JPWO2015087507A1 - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2015087507A1 JPWO2015087507A1 JP2015552307A JP2015552307A JPWO2015087507A1 JP WO2015087507 A1 JPWO2015087507 A1 JP WO2015087507A1 JP 2015552307 A JP2015552307 A JP 2015552307A JP 2015552307 A JP2015552307 A JP 2015552307A JP WO2015087507 A1 JPWO2015087507 A1 JP WO2015087507A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor substrate
- bipolar transistor
- conductivity type
- gate bipolar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 99
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 79
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 26
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 22
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 43
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 40
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 160
- 239000000386 donor Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000852 hydrogen donor Substances 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
- H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
- H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0638—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for preventing surface leakage due to surface inversion layer, e.g. with channel stopper
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/30—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
- H01L29/32—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66272—Silicon vertical transistors
- H01L29/66287—Silicon vertical transistors with a single crystalline emitter, collector or base including extrinsic, link or graft base formed on the silicon substrate, e.g. by epitaxy, recrystallisation, after insulating device isolation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
- H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
- H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
上記半導体基板の第1の表面に第2導電型のベース層が形成される。
上記ベース層の表面に第1導電型のエミッタ領域が形成される。
上記第1の表面に、上記エミッタ領域、上記ベース層および上記半導体基板から絶縁されたゲート電極が形成される。
上記半導体基板の第2の表面を加工することで上記半導体基板が薄化される。
薄化された上記半導体基板の第2の表面にホウ素を注入することで、第2導電型のコレクタ層が形成される。
上記半導体基板の内部であって上記コレクタ層との隣接領域に水素を注入することで、上記半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型のバッファ層が形成される。
上記半導体層は、第1導電型のMCZ基板で構成される。
上記ベース層は、上記半導体層の上に形成され、第2導電型の半導体で構成される。
上記エミッタ領域は、上記ベース層の表面に形成され、第1導電型の半導体で構成される。
上記ゲート電極は、上記エミッタ領域、上記ベース層および上記半導体層から絶縁して形成される。
上記コレクタ層は、上記半導体層の上記ベース層が形成される面とは反対側の面に形成され、第2導電型の半導体で構成される。
上記バッファ層は、上記半導体層と上記コレクタ層との界面に形成され、上記半導体層よりも不純物濃度が高い第1導電型の半導体で構成される。
上記半導体基板の第1の表面に第2導電型のベース層が形成される。
上記ベース層の表面に第1導電型のエミッタ領域が形成される。
上記第1の表面に、上記エミッタ領域、上記ベース層および上記半導体基板から絶縁されたゲート電極が形成される。
上記半導体基板の第2の表面を加工することで上記半導体基板が薄化される。
薄化された上記半導体基板の第2の表面にホウ素を注入することで、第2導電型のコレクタ層が形成される。
上記半導体基板の内部であって上記コレクタ層との隣接領域に水素を注入することで、上記半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型のバッファ層が形成される。
ホウ素注入後のアニール処理と水素注入後のアニール処理とを別々に実施することにより、注入されたホウ素の拡散と活性化および水素注入により形成されたドナーの安定化を各々適切に行うことができる。
典型的には、ホウ素の拡散に必要な温度は、水素の拡散に必要な温度よりも高い。そこで第1のアニール処理の後にバッファ層を形成した後、第1の温度以下の第2の温度(例えば280℃以上450℃以下)で第2のアニール処理を実施することで、注入された水素の適正な拡散処理が可能となり、これにより所望とするフィールドストップ機能を有するバッファ層を形成することが可能となる。
これにより、ベース層、エミッタ領域、ゲート電極等の形成工程における基板のハンドリング性を維持することができる。
上記半導体層は、第1導電型のMCZ基板で構成される。
上記ベース層は、上記半導体層の上に形成され、第2導電型の半導体で構成される。
上記エミッタ領域は、上記ベース層の表面に形成され、第1導電型の半導体で構成される。
上記ゲート電極は、上記エミッタ領域、上記ベース層および上記半導体層から絶縁して形成される。
上記コレクタ層は、上記半導体層の上記ベース層が形成される面とは反対側の面に形成され、第2導電型の半導体で構成される。
上記バッファ層は、上記半導体層と上記コレクタ層との界面に形成され、上記半導体層よりも不純物濃度が高い第1導電型の半導体で構成される。
図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁ゲートバイポーラトランジスタを示す概略断面図である。本実施形態ではnチャネル縦型IGBTを例に挙げて説明する。本実施形態は電圧定格が600〜1200Vのものに適用されるのが好ましいが、これに限定されるものではない。
次に、以上のように構成されるIGBT100の製造方法について説明する。図2〜図9は、IGBT100の製造方法を説明する各工程の概略断面図である。
まず、図2に示すように、MCZ法で作製されたn−型の半導体基板(シリコン基板)110を準備する。半導体基板110の直径は、8インチ以上であり、本実施形態では12インチウェーハが用いられる。半導体基板110の厚みは特に限定されず、例えば600〜1200μmである。
次に、図4に示すように、半導体基板110の裏面112(第2の表面)を加工することで、半導体基板110が薄化される。半導体基板110の表面111の加工後に薄化工程を実施することで、ベース層12、エミッタ領域13、ゲート電極14、エミッタ電極18等の形成工程における基板のハンドリング性を維持することができる。
続いて図5および図6に示すように、半導体基板110の裏面112にコレクタ層15が形成される。
バッファ層16の形成後、図9に示すように、半導体基板110の裏面112にはコレクタ電極19が形成される。本実施形態ではAl膜、Cr膜、Ni膜およびAu膜を順にスパッタ法で形成することで、コレクタ電極19が形成される。その後、所定の素子サイズに個片化されることで、本実施形態のIGBT100が製造される。
以上のように本実施形態においては、半導体基板としてMCZ基板が用いられるため、8インチサイズ(直径約200mm)以上の基板を容易に作製でき、例えば12インチサイズ(直径約300mm)の大口径基板も比較的容易に入手することができる。これにより大口径基板に適用される種々の微細加工技術を用いることが可能となるため、IGBT素子のさらなる微細化あるいは高品質化(高特性化)を実現することができるとともに、生産性の向上をも図ることが可能となる。
リンによるドナーと水素によるドナーは性質が異なるので素子性能を向上できる。例えばリンのドナーは活性化率が低くキャリア寿命が小さくなる。
本発明は従来のFZ基板を用いるよりも大口径のMCZウェハを用いる方が微細位置あわせが可能なので素子性能が向上できることが分かったことにある。
12…ベース層
13…エミッタ領域
14…ゲート電極
15…コレクタ層
16…バッファ層
17…ゲート酸化物
18…エミッタ電極
19…コレクタ電極
100…IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)
110…半導体基板
Claims (8)
- MCZ法で作製された第1導電型の半導体基板を準備し、
前記半導体基板の第1の表面に第2導電型のベース層を形成し、
前記ベース層の表面に第1導電型のエミッタ領域を形成し、
前記第1の表面に、前記エミッタ領域、前記ベース層および前記半導体基板から絶縁されたゲート電極を形成し、
前記半導体基板の第2の表面を加工することで前記半導体基板を薄化し、
薄化された前記半導体基板の第2の表面にホウ素を注入することで、第2導電型のコレクタ層を形成し、
前記半導体基板の内部であって前記コレクタ層との隣接領域に水素を注入することで、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型のバッファ層を形成する
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - 請求項1に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法であって、
前記コレクタ層を形成する工程は、ホウ素の注入後、前記第2の表面を第1の温度で加熱する第1のアニール処理を含み、
前記バッファ層を形成する工程は、水素の注入後、前記第2の表面を第2の温度で加熱する第2のアニール処理を含む
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - 請求項2に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法であって、
前記バッファ層は、前記第1のアニール処理の後に形成される
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - 請求項2又は3に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法であって、
前記第1のアニール処理および前記第2のアニール処理は、加熱炉を用いて実施される
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法であって、
前記第1の温度は、400℃以上であり、
前記第2の温度は、250℃以上500℃以下である
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極は、前記半導体基板を薄化する前に形成される
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法であって、
前記半導体基板は、8インチ以上の直径を有する
絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。 - MCZ基板で構成された第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上に形成された第2導電型のベース層と、
前記ベース層の表面に形成された第1導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域、前記ベース層および前記半導体層から絶縁して形成されたゲート電極と、
前記半導体層の前記ベース層が形成される面とは反対側の面に形成された第2導電型のコレクタ層と、
前記半導体層と前記コレクタ層との界面に形成され、前記半導体層よりも不純物濃度が高い第1導電型のバッファ層と、
を具備する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013254850 | 2013-12-10 | ||
JP2013254850 | 2013-12-10 | ||
PCT/JP2014/006010 WO2015087507A1 (ja) | 2013-12-10 | 2014-12-02 | 絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2015087507A1 true JPWO2015087507A1 (ja) | 2017-03-16 |
Family
ID=53370838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015552307A Pending JPWO2015087507A1 (ja) | 2013-12-10 | 2014-12-02 | 絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160300938A1 (ja) |
EP (1) | EP3082168A4 (ja) |
JP (1) | JPWO2015087507A1 (ja) |
KR (1) | KR20160064194A (ja) |
CN (1) | CN105765726A (ja) |
TW (1) | TWI574408B (ja) |
WO (1) | WO2015087507A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9768285B1 (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-19 | Semiconductor Components Industries, Llc | Semiconductor device and method of manufacture |
JP6579086B2 (ja) * | 2016-11-15 | 2019-09-25 | 信越半導体株式会社 | デバイス形成方法 |
US20200105874A1 (en) | 2018-10-01 | 2020-04-02 | Ipower Semiconductor | Back side dopant activation in field stop igbt |
DE112019001123B4 (de) | 2018-10-18 | 2024-03-28 | Fuji Electric Co., Ltd. | Halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren davon |
DE102018129467A1 (de) * | 2018-11-22 | 2020-05-28 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements |
CN110124837B (zh) * | 2019-05-17 | 2021-04-23 | 西安奕斯伟硅片技术有限公司 | 一种硅晶体的破碎方法及热处理装置 |
CN113471273A (zh) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 比亚迪半导体股份有限公司 | 绝缘栅双极型晶体管及制备方法、电子设备 |
CN111354639A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-06-30 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Igbt器件的制备方法及igbt器件 |
US11302806B1 (en) * | 2020-11-24 | 2022-04-12 | Huge Power Limited Taiwan Branch (B.V.I.) | Double-gate trench-type insulated-gate bipolar transistor device |
CN114512537A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-05-17 | 北京芯可鉴科技有限公司 | 绝缘栅双极型晶体管igbt的制造方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002246597A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP2004146679A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | バイポーラ型半導体装置とその製造方法 |
WO2009025337A1 (ja) * | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Sumco Corporation | Igbt用のシリコン単結晶ウェーハ及びigbt用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法、igbt用シリコン単結晶ウェーハの抵抗率保証方法 |
JP2010050307A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2011052787A1 (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-05 | 富士電機システムズ株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
JP2013138172A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-07-11 | Denso Corp | 半導体装置 |
WO2013141181A1 (ja) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | 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 |
WO2013147275A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6482681B1 (en) | 2000-05-05 | 2002-11-19 | International Rectifier Corporation | Hydrogen implant for buffer zone of punch-through non epi IGBT |
JP4760729B2 (ja) * | 2006-02-21 | 2011-08-31 | 株式会社Sumco | Igbt用のシリコン単結晶ウェーハ及びigbt用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法 |
US8771415B2 (en) * | 2008-10-27 | 2014-07-08 | Sumco Corporation | Method of manufacturing silicon single crystal, silicon single crystal ingot, and silicon wafer |
JP5617190B2 (ja) * | 2009-05-22 | 2014-11-05 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
US8361893B2 (en) * | 2011-03-30 | 2013-01-29 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device and substrate with chalcogen doped region |
KR20120140411A (ko) * | 2011-06-21 | 2012-12-31 | (주) 트리노테크놀로지 | 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
-
2014
- 2014-12-02 JP JP2015552307A patent/JPWO2015087507A1/ja active Pending
- 2014-12-02 EP EP14869846.7A patent/EP3082168A4/en not_active Withdrawn
- 2014-12-02 CN CN201480064729.3A patent/CN105765726A/zh active Pending
- 2014-12-02 US US15/103,671 patent/US20160300938A1/en not_active Abandoned
- 2014-12-02 WO PCT/JP2014/006010 patent/WO2015087507A1/ja active Application Filing
- 2014-12-02 KR KR1020167011274A patent/KR20160064194A/ko not_active Application Discontinuation
- 2014-12-08 TW TW103142681A patent/TWI574408B/zh active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002246597A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP2004146679A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-05-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | バイポーラ型半導体装置とその製造方法 |
WO2009025337A1 (ja) * | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Sumco Corporation | Igbt用のシリコン単結晶ウェーハ及びigbt用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法、igbt用シリコン単結晶ウェーハの抵抗率保証方法 |
JP2010050307A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2011052787A1 (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-05 | 富士電機システムズ株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
JP2013138172A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-07-11 | Denso Corp | 半導体装置 |
WO2013141181A1 (ja) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | 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 |
WO2013147275A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3082168A1 (en) | 2016-10-19 |
WO2015087507A1 (ja) | 2015-06-18 |
TWI574408B (zh) | 2017-03-11 |
CN105765726A (zh) | 2016-07-13 |
TW201526235A (zh) | 2015-07-01 |
EP3082168A4 (en) | 2017-07-19 |
KR20160064194A (ko) | 2016-06-07 |
US20160300938A1 (en) | 2016-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2015087507A1 (ja) | 絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその製造方法 | |
US10707321B2 (en) | Power device with multiple field stop layers | |
TWI459554B (zh) | 最小化場闌igbt的緩衝區及發射極電荷差異的方法 | |
WO2015190579A1 (ja) | 半導体装置 | |
EP2195847A1 (en) | Semiconductor module | |
WO2016039071A1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
TW201545343A (zh) | 半導體基板結構、半導體功率元件及改善半導體功率元件中之注入控制方法 | |
JP2018082007A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH1154519A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2007088334A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP6654189B2 (ja) | 薄い半導体ウェハを備える半導体デバイスの製造方法 | |
WO2021166980A1 (ja) | 半導体装置 | |
KR102070959B1 (ko) | 파워 소자 및 그 제조방법 | |
WO2017186788A1 (en) | Insulated gate bipolar transistor and method for manufacturing such an insulated gate bipolar transistor | |
JP2006140250A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP4458112B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、それを用いた半導体装置及びプラズマパネルディスプレイ | |
KR20010034362A (ko) | 반도체 장치 및 그 제조방법 | |
KR102198982B1 (ko) | 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 제조하기 위한 방법 | |
JP2014187275A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
KR101851821B1 (ko) | 바이폴라 펀치 쓰루 반도체 디바이스 및 그러한 반도체 디바이스의 제조 방법 | |
US8993372B2 (en) | Method for producing a semiconductor component | |
JP7419695B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP5446158B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US9048210B2 (en) | Transistors and methods of manufacturing the same | |
JP2017174963A (ja) | Soi基板の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170411 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20170612 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170810 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171017 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180410 |