二极管、电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用半导体基板而形成的二极管。
【背景技术】
[0002]通过开关动作来变换电力的电力变换装置例如具备IGBT (Insurated GateBipolar Transistor) > MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管等半导体开关元件。对于与这些半导体开关元件以逆向并联的方式连接、且作为续流二极管而使用的二极管而言，随着驱动频率的增加，进一步要求开关动作中的恢复电流的减少、或者恢复时的浪涌电压.振动的抑制。
[0003]为了抑制恢复时的浪涌电压?振动，提出了在阳极侧的Si基板中设置局部的低寿命层的方法。通过在阳极侧的Si基板中设置局部的低寿命层，从而来自阳极的空穴注入量减少，作为结果，导通时的阳极侧的载流子密度下降，阴极侧的载流子密度上升。若阴极侧的载流子密度上升，则在恢复时阴极侧的η-漂移层中的残存载流子增加，而抑制恢复电流的急剧的减少，从而抑制恢复时的浪涌电压.振动。
[0004]下述非专利文献I中，作为在阳极侧的Si基板中设置局部的低寿命层的方法，而提出了使用氦照射或质子照射的方法。该文献中，通过对Si基板照射He+或质子，来在Si基板中的阳极电极侧形成局部的低寿命层，从而抑制恢复时的浪涌电压.振动。
[0005]下述专利文献I中，作为在阳极侧的Si基板中形成局部的低寿命层的其它方法，提出了使用用于形成阳极侧的P层的离子注入的方法。该文献中，向Si基板注入P型杂质的离子而在Si基板中的阳极电极侧形成局部的低寿命层，并通过激光退火使注入的P型杂质的一部分活性化而形成P层。通过局部的低寿命层，来抑制恢复时的浪涌电压.振动。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2008-4866号公报
[0009]非专利文献
[0010]非专利文献1:K.Nishiwaki, Τ.Kushida, A.Kawahashi, Proceedings of the 13thInternat1nal Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)2001,pp.235-238, 2001.
【发明内容】
[0011]发明所要解决的课题
[0012]非专利文献I所记载的技术中，为了照射质子、氦而必须使用大型的回旋加速器的粒子线照射装置，从而制造成本变高。并且，由于质子、氦的重量较轻，所以通过质子照射、氦照射而形成的缺陷的深度方向分布的半宽度较宽，无法精度良好地控制深度方向的位置。若无法精度良好地控制深度方向的位置，则容易产生特性的差别。例如，若缺陷的深度方向分布的半宽度较宽，则相应地导通损耗变大。
[0013]专利文献I所记载的技术中，由于通过离子注入而导入的缺陷的深度方向的位置与因激光退火而活性化的P层的深度方向的位置大致相同，所以若离子注入的深度或激光退火的深度稍微存在偏差，则在激光退火后残存的缺陷的数量存在较大的偏差。结果，正向电压、恢复损耗存在较大的偏差。
[0014]本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于提供能够以简便的方法制造、且恢复动作良好的二极管。
[0015]用于解决课题的方案
[0016]本发明的二极管具备杂质的浓度较高的层和杂质的浓度较低的层，杂质的浓度较低的层还包括活化率与其它的部分不同的层。
[0017]发明的效果如下。
[0018]根据本发明的二极管，可提供能够以简便的方法制造、且恢复动作良好的二极管。通过以下的实施方式的说明，除上述以外的课题、结构以及效果会变得清楚。
【附图说明】
[0019]图1是实施方式I的二极管I的侧剖视图。
[0020]图2是说明向终端区域域注入P型阱的离子的工序的图。
[0021]图3是说明向终端区域注入η型阱的离子的工序的图。
[0022]图4是说明使终端区域的η型阱和P型阱的杂质活性化而扩散的工序的图。
[0023]图5是说明向有源区域注入P型阱的离子的工序的图。
[0024]图6是说明使有源区域的P型阱活性化而形成低寿命层的工序的图。
[0025]图7是说明形成阳极电极的工序的图。
[0026]图8是说明形成阴极缓冲η层111和阴极η层112的工序的图。
[0027]图9是表示从阳极侧观察的深度方向的P型杂质的浓度曲线(实线)以及活性化后的杂质的浓度曲线(虚线)的图。
[0028]图10是实施方式2的二极管I的侧剖视图。
[0029]图11是实施方式3的二极管I的侧剖视图。
[0030]图12是实施方式4的二极管I的侧剖视图。
[0031]图13是表示实施方式4中从阴极侧观察的深度方向的η型杂质的浓度曲线以及活性化后的η型杂质的浓度曲线的图。
[0032]图14是实施方式5的电力变换装置10的电路图。
[0033]图15是表示二极管的室温的恢复特性的电流波形以及电压波形的图。
[0034]图16是表示P型杂质因阳极侧的激光退火而活性化的深度变动后的、150°C时的正向电压和导通损耗的图。
[0035]图17是表示P型杂质因阳极侧的激光退火而活性化的深度变动后的、室温下的恢复时的浪涌电压的图。
[0036]图18是表示室温下的恢复特性的电流波形以及电压波形的图。
【具体实施方式】
[0037]以下，基于附图详细地对本发明的实施方式进行说明。此外，在用于说明实施方式的各图中，对具有相同功能的部件赋予相同的符号，并适当地省略其重复的说明。并且，以下的实施方式的说明中，除特别需要时以外，不重复而适当地省略同一或者相同的部分的说明。
[0038]此外，以下的实施方式中，以将第一导电型设为η型、将第二导电型设为P型、且使用了 η型Si基板的二极管为例进行说明，但不限定于此。对于将第一导电型设为P型、将第二导电型设为η型、且使用了 P型Si基板的情况而言，也能够认为与使用了 η型Si基板的情况相同。
[0039]<实施方式1:二极管的结构>
[0040]图1是本发明的实施方式I的二极管I的侧剖视图。图1表示二极管I的有源区域和终端区域的示意的剖视图。以下的说明中，包括制造工序的中途的阶段而将半导体层部分整体称作Si基板100。
[0041]如图1所示，二极管I的有源区域的构造具备η-漂移层101、阳极P层102、阳极P-层103、低寿命区域层104、阴极η层112、阴极缓冲η层111、阳极电极109以及阴极电极113。
[0042]η-漂移层(第一半导体层)101是由η型Si构成的半导体层，是由不会因离子注入、扩散等改性而保持原本的η型Si基板不变的η型半导体区域构成的η型半导体层。
[0043]阳极P层(第三半导体层)102是设置在Si基板100的表面侧亦即阳极侧的最靠表面的有源区域、且由P型杂质区域构成的P型半导体层。
[0044]阳极P-层103是在Si基板100的表面侧亦即阳极侧设置在与阳极P层102邻接的位置、且由浓度比阳极P层102的浓度低的P型杂质区域构成的P型半导体层。
[0045]低寿命区域层104是在Si基板100的表面侧亦即阳极侧、且在与阳极ρ_层103邻接的位置或者在阳极P-层103中形成的半导体层。低寿命区域层104内的少数载流子的寿命(life time)比η-漂移层101中的少数载流子的寿命短。低寿命区域层104含有与阳极P-层103所含有的P型杂质同种的杂质(元素)作为P型杂质。
[0046]此外，对于这些P型半导体层的构造而言，与后述的“离子注入和激光退火的条件”的说明一并地重新详细进行说明。
[0047]阴极η层(第二半导体层)112是设置在Si基板100的背面侧亦即阴极侧、且由浓度比η-漂移层101的浓度高的η型杂质区域构成的η型半导体层。
[0048]阴极缓冲η层111是与阴极η层112的η_漂移层101侧邻接设置、且由浓度比阴极η层112的浓度低且浓度比η-漂移层101的浓度高的η型杂质区域构成的η型半导体层。也可以没有阴极缓冲η层111，但通过设置阴极缓冲η层111，从而在对二极管I施加反向电压时，抑制耗尽层从PN结向阳极侧延伸，进而提高二极管I的耐压。
[0049]阳极电极(第一电极)109是与阳极P层102欧姆连接的电极。阴极电极(第二电极)113是与阴极η层112欧姆连接的电极。
[0050]如图1所示，二极管I的终端区域的构造具备与有源区域共用的η-漂移层101、阴极η层112、阴极缓冲η层111、阳极电极109、阴极电极113，除此之外还具备HIRC(HighReverse Recovery dl/dt Capability)构造的p型讲区域 105、FLR(Field Limiting Ring)构造的P型阱区域106、场极板电极110、沟道截断环的η型阱区域107。
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