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JP2015106695A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2015106695A
JP2015106695A JP2013249484A JP2013249484A JP2015106695A JP 2015106695 A JP2015106695 A JP 2015106695A JP 2013249484 A JP2013249484 A JP 2013249484A JP 2013249484 A JP2013249484 A JP 2013249484A JP 2015106695 A JP2015106695 A JP 2015106695A
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semiconductor
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雄一 押野
Yuichi Oshino
雄一 押野
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of preventing the occurrence of defects at a PN junction portion of an IGBT region side and the degradation of ohmic characteristics of a diode region side, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: A semiconductor device includes: a semiconductor substrate having a first surface and a second surface; a first-conductivity-type first semiconductor region provided on the first surface side; a second-conductivity-type second semiconductor region formed on the first surface side and provided in a part of the first semiconductor region; a first-conductivity-type third semiconductor region provided on the first surface and having a lower first-conductivity-type impurity concentration than that of the first semiconductor region; a first-conductivity-type first semiconductor layer provided on the second surface side; a second-conductivity-type second semiconductor layer provided between the first semiconductor region and the third semiconductor region, and the second surface; a metal layer provided on the first semiconductor region and the second semiconductor region; and an aluminum layer provided on the metal layer and the third semiconductor region.

Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

一般に逆導通型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)は、IGBT領域とダイオード領域とを有している。両領域の表面側には、シリコン(Si)層に接して金属層が設けられている。例えば、チタン(Ti)、チタンタングステン(TiW)又はチタンナトリウム(TiN)等である。IGBT領域側のSi層には接触抵抗を抑制するアルミニウム等の金属を接続することが望ましい。しかし、アルミニウム等の金属を接続すると、IGBT領域のSi層にアルミニウム等の金属が入り込むことがある。アルミニウム等の金属がボディ領域に入り込むと、ボディ領域とドリフト層が接合するPN接合の一部に欠陥を生じさせ、所望の定格電圧を得ることができなくなるという問題がある。この問題を避けるために、Si層とアルミニウム層との間にTi、TiW又はTiN等の金属層を用いている。しかし、この金属層は製造上ダイオード領域側にも形成されることがある。ダイオード領域側の金属層は、それぞれの接合箇所で異なる抵抗値となり、ダイオード領域側のSi層にアルミニウム層を設ける場合と比べて、オーミック特性が低下することになる。   Generally, a reverse conducting IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) has an IGBT region and a diode region. A metal layer is provided on the surface side of both regions in contact with the silicon (Si) layer. For example, titanium (Ti), titanium tungsten (TiW), titanium sodium (TiN), or the like. It is desirable to connect a metal such as aluminum that suppresses contact resistance to the Si layer on the IGBT region side. However, when a metal such as aluminum is connected, a metal such as aluminum may enter the Si layer in the IGBT region. When a metal such as aluminum enters the body region, there is a problem that a part of the PN junction where the body region and the drift layer are joined becomes defective, and a desired rated voltage cannot be obtained. In order to avoid this problem, a metal layer such as Ti, TiW or TiN is used between the Si layer and the aluminum layer. However, this metal layer may be formed also on the diode region side in manufacturing. The metal layer on the diode region side has a different resistance value at each junction, and the ohmic characteristics are lowered as compared with the case where an aluminum layer is provided on the Si layer on the diode region side.

特開2010−192597号公報JP 2010-192597 A

本発明が解決しようとする課題は、IGBT領域側のPN接合部分に欠陥を生じさせること及びダイオード領域側のオーミック特性を低下させることを抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can suppress the generation of defects in the PN junction portion on the IGBT region side and the deterioration of the ohmic characteristics on the diode region side. It is.

本発明の一実施形態の半導体装置は、第1面及び第2面を有する半導体基板と、前記第1面側に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、前記第1面側に形成され、前記第1半導体領域の一部に設けられた第2導電型の第2半導体領域と、前記第1面に設けられ、前記第1半導体領域よりも第1導電型不純物濃度が低い第1導電型の第3半導体領域と、前記第2面側に設けられた第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体領域及び前記第3半導体領域と前記第2面との間に設けられた第2導電型の第2半導体層と、前記第1面側から前記第2面側に向かって前記第2半導体層まで絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域上に設けられた金属層と、前記金属層と前記第3半導体領域上に設けられたアルミニウム層と、を具備していることを特徴とする。   A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having a first surface and a second surface, a first semiconductor region of a first conductivity type provided on the first surface side, and on the first surface side. A second semiconductor region of a second conductivity type formed in a part of the first semiconductor region and a first conductivity type impurity concentration provided on the first surface and having a lower first conductivity type impurity concentration than the first semiconductor region. A third semiconductor region of one conductivity type, a first semiconductor layer of a first conductivity type provided on the second surface side, and between the first semiconductor region and the third semiconductor region and the second surface; A second semiconductor layer of a second conductivity type provided; a gate electrode provided via an insulating film from the first surface side toward the second surface side through the second semiconductor layer; and the first semiconductor A region, a metal layer provided on the second semiconductor region, and a metal layer provided on the metal layer and the third semiconductor region. Characterized in that it comprises the aluminum layer.

また、本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1面側から不純物イオンを注入し、第1導電型の第1半導体領域と前記第1半導体領域よりも第1導電型不純物濃度が低い第1導電型の第3半導体領域とを形成する工程と、前記第1半導体領域の一部に不純物イオンを注入し、第2導電型の第2半導体領域を形成する工程と、前記半導体基板の第2面側から不純物イオンを注入し、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、前記半導体基板の第1面側から不純物イオンを注入し、前記第1半導体領域及び前記第3半導体領域と前記第2面との間に第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記第1面側から前記第2面側に向かって前記第2半導体層まで絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記第1半導体領域と前記第3半導体領域上にアルミニウム層を形成する工程と、前記第1半導体領域上の前記アルミニウム層を取り除く工程と、前記アルミニウム層を取り除いた前記第1半導体領域上に金属層を形成する工程とを具備していることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which impurity ions are implanted from a first surface side of a semiconductor substrate, and a first conductivity type first semiconductor region and a first conductive region that is more conductive than the first semiconductor region. Forming a first conductive type third semiconductor region having a low type impurity concentration; and implanting impurity ions into a part of the first semiconductor region to form a second conductive type second semiconductor region; Implanting impurity ions from the second surface side of the semiconductor substrate to form a first semiconductor layer of a first conductivity type; implanting impurity ions from the first surface side of the semiconductor substrate; Forming a second semiconductor layer of a second conductivity type between the region and the third semiconductor region and the second surface, and the second semiconductor layer from the first surface side toward the second surface side Forming a gate electrode through an insulating film until the first half Forming an aluminum layer on the body region and the third semiconductor region, removing the aluminum layer on the first semiconductor region, and forming a metal layer on the first semiconductor region from which the aluminum layer has been removed. And the step of performing.

本発明の一実施形態を示す半導体装置の模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において製造プロセス毎に示す半導体装置の模式的な断面図。The typical sectional view of the semiconductor device shown for every manufacturing process in one embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.

図1は、本発明の一実施形態の半導体装置1の模式的な断面図を示している。図1に示すように、半導体装置1は、主にシリコン(Si)からなる半導体基板26を備えている。半導体基板26は、IGBT領域3とダイオード領域2を有している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 26 mainly made of silicon (Si). The semiconductor substrate 26 has an IGBT region 3 and a diode region 2.

IGBT領域3において、複数のトレンチ11は、半導体基板26の上面25a側に設けられている。絶縁膜16は、トレンチ11の内壁面に設けられている。ゲート電極15は、絶縁膜16を介してトレンチ11内に設けられている。また別の絶縁膜18は、ゲート電極15の上部に設けられている。   In the IGBT region 3, the plurality of trenches 11 are provided on the upper surface 25 a side of the semiconductor substrate 26. The insulating film 16 is provided on the inner wall surface of the trench 11. The gate electrode 15 is provided in the trench 11 via the insulating film 16. Another insulating film 18 is provided on the gate electrode 15.

第1導電型の第1半導体領域としてのP型ボディ領域13は、半導体基板26の上面25a側に設けられている。第2導電型の第2半導体領域としてのN型エミッタ領域14は、同じく上面25a側に形成され、P型ボディ領域13に選択的に設けられている。N型エミッタ領域14は、絶縁膜16と接するように設けられている。第2導電型の第2半導体層としてのN型ドリフト層10は、P型ボディ領域13の下側に設けられている。第2導電型の第4半導体層としてのN型バッファ層19は、N型ドリフト層10の下側に設けられている。N型コンタクト層19のN型不純物濃度は、N型ドリフト層10のN型不純物濃度より高い。第1導電型の第1半導体層としてのP型コレクタ層21は、半導体基板26の下面25b側に設けられている。P型コレクタ層21のP型不純物濃度は、P型ボディ領域13のP型不純物濃度より高い。   The P-type body region 13 as the first semiconductor region of the first conductivity type is provided on the upper surface 25 a side of the semiconductor substrate 26. The N-type emitter region 14 as the second conductivity type second semiconductor region is also formed on the upper surface 25 a side and is selectively provided in the P-type body region 13. The N-type emitter region 14 is provided in contact with the insulating film 16. The N type drift layer 10 as the second conductivity type second semiconductor layer is provided below the P type body region 13. The N-type buffer layer 19 as the second conductivity type fourth semiconductor layer is provided below the N-type drift layer 10. The N-type impurity concentration of the N-type contact layer 19 is higher than the N-type impurity concentration of the N-type drift layer 10. The P-type collector layer 21 as the first conductive type first semiconductor layer is provided on the lower surface 25 b side of the semiconductor substrate 26. The P-type impurity concentration of the P-type collector layer 21 is higher than the P-type impurity concentration of the P-type body region 13.

ダイオード領域2において、複数のトレンチ27は、半導体基板26の上面25a側に設けられている。トレンチ27は、トレンチ11と略同じ深さまで伸びている。絶縁膜16は、トレンチ27の内壁面に設けられている。トレンチ電極17は、トレンチ27内に形成されている。絶縁膜18は、トレンチ電極17の上部に設けられている。   In the diode region 2, the plurality of trenches 27 are provided on the upper surface 25 a side of the semiconductor substrate 26. The trench 27 extends to substantially the same depth as the trench 11. The insulating film 16 is provided on the inner wall surface of the trench 27. The trench electrode 17 is formed in the trench 27. The insulating film 18 is provided on the trench electrode 17.

第1導電型の第3半導体領域としてのP型アノード領域12は、上面25a側に設けられている。P型アノード領域12のP型不純物濃度は、P型ボディ領域13のP型不純物濃度より低い。   The P-type anode region 12 as the first conductivity type third semiconductor region is provided on the upper surface 25a side. The P-type impurity concentration of the P-type anode region 12 is lower than the P-type impurity concentration of the P-type body region 13.

第2導電型の第2半導体層としてのN型カソード層28は、P型アノード領域12の下側に設けられている。N型カソード層28は、IGBT領域3のN型ドリフト層10と同じ層である。N型カソード層28のN型不純物濃度は、N型ドリフト層10のN型不純物濃度と略等しく、N型コンタクト層19のN型不純物濃度より低い。そうすることで、パンチスルー現象による半導体装置の耐圧を確保することができる。   The N-type cathode layer 28 as the second conductive type second semiconductor layer is provided below the P-type anode region 12. The N-type cathode layer 28 is the same layer as the N-type drift layer 10 in the IGBT region 3. The N-type impurity concentration of the N-type cathode layer 28 is substantially equal to the N-type impurity concentration of the N-type drift layer 10 and is lower than the N-type impurity concentration of the N-type contact layer 19. By doing so, the breakdown voltage of the semiconductor device due to the punch-through phenomenon can be ensured.

第2導電型の第3半導体層としてのN型コンタクト層20は、下面25b側に設けられている。下部電極23は、半導体基板26の下面25b上に全面に亘って設けられている。下部電極23は、P型コレクタ層21及びN型コンタクト層20とオーミック接触している。また、N型コンタクト層20のN型不純物濃度は、N型バッファ層19のN型不純物濃度より高い。そうすることで、N型コンタクト層20と下部電極23の接触抵抗を抑制することができる。   The N-type contact layer 20 as the second conductivity type third semiconductor layer is provided on the lower surface 25b side. The lower electrode 23 is provided over the entire lower surface 25 b of the semiconductor substrate 26. The lower electrode 23 is in ohmic contact with the P-type collector layer 21 and the N-type contact layer 20. Further, the N-type impurity concentration of the N-type contact layer 20 is higher than the N-type impurity concentration of the N-type buffer layer 19. By doing so, the contact resistance between the N-type contact layer 20 and the lower electrode 23 can be suppressed.

金属層22は、IGBT領域3の上面25aのP型ボディ領域13とN型エミッタ領域14上に設けられている。アルミニウム層24は、前記金属層22上に設けられている。また、アルミニウム層24は、ダイオード領域2の上面25aのP型アノード領域12上に設けられている。IGBT領域3の金属層22上に設けられているアルミニウム層24は、ダイオード領域2のP型アノード領域12上に設けられているアルミニウム層24より薄いことが望ましい。そうすることで、アルミニウムの量が少なくなりP型ボディ領域13に入り込むことを抑制することができる。さらに、金属層22は、ダイオード領域2の絶縁膜18とアルミニウム層24の上に設けられている。IGBT領域3の金属層22は、ダイオード領域2の絶縁膜18とアルミニウム層24の上に設けられている金属層22より厚いことが望ましい。そうすることで、アルミニウム層がP型ボディ領域13に入り込むことを金属層により抑制することができる。なお、金属層22の素材として、Ti、TiWやTiNなどがある。   The metal layer 22 is provided on the P-type body region 13 and the N-type emitter region 14 on the upper surface 25 a of the IGBT region 3. The aluminum layer 24 is provided on the metal layer 22. The aluminum layer 24 is provided on the P-type anode region 12 on the upper surface 25 a of the diode region 2. The aluminum layer 24 provided on the metal layer 22 in the IGBT region 3 is desirably thinner than the aluminum layer 24 provided on the P-type anode region 12 in the diode region 2. By doing so, the amount of aluminum is reduced, and entry into the P-type body region 13 can be suppressed. Further, the metal layer 22 is provided on the insulating film 18 and the aluminum layer 24 in the diode region 2. The metal layer 22 in the IGBT region 3 is preferably thicker than the metal layer 22 provided on the insulating film 18 and the aluminum layer 24 in the diode region 2. By doing so, the metal layer can suppress the aluminum layer from entering the P-type body region 13. The material for the metal layer 22 includes Ti, TiW, TiN, and the like.

以上に説明したように、金属層22はIGBT領域3では上面25aのP型ボディ領域13とN型エミッタ領域14上に、アルミニウム層24はダイオード領域2では上面25aのP型アノード領域12上に設けられている。これにより、IGBT領域3において、アルミニウム層24は金属層22上に設けられているため、アルミニウムがP型ボディ領域13に入り込むことを抑制できる。よって、P型ボディ領域13とN型ドリフト層10が接合するPN接合部分に欠陥を生じることはなく、所望の定格電圧を得ることができる。また、ダイオード領域2において、ダイオード領域2側のP型アノード領域12とアルミニウム層24との間に金属層22を設ける場合と比べて、異なる金属による接合箇所が少ないのでオーミック特性の低下を抑制することができる。上記実施形態では、IGBT領域3のSi層であるP型ボディ領域13とダイオード領域2のSi層であるP型アノード領域12とのそれぞれの特性に合う金属を設けることで、IGBT領域3側のPN接合部分に欠陥を生じさせること及びダイオード領域2側のオーミック特性を低下させることを抑制する半導体装置26が形成することができる。   As described above, the metal layer 22 is on the P-type body region 13 and the N-type emitter region 14 on the upper surface 25a in the IGBT region 3, and the aluminum layer 24 is on the P-type anode region 12 on the upper surface 25a in the diode region 2. Is provided. Thereby, in the IGBT region 3, since the aluminum layer 24 is provided on the metal layer 22, aluminum can be prevented from entering the P-type body region 13. Therefore, a desired rated voltage can be obtained without causing a defect in the PN junction portion where the P-type body region 13 and the N-type drift layer 10 are joined. In addition, in the diode region 2, since the number of junctions due to different metals is small compared to the case where the metal layer 22 is provided between the P-type anode region 12 on the diode region 2 side and the aluminum layer 24, a reduction in ohmic characteristics is suppressed. be able to. In the above embodiment, by providing a metal that matches the characteristics of the P-type body region 13 that is the Si layer of the IGBT region 3 and the P-type anode region 12 that is the Si layer of the diode region 2, The semiconductor device 26 that suppresses the generation of defects in the PN junction and the deterioration of the ohmic characteristics on the diode region 2 side can be formed.

次に、半導体装置1の動作について説明する。   Next, the operation of the semiconductor device 1 will be described.

上部電極(図示せず)に高電位を印加し、下部電極23に低電位を印加する場合を考える。この場合、ダイオード領域2は、アノード側(上部電極)が高電位となり、カソード側(下部電極23)が低電位となる。すなわち、順電圧を印加されている状態となる。このため、ダイオード領域2はオンする。   Consider a case where a high potential is applied to the upper electrode (not shown) and a low potential is applied to the lower electrode 23. In this case, the diode region 2 has a high potential on the anode side (upper electrode) and a low potential on the cathode side (lower electrode 23). That is, the forward voltage is applied. For this reason, the diode region 2 is turned on.

一方、IGBT領域3は、エミッタ側(上部電極)が高電位となり、コレクタ側(下部電極23)が低電位となる。このため、IGBT領域3は、オンしない。   On the other hand, in the IGBT region 3, the emitter side (upper electrode) has a high potential and the collector side (lower electrode 23) has a low potential. For this reason, the IGBT region 3 is not turned on.

ダイオード領域2をフリーホイールダイオードとして機能させる場合には、ダイオード領域2に順電圧が印加されている状態から、ダイオード領域2に逆電圧が印加されている状態に切換えられる。すなわち、下部電極23に高電位を印加し、上部電極に低電位を印加する状態に切換えられる。すると、ダイオード領域2がオフするとともに、ダイオード領域2に逆電流(下部電極23から上部電極に向かう電流)が流れる。   When the diode region 2 is caused to function as a freewheel diode, the state is switched from a state in which a forward voltage is applied to the diode region 2 to a state in which a reverse voltage is applied to the diode region 2. That is, the state is switched to a state in which a high potential is applied to the lower electrode 23 and a low potential is applied to the upper electrode. Then, the diode region 2 is turned off, and a reverse current (current from the lower electrode 23 toward the upper electrode) flows in the diode region 2.

すなわち、順電圧が印加されてダイオード領域2がオンしている状態においては、N型カソード層28を電子とホールが流れている。この状態から、ダイオード領域2に逆電圧を印加すると、N型カソード層28中に存在している電子がカソード側(下部電極23)に排出され、N型カソード層28中に存在しているホールがアノード側(上部電極)に排出される。このため、ダイオード領域2に逆電流が流れる。   That is, in a state where the forward voltage is applied and the diode region 2 is turned on, electrons and holes flow through the N-type cathode layer 28. From this state, when a reverse voltage is applied to the diode region 2, electrons present in the N-type cathode layer 28 are discharged to the cathode side (lower electrode 23), and holes present in the N-type cathode layer 28. Is discharged to the anode side (upper electrode). For this reason, a reverse current flows through the diode region 2.

また、下部電極23に高電位を印加し、上部電極に低電位を印加すると、IGBT領域3は、コレクタ側(下部電極23)が高電位となり、エミッタ側(上部電極)が低電位となる。この状態で、ゲート電極15に正の電位を印加すると、絶縁膜16と接している範囲のP型ボディ領域13が、P型からN型に反転する。これによって、チャネルは、絶縁膜16と接している範囲のP型ボディ領域13に形成される。   When a high potential is applied to the lower electrode 23 and a low potential is applied to the upper electrode, the IGBT region 3 has a high potential on the collector side (lower electrode 23) and a lower potential on the emitter side (upper electrode). When a positive potential is applied to the gate electrode 15 in this state, the P-type body region 13 in contact with the insulating film 16 is inverted from P-type to N-type. As a result, a channel is formed in the P-type body region 13 in a range in contact with the insulating film 16.

チャネルが形成されると、下部電極23と上部電極の間の電位差(すなわち、コレクタ−エミッタ間電圧)によって、電子が、上部電極から、N型エミッタ領域14、P型ボディ領域13内のチャネル、N型ドリフト層10、P型コレクタ層21を経由して、下部電極23に流れる。また、ホールが、下部電極23から、P型コレクタ層21、N型ドリフト層10、P型ボディ領域13(チャネル以外の部分)を経由して、P型ボディ領域13から上部電極に流れる。すなわち、IGBT領域3がオンする。   When the channel is formed, the potential difference between the lower electrode 23 and the upper electrode (that is, the collector-emitter voltage) causes electrons to flow from the upper electrode to the channels in the N-type emitter region 14 and the P-type body region 13. It flows to the lower electrode 23 via the N-type drift layer 10 and the P-type collector layer 21. In addition, holes flow from the P-type body region 13 to the upper electrode via the P-type collector layer 21, the N-type drift layer 10, and the P-type body region 13 (parts other than the channel) from the lower electrode 23. That is, the IGBT region 3 is turned on.

以上に説明したように、金属層22はIGBT領域3では上面25aのP型ボディ領域13とN型エミッタ領域14上に設けることで、金属層22上に設けられたアルミニウムがP型ボディ領域13に入り込むことを抑制し、PN接合部分に欠陥を生じることなく動作時に所望の定格電圧を得ることができる。また、ダイオード領域2において、オーミック性の低下を抑制するためにP型アノード領域12の不純物濃度を高くする必要がなくなり、N型カソード層28に存在しているホールの量を抑制しホールを排出する時間を短くすることができる。   As described above, the metal layer 22 is provided on the P-type body region 13 and the N-type emitter region 14 on the upper surface 25 a in the IGBT region 3, so that the aluminum provided on the metal layer 22 is converted into the P-type body region 13. Intrusion can be suppressed, and a desired rated voltage can be obtained during operation without causing defects in the PN junction portion. Further, in the diode region 2, it is not necessary to increase the impurity concentration of the P-type anode region 12 in order to suppress the ohmic degradation, and the amount of holes existing in the N-type cathode layer 28 is suppressed and the holes are discharged. Can be shortened.

次に、半導体装置1の製造方法について図面を参照して説明する。図2から図10は、本発明の一実施形態において製造プロセス毎示す半導体装置の模式的な断面図を示している。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described with reference to the drawings. 2 to 10 are schematic cross-sectional views of a semiconductor device shown for each manufacturing process in an embodiment of the present invention.

図2に示すように、半導体基板26は、N型ドリフト層10及びN型カソード層28と略同じ濃度のN型不純物を含有するシリコンウエハから製造される。   As shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 26 is manufactured from a silicon wafer containing N-type impurities having substantially the same concentration as the N-type drift layer 10 and the N-type cathode layer 28.

最初に、不純物イオン注入及び熱拡散等によって、シリコンウエハの上面25a側に、P型ボディ層13とP型アノード層12を形成する。このとき、P型アノード領域12のP型不純物濃度は、P型ボディ領域13のP型不純物濃度より低く設定する。   First, the P-type body layer 13 and the P-type anode layer 12 are formed on the upper surface 25a side of the silicon wafer by impurity ion implantation, thermal diffusion, or the like. At this time, the P-type impurity concentration of the P-type anode region 12 is set lower than the P-type impurity concentration of the P-type body region 13.

次に、図3に示すように、CVD法等によって、シリコンウエハ上にトレンチ11とトレンチ27に対応するパターンのマスクを形成する。そして、シリコンウエハの上面をRIE法によりエッチングして、IGBT領域3側のトレンチ11とダイオード領域2側のトレンチ27を形成する。トレンチ11とトレンチ27を形成したら、まずトレンチ11の内面に熱酸化膜を形成し、その熱酸化膜をウェットエッチングにより除去することで、トレンチ11の内面を表面処理する。このウェットエッチングの際に、マスクも除去する。   Next, as shown in FIG. 3, a mask having a pattern corresponding to the trench 11 and the trench 27 is formed on the silicon wafer by a CVD method or the like. Then, the upper surface of the silicon wafer is etched by RIE to form a trench 11 on the IGBT region 3 side and a trench 27 on the diode region 2 side. When the trench 11 and the trench 27 are formed, first, a thermal oxide film is formed on the inner surface of the trench 11, and the thermal oxide film is removed by wet etching, whereby the inner surface of the trench 11 is surface-treated. During this wet etching, the mask is also removed.

次に、トレンチ11の内面に熱酸化膜を成長させて、絶縁膜16を形成する。そして、CVD法によりトレンチ11内にポリシリコンを充填する。その後、ポリシリコンをエッチバックしてトレンチ11内にのみポリシリコンを残存させることによって、図4に示すように、ゲート電極15を形成する。   Next, a thermal oxide film is grown on the inner surface of the trench 11 to form an insulating film 16. Then, polysilicon is filled into the trench 11 by the CVD method. Thereafter, the polysilicon is etched back to leave the polysilicon only in the trenches 11, thereby forming the gate electrode 15 as shown in FIG.

次に、トレンチ27の内面に薄い熱酸化膜を形成し、CVD法によりトレンチ27内にポリシリコンを充填する。その後、ポリシリコンをエッチバックしてトレンチ27内にのみポリシリコンを残存させることによって、図4に示すように、トレンチ電極17を形成する。ゲート電極17の形成後に、図5に示すように、不純物イオン注入及び熱拡散等によって、N型エミッタ領域14を形成する。   Next, a thin thermal oxide film is formed on the inner surface of the trench 27, and the trench 27 is filled with polysilicon by a CVD method. Thereafter, the polysilicon is etched back to leave the polysilicon only in the trench 27, thereby forming the trench electrode 17 as shown in FIG. After the formation of the gate electrode 17, as shown in FIG. 5, an N-type emitter region 14 is formed by impurity ion implantation, thermal diffusion, or the like.

次に従来公知の方法によって、図6に示すように、N型バッファ層19、P型コレクタ層21、N型コンタクト層20、上部電極64、及び、下部電極23を形成する。このとき、N型バッファ層19のN型不純物濃度は、N型コンタクト層20のN型不純物濃度より低く設定し、N型カソード層28のN型不純物濃度は、N型コンタクト層19のN型不純物濃度より低く設定する。また、P型コレクタ層21のP型不純物濃度は、P型ボディ領域13のP型不純物濃度より高く設定する。そして、図7に示すように、熱酸化膜によりゲート電極15とトレンチ電極17上に絶縁膜18を形成する。   Next, as shown in FIG. 6, an N-type buffer layer 19, a P-type collector layer 21, an N-type contact layer 20, an upper electrode 64, and a lower electrode 23 are formed by a conventionally known method. At this time, the N-type impurity concentration of the N-type buffer layer 19 is set lower than the N-type impurity concentration of the N-type contact layer 20, and the N-type impurity concentration of the N-type cathode layer 28 is set to be N-type of the N-type contact layer 19. Set lower than impurity concentration. The P-type impurity concentration of the P-type collector layer 21 is set higher than the P-type impurity concentration of the P-type body region 13. Then, as shown in FIG. 7, an insulating film 18 is formed on the gate electrode 15 and the trench electrode 17 by a thermal oxide film.

その後、図8に示すように、ダイオード領域2の上面25aのP型アノード領域12上にアルミニウム層24を形成する。そして、図9に示すように、IGBT領域3の上面25aのP型ボディ領域13、N型エミッタ領域14及びダイオード領域側のアルミニウム層上に金属層22を形成する。最後に、図10に示すように、IGBT領域3の金属層22上にアルミニウム層24を形成することで、図1の半導体装置1が完成する。このとき、IGBT領域3の金属層22上に設けられているアルミニウム層24は、ダイオード領域2のP型アノード領域12上に設けられているアルミニウム層24より薄く形成する。また、IGBT領域3の金属層22は、ダイオード領域2の絶縁膜18とアルミニウム層24の上に設けられている金属層22より厚く形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 8, an aluminum layer 24 is formed on the P-type anode region 12 on the upper surface 25 a of the diode region 2. Then, as shown in FIG. 9, a metal layer 22 is formed on the P-type body region 13, the N-type emitter region 14, and the aluminum layer on the diode region side of the upper surface 25 a of the IGBT region 3. Finally, as shown in FIG. 10, an aluminum layer 24 is formed on the metal layer 22 in the IGBT region 3, thereby completing the semiconductor device 1 shown in FIG. At this time, the aluminum layer 24 provided on the metal layer 22 in the IGBT region 3 is formed thinner than the aluminum layer 24 provided on the P-type anode region 12 in the diode region 2. The metal layer 22 in the IGBT region 3 is formed thicker than the metal layer 22 provided on the insulating film 18 and the aluminum layer 24 in the diode region 2.

以上に説明したように、金属層22はIGBT領域3では上面25aのP型ボディ領域13とN型エミッタ領域14上に、アルミニウム層24はダイオード領域2では上面25aのP型アノード領域12上に形成することができる。   As described above, the metal layer 22 is on the P-type body region 13 and the N-type emitter region 14 on the upper surface 25a in the IGBT region 3, and the aluminum layer 24 is on the P-type anode region 12 on the upper surface 25a in the diode region 2. Can be formed.

以上のように、上記実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、IGBT領域3のSi層であるP型ボディ領域13とダイオード領域2のSi層であるP型アノード領域12とのそれぞれの特性に合う金属を設けることで、IGBT領域3側のPN接合部分に欠陥を生じさせること及び、ダイオード領域2側のオーミック特性を低下させることを抑制する半導体装置1を形成することができる。   As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the above embodiment, each of the P-type body region 13 that is the Si layer of the IGBT region 3 and the P-type anode region 12 that is the Si layer of the diode region 2. By providing the metal suitable for the characteristics, it is possible to form the semiconductor device 1 that suppresses the generation of defects in the PN junction portion on the IGBT region 3 side and the deterioration of the ohmic characteristics on the diode region 2 side.

なお、上記実施形態は唯一の実施形態では無く、種々の変形が可能である。すなわち、上記一実施形態は複数の態様を含んでおり、その一部のみが実施されても良い。   The above embodiment is not the only embodiment, and various modifications are possible. That is, the above-described one embodiment includes a plurality of aspects, and only a part thereof may be implemented.

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although the embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…半導体装置、2…ダイオード領域、3…IGBT領域、10…N型ドリフト層、11…トレンチ、12…P型アノード領域、13…P型ボディ領域、14…N型エミッタ領域、15…ゲート電極、16…絶縁膜、17…トレンチ電極、18…絶縁膜、19…N型バッファ層、20…N型コンタクト層、21…N型コレクタ層、22…金属層、23…下部電極、24…アルミニウム層、25a…上面、25b…下面、26…半導体基板、27…トレンチ、28…N型カソード層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 2 ... Diode region, 3 ... IGBT region, 10 ... N type drift layer, 11 ... Trench, 12 ... P type anode region, 13 ... P type body region, 14 ... N type emitter region, 15 ... Gate Electrode, 16 ... insulating film, 17 ... trench electrode, 18 ... insulating film, 19 ... N-type buffer layer, 20 ... N-type contact layer, 21 ... N-type collector layer, 22 ... metal layer, 23 ... lower electrode, 24 ... Aluminum layer, 25a ... upper surface, 25b ... lower surface, 26 ... semiconductor substrate, 27 ... trench, 28 ... N-type cathode layer

Claims (6)

第1面及び第2面を有する半導体基板と、
前記第1面側に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1面側に形成され、前記第1半導体領域の一部に設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1面に設けられ、前記第1半導体領域よりも第1導電型不純物濃度が低い第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2面側に設けられた第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体領域及び前記第3半導体領域と前記第2面との間に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第1面側から前記第2面側に向かって前記第2半導体層まで絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域上に設けられた金属層と、
前記金属層と前記第3半導体領域上に設けられたアルミニウム層と、
を具備していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a first surface and a second surface;
A first semiconductor region of a first conductivity type provided on the first surface side;
A second semiconductor region of a second conductivity type formed on the first surface side and provided in a part of the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type provided on the first surface and having a first conductivity type impurity concentration lower than that of the first semiconductor region;
A first semiconductor layer of a first conductivity type provided on the second surface side;
A second conductivity type second semiconductor layer provided between the first semiconductor region and the third semiconductor region and the second surface;
A gate electrode provided through an insulating film from the first surface side toward the second surface side to the second semiconductor layer;
A metal layer provided on the first semiconductor region and the second semiconductor region;
An aluminum layer provided on the metal layer and the third semiconductor region;
A semiconductor device comprising:
前記第2面と前記第2半導体層との間に設けられた第2導電型の第3半導体層と、
前記第1半導体層及び前記第3半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた第2導電型の第4半導体層と
を具備していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A third semiconductor layer of a second conductivity type provided between the second surface and the second semiconductor layer;
2. The fourth semiconductor layer according to claim 1, further comprising a fourth semiconductor layer of a second conductivity type provided between the first semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the second semiconductor layer. Semiconductor device.
前記第2半導体層の第2導電型不純物濃度は、前記第4半導体層の不純物濃度より低く、
前記第4半導体層の第2導電型不純物濃度は、前記第3半導体層の不純物濃度より低いことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
A second conductivity type impurity concentration of the second semiconductor layer is lower than an impurity concentration of the fourth semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 2, wherein a second conductivity type impurity concentration of the fourth semiconductor layer is lower than an impurity concentration of the third semiconductor layer.
前記金属層上に設けられたアルミニウム層の厚みは、前記第3半導体領域上に設けられたアルミニウム層よりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the aluminum layer provided on the metal layer is thicker than the aluminum layer provided on the third semiconductor region. 前記金属層は、前記第3半導体層領域側のアルミニウム層上にも設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer is also provided on the aluminum layer on the third semiconductor layer region side. 半導体基板の第1面側から不純物イオンを注入し、第1導電型の第1半導体領域と前記第1半導体領域よりも第1導電型不純物濃度が低い第1導電型の第3半導体領域とを形成する工程と、
前記第1半導体領域の一部に不純物イオンを注入し、第2導電型の第2半導体領域を形成する工程と、
前記半導体基板の第2面側から不純物イオンを注入し、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記半導体基板の第1面側から不純物イオンを注入し、前記第1半導体領域及び前記第3半導体領域と前記第2面との間に第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、
前記第1面側から前記第2面側に向かって前記第2半導体層まで絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記第1半導体領域と前記第3半導体領域上にアルミニウム層を形成する工程と、
前記第1半導体領域上の前記アルミニウム層を取り除く工程と、
前記アルミニウム層を取り除いた前記第1半導体領域上に金属層を形成する工程と
を具備していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Impurity ions are implanted from the first surface side of the semiconductor substrate to form a first conductivity type first semiconductor region and a first conductivity type third semiconductor region having a first conductivity type impurity concentration lower than that of the first semiconductor region. Forming, and
Implanting impurity ions into a part of the first semiconductor region to form a second semiconductor region of a second conductivity type;
Implanting impurity ions from the second surface side of the semiconductor substrate to form a first semiconductor layer of a first conductivity type;
Implanting impurity ions from the first surface side of the semiconductor substrate to form a second semiconductor layer of a second conductivity type between the first semiconductor region and the third semiconductor region and the second surface;
Forming a gate electrode through an insulating film from the first surface side toward the second surface side to the second semiconductor layer;
Forming an aluminum layer on the first semiconductor region and the third semiconductor region;
Removing the aluminum layer on the first semiconductor region;
And a step of forming a metal layer on the first semiconductor region from which the aluminum layer has been removed.
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