半導(dǎo)體裝置及其制造方法制造方法及圖紙

通過多次質(zhì)子注入，在n型漂移層(2)的內(nèi)部，形成從基板背面起算的深度不同的多個(gè)n型緩沖層(5、6、7)。將從基板背面起算最深的n型緩沖層(5)的從基板背面起算的深度設(shè)為比15μm深。將質(zhì)子注入后進(jìn)行的用于施主化和恢復(fù)結(jié)晶缺陷的熱處理的溫度設(shè)為400℃以上。在n型緩沖層(5)的載流子濃度分布中，從載流子濃度的峰位置(5a)向陽極側(cè)的寬度比向陰極側(cè)的寬度寬。夾在于n型緩沖層(5、6、7)之間的區(qū)域(15、16)的載流子濃度是平坦的，為n型硅基板(1)的載流子濃度的1倍以上5倍以下。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)耐壓確保和發(fā)生損耗的降低，抑制開關(guān)動(dòng)作時(shí)的電壓、電流的振蕩。另外，能夠恢復(fù)結(jié)晶缺陷而減小漏電流，能夠降低熱擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
本專利技術(shù)涉及具有通過質(zhì)子注入而形成的緩沖層的PiN(p-intrinsic-n)二極管和IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：絕緣柵雙極型晶體管)等的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
技術(shù)介紹
作為電力用半導(dǎo)體裝置，已知有具有400V、600V、1200V、1700V、3300V的耐壓或其以上的耐壓的二極管、IGBT等。這些元件可用于轉(zhuǎn)換器、逆變器等電力變換裝置，且要求低損耗、低噪聲、高耐破壞量、以及低成本。圖8是表示具有一般的n型緩沖層55的PiN二極管500的主要部分的剖視圖。如圖8所示，PiN二極管500具備作為n型硅基板51的一部分的n型漂移層52，在n型硅基板51的第一主面形成作為p型陽極層53的p型層，在與第一主面對(duì)置的第二主面形成作為n型陰極層54和n型緩沖層55的n型層。并且，在n型硅基板51的第一主面，以包圍p型陽極層53的方式形成作為高耐壓結(jié)終端結(jié)構(gòu)61的p型層62(p型護(hù)圈層)。此外，圖8中的符號(hào)58為陽極，59為陰極，63為終端電極，64為絕緣膜。對(duì)n型陰極層54要求具有用于防止耗盡層穿通(指耗盡層到達(dá)陰極59)所需要的載流子濃度和擴(kuò)散深度。在n型漂移層52的內(nèi)部，為了抑制耗盡層的擴(kuò)散，例如形成雜質(zhì)濃度比n型漂移層52高的n型緩沖層55。作為在從n型硅基板51的第二主面起算比n型陰極層54深的位置以與n型陰極層54接觸的方式形成n型緩沖層55的方法，已提出用于形成n型緩沖層55的離子注入的摻雜劑使用擴(kuò)散系數(shù)大的硒(Se)原子等的方法。另外，作為形成n型緩沖層55的其它方法，已知有在比較低的加速電壓下，通過可得到較深的射程的氫(H)離子(質(zhì)子)的注入形成氫致施主的方法。接著，對(duì)該氫致施主進(jìn)行說明。通過對(duì)包含氧(O)原子的n型硅基板51(例如利用FZ(FloatZone：區(qū)熔)法而形成的塊狀基板(晶片))注入質(zhì)子，從而在因注入而產(chǎn)生的空穴(V)缺陷中，氫(H)原子與氧(O)原子結(jié)合而變成復(fù)合缺陷，產(chǎn)生VOH(Vacancy-Oxide-Hydrogen，空穴-氧化物-氫)缺陷。該VOH缺陷變?yōu)楣┙o電子的施主(氫致施主)。進(jìn)而，通過在注入質(zhì)子后進(jìn)行熱處理，從而VOH缺陷密度增加，施主濃度也增加，形成雜質(zhì)濃度比n型漂移層52高的n型緩沖層55。用于提高VOH缺陷的施主濃度的活性化工序可以利用380℃左右的低溫退火(熱處理)來實(shí)現(xiàn)。因此，可以在減薄厚度(薄厚化)前的厚晶片上，預(yù)先形成利用高溫工序形成的正面結(jié)構(gòu)，其后，從背面磨削晶片減薄至產(chǎn)品厚度后，利用低溫退火形成背面結(jié)構(gòu)。通過將用于形成背面結(jié)構(gòu)的退火設(shè)為低溫退火，能夠在產(chǎn)品厚度薄的薄型二極管、薄型IGBT的制造工序中，在薄厚化前的厚晶片預(yù)先形成構(gòu)成正面結(jié)構(gòu)的正面電極和/或鈍化膜。由此，在減薄晶片的厚度后的工序中，僅形成構(gòu)成背面結(jié)構(gòu)的背面電極。因此，能夠大幅度縮短使晶片薄厚化后的工序個(gè)數(shù)。另外，在PiN二極管500中，構(gòu)成為，在p型陽極層53與n型陰極層54之間的n型硅基板51的內(nèi)部靠近p陽極層53形成n緩沖層55，在陰極側(cè)殘留載流子濃度低的層。通過該構(gòu)成，能夠提高作為少數(shù)載流子的空穴的積蓄效應(yīng)。其結(jié)果，即使n型漂移層52(n型硅基板51的p型陽極層53與n型緩沖層55之間的區(qū)域)變薄也能夠形成具有良好的軟恢復(fù)特性的二極管。該n型緩沖層55通過在多次質(zhì)子注入中偏移射程Rp而將質(zhì)子射入n型硅基板51，由此能夠形成在深度方向等效地具有寬闊的載流子濃度分布的厚度的厚n型緩沖層。在下述專利文獻(xiàn)1中，記載了通過質(zhì)子注入而形成的n型層的載流子濃度(雜質(zhì)濃度)。但是，并沒有記載減少因質(zhì)子注入而導(dǎo)致的結(jié)晶缺陷的方法。在下述專利文獻(xiàn)2中，作為減少因質(zhì)子注入而導(dǎo)致的結(jié)晶缺陷的方法，記載了在350℃下進(jìn)行退火(熱處理)的方法。在下述專利文獻(xiàn)3的圖2中，公開了IGBT中的注入了質(zhì)子而形成的n型緩沖層。另外，記載了在質(zhì)子通過的區(qū)域中利用質(zhì)子的施主化而形成的n型緩沖層的載流子濃度不低于基板的載流子濃度。在下述專利文獻(xiàn)4的圖3、圖4、圖5中，同樣記載了具有利用質(zhì)子的施主化而得到的n型緩沖層的晶閘管、IGBT、二極管。另外，記載了為了使利用質(zhì)子注入形成的結(jié)晶缺陷恢復(fù)并進(jìn)行質(zhì)子的施主化而進(jìn)行200℃～550℃的溫度下的熱處理。在下述專利文獻(xiàn)5的圖2中，記載了形成在專利文獻(xiàn)5的圖4的二極管或者圖5的IGBT的利用質(zhì)子的施主化而得到的多個(gè)n型緩沖層的載流子濃度分布。另外，記載了在質(zhì)子通過的區(qū)域中利用質(zhì)子的施主化而形成的n型緩沖層的載流子濃度不低于基板的載流子濃度。在下述專利文獻(xiàn)6中，記載了通過將n型緩沖層形成在n型漂移層的中央部，可得到二極管的軟恢復(fù)特性。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特再公表2000-16408號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2000-77350號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2006/205122號(hào)說明書專利文獻(xiàn)4:美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2006/286753號(hào)說明書專利文獻(xiàn)5:美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2006/81923號(hào)說明書專利文獻(xiàn)6:日本特開2003-152198號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問題然而，在積蓄載流子少的情況(諸如低電流和/或低溫時(shí))下，電子濃度接近于施主濃度。因此，如上所述，即使將n型緩沖層55設(shè)為寬闊的載流子濃度分布的情況下，也可通過電子的負(fù)電荷與施主的正電荷而保持電荷中性條件(電子濃度＝施主濃度+空穴濃度)。其結(jié)果，作為少數(shù)載流子的空穴的濃度顯著降低，反向恢復(fù)時(shí)空穴的枯竭提早，會(huì)產(chǎn)生大的浪涌電壓和/或振蕩。另外，使半導(dǎo)體裝置高耐壓化的情況下，為了有效地抑制大的浪涌電壓和/或振蕩，需要使n型緩沖層55的深度比上述專利文獻(xiàn)5的圖2所示的15μm深。但是，為了加深n型緩沖層55，需要提高質(zhì)子注入的加速能量。若提高加速能量，則由于注入損傷而在結(jié)晶內(nèi)產(chǎn)生缺陷。該結(jié)晶缺陷通過用于施主化的熱處理無法完全恢復(fù)的情況下，殘留的結(jié)晶缺陷作為對(duì)積蓄載流子的壽命抑制因數(shù)發(fā)揮作用，使少數(shù)載流子(空穴)的濃度降低。這樣，PiN二極管500的反向恢復(fù)時(shí)和/或IGBT的關(guān)斷時(shí)等這樣的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，作為少數(shù)載流子的空穴的枯竭提早，大的浪涌電壓或電壓、電流產(chǎn)生振蕩。該振蕩作為放射噪聲被放射到外部，產(chǎn)生EMC(Electro-MagneticCompatibility：電磁兼容性)障礙等。另外，該結(jié)晶缺陷成為增大PiN二極管500和/或IGBT的漏電流的原因。本專利技術(shù)為了消除上述的現(xiàn)有技術(shù)中的問題，目的在于提供一種具有利用質(zhì)子注入而形成的比15μm深的n型緩沖層，并且漏電流和/或發(fā)生損耗小，且能夠抑制開關(guān)動(dòng)作時(shí)的電壓、電流的振蕩的高耐壓的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。技術(shù)方案為了解決上述的課題，實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的目的，本專利技術(shù)的半導(dǎo)體裝置具有如下的特征。在n型半導(dǎo)體基板的內(nèi)部，設(shè)置有n型漂移層。在上述n型半導(dǎo)體基板的第一主面的表面層，與上述n型漂移層接觸地設(shè)置有p型層。在上述n型半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)龋c上述n型漂移層接觸地設(shè)置有n型層。上述n型層由導(dǎo)入到上述n型半導(dǎo)體基板的氫被施主化而成的、從上述n型半導(dǎo)體基板的第二主面起算的深度不同的多個(gè)n型緩沖層構(gòu)成。多個(gè)上述n型緩沖層中的配置于最靠近上述p型層的位置的最接近緩沖層的載流子峰濃度的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備：n型漂移層，設(shè)置于n型半導(dǎo)體基板的內(nèi)部；p型層，與所述n型漂移層接觸地設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體基板的第一主面的表面層；n型層，與所述n型漂移層接觸地設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)龋渲校鰊型層由導(dǎo)入到所述n型半導(dǎo)體基板的氫被施主化而成的、從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面起算的深度不同的多個(gè)n型緩沖層構(gòu)成，多個(gè)所述n型緩沖層中的配置于最靠近所述p型層的位置的最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置比從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面起算15μm的位置深，夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的區(qū)域的載流子濃度比所述n型緩沖層的載流子峰濃度低，且大于等于所述n型半導(dǎo)體基板的載流子濃度。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2012.10.23 JP 2012-2336501.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備：n型漂移層，設(shè)置于n型半導(dǎo)體基板的內(nèi)部；p型層，與所述n型漂移層接觸地設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體基板的第一主面的表面層；n型層，與所述n型漂移層接觸地設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)龋渲校鰊型層由導(dǎo)入到所述n型半導(dǎo)體基板的氫被施主化而成的、從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面起算的深度不同的多個(gè)n型緩沖層構(gòu)成，多個(gè)所述n型緩沖層中的配置于最靠近所述p型層的位置的最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置比從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面起算15μm的位置深，夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的區(qū)域的載流子濃度比所述n型緩沖層的載流子峰濃度低，且大于等于所述n型半導(dǎo)體基板的載流子濃度，在夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的區(qū)域的載流子濃度分布中，在深度方向上相鄰的所述n型緩沖層的各自的載流子濃度分別為峰值的兩個(gè)位置之間的距離設(shè)為L(zhǎng)AB，將所述LAB之間長(zhǎng)度為aLAB的區(qū)域設(shè)為區(qū)域M，所述a為0.3～0.7的范圍的值，將所述區(qū)域M的載流子濃度在所述區(qū)域M進(jìn)行積分后除以所述aLAB得到的值設(shè)為所述區(qū)域M的平均載流子濃度，在所述區(qū)域M中，包含在深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間載流子濃度最小的位置，并具有所述區(qū)域M中的所述載流子濃度的分布在所述平均載流子濃度的80％～120％的范圍內(nèi)的平坦部，將從所述n型半導(dǎo)體基板的第一主面到第二主面為止的厚度設(shè)為W0，將從所述n型半導(dǎo)體基板的第一主面起算的所述p型層的深度設(shè)為xj，將從所述p型層與所述n型漂移層的界面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的距離設(shè)為Z，將從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的深度設(shè)為Y時(shí)，從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的深度Y是Y＝W0-(Z+xj)，將從所述p型層與所述n型漂移層的界面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的距離Z設(shè)為Z＝αW0時(shí)的系數(shù)α為0.4以上0.8以下。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述n型緩沖層、夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的區(qū)域、以及所述n型半導(dǎo)體基板的載流子濃度是由擴(kuò)散電阻算出的值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的區(qū)域的載流子濃度為所述n型半導(dǎo)體基板的載流子濃度的1倍以上5倍以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的多個(gè)區(qū)域中的最靠近所述第二主面的區(qū)域的載流子濃度為所述n型半導(dǎo)體基板的載流子濃度的1倍以上5倍以下。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述n型緩沖層的載流子濃度分布中，從載流子峰濃度的位置向所述p型層側(cè)的寬度比從載流子峰濃度的位置向所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面?zhèn)鹊膶挾葘挕?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，夾在于深度方向相鄰的所述n型緩沖層之間的區(qū)域的載流子濃度朝向所述p型層側(cè)變小。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述系數(shù)α為0.45以上0.7以下。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述系數(shù)α為0.5以上0.6以下。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，將硅的介電常數(shù)設(shè)為εS，將額定電壓設(shè)為Vrate，將額定電流密度設(shè)為Jrate，將基元電荷設(shè)為q，將載流子的飽和速度設(shè)為vsat，將所述n型漂移層的摻雜濃度設(shè)為Nd，將從所述n型半導(dǎo)體基板的第一主面到第二主面為止的厚度設(shè)為W0，將從所述n型半導(dǎo)體基板的第一主面起算的所述p型層的深度設(shè)為xj，將從所述p型層與所述n型漂移層的界面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的距離設(shè)為Z，將從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的深度設(shè)為Y，將距離指標(biāo)x0設(shè)為如下述數(shù)學(xué)式(1)所示時(shí)，數(shù)學(xué)式1從所述n型半導(dǎo)體基板的第二主面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的深度Y為Y＝W0-(Z+xj)，將從所述p型層與所述n型漂移層的界面到所述最接近緩沖層的載流子峰濃度的位置為止的距離Z設(shè)為Z＝βx0時(shí)的系數(shù)β為0.6以上1.4以下。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述系數(shù)β為0.7以上1.2以下。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述系數(shù)β為0.8以上1.0以下。12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該半導(dǎo)體裝置是二極管或者絕緣柵雙極型晶體管，其中，所述二極管以所述p型層為p型陽極層、以所述n型層為所述n型緩沖層和n型陰極層；所述絕緣柵雙極型晶體管以所述p型層為p型阱層，且具有選擇性地設(shè)置于p型阱層的內(nèi)部的n型發(fā)射層和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：小野澤勇一，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：富士電機(jī)株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP