JPH06177390A - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

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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JPH06177390A
JPH06177390A JP32586792A JP32586792A JPH06177390A JP H06177390 A JPH06177390 A JP H06177390A JP 32586792 A JP32586792 A JP 32586792A JP 32586792 A JP32586792 A JP 32586792A JP H06177390 A JPH06177390 A JP H06177390A
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JP
Japan
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layer
resistivity
semiconductor substrate
conductivity type
collector
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JP32586792A
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Masahide Watanabe
雅英 渡邊
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高耐圧化のために厚い高抵抗率層を必要とする
IGBTの半導体基体をエピタキシャル法あるいは熱拡
散法のようにIGBT構造形成の表面部に欠陥を生ずる
方法を用いないで作製する。 【構成】半導体基体を半導体基板のはり合わせ技術を用
いて作製する。すなわち、n- シリコンウエーハと表面
上にn+ エピタキシャル層を成長させたp+シリコンウ
エーハとはり合わせるか、表面上にn+ エピタキシャル
層を成長させたn- シリコンウエーハとp+ シリコンウ
エーハをはり合わせることにより、p + −n+ −n-
造の半導体基体を得る。この基体のn- 層の表面層に選
択的にp層を、その表面層に選択的にn+ エミッタ層を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、縦型のバイポーラトラ
ンジスタの表面上にMOS構造を有する絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタ (以下IGBTと略す) の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】電圧駆動できると共にオン抵抗の小さい
電力用スイッチング素子としてIGBTが多く用いられ
るようになった。図2はIGBTの断面構造を示し、p
+ コレクタ層3の上にn+ バッファ層2を介して積層さ
れたn- 層1の表面層に選択的にp層4が形成され、そ
のp層4の表面層に選択的にn+ エミッタ層5が形成さ
れている。そしてp層4のn- 層1とn+ 層5にはさま
れた部分の上にゲート絶縁膜6を介してゲート電極7が
設けられ、またp+ 層3に接触するコレクタ電極8、n
+ エミッタ層5とp層4に共通に接触するエミッタ電極
9がそれぞれ設けられる。
【0003】このようなIGBTを製造するためには、
- −n+ −p+ の層構造をもったウエーハが使用され
る。図3はそのようなウエーハの濃度プロファイルを断
面構造と共に示し、一般に抵抗率0.01Ω・cm以下のp+
基板3上にn+ 層2およびn - 層1をエピタキシャル法
により積層して作られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】IGBTの最近の高耐
圧化傾向に伴い、n- 層1に高抵抗率でかつ厚いものが
必要となってきた。例えば2.5kVの耐圧をもつIGB
Tの場合、n- 層1が抵抗率200 Ω・cmで200 μm厚が
必要となる。ところが、エピタキシャル成長でこのn-
層1を形成すると、転位、積層欠陥、突起などが発生
し、例えばI−V特性不良、ライフタイム短縮などの現
象が起こる。このため、満足すべき特性をもつIGBT
の製造が困難である。また、200 μm程度の厚さ層を形
成するためにはエピタキシャル成長時間が10時間以上と
長くなり、ウエーハのコストが高くなるという問題もあ
る。
【0005】そこで、エピタキシャル法で形成したウエ
ーハの代わりに、FZ結晶ウエーハを用いる方法があ
る。すなわち、耐圧2.5kVの高耐圧IGBTの製造を
抵抗率200 Ω・cmで300 μm厚のFZ結晶ウエーハから
出発する。しかし、この場合は図3の濃度プロファイル
を得るためには、n+ 層2、p+ 層3を形成する必要が
ある。そのためには裏面側から二度の熱拡散を行わざる
を得ないが、ウエーハの表面側にp層4、n+ 層5など
のIGBT構造を形成するのに必要な熱拡散以外にこの
熱拡散以外にこの熱拡散工程が入るため、IGBT構造
部に欠陥が生じやすく、エピタキシャル法の場合と同様
にI−V特性不良やライフタイム短縮の問題が生ずる。
【0006】本発明の目的は、上記の問題を解決し、特
性不良が生ぜず、コストの低いIGBTの製造方法を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、第一導電形の高抵抗率の第一層の一側に
第一導電形の低抵抗率の第二層を介して第二導電形の低
抵抗率の第三層を備えた半導体基体の第一層の表面層に
選択的に第二導電形の第四層を、さらにその第四層の表
面層に選択的に第一導電形の第五層を形成するIGBT
の製造方法において、2枚の半導体基板をはり合わせて
作製された第一層、第二層および第三層からなる半導体
基体を用いるものとする。そして、半導体基体を、第一
導電形の高抵抗率基板と、それぞれ第一導電形および第
二導電形の低抵抗率層が隣接する基板とをはり合わせて
作製するか、あるいはそれぞれ第一導電形の高抵抗率層
および低抵抗率層が隣接する基板と第二導電形の低抵抗
率基板とをはり合わせて作製することが有効である。ま
た、作製した半導体基体の第三層を加工して厚さ15μm
以下のコレクタ層とし、そのコレクタ層の表面から選択
的に不純物を拡散して第二層に達する第一導電形の複数
の低抵抗率層を形成し、コレクタ層と共通にコレクタ電
極を接触させてコレクタ短絡型にすること、あるいは作
製した半導体基体の第三層を加工して厚さ15μm以下の
コレクタ層とし、そのコレクタ層の表面から選択的に不
純物を拡散して第二層に達する第一導電形の低抵抗率層
を形成し、コレクタ層と共通にコレクタ電極に接触させ
て逆導通型にすることも有効である。
【0008】
【作用】はり合わせ技術を用いれば、第一導電形で高抵
抗率の厚い半導体基板、あるいはその一面に第一導電形
で低抵抗率の第二層を積層した半導体基板から第一、第
二、第三層の積層基体を作製することができ、IGBT
構造の第四、第五層が形成される表面層部分に、エピタ
キシャル成長時あるいは熱拡散時に生ずる欠陥がなくな
るため、特性不良が生じない。
【0009】
【実施例】以下、図2、図3と共通の部分に同一の符号
を付した図を引用して本発明のいくつかの実施例につい
て述べる。 実施例1:図1(a) に示すように、n形、抵抗率200 Ω
・cm、厚さ300 μmのシリコンFZウエーハ10とp
形、抵抗率0.01Ω・cm、厚さ400 μmのシリコンウエー
ハ3を用意した。次にシリコンウエーハ3の上にn形、
抵抗率0.1Ω・cm、厚さ10μmのn+ 層2をエピタキシ
ャル成長させた〔図1(b) 〕。そしてこの2枚のウエー
ハを重合わせ、清浄な雰囲気中で1000℃近くに加熱して
接着させた〔図1(c)〕。このはり合わせ技術の際の取
扱いやすさのため、厚さ300 μmのn形ウエーハ10を用
いたが、必要なn- 層1の厚さ200 μmにするため、ウ
エーハ10の表面を100 μmラップポリッシュした〔図1
(d) 〕。このはり合わせウエーハを用いて図2に示す構
造のIGBTを従来と同じ工程により製造した。 実施例2:図4(a) に示すように、図1(a) と同様、n
形、抵抗率200 Ω・cm、厚さ300μmのシリコンウエー
ハ10と、p形、抵抗率0.01Ω・cm、厚さ400 μmのシリ
コンウエーハ3を用意した。次に、エピタキシャル成長
でウエーハ10の一面上にn形、抵抗率0.1Ω・cm、厚さ
10μmの層2を形成した〔図4(b) 〕。そして、2枚の
ウエーハを実施例1と同様の方法ではり合わせた〔図4
(c) 〕。最後に、ウエーハ10を100 μmラップポリッシ
ュしてn- 層1とした〔図4(d) 〕。このはり合わせウ
エーハを用いて図2に示す構造のIGBTを製造した。
なお、n層2をエピタキシャル成長でなく、りんイオン
の注入およびアニールによりn- ウエーハ10の表面層に
形成することもできる。 実施例3:実施例1あるいは実施例2によって作製した
- −n+ −p+ ウエーハを半導体基体20として用い
た。積層されたn- 層1は、抵抗率200 Ω・cm、厚さ20
0 μm、n+ 層2は抵抗率0.1Ω・cm、厚さ10μm、p
+ 層3は抵抗率0.01Ω・cm、厚さ400 μmである〔図5
(a) 〕。次に、p+ 層3をラップポリッシュにより10μ
mの厚さのp+ 層31とした〔図5(b) 〕。次に酸化膜11
を被着し、窓12を開け、不純物拡散によりn++層13を形
成した〔図5(c) 〕。この基体を用いることにより、図
6に示すようにn++層13を短絡層とするアノードショー
ト( コレクタショート) 型IGBTが製造することがで
きた。 実施例4:実施例3と同様にn- −n+ −p+ 構造の半
導体基体20を用い〔図7(a) 〕、p+ 層31を10μmの厚
さにし〔図7(b) 〕、酸化膜11被着、窓12開け、イオン
注入、アニールによりn++層14を形成した〔図7(c)
〕。この基体を用いることにより、図8に示すような
++層14、n- 層1、p層15からなるダイオード部を有
する逆導通IGBTを製造することができた。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、はり合わせ技術を用い
ることにより、高耐圧化のために厚くなる高抵抗率層に
単結晶バージンウエーハを当てることができ、エピタキ
シャル技術により高抵抗率層を形成する場合や、低抵抗
率層を熱拡散で形成する場合のように、IGBT構造を
形成する高抵抗率層表面部の欠陥の発生がなく、特性の
良好なIGBTを製造することができた。また、コレク
タ短絡型や逆導通型にする場合にも支障がなく、良好な
I−V特性、ライフタイム特性を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例の半導体基体作製工程を
(a) ないし(d) の順に示す断面図
【図2】本発明の第一、第二の実施例により製造される
IGBTの断面図
【図3】IGBTの製造に用いられる半導体基体の不純
物プロファイル図
【図4】本発明の第二の実施例の半導体基体作製工程を
(a) ないし(d) の順に示す断面図
【図5】本発明の第三の実施例の半導体基体作製工程を
(a) ないし(c) の順に示す断面図
【図6】本発明の第三の実施例により製造されるアノー
ド・ショート型IGBTの断面図
【図7】本発明の第四の実施例の半導体基体作製工程を
(a) ないし(c) の順に示す断面図
【図8】本発明の第四の実施例により製造される逆導通
IGBTの断面図
【符号の説明】
1 n- 層 2 n+ 層 3 p+ 層 4 p層 5 n+ エミッタ層 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 コレクタ電極 9 エミッタ電極 10 n形シリコンウエーハ 13 n++短絡層 14 ダイオード部n++層 15 ダイオード部p層 31 p+
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 9168−4M H01L 29/78 321 Y

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一導電形の高抵抗率の第一層の一側に第
    一導電形の低抵抗率の第二層を介して第二導電形の低抵
    抗率の第三層を備えた半導体基体の第一層の表面層に選
    択的に第二導電形の第四層を、さらにその第四層の表面
    層に選択的に第一導電形の第五層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において、2枚の
    半導体基板をはり合わせて作製された第一層、第二層お
    よび第三層からなる半導体基体を用いることを特徴とす
    る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基体を、第一導電形の高抵抗率基板
    と、それぞれ第一導電形および第二導電形の低抵抗率層
    が隣接する基板とをはり合わせて作製する請求項1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。
  3. 【請求項3】半導体基体を、それぞれ第一導電形の高抵
    抗率層および低抵抗率層が隣接する基板と第二導電形の
    低抵抗率基板とをはり合わせて作製する請求項1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。
  4. 【請求項4】作製した半導体基体の第三層を加工して厚
    さ15μm以下のコレクタ層とし、そのコレクタ層の表面
    から選択的に不純物を拡散して第二層に達する第一導電
    形の複数の低抵抗率層を形成し、コレクタ層と共通にコ
    レクタ電極を接触させてコレクタ短絡型にする請求項
    1、2あるいは3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。
  5. 【請求項5】作製した半導体基体の第三層を加工して厚
    さ15μm以下のコレクタ層とし、そのコレクタ層の表面
    から選択的に不純物を拡散して第二層に達する第一導電
    形の低抵抗率層を形成し、コレクタ層と共通にコレクタ
    電極を接触させて逆導通型にする請求項1、2あるいは
    3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。
JP32586792A 1992-12-07 1992-12-07 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法 Pending JPH06177390A (ja)

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