(57)【要約】【課題】工数増加による製造コストの増大を招くことなく、ＩＧＢＴのラッチアップ耐量を向上させる。【解決手段】半導体素子裏面側全体に不純物を注入する。その後、レーザーアニールにより、アクティブ部１４の裏面側のみ限定的に不純物を活性化させることで、アクティブ部１４の裏面側のみコレクタ層２０を形成する。よって、裏面側の素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入は生じず、ラッチアップ破壊が回避される。しかも、従来工程と対比しても、ウエーハが完成するまでの工程数に増加は生じず、製造コストの高騰を招くものでもない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子裏面側に、不純物注入とその後のアニールによりコレクタ層を形成する工程を有する薄板型ＩＧＢＴの製造方法であって、裏面側全体に不純物を注入し、アクティブ部の裏面側にのみレーザーアニールを行い活性化させる工程を含むことを特徴とする薄板型ＩＧＢＴの製造方法。
【請求項２】
半導体素子裏面側に、不純物注入とその後のアニールによりコレクタ層を形成する工程を有する薄板型ＩＧＢＴの製造方法であって、アクティブ部の裏面側にのみ不純物を注入し、アニールを行い前記不純物を注入した範囲を活性化させる工程を含むことを特徴とする薄板型ＩＧＢＴの製造方法。
【請求項３】
半導体素子裏面側のコレクタ層が、該裏面側全体に不純物を注入した後、アクティブ部の裏面側にのみレーザーアニールを行い活性化させることにより形成されてなることを特徴とする薄板型ＩＧＢＴ。
【請求項４】
半導体素子裏面側のコレクタ層が、アクティブ部の裏面側にのみ不純物を注入した後、アニールを行い前記不純物を注入した範囲を活性化させることにより形成されてなることを特徴とする薄板型ＩＧＢＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板型ＩＧＢＴに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高周波かつ大容量のパワー半導体デバイスとして、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が広く用いられている。図６に例示された縦型の薄板型ＩＧＢＴ１０は、主表面側にゲートＧ及びエミッタＥが、裏面側にコレクタＣが形成されている。そして、ゲートＧに正電圧が加えられることで、主表面側のＰ型半導体層表面には電界効果によるＮチャネルが形成され、コレクタ、エミッタ間はＰＮ接合ダイオードとなる。そして、コレクタＣに正電圧を加えることで、コレクタ、エミッタ間がオン状態となる。この際、エミッタから電子が、コレクタから正孔が注入されることにより、Ｎ−層に伝導度変調が生じ、ＩＧＢＴのコレクタ側Ｐ＋層を持たない構造を有するＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）と比較し、オン電圧が大幅に小さくなるといった特徴を有している。
【０００３】
しかしながら、ＩＧＢＴの構造上、裏面側の全体に形成されたコレクタ層のうち、図７に示されるように素子周辺部１２に形成された部分からも、図中矢印１３のごとく素子の通電部分（以下、「アクティブ部」と言う。）１４へとキャリアが注入される。そして、素子周辺部１２から注入されるキャリアは、最も近いアクティブ部１４の最外周のセルから、図７に矢印１５で示されるように、エミッタＥへと抜けようとする。しかも、アクティブ部１４と素子周辺部１２とでは、相対的に素子周辺部１２の面積が大きいことから、素子周辺部１２からアクティブ部１４へと注入されるキャリアの量も多くなり、これがチップ四隅に集中することによって寄生トランジスタが作動する。その結果、素子周辺部のアクティブ部１４では、ラッチアップ破壊が生じ易いといった問題が指摘されている。
そこで、素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入を阻止するために、裏面側の素子周辺部１２に絶縁膜を設ける等の発案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４２２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
裏面側の素子周辺部１２に絶縁膜を設けることは、素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入を阻止し、ＩＧＢＴのラッチアップ破壊を防止する上で有効な対抗策である。しかしながら、裏面側の素子周辺部１２に絶縁膜を設けるためには、多数の製造工程を経る必要があり、ＩＧＢＴの製造コストが大きく増加する点が問題となっている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工数増加による製造コストの増大を招くことなく、ＩＧＢＴのラッチアップ耐量を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための、本発明に係る薄板型ＩＧＢＴの製造方法は、半導体素子裏面側に、不純物注入とその後のアニールによりコレクタ層を形成する工程を有する薄板型ＩＧＢＴの製造方法であって、裏面側全体に不純物を注入し、アクティブ部の裏面側にのみレーザーアニールを行い活性化させる工程を含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、レーザーアニールにより、アクティブ部の裏面側のみ限定的に不純物を活性化させることで、アクティブ部の裏面側のみコレクタ層を形成し、素子周辺部にはコレクタ層を形成しない。よって、裏面側の素子周辺部からアクティブ部へのキャリア注入は生じず、ラッチアップ破壊が回避される。
【０００７】
又、上記課題を解決するための、本発明に係る薄板型ＩＧＢＴの製造方法は、半導体素子裏面側に、不純物注入とその後のアニールによりコレクタ層を形成する工程を有する薄板型ＩＧＢＴの製造方法であって、アクティブ部の裏面側にのみ不純物を注入し、アニールを行い前記不純物を注入した範囲を活性化させる工程を含むことを特徴とするものである。
本発明によれば、マスク材等を用い、アクティブ部の裏面側にのみ限定的に不純物を注入し、アニールを行うことで、アクティブ部の裏面側のみコレクタ層を形成し、素子周辺部にはコレクタ層を形成しない。よって、裏面側の素子周辺部からアクティブ部へのキャリア注入は生じず、ラッチアップ破壊が回避される。
【０００８】
又、上記課題を解決するための、本発明に係る薄板型ＩＧＢＴは、半導体素子裏面側のコレクタ層が、該裏面側全体に不純物を注入した後、アクティブ部の裏面側にのみレーザーアニールを行い活性化させることにより形成されてなることを特徴とするものである。
本発明によれば、レーザーアニールにより、アクティブ部の裏面側のみ限定的に活性化させることで、裏面側の素子周辺部にコレクタ層が存在しない薄板型ＩＧＢＴとなる。よって、裏面側の素子周辺部からアクティブ部へのキャリア注入は生じず、ラッチアップ耐量が大きく向上した薄板型ＩＧＢＴとなる。
【０００９】
又、上記課題を解決するための、本発明に係る薄板型ＩＧＢＴは、半導体素子裏面側のコレクタ層が、アクティブ部の裏面側にのみ不純物を注入した後、アニールを行い前記不純物を注入した範囲を活性化させることにより形成されてなることを特徴とするものである。
本発明によれば、マスク材等を用い、パターニングを行うことで、アクティブ部の裏面側にのみ限定的に不純物を注入する。そして、アニールを行うことで、裏面側の素子周辺部にはコレクタ層が存在しない薄板型ＩＧＢＴとなる。よって、裏面側の素子周辺部からアクティブ部へのキャリア注入は生じず、ラッチアップ耐量が大きく向上した薄板型ＩＧＢＴとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明はこのように構成したので、製造コストの増大を招くことなく、ＩＧＢＴのラッチアップ耐量を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、同一符号を付して、説明を省略する。
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る、薄板型ＩＧＢＴ１０の製造方法の特徴部分である、レーザーアニール工程を模式的に示している。本実施の形態では、半導体素子裏面側にコレクタ層を形成する手法として、不純物注入とその後のアニールを行うものである。そして、当該アニール工程において、不純物を活性化させる手段として、レーザー光を用いるものである。レーザーアニールによれば、アニールを行う範囲を容易に制御することができるので、図１に実線の矢印１６で示されるように、レーザー光を照射し、アクティブ部１４のみ不純物の活性化を促してコレクタ層を形成する。又、素子周辺部１２に対しては、図１に点線の矢印１８で示されるように、レーザー光を照射せず若しくはレーザー光の出力を低下させることで、不純物の活性化を促さず、コレクタ層を形成しない。
【００１２】
かかる手法により製造されたＩＧＢＴ１０は、図２に模式的に示されるように、アクティブ部１４の裏面側のみコレクタ層２０が形成され、素子周辺部１２にはコレクタ層が形成されない。したがって、アクティブ部１４の裏面側のコレクタ層２０からは、図２中実線の矢印２２で示されるように、アクティブ部１４の主表面側へと向けてキャリヤ注入が生じるが、コレクタ層２０が形成されていない素子周辺部１２からは、点線の矢印２２’で示されるキャリヤ注入は生じない。従って、素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入に起因する、ラッチアップ破壊が回避される。なお、図２中、符号２４で示される部分はアクティブ部のトレンチ２４、符号２６で示される部分は、素子周辺部１２のガードリングである。
【００１３】
上記レーザーアニール工程は、図３に模式的に示されるように、ウエハ２８上をレーザー照射機が、矢印３０で示されるように走査することにより行われる。各チップの周辺部に相当する部分では、図３の一部拡大図において実線の矢印１６で示されるように、レーザー照射機を走査してレーザー光を照射し、アクティブ部１４のみ不純物の活性化を促してコレクタ層を形成する。又、素子周辺部１２に対しては、図３の一部拡大図に点線の矢印１８で示されるように、レーザー照射機を走査しながらレーザー光を照射せず、若しくはレーザー光の出力を低下させることで、コレクタ層を形成しない、といったレーザー光の出力調整を連続的に行うことで、生産を行うことが可能となる。
【００１４】
なお、図５には、本実施の形態に係る製造手順を、従来の製造手順と対比する態様で示している。図５中、本実施の形態に係る製造手順（「本発明」）を右レーンに、従来の製造手順を左レーン（「従来１」）及び中央レーン（「従来２」）に示している。
【００１５】
本実施の形態に係る製造手順は、以下の通りである。
・表面工程
（１０）表面構造を形成する。具体的には、図６に示されるように、主表面側のＰ型半導体層、Ｎ−型半導体層、Ｎ＋型半導体層、ゲートＧ及びエミッタＥの各電極が形成される。
・裏面工程
（２０）半導体素子裏面側全体に不純物を注入する。
（３０）アクティブ部の裏面側にのみレーザーアニールを行い不純物を活性化させ、アクティブ部の裏面側にのみコレクタ層を形成する。
（４０）コレクタ電極を形成する。
（５０）ウエーハが完成する。
【００１６】
一方、図５の左レーンに示される従来工程１は、裏面側の全体にコレクタ層が形成された、従来の薄板型ＩＧＢＴに係るものである。この従来工程１と、本発明の実施の形態に係る製造手順との相違点は、（３０’）のアニール工程において、部分的にレーザーアニールを施すのではなく、ファーネスアニールやレーザーアニールの全面照射が行われる点である。
すなわち、本実施の工程は、従来工程１と対比しても、ウエーハが完成するまでの工程数に増加は生じず、よって、従来の薄板型ＩＧＢＴの製造コストと対比しても、製造コストの高騰を招くものでもない。
【００１７】
他方、図５の中央レーンに示される従来工程２は、素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入を阻止するために、裏面側の素子周辺部１２に絶縁膜を設けた、薄板型ＩＧＢＴに係るものである。
・表面工程
（１０）表面構造を形成する。具体的には、表面構造用の第１の半導体基板に対し、表面構造を形成する。
・裏面工程
（１２）裏面構造用の第２の半導体基板に対し、酸化膜を堆積させる。
（２０’）第２の半導体基板に対し、不純物を注入する。
（３０”）第２の半導体基板に対しファーネスアニールやレーザーアニールの全面照射を行う。
（３２）第１、第２の半導体基板を貼り合せる。
（３４）必要なパターニングを行う。
（３６）素子周辺部からコレクタ層を除去する。
（３８）パターニングを除去する。
（４０）コレクタ電極を形成する。
（５０）ウエーハが完成する。
このように、裏面側の素子周辺部１２に絶縁膜を設けたＩＧＢＴは多数の製造工程を経る必要があり、製造コスト増大が不可避となってしまう。
【００１８】
以上のごとく、上記構成をなす本発明の第１の実施の形態によれば、半導体素子裏面側のコレクタ層２０が、該裏面側全体に不純物を注入した後、アクティブ部１４の裏面側にのみレーザーアニールを行い活性化させることにより形成された薄板型ＩＧＢＴを得ることが出来る。
このように、本実施の形態では、レーザーアニールにより、アクティブ部１４の裏面側のみ限定的に不純物を活性化させることで、アクティブ部１４の裏面側のみコレクタ層２０を形成し、素子周辺部１２にはコレクタ層を形成しない。よって、本実施の形態に係る薄板型ＩＧＢＴは、裏面側の素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入は生じず（図２の２２、２２’参照）、ラッチアップ破壊が回避される。しかも、従来工程１と対比しても、ウエーハが完成するまでの工程数に増加は生じず、製造コストの高騰を招くものでもない。
【００１９】
なお、図４には、本発明の第２の実施の形態に係る薄板型ＩＧＢＴの製造方法の特徴部分である、半導体素子裏面側への不純物注入工程を模式的に示している。
本実施の形態では、半導体素子裏面側へと不純物を注入する手法として、アクティブ部の裏面側にのみ不純物を注入するものである。具体的には、不純物を注入する際に（図５の左レーンの「従来１」（２０）参照。）、マスク材３２を用いて素子周辺部１２を覆い隠す様にパターニングを行うものである。したがって、アクティブ部の裏面側にのみ限定的に不純物を注入することが可能となる。その後のアニールに関しては、ファーネスアニールやレーザーアニールの全面照射を行うことで、アクティブ部１４の裏面側にのみ限定的に注入された不純物が活性化され、アクティブ部１４の裏面側にのみコレクタ層２０が形成され、素子周辺部１２にはコレクタ層が存在しない薄板型ＩＧＢＴとなる。
【００２０】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、半導体素子裏面側のコレクタ層２０が、アクティブ部１４の裏面側にのみ不純物を注入した後、アニールを行い前記不純物を注入した範囲を活性化させることにより形成されてなる薄板型ＩＧＢＴを得ることが出来る。
このように、本実施の形態においても、アクティブ部の裏面側のみコレクタ層２０を形成し、素子周辺部１２にはコレクタ層を形成しないことで、裏面側の素子周辺部１２からアクティブ部１４へのキャリア注入は生じず（図２の２２、２２’参照）、ＩＧＢＴのラッチアップ破壊が回避される。しかも、従来工程１と対比しても、半導体素子裏面側に、不純物注入（２０）とその後のアニール（３０’）によりコレクタ層を形成する工程に、マスク工程を追加するに過ぎないことから、製造コストに与える影響は、従来工程２と比較しても、遥かに小さなものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、薄板型ＩＧＢＴの製造方法における、レーザーアニール工程を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法により製造された、薄板型ＩＧＢＴの模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る、薄板型ＩＧＢＴの製造方法における、レーザーアニール工程の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る、薄板型ＩＧＢＴの製造方法における、半導体素子裏面側への不純物注入工程を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る製造手順を、従来の製造手順と対比する態様で示したフローチャートである。
【図６】従来の縦型の薄板型ＩＧＢＴの構造を示す模式図である。
【図７】従来の縦型の薄板型ＩＧＢＴにおいて、ラッチアップ破壊が発生する仕組みを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：縦型の薄板型ＩＧＢＴ、１２：素子周辺部１２：アクティブ部、  １６、１８：レーザー光、２０：コレクタ層、３０：レーザー照射機の走査、３２：マスク材
【図１】
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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２】
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