(57)【要約】【課題】Ｐｔをアクセプタとして作用させた電気的特性の高い半導体装置の製造工程を簡略化させ、かつ安定性よく製造することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】まず、ｎ+型半導体基板１上に、ｎ-型ドリフト層２を堆積する。次に、ｎ-型ドリフト層２の表面上に形成した酸化膜の表面にプラズマ処理を行い、酸化膜にダメージを与える。次に、酸化膜をパターニングし、酸化膜の端部形状をテーパー状にする。次に、酸化膜をマスクとして、ｎ-型ドリフト層２に２回のプロトン照射を行い、ｎ-型ドリフト層２の表面近傍に点欠陥領域３ａを形成する。次に、ｎ-型ドリフト層２表面の、酸化膜で被われていない露出領域にＰｔを１重量％含有したシリカペーストを塗布し、熱処理を行う。これにより、ｎ-型ドリフト層２の表面近傍がアクセプタ化したＰｔ原子によってｐ型に反転され、ｐ型アノード領域３となるｐ型反転増進領域３ｂが形成される。【選択図】図１
2014056946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層の表面近傍に、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥を導入する点欠陥導入工程と、
前記半導体層の表面近傍の前記点欠陥が導入された領域に遷移金属を導入する遷移金属導入工程と、
熱処理により、前記点欠陥が導入された領域内の前記遷移金属の電気的活性化を増進させる活性化工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１導電型の半導体層の表面近傍に遷移金属を導入する遷移金属導入工程と、
熱処理により前記遷移金属を電気的に活性化させる活性化工程と、
前記遷移金属が導入された領域に、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥を導入する点欠陥導入工程と、
点欠陥導入工程後、熱処理により、再度、前記点欠陥が導入された領域内の前記遷移金属を電気的に活性化させる再活性化工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記点欠陥導入工程では、１回の軽元素の照射を行い、または、照射条件の異なる２回以上の軽元素の照射を重ねて行い、前記点欠陥を導入することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記点欠陥導入工程前に、前記半導体層の表面に、前記軽元素の照射条件に対して前記半導体層への到達量を制御可能な厚さを有する絶縁膜マスクを形成するマスク形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記マスク形成工程では、前記絶縁膜マスクの端部形状が上面側から前記半導体層側に向かって広がるテーパー状となるように前記絶縁膜マスクを形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記軽元素は、プロトンまたはヘリウムであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面近傍に設けられた、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥が導入された第１点欠陥領域と、
電気的に活性化された遷移金属が前記第１点欠陥領域にドープされてなる第２導電型の第１反転領域と、
前記半導体層と前記第１反転領域とからなるｐｎ接合部と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記第１反転領域に接する第１電極と、
前記半導体層に接する第２電極と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体層の前記第１反転領域が設けられた側の表面に接する第１電極と、
前記半導体層の前記第１電極が設けられた側に対して反対側の表面に設けられた、前記半導体層よりも不純物濃度が高い第１導電型の高濃度半導体層と、
前記高濃度半導体層に接する第２電極と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１反転領域を囲むように設けられた終端構造領域において、前記半導体層の表面近傍に設けられた、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥が導入された第２点欠陥領域と、
電気的に活性化された遷移金属が前記第２点欠陥領域にドープされてなる第２導電型の第２反転領域と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記遷移金属は白金であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン（Ｓｉ）半導体のｐｎ接合を利用した整流ダイオードが公知である。特に、高周波スイッチング用途には、逆回復時間を改善した高速リカバリダイオードが広く用いられている。ダイオードは、ｐ型アノード層、ｎ+型カソード層、および、高耐圧を維持するためにｐ型アノード層とｎ+型カソード層との間に設けられたｎ-型ドリフト層で構成され、ｐ型アノード層とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合により整流特性を示す。
【０００３】
ｎ-型ドリフト層は、ｐ型アノード層またはｎ+型カソード層よりも不純物濃度が低いことからｉ層（真性領域）ともよばれている。ダイオードを構成する各シリコン層に導入される不純物として、ｐ型アノード層に主にボロン（Ｂ）などが用いられ、ｎ-型ドリフト層は主にリン（Ｐ）などが用いられ、ｎ+型カソード層にリン、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などが用いられる。
【０００４】
さらに、ダイオードの逆回復特性を高速化させる方法として、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、鉄（Ｆｅ）などの遷移金属をｎ-型ドリフト層中に導入して再結合中心を形成し、少数キャリアのライフタイムをコントロールする方法が公知である。また、プロトン（Ｈ+）やヘリウム（Ｈｅ）などの軽元素を照射してシリコン層中に欠陥を生成することによりライフタイムをコントロールする方法も知られている。これらの方法は、局所的なライフタイムコントロールを行う方法として有用である。
【０００５】
また、従来のボロンを用いた拡散法を行わずにダイオードのｐｎ接合を形成する方法として、次の方法が提案されている。Ｎ型の半導体基板上に不純物濃度が低いＮ型の半導体層をエピタキシャル成長させ、その表面に所望のパターンの酸化膜を形成し、それをマスクとしてイオン注入により活性領域エッジ部およびガードリング領域を形成する。そして、活性領域を形成する部分を露出させ、その状態で半導体基板の裏面に白金を含有したペーストを塗布して白金を熱拡散させる。それによって、半導体層の活性領域の表面近傍がＰ型に反転し、反転領域が浅く形成される（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００６】
従来のダイオードの構造について説明する。図１９は、従来のダイオードの構造を示す断面図である。図１９に示すように、ｐ型反転領域１０３は、ｎ-型ドリフト層１０２の表面の、酸化膜１０５により被われていない領域の下に浅く形成されている。ｐ型反転領域１０３は、ｎ-型ドリフト層１０２の表面近傍領域にパイルアップした高濃度のＰｔによってｎ-型ドリフト層１０２がｐ型に反転してできたものである。
【０００７】
このｐ型反転領域１０３によってｐ型アノード領域が構成される。図１９では、Ｐｔの拡散によって導電型が反転した領域の界面を破線で示す（他の図も同様）。この破線で示す界面は、ｐ型反転領域１０３とｎ-型ドリフト層１０２とのｐｎ接合部１０８である。図１９において符号１０１，１０４，１０６，１０７は、ｎ+型カソード層となるｎ+型半導体基板、ｐ型ガードリング領域、アノード電極、カソード電極である。
【０００８】
図１９に示すダイオードの製造方法について、図２０〜２２を参照して説明する。図２０〜２２は、従来のダイオードの製造途中の状態を示す断面図である。まず、ｎ+型半導体基板１０１上に堆積したｎ-型ドリフト層１０２の表面に、熱酸化により酸化膜１０５を形成する。次に、酸化膜１０５の、ｐ型ガードリング領域１０４の形成領域に対応する部分を除去する。次に、酸化膜１０５の残部をマスクとしてｎ-型ドリフト層１０２にボロンをイオン注入する。ここまでの状態が図２０に示されている。
【０００９】
次に、１０００℃以上の温度で熱処理を行い、ｐ型ガードリング領域１０４を形成する。このとき、シリコン表面が酸化膜１０５で被われる。次に、活性領域を形成する部分の酸化膜１０５を除去する。この状態で、ｎ+型半導体基板１０１の裏面にＰｔを含有したシリカペースト１１０を塗布し、９００℃程度の熱処理によってＰｔを熱拡散させる。ここまでの状態が図２１に示されている。これによって、ｎ-型ドリフト層１０２の活性領域の表面近傍がｐ型に反転し、ｐ型反転領域１０３が形成される。ここまでの状態が図２２に示されている。その後、アノード電極１０６およびカソード電極１０７を形成して、ダイオードが完成し、図１９に示す状態となる。
【００１０】
ｎ+型半導体基板１０１とｎ-型ドリフト層１０２の内部に拡散されたＰｔは、シリコン表面に高濃度に偏在するＵ字型の不純物濃度分布をもつことは公知である（例えば、下記特許文献２参照。）。ｎ-型ドリフト層１０２表面に偏在した高濃度のＰｔがアクセプタとして作用し、ｎ-型ドリフト層１０２の表面近傍の不純物濃度を補償する。このため、ｎ-型ドリフト層１０２の活性領域の表面近傍がｐ型に反転し、ｐ型反転領域１０３が形成される。図１９に示すダイオードは、このｐ型反転領域１０３をｐ型アノード領域として利用したものである。
【００１１】
上述したダイオードの製造方法では、ｎ-型ドリフト層１０２の表面近傍のｎ型不純物濃度をアクセプタ化したＰｔによって補償することにより、ｐ型反転領域１０３とｎ-型ドリフト層１０２とのｐｎ接合部１０８が形成される。そのため、Ｐｔ拡散における諸条件のばらつきによって、Ｐｔ拡散後のシリコン層中のＰｔ濃度分布にばらつきが生じ、ｐｎ接合部１０８の接合深さやｐ型反転領域１０３のキャリア濃度分布が安定しない傾向にある。
【００１２】
また、Ｐｔのアクセプタ化によって形成されたｐ型反転領域１０３は、ボロンなどのｐ型不純物が拡散されてなるｐ型拡散領域に比べて、拡散深さが浅く、ｐ型不純物濃度も低い傾向にある。そのため、ｐ型反転領域１０３からなるｐ型アノード領域の、酸化膜１０５の開口端部付近では、逆バイアス時に電界強度が増加し、耐圧が著しく低下する虞がある。
【００１３】
このような問題を解消する方法として、半導体基体の一方の主面に点欠陥を導入する工程と、前記点欠陥の導入工程よりも後に前記半導体基体の一方の主面もしくは他方の主面から遷移金属を導入することで前記点欠陥により遷移金属の電気的活性化が増進される工程とを含む方法が提案されている（例えば、下記特許文献３参照。）。下記特許文献３では、点欠陥の導入によって遷移金属のアクセプタ化を増進させることで安定的にｐ型反転領域を形成している。
【００１４】
さらに、下記特許文献３には、遷移金属を選択的に導入するためのマスクとなる絶縁膜表面にダメージを与えることでパターニング後の絶縁膜の端部形状をテーパー状とし、酸化膜へのＰｔの取り込みを制御することによって、ｐ型反転領域の端部の曲率半径を大きくし、ｐ型反転領域の端部における電界集中を緩和させる方法が提案されている。また、下記特許文献３には、活性領域および終端構造領域のｐ型領域をともにＰｔの拡散工程によって形成することにより工程短縮が可能であることが開示されている。
【００１５】
従来のダイオードの製造方法の別の一例について説明する。図２３〜２７は、従来のダイオードの製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。図２３〜２７は、下記特許文献３の図１０である。まず、ｎ+型半導体基板１１１のおもて面に堆積されたｎ-型ドリフト層１１２上に酸化膜１１６を形成する。次に、プラズマ処理によって酸化膜１１６表面にダメージを与える。ここまでの状態が図２３に示されている。
【００１６】
次に、エッチングにより酸化膜１１６を選択的に除去する。これにより、パターニング後の酸化膜１１６の端部形状は、上面側からｎ-型ドリフト層１１２側が向かって広がるテーパー状となる。次に、酸化膜１１６の残部をマスクとしてｎ-型ドリフト層１１２表面からボロンのイオン注入を行い、ｎ-型ドリフト層１１２の表面近傍に点欠陥を選択的に導入する。ここまでの状態が図２４に示されている。次に、ｎ+型半導体基板１１１の裏面にＰｔを含有したシリカペースト１２０を塗布し、９００℃程度の温度でＰｔを熱拡散させる。ここまでの状態が図２５に示されている。
【００１７】
Ｐｔのアクセプタ化はｎ-型ドリフト層１１２に導入された点欠陥によって増進され、ｎ-型ドリフト層１１２の、酸化膜１１６に被われていない露出領域のみに安定的にｐ型反転領域１１３が形成される。ここまでの状態が図２６に示されている。その後、アノード電極１１７およびカソード電極１１８を形成して、ダイオードが完成し、図２７に示す状態となる。図２６において符号１１４，１１５は、ｐ型ガードリング領域、ｐ型チャネルストッパー領域である。
【００１８】
Ｐｔ濃度分布の制御方法として、下記特許文献２には、１１５０℃以上の温度の熱処理によってシリコン基板の内部の空孔密度を制御し、シリコン基板の内部に導入した空孔にＰｔを拡散させることによってＰｔの濃度分布を制御する方法が開示されている。
【００１９】
また、別の方法として、半導体基板内に重金属を拡散した後に、この半導体基板内に荷電粒子を照射し、さらに６５０℃以上の熱処理を加えることにより半導体基板内に低ライフタイムの所定の領域を設ける方法が提案されている（例えば、下記特許文献４参照。）。下記特許文献４では、Ｈｅ照射によってシリコン層内部の任意の深さに局所的に結晶欠陥を形成し、熱処理によりＨｅの局在領域にＰｔを移動させることによって局所的にＰｔを高濃度化させている。
【００２０】
また、別の方法として、半導体基板の一方の表面から、該半導体基板内に重金属を拡散する重金属拡散工程と、拡散後に前記半導体基板の前記表面に所望の領域を保護するマスク工程と、領域保護した後に前記表面側から電子線を照射する電子線照射工程と、電子線を照射後に６５０℃以上の熱処理を行う熱処理工程とを有する方法が提案されている（例えば、下記特許文献５参照。）。下記特許文献５では、Ｐｔ拡散後に電子線照射および熱処理を行うことによりＰｔ濃度分布を制御する。このとき、シリコン表面に電子線量を制御するマスクを配置することで、素子面内にＰｔ濃度分布を形成している。
【００２１】
また、別の方法として、不純物元素を半導体基板に付着あるいは拡散させる工程と、前記半導体基板に軽元素の荷電粒子を照射し前記半導体基板における該荷電粒子の停止領域にゲッタ層を形成しかつ該半導体基板を熱処理して該ゲッタ層に前記不純物元素を集中させ低ライフタイム層を形成する工程と、を含む方法が提案されている（例えば、下記特許文献６参照。）。下記特許文献６では、Ｐｔ拡散後にプロトン照射および熱処理を行うことにより半導体基板内のＰｔが再配置され、Ｐｔ濃度分布を制御している。
【００２２】
また、別の方法として、次の方法が提案されている。半導体ウェハ内に重金属を拡散させるのに先立ち、半導体ウェハ内にまず、不活性元素Ａｒを注入する。Ａｒの注入は、半導体ウェハにおけるＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウェハ表面から行う。そしてその後に、重金属の拡散を行う（例えば、下記特許文献７参照。）。下記特許文献７では、Ｐｔ拡散前にシリコン表面にＡｒをイオン注入することでＰｔを均一に拡散させている。
【００２３】
また、別の方法として、ＰｔシリサイドからのＰｔ拡散後にプロトン照射および熱処理を行うことにより、プロトン照射位置にＰｔに起因する準位を形成することが提案されている（例えば、下記非特許文献１参照。）。また、別の方法として、Ｐｔやパラジウム（Ｐｄ）をライフタイムキラーとして導入したダイオードに、ヘリウムやプロトン照射を行うことによりリカバリー特性を変化させることが提案されている（例えば、下記非特許文献２，３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００２−２３１９６８号公報
【特許文献２】特開２００９−２３９２６９号公報
【特許文献３】特開２０１２−３８８１０号公報
【特許文献４】特開２００３−２８２５７５号公報
【特許文献５】特許第３９５２４５２号公報
【特許文献６】特開平４−１２５９３３号公報
【特許文献７】特開２００８−４７０４号公報
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】ディー・フウ（Ｄ．Ｈｕ）、外４名、エフェクト  オブ  プロトン  イレイディエーション  ドーズ  オン  ザ  ゲッタリング  エフィシエンシー  オブ  プラチナ  アンド  ザ  パフォーマンス  オブ  ローカル  ライフタイム−コントロールド  パワー  ダイオード（Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｄｏｓｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｐｌａｔｉｎｕｍ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｌｏｃａｌ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｏｄｅｓ）、ジャパン  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス（Ｊａｐａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、２００７年、第４６巻、第２号、ｐ．５６６−５６８
【非特許文献２】ジェイ・フォベッキー（Ｊ．Ｖｏｂｅｃｋｙ）、外４名、ザ  ラジエーション  エンハンスト  ディヒュージョン  ダイオード  リアライゼーション  オブ  ア  ラージ  エリア  ｐ+ｐ-ｎ-ｎ+  ストラクチャー  ウィズ  ハイ  ＳＯＡ（Ｔｈｅ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ（ＲＥＤ）  Ｄｉｏｄｅ  Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  ｐ+ｐ-ｎ-ｎ+  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  ＳＯＡ）、アイ・トリプル・イー  ２１ｓｔ  インターナショナル  シンポジウム  オン  パワー  セミコンダクター  デバイシズ  ＆  ＩＣ’ｓ  ２００９（ＩＥＥＥ  ２１ｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ＆  ＩＣ’ｓ  ２００９：ＩＳＰＳＤ  ２００９）、（バルセロナ）、２００９年６月、ｐ．１４４−１４７
【非特許文献３】ジェイ・フォベッキー（Ｊ．Ｖｏｂｅｃｋｙ）、外２名、ファスト  リカバリー  ラジエーション  エンハンスト  ディヒュージョン  ダイオード：パラジウム  バーサス  プラチナ（Ｆａｓｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ（ＲＥＤ）  Ｄｉｏｄｅ：Ｐａｌｌａｄｉｕｍ  ｖｅｒｓｕｓ  Ｐｌａｔｉｎｕｍ）、１３ｔｈ  ヨーロピアン  カンファレンス  オン  パワー  エレクトロニクス  アンド  アプリケーションズ  ２００９（１３ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ２００９：ＥＰＥ  ２００９）、（バルセロナ）、２００９年１０月、ｐ．１−８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次のことが新たに判明した。
【００２７】
・素子特性の劣化について
上記特許文献１，３ではＰｔ拡散によりｎ-型ドリフト層の表面近傍にｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部を形成することができ、上記特許文献３では点欠陥の導入によりＰｔ拡散によるｐ型反転領域形成の安定性を向上させることができるものの、ｎ-型ドリフト層中のＰｔ分布自体を大きく変えることはできない。このため、ｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さは、ｎ-型ドリフト層表面から１μｍ〜３μｍ程度と浅くなってしまう。
【００２８】
ｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さは、ｎ-型ドリフト層のドナー濃度と、Ｐｔアクセプタによって補償されるｎ-型ドリフト層の表面近傍のアクセプタ濃度とによって相対的に決まる。このため、Ｐｔアクセプタによる補償を大きくするか、ｎ-型ドリフト層のドナー濃度を低くすることにより、ｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さを深くすることができる。
【００２９】
例えばＰｔ拡散温度を上げることによって、ｎ-型ドリフト層の表面近傍へのＰｔアクセプタによる補償を大きくすることができる。しかしながら、ｎ-型ドリフト層の表面近傍以外のドナー濃度もＰｔアクセプタによって補償されてしまい、ｎ-型ドリフト層全体のライフタイムが減少し、オン電圧（順方向電圧ＶＦ）が増大するという問題が生じる。また、ｎ-型ドリフト層のドナー濃度を低くした場合、サージ耐量が低減するなどの問題が生じる。また、Ｐｔアクセプタによる補償が大幅に変わるほどにドナー濃度を低くすることは、ダイオードを製造する上で現実的ではない。
【００３０】
このように、ｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さを深くすることは難しい。しかしながら、組立時にチップ表面から受けるダメージ（ワイヤーボンディングダメージ）やチップ表面から拡散される不純物・水分よって素子特性に悪影響が及ぶ場合、ｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部を深い接合として素子特性を安定化させることが求められる。
【００３１】
・素子耐圧のばらつきについて
また、上述したように上記特許文献３では、酸化膜へのＰｔの取り込みを制御することによって、ｐ型反転領域の端部の曲率を大きくし、耐圧の安定化を図っている。しかしながら、ｐ型反転領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さが浅い点、酸化膜開口部におけるｐ型反転領域形成が酸化膜へのＰｔ吸出し制御性に依存する点は、本質的にｐ型反転領域の端部形状がばらつく要因となる。
【００３２】
Ｐｔアクセプタの補償によるｐ型反転領域の端部の曲率半径は、ボロンなどのｐ型不純物を熱拡散によって形成されるｐ型拡散領域の端部の曲率半径に比べて極めて小さくなる。その結果、ｐ型反転領域からなるｐ型アノード領域端部の電界強度は逆バイアス時に容易に増加し、素子耐圧が低下したり、漏れ電流が安定しないという問題が生じる。
【００３３】
・順方向電圧ＶＦと逆回復電流ＩＲＰとのトレードオフの悪化について
また、特許文献１，３に示されたダイオードは、同一耐圧で作製されたｐ型拡散領域によるｐｎ接合ダイオードよりも順方向電圧ＶＦと逆回復電流ＩＲＰとのトレードオフが悪化する虞がある。この理由は、Ｐｔによるライフタイムキラー分布に起因するものと推測される。
【００３４】
このＰｔによるライフタイムキラー分布については十分に解明されていない。例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）においても、Ｐｔの検出感度が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3近傍と大きいため、ｎ-型ドリフト層の最表面のＰｔ濃度分布が観測されるのみであり、素子動作に影響するｐｎ接合部近傍のＰｔ濃度分布を直接検出することができないからである。
【００３５】
そこで、本発明者らは、Ｐｔ拡散後におけるｎ-型ドリフト層の抵抗率分布を測定し、この抵抗率分布からＰｔ濃度分布を類推することで、Ｐｔによるライフタイムキラー分布を推定した。これは、アクセプタ化したＰｔによりｎ-型ドリフト層の不純物濃度が補償されて生じる抵抗変化からアクセプタ濃度分布を推定し、このアクセプタ濃度分布からライフタイムキラーとして機能するＰｔの不純物濃度分布を推定する方法である。このＰｔ濃度分布の測定方法について検証した結果を図１７に示す。
【００３６】
図１７は、ｎシリコン層中の正孔ライフタイム分布を示す特性図である。図１７には、Ｐｔ偏在により生じるｎ-型ドリフト層の比抵抗変化から推定されるアクセプタ濃度分布がＰｔ濃度分布と等価であると仮定した場合の、ｎ-型ドリフト層の少数キャリア（正孔）ライフタイム分布である。具体的には、一般的な拡散条件（９１０℃の温度で２時間）によるＰｔ拡散によってｐｎ接合部を形成した場合の高速ダイオードの少数キャリア（正孔）ライフタイム分布を示す。図１７に示すように、ｎ-型ドリフト層の、５０μｍ〜６０μｍ程度の深さから表面方向にＰｔ偏在による比抵抗変化が大きくなることがわかる。
【００３７】
Ｐｔ拡散によってｐｎ接合部を形成する場合、ｐｎ接合部の接合深さＸｊの位置と、ライフタイムキラーとして機能するＰｔの不純物濃度分布の変化点Ａの位置とが大きく離れている。一般的にライフタイムキラーは、ｐｎ接合部の接合深さＸｊ付近で最も効率的に作用するが、ｐｎ接合部の接合深さＸｊよりも深い部分で作用されライフタイムが大幅に低下されることは順方向電圧ＶＦの増大につながり好ましくない。
【００３８】
したがって、例えば、ｐｎ接合部の接合深さＸｊ＝２μｍとＸｊ＝１０μｍとではｎ-型ドリフト層中のライフタイム分布が異なるため、ｐｎ接合部の接合深さＸｊが浅いＸｊ＝２μｍのほうがオン電圧は大きくなる。一方、逆回復電流ＩＲＰは、ｐｎ接合部の接合深さＸｊが浅いＸｊ＝２μｍのほうが小さいと推測される。しかし、ライフタイム分布に対して最適な（ＶＦ−ＩＲＰトレードオフが最適な）ｐｎ接合部の接合深さＸｊは解明されていない。
【００３９】
通常、ボロンなどの熱拡散によってｐｎ接合部を形成する場合、ｐｎ接合部の接合深さＸｊはボロンのドーズ量や熱拡散条件により種々変更可能である。しかし、Ｐｔ拡散によってｐｎ接合部を形成する場合、ｎ-型ドリフト層の表面に偏在するＰｔの濃度分布に律速されるため、ｐｎ接合部の接合深さＸｊの制御性に劣る。Ｐｔアクセプタによるｐ型反転領域からなるダイオードと、通常のｐ型拡散領域からなるｐｎダイオードとの、順方向電圧と逆回復電流との関係について比較する。
【００４０】
図１８は、従来のダイオードの順方向電圧と逆回復電流との関係を示す特性図である。図１８に示すように、Ｐｔアクセプタによるｐ型反転領域からなるダイオードは、通常のｐ型拡散領域からなるｐｎダイオードと比較して順方向電圧ＶＦと逆回復電流ＩＲＰとのトレードオフ特性が劣ることが明確である。
【００４１】
図１８には順方向電流ＩＦを１０Ａとし、電流変化率ｄｉ／ｄｔを１００Ａ／μｓｅｃとした４００Ｖ耐圧のダイオードについて示したが、図１８に示すような順方向電圧ＶＦと逆回復電流ＩＲＰとの関係は、上述したｎ-型ドリフト層の厚さが５０μｍ〜６０μｍよりも厚い耐圧６００Ｖ以上の素子において顕著にあらわれる。
【００４２】
・その他
また、上記特許文献２，４，５，６には、空孔やＨｅなどの結晶欠陥によってＰｔ濃度分布の制御方法について記載されているが、特許文献１，３のようにＰｔのアクセプタ増進作用によってｐｎ接合ダイオードを形成することについて記載されていない。すなわち、上記特許文献２，４，５，６には、Ｐｔがアクセプタとして作用するか否か、アクセプタ化したＰｔの不純物濃度分布について、または、Ｐｔによるアクセプタ濃度の制御方法について記載も示唆もされていない。したがって、上記特許文献２，４，５，６では、特許文献１，３で生じる上記問題を解決することはできない。
【００４３】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、Ｐｔをアクセプタとして作用させて電気的特性の高い半導体装置を安定性よく製造することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、Ｐｔをアクセプタとして作用させた電気的特性の高い半導体装置の簡略化された製造工程で製造することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第１導電型の半導体層の表面近傍に、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥を導入する点欠陥導入工程を行う。次に、前記半導体層の表面近傍の前記点欠陥が導入された領域に遷移金属を導入する遷移金属導入工程を行う。次に、熱処理により、前記点欠陥が導入された領域内の前記遷移金属の電気的活性化を増進させる活性化工程を行う。
【００４５】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第１導電型の半導体層の表面近傍に遷移金属を導入する遷移金属導入工程を行う。次に、熱処理により前記遷移金属を電気的に活性化させる活性化工程を行う。次に、前記遷移金属が導入された領域に、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥を導入する点欠陥導入工程を行う。次に、点欠陥導入工程後、熱処理により、再度、前記点欠陥が導入された領域内の前記遷移金属を電気的に活性化させる再活性化工程を行う。
【００４６】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記点欠陥導入工程では、１回の軽元素の照射を行い、または、照射条件の異なる２回以上の軽元素の照射を重ねて行い、前記点欠陥を導入することを特徴とする。
【００４７】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記点欠陥導入工程前に、前記半導体層の表面に、前記軽元素の照射条件に対して前記半導体層への到達量を制御可能な厚さを有する絶縁膜マスクを形成するマスク形成工程をさらに行う。
【００４８】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記マスク形成工程では、前記絶縁膜マスクの端部形状が上面側から前記半導体層側に向かって広がるテーパー状となるように前記絶縁膜マスクを形成することを特徴とする。
【００４９】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記軽元素は、プロトンまたはヘリウムであることを特徴とする。
【００５０】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。第１導電型の半導体層の表面近傍に、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥が導入された第１点欠陥領域が設けられている。電気的に活性化された遷移金属が前記第１点欠陥領域にドープされてなる第２導電型の第１反転領域が設けられている。前記半導体層と前記第１反転領域とからなるｐｎ接合部が形成されている。
【００５１】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１反転領域に接する第１電極と、前記半導体層に接する第２電極と、をさらに備える。
【００５２】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体層の前記第１反転領域側が設けられた側の表面に接する第１電極が設けられている。前記半導体層の前記第１電極が設けられた側に対して反対側の表面に、前記半導体層よりも不純物濃度が高い第１導電型の高濃度半導体層が設けられている。前記高濃度半導体層に接する第２電極が設けられている。
【００５３】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１反転領域を囲むように設けられた終端構造領域において、前記半導体層の表面近傍に、熱平衡状態における前記半導体層内の点欠陥密度よりも高い点欠陥密度で点欠陥が導入された第２点欠陥領域が設けられている。電気的に活性化された遷移金属が前記第２点欠陥領域にドープされてなる第２導電型の第２反転領域が設けられている。
【００５４】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記遷移金属は白金であることを特徴とする。
【００５５】
上述した発明によれば、点欠陥を導入するための軽元素照射のマスク絶縁膜（酸化膜）の端部形状を上面側からｎ-型ドリフト層側へ広がるテーパー状とすることで、マスク絶縁膜のテーパー部の厚さに応じてマスク絶縁膜へ取り込まれるＰｔの量を変えることができる。これにより、ｐ型反転増進領域の端部の曲率半径を制御することができる。また、マスク絶縁膜のテーパー部によってｎ-型ドリフト層表面側からの軽元素照射の侵入深さを変えることができる。このため、点欠陥領域を所望の点欠陥密度分布で制御性よく形成することができる。
【００５６】
また、上述した発明によれば、点欠陥領域が導入された領域にＰｔを導入することにより、点欠陥領域によってＰｔのアクセプタ化が増進され点欠陥領域の点欠陥密度分布にしたがって、Ｐｔがアクセプタ化されてなるｐ型反転増進領域を形成することができる。このため、点欠陥領域の点欠陥密度分布を制御することで、ｐ型反転増進領域の深さを制御することができる。これにより、このｐ型反転増進領域をアノード領域として利用した場合に、アノード領域とドリフト層とのｐｎ接合部を所定の接合深さで制御性よく安定して形成することができる。
【００５７】
また、上述した発明によれば、ｐ型反転増進領域の深さや端部の曲率半径を制御することができるため、順方向電圧（オン電圧）と逆回復電流とのトレードオフを素子構造ごとに最適となるように、ｐ型反転増進領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さを設定することができる。したがって、Ｐｔのアクセプタ化により形成したｐ型アノード領域を備えた逆バイアス特性が優れたダイオードを安定して製造することができる。
【００５８】
また、上述した発明によれば、ｎ-型ドリフト層の表面全面に形成された厚い酸化膜を、点欠陥を導入するための軽元素照射のマスク絶縁膜として用いることにより、活性領域のｐ型アノード領域と、終端構造領域のｐ型ガードリング領域およびｐ型チャネルストッパー領域とを同時に形成することができる。これにより、半導体装置の製造工程を簡略化させることができる。
【発明の効果】
【００５９】
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、Ｐｔをアクセプタとして作用させて電気的特性の高い半導体装置を安定性よく製造することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、Ｐｔをアクセプタとして作用させた電気的特性の高い半導体装置を簡略化された製造工程で製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明にかかる半導体装置の基本構造について示す断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図４】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図５】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図６】実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図７】実施の形態３にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図８】実施の形態３にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図９】実施の形態４にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１０】実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１１】実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１２】実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１３】実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１４】実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１５】実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。
【図１６】本発明にかかる半導体装置のキャリア濃度分布を示す特性図である。
【図１７】ｎシリコン層中の正孔ライフタイム分布を示す特性図である。
【図１８】従来のダイオードの順方向電圧と逆回復電流との関係を示す特性図である。
【図１９】従来のダイオードの構造を示す断面図である。
【図２０】従来のダイオードの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２１】従来のダイオードの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２２】従来のダイオードの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２３】従来のダイオードの製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。
【図２４】従来のダイオードの製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。
【図２５】従来のダイオードの製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。
【図２６】従来のダイオードの製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。
【図２７】従来のダイオードの製造途中の状態の別の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６２】
（基本構造）
本発明にかかる半導体装置の基本的な構造について、ダイオードを例に説明する。図１は、本発明にかかる半導体装置の基本構造について示す断面図である。図１には、本発明にかかる半導体装置の基本的な断面構造と、基板深さ方向に沿った不純物濃度分布とを示す。図１に示すように、本発明にかかる半導体装置は、ｎ+型半導体基板１からなるｎ+型カソード層（第１導電型の高濃度半導体層）、ｎ-型ドリフト層（第１導電型の半導体層）２、ｐ型アノード領域３、図示を省略したカソード電極（第２電極）、図示を省略したアノード電極（第１電極）を備える。
【００６３】
ｎ+型半導体基板１は、例えば一般的なチョコラルスキー（ＣＺ）法により作製されたＣＺウェハを切断した半導体チップである。ｎ+型半導体基板１には、ｎ型不純物としてアンチモン（Ｓｂ）や砒素（Ａｓ）が１×１０18／ｃｍ3よりも高いドーズ量で導入されている。ｎ+型半導体基板１のおもてには、例えばエピタキシャル成長法を用いてリンなどのｎ型不純物がドーピングされてなるｎ-型ドリフト層２が積層され、ｎ+型半導体基板１およびｎ-型ドリフト層２からなる半導体基体が構成されている。ｎ-型ドリフト層２は、高い素子耐圧を維持する機能を有する。
【００６４】
ｎ-型ドリフト層２の一方の主面（ｎ+型半導体基板１側に対して反対側の面）の表面層には、ｐ型アノード領域３が形成されている。ｐ型アノード領域３は、ｎ-型ドリフト層２の表面近傍領域にパイルアップした高濃度の例えば白金（Ｐｔ）などの遷移金属によってｎ-型ドリフト層２がｐ型に反転されてできたｐ型反転増進領域（第１反転領域）３ｂで構成される。点欠陥領域３ａの点欠陥密度分布は、熱平衡状態のｎ-型ドリフト層２内の点欠陥密度よりも高く、かつｐ型反転増進領域３ｂ内にほぼ均一に分布している。点欠陥領域３ａは、ｐ型反転増進領域３ｂが形成されるときに、アクセプタ化したＰｔのゲッタ層として作用する。
【００６５】
ｐ型反転増進領域３ｂは、プロトン（Ｈ+）などの軽元素が照射されてなる点欠陥領域３ａを含み、点欠陥領域３ａによってＰｔのアクセプタ化が増進されている。具体的には、ｐ型反転増進領域３ｂは、アクセプタ化されたＰｔが点欠陥領域３ａ内にほぼ均一に分布されてなる。また、ｐ型反転増進領域３ｂは、ｎ-型ドリフト層２の一方の主面から深さ方向に一定深さまではほぼ均一なＢｏｘ型に近い不純物濃度分布をもつことが望ましい。また、ｐ型反転増進領域３ｂを形成するためのＰｔ拡散時に形成されるＰｔ拡散領域３ｃの不純物濃度分布は、点欠陥領域３ａの点欠陥密度分布に近い分布となっている。アノード電極（不図示）は、ｐ型反転増進領域３ｂ表面に、ｐ型反転増進領域３ｂに接するように設けられている。カソード電極（不図示）は、ｎ+型半導体基板１の裏面に、ｎ+型半導体基板１に接するように設けられている。
【００６６】
（基本構造の特徴）
本発明にかかる半導体装置の基本構造は、２つの特徴を有する。１つ目の特徴は、ｐ型アノード領域３が、電気的に活性化されてアクセプタ化されたＰｔが導入されてなるｐ型反転増進領域３ｂを有する点である。すなわち、ｎ-型ドリフト層２内に、シリコンの格子位置に位置し、かつ電気的に活性化されたＰｔ原子が導入されている。２つ目は、ｐ型アノード領域３には、熱平衡状態におけるｎ-型ドリフト層２内の点欠陥密度以上の点欠陥密度で点欠陥領域３ａが形成されている点である。点欠陥領域３ａは、ｐ型アノード領域３が形成される領域全般にほぼ均一に高濃度に導入されている。この点欠陥領域３ａにより、ｐ型反転増進領域３ｂを構成するＰｔのアクセプタ化が増進されている。
【００６７】
半導体基体の一方の主面に形成された過剰な点欠陥、主に空孔には、半導体基体内に拡散されたＰｔ原子が移動しやすく、移動したＰｔ原子はシリコン結晶の格子位置に入りやすい。格子欠陥に入ったＰｔ原子は、ドナーもしくはアクセプタとなる。すなわち、ｐ型アノード領域３を形成する領域に、熱平衡状態のｐ型反転増進領域３ｂの不純物濃度よりも過剰に点欠陥領域３ａを導入することにより、ｎ-型ドリフト層２内に拡散されたＰｔのアクセプタ化を増進させることができる。
【００６８】
このように、ｎ型シリコン層の表面近傍に偏在するＰｔがアクセプタとして作用してｐ層に反転され、かつ点欠陥領域の導入によってＰｔのアクセプタ化が増進される現象を、以下、反転増進作用とする。すなわち、ｎ-型ドリフト層２の一方の主面近傍に導入される点欠陥領域３ａの点欠陥密度分布を制御することで、Ｐｔのアクセプタ化によるｐ型反転増進領域３ｂからなるｐ型アノード領域３の不純物濃度分布を、ｎ-型ドリフト層２よりも十分高い不純物濃度となるように制御することができる。
【００６９】
２つ目の特徴は、軽元素が照射されてなる点欠陥領域３ａの点欠陥密度分布を、ｐ型アノード領域３全領域でほぼ均一で高濃度な分布とする点である。これにより、ｎ-型ドリフト層２とｐ型反転増進領域３ｂとのｐｎ接合部の接合深さを従来よりも深くすることができると同時に、ｎ-型ドリフト層２内に拡散されたＰｔがライフタイムキラーとして機能する領域をｐ型反転増進領域３ｂと同程度の深さで形成することができる。
【００７０】
遷移金属の拡散メカニズムは、遷移金属をＭとし、空孔をＶとした場合、下記（１）式、（２）式であらわされる。
【００７１】
Ｍ（ｉ）＋Ｖ⇔Ｍ（ｓ）・・・（１）
【００７２】
Ｍ（ｉ）⇔Ｍ（ｓ）＋Ｉ・・・（２）
【００７３】
上記（１）式は、フランク・ターンブル（Ｆｒａｎｋ−Ｔｕｒｎｂｕｌｌ）メカニズムとよばれている。上記（２）式は、キックアウト（Ｋｉｃｋ−ｏｕｔ）メカニズムと呼ばれている。上記（１）式、（２）式は、遷移金属原子と点欠陥との相互作用をあらわす拡散機構である。ここで、Ｍ（ｉ）は格子間遷移金属原子、Ｍ（ｓ）は格子位置遷移金属原子、ＩはＳｉ自己格子間原子である。格子位置遷移金属原子Ｍ(ｓ)は、例えばアクセプタとして作用すると推測される。一方、格子間遷移金属原子Ｍ(ｉ)は、通常ドーパントであるボロン（Ｂ）やリンに比べて拡散係数が大きいため、早期にシリコン層内で平衡状態に達する。
【００７４】
格子間遷移金属原子Ｍ(ｉ)が早期にシリコン層内で平衡状態に達するため、格子位置遷移金属原子Ｍ（ｓ）の濃度は、空孔Ｖの点欠陥密度分布やＳｉ自己格子間原子Ｉの濃度（分布）によって決まる。このため、故意に空孔Ｖを導入することで、格子位置遷移金属原子Ｍ（ｓ）の濃度分布を制御することができる。そして、空孔Ｖを過剰に導入するほど、シリコン結晶の格子位置における遷移金属原子の濃度も多くなる。したがって、Ｐｔがアクセプタ化するには、上記（１）式、（２）式に示すメカニズムのようにＰｔ原子がシリコン結晶の格子位置に入ることが重要である。
【００７５】
Ｐｔ原子がシリコン結晶の格子位置に入るためには、シリコン結晶の格子位置が空いていることが必要である。したがって、シリコン結晶の格子位置には、点欠陥のうち空孔や複空孔が導入されていることが好ましい。一方で、格子間シリコン、格子間不純物、置換型不純物を導入する過程やこれらが拡散する過程において、シリコンウェハ内には空孔や複空孔は必ず存在する。このため、上記（１）式、（２）式に示すメカニズムで格子位置遷移金属原子Ｍ（ｓ）を活性化させるには、まず、シリコン層中に熱平衡状態時よりも多く点欠陥を、好ましくは空孔や複空孔を導入し存在させることが必要となる。
【００７６】
次に、熱平衡状態におけるｎ-型ドリフト層２の点欠陥の平均的な点欠陥密度について説明する。結晶引き上げにより単結晶インゴットを形成するとき、または、単結晶インゴットがスライシングされてなるシリコンウェハに通常のドーパント（リン、ボロンなど）拡散や熱酸化膜形成により素子構造を形成するときに、単結晶インゴットまたはシリコンウェハは１０００℃以上の温度で熱処理される。
【００７７】
この熱処理時に導入された点欠陥の一部は、冷却時に、例えば空孔の場合には１×１０3／ｃｍ3〜１×１０7／ｃｍ3程度の点欠陥密度でシリコン層中に残留する。このため、ｐ型アノード領域３を形成する際に、冷却時にシリコン層中に残留する点欠陥密度よりも高い点欠陥密度の空孔を点欠陥領域３ａとしてシリコン層に導入すればよい。例えば、ｐ型反転増進領域３ｂ（ｐ型アノード領域３）の不純物濃度は、１×１０15／ｃｍ3〜１×１０17／ｃｍ3程度であるため、点欠陥領域３ａの点欠陥密度もｐ型反転増進領域３ｂの不純物濃度と同程度の１×１０15／ｃｍ3〜１×１０17／ｃｍ3程度であることが好ましい。
【００７８】
上述したような点欠陥密度で点欠陥領域３ａ（主に空孔からなる）が形成されることで、点欠陥領域３ａ内の点欠陥の格子位置にＰｔが置換されてアクセプタ化される。任意の接合深さでｐ型反転増進領域３ｂとｎ-型ドリフト層２とのｐｎ接合部を安定に形成するには、点欠陥領域３ａを所定の点欠陥密度で深さ方向に制御性よく形成することが必要である。その方法については後述する。理想的には、深さ方向にＢｏｘ型の格子欠陥分布で点欠陥領域３ａを形成することができれば、安定して任意の深さのｐｎ接合部を形成することができる。
【００７９】
（実施の形態１）
次に、実施の形態１にかかる半導体装置の構造について説明する。図２は、実施の形態１にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。図２には、実施の形態１にかかる半導体装置の断面構造と、深さ方向に沿った不純物濃度分布を示す。図２に示す実施の形態１にかかる半導体装置は、図１に示すダイオードの基本構造に、終端構造領域１１のｐ型ガードリング領域（第２反転領域）４およびｐ型チャネルストッパー領域５を設けたダイオードである。
【００８０】
終端構造領域１１とは、活性領域１０の端部から半導体基体（半導体チップ）の外周端部までの領域であり、活性領域１０を囲み、素子に電圧が印加されたときに発生する半導体基体おもて面（ｎ-型ドリフト層２側の表面）の電界強度を緩和させる構造部である。活性領域１０とは、半導体基体のアノード電極７が形成されている領域であり、オン状態のときに電流が流れる領域である。
【００８１】
具体的には、図２に示すように、実施の形態１にかかる半導体装置は、ｎ+型カソード層となるＡｓ（ヒ素）ドープの低抵抗なｎ+型半導体基板１、Ｐ（リン）ドープのエピタキシャル成長層であるｎ-型ドリフト層２、ｐ型アノード領域３、ｐ型ガードリング領域４、ｐ型チャネルストッパー領域５、酸化膜（絶縁膜マスク）６、アノード電極７、フィールドプレート８およびカソード電極９を有する。ｎ+型半導体基板１の厚さおよび不純物濃度は、例えば、それぞれ５００μｍおよび２×１０19／ｃｍ3である。
【００８２】
ｎ-型ドリフト層２の厚さおよび不純物濃度は、例えば、それぞれ１００μｍおよび７×１０13／ｃｍ3である。ｎ-型ドリフト層２の表面（ｎ+型半導体基板１側に対して反対側の表面、以下、単に表面とする）の一部は酸化膜６により被覆されている。酸化膜６の内周側および外周側の端部形状は、ｎ-型ドリフト層２側に対して反対側の表面（上面）側からｎ-型ドリフト層２側に広がるテーパー状（以下、テーパー部とする）となっている。
【００８３】
ｐ型アノード領域３は、ｎ-型ドリフト層２の表面の、酸化膜６により被われていない領域の下に浅く、かつ酸化膜６のテーパー部に被われた領域の下にわたって形成されている。ｎ+型半導体基板１、ｎ-型ドリフト層２およびｐ型アノード領域３の構成は、図１に示す本発明の基本構造と同様である。すなわち、ｐ型アノード領域３は、本発明の特徴である点欠陥領域３ａを含むｐ型反転増進領域３ｂで構成される。
【００８４】
ｐ型反転増進領域３ｂの接合深さ、すなわちｐｎ接合の深さは例えば１０μｍ以下程度である。ｐ型反転増進領域３ｂの接合深さは、ｎ-型ドリフト層２への軽元素照射により形成された点欠陥領域３ａの深さ、Ｐｔの熱拡散条件およびその後の熱処理条件によって変化し、特に点欠陥領域３ａの点欠陥密度分布に律速される。
【００８５】
すなわち、点欠陥領域３ａの点欠陥密度分布を制御することによって、ｐ型反転増進領域３ｂとｎ-型ドリフト層２とのｐｎ接合部３ｅの深さを調節することができる。また、酸化膜６のテーパー部近傍における点欠陥領域３ａの点欠陥密度の横方向の分布によって、ｐ型反転増進領域３ｂとｎ-型ドリフト層２とのｐｎ接合部３ｅの外周側端部の不純物濃度分布を制御することができる。点欠陥領域３ａは、例えば、プロトンなどの軽元素の２重照射によって形成されてもよい。
【００８６】
ｐ型ガードリング領域４は、ｎ-型ドリフト層２の表面側の領域に、ｐ型アノード領域３を囲むように、特に限定しないが、例えば一重のリング状に形成されている。ｐ型ガードリング領域４は、定格電圧に応じて二重、あるいはそれ以上設けられていてもよい。定格電圧が例えば１００Ｖ程度と低い場合、ｐ型ガードリング領域４を設けなくてもよい。ｐ型チャネルストッパー領域５は、ｎ-型ドリフト層２の表面側の領域の最も外側に、ｐ型アノード領域３およびｐ型ガードリング領域４を囲むように、一重のリング状に形成されている。
【００８７】
ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５は、それぞれ、ｐ型アノード領域３と同様に、軽元素照射によりＰｔのアクセプタ化が増進された点欠陥領域３ａを含むｐ型反転増進領域３ｂで構成される。ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５は、ｐ型不純物が拡散されてなるｐ型拡散領域で構成されてもよい。ｐ型チャネルストッパー領域５に代えて、ｎ型不純物が拡散されてなるｎ型拡散領域で構成されたｎ型チャネルストッパー領域を設けてもよい。
【００８８】
アノード電極７は、ｐ型アノード領域３に接するように形成されている。フィールドプレート８は、ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５に接するように形成されている。カソード電極９は、ｎ+型半導体基板１の裏面に接するように形成されている。
【００８９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法として、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図３〜６は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。例えば、定格電圧を１０００Ｖとし、ｐ型反転増進領域３ｂの形成に用いる遷移金属をＰｔとして説明する（他の実施の形態３，５においても同様）。まず、ｎ+型カソード層となるｎ+型半導体基板１上に、例えば厚さ１００μｍのｎ-型ドリフト層２を比抵抗６０Ωｃｍでエピタキシャル成長させる。
【００９０】
次に、熱酸化により、ｎ-型ドリフト層２の表面上に例えば厚さ９００ｎｍの酸化膜６を形成する。酸化膜６の厚さは、後述するプロトン（Ｈ+）照射のマスクとして用いる際に、酸化膜６を通してｎ-型ドリフト層２中に侵入するプロトンのドーズ量および侵入深さと、軽元素照射によるダメージに伴うＰｔのアクセプタ化の度合いとにより任意に決められる。次に、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）ガス中において１０００℃程度の温度で数時間の熱処理を行い、酸化膜６表面に例えばリンガラス（ＰＳＧ、不図示）を形成する。これにより、酸化膜６の厚さは、リンガラスの厚さを含めて例えば９５０ｎｍとなる。
【００９１】
次に、酸化膜６の表面に、例えば四フッ化メタン（ＣＦ4）ガスと四塩化炭素（ＣＣｌ4）ガスとの混合ガス中において出力パワー３００Ｗのプラズマ中で２０秒間のプラズマ処理を行い、酸化膜６にダメージを与える。ここまでの状態が図３に示されている。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、活性領域１０の形成領域に対応する部分の酸化膜６を除去すると同時に、ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５の形成領域に対応する部分の酸化膜６を例えばリング状に除去する。
【００９２】
ダメージを与えられた酸化膜６はウェットエッチングのエッチングレートが変化するため、酸化膜６の端部形状を上面側からｎ-型ドリフト層２側に向かって広がるテーパー状とすることができる。酸化膜６のテーパー部の横方向（ｎ+型半導体基板１の主面に平行な方向）長さＬOTは、例えば４．７μｍとなる。酸化膜６のテーパー部の横方向長さＬOTは、酸化膜６の厚さの４．９倍程度の長さである。
【００９３】
次に、酸化膜６の残部をマスクとして、ｎ-型ドリフト層２にプロトン（Ｈ+）照射を行う。プロトン照射は、例えばタンデム型バンデグラフト加速器を用いて例えば２回行う。一回目のプロトン照射は、例えば、ドーズ量１×１０14／ｃｍ2であり、加速電圧０．５ＭｅＶである。２回目のプロトン照射は、例えば、ドーズ量１×１０14／ｃｍ2であり、加速電圧０．７５ＭｅＶである。また、プロトン照射は、３回以上行ってもよい。この場合、各プロトン照射の条件は、すべて同じでもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
【００９４】
このプロトン照射により、活性領域１０の形成領域に点欠陥領域３ａが形成され、終端構造領域１１においてｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５の形成領域にそれぞれ点欠陥領域４ａ，５ａが形成される。また、酸化膜６の端部が上面側からｎ-型ドリフト層２側に向かって広がるテーパー状となっていることにより、点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａの端部におけるプロトン照射の照射量が酸化膜６のテーパー部の厚さに応じて制御される。ここまでの状態が図４に示されている。プロトン照射によって形成された点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａを図４中にハッチングで示す。なお、点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａの端部（酸化膜６下の部分）は曲率をもつが図中では図示省略する（他の図においても同様）。
【００９５】
次に、ｎ-型ドリフト層２表面の、酸化膜６で被われていない露出領域に、Ｐｔを１重
量％含有したシリカペースト２１を塗布し、例えば９３０℃で３時間の熱処理を行う。ここまでの状態が図５に示されている。その後、シリカペースト２１を弗酸によって除去する。ここまでの工程によって、ｎ-型ドリフト層２の活性領域１０の表面近傍および終端構造領域１１の表面近傍がアクセプタ化したＰｔ原子によってｐ型に反転され、ｐ型反転増進領域３ｂ，４ｂ，５ｂが形成される。ここまでの状態が図６に示されている。
【００９６】
ｐ型反転増進領域３ｂ，４ｂ，５ｂは、それぞれ、点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａによってＰｔのアクセプタ化が増進され、点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａの点欠陥密度分布にしたがって形成される。Ｐｔの熱拡散は、ｎ+型半導体基板１の裏面から行ってもよい。すなわち、ｎ+型半導体基板１の裏面にシリカペーストを塗布した後に、Ｐｔ拡散のための熱処理を行ってもよい。この場合、ｎ+型半導体基板１の裏面近傍にもＰｔが偏在されるが、ｎ+型半導体基板１は、ドーパント濃度が高いためＰｔのアクセプタ化によるｐ層への反転は起きない。
【００９７】
次に、例えばウエハ表面に厚さ５μｍのアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金をスパッタリングによって積層する。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、Ａｌ−Ｓｉ合金層を所望の形状にパターニングする。しかる後、窒素（Ｎ2）雰囲気中で５００℃、１時間の熱処理を行い、ｐ型アノード領域３に接する低抵抗性のアノード電極７、ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５に接する低抵抗性のフィールドプレート８を形成する。
【００９８】
アノード電極７およびフィールドプレート８は、純Ａｌを真空蒸着することにより形成されていてもよい。最後に、ｎ+型半導体基板１の裏面にチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）を真空蒸着により積層してカソード電極９を形成して、半導体装置が完成し、図２に示す状態となる。たとえば、Ｔｉの厚さは０．７μｍであり、Ｎｉの厚さは０．３μｍであり、Ａｕの厚さは０．１μｍである。
【００９９】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図７，８は、実施の形態３にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、プロトン照射とＰｔ拡散との工程順を変えて、プロトン照射前にＰｔ拡散を行う点である。具体的には、次のように実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法の各工程を行う。
【０１００】
まず、実施の形態２と同様に、ｎ+型半導体基板１上に堆積したｎ-型ドリフト層２の表面上に酸化膜６およびリンガラスを順に形成した後、酸化膜６表面にプラズマ処理を行う（図３）。次に、実施の形態２と同様に、活性領域１０の形成領域に対応する部分、ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５の形成領域に対応する部分の酸化膜６を除去する。次に、実施の形態２と同様に、ｎ-型ドリフト層２の、酸化膜６で被われていない露出領域にシリカペースト２１を塗布し熱処理を行う。ここまでの状態が図７に示されている。
【０１０１】
次に、塗布したシリカペースト２１を弗酸にて除去した後、酸化膜６の残部をマスクとしてｎ-型ドリフト層２にプロトン照射を行う。プロトンの照射方法および照射条件は、実施の形態２と同様である。このプロトン照射により、活性領域１０の形成領域に点欠陥領域３ａが形成され、終端構造領域１１においてｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５の形成領域にそれぞれ点欠陥領域４ａ，５ａが形成される。ここまでの状態が図８に示されている。
【０１０２】
次に、窒素雰囲気中で９３０℃、３０分間の熱処理を行う。この熱処理中によって、ｎ-型ドリフト層２の表面近傍がアクセプタ化したＰｔ原子によってｐ型に反転される。さらに、ｎ-型ドリフト層２内のＰｔ原子が点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａに再度移動し、ｐ型反転増進領域３ｂ，４ｂ，５ｂが点欠陥領域３ａ，４ａ，５ａの点欠陥密度分布にしたがって形成される。これによって、実施の形態２と同様に、ｎ-型ドリフト層２の活性領域１０の表面近傍および終端構造領域１１の表面近傍がｐ型に反転し、ｐ型反転増進領域３ｂ，４ｂ，５ｂが形成される（図６）。その後、実施の形態２と同様に以降の処理を行うことにより、半導体装置が完成し、図２に示す状態となる。
【０１０３】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる半導体装置について説明する。図９は、実施の形態４にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態４にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、活性領域１０に複数のｐ型アノード領域１３を選択的に設けている点である。
【０１０４】
図９に示すように、複数のｐ型アノード領域１３は、それぞれ、ｎ-型ドリフト層２の表面近傍のｎ-型ドリフト層２内部に設けられている。各ｐ型アノード領域１３は、実施の形態１と同様に、それぞれ、点欠陥領域を含むｐ型反転増進領域で構成される。複数のｐ型アノード領域１３は、ｎ-型ドリフト層２表面に平行な方向（例えば図９では紙面奥行き方向）に延びるストライプ状に配置されてもよいし、ドット状の平面形状でマトリクス状に配置されてもよい。また、複数のｐ型アノード領域１３は、所定間隔で配置されるのが好ましい。
【０１０５】
ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５は、それぞれ、ボロンなどのｐ型不純物が拡散されてなるｐ型拡散領域で構成される。アノード電極１７は、活性領域１０においてｎ-型ドリフト層２の表面全体に接し、かつｐ型ガードリング領域４に接している。アノード電極１７は、ｐ型アノード領域１３には接していない。終端構造領域１１においてｎ-型ドリフト層２表面は酸化膜１６で被われており、フィールドプレートは設けられていない。実施の形態４にかかる半導体装置のそれ以外の構成は、実施の形態１にかかる半導体装置と同様である。
【０１０６】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５にかかる半導体装置の製造方法として、実施の形態４にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図１０〜１５は、実施の形態５にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、実施の形態２と同様に、ｎ+型半導体基板１上に堆積したｎ-型ドリフト層２の表面上に酸化膜１６およびリンガラスを順に形成した後、酸化膜１６表面にプラズマ処理を行う。ここまでの状態が図１０に示されている。
【０１０７】
次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５の形成領域に対応する部分の酸化膜１６を例えばリング状に除去する。このエッチングにより、実施の形態２と同様に、酸化膜１６の端部形状がテーパー状となる。次に、酸化膜１６の残部をマスクとしてｎ-型ドリフト層２に例えばボロンをイオン注入する。このイオン注入は、ドーズ量１×１０14／ｃｍ2であり、加速電圧１００ｋｅＶである。ここまでの状態が図１１に示されている。
【０１０８】
次に、１１５０℃で３時間の熱処理によってｎ-型ドリフト層２内のボロンを熱拡散させることで、ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５を形成する。ｐ型ガードリング領域４およびｐ型チャネルストッパー領域５の拡散深さは例えば５μｍ程度である。ここまでの状態が図１２に示されている。また、ボロンを熱拡散させる熱処理により、同時に再度酸化膜１６が形成され、ウェハ全面が酸化膜１６で被われる。
【０１０９】
次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、活性領域１０の形成領域に対応する部分の酸化膜１６を選択的に除去する。次に、酸化膜１６の残部をマスクとしてｎ-型ドリフト層２にプロトン照射を行う。プロトン照射は、例えばタンデム型バンデグラフト加速器を用いて１回行い、重ね打ちは行わない。このプロトン照射は、ドーズ量１×１０13／ｃｍ2であり、加速電圧は０．５ＭｅＶである。
【０１１０】
また、ｎ-型ドリフト層２の表面から約５μｍ付近の深さに点欠陥密度のピークがあることが推定される照射条件でプロトン照射を行う。その理由は、後の工程で形成されるｐ型反転増進領域をｎ-型ドリフト層２内部に形成するためである。このプロトン照射により、活性領域１０の形成領域に点欠陥領域１３ａが選択的に形成される。ここまでの状態が図１３に示されている。
【０１１１】
次に、ｎ-型ドリフト層２表面の、酸化膜１６で被われていない露出領域に、Ｐｔを１重量％含有したシリカペースト２２を塗布し、９３０℃で１時間の熱処理を行う。ここまでの状態が図１４に示されている。その後、塗布したシリカペースト２２を弗酸にて除去する。ここまでの工程によって、ｎ-型ドリフト層２の活性領域１０のｎ-型ドリフト層２表面から一定深さの領域がアクセプタ化したＰｔによってｐ型に反転され、ｐ型反転増進領域１３ｂが形成される。ｐ型反転増進領域１３ｂは、点欠陥領域１３ａによってＰｔのアクセプタ化が増進され、点欠陥領域１３ａの点欠陥密度分布にしたがって形成される。ここまでの状態が図１５に示されている。Ｐｔの熱拡散は、ｎ+型半導体基板１の裏面から行ってもよい。
【０１１２】
次に、例えばウェハ表面に厚さ５μｍのＡｌ−Ｓｉ合金をスパッタリングによって積層する。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、Ａｌ−Ｓｉ合金層を所望の形状にパターニングする。しかる後、窒素雰囲気中で５００℃、１時間の熱処理を行い、活性領域１０においてｎ-型ドリフト層２の表面全体に接し、かつｐ型ガードリング領域４に接する低抵抗性のアノード電極１７を形成する。なお、アノード電極１７は、純Ａｌを真空蒸着することにより形成されていてもよい。最後に、実施の形態２と同様に、ｎ+型半導体基板１の裏面にチタン、ニッケルおよび金を真空蒸着またはスパッタリングにより積層してカソード電極９を形成して、半導体装置が完成し、図９に示す状態となる。
【０１１３】
図９に示す構造は、静電誘導型ダイオードとして従来から知られている構造である。通常は、ｐ層の埋め込みエピ技術またはｐ型不純物（ボロン等）の高加速インプラなどにより作製されるが、上述した実施の形態５にかかる半導体装置の製造方法に示すように、プロトン照射で点欠陥領域を形成することによりＰｔのアクセプタ増進作用によって形成可能である。
【０１１４】
上述した各実施の形態によれば、ｎ-型ドリフト層の表面近傍に、熱平衡状態のｎ-型ドリフト層内の点欠陥密度よりも高い過剰な点欠陥、主に空孔を局所的にかつ深く導入することで、ｎ-型ドリフト層内のＰｔ原子が移動し、熱平衡状態のときに比べて格子位置に入りやすくなる。このため、点欠陥領域の点欠陥密度や導入深さを制御することにより、アクセプタ化したＰｔの不純物濃度を増加させることができる。かつ、Ｐｔ濃度分布が熱平衡状態よりも過剰にｐ型反転増進領域内に分布していることで、ｐ型反転増進領域のＰｔ濃度分布の安定制御が可能となる。
【０１１５】
さらに、各実施の形態によれば、点欠陥領域の点欠陥密度分布が、ｎ-型ドリフト層表面からある深さまで局所的に過剰に分布させることで、点欠陥領域の点欠陥密度分布とｐ型反転増進領域の分布とはほぼ同一の分布となる。このことは、上記点欠陥領域の点欠陥密度分布がｐ型反転増進領域のＰｔ濃度分布に近いことと等価である。このように、点欠陥領域によってＰｔのアクセプタ化が増進され、かつ点欠陥分布とアクセプタ化領域の分布とが相似することは、先行技術には見られない新しい作用である。
【０１１６】
また、ライフタイムキラーとなる遷移金属は、他の遷移金属よりＰｔが好ましい。その理由は、Ｐｔのアクセプタ化率が高く、点欠陥（空孔）によりアクセプタ化が増進され易く、ｐ型アノード領域形成が容易となるからである。また、シリコンにおけるＰｔの再結合中心の準位が伝導帯に近く、浅い準位を形成するため、漏れ電流が低くなるからである。このような遷移金属をＰｔとした場合に得られる上記効果は、例えば遷移金属をＡｕとした場合にも得られることが明確である。
【０１１７】
また、点欠陥領域は、プロトン（Ｈ+）、ヘリウム（Ｈｅ）などの軽元素の照射により形成されることが望ましい。特に、異なった照射条件（ドーズ量、加速電圧など）で２回以上ｎ-型ドリフト層表面から照射することで、ｎ-型ドリフト層表面から所定の深さまでの領域に点欠陥密度の高い点欠陥領域を形成することができる。これは、軽元素を高エネルギーでシリコン層中に照射することにより、原子核との弾性衝突でシリコン原子が格子点から弾き飛ばされ、格子欠陥（空孔）が生成されるからである。したがって、軽元素の照射条件を種々変更することにより、点欠陥領域のｎ-型ドリフト層表面からの深さを制御することができる。通常はこれらの点欠陥導入は、ライフタイムの低減を目的としているが、本発明においてはＰｔのアクセプタ化の増進を目的として点欠陥領域を形成している。
【０１１８】
点欠陥領域の深さは、軽元素の加速電圧に依存して変わる。このため、ｎ-型ドリフト層の表面から所定の深さまでの領域に、異なる加速電圧で２回以上の軽元素照射を重ねて行うことにより、ｎ-型ドリフト層の表面から深さ方向に過剰な点欠陥が導入された点欠陥領域分布を形成することができる。ｎ-型ドリフト層にプロトンを照射した場合の、本発明にかかる半導体装置のキャリア濃度分布について説明する。図１６は、本発明にかかる半導体装置のキャリア濃度分布を示す特性図である。図１６には、プロトン照射後に（熱処理を実施しない状態で）、拡がり抵抗（ＳＲ）測定法によってｎ-型ドリフト層の表面近傍のキャリア濃度分布を測定した結果を示す。上述した実施の形態２にしたがい、タンデム型バンデグラフト加速器を用いてｎ-型ドリフト層に２回のプロトン照射を行った。プロトンのドーズ量を１×１０13／ｃｍ2で固定し、加速電圧を種々変化させた。
【０１１９】
図１６に示す結果より、加速電圧０．５ＭｅＶおよび加速電圧０．７５ＭｅＶとした第１比較例および第２比較例では、加速電圧が大きくなるほどキャリア濃度分布が深さ方向に深くなることが確認された。さらに、上述した実施の形態１のように、加速電圧０．５ＭｅＶと加速電圧０．７５ＭｅＶとした２回のプロトン照射を重ね打ちした実施例においては、ｎ-型ドリフト層表面（深さ＝０μｍ）から深さ方向にほぼ均一なキャリア濃度分布が形成されることが確認された。なお、図１６では、プロトン照射による点欠陥形成に起因したドナー濃度低下を観測している。これにより、異なる加速電圧で２回以上の軽元素照射を重ねて行うことで、ｎ-型ドリフト層の表面から深さ方向に過剰な点欠陥が導入された点欠陥領域分布を形成することができることが確認された。
【０１２０】
また、各実施の形態によれば、点欠陥領域にＰｔを導入することにより、Ｐｔはシリコン原子によって形成されている結晶格子の間を移動する（格子間型の拡散）ため、点欠陥領域の点欠陥、特に空孔にＰｔがトラップされ、正孔を供給するアクセプタとなる。これにより、高濃度の点欠陥領域において、Ｐｔのアクセプタ化を増進させることができる。点欠陥領域の深さを制御し、ｎ-型ドリフト層内に拡散されるＰｔがｎ-型ドリフト層の表面近傍に過剰に導入された点欠陥にほぼ総てトラップされることにより、制御性よくｐ型反転増進領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部を形成することができる。Ｐｔの導入はｎ-型ドリフト層表面から行われることが望ましい。
【０１２１】
また、実施の形態３によれば、Ｐｔ拡散後に点欠陥領域を形成した場合であっても、その後に熱処理を行うことで、Ｐｔを再移動させて格子位置に入れることができる。このため、Ｐｔが正孔を供給するアクセプタとなり、点欠陥領域においてＰｔのアクセプタ化を増強させることが可能となる。通常のＰｔ拡散では、シリコン層全体にＰｔが拡散し特にｎ-型ドリフト層表面から６０μｍ付近までＰｔ偏在が顕著なＰｔ濃度分布となる。この深さ方向に傾斜を持つＰｔ濃度分布がソフトリカバリー化には有利である。そして、この特徴とｎ-型ドリフト層表面付近に過剰に導入されるＰｔによって複合的な効果を期待することができる。
【０１２２】
以上、説明したように、本発明によれば、点欠陥を導入するための軽元素照射のマスク絶縁膜（酸化膜）の端部形状を上面側からｎ-型ドリフト層側へ広がるテーパー状とすることで、マスク絶縁膜のテーパー部の厚さに応じてマスク絶縁膜へ取り込まれるＰｔの量を変えることができる。これにより、ｐ型反転増進領域の端部の曲率半径を制御することができる。また、マスク絶縁膜のテーパー部によってｎ-型ドリフト層表面側からの軽元素照射の侵入深さを変えることができる。このため、点欠陥領域を所望の点欠陥密度分布で制御性よく形成することができる。
【０１２３】
また、本発明によれば、点欠陥領域が導入された領域にＰｔを導入することにより、点欠陥領域によってＰｔのアクセプタ化が増進され点欠陥領域の点欠陥密度分布にしたがって、Ｐｔがアクセプタ化されてなるｐ型反転増進領域を形成することができる。このため、点欠陥領域の点欠陥密度分布を制御することで、ｐ型反転増進領域の深さを制御することができる。これにより、このｐ型反転増進領域をアノード領域として利用した場合に、アノード領域とドリフト層とのｐｎ接合部を所定の接合深さで制御性よく安定して形成することができる。
【０１２４】
また、本発明によれば、ｐ型反転増進領域の深さや端部の曲率半径を制御することができるため、順方向電圧（オン電圧）と逆回復電流とのトレードオフを素子構造ごとに最適となるように、ｐ型反転増進領域とｎ-型ドリフト層とのｐｎ接合部の接合深さを設定することができる。したがって、Ｐｔのアクセプタ化により形成したｐ型アノード領域を備えた逆バイアス特性が優れたダイオードを安定して製造することができる。
【０１２５】
また、本発明によれば、ｎ-型ドリフト層の表面全面に形成された厚い酸化膜を、点欠陥を導入するための軽元素照射のマスク絶縁膜として用いることにより、活性領域のｐ型アノード領域と、終端構造領域のｐ型ガードリング領域およびｐ型チャネルストッパー領域とを同時に形成することができる。これにより、半導体装置の製造工程を簡略化させることができる。また、本発明によれば、アクセプタとなる従来のドーパント不純物（ボロン、アルミニウムなど）の導入と、１０００℃以上での高温拡散を行うことなく、ｐ型アノード層を容易に形成することができる。
【０１２６】
上述した各実施の形態では、プロトン照射によって点欠陥領域を導入する場合を例に説明しているが、ヘリウムなどの他の軽元素を照射する場合であっても同様の効果が得られる。また、実施の形態２，３において、プロトン照射を２回行う場合を例に説明しているが、プロトン照射は２回以上行ってもよい。プロトン照射を２回以上行う場合、２回以上のプロトン照射をつづけて行えばよく、照射順序はドーズ量や加速電圧によらず種々変更可能である。また、加速電圧と照射量とを任意に組み合わせて２回以上のプロトン照射を行い、所定の点欠陥分布を形成してもよい。
【０１２７】
また、各実施の形態では、Ｐｔを導入する方法として、ｎ-型ドリフト層表面にＰｔを含有したシリカペーストを塗布した後に熱拡散する方法を例に説明しているが、ｎ-型ドリフト層内にＰｔを拡散させることができればよく、他の方法でもよい。例えば、ｎ-型ドリフト層表面にＰｔシリサイドを形成した後に８００℃〜９００℃程度の熱処理を行うことで、ｎ-型ドリフト層内にＰｔを拡散させてもよい。また、ｎ-型ドリフト層表面からＰｔをイオン注入することで、ｎ-型ドリフト層内にＰｔを導入してもよい。Ｐｔをイオン注入する場合、Ｐｔのイオン注入後に行う８００℃〜９００℃の熱処理において、ｎ-型ドリフト層に注入されたＰｔイオンがアクセプタサイトに置換されると推測される。
【０１２８】
以上において本発明では、ダイオードを例に説明しているが、上述した実施の形態に限らず、点欠陥によってアクセプタ化が増進されたｐ型反転増進領域をｎ型シリコン層内に備えたさまざまな装置に適用可能である。例えば、本発明は、一般的な、ユニポーラデバイスである絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）や、バイポーラデバイスである絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にも適用が可能である。また、各実施の形態では第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としても同様に成り立つ。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、高周波スイッチング用途などに使用されるパワー半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  ｎ+型半導体基板
２  ｎ-型ドリフト層
３  ｐ型アノード領域
３ａ  点欠陥領域
３ｂ  ｐ型反転増進領域
３ｃ  Ｐｔ拡散領域
３ｅ  ｐｎ接合部
４  ｐ型ガードリング領域
５  ｐ型チャネルストッパー領域
６  酸化膜
７  アノード電極
８  フィールドプレート
９  カソード電極
１０  活性領域
１１  終端構造領域
【図１】
2014056946.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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