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IGBTの高]化に向け2|類のイオンR入をアルバックが発売

半導]もニッチx場でM負する時代といえそうだ。アルバックは、IGBTパワー半導に化した加]エネルギーが2keV〜30keVと低い加]電圧と、最j2400keVと極めて高い加]電圧の2|類のイオンR入を発売する。それぞれ浅い、深いpn接合を作るのに使う、両極端のニッチ向けだ(図1)。

図1 アルバックが発売する低加](左)・高加]()のイオンR入機 出Z:アルバック

図1 アルバックが発売する低加](左)・高加]()のイオンR入機 出Z:アルバック


このの背景にあるのはIGBTである。昨今、SiCやGaNなど新しいワイドギャップトランジスタが登場し、IGBTを片困房{いやろうとしているが、IGBTもL点をタKし擇残りを図る。SiのIGBTの最jのメリットはSiCなどと比べて価格のWいこと。このためSiCは実のところZ戦を咾い蕕譴討り、その間にIGBTはL点をタKしようとしている。

IGBTのL点は何といってもSiCやGaNのMOSFETと比べて動作]度がいこと。その構]がnチャンネルMOSFETのドレインN+層にさらにP+層を{加してバイポーラ(電子と孔の二つのキャリア極性)をWして電流を\やせるようになっている。反C、動作X(オン)から電流をVめるオフXに切りえると、N-層にR入された孔がいつまでも残っていてなかなか消えずにテール電流としてT在するため、スイッチング]度を屬欧蕕譴覆ぁ△箸いL点がある。いわゆる少数キャリヤの蓄積時間が長い。そこで、その時間を]縮するため、孔がすぐに電子と再T合して消えるようにライフタムキラーを入れる。銅などの_金錣枠焼中にキャリヤを捕佑垢襯肇薀奪位を発擇垢襪、電子とすぐに再T合して電気B^が屬ってしまうというL点がある。そこで水素やHeのような元素をイオンR入してSiT晶のk陲鯱sしL陥をT図的に作り、トラップ位を形成するのである。


図2 最新のIGBTのトランジスタ構]と今vのイオンR入機の 出Z:アルバック

図2 最新のIGBTのトランジスタ構]と今vのイオンR入機の 出Z:アルバック


水素は、N+層の不純颯廛蹈侫.ぅ襪汎瑛佑縫ぅン]ち込みし、300〜400°Cの低aで性化させると、N+ドーパントとして機Δ垢襪蕕靴ぁデンソーの情報によると(参考@料1)、N+層の不純颯廛蹈侫.ぅ襪反總埜胸劼離廛蹈侫.ぅ襪鯊靴┐(厳密にはプロファイルの半値幅を揃える)ことによって、リーク電流もるという。最Zでは、IGBT構]のp型コレクタ覦茲魎韶とするのではなく、N-層を基とすることがHい。ここに裏CからB(ボロン)をR入してp型コレクタを形成しさらにN+フィールドストップ層を形成する構]が主流になっているという(図2)。そのためには表Cの電c効果トランジスタ覦茲完成した後で、N-基を100µm度まで削り、裏C笋P+/N+層を形成することになる。表CにAl電極がすでに形成されているため、低aで形成せざるをuない。裏C電極はもちろん最後に形成。

アルバックが今v発売するニッチのイオンR入は、IGBTの裏CのP+/N+層を形成するための二つのである。

低加]電圧の「SOPHI-30」は、P+層の浅い接合を形成するための式。式にしたのは、来のような複数のウェーハをjきなディスクに張りけてv転される擬阿世函100µmのような薄いウェーハだとハンドリングがMしくが割れる恐れがあるからだ。また、来のイオンR入は、イオン源からウェーハまでの{`が長く、ビームが広がってしまいウェーハCでの電流をjきくDれなかった。低加]専だと、加]するための{`を長くする要がない。来機だとイオン源からウェーハまでの{`が6mもあったが、今vは50cmに]縮した。このT果、oC積も来の1/3と小さくなり、2×10の15乗イオン/cm2の電流で]ち込むのに、来の10分から10秒ですむようになった。

高加]電圧の「SOPHI-400」は、N+層を形成するのにPや水素の]ち込みに使う。PN接合の空層が無Gに広がらずに失をらすためのフィールドストップN+層を裏Cから形成するためには2400keV (2.4MeV)という高い加]電圧でのイオンR入が求められている。ここも極薄ウェーハでの処理のため式を採し、深いN+層を形成する。N+層に水素を]ち込むと、他のドーパントよりも原子半径が小さいため深くまで届く。このため約4µmの深さのプロファイルができるとしている。N+R入は低aでは性化しないため、レーザーアニールを使うが、水素は350〜400°Cのファーネスでアニールできる。

イオンR入は高電圧を使うため、そのものにIGBTやSiCを使うことがHい。アルバックの今vのも加]電源だけではなく周囲の磁石の電源などHくの電源を使っており、しかも高耐圧が要となるため、IGBTやSiCダイオードを使っての小型化に寄与しているという。

参考@料
1. 「絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよびその]桔」、デンソー、合田健痢⊇亟蠧2014Q10月6日、o開日2015Q5月21日

(2017/07/07)
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