JP2018011030A - 逆阻止mos型半導体装置および逆阻止mos型半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1にかかる逆阻止IGBTの構成を示す断面図である。実施の形態1の逆阻止IGBTは、デバイスチップのシリコン半導体基板の表面13側の中央部にプレーナ型のMOSゲート構造などを含む活性領域110を有する。この活性領域110は、耐圧600Vのデバイスでは、厚さ95μmのn-型ドリフト領域(第1導電型の半導体基板)1の表面13側に深さ3μmのp型ベース領域(第2導電型のベース領域)2と、深さ1μm未満のn+型エミッタ領域(第1導電型のエミッタ領域)3と、ゲート絶縁膜4と、ゲート電極5からなるMOSゲート構造と、層間絶縁膜6と、アルミニウム(Al)合金膜などからなるエミッタ電極9と、裏面側のp型コレクタ領域10と、コレクタ電極11などとを備える縦型の逆阻止IGBTの主電流の経路となる領域である。
次に、実施の形態1にかかる逆阻止IGBTの製造方法について説明する。図5〜図8は、実施の形態1にかかる逆阻止IGBTの製造途中の状態を模式的に示す断面図である。ここでは、耐圧1200Vの逆阻止IGBTの製造方法について説明する。図5に示すように、厚さ500μm以上で比抵抗80ΩcmのFZ(Floating Zone)シリコン基板100の表面に、0.8μm〜2.5μm程度の初期酸化膜101を形成する。
図11は、実施の形態2にかかる逆阻止IGBTの構成を示す断面図である。実施の形態2にかかる逆阻止IGBTが実施の形態1にかかる逆阻止IGBTと異なるのは、トレンチ構造を有している点である。また、実施の形態2にかかる逆阻止IGBTでも、実施の形態1にかかる逆阻止IGBTと同様に、耐圧構造領域、p型分離領域を有している。しかしながら、耐圧構造領域、p型分離領域の構造は実施の形態1と同様のため、図11では、活性領域のみを示している。
次に、実施の形態2にかかる逆阻止IGBTの製造方法について説明する。図12〜図14は、実施の形態2にかかる逆阻止IGBTの製造途中の状態を模式的に示す断面図である。
2 p型ベース領域
3 n+型エミッタ領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜
9 エミッタ電極
10 p型コレクタ領域
11 コレクタ電極
12 チップ側端面
13 表面
21 削り面
30 ライフタイム制御領域
31 p型分離領域
32 ヘリウムイオン注入領域
41 n型半導体基板
42 n+エミッタ領域
43 p+コンタクト領域
44 層間絶縁膜
45 トレンチ
50 電子
51 正孔
100 シリコン基板
101 初期酸化膜
110 活性領域
120 耐圧構造領域
Claims (11)
- 第1導電型の半導体基板の一方の主面の表面層に選択的に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域内の表面に選択的に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域と前記半導体基板からなる領域の表面層とに挟まれる前記ベース領域の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極を含むMOSゲート構造と、
前記ベース領域の外周に耐圧構造領域を挟んで取り巻くとともに、前記一方の主面から他方の主面に跨って設けられた第2導電型の分離領域と、
前記半導体基板の主面方向では、前記ベース領域の平面パターンの下層に対応する範囲に、前記半導体基板の深さ方向では、前記ベース領域と前記半導体基板とのpn接合面を含む領域に対応する範囲に、選択的に設けられた、荷電粒子イオンの照射によるライフタイム制御領域と、
を備え、
前記荷電粒子イオンが照射される領域の面積は、前記ベース領域の面積の20%〜80%であることを特徴とする逆阻止MOS型半導体装置。 - 前記ベース領域は、前記半導体基板の前記一方の主面上にストライプ状の平面パターン部分を有し、
前記平面パターン部分の長辺方向に、前記荷電粒子イオンが照射される領域と前記荷電粒子イオンが照射されない領域とが、交互に繰り返されることを特徴とする請求項1に記載の逆阻止MOS型半導体装置。 - 前記荷電粒子イオンが照射される領域の前記平面パターン部分の長辺方向の長さは、10μm〜100μmであることを特徴とする請求項2に記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記ライフタイム制御領域が、前記ベース領域の底面の両側のコーナー部を含むように配置されることを特徴とする請求項2または3に記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記ベース領域は、前記半導体基板の前記一方の主面上にストライプ状の平面パターン部分を有し、
前記荷電粒子イオンが照射される領域は、前記平面パターンと重なるように配置され、
前記荷電粒子イオンが照射される領域の短辺幅は、前記平面パターンの短辺幅より狭いことを特徴とする請求項1に記載の逆阻止MOS型半導体装置。 - 前記ベース領域は、前記半導体基板の前記一方の主面上にストライプ状の平面パターン部分を有し、
前記荷電粒子イオンが照射される領域は、前記平面パターンと重なるように配置され、かつ、前記ライフタイム制御領域が前記ベース領域の底面のいずれか一つのコーナー部を含むように配置されることを特徴とする請求項1に記載の逆阻止MOS型半導体装置。 - 前記MOSゲート構造は、前記エミッタ領域および前記ベース領域を貫通して前記半導体基板に達するトレンチと、前記トレンチ内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記荷電粒子イオンがヘリウムイオ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逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記ライフタイム制御領域の深さ方向の範囲が、照射ヘリウムイオンの飛程分布曲線のピーク位置を基準にして前記ベース領域の深さの80%〜120%であることを特徴とする請求項8に記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 第1導電型の半導体基板の外周に、一方の主面から第2導電型の分離領域を選択的に形成する工程と、
前記半導体基板の一方の主面の表面層に第2導電型のベース領域を選択的に形成する工程と、
前記ベース領域内の表面に第1導電型のエミッタ領域を選択的に形成する工程と、
前記エミッタ領域と前記半導体基板からなる領域の表面層とに挟まれる前記ベース領域の表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を含むMOSゲート構造を形成する工程と、
前記半導体基板の主面方向では、前記ベース領域の平面パターンの下層に対応する範囲に、前記半導体基板の深さ方向では、前記ベース領域と前記半導体基板とのpn接合面を含む領域に対応する範囲に、荷電粒子イオンの照射によるライフタイム制御領域を選択的に形成する工程と、
前記分離領域を前記一方の主面から他方の主面に跨るように削る工程と、
を含み、
前記荷電粒子イオンが照射される領域の面積は、前記ベース領域の面積の20%〜80%であることを特徴とする逆阻止MOS型半導体装置の製造方法。 - 前記荷電粒子イオンがヘリウムイオンであり、
前記ヘリウムイオンの加速エネルギーは、1〜30MeVの範囲から選択される値であり、前記ヘリウムイオンのドーズ量は1×1011/cm2〜3×1011/cm2の範囲から選択される値であることを特徴とする請求項10に記載の逆阻止MOS型半導体装置の製造方法。
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