包括激活掺杂剂的制造方法和具有陡峭结的半导体装置制造方法及图纸

晶格空位在半导体层(700)的与工艺表面(701)直接邻接的预处理区(710)中生成。掺杂剂至少注入到所述预处理区(710)中。通过用激光束(850)照射所述工艺表面(701)，来加热所述半导体层(700)的熔化区(712)，激活至少在所述熔化区(712)中的注入的掺杂剂。

【技术实现步骤摘要】
包括激活掺杂剂的制造方法和具有陡峭结的半导体装置
本专利技术涉及一种制造半导体装置的方法以及半导体装置。
技术介绍
离子注入包括离子化、隔离和加速掺杂剂原子，并且将包括离子化的掺杂剂原子的离子束扫过晶片表面。掺杂剂离子进入晶片并停留在晶片表面之下。注入的离子在晶片中到达的深度是离子的入射能量的函数，所述离子通过电子相互作用并通过与晶片中的主体原子的物理碰撞在晶片中减慢。注入的离子以范围末端峰(end-of-rangepeak)为中心。离子通过与主体原子碰撞并通过将有关的主体原子从它们的晶格位置移走而在离子通过的部分中损坏晶格。不占据规则的晶格位置的注入的掺杂剂原子是电不活泼的，并且对衬底的电特性没有影响。通常，热处理通过将掺杂剂原子转移到规则的晶格位置，来恢复晶格并电激活掺杂剂原子。传统的炉加热技术，例如，RTP(快速热处理：rapidthermalprocessing)影响先前在晶片中形成的所有结构。LTA(激光热退火：laserthermalanneal)仅直接加热半导体晶体的一部分，并且对晶片中与被加热部分相距一定距离的先前形成的结构具有较小的影响。在LTA中，吸收深度与激光束的波长有关。波长为308nm的激光束的吸收深度通常为10nm，并且308nm激光束熔化晶体硅所到的熔化深度在达到约500nm的范围内。可通过使用抗反射涂层将熔化深度延伸到一定程度，使得激光束的更多能量耦合到半导体衬底中。存在改进用于激活注入的掺杂剂的方法的需要。
技术实现思路
该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。从属权利要求涉及另外的实施例。根据一个实施例，制造半导体装置的方法包括将杂质穿过工艺表面注入到半导体层中，其中，在半导体层的预处理区中生成晶格空位。掺杂剂至少注入到预处理区中。通过用激光束照射工艺表面来加热半导体层的熔化区，激活至少熔化区中的注入的掺杂剂。根据另一实施例，半导体二极管包括与阳极层形成pn结的背侧结构和背侧结构中的轻掺杂的漂移区。重掺杂的阴极结构直接邻接金属阴极电极。场停止层与阴极结构形成第一结，并且与漂移区形成第二结。第二结的相对于金属阴极电极和阴极结构之间的界面的第二结深度大于500nm，在第二结处，掺杂剂密度每50nm变化至少一个数量级。根据另一实施例，绝缘栅双极型晶体管包括与形成在前侧的晶体管单元的主体区域形成pn结的背侧结构，并且还包括背侧结构中的轻掺杂的漂移区。重掺杂的集电极结构直接邻接金属集电极。场停止层与集电极结构形成第一结，并且与漂移区形成第二结。第二结的相对于金属集电极与集电极结构之间的界面的第二结深度大于500nm，在第二结处，掺杂剂密度每50nm变化至少一个数量级。在阅读以下详细描述并查看附图后，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。附图说明附图被包括以提供对本专利技术的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。当本专利技术的其他实施例和预期的优点通过参考以下详细描述变得被更好地理解时，它们将被容易地领会。图1A示出半导体衬底的一部分，用于说明在生成晶格空位并注入掺杂剂之后，根据一个实施例的在包含晶格空位的预处理区之上的激光热退火效果。图1B是示出沿图1A的线B-B的晶格空位和注入的掺杂剂原子的垂直分布的示意图。图1C是图1A的半导体衬底部分在LTA期间的示意性剖视图，根据一个实施例，熔化深度大于预处理区的垂直延伸尺度。图1D是示出沿图1C中的线D-D的被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图1E是图1A的半导体衬底部分在LTA期间的示意性剖视图，根据一个实施例，熔化深度小于预处理区的垂直延伸尺度。图1F是示出沿图1E中的线F-F的被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图2A是示出注入的和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图，用于说明关于在4Jcm-2的LTA的实施例的效果。图2B是示出注入的和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图，用于说明关于在8Jcm-2的LTA的实施例的效果。图3A是示出用通过能量过滤器的离子束照射半导体衬底的示意图，用于说明制造半导体装置的另外方法。图3B是示出在图3A的半导体衬底中的注入的掺杂剂和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图4A是示出通过单一损伤注入生成晶格空位，根据一个实施例的晶格空位的垂直分布的示意图。图4B是示出通过至少两损伤注入生成晶格空位，根据一个实施例的晶格空位的垂直分布的示意图。图4C是示出通过单一注入掺杂剂原子生成晶格空位，其中，能量过滤器插入到注入光束中，根据一个实施例的晶格空位的垂直分布的示意图。图4D是示出通过掺杂剂原子的至少两注入生成晶格空位，根据一个实施例的晶格空位的垂直分布的示意图。图5A是示出关于含有晶格空位的预处理区中的靠近工艺表面的注入的掺杂剂的范围末端峰，根据一个实施例的晶格空位、注入的掺杂剂和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图5B是示出关于含有晶格空位的预处理区的垂直中心中的注入的掺杂剂的范围末端峰，根据一个实施例的晶格空位、注入的掺杂剂和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图5C是示出关于靠近含有晶格空位的预处理区的埋边的注入的掺杂剂的范围末端峰，根据一个实施例的晶格空位、注入的掺杂剂和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图6A是根据一个实施例的包括由LTA形成的掺杂目标区域的半导体装置的一部分的示意性剖视图，其中，掺杂目标区域与工艺表面直接相邻。图6B是示出沿图6A的线B-B的晶格空位、注入的掺杂剂和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图6C是根据一个实施例的包括由LTA形成的掺杂目标区域的半导体装置的一部分的示意性剖视图，其中，掺杂目标区域距工艺表面一定的距离。图6D是示出沿图6C的线B-B的晶格空位、注入的掺杂剂和被激活的掺杂剂的垂直分布的示意图。图7A是关于具有盒形垂直掺杂剂分布的场停止层，根据一个实施例的半导体二极管的一部分的示意性垂直剖视图。图7B是示出在图7A的半导体二极管的背面之上的垂直掺杂剂分布的示意图。图8A是关于具有盒形垂直掺杂剂分布的场停止层，根据一个实施例的IGBT(绝缘栅双极型晶体管：insulatedgatebipolartransistor)的一部分的示意性垂直剖视图。图8B是示出在图8A的IGBT的背面之上的垂直掺杂剂分布的示意图。图9A是关于具有盒形垂直掺杂剂分布的CIBH(背侧空穴的受控注射：controlledinjectionofbacksideholes)结构，根据一个实施例的半导体二极管的一部分的示意性垂直剖视图。图9B是示出在图9A的半导体二极管的背面之上的垂直掺杂剂分布的示意图。图10A是关于具有盒形垂直掺杂剂分布的CIBH结构，根据一个实施例的IGBT的一部分的示意性垂直剖视图。图10B是示出在图10A的IGBT的背面之上的垂直掺杂剂分布的示意图。图11A是关于具有深注入的背侧发射极的半导体二极管，根据一个实施例的半导体的一部分的示意性垂直剖视图。图11B是示出在图11A的半导体二极管的背面之上的垂直掺杂剂分布的示意图。图12A是关于具有盒形垂直掺杂剂分布的集电极层，根据一个实施例的IGBT的一部分的示意性垂直剖视图。图12B是示出在图12A的IGBT的背面之上的垂直掺杂剂分布的示意图。图13A是关于载流子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：在半导体层(700)的与工艺表面(701)紧邻的预处理区(710)中生成晶格空位；将掺杂剂至少注入到所述预处理区(710)中；和通过用激光束(850)照射所述工艺表面(701)，来加热所述半导体层(700)的熔化区(712)，激活至少在所述熔化区(712)中的注入的掺杂剂。

【技术特征摘要】
2016.08.02 DE 102016114264.61.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：在半导体层(700)的与工艺表面(701)紧邻的预处理区(710)中生成晶格空位；将掺杂剂至少注入到所述预处理区(710)中；和通过用激光束(850)照射所述工艺表面(701)，来加热所述半导体层(700)的熔化区(712)，激活至少在所述熔化区(712)中的注入的掺杂剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述注入的掺杂剂被注入而使范围末端峰(811)在所述预处理区(710)内。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述注入的掺杂剂被注入而使范围末端峰(811)在所述预处理区(710)外。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过将杂质穿过所述工艺表面(701)注入所述半导体层(700)来生成所述晶格空位。5.如权利要求4所述的方法，其中所述杂质是另外的掺杂剂。6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其中注入所述杂质包括注入非掺杂助剂。7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中注入所述杂质包括在不同加速度能量下的至少两次注入。8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中所述注入的杂质包括选自以下组的离子：锗、硅、氩、氖、氙、氪、氦和氢离子。9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中所述注入的杂质包括选自以下组的离子：硼、磷、砷、硒和硫。10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其中所述注入的杂质在到达所述半导体层(700)之前通过能量过滤器单元(870)。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述能量过滤器单元(870)用于形成梯度场停止层(135)。12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过施加偏压等离子体或通过用电子束照射来生成所述晶格空位。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述熔化区(712)具有大于或等于所述预处理区(710)的垂直延伸尺度(v1)的垂直延伸尺度(v3)。14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述熔化区(712)具有小于所述预处理区(710)的垂直延伸尺度(v1)的垂直延伸尺度(v3)。15.根据权利要求14所述的方法，其中通过用激光束(850)照射所述工艺表面(701)来加热所述半导体层(700)的熔化区(712)，还激活所述预处理区(710)的超过所述熔化区(712)的部分中的注入的掺杂剂。16.根据权利要求14所述的方法，其中通过用激光束(850)照射所述工艺表面(701)来加热所述半导体层(700)的熔化区(712)，激活整个预处理区(710)中的所述注入的掺杂剂。17.根据权利要求1至16中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·布雷梅塞尔，HJ·舒尔策，H·舒尔策，W·舒斯特雷德尔，
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