半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的半导体装置的制造方法，包含：从背面对第一导电型的半导体基板进行研磨的研磨工序；从所述半导体基板(101)的经研磨后的背面直接对所述半导体基板进行质子注入的注入工序；在注入工序后，通过在炉中对半导体基板(101)进行退火处理，形成具有比半导体基板(101)高的杂质浓度的第一导电型的第一半导体区域(101a)的形成工序，在所述半导体基板的内部，形成工序在将炉内设成氢气氛、将炉退火的氢的容积浓度设为0.5％以上且小于4.65％的条件下进行，由所述质子注入的注入能量决定的质子的飞程在所述半导体基板内。由此，对于利用质子注入进行的施主生成，能够实现结晶缺陷减少。另外，能够提高施主化率。

Method for manufacturing semiconductor device

Contains the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention: the polishing procedure from the back of the semiconductor substrate of the first conductivity type; from the semiconductor substrate (101) after the back grinding after directly on the semiconductor substrate by proton implantation and injection process; in the injection process, through the furnace of semiconductor the substrate (101) annealing, forming a semiconductor substrate (101) than the first semiconductor region of a first conductivity type impurity concentration of high (101A) formation process inside the semiconductor substrate, the formation process in the furnace into a hydrogen atmosphere, the volume concentration of hydrogen annealing furnace for more than 0.5% and less than 4.65% under the condition of injection by the proton proton energy into decision flight on the semiconductor substrate. Thus, the reduction of crystalline defects can be achieved for donor generation using proton implantation. In addition, the rate of the donor can be increased.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置的制造方法本申请是申请日为2013年3月14日、申请号为201380005366.1(国际申请号为PCT/JP2013/057310)、题为“半导体装置的制造方法”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及半导体装置的制造方法。
技术介绍
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(InsulatedGateBipolarTransistor)等。这些电力用半导体装置可用于转换器和/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特性和低成本。图12是说明现有技术的二极管的剖视图。在n-型半导体基板1500的主面形成有p型阳极层1501，在对面形成有n+型阴极层1502。并且，在p型阳极层1501的外周位置形成有成为终端区域1503的p型的层。在p型阳极层1501上设有阳极电极1505，在n+型阴极层1502的下表面设有阴极电极1506。1507表示场板，1508表示绝缘层。在该二极管等元件中，为了减少开关时导致噪声的电压振动，需要从表面侧朝向背面侧对n-型半导体基板1500的较深的位置处进行掺杂浓度控制。作为载流子浓度控制的方法，已知有在比较低的加速电压下，使用了在硅中可得到较深的飞程的质子注入的施主生成的方法。该方法是对含有预定的浓度的氧的区域进行质子注入，形成n型区域的方法。已知该质子注入会在硅基板中产生结晶缺陷。施主生成过程中该结晶缺陷是不可缺少的，但根据缺陷的种类和/或浓度等，会导致漏电流的增加而引起电特性的恶化。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离注入面的距离)、以及从注入面至飞程为止的质子的通过区域和/或注入面附近。就该残留缺陷而言，原子(此时是硅原子)从晶格位置的偏差大，并且由于晶格本身的很强烈的紊乱，所以处于接近非晶体的状态。因此，残留缺陷会变成电子和空穴这样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，带来使漏电流增加等元件的特性不良。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/或漏电流的原因这样的、从结晶状态强烈紊乱的缺陷特别称为无序。如此，无序会降低载流子迁移率，导致漏电流和/或导通损耗增加等特性不良。因此，需要一种在抑制漏电流增加的同时还进行施主的生成这样的恰当的结晶缺陷的控制技术。根据通过质子注入的施主生成的方法，已知主要的施主生成重要因素之一是导入到硅中的氢通过热处理与氧发生置换，促进氧簇的施主化，所述氧是硅空穴和氧原子结合的VO缺陷中的氧。在通过该质子注入的施主生成中，提高施主生成量的有效办法是增加导入到硅中的氢量，但若提高质子注入量，则结晶缺陷增大。另外，若通过高温的热处理使结晶缺陷恢复，则利用质子得到的施主消失。因此，要提高施主生成量，存在上述那样的权衡关系，为了克服该权衡特性，需要在质子注入的方法上组合将氢导入到硅中的方法，或在高温热处理之外使结晶缺陷恢复。例如，对于通过质子注入的施主生成，已公开了涉及到质子注入量和退火温度的技术(例如，参照下述专利文献1)，对于通过质子注入的施主生成方法，公开了记载有热处理条件的技术(例如，参照下述专利文献2)，关于通过借由质子注入的施主生成方法而形成的区域，公开了记载有从注入面起算的深度的技术(例如，参照下述专利文献3)。专利文献1的技术如下：将硅晶闸管颗粒主接合形成后，向周边部局部地进行质子的离子打入，进行低温热处理使结晶中的质子局部地施主化，形成低电阻的通道中止层，在硅基板的图案化较为困难的结晶内部的位置，利用简单的工序形成通道中止层。专利文献2的技术涉及形成埋设在半导体基板中的阻止区域的方法，包含：准备具有第一面和第二面、且完成了第一传导型的基本掺杂的半导体基板的工序；向半导体基板中的第一面和第二面中的一侧，注入质子，将质子导入到与注入面分离地配置的半导体基板的第1区域的工序；对半导体基板进行在预定时间加热到预定温度的加热处理，在第1区域以及在注入面侧邻接该第1区域的第2区域这两者中生成被氢诱发的施主的工序。专利文献3的技术中，公开了利用对半导体基板的质子注入，形成多个阻止区域，其中最深的位置从注入面形成在15μm的深度的技术。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平9－260639号公报专利文献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
技术实现思路
然而，专利文献1中，并没有关于氢气氛退火的详细的记载。另外，专利文献2中，没有记载提高施主化率的方法。其中，施主化率是指通过质子施主化的区域的深度方向的积分浓度相对于质子的照射量(剂量)的比例。为了提高基于质子注入的施主化率，需要将氢更多地导入到硅中，但若提高质子注入的剂量，则结晶缺陷也会增加，导致特性劣化。另外，若在高温热处理下使结晶缺陷恢复，则施主消失。如此，对于通过质子注入的施主生成，无法兼顾结晶缺陷减少和施主化率的提高。另外，专利技术人等经过深入的研究的结果了解到，质子注入的飞程(通过离子注入而注入的离子以最高浓度存在的位置距注入面的距离)超过专利文献3中所述的15μm的情况下，质子的注入面附近和通过区域的无序的减少不充分。图13是按飞程对质子注入的飞程Rp为15μm左右和比其更深的情况下的载流子浓度分布进行比较的特性图。图13(a)中示出了飞程Rp为50μm的情况，图13(b)中示出了飞程Rp为20μm的情况，图13(c)中示出了飞程Rp为15μm的情况。在图13(c)的飞程Rp＝15μm的情况下，质子的注入面附近(深度为0μm～5μm)和通过区域的载流子浓度变得比硅基板的杂质浓度1×1014(/cm3)要高，无序被充分减少。另一方面，可知若在图13(b)的飞程Rp＝20μm和图13(a)的飞程Rp＝50μm的情况下，质子的注入面附近和通过区域的载流子浓度大幅降低，无序并未减少。如此，无序残留的情况下，元件的漏电流和/或导通损耗变高。由此，质子注入的飞程Rp超过15μm的情况下，需要进行减少无序的新方法的研究。本专利技术为了消除上述的现有技术的问题点，其目的在于在通过质子注入的施主生成中实现结晶缺陷减少。另外，其目的在于在通过质子注入的施主生成中实现施主化率的提高。为了解决上述的课题，实现本专利技术的目的，本专利技术的半导体装置的制造方法具有如下的特征。首先，进行从第一导电型的半导体基板的背面进行质子注入的注入工序。在上述注入工序后，进行如下的形成工序，即通过退火炉对上述半导体基板进行退火处理，形成比上述半导体基板具有更高的杂质浓度的第一导电型的第一半导体区域。此时，上述形成工序在使上述退火炉处于氢气氛，并将该氢的容积浓度设为0.5％以上且小于4.65％的条件下进行。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述的专利技术中，上述半导体装置为二极管，上述第一导电型的上述第一半导体区域为n型的电场终止层，上述半导体基板为阴极层。另外，本专利技术的半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述的专利技术中，上述半导体装置为绝缘栅双极型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包含：研磨工序，从背面对第一导电型的半导体基板进行研磨；注入工序，从所述半导体基板的经研磨后的背面直接对所述半导体基板进行质子注入；形成工序，在所述注入工序后，通过退火炉对所述半导体基板进行退火处理，在所述半导体基板的内部，形成比所述半导体基板具有更高的杂质浓度的第一导电型的第一半导体区域，所述形成工序在使所述退火炉处于氢气氛，并将该氢的容积浓度设为0.5％以上且小于4.65％的条件下进行，由所述质子注入的注入能量决定的质子的飞程在所述半导体基板内。

【技术特征摘要】
2012.03.19 JP 2012-0627501.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包含：研磨工序，从背面对第一导电型的半导体基板进行研磨；注入工序，从所述半导体基板的经研磨后的背面直接对所述半导体基板进行质子注入；形成工序，在所述注入工序后，通过退火炉对所述半导体基板进行退火处理，在所述半导体基板的内部，形成比所述半导体基板具有更高的杂质浓度的第一导电型的第一半导体区域，所述形成工序在使所述退火炉处于氢气氛，并将该氢的容积浓度设为0.5％以上且小于4.65％的条件下进行，由所述质子注入的注入能量决定的质子的飞程在所述半导体基板内。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，包括:照射工序，对所述半导体基板照射电子束，在整个所述半导体基板导入点缺陷，使所述第一半导体区域的所述点缺陷比所述半导体基板的所述第一半导体区域以外的部分的所述点缺陷少。3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述半导体装置为二极管，所述第一导电型的所述第一半导体区域为n型的电场终止层，所述半导体基板的所述第一半导体区域以外的部分为漂移层。4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述半导体装置为绝缘栅双极型晶体管，所述第一导电型的所述第一半导体区域为n型的电场终止层，所述半导体基板的所述第一半导体区域以外的部分为漂移层。5.根据权利要求3所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，将所述氢的容积浓度设定为能够使所述半导体基板的从所述n型的电场终止层到阴极电极为止的区域的载流子浓度达到与基板浓度相同的浓度。6.根据权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，将所述氢的容积浓度设定为能够使所述半导体基板的从所述n型的电场终止层到集电极为止的区域的载流子浓度达到与基板浓度相同的浓度。7.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度为比300℃高且在450℃以下。8.根据权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度为比340℃高且在400℃以下。9.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述退火处理的处理时间为1个小时～10个小时。10.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林勇介，吉村尚，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP