JP5083468B2 - ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置 - Google Patents
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Description
本明細書が開示する実施形態に係る半導体装置について説明する。
図1に示すように、実施形態に係る半導体装置10は、半導体基板12と、半導体基板12の表面及び裏面に形成されている金属層及び絶縁膜等を備えている。半導体基板12には、ダイオード領域20とIGBT領域40と境界領域80が形成されている。ダイオード領域20とIGBT領域40との間に、境界領域80が形成されている。
半導体装置10のIGBTの動作について説明する。エミッタ電極42と共通電極60の間に共通電極60がプラスとなる電圧を印加し、ゲート電極54にオン電位(チャネルが形成されるのに必要な電位以上の電位)を印加すると、IGBTがオンする。すなわち、ゲート電極54へのオン電位の印加により、ゲート絶縁膜56に接する範囲の低濃度ボディ層48bにチャネルが形成される。すると、電子が、エミッタ電極42から、エミッタ領域44、チャネル、IGBTドリフト層50、及び、コレクタ層52を介して、共通電極60に流れる。また、ホールが、共通電極60から、コレクタ層52、IGBTドリフト層50、低濃度ボディ層48b、及び、ボディコンタクト領域48aを介して、エミッタ電極42に流れる。すなわち、共通電極60からエミッタ電極42に電流が流れる。IGBTドリフト層50には、電子とホールが流れ込み、伝導度変調によって、抵抗が小さくなる。これによってIGBT動作時のオン電圧が小さくなる。
ゲート電極54に印加する電位を、オン電位からオフ電位に切り換えると、IGBTがターンオフする。さらに、半導体装置10のダイオードをターンオンする。すなわち、アノード電極22と共通電極60の間に、アノード電極22がプラスとなる電圧(すなわち、順電圧)を印加すると、ダイオードがターンオンする。これによって、アノード電極22から、アノード層26、ダイオードドリフト層28、及び、カソード層30を経由して、共通電極60に電流が流れる。
次に、半導体装置10の製造方法を説明する。図1に係る半導体装置10の素子構造を半導体ウェハに複数形成した後で、ダイシング等によって、それぞれの半導体装置を切り離すことによって、半導体装置10の製造を行う。以下、半導体装置10の素子構造を半導体ウェハに形成する第1〜第3の製造方法について説明する。
半導体装置10の第1の製造方法は、マスク工程と、結晶欠陥形成工程と、イオン注入工程と、アニール工程とを含んでいる。
(d1+d2)/tanθ1+d1/tanθ2 … (1)
半導体装置10の第2の製造方法は、半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはIGBT形成領域の裏面側にマスクを配置するマスク工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成する結晶欠陥形成工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成するイオン注入工程と、マスクが配置された状態でイオン注入領域にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含んでいる。
上記の半導体装置10の第3の製造方法は、半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはIGBT形成領域の裏面側にマスクを配置するマスク工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成する結晶欠陥形成工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行って、第1導電型のコレクタ領域と第2導電型のカソード領域を隣接して形成するイオン注入工程と、半導体ウェハの裏面のコレクタ領域とカソード領域との境界にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含んでいる。
Claims (10)
- ダイオード領域とIGBT領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置であって、
ダイオード領域は、
半導体基板の表面に露出している第1導電型のアノード領域と、
アノード領域の裏面側に形成されている第2導電型のダイオードドリフト領域と、
ダイオードドリフト領域より第2導電型の不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の裏面側に形成されている第2導電型のカソード領域と、
を備えており、
ダイオードドリフト領域は、上部ドリフト層と、上部ドリフト層よりも第2導電型の不純物濃度が高い下部ドリフト層を備えており、
IGBT領域は、
半導体基板の表面に露出している第2導電型のエミッタ領域と、
エミッタ領域の側方及び裏面側に形成されており、エミッタ電極に接している第1導電型のボディ領域と、
ボディ領域の裏面側に形成されている第2導電型のIGBTドリフト領域と、
IGBTドリフト領域の裏面側に形成されている第1導電型のコレクタ領域と、
エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、
を備えており、
IGBTドリフト領域は、IGBTドリフト層と、IGBTドリフト層よりも第2導電型の不純物濃度が高いバッファ層を備えており、
半導体基板の裏面側のカソード領域とコレクタ領域との間には、低濃度領域が設けられており、
低濃度領域は、第1導電型であって、コレクタ領域よりも第1導電型の不純物濃度が低い第1低濃度領域と、第2導電型であって、カソード領域よりも第2導電型の不純物濃度が低い第2低濃度領域との少なくともいずれか一方を有し、
下部ドリフト層とバッファ層は、低濃度領域の上側で連続している、半導体装置。 - 半導体基板の裏面に接する電極をさらに備えており、
カソード領域とコレクタ領域と低濃度領域は、半導体基板の裏面に露出しており、
低濃度領域と電極とのコンタクト抵抗は、カソード領域と電極のコンタクト抵抗およびコレクタ領域と電極のコンタクト抵抗のいずれよりも高い、請求項1に記載の半導体装置。 - カソード領域と低濃度領域との境界は、半導体装置を平面視した場合に、IGBT領域のボディ領域の下方よりもダイオード領域の近くに位置している、請求項1または2に記載の半導体装置。
- ダイオードドリフト領域内には、ライフタイム制御領域が形成されており、
ライフタイム制御領域内でのキャリアのライフタイムは、ライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域でのキャリアのライフタイムより短く、
ライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部は、半導体装置を平面視した場合に、低濃度領域の上方に位置している、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の半導体装置。 - ダイオード領域とIGBT領域の間には、半導体基板の表面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に、第1導電型の分離領域が形成されており、
ライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部は、半導体装置を平面視した場合に、分離領域の下方に位置している、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはIGBT形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、
マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成する、イオン注入工程と、
イオン注入領域のアニール処理を行う、アニール工程と、を含んでおり、
イオン注入工程は、マスク工程においてマスクを形成した領域側からマスクを形成していない領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第1方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第1イオン注入工程と、前記第1方向と交差する第2方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第2イオン注入工程とを含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはIGBT形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、
マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成する、イオン注入工程と、
マスクが配置された状態でイオン注入領域にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 - マスク工程では、マスクは、半導体ウェハの裏面に接する接着層を介して、半導体ウェハに固定される、請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはIGBT形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、
マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行って、第1導電型のコレクタ領域と第2導電型のカソード領域を隣接して形成するイオン注入工程と、
半導体ウェハの裏面のコレクタ領域とカソード領域との境界にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 - マスク工程では、半導体ウェハのIGBT形成領域の裏面側にマスクを配置し、
マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成する結晶欠陥形成工程をさらに含んでいる、請求項6ないし9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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