JP2007019518A - フィールドストップを有する半導体部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体部品、特にダイオードに関するもので、インプラント形成されたカソードエミツタにおける不均一性が、電気特性に与える影響を及ぼさない、フィールドストップを有する半導体部品、特にダイオード又はIGB下、を提供し、その製造方法も提供する。
【解決手段】アノード、カソード間に形成された、強くドープされた第1ゾーンと、弱くドープされた第2ゾーンと、PN遷移部が設けられたダイオード等で、第1ゾーンと第2ゾーンとの間に、フィールドストップゾーンが非常に高くドープされ、そのドーピング濃度は、pn遷移部の導通状態における氾濫電荷の濃度よりも高い半導体部品。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
本発明は、第1メタライゼーションと第2メタライゼーションとの間に、ある伝導型の強くドープされた少なくとも1つの第1ゾーンと、ある伝導型の、または、上記ある伝導型とは逆の伝導型の弱くドープされた少なくとも1つの第2ゾーンと、pn遷移部とが設けられている半導体基板を有する半導体部品に関する。このような半導体部品は、ダイオードであることが好ましい。また、上記のような半導体部品は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、サイリスタなどであってもよい。さらに、上記半導体部品は、バーティカル構造であることが好ましい。しかしながら、ラテラル構造も可能である。
フリーホイルダイオードは、その正面側から背面側へpn積層となるように実施されていることが好ましい。その場合、全面的な、または、局部的に制限されたp伝導型エミッタとしてのアノードと、弱くドープされたn伝導型ゾーンとしての弱くドープされた半導体基板と、n伝導型エミッタとしてのカソードとは、相互に積み重ねられている。この場合、カソードは、全面的であり、アノードとほぼおなじ大きさ、または、アノードよりも大きくてもよいが、アノードよりも小さく局部的に形成されていてもよい。カソード面は、アノードよりも小さく局部的に形成されている場合は、アノード面よりも小さい。カソード面をこのように制限することにより、カソードの横方向へのエミッタ作用を設定する。必要であれば、弱くドープされたn伝導型ゾーンとn伝導型エミッタとの間に、n伝導型フィールドストップゾーンをさらに配置することができる。
上記伝導型は、場合によっては逆であってもよい。その場合、np積層となる。
伝導型エミッタは、様々な方法で製造される。したがって、好ましい方法の1つは、イオンインプランテーションを行い、その後、温度アニーリング工程を行って、n伝導型エミッタを製造することである。したがって、つまり、半導体基板の背面側に、例えばnドープされたイオンをインプラントし、続いて、温度アニーリング工程を実施する。その結果、n伝導型エミッタが、n半導体基板の背面側に形成される。その結果、いわゆる平坦なエミッタが形成される。
または、このようなn伝導型エミッタを、半導体基板の原材料を深くn拡散することによって生成することができる。または、エピタキシャルウエハーのn伝導型基板から生成することができる。しかしながら、これらの2つの方法では、全面的なまたは広域的にパターン化されたエミッタしか製造できず、面積を制限することによって、このようなエミッタのエミッタ作用を目的を絞って設定することはできない。したがって、イオンインプランテーションによって、半導体部品用のn伝導型エミッタを生成することが有利である。
好ましい一形態では、カソードエミッタが、アノードの面積よりも小さい面積に制限されており、電荷キャリアの注入は、半導体基板の縁辺域に行くにつれて少なくなる。その結果、これらの縁辺域には、ダイオードの転流時に、弱点が残らなくなる。しかしながら、イオンインプランテーションによって生成される平らなエミッタの欠点は、イオンインプランテーション時の小さな欠陥、または、例えばアルミニウムからなるカソードメタライゼーションのスパイクなどによって、エミッタの面が中断される点である。つまり、インプラントされる平坦なエミッタは、その広がりが、多くの場合は不均一であり、このことにより、エミッタ作用が減衰されてしまう。ダイオードの激しい転流では、このような不均一性に対して、例えばフィラメントが局部集中する可能性がある。それ以外の場合、これらのフィラメントは、不均一性がなければ、半導体基板のスイッチングの間は移動している。カソードメタライゼーションがアルミニウムから成る場合は、特に、アルミニウムスパイク、または、半導体基板のシリコンにおけるアルミニウム濃度の局部的な上昇は、不利に作用する。なぜなら、これらは、n伝導型のカソードエミッタにおいて、局部的にp伝導型のエミッタ領域となっているからである。
インプラントされた平坦なエミッタがこのように局部的に変化することにより、既に早期に、すなわち、破壊臨界をかなり下回っている段階で、部品の電気的な特性が変化する。したがって、上記不均一性のせいで、特に逆電流が非常に上昇する。確かに、これまでは、上記不均一性のせいでスイッチング時に部品が早期に破壊されることを特定することができなかった。しかしながら、背面側のカソードエミッタに集中して生じる不均一性は、スイッチング頑健性の臨界を決定するための試験で、背面側のちょうど不均一なところのアノードにおいて部品が破壊されてしまう、ということを示した。
上記不均一性は、半導体基板の原材料の深いn拡散、または、エピタキシャルウエハーのn伝導型基板を有する深いカソードエミッタでは生じない。とりわけ、このような深いカソードエミッタは、上記で既に述べたような縁辺制限はされておらず、その結果、深型カソードエミッタの整流強度は制限されていない。特性曲線湾曲の効果は、ダイオードが非常に頑健な場合のみ生じる。なぜなら、あまり頑健でないダイオードは、整流があまり激しくなくても破壊されるからである。したがって、製造時のデータシートまたはスクリーニング試験における信頼のおける整流を、阻止特性を依然として変化させない1つの整流に制限したままにしておく必要がある。しかしながら、このことにより、対応するIBGTのスイッチオン損失を最小限にすることはできない。
局部的にインプラントされたカソードが、平坦なカソードエミッタよりも深く拡散できるのは、縁辺端部とアノードとが、対応して高い熱量に耐える場合のみである。例えば、堆積された酸化物を縁辺端部のために使用する場合は、高い熱量に耐え得ない。さらに、部品の半導体基板を形成する半導体ウエハーは、カソードを製造する際に既に薄くなっており、したがって、その最終的な、比較的少ない厚みになっている。
したがって、本発明の目的は、平坦な背面側のエミッタにおける不均一性が部品の電気的な特性に対して不利な影響を及ぼさない半導体部品、および、特に、ダイオード、または、IGBTを提供することである。
上記目的は、冒頭部分で述べたような半導体部品では、本発明に基づき、第1ゾーンと第2ゾーンとの間にある伝導型の領域を設けることにより達成される。この領域は非常に高くドープされているので、そのドーピング濃度は、pn遷移部の導通状態の氾濫電荷の電荷キャリアの濃度よりも高くなっている。この領域のドーピングの濃度は、nドーピングに対しては1018〜1020個のドナー/cmであり、pドーピングに対しては1017〜1019個のアクセプタ/cmであることが好ましい。この場合、上記領域は、上記第1メタライゼーションと第2メタライゼーションとの間に約0.5μm〜2μm広がっている。上記氾濫電荷の上記電荷キャリアの上記濃度は、約1015〜1017個の電荷キャリア/cmである。つまり、この濃度は、上記領域のドーピング濃度よりも低い。
したがって、本発明では、半導体部品としてのダイオードまたはIGBTにおいて、実際のカソードエミッタの前に、ある伝導型の領域を、つまり、pn積層ではn伝導型領域を、約80keV〜1000keV、好ましくは約170keVの比較的高いエネルギーを有する線量率によってインプラントすることが考えられる。この比較的高いエネルギーにより、一方では、場合によっては、堆積される、より大きな粒子を、半導体基板の背面側にも照射することができ、他方では、この高いエネルギーによって達成される浸透度は、約300nmの深さまで達する典型的なメタライゼーションスパイクの広がりよりも大きい値になる。n伝導型領域をこのように形成することにより、実際のカソードエミッタ前の電場は、スパイクの領域においても確実に阻止される。とりわけ、この領域は、実際のカソードエミッタの空隙においても、導通動作中、および、半導体部品のスイッチング時に、ある程度の電子の放出を保証する。上記ある伝導型の領域のドーピングを上げることにより、他方の伝導型の低くドーピングされた濃度、つまり、例えば、n伝導型の領域におけるスパイクのpドープされたAL濃度が、過補償される。その結果、結果的に依然として残っている、上記他方の伝導型の局部エミッタは、つまり、この実施例では局部pエミッタは、著しく減衰される。
フィールドストップする領域をインプランテーションする際の線量率は、カソードエミッタをインプランテーションする際に使用される線量率のほんの数パーセントであることが好ましい。このフィールドストップする線量率は、約5E12...1E14個のドーピング材原子/cmであることが好ましい。その結果、インプランテーションを、いわゆる平均電流インプランタによって簡単に行うことができる。平均電流インプランタは、高電流インプランタよりも著しく高い加速エネルギー、つまり、例えば、上述の80keV〜1000keVのインプランテーションエネルギーを有している。一方、高電流インプランタは、エネルギーが典型的に約20keV〜80keVである場合に、少なくとも1E15個のドーピング材原子/cmの線量率を提供する。背面側のnエミッタに対する典型的な線量率は、5E14〜5E15個のドーピング材原子/cmである。
このインプランテーションの主な利点は、より深くに位置する領域の線量率は、カソードエミッタの上面付近のエミッタゾーンとは異なり、インプランテーションされた領域のアモルファス化に基づいていない点である。なぜなら、上記線量率は、アモルファス化線量率よりも著しく低いからである。上記アモルファス化線量率は、シリコン中の燐に対しては、約6E14/cm、および、シリコン中のホウ素に対しては、8E16/cmである。したがって、このことは特に意味がある。なぜなら、メタライゼーションに使用されるアルミニウム、または、実際に使用される他の金属を、結晶化されたシリコン領域よりもアモルファス化されたシリコン領域に非常に簡単に浸透させることができるからである。言い換えれば、生成されるメタライゼーションスパイクは、アモルファス化されたゾーン(つまり、実際のカソードエミッタ領域)ではほぼ制限される。
フィールドストップする領域のインプランテーションを、例えば、数μmの層厚を有するレジスト層によってマスクすることができる。この場合、インプランテーション時の線量率が比較的少ないことにより、レジストは崩壊しない。したがって、この第1インプランテーションの直後またはアニーリング工程の後に、実際のエミッタはインプランテーションされる。インプランテーションが、同じアニーリング工程において1つのオーブンで処理される場合、実際のエミッタインプランテーションの結晶欠陥により、フィールドストップする領域の拡散が加速されより深くなる。この場合、アニーリング工程は、約750℃〜1000℃の温度で、数10分〜数時間行われる。
例えばセレニウムまたは陽子のインプランテーションによってドープされている通常のフィールドストップゾーンに加えて、本発明のフィールドストップする領域をさらに設けることができる。したがって、ちょうど、フィールドストップする領域の目的は、まず第1に、スパイクの作用を抑制することである。このようにフィールドストップゾーンを付加することの利点は、したがって、フィールドストップする領域に対して選択された線量率の上限が、アモルファス化線量率によってのみ制限されている点である。なぜなら、スイッチオフ時の半導体部品の軟性度は、例えばセレニウムのドープされた従来のフィールドストップゾーンのドーピング特性によってほぼ決定されるからである。
以下で、図を参照して本発明を詳しく説明する。図1は、本発明の第1実施例のダイオードの断面図である。図2は、本発明の第2実施例のダイオードの断面図である。図3は、図1または図2の実施例を詳しく示す拡大図である。図4は、第1変化形に基づく本発明の半導体部品の背面側領域のドーピングの推移を示すグラフである。図5は、第2変化形に基づく本発明の半導体部品の背面側領域のドーピングの推移を示すグラフである。図6Aは、本発明の他の一実施例のIGBTの断面図である。図6Bは、図6AのIGBTのドーピングの推移を示すグラフである。図7は、本発明の半導体部品の電流/電圧特性曲線を示すグラフである。
図1に、本発明の第1実施例のフリーホイルダイオードの断面を示す。例えばシリコンまたは他の適切な半導体材料からなる半導体基板は、n伝導型ドリフト経路1を形成し、厚みdを有している。他の適切な半導体材料は、例えば、シリコンカーバイド、AIIIBV化合物半導体などである。厚みdは、例えば5μm/1000V〜15μm/1000Vの阻止能力を有していてもよく、つまり、3300Vの部品に対しては、約300μm〜450μmであることが好ましい。しかしながら、他の値であってもよい。
伝導型ドリフト経路1に、p伝導型アノードエミッタ2を埋設する。上記p伝導型アノードエミッタ2は、例えばマスクされた拡散によって生成されるものであり、したがって、制限されている。半導体基板のアノードエミッタ2の反対側の背面側にn伝導型カソードエミッタ4があり、n伝導型カソードエミッタ4には、n伝導型フィールドストップゾーン6が任意に設けられている。好ましくはセレニウムによってドープされているn伝導型フィールドストップゾーン6は、場合によっては省くことができる。
アノードエミッタ2には、アノードメタライゼーション3が設けられており、カソードエミッタ4は、カソードメタライゼーション5を備えている。双方のメタライゼーション3・5のために、好ましくはアルミニウムを使用することができる。したがって、アノード電極Aとカソード電極Kとが形成される。
半導体基板の縁辺域のドリフト経路1に、さらに、p伝導型保護リング7・8が埋設されている。これらの保護リング7・8は、フィールドプレート11・10に電気的に接続されている。同じく、アノードメタライゼーション3は、フィールドプレート9に接続されている。また、ドリフト経路1または半導体基板の縁辺部に、さらに、フィールドプレート12が備えられている。このフィールドプレート12は、カソードメタライゼーション5に電気的に接続されている。フィールドプレート9・10・11・12は、半導体部品の縁辺部の電気的な安定化のための保護リング7・8のように機能し、縁辺部のフィールド先端などを低減する。
縁辺端部は、図1の実施例とは異なって形成されていてもよい。その場合は、例えば、フィールドプレートだけを、または、保護リングだけを備えること、または、縁辺部を適切にエッチングし、絶縁層を充填することが可能である。ダイオードの電気的にアクティブな層の厚みは、厚みdによって、いずれにせよ決定される。
本発明では、カソードエミッタ4と任意に備えられたフィールドストップゾーン6とに加えて、n伝導型領域16がさらに設けられている。n伝導型領域16は、カソード背面側から半導体基板へのインプランテーションによって埋設されたものであり、1018〜1020個のドナー/cmのドーピング濃度を有している。領域16に適したドーピング材は、例えば、燐である。領域16の厚みは、メタライゼーション5とメタライゼーション3との間で約0.5μm〜2μmである。
pアノードエミッタ2とnドリフト経路との間のpn遷移部を導通方向にバイアスすると、カソードエミッタ4の領域の氾濫電荷は、約1015〜1017個の電荷キャリア/cmになる。したがって、1018〜1020個のドナー/cmを有する領域16のドーピング濃度は、pn遷移部の導通状態における氾濫電荷の電荷キャリアの濃度よりも高い。
フィールドストップゾーン6のドーピング濃度は、約1014〜数1015個のドナー/cmである。フィールドストップゾーンは、セレニウムによってドーピングされていることが好ましい。
したがって、本発明において重要なのは、任意に設けられた従来のフィールドストップゾーン6に加えて、n伝導型領域16がさらに備えられており、このn伝導型領域16は約1018〜1020個のドナー/cmのドーピング濃度でドープされていることである。pドーピング時は、このドーピング濃度はやや低く、1017〜1019個のアクセプタ/cmである。領域16の層厚は、双方のメタライゼーション5・3間では約0.5μm〜2μmである。nカソードエミッタ4の一般的な層厚は、約100nmである。すなわち、n伝導型領域16は、カソードエミッタ4よりもかなり厚く形成されている。
図2に、ダイオードの形態の本発明の半導体部品の他の実施例を示す。この実施例と図1に示す実施例との主な相違点は、n伝導型のカソードエミッタ4は、ここでは非常に小さな面積に形成されており、それゆえ、pアノードエミッタ2よりもd’だけ小さな直径を有している点である。大きさd’に対する通常の値は、導通状態の部品の電荷キャリアの同時二極性の拡散の長さの少なくとも約2倍に相当している。したがって、フリーホイルダイオードにおける通常の同時二極性キャリア寿命が約0.5μs〜10μsである場合、d’の値は、約60μm〜300μmとなる。
図3に、カソードエミッタ4とn伝導型領域16の形状を拡大して示す。この場合、アルミニウム、すなわち、カソードメタライゼーション5の材料からなるスパイク13・14がある。さらに、nカソードエミッタ4にはドーピングされていない場所15が生じている。双方の不均一性、つまり、アルミニウムスパイク13・14と空隙15とは、n伝導型領域16によって「被覆」される。その結果、スパイク13・14における低いpドープされたアルミニウム濃度は、過補償され、空隙15においても、ダイオードの導通動作中、および、スイッチング時に、ある程度の電子の放出が生じる。スパイク13・14において、最終的に依然として残っている局部的なpエミッタは、いずれにせよ著しく減衰される。
図4および図5に、n伝導型領域16と任意に設けられたn伝導型フィールドストップゾーン6とのnカソードエミッタ4の領域におけるドーピング濃度の推移を示す。図4の分布は、まず、領域16を形成するために、170keVのエネルギーで、5E13/cmの線量率で、燐イオンインプランテーションを行い、次に、950℃で約90分間加熱処理し、最後に、カソードエミッタ4を形成するために、30keVのエネルギーで、1E15/cm2の線量率で、さらに燐イオンインプランテーションを実施する場合に得られるものである。
図5のドーピング濃度の推移は、インプランテーションに対する量およびエネルギーは同じ2回のイオンインプランテーションの後に、加熱処理を950℃で90分間行う場合に得られるものである。
図4と図5とを比較すると、2回のイオンインプランテーションの間ではなく、2回のイオンインプランテーションの後に加熱処理をしたほうが、ドーピング濃度の推移が「なだらかに」なることが分かる。
さらに、図4および図5から、n伝導型の領域16により、約0.2μm〜0.6μmの深さでのドーピング濃度は、領域16が無い場合のドーピング濃度よりも非常に高くなっていることが分かる。
図6Aおよび図6Bに、p基板領域21を有するIGBTに基づく本発明の他の一実施例を示す。
図1および図2の実施例との違いは、この実施例では、p伝導型エミッタ4’と、本発明に基づくp伝導型領域16’とが備えられている点である。n伝導型フィールドストップゾーン6は、同じく任意である。とりわけ、図6Aは、n伝導型ソースゾーン17とゲート電極18とをさらに示す。ゲート電極は、多結晶シリコンからなっていてもよく、例えば二酸化シリコンからなる絶縁層19に埋設されている。
正面側の形態、すなわち、例えば、半導体基板の表面上の絶縁層19におけるゲート電極18の構造は、この発明では任意であることが分かる。つまり、図に示した平坦な形態の代わりに、トレンチ型を選択してもよい。
むしろ、本発明で重要なことは、p伝導型エミッタ4’の「背面側」に、図1および図2の実施例の領域16に相当するp伝導型領域16’がさらに追加されている点である。この領域16または16’は、非常に高くドープされているので、そのドーピング濃度は、いずれにせよ、ゾーン1とゾーン2との間にあるpn遷移部の導通状態の氾濫電荷の濃度x(図6B参照)を上回っている。当然、背面側のエミッタは、図2と同様に、横方向へは、セル領域よりも小さく実施されている。
最後に、図7に、逆電流Iの推移を、メタライゼーション3・5に印加される電圧Uの関数で現す。本発明に対応する、つまり、領域16(または16’)を有するダイオードの形態では、逆電流Iは、電圧Uにおいて事実上急激に上昇する。一方、この領域16(または16’)が無い場合、ダイナミックな負荷の後、既に早期から曲線20に対応する湾曲が生じる。
本発明の第1実施例のダイオードの断面図である。 本発明の第2実施例のダイオードの断面図である。 図1または図2の実施例を詳しく示す拡大図である。 第1変化形に基づく本発明の半導体部品の背面側領域のドーピングの推移を示すグラフである。 第2変化形に基づく本発明の半導体部品の背面側領域のドーピングの推移を示すグラフである。 本発明の他の一実施例のIGBTの断面図である。 図6AのIGBTのドーピングの推移を示すグラフである。 本発明の半導体部品の電流/電圧特性曲線を示すグラフである。
符号の説明
1 nドリフト経路
2 pアノードエミッタ
3 アノードメタライゼーション
4 nカソードエミッタ
4’ n伝導型エミッタ
5 カソードメタライゼーション
6 nフィールドストップゾーン
7 p保護リング
8 p保護リング
9 第1フィールドプレート
10 第2フィールドプレート
11 第3フィールドプレート
12 第4フィールドプレート
13 Alスパイク
14 Alスパイク
15 エラードーピングを有する場所
16 n領域
16’ p領域
17 ソースゾーン
18 ゲート電極
19 絶縁層
20 曲線

Claims (17)

  1. 第1メタライゼーション(5)と第2メタライゼーション(3)との間に、ある伝導型の強くドープされた少なくとも1つの第1ゾーン(4,4’)と、上記ある伝導型の、または、上記ある伝導型とは逆の伝導型の弱くドープされた少なくとも1つの第2ゾーン(1)と、pn遷移部とが設けられている半導体基板(1)を有する半導体部品であって、
    上記第1ゾーン(4,4’)と上記第2ゾーン(1)との間に、上記ある伝導型の領域(16,16’)が設けられており、上記領域(16,16’)は、非常に高くドープされ、そのドーピング濃度は、上記半導体部品の導通状態では、氾濫電荷の電荷キャリアの濃度よりも高いことを特徴とする半導体部品。
  2. 上記領域(16,16’)の上記ドーピング濃度は、nドーピングに対しては1018〜1020電荷キャリア/cmであり、pドーピングに対しては1017〜1019電荷キャリア/cmであることを特徴とする請求項1に記載の半導体部品。
  3. 上記領域は、上記第1メタライゼーション(5)と第2メタライゼーション(3)との間に約0.5μm〜2μm広がっていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体部品。
  4. 上記氾濫電荷の上記電荷キャリアの上記濃度は、約1015〜1017個の電荷キャリア/cmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体部品。
  5. フィールドストップゾーン(6)がさらに備えられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体部品。
  6. 上記のさらなるフィールドストップゾーン(6)の上記ドーピング濃度は、約1014〜5×1015個のドナー/cmであることを特徴とする請求項5に記載の半導体部品。
  7. 上記の更なるフィールドストップゾーン(6)は、セレニウムによってドープされていることを特徴とする請求項5または6に記載の半導体部品。
  8. 上記の更なるフィールドストップゾーン(6)は、陽子のインプランテーションによってドープされていることを特徴とする請求項5または6に記載の半導体部品。
  9. 上記領域(16,16’)は、燐によってドープされていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体部品。
  10. 上記第1メタライゼーション(5)と上記第2メタライゼーション(3)との間に延びる上記領域(16,16’)は、ドーピング濃度の少なくとも1つの最大値を有していることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体部品。
  11. 上記半導体部品は、ダイオードまたはIGBTであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体部品。
  12. 上記半導体基板(1)の縁辺端部は、保護リング(7,8)および/またはフィールドプレート(9,10,11,12)を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体部品。
  13. 上記領域(16,16’)を、強くドープされた上記第1ゾーン(4,4’)と共に、少なくとも2回のインプランテーション工程によって生成することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体部品の製造方法。
  14. 上記半導体基板の上記材料のアモルファス化線量率を著しく下回る線量率を有する深いエミッタを生成し、
    上記半導体基板の材料のアモルファス化線量率を上回る線量率を有する平坦なエミッタを生成することを特徴とする請求項13に記載の製造方法。
  15. 第1インプランテーション工程は、約80keV〜1000keVのインプランテーションエネルギーにおいて、約5E12〜1E14のドーピング材原子/cmの線量率を有し、第2インプランテーション工程は、約20keV〜80keVのインプランテーションエネルギーにおいて、約5E14〜5E15のドーピング材原子/cmの線量率を有することを特徴とする請求項13または14に記載の製造方法。
  16. 上記第1および/または第2インプランテーション工程の後に、加熱処理を行うことを特徴とする請求項13〜15のいずれか1項に記載の製造方法。
  17. 上記加熱処理を、約750℃〜1000℃の温度で、数10分〜数時間実施することを特徴とする請求項16に記載の方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009018775A1 (de) 2008-08-26 2010-03-11 Mitsubishi Electric Corporation, Tokyo Halbleitervorrichtung mit IGBT
WO2014206189A1 (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 无锡华润上华半导体有限公司 场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
JP2016096212A (ja) * 2014-11-13 2016-05-26 富士電機株式会社 半導体装置、および、半導体装置の製造方法
CN113066850A (zh) * 2020-01-02 2021-07-02 比亚迪半导体股份有限公司 逆导型igbt器件及制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006025958B3 (de) * 2006-06-02 2007-10-11 Infineon Technologies Ag Sanft schaltendes Halbleiterbauelement mit hoher Robustheit und geringen Schaltverlusten

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63296337A (ja) * 1987-05-28 1988-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路の製造方法
JPH0474417A (ja) * 1990-07-16 1992-03-09 Matsushita Electron Corp 半導体装置の製造方法
JPH08125200A (ja) * 1994-10-25 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2001144293A (ja) * 1999-11-12 2001-05-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 半導体装置
JP2001326353A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Toshiba Corp 半導体装置
JP2002076371A (ja) * 2000-06-12 2002-03-15 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JP2002314084A (ja) * 2001-02-09 2002-10-25 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2005064429A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5929469A (ja) * 1982-08-11 1984-02-16 Hitachi Ltd 半導体装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63296337A (ja) * 1987-05-28 1988-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路の製造方法
JPH0474417A (ja) * 1990-07-16 1992-03-09 Matsushita Electron Corp 半導体装置の製造方法
JPH08125200A (ja) * 1994-10-25 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2001144293A (ja) * 1999-11-12 2001-05-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 半導体装置
JP2001326353A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Toshiba Corp 半導体装置
JP2002076371A (ja) * 2000-06-12 2002-03-15 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JP2002314084A (ja) * 2001-02-09 2002-10-25 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2005064429A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置およびその製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009018775A1 (de) 2008-08-26 2010-03-11 Mitsubishi Electric Corporation, Tokyo Halbleitervorrichtung mit IGBT
US7750438B2 (en) 2008-08-26 2010-07-06 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
WO2014206189A1 (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 无锡华润上华半导体有限公司 场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
US10096699B2 (en) 2013-06-27 2018-10-09 Csmc Technologies Fab1 Co., Ltd. Field-stop reverse conducting insulated gate bipolar transistor and manufacturing method therefor
JP2016096212A (ja) * 2014-11-13 2016-05-26 富士電機株式会社 半導体装置、および、半導体装置の製造方法
CN113066850A (zh) * 2020-01-02 2021-07-02 比亚迪半导体股份有限公司 逆导型igbt器件及制备方法

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