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(f┘ng)点を�ﾀKし�擇�残りを図る。SiのIGBTの最�j(lu┛)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��(d┛ng)いられており、その間にIGBTは�L(f┘ng)点を�ﾀKしようとしている。

IGBTの�L(f┘ng)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(w┌ng)��して電流を�\やせるようになっている。反�C、動作�X(ju└)��(オン)から電流を�Vめるオフ�X(ju└)��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(f┘ng)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�](m└i)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(f┘ng)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Si�T晶の�k�陲鯱sし�L(f┘ng)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

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(b┳)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��(f┫)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(b┳)で形成せざるを�u(p┴ng)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(lu┛)きなディスクに張り��けて�v転される��(sh┫)式だと、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�{(di┐o)�`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(lu┛)きく�Dれなかった。低加�]専��だと、加�]するための�{(di┐o)�`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�{(di┐o)�`が6mもあったが、今�vは50cmに�](m└i)縮した。この�T果、�o�C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��(f┫)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(b┳)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���]��(sh┫)法」、デンソー、合田健�痢⊇亟蠧�2014�Q10月6日、�o開日2015�Q5月21日