(57)【要約】  ＮＰＴ  ＩＧＢＴを薄いＮ型シリコンウエーハに形成する方法。薄いシリコンウエーハ（厚さ約１００μ以下）の底面は、軽原子種の約２．５ミクロン未満の深さへの注入によって形成される、浅い短縮寿命領域をその底に有する。厚さ約０．５ミクロンのＰ+透明コレクタ領域が、ホウ素注入によって損傷領域の底に形成される。Ａｌ／Ｔｉ／ＮｉＶおよびＡｇのコレクタコンタクトは、コレクタ領域にスパッタされ、２００℃〜４００℃で、３０〜６０分間アニールされる。コレクタ金属を施す前の事前アニール工程を、真空中で３００℃〜４００℃で３０〜６０秒間実行することができる。【選択図】      図１
2009503850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴダイの裏面を処理する方法において、前記ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴを画定する接合を含む上部と、エミッタコンタクトを受け入れる底部とを有する、伝導型の１つのシリコンウエーハから成り、
軽原子種を前記底部に注入し、前記ウエーハのシリコン格子を所与の深さまで損傷させて、前記ウエーハの前記所与の深さ内に短縮寿命領域を画定する工程と、
その後、他の伝導型の浅い透明コレクタ領域を、前記短縮寿命領域の底部に形成する工程と、
その後、導電性金属コンタクトを前記コレクタ領域に形成する工程と、
その後、前記コンタクトをアニールし、前記コレクタ領域を活性化する工程、
とを含む方法。
【請求項２】
伝導型の前記１つがＮ型であり、ウエーハの厚さが、１００ミクロン未満である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
損傷の前記所与の深さが約２．５ミクロン未満であり、前記軽原子種が、水素およびヘリウムから成る群から選択される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記透明コレクタが、約０．５ミクロンの深さを有するホウ素注入によって形成される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コレクタ領域の金属コンタクトが、前記シリコンウエーハと接触するＡｌ層を含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記コレクタ領域の金属コンタクトが、前記シリコンウエーハと接触するＡｌ層を含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記アニールを、約２００℃〜４００℃で約３０〜６０分間実行する請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記アニールを、約２００℃〜４００℃で約３０〜６０分間実行する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記軽い種の前記注入が、１００〜１０００ＫｅＶのエネルギー、および１ｃｍ2当たり１Ｅ１２〜１Ｅ１５のドーズを有する請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記軽い種の前記注入が、１００〜１０００ＫｅＶのエネルギー、および１ｃｍ2当たり１Ｅ１２〜１Ｅ１５のドーズを有する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記導電性金属コンタクトを形成するより前に、前記ダイを真空中で３００℃〜４００℃で３０〜６０秒間加熱する最初のアニール工程を、さらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電性金属コンタクトを形成するより前に、前記ダイを真空中で３００℃〜４００℃で３０〜６０秒間加熱する最初のアニール工程を、さらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
上面および底面と、約１００ミクロン未満の厚さと、アノードコンタクトによって被覆される、前記ダイの前記上面のＩＧＢＴ接合パターンと、前記ダイの前記底面から延び、かつ前記ウエーハの本体よりも短い寿命を有する、シリコンの意図的に損傷された浅い層と、前記損傷された層の前記底に、約０．５ミクロンの深さに形成される透明コレクタ領域と、前記コレクタ領域のコレクタコンタクトとを有するシリコンダイから成る非パンチスルーＩＧＢＴ。
【請求項１４】
前記意図的に損傷された層が、約２．５ミクロン未満の底面までの深さを有する請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記意図的に損傷された層が、注入によって損傷を受ける請求項１４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、より詳細には、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）に応用するＩＧＢＴの構造、および製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴは周知である。ＩＧＢＴは、パンチスルーまたは非パンチスルー動作のために設計することができる。モーター制御応用に使用されるＩＧＢＴのための公知のＩＧＢＴ構造、およびその製造プロセスは、非パンチスルー（ＮＰＴ）動作モードを用い、そこではデバイスは、デバイスが導通している場合に、増大するターンオフエネルギー（ＥOFF）を犠牲として、低い順方向電圧降下（ＶCEON）を有するように設計される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなデバイスは、より大きいＶCEONを犠牲としても、ターンオフエネルギーＥOFFが最小化されるべきであるスイッチモード電源への応用に、うまく適合しない。
【０００４】
従来のＩＧＢＴに通常使用される方法について、実質的な変更を必要としない、削減されたＥOFFを有する高電圧（例えば６００ボルト）ＮＰＴ  ＩＧＢＴを製造する方法を提供することは、非常に望ましいことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、新しいＮＰＴ  ＩＧＢＴが、薄いウエーハ（厚さ約１００μ未満）に製作され、このウエーハは、その底部に、Ｐ+透明アノード（コレクタ）を、そしてスイッチング損失を制御するために、透明アノードに隣接して新しい短寿命領域を有する。短寿命領域は、パンチスルーデバイスのためにだけ、前に使用された軽原子種、好ましくは水素の注入によって形成される。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態では、Ｎ型材料から成る８５ミクロンの厚さの薄い浮遊帯ウエーハは、その上面にＩＧＢＴ接合パターンを有し、好ましくは、約１Ｅ１１〜１Ｅ１４の水素注入をウエーハの底部に、好ましくは、１．０〜２．５ミクロンの深さに施して、損傷した短縮寿命領域をウエーハの底部に形成する。
【０００７】
次に、０．５ミクロンのＰ+透明アノードが、好ましくは５Ｅ１３〜１Ｅ１２のドーズのホウ素注入によって底面に形成される。
【０００８】
次に、Ａｌ／Ｔｉ／ＮｉＶ／Ａｇの金属層が背面にスパッタされ、その後に低温度アニール（４００℃未満、３０〜６０分）が続いて、第１注入に起因する過度の損傷を除去し、Ａｌ、Ｓｉ、およびＰ型ドーパントの相互作用を増進して、裏面接合を形成する。ウエーハは、Ａｌ堆積に先立って、真空中で予熱され、注入による損傷を除去するのを促進し、Ａｌ、Ｓｉ、およびＰドーパントの相互作用を増強するために、表面をより良く処理するのがよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１には、複数の同時に処理されたダイを含むウエーハ１０のごく一部が示され、これらの各々は、同じ接合パターンを有し、ウエーハ処理完了後に個別化される。ウエーハ１０は、Ｎ型浮遊帯材料（エピタキシャル接合-受入層は必要ない）であり、その上面に、任意の所望の接合パターンを有する。
【００１０】
ウエーハは、最初は従来の厚さ、例えば３００ミクロンであり、これにより、上部パターンは従来の処理装置で処理することができる。
【００１１】
従って、間隔をおいて配置されるベース（またはチャンネル）領域２０、２１、および２２は、ウエーハ１０の上面に注入され、拡散される。これらのベース領域は、Ｒbエおよびその反転チャンネル部分のＰ-導電率を小さくして、閾値電圧を減らすために、従来のＰ+本体を有するのがよい。
【００１２】
各ベース領域２０、２１、および２２は、それぞれのＮ+ソース拡散２３，２４、および２５を受け入れ、これらのソース拡散は、ベース内で、ソースの縁から、ベースの外側向きの縁へ延びる反転チャンネル領域を画定する。
【００１３】
次に、これらの反転領域は、従来のゲート酸化層３０、３１によって被覆され、次にこれらのゲート酸化層は、ポリシリコンゲート電極４０、４１をそれぞれ受け入れる。８ミクロンのポリ幅が使用される。（ベース領域２０、２１、および２２が、ゲートポリをマスクパターンとして用いて注入されることに留意する必要がある。）
【００１４】
次に、ゲート４０および４１は、層間酸化膜４２および４３によってそれぞれ被覆される。
【００１５】
次に、上部エミッタ電極５０が、層間酸化膜の上に形成され、適切な浅いトレンチで、ソース領域２３、２４，２５と、ベース２０、２１、および２２のＰ+コンタクト領域と接触する。
【００１６】
その後、上面は、テーピングなどで保護され、ウエーハは、公知の研削またはエッチング処理によって、約１００ミクロン未満、好ましくは８５ミクロンの厚さに薄くされる。次に、薄くされたウエーハ１０の底面またはアノード側は、本発明に従って処理される。
【００１７】
ＮＰＴ  ＩＧＢＴの性能は、Ｎ基板抵抗率、その厚さ、およびアノードの注入効率に大きく依存する。所望の降伏特性を得するために、長寿命Ｎ-基板は、空乏層を局限するように十分に広くする必要があり、これは、スイッチング性能に影響を与える。
【００１８】
本発明は、短寿命領域をＮ-基板に形成して、ＩＧＢＴのスイッチング特性を改善する。この短寿命領域は、軽原子種、例えば水素またはヘリウムを注入して、損傷層をシリコンウエーハの底に形成することによって形成される。この損傷層は、再結合中心をキャリアに供給し、このようにして、キャリアの寿命は短くなる。寿命短縮の程度は、注入種、エネルギー、ドーズ、および注入後の熱サイクルによって制御される。
【００１９】
図１に戻ると、本発明の第１実施形態に従って、軽い種の注入、好ましくは水素が、１００〜１０００ＫｅＶのエネルギー、および１Ｅ１０〜１Ｅ１３のドーズで底面６０に供給され、損傷された短寿命領域６２を１．０〜２．５ミクロンの深さに形成する。
【００２０】
その後、Ｐ+透明アノード（またはコレクタ）領域６５は、４０〜１００ＫｅＶのエネルギーおよび１Ｅ１２〜１Ｅ１５のドーズで、Ｐ型ドーパント、好ましくはホウ素を、ウエーハ１０の裏面に、約０．５ミクロンの深さに注入することによって形成される。
【００２１】
その後、コレクタコンタクト７０が、Ａｌ／Ｔｉ／ＮｉＶ／Ａｇの金属層をウエーハ１０の裏面に順次スパッタすることによって形成される。必要に応じて、他の金属も使用できる。
【００２２】
金属スパッタリング（または他の堆積プロセス）の後に、２００℃〜４００℃で３０〜６０分間アニールが続く。このアニールプロセスは、第１水素または他の軽い原子種の注入に起因する過度の損傷を除去し、コンタクト７０のアルミニウムと、領域６５のシリコンおよびＰ型ドーパントとの相互作用を増進して、裏面接合およびシリコンが形成される。
【００２３】
本発明の第２実施形態では、領域６５の形成に続いて、ウエーハ１０は、裏面金属堆積ツールに移送され、高真空中で、３００℃〜４００℃で３０〜６０秒間予熱される。この後、上述のコンタクト７０の金属スパッタリング、およびアニールが続く。
【００２４】
真空中の予熱工程は、第１注入に起因する過度の損傷を除去するのに有用であり、アノード６５の生成に重要である、Ａｌ、Ｓｉ、およびＰ型ドーパントの相互作用を増強するために、シリコン表面６０を処理する。
【００２５】
上述の新しいプロセスは、短寿命領域６２をＮ-ウエーハ１０に導入することを可能にし、２つの注入ドーズ、それらのエネルギー、およびアニール温度を変えることによって、スイッチィング・エネルギー・トレードオフに対するＶCEONの新しい制御を可能にし、そして、スイッチモード電源で使用するのによく適しているＮＰＴ  ＩＧＢＴを製造することを可能にする。
【００２６】
以上本発明を、特定の実施形態に即して説明したが、多くの他の変形例と変更態様、および他の用途が当業者には明らかであると思う。従って本発明は、本明細書の特定の開示によって限定されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】デバイスのごく一部（２つの「セル」）を示す、ＩＧＢＴダイ（またはウエーハ）の断面を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ウエーハ
２０  ベース領域
２１  ベース領域
２２  ベース領域
２３  ソース領域
２４  ソース領域
２５  ソース領域
３０  ゲート酸化層
３１  ゲート酸化層
４０  ポリシリコンゲート電極
４１  ポリシリコンゲート電極
４２  層間酸化膜
４３  層間酸化膜
５０  エミッタ電極
６０  底面
６２  短寿命領域
６５  アノード領域
７０  コレクタコンタクト
【図１】
2009503850.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009503850.tif 000004