碳化硅半导体装置的制造方法制造方法及图纸

在正面元件结构形成后，从n‑型碳化硅基板(11)的背面(11b)离子注入p型杂质。接下来，从n‑型碳化硅基板(11)的背面(11b)照射激光，使p型杂质活化而形成p型集电层(4)。接下来，在n‑型碳化硅基板(11)的背面(11b)形成势垒金属层，并进行势垒金属层的烧结。接下来，从n‑型碳化硅基板(11)的背面(11b)侧进行以比p型集电层(4)深的位置为射程(17)的质子注入(16)。接下来，通过炉退火对n‑型碳化硅基板(11)整体进行加热，并通过使质子施主化来形成n+型场截止层(3)。此时，通过使残留在质子通过区(14)的无序减少来使n‑型碳化硅基板(11)的晶态恢复。由此，能够稳定地避免产生电气特性不良。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种碳化硅半导体装置的制造方法。
技术介绍
作为电力用半导体装置存在具有400V、600V、1200V、1700、3300V或其以上的耐压的硅(Si)制的二极管和IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等半导体装置。这些半导体装置被用于转换器或逆变器等电力变换装置。这样的电力用半导体装置被要求有低损耗、高效率和高耐击穿量这样的良好的电气特性和低成本。作为该电力用半导体装置的制造方法提出有如下方法：首先，在成为n-型漂移层的n-型半导体基板的正面侧形成扩散区和/或MOS栅(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)结构等正面元件结构。然后，从背面侧逐渐研磨n-型半导体基板，直到减薄到产品厚度的位置为止。其次，通过在从n-型半导体基板的研磨后的背面注入质子之后进行热处理，生成基于由注入到n-型半导体基板的氢(H)原子和n-型半导体基板中的多个点缺陷等构成的复合缺陷的施主而形成n型扩散层。掺杂浓度比该n-型半导体基板高的n型扩散层为n型场截止(FS：FieldStop)层。基于包括该氢原子的复合缺陷的施主被称为氢致施主。近年来，使用了显示出比硅半导体优异的性能指标(FOM：FigureofMerit)的碳化硅(SiC)半导体的半导体装置(以下，称为碳化硅半导体装置)的开发势头正旺。特别是在设定10kV以上的额定电压的情况下，在使用了硅半导体的半导体装置(以下，称为硅半导体装置)中，需要将对耐压保持和导通特性有影响的n-型漂移层的厚度设置为接近1000μm的厚度，对高速动作有限制。与此相对，在碳化硅半导体装置中，能够将n-型漂移层的厚度减薄到100μm左右。因此，在10kV以上的用途(例如，高压直流输电和发电等)中，制作(制造)碳化硅半导体装置极为有效。此外，在设定为6kV以上的额定电压的情况下，需要使碳化硅半导体装置双极性运行(作为电荷载流子与电子和空穴两者有关)。这样，在高额定电压下，基于低损耗和抑制电流/电压波形的振荡的观点，在碳化硅半导体装置中也与硅半导体装置同样，需要改善基于n型场截止层的掺杂浓度。对于通过质子注入来形成n型场截止层的方法，提出了与质子注入区的载流子(电子/空穴)迁移率下降有关的技术(例如，参照下述专利文献1。)。此外，关于形成n型场截止层的方法，对于质子注入后的热处理公开了用于使在质子注入时生成的晶体缺陷恢复的热处理条件(例如，参照下述专利文献2。)。此外，作为制造具备n型场截止层的IGBT的方法，提出了如下方法：在通过质子注入和退火(热处理)形成n型场截止层后，通过离子注入和激光退火来形成集电层(例如，参照下述专利文献3。)。在下述专利文献3中，通过在质子注入后进行的退火来使质子的掺杂浓度恢复。此外，作为形成n型场截止层的另一方法，提出了如下方法：在用于在质子注入后，使质子施主化的退火(以下，称为质子退火)之前，利用电子束和/或激光以不产生质子的向外扩散的程度以低的温度对半导体基板进行局部加热而使缺陷恢复，由此提高质子的掺杂浓度(例如，参照下述专利文献4。)。此外，作为另一方法，提出了如下方法：预先将氧(O)原子导入硅基板，并在从硅基板的正面注入质子后在氢气环境下进行质子退火，然后，从背面侧研磨硅基板而将硅基板减薄，在研磨后的背面离子注入磷(P)之后进行基于YAG激光的退火(例如，参照下述专利文献5。)。在下述专利文献5中，通过向硅基板导入氧来抑制质子注入区的载流子迁移率的下降。此外，作为另一方法，提出了如下方法：在从基板背面注入质子之后，从基板背面照射YAG激光和CW(ContinuousWave：连续波)激光而进行质子退火，由此形成n型场截止层(由质子的施主生成而得到的n型扩散层)(例如，参照下述专利文献6。)。作为另一方法，提出了如下方法：在n-型漂移层和p型集电层之间至少形成一个将掺杂浓度比n-型漂移层高的n型场截止层、和掺杂浓度比n型场截止层低且为n-型漂移层的掺杂浓度以上的n型无序(Disorder)减少区这两个层设为一对的n型中间层(例如，参照下述专利文献7。)。此外，关于形成n型场截止层的方法，公开有在向硅基板注入质子而进行了质子退火之后进一步进行激光退火的情况、和可以将硅基板作为碳化硅基板的情况(例如，参照下述专利文献8。)。此外，提出了使碳化硅基板和背面电极的密合性良好的方法(例如，参照下述专利文献9。)。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2009-99705号公报专利文献5：日本再公表2007-55352号公报专利文献6：日本特开2009-176892号公报专利文献7：国际公开第2013/108911号专利文献8：美国专利申请公开第2014/0151858号说明书专利文献9：日本特开2012-248729号公报
技术实现思路
技术问题然而，在上述专利文献1～8所记载的技术中，产生如下问题：在上述专利文献1中，对通过质子注入而导入半导体基板的缺陷的残留(载流子(电子/空穴)迁移率的下降)进行了记载，但由于在基板背面附近存在晶体缺陷层，所以存在产生泄漏电流的增加等特性不良的问题。在上述专利文献2所记载的热处理条件中，在质子注入时生成的晶体缺陷多的情况下无法充分使晶体缺陷恢复，导致缺陷一直残留。因此，在上述专利文献2中，也存在因在背面附近存在的晶体缺陷层而产生泄漏电流的增加等特性不良这样的问题。在上述专利文献3中，对通过质子注入导入的缺陷未进行记载。因此，在上述专利文献3中，也存在因晶体缺陷层而产生泄漏电流的增加等特性不良这样的问题。在上述专利文献4中，为了在质子退火前使缺陷恢复，而有必须将用于使缺陷恢复的热处理温度设置为小于质子的向外扩散温度等限制，存在晶体缺陷层残留的可能。因此，存在产生泄漏电流的增加不良等这样的问题。在上述专利文献5中，由于半导体基板的质子注入面(正面)与激光照射面(背面)不同，所以存在无法通过激光退火有效地使从质子注入面起遍及质子通过区而产生的缺陷恢复的可能。在上述专利文献6中，使从基板背面起到30μm为止的缺陷得到了恢复，但在使距基板背面超过30μm的深度的缺陷恢复的情况下，存在在激光照射面附近残留缺陷这样的问题。此外，即使将不同波长的激光进行了组合，也从激光照射面起沿深度方向产生温度分布，因此，难以兼顾以预定的深度稳定地形成施主、和使激光照射面附近的缺陷恢复。进一步地，要照射不同的两个波长的激光，分别需要不同的激光光源和照射设备，成本增加不可避免。在上述专利文献7、8中，对将质子注入到碳化硅基板时氢致施主是如何形成的并未记载。为了解决上述的现有技术的问题点，本专利技术的目的在于提供一种能够稳定地避免产生电气特性不良的碳化硅半导体装置的制造方法。技术方案为了解决上述的课题而实现本专利技术的目的，本专利技术的碳化硅半导体装置的制造方法包括：杂质导入工序、第一～三形成工序、质子注入工序，并具有如下特征。在上述杂质导入工序中，从由碳化硅构成的n型半导体基板的一个主表面导入p型的杂质或n型的杂质。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：杂质导入工序，从由碳化硅构成的n型半导体基板的一个主表面导入p型的杂质或n型的杂质；第一形成工序，使所述杂质活化，并在所述n型半导体基板的内部形成p型的扩散层或n型的扩散层；质子注入工序，从所述n型半导体基板的一个主表面将质子注入到比所述杂质的导入位置深的位置；第二形成工序，通过将所述质子施主化来形成氢致施主，并在与所述扩散层相比距所述n型半导体基板的一个主表面更深的位置形成n型场截止层；以及第三形成工序，使在从所述n型半导体基板的一个主表面起到所述质子的射程为止的质子通过区生成的晶体缺陷减少而形成n型晶体缺陷减少区，其中，通过同一个加热工序来进行所述第二形成工序和所述第三形成工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.17 JP 2014-2327111.一种碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：杂质导入工序，从由碳化硅构成的n型半导体基板的一个主表面导入p型的杂质或n型的杂质；第一形成工序，使所述杂质活化，并在所述n型半导体基板的内部形成p型的扩散层或n型的扩散层；质子注入工序，从所述n型半导体基板的一个主表面将质子注入到比所述杂质的导入位置深的位置；第二形成工序，通过将所述质子施主化来形成氢致施主，并在与所述扩散层相比距所述n型半导体基板的一个主表面更深的位置形成n型场截止层；以及第三形成工序，使在从所述n型半导体基板的一个主表面起到所述质子的射程为止的质子通过区生成的晶体缺陷减少而形成n型晶体缺陷减少区，其中，通过同一个加热工序来进行所述第二形成工序和所述第三形成工序。2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，通过依次进行所述杂质导入工序、所述第一形成工序、所述质子注入工序和所述加热工序来制造碳化硅半导体装置。3.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，对所述n型半导体基板整体进行加热。4.根据权利要求3所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，通过炉退火对所述n型半导体基板整体进行加热。5.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，通过同一个所述加热工序来进行所述第一形成工序、所述第二形成工序和所述第三形成工序。6.根据权利要求5所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，通过依次进行所述杂质导入工序、所述质子注入工序和所述加热工序来制造碳化硅半导体装置。7.根据权利要求5所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，对所述质子通过区进行加热。8.根据权利要求7所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述加热工序中，通过从所述n型半导体基板的一个主表面照射激光的激光退火来对...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗林秀直，宫崎正行，
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