逆導電半導体デバイス及びそのような逆導電半導体デバイスを製造するための方法

专利摘要:
ゲート電極として形成された第七のレイヤ（７，７’）と、エミッタ側（１０１）の第一の電気的接点（８）と、エミッタ側（１０１）の反対側のコレクタ側（１０２）の第二の電気的接点（９）と、を備えた逆導電半導体デバイス（ＲＣ−ＩＧＢＴ）（１０）を製造するための方法のために、第一の側（１１１）及び第一の側（１１１）の反対側の第二の側（１１２）を備えた第一の導電性タイプのウエーハ（１１）が、用意される。コレクタ側（１１２）にＲＣ−ＩＧＢＴ（１０）を製造するために、以下の工程が実施される。第一の導電性タイプまたは第二の導電性タイプの第一のレイヤ（３２）が、第二の側（１１２）に作り出される。開口（１２１）を備えたマスク（１２）が、第一のレイヤ（３２）の上に作り出され、第一のレイヤ（３２）の、マスク（１２）の開口（１２１）が配置された部分が取り除かれ、第一のレイヤ（３２）の残りの部分が、第三のレイヤ（３）を形成する。 その後で、第三のレイヤと異なる導電性タイプ（３）の第二のレイヤ（２）を製造するために、イオンが、第二の側（１１２）でウエーハ（１１）の中に、ウエーハ（１１）の、前記少なくとも一つの開口（１２１）が配置された部分に注入される。次いで、マスク（１２）が取り除かれ、第二のレイヤ（２）を活性化するためのアニール工程が実施され、第二のレイヤ（２）及び第三のレイヤ（３）に対して直接電気的に接触する状態にある第二の電気的接点（９）が、第二の側（１１２）に作り出される。
公开号:JP2011507300A
申请号:JP2010538726
申请日:2008-12-18
公开日:2011-03-03
发明作者:エイチ−アリカーニ、ババク；ラヒモ、ムナフ
申请人:アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー；
IPC主号:H01L29-78

专利说明:

[0001] 本発明は、パワー・エレクトロニスの分野に係り、特に、請求項１の前書部分に基づく逆導電（reverse-conducting）半導体デバイスを製造するための方法、及び請求項１２の前書部分に基づく逆導電半導体デバイス、及び請求項１６に基づくそのような逆導電半導体デバイスを備えた変換器に係る。]
背景技術

[0002] US 2005/0017290の中に、逆導電半導体デバイス１０（逆導電絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）とも呼ばれる）が記載されている。この半導体デバイスは、一枚のウエーハの中に、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを、内蔵フリー・ホイール（built-in freewheeling）・ダイオードとともに有している。図１に示されているように、そのような逆導電半導体デバイス１０は、ｎタイプのベース・レイヤとして形成されたベース・レイヤ１を有していて、このベース・レイヤは、第一のメイン・サイド及び第一のメイン・サイドの反対側の第二のメイン・サイドを備えている。第一のメイン・サイドは、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのエミッタ側１０１を形成し、第二のメイン・サイドは、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのコレクタ側１０２を形成する。第四のｐタイプのレイヤ４は、エミッタ側１０１に配置されている。第四のレイヤ４の上には、ベース・レイヤ１より高いドーピングを備えた第五のｎタイプのレイヤ５が、エミッタ側１０１に配置されている。] 図１
[0003] 第六の電気的絶縁レイヤ６は、エミッタ側１０１に配置され、第四のレイヤ４及びベース・レイヤ１の上を覆い、且つ、第五のレイヤ５の上を部分的に覆う。導電性の第七のレイヤ７は、第六のレイヤ６の中に完全に埋め込まれている。第四のレイヤ４の中心部分の上側には、第五のレイヤ５または第六のレイヤ６は、配置されていない。]
[0004] 第四のレイヤ４のこの中心部分の上に、第一の電気的接点８が配置され、この第一の電気的接点は、第六のレイヤ６の上を覆っている。第一の電気的接点８は、第五のレイヤ５及び第四のレイヤ４に対して直接電気的に接触する状態にあるが、第七のレイヤ７からは電気的に絶縁されている。]
[0005] コレクタ側１０２で、バッファ・レイヤ１３がベース・レイヤ１の上に配置されている。バッファ・レイヤ１３の上に、ｐタイプの第三のレイヤ３及びｎタイプの第二のレイヤ２が、平面の中で交互に配置されている。第二のレイヤ２は、ベース・レイヤ１より高いドーピングを有している。第二のレイヤ２は、正投影図で見た場合に、第四のレイヤ４及び第一の電気的接点８の直接下側に配置されている。]
[0006] 第二の電気的接点９は、コレクタ側１０２に配置され、それが、第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３の上を覆い、且つ、それらに対して直接電気的に接触する状態にある。]
[0007] そのような逆導電半導体デバイス１において、フリー・ホイール・ダイオードが、第二の電気的接点９（その一部がダイオードの中でカソード電極を形成する）、第二のレイヤ２（ダイオードの中でカソード領域を形成する）、ベース・レイヤ１（その一部がダイオードの中でベース・レイヤを形成する）、第四のレイヤ４（その一部がダイオードの中でアノード領域を形成する）と、第一の電気的接点８（ダイオードでアノードを形成する）との間に、形成される。]
[0008] 絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタが、第二の電気的接点９（その一部がＩＧＢＴの中でコレクタ電極を形成する）、第三のレイヤ３（ＩＧＢＴの中でコレクタ領域を形成する）、ベース・レイヤ１（その一部がベース・レイヤを形成する）、第四のレイヤ４（その一部がＩＧＢＴの中でｐベース領域を形成する）、第五のレイヤ５（ＩＧＢＴの中でソース領域を形成する）と、第一の電気的接点８（エミッタ電極を形成する）との間に、形成される。ＩＧＢＴのオン状態の間に、チャネルが、エミッタ電極、ソース領域と、ｐベース領域との間に、ｎベース・レイヤの方へ形成される。]
[0009] コレクタ側１０２のＲＣ−ＩＧＢＴのレイヤは、典型的に、ｐタイプのイオンの注入及び拡散により製造される。その後で、レジスト・マスクが導入され、このレジスト・マスクを介して、Ｎタイプのイオンが注入され、その後で拡散される。ｎタイプのイオンの注入ドーズ量は、それがｐタイプの領域を補償する程度に高くなければならない。ｐタイプ及びｎタイプの注入工程は、反転されることも可能である。]
[0010] 必要とされる過剰な補償のために、第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３の後で製造されるレイヤの、ドーズ及び深さに対する限定された選択のみが可能であり、ｐ及びｎ領域の注入効率のためのコントロールが不満足なものになる。オン状態のスナップ・バック（snap-back）効果（伝導電圧及び電流特性が、ＭＯＳ動作モードからＩＧＢＴ動作モードへ変化するポイントにより規定される）が、生ずることが可能であり、それは、ＩＧＢＴモードにあるデバイスのために望ましくない。]
[0011] 図１６は、ＲＣ−ＩＧＢＴ電流Ｉｃの電圧Ｖｃｅに対する出力特性を示している。破線１４は、スナップ・バック効果からもたらされる強いオーバーシュートを示していて、これは、従来技術のＲＣ−ＩＧＢＴに対して、ＭＯＳからＩＧＢＴ動作モードへの変化の間に、典型的なものである。図１７は、デバイスの逆リカバリーの間の、ダイオード・モードにおけるＲＣ−ＩＧＢＴの電流波形を示している。従来技術のＲＣ−ＩＧＢＴは、逆リカバリーの間に、デバイスの動作の急激な変動を示す（点線１７）。この動作の急激な変動はまた、ＩＧＢＴに対して、並びに、ダイオードの逆リカバリーに対して、ターン・オフの間にも存在する。] 図１６ 図１７
先行技術

[0012] 米国特許出願公開第 US 2005/0017290 号明細書]
[0013] 本発明の目的は、逆導電（reverse-conducting）絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを製造するための方法を提供することにあり、この逆導電絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタは、従来技術のＲＣ−ＩＧＢＴと比べて、オン状態のスナップ・バック（snap-back）効果に対して感受性が低く、且つ、、ダイオード及びＩＧＢＴの上述の電気的性質のためのより良いコントロールをもたらす。本発明の目的はまた、そのような逆導電絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを提供することにある。]
[0014] この目的は、請求項１に基づく逆導電半導体デバイスを製造するための方法により、請求項１２に基づく逆導電半導体デバイスにより、及び請求項１６に基づくそのような逆導電半導体デバイスを備えた変換器により、実現される。]
[0015] 本発明の逆導電半導体デバイスを製造するための方法のために、下記の工程が実施される。ここで、この逆導電半導体デバイスは、共通のウエーハ（１１）の上に、フリー・ホイール（freewheeling）・ダイオード及び絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを有していて、この絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタは、エミッタ側及びコレクタ側を有している。第一の側及び第一の側の反対側の第二の側を備えた第一の導電性タイプのウエーハが用意され、第一の側（１１１）は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのエミッタ側を形成し、第二の側（１１２）は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのコレクタ側を形成する。]
[0016] コレクタ側で逆導電半導体デバイスを製造するため、以下の工程が実施される：
− 第一の導電性タイプまたは第二の導電性タイプの第一のレイヤが第二の側に作り出され、
− 少なくとも一つの開口を備えたマスクが、第一のレイヤの上に作り出され、第一のレイヤの、マスクの開口が配置された部分が取り除かれ、第一のレイヤの残りの部分が第三のレイヤを形成し、
− その後で、第三のレイヤと異なる導電性タイプの第二のレイヤを製造するために、イオンが、第二の側でウエーハの中に、ウエーハの、前記少なくとも一つの開口が配置された部分に、イオンに対するバリアとしてマスク（１２）を使用して、注入され、
− その後で、マスクが取り除かれ、
− 第二の電気的接点（第二及び第三のレイヤに対して直接電気的に接触する状態にある）が、第二の側に作り出される。]
[0017] 典型的に、マスクの除去の後に、第二のレイヤ２を活性化するためのアニール工程が実施される。]
[0018] 本発明に基づく逆導電半導体デバイスは、共通のウエーハの上に、フリー・ホイール・ダイオード及び絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを有していて、そのウエーハの一部が、ベース・レイヤを形成する。絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタは、エミッタ側及びコレクタ側を有し、エミッタ側は、コレクタ側の反対側に配置されている。第一の電気的接点がエミッタ側に配置され、第二の電気的接点がコレクタ側に配置され、コレクタ側は、エミッタ側の反対側にある。第一の導電性タイプまたは第二の導電性タイプの少なくとも一つの第三のレイヤ、及び、第三のレイヤと異なる導電性タイプの少なくとも一つの第二のレイヤは、コレクタ側に配置され、前記少なくとも一つの第二のレイヤと第三のレイヤは、交互に配置され、第二の電気的接点は、前記少なくとも一つの第二及び第三のレイヤに対して直接電気的に接触する状態にある。前記少なくとも一つの第二のレイヤは、コレクタ側に対して平行に、第一の平面の中に配置され、前記少なくとも一つの第三のレイヤは、コレクタ側に対して平行に、第二の平面の中に配置される。第一の平面と第二の平面は、少なくとも、前記少なくとも一つの第二のレイヤまたは第三のレイヤの、エミッタ側から遠く離れて配置されたレイヤの厚さだけ、互いから引き離されている。]
[0019] 本発明のＲＣ−ＩＧＢＴのためのそのような製造方法を使用して、ＲＣ−ＩＧＢＴに、第二のレイヤ及び第三のレイヤのための、即ち、ダイオードの中のカソード・レイヤ及びデバイスのＩＧＢＴ部分の中のコレクタ・レイヤのための、良好なコントロールがもたらされることが可能である。何れかのレイヤの過剰な補償が、要求されることがなく、これらのレイヤが薄く作られることが可能になる。]
[0020] 特に、本発明のＲＣ−ＩＧＢＴが、第二のレイヤ及び第三のレイヤを用いて製造され、これらのレイヤ・タイプの内の一つが他のレイヤ・タイプのｎドーピングと比べて強いｐドーピングを有する場合には、スナップ・バック効果が更に最小化され、あるいは取り除かれることさえもある（図１６の中の点線１５及び実線１６）。第二のレイヤまたは第三のレイヤの、ベース・レイヤと異なる導電性タイプの少なくとも一つのレイヤは、第二のレイヤ及び第三のレイヤの、ベース・レイヤと同一の導電性タイプの、少なくとも一つのレイヤと比べて高いドーズで作り出される。ｎドーピングと比べて強いｐドーピングを有していることは、ダイオード特性に対しても、並びに、ＩＧＢＴ特性に対しても、好ましい。] 図１６
[0021] 更にまた、より強いｐドーピングは、ソフトなダイオード・リカバリー及びソフトなＩＧＢＴのターン・オフをもたらし、逆リカバリー及びターン・オフの間の、電流の急激な変動（snappiness）を減少させまたは取り除く。それは、第二のレイヤ及び第三のレイヤの、ｐドープされたレイヤからのホール注入のためである（図１７、実線１８）。このソフトな性能はまた、図１８に示されているように、ＩＧＢＴのターン・オフに対して、並びに、ダイオードの逆リカバリーに対しても実現される。] 図１７ 図１８
[0022] 本発明の主題の更に好ましい実施形態は、従属請求項の中に開示されている。]
図面の簡単な説明

[0023] 図１は、従来技術の逆導電ＩＧＢＴの断面図を示す。
図２は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの実施形態の断面図を示す。
図３は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの他の実施形態の断面図を示す。
図４は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの他の実施形態の断面図を示す。
図５は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの他の実施形態の断面図を示す。
図６は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの他の実施形態の断面図を示す。
図７は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における製造工程を示す。
図８は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における他の製造工程を示す。
図９は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における更なる製造工程を示す。
図１０は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における製造工程を示す。
図１１は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における製造工程を示す。
図１２は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における製造工程を示す。
図１３は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における製造工程を示す。
図１４は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの製造方法における製造工程を示す。
図１５は、本発明に基づく逆導電ＩＧＢＴの他の実施形態の断面図を示す。
図１６は、従来技術のＲＣ−ＩＧＢＴ及び本発明に基づくＲＣ−ＩＧＢＴの電流／電圧出力特性を示す。
図１７は、従来技術のＲＣ−ＩＧＢＴ及び本発明に基づくＲＣ−ＩＧＢＴの逆リカバリーの間の、ダイオード・モードにおけるＲＣ−ＩＧＢＴの電流波形を示す。
図１８は、従来技術のＲＣ−ＩＧＢＴ及び本発明に基づくＲＣ−ＩＧＢＴのターン・オフの間の、ダイオード・モードにおけるＲＣ−ＩＧＢＴの電流波形を示す。] 図１ 図１０ 図１１ 図１２ 図１３ 図１４ 図１５ 図１６ 図１７ 図１８
実施例

[0024] 本発明の主題が、以下のテキストの中で、添付図面を参照しながら、より詳細に説明される。
図面の中で使用されている参照符号及びそれらの意味は、参照符号のリストの中にまとめられている。一般的に、同様なまたは同様に機能する部分には、同一の参照符号が付与されている。ここに記載された実施形態は、例として意図されたものであって、本発明を限定するものではない。]
[0025] 図２の中に本発明の逆導電半導体デバイス１０（逆導電絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）とも呼ばれる）の第一の実施形態が示されている。このＲＣ−ＩＧＢＴ１０は、エミッタ側１０１及びエミッタ側１０１の反対側のコレクタ側１０２を備えたｎタイプのベース・レイヤ１を有している。ｐタイプの第四のレイヤ４は、エミッタ側１０１に配置されている。少なくとも一つのｎタイプの第五のレイヤ５は、エミッタ側１０１に配置され、且つ、第四のレイヤ４により取り囲まれている。前記少なくとも一つの第五のレイヤ５は、ベース・レイヤ１より高いドーピングを有している。第六の電気的絶縁レイヤ６は、エミッタ側１０１で、第一のレイヤ４、第四のレイヤ４及び第五のレイヤ５の上に配置されている。それは、前記少なくとも一つの第五のレイヤ５，第四のレイヤ４及びベース・レイヤ１の上を、少なくとも部分的に覆う。導電性の第七のレイヤ７は、エミッタ側１０１に配置され、このエミッタ側は、第六のレイヤ６により、前記少なくとも一つの第四のレイヤ４、第五のレイヤ５及びベース・レイヤ１から電気的に絶縁されている。好ましくは、第七のレイヤ７は、第六のレイヤ６の中に埋め込まれている。] 図２
[0026] 典型的に、第六のレイヤ６は、第一の電気的絶縁レイヤ６１及び第二の電気的絶縁レイヤ６２を有していて、第一の電気的絶縁レイヤは、好ましくは、シリコン酸化物で作られ、第二の電気的絶縁レイヤもまたは、好ましくは、シリコン酸化物で作られた、好ましくは、第一の電気的絶縁レイヤ６１と同一の材料で作られている。第二の電気的絶縁レイヤ６２は、第一の電気的絶縁レイヤ６１の上を覆う。図２に示されているようなプレーナ型ゲート電極として形成された第七のレイヤ７を備えたＲＣ−ＩＧＢＴ１０のために、第一の電気的絶縁レイヤ６１は、エミッタ側１０１の上に配置されている。第六のレイヤ６を形成する第一の電気的絶縁レイヤ６１と第二の電気的絶縁レイヤ６２との間には、ゲート電極を形成する第七のレイヤ７が埋め込まれ、典型的には、完全に埋め込まれる。このようにして、第七のレイヤ７は、第一の電気的に絶縁されたレイヤ６１により、第一のレイヤ１、第四のレイヤ４及び第五のレイヤ５から分離される。第七のレイヤ７は、典型的には、濃密にドープされたポリシリコンまたはアルミニウムのような金属で作られている。] 図２
[0027] 前記少なくとも一つの第五のレイヤ５，第七のレイヤ７及び第六のレイヤ６は、開口が第四のレイヤ４の上側に作り出されるように形成される。開口は、前記少なくとも一つの第五のレイヤ５、第七のレイヤ７及び第六のレイヤ６により取り囲まれている。]
[0028] 第一の電気的接点８は、開口の中で、エミッタ側１０１に配置され、それによって、それが第四のレイヤ４及び第五のレイヤ５に対して直接電気的に接触する状態にあるように構成されている。この第一の電気的接点８もまた、典型的には、第六のレイヤ６の上を覆うが、分離され、それにより、第二の電気的絶縁レイヤ６２により第七のレイヤ７から電気的に絶縁されている。]
[0029] 少なくとも一つのｐタイプの第三のレイヤ３及び少なくとも一つのｎタイプの第二のレイヤ２は、コレクタ側１０２に配置され、第二のレイヤ２は、ベース・レイヤ１より高いドーピングを有している。前記少なくとも一つの第二のレイヤ２は、コレクタ側１０２に対して平行に、第一の平面２１の中に配置され、前記少なくとも一つの第三のレイヤ３もまた、コレクタ側１０２に対して平行に、第二の平面３１の中に配置されている。第一の平面２１と第二の平面３１は、少なくとも、前記少なくとも一つの第二のレイヤ２または第三のレイヤ３の、エミッタ側１０１から遠く離れて配置されたレイヤの厚さだけ、互いから引き離されている。前記少なくとも一つの第二のレイヤ２と第三のレイヤ３は、交互に配置されていて、即ち、第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３は重複することなく、且つ、第二のレイヤ２と第三のレイヤ３が互いに上側に配置されている領域はない。]
[0030] この明細書において、第一の平面２１及び第二の平面３１とは、それぞれのレイヤの、ベース・レイヤ１の反対側にある表面に対応する平面として理解されるべきであり、即ち、完成後のデバイスにおいて、レイヤの、第二の電気的接点９が配置される側が意味されている。]
[0031] 図２の中に、ｐタイプの第三のレイヤ３がエミッタ側１０１から遠く離れて配置されていることが示されている。第二のレイヤ２の第一の平面２１は、第三のレイヤ３の厚さと比べて大きい、第三のレイヤ３の第二の平面３１からの距離２２を有していて、それによって、第三のレイヤ３の部分が、第一の平面２１の中に伸びることがなくなる。] 図２
[0032] 好ましい実施形態において、第二のレイヤ２は、第一の電気的接点８の直接下側に配置されるが、第二のレイヤ２の位置は、図６に示されているように、サイドにシフトされることも可能である。第二のレイヤ２が、第一の電気的接点８に揃えられることは、必ずしも要求されない。] 図６
[0033] 他の好ましい実施形態において、第一の平面２１と第二の平面３１は、０．５μｍから２μｍまでの間の距離だけ、互いから引き離される。この場合には、第三のレイヤ３または第二のレイヤ２は、エミッタ側１０１から遥か遠くにおいて、０．５μｍから２μｍまでよりも小さい厚さを有し、その厚さは、第一の平面２１と第二の平面３１の距離に依存する。]
[0034] 他の好ましい実施形態において、先に説明されたように、第一の平面２１及び第二の平面３１の位置が反転され、それによって、第一の平面２１、従って第二のレイヤ２は、第二の平面３１、即ち、第三のレイヤ３と比べて、エミッタ側１０１からより遠くに離れて配置されることになる（図４）。] 図４
[0035] 第二の電気的接点９は、コレクタ側１０２に配置され、それは、前記少なくとも一つの第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３に対して直接電気的に接触する状態にある。]
[0036] 代替案として、第二のレイヤ２と第三のレイヤ３の導電性タイプが反転され、即ち、この場合には、第二のレイヤ２がｐタイプになり、第三のレイヤ３がｎタイプになる。]
[0037] プレーナ型ゲート電極を備えた本発明のＲＣ−ＩＧＢＴの代わりに、本発明のＲＣ−ＩＧＢＴは、図５に示されているように、トレンチ・ゲート電極として形成された第七のレイヤ７’を有していても良い。このトレンチ・ゲート電極７’は、第四のレイヤ４と同一の平面の中に配置され、第五のレイヤ５に隣接し、第一の絶縁性のレイヤ６１により互いから分離され、この第一の絶縁性のレイヤはまた、第七のレイヤ７’をベース・レイヤ１から分離する。第二の絶縁性のレイヤ６２は、トレンチ・ゲート電極７’として形成された第七のレイヤ７’の上に配置され、かくして、第七のレイヤ７’を第一の電気的接点８から絶縁する。] 図５
[0038] 図３に示されているように、他の実施形態において、ＲＣ−ＩＧＢＴ１０は、更に、ｎタイプのバッファ・レイヤ１３を有している。このバッファ・レイヤは、ベース・レイヤ１と第一の平面２１または第二の平面３１のそれぞれの間に配置され、その中に、前記少なくとも一つの第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３が配置され、このバッファ・レイヤ１３は、ベース・レイヤ１より高いドーピング、及び第二のレイヤ２と比べてより低いドーピングを有している。] 図３
[0039] 図１５に示された他の好ましい実施形態において、エンハンスメント・レイヤとして形成された第九のｎドープレイヤ４１が、第四のレイヤ４とベース・レイヤ１の間に配置され、より低いオン状態の損失をもたらすことになる。第九のレイヤ４１は、第四のレイヤ４をベース・レイヤ１から分離し、且つ、ベース・レイヤ１より高いドーピングを有している。] 図１５
[0040] 他の実施形態において、レイヤの導電性タイプが入れ替えられる。即ち、第一の導電性タイプの全てのレイヤが、ｐタイプ（例えばベース・レイヤ１）になり、第二の導電性タイプの全てのレイヤが、ｎタイプ（例えば第四のレイヤ４）になる。また、この場合には、第二のレイヤ２は、ｎタイプまたはｐタイプであり、第三のレイヤ３は、逆導電性タイプ、即ち、ｐタイプ（ｎタイプの第二のレイヤ２の場合）またはｎタイプ（ｐタイプの第二のレイヤ２の場合には）であって良い。]
[0041] 本発明のＲＣ−ＩＧＢＴ１０において、ダイオードが、第一の電気的接点８（ダイオードの中でアノード電極を形成する）、第四のレイヤ４（その一部がアノード・レイヤを形成する）、ベース・レイヤ１（その一部がベース・レイヤを形成する）、第二のレイヤ２または第三のレイヤ３の、ｎタイプであって且つカソード・レイヤを形成するレイヤと、第二の電気的接点９（カソード電極を形成する）との間に形成される。]
[0042] 本発明のＲＣ−ＩＧＢＴ１０において、絶縁性のバイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）が、第一の電気的接点８（ＩＧＢＴの中でエミッタ電極を形成する）、第五のレイヤ５（ソース領域を形成する）、第四のレイヤ４（その一部がチャネル領域を形成する）、ベース・レイヤ１（その一部がベース領域を形成する）、第三のレイヤ３または第二のレイヤ２の、ｐタイプであって且つコレクタ・レイヤを形成するレイヤと、第二の電気的接点９（その一部がコレクタ電極を形成する）との間に、形成される。]
[0043] 本発明の逆導電半導体デバイス１０は、例えば、変換器の中で使用されることが可能である。]
[0044] 典型的に、プレーナ型ゲート電極として形成された第七のレイヤ７、及びエミッタ側１０１の第一の電気的接点８、及びエミッタ側１０１の反対側のコレクタ側１０２の第二の電気的接点９を備えた本発明の逆導電半導体デバイス１０を製造するために、以下の工程が実施され、図７に示されているように、ＲＣ−ＩＧＢＴ１０のエミッタ側１０１にレイヤを形成し、半製品状態のＲＣ−ＩＧＢＴ１０がもたらされる。] 図７
[0045] − 第一の側１１１及び第一の側１１１の反対側の第二の側１１２を備えたｎタイプのウエーハ１１が用意される。ウエーハ１１の、完成後の逆導電絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタにおいて修正されていないドーピングを有している部分が、ベース・レイヤ１を形成する。]
[0046] − 第一の電気的絶縁レイヤ６１が、第一の側１１１の上に部分的に作り出される。
−導電性の第七のレイヤ７が、第一の側１１１の上に作り出され、これは、第一の電気的絶縁レイヤ６１の上に配置される。この第七のレイヤ７は、典型的に、濃密にドープされたポリシリコンまたはアルミニウムのような金属で作られる。]
[0047] − その後で、ｐタイプの第四のレイヤ４が第一の側１１１の上に作り出される。
− 次いで、第四のレイヤ４により取り囲まれた少なくとも一つのｎタイプの第五のレイヤ５が第一の側１１１の上に作り出される。この第五のレイヤ５は、ベース・レイヤ１より高いドーピングを有している。]
[0048] − 好ましくは、第二の電気的絶縁レイヤ６２が、第七のレイヤ７が第一電気的絶縁レイヤ６１と第二の電気的絶縁レイヤ６２の間の配置されるように、導電性の第七のレイヤ７の上に形成され、典型的には、第七のレイヤ７が完全に埋め込まれる。第二の電気的絶縁レイヤ６２は、先に説明されているように、典型的に、低温シリコン酸化物材料で作られる。第一電気的絶縁レイヤ６１及び第二の電気的絶縁レイヤ６２は、第六のレイヤ６を形成する。]
[0049] − 前記少なくとも一つの第五のレイヤ、第六のレイヤ及び第七のレイヤ５，６，７は、それらが第四のレイヤ４の上側に開口を形成するように、作り出される。]
[0050] − 第一の電気的接点８が、第一の側１１１の上に作り出され、これは、開口の中に配置され、且つ、第四のレイヤ４及び第五のレイヤ５に対して直接電気的に接触する状態にある。典型的には、第一の電気的接点８が、第六のレイヤ６の上を覆う。]
[0051] 同様な工程が、半導体の専門家に良く知られており、トレンチ・ゲート構造を備えたＲＣ−ＩＧＢＴのために実施されている。]
[0052] 必須ではないが、典型的には、第一の側１１２にレイヤを製造した後、ウエーハ１１の第二の側１１２のレイヤが製造される。それは、第一の電気的接点８を作り出す前、またはその後、または、第二の側１１２でレイヤを製造する間の何れかの段階で、行われる。以下において説明されるように、ウエーハ１１のシンニング（thinning）工程が、第二の側１１２で何れか他の加工工程を実施する前に、第二の側１１２で行われても良い。]
[0053] シンニング（thinning）は、典型的に、低電圧デバイス（例えば１７００Ｖ未満の電圧用の）を製造するために、行われる。]
[0054] 以下において、コレクタ側１０２でＲＣ−ＩＧＢＴのレイヤを製造するための本発明の方法が、説明される。図８に示されているように、第一の側１１１及び第一の側１１１の反対側の第二の側１１２を備えたｎタイプのウエーハ１１が、用意される。図８の中に、ウエーハ１１の第二の側１１２のみが示されている。第一の側１１１で、完成後のＲＣ−ＩＧＢＴにおいて第一の側に配置されるレイヤの一部または全てが、前もって製造されていても良い。それは、図７に示されているように、例えば、半製品状態のＲＣ−ＩＧＢＴを使用することにより行われる。] 図７ 図８
[0055] ウエーハ１１の、修正されていないドーピングを有している部分が、完成後の逆導電絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタにおいて、ベース・レイヤ１を形成する。]
[0056] コレクタ側１１２で、逆導電半導体デバイス１０を製造するため、以下の工程が実施される。]
[0057] ｐタイプの第一のレイヤ３２が第二の側１１２に作り出される。この第一のレイヤ３２は、好ましくは、イオンの注入を行い、その後で、レイヤ３２を活性化するためのアニール工程を行うことにより作り出される。典型的に、アニール工程は、９００℃より高い温度で、高温度アニールとして実施される。その後で、図１０に示されているように、少なくとも一つの開口１２１を備えたマスク１２が第一のレイヤ３２の上に作り出される。第一のレイヤ３２の、マスク１２の開口１２が配置された部分が、取り除かれ（図１１）、それにより、第一のレイヤ３２の残りの部分が第三のレイヤ３を形成する。第一のレイヤ３２のこの部分的な除去は、好ましくは、エッチングにより行われ、例えば、ドライまたはウエットのシリコン・エッチングにより行われる。マスク１２は、好ましくは、レジスト・マスクとして、ウエーハに取り付けられる。マスク１２は、取外し可能ではない、即ち、もし、マスク１２をウエーハ１１から分離しようとした場合には、マスク１２が破壊される。] 図１０ 図１１
[0058] その後で、第二のレイヤ２（この場合にはｎタイプのレイヤ）が、バリアとしてマスク１２を使用して、ウエーハ１１の、前記少なくとも一つの開口１２１が配置された部分で、第二の側１１２のウエーハ１１の中へのイオンの注入により製造される。マスク１２は、このプロセスのためのマスクとして使用され、マスク１２が配置された部分で、イオンがウエーハ１１の中に侵入することを防止する。次いで、マスク１２が取り除かれ（図１３）、第二のレイヤ２を活性化するためのアニール工程が実施される。] 図１３
[0059] ＲＣ−ＩＧＢＴ１０を完成するために、第二の電気的接点９が、第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３の上で、第二の側１１２に作り出され、それによって、第二の電気的接点９は、第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３に対して直接電気的に接触する状態にある。]
[0060] 第三のレイヤ３は、０．５から２μｍまでの範囲内の厚さで作り出されても良く、それによって、第一と第二の平面の間の最小の距離２２（少なくとも第三のレイヤ３の厚さに対応する）もまた、０．５から２μｍまでの範囲内にあることが必要になる。]
[0061] 好ましい実施形態において、ｐタイプの第一のレイヤ３２が、硼素イオンの注入により作り出される。イオンは、２０ｋｅＶから２００ｋｅＶまでの間のエネルギーで、および／または、１＊１０13／ｃｍ2 から１＊１０16／ｃｍ2 までのドーズ量で、注入される。その後で、第一のレイヤ３２を活性化するためのアニール工程が、少なくとも９００℃の温度で実施される。典型的に、アニール工程は、第一の電気的接点８が作り出される前に実施される。レーザ・アニールが行われることも可能であり、それは、もし、第二の側でアニールが要求される場合に、特に好ましく、例えば、もし、第一の電気的接点８が前もって作り出されている場合には、第一の側は、広範囲に亘って加熱されるべきではない。]
[0062] ｎタイプの第二のレイヤ２を作り出すためのイオンは、燐であることが可能である。燐もまた、２０ｋｅＶから２００ｋｅＶまでの間のエネルギーで、および／または、１＊１０13／ｃｍ2 から１＊１０16／ｃｍ2 までのドーズ量で、注入される。第二のレイヤ２を活性化するためのアニール工程は、６００℃より低い温度で、特に、４００から５００℃までの温度で、実施される。第二のレイヤ２を活性化するためのアニール工程は、第二の電気的接点９を作り出す工程と同時に、または、第二の電気的接点９を作り出す前に、実施されても良い。]
[0063] 他の好ましい実施形態において、ｐタイプの第三のレイヤ３または第一のレイヤ３２は、ｎタイプの第二のレイヤ２のドーズと比べて高いドーズで作られ、特に、ｐタイプの第三のレイヤ３または第一のレイヤ３２は、ｎタイプの第二のレイヤ２と比べて、１＊１０2／ｃｍ2 高いドーズ量で作られ、第二のレイヤは、典型的に、ｐタイプの第三のレイヤ３または第一のレイヤ３２のドーズ量と比べて一桁低いドーズ量で作られる。一般的に、前記少なくとも一つの第二のレイヤ２または第三のレイヤ３のレイヤ・タイプ（ベース・レイヤ１と異なる導電性タイプである）は、前記少なくとも一つの第二のレイヤ２及び第三のレイヤ３のレイヤ・タイプ（ベース・レイヤ１と同一の導電性タイプである）と比べて高いドーズで作り出される。]
[0064] 第三のレイヤ３または第一のレイヤ３２がｐタイプであり、第二のレイヤがｎタイプである代わりに、他の実施形態において、これらの導電性タイプが反転され、それによって、第三のレイヤ３または第一のレイヤ３２がｎタイプになり、第二のレイヤ２がｐタイプになる。また、この場合には、以上に記載されているように、方法の工程が同一のやり方で行われることが可能である。好ましくは、この場合には、ｐタイプの第二のレイヤ２は、ｎタイプの第三のレイヤ３と比べて、１＊１０14／ｃｍ2 高いドーズ量で作られ、第三のレイヤは、典型的に、ｐタイプの第二のレイヤ２のドーズ量より一桁低いドーズ量で作られる。両方のレイヤは、次いで、少なくとも９００℃の温度で、特に、レーザ・アニールにより、一緒にアニールされることが可能である。]
[0065] １…ベース・レイヤ、２…第二のレイヤ、２１…第一の平面、２２…距離、３…第三のレイヤ、３１…第二の平面、３２…第一のレイヤ、４…第四のレイヤ、４１…第九のレイヤ、５…第五のレイヤ、６…第六のレイヤ、６１…第一の電気的絶縁レイヤ、６２…第二の電気的絶縁レイヤ、７…第七のレイヤ、８…第一の電気的接点、９…第二の電気的接点、１０…ＲＣ−ＩＧＢＴ、１０１…エミッタ側、１０２…コレクタ側、１１…ウエーハ、１１１…第一の側、１１２…第二の側、１２…マスク、１２１…開口、１３…バッファ・レイヤ、１４…スナップ・バック効果無し、１５…弱いスナップ・バック効果、１６…強いスナップ・バック効果、１７…従来技術のダイオードのスナップ・オフ、１８…ソフト・リカバリーを備えた本発明のＲＣ−ＩＧＢＴのダイオード。]

权利要求:

請求項1
逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法であって、当該逆導電半導体デバイスは、共通のウエーハ（１１）の上に、フリー・ホイール・ダイオード及び絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを有していて、この絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタは、エミッタ側（１０１）及びコレクタ側（１０２）を有し、第一の側（１１１）及び第一の側（１１１）の反対側の第二の側（１１２）を備えた第一の導電性タイプのウエーハ（１１）が、用意され、その第一の側（１１１）は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのエミッタ側（１０１）を形成し、その第二の側（１１２）は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのコレクタ側（１０２）を形成し、コレクタ側（１０２）に逆導電半導体デバイス（１０）を製造するために、第一の導電性タイプまたは第二の導電性タイプの第一のレイヤ（３２）が、第二の側（１１２）に作り出され、少なくとも一つの開口（１２１）を備えたマスク（１２）が、第一のレイヤ（３２）の上に作り出され、そして、第一のレイヤ（３２）の、前記マスク（１２）の開口（１２１）が配置された部分が取り除かれ、第一のレイヤ（３２）の残りの部分が第三のレイヤ（３）を形成し、その後で、第三のレイヤ（３）と異なる導電性タイプの第二のレイヤ（２）を製造するために、イオンが、第二の側（１１２）でウエーハ（１１）の中に、ウエーハ（１１）の、前記少なくとも一つの開口（１２１）が配置された部分に、前記マスク（１２）をイオンに対するバリアとして使用して、注入され、その後で、マスク（１２）が取り除かれ、第二のレイヤ（２）を活性化するためのアニール工程が実施され、第二のレイヤ（２）及び第三のレイヤ（３）に対して直接電気的に接触する状態にある第二の電気的接点（９）が、第二の側（１１２）に作り出されること、を特徴とする方法。
請求項2
下記特徴を有する請求項１に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：第三のレイヤ（３）は、第二の導電性タイプであり、第二のレイヤ（２）は、第一の導電性タイプである。
請求項3
下記特徴を有する請求項１に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：第三のレイヤ（３）は、第一の導電性タイプであり、第二のレイヤ（２）は、第二の導電性タイプである。
請求項4
下記特徴を有する請求項２または３に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）または第三のレイヤ（３）の、第二の導電性タイプのレイヤは、０．５μｍから２μｍまでの間の範囲内の厚さで作り出される。
請求項5
下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）は、イオンの注入により作り出され、その後で、前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）を活性化するためのアニール工程が実施される。
請求項6
下記特徴を有する請求項１から５の何れか１項に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：第一のレイヤ（３２）の、マスク（１２）の開口（１２１）が配置された部分の除去は、エッチングにより実施される。
請求項7
下記特徴を有する請求項２または３に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）または前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）は、硼素イオンの注入により作り出され、且つ、そのイオンは、特に、２０ｋｅＶから２００ｋｅＶまでのエネルギーで、および／または、１＊１０13／ｃｍ2 から１＊１０16／ｃｍ2 までのドーズ量で注入される。
請求項8
下記特徴を有する請求項２に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）は、イオンの注入により作り出され、その後で、前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）を活性化するためのアニール工程が、少なくとも９００℃の温度で実施される。
請求項9
下記特徴を有する請求項２または３に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）または少なくとも一つの第三のレイヤ（３）を作り出すためのイオンは、燐であり、且つ、そのイオンは、特に、２０ｋｅＶから２００ｋｅＶまでのエネルギーで、および／または、１＊１０13／ｃｍ2 から１＊１０16／ｃｍ2 までのドーズ量で注入される。
請求項9
下記特徴を有する請求項２、３、７、９の何れか１項に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）を作り出すためのイオンは、燐であり、前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）を作り出すためのイオンは、硼素であり、または、前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）を作り出すためのイオンは、硼素であり、前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）を作り出すためのイオンは、燐である。
請求項10
下記特徴を有する請求項２に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）を活性化するためのアニール工程は、特に６００℃より低い温度で、特に４００℃から５００℃の温度で、実施される。
請求項11
下記特徴を有する請求項１から１０の何れか１項に記載の逆導電半導体デバイス（１０）を製造するための方法：第二のレイヤ（２）を活性化するためのアニール工程は、第二の電気的接点（９）を作り出すことと同時に実施される。
請求項12
製造された逆導電半導体デバイス（１０）であって、当該逆導電半導体デバイスは、フリー・ホイール・ダイオード及びパンチ・スルー絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを、共通のウエーハ（１１）の上に有していて、そのウエーハ（１１）の一部が、第一の導電性タイプのベース・レイヤ（１）を形成し、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタは、エミッタ側（１０１）及びコレクタ側（１０２）を有し、エミッタ側（１０１）がコレクタ側（１０２）の反対側に配置され、第一の電気的接点（８）がエミッタ側（１０１）に配置され、第二の電気的接点（９）がコレクタ側（１０２）に配置され、第一の導電性タイプまたは第二の導電性タイプの少なくとも一つの第三のレイヤ（３）、及び、第三のレイヤと異なる導電性タイプ（３）の少なくとも一つの第二のレイヤ（２）が、コレクタ側（１０２）に配置され、前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）と第三のレイヤ（３）は、交互に配置され、第二の電気的接点（９）が、コレクタ側（１０２）に配置され、且つ、前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）及び第三のレイヤ（３）に対して直接電気的に接触する状態にある、逆導電半導体デバイスにおいて、前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）は、コレクタ側（１０２）に対して平行に、第一の平面（２１）の中に配置され、前記少なくとも一つの第三のレイヤ（３）は、コレクタ側（１０２）に対して平行に、第二の平面（３１）の中に配置され、第一の平面（２１）と第二の平面（３１）は、少なくとも、前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）または第三のレイヤ（３）の、エミッタ側（１０１）から遠く離れて配置されたレイヤの厚さだけ、互いから引き離され、第一の導電性タイプのバッファ・レイヤ（１３）は、ベース・レイヤ（１）と、前記少なくとも一つの第二のレイヤ（２）及び第三のレイヤ（３）との間に配置されていること、を特徴とする逆導電半導体デバイス。
請求項13
下記特徴を有する請求項１２に記載の逆導電半導体デバイス（１０）：第一の平面（２１）と第二の平面（３１）は、０．５μｍから２μｍまでの間の距離で、互いから引き離されている。
請求項14
下記特徴を有する請求項１２または１３に記載の逆導電半導体デバイス（１０）：第三のレイヤ（３）は、エミッタ側（１０１）からより遠くに配置され、且つ、第三のレイヤ（３）は、第二の導電性タイプである。
請求項15
請求項１２から１４の何れか１項に基づく逆導電半導体デバイス（１０）を備えた変換器。