JPWO2012056536A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置を示す断面図である。図1に示す半導体装置は、プレーナゲート構造のIGBTである。n-型(第1導電型)のウエハからなるn-ドリフト領域(第1の半導体領域)1に、ドリフト電流が流れる活性領域と、活性領域を囲む終端構造部(不図示)が設けられている。ウエハとして、安価な例えば浮遊帯(FZ:Floating Zone)法によって作成されたシリコンウェハ(以下、FZウェハとする)を用いるのが好ましい。IGBT完成後の最終的なFZウエハの厚さTsubは、245μm以上285μm以下であってもよい。
実施の形態2にかかる半導体装置において、実施の形態1にかかるIGBTを、逆阻止型IGBTとしてもよい。
実施の形態3にかかる半導体装置において、実施の形態1にかかるIGBTを、トレンチゲート構造のIGBTとしてもよい。
実施の形態4にかかる半導体装置において、実施の形態1〜3にかかるIGBTを、パンチスルー型、ソフトパンチスルー型やフィールドストップ型のIGBTとしてもよい。
図21は、本発明にかかる半導体装置の電気的特性を検証する回路図である。図22は、本発明にかかる半導体装置のオン電圧とエネルギー損失との関係を示す特性図である。まず、実施の形態1に示すノンパンチスルー型のIGBT(図1参照)について、ライフタイムを種々変更して、各ライフタイムにおけるオン電圧およびエネルギー損失をシミュレーションした(以下、第1の実施例とする。)。また、実際に、実施の形態1に従ってノンパンチスルー型のIGBTを複数作製し、それぞれオン電圧およびエネルギー損失を測定した(以下、第2の実施例とする。)。
=τ’max0−(τ’max0−τ’min0)×Δp(y)/Δpmax ・・・(2)
2 pベース領域
3 n+エミッタ領域
4 p+コンタクト領域
5a ゲート絶縁膜
5b 酸化膜領域
6 ゲート電極
7 エミッタ電極
8 p+コレクタ領域
9 コレクタ電極
10 低ライフタイム領域
11 n領域
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置を示す断面図である。図1に示す半導体装置は、プレーナゲート構造のIGBTである。n-型(第1導電型)のウエハからなるn-ドリフト領域(第1の半導体領域)1に、ドリフト電流が流れる活性領域と、活性領域を囲む終端構造部(不図示)が設けられている。ウエハとして、安価な例えば浮遊帯(FZ:Floating Zone)法によって作成されたシリコンウェハ(以下、FZウェハとする)を用いるのが好ましい。IGBT完成後の最終的なFZウエハの厚さTsubは、245μm以上285μm以下であってもよい。
実施の形態2にかかる半導体装置において、実施の形態1にかかるIGBTを、逆阻止型IGBTとしてもよい。
実施の形態3にかかる半導体装置において、実施の形態1にかかるIGBTを、トレンチゲート構造のIGBTとしてもよい。
実施の形態4にかかる半導体装置において、実施の形態1〜3にかかるIGBTを、パンチスルー型、ソフトパンチスルー型やフィールドストップ型のIGBTとしてもよい。
図21は、本発明にかかる半導体装置の電気的特性を検証する回路図である。図22は、本発明にかかる半導体装置のオン電圧とエネルギー損失との関係を示す特性図である。まず、実施の形態1に示すノンパンチスルー型のIGBT(図1参照)について、ライフタイムを種々変更して、各ライフタイムにおけるオン電圧およびエネルギー損失をシミュレーションした(以下、第1の実施例とする。)。また、実際に、実施の形態1に従ってノンパンチスルー型のIGBTを複数作製し、それぞれオン電圧およびエネルギー損失を測定した(以下、第2の実施例とする。)。
=τ’max0−(τ’max0−τ’min0)×Δp(y)/Δpmax ・・・(2)
2 pベース領域
3 n+エミッタ領域
4 p+コンタクト領域
5a ゲート絶縁膜
5b 酸化膜領域
6 ゲート電極
7 エミッタ電極
8 p+コレクタ領域
9 コレクタ電極
10 低ライフタイム領域
11 n領域
Claims (31)
- 第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に接し、該第1の半導体領域とpn接合をなす第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との界面に設けられ、該第2の半導体領域の第2導電型不純物の濃度分布に対応して電気的に活性化された、他の領域よりもキャリアのライフタイムが短い低ライフタイム領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記低ライフタイム領域は、前記第1の半導体領域から前記第2の半導体領域に跨って設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記低ライフタイム領域は、前記第2の半導体領域が前記第1の半導体領域と接する面に対して反対側の表面から0.4μm以上1.2μm以下の深さで設けられていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 第1導電型の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域の表面層に設けられた、前記第1の半導体領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第5の半導体領域と、
前記第5の半導体領域に接し、該第5の半導体領域とpn接合をなす第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第5の半導体領域と前記第2の半導体領域との界面に設けられ、該第2の半導体領域の第2導電型不純物の濃度分布に対応して電気的に活性化された、他の領域よりもキャリアのライフタイムが短い低ライフタイム領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記低ライフタイム領域は、前記第5の半導体領域から前記第2の半導体領域に跨って設けられていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記低ライフタイム領域は、前記第2の半導体領域が前記第5の半導体領域と接する面に対して反対側の表面から0.4μm以上1.2μm以下の深さで設けられていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記低ライフタイム領域の活性化率は、前記第2の半導体領域の活性化率よりも低い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。
- 前記第2の半導体領域の、前記第1の半導体領域に接する面に対して反対側の表面から0.5μm以上0.8μm以下の深さまでの部分が電気的に活性化されてい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。
- 前記第1の半導体領域の、前記第2の半導体領域が設けられた側の面に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第3の半導体領域と、
前記第1の半導体領域から前記第3の半導体領域の表面に跨って設けられた第1の絶縁膜と、
前記第1の半導体領域の表面に、前記第1の絶縁膜に接して設けられた、該第1の絶縁膜よりも膜厚の厚い第2の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜および第2の絶縁膜上に設けられた第1の電極と、
前記第3の半導体領域の表面層の一部に、前記第1の電極の端部に整合して設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域および第4の半導体領域に接する第2の電極と、
前記第2の半導体領域に接する第3の電極と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第3の半導体領域の表面層に選択的に設けられ、かつ前記第4の半導体領域の下の領域を覆い、該第3の半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第6の半導体領域をさらに備え、
前記第2の電極は、前記第4の半導体領域および前記第6の半導体領域に接することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体領域の、前記第2の半導体領域が設けられた側の面に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチの内部に、第1の絶縁膜を介して埋め込まれた第1の電極と、
前記第3の半導体領域の表面層に選択的に設けられ、かつ前記トレンチの側壁に設けられた前記第1の絶縁膜を介して前記第1の電極と隣り合う第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接する第2の電極と、
前記第2の半導体領域に接する第3の電極と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第3の半導体領域の表面層に選択的に設けられ、かつ前記第4の半導体領域の下の領域を覆い、該第3の半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第6の半導体領域をさらに備え、
前記第2の電極は、前記第4の半導体領域および前記第6の半導体領域に接することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 - 第1導電型の第1の半導体領域と第2導電型の第2の半導体領域とからなるpn接合を有し、該pn接合の界面に、他の領域よりもキャリアのライフタイムが短い低ライフタイム領域を備える半導体装置を製造するにあたって、
前記第1の半導体領域の表面に、第1の加速エネルギーで第2導電型不純物を注入した後、該第1の半導体領域の第2導電型不純物が注入された表面に、前記第1の加速エネルギーと異なる第2の加速エネルギーで第2導電型不純物を注入する注入工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記注入工程によって注入された第2導電型不純物を部分的に活性化し、前記第1の半導体領域の表面層に、前記第2の半導体領域を形成するとともに、該第1の半導体領域と該第2の半導体領域との界面に、第2導電型不純物の濃度分布に対応して活性化された前記低ライフタイム領域を形成する活性化工程をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記第1の半導体領域の第2導電型不純物が注入された表面に、照射エネルギー密度が1.0×10-3J/cm2以上2.0×10-3J/cm2以下で、かつ1.1eVより大きいフォトンエネルギーを有するレーザーを照射し、第2導電型不純物を部分的に活性化することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記低ライフタイム領域を、前記第2の半導体領域から前記第1の半導体領域に跨って形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記低ライフタイム領域を、前記第2の半導体領域が前記第1の半導体領域と接する面に対して反対側の表面から0.4μm以上1.2μm以下の深さで形成することを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記第1の半導体領域の第2導電型不純物が注入された表面から0.5μm以上0.8μm以下の深さまでの領域を電気的に活性化して、前記第2の半導体領域を形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1導電型の第1の半導体領域の表面層に設けられた、前記第1の半導体領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第5の半導体領域と、第2導電型の第2の半導体領域とからなるpn接合を有し、該pn接合の界面に、他の領域よりもキャリアのライフタイムが短い低ライフタイム領域を備える半導体装置を製造するにあたって、
前記第5の半導体領域の表面に、第1の加速エネルギーで第2導電型不純物を注入した後、該第5の半導体領域の第2導電型不純物が注入された表面に、前記第1の加速エネルギーと異なる第2の加速エネルギーで第2導電型不純物を注入する注入工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記注入工程によって注入された第2導電型不純物を部分的に活性化し、前記第5の半導体領域の表面層に、前記第2の半導体領域を形成するとともに、該第5の半導体領域と該第2の半導体領域との界面に、第2導電型不純物の濃度分布に対応して活性化された前記低ライフタイム領域を形成する活性化工程をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記第5の半導体領域の第2導電型不純物が注入された表面に、照射エネルギー密度が1.0×10-3J/cm2以上2.0×10-3J/cm2以下で、かつ1.1eVより大きいフォトンエネルギーを有するレーザーを照射して、第2導電型不純物を部分的に活性化することを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記低ライフタイム領域を、前記第2の半導体領域から前記第5の半導体領域に跨って形成することを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記低ライフタイム領域を、前記第2の半導体領域が前記第5の半導体領域と接する面に対して反対側の表面から0.4μm以上1.2μm以下の深さで形成することを特徴とする請求項22に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記第5の半導体領域の第2導電型不純物が注入された表面から0.5μm以上0.8μm以下の深さまでの領域を電気的に活性化して、前記第2の半導体領域を形成することを特徴とする請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記活性化工程では、前記低ライフタイム領域の活性化率を、前記第2の半導体領域の活性化率よりも低くすることを特徴とする請求項14〜18、20〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の加速エネルギーは100keV以上300keV以下であることを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の加速エネルギーは30keV以上60keV以下であることを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の加速エネルギーで注入される第2導電型不純物のドーズ量は1.0×1013cm-2以上3.0×1014cm-2以下であることを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の加速エネルギーで注入される第2導電型不純物のドーズ量は1.0×1013cm-2以上3.0×1014cm-2以下であることを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の加速エネルギーで注入される第2導電型不純物は硼素であることを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の加速エネルギーで注入される第2導電型不純物は硼素であることを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
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