DE102011003136A1

DE102011003136A1 - Verfahren zur Herstellung eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate

Info

Publication number: DE102011003136A1
Application number: DE102011003136A
Authority: DE
Inventors: Haruo Kawasaki-shi Nakazawa; Motoyoshi Tokyo Kubouchi; Hideaki Kawasaki-shi Teranishi; Hideo Kawasaki-shi Shimizu
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-08-18
Also published as: US20130344663A1; US8809130B2; CN102163551A; CN102163551B; US20110207267A1; JP2011187916A; US8460975B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate bereitgestellt, das bei Herstellung eines rückwärts sperrenden IGBT mit einer Trennschicht, die entlang konisch zulaufender Oberflächen einer V-förmigen Nut ausgebildet ist, die unter Anwendung von anisotropem Ätzen gebildet ist, einen hoch zuverlässigen inversen Druckwiderstand sicherstellen und einen Reststrom beim Sperr-Vorspannen unterdrücken kann. Beim Bestrahlen mit einer Blitzlampe für ein Blitzlampenglühen nach einer Implantation von Ionen in eine zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und eine zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht zur Ausbildung der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht und der zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht wird der stärkste Anteil der Strahlungsenergie auf eine Tiefenposition vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt einer konisch zulaufenden Seitenkantenfläche fokussiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate (nachstehend zu IGBT abgekürzt), die es erlaubt, dass bei einem IGBT, bei dem es normalerweise üblich ist, die Zuverlässigkeit nur für eine vorwärts sperrende Spannungsfähigkeit zu sichern, eine Zuverlässigkeit aufrechterhalten wird, die derjenigen der vorwärts sperrenden Spannungsfähigkeit auch für eine rückwärts sperrende Spannungsfähigkeit gleichwertig ist.
2. Verwandte Technik
Ein rückwärts sperrender IGBT ist eine Halbleitervorrichtung, die es erlaubt, dass bei einem IGBT, bei dem es normalerweise üblich ist, ihn in einer Schaltung zu verwenden, in der es ausreicht, die Zuverlässigkeit nur für eine vorwärts sperrende Spannungsfähigkeit zu sichern, eine Zuverlässigkeit aufrechterhalten wird, die derjenigen der vorwärts sperrenden Spannungsfähigkeit auch für eine rückwärts sperrende Spannungsfähigkeit gleichwertig ist.
Normalerweise ist in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie etwa einer Inverterschaltung oder Chopperschaltung, in der eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, wie sie bei einer Gleichstrom-Leistungsquelle eingesetzt wird, ein normaler IGBT, der auf eine solche Weise entworfen ist, dass die Zuverlässigkeit von nur einer vorwärts sperrenden Spannungsfähigkeit sichergestellt wird, als Schaltelement verwendet worden. Jedoch wird über einen Matrixkonverter nachgedacht, wie etwa eine Direktverbindungs-Konverterschaltung, die ein bidirektionales Schaltelement verwendet, das eine AC(Wechselstrom)/AC-Umwandlung, eine AC/DC(Gleichstrom)-Umwandlung oder eine DC/AC-Umwandlung ist und eine bessere Leistungsumwandlungseffizienz besitzt. Wenn in diesem Fall das bidirektionale Schaltelement mit einer invers parallelen Verbindung des normalen IGBT konfiguriert wird, ist es notwendig, Dioden zum Blockieren einer Sperrspannung in Reihe mit dem IGBT zu schalten, die Kosten steigen entsprechend an und die äußere Form wird größer. Um daher das bidirektionale Schaltelement kostengünstiger und kompakter zu machen, besteht Bedarf an einem rückwärts sperrenden IGBT, der eine Sperrspannung, die Dioden sperrt, beseitigen kann, indem er eine Struktur übernimmt, die eine rückwärts sperrende Spannungsfähigkeit bereitstellt, die bisher für den normalen IGBT nicht in Betracht gezogen wurde, und zwar mit einer Zuverlässigkeit, die derjenigen der vorwärts sperrenden Spannungsfähigkeit gleichwertig ist.
Mit dem normalen IGBT hat er, da ein flacher inverser Druckwiderstands-pn-Übergang zwischen einer p-Typ-Kollektorschicht und einer n-Driftschicht auf der Rückflächenseite eines Halbleitersubstrats in einer Halbleiterchip-Seitenkantenfläche exponiert gelassen wird, die eine Schnittfläche ist, wenn das Halbleitersubstrat geschnitten und zu Halbleiterchips gemacht wird, nicht die Zuverlässigkeit als rückwärtige Sperre. Um bei dem rückwärts sperrenden IGBT eine Rückwärtssperrspannungsfähigkeit sicherzustellen, ist der flache inverse Druckwiderstands-pn-Übergang auf eine solche Weise konfiguriert, dass er gebogen ist, um nicht geschnitten und freigelegt zu werden, und zur Vorderflächenseite des Halbleiterchips erstreckt, und des Weiteren ist sein Verbindungsende durch eine Vorderflächen-Isolierschicht geschützt, und die Zuverlässigkeit ist gesichert. Um zu veranlassen, dass sich der flache inverse Druckwiderstands-pn-Übergang zur Vorderflächenseite biegt, besteht die Notwendigkeit einer p-Typ-Diffusionsschicht, die eine p-Typ-Diffusionsschicht vom gleichen Konduktivitätstyp wie die p-Typ-Kollektorschicht ist, die auf der Halbleiterchip-Seitenkantenfläche von der Rückfläche (der p-Typ-Kollektorschichtseite) zur Vorderfläche des Halbleiterchips ausgebildet ist. Die p-Typ-Diffusionsschicht ist eine Trennschicht. Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren, durch das die Trennschicht ausgebildet wird.
2A bis 2C sind Hauptabschnitt-Schnittansichten eines Halbleitersubstrats (das nachstehend als Wafer bezeichnet sein kann), die in Schrittreihenfolge ein Herstellungsverfahren zeigen, durch das eine Trennschicht in einem bereits bekannten rückwärts sperrenden IGBT ausgebildet ist. 2A bis 2C zeigen ein Verfahren zum Ausbilden der Trennschicht unter Verwendung einer Beschichtungsdiffusion. Zuerst wird eine Dotiermasken-Oxidschicht 2 mit einer Dicke von ungefähr 2,5 μm auf einem Wafer 1 unter Anwendung eines Wärmeoxidationsverfahrens ausgebildet (2A). Als Nächstes wird eine Öffnung 3 auf der Oxidschicht unter Anwendung von Strukturieren und Ätzen (einer fotolithografischen Technik) ausgebildet, um zu bewirken, dass Bor, das eine p-Typ-Fremdatomquelle ist, diffundiert (2B). Als Nächstes wird eine Borquelle 5 über der Öffnung 3 aufgetragen, wonach ein Hochtemperatur-Langzeit-Erwärmungsverfahren unter Verwendung eines Diffusionsofens ausgeführt wird, und es wird eine p-Typ-Diffusionsschicht mit einer Tiefe von ungefähr einigen hundert Mikrometern ausgebildet (2C). Die p-Typ-Diffusionsschicht wird zu einer Trennschicht 4. Anschließend wird, wie in 3 gezeigt, die ein Rückwärtssperrtyp-IGBT-Abschlussdiagramm ist, nach dem Ausbilden eines vorderflächenseitigen MOS-Aufbaus 10 der Wafer dünner gemacht, indem die Rückflächenseite abgeschliffen wird, bis die Nähe der Führungskante der Trennschicht erreicht wird (gestrichelte Linie der 2C). Ein Rückflächenaufbau, der aus einer p-Typ-Kollektorschicht 6 und einer Kollektorelektrode 7 konfiguriert ist, wird auf der Bodenfläche ausgebildet (3). Durch Schneiden des Wafers entlang einer Ritzlinie, die sich auf einer Mittellinie eines Oberflächenmusters der Trennschicht 4 befindet, wird der rückwärts sperrende IGBT-Chip, der in der Schnittansicht einer Umgebung eines Schnittendabschnitts 8 der 3 gezeigt ist, erhalten.
4a bis 4C sind Hauptabschnitt-Schnittansichten eines Wafers, die in Schrittreihenfolge ein weiteres Herstellungsverfahren zeigen, durch das die Trennschicht 4 in dem bereits bekannten rückwärts sperrenden IGBT ausgebildet wird. 4A bis 4C sind Hauptabschnitt-Schnittansichten eines Halbleitersubstrats, die der Reihe nach Schritte zum Bilden einer Trennschicht 4a mit derselben Funktion wie die Trennschicht 4a durch Ausbilden einer Diffusionsschicht entlang ungefähr senkrechten Seitenkantenflächen eines Grabens (einer Nut) 11 zeigen, der senkrecht von der Vorderfläche in den Wafer 1 gegraben ist.
Zuerst wird eine Grabenbildungs-Ätzmaske mit der Oxidschicht 2 mit einer Dicke von einigen Mikrometern gebildet (4A). Als Nächstes wird der Graben 11 mit einer Tiefe von ungefähr einigen Hundert Mikrometer durch ein Trockenätzen gebildet (4B). Als Nächstes wird ein Fremdatom (Bor) in die Seitenwände des Grabens 11 unter Anwendung einer Dampfphasendiffusion eingebracht, die die p-Typ-Trennschicht 4a bildet (4C). Die Innenseite des Grabens ist mit einer Isolierschicht und einem Verstärkungsmaterial, wie etwa Polysilicium, gefüllt, und es werden der vorderflächenseitige MOS-Aufbau 10, die Rückflächen-Kollektorschicht 6 und die Kollektorelektrode 7, die für das Rückflächenschleifen und den IGBT benötigt werden, gebildet. Als Nächstes wird beim Abschneiden des IGBT-Chips von dem Wafer 1 durch würfelförmiges Schneiden entlang einer in der Mitte des Grabens 11 oder zwischen zwei nicht gezeigten Gräben positionierten Ritzlinie der rückwärts sperrende IGBT, der in der Schnittansicht der Umgebung des Schnittendabschnitts 8 der 5 gezeigt ist, erhalten ( JP-A-2-22869 , JP-A-2001-185727 und JP-A-2002-76017 ).
Mit dem Verfahren zum Ausbilden der Trennschicht des in 2 gezeigten rückwärts sperrenden IGBT unter Verwendung einer Beschichtungsdiffusion ist ein Hochtemperatur-/Langzeit-Wärmediffusionsvorgang notwendig, um die Borquelle (eine Flüssigbordiffusionsquelle) von der Vorderfläche anzuwenden, das Bor zum Diffundieren zu bringen und die p-Typ-Trennschicht mit einer Diffusionstiefe von ungefähr einigen hundert Mikrometern auszubilden. Als Ergebnis hiervon ist es wahrscheinlich, dass eine Verschlechterung von Quarz-Haltevorrichtungen, wie etwa ein Quarz-Brett, eine Quarz-Röhre und eine Quarz-Düse, die den Diffusionsofen bilden, eine Fremdatom von einer Erwärmungseinrichtung, eine Verringerung der Festigkeit aufgrund des Quarz-Einpassungs-Entglasungsphänomens und dergleichen häufiger auftreten und die Herstellungskosten steigen. Auch muss mit der Trennschichtbildung unter Anwendung des Beschichtungsdiffusionsverfahrens eine dicke Oxidschicht von guter Qualität verwendet werden, damit die Maskenoxidschicht eine Langzeit-Bordiffusion tolerieren kann und damit es keine Durchdringung der Oxidschicht durch das Bor gibt. Als Verfahren zum Erhalten einer Maske, die auf diese Weise hoch dauerhaft ist, das heißt, einer Siliciumoxidschicht guter Qualität, ist ein Wärmeoxidationsverfahren bekannt.
Beim Ausbilden der p-Typ-Trennschicht unter Anwendung einer Hochtemperatur-/Langzeit-Bordiffusion (beispielsweise 1.300°C, 200 Stunden) auf diese Weise ist auch eine thermisch oxidierte Schicht mit einer Dicke von ungefähr 2,5 μm erforderlich, um die Dauerhaftigkeit der Maskenoxidschicht wirksam zu machen. Zur Bildung einer thermisch oxidierten Schicht mit einer Dicke von 2,5 μm beträgt die Oxidationszeit, die bei einer Oxidationstemperatur von beispielsweise 1.150°C benötigt wird, ungefähr 200 Stunden für eine Trockenoxidation (eine trockene Sauerstoffatmosphäre), mit der eine Oxidschicht guter Qualität erhalten werden kann. Da eine große Menge Sauerstoff in das Innere des Wafers während der Oxidationsvorgänge eingeführt wird, treten des Weiteren Kristalldefekte auf, wie etwa Sauerstoffausscheidungen und oxidationsinduzierte Stapelfehler, und es treten die Probleme einer Vorrichtungseigenschaftsverschlechterung und Zuverlässigkeitsverringerung aufgrund des Auftretens eines Sauerstoffdonatorphänomens auf.
Auch mit der Diffusion nach der Borquellenanlegung wird weiterhin, wenn ein Hochtemperatur-/Langzeit-Diffusionsvorgang normal in einer Oxidationsatmosphäre ausgeführt wird, Zwischengittersauerstoff in das Innere des Wafers eingeführt. Als Ergebnis hiervon treten bei diesem Diffusionsvorgang ebenfalls Kristalldefekte auf, wie etwa Sauerstoffausscheidungen, das Sauerstoffdonatorphänomen, oxidationsinduzierte Stapelfehler (OSF) und Stufenversetzung. Es ist bekannt, dass der Reststrom an einem in der Umgebung dieser Kristalldefekte gebildeten pn-Übergang zunimmt, und sich der Druckwiderstand und die Zuverlässigkeit einer in der Umgebung der Kristalldefekte des Wafers gebildeten thermalen Oxidschicht beträchtlich verschlechtern. Auch kann es geschehen, dass der in den Wafer eingebrachte Sauerstoff während der Diffusion zu einem Donator wird, was das Problem verursacht, dass der Druckwiderstand sinkt. Auch geht mit dem Trennschichtbildungsverfahren, das die Beschichtungsdiffusion anwendet, die in den 2A bis 2C gezeigt ist, die Bordiffusion von der Öffnung der Maskenoxidschicht ungefähr isotrop nach oben, unten, links und rechts in der Siliciummasse. Wenn eine Bordiffusion von 200 μm in Tiefenrichtung ausgeführt wird, diffundiert das Bor als Ergebnis davon gleichzeitig und verbreitet sich auch 160 μm in einer seitlichen Richtung, wodurch es ein Hindernis für das Problem der Reduzierung der Chipgröße bildet.
Mit dem Trennschichtbildungsverfahren unter Verwendung des Grabens, das in den 4A bis 4C gezeigt ist, wird ein Graben durch Trockenätzen gebildet und in die Seitenwände des gebildeten Grabens wird Bor eingeführt, so dass die p-Typ-Trennschicht gebildet wird. Infolgedessen wird der Graben mit einer Isolierschicht und einem Verstärkungsmaterial wie etwa Polysilicium gefüllt. Da die auf diese Weise gebildete p-Typ-Trennschicht, die in 4 gezeigt ist, einen schmalen Graben mit hohem Seitenverhältnis verwenden kann, ist sie bezüglich der Kontraktion einer Vorrichtungssteigung vorteilhafter als die p-Typ-Trennschicht, die die thermale Diffusion der 2A bis 2C verwendet. Jedoch beträgt die Verarbeitungszeit, die zum Ätzen bis zu einer Tiefe von ungefähr 200 μm benötigt wird, wenn eine typische Trockenätzvorrichtung eingesetzt wird, ungefähr 100 Minuten pro Wafer, was andere Probleme darstellt, wie etwa eine Erhöhung der Durchlaufzeit und eine Erhöhung der Wartungshäufigkeit. Auch beträgt in dem Fall der Verwendung einer Siliciumoxid-(SiO₂)-Schicht als Maske, wenn unter Anwendung eines Trockenätzens ein tiefer Graben gebildet wird, die Selektivität 50 oder weniger, was bedeutet, dass eine dicke Siliciumoxidschicht von ungefähr einigen Mikrometern notwendig ist. Als Ergebnis davon treten insofern neue Probleme auf, als es eine Kostensteigerung und eine Verringerung der Ausbeuterate aufgrund der Einführung vorgangsinduzierter Kristalldefekte, wie etwa oxidationsinduzierter Stapelfehler und Sauerstoffausscheidungen gibt. Mit dem Trennschichtbildungsvorgang unter Anwendung von Trockenätzen und Benutzung eines Grabens mit hohem Seitenverhältnis ist es weiterhin wahrscheinlich, dass ein chemischer Rest 12, ein Widerstandsrest 13 oder dergleichen im Graben 11 auftritt, wie in 6 gezeigt, und es besteht das Problem, dass dies eine Verringerung der Ausbeute, eine Verringerung der Zuverlässigkeit und dergleichen bewirkt.
Da die Seitenwände des Grabens 11 senkrecht sind, wird, wenn ein Dotiermittel, wie etwa Phosphor oder Bor in die Seitenwände des Grabens 11 eingeführt wird, die Einführung des Dotiermittels in die Seitenwände des Grabens 11 normalerweise ausgeführt, indem Ionen bei geneigtem Wafer implantiert werden. Jedoch hat die Einführung eines Dotiermittels in die Seitenwände eines Grabens mit einem hohen Seitenverhältnis nachteilige Wirkungen, wie etwa eine effektive Dosisreduktion, eine begleitende Erhöhung der Implantationszeit, eine effektive Projektionsbereichsverringerung, ein Dosisverlust aufgrund einer Sieboxidschicht und eine Verringerung der Implantationsgleichförmigkeit. Als Verfahren zur Einführung von Fremdatomen in den Graben 11 mit einem hohen Seitenverhältnis zur Bekämpfung dieses Problems kann, anstelle der Ionenimplantation, ein Dampfphasendiffusionsverfahren angewendet werden, wodurch der Wafer einer gasifizierten Dotiermittelatmosphäre ausgesetzt wird, wie etwa Phosphin (PH₃) oder Diboran (B₂H₆), aber dies ist schlechter als das Ionenimplantationsverfahren hinsichtlich der Präzisionssteuerbarkeit der Dosis. Auch kann es geschehen, dass sich, obwohl ein Schritt des Füllens des Grabens 11 mit einem hohen Seitenverhältnis mit einem Isolierfilm oder Polysicilium notwendig ist, um die Waferfestigkeit zu erhöhen, ein als Hohlraum bezeichneter Raum im Graben bildet und ein Problem mit der Zuverlässigkeit oder dergleichen auftritt.
Es ist ein Verfahren zum Lösen der drei obigen Problemarten vorgeschlagen worden. Es handelt sich um ein Verfahren, durch das durch Implantieren von Ionen und Glühen bzw. Ausglühen entlang konisch zulaufender Flächen (Seitenkantenflächen), die durch Ätzen V-förmiger Nuten im Wafer in einem gitterförmigen Muster in jeder rechteckigen flachen Chipregion ausgebildet werden, eine Trennschicht 4b auf den Seitenkantenflächen der Chipregion ausgebildet wird, wie in der trapezförmigen Waferschnittansicht, die in den 7A und 7B gezeigt ist. Die konisch zulaufenden Oberflächen, die auf den vier Seitenkantenflächen von jeder der Art von in 7A gezeigter rechteckiger Chipregion ausgebildet sind, können durch Bilden einer V-förmigen Nut von einer der beiden Hauptflächen des Wafers mit einem selektiven anisotropen Ätzen unter Verwenden einer Alkaliätzlösung gebildet werden ( JP-A-2006-156926 , JP-A-2004-336008 und JP-A-2006-303410 ). Des Weiteren kann ein rückwärts sperrender IGBT, der die in 7B gezeigten konisch zulaufenden Seitenkantenflächen aufweist, der konisch zulaufende Flächen mit einer Neigung besitzt, die umgekehrt wie diejenige der in 7A gezeigten konisch zulaufenden Flächen ist, eine emitterseitige (die obere Seite des Diagramms in 7A und 7B) Fläche breiter verwenden, als der in 7A gezeigte rückwärts sperrende IGBT. Deshalb besteht der Vorteil, dass es möglich ist, die Stromdichte zu erhöhen, da ein Bereich verwendet werden kann, der für eine n-Typ-Emitterregion 15 und eine p-Typ-Basisregion 16, die auf der emitterseitigen Flächenschicht ausgebildet sind, zunimmt, und es möglich ist, den Chipbereich bezüglich derselben Stromstärke zu verringern. Da es auch möglich ist, nachdem der rückwärts sperrende IGBT die konisch zulaufenden Flächen aufweist, die Trennschicht 4b unter Verwendung einer Ionenimplantation und eines Glühens in einer weitaus kürzeren Verarbeitungszeit als derjenigen der Hochtemperatur-/Langzeitdiffusion zu bilden, ist es möglich, das Problem der Defekte zu lösen, die durch Kristalldefekte und Sauerstoff im Zusammenhang mit dem Ausbildungsverfahren der Trennschicht 4b unter Anwendung der Langzeit-/Hochtemperaturdiffusion entstehen, und das Problem der Diffusionsofenschädigung zu lösen. Da dann weiterhin das Seitenverhältnis niedriger als bei dem Herstellungsverfahren unter Anwendung des Aushebens eines senkrechten Grabens ist, gibt es keinen Hohlraum oder Rest, was ein Problem darstellt, wenn der Graben mit dem Isolierfilm gefüllt wird, und das Dotiermittel kann leicht eingeführt werden, wenn die Ionen implantiert werden.
Wie in JP-A-2006-156926 , JP-A-2004-336008 und JP-A-2006-303410 offenbart ist, ist es mit dem rückwärts sperrenden IGBT, der eine Trennschicht aufweist, die entlang der konisch zulaufenden Flächen der durch anisotropes Ätzen gebildeten V-förmigen Nut ausgebildet ist, möglich, die Langzeitdiffusion zu vermeiden, die von den zuvor beschriebenen verschiedenen nachteiligen Wirkungen begleitet ist. Da jedoch die Tiefe der Fremdatomverteilung der gebildeten Trennschicht gering ist, ist es in dem Fall, dass Kristalldefekte, die die Ionenimplantation begleitend ausgebildet werden, selbst durch einen Aktivierungsvorgang ungenügend behoben werden und verbleiben, wahrscheinlich, dass der Reststrom bei einer Sperr-Vorspannung zunimmt, da sich die Kristalldefekte nahe des pn-Übergangs befinden, und es wird schwierig, den inversen Druckwiderstand aufrechtzuerhalten. Auch ist es bekannt, dass, wenn ein Laserglüh- bzw. Laserausglühvorgang als Verfahren für einen Kristalldefektbehebungsvorgang angewendet wird, da es sich um eine kurze (einige wenige zehn Nanosekunden bis zu einigen Mikrosekunden) Laserbestrahlung handelt und die Brennposition der Laserbestrahlung zwischen der Wafervorderfläche und der Seitenkantenflächen-Trennschicht differiert, es geschehen kann, dass eine Verschiebung des Brennpunkts auftritt, die Aktivierung der Seitenkantenflächen-Trennschicht wahrscheinlich ungenügend ist und die Kristalldefekte nicht ausreichend behoben werden können. Da die Laserbestrahlungsbereiche klein sind, ist es weiterhin, wenn ein Laserglühen ausgeführt wird, notwendig, mit dem Laser abzutasten und auf eine solche Weise zu bestrahlen, dass die kleinen Bestrahlungsbereiche in einer Ebene verbunden werden, so dass die gesamte Ionenimplantationsschicht für eine ausreichende Aktivierung abgedeckt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann es geschehen, dass eine Bestrahlungsmarkierung entlang der Abtastung entsteht, was eine negative Wirkung auf die Druckwiderstandseigenschaften hervorruft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, die unter der Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht worden ist, hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate zur Verfügung zu stellen, das, wenn ein rückwärts sperrender IGBT hergestellt wird, der eine Trennschicht aufweist, die entlang konisch zulaufender Oberflächen einer V-förmigen Nut ausgebildet ist, die unter Anwendung von anisotropem Ätzen gebildet werden, einen hoch zuverlässigen inversen Druckwiderstand sicherstellen und einen Reststrom beim Sperr-Vorspannen unterdrücken kann.
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate gemäß einem Aspekt der Erfindung das Ausbilden eines MOS-Gate-Aufbaus auf einer Hauptfläche eines ersten Konduktivitätstyp-Halbleitersubstrats, das Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht auf der anderen Hauptfläche, das Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht entlang einer konisch zulaufenden Seitenkantenfläche, die durch Ätzen von einer der beiden Hauptflächen zur anderen Hauptfläche gebildet wird, die die beiden Hauptflächen mit einer Schicht vom gleichen Konduktivitätstyp verbindet und mit der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht der anderen Hauptfläche verbunden ist; und das Ausbilden jeweils einer Emittermetallelektrode auf der Seite des MOS-Gate-Aufbaus und einer Kollektormetallelektrode auf der Seite der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht, wobei beim Bestrahlen mit einer Blitzlampe für ein Blitzlampenglühen nach einer Implantation von Ionen in die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht zur Ausbildung der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht und der zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht der stärkste Anteil der Strahlungsenergie auf eine Tiefenposition vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der konisch zulaufenden Seitenkantenfläche fokussiert wird.
Es ist bevorzugt, dass die Blitzlampen-Strahlungsenergiedichte für das Blitzlampenglühen eine hohe Dichte von einem Ausmaß ist, bei dem die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht nicht thermisch zerstört wird. Auch ist es bevorzugt, dass das Blitzlampenglühen für die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht getrennt ausgeführt wird. Es ist bevorzugt, dass das Blitzlampenglühen ausgeführt wird, während eine Haltetemperatur des Halbleitersubstrats auf einer hohen Temperatur gehalten wird, die gleich der oder niedriger als die Schmelztemperatur der Emittermetallelektrode ist. Auch ist es gewünscht, dass die Emittermetallelektrode eine Metallelektrodenschicht mit Aluminium als Hauptelement ist. Ebenfalls ist es besser, dass die Haltetemperatur des Halbleitersubstrats eine hohe Temperatur von 500°C oder weniger ist. Weiterhin ist es gewünscht, dass die Lichtquelle des Blitzlampenglühens eine Xenonlampe ist, die eine Energiedichte von 20 J/cm² bis 40 J/cm² alle paar Millisekunden besitzt. Auch ist es ebenfalls möglich, dass die Lichtquelle des Blitzlampenglühens eine Infrarotlampe oder Halogenlampe ist, die eine Energiedichte von 20 J/cm² bis 40 J/cm² besitzt.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch ein Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, der das Ausbilden eines MOS-Gate-Aufbaus auf einer Hauptfläche eines ersten Konduktivitätstyp-Halbleitersubstrats, das Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht auf der anderen Hauptfläche, das Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht entlang einer konisch zulaufenden Seitenkantenfläche, die durch Ätzen von einer der beiden Hauptflächen zur anderen Hauptfläche gebildet wird, die die beiden Hauptflächen mit einer Schicht vom gleichen Konduktivitätstyp verbindet, und mit der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht der anderen Hauptfläche verbunden ist, und das Ausbilden jeweils einer Emittermetallelektrode auf der Seite des MOS-Gate-Aufbaus und einer Kollektormetallelektrode auf der Seite der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht einschließt, wobei beim Bestrahlen mit einem Laser für ein Laserglühen nach einer Implantation von Ionen in die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht zur Bildung der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht und der zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht der Brennpunkt auf eine Tiefenposition vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der konisch zulaufenden Seitenkantenfläche eingestellt wird.
Es ist bevorzugt, dass die Laserstrahlungsenergiedichte für das Laserglühen eine hohe Dichte von einem Ausmaß ist, bei dem die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht nicht thermisch zerstört wird. Es ist auch bevorzugt, dass das Laserglühen für die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht separat ausgeführt wird. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Laserglühen ein Verfahren ist, das die Laserstrahlungsenergiedichte durch Verwenden von Licht erhöht, das von der konisch zulaufenden Seitenkantenfläche und dem Seitenkantenflächen-Bodenabschnitt reflektiert wird.
Es ist auch gewünscht, dass eine Überlappungsrate zum Zeitpunkt einer Laserbestrahlung auf ein Ausmaß erhöht wird, bei dem die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht nicht durch Wärme zerstört wird. Weiterhin kann das Laserglühen ausgeführt werden, während die Haltetemperatur des Halbleitersubstrats auf einer hohen Temperatur gehalten wird, die gleich der oder niedriger als die Schmelztemperatur der Emittermetallelektrode ist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Emittermetallelektrode eine Metallelektrodenschicht mit Aluminium als Hauptelement ist. Gewünscht ist, dass die Haltetemperatur des Halbleitersubstrats eine hohe Temperatur von 500°C oder weniger ist.
Gemäß den Aspekten der Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate zur Verfügung zu stellen, das, wenn ein rückwärts sperrender IGBT hergestellt wird, der eine Trennschicht aufweist, die entlang konisch zulaufender Oberflächen einer V-förmigen Nut ausgebildet ist, die unter Anwendung von anisotropem Ätzen gebildet werden, einen hoch zuverlässigen inversen Druckwiderstand sicherstellen und einen Reststrom beim Sperr-Vorspannen unterdrücken kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Halbleitersubstrat-Schnittansicht, die eine Richtung zeigt, in der Ionen implantiert werden, um eine Trennschicht auf konisch zulaufenden Oberflächen gemäß der Erfindung auszubilden;
2A bis 2C sind Hauptteil-Schnittansichten eines Halleitersubstrats, die ein Trennschichtausbildungsverfahren unter Anwendung einer bereits bekannten Beschichtungsdiffusion zeigen;
3 ist eine Schnittansicht einer Endabschnittumgebung eines rückwärts sperrenden IGBT, der eine Trennschicht aufweist, die unter Anwendung der bereits bekannten Beschichtungsdiffusion ausgebildet ist;
4A bis 4C sind Hauptabschnitt-Schnittansichten eines Halbleitersubstrats, die ein Trennschichtausbildungsverfahren unter Verwendung eines bereits bekannten Grabens zeigen;
5 ist eine Schnittansicht einer Endabschnittumgebung eines rückwärts sperrenden IGBT, der eine Trennschicht aufweist, die den bereits bekannten Graben nutzt;
6 ist eine Schnittansicht einer Endabschnittumgebung, die Problembereiche des rückwärts sperrenden IGBT zeigt, der die Trennschicht aufweist, die den bereits bekannten Graben nutzt;
7A und 7B sind Schnittansichten eines rückwärts sperrenden ITBT, der eine Trennschicht auf konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung von anisotropem Ätzen aufweist;
8 ist eine Halbleiterschnittansicht, die eine Richtung zeigt, in der Ionen implantiert werden, um eine Trennschicht auf konisch zulaufenden Oberflächen auszubilden;
9 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm (ein Vergleichsbeispiel) einer Trennschicht, die durch Aktivieren einer Region ausgebildet wird, in der Ionen in die konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung eines bereits bekannten Laserglühens implantiert werden,
10A und 10B sind Schnittansichten (ein Vergleichsbeispiel) eines Trennschichtabschnitts, die einen Restzustand von Kristalldefekten zeigen, wenn die Region aktiviert wird, in der Ionen in die konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung des bereits bekannten Laserglühens implantiert werden;
11 ist ein Sperrrichtung-Strom/Spannungs-Wellendiagramm der Erfindung und eines bereits bekannten rückwärts sperrenden IGBT (ein Vergleichsbeispiel);
12 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Trennschicht, die durch Aktivieren der Region gebildet wird, in der Ionen in die konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung eines Blitzlampenglühens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung implantiert werden;
13 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Trennschicht, die durch Aktivieren der Region gebildet wird, in der Ionen in die konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung eines Halbleitersubstraterwärmens und des Blitzlampenglühens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung implantiert werden;
14 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Trennschicht, die durch Aktivieren der Region gebildet wird, in der Ionen in die konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung eines Laserglühens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung implantiert werden;
15A und 15B sind Schnittansichten eines Trennschichtabschnitts, die einen Restzustand von Kristalldefekten zeigen, wenn die Region aktiviert wird, in der Ionen in die konisch zulaufenden Oberflächen unter Anwendung des Laserglühens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung implantiert werden;
16 ist eine Halbleitersubstrat-Schnittansicht, die reflektiertes Laserlicht zu einem Zeitpunkt einer Laserbestrahlung der konisch zulaufenden Oberfläche gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
17 ist eine Halbleitersubstrat-Schnittansicht, die Laserlicht zeigt, das von einer V-Form-Nut-Konuswinkeleinstellung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung reflektiert wird;
18A und 18B sind Halbleitersubstrat-Schnittansichten, die einen Zustand von Kristalldefekten zeigen, wenn ein Laserbestrahlungs-Brennpunkt auf eine Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der konisch zulaufenden Oberflächen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingestellt wird;
19 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn ein Blitzlampen-Brennpunkt auf eine Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der konisch zulaufenden Oberflächen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung eingestellt wird;
20 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn die Energie einer Kollektorflächen-Laserbestrahlung auf ein Ausmaß erhöht wird, bei dem eine Siliciumfläche nicht zerstört wird, gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
21 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn eine Kollektorschicht, in die Borionen implantiert worden sind, von der Laserbestrahlung thermisch zerstört wird;
22 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn die Energie einer Kollektorflächen-Blitzlampenbestrahlung auf ein Ausmaß erhöht wird, bei dem die Siliciumoberfläche nicht zerstört wird, gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
23 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn abgetastet wird, während gepulste Laserbestrahlungen gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung überlappt werden;
24A bis 24D sind Darstellungen einer Überlappungsrate zum Zeitpunkt einer Laserbestrahlung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
25 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn die Wafersubstraterwärmung und die Laserbestrahlung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung kombiniert werden;
26 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm, wenn das Wafersubstraterwärmen und die Blitzlampenbestrahlung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kombiniert werden;
27 ist eine perspektivische Teilansicht eines Halbleitersubstrats, die Seitenkantenflächen der V-förmigen Nut, die durch das anisotrope Ätzen gebildet wird, und eine ebene Richtung derselben gemäß der Erfindung zeigen; und
28 ist ein Sperrrichtung-Strom/Spannungs-Wellenformdiagramm der Erfindung und des bereits bekannten rückwärts sperrenden IGBT.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, von Ausführungsbeispielen betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate. Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der nachstehend zu beschreibenden Ausführungsbeispiele beschränkt, vorausgesetzt, dass der Umfang der Erfindung nicht überschritten wird. In den folgenden Beschreibungen wird ein n-Typ als erster Konduktivitätstyp und ein p-Typ als zweiter Konduktivitätstyp verwendet, aber dies kann auch umgekehrt sein. Auch wird eine Hauptfläche als IGBT-Emitterseite oder -Vorderfläche herangezogen und die andere Hauptfläche als IGBT-Kollektorseite oder -Rückfläche.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärts sperrenden IGBT. Das erste Ausführungsbeispiel betrifft ein Herstellungsverfahren, durch das ein Xenonblitzlampenglühen anstelle des bereits bekannten Laserglühens bei einer Aktivierung nach einer Implantierung von Borionen in eine Rückfläche und konisch zulaufende Seitenkantenflächen eines Wafers verwendet wird. Auch erfolgt im ersten Ausführungsbeispiel die Beschreibung auf ein Verfahren zur Herstellung eines rückwärts sperrenden n-Typ-IGBT konzentriert, der konisch zulaufende Oberflächen (Seitenkantenflächen) aufweist (nachstehend als kollekterseitiger Öffnungskonus oder im umgekehrten Fall als emitterseitiger Öffnungskonus abgekürzt), die durch eine V-förmige Nut konfiguriert sind, die auf eine solche Weise ausgerichtet ausgebildet ist, dass die emitterseitige Vorderfläche breit und die kollektorseitige Rückfläche schmal ist, wie in der Schnittansicht der 7B gezeigt.
Der rückwärts sperrende IGBT mit dieser Art von kollektorseitigem Öffnungskonus (7B) wird mittels anisotropem Ätzen unter Verwendung einer gut bekannten Alkaliätzlösung (einer wässrigen KOH-Lösung oder dergleichen) mit einer Isolierschicht 30 als Maske von der Seite einer Kollektorschicht 6 der Rückflächenseite eines Wafers 1 mit einer 001-Oberfläche als Hauptfläche zu der Art von Form verarbeitet, die in der perspektivischen Teilansicht der 27 gezeigt ist, nämlich mit vier konisch zulaufenden Oberflächen mit 111'-Oberflächen als Hauptebenenrichtungen. Da das anisotrope Ätzen in einem späteren Stadium des Vorgangs ausgeführt wird, nachdem die Oberflächen-IGBT-Struktur ausgebildet ist, und eine Passivierungsschicht an der Oberflächen-IGBT-Struktur ausgebildet wird, besteht nur ein geringes Risiko, dass Verschmutzungen eingeschlossen werden, und es ist möglich, die Ätzzeit unter Verwendung der wässrigen KOH-Lösung zu verkürzen. Die durch das anisotrope Ätzen gebildeten konisch zulaufenden Oberflächen sind ein Abschnitt, der vier gegenseitig senkrechte Hauptseitenkantenflächen auf dem Umfang einer Vorderflächenseiten-MOS-Gate-Struktur 10 konfiguriert, wenn ein rechteckiger Siliciumhalbleiterchip hergestellt wird, der gemäß der Erfindung aus dem rückwärts sperrenden IGBT gebildet wird (7B). Durch Anwenden eines anisotropen Nassätzens ist es auch möglich, zu bewirken, dass das Ätzen automatisch stoppt, indem einfach die Breite eines Maskenöffnungsabschnitts eingestellt wird, und dann fluktuiert die Tiefe der V-förmigen Nut nicht, selbst in dem Fall, dass die Ätzzeit fluktuiert. Der rückwärts sperrende IGBT beinhaltet eine n-Typ-Emitterregion 15, eine p-Typ-Basisregion 16, eine (nicht gezeigte) isolierende Gateschicht, eine Gateelektrode 17 auf der isolierenden Gateschicht und dergleichen als die MOS-Gate-Struktur, wie in 7B gezeigt. Weiterhin weist der rückwärts sperrende IGBT eine Emitterelektrode 18 auf, die auf der Gateelektrode 17 über eine (nicht gezeigte) isolierenden Zwischenschicht abgelagert und in Kontakt mit den Oberflächen der n-Typ-Emitterregion 15 und der p-Typ-Basisregion 16 ist, eine dicke Isolierschicht 19 auf einem druckresistenten Strukturabschnitt, der auf dem Umfang der MOS-Gate-Struktur 10 positioniert ist, und dergleichen. Auch ist der rückwärts sperrende IGBT weiterhin auf eine solche Weise konfiguriert, dass er die p-Typ-Kollektorschicht 6 und die Kollektorelektrode 7 auf der Rückflächenseite aufweist.
Vor dem anisotropen Ätzen von der Rückflächenseite des Wafers 1 wird unter Verwendung des Wafers 1, der die OO1-Oberfläche als Hauptfläche und eine 110-Richtung als Ausrichtungsebene aufweist, ein Oxidmaskenmuster durch Fotolithografie auf eine solche Weise ausgebildet, dass wiederholt mehrere Vorrichtungsmuster angeordnet werden, die im Wafer in Gitterform aufgeteilt, und zwar unter Verwendung der Ausrichtungsebene als Bezugslinie. Anschließend werden der kollektorseitige Öffnungskonus mit der 111-Oberfläche und äquivalenten 111'-Oberflächen als den vier Hauptseitenkantenflächen und im Übrigen die Art von 211'-Oberflächen, die in der perspektivischen Ansicht der 27 gezeigt sind, gleichzeitig mittels anisotropem Ätzen ausgebildet.
Es werden Borionen in den Wafer 1 implantiert, in dem der kollektorseitige Öffnungskonus ausgebildet ist, wie zuvor beschrieben, um die p-Typ-Kollektorschicht 6 und eine p-Typ-Trennschicht 4b auszubilden. Die Borionenimplantation wird in dem notwendigen Muster getrennt von einer Seitenkantenfläche oder dem Öffnungsabschnitt der auf der Rückfläche ausgebildeten Oxidmaske ausgeführt. Obwohl die Implantation von Borionen in jede der vier Seitenkantenflächen und die Rückfläche im Wafer 1 auch gleichzeitig in vertikaler Richtung von der Hauptfläche (der Rückflächenseite) des Wafers 1 ausgeführt werden kann, ist es vom Standpunkt der Ionenimplantationswirksamkeit bevorzugt, dass die Rückfläche (Kollektorfläche) mit einer Oxidmaske 2 bedeckt ist und dass die Ionen in der Richtung, die durch die Pfeile gezeigt ist, in nur einer Richtung der Seitenkantenfläche selektiv implantiert werden, wie in 1 gezeigt. Die Seitenkantenfläche des Wafers, in die die Ionen implantiert werden, wird geändert, und die Ionen werden auf die gleiche Weise implantiert. Die Implantation von Ionen in die vier Seitenkantenflächen wird beendet, indem die Ionenimplantation auf die gleiche Weise vier Mal, einmal für jede Seitenkantenfläche, ausgeführt wird, die Kollektorflächenmaske entfernt wird und Ionen in vertikaler Richtung in die Kollektorfläche implantiert werden. In einem Aktivierungsschritt unter Anwendung eines Blitzlampenglühens ist das selektive Ausführen der Aktivierung getrennt für die Kollektorschicht und die Seitenkantenflächen-Trennschicht ebenfalls insofern bevorzugt, als es möglich ist, die Blitzlampenstrahlungsenergie in jedem Fall auf einen maximalen optimalen Wert zu setzen, und eine wirksame Aktivierung ist möglich. In dem Fall, dass ein Herstellungsverfahren einen Schritt des Ausbildens nur der p-Typ-Trennschicht 4b entlang der Seitenkantenflächen mittels einer Ionenimplantation getrennt von derjenigen für die Kollektorschicht und einen Aktivierungsschritt aufweist, ergibt sich auf diese Weise der Vorteil, dass es auch auf einen rückwärts sperrenden IGBT mit der in 7A gezeigten Schnittform angewendet werden kann, der einen rückwärts ausgerichteten emitterseitigen Öffnungskonus aufweist, wobei die Vorderfläche auf der Seite der n-Typ-Emitterregion 15 schmaler ist. Auch kann mit der Art des in 7B oder 1 gezeigten rückwärts sperrenden IGBT, der einen kollektorseitigen Öffnungskonus aufweist, der auf eine solche Weise ausgerichtet ist, dass die Seite der p-Typ-Kollektorschicht 6 schmaler ist, die Ionenimplantation in die oder das Blitzlampenglühen der p-Typ-Kollektorschicht 6 und der p-Typ-Trennschicht 4b eher gleichzeitig ausgeführt werden, wie in 8 gezeigt, als dass die p-Typ Kollektorschicht 6 und die p-Typ-Trennschicht 4b separat durch die Ionenimplantation und das Blitzlampenglühen ausgebildet werden. Da in diesem Fall die Strahlungsenergiedichte begrenzt ist, kann es geschehen, dass sich die Aktivierungswirksamkeit etwas verschlechtert, aber es ist möglich, den Maskenbildungsschritt zu eliminieren, der notwendig ist, wenn die p-Typ-Kollektorschicht 6 und die p-Typ-Trennschicht separat ausgebildet werden, und es ist möglich, die Vorgangskosten zu unterdrücken bzw. zu senken.
Wenn Bor in einem Kippwinkel von 0° von der Seite der p-Typ-Kollektorschicht 6 auf der Rückflächenseite eingeführt wird, die aufgrund der Ausbildung des kollektorseitigen Öffnungskonus schmaler geworden ist, wie in 8 gezeigt, sind bei der Ionenimplantation die wirksame Dosis und der wirksame Implantationsbereich in Bezug auf die Seitenkantenflächen, verglichen mit der Dosis und dem Implantationsbereich für eine flache Kollektorfläche, der Winkel der konisch zulaufenden Fläche, der in Ebenenrichtung durch das anisotrope Ätzen, multipliziert mit seinem Kosinus, bestimmt wird, d. h. cos54,7° = 0,58-fach (im Fall der Si 111-Oberfläche). Auch für die Si 211-Oberfläche betragen die wirksame Dosis und der wirksame Implantationsbereich cos65,9° = 0,408-fach. Da die Strahlungsenergiedichte für das Blitzlampenglühen beim Ausbilden der p-Typ-Trennsicht 4b ebenfalls das 0,58-Fache der Strahlungsenergiedichte für das Blitzlampenglühen der p-Typ-Kollektorschicht 6 beträgt, ist es in gleicher Weise notwendig, diesen Punkt zu berücksichtigen, wenn die Strahlungsenergie beim Implantieren oder Bestrahlen mit der Ionenimplantation bestimmt wird, die durch die Pfeile in einem Kippwinkel von 0°, das heißt, senkrecht zur Hauptoberfläche, gezeigt ist. Dies liegt daran, dass, wenn die Strahlungsenergiedichte zu hoch ist, die Gefahr besteht, dass der Kristall schmilzt und die Halbleitereigenschaften verloren gehen.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein Blitzlampenglühen unter Verwendung von Xenon bei der Aktivierung von Ionenimplantationsschichten für die Ausbildung der p-Typ-Kollektorschicht auf der Rückfläche des rückwärts sperrenden IGBT und für die Ausbildung der p-Typ-Trennschicht auf den Seitenkantenflächen eingesetzt. Mit diesem Blitzlampenglühen ist es, wenn das Glühen der Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht und der p-Typ-Trennschicht separat ausgeführt wird, möglich, den stärksten Anteil (den zentralen Anteil der Erwärmung) der optimalen Strahlungsenergiedichte einer separaten Xenonlampe auf jede Schicht zu fokussieren, aber in der wirklichen Praxis ist der stärkste Anteil der Strahlungsenergie auf eine Tiefenposition fokussiert, die vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Trennschicht für sowohl die Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht als auch die p-Typ-Trennschicht reicht. Wenn das Glühen der Rückflächen-Kollektorschicht und der Trennschicht gleichzeitig ausgeführt wird, befindet sich die Breite (Ausmaß oder Tiefe) des mittleren Abschnitts des Erwärmens der Xenonlampe im Bereich von ±100 μm, was bedeutet, dass es besser ist, dass der stärkste Anteil (der mittlere Anteil des Erwärmens) der Strahlungsenergie der Xenonlampe auf einen Bereich gerichtet ist, der vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Trennschicht reicht.
Nach einer Ionenimplantation mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV wird eine Aktivierung unter Anwendung eines Blitzlampenglühens ausgeführt (Impulsbreite 1 ms). Wie in 12 gezeigt, wird ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht b bei Aktivierung mit einer Strahlungsenergiedichte von 30 J/cm² durch Messen des sich ausbreitenden Widerstands (spreading resistance, SR) erhalten. Die vertikale Achse der 12 zeigt die Fremdatomkonzentration (cm^–3) und die horizontale Achse eine Diffusionstiefe (μm). Der Wert 1E13 oder dergleichen der Fremdatomkonzentration auf der vertikalen Achse ist eine Abkürzung, die für die Zahl 1 × 10¹³ steht, wobei die Zahl 13 rechts von E (Abkürzung für exponentiell) für den Exponenten (Index) 10 steht. Die Bedeutung dieser Abkürzung haben alle nachstehend beschriebenen Fremdatomkonzentrations-Profildiagramme gemeinsam. In 12 bezeichnet a die Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht, und b die p-Typ-Trennschicht, sie sind Profile der an der Oberfläche von jeder Schicht gemessenen Fremdatomkonzentration. Gemäß 12 übersteigt die Spitzenfremdatomkonzentration sowohl auf der Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht 1 × 10¹⁹ cm^–3, was zeigt, dass sie ausreichend aktiviert sind. Obwohl die Spitzenfremdatomkonzentration die gleiche Höhe wie die Spitzenfremdatomkonzentration im Fall des Laserglühens des Vergleichsbeispiels (bereits bekanntes Beispiel) aufweist, das in 9 gezeigt und nachstehend zu beschreiben ist, ist ersichtlich, dass die Diffusionstiefe auf der horizontalen Achse, insbesondere für die konisch zulaufende Oberfläche der Trennschicht b, etwas größer als in dem Fall des Laserglühens des Vergleichsbeispiels (9) ist, da ein Wärmediffusionseffekt aufgrund des Blitzlampenglühens des ersten Ausführungsbeispiels (12) erwartet werden kann.
Wenn Kristalldefekte 20 (Punktdefekte) in einem Querschnitt der p-Typ-Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht überwacht werden, ist auch kein Kristalldefekt (Punktdefekt) in entweder der Rückflächen-Kollektorschicht oder Seitenkantenflächen-Trennschicht vorhanden. In 11 sind Sperrrichtungs-Strom/Spannungs-Wellenformen a, b und c in der Reihenfolge des (nachstehend zu beschreibenden) Vergleichsbeispiels, des erste Ausführungsbeispiels und eines (nachstehend zu beschreibenden) zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Wie in 11 gezeigt, ist ersichtlich, dass der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) (b in 11) des rückwärts sperrenden IGBT, der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt ist, kleiner als derjenige des Vergleichsbeispiels des Laserglühens von a in 11 ist. Dies bedeutet, dass, da die Kristalldefekte 20 (Punktdefekte), die die Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht begleiten, durch das Blitzlampenglühen ausreichend behoben und beseitigt werden, der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner geworden ist. Das heißt, dies zeigt an, dass die Wirkung des Blitzlampenglühens wirksam ist.
Auch weist das Glühen unter Verwendung einer Xenonblitzlampe ein Merkmal auf, wonach es möglich ist, nur eine Region in einer Tiefe von ungefähr 1 μm von der Waferoberfläche für eine kurze Zeit von nur wenigen Millisekunden auf zu 1.000°C oder mehr zu erwärmen, was die Donatoraktivierungstemperatur zum Zeitpunkt einer Ionenimplantation ist. Bis heute ist das Blitzlampenglühen bei der Aktivierung eines Erweiterungs-(Diffusionsregion)-abschnitts einer integrierten Schaltung verwendet worden, bei der die Miniaturisierung extrem fortgeschritten ist, wie etwa einem ultraflachen Übergang. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass es möglich ist, auch den Stromverbrauch auf ein Drittel oder weniger aufgrund dessen zu senken, dass ein Erhöhen und Senken der Temperatur in einer noch kürzeren Zeit als mit einem Erwärmungsglühen unter Verwendung eines normalen Diffusionsofens oder einem thermalen Schnellglüh-(rapid thermal annealing, RTA)-Verfahren möglich ist, das eine Probe unter Anwendung eines Lampenerwärmens mit einer Infrarotlampe, einer Halogenlampe oder dergleichen rasch erwärmt. Da es, um das Verfahren für einen ultraflachen Übergang zu verwenden, der in einer integrierten Schaltung (IC) der dergleichen notwendig ist, bevorzugt ist, dass keine thermale Diffusion in der Ionenimplantationsschicht auftritt, ist es angewendet worden, indem sich die Aufmerksamkeit insbesondere auf die kurzzeitige Temperaturerhöhung gerichtet hat.
Im Gegensatz hierzu gibt es bei dem rückwärts sperrenden IGBT gemäß der Erfindung einen Aspekt, wonach es annehmbar ist, dass eine thermale Diffusion in der Rückflächen-Kollektorschicht und der Seitenkantenflächen-Trennschicht auftritt, und dass es darüber hinaus bevorzugt ist, dass es eine Ausbreitung aufgrund der thermalen Diffusion in einer Diffusionsschicht gibt. Infolgedessen wird das Verfahren in der Erfindung angewendet, wobei sich die Aufmerksamkeit eher als auf den kurzzeitigen Temperaturanstieg auf den Punkt richtet, dass es eine überlegene Ionenimplantationsschicht-Aktivierungsfähigkeit aufweist, sowie auf den Punkt, dass es eine hohe Fähigkeit aufweist, zu bewirken, dass sich Kristalldefekte wieder ausgleichen, die derjenigen des bereits bekannten Laserglühens überlegen ist,
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß dem Blitzlampenglühen möglich, die Aktivierung der Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht und der Rückflächenseiten-p-Typ-Kollektorschicht in kurzer Zeit (einigen Millisekunden) umzusetzen. Auch hat das Laserlampenglühen zwar eine Laserbestrahlungszeit von 10 ns bis 1 μs, aber die Bestrahlungszeit mit dem Blitzlampenglühen ist länger als diese, wobei eine Lampenbestrahlungszeit von einigen Millisekunden vorhanden ist, was bedeutet, dass die für die Aktivierung gegebene Zeit ebenfalls länger ist, was den Effekt hat, dass es ermöglicht wird, die Ausbreitung in der Diffusionsschicht zu erhöhen. Auch wird angenommen, dass die Tatsache, dass die Bestrahlungszeit länger ist, die Wirkung hat, dass sie auch bei der Behebung von Defekten in der Ionenimplantationsschicht nützlich ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Es erfolgt eine Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels in Bezug auf das Herstellungsverfahren des rückwärts sperrenden IGBT. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ein Blitzlampenglühen unter Verwendung von Xenon bei der Aktivierung von Borionen-Implantationsschichten, die auf der Rückflächen-Kollektorfläche und Seitenkantenflächen des rückwärts sperrenden IGBT ausgebildet sind, eher als das bereits bekannte Laserglühen eingesetzt. Ein Punkt, der sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, ist, dass die Wafersubstrattemperatur im zweiten Ausführungsbeispiel auf eine hohe Temperatur erhöht und gehalten wird, die gleich der oder niedriger als die Schmelztemperatur einer Vorderflächenseiten-Metallelektrode ist (beispielsweise ungefähr 500°C, wenn die Vorderflächenseiten-Metallelektrode eine Metallschicht mit Al als Hauptelement ist), bevor eine Bestrahlung mit der Blitzlampe ausgeführt wird, und das Blitzlampenglühen wird in diesem Zustand ausgeführt.
Nach einer Ionenimplantation mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV wird die Wafersubstrattemperatur auf 450°C (konstant) gehalten, bevor eine Bestrahlung mit der Blitzlampe zum Aktivieren ausgeführt wird. Anschließend wird unter Anwendung des Blitzlampenglühens (Impulsbreite 1 ms) eine Aktivierung mit einer Strahlungsenergiedichte von 30 J/cm² ausgeführt und ein Fremdatomkonzentrations-Profil der Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht und der Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht wird aus einer SR-Messung ermittelt, wie in 13 gezeigt. Da es notwendig ist, dass die Substrathaltetemperatur beim Glühen eine solche Temperatur ist, dass die bereits auf der Vorderflächenseite ausgebildete Al-Elektrode nicht schmilzt, ist es notwendig, dass sie auf 500°C oder niedriger gehalten wird. Gemäß dem in 13 gezeigten Fremdatomkonzentrations-Profil überschreitet die Spitzenfremdatomkonzentration 1 × 10¹⁹ cm^–3 sowohl bei der Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht als auch bei der Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht, was anzeigt, dass sie ausreichend aktiviert sind. Obwohl der Spitzenfremdatomkonzentrationswert von gleicher Höhe wie die Spitzenfremdatomkonzentration des bereits bekannten Vergleichsbeispiel-Laserglühens ist (9), ist gezeigt, dass, da der thermale Diffusionseffekt der Fremdatomen größer als im Fall des bereits bekannten Laserglühens (9) und als im ersten Ausführungsbeispiel (12) ist, die Diffusionstiefe größer ist.
Obwohl Kristalldefekte (Punktdefekte) in einem Querschnitt der Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht überwacht werden, ist auch ein Kristalldefekt (Punktdefekt) weder in der Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht noch in der Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht vorhanden. Deswegen ist verständlich, warum der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) des zweiten Ausführungsbeispiels noch kleiner ist als im Fall des Vergleichsbeispiel-Laserglühens des in a der 11 gezeigten Vergleichsbeispiels und des ersten Ausführungsbeispiels (b der 11), wie in der Sperrrichtung Strom/Spannungs-Wellenform c der 11 gezeigt. Da des Weiteren die Kristalldefekte 20 (Punktdefekte), die die Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht begleiten, ausreichend behoben sind und da es noch weiterhin auch eine Diffusionswirkung aufgrund des Erwärmens durch die Substrattemperatur gibt, ist die Trennschicht tiefer als im Fall des ersten Ausführungsbeispiels und ist angegeben, dass der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner wird. Daher versteht es sich, dass nicht nur die Anwendung des Blitzlampenglühens, sondern auch die Wirkung der Wafererwärmung wirksam ist. Obwohl eine Beschreibung eines rückwärts sperrenden n-Typ-IGBT gegeben worden ist, bei dem Borionen veranlasst werden, sich in der p-Typ-Trennschicht zu verteilen, ist es auch möglich, Aluminium als p-Typ-Fremdatomionen einzusetzen. Durch Verwenden von Phosphorionen für einen n-Typ-Trennschicht-Donator in einem rückwärts sperrenden p-Typ-IGBT, in dem der Konduktivitätstyp der rückwärtige ist, ist es auch möglich, eine Vorrichtung auf die gleiche Weise herzustellen.
Auch ist in der Erfindung ein Blitzlampenglühen unter Verwendung einer Xenonlampe zu bevorzugen, aber da es kein Problem mit der Anwendung eines Lampenglühens unter Verwendung einer Infrarotlampe oder Halogenlampe gibt, vorausgesetzt, dass eine Blitzlampenstrahlungsenergiedichte mit einer Impulsbreite von einigen Millisekunden und der zur Aktivierung notwendigen hohen Energiedichte erhältlich ist, ist dies im erfindungsgemäßen Blitzlampenglühen eingeschlossen. 20 J/cm² bis 40 J/cm² ist als Blitzlampenstrahlungsenergiedichte bevorzugt.
Bei der Anwendung des bereits bekannten normalen Blitzlampenglühens in einer integrierten Schaltung (IC) oder dergleichen wird es soweit wie möglich auf eine Weise angewendet, dass keine thermische Diffusion der implantierten Ionen verursacht wird, wie zuvor beschrieben, aber wenn es auf die Rückfläche oder Seitenkantenflächen eines Elements angewendet wird, wie in der Erfindung, ist es stattdessen bevorzugt, dass eine Diffusion auftritt. Wenn daher das Blitzlampenglühen ausgeführt wird, hat das Halten der Wafertemperatur auf einer hohen Temperatur, die gleich der oder niedriger als die Schmelztemperatur der Vorderflächenseiten-Al-Elektrode ist, und das Ausführen des Blitzlampenglühens die Wirkung einer weiteren Aktivierung (Erhöhen der Konzentration und Erhöhen der Diffusionstiefe) der Seitenkantenflächen der Trennschicht und der Rückflächenseiten-Diffusionsschicht. Wegen dieser Wirkungen wird eine Trennschicht ohne Kristalldefekt gebildet und es ist möglich, den Reststrom beim Sperr-Vorspannen zu unterdrücken.
Vergleichsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Vergleichsbeispiels (bereits bekannten Beispiels), in dem eine Aktivierung unter Anwendung des bereits bekannten Laserglühens nach einer Implantation von Borionen in die Rückenfläche und konisch zulaufenden Seitenkantenflächen eines Wafers ausgeführt wird. Auch wird das bereit bekannte Laserglühen als Fall angenommen, in dem die Ionenimplantation und das Glühen für die p-Typ-Kollektorschicht und p-Typ-Trennschicht separat ausgeführt werden. Des Weiteren erfolgt die Beschreibung konzentriert auf einen rückwärts sperrenden IGBT mit einem kollektorseitigen Öffnungskonus, der auf eine solche Weise ausgerichtet ausgebildet ist, dass die emitterseitige Vorderfläche breit und die kollektorseitige Rückfläche schmal ist. Der Herstellungsvorgang hinsichtlich der Ausbildung dieser Art von Konus ist der gleiche wie derjenige, der im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Die Ionenimplantation zum Ausbilden der p-Typ-Kollektorschicht und p-Typ-Trennschicht wird in dem notwendigen Muster von einer Seitenkantenfläche oder dem Öffnungsabschnitt einer auf der Rückfläche ausgebildeten Oxidmaske ausgeführt. Obwohl die Implantation von Ionen in jede der vier Seitenkantenflächen in dem Wafer gleichzeitig ausgeführt werden kann, ist es auch möglich, ein Dotieren aus einer Schrägstellung auszuführen, die sich von dem Winkel der konisch zulaufenden Fläche unterscheidet, indem die Neigung des Wafers geändert und eine Implantation für jede Kante von insgesamt vier Implantationen ausgeführt wird, wie in 1, so dass sich der Ionenimplantationswirkungsgrad verbessert. Mit dem bereits bekannten Laserglühen wird nur eine Stelle, von der gewünscht wird, dass sie bestrahlt werden soll, durch Steuern und dergleichen unter Verwendung einer Maske oder eines Verschlusses aus Edelstrahl (SUS) oder dergleichen abgetastet und bestrahlt. Vorausgesetzt, dass ein Herstellungsverfahren einen Schritt des Ausbildens nur der Trennschicht entlang der Seitenkantenflächen auf diese Weise aufweist, kann es auch auf einen rückwärts sperrenden IGBT mit einem rückwärts ausgerichteten emitterseitigen Öffnungskonus angewendet werden, bei dem die Emitterseite schmaler ist. Mit einem rückwärts sperrenden IGBT mit einem kollektorseitigen Öffnungskonus, der auf eine solche Weise ausgerichtet ist, dass die Kollektorseite schmaler ist, können die Ionenimplantation in die und das bereits bekannte Laserglühen der Kollektorschicht und Trennschicht ebenfalls gleichzeitig ausgeführt werden, anstatt dass die Ionenimplantation in die und das Laserglühen der p-Typ-Kollektorschicht und p-Typ-Trennschicht getrennt ausgeführt werden.
Mit der Ionenimplantation auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben betragen, wenn Borionen in einem Kippwinkel von 0° von der Kollektorflächenseite auf der Rückflächenseite implantiert werden, die aufgrund der Ausbildung des kollektorseitigen Öffnungskonus schmaler geworden ist, wie in 8 gezeigt, die wirksame Dosis und der wirksame Implantationsbereich bezüglich der Seitenkantenflächen das 0,58-Fache derselben im Fall einer senkrechten Implantation. Die Energiedichte für das Laserglühen beim Ausbilden der Trennschicht beträgt ebenfalls das 0,58-Fache der Energiedichte, die zum Glühen der Kollektorfläche abgestrahlt wird.
9 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, das aus einer SR-Messung ermittelt wird, wenn Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und einer beschleunigten Energie von 150 keV implantiert und mit der Strahlungsenergiedichte des bereits bekannten Laserglühens bei 3,0 J/cm² unter Verwendung eines YAG2ω-Lasers (Wellenlänge 532 nm, Impulsbreite 100 ns) aktiviert werden. 10A und 10B sind Schnittansichten, die das Ergebnis der Überwachung der Kristalldefekte 20 (Punktdefekte) in Querschnitten der Rückflächen-Kollektorschicht a und Seitenkantenflächen-Trennschicht b zeigen, wenn sie unter den Bedingungen der zuvor beschriebenen Ionenimplantation und des bereits bekannten Laserglühens bestrahlt werden. Die Punktdefekte 20 sind als schwarze Punkte gezeigt.
In den 10A und 10B ist ersichtlich, dass kein Kristalldefekt 20 (Punktdefekt) in der Rückflächen-Kollektorschicht vorhanden ist (10A), aber dass eine große Anzahl von Kristalldefekten 20 (Punktdefekten) in der Seitenkantenfläche vorhanden ist (10B).
11A ist ebenfalls ein Sperrrichtung-Strom/Spannungs-Wellenform-Diagramm, das einen Reststrom (nachstehend ein Sperr-Reststrom) beim Sperr-Vorspannen jedes rückwärts sperrenden IGBT zeigt. Aus 9 ist ersichtlich, dass die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ cm^–3 sowohl in der Rückflächen-Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht überschreitet und dass sie aktiviert sind. Jedoch ist gezeigt, dass die Diffusionstiefe im Vergleich zu den 12 und 13, die sich auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel beziehen, klein ist. Als Ergebnis hiervon ist im Vergleichsbeispiel der 11A der Sperrrichtungsstrom größer als mit dem Blitzlampenglühen der 11B und 11C, die sich auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel beziehen. Dies zeigt an, dass sich, da eine große Anzahl der Kristalldefekte 20 (Punktdefekte), die die Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht begleiten, nahe dem pn-Übergang bleiben, ohne durch das bereits bekannte Laserglühen ausreichend behoben zu werden, der Reststrom, anders als in der Rückflächenseiten-Kollektorschicht, beim Sperr-Vorspannen erhöht hat.
Wie zuvor beschrieben, ist es, da gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Herstellungsverfahren eines rückwärts sperrenden IGBT mit einer Trennschicht, die durch Ausbilden einer V-förmigen Nut unter Anwendung von anisotropem Ätzen und Ausführen einer Ionenimplantation und eines Blitzlampenglühens auf dessen konisch zulaufenden Oberflächen ausgebildet wird, eine Rückflächen-Kollektorschicht und eine Trennschicht ausgebildet werden, in der durch die Ionenimpllantation verursachte Kristalldefekte ausreichend behoben werden, möglich, den Reststrom beim Sperr-Vorspannen zu unterdrücken, und es ist möglich, einen rückwärts sperrenden IGBT bereitzustellen, der eine stabile Druckwiderstands-Ergiebigkeitsrate zeigt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt in einem dritten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens des rückwärts sperrenden IGBT eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens, das ein Laserglühen gemäß der Erfindung, das eine Verbesserung des bereits bekannten Laserglühens ist, bei der Aktivierung der Ionenimplantationsschicht zum Ausbilden der Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-Trennschicht und insbesondere bei der Aktivierung der Ionenimplantationsschicht für die Trennschicht, in der wahrscheinlich Kristalldefekte verbleiben, anwendet.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird nach einer Implantation von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV in den im Wafer ausgebildeten kollektorseitigen Öffnungskonus eine Aktivierung unter Verwendung des YAG2ω-Lasers (Wellenlänge 532 nm, Impulsbreite 100 ns) mit der Strahlungsenergiedichte des Laserglühens gemäß der Erfindung bei einer Energiedichte von 3,6 J/cm², höher als die 3,0 J/cm² des Vergleichsbeispiels, ausgeführt. Des Weiteren ist es ein Verfahren, durch das die Strahlungsenergiedichte, die wahrscheinlicher in einer konisch zulaufenden Oberfläche als in einer senkrechten Oberfläche abnimmt, unter Verwendung des reflektierten Lichts der Laserbestrahlung kompensiert wird, und die Aktivierung wird wirksam ausgeführt. 14 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-p-Typ-Trennschicht b, die aus einer SR-Messung im Fall des dritten Ausführungsbeispiels erhalten wird. Aus dem in 14 gezeigten Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm ist ersichtlich, dass sie, da die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht übersteigt, ausreichend aktiviert sind. Ebenfalls zeigt 14, dass die Spitzenkonzentration um den Betrag leicht höher ist, durch den die Strahlungsenergiedichte höher als der Zustand für das Laserglühen des Vergleichsbeispiels (bereits bekannten Beispiels) der 9 ist, und die Diffusionstiefe ist ebenfalls leicht größer, da die Diffusionswirkung aufgrund von Wärme im Vergleich zu dem Fall des Laserglühens des Vergleichsbeispiels (9) groß ist.
15A und 15B sind Schnittansichten, die den Zustand von Kristalldefekten zeigen, die in der unteren Schicht der Kollektorfläche a und der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht b nach dem Laserglühen gemäß der Erfindung verbleiben. In 15B sind die Punktdefekte 20 als schwarze Punkte gezeigt. Ein Zustand, in dem es eine größere Anzahl schwarzer Punkte gibt, zeigt relativ an, dass die Punktdefektdichte höher ist. 15A zeigt, dass kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche vorhanden ist. Auch zeigt 15B insbesondere, dass die Kristalldefektdichte auf dem Innenseitenabschnitt der Seitenkantenflächen-Trennschicht im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel (10B) niedrig ist und dass die Defekte leicht behoben worden sind. Als Ergebnis hiervon ist der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) im Fall des dritten Ausführungsbeispiels (28B) kleiner als in dem in 28A gezeigten Laserglühen-Vergleichsbeispiel. Dies zeigt, dass die Kristalldefekte, die im Lauf der Zeit mit der Implantation von Ionen in die Innenseite der Sektenkantenflächen-Trennschicht auftreten, durch das erfindungsgemäße Laserglühen ein wenig behoben worden sind. Als Ergebnis hiervon wird angenommen, dass der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner als beim Vergleichsbeispiel (28A) ist. 28A ist die gleiche wie 11A.
Mit einem Siliciumhalbleiter besteht im Fall einer Laserbestrahlung die Gefahr, dass ein Schmelzen des Kristalls bei einer Strahlungsenergiedichte von 5 J/cm² oder mehr auftritt und dass die Halbleitereigenschaften zerstört werden. Infolgedessen ist bei einer Laserbestrahlung eine Strahlungsenergie von 5 J/cm² die Obergrenze. Auch beträgt die Untergrenze der Energiedichte einer Laserbestrahlung, um eine Aktivierung nach einer Ionenimplantation wirksam zu machen, ungefähr 1,2 J/cm². Deswegen beträgt beim Ausführen einer Laserbestrahlung, wobei der Brennpunkt auf eine flache Oberfläche eingestellt ist, die Energiedichte der konisch zulaufenden Oberfläche des rückwärts sperrenden IGBT der Erfindung cos65,9° = das 0,408-Fache an der Si-211-Oberfläche. Um infolgedessen die Laserstrahlungsenergiedichte an der 211-Oberfläche zu 1,2 J/cm² oder mehr zu machen, ist 1,2/0,408 = 2,9 4J/cm² die Untergrenze an der 211-Oberfläche. Wenn eine Laserbestrahlung der p-Typ-Kollektorschicht 6 und der p-Typ-Trennschicht 4b bei einem Kippwinkel von 0° ausgeführt wird, ist es notwendig, die maximale Strahlungsenergiedichte mit der Laserbestrahlung der p-Typ-Kollektorschicht 6 als Bezug zu bestimmen. Als Ergebnis hiervon ist die Aktivierung der p-Typ-Trennschicht 4b wahrscheinlich ungenügend.
16 ist ein Diagramm, das den Grund veranschaulicht, dass die Kristalldefekte durch das Laserglühen gemäß der Erfindung mehr als im Vergleichsbeispiel behoben und verringert werden. Das Laserbestrahlungslicht (Pfeile), das die Seitenkantenflächenschrägen (konisch zulaufende Oberflächen) trifft, wird unter den Seitenkantenflächen durch eine einzige Reflektion reflektiert. Deswegen wird mit einer Laserstrahlungsenergiedichte bei 3,6 J/cm², die größer als die 3,0 J/cm² des bereits bekannten Beispiels sind, durch die Kombination der wirksamen Strahlungsenergiedichte für die konisch zulaufenden Oberflächen von 2,1 J/cm² und der Energiedichte des reflektierten Lichts von 1,05 J/cm² grob eine Strahlungsenergiedichte von 2,1 J/cm² (≅ 3,6J/cm² × 0,58-fach) + 1,05 J/cm² (50% von –≅ 2,1 J/cm²) –≅ 3,1 J/cm² unter den Seitenkantenflächen angelegt. Deswegen wird eine Strahlungsenergiedichte, die der Strahlungsenergiedichte (3,0 J/cm²) der laserbestrahlten Oberfläche (Kollektorfläche) des bereits bekannten Beispiels äquivalent oder größer als diese ist, auch an die Seitenkantenflächen angelegt und es ist möglich, die Kristalldefekte der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht weiter zu beheben. Auch ist im dritten Ausführungsbeispiel ein Fall eines Neigungswinkels von 54,7° einer konisch zulaufenden Oberfläche (16) gezeigt, welcher Winkel durch die Kristallausrichtung von Seitenkantenflächen bestimmt wird, die durch ein Silicium-Nassätzen zum Ausbilden einer V-förmigen Nut ausgebildet sind. Wenn jedoch weiterhin die V-förmige Nut mit einem sanften bzw. flachen Neigungswinkel (weniger als 54,7°) ausgebildet wird, wie in 17 gezeigt, liegt das Reflexionsziel der Laserbestrahlung über dem zuvor beschriebenen Seitenkantenflächen-Unterabschnitt und, da es möglich ist, zu bewirken, dass Licht auf dem mittleren Abschnitt oder oberen Abschnitt der Seitenkantenflächen reflektiert wird, ist es möglich, die Kristalldefekte in den von dem reflektierten Licht getroffenen Bereichen weiter zu beheben. Durch Einstellen der Strahlungsenergiedichte durch Einstellen des Neigungswinkels der Seitenkantenflächen, womit die durch das reflektierte Licht des Lasers bestrahlte Position eingestellt wird, ist es auch auf diese Weise möglich, die Aktivierung und Kristalldefektbehebung einer Vorrichtung mit V-förmigen Nutenseitenkantenflächen einzustellen.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt in einem vierten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens des rückwärts sperrenden IGBT insbesondere eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens, das ein Laserglühen gemäß der Erfindung einsetzt, das sich von demjenigen des dritten Ausführungsbeispiels bei der Aktivierung der Ionenimplantationsschicht der Kollektorschicht und der Seitenkantenflächen-Trennschicht unterscheidet.
Um eine Aktivierung unter Verwendung des YAG2ω-Lasers (Wellenlänge 532 nm, Impulsbreite 100 ns) nach einer Implantation von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV in den im Wafer ausgebildeten kollektorseitigen Öffnungskonus auszuführen, wird die Brennposition des Laserbestrahlungslichts auf eine Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Seitenkantenflächen eingestellt, wobei die Strahlungsenergiedichte des Laserglühens bei 3,6 J/cm² liegt. Da ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, das aus einer SR-Messung in dem Fall ermittelt wird, in dem die Brennposition auf eine Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Seitenkantenflächen eingestellt ist, ungefähr das gleiche wie in dem Fall der 14 ist, ist es möglich, eine ausreichende Aktivierung zu erreichen.
Es ist möglich, die Kristalldefekte im unteren Abschnitt der Seitenkantenflächen unter Verwendung des Verfahrens weiter zu beheben, das das reflektierte Licht einer im dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Laserbestrahlung verwendet. Jedoch ist es in dem Fall, dass die Seitenkantenflächen lang sind, schwierig, die Kristalldefekte in dem oberen Abschnitt der Seitenkantenflächen zu beheben, der von dem reflektierten Licht nicht leicht betroffen ist. Infolgedessen ist es schwierig, selbst wenn die im dritten Ausführungsbeispiel gezeigte Laserbestrahlung unter Verwendung des reflektierten Lichts an einer Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Seitenkantenflächen ausgeführt wird, dass die Strahlungsenergiedichte steigt, und es besteht eine Tendenz, dass die Kristalldefekte wahrscheinlich verbleiben. Daher wird im vierten Ausführungsbeispiel, anders als im dritten Ausführungsbeispiel, ein Verfahren eingesetzt, durch das die Mitte des Brennpunkts zu einem Zeitpunkt einer Laserbestrahlung in eine Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt des Seitenendabschnitts gebracht wird, wie bei dem Blitzlampenglühen des ersten Ausführungsbeispiels, obwohl dies auch von der Brennpunkttiefe des Lasers abhängt (die Brennpunkttiefe des Lasers im vierten Ausführungsbeispiel beträgt 100 μm). Gemäß dem Laserglühen des vierten Ausführungsbeispiels ist es möglich, die Kristalldefekte an einer Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt wirksam zu beheben. Auch ist es möglich, das Laserglühen zum Ausbilden der Kollektorschicht und dasjenige für die Seitenkantenflächen-Trennschicht separat auszuführen.
18A und 18B zeigen den Zustand von Kristalldefekten in der Kollektorfläche a und an einer Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt einer Seitenkantenfläche zeigen. Es ist ersichtlich, dass kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche vorhanden ist und dass es auch weniger Kristalldefekte in der Position vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Seitenkantenfläche als in den Vergleichsbeispielen (10B und 15B des dritten Ausführungsbeispiels) gibt, wie in 18B gezeigt, und dass die Defekte behoben worden ist. Es ist angegeben, dass der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) des vierten Ausführungsbeispiels (28C) kleiner als in dem Laserglühen-Vergleichsbeispiel der 28A ist. Dies zeigt an, dass das Laserglühen des vierten Ausführungsbeispiels bei der Behebung von Kristalldefekten wirksam ist, die die Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht begleiten, wobei als Ergebnis davon angenommen wird, dass der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner ist.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels in Bezug auf die Erfindung, wobei ein Blitzlampenglühen bei der Aktivierung der Ionenimplantationsschichten der Kollektorschicht und der Seitenkantenflächen-Trennschicht verwendet wird. Zum Zeitpunkt eines Blitzlampenglühens wird das Blitzlampenglühen ausgeführt, nachdem der Brennpunkt auf eine solche Weise eingestellt wurde, dass die Brennposition zwischen den oberen Abschnitt und den mittleren Abschnitt der Seitenkantenflächen-Trennschicht kommt.
19 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, die aus einer SR-Messung ermittelt wird, wenn unter Verwendung eines Blitzlampenglühens (Impulsbreite 1 ms) mit der Strahlungsenergiedichte der Blitzlampe bei 30 J/cm² nach dem Implantieren von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV aktiviert wird. Aus 19 ist ersichtlich, dass, wenn die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht überschreitet, sie aktiviert sind. Obwohl die Spitzenkonzentration die gleiche Höhe wie im Fall des in 9 gezeigten Laserglühens hat, ist gezeigt, dass die Diffusionstiefe etwas größer ist, da eine Wärmediffusionswirkung aufgrund der Blitzlampe ausgeübt wird. Auch wird im fünften Ausführungsbeispiel kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche oder der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht erkannt. Als Ergebnis hiervon ist, wie im fünften Ausführungsbeispiel (28D) gezeigt, der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) kleiner als mit dem Laserglühen des in 28A gezeigten Vergleichsbeispiels. Dies zeigt an, dass, da die Kristalldefekte, die die Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht begleitend ausgebildet sind, ausreichend behoben sind, der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner geworden ist und die Aktivierung, d. h. die Behebung der Kristalldefekte, mit dem Blitzlampenglühen des fünften Ausführungsbeispiels wirksam ist. Auch ist des Weiteren angegeben, dass, indem die Mitte des Brennpunkts zum Zeitpunkt eines Blitzlampenglühens in eine Position von einem oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der Trennschicht-Seitenendfläche gebracht wird, es möglich ist, die Kristalldefekte vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt wirksam zu beheben. Auch ist es möglich, das Blitzlampenglühen zum Ausbilden der Kollektorschicht und dasjenige für die Seitenkantenflächen-Trennschicht separat auszuführen.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines sechsten Ausführungsbeispiels, das die Erfindung betrifft, wobei ein Laserglühen bei der Aktivierung der Borionenimplantationsschichten der Kollektorschicht und der Seitenkantenflächen-Trennschicht verwendet wird. 20 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Rückflächen-p-Typ-Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, die aus einer SR-Messung unter Verwendung eines YAG2ω-Lasers (Wellenlänge 532 nm, Impulsbreite 100 ns) ermittelt wird, wobei die Strahlungsenergiedichte des Laserglühens bei 3,8 J/cm² nach dem Implantieren von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV liegt. Aus 20 ist ersichtlich, dass, das die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht überschreitet, sie aktiviert sind. Es ist gezeigt, dass die Spitzenkonzentration etwas höher als im Fall des in 9 veranschaulichten Laserglühens des Vergleichsbeispiels ist, und die Diffusionstiefe etwas größer ist, da eine Diffusionswirkung vorliegt. Mit der Strahlungsenergiedichte des Laserglühens bei 3,8 J/cm² geschieht es nicht, dass die kollektorflächen-(laserbestrahlte Oberfläche)-seitige Borschicht durch Wärme zerstört wird. Dass es durch Bestrahlen mit der Strahlungsenergiedichte, die zu einem Ausmaß erhöht ist, bei dem die Rückflächen-Kollektorflächen-Ionenimplantationsschicht nicht durch die Laserbestrahlung zerstört wird, möglich ist, die Seitenkantenflächen am wirksamsten zu aktivieren und die Kristalldefekte wirksam zu beheben, ist der Gedanke hinter dem Bestimmen der Strahlungsenergiedichte des Laserglühens des sechsten Ausführungsbeispiels. Dieser Punkt ist der Punkt, der sich von dem im dritten und vierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Laserglühen unterscheidet. In dem Fall, dass die Strahlungsenergiedichte des Laserglühens zu hoch ist und der Halbleiterkristall zerstört wird (einen Festphasenfusionszustand übersteigt und wegschmilzt), wird die Kollektorflächen-Borschicht nicht ausgebildet, wie in dem Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm der 21 gezeigt.
In der unteren Schicht der Kollektorfläche oder Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennsicht wird kein Kristalldefekt erkannt, der durch das Laserglühen des sechsten Ausführungsbeispiels aktiviert ist. Mit anderen Worten zeigt dies an, dass, anders als in dem bereits bekannten Beispiel (10B) alle Kristalldefekte in dem innerseitigen Abschnitt der Seitenkantenflächen-Trennschicht behoben sind. Da die Laserstrahlungsenergiedichte größer als im Fall des dritten Ausführungsbeispiels ist, ist auch die Kristalldefekt-Behebungswirkung größer. Der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) im sechsten Ausführungsbeispiel (28E) ist kleiner als im Laserglühen-Vergleichsbeispiel der 28A. Dies zeigt an, da als Ergebnis dessen, dass die Behebung der Kristalldefekte, die mit der Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht einhergehen, wirksam ist, wie zuvor beschrieben, der Reststrom beim Sperr-Vorspannen beträchtlich kleiner geworden ist.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines siebten Ausführungsbeispiels, das auf die Erfindung betrifft, wobei ein Blitzlampenglühen bei der Aktivierung der Borionenimplantationsschichten der Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-Trennschicht angewendet wird.
22 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, die aus einer SR-Messung bei Anwendung eines Blitzlampenglühens (Impulsbreite 1 ms) ermittelt wird, wobei die Strahlungsenergiedichte der Blitzlampe bei 32 J/cm² nach dem Implantieren von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV liegt. Aus 22 ist ersichtlich, dass, da die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht überschreitet, sie aktiviert sind. Es ist gezeigt, dass die Spitzenkonzentration etwas höher ist, da die Energiedichte höher ist, und die Diffusionstiefe etwas größer als im Fall der 14 des fünften Ausführungsbeispiels ist. Mit den 32 J/cm² geschieht es nicht, dass die kollektorflächen-(blitzlampenbestrahlte Oberfläche)-seitige Borschicht durch Wärme zerstört wird. Dass es durch Bestrahlen mit der Blitzlampen-Strahlungsenergiedichte, die zu einem Ausmaß erhöht ist, bei dem die Rückflächen-Kollektorflächen-Ionenimplantationsschicht nicht durch das Blitzlampenglühen zerstört wird, möglich ist, die Seitenkantenflächen am wirksamsten zu aktivieren und die Kristalldefekte wirksam zu beheben, ist der Gedanke hinter dem Bestimmen der Blitzlampen-Strahlungsenergiedichte des Blitzlampenglühens des siebten Ausführungsbeispiels. Dieser Punkt ist der Punkt, der sich von dem im ersten, zweiten und fünften Ausführungsbeispiel beschriebenen Blitzlampenglühen unterscheidet. In dem Fall, dass der Halbleiterkristall zerstört wird (einen Festphasenfusionszustand übersteigt und wegschmilzt), wird keine Borschicht in der Kollektorfläche ausgebildet, in gleicher Weise wie in dem Fremdatomkonzentrations-Profil der 21. Auch wird kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche oder der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht erkannt. Infolgedessen ist der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) des siebten Ausführungsbeispiels (28F) kleiner als in dem Laserglühen-Vergleichsbeispiel der 28A. Da alle Kristalldefekte, die mit der Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht eingehen, behoben sind, ist auch der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner geworden. Das heißt, dies bedeutet, dass die Anwendung des Blitzlampenglühens des siebten Ausführungsbeispiels wirksam ist.
Achtes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines achten Ausführungsbeispiels, das auf die Erfindung betrifft, wobei ein Laserglühen bei der Aktivierung der Borionenimplantationsschichten der Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-Trennschicht verwendet wird.
23 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, die aus einer SR-Messung bei Verwendung eines YAG2ω-Lasers (Wellenlänge 532 nm, Impulsbreite 100 ns) ermittelt wird, wobei die Strahlungsenergiedichte des Laserglühens bei 3,6 J/cm² und eine Bestrahlungsbereich-Überlappungsrate von 67% in der Laserabtastrichtung nach dem Implantieren von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV liegt.
Die Überlappungsrate des Laserbestrahlungslichts ist typisch für das Laserglühen des achten Ausführungsbeispiels und ist ein Verfahren, das ausgeführt wird, um die Aktivierung des Ionenimplantationsbereichs und der Behebung der Kristalldefekte wirksam zu erreichen, ohne die ursprüngliche Laserbestrahlungsvorrichtungs-Strahlungsenergiedichte zu sehr anzuheben.
24A bis 24D sind Veranschaulichungen der Laserbestrahlungslicht-Überlappungsrate. 24A zeigt drei gepulste Laserbestrahlungsregionen 21, 22 und 23, die von jedem der drei gepulsten Laser auf eine solche Weise bestrahlt werden, dass sie sich in der durch den Pfeil gezeigten Laserbestrahlungs-Abtastrichtung nicht überlappen, und 24B zeigt eine rechteckige Impulsstromwellenform 24, die einen gepulster Laser erzeugt, und ein Temperaturprofil 25 des gepulsten Lasers. 24C zeigt einen Zustand, in dem eine Bestrahlung auf eine solche Weise ausgeführt wird, dass die nächsten gepulsten Laserbestrahlungsregionen 22 und 23 die gepulste Laserbestrahlungsregion 21 der 24A überlappen, während ihre Breiten je um ein Drittel verschoben sind. 24D zeigt die rechteckige Impulsstromwellenform 24 zum Erzeugen des gepulsten Lasers und das Temperaturprofil 25 der auf die gepulste Laserbestrahlungsregion 21 der 24A abgestrahlten gepulsten Laser, wobei ihre Breiten je um ein Drittel verschoben sind. Da in den 24C und 24D eine Überlappung der Laserbestrahlungsregionen vorliegt, ist es möglich, zu bewirken, dass der Si-Wafer wirksam Wärme absorbiert, wenn er bestrahlt wird, da der nächste Impuls eindringt, bevor der Temperaturanstieg aufgrund der Laserbestrahlung vollständig aufgehoben ist. Da sich in den 24C und 24D Laserbestrahlungsregionen in zwei Dritteln der gepulsten Laserregion 21 überlappen, ist es leicht, zu bewirken, dass die Temperatur der bestrahlten Regionen ansteigt, auch ohne die Strahlungsenergiedichte eines einzelnen gepulsten Lasers zu erhöhen. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, die Kristalldefekte auch ohne Verwendung der Art hoher Strahlungsenergiedichte, die den Wafer zum Schmelzen bringt, wirksam zu beheben.
Aus 23 ist ersichtlich, dass, da die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht übersteigt, sie aktiviert sind. Es ist gezeigt, dass die Spitzenkonzentration etwas höher als in dem bereits bekannten Laserglühbeispiel ist, das in 9 gezeigt ist, und die Diffusionstiefe etwas größer ist, da es eine Wärmediffusionswirkung gibt. Insbesondere ist durch Erhöhen der Laserbestrahlungsüberlappungsrate die Diffusionstiefe im unteren Abschnitt des Fremdatomkonzentrations-Profils groß. Mit den 3,6 J/cm² geschieht es nicht, dass die kollektorflächen-(laserbestrahlte Oberfläche)-seitige Borschicht durch Wärme zerstört wird. Auch wird kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche oder der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht erkannt. Infolgedessen ist der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) der 28G kleiner als bei dem Laserglüh-Vergleichsbeispiel (28A) und dem vierten Ausführungsbeispiel (28C). Auch bedeutet das, dass, da alle Kristalldefekte, die mit der Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht einhergehen, behoben sind, der Reststrom beim Sperr-Vorspannen ausreichend abnimmt. Infolgedessen ist es möglich, die Wirksamkeit der Laserbestrahlung, die mit einer Überlappungsrate versehen ist, wie zuvor beschrieben, zu bestätigen. Des Weiteren kann, obwohl hier eine Beschreibung einer Überlappungsrate in der Abtastrichtung erfolgt ist, auch eine Überlappungsrate in einer zur Abtastrichtung senkrechten Richtung erhöht werden, und es ist auch wirksam, eine Überlappungsrate sowohl in der Abtastrichtung als auch in einer dazu senkrechten Richtung zu erhöhen, vorausgesetzt, dass die kollektorflächen-(laserbestrahlte Oberfläche)-seitige Borschicht nicht durch Wärme zerstört wird.
Es ist bevorzugt, dass der in der Erfindung verwendete gepulste Laser eine Wellenlänge von 300 nm bis 900 nm hat. Der Grund, den Wellenlängenbereich jedes gepulsten Lasers 300 nm bis 900 nm zu machen, liegt darin, dass es in dem Fall, dass die Wellenlänge weniger als 300 nm beträgt, nicht möglich ist, eine tiefe Region eines FZ-nSi-Substrats zu aktivieren, da die Länge der Durchdringung in das Silicium 0,1 μm oder weniger beträgt, während in dem Fall, dass die Wellenlänge mehr als 900 nm beträgt, die Länge der Durchdringung ebenfalls zunimmt, wobei sie fast vollständig durch eine gewünschte Dicke der p-Typ-Fremdatomschicht und der n-Typ-Fremdatomschicht hindurchgeht und das Glühen unwirksam ist. Da jedoch der gepulste Laserwellenlängenbereich im praktischen Gebrauch bis höchstens 700 nm hinaufgeht, ist ein mehr bevorzugter Bereich 300 nm bis 700 nm.
Indem die Strahlungsenergiedichte eines Impulses eines aus einer Laseremittierungsvorrichtung emittierten Laserstrahls zu einem vorgegebenen Wert (beispielsweise 2,0 J/cm²) gemacht wird, steigt die Temperatur eines durch den einen Impuls bestrahlten Orts an. Nachdem eine Region (beispielsweise ein Punkt) mit einem Impuls eines Laserstrahls bestrahlt ist, wird durch Ausführen einer Abtastungsbestrahlung, die sich mit dem nächsten Impuls überlappt, bevor die von dem ersten Impuls bereitgestellte Wärme vollständig freigesetzt ist, der durch den nächsten einen Impuls bewirkte Temperaturanstieg zu der Temperatur des Orts, an dem die Wärmefreisetzung nicht abgeschlossen worden ist, hinzugefügt. Dadurch ist nach mehreren Impulsbestrahlungen der Spitzenwert der Temperatur gesättigt. Je höher die gesättigte Spitzentemperatur, desto höher ist die Aktivierungsrate. Gemäß dieser Art von Laserbestrahlungsverfahren ist es, indem eine Region wiederholt mit mehreren Impulsen bestrahlt wird, möglich, kontinuierliche pn-Schichten mit einer Strahlungsenergiedichte ausreichend zu aktivieren, die niedriger als diejenige einer Einzelimpulsbestrahlung ist. Dies ist der Gedanke hinter dem Überlappen der Laserbestrahlungen gemäß dem achten Ausführungsbeispiel. Auch ist es durch Niedrighalten der Strahlungsenergiedichte jedes Impulses möglich, die Möglichkeit extrem niedrig zu halten, dass eine Strahlungsmarkierung auf dem Wafer erscheint. Das achte Ausführungsbeispiel ist auch wirksam, wenn die Behebung der Kristalldefekte nach der Ionenimplantation auch unter Anwendung des Verfahrens des sechsten Ausführungsbeispiels schwierig ist.
Neuntes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines neunten Ausführungsbeispiels, das sich auf die Erfindung bezieht, wobei ein Laserglühen bei der Aktivierung der Borionenimplantationsschichten der Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-Trennschicht angewendet wird. 25 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, die aus einer SR-Messung unter Verwendung eines YAG2ω-Lasers Lasers (Wellenlänge 532 nm, Impulsbreite 100 ns) ermittelt wird, wobei die Strahlungsenergiedichte des Laserglühens bei 3,6 J/cm² nach dem Implantieren von Ionen mit einer Bordosis von 1 × 10¹⁵ cm^–2 und beschleunigter Energie von 150 keV liegt und die Wafersubstrattemperatur auf 400°C (= eine Konstante) vor dem Ausführen der Laserbestrahlung eingestellt wird. Da es notwendig ist, dass die Substrattemperatur hier eine solche Temperatur ist, dass die bereit auf der Vorderflächenseite ausgebildete Al-Elektrode nicht schmilzt, ist es erforderlich, dass sie auf 500°C oder weniger gehalten wird. Indem der Anstieg der Substrattemperatur auf diese Weise auf 500°C oder weniger gehalten wird, wirkt nicht nur die Wärme der Laserbestrahlung, sondern auch ein sich aus der Substrattemperatur ergebender Wärmespeicherungseffekt bei der Behebung der Kristalldefekte effektiv, und es ist möglich, wirksam zu aktivieren.
Aus 25 ist ersichtlich, dass, da die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht übersteigt, sie aktiviert sind. Obwohl die Spitzenkonzentration die gleiche Höhe wie in dem Fall des Laserglühens des Vergleichsbeispiels von 9 hat, ist die Diffusionstiefe größer als im dritten Ausführungsbeispiel (14), da es einen Wärmediffusionseffekt gibt. Auch wird kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche oder der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht erkannt. Deshalb ist der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) (28H) kleiner als in den Fällen des Laserglühens des in 28A gezeigten Vergleichsbeispiels und des vierten Ausführungsbeispiels (28C). Auch zeigt dies, dass, da alle Kristalldefekte, die mit der Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht einhergehen, behoben sind (des Weiteren ist der Wärmediffusionseffekt aufgrund der Erwärmung durch die Substrattemperatur größer als im Fall des dritten Ausführungsbeispiels), der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner geworden ist.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines zehnten Ausführungsbeispiels, das die Erfindung betrifft, wobei ein Blitzlampenglühen bei der Aktivierung der Ionenimplantationsschichten der Kollektorschicht und Seitenkantenflächen-Trennschicht verwendet wird.
26 ist ein Fremdatomkonzentrations-Profildiagramm einer Kollektorschicht a und einer Seitenkantenflächen-Trennschicht b, das aus einer SR-Messung ermittelt wird, wobei die Wafersubstrattemperatur auf 400°C (= eine Konstante) vor dem Ausführen des Blitzlampenglühens gehalten wird, wonach ein Blitzlampenglühen (Impulsbreite 1 ms) mit der Blitzenergiedichte bei 30 J/cm² angewendet wird. Da es notwendig ist, dass die Substrattemperatur hier eine solche Temperatur ist, dass die bereits auf der Vorderflächenseite ausgebildete Al-Elektrode nicht schmilzt, ist es erforderlich, dass sie auf 500°C oder weniger gehalten wird. Da die Wafersubstrattemperatur vor der Blitzlampenbestrahlung auf 400°C erhöht und gehalten wird, wirkt nicht nur die Wärme des Blitzlampenglühens, sondern auch ein sich aus der Erwärmung ergebender Wärmespeicherungseffekt bei der Behebung der Kristalldefekte effektiv, es ist möglich, die Seitenkantenflächen wirksam zu aktivieren, und die Wirkung ist so, dass die Kristalldefekte wirksam behoben werden. Aus 26 ist ersichtlich, dass, da die Spitzenkonzentration 1 × 10¹⁹ (cm^–3) sowohl in der Kollektorschicht als auch der Seitenkantenflächen-Trennschicht übersteigt, sie aktiviert sind. Obwohl die Spitzenkonzentration den gleichen Pegel wie in dem Fall des siebten Ausführungsbeispiels (22) hat, ist die Diffusionstiefe etwas größer als im Fall des sechsten Ausführungsbeispiels (20). Mit der Blitzenergiedichte bei 30 J/cm² geschieht es nicht, dass die kollektorflächen-(blitzlampenbestrahlte Oberfläche)-seitige Borschicht durch Wärme zerstört wird. In dem Fall, dass die Kollektorfläche zerstört wird (einen Festphasenfusionszustand übersteigt und wegschmilzt), wird keine Borschicht in der Kollektorfläche ausgebildet. Auch wird kein Kristalldefekt in der unteren Schicht der Kollektorfläche oder der Innenseite der Seitenkantenflächen-Trennschicht erkannt. Als Ergebnis davon ist der Sperrrichtungsstrom (Sperr-Reststrom) des zehnten Ausführungsbeispiels, wie in 28I gezeigt, kleiner als in dem Laserglüh-Vergleichsbeispiel der 28A. Auch bedeutet dies, dass, da alle Kristalldefekte, die mit der Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen-Trennschicht einhergehen, behoben sind, der Reststrom beim Sperr-Vorspannen kleiner geworden ist. Aus der obigen Beschreibung ist verständlich, dass die Nutzung des Wafererwärmens und die Verwendung des Blitzlampenglühens bezüglich einer Struktur, die eine Trennschicht in den Seitenkantenflächen aufweist, wirksam ist.
Obwohl eine Beschreibung eines rückwärts sperrenden n-Typ-IGBT gegeben worden ist, in dem Borionen veranlasst werden, sich in der Trennschicht zu verteilen, ist es vorliegend ebenfalls möglich, Aluminium als p-Typ-Fremdatomionen zu verwenden. Auch ist die Herstellung unter Verwendung von Phosphorionen für ein Trennschicht-Dotiermittel in einem rückwärts sperrenden p-Typ-IGBT möglich.
Auch ist ein Blitzlampenglühen unter Verwendung einer Xenonlampe bevorzugt, aber es gibt kein Problem mit der Anwendung eines Lampenglühens unter Verwendung einer Infrarotlampe oder Halogenlampe, vorausgesetzt, dass eine Blitzlampen-Strahlungsenergiedichte mit einer Impulsbreite von einigen Millisekunden und der hohen Energiedichte, die für eine Aktivierung notwendig ist, erhalten werden kann. 20 J/cm² bis 40 J/cm² ist in diesem Fall als Blitzlampen-Strahlungsenergiedichte bevorzugt.
Gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel ist es, da mit einem rückwärts sperrenden IGBT, bei dem Seitenkantenflächen unter Anwendung von anisotropem Ätzen ausgebildet werden und eine Trennschicht durch Ausführen einer Implantation von Ionen in die Seitenkantenflächen und Glühen ausgebildet wird, eine Kollektorschicht und eine Trennschicht ohne Ionenimplantations-Kristalldefekt ausgebildet werden, der durch die Ionenimplantation in der pn-Übergangsregion verursacht wird, möglich, den Reststrom beim Sperr-Vorspannen zu unterdrücken, und es ist möglich, einen rückwärts sperrenden IGBT bereitzustellen, der eine stabile Ergiebigkeitsrate zeigt.
Merkmale, Komponenten und spezifische Einzelheiten der Strukturen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können ausgetauscht oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden, die für den jeweiligen Anwendungszweck optimiert sind. Soweit jene Modifikationen für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind, sollen sie der Kürze und Prägnanz der vorliegenden Beschreibung halber implizit durch die obige Beschreibung offenbart sein, ohne dass explizit jede mögliche Kombination spezifiziert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2-22869 A [0007]
JP 2001-185727 [0007]
JP 2002-76017 A [0007]
JP 2006-156926 A [0013, 0014]
JP 2004-336008 A [0013, 0014]
JP 2006-303410 A [0013, 0014]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate, mit: Herstellen eines MOS-Gate-Aufbaus auf einer Hauptfläche eines ersten Konduktivitätstyp-Halbleitersubstrats; Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht auf der anderen Hauptfläche; Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht entlang einer konisch zulaufenden Seitenkantenfläche, die durch Ätzen gebildet wird, von einer der beiden Hauptflächen zur anderen Hauptfläche, die die beiden Hauptflächen mit einer Schicht vom gleichen Konduktivitätstyp verbindet, und mit der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht der anderen Hauptfläche verbunden ist; und Ausbilden jeweils einer Emittermetallelektrode auf der Seite des MOS-Gate-Aufbaus und einer Kollektormetallelektrode auf der Seite der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht, wobei beim Bestrahlen mit einer Blitzlampe für ein Blitzlampenglühen nach einer Implantation von Ionen in die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht zur Ausbildung der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht und der zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht der stärkste Anteil der Strahlungsenergie auf eine Tiefenposition vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der konisch zulaufenden Seitenkantenfläche fokussiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 1, wobei die Blitzlampen-Strahlungsenergiedichte für das Blitzlampenglühen eine hohe Dichte von einem Ausmaß ist, bei dem die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht nicht thermisch zerstört wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Blitzlampenglühen für die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht getrennt ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Blitzlampenglühen ausgeführt wird, während eine Haltetemperatur des Halbleitersubstrats auf einer hohen Temperatur gehalten wird, die gleich der oder niedriger als die Schmelztemperatur der Emittermetallelektrode ist.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 4, wobei die Emittermetallelektrode eine Metallelektrodenschicht mit Aluminium als Hauptelement ist.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 5, wobei die Haltetemperatur des Halbleitersubstrats eine hohe Temperatur von 500°C oder weniger ist.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtquelle des Blitzlampenglühens eine Xenonlampe ist, die eine Energiedichte von 20 J/cm² bis 40 J/cm² alle paar Millisekunden besitzt.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtquelle des Blitzlampenglühens eine Infrarotlampe oder Halogenlampe ist, die eine Energiedichte von 20 J/cm² bis 40 J/cm² besitzt.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate, mit: Ausbilden eines MOS-Gate-Aufbaus auf einer Hauptfläche eines ersten Konduktivitätstyp-Halbleitersubstrats; Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht auf der anderen Hauptfläche; Ausbilden einer zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht entlang einer konisch zulaufenden Seitenkantenfläche, die durch Ätzen gebildet wird, von einer der beiden Hauptflächen zur anderen Hauptfläche, die die beiden Hauptflächen mit einer Schicht vom gleichen Konduktivitätstyp verbindet, und mit der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht der anderen Hauptfläche verbunden ist; und Ausbilden jeweils einer Emittermetallelektrode auf der Seite des MOS-Gate-Aufbaus und einer Kollektormetallelektrode auf der Seite der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht, wobei beim Bestrahlen mit einem Laser für ein Laserglühen nach einer Implantation von Ionen in die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht zur Bildung der zweiten Konduktivitätstyp-Kollektorschicht und der zweiten Konduktivitätstyp-Trennschicht der Brennpunkt auf eine Tiefenposition vom oberen Abschnitt zum mittleren Abschnitt der konisch zulaufenden Seitenkantenfläche eingestellt wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 9, wobei die Laserstrahlungsenergiedichte für das Laserglühen eine hohe Dichte von einem Ausmaß ist, bei dem die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht nicht thermisch zerstört wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Laserglühen für die zweite Konduktivitätstyp-Trennschicht und die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht separat ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Laserglühen die Laserstrahlungsenergiedichte durch Verwenden von Licht erhöht, das von der konisch zulaufenden Seitenkantenfläche und dem Seitenkantenflächen-Bodenabschnitt reflektiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Überlappungsrate zu einem Zeitpunkt einer Laserbestrahlung auf ein Ausmaß erhöht wird, bei dem die zweite Konduktivitätstyp-Kollektorschicht nicht durch Wärme zerstört wird.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Laserglühen ausgeführt wird, während die Haltetemperatur des Halbleitersubstrats auf einer hohen Temperatur gehalten wird, die gleich der oder niedriger als die Schmelztemperatur der Emittermetallelektrode ist.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Emittermetallelektrode eine Metallelektrodenschicht mit Aluminium als Hauptelement ist.
Verfahren zum Herstellen eines rückwärts sperrenden Bipolartransistors mit isoliertem Gate nach Anspruch 15, wobei die Haltetemperatur des Halbleitersubstrats eine hohe Temperatur von 500°C oder weniger ist.