專利名稱：半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以高速操作并具有低損耗和軟恢復(fù)特性的半導(dǎo)體器件(諸如二極管或絕緣柵雙極晶體管(IGBT))、以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件用于具有高效率和低功耗的功率轉(zhuǎn)換器件(諸如轉(zhuǎn)換器和逆變器)，并且對于控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)或伺服電機(jī)是必不可少的。功率控制器件要求低損耗、低功耗、高速操作、高效率、以及沒有環(huán)境問題(即，對外界沒有不利影響)的特性。為了滿足具有低損耗和高效率的功率控制器件的需求，已提出了具有寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管作為用于功率控制器件的經(jīng)改進(jìn)類型的二極管。寬緩沖結(jié)構(gòu)是指其中η—漂移層的雜質(zhì)濃度分布在η—漂移層的中心部分附近具有峰值(局部最大值)且具有包括雜質(zhì)濃度分布傾斜以朝著陽極和陰極的方向下降的區(qū)域的寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)。具有寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管允許降低相關(guān)技術(shù)的發(fā)射極注入效率、以及在高速操作(例如，載流子頻率大于或等于5kHz)中實(shí)現(xiàn)軟恢復(fù)特性和防振蕩效果，該實(shí)現(xiàn)在使用期限分布控制技術(shù)中是難以達(dá)到的。已提出了使用氫致供體(hydrogen-induced donor)的方法作為制造具有寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管的方法。在該方法中，浮區(qū)(FZ)體晶片用質(zhì)子(氫離子，H+)照射以使質(zhì)子H+到達(dá)通過一般的η型摻雜元素(磷或砷)離子注入法難以達(dá)到的η—漂移層的深度、由此形成晶格缺陷，并且隨后進(jìn)行熱處理。在該方法中，用質(zhì)子的照射以及熱處理使得供體(例如，稱為氫致供體或與氫相締合的供體)通過包括質(zhì)子H+的缺陷絡(luò)合物在晶片中的質(zhì)子H+的射程Rp附近形成(例如，參見以下專利文獻(xiàn)I (段落0020和0021)和以下專利文獻(xiàn)2(摘要))。另外，已提出了其中氧被弓I入晶片且與氫致供體組合、由此形成高濃度寬緩沖區(qū)的方法(例如，參見以下專利文獻(xiàn)3 (段落0011))。一般而言，對于硅(Si)功率半導(dǎo)體，從經(jīng)濟(jì)的角度使用比外延晶片便宜的FZ晶片來制造IGBT或二極管。另外，已知用中子束照射硅晶片以使用核嬗變將硅轉(zhuǎn)換成作為穩(wěn)定同位素的磷(P)、由此在晶片(在下文中稱為中子照射晶片)中形成作為雜質(zhì)的磷的方法在晶片中均勻地分布雜質(zhì)時是有效的。中子照射晶片(例如，6英寸的晶片)的電阻率變化約為 ±8%。作為形成中子照射晶片的方法，已提出了通過用質(zhì)子H+的照射以及熱處理來將質(zhì)子H+改變成供體、并將濃度大于中子照射之前的晶片的供體注入η基區(qū)(η—漂移層)的方法(例如，參見以下專利文獻(xiàn)4)。引用列表專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)I :日本專利申請?zhí)卦S公開(JP-A)No. 2003-318412專利文獻(xiàn)2 :國際公開冊No. W02007/055352專利文獻(xiàn)3 JP-A No. 2007-266233
專利文獻(xiàn)4 JP-A No. 2008-91853發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題然而，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的通過離子注入或熱擴(kuò)散來引入混合有原材料氣體的雜質(zhì)元素(氣體摻雜)的FZ晶片中，電阻率變化大于中子照射晶片的電阻率變化，并且約為6英寸晶片中的±12%。大的電阻率變化直接影響擊穿電壓的變化。因此，重新檢查擊穿電壓變化的下降是必要的。在具有非穿通結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的情況下，半導(dǎo)體器件的擊穿電SVb(V)可由以下表達(dá)式I表示。[表達(dá)式I]、Vb = W2/ (O. 29 P 0)在表達(dá)式I中，W是耗盡層的寬度(μ m)，而P ^是硅晶片的電阻率(體電阻率)。在上述表達(dá)式I中，例如，在使用氣體摻雜的FZ晶片制造的具有非穿通結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，當(dāng)電阻率變化為±12%時，擊穿電壓Vb的變化也是12%。除了擊穿電壓以外，開關(guān)特性的變化也是12%。當(dāng)開關(guān)特性的變化為大于或等于12%時，保證對該器件的操作可能出現(xiàn)問題。將開關(guān)特性的變化減小到小于或等于12%的方法之一將電阻率變化減小到小于12%。例如，如上所述，為了減小電阻率變化，使用其電阻率通過將電阻率變化減小到小于±12%的中子照射來控制的中子照射晶片是有效的。然而，當(dāng)體電阻率通過中子照射來調(diào)節(jié)時，需要原子反應(yīng)堆，而建立和維護(hù)原子反應(yīng)堆需要巨額的成本。因此，一個半導(dǎo)體制造公司擁有原子反應(yīng)堆在經(jīng)濟(jì)上不可行。有必要請求具有原子反應(yīng)堆的外部機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)體電阻率。然而，存在少數(shù)外部機(jī)構(gòu)，包括國外機(jī)構(gòu)。對車內(nèi)或工業(yè)功率半導(dǎo)體的需求增加，并且只有外部機(jī)構(gòu)處理功率半導(dǎo)體是困難的。另夕卜，處理成本高。因此，找到能夠可靠地減小或解決半導(dǎo)體器件的擊穿電壓變化或開關(guān)特性變化的方法作為除使用中子照射的方法以外的方法是合乎需要的。當(dāng)半導(dǎo)體器件使用氣體摻雜的FZ晶片而不使用中子照射晶片來制造時，隨著晶片的直徑變成大于6英寸，晶片電阻率的變化增大。因此，在技術(shù)上難以將電阻率變化減小到小于±12%。另外，當(dāng)使用切克勞斯基(CZ)晶片來制造半導(dǎo)體器件時，制造最初是均勻的且具有高電阻率的η型晶片是困難的。因此，使用CZ晶片將電阻率變化減小到小于±12%是困難的。因此，提供即使當(dāng)FZ晶片的電阻率變化大于或等于±12%時對擊穿電壓變化影響也較小的具有新穎器件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件、以及制造該半導(dǎo)體器件的方法是合乎需要的。作為去除擊穿電壓變化的方法，專利文獻(xiàn)3公開了使用離子注入來引入質(zhì)子且在500°C下進(jìn)行熱處理以使質(zhì)子擴(kuò)散到整個η—漂移層、由此控制η—漂移層的雜質(zhì)濃度的方法。然而，實(shí)際上，由于已獲取指示在高于或等于550°C的溫度下去除與氫相締合的供體的數(shù)據(jù)，因此控制寬范圍(諸如，整個η—漂移層)內(nèi)的雜質(zhì)濃度是困難的。具體而言，控制具有高擊穿電壓的半導(dǎo)體器件所需的低濃度η—漂移層的雜質(zhì)濃度是極為困難的。因此，當(dāng)制造具有高擊穿電壓的半導(dǎo)體器件時，即使當(dāng)應(yīng)用專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)時獲取減小擊穿電壓變化的效果也是困難的。為了解決上述問題已作出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于，提供能夠減小擊穿電壓的變化和開關(guān)特性的變化的半導(dǎo)體器件、以及制造半導(dǎo)體器件的方法。另外，本發(fā)明的目的在于，提供能夠降低制造成本的半導(dǎo)體器件、以及制造半導(dǎo)體器件的方法。用于解決問題的手段為了解決上述問題且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在第一半導(dǎo)體層的一個主表面上且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；設(shè)置在第一半導(dǎo)體層的另一主表面上且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層；以及設(shè)置在第一半導(dǎo)體層中且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)。寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2。第一半導(dǎo)體層的電阻率P 0 ( Ω cm)相對于額定電壓V0 (V)滿足O. 12V0 ( P0SO. 25V。。寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量可大于或等于5. 2X1011原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2，而第一半導(dǎo)體層的電阻率P C1相對于額定電壓Vtl(V)可滿足O. 133V0 (卩。≤0· 25ν0。多個寬緩沖區(qū)可設(shè)置在第一半導(dǎo)體層中。多個寬緩沖區(qū)的寬度之和與第一半導(dǎo)體層的寬度的比率Y、當(dāng)施加了電平與擊穿電壓相等的反向偏壓時的多個寬緩沖區(qū)的電場強(qiáng)度的下降之和與臨界電場強(qiáng)度的比率H、以及成為第一半導(dǎo)體層的襯底的供體濃度的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏移比α可滿足4 α (y/
η)/[(2-α ) (2+α )] < a。第一半導(dǎo)體層可以是FZ娃襯底。為了解決上述問題且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的漂移層；設(shè)置在漂移層的第一主表面上且雜質(zhì)濃度大于漂移層的第二導(dǎo)電型的基極層；設(shè)置在漂移層的第一主表面上以與基極層接觸且雜質(zhì)濃度大于基極層的第一導(dǎo)電型的發(fā)射極層；與漂移層、基極層、以及發(fā)射極層接觸的絕緣膜；隔著絕緣膜與漂移層、基極層、以及發(fā)射極層相鄰的柵電極；設(shè)置在漂移層的第二主表面上且雜質(zhì)濃度大于漂移層的第二導(dǎo)電型的集電極層；以及設(shè)置在漂移層中且雜質(zhì)濃度大于漂移層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于基極層和集電極層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)。寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于1.0X1012原子/cm2，而漂移層的電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl (V)滿足O. 12V0 ≤ P0SO. 25V0。寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量可大于或等于5. 2X1011原子/cm2且小于或等于1.0X1012原子/cm2，而漂移層的電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl (V)可滿足O. 133V0 (卩。≤0· 25V。。多個寬緩沖區(qū)可設(shè)置在漂移層中。多個寬緩沖區(qū)的寬度之和與漂移層的寬度的比率Y、當(dāng)施加了電平與擊穿電壓相等的反向偏壓時的多個寬緩沖區(qū)的電場強(qiáng)度的下降之和與臨界電場強(qiáng)度的比率H、以及成為漂移層的襯底的供體濃度的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏移比α可滿足4α (Y/n)/[(2-a)
(2+ α ) ] < α。根據(jù)上述方面的半導(dǎo)體器件還可包括在襯底的第一主表面上與漂移層或?qū)捑彌_區(qū)接觸、并且在第二主表面上與集電極層接觸的第一導(dǎo)電型場阻斷層。
根據(jù)上述方面的半導(dǎo)體器件還可包括與襯底的第一主表面?zhèn)壬系钠茖踊驅(qū)捑彌_區(qū)接觸、并且在第二主表面上與集電極層接觸的第一導(dǎo)電型場阻斷層。漂移層、寬緩沖區(qū)、以及場阻斷層的凈摻雜濃度總量可大于或等于I. 2X IO12原子/cm2且小于或等于2. OXlO12 原子 /cm2。漂移層可以是FZ硅襯底。為了解決上述問題且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在第一半導(dǎo)體層的一個主表面上且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；設(shè)置在第一半導(dǎo)體層的另一主表面上且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層；以及設(shè)置在插在第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層之間的第一半導(dǎo)體層中且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)。該方法包括在第一半導(dǎo)體層的一個主表面上形成第二半導(dǎo)體層的第一形成步驟；以及在到第一半導(dǎo)體層的投影射程內(nèi)用氫離子照射第一半導(dǎo)體層、上的第二半導(dǎo)體層、并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的溫度下進(jìn)行熱處理、由此在第一半導(dǎo)體層中形成寬緩沖區(qū)的第二形成步驟。在第二形成步驟中，在第一半導(dǎo)體層中形成總凈摻雜濃度大于或等于4. 8 X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2的寬緩沖區(qū)，而第一半導(dǎo)體層的電阻率P ο相對于額定電壓Vtl(V)滿足O. 12V0^ P0^O. 25VM根據(jù)上述方面的制造半導(dǎo)體器件的方法還可包括在第一形成步驟之前，在高于或等于1000°C的溫度下在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理以將氧引入第一半導(dǎo)體層的引入步驟。在引入步驟中，可將濃度大于或等于I X IO16原子/cm3的氧引入第一半導(dǎo)體層。為了解決上述問題且實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在第一半導(dǎo)體層的一個主表面上且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；設(shè)置在第一半導(dǎo)體層的另一主表面上且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層；以及設(shè)置在第一半導(dǎo)體層中且雜質(zhì)濃度大于第一半導(dǎo)體層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)。該方法包括在到第一半導(dǎo)體層的比將通過后續(xù)步驟形成的第三半導(dǎo)體層的位置深的部分的投影射程內(nèi)用氫離子照射第一半導(dǎo)體層的另一主表面、并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的溫度下進(jìn)行熱處理、由此在第一半導(dǎo)體層中形成寬緩沖區(qū)的第二形成步驟。在第二形成步驟中，在第一半導(dǎo)體層中形成總凈摻雜濃度大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2的寬緩沖區(qū)，而第一半導(dǎo)體層的電阻率P ^相對于額定電壓V0(V)滿足 O. 12V0 ( P0^O. 25V0。根據(jù)上述方面的制造半導(dǎo)體器件的方法還可包括在第一形成步驟之前，在高于或等于1000°c的溫度下在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理以將氧引入第一半導(dǎo)體層的引入步驟。在引入步驟中，可將濃度大于或等于I X IO16原子/cm3的氧引入第一半導(dǎo)體層。在第二形成步驟中，可通過用氫離子的照射來形成氫致供體、由此形成寬緩沖區(qū)。第一半導(dǎo)體層可以是FZ娃襯底。根據(jù)本發(fā)明，寬緩沖區(qū)設(shè)置在電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl(V)滿足
O.12V0 ^ P ^ < O. 25%的第一半導(dǎo)體層(漂移層)中。寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2。以此方式，即使當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層的電阻率的變化約為±12%時，也有可能減小半導(dǎo)體器件的擊穿電壓根據(jù)第一半導(dǎo)體層的電阻率的變化而改變的范圍。另外，有可能減小半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性根據(jù)第一半導(dǎo)體層的電阻率的變化而改變的范圍。另外，當(dāng)在漂移層中形成多個寬緩沖區(qū)時，可精細(xì)地控制空間電荷區(qū)在開關(guān)期間的擴(kuò)展。在第一半導(dǎo)體層的一個主表面上形成第二半導(dǎo)體層(陽極/基極層)之后，在到比在后續(xù)工藝中形成的第二半導(dǎo)體層或第三半導(dǎo)體層深的部分的投影射程內(nèi)用氫離子照射第一半導(dǎo)體層的該一主表面或另一主表面，并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的溫度下進(jìn)行熱處理。以此方式，在上述條件下在第一半導(dǎo)體層(漂移層)中形成寬緩沖區(qū)。在此情況下，第一半導(dǎo)體層的電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl (V)滿足上述條件。以此方式，即使當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層的電阻率的變化約為±12%時，也有可能減小半導(dǎo)體器件的擊穿電壓根據(jù)第一半導(dǎo)體層的電阻率的變化而改變的范圍。另外，有可能減小半導(dǎo)體 器件的開關(guān)特性根據(jù)第一半導(dǎo)體層的電阻率的變化而改變的范圍。另外，在第二形成步驟中用氫離子照射襯底時，可防止寬緩沖區(qū)中的電子和空穴遷移率的減小。在本發(fā)明中，可使用FZ晶片以低成本制造具有寬緩沖結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可獲取減小擊穿電壓的變化和開關(guān)特性的變化的效果。另外，可獲取降低制造成本的效果。附圖簡述[圖I]圖I是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。[圖2]圖2是示出制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的示圖。[圖3]圖3是示出制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的示圖。[圖4]圖4是示出半導(dǎo)體器件的體電阻率和擊穿電壓之間的關(guān)系的特性圖。[圖5]圖5是示出半導(dǎo)體器件的體電阻率和擊穿電壓的變化寬度之間的關(guān)系的特性圖。[圖6]圖6是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。[圖7]圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。[圖8]圖8是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。[圖9]圖9是示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的示圖。[

圖10]圖10是示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的另一示例的示圖。[圖11]圖11是示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的另一示例的示圖。[圖12]圖12是示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的另一示例的示圖。[圖13]圖13是示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。[圖14]圖14是示出當(dāng)施加反向偏壓時漂移層的凈摻雜濃度分布和內(nèi)部電場強(qiáng)度分布之間的關(guān)系的特性圖。用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明不限于以下實(shí)施例，只要不背離本發(fā)明的精神和范圍。在以下描述中，一種導(dǎo)電類型是η型，而另一導(dǎo)電類型是P型。然而，即使類型被顛倒也獲取相同的效果。 (第一實(shí)施例)在下文中將描述其中用質(zhì)子離子(H+)照射硅晶片且在η_漂移層中形成寬緩沖結(jié)構(gòu)以控制硅晶片中的η_漂移層的雜質(zhì)濃度的二極管、以及制造二極管的方法。圖I是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。如在圖I中的半導(dǎo)體器件的截面圖(紙面的上側(cè))中所示，在η型半導(dǎo)體襯底(晶片)上形成根據(jù)第一實(shí)施例的二極管。晶片的體電阻率為pjQcm)。在晶片的一個主表面上形成P陽極層2。在晶片的另一主表面上形成n+陰極層3。半導(dǎo)體襯底插在P陽極層2 (第二半導(dǎo)體層)和n+陰極層3(第三半導(dǎo)體層)之間的部分(第一半導(dǎo)體層)是η—漂移層I。在P陽極層2的表面上形成陽極電極4。在η+陰極層3的表面上形成陰極電極5。在圖I中，如在示出距陽極電極4的距離和凈摻雜濃度(log)之間的關(guān)系的特性圖(紙面的下側(cè))中所示，n_漂移層I的凈摻雜濃度具有其中在n_漂移層I的中間附近為峰值且根據(jù)特定梯度朝著P陽極層2和n+陰極層3下降的山狀分布曲線，并且存在其中凈摻雜濃度高于n_漂移層I的凈摻雜濃度的丘狀區(qū)域。η型丘狀區(qū)域被稱為寬緩沖區(qū)6。寬緩沖區(qū)6的雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于η+陰極層3和P陽極層2的雜質(zhì)濃度。S卩，寬緩沖區(qū)6設(shè)置在η_漂移層I中，并且其凈摻雜濃度大于晶片的體雜質(zhì)濃度且小于η+陰極層3和P陽極層2的雜質(zhì)濃度。根據(jù)本發(fā)明的二極管的結(jié)構(gòu)具有以下兩個要點(diǎn)半導(dǎo)體襯底(晶片)的體電阻率Ptl(Qcm)相對于二極管的額定電壓Vtl(V)滿足以下表達(dá)式2 ;以及寬緩沖區(qū)6的有效劑量(同一層的凈摻雜濃度總量)大于或等于4. 8 X IO11原子/cm2且小于或等于I. O X IO12原子/ cm2。[表達(dá)式2]O. 12V0 ^ P0SO. 25V0圖2和3是示出制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的示圖?？赏ㄟ^用質(zhì)子H+Il進(jìn)行照射(參見圖2(c)和3 (C)))、以及對包括在其一個主表面上形成的P陽極層2和陽極電極4的晶片進(jìn)行熱處理，從陽極電極形成寬緩沖區(qū)6。接下來，將參考圖2和3詳細(xì)描述制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝。在本實(shí)施例中，例如，將描述制造具有圖I所示的尺寸和凈摻雜濃度的二極管(額定電壓Λ = 1200V ;以及額定電流150Α)的情況。圖2 (a)至2(g)按順序示出二極管的主要制造工藝。首先，制備電阻率為144 Qcm至300 Qcm(例如，150 Ωαιι(磷濃度:2· OX IO13原子/cm3)且厚度約為500 μ m的FZ晶片10作為晶片(半導(dǎo)體襯底)。FZ晶片10被用作第一半導(dǎo)體層。在下文中，F(xiàn)Z晶片10的雜質(zhì)濃度被稱為體濃度，而其電阻率被稱為體電阻率(圖2(a))。當(dāng)電阻率大于I Qcm時，電阻率P (Qcm)和供體濃度N(原子/cm3)之間的關(guān)系由P = 4. 596X 1015/N表示。然后，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)二極管制造工藝以形成將作為第二半導(dǎo)體層的P陽極層2，從而邊緣端接結(jié)構(gòu)部分在FZ晶片10的一個主表面上包括保護(hù)環(huán)(未示出)、絕緣膜12、以及陽極電極4。P陽極層2的雜質(zhì)濃度為例如5X IO16原子/cm3，而其距表面的結(jié)深度為例如3 μ m。另外，陽極電極4由諸如包括約lwt%的硅的鋁硅(AlSi)之類的鋁合金(在下文中稱為Al-Si (I% ))制成(圖 2(b))。然后，用通過回旋加速器加速的質(zhì)子H+Il照射陽極電極4的表面。此時，回旋加速器的加速電壓為例如7. 9MeV，而質(zhì)子H+Il的劑量為例如2. OX IO12原子/cm2。另外，使用鋁吸收器(未示出)，并且調(diào)節(jié)該鋁吸收器的厚度以用質(zhì)子H+Il通過鋁吸收器照射FZ晶片10，以使質(zhì)子H+Il距FZ晶片10的表面的射程為60 μ m。在圖2(c)中，因用H+Il照射而在FZ晶片中產(chǎn)生的晶體缺陷13由X表示(圖2(c))。
然后，例如，在350°C下在氮?dú)鈿夥?其可包括氫)中進(jìn)行熱處理達(dá)I小時以彌補(bǔ)晶體缺陷13。以此方式，形成η型高濃度區(qū)以從距晶片的表面60 μ m的深度擴(kuò)展到約±20 μ m。高濃度區(qū)是寬緩沖區(qū)6(在兩條虛線內(nèi))(圖2(d))。然后，對FZ晶片10的另一主表面(FZ晶片10的后表面)進(jìn)行研磨和濕法蝕刻30以使FZ晶片10具有期望的厚度。在此階段，當(dāng)額定電壓Vtl為1200V時，F(xiàn)Z晶片10的厚度通常在100 μ π!至160 μ m的范圍內(nèi)。在第一實(shí)施例中，在此階段，F(xiàn)Z晶片10的厚度為120ym(圖 2(e))。然后，將諸如磷離子之類的η型雜質(zhì)離子注入進(jìn)行研磨和濕法蝕刻30的FZ晶片10的表面(后表面)。在此情況下，加速電壓為例如50keV，而磷的劑量為例如I X IO15原子/cm2 (雜質(zhì)濃度1 X IO19原子/cm3)(圖2 (f)。然后，例如，YAG 二次諧波激光器使用雙脈沖法將激光束發(fā)射到離子注入表面。注入的η型雜質(zhì)離子(諸如注入的磷離子)通過激光照射來電激活，并且形成將作為η+陰極層3的第三半導(dǎo)體層(圖2(g))。雙脈沖法使得來自多個激光照射器件的多個脈沖激光束連續(xù)地照射到每一激光束照射區(qū)域，這些脈沖激光束的照射時序彼此偏離預(yù)定延遲時間。在JP-A-2005-223301中公開了雙脈沖法。當(dāng)激光束通過雙脈沖法來照射時，每一激光束照射區(qū)域的總能量密度為例如3J/cm2。另外，雙脈沖延遲時間為例如300nseC (毫微秒)。最后，金屬材料按鋁、鈦、鎳和金的次序沉積在η.陰極層3的表面上以形成與η.陰極層3的表面歐姆接觸的陰極電極5。以此方式，完成二極管。FZ晶片10中的P陽極層2和η+陰極層3之間的半導(dǎo)體襯底的部分處于η—漂移層I中。圖2(g)的右側(cè)上所示的特性圖(g_l)是與圖2(g)所示的二極管的截面圖相對應(yīng)的凈摻雜濃度分布曲線。另外，優(yōu)選在二極管制造工藝開始之前增加以下制造工藝。首先，雖然在附圖中未示出，但是將磷硅酸鹽玻璃施加到圖2(a)所示的FZ晶片10上，并且通過推阱(drive-in)工藝在1300°C下從晶片的兩個表面擴(kuò)散和引入磷和氧達(dá)10小時。然后，刮掉晶片的一個主表面上的磷擴(kuò)散層，并且隨后將其鏡面拋光。然后，只在1300°C下將與固溶度相對應(yīng)的最大劑量為I X IO18原子/cm3的氧引入晶片的另一主表面(例如，后表面)，由此形成其中磷擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度(表面濃度1 X IO20原子/cm3 ;而深度約80 μ m)大于晶片的濃度的晶片。然后，使用該晶片來進(jìn)行二極管制造工藝(圖2(b)之后的工藝)。優(yōu)選增加上述工藝的原因如下。如專利文獻(xiàn)3所公開的，在晶片的后表面上形成且雜質(zhì)濃度大于晶片的濃度的磷擴(kuò)散層作為用于吸收諸如重金屬之類的雜質(zhì)的層，并且來自陽極層的表面的氧濃度到寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度的峰值(在下文中稱為峰值濃度)(即，質(zhì)子H+的射程Rp)增大，這允許防止寬緩沖區(qū)中的電子和空穴的遷移率因用質(zhì)子H+Il照射而下降。當(dāng)使用包含低濃度氧的晶片(諸如使用多晶硅作為原材料的FZ晶片)時，可在高于或等于1000°c的溫度下在包含氧的氣氛中執(zhí)行推阱工藝或熱氧化工藝。原因在于，氧在硅襯底中通過熱處理來滲透和擴(kuò)散，并且晶片的氧濃度增大。在此情況下，氧分布的濃度大于或等于I X IO16原子/Cm3且小于或等于I X IO17原子/cm3，該濃度是通過二次離子質(zhì)譜(SIMS)測量來檢測的足夠高的雜質(zhì)濃度，并且可獲取與防止寬緩沖區(qū)中的電子和空穴的遷移率下降相同的效果。通過在高于或等于1300°C的溫度下的熱處理，氧濃度可大于或等于IXlO18原子/cm3。然而，當(dāng)氧濃度大于上述值時，可能生成氧沉積或氧致缺陷。因此，優(yōu)選氧濃度小于或等于I X IO18原子/cm3。即，優(yōu)選來自陽極層的表面的氧濃度到寬緩沖區(qū)的峰值濃度(即，質(zhì)子H+的射程Rp)大于或等于I X IO16原子/cm3且小于或等于I X IO18原子/另外，包括當(dāng)通過用質(zhì)子H+照射晶片來將氫引入晶片時形成的空穴的復(fù)合缺陷與通過所引入氧的供體一起在其中主電流在半導(dǎo)體器件中流動的有源部分、以及邊緣端接結(jié)構(gòu)部分中形成。同樣，緊鄰邊緣端接結(jié)構(gòu)部分下方形成雜質(zhì)濃度大于η型晶片的濃度的磷擴(kuò)散層。因此，晶片的電阻率增大，并且緊鄰邊緣端接結(jié)構(gòu)部分下方的雜質(zhì)濃度增大，這導(dǎo)致當(dāng)將反向偏壓施加到主ρη結(jié)時擴(kuò)展的耗盡層的等電位線密度增大。以此方式，有可能減少通過絕緣膜的外部電荷引起的擊穿電壓對邊緣端接結(jié)構(gòu)部分的表面的影響。另外，當(dāng)緊鄰邊緣端接結(jié)構(gòu)部分下方的缺陷密度增大時，其附近的使用期限減小。因此，有可能防止電流或殘余載流子在通電時、以及在反向恢復(fù)期間集中在有源部分和邊緣端接結(jié)構(gòu)部分之間的邊界上。除了氫(H+)離子以外，鋰離子(Li+)或氧離子(0_)被所照射的充電粒子(離子) 變成η型供體。然而，鋰離子或氧離子的質(zhì)量大于氫離子的質(zhì)量，并且用相同的能量獲取足夠?qū)挼纳涑淌抢щy的。因此，當(dāng)離子必須注入距晶片的表面約60μπι的深度時，氫離子(H+)是最優(yōu)選的。圖4是示出半導(dǎo)體器件的體電阻率和擊穿電壓之間的關(guān)系的特性圖。圖6是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。圖4示出其中寬緩沖區(qū)設(shè)置在η—漂移層I中的根據(jù)本發(fā)明的二極管(圖I的主要部件截面圖中所示的二極管；在下文中稱為示例)、其中寬緩沖區(qū)設(shè)置在η—漂移層I中的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管(第一常規(guī)示例)、以及包括不包含寬緩沖區(qū)且具有平坦的摻雜濃度分布(其在圖4中描述為平坦的濃度分布)的ιΓ漂移層I的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管(在下文中稱為第二常規(guī)示例)。給出根據(jù)第一和第二常規(guī)示例的二極管作為比較示例。η_漂移層I的厚度為120μπι(如圖I所示，嚴(yán)格而言，通過120 μ m減去P陽極層2和n+陰極層3的厚度而獲取的n_漂移層I的厚度為116. 5 μ m。然而,為了便于說明，n_漂移層I的厚度被描述為120 μ m)。對于其中寬緩沖區(qū)6設(shè)置在n_漂移層I中的二極管(根據(jù)該示例和第一常規(guī)示例)，當(dāng)以各種方式改變寬緩沖區(qū)6的有效劑量時，即，當(dāng)寬緩沖區(qū)6的有效劑量為
I.0父1011原子/0112、2· 5父1011原子/0112、4.0\1011原子/0112、4.8\1011原子/0112、5.0\1011原子/cm2,5. 2X IO11原子/cm2,5. 7X IO11原子/cm2、以及6. OXlO11原子/cm2時，表示半導(dǎo)體器件的擊穿電壓相對于晶片(襯底)的電阻率(水平軸)的改變。在該示例中，寬緩沖區(qū)6的有效劑量大于或等于4. 8 X IO11原子/cm2。對于其中n_漂移層I具有平坦的摻雜濃度分布的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管(第二常規(guī)示例)，當(dāng)包括厚度為120 μ m的η-漂移層I的晶片的電阻率改變時，擊穿電壓值由名稱為“根據(jù)相關(guān)技術(shù)的平坦的濃度分布”的曲線表示。首先，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的平坦的摻雜濃度分布中，在η_漂移層的厚度恒定(120 μ m)的條件下，當(dāng)電阻率增大時，擊穿電壓增大并會聚在恒定值上。一般而言，當(dāng)設(shè)計器件時，根據(jù)擊穿電壓、通電時的損耗、以及開關(guān)特性之間的平衡來選擇n_漂移層的厚度和電阻率。例如，η—漂移層的厚度相對于額定電壓Vtl(V)約為O. ν^μπι)。另外，襯底的額定電壓Vtl (V)和典型電阻率Ptl(Qcm)由以下表達(dá)式3根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表示。[表達(dá)式3]P0 = O. 045V0
例如，襯底的典型電阻率Ptl(Qcm)在600V的額定電壓Vci處約為27Ωαιι、在1200V的額定電壓Vtl處約為54 Ω cm、在1700V的額定電壓Vtl處約為77 Ω cm、在3300V的額定電壓V0處約為149 Ω cm、在4500V的額定電壓Vtl處約為203 Ω cm、而在6500V的額定電壓Vtl處約為293 Ω cm。另外，具體地，在大于或等于1700V的高額定電壓處，可根據(jù)操作公差將襯底的典型電阻率Ptl(Qcm)設(shè)為比上述值大1.5倍。為了在開關(guān)期間抑制高過充電壓，襯底的典型電阻率Ptl(Qcm)可減小到上述值的80%。在1200V的額定電壓Vtl處，所制造的器件具有高實(shí)際擊穿電壓，其中邊界在額定電壓上約為20%。例如，在1200V的額定電壓Vtl處，實(shí)際擊穿電壓被設(shè)為1400V。在此情況下，如從圖4可見，在由平坦的濃度分布表示的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管中，在實(shí)際擊穿電壓為1400V時襯底的電阻率為46Qcm。類似地，如從圖4可見，在其中寬緩沖區(qū)的有效劑量為IXlO11 原子 /cm2、2. 5 X IO11 原子 /cm2、4X IO11 原子 /cm2、4. 8 X IO11 原子 /cm2、5. O X IO11 原子/cm2、5. 2 X IO11原子/cm2、5. 7 X IO11原子/cm2、以及6 X IO11原子/cm2的二極管中，在實(shí)際擊穿電壓為 1400V 時電阻率值分別為 55Ωαιι、68Ωαιι、100Ωαιι、144Ωαιι、150Ωαιι、160Ωπι、200 Ω cm、以及 250 Ω cm。如圖4所示，根據(jù)晶片的電阻率，晶片的電阻率的變化范圍(在下文中稱為電阻率變化范圍)被強(qiáng)烈地反映到半導(dǎo)體器件的擊穿電壓的變化范圍。即，當(dāng)晶片的電阻率在給定寬度范圍(在下文中稱為電阻率變化寬度)內(nèi)變化時，電阻率變化寬度與半導(dǎo)體器件的擊穿電壓的變化寬度(在下文中稱為擊穿電壓變化寬度)直接相關(guān)。在第二常規(guī)示例的情況下，例如，在擊穿電壓為1400V時電阻率為46Qcm。在約30Qcm至約80 Ω cm的范圍內(nèi)(包括46 Ω cm的電阻率值)，擊穿電壓值變化較大。例如，當(dāng)電阻率變化為46 Ω cm± 12 %(約41 Qcm至52 Qcm)時，與電阻率變化范圍相對應(yīng)的擊穿電壓的變化范圍(在下文中稱為擊穿電壓變化范圍)為從約1290V至1480V。S卩，相對于1385V的中值，擊穿電壓變化范圍與約13. 7%的擊穿電壓變化寬度相對應(yīng)。擊穿電壓變化寬度必須是市場所需的較小值，例如，小于或等于5%。因此，為了滿足市場所需的擊穿電壓變化寬度，電阻率變化寬度必須進(jìn)一步減小。然而，如上所述，具有晶片制造商保證的高電阻率(例如，大于或等于20 Ω cm)的FZ晶片的電阻率變化寬度范圍在氣體摻雜中小于或等于±12% (變化寬度24% )，而在中子照射晶片中小于或等于±8% (變化寬度16%)。即使在中子照射晶片中，擊穿電壓變化寬度顯著大于容許值。在第一常規(guī)示例(包括根據(jù)相關(guān)技術(shù)的寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管)中，在有效劑量為
2.5 X IO11原子/cm2的寬緩沖二極管的情況下，在擊穿電壓為1400V (額定電壓Vtl= 1200V)時電阻率約為68 Ω cm，如圖4所示(參見圖4中的A)。當(dāng)電阻率的變化為±12%時，電阻率變化范圍為從約60 Ω cm到76 Ω cm。如從圖4可見，與60 Ω cm至76 Ω cm的電阻率變化范圍相對應(yīng)的擊穿電壓變化范圍為從1320V至1460V。相對于1390V的中值，擊穿電壓變化范圍與約10. I %的擊穿電壓變化寬度相對應(yīng)。擊穿電壓變化寬度小于第一常規(guī)示例中的13. 7%的擊穿電壓變化寬度， 而大于市場所需的5%的擊穿電壓變化寬度。因此，擊穿電壓變化寬度仍然不夠。類似地，在有效劑量為4. OXlO11原子/cm2的寬緩沖二極管的情況下，如從圖4可見，在擊穿電壓為Hoovu^SiSVc1=UooV)時電阻率約為ΙΟΟΩαη。與±12%的電阻率變化相對應(yīng)的擊穿電壓變化范圍為從1340V到1430V，并且擊穿電壓變化寬度約為6. 5%。因此,還未滿足市場所需的小于或等于5%的擊穿電壓變化寬度。另一方面，在該示例(具有根據(jù)本發(fā)明的寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管)中，在其中寬緩沖區(qū)的有效劑量為4. 8 X IO11原子/cm2的寬緩沖二極管的情況下，如從圖4可見(參見圖4中的B)，在擊穿電壓為1400V時電阻率為144 Ω cm。當(dāng)電阻率的變化為±12%時，電阻率變化范圍為從約126. 7 Qcm到161. 3Qcm。與該電阻率變化范圍相對應(yīng)的擊穿電壓變化范圍為從1363V到1425V。即，相對于1394V的中值，擊穿電壓變化寬度為4. 4%。在其中有效劑量為5. OX IO11原子/cm2、5. 7X IO11原子/cm2、以及6. OX IO11原子/cm2的寬緩沖二極管中，類似地，如從圖4可見，與1400V的擊穿電壓相對應(yīng)的電阻率值為150Qcm、200Qcm、以及250 Ω cm。當(dāng)電阻率的變化為12%時，電阻率變化范圍為從132 Ω cm至168 Ω cm、從176 Qcm至114 Ω cm、以及從220 Ω cm至280 Ω cm。與電阻率變化范圍相對應(yīng)的擊穿電壓變化范圍按順序?yàn)閺?371V至1431V、從1378V至1422V、以及從1380V至1415V。即，擊穿電壓變化寬度按順序相對于1401V的中值為4. 3%、相對于1400V的中值為3. 1%、并且相對于1397V的中值為2.5%。因此，擊穿電壓變化寬度減小到略大于2%至略大于4%的范圍。因此，在所有示例中，滿足市場所需的5%的擊穿電壓變化寬度。圖5是示出半導(dǎo)體器件的體電阻率和擊穿電壓變化寬度之間的關(guān)系的特性圖。在圖5中示出圖4所示的體電阻率和半導(dǎo)體器件的擊穿電壓變化寬度(％)之間的關(guān)系。SP，如參考圖4所描述的，選擇寬緩沖區(qū)的有效劑量以使實(shí)際擊穿電壓相對于給定體電阻率值為1400V，并且在垂直軸上繪制根據(jù)每一體電阻率為12%時的擊穿電壓變化范圍計算的擊穿電壓變化寬度)(水平軸指示體電阻率(Qcm))。在具有46 Ω cm的體電阻率且不包括寬緩沖區(qū)的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管(第二常規(guī)不例)中，擊穿電壓變化寬度為13. 7% (它是較大值)，而未滿足市場所需的擊穿電壓變化寬度。即使在其中寬緩沖區(qū)設(shè)置在漂移層中的結(jié)構(gòu)(第一常規(guī)示例)中，當(dāng)體電阻率為較小值55 Ω cm、68 Ω cm、以及100 Ω cm時，擊穿電壓變化寬度約為大于5. 0%的11. 5%、10. 1%、以及6. 5%,而未滿足市場所需的擊穿電壓變化寬度。因此，在本發(fā)明中不包括該結(jié)構(gòu)。當(dāng)寬緩沖區(qū)設(shè)置在漂移層中、但有效劑量過大(例如，有效劑量大于1.0X1012原子/cm2)時，與1400V的擊穿電壓相對應(yīng)的體電阻率大于300 Ω cm。因此，在本發(fā)明中不包括該結(jié)構(gòu)。將在下文中描述原因。相反，在其中寬緩沖區(qū)設(shè)置在漂移層中的根據(jù)本發(fā)明的二極管(示例)中，擊穿電壓變化寬度在144Qcm的體電阻率處為4.4%、在150Qcm的體電阻率處為4. 3%、在160 Ω cm的體電阻率處為4. 0%、在200 Ω cm的體電阻率處為3. 1%、并且在250 Ω cm的體電阻率處為2.5%。即，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓變化寬度減小到市場所需的小于或等于5. 0%。如從圖4可見，與144 Ω cm、150 Ω cm、160 Ωαιι、200Ω cm、以及250 Qcm的體電阻率相對應(yīng)的寬緩沖區(qū)的有效劑量分別為4. 8 X IO11原子/cm2、5. O X IO11原子/cm2、5. 2 X IO11原子/cm2、5. 7X1011原子/cm2、以及6. OX IO11原子/cm2。因此，如從圖4可見，根據(jù)本發(fā)明的寬緩沖區(qū)的有效劑量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于6. OX IO11原子/cm2。可確認(rèn)，即使當(dāng)寬緩沖區(qū)的有效劑量增大到I. OX IO12原子/cm2時，擊穿電壓變化寬度進(jìn)一步減小，并且體電阻率小于或等于300 Ω cm。S卩，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，在其中有效劑量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2的寬緩沖結(jié)構(gòu)中，擊穿電壓變化寬度可減小到小于或等于未設(shè)置寬緩沖區(qū)的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管中的擊穿電壓變化寬度的三分之一。在寬緩沖結(jié)構(gòu)中，有效劑量更優(yōu)選地大于或等于5. OX IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2,并且最優(yōu)選地大于或等于5. 2 X IO11原子/cm2且小于或等于I. O X IO12原子/cm2，這 能夠使半導(dǎo)體器件的擊穿電壓變化寬度可靠地減小到小于或等于4%。具體而言，當(dāng)體電阻率大于或等于144 Ω cm時，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓變化寬度不取決于體電阻率。當(dāng)然，擊穿電壓變化寬度還包括參數(shù)的變化，諸如η—漂移層的厚度、或根據(jù)形成寬緩沖區(qū)的有效劑量。然而，通過組合對晶片的背面研磨和蝕刻，漂移層厚度的變化可小于或等于3 %，并且通過控制質(zhì)子H+的注入和退火溫度，有效劑量可小于或等于1%。在確定擊穿電壓變化寬度的因素中，最重要的因素是電阻率變化寬度。因此，通過減小擊穿電壓變化寬度所獲取的效果較大。在本發(fā)明中，在除額定電壓Vtl = 1200V以外的額定電壓處，擊穿電壓變化寬度可減小。這是因?yàn)椴还茴~定電壓如何整個漂移層的總摻雜濃度(劑量)是恒定的(小于或等于約I. 2 X IO12原子/cm2)。在1200V的額定電壓Vtl處，當(dāng)體電阻率大于或等于144 Ω cm時，擊穿電壓變化寬度小于或等于市場所需的小于或等于5%。數(shù)值“144”與約12%(^ 144/1200X100% )的數(shù)值“ 1200”的額定電壓相對應(yīng)。如圖5所示，當(dāng)體電阻率大于或等于與約12%的數(shù)值“1200”的額定電壓相對應(yīng)的150 Qcm時，擊穿電壓變化寬度進(jìn)一步減小。當(dāng)晶片的體電阻率大于或等于與13. 3%的數(shù)值“1200”的額定電壓相對應(yīng)的160Qcm時，擊穿電壓變化寬度小于或等于4%，該值當(dāng)然小于市場所需的5%的擊穿電壓變化寬度。類似地，當(dāng)額定電壓Vci為600V時，體電阻率為72 Qcm(O. 12V0 = O. 12X600 = 72)。因此，在大于或等于72Qcm的體電阻率處，擊穿電壓變化寬度小于或等于5%。類似地，可確認(rèn)，在1700V的額定電壓Vtl和大于或等于204 Qcm的體電阻率、3300V的額定電壓Vtl和大于或等于396 Ω cm的體電阻率、以及4500V的額定電壓V0和大于或等于540 Ω cm的體電阻率處，擊穿電壓變化寬度減小到小于或等于5%。因此，必要條件是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的體電阻率(即，半導(dǎo)體襯底的電阻率Po)滿足以下表達(dá)式4。[表達(dá)式4]P。彡 0.12V0當(dāng)電阻率P C1優(yōu)選大于或等于O. 125%，更優(yōu)選大于或等于O. 133%時，擊穿電壓變化寬度能可靠地減小到小于或等于5%。
當(dāng)電阻率P ^大于必要值時，一般而言，載流子的耗盡在開關(guān)期間加速，并且開關(guān)波形有可能振蕩。例如，可確認(rèn)，當(dāng)在1200V的額定電壓Vtl處體電阻率大于或等于300 Qcm時，即使在具有其中寬緩沖區(qū)設(shè)置在漂移層中的根據(jù)本發(fā)明的寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管中，由于在反向恢復(fù)期間載流子的耗盡，也產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)體電阻率太高時，振蕩現(xiàn)象通常在其他額定電壓處產(chǎn)生。該現(xiàn)象的重要因素是整個η—漂移層的總摻雜濃度(劑量)。這是因?yàn)樵诜聪蚧謴?fù)期間空間電荷區(qū)的擴(kuò)展根據(jù)泊松方程取決于總摻雜濃度(劑量)，并且由此所掃出載流子的總數(shù)也由總摻雜濃度確定。因此，可確認(rèn)，當(dāng)體電阻率在1200V的額定電壓\處大于300 Ω cm、體電阻率在600V的額定電壓Vtl處大于150 Ω cm、體電阻率在1700V的額定電壓Vtl處大于425 Ω cm、體電阻率在3300V的額定電壓Vtl處大于825 Ω cm、并且體電阻率在4500V的額定電壓Vtl處大于1125 Ω cm時，產(chǎn)生相同的振蕩現(xiàn)象。在額定電壓Vtl和體電阻率P C1之間建立關(guān)系因此，體電阻率P C1必須滿足以下表達(dá)式5。[表達(dá)式5]、P。≤ 0.25V。根據(jù)本發(fā)明的寬緩沖結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)在于，寬緩沖區(qū)在η—漂移層的一部分中形成，并且與具有襯底濃度(體雜質(zhì)濃度)的一部分、或其凈摻雜濃度小于襯底濃度的一部分接觸。以此方式，擊穿電壓可無關(guān)于體濃度來確定。因此，擊穿電壓變化寬度可減小。在其中寬緩沖區(qū)分布在整個η—漂移層上的結(jié)構(gòu)中，對雜質(zhì)濃度和擊穿電壓的控制只取決于離子注入和驅(qū)動。因此，當(dāng)額定電壓改變時(具體地，當(dāng)擊穿電壓增大時)，氫致供體分布在η—漂移層中大于或等于100 μ m的寬泛范圍內(nèi)，并且其雜質(zhì)濃度必須降低。當(dāng)前，實(shí)際上很難獲取n_漂移層的上述濃度分布。相反，在本發(fā)明中，可在體電阻率的基礎(chǔ)上確定主額定電壓VM實(shí)際擊穿電壓通過將氫致供體的雜質(zhì)濃度與體凈摻雜濃度(即，電阻率)相加來確定。因此，無論半導(dǎo)體器件的擊穿電壓如何都可應(yīng)用本發(fā)明，并且在與氫相締合的供體的有效劑量具有相對較小誤差的情況下，本發(fā)明可減小電阻率變化寬度對擊穿電壓變化寬度的影響。以此方式，可容易地制造具有小擊穿電壓變化寬度的二極管。在圖2(c)中，用質(zhì)子H+Il照射前表面(陽極電極)。然而，如圖2(c)所示，可用質(zhì)子H+Il照射后表面(陰極電極)。圖3所示的方法的其他工藝與圖2所示的制造方法的工藝相同。即，圖2和圖3之間的差異在于工藝(c)。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，寬緩沖區(qū)6設(shè)置在η_漂移層I中，該η_漂移層是其體電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl(V)滿足表達(dá)式2的襯底。寬緩沖區(qū)6的凈摻雜濃度的總量在上述范圍內(nèi)。以此方式，即使當(dāng)體電阻率的變化約為±12%時，二極管的擊穿電壓相對于體電阻率的變化而改變的范圍也可減小。另外，半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性相對于體電阻率的變化而改變的范圍可減小。因此，擊穿電壓的變化和開關(guān)特性的變化可減小。另外，根據(jù)制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法，在FZ晶片10的一個主表面OT漂移層I)上形成P陽極層2之后，在到比將在后續(xù)工藝中形成的P陽極層2或η+陰極層3深的部分的投影射程內(nèi)用H+Il照射FZ晶片10的前表面或后表面，并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的溫度下進(jìn)行熱處理。以此方式，在上述條件下在n_漂移層I中形成寬緩沖區(qū)6。在此情況下，F(xiàn)Z晶片10的電阻率(體電阻率)P ^相對于額定電壓V。滿足上述條件。以此方式，即使當(dāng)體FZ晶片10的電阻率的變化約為±12%時，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓相對于FZ晶片10的電阻率的變化而改變的范圍也可減小。另外，半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性相對于FZ晶片10的電阻率的變化而改變的范圍可減小。因此，擊穿電壓的變化和開關(guān)特性的變化可減小。在用質(zhì)子H+Il照射以形成寬緩沖區(qū)6之前，在上述條件下將氧引入FZ晶片10。以此方式，當(dāng)用質(zhì)子H+Il照射晶片時，可防止寬緩沖區(qū)6中的電子和空穴的遷移率下降。另外，使用FZ晶片10允許以低成本制造具有寬緩沖結(jié)構(gòu)的二極管。以此方式，可降低制造成本。(第二實(shí)施例)圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。根據(jù)第一實(shí)施例的多個寬緩沖區(qū)6可設(shè)置在η—漂移層I中。
在第二實(shí)施例中，如圖7所示，形成多個寬緩沖區(qū)6(圖7中的三個寬緩沖區(qū))。由此，多個寬緩沖區(qū)6允許精細(xì)地控制空間電荷區(qū)在開關(guān)期間的擴(kuò)展。在形成有多個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)額定電壓Vtl為1200V時，優(yōu)選體電阻率大于或等于144 Ω cm，其與第一實(shí)施例中的體電阻率相同。另外，當(dāng)形成有多個寬緩沖區(qū)6時，與形成有一個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)相t匕，容易根據(jù)寬緩沖區(qū)數(shù)量形成具有高雜質(zhì)濃度的寬緩沖區(qū)。因此，與形成有一個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)相比，在開關(guān)期間或當(dāng)維持電源電壓時，空間電荷區(qū)的電場強(qiáng)度的下降可能較大。因此，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓減小。因此，體電阻率可進(jìn)一步增大，并且優(yōu)選體電阻率大于或等于O. 15%。體電阻率的上限為O. 25%，其與以上所述的相同。其他結(jié)構(gòu)和第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。接下來，描述其中形成有多個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)的操作和效果。圖14是示出當(dāng)施加反向偏壓時漂移層的凈摻雜濃度分布和內(nèi)部電場強(qiáng)度分布之間的關(guān)系的特性圖。在圖14中，在包括具有平坦?jié)舛确植嫉钠茖拥母鶕?jù)相關(guān)技術(shù)的二極管、以及包括設(shè)置有多個寬緩沖區(qū)的漂移層的根據(jù)本發(fā)明的二極管中，當(dāng)施加反向偏壓時，漂移層的凈摻雜濃度分布與內(nèi)部電場強(qiáng)度分布相對應(yīng)。圖14(a)和14(b)是不出當(dāng)施加電平與擊穿電壓相等的反向偏壓且電場強(qiáng)度的最大值變成臨界電場強(qiáng)度EJ約2. 5X105V/cm)以在具有平坦?jié)舛确植嫉母鶕?jù)相關(guān)技術(shù)的二極管中導(dǎo)致雪崩擊穿時電場強(qiáng)度分布((a))和供體濃度分布((b))的示圖。圖14(c)和14(d)是示出當(dāng)施加有電平與擊穿電壓相等的反向偏壓且在具有多個寬緩沖區(qū)的根據(jù)本發(fā)明的二極管中電場強(qiáng)度的最大值變成臨界電場強(qiáng)度E。時電場強(qiáng)度分布((c))和供體濃度分布((d))的圖表。在兩個二極管中，假設(shè)FZ體晶片的供體濃度的標(biāo)準(zhǔn)值為Ntl，而FZ體晶片的供體濃度的測量值為(Ha)Ntl(或(I-Ci)Ntl, α > O)。替換地，當(dāng)執(zhí)行一系列元件形成工藝時，被處理成同時流動的單元的大量FZ體晶片(例如，50個FZ體晶片)中的FZ體晶片的供體濃度的測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以是(Ha)Ntl(或(I-Ci)Ntl, α >O)。即，假設(shè)供體濃度的變化率為± α (α > O)。在本實(shí)施例中，例如，使用已知的擴(kuò)展電阻仿形(profiling)法或C_V法作為測量晶片的供體濃度的方法。在圖14(a)和14(c)中，為了便于說明，示出其中當(dāng)施加電平與擊穿電壓相同的電壓時耗盡層未到達(dá)η型陰極層的所謂的非穿通類型。然而，可使用其中耗盡層到達(dá)η型陰極層的穿通類型。在此情況下，類似于非穿通類型，建立以下討論。對于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的二極管，當(dāng)在電場強(qiáng)度E在距ρη結(jié)的深度Xtl處為O的邊界條件下求解泊松方程時，電壓值(擊穿電壓值)Φ。在供體濃度為Ntl時為=
當(dāng)電場強(qiáng)度在作為邊界條件的位置X土處為O時，擊穿電壓值的最大值和最小值Φ 土在體供體濃度變化(I土 α)Ν。時為Φ± = 0。/(1土 α/2)。因此，擊穿電壓值的變化率Λ Φ/Φ。為 4α / {(2-α ) (2+α )}(其中 Δ Φ = Φ_-Φ+)。在包括多個寬緩沖區(qū)的根據(jù)本發(fā)明的二極管中，嚴(yán)格而言，當(dāng)求解泊松方程時，泊松方程的值被復(fù)雜化。因此，在本實(shí)施例中，使用簡單的方法來計算電壓值的變化率ΛΦ/Φο。首先，如圖14(d)所示，假設(shè)形成濃度為體供體濃度Ntl的β倍且寬度為Wtl的η個寬緩沖區(qū)。另外，假設(shè)寬緩沖區(qū)的雜質(zhì)濃度理想地分布，并且雜質(zhì)濃度沒有變化。假設(shè)β大于I。在圖14(c)中，由于每一寬緩沖區(qū)的電場強(qiáng)度的梯度大小為另一寬緩沖區(qū)的大小的β倍，因此發(fā)生大于體部分(濃度Ntl)的電場強(qiáng)度的下降ΛΕ。當(dāng)電場強(qiáng)度的“下降”連續(xù)地發(fā)生η次時，其中未發(fā)生電場強(qiáng)度的“下降”的部分(B卩，體部分而非寬緩沖區(qū))的總長度相對于漂移層的總寬度Wd的比率Y為(Wd-IiWciVWp由于滿足η彡2且O < Wtl < Wd，因此Y大于或等于O且小于或等于I。另一方面,減小η倍的電場強(qiáng)度ΔE相對于相同電場強(qiáng) 度的最大值Ec的比率η為Σ= qi3 NcinWcAEc ^esi)(其中q為基本電荷，ε 0為真空的電容率，而eSi為硅的相對電容率)。η大于或等于O且小于或等于I。即，假設(shè)當(dāng)設(shè)置多個寬緩沖區(qū)時電壓值的變化率是通過從具有平坦?jié)舛确植嫉母鶕?jù)相關(guān)技術(shù)的二極管的變化率去除不受體濃度變化影響的寬緩沖區(qū)的貢獻(xiàn)、以及在寬緩沖區(qū)中電場強(qiáng)度“下降”的部分的貢獻(xiàn)而獲取的值。在該假設(shè)的基礎(chǔ)上，電壓值的變化率ΛΦ/Φ^通過具有平坦?jié)舛确植嫉母鶕?jù)相關(guān)技術(shù)的二極管中的相同比率乘以因子U/Π)來獲取。因此，建立Δ Φ/ν0 = 4α (Υ/η)/{(2-α) (2+α)}。當(dāng) α 大于 0% 且小于或等于 12% 時，Δ Φ/ν。在該范圍內(nèi)可接近4 α/{(2-α ) (2+α)} ^ α ,并且建立ΔΦ/Φ。。α (γ/η)。隨著寬緩沖區(qū)的總數(shù)η增大，Y減小。因此，電壓值的變化寬度ΛΦ/cl^減小。另外，隨著寬緩沖區(qū)的濃度大于體濃度Ntl (B卩，β增大)或?qū)捑彌_區(qū)的數(shù)量n增大，電場強(qiáng)度“下降”的比率η增大。另外，隨著寬緩沖區(qū)的寬度Wtl增大，n增大。因此，隨著具有高濃度和大寬度的緩沖區(qū)的數(shù)量增大，理論上，電壓(擊穿電壓)的變化率ΔΦ/Φ。減小。例如，對于標(biāo)準(zhǔn)值為Ntl = 2xl013原子/cm3的FZ體晶片，假設(shè)Ntl的變化率α為12%、所形成的寬緩沖區(qū)的數(shù)量n為3、寬度Wtl為6μπκ并且寬緩沖區(qū)的濃度相對于Ntl的倍數(shù)β為10。在此情況下，由于η為2. 19且Y為O. 85,因此擊穿電壓的變化率Δ Φ/Φ。為顯著小于α的O. 047(4.7% )，并且可滿足市場所需的5%的擊穿電壓變化寬度。因此，當(dāng)形成多個寬緩沖區(qū)以滿足以下表達(dá)式6的條件時，有可能將擊穿電壓值的變化率ΛΦ/Φ0減小到小于優(yōu)選的FZ體晶片的變化率。[表達(dá)式6]4 a (y/ n)/{(2-a ) (2+a )} < a另外，當(dāng)形成多個寬緩沖區(qū)以滿足4 α (γ/η)/{(2-α) (2+α)}彡0.05時，有可能可靠地將擊穿電壓值的變化率Λ Φ/CDtl減小到小于優(yōu)選的FZ體晶片的變化率。上述考慮是理想的。例如，當(dāng)β (寬緩沖區(qū)的濃度相對于體濃度Ntl的倍數(shù))太大或當(dāng)n(寬緩沖區(qū)的數(shù)量)太大時，電場強(qiáng)度的總“下降”增大，并且難以獲取足夠的擊穿電壓。當(dāng)β只是充分地接近I的值時，在電場強(qiáng)度的“下降” ΛΕ和體電場強(qiáng)度的下降之間不存在大的差異，并且寬緩沖區(qū)的效果降低，這使得防止擊穿電壓變化變得困難。因此，β A、以及η必須在擊穿電壓、擊穿電壓的變化、以及防止反向恢復(fù)振蕩的效果的基礎(chǔ)上確定。另外，每一寬緩沖區(qū)的形狀接近通過質(zhì)子照射的高斯分布。指示高斯分布擴(kuò)散的半寬度與Wtl相對應(yīng)，并且取決于質(zhì)子加速能量。當(dāng)通過用質(zhì)子照射來形成寬緩沖區(qū)時，例如，要考慮供體濃度在給定寬緩沖區(qū)上積分，并且該積分值被半寬度平均。即，由于電場強(qiáng)度的“下降”ΛΕ由寬緩沖區(qū)的積分值的總和(有效劑量)確定，因此它不明顯地取決于寬緩沖區(qū)的形狀(該形狀是矩形或高斯分布)之間的差異。因此，選擇β、Wtl、以及η以實(shí)際上確定每一寬緩沖區(qū)的總積分濃度。另外，在不取決于額定電壓的情況下建立上述表達(dá)式6。原因如下。臨界電場強(qiáng)度Ε。對根據(jù)額定電壓而確定的體晶片的濃度的依賴性較弱，并且要考慮依賴性為基本恒定的值。另外，電場強(qiáng)度的“下降” ΛΕ不取決于每一寬緩沖區(qū)的濃度或體晶片的濃度，但取決于每一寬緩沖區(qū)的濃度或體晶片的濃度的積分值(總濃度或有效劑量)。與第一實(shí)施例中一樣，多個寬緩沖區(qū)6(圖7)的有效劑量之和可大于或等于 4. 8 X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2。在第二實(shí)施例中，當(dāng)三個寬緩沖區(qū)6具有圖7所示的峰值濃度和半寬度時，寬緩沖區(qū)的積分濃度按距陽極電極4的距離遞增的次序?yàn)?X IO11原子/cm2 (峰值濃度為2X IO14原子/cm3，而半寬度為20 μ m)、3X IO11原子/cm2 (峰值濃度為3 X IO14原子/cm3,而半寬度為10 μ m)、2X IO11原子/cm2 (峰值濃度為4X IO14原子/cm3,而半寬度為5 μ m),并且積分濃度之和為9X IO11原子/cm2。優(yōu)選寬緩沖區(qū)6的數(shù)量大于或等于2且小于或等于5以滿足上述有效劑量。當(dāng)額定電壓大于或等于3300V時，漂移區(qū)的總厚度大于或等于300 μ m,并且該厚度有足夠的裕量。因此，如果有必要，寬緩沖區(qū)的數(shù)量可大于或等于5。另外，如上所述，在寬緩沖區(qū)的積分濃度之和恒定的情況下，每一寬緩沖區(qū)的形狀或位置改變，擊穿電壓的變化率未改變與形狀或位置的改變相對應(yīng)的值。另外，最接近陽極電極的寬緩沖區(qū)距陽極電極的深度被設(shè)為大于Wd/2，由此確保在漂移層中ρη結(jié)附近具有低雜質(zhì)濃度(高電阻)的區(qū)域。以此方式，有可能防止ρη結(jié)附近的電場強(qiáng)度在反向恢復(fù)期間或在宇宙射線入射時增大。替換地，從漂移層的中間位置起接近陰極電極的寬緩沖區(qū)的數(shù)量可大于從該中間位置起接近陽極電極的寬緩沖區(qū)的數(shù)量(包括O)。在此情況下，優(yōu)選獲取相同效果。即使當(dāng)形成有多個寬緩沖區(qū)6時，也可用質(zhì)子照射前表面或后表面以形成每一寬緩沖區(qū)6。在二極管的情況下，對于至少最接近陽極層的寬緩沖區(qū)6，優(yōu)選用質(zhì)子照射陽極層2的表面，由此將質(zhì)子透射區(qū)或質(zhì)子阻斷區(qū)的載流子壽命值減小到小于體的載流子壽命值。如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，有可能獲取與第一實(shí)施例相同的效果。由于在η_漂移層I中形成有多個寬緩沖區(qū)6，因此有可能在開關(guān)期間精細(xì)地調(diào)節(jié)空間電荷區(qū)的擴(kuò)展。(第三實(shí)施例)圖8是示出根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。根據(jù)第一和第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于IGBT。如在圖8中的半導(dǎo)體器件的截面圖(紙面的上側(cè))中所示，在根據(jù)第三實(shí)施例的IGBT中，在η型半導(dǎo)體襯底(晶片)的前表面(第一主表面)上形成P基極層22。在晶片的后表面(第二主表面)上形成P集電極層28。半導(dǎo)體襯底的在P基極層22和P集電極層28之間的部分是η—漂移層21。體電阻率Ptl(Qcm)與第一實(shí)施例中的體電阻率相同。即，體電阻率在由上述表達(dá)式2表示的范圍內(nèi)或在上述優(yōu)選范圍內(nèi)。在P基極層22的表面上形成發(fā)射電極24。在P集電極層28的表面上形成集電電極25。在晶片的前表面中形成溝槽以通過P基極層22到達(dá)n_漂移層21，并且在溝槽的內(nèi)壁上形成柵絕緣膜31。柵電極27通過柵絕緣膜31埋入溝槽中。在P基極層22中形成η發(fā)射極層29。發(fā)射電極24使ρ基極層22與η發(fā)射極層29電連接。另外，發(fā)射電極24通過柵絕緣膜31和柵電極27上形成的層間絕緣膜32與柵電極27絕緣。在圖8中，如在示出距發(fā)射電極24的距離和凈摻雜濃度(log)之間的關(guān)系的特性圖(紙面的下側(cè))中所示，η—漂移層21的凈摻雜濃度基本上在η—漂移層21的中間附近具有峰值，并且傾斜以朝著P基極層22和ρ集電極層28下降。S卩，在η_漂移層21中形成雜質(zhì)濃度大于η_漂移層21且凈摻雜濃度小于ρ基極層22和ρ集電極層28的η型寬緩沖區(qū)26。寬緩沖區(qū)26的有效劑量(同一層的凈摻雜濃度的總量)大于或等于4. 8Χ IO11原子/cm2且小于或等于I. O X IO12原子/cm2、或在上述優(yōu)選范圍內(nèi)，該有效劑量與根據(jù)第一實(shí)施例的二極管中的有效劑量相同。通過用來自集電電極25的質(zhì)子H+Il照射包括ρ基極層22和發(fā)射電極24的晶片、以及對晶片進(jìn)行熱處理來形成寬緩沖區(qū)26。圖8示出具有溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT，但是可使用具有平面柵結(jié)構(gòu)的IGBT。由于ρ集電極層28在IGBT的后表面上形成，因此將少數(shù)載流子注入后表面。因此，在截止期間，有必要防止所注入的少數(shù)載流子通過電荷中性區(qū)到達(dá)空間電荷區(qū)。另外，當(dāng)施加與擊穿電壓相對應(yīng)的電壓時，優(yōu)選確保未耗盡的電荷中性區(qū)在距后表面約5μπι至約20 μ m的范圍內(nèi)，以防止雪崩擊穿。因此，優(yōu)選將寬緩沖區(qū)26的凈摻雜濃度分布的峰值設(shè)置成自n_漂移層21的中心的深度偏向于集電電極25以可靠地防止耗盡層，由此確保上述電荷中性區(qū)。接下來，將詳細(xì)描述制造根據(jù)第三實(shí)施例的IGBT的工藝。圖9是示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的示圖。圖10至12是示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的工藝的另一示例的示圖。例如，將描述制造具有圖8所示的尺寸和凈摻雜濃度的IGBT(額定電壓=Vtl = 1200V ;以及額定電流150A)的情況。將參考圖9(a)至9(i)描述制造根據(jù)第三實(shí)施例的IGBT的方法的示例。首先，制備體電阻率為144 Qcm至300 Qcm(例如，150 Ωαιι(磷濃度:2· OX IO13原子/cm3)且厚度約為500 μ m的FZ晶片10作為晶片(半導(dǎo)體襯底)。FZ晶片10被稱為第一半導(dǎo)體層(圖9(a))。如在第一實(shí)施例中所述的，預(yù)先通過推阱工藝在室溫(例如，20°C)下將濃度高于固溶度的氧擴(kuò)散并引入FZ晶片10。然后，通過標(biāo)準(zhǔn)IGBT制造工藝在FZ晶片10的一個主表面上形成P基極層22、包括保護(hù)環(huán)(未示出)的邊緣端接結(jié)構(gòu)部分、溝槽、該溝槽中的柵絕緣膜31、柵電極27、n發(fā)射極層29、以及層間絕緣膜32 (圖9 (b))。ρ基極層22的雜質(zhì)濃度為例如2 X IO17原子/cm3，而其距表面的結(jié)深度為例如3 μ m。η發(fā)射極層29的雜質(zhì)濃度為例如I X IO20原子/cm3，而其距表面的結(jié)深度為例如O. 5 μ m。柵電極27可由例如多晶制成。然后，用通過回旋加速器加速的質(zhì)子H+Il照射FZ晶片10的前表面、即另一主表面(稍后將在其上形成集電電極25)(圖9(c))。此時，回旋加速器的加速電壓為例如7. 9MeV, 而質(zhì)子H+Il的劑量為例如I. OX IO14原子/cm2。另外，鋁吸收器用于調(diào)節(jié)質(zhì)子H+Il的厚度以使其距硅襯底的表面為90 μ m。當(dāng)FZ晶片10的厚度為例如500 μ m時，調(diào)節(jié)質(zhì)子H+Il的厚度以使質(zhì)子H+Il的射程為410μπι。該射程可通過使用靜電加速器的加速電壓來調(diào)節(jié)。在此情況下，加速電壓為7. 5MeV。在圖9(c)中，因用H+Il照射而在FZ晶片10中產(chǎn)生的晶體缺陷13由X表不。然后，例如，在500°C下在氮?dú)鈿夥?其可包括氫)中進(jìn)行熱處理達(dá)5小時以彌補(bǔ)晶體缺陷13。以此方式，在距晶片的后表面30 μ m的深度之前和之后形成η型高濃度區(qū)。通過高濃度區(qū)形成期望的寬緩沖區(qū)26(圖9(d))。然后，形成發(fā)射電極24以與η發(fā)射極層29接觸。另外，在包括保護(hù)環(huán)的邊緣端接結(jié)構(gòu)部分上形成保護(hù)膜(未示出)(圖9(e))。發(fā)射電極24由例如Al-Si (1%)制成，并且保護(hù)膜是例如聚酰亞胺或氮化硅(SiN)膜。然后，對FZ晶片10的后表面進(jìn)行研磨和濕法蝕刻30以將FZ晶片10的厚度減 小到期望值(圖9(f))。在此階段，當(dāng)額定電壓為Vtl為1200V時，F(xiàn)Z晶片10的厚度通常在IOOym至160μπι的范圍內(nèi)。在第三實(shí)施例中(圖9)，在此階段，F(xiàn)Z晶片10的厚度為120 μ m。然后，用諸如質(zhì)子H+或磷+15之類的η型雜質(zhì)照射進(jìn)行研磨和濕法蝕刻30的FZ晶片10的FZ晶片表面(后表面)，這將形成η場阻斷層23。劑量被設(shè)置成激活(其將在下文中間進(jìn)行描述)之后的雜質(zhì)濃度為例如2Χ1016原子/cm3(FIG.9(g))。然后，通過離子注入來引入將形成ρ集電極層28的ρ型雜質(zhì)，諸如硼+14(圖9(h))。此時，加速電壓為例如50keV，而劑量被設(shè)置成激活之后的雜質(zhì)濃度為3 X IO17原子/cm3。η場阻斷層23的有效劑量被設(shè)為包括寬緩沖區(qū)26且滿足上述有效劑量條件的范圍。然后，進(jìn)行激光退火以電激活離子注入表面，由此形成P集電極層28。為了執(zhí)行激活，可進(jìn)行爐內(nèi)退火而非激光退火。在爐內(nèi)退火的情況下，例如，在450°C下在氮?dú)鈿夥?其可包括氫)中進(jìn)行熱處理達(dá)5小時以執(zhí)行激活。最后，金屬材料按例如Al-Si (I % )、鈦、鎳和金的次序沉積在P集電極層28的表面上以形成與P集電極層28的表面歐姆接觸的集電電極25。以此方式，完成IGBT(圖9Q))。接下來，將描述對第三實(shí)施例的變體。將參考圖10(a)至10(h)描述對制造圖9所示的IGBT的方法(在下文中稱為第一制造方法)的變體(在下文中稱為第二制造方法)。第二制造方法與圖9所示的第一制造方法的不同之處在于，在形成發(fā)射電極24和保護(hù)膜之后進(jìn)行用質(zhì)子H+Il的照射(參見圖9 (c))，以及對FZ晶片10的后表面進(jìn)行研磨和濕法蝕刻30。當(dāng)用質(zhì)子H+照射之后發(fā)射電極24和邊緣端接結(jié)構(gòu)部分的保護(hù)膜的耐熱溫度高于熱處理溫度時，圖10所示的第二制造方法是有效的。
具體地，從制備FZ晶片10到形成作為元件表面結(jié)構(gòu)的MOS柵極和邊緣端接結(jié)構(gòu)部分的工藝與圖9(a)和9(b)所示的工藝相同。然后，形成發(fā)射電極24、以及由聚酰亞胺制成的保護(hù)膜(未示出)(圖10(b))。然后，對FZ晶片10的后表面進(jìn)行研磨和濕法蝕刻30以將FZ晶片10的厚度減小到期望值(圖10(c))。然后，用質(zhì)子H+Il照射晶片的后表面(FIG. 10(d))，并且進(jìn)行熱處理(FIG. 10(e))。在用質(zhì)子H+照射期間，將質(zhì)子H+Il的射程調(diào)節(jié)成在通過照射加速器的加速電壓的上限范圍內(nèi)。另外，當(dāng)質(zhì)子H+距后表面的射程在靜電加速器中被設(shè)為30 μ m時，加速能量為1.5MeV。替換地，可使用回旋加速器，并且可通過鋁吸收器來調(diào)節(jié)該射程。圖10(f)之后的工藝與第一制造方法中圖9(g)之后的工藝相同。當(dāng)通過第二制造方法來形成IGBT時，有可能減少FZ晶片10的厚度減小之后的工藝的數(shù)量，并且由此減少缺陷，諸如因處理薄晶片而破壞該晶片。接下來，將參考圖11(a)至11⑴描述圖9所示的第一制造方法的第一變體(在下文中稱為第三制造方法)。第三制造方法與圖9所示的第一制造方法的不同之處在于，在圖9中后表面的研磨和濕法蝕刻30(圖9(f))和形成發(fā)射電極24的工藝(圖9(e))被顛倒(參見圖11(e)和11(f))。其他工藝與圖9所示的第一制造方法中的工藝相同。當(dāng)用質(zhì)子H+Il照射之后的熱處理溫度高于發(fā)射電極24的耐熱溫度時，根據(jù)第三實(shí)施例的IGBT可通過圖11所示的第三制造方法來制造。接下來，將參考圖12(a)至12(g)描述圖10所示的第二制造方法的變體(在下文中稱為第四制造方法)。第四制造方法與圖10所示的第二制造方法的不同之處在于，不執(zhí)行圖10(f)所示的引入鄰近P集電極層28的η場阻斷層的工藝，以及具有通過寬緩沖區(qū)26來阻斷耗盡層的擴(kuò)展以使耗盡層不到達(dá)P集電極層的結(jié)構(gòu)的IGBT。以此方式，有可能只通過調(diào)節(jié)晶片的后表面上的P集電極層28的濃度和引入深度來改進(jìn)空穴的注入效率。其他工藝與圖10所示的第二制造方法中的工藝相同。 在第三實(shí)施例中，已描述了具有溝槽柵結(jié)構(gòu)的IGBT。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于具有平面柵結(jié)構(gòu)的IGBT。如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，在IGBT中，有可能獲取與第一實(shí)施例相同的效果。(第四實(shí)施例)圖13是示出根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和凈摻雜濃度分布的示圖。根據(jù)第三實(shí)施例的多個寬緩沖區(qū)26可設(shè)置在η—漂移層21中。在第四實(shí)施例中，如圖13所示，形成多個寬緩沖區(qū)26 (圖13中的三個寬緩沖區(qū))。由此，當(dāng)設(shè)置多個寬緩沖區(qū)26時，有可能精細(xì)地控制空間電荷區(qū)在開關(guān)期間的擴(kuò)展。在形成有多個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)額定電壓Vtl為1200V時，優(yōu)選體電阻率大于或等于144Qcm，其與第一實(shí)施例中的體電阻率相同。另外，當(dāng)形成有多個寬緩沖區(qū)26時，與形成有一個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)相比，容易根據(jù)寬緩沖區(qū)數(shù)量形成具有高雜質(zhì)濃度的寬緩沖區(qū)。因此，與形成有一個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)相比，在開關(guān)期間或當(dāng)維持電源電壓時，空間電荷區(qū)的電場強(qiáng)度的下降可能較大。因此，半導(dǎo)體器件的擊穿電壓減小。因此，體電阻率可進(jìn)一步增大，并且優(yōu)選體電阻率大于或等于O. 15%。體電阻率的上限為O. 25\，其與以上所述的相同。其他結(jié)構(gòu)和第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。如在第一實(shí)施例中所示，多個寬緩沖區(qū)26的有效劑量之和可大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2。在第四實(shí)施例中，當(dāng)三個寬緩沖區(qū)26具有圖13所示的峰值濃度和半寬度時，最接近發(fā)射電極24的第一寬緩沖區(qū)具有4X IO14原子/cm3的峰值濃度和10 μ m的半寬度，第二寬緩沖區(qū)具有I. 5 X IO15原子/cm3的峰值濃度和5 μ m的半寬度,而離發(fā)射電極24最遠(yuǎn)的第三寬緩沖區(qū)3. 5 X IO15原子/cm3的峰值濃度和3 μ m的半寬度。寬緩沖區(qū)26的積分濃度按距發(fā)射電極24的距離遞增的次序?yàn)?X IO11原子/cm2、3 X IO11原子/cm2、以及4 X IO11原子/cm2，并且積分濃度之和為8 X IO11原子/cm2。另外，η場阻斷層23的峰值濃度基本上為I. OX IO12原子/cm2，并且η型層(η_漂移層21、寬緩沖區(qū)26、以及η場阻斷層23)的有效劑量之和(積分濃度)為I. 8Χ IO12原子/cm2。IGBT必須被設(shè)計成當(dāng)柵極導(dǎo)通時,在IV輸出波形中不發(fā)生驟回(snapback)現(xiàn)象(其中由于極小量電流，一旦沒有電導(dǎo)率調(diào)制就在集電電極和發(fā)射電極之間發(fā)生大的電壓降并且電壓降因電導(dǎo)率調(diào)制而快速地減小的負(fù)電阻現(xiàn)象，這導(dǎo)致電流流動)。因此，三個η型層的積分濃度之和可超過2. OX IO12原子/cm2。耗盡層在截止?fàn)顟B(tài)中不應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)ρ集電極層28。因此，三個η型層的積分濃度之和必須大于1.2Χ1012原子/cm2。為此，三個η型層的積分濃度之和可大于或等于I. 2X IO12原子/cm2且小于或等于2. OX IO12原子/cm2。另外，只在與P集電極層28接觸的η場阻斷層23中滿足積分濃度的范圍。在此情況下，可引入磷來形成η場阻斷層23，或者可引入質(zhì)子H+來形成η場阻斷層23。當(dāng)在所有三個η型層中滿足積分濃度的范圍時，作為少數(shù)載流子的空穴在柵極導(dǎo)通時從P集電極層平滑地注入，并且可穩(wěn)定地獲取擊穿電壓。
在IGBT的情況下，其中設(shè)置有多個寬緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)的操作和效果基本上與根據(jù)第二實(shí)施例的二極管的操作和效果相同。即，當(dāng)FZ體晶片的供體濃度的變化率為土 α ( α> O)、除寬緩沖區(qū)以外的體部分的總長度的比率為Y、并且在寬緩沖區(qū)中減小η倍的電場強(qiáng)度ΛΕ相對于臨界電場強(qiáng)度Ε。的比率為η時，優(yōu)選形成多個寬緩沖區(qū)來滿足條件4α (γ/η)/{(2-α) (2+α)} < α。如在第三實(shí)施例中所述的，在IGBT中，為了在后表面上形成P集電極層28，將少數(shù)載流子注入后表面。因此，優(yōu)選確保未耗盡的電荷中性區(qū)在距后表面5 μ m至20 μ m的范圍。優(yōu)選將寬緩沖區(qū)26的凈摻雜濃度分布的峰值設(shè)置成自n_漂移層21的中心的深度偏向于集電電極25以可靠地防止耗盡層，由此確保上述電荷中性區(qū)。即，當(dāng)形成多個寬緩沖區(qū)26以自漂移層的中心偏向于集電電極時，在同一區(qū)域中可發(fā)生優(yōu)選的電場強(qiáng)度的“下降” ΛΕ(參見圖14(c))。具體地，從漂移層的中間位置起接近集電電極的寬緩沖區(qū)的數(shù)量可大于從中間位置起接近發(fā)射電極的寬緩沖區(qū)的數(shù)量(包括O)。在第四實(shí)施例中，當(dāng)形成有多個寬緩沖區(qū)26時，優(yōu)選用質(zhì)子H+來照射FZ晶片10的后表面(其上形成有P集電極層28的一側(cè))。原因在于，當(dāng)照射晶片的前表面時，在柵氧化膜和硅之間的界面中發(fā)生晶體缺陷，并且該晶體缺陷可能影響柵極的電壓特性。另外，當(dāng)捕獲電平(trapping level)在ρ基極層22附近保留時,在導(dǎo)通狀態(tài)中載流子分布改變,并且導(dǎo)通電壓和截止損耗之間的折衷特性可能惡化。如上所述，根據(jù)第四實(shí)施例，有可能獲取與第一至第三實(shí)施例相同的效果。在根據(jù)第三和第四實(shí)施例的IGBT中已描述了 η型場阻斷層。然而，η型場阻斷層可應(yīng)用于根據(jù)第一和第二實(shí)施例的二極管。即，可通過注入磷或用質(zhì)子H+照射而在η+陰極層3和η_漂移層I之間形成η場阻斷層，以使其具有比η+陰極層3小的雜質(zhì)濃度并鄰近η+陰極層3。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，有可能用精確控制的工藝來實(shí)現(xiàn)二極管或IGBT具有小的擊穿電壓變化寬度、顯著比根據(jù)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)品小的截止損耗、以及軟開關(guān)特性。因此，有可能設(shè)置具有低的電損耗且考慮了環(huán)境問題的IGBT或智能功率模塊(IPM)。另外，在諸如使用具有上述特性的IGBT模塊的PWM逆變器之類的功率轉(zhuǎn)換器件中，有可能防止過壓擊穿或EMI的發(fā)生、以及減少熱損失。例如，存在以下功率轉(zhuǎn)換器件。轉(zhuǎn)換器逆變器電路可高效地控制例如感應(yīng)電機(jī)或伺服電機(jī)，并且廣泛地用于工業(yè)或電子鐵路。功率因數(shù)改進(jìn)電路(PFC電路)控制正弦波形的AC輸入電流以改進(jìn)波形，并且用于開關(guān)電源。另外，當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的IGBT芯片的截面中形成ρ型絕緣層以形成反向阻斷IGBT時，反向阻斷IGBT可用于矩陣轉(zhuǎn)換器。由于矩陣轉(zhuǎn)換器不需要DC鏈接電容器，因此它可用于需要諸如升降機(jī)之類的小轉(zhuǎn)換器件的裝置。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于反向阻斷IGBT時，η場阻斷層被配置成具有比第三實(shí)施例中的濃度小的雜質(zhì)濃度(例如，2X IO16原子/cm3)、或者跳過該η場阻斷層，并且一個或多個寬緩沖區(qū)的濃度調(diào)節(jié)成使前向阻斷狀態(tài)中的耗盡層不到達(dá)P集電極層。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當(dāng)耗盡層在反向阻斷狀態(tài)中從P集電極層和漂移層之間的ρη結(jié)擴(kuò)展時，有可能防止ρη結(jié)的電場強(qiáng)度集中，并且將反向擊穿電壓和前向擊穿電壓維持在相同的量級。工業(yè)實(shí)用性如上所述，對于用于例如功率轉(zhuǎn)換器件(諸如轉(zhuǎn)換器或逆變器)的功率半導(dǎo)體器件，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件、以及制造半導(dǎo)體器件的方法是有用的。字母或數(shù)字附圖標(biāo)記的說明I、21 rT 漂移層2 ρ陽極層 3n+陰極層4陽極電極5陰極電極6、26寬緩沖區(qū)10 FZ 晶片11 質(zhì)子 H+12絕緣膜13晶體缺陷14 硼 +15 磷 +22 P基極層23 η場阻斷層24發(fā)射電極25集電電極27柵電極28 ρ集電極層29 η發(fā)射極層30研磨和濕法蝕刻31柵絕緣膜32層間絕緣膜
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層； 設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的一個主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層； 設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的另一主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層；以及 設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層中且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)， 其中所述寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度的總量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12 原子/cm2，并且 其中所述第一半導(dǎo)體層的電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl (V)滿足0.12V0 ≤ P0SO. 25V0。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量大于或等于5. 2X1011原子/cm2且小于或等于1.OX IO12 原子/cm2，并且 所述第一半導(dǎo)體層的電阻率P 0相對于所述額定電壓Vtl(V)滿足0.133V0 ( P?！?0. 25Vq。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 多個寬緩沖區(qū)設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層中。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述多個寬緩沖區(qū)的寬度之和與所述第一半導(dǎo)體層的寬度的比率Y、當(dāng)施加了電平與擊穿電壓相等的反向偏壓時的所述多個寬緩沖區(qū)的電場強(qiáng)度的下降之和與臨界電場強(qiáng)度的比率n、以及形成所述第一半導(dǎo)體層的襯底的供體濃度的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏移比a滿足 4 a (y/ n)/[(2-a ) (2+a )] < a。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體層是FZ娃襯底。
6.一種半導(dǎo)體器件，包括 第一導(dǎo)電型的漂移層； 設(shè)置在所述漂移層的第一主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述漂移層的第二導(dǎo)電型的基極層； 設(shè)置在所述漂移層的所述第一主表面上以與所述基極層接觸且雜質(zhì)濃度大于所述基極層的第一導(dǎo)電型的發(fā)射極層； 與所述漂移層、所述基極層、以及所述發(fā)射極層接觸的絕緣膜； 隔著所述絕緣膜與所述漂移層、所述基極層、以及所述發(fā)射極層相鄰的柵電極； 設(shè)置在所述漂移層的第二主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述漂移層的第二導(dǎo)電型的集電極層；以及 設(shè)置在所述漂移層中且雜質(zhì)濃度大于所述漂移層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于所述基極層和所述集電極層的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)，其中所述寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于.1. OX IO12 原子/cm2，并且 其中所述漂移層的電阻率Ptl(Qcm)相對于額定電壓Vtl(V)滿足.0.12V0 ≤ P0SO. 25V0。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述寬緩沖區(qū)的凈摻雜濃度總量大于或等于5. 2X1011原子/cm2且小于或等于.1.OX IO12 原子/cm2，并且 所述漂移層的電阻率P ^相對于所述額定電壓Vtl(V)滿足0. 133V0 ( P0SO. 25V0。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 多個寬緩沖區(qū)設(shè)置在所述漂移層中。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述多個寬緩沖區(qū)的寬度之和與所述漂移層的寬度的比率Y、當(dāng)施加了電平與擊穿電壓相等的電壓時的所述多個寬緩沖區(qū)的電場強(qiáng)度的下降之和與臨界電場強(qiáng)度的比率n、以及形成所述漂移層的襯底的供體濃度的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏移比a滿足4a (y/n)/[(2- a ) (2+ a ) ] < a。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括 在所述襯底的第一主表面上與所述漂移層或所述寬緩沖區(qū)接觸、并且在所述第二主表面上與所述集電極層接觸的第一導(dǎo)電型的場阻斷層。
11.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括 在所述襯底的所述第一主表面上與所述漂移層或所述寬緩沖區(qū)接觸、并且在所述第二主表面上與所述集電極層接觸的第一導(dǎo)電型的場阻斷層， 其中所述漂移層、所述寬緩沖區(qū)、以及所述場阻斷層的凈摻雜濃度總量大于或等于I.2 X IO12原子/cm2且小于或等于2. OX IO12原子/cm2。
12.如權(quán)利要求6至9中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于， 所述漂移層是FZ硅襯底。
13.—種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的一個主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的另一主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層；以及設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層中且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)，所述方法包括 在所述第一半導(dǎo)體層的所述一個主表面上形成所述第二半導(dǎo)體層的第一形成步驟；以及 在到所述第一半導(dǎo)體層的投影射程內(nèi)用氫離子照射所述第一半導(dǎo)體層上的所述第二半導(dǎo)體層、并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的溫度下進(jìn)行熱處理、由此在所述第一半導(dǎo)體層中形成所述寬緩沖區(qū)的第二形成步驟， 其中，在所述第二形成步驟中，在所述第一半導(dǎo)體層中形成凈摻雜濃度總量大于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2的所述寬緩沖區(qū)，并且 其中所述第一半導(dǎo)體層的電阻率P 0相對于額定電壓Vtl(V)滿足O. 12V0 ( P0SO- 25V0。
14.如權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，還包括 在所述第一形成步驟之前，在高于或等于1000°C的溫度下在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理以將氧弓I入所述第一半導(dǎo)體層的引入步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 在所述引入步驟中，將濃度大于或等于IX IO16原子/cm3的所述氧引入所述第一半導(dǎo)體層。
16.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的一個主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的另一主表面上且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層；以及設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層中且雜質(zhì)濃度大于所述第一半導(dǎo)體層、并且雜質(zhì)濃度分布的局部最大值小于所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的寬緩沖區(qū)，所述方法包括 在到所述第一半導(dǎo)體層比通過后續(xù)步驟形成的所述第三半導(dǎo)體層的位置深的部分的投影射程內(nèi)用氫離子照射所述第一半導(dǎo)體層的所述另一主表面、并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的溫度下進(jìn)行熱處理、由此在所述第一半導(dǎo)體層中形成所述寬緩沖區(qū)的第二形成步驟， 其中，在所述第二形成步驟中，在所述第一半導(dǎo)體層中形成凈摻雜濃度大總量于或等于4. 8X IO11原子/cm2且小于或等于I. OX IO12原子/cm2的所述寬緩沖區(qū)，并且 所述第一半導(dǎo)體層的電阻率P ^相對于額定電壓Vtl(V)滿足O. 12V0 ( P0SO. 25V0。
17.如權(quán)利要求16所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，還包括 在所述第二形成步驟之前，在高于或等于1000°C的溫度下在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理以將氧弓I入所述第一半導(dǎo)體層的引入步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 在所述引入步驟中，將濃度大于或等于IX IO16原子/cm3的所述氧引入所述第一半導(dǎo)體層。
19.如權(quán)利要求13至18中任一項所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 在所述第二形成步驟中，通過用所述氫離子的照射來形成氫致供體、由此形成所述寬緩沖區(qū)。
20.如權(quán)利要求13至18中任一項所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體層是FZ娃襯底。
全文摘要
在n-漂移層(1)的一個主表面上形成p陽極層(2)。在n-漂移層(1)的另一主表面上形成雜質(zhì)濃度大于n-漂移層(1)的n+陰極層(3)。在p陽極層(2)的表面上形成陽極電極(4)。在n+陰極層(3)的表面上形成陰極電極(5)。在n-漂移層(1)中形成凈摻雜濃度大于晶片的體雜質(zhì)濃度且小于n+陰極層(3)的體雜質(zhì)濃度的n型寬緩沖區(qū)(6)。n-漂移層(1)的電阻率ρ0相對于額定電壓V0滿足0.12V0≤ρ0≤0.25V0。寬緩沖區(qū)(6)的凈摻雜濃度總量大于或等于4.8×1011原子/cm2且小于或等于1.0×1012原子/cm2。
文檔編號H01L29/739GK102687277SQ20108004955
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者吉村尚, 根本道生 申請人:富士電機(jī)株式會社