[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有FS(电场终止)层的二极管和IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等半导体装置及其制造方法。

背景技术

作为电力用半导体装置，有具有400V、600V、1200V、1700V、3300V或其以上的耐压的二极管和/或IGBT等。它们可用于转换器和/或逆变器等电力变换装置。对于电力用半导体装置而言，要求有低损耗、高效率以及高耐破坏量这样的良好的电特性和低成本。

作为该电力用半导体装置的制造方法，提出了如下的方法。首先，在半导体基板的表面侧形成扩散区域和/或MOS结构等。接着，研磨背面侧来削薄半导体基板之后，通过从其研磨面侧进行质子注入和热处理，从而利用由被注入的氢原子和其周边的多个点缺陷等构成的复合缺陷形成施主，形成高浓度的n型电场终止层。由含有该氢的复合缺陷形成的施主被称为氢致施主。

在专利文献1中，记载了关于通过质子注入使照射位置的电子/空穴迁移率产生降低的技术。专利文献2记载了质子注入后的热处理条件。在专利文献3中，记载了在IGBT的制作过程中，在质子注入和退火之后形成接触层时使用激光退火。质子被照射后通过退火而使载流子浓度恢复。在专利文献4中示出了通过在进行质子退火前使缺陷层恢复，从而提高质子的载流子浓度的方法。在专利文献5中，记载了预先将氧导入硅基板，从表面照射质子后进行退火，再进行背面研磨，对研磨面离子注入磷，采用YAG激光进行退火的方法。另外，在专利文献5中，记载了通过氧的导入而抑制质子注入区域的载流子迁移率的降低。在专利文献6中，记载了从背面进行质子注入后采用YAG激光和CW激光进行退火，从而形成质子电场终止层(质子的施主生成层)的方法。

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:美国专利申请公开第2006/0286753号说明书

专利文献3:日本特开2001-160559号公报

专利文献4:日本特开2009-099705号公报

专利文献5:日本特再公表2007-055352号公报

专利文献6:日本特开2009-176892号公报

发明内容

因质子注入而导入的缺陷大量残留在质子的飞程Rp(通过离子注入而注入的离子以最高浓度存在的位置距离注入面的距离)、以及从注入面至飞程Rp为止的质子的通过区域和/或注入面附近。该残留的缺陷被称为残留缺陷，原子(此时是硅)距离晶格位置的偏差大，并且由于晶格本身的很强烈的紊乱，所以处于近似非晶体的状态。因此，会变成称为电子和空穴的载流子的散射中心，使载流子迁移率降低，增加导通电阻，除此之外，还会变成载流子的产生中心，使漏电流增加等，带来元件的特性不良。

如此，将因质子的注入而残留于从质子的注入面至飞程Rp为止的质子通过区域、且成为载流子迁移率的降低和/或漏电流增加的原因这样的、从结晶状态强烈紊乱的缺陷特别称为无序。虽然有通过利用电炉进行的热处理，使质子注入时生成的结晶缺陷恢复而形成氢致施主的方法，但在质子注入时生成的结晶缺陷形成无序的情况下，如果仅利用电炉进行热处理，不仅形成氢致施主，而且质子通过区域的无序也会残留。因此，会导致载流子迁移率降低，漏电流和/或导通损耗增加等特性不良。

如专利文献3中记载的那样，质子注入之后，有一种一边将与质子注入面相反的MOS栅极形成面侧进行冷却，一边用激光将质子注入面退火的方法，但关于残留的无序与对其元件特性的影响并没有讨论。

如专利文献4中记载的那样，质子注入之后，有为了在进行退火之前抑制质子的向外扩散，从而对注入面使用电子束加热或激光加热使结晶缺陷恢复的方法，但残留的无序和对其元件特性的影响并没有讨论。

如专利文献5那样，预先向硅基板导入高浓度的氧的情况下，需要进行利用高温(1000℃以上)的氧的扩散工序。因此，除了工序数增加，而且可产生氧致缺陷(OSF)的发生等课题。

在专利文献6中，通过两种波长的激光照射，从质子注入面至30μm为止使缺陷恢复而维持高的载流子寿命，但关于质子通过区域的无序的残留并没有讨论。另外，即使组合不同波长的激光，在深度方向也必然产生温度分布，难以兼得在任意的深度稳定地形成氢致施主和减少注入面附近和通过区域的无序。并且，为了照射不同的2个波长的激光，需要分别单独的激光光源和激光照射设备，从而避免不了成本的增加。