[发明专利]半导体装置和半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置和半导体装置的制造方法。

背景技术

对旋转电机和/或伺服电机的控制不可缺少的转换器-变频器等电力转换装置是众所周知的。为了使这样的电力转换装置达到高效率、省电的目的，强烈要求搭载于它们之上的功率二极管和/或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等半导体装置满足低损耗化。

作为针对这样的低损耗化的要求的改善对策之一，关于二极管和/或IGBT，已知有通过使构成元件结构的半导体层中电阻最高且为厚层的漂移层变薄，从而减少通态电流导致的电压下降而减少通态损耗的电场终止(FS)层结构。该FS层结构是在距离漂移层的耐压主结远的一侧的漂移层内部，设置杂质浓度高于漂移层且与漂移层相同导电型的FS层的结构。通过设置该FS层，从而在断开时可以抑制从耐压主结向高电阻的漂移层中延伸的耗尽层，所以即使削薄漂移层也能够防止穿通。

另一方面，在制作(制造)功率设备时，为了降低成本，使用利用FZ(浮动区域硅精炼)法从铸锭切出的晶片(以下，称为FZ晶片)。FZ晶片在投入制造工序时为了减少晶片破裂以厚度600μm以上的厚板状态被投入，但最终为了降低通态损耗而在制造工序中被薄板化且被研磨至设计耐压所必要的较薄的厚度。特别是，对于IGBT等的MOS(金属－氧化膜－半导体)型器件，在FZ晶片的表面侧形成MOS栅极结构、周边耐压结构以及金属电极膜等之后，对FZ晶片的背面侧进行用于削薄FZ晶片的研磨。而且，研磨FZ晶片的背面而削薄晶片厚度后，在FZ晶片被研磨的背面侧形成FS层和/或集电极层。因此，在以往方法中，受到如下的制约，即在对FZ晶片的表面侧的半导体功能层不产生不良影响的条件下形成FS层。因此，形成FS层是不容易的，通常使用扩散系数大的n型杂质元素等来形成FS层。应予说明，除了使用以结晶纯度高的多晶硅为原料的FZ晶片之外，有时还使用以CZ晶片为原料的FZ晶片、或高比电阻的CZ晶片。

另外，最近也开发了利用基于质子照射的施主化来形成FS层的方法。基于该质子照射的FS层的形成方法是如下的一种方法，对FZ硅晶圆照射质子离子(H⁺)而生成的结晶缺陷通过热处理恢复，并且在FZ硅晶圆内部的质子的平均飞程Rp的附近使质子施主化而形成高浓度的n型区域。

通过质子照射形成高浓度的n型区域时，已有在质子的照射位置发生电子/空穴的迁移率的降低的记述(例如，参照下述专利文献1)。另外，通过质子照射形成高浓度的n型区域时，已经提出了用于形成阻止区域(FS层)的质子照射条件和质子照射后的优选的热处理条件(例如，参照下述专利文献3～7)。还记载了如下的内容，即质子与其它的离子不同，由于通过与半导体层内的结晶缺陷结合而恢复载流子浓度，所以质子照射时半导体层内生成的结晶缺陷浓度越高，可得到越高的载流子浓度(例如，参照下述专利文献2)。

另外，下述专利文献1中，对于由质子照射引起的电子/空穴的迁移率降低的区域有记述。根据该记述做了如下报告，即在晶片的背面附近利用质子照射生成的高浓度的结晶缺陷层使载流子的迁移率降低。下述专利文献2中记述了，通过热处理使利用质子照射生成的结晶缺陷恢复时，按照由质子形成的施主层不消失的程度使结晶缺陷残留。这些记述的原因是，与通常的磷(P)、砷(As)这样的存在于硅(Si)的晶格位置的杂质原子交换最外壳的电子相比，由氢(H)引起的施主(以下，称为氢相关施主)从由利用质子照射形成于硅的多个晶格缺陷(多个空穴等)和被照射的氢原子构成的复合缺陷供给电子而引起的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:美国专利申请公开第2005/0116249号说明书

专利文献2:日本特开2006－344977号公报

专利文献3:美国专利申请公开第2006/0081923号说明书

专利文献4:日本特表2003－533047号公报

专利文献5:美国专利申请公开第2009/0186462号说明书

专利文献6:美国专利申请公开第2008/0001257号说明书

专利文献7:美国专利申请公开第2007/0120170号说明书

发明内容