包括离子注入的制造半导体器件的方法和半导体器件技术

公开了包括离子注入的制造半导体器件的方法和半导体器件。提出了一种在具有第一表面(104)和第二表面(106)的半导体本体(102)中制造半导体器件的方法。方法包括通过第二表面(106)将质子(I1)注入到半导体本体(102)中。方法进一步包括通过第二表面(106)将离子(I2)注入到半导体本体(102)中。离子是具有至少为9的原子序数的非掺杂元素的离子。此后，方法进一步包括通过热退火对半导体本体(102)进行处理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
包括离子注入的制造半导体器件的方法和半导体器件


[0001]本公开涉及制造半导体器件的方法，特别是涉及包括离子注入的制造半导体器件的方法。

技术介绍

[0002]新一代半导体器件——例如二极管或绝缘栅场效应晶体管(IGFET)，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)——的技术发展的目的在于通过缩小器件几何尺寸来改进电器件特性并且降低成本。虽然可以通过缩小器件几何尺寸来降低成本，但是当增加每单位面积的器件功能时，不得不满足各种折衷和挑战。例如，半导体本体的厚度减小对于静态和动态电损耗的减小可能是有益的。然而，厚度减小典型地以例如击穿电压和宇宙射线性能为代价。因此，半导体器件可以包括场停止区以用于在电开关期间提供足够的软度。场停止区目的在于保护一定量的电荷载流子等离子体，从而这些电荷可以在反向恢复结束期间承载负载电流。
[0003]存在针对改进半导体器件的电特性的需要。

技术实现思路

[0004]本公开的示例涉及在具有第一表面和第二表面的半导体本体中制造半导体器件的方法。方法包括通过第二表面将质子注入到半导体本体中。方法进一步包括通过第二表面将离子注入到半导体本体中。离子是具有至少为9或甚至至少为18的原子序数的非掺杂元素的离子。此后，方法进一步包括通过热退火对半导体本体进行处理。
[0005]本公开的示例涉及在具有第一表面和第二表面的半导体本体中制造半导体器件的方法。方法包括通过第二表面将氢引入到半导体本体中。方法进一步包括通过第二表面将离子注入到半导体本体中。离子是具有至少为9的原子序数的非掺杂元素的离子。此后，方法进一步包括通过热退火对半导体本体进行处理。
[0006]本公开的另一示例涉及一种半导体器件。半导体器件包括由氢相关施主在硅半导体本体中限定的n掺杂区。半导体器件进一步包括具有至少为9的原子序数的非掺杂元素。n掺杂区中的竖向电荷载流子浓度分布中的峰值和非掺杂元素的竖向浓度分布中的峰值之间的竖向距离小于非掺杂元素的竖向浓度分布中的峰值和硅半导体本体的最接近表面之间的竖向距离的50%。
[0007]在阅读以下详细描述并且查看随附附图时本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。
附图说明
[0008]随附附图被包括以提供对实施例的进一步理解，并且被合并在本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示半导体器件和制造半导体器件的方法的实施例，并且与描述一起用于解释实施例的原理。在以下的详细描述和权利要求中描述了进一步的实施例。
[0009]图1A至图1C、图2是用于图示制造半导体器件的处理特征的示意性横截面视图。
[0010]图3是可以通过图1A至图1C、图2的处理特征制造的半导体器件的示意性横截面视图。
[0011]图4、图5是用于图示浓度分布的实验结果的示意性线图。
具体实施方式
[0012]在以下的详细描述中参照随附附图，随附附图形成在此的一部分，并且在附图中通过图示方式示出其中可以处理半导体衬底的特定示例。要理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它示例并且可以作出结构或逻辑上的改变。例如，针对一个示例图示或描述的特征可以被使用在其它示例上或与其它示例结合使用，以产生又一进一步的示例。本公开旨在包括这样的修改和变化。使用特定语言描述了示例，特定语言不应当被解释为限制所附权利要求的范围。附图并非按比例，并且仅用于说明的目的。如果没有另外说明，则在不同的附图中对应的要素由相同的参考标号指明。
[0013]术语“具有”、“包含”、“包括”和“包括有”等是开放的，并且这些术语指示存在所声明的结构、要素或特征但是不排除存在附加的要素或特征。数量词“一”、“一个”和指代词“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文另外清楚地指示。
[0014]术语“电连接”描述电连接的元件之间的永久的低电阻连接，例如相关元件之间的直接接触或者经由金属和/或重掺杂的半导体材料的低电阻连接。术语“电耦合”包括被适配用于信号和/或功率传输的一个或多个的(多个)中间元件可以被连接在电耦合的元件之间，例如可控制以在第一状态中临时提供低电阻连接并且在第二状态中临时提供高电阻电解耦的元件。
[0015]如果两个要素A和B是使用“或”组合的，则这要被理解为公开了所有可能的组合，即如果没有明确地或隐含地另外限定，则仅A、仅B以及A和B。针对相同组合的替代用语是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。在已作必要修正的情况下，这同样适用于多于两个要素的组合。
[0016]针对物理尺寸给出的范围包括边界值。例如，针对从a到b的参数y的范围读作为a≤y≤b。这同样适用于具有一个边界值(如“至多”和“至少”)的范围。
[0017]来自化学合成物或合金的层或结构的主要成分是其原子形成化学合成物或合金的这样的元素。例如，硅(Si)和碳(C)是碳化硅(SiC)层的主要成分。
[0018]术语“在
…
上”不应被解释为仅意味着“直接在
…
上”。相反，如果一个要素位于另一要素“上”(例如一层在另一层“上”或在衬底“上”)，则进一步的组件(例如进一步的层)可以位于两个要素之间(例如，如果一层在衬底“上”，则进一步的层可以位于该层和所述衬底之间)。
[0019]在具有第一表面和第二表面的半导体本体中制造半导体器件的方法的示例可以包括通过第二表面将质子注入到半导体本体中。方法可以进一步包括通过第二表面将离子注入到半导体本体中。离子是具有至少为9的原子序数的非掺杂元素的离子。此后，方法可以进一步包括通过热退火对半导体本体进行处理。
[0020]半导体器件可以是例如集成电路、或分立半导体器件或半导体模块。半导体器件可以是或包括功率半导体器件，例如在第一表面和第二表面之间具有负载电流流动的竖向
功率半导体器件。半导体器件可以是或可以包括功率半导体二极管、或功率半导体IGBT(绝缘栅双极晶体管)、或反向导通(RC)IGBT、或功率半导体晶体管，诸如功率半导体IGFET(绝缘栅场效应晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管)。功率半导体器件可以被配置为传导大于1A或大于10A或甚至大于30A的电流，并且可以被进一步配置为阻断负载端子之间(例如IGBT的发射极和集电极之间)或二极管的阴极和阳极之间或MOSFET的漏极和源极之间的在几百到几千伏特范围内的电压，例如400V、650V、1.2kV、1.7kV、3.3kV、4.5kV、5.5kV、6kV、6.5kV。例如，阻断电压可以对应于在功率半导体器件的数据表中规定的电压等级。
[0021]半导体本体可以包括如下或由如下构成：来自IV族元素半导体的半导体材料、IV
‑
IV族合成物半导体材料、III
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V族合成物半导体材料或II
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VI族合成物半导体材料。来自IV族元素半导体的半导体材料的示例除了其它之外还包括硅(Si)和锗(Ge)。IV
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IV族本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在具有第一表面(104)和第二表面(106)的半导体本体(102)中制造半导体器件的方法，包括：通过第二表面(106)将质子(I1)注入到半导体本体(102)中；通过第二表面(106)将离子(I2)注入到半导体本体(102)中，其中离子是具有至少为9的原子序数的非掺杂元素的离子；并且此后通过热退火来处理半导体本体(102)。2.根据权利要求1所述的方法，其中热退火是在从350℃到430℃的温度范围内在从30分钟到4小时的时段内执行的。3.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中半导体本体(102)是硅半导体本体，并且离子包括硅、氩、氪、氙、氖、氟、锗的离子。4.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中以小于10
13
cm
‑2的剂量注入离子。5.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，进一步包括，在通过第二表面(106)将质子(I1)注入到半导体本体(102)中之前，通过在第一表面(104)处对半导体本体(102)进行处理来形成半导体器件元件。6.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中质子的穿透深度(p1)被设置为小于离子的穿透深度(p2)。7.根据权利要求1至5中的任何一项所述的方法，其中质子的穿透深度(p1)被设置为大于离子的穿透深度(p2)。8.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中离子的穿透深度(p2)和质子的穿透深度(p1)之间的比率在从0.1到3的范围内。9.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中质子的穿透深度(p1)被设置为实质上等于离子的穿透深度(p2)。10.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中通过第二表面(106)将离子(I2)注入到半导体本体(102)中包括基于至少两种不同的离子注入能量来注入离子(I2)。11.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中通过第二表面(106)将离子(I2)注入到半导体本体(102)中包括基于至少两个不同的离子注入倾斜角度来注入离子(I2)。12.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中通过第二表面(106)将质子(I1)注入到半导体本体(102)中包括基于至少两个不同的质子注入倾斜角度注入质子(I1)。13.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中沿着与半导体本体(102)的主晶轴偏离至多1.5
°

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
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：