半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，其中，在沿著半導(dǎo)體基板的厚度方向而對(duì)在半導(dǎo)體基板(12)的表面上露出的第一導(dǎo)電型區(qū)域(38)中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度分布進(jìn)行觀察時(shí)，從表面?zhèn)绕鹦纬捎袠O大值N1、極小值N2、極大值N3、濃度N4，并滿足N1＞N3＞N2＞N4的關(guān)系，且滿足N3/10＞N2的關(guān)系，從表面起至具有極大值N1的深度(D1)為止的距離a與從具有極大值N1的深度(D1)起至具有極小值N2的深度(D2)為止的距離b的2倍相比較大。
【專利說(shuō)明】
半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ](關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的相互參照)
[0002]本申請(qǐng)為2014年2月10日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)?zhí)卦?014-023873的關(guān)聯(lián)申請(qǐng)，并要求基于該日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，且引用該日本專利申請(qǐng)所記載的全部?jī)?nèi)容以作為構(gòu)成本說(shuō)明書的內(nèi)容。
[0003]本說(shuō)明書公開(kāi)的技術(shù)涉及一種半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]日本專利公開(kāi)第2011-82220號(hào)公報(bào)(以下稱為專利文獻(xiàn)I)中，公開(kāi)了一種在一個(gè)半導(dǎo)體基板上形成有二極管和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵極雙極性晶體管)的RC-1GBT。在露出于二極管的下表面的范圍內(nèi)形成有η型的陰極層。在陰極層的上側(cè)形成有η型的緩沖層。在緩沖層的上側(cè)形成有η型的漂移層。漂移層的η型雜質(zhì)濃度與緩沖層以及陰極層相比較低。緩沖層的η型雜質(zhì)濃度與陰極層相比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明所要解決的課題
[0006]如專利文獻(xiàn)I那種從基板的表面?zhèn)绕鹨来闻渲糜懈邼舛入s質(zhì)區(qū)域、中濃度雜質(zhì)區(qū)域以及低濃度雜質(zhì)區(qū)域的結(jié)構(gòu)被用于二極管或MOSFET(Metallic Oxide SemiconductorField Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等各種半導(dǎo)體裝置中。在本說(shuō)明書中，提供一種在這樣的半導(dǎo)體裝置中能夠使特性更為穩(wěn)定的技術(shù)。
[0007]用于解決課題的方法
[0008]本申請(qǐng)發(fā)明人們對(duì)進(jìn)一步提高上述的高濃度雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度的技術(shù)進(jìn)行了研究。在該技術(shù)中，在向半導(dǎo)體基板的表面附近高濃度地注入了雜質(zhì)之后，使該表面附近的區(qū)域熔融，之后，再次使該區(qū)域固化。由于雜質(zhì)向發(fā)生了熔融的區(qū)域整體擴(kuò)散，因此再次固化的區(qū)域成為高濃度地含有雜質(zhì)的區(qū)域。此外，當(dāng)以此方式使半導(dǎo)體基板熔融時(shí)，能夠有效地消除由于高濃度的雜質(zhì)注入而形成的結(jié)晶缺陷。因此，能夠形成雜質(zhì)濃度較高且結(jié)晶缺陷密度較低的高濃度雜質(zhì)區(qū)。但是，已知在這種使半導(dǎo)體基板的表面熔融的技術(shù)中，在熔融之前附著在半導(dǎo)體基板的表面上的雜質(zhì)會(huì)向熔融的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散。例如，存在有在形成η型的高濃度雜質(zhì)區(qū)域時(shí)，附著在半導(dǎo)體基板的表面上的P型雜質(zhì)向熔融的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散的情況。在這樣的情況下，當(dāng)在高濃度雜質(zhì)區(qū)域與中濃度雜質(zhì)區(qū)域的邊界處η型雜質(zhì)濃度較低時(shí)，存在P型雜質(zhì)向該η型雜質(zhì)濃度較低的區(qū)域擴(kuò)散，從而該區(qū)域被P型化的情況。為了消除這樣的問(wèn)題，要求高濃度雜質(zhì)區(qū)域與中濃度雜質(zhì)區(qū)域之間的邊界處的η型雜質(zhì)濃度較高。但是，在該邊界的η型雜質(zhì)濃度較高時(shí)，高濃度雜質(zhì)區(qū)域與中濃度雜質(zhì)區(qū)域?qū)⒉粫?huì)充分地被分離。于是，受到高濃度雜質(zhì)區(qū)域與中濃度雜質(zhì)區(qū)域雙方的影響，電子向高濃度雜質(zhì)區(qū)域的注入效率會(huì)發(fā)生變化。因此，難以控制半導(dǎo)體裝置的特性。
[0009]因此，在本說(shuō)明書中，提供以下的半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置具有在半導(dǎo)體基板的表面上露出的第一導(dǎo)電型區(qū)域。在沿著所述半導(dǎo)體基板的厚度方向而對(duì)所述第一導(dǎo)電型區(qū)域中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度分布進(jìn)行觀察時(shí)，形成有極大值N1、極小值N2、極大值N3 ο具有所述極大值NI的深度與具有所述極小值N2的深度相比位于所述表面?zhèn)?。具有所述極大值N3的深度與具有所述極小值N2的所述深度相比位于所述表面的相反側(cè)。在與具有所述極大值N3的所述深度相比位于所述表面的相反側(cè)的所述第一導(dǎo)電型區(qū)域內(nèi)，存在具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度N4的區(qū)域。滿足NI > N3 > N2 > N4的關(guān)系，并且滿足N3/10 > N2的關(guān)系。從所述表面起至具有所述極大值NI的深度為止的距離a與從具有所述極大值NI的深度起至具有所述極小值N2的深度為止的距離b的2倍相比較大。
[0010]另外，上述的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)是指η型或P型中的任意一方。此外，具有濃度N4的區(qū)域的濃度無(wú)需為固定，該區(qū)域的濃度Ν4可以在滿足Ν2>Ν4的關(guān)系的范圍內(nèi)根據(jù)位置而發(fā)生變化。
[0011]在該半導(dǎo)體裝置中，從半導(dǎo)體基板的表面起至具有極大值NI的深度為止的距離a與從具有極大值NI的深度起至具有極小值N2的深度為止的距離b的2倍相比較大。這樣的雜質(zhì)分布被稱為箱型分布(box profile)，是利用上述的通過(guò)使半導(dǎo)體基板熔融而使雜質(zhì)活化的方法所獲得的特征性的分布。在該半導(dǎo)體裝置中，具有極大值NI的區(qū)域相當(dāng)于高濃度區(qū)域，具有極大值N3的區(qū)域相當(dāng)于中濃度區(qū)域，具有濃度N4的區(qū)域相當(dāng)于低濃度區(qū)域。此夕卜，具有極小值N2的深度相當(dāng)于高濃度區(qū)域與中濃度區(qū)域的邊界。在該半導(dǎo)體裝置中，極小值N2與濃度N4相比較高。因此，在該半導(dǎo)體裝置的制造工序(S卩，半導(dǎo)體基板的熔融工序)中，即使在與第一導(dǎo)電型不同的導(dǎo)電型(以下，稱為第二導(dǎo)電型)的雜質(zhì)擴(kuò)散到極小值N2的深度處的情況下，該深度的區(qū)域也不易成為第二導(dǎo)電型。即，在該半導(dǎo)體裝置中，在高濃度區(qū)域與中濃度區(qū)域的邊界處不易形成第二導(dǎo)電型區(qū)域。此外，在該半導(dǎo)體裝置中，滿足N3/10>N2的關(guān)系。當(dāng)極小值N2為低至該程度的濃度時(shí)，高濃度區(qū)域與中濃度區(qū)域會(huì)被充分地分離，從而能夠抑制這些區(qū)域相互影響的情況。因此，電子向高濃度雜質(zhì)區(qū)域的注入效率幾乎不受到中濃度雜質(zhì)區(qū)域的影響地，通過(guò)高濃度雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度而被規(guī)定。如此，根據(jù)該半導(dǎo)體裝置，能夠抑制在所述邊界處形成第二導(dǎo)電型區(qū)域的情況，并且能夠抑制中濃度雜質(zhì)區(qū)域?qū)Ω邼舛入s質(zhì)區(qū)域的電子的注入效率的影響。因此，該半導(dǎo)體裝置在批量生產(chǎn)時(shí)特性穩(wěn)定。
[0012]此外，本說(shuō)明書提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法。該方法包括:向第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的表面注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一注入工序;在所述第一注入工序后，以不會(huì)使所述半導(dǎo)體基板的溫度而對(duì)所述半導(dǎo)體基板進(jìn)行熱處理的工序；以與所述第一注入工序相比較低的能量且以與所述第一注入工序相比較高的濃度向所述半導(dǎo)體基板的所述表面注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二注入工序;在第二注入工序后，使與所述第一注入工序中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的平均停止位置相比靠所述表面?zhèn)鹊膮^(qū)域熔融，之后使該區(qū)域固化的工序。
[0013]另外，只要上述熱處理的工序在第一注入工序后被實(shí)施，且上述熔融、固化的工序在第二注入工序后被實(shí)施，則第一注入工序、上述熱處理的工序、第二注入工序以及上述熔融、固化的工序可以以任意的順序被實(shí)施。
[0014]在該方法中，在第一注入工序中向比較深的位置注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，并且在上述熱處理的工序中，使在第一注入工序中所注入的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)活化。由此，形成中濃度區(qū)域。此外，在該方法中，在第二注入工序中向比較淺的位置注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)，并且在上述熔融、固化的工序中使在第二注入工序中所注入的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)活化。由此，形成高濃度區(qū)域。第一導(dǎo)電型雜質(zhì)未擴(kuò)散的區(qū)域成為低濃度區(qū)域。根據(jù)該制造方法，能夠制造出具有高濃度區(qū)域、中濃度區(qū)域以及低濃度區(qū)域的半導(dǎo)體裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置10的縱剖視圖。
[0016]圖2為表示圖1中的A-A線處的η型雜質(zhì)濃度的曲線圖。
[0017]圖3為半導(dǎo)體裝置10的制造工序的說(shuō)明圖。
[0018]圖4為半導(dǎo)體裝置10的制造工序的說(shuō)明圖。
[0019]圖5為半導(dǎo)體裝置10的制造工序的說(shuō)明圖。
[0020]圖6為半導(dǎo)體裝置10的制造工序的說(shuō)明圖。
[0021]圖7為半導(dǎo)體裝置10的制造工序的說(shuō)明圖。
[0022]圖8為實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置的與圖2相對(duì)應(yīng)的曲線圖。
[0023]圖9為比較例I的半導(dǎo)體裝置的與圖2相對(duì)應(yīng)的曲線圖。
[0024]圖10為比較例2的半導(dǎo)體裝置的與圖2相對(duì)應(yīng)的曲線圖。
[0025]圖11為比較例3的半導(dǎo)體裝置的與圖2相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)圖。
[0026]圖12為應(yīng)用了本說(shuō)明書中所公開(kāi)的技術(shù)的RC-1GBT的縱剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下，對(duì)在下文中進(jìn)行說(shuō)明的實(shí)施例的特征進(jìn)行說(shuō)明。另外，以下的特征中的任意一個(gè)特征均獨(dú)立地有用。
[0028](特征I)可以在與具有極大值NI的深度相比靠表面?zhèn)忍帲嬖诰哂袠O大值NI的I/10的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度Ν5的深度。在該情況下，可以采用如下方式，S卩，從具有濃度Ν5的深度到具有極大值NI的深度為止的距離c與距離b的2倍相比較大。
[0029](特征2)可以在半導(dǎo)體基板中形成有二極管與IGBT，并且第一導(dǎo)電型區(qū)域?yàn)槎O管的陰極區(qū)。
[0030](特征3)具有極大值NI的深度可以存在于距表面0.3?0.7μπι的范圍內(nèi)。
[0031](特征4)具有極大值Ν3的深度可以存在于距表面0.5?3.Ομπι的范圍內(nèi)。
[0032](實(shí)施例1)
[0033]圖1所示的實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置10具有:半導(dǎo)體基板12;被形成在半導(dǎo)體基板12的上表面12a上的陽(yáng)極電極20;被形成在半導(dǎo)體基板12的下表面12b上的陰極電極22。
[0034]在半導(dǎo)體基板12內(nèi)形成有P型的陽(yáng)極區(qū)30和η型的陰極區(qū)38。陽(yáng)極區(qū)30被形成在露出于半導(dǎo)體基板12的上表面12a的范圍內(nèi)，并且與陽(yáng)極電極20連接。陰極區(qū)38被形成在露出于半導(dǎo)體基板12的下表面12b的范圍內(nèi)，并且與陰極電極22連接。即，在半導(dǎo)體基板12內(nèi)形成有二極管。
[0035]圖2圖示了圖1中的A-A線處的η型雜質(zhì)的濃度分布。另外，圖2的橫軸表示距半導(dǎo)體基板12的下表面12b的深度，縱軸利用對(duì)數(shù)來(lái)指定η型雜質(zhì)濃度。η型雜質(zhì)濃度隨著從半導(dǎo)體基板12的下表面12b趨向于較深的一側(cè)而緩慢地上升，并達(dá)到極大值NUn型雜質(zhì)濃度隨著從極大值NI的深度Dl趨向于較深的一側(cè)而急劇地減少，并達(dá)到極小值N2。!!型雜質(zhì)濃度隨著從極小值N2的深度D2趨向于較深的一側(cè)而上升，并達(dá)到極大值N3。!!型雜質(zhì)濃度隨著從極大值N3的深度D3趨向于較深的一側(cè)而減少，并在深度D4處成為濃度N4。在比深度D4深的區(qū)域中，η型雜質(zhì)濃度以濃度N4而大致固定。濃度NI至N4滿足N1>N3>N2>N4的關(guān)系。此外，極小值N2為小于極大值N3的十分之一的值。即，滿足N3/10 > N2。此外，半導(dǎo)體基板12的下表面12b處的η型雜質(zhì)濃度Ns為大于極大值NI的十分之一的值。在以下，將位于與深度D2相比較淺的一側(cè)(下表面12b側(cè))的陰極區(qū)38稱為接觸區(qū)36，并將深度D2與深度D4之間的陰極區(qū)38稱為緩沖區(qū)34，將與深度D4相比較深的一側(cè)(上表面12a側(cè))的陰極區(qū)38稱為漂移區(qū)32。在本實(shí)施例中，深度01=0.3?0.74111，深度03 = 0.5?3.(^111。
[0036]下表面12b與深度Dl之間的距離a(=Dl)大于深度Dl與深度D2之間的距離b(=D2-Dl)的2倍。即，滿足a>2b。即，接觸區(qū)36內(nèi)的η型雜質(zhì)濃度分布成為箱型分布。即，接觸區(qū)36為，在使注入了 η型雜質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)暫時(shí)熔融之后再使之固化(再結(jié)晶化)而形成的區(qū)域。因此，在接觸區(qū)36中，盡管η型雜質(zhì)濃度較高，但結(jié)晶缺陷密度較低。
[0037]在緩沖區(qū)34內(nèi)，與上述的距離b的范圍(深度Dl與深度D2之間的范圍)內(nèi)相比，η型雜質(zhì)濃度緩慢地變化。在緩沖區(qū)34內(nèi)，η型雜質(zhì)以高斯分布狀分布。緩沖區(qū)34為，通過(guò)在向深度D3注入了 η型雜質(zhì)之后，利用熱處理而使η型雜質(zhì)擴(kuò)散以及活化從而被形成的區(qū)域。
[0038]當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)(S卩，在二極管上施加有正向電壓時(shí))，空穴從陽(yáng)極電極20朝向陰極電極22而流動(dòng)，并且電子從陰極電極22朝向陽(yáng)極電極20而流動(dòng)。如上所述，由于接觸區(qū)36具有較高的η型雜質(zhì)濃度，因此接觸區(qū)36與陰極電極22之間的接觸電阻極低。因此，電子從陰極電極22以較高的注入效率被注入接觸區(qū)36。此外，由于接觸區(qū)36的結(jié)晶缺陷密度較低，因此電子以及空穴從接觸區(qū)36通過(guò)時(shí)，不易在接觸區(qū)36內(nèi)產(chǎn)生損耗。因此，該二極管能夠以低損耗進(jìn)行工作。
[0039]當(dāng)斷開(kāi)二極管時(shí)(S卩，在二極管上施加有反向電壓時(shí))，耗盡層從陽(yáng)極區(qū)30與漂移區(qū)32的邊界的pn結(jié)朝向陰極電極22而延伸。由于緩沖區(qū)34的η型雜質(zhì)濃度比較高，因此耗盡層在緩沖區(qū)34內(nèi)停止。由此，防止了耗盡層到達(dá)接觸區(qū)36的情況，從而確保了二極管的耐壓。
[0040]此外，當(dāng)在制造工序中于半導(dǎo)體基板12的下表面12b上產(chǎn)生損傷，并且該損傷到達(dá)緩沖區(qū)34時(shí)，二極管的耐壓將降低。但是，在該半導(dǎo)體裝置10中，緩沖區(qū)34被形成在比較深的位置處。更具體而言，以深度D3成為0.5?3.Ομπι的方式而被形成。因此，即使在下表面12b上產(chǎn)生損傷，損傷也不易到達(dá)緩沖區(qū)34。由此，不易產(chǎn)生由損傷引起的二極管的耐壓降低。
[0041]接下來(lái)，對(duì)半導(dǎo)體裝置10的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，準(zhǔn)備圖3所示的η型的半導(dǎo)體基板12。在該段階中，半導(dǎo)體基板12的整體具有與上述的濃度Ν4相等的η型雜質(zhì)濃度。
[0042](緩沖注入工序)
[0043]接下來(lái)，如圖4所示，向半導(dǎo)體基板12的背面注入η型雜質(zhì)。此處，以使η型雜質(zhì)的平均停止位置成為距半導(dǎo)體基板12的下表面12b深度D3的位置的方式，而對(duì)注入能量進(jìn)行調(diào)
-K-
T O
[0044](緩沖退火工序)
[0045]接下來(lái)，通過(guò)使用爐或激光退火裝置而對(duì)半導(dǎo)體基板12進(jìn)行退火。此處，以使在緩沖注入工序中注入有η型雜質(zhì)的深度D3的位置被充分地加熱的方式而實(shí)施退火。此外，退火以不會(huì)使半導(dǎo)體基板12的表面熔融的溫度而實(shí)施。由此，使在緩沖注入工序中所注入的η型雜質(zhì)擴(kuò)散、活化。由此，如圖5所示，在半導(dǎo)體基板12中形成緩沖區(qū)34。即，通過(guò)實(shí)施緩沖退火工序，從而形成如圖2所示那樣η型雜質(zhì)以高斯分布狀分布的緩沖區(qū)34。由于緩沖注入工序中的η型雜質(zhì)的平均停止深度為深度D3，因此在緩沖退火工序后，如圖2所示那樣在深度D3處形成η型雜質(zhì)濃度的極大值Ν3。此外，與緩沖區(qū)34相比靠上表面12a側(cè)的η型雜質(zhì)濃度較低的區(qū)域成為漂移區(qū)32。
[0046](接觸注入工序)
[0047]接下來(lái)，如圖6所示，向半導(dǎo)體基板12的下表面12b注入η型雜質(zhì)。此處，以使η型雜質(zhì)的平均停止位置成為與緩沖區(qū)34相比較淺的位置的方式而對(duì)注入能量進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，在接觸注入工序中，以與緩沖注入工序相比較高的濃度注入η型雜質(zhì)。因此，在接觸注入工序中接受η型雜質(zhì)的注入的區(qū)域(即，下表面12b附近的區(qū)域)中，形成有高密度的結(jié)晶缺陷。
[0048](接觸退火工序)
[0049]接下來(lái)，通過(guò)激光退火而對(duì)半導(dǎo)體基板12進(jìn)行退火。此處，通過(guò)向半導(dǎo)體基板12的下表面12b照射激光，從而對(duì)下表面12b附近局部地進(jìn)行退火。更詳細(xì)而言，激光退火以不向緩沖區(qū)34傳遞大量的熱量的方式，而在短時(shí)間內(nèi)實(shí)施。此外，激光退火以升溫至下表面12b附近的半導(dǎo)體層熔融的溫度的方式被實(shí)施。具體而言，以不會(huì)使與深度D2相比較深的一側(cè)(上表面12a側(cè))的區(qū)域熔融的方式而實(shí)施激光退火。通過(guò)激光退火而熔融了的區(qū)域36之后固化并再結(jié)晶化。在接觸注入工序中所注入的η型雜質(zhì)在熔融的區(qū)域36內(nèi)大致均等地進(jìn)行擴(kuò)散。因此，在區(qū)域36再結(jié)晶化時(shí)，區(qū)域36成為以高濃度含有η型雜質(zhì)的接觸區(qū)36。即，如圖7所示，在露出于半導(dǎo)體基板12的下表面12b的范圍內(nèi)形成有接觸區(qū)36。
[0050]如上所述，當(dāng)在接觸退火工序中區(qū)域36熔融時(shí)，η型雜質(zhì)將在區(qū)域36內(nèi)大致均等地進(jìn)行擴(kuò)散。另一方面，η型雜質(zhì)幾乎不向未熔融的區(qū)域擴(kuò)散。其結(jié)果為，獲得如圖2所示那樣的分布，即，在下表面12b與深度Dl之間的區(qū)域中η型雜質(zhì)濃度未大幅地發(fā)生變化，而從深度Dl趨向于深度D2，n型雜質(zhì)濃度急劇地減少的分布。因此，圖的距離a、b滿足a>2b的關(guān)系。如此，通過(guò)實(shí)施接觸退火工序，從而形成具有箱型分布的接觸區(qū)36。由于熔融的區(qū)域被限定于極淺的區(qū)域，因此接觸區(qū)36的厚度變得較薄(深度Dl為0.3?0.7ym)，接觸區(qū)36的峰值濃度NI變得較高。此外，在使區(qū)域36熔融，之后使之固化的過(guò)程中，在區(qū)域36內(nèi)以高密度存在的結(jié)晶缺陷的大部分被消除。因此，再結(jié)晶化后的接觸區(qū)36中結(jié)晶缺陷較少。即，通過(guò)實(shí)施接觸退火工序，從而形成η型雜質(zhì)濃度(更詳細(xì)而言，峰值η型雜質(zhì)濃度NI)較高，且結(jié)晶缺陷密度較低的接觸區(qū)36。另外，接觸退火工序以在接觸退火工序后獲得滿足Ν3/10>Ν2>Ν4的關(guān)系的η型雜質(zhì)濃度Ν2(參照?qǐng)D2)的方式而實(shí)施。
[0051]接下來(lái)，向半導(dǎo)體基板12的上表面12a注入P型雜質(zhì)，并使之活化，從而形成陽(yáng)極區(qū)30。接下來(lái)，在半導(dǎo)體基板12的上表面12a上形成陽(yáng)極電極20。接下來(lái)，在半導(dǎo)體基板12的下表面12b上形成陰極電極22。通過(guò)以上的工序而完成圖1所示的半導(dǎo)體裝置10。
[0052]如上文所進(jìn)行的說(shuō)明，根據(jù)實(shí)施例的方法，能夠形成η型雜質(zhì)濃度較高且結(jié)晶缺陷密度較低的接觸區(qū)36。因此，能夠形成低損耗的二極管。
[0053]此外，在實(shí)施例的方法中，通過(guò)與使表面熔融的接觸退火工序不同的退火工序(緩沖退火工序)而使緩沖區(qū)34內(nèi)的η型雜質(zhì)活化。因此，能夠在較深的位置處形成緩沖區(qū)34。因此，能夠抑制由下表面12b上的損傷等引起的耐壓降低。
[0054]此外，在實(shí)施例的方法中，以滿足N2>N4的關(guān)系的方式而實(shí)施接觸退火工序。由此，能夠防止在深度D2附近形成p型區(qū)域的情況。即，存在有在接觸退火工序前的半導(dǎo)體基板12的下表面12b上，非預(yù)期地附著有P型雜質(zhì)的情況。在這種情況下，當(dāng)在接觸退火工序中使區(qū)域36熔融時(shí)，P型雜質(zhì)將向區(qū)域36中擴(kuò)散。因此，當(dāng)在深度D2處η型雜質(zhì)濃度極低時(shí)，存在有在深度D2附近P型雜質(zhì)濃度超過(guò)η型雜質(zhì)濃度，從而在深度D2附近形成P型區(qū)域的可能。但是，在本實(shí)施例的方法中，以滿足Ν2>Ν4的關(guān)系(S卩，深度D2處的η型雜質(zhì)濃度Ν2與作為原料的半導(dǎo)體基板12的η型雜質(zhì)濃度Ν4相比較高)的方式而實(shí)施接觸退火工序。因此，即使有微量的P型雜質(zhì)擴(kuò)散至深度D2附近，也不易使深度D2附近的區(qū)域P型化。因此，防止了在深度D2處形成P型區(qū)域的情況。因此，在通過(guò)實(shí)施例的方法來(lái)批量生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置10時(shí)，二極管的特性(尤其是VF)穩(wěn)定。
[0055]此外，在實(shí)施例的方法中，以滿足Ν3/10>Ν2的關(guān)系的方式而形成二極管。由此，實(shí)現(xiàn)了二極管的特性的穩(wěn)定化。即，當(dāng)深度Dl處的η型雜質(zhì)濃度Ν2過(guò)高時(shí)，接觸區(qū)36與緩沖區(qū)34會(huì)作為單一的區(qū)域而發(fā)揮作用，并且接觸區(qū)36的η型雜質(zhì)濃度與緩沖區(qū)34的η型雜質(zhì)濃度相互影響對(duì)方的特性。例如，當(dāng)η型雜質(zhì)濃度Ν2較高時(shí)，電子從陰極電極22向接觸區(qū)36的注入效率不僅根據(jù)接觸區(qū)36的η型雜質(zhì)濃度而發(fā)生變化，還根據(jù)緩沖區(qū)34的η型雜質(zhì)濃度而發(fā)生變化。因此，難以對(duì)該電子的注入效率準(zhǔn)確地進(jìn)行控制，從而在批量生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置時(shí)電子的注入效率會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。對(duì)此，由于在實(shí)施例的方法中，滿足Ν3/10>Ν2的關(guān)系，因此電子的注入效率不易受到緩沖區(qū)34的影響。因此，根據(jù)實(shí)施例的方法，在批量生產(chǎn)時(shí)，各個(gè)半導(dǎo)體裝置的電子向接觸區(qū)36的注入效率不易產(chǎn)生偏差。
[0056](實(shí)施例2)
[0057]在實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置中，如圖8所示，下表面12b處的η型雜質(zhì)濃度Ns與實(shí)施例1相比較低。在實(shí)施例2中，為Nl/10>Ns。因此，在與深度Dl相比較淺的區(qū)域內(nèi)，存在具有成為N5 = N1/10的η型雜質(zhì)濃度N5的深度D5。在實(shí)施例2中，從深度D5至深度Dl的距離c滿足c>2b的關(guān)系。實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法而被制造。在通過(guò)使半導(dǎo)體基板的表面熔融的方法而形成厚度比較厚的接觸區(qū)36時(shí)，存在如實(shí)施例2那樣，下表面12b處的η型雜質(zhì)濃度Ns降低的情況。在該情況下，在典型的箱型分布中，滿足c>2b的關(guān)系。在如上文所述那樣濃度Ns較低的情況下，也能夠通過(guò)距離c與距離b而對(duì)箱型分布進(jìn)行定義(只需在如實(shí)施例1那樣下表面12b處的η型雜質(zhì)濃度Ns滿足Ns >N1/10的情況下，如實(shí)施例1那樣下表面12b與深度Dl之間的距離a滿足a>2b的關(guān)系即可)。在實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，也可獲得與實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置大致相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0058]接下來(lái)，對(duì)比較例的半導(dǎo)體裝置和其制造方法進(jìn)行說(shuō)明。另外，比較例的半導(dǎo)體裝置也與實(shí)施例1、2相同地，具有接觸區(qū)、緩沖區(qū)、漂移區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、陰極電極以及陽(yáng)極電極。雖然在比較例的半導(dǎo)體裝置中，這些區(qū)域的雜質(zhì)濃度以及尺寸不同，但這些區(qū)域的基本的功能與實(shí)施例1、2相同。因此，在以下，對(duì)與實(shí)施例1、2具有共性的部分標(biāo)記與實(shí)施例1、2相同的符號(hào)而進(jìn)行說(shuō)明。此外，以下的比較例中的任意一例都是本申請(qǐng)發(fā)明人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中實(shí)施的，而并非公知的內(nèi)容。
[0059](比較例I)
[0060]圖9圖示了比較例I的半導(dǎo)體裝置的接觸區(qū)36、緩沖區(qū)34、漂移區(qū)32的η型雜質(zhì)濃度分布。在比較例I的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，首先，向半導(dǎo)體基板的深度D3注入η型雜質(zhì)。接著，向半導(dǎo)體基板12的下表面12b附近(例如深度Dl)注入η型雜質(zhì)。接著，通過(guò)激光退火而使半導(dǎo)體基板12的下表面12b熔融。此時(shí)，使直至圖9所示的深度D2為止的區(qū)域熔融。由此，形成接觸區(qū)36。此外，深度D3附近的區(qū)域雖然沒(méi)有熔融，但通過(guò)激光退火而被加熱。因此，在深度D3附近η型雜質(zhì)活化，從而在深度D3附近形成緩沖區(qū)34。由此，獲得η型雜質(zhì)如圖9所示那樣分布的半導(dǎo)體裝置。在比較例I的方法中，由于通過(guò)激光退火的熱量而形成緩沖區(qū)34，因此需要將緩沖區(qū)34形成在距下表面12b較近的位置處(S卩，需要將深度D3設(shè)為較淺)。因此，無(wú)法將緩沖區(qū)34形成在較深的位置處。因此，比較例I的半導(dǎo)體裝置在下表面12b上產(chǎn)生了損傷時(shí)，耐壓容易降低。此外，由于深度D2處的η型雜質(zhì)濃度較高，因此接觸區(qū)36與緩沖區(qū)34未被充分地分離。因此，在通過(guò)該方法而批量生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置的情況下，電子向接觸區(qū)36的注入效率容易產(chǎn)生偏差。
[0061 ](比較例2)
[0062]圖10圖示了比較例2的半導(dǎo)體裝置的接觸區(qū)36、緩沖區(qū)34、漂移區(qū)32的η型雜質(zhì)濃度分布。比較例2的半導(dǎo)體裝置的制造方法與比較例I相同。但是，針對(duì)緩沖區(qū)34的η型雜質(zhì)的注入深度D3與比較例I相比較深。此外，在激光退火中，為了使被注入到與比較例I相比較深的深度D3的η型雜質(zhì)活化，而使半導(dǎo)體基板12熔融至與比較例I相比較深的位置。因此，如圖10所示，在比較例2的半導(dǎo)體裝置中，緩沖區(qū)34被形成在與比較例I相比較深的位置處，另一方面接觸區(qū)36變寬，從而接觸區(qū)36的η型雜質(zhì)濃度變低。因此，在比較例2的半導(dǎo)體裝置中，存在接觸區(qū)36與陰極電極22的接觸電阻較高的問(wèn)題。此外，在比較例2的半導(dǎo)體裝置中，極小值Ν2也較高，從而接觸區(qū)36與緩沖區(qū)34未被充分地分離。
[0063](比較例3)
[0064]圖11圖示了比較例3的半導(dǎo)體裝置的接觸區(qū)36、緩沖區(qū)34、漂移區(qū)32的η型雜質(zhì)濃度分布。在比較例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，首先，向深度D3注入η型雜質(zhì)。比較例3的深度D3與實(shí)施例1的深度D3相同。接著，通過(guò)激光退火而使半導(dǎo)體基板12的下表面12b熔融。此處，雖然深度D3的區(qū)域未熔融，但通過(guò)熔融至與深度Dl接近的深度(圖11的深度Da)，從而對(duì)深度Dl進(jìn)行加熱。由此，使被注入到深度Dl的雜質(zhì)擴(kuò)散，從而形成緩沖區(qū)34。接著，向半導(dǎo)體基板12的下表面12b附近的深度注入η型雜質(zhì)。接著，通過(guò)激光退火而使半導(dǎo)體基板12的下表面12b熔融。即，僅使與深度Da相比較淺的區(qū)域熔融，從而使η型雜質(zhì)向該熔融的區(qū)域擴(kuò)散。由此，形成接觸區(qū)36。根據(jù)比較例3的方法，如圖11所示，能夠?qū)崿F(xiàn)η型雜質(zhì)濃度較高的接觸區(qū)36和被形成在較深的位置處的緩沖區(qū)34。但是，在比較例3的方法中，在半導(dǎo)體基板12的下表面12b上非預(yù)期地附著有P型雜質(zhì)的情況下，在最初的激光退火(熔融至深度Da的激光退火)中P型雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散至熔融區(qū)域內(nèi)。由此，如圖11所示，存在P型雜質(zhì)向從下表面12b至深度Da的區(qū)域擴(kuò)散的情況。于是，存在有在具有η型雜質(zhì)的極小值N2的深度D2處，P型雜質(zhì)濃度超過(guò)η型雜質(zhì)濃度的情況。即，存在有在接觸區(qū)36與緩沖區(qū)34之間形成P型區(qū)域的情況。如此，在比較例3的方法中，有可能在接觸區(qū)36與緩沖區(qū)34之間形成P型區(qū)域，從而在批量生產(chǎn)時(shí)二極管的特性不穩(wěn)定。
[0065]通過(guò)實(shí)施例1、2的方法，能夠穩(wěn)定地制造出不會(huì)產(chǎn)生上述的比較例I?3中的任一問(wèn)題的具有較高的特性的半導(dǎo)體裝置。
[0066]另外，雖然在上述的實(shí)施例1、2中，按照緩沖注入工序、緩沖退火工序、接觸注入工序、接觸退火工序的順序來(lái)實(shí)施這些工序，但也可以改變這些工序的實(shí)施順序。只要緩沖退火工序在緩沖工序之后被實(shí)施，并且接觸退火工序在接觸注入工序之后被實(shí)施，便可以任意地改變順序。
[0067]此外，雖然在上述的實(shí)施例中，對(duì)只形成有二極管的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以將上述的技術(shù)應(yīng)用于二極管與IGBT被形成在單一的半導(dǎo)體基板上的RC-1GBT的二極管部分中。另外，作為RC-1GBT，作為示例，能夠列舉出如圖12所示的結(jié)構(gòu)。在圖12中，參照符號(hào)20?22以及30?36對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1。此外，參照符號(hào)51為發(fā)射區(qū)，參照符號(hào)52為體區(qū)，參照符號(hào)53為集電區(qū)，參照符號(hào)55為柵絕緣膜，參照符號(hào)56為柵電極。通過(guò)這些構(gòu)成要素51?56以及區(qū)域32、34而形成了IGBT。此外，陽(yáng)極電極20兼作IGBT的發(fā)射極，并且陰極電極22兼作IGBT的集電極。
[0068]此外，雖然在上述的實(shí)施例中，對(duì)二極管進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以將上述的技術(shù)應(yīng)用于FET(Field Effect Transistor:場(chǎng)效應(yīng)晶體管)(例如M0SFET)的源極區(qū)與源極電極的接觸部分或漏極區(qū)與漏極電極的接觸部分。
[0069]以上，雖然對(duì)本發(fā)明的具體示例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但這些只不過(guò)是示例，并不對(duì)權(quán)利要求書進(jìn)行限定。在權(quán)利要求書中所記載的技術(shù)中，包括對(duì)上文所例示的具體示例進(jìn)行了各種改形、變更的技術(shù)。
[0070]在本說(shuō)明書或附圖中所說(shuō)明的技術(shù)要素通過(guò)單獨(dú)或各種組合的形式而發(fā)揮技術(shù)上的有用性，并不被限定于申請(qǐng)時(shí)權(quán)利要求所記載的組合。此外，本說(shuō)明書或附圖中所例示的技術(shù)為同時(shí)達(dá)到多個(gè)目的的技術(shù)，并且達(dá)到其中一個(gè)目的本身便具有技術(shù)上的有用性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其中， 具有在半導(dǎo)體基板的表面上露出的第一導(dǎo)電型區(qū)域， 在沿著所述半導(dǎo)體基板的厚度方向而對(duì)所述第一導(dǎo)電型區(qū)域中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度分布進(jìn)行觀察時(shí)，形成有極大值N1、極小值N2、極大值N3， 具有所述極大值NI的深度與具有所述極小值N2的深度相比位于所述表面?zhèn)龋?具有所述極大值N3的深度與具有所述極小值N2的所述深度相比位于所述表面的相反側(cè)， 在與具有所述極大值N3的所述深度相比位于所述表面的相反側(cè)的所述第一導(dǎo)電型區(qū)域內(nèi)，存在具有第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度N4的區(qū)域， 并且，滿足N1>N3>N2>N4的關(guān)系， 且滿足N3/10>N2的關(guān)系， 從所述表面起至具有所述極大值NI的深度為止的距離a與從具有所述極大值NI的深度起至具有所述極小值N2的深度為止的距離b的2倍相比較大。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在與具有所述極大值NI的所述深度相比靠所述表面?zhèn)?，存在具有所述極大值NI的1/10的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度N5的深度， 從具有所述濃度N5的深度起至具有所述極大值NI的深度為止的距離c與所述距離b的2倍相比較大。3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述半導(dǎo)體基板中形成有二極管， 所述第一導(dǎo)電型區(qū)域?yàn)槎O管的陰極區(qū)。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述半導(dǎo)體基板中還形成有絕緣柵雙極性晶體管。5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述半導(dǎo)體基板中形成有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述第一導(dǎo)電型區(qū)域?yàn)榻饘傺趸锇雽?dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極區(qū)或漏極區(qū)。6.—種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 向第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的表面注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第一注入工序； 在所述第一注入工序后，以不會(huì)使所述半導(dǎo)體基板熔融的溫度而對(duì)所述半導(dǎo)體基板進(jìn)行熱處理的工序； 以與所述第一注入工序相比較低的能量且以與所述第一注入工序相比較高的濃度向所述半導(dǎo)體基板的所述表面注入第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的第二注入工序； 在第二注入工序后，使與所述第一注入工序中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的平均停止位置相比靠所述表面?zhèn)鹊膮^(qū)域熔融，之后使該區(qū)域固化的工序。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK105981143SQ201480075198
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年9月8日
【發(fā)明人】龜山悟, 巖崎真也, 堀內(nèi)佑樹(shù), 大木周平
【申請(qǐng)人】豐田自動(dòng)車株式會(huì)社