JP6619210B2 - 半導体装置を形成する方法および半導体装置 - Google Patents
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Description
また、本願は以下に記載する態様を含む。
(態様1)
半導体基板中に規定ドーズ量の陽子を注入する工程(110)と規定温度プロフィルに基づき前記半導体基板を焼き戻しする工程(120)とを含む半導体装置を形成する方法(100)であって、
前記規定ドーズ量の陽子と前記規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記半導体基板の少なくとも一部分内の炭素濃度に関する情報を示す炭素関連パラメータに依存して選択される、方法。
(態様2)
前記半導体基板の少なくとも一部分内の前記炭素濃度は1×10 15 cm −3 より高い、態様1に記載の方法。
(態様3)
前記規定ドーズ量の陽子を注入する(110)前に前記半導体基板の少なくとも一部分中に炭素を取り込む工程をさらに含む態様1または2に記載の方法。
(態様4)
前記炭素を取り込む工程は前記半導体基板の少なくとも一部分中に炭素を注入または拡散する工程を含む、態様3に記載の方法。
(態様5)
前記炭素を取り込む工程は前記半導体基板の少なくとも一部分中に炭素を拡散する工程を含み、前記半導体基板中の室温における炭素の溶解度より多くの炭素が前記拡散処理中に供給される、態様3に記載の方法。
(態様6)
規定拡散温度プロフィルに従って前記半導体基板を焼き戻しすることにより前記半導体基板から炭素を拡散する工程をさらに含む態様1〜5のいずれか一項に記載の方法。
(態様7)
結晶成長中またはエピタキシャル層の堆積中に規定炭素分布で前記半導体基板の前記少なくとも一部分内に前記炭素を取り込む工程をさらに含む態様1または2に記載の方法。
(態様8)
前記規定ドーズ量の陽子は1×10 14 cm −2 より高い、態様1〜7のいずれか一項に記載の方法。
(態様9)
前記規定温度プロフィルは500℃未満の最大温度を含む、態様1〜8のいずれか一項に記載の方法。
(態様10)
前記半導体装置の後続の製造工程は前記規定ドーズ量の陽子の注入(110)後に500℃未満の温度で行われる、態様1〜9のいずれか一項に記載の方法。
(態様11)
前記半導体基板の少なくとも一部分の炭素濃度または前記形成される半導体装置の前記半導体基板と共に製造される別の半導体基板の少なくとも一部分の炭素濃度を測定する工程をさらに含む態様1〜10のいずれか一項に記載の方法。
(態様12)
規定深さ分布を有する格子間半導体原子を生成するために規定エネルギー分布で前記半導体基板内に、電子、アルファ粒子、ヘリウムまたはさらなる陽子を注入する工程をさらに含む態様1〜11のいずれか一項に記載の方法。
(態様13)
前記規定ドーズ量の陽子は、前記半導体基板の前記少なくとも一部分内に規定濃度の格子間炭素を生成するように半導体基板内に注入される(110)、態様1〜12のいずれか一項に記載の方法。
(態様14)
前記半導体基板中に前記規定ドーズ量の陽子を注入する工程(110)は前記形成される半導体装置のドリフト層領域中に規定ドーズ量の陽子を注入する工程を含む、態様1〜13のいずれか一項に記載の方法。
(態様15)
前記形成される半導体装置のフィールドストップ層領域内に炭素を注入または拡散する工程であって、前記ドリフト層領域内の平均炭素濃度が前記フィールドストップ層領域内の平均炭素濃度より低くなるように注入または拡散する工程をさらに含む態様1〜14のいずれか一項に記載の方法。
(態様16)
前記炭素関連パラメータは深準位過渡分光法により測定されたCiOi濃度または赤外線計測により測定された吸収係数である、態様1〜15のいずれか一項に記載の方法。
(態様17)
エミッタまたはソース端子(210)とコレクタまたはドレイン端子(220)とを含む少なくとも1つのトランジスタ構造を含む半導体装置(200)であって、
前記エミッタまたはソース端子(210)と前記コレクタまたはドレイン端子(220)間に位置する半導体基板領域(240)内の炭素濃度(230)が前記エミッタまたはソース端子(210)と前記コレクタまたはドレイン端子(220)間で変化する、半導体装置。
(態様18)
前記トランジスタ構造は前記エミッタまたはソース端子(210)と前記コレクタまたはドレイン端子(220)間に位置するドリフト層(370、470)を含み、
前記トランジスタ構造は前記ドリフト層(370、470)と前記コレクタまたはドレイン端子(220)間に位置するフィールドストップ層を含み、
前記フィールドストップ層は前記ドリフト層(370、470)の平均炭素濃度の少なくとも2倍の平均炭素濃度を含む、態様17に記載の半導体装置。
(態様19)
前記トランジスタ構造は、コレクタ層(360、460)、ドリフト層(370、470)、複数のボディ領域(380、480)、複数のソース領域(385、485)および複数のゲート(390、490)を含む半導体構造を含む絶縁ゲートバイポーラトランジスタ配置であり、
前記複数のソース領域(385、485)および前記ドリフト層(370、470)は少なくとも第1の導電型を主に含み、
前記複数のボディ領域(380、480)および前記コレクタ層(360、460)は少なくとも第2の導電型を主に含み、
前記複数のゲート(390、490)は、前記ゲートが前記ボディ領域(380、480)を介し前記ソース領域(385、485)と前記ドリフト層(370、470)との間に導電チャネルを引き起こすことができるように配置される、態様17または18に記載の半導体装置。
(態様20)
前記半導体装置の半導体基板は200μm未満の厚さを含む、態様17〜19のいずれか一項に記載の半導体装置。
(態様21)
半導体装置を形成する方法(600)であって、
第1の半導体ウェハ中に第1の規定ドーズ量の陽子を注入する工程(610)と、
第1の規定温度プロフィルに従って前記第1の半導体ウェハを焼き戻しする工程(620)であって、前記第1の規定ドーズ量の陽子と前記第1の規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記第1の半導体ウェハの少なくとも一部分内の第1の炭素濃度に関する情報を示す炭素関連パラメータに依存して選択される、工程(620)と、
第2の半導体ウェハ中に第2の規定ドーズ量の陽子を注入する工程(630)と、
第2の規定温度プロフィルに従って前記第2の半導体ウェハを焼き戻しする工程(630)であって、前記第2の規定ドーズ量の陽子と前記第2の規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記第2の半導体ウェハの少なくとも一部分内の第2の炭素濃度に関する情報を示す炭素関連パラメータに依存して選択され、前記第1の炭素濃度は前記第2の炭素濃度と異なる、工程(630)とを含む方法。
110 注入工程
120 焼き戻し工程
200 半導体装置
210 エミッタまたはソース端子
220 コレクタまたはドレイン端子
230 炭素濃度
240 半導体基板
350 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ配置
360 コレクタ層
370 ドリフト層
380 ボディ領域
385 ソース領域
390 ゲート
392 導電チャネル
394 絶縁層
400 メサ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ構造
460 コレクタ層
462 裏側コレクタ金属層
464 電気コンタクト
470 ドリフト層
480 ボディ領域
485 ソース領域
486 ソース金属層
487 電気的コンタクト
490 ゲート
492 ゲート配線
510 陽子フィールドストッププロファイル(従来)
511 炭素分布(従来)
520 フィールドストッププロファイル
521 炭素分布(提案)
530 ドリフト層
540 フィールドストップ層
550 コレクタ層
600 方法
710 炭素の溶解度限界
810 置換型炭素の拡散定数
910 格子間炭素の拡散定数
Claims (18)
- 半導体装置を形成する方法(100)であって、
半導体基板であってその少なくとも一部分内の炭素濃度を有する半導体基板を供給する工程と、
前記半導体基板の前記少なくとも一部分内の前記炭素濃度に関する情報を示す測定を実行することによって、炭素関連パラメータを決定する工程と、
半導体基板中に規定ドーズ量の陽子を注入して、規定の濃度の格子間炭素(Ci)を前記半導体基板の少なくとも一部分に生成する工程(110)であって、前記格子間炭素(Ci)は、前記半導体基板内で利用可能な酸素及び水素とともに、CiOi−H複合体又はCiO2i−H複合体の内の少なくとも1つを形成する工程と、
規定温度プロフィルに基づき前記半導体基板を焼き戻しする工程(120)とを含み、
前記規定ドーズ量の陽子と前記規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記炭素関連パラメータに依存し、前記CiOi−H複合体は非常に低い拡散定数を有する、方法。 - 前記半導体基板の少なくとも一部分内の前記炭素濃度は1×1015cm−3より高い、請求項1に記載の方法。
- 前記規定ドーズ量の陽子を注入する(110)前に前記半導体基板の少なくとも一部分中に炭素を取り込む工程をさらに含む請求項1または2に記載の方法。
- 前記炭素を取り込む工程は前記半導体基板の少なくとも一部分中に炭素を注入または拡散する工程を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記炭素を取り込む工程は前記半導体基板の少なくとも一部分中に炭素を拡散する工程を含み、前記半導体基板中の室温における炭素の溶解度より多くの炭素が前記拡散処理中に供給される、請求項3に記載の方法。
- 規定拡散温度プロフィルに従って前記半導体基板を焼き戻しすることにより前記半導体基板から炭素を拡散する工程をさらに含む請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 結晶成長中またはエピタキシャル層の堆積中に規定炭素分布で前記半導体基板の前記少なくとも一部分内に前記炭素を取り込む工程をさらに含む請求項1または2に記載の方法。
- 前記規定ドーズ量の陽子は1×1014cm−2より高い、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記規定温度プロフィルは500℃未満の最大温度を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 半導体装置を形成する前記方法における、前記規定ドーズ量の陽子の注入(110)後の後続の製造工程は500℃未満の温度で行われる、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記炭素関連パラメータを決定する工程は、前記半導体基板の少なくとも一部分の格子間炭素濃度または前記形成される半導体装置の前記半導体基板と共に製造される別の半導体基板の少なくとも一部分の炭素濃度を測定する工程を含む請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 規定深さ分布を有する格子間半導体原子を生成するために規定エネルギー分布で前記半導体基板内に、電子、アルファ粒子、ヘリウムまたはさらなる陽子を注入する工程をさらに含む請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記規定ドーズ量の陽子は、前記半導体基板の前記少なくとも一部分内に規定濃度の格子間炭素を生成するように半導体基板内に注入される(110)、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記半導体基板中に前記規定ドーズ量の陽子を注入する工程(110)は前記形成される半導体装置のドリフト層領域中に規定ドーズ量の陽子を注入する工程を含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成される半導体装置のフィールドストップ層領域内に炭素を注入または拡散する工程であって、前記ドリフト層領域内の平均炭素濃度が前記フィールドストップ層領域内の平均炭素濃度より低くなるように注入または拡散する工程をさらに含む請求項14に記載の方法。
- 前記炭素関連パラメータはCiOi濃度または吸収係数であり、前記CiOi濃度は深準位過渡分光法による測定で決定され、前記吸収係数は赤外線計測により測定で決定される、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 半導体装置を形成する方法(600)であって、該方法は、
第1の半導体ウェハであってその少なくとも一部分内の第1の炭素濃度を有する第1の半導体ウェハとを供給する工程と、
前記第1の半導体ウェハの前記少なくとも一部分内の前記第1の炭素濃度に関する情報を示す測定を実行することによって、第1の炭素関連パラメータを決定する工程と、
前記第1の半導体ウェハに第1の規定ドーズ量の陽子を注入する工程(610)と、
第1の規定温度プロフィルに基づき前記第1の半導体ウェハを焼き戻しする工程(620)と、
第2の半導体ウェハであってその少なくとも一部分内の第2の炭素濃度を有する第2の半導体ウェハとを供給する工程と、
前記第2の半導体ウェハの前記少なくとも一部分内の前記第2の炭素濃度に関する情報を示す測定を実行することによって、第2の炭素関連パラメータを決定する工程と、
前記第2の半導体ウェハに第2の規定ドーズ量の陽子を注入する工程(630)と、
第2の規定温度プロフィルに基づき前記半導体ウェハを焼き戻しする工程(640)とを含み、
前記第1の規定ドーズ量の陽子と前記第1の規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記第1の炭素関連パラメータに依存し、前記第2の規定ドーズ量の陽子と前記第2の規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記第2の炭素関連パラメータに依存し、
前記第1の炭素濃度は前記第2の炭素濃度と異なり、前記第1または第2の規定ドーズ量の陽子が1×10 14 cm −2 より高い、方法。 - 半導体装置を形成する方法(100)であって、
半導体基板であってその少なくとも一部分内の炭素濃度を有する半導体基板を供給する工程と、
前記半導体基板の前記少なくとも一部分内の前記炭素濃度に関する情報を示す測定を実行することによって、炭素関連パラメータを決定する工程と、
半導体基板中に規定ドーズ量の陽子を注入する工程(110)と、
規定温度プロフィルに基づき前記半導体基板を焼き戻しする工程(120)とを含み、
前記規定ドーズ量の陽子と前記規定温度プロフィルのうちの少なくとも1つは、前記炭素関連パラメータに依存し、それによって、前記陽子を前記半導体装置のフィールドストップ層領域に、ドリフト層領域内の平均格子間炭素濃度が前記フィールドストップ層領域内の平均格子間炭素濃度より低くなるように注入する、方法。
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