功率半导体晶体管制造技术

一种功率半导体晶体管（1）包括具有前侧（10‑1）和背侧（10‑2）的半导体主体（10），所述背侧（10‑2）具有背侧表面（10‑20），其中半导体主体（10）包括第一导电类型的漂移区（100）以及第一导电类型的场停止区（105），场停止区（105）被布置在漂移区（100）与背侧（10‑2）之间，并且在沿着从背侧（10‑2）指向前侧（10‑1）的竖直方向（Z）的横截面中包括第一导电类型的供体的浓度剖面，所述浓度剖面展现：在自背侧表面（10‑20）的第一距离（d1）处的第一局部最大值（1051）、与第一局部最大值相关联的半最大值处前部宽度（B）、以及与第一局部最大值（1051）相关联的半最大值处背部宽度（A），其中半最大值处前部宽度（B）小于半最大值处背部宽度（A），并且总计为第一距离（d1）的至少8%。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体晶体管
本说明书涉及功率半导体晶体管的实施例。特别地，本说明书涉及包括场停止区的功率半导体晶体管的实施例，并且涉及处理和/或生产这样的功率半导体晶体管的实施例。
技术介绍
汽车、消费者和工业应用中的现代设备的许多功能、诸如转换电能量以及驱动电动机或电机，依赖于功率半导体晶体管。例如，仅举几例，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）已经被用于各种应用，包括但不限于（例如，牵引应用中的）电源和功率转换器中的开关。功率半导体晶体管通常包括半导体主体，所述半导体主体被配置用于沿着在器件的两个负载端子之间的负载电流路径而传导负载电流。例如，在这样的功率半导体晶体管的竖直布置中，第一负载端子可以被耦合到半导体主体的前侧，并且第二负载端子可以被耦合到半导体主体的背侧。负载电流路径通常穿过第一导电类型（例如n型）的漂移区。此外，可以借助于绝缘电极来控制负载电流路径，所述绝缘电极有时被称为栅电极。例如，在从例如驱动器单元接收到对应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体晶体管选择性地设置成传导状态和阻断状态之一。通常，半导体主体包括第一导电类型的场停止区（有时还被称为缓冲区），其中场停止区可以例如被布置在漂移区和背侧之间。场停止区可以被配置用于在功率半导体晶体管的阻断状态期间影响电场的路线（course）。场停止区可以展现以比漂移区更高的浓度的第一导电类型的供体。例如，沿着从前侧指向背侧的方向的阻断状态中的电场降落因而可以增大。半导体晶体管的场停止区可以例如借助于通过半导体主体背侧的质子注入而形成。场停止区可以对功率半导体晶体管的多个另外的性质有影响。一般合期望的是提供关于某些电气性质而被优化的功率半导体晶体管，所述电气性质诸如短路强度、热泄漏电流、和/或关断柔和度。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，一种功率半导体晶体管包括具有前侧和带有背侧表面的背侧的半导体主体。半导体主体包括第一导电类型的漂移区和第一导电类型的场停止区。场停止区被布置在漂移区和背侧之间，并且在沿着从背侧指向前侧的竖直方向的横截面中包括第一导电类型的供体的浓度剖面，所述浓度剖面展现：在自背侧表面的第一距离处的第一局部最大值、与第一局部最大值相关联的半最大值处前部宽度、以及与第一局部最大值相关联的半最大值处背部宽度，其中半最大值处前部宽度小于半最大值处背部宽度，并且总计为第一距离的至少8%。根据第二方面，一种处理功率半导体晶体管的方法包括：提供具有前侧和背侧的半导体主体，所述背侧具有背侧表面；以及借助于至少一个质子注入步骤来在半导体主体内部创建场停止区，其中通过背侧表面、以相对于背侧表面法线的注入角来实施注入，所述注入角是在从20°到60°的范围中。此外，以在从100keV到800keV的范围中的注入能量并且利用如下注入剂量来实施注入：所述注入剂量产生为特定用于半导体主体材料的穿透电荷的至少20%的、场停止部中的结果得到的供体浓度剖面的积分。根据第三方面，一种处理功率半导体晶体管的方法包括：提供具有前侧和背侧的半导体主体，所述背侧具有通过背侧表面法线所限定的表面；使背侧结构化，使得形成多个表面部分，其不同于彼此之处在于它们具有相对于背侧表面法线的不同定向；以及借助于通过背侧表面所实施的至少一个质子注入步骤来在半导体主体内部创建场停止区，其中在质子注入步骤期间质子射束被所述多个表面部分偏转。本专利技术的第四方面涉及一种生产功率半导体晶体管的方法，其中所述功率半导体晶体管是根据第一方面的功率半导体晶体管，所述方法包括根据第二方面和第三方面中至少一个的方法步骤。本领域技术人员在阅读以下详细描述时并且在查看附图时将认识到附加的特征和优点。应当注意到，可以已经借助于根据本专利技术的第三和/或第四方面的方法步骤来处理或生产根据本专利技术的第一和第二方面的功率半导体晶体管。因而，关于功率半导体晶体管的上面已经描述的以及将在下文中描述的本专利技术的特征可以类似地应用于处理和/或生产方法并且反之亦然。附图说明图中的各部分不一定是按比例的，代替地将重点置于说明本专利技术的原理上。此外，在图中，同样的参考标号指明对应的部分。在附图中：图1示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的功率半导体晶体管的竖直横截面的区段；图2示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的功率半导体晶体管的竖直横截面的区段；图3示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的场停止区内部的供体浓度剖面；图4示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的场停止区内部的供体浓度剖面；图5示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的场停止区内部的供体浓度剖面；图6示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的场停止区内部的供体浓度剖面；图7A-B各自示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的用于创建场停止区的质子注入步骤；图8示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的半导体主体的经结构化的背侧；以及图9示意性并且示例性地图示了根据一个或多个实施例的半导体主体的非晶背侧表面。具体实施方式在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中作为图示而示出了其中可以实践本专利技术的特定实施例。在这方面中，诸如“顶部”、“底部”、“下面”、“前部”、“后方”、“背部”、“引领的”、“拖尾的”、“下面”、“上面”等等方向性术语可以参考正被描述的图的定向来使用。由于实施例的各部分可以以多个不同的定向而被定位，所以方向性术语用于说明的目的，并且决不是限制性的。要理解的是，在不偏离本专利技术的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以做出结构性或逻辑改变。因此，不要以限制性意义理解以下详细描述，并且本专利技术的范围由所附权利要求来限定。现在将详细参考各种实施例，实施例的一个或多个示例在图中被图示。每个示例作为解释被提供，并且不意在作为本专利技术的限制。例如，作为一个实施例的部分所图示或描述的特征可以被使用在其它实施例上或结合其它实施例使用以产生又另外的实施例。所意图的是本专利技术包括这样的修改和变型。通过使用特定语言来描述示例，所述特定语言不应当被解释为限制所附权利要求的范围。附图不是按比例的，并且仅仅用于说明性目的。为了清楚，如果没有另行声明，则已在不同附图中通过相同的参考标记指明了相同的要素或制造步骤。如在本说明书中所使用的术语“水平的”意图描述与半导体衬底或半导体结构的水平表面大体上平行的定向。这可以例如是半导体晶圆或管芯的表面。例如，下面提及的第一横向方向X和第二横向方向Y二者可以是水平方向，其中第一横向方向X和第二横向方向Y可以垂直于彼此。如本说明书中所使用的术语“竖直的”意图描述如下定向：所述定向大体上被布置成垂直于水平表面，即例如平行于半导体晶圆的表面的法线方向。例如，下面提及的延伸方向Z可以是垂直于第一横向方向X和第二横向方向Y二者的延伸方向。在本说明书中，n掺杂的被称为“第一导电类型”，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体晶体管（1），包括具有前侧（10-1）和背侧（10-2）的半导体主体（10），所述背侧（10-2）具有背侧表面（10-20），/n其中半导体主体（10）包括第一导电类型的漂移区（100）以及第一导电类型的场停止区（105），/n场停止区（105）被布置在漂移区（100）与背侧（10-2）之间，并且在沿着从背侧（10-2）指向前侧（10-1）的竖直方向（Z）的横截面中包括第一导电类型的供体的浓度剖面，所述浓度剖面展现：在自背侧表面（10-20）的第一距离（d1）处的第一局部最大值（1051）、与第一局部最大值（1051）相关联的半最大值处前部宽度（B）、以及与第一局部最大值（1051）相关联的半最大值处背部宽度（A），/n其中半最大值处前部宽度（B）小于半最大值处背部宽度（A），并且总计为第一距离（d1）的至少8%。/n

【技术特征摘要】
20180924 DE 102018123439.21.一种功率半导体晶体管（1），包括具有前侧（10-1）和背侧（10-2）的半导体主体（10），所述背侧（10-2）具有背侧表面（10-20），
其中半导体主体（10）包括第一导电类型的漂移区（100）以及第一导电类型的场停止区（105），
场停止区（105）被布置在漂移区（100）与背侧（10-2）之间，并且在沿着从背侧（10-2）指向前侧（10-1）的竖直方向（Z）的横截面中包括第一导电类型的供体的浓度剖面，所述浓度剖面展现：在自背侧表面（10-20）的第一距离（d1）处的第一局部最大值（1051）、与第一局部最大值（1051）相关联的半最大值处前部宽度（B）、以及与第一局部最大值（1051）相关联的半最大值处背部宽度（A），
其中半最大值处前部宽度（B）小于半最大值处背部宽度（A），并且总计为第一距离（d1）的至少8%。


2.根据权利要求1所述的功率半导体晶体管（1），其中半最大值处前部宽度（B）小于半最大值处背部宽度（A）的一半。


3.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中场停止区（105）中的供体浓度剖面的积分总计为特定用于半导体主体（10）的材料的穿透电荷的至少20%。


4.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中第一距离（d1）等于或小于4μm和/或等于或大于0.3μm。


5.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中半最大值处前部宽度（B）是至少0.225μm和/或
其中半最大值处背部宽度（A）是至少0.675μm和/或
其中与第一局部最大值（1051）相关联的半最大值处全宽度（A+B）是至少0.9μm。


6.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中场停止区（105）中的供体的至少80%是氢致供体。


7.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中所述浓度剖面的特征在于，在前侧（10-1）的方向上、自第一局部最大值（1051）的位置250nm的距离处，供体浓度是第一局部最大值（1051）处的供体浓度的至少35%。


8.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中所述浓度剖面的特征在于，在前侧（10-1）的方向上、自第一局部最大值（1051）的位置375nm的距离处，供体浓度是第一局部最大值（1051）处的供体浓度的至少5%。


9.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中所述浓度剖面的特征在于，在背侧（10-2）的方向上、自第一局部最大值（1051）的位置500nm的距离处，供体浓度是第一局部最大值（1051）处的供体浓度的至少60%。


10.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中所述浓度剖面的特征在于，在背侧（10-2）的方向上、自第一局部最大值（1051）的位置1500nm的距离处，供体浓度是第一局部最大值（1051）处的供体浓度的至少25%。


11.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中沿着场停止区（105）的顺着与竖直方向（Z）垂直的横向方向（X、Y）的延伸的至少80%，第一局部最大值（1051）处的供体浓度变化小于10%，和/或其中在所述功率半导体晶体管（1）的有源区域中，在第一局部最大值（1051）处的供体浓度沿着与竖直方向（Z）垂直的横向方向（X、Y）变化小于10%。


12.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中半导体主体（10）包括与第一导电类型互补的第二导电类型的背侧发射极区（107），背侧发射极区（107）被布置在背侧（10-2）处，其中在背侧发射极区（107）与场停止区（105）之间的过渡形成第二pn结（108）。


13.根据权利要求12所述的功率半导体晶体管（1），其中由背侧发射极区（107）、场停止区（105）、漂移区（100）、以及至少一个控制单元（14）的主体区（102）所形成的部分晶体管的电流放大因子沿着与竖直方向（Z）垂直的横向方向（X、Y）变化小于10%。


14.根据前述权利要求中一项所述的功率半导体晶体管（1），其中场停止区（105）包括多个局部最大值（1051、1052、105n-1、105n），第一局部最大值（1051）比所述多个局部最大值中其它局部最大值（1052、105n-1、105n）中的每一个更靠近于背侧表面（10-20）地定位，并且所述多个局部最大值（1051、1052、105n-1、105n）中的第n局部最大值（105n）比所述多个局部最大值中其它局部最大值（1051、1052、105n-1）中的每一个更远离背侧表面（10-20）地定位，其中在第一局部最大值（1051）处的供体浓度高于所述多个局部最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：HP费尔斯尔，M耶利内克，V科马尼茨基，K施拉姆尔，HJ舒尔策，
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