JP5754545B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
特徴とする。
実施の形態1にかかる半導体装置の断面構造について、例えばプレーナゲート型IGBTを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の断面構造を示す断面図である。図2は、図1の半導体装置のフィールドストップ層の不純物濃度分布を示す特性図である。図2において、深さ0μmはp+コレクタ層8とn型フィールドストップ層10との境界を示す。図1に示す実施の形態1にかかる半導体装置には、半導体装置のオン時に電流が流れる活性領域100aと、活性領域100aを囲みn-ドリフト領域1のおもて面側の電界を緩和し耐圧を保持する耐圧構造領域100bと、を備える。
図8は、実施の形態2にかかる半導体装置の断面構造を示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、IGBTに代えてダイオードを構成した点である。
図9は、実施例1にかかる半導体装置の電気特性を示す特性図である。図9には、逆バイアス時のリーク電流波形を示す。実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法に従い、第1,2n型フィールドストップ層10a,10bを設けたIGBTを作製した(以下、実施例1とする)。比較として、1回のプロトン照射によって実施例1と耐圧が等しくなるように1つのn型フィールドストップ層を形成した図7−1に点線で示す従来例1を作製した。そして、実施例1および従来例1のそれぞれにおいて、逆バイアス時のリーク電流を測定した。
図10は、実施例2にかかる半導体装置の電気特性を示す特性図である。図10には、(FWD:Free Wheeling Diode)の逆回復波形を示す。実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法に従い、第1,2n型フィールドストップ層10a,10bを設けたFWDを作製した(以下、実施例2とする)。比較として、1回のプロトン照射によって実施例2と耐圧が等しくなるように1つのn型フィールドストップ層を形成した従来例2を作製した。そして、実施例2および従来例2のそれぞれにおいて、逆回復時のサージ電圧および逆方向電流を測定した。
2 pベース領域
3 n+エミッタ領域
4 ゲート酸化膜
5 ゲート電極
6 エミッタ電極
7 層間絶縁膜
8 p+コレクタ層
9 コレクタ電極
10 n型フィールドストップ層
10a 第1n型フィールドストップ層
10b 第2n型フィールドストップ層
20,20a アブソーバ
22 第2プロトン照射
23 不純物濃度のピーク位置からn+エミッタ領域3端部までのn型半導体層
Claims (24)
- 第1導電型の半導体基板の裏面に、加速エネルギーが異なる2回以上のプロトン照射を行う照射工程と、
アニールによって前記照射工程で照射されたプロトンを活性化することにより、前記半導体基板内に、前記2回以上のプロトン照射により導入された結晶欠陥をドナー化するとともに、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い2つ以上の第1導電型半導体層を形成するアニール工程と、
前記アニール工程後、前記半導体基板の裏面を研削して前記2つ以上の重なった第1導電型半導体層を露出させる研削工程と、
前記研削工程後、前記半導体基板の裏面の表面層に、出力電極との接触部となるコンタクト層を形成するコンタクト形成工程と、
前記コンタクト層に接する前記出力電極を形成する出力電極形成工程と、
を含み、
前記照射工程では、前記半導体基板の深さ方向において、前記2つ以上の第1導電型半導体層内に前記研削工程後に前記半導体基板の裏面の表面層となる研削面が位置するように、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記照射工程では、厚さが異なるアブソーバを用いて、前記異なる加速エネルギーと前記アブソーバの厚さとの組合せにより、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整する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。
- 前記照射工程では、1MeV〜20MeVの範囲内の異なる加速エネルギーで前記2回以上のプロトン照射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。
- 前記アニール工程は、少なくとも最後のプロトン照射後に行われる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。
- 前記アニール工程では、300℃〜500℃の範囲内の温度でアニール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。
- 前記アニール工程では、1時間〜10時間の範囲内でアニール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。
- 前記照射工程前に、前記半導体基板のおもて面におもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程をさらに備え、
前記おもて面素子構造形成工程では、前記半導体基板のおもて面に第1導電型のチャネルを形成する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの絶縁ゲート構造を形成し、
前記コンタクト形成工程では、前記コンタクト層として第2導電型のコレクタ層を形成する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。 - 前記照射工程前に、前記半導体基板のおもて面におもて面素子構造を形成するおもて面素子構造形成工程をさらに備え、
前記おもて面素子構造形成工程では、前記半導体基板のおもて面の表面層に第2導電型のアノード領域を形成し、
前記コンタクト形成工程では、前記コンタクト層として第1導電型のカソード層を形成する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。 - 前記照射工程では、前記半導体基板の深さ方向において、前記2つ以上の第1導電型半導体層のドーピング濃度の最大濃度の0.1倍以上の領域内に前記半導体基板の裏面の表面層が位置するように、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整する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。
- 前記照射工程では、前記半導体基板の深さ方向において、前記2つ以上の第1導電型半導体層のドーピング濃度の最大濃度の0.5倍以上の領域内に前記半導体基板の裏面の表面層が位置するように、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整する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。
- 前記照射工程では、前記半導体基板の深さ方向において、前記2つ以上の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置がともに等しく位置するように、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整する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。
- 前記照射工程では、前記半導体基板の深さ方向において、前記2つ以上の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置がともに等しく、かつ、前記2つ以上の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置が前記半導体基板の裏面の表面層に位置するように、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整する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。
- 前記照射工程では、前記半導体基板の深さ方向において、前記2つ以上の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置がともに等しく位置するように、かつ、前記2つ以上の第1導電型半導体層の不純物濃度分布の最大濃度が互いに異なるように、前記2回以上のプロトン照射の飛程をそれぞれ調整する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。
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の裏面側の表面層に設けられた第1半導体層と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記第1半導体層に接する、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の第2半導体層と、
前記第1半導体層に接する出力電極と、
を備え、
前記第2半導体層は、ピーク濃度が前記半導体基板の不純物濃度よりも高くかつ前記第1半導体層から離れる方向に急峻な傾斜で減少する不純物濃度分布を有する第1の第1導電型半導体層と、ピーク濃度が前記第1の第1導電型半導体層よりも低く、かつ前記第1の第1導電型半導体層よりも前記第1半導体層から離れる方向に緩やかな傾斜で減少する不純物濃度分布を有する第2の第1導電型半導体層との複合によって構成されており、
前記第1の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置と、前記第2の第1導電型半導体層の不純物濃度分布を前記第1半導体層と前記出力電極との境界方向へ外挿したピーク位置が前記第1半導体層と前記出力電極との境界となるように設けられ、前記第1の第1導電型半導体層または前記第2の第1導電型半導体層のいずれかもしくは両方が、水素関連ドナーを含むことを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体基板の裏面側の表面層は、前記半導体基板の深さ方向において前記第2の第1導電型半導体層のドーピング濃度が前記半導体基板のドーピング濃度以上の領域にあることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の裏面側の表面層は、前記半導体基板の深さ方向において前記第2の第1導電型半導体層のドーピング濃度が該第2の第1導電型半導体層の最大濃度の0.1倍以上の領域にあることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の裏面側の表面層は、前記半導体基板の深さ方向において前記第2の第1導電型半導体層のドーピング濃度が該第2の第1導電型半導体層の最大濃度の0.5倍以上の領域にあることを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の裏面側の表面層は、前記半導体基板の深さ方向において前記第1の第1導電型半導体層のドーピング濃度が前記半導体基板のドーピング濃度以上の領域にあることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の裏面側の表面層は、前記半導体基板の深さ方向において前記第1の第1導電型半導体層のドーピング濃度が該第1の第1導電型半導体層の最大濃度の0.1倍以上の領域にあることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の裏面側の表面層は、前記半導体基板の深さ方向において前記第1の第1導電型半導体層のドーピング濃度が該第1の第1導電型半導体層の最大濃度の0.5倍以上の領域にあることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。
- 前記第1の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置は、前記第2の第1導電型半導体層の不純物濃度分布のピーク位置と前記半導体基板の深さ方向において等しいことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記第1の第1導電型半導体層と前記第2の第1導電型半導体層との間に、不純物濃度分布のピーク位置が前記第1の第1導電型半導体層と前記半導体基板の深さ方向に等しく、かつピーク位置の不純物濃度が前記第1の第1導電型半導体層よりも低く、前記第2の第1導電型半導体層よりも高い第1導電型半導体層が少なくとも1つ以上設けられていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板のおもて面側の表面層に選択的に設けられた第2導電型半導体領域と、
前記第2導電型半導体領域の内部に選択的に設けられた第1導電型半導体領域と、
前記第2導電型半導体領域および前記第1導電型半導体領域に接する入力電極と、
前記第2導電型半導体領域の、前記半導体基板と前記第1導電型半導体領域とに挟まれた部分の表面に絶縁膜を介して設けられた制御電極と、
第2導電型の前記第1半導体層と、
を備えることを特徴とする請求項14〜22のいずれか一つに記載の半導体装置。 - 前記半導体基板のおもて面側の表面層に選択的に設けられた第2導電型半導体領域と、
前記第2導電型半導体領域に接する入力電極と、
第1導電型の前記第1半導体層と、
を備えることを特徴とする請求項14〜22のいずれか一つに記載の半導体装置。
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