[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

交叉引用

本申请要求2011年9月28日提交的申请号为No.2011-213006的日本专利申请的优先权，该专利申请的内容特此通过引用合并到本申请中。

技术领域

本教导涉及一种半导体装置及其制造方法。

背景技术

在半导体装置中，为了控制载流子的寿命，有时在半导体衬底上形成具有局部形成的晶体缺陷的区域（在本说明书中，以下称为寿命控制区域）。例如，公开号为No.H9-121052的日本专利申请公开了一种用于在绝缘栅型双极晶体管（IGBT）的漂移层或者集电极层中形成寿命控制区域以减少IGBT的关断时间和关断损耗的技术。通过将诸如氢离子或者氦离子的轻离子植入IGBT的漂移层或者集电极层来形成寿命控制区域。

在IGBT中，有时在漂移层与集电极层之间形成缓冲层。通常通过将杂质离子植入漂移层来形成缓冲层。例如，在n型漂移层和n型缓冲层的情况下，通过植入磷离子、砷离子等来形成缓冲层。在公开号为No.H9-121052的日本专利申请中，通过在半导体衬底上形成漂移层和缓冲层之后，将诸如氢离子或者氦离子的轻离子辐射到半导体衬底的IGBT的漂移层中来形成寿命控制区域。

此外，公开号为No.2001-160559的日本专利申请描述了一种通过以1MeV以下的加速能量将氢离子辐射至n型漂移层并且接着在低温下执行退火来形成缓冲层的方法。在公开号为No.2001-160559的日本专利申请中，因为氢离子的加速能量被设定的较低，所以即使能够形成缓冲层也不能形成寿命控制区域。

在公开号为No.H9-121052的日本专利申请的情况下，制造诸如缓冲层的高浓度n层和形成寿命控制区域被常规地作为单独的处理执行。在公开号为No.2001-160559的日本专利申请中，为了制造缓冲层而辐射氢离子。然而，其既未明示也未暗示通过利用用于制造缓冲层的氢离子的辐射来形成寿命控制区域。如在公开号为No.2001-160559的日本专利申请的情况下，当以1MeV以下的加速能量辐射氢离子时，即使保留晶体缺陷，晶体缺陷的浓度也很低。因此，晶体缺陷不能充分起到寿命扼杀剂的作用并且无法有利于改善半导体装置的特性。

发明内容

本发明人发现，当在寿命控制区域中的晶体缺陷峰值位置处的晶体缺陷的浓度为1×10¹²原子/立方厘米以上时能够有助于改善半导体装置的开关特性。本发明人还发现，通过以2MeV以上的加速能量将氢离子辐射至半导体衬底并且随后将氢离子转换成施主，能够在半导体衬底中形成其中晶体峰值位置处的晶体缺陷的浓度为1×10¹²原子/立方厘米以上的寿命控制区域。

在本教导的一个方案中，一种半导体装置可以包括：n型漂移层；在所述漂移层的上表面侧上的p型主体层；以及在所述漂移层的下表面侧上的高杂质n层，所述高杂质n层包括作为掺杂剂的氢离子施主，并且所述高杂质n层具有比所述漂移层更高浓度的n型杂质。在所述漂移层的一部分和所述高杂质n层中形成包括作为寿命扼杀剂的晶体缺陷的寿命控制区域。施主峰值位置与缺陷峰值位置邻近或相同，所述施主峰值位置为在所述半导体衬底的深度方向上所述高杂质n层中氢离子施主浓度最高的位置，所述缺陷峰值位置为在所述半导体衬底的深度方向上所述寿命控制区域中晶体缺陷浓度最高的位置。在所述寿命控制区域的所述缺陷峰值位置中的所述晶体缺陷浓度为1×10¹²原子/立方厘米以上。

在如上所述的半导体装置中，所述寿命控制区域的所述晶体缺陷是通过在形成所述高杂质n层时所辐射的氢离子而形成的。因此，施主峰值位置与缺陷峰值位置邻近或相同，所述施主峰值位置为在所述半导体衬底的深度方向上所述高杂质n层中氢离子施主浓度最高的位置，所述缺陷峰值位置为在所述半导体衬底的深度方向上所述寿命控制区域中晶体缺陷浓度最高的位置。此外，在所述寿命控制区域的所述缺陷峰值位置中的所述晶体缺陷浓度为1×10¹²原子/立方厘米以上，并且具有能够改善所述半导体装置的特性的晶体缺陷浓度分布。根据如上所述的半导体装置，能够通过利用制造所述高杂质n层的工艺来形成有效地改善所述半导体装置的特性的所述寿命控制区域。

附图说明

图1是根据第一实施例的半导体装置的横截面视图。

图2是图示出晶体缺陷形成率与氢离子辐射的加速能量之间的关系的图。

图3是图示出氢离子至施主的转换率与缺陷浓度/氢离子浓度之间的关系的图。