半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件及其制造方法。功率半导体器件包括半导体本体，半导体本体具有横向相互相邻的有源区域和高压外围区域，高压外围区域横向围绕有源区域。该器件进一步包括：金属化层，在半导体本体的正面上并且连接至有源区域；第一阻挡层，包括高熔点金属或高熔点合金，在有源区域和金属化层之间；以及第二阻挡层，覆盖了外围区域的至少一部分，第二阻挡层包括非晶的半绝缘材料。第一阻挡层和第二阻挡层部分地重叠并且形成重叠区域。重叠区域延伸在有源区域的整个周界之上。也提供了一种用于制造该功率半导体器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
本说明书涉及用于形成半导体器件的方法的实施例。此外，本说明书涉及半导体器件的实施例，例如在半导体区域和金属化层之间具有改进的阻挡层的IGBT、DMOS、双极型晶体管、IGBT、二极管或晶闸管。
技术介绍
为了改进在短路情形下的稳定性以及为了提高例如IGBT的负载变化性能，已经有采用在5μm至20μm范围内的厚Cu金属化层替换使用铝(AlSi或AiSiCu)的已知的金属化层的趋势。这将提供IGBT模块的更高性能，使得能够由于增强的散热而相对于开关损耗实现更高的工作温度和更高的电阻率。然而，Cu作为金属化层的应用存在一些缺点。例如，Cu在低至室温的温度下与Si反应并且得到Cu硅化物。作为示例，Cu3Si形成在室温下。因此，需要在Cu金属化层与Si之间的阻挡层。通常，提供具有高熔点的材料的阻挡层，诸如W、Ta、Ti、Mo，或这些元素与其他元素的合金，诸如TiW或TiN。通常，使用采用不同元素的各个层的组合。此外，Cu原子趋向于扩散进入Si中并且可以因此急剧减小少数电荷载流子的寿命。这可以导致各种缺点，例如正向电压的不期望的增强，以及在阻断状态下的泄漏电流。此外，在潮湿环境下，在存在电压差时的电化学反应可以导致Cu离子的放电。这些离子通过阳极氧化而产生，由于在工作期间存在电场而可以开始漂移，并且在某种情况下可以在阴极处累积，由此形成了Cu枝状晶体(dendrite)，这也已知为电迁移。后道过程主要发生在边缘终止的区域中，因为在该区域中存在更高电场。在朝向边缘区域漂移过程期间，带正电荷的Cu离子可以干扰电势的明确变化。由于在边缘终止的区域中所需的彻底隔离，在该区域中可能无法应用如上所述的TiW阻挡层作为连续保护，因为其将短路器件。因此，在边缘终止区域中，通常应用类似SiO2或Si3N4的材料。例如由K.-M.Chang等人的JournalofAppliedPhysics82,1469-1475(1997)已知，引入类似TiW材料的阻挡层以用于抑制在金属化层的Cu与半导体层的Si之间相互作用。此外，在边缘终止区域中应用类似场环或场板组件的元件，例如包括SiO2或多晶硅，该元件也经常组合在高压应用中。这种已知的场板、场环组件的示例示出在图1中，具有在半导体结构中的金属场板10和掺杂场环20。在金属场板10之间的区域中，场线通常离开半导体结构，因此这些区域必需保持不含金属，结果是在这些区域中并未保护氧化硅层15。在现有技术中，包括有源电极26和场板10的金属化层通常使用AlSiCu执行，具有约0.5％至1.0％的Cu百分比，由此低量Cu不与硅Si反应。然而，当采用Cu替换AlSiCu时，上述退化机制可以发生。在该情形下，场板10之间的中间区域相对于引入Cu离子风险是潜在弱点，例如源于场板10，而同时阱20与有源电极26之间的边界区域倾向于具有相同问题。为了这些和其他原因，存在对于本专利技术的需求。
技术实现思路
在第一实施例中，提供了一种功率半导体器件。半导体器件包括半导体本体，具有相互横向相邻的有源区域和外围区域，外围区域横向地围绕有源区域。半导体器件进一步包括：金属化层，在半导体本体的正面上并且连接至有源区域；第一阻挡层，包括高熔点金属或高熔点合金，在有源区域和金属化层之间；以及第二阻挡层，覆盖外围区域的至少一部分。第二阻挡层包括非晶的半绝缘材料。第一阻挡层和第二阻挡层部分地重叠并且形成重叠区域。重叠区域在有源区域的整个周界之上延伸。在另一实施例中，提供了一种制造功率半导体器件的方法。方法包括：提供半导体本体；在半导体本体中提供有源区域；在半导体本体中提供外围区域，外围区域在横向方向上圆周地围绕有源区域；在半导体本体的正面上提供覆盖有源区域的导电的第一阻挡层；在第一阻挡层上提供金属化层；以及提供覆盖外围区域的至少一部分的第二阻挡层，第二阻挡层包括非晶的半绝缘材料。第一阻挡层和第二阻挡层部分地重叠并且形成重叠区域。重叠区域在有源区域的整个周界之上延伸。在附图中示出了这些和其他实施例并且以下详细描述。因此，本领域技术人员通过阅读以下详细说明以及通过查看附图将知晓本专利技术的附加特征和优点。附图说明附图被包括以提供对实施例的进一步理解，并且附图包含在本说明书中并且构成其一部分。附图示出了实施例并且与说明书一起用于解释说明实施例的原理。通过参考以下详细说明将易于知晓以及变得更易于理解其他实施例以及实施例的许多预期优点。附图的元件无需按照相互比例绘制。类似的附图标记表示对应的相似部件。图1示意性示出了根据现有技术的半导体器件。图2示意性示出了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直截面。图3示意性示出了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直截面。图4示意性示出了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直截面。图5示意性示出了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直截面。图6示意性示出了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直截面。图7至图10示出了针对各个第二阻挡层相对于温度范围对电阻的测量结果。图11示意性示出了根据实施例的用于制造半导体器件的方法。具体实施方式在以下具体实施方式中，参照构成说明书一部分的附图，并且借由对于其中可以实施本专利技术的具体实施例进行说明的方式示出了附图。在这点上，方向性术语诸如“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前端”、“尾端”等等用于参照所述附图的朝向。因为可以以大量不同朝向定位实施例的部件，使用方向性术语以用于解释说明的目的并且绝非是限定性的。应该理解的是可以利用其他实施例并且可以不脱离本专利技术的范围而做出结构上或者逻辑上的改变。因此以下详细说明书不应视作为限定性，并且由所附权利要求限定本专利技术的范围。现在将详细参照各个实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。每个示例借由解释说明的方式提供，并且并非意味着限定本专利技术。例如，作为一个实施例一部分所示或者所描述的特征可以用在其他实施例上或者与其结合以产生另一实施例。本专利技术意在包括这些修改和变形。使用不应构造为限定所附权利要求范围的具体语言描述了示例。附图并未按照比例绘制，并且仅为了说明示意目的。为了简明，在不同附图中由相同附图标记表示相同的元件或制造步骤，如果没有给出明确相反指示的话。在该说明书中使用的术语“水平”或“横向”意在描述基本上平行于半导体衬底或本体的第一或主水平表面的朝向。这可以例如是晶片或裸片的表面。在该说明书中使用的术语“竖直”意在描述基本上垂直于第一表面设置的朝向，也即与相对于半导体衬底或本体的横向表面的法线方向平行。此外，术语半导体器件的“有源区域”和“有源区”在本文中可交换的使用，以及“无源区域”、“无源区”、“外围区域”、“终止区域”和“边缘终止区域”。此外，如在本文中使用的术语“半绝缘”意在描述材料的性质，其特征在于具有106Ωcm或更大的特定电阻率，更优选的108Ωcm或更大的特定电阻率，甚至更优选的1010Ωcm或更大的特定电阻率。此外，可交换地使用术语“外围区域”和“终止区域”。在该说明书中，n掺杂材料或区域称作具有第一导电类型，而p掺杂材料或区域称作具有第二导电类型。无需多言的是，半导体器件可以形成为具有相反掺杂关系，以使得第一导电类型可以是p掺杂，而第二导电类型可以是n掺杂。此外，一些附图通过在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件，包括：－半导体本体，具有相互横向相邻的有源区域和高压外围区域，所述高压外围区域横向地围绕所述有源区域；－金属化层，在所述半导体本体的正面上并且连接至所述有源区域；－第一阻挡层，包括高熔点金属或高熔点合金，在所述有源区域和所述金属化层之间；以及－第二阻挡层，覆盖所述外围区域的至少一部分，所述第二阻挡层包括非晶的半绝缘材料，－其中所述第一阻挡层和所述第二阻挡层部分地重叠并且形成重叠区域，所述重叠区域延伸在所述有源区域的整个周界之上。

【技术特征摘要】
2013.06.26 US 13/927,9231.一种功率半导体器件，包括：－半导体本体，具有相互横向相邻的有源区域和高压外围区域，所述高压外围区域横向地围绕所述有源区域；－金属化层，在所述半导体本体的正面上并且连接至所述有源区域；－第一阻挡层，包括高熔点金属或高熔点合金，在所述有源区域和所述金属化层之间；以及－第二阻挡层，覆盖所述外围区域的至少一部分，所述第二阻挡层包括非晶的半绝缘材料，－其中所述第一阻挡层和所述第二阻挡层部分地重叠并且形成重叠区域，所述重叠区域延伸在所述有源区域的整个周界之上。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述重叠区域具有0.5μm至100μm的宽度。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述第二阻挡层包括非晶硅、半绝缘多晶硅、类金刚石碳、和非晶碳化硅中的至少一种。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述重叠区域位于在所述有源区域和所述高压外围区域之间的过渡区域中。5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述第一阻挡层包括W、Ta、Ti、Mo，或者W、Ta、Ti和Mo中的至少一个的合金。6.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述第一阻挡层和所述第二阻挡层均具有从100nm至400nm的厚度。7.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述金属化层包括铜。8.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述外围区域具有变化的横向掺杂。9.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述半导体器件是IGBT、FET、二极管、晶闸管、GTO、JFET、MOSFET、补偿MOSFET、BJT和HEMT中的一个。10.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其中所述半导体本体包括Si、SiC、GaN和GaAs中的一个。11.一种制造功率半导体器件的方法，包括：－提供半导体本体；－在所述半导体本体中提供有源区域；－在所述半导体本体中提供外围区域，所述外围区域在横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·施密特，M·米勒，F·J·桑托斯罗德里奎兹，D·施罗格尔，
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