JPH0778968A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0778968A JPH0778968A JP24600693A JP24600693A JPH0778968A JP H0778968 A JPH0778968 A JP H0778968A JP 24600693 A JP24600693 A JP 24600693A JP 24600693 A JP24600693 A JP 24600693A JP H0778968 A JPH0778968 A JP H0778968A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】一つの半導体基板に、例えばGTOと回生用ダ
イオードとを、広くて深い凹部を介して分離形成した電
力用複合半導体装置において、凹部直下の分離層(Pベ
ース層)を高抵抗化することと順方向オフ耐圧との厳し
いトレードオフ関係を改善し、製品歩留まりを向上す
る。
【構成】従来技術でエッチングした凹部は、底面端部が
中央底面に比べ深くエッチングされ、このエッチング端
にPベース層内を拡がる空乏層が達すると耐圧は破壊さ
れる。他方高不純物拡散層は、歪み層を形成し、不純物
を拡散しない無歪み層に比べエッチングレートが大きく
なる。本発明は、凹部形成前に基板の凹部形成領域の側
壁に接しない歪み層を該領域内に選択的に形成した後、
エッチングすることにより、凹部底面端部の深さが底面
までの深さのうち、最大の深さにならない凹部を形成
し、前記トレードオフを緩和する。
(57) [Abstract] [Objective] In a power composite semiconductor device in which, for example, a GTO and a regenerative diode are separately formed on a single semiconductor substrate through a wide and deep recess, a separation layer (P base layer) immediately below the recess is formed. ) Is improved and the strict trade-off relationship between forward off breakdown voltage is improved, and product yield is improved. [Structure] In the recess etched by the conventional technique, the bottom end is etched deeper than the center bottom, and the breakdown voltage is destroyed when the depletion layer extending in the P base layer reaches the etching end. On the other hand, the high impurity diffusion layer forms a strained layer and has a higher etching rate than a non-strained layer in which impurities are not diffused. The present invention, after forming a strained layer not in contact with the side wall of the recess forming region of the substrate selectively in the region before forming the recess,
By etching, a recess is formed in which the depth of the bottom end of the recess does not reach the maximum depth of the bottom surface, thereby alleviating the trade-off.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、底面が平坦で広い幅の
凹部を有する半導体装置とその製造方法に関するもの
で、特に逆導通GTOや逆導通G−Tr などの分離層並
びにその形成に使用されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a flat bottom surface and a wide concave portion and a method for manufacturing the same, and is particularly used for a separation layer of reverse conducting GTO or reverse conducting G-Tr and its formation. It is what is done.
【0002】[0002]
【従来の技術】逆導通型の電力用素子は、GTO(Gate
turn off thyrister )やG−Tr (ジャイアント ト
ランジスタ、大電力制御用トランジスタ)などの素子
と、回生用のダイオードとを、モノリシックに 1つのペ
レット上に形成したものである。2. Description of the Related Art A reverse conduction type power element is a GTO (Gate
A device such as a turn-off thyrister) or G-Tr (giant transistor, high-power control transistor) and a regenerative diode are monolithically formed on one pellet.
【0003】図7は、逆導通GTOの構成の一例を示す
部分断面図である。逆導通GTOの基板は、GTO1を
設けるGTO領域と、これに並設される回生用ダイオー
ド2を設ける領域と、両素子の相互干渉を防ぐための緩
衝帯となる分離領域とに大別される。FIG. 7 is a partial sectional view showing an example of the structure of a reverse conducting GTO. The substrate of the reverse conducting GTO is roughly divided into a GTO region in which the GTO 1 is provided, a region in which the regenerative diode 2 is provided in parallel with the GTO region, and an isolation region which serves as a buffer band for preventing mutual interference between the two elements. .
【0004】GTO1は、Pエミッタ層3、N- ベース
層4、Pベース層5及びN+ エミッタ層6の 4層構造で
ある。N- ベース層4の一部から突出するN+ 層4aと
Pエミッタ層3とは、アノード電極7により短絡され、
いわゆるエミッタ短絡構造を形成している。N+ エミッ
タ層6は、基板の他方の主表面層に、狭い幅で複数に分
割形成され、周囲をPベース層5により取り囲まれ、ゲ
ート電極9の制御電圧によりGTOをオン・オフできる
構造になっている。The GTO 1 has a four-layer structure of a P emitter layer 3, an N − base layer 4, a P base layer 5 and an N + emitter layer 6. The N + layer 4a protruding from a part of the N − base layer 4 and the P emitter layer 3 are short-circuited by the anode electrode 7,
A so-called emitter short-circuit structure is formed. The N + emitter layer 6 is formed on the other main surface layer of the substrate with a narrow width in a plurality of divisions, is surrounded by the P base layer 5, and has a structure in which the GTO can be turned on / off by the control voltage of the gate electrode 9. Has become.
【0005】回生用ダイオード2のPN接合は、Pベー
ス層5と同体のP層5aとN- ベース層4とにより形成
される。ダイオード2のP層5aは、電極8aを介して
GTOのカソード電極8に接続される。ダイオード2の
カソード領域N- 層4はN+層4aを介してGTO1の
アノード電極7に接続する。The PN junction of the regenerative diode 2 is formed by the P base layer 5 and the P layer 5a, which is the same body as the P base layer 5, and the N − base layer 4. The P layer 5a of the diode 2 is connected to the cathode electrode 8 of the GTO via the electrode 8a. The cathode region N − layer 4 of the diode 2 is connected to the anode electrode 7 of the GTO 1 via the N + layer 4a.
【0006】逆導通GTOは、通常オフ状態において
は、誤動作を防ぐためゲート端子Gとカソード端子Kと
の間に負バイアスを印加して使用する。このためK→ダ
イオード電極8a→P層5a→P層5b→Pベース層5
→ゲート電極9→Gを経てゲート回路に電流が流れ込
む。この電流が大きくなると、GTOのゲート制御機能
が損なわれる。このため分離領域表面近傍の高濃度層を
エッチング等により取り除き、凹部10を掘り、分離領
域におけるPベース層5b(以下分離層5bと呼び、凹
部直下のPベース層5のこと)の横方向抵抗をできるだ
け高くすることが行なわれている。In the normally-off state, the reverse conducting GTO is used by applying a negative bias between the gate terminal G and the cathode terminal K in order to prevent malfunction. Therefore, K → diode electrode 8a → P layer 5a → P layer 5b → P base layer 5
→ Current flows into the gate circuit through the gate electrode 9 → G. If this current becomes large, the gate control function of the GTO is impaired. Therefore, the high-concentration layer in the vicinity of the surface of the separation region is removed by etching or the like, the recess 10 is dug, and the lateral resistance of the P base layer 5b (hereinafter referred to as the separation layer 5b, which is the P base layer 5 immediately below the recess) in the separation region. Is being made as high as possible.
【0007】しかしながら従来技術では、分離層5bの
抵抗値と耐圧(順方向オフ耐圧)とのトレードオフは、
後述するように、非常に厳しい状態で問題となってい
る。However, in the prior art, the trade-off between the resistance value of the isolation layer 5b and the withstand voltage (forward off-breakdown voltage) is:
As will be described later, it is a problem in a very severe condition.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】逆導通GTOで分離層
が必要であり、かつその抵抗値を高くする必要があるこ
とは、前項で述べた通りである。逆導通GTOの場合、
分離層の抵抗は、70Ω〜100Ω以上必要となる。図8
は、分離層5bの抵抗値を概算するためのGTOの一部
切断斜視図である。大容量GTOの場合、そのPベース
層5は、表面濃度 1×1018cm-3程度、拡散深さXjp=約
70μm 程度の不純物プロファイルで形成している。As described in the previous section, the reverse conducting GTO requires the separation layer and its resistance value must be increased. In case of reverse conduction GTO,
The resistance of the separation layer must be 70Ω to 100Ω or more. Figure 8
[Fig. 4] is a partially cutaway perspective view of a GTO for roughly estimating a resistance value of a separation layer 5b. In the case of a large capacity GTO, the P base layer 5 has a surface concentration of about 1 × 10 18 cm -3 and a diffusion depth X jp = about.
It is formed with an impurity profile of about 70 μm.
【0009】分離層の抵抗値は以下のように表わされ
る。The resistance value of the separation layer is expressed as follows.
【0010】R=(ρs / 2π)ln (X2 /X1 ) ρs =分離層のシート抵抗 X1 =分離層の内周 X2 =分離層の外周 凹部10をエッチングで形成し、分離層の抵抗値Rを70
Ω〜 100Ω以上とするには、凹部10の幅(X2 −
X1 )を 4〜 6mmとした場合、40〜45μm と深くエッチ
ングする必要がある。R = (ρ s / 2π) ln (X 2 / X 1 ) ρ s = sheet resistance of the separation layer X 1 = inner circumference of the separation layer X 2 = outer circumference of the separation layer The recess 10 is formed by etching, The resistance value R of the separation layer is 70
The width of the recess 10 (X 2 −
When X 1 ) is 4 to 6 mm, it is necessary to deeply etch it to 40 to 45 μm.
【0011】他方耐圧(順方向のオフ耐圧)は、Pベー
ス層5とN- ベース層4とのPN接合に形成される空乏
層が凹部底面に到達すると、ブレークダウンすることが
試行結果により確認された。従って分離層の抵抗を増加
するため凹部10のエッチング深さを増加すれば、空乏
層が凹部底面に到達しやすくなり耐圧は低下する。On the other hand, it is confirmed by trial results that the breakdown voltage (the forward breakdown voltage) is broken down when the depletion layer formed at the PN junction between the P base layer 5 and the N − base layer 4 reaches the bottom surface of the recess. Was done. Therefore, if the etching depth of the recess 10 is increased in order to increase the resistance of the isolation layer, the depletion layer easily reaches the bottom surface of the recess, and the breakdown voltage decreases.
【0012】図9は、この状態を示すもので、同図の左
側の縦軸は分離層の抵抗値R、右側の縦軸は、耐圧V、
横軸は、基板表面から凹部底面にいたるエッチング深さ
dをそれぞれ示す。同図より、深さdを増加すると分離
層の抵抗Rは増加するが、耐圧Vは深さdが一定値を超
えると低下し、抵抗Rと耐圧Vとはトレードオフの状態
にあることがわかる。FIG. 9 shows this state. The vertical axis on the left side of FIG. 9 is the resistance value R of the separation layer, the vertical axis on the right side is the breakdown voltage V,
The horizontal axis represents the etching depth d from the substrate surface to the bottom of the recess. From the figure, the resistance R of the separation layer increases as the depth d increases, but the breakdown voltage V decreases when the depth d exceeds a certain value, and the resistance R and the breakdown voltage V are in a trade-off state. Recognize.
【0013】従来技術では、分離層の抵抗値と耐圧との
トレードオフは非常に厳しい状態で、抵抗値と耐圧との
両特性を満足する製品の歩留まりは極めて悪く、大きな
問題となっている。In the prior art, the trade-off between the resistance value and the withstand voltage of the separation layer is very severe, and the yield of products satisfying both the resistance value and the withstand voltage characteristics is extremely poor, which is a serious problem.
【0014】この問題点をパターンデザイン的に解決し
ようとすると、さらに分離領域の幅を広くする必要があ
り、無効部分が増大し、モノリシックに組み込む意味が
なくなってしまう。In order to solve this problem in terms of pattern design, it is necessary to further widen the width of the isolation region, the number of invalid portions increases, and there is no point in monolithically incorporating.
【0015】また分離領域形成の方法には、分離層に完
全にメサを掘り分離する方法或いはN+ 拡散層を表面層
に形成することにより、深いエッチングを避ける方法が
提案されている。As a method of forming the isolation region, a method of completely digging and separating the mesa in the isolation layer or a method of forming an N + diffusion layer in the surface layer to avoid deep etching has been proposed.
【0016】図10は、前者のメサ分離する方法を示す
分離領域の断面図である。同図から明らかなように、こ
の方法では素子の耐圧に関する表面の数が1面から3面
に増加するため、信頼性上、歩留まり上問題がある。FIG. 10 is a sectional view of the separation region showing the former method for separating mesas. As is clear from the figure, in this method, the number of surfaces relating to the breakdown voltage of the device increases from one surface to three surfaces, which causes a problem in reliability and yield.
【0017】図11は、後者のN+ 拡散層を表面層に形
成する方法を示す分離領域の断面図である。この方法で
は、N+ 拡散層11の拡散深さを調整して分離層5bの
通電路の断面積を増減し、所望の分離層抵抗を得ようと
するものであるが、GTO領域に形成されるN+ エミッ
タ層6の制御との兼ね合い上、制御精度に問題があり、
量産化には不適当な方法であった。FIG. 11 is a sectional view of the separation region showing the latter method of forming the N + diffusion layer on the surface layer. In this method, the diffusion depth of the N + diffusion layer 11 is adjusted to increase or decrease the cross-sectional area of the conduction path of the separation layer 5b to obtain a desired separation layer resistance, but it is formed in the GTO region. There is a problem in control accuracy in consideration of the control of the N + emitter layer 6
It was an inappropriate method for mass production.
【0018】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
ので、逆導通GTOや逆導通G−Tr 等の広くて深い凹
部を持つ複合半導体装置において、凹部のエッチング深
さの分布を容易に制御できると共に、凹部直下の分離層
の抵抗と該装置の耐圧とのトレードオフ関係を改善して
歩留まりを向上することのできる複合半導体装置とその
製造方法とを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and in a composite semiconductor device having a wide and deep concave portion such as a reverse conducting GTO and a reverse conducting G-Tr, the distribution of the etching depth of the concave portion can be easily performed. An object of the present invention is to provide a composite semiconductor device that can be controlled and can improve the yield by improving the trade-off relationship between the resistance of the isolation layer immediately below the recess and the breakdown voltage of the device, and a method of manufacturing the same.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る本発明の
半導体装置の製造方法は、一つの半導体基板に、第1の
半導体素子と第2の半導体素子とが、前記基板主面から
掘られた凹部を介し互いに分離形成された複合半導体装
置の製造方法において、凹部形成前に、前記基板の凹部
形成領域の側壁に接しないひずみ層を、該領域内に選択
的に形成した後、前記基板主面からエッチングして凹部
を形成する工程を含むことを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a first semiconductor element and a second semiconductor element are formed on a single semiconductor substrate from the main surface of the substrate. In the method for manufacturing a composite semiconductor device formed separately from each other through the recessed portion, before forming the recessed portion, a strained layer not in contact with the sidewall of the recessed portion forming region of the substrate is selectively formed in the region, and It is characterized by including a step of forming a recess by etching from the main surface of the substrate.
【0020】請求項2に係る本発明の半導体装置は、一
つの半導体基板に、基板主面から掘られた凹部を介し互
いに分離形成された第1の半導体素子と第2の半導体素
子と、基板主面から凹部底面にいたる深さのうち凹部底
面端部にいたる深さが最大の深さとならない凹部とを、
具備することを特徴とする半導体装置である。According to a second aspect of the semiconductor device of the present invention, the first semiconductor element and the second semiconductor element are formed on one semiconductor substrate so as to be separated from each other through a recess dug in the main surface of the substrate, and the substrate. Of the depth from the main surface to the bottom of the recess, the depth of the bottom of the recess is not the maximum depth,
It is a semiconductor device characterized by being provided.
【0021】[0021]
【作用】前述のように、例えば逆導通GTOの耐圧は、
空乏層が凹部底面に到達するとブレークダウンするた
め、このときのオフ電圧値で決められる。また従来のエ
ッチング方法では、広くて深い凹部(例えば幅数mm、深
さ数十μm 程度の凹部)を形成すると、中央部に比べて
凹部底面の端部(例えば底面の端から内側へ約10%位の
幅)が深くエッチングされる傾向がある。従って凹部直
下のPベース層(分離層)の抵抗値は、大部分の面積を
占める中央部で決まり、耐圧は最も深くエッチングされ
る端部で決まってしまうので、分離層の抵抗値と耐圧の
トレードオフを改善するためには、凹部底面が平坦にな
るように又は底面端部が最大の深さにならないようにエ
ッチングすることが必要である。As described above, the breakdown voltage of the reverse conducting GTO is, for example,
Since the breakdown occurs when the depletion layer reaches the bottom of the recess, it is determined by the off-voltage value at this time. In addition, in the conventional etching method, when a wide and deep recess (for example, a recess having a width of several mm and a depth of several tens of μm) is formed, the end of the bottom of the recess (for example, about 10 % Width) tends to be deeply etched. Therefore, the resistance value of the P base layer (separation layer) immediately below the recess is determined by the central portion occupying most of the area, and the breakdown voltage is determined by the end portion that is deepest etched. In order to improve the trade-off, it is necessary to etch so that the bottom surface of the recess is flat or the bottom end portion does not reach the maximum depth.
【0022】本発明は、上記の試行結果による知見及び
半導体基板では、ひずみ層が他の正常部よりエッチング
レートが速いことを利用して完成されたものである。The present invention has been completed by utilizing the knowledge obtained from the above trial results and the fact that the strained layer has a faster etching rate than other normal portions in the semiconductor substrate.
【0023】請求項1に係る製造方法は、凹部形成領域
の中央部に該領域の側壁に接しないように、リン拡散等
による高濃度の拡散層、或いはホーニング、粒子加速器
等によりひずみ層を選択的に設けた後、凹部形成領域の
エッチングをすると、ひずみ層部分のエッチングレート
は、凹部側壁近傍の無ひずみ層に比べ速いので、端部が
深くエッチングされることは防止され、凹部底面全域に
わたり、ほぼ等しい深さ或いは所望の深さ分布を持つ凹
部を形成できる。In the manufacturing method according to the first aspect, a high-concentration diffusion layer by phosphorus diffusion or the strained layer is selected by honing, a particle accelerator, or the like so as not to come into contact with the side wall of the central portion of the recess formation region. When the recess forming region is etched after the provision of the film, the etching rate of the strained layer portion is faster than that of the non-strained layer near the sidewall of the recessed portion, so that the end portion is prevented from being deeply etched and the entire bottom surface of the recessed portion is prevented. , It is possible to form recesses having almost the same depth or a desired depth distribution.
【0024】ほぼ等しい深さの凹部の場合、例えば分離
層の厚さ(深さ)を従来の中央部の厚さと同じにすれ
ば、分離層端部の厚さは従来より厚くなり、分離層の抵
抗は従来とほぼ等しく、耐圧を向上することができる。
同じ理由で耐圧を従来と同じにすれば、中央部の分離層
の厚さを端部の厚さまで薄くでき、分離層の抵抗を増加
できる。In the case of the recesses having substantially the same depth, for example, if the thickness (depth) of the separation layer is set to be the same as the thickness of the central portion of the related art, the thickness of the end portion of the separation layer becomes larger than that of the conventional one, and The resistance of is almost equal to the conventional one, and the withstand voltage can be improved.
For the same reason, if the breakdown voltage is the same as the conventional one, the thickness of the separation layer in the central portion can be reduced to the thickness of the end portion, and the resistance of the separation layer can be increased.
【0025】この製造方法によれば、分離層の抵抗値と
耐圧とのトレードオフの関係を緩和することができ、抵
抗値と耐圧との両特性を満足する製品を歩留まり良く生
産することができる。According to this manufacturing method, the trade-off relationship between the resistance value of the isolation layer and the withstand voltage can be relaxed, and a product satisfying both characteristics of the resistance value and the withstand voltage can be produced with high yield. .
【0026】請求項2に係る半導体装置は、基板主面か
ら凹部底面にいたる深さのうち、底面端部にいたる深さ
が、最大の深さにならないようにしたことは、該装置の
耐圧が底面端部のエッチング深さで決まることを防止
し、分離層の抵抗値と耐圧とのトレードオフの関係を改
善すると共に、中央部のエッチング深さのみで分離層の
抵抗値と耐圧との制御が可能となる。In the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the depth from the main surface of the substrate to the bottom surface of the recess is such that the depth to the bottom edge does not reach the maximum depth. Is determined by the etching depth at the bottom edge, improving the trade-off relationship between the resistance value of the isolation layer and the breakdown voltage, and at the same time, the resistance value and breakdown voltage of the isolation layer are determined only by the etching depth at the central portion. It becomes possible to control.
【0027】[0027]
【実施例】本発明を完成する過程で行なった試行結果の
一例を図6を参照して説明する。同図は従来の逆導通G
TOの分離領域の拡大断面図である。Pベース層5は、
表面濃度 1×1018cm-3程度、拡散深さXjp=約70μm 程
度で形成される。凹部10は、幅w= 5mm程度、深さd
=40〜45μm で、エッチングすることにより、分離層5
bの抵抗Rを、70Ω〜 100Ω以上とすることができる。
しかし凹部底面の端部のエッチング深さは、中央部に比
較して△d= 6〜 8μm も深くエッチングされる。耐圧
2500〜4000Vの素子の場合、空乏層12(斜線を施した
領域)はPベース層5内にy=約20μm 程度のびてく
る。空乏層がのびてエッチング端に到達するとブレーク
ダウンする。この試行例から分離層の抵抗値と耐圧との
トレードオフは極めて厳しいことがわかる。これを改善
するためには、凹部底面を平坦に、或いは底面端部の深
さが中央部の深さに比べ深くならないようにエッチング
することが必要である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of the results of trials carried out in the course of completing the present invention will be described with reference to FIG. The figure shows the conventional reverse conduction G
It is an expanded sectional view of the isolation region of TO. The P base layer 5 is
It is formed with a surface concentration of about 1 × 10 18 cm -3 and a diffusion depth of X jp = about 70 μm. The recess 10 has a width w = about 5 mm and a depth d.
= 40-45 μm, the separation layer 5
The resistance R of b can be 70Ω to 100Ω or more.
However, the etching depth at the end of the bottom surface of the recess is as deep as Δd = 6 to 8 μm as compared with the central portion. Pressure resistance
In the case of the device of 2500 to 4000 V, the depletion layer 12 (hatched area) extends into the P base layer 5 by y = about 20 μm. When the depletion layer extends and reaches the etching edge, breakdown occurs. From this trial example, it is understood that the trade-off between the resistance value of the separation layer and the breakdown voltage is extremely severe. In order to improve this, it is necessary to flatten the bottom surface of the recess, or to perform etching so that the depth of the bottom end is not deeper than the depth of the central portion.
【0028】次に逆導通GTOを例にとり本発明の実施
例について説明する。図1は該装置の部分断面図であ
り、図7に示す従来の逆導通GTOと分離領域の凹部形
状等が異なるほかは同一である。Next, an embodiment of the present invention will be described by taking the reverse conducting GTO as an example. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the device, which is the same as the conventional reverse conducting GTO shown in FIG. 7 except that the shape of the recess in the isolation region is different.
【0029】逆導通GTOの基板は、GTO1を設ける
GTO領域と、これに並設される回生用ダイオード2を
設ける領域と、両素子の相互干渉を防ぐための緩衝帯と
なる分離領域とに大別される。The reverse conducting GTO substrate has a large GTO region in which the GTO 1 is provided, a region in which the regenerative diode 2 is provided in parallel with the GTO region, and a separation region which serves as a buffer zone for preventing mutual interference between both elements. Be separated.
【0030】GTO1は、Pエミッタ層3、N- ベース
層4、Pベース層5及びN+ エミッタ層6の 4層構造で
ある。N- ベース層4の一部から突出するN+ 層4aと
Pエミッタ層3とは、アノード電極7により短絡され、
いわゆるエミッタ短絡構造を形成している。N+ エミッ
タ層6は、基板の他方の主表面層に、狭い幅で複数に分
割形成され、周囲をPベース層5により取り囲まれ、ゲ
ート電極9の制御電圧によりGTOをオン・オフできる
構造になっている。The GTO 1 has a four-layer structure of a P emitter layer 3, an N − base layer 4, a P base layer 5 and an N + emitter layer 6. The N + layer 4a protruding from a part of the N − base layer 4 and the P emitter layer 3 are short-circuited by the anode electrode 7,
A so-called emitter short-circuit structure is formed. The N + emitter layer 6 is formed on the other main surface layer of the substrate with a narrow width in a plurality of divisions, is surrounded by the P base layer 5, and has a structure in which the GTO can be turned on / off by the control voltage of the gate electrode 9. Has become.
【0031】回生用ダイオード2のPN接合は、Pベー
ス層5と同体のP層5aとN- ベース層4とにより形成
される。ダイオード2のP層5aは、電極8aを介して
GTOのカソード電極8に接続される。ダイオード2の
カソード領域N- 層4はN+層4aを介してGTO1の
アノード電極7に接続する。The PN junction of the regenerative diode 2 is formed by the P layer 5a and the N − base layer 4 which are the same as the P base layer 5. The P layer 5a of the diode 2 is connected to the cathode electrode 8 of the GTO via the electrode 8a. The cathode region N − layer 4 of the diode 2 is connected to the anode electrode 7 of the GTO 1 via the N + layer 4a.
【0032】この逆導通GTOは、一つの半導体基板
に、基板主面からエッチングにより形成された凹部20
を介し互いに分離形成された第1の半導体素子(GTO
1 )と第2の半導体素子(回生用ダイオード2)と、基
板主面から凹部底面にいたる深さdのうち、底面端部2
0aにいたる深さd0 が最大の深さとならない凹部20
(すなわちd0 <d或いはd0 =d)とを具備すること
を特徴とする半導体装置である。This reverse conducting GTO has a recess 20 formed in one semiconductor substrate by etching from the main surface of the substrate.
A first semiconductor element (GTO
1), the second semiconductor element (regeneration diode 2), and the bottom end 2 of the depth d from the main surface of the substrate to the bottom of the recess.
The recess 20 in which the depth d 0 reaching 0a does not become the maximum depth
(That is, d 0 <d or d 0 = d).
【0033】次に上記逆導通GTOの製造方法の実施例
について説明する。まず所定の比抵抗と厚さを有するN
- シリコンウェ―ハを準備し、このシリコンウェ―ハの
両面または片面より公知の方法により不純物を拡散し、
図1に示すPエミッタ層3、N+ アノードショート層4
a、Pベース層5、N+ エミッタ層6及び回生用ダイオ
ードのコンタクト層となるN+ 層、P+ 層を形成する。
本実施例では、凹部形成領域内に選択的に設けるひずみ
層として高濃度のリン拡散層を用いる。そのためN+ エ
ミッタ層形成時に同時にひずみ層となるN+ 層を形成す
る。Next, an embodiment of the method for manufacturing the reverse conducting GTO will be described. First, N having a predetermined specific resistance and thickness
- Prepare Ha, this silicon wafer - - silicon wafer by diffusing impurities by known methods from one or both sides of the wafer,
P emitter layer 3 and N + anode short layer 4 shown in FIG.
a, a P base layer 5, an N + emitter layer 6, and an N + layer and a P + layer which are contact layers of the regenerative diode are formed.
In this embodiment, a high-concentration phosphorus diffusion layer is used as the strain layer selectively provided in the recess formation region. Therefore, at the same time when the N + emitter layer is formed, the N + layer to be a strained layer is formed.
【0034】次にこの不純物拡散済みのウェ―ハの主表
面に凹部形成用の開口を有するSiO2 等からなるエッ
チング用マスクを形成する。図2は、この状態を示す分
離領域の断面図である。符号21は、前記不純物拡散済
みのウェ―ハ上に形成されたマスク用Si O2 膜で、凹
部形成用の開口22を設ける。開口22の幅wは例えば
( 4〜 6)mmとする。符号23は、ひずみ層となるN+
層で、開口22の周縁からx=約( 0.4〜 0.6mm)幅の
部分(端部と呼ぶ)を除いた中央領域に選択的に形成さ
れる。リンの不純物を表面濃度1020cm-3程度で、N+ エ
ミッタ層6と同程度の20μm ほどの深さに拡散し、ひず
み層を形成する。Next, an etching mask made of SiO 2 or the like having an opening for forming a recess is formed on the main surface of the wafer having the impurities diffused therein. FIG. 2 is a sectional view of the separation region showing this state. Reference numeral 21 is a mask SiO 2 film formed on the impurity-diffused wafer, and has an opening 22 for forming a recess. The width w of the opening 22 is, eg, (4-6) mm. Reference numeral 23 is N + which is a strained layer
A layer is selectively formed in the central region of the periphery of the opening 22 excluding a portion (referred to as an end) having a width of x = about (0.4 to 0.6 mm). An impurity of phosphorus is diffused at a surface concentration of about 10 20 cm -3 to a depth of about 20 μm, which is about the same as the N + emitter layer 6, to form a strained layer.
【0035】次に例えば硝酸、弗酸等の混合液を使用し
て、ウェットエッチングを行なうと図3に示すように凹
部20が形成される。高濃度のリンを拡散したN+ 層2
3のエッチングレートは、リンの拡散されていない端部
20aのエッチングレートに比べ速い。凹部20のN+
層23を含む中央領域における基板表面からのエッチン
グの深さdを30μm とした場合、端部20aのエッチン
グ深さd0 は約25μm程度となる。すなわちN+ 不純物
が拡散されている部分と、されていない部分では、5 μ
m 程度、エッチング深さに差が出る。このため端部には
ひずみを入れず、中央部にひずみを設けた場合には、従
来例(例えば図7)のように端部が他の底面に比べ深く
エッチングされるということはなくなる。Next, when wet etching is performed using a mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid, etc., a recess 20 is formed as shown in FIG. N + layer 2 with high concentration of phosphorus diffused
The etching rate of No. 3 is faster than the etching rate of the end portion 20a where phosphorus is not diffused. N + of recess 20
When the etching depth d from the substrate surface in the central region including the layer 23 is 30 μm, the etching depth d 0 of the end portion 20a is about 25 μm. That is, 5 μ between the portion where N + impurities are diffused and the portion where N + impurities are not diffused
There is a difference in etching depth of about m. Therefore, when the end portion is not strained and the center portion is strained, the end portion is not deeply etched as compared with other bottom surfaces as in the conventional example (for example, FIG. 7).
【0036】以下メサエッチングによりゲート電極用の
浅いメサ溝形成等、公知の従来の方法により、図1に示
す逆導通GTOが得られる。The reverse conducting GTO shown in FIG. 1 is obtained by a known conventional method such as forming a shallow mesa groove for a gate electrode by mesa etching.
【0037】前述のように従来技術では、幅数mm、エッ
チング深さ数十μm の凹部を形成すると、端部が中央部
に比し深くエッチングされ、また分離層(凹部直下のP
ベース層)内に空乏層がのびて端部のエッチング端に到
達すると耐圧が破壊される。一方、本発明の実施例で
は、凹部底面は端部が中央部に比し深くエッチングされ
ないので、空乏層は従来例に比し凹部底面に到達しにく
くなり、それだけ耐圧を増加できるし、或いは耐圧をそ
のままにして、中央部の分離層の厚さを薄くして分離層
抵抗Rを高くすることができる。すなわち分離層抵抗R
と耐圧とのトレードオフは緩和され、大幅に製品歩留ま
りの改善ができた。As described above, in the conventional technique, when a recess having a width of several mm and an etching depth of several tens of μm is formed, the end portion is etched deeper than the central portion, and the separation layer (P directly below the recess portion is formed).
When the depletion layer extends into the base layer and reaches the etching end, the breakdown voltage is destroyed. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the bottom surface of the recess is not deeply etched at the end portion as compared with the central portion, so that the depletion layer is less likely to reach the bottom surface of the recess as compared with the conventional example, and the breakdown voltage can be increased accordingly. The thickness of the separation layer in the central portion can be reduced and the resistance R of the separation layer can be increased while keeping the above condition. That is, the separation layer resistance R
The trade-off between pressure resistance and withstand voltage was eased, and the product yield was significantly improved.
【0038】図4及び図5は凹部形成方法のその他の実
施例を示す断面図で、図4は、図2に対応する工程を表
わし、凹部形成用エッチング開口部32の領域に複数に
分割された高濃度N+ 層(ひずみ層)33a、33b、
33c、33d、33eを設けたものである。図5はエ
ッチング後の凹部30の断面を示す。基板表面から凹部
底面にいたる深さは、ひずみ層を含む領域では深く、ひ
ずみ層を設けない領域では浅く、あらかじめ設けるひず
み層の平面分布により、分離層の抵抗値の微細な制御が
可能である。4 and 5 are cross-sectional views showing another embodiment of the recess forming method. FIG. 4 shows a step corresponding to FIG. 2 and is divided into a plurality of recess forming etching openings 32. High concentration N + layer (strained layer) 33a, 33b,
33c, 33d and 33e are provided. FIG. 5 shows a cross section of the recess 30 after etching. The depth from the substrate surface to the bottom of the recess is deep in the region including the strained layer and shallow in the region without the strained layer, and the plane distribution of the strained layer provided in advance enables fine control of the resistance value of the separation layer. .
【0039】またこの方法は、逆導通GTOに限らず、
広い領域の凹部を深くエッチングするとき利用できる。This method is not limited to the reverse conducting GTO,
It can be used when deeply etching a wide area of a recess.
【0040】上記実施例では、高濃度のリン等の不純物
を拡散して、ひずみ層を形成したが、これに限定されな
い。例えばホーニング、粒子加速器等により微粒子を打
ち込み、ひずみ層を形成しても良い。In the above embodiment, the strained layer is formed by diffusing high concentration impurities such as phosphorus, but the present invention is not limited to this. For example, a strained layer may be formed by implanting fine particles with honing, a particle accelerator, or the like.
【0041】また上記実施例で、N+ 層(ひずみ層)2
3は、GTOのN+ エミッタ層6の形成時に、同時に形
成し、プロセス工程を増やすことなく効果を得ることが
できたが、N+ エミッタ層6の形成前或いは形成後、こ
れとは別個に所望濃度のN+層を形成しても差し支えな
い。In the above embodiment, the N + layer (strained layer) 2
No. 3 was formed simultaneously with the formation of the N + emitter layer 6 of GTO, and the effect could be obtained without increasing the number of process steps, but separately from before or after the formation of the N + emitter layer 6. There is no problem even if an N + layer having a desired concentration is formed.
【0042】上記実施例では、第1半導体素子としてG
TOを、第2半導体素子として回生用ダイオードを構成
要素としたが、第1半導体素子がG−Tr 等の電力制御
用素子であっても、本発明を適用できるし、第2半導体
素子が受動素子であっても良い。In the above embodiment, G is used as the first semiconductor element.
Although TO was used as a second semiconductor element and a regenerative diode as a constituent element, the present invention can be applied even if the first semiconductor element is a power control element such as G-Tr, and the second semiconductor element is a passive element. It may be an element.
【0043】[0043]
【発明の効果】本発明は、逆導通GTOや逆導通G−T
r 等の広くて深い凹部を持つ複合半導体装置において、
凹部のエッチング深さの分布を容易に制御でき、凹部底
面端部の深さが中央部に比し深くエッチングされないよ
うにした。この発明により、凹部直下の分離層の抵抗と
該装置の耐圧とのトレードオフ関係を改善して歩留まり
を大幅に向上することのできる複合半導体装置とその製
造方法を提供できた。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is directed to reverse conduction GTO and reverse conduction GT.
In a composite semiconductor device with a wide and deep recess such as r,
The distribution of the etching depth of the recess can be easily controlled, and the depth of the bottom end of the recess is prevented from being deeper than that of the central portion. According to the present invention, it is possible to provide a composite semiconductor device capable of improving the trade-off relationship between the resistance of the isolation layer immediately below the recess and the breakdown voltage of the device and significantly improving the yield, and a manufacturing method thereof.
【図1】本発明の半導体装置の実施例(逆導通GTO)
の部分断面図である。FIG. 1 is an embodiment of a semiconductor device of the present invention (reverse conduction GTO).
FIG.
【図2】図1に示す逆導通GTOの分離領域形成工程を
示す該領域の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the reverse conducting GTO shown in FIG. 1 showing a separation region forming step.
【図3】図2に続く工程を示す該領域の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of the region showing a step following FIG. 2;
【図4】分離領域形成工程のその他の実施例を示す該領
域の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the separation region showing another embodiment of the process.
【図5】図4に続く工程を示す該領域の断面図である。5 is a sectional view of the region showing a step following FIG. 4; FIG.
【図6】従来技術による逆導通GT0の分離領域の拡大
断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of an isolation region of a reverse conducting GT0 according to the related art.
【図7】従来の逆導通GTOの部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a conventional reverse conducting GTO.
【図8】逆導通GTOの分離層の一部切断斜視図であ
る。FIG. 8 is a partially cutaway perspective view of a separation layer of a reverse conducting GTO.
【図9】分離層の抵抗と耐性とのトレードオフ関係を示
す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a trade-off relationship between resistance and resistance of a separation layer.
【図10】従来の分離領域の他の例を示す該領域の断面
図である。FIG. 10 is a sectional view of another example of a conventional isolation region.
【図11】従来の分離領域のその他の例を示す該領域の
断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of a conventional isolation region.
1 GTO 2 回生用ダイオード 3 Pエミッタ層 4 N- ベース層 4a アノードショート層 5 Pベース層 5a ダイオードのP層 5b 分離層 6 N+ エミッタ層 7 アノード電極 8 カソード電極 9 ゲート電極 10,20 凹部 20a 凹部の端部 21 エッチング時のマスク用酸化膜 22 凹部形成用開口 23 N+ 層(ひずみ層)1 GTO 2 Regenerative Diode 3 P Emitter Layer 4 N - Base Layer 4a Anode Short Layer 5 P Base Layer 5a Diode P Layer 5b Separation Layer 6 N + Emitter Layer 7 Anode Electrode 8 Cathode Electrode 9 Gate Electrode 10, 20 Recess 20a End of recess 21 Oxide film for mask during etching 22 Opening for forming recess 23 N + layer (strained layer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳澤 暁 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式会 社東芝多摩川工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Akira Yanagisawa 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Tamagawa factory
Claims (2)
第2の半導体素子とが、前記基板主面から掘られた凹部
を介し互いに分離形成された複合半導体装置の製造方法
において、凹部形成前に、前記基板の凹部形成領域の側
壁に接しないひずみ層を、該領域内に選択的に形成した
後、前記基板主面からエッチングして凹部を形成する工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A method of manufacturing a composite semiconductor device, wherein a first semiconductor element and a second semiconductor element are formed on a single semiconductor substrate so as to be separated from each other via recesses dug from the main surface of the substrate Before the formation, a strained layer which does not come into contact with the side wall of the recess forming region of the substrate is selectively formed in the region, and then the strained layer is etched from the main surface of the substrate to form the recess. Manufacturing method of semiconductor device.
た凹部を介し互いに分離形成された第1の半導体素子と
第2の半導体素子と、基板主面から凹部底面にいたる深
さのうち凹部底面端部にいたる深さが最大の深さとなら
ない凹部とを、具備することを特徴とする半導体装置。2. A first semiconductor element and a second semiconductor element formed on one semiconductor substrate so as to be separated from each other through a recess dug from the main surface of the substrate, and a depth from the main surface of the substrate to the bottom surface of the recess. A semiconductor device comprising: a recess whose depth reaching the bottom end of the recess is not the maximum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24600693A JPH0778968A (en) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24600693A JPH0778968A (en) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0778968A true JPH0778968A (en) | 1995-03-20 |
Family
ID=17142063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24600693A Pending JPH0778968A (en) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778968A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103985683A (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | 精材科技股份有限公司 | chip package |
| CN111276415A (en) * | 2020-02-18 | 2020-06-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | Display substrate, preparation method thereof and display device |
-
1993
- 1993-09-06 JP JP24600693A patent/JPH0778968A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103985683A (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-13 | 精材科技股份有限公司 | chip package |
| CN111276415A (en) * | 2020-02-18 | 2020-06-12 | 京东方科技集团股份有限公司 | Display substrate, preparation method thereof and display device |
| CN111276415B (en) * | 2020-02-18 | 2023-11-07 | 京东方科技集团股份有限公司 | Display substrate, preparation method thereof and display device |
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