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公開番号
2024175139
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2024-12-17
出願番号
2024167525,2022105137
出願日
2024-09-26,2019-12-25
発明の名称
半導体装置
出願人
富士電機株式会社
代理人
弁理士法人RYUKA国際特許事務所
主分類
H01L
29/78 20060101AFI20241210BHJP(基本的電気素子)
要約
【課題】結晶欠陥と水素が結合することで生じるドナー領域の範囲およびドナー濃度を精度よく制御する。
【解決手段】半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、半導体基板の下面とドリフト領域との間に設けられ、ドリフト領域よりもドナー濃度の高い1つ以上のドナー濃度ピーク を有する第1導電型のバッファ領域と、半導体基板の上面から下面を結ぶ深さ方向において、半導体基板の上面側 に配置されたヘリウム化学濃度ピークとを備え、深さ方向におけるドリフト領域の全体にわたって、ドリフト領域のドナー濃度は半導体基板のベースドーピング濃度よりも高い半導体装置を提供する。
【選択図】図7
特許請求の範囲
【請求項1】
上面および下面を有する半導体基板を備える半導体装置であって、
前記半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、
前記半導体基板の前記下面と前記ドリフト領域との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドナー濃度の高い1つ以上のドナー濃度ピークを有する第1導電型のバッファ領域と、
前記半導体基板の前記上面から前記下面を結ぶ深さ方向において、前記半導体基板の上面側に配置されたヘリウム化学濃度ピークと
を備え、
前記深さ方向における前記ドリフト領域の全体にわたって、前記ドリフト領域のドナー濃度は前記半導体基板のベースドーピング濃度よりも高い
半導体装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関する。
続きを表示(約 3,400 文字)
【背景技術】
【0002】
従来、半導体基板に水素を注入して拡散させることで、拡散領域に存在していた結晶欠陥と水素が結合してドナー化することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特表2016-204227号公報
【解決しようとする課題】
【0003】
結晶欠陥と水素が結合することで生じるドナー領域の範囲およびドナー濃度は、精度よく制御できることが好ましい。
【一般的開示】
【0004】
上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、上面および下面を有する半導体基板を備える半導体装置であって、前記半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、前記半導体基板の前記下面と前記ドリフト領域との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドナー濃度の高い1つ以上のドナー濃度ピークを有する第1導電型のバッファ領域と、前記半導体基板の前記上面から前記下面を結ぶ深さ方向において、前記半導体基板の上面側に配置されたヘリウム化学濃度ピークとを備え、前記深さ方向における前記ドリフト領域の全体にわたって、前記ドリフト領域のドナー濃度は前記半導体基板のベースドーピング濃度よりも高い半導体装置を提供する。前記ドリフト領域は、平坦領域を有し、前記平坦領域は、ドナー濃度が、前記平坦領域内のドナー濃度の最大値と、前記最大値の50%との間になっている領域が、深さ方向に連続している部分であってよい。前記深さ方向において、前記平坦領域の厚みが前記半導体基板の厚みの10%以上であってよい。前記ドリフト領域は、平坦領域を有し、前記平坦領域は、深さ方向における長さが前記半導体基板の深さ方向における厚みの10%以上である部分であって、前記部分におけるドナー濃度分布の値が前記ドナー濃度分布の平均濃度の±50%以内である部分であってよい。前記ドリフト領域の全体が前記平坦領域であってよい。半導体装置は、半導体基板の前記上面と前記ドリフト領域との間に設けられた、第2導電型のベース領域と、前記ドリフト領域と前記ベース領域との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドナー濃度の高い蓄積領域とを更に備えてよい。半導体装置は、前記半導体基板の前記上面と前記ドリフト領域との間に設けられた、第2導電型のベース領域を更に備え、前記ヘリウム化学濃度ピークは、前記平坦領域と前記ベース領域との間に配置されていてよい。前記ヘリウム化学濃度ピークと前記ベース領域との間には、前記ドリフト領域が配置されていてよい。前記ヘリウム化学濃度ピークと前記ベース領域との間の前記ドリフト領域のドナー濃度は、前記バッファ領域と前記ヘリウム化学濃度ピークとの間の前記ドリフト領域のドナー濃度よりも低くてよい。前記平坦領域は水素ドナーを含んでよい。前記平坦領域の前記深さ方向の長さは、前記バッファ領域の前記深さ方向の長さよりも大きくてよい。半導体装置は、前記半導体基板において前記上面に接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドナー濃度の高い第1導電型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域と前記ドリフト領域との間に設けられた第2導電型のベース領域と、前記半導体基板において前記下面に接して設けられた第2導電型のコレクタ領域と、前記半導体基板の前記上面に設けられたゲートトレンチ部と、前記ドリフト領域と前記ベース領域との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドナー濃度の高い蓄積領域とを更に備え、前記蓄積領域は、水素以外のドナーによる前記ドナー濃度ピークを有してよい。半導体装置は、前記半導体基板に設けられた活性部と、前記半導体基板の上面視において前記活性部を囲んで設けられたエッジ終端構造部とを更に備え、前記半導体基板は、前記ヘリウム化学濃度ピークの位置に注入されたヘリウムが通過した通過領域を有し、前記深さ方向において、前記エッジ終端構造部に設けられた前記通過領域は、前記活性部に設けられた前記通過領域と同一の深さであってよい。前記エッジ終端構造部の前記半導体基板の上面に接する部分には、前記通過領域が形成されていない領域が設けられ、前記通過領域が形成されていない領域のドナー濃度は前記ベースドーピング濃度と同じであってよい。半導体装置は、前記半導体基板に設けられた活性部と、前記半導体基板の上面視において前記活性部を囲んで設けられたエッジ終端構造部とを更に備え、前記半導体基板は、前記ヘリウム化学濃度ピークの位置に注入されたヘリウムが通過した通過領域を有し、前記深さ方向において、前記エッジ終端構造部に設けられた前記通過領域は、前記活性部に設けられた前記通過領域よりも短いか、または、前記エッジ終端構造部には前記通過領域が設けられていなくてよい。半導体装置は、前記半導体基板に設けられたトランジスタ部およびダイオード部を更に備え、前記半導体基板は、前記ヘリウム化学濃度ピークの位置に注入されたヘリウムが通過した通過領域を有し、前記深さ方向において、前記ダイオード部および前記トランジスタ部に前記通過領域が設けられてよい。半導体装置は、前記半導体基板に設けられたトランジスタ部およびダイオード部を更に備え、前記半導体基板は、前記ヘリウム化学濃度ピークの位置に注入されたヘリウムが通過した通過領域を有し、前記深さ方向において、前記ダイオード部に設けられた前記通過領域は、前記トランジスタ部に設けられた前記通過領域よりも短いか、または、前記ダイオード部には前記通過領域が設けられていなくてよい。半導体装置は、前記半導体基板に設けられたトランジスタ部およびダイオード部を更に備え、前記半導体基板は、前記ヘリウム化学濃度ピークの位置に注入されたヘリウムが通過した通過領域を有し、前記深さ方向において、前記トランジスタ部に設けられた前記通過領域は、前記ダイオード部に設けられた前記通過領域よりも短いか、または、前記トランジスタ部には前記通過領域が設けられていなくてよい。
【0005】
本発明の第2の態様においては、上面および下面を有する半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体基板の上面と下面とを結ぶ深さ方向において、水素濃度分布が水素濃度ピークを有してよい。ヘリウム濃度分布がヘリウム濃度ピークを有してよい。深さ方向において、ドナー濃度分布が第1のドナー濃度ピークと第2のドナー濃度ピークを有してよい。水素濃度ピークと第1のドナー濃度ピークは第1の深さに配置されてよい。ヘリウム濃度ピークと第2のドナー濃度ピークは、下面を基準として第1の深さよりも深い第2の深さに配置されてよい。それぞれの濃度ピークは、下面から上面に向かうにつれて濃度値が増大する上りスロープを有してよい。第2のドナー濃度ピークの上りスロープの傾きを、ヘリウム濃度ピークの上りスロープの傾きで規格化した値が、第1のドナー濃度ピークの上りスロープの傾きを、水素濃度ピークの上りスロープの傾きで規格化した値よりも小さくてよい。それぞれの濃度ピークは、下面から上面に向かうにつれて濃度値が減少する下りスロープを有してよい。ヘリウム濃度ピークは、上りスロープの傾きが、下りスロープの傾きよりも小さくてよい。第2のドナー濃度ピークは、上りスロープの傾きが、下りスロープの傾きよりも小さくてよい。
【0006】
第1の深さと第2の深さとの間におけるドナー濃度分布は、ドナー濃度がほぼ一定の平坦領域を有してよい。平坦領域の深さ方向における長さが、半導体基板の深さ方向における厚みの10%以上であってよい。
【0007】
第1の深さと第2の深さとの間におけるドナー濃度分布は、ドナー濃度がほぼ一定の平坦領域を有してよい。平坦領域の深さ方向における長さが10μm以上であってよい。
【0008】
平坦領域のドナー濃度の最小値は、半導体基板のドナー濃度よりも高くてよい。
【0009】
第1の深さと第2の深さとの間におけるドナー濃度の最小値は、半導体基板のドナー濃度よりも高くてよい。
【0010】
ヘリウム濃度ピークの濃度値が、水素濃度ピークの濃度値よりも小さくてよい。
(【0011】以降は省略されています)
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