。It is typical process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention (the 1). 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である(その2)。It is typical process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention (the 2). 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である(その3)。FIG. 9 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention (No. 3). 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である(その4)。FIG. 10 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention (No. 4). 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である(その5)。FIG. 10 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention (No. 5). 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である(その6)。FIG. 6 is a schematic process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention (No. 6). 本発明の実施形態の変形例に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on other embodiment of this invention.

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the lengths of the respective parts, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   The following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the shape, structure, arrangement, etc. of components. It is not specified to the following. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施形態に係る半導体装置1は、図1に示すように、互いに対向する第1の主面101及び第2の主面102を有する第1導電型のコレクタ領域10と、コレクタ領域10の第1の主面101上に配置された第2導電型の半導体基体20と、半導体基体20上に配置された第1導電型のベース領域30と、ベース領域30の上面の一部に選択的に埋め込まれた第2導電型のエミッタ領域40と、コレクタ領域10の第2の主面102上に配置されたコレクタ電極90と、エミッタ領域40と電気的に接続されたエミッタ電極80とを備える。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention includes a first conductivity type collector region 10 having a first main surface 101 and a second main surface 102 facing each other, and a collector region 10. The second conductivity type semiconductor substrate 20 disposed on the first main surface 101, the first conductivity type base region 30 disposed on the semiconductor substrate 20, and a part of the upper surface of the base region 30 are selected. Embedded emitter region 40 of the second conductivity type, collector electrode 90 disposed on second main surface 102 of collector region 10, and emitter electrode 80 electrically connected to emitter region 40. Prepare.

なお、第1導電型と第2導電型とは互いに反対導電型である。すなわち、第1導電型がN型であれば、第2導電型はP型であり、第1導電型がP型であれば、第2導電型はN型である。以下では、第1導電型がP型、第2導電型がN型の場合を例示的に説明する。   The first conductivity type and the second conductivity type are opposite to each other. That is, if the first conductivity type is N type, the second conductivity type is P type, and if the first conductivity type is P type, the second conductivity type is N type. Hereinafter, a case where the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type will be described as an example.

半導体装置1では、第1の主面101側、即ち半導体基体側に比べて、コレクタ領域10の第2の主面102側、即ちコレクタ電極側において、コレクタ領域10に注入された不純物が活性化されている割合(以下において、「活性化率」という。)が高く、結晶欠陥が少ない。コレクタ領域10はシリコン(Si)からなり、コレクタ領域10中の第1導電型不純物は例えばボロン(B)である。   In the semiconductor device 1, the impurities injected into the collector region 10 are activated on the second main surface 102 side of the collector region 10, that is, on the collector electrode side, compared to the first main surface 101 side, that is, the semiconductor substrate side. The ratio (hereinafter referred to as “activation ratio”) is high and there are few crystal defects. The collector region 10 is made of silicon (Si), and the first conductivity type impurity in the collector region 10 is, for example, boron (B).

半導体装置1は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)であり、少なくとも半導体基体20とエミッタ領域40間でベース領域30上に配置されたゲート絶縁膜50と、ゲート絶縁膜50を介してベース領域30に対向して配置されたゲート電極60とを備える。図1に示した例は、トレンチゲート構造である。即ち、エミッタ領域40の上面から延伸し、少なくともエミッタ領域40及びベース領域30を貫通する溝が形成されている。ゲート絶縁膜50は溝の内壁上に配置され、ゲート電極60はゲート絶縁膜50を介して溝の内部に埋め込まれている。つまり、ゲート電極60は、ゲート絶縁膜50を介してベース領域30と対向している。ゲート電極60と対向するベース領域30の表面がチャネル領域100である。   The semiconductor device 1 is an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and includes a gate insulating film 50 disposed on the base region 30 at least between the semiconductor substrate 20 and the emitter region 40, and the base region 30 via the gate insulating film 50. And a gate electrode 60 disposed to face each other. The example shown in FIG. 1 is a trench gate structure. That is, a groove extending from the upper surface of the emitter region 40 and penetrating at least the emitter region 40 and the base region 30 is formed. The gate insulating film 50 is disposed on the inner wall of the trench, and the gate electrode 60 is embedded in the trench through the gate insulating film 50. That is, the gate electrode 60 faces the base region 30 with the gate insulating film 50 interposed therebetween. The surface of the base region 30 facing the gate electrode 60 is the channel region 100.

図1の半導体装置1では、半導体基体20が、コレクタ領域10に接するN型のバッファ領域(フィールドストップ領域ともいう)21と、バッファ領域21とベース領域30間に配置された、バッファ領域21よりも不純物濃度の低いN−型のドリフト領域22とを有する。また、ゲート電極60の上面には層間絶縁膜70が配置され、層間絶縁膜70上にエミッタ領域40とベース領域30に接続するエミッタ電極80が配置されている。   In the semiconductor device 1 of FIG. 1, the semiconductor substrate 20 includes an N-type buffer region (also referred to as a field stop region) 21 in contact with the collector region 10, and a buffer region 21 disposed between the buffer region 21 and the base region 30. Also have an N− type drift region 22 with a low impurity concentration. An interlayer insulating film 70 is disposed on the upper surface of the gate electrode 60, and an emitter electrode 80 connected to the emitter region 40 and the base region 30 is disposed on the interlayer insulating film 70.

半導体装置1の動作について説明する。エミッタ電極80とコレクタ電極90間に所定のコレクタ電圧を印加し、エミッタ電極80とゲート電極60間に所定のゲート電圧を印加する。例えば、コレクタ電圧は300V〜1600V程度、ゲート電圧は10V〜20V程度である。このようにして半導体装置1をオン状態にすると、チャネル領域100がP型からN型に反転してチャネルが形成される。形成されたチャネルを通過して、エミッタ電極80から電子が半導体基体20に注入される。この注入された電子により、コレクタ領域10と半導体基体20との間が順バイアスされ、コレクタ電極90からコレクタ領域10を経由して正孔(ホール)が半導体基体20、ベース領域30の順に移動する。更に電流を増やしていくと、コレクタ領域10からの正孔が増加し、ベース領域30の下方に正孔が蓄積される。この結果、伝導度変調によってオン抵抗が低下する。   The operation of the semiconductor device 1 will be described. A predetermined collector voltage is applied between the emitter electrode 80 and the collector electrode 90, and a predetermined gate voltage is applied between the emitter electrode 80 and the gate electrode 60. For example, the collector voltage is about 300V to 1600V, and the gate voltage is about 10V to 20V. When the semiconductor device 1 is turned on in this way, the channel region 100 is inverted from P-type to N-type, and a channel is formed. Through the formed channel, electrons are injected from the emitter electrode 80 into the semiconductor substrate 20. The injected electrons cause a forward bias between the collector region 10 and the semiconductor substrate 20, and holes move from the collector electrode 90 through the collector region 10 in the order of the semiconductor substrate 20 and the base region 30. . As the current is further increased, holes from the collector region 10 increase and holes are accumulated below the base region 30. As a result, the on-resistance decreases due to conductivity modulation.

半導体装置1をオン状態からオフ状態にする場合には、ゲート電圧をしきい値電圧よりも低くし、例えば、ゲート電圧をエミッタ電圧と同じ電位又は負電位となるように制御してチャネル領域100を消滅させる。これにより、エミッタ電極80から半導体基体20への電子の注入が停止し、コレクタ領域10から半導体基体20への正孔の注入も停止する。コレクタ電極90の電位がエミッタ電極80よりも高いので、ベース領域30と半導体基体20との界面から空乏層が広がっていくと共に、半導体基体20に蓄積された正孔はエミッタ電極80に抜けていく。   When the semiconductor device 1 is switched from the on state to the off state, the gate voltage is set lower than the threshold voltage, for example, the channel region 100 is controlled by controlling the gate voltage to be the same potential or negative potential as the emitter voltage. Annihilate. Thereby, the injection of electrons from the emitter electrode 80 into the semiconductor substrate 20 is stopped, and the injection of holes from the collector region 10 into the semiconductor substrate 20 is also stopped. Since the potential of the collector electrode 90 is higher than that of the emitter electrode 80, a depletion layer spreads from the interface between the base region 30 and the semiconductor substrate 20 and holes accumulated in the semiconductor substrate 20 escape to the emitter electrode 80. .

一般的に高耐圧のIGBTでは、コレクタ電極にエミッタ電極よりも高い電圧、例えば600Vを印加し、且つ、ゲート電極の電位(ゲート電圧)をしきい値電圧未満にしてIGBTをオフ状態にした時に、ベース領域とドリフト領域との境界のPN接合から広がった空乏層がコレクタ領域に達する程度まで広がるように設計される。空乏層は電子を排出した状態である。   In general, in a high breakdown voltage IGBT, when a higher voltage than the emitter electrode, for example, 600 V is applied to the collector electrode, and the potential of the gate electrode (gate voltage) is made lower than the threshold voltage, the IGBT is turned off. The depletion layer extending from the PN junction at the boundary between the base region and the drift region is designed to extend to the extent that it reaches the collector region. The depletion layer is in a state where electrons are discharged.

IGBTにおいて、電子がP型のコレクタ領域に注入されると、電子の注入を打ち消すように、コレクタ領域から正孔がドリフト領域に注入される。ところで、コレクタ領域内に結晶欠陥層があると、コレクタ領域に移動してきた電子が結晶欠陥層に取り込まれる。その結果、電子がコレクタ領域に注入されなかった場合と同じような状態となり、正孔がコレクタ領域からドリフト領域に注入されないか、又は注入される量が非常に少ない。   In the IGBT, when electrons are injected into the P-type collector region, holes are injected from the collector region into the drift region so as to cancel the electron injection. If there is a crystal defect layer in the collector region, electrons that have moved to the collector region are taken into the crystal defect layer. As a result, the state is the same as when electrons are not injected into the collector region, and holes are not injected from the collector region into the drift region, or the amount injected is very small.

しかし、図1に示した半導体装置1では、コレクタ領域10のコレクタ電極側において半導体基体側に比べて活性化率が高く、結晶欠陥が少ない。つまり、コレクタ領域10のドレイン領域側での結晶欠陥を多くしつつ、コレクタ領域10全体での結晶欠陥が少ない。その結果、コレクタ領域10全体での結晶欠陥におけるドリフト領域22から注入される電子の捕獲をある一定量に制限しつつ、且つ、オン電圧の上昇を抑制できる。   However, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 has a higher activation rate and fewer crystal defects on the collector electrode side of the collector region 10 than on the semiconductor substrate side. That is, there are few crystal defects in the collector region 10 as a whole while increasing crystal defects on the drain region side of the collector region 10. As a result, the trapping of electrons injected from the drift region 22 in the crystal defects in the entire collector region 10 can be limited to a certain amount, and an increase in on-voltage can be suppressed.

一方、コレクタ領域10の半導体基体側はコレクタ電極側に比べて多くの結晶欠陥を有することから、ターンオフ時に半導体基体20から注入される電子がコレクタ領域10の半導体基体側において有効に捕獲される。このため、オン電圧の上昇を抑制しながらも、コレクタ領域10から半導体基体20への正孔の注入量が容易に制御される。その結果、半導体装置1では、ターンオフ時間の短い、高速なスイッチング特性が得られる。   On the other hand, since the semiconductor substrate side of the collector region 10 has more crystal defects than the collector electrode side, electrons injected from the semiconductor substrate 20 at the turn-off time are effectively captured on the semiconductor substrate side of the collector region 10. For this reason, the injection amount of holes from the collector region 10 to the semiconductor substrate 20 is easily controlled while suppressing an increase in the ON voltage. As a result, the semiconductor device 1 can obtain high-speed switching characteristics with a short turn-off time.

コレクタ領域10を構成するために半導体基体20に注入された第1導電型不純物が、活性化によって半導体基体20を構成する原子と共有結合している割合は、全体で90%以下であることが好ましい。図2に、IGBTにおける活性化率が特性に及ぼす影響を調査した結果を示す。図2の横軸はターンオフ時間を示すスイッチング時間tf、縦軸はコレクタ・エミッタ間の飽和電圧VCESATである。図2において、活性化率が100%の場合を特性Aで示し、活性化率が90%の場合を特性Bで示している。図2に示すように、活性化率が100%の場合よりも、活性化率が90%である場合のほうが、同様の飽和電圧VCESATでスイッチング時間tfが短く、良好な特性を示している。 The ratio of the first conductivity type impurities implanted into the semiconductor substrate 20 to form the collector region 10 to be covalently bonded to the atoms constituting the semiconductor substrate 20 by activation is 90% or less as a whole. preferable. FIG. 2 shows the results of investigating the influence of the activation rate in the IGBT on the characteristics. The horizontal axis in FIG. 2 is the switching time tf indicating the turn-off time, and the vertical axis is the collector-emitter saturation voltage V CESAT . In FIG. 2, the case where the activation rate is 100% is indicated by the characteristic A, and the case where the activation rate is 90% is indicated by the characteristic B. As shown in FIG. 2, when the activation rate is 90%, the switching time tf is shorter at the same saturation voltage V CESAT than when the activation rate is 100%. .

なお、本発明の実施形態において、「結晶欠陥」は、原子空孔やダングリングボンド、或いは導電型決定原子である不純物などの大きさが異なる粒子が格子間に保持されたことによる格子歪み(格子間歪み)が生じている結晶欠陥の状態をいう。   In the embodiment of the present invention, the “crystal defect” refers to lattice distortion (diffusion of particles having different sizes, such as atomic vacancies, dangling bonds, or impurities that are conductivity type determining atoms). This refers to the state of crystal defects in which (interstitial distortion) occurs.

図3〜図8を用いて、本発明の実施形態に係る半導体装置1の製造方法を説明する。なお、以下に述べる製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。   A method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the manufacturing method described below is an example, and it is needless to say that it can be realized by various other manufacturing methods including this modified example.

図3に示すように、N−型の半導体基体20の上面201上にP型のベース領域30を形成する。例えば、エピタキシャル成長法、又はイオン注入法と拡散を用いて、ベース領域30が形成される。次いで、図4に示すように、ベース領域30の上面の一部に、例えばイオン注入法と拡散を用いてN+型のエミッタ領域40を選択的に形成する。 As shown in FIG. 3, a P-type base region 30 is formed on the upper surface 201 of the N− type semiconductor substrate 20. For example, the base region 30 is formed using an epitaxial growth method or an ion implantation method and diffusion. Next, as shown in FIG. 4, an N + -type emitter region 40 is selectively formed on a part of the upper surface of the base region 30 by using, for example, an ion implantation method and diffusion.

フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、エミッタ領域40上に開口部を有するマスクを用いて、エミッタ領域40とベース領域30を貫通して、半導体基体20に先端が到達する溝を形成する。そして、溝の内壁にゲート絶縁膜50を形成する。例えば、酸化シリコン(SiO2)膜を熱酸化法で形成する。その後、不純物を添加したポリシリコン膜を溝の内部に埋め込む。更に、化学機械研磨(CMP)などの研磨工程によって、図5に示すようにベース領域30の表面を平坦化してゲート電極60を形成する。 Using a photolithographic technique and an etching technique, a groove having an opening on the emitter region 40 and penetrating the emitter region 40 and the base region 30 and reaching the semiconductor substrate 20 is formed. Then, a gate insulating film 50 is formed on the inner wall of the trench. For example, a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed by a thermal oxidation method. Thereafter, a polysilicon film to which impurities are added is embedded in the trench. Further, the surface of the base region 30 is planarized by a polishing process such as chemical mechanical polishing (CMP) to form the gate electrode 60 as shown in FIG.

ゲート電極60上に層間絶縁膜70を形成した後、図6に示すようにエミッタ領域40とベース領域30に接続するエミッタ電極80を層間絶縁膜70上に形成する。   After the interlayer insulating film 70 is formed on the gate electrode 60, an emitter electrode 80 connected to the emitter region 40 and the base region 30 is formed on the interlayer insulating film 70 as shown in FIG.

図7に矢印で示すように、半導体基体20の下面202から半導体基体20に第2導電型不純物を注入し、アニール処理を行う。これにより、半導体基体20の下面側に第2導電型のバッファ領域21が形成される。半導体基体20のバッファ領域21が形成された領域の残余の領域が、ドリフト領域22である。バッファ領域21の不純物濃度は、ドリフト領域22よりも高く設定される。   As indicated by an arrow in FIG. 7, the second conductivity type impurity is implanted into the semiconductor substrate 20 from the lower surface 202 of the semiconductor substrate 20, and an annealing process is performed. Thereby, the second conductivity type buffer region 21 is formed on the lower surface side of the semiconductor substrate 20. The remaining region of the semiconductor substrate 20 where the buffer region 21 is formed is a drift region 22. The impurity concentration of the buffer region 21 is set higher than that of the drift region 22.

次いで、コレクタ領域10を形成するために、図8に矢印で示すように、半導体基体20の下面202から半導体基体20に第1導電型不純物を注入する。このとき注入される不純物のドーズ量は、例えば1×1011〜1014cm-2程度である。そして、下面202から離間したドリフト領域22側の領域よりも下面202の近傍において第1導電型不純物の活性化率が高いように、半導体基体20を下面202側から加熱する。これにより、第1の主面101側よりも第2の主面102側での第1導電型不純物の活性化率が高いコレクタ領域10が形成される。したがってコレクタ領域10では、第1の主面101側よりも第2の主面102側で結晶欠陥が少ない。 Next, in order to form the collector region 10, a first conductivity type impurity is implanted into the semiconductor substrate 20 from the lower surface 202 of the semiconductor substrate 20 as indicated by an arrow in FIG. 8. The dose of the impurity implanted at this time is, for example, about 1 × 10 11 to 10 14 cm −2 . Then, the semiconductor substrate 20 is heated from the lower surface 202 side so that the activation rate of the first conductivity type impurity is higher in the vicinity of the lower surface 202 than the region on the drift region 22 side separated from the lower surface 202. As a result, the collector region 10 having a higher activation rate of the first conductivity type impurity on the second main surface 102 side than on the first main surface 101 side is formed. Therefore, in the collector region 10, there are fewer crystal defects on the second main surface 102 side than on the first main surface 101 side.

なお、上記のようにイオン注入と加熱処理を用いて半導体基体20の下面側にコレクタ領域10が形成されるため、半導体基体20の下面202とコレクタ領域10の第2の主面102とは一致する。   Since the collector region 10 is formed on the lower surface side of the semiconductor substrate 20 using ion implantation and heat treatment as described above, the lower surface 202 of the semiconductor substrate 20 and the second main surface 102 of the collector region 10 coincide with each other. To do.

その後、コレクタ領域10の第2の主面102上にコレクタ電極90を形成することにより、図1に示した半導体装置1が完成する。   Thereafter, the collector electrode 90 is formed on the second main surface 102 of the collector region 10 to complete the semiconductor device 1 shown in FIG.

一般的にイオン注入しただけでは注入されたドーパントイオンは活性化していないために、イオン注入後の活性化処理は必要な工程である。本発明の実施形態において、「活性」とは、イオンが注入された母材の総キャリア濃度に寄与する注入イオンの割合を説明するために用いている。イオン注入中、母材の結晶格子に対するドーパントイオンによる衝撃が実質的に加えられ、イオンは結晶格子に衝突して結晶格子中に保持される。その後、アニール処理などの活性化処理によって、注入イオンと母材の結晶格子とがより規則正しい様式で再配置され、イオンが結晶格子中の位置に定着する。これにより、ドーパントイオンによって受けた母材の損傷が回復する。   In general, since the implanted dopant ions are not activated only by ion implantation, the activation treatment after ion implantation is a necessary step. In the embodiment of the present invention, “activity” is used to describe the ratio of implanted ions that contribute to the total carrier concentration of the base material into which ions are implanted. During ion implantation, bombardment by dopant ions to the crystal lattice of the matrix is substantially applied, and the ions collide with the crystal lattice and are retained in the crystal lattice. Thereafter, by an activation process such as an annealing process, the implanted ions and the crystal lattice of the base material are rearranged in a more regular manner, and the ions are fixed at positions in the crystal lattice. Thereby, damage to the base material received by the dopant ions is recovered.

本発明の実施形態においては、半導体基体20の下面側から不純物注入を行い、更に下面側から半導体基体20を加熱して不純物を活性化することにより、コレクタ領域10を形成する。このとき、高温且つ短時間で加熱することにより、コレクタ電極90側は良好に活性化された領域となり、半導体基体20側はコレクタ電極90側に比べて活性化されていない割合が多いコレクタ領域10を実現できる。例えば、コレクタ領域10のコレクタ電極90側の活性化率を100%とした場合に、コレクタ領域10の半導体基体20側の活性化率は80%以下、好ましくは40%以下にする。これにより、コレクタ領域10の半導体基体20側においてイオンが活性化されずに、多数の結晶欠陥を残すことができる。   In the embodiment of the present invention, the collector region 10 is formed by implanting impurities from the lower surface side of the semiconductor substrate 20 and further heating the semiconductor substrate 20 from the lower surface side to activate the impurities. At this time, by heating at a high temperature for a short time, the collector electrode 90 side becomes a well activated region, and the semiconductor substrate 20 side has a higher proportion of non-activation than the collector electrode 90 side. Can be realized. For example, when the activation rate on the collector electrode 90 side of the collector region 10 is 100%, the activation rate on the semiconductor substrate 20 side of the collector region 10 is 80% or less, preferably 40% or less. As a result, ions are not activated on the semiconductor substrate 20 side of the collector region 10 and a large number of crystal defects can be left.

上記のような構造のコレクタ領域10を形成するために、コレクタ領域10の形成時に、例えば1200℃〜1300℃の温度で半導体基体20を数秒、或いは1秒以内で加熱する。このためには、レーザーアニール法やフラッシュアニール法などが好適に使用される。即ち、レーザーアニール法においてレーザーのパワーや照射時間を適切に設定したり、フラッシュアニール法において加熱温度や加熱時間を適切に設定したりすることにより、コレクタ領域10のコレクタ電極90側の不純物を十分に活性化しつつ、半導体基体20側には結晶欠陥を多く残すことができる。   In order to form the collector region 10 having the above-described structure, when the collector region 10 is formed, the semiconductor substrate 20 is heated, for example, at a temperature of 1200 ° C. to 1300 ° C. within a few seconds or within one second. For this purpose, a laser annealing method, a flash annealing method, or the like is preferably used. That is, by appropriately setting the laser power and irradiation time in the laser annealing method, and appropriately setting the heating temperature and heating time in the flash annealing method, impurities on the collector electrode 90 side of the collector region 10 can be sufficiently obtained. As a result, many crystal defects can be left on the semiconductor substrate 20 side.

なお、半導体基体20は、Siからなることが好ましい。例えば、炭化珪素(SiC)などの化合物半導体からなる基板では、アニール処理を行っても注入された不純物が100%は活性化されないことが知られている。SiCはシリコン(Si)と炭素(C)の化合物であり、SiとCの原子の大きさも異なり、例えば窒素(N)などのドーパントイオンとも異なる。更に、結晶構造が最も硬いダイヤモンド構造である。このため、良好に活性化したくても、ドーパントイオンが母材の原子と十分に置き換わらない。   The semiconductor substrate 20 is preferably made of Si. For example, in a substrate made of a compound semiconductor such as silicon carbide (SiC), it is known that 100% of implanted impurities are not activated even if annealing is performed. SiC is a compound of silicon (Si) and carbon (C), and the sizes of Si and C atoms are also different, for example, different from dopant ions such as nitrogen (N). Furthermore, the crystal structure is the hardest diamond structure. For this reason, even if it is desired to activate well, the dopant ions are not sufficiently replaced with the atoms of the base material.

これに対し、シリコンからなる母材では、アニール処理によってドーパントイオンとSiとの置き換えが容易である。コレクタ領域10を形成するために半導体基体20に注入する不純物には、ボロン(B)などを採用可能である。   On the other hand, in a base material made of silicon, it is easy to replace dopant ions and Si by annealing. Boron (B) or the like can be used as an impurity implanted into the semiconductor substrate 20 in order to form the collector region 10.

上記のように不純物の注入及びアニール処理により、コレクタ領域10が形成される。コレクタ領域10を形成するために半導体基体20に第1導電型不純物が打ち込まれる深さは、半導体基体20の下面202から数μm、例えば1〜3μm程度である。このため、エピタキシャル成長などによって形成される場合と異なり、コレクタ領域10の膜厚は薄く、1〜3μm以下である。したがって、半導体装置1は、コレクタ領域10の膜厚が薄いライトパンチスルー型IGBTやフィールドストップ型IGBTに好適である。   As described above, the collector region 10 is formed by impurity implantation and annealing. The depth at which the first conductivity type impurity is implanted into the semiconductor substrate 20 to form the collector region 10 is several μm, for example, about 1 to 3 μm from the lower surface 202 of the semiconductor substrate 20. For this reason, unlike the case where it is formed by epitaxial growth or the like, the collector region 10 has a thin film thickness of 1 to 3 μm or less. Therefore, the semiconductor device 1 is suitable for a light punch-through type IGBT or a field stop type IGBT in which the collector region 10 is thin.

上記の製造方法では、半導体基体20へのドーパントイオン注入時に生じたコレクタ領域10の結晶欠陥を残した部分が、低ライフタイム層と同様に機能する。このため、低ライフタイム層を形成するための特別な工程を追加することなく、ドリフト領域22に残存していた電子をターンオフ時に効果的に捕獲する半導体装置1を製造できる。このため、製造コストの増大を抑制できる。   In the above manufacturing method, the portion in which the crystal defect of the collector region 10 generated when dopant ions are implanted into the semiconductor substrate 20 functions in the same manner as the low lifetime layer. Therefore, the semiconductor device 1 that effectively captures the electrons remaining in the drift region 22 at the time of turn-off can be manufactured without adding a special process for forming the low lifetime layer. For this reason, the increase in manufacturing cost can be suppressed.

また、高エネルギー粒子の照射によって形成された低ライフタイム層の再結合は一般的にガウス分布を有している。このため、ターンオフ時間を短くするためにコレクタ領域のドリフト領域側に低ライフタイム層のピークを形成すると、ドリフト領域にまで結晶欠陥が生じてしまい、耐圧劣化やターンオフ時に長いテール電流を引く問題、キャリア・ライフタイムの低下によるオン電圧の増大などの問題が生じる。   Further, the recombination of the low lifetime layer formed by irradiation with high energy particles generally has a Gaussian distribution. For this reason, if the peak of the low lifetime layer is formed on the drift region side of the collector region in order to shorten the turn-off time, a crystal defect occurs in the drift region, and the problem of pulling a long tail current at the time of turn-off deterioration or turn-off, Problems such as an increase in on-voltage due to a decrease in carrier lifetime occur.

これに対し、高エネルギー粒子の照射を行わない本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、高エネルギー粒子の照射に起因する問題が発生しない。更に、所望の深さに低ライフタイム層を形成するために必要な高精合わせが不要である。このため、コレクタ領域と低ライフタイム層との誤差が生じやすい位置関係を考慮することなく、ターンオフ時間が短く且つ安価に半導体装置1を製造することができる。   On the other hand, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention that does not perform irradiation with high energy particles, a problem caused by irradiation with high energy particles does not occur. Furthermore, the high precision required to form the low lifetime layer at the desired depth is not necessary. Therefore, the semiconductor device 1 can be manufactured at a low cost with a short turn-off time without considering a positional relationship in which an error between the collector region and the low lifetime layer is likely to occur.

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基体側に比べてコレクタ電極側において活性化率が高く且つ結晶欠陥が少ないコレクタ領域10が形成される。その結果、短いターンオフ時間と比較的低いオン電圧を実現し、且つ製造コストの増大が抑制された半導体装置1が得られる。   As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the collector region 10 having a higher activation rate and fewer crystal defects is formed on the collector electrode side than on the semiconductor substrate side. . As a result, it is possible to obtain the semiconductor device 1 that realizes a short turn-off time and a relatively low on-voltage and suppresses an increase in manufacturing cost.

<変形例>
図1に示した半導体装置1は、バッファ領域21がコレクタ領域10とドリフト領域22間に配置されている。しかし、図9に示すように、バッファ領域21は配置しなくてもよい。
<Modification>
In the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, the buffer region 21 is disposed between the collector region 10 and the drift region 22. However, as shown in FIG. 9, the buffer area 21 may not be arranged.

ただし、バッファ領域21を配置することにより、ターンオフ時にドリフト領域22内に残存する正孔の量を、ある程度制御することができる。このため、ターンオフ時間が抑制される。また、バッファ領域21を配置することによって、半導体装置1のゲート・エミッタ間に接地電位又は逆バイアスが印加されてドリフト領域22のベース領域30側から広がる空乏層が生じたときに、空乏層がバッファ領域21を超えてコレクタ領域10に達することを防止することができる。   However, by arranging the buffer region 21, the amount of holes remaining in the drift region 22 at the time of turn-off can be controlled to some extent. For this reason, turn-off time is suppressed. Further, by arranging the buffer region 21, when a ground potential or a reverse bias is applied between the gate and the emitter of the semiconductor device 1 and a depletion layer spreading from the base region 30 side of the drift region 22 is generated, the depletion layer is formed. It is possible to prevent the collector region 10 from reaching the buffer region 21.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた実施形態の説明においては、半導体装置1がトレンチゲート構造である例を示した。しかし、半導体装置1がプレーナ構造である場合にも、本発明は適用可能である。図10に、プレーナ構造の半導体装置1の一例を示した。図10に示した半導体装置1では、ゲート絶縁膜50を介してゲート電極60がベース領域30上に配置されている。ゲート電極60とエミッタ電極80間には層間絶縁膜70が配置されている。ゲート電極60とゲート絶縁膜50を介して対向するベース領域30の表面がチャネル領域である。   In the description of the embodiment already described, the example in which the semiconductor device 1 has the trench gate structure is shown. However, the present invention can also be applied when the semiconductor device 1 has a planar structure. FIG. 10 shows an example of a semiconductor device 1 having a planar structure. In the semiconductor device 1 shown in FIG. 10, the gate electrode 60 is disposed on the base region 30 via the gate insulating film 50. An interlayer insulating film 70 is disposed between the gate electrode 60 and the emitter electrode 80. The surface of the base region 30 that faces the gate electrode 60 through the gate insulating film 50 is a channel region.

図10に示したプレーナ構造の半導体装置1の場合にも、コレクタ領域10の半導体基体側に比べてコレクタ電極側において活性化率が高く且つ結晶欠陥が少ない。このため、短いターンオフ時間と比較的低いオン電圧を実現し、且つ製造コストの増大が抑制された半導体装置1が得られる。また、ベース領域30とドリフト領域22との間にドリフト領域22よりも不純物濃度が高い第2導電型のキャリア蓄積領域を挟んでもよい。この場合、半導体基体20はキャリア蓄積領域を含んでもよい。また、活性領域と活性領域を取り囲む外周領域との間でコレクタ領域10の活性化率を変えてもよい。例えば、外周領域側を活性領域よりも活性化率を低くすることで、よりターンオフ時間が短く比較的オン電圧の低い半導体装置を提供できる。   Also in the case of the semiconductor device 1 having the planar structure shown in FIG. 10, the activation rate is higher on the collector electrode side and the number of crystal defects is smaller than that on the semiconductor substrate side of the collector region 10. For this reason, the semiconductor device 1 which realizes a short turn-off time and a relatively low on-voltage and suppresses an increase in manufacturing cost can be obtained. Further, a second conductivity type carrier accumulation region having a higher impurity concentration than the drift region 22 may be sandwiched between the base region 30 and the drift region 22. In this case, the semiconductor substrate 20 may include a carrier accumulation region. Further, the activation rate of the collector region 10 may be changed between the active region and the outer peripheral region surrounding the active region. For example, a semiconductor device with a shorter turn-off time and a relatively lower on-voltage can be provided by lowering the activation rate on the outer peripheral region side than the active region.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1…半導体装置
10…コレクタ領域
20…半導体基体
21…バッファ領域
22…ドリフト領域
30…ベース領域
40…エミッタ領域
50…ゲート絶縁膜
60…ゲート電極
70…層間絶縁膜
80…エミッタ電極
90…コレクタ電極
100…チャネル領域
101…第1の主面
102…第2の主面
201…上面
202…下面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 10 ... Collector region 20 ... Semiconductor base | substrate 21 ... Buffer region 22 ... Drift region 30 ... Base region 40 ... Emitter region 50 ... Gate insulating film 60 ... Gate electrode 70 ... Interlayer insulating film 80 ... Emitter electrode 90 ... Collector electrode DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Channel region 101 ... 1st main surface 102 ... 2nd main surface 201 ... Upper surface 202 ... Lower surface

Claims (10)

互いに対向する第1及び第2の主面を有し、前記第1の主面側よりも前記第2の主面側での第1導電型不純物の活性化率が高く且つ結晶欠陥が少ない、第1導電型のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域の前記第1の主面上に配置された第2導電型の半導体基体と、
前記半導体基体上に配置された第1導電型のベース領域と、
前記ベース領域上に配置された第2導電型のエミッタ領域と、
少なくとも前記半導体基体と前記エミッタ領域間で前記ベース領域上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ベース領域に対向して配置されたゲート電極と、
前記コレクタ領域の前記第2の主面上に配置されたコレクタ電極と、
前記エミッタ領域と電気的に接続されたエミッタ電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
The first and second main surfaces facing each other, the activation rate of the first conductivity type impurities on the second main surface side is higher than the first main surface side, and there are few crystal defects; A collector region of a first conductivity type;
A second conductivity type semiconductor substrate disposed on the first main surface of the collector region;
A base region of a first conductivity type disposed on the semiconductor substrate;
An emitter region of a second conductivity type disposed on the base region;
A gate insulating film disposed on the base region at least between the semiconductor substrate and the emitter region;
A gate electrode disposed to face the base region via the gate insulating film;
A collector electrode disposed on the second main surface of the collector region;
A semiconductor device comprising: an emitter electrode electrically connected to the emitter region.
前記半導体基体が、
前記コレクタ領域に接するバッファ領域と、
前記バッファ領域と前記ベース領域間に配置された、前記バッファ領域よりも不純物濃度の低いドリフト領域と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate is
A buffer region in contact with the collector region;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a drift region that is disposed between the buffer region and the base region and has a lower impurity concentration than the buffer region.
前記コレクタ領域がシリコンからなり、
前記コレクタ領域中の前記第1導電型不純物がボロンである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
The collector region is made of silicon;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductivity type impurity in the collector region is boron.
前記コレクタ領域の膜厚が3μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a film thickness of the collector region is 3 μm or less. 5. 前記エミッタ領域の上面から延伸し、少なくとも前記エミッタ領域及び前記ベース領域を貫通する溝が形成され、
前記ゲート絶縁膜が前記溝の内壁上に配置され、
前記ゲート電極が前記ゲート絶縁膜を介して前記溝の内部に埋め込まれている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
A groove extending from the upper surface of the emitter region and penetrating at least the emitter region and the base region is formed,
The gate insulating film is disposed on an inner wall of the trench;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is embedded in the trench through the gate insulating film.
第1導電型のベース領域を第2導電型の半導体基体上に形成するステップと、
前記ベース領域上に第2導電型のエミッタ領域を形成するステップと、
前記半導体基体の前記上面に対向する下面から、前記半導体基体の下面側に第1導電型不純物を注入するステップと、
前記下面から離間した領域よりも前記下面近傍において前記第1導電型不純物の活性化率が高いように前記半導体基体を前記下面側から加熱して、第1導電型のコレクタ領域を前記半導体基体の前記下面側に形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type base region on a second conductivity type semiconductor substrate;
Forming an emitter region of a second conductivity type on the base region;
Injecting a first conductivity type impurity from a lower surface facing the upper surface of the semiconductor substrate to a lower surface side of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate is heated from the lower surface side so that the activation rate of the first conductivity type impurities is higher in the vicinity of the lower surface than in the region spaced from the lower surface, so that the first conductivity type collector region is formed on the semiconductor substrate. Forming on the lower surface side. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記コレクタ領域を形成する前に、前記半導体基体の前記下側に第2導電型のバッファ領域を形成するステップを更に含み、
前記半導体基体の前記下側に前記バッファ領域が残存するように、前記バッファ領域の表面側に前記コレクタ領域を形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a second conductivity type buffer region on the lower side of the semiconductor substrate before forming the collector region;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the collector region is formed on a surface side of the buffer region so that the buffer region remains on the lower side of the semiconductor substrate.
前記コレクタ領域の形成時に、1200℃乃至1300℃の温度で前記第1導電型不純物が注入された前記半導体基体を加熱することを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate into which the first conductivity type impurity is implanted is heated at a temperature of 1200 ° C. to 1300 ° C. when the collector region is formed. レーザーアニール法又はフラッシュアニール法を用いて前記半導体基体を加熱して、前記コレクタ領域を形成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。   9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the collector region is formed by heating the semiconductor substrate using a laser annealing method or a flash annealing method. 前記エミッタ領域に開口部を有し、前記エミッタ領域と前記ベース領域を貫通して前記半導体基体に到達する溝を形成するステップと、
前記溝の内壁にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜が形成された前記溝の内部にゲート電極を形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
Forming an opening in the emitter region and forming a groove that reaches the semiconductor substrate through the emitter region and the base region;
Forming a gate insulating film on the inner wall of the trench;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising: forming a gate electrode inside the trench in which the gate insulating film is formed.
JP2012216127A 2012-09-28 2012-09-28 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Pending JP2014072306A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012216127A JP2014072306A (en) 2012-09-28 2012-09-28 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012216127A JP2014072306A (en) 2012-09-28 2012-09-28 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014072306A true JP2014072306A (en) 2014-04-21

Family

ID=50747275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012216127A Pending JP2014072306A (en) 2012-09-28 2012-09-28 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014072306A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019229956A1 (en) * 2018-05-31 2021-07-08 昭和電工マテリアルズ株式会社 Laminated body and its manufacturing method
WO2022176443A1 (en) * 2021-02-17 2022-08-25 住友重機械工業株式会社 Method for producing semiconductor element, and semiconductor element

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197633A (en) * 2001-12-26 2003-07-11 Toshiba Corp Manufacturing method for semiconductor device
JP2004247593A (en) * 2003-02-14 2004-09-02 Toshiba Corp Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2008085050A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Renesas Technology Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2010212530A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Fuji Electric Systems Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
WO2011055691A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 株式会社日立製作所 Method for manufacturing semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197633A (en) * 2001-12-26 2003-07-11 Toshiba Corp Manufacturing method for semiconductor device
JP2004247593A (en) * 2003-02-14 2004-09-02 Toshiba Corp Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2008085050A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Renesas Technology Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2010212530A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Fuji Electric Systems Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
WO2011055691A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 株式会社日立製作所 Method for manufacturing semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019229956A1 (en) * 2018-05-31 2021-07-08 昭和電工マテリアルズ株式会社 Laminated body and its manufacturing method
WO2022176443A1 (en) * 2021-02-17 2022-08-25 住友重機械工業株式会社 Method for producing semiconductor element, and semiconductor element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10629678B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP6078961B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5754545B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US9954078B2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device having a super junction MOSFET
JP5033335B2 (en) Semiconductor device and inverter device using the same
US7777249B2 (en) Semiconductor device with enhanced switching speed and method for manufacturing the same
JP6220002B2 (en) Bipolar transistor device comprising an emitter having two types of emitter regions
WO2012056536A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP4746927B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2013074181A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2001160559A (en) Method of manufacturing semiconductor device
US7262478B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6287407B2 (en) Semiconductor device
JP4910894B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP4088011B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2015201476A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2004247593A (en) Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP5565134B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP6665713B2 (en) Semiconductor device
CN113892189A (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2014072306A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP6149942B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPWO2021009801A1 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
WO2013179761A1 (en) Semiconductor device
JP5446158B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160913

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160915

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161027

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171010

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171218