半导体装置及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区。在该半导体装置中，二极管区具备第二导电型的阴极层。阴极层的第二导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状，在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。
【专利说明】半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本说明书所记载的技术涉及一种半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]已知一种在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区的半导体装置。在二极管区中，在半导体基板的背面侧形成有η型的阴极层，在绝缘栅双极性晶体管区中，在半导体基板的背面侧形成有P型的集电层。集电层及阴极层一般通过向半导体基板的背面侧注入杂质离子而被形成。例如，在向半导体基板的整个背面注入P型的杂质离子之后，通过掩膜来覆盖背面的成为集电层的区域，并注入η型的杂质离子，且通过退火工序而使杂质扩散。在该情况下，在阴极层中，η型的杂质离子的掺杂量未高到补偿P型的杂质离子的掺杂量的程度时，半导体装置的电压电流特性(VI特性)将恶化，且容易产生急速返回(snap back)现象。
[0003]为了避免该问题，在日本国专利公表公报2011-507299号(专利文献I)中，通过掩膜来覆盖半导体基板的背面的形成阴极层的区域，并使成为集电层的P型的半导体层堆积于掩膜的开口部，且进一步在其背面上形成金属膜。之后，去除掩膜，并将金属膜作为掩膜来利用，向半导体基板的背面的形成阴极层的区域注入η型的杂质离子。
[0004]另外，在日本国专利公表公报2011-507300号(专利文献2)中，在向半导体基板的整个背面注入了P型的杂质离子之后，利用掩膜，并通过蚀刻等而去除形成阴极层的区域的半导体基板。在去除了被注入了 P型的杂质离子的层之后，注入η型的杂质离子，从而形成阴极层。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特表2011-507299号公报
[0008]专利文献2:日本特表2011-507300号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]在专利文献I及专利文献2中，阴极层和集电层中的任意一方相对于另一方而凹陷，从而在半导体基板的背面上产生高低差。半导体基板的背面的高低差可能会成为在形成背面电极等时产生不良情况的主要原因。另外，增加了在半导体基板的背面上形成高低差的工序，从而使制造工序复杂。
[0011 ] 用于解决课题的方法
[0012]本说明书所公开的第一半导体装置在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区。二极管区具备:第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面；第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧；第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧。绝缘栅双极性晶体管区具备:第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面；第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧;第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧；第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧；绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置。阴极层的第二导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状，在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。
[0013]在上述的第一半导体装置中，阴极层的第二导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状。具有两个以上的峰值的杂质浓度的分布能够通过以改变注入深度的方式实施两次以上的离子注入而形成。由此，能够更加可靠地实现在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度的状态。上述的半导体装置抑制了半导体装置的VI特性的恶化和急速返回现象的产生，并且无需改变半导体基板的背面的形状，因此，能够以简易的制造工序进行制造。
[0014]另外，上述的第一半导体装置所涉及的技术(涉及阴极层的杂质浓度分布的技术)也能够用于集电层。即，本说明书还公开了一种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区，并且集电层的第一导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状，在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度。
[0015]本说明书所公开的第二半导体装置在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区。二极管区具备:第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面；第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧；第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧。绝缘栅双极性晶体管区具备:第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面；第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧;第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧；第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧；绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置。阴极层的第一导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第一深度以固定的浓度分布。阴极层的第二导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第二深度以固定的浓度分布，第二深度深于第一深度，在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。
[0016]在上述的第二半导体装置中，阴极层的第一导电型的杂质浓度和第二导电型的杂质浓度双方均从半导体基板的背面起以固定的浓度分布。由于杂质浓度以固定的浓度分布，因此，通过使第二深度深于第一深度，从而能够更加可靠地实现在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度的状态。上述的半导体装置抑制了半导体装置的VI特性的恶化和急速返回现象的产生，且无需改变半导体基板的背面的形状，因此，能够以简易的制造工序进行制造。
[0017]另外，上述的第二半导体装置所涉及的技术(关于阴极层的杂质浓度分布的技术)还能够用于集电层。即，本说明书还公开了一种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区，集电层的第一导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第三深度以固定的浓度分布，集电层的第二导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第四深度以固定的浓度分布，第三深度深于第四深度，在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度。
[0018]本说明书还公开了一种第一半导体装置的制造方法。在本说明书所公开的第一半导体装置的制造方法中，形成半导体装置的阴极层的工序包括:向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序；以改变注入深度的方式而至少两次向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序；对注入了第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子的半导体晶片进行退火的工序。在第一半导体装置所涉及的技术用于集电层的情况下，形成半导体装置的集电层的工序包括:向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序；以改变注入深度的方式而至少两次向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序；对注入了第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子的半导体晶片进行退火的工序。
[0019]本说明书还公开了一种第二半导体装置的制造方法。在本说明书所公开的第二半导体装置的制造方法中，形成半导体装置的阴极层的工序包括:向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序；在注入了第二导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第二深度为止的工序；向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序；在注入了第一导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第一深度为止的工序。在第二半导体装置所涉及的技术用于集电层的情况下，形成半导体装置的集电层的工序包括:向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序；在注入了第一导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第三深度为止的工序；向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序；在注入了第二导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第四深度为止的工序。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实施例1所涉及的半导体装置的剖视图。
[0021]图2为表示实施例1所涉及的半导体装置的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0022]图3为对实施例1所涉及的半导体装置的特性进行说明的图。
[0023]图4为对实施例1所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0024]图5为对实施例1所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0025]图6为对实施例1所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0026]图7为表示图4所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0027]图8为表示图5所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0028]图9为表示图6所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0029]图10为实施例2所涉及的半导体装置的剖视图。
[0030]图11为表示实施例2所涉及的半导体装置的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0031]图12为表示激光退火中的激光能量强度与被退火的半导体基板的深度之间的关系的图。[0032]图13为对实施例2所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0033]图14为对实施例2所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0034]图15为对实施例2所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0035]图16为对实施例2所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0036]图17为对实施例2所涉及的半导体装置的制造工序进行说明的图。
[0037]图18为表示图14所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0038]图19为表示图15所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0039]图20为表示图16所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
[0040]图21为表示图17所示的制造工序中的二极管区的背面附近的杂质浓度分布的图。
【具体实施方式】
[0041]本说明书所公开的第一半导体装置及第二半导体装置在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区。二极管区具备:第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面；第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧；以及第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧。绝缘栅双极性晶体管区具备:第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面；第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧；第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧；第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧；绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置。
[0042]第一半导体装置及第二半导体装置也可以为，二极管区和绝缘栅双极性晶体管区的表面结构相同，而仅背面结构不同的半导体装置。另外，第一半导体装置及第二半导体装置也可以为，二极管区的表面结构与绝缘栅双极性晶体管区的表面结构不同的半导体装置。而且，也可以在二极管区与绝缘栅双极性晶体管区之间形成有分离区。分离区例如为不与表面电极相接的非活性区，并且也可以在半导体基板内，例如在半导体基板内的表面侧，形成有与二极管体层及绝缘栅双极性晶体管体层相比较深的第一导电型的半导体层。另夕卜，例如也可以在半导体基板内的表面侧，形成有与二极管体层及绝缘栅双极性晶体管体层相比较深的分离沟槽。另外，也可以与漂移层的背面相接而具备缓冲层，且与缓冲层的背面相接而形成有集电层、阴极层。
[0043]第一半导体装置所涉及的技术能够应用于半导体装置的阴极层和集电层中的任意一方或者双方。在第一半导体装置所涉及的技术被应用于阴极层中的情况下，在第一半导体装置中，阴极层的第二导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状，且在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。在第一半导体装置所涉及的技术被应用于集电层中的情况下，集电层的第一导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状，且在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度。另外，在第一半导体装置中，阴极层及集电层可以均具有上述的结构。
[0044]同样，第二半导体装置所涉及的技术能够应用于半导体装置的阴极层和集电层中的任意一方或双方。在第二半导体装置所涉及的技术应用于阴极层中的情况下，在第二半导体装置中，阴极层的第一导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第一深度以固定的浓度分布，阴极层的第二导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第二深度以固定的浓度分布，第二深度深于第一深度，在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。在第二半导体装置所涉及的技术应用于集电层中的情况下，集电层的第一导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第三深度以固定的浓度分布，集电层的第二导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第四深度以固定的浓度分布，第三深度深于第四深度，在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度。另外，在第二半导体装置中，阴极层及集电层可以均具有上述的结构。并且，在本说明书中，杂质浓度“以固定的浓度分布”是指，只需以大致固定的浓度分布即可，并非如通过热扩散而得到的高斯分布形状那样具有明确的峰值的分布形状，只需是通过激光退火处理而得到的大致固定的分布形状即可。
[0045]在实施为了形成集电层而向半导体晶片的整个背面照射第一导电型的杂质离子的制造工序的情况下，将第一及第二半导体装置所涉及的技术用于阴极层是较为有效的。此时，为了形成集电层所照射的第一导电型的杂质离子也被注入至阴极层。即，在形成阴极层的工序中，向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序为，与为了形成半导体装置的集电层而注入第一导电型的杂质离子的工序相同的工序。根据第一及第二半导体装置所涉及的技术，能够在阴极层中，使第二导电型的杂质浓度分布在与第一导电型的杂质浓度相比在半导体基板的深度方向上较广的范围内。因此，即使在第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子的注入位置或半值宽度产生了误差或偏差的情况下，也能够更加可靠地实现在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度的状态。
[0046]另外，在实施为了形成阴极层而向半导体晶片的整个背面照射第二导电型的杂质离子的制造工序的情况下，将第一及第二半导体装置所涉及的技术用于集电层是较为有效的。此时，为了形成阴极层所照射的第二导电型的杂质离子还被注入到集电层。即，在形成集电层的工序中，向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序为，与为了形成半导体装置的阴极层而注入第二导电型的杂质离子的工序相同的工序。根据第一及第二半导体装置所涉及的技术，能够在集电层中，使第一导电型的杂质浓度分布在与第二导电型的杂质浓度相比在半导体基板的深度方向上较广的范围内。因此，即使在第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子的注入位置或半值宽度产生了误差或偏差的情况下，也能够更加可靠地实现在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度的状态。
[0047]在本说明书公开的第一及第二半导体装置的制造方法中，作为第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子，能够使用现有公知的杂质离子。另外，对于形成阴极层、集电层的顺序，能够适当地进行变更。
[0048]在第一半导体装置的制造方法中，在对被注入了杂质离子的半导体晶片进行退火的工序中，能够使用现有公知的退火方法。虽然未被限定，但是，例如，既可以使用在退火炉内对整个半导体晶片进行加热的方法，也可以使用激光退火等能够进行局部退火的方法。
[0049]在第二半导体装置的制造方法中，在对被注入了杂质离子的半导体晶片的阴极层或集电层进行退火的工序中，使用激光退火法。通过使用激光退火法，从而能够使杂质浓度的分布固定。在使用激光退火法时，通过使用掩膜，从而还能够选择性地对半导体晶片的背面进行退火(例如，仅对二极管区进行退火)。通过对用于激光退火的激光的能量强度进行调节，从而能够从作为照射面的半导体晶片的背面起实施退火直至所需的深度为止。并且，从半导体晶片的背面起实施激光退火直至相对较深的深度为止的工序优选为，先于实施退火直至相对较浅的深度为止的工序而实施。
[0050]实施例1
[0051](第一半导体装置)
[0052]在实施例1中，例示图1及图2所示的第一半导体装置10而进行说明。半导体装置10为，在同一基板上形成有二极管和绝缘栅双极性晶体管的RC-1GBT(反向导通型绝缘栅双极性晶体管)。
[0053]半导体装置10具备:半导体基板100 ;被形成于半导体基板100的表面侧的绝缘栅137及表面绝缘膜128、138 ;与半导体基板100的表面相接的表面电极101、102 ;与半导体基板100的背面相接的背面电极103。半导体基板100具备二极管区11和绝缘栅双极性晶体管区13。表面电极101被形成于二极管区11的表面，表面电极102被形成于绝缘栅双极性晶体管区13的表面。
[0054]半导体基板100具备n+型的阴极层111及P+型的集电层131、n型的缓冲层112、η型的漂移层113、P型的二极管体层114及绝缘栅双极性晶体管体层134、ρ+型的阳极层115、ρ+型的体接触层135、和η+型的发射层136。在绝缘栅双极性晶体管区13中形成有绝缘栅137，所述绝缘栅137从半导体基板100的表面侧贯穿绝缘栅双极性晶体管体层134并到达至漂移层113。相对于阴极层111与集电层131之间的边界，在半导体基板的表面侧形成有P型的分离层121。
[0055]图2图示了半导体基板100的二极管区11的背面侧的杂质浓度分布。参照编号311a、311b及312表示高斯分布形状的η型的杂质浓度分布，参照编号331表示高斯分布形状的P型的杂质浓度分布。分布312的峰值位于缓冲层112内。分布311a及311b的峰值位于阴极层111内。分布331的峰值位于阴极层111内。分布331的峰值位置位于与分布311a的峰值位置相比距背面较深的位置处，且位于与分布311b相比距背面较浅的位置处。
[0056]接下来，对半导体装置10的动作进行说明。
[0057](绝缘栅双极性晶体管动作时)
[0058]当将背面电极103的电位Va设为与表面电极101的电位Vb及表面电极102的电位Vc相比较高的电位(Va >Vb、Vc)，且向绝缘栅137施加正电压(正偏压)时，在绝缘栅双极性晶体管体层134中，在绝缘栅137的附近形成有沟道。通过该沟道，作为多数载流子的电子从发射层136向漂移层113被注入。另外，空穴从集电层131向漂移层113被注入。当作为少数载流子的空穴被注入到漂移层113中时，在漂移层113中将引起电导率调制，从而漂移层113的电阻变低。通过电子和空穴以上述方式进行移动，从而流通有从半导体基板100的背面侧(集电层131侧)朝向表面侧(发射层136侧)的绝缘栅双极性晶体管电流。
[0059](二极管动作时)
[0060]接下来，当将背面电极103的电位Va设为低于表面电极101的电位Vb及表面电极102的电位Vc时(Va < Vb、Vc)，在二极管区11中，从阳极层115起经由二极管体层114而向漂移层113注入空穴。由此，二极管电流(回流电流)从阳极层115侧向阴极层111侧流通。
[0061]虽然在半导体装置10中，优选为，在阴极层111内的整个区域内，分布311a的η型的杂质浓度高于分布331的P型的杂质浓度，但如图2所示那样，有时会形成分布331的P型的杂质浓度高于分布311a的η型的杂质浓度的区域350。当在阴极层111内不存在分布311b的情况下，在区350中，P型的杂质浓度高于η型的杂质浓度，从而半导体装置10的二极管动作时的VI特性发生恶化，并容易产生急速返回现象。
[0062]图3的参照编号367为概念性地表示半导体装置10的二极管区11的VI特性的图。纵轴的IF表示电流值，横轴的VF表示电压值。为了进行比较，将在阴极层内具有P型的杂质浓度高于η型的杂质浓度的区域的半导体装置的VI特性例示为参照编号365及366。
[0063]当在阴极层内具有P型的杂质浓度高于η型的杂质浓度的区域时，如参照编号365及366所示，VI特性发生恶化。而且，如参照编号365所示，有时会产生急速返回现象。当产生急速返回现象时，如参照编号365所示，半导体装置导通时，虽然伴随施加电压的上升，而在其初期电流增加，但当施加电压达到特定的开关电压时，暂时表现出相对于施加电压的上升而电流值减少的现象(负电阻)。而且，之后，当施加电压进一步上升而达到特定的保持电压时，电流再次增加。
[0064]在半导体装置10中，在区域350内存在分布311b，在区域350内，分布311b的η型的杂质浓度高于分布331的P型的杂质浓度。由于分布311a的峰值和分布311b的峰值位于阴极层111内，从而在阴极层111中，η型的杂质浓度能够分布于，与P型的杂质浓度相比在半导体基板100的深度方向上较广的范围内。因此，如果对分布311a、311b、331的掺杂量适当地进行设计，则即使在分布311a、311b、331的峰值位置或半值宽度产生了误差或偏差的情况下，也能够容易且可靠地实现在阴极层111内的任意深度，P型的杂质浓度均高于η型的杂质浓度的状态。根据半导体装置10，能够容易地实现对VI特性的恶化及急速返回现象的产生的抑制。
[0065](第一半导体装置的制造方法)
[0066]接下来，对半导体装置10的制造方法进行说明。如图4所示，准备形成有半导体基板100的表面侧的结构的η型的半导体晶片500，并向半导体晶片500的背面(形成阴极层111及集电层131的面)注入η型的杂质离子，从而形成成为缓冲层112的η型离子注入层512。接下来，向半导体晶片500的背面注入P型的杂质离子，从而形成一部分成为集电层131的P型离子注入层531。图7图示了 P型离子注入层531和η型离子注入层512的杂质浓度分布。P型离子注入层531的峰值位置与η型离子注入层512的峰值位置相比，位于距背面较浅的区内。另外，也可以以与上述说明的顺序相反的方式，在形成了 P型离子注入层531之后，形成η型离子注入层512。另外，形成半导体基板100的表面侧的结构的工序也可以在形成背面侧的结构的工序之后实施。[0067]接下来，如图5所示，实施光蚀刻，而在半导体晶片500的绝缘栅双极性晶体管区的背面选择性地形成掩膜701。经由掩膜701而向半导体晶片500的二极管区的背面的P型离子注入层531选择性地注入η型的杂质离子。由此，在P型离子注入层531中形成η型离子注入层511b。如图8所示，以使η型离子注入层511b的峰值位置与p型离子注入层531的峰值位置相比位于距背面较深的区域的方式，而实施η型的杂质离子的注入。
[0068]接下来，如图6所示，在掩膜701依然存在的状态下，进一步向半导体晶片500的二极管区的背面的P型离子注入层531注入η型的杂质离子。由此，在P型离子注入层531中形成η型离子注入层511a。如图9所示，以使η型离子注入层511a的峰值位置与p型离子注入层531的峰值位置相比位于距背面较浅的区域的方式，而实施η型的杂质离子的注入。另外，在二极管区的背面，以使η型离子注入层511a及511b的η型的杂质浓度高于P型离子注入层531的P型的杂质浓度的方式，对P型及η型的离子注入的条件进行调节。并且，也可以以与上述说明的顺序相反的方式，在形成了 η型离子注入层511a之后，形成η型离子注入层511b。另外，虽然通过两次注入η型的杂质离子，而形成了两个成为阴极层111的η型离子注入层，但并不限定于此。也可以通过三次以上注入η型的杂质离子，从而形成三个以上的成为阴极层111的η型离子注入层。
[0069]接下来，利用退火炉等而对通过电弧等去除了掩膜701后的半导体晶片500进行退火。由此，能够形成半导体基板100的背面侧的结构。而且，通过形成表面电极101及102、背面电极103等其他的半导体装置10的结构，从而能够制造出半导体装置10。并且，P型离子注入层531和η型离子注入层512也可以在形成了 η型离子注入层511a及511b并去除了掩膜701之后形成。
[0070]如上文所述，半导体装置10无需实施如日本国专利公表公报2011-507299号及日本国专利公表公报2011-507300号那样的复杂的制造工序以在半导体基板的背面上设置凹凸，便能够制造出。增加注入η型的杂质离子的次数是较为容易的，从而无需实施复杂的制造工序。根据上述的制造方法，能够容易地制造出抑制了 VI特性的恶化及急速返回现象的产生的半导体装置。
[0071]实施例2
[0072](第二半导体装置)
[0073]在实施例2中，例示图10及图11所示的第二半导体装置20而进行说明。由于半导体装置20的截面结构为与图1所示的半导体装置10相同的结构，因此，省略说明。半导体装置20在二极管区11的背面附近的杂质浓度分布上与半导体装置10不同。如图11所示，在半导体装置20中，阴极层111的η型的杂质浓度的分布411和ρ型的杂质浓度的分布431双方均是从半导体基板100的背面至固定的深度以固定的浓度分布。缓冲层112的η型的杂质浓度的分布412以曲线状分布。分布431从半导体基板100的背面至第一深度dl具有固定的浓度。分布411从半导体基板100的背面至第二深度d2具有固定的浓度。深度dl浅于深度d2(dl < d2)。通过实施激光退火，从而能够使杂质浓度分布固定。如图12所示，用于激光退火的激光能量强度越大，则越能够加深第一深度dl及第二深度d2。通过对激光能量强度进行调节并实施激光退火，从而能够对第一深度dl及第二深度d2的深度进行调节。
[0074]在上述的第二半导体装置20中，阴极层111的η型的杂质浓度和P型的杂质浓度双方均是从半导体基板100的背面至固定的深度以固定的浓度分布。由于杂质浓度以固定的浓度分布，因此，通过使第二深度d2深于第一深度dl，从而能够在阴极层111中，使η型的杂质浓度分布于，与P型的杂质浓度相比在半导体基板100的深度方向上较广的范围内。因此，如果适当设计η型的杂质及P型的杂质的掺杂量，则能够容易且可靠地实现在阴极层111的任意深度，η型的杂质浓度均高于P型的杂质浓度的状态。根据半导体装置20，如图3所示，能够容易地实现对VI特性的恶化及急速返回现象的产生的抑制。并且，由于半导体装置20的动作与半导体装置10相同，因此省略其说明。
[0075](第二半导体装置的制造方法)
[0076]对半导体装置20的制造方法进行说明。如图13所示，准备形成有半导体基板100的表面侧的结构的η型的半导体晶片600，并向半导体晶片600的背面(形成阴极层111及集电层131的面)注入η型的杂质离子，从而形成成为缓冲层112的η型离子注入层612a。
[0077]接下来，如图14所示，实施光蚀刻，从而在半导体晶片600的绝缘栅双极性晶体管区的背面选择性地形成掩膜702。并且，掩膜702使用氧化膜等掩膜材料，以作为后文所述的激光退火中的掩膜来利用。经由掩膜702而向半导体晶片600的二极管区的背面的η型离子注入层612a选择性地注入η型的杂质离子。由此，在η型离子注入层612a中形成η型离子注入层611a。如图18所示，以使η型离子注入层612a的峰值位置与η型离子注入层611a的峰值位置相比位于距背面较深的区域的方式，而实施η型的杂质离子的注入。并且，虽然通过注入一次η型的杂质离子，而形成了一个成为阴极层111的η型离子注入层，但并不限定于此。也可以通过两次以上注入η型的杂质离子，而形成两个以上的成为阴极层111的η型离子注入层。另外，也可以在形成η型离子注入层611a的工序之后，实施形成η型离子注入层612a的工序。
[0078]接下来，在掩膜702依然存在的状态下，向半导体晶片600的二极管区的背面的η型离子注入层612a及611a照射激光，而实施激光退火。利用图12所示的关系，而对照射的激光的能量强度调节为，能够退火至第二深度d2。由此，如图15所示，形成η层611b及η层612b。如图19所示，η层611b的η型的杂质浓度分布从半导体基板100的背面至第二深度d2具有固定的浓度。并且，虽然在上文所述中，在掩膜702存在的状态下实施了激光照射，但是也可以在去除了掩膜702之后，向半导体晶片600的整个背面的η型离子注入层621a及611a照射激光。
[0079]接下来，如图16所示，在通过电弧等而去除了掩膜702之后，向半导体晶片600注入P型的杂质离子。由此，在二极管区11内，于η层611b内形成P型离子注入层631a，并且在绝缘栅双极性晶体管区13内，于η层612b内形成P型离子注入层631a。如图20所示，P型离子注入层631a的P型的杂质浓度在η层611b及612b中，成为低于η型的杂质浓度的浓度。并且，也可以在形成P型离子注入层631a的工序之前(向η型离子注入层611a照射激光的工序之后)或之后，实施形成η型离子注入层611a的工序。此时，η型离子注入层611a的退火也可以与P型离子注入层631a的退火同时实施。
[0080]接下来，向半导体晶片600的二极管区的背面的P型离子注入层631a照射激光，而实施激光退火。所照射的激光的能量强度利用图12所示的关系而调节为，能够退火至第一深度。由此，如图17所示，形成P层631、n层611及η层612。如图20所示，η层611的P型的杂质浓度分布从半导体基板100的背面至第一深度dl具有固定的浓度。而且,通过形成表面电极101及102、背面电极103等其他半导体装置20的结构，从而能够制造出半导体装置10。
[0081]如上文所述，半导体装置20无需实施如日本国专利公表公报2011-507299号及日本国专利公表公报2011-507300号那样的复杂的制造工序以在半导体基板的背面设置凹凸，便能够制造出。另外，改变激光强度从而实施多次激光退火是较为容易的，从而无需实施复杂的制造工序。根据上述的制造方法，能够容易地制造出抑制VI特性的恶化及急速返回现象的产生的半导体装置。
[0082]并且，虽然在上述的实施例中，对在为了形成集电层而实施向半导体晶片的整个背面照射第一导电型的杂质离子的制造工序时，将第一及第二半导体装置所涉及的技术用于阴极层的情况进行了说明，但并不限定于此。当为了形成阴极层而实施在半导体晶片的整个背面照射第二导电型的杂质离子的制造工序时，即使在将第一及第二半导体装置所涉及的技术用于集电层的情况下，也能够适当地变更上述的实施例而以同样的方式实施。通过将实施例1及2中的阴极层的第二导电型的杂质浓度分布替换为集电层的第一导电型的杂质浓度分布，并将阴极层的第一导电型的杂质浓度分布替换为集电层的第二导电型的杂质浓度分布，从而能够以同样的方式实施，并且当然能够理解可得到本申请所涉及的作用效果的情况。
[0083]以上，虽然对本发明的实施例进行了详细说明，但这仅仅是例示，并不限定权利要求书的范围。在权利要求书所记载的技术中，还包含对以上例示的具体示例的各种变形、变更。
[0084]在本说明书或附图中所说明的技术要素为，单独或通过各种组合而发挥技术上的有用性的要素，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。另外，在本说明书或附图中所例示的技术为能够同时实现多个目的的技术，并且实现其中的一个目的本身也具有技术上的有用性。
【权利要求】
1.一种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区，其中， 二极管区具备: 第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面； 第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧； 第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧， 绝缘栅双极性晶体管区具备: 第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面； 第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧； 第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧； 第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧； 绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置， 阴极层的第二导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状， 在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。
2.—种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区，其中， 二极管区具备: 第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面； 第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧； 第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧， 绝缘栅双极性晶体管区具备: 第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面； 第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧； 第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧； 第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧； 绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置， 集电层的第一导电型的杂质浓度分布成至少具有两个以上的峰值的曲线状， 在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度。
3.一种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区，其中， 二极管区具备: 第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面； 第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧； 第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧， 绝缘栅双极性晶体管区具备:第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面； 第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧； 第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧； 第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧； 绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置， 阴极层的第一导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第一深度以固定的浓度分布， 阴极层的第二导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第二深度以固定的浓度分布， 第二深度深于第一深度， 在阴极层的任意深度，第二导电型的杂质浓度均高于第一导电型的杂质浓度。
4.一种半导体装置，其在同一半导体基板上形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区，其中， 二极管区具备: 第一导电型的阳极层，其露出于半导体基板的表面； 第二导电型的二极管漂移层，其被形成于阳极层的背面侧； 第二导电型的阴极层，其被形成于二极管漂移层的背面侧， 绝缘栅双极性晶体管区具备: 第二导电型的发射层，其露出于半导体基板的表面； 第一导电型的绝缘栅双极性晶体管体层，其被形成于发射层的背面侧； 第二导电型的绝缘栅双极性晶体管漂移层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管体层的背面侧； 第一导电型的集电层，其被形成于绝缘栅双极性晶体管漂移层的背面侧； 绝缘栅双极性晶体管栅电极，其隔着绝缘膜而与将发射层和绝缘栅双极性晶体管漂移层分离的范围内的绝缘栅双极性晶体管体层对置， 集电层的第一导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第三深度以固定的浓度分布， 集电层的第二导电型的杂质浓度从半导体基板的背面至第四深度以固定的浓度分布， 第三深度深于第四深度， 在集电层的任意深度，第一导电型的杂质浓度均高于第二导电型的杂质浓度。
5.一种方法，其为由半导体晶片制造权利要求1所述的半导体装置的方法，其中， 形成半导体装置的阴极层的工序包括: 向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序； 以改变注入深度的方式而至少两次向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序； 对注入了第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子的半导体晶片进行退火的工序。
6.一种方法，其为由半导体晶片制造权利要求2所述的半导体装置的方法，其中， 形成半导体装置的集电层的工序包括: 向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序；以改变注入深度的方式而至少两次向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序； 对注入了第一导电型的杂质离子及第二导电型的杂质离子的半导体晶片进行退火的工序。
7.—种制造方法，其为由半导体晶片制造权利要求3所述的半导体装置的方法，其中， 形成半导体装置的阴极层的工序包括: 向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序； 在注入了第二导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第二深度为止的工序； 向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序； 在注入了第一导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第一深度为止的工序。
8.—种制造方法，其为由半导体晶片制造权利要求4所述的半导体装置的方法，其中， 形成半导体装置的集电层的工序包括: 向半导体晶片的背面注入第一导电型的杂质离子的工序； 在注入了第一导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第三深度为止的工序； 向半导体晶片的背面注入第二导电型的杂质离子的工序； 在注入了第二导电型的杂质离子之后，进行激光退火直至半导体晶片的第四深度为止的工序。
【文档编号】H01L21/8234GK103918078SQ201180074741
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2011年11月9日 优先权日:2011年11月9日
【发明者】龟山悟 申请人:丰田自动车株式会社