[发明专利]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的制造方法。

背景技术

作为电力用半导体装置，众所周知的是具有各种击穿电压等级，例如400V、600V、1200V、1700V、3300V或其以上的击穿电压的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)和/或二极管(Diode)等。这些电力用半导体装置被应用于转换器和/或逆变器等的电力变换装置中。

作为该电力用半导体装置的制造方法，众所周知的是以下方法。首先，在半导体基板的正面形成正面元件构造。接着，通过磨削等去除半导体基板的背面，使半导体基板薄板化。接着，将杂质离子注入到半导体基板的磨削后的背面。通过热处理，使注入到半导体基板的背面的杂质活性化而形成背面元件构造。另外，在这样的方法中，提出了各种将质子照射到半导体基板，利用通过热处理使质子活性化(施主化)的现象而在半导体基板的内部形成高浓度的n⁺层的方法。

作为这样的半导体装置的制造方法，公开有通过将质子照射到半导体基板，在质子的照射位置使电子/空穴迁移率降低的技术(例如，参照下述专利文献1)。另外，公开了向半导体基板照射质子后的热处理条件(例如，参照下述专利文献2)。通过照射后在预定温度下进行退火，质子使结晶缺陷层恢复，载流子浓度恢复。并且，公开了以下方法，即，通过多次的质子照射，形成由氢施主构成的多个n⁺层，从基板背面起算的最深的n⁺层的相对于基板背面的深度为15μm(例如，参照下述专利文献3)。

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：美国专利申请公开第2006/0081923号说明书

发明内容

技术问题

然而，在上述专利文献1中记载的技术中，虽然能够通过由质子照射引入的残留缺陷即无序体使电子/空穴迁移率降低，但由于在半导体基板背面附近存在结晶缺陷层，因此产生漏电流增加等的电特性不良。

并且，在上述专利文献2中的记载的技术中，虽然记载有通过预定的热处理条件使质子照射时生成的结晶缺陷恢复这一点，但是质子照射具有两个照射条件，即不同的剂量和不同的加速电压。而即使应用了该专利文献2的技术，也无法进行使质子照射的两个照射条件均为最佳的退火。即，退火处理的温度低的情况下和/或时间短等的条件下残留结晶缺陷层(无序)，反之如果以过度的温度和/或时间进行退火处理，则发生质子载流子浓度降低。

另外，在质子照射(注入)的平均射程(照射的离子以最高浓度而存在的位置相对于照射面的距离)超过如上述专利文献3中记载技术的15μm的情况下，可知照射面(背面)附近及质子的通过区域中的无序减少不充分。图15是示出现有的质子照射的平均射程与载流子浓度之间的关系特性图。在图15中，关于质子照射的平均射程Rp为15μm左右以及比其更深的情况，按照各个平均射程示出在同一温度下进行了退火处理时的载流子浓度分布。图15(a)中示出质子照射的平均射程Rp为50μm的情况，图15(b)中示出质子照射的平均射程为20μm的情况，图15(c)中示出质子照射的平均射程为15μm的情况。

在图15(c)的质子照射的平均射程Rp＝15μm的情况下，照射面附近(深度为0μm～5μm)及质子的通过区域的载流子浓度变为比硅基板的浓度1×10¹⁴(/cm³)高，无序充分减少。另一方面，在图15(b)的质子照射的平均射程Rp＝20μm及图15(a)的质子照射的平均射程Rp＝50μm的情况下，可知照射面附近及质子的通过区域的载流子浓度大大降低，无序未减少。在如此地无序残留的情况下，元件的漏电流和/或导通损耗会变高。另外，在质子照射的平均射程Rp超过15μm的情况下，因无序的残留而引起的载流子迁移率的降低变得明显。

特别是，在改变半导体基板的深度进行多次质子照射，而在半导体基板的内部的不同深度位置形成多个高浓度的n⁺层的情况下，虽然质子照射的条件不同，但是如果对此仅在一个条件下统一进行退火处理，则会发生上述问题。