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JP2007012972A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2007012972A JP2005193557A JP2005193557A JP2007012972A JP 2007012972 A JP2007012972 A JP 2007012972A JP 2005193557 A JP2005193557 A JP 2005193557A JP 2005193557 A JP2005193557 A JP 2005193557A JP 2007012972 A JP2007012972 A JP 2007012972A
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栄子 出頭
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謙二 北村
Tsutomu Kameyama
勉 亀山
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Abstract

【課題】良好な電気的特性を有する薄い構造のFWD一体型IGBTを安定して作製すること。
【解決手段】本発明のFWD一体型IGBTは、正孔の注入量を決めるp高濃度コレクタ層12と、ウェハ裏面研削量のばらつきを吸収するp低濃度コレクタ層11と、p高濃度コレクタ層12及びp低濃度コレクタ層11を貫通しているnコレクタ短絡領域13とを有している。裏面研削後、例えばアルミニウム等から成るコレクタ電極31によって、p低濃度コレクタ層11及びnコレクタ短絡領域13とオーミック接合が形成されるので、コレクタコンタクト用の高濃度層を別途形成するためのイオン注入及び熱処理が不要となる。
【選択図】図1
An object of the present invention is to stably manufacture a thin-structure FWD integrated IGBT having good electrical characteristics.
The FWD integrated IGBT of the present invention includes a p + high concentration collector layer 12 that determines the amount of holes injected, a p low concentration collector layer 11 that absorbs variations in the grinding amount of the back surface of the wafer, and p + high. And an n + collector short-circuit region 13 penetrating the concentration collector layer 12 and the p low concentration collector layer 11. Since the ohmic junction is formed with the p low concentration collector layer 11 and the n + collector short-circuit region 13 by the collector electrode 31 made of, for example, aluminum after the back surface grinding, a high concentration layer for collector contact is separately formed. Ion implantation and heat treatment are not required.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、特にフリーホイーリングダイオード(FWD)を一体化した絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)及びその製造方法に関する。   The present invention particularly relates to an insulated gate bipolar transistor (IGBT) integrated with a freewheeling diode (FWD) and a method for manufacturing the same.

近年、IGBTのコレクタ領域に厚みの薄い低注入効率の構造を採用することにより、オン電圧とターンオフ時間のトレードオフ関係が改善されることが知られるようになってきている。これは、いわゆるトランスペアレント効果により、ライフタイム制御を行わずにIGBTの高速化が図れるためである。   In recent years, it has been known that the trade-off relationship between the on-voltage and the turn-off time is improved by adopting a thin and low-injection efficiency structure in the IGBT collector region. This is because the IGBT can be speeded up without performing lifetime control due to the so-called transparent effect.

一方、インバータ等の電力変換装置を小型軽量化するために、IGBTにおいて、コレクタ短絡領域を設けてドリフト層をコレクタ電極にショートさせる等の方法でFWDとの一体化を図る試みがなされている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。   On the other hand, in order to reduce the size and weight of power converters such as inverters, attempts have been made to integrate with FWD by a method such as providing a collector short-circuit region and shorting a drift layer to a collector electrode in an IGBT ( For example, see Patent Document 1 and Patent Document 2.)

図21乃至図23は、いわゆるノンパンチスルー(NPT)型のIGBTに厚みの薄いコレクタ層を形成するための一般的なプロセスを示したものである。   21 to 23 show a general process for forming a thin collector layer in a so-called non-punch through (NPT) type IGBT.

まず、nドリフト層114に相当する半導体基板109を用意し、次に、この基板109の表面側にMOSゲート構造等を形成する。続いて、素子の耐圧クラスに応じた厚さまで基板109を研削する(図21)。この後、基板裏面側にp型不純物をイオン注入し、素子表面側のデバイス構造に影響を与えない程度の熱処理(アニール)でイオンを活性化してpコレクタ層112を形成する(図22)。最後に、コレクタ電極131を形成して素子を完成させる(図23)。 First, a semiconductor substrate 109 corresponding to the n drift layer 114 is prepared, and then a MOS gate structure or the like is formed on the surface side of the substrate 109. Subsequently, the substrate 109 is ground to a thickness corresponding to the breakdown voltage class of the element (FIG. 21). Thereafter, p-type impurities are ion-implanted on the back side of the substrate, and the ions are activated by heat treatment (annealing) that does not affect the device structure on the element surface side, thereby forming the p + collector layer 112 (FIG. 22). . Finally, the collector electrode 131 is formed to complete the device (FIG. 23).

ここで裏面のイオン注入時に、図24に示すように、n型不純物をp型不純物と別の領域に打ち込む工程を追加することにより、nコレクタ短絡領域113が形成され、FWD一体型のIGBTを作製することもできる。 Here, at the time of ion implantation on the back surface, as shown in FIG. 24, an n + collector short-circuit region 113 is formed by adding a step of implanting an n-type impurity into a region different from that of the p-type impurity. Can also be produced.

しかしながら、この構造においては、例えば耐圧1200V系の素子の場合、IGBTの総厚は150μm程度と極めて薄い構造となるために、裏面イオン注入処理工程においてウェハの割れや欠けが生じ易いという問題がある。耐圧600V系の素子の場合は、さらに厚みの薄い構造となるために、通常のイオン注入装置では処理できなくなるという場合も生じる。   However, in this structure, for example, in the case of an element having a withstand voltage of 1200 V, since the total thickness of the IGBT is an extremely thin structure of about 150 μm, there is a problem that the wafer is easily cracked or chipped in the back surface ion implantation process. . In the case of an element having a withstand voltage of 600V, since the structure is thinner, there is a case where it cannot be processed by a normal ion implantation apparatus.

さらに、裏面イオン注入後のアニール工程では、素子表面側のエミッタ電極に影響を与えない程度までしか処理温度を上げることができず、注入イオンの活性化率が低い。そのため、十分な活性化を行うためには、レーザアニール装置などの特殊な装置を必要とする。   Furthermore, in the annealing process after backside ion implantation, the processing temperature can be raised only to the extent that it does not affect the emitter electrode on the element surface side, and the activation rate of implanted ions is low. Therefore, a special apparatus such as a laser annealing apparatus is required for sufficient activation.

次に、図25及び図26は、いわゆるパンチスルー(PT)型のIGBTに厚みの薄いコレクタ層を形成するために提案されている方法の一つを示したものである。   Next, FIGS. 25 and 26 show one of the methods proposed for forming a thin collector layer in a so-called punch-through (PT) type IGBT.

まず、厚いp基板209を使って作製されたPT型IGBTを用意する。通常は、この後、重金属拡散や粒子線照射などによるライフタイムコントロールを行ってIGBTを完成させるが、ここでは行わない。次に、裏面側からp基板209の研削を行い、所定の厚みのpコレクタ層212を形成する(図25)。最後にコレクタ電極231を形成して素子を完成させる(図26)。 First, a PT type IGBT manufactured using a thick p + substrate 209 is prepared. Usually, after this, lifetime control by heavy metal diffusion, particle beam irradiation, or the like is performed to complete the IGBT, but this is not performed here. Next, the p + substrate 209 is ground from the back side to form a p + collector layer 212 having a predetermined thickness (FIG. 25). Finally, a collector electrode 231 is formed to complete the device (FIG. 26).

この構造においては、素子の厚みが薄くなった後にイオン注入工程を行う必要が無いため、ウェハの割れや欠けが生じる機会が減少する。また、裏面イオン注入に伴うアニール工程も不要となるため、レーザアニール装置等の高価な装置が不要となる。   In this structure, there is no need to perform the ion implantation step after the device thickness is reduced, so that the chance of cracking or chipping of the wafer is reduced. Further, since an annealing process accompanying backside ion implantation is not required, an expensive apparatus such as a laser annealing apparatus is not required.

しかしながらこの場合、裏面研削量のばらつきにより、最終的なpコレクタ層212の厚みが変化してしまう。そうすると、pコレクタ層212の最も不純物濃度の高い領域の厚みが変化するので、正孔の注入量が大きく変化してしまう。その結果、裏面研削量のばらつきが±5μmであるとしても、得られる素子の電気的特性が目標値より大きくはずれてしまうという問題が生じる。 However, in this case, the final thickness of the p + collector layer 212 changes due to variations in the grinding amount of the back surface. Then, since the thickness of the region with the highest impurity concentration of the p + collector layer 212 changes, the amount of hole injection changes greatly. As a result, there arises a problem that even if the variation in the grinding amount of the back surface is ± 5 μm, the electrical characteristics of the obtained element deviate from the target value.

この問題に対しては、ウェハの裏面研削量のばらつきを吸収するp低濃度コレクタ層311を備えた図27の構造が、本願発明者によって提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 To solve this problem, the inventor of the present application has proposed the structure shown in FIG. 27 having a p low-concentration collector layer 311 that absorbs variations in the amount of grinding of the back surface of the wafer (see, for example, Patent Document 3). .

しかしながら、裏面研削でコレクタ層を形成する従来の方法では、コレクタ短絡領域を形成することができず、FWD一体型のIGBTを作製することが困難であった。   However, in the conventional method of forming the collector layer by back surface grinding, the collector short-circuit region cannot be formed, and it has been difficult to produce an FWD integrated IGBT.

特開昭61−15370号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-15370 特開2004−363328号公報JP 2004-363328 A 特願2004−65633号公報Japanese Patent Application No. 2004-65633

上記のように、従来の厚みの薄いコレクタ層を有するIGBTでは、ウェハの厚みを薄くした後にイオン注入及び熱処理が必要であり、薄いウェハに対応した特殊な製造装置を必要としたり、ウェハの割れや欠けが生じ易いという問題点を有していた。そのため、FWD一体型のIGBTの作製が困難であった。   As described above, the conventional IGBT having a thin collector layer requires ion implantation and heat treatment after thinning the wafer, and requires a special manufacturing apparatus corresponding to the thin wafer, or cracking the wafer. And has a problem that chipping easily occurs. For this reason, it is difficult to fabricate an FWD integrated IGBT.

また、ウェハを薄くした後にイオン注入を行わないようにした従来構造では、コレクタ短絡領域の形成ができず、やはりFWD一体型のIGBTの作製が困難であった。   Further, in the conventional structure in which ion implantation is not performed after the wafer is thinned, the collector short-circuit region cannot be formed, and it is difficult to fabricate the FWD integrated IGBT.

本発明の目的は、良好な電気的特性を有する薄い構造のFWD一体型IGBTを安定して作製することが可能な構造及び製造方法を提供するものである。   An object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method capable of stably producing a thin FWD integrated IGBT having good electrical characteristics.

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、相対的に不純物濃度が低い第1導電型の低濃度コレクタ層と、前記低濃度コレクタ層の上面に形成された相対的に不純物濃度が高い第1導電型の高濃度コレクタ層と、前記低濃度コレクタ層及び前記高濃度コレクタ層を所定の位置で貫通する第2導電型のコレクタ短絡領域と、前記高濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の上面に形成された第2導電型のドリフト層と、前記ドリフト層の表面領域側に形成された第1導電型のベース領域、第2導電型のエミッタ領域、及びゲート電極を含むMOSゲート構造と、前記ベース領域及び前記エミッタ領域と電気的に接続するように形成されたエミッタ電極と、前記低濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の下面に形成されたコレクタ電極とを具備している。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has a first conductivity type low concentration collector layer having a relatively low impurity concentration and a relatively low impurity concentration formed on the upper surface of the low concentration collector layer. A high first-concentration type high-concentration collector layer; a second-concentration-type collector short-circuit region penetrating the low-concentration collector layer and the high-concentration collector layer at predetermined positions; and the high-concentration collector layer and the collector short-circuit region Gate structure including a second conductivity type drift layer formed on the top surface of the first conductivity type, a first conductivity type base region formed on the surface region side of the drift layer, a second conductivity type emitter region, and a gate electrode An emitter electrode formed to be electrically connected to the base region and the emitter region, and a collector formed on the lower surface of the low concentration collector layer and the collector short-circuit region It is and a pole.

従って、ウェハを薄くする際の研削量がばらついても、素子の電気的特性の変化は小さい。また、ウェハを薄くした後に、イオン注入及びそれに伴う熱処理(アニール)を行う必要がない。   Therefore, even if the amount of grinding at the time of thinning the wafer varies, the change in the electrical characteristics of the element is small. Further, it is not necessary to perform ion implantation and heat treatment (annealing) accompanying the wafer after the wafer is thinned.

本発明によれば、厚みの薄いコレクタ層を有し且つ電気的特性のそろった素子が得られる。また、薄いウェハの搬送に対処した特殊なイオン注入装置等を必要としない。さらに、アニール処理時に伴うウェハの割れや欠けの機会も無くなる。従って、良好且つばらつきの少ない電気的特性を有するFWD一体型のIGBTを、低コストで安定して作製することが可能となる。   According to the present invention, an element having a thin collector layer and uniform electrical characteristics can be obtained. In addition, a special ion implantation apparatus or the like for handling the thin wafer is not required. Further, there is no opportunity for cracking or chipping of the wafer during the annealing process. Accordingly, it is possible to stably manufacture an FWD-integrated IGBT having good and little variation in electrical characteristics at a low cost.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例に係るFWD一体型IGBTの構成を示している。nドリフト層14の表面領域側には、pベース領域15、nエミッタ領域16、ゲート絶縁膜21、層間絶縁膜22、ゲート電極32及びエミッタ電極33が形成されている。一方、nドリフト層14の下には、p高濃度コレクタ層12、nコレクタ短絡領域13、p低濃度コレクタ層11及びコレクタ電極31が形成されている。 FIG. 1 shows the configuration of an FWD integrated IGBT according to a first embodiment of the present invention. A p base region 15, an n + emitter region 16, a gate insulating film 21, an interlayer insulating film 22, a gate electrode 32 and an emitter electrode 33 are formed on the surface region side of the n drift layer 14. On the other hand, under the n drift layer 14, the p + high concentration collector layer 12, the n + collector short-circuit region 13, the p low concentration collector layer 11 and the collector electrode 31 are formed.

上記構成の半導体装置をIGBT方向にオンさせると、まず、nエミッタ領域16から、pベース領域15の反転層を通ってnドリフト層14に電子が注入され、nコレクタ短絡領域13を通って排出される。従って、最初はMOSFET動作を示す。その後、電流が増加してくると、nドリフト層14内においてp高濃度コレクタ層12の上を横方向に流れる電流も増加し、この部分での電圧降下によりp高濃度コレクタ層12が順バイアス状態になる。その結果、このp高濃度コレクタ層12からnドリフト層14に正孔が注入され、伝導度変調が生じてIGBT動作を示すようになる。 When the semiconductor device having the above configuration is turned on in the IGBT direction, first, electrons are injected from the n + emitter region 16 through the inversion layer of the p base region 15 into the n drift layer 14, and the n + collector short-circuit region 13 is changed. Discharged through. Therefore, the first shows the MOSFET operation. Thereafter, when the current increases, the current flowing in the lateral direction on the p + high concentration collector layer 12 in the n drift layer 14 also increases, and the voltage drop at this portion causes the p + high concentration collector layer 12 to increase. Becomes a forward bias state. As a result, holes are injected from the p + high-concentration collector layer 12 into the n drift layer 14, conductivity modulation occurs, and an IGBT operation is exhibited.

このように、MOSFET動作からIGBT動作に移行する際には、図28に示すようないわゆるスナップバックと呼ばれる負性抵抗特性を示すが、この負性抵抗領域が大きいと電力ロスにつながる。そのため、p高濃度コレクタ層12の横方向の大きさを適切な値に設定することによって、上記負性抵抗領域を小さくする必要がある。nコレクタ短絡領域13は、このことを考慮した所定の位置に形成されている。 Thus, when shifting from the MOSFET operation to the IGBT operation, a negative resistance characteristic called a so-called snapback as shown in FIG. 28 is shown. However, if this negative resistance region is large, a power loss is caused. Therefore, the negative resistance region needs to be reduced by setting the lateral size of the p + high concentration collector layer 12 to an appropriate value. The n + collector short-circuit region 13 is formed at a predetermined position in consideration of this.

次に上記構成の半導体装置をFWD方向にオンさせると、エミッタ電極33がアノード電極、コレクタ電極31がカソード電極となるダイオード特性を示す。このとき、カソード領域としてはnコレクタ短絡領域13が動作するが、アノード領域としては、pベース領域15と図示していない部分でエミッタ電極33と電気的に接続されているp型領域が動作する。 Next, when the semiconductor device having the above-described configuration is turned on in the FWD direction, diode characteristics are obtained in which the emitter electrode 33 serves as an anode electrode and the collector electrode 31 serves as a cathode electrode. At this time, the n + collector short-circuit region 13 operates as the cathode region, but the p-type region electrically connected to the emitter electrode 33 in the portion not shown in the drawing and the p base region 15 operates as the anode region. To do.

図2乃至図7は、図1のFWD一体型IGBTの製造方法の一例を示すものである。まず、図2に示すように、基板9を用意し、エピタキシャル成長によりp低濃度コレクタ層11が形成される。この場合、拡散等によってもp低濃度コレクタ層11を形成することは可能であるが、一定の濃度のp低濃度コレクタ層11を形成するためには、エピタキシャル成長法の利用が望ましい。また、基板9自体がp低濃度コレクタ層11に相当するp型の不純物濃度を有している場合には、上記工程は省略可能であることは容易に理解されよう。 2 to 7 show an example of a method for manufacturing the FWD integrated IGBT shown in FIG. First, as shown in FIG. 2, a substrate 9 is prepared, and a p low concentration collector layer 11 is formed by epitaxial growth. In this case, the p low concentration collector layer 11 can be formed by diffusion or the like, but in order to form the p low concentration collector layer 11 having a constant concentration, it is desirable to use an epitaxial growth method. It will be readily understood that the above process can be omitted when the substrate 9 itself has a p-type impurity concentration corresponding to the p low concentration collector layer 11.

次に、図3に示すように、p低濃度コレクタ層11の表面に例えば2μmの厚みの酸化膜23が形成される。そして、この酸化膜23に、nコレクタ短絡領域13を形成するための開口部が形成される。 Next, as shown in FIG. 3, an oxide film 23 having a thickness of 2 μm, for example, is formed on the surface of the p low concentration collector layer 11. An opening for forming the n + collector short-circuit region 13 is formed in the oxide film 23.

次いで、図4に示すように、酸化膜23の開口部に燐が導入され、1250℃で12時間程度の拡散が行われる。その結果、約30μmの深さのnコレクタ短絡領域13が形成される。ここで、燐の導入後に酸化膜23を除去して、再度p低濃度コレクタ層11の表面に薄い酸化膜(図示せず)を形成してから高温長時間の熱処理を行うようにしてもよい。この薄い酸化膜は、高温長時間拡散の間に燐が外方拡散されることを防止し、また、次工程のイオン注入時に結晶欠陥の発生を防止することにも使うことができる。さらに、nコレクタ短絡領域13は、コレクタ電極とのオーミックコンタクトの観点から高濃度であることが好ましいので、燐の導入には、イオン注入法よりも固体拡散源や液体拡散源を用いる方が望ましい。また、図8に示すように、nコレクタ短絡領域13が基板9に達していてもよい。 Next, as shown in FIG. 4, phosphorus is introduced into the opening of the oxide film 23, and diffusion is performed at 1250 ° C. for about 12 hours. As a result, an n + collector short-circuit region 13 having a depth of about 30 μm is formed. Here, the oxide film 23 is removed after the introduction of phosphorus, and a thin oxide film (not shown) is formed on the surface of the p low concentration collector layer 11 again, and then a high temperature and long time heat treatment is performed. Good. This thin oxide film can be used to prevent phosphorus from diffusing out during high-temperature and long-time diffusion, and also to prevent generation of crystal defects during ion implantation in the next process. Furthermore, since it is preferable that the n + collector short-circuit region 13 has a high concentration from the viewpoint of ohmic contact with the collector electrode, it is preferable to use a solid diffusion source or a liquid diffusion source for introducing phosphorus rather than an ion implantation method. desirable. Further, as shown in FIG. 8, the n + collector short-circuit region 13 may reach the substrate 9.

続いて、図5に示すように、酸化膜23の除去後、イオン注入及び熱処理によりp高濃度コレクタ層12が形成される。この際、写真工程を追加して、nコレクタ短絡領域13の上部にp型不純物が入らないようにすることも可能であるが、工程が煩雑になる。そのため、nコレクタ短絡領域13の上部がp型に反転しない程度のドーズ量で全面にイオン注入を行えば、写真工程を追加することなくp高濃度コレクタ層12を部分的に形成することが可能となる。また、エピタキシャル成長等によってもp高濃度コレクタ層12を形成することは可能であるが、高濃度で厚みの薄い層を精度良く形成するためには、イオン注入法の利用が望ましい。 Subsequently, as shown in FIG. 5, after removing the oxide film 23, the p + high concentration collector layer 12 is formed by ion implantation and heat treatment. At this time, a photographic process may be added to prevent p-type impurities from entering the upper portion of the n + collector short-circuit region 13, but the process becomes complicated. Therefore, if ion implantation is performed on the entire surface with a dose such that the upper part of the n + collector short-circuit region 13 does not invert to the p-type, the p + high concentration collector layer 12 is partially formed without adding a photographic process. Is possible. Although the p + high concentration collector layer 12 can be formed by epitaxial growth or the like, it is desirable to use an ion implantation method in order to accurately form a high concentration and thin layer.

次に、図6に示すように、p高濃度コレクタ層12及びnコレクタ短絡領域13の上に、エピタキシャル成長でnドリフト層14が形成される。この際、図9に示すように、nバッファ層17とnドリフト層14を順次エピタキシャル成長で形成させると、パンチスルー(PT)型の素子が得られる。ただし、この場合のnドリフト層14の不純物濃度や厚みは、PT型として適切な値に調整される。 Next, as shown in FIG. 6, an n drift layer 14 is formed on the p + high concentration collector layer 12 and the n + collector short-circuit region 13 by epitaxial growth. At this time, as shown in FIG. 9, when the n buffer layer 17 and the n drift layer 14 are sequentially formed by epitaxial growth, a punch-through (PT) type element is obtained. However, the impurity concentration and thickness of the n drift layer 14 in this case are adjusted to appropriate values for the PT type.

次いで、図7に示すように、nドリフト層14の表面領域側に、MOSゲート構造等が周知のプロセスにより形成される。この後、基板9の裏面側から研削やエッチング等が施され、nコレクタ短絡領域13が裏面に露出されると同時に、所定の厚みのp低濃度コレクタ層11が形成される。 Next, as shown in FIG. 7, a MOS gate structure or the like is formed on the surface region side of the n drift layer 14 by a known process. Thereafter, grinding, etching, or the like is performed from the back surface side of the substrate 9, and the n + collector short-circuit region 13 is exposed to the back surface, and at the same time, the p low concentration collector layer 11 having a predetermined thickness is formed.

この時、上記所定の厚みは、基板裏面の研削やエッチングのばらつき量から決定される。p低濃度コレクタ層11は不純物濃度は低いものの、厚みが増してくるとコレクタ層としてのトランスペアレント性に影響を与えるようになってくる。従って、できるだけ厚みの薄い方が望ましいが、基板裏面の研削やエッチングのばらつきにより、p高濃度コレクタ層12の一部まで除去されてしまうと、素子の電気的特性が大幅に変化してしまう。このようなことの無いように、例えば基板裏面の研削やエッチングのばらつき量を±5μmとすると、p低濃度コレクタ層11の所定の厚みは5μm程度に設定される。 At this time, the predetermined thickness is determined from the amount of variation in grinding or etching of the back surface of the substrate. Although the p - low concentration collector layer 11 has a low impurity concentration, it increases the transparency of the collector layer as the thickness increases. Accordingly, it is desirable that the thickness be as thin as possible. However, if even a part of the p + high concentration collector layer 12 is removed due to grinding or etching variations on the back surface of the substrate, the electrical characteristics of the device will change significantly. . In order to avoid this, for example, if the amount of variation in grinding and etching of the back surface of the substrate is ± 5 μm, the predetermined thickness of the p low-concentration collector layer 11 is set to about 5 μm.

また、基板9自体がp低濃度コレクタ層11に相当するp型の不純物濃度を有している場合には、上記所定の厚みの一部或いは全部が基板9の残存部分で構成されていてもよい。 Further, when the substrate 9 itself has a p-type impurity concentration corresponding to the p low concentration collector layer 11, a part or all of the predetermined thickness is constituted by the remaining portion of the substrate 9. Also good.

最後に、p低濃度コレクタ層11及びnコレクタ短絡領域13にコレクタ電極31が形成され、図1のFWD一体型IGBTが完成される。 Finally, the collector electrode 31 is formed in the p low concentration collector layer 11 and the n + collector short-circuit region 13, and the FWD integrated IGBT of FIG. 1 is completed.

上記構成のIGBTによれば、nコレクタ短絡領域13の形成によりFWDとの一体化が図られている。また、基板裏面研削量がばらついても、p高濃度コレクタ層12の厚みが変化することはなく、p低濃度コレクタ層11の厚みがばらつくだけである。そのため、正孔の注入量のばらつきも小さい。さらに、基板を薄くした後にイオン注入を行う工程が無く、製造プロセスが極めて容易となる。 According to the IGBT having the above configuration, integration with the FWD is achieved by forming the n + collector short-circuit region 13. Further, even if the substrate back surface grinding amount varies, the thickness of the p + high concentration collector layer 12 does not change, and only the thickness of the p low concentration collector layer 11 varies. Therefore, variation in the amount of injected holes is small. Furthermore, there is no step of ion implantation after thinning the substrate, and the manufacturing process becomes extremely easy.

ここで、コレクタ電極31がp低濃度コレクタ層11及びnコレクタ短絡領域13に対して、ショットキ接合とならずにオーミック接合を形成することにより、上記構成のFWD一体型IGBTが実施可能となる。この条件を満たす電極材料は種々知られているが、その一つとしてアルミニウムがある。 Here, the collector electrode 31 forms an ohmic junction instead of a Schottky junction with respect to the p low-concentration collector layer 11 and the n + collector short-circuit region 13, whereby the FWD integrated IGBT having the above configuration can be implemented. Become. Various electrode materials satisfying this condition are known, and one of them is aluminum.

例えばアルミニウムの場合では、非特許文献1等に開示されているように、不純物濃度の低い側で、1.5×1016cm−3のp型シリコンに対してはオーミック接合を形成し、1.0×1019cm−3のn型シリコンに対しては、非オーミック接合とはならないことが知られている。従って、オーミック接合の観点から、p低濃度コレクタ層11の不純物濃度は、1.5×1016cm−3以上であることが望ましく、nコレクタ短絡領域13の底部露出面での不純物濃度は、1.0×1019cm−3より高いことが望ましい。また、このために、nコレクタ短絡領域13の拡散深さはかなり大きな値としている。 For example, in the case of aluminum, as disclosed in Non-Patent Document 1, etc., an ohmic junction is formed on p-type silicon of 1.5 × 10 16 cm −3 on the low impurity concentration side. It is known that it does not become a non-ohmic junction for n-type silicon of 0.0 × 10 19 cm −3 . Therefore, from the viewpoint of the ohmic junction, the impurity concentration of the p low concentration collector layer 11 is desirably 1.5 × 10 16 cm −3 or more, and the impurity concentration on the bottom exposed surface of the n + collector short-circuit region 13 Is preferably higher than 1.0 × 10 19 cm −3 . For this reason, the diffusion depth of the n + collector short-circuit region 13 is set to a considerably large value.

コロナ社、パワーデバイス・パワーICハンドブック、24頁、表2.1Corona, Power Devices and Power IC Handbook, 24 pages, Table 2.1

さらに、コレクタ電極31は、通常、異種金属による多層構造で形成される。そのため、アルミニウムを用いたコレクタ電極31では、p低濃度コレクタ層11及びnコレクタ短絡領域13に直接接触する金属層にアルミニウムを含んでいることが必要で、この層は純アルミニウム又はアルミニウムシリコン合金であることが望ましい。また、このアルミニウムを含む金属層を形成した後に、例えば400℃程度の熱処理を施して、よりオーミック性を向上させることもできる。 Furthermore, the collector electrode 31 is usually formed with a multilayer structure of dissimilar metals. Therefore, in the collector electrode 31 using aluminum, it is necessary that the metal layer in direct contact with the p low-concentration collector layer 11 and the n + collector short-circuit region 13 contains aluminum, and this layer is pure aluminum or aluminum silicon. It is desirable to be an alloy. In addition, after the formation of the metal layer containing aluminum, for example, heat treatment at about 400 ° C. can be performed to further improve ohmic properties.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。図10乃至図12は、本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法を示すものである。まず、図10に示すように、基板9を用意し、その表面に例えば2μmの厚みの酸化膜23が形成される。そして、この酸化膜23に形成された開口部に燐が導入され、n高濃度領域43が形成される。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. 10 to 12 show a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 10, a substrate 9 is prepared, and an oxide film 23 having a thickness of 2 μm, for example, is formed on the surface thereof. Then, phosphorus is introduced into the opening formed in the oxide film 23, and an n + high concentration region 43 is formed.

次いで、図11に示すように、酸化膜23の除去後、基板9の表面にエピタキシャル成長によりp低濃度コレクタ層11が形成され、その後、1250℃で12時間程度の熱処理が行われる。その結果、n高濃度領域43の不純物がp低濃度コレクタ層11に拡散され、nコレクタ短絡領域13が形成される。ここで、実施例1と同様に、p低濃度コレクタ層11の表面に薄い酸化膜を形成してから高温長時間の熱処理を行うようにしてもよい。この後、実施例1の図5乃至図7と同様のプロセスを経て、図12に示すFWD一体型IGBTが完成される。 Next, as shown in FIG. 11, after removing the oxide film 23, the p low concentration collector layer 11 is formed on the surface of the substrate 9 by epitaxial growth, and then heat treatment is performed at 1250 ° C. for about 12 hours. As a result, the impurities in the n + high concentration region 43 are diffused into the p low concentration collector layer 11, and the n + collector short-circuit region 13 is formed. Here, as in the first embodiment, a thin oxide film may be formed on the surface of the p low-concentration collector layer 11 and then heat treatment for a long time at a high temperature may be performed. Thereafter, the FWD integrated IGBT shown in FIG. 12 is completed through the same processes as in FIGS. 5 to 7 of the first embodiment.

実施例2では、実施例1に対して、nコレクタ短絡領域13の形状が異なり、その結果、p低濃度コレクタ層11の領域がウェハ裏面に近づくにつれて小さくなっている。そのため、基板裏面の研削やエッチングの量がばらついても、p低濃度コレクタ層11の領域の変化量は僅かであり、実施例1よりもさらに電気的特性のそろった素子が得られる。 In Example 2, the shape of the n + collector short-circuit region 13 is different from that in Example 1, and as a result, the region of the p low concentration collector layer 11 becomes smaller as it approaches the back surface of the wafer. Therefore, even if the amount of grinding or etching of the back surface of the substrate varies, the amount of change in the region of the p low-concentration collector layer 11 is small, and an element with more uniform electrical characteristics than in the first embodiment can be obtained.

続いて、本発明の第3の実施例について説明する。図13乃至図16は、本発明の第3の実施例に係る半導体装置の製造方法を示すものである。まず、図13に示すように、基板9を用意し、エピタキシャル成長により第1のp低濃度コレクタ層41が形成される。この場合、実施例1と同様に、拡散等によっても第1のp低濃度コレクタ層41を形成することは可能であるが、一定の濃度の第1のp低濃度コレクタ層41を形成するためには、エピタキシャル成長法の利用が望ましい。また、基板9自体が第1のp低濃度コレクタ層41に相当するp型の不純物濃度を有している場合には、上記工程が省略可能であることも実施例1と同様である。 Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described. 13 to 16 show a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 13, a substrate 9 is prepared, and a first p - low concentration collector layer 41 is formed by epitaxial growth. In this case, in the same manner as in Example 1, the first p by diffusion or the like - although it is possible to form a low-concentration collector layer 41 a first p constant concentration - low concentration collector layer 41 formed For this purpose, it is desirable to use an epitaxial growth method. Further, when the substrate 9 itself has a p-type impurity concentration corresponding to the first p - low-concentration collector layer 41, the above process can be omitted as in the first embodiment.

次に、図14に示すように、第1のp低濃度コレクタ層41の表面に例えば2μmの厚みの酸化膜23が形成される。そして、この酸化膜23に形成された開口部に燐が導入され、n高濃度領域43が形成される。 Next, as shown in FIG. 14, an oxide film 23 having a thickness of 2 μm, for example, is formed on the surface of the first p low concentration collector layer 41. Then, phosphorus is introduced into the opening formed in the oxide film 23, and an n + high concentration region 43 is formed.

次いで、図15に示すように、酸化膜23の除去後、第1のp低濃度コレクタ層41の上にエピタキシャル成長により第2のp低濃度コレクタ層42が形成され、その後、1250℃で3時間程度の熱処理が行われる。その結果、n高濃度領域43の不純物が第2のp低濃度コレクタ層42に拡散されると同時に第1のp低濃度コレクタ層41にも拡散され、nコレクタ短絡領域13が形成される。ここでも、実施例1と同様に、第2のp低濃度コレクタ層42の表面に薄い酸化膜を形成してから高温の熱処理を行うようにしてもよい。この後、実施例1の図5乃至図7と同様のプロセスを経て、図16に示すFWD一体型IGBTが完成される。 Next, as shown in FIG. 15, after removing the oxide film 23, a second p low concentration collector layer 42 is formed by epitaxial growth on the first p low concentration collector layer 41, and then at 1250 ° C. Heat treatment is performed for about 3 hours. As a result, n + impurity of the high concentration region 43 is a second p - low concentration collector layer 42 and at the same time is diffused into the first p - diffused in a low concentration collector layer 41, n + collector short-circuit regions 13 It is formed. Here, as in the first embodiment, a high temperature heat treatment may be performed after a thin oxide film is formed on the surface of the second p low concentration collector layer 42. Thereafter, the FWD integrated IGBT shown in FIG. 16 is completed through processes similar to those in FIGS. 5 to 7 of the first embodiment.

実施例3では、nコレクタ短絡領域13の形成が、第1のp低濃度コレクタ層41と第2のp低濃度コレクタ層42の界面からの上下両方向の拡散によって行われる。そのため、nコレクタ短絡領域13を形成するための熱処理時間が、実施例1及び実施例2の場合と比較して大幅に短縮される。また、nコレクタ短絡領域13の横方向拡散の量も抑制されるので、nコレクタ短絡領域13の微細化が可能となる。 In Example 3, the n + collector short-circuit region 13 is formed by diffusion in both the upper and lower directions from the interface between the first p low concentration collector layer 41 and the second p low concentration collector layer 42. Therefore, the heat treatment time for forming the n + collector short-circuit region 13 is significantly shortened as compared with the case of the first and second embodiments. Further, since the amount of lateral diffusion of the n + collector short-circuit region 13 is also suppressed, the n + collector short-circuit region 13 can be miniaturized.

さらに、図15の工程で写真工程を追加して、スーパージャンクション構造の作製法のように拡散及びエピタキシャル成長を繰り返せば、図17に示すように、深さ方向に対して横方向への拡散量の極めて少ないnコレクタ短絡領域13を形成することも可能である。 Further, if a photographic process is added in the process of FIG. 15 and diffusion and epitaxial growth are repeated as in the method of manufacturing the super junction structure, the diffusion amount in the lateral direction with respect to the depth direction can be increased as shown in FIG. It is also possible to form an extremely small n + collector short-circuit region 13.

次に、本発明の第4の実施例について説明する。図18は、本発明の第4の実施例に係るFWD一体型IGBTの構成を示している。図1の第1の実施例に対して、p高濃度コレクタ層12の上に、nドリフト層14よりも不純物濃度の高いnバッファ層17を備えている。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 shows the configuration of an FWD integrated IGBT according to a fourth embodiment of the present invention. In contrast to the first embodiment of FIG. 1, an n buffer layer 17 having an impurity concentration higher than that of the n drift layer 14 is provided on the p + high concentration collector layer 12.

このような構成とすることにより、IGBTとしてはパンチスルー(PT)型となるために、性能が向上する。これは、NPT−IGBTではpベース領域15から伸びた空乏層がp高濃度コレクタ層12に届かないように、nドリフト層14を十分な厚みにする必要があるのに対して、PT−IGBTではnバッファ層17があるために、nドリフト層14を必要最低限の厚みにすればよいからである。 By adopting such a configuration, since the IGBT becomes a punch-through (PT) type, the performance is improved. This is because in the NPT-IGBT, the n drift layer 14 needs to have a sufficient thickness so that the depletion layer extending from the p base region 15 does not reach the p + high concentration collector layer 12. because of the n buffer layer 17 in -IGBT, n - is because it is sufficient to the minimum thickness required drift layer 14.

一方、上記構成では、nドリフト層14より高不純物濃度のnバッファ層17があるために、このままではp高濃度コレクタ層12の上を横方向に流れる電流による電圧降下が小さくなる。従って、p高濃度コレクタ層12の横方向の大きさを、図28に示した電気的特性における負性抵抗領域が大きくならないように設定しておく必要がある。 On the other hand, in the above configuration, since there is the n buffer layer 17 having a higher impurity concentration than the n drift layer 14, the voltage drop due to the current flowing in the lateral direction on the p + high concentration collector layer 12 is reduced as it is. Therefore, the lateral size of the p + high concentration collector layer 12 needs to be set so that the negative resistance region in the electrical characteristics shown in FIG. 28 does not become large.

また、図19は、上記第4の実施例の他の例を示すものである。nバッファ層17がp高濃度コレクタ層12及びnコレクタ短絡領域13の上に形成された後、nドリフト層14やMOSゲート構造等を形成するための熱処理によって、nコレクタ短絡領域13がnバッファ層17を追い越してnドリフト層14側に拡散された場合に相当する。 FIG. 19 shows another example of the fourth embodiment. After n buffer layer 17 is formed on the p + high-concentration collector layer 12 and the n + collector shorted region 13, n - the heat treatment for forming the drift layer 14 and MOS gate structure such as, n + collector short region This corresponds to the case where 13 is diffused to the n drift layer 14 side over the n buffer layer 17.

続いて、本発明の第5の実施例について説明する。図20は、本発明の第5の実施例に係るFWD一体型IGBTの構成を示している。図1の第1の実施例に対して、pベース領域15の略底部の位置に、nドリフト層14よりも不純物濃度が高いn埋め込み層18が形成されている。 Subsequently, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 shows the configuration of an FWD integrated IGBT according to a fifth embodiment of the present invention. In contrast to the first embodiment of FIG. 1, an n buried layer 18 having an impurity concentration higher than that of the n drift layer 14 is formed at a position substantially at the bottom of the p base region 15.

このような構成とすることにより、p高濃度コレクタ層12からnドリフト層14に注入された正孔が、n埋め込み層18より下のnドリフト層14の内部に蓄積される効果が高まり、伝導度変調が促進されてIGBTのオン電圧が小さくなる。特に、nドリフト層14の厚みが大きくなるNPT型で有効である。 With such a structure, p + high concentration from the collector layer 12 n - has the effect of being accumulated inside the drift layer 14 - holes injected into the drift layer 14, from the n-buried layer 18 n below As a result, conductivity modulation is promoted and the on-voltage of the IGBT is reduced. In particular, this is effective in the NPT type in which the thickness of the n drift layer 14 is increased.

しかしながら、nドリフト層14の表面からの拡散でpベース領域15より深い位置まで高濃度化させる従来方法では、耐圧の低下が著しく、また、pベース領域15との二重拡散の条件を出すのが難しいという問題があった。 However, in the conventional method in which the concentration is increased to a position deeper than the p base region 15 by diffusion from the surface of the n drift layer 14, the breakdown voltage is remarkably reduced, and conditions for double diffusion with the p base region 15 are obtained. There was a problem that it was difficult.

従って、本発明では、nドリフト層14のエピタキシャル成長時に、同じくエピタキシャル成長でより不純物濃度の高いn埋め込み層18が形成され、さらにその上に、残りのnドリフト層14が形成されるという構成となっている。 Therefore, in the present invention, during the epitaxial growth of the n drift layer 14, the n buried layer 18 having a higher impurity concentration is formed by the epitaxial growth, and the remaining n drift layer 14 is formed thereon. It has become.

以上、プレーナゲート型を例にとって説明したが、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、トレンチゲート型についても同等の効果が得られることは明らかである。また、本発明のFWD一体型IGBTにおいて、FWDとしてのリカバリー特性を調整するために、重金属拡散や粒子線照射等のライフタイムコントロールを施してもよい。さらに、本発明のFWD一体型IGBTを、FWD動作させることなくいわゆるコレクタショート型IGBTとして使用してもよい。   Although the planar gate type has been described above as an example, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that the same effect can be obtained with the trench gate type. In the FWD integrated IGBT of the present invention, lifetime control such as heavy metal diffusion and particle beam irradiation may be performed in order to adjust the recovery characteristics as FWD. Furthermore, the FWD integrated IGBT of the present invention may be used as a so-called collector short type IGBT without FWD operation.

本発明の第1の実施例に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device shown in FIG. 1. 図2に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 2. 図3に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process subsequent to FIG. 3. 図4に続く製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図5に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process subsequent to FIG. 5. 図6に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 6. 図3に続く製造工程を示す他の断面図である。FIG. 4 is another cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 3. 図5に続く製造工程を示す他の断面図である。FIG. 6 is another cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 5. 本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Example of this invention. 図10に続く製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図11に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 11. 本発明の第3の実施例に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 3rd Example of this invention. 図13に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing process subsequent to FIG. 13. 図14に続く製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process following FIG. 図15に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 15; 図14に続く製造工程を示す他の断面図である。FIG. 15 is another cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 本発明の第4の実施例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係る半導体装置の他の断面図である。It is another sectional view of a semiconductor device concerning the 4th example of the present invention. 本発明の第5の実施例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 5th Example of this invention. 従来構造の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device of a conventional structure. 図21に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 21; 図22に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 22; 図21に続く製造工程を示す他の断面図である。FIG. 22 is another cross-sectional view showing the manufacturing process following FIG. 21. 別の従来構造の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device of another conventional structure. 図25に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 25. さらに別の従来構造の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of another conventional structure. 出力特性における負性抵抗領域を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the negative resistance area | region in an output characteristic.

符号の説明Explanation of symbols

9、109、209 基板
11、311 低濃度コレクタ層
12、312 高濃度コレクタ層
13、113 コレクタ短絡領域
14、114、214、314 ドリフト層
15、115、215、315 ベース領域
16、116、216、316 エミッタ領域
17、217、317 バッファ層
18 埋め込み層
21、121、221、321 ゲート絶縁膜
22、122、222、322 層間絶縁膜
23 酸化膜
31、131、231、331 コレクタ電極
32、132、232、332 ゲート電極
33、133、233、333 エミッタ電極
41 第1の低濃度コレクタ層
42 第2の低濃度コレクタ層
43 高濃度領域
112、212 コレクタ層
9, 109, 209 Substrate 11, 311 Low-concentration collector layer 12, 312 High-concentration collector layer 13, 113 Collector short-circuit region 14, 114, 214, 314 Drift layer 15, 115, 215, 315 Base region 16, 116, 216, 316 Emitter region 17, 217, 317 Buffer layer 18 Buried layer 21, 121, 221, 321 Gate insulating film 22, 122, 222, 322 Interlayer insulating film 23 Oxide film 31, 131, 231, 331 Collector electrode 32, 132, 232 332 Gate electrode 33, 133, 233, 333 Emitter electrode 41 First low concentration collector layer 42 Second low concentration collector layer 43 High concentration region 112, 212 Collector layer

Claims (8)

相対的に不純物濃度が低い第1導電型の低濃度コレクタ層と、
前記低濃度コレクタ層の上面に形成された相対的に不純物濃度が高い第1導電型の高濃度コレクタ層と、
前記低濃度コレクタ層及び前記高濃度コレクタ層を所定の位置で貫通する第2導電型のコレクタ短絡領域と、
前記高濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の上面に形成された第2導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表面領域側に形成された第1導電型のベース領域、第2導電型のエミッタ領域、及びゲート電極を含むMOSゲート構造と、
前記ベース領域及び前記エミッタ領域と電気的に接続するように形成されたエミッタ電極と、
前記低濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の下面に形成されたコレクタ電極とを具備することを特徴とする半導体装置。
A low-concentration collector layer of a first conductivity type having a relatively low impurity concentration;
A high-concentration collector layer of a first conductivity type formed on the upper surface of the low-concentration collector layer and having a relatively high impurity concentration;
A collector short-circuit region of a second conductivity type penetrating the low-concentration collector layer and the high-concentration collector layer at a predetermined position;
A drift layer of a second conductivity type formed on the upper surface of the high concentration collector layer and the collector short-circuit region;
A MOS gate structure including a first conductivity type base region formed on the surface region side of the drift layer, a second conductivity type emitter region, and a gate electrode;
An emitter electrode formed to be electrically connected to the base region and the emitter region;
A semiconductor device comprising: the low concentration collector layer; and a collector electrode formed on a lower surface of the collector short-circuit region.
前記コレクタ電極はアルミニウムを含んでいることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the collector electrode contains aluminum. 前記高濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域のうち少なくとも前記高濃度コレクタ層の上面に形成され、前記ドリフト層よりも不純物濃度が高い第2導電型のバッファ層をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   The semiconductor device further comprises a second conductivity type buffer layer formed on at least an upper surface of the high concentration collector layer of the high concentration collector layer and the collector short-circuit region and having a higher impurity concentration than the drift layer. 3. The semiconductor device according to 1 or 2. 第1の基板の第1の面に相対的に不純物濃度が低い第1導電型の低濃度コレクタ層を形成する工程と、
前記低濃度コレクタ層の所定の位置に一部を開口させたマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部から前記低濃度コレクタ層の深さ方向に第2導電型の不純物を拡散させてコレクタ短絡領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記低濃度コレクタ層上に相対的に不純物濃度が高い第1導電型の高濃度コレクタ層を形成する工程と、
前記高濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の上面に第2導電型のドリフト層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記ドリフト層の表面領域側に第1導電型のベース領域、第2導電型のエミッタ領域、及びゲート電極を含むMOSゲート構造を形成する工程と、
前記ベース領域及び前記エミッタ領域と電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、
前記第1の基板及び前記低濃度コレクタ層を前記第1の基板の前記第1の面と反対の第2の面から前記低濃度コレクタ層が所定の厚みになるまで除去して前記コレクタ短絡領域を露出させる工程と、
前記低濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の露出面にコレクタ電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type low concentration collector layer having a relatively low impurity concentration on the first surface of the first substrate;
Forming a mask having a part opened at a predetermined position of the low-concentration collector layer;
Diffusing impurities of the second conductivity type in the depth direction of the low-concentration collector layer from the opening of the mask to form a collector short-circuit region;
Removing the mask;
Forming a first conductivity type high concentration collector layer having a relatively high impurity concentration on the low concentration collector layer;
Forming a drift layer of a second conductivity type on the upper surface of the high concentration collector layer and the collector short-circuit region by epitaxial growth;
Forming a MOS gate structure including a first conductivity type base region, a second conductivity type emitter region, and a gate electrode on the surface region side of the drift layer;
Forming an emitter electrode electrically connected to the base region and the emitter region;
The collector short circuit region is formed by removing the first substrate and the low concentration collector layer from a second surface opposite to the first surface of the first substrate until the low concentration collector layer has a predetermined thickness. A step of exposing
Forming a collector electrode on an exposed surface of the low-concentration collector layer and the collector short-circuit region.
第1の基板の第1の面の所定の位置に一部を開口させたマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部から前記第1の基板の深さ方向に第2導電型の不純物を拡散させて高濃度領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記第1の基板の前記第1の面に相対的に不純物濃度が低い第1導電型の低濃度コレクタ層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記高濃度領域の不純物を前記低濃度コレクタ層に拡散させてコレクタ短絡領域を形成する熱処理工程と、
前記低濃度コレクタ層上に相対的に不純物濃度が高い第1導電型の高濃度コレクタ層を形成する工程と、
前記高濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の上面に第2導電型のドリフト層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記ドリフト層の表面領域側に第1導電型のベース領域、第2導電型のエミッタ領域、及びゲート電極を含むMOSゲート構造を形成する工程と、
前記ベース領域及び前記エミッタ領域と電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、
前記第1の基板及び前記低濃度コレクタ層を前記第1の基板の前記第1の面と反対の第2の面から前記低濃度コレクタ層が所定の厚みになるまで除去して前記コレクタ短絡領域を露出させる工程と、
前記低濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の露出面にコレクタ電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a mask partially opened at a predetermined position on the first surface of the first substrate;
Diffusing impurities of the second conductivity type from the opening of the mask in the depth direction of the first substrate to form a high concentration region;
Removing the mask;
Forming a low-concentration collector layer of a first conductivity type having a relatively low impurity concentration by epitaxial growth on the first surface of the first substrate;
A heat treatment step of diffusing impurities in the high concentration region into the low concentration collector layer to form a collector short-circuit region;
Forming a first conductivity type high concentration collector layer having a relatively high impurity concentration on the low concentration collector layer;
Forming a drift layer of a second conductivity type on the upper surface of the high concentration collector layer and the collector short-circuit region by epitaxial growth;
Forming a MOS gate structure including a first conductivity type base region, a second conductivity type emitter region, and a gate electrode on the surface region side of the drift layer;
Forming an emitter electrode electrically connected to the base region and the emitter region;
The collector short circuit region is formed by removing the first substrate and the low concentration collector layer from a second surface opposite to the first surface of the first substrate until the low concentration collector layer has a predetermined thickness. A step of exposing
Forming a collector electrode on an exposed surface of the low-concentration collector layer and the collector short-circuit region.
第1の基板の第1の面に相対的に不純物濃度が低い第1導電型の第1の低濃度コレクタ層を形成する工程と、
前記第1の低濃度コレクタ層の所定の位置に一部を開口させたマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部から前記第1の低濃度コレクタ層の深さ方向に第2導電型の不純物を拡散させて高濃度領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記第1の低濃度コレクタ層上に前記第1の低濃度コレクタ層と略同一の不純物濃度を有する第1導電型の第2の低濃度コレクタ層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記高濃度領域の不純物を前記第2の低濃度コレクタ層に拡散させてコレクタ短絡領域を形成する熱処理工程と、
前記第2の低濃度コレクタ層上に相対的に不純物濃度が高い第1導電型の高濃度コレクタ層を形成する工程と、
前記高濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の上面に第2導電型のドリフト層をエピタキシャル成長で形成する工程と、
前記ドリフト層の表面領域側に第1導電型のベース領域、第2導電型のエミッタ領域、及びゲート電極を含むMOSゲート構造を形成する工程と、
前記ベース領域及び前記エミッタ領域と電気的に接続するエミッタ電極を形成する工程と、
前記第1の基板及び前記第1の低濃度コレクタ層を前記第1の基板の前記第1の面と反対の第2の面から前記第1の低濃度コレクタ層が所定の厚みになるまで除去して前記コレクタ短絡領域を露出させる工程と、
前記第1の低濃度コレクタ層及び前記コレクタ短絡領域の露出面にコレクタ電極を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type first low-concentration collector layer having a relatively low impurity concentration on the first surface of the first substrate;
Forming a mask having a part opened at a predetermined position of the first low-concentration collector layer;
Diffusing impurities of a second conductivity type from the opening of the mask in the depth direction of the first low-concentration collector layer to form a high-concentration region;
Removing the mask;
Forming a first conductivity type second low concentration collector layer having an impurity concentration substantially the same as that of the first low concentration collector layer on the first low concentration collector layer by epitaxial growth;
A heat treatment step of diffusing the impurities in the high concentration region into the second low concentration collector layer to form a collector short-circuit region;
Forming a first conductivity type high concentration collector layer having a relatively high impurity concentration on the second low concentration collector layer;
Forming a drift layer of a second conductivity type on the upper surface of the high concentration collector layer and the collector short-circuit region by epitaxial growth;
Forming a MOS gate structure including a first conductivity type base region, a second conductivity type emitter region, and a gate electrode on the surface region side of the drift layer;
Forming an emitter electrode electrically connected to the base region and the emitter region;
The first substrate and the first low concentration collector layer are removed from a second surface opposite to the first surface of the first substrate until the first low concentration collector layer has a predetermined thickness. And exposing the collector short-circuit region,
Forming a collector electrode on an exposed surface of the first low-concentration collector layer and the collector short-circuit region.
前記ドリフト層をエピタキシャル成長で形成する工程が、前記ドリフト層よりも不純物濃度が高い第2導電型のバッファ層と前記ドリフト層とを順次形成する工程から成る請求項4乃至6に記載の半導体装置の製造方法。   7. The semiconductor device according to claim 4, wherein the step of forming the drift layer by epitaxial growth comprises a step of sequentially forming a second conductivity type buffer layer having a higher impurity concentration than the drift layer and the drift layer. Production method. 前記ドリフト層をエピタキシャル成長で形成する工程において、前記ベース領域の略底部の位置に前記ドリフト層よりも不純物濃度が高い第2導電型の埋め込み層をエピタキシャル成長で形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項4乃至7に記載の半導体装置の製造方法。   The step of forming the drift layer by epitaxial growth further comprises the step of forming a buried layer of a second conductivity type having an impurity concentration higher than that of the drift layer by epitaxial growth at a position substantially at the bottom of the base region. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4.
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