粒子辐照设备、束改性装置和含结终端延伸区的半导体件制造方法及图纸

本发明专利技术涉及粒子辐照设备、束改性装置和包括结终端延伸区的半导体器件。束改性装置(700)包括散射部(720)，在散射部(720)中，垂直撞击到束改性装置(700)的暴露面(701)上的粒子从垂直方向偏离。粒子的总透过率沿着平行于暴露面(701)的侧向方向变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及粒子辐照设备、束改性装置和含结终端延伸区的半导体器件。
技术介绍
在功率半导体器件中，施加在前侧处的第一负载电极与半导体管芯背面上的第二负载电极之间的阻断电压沿着主pn结形成耗尽区。由于沿着侧向外表面半导体管芯的阻断能力低，所以主pn结通常被设计成使得耗尽区从中心掺杂区向侧向方向延伸，并且使得侧向外表面保持没有电场。因此，第一负载电极与第二负载电极之间的电场的横向分量和纵向分量可以沿着阻断主pn结的弯曲段叠加。掺杂剂浓度逐渐降低的侧向结终端延伸部使中心掺杂区沿着半导体管芯的在前侧的表面扩展，使主pn结的弯曲段变平，以及提高阻断能力。在掺杂剂具有足够的扩散长度的半导体材料中，中心掺杂区的侧向结终端延伸部通过使利用不同注入掩模通过少量注入而注入的掺杂剂扩散从而在中心掺杂区与周围边缘区之间形成缓变结(gradualtransition)。在基于掺杂剂的扩散长度低的材料的半导体器件中，具有不同注入掩模的大量注入可以形成其中掺杂剂浓度足够平滑地变化的结终端延伸部。或者，一个单次注入可以使用具有开口的注入掩模，开口的直径随着距边缘区的距离减小而减小，或者一个单次注入可以使用楔形注入掩模以形成渐变结终端延伸部。对于简化如下掺杂区的形成存在需求：在掺杂剂的扩散长度低的半导体材料中，掺杂剂的浓度具有侧向变化。
技术实现思路
本专利技术的目的通过独立权利要求的内容来实现。从属权利要求涉及进一步的实施方案。根据一个实施方案，束改性装置包括散射部。在散射部中，垂直撞击到束改性装置的暴露面上的粒子的总透过率沿着平行于暴露面的侧向方向变化。根据另一实施方案，粒子辐照设备包括能够发射粒子的粒子源，能够加速所发射的粒子以形成粒子束的加速装置，以及包括散射部的束改性装置，其中在散射部中，垂直撞击到束改性装置的暴露面上的粒子的总透过率沿着平行于暴露面的侧向方向变化。根据又一实施方案，一种制造半导体器件的方法包括：生成粒子束并且通过使用束改性装置来修整粒子束。束改性装置的遮挡部使粒子束的第一部分束减弱。散射部使粒子束的第二部分束散射，其中穿过散射部中相邻散射部的第二部分束的锥在垂直于粒子束的传播方向的平面中的半导体基底中交叠。根据又一实施方案，一种半导体器件，包括从第一表面延伸到碳化硅半导体部中的距半导体部的外侧向表面一定距离处的中心掺杂区。中心掺杂区与半导体部中的漂移结构形成pn结。终端延伸区与中心掺杂区形成单极同质结，其中终端延伸区沿着第一表面从中心掺杂区向外侧向表面的方向延伸。终端延伸区的平行于第一表面的侧向掺杂分布包括通过掺杂剂浓度大约线性减小的部分连接的掺杂剂浓度均匀的部分。根据一个实施方案，束改性装置包括遮挡部和散射部。在散射部中，粒子的总透过率高于遮挡部中粒子的总透过率，并且垂直撞击到束改性装置的暴露面上的粒子从垂直方向偏离。遮挡部和散射部沿着平行于暴露面的侧向方向交替。遮挡部的面积比率沿着侧向方向变化。本领域技术人员在阅读下面的详细描述并且查看附图时将认识到附加的特征和优点。附图说明本专利技术包括附图以提供对本专利技术的进一步理解，附图并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图示出本专利技术的实施方案，并且与说明书一起用于解释本专利技术的原理。由于参考以下详细描述，本专利技术的其它实施方案和预期的优点将变得更加易于理解，因此可容易地认识到本专利技术的其它实施方案和预期的优点。图1A是根据一个实施方案的遮挡部与散射部之间的比例侧向变化的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，散射部包括凹陷部和三角形突出部。图1B是根据一个实施方案的遮挡部与散射部之间的比例侧向变化的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，散射部包括梯形突出部。图1C是根据一个具有梯形突出部的实施方案的散射部中的凹陷部与暴露面之间的距离的侧向变化的束改性装置的部分的示意性垂直截面图。图1D是根据一个实施方案的遮挡部与散射部之间的比例侧向变化的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，散射部包括具有不同垂直延伸的凹陷部和三角形突出部。图1E是根据一个实施方案的遮挡部与散射部之间的比例侧向变化的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，散射部包括嵌入的散射中心。图2A是根据一个实施方案的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，其具有使器件区域隔开的闲置区域，包括基于遮挡部的中心器件区域。图2B是根据一个实施方案的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，其具有使器件区域隔开的增强的闲置区域，包括增强的中心器件区域。图2C是根据一个实施方案的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，其具有用于对准掩模的形成的开口。图2D是根据一个实施方案的束改性装置的部分的示意性垂直截面图，其具有使器件区域隔开的闲置区域，其中中心器件区域包括遮挡部和散射部二者。图2E是图2D的束改性装置的图案化表面上的示意性平面图。图3是根据一个实施方案的粒子辐照设备的示意性框图，其包括束改性装置。图4A是通过束改性装置和半导体基底的部分用于示出涉及具有侧向变化掺杂剂浓度的掺杂区的实施方案的效果的示意性垂直截面图。图4B是示出了沿着平行于图4A的半导体基底的主表面的线B-B的侧向掺杂剂梯度的示意图。图4C是示出沿着正交于图4A的半导体基底的主表面的线C-C、D-D、以及E-E的垂直掺杂剂梯度的示意图。图4D是由图4A的半导体基底获得的半导体器件的部分的示意性垂直截面图。图4E是图4D的垂直截面图中的电场的示意性说明。图4F是示出作为JTE剂量函数的图4D的半导体器件的击穿电压的示意图。图4G是示出作为JTE剂量函数的图4D的半导体器件中的最大电场强度的示意图。图5A是用于示出涉及具有不同掺杂剂浓度的隔开的掺杂区的实施方案的效果的束改性装置的部分的示意性垂直截面图。图5B是示出沿着平行于图5A的半导体基底的主表面的线B-B的侧向掺杂剂梯度的示意图。图5C是示出沿着正交于图5A的半导体基底的主表面的线C-C、D-D、以及E-E的垂直掺杂剂梯度的示意图。图6是制造半导体器件的方法的示意性流程图，其中该方法包括通过使用束改性装置来形成掺杂区。图7A是用于示出在基础基底上形成外延层之后，通过使用束改性装置制造半导体器件的方法的半导体基底的示意性垂直截面图。图7B示出了在使用高剂量、低能量粒子束辐照以形成非晶化区期间图7A的半导体基底。图7C示出了在使用低剂量、高能量粒子束辐照以形成掺杂区期间图7B的半导体基底。图7D示出了在通过从非晶化区蚀刻来形成对准凹坑之后图7C的半导体基底。图7E示出了在通过使用基于图7D的对准凹坑的对准掩膜来形成与掺杂区对准的沟槽结构之后图7D的半导体基底。图8是包括基于VLD(侧向掺杂的变化)结构的JTE(结终端延伸部)的半导体器件的部分的示意性垂直截面图。图9是包括基于VLD结构的结终端延伸部的功率半导体二极管的部分的示意性垂直截面图。具体实施方式在下面的详细描述中参考附图，附图形成了本文的一部分并且其中通过示出可以实践本专利技术的具体实施方案的方式被示出。应理解，可以使用其他实施方案，并且可以在不脱离本专利技术的范围的情况下进行结构或逻辑改变。例如，对于一个实施方案示出或描述的特征可以用于其他实施方案或与其他实施方案结合，以产生又一实施方案。本专利技术旨在包括这样的修改和变化。实施例使用特定语言描述，其不应解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种束改性装置(700)，包括：散射部(720)，在所述散射部(720)中，垂直撞击到所述束改性装置(700)的暴露面(701)上的粒子从垂直方向偏离，其中在所述束改性装置(700)中，所述粒子的总透过率沿着平行于所述暴露面(701)的侧向方向改变。

【技术特征摘要】
2015.08.28 DE 102015114429.81.一种束改性装置(700)，包括：散射部(720)，在所述散射部(720)中，垂直撞击到所述束改性装置(700)的暴露面(701)上的粒子从垂直方向偏离，其中在所述束改性装置(700)中，所述粒子的总透过率沿着平行于所述暴露面(701)的侧向方向改变。2.根据权利要求1所述的束改性装置(700)，还包括：遮挡部(710)，在所述遮挡部(710)中，所述粒子的总透过率低于所述散射部(720)中的总透过率，其中所述遮挡部和所述散射部(710，720)沿着平行于所述暴露面(701)的侧向方向交替，并且所述遮挡部(710)的面积比率沿着所述侧向方向改变。3.根据权利要求1或2中任一项所述的束改性装置，其中所述遮挡部(710)对于动能至多为2MeV的分子量等于或大于5的粒子是不能透过的。4.根据权利要求2或3中任一项所述的束改性装置，其中在所述遮挡部(710)中，所述束改性装置的垂直延伸是均一的。5.根据权利要求2至4中任一项所述的束改性装置，其中所述束改性装置(700)在所述散射部(720)中的最大垂直延伸不超过所述遮挡部(710)中的最小垂直延伸。6.根据权利要求2至5中任一项所述的束改性装置，其中所述遮挡部和所述散射部(710，720)分别形成器件区域(810)的终端区域(812)中，所述终端区域(812)围绕所述器件区域(810)的中心区域(811)。7.根据权利要求6所述的束改性装置，还包括：格状闲置区域(890)，其没有散射部(720)并且使所述器件区域(810)隔开。8.根据权利要求6或7中任一项所述的束改性装置，其中所述格状闲置区域(890)包括垂直延伸穿过所述束改性装置(700)的开口(750)。9.根据权利要求6至8中任一项所述的束改性装置，其中器件区域(810)的所述遮挡部(710)的宽度随着距所述器件区域(810)的所述中心区域(811)的距离增加而增加。10.根据权利要求6至9中任一项所述的束改性装置，其中所述终端区域(812)包括分别通过周边遮挡部(710)隔开的至少三个周边散射部(720)。11.根据权利要求6至10中任一项所述的束改性装置，其中所述中心区域(811)分别包括至少一个散射部(720)。12.根据权利要求6至11中任一项所述的束改性装置，其中器件区域(810)的所述散射部(720)的宽度随着距所述器件区域(810)的所述中心区域(811)的距离增加而减小。13.根据前述权利要求中任一项所述的束改性装置，其中所述散射部(720)包括由突出部(722)隔开的凹陷部(721)。14.根据权利要求13所述的束改性装置，其中所述突出部(722)围绕所述中心区域(811)。15.根据权利要求13或14中任一项所述的束改性装置，其中所述凹陷部(721)具有不同的垂直延伸，并且所述凹陷部(721)与所述暴露面(701)之间的距离沿着所述侧向方向变化，使得所述散射部(720)的透过率沿着所述侧向方向改变。16.根据权利要求13至14中任一项所述的束改性装置，其中所述凹陷部(721)具有相等的垂直延伸。17.根据权利要求13至16中任一项所述的束改性装置，其中所述突出部(722)的垂直截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰德·鲁普，鲁道夫·埃尔佩尔特，罗曼·埃斯泰夫，
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