JP2014090072A - 逆阻止mos型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オン電圧への影響を小さくしながら、逆漏れ電流を従来よりさらにいっそう低減することのできる逆阻止MOS型半導体装置の提供。
【解決手段】逆阻止MOS型半導体装置において、n型半導体基板1の主面方向では、p型ベース領域2の平面パターンの下層に対応する領域範囲であって、前記n型半導体基板1の深さ方向では、前記p型ベース領域2の深さ方向の底面のpn接合面で対峙する両側でpn接合面の近傍で跨る領域範囲に、ヘリウムイオンの照射によるライフタイム制御領域30が選択的に設けられている逆阻止MOS型半導体装置とする。
【選択図】図1
【解決手段】逆阻止MOS型半導体装置において、n型半導体基板1の主面方向では、p型ベース領域2の平面パターンの下層に対応する領域範囲であって、前記n型半導体基板1の深さ方向では、前記p型ベース領域2の深さ方向の底面のpn接合面で対峙する両側でpn接合面の近傍で跨る領域範囲に、ヘリウムイオンの照射によるライフタイム制御領域30が選択的に設けられている逆阻止MOS型半導体装置とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、電力変換装置などに用いられる逆阻止IGBTなどの逆阻止MOS型半導体装置及びその製造方法に関する。ここでIGBTは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのことである。
近年、半導体素子を用い、AC(交流)/AC変換や、AC/DC(直流)変換、DC/AC変換などを行うための電力変換回路では、電解コンデンサや直流リアクトルなどで構成される直流平滑回路を不要にできる直接リンク形変換回路として、マトリクスコンバータが知られている。このマトリクスコンバータは交流電圧下で使用されるため、それに搭載される複数のスイッチングデバイスには、順、逆方向に電流制御可能な双方向スイッチングデバイスを必要とする。
最近、回路の小型化、軽量化、高効率化、高速応答化および低コスト化等の観点から、前記双方向スイッチングデバイスを、図6の等価回路図に示すように2個の逆阻止IGBTを逆並列接続構成としたものが着目されている。逆阻止IGBTの逆並列接続構成には、逆方向電圧を阻止するためのダイオードを不要にできるメリットが得られるからである。すなわち、前記逆阻止IGBTは、逆耐圧を順耐圧と同程度の耐圧にすると共に耐圧信頼性も高めた特性を有するデバイスを言う。
一方、従来の電力変換回路に使用される通常のIGBTでは、逆耐圧を有しない通常のトランジスタやMOSFETと同様に、有効な逆耐圧は不要とされていたので、逆耐圧が順耐圧に比べて低く耐圧信頼性も低い性能のIGBTで充分であった。
図2は、従来の逆阻止IGBTを示す断面模式図である。この逆阻止IGBTは、デバイスチップのシリコン半導体基板の表面側の中央部に、主電流の流れる活性領域110に含まれるプレーナ型のMOSゲート構造を有し、この活性領域110の外側に耐圧構造領域120を有する。さらに、この耐圧構造領域120の外周を取り巻く位置に、両主面間を半導体基板の導電型と異なる導電型の拡散領域で連結するp型分離領域31を備える。このような深いp型分離領域31をn型半導体基板の一方の主面からの熱拡散のみにより形成するためには、その拡散深さを耐圧で決まる基板の厚さ以上の深さにする必要があるので、高温長時間の熱拡散ドライブ処理を必要とする(特許文献1)。その高温長時間の熱拡散ドライブ処理条件は、例えば、逆阻止IGBTの耐圧クラス600V〜1200Vのウエハ厚を約50〜180μmとした場合、耐圧600Vでは1300℃で約100時間(拡散深さ100μm程度の場合)、耐圧1200Vでは1300℃で約300時間(拡散深さ200μm程度の場合)となる。
前述した従来の逆阻止IGBTの各半導体領域について簡単に説明する。活性領域110は、n-型ドリフト領域1、p型ベース領域2、n+型エミッタ領域3、ゲート酸化膜4、ゲート電極5、層間絶縁膜6、エミッタ電極9およびp型コレクタ領域10、コレクタ電極11などを備える縦型のIGBTの主電流の経路となる領域である。前記p型分離領域31は、ボロンの熱拡散により半導体基板の表面から裏面側のp型コレクタ領域10に達する深さ以上に形成されるp型の拡散領域である。このp型分離領域31によって、逆耐圧接合であるp型コレクタ領域10とn-型ドリフト領域1の間のpn接合面の終端部がチップ化の際の切断面となるチップ側端面12に露出せず、絶縁膜で保護された耐圧構造部120の表面13に露出するので、逆耐圧信頼性を高くすることができる。
図7((a)〜(d))は、そのような逆阻止IGBTに必要とされるp型分離領域31を形成する従来の不純物拡散プロセスを示す製造工程断面図である。500μm以上の厚いシリコン半導体基板100の表面側に約0.8μm〜2.5μm程度の膜厚の熱酸化膜101をドーパントマスクとして形成する(図7(a))。この酸化膜101をパターニングして不純物をドープするための開口部102を形成する(図7(b))。開口部102から不純物となるボロンをイオン注入103する(図7(c))。ドーパントマスクとして用いた熱酸化膜101を除去する。高温(1300℃)、長時間(100時間〜300時間)の熱拡散ドライブ処理を行い、100μm〜200μm程度の深さのp型の拡散領域104を形成する(図7(d))。このp型の拡散領域104を前述したp型分離領域31として利用する。その後、シリコン半導体基板100の表面に再度酸化膜を形成し、前述のMOSゲート構造および必要な表面側機能領域を形成するプロセスを施す。スイッチング速度の高速化、逆漏れ電流の低減、逆回復耐量の向上のために、シリコン半導体基板100全面に電子線照射によるライフタイム制御プロセス(図示せず)を施す。シリコン半導体基板100の裏面から前記p型の拡散領域104の底部に達するまで破線で示すように研削し除去して薄い半導体基板1とする。この裏面に図示しないp型コレクタ領域とコレクタ電極を形成し、一点鎖線で示すスクライブライン105でシリコン半導体基板1を切断する(図7(d))。切断された逆阻止IGBTが前記図1の断面模式図となる。
しかし、逆阻止型IGBTでは、前述のように深いp型分離領域31の形成のために高温長時間の熱拡散ドライブ処理を必要とするので、それに伴い半導体基板内に多くの格子間酸素が導入され、酸素ドナー化現象が生じ、酸素析出物や結晶欠陥などが形成される。その結果、通常のIGBTに比べて半導体基板1中のpn接合近傍で発生する逆漏れ電流が高くなるだけでなく、半導体基板1上に形成される熱酸化膜の耐圧、信頼性についても大幅に劣化する惧れが大きくなる。例えば、図8は、前述した図7に示す不純物拡散プロセスにより形成されたp型分離領域31を有する逆阻止IGBT(図1)の逆耐圧波形を示す電流I−電圧V波形特性図である。シリコン基板内に結晶欠陥がほとんど存在しないとすると、図8(a)に示すような電流の立ち上がりが角張ったハード波形を示すが、実際には前述の酸素析出物等に起因して結晶欠陥が多い領域を含むので、同図(b)のように電流の立ち上がりがなだらかで逆漏れ電流が大きいソフト波形になる。同図の一点鎖線で示す規格耐圧(例えば600Vまたは1200V)で、(a)と(b)のI−V波形における逆方向電流を比較すると、(b)のソフト波形は(a)のハード波形に比べて逆方向電流、すなわち逆漏れ電流が多いことを示している。逆漏れ電流が大きいと熱劣化を起こし易く、耐圧信頼性も低下する。
このような逆漏れ電流の低減やスイッチング速度の高速化、逆回復耐量の向上のために、従来においても、前述のように基板全面への電子線照射によりライフタイム制御を行っていたが、電子線照射量(ドーズ量)を多くすると、トレードオフの関係にあるオン電圧が悪化するので、電子線照射によるライフタイム制御には限界があった。
電子線照射以外のライフタイム制御方法に関する公知文献について説明する。ヘリウム照射による局所的なライフタイム制御を行うという記述のある文献が公開されている(特許文献2)。
このように、半導体デバイスの局所的な少数キャリアのライフタイムの制御のために、プロトン(水素イオン)やヘリウムイオン等の荷電粒子の注入(照射)方法が公知となっている。そのような荷電粒子イオンを高エネルギーでシリコン半導体基板中に注入すると、結晶中の電子との非弾性衝突や原子核との弾性衝突を引き起こす。特に、原子核との弾性衝突では、シリコン原子を格子点から弾き飛ばし、多大の結晶欠陥を発生させる。同時に、この結晶欠陥を発生させた場所のライフタイムを局所的に低下させることができる。すなわち、この荷電粒子の注入方法は、例えば、イオンの注入エネルギーを選ぶことによりシリコン半導体基板の表面からの深さ(位置)を、またイオンの注入量を変えることにより結晶欠陥の量、即ちライフタイムの低下の程度を制御できることが特徴である。このような荷電粒子には、プロトン、ヘリウム(He)イオンだけでなく電子線照射も含まれるが、電子線を照射した場合は基板全体に欠陥が形成される点が異なる。電子線照射以外のプロトンやヘリウムイオンを照射した場合は、前述のように基板内の所定の領域のみに欠陥を形成することができる。
さらに、雷サージに耐える程度に十分高いdi/dt耐量を得る目的というように、目的は異なるが、ヘリウムイオンのピーク位置が拡散領域の深さの80%以上120%以下の範囲となるように、ヘリウムイオンを照射して低ライフタイム制御領域30を形成するという記載のある文献が公開されている(特許文献3)。
前述のように、逆阻止IGBTは、逆電圧印加の際に、半導体基板中の逆漏れ電流が多くなり易いことが知られている。しかも、逆阻止IGBTの場合では、特に逆漏れ電流が熱暴走に至り易いことが問題となる。その理由について説明する。逆阻止IGBTの逆漏れ電流は、図2に示すように、pn接合を有する半導体デバイスの逆電圧印加時に逆耐圧接合(n-型ドリフト領域1とp型コレクタ領域10間のpn接合)から伸びる空乏層中に発生する電子50および正孔51の対のうち、正孔51がコレクタ電極11に流れ込み、電子50がp型ベース領域2を経てエミッタ電極9へ流れることにより生じる。一方、逆阻止IGBTは、その内部の層構成内に寄生バイポーラトランジスタの層構成(図2のp型ベース領域2をエミッタ、n-型ドリフト領域1をベース、p型コレクタ領域10をコレクタとするpnpトランジスタ)を有する。このように、逆阻止IGBTは、逆漏れ電流が大きい逆耐圧接合を有し、寄生トランジスタを内蔵するため、逆漏れ電流(電子正孔対)のうち電子電流が前記寄生トランジスタのベース電流となり、それに応じて正孔51がp型ベース領域2からn-型ドリフト領域1に向かって注入され、逆耐圧pn接合に達することで、逆漏れ電流が増幅される。このように、逆阻止IGBTでは、逆電圧印加時の元々大きい逆漏れ電流が寄生トランジスタによりさらに急激に増加するようになり、熱暴走に至り易くなるのである。
本発明は、以上説明した問題点を考慮してなされたものであり、オン電圧への影響を小さくしながら、逆漏れ電流を従来よりさらにいっそう低減することのできる逆阻止MOS型半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために、第1導電型半導体基板の一方の主面の表面層に選択的に形成される第2導電型ベース領域と、該ベース領域内の表面に選択的に形成される第1導電型エミッタ領域と、該エミッタ領域と前記第1導電型半導体基板からなる領域の表面層とに挟まれる前記ベース領域表面上に絶縁膜を介して配置されるゲート電極からなるMOSゲート構造を備え、前記ベース領域の外周に耐圧構造領域を挟んで取り巻くとともに、前記一方の主面から他方の主面に跨って形成される第2導電型分離領域を有する逆阻止MOS型半導体装置において、前記第1導電型半導体基板の主面方向では、前記第2導電型ベース領域の平面パターンの下層に対応する領域範囲であって、前記第1半導体基板の深さ方向では、前記第2導電型ベース領域の深さ方向の底面のpn接合面で対峙する両側にpn接合面の近傍で跨る領域範囲に、荷電粒子イオンの照射によるライフタイム制御領域が選択的に設けられている逆阻止MOS型半導体装置とする。前記荷電粒子イオンがヘリウムイオンであることが好ましい。前記選択的に設けられているヘリウムイオンによるライフタイム制御領域の深さ方向の範囲が、照射ヘリウムイオンの飛程分布曲線のピーク位置を基準にして前記第2導電型ベース領域の深さの80%〜120%であることがより好ましい。前記選択的に設けられているヘリウムイオンによるライフタイム制御領域内に、前記第2導電型ベース領域の底面両側のコーナー部を含むことが望ましい。前記第2導電型ベース領域が前記第1導電型半導体基板の一方の主面上にストライプ状の平面パターン部分を有し、該平面パターンに重なるように配置される前記ヘリウムイオンによるライフタイム制御領域の平面パターンの短辺幅が、前記第2導電型ベース領域の平面パターンの短辺幅にほぼ等しいことが好ましい。前記ヘリウムイオンによるライフタイム制御領域を形成するためのドーズ量が1×1011cm-2〜3×1011cm-2であることが好適である。
また、本発明は、前記課題を解決するために、前記逆阻止MOS型半導体装置を製造するために、ヘリウムイオンのピーク位置が前記第2導電型ベース領域の深さの80%以上120%以下の範囲になるように、ヘリウムイオンをドーズ量が1×1011cm-2〜3×1011cm-2で照射する逆阻止MOS型半導体装置の製造方法とする。前記Heのイオン種として3He2+を用いることが好ましい。
本発明によれば、オン電圧への影響を小さくしながら、逆漏れ電流を従来よりさらにいっそう低減することのできる逆阻止MOS型半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の逆阻止MOS型半導体装置及びその製造方法にかかる実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれ相対的に不純物濃度が高いまたは低いことを意味する。なお、以下の実施例の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、実施例で説明される添付図面は、見易くまたは理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
本発明にかかる逆阻止IGBTとその製造方法の一実施例について、その特徴部分を中心に詳細に説明する。
図1は、本発明にかかる順逆の定格耐圧が600Vの逆阻止IGBTを示す断面模式図である。この逆阻止IGBTは、デバイスチップのシリコン半導体基板の表面13側の中央部にプレーナ型のMOSゲート構造などを含む活性領域110を有する。この活性領域110は、耐圧600Vのデバイスでは、厚さ95μmのn-型ドリフト領域1の表面13側に深さ3μmのp型ベース領域2と深さ1μm未満のn+型エミッタ領域3とゲート酸化膜4とゲート電極5からなるMOSゲート構造、層間絶縁膜6、Al合金膜などからなるエミッタ電極9および裏面側のp型コレクタ領域10、コレクタ電極11などを備える縦型の逆阻止IGBTの主電流の経路となる領域である。さらに、活性領域110には、本発明の特徴である局部的な範囲に制御されたヘリウムイオン照射領域からなるライフタイム制御領域30(ハッチング部分)を有する。逆阻止IGBTはこのライフタイム制御領域30により、pベース領域2の近傍の空乏層で発生する電子正孔対およびpn接合近傍に多い残留キャリアのライフタイムが小さくされるので、逆電圧印加時に、エミッタ電極9に流れ込み排除される電子50が少なくなり、これに対応してpベース領域2からn-型ドリフト領域1に注入する正孔51も少なく、すなわち、逆漏れ電流が小さくなる。
図1は、本発明にかかる順逆の定格耐圧が600Vの逆阻止IGBTを示す断面模式図である。この逆阻止IGBTは、デバイスチップのシリコン半導体基板の表面13側の中央部にプレーナ型のMOSゲート構造などを含む活性領域110を有する。この活性領域110は、耐圧600Vのデバイスでは、厚さ95μmのn-型ドリフト領域1の表面13側に深さ3μmのp型ベース領域2と深さ1μm未満のn+型エミッタ領域3とゲート酸化膜4とゲート電極5からなるMOSゲート構造、層間絶縁膜6、Al合金膜などからなるエミッタ電極9および裏面側のp型コレクタ領域10、コレクタ電極11などを備える縦型の逆阻止IGBTの主電流の経路となる領域である。さらに、活性領域110には、本発明の特徴である局部的な範囲に制御されたヘリウムイオン照射領域からなるライフタイム制御領域30(ハッチング部分)を有する。逆阻止IGBTはこのライフタイム制御領域30により、pベース領域2の近傍の空乏層で発生する電子正孔対およびpn接合近傍に多い残留キャリアのライフタイムが小さくされるので、逆電圧印加時に、エミッタ電極9に流れ込み排除される電子50が少なくなり、これに対応してpベース領域2からn-型ドリフト領域1に注入する正孔51も少なく、すなわち、逆漏れ電流が小さくなる。
ヘリウムイオン照射は既によく知られているように、サイクロトロン装置を用いて行われる。このヘリウムイオン照射によるライフタイム制御領域30は、図3の逆阻止IGBTの活性領域110の表面の要部拡大断面斜視図に示すように、pベース領域2の表面ストライプ状パターンの面方向に沿って、pベース領域2の短辺幅Aとほぼ同じか少し広い幅Bを有するヘリウムイオン照射領域によってハッチングで示す所定の深さの位置に形成される。このようなヘリウムイオン照射領域によれば、pベース領域2の底部のpn接合のコーナー部分がライフタイム制御領域に含まれるので、コーナー部分で発生し易い逆漏れ電流の集中を緩和することができる。ヘリウムイオン照射を行う開口部パターンはフォトレジストで正確なパターンを形成することができる。また、ライフタイム制御領域として有効に機能するヘリウムイオン照射領域は、チップ(基板)の厚さ方向では、pベース領域2の底部を上下に挟む狭い領域にのみ形成されている。
また、本発明の逆阻止IGBTは、活性領域110の外周に、耐圧構造領域120を挟んで取り巻くように配置され、両主面間を半導体基板のn導電型と異なるp導電型の拡散領域で連結するp型分離領域31を有する。前述のヘリウムイオン照射は、pベース領域2間のn-ドリフト領域1および活性領域110の外周を取り巻く耐圧構造領域120およびp型分離領域31には、マスクなどで遮蔽をし、できるだけヘリウムイオン照射をしないようにすることが好ましい。n-ドリフト領域1や耐圧構造領域120へのヘリウム照射はオン電圧が悪くなる惧れがあるためである。そのため、図3ではB>Aとあるが、BがAより大きくなるほど、オン電圧の増加への悪影響が大きくなるので、B=Aに近い方が好ましい。p型分離領域31に、ヘリウムイオン照射が行われると、p型分離領域31とn-ドリフト領域1の間のpn接合がダメージを受けて逆漏れ電流が大きくなるので照射しない方が好ましいのである。このような局部的にライフタイム制御領域と本発明の効果との関係については後述する。
図9から図13は、本発明の実施例にかかる逆阻止IGBTの製造方法を工程順に示す要部断面図である。耐圧1200Vの逆阻止IGBTの製造方法について説明する。図9に示すように、厚さ500μm以上で比抵抗80ΩcmのFZシリコン基板100の表面に、0.8μm〜2.5μm程度の初期酸化膜101を形成する。後工程で、シリコン基板1内の各デバイスチップ領域の中央部のMOSゲート構造を形成する予定の活性領域および耐圧構造領域の外周を取り囲む環状のパターンで、選択的に初期酸化膜101をエッチングして、幅170μmの分離拡散用の開口部20を形成する。初期酸化膜101をマスクとして開口部20からp型不純物であるボロンをイオン注入する。ボロンのン注入後、ドーパントマスクとして用いた初期酸化膜101を除去する。酸化雰囲気中で高温(1300℃)、長時間(300時間〜330時間)の熱処理を行い、200μm程度の深さのp型分離領域31を形成する(図10)。このp型分離領域31によって、逆耐圧接合であるp型コレクタ領域10とn-型ドリフト領域1の間のpn接合面の終端部がチップ化の際の切断面となるチップ側端面12に露出せず、絶縁膜で保護された耐圧構造部120の表面13に露出するので、逆耐圧信頼性を高くすることができる。
つぎに、図11に示すように、p型分離領域31の形成中に基板表面に形成された酸化膜を除去後、酸化膜を付け直し、この酸化膜およびまたは堆積したポリシリコン膜を用いて、所定のパターンで拡散深さ2μm〜10μm、例えば3μmのp型ベース領域2、n+型エミッタ領域3、ゲート酸化膜4、ゲート電極5、層間絶縁膜6およびエミッタ電極9等を通常のプレーナゲート型IGBTと同様の公知方法で形成する。さらに、高速化を図るために、本発明の特徴であるライフタイム制御領域30を形成するためにヘリウム(He)イオン照射を前述のようにpベース領域2の表面パターンに沿って選択的に、厚さ方向にもpベース領域2の底面のpn接合面を挟む領域に局部的に行う。図12に示すように、裏面を削り、FZシリコン基板1の厚さを180μm程度にし、削り面21に前記p型分離領域31を露出させる。
つぎに、図13に示すように、裏面側の削り面21に、ドーズ量1×1013cm-2のボロンをイオン注入して350℃程度で1時間程度の低温アニールを行い、活性化したボロンのピーク濃度が1×1017cm-3程度で、厚みが1μm程度のp型コレクタ層10を形成する。この裏面のp型コレクタ層10と前記p型分離領域31は導電接続される。従来と同様のコレクタ電極11を形成した後、シリコン基板1を各デバイスチップに切断すると、図1に示す本発明にかかる逆阻止IGBTができあがる。
本発明にかかる逆阻止IGBTのライフタイム制御方法または本発明の効果との関係について以下説明する。このライフタイム制御領域の形成方法にかかる工程以外の工程については、従来の逆阻止IGBTの製造方法と同様とすることができる。
耐圧600Vの逆阻止IGBTの特徴である局部的に制御されたライフタイム制御領域30とその形成方法および効果との関係について以下説明する。
照射する荷電粒子イオンとなる軽イオンとしては、プロトン、ヘリウムなどのイオンを用いることができるが、ヘリウムイオンはドナー化の影響がないので、以下の説明ではヘリウムイオンの場合について説明する。サイクロトロン装置を用いて、3He2+(以降ヘリウムイオン)照射により形成される有効なライフタイム制御領域をp型ベース領域の深さ3μmすなわち底面を照射イオンの飛程分布のピーク位置とし、底面で対峙する両側にガウス分布近似で拡がる2.4〜3.6μmの範囲が有効なライフタイム制御領域となるように照射する。
照射する荷電粒子イオンとなる軽イオンとしては、プロトン、ヘリウムなどのイオンを用いることができるが、ヘリウムイオンはドナー化の影響がないので、以下の説明ではヘリウムイオンの場合について説明する。サイクロトロン装置を用いて、3He2+(以降ヘリウムイオン)照射により形成される有効なライフタイム制御領域をp型ベース領域の深さ3μmすなわち底面を照射イオンの飛程分布のピーク位置とし、底面で対峙する両側にガウス分布近似で拡がる2.4〜3.6μmの範囲が有効なライフタイム制御領域となるように照射する。
図4、図5にヘリウムイオン照射のドーズ量と逆方向漏れ電流または順方向漏れ電流との関係図をそれぞれ示す。図4は、逆漏れ電流が大きい逆耐圧接合(n-型ドリフト領域1とp型コレクタ領域10間のpn接合)を有し、寄生トランジスタを内蔵する逆阻止IGBTへ逆電圧印加を行うと、ドーズ量が1×1011cm-2未満では逆漏れ電流の低減への寄与は小さいが、それより大きくなると、ドーズ量の増加とともに、逆漏れ電流が小さくなることを示している。図5では、逆阻止IGBTへの順電圧印加による順漏れ電流はもともと小さいが、ヘリウムイオン照射のドーズ量が3×1011cm-2以上になると、順漏れ電流が2.0μAと大きくなり、好ましくないことを示している。ドーズ量の増加とともに順漏れ電流が大きくなる理由は、pベース領域とn-ドリフト領域の境界に、ヘリウムイオン照射により形成された結晶欠陥が増え、pn接合へのダメージが増えるためである。従って、ヘリウムイオン照射のドーズ量は1×1011cm-2以上3×1011cm-2未満が好ましい。
具体的にヘリウムイオンの照射条件の一例を挙げれば、拡散深さ3μmのpベース領域2の底面のpn接合面にヘリウムイオン照射のピークを持たせるように、例えば、23MeVの加速エネルギーで3He2+を照射する。この加速エネルギーはpベース領域の深さに応じて、例えば、1.0〜30MeV程度の範囲から選択することができる。さらに、ヘリウムイオンのドーズ量を1×1011cm-2〜3×1011cm-2未満の範囲とする。この結果、p型ベース領域の深さの位置を挟んで上下にそれぞれ0.6μm程度の幅を有する有効な低ライフタイム制御領域30が形成される。このようにすることによって、オン電圧への影響を小さくしながら効果的に逆漏れ電流を小さくすることができる。
また、低ライフタイム制御領域30がp型ベース領域の底部に部分的に設けられるので、前述のように、逆漏れ電流は有効に小さくすることができるとともに、照射領域以外の領域の残留キャリアのライフタイムには影響を及ぼさないので、オン電圧の増加への影響を小さくすることができるのである。
以上説明した実施例によると、本発明にかかる逆阻止IGBTは、逆バイアスされる時には、p型ベース領域からn-型ドリフト領域に再注入される正孔が有効に低減され、逆耐圧接合領域に達する正孔が低減されるため、逆漏れ電流が低減されるが、オン電圧への悪影響を小さくすることができるという効果が得られる。
1 シリコン半導体基板
2 p型ベース領域
3 n+型エミッタ領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜
9 エミッタ電極
10 p型コレクタ領域
11 コレクタ電極
12 チップ側端面
13 表面
20 開口部
21 削り面
30 ライフタイム制御領域
31 p型分離領域
50 電子
51 正孔
110 活性領域
120 耐圧構造領域
2 p型ベース領域
3 n+型エミッタ領域
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜
9 エミッタ電極
10 p型コレクタ領域
11 コレクタ電極
12 チップ側端面
13 表面
20 開口部
21 削り面
30 ライフタイム制御領域
31 p型分離領域
50 電子
51 正孔
110 活性領域
120 耐圧構造領域
Claims (8)
- 第1導電型半導体基板の一方の主面の表面層に選択的に形成される第2導電型ベース領域と、該ベース領域内の表面に選択的に形成される第1導電型エミッタ領域と、該エミッタ領域と前記第1導電型半導体基板からなる領域の表面層とに挟まれる前記ベース領域表面上に絶縁膜を介して配置されるゲート電極を含むMOSゲート構造を備え、前記ベース領域の外周に耐圧構造領域を挟んで取り巻くとともに、前記一方の主面から他方の主面に跨って形成される第2導電型分離領域を有する逆阻止MOS型半導体装置において、前記第1導電型半導体基板の主面方向では、前記第2導電型ベース領域の平面パターンの下層に対応する領域範囲であって、前記第1導電型半導体基板の深さ方向では、前記第2導電型ベース領域の深さ方向の底面のpn接合面で対峙する両側にpn接合面の近傍で跨る領域範囲に、荷電粒子イオンの照射による有効なライフタイム制御領域が選択的に設けられていることを特徴とする逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記荷電粒子イオンがヘリウムイオンであることを特徴とする請求項1記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記選択的に設けられているヘリウムイオンの照射による有効なライフタイム制御領域の深さ方向の範囲が、照射ヘリウムイオンの飛程分布曲線のピーク位置を基準にして前記第2導電型ベース領域の深さの80%〜120%であることを特徴とする請求項2記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記選択的に設けられているヘリウムイオンの照射による有効なライフタイム制御領域内に、前記第2導電型ベース領域の底面両側のコーナー部を含むことを特徴とする請求項2に記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記第2導電型ベース領域が前記第1導電型半導体基板の一方の主面上にストライプ状の平面パターン部分を有し、該平面パターンに重なるように配置される前記ヘリウムイオンの照射領域の平面パターンの短辺幅が、前記第2導電型ベース領域の平面パターンの短辺幅にほぼ等しいことを特徴とする請求項4記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記ヘリウムイオンの照射による有効なライフタイム制御領域を形成するために、加速エネルギーは1〜30MeV、ドーズ量は1×1011cm-2〜3×1011cm-2の範囲から選択されるいずれかであることを特徴とする請求項2記載の逆阻止MOS型半導体装置。
- 前記請求項2記載の逆阻止MOS型半導体装置を製造するために、照前記ヘリウムイオンの照射による有効なライフタイム制御領域が前記第2導電型ベース領域の深さの80%以上120%以下の範囲になるように、ヘリウムイオン照射の加速エネルギーが1〜30MeVであって、ドーズ量を1×1011cm-2〜3×1011cm-2から選択されるいずれかとすることを特徴とする逆阻止MOS型半導体装置の製造方法。
- 前記Heのイオン種として3He2+を用いることを特徴とすることを特徴とする請求項7記載の逆阻止MOS型半導体装置の製造方法。
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