软开关半导体器件及其生产方法_4

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散 系数的扩散系数。在第一温度处理期间,第二掺杂物422由于其占据了空隙而有助于将第 一掺杂物更为深入地扩散到半导体主体100'之中,由此挡住了用于第一掺杂物411的那些 空隙并且使得第一掺杂物411更为深入地扩散至半导体主体100'之中。例如,包括第二掺 杂物422的层420可以是利用第二掺杂物422而被掺杂的氧化硅层。
[0108] 可选地,第一掺杂物422可以是双重掺杂物并且第二掺杂物422可以是单一掺杂 物。单一掺杂物是在被引入半导体主体100'的情况下提供一个且仅一个自由电荷载子的 原子,即,在掺杂物进行η型掺杂的情况下的一个且仅一个电子,或者在掺杂物进行p型掺 杂的情况下的一个且仅一个空穴。相应地,双重掺杂物是在被引入半导体主体100'的情况 下能够提供上至两个自由电荷载子的原子,即,在掺杂物进行η型掺杂的情况下的上至两 个电子,或者在掺杂物进行P型掺杂的情况下的上至两个空穴。
[0109] 例如,针对硅质半导体主体100'或者碳化硅半导体主体100'而言,进行η型掺杂 的适当的单一掺杂物是元素周期系统中第五(V)主族(即,氮-磷族)的原子,例如,磷、砷、 锑,并且进行η型掺杂的适当的双重掺杂物是元素周期系统中的第六(VI)主族(即,硫族) 的原子,例如,硫、硒、蹄。
[0110] 然后,同样针对硅质半导体主体100'或者碳化硅半导体主体100'而言,进行P型 掺杂的适当的单一掺杂物是元素周期系统中第三(III)主族(即,硼族)的原子,例如,硼、 铝、铟,并且进行P型掺杂的适当的双重掺杂物是元素周期系统中的第二(II)主族(即,碱 土金属)的原子。
[0111] 在第一温度处理之后,去除(例如,基于氧化硅的)层420。所产生的半导体主体 100'在图16C中被图示。
[0112] 用于结合图16A至图16C而被描述的方法的半导体主体100'可选地可以是MDZ 晶片或MCZ晶片。
[0113] 根据另外的选项,所提供的半导体主体100'可以具有第一导通类型的非常低的 基本掺杂,例如,小于1 · l〇12cm 3。由此,该基本掺杂可以是恒定的。
[0114] MDZ晶片是具有通过快速热处理(RTP)而被实现的缺氧表面层的晶片。由于RTP 处理,例如CZ晶片的该晶片的半导体主体的空隙过度饱和,这以半导体主体充分大的深度 提供了槽。该半导体主体中相当数量的不期望但是又无法避免的氧气朝向该槽扩散,从而 使得在该半导体主体中形成平行于第一侧101延伸的缺氧表面层。例如,这样的缺氧表面 层内的氧气浓度可以被选择以在任何地方都不超过3 ^lO17Cm3。该缺氧表面的厚度例如可 以为至少10 μ m。适当的MDZ晶片能够从Sun Edison获得。这样的半导体晶片的直径例如 可以至少为6英寸、8英寸或12英寸。
[0115] MCZ晶片是以磁性方式生长的CZ晶片。在该晶片的晶体生长期间而被施加的磁场 使得氧气浓度有所下降。例如,所提供的晶片/半导体主体可以具有小于或等于3 QO17Cm 3 的最大氧气浓度。
[0116] 在半导体器件1的生产期间,需要若干步骤来产生期望的掺杂分布。在该生产过 程的中间阶段,将产生的漂移区118的分区可以具有第一导通类型,其远离将产生整流结 111的位置而具有(非最终)掺杂浓度的最大值。也就是说,在该中间阶段,该(非最终) 掺杂浓度可以从该最大值朝向将产生整流结111的位置而下降。由于非常强的下降可能 对所完成的半导体器件1的阻塞电压能力造成不利影响,所以可能期望使得该下降有所减 小。例如,图17A图示了处于中间阶段(虚线)以及在该下降已经有所减小之后(实线) 的半导体主体100'的净掺杂浓度。
[0117] 如图17B中所示,使得该下降有所减小可以通过将导致第一导通类型的电活性掺 杂物植入到将产生整流结111的深度dill和将产生漂移区118的分区中具有净掺杂浓度 的最大值M的深度dM之间的分区之中而被实现。植入剂量可以小于5 ^lO11Cm 2 (5E1 Icm 2), 并且该植入可以在没有掩膜的情况下被进行。
[0118] 为了产生第一导通类型的高净掺杂浓度以使得场停止区119得以被产生,包括第 三掺杂物431的第三层430可以被沉积在第二侧102上,参见图18A。第三掺杂物431也在 半导体主体100'中产生第一导通类型。在第二温度处理期间,第三掺杂物431通过第二侧 102被扩散到将产生的场停止区119的分区之中。适当的掺杂物例如是单一掺杂物或双重 掺杂物。例如,如果第一导通类型为"n",则可以使用硫族化物作为双重掺杂物。
[0119] 备选地或附加地,导致第一导通类型的颗粒可以通过第二侧102被植入将产生的 场停止区119的分区之中。该植入可以利用以不同植入能量和/或以不同植入剂量的一次 或多次植入而被进行。例如,图18B图示了利用第一颗粒以第一植入剂量和第一植入深度 而被进行的第一植入步骤,并且图18C图示了利用第二颗粒以第二植入剂量和第二植入深 度而被进行的第二植入步骤。在所图示的示例中,第一植入深度大于第二植入深度,并且第 二植入剂量高于第一植入剂量。然而,其中至少一个参数(例如,植入深度、植入剂量、颗粒 类型)有所偏移的至少两个植入步骤的其它组合也是可能的。由于第一颗粒和第二颗粒通 过第二侧102而被植入,所以要相对于第二侧102来测量第一植入深度和第二植入深度。
[0120] 所植入的颗粒可以是常规的电活性掺杂物。如果第一导通类型为"n",则除了电活 性掺杂物之外或者作为备选,也可以使用质子作为植入的颗粒,这是因为植入的质子与后 续热处理相结合生成了符合质子植入所导致的晶体损坏的损坏浓度分布的供体。
[0121] 参考图18A至图18C所描述的方法可以按照任何组合而被使用。在任何情况下, 其结果是具有如图18D中所示的场停止区119的半导体主体100'。
[0122] 图19图示了半导体器件1的外延生长的半导体主体100的截面。半导体主体100 具有第一侧101、第二侧102、横向边缘103,以及被布置在整流结111和横向边缘103之间 的垂直边缘终止结构。该边缘终止结构具有从第一侧101延伸到半导体主体100中并且 利用例如苯并环丁烯(BCB)的电介质141而被填充的沟槽140。利用电介质141填充沟槽 140是在半导体主体100被静止地布置在半导体载体200上的状态下而被进行的。也就是 说,从半导体主体100去除半导体载体200是在沟槽140已经被填充以电介质141的状态 下而被进行的。电介质141可以是低收缩电介质,例如,BCB。由于具有低收缩性的电介质 141耐温性通常处于250°C以下,所以有利的是在已经利用低收缩电介质141对沟槽140进 行填充之后并不将半导体主体100暴露于高于250°C的温度。
[0123] 除了所图示的边缘终止结构之外或者作为其备选,也可以使用例如场环、场板、 VLD (可变横向掺杂)、JTE (结终端扩展)或RESURF (降低的表面场)的不同边缘终止结构。
[0124] 在以上描述中,以具体实施例为基础说明了本发明能够如何被实践。除非相反地 被提及,否则以上所描述的半导体器件和方法步骤的特征可以按照任何不同的组合被组 合。
[0125] 根据本发明的任何半导体晶片或半导体主体可以具有任何的半导体基质材料,诸 如硅、碳化硅、氮化硅、砷化镓、氮化镓或者任何其它适当的半导体基质材料。
[0126] 另外,在本说明书的示例中,第一导通类型被描述为"η"并且第二导通类型被描述 为"Ρ"。然而,也可能选择"Ρ"作为第一导通类型并且选择"η"作为第二导通类型。
[0127] 电极151、152以及如果被提供的情况下的153可以在半导体主体100 (包括最终 的掺杂分布)的生产已经完成之前或之后被沉积在第一侧101和第二侧102上。所要注意 的是,根据本发明的所有半导体器件1都至少具有被布置在第一侧101上的第一主电极151 以及被布置在第二侧102上的第二主电极152。特别地,根据本发明的半导体器件1可以是 所谓的"垂直"半导体器件。
[0128] 如以上所描述的,半导体器件1的漂移区118可以具有处于第一深度dl的掺杂电 荷重心,该第一深度dl被选择以使得dlll〈dl〈dlll+0. 37 4118。结果证明,这样的半导体 器件1具有优良的关闭表现,这基于计算机仿真而参考图20A、图20B和图20C而被论证。 在图20A、图20B和图20C中的每一个中,横坐标涉及时间t,左侧纵轴涉及二极管电流,并 且右侧纵轴涉及二极管电压。其标度相同以使得不同图中的曲线能够轻易地被比较。
[0129] 图20A涉及到具有净掺杂浓度恒定的漂移区的常规二极管。也就是说,掺杂电荷 重心位于漂移区的厚度的50%处。如能够看到的,常规二极管显示出了明显的振荡表现。
[0130] 图20B涉及根据本发明的二极管。其具有与图20A的二极管相同的结构,区别在 于在场停止区119中附加地嵌入了根据图3和图5的少数电荷载子递送结构。漂移区中的 掺杂物剂量与图20A的漂移区中的掺杂物剂量相同。也就是说,对应的漂移区的净掺杂浓 度的积分是相同的。
[0131] 图20C涉及根据本发明的二极管。其具有与图20A的二极管相同的结构,区别在 于处于第一深度处的漂移区的掺杂电荷重心被选择以使得dlll〈dl〈dlll+0. 37 · tll8。漂 移区中的掺杂物剂量与图20A的漂移区的的掺杂物剂量相同。也就是说,对应的漂移区的 净掺杂浓度的积分是相同的。
[0132] 图21针对25°C和125°C两个温度示出了具有净掺杂浓度恒定的漂移区的常规参 考二极管(被标记为"ref")与参考图16A至图16D所描述的根据本发明的二极管相比较 的阻塞特性,根据本发明的二极管的漂移区118的掺杂分布已经利用作为第一(双重)掺 杂物的硒以及作为第二(单一)掺杂物的磷而被产生。根据本发明的二极管的漂移区的净 掺杂浓度为使得第一深度大于〇并且小于漂移区在垂直方向所具有的厚度的37%。根据本 发明的二极管以及基准二极管的漂移区利用相同的剂量而被掺杂。也就是说,净掺杂浓度 在漂移区上的积分是相等的。
[0133] 曲线(al)涉及到处于125°C的根据本发明的二极管,曲线(a2)涉及到处于125°C 的参考二极管,曲线(bl)涉及到处于25°C的根据本发明的二极管,并且曲线(b2)涉及到处 于25 °C的参考二极管。
[0134] 如能够从图21所看到的,在这两个温度,根据本发明的二极管允许更高的反向阻 塞电压VR。
[0135] 最后,图22至图29图示了如以上所说明的半导体器件1的表现和属性。图22图 示了具有图2(曲线(a))、图10(曲线(b))和图11(曲线(C))的掺杂分布的半导体器件1 在半导体器件1阻塞时的电场,这是整流结111被反向偏置的时候。
[0136] 图23图示了各自具有净掺杂浓度恒定的漂移区的第一二极管和第二二极管的关 闭表现。与第二二极管(二极管电压U2和二极管电流12)相比,第一二极管(二极管电压 Ul和二极管电流II)附加地具有少数电荷载子递送结构121 (如图4中所示的p型掺杂的 岛)。在第一二极管和第二二极管被关闭时,二极管电流Il和12分别等于相应的二极管 的额定电流(20A)。图24示出了与图23相同的二极管的相同参数,然而,在二极管被关闭 时
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