JPH021985A - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法

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JPH021985A
JPH021985A JP63144359A JP14435988A JPH021985A JP H021985 A JPH021985 A JP H021985A JP 63144359 A JP63144359 A JP 63144359A JP 14435988 A JP14435988 A JP 14435988A JP H021985 A JPH021985 A JP H021985A
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semiconductor
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    • HELECTRICITY
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    • H10D62/141Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
    • H10D62/142Anode regions of thyristors or collector regions of gated bipolar-mode devices

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (yr栗上の利用分野) この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁ゲ
ート型バイポーラトランジスタ(IGBl)、ゲート・
クーンA−フ・サイリスク(GTO)静電誘導J(!j
す゛イリスク(SIT)!:の電力制御用に使用される
さ[′導体装め°の製):)i方法に関する。
(従来の技術) 近江、半導体による電力料6+1はますます広く行われ
るようになってさ°でいる。゛重力制御に使用される′
¥導体装置は、かっては會ナイリスタがそれを代入1J
るムのであったが、中小容量では現在ではバイポーラ1
ヘランジスクが主流となっている。これ【よ、バイポー
ラ1〜ランジスクが高電圧動作がでさるJ、うに改良さ
れ、その高速動作と自己消弧1幾能に19れているとい
った使い勝手が使用要求に適した乙のであるためである
。この様な傾向の・及望は今後すますまず高まり、より
高機能な電力用半;9体装Iaが切望されている。
−・方、新しい電力用¥−導体装置として、高連動Pl
ど低駆動16カの利点から、電界効果型トランジスタ(
MO8t−ランジスタ)がL[口を集め、電力用素子ど
じで広く使用されている。しかしながら、MOS t−
ランジスタは、使用電圧を高く°するとブップ・リイズ
を大きくしないとバイポーラi・ランジスタ並のON電
圧を1qられないためコストが高くなり、使用電圧が5
00Vあるいは1000V以−[では、高速動作が必要
な場合以外ではバイポーラ1ヘランジスク並の広J吃へ
使用は行われないと判断される。
MOSトランジスタのこの様な欠点を補った半j9 (
A装置として絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ(I
GBT)が提唱され、一部で使用され始めている。第6
図は、I G [3Tの要部断面図を示した乙のである
。−上部の主面の近傍は、MOS l・ランジスタと基
本的に同じ構造をしてJ5す、イバ濃度ドレイン領域と
なる高抵抗半導体領域1.つ]−ル領領域、ソース領域
3.絶縁膜4.ゲート電極となる制御電極5およびソー
ス電極となる上部主電極6等がある。図には示されてい
ないが、制御電(船5の外部への取り出し端了し上部主
面にある。
下部の↑而の近傍はMOS t−ランジスタが高濃度の
不純物を右りるドレイン領域であるのに対し、高11(
机下刃体領域1と責なる導電望の半導体領域8が形成さ
れ、下部−[電(4i9に接続されている。
11低抗゛にンり体領戚1と半導体領域8の間に設置〕
られ℃いろ領域7は、高抵抗半導体領域1と同じ導電へ
°!で」;り濃度の高い低抵抗半導体領域である。
この低酸b″iYη体領域7はIGBTの動作自体には
木質的に不可欠<1ものではないが、電圧が印加される
とソース側から延びる空乏層が、半導体領域8に延びて
パンチ・スルーしにくいように設けられCいる。MO8
I〜ランジスタ(Jどでへいにしろl G r3Tし、
高雷圧索了ではON抵抗が子方な間WfJどl、−るの
ぐ、13賎抗゛r尋休領域1のj9みを小さく4ろため
に低抵抗半導体領域7は実際には必要な乙のである。
第7図は、従来のIGBTの製造工程の始めの部分を示
している。I G [3’T“の装造工程は、縦型のM
OS t−ランジスタとほとんど同じで、縦型のMOS
 トランジスタのそれとは、最初に加工を始めるウェハ
の導電性が異なっている点と、高濃度ドレイン領域とな
る低抵抗半導体領域7が設けられる点がソシなっている
。まず、第7図(a)に示1ように、Iu Uどなるウ
ェハ(半導体IR材)8aを準備する。この半導体母材
8aは、第6図の半導体領域8にあたるものである。次
に、第7図(b)(C)に示Jように、半導体母材8a
の上に低抵抗Y導体領域7と高抵抗半導体領域1を順次
に1ビタ’p9+・ル成長ざぜて形成する。この後、高
抵抗半導体領域1上につ1ル領域2やソース領域3等を
形成する工程は基本的にM OS l−ランジスタの工
程と同じである。こうして、−上部主面側の加工が終れ
ば、次に第7図(C)に示づ点線Aの位置まて′、半導
体母材8aの下部主面側を削る。このにうに、ラップオ
フ工程が必要となるのは、IGBT′Sの半導体装はの
製j市工程では、ウェハ割れに対する防止と特に写真製
版■稈での加工精Igを維持するためにウェハの厚みが
一定以上必要であるため、半ヌリ体装買として最終的に
適当な厚みよりbl’ンい゛l′導体7N1月8aを1
史用しくhければなら<’にいため(” tV>る1、
この後、ラップA)された下部↑面側に下部ニド電極9
が形成される。
ところて・、半導体装置の電子的な機能として、Pノみ
が中東な要因どなるのは、?:S抵抗′¥導体領域1の
み(゛ある。この高抵抗゛4ζ導体領域1のjりみは、
半4 (A装置に要求される耐圧特性に依存して一定艙
「ス」−):i必ず必要である。また、厚くなり過ぎる
と良りT <CON特性を得ることはできない。−・般
的に、電力用二1′ノリ体装置にと−) −’C、゛心
圧保持部の領域の厚みは、ぞの比抵抗の幀ど共に木質的
な手数性を持つしのである。
なお、低抵抗半導体領域7がなければ、丁ピク1′シ(
ノル成長を使用しないで、バイポーラトランジスタが通
常行っているJ、うな拡散つ■ハを使用Jることができ
る。この場合tユ、高抵抗゛r導体ダ11i、11をウ
ェハ母材どして、両面より反対47j:型の’t’ i
9休領t!!!8を不純物拡散ににって作り、不用な土
面側を01磨すればよい。しかしながら、IG[31−
のり?リスク動作を防ぐために必要どなる人t%のライ
フ・タイム・−1ラーは、本来I G +3 Tが11
つている大電流通電能力を大幅に損うため、それがなり
れば大幅なON抵抗の増大をbたらす低抵抗半導体装1
1!!7の存在が不可欠どなって°J3す、この様な゛
r導体領域8と低抵抗半導体領域7の二層(14Nの作
成が困難な拡散ウェハは、1G[3Tには使用されてい
イ【い。
また、先に述べたライフ・タイム・=Vウラ−導入は、
ライフ・タイム・キラー物質の拡散とか、放剣線照用を
行うことにJ、って行われている1、これは、M OS
 l−ランジスタでライフ・タイム制御をhう場合の方
法と変わらない。
〔発明が解決しようとりる課題) IGBTは、i0i電圧で6電流通電能力が高く、スイ
ッチング速度ら甲く、駆動電力ら少なくて(Jむという
大きな利点を付しているのであるが、バイポーラ1−ラ
ンジスタを凌ぐほどの酋長は現在のところ困難な見込み
である。これは、製造工程に微細加工が要求され、微妙
なライフ・タイム制御と合い重なって歩留が悪いことと
、ウェハにががる材料費が]、ピタキシt?ル成長工程
を要することに起因して高いために、ブップのコストが
太刀打らぐさないためひある。製jΔ歩q口よ困難であ
るにしろ改良は期待でさるが、つTハ材料費は、エピラ
ミ−シトル成艮を行う必要のないバイポーラ1−ランジ
スタに対して、I G[3Tの不利な点は免れない。こ
れを使用電圧が500Vのクラスで比較すれば、バイポ
ーラトランジスタ用として通常使用される拡散つ1ハに
対して、IGBTのウェハはほぼ2 ’iF’+ n 
(ilI”Cある。さらに1000vクラスになれば、
バイポーラトランジスタ用のつTハのfilli格は【
Jど/υど変わらないのに対し、IG[3Tでは、約2
イ8必要と<2る1ピタ:1シャル成良層の厚みにス・
1応しC12倍近く高価となる。このように、高せ圧素
子とし″(の主要な要素である高低抗半尊体111域1
に王ビタキシトル成長層を使用する半導体装11′ff
では、ぞの定格電圧が高くなるほど急速に製造コストが
高くなるという問題を有していた。
第8図は、現在+tll究例がtt+告されているl0
BFの伯のy B方法の一例である。この方法では、エ
ピタ1シVル成艮を使わない。す4cわら、第8図(a
)に示ず高抵抗半導体領域1をウェハは材として、第8
図(b)、 (c)に示すように下面側に低抵抗半導体
領域7と、高抵抗半導体装i!!1とは異なる導゛心型
の半導体領域8とを別々に拡散して形成している。この
下部主面にF面fff14i9が形成されると、低抵抗
半導体装1a7と半導体装II!t8とは短絡される形
どなる。この形はゲート・ターンオフ・→ノイリスク(
GTO)でアノード短絡としてよく知られている構造で
ある。この形にすれば、軽微なライフ・タイム制御です
まゼたり、ライフ・タイム制御を省略することb可能ぐ
あると矛想されている。ライフ・タイム制御を行うど、
ON抵抗の増大を必ずもたらすので、上記製法は大さい
利点を右している。しかし1.iがら、この方法の問題
点は、つ■ハ母材が幼い(現実的な1000Vクラスの
素子で高抵抗半導体領域1の厚みは10Q ft m程
度である)ことで、製造工程中でのウェハ割れと、・ウ
ェハの反りのために、人ω牛産はむろんのこと試作する
だけで6大変に困難である。
このため、低抵抗?r導体領域7と半導体領域8を形成
した後で、ポリシリコンを5面に堆積させつ土ハ厚みを
大きくして所要の工程を経た後に、ボッシリコンを除去
するといった手段が取られており、製造工程が複雑化す
るという問題を有していた。
この発明は、上記従来の問題を解決するためになされた
bのぐ、[GBTのように、耐圧保持用の11抵抗半導
体領域の一方側に主電流制御機能をイiJる二1′導体
領域が設けられるととbに、他方側に(IL低抵抗半導
体領域、上記高抵抗半導体領域とは反対導電型の¥導体
領域とが(れぞれ設置]られる電力用゛ト導体装首を、
安価でかつ容易に!!!!造でさる゛l′導体装置の胃
j′u方法を提供することを目的とり“る。
(課題を解決づるための手I?2) この発明の半導体装置の製造方法は、上記目的を達成す
るために、第1導電型の高抵抗半導体装Hをilt備す
る工程と、前記半導体11材の両生面側の入層部に第1
導電型不純物をそれぞれ拡散して、低抵抗半導体領域を
形成する工程と、前記半導体装Hの一方の1面の全部又
は一部に第2導電型の半導体[をエピタキシ1フル成艮
により形成する工程と、前記半導体母材の他方の主面側
・の前記低抵抗半導体領域が除去されるように前記半導
体母材をラップオフする工程と、ラップオフされた前記
半導体母材の他方の主面側に主電流制御機能を右づる半
導体領域と第1主電極および制御電極を形成するととら
に、一方の主面側に第2主電極を形成する工程とを含む
〔釣用〕
この発明の半導体装置の製造方法によれば、耐圧保持用
の高抵抗半導体領域が半導(A母材にJ、り形成される
とともに、この半導体nl材ど同一導電型の低抵抗半導
体領域が拡rIl処即により形成され、半導体装材と反
対導電型の半導体領域が−1−ピッキシ1/ル成艮によ
り形成されるため、定格電圧が高くなった場合でも半導
体母材の厚みを増すだけでよく、製造コストを低く押え
られる。
〔実施例〕
第1図はこの発明の第1の実施例である半導体装置の製
造方法を示し、ここでは高抵抗半導体領域がN型である
IGBTの場合を例に挙げて説明する。
まず、第1図(a)に示すように、所定の比II(抗を
イ」するN型の高抵抗半導体母材10を準備する。
この高戚抗゛1′導体丹材1aは、第6図の高抵抗半導
体領域1にあたるらのである。次に、第1図(b)に示
・jように、高抵抗半導体装材1aの両生面側の表h′
り部にN型の不純物を拡散してそれぞれ低戚抗゛1′ン
I月本領戚7を形成Jる。(の後、゛1′導体1z1材
1aの下面側を第1図(b)の点線Bで示づ位置まc 
+tn磨し、第11′A(C)に示すJ、うにぞの下面
側に−Iピタ1シ!!ル成艮を行いI)型の半尊体領1
11!8を形成Cfる。、1ピタ1−シ1zル層の厚み
は、次にjホベるrIII暦の後のつ[ハ厚みがウェハ
割れが問題とならない程瓜(4インチ・つTハで200
μyn程度)なるようにしておけばよい。次いで第1図
(C)に承りように、高抵抗領域1が所定のnさ゛にな
るように上面を点線Cの位置まで研磨する(第1図fd
)参照〉。その後の工程は、下面の仙財工程がない点の
み従来の製造工程と51/、なるのみである。
完成した半導体装置の断面図は、第6図の従来例と同じ
ようなり4造となる。
このようにして、形成したP fflのエピタキシ1ル
層は、そのままP型半導体領11!8としC使用するこ
とができる。この場合、比較的電圧の低い素子の場合、
高抵抗半導体領域1が薄いのでウェハ割れを考慮すると
数十μm以−りの厚みを有する1−ピタキシIIル層が
必要となるが、■ビクキシpル層の比抵抗と厚みの制御
幅は、従来の方法のエビクーVシ【rル成長の場合に比
べて桁はずれに大きく取れ、製造コストは大幅に下がる
また、第1図fc)の下面側のN型低11に抗半19(
A領域7は、点線B(第1図(b))でrlIl磨され
た俊の不純物濃度が低いので、形成したP型のエビタ1
:シャル層を不純物拡散源として熱拡散処理を行い、P
型半導体領域8を元来N型であった低抵抗半導体領域7
中にも容易に形成させることができる。
この場合、第1図(c)の低抵抗!¥ j9体領11!
I7の厚みをjJくしておくことができるので、所定の
ウェハ11/みにするためのエピタキシ1フル層の厚み
を熱拡rIl?:”進む厚みだけ薄くすることができる
第2図は、この発明の第2の実施例である半導体装置の
製造7J法を承引。:Lず、第2図(alに承りよ゛う
に、所定の比抵抗を右す′るNJl12の1高抵抗半々
体RJ月1 aを準備し、第2図(b)に示づJ、うに
どの両1而側の表層部にN型の不純物を拡散してそれぞ
れ低抵抗半導体領域7を形成する。その後、丁ス9体r
′Nl材1z1の下面側を第2図(b)の点線Bで示す
(☆置まで研磨する。その後、第2図(clに丞・jJ
、゛)に、下面側にl−y、を体間化物から/、γるマ
スク10を形成し、−・部に開「1を開けた後、l’)
 IJすのTビグ1シ11ル層を形成りる。このどさ、
第2図(d)に示号ように、マスク開口部に連なる一L
ピタキシトル部分はP型の単結晶半導体領域8を形成し
、マスク10上のエピク1−シ11ル部分は多結晶状態
の゛r導体領(或11を形成する。この後、多結晶状態
の゛1′1体鎖域11を除去する。その除去は、エビタ
X−シtlルh′1が厚い場合には、多結晶とji結晶
のエツfング案の差を(り用して下土面仝面を1ツブン
グすることにJ:っても可能であるが、■ツブング用の
マスクを′¥導体領!・ff181.:対応する下主面
に形成し、先に形成したエピウ1シt/ル・用のマスク
10をエツチング防止領域としC−■−ツブング1」る
方法が望ましい。
半導体領域11を除去した1すはマスク10を除去し、
第3図に示すようにI’ 3’2体領I!!1Bの両側
に絶縁膜12を形成してから、■・部主面側にF部J。
市(引9を形成する。なお、十部主面部の加工についで
は第1図で説明した例と同様の方法が適用できる。第3
図は、このようにして作成したI G nlの新面の一
部を示している。図中の絶縁膜12は、IQ[3Tの動
作1hに電流が、半導(A領域8の11で低抵抗半導体
領Vi7と下部−L電極9との玉石の境界部に集中して
流れ、破壊しやすくなることを防止Jる6のである。こ
の方lムにおいて、多結晶状態の半導体領域11の除去
を行う時点は、エピ全1シt・ル成長の直1νから、下
主面電極を形成する■稈までの適宜な時期が選択しつる
。ウェハp:4みがa9い場合に(ま、この時点を後ろ
にするほどつ1−ハニー11れに対し−C右効となる。
第1図は、別の実施例を示したもので、第3図の方法に
、形成したP型の1ピタ4.シt/ル層8を不純物拡散
源として熱拡散処理を行った処理を加えた場合を示して
いる。この場合は、ウェハの厚みにり=I L ’(第
1図ひ説明したしのと同様の効果がある。また、このl
G13Tには、第4図に示りJ、)にN型の高濃度゛1
′導体領1a!13が設けられている。このN型゛1′
導体領域13は、第2図(d)におい(多結晶状態の半
導体領域11とマスク10とを除l、シた後、N型の不
評物を例えばイオン注入法′9にJ:り低抵抗半導体領
域7の表層部にどl入づることにより形成される。この
N型γ樽体′t+域13 LL、NJS′!低1氏抗半
廊(A領1或7が第2図(l〕)のjj、丸線B″c研
磨された侵不純物濃度が低下づるので、下部1市(41
つとの)a続けを改;Aづるために設けられるしのであ
る。もちろ/υ、第3図の場合にblこの4′η体領1
!l!13を設けることは可能である。
第5図は、選択的に形成したエピタキシシル層の゛¥導
体領域8をω1磨することを特徴とした実施例を示した
ものである。具体的には、第2図(d)において、多結
晶状態の半導体領域11とマスク10どを除去した後、
低抵抗半導体領域7よりも低い電気抵抗のN型半導体領
域13を下部主面の全面に形成し、その後半導体領域8
の一部をN¥!I゛¥導体領域13の一部ととムにラッ
プオフする。
このl1II磨によって、下部主電極9の被覆性を良好
にすることができる。また、図中に示t ’tq s体
領II火13(ユ、り)4図の場合と同じ下部主′、f
1極9との接続性を良17にする鮎さ・をするものであ
るが、第5図に示17′Jγムによると、選択的に形成
り゛るといった手間をか【プずに、下−L面仝面にN型
不純物を拡散り°ることができる。
なお、上記第1図ないし第5図において、Pべ°!とN
型の極性を反転してらよいことは唇うまでしない。
また、上記説明は、もっばら[GBTについて行ったが
、他のGTO,S IT、サイリスク等、下士面部に責
なる導電性領域を右す−る縦!1′!の丁ンワ1木1↓
置につい’(’ b fiil IC<=91宋のある
ことは明らかCある。
(発明の2!+ ’A ) このIN明の十力(A装置の装造Ij法にJ:れば、耐
Jl−,C< I′J川(1) +C口代bりi ’l
′4体hl 1・(/J”t−尋[41’J祠ニヨリ形
成されるととbに、この丁力【+母材と同一導電11°
!の低If(lA21′尋休領トyが拡散娼1す!にJ
、り形成され、’l’ 79休INJ Uと反対府電型
の崖39休領域がLピクキシトル成長に、」、り形成さ
れるため、定18電バーが高くイiったJu合C′ム了
4(木1!l 44の11]み/i:1曽cJだ(」で
、J、 < 、エピク1シトル成艮C11を増り必要が
ないので製)もコストが1代く抑えられるとどしに、1
シェハ;I’ll iL等を、−おVして下面にボリシ
リニ1ンのIft積Aゝ)その除去を11う必要しなく
、装;Δ工程が複i1化することムイiい。
【図面の簡単な説明】
第1[スロ、lこの発明の第1の実施例である゛r導体
に首の製jろ方法の各工程を承り断面図、第2図はこの
発明の第2の実施11#1I−(−ある崖4)休装置の
装造/j法の各T稈を示J所面図、第3図は第2図の方
法により作成されたIGBTの要部断面図、第4図は他
の方法により作成されたI G B Tの要部断面図、
第5図はざらに伯の方法により作成されたIGBTの要
部断面図、第6図は従来の°IGB丁の要部断面図、第
7図はぞの製造工程を示す断面図、第8図は従来のIG
BTの伯の装造■稈を示す断面図である。 図において、1aは高抵抗半導体母材、5は制御電極、
6は上部主電極、7は低抵抗半導体領域、8は半導体領
域、9は下部主電極である。 なお、各図中同一符号は回−または相当部分をホす。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の高抵抗半導体母材を準備する工程と
    、 前記半導体母材の両主面側の表層部に第1導電型不純物
    をそれぞれ拡散して、低抵抗半導体領域を形成する工程
    と、 前記半導体母材の一方の主面の全部又は一部に第2導電
    型の半導体領域をエピタキシャル成長により形成する工
    程と、 前記半導体母材の他方の主面側の前記低抵抗半導体領域
    が除去されるように前記半導体母材をラップオフする工
    程と、 ラップオフされた前記半導体母材の他方の主面側に主電
    流制御機能を有する半導体領域と第1主電極および制御
    電極を形成するとともに、一方の主面側に第2主電極を
    形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
JP63144359A 1988-06-10 1988-06-10 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0724312B2 (ja)

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