JP3518486B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP3518486B2 JP3518486B2 JP2000152316A JP2000152316A JP3518486B2 JP 3518486 B2 JP3518486 B2 JP 3518486B2 JP 2000152316 A JP2000152316 A JP 2000152316A JP 2000152316 A JP2000152316 A JP 2000152316A JP 3518486 B2 JP3518486 B2 JP 3518486B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、厚さ方向の電流を
スイッチング制御する半導体装置及びその製造方法に関
し、特にターンオフ応答性を改善した半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
スイッチング制御する半導体装置及びその製造方法に関
し、特にターンオフ応答性を改善した半導体装置及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、バイポーラトランジスタと電
界効果トランジスタとを一体化させたいわゆる絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が高入力インピ
ーダンスと低出力インピーダンスとを要求される用途に
使用されている。
界効果トランジスタとを一体化させたいわゆる絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が高入力インピ
ーダンスと低出力インピーダンスとを要求される用途に
使用されている。
【０００３】図９には、このようなＩＧＢＴの一般的構
成が示されている。ｐ型のシリコン基板１２上にｎエピ
タキシャル層１４が形成され、ｎエピタキシャル層１４
の表面にイオン注入等によりｎ＋ソース領域２６とｐボ
ディ領域２２とｐ＋ボディ領域２４が形成される。ｎエ
ピタキシャル層１４のうちｐボディ領域２２でない部分
がｎドリフト領域となる。ｎエピタキシャル層１４の表
面上には、ゲート絶縁膜１６、２０及び３０によりｎエ
ピタキシャル層１４に対して絶縁されたゲート電極１８
が形成される。ゲート電極１８は、ｎエピタキシャル層
１４の表面のうちｎドリフト領域の部分とｐボディ領域
２２の部分とｎ＋ソース領域２６の一部とを覆ってい
る。また、表面側にはｎ＋ソース領域２６及びｐ＋ボデ
ィ領域２４に対して導通をとるソース電極２８が設けら
れており、裏面側には基板１２に対して導通をとるドレ
イン電極１０が設けられている。
成が示されている。ｐ型のシリコン基板１２上にｎエピ
タキシャル層１４が形成され、ｎエピタキシャル層１４
の表面にイオン注入等によりｎ＋ソース領域２６とｐボ
ディ領域２２とｐ＋ボディ領域２４が形成される。ｎエ
ピタキシャル層１４のうちｐボディ領域２２でない部分
がｎドリフト領域となる。ｎエピタキシャル層１４の表
面上には、ゲート絶縁膜１６、２０及び３０によりｎエ
ピタキシャル層１４に対して絶縁されたゲート電極１８
が形成される。ゲート電極１８は、ｎエピタキシャル層
１４の表面のうちｎドリフト領域の部分とｐボディ領域
２２の部分とｎ＋ソース領域２６の一部とを覆ってい
る。また、表面側にはｎ＋ソース領域２６及びｐ＋ボデ
ィ領域２４に対して導通をとるソース電極２８が設けら
れており、裏面側には基板１２に対して導通をとるドレ
イン電極１０が設けられている。
【０００４】このような構成において、ＩＧＢＴの基本
動作はドレイン電極１０からソース電極２８への電流を
ゲート電極１８の電圧によりスイッチング制御すること
である。すなわち、ゲート電極１８に電圧が印加されて
いない状態でソース電極２８に対してドレイン電極１０
が高電位になるように電圧を印加しても、ｐボディ領域
２２及びｐ＋ボディ領域２４とｎドリフト領域との間の
ｐｎ接合が逆方向となるため電流は流れない。しかしな
がら、ゲート電極１８に正電圧を印加すると、ｐボディ
領域２２の表面に電子が誘因されてｎチャネルが形成さ
れ、電界効果トランジスタがオン状態となってｎ＋ソー
ス領域２６からｎチャネルを経由してｎドリフト領域に
電子が流れ込む。これにより、ｎドリフト領域のキャリ
ア濃度が上昇して抵抗が下がり、ｎドリフト領域と基板
１２とからなるダイオードが導通して基板１２からｎド
リフト領域にホールが注入される。このためバイポーラ
トランジスタがオンしてドレイン電極１０からソース電
極２８へ厚さ方向の電流が流れる。
動作はドレイン電極１０からソース電極２８への電流を
ゲート電極１８の電圧によりスイッチング制御すること
である。すなわち、ゲート電極１８に電圧が印加されて
いない状態でソース電極２８に対してドレイン電極１０
が高電位になるように電圧を印加しても、ｐボディ領域
２２及びｐ＋ボディ領域２４とｎドリフト領域との間の
ｐｎ接合が逆方向となるため電流は流れない。しかしな
がら、ゲート電極１８に正電圧を印加すると、ｐボディ
領域２２の表面に電子が誘因されてｎチャネルが形成さ
れ、電界効果トランジスタがオン状態となってｎ＋ソー
ス領域２６からｎチャネルを経由してｎドリフト領域に
電子が流れ込む。これにより、ｎドリフト領域のキャリ
ア濃度が上昇して抵抗が下がり、ｎドリフト領域と基板
１２とからなるダイオードが導通して基板１２からｎド
リフト領域にホールが注入される。このためバイポーラ
トランジスタがオンしてドレイン電極１０からソース電
極２８へ厚さ方向の電流が流れる。
【０００５】そして、ゲート電極１８の正電圧の印加を
中止すると、ＩＧＢＴは再びオフ状態となるが、オン状
態でのｎドリフト領域には電子とホールが共に高濃度に
充満しており、ゲート電圧のオフによりｎ＋ソース領域
２６からの電子の注入が絶たれてもｎドリフト領域のキ
ャリア濃度は直ちには減少しない。このため、ＩＧＢＴ
のスイッチオフ時の過渡特性は急峻にゼロとならずなだ
らかなものとなり、このようなターンオフ時間の増大を
防止することが重要な課題となっている。
中止すると、ＩＧＢＴは再びオフ状態となるが、オン状
態でのｎドリフト領域には電子とホールが共に高濃度に
充満しており、ゲート電圧のオフによりｎ＋ソース領域
２６からの電子の注入が絶たれてもｎドリフト領域のキ
ャリア濃度は直ちには減少しない。このため、ＩＧＢＴ
のスイッチオフ時の過渡特性は急峻にゼロとならずなだ
らかなものとなり、このようなターンオフ時間の増大を
防止することが重要な課題となっている。
【０００６】例えば、特開平１０−１９９８９４号公報
には、ＩＧＢＴの裏面側（図９におけるドレイン電極１
０側）からイオン照射を行ってｎドリフト領域内であっ
て基板１２近傍の領域に格子欠陥を形成し、この格子欠
陥によりキャリア同士を再結合させてターンオフ応答性
を改善させる技術が記載されている。
には、ＩＧＢＴの裏面側（図９におけるドレイン電極１
０側）からイオン照射を行ってｎドリフト領域内であっ
て基板１２近傍の領域に格子欠陥を形成し、この格子欠
陥によりキャリア同士を再結合させてターンオフ応答性
を改善させる技術が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
素子サイズの縮小化及び素子性能の向上等の観点からＡ
ｌ等の軽金属ではなく、より重い重金属、たとえばＣｕ
等を電極に用いて抵抗値の低減を図る試みがなされてお
り、このような重金属電極を有するＩＧＢＴに対して格
子欠陥領域を形成する必要が生じている。
素子サイズの縮小化及び素子性能の向上等の観点からＡ
ｌ等の軽金属ではなく、より重い重金属、たとえばＣｕ
等を電極に用いて抵抗値の低減を図る試みがなされてお
り、このような重金属電極を有するＩＧＢＴに対して格
子欠陥領域を形成する必要が生じている。
【０００８】Ａｌ等の軽金属電極を介してイオン照射を
行い格子欠陥領域を形成する場合には、照射イオンとＡ
ｌ原子との相互作用はあまり問題とならないが、Ｃｕ等
の重金属電極に対して高エネルギイオンを照射すると、
イオンと重金属原子との相互作用により重金属原子が放
射化し、放射化された重金属原子からのガンマ線や中性
子線等によりＩＧＢＴの界面順位密度が増大し、特にし
きい値電圧が低下してしまう問題が生じていた。このよ
うな問題は、電極自体にはＡｌ等の軽金属を用いた場合
でも、電極とシリコンとの反応を抑制するために電極の
周縁にＴｉＮやＴｉＣ等の重金属からなるバリア層を形
成する場合にも同様に生じ得る。すなわち、バリア層を
介して高エネルギイオンを照射すると、バリアメタルが
放射化し、その放射線によりしきい値電圧が変動してし
まう。
行い格子欠陥領域を形成する場合には、照射イオンとＡ
ｌ原子との相互作用はあまり問題とならないが、Ｃｕ等
の重金属電極に対して高エネルギイオンを照射すると、
イオンと重金属原子との相互作用により重金属原子が放
射化し、放射化された重金属原子からのガンマ線や中性
子線等によりＩＧＢＴの界面順位密度が増大し、特にし
きい値電圧が低下してしまう問題が生じていた。このよ
うな問題は、電極自体にはＡｌ等の軽金属を用いた場合
でも、電極とシリコンとの反応を抑制するために電極の
周縁にＴｉＮやＴｉＣ等の重金属からなるバリア層を形
成する場合にも同様に生じ得る。すなわち、バリア層を
介して高エネルギイオンを照射すると、バリアメタルが
放射化し、その放射線によりしきい値電圧が変動してし
まう。
【０００９】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、重金属電極（重金
属バリア層を有する場合を含む）を有する半導体装置に
おいてもしきい値電圧変動などの素子特性劣化を生じさ
せることなくイオン照射により格子欠陥領域を形成で
き、これによりターンオフ応答特性を向上させることが
できる方法及び装置を提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、重金属電極（重金
属バリア層を有する場合を含む）を有する半導体装置に
おいてもしきい値電圧変動などの素子特性劣化を生じさ
せることなくイオン照射により格子欠陥領域を形成で
き、これによりターンオフ応答特性を向上させることが
できる方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体層の表面側にスイッチング素子を
設け、このスイッチング素子のオンオフにより前記半導
体層の厚さ方向の電流をスイッチング制御する半導体装
置であって、重金属電極と、前記半導体層の一部に１．
０×１０11／ｃｍ2以下の照射量でイオンを注入するこ
とにより形成された格子欠陥領域とを有することを特徴
とする。Ａｌなどの軽金属の場合にはイオンを照射して
も放射線の量が比較的少なく問題とならないがＡｌより
重い重金属を用いた場合には、放射線量が多くなりしき
い値電圧の低下を招く。そこで、重金属電極を介してイ
オンを照射する場合には、所定値以下、具体的には１．
０×１０11／ｃｍ2以下とすることで、発生する放射線
量を抑制し、放射線による界面順位密度の増大を防ぎし
きい値電圧を一定に維持する。
に、本発明は、半導体層の表面側にスイッチング素子を
設け、このスイッチング素子のオンオフにより前記半導
体層の厚さ方向の電流をスイッチング制御する半導体装
置であって、重金属電極と、前記半導体層の一部に１．
０×１０11／ｃｍ2以下の照射量でイオンを注入するこ
とにより形成された格子欠陥領域とを有することを特徴
とする。Ａｌなどの軽金属の場合にはイオンを照射して
も放射線の量が比較的少なく問題とならないがＡｌより
重い重金属を用いた場合には、放射線量が多くなりしき
い値電圧の低下を招く。そこで、重金属電極を介してイ
オンを照射する場合には、所定値以下、具体的には１．
０×１０11／ｃｍ2以下とすることで、発生する放射線
量を抑制し、放射線による界面順位密度の増大を防ぎし
きい値電圧を一定に維持する。
【００１１】ここで、前記重金属電極は、少なくとも半
導体層側にバリア用重金属層を備えた多層金属電極であ
ってもよい。重金属電極としては、例えばＴｉやＮｉ、
Ａｕ等が用いられ、バリア用重金属層としてはＴｉＮや
ＴｉＣ等が用いられる。
導体層側にバリア用重金属層を備えた多層金属電極であ
ってもよい。重金属電極としては、例えばＴｉやＮｉ、
Ａｕ等が用いられ、バリア用重金属層としてはＴｉＮや
ＴｉＣ等が用いられる。
【００１２】また、本発明は、半導体層の表面側にスイ
ッチング素子を設けるとともに半導体層の表面側及び裏
面側に重金属電極を設け、前記スイッチング素子のオン
オフにより前記半導体層の厚さ方向の電流をスイッチン
グ制御する半導体装置の製造方法を提供する。この方法
においては、前記重金属電極を介して前記半導体層の一
部に１．０×１０11／ｃｍ2以下の照射量でイオンを注
入することにより格子欠陥領域を形成するステップを有
することを特徴とする。
ッチング素子を設けるとともに半導体層の表面側及び裏
面側に重金属電極を設け、前記スイッチング素子のオン
オフにより前記半導体層の厚さ方向の電流をスイッチン
グ制御する半導体装置の製造方法を提供する。この方法
においては、前記重金属電極を介して前記半導体層の一
部に１．０×１０11／ｃｍ2以下の照射量でイオンを注
入することにより格子欠陥領域を形成するステップを有
することを特徴とする。
【００１３】ここで、前記イオンは、互いに照射位置を
変化させて複数回注入することが好適である。これによ
り、一回当たりの照射量を低減することができる。
変化させて複数回注入することが好適である。これによ
り、一回当たりの照射量を低減することができる。
【００１４】また、前記イオンは、照射ビームの半値幅
分だけ照射ビームの中心位置をずらせて複数回注入する
ことが好適である。これにより、一回当たりのイオン照
射量を低減できるとともに、注入されるイオン量を位置
によらず平準化し、均等な格子欠陥領域を形成すること
ができる。
分だけ照射ビームの中心位置をずらせて複数回注入する
ことが好適である。これにより、一回当たりのイオン照
射量を低減できるとともに、注入されるイオン量を位置
によらず平準化し、均等な格子欠陥領域を形成すること
ができる。
【００１５】また、前記イオンの照射量を前記重金属電
極の厚さに応じて変化させることが好適である。電極の
膜厚が小さいとイオン照射により発生する放射線の総量
も小さくなり、しきい値に与える影響も小さくなる。し
たがって、電極の膜厚が小さいほどイオン照射量を大き
くすることで、しきい値の変動を抑制しつつ、確実に格
子欠陥領域を形成することが可能となる。なお、このこ
とは、電極の膜厚が互いに異なる複数の半導体装置を製
造する際には、それぞれの半導体装置毎にイオン照射量
を異ならせることを意味する。
極の厚さに応じて変化させることが好適である。電極の
膜厚が小さいとイオン照射により発生する放射線の総量
も小さくなり、しきい値に与える影響も小さくなる。し
たがって、電極の膜厚が小さいほどイオン照射量を大き
くすることで、しきい値の変動を抑制しつつ、確実に格
子欠陥領域を形成することが可能となる。なお、このこ
とは、電極の膜厚が互いに異なる複数の半導体装置を製
造する際には、それぞれの半導体装置毎にイオン照射量
を異ならせることを意味する。
【００１６】また、本発明は、半導体層の表面側にスイ
ッチング素子を設けるとともに半導体層の表面側及び裏
面側に重金属電極を設け、前記スイッチング素子のオン
オフにより前記半導体層の厚さ方向の電流をスイッチン
グ制御する半導体装置の製造方法であって、前記重金属
電極形成前に前記半導体層の一部にイオンを注入するこ
とにより格子欠陥領域を形成することを特徴とする。重
金属電極の形成に先だってイオンを注入することで、重
金属電極の放射化を招くことなく格子欠陥領域を形成す
ることができる。
ッチング素子を設けるとともに半導体層の表面側及び裏
面側に重金属電極を設け、前記スイッチング素子のオン
オフにより前記半導体層の厚さ方向の電流をスイッチン
グ制御する半導体装置の製造方法であって、前記重金属
電極形成前に前記半導体層の一部にイオンを注入するこ
とにより格子欠陥領域を形成することを特徴とする。重
金属電極の形成に先だってイオンを注入することで、重
金属電極の放射化を招くことなく格子欠陥領域を形成す
ることができる。
【００１７】また、本発明は、半導体層の表面側にスイ
ッチング素子を設けるとともに半導体層の表面側及び裏
面側に重金属電極を設け、前記スイッチング素子のオン
オフにより前記半導体層の厚さ方向の電流をスイッチン
グ制御する半導体装置の製造方法であって、前記半導体
層の表面側あるいは裏面側の一方に重金属電極が形成さ
れた後であって他方の側に重金属電極が形成される前
に、前記他方の側から前記半導体層の一部にイオンを注
入することにより格子欠陥領域を形成することを特徴と
する。半導体装置の一方の側に重金属電極が形成されて
も、未だ重金属電極が形成されていない他方の側からイ
オンを注入することで、重金属電極の放射化を招くこと
なく格子欠陥領域を形成できる。
ッチング素子を設けるとともに半導体層の表面側及び裏
面側に重金属電極を設け、前記スイッチング素子のオン
オフにより前記半導体層の厚さ方向の電流をスイッチン
グ制御する半導体装置の製造方法であって、前記半導体
層の表面側あるいは裏面側の一方に重金属電極が形成さ
れた後であって他方の側に重金属電極が形成される前
に、前記他方の側から前記半導体層の一部にイオンを注
入することにより格子欠陥領域を形成することを特徴と
する。半導体装置の一方の側に重金属電極が形成されて
も、未だ重金属電極が形成されていない他方の側からイ
オンを注入することで、重金属電極の放射化を招くこと
なく格子欠陥領域を形成できる。
【００１８】上記各方法において、重金属電極は少なく
とも半導体層側にバリア用重金属層を備えた多層金属電
極であってもよい。
とも半導体層側にバリア用重金属層を備えた多層金属電
極であってもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００２０】図１には、本実施形態に係るＩＧＢＴの構
成が示されている。基本構成は図９に示されたＩＧＢＴ
と同様であり、ｐ型のシリコン基板１２上にｎエピタキ
シャル層１４が形成され、ｎエピタキシャル層１４の表
面にｎ＋ソース領域２６とｐボディ領域２２とｐ＋ボデ
ィ領域２４が形成される。さらに、ｎエピタキシャル層
１４の表面上にはゲート絶縁膜１６，２０，３０により
絶縁されたゲート電極１８が形成され、表面側にはソー
ス電極２８、裏面側にはドレイン電極１０が形成され
る。
成が示されている。基本構成は図９に示されたＩＧＢＴ
と同様であり、ｐ型のシリコン基板１２上にｎエピタキ
シャル層１４が形成され、ｎエピタキシャル層１４の表
面にｎ＋ソース領域２６とｐボディ領域２２とｐ＋ボデ
ィ領域２４が形成される。さらに、ｎエピタキシャル層
１４の表面上にはゲート絶縁膜１６，２０，３０により
絶縁されたゲート電極１８が形成され、表面側にはソー
ス電極２８、裏面側にはドレイン電極１０が形成され
る。
【００２１】ここで、本実施形態においてはドレイン電
極１０及びソース電極２８はＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、ＡｕＳ
ｂ、Ｖ等の重金属から形成されており、その配線にはＣ
ｕなどの重金属が用いられている。Ａｌ等の軽金属を用
いた場合と異なり、このような重金属を用いることで抵
抗値の低減を図ることができる。一方、電極材料及び配
線材料としてこのような重金属を用いた場合、上述した
ようにｎドリフト領域の基板１２近傍にキャリア再結合
を促すための格子欠陥領域３２を形成すべくイオン照射
を行うと、重金属と高エネルギイオンが反応し、重金属
が放射化してＩＧＢＴのしきい値電圧、すなわちｐｎ接
合の耐圧を低下させるおそれがある。
極１０及びソース電極２８はＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、ＡｕＳ
ｂ、Ｖ等の重金属から形成されており、その配線にはＣ
ｕなどの重金属が用いられている。Ａｌ等の軽金属を用
いた場合と異なり、このような重金属を用いることで抵
抗値の低減を図ることができる。一方、電極材料及び配
線材料としてこのような重金属を用いた場合、上述した
ようにｎドリフト領域の基板１２近傍にキャリア再結合
を促すための格子欠陥領域３２を形成すべくイオン照射
を行うと、重金属と高エネルギイオンが反応し、重金属
が放射化してＩＧＢＴのしきい値電圧、すなわちｐｎ接
合の耐圧を低下させるおそれがある。
【００２２】そこで、本実施形態においては格子欠陥領
域３２を形成する際に照射するイオンの照射量を制御
し、これにより重金属の放射化を抑制してしきい値電圧
の変動を抑えている。
域３２を形成する際に照射するイオンの照射量を制御
し、これにより重金属の放射化を抑制してしきい値電圧
の変動を抑えている。
【００２３】図２には、ドレイン電極１０を介してイオ
ンを照射する際のイオン照射量を変化させたときの照射
前と照射後におけるしきい値電圧の変化が示されてい
る。イオン照射量としては、１．０×１０11／ｃｍ2以
下及び１．０×１０12／ｃｍ2としている。なお、１．
０×１０11／ｃｍ2以下とは、例えば４．２×１０10／
ｃｍ2や７．５×１０10／ｃｍ2を示している。図からわ
かるように、照射量が１．０×１０11／ｃｍ2以下の場
合には照射前と照射後でしきい値電圧にほとんど変動が
みられないが、イオン照射量が１．０×１０12／ｃｍ2
に達すると、照射前の約６．０Ｖから照射後の約５．０
Ｖへと低下している。
ンを照射する際のイオン照射量を変化させたときの照射
前と照射後におけるしきい値電圧の変化が示されてい
る。イオン照射量としては、１．０×１０11／ｃｍ2以
下及び１．０×１０12／ｃｍ2としている。なお、１．
０×１０11／ｃｍ2以下とは、例えば４．２×１０10／
ｃｍ2や７．５×１０10／ｃｍ2を示している。図からわ
かるように、照射量が１．０×１０11／ｃｍ2以下の場
合には照射前と照射後でしきい値電圧にほとんど変動が
みられないが、イオン照射量が１．０×１０12／ｃｍ2
に達すると、照射前の約６．０Ｖから照射後の約５．０
Ｖへと低下している。
【００２４】このように、重金属電極（及び重金属配
線）を介してイオンを照射して格子欠陥領域３２を形成
する場合、イオン照射量を１．０×１０11／ｃｍ2以下
とすることで重金属の放射化を抑制でき、これによりＩ
ＧＢＴのしきい値電圧低下（耐圧低下）を抑制して格子
欠陥領域３２の存在によりｎドリフト領域に残存してい
るキャリアを再結合させてターンオフ時間を短縮するこ
とができる。
線）を介してイオンを照射して格子欠陥領域３２を形成
する場合、イオン照射量を１．０×１０11／ｃｍ2以下
とすることで重金属の放射化を抑制でき、これによりＩ
ＧＢＴのしきい値電圧低下（耐圧低下）を抑制して格子
欠陥領域３２の存在によりｎドリフト領域に残存してい
るキャリアを再結合させてターンオフ時間を短縮するこ
とができる。
【００２５】なお、イオン照射量は、十分な格子欠陥領
域３２が形成される限りにおいてできるだけ小さい方が
好適であるが、例えばサイクロトロン中心部において原
料ガスに高電圧を印加してイオン源を得る場合、１．０
×１０7／ｃｍ2程度の照射量を得ることが可能であろ
う。もちろん、このことはより小さいイオン照射量の使
用を排除するものではない。
域３２が形成される限りにおいてできるだけ小さい方が
好適であるが、例えばサイクロトロン中心部において原
料ガスに高電圧を印加してイオン源を得る場合、１．０
×１０7／ｃｍ2程度の照射量を得ることが可能であろ
う。もちろん、このことはより小さいイオン照射量の使
用を排除するものではない。
【００２６】照射するイオンは、例えば3Ｈｅ2+、4Ｈｅ
2+、1Ｈ+、2Ｈ+等を用いることができ、イオンを照射す
る場合には１回の照射ではなく２回あるいはそれ以上の
複数回に分けて照射して格子欠陥領域３２を形成するこ
とも好適である。このように複数回に分けてイオンを照
射することで、１回のイオン照射量を少なくし、より確
実に重金属が放射化することを防止できる。イオン照射
を複数回行う場合、照射するイオンビームの中心位置を
互いにずらして照射することが好適であり、具体的には
イオンビームの中心を半値幅だけずらせて照射すること
が望ましい。これにより、１回当たりのイオン照射量を
低減しつつ、ｎドリフト領域のほぼ全域にわたって均等
に格子欠陥領域３２を形成することが可能となる。
2+、1Ｈ+、2Ｈ+等を用いることができ、イオンを照射す
る場合には１回の照射ではなく２回あるいはそれ以上の
複数回に分けて照射して格子欠陥領域３２を形成するこ
とも好適である。このように複数回に分けてイオンを照
射することで、１回のイオン照射量を少なくし、より確
実に重金属が放射化することを防止できる。イオン照射
を複数回行う場合、照射するイオンビームの中心位置を
互いにずらして照射することが好適であり、具体的には
イオンビームの中心を半値幅だけずらせて照射すること
が望ましい。これにより、１回当たりのイオン照射量を
低減しつつ、ｎドリフト領域のほぼ全域にわたって均等
に格子欠陥領域３２を形成することが可能となる。
【００２７】また、本実施形態においては１．０×１０
11／ｃｍ2以下の照射量で重金属電極を介してイオンを
照射しているが、イオン照射量を重金属電極の膜厚に応
じて適宜設定することも好適である。重金属電極の膜厚
が減少するほど高エネルギイオンと重金属原子との衝突
確率が低下し、放射化する確率も少なくなるため膜厚が
大きい場合に比べてイオン照射量を増加させることがで
きる。重金属電極の膜厚が小さい程、放射化した重金属
原子数も少なく、従って放射線の総量が少なくなるため
しきい値低下を生じにくいということもできる。
11／ｃｍ2以下の照射量で重金属電極を介してイオンを
照射しているが、イオン照射量を重金属電極の膜厚に応
じて適宜設定することも好適である。重金属電極の膜厚
が減少するほど高エネルギイオンと重金属原子との衝突
確率が低下し、放射化する確率も少なくなるため膜厚が
大きい場合に比べてイオン照射量を増加させることがで
きる。重金属電極の膜厚が小さい程、放射化した重金属
原子数も少なく、従って放射線の総量が少なくなるため
しきい値低下を生じにくいということもできる。
【００２８】図３には、重金属電極膜厚としきい値変動
を生じない最大イオン照射量との関係が示されている。
図に示されるように、重金属電極の膜厚が小さくなるほ
どしきい値変動を生じない最大イオン照射量を大きく設
定できる。このように、重金属電極膜厚に応じてイオン
照射量を変化させることで、重金属電極の放射化による
しきい値電圧低下を抑制しつつ、ｎドリフト領域に確実
に格子欠陥領域３２を形成してターンオフ時間を短縮化
することができる。例えば、ドレイン電極１０の膜厚を
１００ｎｍとした場合にはイオン照射量を５．０×１０
10／ｃｍ2とし、ドレイン電極１０の膜厚を５０ｎｍと
した場合にはイオン照射量を１．０×１０11／ｃｍ2と
する等である。
を生じない最大イオン照射量との関係が示されている。
図に示されるように、重金属電極の膜厚が小さくなるほ
どしきい値変動を生じない最大イオン照射量を大きく設
定できる。このように、重金属電極膜厚に応じてイオン
照射量を変化させることで、重金属電極の放射化による
しきい値電圧低下を抑制しつつ、ｎドリフト領域に確実
に格子欠陥領域３２を形成してターンオフ時間を短縮化
することができる。例えば、ドレイン電極１０の膜厚を
１００ｎｍとした場合にはイオン照射量を５．０×１０
10／ｃｍ2とし、ドレイン電極１０の膜厚を５０ｎｍと
した場合にはイオン照射量を１．０×１０11／ｃｍ2と
する等である。
【００２９】図４には、他の実施形態に係るＩＧＢＴの
製造方法が示されている。上述した実施形態において
は、ドレイン電極１０やソース電極２８が形成された後
に重金属電極を介してイオン照射を行い格子欠陥領域３
２をｎドレイン領域に形成しているが、本実施形態にお
いては重金属電極を形成する前にイオン照射を行ってｎ
ドレイン領域に格子欠陥領域３２を形成する。すなわ
ち、図４（ａ）に示されるように、基板１２の裏面側に
ドレイン電極１０を形成するに先立って基板１２の裏面
側からイオン照射を行い、ｎドリフト領域の基板１２近
傍に格子欠陥領域３２を形成し、図４（ｂ）に示される
ように、格子欠陥領域３２が形成された後に基板１２の
裏面側にドレイン電極１０を形成する。
製造方法が示されている。上述した実施形態において
は、ドレイン電極１０やソース電極２８が形成された後
に重金属電極を介してイオン照射を行い格子欠陥領域３
２をｎドレイン領域に形成しているが、本実施形態にお
いては重金属電極を形成する前にイオン照射を行ってｎ
ドレイン領域に格子欠陥領域３２を形成する。すなわ
ち、図４（ａ）に示されるように、基板１２の裏面側に
ドレイン電極１０を形成するに先立って基板１２の裏面
側からイオン照射を行い、ｎドリフト領域の基板１２近
傍に格子欠陥領域３２を形成し、図４（ｂ）に示される
ように、格子欠陥領域３２が形成された後に基板１２の
裏面側にドレイン電極１０を形成する。
【００３０】このように、重金属電極形成前に格子欠陥
領域３２を形成することで、重金属電極の放射化を確実
に防止し、しきい値電圧の低下を招くことなくターンオ
フ時間の短縮化を図ることができる。
領域３２を形成することで、重金属電極の放射化を確実
に防止し、しきい値電圧の低下を招くことなくターンオ
フ時間の短縮化を図ることができる。
【００３１】なお、このときのイオン照射量は上述の実
施形態のように１．０×１０11／ｃｍ2以下とする必要
は必ずしもなく、それ以上のイオン照射量で照射するこ
ともできる。
施形態のように１．０×１０11／ｃｍ2以下とする必要
は必ずしもなく、それ以上のイオン照射量で照射するこ
ともできる。
【００３２】図５には、本実施形態におけるＩＧＢＴの
製造方法フローチャートが示されている。まず、ｐ基板
１２上にｎエピタキシャル層１４を形成する（Ｓ１０
１）。ｎエピタキシャル層１４を形成した後、ｎエピタ
キシャル層１４を熱酸化させて絶縁膜１６を形成し、絶
縁膜１６上にゲート電極１８を形成する（Ｓ１０２）。
次に、ｎエピタキシャル層１４の一部にドナー元素をイ
オン注入し、ｎ＋ソース領域２６を形成する（Ｓ１０
３）。さらに、ｎエピタキシャル層１４の一部にホウ素
等のアクセプタ性元素をイオン注入し、ｎ＋ソース領域
２６よりも深い位置にｐボディ領域２２を形成する（Ｓ
１０４）。ｐボディ領域２２を形成した後、酸化シリコ
ン等で絶縁膜２０，３０を形成し、さらにｎエピタキシ
ャル層１４の一部にアクセプタ性元素をイオン注入して
ｐ＋ボディ領域２４を形成する（Ｓ１０５）。そして、
ｐ＋ボディ領域２４及びｎ＋ソース領域を導通させるた
めのソース電極２８を形成する（Ｓ１０６）。
製造方法フローチャートが示されている。まず、ｐ基板
１２上にｎエピタキシャル層１４を形成する（Ｓ１０
１）。ｎエピタキシャル層１４を形成した後、ｎエピタ
キシャル層１４を熱酸化させて絶縁膜１６を形成し、絶
縁膜１６上にゲート電極１８を形成する（Ｓ１０２）。
次に、ｎエピタキシャル層１４の一部にドナー元素をイ
オン注入し、ｎ＋ソース領域２６を形成する（Ｓ１０
３）。さらに、ｎエピタキシャル層１４の一部にホウ素
等のアクセプタ性元素をイオン注入し、ｎ＋ソース領域
２６よりも深い位置にｐボディ領域２２を形成する（Ｓ
１０４）。ｐボディ領域２２を形成した後、酸化シリコ
ン等で絶縁膜２０，３０を形成し、さらにｎエピタキシ
ャル層１４の一部にアクセプタ性元素をイオン注入して
ｐ＋ボディ領域２４を形成する（Ｓ１０５）。そして、
ｐ＋ボディ領域２４及びｎ＋ソース領域を導通させるた
めのソース電極２８を形成する（Ｓ１０６）。
【００３３】従来のＩＧＢＴの製造方法においては、ソ
ース電極２８を形成した後、続いて基板１２の裏面側に
ドレイン電極１０を形成し、さらにドレイン電極１０あ
るいはソース電極２８を介して3Ｈｅ2+等の高エネルギ
イオンを照射して格子欠陥領域３２を形成するが、本実
施形態においてはソース電極２８を形成した後であっ
て、ドレイン電極１０を形成する前に基板１２の裏面側
からイオンを照射し、ｎドリフト領域にイオンを注入し
て格子欠陥領域３２を形成する（Ｓ１０７）。そして、
格子欠陥領域３２を形成した後、基板１２の裏面側にド
レイン電極１０を形成する（Ｓ１０８）。
ース電極２８を形成した後、続いて基板１２の裏面側に
ドレイン電極１０を形成し、さらにドレイン電極１０あ
るいはソース電極２８を介して3Ｈｅ2+等の高エネルギ
イオンを照射して格子欠陥領域３２を形成するが、本実
施形態においてはソース電極２８を形成した後であっ
て、ドレイン電極１０を形成する前に基板１２の裏面側
からイオンを照射し、ｎドリフト領域にイオンを注入し
て格子欠陥領域３２を形成する（Ｓ１０７）。そして、
格子欠陥領域３２を形成した後、基板１２の裏面側にド
レイン電極１０を形成する（Ｓ１０８）。
【００３４】このように、重金属電極形成前にイオン照
射を行って格子欠陥領域３２を形成することで、イオン
照射量を特に制限することなく格子欠陥領域３２を形成
することができ、これによりしきい値電圧の変動を生じ
ることなく確実にターンオフ時間を短縮することができ
る。
射を行って格子欠陥領域３２を形成することで、イオン
照射量を特に制限することなく格子欠陥領域３２を形成
することができ、これによりしきい値電圧の変動を生じ
ることなく確実にターンオフ時間を短縮することができ
る。
【００３５】なお、本実施形態においては基板１２の裏
面側からイオン照射を行って格子欠陥領域３２を形成し
ているが、ソース電極２８側からイオンを照射して格子
欠陥領域３２を形成することも可能である。
面側からイオン照射を行って格子欠陥領域３２を形成し
ているが、ソース電極２８側からイオンを照射して格子
欠陥領域３２を形成することも可能である。
【００３６】図６には、このような場合のＩＧＢＴ製造
方法が示されている。図６（ａ）に示されるように、ｐ
＋ボディ領域２４及びｎ＋ソース領域２６の導通をとる
ためのソース電極２８を形成する前に表面側からイオン
照射を行ってｎドリフト領域に格子欠陥領域３２を形成
する。その後、図６（ｂ）に示されるようにソース電極
２８を形成する。
方法が示されている。図６（ａ）に示されるように、ｐ
＋ボディ領域２４及びｎ＋ソース領域２６の導通をとる
ためのソース電極２８を形成する前に表面側からイオン
照射を行ってｎドリフト領域に格子欠陥領域３２を形成
する。その後、図６（ｂ）に示されるようにソース電極
２８を形成する。
【００３７】この方法によっても、図４の場合と同様に
重金属電極の放射化を防止し、しきい値電圧の変動防止
及びターンオフ時間の短縮化を図ることができる。
重金属電極の放射化を防止し、しきい値電圧の変動防止
及びターンオフ時間の短縮化を図ることができる。
【００３８】以上説明した実施形態においては、電極の
材料としてＴｉやＮｉ、Ａｕ等の重金属を用いている
が、電極の材料自体はＡｌ等の軽金属を用い、電極とシ
リコン化合物との化学反応を防止するために電極とシリ
コン化合物との界面に重金属のバリア層を用いる場合に
おいても同様に適用することができる。
材料としてＴｉやＮｉ、Ａｕ等の重金属を用いている
が、電極の材料自体はＡｌ等の軽金属を用い、電極とシ
リコン化合物との化学反応を防止するために電極とシリ
コン化合物との界面に重金属のバリア層を用いる場合に
おいても同様に適用することができる。
【００３９】図７には、このようなバリア層を用いた場
合のＩＧＢＴの製造方法が示されている。図７（ａ）に
示されるように、ゲート絶縁膜２０、３０とソース電極
２８との間には、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｎ、Ｉ
ｒ−Ｔａ、ＴａＣ、ＴａＮ、Ｔａ−Ｓｉ、Ｔａ−Ｓｉ−
Ｎ、Ｗ、ＷＮ、ＷＳｉＮ、ＷＲｅＢなどのＡｌより重い
金属または金属化合物からなるバリア層３４が形成され
ており、裏面側にドレイン電極１０を形成する前にイオ
ン照射を行って格子欠陥領域３２を形成する。その後、
図７（ｂ）に示されるように基板１２の裏面側にドレイ
ン電極１０を形成してＩＧＢＴを構成する。
合のＩＧＢＴの製造方法が示されている。図７（ａ）に
示されるように、ゲート絶縁膜２０、３０とソース電極
２８との間には、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｎ、Ｉ
ｒ−Ｔａ、ＴａＣ、ＴａＮ、Ｔａ−Ｓｉ、Ｔａ−Ｓｉ−
Ｎ、Ｗ、ＷＮ、ＷＳｉＮ、ＷＲｅＢなどのＡｌより重い
金属または金属化合物からなるバリア層３４が形成され
ており、裏面側にドレイン電極１０を形成する前にイオ
ン照射を行って格子欠陥領域３２を形成する。その後、
図７（ｂ）に示されるように基板１２の裏面側にドレイ
ン電極１０を形成してＩＧＢＴを構成する。
【００４０】この実施形態においても、重金属バリア層
３４を介してイオン照射を行うことがないので、バリア
層３４の放射化を防止してしきい値電圧の変動を抑える
ことができる。
３４を介してイオン照射を行うことがないので、バリア
層３４の放射化を防止してしきい値電圧の変動を抑える
ことができる。
【００４１】図８には、さらに他の実施形態に係るＩＧ
ＢＴの製造方法が示されている。本実施形態において
も、図７に示された製造方法と同様に電極周縁にバリア
層３４が形成されるが、このバリア層３４を形成する前
に表面側からイオン照射を行ってｎドリフト領域に格子
欠陥領域３２を形成する（図８（ａ））。その後、図８
（ｂ）に示されるようにバリア層３４及びソース電極２
８を形成する。
ＢＴの製造方法が示されている。本実施形態において
も、図７に示された製造方法と同様に電極周縁にバリア
層３４が形成されるが、このバリア層３４を形成する前
に表面側からイオン照射を行ってｎドリフト領域に格子
欠陥領域３２を形成する（図８（ａ））。その後、図８
（ｂ）に示されるようにバリア層３４及びソース電極２
８を形成する。
【００４２】この方法によっても、バリア層３４を介し
てイオン照射が行われないので、放射化によるしきい値
電圧変動を招くことなく、格子欠陥領域３２を形成して
ターンオフ時間を短縮化することができる。
てイオン照射が行われないので、放射化によるしきい値
電圧変動を招くことなく、格子欠陥領域３２を形成して
ターンオフ時間を短縮化することができる。
【００４３】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらに限定されることなく本発明の技術
的思想の範囲内で種々の変更使用が可能である。たとえ
ば、ゲート電極１８はトレンチ型とすることもできる、
また、ＩＧＢＴの各領域における半導体の導電型をそれ
ぞれの相補型（ｐ型である場合にはｎ型とする）とする
こともできる。また、ＩＧＢＴの構成において適宜バッ
ファ領域を設けてもよく、半導体もシリコン以外の材料
を用いることができる。
が、本発明はこれらに限定されることなく本発明の技術
的思想の範囲内で種々の変更使用が可能である。たとえ
ば、ゲート電極１８はトレンチ型とすることもできる、
また、ＩＧＢＴの各領域における半導体の導電型をそれ
ぞれの相補型（ｐ型である場合にはｎ型とする）とする
こともできる。また、ＩＧＢＴの構成において適宜バッ
ファ領域を設けてもよく、半導体もシリコン以外の材料
を用いることができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば半
導体装置の特性変動、特にしきい値電圧の低下を招くこ
となくターンオフ特性を改善することができる。
導体装置の特性変動、特にしきい値電圧の低下を招くこ
となくターンオフ特性を改善することができる。
【図１】 本発明の実施形態に係るＩＧＢＴの断面図で
ある。
ある。
【図２】 実施形態におけるイオン照射量としきい値電
圧変動の関係を示す図である。
圧変動の関係を示す図である。
【図３】 実施形態における重金属電極膜厚とイオン照
射量との関係を示すグラフ図である。
射量との関係を示すグラフ図である。
【図４】 他の実施形態に係るＩＧＢＴ製造方法の説明
図である。
図である。
【図５】 図４に示された製造方法のフローチャートで
ある。
ある。
【図６】 他の実施形態に係るＩＧＢＴ製造方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図７】 さらに他の実施形態に係るＩＧＢＴ製造方法
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図８】 さらに他の実施形態に係るＩＧＢＴ製造方法
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図９】 従来技術のＩＧＢＴ製造方法の説明図であ
る。
る。
１０ ドレイン電極、１２ 基板、１４ ｎエピタキシ
ャル層、１６ ゲート絶縁膜、１８ ゲート電極、２２
ｐボディ領域、２４ ｐ＋ボディ領域、２６ｎ＋ソー
ス領域、２８ ソース電極、３２ 格子欠陥領域。
ャル層、１６ ゲート絶縁膜、１８ ゲート電極、２２
ｐボディ領域、２４ ｐ＋ボディ領域、２６ｎ＋ソー
ス領域、２８ ソース電極、３２ 格子欠陥領域。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 29/78
H01L 21/336
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体層の表面側にスイッチング素子を
設け、このスイッチング素子のオンオフにより前記半導
体層の厚さ方向の電流をスイッチング制御する半導体装
置であって、 重金属電極と、 前記半導体層の一部に１．０×１０11／ｃｍ2以下の照
射量でイオンを注入することにより形成された格子欠陥
領域と、 を有し、前記重金属電極は、少なくとも半導体層側にバ
リア用重金属を備えた多層金属電極であることを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】 半導体層の表面側にスイッチング素子を
設けるとともに半導体層の表面側及び裏面側に重金属電
極を設け、前記スイッチング素子のオンオフにより前記
半導体層の厚さ方向の電流をスイッチング制御する半導
体装置の製造方法であって、 前記重金属電極を介して前記半導体層の一部に１．０×
１０ 11 ／ｃｍ 2 以下の照射量でイオンを注入することに
より格子欠陥領域を形成するステップを有し、 前記重金属電極は、少なくとも半導体層側にバリア用重
金属を備えた多層金属電極であることを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の方法において、前記イオ
ンは、互いに照射位置を変化させて複数回注入すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項２記載の方法において、前記イオ
ンは、照射ビームの半値幅分だけ照射ビームの中心位置
をずらせて複数回注入することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項５】 請求項２記載の方法において、前記イオ
ンの照射量を前記重金属電極の厚さに応じて変化させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 半導体層の表面側にスイッチング素子を
設けるとともに半導体層の表面側及び裏面側に重金属電
極を設け、前記スイッチング素子のオンオフにより前記
半導体層の厚さ方向の電流をスイッチング制御する半導
体装置の製造方法であって、前記重金属電極形成前に前
記半導体層の一部にイオンを注入することにより格子欠
陥領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項７】 半導体層の表面側にスイッチング素子を
設けるとともに半導体層の表面側及び裏面側に重金属電
極を設け、前記スイッチング素子のオンオフにより前記
半導体層の厚さ方向の電流をスイッチング制御する半導
体装置の製造方法であって、前記半導体層の表面側ある
いは裏面側の一方に重金属電極が形成された後であって
他方の側に重金属電極が形成される前に、前記他方の側
から前記半導体層の一部にイオンを注入することにより
格子欠陥領域を形成することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項８】 請求項６，７のいずれかに記載の方法に
おいて、前記重金属電極は、少なくとも半導体層側にバ
リア用重金属層を備えた多層金属電極であることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000152316A JP3518486B2 (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000152316A JP3518486B2 (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001332566A JP2001332566A (ja) | 2001-11-30 |
| JP3518486B2 true JP3518486B2 (ja) | 2004-04-12 |
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ID=18657754
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000152316A Expired - Fee Related JP3518486B2 (ja) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3518486B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9257283B2 (en) * | 2012-08-06 | 2016-02-09 | General Electric Company | Device having reduced bias temperature instability (BTI) |
| JP2016162807A (ja) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
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2000
- 2000-05-24 JP JP2000152316A patent/JP3518486B2/ja not_active Expired - Fee Related
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