CN113711364B 半导体装置和半导体装置的制造方法 （富士电机株式会社）

2021.09.29PCT/JP2020/0340162020.09.08WO2021/070539JA2021.04.15JP2008091853A,2008.04.17US2015311279A1,2015.10.29的氢化学浓度分布具有第一氢浓度峰以及配置于比第一氢浓度峰更靠半导体基板的下表面侧浓度峰之间的中间施主浓度与第一氢浓度峰和半导体基板的上表面之间的上表面侧施主浓度以及第二氢浓度峰和半导体基板的下表面之间2第二氢浓度峰，其配置于比所述第一氢浓度峰更靠所述所述第一氢浓度峰和所述第二氢浓度峰之间的中间施主浓度高于所述第一氢浓度峰和所述半导体基板的所述上表面之间的上表面侧施主浓度和所述第二氢浓度峰和所述半度峰之间的中间施主浓度低于所述第一氢浓度峰和所述半导体基板的所述上表面之间的上表面侧施主浓度和所述第二氢浓度峰和所述半导体基板的所述下表面之间的下表面侧所述下表面侧施主浓度和所述上表面侧施主浓度这两者比所述半导体基板的体施主所述半导体基板的深度方向上的施主浓度分布在所述第一氢浓度峰与所述半导体基板的所述上表面之间以及所述第二氢浓度峰与所述半导体基板的所述下表面之间这双方所述半导体基板的深度方向上的施主浓度分布在所述第一氢浓度峰与所述第二氢浓所述第一氢浓度峰与所述第二氢浓度峰的所述深度方向上的距离为所述半导体基板所述中间施主浓度比所述上表面侧施主浓度和所述下表面侧施主浓所述第一氢浓度峰和所述第二氢浓度峰之间的中间氢浓度比上表面侧氢浓度和下表所述中间施主浓度为1×1013/cm3以上且1×1015/cm所述中间施主浓度相对于所述上表面侧施主浓度和所述下表面侧施主浓度的每一个3第一下表面侧拖尾，氢浓度从所述第一氢浓度峰朝向所述第二上表面侧拖尾，氢浓度从所述第二氢浓度峰朝向所述所述下表面侧施主浓度比所述上表面侧施主所述上表面侧施主浓度比所述下表面侧施主所述第一氢浓度峰配置于所述上表面侧的区域的深度方向上的中央与所述上表面之所述第二氢浓度峰配置于所述下表面侧的区域的深度方向上的中央与所述下表面之所述下表面侧施主浓度和所述上表面侧施主浓度这两者比所述半导体基板的体施主所述半导体基板的深度方向上的施主浓度分布在所述第一氢浓度峰与所述半导体基板的所述上表面之间以及所述第二氢浓度峰与所述半导体基板的所述下表面之间这双方所述半导体基板的深度方向上的施主浓度分布在所述第一氢浓度峰与所述第二氢浓所述第一氢浓度峰与所述第二氢浓度峰的所述深度方向上的距离为所述半导体基板第一导电型的缓冲区，其设置于所述漂移区与所所述第一氢浓度峰和所述第二氢浓度峰在所述深度方向上配置于所述沟槽部的下端4所述第一氢浓度峰和所述第二氢浓度峰之间的中间施主浓度比上表面侧施主浓度和所述第一氢浓度峰和所述第二氢浓度峰这两者配置于所述半导体基板的所述深度方21.一种半导体装置的制造方法，其是权利要求1至1氢注入步骤，将氢离子从半导体基板的上表面和下表面中的一个表所述第二深度位置配置于所述第一深度位置与所述一所述制造方法包括对所述半导体基板的所述上表面和所述下表面中的至少一方进行氢注入步骤，将氢离子从半导体基板的上表面和下表面中的一个表第一导电型的缓冲区，其设置于所述漂移区与所述半导体所述第一深度位置和所述第二深度位置在所述半导体基板的深度方向上配置于所述所述制造方法包括对所述半导体基板的所述上表面和所述下表面中的至少一方进行5[0010]第一氢浓度峰和第二氢浓度峰之间的中间氢浓度可以比上表面侧氢浓度和下表面侧氢浓度都高，该上表面侧氢浓度为第一氢浓度峰和半导体基板的上表面之间的氢浓[0012]中间施主浓度可以相对于上表面侧施主浓[0013]氢化学浓度分布可以具有氢浓度从第一氢浓度峰朝向上表面侧减小的第一上表向上表面侧比第二下表面侧拖尾平缓地减小的第二6[0017]第一氢浓度峰和第二氢浓度峰这两者可以配置于半导体基板的深度方向上的中[0019]下表面侧施主浓度和上表面侧施主浓度这两者可以比半导体基板的体施主浓度[0020]半导体基板的深度方向上的施主浓度分布可以在第一氢浓度峰与半导体基板的上表面之间以及第二氢浓度峰与半导体基板的下表面之间这双方具[0021]半导体基板的深度方向上的施主浓度分布可以在第一氢浓度峰与第二氢浓度峰[0022]第一氢浓度峰与第二氢浓度峰的深度方向上的距离可以为半导体基板的深度方半导体基板的上表面和下表面中的另一个表面注入到与第一深度位置不同的第二深度位基板可以具有设置于漂移区与半导体基板的下表面之间且浓度比漂移区的浓度高的第一[0026]制造方法可以包括对半导体基板的上表面和下表面中的至少一方进行激光退火[0029]图2示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度7[0031]图4示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0032]图5示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0033]图6示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0034]图7示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0035]图8示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度8[0048]在本说明书中，将与半导体基板的上表面和下表面平行的正交轴设为X轴和Y[0054]在本说明书中，化学浓度是指无论电活化的状态如何而测定的杂质的原子密化学浓度例如可以通过二次离子质谱法(SIMS)进行测量。上述的净掺杂浓度可以通过电[0057]根据通过CV法或SR法测量的载流子浓度而算出的施主或受主的浓度可以低于表硅的半导体中成为施主的氢的施主浓度是氢的化学浓度的0.110％程度。9[0059]在半导体基板10形成有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等晶体管元件和续流二极管置于半导体基板10的内部的各区域。晶体管元件和二极管元件的构成例将在后面进行描加型切克劳斯基法(MCZ法)、悬浮区熔法(FZ法)中的任意一种来制造。本例中的晶锭利用将与上表面21和下表面23垂直的轴设为[0063]半导体基板10的深度方向上的氢化学浓度分布在深度位置Z1具有第一氢浓度峰％～[0066]通过在半导体基板10的通过区域106形成氢施主，从而能够使半导体基板10的通[0068]图2示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0069]氢化学浓度分布具有第一氢浓度峰101和第二氢浓度峰102。第二氢浓度峰102配侧拖尾S2b是在氢化学浓度分布中，氢浓度从第二氢浓度峰102朝向下表面23侧减小的部[0072]本例的第一氢浓度峰101是基于从下表面23侧注入的氢的浓度峰。在从下表面23[0073]本例的第二氢浓度峰102为基于从上表面21侧注入的氢的浓度峰。在从上表面21位置起到浓度值成为峰值的一半的位置为止的[0074]将第一氢浓度峰101与第二氢浓度峰102之间的氢浓度分布设为中间氢分布103。[0075]将第一氢浓度峰101与半导体基板10的上表面21之间的氢浓度分布设为上表面侧度Hs1可以使用深度位置Z1与上表面21之间的氢浓度的最小值，也可以使用深度位置Z1与[0076]将第二氢浓度峰102与半导体基板10的下表面23之间的氢浓度分布设为下表面侧度Hs2可以使用深度位置Z2与下表面23之间的氢浓度的最小值，也可以使用深度位置Z2与侧注入的氢这两方。因此，本例的中间氢浓度Hc比上表面侧氢浓度Hs1和下表面侧氢浓度Hs2中的任一个都高。中间氢浓度Hc相对于上表面侧氢浓度Hs1和下表面侧氢浓度Hs2中的[0078]施主浓度分布具有第一施主浓度峰111和第二施主浓度峰112。第二施主浓度峰111配置于与第一氢浓度峰101相同的深度位置Z1。第二施主浓度峰112配置于与第二氢浓[0081]将第一施主浓度峰111与第二施主浓度峰112之间的施主浓度分布设为中间施主[0082]将第一施主浓度峰111与半导体基板10的上表面21之间的施主浓度分布设为上表上表面侧施主浓度Ds1可以使用深度位置Z1与上表面21之间的施主浓度的最小值，也可以使用深度位置Z1与上表面21之间的施主浓度的平均值。上表面侧施主浓度Ds1还可以使用[0083]将第二施主浓度峰112与半导体基板10的下表面23之间的施主浓度分布设为下表下表面侧施主浓度Ds2可以使用深度位置Z2与下表面23之间的施主浓度的最小值，也可以使用深度位置Z2与下表面23之间的施主浓度的平均值。下表面侧施主浓度Ds2还可以使用[0084]中间施主浓度Dc与上表面侧施主浓度Ds1和下表面侧施主浓度Ds2中的任一个都的任一个都比体施主浓度Db高。中间施主浓度Dc可以为1×1013/cm3以上且1×1015/cm3以[0087]第一氢浓度峰101的氢化学浓度Hp1和第二氢浓度峰102的氢化学浓度Hp2可以相[0089]图3是说明浓度分布中的平坦部分150的图。虽然在图3中对施主浓度分布中的平将第一施主浓度峰111和上表面侧施主分布114的一部分[0090]可认为在氢离子通过了的通过区域106(参照图1)，除去深度在制造半导体基板10时等所注入的氧(O)也在深度方向上均匀地分布。此外，在通过区域[0091]因此，在除深度位置Z1和Z2的附近以外的通过区域106存在作为施主发挥功能的VOH缺陷大致均匀地分布而成的平坦部分150。平坦部分150中的施主浓度在深度方向上大致恒定。施主浓度在深度方向上大致恒定可以是指例如施主浓度的最大值Dmax与最小值Dmin之间的差值为施主浓度的最大值Dmax的50％以内的区域遍及深度方向的预定的长度间为5μm以上，且该区间的施主浓度的最大值Dmax与最小值Dmin之间的差值为施主浓度的配置于下表面侧施主分布115，也可以配置于上表面侧施主分布114和下表面侧施主分布[0094]图4示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0096]图5示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0098]图6示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0100]图7示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0101]本例的第一氢浓度峰101的氢化学浓度Hp1比第二氢浓度峰102的氢化学浓度Hp2面侧氢分布105中离第一氢浓度峰101为距离Zx的位置处的氢化学浓度比在上表面侧氢分的施主浓度比在上表面侧施主分布114中离第二施主浓度峰112为该距离Zx的位置处的施[0104]图8示出图1的A_A线所示的位置处的、深度方向上的氢化学浓度分布和施主浓度[0105]本例的第二氢浓度峰102的氢化学浓度Hp2比第一氢浓度峰101的氢化学浓度Hp1面侧氢分布104中离第二氢浓度峰102为距离Zx的位置处的氢化学浓度比在下表面侧氢分布105中离第一氢浓度峰101为该距离Zx的位置处的氢的施主浓度比在下表面侧施主分布115中离第一施主浓度峰111为该距离Zx的位置处的施[0109]半导体装置100具备半导体基板10。半导体基板10可以具有图1至图8中说明的某图8中说明的各浓度峰不同的其他浓度峰。有时如后述的缓冲区20那样地注入氢离子而形[0110]半导体基板10在俯视时具有端边162。在本说明书中简称为俯视的情况下是指从[0111]在半导体基板10设置有有源部160。有源部160是在半导体装置100动作的情况下在半导体基板10的上表面与下表面之间沿深度方向流通有主电流的区域。在有源部160的[0112]在有源部160设置有包括IGBT等晶体管元件的晶体管部70和包括续流二极管80沿着半导体基板10的上表面的预定的排列方向(在本例中为X轴方向)交替地配置。在另明书中，有时将二极管部80沿Y轴方向延长到后述的栅极布线而成的延长区81也包含于二栅极导电部和栅极绝缘膜的栅极结构。[0116]半导体装置100可以在半导体基板10的上方具有一个以上的焊盘。本例的半导体极之间的区域。在安装半导体装置100时，各焊盘可以介由导线等布线而连接于外部的电[0117]在栅极焊盘164施加有栅极电位。栅极焊盘164电连接于有源部160的栅极沟槽部此外，外周栅极布线130与栅极焊盘164连接。外周栅极布线130配置于半导体基板10的上[0119]有源侧栅极布线131设置于有源部160。通过在有源部160设置有源侧栅极布线[0120]有源侧栅极布线131与有源部160的栅极沟槽部连接。有源侧栅极布线131配置于半导体基板10的上方。有源侧栅极布线131可以是由掺杂有杂质的多晶硅等半导体形成的[0121]有源侧栅极布线131可以与外周栅极布线130连接。本例的有源侧栅极布线131被设置为在Y轴方向上的大致中央以横穿有源部160的方式沿X轴方向从一侧的外周栅极布线130延伸到另一侧的外周栅极布线130。在有源部160被有源侧栅极布线131分割的情况下，[0123]本例的半导体装置100在俯视时在有源部160与端边162之间具备边缘终止结构部缓和半导体基板10的上表面侧的电场集中。边缘终止结构部90可以具备包围有源部160而[0125]在发射电极52和有源侧栅极布线131与半导体基板10的上表面之间设置有层间绝30内的虚设导电部连接。发射电极52可以在虚设沟槽部30的Y轴方向上的前端与虚设沟槽[0127]有源侧栅极布线131通过设置于层间绝缘膜的接触孔而与栅极沟槽部40连接。有源侧栅极布线131可以在栅极沟槽部40的Y轴方向上的前端部41与栅极沟槽部40的栅极导射电极52可以在由铝等形成的区域的下层具有由钛和/或钛化合物等形成的势垒金属。进[0129]阱区11被设置为与有源侧栅极布线131重叠。阱区11被设置为在与有源侧栅极布远离接触孔54的Y轴方向的端部。阱区11是掺杂浓度比基区14的掺杂浓度高的第二导电型[0131]本例的栅极沟槽部40可以具有沿着与排列方向垂直的延伸方向延伸的两个直线线部分29和前端部31。图10所示的半导体装置100包括不具有前端部31的直线形状的虚设发射区12和接触区15在深度方向上可以设置于基区14与半导[0138]台面部60中的接触区15和发射区12分别被设置为从X轴方向上的一侧的沟槽部到[0141]在各个台面部的上方设置有接触孔54。接触孔54配置于被基区14_e所夹的区于与基区14_e和阱区11对应的区域。接触孔54可以配置于台面部60的排列方向(X轴方向)[0142]在二极管部80中，在与半导体基板10的下表面邻接的区域设置有N+型的阴极区82的Y轴方向上的端部被配置为比接触孔54的Y轴方向上的端部还远离阱区11。在另一例[0147]半导体基板10具有N型或N_型的漂移区18。漂移区18分别设置于晶体管部70和二[0149]发射区12在半导体基板10的上表面21露出，并且被设置为与栅极沟槽部40接[0152]在二极管部80的台面部61以与半导体基板10的上表面21接触的方式设置有P一型[0153]在晶体管部70和二极管部80中可以分别在漂移区18之下设置有N+型的缓冲区2掺杂浓度可以是在图3中说明的平坦部分150的掺杂浓度区20可以作为防止从基区14的下端扩展的耗尽层到达P+型的集电区22和N+型的阴极区82[0157]在半导体基板10的上表面21侧设置有一个以上的栅极沟槽部40和一个以上的虚[0162]本例的栅极沟槽部40和虚设沟槽部30在半导体基板10的上表面21被层间绝缘膜[0163]如在图1至图8中说明的那样，半导体基板10在深度位置Z1具有第一氢浓度峰101[0167]图13是示出图12中的D_D线处的掺杂浓度分布的一例的图。在本例中，除了基于[0169]漂移区18在至少一部分区域含有氢。在漂移区18配置有第一施主浓度峰111和第[0172]在本例中，深度位置Z1和深度位置Z2之间的中间施主分布113中的中间施主浓度Dc比上表面侧施主分布114中的上表面侧施主浓度Ds1和下表面侧施主分布115中的下表面浓度Ds1