JP2000077350A - Power semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Power semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP2000077350A
JP2000077350A JP24162698A JP24162698A JP2000077350A JP 2000077350 A JP2000077350 A JP 2000077350A JP 24162698 A JP24162698 A JP 24162698A JP 24162698 A JP24162698 A JP 24162698A JP 2000077350 A JP2000077350 A JP 2000077350A
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layer
semiconductor device
power semiconductor
region
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Shinichi Watabe
信一 渡部
Katsumi Sato
克己 佐藤
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板中のより深い位置にN型領域を形
成する。 【解決手段】 本GTOはシリコン基板中に形成された
N型層1と、N型層1の表面1S1上に形成されたP型
ベース層2と、P型ベース層2の表面2S2上に形成さ
れたN型エミッタ層3と、N型層1の表面1S2上の所
定の位置に形成されたP型エミッタ層4と、P型エミッ
タ層4の表面4S2及び側面4Wに接するように形成さ
れたN型層5とを備える。N型層5は、シリコン基板の
主面1S3の全面に対して、例えば4.5MeVの加速
エネルギー及び5×1012cm-2のドーズ量で以てプロ
トンが照射された後に、シリコン基板に例えば350°
Cの温度で熱処理を施すことにより形成される。上記熱
処理により、プロトンの照射により生じた結晶欠陥は回
復し、なおかつ、照射されて結晶中に存在するプロトン
がドナー化する。
(57) Abstract: An N-type region is formed at a deeper position in a semiconductor substrate. SOLUTION: This GTO is formed on an N-type layer 1 formed in a silicon substrate, a P-type base layer 2 formed on a surface 1S1 of the N-type layer 1, and a surface 2S2 of the P-type base layer 2. The N-type emitter layer 3 formed, the P-type emitter layer 4 formed at a predetermined position on the surface 1S2 of the N-type layer 1, and the surface 4S2 and the side surface 4W of the P-type emitter layer 4 are formed. An N-type layer 5. The N-type layer 5 is irradiated on the entire surface of the main surface 1S3 of the silicon substrate with protons at an acceleration energy of, for example, 4.5 MeV and a dose of 5 × 10 12 cm −2. 350 °
It is formed by performing a heat treatment at a temperature of C. By the heat treatment, crystal defects caused by the irradiation of the protons are recovered, and the protons which are irradiated and exist in the crystal are turned into donors.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電力用半導体装
置に関するものであり、特に、電力用半導体装置中のN
型領域の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device.
The present invention relates to a method for forming a mold region.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4及び図5はそれぞれ、従来の電力用
半導体装置の製造方法において半導体基板内に活性化領
域を形成する工程での電力用半導体装置の模式的な縦断
面図である。なお、以下の説明において、「活性化領
域」とは、例えば電力用半導体装置におけるエミッタ領
域を成す拡散層のように、所定の導電型のキャリアを有
する領域を言うものとする。
2. Description of the Related Art FIGS. 4 and 5 are schematic longitudinal sectional views of a power semiconductor device in a step of forming an active region in a semiconductor substrate in a conventional method for manufacturing a power semiconductor device. In the following description, the “activation region” refers to a region having carriers of a predetermined conductivity type, such as a diffusion layer forming an emitter region in a power semiconductor device.

【0003】比較的に低濃度のN型の不純物を有するシ
リコン基板11の表面11S上に形成された絶縁膜12
には、当該絶縁膜12上に形成された後にフォトリソグ
ラフィー工程によりパターニングされたレジスト膜13
をマスクとして、例えば異方性エッチングによって窓部
ないしは開口部12Wが形成される(図4参照)。
An insulating film 12 formed on a surface 11S of a silicon substrate 11 having a relatively low concentration of N-type impurities
A resist film 13 formed on the insulating film 12 and then patterned by a photolithography process.
Is used as a mask to form window or opening 12W by, for example, anisotropic etching (see FIG. 4).

【0004】上記レジスト膜13を除去した後に、シリ
コン基板11の表面11Sには絶縁膜12をマスクとし
てN型の不純物がイオン注入される。その後、シリコン
基板11に対して例えば800°Cの温度での熱処理を
施して、イオン注入された上記N型不純物を拡散させる
ことによって、N型シリコン基板11の表面11Sから
所定の深さの領域にN型の活性化領域14が形成される
(図5参照)。
After removing the resist film 13, N-type impurities are ion-implanted into the surface 11S of the silicon substrate 11 using the insulating film 12 as a mask. Thereafter, the silicon substrate 11 is subjected to a heat treatment at a temperature of, for example, 800 ° C. to diffuse the ion-implanted N-type impurities, thereby forming a region having a predetermined depth from the surface 11S of the N-type silicon substrate 11. Then, an N-type activation region 14 is formed (see FIG. 5).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図5の電力用半導体装
置における表面11Sからその深さ方向のキャリア濃度
分布を図6に示す。図6に示すように、従来の製造方法
(イオン注入法)により形成される活性化領域14で
は、シリコン基板11の表面11S近傍でのキャリア濃
度が最も高くなり、表面11Sからの深さが深くなるに
従ってキャリア濃度は低くなる。このように、従来の半
導体装置の製造方法では、(i)半導体基板の表面から
より深い位置に、又は、より深い位置まで活性化領域を
形成することが困難である。
FIG. 6 shows the carrier concentration distribution in the depth direction from the surface 11S in the power semiconductor device of FIG. As shown in FIG. 6, in the activation region 14 formed by the conventional manufacturing method (ion implantation method), the carrier concentration in the vicinity of the surface 11S of the silicon substrate 11 is highest, and the depth from the surface 11S is deep. As the carrier concentration decreases, the carrier concentration decreases. As described above, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device, it is difficult to (i) form the activation region at a deeper position from the surface of the semiconductor substrate or to a deeper position.

【0006】更に、従来の製造方法では、不純物をイオ
ン注入した後に、当該不純物を拡散させ、且つ、活性化
させるためには、(ii)800゜C程度の高温での熱
処理(アニール)が必要である。
Further, in the conventional manufacturing method, in order to diffuse and activate the impurity after ion implantation of the impurity, (ii) heat treatment (annealing) at a high temperature of about 800 ° C. is required. It is.

【0007】また、上記の問題点(i)に対して、イオ
ン注入された不純物をより深い所定の位置にまで拡散さ
せるためには、上述の800°C程度の温度よりも更に
高い温度で以て、より長時間の熱処理を施す必要があ
る。しかしながら、(iii)このような高温での長時
間の熱処理はシリコン基板11中に結晶欠陥を誘発する
ため、完成した電力用半導体装置はかかる結晶欠陥に起
因するリーク電流等の特性の不具合が生じ易くなるとい
う別途の問題点が浮上してしまう。
In order to solve the above-mentioned problem (i), in order to diffuse the ion-implanted impurity to a predetermined deeper position, a temperature higher than the above-mentioned temperature of about 800 ° C. Therefore, it is necessary to perform heat treatment for a longer time. However, (iii) such a long-time heat treatment at a high temperature induces crystal defects in the silicon substrate 11, so that the completed power semiconductor device suffers from defects in characteristics such as leak current due to the crystal defects. Another problem that it becomes easier is raised.

【0008】加えて、上述のような高温での長時間の熱
処理を実施する場合には、(iv)そのような高温の条
件を実現するための製造設備が必要であるし、なおか
つ、当該処理に費やされる時間が長くなるという製造工
程上の問題点がある。
[0008] In addition, in the case of performing the above-described long-time heat treatment at a high temperature, (iv) manufacturing equipment for realizing such a high-temperature condition is required, and furthermore, such a process is required. Is a problem in the manufacturing process that the time spent in the process becomes longer.

【0009】本発明は、上記の問題点(i)〜(iv)
に鑑みてなされたものであり、従来のイオン注入法と比
較して、半導体基板の表面からより深い位置に、又は、
より深い位置までキャリア濃度が制御された領域を備え
る電力用半導体装置を提供することを第1の目的とす
る。
The present invention has the above problems (i) to (iv).
It is made in view of, compared to the conventional ion implantation method, at a deeper position from the surface of the semiconductor substrate, or
A first object is to provide a power semiconductor device including a region where the carrier concentration is controlled to a deeper position.

【0010】更に、本発明は、第1の目的を実現しうる
電力用半導体装置の製造方法を提供することを第2の目
的とする。
It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing a power semiconductor device which can achieve the first object.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】(1)請求項1記載の発
明に係る電力用半導体装置は、その内部にN型領域が形
成された半導体基板を備える電力用半導体装置であっ
て、前記N型領域は、所定の荷電粒子が照射された後
に、イオン注入法におけるアニール温度よりも低い所定
の温度で以て熱処理が施されて形成されることを特徴と
する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a power semiconductor device including a semiconductor substrate having an N-type region formed therein. The mold region is formed by performing a heat treatment at a predetermined temperature lower than the annealing temperature in the ion implantation method after the irradiation of the predetermined charged particles.

【0012】(2)請求項2記載の発明に係る電力用半
導体装置は、請求項1に記載の電力用半導体装置であっ
て、前記所定の荷電粒子は、軽元素のイオンであること
を特徴とする。
(2) A power semiconductor device according to a second aspect of the present invention is the power semiconductor device according to the first aspect, wherein the predetermined charged particles are light element ions. And

【0013】(3)請求項3記載の発明に係る電力用半
導体装置は、請求項2に記載の電力用半導体装置であっ
て、前記軽元素のイオンは、前記半導体基板の主面の所
定の領域に対してのみ選択的に照射されることを特徴と
する。
(3) A power semiconductor device according to a third aspect of the present invention is the power semiconductor device according to the second aspect, wherein the ions of the light element are in a predetermined position on a main surface of the semiconductor substrate. It is characterized in that only an area is selectively irradiated.

【0014】(4)請求項4記載の発明に係る電力用半
導体装置の製造方法は、半導体基板に所定の荷電粒子を
照射した後に、イオン注入法におけるアニール温度より
も低い所定の温度で以て熱処理を施すことにより前記半
導体基板の内部にN型領域を形成することを特徴とす
る。
(4) In the method for manufacturing a power semiconductor device according to the present invention, after irradiating a semiconductor substrate with predetermined charged particles, the semiconductor substrate is heated at a predetermined temperature lower than an annealing temperature in an ion implantation method. An N-type region is formed inside the semiconductor substrate by performing a heat treatment.

【0015】(5)請求項5記載の発明に係る電力用半
導体装置の製造方法は、請求項4に記載の電力用半導体
装置の製造方法であって、前記所定の荷電粒子は、軽元
素のイオンであることを特徴とする。
(5) The method for manufacturing a power semiconductor device according to the invention described in claim 5 is the method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 4, wherein the predetermined charged particles are light elements. It is an ion.

【0016】(6)請求項6記載の発明に係る電力用半
導体装置の製造方法は、請求項5に記載の電力用半導体
装置であって、前記軽元素のイオンは、前記半導体基板
の主面の所定の領域に対してのみ選択的に照射されるこ
とを特徴とする。
(6) The method for manufacturing a power semiconductor device according to the invention of claim 6 is the power semiconductor device according to claim 5, wherein the ions of the light element are formed on the main surface of the semiconductor substrate. Is selectively illuminated only to a predetermined area.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は、本実施
の形態1に係る電力用半導体装置であるゲートターンオ
フサイリスタ(以下、「GTO」と略す)の模式的な縦
断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as "GTO") as a power semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. is there.

【0018】図1に示すように、本GTOは比較的に低
い不純物濃度を有するN型の半導体層1(以下、「N型
層1」とも呼ぶ)を備えている。そして、N型層1の表
面1S1上にP型のベース層2(以下、「PB層2」と
も呼ぶ)が形成されており、上記表面1S1とPB層2
の一方の表面2S1とが界面を成している。更に、PB
層2の上記表面2S1とは反対側の表面2S2上の所定
の位置にN型のエミッタ層3(以下、「NE層3」とも
呼ぶ)が形成されており、上記表面2S2とNE層3の
表面3S2とが界面を成している。
As shown in FIG. 1, the present GTO includes an N-type semiconductor layer 1 having a relatively low impurity concentration (hereinafter, also referred to as "N-type layer 1"). Then, a P-type base layer 2 (hereinafter also referred to as “PB layer 2”) is formed on the surface 1S1 of the N-type layer 1, and the surface 1S1 and the PB layer 2 are formed.
And one surface 2S1 forms an interface. Furthermore, PB
An N-type emitter layer 3 (hereinafter also referred to as "NE layer 3") is formed at a predetermined position on the surface 2S2 of the layer 2 opposite to the surface 2S1, and the surface 2S2 and the NE layer 3 The surface 3S2 forms an interface.

【0019】他方、N型層1の上記表面1S1とは反対
側の表面1S2上の所定の位置に、複数のP型のエミッ
タ層4(以下、「PE層4」とも呼ぶ)が所定の間隔を
あけて(保って)形成されており、上記表面1S2とP
E層4の表面4S2とが界面を成している。更に、上記
表面1S2及び上記表面4S2と垂直を成すPE層4の
側面4Wに接するように、後述の製造方法により製造さ
れるN型の半導体層(N型領域)5が形成されている。
当該N型の半導体層5はN型層1の不純物濃度よりも高
い濃度を有している。以下、かかるN型の半導体層5を
「N型層5」とも呼ぶ。
On the other hand, a plurality of P-type emitter layers 4 (hereinafter, also referred to as "PE layers 4") are provided at predetermined positions on a surface 1S2 of the N-type layer 1 opposite to the surface 1S1 at a predetermined distance. The surface 1S2 and P
The surface 4S2 of the E layer 4 forms an interface. Further, an N-type semiconductor layer (N-type region) 5 manufactured by a manufacturing method described later is formed so as to be in contact with the surface 1S2 and the side surface 4W of the PE layer 4 perpendicular to the surface 4S2.
The N-type semiconductor layer 5 has a higher concentration than the impurity concentration of the N-type layer 1. Hereinafter, the N-type semiconductor layer 5 is also referred to as “N-type layer 5”.

【0020】次に、本GTOの上述の各層の形成方法を
説明する。
Next, a method of forming the above-described layers of the present GTO will be described.

【0021】まず、比較的に低い不純物濃度を有するシ
リコン基板(半導体基板)を準備する。かかるシリコン
基板の一部は後にN型層1を構成するため、以下の説明
では当該シリコン基板を「シリコン基板1」とも呼ぶ。
First, a silicon substrate (semiconductor substrate) having a relatively low impurity concentration is prepared. Since a part of the silicon substrate later forms the N-type layer 1, the silicon substrate is also referred to as "silicon substrate 1" in the following description.

【0022】PB層2は、NE層3の上記表面3S2と
は反対側の表面3S1に該当するシリコン基板1の主面
(以下、「主面3S1」とも呼ぶ)に対して例えばボロ
ン(B)をイオン注入し、その後に熱処理(アニール)
を施して、上記主面3S1から所定の深さの領域にまで
ボロンを拡散させることによって形成される。
The PB layer 2 is formed, for example, by boron (B) with respect to a main surface of the silicon substrate 1 (hereinafter, also referred to as “main surface 3S1”) corresponding to a surface 3S1 of the NE layer 3 opposite to the surface 3S2. Implanted, followed by heat treatment (annealing)
To diffuse boron from the main surface 3S1 to a region of a predetermined depth.

【0023】かかるPB層2の形成後に、上記主面3S
1から例えばリン(P)を熱拡散して、上記主面3S1
から所定の深さの領域であって、PB層2よりも浅い領
域にN型の拡散層を形成する。その後に、当該拡散層の
一部をエッチングして除去することによって、図1に示
すNE層3が形成される。
After the formation of the PB layer 2, the main surface 3S
For example, phosphorus (P) is thermally diffused from the first surface 3S1.
An N-type diffusion layer is formed in a region having a predetermined depth from PB and shallower than the PB layer 2. Thereafter, the NE layer 3 shown in FIG. 1 is formed by removing a part of the diffusion layer by etching.

【0024】他方、N型層5の形成方法は、以下の通り
である。
On the other hand, the method for forming the N-type layer 5 is as follows.

【0025】まず、シリコン基板1の上記主面3S1と
は反対側の主面1S3の全面に対して、例えば4.5M
eVの加速エネルギー及び5×1012cm-2のドーズ量
で以て、例えば水素イオンであるプロトン(荷電粒子)
を照射する。その後にシリコン基板1に例えば350°
Cの温度の熱処理を施すと、プロトンの照射により生じ
た結晶欠陥は回復し、なおかつ、照射されて結晶中に導
入された(存在する)プロトンがドナー化する。かかる
形成方法によって、後にN型層5と成るN型の半導体層
が形成される。
First, the entire surface of the main surface 1S3 of the silicon substrate 1 opposite to the main surface 3S1 is, for example, 4.5M.
With an acceleration energy of eV and a dose of 5 × 10 12 cm −2 , for example, protons (charged particles) as hydrogen ions
Is irradiated. Thereafter, the silicon substrate 1 is, for example, 350 °
When a heat treatment at a temperature of C is performed, the crystal defects caused by the irradiation of the protons are recovered, and the protons introduced (present) into the crystal by the irradiation become donors. By such a forming method, an N-type semiconductor layer which will later become the N-type layer 5 is formed.

【0026】このとき、上述の熱処理の温度は約200
°C〜約700°Cの温度範囲が選ばれ、特に、そのよ
うな温度範囲の中で、プロトンをドナー化させるために
必要な温度である約200°C以上、且つ、N型層5の
形成以前に形成された拡散層中の不純物が不必要に拡散
してしまうことがない温度である約500°C以下の温
度範囲が望ましい。
At this time, the temperature of the heat treatment is about 200
A temperature range of about 700 ° C. to about 700 ° C. is selected. In particular, in such a temperature range, about 200 ° C. or more, which is a temperature necessary for converting protons into donors, and the temperature of the N-type layer 5 A temperature range of about 500 ° C. or less, which is a temperature at which impurities in the diffusion layer formed before the formation is not unnecessarily diffused, is desirable.

【0027】そして、シリコン基板1の上記主面1S3
の所定の領域に対して例えばボロンを選択的にイオン注
入し、その後に熱処理(アニール)を施すことによっ
て、主面1S3から所定の深さの領域にPE層4が形成
される。かかるPE層4の形成によって、上述の形態の
N型層5が形成される。
The main surface 1S3 of the silicon substrate 1
By selectively ion-implanting, for example, boron into the predetermined region, and then performing heat treatment (annealing), the PE layer 4 is formed in a region at a predetermined depth from the main surface 1S3. By the formation of the PE layer 4, the N-type layer 5 of the above-described embodiment is formed.

【0028】ここで、本実施の形態1の特徴部分である
N型層5の製造方法を、評価サンプルのキャリア濃度分
布である図2を用いて説明する。かかる評価サンプルは
一方の表面から所定の深さの領域にP型層を有してお
り、当該一方の表面の全面に対して、4.5MeVの加
速エネルギー及び5×1012cm-2のドーズ量で以てプ
ロトンを照射した後に、350°Cの温度で熱処理を施
したものである。また、この評価用サンプルの深さ方向
のキャリア濃度はSR(Sprending Resistance)法によ
って測定した。
Here, a method of manufacturing the N-type layer 5, which is a characteristic part of the first embodiment, will be described with reference to FIG. 2, which is a carrier concentration distribution of an evaluation sample. Such an evaluation sample has a P-type layer in a region at a predetermined depth from one surface, and has an acceleration energy of 4.5 MeV and a dose of 5 × 10 12 cm −2 over the entire surface of the one surface. After irradiating the protons in an amount, heat treatment was performed at a temperature of 350 ° C. The carrier concentration in the depth direction of this evaluation sample was measured by the SR (Sprending Resistance) method.

【0029】図2に示すように、本製造方法によれば、
上記一方の表面から190μm〜230μm程度の領域
におけるキャリア濃度が高くなっていることが分かる。
この領域は、上述のN型層5と同様に、照射されてサン
プル中に導入されたプロトンをドナー化することによっ
て、キャリア濃度が制御された部分である。このよう
に、本製造方法によれば、半導体基板の表面からより深
い領域にN型領域を形成することができる。
As shown in FIG. 2, according to the present manufacturing method,
It can be seen that the carrier concentration is high in a region of about 190 μm to 230 μm from the one surface.
As in the case of the above-described N-type layer 5, this region is a portion in which the carrier concentration is controlled by turning the irradiated protons introduced into the sample into donors. As described above, according to the present manufacturing method, the N-type region can be formed in a region deeper from the surface of the semiconductor substrate.

【0030】特に、本製造方法では軽元素である水素の
イオン、即ち、プロトンを用いるので、N型の不純物イ
オンないしは荷電粒子としてリンやヒ素(As)等の重
い(質量の大きい)元素を用いる従来のイオン注入法と
比較して、照射する荷電粒子の加速エネルギー(加速電
圧)を高くすることができる。このため、本製造方法に
よれば、イオン注入法と比較して、半導体基板の表面か
らより深い領域にプロトンを導入することができ、その
結果、そのような深い領域にまでN型領域を形成するこ
とが可能になる。勿論、上述の加速エネルギーを4.5
MeVよりも更に大きくした場合には、より深い領域に
N型領域を形成することができるし、加速エネルギーを
制御することによって、図1のN型層5のように主面1
S3から所定の深さの領域までの広い範囲にN型層を形
成することもできる。
In particular, in the present production method, a light element hydrogen ion, that is, a proton, is used, so that a heavy (large mass) element such as phosphorus or arsenic (As) is used as N-type impurity ions or charged particles. The acceleration energy (acceleration voltage) of the charged particles to be irradiated can be increased as compared with the conventional ion implantation method. For this reason, according to this manufacturing method, protons can be introduced from the surface of the semiconductor substrate to a deeper region as compared with the ion implantation method, and as a result, an N-type region is formed up to such a deep region. It becomes possible to do. Of course, the aforementioned acceleration energy is 4.5.
When it is made larger than MeV, an N-type region can be formed in a deeper region, and by controlling the acceleration energy, the main surface 1 can be formed as shown in the N-type layer 5 in FIG.
An N-type layer can be formed in a wide range from S3 to a region having a predetermined depth.

【0031】従って、従来のイオン注入法では、注入さ
れた不純物を所定の深さにまで拡散させるために約80
0゜Cという高温又はそれ以上の温度による熱処理が必
要であるのに対して、本製造方法によれば、そのような
高温での熱処理工程は全く必要が無い。加えて、照射さ
れて半導体内に存在する荷電粒子をドナー化するための
熱処理は約350゜Cという比較的に低い温度で実施さ
れるので、高温での熱処理時に誘発される結晶欠陥の発
生を大幅に抑制することができる。
Therefore, in the conventional ion implantation method, about 80 nm is required to diffuse the implanted impurity to a predetermined depth.
In contrast to the need for heat treatment at a high temperature of 0 ° C. or higher, according to the present manufacturing method, there is no need for a heat treatment step at such a high temperature. In addition, since the heat treatment for turning the charged particles present in the semiconductor by irradiation into a donor is performed at a relatively low temperature of about 350 ° C., the generation of crystal defects induced by the heat treatment at a high temperature is reduced. It can be greatly suppressed.

【0032】加えて、上述のように、本製造方法では従
来の製造方法における高温での長時間の熱処理工程が必
要ないので、従来の製造方法よりも製造工程の時間を短
縮できるという利点がある。
In addition, as described above, the present manufacturing method does not require a long-time heat treatment step at a high temperature in the conventional manufacturing method, so that there is an advantage that the time of the manufacturing step can be reduced as compared with the conventional manufacturing method. .

【0033】更に、本製造方法には、上述の評価用サン
プルのように予め他の層(上記サンプルの場合はP型
層)が形成されている場合であっても、当該他の層より
も更に深い領域にN型領域を形成することが可能である
という利点がある。かかる点に鑑みれば、図1のGTO
の製造方法に関して、PB層2又はNE層3の形成後に
主面3S1に対してプロトンを照射してN型層5を形成
することもできる。
Further, in the present manufacturing method, even when another layer (a P-type layer in the case of the above sample) is formed in advance as in the above-described sample for evaluation, it is more effective than the other layer. There is an advantage that an N-type region can be formed in a deeper region. In view of this point, the GTO of FIG.
With regard to the manufacturing method described above, after the PB layer 2 or the NE layer 3 is formed, the main surface 3S1 may be irradiated with protons to form the N-type layer 5.

【0034】また、図1のN型層5を、従来のイオン注
入法によって主面1S3から所定の深さまでの領域に形
成されたN型層と、かかる領域よりも更に深い領域に本
実施の形態1に係る製造方法を用いて選択的に形成され
たN型層とで以て製造することも可能である。
Further, the N-type layer 5 of FIG. 1 is formed in the N-type layer formed in a region from the main surface 1S3 to a predetermined depth by a conventional ion implantation method, and in the present embodiment, in a region deeper than such a region. It is also possible to manufacture with an N-type layer selectively formed by using the manufacturing method according to the first embodiment.

【0035】特に、所定のパターンに形成されたマスク
(例えば金属マスク)を介して選択的にプロトンの照射
を実施する場合には、図3に示すように、主面1S3内
のかかる選択的な領域からシリコン基板1の内部に向か
う所定の領域にN型層5A(図1のN型層5に相当)を
形成することができる。また、図3のN型層5B(図1
のN型層5に相当)をかかる選択的な形成方法によって
別途に製造しても良いし、あるいは、N型層5Aの形成
前に予め従来のイオン注入法によって製造しても良い。
なお、図3中の構成要素の内で図1中の構成要素と同一
のものには、同一の符号を付し、その説明を援用する。
In particular, when proton irradiation is selectively performed through a mask (for example, a metal mask) formed in a predetermined pattern, as shown in FIG. 3, such selective irradiation in the main surface 1S3 is performed. An N-type layer 5A (corresponding to the N-type layer 5 in FIG. 1) can be formed in a predetermined region from the region toward the inside of the silicon substrate 1. Further, the N-type layer 5B shown in FIG.
May be separately manufactured by such a selective formation method, or may be manufactured in advance by a conventional ion implantation method before forming the N-type layer 5A.
Note that among the components in FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be used.

【0036】なお、荷電粒子としては、プロトンの代わ
りに、デューテロンや3ヘリウムやアルファ等のイオン
を用いても良く、これらの軽元素イオンは、製造される
電力用半導体装置に要求される特性等に応じて選択する
ことができる。また、本実施の形態1に係るN型領域の
製造方法は、シリコン以外の半導体材料に対しても(勿
論、P型の半導体基板に対しても)適用可能であり、ま
た、GTO以外の電力用半導体装置に対しても適用可能
であることは言うまでもない。
As the charged particles, ions such as deuteron, 3 helium, alpha and the like may be used instead of protons. These light element ions are required to have characteristics and the like required for a power semiconductor device to be manufactured. Can be selected according to In addition, the method of manufacturing the N-type region according to the first embodiment can be applied to a semiconductor material other than silicon (of course, to a P-type semiconductor substrate). It is needless to say that the present invention can be applied to a semiconductor device for use.

【0037】ここで、プロトン等の荷電粒子を照射する
ことにより半導体中の深い領域のキャリア濃度を制御す
る方法としては、特開平6−349764号公報に提案
される先行技術がある。しかしながら、当該先行技術
は、所定の半導体に荷電粒子を照射するのみであって、
その後に熱処理を行わないという点で、本実施の形態1
に係る製造方法と相違する。かかる相違は、当該先行技
術は荷電粒子の照射により発生する結晶欠陥に起因した
キャリアの濃度を制御するものであるのに対して、本実
施の形態1に係る製造方法は、照射されて半導体中に存
在する荷電粒子(軽元素)を熱処理によってドナー化し
て(同時に照射による結晶欠陥を回復させて)、N型領
域を形成する技術であるという、両者の根本的な違いに
端を発する。
Here, as a method of controlling the carrier concentration in a deep region in a semiconductor by irradiating charged particles such as protons, there is a prior art proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-349768. However, the prior art only irradiates a given semiconductor with charged particles,
Embodiment 1 in that no heat treatment is performed thereafter.
Is different from the manufacturing method according to the above. The difference is that the prior art controls the concentration of carriers caused by crystal defects generated by the irradiation of charged particles, whereas the manufacturing method according to the first embodiment does not allow the irradiation to be performed in a semiconductor. This is a technique for forming an N-type region by forming charged particles (light elements) existing in the substrate into donors by heat treatment (at the same time, by recovering crystal defects by irradiation).

【0038】[0038]

【発明の効果】(1)請求項1に係る発明によれば、イ
オン注入法におけるアニール温度よりも低い所定の温度
で以て熱処理が施されるので、イオン注入法における高
温でのアニール処理時に誘発される結晶欠陥の発生を大
幅に抑制することができる。従って、上記の結晶欠陥に
起因するリーク電流等の特性の不具合を格段に低減可能
であるという効果を得ることができる。
(1) According to the first aspect of the present invention, since the heat treatment is performed at a predetermined temperature lower than the annealing temperature in the ion implantation method, the annealing is performed at a high temperature in the ion implantation method. The generation of induced crystal defects can be greatly suppressed. Therefore, it is possible to obtain an effect that defects of characteristics such as leak current caused by the crystal defects can be remarkably reduced.

【0039】(2)請求項2に係る発明によれば、上記
荷電粒子は軽元素イオンであるので、N型の不純物イオ
ンないしは荷電粒子としてリンやヒ素等の重い(質量の
大きい)元素を用いるイオン注入法と比較して、照射す
る荷電粒子種の加速エネルギー(加速電圧)を高くする
ことができる。このため、イオン注入法の場合よりも深
い領域にまで上記軽元素イオンを導入することができ
る。しかも、加速エネルギーをより広いエネルギー範囲
内で制御することができるので、かかる制御だけで、荷
電粒子が照射された表面から所定の深さの領域まで、あ
るいは、その表面に接していない所定の深さの領域にN
型領域を形成することができる。
(2) According to the second aspect of the present invention, since the charged particles are light element ions, a heavy (large mass) element such as phosphorus or arsenic is used as N-type impurity ions or charged particles. The acceleration energy (acceleration voltage) of the charged particle species to be irradiated can be increased as compared with the ion implantation method. For this reason, the light element ions can be introduced into a region deeper than in the case of the ion implantation method. Moreover, since the acceleration energy can be controlled within a wider energy range, only such control can be performed from the surface irradiated with the charged particles to a region of a predetermined depth or a predetermined depth not in contact with the surface. N in the area
A mold region can be formed.

【0040】更に、イオン注入法においてより深い位置
にまで拡散層を形成する場合には、上記の高温アニール
処理に対して長時間費やす必要があるのに対して、本発
明によれば、そのような長時間の熱処理工程は必要がな
いので、製造工程の時間を短縮できるという利点があ
る。
Further, when the diffusion layer is formed to a deeper position in the ion implantation method, it is necessary to spend a long time for the high-temperature annealing treatment. Since there is no need for a long heat treatment step, there is an advantage that the time of the manufacturing step can be reduced.

【0041】(3)請求項3に係る発明によれば、上記
軽元素イオンは、半導体基板の主面の所定の領域に対し
てのみ選択的に照射されるので、上記(2)の効果を有
するN型領域を半導体基板内に選択的に形成することが
できる。
(3) According to the third aspect of the present invention, the light element ions are selectively irradiated only to a predetermined region of the main surface of the semiconductor substrate. The N-type region can be selectively formed in the semiconductor substrate.

【0042】(4)請求項4に係る発明によれば、上記
(1)の効果を発揮しうる電力用半導体装置を製造する
ことができる。
(4) According to the invention of claim 4, it is possible to manufacture a power semiconductor device capable of exhibiting the effect (1).

【0043】(5)請求項5に係る発明によれば、上記
(2)の効果を発揮しうる電力用半導体装置を製造する
ことができる。
(5) According to the invention of claim 5, it is possible to manufacture a power semiconductor device capable of exhibiting the effect (2).

【0044】(6)請求項6に係る発明によれば、上記
(3)の効果を発揮しうる電力用半導体装置を製造する
ことができる。
(6) According to the invention of claim 6, it is possible to manufacture a power semiconductor device capable of exhibiting the effect (3).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態1に係る電力用半導体装置の模式
的な縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a power semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態1に係る電力用半導体装置の製造
方法により製造されたN型領域を示すキャリア濃度分布
図である。
FIG. 2 is a carrier concentration distribution diagram showing an N-type region manufactured by the method for manufacturing a power semiconductor device according to the first embodiment.

【図3】 実施の形態1に係る電力用半導体装置の模式
的な縦断面図である。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the power semiconductor device according to the first embodiment;

【図4】 従来の製造方法における製造工程での電力用
半導体装置の模式的な縦断面図である。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a power semiconductor device in a manufacturing process in a conventional manufacturing method.

【図5】 従来の製造方法における製造工程での電力用
半導体装置の模式的な縦断面図である。
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a power semiconductor device in a manufacturing process in a conventional manufacturing method.

【図6】 従来の製造方法により製造される電力用半導
体装置における、表面からその深さ方向のキャリア濃度
分布図である。
FIG. 6 is a carrier concentration distribution diagram from a surface to a depth direction in a power semiconductor device manufactured by a conventional manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板、1S3,3S1 主面、2 P型ベー
ス層、3 N型エミッタ層、4 P型エミッタ層、5,
5A N型層(N型領域)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 1S3, 3S1 main surface, 2P type base layer, 3N type emitter layer, 4P type emitter layer, 5,
5A N-type layer (N-type region).

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その内部にN型領域が形成された半導体
基板を備える電力用半導体装置であって、 前記N型領域は、所定の荷電粒子が照射された後に、イ
オン注入法におけるアニール温度よりも低い所定の温度
で以て熱処理が施されて形成されることを特徴とする、
電力用半導体装置。
1. A power semiconductor device including a semiconductor substrate having an N-type region formed therein, wherein the N-type region is irradiated with predetermined charged particles and then exposed to an annealing temperature in an ion implantation method. Characterized by being subjected to a heat treatment at a low predetermined temperature,
Power semiconductor device.
【請求項2】 請求項1に記載の電力用半導体装置であ
って、 前記所定の荷電粒子は、軽元素のイオンであることを特
徴とする、電力用半導体装置。
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined charged particles are ions of a light element.
【請求項3】 請求項2に記載の電力用半導体装置であ
って、 前記軽元素のイオンは、前記半導体基板の主面の所定の
領域に対してのみ選択的に照射されることを特徴とす
る、電力用半導体装置。
3. The power semiconductor device according to claim 2, wherein the ions of the light element are selectively irradiated only to a predetermined region on a main surface of the semiconductor substrate. Power semiconductor device.
【請求項4】 半導体基板に所定の荷電粒子を照射した
後に、イオン注入法におけるアニール温度よりも低い所
定の温度で以て熱処理を施すことにより前記半導体基板
の内部にN型領域を形成することを特徴とする、電力用
半導体装置の製造方法。
4. An N-type region is formed inside the semiconductor substrate by irradiating the semiconductor substrate with predetermined charged particles and then performing a heat treatment at a predetermined temperature lower than an annealing temperature in the ion implantation method. A method for manufacturing a power semiconductor device, comprising:
【請求項5】 請求項4に記載の電力用半導体装置の製
造方法であって、 前記所定の荷電粒子は、軽元素のイオンであることを特
徴とする、電力用半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 4, wherein the predetermined charged particles are light element ions.
【請求項6】 請求項5に記載の電力用半導体装置であ
って、 前記軽元素のイオンは、前記半導体基板の主面の所定の
領域に対してのみ選択的に照射されることを特徴とす
る、電力用半導体装置の製造方法。
6. The power semiconductor device according to claim 5, wherein the ions of the light element are selectively applied only to a predetermined region of a main surface of the semiconductor substrate. To manufacture a power semiconductor device.
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