半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括：提供半導(dǎo)體襯底；在襯底上提供至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有與半導(dǎo)體襯底相對的背面和朝向半導(dǎo)體襯底的正面；在半導(dǎo)體器件的背面上提供接觸層；將接觸層接合到輔助載體；并且從襯底分離該至少一個(gè)半導(dǎo)體器件。此外，本發(fā)明還提供一種根據(jù)該方法生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件和中間產(chǎn)品。
【專利說明】半導(dǎo)體器件及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所描述的實(shí)施例涉及在襯底上生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件，特別涉及用于在包括SiC的襯底上制造這類半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用SiC的半導(dǎo)體器件由于襯底的高價(jià)格而通常昂貴，襯底的高價(jià)格通常是制造的產(chǎn)品的價(jià)格的一個(gè)主要因素。該缺點(diǎn)通常是不能通過其它改進(jìn)(如更小的產(chǎn)品損失等)來補(bǔ)償?shù)摹?br> [0003]有一些概念涉及從SiC晶片分離SiC薄層，以將這些薄層接合到碳或金屬載體板上，并且使所得的層堆疊作為整體經(jīng)過晶片生產(chǎn)。因?yàn)樵嫉腟iC晶片將可重新使用，所以，在SiC外延層的情況下即使對于無限循環(huán)次數(shù)而言，在這種情況下基礎(chǔ)材料的成本量可以顯著地減少。然而，載體堆疊將必須能夠承受SiC器件處理的高溫，并且將不允許與工藝化學(xué)、處理等相互作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在襯底上提供至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有與半導(dǎo)體襯底相對的背面和朝向半導(dǎo)體襯底的正面；在半導(dǎo)體器件的背面上提供接觸層；將接觸層接合到輔助載體；并且從襯底分離至少一個(gè)半導(dǎo)體器件。
[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了 一種用于半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)的中間產(chǎn)品。該中間產(chǎn)品包括:半導(dǎo)體襯底；在襯底上的半導(dǎo)體器件，具有與半導(dǎo)體襯底相對的背面和朝向半導(dǎo)體襯底的正面；在半導(dǎo)體器件的背面上的接觸層；以及被接合到接觸層的輔助載體。
[0006]由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點(diǎn)和特征是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，包括公開的最佳模式的、完整并可行的公開在說明書的剩余部分被更具體地闡明，包括參照附圖，其中:
[0008]圖1至圖6示出根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；
[0009]圖7和圖8示出根據(jù)實(shí)施例的中間產(chǎn)品的分離；
[0010]圖9和圖10示出根據(jù)實(shí)施例的其它制造步驟；
[0011]圖11示出根據(jù)實(shí)施例的中間產(chǎn)品；
[0012]圖12示出根據(jù)實(shí)施例的中間產(chǎn)品的分離；
[0013]圖13示意地示出根據(jù)實(shí)施例的方法。
[0014]附圖中的部件未必按比例繪制，而是將注意力放在圖示本發(fā)明的原理上。此外在附圖中，相似的附圖標(biāo)記指定對應(yīng)的部分。【具體實(shí)施方式】
[0015]此處將詳細(xì)參考各種實(shí)施例，在每個(gè)附圖中示出實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例。每個(gè)示例以解釋的方式被提供，而并不意味著限制。例如，被圖示或描述為一個(gè)實(shí)施例的部分的特征可以被用于其它實(shí)施例或者連同其它實(shí)施例一起使用，以又產(chǎn)生另外的實(shí)施例。本公開意在包括這類修改和變化。
[0016]在這方面，參照所描述的附圖的定向使用方向術(shù)語，諸如“頂”、“底”、“正”、“背”等。因?yàn)閷?shí)施例的部件可以被以許多不同的定向進(jìn)行定位，所以使用方向術(shù)語的目的是圖示而絕不是限制性的。應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以利用其它實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。因此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)該視作限制性的，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。所描述的實(shí)施例使用特定語言，其不應(yīng)被理解為限制所附權(quán)利要求的范圍。除非另外指明，否則實(shí)施例可以組合。附圖未按比例繪制。
[0017]本說明的上下文中，術(shù)語“歐姆接觸”、“電接觸”、“接觸”、“歐姆連接”和“電連接”意在描述在半導(dǎo)體器件的兩個(gè)區(qū)域、部或部分之間、或者在一個(gè)或多個(gè)器件不同端子之間、或者在端子或金屬化物與半導(dǎo)體器件的部或部分之間，存在歐姆電連接或歐姆電流路徑。
[0018]如在本說明中使用的，術(shù)語“橫向”意在描述平行于半導(dǎo)體襯底的第一主表面的定向。
[0019]如在本說明中使用 的，術(shù)語“豎直”意在描述被布置為與半導(dǎo)體襯底的第一表面垂直的方向。術(shù)語“豎直功率半導(dǎo)體器件”應(yīng)表示其中漂移區(qū)中電荷載流子的漂移為豎直(即與半導(dǎo)體的第一表面垂直)的功率半導(dǎo)體器件。
[0020]本說明中，認(rèn)為半導(dǎo)體襯底的第二表面由下表面或背側(cè)表面形成，而認(rèn)為第一表面由半導(dǎo)體襯底的上表面、正表面或主表面形成。如在本說明中使用的，術(shù)語“在……上方”、“上”、“最上”、“在……之上”、“在……上”和“在……下方”、“下”、“最下”、“在……之下”、“在……下”考慮到這一定向而描述一個(gè)結(jié)構(gòu)特征與另一個(gè)結(jié)構(gòu)特征的相對空間位置。當(dāng)涉及兩個(gè)層、薄膜、區(qū)域、部分、區(qū)或其它元素使用時(shí)，術(shù)語“直接在……上方”、“直接在……之上”、“直接在……上”、“直接在……下方”、“直接在……之下”、“直接在……下”、“相鄰”和“連接”應(yīng)表示這些對象至少在物理上相互接觸。
[0021]本公開的實(shí)施例涉及豎直半導(dǎo)體器件，具體是基于SiC的器件(諸如二極管、肖特基二極管、混合PIN肖特基二極管、JFET、MOSFET等)，其被以反向順序生產(chǎn)在包括SiC的半導(dǎo)體襯底上。在生產(chǎn)工藝的結(jié)束階段中，向半導(dǎo)體器件的與襯底相對的表面應(yīng)用背側(cè)接觸。隨后，將背側(cè)接觸接合到輔助載體，并且從襯底分離器件。從而，利用了 SiC的通常不出現(xiàn)大量摻雜劑擴(kuò)散的屬性。
[0022]為了分離，在實(shí)施例中使用了各種方法。示例是，向襯底和半導(dǎo)體器件之間的邊界區(qū)域中離子注入，隨后是加熱步驟。這就導(dǎo)致被注入的離子的脫氣，并且隨后導(dǎo)致在邊界區(qū)域處的分離。其它分離方法包括應(yīng)用激光到邊界區(qū)域以便引起導(dǎo)致分離的局部過熱。另一個(gè)變體包括構(gòu)建具有不同修改的各種SiC層(諸如多孔層和單晶層)，其隨后通過高壓流體噴射(例如水噴射)而分離。
[0023]圖1示出根據(jù)實(shí)施例的示例性半導(dǎo)體器件75(即肖特基二極管或混合PIN肖特基二極管)的制造工藝的最初步驟。在實(shí)施例中的混合PIN肖特基二極管或PIN 二極管可以包括pn-n結(jié)構(gòu)和pp-n結(jié)構(gòu)。提供SiC襯底10，其上外延沉積包括SiC的第一半導(dǎo)體層20(此后稱作第一層20)。在SiC襯底10和半導(dǎo)體層20之間的邊界區(qū)域?qū)㈦S后形成在該工藝中制造的半導(dǎo)體器件75的正面15。
[0024]圖2示出P摻雜區(qū)域30被注入到第一層20中，p摻雜區(qū)域30用于二極管的橫向終止系統(tǒng)或者用于關(guān)于混合PIN肖特基二極管的陽極的設(shè)防(fortificat1n)。可選地，p摻雜區(qū)域30隨后被退火以減少缺陷。
[0025]圖3示出隨后外延沉積包括SiC的第二半導(dǎo)體層40 (此后稱作第二層40)，其具有用于半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)的摻雜。可選地，摻雜率隨著沉積的持續(xù)時(shí)間而增加，以達(dá)到場截止(field stop)。第二層40的背離襯底10的表面形成肖特基二極管75的背面25。
[0026]在圖4中，將陰極接觸區(qū)域注入到第二層40中。隨后將該接觸區(qū)域退火，并且將金屬接觸層50應(yīng)用到第二層40。
[0027]圖5不出，隨后如何用目標(biāo)材料的相對聞的每單位面積尚子劑量來將尚子60注入到半導(dǎo)體襯底10和第一層20之間的邊界區(qū)域中。優(yōu)選地，這些離子是具有從300keV到
1.5MeV的能量的質(zhì)子，更優(yōu)選地在500keV和1.2MeV之間，通常從接觸層50側(cè)應(yīng)用這些離子。在實(shí)施例中，離子可以備選地包括α粒子。在這種情況下，注入能量可能與質(zhì)子相比有增加。大體上，必須選擇注入能量以獲得計(jì)劃的被注入離子范圍以至少到達(dá)P摻雜區(qū)域30的深度。離子注入之后，將輔助載體70應(yīng)用到金屬接觸層50。輔助載體可以包括硅、金屬、碳、陶瓷和玻璃，或其它適合的材料。
[0028]圖6示出隨后通過加熱從SiC襯底10分離先前生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件75，在本實(shí)施例中其為肖特基二極管。如果充分選擇了所應(yīng)用的離子劑量，那么加熱導(dǎo)致從被注入的離子60積聚氫氣，這就導(dǎo)致微泡局部地破壞在半導(dǎo)體襯底10和在其上生產(chǎn)的半導(dǎo)體元件75之間的接合。在圖6中示出，在襯底10和半導(dǎo)體器件75之間的分離可能并未出現(xiàn)在第一層20和襯底10之間的準(zhǔn)確的邊界區(qū)域，而是層20的薄殘留層22可以存留在襯底10上。在實(shí)際使用中，分離的準(zhǔn)確位置可以受到向邊界區(qū)域中沉積離子60的影響。出于圖示的目的，在其它附圖中并未示出殘留層22，盡管在實(shí)施例中根據(jù)所選擇的分離工藝的詳細(xì)特性殘留層22可能存在。
[0029]在圖7中示意地示出的實(shí)施例中，可以在沒有前述離子注入情況下，通過將高度聚焦激光100應(yīng)用到在半導(dǎo)體襯底10和半導(dǎo)體器件75 (此處是肖特基二極管)之間的邊界區(qū)域上來執(zhí)行分離。激光在半導(dǎo)體襯底10 (通常包括SiC)和如前所述地生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件75之間的邊界區(qū)域中導(dǎo)致材料的局部過熱。在圖8中示出所造成的半導(dǎo)體襯底10的分離，導(dǎo)致在圖9中示出的分離的半導(dǎo)體器件75以及輔助載體70。
[0030]在圖10中示出輔助載體層70的可選的隨后分離。
[0031]在圖11中所示的實(shí)施例中，還可以通過在SiC半導(dǎo)體襯底10上建立多孔SiC層12來實(shí)現(xiàn)分離工藝，隨后多孔SiC層12被用其上生產(chǎn)半導(dǎo)體器件75的單晶SiC層14覆蓋。替代如上所述的離子60或激光所引起的分離，可以通過高壓水噴射110 (諸如在圖12中示意地示出的)來破壞多孔SiC層12，導(dǎo)致期望的分離。由分離工藝所開啟的半導(dǎo)體器件的正面15通常然后經(jīng)受進(jìn)一步的處理，其包括形成金屬化物和鈍化物中的至少一個(gè)。在金屬化之前，半導(dǎo)體器件的暴露的正面15可以被處理。處理可以包括機(jī)械處理(諸如拋光)和/或化學(xué)處理(諸如蝕刻)和/或機(jī)械和化學(xué)處理的組合(諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))。半導(dǎo)體器件可選地可以參照圖10所示從輔助載體70分離。[0032]分離的SiC半導(dǎo)體襯底10可以隨后被重新用于生產(chǎn)另外的半導(dǎo)體器件的另外的工藝循環(huán)。在實(shí)施例中，襯底的表面可以是在重新使用之前處理過的表面，其中處理可以包括機(jī)械處理(諸如拋光)和/或化學(xué)處理(諸如蝕刻)和/或機(jī)械和化學(xué)處理的組合(諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))和/或外延沉積步驟。
[0033]在半導(dǎo)體襯底10 (通常包括SiC)上生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件75 (通常包括至少一個(gè)包括SiC的層)在實(shí)施例中可以是二極管、如上所述的肖特基二極管、JFET和MOSFET中的一個(gè)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件不包括柵極氧化物。
[0034]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底10可以具有從0.2mm到1.0mm (更優(yōu)選地從0.4mm到
0.8mm)的厚度。
[0035]在制造半導(dǎo)體器件75的工藝中，半導(dǎo)體襯底10和其上形成的半導(dǎo)體器件所組成的系統(tǒng)被視作制造工藝過程中的中間產(chǎn)品。半導(dǎo)體器件75具有與半導(dǎo)體襯底10相對的背面25和朝向半導(dǎo)體襯底10的正面15、在半導(dǎo)體器件75的背面25上的接觸層50、和通常接合到接觸層50的輔助載體70。
[0036]圖13示出根據(jù)實(shí)施例的用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件75的方法300。其包括:在框301中，提供半導(dǎo)體襯底；在框302中，在襯底上提供至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有與半導(dǎo)體襯底相對的背面和朝向半導(dǎo)體襯底的正面；在框303中，在半導(dǎo)體器件的背面上提供接觸層；在框304中，將接觸層接合到輔助載體；以及在框305中，從襯底分離該至少一個(gè)半導(dǎo)體器件。
[0037]上文詳細(xì)描述了用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施例。系統(tǒng)和方法并不限于本文所述的特定的實(shí)施例，而是可以與本文所述的其它部件和/或步驟獨(dú)立地并且分離地利用該系統(tǒng)和/或方法的步驟。例如可以通過所述方法生產(chǎn)其它類型的半導(dǎo)體器件，而不限于僅用本文所述的半導(dǎo)體器件來實(shí)踐。而是，可以關(guān)于許多其它半導(dǎo)體器件來實(shí)施和利用該示例性實(shí)施例。
[0038]雖然可能在一些附圖中而未在其它附圖中示出本發(fā)明的各種實(shí)施例的特定特征，但這僅僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，任何附圖的特征可以與任何其它附圖的特征組合地被引用并且/或者被要求權(quán)利。
[0039]所撰寫的說明使用示例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何器件或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何合并的方法。雖然上文中已經(jīng)公開了各種特定的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，權(quán)利要求的精神和范圍允許等效的改變。特別地，上文所述的實(shí)施例的相互不排斥的特征可以相互組合。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然的其它示例。如果這類其它示例具有不與權(quán)利要求的文字語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者其包括基本上不與權(quán)利要求的文字語言不同的等效結(jié)構(gòu)元件，那么意在將其包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述襯底上提供至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件具有與所述半導(dǎo)體襯底相對的背面和朝向所述半導(dǎo)體襯底的正面； 在所述半導(dǎo)體器件的所述背面上提供接觸層； 將所述接觸層接合到輔助載體；并且 從所述襯底分離所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底包括SiC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)包括SiC的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在從所述半導(dǎo)體襯底分離之后，對所述半導(dǎo)體襯底的所述正面進(jìn)行進(jìn)一步處理，其中所述進(jìn)一步處理包括形成金屬化物和形成鈍化物中的至少一項(xiàng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底在從所述半導(dǎo)體器件分離之后被重新使用，以生產(chǎn)另一個(gè)半導(dǎo)體器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底在所述重新使用之前被表面處 理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括從所述輔助載體分離所述半導(dǎo)體器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件不包括柵極氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輔助載體包括選自由以下各項(xiàng)構(gòu)成的組的元件中的至少一個(gè):硅、金屬、碳、陶瓷和玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件是以下各項(xiàng)中的至少一個(gè):二極管、肖特基二極管、混合PIN肖特基二極管、JFET和MOSFET。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述半導(dǎo)體襯底分離所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括從所述襯底分割所述半導(dǎo)體器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件和所述半導(dǎo)體襯底之間存在邊界區(qū)域，并且其中通過將離子注入到所述邊界區(qū)域中，并且隨后加熱所述邊界區(qū)域以便產(chǎn)生引起所述分離的氣體微泡，來實(shí)現(xiàn)所述分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述離子包括質(zhì)子。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述離子包括質(zhì)子，并且其中所述質(zhì)子的注入能量被適配成使得所述質(zhì)子被沉積在所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件和所述半導(dǎo)體襯底之間的所述邊界區(qū)域中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述離子包括具有從300keV到1.5MeV的能量的質(zhì)子。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述半導(dǎo)體襯底分離所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括將激光通過所述襯底應(yīng)用到在所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件和所述半導(dǎo)體襯底之間的所述邊界區(qū)域，以便獲得引起所述分離的局部過熱。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述半導(dǎo)體襯底分離所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括: 在所述半導(dǎo)體襯底和所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件之間提供中間層；并且隨后機(jī)械處理所述中間層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述中間層包括多孔SiC和單晶層中的至少一個(gè)；并且其中通過利用流體噴射處理所述中間層來從所述半導(dǎo)體器件分離所述半導(dǎo)體襯
。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底具有從0.2到1.0mm的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提供至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積第一外延層； 向所述外延層中注入摻雜劑；并且 在所述第一外延層上沉積第二外延層。
21.一種用于半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)的中間產(chǎn)品，包括: 半導(dǎo)體襯底； 在所述襯底上的半導(dǎo)體器件，具有與所述半導(dǎo)體襯底相對的背面和朝向所述半導(dǎo)體襯底的正面； 在所述半導(dǎo)體器件的所述背面上的接觸層；以及 輔助載體，被接合到所述接觸層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的中間產(chǎn)品，其中所述半導(dǎo)體襯底包括SiC。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的中間產(chǎn)品，其中所述半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)包括SiC的層。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的中間產(chǎn)品，還包括在所述半導(dǎo)體器件和所述半導(dǎo)體襯底之間的中間區(qū)域，所述中間區(qū)域表現(xiàn)由于離子注入而引起的升高的雜質(zhì)原子濃度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的中間產(chǎn)品，其中所述離子包括質(zhì)子。
【文檔編號】H01L21/683GK104037070SQ201410083341
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】A·毛德, R·奧特雷姆巴, H-J·舒爾策 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司