[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本发明提供一种以低成本来实现特性均匀化的电子射线照射的半导体装置的制造方法。从层叠有多片晶片的晶片堆叠体的表面和背面这两个方向照射电子射线。另外，使晶片堆叠体的晶片累计厚度比电子射线的射程要薄。由此，提供一种能够使晶片之间的电气特性极为均匀化、而且能够使电子射线的照射次数减少以降低成本的半导体装置制造方法。

技术领域

本发明涉及一种具有向半导体基板照射电子射线的工序的半导体装置制造方法、以及利用该方法制造而成的半导体装置。

背景技术

一般而言，在少数载流子成为导通载流子的双极型功率半导体装置中，存在p-i-n二极管、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。双极型功率半导体装置的额定电压的幅度较大，为600V～6500V左右。

另一方面，多数载流子成为导通载流子的是单极型功率半导体装置，其代表为功率MOSFET(MOSFET：绝缘栅型场效应晶体管)。功率MOSFET在正向导通时，利用多数载流子(电子)进行动作。另一方面，在反向偏置时，由p型基极层和n型漂移层以及n型漏极层构成的寄生二极管进行动作。即，少数载流子(空穴)从p型基极层注入到n型漂移层，具有反向导通特性。由此，反向导通时的功率MOSFET成为双极动作。功率MOSFET的额定电压为几10V～1000V左右。

在双极型功率半导体装置的情况下，在导通时，将浓度比漂移层的浓度高几个数量级的载流子(电子、空穴)储存在该漂移层中，由此实现较低的电压降。另一方面，在从导通状态转移到截止状态时，即在开关时，若该储存载流子不被全部清出，则漂移层无法耗尽。因此，在开关时需要一定的时间。因而，如何在维持较低的电压降的同时将储存载流子快速地清出成为兼顾双极型功率半导体装置的低损耗特性和高速开关特性的关键。

作为使双极型功率半导体装置成为高速开关的手段，有电子射线照射。通过向功率半导体装置照射电子射线，从而向半导体基板特别是漂移层导入较大(较深)的晶体缺陷，形成再结合中心。由此，能够缩短开关时间。作为一般的电子射线方法，使电子射线的加速能量成为2MeV～5MeV左右，并向单晶晶片进行电子射线照射。另外，对晶体缺陷浓度的控制通过电子射线的照射剂量来调整。之后，通过在200℃以上500℃以下进行预定时间的退火，从而能够形成再结合中心，使开关高速化。

专利文献1中记载了如下方法：通过将加速能量提高至10MeV，从而向多片硅晶片同时照射电子射线，由此来减少照射次数以实现成本降低。

专利文献2中记载了用于向多片晶片照射电子射线的晶片堆叠体的结构和堆叠体的制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2004－273863号公报

专利文献2：美国专利第6475432号说明书

发明内容

发明所要解决的问题

在电子射线照射中，一次能够照射的照射剂量一般约为10kGy左右。在为了实现所期望的高速开关特性而所需要的照射剂量为100kGy的情况下，需要照射10次，每一次的偏差会随着照射次数的增加而增加。需要对于所固定的照射剂量照射多次的理由如下：一般在商用领域中，对每一产品的照射量的细微调整成为成本高、生产量降低的原因。因此，若重复进行10次左右的照射，则会在照射剂量中产生20%左右的偏差。该照射剂量的偏差成为半导体基板的晶体缺陷浓度的偏差，因此成为元件特性偏差的原因。

例如，如专利文献1所记载的那样，在一次对多片进行照射的情况下，在离电子射线源最近的晶片与最远的晶片之间，厚度为几mm，因此照射剂量的差异或偏差容易变大。