本发明专利技术涉及半导体器件及其制造方法。本发明专利技术提供一种其中在防止半导体基板断裂的同时可防止元件被快回现象毁坏的半导体器件。在MOS栅极结构在FZ晶片的正面形成之后，研磨FZ晶片的背面。然后，用质子照射并且用不同波长的两种类型的激光束同时照射经研磨的表面，从而形成N＋第一缓冲层2以及N第二缓冲层12。然后，P＋集电极层3以及集电电极9在经质子照射表面形成。从N＋第一缓冲层2的净掺杂浓度被局部最大化的位置到P＋集电极层3与N第二缓冲层12之间界面的距离被设置为在大于等于5μm且小于等于30μm的范围内。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及诸如二极管或IGBT (绝缘栅双极晶体管)之类的除高速和低耗特性之外还具有软恢复特性的半导体器件，以及用于制造半导体器件的方法。
技术介绍
有600V、1200V或1700V耐压级的二极管或IGBT作为功率半导体器件。近来这些器件的特性已有了改进。功率半导体器件被用在诸如高效节能的变换器逆变器系统之类的功率变换系统，并且对于控制旋转马达和伺服马达是不可缺少的。这样的功率控制器需要低耗，节能，高速，高效以及环保、即对周围环境没有坏影响的特性。对于这些需求，有一种普遍知晓的方法，即通过在形成半导体基板的正面侧区域之后通过研磨等减薄常用的半导体基板(例如硅晶片)的背面，然后从研磨表面侧执行具有预定浓度的元素的离子注入以及热处理(例如参见专利文献I)。为了降低半导体器件的损耗，有必要改进截止损耗和导通损耗(导通电压)之间的权衡关系。具体地，在例如表面栅极结构形成为沟槽栅极结构时，权衡关系被改进。在少数载流子从P +集电极层到N—漂移层的注入被抑制从而降低N—漂移层的载流子浓度时，权衡关系被改进。此外，在K漂移层被减薄到耐压未被降低的程度时，权衡关系被改进。图19是示出具有根据相关技术形成的场阻断层的半导体器件的配置及其净掺杂浓度的视图。如图19中的半导体器件的截面400所示，例如N+场阻断层42和P+集电极层43以此顺序在N_漂移层41的主表面侧上形成。P基极层44在N_漂移层41的另一主表面侧上形成。N源极层45在P基极层44的正面层的一部分上形成，以便于远离N_漂移层41。栅电极47在穿过N源极层45和P基极层44并且到达N—漂移层41的沟槽中通过栅绝缘膜46形成。发射电极48在P基极层44和N源极层45的表面上形成。集电电极49 在P +集电极层43的表面上形成。如图19中的距发射电极的距离对净掺杂浓度(log)的特征图410所示，N+场阻断层42的净掺杂浓度在N+场阻断层42与P+集电极层43之间的界面附近具有峰值，并且高于N_漂移层41的净掺杂浓度。P +集电极层43和P基极层44的净掺杂浓度高于N_漂移层41和N+场阻断层42的净掺杂浓度。图19中所示的半导体器件的大小被例示如下。大小是基于P基极层44与发射电极48之间的界面，并且除非另外提及，表示为距此界面的距离。距P基极层44与N_漂移层 41之间界面的距离是3 μ m。距P+集电极层43与集电电极49之间的界面的距离是140 μ m。 N+场阻断层42与P+集电极层43之间的界面距P+集电极层43与集电电极49之间的界面的距离，即P +集电极层43的厚度是O. 5 μ m。N_漂移层41与N+场阻断层42之间的界面距 P+集电极层43与集电电极49之间的界面的距离是30 μ m。P基极层44的净掺杂浓度在P基极层44与发射电极48之间的界面处为5 X IO16 原子/立方厘米，沿N_漂移层41的方向降低，并且在P基极层44与N_漂移层41之间的界面处取低于5 X IO13原子/立方厘米的值。P+集电极层43的净掺杂浓度在P+集电极层43 与集电电极49之间的界面处为I X IO18原子/立方厘米，沿N+场阻断层42的方向降低，并且在P+集电极层43与N+场阻断层42之间的界面处取低于5X IO13原子/立方厘米的值。 N_漂移层41的净掺杂浓度是5X IO13原子/立方厘米。N+场阻断层42的净掺杂浓度的最大值高于5 X IO13原子/立方厘米。关于图19中所示的半导体器件，已在专利文献I中公开了一种其中在FZ晶片的背面被研磨之后，例如杂质浓度高于N_漂移层41的N+场阻断层42在P +集电极层43与 N_漂移层41之间通过离子注入和热激活的方法形成的方法。通过该方法，来自P+集电极层43的少数载流子的注入被降低，从而导通电压可在不增大截止损耗的情况下被降低。更进一步地，其中在用作N+场阻断层的磷以及用作P+集电极层的硼被离子注入到距晶片的背面较深的位置之后，用两种不同波长的激光束照射经离子注入的表面的方法是众所周知的。根据此方法，对晶片正面的MOS栅极结构和金属电极没有影响，以使由离子注入到晶片的背面所引起的损伤可被消除以恢复结晶度。在例如具有约SOOnm波长的GaAs (砷化镓)半导体激光器被用作两种不同波长激光器中的一种的长波长激光器时，距经离子注入的表面约3 μ m深度的离子可被有效激活(例如参见专利文献2)。还已经公开了一种在将磷离子注入到晶片的背面的较深位置之后，通过用一种类型波长的激光束在不同照射时间一次或几次地照射经离子注入的表面来激活磷或硼的方法。例如，一种通过控制YAG (钇铝石榴石)激光器的第三谐波(YAG 3ω激光器355nm波长)或者YAG激光器的第二谐波(YAG2 ω激光器532nm波长)的半最大值全宽来激活距离注入表面约I. 5 μ m深度的磷的方法是众所周知的(例如参见专利文献3或4)。通过用YAG 2 ω激光器照射倾斜的基板来激活注入到距离注入表面约I. 5 μ m深度的磷的方法也是众所周知的(例如参见专利文献5)。一种通过用YAG激光器几次照射来激活注入到距离晶片的背面约I μ m深度的磷的方法更加是众所周知的(例如参见专利文献6)。一种通过用GaAs半导体激光器(690-900nm波长)照射来激活注入到距离晶片的背面约I μ m的深度的磷的方法更加是众所周知的(例如参见专利文献7)。也已经提出一种通过以高的加速电压不注入磷而注入诸如氢离子之类的轻的离子并且执行热处理来从氢致供体(hydrogen-induced donor)形成N +场阻断层的技术。 例如，一种通过以约IMeV的加速电压将质子注入距离晶片的背面约10 μ m的深度并且在 400°C或更高温度下在电炉中执行两个小时或更长时间的热处理来从供体质子形成N+场阻断层的方法是众所周知的(例如参见专利文献8)。一种通过在数个阶段注入质子来加宽 N+场阻断层的宽度的方法也是众所周知的(例如参见专利文献9或10)。本专利技术的申请人已提出一种将质子注入含氧的硅基板的方法(例如参见专利文献 11)。根据此方法，由注入损伤引起的载流子迁移率的降低可被抑制。此外，浓度上高于仅氢致供体数倍的供体可因为包括在硅基板中的氧和氢的化合物缺陷而导致。图20示出在用质子照射的硅中的质子的投影射程Rp、以及其在照射之后的氢分布中的半最大值全宽(FWHM) Δ Rp的SRIM2006的计算结果。如图20所示，发现投影射程Rp 以及FWHM ARp随加速电压增大而增大。在相对于N_漂移层的中心靠近P +集电极层的区域形成N+场阻断层以使N+场阻断层不接触到P+集电极层的另一种方法已在JP-A-2004-19312或JP-A-2002-305305中公开。此结构可通过外延生长和使用磷或砷的离子注入的组合形成。执行由使用诸如质子或氦离子之类的轻离子照射引起的局部寿命控制(寿命抑制剂引入量的控制)的另一种方法已在JP-A-2001-102392或日本专利No. 3413021中公开。 尤其在日本专利No. 3413021中，已公开了使基于磷形成的N+场阻断层的寿命变得比由寿命控制生成的极短寿命区域的寿命长的磷浓度。在用磷离子或质子照射之后通过激光退火形成N本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括：由第一导电型的半导体衬底构成的第一半导体层；第二导电型的第二半导体层，该第二半导体层的浓度比所述第一半导体层高并且在所述第一半导体层的第一主表面侧；所述第一或第二导电型的第三半导体层，该第三半导体层的浓度比所述第一半导体层高并且在所述第一半导体层的第二主表面侧；在所述第一半导体层中的至少一个所述第一导电型的第四半导体层，该第四半导体层的浓度比所述第一半导体层高但比所述第三半导体层低；其中，所述第四半导体层包括轻致供体，该氢致供体通过从所述第二主表面注入的质子照射形成，所述半导体装置所具有的所述第四半导体层中，通过使结晶性从导致载流子迁移率下降的质子照射损伤得以恢复，所述第四半导体层中的距离所述第二主表面为所述质子投影射程的位置处的参杂浓度比所述半导体衬底高。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：根本道生，中泽治雄，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：
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