JP2009021285A

JP2009021285A - 電力用半導体装置とその製造方法

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Publication number: JP2009021285A
Application number: JP2007180931A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hisamoto; 好明久本; Atsushi Narasaki; 敦司楢崎; Hitoshi Kamimura; 仁上村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: KR100962524B1; US8742474B2; DE102008008152A1; JP5286706B2; CN101345255B; DE102008008152B4; KR20090005947A; US20090014753A1; CN101345255A

Abstract

【課題】本発明は、スイッチング特性の悪化や寄生サイリスタの動作開始を抑制し、かつコレクタとコレクタ電極との接触が良好なオーミック性を有する電力用半導体装置とその製造方法に係り、短絡耐量などの特性を改善した電力用半導体装置とその製造方法を提供する事を目的とする。
【解決手段】第一導電型のエミッタ領域と、該エミッタ領域と接する第二導電型のベース領域と、該ベース領域と接する第一導電型の耐圧維持領域と、該耐圧維持領域と接する第二導電型であるコレクタ領域と、該コレクタ領域と接して配置される電極であるコレクタ電極とを備える。そして、該コレクタ領域は、電界緩和領域に重なる領域と能動領域に重なる領域共に第二導電型のドーパントがあり、該電界緩和領域に重なる領域には該能動領域に重なる領域と比較して第二導電型のキャリアのキャリア密度が低い領域がある。
【選択図】図３

Description

本発明は電力用半導体装置とその製造方法に係り、レーザアニール技術によりコレクタ領域とバッファ領域の両方又はいずれか一方の所定位置を選択的に活性化し電力用半導体装置の短絡耐量などの特性を改善した電力用半導体装置とその製造方法に関するものである。

電力用半導体装置はインバータなどの産業用分野や電子レンジなどの民生機器分野などに広く応用されている。特にパワーエレクトロニクスの分野では、低オン電圧で高耐圧化に有効なIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）が主流となってきている。IGBTは第一導電型のエミッタ領域を備える。そしてエミッタ領域と接して第二導電型のベース領域が配置される。ベース領域はMOS構造の一部を担うように形成される。ベース領域は、前述のMOS構造のゲートに電圧を印加すると導電型が反転する領域を有する。さらにベース領域と接して第一導電型の耐圧維持領域が配置される。耐圧維持領域とは、伝導度変調により抵抗値を低下させ、IGBTのオン電圧を低減する領域である。さらに、耐圧維持領域と接して第二導電型のコレクタが配置される。そして、耐圧維持領域の外周にはループを形成するように第二導電型のガードリング構造が配置される。ガードリングは耐圧維持領域の電界緩和に寄与する。

前述のようなIGBTのターンオフ時に、耐圧維持領域に第二導電型のキャリアが過剰に存在していると、ターンオフ時のスイッチング特性悪化や、エミッタ領域−ベース領域−耐圧維持領域−コレクタ領域とで構成される寄生サイリスタが動作して電流の制御性を損なう事が考えられる。

特許文献１に開示されるIGBT及びその製造方法は、コレクタ領域をガードリングが形成されていない部分である能動領域の直下にのみ形成する。すなわちガードリング直下にはコレクタ領域は形成されていない。これにより、前述のような問題を引き起こすコレクタ領域から耐圧維持領域への第二導電型のキャリアの基準値以上の打ち込みを防止する。

特開２００３−１３３５５６号公報特開２００５−３３３０５５号公報特開２００６−０５９８７６号公報

特許文献１に開示されるIGBT及びその製造方法により前述のスイッチング特性の悪化や寄生サイリスタの動作開始が抑制できる。しかしながら、特許文献１に開示されるIGBTはコレクタ領域を能動領域に対応する部分にのみ形成している。すなわちガードリング直下にコレクタ領域を形成していない。そのため、コレクタ領域とコレクタ電極との間のオーミック性が不十分であるという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング特性の悪化や寄生サイリスタの動作開始を抑制し、かつコレクタとコレクタ電極との接触が良好なオーミック性を有する電力用半導体装置とその製造方法を提供する事を目的とする。

本発明に係る電力用半導体装置は、第一導電型のエミッタ領域と、該エミッタ領域と接する第二導電型のベース領域と、該ベース領域と接する第一導電型の耐圧維持領域と、該耐圧維持領域と接する第二導電型であるコレクタ領域と、該コレクタ領域と接して配置される電極であるコレクタ電極とを備える。そして、該コレクタ領域は、電界緩和領域に重なる領域と能動領域に重なる領域共に第二導電型のドーパントがあり、該電界緩和領域に重なる領域には該能動領域に重なる領域と比較して第二導電型のキャリアのキャリア密度が低い領域がある。

本発明に係る電力用半導体装置は、第一導電型のエミッタ領域と、該エミッタ領域と接する第二導電型のベース領域と、該ベース領域と接する第一導電型の耐圧維持領域と、該耐圧維持領域と接する第二導電型であるコレクタ領域と、該耐圧維持領域と該コレクタ領域の中間に配置される、第一導電型であり、かつ該耐圧維持領域よりは第一導電型のキャリアのキャリア密度が高いバッファ領域と、該コレクタ領域と接して配置される電極であるコレクタ電極とを備える。そして、該バッファ領域の電界緩和領域に重なる領域には、能動領域に重なる領域と比較して第一導電型のキャリアのキャリア密度が高い領域がある。

本発明に係る電力用半導体装置の製造方法は、裏面研削機でウェーハ裏面を研削する裏面研削工程と、該ウェーハ裏面からイオン注入を行いコレクタ領域を形成するコレクタ形成工程と、レーザアニール処理により、該コレクタ形成工程で注入されたイオンを活性化するコレクタ活性化工程と、該ウェーハ裏面に電極を形成する電極形成工程と、該電極形成工程で形成された電極を加熱する電極加熱工程とを備える。そして、該コレクタ活性化工程には、該コレクタ領域の電界緩和領域に重なる領域は能動領域に重なる領域より低いレーザパワーで該レーザアニール処理が行われる領域がある。

本発明により、電力用半導体装置の諸特性を損なうこと無く良好なスイッチング特性を得ることができる。

実施の形態1
図１は本実施形態の電力用半導体装置であるIGBTチップの正面図である。そして、図２は図１のIGBTの平面図である。本実施形態のIGBTはｎ型で比抵抗が２５０〜３００Ω／ｃｍのシリコン基板１６を備える。シリコン基板１６の厚みは本実施形態のIGBTが耐圧特性を維持するために必要な厚み以上でなければならない。例えば、３３００V用IGBTの場合シリコン基板の厚みは400μｍ程度である。図１でシリコン基板１６の表面側には後述するMOS領域を含む能動領域１２が形成される。能動領域１２とはIGBTのキャリアの輸送が行われる領域である。

さらに、図１において図示されるように能動領域１２の左右には能動領域１２を挟みこむように電界緩和領域１４が形成される。電界緩和領域１４は図２から分かるように能動領域１２を囲むように形成されている。電界緩和領域１４はIGBTチップ端面での電界の集中を回避するために設けられる領域である。換言すれば、電界緩和領域１４はIGBTの耐圧確保に寄与する。従って一般にIGBTの動作電圧が高いほど電界緩和領域１４の幅を広げ電界緩和を行う必要がある。本実施形態のIGBTでは電界緩和領域の幅ｄは２ｍｍ程度である。

また、本実施形態のIGBTは電界緩和領域１４の一部と能動領域１２とに重なるようにアルミ電極１０が形成されている。アルミ電極１０はAl−Si電極材料などで形成される。そして、アルミ電極１０は前述したMOS領域のゲート電極である。一方、シリコン基板１６の裏面側には裏面構造部１８が形成されている。裏面構造部１８は後述するバッファ領域とコレクタ領域を備える。上述の裏面構造部１８と接して裏面電極２０が形成される。裏面電極２０はIGBTチップ裏面に形成されるコレクタ電極である。

図３は図２のＡ−Ａ’断面図であり、能動領域１２と電界緩和領域１４との境界周辺を拡大したものである。以下図３を中心に本発明の説明を行う。まず、能動領域１２について詳細に説明する。能動領域１２はMOS領域２２を含む。MOS領域２２については図４に詳細な構成を示す。図４は図３のMOS領域２２とその周辺をより詳細に説明するために図３のMOS領域２２とその周辺を拡大した図である。MOS領域はアルミ電極１０と接する場所に絶縁膜９０を備える。さらに、絶縁膜９０と接するようにエミッタ領域９２が配置される。エミッタ領域９２はｎ型の導電型である。エミッタ領域９２と一定間隔離隔し、かつ絶縁膜９０と接する場所であって、MOS領域２２の端にはNウェル９４が配置される。Nウェル９４はN型の導電型である。そしてMOS領域２２のエミッタ領域９２、絶縁膜９０、Nウェル９４と接するようにベース領域９６が形成されている。ベース領域９６はｐ型の導電型である。そして、アルミ電極１０とMOS領域２２の絶縁膜９０とエミッタ領域９２、ベース領域９６、Nウェル９４によりMOS構造を形成している。なお、MOSのユニットセル構造としては、トレンチゲート型と平面ゲート型DMOS構造などがある。

図３に示すMOS領域２２は上述の構成を備える。そして能動領域１２は前述のMOS領域２２の下層であって裏面側に耐圧維持領域２８を備える。耐圧維持領域２８はｎ型の導電型である。そしてIGBTターンオフ時においては通常、耐圧維持領域２８のキャリア密度はエミッタ領域９２のキャリア密度より低い。耐圧維持領域２８はIGBTのターンオフ時にはキャリア密度が低いが、ターンオン時には裏面構造部１８からキャリアの注入を受け低抵抗となる。このように、耐圧維持領域２８は伝導度変調が行われる領域である。

さらに、耐圧維持領域２８と接してバッファ領域３６が形成されている。バッファ領域３６は裏面構造部１８の一部である。バッファ領域３６はｎ型の導電型である。バッファ領域３６のキャリア密度は耐圧維持領域２８のキャリア密度より高い。バッファ領域３６と接して、バッファ領域３６の下層で裏面側にコレクタ活性領域３８が形成される。コレクタ活性領域３８はｐ型の導電型である。コレクタ活性領域３８はIGBTのターンオン状態に耐圧維持領域２８に正孔（ホール）を供給する。ここで、前述のバッファ領域３６は耐圧維持領域２８とコレクタ活性領域３８とに挟まれて配置される。このためバッファ領域３６はコレクタ活性領域３８から耐圧維持領域２８への正孔の注入を抑制する。また、バッファ領域３６は、耐圧維持領域２８に発生する空乏層がコレクタ活性領域３８まで伸びてパンチスルーを起こす事も抑制する。

ここまでで能動領域１２について説明したが、以後、図３の電界緩和領域１４について説明する。前述の耐圧維持領域２８は能動領域１２だけでなく電界緩和領域１４にも形成されている。電界緩和領域１４の耐圧維持領域２８と能動領域１２の耐圧維持領域２８とは連続的に接続されている。そして電界緩和領域１４の耐圧維持領域２８は層間絶縁膜３０によってアルミ電極１０と隔てられている。層間絶縁膜３０は熱酸化膜、PSG（リンガラス）、Al-Si、ガラスコート膜（SinSIN）などの多層構造である。層間絶縁膜３０はチップ主表面部分を保護する。層間絶縁膜３０によりIGBTチップ表面からの水分・傷・磁場等の影響を受けてIGBTの特性が変動する事を防止できる。

さらに、電界緩和領域１４においては、耐圧維持領域２８と層間絶縁膜３０とに接する場所にガードリング３２が形成されている。ガードリング３２はｐ型の導電型である。ガードリング３２は、能動領域１２を覆うように形成されている。すなわち、図２に示されるとおり、電界緩和領域１４は能動領域１２を覆うように周状に形成されている。そして、ガードリング３２も電界緩和領域１４に沿って能動領域１２を囲むように配置されている。本実施ではガードリング３２を３箇所備えているから、能動領域１２はガードリング３２によって３重に囲まれていることになる。

ここで、ガードリング３２はコレクタ−エミッタ間電圧を維持するために形成されるものである。より具体的に説明すると、ガードリング３２によりIGBTチップ端面における電界集中が抑制されるからコレクタ−エミッタ間電圧を維持する事ができる。IGBTチップに形成されるガードリング３２の数や形状は、IGBTに印加される電圧やIGBTチップが必要とする耐圧を考慮して定められる。そしてガードリング３２を多数形成すれば、その分広い面積の電界緩和領域１４を要することになる。

ガードリング構造３２よりさらにIGBTチップ端面側にはチャネルストッパー２４が配置される。チャネルストッパー２４はアルミ電極１１及び耐圧維持領域２８に接する。チャネルストッパー２４はｎ型の導電型である。そしてチャネルストッパー２４のキャリア密度は耐圧維持領域２８のキャリア密度より高い。チャネルストッパー２４はIGBTチップ端面に向かって伸びる空乏層の伸びを止めるために形成されている。ゆえにチャネルストッパー２４はMOS構造２２から伸びる空乏層がIGBTチップ端面に到達してしまう事を防ぐことができる。また、チャネルストッパー２４の形状・大きさなどの構造は、IGBTチップが有する耐圧クラスによって適宜定められるものである。

電界緩和領域１４における耐圧維持領域２８の裏面側には、耐圧維持領域２８と接してバッファ領域３７が配置されている。本実施形態において、電界緩和領域１４におけるバッファ領域３７は能動領域１２におけるバッファ領域３６と同様の導電型、キャリア密度である。そして、バッファ領域３６とバッファ領域３７は連続的に接して配置されており一体のバッファ領域を形成している。

さらに、電界緩和領域１４は、バッファ領域３７の裏面側と接するコレクタ不活性領域３４を備える。コレクタ不活性領域３４はボロンなどのｐ型のドーパントが含まれる領域である。しかし前述のドーパントが熱処理などにより活性化されていない又は十分活性化されていないため、コレクタ不活性領域３４はコレクタ活性領域３８より正孔密度が低い。なお、コレクタ不活性領域３４とコレクタ活性領域３８とは、能動領域１２と電界緩和領域１４との境界で接触しておりコレクタ領域を形成している。コレクタ不活性領域３４とコレクタ活性領域３８の裏面側には裏面電極２０が形成されている。電界緩和領域１４は上述の構成を備える。

本実施形態の電力用半導体装置であるIGBTは図１、２、３、４を用いて説明した構成を備える。以後、本実施形態のIGBTの製造方法について説明する。図５は本実施形態のIGBTの製造プロセスフローの概要を説明するための図である。図５において◎が付された工程はマスク合わせが行われる工程である。最初の工程であるロット形成から、ｐウェル工程、ゲート（１）工程、ゲート（２）工程、チャネルドープ工程、P+拡散工程、ソース工程、コンタクト工程、アルミ配線工程、ガラスコート工程までの各工程により、裏面構造部１８と裏面電極２０を除く領域が形成される。前述の各工程は本発明の説明上必須ではないから説明を省略する。

次いで、図３で説明した裏面構造部１８などが形成される。裏面構造部１８形成のために、ステップ１１、ステップ１２が行われる。ステップ１１は以下のように行われる。まず、ウェーハ表面にウェーハの表面保護及びウェーハ裏面を薄く仕上げてもウェーハが割れないように補強用テープを貼る。

次いで裏面研削機で所定厚みまで研削する。その後、前述の研削によりダメージを受けた層である破砕層をエッチング液で１０〜２０μｍエッチングする。このようにして形成された裏面にPイオン注入機でイオン注入する。このイオン注入はウェーハ裏面全面に行われるものである。さらにレーザアニール装置で前述のイオン注入で注入されたイオンの活性化を行う。本実施形態ではレーザアニールのためにYAGレーザーが用いられる。そしてレーザアニール装置がウェーハを走査する事により所定位置のレーザアニールが行われる。

そして、本実施形態のステップ１１においてはレーザパワーを一定としてレーザアニールが行われるからIGBTチップ裏面のバッファ領域３６、３７の活性化率すなわち、キャリア密度は同等である。

ステップ１１の後にはステップ１２が行われる。ステップ１２はコレクタ活性領域３８およびコレクタ不活性領域３４を形成するための工程である。ステップ１２ではまずBイオン注入機により裏面全面にイオン注入が行われる。次いで以下のようにレーザアニールが行われる。すなわち、まず最初にレーザアニール装置にウェーハ（IGBTチップ）主表面のパターンを認識させる。そして、認識した主表面のパターンに基づき、電界緩和領域１４はレーザパワーを下げ、能動領域１２ではレーザパワーを上げてレーザアニールを行う。ここで、レーザパワーを上げてレーザアニールが行われるとその位置はウェーハ深さ方向に１０μｍ程度まで、１０００℃程度の温度でアニールされる。上述した通りレーザアニール装置により所定位置のイオンのみ選択的に活性化させることができる。本実施形態のコレクタ活性領域３８とコレクタ不活性領域３４との活性化率の違いすなわち、キャリア密度の違いは上述のように処理される事により実現されるものである。

ステップ１２の後にはステップ１３が行われる。ステップ１３は裏面電極２０を形成するための工程である。ステップ１３では、まず、電極形成前処理としてHFと水を１：１００程度で混合した混合液で裏面に形成された酸化膜を除去する。次いで、Al/Mo/Ni/Au、Al/Ti/Ni/Auの４層構造の電極材を用いて裏面電極２０を形成する。

ステップ１３の後にはステップ１４へ処理が進められる。ステップ１４はシンタ−熱処理を行う工程である。シンタ−熱処理とは裏面電極２０を４００℃前後で３０分間程度熱処理する工程である。シンタ−熱処理により裏面電極２０とウェーハとの密着性が確保できる。また裏面電極２０とウェーハとのオーミック接触が可能となる。

ここで、本実施形態の特徴を理解するための比較例１を説明する。比較例１のIGBTは図６のプロセスフローで作成される。比較例１のプロセスフローにおけるステップ２の裏面ｎバッファ拡散工程とステップ３の裏面ｐコレクタ拡散工程とにおいては、注入したイオンの活性化のためにアニールが必要である。比較例１では熱拡散方式でバッファ領域とコレクタの形成を行う。故に、例えば、バッファ領域を形成すべきイオンをウェーハ裏面全面に形成した場合、バッファ領域は裏面全面に渡って活性化される事になる。コレクタについても同様である。

図６のプロセスフローで製作された比較例１のIGBT断面図を図７に示す。図７は能動領域１００と電界緩和領域１０２の境界とその近傍の拡大図である。比較例１ではバッファ領域１０６とコンタクト領域１０４がウェーハ裏面全体に渡って形成されている。そして前述した通り熱拡散方式でバッファ領域１０６とコレクタ領域１０４とが形成されるので、ウェーハ裏面全面に渡って活性化されたバッファ領域とコレクタ領域が形成される。すなわちバッファ領域におけるキャリア濃度はウェーハ裏面全面に渡って一様であるし、コレクタ領域も同様である。比較例１は上述の特徴を備える。

比較例１の構成における課題を、IGBT断面図である図８を用いて説明する。図８のIGBTは比較例１と同様の裏面構造部を有する。ここで、ゲート電極４０への電圧の印加を停止し、IGBTをターンオフしようとする場合を考える。IGBTのターンオフ時にはテイル電流を抑制するためにも耐圧維持領域５０の正孔が速やかにコレクタ５８などへ抜ける事が望ましい。しかしながら、比較例１のようにコレクタ領域１０４の活性な領域がウェーハ裏面全面に渡って形成されている場合には、正孔が耐圧維持領域に過剰に供給される。IGBTの抵抗の大部分を占めるのは耐圧維持領域であるから、耐圧維持領域に正孔が多量に供給されて伝導度変調を起こす事は動作電圧の観点からは望ましい。ところが、IGBTターンオフ時に耐圧維持領域に大量の正孔が存在していると以下の問題が起こり得る。すなわち、エミッタ４２−ベース４６−耐圧維持領域５０−コレクタ５８とはｎ−ｐ−ｎ−ｐの寄生サイリスタを構成しており、この寄生サイリスタが動作してしまう事がある。前述の寄生サイリスタが動作してしまうと、IGBTの電流制御性を損なう事が考えられる。

続いて比較例２について、図９を用いて説明する。比較例２の構成は比較例１と以下の相違点を有する。すなわち、比較例２においては電界緩和領域１０２に活性なコレクタ領域が形成されていない。比較例２の活性なコレクタ領域は能動領域１００の直下にのみ形成されているコレクタ活性領域３８である。ここで、活性とは、IGBT動作時に耐圧維持領域２８の伝導度変調を引き起こす正孔の注入を行う事ができる状態を指す。比較例２のIGBTは活性なコレクタ領域が能動領域１００にのみ形成されているから、IGBT動作時に、コレクタ活性領域３８から耐圧維持領域２８へ過剰に正孔が供給される事はない。故に比較例１と比較して前述の寄生サイリスタが動作しずらい。

ところで、比較例２のIGBTはマスクを利用して能動領域１００の直下にのみイオン注入を行う。従って、電界緩和領域１０２の直下にはコレクタ領域を形成すべきイオンが注入されていない。このようなウェーハ裏面に裏面電極２０を形成すると、電界緩和領域１０２における裏面電極２０が、ウェーハとオーミック性の接触をすることができない事がある。その結果、比較例２のような構成では素子抵抗の低減が困難であるという問題があった。

このように、比較例１、２の構成はそれぞれ、ターンオフ時における寄生サイリスタの動作開始、裏面電極のウェーハとのオーミック性の接触が得られないなどの問題があった。

本実施形態のIGBTはターンオフ時における寄生サイリスタの動作開始を抑制し、かつ、裏面電極の、ウェーハとのオーミック性接触が電界緩和領域においても得られる。図３に示される本実施形態の構成によれば、コレクタ不活性領域３４が電界緩和領域１４に形成されているからIGBT動作時の耐圧維持領域２８へのホールの過剰供給を回避する事ができる。よって、寄生サイリスタの動作を抑制できる。ここで、本実施形態ではコレクタ不活性領域３４があるからIGBTチップ全面にコレクタ活性領域が形成されている場合と比べてIGBT動作時に耐圧維持領域２８に供給される正孔の量は減る。しかしながら、IGBTの動作時において耐圧維持領域２８の実効的な抵抗を低減させるのは専ら能動領域１２直下から注入される正孔である。従って電界緩和領域における正孔密度はIGBTの素子抵抗低減にとってさほど重要ではない。よって、本実施形態のように電界緩和領域１４の直下にコレクタ活性領域を形成しなくても、耐圧維持領域２８の抵抗への影響は軽微である。

本実施形態の構成によれば、耐圧維持領域２８の実効的な抵抗を上げる事なく、短絡耐量などの弊害を抑制できる。

また、本実施形態ではコレクタ領域を形成すべきドーパントの注入をBイオン注入機によりIGBTチップ全面に渡って行っている。ここで、活性不活性とを問わずBドーパントが注入された表面と裏面電極２０とは前述のシンタ−熱処理により良好なオーミック性を有する接触が得られる。従って本実施形態のコレクタ領域と裏面電極２０とは良好なオーミック接触を構成している。一方、比較例２の構成では、電界緩和領域１０２の直下にはバッファ領域はあるがコレクタ領域形成のためのイオン注入が行われていない。ゆえに前述のシンタ−熱処理を行っても電界緩和領域１０２において、裏面電極とウェーハとのオーミック性の接触は得られづらい。このように、コレクタ領域となるべきイオンの注入をウェーハ全面に行う事によりIGBTチップ全面に渡って良好なオーミック接触が得られる。

本実施形態においては能動領域１２直下のコレクタはコレクタ活性領域３８としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、図１０に示す能動領域１２におけるコレクタをコレクタ活性領域１１０、コレクタ不活性領域１１２とを交互に配置する構成としても良い。このように配置することで耐圧維持領域へ注入される正孔の量を制御できるから本発明の効果を得られる。

本実施形態においては、キャリアの導電型はエミッタ−ベース−耐圧維持領域−コレクタの順にn型−p型−n型−p型としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、これを逆転してエミッタ−ベース−耐圧維持領域−コレクタの順にp型−n型−p型−n型としても本発明の効果を得られる。

本実施形態においては、電界緩和領域にはガードリング３２を配置して電界の集中を防止したが本発明はこれに限定されない。すなわち、ガードリングに替えてフィールドプレート構造などを用いて電界緩和を行っても本発明と同様に電界緩和領域を形成できるから本発明の効果は得られる。

本実施形態ではコレクタ活性領域３８とコレクタ不活性領域３４との境界は能動領域１２と電界緩和領域１４との境界と一致させたが本発明はこれに限定されない。すなわち、コレクタ活性領域３８とコレクタ不活性領域３４との境界は、短絡耐量その他必要な特性を考慮して決めれば良いから能動領域１２中に位置していても良いし、電界緩和領域１４中に位置していても良い。

実施の形態２
本実施形態はバッファ領域の活性化率の制御を行う事によりIGBTの特性を最適化できる電力用半導体装置とその製造方法に関する。本実施形態の構成については、図３で表される実施の形態１の構成との相違点のみ説明する。

本実施形態の構成を図１１で説明する。本実施形態の電力用半導体装置であるIGBTは能動領域１２８と電界緩和領域１３０とを備える。能動領域１２８のバッファ領域１２０と電界緩和領域１３０のバッファ領域１２２とは接している。そして、バッファ領域１２２とバッファ領域１２０ともに第一導電型である。また、バッファ領域１２２とバッファ領域１２０とは接している。そして、バッファ領域１２２のキャリア密度はバッファ領域１２０のキャリア密度より高い。これはレーザアニールを行う際に、バッファ領域１２２をバッファ領域１２０より高いレーザパワーでアニールする事により行われる。

また、本実施形態のコレクタは、能動領域１２８直下にコレクタ活性領域１２４、電界緩和領域１３０直下にコレクタ不活性領域１２６を備える。コレクタ活性領域１２４はコレクタ不活性領域１２６と比較してキャリア密度が高い。これはコレクタをレーザアニール処理する際にコレクタ活性領域１２４をコレクタ不活性領域１２６より高いレーザパワーでアニールする事により行われる。

本実施形態のIGBTは上述のように、電界緩和領域１３０の直下に配置されるバッファ領域１２２のキャリア密度が能動領域１２８直下のバッファ領域１２０のキャリア密度より高い事が特徴である。バッファ領域１２２により、電界緩和領域からの耐圧維持領域２８への正孔の注入を抑制する効果が高まる。従って本実施形態の構成によれば、電界緩和領域１３０における正孔の注入を抑制できるから寄生サイリスタの動作開始を抑制し、短絡耐量の向上ができる。

本実施形態では、バッファ領域のうちキャリア密度が高い領域は電界緩和領域１３０に配置したが本発明はこれに限定されない。すなわち、図１２又は図１３に示すようにバッファ領域のキャリア密度の高い領域１５６を能動領域１２８に適宜配置すれば、耐圧維持領域２８へ注入される正孔の量を制御する事ができるから本発明の効果を失わない。なお、図１２、１３において、バッファ領域１５６はバッファ領域１５４、１２２よりキャリア密度が低い領域である。また図１２において、コレクタ領域１５２はコレクタ活性領域１５０よりキャリア密度が低い領域である。また図１３において、コレクタ活性領域１２４はコレクタ不活性領域１２６よりキャリア密度が高い。

また、図１４に示すように、バッファ領域１２０と比較してキャリア密度の高いバッファ領域１２２は電界緩和領域に配置し、コレクタ不活性領域１７０を能動領域に適宜配置する事としても耐圧維持領域２８への正孔の注入を制御できるから本発明の効果を得られる。ここで、コレクタ活性領域１７２はコレクタ不活性領域１７０よりキャリア密度の高い領域である。

実施の形態１の電力用半導体装置であるIGBTチップの正面図を説明する図である。図１の平面図である。図２Ａ−Ａ’断面図である。ＭＯＳ領域を説明する断面図である。実施の形態１におけるIGBTの製造プロセスフローの概要である。比較例１におけるIGBTの製造プロセスフローの概要である。図６のプロセスフローで製作された比較例１のIGBT断面図である。比較例１の構成における課題を説明するためのIGBT断面図である。比較例２の構成を説明するためのIGBT断面図である。実施の形態１の変形例を説明するための図である。実施の形態２の電力用半導体装置であるIGBTチップの断面図である。実施の形態２の変形例を説明するためのIGBT断面図である。実施の形態２の変形例を説明するためのIGBT断面図である。実施の形態２の変形例を説明するためのIGBT断面図である。

符号の説明

２０裏面電極
２８耐圧維持領域
３４コレクタ不活性領域
３８コレクタ活性領域
９２エミッタ領域
９６ベース領域

Claims

第一導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域と接する第二導電型のベース領域と、
前記ベース領域と接する第一導電型の耐圧維持領域と、
前記耐圧維持領域と接する第二導電型であるコレクタ領域と、
前記コレクタ領域と接して配置される電極であるコレクタ電極とを備え、
前記コレクタ領域は、電界緩和領域に重なる領域と能動領域に重なる領域共に第二導電型のドーパントがあり、前記電界緩和領域に重なる領域には前記能動領域に重なる領域と比較して第二導電型のキャリアのキャリア密度が低い領域がある事を特徴とする電力用半導体装置。
前記耐圧維持領域と前記コレクタ領域の中間には、第一導電型であり、かつ前記耐圧維持領域よりは第一導電型のキャリアのキャリア密度が高いバッファ領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
第一導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域と接する第二導電型のベース領域と、
前記ベース領域と接する第一導電型の耐圧維持領域と、
前記耐圧維持領域と接する第二導電型であるコレクタ領域と、
前記耐圧維持領域と前記コレクタ領域の中間に配置される、第一導電型であり、かつ前記耐圧維持領域よりは第一導電型のキャリアのキャリア密度が高いバッファ領域と、
前記コレクタ領域と接して配置される電極であるコレクタ電極とを備え、
前記バッファ領域の電界緩和領域に重なる領域には、能動領域に重なる領域と比較して第一導電型のキャリアのキャリア密度が高い領域がある事を特徴とする電力用半導体装置。
前記耐圧維持領域の前記電界緩和領域に重なる領域に
第二導電型の領域であるガードリングと、
前記ガードリングの形成される領域よりも前記能動領域から離れた領域に前記耐圧維持領域よりも第一導電型のキャリアのキャリア密度が高い第一導電型の領域であるチャネルストッパー領域とを備える事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力用半導体装置。
裏面研削機でウェーハ裏面を研削する裏面研削工程と、
前記ウェーハ裏面からイオン注入を行いコレクタ領域を形成するコレクタ形成工程と、
レーザアニール処理により、前記コレクタ形成工程で注入されたイオンを活性化するコレクタ活性化工程と、
前記ウェーハ裏面に電極を形成する電極形成工程と、
前記電極形成工程で形成された電極を加熱する電極加熱工程とを備え、
前記コレクタ活性化工程には、前記コレクタ領域の電界緩和領域に重なる領域は能動領域に重なる領域より低いレーザパワーで前記レーザアニール処理が行われる領域があることを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
イオン注入により、前記コレクタ領域より前記ウェーハ裏面から深い場所に前記コレクタ領域と導電型の異なるバッファ領域を形成するバッファ形成工程と、
レーザアニール処理により、前記バッファ形成工程で注入されたイオンを活性化するバッファ活性化工程とを備え、
前記バッファ活性化工程では、前記バッファ領域の前記電界緩和領域に重なる領域と前記能動領域に重なる領域とが同等のレーザパワーで、又は前記電界緩和領域に重なる領域は前記能動領域に重なる領域より強いレーザパワーで前記レーザアニール処理が行われる事を特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置の製造方法。