(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の表面に、その表面から離れた深さに到達するエネルギーで、水素イオンを注入する注入工程と、
前記注入工程後の前記深さの前記半導体基板の温度を水素イオン外方拡散温度未満に維持しながら、前記半導体基板の前記表面の温度が結晶欠陥消滅温度以上に昇温するまで、前記半導体基板の前記表面を加熱する表面加熱工程と、
前記表面加熱工程後に、少なくとも前記深さの前記半導体基板を、水素イオン活性化温度域内にあって前記水素イオン外方拡散温度以上の温度に到達するまで加熱する注入深さ加熱工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記表面加熱工程では、前記半導体基板の前記表面の温度が、１〜１０００ｍｓｅｃの間、８００℃以上に維持されるように加熱することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記表面加熱工程では、フラッシュランプと電子線とレーザのいずれかを用いて前記表面を照射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】
前記注入深さ加熱工程では、半導体基板の全体を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に水素イオンを注入し、その後に半導体基板を加熱することによって、半導体基板のドナーの濃度を上昇させる技術が知られている。水素イオンを注入した半導体基板を加熱すると、加熱前に比べて、水素イオンを注入した深さ近傍のドナーの濃度が上昇する。例えば、特許文献１には、ドナー濃度が低い半導体基板（ｎ−領域）にプロトンを注入し、その後に半導体基板を加熱することで、プロトンの注入深さ近傍にｎ＋領域（ドナー濃度が高い領域）を形成することが記載されている。
注入した水素イオンが半導体基板中でどのように振舞うのかはまだ判明していないが、水素イオンの注入後に半導体基板を加熱することで、水素イオンの注入深さ近傍のドナー濃度が上昇する現象が得られる。以下では、水素イオンの振舞いにより半導体基板中のドナー濃度が上昇することを、水素イオンが活性化するという。また、水素イオンが活性化する温度域を、水素イオン活性化温度域という。水素イオンは、他の不純物原子（リン、砒素等）に比べて低温で活性化するので、種々の用途に利用することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６０５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素イオン注入後の半導体基板を加熱すると、ドナー濃度が上昇するとともに、そのドナー濃度が高い領域が拡大する。これは、注入した水素イオンが、熱により半導体基板中で拡散しているためであると考えられる。水素は、リンや砒素等に比べて、拡散し易い。水素イオンが広い範囲に拡散してしまうために、従来の方法では、水素イオンの注入量に対するドナー濃度の上昇割合が低かった。したがって、ドナー濃度を大幅に上昇させるには、多量の水素イオンを半導体基板に注入する必要があり、水素イオンの注入に長時間を要していた。また、ドナー濃度が高い領域が拡大してしまうため、精細な領域パターンが形成し難いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、注入した水素イオンの拡散を抑制しながら水素イオンを活性化することができる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】
【０００６】
水素イオンを注入した半導体基板を加熱すると、水素イオンの注入深さ近傍のドナー濃度が上昇する。本発明者らは、このドナー濃度が上昇している領域が、水素イオンの注入深さより浅い側の領域（以下では、表面側領域という）に、水素イオンの注入深さより深い側の領域（以下では、反表面側領域という）よりも広く分布することを発見した。すなわち、表面側領域と反表面側領域とで、ドナー濃度の分布が非対称となることを発見した。
本発明者らは、ドナー濃度が上記のように分布する原因が、以下の現象によるものであることを見出した。半導体基板に水素イオンを注入するときには、水素イオンの移動によって半導体基板中に結晶欠陥が形成される。したがって、水素イオンの注入後の半導体基板には、水素イオンが通過した軌道上に多数の結晶欠陥が存在している。つまり、水素イオンの注入後の半導体基板では、表面側領域に反表面側領域より多量の結晶欠陥が存在している。このように、表面側領域に多量の結晶欠陥が存在していると、結晶欠陥が水素イオンの抜け道となるので、表面側領域で水素イオンが拡散し易くなる。したがって、上記のように、半導体基板の加熱後に、ドナー濃度が上昇している領域が表面側領域に広く分布するものと考えられる。
以下では、水素イオンの注入時に形成された結晶欠陥によって、半導体基板の加熱時に水素イオンの拡散が促進される現象を、水素イオンの外方拡散という。本発明は、この水素イオンの外方拡散を抑制しながら、水素イオンを活性化させる。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、注入工程と、表面加熱工程と、注入深さ加熱工程を有する。注入工程では、半導体基板の表面に、その表面から離れた深さに到達するエネルギーで、水素イオンを注入する。表面加熱工程では、注入工程後の前記深さの半導体基板の温度を水素イオン外方拡散温度未満に維持しながら、半導体基板の表面の温度が結晶欠陥消滅温度以上に昇温するまで半導体基板の表面を加熱する。注入深さ加熱工程では、表面加熱工程後に、少なくとも前記深さの半導体基板を、水素イオン活性化温度域内にあって水素イオン外方拡散温度以上の温度に到達するまで加熱する。
なお、水素イオン外方拡散温度とは、水素イオンの外方拡散が発生する温度である。すなわち、水素イオン外方拡散温度とは、水素イオンの注入深さを加熱したときに、水素イオンの注入深さより浅い側（表面側領域）と深い側（反表面側領域）とでドナー濃度が非対称に分布する温度である。水素イオン外方拡散温度は、表面側領域と反表面側領域の結晶欠陥密度等に応じて変化する。
また、結晶欠陥消滅温度とは、半導体基板中の結晶欠陥の少なくとも一部が消滅する温度である。半導体基板の表面の加熱後に、半導体基板の表面側領域中の結晶欠陥密度が低下していれば、その加熱は結晶欠陥消滅温度以上の温度による加熱であるといえる。
本発明の製造方法では、表面加熱工程で半導体基板の表面（水素イオンを注入した表面）を結晶欠陥消滅温度以上の温度に加熱する。したがって、半導体基板の表面側領域の結晶欠陥密度が低下する。このとき、水素イオンの注入深さは、水素イオン外方拡散温度未満に維持されるので、水素イオンの外方拡散は起きない。次に、注入深さ加熱工程において、水素イオンの注入深さの半導体基板を加熱する。これによって、水素イオンが活性化するとともに、水素イオンが拡散する。このとき、表面側領域の結晶欠陥密度が低いので、水素イオンの外方拡散が抑制される。したがって、水素イオンの注入深さのドナー濃度を大きく上昇させることができる。また、外方拡散の抑制によりドナー濃度が上昇する領域が狭くなるので、そのドナー濃度が上昇する領域をより高精度で形成することが可能となる。
【０００８】
上述した半導体装置の製造方法では、表面加熱工程において、半導体基板の表面の温度が、１〜１０００ｍｓｅｃの間、８００℃以上に維持されるように加熱することが好ましい。
このように、半導体基板の表面の加熱時間を短時間とすることで、水素イオンの注入深さの半導体基板の温度を水素イオン外方拡散温度未満に維持することができる。
【０００９】
上述した半導体装置の製造方法では、表面加熱工程において、フラッシュランプと電子線とレーザのいずれかを用いて表面を照射することが好ましい。
このように半導体基板の表面を加熱することで、上記の短時間の加熱を実現することができる。
【００１０】
上述した半導体装置の製造方法では、注入深さ加熱工程において、半導体基板の全体を加熱してもよい。これによって、水素イオン注入深さの半導体基板が加熱される。
【００１１】
また、水素イオンの拡散距離は、結晶欠陥密度のみならず、加熱時間によっても変化する。すなわち、水素イオンの注入深さが長時間加熱されるほど、水素イオンの拡散距離は長くなる。一方、加熱時間は、水素イオンの活性化量に対して影響が少ない。すなわち、水素イオンの注入深さの半導体基板に一定の熱量を与えれば、短時間であっても十分な活性化量を得ることができる。
本明細書が開示する半導体装置の他の製造方法は、注入工程と、加熱工程を備えている。注入工程では、半導体基板の表面に水素イオンを注入する。加熱工程では、注入工程後の半導体基板の表面を加熱する。加熱工程では、半導体基板の表面の温度が、５０〜１０００ｍｓｅｃの間、３００〜６００℃の温度域内の温度に維持されるように加熱する。注入工程では、加熱工程で３００〜６００℃に昇温する深さに水素イオンを注入しておく。
この半導体装置の製造方法では、加熱工程において、水素イオンの注入深さの半導体基板が、半導体基板の表面と略同じ温度プロファイルで加熱される。上記の条件で水素イオンの注入深さの半導体基板を加熱することで、水素イオンの活性化に十分な熱量を与えることができる。また、加熱時間を５０〜１０００ｍｓｅｃとすることで、水素イオンの拡散距離が短くなり、水素イオンの注入深さ近傍のドナー濃度をより高い濃度まで上昇させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法によれば、注入した水素イオンの拡散を抑制しながら水素イオンを活性化することができる。より高いドナー濃度を有する領域を備えた半導体装置を製造することが可能となる。また、ドナー濃度が高い領域をより高精度に形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）第１実施例の半導体基板の製造方法においては、注入工程において、半導体基板の表面から１〜１０００μｍの深さに水素イオンの濃度分布のピークが位置するように、水素イオンを注入する。
（特徴２）第２実施例の半導体装置の製造方法においては、注入工程において、半導体基板の表面から５０μｍ以下の深さに水素イオンの濃度分布のピークが位置するように、水素イオンを注入する。
（特徴３）第２実施例の半導体装置の製造方法においては、注入工程において、加熱工程時の水素イオンの拡散距離より浅い深さに水素イオンを注入する。
（特徴４）第１実施例及び第２実施例の半導体装置の製造方法においては、注入工程において、プロトンとデュートロンとトリトンのいずれかを半導体基板に注入する。
【実施例】
【００１４】
（水素イオンの拡散と活性化について）
実施例について説明する前に、水素イオンの拡散と活性化について説明する。
図１は、一定量の水素イオン（プロトン）を注入した半導体基板（シリコン基板）を、種々の温度で加熱したときの、加熱温度と半導体基板中のドナー濃度との関係を示している。図１の曲線Ａは、各加熱温度（横軸）で加熱された後の半導体基板のドナー濃度（縦軸）を示している。なお、縦軸のドナー濃度は、水素イオン注入方向（深さ方向）のドナー濃度分布におけるピーク値を示している。また、図１の直線Ｂは、水素イオン注入前の半導体基板のドナー濃度を示している。したがって、曲線Ａの値と直線Ｂの値の差が、ドナー濃度の増加量を示している。直線Ｂに示すように、何れの加熱温度の実験でも、水素イオン注入前の半導体基板には、ドナー濃度が約４×１０１３（ｃｍ−３）の半導体基板を用いた。また、各加熱温度の実験においては、加熱温度以外の条件は、同一の条件で行った。すなわち、水素イオンは１７MｅVのエネルギーで、一定量を注入した。また、水素イオン注入後の加熱工程では、電気炉にて半導体基板全体を図１の横軸に示す温度に約３０分間、維持した。
【００１５】
図１に示すように、加熱温度が３００〜６００℃の場合には、水素イオン注入前の半導体基板のドナー濃度（４×１０１３（ｃｍ−３））より明らかに高いドナー濃度が得られる。すなわち、加熱温度が３００〜６００℃である場合に、注入した水素イオンが活性化する。一方、加熱温度が３００℃未満である場合、及び、加熱温度が６００℃より高い場合には、ドナー濃度はほとんど上昇しない。加熱温度が３００℃未満である場合には、注入した水素イオンはほとんど活性化しないと考えられる。また、加熱温度が６００℃より高い場合には、一端活性化した水素イオンが、何らかの理由によりドナーとして作用しなくなってしまうと考えられる。図１に示すように、特に、加熱温度が３５０〜５５０℃の場合に、ドナー濃度が大きく上昇する（すなわち、より多くの水素イオンが活性化する）。但し、上述したように、図１の実験は加熱時間を３０分としたときのドナー濃度である。したがって、注入された水素イオンは半導体基板中で大きく拡散している。水素イオンの拡散を抑制できれば、さらに高いドナー濃度を得ることが可能となる。特に、図１のグラフでは、加熱温度が４５０〜６００℃の範囲では、ドナー濃度の上昇量が低下している。これは、主に水素イオンの拡散が原因であると考えられる。水素イオンの拡散を抑制すれば、加熱温度が４５０〜６００℃の場合に、非常に大きいドナー濃度の上昇量を得ることができる。
なお、図１の実験では、水素イオンとしてプロトンを半導体基板に注入したが、デュートロンやトリトンを注入しても略同様の結果が得られる。
【００１６】
図２は、水素イオン（デュートロン）を注入した半導体基板（シリコン基板）を、４５０℃、５００℃、５５０℃の各温度で加熱したときの、半導体基板中の水素イオン（デュートロン）の濃度分布を示している。図２の曲線Ｃは加熱温度が４５０℃のときの濃度分布を示し、図２の曲線Ｄは加熱温度が５００℃のときの濃度分布を示し、図２の曲線Ｅは加熱温度が５５０℃のときの濃度分布を示している。図２の横軸は、半導体基板の表面（水素イオンを注入した表面）からの深さ（位置）を示している。図２の縦軸は、各深さにおけるドナー濃度を示している。なお、図２の各加熱温度の実験は、加熱温度以外の条件は、同一の条件で行った。
【００１７】
図示するように、加熱温度が４５０℃の場合には、デュートロン濃度分布はピーク位置から両側に略対称な分布となる。一方、加熱温度が５００℃の場合には、ピーク位置より表面側の領域（ピーク位置より深さ（横軸）が０に近い側の領域：以下では、表面側領域という）に、ピーク位置から反表面側の領域（ピーク位置より深さ（横軸）が深い側の領域：以下では、反表面側領域という）よりもデュートロン濃度が高い領域が大きく広がる。加熱温度が５５０℃の場合には、表面側領域に、デュートロン濃度が高い領域がさらに大きく広がる。このように、加熱温度を高くしたときには、デュートロン濃度が高い領域が反表面側領域よりも表面側領域に広く分布する現象が生じる。なお、デュートロン濃度の分布の変化と同様に、半導体基板中のキャリア濃度（非通電時のキャリア濃度）の分布も変化する。
この現象が発生する原因は、以下のように推測できる。半導体基板に水素イオンを注入するときには、表面側領域に多数の結晶欠陥が形成される。したがって、水素イオンの注入後には、表面側領域の結晶欠陥の密度が、反表面側領域の結晶欠陥密度より高くなっている。半導体基板を加熱するときには、表面側領域の多数の結晶欠陥が水素イオンの抜け道となるので、表面側領域で水素イオンが拡散し易くなっていると考えられる。したがって、水素イオンの拡散距離が表面側領域で長くなり、デュートロン濃度が高い領域が表面側領域で広く分布するものと考えられる。
図２から、加熱温度が５００℃を超える場合には、水素イオンの外方拡散が起こることが分かる。なお、図２の例では約５００℃で外方拡散が生じるが、外方拡散温度は、表面側領域の結晶欠陥密度、反表面側領域の結晶欠陥密度、水素イオンの注入深さ等により異なる。
なお、図２の実験では、水素イオンとしてデュートロンを半導体基板に注入したが、プロトンやトリトンを注入しても略同様の結果が得られる。
【００１８】
（第１実施例）
次に、第１実施例の半導体装置の製造方法について説明する。第１実施例では、ＩＧＢＴの製造方法について説明する。図３は、第１実施例の製造方法により製造されるＩＧＢＴ１０の概略断面図を示している。図示するように、ＩＧＢＴ１０は、トレンチゲート型のＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面１２ａに形成されているエミッタ電極１４と、半導体基板１２の下面１２ｂに形成されているコレクタ電極１６を備えている。半導体基板１２は、主にシリコンからなっている。半導体基板１２の上面１２ａ側には、ｎ＋エミッタ領域２０、ｐ＋コンタクト領域２２、ｐ−ボディ領域２４、ゲート電極２６及び絶縁膜２８からなる上面側素子構造３０が形成されている。図示するように、上面側素子構造３０は一般的なＩＧＢＴのトレンチゲート構造であるので、その詳細については説明を省略する。上面側素子構造３０の下側には、ドナー濃度が低いｎ−ドリフト領域３２が形成されている。ｎ−ドリフト領域３２の下側には、ドナー濃度が高いｎ＋バッファ領域３４が形成されている。ｎ＋バッファ領域３４の下側には、ｐ＋コレクタ領域３６が形成されている。ｐ＋コレクタ領域３６は、コレクタ電極１６と接している。
【００１９】
図４のフローチャートは、ＩＧＢＴ１０の製造工程を示している。ＩＧＢＴ１０は、図５に示すように、全域がｎ−領域（ドナー濃度が低い領域）である半導体基板１２から製造される。
【００２０】
ステップＳ２では、半導体基板１２の上面１２ａ側に上面側素子構造３０（すなわち、ｎ＋エミッタ領域２０、ｐ＋コンタクト領域２２、ｐ−ボディ領域２４、ゲート電極２６及び絶縁膜２８）を形成する。上面側素子構造３０は、イオン注入、熱処理、エッチング、結晶成長等により形成する。上面側素子構造３０の形成方法は従来公知の方法であるので、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
ステップＳ４では、蒸着等により、半導体基板１２の上面１２ａにエミッタ電極１４を形成する。
【００２２】
ステップＳ６では、半導体基板１２の下面１２ｂにｐ＋コレクタ領域３６を形成する。すなわち、半導体基板１２の下面１２ｂにｐ型不純物（Ｂ、Ａｌ等）を注入する。ｐ型不純物の注入は、ｐ型不純物が半導体基板１２の下面１２ｂのごく近傍に停止するように、ｐ型不純物の注入エネルギーを調節して行う。次に、半導体基板１２の下面１２ｂに電子線を照射して、下面１２ｂを局所的に加熱する。電子線照射による加熱では加熱範囲が電子線の照射範囲に限られるので、下面１２ｂ全体に電子線を走査して、下面１２ｂ全体を加熱する。すると、注入したｐ型不純物が活性化する。これによって、図６に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂにｐ＋コレクタ領域３６が形成される。
【００２３】
ステップＳ８では、半導体基板１２の下面１２ｂに水素イオン（本実施例では、プロトン）を注入する。水素イオンの注入は、水素イオンがｐ＋コレクタ領域３６の上側であってｐ＋コレクタ領域３６の近傍（図６の位置５０）に停止するように（より詳細には、注入後の水素イオンの濃度分布のピークが図６の位置５０に位置するように）、水素イオンの注入エネルギーを調節して行う。本実施例では、水素イオンの注入深さ（下面１２ｂからの深さ）が約２５０μｍとなるように注入エネルギーを調節する。
なお、水素イオンの注入時には、半導体基板１２中を水素イオンが移動することによって半導体基板１２中に結晶欠陥が形成される。すなわち、水素イオン注入位置５０より下面１２ｂ側の領域（図６の領域５２：以下では下面側領域５２という）の半導体基板１２には、多数の結晶欠陥が形成される。
【００２４】
ステップＳ１０では、半導体基板１２の下面１２ｂに電子線を照射して、下面１２ｂを局所的に加熱する。電子線照射による加熱では加熱範囲が電子線の照射範囲に限られるので、下面１２ｂ全体に電子線を走査して、下面１２ｂ全体を加熱する。ステップＳ１０の加熱は、半導体基板１２の下面１２ｂの温度が約１ｍｓｅｃの間、１０００℃以上の温度に維持されるように行う。なお、電子線を走査して下面１２ｂを加熱するので、下面１２ｂの各点の加熱タイミングは若干ずれるが、下面１２ｂの各点は約１ｍｓｅｃの間、１０００℃以上の温度に維持される。これによって、図６の下面側領域５２内の結晶欠陥の大部分が消滅する。また、上記の条件で半導体基板１２の下面１２ｂを加熱した場合、水素イオン注入位置５０の温度は、５００℃未満の温度に維持される。本実施例の半導体基板１２における水素イオン外方拡散温度は、図２の実験結果と同様に、約５００℃である。したがって、半導体基板１２に注入された水素イオンは、ステップＳ１０の加熱によっては外方拡散しない。
【００２５】
ステップＳ１２では、電気炉で半導体基板１２の全体を加熱する。このとき、半導体基板１２の温度を５００℃に３０分間、維持する。これにより、半導体基板１２中の水素イオンが活性化する。すなわち、水素イオン注入位置５０近傍のドナー濃度が上昇する。また、ステップＳ１２では、注入された水素イオンは半導体基板１２中を拡散する。しかしながら、図６の下面側領域５２内の結晶欠陥の大部分は、ステップＳ１０で消滅している。すなわち、ステップＳ１２では、水素イオンの外方拡散はほとんど生じない。したがって、ステップＳ１２では、水素イオンの拡散距離が従来に比べて短くなり、水素イオン注入位置５０近傍のドナー濃度が大幅に上昇する。これによって、水素イオン注入位置５０近傍に、図３に示すようにｎ＋バッファ領域３４が形成される。また、残りのｎ−領域がｎ−ドリフト領域３２となる。
また、上述したように、ステップＳ１２では水素イオンの拡散距離が短いので、ｎ＋バッファ領域３４が薄く形成される。ｎ＋バッファ領域３４が薄く形成されると、ｎ−ドリフト領域３２を厚く保つことができる。したがって、ＩＧＢＴ１０の耐圧をより高くすることができる。
【００２６】
ステップＳ１４では、蒸着等により、半導体基板１２の下面１２ｂにコレクタ電極１６を形成する。
以上のステップにより、図１に示すＩＧＢＴ１０が製造される。
【００２７】
以上に説明したように、第１実施例のＩＧＢＴ１０の製造方法では、ステップＳ１０の下面１２ｂの局所加熱により下面側領域５２内の結晶欠陥を消滅させた後に、ステップＳ１２で半導体基板１２全体（すなわち、水素イオン注入位置５０）を加熱する。したがって、水素イオンの拡散を抑制しながら、水素イオンを活性化させることができる。水素イオン注入位置５０近傍のドナー濃度を大幅に上昇させることができる。また、水素イオンの拡散距離が短くなるので、ｎ＋バッファ領域３４を薄く形成することができる。これによって、より高い耐圧を有するＩＧＢＴ１０を製造することができる。
【００２８】
なお、上述したＩＧＢＴ１０の製造方法では、ステップＳ８で半導体基板１２の下面１２ｂから２５０μｍの深さに水素イオンを注入した。また、ステップＳ１０で半導体基板１２の下面１２ｂを約１ｍｓｅｃの間、１０００℃以上の温度に維持するように下面１２ｂを加熱した。しかしながら、水素イオンの注入深さ（すなわち、注入エネルギー）は、ｎ＋バッファ領域３４の形成位置や水素イオンの拡散距離等を考慮して、適宜、調節することができる。また、ステップＳ１０の加熱条件（温度、時間）は、半導体基板１２の熱伝導率、水素イオンの注入深さ、結晶欠陥消滅温度等を考慮して、適宜、調節することができる。特に、ステップＳ８における水素イオンの注入深さ（水素イオンの濃度分布のピークの深さ）は、１〜１０００μｍであることが好ましい。また、ステップＳ１０では、半導体基板１２の下面１２ｂを、１〜１０００ｍｓｅｃの間、８００℃以上の温度に維持することが好ましい。この条件によれば、水素イオンの注入位置５０の温度を５００℃（本実施例における水素イオン外方拡散温度）未満に維持しながら、下面１２ｂを加熱することができる。さらに、ステップＳ１０において水素イオンの注入深さへの熱の影響を最小限に抑えるためには、ステップＳ１０の加熱時間は１〜１００ｍｓｅｃであることがなお好ましい。
【００２９】
また、上述したＩＧＢＴ１０の製造方法では、ステップＳ１０において、電子線の照射（走査）により半導体基板１２の下面１２ｂを加熱した。しかしながら、レーザを照射（走査）することにより、下面１２ｂを加熱してもよい。また、フラッシュランプを照射することにより、下面１２ｂの全体を一度に加熱してもよい。
【００３０】
また、上述したＩＧＢＴ１０の製造方法では、ステップＳ１０において、加熱時間を短時間（約１ｍｓｅｃ）とすることで、水素イオン注入位置５０の温度を５００℃未満に維持した。しかしながら、上面１２ａ側から半導体基板１２を冷却しながら、下面１２ｂを加熱するようにしてもよい。このような構成によれば、ステップＳ１０の加熱時間が比較的長時間であっても、水素イオン注入位置５０の温度を５００℃未満に維持することができる。
【００３１】
また、上述したＩＧＢＴ１０の製造方法では、ステップＳ１２において半導体基板１２全体を加熱した。しかしながら、ステップＳ１２では、少なくとも水素イオン注入位置５０を加熱できれば、種々の加熱方法を用いることができる。例えば、ステップＳ１０と同様に、電子線の照射により下面１２ｂを加熱してもよい。この場合、ステップＳ１０より電子線の照射時間（すなわち、加熱時間）を長くすることで、水素イオン注入位置５０の温度を５００℃に昇温させることができる。
【００３２】
また、上述したＩＧＢＴ１０の製造方法では、水素イオン外方拡散温度が始まるのが４５０℃〜５００℃の温度であったので、ステップＳ１２において半導体基板１２を５００℃に加熱した。しかしながら、上述したように、水素イオン外方拡散温度は、種々の条件によって異なる。したがって、ステップＳ１２の加熱温度は、水素イオン外方拡散温度に対応させて、適切な加熱温度とすることができる。
【００３３】
また、上述したＩＧＢＴ１０の製造方法では、水素イオンとしてプロトンを注入したが、デュートロンまたはトリトンを注入してもよい。デュートロンやトリトンを注入しても、第１実施例と同様にドナー濃度を大きく上昇させることができる。
【００３４】
（第２実施例）
次に、第２実施例の半導体装置の製造方法について説明する。第２実施例では、ダイオードの製造方法について説明する。図７は、第２実施例の製造方法によって製造されるダイオード１００の概略断面図を示している。図示するように、ダイオード１００は、半導体基板１１２と、半導体基板１１２の上面１１２ａに形成されているアノード電極１１４と、半導体基板１１２の下面１１２ｂに形成されているカソード電極１１６を備えている。半導体基板１１２は、主にシリコンからなっている。半導体基板１１２の上面１１２ａ側には、アクセプタ濃度が高いｐ＋領域１２０が形成されている。ｐ＋領域１２０は、アノード電極１１４と接している。ｐ＋領域１２０の下側には、アクセプタ濃度が低いｐ−領域１２２が形成されている。ｐ−領域１２２の下側には、ドナー濃度が低いｎ−領域１２４が形成されている。ｎ−領域１２４の下側には、ドナー濃度が高いｎ＋領域１２６が形成されている。ｎ＋領域１２６は、カソード電極１１６と接している。
【００３５】
図８のフローチャートは、ダイオード１００の製造工程を示している。ダイオード１００は、図５に示す半導体基板１２と同様に、全域がｎ−領域（ドナー濃度が低い領域）である半導体基板１１２から製造される。
【００３６】
ステップＳ２２では、半導体基板１１２に、ｐ＋領域１２０とｐ−領域１２２を形成する。ｐ＋領域１２０とｐ−領域１２２は、半導体基板１１２の上面１１２ａへのｐ型不純物の注入及び半導体基板１１２の熱処理等により形成する。ｐ＋領域１２０とｐ−領域１２２の形成方法は従来公知の方法であるので、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
ステップＳ２４では、蒸着等により、半導体基板１１２の上面１１２ａにアノード電極１１４を形成する。
【００３８】
ステップＳ２６では、半導体基板１１２の下面１１２ｂに水素イオン（本実施例では、プロトン）を注入する。水素イオンの注入は、後述するステップＳ２８で半導体基板１１２の下面１１２ｂが局所的に加熱されたときに、下面１１２ｂと略同じ温度（例えば、下面１１２ｂの温度の９０％以上の温度）まで昇温する深さ（すなわち、下面１１２ｂに近い位置：図９の位置１５０）に水素イオンが停止するように、注入エネルギーを調節して行う。より詳細には、注入後の水素イオンの濃度分布のピークの深さが図９の位置１５０に位置するように、水素イオンを注入する。本実施例では、水素イオン注入位置１５０は、下面１１２ｂから約５０μｍの深さである。
【００３９】
ステップＳ２８では、半導体基板１１２の下面１１２ｂに電子線を照射して、下面１１２ｂを局所的に加熱する。電子線照射による加熱では加熱範囲が電子線の照射範囲に限られるので、下面１１２ｂ全体に電子線を走査して、下面１１２ｂ全体を加熱する。図１０は、ステップＳ２８の加熱における下面１１２ｂ上の１点の温度プロファイルを示している。図示するように、ステップＳ２８では、半導体基板１１２の下面１１２ｂの最高到達温度が、約４５０℃となるように行う。すなわち、下面１１２ｂの温度が、水素イオンが活性化する３００〜６００℃の温度域内の温度に昇温される。ステップＳ２８は、加熱時間（図１０の加熱時間Ｔａに示すように、下面１１２ｂの温度が３００〜６００℃の温度域内の温度に維持される時間）が約１００ｍｓｅｃとなるように行う。電子線を走査して下面１１２ｂを加熱するので、下面１１２ｂの各点の加熱タイミングは若干ずれるが、下面１１２ｂの各点は、図１０に示す温度プロファイルと略一致する温度プロファイルで加熱される。
上述したように、水素イオン注入位置１５０は、半導体基板１１２の下面１１２ｂと略同じ温度まで昇温する深さに位置している。すなわち、水素イオン注入位置１５０は、図１０に示す温度プロファイルと略等しい温度プロファイルで加熱される。水素イオン注入位置１５０が３００〜６００℃の温度域内の温度に昇温されると、水素イオンが活性化するとともに拡散する。このとき、水素イオンの活性化量は、下面１１２ｂの加熱時間Ｔａ（すなわち、水素イオン注入位置１５０の温度が３００〜６００℃の温度域内の温度に維持される時間）にはほとんど依存しない。すなわち、水素イオンの活性化量は、短時間の加熱であっても長時間の加熱であってもそれほど変わらない。一方、水素イオンの拡散距離は、下面１１２ｂの加熱時間Ｔａに大きく依存する。すなわち、下面１１２ｂの加熱時間Ｔａが長いほど、水素イオンの拡散距離は長くなる。上述したように、ステップＳ２８では、半導体基板１１２の下面１１２ｂの加熱時間Ｔａが１００ｍｓｅｃと短い。したがって、水素イオンの拡散距離が短くなる。このため、水素イオン注入位置１５０近傍のドナー濃度が大幅に上昇する。これによって、水素イオン注入位置１５０近傍に、図７に示すようにｎ＋領域１２６が形成される。また、残りのｎ−領域がｎ−領域１２４となる。
また、上述したように、ステップＳ２８では水素イオンの拡散距離が短いので、ｎ＋領域１２６が薄く形成される。ｎ＋領域１２６が薄く形成されると、ｎ−領域１２４を厚く保つことができる。したがって、ダイオード１００の逆耐圧をより高くすることができる。
【００４０】
ステップＳ３０では、蒸着等により、半導体基板１１２の下面１１２ｂにカソード電極１１６を形成する。
以上のステップにより、図７に示すダイオード１００が製造される。
【００４１】
以上に説明したように、第２実施例のダイオード１００の製造方法では、半導体基板１１２の下面１１２ｂ近傍に水素イオンを注入し、下面１１２ｂの加熱時間Ｔａを短時間（約１００ｍｓｅｃ）とすることで、注入した水素イオンを活性化させる。このように、下面１１２ｂの加熱時間Ｔａを短時間とすることで、水素イオン注入位置１５０近傍のドナー濃度を大幅に上昇させることができる。
なお、図１１は、上述した製造方法において、ステップＳ２８の加熱時間Ｔａ（下面１１２ｂが３００〜６００℃の温度域内の温度に維持される時間）を種々に変化させたときの、加熱時間Ｔａと半導体基板１１２中のドナー濃度の上昇量との関係を示している。すなわち、図１１にプロットされた各点は、その加熱時間Ｔａ（横軸）で加熱されたときの、半導体基板１１２中のドナー濃度の上昇量（縦軸）を示している。なお、縦軸のドナー濃度の上昇量は、水素イオン注入方向（深さ方向）のドナー濃度分布（加熱後の濃度分布）におけるドナー濃度のピーク位置における上昇量を示している。また、各実験（図１１にプロットされた各点の実験）は、加熱時間以外の条件は、同一の条件で行っている。
図１１に示すように、加熱時間が１〜６０ｓｅｃ（１０００〜６００００ｍｓｅｃ）の場合には、ドナー濃度の上昇量は約３×１０１５ｃｍ−３である。６０ｓｅｃ以上に加熱時間を長くしても、このドナー濃度の上昇量はほとんど変わらない。すなわち、３×１０１５ｃｍ−３のドナー濃度の上昇量は、従来の製造方法で得られる値である。一方、加熱時間Ｔａが５０〜１０００ｍｓｅｃ（０．０５〜１ｓｅｃ）の範囲では、ドナー濃度の上昇量が大きくなる。特に、加熱時間Ｔａが６７〜２００ｍｓｅｃ（０．０６７〜０．２ｓｅｃ）の範囲では、ドナー濃度の上昇量が大幅に大きくなる。このように、半導体基板１１２の下面１１２ｂの加熱時間Ｔａを５０〜１０００ｍｓｅｃ（特に、６７〜２００ｍｓｅｃ）とすることで、ドナー濃度の上昇量を大きくすることができる。
【００４２】
なお、ステップＳ２８では、半導体基板１１２の下面１１２ｂ（すなわち、水素イオン注入位置１５０）を約４５０℃に加熱したが、ステップＳ２８の加熱温度（最高到達温度）は３００〜６００℃の温度域内で適宜選択することができる。３００〜６００℃の温度域内の温度に水素イオン注入位置１５０を加熱すれば、水素イオンを活性化させることができる。また、ステップＳ２８の加熱温度（最高到達温度）は、３５０〜５５０℃の温度域内の温度であることが特に好ましい（図１参照）。
【００４３】
また、上述したダイオード１００の製造方法では、ステップＳ２８において、電子線の照射により半導体基板１１２の下面１１２ｂを加熱した。しかしながら、レーザを照射することにより、下面１１２ｂを加熱してもよい。また、フラッシュランプを照射することにより、下面１１２ｂを加熱してもよい。これらの方法によっても、半導体基板１１２の下面１１２ｂを短時間だけ加熱することができる。
【００４４】
また、上述したダイオード１００の製造方法では、ステップＳ２６で水素イオンを下面１１２ｂから５０μｍの深さに注入した。しかしながら、水素イオンの注入深さは、水素イオンの注入範囲（すなわち、加熱が必要な範囲）、半導体基板の形状及び熱伝導率、半導体基板の加熱方法等に応じて適宜、選択することができる。なお、水素イオンの注入深さは、５０μｍ以下であることが好ましい。このような深さに水素イオンを注入すれば、ステップＳ２８において、水素イオンの注入深さの温度を半導体基板１１２の下面１１２ｂの温度と略等しい温度に加熱することができる。
【００４５】
また、上述したダイオード１００の製造方法では、水素イオンとしてプロトンを注入したが、デュートロンまたはトリトンを注入してもよい。デュートロンやトリトンを注入しても、第２実施例と同様にドナー濃度を大きく上昇させることができる。
【００４６】
また、上述した第２実施例では、ダイオード１００の製造方法について説明した。しかしながら、第２実施例の技術を他の種類の半導体装置の製造に適用することもできる。例えば、図１２に示すＭＯＳ−ＦＥＴ２００の製造に適用することができる。この場合、水素イオンの注入と水素イオン注入位置の短時間の加熱により、ＭＯＳ−ＦＥＴ２００のｎ＋コレクタ領域２０２を形成することができる。これによって、ドナー濃度が高いｎ＋コレクタ領域２０２を形成することができる。また、ｎ＋コレクタ領域２０２が薄く形成されるので、ｎ−ドリフト領域２０４が厚く形成される。高い耐圧を有するＭＯＳ−ＦＥＴ２００の製造が可能となる。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】加熱時間とドナー濃度の関係を示すグラフ。
【図２】種々の加熱時間で半導体基板を加熱したときの、半導体基板中のドナー濃度分布を例示するグラフ。
【図３】ＩＧＢＴ１０の断面図。
【図４】ＩＧＢＴ１０の製造工程を示すフローチャート。
【図５】ＩＧＢＴ１０の材料である半導体基板１２の断面図。
【図６】ステップＳ６実施後の半導体基板１２の断面図。
【図７】ダイオード１００の断面図。
【図８】ダイオード１００の製造工程を示すフローチャート。
【図９】ステップＳ２４実施後の半導体基板１１２の断面図。
【図１０】ステップＳ２８の加熱における半導体基板１１２の下面１１２ｂ上の点の温度プロファイルを示すグラフ。
【図１１】ステップＳ２８の加熱時間と、ステップＳ２８実施後の水素イオン注入位置１５０のドナー濃度の上昇量との関係を示すグラフ。
【図１２】ＭＯＳ−ＦＥＴ２００の断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１０：ＩＧＢＴ
１２：半導体基板
１４：エミッタ電極
１６：コレクタ電極
２０：ｎ＋エミッタ領域
２２：ｐ＋コンタクト領域
２４：ｐ−ボディ領域
２６：ゲート電極
２８：絶縁膜
３２：ｎ−ドリフト領域
３４：ｎ＋バッファ領域
３６：ｐ＋コレクタ領域
５０：水素イオン注入位置
５２：下面側領域
１００：ダイオード
１１２：半導体基板
１１４：アノード電極
１１６：カソード電極
１２０：ｐ＋領域
１２２：ｐ−領域
１２４：ｎ−領域
１２６：ｎ＋領域
１５０：水素イオン注入位置
【図１】
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【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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