JP6112071B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
濃度不純物領域がこの順に配置されている構造は、ダイオードやMOSFET等の種々の
半導体装置で用いられる。本明細書では、このような半導体装置において、特性をより安
定させることが可能な技術を提供する。
(特徴1)製造方法の第1注入工程では、上昇領域の深い側の端部から表面までの範囲で第1導電型不純物濃度を上昇させる。
(特徴2)製造方法の第1注入工程ではチャネリング注入により第1導電型不純物を注入する。
(特徴3)半導体装置の中濃度領域の第1導電型不純物濃度のピーク値の深さから深い側に向かうにしたがって、第1導電型不純物濃度が連続的に低下する。前記連続的に低下する第1導電型不純物濃度のグラフが、第1導電型不純物濃度のプラス側に凸となるように湾曲している。
次に、イオン注入によって、半導体基板12の下面12bに向けてn型不純物(リン等)を注入する。すなわち、下面12bから半導体基板12中にn型不純物を注入する。ここでは、チャネリング注入によりn型不純物を注入する。チャネリング注入は、半導体基板12中でチャネリングが生じるように行うイオン注入である。例えば、チルト角0°、ツイスト角0°の条件でイオン注入を行うことで、チャネリングを生じさせることができる。チャネリング注入後に、半導体基板12中の不純物濃度分布は、図5に示す分布となる。チャネリング注入によれば、低い加速エネルギーでp型不純物を深いバッファ領域24の位置まで注入することができる。また、チャネリング注入によれば、図5に示すように、カソード領域26に相当する深さ範囲とバッファ領域24に相当する深さ範囲を含む広い領域50にn型不純物を注入することができる。すなわち、領域50は、第1注入工程でn型不純物濃度が上昇した上昇領域である。また、この段階では、図5に示すn型不純物濃度のピーク値N4が形成される。ピーク値N4の深さ13aは、バッファ領域24に相当する深さ範囲内に位置する。
次に、レーザアニールによって、半導体基板12をアニールする。ここでは、半導体基板12の下面12bにレーザを照射することによって、下面12b近傍を局所的にアニールする。より詳細には、半導体基板12の下面12bから図5の深さ13bまでの領域52内の半導体層を溶融させる。深さ13bは、深さ13aよりも深い側に位置する。また、図5の深さ13cは、第1注入工程でn型不純物濃度が上昇した上昇領域50の端部(深い側の端部)を表している。深さ13bは、深さ13cよりも浅い側に位置する。レーザアニール終了後に、溶融した領域52内の半導体層は凝固する。このように領域52内の半導体層を溶融させ、その後、凝固させると、領域52内のn型不純物が活性化する。また、溶融時にn型不純物が移動する。このため、凝固後は、図6に示すように、溶融前よりも領域52内のn型不純物濃度分布がフラットになる。これによって、図5のピーク濃度N4が消失し、領域52の深い側の端部13bにピーク濃度N3が形成される。また、第1溶融工程の開始前において、多くの場合、半導体基板12の下面12bには意図せずp型不純物が付着している。領域52を溶融させると、下面12bに付着していたp型不純物が領域52内に拡散する。このため、領域52の凝固後において、図6に示すように、領域52内にp型不純物が分布するようになる。p型不純物は、溶融した領域52内で略均一に分布し、領域52の深い側で急激に減少する。このp型不純物の分布は、図2に示すp型不純物の分布と略等しい。このように領域52内にはn型不純物とp型不純物が分布するようになるが、領域52内ではn型不純物濃度がp型不純物濃度よりも高くなる。これは、図5のピーク濃度N4を含む領域52を溶融させ、その後、凝固させているためである。また、このように領域52を溶融させ、その後、凝固させると、領域52中の結晶欠陥の大部分が消滅する。また、第1溶融工程では、領域52よりも深い側の上昇領域50の一部54は、溶融しないものの、加熱される。これによって、領域54でもn型不純物が活性化する。また、溶融時に領域52から領域54に微量のp型不純物が拡散する。しかしながら、図6に示すように、領域54内でも、n型不純物濃度はp型不純物濃度よりも高くなる。これは、領域52を溶融させるときに、上昇領域50の一部である領域54を溶融させないため、領域54ではn型不純物濃度が高い値に維持されるためである。
次に、イオン注入によって、半導体基板12の下面12bに向けてn型不純物(リン等)を注入する。すなわち、下面12bから半導体基板12中にn型不純物を注入する。ここでは、チャネリングが生じない角度で半導体基板12にn型不純物を注入する。例えば、チルト角7°、ツイスト角23°の条件でイオン注入を行うことで、チャネリングを防止することができる。ここでは、溶融させた領域52の端部13bよりも浅い深さ範囲にn型不純物を注入する。より詳細には、カソード領域26に相当する深さ範囲内であって、半導体基板12の下面12b近傍にn型不純物を注入する。これによって、少なくとも下面12bにおけるn型不純物濃度を上昇させる。第2注入工程後に、半導体基板12中の不純物濃度分布は、図7に示す分布となる。
次に、レーザアニールによって、半導体基板12をアニールする。ここでは、半導体基板12の下面12bにレーザを照射することによって、下面12b近傍を局所的にアニールする。より詳細には、半導体基板12の下面12bから図7の深さ13dまでの領域内の半導体層を溶融させる。深さ13dは、深さ13bよりも浅い側に位置する。また、深さ13dは、第2注入工程でn型不純物濃度が上昇した領域の端部13e(深い側の端部)よりも深い側に位置する。レーザアニール終了後に、溶融した領域内の半導体層は凝固する。凝固した領域では、n型不純物が活性化する。これによって、カソード領域26が形成される。また、溶融時にn型不純物が移動して均一化するため、凝固後は図2に示すようにカソード領域26内のn型不純物の分布が溶融前に比べてフラットになる。これによって、図2に示すピーク濃度N5が形成される。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:半導体基板
12a:上面
12b:下面
14:上部電極
16:下部電極
20:アノード領域
22:ドリフト領域
24:バッファ領域
26:カソード領域
50:上昇領域
Claims (3)
- 半導体装置を製造する方法であって、
第1導電型の半導体基板の表面から前記半導体基板に第1導電型不純物を注入する第1注入工程と、
前記第1注入工程で第1導電型不純物濃度が上昇した上昇領域の第1導電型不純物のピーク濃度の深さよりも深く、前記上昇領域の深い側の端部よりも浅い特定深さから前記表面までの第1半導体領域を溶融させ、その後、凝固させる工程と、
前記表面から、前記特定深さよりも浅い領域に第1導電型不純物を注入する第2注入工程と、
前記第2注入工程で第1導電型不純物濃度が上昇した領域を溶融させ、その後、凝固させる工程、
を有する方法。 - 前記第1注入工程では、前記端部から前記表面までの範囲で第1導電型不純物濃度を上昇させる請求項1の方法。
- 前記第1注入工程では、チャネリング注入により第1導電型不純物を注入する請求項2の方法。
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