[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请的基础是2001年3月29日提出的以前的日本专利申请No.2001-095969，并对该以前申请有优先权，这里将该以前申请的全部内容作为参考结合进来。

发明领域

本发明涉及包括高击穿电压半导体器件如穿孔型IGBT(PT-IGBT)在内的半导体器件及其制造方法。

背景技术

技术上认为IGBT(绝缘栅双极晶体管)是高击穿电压半导体器件的一种。图5是表示常规的穿孔型IGBT的结构的截面图。如图5所示，IGBT包含n^-型基层81。在n^-型基极层81中形成p型基基层82。又，在p型极基层82中形成n型发射极层83。

通过栅极绝缘膜84在夹在n型发射极层83和n^-型基极层81之间的p型基极层82上提供栅极电极85。栅极电极85例如是由多晶硅形成的。

通过在层间绝缘膜87中形成的接触孔，发射极电极86与n型发射极层83和p型基极层82连接。发射极电极86由金属例如Al形成。而且，n^-型基极层81包括栅极电极85和发射极电极86的表面都用钝化膜(图中未画出)覆盖。

另一方面，通过n⁺型缓冲层88在n^-型基极层81的背面上形成p⁺型集电极层89。在p⁺型集电极层89的表面上形成集电极电极90。集电极电极90由金属例如Al形成。

然而，这类PT-IGBT引起一个如下描述的严重的问题。特别是，图5所示的PT-IGBT是用具有预先在p⁺型集电极层89上形成的n⁺型缓冲层88和n^-型基极层81的厚的外延圆片制成的。

更具体地说，用外延生长法在厚度为625μm的p⁺型集电极层89上连续地形成厚度15μm的n⁺型缓冲层88和厚度60μm的n^-型基极层81，以便形成厚度为700μm的外延圆片。然后，对p⁺型集电极层89的背面进行抛光使p⁺型集电极层89的厚度减小175μm，从而用外延圆片作为基片。

然而，制造厚度为700μm的外延圆片是很费钱的，结果使图5所示的PT-IGBT很昂贵。

为了克服上面指出的问题，本发明的发明者们已经考虑用通常的圆片，其中n⁺型缓冲层88和p⁺型集电极层89并不预先形成在它的里面。

更具体地说，发明者们试图用由包括在圆片表面上以所述顺序连续地形成p型极基层82，n型发射极层83，栅极绝缘膜84，栅极电极85，层间绝缘膜87，发射极电极86，和钝化层(图中未画出)，连续地将n型杂质离子和p型杂质离子注入n^-型基极层81的背面，并用激光束照射n^-型基极层81的背面，激活这些n型和p型杂质，从而形成n⁺型缓冲层88和p⁺型集电极层89的方法制备的通常的圆片。

然而，因为由这种激光辐射(激光老炼)达到的熔化深度只有若干微米并且辐射时间很短，所以由激光辐射产生的热不足以传入n⁺型缓冲层88，使从例如离子注入导致的损害层保持在n⁺型缓冲层88中。结果，在器件接通的状态下集电极和发射极之间的饱和电压(V_CE(饱和))增加，在器件断开的状态下使产生漏电流的特性减少。

因为受到损害的层起着注入空穴的陷阱的作用，所以饱和电压V_CE(饱和)增加。另一方面，因为如果受到损害的层91被耗尽了则受到损害的层91在器件断开的状态下起着载流子产生中心的作用，所以产生漏电流，如图6所示。

作为一种用于消除由存在残余的受到损害的层引起的问题的技术，减少注入n⁺型缓冲层88的n型杂质的加速能量被认为是有效的，这是因为n型杂质的激活率随着加速能量Vacc的减小而增大，如图7所示。

我们应该注意到，如果n型杂质的加速能量减小，则n⁺型缓冲层88的深度减小，结果在n⁺型缓冲层88中的杂质浓度分布受到p⁺型杂质扩散的很大影响，降低了浓度分布的可控性。