JP5043445B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法に関し、特に、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのバイポーラパワーデバイスにおける少数キャリアのライフタイムを制御する手法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for controlling the lifetime of minority carriers in a bipolar power device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

pn接合型のバイポーラ半導体デバイスにおいて、エネルギー損失を低減するためには、シリコン基板中の少数キャリアのライフタイム(再結合寿命)を制御することが必要である。従来、この少数キャリアのライフタイムを制御する技術としては、シリコン基板中で再結合中心を形成する重金属、例えば、Au,Pt等をシリコン基板中に拡散させる技術や、シリコン基板全面に高エネルギーの荷電粒子線を照射することにより再結合中心となる格子欠陥をシリコン基板中に形成する技術が用いられている。   In a pn junction type bipolar semiconductor device, in order to reduce energy loss, it is necessary to control the lifetime (recombination lifetime) of minority carriers in a silicon substrate. Conventionally, techniques for controlling the lifetime of minority carriers include techniques for diffusing heavy metals that form recombination centers in a silicon substrate, such as Au and Pt, into the silicon substrate, and high energy on the entire surface of the silicon substrate. A technique is used in which a lattice defect serving as a recombination center is formed in a silicon substrate by irradiation with a charged particle beam.

例えば、下記の特許文献1では、シリコン基板に電子線照射を行って格子欠陥を生じさせ、その後にアニール処理を行う半導体デバイスの製造方法において、アニール処理時に、レーザビームを走査することにより欠陥分布をウエハの厚み方向で任意に制御し、少数キャリアのライフタイムをウエハの厚み方向で任意に制御する方法が提案されている。   For example, in the following Patent Document 1, in a semiconductor device manufacturing method in which a silicon substrate is irradiated with an electron beam to generate lattice defects and then annealed, defect distribution is performed by scanning a laser beam during annealing. Has been proposed to arbitrarily control the lifetime in the wafer thickness direction and arbitrarily control the minority carrier lifetime in the wafer thickness direction.

下記の特許文献2は、半導体パワーデバイスにおいて、アノード電極側(裏面側)にシリコン基板のキャリア濃度よりも大きいキャリア濃度を有すると共に所定のピッチを有する複数の領域からなる波型断面形状を有するバッファ層を形成することにより、ライフタイムが長い領域と短い領域を所定のピッチで形成することによってターンオフ時のエネルギー損失を低減する方法が提案されている。   The following Patent Document 2 discloses a buffer having a corrugated cross-sectional shape including a plurality of regions having a carrier concentration higher than that of a silicon substrate on the anode electrode side (back surface side) and having a predetermined pitch in a semiconductor power device. There has been proposed a method of reducing energy loss during turn-off by forming a layer and forming a region having a long lifetime and a region having a short lifetime at a predetermined pitch.

下記の特許文献3は、電力半導体デバイスにおいて、n型領域よりも高濃度となるようにp型ドープされた陽極側エミッタ領域に、pn接合を貫通して中間領域の内部に達する欠陥区域を、レーザ光照射によってストライプ状に形成することにより、ライフタイムコントロールを行い、損失電力を低減するIGBTの製造方法が提案されている。   Patent Document 3 below discloses a defect area that reaches the inside of the intermediate region through the pn junction in the anode-side emitter region that is p-type doped so as to have a higher concentration than the n-type region in the power semiconductor device. There has been proposed an IGBT manufacturing method in which lifetime is controlled by forming a stripe pattern by laser light irradiation and power loss is reduced.

なお、下記の特許文献4,5は、レーザアニールを用いて不純物層を活性化する手法が開示されている。   The following Patent Documents 4 and 5 disclose a method of activating an impurity layer using laser annealing.

特開平7−226405号公報JP 7-226405 A 特開平9−116131号公報JP-A-9-116131 特開平1−149481号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-149481 特開2006−59876号公報JP 2006-59876 A 特開2005−223301号公報JP 2005-223301 A

特許文献1では、ライフタイム制御を実現するための製造工程は、不純物注入工程、不純物アニール工程、電子線照射工程、電子線照射損傷アニール工程の4つの工程を含む。   In Patent Document 1, a manufacturing process for realizing lifetime control includes four processes of an impurity implantation process, an impurity annealing process, an electron beam irradiation process, and an electron beam irradiation damage annealing process.

また、特許文献2では、ライフタイム制御を実現するための製造工程は、成膜工程、写真製版工程、エッチング工程、不純物注入工程、マスク膜除去工程、不純物アニール工程の6つの工程を含む。   In Patent Document 2, a manufacturing process for realizing lifetime control includes six processes including a film forming process, a photolithography process, an etching process, an impurity implantation process, a mask film removing process, and an impurity annealing process.

従って、特許文献1,2ともに所望のライフタイム制御を行うための工程が多くなり、使用する製造装置も増えることから、製造コストが増大する。   Accordingly, in both Patent Documents 1 and 2, the number of steps for performing desired lifetime control increases, and the number of manufacturing apparatuses to be used increases, resulting in an increase in manufacturing cost.

特許文献3では、陽極側エミッタ領域において、レーザ光照射によって欠陥区域を形成している。デバイス遮断時にテイル電流が流れる時間は短縮できるが、欠陥区域の面積が大きくなればデバイスがオンしている時のオン抵抗が増大し、デバイスの定常損失が増大し、デバイス使用時の合計エネルギー損失が増大する。また欠陥区域の面積が小さくなればデバイス遮断時にテイル電流が流れる時間を短縮できる効果がなくなり、スイッチングする時のエネルギー損失が増大する。   In Patent Literature 3, a defect area is formed by laser light irradiation in the anode-side emitter region. Although the tail current flow time can be shortened when the device is shut down, if the area of the defect area increases, the on-resistance when the device is on increases, the steady loss of the device increases, and the total energy loss when using the device Will increase. If the area of the defect area is reduced, the effect of shortening the time during which the tail current flows when the device is cut off is lost, and the energy loss during switching increases.

本発明の目的は、オン時の定常損失およびスイッチング損失を総合的に低減するために、少ない工数および製造コストでライフタイム制御を行うことができる半導体デバイスの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of performing lifetime control with a small number of man-hours and manufacturing costs in order to comprehensively reduce steady-state loss and switching loss during on-state.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、半導体層に向けてレーザ照射を行って、レーザ照射領域における半導体層中の格子欠陥を減少させて、当該格子欠陥が減少した領域の少数キャリアのライフタイムが長くなるように制御する工程を含み、
所定の走査ピッチでレーザビームを走査することによって、レーザ照射領域が部分的に重なり合うようにレーザ照射を行い、レーザビームのエネルギー密度が最大値の第1比率となるビームプロファイルの幅と、第1比率より小さい第2比率となるビームプロファイルの幅とで挟まれる2つの領域(33,34)のうち、走査後方の領域(33)においてライフタイムの短い領域を形成し、領域(33)以外の領域においてライフタイムの長い領域を形成することを特徴とする。

In order to achieve the above object, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention performs laser irradiation toward a semiconductor layer to reduce lattice defects in the semiconductor layer in the laser irradiation region, thereby reducing the lattice defects. Including a step of controlling the lifetime of minority carriers in the selected area to be long,
By scanning the laser beam at a predetermined scanning pitch, the laser irradiation is performed so that the laser irradiation regions partially overlap, and the width of the beam profile at which the energy density of the laser beam becomes the first ratio of the maximum value, and the first Of the two regions (33, 34) sandwiched between the beam profile widths having the second ratio smaller than the ratio, a region having a short lifetime is formed in the region (33) behind the scan, and the regions other than the region (33) are formed. A region having a long lifetime is formed in the region .

本発明によれば、レーザ照射領域が部分的に重なり合うようにレーザ照射を行うことによって、少数キャリアのライフタイムが異なる領域を精度良く形成することができる。従って、少ない工数および製造コストで、オン時の定常損失およびスイッチング損失を総合的に低減できる。   According to the present invention, by performing laser irradiation so that the laser irradiation regions partially overlap, regions having different minority carrier lifetimes can be formed with high accuracy. Therefore, the steady loss and switching loss at the time of ON can be reduced comprehensively with less man-hours and manufacturing costs.

実施の形態1.
図1は、本発明が適用可能な半導体デバイスの一例を示す断面図である。ここでは、半導体デバイスとしてIGBTを例示するが、本発明は、一般のバイポーラ半導体デバイスに適用可能である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device to which the present invention can be applied. Here, IGBT is exemplified as the semiconductor device, but the present invention is applicable to a general bipolar semiconductor device.

図1に示す半導体デバイスは、n型シリコンからなる基板10の表面側に、トランジスタ11と、カソード電極12とが形成される。トランジスタ11は、n型電荷蓄積層3と、p型ベース層4と、ゲート絶縁膜5と、ゲート電極6と、n型エミッタ層7と、層間酸化膜8などを備え、いわゆるトレンチゲート構造を構成している。   In the semiconductor device shown in FIG. 1, a transistor 11 and a cathode electrode 12 are formed on the surface side of a substrate 10 made of n-type silicon. The transistor 11 includes an n-type charge storage layer 3, a p-type base layer 4, a gate insulating film 5, a gate electrode 6, an n-type emitter layer 7, an interlayer oxide film 8, and the like, and has a so-called trench gate structure. It is composed.

一方、基板10の裏面側には、n型バッファ層13と、p型コレクタ層14と、アノード電極15とが形成される。さらに、ライフタイムの短い領域21が、p型コレクタ層14およびn型バッファ層13を通過して、基板10の一部に到達するように設けられる。領域21の間には、ライフタイムの長い領域22が配置される。   On the other hand, an n-type buffer layer 13, a p-type collector layer 14, and an anode electrode 15 are formed on the back side of the substrate 10. Furthermore, a region 21 having a short lifetime is provided so as to pass through the p-type collector layer 14 and the n-type buffer layer 13 and reach a part of the substrate 10. Between the areas 21, areas 22 having a long lifetime are arranged.

図2は、アノード電極15が無い状態で基板10の裏面側から見た平面図である。ライフタイムの短い領域21およびライフタイムの長い領域22は、p型コレクタ層14およびn型バッファ層13においてストライプ状に配置される。   FIG. 2 is a plan view seen from the back side of the substrate 10 without the anode electrode 15. The short lifetime region 21 and the long lifetime region 22 are arranged in stripes in the p-type collector layer 14 and the n-type buffer layer 13.

ここで、この半導体デバイスの動作について簡単に説明する。ゲート電極6に正のバイアス電圧を印加すると、ゲート絶縁膜5の近傍に表面反転層が形成され、電子が、n型エミッタ層7からp型ベース層4、n型電荷蓄積層3を経由して基板10に流れ込み、続いてn型バッファ層13、p型コレクタ層14を経由してアノード電極15に到達する。一方、ホールが、アノード電極15からp型コレクタ層14、n型バッファ層13を経由して基板10に流れ込む。このとき電子とホールの二重注入により伝導度変調が生じて、デバイスのオン抵抗が低くなる。ターンオフ時には、表面反転層が消滅するため、電子およびホールは流れなくなる。   Here, the operation of this semiconductor device will be briefly described. When a positive bias voltage is applied to the gate electrode 6, a surface inversion layer is formed in the vicinity of the gate insulating film 5, and electrons pass from the n-type emitter layer 7 through the p-type base layer 4 and the n-type charge storage layer 3. Then, it flows into the substrate 10 and then reaches the anode electrode 15 via the n-type buffer layer 13 and the p-type collector layer 14. On the other hand, holes flow from the anode electrode 15 into the substrate 10 via the p-type collector layer 14 and the n-type buffer layer 13. At this time, conductivity modulation occurs due to double injection of electrons and holes, and the on-resistance of the device is lowered. At the turn-off time, the surface inversion layer disappears, so that electrons and holes do not flow.

デバイスが導通状態のときは、伝導度変調を活用するために、少数キャリアのライフタイムは長い方が好ましい。一方、デバイスがオンからオフに切り替わるときは、少数キャリアを速やかに消滅させて、スイッチング損失に関連したテイル電流を少なくすることが好ましい。   When the device is conductive, it is preferable that the minority carrier has a long lifetime in order to utilize conductivity modulation. On the other hand, when the device switches from on to off, it is preferable to quickly eliminate minority carriers to reduce tail current associated with switching losses.

次に、この半導体デバイスの製造方法について説明する。まず最初に、FZ(Floating Zone)ウエハ等のn型シリコン基板10の表面側に、トランジスタ11を形成する。即ち、基板10へn型不純物を導入することによってn型電荷蓄積層3を形成し、さらにn型電荷蓄積層3より浅くなるようにp型不純物を導入することによって、p型ベース層4を形成し、さらにマスクを用いてn型不純物を局所的に導入することによって、n型エミッタ層7を形成する。続いて、マスクおよびドライエッチングを用いて、n型エミッタ層7より内側で基板10に達するように溝を形成し、続いて、CVD等を用いて、溝の内面にゲート絶縁膜5を形成し、溝を埋め込むようにゲート電極6を形成する。次に、CVD等を用いて、ゲート電極6を覆うように層間酸化膜8を形成する。続いて、層間酸化膜8の上に、n型エミッタ層7およびp型ベース層4と接するようにカソード電極12を形成する。   Next, a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, the transistor 11 is formed on the surface side of an n-type silicon substrate 10 such as an FZ (Floating Zone) wafer. That is, the n-type charge storage layer 3 is formed by introducing an n-type impurity into the substrate 10, and the p-type base layer 4 is formed by introducing the p-type impurity so as to be shallower than the n-type charge storage layer 3. Then, an n-type emitter layer 7 is formed by locally introducing an n-type impurity using a mask. Subsequently, using a mask and dry etching, a groove is formed so as to reach the substrate 10 inside the n-type emitter layer 7, and subsequently, a gate insulating film 5 is formed on the inner surface of the groove using CVD or the like. The gate electrode 6 is formed so as to fill the trench. Next, an interlayer oxide film 8 is formed so as to cover the gate electrode 6 by using CVD or the like. Subsequently, a cathode electrode 12 is formed on the interlayer oxide film 8 so as to be in contact with the n-type emitter layer 7 and the p-type base layer 4.

次に、デバイスのオン抵抗を低減するために、基板10の裏面側を研磨加工を施して、所望の厚みになるまで薄くする。次に、CMP(Chemical Mechanical Planarization)、ウェットエッチング、ドライエッチングなどを用いて、研磨加工によって基板10の裏面側に生じたダメージ(欠陥)を除去する。   Next, in order to reduce the on-resistance of the device, the back surface side of the substrate 10 is polished and thinned to a desired thickness. Next, damage (defects) generated on the back side of the substrate 10 by polishing is removed using CMP (Chemical Mechanical Planarization), wet etching, dry etching, or the like.

次に、n型不純物、例えば、リン、砒素などを基板10の裏面側にイオン注入することによって、所望の深さで所望の不純物濃度を持つn型バッファ層13を形成する。続いて、p型不純物、例えば、ボロン、BFなどを基板10の裏面側にイオン注入することによって、n型バッファ層13より浅くなるように、基板裏面に近い領域にp型コレクタ層14を形成する。 Next, an n-type buffer layer 13 having a desired depth and a desired impurity concentration is formed by ion-implanting an n-type impurity such as phosphorus or arsenic on the back side of the substrate 10. Subsequently, a p-type collector layer 14 is formed in a region close to the back surface of the substrate so as to be shallower than the n-type buffer layer 13 by ion implantation of p-type impurities such as boron and BF 2 into the back surface side of the substrate 10. Form.

次に、基板裏面にレーザビームを照射することによって、注入した不純物を活性化すると同時に、不純物注入によって生じた格子欠陥がレーザアニールにより減少する。このとき、レーザ照射量が多いほど、少数キャリアの再結合中心として働く格子欠陥が少なくなるため、キャリアライフタイムは長くなる。そこで、レーザ照射量を空間的に変調することによって、ライフタイムの短い領域21およびライフタイムの長い領域22を形成することができる。最後に、スパッタ法や蒸着法を用いて、p型コレクタ層14の上にアノード電極15を形成する。   Next, by irradiating the back surface of the substrate with a laser beam, the implanted impurities are activated, and at the same time, lattice defects caused by the impurity implantation are reduced by laser annealing. At this time, as the amount of laser irradiation increases, the number of lattice defects that serve as recombination centers of minority carriers decreases, and the carrier lifetime increases. Therefore, the region 21 with a short lifetime and the region 22 with a long lifetime can be formed by spatially modulating the laser irradiation amount. Finally, the anode electrode 15 is formed on the p-type collector layer 14 by sputtering or vapor deposition.

以下、本発明に係るレーザ照射工程について詳細に説明する。使用するレーザ光源として、高出力で安定したレーザビームを発生できるQスイッチパルスレーザ光源を用いることが好ましい。   Hereinafter, the laser irradiation process according to the present invention will be described in detail. As the laser light source to be used, it is preferable to use a Q-switch pulse laser light source capable of generating a stable laser beam with high output.

また、基板上でのビーム形状は、円形あるいは矩形とすることができるが、比較的高い生産効率で高いアニール温度を実現できる矩形のパルスレーザを用いて、例えば矩形の短辺方向に走査し、ライフタイムの短い領域21およびライフタイムの長い領域22をストライプ状に形成することが好ましい。   Further, the beam shape on the substrate can be circular or rectangular, but using a rectangular pulse laser capable of realizing a high annealing temperature with relatively high production efficiency, for example, scanning in the short side direction of the rectangle, It is preferable to form the region 21 having a short lifetime and the region 22 having a long lifetime in a stripe shape.

図3は、レーザ照射時のビームプロファイルの一例を示すグラフである。縦軸は、レーザビームのエネルギー密度であり、横軸は、走査方向に沿った位置である。   FIG. 3 is a graph showing an example of a beam profile during laser irradiation. The vertical axis represents the energy density of the laser beam, and the horizontal axis represents the position along the scanning direction.

n回目のパルス照射によるビームプロファイルLBを実線で示し、次のn+1回目のパルス照射によるビームプロファイルLBn+1を点線で示している。ここで、ビームプロファイルLBの照射領域とビームプロファイルLBn+1の照射領域とは部分的に重なり合っており、両者のシフト幅(走査ピッチ)をLとする。これらのビームプロファイルのエネルギー密度の最大値は、上記イオン注入により導入された不純物を活性化できるように、例えば、不純物量の90%以上を活性化できるように設定される。 The beam profile LB n by the n-th pulse irradiation indicated by a solid line shows a beam profile LB n + 1 by the next (n + 1) th pulse irradiation by a dotted line. Here, the irradiation area and the beam profile LB n + 1 of the irradiation region beam profile LB n are partially overlapping, to both of the shift width (scanning pitch) and L. The maximum value of the energy density of these beam profiles is set so that, for example, 90% or more of the impurity amount can be activated so that the impurities introduced by the ion implantation can be activated.

次に、ライフタイムの短い領域21について説明する。レーザビームのエネルギー密度が最大値(ピーク値)の90%となるビームプロファイルの幅を90%ピーク幅と称し、W(90)で表す。また、エネルギー密度が最大値の50%となるビームプロファイルの幅を半値幅と称し、W(50)で表す。   Next, the area | region 21 with a short lifetime is demonstrated. The width of the beam profile at which the energy density of the laser beam is 90% of the maximum value (peak value) is referred to as 90% peak width and is represented by W (90). Further, the width of the beam profile at which the energy density is 50% of the maximum value is referred to as a half width, and is represented by W (50).

このW(50)とW(90)に挟まれる領域33,34は、中途半端な加熱により少数キャリアの再結合中心が高密度で残留して、他の領域と比較し、ライフタイムが短い領域となる。レーザ走査の際は、ビームプロファイルLBの90%ピーク幅とビームプロファイルLBn+1の90%ピーク幅の少なくとも一部が重なっているため、領域34は再度アニールされことになり、少数キャリアの再結合中心がほぼ消滅する。結果として、シフト幅Lのピッチの中で、幅Ws=0.5×{W(50)−W(90)}を持つ領域33が他の領域と比較してライフタイムが短い領域となる。 The regions 33 and 34 sandwiched between W (50) and W (90) are regions where minority carrier recombination centers remain at a high density due to halfway heating, and have a shorter lifetime than other regions. It becomes. When the laser scanning, since at least a portion of the 90% peak width and the beam profile LB n + 1 of the 90% peak width of the beam profile LB n overlap, region 34 will be annealed again, recombination of minority carriers The center almost disappears. As a result, in the pitch of the shift width L, the region 33 having the width Ws = 0.5 × {W (50) −W (90)} is a region having a shorter lifetime than the other regions.

こうして、図1、図2に示すように、基板10の裏面側にライフタイムの短い領域21とライフタイムの長い領域22が交互に形成された半導体デバイスを実現できる。   In this way, as shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to realize a semiconductor device in which the short lifetime region 21 and the long lifetime region 22 are alternately formed on the back side of the substrate 10.

図4は、半導体デバイスのエネルギー損失と、幅Wsとシフト幅Lの比(Ws/L)との関係を示すグラフである。縦軸は、エネルギー損失(J)であり、横軸は、Ws/Lである。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the energy loss of the semiconductor device and the ratio (Ws / L) of the width Ws to the shift width L. The vertical axis represents energy loss (J), and the horizontal axis represents Ws / L.

ライフタイムが短い領域21の幅の割合(Ws/L)が大きくなると、単位面積当りの再結合中心が増加する。そのため、p型コレクタ層14からn型バッファ層13と基板10へのホール注入による伝導度変調が起き難くなり、アノード電極15−カソード電極12間のオン抵抗が高くなり、結果として、デバイスがオンしている時の定常損失であるE(定常損失)41が大きくなる。また、再結合中心が増加することにより、基板10とn型バッファ層13に存在する過剰少数キャリアである正孔が電子と再結合し易くなり、デバイスをスイッチングする時のスイッチング損失であるE(スイッチング損失)42は小さくなる。   As the ratio (Ws / L) of the width of the region 21 with a short lifetime increases, the number of recombination centers per unit area increases. Therefore, conductivity modulation due to hole injection from the p-type collector layer 14 to the n-type buffer layer 13 and the substrate 10 is less likely to occur, the on-resistance between the anode electrode 15 and the cathode electrode 12 is increased, and as a result, the device is turned on. E (steady loss) 41, which is a steady loss during operation, increases. Further, since the number of recombination centers increases, holes which are excess minority carriers existing in the substrate 10 and the n-type buffer layer 13 are easily recombined with electrons, which is a switching loss when switching the device E ( (Switching loss) 42 becomes smaller.

逆に、ライフタイムが短い領域21の幅の割合(Ws/L)が小さくなると、ホール注入による伝導度変調が起きやすくなり、デバイスのオン抵抗も低くなって、E(定常損失)41は小さくなる。また、基板10とn型バッファ層13に存在する正孔が電子と再結合し難くなり、E(スイッチング損失)42は大きくなる。   Conversely, when the ratio of the width of the region 21 with a short lifetime (Ws / L) becomes small, conductivity modulation due to hole injection is likely to occur, the on-resistance of the device also becomes low, and E (steady loss) 41 becomes small. Become. Further, holes existing in the substrate 10 and the n-type buffer layer 13 are difficult to recombine with electrons, and E (switching loss) 42 increases.

デバイスの総合エネルギー損失は、オン時の定常損失とスイッチング損失との合計、即ち、E(合計損失)=E(定常損失)+E(スイッチング損失)で表される。   The total energy loss of the device is represented by the sum of the steady loss and the switching loss at the time of ON, that is, E (total loss) = E (steady loss) + E (switching loss).

本発明者は、ビームプロファイルの90%ピーク幅W(90)、半値幅W(50)、シフト幅Lをいろいろ変化させて製作したデバイスについて、E(定常損失)とE(スイッチング損失)を実測した。その結果が図4のグラフである。   The present inventor has actually measured E (steady loss) and E (switching loss) for devices manufactured by changing the 90% peak width W (90), half width W (50), and shift width L of the beam profile. did. The result is the graph of FIG.

このグラフを見ると、幅Wsとシフト幅Lの比(Ws/L)が約0.7以上になると、E(定常損失)が急激に増加し、一方、Ws/Lが約0.15以下になると、E(スイッチング損失)が急激に増加することが判る。従って、オン時の定常損失およびスイッチング損失を総合的に低減するためには、Ws/Lは0.15〜0.7の範囲が好ましく、さらに、総合エネルギー損失をより確実に低減するためには、Ws/Lは0.2〜0.6の範囲がより好ましい。   As can be seen from the graph, when the ratio of the width Ws to the shift width L (Ws / L) is about 0.7 or more, E (steady loss) increases rapidly, while Ws / L is about 0.15 or less. It turns out that E (switching loss) increases rapidly. Accordingly, Ws / L is preferably in the range of 0.15 to 0.7 in order to comprehensively reduce steady-state loss and switching loss during on-state, and in order to more reliably reduce total energy loss. , Ws / L is more preferably in the range of 0.2 to 0.6.

本発明が適用可能な半導体デバイスの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which can apply this invention. アノード電極15が無い状態で基板10の裏面側から見た平面図である。FIG. 3 is a plan view seen from the back side of the substrate 10 without the anode electrode 15. レーザ照射時のビームプロファイルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the beam profile at the time of laser irradiation. 半導体デバイスのエネルギー損失と、幅Wsとシフト幅Lの比(Ws/L)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the energy loss of a semiconductor device, and ratio (Ws / L) of width Ws and shift width L.

符号の説明Explanation of symbols

3 n型電荷蓄積層、 4 p型ベース層、 5 ゲート絶縁膜、 6 ゲート電極、
7 n型エミッタ層、 8 層間酸化膜、 10 基板、 11 トランジスタ、
12 カソード電極、 13 n型バッファ層、 14 p型コレクタ層、
15 アノード電極、 21 ライフタイムの短い領域、
22 ライフタイムの長い領域。
3 n-type charge storage layer, 4 p-type base layer, 5 gate insulating film, 6 gate electrode,
7 n-type emitter layer, 8 interlayer oxide film, 10 substrate, 11 transistor,
12 cathode electrode, 13 n-type buffer layer, 14 p-type collector layer,
15 anode electrode, 21 short lifetime region,
22 An area with a long lifetime.

Claims (6)

半導体層に向けてレーザ照射を行って、レーザ照射領域における半導体層中の格子欠陥を減少させて、当該格子欠陥が減少した領域の少数キャリアのライフタイムが長くなるように制御する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、
所定の走査ピッチでレーザビームを走査することによって、レーザ照射領域が部分的に重なり合うようにレーザ照射を行い、レーザビームのエネルギー密度が最大値の第1比率となるビームプロファイルの幅と、第1比率より小さい第2比率となるビームプロファイルの幅とで挟まれる2つの領域(33,34)のうち、走査後方の領域(33)においてライフタイムの短い領域を形成し、領域(33)以外の領域においてライフタイムの長い領域を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A semiconductor including a step of performing laser irradiation toward a semiconductor layer, reducing lattice defects in the semiconductor layer in the laser irradiation region, and controlling the lifetime of minority carriers in the region where the lattice defect is reduced to be increased. A device manufacturing method comprising:
By scanning the laser beam at a predetermined scanning pitch, the laser irradiation is performed so that the laser irradiation regions partially overlap, and the width of the beam profile at which the energy density of the laser beam becomes the first ratio of the maximum value, and the first Of the two regions (33, 34) sandwiched between the beam profile widths having the second ratio smaller than the ratio, a region having a short lifetime is formed in the region (33) behind the scan, and the regions other than the region (33) are formed. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a region having a long lifetime is formed in the region.
レーザ照射工程の前に、半導体層に不純物を注入する工程をさらに含み、
レーザ照射工程では、不純物注入によって生じた格子欠陥をレーザ照射により減少させることを特徴とする請求項1記載の半導体デバイスの製造方法。
A step of injecting impurities into the semiconductor layer before the laser irradiation step;
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the laser irradiation step, lattice defects caused by impurity implantation are reduced by laser irradiation.
前記第1比率が90%であるビームプロファイルの幅をW(90)とし、前記第2比率が50%であるビームプロファイルの幅をW(50)とし、重なり合う2つのレーザ照射領域の間のシフト幅をLとして、
Ws=0.5×{W(50)−W(90)}、
0.2≦Ws/L≦0.6
を満たすことを特徴とする請求項2記載の半導体デバイスの製造方法。
The width of the beam profile having the first ratio of 90% is W (90), the width of the beam profile having the second ratio of 50% is W (50), and the shift between the two overlapping laser irradiation regions is performed. Let the width be L,
Ws = 0.5 × {W (50) −W (90)},
0.2 ≦ Ws / L ≦ 0.6
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein:
レーザビームのエネルギー密度が最大値の90%となる前記ビームプロファイルの幅W(90)が重なり合うように、レーザ照射を行うことを特徴とする請求項3記載の半導体デバイスの製造方法。 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the laser irradiation is performed so that the width W (90) of the beam profile at which the energy density of the laser beam is 90% of the maximum value overlap. ライフタイムの長い領域およびライフタイムの短い領域をストライプ状に形成することことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a region having a long lifetime and a region having a short lifetime are formed in a stripe shape. パルスレーザ光源を用いて、レーザ照射を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein laser irradiation is performed using a pulsed laser light source.
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