JPH05145076A - ウエーハ・ボンデイングを利用した縦型電流半導体デバイスおよびその製作方法 - Google Patents

ウエーハ・ボンデイングを利用した縦型電流半導体デバイスおよびその製作方法

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JPH05145076A JP4129789A JP12978992A JPH05145076A JP H05145076 A JPH05145076 A JP H05145076A JP 4129789 A JP4129789 A JP 4129789A JP 12978992 A JP12978992 A JP 12978992A JP H05145076 A JPH05145076 A JP H05145076A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強化型絶縁ゲート・バイポーラ・トランジス
タ（ＥＩＧＢＴ）（１７）のような縦型電流半導体デバ
イス内に中間接触層（１６）を設ける。 【構成】 デバイスの能動素子を形成するために用いら
れる能動ウェーハ（１１）が、基板ウェーハ（１２）の
１表面上にある導体（１６）にウェーハ・ボンディング
される。このウェーハ・ボンディングにより中間接触層
（１６）が形成されるだけでなく、能動ウェーハ（１
１）内に一連のＰ（１８）およびＮ（１９）領域が拡散
されて、それによりＰ（１８）およびＮ（１９）領域
と、中間接触層（１６）との間にオーム接触が形成され
る。基板ウェーハ（１２）は次のウェーハ処理作業中
に、能動ウェーハ（１１）のための支持体となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に半導体デバイ
スに関する。さらに詳しくは、縦型電流半導体デバイス
を製造するための新規な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、半導体産業では絶縁ゲート・バイポーラ・トランジ
スタ（Insulated Gate Bipolar Transistor:ＩＧＢＴ）
と呼ばれる種類の出力半導体デバイスが開発されてき
た。なかでも、強化型(enhanced)絶縁ゲート・バイポー
ラ・トランジスタ（ＥＩＧＢＴ）が特に関心を引いてき
た。
【０００３】強化型絶縁ゲート・バイポーラ・トランジ
スタ（ＥＩＧＢＴ）を製作するための従来の方法は、通
常、半導体ウェーハの一面に格子状に一連のＰおよびＮ
領域を形成する段階と、エピタキシャル層を成長させて
ＰおよびＮ領域を覆う段階と、ＰおよびＮ領域の上方の
エピタキシャル領域に電界効果トランジスタ構造を拡散
させる段階とから構成されていた。ＥＩＧＢＴのドレー
ン電極は、ＰおよびＮ領域に電気的に接続する導体であ
った。このドレーン電極は、まずＰおよびＮ領域の反対
側のウェーハ面から、ＰおよびＮ領域が露出されるまで
材料を除去することにより作成された。次に、露出され
たＰおよびＮ領域を導体で覆うことにより、ドレーン電
極が形成された。ＰおよびＮ領域を露出するまでに、多
くの材料をウェーハから除去する必要があったために、
できあがったウェーハは通常約１００ないし１３０ミク
ロンの厚みを有していた。このように薄いウェーハは、
ウェーハ処理過程での取扱いが難しく、ウェーハ損傷の
発生率が高く、それによってＥＩＧＢＴのコストが上が
った。除去中にＰおよびＮ領域をうっかり取ってしまわ
ないように、これらの領域は約５０ミクロンの厚みで形
成されるのが普通であった。このように深く拡散された
領域を形成するには、摂氏約１２５０度の温度で約５０
時間拡散することが必要で、これが高い製造コストを招
いた。さらにＰおよびＮ領域を露出させるために利用さ
れた除去作業の許容値が広いために、ＰおよびＮ領域の
厚みが不均一になった。ＰおよびＮ領域の厚みにばらつ
きがあるために、ＥＩＧＢＴは、ソース・ドレーン電圧
降下，最大ドレーン電流およびターンオフ時間などの動
作特性が広い範囲で変動した。
【０００４】したがって、取扱の簡単な厚いウェーハを
用いている、製造コストの安い、一貫した動作特性を持
つＥＩＧＢＴを製造できる、ＥＩＧＢＴの製造方法を有
することが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】簡単にいうと、本発明
は、ウェーハ・ボンディングを用いて、強化型絶縁ゲー
ト・バイポーラ・トランジスタ（ＥＩＧＢＴ）などの縦
型電流半導体デバイス内に中間接触層を作成する。デバ
イスの能動素子を形成するために用いられる能動ウェー
ハは、基板ウェーハの１表面上にある導体にウェーハ・
ボンディングされている。この導体によりＥＩＧＢＴ内
でオーム接触となる中間接触層が形成される。ウェーハ
・ボンディング作業の高い温度により、能動ウェーハ内
にドーパントが拡散され、これによって中間接触層にオ
ーム接触を行う一連のＰおよびＮ領域が形成される。基
板ウェーハは、次のウェーハ処理動作中は、能動ウェー
ハを支持する。
【０００６】
【実施例】強化型絶縁ゲート・バイポーラ・トランジス
タ（ＥＩＧＢＴ）は、能動ウェーハを、基板ウェーハの
一表面にある導体にウェーハ・ボンディングすることに
より形成される。導体を能動ウェーハにウェーハ・ボン
ディングすることにより、次のウェーハ処理作業中の扱
いに適した厚みを有し、デバイス間で一貫した動作特性
を有する縦型電流デバイスを作成することが容易にな
る。
【０００７】ここでは本発明を、特定のＮチャンネルの
強化型絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＥＩＧ
ＢＴ）に関して説明するが、本方法はＰチャンネルのＥ
ＩＧＢＴにも直接用いることができ、また、ダイオード
やその他の縦型電流半導体デバイスにも利用することが
できる。
【０００８】図１では、ＮチャンネルＥＩＧＢＴは、通
常、薄くドーピングされたＮ型能動ウェーハ１１を有し
ている。一連のＰ型の予備付着領域１３が、高濃度のＰ
型ドーパントを能動ウェーハ１１の表面１４に塗布する
ことにより形成される。予備付着領域１３のドーパント
は次の段階で、能動ウェーハ１１内にさらに拡散され
て、高濃度にドーピングされたＰ型領域を形成する。Ｐ
型領域１３は、普通は能動ウェーハ１１内で格子または
モザイク模様を形成し、各領域１３の幅にほぼ等しい距
離で隔てられている。
【０００９】図２は図１に示された能動ウェーハ１１の
一部と、基板ウェーハ１２との分解図で、能動ウェーハ
１１に基板１２をウェーハ・ボンディングする前のもの
である。基板ウェーハ１２の１表面上にある導体１６
は、能動ウェーハ１１の表面１４に接して配置され、Mu
to他により１９８９年５月２日に出願され、ここに参考
文献として含まれている米国特許第４，８２６，７８７
号に開示されているような工程により表面１４にボンデ
ィングされる。ウェーハ・ボンディングを容易にするた
めに、導体１６はウェーハ・ボンディングの接着剤とし
て機能する耐火金属であり、それによって基板１２がボ
ンディングされ、しかも能動ウェーハ１１にしっかりと
ボンディングされる。ある実施例においては、導体１６
はタングステンである。ボンディングが終了すると、基
板１２は能動ウェーハ１１の支持体として機能し、能動
ウェーハ１１の扱いを簡単にする。基板１２は、能動ウ
ェーハ１１が次の処理手順中に損傷しない程度の厚みを
有する。さらに基板１２は、ＥＩＧＢＴの縦型電流路の
一部を形成するので、高濃度にドーピングされて抵抗を
低くする。好適な実施例においては、基板１２は３００
ないし４５０ミクロンの厚みを有する、高濃度にドーピ
ングされたＮ型ウェーハである。
【００１０】図３では、ＥＩＧＢＴ１７は、ウェーハ・
ボンディング過程の温度を上げることにより、図１に示
される予備付着領域１３のドーパントをさらに能動ウェ
ーハ１１内に拡散させて作成されたＰ型領域１８を有す
る。本発明の方法では、能動ウェーハ１１の表面１４は
従来の方法で必要とされたほど薄くする必要がないの
で、Ｐ型領域１８の厚みは能動ウェーハ１１とＰ−Ｎ接
合を形成できるだけのものであればよい。好適な実施例
においては、Ｐ型領域１８は能動ウェーハ１１内で１０
ミクロン以下の深さを有する。また、ウェーハ・ボンデ
ィング過程の温度上昇により、シリコンを能動ウェーハ
１１と基板１２とから導体１６内に拡散させることによ
り導体１６が耐火金属ケイ化物に変わる。この耐火金属
ケイ化物の形成中に、高濃度にドーピングされた基板１
２のＮ型ドーパントは、導体１６を通って運ばれて、高
濃度にドーピングされたＮ型領域１９を形成する。これ
らのＮ型領域１９は、導体１６と能動ウェーハ１１との
間のオーム接触を形成し、ＥＩＧＢＴ１７の低電流特性
を向上させるために必要とされる。この構造において
は、導体１６はＥＩＧＢＴ１７の構造内の中間接触層と
して機能する。能動ウェーハ１１に基板１２をウェーハ
・ボンディングすることにより、Ｐ型領域１８とＮ型領
域１９とに対するオーム接触を形成する中間接触層を設
けるだけでなく、能動ウェーハ１１内に領域１８および
１９を拡散させる。その結果、ＥＩＧＢＴを形成する従
来の方法で必要とされた５０時間の拡散というコストの
高い作業は、本方法では必要とされない。Ｎ型ドーパン
トが導体１６を通って拡散し、Ｎ型領域１９を形成する
と、ドーパントはＰ型領域１８内に拡散し、Ｐ型領域１
８を反対の導電型にドーピングする。したがって、基板
１２に用いられるＮ型ドーパントは、アンチモンなどの
拡散速度の遅いドーパントであることが重要である。こ
れはＰ型領域１８を反対の導電型にドーピングすること
を最小限に抑えるためである。
【００１１】別の実施例においては、ウェーハ・ボンデ
ィング中の基板１２からウェーハ１１に対するドーパン
トの拡散を、導体１６の拡散バリア材、すなわちドーピ
ングの拡散を阻止する材料を利用することにより省略す
ることができる。チタンはドーパントの拡散を阻止し
て、拡散バリアとして用いることのできる材料の１つで
ある。導体１６は、チタン，チタンを混合したタングス
テンまたはタングステンと窒化チタンなどの耐火材料の
組合せ，または拡散バリアを形成し同時にウェーハ・ボ
ンディングの接着層となりうる導体の組合せとすること
ができる。また、導体１６は、基板１２上のチタンなど
の、ドーパントの拡散を防ぐ拡散バリア層と、拡散バリ
ア層を覆うタングステンなどのウェーハ・ボンディング
接着層とを積層した構造としてもよい。拡散バリア層を
用いると、Ｎ型およびＰ型の両方のドーパントを図１に
示されるようにウェーハ１１上に予め付着させておい
て、ウェーハ・ボンディングによりウェーハ１１内に拡
散させてもよい。
【００１２】ＥＩＧＢＴ１７の残りの素子を形成する前
に、従来の研磨または研削技術により能動ウェーハ１１
の上面を、望ましい破壊電圧を得られる厚みまで薄くす
ることによりＥＩＧＢＴ１７の破壊電圧を設定する。好
適な実施例においては、能動ウェーハ１１は約８０ミク
ロンの厚みで、これは約４００ボルトの破壊電圧を与え
る。能動ウェーハ１１は基板１２により支持されている
ので、能動ウェーハ１１をさらに薄くして、破壊電圧の
より低い他のＥＩＧＢＴ構造を設けることもできる。従
来のＥＩＧＢＴ形成方法では基板１２のような支持体が
なかったので、その結果、破壊電圧の低いＥＩＧＢＴを
得ることは困難であった。能動ウェーハ１１を薄くした
後で、ソース領域２１，チャンネル領域２２，ゲート２
３，ベース領域２０およびソース電極２４を含む電界効
果トランジスタを、能動ウェーハ１１の露出面に形成す
る。各ゲート２３は、各ゲート２３をソース電極２４か
ら絶縁する誘電体により覆われている。ドレーン領域２
７は、領域１８および１９と、ベース領域２０との間に
ある能動ウェーハ１１の残りの部分により作成される。
ドレーン電極２６が、基板１２の下面に設けられてＥＩ
ＧＢＴ１７の構造が完成する。ＥＩＧＢＴ１７は、ソー
ス電極２４から、ソース領域２１，チャンネル領域２
２，ドレーン領域２７，埋設接触層１６および基板１２
を通り、ドレーン電極２６までの電流路を有する縦型電
流デバイスである。Ｐ型領域１８は、少数キャリアの注
入物の役割を果たし、これがＥＩＧＢＴ１７の高電流動
作を改善し、さらにＥＩＧＢＴ１７が逆にバイアスされ
たときは導体１６と能動ウェーハ１１との間の電流のた
めに整流経路を設ける。低電流動作中は、Ｎ型領域１９
は少数キャリア注入物を分流して、従来のＩＧＢＴ構造
よりも性能の改善されたＥＩＧＢＴ１７を提供する。
【００１３】ウェーハ・ボンディングを利用して中間接
触層を有する支持基板を設ける技術を用いて、高性能ダ
イオードやその他の縦型電流半導体デバイスを形成する
こともできる。高性能ダイオードにはＥＩＧＢＴ１７の
領域１８および１９と類似の一連の隣接したＰおよびＮ
領域を利用して、ダイオードのスイッチ特性を強化した
ものがある。またＮ型領域１８をショットキ領域と置き
換えたＰ型領域を有するだけの類似のダイオード構造も
ある。図１から図３までに解説されたウェーハ・ボンデ
ィング方法を利用して、他の縦型電流デバイスのみでな
くこのような高性能ダイオードを作成することもでき
る。
【００１４】
【発明の効果】以上、縦型電流デバイス、特に強化型絶
縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを製作するための
新規な方法が提供された点を理解されたい。導体を能動
ウェーハにウェーハ・ボンディングすることにより中間
接触層を作成すると、能動ウェーハ内に浅いＰおよびＮ
領域を形成することが容易となり、それによって従来の
方法の長時間の費用のかかる拡散が省略され、ＥＩＧＢ
Ｔの製造コストが下がる。中間接触層を利用してＰおよ
びＮ領域に対するオーム接触を形成することにより、Ｐ
およびＮ領域の厚みにばらつきがなくなり、ドレーン電
圧降下，最大ドレーン電流およびターンオフ時間などの
特性が一貫しているＥＩＧＢＴが提供される。能動ウェ
ーハにウェーハ・ボンディングされる基板は、機械的な
支持体となり、これがＥＩＧＢＴの製造作業中のウェー
ハの損傷を実質的になくして、ＥＩＧＢＴの製造コスト
をさらに低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により強化型絶縁ゲート・バイポーラ・
トランジスタを形成する際に利用することのできる能動
ウェーハの拡大断面図である。
【図２】本発明による製造の１段階における、強化型絶
縁ゲート・バイポーラ・トランジスタの１つの実施例の
拡大分解断面図である。
【図３】本発明による製造の次の段階における、強化型
絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタの実施例の拡大
断面図である。
【符号の説明】
１１ 能動ウェーハ １２ 基板ウェーハ １６ 中間接触層 １７ ＥＩＧＢＴ １８ Ｐ型領域 １９ Ｎ型領域 ２０ ベース領域 ２１ ソース領域 ２２ チャンネル領域 ２３ ゲート ２４ ソース電極 ２６ ドレーン電極 ２７ ドレーン領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウェーハ・ボンディングを利用した縦型
    電流半導体デバイスであって：基板１２；基板の第１面
    上の中間導体層１６；中間導体層上の能動層１１であっ
    て、前記能動層が中間導体層とのオーム接触を形成し、
    さらにこの能動層が少なくとも１つのＰ−Ｎ接合１８，
    １９を有する能動層１１；および基板の第２面上のオー
    ム接触２６；によって構成されることを特徴とする縦型
    電流半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 ウェーハ・ボンディングを利用した縦型
    電流半導体デバイスを製造する方法であって：第１導電
    型の、第１面と第２面とを有する薄くドーピングされた
    半導体ウェーハである能動ウェーハ１１を設ける段階；
    能動ウェーハの第１面上の所定の領域に、第２導電型の
    ドーパント１３を予め付着させる段階；第１導電型で、
    第１面と第２面とを有する高濃度にドーピングされた半
    導体ウェーハである基板１２を設ける段階；基板の第１
    面上にウェーハ・ボンディング接着層１６を付着する段
    階；予め付着されたドーパント１３の、能動ウェーハ内
    の所定距離までの拡散を促進するウェーハ・ボンディン
    グ手順を用いて、能動ウェーハ１１の第１面をウェーハ
    ・ボンディング接着層１６に付着させる段階；能動ウェ
    ーハの第２面から所定の量を除去することにより能動ウ
    ェーハ１１を薄くする段階；能動ウェーハの第２面に電
    界効果トランジスタ１７のソース２１とチャンネル２２
    との領域を形成する段階；およびドレーン電極２６を基
    板の第２面上に付着させる段階；によって構成されるこ
    とを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 少数キャリア注入ダイオードを有する縦
    型電流半導体デバイス１７を製作する方法であって：第
    １導電型で、第１面と、能動ウェーハの第２面上に複数
    の予め付着されたドーパント領域１３とを有する能動ウ
    ェーハ１１を設ける段階；基板の第１面上にウェーハ・
    ボンディング接着層１６を有する基板１２を設ける段
    階；接着層１６を能動ウェーハの第２面にウェーハ・ボ
    ンディングすることにより中間接触層を形成する段階で
    あって、このウェーハ・ボンディングは、予め付着され
    たドーパントを能動ウェーハの第２面内に拡散させるこ
    とにより少数キャリア注入ダイオードを形成することを
    容易にする段階；および基板の第２面に対するオーム接
    触２６を形成する段階；によって構成されることを特徴
    とする方法。
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