反向阻断型绝缘栅双极晶体管制造方法

专利名称：反向阻断型绝缘栅双极晶体管制造方法
技术领域：
本发明涉及反向阻断型绝缘栅型双极晶体管(下文中简写为IGBT)的制造方法的改进，其允许IGBT(通常仅确保正向阻断性能的可靠性)针对反向阻断电压性能也保持与正向阻断电压性能的可靠性相当的可靠性。
背景技术：
反向阻断型IGBT是允许IGBT(通常用于仅充分确保正向阻断电压性能的可靠性的电路中)针对反向阻断电压性能也保持与正向阻断电压性能的可靠性相当的可靠性的半导体器件。通常，在使用半导体器件的诸如反相器电路或斩波电路的功率转换器件中，因为要与直流电源一起使用，所以以仅确保正向阻断电压性能的可靠性的方式设计的常规IGBT 已用作开关元件。但是，考虑诸如使用双向开关元件的直接链接型转换器电路的矩阵转换器进行AC (交流)/AC转换、AC/DC (直流)转换、或者DC/AC转换，且具有较佳的功率转换效率。在该情况下，当用常规IGBT的反并联连接来配置双向开关元件时，必需将用于阻断反向电压的二极管与IGBT串联连接，其成本相应增加且外形变大。因此，为了使双向开关元件的成本低和尺寸小，存在对可通过采用提供反向阻断电压性能的结构(迄今为止未曾被常规IGBT考虑)来消除反向电压阻断二极管的反向阻断型IGBT的需求，且该反向阻断型IGBT具有的可靠性与正向阻断电压性能的可靠性相当。对于常规IGBT而言，因为半导体衬底的背面上的在ρ型集电层和η漂移层之间的平坦耐反压ρη结暴露在半导体芯片侧边缘表面中，该半导体芯片侧边缘表面是在切割半导体衬底并制成半导体芯片时的切割面，所以其不具有作为反向阻断的可靠性。在反向阻断型IGBT中，为了确保反向阻断电压性能，该平坦耐反压ρη结以弯曲方式配置，以便于不被切割和暴露，且延伸至半导体芯片的正面侧，且此外，其结合端由正面绝缘膜保护且确保了可靠性。为了使平坦的耐反压ρη结弯曲至正面侧，需要P型扩散层，与P型集电层具有同一导电型的该P型扩散层从半导体芯片的背面(P型集电层侧)至正面在半导体芯片侧边缘表面上形成。该P型扩散层是分离层。本发明涉及凭借其形成分离层的制造方法。图2Α至2C是半导体衬底(在下文中称作晶片)的主要部分截面图，其按步骤顺序示出其中在已知反向阻断型IGBT中形成分离层的一种制造方法。图2Α至2C示出使用涂层扩散来形成分离层的方法。首先，使用热氧化方法在晶片1上形成具有约2. 5μπι的厚度的掺杂剂掩模氧化物膜2 (图2Α)。接下来，使用图案化和蚀刻(一种光刻技术)在氧化物膜上形成用于使P型杂质源硼扩散的孔3 (图2Β)。接下来，在孔径3上施加硼源5，之后使用扩散炉执行高温长时间加热处理，并形成具有约几百微米的厚度的P型扩散层(图2C)。 该P型扩散层变成分离层4。随后，如图3 (图3是反向阻断型IGBT的完成图)所示，在形成正面侧MOS结构10后，通过从背面侧直到到达分离层4的前沿附近(图2C的虚线)研磨来减薄晶片。配置有P型集电层6和集电电极7的背面结构在研磨面上形成(图3)。通过沿着位于分离层4的表面图案的中心线上的划线切割晶片，获得图3的切割端部8附近的截面图所示的反向阻断型IGBT芯片。图4A至4C是按步骤顺序示出另一制造方法的晶片的主要部分截面图，凭借该另一制造方法在已知反向阻断型IGBT中形成分离层4。图4A至4C是按形成具有与分离层 4同样的功能的分离层如的步骤顺序来示出半导体衬底的主要部分截面图，其中通过沿着沟槽(凹槽)11的大致垂直侧边缘表面来形成扩散层来形成分离层4a，且沟槽11是垂直于晶片1的表面挖开的。首先，用具有数微米的厚度的氧化物膜2形成沟槽形成蚀刻掩模(图4A)。接下来，通过干法蚀刻形成具有约数百微米深度的沟槽11 (图4B)。接下来，使用气相扩散将杂质(硼)引入到沟槽11的侧壁，从而形成P型分离层如(图4C)。沟槽的内部用绝缘膜和诸如多晶硅的强化材料填充，且形成对于背面研磨和IGBT而言必需的正面侧MOS结构10、 背面集电极层6以及集电电极7。接下来，在通过沿着置于沟槽11的中心中或者在两个未示出的沟槽之间的划线切割来从晶片1切下IGBT芯片时，获得图5的切割端部8附近的截面图中示出的反向阻断型 IGBT(JP-A-2-2^69、JP-A-2001-185727、和 JP-A-2002-76017)。对于使用涂层扩散形成图2所示的反向阻断型IGBT的分离层的方法而言，为了从正面施加硼源(液态硼扩散源)、使硼扩散并且形成具有约数百微米的扩散深度的P型分离层，高温长时间热扩散处理是必要的。作为其结果，配置扩散炉的诸如石英板、石英管、以及石英喷嘴的石英装置的折旧、来自加热器的污染、归因于石英装置的失透现象的强度降低等更容易频繁发生，且制造成本上升。另外，对于使用涂层扩散方法的分离层形成而言，要使用质量良好的厚氧化物膜，使得该掩模氧化物膜可容许长时间的硼扩散且硼不穿透该氧化物膜。作为获得这样高耐久性的掩模(即质量良好的硅氧化物膜)的方法，热氧化方法是已知的。当也以这种方式使用高温和长时间(例如1300°C，200小时)的硼扩散来形成ρ 型分离层时，为了使掩模氧化物膜耐久性有效，具有约2. 5μπι的厚度的热氧化膜也是必要的。为了形成具有2. 5μπι的厚度的热氧化膜，在例如1150°C的氧化温度下所需的氧化时间对于可获得质量良好的氧化物膜的干(干氧气氛)氧化所需的氧化时间约为200小时。此外，因为在氧化处理期间向晶片内部引入大量氧，所以发生诸如氧沉淀物和氧化诱发堆垛层错的晶体缺陷，且发生归因于氧供体现象的发生的器件特性下降和可靠性降低的问题。此外，同样对于施加硼源后的扩散，因为在氧化气氛中执行高温长时间扩散处理， 所以间隙氧被引入到晶片的内部。作为其结果，诸如氧沉淀物、氧供体现象、氧化诱发堆垛层错(OSF)的晶体缺陷和滑移错位也在该扩散处理中发生。已知漏电流在这些晶体缺陷附近中形成的Pn结处增大，且在晶片的晶体缺陷附近形成的热氧化膜的耐压性和可靠性显著下降。另外，可能发生在扩散期间向晶片引入的氧变为供体，从而造成其中耐压性降低的问题。另外，对于使用图2A至2C所示的涂层扩散的分离层形成方法而言，该硼扩散从掩模氧化物膜的孔开始大致各向同性地向上、向下、向左、以及向右进入到体硅中。作为其结果， 当在深度方向上执行200 μ m的硼扩散时，硼同时也在侧方向中扩散并扩展160 μ m来形成对减小芯片尺寸问题的障碍。对于使用图4A至4C所示的沟槽的分离层形成方法而言，通过干法蚀刻形成沟槽且硼被引入到所形成的沟槽的侧壁，从而形成P型分离层。随后，用绝缘膜和诸如多晶硅的强化材料填充该沟槽。因为这样形成的图4所示P型分离层可利用具有高长径比的窄沟槽，因此与图2A至2C的使用热扩散的ρ型分离层相比，该P型分离层相关于器件间距的缩小更具有优势。但是当使用典型干法蚀刻装置时，用于蚀刻至约200 μ m的深度所需的处理时间为约每晶片100分钟，其呈现诸如超前时间增加和维护频率增大的其它问题。另外，在使用干法蚀刻形成深沟槽时将二氧化硅(SiO2)膜用作掩模的情况下，选择性为50或更小， 其意味着约数微米厚的二氧化硅膜是必要的。作为其结果，发生的新问题在于成本增加，以及归因于诸如氧化诱发堆垛层错和氧沉淀物的处理诱发晶体缺陷的引入而成品率降低。此外，对于使用干法蚀刻和利用具有高长径比的沟槽的分离层形成处理而言，在沟槽11内部可能出现化学残留物12、抗蚀剂残留物13等，如图6所示，且存在的问题在于其造成成品率降低、可靠性降低等。通常，当将诸如磷或硼的掺杂剂引入到沟槽11的侧壁时，因为沟槽11的侧壁是垂直的，因此通过在晶片倾斜的情况下注入离子来执行向沟槽11的侧壁引入掺杂剂。但是， 向具有高长径比的沟槽的侧壁引入掺杂剂造成诸如有效剂量的减少、注入时间的随之增加、有效投射范围的减小、归因于屏蔽氧化物膜的剂量损失、以及注入均勻性的降低等不利影响。作为用于将杂质引入到具有高长径比的沟槽11以便于解决该问题的方法，可使用气相扩散方法，在该方法中晶片被暴露在诸如磷化氢(PH3)或乙硼烷(B2H6)的气化掺杂剂气氛中而非离子注入中，但是对于剂量的精确可控性而言该方法不如离子注入方法。另外，虽然为了增大晶片强度，用绝缘膜或者多晶硅来填充具有高长径比的沟槽11的步骤是必要的，但是可能发生，在沟槽内部形成称作空隙的空间，且发生可靠性或类似问题。已提出了解决以上种类的问题的方法。该方法为，通过沿着经由在各矩形平面芯片区域中以格状图案在晶片中蚀刻V形凹槽形成的锥形面(侧边缘表面)注入离子并退火来形成在芯片区域的侧边缘表面上的分离层4b，如图7A和7B所示的梯形晶片截面图。可通过用使用碱性蚀刻溶液的选择性的各向异性的蚀刻从晶片的主面的任一面形成 V形凹槽来制造在图7A所示的各种类的矩形芯片区域的四侧边缘表面上形成的锥形面 (JP-A-2006-156926, JP-A-2004-336008、和 JP-A-2006-303410)。此外，图 7B 所示的具有锥形侧边缘表面的反向阻断型IGBT可比图7A所示的反向阻断型IGBT更广地利用发射极侧表面(图7A和7B中的框图的上侧)，其中图7B所示的反向阻断型IGBT具有的锥形面的倾斜方向与图7A所示锥形面的倾斜方向相反。因此，因为可用于在发射极侧表面层上形成的η型发射区15和ρ型基区16的面积增大，所以其优点为有可能增大电流密度，且有可能相对于相同额定电流减小芯片面积。另外，对于具有锥形面的反向阻断型IGBT而言，因为有可能使用比高温长时间扩散的处理时间大大缩短的处理时间的离子注入和退火来形成分离层4b，所以有可能解决由与使用长时间高温扩散的分离层4b形成方法相关联的晶体缺陷和氧造成的缺陷问题，且有可能解决扩散炉损坏的问题。此外，因为长径比小于使用垂直沟槽挖掘的制造方法的情况，所以不存在空隙或者残留物，其中空隙和残留物是在用绝缘膜填充沟槽时存在的问题，且在用离子注入时可易于引入掺杂剂。如JP-A-2006-156926、JP-A-2004-336008 以及 JP-A-2006-303410 中所公开的，对于具有沿着通过各向异性蚀刻形成的V形凹槽的锥形面形成的分离层的反向阻断型IGBT 而言，有可能避免伴随在先所述的各种不利影响的长时间扩散。但是因为所形成的分离层的杂质扩散的深度小，所以在伴随离子注入形成的晶体缺陷即使通过激活处理也不能充分恢复且残留的情况下，由于晶体缺陷靠近Pn结反偏压时的漏电流可能增加，且变得难以保持耐反压性。另外，当采用激光退火处理作为晶体缺陷恢复处理的方法时，因为是短(数十纳秒至数微秒)激光辐照且在晶片正面和侧边缘表面分离层之间的激光辐照的焦点位置不同，所以已知可发生焦点的移位，侧边缘表面分离层的激活可能不充分且晶体缺陷不能够被充分恢复。此外，当执行激光退火时，因为激光辐照面积小，所以必需以将小辐照区域连接成覆盖整个离子注入层的平面的方式用激光扫描和辐照，以便于充分激活。此时，可发生随着扫描时间而形成辐照标记，从而造成对耐压特性的不利影响。

发明内容
鉴于迄今为止所描述的问题设计的本发明的一个目的是提供反向阻断型绝缘栅双极晶体管的制造方法，当制造具有沿着使用各向异性蚀刻形成的V形凹槽的锥形面所形成的分离层的反向阻断型IGBT时，该方法可确保高度可靠的耐反压性，且在反偏压时抑制漏电流。为了实现以上所描述的目的，根据本发明的一个方面的反向阻断型绝缘栅双极晶体管制造方法包括在第一导电型半导体衬底的一个主面上形成MOS栅结构，在另一主面上形成第二导电型集电层，沿着通过从主面的任一面向另一主面蚀刻形成的锥形侧边缘表面形成第二导电型分离层，其用具有相同导电型的层链接两个主面，且连接到另一主面的第二导电型集电层，以及各自在MOS栅结构侧形成发射金属电极且在第二导电型集电层侧上形成集电金属电极，其中当用闪光灯辐照来用于向第二导电型分离层和第二导电型集电层注入离子之后的闪光灯退火从而形成第二导电型集电层和第二导电型分离层时，辐照能量的最强部分聚焦在从锥形侧边缘表面的上部到中心部的深度位置上。优选用于闪光灯退火的闪光灯辐射能量密度是达到第二导电型集电层不被热破坏的程度的高密度。另外，优选分别针对第二导电型分离层和第二导电型集电层执行闪光灯退火。优选当半导体衬底的保温温度维持在等于或者低于发射金属电极的熔化温度的高温时执行闪光灯退火。另外，发射金属电极是铝作为主要元素的金属电极膜是合乎需要的。 另外，半导体衬底的保温温度是500°C或更低的高温是较佳的。此外，闪光灯退火的光源是具有每若干毫秒20J/cm2至40J/cm2的能量密度的氙灯是合乎需要的。另外，闪光灯退火的光源是具有20J/cm2至40J/cm2能量密度的红外灯或者卤素灯也是可能的。另外，本发明的目的可通过根据本发明的另一方面的反向阻断型绝缘栅双极晶体管的制造方法实现，该方法包括在第一导电型半导体衬底的一个主面上形成MOS栅结构， 在另一主面上形成第二导电型集电层，沿着通过从主面的任一面向另一主面蚀刻形成的锥形侧边缘表面形成第二导电型分离层，其用相同导电型的层链接两个主面，且连接到另一主面的第二导电型集电层，以及各自在MOS栅结构侧形成发射金属电极且在第二导电型集电层侧上形成集电金属电极，其中当用激光辐照来用于向第二导电型分离层和第二导电型集电层注入离子之后的激光退火从而形成第二导电型集电层和第二导电型分离层时，焦点调节到在从锥形侧边缘表面的上部到中心部的深度位置上。优选用于激光退火的激光辐照能量密度是达到第二导电型集电层不被热破坏的程度的高密度。另外，优选分别针对第二导电型分离层和第二导电型集电层执行激光退火。 此外，优选该激光退火是通过利用从锥形侧边缘表面和侧边缘表面底部反射的光来增大激光辐射能量密度的方法。
激光辐照时的交迭率增大到第二导电型集电层不被热破坏的程度也是合乎需要的。此外，当半导体衬底的保温温度维持在等于或者低于发射金属电极的熔化温度的高温时可执行激光退火。此外，优选发射金属电极是铝作为主要元素的金属电极膜。半导体衬底的保温温度是500°C或更低的高温是合乎需要的。根据本发明的诸方面，有可能提供反向阻断型绝缘栅双极晶体管的制造方法，当制造具有沿着使用各向异性蚀刻形成的V形凹槽的锥形面所形成的分离层的反向阻断型 IGBT时，该方法可确保高度可靠的耐反压性，且在反偏压时抑制漏电流。附图简述

图1是示出根据本发明在锥形面上形成分离层的离子注入方向的半导体衬底截面图；图2A至2C是示出使用已知涂层扩散的分离层形成方法的半导体衬底的主要部分截面图；图3是具有使用已知涂层扩散所形成的分离层的反向阻断型IGBT的端部附近的截面图；图4A至4C是示出利用已知沟槽的分离层形成方法的半导体衬底的主要部分截面图；图5是具有利用已知沟槽的分离层的反向阻断型IGBT的端部附近的截面图；图6是示出具有利用已知沟槽的分离层的反向阻断型IGBT的问题区域的端部附近的截面图；图7A和7B是具有利用各向异性蚀刻的锥形面上的分离层的反向阻断型IGBT的截面图；图8是示出用于在锥形面上形成分离层的离子注入方向的半导体截面图；图9是通过使用已知激光退火来激活向锥形面注入离子的区域来形成的分离层的杂质浓度分布图(比较示例)；图IOA和IOB是示出当使用已知激光退火来激活向锥形面注入离子的区域时的晶体缺陷的残留状况的分离层部的截面图(比较示例)；图11是根据本发明和已知的反向阻断型IGBT(比较示例)的反向电流-电压波形图；图12是根据本发明第一实施例的通过使用闪光灯退火激活向锥形面注入离子的区域来形成的分离层的杂质浓度分布图；图13是根据本发明第二实施例的通过使用半导体衬底加热和闪光灯退火激活向锥形面注入离子的区域来形成的分离层的杂质浓度分布图；图14是根据本发明第三实施例的通过使用激光退火激活向锥形面注入离子的区域来形成的分离层的杂质浓度分布图；图15A和15B是根据本发明第三实施例示出当使用激光退化激活锥形面的注入离子的区域时的晶体缺陷的残留状况的分离层部的截面图；图16是根据本发明第三实施例示出锥形面激光辐照时的反射激光的半导体衬底截面图；图17是根据本发明第三实施例示出通过V形凹槽锥形角调节反射的激光的半导体衬底截面图；图18A和18B是根据本发明第四实施例示出当将激光辐照焦点调节至从锥形面的上部到中心部的位置时晶体缺陷的状况的半导体衬底截面图；图19是根据本发明第五实施例的当将闪光灯焦点调节至从锥形面的上部到中心部的位置时的杂质浓度分布图；图20是根据本发明第六实施例的当集电极表面激光辐照的能量增大到不破坏硅表面的程度时的杂质浓度分布图；图21是由激光辐照热破坏已向其注入硼离子的集电层时的杂质浓度分布图；图22是根据本发明第七实施例的当集电极表面闪光灯辐照的能量增大到不破坏硅表面的程度时的杂质浓度分布图；图23是根据本发明第八实施例的当在交迭脉冲化激光辐照的同时扫描时的杂质浓度分布图；图24A至24D是根据本发明第八实施例的激光辐照时的交迭率的示意图；图25是根据本发明第九实施例的当组合晶片衬底加热和激光辐照时的杂质浓度分布图；图沈是根据本发明第十实施例的当组合晶片衬底加热和闪光灯辐照时的杂质浓度分布图；图27是根据本发明示出通过各向异性蚀刻形成的V形凹槽的侧边缘表面和其平面方向的半导体衬底的部分立体图；以及图观是本发明和已知的反向阻断型IGBT的反向电流-电压波形图。
具体实施例方式下文中将参考附图给出涉及本发明的反向阻断绝缘栅双极晶体管的制造方法的实施例的具体描述。本发明不限于在下文中描述的实施例的细节，只要不超过本发明的范围。在以下的描述中，η型用作第一导电型且P型用作第二导电型，但是两者可颠倒。另外， 一主面作为IGBT发射极侧或者正面，而另一主面为IGBT集电极侧或者背面。第一实施例下文中将给出涉及反向阻断型IGBT的制造方法的第一实施例的描述。第一实施例涉及在向晶片的背面和锥形侧边缘表面注入硼离子之后的激活中替代已知的激光退火而使用氙闪光灯退火的制造方法。另外，在第一实施例中，将集中于具有锥形面(侧边缘表面)(下文中缩写为集电极侧锥形孔或者，相反状况中缩写为发射极侧锥形孔)的η型反向阻断型IGBT的制造方法给出描述，该锥形面由使得发射极侧正面宽且集电极侧背面窄的取向方式形成的V形凹槽来配置，如图7Β的截面图所示。具有这种集电极侧锥形孔(图7Β)的反向阻断型IGBT通过使用熟知的碱性蚀刻溶液(Κ0Η水性溶液或者类似物)、且用绝缘膜30作为掩模、从具有作为主面的001表面的晶片1的背面的集电层6侧各向异性地蚀刻成具有四个锥形面且111’表面作为主平面方向的图27的部分立体图中所示种类的形状的各向异性蚀刻来处理。因为在表面IGBT结构形成后的处理的后面阶段中执行各向异性蚀刻，且在表面IGBT结构中形成钝化层，几乎不存在引入污染物的风险，且有可能使用KOH水性溶液来缩短蚀刻时间。由各向异性蚀刻形成的锥形面是当制造由根据本发明的反向阻断型IGBT(图7B)形成的矩形半导体芯片时配置正面侧MOS栅结构10周边上的四个相互正交的主侧边缘表面的一部分。通过使用湿法各向异性蚀刻，还有可能简单地通过设置掩模孔部分的宽度使蚀刻自动地停止，且即使在蚀刻时间波动的情况下V形凹槽的深度也不波动。该反向阻断型IGBT包括η型发射区15、ρ 型基区16、栅绝缘膜(未示出)、栅绝缘膜上的栅电极17等，作为图7Β所示的MOS栅结构。 此外，反向阻断型IGBT具有跨过层间绝缘膜(未示出)在栅电极17上沉积且与η型发射区15和ρ型基区16的表面接触的发射电极18、位于MOS栅结构10的周边上的耐压结构部分上的厚绝缘膜19等。另外，该反向阻断型IGBT以具有在背面侧上的ρ型集电层6和集电电极7的方式配置。在从晶片1的背面开始进行各向异性蚀刻之前，使用001表面作为主面和110方向作为取向平面的晶片1、利用取向平面作为基准线、且通过以将分为格子形状的多个器件图案重复放置于晶片内部的方式的光刻来形成氧化物掩模图案。随后，通过各向异性蚀刻同步形成具有111表面和作为四个主侧边缘表面的等同111’表面的集电极侧锥形孔，且附带形成图27的立体图所示的种类的211’表面。将硼离子注入到在其中如先前所述形成集电极侧锥形孔的晶片1中从而形成ρ型集电层6和ρ型分离层4b。从侧边缘表面或者在背面上形成的氧化物掩模的孔部分以必要的图案分别执行硼离子注入。虽然可在同一时间以与晶片1的主面(背面侧)垂直的方向执行向晶片1中的四个侧边缘表面和背面分别注入硼离子，但从离子注入效率的观点， 优选用氧化物掩模2覆盖该背面(集电极表面)，且在仅进入到侧边缘表面的一个方向的箭头所示的方向中有选择地注入离子，如图1所示。可改变向其注入离子的晶片的侧边缘表面，且以同样的方式注入离子。通过以同样的方式执行四次离子注入来完成向四个侧边缘表面注入离子，一次对应于每个侧边缘表面，移除集电极表面氧化物掩模，且以垂直进入到集电极表面的方向注入离子。同样在使用闪光灯退火的激活步骤中，分别针对集电层和侧边缘表面分离层有选择地执行激活是优选的，因为有可能在各个情形中将闪光灯辐射能量设置在最大最优值处，且有可能有效地激活。在制造方法具有藉由与集电层的离子注入分开的离子注入仅沿着侧边缘表面形成P型分离层4b的步骤和激活步骤的情形下，其优点在于该方法还可应用于具有图7A所示截面形状的反向阻断型IGBT，该图7A的截面形状具有其中η型发射区15侧的正面更窄的反向取向发射极侧锥形孔。另外，对于图7Β或图1 所示的、具有以使P型集电层6侧更窄的方式取向的集电极侧锥形孔的种类的反向阻断型 IGBT而言，对ρ型集电层6和ρ型分离层4b的离子注入或闪光灯退火可同步执行，如图8 所示，而非通过离子注入和闪光灯退火分别形成P型集电层6和ρ型分离层4b。在这种情况下，因为辐射能量密度有限，所以可能发生激活效率的少量降低，但是有可能消除分别形成P型集电层6和ρ型分离层4b时必需的掩模形成步骤，且可以抑制处理成本。对于以0°倾斜角从归因于集电极侧锥形孔的形成变得更窄的背面侧上的ρ型集电层6侧引入硼时的离子注入而言，如图8所示，与平面集电极表面的剂量和注入范围相比，相对于侧边缘表面的有效剂量和注入范围是通过各向异性蚀刻在平面方向中确定的锥形面的角度乘上其余弦，即cos54.7° =0.58倍(在Si 111表面的情形中)。另外，对于 Si 211表面而言，有效剂量和注入范围是cos65. 9° = 0. 408倍。以同样的方式，当形成ρ 型分离层4b时的用于闪光灯退火的辐射能量密度也是用于ρ型集电层6表面的闪光灯退火的辐射能量密度的0.58倍，当以0°倾斜角处的、即垂直于主面的箭头所示的离子注入的情况下进行注入或辐照时，确定辐射能量时必需考虑到这一点。这是因为当辐射能量密度太高时，存在晶体熔化和半导体特性损失的风险。在第一实施例中，用于形成反向阻断型IGBT的背面上的ρ型集电层和用于形成侧边缘表面上的P型分离层的离子注入层的激活中使用利用氙的闪光灯退火。对于该闪光灯退火而言，当分别执行背面P型集电层和P型分离层的退火时，有可能将独立的氙灯的最优辐射能量密度的最强部分(加热的中心部分)聚焦在各层上，但是在实际实践中，针对背面 P型集电层和P型分离层两者，辐射能量的最强部分聚焦在从分离层的上部到中心部的范围内的深度位置上。当在同一时间执行背面集电层和分离层的退火时，氙灯加热的中心部的宽度(范围或者深度)在士 100 μ m区域中，这意味着氙灯的辐射能量的最强部分(加热的中心部)聚焦在从分离层的上部到中心部的范围的区域上是更佳的。用1 X IO15CnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后，使用闪光灯退火 (脉冲宽度为1毫秒)执行激活。如图12所示，通过测量扩展阻抗(SR)获得在用30J/cm2 的辐射能量密度激活时背面P型集电层a和侧边缘表面ρ型分离层b的杂质浓度分布图。 图12的垂直轴示出杂质浓度(cm—3)，且水平轴示出扩散深度(μπι)。垂直轴上的杂质浓度的值1Ε13等为表示数1 X IO13的缩写，其中E (幂的缩写)右边的数13表示10的幂(指数)。这一缩写的意义对下文中描述的所有杂质浓度分布图通用。图12中的a指示背面ρ 型集电层，且b指示ρ型分离层，它们是在各表面处测量的杂质浓度的分布。根据图12，在背面集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值杂质浓度超过1 X IO19CnT3，从而指示它们被充分激活。虽然该峰值杂质浓度具有与要在下文中描述的图9所示的比较示例(下文中称作已知示例)的激光退火情形中的峰值杂质浓度相同的水平，可观察到尤其对于分离层b的锥形面而言，水平轴上的扩散深度略大于比较示例(图9)的激光退火情形中的扩散深度， 这是因为可预期归因于第一实施例(图12)的闪光灯退火的热扩散效应。另外，当监测ρ型集电层和侧边缘表面ρ型分离层的横截面中的晶体缺陷20(点缺陷)时，在背面集电层或者侧边缘表面分离层两者中不存在晶体缺陷(点缺陷)。在图 11中，以比较示例(要在下文中描述)、第一实施例、第二实施例(要在下文中描述)的顺序示出反向电流-电压波形a、b、和C。如图11所示，可观察到根据第一实施例制造的反向阻断型IGBT的反向电流(反向漏电流)(图11中的b)比图11中的激光退火的比较示例a 的小。这意味着，随着伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的晶体缺陷20 (点缺陷)通过闪光灯退火被充分恢复和消除，反偏压时的漏电流变得更小。即，其指示使用闪光灯退火是有效的。另外，使用氙闪光灯的退火表征为，有可能仅以数毫秒的短时间来仅将离晶片表面约Iym深度处的区域加热至1000°C或更高的温度，这是离子注入时的掺杂剂激活温度。 到目前为止，闪光灯退火已用于其中极其高度小型化的诸如超浅结集成电路的延伸(扩散区域)部分的激活中。该方法的优点在于，归因于可在甚至比使用常规扩散炉的加热退火， 或者比使用红外灯、卤素灯等的灯来加热以快速加热样本的快速热退火(RTA)方法更短的时间来升高和降低温度的事实，其亦有可能将功耗降低至1/3或者更低。因为为了将该方法用于集成电路(IC)中必需的超浅结等优选在离子注入层中不发生热扩散，所以将注意力尤其集中在短时间温度上升上来采用该方法。
与此相反，对于根据本发明的反向阻断型IGBT而言，存在其中在背面集电层和侧边缘表面分离层中发生热扩散是可接受的方面，除此之外，优选存在归因于扩散层中的热扩散的扩展。因此，在本发明中，将注意力集中在其具有优良的离子注入层激活性能的点和其具有使晶体缺陷恢复、优于已知激光退火的高性能的点，而非集中在短时间温度升高来采用该方法。如上所述，根据闪光灯退火，有可能在短时间(数毫秒)内实现侧边缘表面P型分离层和背面侧P型集电层的激活。另外，尽管激光退火具有IOns至1 μ s的激光辐照时间， 但闪光灯退火情况下的辐照时间比这一时间长，灯辐照时间为数毫秒，这意味着用于激活的时间也较长，这对于使其有可能增大扩散层中的扩展有效果。另外，认为较长的辐照时间对于恢复离子注入层中的缺陷也有效果。第二实施例将给出涉及反向阻断型IGBT的制造方法的第二实施例的描述。在第二实施例中， 以与第一实施例同样的方式，将使用氙的闪光灯退火而非已知的激光退火用于硼离子注入层的激活中，该硼离子注入层在反向阻断型IGBT的背面集电层和侧边缘表面上形成。与第一实施例的不同点在于，在第二实施例中，在用闪光灯执行辐照之前，将晶片衬底温度升高至且保持在等于或者低于正面侧金属电极(例如，当正面侧金属电极是铝为主要元素的金属膜时约为500°C )的熔化温度的高温下，且在该条件下执行闪光灯退火。在用lX1015cm_2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后，在用闪光灯执行辐照以便于激活之前该晶片衬底保持在450°C (恒定)。随后，使用闪光灯退火(脉冲宽度为1毫秒)，用30J/cm2的辐射能量密度执行激活，且根据SR测量获得背面ρ型集电层和侧边缘表面P型分离层的杂质浓度分布图，如图13所示。因为在退火时必需将衬底保温温度维持在使已在正面侧形成的Al电极不熔化的温度，所以该温度必需保持在500°C或更低。根据图13所示的杂质浓度分布图，在背面集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值杂质浓度超过lX1019cm_3，这指示它们被充分激活。虽然该峰值杂质浓度值与已知比较示例激光退火(图9)的峰值杂质浓度具有相同水平，但其示出，因为该杂质热扩散效应大于已知激光退火的情形(图9)、和第一实施例(图1 的情形中的热扩散效应，所以该扩散深度较大。另外，虽然监测背面ρ型集电层和侧边缘表面ρ型分离层的横截面中的晶体缺陷 (点缺陷)，但在背面集电层或者侧边缘表面分离层两者中不存在晶体缺陷(点缺陷)。因此，可理解为何第二实施例的反向电流(反向漏电流)(如图11的反向电流-电压波形c所示)甚至比图11所示比较示例的比较示例激光退火、以及第一实施例(图11的b)的反向电流更小。此外，随着伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的晶体缺陷20 (点缺陷)被充分恢复，且另外还存在归因于由衬底温度的加热的扩散效应，该分离层比第一实施例的情形中的分离层更深，其指示在反偏压时漏电流变得更小。因此，要理解不仅是闪光灯退火的使用，而且晶片加热效应也是有效的。虽然本文中已给出η型反向阻断型IGBT的描述， 其中使硼离子在P型分离层中扩散，但还有可能将铝用作为P型杂质离子。另外，通过在导电型相反的P型反向阻断型IGBT中将磷离子用作η型分离层掺杂剂，有可能按照相同方式制造器件。另外，在本发明中，优选为使用氙灯的闪光灯退火，但是因为只要可获得具有数毫秒脉冲宽度的闪光灯辐射能量密度和激活所必需的高能量密度使用利用红外灯、或者卤素灯的灯退火不存在问题，其包括在本发明的闪光灯退火中。20J/cm2至40J/cm2是优选的闪光灯辐射能量密度。当在集成电路(IC)等中使用已知常规闪光灯退火时，如上所述，其尽可能以不造成所注入离子的热扩散的方式使用，但是如在本发明中当施加到元件的背面或者侧边缘表面时，相反地发生扩散是优选的。因此，当执行闪光灯退火时，将晶片温度保持在等于或者低于正面侧Al电极的熔化温度的高温，且执行闪光灯退火具有进一步激活(增大浓度和扩散深度)分离层的侧边缘表面和背面侧扩散层的效应。因为这些效应，形成不具有晶体缺陷的分离层，且在反偏压时可抑制漏电流。比较示例下文中将给出比较示例(已知示例)的描述，其中在向晶片的背面和锥形侧边缘表面注入硼离子之后执行使用已知激光退火的激活。另外，已知激光退火的情形是其中分别执行P型集电层和P型分离层的离子注入的情形。此外，将集中于具有以使发射极侧正面宽且集电极侧背面窄的方式取向而形成的集电极侧锥形孔的反向阻断型IGBT进行描述。 直到形成这种锥形的制造处理与第一实施例和第二实施例中所述的处理相同。用于形成ρ型集电层和ρ型分离层的离子注入以必要的模式从侧边缘表面或者形成在背面上的氧化物膜的孔部分执行。虽然向晶片中的四个侧边缘表面各自注入离子可在同一时间执行，但还有可能通过改变晶片的倾斜度且执行针对全部四次注入的各个边缘的注入来从不同于锥形面角度的倾斜度执行掺杂，如图1所示，从而改善离子注入效率。在已知激光退火的情况下，通过控制和使用掩模或不锈钢遮光器(SUS)等来仅扫描和辐照期望辐照的位置。假若制造方法具有以该方式仅沿侧边缘表面形成分离层的步骤，其还可应用于具有反向取向的发射极侧锥形孔的反向阻断型IGBT，其中发射极侧更窄。另外，对于具有以使集电极侧更窄的方式取向的集电极侧锥形孔的反向阻断型IGBT而言，对集电层和分离层的离子注入和已知激光退火可同时执行，而非对P型集电层和P型分离层的离子注入和激光退火分别执行。对于离子注入而言，以与先前所述相同的方式，当从背面上的集电极表面侧(归因于集电极侧锥形孔的形成变得更窄)以0°倾斜角注入硼离子时，如图8所示，相对于侧边缘表面的有效剂量和注入范围是垂直注入情形下的0. 58倍。形成分离层时用于激光退火的能量密度也是为集电极表面的退火而辐射的能量密度的0. 58倍。图9是当用IXlO15cnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入、且使用 ΥΑ62ω激光(波长532nm、脉冲宽度100ns)以3. OJ/cm2的已知激光退火的辐射能量密度进行激活时，根据SR测量获得背面ρ型集电层a和侧边缘表面ρ型分离层b的杂质浓度分布图。图IOA和IOB是示出在背面集电层a和侧边缘表面分离层b的横截面中监测晶体缺陷20(点缺陷)的结果的截面图，其中以先前所述的离子注入和已知激光退火的条件来辐照该背面集电层a和侧边缘表面分离层b。点缺陷20以黑点示出。在图IOA和IOB中，可观察到在背面集电层中不存在晶体缺陷20 (点缺陷)(IOA)， 但是在侧边缘表面中存在大量晶体缺陷20 (点缺陷)(IOB)。另外，图IlA是示出对各反向阻断型IGBT进行反偏压时的漏电流(下文中称作反向漏电流)的反向电流-电压波形图。从图9可观察到，在背面集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过lX1019cnT3，这指示它们被激活。但是其示出与涉及第一和第二实施例的图12和图13相比，扩散深度较小。其结果是，在图IlA的比较示例中，反向电流比涉及第二和第二实施例的图IlB和图IlC的大。这指示伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的大量晶体缺陷20 (点缺陷)不同于背面侧集电层的晶体缺陷仍然残留在pn结附近而未被已知激光退火充分恢复，反偏压时的漏电流增加。如以上所述，根据第一和第二实施例，对于具有分离层的反向阻断型IGBT的制造方法而言，该分离层通过使用各向异性蚀刻形成V形凹槽、执行离子注入、以及对其锥形面的闪光灯退火来形成，且形成其中由离子注入所造成的晶体缺陷充分恢复的背面集电层和分离层，有可能抑制反偏压时的漏电流，并且有可能提供呈现稳定的耐压成品率的反向阻断型IGBT。第三实施例在反向阻断型IGBT的制造方法的第三实施例中，将在下文中给出制造方法的描述，在该制造方法中在用于形成集电层和侧边缘表面分离层的离子注入层的激活中，尤其在用于形成分离层的离子注入层的激活中使用根据本发明的激光退火，其中晶体缺陷往往还残留，该激光退火是已知激光退火的改善方法。在第三实施例中，用IXlO15cnT2的硼剂量和150keV的加速能量将离子注入到晶片中形成的集电极侧锥形孔之后，使用YAG2 ω激光(波长532nm、脉冲宽度100ns)执行激活，该YAG2 ω激光具有根据本发明的激光退火的辐射能量密度3. 6J/cm2,高于比较示例中的3.0J/cm2。此外，该方法是在其中利用激光辐照的反射光补偿辐射能量密度(与垂直表面中相比，辐射能量密度更可能在锥形面中减小)且有效执行激活的方法。图14是第三实施例的情形中的根据SR测量获得的背面ρ型集电层a和侧边缘表面ρ型分离层b的杂质浓度分布图。从图14所示的杂质浓度分布图中可观察到，在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过IX IO19 (cm—3)，它们充分被激活。另外，图14示出的峰值浓度略高，该略高的量为与图9的比较示例(已知示例)的激光退火的情形相比更高的辐射能量密度的量， 且该扩散深度也略深，因为与比较示例(图9)的激光退火的情形相比归因于热的扩散效应较大。图15A和15B是示出在根据本发明的激光退火之后残留在集电极表面a的下层a 和侧边缘表面分离层b的内侧中的晶体缺陷的情形的截面图。在图15B中，点缺陷20以黑点示出。较大量黑点存在的情形指示其相对的点缺陷密度较高。图15A示出在集电极表面的下层中不存在晶体缺陷。另外，图15B示出尤其与比较示例(图10B)相比，侧边缘表面分离层内侧部的晶体缺陷密度低，且示出缺陷已略有恢复。因此，在第三实施例(图^B) 的情形中的反向电流(反向漏电流)比图^A所示的激光退火比较示例的反向电流小。这指示随着进入侧边缘表面分离层的离子注入时所发生的晶体缺陷已通过根据本发明的激光退火略有恢复。因此，认为与比较示例08A)相比，反偏压时的漏电流较小。图观八与图 IlA相同。对于硅半导体而言，在激光辐照情形中在5J/cm2或更高的辐射能量密度的情况下将发生晶体熔化且半导体特性将被破坏的危险。因此，对于激光辐照而言，5J/cm2的辐射能量密度是上限。另外，在离子注入之后用于使激活有效的激光辐照的能量密度的下限是 1. 2J/cm2。因此，当焦点调节在平坦表面上的情况下执行激光辐照时，本发明的反向阻断型IGBT的锥形面能量密度是Si 211表面的cos65.9° = 0.408倍。因此，为了使在211表面处的激光辐射能量密度为1. 2J/cm2或更大，1. 2/0. 408 = 2. 94J/cm2是211表面处的下限。 当以0°倾斜角执行ρ型集电层6和ρ型分离层4b的激光辐照时，必需将ρ型集电层6作为基准来确定最大辐射能量密度。作为其结果，P型分离层4b的激活往往不充分。图16是示出与比较示例相比根据本发明的激光退火更佳地恢复和减少晶体缺陷的原因的示意图。对侧边缘表面倾斜面(锥形面)进行加热的激光辐照光(箭头)通过单反射在侧边缘表面下方反射。因此，激光辐射能量密度为大致地大于已知示例的3. OJ/cm2 的3. 6J/cm2的情况下通过组合2. lj/cm2的锥形面的有效辐射能量密度和1. 05J/cm2的反射光的能量密度，
2.1 J/cm2 (= 3.6 J/cm2 χ 0.58 倍)+ 1.05 J/cm2 (-= 2.1 J/cm2 的 50%) -ξ 3.1
J/cm2的辐射能量密度被施加到下方侧边缘表面。因此，将等于或大于已知示例的激光辐照表面(集电极表面)的辐射能量密度(3. OJ/cm2)的辐射能量密度同样施加到侧边缘表面，且有可能进一步恢复侧边缘表面分离层内侧的晶体缺陷。另外，在第三实施例中，示出具有锥形面倾斜角7° (图16)的情形，该倾斜角由用于形成V形凹槽的硅湿法蚀刻所形成的侧边缘表面的晶体取向确定。但是，此外，当形成图17所示的具有轻度倾斜角(小于)的V形凹槽时，该激光辐照的反射目的地在以上所述的侧边缘表面底部以上，并且因为有可能使光反射到侧边缘表面的中心部或者上部，所以有可能进一步恢复由反射光加热的区域中的晶体缺陷。通过调节侧边缘表面的倾斜角来调节辐射能量密度，从而调节由激光的反射光所辐照的位置，同样以该方式，有可能调节具有V形凹槽侧边缘表面的器件的激活和晶体缺陷恢复。第四实施例在反向阻断形IGBT的制造方法的第四实施例中，下文中尤其对制造方法给出描述，该方法不同于第三实施例的方法，在集电层和侧边缘表面分离层的离子注入层的激活中使用了根据本发明的激光退火。为了在用IXlO15cnT2的硼剂量和150keV的加速能量将离子注入到晶片中形成的集电极侧锥形孔之后使用YAG2 ω激光(波长532nm、脉冲宽度100ns)执行激活，激光辐照光的焦点调节到在从侧边缘表面的上部到中心部的位置，其中激光退火的辐射能量密度是 3. 6J/cm2。在聚焦位置调节到在侧边缘表面的上部到中心部的位置的情形中根据SR测量获得的集电层a和侧边缘表面分离层b的杂质浓度分布图与图14的情形大致相同，有可能实现充分的激活。有可能使用利用第三实施例中描述的激光辐照的反射光的方法来进一步恢复侧边缘表面的下部中的晶体缺陷。但是，在侧边缘表面长的情况下，难以恢复侧边缘表面上部中的晶体缺陷，因为侧边缘表面上部不易于通过反射光来影响。因此，即使在利用第三实施例所示的反射光在从侧边缘表面的上部到中心部的位置中执行激光辐照时，也难以升高辐射能量密度，且存在易于残留晶体缺陷的倾向。因此，不同于第三实施例，在第四实施例中采用一种方法，在该方法中在激光辐照时将焦点的中心移到从侧端部的上部到中心部的位置，如同第一实施例的闪光灯退火一样，但是这还要取决于激光的焦点深度(第四实施例中的焦点深度是100 μ m)。根据第四实施例的激光退火，有可能有效恢复从上部到中心部的位置中的晶体缺陷。同样，还有可能分别执行用于形成集电层和侧边缘表面分离层的激光退火。图18A和18B示出集电极表面和从侧边缘表面的上部到中心部的位置中的晶体缺陷的情形。可观察到集电极表面的下层中不存在晶体缺陷，且另外，从侧边缘表面的上部到中心部的位置中存在的晶体缺陷少于比较示例(图IOB和第三实施例的图15B)中的晶体缺陷，如图18B所示，且这些缺陷已被恢复。这指示第四实施例的反向电流(反向漏电流) (图^C)比图28A的激光退火比较示例中的反向电流小。这指示第四实施例的激光退火在恢复伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的晶体缺陷时有效，其结果被认为是反偏压时的漏电流较小。第五实施例下文中将对涉及本发明的第五实施例进行描述，其中在集电层和侧边缘表面分离层的离子注入层的激活中使用闪光灯退火。在闪光灯退火时，将焦点调节成使该聚焦位置在侧边缘表面分离层的上部和中心部之间后执行闪光灯退火。图19是在用IX IO15CnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后，在使用闪光灯退火(脉冲宽度为1毫秒)、且闪光灯的辐射能量密度为30J/cm2的情况下执行激活时，根据SR测量获得的背面ρ型集电层a和侧边缘表面分离层b的杂质浓度分布图。可从图19观察到，由于在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过IX IO19 (cm—3)，因此它们充分被激活。虽然其峰值浓度与图9所示的激光退火情形的水平相同，但是示出的扩散深度略微大些，这是因为施加了归因于闪光灯的热扩散效应。另外，在第五实施例中， 未在集电极表面的下层或者侧边缘表面分离层的内侧识别到晶体缺陷。因此，如第五实施例(图^D)所示，该反向电流(反向漏电流)比图^A所示的激光退火比较示例的反向电流小。这指示随着伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入形成的晶体缺陷的充分恢复，反偏压时的漏电流变得更小，且激活即晶体缺陷的恢复在第五实施例的闪光灯退火的情况下有效。另外，还指示通过在闪光灯退火时将焦点的中心移到从分离层侧端面的上部到中心部的位置，有可能从上部到中心部有效恢复晶体缺陷。另外，还有可能分别执行用于形成集电层和侧边缘表面分离层的闪光灯退火。第六实施例下文中将对涉及本发明的第六实施例进行描述，其中在集电层和侧边缘表面分离层的离子注入层的激活中使用激光退火。图20是在用IXlO15cnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后，在使用YAG2 ω激光(波长532nm、脉冲宽度100ns)、且激光退火的辐射能量密度为3. 8J/cm2的情况下执行激活时，根据SR测量获得的背面ρ型集电层a 和侧边缘表面分离层b的杂质浓度分布图。可从图20观察到，由于在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过IX IO19 (cm—3)，因此它们被激活。示出的峰值浓度略微高于图9 所示比较示例的激光退火的峰值浓度，且该扩散深度因为存在扩散效应略深。在激光退火的辐射能量密度为3. 8J/cm2的情况下，不会发生集电极表面(激光辐照表面)侧硼层被热破坏的情况。通过用升高到背面集电极表面离子注入层不被热辐照破坏的程度的辐射能量密度来辐照，有可能最有效地激活侧边缘表面，且有效地恢复晶体缺陷是确定第六实施例的激光退火的辐射能量密度所考虑的点。这一点不同于第三和第四实施例所述的激光退火中的点。在激光退火的辐射能量密度太高且半导体晶体被破坏(超过固相熔融条件且被熔化)的情况下，不形成集电极表面硼层，如图21的杂质浓度分布图所示。通过第六实施例的激光退火激活的集电极表面的下层和侧边缘表面分离层内侧中未识别出晶体缺陷。换言之，这指示不同于迄今为止已知示例(图10B)，侧边缘表面分离层的内侧部分中的所有晶体缺陷被恢复。由于该激光辐射能量密度比第三实施例的情形中的大，因此晶体缺陷的恢复效果也更佳。第六实施例(图^E)中的反向电流(反向漏电流)小于图^A的激光退火比较示例中的反向电流。这指示，如以上所述，作为伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的晶体缺陷恢复的结果，反偏压时的漏电流显著变小。第七实施例下文中将对涉及本发明的第七实施例进行描述，其中在集电层和侧边缘表面分离层的硼离子注入层的激活中使用闪光灯退火。图22是在用1 X IO15CnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后，在使用闪光灯退火(脉冲宽度1毫秒)、且闪光灯的辐射能量密度为32J/cm2的情况下执行激活时，根据SR测量获得的集电层a和侧边缘表面分离层b的杂质浓度分布图。可从图22观察到，因为在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过IX IO19(cm—3)，所以它们被激活。示出的峰值浓度因为能量密度更高而略高，且扩散深度比第五实施例的图14的情形略深。在32J/cm2的情况下，不发生集电极表面(闪光灯辐照表面)侧硼层被热破坏的情况。通过用升高到背面集电极表面离子注入层不被闪光灯退火破坏的程度的闪光灯辐射能量密度来辐照，有可能最有效地激活侧边缘表面，且有效地恢复晶体缺陷是确定第七实施例的闪光灯退火的闪光灯辐射能量密度所考虑的点。这一点不同于第一、第二和第五实施例中所述的闪光灯退火的点。在半导体晶体被破坏(超过固相熔融条件且被熔化)的情况下，集电极表面中不形成硼层，与图21的杂质浓度分布相同。另外，未在集电极表面的下层或者侧边缘表面分离层的内侧识别到晶体缺陷。因此，第七实施例(图^F)的反向电流 (反向漏电流)比图^A的激光退火比较示例中的小。另外，因为伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的所有晶体缺陷被恢复，所以反偏压时的漏电流变得更小。即，这意味着第七实施例的闪光灯退火的使用是有效的。第八实施例下文中将对涉及本发明的第八实施例进行描述，其中在集电层和侧边缘表面分离层的硼离子注入层的激活中使用激光退火。图23是在用IX IO15cnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后，在使用YAG2co激光(波长532nm、脉冲宽度100ns)、且激光退火的辐射能量密度为3. 6J/cm2的情况下执行激活时，根据SR测量获得的集电层a和侧边缘表面分离层b的杂质浓度分布图。激光辐照光的交迭率是第八实施例的激光退火的特征，且是用于有效地实现离子注入区的激活和晶体缺陷的恢复而不大大升高原激光辐照装置的辐射能量密度的工艺。图24A至24D是激光辐照光交迭率的示意图。图24A示出由三个脉冲化激光的各自以使在由箭头所示的激光辐照扫描方向中不交迭的方式辐照的三个脉冲化激光辐照区 21、22、和23，而图24B示出生成脉冲化激光的矩形脉冲电流波形M和脉冲化激光的温度分布25。图24C示出其中以使下一脉冲化激光辐照区22和23交迭图M的脉冲化激光辐照区21的方式执行辐照的情形，且它们的宽度各自移位1/3。图24D示出用于生成脉冲化激光的矩形脉冲电流波形M和辐射到图24A的脉冲化激光辐照区21的脉冲化激光的温度分布对，且它们的宽度各自移位1/3。在图24C和MD中，存在激光辐照区的交迭，有可能使 Si晶片在被辐照时有效地吸收热，因为下一脉冲在归因于激光辐照的温度上升完全消失之前进入。在图24C和MD中，因为激光辐照区域交迭2/3的脉冲化激光区21，所以即使在不增大各个脉冲化激光的辐射能量密度的情况下，也易于使辐照区域的温度升高。因此，即使在不使用将造成晶片熔化的那类高辐射能量密度的情况下，也有可能有效地恢复晶体缺陷。可从图23观察到，因为在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过 1 X IO19 (cm_3)，所以它们被激活。示出的峰值浓度略高于图9所示激光退火已知示例的峰值浓度，且该扩散深度因为存在扩散效应略深。具体而言，通过增大激光辐照交迭率，杂质浓度分布的底部中的扩散深度变大。在3. 6J/cm2的情况下，不发生集电极表面(激光辐照表面)侧硼层被热破坏的情况。另外，未在集电极表面的下层或者侧边缘表面分离层的内侧识别到晶体缺陷。因此，图^G的反向电流(反向漏电流)小于比较示例(图^A)和第四实施例(图^C)的反向电流。另外，这意味着，随着伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的所有晶体缺陷被恢复，反偏压时的漏电流显著减小。因此，有可能确认设置有交迭率的激光辐照的有效性，如前所述。另外，虽然本文中已对扫描方向中的交迭率进行了描述，但还可增大垂直于扫描方向的方向中的交迭率，且增大扫描方向和垂直于扫描方向的方向两者中的交迭率也是有效的，假若集电极表面(激光辐照表面)侧硼层不被热破坏。优选本发明中使用的脉冲化激光具有300nm至900nm的波长。使各脉冲化激光的波长范围在300nm至900nm之间的原因是，在波长小于300nm的情况下，由于进入硅的穿透长度为0. 1 μ m或更小，因此有可能不能激活FZ-nSi硅的深区，而在波长大于900nm的情况下，穿透长度也增加，从而几乎完全穿过P型杂质层和η型杂质层的期望厚度，且退火低效。 但是，因为实际使用中的脉冲化激光波长范围不会超过700nm，所以更优选的范围是300nm 至 700nm。通过使从激光发射装置发射的激光束的一个脉冲的辐射能量密度成为预定值 (例如，2. OJ/cm2)，由一个脉冲辐照的位置的温度升高。在用激光光束的一个脉冲辐照一个区域(例如，一个点)之后，通过用在由第一脉冲提供的热完全被释放之前的下一脉冲来执行扫描辐照交迭，由下一脉冲造成的温度升高相加到未完全释放热的位置的温度上。通过这样做，在多个脉冲辐照之后，温度的峰值饱和。饱和峰值温度越高，激活率越高。根据这种激光辐照方法，通过用多个脉冲重复辐照一个区域，有可能用比单脉冲辐照低的辐射能量密度来充分激活连续的pn层。这是根据第八实施例交迭激光辐照时所考虑的点。另外， 通过将各脉冲的辐射能量密度保持在低值，有可能将在晶片上出现辐射标记的概率保持在极低。在使用第六实施例的方法也难以恢复离子注入后的晶体缺陷时，第八实施例也是有效的。第九实施例下文中将对涉及本发明的第九实施例进行描述，其中在集电层和侧边缘表面分离层的离子注入层的激活中使用激光退火。图25是在用1 X IO15CnT2的硼剂量和150keV的加速能量进行离子注入之后且在执行激光辐照之前使晶片衬底温度400°C (恒定)的情况下， 在使用YAG2W激光(波长532nm、脉冲宽度100ns)、且激光退火的辐射能量密度为3. 6J/ cm2的情况下执行激活时，根据SR测量获得的集电层a和侧边缘表面分离层b的杂质浓度
18分布图。因为这里的衬底温度必须是使得已在正面侧形成的Al电极不熔化的温度，该温度必须保持在500°C或更低。通过以该方式将衬底温度保持在500°C或更低，不仅激光辐照的热，而且基于衬底温度的热存储效应在晶体缺陷的恢复中起到有效作用，且有可能有效地激活。可从图25观察到，因为在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过 lX1019(cnT3)，所以它们被激活。虽然该峰值浓度与图9的比较示例的激光退火的情形具有相同的水平，但是因为存在热扩散效应，其扩散深度比第三实施例(图14)的大。另外， 未在集电极表面的下层或者侧边缘表面分离层的内侧识别到晶体缺陷。因此，该反向电流 (反向漏电流)(图观 比图28A所示的比较示例和第四实施例(图^C)的情形的反向电流小。另外，这指示，随着伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的所有晶体缺陷的恢复 (此外，归因于由衬底温度加热的热扩散效应比第三实施例的大)，反偏压时的漏电流变得更小。第十实施例下文中将对涉及本发明的第十实施例进行描述，其中在集电层和侧边缘表面分离层的离子注入层的激活中使用闪光灯退火。图沈是根据SR测量获得的集电层a和侧边缘表面分离层b的杂质浓度分布图，其中在执行闪光灯退火之前将晶片衬底温度保持在400°C (恒定)，之后用30J/cm2的闪光灯能量密度来进行闪光灯退火(脉冲宽度为1毫秒)。因为这里的衬底温度必须是使得已在正面侧形成的Al电极不熔化的温度，该温度必须保持在500°C或更低。因为在进行闪光灯辐照之前晶片衬底温度升高至并保持在400°C，不仅闪光灯辐照的热，而且还有基于加热的热存储效应起到有效作用，其可以有效激活侧边缘表面，且该效果可有效地恢复晶体缺陷。 可从图沈观察到，因为在集电层和侧边缘表面分离层两者中峰值浓度超过IX IO19(cm_3)， 所以它们被激活。虽然该峰值浓度与第七实施例(图22)的情形具有相同的水平，但其扩散深度比第六实施例(图20)的情形中的深度略深。在闪光能量密度为30J/cm2的情况下， 不发生集电极表面(闪光灯辐照表面)侧硼层被热破坏的情况。在集电极表面被破坏的情况下(超过固相熔融条件且被熔化)，在集电极表面中不形成硼层。另外，未在集电极表面的下层或者侧边缘表面分离层的内侧识别到晶体缺陷。因此，在如图281所示的第十实施例的反向电流(反向漏电流)比图28A所示的激光退火比较示例的反向电流小。另外，这意味着，随着伴随进入侧边缘表面分离层的离子注入的所有晶体缺陷被恢复，反偏压时的漏电流变得更小。根据以上的描述，可理解对于具有侧边缘表面中的分离层的结构而言，利用晶片加热和使用闪光灯退火是有效的。虽然本文中已给出其中使硼离子在分离层中扩散的η型反向阻断型IGBT的描述， 但还可以将铝用作为ρ型杂质离子。另外，有可能通过针对P型反向阻断型IGBT中的分离层掺杂剂使用磷离子来制造。另外，使用氙灯的闪光灯退火是优选的，假若可获得激活所必需的具有数毫秒脉冲宽度的闪光灯辐射能量密度和高能量密度，对于使用利用红外灯、或者卤素灯的灯退火而言不存在问题。20J/cm2至40J/cm2是该情形中的优选的闪光灯辐射能量密度。根据第十实施例，其中使用各向异性蚀刻形成侧边缘表面且通过执行进入侧边缘表面的离子注入和退火来形成分离层的反向阻断型IGBT而言，其中形成有不具有由pn结区的离子注入造成的离子注入晶体缺陷的集电层和分离层，且当反偏压时可以抑制漏电流，并且有可能提供呈现稳定成品率的反向阻断型IGBT。
权利要求
1.一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，包括 在第一导电型半导体衬底的一个主面上形成MOS栅结构； 在另一主面上形成第二导电型集电层；沿着通过从所述主面的任一面向另一主面蚀刻来形成的锥形侧边缘表面形成第二导电型分离层，所述分离层用所述导电型相同的层链接所述两个主面，且连接到另一主面的所述第二导电型集电层；以及各自在所述MOS栅结构侧上形成发射金属电极，且在所述第二导电型集电层侧上形成集电金属电极，其中，在向所述第二导电型分离层和第二导电型集电层注入离子后用闪光灯辐照来进行闪光灯退火从而形成所述第二导电型集电层和第二导电型分离层时，所述辐射能量的最强部分聚焦在从所述锥形侧边缘表面的所述上部到所述中心部的深度位置上。
2.如权利要求1所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，用于所述闪光灯退火的所述闪光灯辐射能量密度是达到所述第二导电型集电层不被热破坏的程度的高密度。
3.如权利要求1所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，分别对所述第二导电型分离层和第二导电型集电层执行所述闪光灯退火。
4.如权利要求1所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，在将所述半导体衬底的保温温度维持在等于或者低于所述发射金属电极的熔化温度的高温的同时执行所述闪光灯退火。
5.如权利要求4所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法， 其特征在于，所述发射金属电极是铝为主要元素的金属电极膜。
6.如权利要求5所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法， 其特征在于，所述半导体衬底的所述保温温度是500°C或更低的高温。
7.如权利要求1所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管的制造方法， 其特征在于，所述闪光灯退火的所述光源是氙灯，其能量密度为每若干毫秒20J/cm2至 40J/cm2。
8.如权利要求1所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，所述闪光灯退火的所述光源是具有20J/cm2至40J/cm2能量密度的红外灯或者卤素灯。
9.一种反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，包括 在第一导电型半导体衬底的一个主面上形成MOS栅结构； 在另一主面上形成第二导电型集电层；沿着通过从所述主面的任一面向另一主面蚀刻来形成的锥形侧边缘表面形成第二导电型分离层，所述分离层用所述导电型相同的层链接所述两个主面，且连接到另一主面的所述第二导电型集电层；以及各自在所述MOS栅结构侧上形成发射金属电极，且在所述第二导电型集电层侧上形成集电金属电极，其中，在向所述第二导电型分离层和第二导电型集电层注入离子后用激光辐照来进行激光退火从而形成所述第二导电型集电层和第二导电型分离层时，所述焦点调节到在从所述锥形侧边缘表面的所述上部到所述中心部的深度位置上。
10.如权利要求9所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，用于所述激光退火的所述激光辐射能量密度是达到所述第二导电型集电层不被热破坏的程度的高密度。
11.如权利要求9所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，分别对所述第二导电型分离层和第二导电型集电层执行所述激光退火。
12.如权利要求9所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，所述激光退火通过利用从所述锥形侧边缘表面和侧边缘表面底部反射的光来增大所述激光辐射能量密度。
13.如权利要求9所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，激光辐照时的交迭率增大到所述第二导电型集电层不被热破坏的程度。
14.如权利要求9所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法，其特征在于，在将所述半导体衬底的所述保温温度维持在等于或者低于所述发射金属电极的所述熔化温度的高温的同时执行所述激光退火。
15.如权利要求9所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法， 其特征在于，所述发射金属电极是铝为主要元素的金属电极膜。
16.如权利要求15所述的反向阻断型绝缘栅双极型晶体管制造方法， 其特征在于，所述半导体衬底的所述保温温度是500°C或更低的高温。
全文摘要
本发明提供反向阻断型绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其中当制造具有沿着使用各向异性蚀刻形成的V形凹槽的锥形面所形成的分离层的反向阻断型IGBT时，该方法可确保高度可靠的耐反压性，且当反偏压时抑制漏电流。当用闪光灯辐照来用于向第二导电型分离层和第二导电型集电层注入离子之后的闪光灯退火从而形成第二导电型集电层和第二导电型分离层时，辐射能量的最强部分聚焦在从锥形侧边缘表面的上部到中心部的深度位置上。
文档编号H01L21/331GK102163551SQ20111003324
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年2月12日
发明者中泽治雄, 寺西秀明, 清水秀雄, 窪内源宜 申请人:富士电机控股株式会社