專利名稱：具有緩沖層的半導體器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明介紹了一種具有至少一個pn結的半導體器件，特別是用于 功率類(Leistungsklasse )應用的二極管。這樣的二極管例例如與功率 開關(Leistungsschaltern )、特別是功率晶體管結合作為所謂的自振蕩 二極管(Freilaufdioden )。
背景技術：
基本上，例如在EP1096576A1中公開了用第一摻雜的第一區(qū)和第 二摻雜的其它區(qū)以層序列構成這樣的二極管。在此，摻雜是指一體積單位中摻雜物質原子(Dotierstoffatomen)、施主或受主的設置，由此在那 里形成每體積單位的濃度。在此，其相當于在現(xiàn)有技術中，在所述其它 區(qū)中第二摻雜的濃度相對于第一區(qū)持續(xù)地(stetig)或非持續(xù)地 (unstetig)上升。已知在這些其它區(qū)中各個區(qū)中，摻雜的濃度被實施 為恒定的，摻雜的濃度同樣可以在一個或多個區(qū)中按照指數(shù)函數(shù)上升。 但重要的是，摻雜的濃度具有按照圖4的基本分布。圖4示例性示出根據現(xiàn)有技術的功率二極管的摻雜濃度曲線。在此 示出第一主表面(Hl)，該第一主表面(Hauptflaeche )與在此是p摻 雜的第一區(qū)(10)鄰接。然后是n-摻雜的第二區(qū)(20)，該第二區(qū)的基 本材料、在此是硅晶片優(yōu)選具有恒定的基本濃度。該第二區(qū)(20)與第 一界面(Gl)和n摻雜的第三區(qū)(30)鄰接，該第三區(qū)實現(xiàn)緩沖層的 任務。接著通過界面(G2)這里是n+摻雜的區(qū)作為該層序列的最后一 區(qū)、即第四區(qū)(40)，然后半導體器件的第二主表面(H2)與其鄰接。 用于接觸目的的主表面(Hl， H2)的必務ir屬化在此不再詳細描述。按照現(xiàn)有技術，第三區(qū)(30)和第四區(qū)(40)借助擴散方法從第二 主表面(H2)的方向形成。由此還產生該摻雜的對于擴散方法來說典型的曲線。第一區(qū)(10)的p摻雜根據現(xiàn)有技術借助擴散方法從第一主 表面(HI)的方向形成。如上所述，這樣的功率二極管作為自振蕩二極管應用于具有功率晶 體管的反并聯(lián)電路。圖5示出在反并聯(lián)的功率晶體管接通的情況下二極 管上的電流和電壓變化，其中二極管從導通進入截止狀態(tài)。在理想情況 下，二極管上降落的電壓(UJ升高到接近于電壓源的值。同時，流過 二極管的電流(1》下降到0。在進一步的變化中，電流為負，或改變 其方向，因為在此載流子的pn結被清除掉了。進一步，電流衰減到二 極管的截止電流。在實際工作中，電流變化(IR)和電壓變化(UR)由于二極管和功 率晶體管的寄生電感和非理想器件特性而不同。由于電流在反向電流峰 值(Is)之后在時間上快速地變化，在理想的電壓變化(UR)并因此在 電流變化(IR)中感應出過電壓以及由此產生的振蕩。其中的物理效應 是二極管中電場的快速場傳播(Feldausbreitung )。由此，極快地去除 正的和負的載流子，從而發(fā)生電流的崩潰(Abriss)。已知的緩沖層 (30，參見圖4)在此形成載流子的儲備，以降低去除速度并因此減緩 電流的崩潰。所提到的振蕩(S1， S2) —方面限制了由二極管和功率晶體管組成 的裝置的最大可能的通斷速度(Schaltgeschwindigkeit )，這意味著限制 由此形成的整流器的功能。另一方面，可能在振蕩(S1， S2)的高幅度 處二極管本身被損壞。因此，振蕩(Sl， S2)的盡可能小的振蕩傾斜以 及小的幅度始終是研究的內容。發(fā)明內容因此，本發(fā)明要解決的技術問題是改進具有至少一個pn結和緩沖 層的半導體器件，從而改善具有功率開關的電路結構的電路特性。按照本發(fā)明通過具有權利要求1的特征的裝置以及權利要求5的方 法解決該技術問題。優(yōu)選實施方式在從屬權利要求中被描述。本發(fā)明的出發(fā)點是具有至少一個從第一摻雜到第二摻雜的變換、即器件因此具有層序列朝向第一主表面 的具有第一摻雜的第一區(qū)和鄰接的具有第二摻雜的區(qū)域。該第二摻雜的 區(qū)域通過不同摻雜濃度的至少3個區(qū)構成。直接緊接第一摻雜的第一區(qū) 之后的是具有較小濃度的第二摻雜的第二區(qū)。鄰接第二區(qū)的是緩沖層， 即第三區(qū)，其同樣是第二摻雜的。最后是朝向第二主表面的、具有高濃 度的第二摻雜的第四區(qū)。按照本發(fā)明，緩沖層這樣構成，即緩沖層的第二摻雜的濃度在其與 第二區(qū)之間的第一界面上比在與第四區(qū)之間的第二界面上的高。通過這 樣形成緩沖層，因為在高濃度區(qū)域中防止了電場的傳播，所以在低濃度 區(qū)域中存在載流子儲備。尤其優(yōu)選的是，第一區(qū)被p摻雜，笫二區(qū)被iT摻雜，第四區(qū)被n+摻 雜，第三區(qū)具有的n摻雜的最大濃度大于第二區(qū)的最大濃度而小于第四 區(qū)的最大濃度。優(yōu)選的是，借助于離子注入產生緩沖層，即第三區(qū)。于是，根據本 發(fā)明的方法導致?lián)诫s濃度從緩沖層的第一界面到緩沖層的第二界面脈沖 式地下降。其中，借助于離子注入，摻雜原子分級地設置到不同深度， 并且隨著深度增加，優(yōu)選為從第一主表面開始，濃度逐漸下降。因此產 生緩沖層內濃度的脈沖式下降。在對實施例的描述中提到了該半導體器件的特別優(yōu)選的擴展方案。 此外，借助于實施例和圖1至圖3詳細解釋根據本發(fā)明的解決方案。


圖1示出了第一個根據本發(fā)明的半導體器件、這里是功率二極管的 摻雜曲線。圖2示出了在流過根據圖1的功率二極管的反向電流下降期間的電 場的變化。圖3示出了第二個根據本發(fā)明的半導體器件的摻雜曲線。圖4示例性示出根據現(xiàn)有技術的功率二極管的摻雜濃度曲線。圖5示出在反并聯(lián)的功率晶體管接通的情況下二極管上的電流和電壓變化，其中二極管從導通進入截止狀態(tài)。
具體實施方式
圖1示出了第一個才艮據本發(fā)明的半導體器件、在此是功率二極管的摻雜曲線。示出了二極管的兩個主表面(Hl， H2)，其中沒有顯示在該 主表面(Hl， H2)上可能必要的接觸金屬化。第一主表面(Hl)與p摻雜的第一區(qū)(10)鄰接，其中第一區(qū)的 摻雜濃度從102°下降到1013。到下一區(qū)的變換形成二極管的pn結。這 個接下來的第二區(qū)(20)包括濃度在1013到1015的范圍內的均勻的n摻 雜。優(yōu)選地，該濃度對應于晶片的基本摻雜(Grunddotierung )。根據 本發(fā)明，第二區(qū)(20)之后是第三區(qū)(30),即所謂的緩沖層，其所具 有的摻雜的濃度(Cl)在第二主表面(H2)的方向上與現(xiàn)有技術相比 (參見圖4的CO)始終更小。在與第二區(qū)(20)之間的界面(Gl) 上，摻雜具有1013到1017的濃度。根據本發(fā)明，該值在緩沖層(30)的 末端下降，這里下降到基本摻雜的值。濃度Cl的這個下降可以被實施 為線性或指數(shù)地，其中線性下降在此是優(yōu)選的。緩沖層(30)之后是第二摻雜的第四區(qū)(40)，在此是最后一區(qū)， 其中其濃度從基本摻雜開始指數(shù)地劇烈(stark)上升到數(shù)量級為102G 的值。圖2示出了在流過根據圖1的功率二極管的反向電流下降期間的電 場的變化，其例如在時刻(Tl，參見圖5)給出。第一區(qū)(10)和第二 區(qū)(20)中的場變化一直到緩沖層(30)附近都與現(xiàn)有技術相同。通過 根據本發(fā)明形成緩沖層(30)，防止電場從第二區(qū)(20)傳播到第四區(qū) (40)。形成正載流子的一定儲備。該儲備縮小或防止反向電流的崩 潰，并因此減小或防止振蕩(S1, S2;參見圖5)的形成。圖3示出了第二個根據本發(fā)明的半導體器件的摻雜曲線。其中第一 區(qū)(10)、第二區(qū)(20)和第四區(qū)(40)類似于圖1中所描述的半導體 器件的相應部位地,皮構成。按照本發(fā)明，緩沖層(30)在其與第二區(qū)(20)之間的第一界面(Gl)處具有比在其與第四區(qū)(40)之間的界面(G2)處更高的摻雜 濃度。濃度(C2)從第一界面(Gl)到第二界面(G2)不是線性地下 降，而是脈沖式地下降。該變化通過根據本發(fā)明的方法的制造過程而形 成。在此，從第一主表面(Hl)的方向借助于離子注入對緩沖層 (30)摻雜。在此示出了 7個注入步驟的結果，其中這只是用于解釋。 在此優(yōu)選的是設置2到10個步驟。通過每個注入步驟，在晶片的限定 深度處f 1入摻雜原子。摻雜原子的深度分布在物理上通過分布函數(shù)來表 征。通過具有不同滲透深度的多個該注入步驟，產生特性脈沖式曲線 (C2)。通過減少被注入的摻雜原子的數(shù)量，濃度如圖所示從緩沖層 (30)的第一界面(Gl)到第二界面(G2)脈沖式地下降。
權利要求
1.一種具有至少一個從第一摻雜到第二摻雜的變換、即pn結的半導體器件，其中所述半導體器件具有層序列朝向第一主表面(H1)的具有第一摻雜的第一區(qū)(10)；鄰接的具有較小濃度的第二摻雜的第二區(qū)(20)；鄰接的第二摻雜的緩沖層、即第三區(qū)(30)；以及鄰接的朝向第二主表面(H2)的、具有高濃度的第二摻雜的第四區(qū)(40)，其中緩沖層(30)在其與第二區(qū)(20)之間的第一界面(G1)上的第二摻雜的濃度比在其與第四區(qū)(40)之間的第二界面(G2)上的高。
2. 根據權利要求l所述的半導體器件，其中第一區(qū)(10)是p摻雜的，第二區(qū)(20)是n-摻雜的，第四區(qū) U0)是n+摻雜的，緩沖層、即笫三區(qū)(30)具有的n摻雜的濃度大于 第二區(qū)(20)的最大濃度并小于第四區(qū)(40)的最大濃度。
3. 根據權利要求2所述的半導體器件，其中iT摻雜的第二區(qū)(20)具有從10"到1015的最大濃度，第三區(qū) (30)、即緩沖層具有1017的最大濃度，n+摻雜的第四區(qū)(40)具有數(shù) 量級為102°的最大濃度。
4. 根據權利要求l所述的半導體器件，其中緩沖層(30)的濃度(Cl， C2)從其第一界面(Gl)到其第 二邊界面(G2)指數(shù)地、線性地或脈沖地下降。
5. —種用于制造根據權利要求1所述的半導體器件的方法，其中 緩沖層(30)通過離子注入產生。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中通過多個注入步驟，分別以不同的摻雜原子滲透深度產生脈沖 式下降的濃度(C2)。
7. 根據權利要求5所述的方法， 其中所述離子注入從第一主表面(Hl)開始進行。
全文摘要
本發(fā)明描述一種具有至少一個pn結的半導體器件以及相應的制造方法。該半導體器件具有層序列朝向第一主表面(H1)的具有第一摻雜的第一區(qū)(10)，以及接下來的具有較小的第二摻雜濃度的第二區(qū)(20)，接下來的具有第二摻雜的緩沖層，即第三區(qū)(30)，以及接下來的朝向第二主表面(H2)的、具有高的第二摻雜濃度的第四區(qū)(40)。其中緩沖層(30)的第二摻雜的濃度在其與第二區(qū)(20)之間的第一界面(G1)上高于在其與第四區(qū)(40)之間的第二界面(G2)上的濃度。根據本發(fā)明該緩沖層借助離子注入產生。
文檔編號H01L29/861GK101330109SQ20081012518
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權日2007年6月20日
發(fā)明者B·柯尼希 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司