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KR930002594B1 - 반도체장치의 제조방법 - Google Patents

반도체장치의 제조방법 Download PDF

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KR930002594B1 KR1019890015032A KR890015032A KR930002594B1 KR 930002594 B1 KR930002594 B1 KR 930002594B1 KR 1019890015032 A KR1019890015032 A KR 1019890015032A KR 890015032 A KR890015032 A KR 890015032A KR 930002594 B1 KR930002594 B1 KR 930002594B1
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Abstract

내용 없음.

Description

반도체장치의 제조방법
제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
제2도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
제3도는 본 발명 및 종래의 방법에 제조된 IGBT의 특성을 비교하여 나타낸 도면.
제4도 및 제5도는 각각 종래의 반도체장치의 단면도.
제6도(a), (b)는 각각 종래의 반도체장치의 제조방법을 나타낸 단면도.
제6도(c)는 제6도(b)에 도시된 반도체장치의 프로파일(pro-file)을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : P+형 반도체기판 2 : P-형 반도체층
3 : n-버퍼층 4, 2' : n-형 반도체층
5 : p형 불순물영역 6 : n-형 불순물영역
[산업상의 이용분야]
본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 SI다이리스터에 이용되는 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
대전력의 전력변환소자, 즉 다이리스터소자로서 근년에는 IGBT나 SI다이리스터가 주목되고 있는 바, 이하 그러한 반도체장치에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
제4도는 IGBT소자의 구조를 나타낸 도면으로서, 양극(11 : 콜렉터전극)이 설치되는 고농도의 p+형 반도체기판(12)위에는 고농도의 n+버퍼층(13)이 형성되고 이 n-버퍼층(13)위외에는 저농도의 n-형 반도체층(14)이 형성되어 있다. 또, 이 n-형 반도체층(14)의 표면에는 열확산에 의해 p형 불순물영역(15)이 형성되고 이 p형 불순물영역(15)의 표면영역에는 열확산에 의하여 고농도의 n-형 불순물영역(16)이 형성된다. 상기 p형 불순물영역(15) 및 n+형 불순물영역(16)위에는 음극(17 : 에미터 전극)이 설치되어 있다. 그리고 상기 상기 n-형 반도체층(14)위에는 게이트절연막(18)을 매개로 게이트전극(19)이 형성되어 있다.
제15도는 SI다이리스터소자의 구조를 나타낸 단면도로서, 상기 제4도의 IGBT와 같은 모양으로 양극(21: 드레인전극)이 설치되는 고농도의 p+형 반도체기판(22)위에는 고농도의 n+버퍼층(23) 및 저농도의 n-형 반도체층(24)이 형성되어 있다. 그리고 상기 n-형 반도체층(24)의 표면영역에는 열확산에 의해 고농도의 p+형 불순물영역(25: 게이트로 됨) 및 고농도의 n+형 불순물영역(26)이 형성되어 있다. 상기 n+형불순물영역(26)위에는 음극(27: 소오스전극)이 설치되어 있고 상기 p+형 불순물영역(25)위에는 절연막(28)이 형성되어 있다.
상기 반도체장치들은 게이트제어에 의해 소자에 흐르는 주전류를 차단하는 것이 가능한 소자이다. 그리고 이 반도체장치들의 특히 좋은 점은 P+형 반도체기판(12,22)으로 부터 n+버퍼층(l3,23)을 거쳐 고저항의 n-형 반도체층(14,24)이 전도도변조(傳導度變調)를 일으키므로 전류밀도를 높게 할 수 있다는 점이다. 따라서 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)와 비교하여 고속스위칭이 가능하며 늪은 압력에도 견딜 수 있음과 더블어 온저항이 낮다는 것이 알려져 있다. 그러나 이 소자의 특성중에는 서로 들어맞지 않는 점이 있다. 예컨대 고속스위칭과 낮은 온저항화는 트레이드 오프(trade off)의 관계에 있다. 이 트레이드 오프를 더 개선하기 위해, 즉 고속스위칭과 낮은 온저항화를 달성하기 위해서는 고농도의 n+버퍼층(13,23)의 두께를 얇게 형성하면 된다는 것이 일반적으로 알려져 있다.
다음으로 제4도에 나타낸 IGBT의 제조방법에 대해 제6도(a)∼(c)의 도면을 참조하여 설명한다. 제6도에 있어서 상기한 제4도와 동일한 부분에는 같은 참조를 표기하였다.
우선, 제6도(a)에 도시한 것처럼 고농도의 p+형 반도체기판(12)위에는 인(P)을 도펀트(dopant)로 하여 고농도이며 두께가 얇은 n+버퍼층(13)을 에피택셜성장에 의해 형성한다. 또한, 이 n+버퍼층(13)위에는 인(P)을 도펀트로 한 저농도의 n-형 반도체층(14)을 에피택셜성장에 의해 형성한다. 다음으로 제6도(b)에도시한 것처럼 상기 n-형 반도체층(14)의 표면영역에 P형 불순물영역(15)을 열확산에 의해 형성하고 이 p형 불순물영역(15)의 표면영역에 n-형 불순물영역(16)을 열확산에 의해 형성한다. 이때 상기 n+버퍼층(13)의 인은 주로 상기 n-형 반도체층(14)으로 확산하므로, n+버퍼층(13)의 두께가 늘어난다. 이후 상기 n-형반도체층(14)위에 게이트 절연막(18) 및 게이트전극(19)을 형성하고 나서 상기 반도체기판(12)에는 양극(11)을 설치하고 상기 p형 불순물영역(15) 및 n+형 불순물영역(16)위에는 음극(17)을 실치한다. 제6도(c)는 제6도(b)에 도시된 반도체장치의 불순물 프로파일(pro-file)을 나타낸 것이다.
이와 같이, 종래의 방법에서는 n+버퍼층(13)의 도펀트로서 확산계수가 큰 인이 사용되므로, n-형 반도체층(14)의 표면영역에 p형 불순물영역(15)과 n+형 불순물영역(16)등 (SI싸이리스터에 있어서는 p+형 불순물영역(25), n+형 불순물영역(26)등)을 열확산으로 형성하는 공정(이하, 열확산공정이라고 한다)후에는 고농도이면서 막의 두께가 얇은 n+버퍼층(13)을 얻을 수 있다. 따라서 고속스위칭이 가능하면서 온저항이 낮은 반도체장치의 실현은 불가능하였다.
한편, n+버퍼층(13)의 도펀트로서 확산계수가 작은 비소(As), 안티몬(Sb), 비스마스(Bi)를 사용하면,이 도펀트들보다도 p+형 반도체기판(l2)의 도펀트(예컨대 붕소)의 확산계수가 크게 된다. 이때문에 열확산공정에 의해 이번에는 n+버퍼층(13)의 도펀트와 p+형 반도체기판(12)의 도펀트와의 상호확산이 현저하게 발생하게 된다. 따라서 상기 n+버퍼층(13)의 농도가 저하되고, 더욱이 확산시간이 경과할수록 상기 n+버퍼층(13)이 소멸되며, 상기 p+형 반도체기판(12)의 도펀트가 n-형 반도체층(14)으로 확산되는등의 문제점이있다. 즉, 상기 n+버퍼층(13)의 도펀트로 확산계수가 작은 불순물을 사용해도 최종적으로는 고농도이면서 두께가 얇은 n+버퍼층(13)을 얻을 수 없었다.
이와 같이, 종래의 반도체장치의 제조방법에 의하면 고농도이면서 두께가 얇은 버퍼층을 형성할 수 없었다. 즉 고속스위칭이 가능하면서 온저항이 낮은 반도체장치를 제조할 수 없는 문제점이 있었다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 열확산공정후에도 고농도이며 두께가 얇은 버퍼층을 형성할 수 있는 반도체장치의 제조방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치의 제조방법은, 고농도의 제1도전형 불순물을 함유하는 양극층위에 이 양극층의 불순물농도보다도 저농도의 불순물을 함유하는 제2도전형의 제2반도체층을 형성하며, 이 제2반도체층위에 제2도전형의 불순물을 저농도로 함유하는 제3반도체층을 형성한다. 그리고 이 제3반도체층의 표면영역에 열확산을 하여 적어도 제1도전형의 불순물영역을 형성한다. 이때 상기 양극층에 함유된 뷸순물은 상기 제1반도체층으로 확산된다. 여기에서, 상기 제2반도체층의 농도가 실질적으로 변하지 않도록 상기 제 1반도체층의 농도나 두께를 설정한다.
[작용]
이와 같은 제조방법에 의하면, 고농도의 불순물을 함유하는 제2반도체층의 두께를 얇게 형성함에 따라 열확산공정후에도 고농도이면서 막의 두께가 얇은 버퍼층을 갖춘 반도체장치를 구현할 수 있다.
[실시예]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 제1도. (a, b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체장치의 제조방법을 나타낸 도면으로서, 우선 제1도(a)에 도시한 것처럼 농도가 1018-1020Atoms·cm-3로 고농도인 p+형 반도체기판(1 : 양극층)위에 두께 5∼10μm이고 농도가 1014∼5×1016Atoms·cm-3로 저농도인 p-형 반도체층(2)를 에피택셜성장법에 의해 형성한다. 계속해서 저농도의 p-형반도체층(2)위에 두께가 5∼20μm이고 농도가 1014∼1018Atom·cm-3로 고농도인 n+버퍼층(3)을 에피택셜성장법에 의해 형성한다. 이 고형농도의 n+버퍼층(3)은 비소(As), 안티몬(Sb), 비스마스(Bi) 따위의 확산계수가 작은 원소를 불순물(도펀트)로 사용하고 있다. 이후 상기 고농도의 n+형 반도체층(4)을 에피택셜성장법에 의해 형성한다.
다음에는 제6도(b)에 도시한 것처럼 상기 n-형 반도체층(4)의 표면영역에 p형 불순물영역(5)를 열확산에 의해 형성하고 이 p형 불순물영역(5)의 표면영역에 n+형 불순물영역(6)을 열확산에 의해 형성한다. 이때 상기 p+반도체기판(l)의 불순물(예컨대 붕소)이 상기 p-형 반도체층(2)으로 확산하는데, 상기 n+버퍼층(3)의 농도가 실질적으로 변화하지 않도록 상기 p-형 반도체층(2)의 농도나 두께가 설정되어 있다. 그러고 열확산공정에서 상기 p-형 반도체층(2)은 불순물의 확산에 의해 실질적으로 소멸되는 것이 가장 적당하지만, 다소 남아 있어도 문제는 없다.
이후 상기 N-형 반도체층(4)위에 게이트절연막(7) 및 게이트전극(8)을 형성한다. 그위에 상기 반도체기판(1)에 양극(9)을 설치하고 상기 p형 불순물영역(5) 및 n+형 불순물영역(6)위에 음극(10)을 설치한다.
이와 같은 제조방법에 의하면, 열확산공정후에도 n+버퍼층(3)의 두께의 증가를 막을 수 있다. 또 상기 n+버퍼층(3)과 p-형 반도체층의 상호 확산도 제어할 수 있다. 이때 상기 p-형 반도체층(2)은 불순물의 확산에 의해 소멸하게 되어 있으므로 고속스위칭이 가능함과 더불어 낮은 온저항을 겸비한 반도체장치를 제조할수 있다.
제2도(a, b)는 상기 실시예에 있어서 저농도의 p-형 반도체층(2)를 저농도의 n-형 반도체층(2')으로바꾸어 본 발명을 적용한 실시예를 나타낸 것이다. 제2도에서 상기 실시예와 동일한 부분에는 같은 부호를 기재하였다. 우선, 제2도(a)에 도시한 것처럼 상기 실시예와 마찬가지로 고농도의 p+형 반도체기판(1)위에 저농도의 n-형 반도체층(2'), 고농도의 n+형 반도체층(3) 및 저농도의 n-형 반도체층(4)를 차례로 형성한다. 이어서 제6도(b)에 도시한 것처럼, 상기 저농도의 n-형 반도체층(4)의 표면영역에 p형 불순물영역(5)를 열확산에 의해 형성하고 이 p형 불순물영역(5)의 표면영역에 n+형 불순물영역(6)을 열확산에 의해 형성한다. 이때 상기 p+형 반도체기판(1)의 불순물은 확산하여 상기 n-반도체층(2')을 실질적으로 소멸시킨다. 여기에서, 상기 제1도에 나타낸 실시예에서 처럼 열확산공정후에 상기 n-형 반도체층(2')이 다소남아 있어도 문제는 없다.
이와 같은 제조방법에 있어서도 상기 제1도에 나타낸 반도체장치의 제조방법과 같은 효과를 얻을 수 있다.
다음으로 상기 각 실시예에 의한 방법을 이용하여 p+형 반도체층(1)의 농도를 1019Atoms·cm-3정도로하고, 저농도의 p-형 반도체층(2) 또는 저농도의 n-형 반도체층(2')의 농도를 1016Atoms·cm-3정도로, 두께를 5μm정도로 하며, n+버퍼층(3)의 농도를 1017Atoms·cm-3정도로, 두께로 5μm정도로 한 본 발명에 의한 IGBT를 제조하였다. 이때 열확산공정으로서 1100℃ 정도에서 17시간의 열확산을 실시하였다. 그 결과 이 IGBT는 제3도에 도시한 것처럼 스위칭할 때의 하강시간(fall time) tF와 콜렉터와 에미터사이의 포화전압 VCE(SAT)와의 트레이드 오프 곡선에 개선이 나타났다. 이 트레이드 오프 곡선은 본 발명 및 종래예에의한 IGBT에 대해 n-형 반도체층의 캐리어의 라이프타임 콘트롤(lifetime control)을 행하여 전류밀도를 1.05A/mm2로 한 것이다.
상기 각 실시예는 모두 IGBT에 대한 것이지만, SI다이리스터에도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 각 실시예에서 본 반도체장치의 제조방법은 n채널형 반도체장치에 관한 것이지만, 극성을 역으로 한 p채널형 반도체장치의 제조방법에도 본 발명을 적용할 수 있다.
[발명의 효과]
상술한 바와 같이, 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과를 거들 수 있다.
즉, 열확산공정후에도 고농도이면서 얇은 버퍼층이 존재하는 반도체장치를 제공할 수 있다. 따라서 이 반도체장치는 고속스위칭이 가능함과 더블어 온저항을 낮출 수 있게 된다.

Claims (1)

  1. 양극(9)과 음극(10) 및 게이트(8)를 갖추고, 상기 양극(9) 및 음극(10)사이를 흐르는 주전류를 상기 게이트(8)로 개폐할 수 있도록 된 반도체장치의 제조방법에 있어서, 제1도전형의 불순물을 고농도로 함유하는 양극층(1)위에 이 양극층(1)의 불순물농도보다도 불순물농도가 낮은 제1반도체층(2)을 형성하는 제1공정과, 이 제1반도체층(2)위의 제2도전형의 불순물을 고농도로 함유하는 제2반도체층(3)을 형성하는 제2공정, 이 제2반도체층(3)위에 제2도전형의 불순물을 저농도로 함유하는 제3반도체층(4)을 형성하는 제3공정, 이 제3반도체층(4)의 표면영역에 열확산에 의해 적어도 제1도전형의 불순물영역(5)을 형성함과 더불어 상기 제2반도체층(3)의 농도가 실질적으로 변화되지 않도록 상기 양극층(1)에 함유된 불순물을 상기 제1반도체을(2)으로 확산시키는 제4공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
KR1019890015032A 1988-10-19 1989-10-19 반도체장치의 제조방법 KR930002594B1 (ko)

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