Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления



Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления
Биполярный транзистор с изолированным затвором (igbt) и способ его изготовления

 


Владельцы патента RU 2571175:

ТОЙОТА ДЗИДОСЯ КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) включает эмиттерную область, верхнюю область подложки, которая формируется ниже эмиттерной области, плавающую область, которая формируется ниже верхней области подложки, нижнюю область подложки, которая формируется ниже плавающей области, канал, изолирующую пленку затвора, которая покрывает внутреннюю поверхность канала, и электрод затвора, который расположен внутри канала. Когда распределение концентрации примесей p-типа в верхней области подложки и в плавающей области, которые расположены ниже эмиттерной области, оценивается по толщине полупроводниковой подложки, концентрация примесей p-типа снижается по мере увеличения расстояния сверху вниз от верхней границы верхней области подложки, расположенной ниже эмиттерной области, и имеет значение локального минимума на заданной глубине плавающей области. Изобретение обеспечивает возможность ограничить разброс напряжения в открытом состоянии и порогового напряжения на затворе различных биполярных транзисторов с изолированным затвором серийного производства. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 41 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение, раскрытое в настоящем описании, относится к биполярным транзисторам с изолированным затвором (IGBT).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В публикации японской патентной заявки №2010-103326 (JP-2010-103326 А) (далее именуемой «Патентный документ 1») описан биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), включающий верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки. При изготовлении такого биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), после того как электрод затвора канала сформирован, примеси p-типа имплантируются таким образом, чтобы они задерживались в диапазоне глубин верхней области подложки, примеси n-типа имплантируются таким образом, чтобы они задерживались в диапазоне глубин плавающей области, и примеси p-типа имплантируются таким образом, чтобы они задерживались в диапазоне глубин нижней области подложки. Таким образом формируются верхняя область подложки, плавающая область и нижняя область подложки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблема, решаемая изобретением

[0003] Согласно способу изготовления, описанному в Патентном документе 1, соответствующие примеси имплантируются после того, как электрод затвора канала сформирован. Если примеси имплантируются таким образом в соответствующие области после того, как электрод затвора канала сформирован, трудно точно контролировать глубину имплантации примесей в область окрестности электрода затвора канала, что обусловлено влиянием формы участка углубления, расположенного в верхней части электрода затвора канала. Согласно изобретению, описанному в Патентном документе 1, глубину имплантации примесей в область окрестности электрода затвора канала, стабилизируют путем установки глубины участка углубления на заданное значение. В этом способе глубина имплантации также, однако, имеет разброс в определенном диапазоне. Напряжение в открытом состоянии и пороговое напряжение на затворе различаются у разных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) серийного производства вследствие этого разброса глубины имплантации.

[0004] Чтобы предупредить разброс глубины имплантации примесей в окрестности электрода затвора канала, также возможно формировать электрод затвора канала после имплантации примеси. Однако в способе, согласно которому примеси непосредственно имплантируются в соответствующие области, как в Патентном документе 1, соответствующие примеси должны имплантироваться на достаточную глубину при высоких энергиях, что приводит к серьезному повреждению полупроводниковой подложки. Если электрод затвора канала формируется на поврежденной таким образом полупроводниковой подложке, это вызывает индуцированный окислением дефект (далее обозначенный как OSF-дефект - oxidation-induced defect) полупроводниковой подложки в ходе тепловой обработки для формирования изолирующей пленки затвора. Поскольку в полупроводниковой подложке с OSF-дефектом, сформированной таким образом, возникает утечка тока, этот способ затруднительно применять.

[0005] С учетом изложенных фактов, настоящее описание представляет изобретение, которое может ограничить разброс напряжения в открытом состоянии и порогового напряжения на затворе различных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) серийного производства.

Средства решения проблемы

[0006] Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), представленный в настоящем описании, содержит полупроводниковую подложку. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) включает эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область, нижнюю область подложки, канал, изолирующую пленку затвора и электрод затвора. Эмиттерная область представляет собой область n-типа, которая сформирована в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки. Верхняя область подложки представляет собой область p-типа, сформированную ниже эмиттерной области. Плавающая область представляет собой область n-типа, сформированную ниже верхней области подложки и отделенную от эмиттерной области верхней областью подложки. Нижняя область подложки представляет собой область p-типа, сформированную ниже плавающей области и отделенную от верхней области подложки плавающей областью. Канал сформирован в верхней поверхности полупроводниковой подложки и проходит через эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки. Изолирующая пленка затвора покрывает внутреннюю поверхность канала. Электрод затвора расположен внутри канала. Когда распределение концентрации примесей p-типа в верхней области подложки и в плавающей области, которые расположены ниже эмиттерной области, оценивается вдоль направления толщины полупроводниковой подложки, концентрация примесей p-типа снижается по мере увеличения расстояния сверху вниз от верхней границы верхней области подложки, расположенной ниже эмиттерной области, и принимает значение локального минимума на заданной глубине плавающей области.

[0007] В связи с этим верхняя область подложки может быть сформирована не только ниже эмиттерной области, но также и рядом с эмиттерной областью. Кроме того, приведенная выше формулировка «в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки» означает зону, которая выходит на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки в случае, когда электрод и изолирующая пленка, сформированные на полупроводниковой подложке, удалены. Соответственно, даже область, поверхность которой покрыта электродом и изолирующей пленкой, может соответствовать определению «в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки». Кроме того, в описании распределения концентрации примесей в полупроводниковой подложке, согласно настоящему описанию, кривая с отклонением меньше, чем 30% от концентрации примесей, представляет собой помеху, возникшую вследствие погрешности измерений, и не рассматривается как значение локального максимума или значение локального минимума. К примеру, в случае, когда распределение концентрации примесей p-типа в верхней области подложки и в плавающей области, как показано на графике А ФИГ. 41, достигнуто, значение А1 точки максимума и значение А2 точки минимума не рассматриваются, соответственно, как значение локального максимума и значение локального минимума. Это обусловлено тем, что отклонение Aw (=(A1-A2)/2) кривой, включающее значения А1 и А2, меньше 30% от среднего арифметического A3 значения А1 и значения А2. Если не брать в расчет такое незначительное отклонение, график А можно рассматривать как график В. Кроме того, значение В1 точки максимума графика В рассматривается как значение локального максимума, а значение В2 точки минимума графика В рассматривается как значение локального минимума. Это обусловлено тем, что отклонение Bw (=(В1-В2)/2) кривой, включающее значения В1 и В2, больше 30% от среднего арифметического В3 значения В1 и значения В2. Соответственно, график А, представленный на ФИГ. 41, имеет форму, в которой «концентрация примесей p-типа снижается по мере увеличения расстояния сверху вниз от верхней границы верхней области подложки, расположенной ниже эмиттерной области, и принимает значение локального минимума на заданной глубине плавающей области». Отметим в данной связи, что ФИГ. 41 представляет собой пример, приведенный в качестве иллюстрации, который не ограничивает формулу изобретения. К примеру, значения В1 точки максимума может и не находиться в нижней области подложки.

[0008] Таким образом, верхняя область подложки, в которой концентрация примесей p-типа распределена таким образом, чтобы уменьшаться при увеличении расстояния сверху вниз, может быть образована имплантацией примеси p-типа в окрестности верхней поверхности полупроводниковой подложки (в диапазоне глубин эмиттерной области) и диффузии имплантированных примесей p-типа. В рамках данного способа верхняя область подложки сформирована путем диффузии примесей p-типа, имплантированных на небольшую глубину. Таким образом, даже если верхняя область подложки формируется после формирования электрода затвора канала (комбинации изолирующей пленки затвора и электрода затвора, расположенного в канале), форма электрода затвора канала почти не оказывает влияния на распределение концентрации примесей p-типа в верхней области подложки. Кроме того, в рамках данного способа электрод затвора канала может быть сформирован также и после формирования верхней области подложки. В данном случае также почти не наблюдается какого-либо индуцированного окислением OSF-дефекта внутри и вокруг верхней области подложки. Это обусловлено тем, что примеси p-типа имплантируются в окрестности верхней поверхности полупроводниковой подложки, и по этой причине отсутствует какой-либо всплеск концентрации примесей p-типа в верхней области подложки, и верхняя область подложки остается в целом неповрежденной. Таким образом, указанная верхняя область подложки может формироваться со стабильным результатом как перед формированием электрода затвора канала, так и после того, как электрод затвора канала уже сформирован. Распределение концентрации примесей p-типа в верхней области подложки оказывает большое влияние на пороговое напряжение на затворе биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT). Соответственно, в случае, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, почти отсутствует вероятность того, что пороговое напряжение на затворе будет различным для разных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) серийного производства. Кроме того, плавающая область, отличающаяся значением локального минимума концентрации примесей p-типа, может быть получена путем имплантации примесей p-типа в область, расположенную ниже плавающей области (например, в нижнюю область подложки). В результате образования такой плавающей области со значением локального минимума концентрации примесей p-типа разница между концентрацией примесей n-типа и концентрацией примесей p-типа увеличивается, что делает возможным стабильное формирование плавающей области. Концентрация примесей плавающей области влияет на напряжение в открытом состоянии биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Соответственно, в случае, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, почти отсутствует вероятность того, что пороговое напряжение на затворе будет различным для разных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) серийного производства. Кроме того, примеси p-типа имплантируются в область, расположенную ниже вышеупомянутой плавающей области с высокой энергией. Поэтому подобная имплантация должна выполняться после того, как сформирован электрод затвора канала. Если примеси p-типа имплантируются на значительную глубину после того, как сформирован электрод затвора канала, глубина имплантации примесей будет нестабильной в окрестности электрода затвора канала, как описано выше. Соответственно, при этом трудно контролировать концентрацию примесей в области, расположенной ниже плавающей области (например, нижней области подложки). Однако авторы изобретения обнаружили, что распределение концентрации примесей в окрестности электрода затвора канала, который расположен ниже плавающей области, не оказывает большого влияния на параметры биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) (напряжение в открытом состоянии, пороговое напряжение на затворе и т.п.). Соответственно, маловероятно, что параметры биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) будут варьироваться в результате рассеянного распределения концентрации примесей в области, расположенной ниже плавающей области. Соответственно, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии и пороговое напряжение на затворе будут различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

[0009] В вышеупомянутых биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) предпочтительно, чтобы при распределении концентрации примесей n-типа в плавающей области, если смотреть вдоль направления толщины полупроводниковой подложки, значение локального максимума концентрации примесей n-типа не отмечалось в плавающей области.

[0010] Данная плавающая область может быть сформирована путем имплантации примесей n-типа вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки (в диапазоне глубин эмиттерной области) и путем диффузии имплантированных примесей n-типа. В качестве альтернативы, подобная плавающая область может быть сформирована также эпитаксиальным наращиванием. Эти способы делают возможным контролирование концентрации примесей n-типа в плавающей области, на которую уже не будет влиять форма электрода затвора канала. Соответственно, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии будет различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

[0011] В вышеупомянутом биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) предпочтительно, чтобы плавающая область была сформирована в виде эпитаксиального слоя.

[0012] Данная конфигурация позволяет поддерживать концентрацию примесей n-типа в плавающей области на относительно стабильном уровне. Благодаря этому появляется возможность достаточно точно контролировать концентрацию примесей n-типа в плавающей области. Соответственно, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии будет различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

[0013] В вышеупомянутом биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) предпочтительно, чтобы, если смотреть на распределение концентрации примесей p-типа в нижней области подложки вдоль направления толщины полупроводниковой подложки, значение локального максимума концентрации примесей p-типа отмечалось в нижней области подложки.

[0014] В случае, когда значение локального максимума концентрации примесей p-типа наблюдается в нижней области подложки, если биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что положение нижней границы плавающей области будет различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Соответственно, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии будет различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

[0015] В вышеупомянутом биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) предпочтительно, чтобы ширина плавающей области вдоль направления толщины полупроводниковой подложки была больше в зоне контакта с изолирующей пленкой затвора, чем в зоне, удаленной от изолирующей пленки затвора.

[0016] Таким образом, если ширина плавающей области является большой в окрестности изолирующей пленки затвора, куда дырки перетекают с наибольшей вероятностью, большее количество дырок может быть аккумулировано в области, расположенной ниже плавающей области (например, в дрейфовой области), когда биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) находится во включенном состоянии. Соответственно, данная конфигурация позволяет снизить напряжение в открытом состоянии биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT).

[0017] В вышеупомянутом биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) предпочтительно, чтобы нижняя граница нижней области подложки была расположена в зоне контакта с изолирующей пленкой затвора ниже, чем в зоне, удаленной от изолирующей пленки затвора.

[0018] Данная конфигурация позволяет снизить обратную емкость биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT).

[0019] Кроме того, настоящее описание раскрывает новый способ изготовления биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT). Этот способ изготовления включает процесс формирования эмиттерной области n-типа таким образом, чтобы она выходила на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки, процесс формирования верхней области подложки p-типа ниже диапазона глубин эмиттерной области путем имплантации примесей p-типа в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки так, чтобы примеси p-типа задерживались в диапазоне глубин эмиттерной области, и диффузии имплантированных примесей p-типа, процесс формирования плавающей области n-типа ниже диапазона глубин верхней области подложки путем имплантации примесей n-типа в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки, так, чтобы примеси n-типа задерживались в диапазоне глубин эмиттерной области, и диффузии имплантированных примесей n-типа, процесс формирования канала в верхней поверхности полупроводниковой подложки и формирования изолирующей пленки затвора, покрывающей внутреннюю поверхность канала, и электрода затвора, расположенного в канале, и процесс формирования нижней области подложки p-типа ниже диапазона глубин плавающей области путем имплантации примесей p-типа в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались на глубине ниже диапазона глубин плавающей области, после формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора. Канал располагается таким образом, чтобы после завершения соответствующих процессов проходить через эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки.

[0020] Следует отметить, что процесс формирования эмиттерной области, процесс формирования верхней области подложки, процесс формирования плавающей области и процесс формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора могут осуществляться в любой последовательности. Соответственно, вышеупомянутый «диапазон глубин эмиттерной области» может быть как уже сформированным диапазоном глубин эмиттерной области, так и диапазоном глубин эмиттерной области, который предстоит сформировать. Аналогичным образом, как «диапазон глубин верхней области подложки», так и «диапазон глубин плавающей области» могут быть уже сформированным диапазоном глубин области или же диапазоном глубин области, который только будет сформирован. Кроме того, согласно настоящему описанию, имплантация примесей таким образом, чтобы примеси задерживались в заданном диапазоне глубин, означает, что среднее положение торможения имплантированных примесей находится в заданном диапазоне глубин.

[0021] Данный способ делает возможным стабильное формирование верхней области подложки и плавающей области путем диффузии примесей. Кроме того, нижнюю область подложки формируют путем имплантации примесей p-типа в глубокие участки после того, как сформирован электрод затвора канала. Вследствие этого, нижняя область подложки может быть сформирована без существенного увеличения примесей p-типа в плавающей области. Соответственно, если биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства согласно данному способу изготовления, напряжение в открытом состоянии и пороговое напряжение на затворе сдерживаются от того, чтобы сильно различаться у разных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) серийного производства.

[0022] В вышеупомянутом способе изготовления предпочтительно, чтобы процесс формирования верхней области подложки и процесс формирования плавающей области осуществлялись раньше, чем процесс формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора.

[0023] Согласно данному способу изготовления, ширину плавающей области в окрестности изолирующей пленки затвора увеличивают, когда формируют изолирующую пленку затвора. Соответственно, данный способ изготовления делает возможным изготовление биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) с более низким напряжением в открытом состоянии.

[0024] В вышеупомянутом способе изготовления предпочтительно, чтобы в процессе формирования нижней области подложки примеси р-типа имплантировались в полупроводниковую подложку, когда имеется верхняя поверхность электрода затвора, расположенная ниже верхней поверхности полупроводниковой подложки.

[0025] Данный способ изготовления делает возможным формирование нижней области подложки таким образом, чтобы ее нижняя граница была расположена в зоне контакта с изолирующей пленкой затвора ниже, чем в зоне, удаленной от изолирующей пленки затвора. Это, в свою очередь, позволяет снизить обратную емкость биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT).

[0026] Кроме того, настоящее описание раскрывает еще один способ изготовления. Этот способ изготовления биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) включает процесс инициирования наращивания эпитаксиального слоя полупроводника n-типа на верхней поверхности основной подложки, процесс формирования эмиттерной области n-типа в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность эпитаксиального слоя, процесс формирования верхней области подложки p-типа ниже диапазона глубин эмиттерной области путем имплантации примесей p-типа в верхнюю поверхность эпитаксиального слоя таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались в диапазоне глубин эмиттерной области, диффузии имплантированных примесей p-типа, процесс формирования канала в верхней поверхности эпитаксиального слоя и формирования изолирующей пленки затвора, покрывающей внутреннюю поверхность канала, и электрода затвора, расположенного в канале, и процесс формирования нижней области p-типа основной подложки путем имплантации примесей p-типа в верхнюю поверхность эпитаксиального слоя таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались в основной подложке, после формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора. Эпитаксиальный слой n-типа образует между верхней областью подложки и нижней областью подложки плавающую область, а канал располагается таким образом, чтобы проходить через эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки, после того, как завершены соответствующие упомянутые выше процессы.

[0027] Данный способ изготовления делает возможным формирование со стабильным результатом верхней области подложки и плавающей области благодаря эпитаксиальному наращиванию и диффузии примесей. Соответственно, если биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства согласно данному способу изготовления, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии и пороговое напряжение будут различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Кроме того, в данном способе изготовления плавающая область представляет собой эпитаксиальный слой n-типа. Поэтому концентрация примесей n-типа в плавающей области может поддерживаться на существенно стабильном уровне. Соответственно, в случае, когда данные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии будет различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

[0028] В вышеупомянутом способе изготовления для наращивания эпитаксиального слоя предпочтительно, чтобы процесс формирования верхней области подложки осуществлялся раньше, чем процесс формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора.

[0029] Согласно данному способу изготовления, ширина эпитаксиального слоя n-типа в окрестностях изолирующей пленки затвора (т.е. плавающей области) увеличится, когда формируется изолирующая пленка затвора. Соответственно, данный способ изготовления делает возможным изготовление биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) с более низким напряжением в открытом состоянии.

[0030] В вышеупомянутом способе изготовления для наращивания эпитаксиального слоя предпочтительно, чтобы в процессе формирования нижней области подложки примеси p-типа имплантировались в полупроводниковую подложку, когда имеется верхняя поверхность электрода затвора, расположенная ниже верхней поверхности полупроводниковой подложки.

[0031] Данный способ изготовления делает возможным формирование нижней области подложки таким образом, чтобы ее нижняя граница была расположена в зоне контакта с изолирующей пленкой затвора ниже, чем в зоне, удаленной от изолирующей пленки затвора. Соответственно, это позволяет снизить обратную емкость биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0032] [ФИГ. 1] ФИГ. 1 представляет собой продольное сечение

биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения.

[ФИГ. 2] ФИГ. 2 представляет собой вид сверху биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT), при этом эмиттерный электрод 60, пробки из изолирующих пленок 46 и межслойные изолирующие пленки 47 не показаны.

[ФИГ. 3] ФИГ. 3 представляет собой график, показывающий распределение концентраций примесей в полупроводниковой подложке по сечению А-А на ФИГ. 1.

[ФИГ. 4] ФИГ. 4 представляет собой график, показывающий распределение концентраций примесей в полупроводниковой подложке по сечению В-В на ФИГ. 1.

[ФИГ. 5] ФИГ. 5 представляет собой блок-схему, показывающую один из способов изготовления биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT).

[ФИГ. 6] ФИГ. 6 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 перед началом изготовления по способу, блок-схема которого представлена на ФИГ. 5.

[ФИГ. 7] ФИГ. 7 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S2.

[ФИГ. 8] ФИГ. 8 представляет собой график, показывающий распределение концентрации примесей в полупроводниковой подложке 100 по сечению С-С на ФИГ. 7.

[ФИГ. 9] ФИГ. 9 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S4.

[ФИГ. 10] ФИГ. 10 представляет собой график, показывающий распределение концентраций примесей в полупроводниковой подложке 100 по сечению D-D на ФИГ. 9.

[ФИГ. 11] ФИГ. 11 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S6.

[ФИГ. 12] ФИГ. 12 представляет собой график, показывающий распределение концентраций примесей в полупроводниковой подложке 100 по сечению Е-Е на ФИГ. 11.

[ФИГ. 13] ФИГ. 13 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S8.

[ФИГ. 14] ФИГ. 14 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S10.

[ФИГ. 15] ФИГ. 15 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S12.

[ФИГ. 16] ФИГ. 16 представляет собой увеличенное изображение верхней поверхности электрода 44 затвора на ФИГ. 15.

[ФИГ. 17] ФИГ. 17 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S14.

[ФИГ. 18] ФИГ. 18 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 100 после выполнения этапа S16.

[ФИГ. 19] ФИГ. 19 представляет собой продольное сечение, иллюстрирующее другой способ формирования широкого участка плавающей области 24.

[ФИГ. 20] ФИГ. 20 представляет собой продольное сечение, иллюстрирующее еще один способ формирования широкого участка плавающей области 24.

[ФИГ. 21] ФИГ. 21 представляет собой продольное сечение биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), который включает широкий участок 24b.

[ФИГ. 22] ФИГ. 22 представляет собой вид сверху биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) согласно первому примеру модификации, соответствующий виду на ФИГ. 2.

[ФИГ. 23] ФИГ. 23 представляет собой вид сверху биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) согласно второму примеру модификации, соответствующий виду на ФИГ. 2.

[ФИГ. 24] ФИГ. 24 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно третьему примеру модификации на участке, соответствующем ФИГ. 4.

[ФИГ. 25] ФИГ. 25 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно четвертому примеру модификации на участке, соответствующем ФИГ. 3.

[ФИГ. 26] ФИГ. 26 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно пятому примеру модификации на участке, соответствующем ФИГ. 3.

[ФИГ. 27] ФИГ. 27 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно шестому примеру модификации на участке, соответствующем ФИГ. 3.

[ФИГ. 28] ФИГ. 28 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно седьмому примеру модификации на участке, соответствующем ФИГ. 3.

[ФИГ. 29] ФИГ. 29 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно восьмому примеру модификации на участке, соответствующем ФИГ. 3.

[ФИГ. 30] ФИГ. 30 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения на участке, соответствующем ФИГ. 3.

[ФИГ. 31] ФИГ. 31 представляет собой блок-схему, показывающую способ изготовления биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения.

[ФИГ. 32] ФИГ. 32 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 300 после выполнения этапа S32.

[ФИГ. 33] ФИГ. 33 представляет собой график, показывающий распределение концентрации примесей в полупроводниковой подложке 300 по сечению G-G на ФИГ. 32.

[ФИГ. 34] ФИГ. 34 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 300 после выполнения этапа S34.

[ФИГ. 35] ФИГ. 35 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 300 после выполнения этапа S42.

[ФИГ. 36] ФИГ. 36 представляет собой продольное сечение полупроводниковой подложки 300 после выполнения этапа S44.

[ФИГ. 37] ФИГ. 37 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно восьмому примеру осуществления изобретения на участке, соответствующем ФИГ. 30.

[ФИГ. 38] ФИГ. 38 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно девятому примеру осуществления изобретения на участке, соответствующем ФИГ. 30.

[ФИГ. 39] ФИГ. 39 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно десятому примеру осуществления изобретения на участке, соответствующем ФИГ. 30.

[ФИГ. 40] ФИГ. 40 представляет собой график распределения концентраций примесей в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно одиннадцатому примеру осуществления изобретения на участке, соответствующем ФИГ. 30.

[ФИГ. 41] ФИГ. 41 представляет собой график, показывающий значения локальных максимумов и значения локальных минимумов в распределении концентраций примесей.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0033] (Первый вариант осуществления изобретения)

Биполярный транзистор 10 с изолированным затвором (IGBT), показанный на ФИГ. 1, состоит из полупроводниковой подложки 12 и электродов, изолирующих пленок и т.п., которые сформированы на верхней поверхности и на нижней поверхности полупроводниковой подложки 12.

[0034] Множество каналов 40 сформированы в верхней поверхности полупроводниковой подложки 12. Внутренняя поверхность каждого из каналов 40 покрыта соответствующей изолирующей пленкой 42 затвора. Каждый из электродов 44 затвора сформирован внутри соответствующего канала 40. Верхняя поверхность каждого электрода 44 затвора покрыта соответствующей одной из пробок из изолирующих пленок 46. Кроме того, каждая из межслойных изолирующих пленок 47 сформирована на соответствующей одной из пробок из изолирующих пленок 46. Следует заметить, что электроды 44 затвора могут иметь внешние соединения в позициях, которые не показаны на чертеже. Здесь и далее изолирующие пленки 42 затвора и электроды 44 затвора, сформированные соответственно в каналах 40, будут в некоторых случаях обозначены совместно как электроды 48 затворов каналов. Как показано на ФИГ. 2, соответствующие электроды 48 затворов каналов проходят параллельно друг другу.

[0035] Эмиттерные области 20, верхние области 22 подложки, плавающие области 24, нижние области 26 подложки, дрейфовая область 28, буферная область 30 и коллекторная область 32 сформированы внутри полупроводниковой подложки 12.

[0036] Эмиттерные области 20 представляют собой области n-типа и избирательно сформированы в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 12. Соответственно эмиттерные области 20 контактируют с изолирующими пленками 42 затвора. Как показано на ФИГ. 2, эмиттерные области 20 пролегают параллельно друг другу вдоль соответствующих электродов 48 затворов каналов.

[0037] Верхние области 22 подложки представляют собой области p-типа и сформированы соответственно ниже эмиттерных областей 20 и рядом с эмиттерными областями 20. Как показано на ФИГ. 1 и 2, каждая из верхних областей 22 подложки выходит на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 12 между двумя соответствующими областями двух эмиттерных областей 20. Кроме того, верхние области 22 подложки контактируют с изолирующими пленками 42 затвора ниже соответствующих эмиттерных областей 20.

[0038] Плавающие области 24 представляют собой области n-типа и сформированы ниже соответствующих верхних областей 22 подложки. Плавающие области 24 отделены от эмиттерных областей 20 соответствующими верхними областями 22 подложки. Плавающие области 24 контактируют с соответствующими изолирующими пленками 42 затвора. Верхние границы плавающих областей 24 смещаются вверх по мере того, как сокращаются расстояния до соответствующих изолирующих пленок 42 затвора. Нижние границы плавающих областей 24 смещаются вниз по мере того, как сокращаются расстояния до соответствующих изолирующих пленок 42 затвора. Соответственно, ширина плавающих областей 24 меняется в зависимости от их положения вдоль направления толщины полупроводниковой подложки 12. Так, ширина W1 плавающих областей 24 в зонах контакта с изолирующими пленками 42 затвора больше, чем ширина W2 плавающих областей 24 в зонах, удаленных от изолирующих пленок 42 затвора. Эти участки плавающих областей 24, имеющие ширину W1, далее будут обозначены как широкие участки 24а.

[0039] Нижние области 26 подложки представляют собой области p-типа и сформированы ниже соответствующих плавающих областей 24. Нижние области 26 подложки отделены от верхних областей 22 подложки соответствующими плавающими областями 24. Нижние области 26 подложки контактируют с соответствующими изолирующими пленками 42 затвора. Нижние границы нижних областей 26 подложки расположены в зонах контакта с изолирующими пленками 42 затвора ниже, чем в зонах, удаленных от изолирующих пленок 42 затвора. Таким образом, участки смещения 26a, которые смещены вниз вдоль соответствующих изолирующих пленок 42 затвора, сформированы в тех участках нижних областей 26 подложки, которые контактируют с соответствующими изолирующими пленками 42 затвора.

[0040] Дрейфовая область 28 представляет собой область n-типа, которая содержит примеси n-типа в низкой концентрации. Дрейфовая область 28 формируется под нижними областями 26 подложки. Дрейфовая область 28 отделена от плавающих областей 24 соответствующими нижними областями 26 подложки. Дрейфовая область 28 контактирует с изолирующими пленками 42 затвора, которые расположены на нижних концах соответствующих каналов 40.

[0041] Буферная область 30 представляет собой область n-типа, которая содержит примеси n-типа в более высокой концентрации, чем дрейфовая область 28. Буферная область 30 формируется ниже дрейфовой области 28.

[0042] Коллекторная область 32 представляет собой область p-типа, которая содержит примеси p-типа в высокой концентрации. Коллекторная область 32 формируется в такой зоне, чтобы выходить на нижнюю поверхность полупроводниковой подложки 12. Коллекторная область 32 отделена от нижних областей 26 подложки дрейфовой областью 28 и буферной областью 30.

[0043] Соответствующие области формируются внутри полупроводниковой подложки 12, как описано выше. Таким образом, каждый канал 40 расположен таким образом, что он проходит через соответствующую эмиттерную область 20, соответствующую верхнюю область 22 подложки, соответствующую плавающую область 24 и соответствующую нижнюю область 26 подложки и достигает дрейфовой области 28. Кроме того, каждый электрод 44 затвора защищен от воздействия соответствующей эмиттерной области 20, соответствующей верхней области 22 подложки, соответствующей плавающей области 24 и соответствующей нижней области 26 подложки благодаря расположенной между ними соответствующей изолирующей пленке 42 затвора на боковой поверхности соответствующего канала 40.

[0044] Эмиттерный электрод 60 формируется на верхней поверхности полупроводниковой подложки 12. Эмиттерный электрод 60 находится в омическом контакте с эмиттерной областью 20 и верхними областями 22 подложки. Эмиттерный электрод 60 изолирован от электродов 44 затвора соответствующими пробками из изолирующих пленок 46 и межслойными изолирующими пленками 47. Коллекторный электрод 62 формируется на нижней поверхности полупроводниковой подложки 12. Коллекторный электрод 62 находится в омическом контакте с коллекторной областью 32.

[0045] На ФИГ. 3 показано распределение концентраций примесей n-типа и примесей p-типа в полупроводниковой подложке 12, если смотреть по сечению А-А на ФИГ. 1. На ФИГ. 4 показано распределение концентраций примесей n-типа и примесей p-типа в полупроводниковой подложке 12, если смотреть по сечению В-В на ФИГ. 1. Отметим в данной связи, что на каждой из ФИГ. 3 и 4 и других чертежах, показывающих распределение концентраций примесей (за исключением ФИГ. 41), показан график, из которого удалены шумовые помехи на уровне минимальной погрешности измерений. Кроме того, во всех этих чертежах используются логарифмические оси координат для координат, отображающих концентрацию.

[0046] Как показано на ФИГ. 3, концентрация примесей p-типа принимает максимальное значение на верхних границах эмиттерных областей 20. Концентрация примесей p-типа снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от верхних границ эмиттерных областей 20, и принимает значение PLL локального минимума в плавающих областях 24. Концентрация примесей p-типа повышается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от местоположения со значением PLL локального минимума, и принимает значение PLH локального максимума на нижних областях 26 подложки. Концентрация примесей p-типа снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от местоположения со значением PLH локального максимума и становится приблизительно равной нулю на границах между нижними областями 26 подложки и дрейфовой областью 28.

[0047] Концентрация примесей n-типа принимает максимальное значение на верхних границах эмиттерных областей 20. Концентрация примесей n-типа снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от верхних границ эмиттерных областей 20. Скорость снижения концентрации примесей n-типа замедляется в участках 22с в верхних областях 22 подложки. Однако в областях ниже участков 22с концентрация примесей n-типа также снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз. Концентрация примесей n-типа снижается до значения NL в нижних областях 26 подложки. В дрейфовой области 28 концентрация примесей n-типа практически постоянна и фактически принимает значение NL.

[0048] Кроме того, как показано на ФИГ. 4, по сечению В-В концентрация примесей p-типа распределена практически так же, как и концентрация примесей p-типа по сечению А-А. Кроме того, по сечению В-В, концентрация примесей n-типа ниже, чем концентрация примесей p-типа в диапазоне глубины эмиттерных областей 20. Но даже и по линии В-В, ниже диапазона глубины эмиттерных областей 20, концентрация примесей n-типа распределена практически так же, как и концентрация примесей n-типа по сечению А-А.

[0049] Далее будет описан способ изготовления биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT). Биполярный транзистор 10 с изолированным затвором (IGBT) изготавливают согласно блок-схеме, представленной на ФИГ. 5. Биполярный транзистор 10 с изолированным затвором (IGBT) изготавливается на полупроводниковой подложке 100, показанной на ФИГ. 6. Полупроводниковая подложка 100 представляет собой кремниевую подложку n-типа с концентрацией NL примесей n-типа, которая приблизительно равна концентрации примесей в дрейфовой области 28 (около 1×10143 в данном варианте осуществления изобретения). Толщина полупроводниковой подложки 100 составляет около 700 мкм.

[0050] На этапе S2, как показано на ФИГ. 7, в полупроводниковой подложке 100 формируются плавающие области 24. Более конкретно, в первую очередь примеси n-типа (фосфор в данном варианте осуществления изобретения) имплантируют ионами в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100. В данном случае энергия ускорения ионов составляет от 30 кэВ до 300 кэВ при величине дозы от 1×1011 до 1×1014/см2. Имплантация примесей n-типа осуществляется таким образом, чтобы имплантированные примеси n-типа задерживались в области вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 (в диапазоне глубин, в котором позднее должны быть сформированы эмиттерные области 20). Более конкретно, имплантация примесей n-типа осуществляется таким образом, чтобы среднее местоположение торможения имплантированных примесей n-типа располагалось в области вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 (в диапазоне глубин, в котором позднее будут сформированы эмиттерные области 20). Затем полупроводниковая подложка 100 подвергается тепловой обработке. В данном случае полупроводниковая подложка 100 выдерживается в атмосфере азота (N2) или кислорода (O2) при температуре от 900 до 1250°C в течение от 30 до 120 минут. Отметим в данной связи, что атмосферная среда для тепловой обработки может быть атмосферой, смешанной из азота и кислорода, или атмосферой, полученной путем добавления водорода (H2) к кислороду, азоту или к смеси этих газов. При выполнении тепловой обработки примеси n-типа, имплантированные в полупроводниковую подложку 100, диффундируют и активируются. Таким образом, как показано на ФИГ. 7, в полупроводниковой подложке 100 формируются плавающие области 24. Как показано на ФИГ. 8, в плавающих областях 24 концентрация примесей n-типа наиболее высока на участке верхней поверхности полупроводниковой подложки 100, при этом концентрация примесей снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от этого участка. Такое распределение концентрации примесей n-типа достигается потому, что примеси n-типа имплантируются таким образом, чтобы задерживаться вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100, и при этом примеси n-типа диффундируют.

[0051] На этапе S4, как показано на ФИГ. 9, верхние области 22 подложки формируют в полупроводниковой подложке 100. Более конкретно, в первую очередь примеси p-типа (бор в данном варианте осуществления изобретения) имплантируют ионами в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100. В данном случае энергия ускорения ионов составляет от 30 кэВ до 150 кэВ при величине дозы от 1×1011 до 5×1014 /см2. Имплантация примесей p-типа осуществляется таким образом, чтобы имплантированные примеси p-типа задерживались в области вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 (в диапазоне глубин, в котором позднее должны быть сформированы эмиттерные области 20). Более конкретно, имплантация примесей p-типа осуществляется таким образом, чтобы среднее местоположение торможения имплантированных примесей p-типа располагалось в области вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 (в диапазоне глубин, в котором позднее будет сформированы эмиттерные области 20). Затем полупроводниковая подложка 100 подвергается тепловой обработке. В данном случае полупроводниковая подложка 100 выдерживается в атмосфере из азота и кислорода, смеси азота и кислорода или в газе, который получается путем добавления к этим газам водорода, при температуре от 900 до 1250°C в течение от 30 до 120 минут. При выполнении тепловой обработки примеси p-типа, имплантированные в полупроводниковую подложку 100, диффундируют и активируются. Таким образом, как показано на ФИГ. 9, внутри полупроводниковой подложки 100 формируются верхние области 22 подложки. Как показано на ФИГ. 10, концентрация примесей p-типа в полупроводниковой подложке 100 наиболее высока на участке верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 и снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от этого участка. Такое распределение концентрации примесей p-типа достигается потому, что примеси p-типа имплантируются таким образом, чтобы они задерживались вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100, при этом примеси p-типа диффундируют.

[0052] На этапе S6, как показано на ФИГ. 11, эмиттерные области 20 формируют в полупроводниковой подложке 100. Более конкретно, в первую очередь на верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 формируют резист. Резист формируют таким образом, чтобы он покрывал зону, где еще не сформированы эмиттерные области 20 (зону, где верхние области 22 подложки выходят на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100 на ФИГ. 11). Затем примеси n-типа (мышьяк в данном варианте осуществления изобретения) имплантируют ионами в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100. В данном случае энергия ускорения ионов составляет от 30 кэВ до 150 кэВ при величине дозы от 1×1013 до 1×1016 /см2. Таким образом, примеси n-типа имплантируют в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100 в зону, которая не покрыта резистом. Кроме того, имплантация примесей n-типа осуществляется таким образом, чтобы имплантированные примеси n-типа задерживались в области вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100. Затем, полупроводниковая подложка 100 подвергается тепловой обработке. В данном случае полупроводниковая подложка 100 выдерживается в атмосфере азота, кислорода, или смеси азота и кислорода, или в газовой смеси, полученной путем добавления к этим газам водорода, при температуре 900 до 1250°C в течение от 20 до 120 минут. При выполнении тепловой обработки примеси n-типа, имплантированные в полупроводниковую подложку 100, диффундируют и активируются. Таким образом, как показано на ФИГ. 11, формируются эмиттерные области 20. Как показано на ФИГ. 12, концентрация примесей n-типа в эмиттерных областях 20 наиболее высока на участке верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 и снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз от этого участка. Такое распределение концентрации примесей n-типа достигается благодаря тому, что примеси n-типа имплантируются таким образом, чтобы они задерживались вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100, при этом примеси n-типа диффундируют.

[0053] На этапе S8, как показано на ФИГ. 13, каналы 40 формируют в верхней поверхности полупроводниковой подложки 100. Более конкретно, в первую очередь на верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 формируют маску для травления. Открытые участки формируют в маске для травления в областях, где соответственно будут сформированы каналы 40. Затем верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100 на открытых участках протравливают с использованием метода анизотропного травления, такого как РИТ (реактивное ионное травление) или т.п. Таким образом, каналы 40 формируются в верхней поверхности полупроводниковой подложки 100. Каналы 40 формируются таким образом, чтобы достигать глубины, соответствующей дрейфовой области 28 на ФИГ. 1. После травления маска для травления удаляется.

[0054] На этапе S10 полупроводниковая подложка 100 подвергается тепловой обработке при температуре от 800 до 1150°C в окислительной среде. Таким образом, как показано на ФИГ. 14, на поверхности полупроводниковой подложки 100 формируют оксидную пленку. Одновременно с этим оксидные пленки формируют также и на внутренних поверхностях соответствующих каналов 40. Оксидные пленки, сформированные на внутренних поверхностях соответствующих каналов 40, являются изолирующими пленками 42 затвора. Во время наращивания оксидных пленок (изолирующих пленок 42 затвора) на внутренних поверхностях каналов 40 оксидные пленки поглощают примеси p-типа из соседних с ними участков и выдают из себя примеси n-типа в соседние с ними участки. Подобное явление обычно называют сегрегацией. Благодаря такой сегрегации, если изолирующие пленки 42 затвора уже сформированы, ширина плавающих областей 24 вблизи изолирующих пленок 42 затвора (ширина вдоль направления толщины полупроводниковой подложки 100) увеличивается, как показано на ФИГ. 14. Как следствие, формируются широкие участки 24а плавающих областей 24 в таких зонах, чтобы быть в контакте с соответствующими изолирующими пленками 42 затвора.

[0055] На этапе S12 на поверхности полупроводниковой подложки 100 выращивают поликремний. Таким образом, внутренний объем каналов 40 оказывается заполненным поликремнием. Затем поликремний, сформировавшийся на верхней поверхности полупроводниковой подложки 100, удаляется с использованием травления. В результате, полупроводниковая подложка 100 переходит в состояние, которое показано на ФИГ. 15. Как показано на ФИГ. 15, электроды 44 затвора формируются из поликремния, оставшегося внутри каналов 40. Отметим в данной связи, что, как показано на ФИГ. 16, этап S12 выполняют так, чтобы верхние поверхности электродов 44 затвора были расположены ниже верхней поверхности полупроводниковой подложки 100. Иными словами, после выполнения этапа S12, между электродами 44 затвора и соответствующей верхней поверхностью полупроводниковой подложки 100 формируются углубления HI (подконтактный столбик).

[0056] На этапе S13 полупроводниковая подложка 100 подвергается тепловой обработке в окислительной среде. Таким образом, верхние поверхности электродов 44 затвора оксидируются для формирования соответствующих пробок из изолирующих пленок 46. В данном случае формируются пробки из изолирующих пленок 46 толщиной около 30 нм.

[0057] На этапе S14, чтобы сформировать нижние области 26 подложки, примеси p-типа имплантируют в полупроводниковую подложку 100. Более конкретно, в первую очередь примеси p-типа (бор в данном варианте осуществления изобретения) имплантируют ионами в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки 100. В данном случае энергия ускорения ионов составляет от 300 кэВ до 3 МэВ при величине дозы от 1×1011 до 1×1014 /см2. Имплантация примесей p-типа осуществляется так, чтобы имплантированные примеси p-типа задерживались в областях, расположенных ниже плавающих областей 24 (в диапазоне глубин, в котором должны быть сформированы нижние области 26 подложки). Более конкретно, имплантация примесей p-типа осуществляется так, чтобы среднее положение торможения имплантированных примесей p-типа находилось в областях, расположенных ниже плавающих областей 24 (в диапазоне глубин, в котором должны быть сформированы нижние области подложки).

[0058] На этапе S15 на полупроводниковой подложке 100 формируют межслойные изолирующие пленки 47 методом химического парофазного осаждения (CVD). В данном случае формируются межслойные изолирующие пленки 47 толщиной около 1000 нм.

[0059] На этапе S16 формируют нижние области 26 подложки. Более конкретно, полупроводниковую подложку 100 подвергают тепловой обработке посредством оплавления. В ходе данной тепловой обработки полупроводниковую подложку 100 выдерживают в атмосфере азота (то есть в неокислительной среде) при температуре от 900 до 1000°C в течение от 15 до 60 минут. При выполнении тепловой обработки примеси p-типа, имплантированные в полупроводниковую подложку 100, диффундируют и активируются. Таким образом, как показано на ФИГ. 17, в полупроводниковой подложке 100 формируются нижние области 26 подложки. Отметим в данной связи, что, поскольку данная тепловая обработка осуществляется в неокислительной среде, это позволяет предотвратить возникновение в полупроводниковой подложке 100 индуцированных окислением дефектов. Кроме того, область n-типа, расположенная под нижними областями 26 подложки, представляет собой дрейфовую область 28. Если этап S14 выполняется, распределение концентраций примесей в полупроводниковой подложке 100 по сечению F-F на ФИГ. 17 становится распределением, которое показано на ФИГ. 3. Значение PLH локального максимума концентрации примесей p-типа отмечается в нижних областях 26 подложки в связи с тем, что ионная имплантация на этапе S14 осуществляется так, чтобы примеси p-типа задерживались в зонах, где должны формироваться нижние области 26 подложки. Кроме того, поскольку концентрация примесей p-типа в нижних областях 26 подложки, таким образом, становится высокой, значение PLL локального минимума концентрации примесей p-типа находится в плавающих областях 24.

[0060] Отметим в данной связи, что, как описано выше, в течение имплантации примесей p-типа на этапе S14, между соответствующими верхними поверхностями электродов 44 затвора и соответствующей верхней поверхностью полупроводниковой подложки 100 формируются углубления HI. Таким образом, вследствие влияния формы углублений HI среднее положение торможения примесей p-типа находится в областях вблизи соответствующих электродов 48 затворов каналов ниже, чем в областях, удаленных от соответствующих электродов 48 затворов каналов. Таким образом, участки смещения 26а формируются в нижних областях 26 подложки в таких пределах, чтобы быть в контакте с соответствующими изолирующими пленками 42 затвора.

[0061] На этапе S17 изолирующие пленки, покрывающие соответствующие эмиттерные области 20 и соответствующие верхние области 22 подложки, удаляются. Затем, как показано на ФИГ. 18, на верхней поверхности полупроводниковой подложки 100 формируется эмиттерный электрод 60.

[0062] На этапе S18 обрабатывается нижняя поверхность полупроводниковой подложки 100. Более конкретно, в первую очередь нижняя поверхность полупроводниковой подложки 100 полируется для того, чтобы сделать более тонкой полупроводниковую подложку 100. Затем буферная область 30 и коллекторная область 32 формируются внутри полупроводниковой подложки 100 посредством ионной имплантации и тепловой обработки нижней поверхности полупроводниковой подложки 100. Затем на нижней поверхности полупроводниковой подложки 100 формируется коллекторный электрод 62. Когда выполнен этап S18, биполярный транзистор 10 с изолированным затвором (IGBT), показанный на ФИГ. 1, полностью готов.

[0063] Далее будет описано функционирование биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT). Если напряжение, равное или выше порогового напряжения на затворе (минимальное напряжение затвора, необходимое для включения биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT)), подается на электроды 44 затвора вместе с напряжением, подаваемым между эмиттерным электродом 60 и коллекторным электродом 62, так, чтобы напряжение коллекторного электрода 62 приобрело положительное значение, биполярный транзистор 10 с изолированным затвором (IGBT) переходит в открытое состояние. Это означает, что образуются каналы, проходящие через верхние области 22 подложки и нижние области 26 подложки таким образом, чтобы контактировать с соответствующими изолирующими пленками 42 затвора, и поток электронов перетекает из эмиттерной области 20 в коллекторную область 32 через соответствующие каналы. Одновременно с этим дырки перетекают из коллекторной области 32 в дрейфовую область 28. В результате перетекания дырок в дрейфовую область 28 в дрейфовой области 28 возникает такое явление, как модуляция удельной проводимости, и электрическое сопротивление дрейфовой области 28 падает. Соответственно, электроны перетекают в дрейфовую область 28 с низкими потерями. Кроме того, дырки, которые перетекли в дрейфовую область 28, перетекают из дрейфовой области 28 в направлении верхних областей 22 подложки. Однако между дрейфовой областью 28 и соответствующими верхними областями 22 подложки существуют плавающие области 24, и эти плавающие области 24 служат барьерами, которые ограничивают перемещение дырок в верхние области 22 подложки. Таким образом, концентрация дырок в дрейфовой области 28 становится высокой, а электрическое сопротивление дрейфовой области 28 дополнительно уменьшается. Таким образом, снижается напряжение в открытом состоянии биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT).

[0064] Кроме того, в вышеупомянутом способе изготовления, верхние области 22 подложки формируются путем диффузии примесей p-типа, имплантированных вблизи верхней поверхности полупроводниковой подложки 100. Как следствие, в верхних областях 22 подложки концентрация примесей p-типа снижается по мере того, как увеличивается расстояние по направлению вниз или сокращается расстояние по направлению вверх. Согласно этому способу, верхние области 22 подложки могут быть сформированы без образования дефекта, такого как индуцированный окислением дефект (OSF-дефект) или т.п. в полупроводниковой подложке 100, или без влияния формы электродов 48 затворов канала. Это означает, что можно точно контролировать участки верхних областей 22 подложки и концентрацию примесей p-типа в верхних областях 22 подложки. Таким образом, если биполярные транзисторы 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что пороговое напряжение на затворе будет различаться у отдельных биполярных транзисторов 10 с изолированным затвором (IGBT) серийного производства.

[0065] Кроме того, в рамках вышеупомянутого способа изготовления нижние области 26 подложки формируются посредством прямой имплантация примеси p-типа глубоко в нижние области 26 подложки после формирования электродов 48 затворов каналов. Таким образом, нижние области 26 подложки могут формироваться без значительного повышения концентрации примесей p-типа в плавающих областях 24. Как следствие, в плавающих областях 24 наблюдается значение PLL локального минимума концентрации примесей p-типа. По этой причине разница между концентрацией примесей n-типа и концентрацией примесей p-типа в плавающих областях 24 относительна велика. Это значит, что плавающие области 24 будут формироваться с получением стабильных результатов. Таким образом, если биполярные транзисторы 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения изготавливаются в условиях серийного производства, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии будет различаться у отдельных биполярных транзисторов 10 с изолированным затвором (IGBT) серийного производства.

[0066] Кроме того, если примеси p-типа имплантируются до глубины нижних областей 26 подложки соответственно после формирования электродов 48 затворов каналов, глубина имплантации примесей p-типа в окрестностях электродов 48 затворов каналов изменяется в соответствии с формой углублений HI в верхних участках электродов 48 затворов каналов. Таким образом, нет возможности точно контролировать глубину имплантации примесей p-типа в областях, расположенных вблизи электродов 48 затворов каналов. Однако концентрация примесей p-типа в нижних областях 26 подложки в окрестностях электродов 48 затворов каналов оказывает малое влияние на напряжение в открытом состоянии и на пороговое напряжение на затворе биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT). Соответственно, напряжение в открытом состоянии и пороговое напряжение на затворе крайне незначительно подвержены разбросу по причине этого влияния.

[0067] Кроме того, если нижние области 26 подложки сформированы таким образом, участки смещения 26а могут формироваться в соответствующих нижних областях 26 подложки. Соответственно, были получены следующие полезные результаты. В биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) длина L1 выступа электродов 48 затворов каналов ниже соответствующих нижних областей 26 подложки относительно большая. Таким образом, дырки, находящиеся в дрейфовой области 28 вблизи нижних областей 26 подложки, блокированы соответствующими выступающими электродами 48 затворов каналов, что препятствует их перемещению в поперечном направлении в дрейфовой области 28. По этой причине большое количество дырок скапливается в дрейфовой области 28 вблизи нижних областей 26 подложки. Соответственно, напряжение в открытом состоянии биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT) снижается. С другой стороны, обычно, если длина выступа электродов затворов каналов увеличивается, площадь контакта между изолирующими пленками затвора и дрейфовой областью соответственно увеличивается, и обратная емкость биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) повышается. Однако в вышеописанном биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) площадь контакта между изолирующими пленками 42 затвора и дрейфовой областью 28 соответственно невелика вследствие образования участков смещения 26a. Как следствие, такой биполярный транзистор 10 с изолированным затвором (IGBT) имеет малую обратную емкость, несмотря на значительную длину L1 выступа. Соответственно, потери при переключении в биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения будут невелики.

[0068] Кроме того, многие дырки, которые перемещаются из дрейфовой области 28 в верхние области 22 подложки, двигаются через плавающие области 24 вблизи соответствующих изолирующих пленок 42 затвора (то есть вблизи каналов). В вышеупомянутом биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) широкие участки 24а плавающих областей 24 сформированы вблизи соответствующих изолирующих пленок 42 затвора. Широкие участки 24а препятствуют перемещению дырок из дрейфовой области 28 в соответствующие верхние области 22 подложки. Таким образом, напряжение в открытом состоянии биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT) дополнительно уменьшается.

[0069] Отметим в данной связи, что в вышеупомянутом первом способе осуществления изобретения плавающие области 24, верхние области 22 подложки и эмиттерные области 20 формируются в указанной последовательности, однако последовательность формирования этих областей может меняться любым образом. Кроме того, в случае, когда нет необходимости формировать широкие участки 24а в соответствующих плавающих областях 24, плавающие области 24, верхние области 22 подложки и эмиттерные области 20 могут формироваться после формирования электродов 48 затворов каналов. Отметим в данной связи, что в случае, когда эмиттерные области 20 формируются до формирования электродов 48 затворов каналов, предпочтительно, чтобы в качестве примеси n-типа для формирования эмиттерной области 20 был использован мышьяк, как это описано выше. Это обусловлено тем, что мышьяк с малой долей вероятности может термически диффундировать и по этой причине может удерживаться в целевых областях, даже когда они подвергаются нагреву во время формирования электродов 48 затворов каналов. Чтобы сформировать эмиттерные области 20 вместо мышьяка также может быть использован фосфор. В этом случае фосфор с большой долей вероятности будет термически диффундировать. Поэтому предпочтительно формировать эмиттерные области 20 после формирования электродов 48 затворов каналов. Кроме того, хотя фосфор используется в качестве примеси n-типа для формирования плавающих областей 24 в вышеупомянутом первом варианте осуществления изобретения, вместо фосфора может использоваться мышьяк.

[0070] Кроме того, в рамках вышеупомянутого первого варианта осуществления изобретения широкие участки 24а формируются в соответствующих плавающих областях 24 при формировании изолирующих пленок 42 затвора после формирования плавающих областей 24 и верхних областей 22 подложки. Однако широкие участки могут быть сформированы в соответствующих плавающих областях 24 согласно следующему далее способу. В этом способе в первую очередь выполняются описанные выше этапы с S2 до S4. Затем, как показано на ФИГ. 19, маска 102, которая будет иметь открытые участки в областях, где будут сформированы соответствующие каналы 40, формируется на верхней поверхности полупроводниковой подложки 100. После этого примеси n-типа имплантируются в плавающие области 24 через маску 102, а затем имплантированные примеси n-типа диффундируют и активируются. Таким образом, как показано на ФИГ. 20, формируются широкие участки 24b. После этого электроды 48 затворов каналов формируются таким образом, чтобы они проходили через соответствующие широкие участки 24b, а также выполняются другие необходимые операции, чтобы полностью завершить изготовление биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), показанного на ФИГ. 21.

[0071] Кроме того, в вышеупомянутом первом варианте осуществления изобретения электроды 48 затворов каналов, эмиттерные области 20 и верхние области 22 подложки расположены в порядке, как показано на ФИГ. 2, на верхней поверхности полупроводниковой подложки. Однако эти области могут располагаться и так, как показано на ФИГ. 22 или ФИГ. 23.

[0072] Отметим в данной связи, что в первом варианте осуществления изобретения плавающие области 24 сформированы таким образом, чтобы концентрация примесей n-типа была максимальной на верхней границе полупроводниковой подложки 100, как показано на ФИГ. 8. Таким образом, на ФИГ. 4 (распределение концентраций примесей по сечению В-В на ФИГ. 1) концентрация примесей n-типа также максимальна на верхней границе полупроводниковой подложки 100. Однако если вышеупомянутое среднее положение торможения примесей n-типа становится несколько глубже, чем в первом варианте осуществления изобретения, концентрация примесей по сечению В-В становится такой, как показано на ФИГ. 24. Это значит, что значение NLH локального максимума концентрации примесей n-типа формируется в пределах диапазона глубин эмиттерных областей 20. Таким образом, даже если значение NLH локального максимума концентрации примесей n-типа находится в пределах диапазона глубин эмиттерных областей 20, не возникает никаких проблем именно до тех пор, пока значение локального максимума концентрации примесей n-типа не находится в верхних областях 22 подложки и в плавающих областях 24, которые расположены ниже соответствующих эмиттерных областей 20. Это обусловлено тем, что глубина имплантации примесей n-типа невелика, и поэтому не возникает таких проблем, как индуцированный окислением дефект (OSF-дефект) или т.п. в пределах диапазона глубин эмиттерных областей 20. Подобным же образом, как показано на ФИГ. 25, значение PLH2 локального максимума концентрации примесей p-типа может находиться в пределах диапазона глубин эмиттерных областей 20.

[0073] Кроме того, как показано на ФИГ. 26, значение NLH2 локального максимума концентрации примесей n-типа может находиться в эмиттерной области 20. Кроме того, как показано на ФИГ. 27, значение PLL локального минимума концентрации примесей p-типа может быть выше концентрации NL примесей n-типа в дрейфовой области 28. Кроме того, ФИГ. 28 отображает распределение концентраций примесей, имплантированных на этапах S2, S4, S6 и S14, отдельно для каждого этапа. Как показано на ФИГ. 28, некоторые примеси p-типа, имплантированные на этапе S14, могут быть распределены в эмиттерной области 20. Например, как показано на ФИГ. 28, концентрация примесей n-типа в точке пересечения С1 графика концентрации примесей p-типа, имплантированных на этапе S14, и графика концентрации примесей n-типа, имплантированных на этапе S6, может быть больше концентрации NL примесей n-типа в дрейфовой области 28 (концентрации примесей n-типа в исходной полупроводниковой подложке 100).

[0074] Кроме того, как показано на ФИГ. 29, некоторые из примесей n-типа, имплантированные и диффундировавшие на этапе S2, могут быть размещены в области, расположенной под нижними областями 26 подложки. Это значит, что область 28а, в которой концентрация примесей n-типа выше, чем концентрация NL, может быть сформирована под нижними областями 26 подложки. При такой конфигурации дрейфовая область 28 формируется как единая области n-типа, которая включает область 28а и расположена под нижними областями подложки. Такая структура может быть сформирована путем увеличения глубины диффузии примесей n-типа, внедренных на этапе S2. Вследствие такого увеличения глубины диффузии примесей n-типа градиент распределения концентрации примесей n-типа в плавающих областях 24 становится небольшим, и распределение концентрации примесей n-типа становится почти ровным. По этой причине плавающие области 24 могут быть стабильно сформированы, и разброс параметров напряжения в открытом состоянии дополнительно уменьшается. Кроме того, благодаря такому увеличению глубины диффузии примесей n-типа концентрация примесей n-типа в верхних областях 22 подложки становится ниже, и разброс параметров порогового напряжения на затворе дополнительно уменьшается.

[0075] (Второй вариант осуществления изобретения)

Далее будет представлено описание биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения. Расположение соответствующих участков в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения практически так же, как в биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения, который показан на ФИГ. 1 и 2. Однако биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) во втором варианте осуществления изобретения отличается от биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT) в первом варианте осуществления изобретения распределением концентраций примесей. Как показано на ФИГ. 30, в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения концентрация примесей n-типа практически постоянна в верхних областях 22 подложки и в плавающих областях 24.

[0076] Далее будет описан способ изготовления биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения изготавливается в соответствии с блок-схемой, приведенной на ФИГ. 31. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения изготавливается на кремниевой подложке (далее именуемой основной подложкой), в которой концентрация NL примесей n-типа практически такая же, что в дрейфовой области 28.

[0077] На этапе S32, как показано на ФИГ. 32, слой 210 полупроводника n-типа, в котором концентрация примесей n-типа выше, чем в основной подложке 200, эпитаксиально наращивается на основной подложке 200. Слои 210 полупроводника n-типа здесь и далее будут обозначаться как эпитаксиальный слой 210. Кроме того, эпитаксиальный слой 210 и основная подложка 200 будут обозначаться совместно как полупроводниковая подложка 300. Когда выполнен этап S32, концентрация примесей в полупроводниковой подложке 300 распределяется так, как показано на ФИГ. 33. Как видно из этого графика, концентрация примесей n-типа в эпитаксиальном слое 210 практически постоянна.

[0078] На этапе S34, как показано на ФИГ. 34, верхние области 22 подложки формируют в эпитаксиальном слое 210. В этом случае примеси p-типа имплантируют ионами в верхнюю поверхность эпитаксиального слоя 210 в условиях, аналогичных условиям описанного выше этапа S4. Это означает, что примеси p-типа имплантируются таким образом, чтобы среднее положение торможения имплантированных примесей p-типа находилось в области, расположенной вблизи верхней поверхности эпитаксиального слоя 210 (в диапазоне глубин, где позднее должны быть сформированы эмиттерные области 20). Затем полупроводниковая подложка 300 подвергается тепловой обработке в условиях, аналогичных условиям описанного выше этапа S4, при этом имплантированные примеси p-типа диффундируют и активируются. Таким образом, в эпитаксиальном слое 210 формируются верхние области 22 подложки. В этом случае верхние области 22 подложки сформированы таким образом, чтобы эпитаксиальный слой 210 n-типа оставался ниже верхних областей 22 подложки. Эпитаксиальный слой 210 n-типа, расположенный ниже каждой из верхних областей 22 подложки, становится одним из соответствующих слоев плавающих областей 24.

[0079] На этапе S36 эмиттерные области 20 формируют в эпитаксиальном слое 210 таким же способом, как и на описанном выше этапе S6. На этапе S38 каналы 40, проходящие через эмиттерные области 20, верхние области 22 подложки и плавающие области 24, и достигающие основной подложки 200, формируются в верхней поверхности полупроводниковой подложки 300. На этапе S40 изолирующие пленки 42 затвора формируются таким же образом, как и на описанном выше этапе S10. Одновременно с этим формируются широкие участки 24а в плавающих областях 24 вблизи соответствующих изолирующих пленок 42 затвора. На этапе S42 электроды 44 затвора формируются таким же способом, что и на описанном выше этапе S12. После выполнения этапа S42 полупроводниковая подложка 300 переходит в состояние, показанное на ФИГ. 35.

[0080] На этапе S44, как показано на ФИГ. 36, нижние области 26 подложки сформированы в тех областях основной подложки 200, которые находятся в контакте с соответствующими плавающими областями 24. На этапе S44 примеси p-типа имплантируются таким образом, чтобы среднее положение торможения имплантированных примесей p-типа находилось ниже плавающих областей 24 (в диапазоне глубин нижних областей 26 подложки, которые предстоит сформировать), в условиях, аналогичных условиям описанного выше этапа S14. Затем полупроводниковая подложка 300 подвергается тепловой обработке, при этом примеси p-типа диффундируют и активируются. Таким образом, как показано на ФИГ. 36, формируются нижние области 26 подложки. Отметим в данной связи, что участки смещения 26а формируются в соответствующих нижних областях 26 подложки, вследствие влияния углублений между верхними поверхностями электродов 44 затвора и верхней поверхностью эпитаксиального слоя 210.

[0081] Этапы S45, S46 и S48 выполняются аналогично соответствующим этапам S15, S17 и S18. Таким образом, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), вид которого в продольном сечении представлен на ФИГ. 1, а распределение концентраций примесей - на ФИГ. 30, полностью завершен.

[0082] В биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения достигаются следующие технические преимущества в дополнение к техническим преимуществам биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения. В биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения плавающие области 24 формируются из эпитаксиального слоя n-типа 210. В случае когда плавающие области 24 формируются посредством эпитаксиального наращивания, может быть достигнута более высокая концентрация примесей n-типа в плавающих областях 24, чем в случае, когда плавающие области 24 формируются посредством диффузии, как в первом варианте осуществления изобретения. Таким образом, плавающие области 24 могут формироваться более стабильно, и разброс параметров напряжения в открытом состоянии у различных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) может быть дополнительно уменьшен, когда биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства.

[0083] Кроме того, в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения, как показано на ФИГ. 30, концентрация примесей n-типа в плавающих областях 24 практически постоянна. Таким образом, разброс параметров напряжения в открытом состоянии также уменьшается. Это значит, что в биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения, как показано на ФИГ. 3, максимальное значение NFH концентрации примесей n-типа в плавающих областях 24 наблюдается на границах между верхними областями 22 подложки и соответствующими плавающими областями 24. Если концентрация примесей р-типа вблизи границ изменяется, максимальное значение NFH также изменяется. Максимальное значение NFH влияет на напряжение в открытом состоянии биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT). Таким образом, в биполярном транзисторе 10 с изолированным затвором (IGBT) согласно первому варианту осуществления изобретения концентрация примесей p-типа вблизи границ представляет собой фактор, определяющий напряжение в открытом состоянии биполярного транзистора 10 с изолированным затвором (IGBT). С другой стороны, в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения концентрация примесей n-типа в плавающих областях 24 практически постоянна. Поэтому, даже если концентрация примесей p-типа вблизи границ изменяется, максимальное значение концентрации примесей n-типа в плавающих областях 24 остается неизменным. Таким образом, в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения количество факторов, определяющих напряжение в открытом состоянии, уменьшено. Как следствие, маловероятно, что напряжение в открытом состоянии будет различаться у отдельных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), когда биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) изготавливаются в условиях серийного производства.

[0084] Отметим в данной связи, что во втором варианте осуществления изобретения значение PLH локального максимума концентрации примесей p-типа наблюдается в нижних областях 26 подложки. Однако, как показано на ФИГ. 37, значение PLH локального максимума может находиться на границах между плавающими областями 24 и соответствующими нижними областями 26 подложки или, как показано на ФИГ. 38, значение PLH локального максимума может находиться в плавающих областях 24. Кроме того, во втором варианте осуществления изобретения значение PLH локального максимума является более низким, чем концентрация примесей n-типа в плавающих областях 24. Однако, как показано на ФИГ. 39, значение PLH локального максимума может быть приблизительно равным концентрации примесей n-типа в плавающих областях 24 или, как показано на ФИГ. 40, значение PLH локального максимума может быть выше, чем концентрация примесей n-типа в плавающих областях 24. Кроме того, в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения концентрации примесей также могут распределяться тем же образом, как на ФИГ. с 24 по 28, как это было описано выше.

[0085] Кроме того, в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT) согласно второму варианту осуществления изобретения соответствующие области могут также располагаться как показано на ФИГ. 22 и 23.

[0086] Кроме того, хотя биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), который формируется на полупроводниковой подложке, таким как он описан как в первом варианте осуществления изобретения, так и во втором варианте осуществления изобретения, на полупроводниковой подложке может быть дополнительно сформирован другой полупроводниковый элемент. Например, в дополнение к биполярному транзистору с изолированным затвором (IGBT), диод, имеющий направление электропроводности, противоположное направлению электропроводности биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), может быть сформирован на этой полупроводниковой подложке.

[0087] Кроме того, хотя тепловая обработка для диффузии примесей в верхних областях подложки и тепловая обработка для диффузии примесей в плавающих областях производятся независимо друг от друга как в первом варианте осуществления изобретения, так и во втором варианте осуществления изобретения, диффузия примесей в плавающих областях и диффузия примесей в верхних областях подложки может быть осуществлена в ходе единовременной тепловой обработки.

[0088] Выше были подробно описаны варианты осуществления изобретения. Однако эти варианты осуществления изобретения представляют собой не более чем пояснительные примеры и не ограничивают формулу изобретения. Способ, раскрытый в формуле изобретения, охватывает различные усовершенствования и изменения конкретных примеров, представленных выше.

Технические детали, изложенные в данном описании, или чертежи выявляют техническую эффективность, как по отдельности, так и в различных комбинациях, и не ограничиваются комбинациями, описанными в формуле изобретения на дату подачи заявки. Кроме того, способ, представленный в настоящем описании или в прилагаемых чертежах, позволяет достичь одновременно нескольких целей и обладает техническими преимуществами при достижении даже одной из этих целей.

1. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) на полупроводниковой подложке, характеризующийся тем, что содержит:
эмиттерную область n-типа, которая формируется в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки;
верхнюю область подложки p-типа, которая формируется ниже эмиттерной области;
плавающую область n-типа, которая формируется ниже верхней области подложки и отделена от эмиттерной области верхней областью подложки;
нижнюю область подложки p-типа, которая формируется ниже плавающей области и отделена от верхней области подложки плавающей областью;
канал, который формируется в верхней поверхности полупроводниковой подложки и проходит сквозь эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки;
изолирующую пленку затвора, покрывающую внутреннюю поверхность канала; и
электрод затвора, расположенный внутри канала, в котором,
когда распределение концентрации примесей p-типа в верхней области подложки и в плавающей области, которые расположены ниже эмиттерной области, рассматривается по толщине полупроводниковой подложки, концентрация примесей p-типа снижается по мере увеличения расстояния сверху вниз от верхней границы верхней области подложки, расположенной ниже эмиттерной области, и принимает значение локального минимума на заданной глубине плавающей области.

2. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) по п. 1, отличающийся тем, что, когда распределение концентрации примесей n-типа в плавающей области рассматривается по толщине полупроводниковой подложки, значение локального максимума концентрации примесей n-типа в плавающей области отсутствует.

3. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) по п. 1, отличающийся тем, что плавающая область формируется в виде эпитаксиального слоя.

4. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) по п. 1, отличающийся тем, что, когда распределение концентрации примесей p-типа в нижней области подложки рассматривается по толщине полупроводниковой подложки, значение локального максимума концентрации примесей p-типа имеет место в нижней области подложки.

5. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) по п. 1, отличающийся тем, что ширина плавающей области вдоль направления толщины полупроводниковой подложки является большей в зоне контакта с изолирующей пленкой затвора, чем в зоне, удаленной от изолирующей пленки затвора.

6. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) по п. 1, отличающийся тем, что нижняя граница нижней области подложки расположена в зоне контакта с изолирующей пленкой затвора ниже, чем в зоне, удаленной от изолирующей пленки затвора.

7. Способ изготовления биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), характеризующийся тем, что включает:
процесс формирования эмиттерной области n-типа в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность полупроводниковой подложки;
процесс формирования верхней области подложки p-типа ниже диапазона глубин эмиттерной области имплантацией примесей p-типа в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались в пределах диапазона глубин эмиттерной области, и диффузией имплантированных примесей p-типа;
процесс формирования плавающей области n-типа ниже диапазона глубин верхней области подложки имплантацией примесей n-типа в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки таким образом, чтобы примеси n-типа задерживались в пределах диапазона глубин эмиттерной области, и диффузией имплантированных примесей n-типа;
процесс формирования канала в верхней поверхности полупроводниковой подложки и формирования изолирующей пленки затвора, покрывающей внутреннюю поверхность канала, а также электрода затвора, расположенного в канале; и
процесс формирования нижней области p-типа подложки ниже диапазона глубин плавающей области имплантацией примесей p-типа в верхнюю поверхность полупроводниковой подложки таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались на глубине ниже диапазона глубин плавающей области, после формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора, при этом
после выполнения соответствующих операций канал расположен таким образом, что он проходит через эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки.

8. Способ изготовления по п. 7, отличающийся тем, что процесс формирования верхней области подложки и процесс формирования плавающей области осуществляют раньше, чем процесс формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора.

9. Способ изготовления по п. 7, отличающийся тем, что примеси p-типа имплантируют в полупроводниковую подложку в процессе формирования нижней области подложки, когда имеется верхняя поверхность электрода затвора, расположенная ниже верхней поверхности полупроводниковой подложки.

10. Способ изготовления биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), характеризующийся тем, что включает:
процесс наращивания эпитаксиального слоя полупроводника n-типа на верхней поверхности основной подложки;
процесс формирования эмиттерной области n-типа в такой зоне, чтобы выходить на верхнюю поверхность эпитаксиального слоя;
процесс формирования верхней области подложки p-типа ниже диапазона глубин эмиттерной области имплантацией примесей p-типа в верхнюю поверхность эпитаксиального слоя таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались в пределах диапазона глубин эмиттерной области, и диффузией имплантированных примесей p-типа;
процесс формирования канала в верхней поверхности эпитаксиального слоя и формирования изолирующей пленки затвора, покрывающей внутреннюю поверхность канала, а также электрода затвора, расположенного в канале; и
процесс формирования нижней области подложки p-типа в основной подложке после формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора имплантацией примесей p-типа в верхнюю поверхность эпитаксиального слоя таким образом, чтобы примеси p-типа задерживались в основной подложке, при этом
после выполнения соответствующих процессов эпитаксиальный слой n-типа остается между верхней областью подложки и нижней областью подложки, чтобы образовать плавающую область, а канал расположен таким образом, что он проходит через эмиттерную область, верхнюю область подложки, плавающую область и нижнюю область подложки.

11. Способ изготовления по п. 10, отличающийся тем, что процесс формирования верхней области подложки осуществляется раньше, чем процесс формирования канала, изолирующей пленки затвора и электрода затвора.

12. Способ изготовления по п. 10, отличающийся тем, что примеси p-типа имплантируют в полупроводниковую подложку в процессе формирования нижней области подложки, когда имеется верхняя поверхность электрода затвора, расположенная ниже верхней поверхности полупроводниковой подложки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам. .

Изобретение относится к области полупроводниковой технологии. .

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам и биполярным интегральным схемам. Изобретение обеспечивает повышение быстродействия, уменьшение энергетических потерь при переключении, упрощение технологии изготовления. Интегральная схема силового биполярно-полевого транзистора реализуется с использованием оригинальной функционально-интегрированной конструкции интегральной схемы, в которой функционально совмещены сильнолегированная область базы биполярного транзистора и исток и сток полевого транзистора, затвор полевого транзистора и область коллектора биполярного транзистора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх