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公開番号2025037707
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023144803
出願日2023-09-06
発明の名称半導体装置及びその製造方法
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人弁理士法人iX
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250311BHJP()
要約【課題】短絡耐量が高い半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第1電極と、第2電極と、ドナーとなる第1不純物及びプロトンを含み、内部に前記第1不純物の濃度が最大値をとる第1位置が位置する第1半導体層と、前記第1半導体層に対して、前記第1電極から前記第2電極に向かう第1方向側に配置され、前記第1不純物及びプロトンを含み、前記プロトンの濃度が前記第1不純物の濃度よりも高い第2半導体層と、前記第2半導体層の前記第1方向側に配置され、前記第1不純物を含み、前記第1不純物の濃度が前記プロトンの濃度よりも高い第3半導体層と、を備える。前記第1半導体層における少なくとも前記第2半導体層側の部分においては、前記第1不純物の濃度が前記プロトンの濃度よりも高い。前記第1方向における前記プロトンの濃度が最大値をとる第2位置は、前記第1位置よりも前記第1方向の反対側に位置する。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
ドナーとなる第１不純物及びプロトンを含み、導電型がｎ型であり、内部に前記第１不純物の濃度が最大値をとる第１位置が位置する第１半導体層と、
前記第１半導体層に対して、前記第１電極から前記第２電極に向かう第１方向側に配置され、前記第１不純物及びプロトンを含み、前記プロトンの濃度が前記第１不純物の濃度よりも高く、導電型がｎ型である第２半導体層と、
前記第２半導体層の前記第１方向側に配置され、前記第１不純物を含み、前記第１不純物の濃度が前記プロトンの濃度よりも高く、導電型がｎ型である第３半導体層と、
を備え、
前記第１半導体層における少なくとも前記第２半導体層側の部分においては、前記第１不純物の濃度が前記プロトンの濃度よりも高く、
前記第１方向における前記プロトンの濃度が最大値をとる第２位置は、前記第１位置よりも前記第１方向の反対側に位置する半導体装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記第２位置は、前記第１半導体層内に位置する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２位置は、前記第１半導体層における前記第１電極側の面に位置する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
導電型がｐ型である第４半導体層をさらに備え、
前記第１半導体層は前記第４半導体層の前記第１方向側に位置する請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２位置は前記第４半導体層内に位置する請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２位置は、前記第４半導体層における前記第１半導体層とは反対側の面に位置する請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３半導体層の前記第１方向側に配置され、導電型がｐ型である第５半導体層をさらに備えた請求項４に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第５半導体層の前記第１方向側に配置され、導電型がｎ型である第６半導体層と、
前記第５半導体層に対向するゲート電極と、
前記第５半導体層と前記ゲート電極との間に配置されたゲート絶縁膜と、
をさらに備え、
前記第１電極は前記第４半導体層に接続されたコレクタ電極であり、
前記第２電極は前記第６半導体層に接続されたエミッタ電極である請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１不純物はリンである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
ドナーとなる第１不純物を含み導電型がｎ型である半導体部材に、前記半導体部材の第１面側から前記第１不純物を第１方向に注入して、前記半導体部材の内部に前記第１不純物の濃度が最大値をとる第１位置を形成する工程と、
前記半導体部材の第１面側にアブソーバーを配置する工程と、
前記アブソーバーを介して前記半導体部材にプロトンを前記第１方向に注入し、前記プロトンの濃度が最大値をとる第２位置を前記第１位置よりも前記第１方向の反対側に位置させる工程と、
前記アブソーバーを除去する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
電力制御用の半導体装置においては、負荷が短絡してから保護回路が作動するまでの間に半導体装置が破損しないように、一定の短絡耐量が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６６６２３９３号公報
特許第５８１７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態の目的は、短絡耐量が高い半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体装置は、第１電極と、第２電極と、ドナーとなる第１不純物及びプロトンを含み、導電型がｎ型であり、内部に前記第１不純物の濃度が最大値をとる第１位置が位置する第１半導体層と、前記第１半導体層に対して、前記第１電極から前記第２電極に向かう第１方向側に配置され、前記第１不純物及びプロトンを含み、前記プロトンの濃度が前記第１不純物の濃度よりも高く、導電型がｎ型である第２半導体層と、前記第２半導体層の前記第１方向側に配置され、前記第１不純物を含み、前記第１不純物の濃度が前記プロトンの濃度よりも高く、導電型がｎ型である第３半導体層と、を備える。前記第１半導体層における少なくとも前記第２半導体層側の部分においては、前記第１不純物の濃度が前記プロトンの濃度よりも高い。前記第１方向における前記プロトンの濃度が最大値をとる第２位置は、前記第１位置よりも前記第１方向の反対側に位置する。
【０００６】
実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ドナーとなる第１不純物を含み導電型がｎ型である半導体部材に、前記半導体部材の第１面側から前記第１不純物を第１方向に注入して、前記半導体部材の内部に前記第１不純物の濃度が最大値をとる第１位置を形成する工程と、前記半導体部材の第１面側にアブソーバーを配置する工程と、前記アブソーバーを介して前記半導体部材にプロトンを前記第１方向に注入し、前記プロトンの濃度が最大値をとる第２位置を前記第１位置よりも前記第１方向の反対側に位置させる工程と、前記アブソーバーを除去する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る半導体装置を示す上面図であり、図１（ｂ）はその断面図である。
図２は、横軸にＺ方向における位置をとり、縦軸に各不純物の濃度をとって、第１の実施形態における各不純物のＺ方向に沿った濃度プロファイルを示す図である。
図３は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図４は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図５は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図６は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図７は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図８は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図９は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図１０は、横軸にＺ方向における位置をとり、縦軸に各不純物の濃度をとって、第１の実施形態の第１の変形例における各不純物のＺ方向に沿った濃度プロファイルを示す図である。
図１１は、横軸にＺ方向における位置をとり、縦軸に各不純物の濃度をとって、第１の実施形態の第２の変形例における各不純物のＺ方向に沿った濃度プロファイルを示す図である。
図１２は、第２の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図１３は、横軸にＺ方向における位置をとり、縦軸に各不純物の濃度をとって、第２の実施形態における各不純物のＺ方向に沿った濃度プロファイルを示す図である。
図１４は、横軸にＺ方向における位置をとり、縦軸に各不純物の濃度をとって、第２の実施形態の変形例における各不純物のＺ方向に沿った濃度プロファイルを示す図である。
図１５は、横軸にＺ方向におけるプロトンの濃度が最大値をとる位置をとり、縦軸に短絡耐量試験の結果をとって、プロトンのプロファイルが短絡耐量に及ぼす影響を示すグラフである。
図１６は、横軸にＺ方向における位置をとり、縦軸に各不純物の濃度をとって、試験例における各不純物のＺ方向に沿った濃度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１の実施形態＞
（半導体装置）
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置を示す上面図であり、図１（ｂ）はその断面図である。
図１（ａ）においては、後述するエミッタ電極及び絶縁部材を省略し、半導体部分の上面を示している。
【０００９】
本実施形態に係る半導体装置１は、例えば、電力制御用のパワー半導体であり、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。
【００１０】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体装置１においては、半導体部分１０が設けられている。半導体部分１０は半導体材料からなり、例えば、単結晶のシリコン（Ｓｉ）からなる。半導体部分１０においては、各部にドナー又はアクセプタとなる不純物が導入されていて、各部の導電型がｎ型又はｐ型とされている。
（【００１１】以降は省略されています）

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