(57)【要約】【課題】半導体ウエハ１０内に重金属を拡散させると、少数キャリアのライフタイムが短縮されるという効果が得られる一方で、重金属拡散に伴う副作用が現れる。【解決手段】半導体ウエハ１０内に重金属７を拡散させるのに先立ち、半導体ウエハ１０内にまず、不活性元素Ａｒを注入する。Ａｒの注入は、半導体ウエハ１０におけるＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウエハ１０表面２ａから行う。そしてその後に、重金属７の拡散を行う。【効果】Ａｒのイオン注入により、半導体ウエハ１０内にアモルファス構造６が形成され、アモルファス構造６により重金属の拡散が均等に偏りなく行われ、重金属拡散による副作用をなくすることができる。【選択図】図１
2008004704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少数キャリアのライフタイムキラーとして重金属を添加する半導体素子の製造方法であって、
ＰＮ接合が形成された半導体ウエハを準備する工程と、
前記ＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウエハ表面から不活性元素を注入する工程と、
前記ＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウエハの表面に重金属を付着させる工程と、
前記半導体ウエハに熱処理を施して前記付着させた重金属を半導体ウエハ内に拡散させる工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記不活性元素を半導体ウエハ内に注入する工程は、半導体基板の表面から一体深さの位置をアモルファス化する工程を含むことを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記不活性元素がＡｒ（アルゴン）を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記Ａｒ（アルゴン）の注入は、１×１０14〜１×１０16／ｃｍ2 のドーズ量で、かつ、２０〜１６０ＫｅＶの加速電圧で注入する工程を含むことを特徴とする、請求項３記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子は、ファストリカバリーダイオード（高速ダイオード）を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に、少数キャリアのライフタイムキラーとして重金属の添加が行われる半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＮ接合を有する半導体素子において、素子のスイッチングスピードを向上させるために、半導体基板内にＡｕ（金）やＰｔ（白金）等の重金属を少数キャリアのライフタイムキラーとして拡散することは知られている。半導体基板内に拡散された重金属は、少数キャリアに対する捕獲トラップを構成する。少数キャリアはこのトラップを介して再結合するようになり、少数キャリアのライフタイムが短縮され、スイッチングスピードが向上する。この結果、動作周波数の高い半導体素子が得られる。
【０００３】
重金属を添加する半導体素子の製造方法は、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている半導体素子の製造方法（従来の半導体素子の製造方法）について、図面を参照して説明する。
図６は、従来の半導体素子の製造方法を説明する図である。図６（Ａ）に示すように、最初に、Ｎ＋型半導体基板２１上にＮ型エピタキシャル層２２が形成される。Ｎ＋型半導体基板２１とＮ型エピタキシャル層２２が半導体ウエハ３０を構成している。Ｎ型エピタキシャル層２２の表面に酸化膜２３が形成され、酸化膜２３の一部に開口２４が形成される。開口２４により露出したＮ型エピタキシャル層２２内にＰ型拡散層２５が形成される。続いて、重金属２６、たとえばＰｔ（白金）、Ａｕ（金）等をスパッタして、Ｐ型拡散層２５の表面に重金属２６を付着させる。
【０００４】
その後、図６（Ｂ）に示すように、半導体ウエハ３０を熱処理し、重金属２６を半導体ウエハ３０内に拡散させる。
【特許文献１】特開平６−３４２７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の半導体素子の製造方法では、半導体ウエハ３０内に重金属を拡散させると、少数キャリアのライフタイムが短縮されてスイッチングスピードが向上するという効果が得られる一方で、半導体ウエハ３０に内在する歪みや欠陥等（参照番号２７で示す）の影響が副作用として現れてしまう。この副作用は、重金属拡散後の半導体素子の逆方向特性を不安定とし、漏れ電流を増大させる虞れがあるという課題があった。
【０００６】
そこで、この発明の主たる目的は、重金属を添加する際に、半導体ウエハに内在する歪みや欠陥等の影響により重金属が不均一に拡散するのを防止できる半導体素子の製造方法を提供することにある。
この発明の他の目的は、少数キャリアのライフタイムキラーとして重金属を良好に拡散させ、高速のスイッチングに適した半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、少数キャリアのライフタイムキラーとして重金属を添加する半導体素子の製造方法であって、ＰＮ接合が形成された半導体ウエハを準備する工程と、前記ＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウエハ表面から不活性元素を注入する工程と、前記ＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウエハの表面に重金属を付着させる工程と、前記半導体ウエハに熱処理を施して前記付着させた重金属を半導体ウエハ内に拡散させる工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記不活性元素を半導体ウエハ内に注入する工程は、半導体基板の表面から一体深さの位置をアモルファス化する工程を含むことを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記不活性元素がＡｒ（アルゴン）を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の半導体素子の製造方法である。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記Ａｒ（アルゴン）の注入は、１×１０14〜１×１０16／ｃｍ2 のドーズ量で、かつ、２０〜１６０ＫｅＶの加速電圧で注入する工程を含むことを特徴とする、請求項３記載の半導体素子の製造方法である。
請求項５記載の発明は、前記半導体素子は、ファストリカバリーダイオード（高速ダイオード）を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、半導体ウエハ内に重金属を拡散させるのに先立ち、半導体ウエハ内にまず、不活性元素を注入する。不活性元素の注入は、半導体ウエハにおけるＰＮ接合が形成された位置上の半導体ウエハ表面から行う。
不活性元素が注入された後の半導体ウエハの表面に重金属を付着させ、付着された重金属を熱処理にて半導体ウエハ内に拡散させると、重金属は半導体ウエハ内に偏りなく拡散される。なぜなら、注入された不活性元素により、半導体ウエハ内の歪みや欠陥が均一化されるからである。
【００１１】
不活性元素を半導体ウエハ内に注入する工程は、請求項２に記載のように、半導体ウエハの表面から一定深さの位置の結晶化している半導体層をアモルファス化して、一定の深さをアモルファス状態に変化させる工程を含むのが好ましい。
半導体ウエハ内に形成されたアモルファス状態の層は、半導体ウエハ内における歪みや欠陥を均一化し、半導体ウエハ内に点在する歪みや欠陥の影響を重金属の拡散が部分的に受けるという不具合をキャンセルする働きをする。
【００１２】
請求項３記載のように、不活性元素がＡｒ（アルゴン）であれば、不活性元素の注入が容易に行え、かつ、半導体ウエハの所定の深さに、アモルファス状態の領域を形成することができる。
さらに、不活性元素がＡｒ（アルゴン）の場合は、請求項４記載のドーズ量および加速電圧で注入するのが望ましく、このドーズ量および加速電圧で注入することにより、半導体素子として、請求項５記載のファストリカバリーダイオードを好適に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法として、ファストリカバリーダイオードの製造方法について具体的に説明をする。
図１（Ａ）〜（Ｆ）は、この発明の一実施形態に係る製造方法によりファストリカバリーダイオードを製造する工程を段階的に示した図解図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、Ｎ＋型半導体基板１を準備する。この半導体基板１は、互いに対向する平坦な２つの主面（上面および下面）を備えている。半導体基板１の一方の主面（たとえば上面）上にＮエピタキシャル層２を形成する。Ｎ＋型半導体基板１とＮエピタキシャル層２とが半導体ウエハ１０を構成する。
【００１４】
次に図１（Ａ）を参照して、Ｎエピタキシャル層２の上面（主面）２ａにシリコン酸化膜等からなる絶縁膜３を形成する。そして、絶縁膜３に開口４を形成する。開口４は、Ｐ型半導体領域の形成予定領域に対応する部分に形成する。開口４が形成された絶縁膜３は、後述する工程において、マスクとして機能する。
次に、絶縁膜３の開口４を介してＮエピタキシャル層２内にＰ型不純物（たとえばボロン）を選択的に拡散し、Ｐ型半導体領域５を形成する。Ｐ型不純物の選択的な拡散は、従来から知られている熱拡散法やイオン注入法を用いることができ、これにより、Ｐ型半導体領域５を形成することができる。Ｐ型半導体領域５が形成されることにより、Ｎエピタキシャル層２とＰ型半導体領域５との間にＰＮ接合が構成される。
【００１５】
次に、図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜３をマスクとして、絶縁膜３の開口４から不活性元素、たとえばＡｒ（アルゴン）を、１×１０14〜１×１０16／ｃｍ2 のドーズ量で、かつ、２０〜１６０ＫｅＶの加速電圧によって、イオン注入する。Ａｒが注入される領域は、ＰＮ接合領域で、アノード電極が形成されたときのコンタクト領域である。
図１（Ｃ）に示すように、Ａｒがイオン注入されると、注入されたＡｒが、Ｐ型半導体領域５の結晶構造を部分的に変化させる。より具体的には、Ａｒをイオン注入すると、半導体ウエハ１０の表面２ａから一定深さ部分のＰ型半導体領域５の結晶構造が変化する。すなわち、単結晶構造であったＰ型半導体領域５は、一定深さの部分が、アモルファス構造６に変化する。半導体ウエハ１０にアモルファス構造６が形成されると、アモルファス構造６が形成された部分は、歪みが一定の範囲で均一となる。
【００１６】
一方、Ａｒのイオン注入を行わなかった場合は、半導体ウエハ１０のＰＮ接合の形成された領域に不均一な歪みが点在することになる。従来の製造方法では、この不均一な歪みが、少数キャリアのライフタイムキラーとしての重金属を拡散させる際に、重金属が均一に拡散するのを妨げる原因の一つとなっていた。
これに対し、この発明の製造方法によれば、不活性元素のイオン注入で形成されたアモルファス構造６が、歪みを一定の範囲で均一とし、ライフタイムキラーとしての重金属の拡散が均一に行われるように作用する。
【００１７】
次に、図１（Ｄ）に示すように、絶縁膜３をマスクとして、絶縁膜３の開口４を介して半導体ウエハ１０の表面に重金属として、たとえばＰｔ（白金）７を付着させる。Ｐｔ７の付着は、スパッタ技術を用いて実現することができる。また、Ｐｔ７の付着は、真空蒸着法を用いて行うこともできる。Ｐｔ７の付着量および膜厚等は、製造する半導体素子の特性に応じて決定される。
【００１８】
次に、図１（Ｅ）に示すように、Ｐｔ７が付着された半導体ウエハ１０が加熱処理される。加熱時間および加熱温度は、付着された重金属（この場合はＰｔ７）の量によって概略定められる。たとえばＰｔの場合は、約１１００℃で約６０分間の加熱処理が行われるのが望ましい。半導体ウエハ１０に加熱処理を行うと、半導体ウエハ１０表面に付着されたＰｔ７が、半導体ウエハ１０内にアモルファス構造６を通して拡散される。アモルファス構造６は歪みが一定の範囲内で均一である。すなわちアモルファス構造６は均一の歪みを有している。このため、半導体ウエハ１０表面のＰｔ７は、その表面から一定深さに形成されているアモルファス構造を通して、Ｐ型半導体領域５およびＮエピタキシャル層２内に均一に拡散する。
【００１９】
また、半導体ウエハ１０が加熱処理されることにより、重金属の拡散と共にアモルファス構造６は再結晶化するので、不活性元素の注入でアモルファス化されたアモルファス構造６はなくなり、半導体素子としての機能に不具合を及ぼすことはない。
その後、図１（Ｆ）に示すように、半導体ウエハ１０の表面にＰ型半導体領域５が露出され、Ｐ型半導体領域５と電気的に接合する第１の電極としてのアノード電極８が形成される。アノード電極８を形成する金属は適宜選択することが可能である。さらに、半導体ウエハ１０の裏面に、電気的に接合する第２の電極としてのカソード電極９が形成される。カソード電極９を形成する金属も、適宜選択することができる。これらアノード電極８およびカソード電極９の形成は、従来から知られている蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ法等の公知の技術を使用することにより実現することができる。
【００２０】
次に、この発明の一実施形態に係る製造方法により製造された半導体素子の特性等について、図２〜図５を参照して説明する。
図２は、この発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体素子の製造時の歩留りを表わすグラフである。図２のグラフでは、不活性元素としてＡｒのイオン注入を行わなかった半導体素子（比較例１）、Ａｒのイオン注入を、ドーズ量１×１０15／ｃｍ2 で行った半導体素子（比較例２）、および、Ａｒのイオン注入をドーズ量３×１０15／ｃｍ2 で行った半導体素子（実施例）の各歩留りが比較されている。なお、Ａｒのイオン注入は、いずれも、３０ＫｅＶの加速電圧で行った。
【００２１】
図２から明らかなように、不活性元素としてＡｒをイオン注入することにより、半導体素子の製造時の歩留りの改善が見られた。すなわち、従来の半導体素子の製造方法（比較例１）では、７５％の歩留りであったが、相対的に小さなドーズ量でイオンを注入すること（比較例２）で、半導体素子の歩留りを８０％に改善することができた。さらに、ドーズ量を相対的に大きくし、この発明の範囲内のドーズ量とすることによって、半導体素子の歩留りを９５％まで改善できることが確認できた。
【００２２】
図３は、この発明の一実施形態により製造された半導体素子（実施例Ｄ）と、不活性元素のイオン注入の場所を変えて製造した半導体素子（比較例Ｂ、Ｃ）と、不活性元素のイオン注入を行わなかった半導体素子（比較例Ａ）との歩留りの差を表わすグラフである。  図３から明らかなように、Ａｒのイオン注入を行わなかった半導体素子（比較例Ａ）の歩留り、Ａｒを半導体ウエハ１０の裏面からイオン注入した半導体素子の歩留り（比較例Ｂ）、ＡｒをＰＮ接合領域のコンタクト領域以外にイオン注入した半導体素子（比較例Ｃ）の歩留りは、共に、約７５％である。これに対し、この発明の一実施形態により製造された半導体素子（実施例Ｄ）は、不活性元素としてＡｒがＰＮ接合領域のコンタクト領域にイオン注入されたものであるが、約９５％の歩留りとなり、歩留りの改善が見られた。      
【００２３】
図４は、不活性元素としてのＡｒが、半導体ウエハ１０のＰＮ接合領域上のコンタクト領域にイオン注入された半導体素子であるが、加速電圧を変化させた場合の逆方向電圧の特性を比較したグラフである。
すなわち、Ａｒのドーズ量を３×１０15／ｃｍ2 で一定とし、加速電圧を、３０ＫｅＶ、５０ＫｅＶ、１００ＫｅＶと変えたものを製造して、その特性を比較した。
【００２４】
比較の結果、加速電圧が３０ＫｅＶの場合、逆方向電圧（ＢＶ）は、約３８０（Ｖ）で最も大きな値を示した。次に５０ＫｅＶでは約３７０（Ｖ）の値を、１００ＫｅＶでは約３６０（Ｖ）を示した。
なお、１００ＫｅＶ以上の加速電圧であっても、ファストリカバリーダイオードに求められる逆方向電圧が低い場合には、十分使用できる範囲内の逆方向電圧を示すことが確認された。
【００２５】
最後に、図５に、不活性元素をイオン注入しない半導体素子（比較例：図５（Ａ））と、この発明の一実施形態に係る製造方法により製造した半導体素子（実施例：図５（Ｂ））との、逆方向電流（ＩＲ）と逆方向電圧（ＢＶ）の特性を測定した。図５から明らかなように、この発明の一実施形態に係る製造方法により製造された半導体素子（実施例）は、逆方向の特性波形が安定していることがわかる。
【００２６】
この発明は、以上説明した実施形態の説明から明らかなように、半導体ウエハ１０、より具体的にはシリコンに内在する歪みや欠陥が重金属の拡散の際に与える悪影響を、不活性元素、たとえばＡｒのイオン注入により軽減する。
その結果、製造された半導体素子の逆方向特性波形の改善が図れる。
また、逆方向特性波形の改善に伴い、製造される半導体素子の歩留りも向上する。
【００２７】
さらに、イオン注入する不活性元素の注入時の加速電圧や条件により、製造する半導体素子の特性の合わせ込みも可能である。つまり、イオン注入する不活性元素の深さ方向の処理位置を加速電圧の変化により変化させることができ、特性を変えることができるので、所望の特性に合わせ込むことが可能である。
この発明は、以上説明した実施形態、すなわちファストリカバリーダイオードの製造方法に有効なだけではなく、重金属を半導体ウエハ内に拡散させて、半導体素子の特性を変化させる製造方法全てに適用することができる。
【００２８】
その他、この発明は、上記の説明に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態に係る製造方法によりファストリカバリーダイオードを製造する工程を段階的に示した図解図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る製造方法により製造される半導体素子の製造時の歩留りを表わすグラフである。
【図３】この発明の一実施形態により製造された半導体素子と比較例との歩留りの差を表わすグラフである。
【図４】Ａｒのイオン注入において、加速電圧を変化させた場合の逆方向電圧の特性を比較したグラフである。
【図５】不活性元素をイオン注入しない半導体素子と、注入した半導体素子との、逆方向電流および逆方向電圧の特性を比較したグラフである。
【図６】従来の半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    Ｎ＋型半導体基板
２    Ｎエピタキシャル層
３    絶縁膜
４    開口
５    Ｐ型半導体領域
６    アモルファス構造
７    Ｐｔ（白金）
８    アノード電極
９    カソード電極
１０    半導体ウエハ
【図１】
2008004704.tif 000003
【図２】
2008004704.tif 000004
【図３】
2008004704.tif 000005
【図４】
2008004704.tif 000006
【図５】
2008004704.tif 000007
【図６】
2008004704.tif 000008