基于SiC的超结半导体器件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及基于SiC的超结半导体器件。提出了一种半导体器件。该半导体器件包括：半导体主体，该半导体主体包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料；至少一个第一半导体区，该至少一个第一半导体区用第一导电性类型的掺杂剂掺杂，并且显示出沿着延伸方向延伸到半导体主体中的圆柱形状，其中至少一个第一半导体区的分别宽度沿着所述延伸方向连续地增加；包含在半导体主体中的至少一个第二半导体区，该至少一个第二半导体区邻近于至少一个第一半导体区布置，并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂掺杂。
【专利说明】
基于Si C的超结半导体器件
技术领域
[0001]该说明书涉及半导体器件的实施例和产生半导体器件的方法的实施例，例如二极管、MOSFET等的实施例以及产生此类产品的方法的实施例。特别地，该说明书涉及基于显示出比硅的相应掺杂剂扩散系数小的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料的半导体器件的实施例，例如涉及基于碳化硅的半导体器件的实施例以及涉及制造此类半导体器件的方法的实施例。
【背景技术】
[0002]汽车、消费和工业应用中的现代器件的许多功能(诸如转换电能和驱动电马达或电机)依赖于半导体器件。例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、二极管和类似器件已经被用于包含但不限于电源和功率转换器中的开关的各种应用。
[0003]为了改善此类半导体器件的开关性质和/或使用此类半导体器件的功率转换器的效率，已经介绍了所谓的超结结构。偶尔，具有此类超结结构的半导体器件也被称为“补偿器件”、“CoolMOS?器件”、“SJ器件”或“RESURF器件”。超结结构是电荷补偿结构。例如，借助于超结结构，可以将高电压MOSFET中的外延层中的电阻显著地减小，例如到小于原来的五分之一。
[0004]以足够的准确度、特别是以电荷补偿等级的足够准确度在半导体器件内产生超结结构(也称为“补偿结构”)一般而言是具有挑战性的。如果半导体主体材料的扩散系数是相当小的，则产生准确的超结结构变得更加具有挑战性。
【发明内容】
[0005]根据实施例，提出了一种半导体器件。该半导体器件包括半导体主体，该半导体主体包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料。该半导体器件进一步包括至少一个第一半导体区，该至少一个第一半导体区用第一导电性类型的掺杂剂掺杂并且显示出沿着延伸方向延伸到半导体主体中的圆柱形状，其中，该至少一个第一半导体区的分别宽度沿着所述延伸方向连续地增加。该半导体器件还包括被包含在半导体主体中的至少一个第二半导体区，该至少一个第二半导体区被布置成邻近于该至少一个第一半导体区，并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂掺杂。
[0006]根据另一实施例，提出了进一步半导体器件。该进一步半导体器件包括:半导体主体，该半导体主体包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料;包括在半导体主体中的至少一个第一半导体区，该至少一个第一半导体区用第一导电性类型的注入掺杂剂掺杂并且显示出沿着延伸方向延伸到半导体主体中的圆柱形状；包含在半导体主体中的至少一个第二半导体区，该至少一个第二半导体区被布置成邻近于该至少一个第一半导体区，并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的注入掺杂剂掺杂，其中，第一半导体区与第二半导体区之间的在垂直于延伸方向的方向上的过渡在半导体器件的垂直横截面中至少沿着第一半导体区沿着延伸方向的总延伸的50%形成直线。
[0007]根据又一实施例，提出一种产生半导体器件的方法。该方法包括:提供半导体主体，该半导体主体包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料;在半导体主体中产生用第一导电性类型掺杂的至少一个第一半导体区，其中，产生该至少一个第一半导体区包含施加第一注入离子的第一注入;在半导体区中产生至少一个第二半导体区，该至少一个第二半导体区邻近于该至少一个第一半导体区并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂掺杂，其中，产生该至少一个第二半导体区包含施加第二注入离子的第二注入。
[0008]本领域的技术人员在阅读以下详细描述时以及在观察附图时将认识到附加特征和优点。
【附图说明】
[0009]图中的部件不一定按比例，而是将重点放在图示出本发明的原理上。此外，在图中，相同的参考标号指定相应部件。在附图中:
图1示意性地图示根据一个或多个实施例的半导体器件的垂直横截面的部段；
图2示意性地图示根据一个或多个实施例的半导体器件的第一半导体区的垂直横截面的部段；
图3A-3C示意性地图示根据一个或多个实施例的产生半导体器件的方法；
图4A-4C示意性地图示根据一个或多个实施例的产生半导体器件的方法；
图5A-5B示意性地图示根据一个或多个实施例的产生半导体器件的方法的注入步骤； 图6示意性地图示根据一个或多个实施例的能量扩散器组件的垂直横截面的部段；
图7A-7D示意性地图示产生半导体器件的方法；
图8A-8D示意性地图示产生半导体器件的方法。
【具体实施方式】
[0010]在以下详细描述中，对附图进行参考，其构成本申请的一部分，并且其中以图示的方式示出了其中可实践本发明的特定实施例。
[0011 ]在这方面，参考所描述的图的取向而使用方向术语，诸如“顶部”、“底部”、“下面”、“前面”、“后面”、“背面”、“前”、“后”等。由于实施例的部件可以以许多不同的取向来定位，所以该方向术语被用于图示的目的而绝不是限制性的。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可利用其它实施例或者可以进行结构或逻辑改变。因此不应在限制性意义上理解以下详细描述，并且由所附权利要求来定义本发明的范围。
[0012]现在将详细地对在附图中图示其一个或多个示例的各种实施例进行参考。每个示例以解释的方式提供，并且并不意味着是本发明的限制。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可以在其它实施例上或者与连同其它实施例使用以产生又一实施例。意图是本发明包含这样的修改和变型。使用不应被理解为限制所附权利要求的范围的特定语言来描述示例。附图并未按比例而仅仅用于图示性目的。为了清楚起见，如果没有另外陈述，在不同的图中通过相同附图标记来指定相同元件或制造步骤。
[0013]如在该说明书中使用的术语“水平”意图描述基本上平行于半导体基底或半导体区的水平表面的取向。这可以是例如晶片或管芯的表面，例如半导体主体的表面。
[0014]如在该说明书中使用的术语“垂直”意图描述基本上垂直于水平表面布置的取向，即平行于半导体基底或半导体区的表面的法线方向。
[0015]在该说明书中，p掺杂被称为“第一导电性类型”，同时η掺杂被称为“第二导电性类型”。替换地，可以采用相反的掺杂关系，使得第一导电性类型可以η掺杂且第二导电性类型可以是P掺杂。例如，第一导电性类型的掺杂剂可以是受主，并且第二导电性类型的掺杂剂可以是施主。替换地，第一导电性类型的掺杂剂可以是施主，并且第二导电性类型的掺杂剂可以是受主。
[0016]进一步，在该说明书内，术语“掺杂浓度”可以指的是整体掺杂浓度或者分别地平均掺杂浓度或特定半导体区的片电荷载流子浓度。因此，例如，说特定半导体区展示出与另一半导体区的掺杂浓度相比较高或较低的某个掺杂浓度的陈述可指示所述半导体区的分别平均掺杂浓度彼此不同。
[0017]在该说明书中描述的特定实施例关于(但不限于此)单片集成功率半导体器件，例如可在电功率转换器中使用的单片集成功率半导体器件。
[0018]如在该说明书中使用的术语“功率半导体器件”意图描述具有高电压阻断和开关和/或高电流载送和开关能力的单个芯片上的半导体器件。换言之，所述功率半导体器件意图用于通常在例如达到几安培的安培范围内的高电流和/或典型地在50V以上、更典型地200V和更高以上的高电压。
[0019]在本说明书的上下文中，术语“进行欧姆接触”、“进行电接触”、“进行欧姆连接”以及“被电连接”意图描述在半导体器件的两个区、部段、部或部分之间或者在一个或多个器件的不同端子之间或者在端子或金属化件或电极与半导体器件的部或部分之间存在低欧姆电连接或低欧姆电流路径。进一步，在本说明书的上下文中，术语“进行接触”意图描述在分别半导体器件的两个元件之间存在直接物理连接;例如，相互进行接触的两个元件之间的过渡可不包含进一步中间元件等。
[0020]图7Α至图7D示意性地图示产生半导体器件71的方法。半导体器件71可包括半导体基座区711和在半导体基座区711的顶部上的掺杂半导体区712。例如，半导体基座区711和掺杂半导体区712两者都是基于硅。进一步，掺杂的半导体区712可以是η掺杂区。该掺杂半导体区712可以是外延η掺杂层，其包括处于分别气泡形状的第一区72和第二区73。例如，第二气泡73是P掺杂的且第一气泡72是η掺杂的。气泡72和73可以通过执行离子注入而产生。在图7Β中图示的下一步骤中，可在掺杂半导体区712的顶部上产生进一步未掺杂或弱掺杂的外延层713。在这些未掺杂或弱掺杂的外延层713中的每一个内，可以通过执行分别注入步骤74并且通过在最上层713的表面上布置掩膜714来产生进一步第一气泡73和第二气泡72。可重复这些步骤直至已经实现如在图7C中示意性地图示的结构为止。在图7D中示意性地图示的最后步骤中，可以通过执行大范围热扩散工艺将定位在相互之上的多个气泡合并成分别第一圆柱半导体区75和分别第二圆柱半导体区76。
[0021]根据图7Α至7D中图示的方法，在半导体器件71内建立超结结构。由于产生半导体器件71的该方法包括产生多个外延层712和713并且执行多个注入步骤74，所以该方法也被称为“多外延生长多注入工艺”。由于为了将相互垂直地间隔开的多个气泡合并而执行的热扩散工艺(参考图7C)，还可以观察到注入区(即气泡)的横向延伸。这样的横向延伸可导致由分别圆柱半导体区75和76与外延层712和713之间的过渡限定的结区域的相对高的波度。然而，这样的高波度可损害半导体器件71的性能。例如，这样的高波度可导致半导体器件71的相对高的通态电阻。
[0022]在图8A至图8D中示意性地图示产生具有超结结构的半导体器件的另一方法。该方法可以被称为“沟槽外延生长填充工艺”。例如，在具有半导体基座区811和掺杂的半导体区812的半导体器件81中产生超结结构。掺杂的半导体区812可以是η掺杂半导体区。在第一步骤中，可以在掺杂的半导体区812的顶部上布置掩膜83，并且可在掺杂的半导体区812内形成一些空沟槽82(参考图SB)。在后续步骤中，可用沟槽填充材料84(其可以是P掺杂半导体材料)来填充沟槽82。在图8D中示意性地图示的下一步骤中，可执行化学机械抛光(CMP )以便去除掩膜83和沟槽填充材料84的突出部分。尽管在沟槽外延生长填充工艺内可避免执行热扩散步骤，施加选择性外延生长以便填充所述沟槽82可包括相对高的散射。因此，半导体器件81可显示出相对高的补偿散射，这可降低半导体器件81的性能。例如，所述散射可导致半导体器件81的相对高的通态电阻。
[0023]图1示意性地图示根据一个或多个实施例的半导体器件I的垂直横截面的部段。半导体器件I包括半导体主体11，其中，半导体主体11包含显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料。
[0024I例如，半导体主体材料包括碳化娃、氮化镓、氮化招或显示出比娃的相应掺杂剂扩散系数低至少两个数量级的掺杂剂扩散系数的另一半导体材料中的至少一个。
[0025]在实施例中，可在可应用的处理温度下确定所述掺杂剂扩散系数。例如，碳化硅可显示出在1700°C至1800°C范围内的注入后退火温度，在硅的情况下，这样的注入后退火温度可低于1700°C，诸如近似1100°C。
[0026]进一步，半导体主体11可以是碳化硅半导体主体、氮化镓半导体主体、氮化铝半导体主体等。
[0027]掺杂剂扩散系数可以是受主扩散系数或施主扩散系数。
[0028]例如，半导体主体11的半导体主体材料显示出小于10—13CmVs或小于10—14CmVs或者甚至小于10—15cm2/s的施主扩散系数，例如在碳化硅作为半导体主体材料的情况下在例如1800 0C的可应用的处理温度下分别确定。
[0029]半导体主体材料还可以显示出小于10—13CmVs或小于10—14或者甚至小于10—15cm2/S的受主扩散系数，例如在碳化硅作为半导体主体材料的情况下在例如1800°C的可应用的处理温度下分别确定。
[0030]半导体器件I进一步包括被包含在半导体主体11中的第一半导体区111-1和111-
2。尽管图1示意性地图示半导体器件I包含两个第一半导体区111-1和111-2，应理解的是半导体器件I还可包含这样的第一半导体区中的仅一个，例如仅第一半导体区111-1或第一半导体区111-2或者分别地多于两个第一半导体区。
[0031]可以用第一导电性类型的掺杂剂来掺杂第一半导体区111-1和111-2。例如，用受主来掺杂第一半导体区111-1和111-2。然而，用相同掺杂剂来掺杂所有的第一半导体区111-1和111-2并不是要求。例如，用所述第一导电性类型的掺杂剂来掺杂第一半导体区111-1并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂来掺杂第二半导体区111-2是可能的。
[0032]例如，第一半导体区111-1和111-2可每个显示出沿着延伸方向B延伸到半导体主体11中的圆柱形状。第一半导体区111-1和111-2的分别宽度D沿着所述延伸方向B连续地增加，这将在下面相对于图2更详细地解释。
[0033]例如，沿着所述延伸方向B的所述连续增加宽度D可组成第一半导体区111-1和111 -2中的每一个的所述圆柱形状。
[0034]应理解的是第一半导体区111-1和111-2中的每一个还可向基本上垂直于所述延伸方向B、基本上垂直于所述宽度D且基本上平行于半导体主体11的表面11-1的横向方向上延伸，例如甚至比在所述延伸方向B上的总延伸部分更远。由此，第一半导体区111-1和111-2中的每一个可进一步显示出长条形状。此外，在本说明书的意义上，应将第一半导体区111-1和111-1的这样的形状视为是圆柱形状。
[0035]例如，第一半导体区111-1和111-2中的至少一个在第一垂直横截面中显示出所述圆柱形状，例如，如在图1至图4C中的每一个中示意性地图示。进一步，第一半导体区111-1和111-2中的所述至少一个可同时地在垂直于所述第一垂直截面的第二 (未图示)垂直横截面中)显示出所述长条形状。
[0036]半导体器件I进一步包含被包含在半导体主体11中的至少一个第二半导体区112，其中，第二半导体区112被邻近于第一半导体区111-1和111-2布置。第二半导体区112可与第一半导体区111-1和111-2接触。第二半导体区1112用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂掺杂。例如，用施主来掺杂第二半导体区112。
[0037]例如，在一侧上的第一半导体区111-1和111-2两者和在另一侧上的第二半导体区112可具有相当的掺杂浓度以便实现所需的电荷平衡。
[0038]在实施例中，选择第二半导体区112的掺杂浓度，使得半导体器件I显示出足够低的通态电阻，从而允许有低传导损耗。进一步，可根据第二半导体区112的掺杂浓度来选择第一半导体区111-1和111-2中的每一个的掺杂浓度，以便实现所述所需的电荷平衡，例如所需程度的补偿，从而允许有半导体器件I的低开关损耗。例如，第一半导体区111-1和111-2中的每一个的掺杂浓度与第二半导体区112的掺杂浓度基本上相同。
[0039]根据实施例，沿着所述延伸方向B的所述第一半导体区111-1和111-2中的至少一个的掺杂浓度至少沿着第一半导体区111-1和111-2中的所述至少一个的总延伸部分的10%，例如所述延伸方向B上的至少沿着0.3μ??、至少沿着Ιμ??或至少沿着2μπ?或至少沿着3μ??或者甚至沿着多于3μπι，从固定值偏离小于50%、或小于30%、或小于20%、或小于10%、或者甚至小于5%。进一步，在所述延伸方向B上的第一半导体区111-1和111-2中的所述至少一个的给定深度处，掺杂浓度在所述给定深度处沿着宽度D的至少80%、至少90%或者沿着至少95%可以是基本上恒定的。
[0040]例如，所述固定值可以是存在于第一半导体区111-1和111-2中的所述至少一个内的掺杂浓度的最大值或平均值或者分别地存在于第二半导体区1112内的掺杂浓度的最大值或平均值。
[0041 ] 例如，已经通过至少施加第一注入离子的第一注入来产生第一半导体区111-1和111-2。并且，可已经通过至少施加第二离子注入的第二注入来产生第二半导体区112。
[0042]换言之，第一半导体区111-1和111-2可以是包括用第一导电性类型的注入掺杂剂掺杂的半导体主体材料的半导体区，并且包含在半导体主体11中的第二半导体区112可以是包括用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的注入掺杂剂掺杂的半导体主体材料的半导体区。
[0043]例如，第一半导体区111-1和111-2以及第二半导体区112形成具有超结结构的漂移体积。例如，半导体器件I的这样的漂移体积可以是基于碳化硅的功率MOSFET或另一半导体器件的部分。
[0044]在垂直于延伸方向B的方向上的第一半导体区111-1和所述第二半导体区112之间的过渡形成结区域111-13。相应地，在垂直于延伸方向B的方向上的第一半导体区111-2与第二半导体区112之间的过渡形成另一结区域111-23。结区域111-13和111-23两者可显示出相对低的波度。
[0045]例如，第一半导体区111-1的所述宽度D可由相对结区域111-13之间的距离限定，并且另一半导体区111-2的宽度D可由相对结区域111-23之间的距离限定。
[0046]在图1和2中图不的垂直横截面中，在一侧上的第一半导体区111-1、111-2之间的所述结区域111-13和111-23和在另一侧上的第二半导体区112表现为线。例如，所述线是沿着延伸方向B达到分别第一半导体区111-1、111-2的总延伸部分的至少50%的直线。线可以是达到所述总延伸部分的多于50%，诸如所述总延伸部分的多于60%、多于75%、多于95%或者甚至多于98%的直线。相应地，所述结区域111-13和111-23可针对所述总延伸部分的多于50%显示出低波度，诸如针对所述总延伸部分的多于60%、多于75%、多于98%或者甚至多于98%。将相对于图2更详细地解释低波度的方面。
[0047]图2示意性地图示包含在图1中所示的半导体器件I的半导体主体11中的第一半导体区111-1的垂直横截面的部段。为了简化描述，与图1中的图示相比，以90°旋转图示出半导体区111-1。第一半导体区111-1包括近端111-11和远端111-12。近端111-11是相对于表面11-1的最近端且远端111-12是距离表面11-1最远端。相应地，进一步第一半导体区111-2还包括近端111-21和远端111-22。
[0048]第一半导体区111-1的近端111-11显示出近侧宽度dl且远端显示出远侧宽度d2。沿着第一半导体区111-1的所述延伸方向B的所述近端111-11与所述远端111-12之间的每隔一个位置处的宽度D大于近侧宽度dl而小于远侧宽度d2。
[0049]例如，沿着所述延伸方向B的第一半导体区111-1的宽度D的变化率是正的。进一步，根据实施例，所述变化率是基本上恒定的。由此，可形成显示出低波度的所述结区域111-13或者分别地相对于垂直横截面而言的所述直线。
[0050]因此，在本说明书的范围内，明确表达“直线”可表示所述宽度D的变化率，即沿着延伸方向B的所述宽度D的增加，沿着所述延伸方向B是基本上恒定的。相反地，根据包含热扩散步骤(在图7A至7D中示意性地图示)的多外延生长多注入工艺已经产生的圆柱半导体区75和76的宽度的变化率改变，并且沿着延伸方向可以是正的和负的。因此，由分别圆柱半导体区75和76与外延层712和713之间的过渡限定的结区域的波度是相对高的，并且在垂直横截面中，并未由所述过渡形成直线，而是形成显示出相对高波纹的波纹状线。
[0051 ]例如，第一半导体区111-1的分别宽度的变化率由延伸角给定，其中，延伸角β与所述延伸方向β与所述结区域111-13的虚拟交叉点处的交叉角相同。例如，该延伸角β在从
0.1°至10°范围内，诸如近似3°。进一步，延伸角β可以沿着第一半导体区111-1的整个延伸部分是基本上恒定的。
[0052]如图1和图2中图示的，延伸方向B基本上垂直于半导体主体11的表面11-1，使得第一半导体区111-1和111-2垂直地延伸到半导体主体11中。
[0053]图3A至图3C和图4A至图4C示意性地图示根据一个或多个实施例的产生半导体器件的方法，例如产生在图1中示意性地图示的半导体器件I的方法。
[0054]在图3A和图4A中图示的第一步骤中，提供了半导体主体11，其中，半导体主体11包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料。上文已经给出了半导体主体11的半导体主体材料的这样的掺杂剂扩散系数的示例性值。例如，半导体主体11可以是碳化硅半导体主体、氮化镓半导体主体、氮化铝半导体主体等。
[0055]提供的半导体主体11可包括可以是高掺杂的半导体区的基座区11-3。在执行所述注入31和32之前，半导体主体11可包括最初未掺杂或弱掺杂的区11-2。例如，最初未掺杂或弱掺杂的区1102是碳化硅层、氮化镓层、氮化铝层或另一半导体材料层中的一个，该另一半导体材料例如在可应用的处理温度下相比显示出比硅的相应掺杂剂扩散系数低至少两个数量级的掺杂剂扩散系数。例如，执行第一注入31，从而在另外未掺杂或弱掺杂的半导体区
I1-2中产生第一半导体区111-1和111-2。
[0056]在图3A和3B中图示的下一步骤中，在半导体主体11中产生第一半导体区111-1和
II1-2。如相对于图1已解释的，产生仅一个第一半导体区(诸如第一半导体区111-1)可以是足够的。替换地，可在所述产生步骤内产生沿着垂直于所述延伸方向B的横向延伸部分分布的多于两个第一半导体区111-1和111-2。
[0057]产生第一半导体区111-1和111-2可包含施加第一注入离子的第一注入31。例如，第一注入离子可包括受主，使得第一半导体区111-1和111-2变成P掺杂。
[0058]在图3B和3C中示意性地图示的后续步骤中，在半导体主体11内且邻近于第一半导体区111-1和111-2产生第二半导体区112。产生第二半导体区112可包含施加第二注入离子的第二注入32 ο例如，第二注入离子可包括受主，使得第二半导体区112变成η掺杂的。
[0059]换言之，可借助于注入来产生第一半导体区111-1和111-2以及第二半导体区112两者。可通过注入将施主和受主两者引入到半导体主体11中。
[0060]产生的第一半导体区111-1和111-2以及产生的第二半导体区112可形成显示出超结结构的漂移区11-4。由第二半导体区112形成的漂移区11-3以及第一半导体区111-1和111-2可以与基座区11-3接触。该基座区11-3可以是相对高掺杂的半导体区。基座区11-3可显示出比第二半导体区112的掺杂浓度更高的掺杂浓度。
[0061]例如，执行所述第一注入31，使得第一半导体区111-1显示出沿着延伸方向B延伸到半导体主体11中的圆柱形状，其中，第一半导体区111-1的宽度D沿着所述延伸方向(B)连续地增加，如也在图1和图2中示意性地图示的。为此，可以用第一掩膜35-1来掩蔽半导体主体11的表面11-1，其中，可以在用第一掩膜35-1掩蔽表面11-1的同时施加所述第一注入31。第一掩膜35-1可限定第一半导体区111-1和111-2的延伸轮廓。
[0062]例如，第一掩膜35-1包括相互间隔开从而限定允许第一注入离子进入半导体主体11的第一开口 35-12的第一掩膜元件35-11。
[0063]在已经执行第一注入31之后，可以在执行第二注入32之前去除第一掩膜35-1，如在图3Β中示意性地图示的。例如，如图4Β中所示，在执行第二注入32之前，可以用第二掩膜35-2来掩蔽半导体主体11的表面11-1，其中，可以在用第二掩膜35-2掩蔽表面11-1的同时施加第二注入32。例如，第二掩膜35-2显示出与第一掩膜35-1的结构基本上互补的结构。第二掩膜元件35-21可以本质上位于第一开口35-12的区域中，从而限定允许第二注入离子进入半导体主体11的第二开口 35-22。
[0064]图4A至4C中所图示的方法类似于图3A至3C中所图示的方法，并且上文已相对于图3A至3C所述的内容同样地应用于图4A至4C。然而，根据图4A至4C中所图示的方法，提供的半导体主体11包含邻近于基座区11-3的进一步掺杂层11-5。例如，该掺杂层11-5用可以是施主的第二导电性类型的掺杂剂掺杂。进一步，在执行所述第二注入32之前，用所述第二掩膜35-2掩蔽半导体主体11的表面11-1。与图3A-3C中示意性地图示的方法相比，在掩膜35-2处于半导体主体11的表面11-1上的同时执行第二注入32之后在第二半导体区112与第一半导体区111-1和111-2之间仍可能保留一些未掺杂或弱掺杂的区11-2，如在图4C中示意性地图示的。
[0065]产生半导体器件I的方法可进一步包括将能量扩散器组件33定位于注入装置(未示出)与半导体主体11之间。这样的能量扩散器组件33在图34、44中、图38、48中、图5六中且更详细地在图6中示意性地图示。
[0066]能量扩散器组件33可被配置成用于接收注入离子和用于输出接收到的注入离子，使得输出注入离子与其进入能量扩散器组件33时的能量相比显示出减少的能量。能量扩散器组件可显示出一种结构，使得分别的能量减少量取决于进入能量扩散器组件33的点和/或角度，这将在下面相对于图5A更详细地进行解释。
[0067]可以执行施加第一注入31和第二注入32，使得第一注入离子和第二注入离子中的至少一个在进入半导体主体11之前横穿能量扩散器组件33。例如，能量扩散器组件在执行第一注入31和第二注入32两者同时位于注入装置(未示出)和半导体主体11之间。因此，在该实施例中，第一注入离子和第二注入离子在进入半导体主体11之前横穿该能量扩散器组件33。
[0068]可将能量扩散器组件33沉积在半导体主体11的表面11-1上或者分别地在所述第一掩膜35-1上或者在所述第二掩膜35-2上。替换地，能量扩散器组件33可位于与半导体主体11分开例如若干mm的距离处，诸如在Imm至1mm范围内，例如5_。
[0069]能量扩散器组件33可包含能量扩散器材料，其中，能量扩散器材料可包括硅、二氧化硅、铝、碳化硅、石墨、碳、钨、钼、铅、钛、铜中的至少一个。例如，能量扩散器组件33可包括由诸如硅之类的单晶材料制成的扩散器元件332-1至332-4。例如，保持小的扩散器元件332-1至332-4的尺寸，使得可确保用于基本上均匀掺杂浓度分布的离子束的足够大的横向延伸。
[0070]例如，用在从500 keV至12 MeV范围内的注入能量来执行第一注入和/或第二注入。
[0071 ] 图5A和5B示意性地图示可在图3A至图4C中示意性地图示的方法内执行的注入步骤。如上文已阐述的，可将能量扩散器组件33定位于用于执行所述第一注入31和/或所述第二注入32的注入装置与半导体主体11之间。能量扩散器组件33(在图6中示意性地图示其垂直横截面)可包括支撑层331和安装在其上面的扩散器结构332。例如，扩散器结构332包括可相互均匀地间隔开距离A的多个扩散器元件332-1至332-4。例如，扩散器元件332-1至332-4每一个显示出具有倾斜角α的金字塔形状。作为金字塔形状的替代，扩散器元件332-1至332-4还可显示出棱柱形状，诸如三面体棱镜。
[0072]相对于图5A，应考虑两个离子36-1和36-2的两个不同路径:第一离子36-1在基本上垂直于支撑层331的接收器侧331-1的方向上接近于能量扩散器组件33。第一离子36-1在第一进入点33-1处进入能量扩散器组件33。当进入能量扩散器组件33时，第一离子36-1显示出通过图5A中的粗体箭头示意性地图示的能量El。第一离子36-1精确地在两个相邻能量扩散器元件、例如能量扩散器元件332-1和332-2之间穿过能量扩散器组件33。因此，第一离子36-1的能量的减少是相对小的。在已穿过能量扩散器组件33之后，第一离子36-1显示出减少的能量E1’。然后，第一离子36-1进入半导体主体11并且到达半导体主体11内的延伸深度b2。
[0073]相反地，遵循第二路径37-2的第二离子36-2在第二进入点33-2处进入能量扩散器组件33，使得其穿过整个扩散器元件，诸如扩散器元件332-3。在进入能量扩散器组件33之前，第二离子36-2显示出能量E2，如在图5A中用粗体箭头示意性地图示的。在已通过整个扩散器元件穿过能量扩散器组件33之后，第二离子36-2的能量被显著地减少，如在图5A中用短粗体箭头指示的。例如，在已穿过能量扩散器组件33之后，第二离子36-2显示出能量E2 ’。然后，第二离子36-2进入半导体主体11并仅到达延伸深度bl。延伸深度bl与延伸深度b2相比明显较小。
[0074]在图5A中，图示两个极端情况:由能量扩散器组件33针对第一离子36-1诱发的能量减少可以是可能的最小能量减少，因为第一离子36-1本质上并不跨过扩散器结构332的扩散器元件。相反地，针对第二离子36-2诱发的能量减少可以是最大能量减少，因为第二离子36-2进入能量扩散器组件，使得其完全穿过扩散器元件。换言之，遭遇最小能量减少的第一注入离子可限定第一半导体区111-1的所述远端111-12，并且遭遇最大能量减少的第一注入离子可限定第一半导体区111-1的所述近端111-11，如在图1和图2中示意性地图示的。
[0075]由于能量扩散器组件33，穿过能量扩散器组件的注入离子可到达半导体主体11内的不同延伸深度。这可允许例如针对第一半导体区111-1和111-2实现基本上均匀的浓度轮廓Cl，如在图5B中示意性地图示的。换言之，如果在能量扩散器组件33位于半导体主体11与注入装置(未示出)之间的同时执行所述第一注入31，则第一半导体区111-1和111-2中的掺杂浓度沿着所述延伸方向B可以是基本上均匀的。
[0076]产生半导体器件的上述方法可允许在显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料中产生超结结构。例如，产生所述超结结构不包括执行热扩散步骤。
[0077]然而，应注意的是通过执行所述第一注入和所述第二注入来产生半导体器件的上述方法，可逐层地进行，例如以相对于图7A至7C示例性地解释的方式。例如，通过逐层地进行，可以产生相对深的第一半导体区。针对每一个层，可借助于一个或多个单独注入来注入第一注入离子和第二注入离子两者。这样的单独注入步骤中的每一个可包括使用单独能量扩散器组件、单独注入剂量和/或单独注入能量。例如，根据注入能量，可能适合于针对半导体主体的3至8个外延层重复所述第一注入和所述第二注入。针对底层，还可以借助于施加高能量注入来加宽浓度轮廓，从而避免针对这样的底层使用单独的能量扩散器组件。进一步，可执行所述单独注入，使得分别第一半导体区沿着当前被处理的分别层的整个深度延伸。由此，可以避免执行热扩散，因为相邻层的第一半导体区已相互接触。因此，可在半导体主体内实现许多掺杂轮廓。
[0078]进一步，为了改善雪崩稳健性，可能的是引入仅沿着所述所述延伸方向轻微延伸的一个或多个进一步掺杂区。借助于这样的进一步掺杂区，可实现电场的垂直分布的专用峰值。
[0079]另外，可以以类似方式在一侧上的由所述第一半导体区和第二半导体区形成的所述漂移区与另一侧上的高度掺杂的基底之间引入场阻止层。这样的场阻止层可改善半导体器件的稳健性和/或宇宙辐射稳健性。
[0080]上文提出的方法可适合于在垂直概念内和横向概念内两者建立超结结构。
[0081]诸如“下面”、“以下”、“下”、“之上”、“上”等空间相对术语为了便于描述而被用来解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语意图涵盖除与图中所描绘的那些不同取向之外的分别的器件的不同取向。进一步，还使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各种元件、区、部段等，并且其也不意图是限制性的。相同的术语遍及描述指代相同元件。
[0082]如本文所使用的术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”、“显示出”等是开放式术语，其指示所述元件或特征的存在，但不排除附加元素或特征。如本文所使用的冠词“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。
[0083]着眼于上述变化和应用范围，应理解的是本发明不受前文描述的限制，也不受附图的限制。替代地，本发明仅仅受到以下权利要求及其法定等价物的限制。
【主权项】
1.一种半导体器件(I)，包括: -半导体主体(11)，所述半导体主体(11)包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料； -至少一个第一半导体区(I 11-1、111-2)，所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)用第一导电性类型的掺杂剂掺杂，并且显示出沿着延伸方向(B)延伸到半导体主体(11)中的圆柱形状，其中，所述至少一个第一半导体区(111-1、111_2)的分别宽度(D)沿着所述延伸方向(B)连续地增加； -包含在半导体主体(11)中的至少一个第二半导体区(112)，所述至少一个第二半导体区(112)被邻近于所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)布置，并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂掺杂。2.权利要求1的半导体器件(1)， 其中，所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)包括显示出近侧宽度(dl)的近端(111-11、111-21)和显示出远侧宽度(d2)的远端(111-12、111-22)，并且其中，沿着所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)的所述延伸方向(B)的所述近端(111-11、111-21)与所述远端(111-12、111-22)之间的每隔一个位置处的宽度(D)大于近侧宽度(dl)而小于所述远侧宽度(d2)。3.权利要求1或2的半导体器件(1)， 其中，所述至少一个第一半导体区(111 -1、111 -2 )的分别宽度(D )的变化率由延伸角(β)给定，所述延伸角(β)与所述延伸方向(B)和所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)的结区域(111-13、111-23)的虚拟交叉点处的交叉角相等。4.权利要求3的半导体器件(1)， 所述延伸角(β)在从0.1°至10°范围内。5.—种半导体器件(I)，包括: -半导体主体(11)，所述半导体主体(11)包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料； -包含在半导体主体(11)中的至少一个第一半导体区(111-1、111-2)，所述至少一个第一半导体区(111-U111-2)用第一导电性类型的注入掺杂剂掺杂，并且显示出沿着延伸方向(B)延伸到半导体主体(11)中的圆柱形状； -包含在半导体主体(11)中的至少一个第二半导体区(112)，所述至少一个第二半导体区(112)被邻近于所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)布置，并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的注入掺杂剂掺杂，其中，在垂直于延伸方向(B)的方向上的第一半导体区(111-1、111-2)和第二半导体区(112)之间的过渡在半导体器件(I)的垂直横截面中至少沿着第一半导体区(111-1、111-2)沿着延伸方向(B)的总延伸部分的50%形成直线(111-13；111-23)ο6.前述权利要求中的任一项的半导体器件(I)， 其中，沿着所述延伸方向(B)的第一半导体区(111-1、111-2)的掺杂浓度至少沿着所述第一半导体区(111 -1、111 -2 )的总延伸部分的10%与固定值偏离小于30%。7.前述权利要求中的任一项的半导体器件(I)， 其中，半导体主体材料的掺杂剂扩散系数是受主扩散系数或施主扩散系数。8.前述权利要求中的任一项的半导体器件(I)， 其中，半导体主体(11)的半导体主体材料包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、具有比硅的相应掺杂剂扩散系数低至少两个数量级的掺杂剂扩散系数的半导体材料中的至少一个。9.前述权利要求中的任一项的半导体器件(I)， 其中，所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)通过至少施加第一注入离子的第一注入(31)已经产生，并且其中，所述至少一个第二半导体区(112)通过至少施加第二注入离子的第二注入(32)已经产生。10.前述权利要求中的任一项的半导体器件(I)， 其中，所述至少一个第一半导体区(Ill-Ul11-2)和所述至少一个第二半导体区(112)形成显示出超结结构的漂移体积(11-4)。11.一种产生半导体器件(I)的方法，所述方法包括: -提供半导体主体(11)，该半导体主体(11)包括显示出小于硅的相应掺杂剂扩散系数的掺杂剂扩散系数的半导体主体材料； -在半导体主体(11)中产生用第一导电性类型的掺杂剂掺杂的至少一个第一半导体区(111-1、111-2)，其中，产生所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)包括施加第一注入离子的第一注入(31); -在半导体主体(11)中产生邻近于所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)并且用与第一导电性类型互补的第二导电性类型的掺杂剂掺杂的至少一个第二半导体区(112)，其中，产生所述至少一个第二半导体区(112)包括施加第二注入离子的第二注入(32)。12.权利要求11的方法，进一步包括: -将能量扩散器组件(33)定位于注入装置与半导体主体(11)之间，所述能量扩散器组件(33)被配置成用于接收注入离子并且用于输出接收到的注入离子，使得输出注入离子与其进入能量扩散器组件33时的能量相比显示出减少的能量，其中，分别的能量减少量取决于进入能量扩散器组件(33)的点和/或角度； -施加所述第一注入(31)和所述第二注入(32)，使得所述第一注入离子和所述第二注入离子中的至少一个在进入半导体主体(11)之前穿过能量扩散器组件(33)。13.权利要求11或权利要求12的方法，进一步包括: -用第一掩膜(35-1)掩蔽半导体主体(11)的表面(11-1)，其中，在用第一掩膜(35-1)掩蔽表面(11-1)的同时施加所述第一注入(31)。14.权利要求13的方法，进一步包括: -在施加所述第二注入(32)之前去除所述第一掩膜(35-1)。15.权利要求13或权利要求14的方法，进一步包括: 用第二掩膜(35-2)来掩蔽半导体主体(11)的表面(11-1)，其中，在用第二掩膜(35-2)掩蔽表面(11-1)的同时施加所述第二注入(32)，第二掩膜(35-2)显示出与第一掩膜(35-1)的结构互补的结构。16.权利要求12或权利要求12和13或权利要求12和15的方法，还包括: -在半导体主体(11)上或者分别地在所述第一掩膜(35-1)上或者分别地在所述第二掩膜(35-2)上沉积能量扩散器材料用于产生所述能量扩散器组件(33)，所述能量扩散器材料包括硅、二氧化硅、铝、碳化硅、石墨、碳、钨、钼、钛、铅、铜中的至少一个。17.前述权利要求11至16中的任一项的方法， 其中，半导体主体(11)的半导体主体材料包括碳化硅、氮化镓、氮化铝、显示出比硅的相应掺杂剂扩散系数低至少两个数量级的掺杂剂扩散系数的半导体材料中的至少一个。18.前述权利要求11至17中的任一项的方法， 其中，所述半导体主体(11)包括最初未掺杂或弱掺杂的区(11-2)，并且其中，所述至少一个第一半导体区(111-1、111_2)和所述至少一个第二半导体区(112)是在所述最初未掺杂或弱的掺杂区(11-2)内产生的。19.权利要求18的方法， 其中，所述最初未掺杂或弱掺杂的区(11-2)是碳化硅层、氮化镓层、氮化铝层或半导体材料层中的一个，所述半导体材料显示出比硅的相应掺杂剂扩散系数低至少两个数量级的掺杂剂扩散系数。20.前述权利要求11至19中的任一项的方法， 其中，施加所述第一注入(31)和所述第二注入(32)用于借助于所述至少一个第一半导体区(111-1、111-2)和所述至少一个第二半导体区(112)在半导体主体(11)内建立超结结构。
【文档编号】H01L29/06GK105870162SQ201610078275
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】W.扬切尔, R.鲁普, H-J.舒尔策, W.舒斯特雷德, H.韦伯
【申请人】英飞凌科技股份有限公司