專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，尤其涉及具備二極管的半 導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年，在產(chǎn)業(yè)用電力裝置等領(lǐng)域使用的反相器裝置中，IGBT
管。作為這種回流二極管之一例，有PIN二極管。一直以來，這種PIN
二極管有擴散二極管和外延二極管。
在擴散二極管中，通過從n型半導(dǎo)體襯底表面開始擴散n型雜質(zhì)，
形成n緩沖層。因雜質(zhì)擴散而形成的n緩沖層的雜質(zhì)濃度分布(profile ) 具有緩和的傾向。因此，在從導(dǎo)通狀態(tài)切換至截止?fàn)顟B(tài)的恢復(fù) (recovery)時，在PIN 二極管中反方向流動的反向恢復(fù)電流逐漸減 少。這種恢復(fù)被稱為軟恢復(fù)。
此外，在外延二極管中，通過外延生長法在n型半導(dǎo)體襯底表面 上形成成為漂移(drift)層的n-外延層。在外延二極管中，成為陰 極的半導(dǎo)體襯底的n型雜質(zhì)濃度為高濃度，因此能夠使引起傳導(dǎo)率調(diào) 制的調(diào)制(modulation)電平上升，并降低正向電壓。還有，公開擴 散二極管的文獻(xiàn)，例如有日本特開2007 - 059801號7/^艮。
但是，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體裝置有如下問題。首先，擴散二極管中，n 緩沖層的雜質(zhì)濃度分布從陰極側(cè)向陽極側(cè)緩慢地減少。因此，具有難 以提升調(diào)制電平，且導(dǎo)通電阻高而無法降低正向電壓的性質(zhì)。此外， n緩沖層較厚，具有恢復(fù)時排出的載流子總量增多、開關(guān)損耗(恢復(fù) 損耗)增加的性質(zhì)。
6此外，外延二極管中，從n-外延層經(jīng)過n型的半導(dǎo)體襯底，雜 質(zhì)濃度分布會急劇地上升，因此在導(dǎo)通狀態(tài)下注入的電子在恢復(fù)時急 速減少，具有容易引起振蕩現(xiàn)象的性質(zhì)。
另一方面，在半導(dǎo)體裝置中，根據(jù)釆用的反相器電路，降低正向 電壓的要求大于減小恢復(fù)損耗的要求，或者相反地，減小恢復(fù)損耗的 要求大于降低正向電壓。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供高精度地得到與所適用的產(chǎn)品對應(yīng)的 所希望的特性的半導(dǎo)體裝置，其它目的是提供這種半導(dǎo)體裝置的制造 方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具備第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底、第二導(dǎo)電型 的陽極部、第一導(dǎo)電型的陰極部和臺階形雜質(zhì)層。第一導(dǎo)電型的半導(dǎo) 體襯底具有彼此相對的第一主表面和第二主表面。第二導(dǎo)電型的陽極 部形成在半導(dǎo)體襯底的第一主表面?zhèn)取５谝粚?dǎo)電型的陰極部形成在半 導(dǎo)體襯底的第二主表面?zhèn)?。臺階形雜質(zhì)層形成在陽極部及陰極部的至 少一方，從半導(dǎo)體襯底表面導(dǎo)入對應(yīng)的規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)至第一深 度，通過熔化從表面到包含導(dǎo)入了規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底的 區(qū)域的、比第一深度深的第二深度的規(guī)定區(qū)域，具有從表面到第二深 度使規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度均勻的臺階形雜質(zhì)濃度分布。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法具備以下工序。在第 一導(dǎo)電型的 半導(dǎo)體襯底的第 一主表面?zhèn)刃纬申枠O部。在與半導(dǎo)體襯底的第 一主表 面相對的第二主表面?zhèn)刃纬申帢O部。在形成陽極部的工序和形成陰極 部的工序的至少任意一個工序具備在半導(dǎo)體村底表面，從表面導(dǎo)入 對應(yīng)的規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)至第 一深度的工序；以及通過熔化包含從表 面導(dǎo)入了規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域的、比第 一深度深的 第二深度的規(guī)定區(qū)域，從表面至第二深度使規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度均 勻，形成具有臺階形的雜質(zhì)濃度分布的臺階形雜質(zhì)層的工序。(發(fā)明效果)
依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，通過具備具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的 臺階形雜質(zhì)層，可根據(jù)所適用的產(chǎn)品而高精度地改變調(diào)制電平或恢復(fù) 損耗等。
依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在半導(dǎo)體襯底的表面，從 表面導(dǎo)入對應(yīng)的規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)至第 一深度，并通過熔化從表面到 包含導(dǎo)入規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域的、第 一深度深的第 二深度的規(guī)定區(qū)域，能夠形成具有,A^面到第二深度使規(guī)定導(dǎo)電型的 雜質(zhì)濃度均勻的臺階形雜質(zhì)濃度分布的臺階形雜質(zhì)層。通過該臺階形 雜質(zhì)層的濃度或形成區(qū)域，可根據(jù)所適用的產(chǎn)品高精度地改變調(diào)制電 平或恢復(fù)損耗等。
本發(fā)明的上述以及其它目的、特征、局面及優(yōu)點，通過以下參照
的本發(fā)明相關(guān)的詳細(xì)說明，當(dāng)會更加清晰。
圖1是表示一例適用本發(fā)明的各實施方式的PIN二極管的反相器 裝置的反相器電路的電路圖。
圖2是本發(fā)明實施方式1的PIN二極管的剖視圖。
圖3是同實施方式中，沿圖2所示的剖面線m-m的雜質(zhì)濃度分
布的示意圖。
圖4是表示同實施方式中圖2所示的PIN二極管的制造方法的一 個工序的剖;f見圖。
圖5是表示同實施方式中在圖4所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖6是表示同實施方式中在圖5所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖7是表示同實施方式中在圖6所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。圖8是表示同實施方式中在圖7所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖9是表示同實施方式中在圖8所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖10是表示同實施方式中在圖9所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖ll是表示同實施方式中在圖IO所示的工序之后進(jìn)行的工序的 剖-見圖。
圖12是表示同實施方式中在圖11所示的工序之后進(jìn)行的工序的 剖一見圖。
圖13是第一比較例的擴散二極管的剖視圖。
圖14是沿圖13所示的剖面線XIV-XIV的雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖15是表示擴散二極管在恢復(fù)時的電流與電壓的隨時間變化的 曲線圖。
圖16是擴散二極管在恢復(fù)時的第一狀態(tài)下的載流子濃度分布與 栽流子動向的示意圖。
圖17是擴散二極管在恢復(fù)時的、第一狀態(tài)之后的第二狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖18是擴散二極管在恢復(fù)時的、第二狀態(tài)之后的第三狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖19是擴散二極管在恢復(fù)時的、第三狀態(tài)之后的第四狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖20是擴散二極管在恢復(fù)時的、第四狀態(tài)之后的第五狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖21是第二比較例的外延二極管的剖視圖。
圖22是沿圖21所示的剖面線XXII-XXII的雜質(zhì)濃度分布的示 意圖。圖23是表示外延二極管在恢復(fù)時的電流與電壓的隨時間變化的 曲線圖。
圖24是外延二極管在恢復(fù)時的第一狀態(tài)下的載流子濃度分布與 載流子的動向的示意圖。
圖25是外延二極管在恢復(fù)時的、第一狀態(tài)之后的第二狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖26是外延二極管在恢復(fù)時的、第二狀態(tài)之后的第三狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖27是外延二極管在恢復(fù)時的、第三狀態(tài)之后的第四狀態(tài)下的載 流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖28是同實施方式中PIN 二極管在恢復(fù)時的電流與電壓的隨時 間變化的曲線圖。
圖29是同實施方式中PIN 二極管在恢復(fù)時的第一狀態(tài)下的載流 子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖30是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第一狀態(tài)之后的 第二狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖31是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第二狀態(tài)之后的 第三狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖32是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第三狀態(tài)之后的 第四狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖33是同實施方式中用于說明PIN二極管在n +層的雜質(zhì)濃度分 布的剛注入后的雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖34是同實施方式中用于說明PIN二極管在n +層的雜質(zhì)濃度分 布的激光退火后的雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖35是同實施方式中PIN二極管的n +層的雜質(zhì)濃度分布的測定 結(jié)果的示意圖。
圖36是用于比較的熱擴散的雜質(zhì)濃度分布的測定結(jié)果的示意圖。 圖37是本發(fā)明實施方式2的PIN二極管的剖視圖。圖38是同實施方式中沿圖37所示的剖面線xxxvm - xxxvm
的雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖39是同實施方式中沿圖37所示的剖面線XXXIX-XXXIX的 雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖40是表示同實施方式中 一例有選擇地形成的n +層的圖案的平 面圖。
圖41是表示同實施方式中另 一例有選擇地形成的n +層的圖案的 平面圖。
圖42是表示同實施方式中圖37所示的PIN二極管的制造方法的 工序的剖^L圖。
圖43是表示同實施方式中圖42所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖44是表示同實施方式中圖43所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖45是表示同實施方式中圖44所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖 視圖。
圖46是同實施方式中PIN 二極管在正向偏壓時的載流子濃度分
布之中，沿圖37所示的剖面線xxxvm - xxxvm的載流子濃度分
布的示意圖。
圖47是同實施方式中PIN二極管的正向偏壓時的載流子濃度分 布之中，圖37所示的剖面線XXXIX-XXXIX的載流子濃度分布全示 意圖。
圖48是表示同實施方式中n +層的面積與恢復(fù)損耗及正向電壓的
相關(guān)的曲線圖。
圖49是本發(fā)明實施方式3的PIN 二極管的剖一見圖。
圖50是同實施方式中沿圖49所示的剖面線L-L的雜質(zhì)濃度布
線的示意圖。
圖51是表示同實施方式中圖49所示的PIN二極管的制造方法的一工序的剖^見圖。
圖52表示是同實施方式中圖51所示的工序之后進(jìn)行的工序的疝 面通圖。
圖53是表示同實施方式中圖52所示的一工序之后進(jìn)行的剖視圖。 圖54是同實施方式中PIN 二極管在恢復(fù)時的第一狀態(tài)下的載流
子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖55是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第一狀態(tài)之后的
第二狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖56是同實施方式中PIN 二極管的恢復(fù)時下的第二狀態(tài)之后的 第三狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖57是同實施方式中PIN 二極管出現(xiàn)時的第三狀態(tài)之后的第四 狀態(tài)下的栽流子濃度分布與栽流子動向的示意圖。
圖58是本發(fā)明的實施方式4的PIN二極管的剖視圖。
圖59是同實施方式中圖58所示的剖面線LIX-LIX的雜質(zhì)濃度 分布的示意圖。
圖60是表示同實施方式中圖58所示的PIN二極管的制造方法的 一個工序的剖一見圖。
圖61是表示同實施方式中在圖60所示的工序之后進(jìn)行的工序的
剖-現(xiàn)圖。
圖62是表示同實施方式中在圖61所示的工序之后進(jìn)行的工序的 剖^L圖。
圖63是同實施方式中PIN 二極管在恢復(fù)時的第一狀態(tài)下的載流 子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖64是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第一狀態(tài)之后的 第二狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖65是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第二狀態(tài)之后的 第三狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖66是同實施方式中PIN二極管在恢復(fù)時的、第三狀態(tài)之后的第四狀態(tài)下的載流子濃度分布與載流子動向的示意圖。
圖67是本發(fā)明實施方式5的PIN 二極管的剖視圖。
圖68是同實施方式中沿圖67所示的剖面線LXVIII-LXVin的 雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖69是同實施方式中沿圖67所示的剖面線LXIX-LXIX的雜質(zhì) 濃度分布的示意圖。
圖70是表示一例同實施方式中有選擇地形成的p +層的圖案的平 面圖。
圖71是表示另一例同實施方式中有選擇地形成的p +層的圖案的 平面圖。
圖72是表示同實施方式中圖67所示的PIN 二極管的制造方法的 一個工序的剖^L圖。
圖73是表示同實施方式中在圖72所示的工序之后進(jìn)行的工序的 剖3見圖。
圖74是表示同實施方式中在圖73所示的工序之后進(jìn)行的工序的 剖一見圖。
圖75是同實施方式中，PIN 二極管在正向偏壓時的載流子濃度分 布之中，沿圖67所示的剖面線LXVIII - LXVIII的載流子濃度分布的 示意圖。
圖76是同實施方式中，PIN 二極管在正向偏壓時的載流子濃度分 布之中，沿圖67所示的剖面線LXIX - LXIX的載流子濃度分布的示 意圖。
圖77是表示一例同實施方式中有選擇地形成的p +層的圖案和有 選擇地形成的n +層的圖案的組合的平面圖。
圖78是表示另一例同實施方式中有選擇地形成的p +層的圖案和 有選擇地形成的n +層的圖案的組合的平面圖。
具體實施方式
實施方式1
在這里，就以在陰極側(cè)具備具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的n +層的 PIN 二極管進(jìn)行說明。
首先，在圖1示出適用PIN二極管的、控制感應(yīng)負(fù)載的反相器裝 置的反相器電路。如圖l所示，在反相器裝置中，設(shè)有用于控制供給 感應(yīng)負(fù)載51的電力的IGBT50和作為來自感應(yīng)負(fù)載51的回流電流的 通路的PIN二極管2。
如圖2所示，PIN二極管2具備n-漂移層6、 p陽極層8、 n緩 沖層12、 n +層16、表面電極14及背面電極18。 p陽極層8從n型 的半導(dǎo)體襯底4的第一主表面形成至規(guī)定深度。在第一主表面上包圍 該p陽極層8地形成氧化硅膜9。表面電極14形成在p陽極層8的表 面上，以與p陽極層8的表面接觸。
n +層16從半導(dǎo)體襯底4的第二主表面形成至規(guī)定深度。p緩沖 層12與n +層16接觸，形成至更深的區(qū)域。n-漂移層6形成在p陽 極層8與n緩沖層12之間的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域。背面電極18形成在 n +層16的表面上，以與n +層16接觸。
接著，對PIN二極管2的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說明。如圖3所示，n + 層16的雜質(zhì)濃度具有臺階形分布，從第二主表面至規(guī)定深度大致一 定。n緩沖層12的雜質(zhì)濃度從n +層16至n-漂移層6緩慢減少。n -漂移層6的雜質(zhì)濃度反映半導(dǎo)體襯底4的雜質(zhì)濃度，相對于深度方 向大致一定。p陽極層8的雜質(zhì)濃度從第一主表面至n-漂移層6較 急劇地減少。
在本PIN二極管中，如后面所述，由于具備具有臺階形雜質(zhì)濃度 分布的n +層16,可提高來自n +層16的電子注入效率而提高調(diào)制電 平。
接著，對上述的PIN二極管的制造方法進(jìn)行說明。首先，如圖4 所示，在半導(dǎo)體村底4的表面(第二主表面)形成磷擴散源21，使磷 在半導(dǎo)體襯底4中例如擴散至約250pm左右深度，形成n緩沖層12
14(參照圖5)。接著，在半導(dǎo)體襯底4表面(第一主表面)上形成氧 化硅膜(未圖示)。在該氧化硅膜上，形成用于形成p陽極層的規(guī)定 抗蝕劑圖案(未圖示)。
接著，如圖5所示，以該抗蝕劑圖案22為掩模對氧化硅膜9實施 各向異性蝕刻，從而形成露出半導(dǎo)體襯底4表面的開口部。然后，除 去抗蝕劑圖案22。接著，通過熱氧化法，在半導(dǎo)體襯底4表面形成下 敷氧化膜(未圖示)。接著，如圖6所示，在注入能量50KeV、用量 1 x 1012/cm2的前提下，向半導(dǎo)體襯底4表面注入硼，在溫度120。C的 情況下，實施大致2小時的熱處理，形成被激活(活性化)的p陽極 8。然后，在半導(dǎo)體村底4上形成鋁膜(未圖示)，以覆蓋p陽極8。 通過對該鋁膜實施規(guī)定的照相制版處理并實施蝕刻，如圖7所示，形 成表面電才及14。
接著，如圖8所示，研磨半導(dǎo)體襯底4的第二主表面，直到半導(dǎo) 體村底4的厚度成為所希望的厚度。然后，通過實施濕蝕刻來除去研 磨而成為損壞層(未圖示)，如圖9所示，露出干凈的半導(dǎo)體邱十底4 表面。
接著，如圖IO所示，在注入能量50KeV、用量5x 1015/^112的前 提下，向半導(dǎo)體襯底4表面注入磷。接著，如圖11所示，作為激光 退火處理，例如使YAG激光以數(shù)十W以上的條件下，照射注入磷的 半導(dǎo)體襯底的第二主表面，將包含注入磷的區(qū)域地從第二主表面到規(guī) 定深度的區(qū)域熔化，從而使磷濃度在深度方向均勻。這樣，形成具有 臺階形雜質(zhì)濃度分布的n +層16。
然后，在較低溫度(約350。C左右)的情況下，實施大致2小時 的熱處理，從而恢復(fù)晶體缺陷。接著，如圖12所示，在n +層16表 面，沉積鈥、鎳及金(Ti-Ni-Au)，形成背面電極18。如此，完成 PIN 二極管2。
在本PIN 二極管2中，形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的n +層16， 通過改變該n +層16的雜質(zhì)濃度，可才艮據(jù)所適用的產(chǎn)品調(diào)整正向電壓或恢復(fù)損耗。對此，作為比較例列舉擴散二極管和外延二極管。
首先，作為第一比較例說明擴散二極管。如圖13所示，擴散二極
管102具備n-漂移層106、 p陽極層108、 n緩沖層112、表面電極 上14及背面電極118。 n緩沖層112通過從n型半導(dǎo)體襯底的第二主 表面擴散n型雜質(zhì)來形成，如圖14所示，其雜質(zhì)濃度分布從半導(dǎo)體 襯底的第二主表面起向n-漂移層106緩慢減少。
接著，對擴散二極管102在恢復(fù)時的載流子動向進(jìn)行說明。在圖 15中示出恢復(fù)時擴散二極管102中流動的電流和電壓的隨時間變化。 首先，在點Tl上，處于擴散二極管102中有回流電流流過的正向偏 壓狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如圖16所示，電子從陰極側(cè)向n-漂移層106 注入，同時空穴從陽4及側(cè)向n -漂移層106注入。
接著，在點T2上，擴散二極管102從正向偏壓狀態(tài)切換為反向 偏壓狀態(tài)，流過擴散二極管102的電流逐漸減少，耗盡層D從p陽極 層108與n-漂移層106的界面開始擴大。在該狀態(tài)下，如圖17所示， 蓄積在擴散二極管102的載流子之中，電子向陰極側(cè)排出，空穴向陽 極側(cè)排出，從而在擴散二極管102中有反向恢復(fù)電流流過。
接著，在點T3上，如圖18所示，隨著時間的經(jīng)過，耗盡層D進(jìn) 一步擴大，然后，被排出的電子和空穴的數(shù)目減少而反向恢復(fù)電流減 少。接著，在點T4上，處于剛要結(jié)束恢復(fù)前的狀態(tài)，如圖19所示， 耗盡層D進(jìn)一步擴大，殘留在n-漂移層106與n緩沖層112的邊界 附近的載流子被排出。然后，在結(jié)束恢復(fù)的時刻，如圖20所示，耗 盡層D擴大至n-漂移層106和n緩沖層112的邊界附近，然后，蓄 積的載流子被排出，或者通過再耦合來消滅并成為截止?fàn)顟B(tài)。
在該擴散二極管102中，n緩沖層112的雜質(zhì)濃度從陰極側(cè)向陽 極側(cè)緩慢減少，因此來自陰極側(cè)的電子注入效率低。因此，具有難以 提升調(diào)制電平、導(dǎo)通電阻變高而無法降低正向電壓的問題。
此外，形成該n緩沖層112時，為了將雜質(zhì)熱擴散至半導(dǎo)體襯底 厚度的大致半分左右的深度，n緩沖層112的雜質(zhì)濃度(斜度)容易發(fā)生偏差，具有調(diào)制電平相對于規(guī)定電流容易變動的問題。而且，因
n緩沖層112較厚而恢復(fù)時排出的載流子總量增多，具有增加開關(guān)損 耗(恢復(fù)損耗)的問題。此外，恢復(fù)損耗指的是因反向恢復(fù)電流流動 而產(chǎn)生的損耗，由自反向恢復(fù)電流開始流動后，經(jīng)過最大值(絕對值) 后成為最大值的10分之1為止的期間的電流積分值和電壓積分值之 積來表現(xiàn)。
接著，作為第二比較例說明外延二極管。如圖21所示，外延二極 管102具備n型半導(dǎo)體襯底104、 n-外延層107、 p陽極層108、表 面電極114及背面電極118。成為漂移層的n-外延層107通過外延 生長法形成在半導(dǎo)體一十底104的表面上。因此，如圖22所示，在雜 質(zhì)濃度分布中，雜質(zhì)濃度從半導(dǎo)體襯底104經(jīng)過n -外延層107急劇 減少。
接著，對外延二極管102在恢復(fù)時中載流子動向進(jìn)行說明。在圖 23中示出恢復(fù)時在外延二極管102中流動的電流與電壓的隨時間變 化。首先，在點Tl上，處于外延二極管102中有回流電流流過的正 向偏壓狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如圖24所示，電子陰極側(cè)向n-外延層 107注入，同時空穴從陽極側(cè)向n -外延層107注入。
接著，在點T2上，外延二極管102從正向偏壓狀態(tài)切換為反向 偏壓狀態(tài)，在外延二極管102中流動的電流逐漸減少，耗盡層D從p 陽極層108和n-外延層107的界面開始擴大。在該狀態(tài)下，如圖25 所示，蓄積在外延二極管102的載流子之中，電子向陰極側(cè)排出，空 穴向陽極側(cè)排出，從而在外延二極管102中有反向恢復(fù)電流流過。
接著，在點T3上，如圖26所示，隨著時間的經(jīng)過，耗盡層D進(jìn) 一步擴大，還有，被排出的電子和空穴的數(shù)目減少而反向恢復(fù)電流減 少。接著，在點T4上，處于剛結(jié)束恢復(fù)前的狀態(tài)，如圖27所示，耗 盡層D擴散至n -外延層107和半導(dǎo)體襯底104的邊界附近，此外， 蓄積的載流子被排出，或者通過再耦合來消滅而成為截止?fàn)顟B(tài)。
在該外延二極管102中，雜質(zhì)濃度從n -外延層107經(jīng)過半導(dǎo)體
17襯底104急劇上升，因此在導(dǎo)通狀態(tài)注入的載流子在恢復(fù)時會急速減 少。因此，外延二極管102成為電容，由與連接外延二極管的電路之 間的關(guān)系，如圖23所示的波形，存在容易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象的問題。
接著，對本PIN 二極管在恢復(fù)時的載流子動向進(jìn)行說明。圖28 中示出恢復(fù)時的PIN二極管2中流動的電流和電壓的隨時間變化。首 先，在點T1上，處于PIN二極管2中有回流電流流過的正向偏壓狀 態(tài)。在該狀態(tài)下，如圖29所示，電子從n +層16向n-漂移層6注 入，同時空穴從p陽極層8向n -漂移層6注入。
接著，在點T2上，PIN 二極管2從正向偏壓狀態(tài)切換至反向偏壓 狀態(tài)，處于PIN二極管2中流過的電流逐漸減少的狀態(tài)。在該狀態(tài)下， 如圖30所示，從n +層16向n-漂移層6注入的電子數(shù)目減少，同 時從p陽極層8向n -漂移層6注入的空穴數(shù)目也減少。
接著，隨著時間的經(jīng)過，耗盡層D從p陽極層8和n-漂移層6 的界面開始擴大，蓄積在PIN二極管2中的載流子之中，電子向陰極 側(cè)排出，空穴向陽極側(cè)排出，從而在PIN 二極管2中會有反向恢復(fù)電
流流過o
接著，在點T3的恢復(fù)箝位時，如圖31所示，殘留在n緩沖層12 和n -漂移層6的邊界附近的載流子被排出，或者再耦合而消滅。接 著，在點T4上，處于恢復(fù)結(jié)束的狀態(tài)，如圖32所示，庫毛盡層D擴大 至n-漂移層6和n緩沖層12的邊界附近，殘留載流子主要由再耦合 而消滅并成為截止爿大態(tài)。
在本PIN 二極管2中，在陰極側(cè)形成雜質(zhì)濃度比n -漂移層6高 的例如具有IOO倍以上的雜質(zhì)濃度的n +層16。從而，n +層16的雜 質(zhì)濃度相對n-漂移層6的雜質(zhì)濃度之比變高，提高從n +層16注入 電子的效率，可提高PIN二極管2的調(diào)制電平。
此外，在正向偏壓狀態(tài)下，注入的載流子的載流子濃度分布成為 經(jīng)過p陽極層8和n +層16的方式的分布。從而，借助p陽極層8的 雜質(zhì)濃度和n+層16的雜質(zhì)濃度來注入的載流子的量變化，可高精度地調(diào)整至與適用PIN 二極管的反相器裝置對應(yīng)的所希望的正向電壓 (或者調(diào)制電平)。
而且，n +層16通過作成臺階形雜質(zhì)濃度分布，來與具有斜度的 雜質(zhì)濃度分布做比較，則對于規(guī)定電流，可抑制調(diào)制電平的變動。這 樣，在本PIN二極管2中可消除擴散二極管中看到的問題。
此外，p陽極層8的雜質(zhì)濃度是從表面起比較急劇減少的分布， 在正向偏壓狀態(tài)下n緩沖層12和n-漂移層6的邊界附近，所蓄積的 載流子濃度與n -漂移層6的雜質(zhì)濃度之差H (參照圖29)成為最大。 從而，在恢復(fù)時，耗盡層的一端到達(dá)n緩沖層12和n-漂移層6的邊 界附近，在這時刻，在其邊界附近殘留載流子，通過排出該載流子， 使反向恢復(fù)電流逐漸減少。其結(jié)果，可防止振蕩的發(fā)生。這樣，在本 PIN二極管2消除了外延二極管中常見的問題。
如上所述，本PIN二極管2的特征是形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分 布的n +層16。因此，對該n +層16進(jìn)行詳細(xì)說明。如上所述，n + 層16通過從半導(dǎo)體襯底4的第二主表面注入例如磷(參照圖10)， 實施激光退火處理(參照圖11)來形成。
首先，如圖33所示，注入磷的時刻，雜質(zhì)層31呈現(xiàn)從半導(dǎo)體襯 底表面在規(guī)定深度中具有峰的雜質(zhì)濃度分布。接著，將包含注入磷的 雜質(zhì)層31地從半導(dǎo)體襯底表面起規(guī)定深度的區(qū)域R熔化，通過此方 式實施激光退火處理，使磷擴散至熔化的區(qū)域R內(nèi)，如圖34所示， 在區(qū)域R的深度方向上使磷濃度均勻。此時，從n +層16經(jīng)過n緩沖 層12，雜質(zhì)幾乎不會擴散至雜質(zhì)濃度分布減去下降邊部。這樣，就會 形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的n +層16。
在圖35中示出這樣形成的n +層的雜質(zhì)濃度的測定結(jié)果。另一方 面，為了做比較，在圖36示出一般熱擴散來形成的雜質(zhì)濃度分布的 測定結(jié)果。如圖35所示，確認(rèn)了通過熔化區(qū)域R,得到從表面大致 0.6nm左右深度為止雜質(zhì)濃度大致一定的臺階形雜質(zhì)分布。與之相 對，在一般的熱擴散中，如圖36所示，確認(rèn)了雜質(zhì)濃度從表面起經(jīng)過較深的區(qū)域，減去下降邊部地減少。
如此，在本PIN二極管的制造中的激光退火中，將規(guī)定深度為止 半導(dǎo)體襯底的區(qū)域熔化而使雜質(zhì)濃度均勻，在這一點上與只恢復(fù)照射 電子射線來產(chǎn)生的晶體缺陷的激光退火相比，退火的實質(zhì)處理是不同 的。
此外，作為本PIN 二極管中的臺階形雜質(zhì)濃度分布與外延二極管 中的雜質(zhì)濃度分布的差異，可列舉如下。首先，通過在外延生長之后 進(jìn)行的其它工序的熱處理，雜質(zhì)相互熱擴散而在半導(dǎo)體襯底與外延生 長層之間，雜質(zhì)濃度分布成為減去下降邊部。
此外，在半導(dǎo)體襯底與外延生長的初始階段形成的外延層部分， 在結(jié)束外延生長為止曝露在熱中，因此在半導(dǎo)體襯底和初始階段形成 的外延層部分之間雜質(zhì)相互熱擴散，雜質(zhì)濃度分布成為減去下降邊 部。
與之相對，在本PIN二極管中，只有因激光束照射而熔化的區(qū)域 R中存在的雜質(zhì)才擴散且在深度方向上均勻，因此在熔化的區(qū)域R和 沒有熔化的區(qū)域之間雜質(zhì)幾乎不會相互熱擴散。因而，在熔化的區(qū)域 和沒有熔化的區(qū)域之間，不會成為減去下降邊部那樣的雜質(zhì)濃度分 布。
此外，在上述的PIN二極管中，列舉說明了形成n +層16時，向 半導(dǎo)體村底注入磷而形成的場合，除此之外，例如可通過摻磷或涂敷 磷玻璃而向半導(dǎo)體襯底導(dǎo)入形成。此外，也可導(dǎo)入砷(As)來形成。
實施方式2
在這里，就有選擇地形成n +層的PIN二極管進(jìn)行說明。如圖37 所示，在本PIN二極管2中，有選擇地形成n +層16。背面電極18 形成為與n +層16和n緩沖層12接觸。還有，對于這以外的結(jié)構(gòu)， 與圖2所示的PIN 二極管相同，因此對于相同的構(gòu)件采用相同的符號， 并省略其說明。
接著，對PIN二極管2的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說明。在本PIN二極管2中，通過有選擇地形成n +層，沿著穿過n +層的剖面線的雜質(zhì)濃度， 如圖38所示，具有n+層形成的臺階形分布。另一方面，沿著不穿過 n +層的剖面的雜質(zhì)濃度，如圖39所示，不具有臺階形分布。這^f羊有 選擇地形成的n +層16的圖案，例如圖40所示，可形成為帶狀，也 可如圖41所示形成為島狀。
在本PIN二極管中，如后面所述，通過有選擇地形成具有臺階形 雜質(zhì)濃度分布的n +層16，可高精度地調(diào)整調(diào)制電平等。
接著，就上述的PIN二極管的制造方法進(jìn)行說明。在經(jīng)過與上述 的圖4~圖9所示的工序同樣的工序之后，如圖42所示，在n緩沖層 12的表面上形成用于有選擇地形成n +層的規(guī)定抗蝕劑圖案23。以該 抗蝕劑圖案23為掩模，注入例如磷。然后，除去抗蝕劑圖案23。接 著，如圖43所示，通過對注入磷的半導(dǎo)體襯底的第二主表面實施激 光退火處理，以包含注入磷的區(qū)域的方式熔化從第二主表面至規(guī)定深 度，使磷濃度在深度方向上均勻。這樣，有選擇地形成具有臺階形雜 質(zhì)濃度分布的n +層16。如此在有選擇地形成n +層16之后，形成背 面電極18 (參照圖37),從而完成PIN二極管。
此外，注入磷以外，可通過涂敷磷擴散源來形成。該場合，首先， 如圖44所示，以氧化硅膜25為掩模，在半導(dǎo)體襯底的第二主表面涂 敷磷玻璃24。接著，使磷玻璃24中的磷導(dǎo)入到n緩沖層12,實施激 光退火處理。如此，如圖45所示，有選擇地形成n +層16。
接著，對本PIN二極管2在恢復(fù)時的載流子動向進(jìn)行說明。在本 PIN二極管2中的載流子動向，在陰極側(cè)形成n +層16這一點，與在 第二主表面的整個面上形成n +層的PIN二極管(參照圖2)中的載 流子動向(參照圖29 圖32)實質(zhì)上相同i;。
尤其，在本PIN二極管中，通過有選擇地形成n +層16，正向偏 壓狀態(tài)(點Tl (參照圖28))中注入的電子和空穴的濃度分布(載 流子濃度分布)在形成有n +層16的區(qū)域和沒有形成區(qū)域上不同。
如圖46所示，在沿著穿過n +層的剖面線的載流子濃度分布(分布A)中，因n +層而陰極側(cè)的載流子濃度相對高于陽極側(cè)的載流子 濃度。與之相對，如圖47所示，在沿著沒有穿過n +層的剖面線的載 流子濃度分布(分布B)中，陰極側(cè)的載流子濃度與陽極側(cè)的載流子 濃度成為大致相同的載流子濃度。
在PIN 二極管2中，作為整體注入疊加分布A和分布B的載流子。 該情況意味著因n +層的面積而載流子(電子)的注入量改變，可進(jìn) 行正向電壓或恢復(fù)損耗等的調(diào)整。
即，如圖48所示，若n +層的形成面積相對增大，則注入的載流 子量增加，雖然正向電壓(VF)下降，但也提高了相應(yīng)于注入載流子 增多量的恢復(fù)損耗(Erec)。另一方面，若n +層的形成面積ga相對 變小，雖然因注入載流子量減少而恢復(fù)損耗(Erec),但正向電壓(VF) 會上升。但是，本PIN二極管中通過改變n +層的面積，能夠?qū)⒄?電壓或恢復(fù)損耗等恢復(fù)特性，高精度地調(diào)整至所適用的反相器裝置適 用的所希望的正向電壓或恢復(fù)特性。
實施方式3
在這里，就具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層形成在陽極側(cè)的PIN 二極管進(jìn)行說明。如圖49所示，PIN 二極管2具備n -漂移層6、 p +層10、 n緩沖層12、 n +層16、表面電極14及背面電極18。 p +層 10從n型半導(dǎo)體襯底4的第一主表面形成至規(guī)定深度。在第一主表面 上以包圍該p +層10地形成氧化硅膜9。表面電極14形成在P +層 IO的表面上，以與p +層10表面接觸。
n +層16從半導(dǎo)體襯底4的第二主表面形成至規(guī)定深度。n緩沖 層12與n +層16接觸，而且形成至更深的區(qū)域。n-漂移層6形成在 p +層IO與n緩沖層12之間的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域。背面電極18形成 在n +層16的表面上，以與n +層16^"觸。
接著，對PIN二極管2的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說明。如圖50所示，p + 層10的雜質(zhì)濃度具有臺階形分布，從第一主表面至規(guī)定深度大致一 定。此外，n +層16的雜質(zhì)濃度也具有臺階形分布，從第二主表面至規(guī)定深度大致一定。n緩沖層12的雜質(zhì)濃度從n +層16經(jīng)過n -漂移 層6緩慢減少。n-漂移層6的雜質(zhì)濃度反映半導(dǎo)體襯底4的雜質(zhì)濃 度，對于深度方向大致一定。
在本PIN二極管2中，如后面所述，具備具有臺階形雜質(zhì)濃度分 布的p +層10和n +層16， 乂人而不<義|是高來自n +層16的電子注入， 而且提高來自p +層IO的空穴的注入效率，并可提高調(diào)制電平。
接著，對上述的PIN二極管的制造方法進(jìn)行說明。經(jīng)過與上述的 圖4及圖5所示的工序同樣的工序之后，如圖51所示，以氧化硅膜9 為掩模，向半導(dǎo)體襯底的第一主表面注入例如硼，形成雜質(zhì)層32。接 著，如圖52所示，作為激光退火處理，例如將YAG激光以^t十W 以上的條件，照射注入了硼的半導(dǎo)體襯底的第一主表面，將包含注入 硼的雜質(zhì)層32地熔化從第一主表面至規(guī)定深度的區(qū)域，使硼濃度在 深度方向上均勻。
這樣，形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層10。此外，除了通 過注入將硼導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底以外，也可通過例如摻硼或涂敷硼玻璃來 將硼導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底。
然后，經(jīng)過與圖7~圖9所示的工序同樣的工序，在半導(dǎo)體襯底 的第一主表面形成表面電極14，進(jìn)而經(jīng)過與圖10、圖ll所示的工序 同樣的工序，在半導(dǎo)體襯底4的第二主表面形成具有臺階形雜質(zhì)濃度 分布的n +層16。然后，如圖53所示，在n +層16的表面形成背面 電極18,完成PIN二極管2。
接著，對本PIN二極管2在恢復(fù)時的載流子動向進(jìn)行說明。首先， 在PIN 二極管2中有回流電流流過的正向偏壓狀態(tài)(點Tl (參照圖 28參照))下，如圖54所示，電子從n +層16向n-漂移層6注入， 同時空穴p +層10向n-漂移層6注入。
接著，PIN 二極管2從正向偏壓狀態(tài)切換至反向偏壓狀態(tài)，在流 過PIN二極管2的電流逐漸減少的狀態(tài)(點T2)下，如圖55所示， 從n +層16向n-漂移層6注入的電子數(shù)目減少，同時從p +層10向n -漂移層6注入的空穴婆t目也減少。
接著，隨著時間的經(jīng)過，耗盡層D從p +層10與n-漂移層6 的界面開始擴展，蓄積在PIN二極管2的載流子之中，電子向陰極側(cè) 排出，空穴向陽極側(cè)排出，從而在PIN 二極管2中會有反向恢復(fù)電流 流動。
接著，如圖56所示，當(dāng)恢復(fù)箝位時(點T3)，通過排出殘留在 n緩沖層12和n -漂移層6的邊界附近的栽流子或者再耦合來消滅。 接著，在結(jié)束恢復(fù)的狀態(tài)(點T4)下，如圖57所示，耗盡層D擴展 至n-漂移層6和n緩沖層12的邊界附近，而殘留的載流子主要通過 再耦合來消滅并成為截止?fàn)顟B(tài)。
在本PIN 二極管2中，不僅具備具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的n + 層16，而且具備具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層10。從而，不僅得 到圖2所示的PIN二極管的效果，而且還得到如下效果。即，在正向 偏壓狀態(tài)下，可提高從p +層10流入到n-漂移層6的空穴的注入效 率，并可進(jìn)一步提高PIN二極管2的調(diào)制電平。此外，通過提升載流 子的注入效率，可降低導(dǎo)通電阻，又使栽流子的密度變高，可抑制在 恢復(fù)時產(chǎn)生振蕩。
此外，上述的半導(dǎo)體裝置中，舉例說明在陽極側(cè)形成p +層10、 在陰極側(cè)形成n +層16的場合，但臺階形雜質(zhì)層可以不具備n +層而 只在陽極側(cè)具備p +層的PIN 二極管。
實施方式4
在這里，就具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層形成在p陽極層的 PIN 二極管進(jìn)行說明。如圖58所示，在本PIN 二極管2中，半導(dǎo)體 襯底4的第一主表面上形成從表面到規(guī)定深度的p +層10，形成p陽 極層8,以將該p +層IO從側(cè)方和下方包圍。此外，除此以外的結(jié)構(gòu) 與圖49所示的PIN 二極管相同，因此對于相同的構(gòu)件采用相同的符 號，并省略其說明。
接著，對PIN二極管2的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說明。如圖59所示，p +層10的雜質(zhì)濃度具有臺階形分布，從第一主表面在規(guī)定深度上大致 一定。此外，n +層16的雜質(zhì)濃度也具有臺階形分布，從第二主表面 在規(guī)定深度上大致一定。p陽極層8的雜質(zhì)濃度從p +層10經(jīng)n -漂 移層6以較急劇減少。n緩沖層12的雜質(zhì)濃度從n +層16經(jīng)n -漂移 層6緩慢地減少。n-漂移層6的雜質(zhì)濃度反映半導(dǎo)體襯底4的雜質(zhì) 濃度，相對于深度方向大致一定。
在本PIN二極管2中，如后面所述，通過形成p +層10，可提高 調(diào)制電平，此外，以包圍該p +層10的方式形成p陽極層8，從而可 抑制振蕩。
接著，對上述的PIN二極管的制造方法進(jìn)4亍說明。經(jīng)過與上述的 圖4~圖9所示的工序相同的工序后，如圖60所示，以氧化硅膜9為 掩模，在半導(dǎo)體襯底4的第一主表面注入例如硼而形成雜質(zhì)層32。接 著，如圖61所示，作為激光退火處理，例如使YAG激光以數(shù)十W 以上的條件照射注入了硼的半導(dǎo)體襯底的第 一主表面，以包含注入了 硼的雜質(zhì)層32的方式將從第一主表面至規(guī)定深度的區(qū)域熔化，從而 使硼濃度在深度方向上均勻。
這樣，形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層10。此外，除了通 過注入硼導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底以外，可通過例如摻硼或涂敷硼玻璃來將硼 導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底。
然后，經(jīng)過與圖7~圖9所示的工序同樣的工序，在半導(dǎo)體襯底 的第一主表面形成表面電極14,而且經(jīng)過與圖IO、圖ll所示的工序 同樣的工序，在半導(dǎo)體襯底4的第二主表面形成具有臺階形雜質(zhì)濃度 分布的n +層16。然后，如圖62所示，在n +層16表面形成背面電 極18,從而完成PIN二極管2。
接著，就本PIN二極管2在恢復(fù)時的載流子動向進(jìn)行說明。首先， 在PIN 二極管2中有回流電流流動的正向偏壓狀態(tài)(點Tl (參照圖 28))下，如圖63所示，電子從n +層16向n-漂移層6注入，同 時空穴/人p +層10向n-漂移層6注入。接著，PIN二極管2從正向偏壓狀態(tài)切換至反向偏壓狀態(tài)，在流 過PIN 二極管2的電流逐漸減少的狀態(tài)(點T2 (參照圖28 ))下， 如圖64所示，從n +層16向n-漂移層6注入的電子數(shù)目減少，同 時從p +層10向n-漂移層6注入的空穴數(shù)目也減少。
接著，隨著時間的經(jīng)過，耗盡層D從p陽極層8和n-漂移層6 的界面開始擴展，蓄積在PIN二極管2的載流子之中，電子向陰極側(cè) 排出，空穴向陽極側(cè)排出，從而在PIN 二極管2中會有反向恢復(fù)電流 流過。
接著，如圖65所示，在恢復(fù)箝位時(點T3 (參照圖28)),通 過排出殘留在n緩沖層12和n -漂移層6的邊界附近的載流子或再耦 合來消滅。接著，在結(jié)束恢復(fù)的狀態(tài)(點T4 (參照圖28))下，如 圖66所示，耗盡層D擴展至n-漂移層6和n緩沖層12的邊界附近， 殘留的載流子主要通過再耦合來消滅，成為截止?fàn)顟B(tài)。
在本PIN二極管2中，具備p陽極層8和分別具有臺階形雜質(zhì)濃 度分布的n +層16和p +層10。從而，在正向偏壓狀態(tài)下，不僅可提 高從n +層16注入到n -漂移層6的電子的注入效率，而且可提高從 p +層10注入到n -漂移層6的空穴注入效率，并可提高PIN 二極管 2的調(diào)制電平。此外，通過提升載流子的注入效率，可降低導(dǎo)通電阻， 又提高載流子的密度，能夠抑制在恢復(fù)時產(chǎn)生振蕩。此外，恢復(fù)時的 耗盡層的延伸較慢，可逐漸減少反向恢復(fù)電流，可達(dá)成所謂軟恢復(fù)。
實施方式5
在這里，就有選擇地形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層的PIN 二極管進(jìn)行說明。如圖67所示，在本PIN二極管2中有選擇地形成p +層10。表面電極14形成為與p +層10和p陽極層8接觸。此外， 除此以外的結(jié)構(gòu)與圖62所示的PIN 二極管相同，因此對于相同的構(gòu) 件采用相同的符號，并省略其說明。
接著，對PIN二極管2的雜質(zhì)濃度進(jìn)行說明。在本PIN二極管2 中，由于有選擇地形成p +層，如圖68所示，沿著穿過p +層的剖面線的雜質(zhì)濃度具有n +層的臺階形分布和p +層的臺階形分布。另一 方面，如圖69所示，沿著不穿過p +層的剖面線的雜質(zhì)濃度只具有n +層的臺階形分布。作為這種有選擇地形成的p +層10的圖案，例如 圖70所示，可形成為帶狀，也可如圖71所示，形成為島狀。
本PIN二極管2中，如后面所述，通過有選擇地形成具有臺階形 雜質(zhì)濃度分布的p +層10，可高精度地調(diào)整調(diào)制電平。
接著，對上述的PIN二極管的制造方法進(jìn)行說明。經(jīng)過與上述的 圖4~圖6所示的工序相同的工序后，如圖72所示，形成用于有選擇 地形成p +層的規(guī)定的抗蝕劑圖案26。以該抗蝕劑圖案26為掩模， 注入例如硼而形成雜質(zhì)層32。然后，除去抗蝕劑圖案26。接著，如 圖73所示，通過對注入了硼的半導(dǎo)體襯底4的第一主表面實施激光 退火處理，以包含注入了硼的雜質(zhì)層32的方式熔化從第一主表面到 規(guī)定深度的區(qū)域，使硼濃度在深度方向均勻。
這樣，有選擇地形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的p +層10。此外， 通過注入將硼導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底以外，也可通過例如摻硼或涂敷硼玻璃 來將硼導(dǎo)入半導(dǎo)體襯底。
然后，經(jīng)過與圖7~圖9所示的工序同樣的工序，在半導(dǎo)體襯底 的第一主表面形成表面電極14 (參照圖74)，進(jìn)而，經(jīng)過與圖10、 圖11所示的工序同樣的工序，在半導(dǎo)體襯底4的第二主表面形成具 有臺階形雜質(zhì)濃度分布的n +層16。又，如圖74所示在n +層16表 面形成背面電極18,從而完成PIN二極管2。
接著，對本PIN 二極管2在恢復(fù)時的載流子動向進(jìn)行說明。本PIN 二極管中的載流子動向，因p陽極8上形成p +層10而實質(zhì)上與在接 觸表面電極14的第一主表面的整個部分形成p +層10的PIN 二極管 (參照圖58)的載流子動向(參照圖63~圖66)相同。
特別是，在本PIN二極管中，由于有選擇地形成p +層10,在正 向偏壓狀態(tài)(點Tl)下注入的電子和空穴的濃度分布(載流子濃度分 布)因形成p +層IO的區(qū)域和沒有形成的區(qū)域而異。如圖75所示，沿著穿過p +層的剖面線的載流子濃度分布(分布 A)中，因p +層而陽極側(cè)的載流子濃度變高，并且因n +層而陰極側(cè) 的載流子濃度也變高。與a目對，如圖76所示，沿著不穿過p +層的 剖面線的載流子濃度分布(分布B)中，因n +層而陰極側(cè)的載流子
濃度相對高于陽極側(cè)的載流子濃度。
PIN二極管2上，被注入疊加全體分布A和分布B的載流子。這 是指因p +層的面積而載流子(空穴)的注入量改變，從而可調(diào)整正 向電壓或恢復(fù)損耗等。
即，與有選擇地形成n +層的PIN二極管(參照圖37)同樣，若 p +層的形成面積相對增大，則注入的載流子量也增加，正向電壓(VF) 下降，但相應(yīng)于注入的載流子的增多量而恢復(fù)損耗(Erec)也變高。 另一方面，若p +層的形成面積相對變小，則注入的載流子量也減少， 雖然恢復(fù)損耗(Erec )變小，但正向電壓(VF )會上升(參照圖48 )。 因此，在本PIN二極管2中，通過改變p +層的面積，可將正向電壓 或恢復(fù)損耗等的恢復(fù)特性，按照所適用的反相器裝置高精度地調(diào)整至 所希望的電壓或恢復(fù)特性上。
此外，PIN二^L管可以有選擇地形成p +層10和n +層16這雙方。 該場合，如圖77所示，例如可將p +層10和n +層16分別作成帶狀， 將該帶的寬度或個數(shù)或帶的延伸方向與p +層10和n +層16組合。 此外，如圖78所示，例如可將p +層10和n +層16分別作成島狀， 將該島的形狀、面積或電極面的面積比率與p +層10和n +層16組 合。從而，可將正向電壓或恢復(fù)損耗等的恢復(fù)特性按照所適用的反相 器裝置高精度地調(diào)整至所希望的電壓或恢復(fù)特性上。
這樣，通過獲得對應(yīng)于所適用的產(chǎn)品的PIN二極管，可謀求PIN 二極管的高壽命化、能耗削減或減小對環(huán)境的負(fù)載。此外，與外延二 極管相比，可謀求原材料的削減，此外，可謀求簡化生產(chǎn)工序。
以上對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但這只是示例，本發(fā)明并限定于 此，應(yīng)當(dāng)清楚本發(fā)明的范圍是權(quán)利要求所解釋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其中包括第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底，具有彼此相對的第一主表面和第二主表面；第二導(dǎo)電型的陽極部，形成在所述半導(dǎo)體襯底的所述第一主表面?zhèn)?；第一?dǎo)電型的陰極部，形成在所述半導(dǎo)體襯底的所述第二主表面?zhèn)?；以及具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的臺階形雜質(zhì)層，在所述陽極部和所述陰極部的至少一方形成，且從所述半導(dǎo)體襯底表面到第一深度導(dǎo)入對應(yīng)的規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)，通過熔化從所述表面到包含導(dǎo)入所述規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)的所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域的、比所述第一深度深的第二深度的規(guī)定區(qū)域，從所述表面到所述第二深度使所述規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度均勻。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述臺階形雜質(zhì)形 成在所述陰極部。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，通過所述陽極部的 雜質(zhì)濃度與所述臺階形雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度來調(diào)整正向偏壓狀態(tài)下的 導(dǎo)通電阻。
4. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在導(dǎo)通狀態(tài)下調(diào)整 雜質(zhì)濃度，使所述陰極部一側(cè)的載流子濃度高于所述陽極部一側(cè)的載 流子濃度。
5. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述臺階形雜質(zhì)層 有選擇地形成在所述第二主表面上。
6. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述陰極部包含緩 沖層，該緩沖層形成在所述臺階形雜質(zhì)層和所述第一導(dǎo)電型的所述半 導(dǎo)體襯底的區(qū)域之間，從所述臺階形雜質(zhì)層到所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域，第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度逐漸減少。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中，在所述半導(dǎo)體襯底 的區(qū)域和所述緩沖層的邊界部分，設(shè)定導(dǎo)通狀態(tài)下的載流子濃度相對 于所述邊界部分的雜質(zhì)濃度最高。
8. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述陽極部形成為 雜質(zhì)濃度從所述第一主表面到規(guī)定深度逐漸減少。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述臺階形雜質(zhì)層 形成在所述陽才及部。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述陽極部包含 陽極層，所述陽極層形成在所述臺階形雜質(zhì)層和所述第一導(dǎo)電型的所 述半導(dǎo)體體襯底的區(qū)域之間，從所述臺階形雜質(zhì)層到所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域，第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度逐漸減少。
11. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述臺階形雜質(zhì) 層有選擇地形成在所述第一主表面上。
12. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述臺階形雜質(zhì) 層形成在所述陰極部作為陰極側(cè)臺階形雜質(zhì)層，且形成在所述陽極部 作為陽極側(cè)臺階形雜質(zhì)層。
13. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述陽極部包含陽極層，該陽極層形成在所述陽極側(cè)臺階形雜質(zhì) 層和所述第一導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之間，從所述陽極側(cè)臺 階形雜質(zhì)層到所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域，第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度逐漸減 少，所述陰極部包含緩沖層，該緩沖層形成在所述陰極側(cè)臺階形雜質(zhì) 層和所述第 一導(dǎo)電型的所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域之間，從所述陰極側(cè)臺 階形雜質(zhì)層到所述半導(dǎo)體襯底的區(qū)域，第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度逐漸減 少。
14. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中包括 在第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底的第一主表面?zhèn)刃纬申枠O部的工序；以及在與所述半導(dǎo)體襯底的所述第一主表面相對的第二主表面?zhèn)刃?成陰極部的工序，所述形成陽極部的工序和所述形成陰才及部的工序的至少〗壬一工序包括向所述半導(dǎo)體襯底的表面導(dǎo)入從所述表面到第 一 深度對應(yīng)的規(guī) 定導(dǎo)電型的雜質(zhì)的工序，和形成具有臺階形雜質(zhì)濃度分布的臺階形雜質(zhì)層的臺階形雜質(zhì)層 形成工序，通過熔化從所述表面到包含導(dǎo)入了所述規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì) 的所述半導(dǎo)體村底的區(qū)域的、比所述第一深度深的第二深度的規(guī)定區(qū) 域，從所迷表面到所述第二深度使所述規(guī)定導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度均勻。
15. 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所 述臺階形雜質(zhì)層形成工序中，在所述第二表面?zhèn)刃纬伤雠_階形雜質(zhì) 層，以作為第一導(dǎo)電型的臺階形雜質(zhì)層。
16. 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述形成陰極部的工序包括從所述第二主表面導(dǎo)入第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)的工序；和 通過實施熱處理，形成雜質(zhì)濃度從所述第二主表面到規(guī)定深度逐 漸減少的第 一導(dǎo)電型的緩沖層的工序，所述臺階形雜質(zhì)層形成工序在所述形成緩沖層的工序之后進(jìn)行。
17. 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述 臺階形雜質(zhì)層形成工序中，在所述第一表面?zhèn)刃纬伤雠_階形雜質(zhì) 層，以作為第二導(dǎo)電型的臺階形雜質(zhì)層。
18. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述形成陽才及部的工序包括從所述第一主表面導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)的工序，和 通過實施熱處理，形成雜質(zhì)濃度從所述第一主表面到規(guī)定的深度 逐漸減少的第二導(dǎo)電型的陽極層的工序，所述臺階形雜質(zhì)層形成工序在所述形成陽極層的工序之后進(jìn)行。
19. 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述臺階形雜質(zhì)層形成工序包括在所述第一表面?zhèn)刃纬伤雠_階形雜質(zhì)層作為第二導(dǎo)電型的臺 階形雜質(zhì)層的工序，和在所述第二表面?zhèn)刃纬伤雠_階形雜質(zhì)層作為第一導(dǎo)電型的臺 階形雜質(zhì)層的工序。
20. 如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 所述形成陰極部的工序包括從所述第二主表面導(dǎo)入第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)的工序，和 通過實施熱處理，形成雜質(zhì)濃度從所述第二主表面到規(guī)定深度逐 漸減少的第 一 電型的緩沖層的工序， 所述形成陽極部的工序包括從所述第一主表面導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)的工序，和 通過實施熱處理，形成雜質(zhì)濃度從所述第一主表面到規(guī)定深度逐 漸減少的第二導(dǎo)電型的陽極層的工序，所述臺階形雜質(zhì)層形成工序在所述形成緩沖層的工序之后進(jìn)行， 所述臺階形雜質(zhì)層形成工序在所述形成陽極層的工序之后進(jìn)行。
全文摘要
PIN二極管具備n-漂移層(6)、p陽極層(8)、n緩沖層(12)、n+層(16)、表面電極(14)和背面電極(18)。n+層(16)的雜質(zhì)濃度具有臺階形分布，從第二主表面到規(guī)定深度大致一定。n緩沖層(12)的雜質(zhì)濃度從n+層(16)到n-漂移層(6)緩慢地減少。n-漂移層(6)的雜質(zhì)濃度反映半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度，相對于深度方向大致一定。p陽極層(8)的雜質(zhì)濃度從第一主表面到n-漂移層(6)比較急劇地減小。從而，獲得按照所適用的產(chǎn)品得到高精度的所希望的特性的半導(dǎo)體裝置。
文檔編號H01L29/868GK101640222SQ20091013716
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者藤井秀紀(jì) 申請人:三菱電機株式會社