处理含氧半导体晶片的方法及半导体元件技术

本发明专利技术描述了一种用于处理含氧半导体晶片的方法，其中所述含氧半导体晶片具有第一面、与第一面相对的第二面、与第一面邻接的第一半导体区域、和与第二面邻接的第二半导体区域，所述方法包括如下方法步骤：用高能粒子辐照晶片的第二面，因此在第二半导体区域中产生晶体缺陷；和进行第一热处理，其中将晶片加热至７００℃至１１００℃之间的温度。本发明专利技术还涉及在以这种方式所处理的晶片的基础上所产生的元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】，含氧半导体晶片的方法及半导体元件
技术介绍
本专利技术涉及一种用于处理含氧半导体晶片的方法。用于生产例如为实现半导体元件所需要的半导体单晶(例如硅单晶)的公知方法是戶;fi胃的浮区法(FZ法(floatzonemethod))或者直拉法(CZ飄Czochralski method)) 。 ,Affl31S些方法所生产的单晶体半导体晶irt切割盘状半导体晶片， 形成制造半导体元件的基础。CZ法同FZ法相比可以更成本有效地被执行，但是 存在缺点，由于生产方法，单晶具有高氧浓度， 一般在几个10^toms/cm愤范围中。发生在用于制造和处理半导体晶片的方法过程中的热处理具有以下效果， 即在晶片中高浓度出现的氧形成所谓的氧沉淀。所述氧沉淀应该被理解为半导 体晶体中的氧聚集或者氧空位(oxygen-vacancy)。这些沉淀尤其担当重金属原 子的沟中心(gutteraig center)，所M金属原子在用于制造元件的方法过程中 能itA晶片。然而，如果这样的沉淀出现在半导体元件的有源元件区，由于用 作自由电荷载流子的复合中心和由于用作电荷载流子对的产生中心，所述沉淀 导致元件属性的缺陷，^S终导致在元件反向工作时流动的漏电流增加。由于上面所述原因，没有进一步处理的CZ晶片仅有限;tte用于实现具有几 百伏特介电强度的功率元件。CZ晶片在没有进一步处理的情况下适用于仅作为 半导^M底的所述元件，其中利用复杂的并且由此成本昂贵的外延方法将另外 的(乏氧)半导体层施加到所述半导体衬底，在其半导体层中实现釆取反向电 压(reverse voltage)的功率元件的区域，例如，MOSFET的漂移区逾GBT的n 型掛及。存在多种方法用于阻止在CZ晶片的接近表面的区域中的氧沉淀，以便所述 区域可被用于生产有源元件区。但是，氧沉淀故意地被产生在更深的区域，所 述氧沉淀对于尤其不希望的、被引入入晶片的杂质(例如重金属原子)用作"固 有沟中心"。一种用于在晶片的接ra面的区域中阻止氧沉淀的公知方法在于借助于利9用热处理使氧原子从晶片的接近表面的区域向外扩散来减少在晶片的所述区域 中的氧浓度。US 6,849,119 B2 (Falster)描述了一种方法，其中CZ半导体晶片遭受热处 理，其中晶片的背面暴露于氮化气氛并且所述晶片的前面暴露于非氮化气氛。 该热处理导致晶体空位的产生，其中所建立的空位分布的最大值比前面更加接 近于背面。该晶片随后在80(TC和100(TC的温度下遭受另外的热处理，因此引 起在具有高空位浓度的区域中的氧沉淀。在US 5,882,989 (Falster) ^US 5,994,761 (Falster)中描述了另外的方法， 用于借助于在邻接表面的晶片区域中产生低沉淀半导体区来处理晶片。EP0769809A1 (Schulze)介绍一种方法，用于借助于由于氧化工艺被注入 晶片的间隙硅(interstitial silicon) M^、晶片中的空位浓度。Wondrak^W: "Einsalz von Protonenbestrahlung in der Technologie der Leistungshalbleitef，，("功率半导体技术中质子辐射的使用")(在Archiv他 Elektrotechnik， 1989， 72巻，133-140页)描述了一种用于通过质子辐射并随后 进行热步骤对半导体材料的n型掺杂的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种处理用于制造半导体元件的含氧晶片的方法，其 阻止在晶片的接近表面的区域中的氧沉淀，并且其中具有高密度氧沉淀的区优 淑也在与接近表面的区域相对的晶片区域中被产生。该目的通过根据权利要求1和55的方法来实现。本专利技术还涉及根据权利要 求50的垂直半导体元件。从属权禾腰求涉及有益的结构。根据用于M含氧半导体晶片的本专利技术方法的一个示范实施例，其中所述 含氧半导体晶片具有第一面、与第一面相对的第二面、邻接第一面的第一半导体区域以及邻接第二面的第二半导体区域，规定用高能粒子辐照晶片的第二面， 以便由此在晶片的第二半导体区域中产生晶体缺陷，例如空位、双空位或空你 氧复合体。接着进行第一热处理，其中晶片被加热到70(TC至110(rC之间的温 度一段预定的持续时间。在所述第一热处理期间，例如较高价空位(V)-氧(O)复合体(即02V复 合体)在第二半导体区域中形成，所述第二半导体区域同第一半导体区域相比 具有高浓度晶体缺陷和由此具有高浓度晶格空位。所述空位-氧复合体用作淑亥晶种(nucleationseed)，其中另外的氧原子或氧离子或其它空你氧复合体附着 至U所述成核晶种，因此在第二半导体区域中产生稳定的氧聚集。此外空位-氧复 合体或氧聚集还用作出现在半导体晶片中的杂质(例如重金属原子)和晶格空 位的沟中心。在第二半导体区域中出现的空位-氧复合体和氧聚集的沟效应还导 致晶格空位从第一半导体区域向第二半导体区域扩散，由此第一半导体区域晶 格空位被耗损。由于在第一半导体区域中缺乏晶格空位，没有或仅有很少的氧 沉淀可以在该半导体区域中形成，由此低氧沉淀半导体区、所谓的"洁净区"在 邻接第一面的第一半导体区域中产生。这样的半导体区在下文中被称为低沉淀 区。禾佣所述的方法，可能比在公知方法的情况下实现基本无氧沉淀的区的明 显较大的竖向幅度(vertical extent) 。 M"于垂直功率半导体元件是特别适用的， 所述垂直功率半导体元件可以具有500伏以上的击穿电压，并且其中因此需要 采取反向电压的元件区的相应大的垂直尺寸，例如^10DFET的情况下的漂移区。用于产生低沉淀区的所述方法同传统方法相比还导致更均匀的低沉淀区。 由于在横向上(也就是说相对于注入方向的横向)很小的注入剂量波动，注入 工艺比例如氮化气氛中的传统RTA工艺(RTA二快速热退火)，使横向上空位 浓度分布明显地更加均匀。此外，注入工艺对于出现在晶片表面上的錄'寄生" 层是不敏感的，然而^RTA工艺中作用于晶片表面的这种层明显地影响表面反 員度并由此影响空位产生。为了产生晶体缺陷、尤其为了产生晶格空位用高能粒子辐照半导体本体导 致第二半导体区域中的高浓度晶格空位，因此导致第二半导体区域中的高浓度 氧沉淀，由于空位相当地促进了氧沉淀，也就是说形成这样的沉淀。此外，第 二半导体区域中的高空位浓度导致晶格空位从第一半导体区域向第二半导体区 域特别有效的向外扩散。可M用高能粒子辐照以高再现性在晶片内和从晶片 至廿晶片来产生晶格空位，線示相对公知方法的另一优点。在氮化气氛的热处理中仅仅可以实现1012和1013空位每立方厘米(cm3)之 间的空位浓度，而当用质子辐照半导体本体时，可产生大于1018空你cm3的空 位浓度，例如，这导致所希望效果的相当大的强化。本专利技术的另夕Kt点在于， 与4吏用氮化步骤产生空位的方法相比，通过相应选择辐照能量和辐照剂量，实质上在半导体晶片中可以Kz:任何所希望的空位分布；尤其是，甚至能在相对大深度的半导体晶体中产生非常高的空位浓度。用于辐照的高能粒子尤其是非掺杂粒子，例如质子，像氦离子、氖离子或 氩离子的惰性气体离子，像锗离子或硅离子的半导体离子。然而，像例如磷离 子的掺杂粒子也适用于作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理含氧半导体晶片（１００）的方法，其中所述含氧半导体晶片（１００）具有第一面（１０１）、与第一面（１０１）相对的第二面（１０２）、与第一面（１０１）邻接的第一半导体区域（１０３’）、和与第二面（１０２）邻接的第二半导体区域（１０４’），包括如下方法步骤：　用高能粒子辐照晶片（１００）的第二面（１０２），因此在第二半导体区域（１０４’）中产生晶体缺陷，　进行第一热处理，其中将晶片（１００）加热至７００℃至１１００℃之间的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ舒尔泽，H斯特拉克，A莫德，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利股份公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]