具有包括场区带的终止结构的半导体器件以及制造方法技术

本发明专利技术涉及具有包括场区带的终止结构的半导体器件以及制造方法。在碳化硅衬底的终止区中，通过离子注入来形成场区带，其中通过横向调制通过离子注入进入碳化硅衬底的掺杂剂的分布，将场区带中的水平净掺杂剂分布设定成在至少200 nm内从最大净掺杂剂浓度Nmax降至Nmax/e，其中e表示欧拉数。该场区带与漂移层形成第一pn结。

【技术实现步骤摘要】
具有包括场区带的终止结构的半导体器件以及制造方法
技术介绍
垂直功率半导体器件控制在半导体管芯的背面上的第二负载电极与在前侧处的第一负载电极之间的负载电流流动。在断开状态中，阻断电压跨在前侧处的第一负载电极与背面上的第二负载电极之间的半导体管芯垂直地下降，并且跨有源区与掺杂边缘区之间的终止区横向地下降，该掺杂边缘区沿着半导体管芯的横向表面形成并且连接至第二负载电极的电位。功率半导体器件可以包括具有向外降低的掺杂剂浓度或围绕中心区的浮动保护环的多区带结终止扩展，以便于以避免场沿着前侧拥挤的方式而使终止区中的电场成形。对于具有较低扩散系数的半导体材料，鲁棒的多区带结终止结构和保护环的形成往往伴随着具有挑战性的过程，比如多次注入、氧化物阶段性蚀刻、多次蚀刻的台面或灰度级光刻。存在对于经改进的终止结构和对于用于形成这样的终止结构的方法的需要。
技术实现思路
本公开的实施例涉及一种制造半导体器件的方法。在碳化硅衬底的终止区中，通过离子注入形成场区带，其中通过横向调制通过该离子注入进入碳化硅衬底的掺杂剂的分布，场区带中的水平净掺杂剂分布被设定成在至少100nm内从最大净掺杂剂浓度Nmax降至Nmax/e，其中e表示欧拉数。该场区带与碳化硅衬底中的漂移层形成第一pn结。本公开的另外的实施例涉及一种半导体器件。该半导体器件包括在碳化硅的半导体部分中形成的漂移区带。该半导体部分包括中心区和围绕中心区的终止区。该漂移区带在离半导体部分的第一表面一定距离处形成。该半导体器件进一步包括终止区中的多个场区带。该场区带与漂移区带形成第一pn结。在场区带中，与第一表面平行的水平净掺杂剂分布N（x）在至少100nm的距离内从最大值Nmax降至Nmax/e，其中e表示欧拉数。在从属权利要求中描述了另外的实施例。本领域技术人员在阅读以下详细描述并且在查看附图时将意识到附加的特征和优点。附图说明包括附图以提供本实施例的进一步理解并且附图被合并在该说明书中且构成该说明书的一部分。绘图图示了本实施例并且连同描述一起用来解释实施例的原理。将会容易地领会另外的实施例和意图的优点，因为它们通过参考以下详细描述而变得更好理解。图1是图示了根据实施例的形成终止结构的方法的简化流程图，该终止结构包括具有平滑水平掺杂剂分布的横向隔开的场区带。图2A是图示了沿着半导体部分的表面的电压分布以用于讨论实施例的效果的示意图。图2B是图示了沿着半导体部分的表面的电场强度分布以用于讨论实施例的效果的示意图。图3A是用于图示根据另一实施例的形成包括具有平滑横向pn结的横向分离场区带的终止结构的方法的离子注入装置的简化框图。图3B是图示了沿着图3A中的线B-B的水平掺杂剂分布的一部分的示意图。图4A是根据与近似误差函数的水平掺杂剂分布有关的实施例的场区带的一部分的示意性垂直剖视图。图4B是图示了沿着图4A中的线B-B的水平掺杂剂分布的示意图。图5A是根据与沿着线形成的场区带有关的实施例的具有包括带有平滑横向pn结的横向隔开场区带的终止区的半导体器件的一部分的示意性水平剖视图。图5B是根据与具有垂直pn结的场环有关的实施例的具有包括带有平滑横向pn结的横向隔开场区带的终止区的半导体器件的一部分的示意性水平剖视图。图5C是根据与嵌入具有相同导电类型的轻掺杂的结终止区中的场环有关的实施例的具有包括带有平滑横向掺杂剂分布的分离场区带的终止区的半导体器件的一部分的示意性水平剖视图。图6A是根据实施例的用于图示具有平滑横向pn结的横向隔开场区带的形成的包括射束修改器设备和碳化硅衬底的布置的一部分的示意性剖视图。图6B是图示了在场区带被反掺杂区横向分离的情况下沿着图6A中的线B-B的碳化硅衬底中的横向掺杂剂梯度的示意图。图6C是图示了在场区带嵌入轻掺杂的结终止区的情况下沿着图6A的线B-B的碳化硅衬底中的横向掺杂剂梯度的示意图。图7A是用于图示根据在形成具有陡峭掩模开口的二元掩模结构之后基于掩模回流的实施例的形成具有平滑横向pn结的横向隔开场区带的方法的碳化硅衬底的一部分的示意性剖视图。图7B示出了在掩模回流之后，图7A的碳化硅衬底部分。图7C是图示了沿着图7B的线C-C的碳化硅衬底中的横向净掺杂剂分布的示意图。图8是图示了根据使用具有次光刻掩模特征的标线（reticle）的实施例的制造具有终止结构的半导体器件的方法的示意性流程图。图9A-9B图示了根据实施例的具有次分辨率图案的标线的一部分的示意性平面图和示意性剖视图。图9C是根据另一实施例的标线的一部分的示意性平面图。图10是根据与具有包括不同宽度的开口的次分辨率图案的标线相关的实施例的将标线的透视图与半导体器件的一部分的对应剖视图进行组合的示意性图示。图11是根据另一实施例的将标线和二元注入掩模的透视图与半导体器件的一部分的垂直剖视图进行组合的示意性图示。图12A是用于图示根据基于碳化硅衬底关于离子束的射束轴的倾斜与旋转移动的组合的实施例的形成具有平滑横向pn结的横向隔开场区带的方法的碳化硅衬底的一部分的示意性剖视图。图12B示出了沿着图12A中的线B-B的碳化硅衬底中的横向净掺杂剂分布的简化示图。图13A是用于图示根据与肘板有关的另一实施例的形成具有平滑横向pn结的横向隔开场区带的方法的处于第一位置中的碳化硅衬底的示意性侧视图。图13B是在半转之后处于第二位置中的图13A的碳化硅衬底的示意性侧视图。图14A是根据实施例的包括具有在至少100nm的距离内从最大值Nmax降至Nmax/e的水平净掺杂剂分布N(x)的场区带的碳化硅设备的一部分的示意性垂直剖视图。图14B是图示了沿着线B-B的图14A的碳化硅器件部分中的水平掺杂剂分布的示意图。图15A是根据与在中心区周围形成闭合场环的两个场区带有关的实施例的碳化硅器件的半导体部分的示意性水平剖视图。图15B是根据与沿着在中心区周围形成框架的线所布置的场区带有关的实施例的碳化硅器件的半导体部分的示意性水平剖视图。图16A是根据与具有在轻掺杂的结终止区中形成的平滑水平掺杂剂分布的场区带有关的实施例的碳化硅器件的一部分的示意性垂直剖视图。图16B是图示了沿着线B-B的图16A的碳化硅器件部分中的水平掺杂剂分布的示意图。图17A是根据与结终止扩展和具有平滑水平掺杂剂分布的场区带的组合有关的实施例的碳化硅器件的一部分的示意性垂直剖视图。图17B是图示了沿着线B-B的图17A的碳化硅器件部分中的水平掺杂剂分布的示意图。图18是根据与功率半导体二极管有关的实施例的半导体器件的示意性垂直剖视图。图19是根据与垂直功率半导体开关有关的实施例的半导体器件的示意性垂直剖视图。具体实施方式在以下详细描述中，对形成其一部分并且在其中借助于具体实施例的说明示出的附图做出参考，在该具体实施例中可以实践半导体器件以及制造半导体器件的方法。要理解的是，可以利用其他实施例并且可以在不偏离本公开的范围的情况下作出结构上或逻辑上的改变。例如，针对一个实施例说明或描述的特征可以被用在其他实施例上或者与其他实施例结合使用以产生又另一实施例。意图的是使本公开包括这样的修改和变化。使用具体语言来描述示例，该具体语言不应被解释为限制所附权利要求的范围。绘图不是按比例的并且仅出于说明性目的。如果没有另外陈述的话，在不同绘图中通过相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在具有第一导电类型的碳化硅衬底的终止区中，通过离子注入形成具有第二导电类型的场区带，所述场区带与漂移层形成第一pn结，其中，通过横向调制通过所述离子注入进入所述碳化硅衬底的掺杂剂的分布，将所述场区带中的至少一个中的水平净掺杂剂分布设定成在至少200 nm内从最大净掺杂剂浓度Nmax降至Nmax/e，其中e表示欧拉数。

【技术特征摘要】
2017.10.27 DE 102017125242.81.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在具有第一导电类型的碳化硅衬底的终止区中，通过离子注入形成具有第二导电类型的场区带，所述场区带与漂移层形成第一pn结，其中，通过横向调制通过所述离子注入进入所述碳化硅衬底的掺杂剂的分布，将所述场区带中的至少一个中的水平净掺杂剂分布设定成在至少200nm内从最大净掺杂剂浓度Nmax降至Nmax/e，其中e表示欧拉数。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过具有所述第一导电类型的分离区来使所述场区带中的邻近场区带与彼此横向分离。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述场区带的邻近场区带彼此横向毗连，其中所述场区带中的邻近场区带之间的最小净掺杂剂浓度Nmin是所述最大净掺杂剂浓度Nmax的至多25%。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述场区带中的水平净掺杂剂分布被设定成在至少500nm内从最大净掺杂剂浓度Nmax降至Nmax/e。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中作为水平距离x的函数的所述场区带中的水平净掺杂剂分布N（x）近似于Nmax*0.5*(1-erf((x-x0)/(σ*sqrt(2))))，其中σ大于100nm并且x0指示N（x）已经下降至0.5*Nmax的横向位置。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述场区带在中心区周围形成闭合场环。7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述场区带沿着在所述中心区周围形成框架的线而形成。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中在所述场区带中，所述水平净掺杂剂分布从最大值Nmax单调地降至Nmax/e。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中横向调制掺杂剂的分布包括：指引准直离子束穿过射束修改器设备，所述射束修改器设备包括遮蔽区段和在所述遮蔽区段之间的发散区段，其中在所述遮蔽区段中，针对准直离子束的离子的渗透率低于所述发散区段中的，并且其中经过所述发散区段的发散离子束锥在所述碳化硅衬底的主表面上限定了所述场区带的横向扩展。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述发散区段包括凹痕和突出物，其中所述射束修改器设备的垂直扩展在第一厚度与第二更大的厚度之间逐渐改变，并且其中所述遮蔽区段的垂直扩展等于或大于第二厚度。11.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其中所述发散离子束锥在所述主表面的平面中彼此隔开。12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中所述遮蔽区段的宽度随着与切口区的距离的降低而增加。13.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法，其中所述遮蔽区段对于以至多2MeV的动能的分子量等于或大于5的离子而言是无法渗透的。14.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，进一步包括：在所述碳化硅衬底的主表面上形成包括陡峭掩模开口的二元掩模结构，并且在回流温度以上的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：R埃尔佩尔特，R鲁普，R舍尔纳，L韦尔汉基利安，B齐佩留斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE