(57)【要約】【課題】異方性エッチングで形成したＶ字形の溝のテーパー面に沿って形成される分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴを製造する際に、高信頼性の逆耐圧を確保し逆バイアス時のリーク電流を抑えることが可能な逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法を提供すること。【解決手段】第２導電型コレクタ層と第２導電型分離層を形成するために、前記第２導電型分離層と第２導電型コレクタ層へイオン注入後、フラッシュランプアニールのためのフラッシュランプの照射の際に、前記テーパー状の側辺面の上部から中央部にかけての深さ位置に照射エネルギーの最強部を合わせる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の一方の主面に、ＭＯＳゲート構造を形成する工程と、他方の主面に第２導電型コレクタ層を形成する工程と、いずれか一方の主面から他方の主面にかけてエッチング形成されるテーパー状の側辺面に沿って、前記両主面間を同導電型層で連結するとともに前記他方の主面の第２導電型コレクタ層に接続される第２導電型分離層を形成する工程と、前記ＭＯＳゲート構造側にエミッタ金属電極、前記第２導電型コレクタ層側にコレクタ金属電極をそれぞれ形成する工程を有する逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法において、前記第２導電型コレクタ層と前記第２導電型分離層を形成するために、前記第２導電型分離層と第２導電型コレクタ層へイオン注入後、フラッシュランプアニールのためのフラッシュランプの照射の際に、前記テーパー状の側辺面の上部から中央部にかけての深さ位置に照射エネルギーの最強部を合わせることを特徴とする逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記フラッシュランプアニールのためのフラッシュランプの照射エネルギー密度が、前記第２導電型コレクタ層が熱破壊しない程度の高密度であることを特徴とする請求項１記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記フラッシュランプアニールが、前記第２導電型分離層と前記第２導電型コレクタ層に対して別々に行われることを特徴とする請求項１または２記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記フラッシュランプアニールが、半導体基板の保持温度を、前記エミッタ金属電極の融解温度以下の高温に保ちながら行われることを特徴とする請求項１記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記エミッタ金属電極がアルミニウムを主成分とする金属電極膜であることを特徴とする請求項４記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板の保持温度が５００℃以下の高温であることを特徴とする請求項５に記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記フラッシュランプアニールの光源が数ｍｓｅｃ当たり、２０Ｊ／ｃｍ２〜４０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するキセノンランプであることを特徴とする請求項１記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記フラッシュランプアニールの光源が２０Ｊ／ｃｍ２〜４０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有する赤外線ランプまたはハロゲンランプであることを特徴とする請求項１記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項９】
第１導電型の半導体基板の一方の主面に、ＭＯＳゲート構造を形成する工程と、他方の主面に第２導電型コレクタ層を形成する工程と、いずれか一方の主面から他方の主面にかけてエッチング形成されるテーパー状の側辺面に沿って、前記両主面間を同導電型層で連結するとともに前記他方の主面の第２導電型コレクタ層に接続される第２導電型分離層を形成する工程と、前記ＭＯＳゲート構造側にエミッタ金属電極、前記第２導電型コレクタ層側にコレクタ金属電極をそれぞれ形成する工程を有する逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法において、前記第２導電型コレクタ層と前記第２導電型分離層を形成するために、前記第２導電型分離層と前記第２導電型コレクタ層へイオン注入後、レーザーアニールのためにレーザーを照射する際に、前記テーパー状の側辺面の上部から中央部にかけての深さ位置に焦点を合わせてレーザーを照射することを特徴とする逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記レーザーアニールするためのレーザーの照射エネルギー密度が、前記第２導電型コレクタ層が熱破壊しない程度の高密度であることを特徴とする請求項９記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記レーザーアニールが、前記第２導電型分離層と前記第２導電型コレクタ層に対して別々に行われることを特徴とする請求項９または１０記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記レーザーアニールが、テーパー状の側辺面および該側辺面底部からの反射光を利用してレーザー照射エネルギー密度を高めることを特徴とする請求項９記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記第２導電型コレクタ層が熱で破壊しない程度に、レーザー照射時のオーバーラップ率を高めることを特徴とする請求項９記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記レーザーアニールが、半導体基板の保持温度を、前記エミッタ金属電極の融解温度以下の高温に保ちながら行われることを特徴とする請求項９記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記エミッタ金属電極がアルミニウムを主成分とする金属電極膜であることを特徴とする請求項９記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板の保持温度が５００℃以下の高温であることを特徴とする請求項１５に記載の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常は順阻止電圧能力だけの信頼性を確保することが一般的である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以降、ＩＧＢＴと略記する）に、逆阻止電圧能力にも順阻止電圧能力と同等の信頼性を保持させる逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆阻止型ＩＧＢＴは、通常は順阻止電圧能力だけの信頼性を確保すれば充分という回路での使用が一般的であるＩＧＢＴに、逆阻止電圧能力にも順阻止電圧能力と同等の信頼性を保持させた半導体デバイスである。
【０００３】
通常、半導体デバイスが使用されるインバータ回路やチョッパー回路などの電力変換装置では、直流電源下で使用されるので、スイッチング素子として、順阻止電圧能力だけの信頼性が確保されるように設計された通常のＩＧＢＴが使用されていた。しかし、電力変換効率がよりよい、ＡＣ（交流）／ＡＣ変換、ＡＣ／ＤＣ（直流）変換、ＤＣ／ＡＣ変換であって、双方向スイッチング素子を使用する直接リンク形変換回路等のマトリクスコンバータが検討されるようになってきた。その場合、前記双方向スイッチング素子を前記通常のＩＧＢＴの逆並列接続で構成すると、逆方向電圧を阻止するためのダイオードをそれぞれＩＧＢＴにシリーズ接続する必要があり、その分、高コストになり、外形も大きくなる。そこで、双方向スイッチング素子をより低コストおよびコンパクトにするために、前記通常のＩＧＢＴでは従来考慮されていなかった逆阻止電圧能力に順阻止電圧能力と同等の信頼性を保持させる構造とすることにより、前記逆方向電圧阻止用ダイオードを省略することができるようにした逆阻止型ＩＧＢＴが要望されるようになった。
【０００４】
通常のＩＧＢＴでは、半導体基板の裏面側にあるｐ型コレクタ層とｎドリフト層の間のフラットな逆耐圧用ｐｎ接合は、半導体基板を切断して半導体チップとする際に、切断面となる半導体チップの側辺面に露出したままにされるので、逆阻止として信頼性を有さない。逆阻止型ＩＧＢＴでは、逆阻止電圧能力を確保するために、前記フラットな逆耐圧用ｐｎ接合は、切断して露出されないように屈曲され、半導体チップの表面側に延在され、さらに表面の絶縁膜でその接合終端が保護され、信頼性が確保されるように構成する。前記フラットな逆耐圧ｐｎ接合を表面側に屈曲させるためにはｐ型コレクタ層と同導電型のｐ型拡散層であって、半導体チップの裏面（ｐ型コレクタ層側）から表面にかけての半導体チップの側辺面に形成されるｐ型拡散層を必要とする。このｐ型拡散層が分離層である。本発明はこの分離層を形成する製造方法に係わる。
【０００５】
図２は、従来の逆阻止型ＩＧＢＴにおける分離層を形成する製造方法の一つを工程順に示した半導体基板（以降ウエハと記すこともある）の要部断面図である。この分離層を塗布拡散によって形成する方法を示す。まず、ウエハ１上に膜厚がおおよそ２．５μｍ程度のドーパントマスク用酸化膜２を熱酸化法で形成する（図２（ａ））。つぎに、この酸化膜にパターニングとエッチング（フォトリソグラフィ技術）により、ｐ型不純物ソースであるボロンを拡散させるための開口部３を形成する（図２（ｂ））。つぎに、開口部３にボロンソース５を塗布し、その後、拡散炉により高温、長時間の熱処理を行い、おおよそ数百μｍ程度の深さのｐ型の拡散層を形成する（図２（ｃ））。このｐ型の拡散層が分離層４となる。その後、逆阻止型ＩＧＢＴの完成図である図３に示すように表面側ＭＯＳ構造１０を形成した後、裏面側から前記分離層４の先端付近に達するまで研削して（図２（ｃ）の破線）ウエハを薄くする。この研削面にｐ型コレクタ層６とコレクタ電極７で構成される裏面構造を形成する（図３）。前記分離層４の表面パターンの中心線に位置するスクライブラインでウエハを切断すると、図３の、切断端部８近傍の断面図に示す逆阻止型ＩＧＢＴチップができる。
【０００６】
図４は、従来の逆阻止型ＩＧＢＴにおける分離層４を形成する別の製造方法を工程順に示すウエハの要部断面図である。図４は、ウエハ１に表面から垂直に掘ったトレンチ（溝）１１の、ほぼ垂直な側辺面に沿って拡散層を形成して、前述の分離層４と同様の機能を有する分離層４ａとする工程を順に示す半導体基板の要部断面図である。
【０００７】
まず、数μｍの厚い酸化膜２でトレンチ形成用エッチングマスクを形成する（図４（ａ））。つぎに、数百μｍ程度の深さのトレンチ１１をドライエッチングで形成する（図４（ｂ））。つぎに、気相拡散にてトレンチ１１の側壁へ不純物（ボロン）を導入してｐ型分離層４ａを形成する（図４（ｃ））。トレンチ内に絶縁膜、ポリシリコンなどの補強材を充填し、裏面研磨およびＩＧＢＴに必要な表面側ＭＯＳ構造１０、裏面コレクタ層６およびコレクタ電極７を形成する。次に、トレンチ１１の中心または、図示しない２本のトレンチの間に位置するスクライブラインに沿ってダイシングしてウエハ１からＩＧＢＴチップを切り出すと、図５の、切断端部８近傍の断面図に示す逆阻止型ＩＧＢＴができる（特許文献１、２、３）。
【０００８】
前記図２に示す逆阻止型ＩＧＢＴの分離層を塗布拡散で形成する方法において、表面からボロンソース（ボロンの液状の拡散源）を塗布しボロンを拡散させ、数百μｍ程度の拡散深さのｐ型分離層を形成するためには、高温と長時間の熱拡散処理を必要とする。この結果、拡散炉を構成する石英ボード、石英管、石英ノズルなど石英治具のへたりや、ヒーターからの汚染、石英治具の失透現象による強度低下などの発生頻度が高くなり易く製造コストが高くなる。また、この塗布拡散法による分離層の形成では、マスク用酸化膜が長時間のボロン拡散に耐え、該酸化膜にボロンの突き抜けが生じないように、良質で厚い酸化膜を使用しなければならない。このようにマスクの耐久性が高い、つまり良質なシリコン酸化膜を得る方法としては熱酸化の方法が知られている。
【０００９】
このように、高温で長時間（たとえば１３００℃、２００時間）のボロンの拡散によるｐ型分離層の形成の際にも、マスク酸化膜の耐久性を有効にするためには、膜厚が約２．５μｍの熱酸化膜を必要とする。この膜厚２．５μｍの熱酸化膜形成のためには、例えば１１５０℃の酸化温度において必要な酸化時間は、良質な酸化膜が得られるドライ（乾燥酸素雰囲気）酸化では、約２００時間を必要とする。さらにこれらの酸化処理中には、大量の酸素がウエハ内部に導入されるために、酸素析出物や酸化誘起積層欠陥などの結晶欠陥が発生し、酸素のドナー化現象が生じることによるデバイス特性劣化や信頼性低下の弊害が生じる。
【００１０】
さらに、ボロンソース塗布後の拡散でも、通常は酸化雰囲気下で高温長時間の拡散処理が行われるため、ウエハ内部に格子間酸素が導入される。その結果、この拡散工程でも酸素析出物や酸素ドナー化現象、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）や、スリップ転位など結晶欠陥が発生する。これら結晶欠陥の近傍に形成されたｐｎ接合ではリーク電流が高くなり、このウエハの結晶欠陥の近傍に形成された熱酸化膜の耐圧、信頼性が大幅に劣化することが知られている。また、拡散中にウエハに取り込まれた酸素がドナー化し、耐圧が低下するという弊害を生じさせることもある。また、前記図２に示す塗布拡散による分離層の形成方法では、ボロン拡散はマスク酸化膜の開口部から、シリコンバルク中へ上下左右ほぼ等方的に進行する。その結果、深さ方向に２００μｍのボロン拡散を行う場合、同時に横方向にもボロンは１６０μｍも拡散し拡がるので、チップサイズの縮小という課題に対する障害となる。
【００１１】
前記図４に示すトレンチを利用する分離層の形成方法では、ドライエッチングによってトレンチを形成し、形成したトレンチ側壁にボロンを導入してｐ型分離層を形成する。その後、トレンチを絶縁膜、ポリシリコンなどの補強材で充填する。このようにして形成された図４に示すｐ型分離層は、高アスペクト比で幅の狭いトレンチを利用できるため、前記図２の熱拡散によるｐ型分離層と比べてデバイスピッチの縮小に関して有利である。しかし、深さ２００μｍ程度のエッチングに要する時間は、典型的なドライエッチング装置を用いた場合、１ウエハ当たり、１００分程度の処理時間が必要であり、リードタイムの増加、メンテナンス回数の増加など別の弊害をもたらす。また、ドライエッチングによって深いトレンチを形成する場合、マスクとしてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を用いる場合、選択比が５０以下なので、数μｍ程度の厚いシリコン酸化膜を必要とする。その結果、コストの上昇や酸化誘起積層欠陥や酸素析出物などのプロセス誘起結晶欠陥導入による良品率低下という新たな弊害も生じさせる。さらにドライエッチングによる高アスペクト比のトレンチを利用した分離層形成プロセスでは、図６に示すように、トレンチ１１内で薬液残渣１２やレジスト残渣１３などが発生し易く、歩留まりの低下や信頼性の低下などの弊害を生じさせる問題がある。
【００１２】
通常、トレンチ１１の側壁に対してリンやボロンなどのドーパントを導入する場合、トレンチ１１の側壁が垂直となっているので、ウエハを斜めにしてイオン注入することによりトレンチ１１の側壁へのドーパント導入を行なう。しかし、アスペクト比の高いトレンチ側壁へのドーパント導入は、実効ドーズ量の低下、それに伴う注入時間の増加、実効投影飛程の低下、スクリーン酸化膜によるドーズ量ロス、注入均一性の低下などの弊害を生じさせる。この問題に対処するため、アスペクト比の高いトレンチ１１内へ不純物を導入するための手法として、イオン注入の代わりにＰＨ３（ホスフィン）やＢ２Ｈ６（ジボラン）などのガス化させたドーパント零囲気中にウエハを暴露させる気相拡散法が用いられることがあるが、ドーズ量の精密制御性において、イオン注入法に比べて劣る。また、アスペクト比の高いトレンチ１１内にはウエハ強度を上げるために、絶縁膜またはポリシリコンを充填させる工程を必要とするが、トレンチ内にボイドと呼ばれる隙間ができて信頼性などの問題が発生する場合がある。
【００１３】
以上のような問題を解決する方法が提案されている。図７に示す台形のウエハ断面図のように、矩形状平面のチップ領域ごとに、格子状パターンでウエハへのＶ字溝エッチングにより形成されるテーパー面（側辺面）に沿って、イオン注入し、アニールすることで、チップ領域の側辺面に分離層４ｂを形成する方法である。図７（ａ）に示すような矩形状のチップ領域ごとの４つの側辺面に形成されるテーパー面は、アルカリ性エッチング液を用いた選択的異方性エッチングでウエハのいずれか一方の主面からＶ字形の溝を形成することにより作製できる（特許文献４、５、６）。さらに、図７（ｂ）に示すテーパー状の側辺面を持つ逆阻止型ＩＧＢＴは、前記図７（ａ）に示すテーパー面とは逆傾斜のテーパー面を持つものであり、前記図７（ａ）に示す逆阻止型ＩＧＢＴに比べ、エミッタ側（図７の図面の上側）の面を広く利用することができる。そうすると、エミッタ側の表層に形成される、ｎ型エミッタ領域１５、ｐ型ベース領域１６に利用できる面積が大きくなるため、電流密度を大きくすることができ、同じ電流定格に対してはチップ面積を縮小できるメリットとなる。また、これらテーパー面を持つ逆阻止型ＩＧＢＴでは分離層４ｂをイオン注入およびアニールにより、前述の高温長時間拡散に比べて極めて短かい処理時間で形成できるので、長時間の高温拡散による分離層４ｂの形成方法が抱える結晶欠陥や酸素起因の欠陥の問題、また、拡散炉のダメージの問題を解決できる。そして、さらに、前述の垂直トレンチ深堀による製造方法に比べてアスペクト比が低いため、トレンチへの絶縁膜の充填時に問題となるボイドや残渣もなく、イオン注入の際のドーパントも簡単に導入できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平２−２２８６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８５７２７号公報
【特許文献３】特開２００２−７６０１７号公報
【特許文献４】特開２００６−１５６９２６号公報
【特許文献５】特開２００４−３３６００８号公報
【特許文献６】特開２００６−３０３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記特許文献４〜６の記載にあるように、異方性エッチングで形成したＶ字溝のテーパー面に沿って形成される分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴでは、前述のような種々の弊害を伴う長時間拡散を回避できる。しかしながら、形成した分離層の不純物分布の深さが浅いため、イオン注入に伴って形成される結晶欠陥が活性化処理によっても充分回復されずに残った場合、結晶欠陥がｐｎ接合に近いので、逆バイアス時のリーク電流が大きくなり易く、逆耐圧が保てなくなる。また、結晶欠陥の回復処理方法としてレーザーアニール処理を採用した場合には、短時間（数十ｎs〜数μｓ）のレーザー照射であることおよびレーザー照射の焦点位置がウエハ表面と側辺面の分離層とで異なることにより、焦点にずれが生じて側辺面の分離層の活性化が不充分になり易く結晶欠陥が充分に回復できない場合の生じることがあることが分かった。さらに、レーザーアニールを行った場合は、レーザーの照射領域が狭いため、充分な活性化のためには、レーザーを走査させて狭い照射領域を面状につなげてイオン注入層全体をカバーするように照射する必要がある。この際に、走査に沿って照射痕が形成され、耐圧特性に悪影響を及ぼす場合がある。
【００１６】
本発明は、以上説明した点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、異方性エッチングで形成したＶ字形の溝のテーパー面に沿って形成される分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴを製造する際に、高信頼性の逆耐圧を確保し逆バイアス時のリーク電流を抑えることが可能な逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ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】
【００１７】
本発明は、第１導電型の半導体基板の一方の主面に、ＭＯＳゲート構造を形成する工程と、他方の主面に第２導電型コレクタ層を形成する工程と、いずれか一方の主面から他方の主面にかけてエッチング形成されるテーパー状の側辺面に沿って、前記両主面間を同導電型層で連結するとともに前記他方の主面の第２導電型コレクタ層に接続される第２導電型分離層を形成する工程と、前記ＭＯＳゲート構造側にエミッタ金属電極、前記第２導電型コレクタ層側にコレクタ金属電極をそれぞれ形成する工程を有する逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法において、前記第２導電型コレクタ層と前記第２導電型分離層を形成するために、前記第２導電型分離層と第２導電型コレクタ層へイオン注入後、フラッシュランプアニールのためのフラッシュランプの照射の際に、前記テーパー状の側辺面の上部から中央部にかけての深さ位置に照射エネルギーの最強部を合わせる逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法とすることにより、前記本発明の目的が達成される。
【００１８】
前記フラッシュランプアニールのためのフラッシュランプの照射エネルギー密度が、前記第２導電型コレクタ層が熱破壊しない程度の高密度であることが好ましい。また、前記フラッシュランプアニールが、前記第２導電型コレクタ層と前記第２導電型分離層に対して別々に行われることが好ましい。前記フラッシュランプアニールが、半導体基板の保持温度を、前記エミッタ金属電極の融解温度以下の高温に保ちながら行われることが好ましい。また、前記エミッタ金属電極がアルミニウムを主成分とする金属電極膜であることが望ましい。また、前記半導体基板の保持温度が５００℃以下の高温であることが良い。さらに、前記フラッシュランプアニールの光源が数ｍｓｅｃ当たり、２０Ｊ／ｃｍ２〜４０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するキセノンランプが望ましく、また、２０Ｊ／ｃｍ２〜４０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有する赤外線ランプまたはハロゲンランプとすることもできる。
【００１９】
また本発明は、第１導電型の半導体基板の一方の主面に、ＭＯＳゲート構造を形成する工程と、他方の主面に第２導電型コレクタ層を形成する工程と、いずれか一方の主面から他方の主面にかけてエッチング形成されるテーパー状の側辺面に沿って、前記両主面間を同導電型層で連結するとともに前記他方の主面の第２導電型コレクタ層に接続される第２導電型分離層を形成する工程と、前記ＭＯＳゲート構造側にエミッタ金属電極、前記第２導電型コレクタ層側にコレクタ金属電極をそれぞれ形成する工程を有する逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法において、前記第２導電型コレクタ層と前記第２導電型分離層を形成するために、前記第２導電型分離層と前記第２導電型コレクタ層へイオン注入後、レーザーアニールのためにレーザーを照射する際に、前記テーパー状の側辺面の上部から中央部にかけての深さ位置に焦点を合わせてレーザーを照射する逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法とすることによっても、前記本発明の目的を達成できる。
【００２０】
前記レーザーアニールするためのレーザーの照射エネルギー密度が、前記第２導電型コレクタ層が熱破壊しない程度の高密度であることが好ましい。また、前記レーザーアニールが、前記第２導電型分離層と前記第２導電型コレクタ層に対して別々に行われることも好ましい。さらに前記レーザーアニールが、テーパー状の側辺面および該側辺面底部からの反射光を利用してレーザー照射エネルギー密度を高める方法であることが好ましい。
【００２１】
前記第２導電型コレクタ層が熱で破壊しない程度に、レーザー照射時のオーバーラップ率を高めることも望ましい。またさらに、前記レーザーアニールが、半導体基板の保持温度を、前記エミッタ金属電極の融解温度以下の高温に保ちながら行われるようにしてもよい。さらに、前記エミッタ金属電極がアルミニウムを主成分とする金属電極膜とすることが好適である。前記半導体基板の保持温度が５００℃以下の高温であることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、異方性エッチングで形成したＶ字形の溝のテーパー面に沿って形成される分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴを製造する際に、高信頼性の逆耐圧を確保し逆バイアス時のリーク電流を抑えることが可能な逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかるテーパー面に分離層を形成するためのイオン注入する方向を示した半導体基板の断面図である。
【図２】従来の塗布拡散による分離層形成方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図３】従来の塗布拡散により形成された分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴの端部近傍の断面図である。
【図４】従来のトレンチを利用する分離層形成方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図５】従来のトレンチを利用した分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴの端部近傍の断面図である。
【図６】従来のトレンチを利用した分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴの問題点を示す端部近傍の断面図である。
【図７】異方性エッチングを利用したテーパー面に分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴの断面図である。
【図８】テーパー面に分離層を形成するためのイオン注入する方向を示した半導体基板の断面図である。
【図９】テーパー面にイオン注入した領域を従来のレーザーアニールにより活性化して形成した分離層の不純物濃度プロファイル図（比較例）である。
【図１０】テーパー面にイオン注入した領域を従来のレーザーアニールにより活性化した場合の結晶欠陥の残存状態を示す分離層部分の断面図（比較例）である。
【図１１】本発明と従来の逆阻止型ＩＧＢＴ（比較例）の逆方向電流−電圧波形図である。
【図１２】本発明の実施例１にかかり、テーパー面にイオン注入した領域をフラッシュランプアニールにより活性化して形成される分離層の不純物濃度プロファイル図である。
【図１３】本発明の実施例２にかかり、テーパー面にイオン注入した領域を半導体基板の加熱とフラッシュランプアニールにより活性化して形成される分離層の不純物濃度プロファイル図である。
【図１４】本発明の実施例３にかかり、テーパー面にイオン注入した領域をレーザーアニールにより活性化して形成される分離層の不純物濃度プロファイル図である。
【図１５】本発明の実施例３にかかり、テーパー面にイオン注入した領域をレーザーアニールにより活性化した場合の結晶欠陥の残存状態を示す分離層部分の断面図である。
【図１６】本発明の実施例３にかかり、テーパー面へのレーザー照射の際のレーザー反射光を示す半導体基板の断面図である。
【図１７】本発明の実施例３にかかり、Ｖ字溝のテーパー角度調整によるレーザー反射光を示す半導体基板の断面図である。
【図１８】本発明の実施例４にかかり、レーザー照射の焦点をテーパー面の上部から中央部にかけての位置に合わせた場合の結晶欠陥状態を示す半導体基板の断面図である。
【図１９】本発明の実施例５にかかり、フラッシュランプの焦点をテーパー面の上部から中央部にかけての位置に合わせた場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２０】本発明の実施例６にかかり、コレクタ面へのレーザー照射のエネルギーをシリコン面が破壊されない程度に高めた場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２１】ボロンをイオン注入したコレクタ層がレーザー照射により熱破壊した場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２２】本発明の実施例７にかかり、コレクタ面へのフラッシュランプ照射のエネルギーをシリコン面が破壊されない程度に高めた場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２３】本発明の実施例８にかかり、パルスレーザー照射を重ねながら走査する場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２４】本発明の実施例８にかかるレーザー照射の際の重ね率の説明図である。
【図２５】本発明の実施例９にかかり、ウエハ基板の加熱とレーザー照射とを組み合わせた場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２６】本発明の実施例１０にかかり、ウエハ基板の加熱とフラッシュランプ照射とを組み合わせた場合の不純物濃度プロファイル図である。
【図２７】本発明にかかり、異方性エッチングで形成されたＶ字溝の側辺面とその面方位を示す半導体基板の部分斜視図である。
【図２８】本発明と従来の逆阻止型ＩＧＢＴの逆方向電流−電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法にかかる実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。以下の説明では、第１導電型としてｎ型を、第２導電型としてｐ型をそれぞれ用いるが、その逆であってもよい。また、一方の主面をＩＧＢＴのエミッタ側または表面、他方の主面をＩＧＢＴのコレクタ側または裏面とする。
【実施例１】
【００２５】
以下、逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法にかかる実施例１について説明する。実施例１は、ウエハの裏面およびテーパー面状の側辺面へのボロンのイオン注入後の活性化に、従来のレーザーアニールに代えてキセノンフラッシュランプアニールを用いる製造方法に関する。また、実施例１では図７（ｂ）の断面図に示すように、エミッタ側の表面が広くコレクタ側の裏面が狭くなる向きに形成されたＶ字形の溝によるテーパー面（側辺面）（以降、コレクタ側開口テーパーと略記、その逆の場合をエミッタ側開口テーパーと略記する）を持つｎ型逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法について主として説明する。
【００２６】
このようなコレクタ側開口テーパー面を持つ逆阻止型ＩＧＢＴ（（図７（ｂ））は、（００１）面を主面とするウエハ１の裏面側のコレクタ層６側から、よく知られたアルカリエッチング液（ＫＯＨ水溶液など）を用いた異方性エッチングにより、絶縁膜３０をマスクとして図２７の部分斜視図に示すような｛１１１｝面を主要な面方位とする４つのテーパー面を有する形状に加工される。この異方性エッチングは、表面のＩＧＢＴ構造が形成された後のプロセス後段で行われ、表面のＩＧＢＴ構造にはパッシベーション層が形成されているので、汚染の混入リスクが小さく、ＫＯＨ水溶液を用いてエッチング時間の短縮ができる。この異方性エッチングで形成されるテーパー面は、本発明にかかる逆阻止型ＩＧＢＴからなる矩形状のシリコン半導体チップを製造する際に、表面側ＭＯＳゲート構造１０の外周に、互いに直交する４つの主要な側辺面となる部分である（図７（ｂ））。湿式異方性エッチングを用いることにより、マスク開口部の幅を設定するだけでエッチングの自己停止させることもでき、エッチング時間がばらついても、Ｖ時形の溝の深さがばらつかない。この逆阻止型ＩＧＢＴは、前記ＭＯＳゲート構造として、図７（ｂ）に示すように、ｎ型エミッタ領域１５、ｐ型ベース領域１６、ゲート絶縁膜（図示せず）、ゲート絶縁膜上のゲート電極１７などを備える。さらに該ゲート電極１７上に層間絶縁膜（図示せず）を介して被覆され、前記ｎ型エミッタ領域１５とｐ型ベース領域１６の表面に接触するエミッタ電極１８および前記ＭＯＳゲート構造１０の外周に位置する耐圧構造部上の厚い絶縁膜１９などを有する。またさらに裏面側にはｐ型コレクタ層６、コレクタ電極７を有するように構成される。
【００２７】
ウエハ１の裏面側からの前記異方性エッチングに先立って、（００１）面を主面とし、＜１１０＞方向をオリエンテーションフラットとするウエハ１を用いて、このオリエンテーションフラットを基準線として利用して、ウエハ内に、格子状に区切った複数のデバイスパターンを繰り返し配置するように、フォトリソグラフィにより酸化膜マスクパターン形成をする。その後、前記異方性エッチングにより、（１１１）面と等価な{１１１}面を主要な４側辺面とする前記コレクタ側開口テーパー面と、付随的には図２７の斜視図に示すような｛２１１｝面を同時に形成する。
【００２８】
前述のように、コレクタ側開口テーパー面を形成したウエハ１に、ｐ型コレクタ層６とｐ型分離層４ｂを形成するためにボロンをイオン注入する。このボロンのイオン注入は、所要のパターンで側辺面または裏面に形成される酸化膜マスクの開口部からそれぞれ別々に行われる。ウエハ１内のそれぞれの４側辺面と裏面へのボロンのイオン注入は、ウエハ１の主面（裏面側）から垂直方向に一度に行うことも可能であるが、図１のように、裏面（コレクタ面）を酸化膜マスク２で覆い、一方向の側辺面のみに矢印で示す方向に選択的にイオン注入することがイオン注入の効率上からは好ましい。イオン注入するウエハの側辺面を変え、同様にイオン注入する。側辺面ごとのイオン注入を４回繰り返すことで４側辺面へのイオン注入を終え、コレクタ面の酸化膜マスクを除去してコレクタ面に垂直方向からイオン注入する。フラッシュランプアニールによる活性化処理についても、コレクタ層と側辺面の分離層に対してそれぞれ別々にして選択的に行うことがフラッシュランプ照射エネルギーをそれぞれ最大限の最適値に設定でき、効率的に活性化できるので好ましい。このように、側辺面に沿ったｐ型分離層４ｂのみをコレクタ層とは別のイオン注入により形成する工程および活性化する工程を持つ製造方法ならば、ｎ型エミッタ領域１５側の表面が狭くなる逆向きのエミッタ側開口テーパー面を有する図７（ａ）に示す断面形状の逆阻止型ＩＧＢＴにも適用できるメリットもある。また、図７（ｂ）または図１に示すような、ｐ型コレクタ層６側が狭くなる向きのコレクタ側開口テーパー面を有する逆阻止型ＩＧＢＴでは、ｐ型コレクタ層６とｐ型分離層４ｂを別々にイオン注入およびフラッシュランプアニールにより形成するのではなく、ｐ型コレクタ層６とｐ型分離層４ｂへのイオン注入とフラッシュランプアニールを図８に示すように同時に行ってもよい。この場合は、照射エネルギー密度が制限されるので、活性化の効率が少し悪くなることがあるが、ｐ型コレクタ層６とｐ型分離層４ｂを別々に形成する場合に必要となるマスク形成の工程を省くことができ、工程コストを抑えることができる。
【００２９】
イオン注入では、図８に示すように、コレクタ側開口テーパー面の形成により狭くなっている裏面側のｐ型コレクタ層６側から、ボロンをチルト角度０°で導入する場合、側辺面に対する実効的なドーズ量と注入飛程は、平らなコレクタ面へのドーズ量と注入飛程に比べて、異方性エッチングによって面方位で決まるテーパー面の角度の余弦を乗じた、ｃｏｓ５４．７°＝０．５８倍となる（Ｓｉの（１１１）面の場合）。また、Ｓｉ（２１１）面ではｃｏｓ６５．９°＝０．４０８倍となる。同様にｐ型分離層４ｂ形成時のフラッシュランプアニールによる照射エネルギー密度も、ｐ型コレクタ層６面のフラッシュランプアニールによる照射エネルギー密度の０．５８倍になるので、矢印で示すイオン注入をチルト角０°すなわち、主面に垂直に注入または照射する場合はこの点を、考慮して照射エネルギーを決める必要がある。照射エネルギー密度が大きくなりすぎると、結晶の溶融が生じ半導体特性が損なわれるおそれがあるからである。
【００３０】
実施例１では、逆阻止型ＩＧＢＴの裏面のｐ型コレクタ層形成用および側辺面のｐ型分離層形成用イオン注入層の活性化にキセノンを用いたフラッシュランプアニールを用いる。このフラッシュランプアニールでは、裏面ｐ型コレクタ層とｐ型分離層のアニールを別々に行う場合は、それぞれの層にそれぞれ異なるキセノンランプの最適な照射エネルギー密度の最強部（加熱中心部）を合わせることができるが、実用的には裏面ｐ型コレクタ層とｐ型分離層とも、分離層の上部から中央部にかけての深さ位置に照射エネルギーの最強部を合わせる。裏面コレクタ層と分離層のアニールを一度に行う場合は、キセノンランプの加熱中心部の幅（奥行きまたは深度）が±１００μｍ程度あるので、キセノンランプの照射エネルギーの最強部（加熱中心部）を分離層の上部から中央部にかけての領域に合わせることが良い。
【００３１】
ボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、フラッシュランプアニール（パルス幅１ｍｓｅｃ）を用いて活性化する。図１２に示すように、照射エネルギー密度を３０Ｊ／ｃｍ２として活性化した場合の裏面ｐ型コレクタ層（ａ）および側辺面のｐ型分離層（ｂ）の不純物濃度プロファイル図をＳＲ（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；広がり抵抗）測定から求めた。図１２の縦軸は不純物濃度（ｃｍ−３）、横軸は拡散深さ（μｍ）である。縦軸の不純物濃度の値で１Ｅ１３などとあるは１×１０１３の数字を表す略記号であり、Ｅ（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌの略）の右側の数字１３は１０のべき数（指数）を表す。この略記号の意味は以降に記述する不純物濃度プロファイル図のすべてに共通する。図１２中（ａ）は裏面のｐ型コレクタ層、（ｂ）はｐ型分離層で、それぞれの面で測定した不純物濃度プロファイルである。図１２より、ピーク不純物濃度は裏面のコレクタ層および側辺面の分離層ともに１×１０１９ｃｍ−３を超えており、充分に活性化されていることが示されている。ピーク不純物濃度は後述の図９に示す比較例（従来例）のレーザーアニールの場合のピーク不純物濃度と同レベルであるが、横軸の拡散深さは比較例のレーザーアニールの場合（図９）に比べて、実施例１のフラッシュランプアニール（図１２）による熱拡散効果が期待できるため、特に（ｂ）の分離層のテーパー面でやや深くなっていることがわかる。
【００３２】
また、このｐ型コレクタ層および側辺面のｐ型分離層の断面について、結晶欠陥２０（点欠陥）を観察したところ、裏面のコレクタ層および側辺面の分離層とも、結晶欠陥（点欠陥）は存在しなかった。図１１に、比較例（後述）、実施例１、実施例２（後述）の順に、逆方向の電流−電圧波形（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す。図１１に示すように、実施例１により作製された逆阻止型ＩＧＢＴの逆方向電流（逆漏れ電流）（図１１（ｂ））は、図１１（ａ）のレーザーアニールの比較例よりも逆方向電流が小さくなっていることを示している。これは、フラッシュランプアニールによって側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥２０（点欠陥）が充分に回復して無くなったため、逆バイアス時のリーク電流が小さくなっていることを意味している。すなわち、フラッシュランプアニールの使用が有効であることを表している。
【００３３】
また、キセノンフラッシュランプを使用したアニールは、ウエハ表面から深さ約１μｍの領域だけを数ｍｓｅｃだけの短時間で、イオン注入時のドーパントの活性化温度である１０００℃以上に加熱することができる特長を有する。フラッシュランプアニールは、従来、ウルトラシャロージャンクションなど、微細化が極度に進んだ集積回路のエクステンション（拡散領域）部分の活性化に用いられていた。この方法は、通常の拡散炉を用いた加熱アニールや、赤外線ランプ、ハロゲンランプなどのランプ加熱によって試料を急速に加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ；ラピッド・サーマル・アニール）方式よりも、さらに短時間での昇降温が可能になることにより消費電力も１／３以下に低減することができるメリットがある。ＩＣ（集積回路）などに必要なウルトラシャロージャンクションに使用するためには、イオン注入層に熱拡散が生じることは好ましくないので、特にこの短時間の温度上昇に着目して採用されたのである。
【００３４】
これに対し、本発明にかかる逆阻止型ＩＧＢＴでは、裏面のコレクタ層および側辺面の分離層での熱拡散が生じてもよく、むしろ、拡散層に熱拡散による広がりがある方が好ましいという面がある。従って、本発明では、短時間の温度上昇よりもイオン注入層の活性化能力に優れている点と、従来のレーザーアニールよりも優れた、結晶欠陥を回復させる能力の高い点に着目し、採用した。
【００３５】
前述のようにフラッシュランプアニールによれば、短時間（数ｍｓｅｃ）で側辺面のｐ型分離層および裏面側のｐ型コレクタ層の活性化を実現することができる。また、レーザーアニールが１０ｎｓ〜１μｓのレーザー照射時間であるのに対して、フラッシュランプアニールではこれより照射時間が長く、数ｍｓｅｃのランプ照射時間があるので、活性化に寄与する時間も長く、拡散層の広がりを大きくすることができるように作用する。また、照射時間が長いことがイオン注入層の欠陥回復にも役立つように作用すると思われる。
【実施例２】
【００３６】
逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法にかかる実施例２について説明する。実施例２では、逆阻止型ＩＧＢＴの裏面コレクタ面および側辺面に形成したボロンのイオン注入層の活性化に、前記実施例１と同様に従来のレーザーアニールではなくて、キセノンを用いたフラッシュランプアニールを用いる。実施例１と異なる点は、実施例２では、フラッシュランプで照射を行う前に、ウエハの基板温度を表面側金属電極の融解温度（たとえば、表面側金属電極がＡｌを主成分とする金属膜の場合、約５００℃）以下の高温に上昇させて保持して、その状態でフラッシュランプアニールを行うことである。
【００３７】
ボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、活性化のためにフラッシュランプでの照射を行う前に、ウエハの基板温度を４５０℃（一定）に保持しておく。その後、フラッシュランプアニール（パルス幅１ｍｓｅｃ）を用い、照射エネルギー密度を３０Ｊ／ｃｍ２として活性化し、図１３に示すように裏面ｐ型コレクタ層および側辺面のｐ型分離層の不純物濃度プロファイルをＳＲ測定から求める。前記アニールの際の基板保持温度は、すでに表面側に形成されているＡｌ電極が溶けない温度にしておく必要があり、５００℃以下に抑える必要がある。図１３に示す不純物濃度プロファイルから、ピーク不純物濃度は裏面ｐ型コレクタ層、側辺面のｐ型分離層ともに１×１０１９ｃｍ−３を超え、充分に活性化されていることが示されている。ピーク不純物濃度の値は従来の比較例レーザーアニールのピーク不純物濃度（図９）と同レベルであるが、拡散深さは従来のレーザーアニールの場合（図９）および実施例１（図１２）に比べても不純物の熱拡散効果が大きいため、より深くなっていることを示している。
【００３８】
また、裏面ｐ型コレクタ層および側辺面のｐ型分離層の断面の結晶欠陥（点欠陥）を観察したが、裏面ｐ型コレクタ層および側辺面のｐ型分離層で、結晶欠陥（点欠陥）は存在しなかった。このことにより、前記図１１の逆方向電流−電圧波形（ｃ）に示すように、比較例の図１１（ａ）に示す比較例のレーザーアニールおよび実施例１（図１１（ｂ））の場合よりも、実施例２の逆方向電流（逆漏れ電流）がさらに小さくなっているわけが理解される。さらに、側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥２０（点欠陥）が充分に回復しており、またさらに、前記実施例１の場合よりも基板温度加熱による拡散効果もあって分離層が深くなったので、逆バイアス時のリーク電流が小さくなることを表している。このことから、フラッシュランプアニールの使用だけでなく、ウエハ加熱の効果も有効であることが理解される。ここでは、ボロンイオンをｐ型分離層に拡散させたｎ型逆阻止型ＩＧＢＴについて説明したが、ｐ型不純物イオンとしてアルミニウムを用いることもできる。また、導電型が逆のｐ型逆阻止型ＩＧＢＴではリンイオンをｎ型分離層のドーパントに用いれば、同様にデバイスを作製することができる。
【００３９】
また、本発明ではキセノンランプを用いたフラッシュランプアニールが好ましいが、しかし、数ｍｓｅｃのパルス幅で活性化に必要な高エネルギー密度のフラッシュランプ照射エネルギー密度が得られるならば、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたランプアニールの使用でも問題ないので、本発明のフラッシュランプアニールに含まれる。フラッシュランプ照射エネルギー密度としては２０Ｊ／ｃｍ２〜４０Ｊ／ｃｍ２が好ましい。
【００４０】
ＩＣ（集積回路）などにおける従来の通常のフラッシュランプアニールの使用では、前述のように、できるかぎり注入イオンを熱拡散させないように使用するが、本発明のように、素子の裏面や側辺面に適用する場合には拡散が起こる方がむしろ好ましい。そこで、フラッシュランプアニールを行う時に、ウエハの温度を、表面側Ａｌ電極の融解温度以下の高温に保ちフラッシュランプアニールを行うことで、分離層の側辺面および裏面側の拡散層をさらに活性化する（濃度を高めて、拡散深さを深くする）ように作用する。これらの作用により、結晶欠陥の無い分離層が形成され、逆バイアス時のリーク電流を抑えることができる。
（比較例）
以下、ウエハの裏面およびテーパー状の側辺面へのボロンのイオン注入後に、従来のレーザーアニールを用いて活性化した場合の比較例（従来例）について説明する。また、従来のレーザーアニールはｐ型コレクタ層とｐ型分離層を別々にイオン注入およびアニールする場合とする。さらに、エミッタ側の表面が広くコレクタ側の裏面が狭くなる向きに形成されたコレクタ側開口テーパー面を持つ逆阻止型ＩＧＢＴについて主として説明する。このようなテーパー面を形成するまでの製造工程は、前述の実施例１、２の記載と同様である。
【００４１】
ｐ型コレクタ層とｐ型分離層形成のためのイオン注入は、所要のパターンで側辺面または裏面に形成される酸化膜マスクの開口部から行われる。ウエハ内のそれぞれの４側辺面へのイオン注入は一度に行うことも可能であるが、図１のように、イオン注入の効率が良くなるようにウエハの傾きを変え、一辺ごとの注入を併せて４回注入することでテーパー面の角度と別の傾きからのドーピングを行うこともできる。従来のレーザーアニールでは、ＳＵＳ（ステンレス）等のマスクやシャッターによる制御等で照射したいところだけを走査して照射する。このように、側辺面に沿った分離層のみを形成する工程を持つ製造方法ならば、エミッタ側が狭くなる逆向きのエミッタ側開口テーパー面を有する逆阻止型ＩＧＢＴにも適用できる。また、コレクタ側が狭くなる向きのコレクタ側開口テーパー面を有する逆阻止型ＩＧＢＴでは、ｐ型コレクタ層とｐ型分離層を別々にイオン注入およびレーザーアニールするのではなく、コレクタ層と分離層へのイオン注入と従来のレーザーアニールを同時に行ってもよい。
【００４２】
イオン注入では、前述と同様に、図８に示すように、コレクタ側開口テーパー面の形成により狭くなっている裏面側のコレクタ面側から、ボロンをチルト角度０°でイオン注入する場合、側辺面に対しては実効的にはドーズ量と注入飛程は、垂直の場合に比べて０．５８倍となる。分離層形成時のレーザーアニールでのエネルギー密度も、コレクタ面のアニールで照射されるエネルギー密度の０．５８倍になる。
【００４３】
図９は、ボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入し、ＹＡＧ２wレーザー（波長５３２ｎｍ；パルス幅１００ｎｓ）を用いて、従来のレーザーアニールの照射エネルギー密度を３．０Ｊ／ｃｍ２として活性化した場合に、ＳＲ測定から求めた裏面ｐ型コレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の不純物濃度プロファイル図である。図１０は、前述のイオン注入および従来のレーザーアニールの条件で照射した場合の、裏面のコレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の断面の結晶欠陥２０（点欠陥）の観察結果を示す断面図である。点欠陥２０を黒点で示す。
【００４４】
図１０では、裏面のコレクタ層には結晶欠陥２０（点欠陥）は存在しないが（ａ）、側辺面には結晶欠陥２０（点欠陥）が多く存在していることがわかる（ｂ）。
また、図１１（ａ）は、逆阻止型ＩＧＢＴ毎の逆バイアス時の漏れ電流（以下、逆漏れ電流）を示す逆方向電流−電圧波形図である。図９より、ピーク濃度は裏面コレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９ｃｍ−３を超えて、活性化されていることがわかる。しかし、拡散深さは、前述の実施例１、２にかかる図１２、図１３に比べて浅くなっていることが示されている。この結果、図１１（ａ）の比較例では、前述の実施例１、２にかかる図１１（ｂ），（ｃ）のフラッシュランプアニールよりも逆方向電流が大きくなったのである。これは、裏面側のコレクタ層と異なり、側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥２０（点欠陥）が、従来のレーザーアニールで充分には回復されずにｐｎ接合近くに多く残ったため、逆バイアス時のリーク電流が大きくなっていることを示している。
【００４５】
以上説明したように、実施例１、２によれば、異方性エッチングによりＶ字溝を形成し、そのテーパー面にイオン注入とフラッシュランプアニールを行い形成した分離層を有する逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法において、イオン注入に起因する結晶欠陥を充分に回復させた裏面コレクタ層および分離層が形成され、逆バイアス時のリーク電流を抑えることができ、安定した耐圧良品率を示す逆阻止型ＩＧＢＴを提供することができる。
【実施例３】
【００４６】
逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法の実施例３について、コレクタ層および側辺面の分離層の形成のためのイオン注入層の活性化に、特には、結晶欠陥が残存しやすい分離層のためのイオン注入層の活性化に、従来のレーザーアニールを改良した、本発明にかかるレーザーアニールを用いる製造方法について、以下説明する。
【００４７】
実施例３では、ウエハに形成されたコレクタ側開口テーパー面にボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２、加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、ＹＡＧ２wレーザー（波長５３２ｎｍ；パルス幅１００ｎｓ）を用いて本発明にかかるレーザーアニールの照射エネルギー密度を前記比較例の３．０Ｊ／ｃｍ２より高いエネルギー密度の３．６Ｊ／ｃｍ２として活性化する。かつ、レーザー照射の反射光を利用して、テーパー面のため、垂直面より低下し易い照射エネルギー密度を補償し有効に活性化する方法である。図１４は、実施例３の場合の、ＳＲ測定から求めた裏面ｐ型コレクタ層（ａ）および側辺面のｐ型分離層（ｂ）の不純物濃度プロファイル図である。図１４に示す不純物濃度プロファイル図から、ピーク濃度はコレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、充分活性化されていることがわかる。またピーク濃度は前記図９の比較例（従来例）のレーザーアニールの条件より照射エネルギー密度が大きくなった分やや高くなり、拡散深さも比較例のレーザーアニールの場合（図９）に比べて熱による拡散効果が大きいため、やや深くなっていることを示している。
【００４８】
図１５は、本発明にかかるレーザーアニール後にコレクタ面の下層（ａ）および側辺面の分離層の内側（ｂ）に残存する結晶欠陥の状態を示す断面図である。図１５（ｂ）では点欠陥２０を黒点で示す。黒点の数が多い状態ほど、点欠陥密度が高いことを相対的に示す。図１５（ａ）ではコレクタ面の下層には結晶欠陥が存在しないことを示している。また特に、図１５（ｂ）は前記比較例（図１０（ｂ））に比べて側辺面の分離層内側の部分の結晶欠陥密度が小さく、少し回復していることを示している。その結果、図２８（ａ）に示すレーザーアニールの比較例よりも実施例３（図２８（ｂ））の場合の方が逆方向電流（逆漏れ電流）が小さくなっている。これは、側辺面の分離層の内側にイオン注入に伴って発生した結晶欠陥が、本発明にかかるレーザーアニールにより、少し回復したことを示している。その結果、逆バイアス時のリーク電流が比較例（ａ）より小さくなったものと思われる。図２８（ａ）は前記図１１（ａ）と同じである。
【００４９】
シリコン半導体では、レーザー照射の場合、５Ｊ／ｃｍ２以上の照射エネルギー密度で結晶の溶融が生じ半導体特性が破壊される惧れがある。従って、レーザー照射では、５Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギー密度が上限である。また、イオン注入後の活性化を有効にするためのレーザー照射のエネルギー密度の下限はおおよそ１．２Ｊ／ｃｍ２である。そうすると、平面に焦点を合わせてレーザー照射する場合、本発明の逆阻止型ＩＧＢＴのテーパー面のエネルギー密度は、Ｓｉ（２１１）面ではｃｏｓ６５．９°＝０．４０８倍となる。従って、（２１１）面でのレーザー照射エネルギー密度を１．２Ｊ／ｃｍ２以上とするためには、（２１１）面で、１．２／０．４０８＝２．９４Ｊ／ｃｍ２が下限となる。ｐ型コレクタ層６とｐ型分離層４ｂへチルト角０°でレーザー照射をする場合は、ｐ型コレクタ層６へのレーザー照射を基準に最大照射エネルギー密度を決める必要がある。その結果、ｐ型分離層４ｂの活性化が不充分になり易い。
【００５０】
図１６は、本発明にかかるレーザーアニールにより結晶欠陥が比較例に比べて回復し低減する理由を説明する図である。側辺面の斜面（テーパー面）に当たったレーザー照射光（矢印）は、一重の反射により、側辺面の下の方へ反射される。これにより、レーザー照射エネルギー密度を従来例の３．０Ｊ／ｃｍ２よりも大きくした３．６Ｊ／ｃｍ２では、大雑把には、側辺面の下の方には、テーパー面への実効照射エネルギー密度２．１Ｊ／ｃｍ２と、その反射光のエネルギー密度１．０５Ｊ／ｃｍ２とが重なることにより、２．１Ｊ／ｃｍ２（≒３．６Ｊ／ｃｍ２×０．５８倍）＋１．０５Ｊ／ｃｍ２（-≒２．１Ｊ／ｃｍ２の５０％）-≒３．１Ｊ／ｃｍ２の照射エネルギー密度が加わることになる。これにより、従来例のレーザー照射面（コレクタ面）の照射エネルギー密度（３．０Ｊ／ｃｍ２）と同等以上の照射エネルギー密度が側辺面にも与えられることになり、側辺面の分離層の内側の結晶欠陥をより回復させることができるようになる。また、実施例３では、Ｖ字溝形成用のＳｉのウエットエッチングで形成される側辺面の結晶方位により決まるテーパー面の傾斜角度５４．７°の場合（図１６）で示した。しかし、さらに、図１７に示すように傾斜角を緩やかに（５４．７°より小さい）Ｖ字溝を形成すると、レーザー照射の反射先は前述の側辺面底部よりは、上部となり、側辺面の中央部または上部に反射するようにできるので、その反射光の当たった部位の結晶欠陥をより回復させることができる。このように、側辺面の傾斜角度を調整し、レーザーの反射光が照射される位置を調整して照射エネルギー密度を調整することによっても、Ｖ字溝の側辺面を有するデバイスの活性化および結晶欠陥の回復を調整することができる。
【実施例４】
【００５１】
逆阻止型ＩＧＢＴの製造方法の実施例４について、特には、コレクタ層および側辺面の分離層のイオン注入層の活性化に、前記実施例３とは異なる、本発明にかかるレーザーアニールを用いる製造方法について、以下説明する。
【００５２】
ウエハに形成されたコレクタ側開口テーパー面にボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、ＹＡＧ２wレーザー（波長５３２ｎｍ；パルス幅１００ｎｓ）を用いて活性化するために、レーザーアニールの照射エネルギー密度を３．６Ｊ／ｃｍ２として側辺面の上部から中央部にかけての位置にレーザー照射光の焦点位置を合わせる。焦点位置を側辺面の上部から中央部にかけての位置に合わせた場合のコレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）のＳＲ測定による不純物濃度プロファイル図は、前記図１４の場合とほぼ同じであり、充分に活性化をはかることが可能である。
【００５３】
側辺面の下部は、前記実施例３で説明したレーザー照射の反射光を利用する方法により、結晶欠陥をより回復させることができる。しかし、側辺面の長さが長くなると、反射光の影響を受け難い側辺面上部の結晶欠陥を回復することは難しくなる。従って、側辺面の上部から中央部にかけての位置には、前記実施例３に示した反射光を利用してレーザー照射をおこなっても、照射エネルギー密度が高くなり難く結晶欠陥が残り易い傾向にある。そこで、実施例４では、実施例３と異なり、実施例１のフラッシュランプアニールのように、レーザーの焦点深度にもよる（実施例４のレーザーの焦点深度は１００μｍ）が、側辺部の上部から中央部にかけての位置にレーザー照射時の焦点の中心を持ってくる方法とするものである。この実施例４のレーザーアニールによれば、上部から中央部にかけての位置の結晶欠陥を有効に回復することができる。また、コレクタ層および側辺面の分離層を形成するためのレーザーアニールをそれぞれ別々に処理することもできる。
【００５４】
図１８に、コレクタ面および側辺面上部から中央部にかけての位置の結晶欠陥の状態を示す。コレクタ面の下層には結晶欠陥が存在しないし、また、従来例（図１０（ｂ）および実施例３の図１５（ｂ））に比べて、図１８に示すように側辺面上部から中央部にかけての位置の結晶欠陥が少なくなっており、回復していることがわかる。図２８（ａ）のレーザーアニールの比較例よりも本実施例４（図２８（ｃ））の方が逆方向電流（逆漏れ電流）が小さくなっていることを示している。このことは、実施例４のレーザーアニールが側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥の回復が有効に作用し、その結果、逆バイアス時のリーク電流が小さくなったものと思われる。
【実施例５】
【００５５】
本発明にかかり、コレクタ層および側辺面の分離層のイオン注入層の活性化にフラッシュランプアニールを用いる実施例５について、以下説明する。フラッシュランプアニール時に側辺面の分離層の上部から中央部に焦点位置がくるように焦点をあわせてフラッシュランプアニールを行う。
【００５６】
図１９は、ボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、フラッシュランプアニール（パルス幅１ｍｓｅｃ）を用いてフラッシュランプの照射エネルギー密度を３０Ｊ／ｃｍ２として活性化し、ＳＲ測定から求めた裏面ｐ型コレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の不純物濃度プロファイル図である。図１９より、ピーク濃度はコレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、活性化されていることがわかる。ピーク濃度は前記図９に示すレーザーアニールの場合と同レベルであるが、拡散深さはフラッシュランプによる熱拡散効果が作用するため、やや深くなっていることが示されている。また、実施例５ではコレクタ面の下層および側辺面の分離層の内側には結晶欠陥が認められない。この結果、実施例５に示す（図２８（ｄ））ように、図２８（ａ）に示す比較例のレーザーアニールよりも逆方向電流（逆漏れ電流）が小さくなっている。これは、側辺面の分離層へのイオン注入に伴って形成された結晶欠陥が充分に回復されたため、逆バイアス時のリーク電流が小さくなったのであり、実施例５のフラッシュランプアニールによる活性化、すなわち、結晶欠陥の回復が有効であることを示している。またさらに、焦点位置を分離層の側辺面上部から中央部にかけての位置にフラッシュランプアニール時の焦点の中心を持ってくることにより、上部から中央部の結晶欠陥を有効に回復することができることを示している。また、コレクタ層および側辺面の分離層を形成するためのフラッシュランプアニールをそれぞれ別々に処理することもできる。
【実施例６】
【００５７】
本発明にかかり、コレクタ層および側辺面の分離層のボロンイオン注入層の活性化にレーザーアニールを用いる実施例６について、以下説明する。図２０は、ボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、ＹＡＧ２wレーザー（波長５３２ｎｍ；パルス幅１００ｎｓ）を用いてレーザーアニールの照射エネルギー密度を３．８Ｊ／ｃｍ２として活性化した場合に、ＳＲ測定から求めた裏面ｐ型コレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の不純物濃度プロファイル図である。図２０より、ピーク濃度はコレクタ層および側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、活性化されていることがわかる。ピーク濃度は前記図９で説明した比較例のレーザーアニールの場合よりやや高く、拡散深さは拡散効果があるためやや深くなっていることを示している。このレーザーアニールの照射エネルギー密度３．８Ｊ／ｃｍ２では、コレクタ面（レーザー照射面）側のボロン層が熱により破壊されるということはない。裏面コレクタ面のイオン注入層をレーザー照射により破壊しない程度の照射エネルギー密度に上げて照射すると、最も効率的に側辺面活性化をすることができ、有効に結晶欠陥を回復するように作用するというのが、実施例６のレーザーアニールの照射エネルギー密度を決める考え方である。この点が前記実施例３と４に記載のレーザーアニールと異なる点である。もし、レーザーアニールの照射エネルギー密度が高すぎて、半導体結晶が破壊される（固相溶融状態を超え、溶けてなくなる）と、図２１の不純物濃度プロファイル図に示すように、コレクタ面のボロン層が形成されないことになる。
【００５８】
実施例６のレーザーアニールにより活性化したコレクタ面の下層および側辺面の分離層内側での結晶欠陥は認められない。言い換えると、従来例（図１０（ｂ））に比べて、側辺面の分離層の内側部分の結晶欠陥がすべて回復していることを表している。実施例３の場合よりも、レーザー照射エネルギー密度が大きいために、結晶欠陥の回復効果も大きいのである。図２８（ａ）のレーザーアニールの比較例よりも、実施例６（図２８（ｅ））の方が逆方向電流（逆漏れ電流）が小さい。これは、前述のように側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥の回復が有効に効いた結果、逆バイアス時のリーク電流がかなり小さくなっていることを表している。
【実施例７】
【００５９】
本発明にかかり、コレクタ層および側辺面の分離層のボロンイオン注入層の活性化にフラッシュランプアニールを用いる実施例７について、以下説明する。
図２２はボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、フラッシュランプアニール（パルス幅１ｍｓｅｃ）を用いてフラッシュランプの照射エネルギー密度を３２Ｊ／ｃｍ２とした場合のコレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の、ＳＲ測定から求めた不純物濃度プロファイル図である。図２２より、ピーク濃度はコレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、活性化されている。ピーク濃度はエネルギー密度が高いためにやや高く、拡散深さは前記実施例５の図１４の場合より、やや深くなっていることを示している。この３２Ｊ／ｃｍ２では、コレクタ面（フラッシュランプ照射面）側のボロン層が熱により破壊されるということはない。裏面コレクタ面のイオン注入層をフラッシュランプアニールにより破壊しない程度のフラッシュランプ照射エネルギー密度に上げて照射すると、最も効率的に側辺面活性化をすることができ、有効に結晶欠陥を回復するように作用するというのが、実施例７のフラッシュランプアニールのフラッシュランプ照射エネルギー密度を決める考え方である。この点が前記実施例１、２および５に記載のフラッシュランプアニールと異なる点である。破壊される（固相溶融状態を超え、溶けてなくなる）と、前記図２１の不純物濃度プロファイルと同様にコレクタ面にボロン層が形成されないことになる。また、コレクタ面の下層および側辺面の分離層の内側には結晶欠陥が認められない。従って、実施例７の逆方向電流（逆漏れ電流）（図２８（ｆ））は、図２８（ａ）のレーザーアニールの比較例よりも小さくなっている。また、側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥がすべて回復したので、逆バイアス時のリーク電流が小さくなったのである。すなわち、実施例７のフラッシュランプアニールの使用が有効であることを意味する。
【実施例８】
【００６０】
本発明にかかり、コレクタ層および側辺面の分離層のボロンイオン注入層の活性化にレーザーアニールを用いる実施例８について、以下説明する。
図２３は、ボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入した後、ＹＡＧ２wレーザー（波長５３２ｎｍ；パルス幅１００ｎｓ）を用いてレーザーアニールの照射エネルギー密度を３．６Ｊ／ｃｍ２、照射領域のオーバーラップ率（重ね率）をレーザーの走査方向へ６７％とした場合のコレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の、ＳＲ測定から求めた不純物濃度プロファイル図である。レーザー照射光の重ね率は、実施例８のレーザーアニールに特徴的なものであり、元のレーザー照射装置の照射エネルギー密度をそれほど上げずに、効率よく、イオン注入領域の活性化および結晶欠陥の回復を図るために行う処理である。
【００６１】
図２４は、前記レーザー照射光の重ね率の説明図である。（ａ）は矢印で示すレーザー照射の走査方向に重ならないように３回パルスレーザーをそれぞれ照射する３つのパルスレーザー照射領域２１、２２、２３を示し、（ｂ）は、パルスレーザーを生成する矩形状のパルス電流波形２４とそのパルスレーザーによる温度プロファイル２５を示す。（ｃ）は（ａ）のパルスレーザー照射領域２１に次のパルスレーザー照射領域２２、２３を幅の３分の１づつずらしながら重ねるように照射した状態を示す。（ｄ）は、パルスレーザーを生成するための矩形状のパルス電流波形２４と、（ａ）のパルスレーザー照射領域２１に幅の３分の１づつずらして照射されるパルスレーザーによる温度プロファイル２５を示す。図２４の（ｃ）（ｄ）では、レーザー照射領域に重なりがあり、レーザー照射による温度上昇が下がりきる前に、次のパルスが入ってくるために有効に照射時の熱をＳｉウエハに吸収させることができる。図２４（ｃ）（ｄ）では、パルスレーザー領域２１の３分の２はレーザー照射領域同士が重なるので、１回のパルスレーザーの照射エネルギー密度を高くしなくても、照射領域の温度を上昇させ易い。この結果、ウエハを溶融させるような高い照射エネルギー密度を使用しなくても結晶欠陥の回復を効率よくさせることができる。
【００６２】
図２３より、ピーク濃度はコレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、活性化されていることがわかる。ピーク濃度は前記図９に示すレーザーアニールの従来例よりやや高く、拡散深さは熱拡散効果があるので、やや深くなっていることを示している。特に、前述のレーザー照射の重ね率をあげることにより、不純物濃度プロファイルの裾の部分の拡散深さが深くなっている。この３．６Ｊ／ｃｍ２では、コレクタ面（レーザー照射面）側のボロン層が熱により破壊されるということはない。また、コレクタ面の下層および側辺面の分離層の内側には結晶欠陥が認められない。従って、逆方向電流（逆漏れ電流）図２８（ｇ）が、レーザーアニールの比較例（図２８（ａ））および前記実施例４（図２８（ｃ））よりも小さくなったのである。またこれは、側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥がすべて回復しているので、逆バイアス時のリーク電流が充分に小さくなることを意味している。従って、前述のように、重ね率を持たせたレーザー照射の有効性が確認できる。またさらに、ここでは、走査方向の重ね率について述べたが、コレクタ面（レーザー照射面）側のボロン層が熱により破壊されなければ、走査方向と直角方向の重ね率をあげてもいいし、走査方向、その直角方向の重ね率をともにあげても効果的である。
【００６３】
本発明で使用するパルスレーザーは、波長３００ｎｍ〜９００ｎｍの波長が好ましい。各パルスレーザーの波長範囲を３００ｎｍ〜９００ｎｍとするのは、波長が３００ｎｍより短いと、シリコンへの侵入長は０．１μｍ以下であるため、ＦＺ−ｎＳｉ基板の深い領域を活性化することができず、波長が９００ｎｍより長いと、侵入長も長く、所望の厚さのｐ型不純物層とｎ型不純物をほとんど透過してアニールが非効率となるからである。しかし、パルスレーザーの波長範囲としては、実用化されている範囲は７００ｎｍ以下であるので、より好ましい範囲は３００ｎｍ〜７００ｎｍである。
【００６４】
レーザー照射装置から照射するレーザービームの１パルスの照射エネルギー密度を所定の値（例えば２．０Ｊ／ｃｍ2）とすると、この１パルスで照射箇所の温度が上昇する。ひとつの領域（例えば、１点）にレーザービームを１パルス照射した後、最初のパルスによって与えられる熱が放熱しきらないうちに次のパルスを重ねて走査照射すると、この放熱しきらない箇所の温度に次ぎの１パルスによる温度上昇が加わる。このようにして、複数のパルス照射後、温度のピーク値は飽和する。この飽和したピーク温度が高い程、活性化率が大きくなる。このようなレーザー照射方法によれば、ひとつの領域に複数のパルスが繰り返し照射されることで、単パルスの照射よりも低い照射エネルギー密度でｐｎ連続層を十分に活性化することができる。これが実施例８にかかるレーザー照射を重ねて照射することの考え方である。また、１パルス当たりの照射エネルギー密度を低く抑えることで、ウエハに照射痕が付く可能性を極力抑えることができるようになる。前記実施例６の方法によっても、イオン注入後の結晶欠陥の回復が難しい場合にこの実施例８が有効である。
【実施例９】
【００６５】
本発明にかかる、コレクタ層および側辺面の分離層のイオン注入層の活性化にレーザーアニールを用いる実施例９について、以下説明する。図２５はボロンのドーズ量を１×１０１５ｃｍ−２，加速エネルギーを１５０ｋｅＶとしてイオン注入をした後、レーザー照射を行う前に、ウエハの基板温度を４００℃（＝一定）にしておく。その後、ＹＡＧ２wレーザー（波長５３２ｎｍ；パルス幅１００ｎｓ）を用いてレーザーアニールの照射エネルギー密度を３．６Ｊ／ｃｍ２とした場合のコレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）の、ＳＲ測定から求めた不純物濃度プロファイル図である。ここでの基板温度は、すでに表面側に形成されているＡｌ電極が溶けない温度にしておく必要があり５００℃以下に抑える必要がある。このように基板温度を５００℃以下に昇温しておくことは、レーザー照射の熱だけでなく、基板温度に基づく蓄熱効果が結晶欠陥の回復に有効に作用し、効率的に活性化することができる。
【００６６】
図２５より、ピーク濃度はコレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、活性化されていることがわかる。ピーク濃度は前記図９の比較例のレーザーアニールの場合と同レベルであるが、拡散深さは、前記実施例３（図１４）に比べて熱拡散効果があるので、深くなっている。また、コレクタ面の下層および側辺面の分離層の内側には結晶欠陥が認められない。これにより、逆方向電流（逆漏れ電流）（図２８（ｈ））が、図２８（ａ）に示す比較例のレーザーアニールおよび実施例４（図２８（ｃ））の場合よりも小さくなる。またこれは、側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥がすべて回復されているために（さらに、実施例３の場合よりも基板温度加熱による熱拡散効果もあるので）、逆バイアス時のリーク電流が小さくなっていることを示している。
【実施例１０】
【００６７】
本発明にかかり、コレクタ層および側辺面の分離層のイオン注入層の活性化にフラッシュランプアニールを用いる実施例１０について、以下説明する。
図２６は、フラッシュランプアニールを行う前に、ウエハの基板温度を４００℃（＝一定）に保持しておき、その後、フラッシュランプアニール（パルス幅１ｍｓｅｃ）を用いてフラッシュエネルギー密度を３０Ｊ／ｃｍ２とした場合のコレクタ層（ａ）および側辺面の分離層（ｂ）のＳＲ測定から求めた不純物濃度プロファイル図である。ここでの基板温度は、すでに表面側に形成されているＡｌ電極が溶けない温度にしておく必要があり５００℃以下に抑える必要がある。ウエハの基板温度がフラッシュランプ照射前に４００℃に加熱され保持されているために、フラッシュランプ照射の熱だけでなく、加熱による蓄熱の効果が有効に作用し、効率的に側辺面を活性化することができ、有効に結晶欠陥を回復するように作用する。図２６より、ピーク濃度はコレクタ層、側辺面の分離層ともに１×１０１９（ｃｍ−３）を超えているので、活性化されていることがわかる。ピーク濃度は前記実施例７（図２２）の場合と同程度であるが、拡散深さは前記実施例６の場合（図２０）より、拡散深さはやや深くなっている。このフラッシュエネルギー密度３０Ｊ／ｃｍ２では、コレクタ面（フラッシュランプ照射面）側のボロン層が熱により破壊されるということはない。破壊される（固相溶融状態を超え、溶けてなくなる）とコレクタ面にボロン層が形成されないことになる。また、コレクタ面の下層および側辺面の分離層の内側には結晶欠陥が認められない。この結果、実施例１０の逆方向電流（逆漏れ電流）は（図２８（ｉ））に示すように、図２８（ａ）のレーザーアニールの比較例よりも小さくなるのである。また、これは、側辺面の分離層へのイオン注入に伴う結晶欠陥がすべて回復されているので、逆バイアス時のリーク電流が小さくなることを意味する。以上の説明から、側辺面に分離層を有する構造に対して、ウエハ加熱の利用、フラッシュランプアニールの使用が有効であることがわかる。
【００６８】
ここではボロンイオンを分離層に拡散させたｎ型逆阻止型ＩＧＢＴについて説明したが、ｐ型不純物イオンとして、アルミニウムを用いることもできる。また、ｐ型逆阻止型ＩＧＢＴではリンイオンを分離層のドーパントに用いることにより作製することができる。
【００６９】
また、キセノンランプを用いたフラッシュランプアニールが好ましいが、数ｍｓｅｃのパルス幅で活性化に必要な高エネルギー密度のフラッシュランプ照射エネルギー密度が得られるならば、赤外線ランプやハロゲンランプを用いたランプアニールの使用でも問題ない。その場合のフラッシュランプ照射エネルギー密度としては２０〜４０Ｊ／ｃｍ２が好ましい。
【００７０】
実施例１０によれば、異方性エッチングにより側辺面を形成し、その側辺面にイオン注入を行いアニールして分離層を形成する逆阻止型ＩＧＢＴにおいて、イオン注入によるｐｎ接合領域にイオン注入結晶欠陥のないコレクタ層および分離層が形成され、逆バイアス時のリーク電流を抑えることができ、安定した良品率を示す逆阻止型ＩＧＢＴを提供することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１      半導体基板、ウエハ
２      酸化膜マスク
４、４ａ、４ｂ    分離層
６      ｐ型コレクタ層
７      コレクタ電極
８      切断端部
１０    ＭＯＳゲート構造
１５    ｎ型エミッタ領域
１６    ｐ型ベース領域
１７    ゲート電極
１８    エミッタ電極
２０    結晶欠陥
２１、２２、２３    パルスレーザー照射領域
２４    パルスレーザーによる矩形状パルス電流波形
２５    温度プロファイル
３０    絶縁膜
【図１】
2011187916.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2011187916.tif 000019
【図１８】
2011187916.tif 000020
【図１９】
2011187916.tif 000021
【図２０】
2011187916.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2011187916.tif 000024
【図２３】
2011187916.tif 000025
【図２４】
2011187916.tif 000026
【図２５】
2011187916.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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