(57)【要約】【課題】厚み方向の特定領域に重金属を拡散させた半導体素子及び、その製造方法を提供する。【解決手段】  Ｎ型半導体基板５１の一方の主面に、Ｐ型半導体領域１２を形成する。Ｎ型半導体基板５１の一方の主面にＡｕ膜を形成し、熱処理によってＮ型半導体基板５１内にＡｕを拡散させる。Ｎ＋半導体基板５２の一方の主面に、第２Ｎ型半導体領域２２を形成する。次に、Ｎ型半導体基板５１の他方の主面と、第２Ｎ型半導体領域２２とを重ね、熱処理によって固着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１半導体基板の一方の主面の表面領域に、第２導電型の第２半導体領域を形成する工程と、
前記第１半導体基板内に、重金属を拡散させる工程と、
前記第１半導体基板より低濃度に重金属が拡散されている、又は重金属が拡散されていない第１導電型の第２半導体基板を、前記第１半導体基板の他方の主面に固着させる工程と、を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１半導体基板の他方の主面は、重金属を拡散させる工程の後、切削されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２半導体基板は、第３半導体領域と、前記第１半導体基板の第１半導体領域に固着される第４半導体領域と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１半導体基板と、前記第２半導体基板の第４半導体領域と、の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の一方の主面の表面領域に形成された第２導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域の他方の主面に隣接して形成された、第１導電型の第３半導体領域と、
前記第２半導体領域に電気的に接続された、第１の電極と、
前記第３半導体領域に電気的に接続された、第２の電極とを備える半導体素子であって、
前記第１半導体領域及び、前記第２半導体領域は、重金属が拡散されており、前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記第２半導体領域より低濃度に重金属が拡散されている、又は重金属が拡散されていないことを特徴とする半導体素子。
【請求項６】
前記第１半導体領域の他方の主面と、前記第３半導体領域との間に、第４半導体領域を備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第１半導体領域と、前記第４半導体領域と、の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライフタイムキラーを拡散させた半導体素子及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオードやトランジスタなどの半導体素子のスイッチング特性向上のため、金、白金等の重金属をライフタイムキラーとして、シリコン半導体基板内に拡散させる技術がある。ライフタイムキラーとは、半導体基板内に拡散された重金属原子が、トラップとして機能し、少数キャリアの再結合を促進させることによって、少数キャリアのライフタイム（寿命）を短くするものである。
【０００３】
しかし、重金属は、半導体デバイスのオン抵抗を増大させるため、ライフタイムキラーを半導体基板内に拡散させる技術には、スイッチング特性は向上するものの順方向電圧が増大するという問題点があった。
【０００４】
半導体デバイスの順方向電圧を増大させないためには、ＰＮ接合の近傍のみに重金属を拡散させるのが好ましい。しかし、重金属は、シリコン半導体内での拡散係数が極めて大きく、通常の熱拡散では、半導体基板の厚み方向全体に拡散されてしまう。従って、ＰＮ接合の近傍のみに重金属を分布させることはできないという問題点があった。
【０００５】
そこで、重金属を拡散させた半導体基板に電子線照射を行い、半導体基板の厚み方向のほぼ全体に、均一に欠陥を生じさせ、その後、ランプアニールすることによって、少数キャリアのライフタイムを半導体基板の厚み方向で任意に制御する方法が開発されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２２６４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示された技術では、半導体基板のランプアニールが施される面の反対側の面に冷却を施す必要があるため、複雑な製造装置が必要となる問題点があった。また、ランプアニールや冷却を行う際の、温度や時間の制御が難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、半導体基板の厚み方向の特定領域に重金属を分布させた半導体素子及び、そ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】
【０００８】
本発明の第１の観点に係る半導体素子の製造方法は、
第１導電型の第１半導体基板の一方の主面の表面領域に、第２導電型の第２半導体領域を形成する工程と、
前記第１半導体基板内に、重金属を拡散させる工程と、
前記第１半導体基板より低濃度に重金属が拡散されている、又は重金属が拡散されていない第１導電型の第２半導体基板を、前記第１半導体基板の他方の主面に固着させる工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記第１半導体基板の他方の主面は、重金属を拡散させる工程の後、切削されてもよい。
【００１０】
前記第２半導体基板は、第３半導体領域と、前記第１半導体基板の第１半導体領域に固着される第４半導体領域と、を備えてもよい。
【００１１】
前記第１半導体基板と、前記第２半導体基板の第４半導体領域と、の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下に形成されてもよい。
【００１２】
本発明の第２の観点に係る半導体素子は、
第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の一方の主面の表面領域に形成された第２導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域の他方の主面に隣接して形成された、第１導電型の第３半導体領域と、
前記第２半導体領域に電気的に接続された、第１の電極と、
前記第３半導体領域に電気的に接続された、第２の電極とを備える半導体素子であって、
前記第１半導体領域及び、前記第２半導体領域は、重金属が拡散されており、前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記第２半導体領域より低濃度に重金属が拡散されている、又は重金属が拡散されていないことを特徴とする。
【００１３】
前記第１半導体領域の他方の主面と、前記第３半導体領域との間に、第４半導体領域を備えてもよい。
【００１４】
前記第１半導体領域と、前記第４半導体領域と、の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板の厚み方向の特定の領域に重金属を分布させた半導体素子及び、その製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る半導体素子について、図を用いて説明する。本実施の形態では、特にダイオードを例に挙げて説明する。
【００１７】
本実施の形態に係るダイオード１を図１に示す。
ダイオード１は、第１Ｎ型半導体領域１１と、Ｐ型半導体領域１２と、Ｎ＋型半導体領域２１と、第２Ｎ型半導体領域２２と、アノード電極３１と、カソード電極３２とを備える。
【００１８】
第１Ｎ型半導体領域１１（第１半導体領域）は、第１導電型である、リン、ヒ素等のＮ型不純物が拡散されたＮ型半導体である。第１Ｎ型半導体領域１１のＮ型不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、本実施の形態では、１×１０15ｃｍ-3で形成されている。第１Ｎ型半導体領域１１は、厚み方向全体に、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の重金属が拡散されている。
また、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みは、後述するように、ダイオード１に要求されるスイッチング特性及び動作電圧から設定され、本実施の形態では２０μｍに形成される。
【００１９】
ここで、第１Ｎ型半導体領域１１のＮ型不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下で形成されるのが好ましいのは、以下の理由に基づく。
第１Ｎ型半導体領域１１のＮ型不純物濃度を低く設定すると、ダイオード１の耐圧は高くなるが、動作電圧は増大する。他方で、Ｎ型不純物濃度を高く設定すると、動作電圧は低下するが、ダイオード１の耐圧は低くなる。
【００２０】
しかし、第１Ｎ型半導体領域１１のＮ型不純物濃度が、１×１０16ｃｍ-3より高く、特に１×１０18ｃｍ-3より高くなると、厚み方向の電圧ドロップは、重金属が拡散されているか否かに関わらず、比較的低くなる傾向がある。
従って、第１Ｎ型半導体領域１１のＮ型不純物濃度が、１×１０16ｃｍ-3、特に１×１０18ｃｍ-3より高く形成されると、本実施の形態の様に、特定領域のみに、金等の重金属を拡散させたダイオード１と、ダイオード全体に金等の重金属を拡散させたものとで、動作電圧やリカバリー特性が比較的近いものとなる。
そこで、特定領域のみに重金属を拡散させたことの効果を良好に得るためには、Ｎ型不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以下に設定するのが好ましく、本実施の形態では、１×１０15ｃｍ-3に形成されている。
【００２１】
Ｐ型半導体領域１２（第２半導体領域）は、第２導電型である、ボロン等のＰ型不純物が拡散されたＰ型半導体である。Ｐ型半導体領域１２は、第１Ｎ型半導体領域１１の一方の主面（上面）の表面領域に形成されており、Ｐ型半導体領域１２の上面には、アノード電極３１が形成されている。このアノード電極３１の界面と、低抵抗性接触が良好にとれるように、本実施の形態では、Ｐ型半導体領域１２のＰ型不純物濃度は、５×１０16〜１×１０19ｃｍ-3に、厚みは、５〜２０μｍに、形成するのが良い。本実施の形態では、Ｐ型半導体領域１２の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3に、厚みは、１０μｍに形成されている。
Ｐ型半導体領域１２は、第１Ｎ型半導体領域１１と同様、厚み方向全体に金、白金等の重金属が拡散されている。
【００２２】
Ｎ＋型半導体領域２１（第３半導体領域）は、リン、ヒ素等のＮ型不純物を拡散させたＮ型半導体であり、第２Ｎ型半導体領域２２に隣接するように形成される。Ｎ＋型半導体領域２１の下面には、カソード電極３２が形成されている。
このカソード電極３２の界面と、良好な低抵抗性接触が得られるように、Ｎ＋型半導体領域２１のＮ型不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、本実施の形態では、１×１０20ｃｍ-3に形成されている。
また、Ｎ＋型半導体領域２１の厚みは、第１Ｎ型半導体領域１１と、Ｐ型半導体領域１２と、第２Ｎ型半導体領域２２との支持基板として、良好に機能するように、例えば３００μｍに形成されている。
【００２３】
第２Ｎ型半導体領域２２（第４半導体領域）は、リン、ヒ素等のＮ型不純物を拡散させたＮ型半導体であり、第１Ｎ型半導体領域１１の他方の主面（下面）に隣接するように形成されている。
第２Ｎ型半導体領域２２のＮ型不純物濃度は、Ｎ＋型半導体領域２１の不純物濃度より低く、第１Ｎ型半導体領域１１と同様に、ダイオード１の特定領域にのみ重金属を拡散させた効果を良好に得るため、本実施の形態では、１×１０16ｃｍ-3に形成されている。
また、第２Ｎ型半導体領域２２の厚みは、第１Ｎ型半導体領域１１との関係で、以下に述べる理由から１０μｍに形成されている。
【００２４】
Ｎ型半導体領域中１１に拡散された金等の重金属は、少数キャリアをトラップするため、少数キャリアの再結合が良好に促進され、少数キャリアのライフタイムが短くなる、つまりダイオード１のリカバリータイムが短くなる。しかし、ダイオード１の順方向電圧は増加する。
従って、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みと、第２Ｎ型半導体領域２２の厚みとを合わせた領域の厚みが一定と仮定した場合、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みを第２Ｎ型半導体領域２２と比較して、相対的に増加させると、ダイオード１のリカバリータイムは短くなるが、動作電圧は高くなる。一方、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みを相対的に低下させると、ダイオード１の動作電圧は低下するが、リカバリータイムは長くなる。
【００２５】
そこで、ダイオード１に要求されるリカバリータイム（スイッチング特性）及び動作電圧によって、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みを変化させる。
本実施の形態では、ダイオードの動作電圧を低くしつつ、比較的良好なリカバリータイムが得られるように、第１Ｎ型半導体領域１１を２０μｍに、第２Ｎ型半導体領域２２を１０μｍに形成している。
動作電圧が高くとも、リカバリータイムを重視したい場合は、本実施の形態よりもＮ型半導体基板の１１の厚みを相対的に増加させることもできる。
【００２６】
アノード電極３１は、金−亜鉛合金（Ａｕ−Ｚｎ）、金−ベリリウム−クロム合金（Ａｕ−Ｂｅ−Ｃｒ）及び金（Ａｕ）等からなる金属多層膜等から構成されており、Ｐ型半導体領域１２の上面に形成されている。
カソード電極３２は、金−ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ）膜、又は、Ａｕ−Ｇｅ、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）からなる金属多層膜等から構成されており、Ｎ＋型半導体領域２１の下面に形成されている。
【００２７】
以上の構成を採ることによって、第１Ｎ型半導体領域１１及びＰ型半導体領域１２に拡散されたＡｕが、少数キャリアの再結合を促すトラップとして機能し、少数キャリアのライフタイムを短くすることで、スイッチング特性が良好となる。Ａｕは、ダイオード１の順方向電圧を増大させるが、本実施の形態では、第１Ｎ型半導体領域１１及びＰ型半導体領域１２のみに、Ａｕを拡散させているため、ダイオード１の動作電圧の増大を防ぐことができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態において、Ｎ＋型半導体領域２１及び第２Ｎ型半導体領域２２に、例えば金等の重金属が拡散されていない構成を採って説明したが、これに限られず、第１Ｎ型半導体領域１１よりも低濃度に重金属が拡散される構成を採ることも可能である。
【００２９】
また、上述した実施の形態におけるＮ＋型半導体領域２１と第２Ｎ型半導体領域２２とが、一つのＮ型半導体領域から形成される構成を採ることも可能である。この場合、Ｎ型半導体領域は、第１Ｎ型半導体領域１１よりも低濃度に重金属が拡散されている構成、重金属が拡散されていない構成、のいずれを採用することも可能である。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係るダイオード１の製造方法について、図を用いて説明する。なお、以下に示すのは一例であって、同様の結果物が得られるのであれば、これに限られない。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るダイオード１の製造方法は、第１Ｎ型半導体領域１１と、Ｐ型半導体領域１２とから形成される第１半導体基板を製造する工程と、Ｎ＋型半導体領域２１と、第２Ｎ型半導体領域２２とから形成される第２半導体基板を製造する工程と、第１半導体基板と第２半導体基板を固着させ、ダイオード１を完成させる工程とから構成される。
【００３２】
第１半導体基板を製造する工程について、図２（ａ）乃至（ｄ）を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、Ｎ型半導体基板５１を準備する。Ｎ型半導体基板５１は、第１導電型である、例えばリン、ヒ素等のＮ型不純物が、好ましくは１×１０18ｃｍ-3以下で拡散されたＮ型半導体である。本実施の形態では、Ｎ型不純物濃度は、１×１０15ｃｍ-3以下である。
また、Ｎ型半導体基板５１は、後述するように一方の主面（上面）にＰ型半導体領域１２が形成された後、Ｎ型半導体基板５１の他方の主面側が切削される。このため、Ｎ型半導体基板５１は、第１Ｎ型半導体領域１１とＰ型半導体領域１２から形成されるＰＮ接合に設定される耐圧から要求される厚みと、切削される厚みとを加えた厚みを備える必要がある。加えて、金を熱処理によって拡散させる工程で要求される強度も備える必要がある。そこで本実施の形態では、Ｎ型半導体基板５１は、３００μｍ程度の厚みである。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、Ｎ型半導体基板５１の一方の主面（上面）に、一般的な熱拡散技術を用いて、第２導電型、例えばボロン等のＰ型不純物を拡散させ、Ｐ型半導体領域１２を形成する。Ｐ型半導体領域１２は、アノード電極３１と良好な低抵抗性接触がとれるように、厚みは、１０μｍに、Ｐ型不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3に形成される。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、Ｐ型半導体領域１２が形成されたＮ型半導体基板５１の上面に、金（Ａｕ）を蒸着させ、Ａｕ膜５３を形成する。なお、Ａｕは、Ｎ型半導体基板５１の下面に蒸着させてもよい。また、Ａｕに限らず白金（Ｐｔ）等の重金属を用いることも可能である。
【００３５】
Ａｕ膜５３の形成されたＮ型半導体基板５１に熱処理を施し、Ｎ型半導体基板５１中にＡｕを拡散させる。前述した通り、Ａｕは、拡散係数が大きいため、Ｎ型半導体基板５１の厚み方向全体に拡散する。Ａｕを拡散させた後、Ａｕ膜５３を除去する。
【００３６】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１Ｎ型半導体領域１１が、第１Ｎ型半導体領域１１とＰ型半導体領域１２とから形成されるＰＮ接合から要求される厚み、好ましくは２０μｍ程度となるよう、Ｎ型半導体基板５１の他方の主面（下面）側を切削し、Ｎ型半導体基板５１を薄型化させる。
以上の工程から、第１半導体基板が得られる。
【００３７】
次に、第２半導体基板の製造工程について図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
まず、Ｎ＋型半導体基板５２を準備する。Ｎ＋型半導体基板５２は、支持基板として機能するように、３００μｍ程度の厚みを備えている。Ｎ＋型半導体基板５２のＮ型不純物濃度は、第１Ｎ型半導体領域１１より高く、好ましくは１×１０18ｃｍ-3以上であり、本実施の形態では１×１０20ｃｍ-3に形成されている。
【００３８】
次に、Ｎ＋半導体基板５２の上面全面に、エピタキシャル成長法を用いて、第２Ｎ型半導体領域２２を形成する。本実施の形態において、第２Ｎ型半導体領域２２の厚みは１０μｍに形成され、Ｎ型不純物濃度は、Ｎ＋型半導体基板５２の不純物濃度より低く、第１Ｎ型半導体領域１１のＮ型不純物濃度と同じ１×１０15ｃｍ-3に形成される。
以上の工程から第２半導体基板が形成される。
【００３９】
次に、第１半導体基板と第２半導体基板とを固着させ、ダイオード１を完成させる工程を、図４（ａ）乃至（ｃ）を用いて説明する。
まず、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１半導体基板のＮ型半導体基板５１の下面と、第２半導体基板の第２Ｎ型半導体領域２２の上面とを重ねて配置する。
【００４０】
次に、４００℃程度で加熱処理を施し、第１半導体基板のＮ型半導体基板５１の下面と、第２半導体基板の第２Ｎ型半導体領域２２の上面とを固着させる。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、アノード電極３１をＰ型半導体領域１２の上面に、カソード電極３２をＮ＋型半導体基板５２の下面に、それぞれ真空蒸着技術を用いて形成する。
以上の工程から、Ｎ型半導体基板５１のみにＡｕを拡散させたダイオード１が得られる。
【００４２】
上述した実施の形態においては、ダイオードの動作電圧を低くしつつ、比較的良好なリカバリータイムが得られるように、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みが２０μｍ程度になるまで、Ｎ型半導体基板５１を切削して、薄型化し、第２Ｎ型半導体領域２２の厚みを１０μｍに形成する場合を例に挙げて説明したが、これと異なる構成を採ることも可能である。
第１Ｎ型半導体領域１１の厚みを第２Ｎ型半導体領域２２と比較して、相対的に増加させると、動作電圧は高くなるが、短いリカバリータイムが得られる。一方、第１Ｎ型半導体領域１１の厚みを相対的に低下させると、動作電圧は低下するが、リカバリータイムは長くなる。これを利用して、動作電圧が高くとも、短いリカバリータイムが要求される場合は、本実施の形態よりも第１Ｎ型半導体領域１１の厚みを相対的に増加させることも可能である。
【００４３】
以上の構成を採ることによって、重金属を拡散させた第１半導体基板と、重金属を拡散させない第２半導体基板とを、完成した半導体素子に要求される耐圧及び、スイッチング特性を実現できる様に、それぞれ別個に形成し、これらを固着させることにより、半導体基板の厚み方向の特定領域に重金属を分布させることが可能な半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、第１Ｎ型半導体領域１１と、Ｐ型半導体領域１２とから形成されるＰＮ接合近傍にはＡｕが拡散されているため、少数キャリアの再結合が良好に促進され、ライフタイムが短くなる、一方で、第１Ｎ型半導体領域１１とＰ型半導体領域１２とから形成されるＰＮ接合から離れた領域である第２Ｎ型半導体領域２２では、Ａｕが拡散されていないため、この領域では抵抗が低くなる。
結果として、スイッチング特性が良好で、且つ動作電圧の低い半導体素子を製造することが出来る
【００４５】
なお、上述した実施の形態においては、第２半導体基板は重金属が拡散されていない構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、図３（ａ）及び（ｂ）に示す工程に更に、例えばＡｕ膜等の重金属の膜を形成する工程と、熱処理によってＡｕを拡散させる工程と、Ａｕ膜を除去する工程とを加え、第１半導体基板より低濃度に重金属を拡散させても良い。
【００４６】
本実施の形態において、第１半導体基板と、第２半導体基板とを形成し、これらを固着させる構成を採って説明したが、これに限られず、三つ以上の半導体基板を個々に形成し、それらを固着させることも可能である。
【００４７】
上述した実施の形態において、ダイオードを製造する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、ダイオードに限らず、例えばバイポーラトランジスタ等に応用することが可能である。
また、上述した実施の形態において、Ｎ型を第１導電型、Ｐ型を第２導電型として、説明したが、第１導電型をＰ型として、第２導電型をＮ型として形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体素子の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ダイオード
１１  第１Ｎ型半導体領域
１２  Ｐ型半導体領域
２１  Ｎ＋型半導体領域
２２  第２Ｎ型半導体領域
３１  アノード電極
３２  カソード電極
５１  Ｎ型半導体基板
５２  Ｎ＋型半導体基板
５３  Ａｕ膜
【図１】
2006040929.tif 000003
【図２】
2006040929.tif 000004
【図３】
2006040929.tif 000005
【図４】
2006040929.tif 000006