半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括：注入工序，從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板(101)的背面進(jìn)行質(zhì)子注入；和形成工序，在注入工序后，通過(guò)在退火爐中對(duì)半導(dǎo)體基板(101)進(jìn)行退火處理，從而形成比半導(dǎo)體基板(101)具有更高的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域(101a)，形成工序在使退火爐處于氫氣氛，并將氫的容積濃度為6％～30％的條件下進(jìn)行。由此，在通過(guò)質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成中能夠?qū)崿F(xiàn)晶體缺陷降低。另外，能夠提高施主化率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為電力用半導(dǎo)體裝置，有具有400V、600V、1200V、1700V、3300V或其以上的耐壓 的二極管、IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)等。這些電力用半導(dǎo)體裝置被用于 轉(zhuǎn)換器和/或逆變器等電力轉(zhuǎn)換裝置。對(duì)電力用半導(dǎo)體裝置要求有低損耗、高效率以及高 耐破壞量的特性和低成本。
[0003] 圖12是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的二極管的截面圖。在ιΓ型半導(dǎo)體基板1500的主面形成有 Ρ型陽(yáng)極層1501，在對(duì)面形成有η+型陰極層1502。而且，在ρ型陽(yáng)極層1501的外周位置形 成有成為終端區(qū)域1503的ρ型的層。在ρ型陽(yáng)極層1501上設(shè)有陽(yáng)極電極1505,在η+型陰 極層1502的下表面設(shè)有陰極電極1506。符號(hào)1507為場(chǎng)板，符號(hào)1508為絕緣層。
[0004] 在該二極管等元件中，為了降低在開(kāi)關(guān)時(shí)導(dǎo)致噪聲的電壓振動(dòng)，需要從表面?zhèn)认?背面?zhèn)葘?duì)IT型半導(dǎo)體基板1500的較深的位置處進(jìn)行摻雜濃度。
[0005] 作為控制載流子濃度的方法，已知利用了以較低的加速電壓在有機(jī)硅中可得到較 深的飛程的質(zhì)子注入的施主生成的方法。該方法是對(duì)含有預(yù)定濃度的氧的區(qū)域進(jìn)行質(zhì)子注 入來(lái)形成η型區(qū)域的方法。已知該質(zhì)子注入在有機(jī)硅基板中產(chǎn)生晶體缺陷。施主生成過(guò)程 中該晶體缺陷是不可或缺的，但由于缺陷的種類(lèi)和/或濃度等會(huì)導(dǎo)致漏電流增加而引起電 特性變差。
[0006] 通過(guò)質(zhì)子注入而導(dǎo)入的缺陷不僅大量殘留在質(zhì)子的飛程Rp (通過(guò)離子注入而注 入的離子以最高濃度存在的位置離注入面的距離），也大量殘留在從注入面到飛程為止的 質(zhì)子的通過(guò)區(qū)域和/或注入面附近。對(duì)于該殘留缺陷而言，原子（此時(shí)為有機(jī)硅原子）從 晶格位置的偏差大，另外由于晶格本身的很強(qiáng)烈的紊亂，所以處于接近非晶體的狀態(tài)。因 此，殘留缺陷會(huì)成為電子和空穴之類(lèi)的載流子的散射中心，使載流子遷移率降低，增加導(dǎo)通 電阻，除此之外，還成為載流子的產(chǎn)生中心，帶來(lái)使漏電流增加等元件的特性不良。如此，將 通過(guò)質(zhì)子的注入而殘留于從質(zhì)子的注入面到飛程的質(zhì)子的通過(guò)區(qū)域并成為載流子遷移率 降低和/或漏電流的原因這樣的、從晶體狀態(tài)強(qiáng)烈紊亂的缺陷特別稱(chēng)為無(wú)序。
[0007] 如此，無(wú)序使載流子遷移率降低，造成漏電流和/或?qū)〒p耗增加等特性不良。因 此，需要一種在抑制漏電流增加的同時(shí)還進(jìn)行施主的生成那樣的適當(dāng)?shù)木w缺陷的控制技 術(shù)。
[0008] 根據(jù)通過(guò)質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成的方法，已知主要的施主生成重要因素之一 是導(dǎo)入到硅中的氫通過(guò)熱處理與氧發(fā)生置換，促進(jìn)氧簇的施主化，所述氧是硅空穴和氧原 子結(jié)合而成的V0缺陷中的氧。
[0009] 在通過(guò)該質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成中，提高施主生成量的有效辦法是增加導(dǎo)入 到硅中的氫量，但如果提高質(zhì)子注入量，則晶體缺陷增大。另外，如果通過(guò)高溫的熱處理使 晶體缺陷恢復(fù)，則利用質(zhì)子形成的施主消失。因此，要提高施主生成量，有上述那樣的權(quán)衡 的關(guān)系，為了克服該權(quán)衡特性，需要在質(zhì)子注入的方法上組合向硅中導(dǎo)入氫的方法，或在高 溫?zé)崽幚硪酝馐咕w缺陷恢復(fù)。
[0010] 例如，對(duì)于通過(guò)質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成，公開(kāi)了如下技術(shù)：關(guān)于質(zhì)子注入量和 退火溫度的技術(shù)（例如，參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1);對(duì)于通過(guò)質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成方法， 記載有熱處理?xiàng)l件的技術(shù)（例如，參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn)2);關(guān)于通過(guò)借由質(zhì)子注入的施主生 成方法而形成的區(qū)域，記載有從注入面起算的深度的技術(shù)（例如，參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。
[0011] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，將晶閘管硅顆粒主接合形成后，在周邊部局部地進(jìn)行質(zhì) 子的離子打入，進(jìn)行低溫?zé)崽幚硎咕w中的質(zhì)子局部地施主化，形成低電阻的通道中止層， 在硅基板的難以形成圖案的晶體內(nèi)部的位置，用簡(jiǎn)單的工藝形成通道中止層。
[0012] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，涉及形成埋設(shè)于半導(dǎo)體基板的阻止區(qū)域的方法，包括如 下工序：準(zhǔn)備具有第一面和第二面、且完成了第一傳導(dǎo)型的基本摻雜的半導(dǎo)體基板的工序； 向半導(dǎo)體基板中的第一面和第二面的一側(cè)注入質(zhì)子，向與注入面分離地配置的半導(dǎo)體基板 的第一區(qū)域?qū)胭|(zhì)子的工序；和對(duì)半導(dǎo)體基板進(jìn)行在預(yù)定時(shí)間加熱到預(yù)定溫度的加熱處 理，在第一區(qū)域和在注入面?zhèn)揉徑釉摰谝粎^(qū)域的第二區(qū)域兩者中生成被氫誘導(dǎo)的施主的工 序。
[0013] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)3的技術(shù)中，公開(kāi)了通過(guò)向半導(dǎo)體基板注入質(zhì)子來(lái)形成多個(gè)阻止區(qū) 域，其中最深的阻止區(qū)域從注入面形成15 μ m深度的技術(shù)。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0016] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)平9-260639號(hào)公報(bào)
[0017] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-0286753號(hào)說(shuō)明書(shū)
[0018] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2006-0081923號(hào)說(shuō)明書(shū)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 技術(shù)問(wèn)題
[0020] 然而，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中沒(méi)有關(guān)于氫氣氛退火的詳細(xì)記載。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中沒(méi)有記 載提高施主生成率的方法。為了通過(guò)質(zhì)子注入來(lái)提高施主生成率，需要向有機(jī)硅中導(dǎo)入更 多的氫，但如果提高質(zhì)子注入的劑量，則晶體缺陷增加，引起特性劣化。另外，如果用高溫?zé)?處理使晶體缺陷恢復(fù)，則施主消失。由此，在基于質(zhì)子注入的施主生成中，無(wú)法兼顧晶體缺 陷降低和施主化率提高。
[0021] 另外，發(fā)明人等反復(fù)進(jìn)行了深入的研究的結(jié)果了解到，質(zhì)子注入的飛程（通過(guò)離 子注入而注入的離子與最高濃度所存在的位置的注入面的距離）超過(guò)如專(zhuān)利文獻(xiàn)3中的 15 μ m時(shí)，質(zhì)子的注入面附近和通過(guò)區(qū)域的無(wú)序的降低不充分。圖13是按飛程來(lái)比較質(zhì)子 注入的飛程Rp為15μπι左右和比它更深的情況下的載流子濃度分布的特性圖。圖13(a) 中示出了飛程Rp為50 μ m的情況，圖13(b)中示出了飛程Rp為20 μ m的情況，圖13(c)中 示出了飛程Rp為15 μ m的情況。
[0022] 圖13 (c)的飛程Rp = 15 μ m的情況下，質(zhì)子的注入面附近（深度為0 μ m?5 μ m) 和通過(guò)區(qū)域的載流子濃度變得比有機(jī)硅基板的雜質(zhì)濃度IX 1014 (/cm3)高，無(wú)序被充分降 低。另一方面，在圖13 (b)的飛程Rp = 20 μ m和圖13 (a)的飛程Rp = 50 μ m中，可知質(zhì)子 的注入面附近和通過(guò)區(qū)域的載流子濃度大幅降低，無(wú)序并未降低。如此，無(wú)序殘留時(shí)，元件 的漏電流和/或?qū)〒p耗變高。由此，質(zhì)子注入的飛程Rp超過(guò)15 μ m時(shí)，需要研究降低無(wú) 序的新方法。
[0023] 為了消除由上述現(xiàn)有技術(shù)帶來(lái)的問(wèn)題點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于在基于質(zhì)子注入的施 主生成中實(shí)現(xiàn)晶體缺陷降低。另外，其目的在于在基于質(zhì)子注入的施主生成中實(shí)現(xiàn)施主化 率提商。
[0024] 技術(shù)方案
[0025] 為了解決上述課題，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法具有如 下特征。首先，進(jìn)行從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面注入質(zhì)子的注入工序。在上述注入 工序后，進(jìn)行如下的形成工序，即通過(guò)退火爐中對(duì)上述半導(dǎo)體基板進(jìn)行退火處理，從而形成 比上述半導(dǎo)體基板具有更高的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域的形成工序。上述 退火爐具有用于防止由氫氣引起的爆炸的防爆機(jī)構(gòu)。而且，上述形成工序在使上述退火爐 處于氫氣氛，并將該氫的容積濃度設(shè)為6 %?30 %的條件下進(jìn)行。
[0026] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述半導(dǎo)體裝 置為二極管，上述第一導(dǎo)電型的上述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣切偷碾妶?chǎng)終止層，上述半導(dǎo)體基 板為陰極層。
[0027] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述半導(dǎo)體裝 置為絕緣柵型雙極晶體管，上述第一導(dǎo)電型的上述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣切偷碾妶?chǎng)終止層， 上述半導(dǎo)體基板為漂移層。
[0028] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，將上述氫的容 積濃度設(shè)定為能夠使施主生成率以不飽和的方式增加、且能夠提高上述半導(dǎo)體基板的從漂 移區(qū)域到陰極電極為止的區(qū)域的載流子濃度的濃度。
[0029] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，將上述氫的容 積濃度設(shè)定為能夠使施主生成率以不飽和的方式增加、且能夠提高上述半導(dǎo)體基板的從上 述漂移層到集電極為止的區(qū)域的載流子濃度的濃度。
[0030] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述退火處理 的退火溫度為300°C?450°C。
[0031] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述退火處理 的退火溫度為330°C?380°C。
[0032] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述退火處理 的處理時(shí)間為1個(gè)小時(shí)?10個(gè)小時(shí)。
[0033] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述退火處理 的處理時(shí)間為3個(gè)小時(shí)?7個(gè)小時(shí)。
[0034] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述退火處理 的處理時(shí)間為5個(gè)小時(shí)以下。
[0035] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述質(zhì)子注入 的質(zhì)子注入量為3X 1012/cm2?5X 1014/cm2。
[0036] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，上述質(zhì)子注入 的質(zhì)子注入量為1X l〇13/cm2?1X 1014/cm2。
[0037] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，利用上述防爆 機(jī)構(gòu)來(lái)降低上述退火爐的內(nèi)部的氧分壓。
[0038] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，將上述質(zhì)子注 入的質(zhì)子的注入能量E的對(duì)數(shù)log(E)記為y、將上述質(zhì)子的飛程Rp的對(duì)數(shù)log(Rp)記為x 時(shí)，滿(mǎn)足 y = -0. 0047x4+0. 0528x3 - 0. 2211x2+0. 9923x+5. 0474。
[0039] 根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)在氫氣氛中、氫濃度6%?30%的范圍中進(jìn)行質(zhì)子注入后的 退火，從而能夠在質(zhì)子注入以外向有機(jī)硅中導(dǎo)入氫。而且，能夠使質(zhì)子通過(guò)位置的晶體缺陷 恢復(fù)，能夠防止從上述η型的電場(chǎng)終止層到陰極電極為止的區(qū)域的載流子濃度的下降。
[0040] 有益效果
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在通過(guò)質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成中，能 夠不增加晶體缺陷地向有機(jī)硅基板導(dǎo)入氫，起到不引起由晶體缺陷導(dǎo)致的特性劣化的效 果。另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在通過(guò)質(zhì)子注入而進(jìn)行的施主生成中，起 到能夠提高施主生成率的效果。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1是作為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置而示出二極管的截面圖。
[0043] 圖2是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖（之1)。
[0044] 圖3是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖(之2)。
[0045] 圖4是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖（之3)。
[0046] 圖5是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖（之4)。
[0047] 圖6是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖（之5)。
[0048] 圖7是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖（之6)。
[0049] 圖8是表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖（之7)。
[0050] 圖9是表示第1實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載流子濃度 在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的圖表。
[0051] 圖10是表示施主生成率與氫濃度的關(guān)系的圖表。
[0052] 圖11是作為應(yīng)用了本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置而示出IGBT的截面圖。
[0053] 圖12是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的二極管的截面圖。
[0054] 圖13是按飛程來(lái)比較質(zhì)子注入的飛程Rp為15 μ m左右和比它更深時(shí)的載流子濃 度分布的特性圖。
[0055] 圖14是關(guān)于使電壓波形開(kāi)始振動(dòng)的閾值電壓示出的特性圖。
[0056] 圖15是一般的二極管的反向恢復(fù)時(shí)的振蕩波形。
[0057] 圖16是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的質(zhì)子的飛程與質(zhì)子的加速能量的關(guān)系的特性 圖。
[0058] 圖17是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中耗盡層最初到達(dá)的電場(chǎng)終止層的位置條件的 圖表。
[0059] 圖18是表示具有多個(gè)電場(chǎng)終止層的IGBT的說(shuō)明圖。
[0060] 圖19是表示具有多個(gè)電場(chǎng)終止層的二極管的說(shuō)明圖。
[0061] 圖20是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的載流子壽命的特性圖。
[0062] 圖21是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的反向恢復(fù)波形的特性圖。
[0063] 圖22是表示第2實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載流子濃 度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的特性圖。
[0064] 圖23是表示第3實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載流子濃 度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的特性圖。
[0065] 圖24是表示第4實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載流子濃 度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的特性圖。
[0066] 符號(hào)說(shuō)明
[0067] 100半導(dǎo)體裝置（二極管）
[0068] 101 rT型半導(dǎo)體基板
[0069] 101a η層（電場(chǎng)終止層）
[0070] 101b η+ 型陰極層（η+ 層）
[0071] 102 ρ型陽(yáng)極層
[0072] 104終端區(qū)域
[0073] 105陽(yáng)極電極
[0074] 106陰極電極
[0075] 1〇7 場(chǎng)板
[0076] 108絕緣層
[0077] 200半導(dǎo)體裝置（IGBT)

【具體實(shí)施方式】
[0078] 以下，參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法所適宜的實(shí)施方式。 在本說(shuō)明書(shū)和附圖中，對(duì)于標(biāo)記了 η或ρ的層、區(qū)域，分別是指電子或空穴為多數(shù)載流子。另 夕卜，在η或ρ上附加的+和-分別是指，與不帶有+和-的層、區(qū)域相比為高雜質(zhì)濃度和低 雜質(zhì)濃度。應(yīng)予說(shuō)明，在以下的實(shí)施方式的說(shuō)明和附圖中，對(duì)相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)， 省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0079](第1實(shí)施方式）
[0080] 圖1是作為本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置而示出二極管的截面圖。圖1所示的半導(dǎo)體裝置 100示出了二極管的例子，但也可以是絕緣柵雙極晶體管（IGBT)。
[0081] 對(duì)于該半導(dǎo)體裝置100,在rT型半導(dǎo)體基板（rT漂移區(qū)域）101的主面的表面層形 成有Ρ型陽(yáng)極層102,在對(duì)面（背面）的表面層形成有η+型陰極層101b。而且，在ρ型陽(yáng) 極層102的外周位置形成有成為終端區(qū)域104的ρ型的層。為了降低開(kāi)關(guān)時(shí)導(dǎo)致噪聲的電 壓振動(dòng)，該半導(dǎo)體裝置100中，要從表面?zhèn)认虮趁鎮(zhèn)鹊妮^深的位置處進(jìn)行η型摻雜濃度的控 制。
[0082] 該圖1表示在質(zhì)子注入后，通過(guò)氫氣氛退火來(lái)促進(jìn)質(zhì)子的施主生成的狀態(tài)。關(guān)于 載流子濃度控制，利用了以較低的加速電壓在硅中能夠得到較深的飛程的質(zhì)子注入來(lái)形成 η層101a。該η層101a成為通過(guò)質(zhì)子注入而形成的電場(chǎng)終止（FS)層，具有比rT的漂移區(qū) 域（η_型半導(dǎo)體基板101)更高的雜質(zhì)濃度。
[0083] 在ρ型陽(yáng)極層102上設(shè)有陽(yáng)極電極105,在η+型陰極層101b的下表面（半導(dǎo)體裝 置100的背面）設(shè)置有陰極電極106。另外，活性部110是半導(dǎo)體裝置接通時(shí)電流流通的區(qū) 域，耐壓結(jié)構(gòu)部111是緩和IT型半導(dǎo)體基板（IT漂移區(qū)域）101的主面?zhèn)鹊碾妶?chǎng)，并保持耐 壓的區(qū)域。
[0084] 在耐壓結(jié)構(gòu)部111設(shè)有例如作為懸浮的ρ型區(qū)域的場(chǎng)限環(huán)（FLR :終端區(qū)域）104和 與終端區(qū)域104電連接的作為導(dǎo)電膜的場(chǎng)板（FP) 107。符號(hào)108為絕緣層。
[0085] 圖2?圖8是分別表示本發(fā)明的二極管的活性部的制造工序的截面圖。利用這些 圖對(duì)活性部110的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。首先，如圖2所示，通過(guò)在水蒸氣氣氛中對(duì)成為IT漂移 區(qū)域的ιΓ型半導(dǎo)體基板101進(jìn)行熱處理，從而形成初期氧化膜。然后，通過(guò)光刻法和濕式 蝕刻僅對(duì)活性部區(qū)域除去氧化膜。
[0086] 然后，如圖3所示，將氧化膜108作為掩模，從ιΓ型半導(dǎo)體基板101的主面?zhèn)壤?離子注入硼（Β)，進(jìn)行熱處理，由此形成ρ型陽(yáng)極層102。另外，通過(guò)金屬的濺射在ρ型陽(yáng)極 層102上形成陽(yáng)極電極105。108是由上述氧化膜形成的絕緣層。
[0087] 接著，制作覆蓋陽(yáng)極電極105的表面保護(hù)膜（未圖示），如圖4所示，通過(guò)從表面?zhèn)?照射電子束401并進(jìn)行熱處理來(lái)進(jìn)行壽命控制。然后，如圖5所示，從背面?zhèn)乳_(kāi)始研磨ιΓ型 半導(dǎo)體基板101，研磨到用作半導(dǎo)體裝置100的產(chǎn)品厚度的位置502為止。
[0088] 接下來(lái)，如圖6所示，從ιΓ型半導(dǎo)體基板101的背面?zhèn)茸⑷霂в蓄A(yù)定的注入能量 和注入量而注入質(zhì)子601。然后，如圖7所示，為了生成質(zhì)子601的施主區(qū)域（作為電場(chǎng)終 止層的η層101a)，在爐內(nèi)的氫Η 2氣氛中進(jìn)行預(yù)定溫度的退火701。該η層101a與ρ型陽(yáng) 極層102和n+型陰極層101b均分開(kāi)設(shè)置。
[0089] 質(zhì)子601的注入能量為0· 3MeV?lOMeV，例如設(shè)定為2. IMeV (飛程Rp為51 μ m)， 注入量為lX1014/cm2。質(zhì)子601的注入能量為l.OMeV?5. OMeV時(shí)，質(zhì)子601的飛程Rp為 16 μ m?220 μ m。特別是質(zhì)子601的注入能量為1. OMeV以上時(shí)，質(zhì)子601的飛程Rp為16 μ m 以上，反向恢復(fù)的振蕩抑制效果好，因而優(yōu)選。對(duì)于反向恢復(fù)的振蕩抑制效果，在后面進(jìn)行 敘述。此外，質(zhì)子601的注入能量為2. OMeV?3. OMeV時(shí)，質(zhì)子601的飛程Rp為20 μ m? 100 μ m〇
[0090] 質(zhì)子601的注入量例如可以為3X 1012/cm2?5X 1014/cm2左右。為了使缺陷恢復(fù) 和施主化率成為所希望的狀態(tài)，質(zhì)子601的注入量?jī)?yōu)選為lX10 13/cm2?lX1014/cm2左右。 用于施主生成的退火701例如可以在溫度為420°C、氫濃度為6%?30%的氣氛下進(jìn)行。退 火701的處理時(shí)間例如可以為1個(gè)小時(shí)?10個(gè)小時(shí)左右。優(yōu)選地，退火701的處理時(shí)間例 如為3個(gè)小時(shí)?7個(gè)小時(shí)左右即可。其原因是，能夠使從退火701開(kāi)始起1小時(shí)左右發(fā)生 的溫度變動(dòng)穩(wěn)定。另外，要抑制制造成本為較低時(shí)，退火701的處理時(shí)間例如為1個(gè)小時(shí)? 5個(gè)小時(shí)左右即可。
[0091] 然后，如圖8所示，從ιΓ型半導(dǎo)體基板101的背面?zhèn)冗M(jìn)行例如磷（P)的離子注入 801，通過(guò)熱處理來(lái)形成η+層（η+型陰極層101b，以下設(shè)定為η+層101b)。然后，在ιΓ型半 導(dǎo)體基板101的背面濺射金屬而形成陰極電極106。η層101a和η+層101b成為電場(chǎng)終止 區(qū)域，具有比ιΓ漂移區(qū)域（ιΓ型半導(dǎo)體基板101)更高的雜質(zhì)濃度。由此，完成了圖1所示 的二極管的活性部。
[0092] (實(shí)施例）
[0093] 接著，對(duì)上述構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置100的特性進(jìn)行說(shuō)明。圖9是表示第1實(shí)施方式 的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載流子濃度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的 圖表。表示在用于進(jìn)行質(zhì)子退火的爐中，分別以氫濃度為0%和16%的條件下進(jìn)行退火時(shí) 的圖1的X-X'軸部分的基于擴(kuò)展電阻測(cè)定法（SRA :Spreading Resistance Analysis)的 測(cè)定結(jié)果（在圖22?24中也同樣）。通過(guò)該SRA法測(cè)定的載流子濃度在載流子的遷移率 與晶體的理想值相同的情況下大致表示摻雜濃度。另一方面，在晶體缺陷多的情況下或晶 體紊亂（無(wú)序）多的情況下，由于遷移率下降，所以擴(kuò)展電阻增加，載流子濃度低（換言之， 摻雜濃度明顯變成較低的值）。圖中〇的位置是陰極電極106與n+層101b的邊界（在圖 22?24也同樣）。可知與氫4濃度為0%時(shí)相比，氫濃度為16%的情況下，在從η層101a 到n+層101b和從η層101a到ιΓ漂移區(qū)域（ιΓ型半導(dǎo)體基板101)中，整體上由生成施主 而引起的載流子濃度增加。
[0094] 圖10是表示施主生成率與氫濃度的關(guān)系的圖表。利用圖10來(lái)說(shuō)明相對(duì)于質(zhì)子注 入量的施主生成率對(duì)退火的氫濃度依賴(lài)性。作為施主生成率，使用施主活化率（％)。例如， 相對(duì)于質(zhì)子注入量為1X l〇14/cm2,施主活化率在生成2 X 1012/cm2的施主時(shí)為2%。施主活 化率是通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)的質(zhì)子施主濃度分布（單位cm 3)突出的部分（圖9的突起）的區(qū)域在 深度進(jìn)行積分（單位cm2)而算出的。
[0095] 對(duì)于實(shí)驗(yàn)值，質(zhì)子注入量為lX1014/cm2、氫濃度為0%時(shí)，施主量為2. 370X 1012/ cm2,活化率為2. 37 %。另外，氫濃度為16 %時(shí)，施主量為2. 760 X 1012/cm2,活化率為2. 76 %。 而且，如圖10所示，如果氫濃度上升，則以6%為界，施主生成率增加，在30%時(shí)飽和?？梢?推測(cè)顯示飽和特性是因?yàn)閺腣0缺陷中被氫取代的氧全部被施主化。在此，V0缺陷是指空 穴（V)與氧（0)的復(fù)合缺陷。可知考慮到如果過(guò)度提高氫濃度則爆炸的危險(xiǎn)性提高，在質(zhì) 子注入后，在氫濃度6 %?30 %的氣氛下進(jìn)行爐退火對(duì)提高施主生成率有效。此外，如果以 施主活化率在大約2. 7%以上時(shí)，為了能夠穩(wěn)定且充分降低爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，從而將氫濃度設(shè)定 為10%?30%，進(jìn)一步設(shè)定為15%?25%，則更優(yōu)選。
[0096] 如上所述，根據(jù)第1實(shí)施方式，通過(guò)在氫氣氛中，在氫濃度6%?30%的范圍內(nèi)進(jìn) 行質(zhì)子注入后的熱處理，從而除質(zhì)子注入之外也能向硅中導(dǎo)入氫。另外，大量的氫末端具有 晶體缺陷的懸掛鍵，具有促進(jìn)晶體恢復(fù)的效果。
[0097] 而且，根據(jù)上述第1實(shí)施方式的制造方法，能夠減少用于生成施主的劑量，另外， 能夠降低爐的退火溫度，因此能夠減少工程時(shí)間（準(zhǔn)備時(shí)間），能夠降低半導(dǎo)體裝置100的 芯片單價(jià)（成本）。
[0098] (第2實(shí)施方式）
[0099] 接下來(lái)，對(duì)第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第2實(shí)施方式的半 導(dǎo)體裝置的制造方法的質(zhì)子的注入能量（也稱(chēng)為加速能量）和退火條件與第1實(shí)施方式的 半導(dǎo)體裝置的制造方法不同。第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的質(zhì)子的退火條件以 外的構(gòu)成均與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法相同。
[0100] 具體而言，首先，與第1實(shí)施方式同樣地進(jìn)行從P型陽(yáng)極層102的形成到質(zhì)子601 的注入為止的工序（圖2?6)。質(zhì)子的注入能量例如為1. IMeV (飛程Rp為18 μ m)。接下 來(lái)，例如在氫濃度為6. 0%?30. 0%的氣氛中，在350°C的溫度進(jìn)行10個(gè)小時(shí)的退火701， 從而生成施主區(qū)域（η層101a)(圖7)。然后，與第1實(shí)施方式同樣地從通過(guò)磷的離子注入 和激光退火形成n+層101b開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)的工序（圖8)，完成圖1所示的二極管。
[0101] 將利用SRA法對(duì)如此制造的二極管的載流子濃度的深度方向的分布進(jìn)行測(cè)定的 結(jié)果示于圖22。圖22是表示第2實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載 流子濃度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的特性圖。如圖22所示，質(zhì)子601的注入面附近和 通過(guò)區(qū)域的載流子濃度比ιΓ型半導(dǎo)體基板101的雜質(zhì)濃度（由虛線(xiàn)表示的基板濃度，在圖 23、24中也同樣）還高，由此可知在第2實(shí)施方式中，能夠在使晶體缺陷（無(wú)序）恢復(fù)的同 時(shí)生成施主區(qū)域。
[0102] 如上所述，根據(jù)第2實(shí)施方式，能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。根據(jù)第2實(shí) 施方式，通過(guò)將質(zhì)子的退火溫度設(shè)定為350°C以下，從而能夠在背面研磨前的厚度厚的ιΓ型 半導(dǎo)體基板上形成整個(gè)基板表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)（Ρ型陽(yáng)極層、陽(yáng)極電極和層間絕緣膜等），因此， 能夠減少在ιΓ型半導(dǎo)體基板的厚度薄的狀態(tài)下進(jìn)行的工序。由此，能夠提高合格率且能夠 降低制造設(shè)備的成本。另外，根據(jù)第2實(shí)施方式，通過(guò)使質(zhì)子的退火溫度為350°C以下，從 而能夠?qū)Ρ趁嫜心デ暗暮穸群竦摩搔Ｐ桶雽?dǎo)體基板進(jìn)行電子束照射，因此能夠提高合格率。 另外，施主化率在退火溫度為300°C以上且350°C以下的范圍變成最高（例如10?50% )。 因此，通過(guò)在該溫度范圍進(jìn)行退火處理，從而能夠維持較高的質(zhì)子的施主化率。
[0103] (第3實(shí)施方式）
[0104] 接著，對(duì)第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第3實(shí)施方式的半導(dǎo) 體裝置的制造方法與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的不同點(diǎn)在于，為了使缺陷恢 復(fù)和施主化率成為所希望的狀態(tài)，進(jìn)行330°C以上380°C以下的溫度的質(zhì)子的退火。因此， 在第3實(shí)施方式中，進(jìn)行各工序的順序與第1實(shí)施方式不同，在質(zhì)子的退火后進(jìn)行用于控制 壽命的電子束照射和熱處理。
[0105] 具體而言，首先，與第1實(shí)施方式同樣地進(jìn)行從P型陽(yáng)極層的形成到表面保護(hù)膜的 形成為止的工序。接著，從背面?zhèn)妊心ウ搔Ｐ桶雽?dǎo)體基板，直到研磨至用作半導(dǎo)體裝置的產(chǎn)品 厚度的位置為止。接下來(lái)，從ιΓ型半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)茸⑷胭|(zhì)子后，在氫濃度6. 0%以上且 小于30. 0%的氣氛下，在例如以380°C的溫度進(jìn)行5個(gè)小時(shí)的退火而生成施主區(qū)域。接著， 通過(guò)從基板表面?zhèn)日丈潆娮邮?，進(jìn)行熱處理來(lái)進(jìn)行壽命控制體的控制。然后，與第1實(shí)施方 式同樣地從通過(guò)磷的離子注入和激光退火而形成n+層開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)的工序，這樣，完成圖1 所示的二極管。
[0106] 將利用SRA法對(duì)如此制造的二極管的載流子濃度在深度方向的分布進(jìn)行測(cè)定的 結(jié)果示于圖23。圖23是表示第3實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載 流子濃度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的特性圖。如圖23所示，質(zhì)子的注入面附近和通過(guò) 區(qū)域的載流子濃度比ιΓ型半導(dǎo)體基板的雜質(zhì)濃度更高，因此在第3實(shí)施方式中在使晶體缺 陷（無(wú)序）恢復(fù)的同時(shí)生成施主區(qū)域。
[0107] 如上所述，根據(jù)第3實(shí)施方式，能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。另外，根據(jù) 第3實(shí)施方式，通過(guò)將質(zhì)子的退火溫度設(shè)定為380°C以下，能夠在降低缺陷的同時(shí)，提高施 主化率。另外，與第2實(shí)施方式同樣地能夠在背面研磨前的厚度的厚的rT型半導(dǎo)體基板形 成整個(gè)基板表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)合格率提高和成本降低。
[0108] (第4實(shí)施方式）
[0109] 接著，對(duì)第4實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第4實(shí)施方式的半導(dǎo) 體裝置的制造方法與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的不同點(diǎn)在于為了提高施主 化率而在300°C?450°C的溫度進(jìn)行質(zhì)子的退火。因此，在第4實(shí)施方式中，進(jìn)行各工序的 順序與第1實(shí)施方式不同，在質(zhì)子的退火后進(jìn)行表面保護(hù)膜的形成和用于控制壽命的電子 束照射和熱處理。
[0110] 具體而言，首先，與第1實(shí)施方式同樣地形成p型陽(yáng)極層和陽(yáng)極電極。接著，從背 面?zhèn)妊心ウ搔Ｐ桶雽?dǎo)體基板，直到研磨至用作半導(dǎo)體裝置的產(chǎn)品厚度的位置為止。接下來(lái)，從 ιΓ型半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)茸⑷胭|(zhì)子后，在氫濃度為6.0%以上且小于30.0%的氣氛下，在例 如以420°C的溫度進(jìn)行3個(gè)小時(shí)的退火，由此生成施主區(qū)域。接著，形成覆蓋陽(yáng)極電極的表 面保護(hù)膜。接下來(lái)，通過(guò)從基板表面?zhèn)日丈潆娮邮?，進(jìn)行熱處理，從而進(jìn)行壽命控制體的控 制。然后，與第1實(shí)施方式同樣地進(jìn)行從通過(guò)磷的離子注入和激光退火而形成n+層開(kāi)始進(jìn) 行后續(xù)的工序，完成圖1所示的二極管。
[0111] 將利用SRA法對(duì)如此制造的二極管的載流子濃度在深度方向的分布進(jìn)行測(cè)定的 結(jié)果示于圖24。圖24是表示第4實(shí)施方式的二極管的活性部的制造工序中的退火后的載 流子濃度在深度方向的分布的測(cè)定結(jié)果的特性圖。如圖24所示，可知質(zhì)子的注入面附近和 通過(guò)區(qū)域的載流子濃度比ιΓ型半導(dǎo)體基板的雜質(zhì)濃度高，因此在第4實(shí)施方式中，能夠在 使晶體缺陷（無(wú)序）恢復(fù)的同時(shí)生成施主區(qū)域。另外，由于質(zhì)子的注入面附近和通過(guò)區(qū)域 的載流子濃度比第2、3實(shí)施方式的情況下的濃度還高，所以與第2、3實(shí)施方式相比，能夠使 晶體缺陷更穩(wěn)定地恢復(fù)。
[0112] 如上所述，根據(jù)第4實(shí)施方式，能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。另外，根據(jù) 第4實(shí)施方式，通過(guò)提高質(zhì)子的退火溫度，因此雖然研磨背面后ιΓ型半導(dǎo)體基板的厚度為 薄的狀態(tài)下進(jìn)行的工序數(shù)增多，但能夠使晶體缺陷穩(wěn)定地恢復(fù)。
[0113] (第5實(shí)施方式）
[0114] 接下來(lái)，對(duì)第5實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第5實(shí)施方式的半 導(dǎo)體裝置的制造方法與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的不同點(diǎn)在于在常壓（例如 lOOOOOPa左右）氣氛下用氮置換氣氛內(nèi)的氧，在從爐內(nèi)降低氧分壓的狀態(tài)下進(jìn)行質(zhì)子的退 火。第5實(shí)施方式也能夠適用于第2?4實(shí)施方式。
[0115] 如上所述，根據(jù)第5實(shí)施方式，能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。另外，根據(jù) 第5實(shí)施方式，通過(guò)降低用于進(jìn)行質(zhì)子的退火的爐內(nèi)的氧分壓，從而能夠防止由氫引起的 爆炸。
[0116] (第6實(shí)施方式）
[0117] 接著，對(duì)第6實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第6實(shí)施方式的半導(dǎo) 體裝置的制造方法與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的不同點(diǎn)在于在用于進(jìn)行質(zhì) 子的退火的爐中實(shí)施防止由氫氣引起的爆炸的對(duì)策。例如，通過(guò)在爐內(nèi)，在用于搬入n_型 半導(dǎo)體基板的開(kāi)口部等爐內(nèi)與外部的連結(jié)部和/或爐與反應(yīng)氣體管的連結(jié)部安裝〇型環(huán)等 密封用部件，從而提高爐內(nèi)的氣密性，由此防止由爐內(nèi)的氫氣引起的爆炸。
[0118] 具體而言，首先，將ιΓ型半導(dǎo)體基板（晶圓）在大氣氣氛的狀態(tài)下、在常壓下搬入 退火爐內(nèi)后，利用上述的密閉用部件等將爐內(nèi)與外部的連結(jié)部等密閉。接著，將爐內(nèi)減壓到 例如0. IPa左右來(lái)降低氧分壓。接下來(lái)，在利用密封用部件來(lái)保持爐內(nèi)的氣密性的狀態(tài)下 向爐內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)夂蜌錃舛蛊錇槔绯簹夥?。利用電爐將爐內(nèi)溫度以預(yù)定的溫度增加率 升溫至上述的預(yù)定退火溫度，對(duì)晶圓進(jìn)行質(zhì)子的退火處理。接下來(lái)，將爐內(nèi)溫度以規(guī)定的溫 度減少率降溫到搬出晶圓的溫度。接著，在利用密封用部件保持爐內(nèi)的氣密性的狀態(tài)下將 爐內(nèi)減壓到例如0. IPa左右而充分降低氫分壓。接下來(lái)，向爐內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)猓範(fàn)t內(nèi)為常壓。 然后，搬出晶圓。第6實(shí)施方式也能夠適用于第2?4實(shí)施方式。
[0119] 如上所述，根據(jù)第6實(shí)施方式，能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。另外，根據(jù)第 6實(shí)施方式，為了進(jìn)行質(zhì)子的退火，通過(guò)提高爐內(nèi)的氣密性，降低氧分壓，從而能夠防止由氫 引起的爆炸。
[0120] (第7實(shí)施方式）
[0121] 以上，對(duì)本發(fā)明的在半導(dǎo)體基板上形成二極管的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行了說(shuō) 明，但并不限于上述實(shí)施方式，對(duì)于制作絕緣柵型雙極晶體管（IGBT)的η層（電場(chǎng)終止 層）l〇la，也能夠同樣適用。
[0122] 圖11是作為應(yīng)用了本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置而示出的IGBT的截面圖。對(duì)于該 IGBT200,在ιΓ型半導(dǎo)體基板（ιΓ漂移區(qū)域）201的主面的表面層形成有p型基底層210。此 夕卜，在該Ρ型基底層210的表面層形成有η型發(fā)射極層209。然后，以與ιΓ漂移區(qū)域（ιΓ型 半導(dǎo)體基板201)、ρ型基底層210、η型發(fā)射極層209對(duì)置的方式介由柵氧化膜213設(shè)置溝 槽型的柵電極208,形成金屬-氧化膜-半導(dǎo)體（M0S)型柵電極。
[0123] 另外，在ιΓ型半導(dǎo)體基板201的主面的表面層，以與溝槽型的柵電極208在相對(duì) 于Ρ型基底層210-側(cè)相反側(cè)的面相接的方式，形成懸?。ǜ∮危╇娢坏膽腋ˇ褜?11。然 后，以隔著懸浮Ρ層211并與溝槽型的柵電極208鄰接的方式介，由柵氧化膜213形成溝槽 型的偽柵極212。偽柵極212的電位可以是懸浮電位，也可以是發(fā)射電位。另一方面，在對(duì) 面（背面）的表面層形成Ρ+型集電極層203。然后，在ρ型基底層210的外周位置形成成 為終端區(qū)域104的ρ型的保護(hù)環(huán)204。
[0124] 為了降低開(kāi)關(guān)時(shí)導(dǎo)致噪聲的電壓振動(dòng)，該IGBT200從表面?zhèn)认虮趁鎮(zhèn)容^深的位置 處的η型摻雜濃度進(jìn)行控制。該圖11表示在質(zhì)子注入后通過(guò)氫氣氛退火來(lái)促進(jìn)質(zhì)子的施 主生成的狀態(tài)。對(duì)于載流子濃度控制，利用了以較低的加速電壓在硅中能夠得到深的飛程 的質(zhì)子注入而形成η型層201a。該η型層201a成為通過(guò)質(zhì)子注入形成的電場(chǎng)終止層，具有 比ιΓ漂移區(qū)域（ιΓ型半導(dǎo)體基板201更）高的雜質(zhì)濃度。
[0125] 在ρ型基底層210和η型發(fā)射極層209上設(shè)置有發(fā)射極電極202,在ρ+型集電極 層203的下表面（IGBT200的背面）設(shè)置有集電極206。另外，活性部110是接通IGBT時(shí)電 流流通的區(qū)域，終端區(qū)域104是緩和η型半導(dǎo)體基板（ιΓ漂移區(qū)域）201的主面?zhèn)鹊碾妶?chǎng)， 并保持耐壓的區(qū)域。在終端區(qū)域104,例如設(shè)有作為懸浮的ρ型區(qū)域的ρ型保護(hù)環(huán)204和與 保護(hù)環(huán)204電連接的作為導(dǎo)電膜的場(chǎng)板（FP) 207。205為層間絕緣膜，214為絕緣層。
[0126] 如上所述，根據(jù)第7實(shí)施方式，能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。
[0127] (第8實(shí)施方式）
[0128] 接下來(lái)，以第8實(shí)施方式的形式對(duì)電場(chǎng)終止層的位置進(jìn)行說(shuō)明?；谫|(zhì)子注入的 電場(chǎng)終止層當(dāng)然不限于形成一層，也可以形成多層。以下說(shuō)明在多次的質(zhì)子注入中，第一段 電場(chǎng)終止層的質(zhì)子峰位置的優(yōu)選位置。所謂第一段電場(chǎng)終止層，在二極管的情況下是指η+ 型陰極層，在IGBT的情況下是指從成為ρ+型集電極層側(cè)的基板背面向在深度方向最深的 位置的電場(chǎng)終止層。
[0129] 圖15是一般的二極管的反向恢復(fù)時(shí)的振蕩波形。在陽(yáng)極電流為額定電流的1/10 以下時(shí)，由于存儲(chǔ)載流子少，所以有時(shí)在反向恢復(fù)結(jié)束的跟前發(fā)生振蕩。將陽(yáng)極電流固定為 某個(gè)值，以不同的電源電壓使二極管反向恢復(fù)。此時(shí)，如果電源電壓Vcc超過(guò)某個(gè)預(yù)定的 值，則在陰極-陽(yáng)極之間電壓波形中，超過(guò)通常的過(guò)沖電壓的峰值后，發(fā)生附加的過(guò)沖。然 后，該附加的過(guò)沖（電壓）成為觸發(fā)點(diǎn)，之后的波形發(fā)生振動(dòng)。如果電源電壓^^進(jìn)一步超 過(guò)該預(yù)定的值，則附加的過(guò)沖電壓進(jìn)一步增加，之后的振動(dòng)的振幅也增加。如此，將電壓波 形開(kāi)始振動(dòng)的閾值電壓稱(chēng)為振蕩開(kāi)始閾值V?。該V?越高表示二極管在反向恢復(fù)時(shí)越不 發(fā)生振蕩，因而優(yōu)選。
[0130] 對(duì)于振蕩開(kāi)始閾值VKro，取決于二極管的從ρ型陽(yáng)極層與ιΓ漂移區(qū)域之間的ρη結(jié) 擴(kuò)展到η_漂移區(qū)域的耗盡層端（嚴(yán)格地講，由于存在空穴，所以是空間電荷區(qū)域端）在多 個(gè)質(zhì)子峰中的最初到達(dá)的第一段質(zhì)子峰的位置。其原因如下。在反向恢復(fù)時(shí)，耗盡層從表 面?zhèn)鹊摩毙完?yáng)極層擴(kuò)展到ιΓ漂移區(qū)域時(shí)，通過(guò)耗盡層端到達(dá)第一個(gè)電場(chǎng)終止層，從而能夠 抑制其擴(kuò)展，存儲(chǔ)載流子的輸出減弱。其結(jié)果，載流子的枯竭被抑制，振蕩被抑制。
[0131] 反向恢復(fù)時(shí)的耗盡層從ρ型陽(yáng)極層與ιΓ漂移區(qū)域之間的ρη結(jié)，朝向陰極電極沿 著深度方向擴(kuò)展。因此，耗盡層端最初到達(dá)的電場(chǎng)終止層的峰位置成為最靠近Ρ型陽(yáng)極層 與ιΓ漂移區(qū)域之間的ρη結(jié)的電場(chǎng)終止層。因此，將ιΓ型半導(dǎo)體基板的厚度（被陽(yáng)極電極 和陰極電極夾住的部分的厚度）記為％，將耗盡層端最初到達(dá)的電場(chǎng)終止層的峰位置的、從 陰極電極與ιΓ型半導(dǎo)體基板的背面之間的界面起算的深度（以下，稱(chēng)為與背面的距離）記 為X。其中，導(dǎo)入距離指標(biāo)L。距離指標(biāo)L由下述（1)式表示。
[0132] [數(shù)學(xué)式1]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括： 注入工序，從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面進(jìn)行質(zhì)子注入；和 形成工序，通過(guò)在所述注入工序后，在退火爐中對(duì)所述半導(dǎo)體基板進(jìn)行退火處理，從而 形成比所述半導(dǎo)體基板具有更高的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域， 所述退火爐具有用于防止由氫氣引起的爆炸的防爆機(jī)構(gòu)， 所述形成工序在使所述退火爐處于氫氣氛，并將該氫的容積濃度設(shè)為6%?30%的條 件下進(jìn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置為二極管，所述第一導(dǎo)電型的所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣切偷碾妶?chǎng)終止 層，所述半導(dǎo)體基板為陰極層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體裝置為絕緣柵型雙極晶體管，所述第一導(dǎo)電型的所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣?型的電場(chǎng)終止層，所述半導(dǎo)體基板為漂移層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 將所述氫的容積濃度設(shè)定為能夠使施主生成率以不飽和的方式增加、且能夠提高所述 半導(dǎo)體基板的從漂移區(qū)域到陰極電極為止的區(qū)域的載流子濃度的濃度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 將所述氫的容積濃度設(shè)定為能夠使施主生成率以不飽和的方式增加、且能夠提高所述 半導(dǎo)體基板的從所述漂移層到集電極為止的區(qū)域的載流子濃度的濃度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述退火處理的退火溫度為300°C?450°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述退火處理的退火溫度為330°C?380°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述退火處理的處理時(shí)間為1個(gè)小時(shí)?10個(gè)小時(shí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述退火處理的處理時(shí)間為3個(gè)小時(shí)?7個(gè)小時(shí)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述退火處理的處理時(shí)間為5個(gè)小時(shí)以下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述質(zhì)子注入的質(zhì)子注入量為3X1012/cm2?5X1014/cm 2。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述質(zhì)子注入的質(zhì)子注入量為1X l〇13/cm2?1X 1014/cm2。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 利用所述防爆機(jī)構(gòu)來(lái)降低所述退火爐的內(nèi)部的氧分壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，將所述 質(zhì)子注入的質(zhì)子的注入能量E的對(duì)數(shù)log (E)記為y、將所述質(zhì)子的飛程Rp的對(duì)數(shù)log (Rp) 記為 x 時(shí)，滿(mǎn)足 y = -〇· 0047χ4+0· 0528x3 - 0· 2211χ2+0· 9923χ+5· 0474。
【文檔編號(hào)】H01L21/265GK104054159SQ201380005459
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月19日
【發(fā)明者】小林勇介, 吉村尚 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社