半导体装置的制造方法以及半导体装置与流程

本发明涉及使用玻璃材料的半导体装置的制造方法以及具有玻璃膜的半导体装置。

背景技术：

以往，已经尝试导入关于半导体装置的寿命抑制剂(lifetimekiller)。例如在特开昭62-73730号公报中，在将各区域(1)(2)(3)的表面露出后在其表面蒸镀膜厚为的重金属薄膜，并通过进行在温度为800～1000℃、时间为60～120分钟的n2环境中的热处理，从而来使含有寿命抑制剂的物质向基板中扩散。由于该寿命抑制剂的扩散，因此固溶在硅中的晶格位置或晶格之间位置的重金属的杂质能级成为复合中心，在运作时，通过在所述复合中心处对移动于区域之间的电子或空穴进行捕捉，从而来缩短晶体管的开关转换时间。

然而，在使用这种蒸镀的方法中，由于难以正确地控制重金属的添加量，并且重金属的扩散系数均快至10^－7～10^－8cm/sec，因此就会有寿命在重金属添加时的温度依赖性变大，并且其控制是极为困难的问题。

为了解决该问题，在特开平2-51235中，提出了一种寿命抑制剂的导入方法，其特征为：在将重金属元素混合在由多晶硅颗粒构成的粉末后，将该粉末粘附在硅基板表面，从而通过施加热处理来使重金属向硅基板内扩散。

然而，在以往的这种方法中，与不控制寿命的半导体装置相比较，其工序数量会增加，并且制造成本也会上升。

此外，当以μs的单位对trr(反向恢复时间)进行控制时需要使用电子束照射等，但在使用电子束照射等的情况下就需要导入昂贵的装置。

鉴于上述课题，本发明的目的，是提供一种在不增加工序数量的情况下就能够以μs的单位对trr进行控制的半导体装置的制造方法、以及通过该制造方法所制造出的半导体装置。

技术实现要素：

【概念一】

本发明涉及的半导体装置的制造方法的特征在于，包括：

在包含第一金属以及第二金属的金属容器内投入玻璃材料、或在包含第二金属的金属容器内投入第一金属以及玻璃材料的工序；

通过在第一期间内以第一加热温度将所述玻璃材料溶融在所述金属容器内，从而生成含有所述第一金属或含有所述第二金属的含金属玻璃组分的工序；以及

将所述含金属玻璃组分设置在半导体层的工序。

【概念二】

在本发明的概念一涉及的半导体装置的制造方法中，

通过在第一期间内以第一加热温度将所述玻璃材料溶融在所述金属容器内，从而使所述含金属玻璃组分内含有所述第一金属以及所述第二金属。

【概念三】

在本发明的概念一或概念二涉及的半导体装置的制造方法中，

所述第一加热温度比所述第一金属的熔点更高，且比所述第二金属的熔点更低。

【概念四】

在本发明的概念一至概念三中的任意一项涉及的半导体装置的制造方法中，

所述金属容器含有所述第一金属以及所述第二金属，

所述金属容器中，所述第一金属占3重量％～10重量％，所述第二金属占90重量％～97重量％。

【概念五】

在本发明的概念一至概念四中的任意一项涉及的半导体装置的制造方法中，

所述第一金属是金，所述第二金属是铂。

【概念六】

在本发明的概念一至概念五中的任意一项涉及的半导体装置的制造方法中，

所述玻璃材料的sio2的含量在49.5mol％～64.3mol％的范围内、al2o3的含量在3.7mol％～14.8mol％的范围内、b2o3的含量在8.4mol％～17.9mol％的范围内、zno的含量在3.9mol％～14.2mol％的范围内、碱土金属的氧化物含量在7.4mol％～12.9mol％的范围内，

所述第一期间为1～3小时，

所述第一加热温度在1350℃以上1700℃以下。

【概念七】

本发明涉及的半导体装置的特征在于，包括：

半导体层；以及

设置在所述半导体层的玻璃膜，

其中，所述半导体层含有分散后的金，

所述半导体层通过从所述玻璃膜扩散后的金来被寿命控制。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在不增加工序数量的情况下就能够以μs的单位对trr进行控制的半导体装置的制造方法、以及通过该制造方法所制造出的半导体装置。

附图说明

图1是在本发明的第一实施方式中使用的半导体装置的截面图。

图2是展示在本发明的第一实施方式中使用的半导体装置的制造工序过程的截面图。

图3是展示从图2进行工序的半导体装置的制造工序过程的截面图。

图4是展示从图3进行工序的半导体装置的制造工序过程的截面图。

图5是展示从图4进行工序的半导体装置的制造工序过程的截面图。

图6是展示在本发明的各实施方式中使用的金属容器与含金属玻璃组分的截面图。

图7是展示加热时间以及加热温度与trr之间关系的图表。

具体实施方式

第一实施方式

本实施方式的半导体装置具有二极管、晶闸管等的pn结。半导体装置例如图1所示，具有：由第一导电型构成的第一导电型半导体基板11、设置在第一导电型半导体基板11上的第一导电型的掺杂物浓度比第一导电型半导体基板11更薄的由第一导电型构成的第一导电型半导体层12、以及设置在第一导电型半导体层12上的第二导电型半导体层13。其中，第一导电型是例如n型，第二导电型是例如p型。但是，也可以不限于此，第一导电型可以是p型，第二导电型可以是n型。

能够使用硅基板、碳化硅基板、氮化镓基板等来作为第一导电型半导体基板11，其掺杂物浓度是例如1×10¹⁹cm^－3～1×10²⁰cm^－3。第一导电型半导体层12在第一导电型半导体基板11上例如通过外延生长来形成，第一导电型半导体层12中的掺杂物浓度是例如5×10¹⁵cm^－3～1×10¹⁷cm^－3。第一导电型半导体基板11的厚度例如是180μm，第一导电型半导体层12的厚度例如是50μm。第二导电型半导体层13能够通过在第一导电型半导体层12上注入例如p型掺杂物(例如硼)来形成，第二导电型半导体层13中的掺杂物浓度例如是1×10¹⁶cm^－3～1×10¹⁹cm^－3，厚度是例如8μm。

第二导电型半导体层13的正面设置有第一电极20，第一导电型半导体基板11的背面设置有第二电极30。第一电极20是例如阳极电极，第二电极30是例如阴极电极。第一电极20具有例如：硅化铝膜21、硅化镍膜22、ni(镍)-p膜23。第二电极30具有镍膜，该镍膜具有硅化物膜。

第一电极20的周围设置有作为钝化膜的玻璃膜50。该半导体装置按照以下方法来制造。

准备基板，该基板具有：由第一导电型构成的第一导电型半导体基板11、设置在第一导电型半导体基板11上且第一导电型的掺杂物浓度比第一导电型半导体基板11更薄的由第一导电型构成的第一导电型半导体层12、以及设置在第一导电型半导体层12上的第二导电型半导体层13(参照图2)。

接着，在第二导电型半导体层13上形成由sio2等构成的绝缘膜61(参照图2)。此外，在第一导电型半导体基板11的背面形成由sio2等构成的绝缘膜62(参照图2)。

随后，如图3所示，将形成后的绝缘膜61作为掩膜来使用，并进行蚀刻来形成台面沟槽65。作为本实施方式中的蚀刻，能够使用干蚀刻或湿蚀刻等。

接着，如图4所示，通过玻璃膜50来形成保护膜(钝化膜)从而覆盖形成后的台面沟槽65以及绝缘膜61。

随后，如图5所示，在形成后的绝缘膜61以及玻璃膜50上通过蚀刻来形成开口部70。

并且，在正面侧的开口部上形成第一电极20，在背面侧形成第二电极30(参照图1)。

接着，对本实施方式中使用的玻璃膜50的制造方法的一例进行说明。

在制造本实施方式涉及的玻璃膜50时，在包含第一金属以及第二金属的金属容器100(参照图6)内投入玻璃材料来作为用于制作玻璃的原料(玻璃材料投入工序)。金属容器100例如是金属坩埚。第一金属是金(au)，第二金属是铂(pt)。金属容器100中，第一金属占3重量％～10重量％，第二金属占90重量％～97重量％。作为第一金属，除了金以外也可以使用铑(rh)。金属容器100可以含有除第一金属以及第二金属以外的金属，也可以是由第一金属、第二金属以及第三金属这三种成分的合金构成，还可以是由大于等于四种成分的合金构成。

例如，玻璃材料的sio2的含量在49.5mol％～64.3mol％的范围内、al2o3的含量在3.7mol％～14.8mol％的范围内、b2o3的含量在8.4mol％～17.9mol％的范围内、zno的含量在3.9mol％～14.2mol％的范围内、碱土金属的氧化物含量在7.4mol％～12.9mol％的范围内。

随后，在第一期间内以第一加热温度将玻璃材料溶融在金属容器100内(溶融工序)。通过这样将玻璃材料溶融在金属容器100内，从而在玻璃组分内生成含有第一金属、第二金属或含有第一金属以及第二金属这两个金属的含金属玻璃组分110。第一加热温度比第一金属的熔点更高，且比第二金属的熔点更低。第一期间例如为1～3小时，第一加热温度例如在1350℃以上1700℃以下。此外，金的熔点是1064℃，铂的熔点是1768℃。

通过将上述准备好的含金属玻璃组分110设置在诸如所述第二导电型半导体层13这种半导体层上，从而来形成玻璃膜50(玻璃膜形成工序)。具体来说，将溶融后的含金属玻璃组分110冷却后粉碎成数μm的粒径，并在将粉碎后的含金属玻璃组分110设置在第一导电型半导体基板11、第一导电型半导体层12、第二导电型半导体层13等的半导体层上后，将该含金属玻璃组分110溶融(参照图4)。在图4中，虽然展示了台面沟槽65被设置在直至第一导电型半导体基板11的形态，但这仅仅是其中一例，也可以采用在第一导电型半导体基板11以及第一导电型半导体层12上设置台面沟槽65、在第一导电型半导体基板11上不设置台面沟槽65的形态。

本实施方式中的玻璃膜50含有第一金属等金属。因此，通过设置这种玻璃膜50，就能够在诸如影响trr控制的第一导电型半导体层12这种半导体层内使及其微量的第一金属等金属分散。这样一来，根据本申请的发明人的确认，能够将半导体层中的trr(反相恢复时间)设为5μs以上15μs以下，从而就能够进行寿命控制。此外，trr的理想情况是在5μs以上11μs以下，更为理想的情况是在5μs以上8μs以下。而且，在以往这种添加重金属的形态中，由于其与本实施方式相比添加有大量的重金属，因此就无法以μs为单位来控制trr。

将实验结果在图7中进行展示。在该实验中，使用电阻率ρ＝30ω㎝的晶片。如图7中所展示的，当纯粹使用pt来作为金属容器100时，trr约为22μs，当使用铂中含有金的pt－au坩埚(au的含量占5重量％的)时，能够降低trr。具体来说，如图7所示，在pt－au坩埚内以1350℃的温度使玻璃材料溶融5个小时后，将该玻璃组合物(含金属玻璃组分110)设置在半导体层中，这时该半导体层中的trr约为15μs。在pt－au坩埚内以1450℃的温度使玻璃材料溶融1个小时后，将该玻璃组合物(含金属玻璃组分110)设置在所述半导体层中，这时该半导体层中的trr约为14μs。在pt－au坩埚内以1450℃的温度使玻璃材料溶融2个小时后，将该玻璃组合物(含金属玻璃组分110)设置在所述半导体层中，这时该半导体层中的trr约为11μs。在pt－au坩埚内以1560℃的温度使玻璃材料溶融1个小时后，将该玻璃组合物(含金属玻璃组分110)设置在所述半导体层中，这时该半导体层中的trr约为8μs。在pt－au坩埚内以1560℃的温度使玻璃材料溶融2个小时后，将该玻璃组合物(含金属玻璃组分110)设置在所述半导体层中，这时该半导体层中的trr约为8μs。此外，在经过发明者确认后，由于可以认为金具有易于融入玻璃组合物的性质，因此相比铑(rh)，使用金(au)来作为第一金属对于能够容易地控制trr是有帮助的。

《效果》

下面，对本实施方式涉及的效果的一例进行说明。此外，能够采用在“效果”中说明的所有形态。

一直以来都是使玻璃在坩埚等容器内进行溶融的。在本实施方式中，由于是按照以往所使用的工序来仅使玻璃溶融，因此本实施方式与添加重金属或进行电子束照射的形态不同，能够在不增加工序数量的情况下对trr进行控制。此外，根据本实施方式，能够将trr以μs的单位进行控制。因此，就能够在防止芯片等半导体装置的制造成本上升的同时将trr以μs的单位进行控制。

作为将trr以μs的单位进行控制的方法，具体来说，通过调整温度以及时间从而就能够如图7所示般调整半导体层中的trr。因此，只需在每个半导体装置中根据所需的trr来调整温度以及时间就能够以极为简单的方法来调整trr。此外，如图7所示，通过调整温度能够比调整时间更为有效地控制trr。理想的情况是以大于等于140

0℃的温度进行加热，较为理想的情况是以大于等于1500℃的温度进行加热，更为理想的情况是以大于等于1550℃的温度进行加热。

此外，近年来在空调的pfc(powerfactorcorrection)部中，部分开关方式(简易pam)占据了大部分。在简易pam的运作模式下，增加了将桥式二极管作为部分开关来使用的用途，从而要求改善桥式二极管的trr特性。另外，在诸如igbt这种不想增大正向损耗而只需一定程度的开关转换速度即可的半导体装置中，有时就必须要控制以μs为单位的trr。对于这点，根据本实施方式，就可以无需进行追加工序，这样一来，就能够在抑制成本的同时对于能够改善以μs为单位的trr特性也是有帮助的。

在使用以往的重金属扩散的情况下，尽管能够将trr以ns的单位进行控制，但是却难以将其以μs的单位进行控制。如果使用电子束照射虽然能够将trr以μs的单位进行控制，但是却需要导入昂贵的器械。对于这点，根据本实施方式，对于能够在无需导入昂贵的器械的情况下将trr以μs的单位进行控制也是有帮助的。

通过将第一加热温度设为更高于第一金属的熔点，就能够使玻璃组分内含有第一金属、第二金属或第一金属以及第二金属这两个金属。此外，当在金属容器100中的第一金属与第二金属成为合金的情况下，即使加热至高于第一金属的熔点的温度，第一金属也不会立即溶融。这在图7中也可以通过提升温度使trr下降来证实。也就是说，如所述般虽然金的熔点是1064℃，但是通过将温度上升为1350℃→1450℃→1560℃，trr会发生变化且玻璃材料中所含有的金属量也发生变化，从而证明了通过加热至更高于1064℃的温度会使金立即溶融且不被包含在玻璃组分内。

此外，在金属容器100中的合金比例也同样重要。例如在金属容器100中，如果是作为金的第一金属占3重量％～10重量％，作为铂的第二金属占90重量％～97重量％的形态，就能够有效地调整trr。一旦第一金属的量少于3重量％，那么使玻璃组分内含有金属就会变得困难，从而就会难以调整trr。另一方面，一旦第一金属的量多于10重量％，那么在提升加热温度后作为金属容器100的强度也会变弱。

第二实施方式

下面，对本发明的第二实施方式进行说明。

在第一实施方式中，是使用包含第一金属以及第二金属的金属容器100的形态。在本实施方式中，使用在包含第二金属的金属容器100内投入第一金属以及玻璃材料的形态来进行说明。关于其他则与第一实施方式相同，第二实施方式也能够采用在第一实施方式中所采用的所有构成。

对本实施方式中所使用的玻璃膜50的制造方法的一例进行说明。

在由第二金属(通常为铂)构成的金属容器100内投入第一金属(通常为金)与玻璃材料。

接着，在第一期间内以第一加热温度将玻璃材料溶融在金属容器100内(溶融工序)。通过这样将玻璃材料溶融在金属容器100内，从而来生成含有第一金属的含金属玻璃组分110。第一加热温度比第一金属的熔点更高且比第二金属的熔点更低。第一期间是例如1～3小时，第一加热温度是例如在1350℃以上1700℃以下。

通过将准备好的含金属玻璃组分110设置在诸如所述第二导电型半导体层13这种半导体层上，从而来形成玻璃膜50(玻璃膜形成工序)。这样本实施方式的玻璃膜50就混合有第一金属等金属。因此，通过设置这种玻璃膜50，就能够在诸如影响trr控制的第一导电型半导体层12这种半导体层内使第一金属分散。

根据以上情况，经过本申请的发明人确认，在将第一金属放入由第二金属构成的金属容器100中的情况下，金属容器100有时会溶出或开孔。由于一旦在金属容器100中开孔，玻璃材料就会流出，因此就不适合于量产。特别是由于pt的反应性较高，所以就会容易引起这种溶出或开孔的问题。此外，当第二金属是pt时，其会成为非常高价的金属容器100，因此这种在金属容器100中开孔的问题对于成本也是难以承受的。所以，从该观点来看，第一实施方式比第二实施方式更有帮助。

第三实施方式

下面，对本发明的第三实施方式进行说明。

在本实施方式中，使用在包含第一金属以及第二金属的金属容器100内投入第一金属以及玻璃材料的形态来进行说明。关于其他则与第一实施方式相同，第三实施方式也能够采用在第一实施方式中所采用的所有构成。

对本实施方式中所使用的玻璃膜50的制造方法的一例进行说明。

在由第一金属(通常为金)以及第二金属(通常为铂)构成的金属容器100内投入第一金属(通常为金)与玻璃材料。

接着，在第一期间内以第一加热温度将玻璃材料溶融在金属容器100内(溶融工序)。通过这样将玻璃材料溶融在金属容器100内，从而来生成含有第一金属、第二金属或含有第一金属以及第二金属这两个金属的含金属玻璃组分110。第一加热温度比第一金属的熔点更高且比第二金属的熔点更低。第一期间是例如1～3小时，第一加热温度是例如在1350℃以上1700℃以下。

通过将准备好的含金属玻璃组分110设置在诸如所述第二导电型半导体层13这种半导体层上，从而来形成玻璃膜50(玻璃膜形成工序)。这样本实施方式的玻璃膜50就混合有第一金属等金属。因此，通过设置这种玻璃膜50，从而就能够在诸如影响trr控制的第一导电型半导体层12这种半导体层内使第一金属等金属分散。

玻璃材料内含有第一金属是指：第一金属从金属容器100逐渐消失。在本实施方式中，有补充这种变少的第一金属的意思，例如在使用超过规定次数后的金属容器100来使玻璃材料溶融的情况下就可以进行采用。另一方面，如第二实施方式中说明过的，由于一旦将第一金属放入金属容器100内，在金属容器100内就会开孔，因此被加入金属容器100内的第一金属的量是极为少量的。

上述记载的各实施方式以及公开的附图只不过是用于说明权利要求中所记载的发明的一例，在权利要求中记载的发明不受上述记载的各实施方式或公开的附图所限定。此外，申请最初所记载的权利要求只是一例，能够基于说明书、附图等的记载对权利要求的记载进行适当变更。

符号说明

100金属容器

110含金属玻璃组分