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公開番号2025085049
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-04
出願番号2023198724
出願日2023-11-23
発明の名称半導体装置の製造方法
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H10D 30/01 20250101AFI20250528BHJP()
要約【課題】不純物を十分に活性化させてコレクタ層およびカソード層を形成する。
【解決手段】半導体基板10を用意することと、他面10b側からコレクタ層21を構成する第2導電型の第2不純物I2をイオン注入することと、他面10b側からカソード層22を構成する第1導電型の第3不純物I3をイオン注入することと、Grレーザを照射し、他面10b側に位置する第2不純物I2および第3不純物I3を活性化させ、コレクタ層21およびカソード層22のうちの他面10b側の部分となる第1コレクタ層21aおよび第1カソード層22aを形成することと、Grレーザを照射した後、Irレーザを照射し、第1コレクタ層21aとFS層20との間に位置する第2不純物I2および第1カソード層22aとFS層20との間に位置する第3不純物I3を活性化させ、第2コレクタ層21bを形成すると共に、第2カソード層22bを形成することと、を行う。
【選択図】図3F
特許請求の範囲【請求項１】
ＩＧＢＴ素子が形成されるＩＧＢＴ領域（１ａ）とＦＷＤ素子が形成されるＦＷＤ領域（１ｂ）とを有し、第１導電型のドリフト層（１１）と、前記ドリフト層上に形成された第２導電型のベース層（１２）と、前記ドリフト層を挟んで前記ベース層と反対側に形成された第１導電型のフィールドストップ層（２０）と、前記ＩＧＢＴ領域において、前記フィールドストップ層を挟んで前記ドリフト層と反対側に形成された第２導電型のコレクタ層（２１）と、前記ＦＷＤ領域において、前記フィールドストップ層を挟んで前記ドリフト層と反対側に形成された第１導電型のカソード層（２２）と、を含み、前記ベース層側の面を一面（１０ａ）とし、前記コレクタ層および前記カソード層側の面を他面（１０ｂ）とする半導体基板（１０）と、
前記ＩＧＢＴ領域において、前記ベース層の表層部に形成された第１導電型のエミッタ領域（１６）と、
前記ＩＧＢＴ領域において、前記ベース層のうちの前記ドリフト層と前記エミッタ領域との間に形成されたゲート絶縁膜（１４）と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極（１５）と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記一面および前記一面と反対側の他面を有する前記半導体基板を用意することと、
前記他面側に前記フィールドストップ層を構成する第１導電型の第１不純物（Ｉ１）をイオン注入することと、
前記他面側から赤外線レーザを照射し、前記第１不純物を活性化させて前記フィールドストップ層を構成することと、
前記他面側から前記コレクタ層を構成する第２導電型の第２不純物（Ｉ２）をイオン注入することと、
前記他面側から前記カソード層を構成する第１導電型の第３不純物（Ｉ３）をイオン注入することと、
前記他面側からグリーンレーザを照射し、前記他面側に位置する前記第２不純物および前記第３不純物を活性化させ、前記コレクタ層および前記カソード層のうちの前記他面側の部分となる第１コレクタ層（２１ａ）および第１カソード層（２２ａ）を形成することと、
前記グリーンレーザを照射した後、前記他面側から赤外線レーザを照射し、前記第１コレクタ層と前記フィールドストップ層との間に位置する前記第２不純物および前記第１カソード層と前記フィールドストップ層との間に位置する前記第３不純物を活性化させ、前記第１コレクタ層と前記フィールドストップ層との間に第２コレクタ層（２１ｂ）を形成することで前記第１コレクタ層と前記第２コレクタ層とを含む前記コレクタ層を構成すると共に、前記第１カソード層と前記フィールドストップ層との間に第２カソード層（２２ｂ）を形成することで前記第１カソード層と前記第２カソード層とを含む前記カソード層を形成することと、を行う半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第２不純物をイオン注入すること、および前記第３不純物をイオン注入することでは、加速エネルギーを変更しながら複数回のイオン注入を行い、
前記第１コレクタ層および前記第１カソード層を形成することでは、前記第１コレクタ層および前記第１カソード層内において、不純物濃度が極大となるピーク（ＣＰ１、ＫＰ１）を含む前記第１コレクタ層および前記第１カソード層を形成し、
前記第２コレクタ層および前記第２カソード層を形成することでは、前記第２コレクタ層および前記第２カソード層内において、不純物濃度が極大となるピーク（ＣＰ２、ＫＰ２）を含む前記第２コレクタ層および前記第２カソード層を形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２不純物をイオン注入すること、および前記第３不純物をイオン注入することでは、前記半導体基板の他面から前記フィールドストップ層までの間に渡って前記第２不純物および前記第３不純物をイオン注入し、
前記第１コレクタ層および前記第１カソード層を形成することは、前記第２不純物をイオン注入すること、および前記第３不純物をイオン注入することの後に行い、
前記第２コレクタ層および前記第２カソード層を形成することは、前記第１コレクタ層および前記第１カソード層を形成することの後に行う請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２不純物をイオン注入することでは、前記他面側に前記第２不純物をイオン注入する第１イオン注入と、前記第１イオン注入よりも前記他面側から深い位置に前記第２不純物をイオン注入する第２イオン注入と、を行い、
前記第３不純物をイオン注入することでは、前記他面側に前記第３不純物をイオン注入する第３イオン注入と、前記第３イオン注入よりも前記他面側から深い位置に前記第３不純物をイオン注入する第４イオン注入と、を行い、
前記第１コレクタ層および前記第１カソード層を形成することは、前記第１イオン注入および前記第３イオン注入の後に行い、
前記第２イオン注入および前記第４イオン注入は、前記第１コレクタ層および前記第１カソード層を形成することの後に行い
前記第２コレクタ層および前記第２カソード層を形成することは、前記第２イオン注入および前記第４イオン注入の後に行う請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下では、ＩＧＢＴという）素子とフリーホイールダイオード（以下では、ＦＷＤという）素子とが共通の半導体基板に形成された半導体装置の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、インバータ等に使用されるスイッチング素子として、ＩＧＢＴ素子と、ＦＷＤ素子とが共通の半導体基板に形成された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この半導体装置では、Ｎ
－
型のドリフト層を構成する半導体基板の一面側にベース層が形成され、ベース層を貫通するように複数のトレンチが形成されている。なお、各トレンチは、半導体基板の面方向における一方向が長手方向となるように延設されている。そして、各トレンチには、ゲート絶縁膜およびゲート電極が順に形成されている。
【０００３】
ベース層の表層部には、トレンチに接するようにＮ
＋
型のエミッタ領域が形成されている。半導体基板の他面側には、Ｐ
＋
型のコレクタ層およびＮ
＋
型のカソード層が形成されている。また、ドリフト層とコレクタ層およびカソード層との間には、Ｎ型のフィールドストップ層（以下では、単にＦＳ層ともいう）が形成されている。
【０００４】
そして、半導体基板の一面側には、エミッタ領域およびベース層と電気的に接続される上部電極が形成されている。半導体基板の他面側には、コレクタ層およびカソード層と電気的に接続される下部電極が形成されている。
【０００５】
このような半導体装置では、コレクタ層が形成されている領域がＩＧＢＴ領域とされ、カソード層が形成されている領域がＦＷＤ領域とされる。なお、ＦＷＤ領域では、上記構成とされていることにより、Ｎ型のカソード層およびドリフト層と、Ｐ型のベース層とによってＰＮ接合を有するＦＷＤ素子が構成される。
【０００６】
そして、このような半導体装置におけるＦＳ層、コレクタ層およびカソード層は、次のように形成される。
【０００７】
まず、半導体基板の他面側からＦＳ層を構成する不純物をイオン注入した後、コレクタ層を構成する不純物をイオン注入すると共に、カソード層を構成する不純物をイオン注入する。次に、グリーンレーザ（以下では、単にＧｒレーザともいう）を照射し、半導体基板の他面側から浅い部分の不純物を活性させ、コレクタ層およびカソード層を構成する。その後、赤外線レーザ（以下では、単にＩＲレーザともいう）を照射し、半導体基板の他面側から深い部分の不純物を活性化させ、ＦＳ層を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第６８０１７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記の製造方法では、形成するコレクタ層およびカソード層の深さによっては、半導体基板の他面側から少し深い位置に位置する不純物を十分に活性化できない場合があることが確認された。なお、少し深い位置とは、コレクタ層を構成する不純物およびカソード層を構成する不純物のうちのＦＳ層側の部分のことである。
【００１０】
本開示は、不純物を十分に活性化させてコレクタ層およびカソード層を形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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