JP2010147381A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IGBT(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)とフリーホイールダイオード(単にダイオードという)を同チップ内に形成する半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which an IGBT (insulated gate field effect transistor) and a free wheel diode (simply referred to as a diode) are formed in the same chip.
従来、IGBTとダイオードとを同チップに備えた半導体装置では、ダイオード形成領域にカソード層となるn+型層を形成し、IGBT形成領域にコレクタ層となるp+型層を形成している。そして、特許文献1において、このようなIGBTとダイオードとを一体化した半導体装置に対し、複数のトレンチゲートの間にさらにトレンチコンタクト部を形成し、トレンチコンタクト部においてエミッタ電極およびアノード電極として機能する上部電極をショットキー接触させることにより、リカバリ損失Errの低減を図り、リカバリ動作を改善することが開示されている。
しかしながら、リカバリ動作の改善はトレンチコンタクトの深さに依存しており、よりリカバリ動作を改善しようとトレンチコンタクトの深さを深くすると、トレンチコンタクト下のチャネルの面密度が減少してしまう。このため、トレンチコンタクト下のp型ベース領域がパンチスルーしてしまい、コレクタ−エミッタ間耐圧を低下させることになり、リカバリ動作の改善に限界があった。 However, the improvement in the recovery operation depends on the depth of the trench contact. If the depth of the trench contact is increased to improve the recovery operation, the surface density of the channel under the trench contact decreases. For this reason, the p-type base region under the trench contact is punched through, which decreases the collector-emitter breakdown voltage, and there is a limit to the improvement in the recovery operation.
また、トレンチコンタクトの深さを深くすると、トレンチコンタクトの幅に対する深さ(=深さ/幅)で規定されるアスペクト比が大きくなる。このため、エミッタ電極およびアノード電極として機能する上部電極を一般的な電極材料であるAlにて構成すると、電極表面を平坦化できず、電極表面の凹凸によりボンディング不良が発生する等の原因になる。したがって、電極表面が平坦化できるように、トレンチコンタクト内をタングステンプラグ(W−Plug)などで埋め込むなどの処置が必要となり、製造工程の複雑化、引いては製造コストの増大という問題が生じる。 Further, when the depth of the trench contact is increased, the aspect ratio defined by the depth (= depth / width) with respect to the width of the trench contact is increased. For this reason, if the upper electrode functioning as the emitter electrode and the anode electrode is made of Al, which is a general electrode material, the electrode surface cannot be flattened, and bonding defects may occur due to unevenness of the electrode surface. . Therefore, a treatment such as filling the trench contact with a tungsten plug (W-Plug) or the like is necessary so that the electrode surface can be flattened, resulting in a complicated manufacturing process and an increase in manufacturing cost.
本発明は上記点に鑑みて、トレンチコンタクト構造では限界があったリカバリ損失の低減を図ることにより、リカバリ動作を改善できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of improving the recovery operation by reducing the recovery loss that has been limited in the trench contact structure.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1導電型層(1b)およびドリフト層(2)と、第2導電型のベース領域とによるPN接合にてダイオードを構成し、IGBTとダイオードとが一体化された半導体装置の製造方法において、ベース領域(3)およびドリフト層(2)に対して電子線照射もしくはヘリウム線照射を行うことによりライフタイムキラー(13)を形成する工程を含んでいることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, a diode is constituted by a PN junction formed by the first conductivity type layer (1b) and the drift layer (2) and the second conductivity type base region, In the manufacturing method of the semiconductor device in which the IGBT and the diode are integrated, the lifetime killer (13) is formed by irradiating the base region (3) and the drift layer (2) with an electron beam or a helium beam. It is characterized by including a process.
このように、電子線照射もしくはヘリウム線照射によるライフタイムキラー(13)を形成することにより、ライフタイムキラー(13)の作用によって、リカバリ動作時にキャリアの消滅を早めることができる。このため、コンタクト用トレンチ(10)の深さを深くし過ぎることなくリカバリ損失の低減を図ることが可能となり、コンタクト用トレンチ(10)の下のベース領域(3)がパンチスルーしてしまうことによるコレクタ−エミッタ間耐圧の低下を抑制しつつ、リカバリ特性を改善することができる。 Thus, by forming the lifetime killer (13) by electron beam irradiation or helium beam irradiation, the disappearance of carriers can be accelerated during the recovery operation by the action of the lifetime killer (13). For this reason, it is possible to reduce the recovery loss without increasing the depth of the contact trench (10) too much, and the base region (3) under the contact trench (10) is punched through. Recovery characteristics can be improved while suppressing a decrease in collector-emitter breakdown voltage due to.
請求項2に記載の発明では、ライフタイムキラー(13)を形成する工程では、ダイオード形成領域のみが開口するマスク(15)を用いて、電子線照射もしくはヘリウム線照射を行うことを特徴としている。
The invention according to
このように、リカバリ特性の改善のためにキャリアの消滅を早める必要があるのは特にダイオード形成領域であるため、この領域にのみ電子線照射が為されるようにしても良い。 As described above, since it is necessary to accelerate the disappearance of carriers in order to improve the recovery characteristics, particularly in the diode formation region, the electron beam irradiation may be performed only in this region.
請求項3に記載の発明では、ライフタイムキラー(13)を形成する工程では、ダイオード形成領域よりもIGBT形成領域の方が開口率が小さなマスク(15)を用いて、電子線照射もしくはヘリウム線照射を行うことを特徴としている。 According to the third aspect of the present invention, in the step of forming the lifetime killer (13), using the mask (15) having a smaller aperture ratio in the IGBT formation region than in the diode formation region, electron beam irradiation or helium beam It is characterized by performing irradiation.
このように、ダイオード形成領域よりもIGBT形成領域の方が開口率の小さくなるマスク(15)を用いることで、開口率の差によってライフタイムキラー(13)の形成量を調整できる。このようにすれば、ダイオード形成領域に多くのライフタイムキラー(13)が設けられるようにしつつ、IGBT形成領域に形成されるライフタイムキラー(13)の量を少なくすることができる。 Thus, by using the mask (15) having a smaller aperture ratio in the IGBT formation region than in the diode formation region, the formation amount of the lifetime killer (13) can be adjusted by the difference in the aperture ratio. In this way, it is possible to reduce the amount of lifetime killer (13) formed in the IGBT formation region while providing many lifetime killer (13) in the diode formation region.
例えば、請求項4に記載したように、ライフタイムキラー(13)を形成する工程では、10〜100KGyの電子線照射によってライフタイムキラー(13)を形成することができる。
For example, as described in
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかるIGBTとダイオードが一体化された半導体装置の断面図である。以下、この図を参照して、本実施形態にかかるIGBTとダイオードが一体化された半導体装置について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which an IGBT and a diode according to the present embodiment are integrated. Hereinafter, a semiconductor device in which the IGBT and the diode according to the present embodiment are integrated will be described with reference to FIG.
図1に示す半導体装置は、IGBTとダイオードとが一体化されたものである。半導体装置のうちのセル領域にIGBTおよびダイオードが形成され、その外周を囲むように備えられる外周領域に耐圧構造が形成されているが、図1ではセル領域の一部、具体的にはIGBT形成領域とダイオード形成領域の境界位置近傍についてのみ図示してある。 The semiconductor device shown in FIG. 1 is an integrated IGBT and diode. An IGBT and a diode are formed in a cell region of the semiconductor device, and a breakdown voltage structure is formed in an outer peripheral region provided so as to surround the outer periphery. In FIG. 1, a part of the cell region, specifically, an IGBT is formed. Only the vicinity of the boundary position between the region and the diode formation region is shown.
図1に示されるように、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層(第1導電型層)1bの表面に、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bよりも低不純物濃度で構成されたn-型ドリフト層2が備えられている。例えば、p++型コレクタ層1aは、p型不純物濃度が1×1017〜1×1020cm-3程度、n++型カソード層1bは、n型不純物濃度が1×1017〜1×1020cm-3程度、n-型ドリフト層2は、n型不純物濃度が1×1014cm-3程度に設定されている。
As shown in FIG. 1, p ++ -
また、n-型ドリフト層2の表層部には、p型ベース領域3が形成されている。このp型ベース領域3は、例えば厚さが5μm程度、不純物濃度が1×1017〜1×1018cm-3程度とされている。
A p-
そして、このp型ベース領域3を貫通してn-型ドリフト層2まで達するように、複数個のゲート用トレンチ4が形成され、このゲート用トレンチ4によってp型ベース領域3が複数個に分離されている。具体的には、ゲート用トレンチ4は複数所定のピッチ(間隔)で形成されており、例えば、図1の奥行き方向(紙面垂直方向)において各ゲート用トレンチ4が平行に延設されたストライプ構造、もしくは並行に延設されたのちその先端部において引き回されることで環状構造とされている。
Then, a plurality of
隣接するゲート用トレンチ4によってp型ベース領域3が複数に分割され、分割された各p型ベース領域3の表層部において、ゲート用トレンチ4の側面に接するようにn+型エミッタ領域5が形成されていると共に、ゲート用トレンチ4の側面から離間した位置にボデーp層6が形成されている。n+型エミッタ領域5は、p型ベース領域3の最表面に形成されることで露出させられており、表面でのn型不純物濃度が1×1020cm-3程度とされている。ボデーp層6は、n+型エミッタ領域5よりも深い位置に形成されているが、表面でのp型不純物濃度が1×1020cm-3程度とされている。これらn+型エミッタ領域5とボデーp層6は十分にp型ベース領域3よりも高濃度とされている。
The p-
n+型エミッタ領域5は、n-型ドリフト層2よりも高不純物濃度で構成され、p型ベース領域3内において終端しており、かつ、ゲート用トレンチ4の側面に接するように配置されている。より詳しくは、ゲート用トレンチ4の長手方向に沿って棒状に延設され、ゲート用トレンチ4の先端よりも内側で終端した構造とされている。
The n + -
各ゲート用トレンチ4内は、各ゲート用トレンチ4の内壁表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7の表面に形成されたドープトPoly−Si等により構成されるゲート電極8とにより埋め込まれている。
Each
これらのうち、ゲート電極8は、図1とは別断面において互いに電気的に接続され、層間絶縁膜9上に形成されたドープトPoly−Si層(図示せず)などを通じてゲート配線(図示せず)に電気的に接続されている。
Among these, the
また、IGBT形成領域およびダイオード形成領域に形成されたゲート用トレンチ4とは異なる位置、具体的には各ゲート用トレンチ4の間には、コンタクト用トレンチ10が形成されている。このコンタクト用トレンチ10は、ゲート用トレンチ4よりも浅く、かつ、n+型エミッタ領域5およびボデーp層6を貫通してボデーp層6の下方に位置しているp型ベース領域3に達する深さとされている。例えば、コンタクト用トレンチ10は、深さが1〜1.5μm、幅が1〜1.5μmとされる。
Further,
また、層間絶縁膜9やn+型エミッタ領域5の表面上およびコンタクト用トレンチ10内を埋め込むように上部電極11が形成されている。この上部電極11は、IGBTにおけるエミッタ電極として機能すると共に、ダイオードにおけるアノード電極として機能するものであり、n+型エミッタ領域5に電気的に接続されていると共に、コンタクト用トレンチ10を通じてボデーp層6およびp型ベース領域3とも電気的に接続されている。上部電極11は、例えばAlにて構成されており、不純物濃度が高濃度であるn+型エミッタ領域5およびボデーp層6とはオーミック接触させられ、不純物濃度が低濃度であるp型ベース領域3とはショットキー接触させられている。
An
さらに、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bの裏面側には、下部電極12が形成されている。下部電極12は、IGBTにおけるコレクタ電極として機能すると共に、ダイオードにおけるカソード電極として機能するものであり、p++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bに対して共にオーミック接触させられている。
Further, a
そして、IGBT形成領域およびダイオード形成領域におけるp型ベース領域3内およびn-型ドリフト層2内に、電子線照射によるライフタイムキラー13が形成されている。このような構造により、本実施形態にかかるIGBTとダイオードとが一体化された半導体装置が構成されている。
A
このような構成の半導体装置は、基本的には従来と同様の製造方法によって基本的な素子構造を形成したあと、電子線照射を行うことにより製造される。例えば、n型半導体基板を用意し、この主表面側にp型ベース領域3やn+型エミッタ領域5およびボデーp層6の形成工程を行った後、ゲート用トレンチ4を形成し、このゲート用トレンチ4内にゲート絶縁膜7およびゲート電極8を形成することでトレンチゲート構造を構成する。また、層間絶縁膜9の形成工程やコンタクト用トレンチ10の形成工程を行ったのち、上部電極11を形成する。そして、n型半導体基板を裏面側から研削して薄膜化したのち、p型不純物やn型不純物のイオン注入によってp++型コレクタ層1aおよびn++型カソード層1bを形成し、さらに下部電極12を形成することによって基本的な素子構造が構成される。
A semiconductor device having such a structure is basically manufactured by irradiating an electron beam after forming a basic element structure by a manufacturing method similar to the conventional one. For example, an n-type semiconductor substrate is prepared, a p-
その後、電子線照射工程を行う。図2(a)は、電子線照射工程を模式的に示した断面図であり、図2(b)は、電子線照射工程の際に用いるマスク15の平面図である。なお、図2(b)は断面図ではないが、図を見易くするために、マスク15にハッチングを付してある。
Then, an electron beam irradiation process is performed. FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing the electron beam irradiation process, and FIG. 2B is a plan view of the
図2(b)に記載したように、電子線照射工程では、耐圧構造が形成された外周領域を覆い、IGBT形成領域やダイオード形成領域を露出させるようなマスク15を用いて、このマスク15を素子の主表面側(もしくは裏面側)から電子線を照射することにより、ライフタイムキラー13を形成する。このときの電子線照射量に関しては、要求されるリカバリ特性に応じて設定されるが、本実施形態では10〜100KGy程度としている。
As shown in FIG. 2B, in the electron beam irradiation process, the
これにより、図1に示した本実施形態の半導体装置を製造することができる。なお、基本的な素子構造に関しては既に公知になっているため、その製造方法についての詳細な説明については簡単にしか説明していないが、勿論、この他の製造方法によって製造しても良い。 Thereby, the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1 can be manufactured. Since the basic element structure is already known, the detailed description of the manufacturing method has only been briefly described. Of course, it may be manufactured by other manufacturing methods.
このように、本実施形態にかかるIGBTとダイオードとが一体化された半導体装置では、IGBT形成領域およびダイオード形成領域において、p型ベース領域3やn-型ドリフト層2内に、電子線照射によるライフタイムキラー13を形成している。このため、以下のような効果を得ることができる。この効果について、従来のようにライフタイムキラー13が形成されていない半導体装置と比較して説明する。
Thus, in the semiconductor device in which the IGBT and the diode according to the present embodiment are integrated, in the IGBT formation region and the diode formation region, the p-
図3は、IGBTとダイオードとが一体化された半導体装置の製造方法のリカバリ損失を調べるために作成したスイッチング回路である。 FIG. 3 shows a switching circuit created for investigating recovery loss in a method of manufacturing a semiconductor device in which an IGBT and a diode are integrated.
図3に示されるように、IGBTとダイオードとが一体化された半導体装置を2つ用意する。各半導体装置は、IGBT20、21のコレクタとエミッタに対してダイオード22、23のカソードとアノードが接続された構造となっている。そして、一方のIGBT20のエミッタと他方のIGBT21のコレクタとを接続すると共に、インダクタL1、L2を介して各IGBT20、21のコレクタを定電圧源Eccに接続している。そして、入力抵抗Rgを通じて他方のIGBT21のゲートに対してパルス状の電圧VGが印加されるようにしている。
As shown in FIG. 3, two semiconductor devices in which an IGBT and a diode are integrated are prepared. Each semiconductor device has a structure in which the cathodes and anodes of the
このようなスイッチング回路を用いて、まず、IGBT21のゲートに電圧VGを印加し、IGBT21をオンさせる。これにより、経路Aを通じて電源EccからIGBT21のコレクタ−エミッタ間に電流が流される。次に、IGBT21のゲートへの電圧VGの印加をやめ、IGBT21をオフする。これにより、過渡現象に基づいてインダクタL2から経路Bを通じてダイオード22に電流が流れる。続いて、再びIGBT21のゲートに電圧VGを印加し、IGBT21をオンさせると、経路Bが遮断される。このときにダイオード22に逆方向に流れる電流を測定することにより、ダイオード22のリカバリ損失を求めることができる。
Using such a switching circuit, first, the voltage VG is applied to the gate of the
図4は、従来の半導体装置に備えられたダイオードのリカバリ損失を上記手法によって測定した結果を示したグラフであり、コンタクト用トレンチ10の深さとリカバリ損失の関係を示してある。また、図5は、コンタクト用トレンチ10の深さとコレクタ−エミッタ(CE)間の耐圧を調べたグラフであり、コンタクト用トレンチ10の深さ0μmのときを1としたときの耐圧の相対値を示してある。
FIG. 4 is a graph showing the result of measuring the recovery loss of a diode provided in a conventional semiconductor device by the above method, and shows the relationship between the depth of the
図4に示されるように、コンタクト用トレンチ10が深くなればなるほど、リカバリ損失が低下していっている。すなわち、上部電極11との接触箇所に整流作用のあるショットキー接触部分を作っているため、接続箇所の全てをオーミック接触とする場合と較べて、逆回復時のリカバリ電流が小さくなり、リカバリ損失を低減することができる。このようなリカバリ電流の大きさはコンタクト用トレンチ10の深さに依存し、コンタクト用トレンチ10の深さが深くなるほどリカバリ電流の大きさが小さくなって、リカバリ損失がより低下するのである。
As shown in FIG. 4, the recovery loss decreases as the
しかしながら、その一方で、図5に示されるように、コンタクト用トレンチ10が深くなり、例えば深さが2μm以上になると、コレクタ−エミッタ間の耐圧が急激に低下する。これは、コンタクト用トレンチ10を深くすることにより、コンタクト用トレンチ10の下部におけるp型ベース領域3の厚みが薄くなり、パンチスルーしてしまうためである。
However, on the other hand, as shown in FIG. 5, when the
このため、リカバリ損失の低下とコレクタ−エミッタ間の耐圧とはトレードオフの関係にあり、これらの関係に基づいてコンタクト用トレンチ10の深さを設定する必要があった。
For this reason, the reduction in recovery loss and the collector-emitter breakdown voltage are in a trade-off relationship, and it is necessary to set the depth of the
一方、図6は、本実施形態の半導体装置に備えられたダイオードのリカバリ損失を上記手法によって測定した結果を示したグラフであり、コンタクト用トレンチ10の深さとリカバリ損失の関係を示してある。
On the other hand, FIG. 6 is a graph showing the result of measuring the recovery loss of the diode provided in the semiconductor device of the present embodiment by the above method, and shows the relationship between the depth of the
この図に示されるように、コンタクト用トレンチ10の深さが浅くても、リカバリ損失を低減できていることが確認できる。これは、本実施形態の半導体装置では、p型ベース領域3やn-型ドリフト層2内に、電子線照射によるライフタイムキラー13を形成しているため、このライフタイムキラー13の作用によって、リカバリ動作時にキャリアの消滅を早めることが出来たためである。このため、コンタクト用トレンチ10の深さを深くし過ぎることなくリカバリ損失の低減を図ることが可能となり、コンタクト用トレンチ10の下のp型ベース領域3がパンチスルーしてしまうことによるコレクタ−エミッタ間耐圧の低下を抑制しつつ、リカバリ特性を改善することができる。
As shown in this figure, it can be confirmed that the recovery loss can be reduced even if the depth of the
そして、これによりコンタクト用トレンチ10の深さを浅くしても良くなるため、トレンチコンタクトの幅に対する深さ(=深さ/幅)で規定されるアスペクト比が小さくなり、上部電極11を一般的な電極材料であるAlで構成しても電極表面を平坦化できるようになる。したがって、電極表面の凹凸を抑制でき、ボンディング不良が発生する等の原因を無くすことが可能となる。そして、電極表面の平坦化のために、コンタクト用トレンチ10内をタングステンプラグ(W−Plug)などで埋め込むなどの処置も必要なくなり、製造工程の複雑化や製造コストの増大を防止することも可能となる。
As a result, the depth of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して電子線照射工程、具体的には電子線照射を行う領域を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is different from the first embodiment in the electron beam irradiation process, specifically, the region where the electron beam irradiation is performed, and the other aspects are the same as those in the first embodiment. Only the parts different from the form will be described.
図7(a)は、本実施形態で行う電子線照射工程を模式的に示した断面図であり、図7(b)は、電子線照射工程の際に用いるマスク15の平面図である。なお、図7(b)は断面図ではないが、図を見易くするために、マスク15にハッチングを付してある。
FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing the electron beam irradiation process performed in this embodiment, and FIG. 7B is a plan view of the
図7(b)に記載したように、本実施形態の電子線照射工程では、耐圧構造が形成された外周領域およびIGBT形成領域を覆い、ダイオード形成領域のみを露出させるようなマスク15を用いて、素子の主表面側(もしくは裏面側)から電子線を照射することにより、ライフタイムキラー13を形成する。これにより、ダイオード形成領域におけるp型ベース領域3内およびn-型ドリフト層2内に、電子線照射によるライフタイムキラー13を形成することができる。
As shown in FIG. 7B, in the electron beam irradiation process of this embodiment, a
このように、リカバリ特性の改善のためにキャリアの消滅を早める必要があるのは特にダイオード形成領域であるため、この領域にのみ電子線照射が為されるようにしても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, since it is particularly a diode formation region that needs to expedite the disappearance of carriers in order to improve the recovery characteristics, even if the electron beam irradiation is performed only in this region, the first embodiment is different from the first embodiment. Similar effects can be obtained.
また、IGBT形成領域にも電子線照射が行われた場合、IGBTの特性が変化することになり、p++型コレクタ層1aを形成する際のドーズ量調整によってIGBTの特性を調整することになるが、そのような調整の必要性を無くすことも可能となる。
In addition, when the electron beam irradiation is also performed on the IGBT formation region, the characteristics of the IGBT change, and the characteristics of the IGBT are adjusted by adjusting the dose amount when forming the p ++
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態も、第1実施形態に対して電子線照射工程、具体的には電子線照射を行う領域を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is also a modification of the electron beam irradiation process, specifically, the region where electron beam irradiation is performed with respect to the first embodiment, and the other aspects are the same as those of the first embodiment. Only the parts different from the form will be described.
図8(a)は、本実施形態で行う電子線照射工程を模式的に示した断面図であり、図8(b)は、電子線照射工程の際に用いるマスク15の平面図である。なお、図8(b)は断面図ではないが、図を見易くするために、マスク15にハッチングを付してある。
FIG. 8A is a cross-sectional view schematically showing the electron beam irradiation process performed in this embodiment, and FIG. 8B is a plan view of the
図8(b)に記載したように、本実施形態の電子線照射工程では、耐圧構造が形成された外周領域に加えてIGBT形成領域の一部を覆い、ダイオード形成領域に関しては完全に露出させるようなマスク15を用いて、このマスク15を素子の主表面側(もしくは裏面側)から電子線を照射することにより、ライフタイムキラー13を形成する。これにより、ダイオード形成領域とIGBT形成領域における電子線照射によるライフタイムキラー13の形成量を調整することができる。
As shown in FIG. 8B, in the electron beam irradiation process of the present embodiment, in addition to the outer peripheral region where the breakdown voltage structure is formed, a part of the IGBT formation region is covered and the diode formation region is completely exposed. The
このように、ダイオード形成領域よりもIGBT形成領域の方が開口率の小さくなるマスク15を用いることで、開口率の差によってライフタイムキラー13の形成量を調整できる。このようにすれば、ダイオード形成領域に多くのライフタイムキラー13が設けられるようにしつつ、IGBT形成領域に形成されるライフタイムキラー13の量を少なくすることができる。
Thus, by using the
(他の実施形態)
上記各実施形態では、ライフタイムキラー13を形成するための工程として、電子線照射を行うようにしたが、電子線に代えてヘリウム(He)線照射を行うことによっても、ライフタイムキラー13を形成することができる。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the electron beam irradiation is performed as a process for forming the
上記実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型とするnチャネルタイプのIGBTを例に挙げて説明したが、各部の導電型を反転させたpチャネルタイプのIGBTについても本発明を適用することができる。その場合、IGBT形成領域では、n++型コレクタ層となり、その上にpー型ドリフト層、n型ベース領域、p+型エミッタ領域が形成され、ダイオード形成領域では、p++型アノード領域およびpー型ドリフト層をアノード、n型ベース領域をカソードとするPN接合が形成されることになる。 In the above embodiment, an n-channel type IGBT in which the first conductivity type is an n-type and the second conductivity type is a p-type has been described as an example. However, for a p-channel type IGBT in which the conductivity type of each part is reversed. The present invention can also be applied. In this case, the IGBT forming region becomes an n ++ type collector layer, and a p − type drift layer, an n type base region, and a p + type emitter region are formed thereon. In the diode forming region, a p ++ type anode region is formed. As a result, a PN junction having the p-type drift layer as an anode and the n-type base region as a cathode is formed.
なお、本発明における第1導電型層とは、ダイオード形成領域における裏面側、すなわちnチャネルタイプのIGBTと同チップで形成されるダイオードの場合にはn++型カソード層1b、pチャネルタイプのIGBTと同チップで形成されるダイオードの場合にはp++型アノード層のことを意味している。
In the present invention, the first conductivity type layer refers to the back side of the diode formation region, that is, the n ++
1a p++型コレクタ層
1b n++型カソード層
2 n-型ドリフト層
3 p型ベース領域
4 ゲート用トレンチ
5 n+型エミッタ領域
6 ボデーp層
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 層間絶縁膜
10 コンタクト用トレンチ
11 上部電極
12 下部電極
13 ライフタイムキラー
15 マスク
1a p ++
Claims (4)
前記第1導電型層(1b)および前記コレクタ層(1a)の上に配置された第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離するゲート用トレンチ(4)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)に形成され、該ベース領域(3)内において前記ゲート用トレンチ(4)の側面に接するように形成された第1導電型のエミッタ領域(5)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)に形成され、該ベース領域(3)内において前記ゲート用トレンチ(4)の側面から離間して配置され、前記ベース領域よりも高濃度とされた第2導電型のボデー層(6)と、
前記ゲート用トレンチ(4)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(7)と、
前記ゲート用トレンチ(4)内において、前記ゲート絶縁膜(7)の上に形成されたゲート電極(8)と、
前記ゲート用トレンチ(4)とは異なる位置において、前記エミッタ領域(5)および前記ボデー層(6)を貫通して前記ベース領域(3)に達するコンタクト用トレンチ(10)と、
前記エミッタ領域(5)に電気的に接続されていると共に、前記コンタクト用トレンチ(10)内に埋め込まれることによって前記ベース領域(3)とも電気的に接続された上部電極(11)と、
前記コレクタ層(1a)の裏面側に形成された下部電極(12)とを備え、
前記IGBT形成領域に備えられた前記コレクタ層(1a)、前記ドリフト層(2)、前記ベース領域(3)、前記エミッタ領域(5)および前記ゲート用トレンチ(4)内に形成された前記ゲート電極(7)にてIGBTを構成すると共に、
前記第1導電型層(1b)および前記ドリフト層(2)と、第2導電型の前記ベース領域(3)とによるPN接合にてダイオードを構成し、前記IGBTと前記ダイオードとが一体化された半導体装置の製造方法であって、
前記ベース領域(3)および前記ドリフト層(2)に対して電子線照射もしくはヘリウム線照射を行うことによりライフタイムキラー(13)を形成する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first conductivity type layer (1b) provided in the diode formation region and a second conductivity type collector layer (1a) formed in the IGBT formation region;
A first conductivity type drift layer (2) disposed on the first conductivity type layer (1b) and the collector layer (1a);
A second conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
A gate trench (4) that is formed to penetrate the base region (3) and reach the drift layer (2), thereby separating the base region (3) into a plurality of parts;
A first conductivity type emitter region (5) formed in the base region (3) separated into a plurality, and in contact with the side surface of the gate trench (4) in the base region (3); ,
A plurality of base regions (3) separated into a plurality of regions, spaced apart from the side surfaces of the gate trench (4) in the base region (3), and having a higher concentration than the base region. A body layer (6) of two conductivity types;
A gate insulating film (7) formed on the surface of the gate trench (4);
A gate electrode (8) formed on the gate insulating film (7) in the gate trench (4);
A contact trench (10) that penetrates the emitter region (5) and the body layer (6) to reach the base region (3) at a position different from the gate trench (4);
An upper electrode (11) electrically connected to the emitter region (5) and also electrically connected to the base region (3) by being embedded in the contact trench (10);
A lower electrode (12) formed on the back side of the collector layer (1a),
The gate formed in the collector layer (1a), the drift layer (2), the base region (3), the emitter region (5) and the gate trench (4) provided in the IGBT formation region The electrode (7) constitutes an IGBT,
A diode is formed by a PN junction formed by the first conductivity type layer (1b) and the drift layer (2) and the second conductivity type base region (3), and the IGBT and the diode are integrated. A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
Manufacturing of a semiconductor device comprising a step of forming a lifetime killer (13) by irradiating the base region (3) and the drift layer (2) with an electron beam or a helium beam Method.
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