半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】在成為n-漂移層的半導(dǎo)體基板的內(nèi)部，在背面?zhèn)鹊谋砻鎸釉O(shè)置p+集極層，在比背面?zhèn)鹊膒+集極層更深的區(qū)域設(shè)置由多個(gè)n+層構(gòu)成的n+場停止層。在半導(dǎo)體基板的正面形成正面元件構(gòu)造后，在半導(dǎo)體基板的背面，通過與形成n+場停止層的深度對應(yīng)的加速電壓來進(jìn)行質(zhì)子照射(步驟S5)。接著，利用第一退火在與質(zhì)子照射對應(yīng)的退火溫度下使質(zhì)子施主化而形成場停止層(步驟S6)。通過利用適于多次質(zhì)子照射條件的退火條件進(jìn)行退火，能夠使通過各質(zhì)子照射形成的各結(jié)晶缺陷恢復(fù)而形成多個(gè)高載流子濃度的區(qū)域。另外，能夠改善漏電流增加等的電特性不良。
【專利說明】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，眾所周知的是具有各種擊穿電壓等級，例如400V、600V、 1200V、1700V、3300V 或其以上的擊穿電壓的 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor: 絕緣柵雙極型晶體管）和/或二極管（Diode)等。這些電力用半導(dǎo)體裝置被應(yīng)用于轉(zhuǎn)換器 和/或逆變器等的電力變換裝置中。
[0003] 作為該電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法，眾所周知的是以下方法。首先，在半導(dǎo)體基 板的正面形成正面元件構(gòu)造。接著，通過磨削等去除半導(dǎo)體基板的背面，使半導(dǎo)體基板薄板 化。接著，將雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體基板的磨削后的背面。通過熱處理，使注入到半導(dǎo)體基 板的背面的雜質(zhì)活性化而形成背面元件構(gòu)造。另外，在這樣的方法中，提出了各種將質(zhì)子照 射到半導(dǎo)體基板，利用通過熱處理使質(zhì)子活性化（施主化）的現(xiàn)象而在半導(dǎo)體基板的內(nèi)部 形成高濃度的n+層的方法。
[0004] 作為這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法，公開有通過將質(zhì)子照射到半導(dǎo)體基板，在質(zhì) 子的照射位置使電子/空穴遷移率降低的技術(shù)（例如，參照下述專利文獻(xiàn)1)。另外，公開了 向半導(dǎo)體基板照射質(zhì)子后的熱處理?xiàng)l件（例如，參照下述專利文獻(xiàn)2)。通過照射后在預(yù)定 溫度下進(jìn)行退火，質(zhì)子使結(jié)晶缺陷層恢復(fù)，載流子濃度恢復(fù)。并且，公開了以下方法，即，通 過多次的質(zhì)子照射，形成由氫施主構(gòu)成的多個(gè)n+層，從基板背面起算的最深的n+層的相對 于基板背面的深度為15 μ m (例如，參照下述專利文獻(xiàn)3)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :美國專利申請公開第2005/0116249號說明書
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :美國專利申請公開第2006/0286753號說明書
[0009] 專利文獻(xiàn)3 :美國專利申請公開第2006/0081923號說明書


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 技術(shù)問題
[0011] 然而，在上述專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)中，雖然能夠通過由質(zhì)子照射引入的殘留 缺陷即無序體使電子/空穴遷移率降低，但由于在半導(dǎo)體基板背面附近存在結(jié)晶缺陷層， 因此產(chǎn)生漏電流增加等的電特性不良。
[0012] 并且，在上述專利文獻(xiàn)2中的記載的技術(shù)中，雖然記載有通過預(yù)定的熱處理?xiàng)l件 使質(zhì)子照射時(shí)生成的結(jié)晶缺陷恢復(fù)這一點(diǎn)，但是質(zhì)子照射具有兩個(gè)照射條件，即不同的劑 量和不同的加速電壓。而即使應(yīng)用了該專利文獻(xiàn)2的技術(shù)，也無法進(jìn)行使質(zhì)子照射的兩個(gè) 照射條件均為最佳的退火。即，退火處理的溫度低的情況下和/或時(shí)間短等的條件下殘留 結(jié)晶缺陷層（無序），反之如果以過度的溫度和/或時(shí)間進(jìn)行退火處理，則發(fā)生質(zhì)子載流子 濃度降低。
[0013] 另外，在質(zhì)子照射（注入）的平均射程（照射的離子以最高濃度而存在的位置相 對于照射面的距離）超過如上述專利文獻(xiàn)3中記載技術(shù)的15 μ m的情況下，可知照射面（背 面）附近及質(zhì)子的通過區(qū)域中的無序減少不充分。圖15是示出現(xiàn)有的質(zhì)子照射的平均射 程與載流子濃度之間的關(guān)系特性圖。在圖15中，關(guān)于質(zhì)子照射的平均射程Rp為15μπι左 右以及比其更深的情況，按照各個(gè)平均射程示出在同一溫度下進(jìn)行了退火處理時(shí)的載流子 濃度分布。圖15 (a)中示出質(zhì)子照射的平均射程Rp為50 μ m的情況，圖15 (b)中示出質(zhì)子 照射的平均射程為20 μ m的情況，圖15 (c)中示出質(zhì)子照射的平均射程為15 μ m的情況。
[0014] 在圖15(c)的質(zhì)子照射的平均射程Rp = 15 μ m的情況下，照射面附近（深度為 〇μηι?5μηι)及質(zhì)子的通過區(qū)域的載流子濃度變?yōu)楸韧藁宓臐舛萳X1014(/cm3)高，無序 充分減少。另一方面，在圖15(b)的質(zhì)子照射的平均射程Rp = 20 μ m及圖15(a)的質(zhì)子照 射的平均射程Rp = 50 μ m的情況下，可知照射面附近及質(zhì)子的通過區(qū)域的載流子濃度大大 降低，無序未減少。在如此地?zé)o序殘留的情況下，元件的漏電流和/或?qū)〒p耗會變高。另 夕卜，在質(zhì)子照射的平均射程Rp超過15 μ m的情況下，因無序的殘留而引起的載流子遷移率 的降低變得明顯。
[0015] 特別是，在改變半導(dǎo)體基板的深度進(jìn)行多次質(zhì)子照射，而在半導(dǎo)體基板的內(nèi)部的 不同深度位置形成多個(gè)高濃度的n+層的情況下，雖然質(zhì)子照射的條件不同，但是如果對此 僅在一個(gè)條件下統(tǒng)一進(jìn)行退火處理，則會發(fā)生上述問題。
[0016] 另外，在進(jìn)行多次質(zhì)子照射后統(tǒng)一進(jìn)行退火處理的情況下，通過將多次中最適合 那一次的n+層的溫度設(shè)為退火溫度，會發(fā)生以下問題。關(guān)于該問題，例如，以以下情況為例 進(jìn)行說明，即，通過三次質(zhì)子照射，將用于形成相對于照射面最深n+層的質(zhì)子照射設(shè)為第一 次，按照朝向照射面變淺的順序進(jìn)行第二次、第三次的質(zhì)子照射。
[0017] 因第一次的質(zhì)子照射產(chǎn)生的n+層與因第二、三次的質(zhì)子照射產(chǎn)生的n+層相比，在 相對于照射面最深的位置形成。因此，將第一次的質(zhì)子照射的質(zhì)子的加速能量設(shè)定為第一 至第三次的質(zhì)子照射中最高。因此，使從照射面至質(zhì)子的平均射程Rp為止的質(zhì)子通過區(qū)域 受到的半導(dǎo)體基板的結(jié)晶性的損害成為三次質(zhì)子照射中最高。于是，為了降低第一次質(zhì)子 照射的損害，有將退火溫度設(shè)定為高的方法，但在這種情況下，作為減輕損害的代價(jià)，因質(zhì) 子照射產(chǎn)生的n+層的載流子濃度會降低。
[0018] 另外，除了上述問題以外還有例如，在為了使因相對于照射面最近（淺）的第三次 質(zhì)子照射產(chǎn)生的n+層的載流子濃度升高而降低退火溫度的情況下，未充分降低通過從基板 背面起算的最深的第一次質(zhì)子照射而使基板受到的損害。因此，在第一次質(zhì)子照射的質(zhì)子 的通過區(qū)域中有無體殘留多、容易發(fā)生元件的電特性不良的問題。
[0019] 如上，對于多個(gè)n+層的形成所需要的退火溫度很多情況下是不同的。因此，在多次 的質(zhì)子照射后統(tǒng)一進(jìn)行退火處理的情況下，難以充分地同時(shí)實(shí)現(xiàn)維持因質(zhì)子照射產(chǎn)生的n+ 層的高的載流子濃度，以及減少質(zhì)子的通過區(qū)域的無序。
[0020] 本發(fā)明的目的在于，為了消除由上述現(xiàn)有技術(shù)而導(dǎo)致的問題，提供一種半導(dǎo)體裝 置的制造方法，該半導(dǎo)體裝置的制造方法通過使用適合于多次的質(zhì)子照射的條件的退火條 件而進(jìn)行退火，從而使通過各質(zhì)子照射形成的各結(jié)晶缺陷恢復(fù)而能夠形成多個(gè)高載流子濃 度區(qū)域。另外，目的在于提供一種能夠改善漏電流增加等的電特性不良的半導(dǎo)體裝置的制 造方法。
[0021] 技術(shù)方案
[0022] 為了解決上述課題，達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法具有以 下特征。首先，進(jìn)行從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面照射質(zhì)子的照射工序。接著，進(jìn)行退 火工序，即：使照射到所述半導(dǎo)體基板的背面的質(zhì)子活性化，形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo)體基 板高的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層。而且，通過根據(jù)所述照射工序的照射條件，將所述照射 工序和所述退火工序設(shè)為一組而進(jìn)行多次，從而在所述半導(dǎo)體基板的深度方向上形成多個(gè) 所述第一半導(dǎo)體層。
[0023] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于：在上述的發(fā)明中，所述照射 工序中，從所述半導(dǎo)體基板的背面起算，形成所述第一半導(dǎo)體層的區(qū)域的深度越深，則設(shè)加 速電壓越高。另外，所述退火工序中，從所述半導(dǎo)體基板的背面起算，形成所述第一半導(dǎo)體 層的區(qū)域的深度越深，則設(shè)退火溫度越高。而且，所述照射工序及所述退火工序的組按照從 所述第一半導(dǎo)體層成為從所述半導(dǎo)體基板的背面起算最深的位置的組開始，依次進(jìn)行。
[0024] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，在所述一 組照射工序和退火工序中，在多次照射工序之后進(jìn)行一次退火。
[0025] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，所述第一 半導(dǎo)體層是抑制耗盡層擴(kuò)展的場停止層。
[0026] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，通過所述 照射工序及所述退火工序形成的所述第一半導(dǎo)體層的數(shù)量，基于所述半導(dǎo)體基板的厚度或 額定電壓、或者其兩者來確定。
[0027] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，所述半導(dǎo) 體裝置是絕緣柵雙極型晶體管。
[0028] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，所述半導(dǎo) 體裝置是二極管。
[0029] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在上述的發(fā)明中，還具有以下特征。具備 由所述半導(dǎo)體基板構(gòu)成的第一導(dǎo)電型的漂移層，在所述半導(dǎo)體基板的正面形成有第二導(dǎo)電 型的第二半導(dǎo)體層，設(shè)q為基元電荷，N d為所述漂移層的平均濃度，ε s為所述半導(dǎo)體基板 的介電常數(shù)，為額定電壓，JF為額定電流密度，v sat為載流子的速度在預(yù)定電場強(qiáng)度下 飽和的飽和速度，則距離指標(biāo)L通過下述式（1)表示。而且，設(shè)最接近所述第二半導(dǎo)體層的 所述第一半導(dǎo)體層的載流子濃度成為峰值濃度的位置從所述半導(dǎo)體基板的背面起算的深 度為X、設(shè)所述半導(dǎo)體基板的厚度為％時(shí)，設(shè)定成為最接近所述第二半導(dǎo)體層的所述第一半 導(dǎo)體層的峰值濃度的位置以使X = Wf γ L，γ為0. 2以上且1. 5以下。
[0030] [數(shù)學(xué)式1] T = _SSVmte_ ,.
[_] …
[0032] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，所述Y為 0.9以上且為1.4以下。
[0033] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，所述Y為 1.0以上且為1.3以下。
[0034] 為了解決上述課題，達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法具有以 下特征：首先，進(jìn)行從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面照射質(zhì)子的照射工序。接著，進(jìn)行退 火工序，即：使照射到所述半導(dǎo)體基板的背面的質(zhì)子活性化，形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo)體基 板高的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層。而且，通過將所述照射工序和所述退火工序設(shè)為一組 而進(jìn)行多次，從而在所述半導(dǎo)體基板的深度方向上形成多個(gè)所述第一半導(dǎo)體層。這時(shí)，將多 次所述退火工序中的第一退火工序的退火溫度設(shè)定為380°C以上且為450°C以下，該第一 退火工序與多次所述照射工序中將質(zhì)子照射到從所述半導(dǎo)體基板的背面起算最深的位置 的第一照射工序?yàn)橐唤M。將多次所述退火工序中的第二退火工序的退火溫度設(shè)定為350°C 以上且為420°C以下，該第二退火工序與多次所述照射工序中將質(zhì)子照射到從所述半導(dǎo)體 基板的背面起算第二深的位置的第二照射工序?yàn)橐唤M。將多次所述退火工序中的第三退火 工序的退火溫度設(shè)定為340°C以上且為400°C以下，該第三退火工序與多次所述照射工序 中將質(zhì)子照射到從所述半導(dǎo)體基板的背面起算第三深的位置的第三照射工序?yàn)橐唤M。
[0035] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，將所述第 一退火工序的退火溫度設(shè)為400°C以上且420°C以下，將所述第二退火工序的退火溫度設(shè) 為370°C以上且390°C以下，將所述第三退火工序的退火溫度設(shè)為高于350°C且在370°C以 下。
[0036] 為了解決上述課題，達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法具有以 下特征：首先，進(jìn)行從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面照射質(zhì)子的照射工序。接著，進(jìn)行退 火工序，即，使照射到所述半導(dǎo)體基板的背面的質(zhì)子活性化，形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo)體基 板高的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層。這時(shí)，通過根據(jù)所述照射工序的照射條件，將一次或多 次所述照射工序和一次所述退火工序設(shè)為一組而進(jìn)行多次，從而在所述半導(dǎo)體基板的深度 方向上形成多個(gè)所述第一半導(dǎo)體層。
[0037] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在上述的發(fā)明中，在所述照 射工序中，通過質(zhì)子的照射形成射程Rp的所述第一半導(dǎo)體層時(shí)的質(zhì)子的加速能量E，當(dāng)設(shè) 所述射程Rp的對數(shù)log (Rp)為y，設(shè)所述加速能量E的對數(shù)log (E)為y時(shí)，滿足下述式 (2)：
[0038] y = -0· 0047χ4+0· 0528χ3-0· 2211χ2+0· 9923χ+5· 0474 ... (2)。
[0039] 根據(jù)上述的發(fā)明，通過將質(zhì)子照射和退火設(shè)為一組，根據(jù)在半導(dǎo)體基板上將要形 成的第一半導(dǎo)體裝置的位置來規(guī)定質(zhì)子照射和退火條件，從而能夠使多個(gè)半導(dǎo)體層的雜質(zhì) 濃度均提高。而且，通過利用適于多次質(zhì)子照射條件的退火條件而進(jìn)行退火，使通過各質(zhì)子 照射形成的各結(jié)晶缺陷恢復(fù)，并且能夠提高各載流子濃度。另外，能夠改善漏電流增加等的 電特性不良。
[0040] 發(fā)明效果
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，起到通過使用適合于多次的質(zhì)子照射的條 件的退火條件而進(jìn)行退火，使通過各質(zhì)子照射形成的各結(jié)晶缺陷恢復(fù)而能夠形成多個(gè)高載 流子濃度區(qū)域的效果。另外，起到能夠改善漏電流增加等的電特性不良的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1是示出通過實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的一例的 截面圖。
[0043] 圖2是示出實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概要的流程圖。
[0044] 圖3是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0045] 圖4是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0046] 圖5是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0047] 圖6是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0048] 圖7是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0049] 圖8是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0050] 圖9是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0051] 圖10是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0052] 圖11是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0053] 圖12是示出實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0054] 圖13是示出通過實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的一例 的截面圖。
[0055] 圖14是示出實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的載流子濃度分布的特性圖。
[0056] 圖15是示出現(xiàn)有的質(zhì)子照射的平均射程與載流子濃度之間關(guān)系的特性圖。
[0057] 圖16是示出關(guān)于電壓波形開始振動的閾值電壓的特性圖。
[0058] 圖17是示出通常的IGBT的關(guān)斷振蕩波形的特性圖。
[0059] 圖18是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的質(zhì)子的平均射程與質(zhì)子的加速能量之間的關(guān) 系的特性圖。
[0060] 圖19是示出在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中耗盡層最先到達(dá)的場停止層的位置條件的 圖表。
[0061] 圖20是示出從實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的場停止層的發(fā)射電極與基板正面的界 面起算的深度的說明圖。
[0062] 圖21是示出從實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的場停止層的陽極電極與基板正面的界 面起算的深度的說明圖。
[0063] 符號說明
[0064] 1 rT漂移層
[0065] 2 p基極區(qū)域
[0066] 3 n++發(fā)射區(qū)域
[0067] 4 溝道
[0068] 5柵絕緣膜
[0069] 6柵電極
[0070] 7發(fā)射電極 [0071] 8層間絕緣膜
[0072] 9 p+集極層
[0073] 10 n+場停止層
[0074] 10a ?10c n+ 層
[0075] 11集電極

【具體實(shí)施方式】
[0076] 以下參照附圖對本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的優(yōu)選實(shí)施方式 進(jìn)行詳細(xì)地說明。在本說明書和附圖中，冠以η或p的層和/或區(qū)域中，分別表示電子或空 穴為多數(shù)載流子。并且，附在η和/或ρ上的+和-表示雜質(zhì)濃度分別高于以及低于沒附 有+和-的層和/或區(qū)域。需要說明的是，在以下實(shí)施方式的說明及附圖中，針對相同的構(gòu) 成使用同一符號，并且省略重復(fù)的說明。
[0077] (實(shí)施方式1)
[0078] 首先，作為通過實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法所制作（制造）的半導(dǎo)體裝 置的一例，對溝道柵型IGBT的構(gòu)造進(jìn)行說明。圖1是示出通過實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的 制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的一例的截面圖。在圖1的紙面左側(cè)示出從發(fā)射電極7與η ++ 發(fā)射區(qū)域3的邊界起算的半導(dǎo)體基板的深度方向的雜質(zhì)濃度分布。在通過圖1中示出的實(shí) 施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置中，在成為rT漂移層1的半導(dǎo)體基板 的內(nèi)部，在正面?zhèn)鹊谋砻鎸釉O(shè)置有P基極區(qū)域2。
[0079] 在ρ基極區(qū)域2的內(nèi)部，以在半導(dǎo)體基板的正面露出的方式設(shè)置有n++發(fā)射區(qū)域3。 n++發(fā)射區(qū)域3的雜質(zhì)濃度比ιΓ漂移層1的雜質(zhì)濃度高。設(shè)置有貫通n++發(fā)射區(qū)域3及ρ基 極區(qū)域2并且到達(dá)ιΓ漂移層1的溝道4。沿著溝道4的側(cè)壁和底面，設(shè)置有柵極絕緣膜5。 在溝道4的內(nèi)部，在柵極絕緣膜5的內(nèi)側(cè)以埋入溝道4的方式設(shè)置有柵極電極6。
[0080] 發(fā)射電極7與ρ基極區(qū)域2及η++發(fā)射區(qū)域3接觸。另外，發(fā)射電極7通過層間絕 緣膜8與柵極電極6電絕緣。另外，在成為ιΓ漂移層1的半導(dǎo)體基板的內(nèi)部，在背面?zhèn)鹊?表面層設(shè)置有Ρ+集極層9,在比背面?zhèn)鹊摩?集極層9更深的區(qū)域設(shè)置有作為第一半導(dǎo)體層 的η+場停止（FS)層10。該η+場停止層10由在半導(dǎo)體基板的深度方向的不同位置形成的 多個(gè)η+層10a?10c構(gòu)成。集電極11與ρ+集極層9接觸。ρ+集極層9的雜質(zhì)濃度高到可 獲得與集電極11的歐姆接觸的程度。
[0081] n+場停止層10的各n+層10a?10c分別以成為與P+集極層9大致平行的方式， 沿與半導(dǎo)體基板的深度方向垂直的方向延伸。另外，各n+層10a?10c分別按照同樣的厚 度設(shè)置。位于最靠近半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊膎+層l〇c可以與p+集極層9分離，也可以與 P+集極層9接觸。n+場停止層10的雜質(zhì)濃度比ιΓ漂移層的雜質(zhì)濃度高。n+場停止層10 是因氫致施主而產(chǎn)生的半導(dǎo)體層。該氫致施主是指由復(fù)合的晶格缺陷引起的施主，復(fù)合的 晶格缺陷包括通過質(zhì)子照射而沿半導(dǎo)體基板的深度方向引入的氫原子和其周圍的空位和/ 或多空位。
[0082] 接著，對于實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概論進(jìn)行說明。圖2是示出實(shí) 施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概要的流程圖。如圖2所示，在實(shí)施方式1的半導(dǎo)體 裝置的制造方法中，首先，在半導(dǎo)體基板的正面形成成為正面電極的觸點(diǎn)的各半導(dǎo)體區(qū)域 (步驟S1)。接著，在半導(dǎo)體基板的正面形成正面電極（步驟S2)。接著，在半導(dǎo)體基板的正 面形成表面保護(hù)膜（步驟S3)。接著，通過磨削或蝕刻等去除半導(dǎo)體基板的背面，使半導(dǎo)體 基板的厚度均勻地變?。ū“寤ú襟ES4)。
[0083] 接著，在半導(dǎo)體基板的背面，進(jìn)行用于形成n+場停止層的質(zhì)子照射（步驟S5)。步 驟S5的質(zhì)子照射通過以照射到比成為與背面電極的觸點(diǎn)的半導(dǎo)體層更深的區(qū)域的程度的 照射能量而進(jìn)行。接著，通過第一退火，使利用步驟S5進(jìn)行了照射的質(zhì)子活性化（施主化） (步驟S6)。在此，活性化除了表示形成氫致施主之外，還表示減少通過質(zhì)子照射引入半導(dǎo) 體基板內(nèi)的大量結(jié)晶缺陷（結(jié)晶的混亂、無序）。該無序的殘留導(dǎo)致漏電流和/或通態(tài)電壓 (導(dǎo)通時(shí)的電壓下降）的增加。通過該步驟S5及S6,在半導(dǎo)體基板的內(nèi)部的背面?zhèn)鹊纳畹?區(qū)域形成n+場停止層。步驟S6的第一退火溫度優(yōu)選為例如不使通過質(zhì)子照射而形成的氫 致施主減少或消失程度的溫度。
[0084] 如圖1所示，在沿半導(dǎo)體基板的深度方向形成多個(gè)n+層10a?10c的情況下，由于 從半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)绕疬M(jìn)行質(zhì)子照射，因此在從半導(dǎo)體基板的背面起算相離最深的P基 極區(qū)域2附近側(cè)的n+層10a開始依次至半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)刃纬蒼+層10b后，形成n+層 10c〇
[0085] 這時(shí)，以步驟S5的質(zhì)子照射和步驟S6的第一退火為一組，與設(shè)置的n+層的數(shù)量相 同的次數(shù)重復(fù)這些步驟S5和步驟S6。詳細(xì)內(nèi)容將在后面描述，與n+層10a?10c的深度 對應(yīng)，越深則步驟S5中的質(zhì)子照射的加速電壓越高，越深則步驟S6中的退火溫度越高。在 此，由于退火溫度越高，施主化率越有降低的傾向，因此從半導(dǎo)體基板的背面開始的深度方 向觀察，首先形成位于深處的n+層10a，然后，至半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)刃纬蒼+層10b后形成 最靠近背面?zhèn)鹊膎+層10c。相鄰n+層之間可以相接觸，也可以相分離。
[0086] 在此，施主化率是指在一個(gè)n+層中，將n+層的摻雜濃度在n+層的寬度范圍內(nèi)沿深 度方向進(jìn)行積分的積分濃度除以照射（注入）的質(zhì)子的劑量時(shí)的比例。例如，在質(zhì)子的劑量 為lX10 14/cm2的情況下，如果一個(gè)n+層的積分濃度為lX1013/cm2,則施主化率為10%。另 夕卜，n+層的寬度也可以考慮為，例如，n+層的摻雜濃度從峰值濃度向表面及背面分別減少， 外推直到為與半導(dǎo)體基板的摻雜濃度相等的值時(shí)的兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離。
[0087] 接著，將用于形成成為與背面電極間觸點(diǎn)的半導(dǎo)體層的雜質(zhì)離子注入到薄板化了 的半導(dǎo)體基板的背面（步驟S7)。步驟S7的離子注入，按照劑量高至可獲得與在以后的工 序中形成的背面電極間間歐姆接觸的程度來進(jìn)行。接著，通過第二退火，使利用步驟S7注 入的雜質(zhì)離子活性化（步驟S8)。通過步驟S8,在半導(dǎo)體基板的內(nèi)部的背面?zhèn)鹊谋砻鎸有?成成為與背面電極間的觸點(diǎn)的半導(dǎo)體層（例如，集極層）。
[0088] 然后，通過例如濺射等的物理氣相沉積法在半導(dǎo)體基板的背面形成背面電極（步 驟S9)，完成實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置。
[0089] 接著，關(guān)于該實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法，以制作圖1中所示的溝道柵型 IGBT的情況為例進(jìn)行具體說明。圖3?圖12是實(shí)施方式1的制造過程中的半導(dǎo)體裝置的 截面圖。首先，如圖3所示，準(zhǔn)備成為ιΓ漂移層1的半導(dǎo)體基板。接著，如圖4所示，通過 通常的方法在半導(dǎo)體基板的正面形成由Ρ基極區(qū)域2、η ++發(fā)射區(qū)域3、溝道4、柵絕緣膜5及 柵電極6構(gòu)成的溝道柵型M0S (由金屬-氧化膜-半導(dǎo)體構(gòu)成的絕緣柵極）構(gòu)造。
[0090] 接著，如圖5所示，通過濺射在半導(dǎo)體基板的正面層積成為發(fā)射電極7的鋁硅 (AlSi)膜。接著，使鋁硅膜圖案化而形成布線圖案后，進(jìn)行退火。由此，在半導(dǎo)體基板的正 面形成發(fā)射電極7。接著，以覆蓋發(fā)射電極7的方式在半導(dǎo)體基板的正面涂覆成為表面保護(hù) 膜（未圖示）的例如聚酰亞胺膜。接著，使聚酰亞胺膜圖案化并使發(fā)射電極7的一部分露 出后，使聚酰亞胺膜固化（燒制）。接著，對半導(dǎo)體基板的背面進(jìn)行例如磨削而使半導(dǎo)體基 板薄板化后，清洗半導(dǎo)體基板而去除附著物。
[0091] 接著，沿半導(dǎo)體基板的ιΓ漂移層1的深度方向形成多個(gè)n+層10a?10c。首先， 形成第一個(gè)n+層10a。如圖6所示，將質(zhì)子21a照射到從半導(dǎo)體基板的背面起算隔開預(yù)定 量的最深的區(qū)域。這時(shí)，質(zhì)子照射的加速電壓根據(jù)從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度而以最 大值進(jìn)行。例如，可以這樣確定：在將從n+層的背面起算的深度設(shè)為約ΙΟΟμπι的情況下為 3MeV，同樣設(shè)為約50 μ m的情況下為2MeV，同樣設(shè)為約20 μ m或20 μ m以下的情況下為IMeV 以下。
[0092] 例如，在將n+層10a的從基板背面起算的深度設(shè)為60 μ m的情況下，對應(yīng)的質(zhì)子的 加速能量為2. 31MeV。n+層10a的從基板背面起算的深度還取決于元件的額定電壓，但典型 的范圍為20 μ m?100 μ m。與該深度范圍對應(yīng)的質(zhì)子的加速能量的范圍為例如1. 17MeV? 3. 13MeV。需要說明的是，也可以根據(jù)形成的n+層的峰值濃度等來確定質(zhì)子照射的劑量。例 如，質(zhì)子照射的劑量也可以為lXl〇 n/cm2以上且為lX1015/cm2以下。
[0093] 接著，如圖7所示，通過第一退火，使照射的質(zhì)子21a活性化，在從半導(dǎo)體基板的背 面起算隔開預(yù)定量的深的區(qū)域形成n+層10a。在該第一退火中，n+層10a的形成與從半導(dǎo) 體基板的背面起算的深度對應(yīng)，以將要形成的多個(gè)n+層10a?10c中的最高溫度進(jìn)行。例 如，采用400°C。由此，如圖7的左側(cè)所示，在最接近半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)鹊膒基極區(qū)域2的 一側(cè)形成雜質(zhì)濃度第一高的n+層10a。如此，對于相對于基板背面最深的n+層10a所需要 的退火溫度為例如380°C以上并且450°C以下，優(yōu)選為400°C以上并且420°C以下。
[0094] 接著，形成第二n+層10b。具體來說，如圖8所示，將質(zhì)子21b照射到從半導(dǎo)體基 板的背面起算隔開預(yù)定量并且比n+層10a更淺的區(qū)域。這時(shí)，質(zhì)子照射的加速電壓按照與 從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度對應(yīng)的值而進(jìn)行，并且按照比n+層10a形成時(shí)的加速電壓 更低的中等程度的值而進(jìn)行。例如，在將n+層10b的從基板背面起算的深度設(shè)為30 μ m的 情況下，對應(yīng)的質(zhì)子的加速能量為1. 5MeV。n+層10b的從基板背面起算的深度還取決于元 件的額定電壓，但典型的范圍為10 μ m?50 μ m。與該深度范圍對應(yīng)的質(zhì)子的加速能量的范 圍為，例如 〇· 74MeV ?2. 07MeV。
[0095] 接著，如圖9所示，通過第一退火，使照射的質(zhì)子21b活性化，在從半導(dǎo)體基板的背 面起算隔開預(yù)定量并且在比n+層10a更淺的位置形成n+層10b。在該第一退火中，n+層10b 的形成與從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度對應(yīng)，而以將要形成的多個(gè)n+層10a?10c中的 中等程度的溫度進(jìn)行（n+層10a形成時(shí)的退火溫度以下的溫度）。例如，用于形成n+層10b 的退火溫度為380°C。由此，如圖9的左側(cè)所示，在從半導(dǎo)體基板的正面?zhèn)鹊膒基極區(qū)域2 觀察能夠在比n+層10a更加遠(yuǎn)離的區(qū)域形成雜質(zhì)濃度第二高的n+層10b。如此，對于相對 于基板背面第二深的n+層10b所需要的退火溫度為，例如350°C以上且420°C以下，優(yōu)選為 370°C以上并且390°C以下。
[0096] 接著，形成第三n+層10c。具體來說，如圖10所示，將質(zhì)子21c照射到從半導(dǎo)體 基板的背面起算隔開預(yù)定量并且比n+層10b更淺的區(qū)域。這時(shí)，質(zhì)子照射的加速電壓按照 與從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度對應(yīng)的值而進(jìn)行，并且按照比n+層10b形成時(shí)的加速電 壓更低的最低值而進(jìn)行。例如，在將n+層10c的從基板背面起算的深度設(shè)為10 μ m的情況 下，對應(yīng)的質(zhì)子的加速能量為〇. 74MeV。n+層10c的從基板背面起算的深度的典型的范圍 為5μπι?20μπι。這時(shí)的加速能量的范圍為，例如0. 45MeV?1. 17MeV。
[0097] 接著，如圖11所示，通過第一退火，使照射的質(zhì)子21c活性化，在從半導(dǎo)體基板的 背面起算隔開預(yù)定量并且在比n+層10b更淺的位置形成n+層10c。在該第一退火中，n+層 l〇c的形成與從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度對應(yīng)，而以將要形成的多個(gè)n+層10a?10c 中的最低溫度進(jìn)行（n+層l〇b形成時(shí)的退火溫度以下的溫度）。例如，用于形成n+層10c的 退火溫度為360°C。由此，如圖11的左側(cè)所示，在從半導(dǎo)體基板的正面?zhèn)鹊膒基極區(qū)域2觀 察能夠在比n+層10b更加遠(yuǎn)離的區(qū)域形成雜質(zhì)濃度第三高的n+層10c。如此，對于相對于 基板背面第三深（在圖11中為相對于基板背面最淺）的n+層10c所需要的退火溫度為， 例如340°C以上且為400°C以下，優(yōu)選為350°C以上且為370°C以下，進(jìn)一步優(yōu)選為將下限值 設(shè)為比350°C更大的值。
[0098] 如上所述，進(jìn)行多次的第一退火，優(yōu)選在例如不使通過質(zhì)子照射形成的氫致施主 減少或消失的程度的溫度下進(jìn)行。在此，也可以將退火處理時(shí)間設(shè)為〇. 5小時(shí)?10小時(shí)。 [0099] 然后，在半導(dǎo)體基板的進(jìn)行了磨削的背面進(jìn)行例如硼離子（B+)等的p型雜質(zhì)離子 的離子注入。然后，如圖12所示，通過第二退火，使注入到半導(dǎo)體基板的背面的p型雜質(zhì)離 子活性化，在半導(dǎo)體基板的背面的表面層形成P+集極層9。然后，作為前處理，進(jìn)行用于使 硅（Si)半導(dǎo)體層與鋁膜間的接觸電阻減小的氟化氫（HF)處理，該前處理用于形成由將鋁 作為主要成分的金屬制成的集電極11。接著，通過例如濺射，使鋁、鈦（Ti)、鎳（Ni)及金 (Au)依次堆疊在半導(dǎo)體基板的背面，形成由這四層金屬膜層疊而成的集電極11。接著，進(jìn) 行用于改善集電極11的表面成形性的金屬退火。由此，完成圖1中所示的溝道柵型IGBT。 [0100] 在上述的說明中，將質(zhì)子照射和第一退火作為一組，而使質(zhì)子照射和退火交替進(jìn) 行。該質(zhì)子照射工序及退火工序的組，從n+場停止層10成為從半導(dǎo)體基板的背面起算的 最深位置的組開始依次進(jìn)行。不限于此，在多次進(jìn)行的第一退火中，在n+層10a?10c的 形成所需要的退火溫度相同的情況下，也可以在多次的質(zhì)子照射之后進(jìn)行一次退火以形成 多個(gè)n+層。例如，在n+層10b、10c的退火溫度相同的情況下，也可以對于n+層10b、10c分 別在不同的條件下進(jìn)行兩次質(zhì)子照射后，通過一個(gè)條件（退火溫度）集中進(jìn)行一次退火，在 這種情況下，能夠減少退火次數(shù)并且能夠減少制造工序數(shù)。
[0101] 并且，在對第一退火的一部分可以用與第二退火相同的條件（退火溫度）的情況 下，也能夠同時(shí)進(jìn)行這些第一退火的一部分和第二退火。但是，第一退火及第二退火的溫度 以之前進(jìn)行的退火以下的溫度進(jìn)行。并且，在多次進(jìn)行的第二退火中的最后一次第二退火 和金屬退火的退火溫度相同的情況下，也可以同時(shí)進(jìn)行第二退火和金屬退火。
[0102] 另外，也可以如下例如使用三個(gè)條件而形成多個(gè)（多段）n+層。第一個(gè)條件是從 照射面（基板背面）起算在越深的位置配置n+層，則將每個(gè)n+層的質(zhì)子的劑量（5 X1012/ cm2?5X1013/cm2)設(shè)為越低。通過將劑量設(shè)定為低，可以根據(jù)低劑量來減小因加速能量高 而導(dǎo)致的結(jié)晶性的損害。
[0103] 第二個(gè)條件是，n+層變得離照射面越近，S卩，n+層變得越淺，則將每個(gè)n+層的質(zhì)子 的劑量（3X10 13/cm2?3X1014/cm2)設(shè)為越高。由于通過降低加速能量，從而使與加速能量 高的情況相比對結(jié)晶性的損害減小，因此也可以將這一份質(zhì)子的劑量設(shè)為高。
[0104] 第三個(gè)條件是離照射面最近（最淺）的n+層10c的附近的無序與其它的從基板 背面起算的深處的n+層10a、10b相比，殘留量也可以更高。在此，無序的殘留量，簡單來說 可以考慮為載流子遷移率低于結(jié)晶的理論值的比例?？梢詫腜基極區(qū)域2與ιΓ漂移層1 之間的pn結(jié)合處延伸的耗盡層設(shè)計(jì)為，通過利用最淺的n+層10c抑制其伸長，不向其以上 的深處延伸。由此，即使從相對于基板背面最淺的n+層10c至基板背面之間殘留有無序， 也能夠減小對漏電流的影響。并且，在柵極為"on"的導(dǎo)通時(shí)，能夠通過無序而減小始于基 板背面的P+集極層9的空穴的注入效率，因此，還能夠改善通態(tài)電壓與關(guān)斷損耗間的平衡 特性（trade-off characteristics) 〇
[0105] 如上說明，根據(jù)實(shí)施方式1，通過沿半導(dǎo)體基板的深度方向形成多個(gè)雜質(zhì)濃度高的 n+層10a?10c作為n+場停止層10,利用這些多個(gè)（多段）n+層10a?10c，防止從p基極 區(qū)域2與ιΓ漂移層1之間的pn結(jié)合處延伸的耗盡層到達(dá)p+集極層9。
[0106] 將質(zhì)子照射與退火設(shè)為一組，通過根據(jù)將要在半導(dǎo)體基板上形成的n+層的位置來 規(guī)定質(zhì)子照射與退火的條件，從而能夠使多個(gè)n+層的雜質(zhì)濃度均升高。如此，通過利用適 合于多次質(zhì)子照射的條件的退火條件來進(jìn)行退火，從而使通過質(zhì)子照射形成的各結(jié)晶缺陷 恢復(fù)，并且能夠提高各載流子濃度。另外，能夠改善漏電流增加等的電特性不良。
[0107] 另外，能夠?qū)⒆鳛樯鲜龅膎+場停止層10而形成的多個(gè)n+層10a?10c的數(shù)量設(shè) 置為與半導(dǎo)體基板厚度和/或半導(dǎo)體元件的擊穿電壓等級（或額定電壓）等對應(yīng)的數(shù)量。 額定電壓越高，則需要將半導(dǎo)體基板的厚度設(shè)為越厚。因此，也可以隨著使該半導(dǎo)體基板的 厚度增厚而增加作為n+場停止層10而形成的n+層的數(shù)量。例如，也可以是，額定電壓如果 為600V則設(shè)置1?3個(gè)，同樣地為1200V則設(shè)置2?4個(gè)，同樣地為1700V則設(shè)置3?5 個(gè)，同樣地為3300V則設(shè)置4?6個(gè)等。
[0108] (實(shí)施方式2)
[0109] 圖13是示出通過實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的一例 的截面圖。實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法與實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法的 不同點(diǎn)在于，制造二極管來取代IGBT。
[0110] 在通過圖13中示出的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的制造方法所制造的半導(dǎo)體裝置 中，在ιΓ型的半導(dǎo)體基板31的內(nèi)部，在正面?zhèn)鹊谋砻鎸舆x擇性地設(shè)置有p+陽極區(qū)域。標(biāo)號 34為層間絕緣膜。陽極電極（輸入電極）33與ρ+陽極區(qū)域32接觸。另外，在ιΓ型的半導(dǎo) 體基板31的內(nèi)部，在背面?zhèn)鹊谋砻鎸釉O(shè)置有η+陰極層（第一半導(dǎo)體層）35,在比背面?zhèn)鹊?η+陰極層35更深的區(qū)域設(shè)置有η+場停止層36。
[0111] η+場停止層36的構(gòu)成與實(shí)施方式1的η+場停止層相同，由在半導(dǎo)體基板的深度 方向上的多個(gè)η+層36a?36c構(gòu)成。陰極電極（輸出電極）37與η+陰極層35接觸。η+陰 極層35的雜質(zhì)濃度高到可獲得與陰極電極37間的歐姆接觸的程度。
[0112] 以上，即使在進(jìn)行了說明的實(shí)施方式2中，也能夠通過與實(shí)施方式1相同的工序來 制造。據(jù)此，通過將質(zhì)子照射及退火作為一組而多次改變條件來進(jìn)行，從而能夠形成多個(gè)η+ 層。而且，通過使用與多次質(zhì)子照射的條件適合的退火條件來進(jìn)行退火，從而能夠提高通過 各質(zhì)子照射形成的氫致施主層的濃度（摻雜濃度）。另外，通過使由質(zhì)子照射引入的各結(jié)晶 缺陷（無序）恢復(fù)，從而能夠改善漏電流增加等的電特性不良。而且，根據(jù)實(shí)施方式2,在形 成二極管的情況下，也能夠形成具有期望的摻雜濃度的η+場停止層。
[0113] (實(shí)施例）
[0114] 接著，對于半導(dǎo)體層的摻雜濃度進(jìn)行驗(yàn)證。圖14是示出利用眾所周知的擴(kuò)展電阻 (Spread Resistance)測量法測量的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的載流子濃度分布的特性圖。按 照實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的制造方法，準(zhǔn)備進(jìn)行了質(zhì)子照射（步驟S5)及第一退火（步 驟S6)的樣品（以下作為實(shí)施例）。
[0115] n+層10a?10c中，n+層10a的從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度最深，質(zhì)子照射 時(shí)的加速電壓也最高。n+層10c的從半導(dǎo)體基板的背面起算的深度最淺，質(zhì)子照射時(shí)的加 速電壓也最低。加速電壓的值按照深度從高到低依次為n+層10a、n+層10b、n+層10c。另 夕卜，退火溫度從高到低也依次為n+層10a、n+層10b、n+層10c。例如，退火溫度為，n+層10a 為450°C、n+層10b及n+層10c為380°C。在這種情況下，n+層10b及n+層10c能夠在兩 次質(zhì)子照射后通過一次退火（溫度380°C )來進(jìn)行。
[0116] 根據(jù)圖14所示的結(jié)果，在實(shí)施例中，能夠確認(rèn)在半導(dǎo)體基板的深度方向上使雜質(zhì) 濃度提高而作為多個(gè)n+層10a?10c。特別是，由于在n+層10a?10c的地方之外沒有雜 質(zhì)濃度顯著減少的區(qū)域，因此也能夠充分減少通過質(zhì)子照射引入的無序。另外，由于用n+層 10a?10c的區(qū)域分別表示高雜質(zhì)濃度，因此示出了能夠獲得活性化率高的氫致施主層。例 如，如現(xiàn)有的方法，由于在相同的溫度下使多個(gè)n+層10a?10c集中統(tǒng)一進(jìn)行退火，而且該 退火溫度低時(shí)，通過利用質(zhì)子照射能夠形成無序?qū)?，從而使電子及空穴的遷移率減小，因此 在n+層10a?10c的地方之外會形成雜質(zhì)濃度顯著減少的區(qū)域。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例 中能夠防止這種情況。另外，在相同的溫度下使多個(gè)n+層10a?10c集中統(tǒng)一進(jìn)行退火， 而且該退火溫度高（高于500°C的溫度）時(shí)，氫致施主層的濃度減少或消失，相對于半導(dǎo)體 基板的背面淺的一側(cè)的n+層10c的雜質(zhì)濃度變低。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，能夠抑制 氫致施主的減少。
[0117] (實(shí)施方式3)
[0118] 接著，對于在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的多次質(zhì)子注入中，第一段n+場停 止層的質(zhì)子峰值位置的優(yōu)選位置，作為實(shí)施方式3進(jìn)行說明。第一段n+場停止層是指，從 在二極管的情況下成為陰極層側(cè)的基板背面、在IGBT的情況下成為集極層側(cè)的基板背面 起算，沿基板的深度方向位于最深處的n+場停止層。
[0119] 圖17是示出通常的IGBT的關(guān)斷振蕩波形的特性圖。在集電極電流為額定電流的 1/10以下的情況下，由于積累的載流子少，因此有關(guān)斷即將結(jié)束時(shí)進(jìn)行振蕩的情況。將集電 極電流固定為某一值，通過不同的電源電壓&。使IGBT關(guān)斷。這時(shí)，如果電源電壓％。超過 某預(yù)定值，則在集電極-發(fā)射極間電壓波形中，超過通常的過沖電壓的峰值之后，會產(chǎn)生附 加的過沖。然后，該附加的過沖（電壓）成為觸發(fā)，隨后的波形振蕩。如果電源電壓^^還 超過該預(yù)定值，則附加的過沖電壓進(jìn)一步增加，隨后的振蕩的振幅也增加。如此，將電壓波 形開始振蕩的閾值電壓稱為振蕩開始閾值V?。由于該振蕩開始閾值V?越高，IGBT關(guān)斷 時(shí)越不表現(xiàn)出振蕩，因此是優(yōu)選的。
[0120] 振蕩開始閾值VKro依賴于：從IGBT的p基極區(qū)域與ιΓ漂移層之間的pn結(jié)合處擴(kuò) 展n_漂移層的耗盡層（嚴(yán)格來說，由于空穴存在而是空間電荷區(qū)域）在多個(gè)質(zhì)子峰值之中 最先到達(dá)的第一段（最靠近P基極區(qū)域側(cè)）質(zhì)子峰值的位置。其理由如下。關(guān)斷時(shí)耗盡層 從P基極區(qū)域與ιΓ漂移層之間的pn結(jié)合處擴(kuò)展ιΓ漂移層時(shí)，通過耗盡層端到達(dá)第一個(gè)（最 靠近Ρ基極區(qū)域側(cè)）η+場停止層而抑制其擴(kuò)展，積累的載流子的逸出變?nèi)?。其結(jié)果是，抑制 載流子的枯竭并抑制了關(guān)斷振蕩波形的振蕩。
[0121] 關(guān)斷時(shí)的耗盡層，從ρ基極區(qū)域與ιΓ漂移層之間的pn結(jié)合朝向集電極沿深度方 向擴(kuò)展。因此，耗盡層端最先到達(dá)的n+場停止層的峰值位置成為最接近p基極區(qū)域與ιΓ漂 移層之間的ρη結(jié)合的η+場停止層。因此，設(shè)半導(dǎo)體基板的厚度（夾在發(fā)射極與集電極之 間的部分的厚度）為％，設(shè)耗盡層端最先到達(dá)的η+場停止層的峰值位置從集電極與半導(dǎo)體 基板的背面的界面（邊界）起算的深度（以下，作為相對于背面的距離）為X。在此，引入 距離指標(biāo)L。距離指標(biāo)L用下述式（3)表示。
[0122] [數(shù)學(xué)式2] τ _ rate
[0123] …（3)
[0124] 上述式（3)中所示的距離指標(biāo)L是表示在關(guān)斷時(shí)集電極-發(fā)射極間電壓與電源 電壓V。。一致時(shí)，從p基極區(qū)域與ιΓ漂移層之間的ρη結(jié)合處擴(kuò)展到ιΓ漂移層的耗盡層（確 切地說是空間電荷區(qū)域）的端部（耗盡層端）相對于該ρη結(jié)合處的距離的指標(biāo)。在平方 根的內(nèi)部的分?jǐn)?shù)中，分母表示了關(guān)斷時(shí)的空間電荷區(qū)域（耗盡層）的空間電荷密度。已知 的泊松式用divE = Ρ / ε表示，Ε為電場強(qiáng)度，Ρ為空間電荷密度，則P = q(p-n+Nd_Na)。 q為基元電荷，P為空穴濃度，η為電子濃度，Nd為施主濃度，Na為受主濃度，ε s為半導(dǎo)體的 介電常數(shù)。特別是，設(shè)施主濃度Nd為將ιΓ漂移層沿深度方向積分，并除以積分區(qū)間的距離 而得的平均濃度。
[0125] 該空間電荷密度Ρ用關(guān)斷時(shí)通過空間電荷區(qū)域（耗盡層）的空穴濃度ρ和心漂 移層的平均施主濃度N d來描述，電子濃度與它們相比低至能夠忽略的程度，受主不存在，因 此，可表示為P?q(p+Nd)。由于這時(shí)的空穴濃度p由IGBT的斷路電流決定，特別是元件 的額定電流密度是假定為通電的狀況，因此以P = JV(qvsat)表示，JF為元件的額定電流密 度，vsat為載流子的速度在預(yù)定電場強(qiáng)度下飽和的飽和速度。
[0126] 將上述泊松式以距離X進(jìn)行兩次積分，由于作為電壓V為E = -gradV(已知的電 場E與電壓V的關(guān)系），因此如果采用適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，則V= (1/2)(ρ/ε)χ2。將該電壓 V設(shè)為額定電壓Vrate的1/2時(shí)所得到的空間電荷區(qū)域的長度X作為上述距離指標(biāo)L。其理 由在于，是因?yàn)樵谀孀兤鞯鹊膶?shí)體機(jī)中，將成為電壓V的工作電壓（電源電壓V。。）作為額定 電壓V rate值的一半左右。n+場停止層中，通過將摻雜濃度設(shè)為比ιΓ漂移層更高的濃度，而 具有使在關(guān)斷時(shí)擴(kuò)展的空間電荷區(qū)域的延伸難以在η+場停止層中延展的功能。IGBT的集 電極電流通過M0S柵極的截止而從斷路電流開始減少時(shí)，耗盡層最先到達(dá)η+場停止層的峰 值位置如果正好是該空間電荷區(qū)域的長度，則由于在積累的載流子在ιΓ漂移層中殘留的狀 態(tài)下，能夠抑制空間電荷區(qū)域的延伸，因此抑制殘留載流子的逸出。
[0127] 實(shí)際的關(guān)斷工作中，例如當(dāng)用已知的PWM逆變器來電機(jī)驅(qū)動IGBT模塊時(shí)，多數(shù)情 況是電源電壓V。。和/或斷路電流并非固定而是進(jìn)行改變的。因此，在這種情況下，需要使 耗盡層最先到達(dá)的η+場停止層的峰值位置的優(yōu)選位置具有一定的寬度。
【發(fā)明者】們研究的 結(jié)果為，耗盡層最先到達(dá)的η+場停止層的峰值位置相對于背面的距離X為如圖19中的表 所示。圖19是示出在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，耗盡層最先達(dá)到的場停止層的位置條件的圖 表。圖19中示出額定電壓V Mte分別為600V?6500V時(shí)耗盡層端最先到達(dá)的η+場停止層 的峰值位置相對于背面的距離X。在此，X = Wd-γ L，γ為系數(shù)。示出使該γ在0. 7?1. 6 變化時(shí)的X。
[0128] 如圖19所示，在各額定電壓Vrate中，進(jìn)行安全設(shè)計(jì)以使元件（IGBT)具有比額定電 壓V Mte高10%左右的擊穿電壓。而且，如圖19所示設(shè)定半導(dǎo)體基板的總厚度（利用磨削等 薄型化后完成時(shí)的厚度）并設(shè)定ιΓ漂移層的平均電阻率，以分別使通態(tài)電壓和/或關(guān)斷損 耗變得足夠低。所說的平均是指，包含η+場停止層的ιΓ漂移層整體的平均濃度和電阻率。 根據(jù)額定電壓，額定電流密度土也成為如圖19所示的典型值。額定電流密度1由以 下方式被設(shè)置為大致如圖19中所示的值：使由額定電壓V Mte和額定電流密度JF的積所確 定的能量密度約為定值。如果利用這些值而按照上式（3)計(jì)算距離指標(biāo)L，則為圖19中記 載的值。耗盡層端最先到達(dá)的n+場停止層的峰值位置的相對于背面的距離X為，從半導(dǎo)體 基板的厚度％減去對該距離指標(biāo)L乘以值為0. 7?1. 6的γ所得的值。
[0129] 對于這些距離指標(biāo)L和半導(dǎo)體基板的厚度％的值，規(guī)定能夠充分抑制關(guān)斷震蕩 的，耗盡層端最先到達(dá)的n+場停止層的峰值位置相對于背面的距離X的系數(shù)γ如下。圖 16是示出關(guān)于電壓波形開始振動的閾值電壓的特性圖。具體來說，在圖16中，對于典型的 幾個(gè)額定電壓V rate(600V、1200V、3300V)示出振蕩開始閾值VKKQ相對于γ的依存性。在此， 縱軸為用額定電壓將振蕩開始閾值V Kro歸一化?？芍讦脼?.5以下的情況下，三個(gè) 額定電壓的振蕩開始閾值均可急劇升高。
[0130] 如上所述，在逆變器等的實(shí)體機(jī)中，由于將成為電壓V的工作電壓（電源電壓Vcc) 設(shè)為額定電壓V Mte值的一半左右，因此當(dāng)將電源電壓設(shè)為額定電壓VMte值的一半時(shí)， 必須至少不發(fā)生IGBT的關(guān)斷振蕩。S卩，需要使V cc/VMte的值為0.5以上。由圖16可知，由 于V〇：/Vrate;的值成為〇. 5以上時(shí)γ為0. 2以上且為1. 5以下，因此優(yōu)選為至少將γ設(shè)為 0· 2 ?1. 5〇
[0131] 另外，即使在未圖示的600V?1200V之間（800V和/或1000V等）、1200V?3300V 之間（1400￥、1700￥、2500￥等）、以及3300￥以上（4500￥、6500￥等）的任一范圍中，都沒有 很大地偏離圖16中示出的三條曲線，并且顯示出與這三條曲線同樣的依存性（相對于γ 的振蕩開始閾值V?的值）。由圖16可知，在γ在0.7?1.4的范圍內(nèi)，任一額定電壓VMte 均能夠充分提高振蕩開始閾值
[0132] 如果Y變?yōu)樾∮?.7,則振蕩開始閾值VKro約為額定電壓VMte的80%以上，但是 由于n+場停止層變得接近p基極區(qū)域，因此發(fā)生元件的雪崩擊穿電壓變得比額定電壓V Mte 小的情況。因此，Y優(yōu)選為0.7以上。另外，如果γ變?yōu)榇笥?.4,則振蕩開始閾值 額定電壓的約70%開始急劇減小，變得容易發(fā)生關(guān)斷振蕩。因此，γ優(yōu)選為1.4以下。 更優(yōu)選的是Y在〇. 8?1. 3的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選的是γ在0. 9?1. 2的范圍內(nèi)，如果在 該范圍內(nèi)，則使元件的雪崩擊穿電壓比額定電壓Vrate足夠高，并且能夠使振蕩開始閾值 最1?。
[0133] 該圖16中所示的本發(fā)明的效果中的重要點(diǎn)在于，即使在任一額定電壓VMte下，能 夠充分提高振蕩開始閾值V?的γ的范圍為大致相同（例如，0.7?1.4)。這是由于將耗 盡層最先到達(dá)的n+場停止層的峰值位置的相對于背面的距離X的范圍= 1)為 中心最有效。包括Y = 1.0的情況最有效的原因在于，功率密度（額定電壓VMte與額定電 流密度JF的積）成為大致恒定（例如，1. 8X 105?2. 6X 105VA/cm2)。即，進(jìn)行關(guān)斷等的開 關(guān)動作時(shí)，當(dāng)元件的電壓變?yōu)榕c額定電壓相當(dāng)時(shí)，空間電荷區(qū)域端的距離（深度）成為 由上述式（3)表示的距離指標(biāo)L的程度，在該距離指標(biāo)L的位置處如果有相對于背面最深 的n+場停止層的峰值位置（即，Y為約1.0)，則能夠抑制開關(guān)動作時(shí)的振蕩。而且，由于 功率密度大致恒定，因此距離指標(biāo)L變得與額定電壓Vrate成比例。由此，無論在哪個(gè)額定電 壓下，只要以大致中心地包括Y = 1.0為范圍，都能夠充分提高振蕩開始閾值V?，并 能夠使開關(guān)動作時(shí)的振蕩抑制效果最大化。
[0134] 根據(jù)以上，通過將耗盡層端最先到達(dá)的n+場停止層的峰值位置相對于背面的距離 X設(shè)為上述范圍，從而在關(guān)斷時(shí)IGBT能夠使積累的載流子充分殘留，并能夠抑制關(guān)斷時(shí)的 振蕩現(xiàn)象。因此，就耗盡層端最先到達(dá)的n+場停止層的峰值位置相對于背面的距離X而言， 在任一額定電壓V Mte下，都可以將距離指標(biāo)L的系數(shù)γ設(shè)為上述范圍。由此，能夠有效地 抑制關(guān)斷時(shí)的振蕩現(xiàn)象。
[0135] 另外，根據(jù)圖19可知，額定電壓VMte為600V以上時(shí)，如上所述從背面起算最深的 第一（第一段）n+場停止層的相對于背面的深度設(shè)為Y = 1左右的情況下，距離指標(biāo)L在 任一額定電壓VMte下均比20μπι深。即，將用于形成從基板背面起算最深的第一段質(zhì)子峰 值的質(zhì)子的平均射程Rp設(shè)為從基板背面起算比15 μ m更深、甚至為20 μ m以上的理由在 于，為了進(jìn)一步使該振蕩抑制效果達(dá)到最佳。
[0136] 如上，為了得到良好的開關(guān)特性，需要在從半導(dǎo)體基板的背面起算至少比15 μ m 更深的區(qū)域中形成n+場停止層。在此，關(guān)于上述的距離指標(biāo)L的考慮方法以及γ的優(yōu)選 范圍，不僅是IGBT，在二極管中也可以設(shè)定相同的范圍。即，在適用于二極管的情況下，可以 將關(guān)斷時(shí)的振蕩現(xiàn)象換作逆恢復(fù)時(shí)的振蕩現(xiàn)象來考慮，關(guān)于引起二極管中的逆恢復(fù)時(shí)的振 蕩的難易以及抑制的作用效果，也與IGBT的關(guān)斷時(shí)類似。
[0137] 圖20是示出從實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的場停止層的發(fā)射極與基板正面的界面 起算的深度的說明圖。圖20(a)中示出形成了多個(gè)η+場停止層的IGBT的截面圖。圖20(b) 中列舉示出了沿著圖20 (a)的切割線A-A'相對于發(fā)射極7與基板正面的界面起算的具體 距離（深度）的凈摻雜濃度分布。在ιΓ漂移層1的p+集極層9側(cè)的內(nèi)部形成有例如三段 相對于基板背面的深度不同的η+場停止層10。相對于基板背面最深的η+場停止層10 (η+ 層l〇a)的峰值位置從基板背面起算的距離X為50μπι。這是基于圖19中示出的圖表而將 距尚指標(biāo)L設(shè)為58. 2 μ m，將γ設(shè)為1. 2的情況。并且，圖20 (b)中圖不的L箭頭表不例如 從P基極區(qū)域2與ιΓ漂移層1之間的pn結(jié)合13起算的距離（長度）。標(biāo)號12是η緩沖 層。
[0138] 圖21是示出從實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的場停止層的陽極電極與基板正面的界 面起算的深度的說明圖。圖21(a)中示出形成了多個(gè)η+場停止層的二極管的截面圖。圖 21(b)中列舉示出了沿著圖21 (a)的切割線Β-Β'相對于陽極電極33與基板正面的界面起 算的具體距離（深度）的凈摻雜濃度分布。在成為ιΓ漂移層1的半導(dǎo)體基板31的n+陰極 層35側(cè)的內(nèi)部，形成有例如三段相對于背面的深度不同的n+場停止層36。另外，相對于基 板背面最深的n+場停止層36 (n+層36a)的峰值位置從基板背面起算的距離X為50 μ m。這 是基于圖19中不出的圖表而將距尚指標(biāo)L設(shè)為58. 2 μ m，將γ設(shè)為1. 2的情況。并且，圖 21 (b)中圖示的L箭頭表示例如從p+陽極區(qū)域32與ιΓ漂移層之間的pn結(jié)合38起算的距 離（長度）。
[0139] (實(shí)施方式4)
[0140] 關(guān)于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的質(zhì)子的加速能量，作為實(shí)施方式4進(jìn)行 說明。為了滿足上述Y的范圍，在實(shí)際上通過質(zhì)子照射來形成具有耗盡層最先到達(dá)的n+場 停止層的峰值位置相對于基板背面的距離X的n+場停止層中，可以由以下所示的圖18的 特性圖來確定質(zhì)子的加速能量。圖18是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的質(zhì)子的平均射程與質(zhì) 子的加速能量的關(guān)系的特性圖。
[0141]
【發(fā)明者】們反復(fù)進(jìn)行銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果將質(zhì)子的平均射程Rp的對數(shù) l〇g(Rp)設(shè)為X，將質(zhì)子的加速能量E的對數(shù)log(E)設(shè)為y，則質(zhì)子的平均射程Rp(n+場停 止層的峰值位置）和質(zhì)子的加速能量E有下述（4)式的關(guān)系。
[0142] y = -0· 0047χ4+0· 0528χ3-0· 2211χ2+0· 9923X+5. 0474 …（4)
[0143] 在圖18中示出表示上述（4)式的特性圖，并且示出了用于獲得質(zhì)子期望平均射程 Rp的質(zhì)子的加速能量。圖18的橫軸為質(zhì)子的平均射程Rp的對數(shù)log (Rp)，log (Rp)的軸 數(shù)值的下側(cè)的括號內(nèi)表示對應(yīng)的平均射程Rp (μ m)。另外，縱軸是質(zhì)子的加速能量E的對數(shù) log(E)，log(E)的軸數(shù)值的左側(cè)的括號內(nèi)表示對應(yīng)的質(zhì)子的加速能量E。上述（4)式是用 X ( = log (Rp))的四階多項(xiàng)式將通過試驗(yàn)等所得到的質(zhì)子的平均射程Rp的對數(shù)log (Rp)和 加速能量E的對數(shù)log(E)的各個(gè)值進(jìn)行擬合的方程式。
[0144] 在此，在利用上述（4)擬合式由期望的質(zhì)子的平均射程Rp算出質(zhì)子照射的加速能 量E(以下作為算出值E)，利用該加速能量的算出值E將質(zhì)子注入到硅基板的情況下，可認(rèn) 為實(shí)際的加速能量E'與實(shí)際通過擴(kuò)展電阻（SR)測定法等得到的平均射程Rp'（質(zhì)子峰值 位置）之間的關(guān)系如下。
[0145] 如果相對于加速能量的算出值E，實(shí)際的加速能量E'在E± 10%左右的范圍，則實(shí) 際的平均射程Rp'也相對于期望的平均射程Rp落入±10%左右的范圍內(nèi)，為測定誤差的 范圍內(nèi)。因此，實(shí)際的平均射程Rp'的相對于期望的平均射程Rp的偏差對二極管和/或 IGBT的電特性造成的影響足以小到可忽視的程度。因此，如果實(shí)際的加速能量E'為算出值 E± 10%左右的范圍，則能夠判斷實(shí)際的平均射程Rp'是與設(shè)定一致的平均射程Rp?；蛘撸?如果相對于將實(shí)際的加速能量E'帶入上述（4)式而算出的平均射程Rp落入實(shí)際的平均射 程Rp'在±10%以內(nèi)，則沒有問題。
[0146] 在實(shí)際的加速器中，由于加速能量E和平均射程Rp均能夠落入上述范圍 (±10% )內(nèi)，因此認(rèn)為實(shí)際的加速能量E'及實(shí)際的平均射程Rp'遵從用期望的平均射程 Rp和算出值E表示的上述擬合式，沒有問題。而且，偏差和/或誤差的范圍可以相對于平均 射程Rp為±10%以下，如果優(yōu)選地落入±5%以內(nèi)，則可以認(rèn)為完全遵從上述（4)式。
[0147] 通過利用上述（4)式，能夠求出獲得期望的質(zhì)子的平均射程Rp所需要的質(zhì)子的加 速能量E。用于形成上述的n+場停止層的質(zhì)子的各加速能量E也與使用了上述（4)式并且 將實(shí)際以上述的加速能量E'進(jìn)行了質(zhì)子照射的樣品用已知的擴(kuò)展電阻測定法（SR法）進(jìn) 行測定的實(shí)測值非常一致。因此，通過利用上述（4)式，可以基于質(zhì)子的平均射程Rp非常 精準(zhǔn)地預(yù)測所需要的質(zhì)子的加速能量E。
[0148] 以上的本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，可以適用于能夠設(shè)置場停止層的各種半導(dǎo) 體裝置中。例如，在實(shí)施方式1中以溝道柵型IGBT為例進(jìn)行說明，但也可適用于平面柵型 IGBT。并且，在各實(shí)施方式中，用于形成成為與輸出電極的觸點(diǎn)的半導(dǎo)體層（集電極層、陰 極層）的雜質(zhì)引入方法不限于離子注入，可以進(jìn)行各種變更。并且，在各實(shí)施方式中，設(shè)第 一導(dǎo)電型為η型，設(shè)第二導(dǎo)電型為p型，但本發(fā)明將第一導(dǎo)電型為p型，設(shè)第二導(dǎo)電型為η 型也同樣成立。
[0149] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0150] 如上，將本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法應(yīng)用于在轉(zhuǎn)換器和/或逆變器等的電力 變換裝置中使用的功率半導(dǎo)體裝置具有有益效果。
【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： 照射工序，從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面照射質(zhì)子；以及 退火工序，使照射到所述半導(dǎo)體基板的背面的質(zhì)子活性化，形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo) 體基板高的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層， 通過根據(jù)所述照射工序的照射條件，將所述照射工序和所述退火工序設(shè)為一組而進(jìn)行 多次，從而在所述半導(dǎo)體基板的深度方向上形成多個(gè)所述第一半導(dǎo)體層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述照射工序中，從所述半導(dǎo)體基板的背面起算，形成所述第一半導(dǎo)體層的區(qū)域的深 度越深，則設(shè)加速電壓越高； 所述退火工序中，從所述半導(dǎo)體基板的背面起算，形成所述第一半導(dǎo)體層的區(qū)域的深 度越深，則設(shè)退火溫度越高； 所述照射工序及所述退火工序的組按照從所述第一半導(dǎo)體層成為從所述半導(dǎo)體基板 的背面起算最深的位置的組開始，依次進(jìn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述一組照射工 序和退火工序中，在多次照射工序之后進(jìn)行一次退火。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層 是抑制耗盡層擴(kuò)展的場停止層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過所述照射工序 及所述退火工序形成的所述第一半導(dǎo)體層的數(shù)量，基于所述半導(dǎo)體基板的厚度或額定電 壓、或者其兩者來確定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體裝置是 絕緣柵雙極型晶體管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體裝置是 二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備由所述半導(dǎo)體 基板構(gòu)成的第一導(dǎo)電型的漂移層， 在所述半導(dǎo)體基板的正面形成有第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層， 設(shè)q為基元電荷，Nd為所述漂移層的平均濃度，ε s為所述半導(dǎo)體基板的介電常數(shù)，VMte 為額定電壓，JF為額定電流密度，v sat為載流子的速度在預(yù)定電場強(qiáng)度下飽和的飽和速度， 則距離指標(biāo)L通過下述式（1)表示， [數(shù)學(xué)式1] T _ rate , , N L- ~Γ~τ Λ (1) 設(shè)最接近所述第二半導(dǎo)體層的所述第一半導(dǎo)體層的載流子濃度成為峰值濃度的位置 從所述半導(dǎo)體基板的背面起算的深度為X、 設(shè)所述半導(dǎo)體基板的厚度為％時(shí)， 設(shè)定成為最接近所述第二半導(dǎo)體層的所述第一半導(dǎo)體層的峰值濃度的位置以使χ= WQ- Y L，γ為0. 2以上且1. 5以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述γ為0.9以上 且為1.4以下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述γ為1.0以上 且為1.3以下。
11. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括： 照射工序，從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面照射質(zhì)子；以及 退火工序，使照射到所述半導(dǎo)體基板的背面的質(zhì)子活性化，形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo) 體基板高的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層， 通過將所述照射工序和所述退火工序設(shè)為一組而進(jìn)行多次，從而在所述半導(dǎo)體基板的 深度方向上形成多個(gè)所述第一半導(dǎo)體層， 將多次所述退火工序中的第一退火工序的退火溫度設(shè)定為380°C以上且為450°C以 下，該第一退火工序與多次所述照射工序中將質(zhì)子照射到從所述半導(dǎo)體基板的背面起算最 深的位置的第一照射工序?yàn)橐唤M， 將多次所述退火工序中的第二退火工序的退火溫度設(shè)定為350°C以上且為420°C以 下，該第二退火工序與多次所述照射工序中將質(zhì)子照射到從所述半導(dǎo)體基板的背面起算第 二深的位置的第二照射工序?yàn)橐唤M， 將多次所述退火工序中的第三退火工序的退火溫度設(shè)定為340°C以上且為400°C以 下，該第三退火工序與多次所述照射工序中將質(zhì)子照射到從所述半導(dǎo)體基板的背面起算第 三深的位置的第三照射工序?yàn)橐唤M。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，將所述第一退火 工序的退火溫度設(shè)為400°C以上且420°C以下， 將所述第二退火工序的退火溫度設(shè)為370°C以上且390°C以下， 將所述第三退火工序的退火溫度設(shè)為高于350°C且在370°C以下。
13. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包括： 照射工序，從第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板的背面照射質(zhì)子；以及 退火工序，使照射到所述半導(dǎo)體基板的背面的質(zhì)子活性化，形成雜質(zhì)濃度比所述半導(dǎo) 體基板高的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層， 通過根據(jù)所述照射工序的照射條件，將一次或多次所述照射工序和一次所述退火工序 設(shè)為一組而進(jìn)行多次，從而在所述半導(dǎo)體基板的深度方向上形成多個(gè)所述第一半導(dǎo)體層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述照射工序 中，通過質(zhì)子的照射形成射程Rp的所述第一半導(dǎo)體層時(shí)的質(zhì)子的加速能量E，當(dāng)設(shè)所述射 程Rp的對數(shù)log (Rp)為y，設(shè)所述加速能量E的對數(shù)log (E)為y時(shí)，滿足下述式（2): y = -0. 0047x4+0. 0528x3-0. 2211x2+0. 9923x+5. 0474 …（2)。
【文檔編號】H01L29/739GK104145326SQ201380005484
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】宮崎正行, 吉村尚, 瀧下博, 栗林秀直 申請人:富士電機(jī)株式會社