JP6500413B2 - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし特許文献1の逆阻止IGBTのように、活性領域中のドリフト領域の下部全面にヘリウムイオンを注入すると、逆漏れ電流を低減させた製品が得られる一方で、イオンの全面注入によりドリフト領域とコレクタ領域との間のpn接合界面に生じる損傷面積が大きくなって、実際には逆漏れ電流を低減できない製品も発生する。そのため、IGBTを大量生産する場合、製品全体の良品率が低下するという問題がある。
本発明の実施の形態に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)は、図1に示すように、IGBTの全体構造(図1中の上面)の略中央に位置し主電流が流れる活性領域Aと、この活性領域Aの外側に活性領域Aを囲むように設けられた耐圧構造領域Bと、この耐圧構造領域Bの外側に耐圧構造領域Bを囲むように設けられた分離拡散領域Cと、を備える逆阻止IGBTである。
ベース領域2a〜2dは第2導電型(p型)の半導体領域である。尚、図1中では4個のベース領域2a〜2dが例示されているが、ベース領域の個数は4個以上でも以下でもよく、定格電流等の仕様に応じて適宜変更されてよい。ベース領域2a〜2dは、活性領域A中、図1中の奥行方向に沿って直線状に延在しており、複数のベース領域2a〜2dが延在方向に直交する方向(図1中の左右方向)にいずれも等しい幅で、且つ、それぞれ等間隔で繰り返し形成されている。すなわち、ドリフト領域1の上面を正面から見たとき、複数のベース領域2a〜2dは、ストライプ状に設けられている。ベース領域2a〜2dの断面は、側辺が湾曲しているものの、下辺が上辺より僅かに短い逆台形状に近い形状で形成されており、ベース領域2a〜2dの左右方向に測った上辺の長さが、図2に示すように、ベース領域2a〜2dの最大ベース領域幅wbを構成する。
(α)ライフタイム制御領域30a,30bの制御領域間隔wsが、ライフタイム制御領域30a,30bの制御領域幅wL以上、且つ、9倍長(9wL)以下の範囲内:
wL≦ws≦9wL ・・・式(1)
(β)制御領域幅wLが、ベース領域の最大ベース領域幅wb以上:
wb≦wL ・・・式(2)
まず活性領域Aにおける、エミッタ領域を含む1個のベース領域と、この着目したベース領域に隣接し、ベース領域間の領域となる左右いずれか一方の領域とを合わせた領域を「活性単位領域」と定義する。すなわち活性領域Aの面積は、複数のベース領域2a〜2dの面積の総和と、複数のベース領域間の領域の面積の総和との和で定義され、図1に示したIGBTの場合、活性領域Aの面積は3個の活性単位領域の面積と1個のベース領域の面積との和で表される。
ライフタイム制御領域30a,30bの制御領域幅wLが上記式(2)を満足することにより、ライフタイム制御領域30a,30bを、図2の断面図に示した左右方向でベース領域2a,2bに重畳させることが可能となる。そしてベース領域2a,2bの底部とドリフト領域1とのpn接合界面のうち、ベース領域2a,2bの左右方向の両側面がそれぞれ底部に連続する2つのコーナー部間の距離で定義されるスパンの幅内に、ベース領域の2a,2bの下方に位置するライフタイム制御領域30a,30bの上面を確実に対応させることが可能となる。そのためドリフト領域1とベース領域2a,2bとのpn接合界面のコーナー部で発生し易い、逆漏れ電流の集中を緩和することが可能となる。
次に、本発明の実施の形態に係るIGBTの製造方法を説明する。
(a)まず例えば厚さ500μm程度以上のn型を呈するシリコン半導体基板の表面に0.8〜2.5μm程度の膜厚の熱酸化膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程により所定の形状にパターニングして、分離拡散領域Cを形成するためのイオン注入用マスクを形成する。このイオン注入用マスクを用いて、ボロン(B)等のp型を呈する不純物イオンを注入する。イオン注入後、熱酸化膜を除去し、1300℃程度で100〜300時間程度、熱処理により活性化して不純物イオンを裏面側まで深く拡散させ、100〜200μm程度の深さの分離層20を形成する。
(c)次に、半導体基板の表面上に熱酸化法等により複数のゲート絶縁膜4a〜4eを形成する。そして形成されたゲート絶縁膜4a〜4eの全面上に、減圧CVD法等を用いて、ドープドポリシリコン膜を堆積する。ドープドポリシリコン膜の堆積後、フォトリソグラフィ技術等によりパターニングされたレジストをマスクとして、ドライエッチング技術等でドープドポリシリコン膜をエッチングし、図4に示すように、複数のゲート電極5a〜5eを形成する。
図8に示すように、ヘリウムイオン(3He2+)の照射面積の活性単位領域の面積に対する比率(以下「照射率」という。)が0%のとき逆漏れ電流が約60μAであるのに対し、照射率10%のとき逆漏れ電流が約10μAとなる。また照射率50%のとき逆漏れ電流が約9μAとなる。よって照射率0%の場合に比べ逆漏れ電流を約6分の1に低減できる。
本発明は上記のとおり開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本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の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。例えば本発明の実施の形態では、キャリア蓄積領域に正孔が蓄積されることで伝導度変調効果が生じるnpnトランジスタ型のIGBTを説明したが、これに限定されず、nとpとを入れ替えてpnpトランジスタ型とし、蓄積されるキャリアを電子とするIGBTを構成してもよい。またMOSゲート構造としてプレーナ型に限定されることなく、トレンチ型であってもよい。またIGBTとして逆阻止IGBTに限定されるものではない。
以上のように本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、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。
2a〜2d ベース領域
3aL,〜3dL,3aR〜3dR エミッタ領域
4a〜4e ゲート絶縁膜
5a〜5e ゲート電極
6a〜6e 層間絶縁膜
7 エミッタ電極
10 コレクタ領域
11 コレクタ電極
20 分離層
30a〜30d ライフタイム制御領域
A 活性領域
B 耐圧構造領域
C 分離拡散領域
wb 最大ベース領域幅
wL 制御領域幅
ws 制御領域間隔
hc コレクタ領域の厚み
hL 制御領域厚み
hs 離間距離
Claims (10)
- 第1導電型のドリフト領域の上面に選択的に設けられた複数の第2導電型のストライプ状のベース領域と、
前記ベース領域のそれぞれの内部に選択的に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域から前記ベース領域の端部に至る前記ベース領域の表面にそれぞれ設けられたゲート電極と、
前記ドリフト領域の下面に設けられた第2導電型のコレクタ領域と、
前記ドリフト領域の内部の前記コレクタ領域側に、前記複数のベース領域の配置に対応して設けられた複数のライフタイム制御領域と、を備え、
前記ライフタイム制御領域と前記コレクタ領域との間には、予め設定された間隔が設けられており、
前記ライフタイム制御領域の厚みをhLとし、前記コレクタ領域の厚みをhcとしたとき、hc≦hL≦(hc+10μm)である、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 第1導電型のドリフト領域の上面に選択的に設けられた複数の第2導電型のストライプ状のベース領域と、
前記ベース領域のそれぞれの内部に選択的に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域から前記ベース領域の端部に至る前記ベース領域の表面にそれぞれ設けられたゲート電極と、
前記ドリフト領域の下面に設けられた第2導電型のコレクタ領域と、
前記ドリフト領域の内部の前記コレクタ領域側に、前記複数のベース領域の配置に対応して設けられた複数のライフタイム制御領域と、を備え、
前記ライフタイム制御領域と前記コレクタ領域との間には、予め設定された間隔が設けられており、
前記ライフタイム制御領域は、前記ベース領域の配置に対応した領域にのみ選択的に設けられる、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 前記間隔は、1μm以上、20μm以下である、請求項1又は2に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
- 前記ライフタイム制御領域の面積が、前記複数のベース領域の面積の総和と前記複数のベース領域間の領域の面積の総和との和に対して10%以上50%以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
- 前記ライフタイム制御領域は、前記ストライプの長手方向に直交する方向に測った前記ベース領域の幅に重畳する幅を有する請求項4に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
- 第1導電型の半導体基板の表面に複数の第2導電型のストライプ状のベース領域を選択的に形成する工程と、
前記複数のベース領域の表面にゲート酸化膜を介してそれぞれゲート電極を形成する工
程と、
前記複数のベース領域のそれぞれの一部に第1導電型のエミッタ領域をそれぞれ形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に第2導電型のコレクタ領域を形成し、前記ベース領域と前記コレクタ領域に挟まれた前記半導体基板の領域をドリフト領域とする工程と、
選択的な荷電粒子の注入によって、前記ドリフト領域の内部の前記コレクタ領域側であって前記複数のベース領域の配置に対応した領域に、それぞれライフタイム制御領域を選択的に形成する工程と、を含み、
ライフタイム制御領域を選択的に形成する工程では、前記ライフタイム制御領域と前記コレクタ領域との間に予め設定された間隔を設け、
前記ライフタイム制御領域を選択的に形成する工程では、
前記ライフタイム制御領域の厚みをhLとし、前記コレクタ領域の厚みをhcとしたとき、hc≦hL≦(hc+10μm)となるように、前記ライフタイム制御領域を形成する、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。 - 第1導電型の半導体基板の表面に複数の第2導電型のストライプ状のベース領域を選択的に形成する工程と、
前記複数のベース領域の表面にゲート酸化膜を介してそれぞれゲート電極を形成する工
程と、
前記複数のベース領域のそれぞれの一部に第1導電型のエミッタ領域をそれぞれ形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に第2導電型のコレクタ領域を形成し、前記ベース領域と前記コレクタ領域に挟まれた前記半導体基板の領域をドリフト領域とする工程と、
選択的な荷電粒子の注入によって、前記ドリフト領域の内部の前記コレクタ領域側であって前記複数のベース領域の配置に対応した領域に、それぞれライフタイム制御領域を選択的に形成する工程と、を含み、
ライフタイム制御領域を選択的に形成する工程では、前記ライフタイム制御領域と前記コレクタ領域との間に予め設定された間隔を設け、
前記ライフタイム制御領域を選択的に形成する工程では、
前記ライフタイム制御領域を、前記ベース領域の配置に対応した領域にのみ選択的に形成する、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。 - 前記間隔は、1μm以上、20μm以下である、請求項6又は7に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
- 前記選択的な荷電粒子の注入は、注入する領域の面積が、前記複数のベース領域の面積
の総和と前記ベース領域間の領域の面積の総和との和に対して10%以上50%以下となるように行う請求項6から8のいずれか1項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。 - 前記選択的な荷電粒子の注入は、前記ストライプの長手方向に直交する方向に測った注入する領域の幅が、前記ベース領域の幅に重畳する長さとなるように行う請求項9に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
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