制造超結(jié)半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】一種超結(jié)半導(dǎo)體器件，包括具有第一表面和平行的第二表面的半導(dǎo)體部分。至少在單元區(qū)域中形成第一導(dǎo)電類型的摻雜層。相反的第二導(dǎo)電類型的柱狀第一超結(jié)區(qū)在垂直于第一表面的方向上延伸。第一導(dǎo)電類型的柱狀第二超結(jié)區(qū)使第一超結(jié)區(qū)彼此分離。第一和第二超結(jié)區(qū)在第一表面和摻雜層之間形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。在第一超結(jié)區(qū)和第二表面之間的距離不超過30μm。額定用于低于1000V的反向擊穿電壓的低壓器件的導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻可以通過超結(jié)結(jié)構(gòu)的電阻來定義。
【專利說明】制造超結(jié)半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件
【背景技術(shù)】
[0001]超結(jié)半導(dǎo)體器件的漂移層包括由η型摻雜列分離的P型摻雜列。在η型摻雜列中的高雜質(zhì)濃度保證了半導(dǎo)體器件的低的導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻。在反向模式中，耗盡區(qū)在橫向方向上在P型摻雜和η型摻雜的列之間延伸，使得縱使有在η型摻雜的列中的高雜質(zhì)濃度也可以實(shí)現(xiàn)高反向擊穿電壓。超結(jié)半導(dǎo)體器件通常被設(shè)計(jì)用于高電壓應(yīng)用，其中漂移層中的電阻占導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻主要部分。提供改進(jìn)的超結(jié)半導(dǎo)體器件是合意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]根據(jù)實(shí)施例,一種超結(jié)半導(dǎo)體器件,包括:具有第一表面和平行于第一表面的第二表面的半導(dǎo)體部分。至少在單元區(qū)域形成第一導(dǎo)電類型的摻雜層。相反的第二導(dǎo)電類型的柱狀第一超結(jié)區(qū)在垂直于第一表面的方向上延伸。第一導(dǎo)電類型的柱狀第二超結(jié)區(qū)使第一超結(jié)區(qū)彼此分離。第一超結(jié)區(qū)和第二超結(jié)區(qū)在第一表面和摻雜層之間形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。第一超結(jié)區(qū)和第二表面之間的距離不超過30 μ m。
[0003]另一實(shí)施例涉及一種制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法。相反導(dǎo)電類型的柱狀第一超結(jié)區(qū)和第二超結(jié)區(qū)在半導(dǎo)體襯底中形成。第一超結(jié)區(qū)和第二超結(jié)區(qū)在垂直于半導(dǎo)體襯底的加工表面的方向上延伸并且形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底從加工表面開始被減薄，以獲得具有第一表面和第二表面的單晶半導(dǎo)體部分。第二表面從加工表面獲得，并且平行于第一表面。具有第二導(dǎo)電類型和第二表面的第一超結(jié)區(qū)之間的距離不超過30 μ m。第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)被引入到第二表面，以形成至少在單元區(qū)域中在超結(jié)結(jié)構(gòu)和第二表面之間的摻雜層。
[0004]本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過閱讀以下的【具體實(shí)施方式】和查看附圖時(shí)將認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]附圖被包括進(jìn)來以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且被并入和構(gòu)成本說明書的一部分。附圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。通過參考下面的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的其它實(shí)施例和期望的優(yōu)點(diǎn)將容易理解。
[0006]圖1A是根據(jù)實(shí)施例的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0007]圖1B是圖1A的半導(dǎo)體器件沿B-B線的概略性橫截面圖。
[0008]圖1C是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置了場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)的具有單元區(qū)域和邊緣區(qū)域的半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0009]圖2A是圖示根據(jù)實(shí)施例的提供通過外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法的基部襯底的概略性橫截面圖。
[0010]圖2B是從圖2A的基部襯底通過外延獲得的半導(dǎo)體襯底的概略性橫截面圖。
[0011]圖2C是從圖2B的半導(dǎo)體襯底通過減薄獲得的半導(dǎo)體部分的概略性橫截面圖。
[0012]圖2D是從圖2C的半導(dǎo)體部分獲得的半導(dǎo)體器件的一部分的橫截面圖。
[0013]圖3是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置反摻雜島的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0014]圖4A是用于圖示通過使用對(duì)基部襯底的注入物來制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法的基部襯底的概略性橫截面圖。
[0015]圖4B是從圖4A的基部襯底獲得的半導(dǎo)體襯底的概略性橫截面圖。
[0016]圖4C是從圖4B的半導(dǎo)體襯底通過減薄獲得的半導(dǎo)體部分的概略性橫截面圖。
[0017]圖4D是從圖4C的半導(dǎo)體部分獲得的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0018]圖5是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置應(yīng)力消除部分的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0019]圖6A是用于圖示使用多孔層來制造半導(dǎo)體器件的方法的基部襯底的概略性橫截面圖。
[0020]圖6B是從圖6A的基部襯底通過外延獲得的半導(dǎo)體襯底的概略性橫截面圖。
[0021]圖6C是在使用多孔層減薄期間的圖6B的半導(dǎo)體襯底的一部分的概略性橫截面圖。
[0022]圖6D是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置多孔層的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0023]圖7A是用于圖示使用自對(duì)準(zhǔn)減薄工藝來制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的概略性橫截面圖。
[0024]圖7B是從圖7A的半導(dǎo)體襯底通過減薄獲得的半導(dǎo)體襯底的概略性橫截面圖。
[0025]圖7C是在注入場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)之后的圖7B的半導(dǎo)體襯底的概略性橫截面圖。
[0026]圖8A是用于圖示通過使用用于自對(duì)準(zhǔn)減薄的第一導(dǎo)電類型的層來制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的概略性橫截面圖。
[0027]圖SB是從圖8A的半導(dǎo)體襯底通過減薄獲得的半導(dǎo)體部分的概略性橫截面圖。
[0028]圖9A是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置包括介電襯里的超結(jié)結(jié)構(gòu)的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0029]圖9B是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置具有梯度雜質(zhì)濃度的超結(jié)區(qū)和介電襯里的超結(jié)結(jié)構(gòu)的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0030]圖9C是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置包圍第一超結(jié)區(qū)的介電襯里的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0031]圖9D是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置不具有介電襯里的超結(jié)結(jié)構(gòu)的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0032]圖9E是根據(jù)實(shí)施例的使用重η型摻雜層來設(shè)置超結(jié)結(jié)構(gòu)的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0033]圖9F是根據(jù)實(shí)施例的使用重η型摻雜和ρ型摻雜層來提供超結(jié)結(jié)構(gòu)的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0034]圖9G是根據(jù)實(shí)施例的設(shè)置多階場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)的超結(jié)半導(dǎo)體器件的一部分的概略性橫截面圖。
[0035]圖10是根據(jù)實(shí)施例的制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法的簡(jiǎn)化流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0036]在下面的【具體實(shí)施方式】中，參考形成【具體實(shí)施方式】的一部分的附圖，并且在附圖中，通過圖示的方式示出了可以實(shí)踐本發(fā)明的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，可以利用其它實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯上的改變。例如，對(duì)于一個(gè)實(shí)施例圖示或描述的功能可以結(jié)合其它實(shí)施例來使用，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明旨在包括這樣的修改和變化。示例使用特定的語言來描述，該特定語言不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖沒有按比例縮放且僅用于說明的目的。為了清楚，若無另外闡明，相同的元件在不同的附圖中用相同的附圖標(biāo)記來指示。
[0037]術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”，“含有”等是開放式的，并且該術(shù)語指示存在闡述的結(jié)構(gòu)、元件或特征而不排除附加的元件或特征。冠詞“一”、“一個(gè)”及“該”意在包括復(fù)數(shù)和單數(shù)，除非上下文另有明確說明。
[0038]附圖通過在摻雜類型“η”或“η”之后標(biāo)示或“ + ”來圖示相對(duì)摻雜濃度。例如，“η_”意味著低于“η”型摻雜區(qū)的摻雜濃度的摻雜濃度，而“η+”型摻雜區(qū)具有比“η”型摻雜區(qū)更高的摻雜濃度。相同的相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)不必具有相同的絕對(duì)摻雜濃度。例如，兩個(gè)不同的“η”型摻雜區(qū)可以具有相同或不同的絕對(duì)摻雜濃度。
[0039]術(shù)語“電連接”描述了在電連接的元件之間的永久低歐姆性連接，例如在所考慮的元件之間的直接接觸或經(jīng)由金屬和/或高摻雜的半導(dǎo)體的低歐姆性連接。
[0040]圖1A和圖1C示出了具有半導(dǎo)體部分100的超結(jié)半導(dǎo)體器件500，半導(dǎo)體部分100具有第一表面101和平行于第一表面101的第二表面102。半導(dǎo)體器件500可以是,例如，IGFET (絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，例如在通常含義中包括具有金屬和非金屬柵電極的FET的MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或二極管。半導(dǎo)體部分100由單晶半導(dǎo)體材料設(shè)置，例如硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或砷化鎵GaAs。在第一表面101和第二表面102之間的距離可以小于175 μ m，例如至多100 μ m或至多60 μ m。半導(dǎo)體部分100可以具有矩形形狀，其邊緣長(zhǎng)度在幾毫米的范圍內(nèi)。第一表面101和第二表面102的法線定義了垂直方向，并且正交于法線方向的方向是橫向方向。
[0041]半導(dǎo)體部分100包括第一導(dǎo)電類型的摻雜層130。在二極管和IGFET的情況下，摻雜層130與第二表面102直接鄰接，并且摻雜層130中的凈雜質(zhì)濃度相對(duì)較高，例如，至少5X IO18Cm-30根據(jù)其它實(shí)施例，可以在摻雜層130和第二表面102之間設(shè)置另一層。例如，對(duì)于IGBT，與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的發(fā)射極層可以被布置在摻雜層130和第二表面102之間，其中摻雜層130中的凈雜質(zhì)濃度低于5X1018cm_3。
[0042]漂移層120位于第一表面101和摻雜層130之間。漂移層120包括第二導(dǎo)電類型的第一超結(jié)區(qū)121和第一導(dǎo)電類型的第二超結(jié)區(qū)122。第一超結(jié)區(qū)121可以與摻雜層130直接鄰接。根據(jù)其它實(shí)施例，第一超結(jié)區(qū)121被形成在距摻雜層130—定距離處，使得漂移層120包括第一導(dǎo)電類型的連續(xù)部分，該連續(xù)部分在一側(cè)的第一和第二超結(jié)區(qū)121、122的掩埋邊緣與另一側(cè)的摻雜層130之間延伸。第一和第二超結(jié)區(qū)121、122彼此直接鄰接。
[0043]如圖1B所示，半導(dǎo)體部分100可以包括單元區(qū)域610和在橫向方向上圍繞單元區(qū)域610的邊緣區(qū)域690。邊緣區(qū)域690沿著半導(dǎo)體部分100的外表面103延伸，其中，外表面103連接第一表面101和第二表面102。邊緣區(qū)域690可以與單元區(qū)域610直接鄰接。根據(jù)其它實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)過渡區(qū)域可以使邊緣和單元區(qū)域610、690分離，其中，過渡區(qū)域可以既包括在單元區(qū)域610缺失的特征也包括在邊緣區(qū)域690缺失的特征。摻雜層130可以沿著平行于第二表面102的半導(dǎo)體部分100的整個(gè)橫截面延伸，或者可以被限制為單元區(qū)域610。
[0044]第一和第二超結(jié)區(qū)121、122可以分別是以規(guī)則距離布置的平行條紋。根據(jù)其它實(shí)施例，平行于第一表面101的第一超結(jié)區(qū)121的橫截面可以是具有或不具有圓角的圓形、橢球形、橢圓形或矩形(例如，正方形)，并且第二超結(jié)區(qū)122可以形成嵌入第一超結(jié)區(qū)121的柵格。
[0045]半導(dǎo)體部分100還包括至少在單元區(qū)域610形成的一個(gè)或多個(gè)摻雜區(qū)110。一個(gè)或多個(gè)摻雜區(qū)110具有相同的導(dǎo)電類型并且與第一表面101直接鄰接。在半導(dǎo)體器件500的導(dǎo)電模式(導(dǎo)通狀態(tài))或正向模式中，導(dǎo)通狀態(tài)或正向電流在一個(gè)或多個(gè)摻雜區(qū)110和摻雜層130之間通過漂移層120流動(dòng)。
[0046]關(guān)于超結(jié)二極管的實(shí)施例提供了可以在單元區(qū)域610中形成與第一和第二超結(jié)區(qū)121、122直接鄰接的陽極區(qū)的第二導(dǎo)電型的單個(gè)摻雜區(qū)110。關(guān)于超結(jié)IGFET或超結(jié)IGBT的實(shí)施例提供了第一導(dǎo)電類型的多個(gè)摻雜區(qū)110，其中，摻雜區(qū)110中的每一個(gè)與第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)115直接鄰接，并且每個(gè)本體區(qū)115與至少一個(gè)第一超結(jié)區(qū)121和一個(gè)第二超結(jié)區(qū)122直接鄰接。至少摻雜區(qū)110可以在單元區(qū)域610內(nèi)排他地形成，并且可以不存在于邊緣區(qū)域690中。本體區(qū)115至少被設(shè)置在單元區(qū)域610中，并且可以或可以不存在于邊緣區(qū)域690中。
[0047]對(duì)于IGFET和IGBT，柵電極結(jié)構(gòu)210可以被設(shè)置為控制在摻雜區(qū)110和相應(yīng)的第二超結(jié)區(qū)122之間的本體區(qū)115中的少數(shù)載流子分布。柵極電介質(zhì)205被形成在相應(yīng)的柵電極結(jié)構(gòu)210和相應(yīng)的本體區(qū)115之間。柵電極結(jié)構(gòu)210可以被布置在第一表面101的上方。根據(jù)其它實(shí)施例，柵電極結(jié)構(gòu)210可以被設(shè)置在從第一表面101延伸到半導(dǎo)體部分100的溝槽中。
[0048]第一電極結(jié)構(gòu)310可以通過覆蓋柵電極結(jié)構(gòu)210的介電層220中的開口來電連接到摻雜區(qū)110 (并且對(duì)于IGFET和IGBT是連接到本體區(qū)115)。介電層220中的開口在相鄰的柵極電極結(jié)構(gòu)210之間形成。第二導(dǎo)電類型的高摻雜的接觸區(qū)116可以在本體內(nèi)區(qū)115內(nèi)形成為與第一電極結(jié)構(gòu)310直接接觸。介電層220使第一電極結(jié)構(gòu)310和柵電極結(jié)構(gòu)210電隔離。
[0049]第二電極結(jié)構(gòu)320與半導(dǎo)體部分100的第二表面102直接鄰接。第二電極結(jié)構(gòu)320可以與摻雜層130直接鄰接。對(duì)于IGBT，第二電極結(jié)構(gòu)320a與第二導(dǎo)電類型的發(fā)射極層直接鄰接，該發(fā)射極層形成在摻雜層130和第二表面102之間。
[0050]第一和第二電極結(jié)構(gòu)310、320中的每一個(gè)可以包括或包含作為主要成分的鋁Al、銅Cu或者鋁或銅的合金，例如AlS1、AlCu或AlSiCu。根據(jù)其它實(shí)施例，第一和第二電極結(jié)構(gòu)310、320中的一個(gè)或兩個(gè)可以包含作為主要成分的鎳N1、鈦T1、銀Ag、金Au、鉬Pt和/或鈀Pd。例如，第一和第二電極結(jié)構(gòu)310、320中的至少一個(gè)包括兩個(gè)或更多子層，每個(gè)子層包含N1、T1、Ag、Au、Pt和Pd中的一個(gè)或多個(gè)作為主要成分，例如，這些中的硅化物和/或合金。外圍電介質(zhì)222可以被設(shè)置在第一表面101上的邊緣區(qū)域690。
[0051]所示的實(shí)施例指的是IGFET，其中，第一導(dǎo)電類型為η型，第二導(dǎo)電類型為P型，第一電極結(jié)構(gòu)310是源電極，摻雜區(qū)110是原極區(qū)，摻雜層130是漏極層并且第二電極結(jié)構(gòu)320是漏電極。根據(jù)其它實(shí)施例，第一導(dǎo)電類型可以是P型。
[0052]第一超結(jié)區(qū)121和第二表面102之間的距離dx是至多30 μ m，例如至多20 μ m或至多15 μ m。由于在超結(jié)結(jié)構(gòu)和第二表面102之間的小的距離而導(dǎo)致導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻主要是漂移層120的電阻，漂移層的電阻相對(duì)較低，由于在超結(jié)結(jié)構(gòu)允許在漂移層120中的相對(duì)高的雜質(zhì)濃度。額定用于低于1000V的反向擊穿電壓的低壓器件的導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻由超結(jié)結(jié)構(gòu)的電阻而不是基部襯底的電阻來定義?？梢员苊獠黄谕陌雽?dǎo)體部分的電阻用于低于1000V的電壓等級(jí)。
[0053]第一導(dǎo)電類型的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可以在超結(jié)結(jié)構(gòu)和摻雜層130之間形成。場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可以與摻雜層130直接鄰接。場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129的平均雜質(zhì)濃度至多是摻雜層130中的最大雜質(zhì)濃度的50%。例如，場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129中的平均凈雜質(zhì)濃度是5 X IO14CnT3和
5X IO1W30場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可以是平行于第二表面102定向的連續(xù)層。其它實(shí)施例可以提供分段的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129，其中分段可以被設(shè)置在第一超結(jié)區(qū)121的垂直投影中，并且可以不存在于第二超結(jié)區(qū)122的垂直投影中或反之亦然，如圖所示。
[0054]其它實(shí)施例提供了用于使注入的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129退火的激光熔化工藝。例如，注入的雜質(zhì)含有硒Se、磷P原子/離子或兩者的組合。激光退火降低了熱負(fù)荷，并且適用于包括襯底部分的薄的硅晶圓。
[0055]當(dāng)施加反向電壓時(shí)，場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129防止從在第一和第二超結(jié)區(qū)121、122之間的pn結(jié)在垂直方向上向第二表面102延伸的耗盡區(qū)侵入摻雜層130高至耗盡區(qū)達(dá)到第二電極結(jié)構(gòu)320的深度或者從第二電極結(jié)構(gòu)320延伸到摻雜層的不可避免的金屬突出，并且作為結(jié)果，確保半導(dǎo)體器件500的軟開關(guān)行為。摻雜層130、場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129以及第一和第二電極結(jié)構(gòu)310、320可以既形成在單元區(qū)域610中也形成在圍繞單元區(qū)域610的邊緣區(qū)域690中，或者可以分別排他地形成在單元區(qū)域610中。
[0056]根據(jù)圖1C中所示的實(shí)施例，摻雜層130和第一電極結(jié)構(gòu)310不存在于至少沿著半導(dǎo)體部分100的外表面103延伸的外邊緣部分699中。允許導(dǎo)通狀態(tài)或正向電流在單元區(qū)域610的第二超結(jié)區(qū)122中流動(dòng)的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)組件，例如柵電極、源極區(qū)、源極觸點(diǎn)、本體區(qū)或柵極觸點(diǎn)，不被設(shè)置在邊緣區(qū)域690中，或不連接，或出于其它原因而不可操作。
[0057]圖1C示出了具有第一厚度dl的第一電極結(jié)構(gòu)310和具有第二厚度d2的第二電極結(jié)構(gòu)320。第一和第二厚度dl、d2的和是在第一和第二表面101、102之間的半導(dǎo)體部分100的厚度do的至少20%。例如，對(duì)于600V的擊穿電壓規(guī)定的IGFET可以具有厚度為約60 μ m的半導(dǎo)體部分100?？偟慕饘俸穸燃吹谝缓偷诙穸萪l、d2之和為至少12 μ m。比較厚的金屬化提供以低熱阻來有效熱耦合到半導(dǎo)體部分100的高的熱容量。厚的金屬化防止了半導(dǎo)體器件500的快速加熱，并且解決了比較薄的襯底部分100的弱加熱能力。
[0058]圖2A至圖2D圖示了制造超結(jié)半導(dǎo)體器件500的方法。設(shè)置了具有兩個(gè)平行的加工表面191、192的基部襯底190，并且其包括單晶半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材料可以是硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或砷化鎵GaAs?；恳r底190可以是由例如硅晶圓的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的同質(zhì)襯底，或者是以半導(dǎo)體材料被設(shè)置作為在從硅氧化物或玻璃(例如SOI (絕緣體上硅)晶圓)提供的非半導(dǎo)體載體襯底上的半導(dǎo)體層的多材料襯底。
[0059]圖2A示出了具有兩個(gè)平行的加工表面191、192的基部襯底190。在圖示的實(shí)施例中，基部襯底190的半導(dǎo)體材料是重η+摻雜的。其它實(shí)施例可以提供本征或ρ型摻雜半導(dǎo)體材料?；恳r底190可以或可以不包含與第一加工表面191鄰接的注入部分。單晶半導(dǎo)體層180可以通過外延來在第一加工表面191上生長(zhǎng)，其中生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層180的單晶晶格與基部襯底190的單晶配準(zhǔn)地生長(zhǎng)。
[0060]第一和第二超結(jié)區(qū)121、122通過重復(fù)下述序列來在半導(dǎo)體層180中形成:該序列包括(i )每外延地生長(zhǎng)子層以及(ii )使用注入掩模將至少一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入子層的表面，其中，通過使注入雜質(zhì)擴(kuò)散到注入?yún)^(qū)外以形成第一和第二超結(jié)區(qū)121、122中的至少一個(gè)來獲得超結(jié)結(jié)構(gòu)。對(duì)于IGFET和IGBT，形成多個(gè)第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)115和第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)110。在超結(jié)二極管的情況下，提供摻雜區(qū)110或第二導(dǎo)電類型的單個(gè)摻雜區(qū)110而不提供本體區(qū)115。
[0061]圖2B示出了包括基部襯底190和半導(dǎo)體層180的半導(dǎo)體襯底100a，半導(dǎo)體層180包括由第一和第二超結(jié)區(qū)121、122形成的超結(jié)結(jié)構(gòu)。每個(gè)本體區(qū)115與第一超結(jié)區(qū)121中的一個(gè)直接鄰接。摻雜區(qū)110在本體區(qū)115內(nèi)形成，其中，摻雜區(qū)110和本體區(qū)115都與半導(dǎo)體襯底IOOa的第一表面101直接鄰接。柵極電介質(zhì)205可以在第一表面101上形成。柵電極210可以被設(shè)置在柵極電介質(zhì)205上。介電層220可以被提供為封裝柵電極210并且隔離第二超結(jié)區(qū)122。第一電極結(jié)構(gòu)310被設(shè)置為與柵電極210之間的第一表面101的部分直接鄰接。根據(jù)實(shí)施例，在半導(dǎo)體層180的生長(zhǎng)期間擴(kuò)散到圖2A的重n+摻雜的基部襯底190外的雜質(zhì)可以形成與第二表面102直接鄰接的摻雜層130。
[0062]反向擊穿電壓和導(dǎo)通狀態(tài)/正向電流都隨著半導(dǎo)體部分100的厚度的增加而增力口。對(duì)于容受較低反向擊穿電壓的應(yīng)用，從基部襯底190的暴露的第二加工表面192減薄半導(dǎo)體襯底IOOa以降低導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻。減薄可以包括CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)、濕法蝕刻或兩者的組合。
[0063]圖2C示出了由圖2B的半導(dǎo)體襯底IOOa通過從第二加工表面192減薄所得到的半導(dǎo)體部分100。半導(dǎo)體部分100的第一表面101對(duì)應(yīng)于圖2B的半導(dǎo)體層180在外延處理之后的暴露的表面。減薄使平行于第一表面101的第二表面102暴露?？梢酝ㄟ^將雜質(zhì)注入減薄的第二表面102來形成摻雜層130。第二電極結(jié)構(gòu)320被提供為與第二表面102直接鄰接。
[0064]圖2D示出了從圖2C的半導(dǎo)體部分100得到的半導(dǎo)體器件500。如上所述，摻雜層130可以通過從基部襯底190的向外擴(kuò)散被引入到半導(dǎo)體部分100中。
[0065]根據(jù)另一實(shí)施例中，在減薄之后，通過執(zhí)行例如磷P、砷As、硫S、硒Se、氫H(質(zhì)子)和/或氦He的離子束注入來將摻雜層130引入第二表面102。可以以非晶化與第二表面102直接鄰接的半導(dǎo)體部分100的一部分的注入物劑量來執(zhí)行注入。非晶化部分可以以在300和500攝氏度之間的溫度進(jìn)行回火，使得摻雜層130通過固相外延來形成。摻雜層130可以通過使用激光熔化工藝來進(jìn)行回火，其中，激光被控制為僅在形成摻雜層130的第二表面102的一部分中排他地有效。
[0066]圖3涉及提供與第二表面102直接鄰接的第二導(dǎo)電類型的反摻雜島132的實(shí)施例。反摻雜島由摻雜層130的部分分離，并且與第二電極結(jié)構(gòu)320電連接。反摻雜島132在單元區(qū)域610中形成，并且可以不存在于圍繞單元區(qū)域610的邊緣區(qū)域690中。
[0067]在電流密度超過取決于第一電極結(jié)構(gòu)310和第二電極結(jié)構(gòu)320之間所施加電壓的閾值時(shí)，反摻雜島132將載流子注入到漂移層120中。因?yàn)樽⑷氲妮d流子增加了漂移區(qū)120中的自由電荷載流子的密度，所以反摻雜島132在電流密度超過閾值時(shí)降低導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻。根據(jù)提供n-1GFET的實(shí)施例，反摻雜島是ρ型摻雜的。
[0068]具有大于175 μ m厚度的襯底部分的傳統(tǒng)超結(jié)IGFET通常提供嵌入在漂移層和摻雜層之間的浮置反摻雜島。僅當(dāng)將浮置反摻雜島電連接到摻雜層的齊納擊穿發(fā)生時(shí)，浮置反摻雜島開始將載流子注入到漂移層中。因此，傳統(tǒng)的浮置反摻雜島只有在生成足以觸發(fā)對(duì)漏極層的齊納擊穿的壓降的相對(duì)較高的電流密度時(shí)才變得有效。因?yàn)橥ǔ８≈梅磽诫s島在加工的初級(jí)階段就被設(shè)置并且經(jīng)歷高溫預(yù)算，所以在浮置反摻雜島和漏極層之間的pn結(jié)不是突然的，從而導(dǎo)致了較高的齊納擊穿電壓。因此，電荷載流子注入僅在襯底部分上的高壓降時(shí)發(fā)生。
[0069]替代地，根據(jù)實(shí)施例，反摻雜島132可以在襯底部分100的減薄之后被直接注入通過第二表面102，使得反摻雜島132被電連接到第二電極結(jié)構(gòu)320。
[0070]結(jié)果，反摻雜島132在大約0.6V的壓降時(shí)開始注入載流子，該壓降顯著小于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的齊納擊穿電壓。反摻雜島132以較低的電流密度注入載流子，并且作為結(jié)果，以比傳統(tǒng)方法低的電流密度降低導(dǎo)通狀態(tài)或正向電阻。
[0071]如圖所示，反摻雜島132可以位于第一超結(jié)區(qū)122的垂直投影中，并且可能不存在于第二超結(jié)區(qū)121的垂直投影中，或者反之亦然。摻雜層130的部分使反摻雜島132分離。摻雜層130可以形成嵌入反摻雜島132的柵格。在反摻雜島132中最大雜質(zhì)濃度可以是至少5X1017cm_3。在低電流密度時(shí)，分離反摻雜島132的摻雜層130的部分確保至第二電極結(jié)構(gòu)320的電流路徑。反摻雜島132可以與場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129組合，其阻斷在半導(dǎo)體器件500的反向模式中的進(jìn)入反摻雜島132的電場(chǎng)的穿通。
[0072]圖4A至圖4D涉及從基部襯底190設(shè)置反摻雜島狀物132的實(shí)施例，其用第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)進(jìn)行重?fù)诫s，或者在載體襯底上至少包含重?fù)诫s層。通過在注入物掩模199的開口，第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)被注入到基部襯底190的第一加工表面191的第一部分130a，其中第一部分130a之間的第一加工表面191的第二部分由注入物掩模199覆蓋，并且保持沒有注入物。
[0073]圖4A示出了包括在第一加工表面191下方的注入部分130a的基部襯底190。半導(dǎo)體層180通過外延生長(zhǎng)到在圖2B的上下文中所描述的第一加工表面191。
[0074]圖4B示出了在基部襯底190上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層180。包括第一和第二超結(jié)區(qū)121、122的超結(jié)結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體層180中形成。第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)從注入的第一部分130a向外擴(kuò)散到半導(dǎo)體層180中，形成在基部襯底190和半導(dǎo)體層180兩者的部分上延伸的擴(kuò)散部分130b。在第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散部分130b之間，第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)從基部襯底190向外擴(kuò)散到半導(dǎo)體層180中，形成在基部襯底190和半導(dǎo)體層180 二者的部分上延伸的反摻雜擴(kuò)散部分132b。從基部襯底190的第二加工表面192開始減薄包括基部襯底190和半導(dǎo)體層180的半導(dǎo)體襯底100a。
[0075]圖4C圖示了通過從第二加工表面192減薄圖4B的半導(dǎo)體基部IOOa所獲得的半導(dǎo)體部分100。第一導(dǎo)電類型的擴(kuò)散部分130b的部分形成分段的摻雜層130。反摻雜擴(kuò)散部分132b的部分形成反摻雜島132。
[0076]圖4D不出了在設(shè)置了柵極電介質(zhì)205、柵電極210、介電層220、222以及第一和第二電極結(jié)構(gòu)310、320之后從圖4C的半導(dǎo)體部分得到的半導(dǎo)體器件500。反摻雜島132不存在于邊緣區(qū)域690中。
[0077]圖5示出了具有一個(gè)或多個(gè)外來物質(zhì)而不是形成半導(dǎo)體部分100的單晶的第一半導(dǎo)體材料的輔助結(jié)構(gòu)126的半導(dǎo)體器件500。外來物質(zhì)可以是如氧化硅的電介質(zhì)材料，例如使用TEOS (tetraethylorthosilane)作為前驅(qū)材料沉積的氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、BSG(硼硅酸鹽玻璃)、PSG (磷硅酸鹽玻璃)、BPSG (硼-磷-硅玻璃)或介電聚合物。
[0078]輔助結(jié)構(gòu)126可以是嵌入在第一表面101和摻雜層130之間設(shè)置的掩埋柵電極的結(jié)構(gòu)。根據(jù)其它實(shí)施例，輔助結(jié)構(gòu)126是從由溝槽工藝提供超結(jié)結(jié)構(gòu)得到的副產(chǎn)品。溝槽工藝包括將溝槽引入襯底部分100，并且例如有角度的注入來通過溝槽的側(cè)壁將雜質(zhì)引入半導(dǎo)體部分100的鄰接部分，或者沉積一個(gè)或多個(gè)重?fù)诫s層，以形成第一和/或第二超結(jié)區(qū)121、122。在一個(gè)或多個(gè)重?fù)诫s層的注入或沉積之后，溝槽可以被填充有固體外來物質(zhì)以形成輔助結(jié)構(gòu)126。
[0079]輔助結(jié)構(gòu)126可以在第一表面101和朝向第二表面102的超結(jié)結(jié)構(gòu)的掩埋邊緣之間的半導(dǎo)體部分100的一部分內(nèi)形成。半導(dǎo)體部分100可以包括應(yīng)力消除部分142，其中在形成半導(dǎo)體部分100的單晶的晶體晶格中第二半導(dǎo)體材料的原子代替第一半導(dǎo)體材料的原子。例如，第一半導(dǎo)體材料是硅Si并且第二半導(dǎo)體材料是鍺Ge。應(yīng)力消除部分142可以通過在減薄之后并且在提供第二電極結(jié)構(gòu)320之前注入Ge通過第二表面102來形成。
[0080]在應(yīng)力消除部分142中，第二半導(dǎo)體材料的原子改變單晶的晶格參數(shù)。第二半導(dǎo)體材料的濃度可以被調(diào)整以補(bǔ)償由于從半導(dǎo)體材料和外來物質(zhì)的不同熱膨脹系數(shù)而導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力所引起的晶圓彎曲，其中，晶圓是多個(gè)相同的襯底部分的組合物。在薄晶圓和襯底部分100低于175 μ m的情況下，晶圓彎曲使晶圓處理復(fù)雜，并且甚至可能導(dǎo)致?lián)p壞晶片的裂紋。
[0081]應(yīng)力消除部分142可以重疊漂移區(qū)120的至少一部分，例如朝向第二表面102的漂移區(qū)120的一半。應(yīng)力消除部分142重疊第一和第二超結(jié)區(qū)121、122兩者。根據(jù)其它實(shí)施例，應(yīng)力消除部分142重疊整個(gè)漂移區(qū)120。另外，應(yīng)力消除部分142可以重疊其它摻雜結(jié)構(gòu)，例如，慘雜層130。
[0082]圖6A至圖6C涉及使用用于減薄半導(dǎo)體襯底IOOa以獲得減薄的半導(dǎo)體部分100的多孔層182的實(shí)施例。
[0083]根據(jù)圖6A，設(shè)置了具有兩個(gè)平行的加工表面191、192的基部襯底190，并且其包括如對(duì)于圖2A所述的單晶半導(dǎo)體材料。多孔層182可以被設(shè)置在第一加工表面191上。根據(jù)另一實(shí)施例，可以在與第一加工表面191直接鄰接的基部襯底190的一部分中形成多孔層182。多孔層182是單晶半導(dǎo)體層，其晶格與基部襯底190的晶格配準(zhǔn)但具有納米級(jí)的分割行和具有大于晶格常數(shù)的尺寸的空隙。
[0084]例如，多孔層182可以包括具有直徑低于大約2nm的納米孔和/或具有直徑在約2nm和約IOOnm之間的間隙孔和/或具有在微米范圍內(nèi)的大孔?？紫堵士梢源笥?0%，例如大于50%?？梢酝ㄟ^使用含氟化物F-的一個(gè)或多個(gè)溶液來形成多孔層182。根據(jù)實(shí)施例，半導(dǎo)體層通過外延來生長(zhǎng)，并且使用包含氫氟酸HF以及乙醇或乙酸的溶液來執(zhí)行陽極氧化加工。其它實(shí)施例采用HF/ 二甲基甲酰胺或HF/乙腈，可選地與光源結(jié)合。
[0085]圖6A示出了設(shè)置在基部襯底190的第一加工表面191上的多孔層182，其可以包括本征半導(dǎo)體材料。多孔層182的厚度可以在ΙμL?和50μπι之間。半導(dǎo)體層180的進(jìn)一步部分189可以通過多孔層191上的外延(例如使用三氯硅烷的外延工藝)來生長(zhǎng)。
[0086]第一和第二超結(jié)區(qū)121、122通過重復(fù)序列來在半導(dǎo)體層180的漂移層120中形成，序列包括每外延生長(zhǎng)子層并且使用注入掩模將至少一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入子層的表面，其中通過從注入物向外擴(kuò)散第一和第二超結(jié)區(qū)121、122中的至少一個(gè)來獲得超結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0087]在漂移層120中形成超結(jié)結(jié)構(gòu)期間，在漂移層120的方向上擴(kuò)散到基部襯底190外的氧原子/離子沿著在多孔層182的孔的內(nèi)壁吸除。由此多孔層182在漂移層120中保持熱供體雜質(zhì)的低濃度，否則這可能不利地影響器件特性，例如，在相反方向上的電氣強(qiáng)度。
[0088]圖6Β示出了包括第一超結(jié)區(qū)121和第二超結(jié)區(qū)122的從基部襯底190以及具有多孔層182和超結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層180獲得的半導(dǎo)體襯底100a。減薄半導(dǎo)體襯底IOOa包括沿著多孔層182分離半導(dǎo)體襯底100a。例如，含有氣態(tài)流體或液體(例如水)的流體束183可以導(dǎo)向暴露多孔層182的半導(dǎo)體襯底IOOa的外表面103的一部分。
[0089]流體機(jī)械地破壞(壓碎、溶解、分散)使基部襯底190從半導(dǎo)體層180的剩余部分分離的多孔層。根據(jù)另一實(shí)施例，氫被引入多孔層182。氫以下述方式重新分配孔:沿著至基部襯底190和半導(dǎo)體層180的進(jìn)一步部分189的界面形成腔體。腔體生長(zhǎng)為使得基部襯底190與進(jìn)一步部分189 分尚。
[0090]圖6C示出了撞擊多孔層182的暴露部分并且分散多孔層182的半導(dǎo)體材料的流體束183。根據(jù)實(shí)施例，減薄可以通過分離和隨后的清潔工藝來完成。根據(jù)其它實(shí)施例，減薄可以包括CMP、濕法蝕刻或這兩者的組合，其可以進(jìn)一步減薄基部部分100和/或平坦化第二表面102。
[0091]設(shè)置在具有第一和第二超結(jié)區(qū)121、122的超結(jié)結(jié)構(gòu)和第二表面之間的多孔層182使圖6D的實(shí)施例與圖2D中的實(shí)施例進(jìn)行區(qū)分。多孔層182包括納米孔?？紫堵手炼?%。納米孔吸除在晶格中沿著納米孔的內(nèi)表面擴(kuò)散到漂移層120的方向的氧原子/離子。結(jié)果，多孔層182保持在漂移層120中的熱供體雜質(zhì)的低濃度，否則其可能不利地影響器件特性。
[0092]圖7A至圖7C涉及自對(duì)準(zhǔn)減薄工藝。半導(dǎo)體層180被設(shè)置在具有平行于第一加工表面191的第二加工表面192的基部襯底190的第一加工表面191上。在半導(dǎo)體層180的漂移層120中形成包括第一和第二超結(jié)區(qū)121、122的超結(jié)結(jié)構(gòu)。對(duì)于IGFET和IGBT的制造，沿著平行于第一加工表面191的半導(dǎo)體層180的暴露的第一表面101形成基極區(qū)115和摻雜區(qū)(源極區(qū))110。耗盡區(qū)123沿著漂移層120中的pn結(jié)延伸。
[0093]圖7A示出了耗盡區(qū)邊界123的至少部分位于超結(jié)結(jié)構(gòu)和第二加工表面192之間。執(zhí)行對(duì)第二加工表面192有效的濕法蝕刻工藝，其在達(dá)到耗盡區(qū)邊界123時(shí)以自對(duì)準(zhǔn)的方式截止。例如，蝕刻截止信號(hào)可以在耗盡區(qū)邊界123被暴露時(shí)生成，并且在濕法蝕刻響應(yīng)于該蝕刻截止信號(hào)而截止。根據(jù)另一實(shí)施例，濕法蝕刻工藝是電荷選擇性的，并且在與超結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的耗盡區(qū)邊界123截止。
[0094]如圖7B所示，從圖7A的半導(dǎo)體層180獲得具有兩個(gè)平行表面101、102的半導(dǎo)體部分100。半導(dǎo)體部分100的第一表面101是半導(dǎo)體層180的暴露表面。從第二加工表面192減薄由基部襯底190和半導(dǎo)體層180形成的組合物來獲得第二表面。自對(duì)準(zhǔn)工藝允許精確地調(diào)節(jié)基部部分101的厚度。
[0095]第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)可以通過減薄的第二表面102被注入以形成場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129。對(duì)于整個(gè)單元區(qū)域，或?qū)τ趩卧獏^(qū)域的部分，注入可能對(duì)于整個(gè)第二表面102是有效的。用于在第一超結(jié)區(qū)121的垂直方向上的表面部分的注入物劑量可以與在第二超結(jié)區(qū)122的垂直方向上的表面部分的劑量相同或更高。摻雜層130可以通過注入物(例如，如上所述的非晶化注入物)來形成。
[0096]圖7C示出了與在第一超結(jié)區(qū)121的垂直投影中的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129的第一部分129a由比第二超結(jié)區(qū)122的垂直投影中的第二部分12%高的注入劑量來形成以使得較高注入劑量反摻雜朝向第二表面102的原始第一超結(jié)區(qū)的部分的實(shí)施例。第一和第二部分129a、129b中的凈摻雜劑濃度可以幾乎相等。其它實(shí)施例提供了排他地到第一超結(jié)區(qū)121的場(chǎng)截止注入。第一超結(jié)區(qū)121的部分的反摻雜允許即使在自對(duì)準(zhǔn)濕法蝕刻工藝之后在第一超結(jié)區(qū)121和第二表面102之間的具有對(duì)于以傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)場(chǎng)截止層129來說過窄的距離也實(shí)現(xiàn)場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129。
[0097]圖8A至圖8B涉及在半導(dǎo)體部分100的基極使用pn結(jié)的自對(duì)準(zhǔn)減薄工藝。例如，如對(duì)于圖6B所述的半導(dǎo)體層180在基極襯底190的第一加工表面191上形成，其可以具有第二導(dǎo)電類型。半導(dǎo)體層180可以包括第一導(dǎo)電類型的子層，例如層疊的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129。根據(jù)其它實(shí)施例，層疊的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)通過注入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)(例如，氫(質(zhì)子))或者通過基部襯底190或者通過半導(dǎo)體層180的暴露的第一表面101來獲得，其中，注入物可以以在380和420攝氏度之間的溫度來回火。
[0098]圖8A示出了在層疊的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129和基部襯底190之間形成的pn結(jié)的兩側(cè)延伸的耗盡區(qū)139。在基部襯底190內(nèi)形成平面耗盡區(qū)邊界133。濕法蝕刻從基部襯底190的第二加工表面減薄基部襯底190，其平行于第一加工表面191。蝕刻可以在平面耗盡區(qū)邊界133處截止。
[0099]圖8B圖示了從包含在半導(dǎo)體層180和圖8A的基部襯底190的組合物獲得的半導(dǎo)體部分100。半導(dǎo)體部分100的第二表面102的位置是由圖8A中的平面耗盡區(qū)邊界133來定義的。
[0100]根據(jù)實(shí)施例，基部襯底190中的雜質(zhì)濃度是場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129中的雜質(zhì)濃度的至少100倍，使得耗盡區(qū)僅以非常低的程度延伸到基部襯底190中，并且平面的耗盡區(qū)邊界133大約與基部襯底190和半導(dǎo)體層180之間的界面重合。其它實(shí)施例可以提供平面耗盡區(qū)邊界133的限定的過蝕刻來去除半導(dǎo)體層180的限定部分和基部襯底190的殘余部分。
[0101]通過重復(fù)序列來設(shè)置第一和第二超結(jié)區(qū)121、122可能會(huì)導(dǎo)致第一和第二超結(jié)區(qū)121、122的起伏的雜質(zhì)分布，其中，起伏可能在垂直和/或橫向方向上發(fā)生，序列包括通過外延生長(zhǎng)子層并使用注入物掩模來將至少一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入子層的表面，以及通過從注入物擴(kuò)散第一和第二超結(jié)區(qū)121、122中的至少一個(gè)來獲得超結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0102]圖9A至圖9G涉及通過提供非起伏雜質(zhì)分布的溝槽方法所獲得的超結(jié)結(jié)構(gòu)。該溝槽方法提供從與執(zhí)行減薄的方法相反的方向?qū)喜垡氚雽?dǎo)體襯底。
[0103]例如，圖9A的超結(jié)半導(dǎo)體器件500可以通過下述步驟來獲得:將溝槽蝕刻到η型半導(dǎo)體襯底中，對(duì)至少蝕刻的溝槽的側(cè)壁襯有介電質(zhì)襯里125，并且然后通過外延在溝槽中生長(zhǎng)單晶P型摻雜的半導(dǎo)體材料，以形成第一超結(jié)區(qū)121。第一超結(jié)區(qū)121可以被均勻摻雜。每個(gè)第一超結(jié)區(qū)121可以與在其垂直投影中形成的分段的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129的一部分直接鄰接。場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可以包括在第一超結(jié)區(qū)121的投影中與摻雜層130直接鄰接的部分。場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可以在第二超結(jié)區(qū)122的投影中完全不存在。根據(jù)實(shí)施例，場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129的分段可以通過溝槽底部注入。
[0104]圖9B示出了超結(jié)半導(dǎo)體器件500，其中朝向第一表面101的第一超結(jié)區(qū)121的第一部分121a具有比朝向第二表面102的第二部分121b高的雜質(zhì)濃度。其它實(shí)施例可以提供第一超結(jié)區(qū)121，該第一超結(jié)區(qū)121具有不同雜質(zhì)濃度的多于兩個(gè)的部分或具有平滑變化的雜質(zhì)分布。
[0105]圖9C不出了包括介電襯里125的超結(jié)器件500,該介電襯里125襯有從由第一表面101給出的方向引入半導(dǎo)體部分100的溝槽，并且包括覆蓋溝槽的側(cè)壁的側(cè)壁部分125a和在基本上平行于第二表面102的溝槽的底部處延伸并且在底部封閉溝槽的底部部分125b。作為結(jié)果，介電襯里125在漂移層120中完全包圍第一超結(jié)區(qū)121。在第一超結(jié)區(qū)121和第一表面101之間，本體區(qū)115或摻雜區(qū)110可以被形成為與第一超結(jié)區(qū)121直接鄰接。
[0106]場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可以被分段，其中每個(gè)分段位于第二超結(jié)區(qū)122中的一個(gè)的垂直投影中。場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129可能不存在于第一超結(jié)區(qū)121的投影中。
[0107]圖9D的超結(jié)半導(dǎo)體器件500提供了分段的場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129，其中每個(gè)分段被布置在第一和第二超結(jié)區(qū)121，122中的一個(gè)的突起中。第一超結(jié)區(qū)121與相鄰的第二超結(jié)區(qū)域122直接鄰接，并且包括朝向第一表面101的較高摻雜的第一部分121a和朝向第二表面102的較輕摻雜的第二部分121b?？梢酝ㄟ^在從由第一表面101給出的方向引出的溝槽中生長(zhǎng)P型摻雜的半導(dǎo)體材料來提供該超結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0108]圖9E示出了具有基本上平行于第二表面102的至漂移層120的界面的連續(xù)場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129。例如通過在溝槽側(cè)壁上的外延硅生長(zhǎng)或通過將雜質(zhì)注入溝槽側(cè)壁來提供半導(dǎo)體材料的重η型摻雜層122a。溝槽在本體區(qū)115和場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129之間延伸，并且可以延伸到場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129中。重η型摻雜層122a形成第二超結(jié)區(qū)122的一部分。通過外延在溝槽內(nèi)生長(zhǎng)單晶P型半導(dǎo)體材料可以形成第一超結(jié)區(qū)121。
[0109]圖9F的超結(jié)半導(dǎo)體器件500與圖9E的不同之處在于，第一超結(jié)區(qū)121被形成為襯有溝槽并且與重?fù)诫s的η型摻雜層122a直接鄰接的重?fù)诫s層。形成第一超結(jié)區(qū)121的重?fù)诫s層可以通過在注入第二超結(jié)區(qū)122的重?fù)诫s部分122a之后有角度地注入溝槽的側(cè)壁和底部來形成。然后，另一外延層可以生長(zhǎng)為接近溝槽以形成空隙123。在空隙123上方生長(zhǎng)的外延層，可以形成摻雜區(qū)110和本體區(qū)115。
[0110]在圖9G中所示的超結(jié)器件500包括圖9E的超結(jié)結(jié)構(gòu)。場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)129包括與漂移層120直接鄰接的較輕摻雜的第一部分129a以及與摻雜層130直接鄰接的較重?fù)诫s的第二部分129b，其中，在第一部分129a和第二部分129b之間的界面與第二表面102基本平行。
[0111]如圖10中圖示的制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底中形成相反導(dǎo)電類型的柱狀第一超結(jié)區(qū)和第二超結(jié)區(qū)(902)。第一超結(jié)區(qū)和第二超結(jié)區(qū)在垂直于半導(dǎo)體襯底的加工表面的方向上延伸并且形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。從加工表面開始減薄半導(dǎo)體襯底，以獲得具有第一表面和第二表面的單晶半導(dǎo)體部分(904)。第二表面是從加工表面獲得的，并且平行于第一表面。具有第二導(dǎo)電類型的第一超結(jié)區(qū)和第二表面之間的距離不超過30 μ m。第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)被引入第二表面，以在超結(jié)結(jié)構(gòu)和至少在單元區(qū)域中的第二表面之間形成慘雜層(906 )。
[0112]雖然在此已經(jīng)圖示和描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)所示出和描述的特定實(shí)施例替代各種替換和/或等同實(shí)施方式。本申請(qǐng)旨在涵蓋這里討論的特定實(shí)施例的任何適配或變化。因此，本發(fā)明旨在僅由權(quán)利要求書及其等同物來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種超結(jié)半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體部分，所述半導(dǎo)體部分具有第一表面和平行于所述第一表面的第二表面，并且包括: 至少在單元區(qū)域中形成的第一導(dǎo)電類型的摻雜層；以及 相反的第二導(dǎo)電類型的柱狀第一超結(jié)區(qū)，在垂直于所述第一表面的方向上延伸并且被所述第一導(dǎo)電類型的柱狀第二超結(jié)區(qū)所分離，所述第一超結(jié)區(qū)和所述第二超結(jié)區(qū)在所述第一表面和所述摻雜層之間形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，其中在所述第一超結(jié)區(qū)和所述第二表面之間的距離不超過30 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，在所述第一表面和所述第二表面之間的所述半導(dǎo)體部分的厚度至多為100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括與所述第一表面直接鄰接的第一電極結(jié)構(gòu)以及與所述第二表面直接鄰接的第二電極結(jié)構(gòu)，所述第一電極結(jié)構(gòu)具有第一厚度，并且所述第二電極結(jié)構(gòu)具有第二厚度，其中，所述第一厚度和所述第二厚度的總和是在所述第一表面和所述第二表面之間的所述半導(dǎo)體部分的厚度的至少20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括所述第二導(dǎo)電類型的反摻雜島，所述反摻雜島與所述第二表面直接鄰接并且被所述摻雜層的部分所分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，所述反摻雜島與所述第一超結(jié)區(qū)對(duì)準(zhǔn)并且所述反摻雜島不存在于包圍所述單元區(qū)域的邊緣區(qū)域中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括: 輔助結(jié)構(gòu)，所述輔助結(jié)構(gòu)在所述第一表面和朝向所述第二表面的所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的掩埋邊緣之間的部分內(nèi)形成，所述輔助結(jié)構(gòu)由與形成所述襯底部分的第一單晶半導(dǎo)體材料不同的外來材料所提供；以及 應(yīng)力消除部分，其中，在形成所述半導(dǎo)體部分的單晶的晶格中以第二半導(dǎo)體材料的原子替代所述第一半導(dǎo)體材料的原子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，所述應(yīng)力消除部分與所述第一超結(jié)區(qū)和/或所述第二超結(jié)區(qū)的部分重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)和所述摻雜層之間的多孔層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，所述多孔層被形成為與所述摻雜層直接鄰接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，所述摻雜層與所述第二表面直接鄰接，并且所述摻雜層通過固相外延來形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)具有所述第一導(dǎo)電類型，與所述摻雜層直接鄰接并且具有為所述摻雜層中的最大雜質(zhì)濃度的至多10%的平均雜質(zhì)濃度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，所述場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)包括在所述第一超結(jié)區(qū)的垂直投影中的反摻雜部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)半導(dǎo)體器件，其中，所述超結(jié)半導(dǎo)體器件是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述摻雜層對(duì)應(yīng)于漏極層且與所述第二表面直接鄰接。
14.一種制造超結(jié)半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 在具有加工表面的半導(dǎo)體襯底中形成相反導(dǎo)電類型的柱狀第一超結(jié)區(qū)和柱狀第二超結(jié)區(qū)，所述第一超結(jié)區(qū)和所述第二超結(jié)區(qū)在垂直于所述加工表面的方向上延伸并且形成超結(jié)結(jié)構(gòu)； 從所述加工表面減薄所述半導(dǎo)體襯底以從所述半導(dǎo)體襯底獲得單晶半導(dǎo)體部分，所述單晶半導(dǎo)體部分具有第一表面和平行于所述第一表面的第二表面，使得在具有所述第二導(dǎo)電類型的所述第一超結(jié)區(qū)和所述第二表面之間的距離不超過30 μ m ;以及 將第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)引入所述第二表面，以至少在單元區(qū)域中在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)和所述第二表面之間形成摻雜層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中 所述引入通過使用注入物來執(zhí)行，所述注入物具有非晶化所述半導(dǎo)體部分的與所述第二表面直接鄰接的部分的注入物劑量；并且 以在300和500攝氏度之間的溫度來使經(jīng)非晶化部分回火，以控制形成所述摻雜層的固相外延。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括使用激光熔化工藝來使所述摻雜層退火。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述減薄包括濕法蝕刻工藝，所述濕法蝕刻工藝被控制為在由所述超結(jié)結(jié)構(gòu)形成的耗盡區(qū)的耗盡區(qū)邊界處截止。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括通過從所述第二表面將所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的與所述摻雜層鄰接的部分中來提供場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)，其中所述第一超結(jié)區(qū)的朝向所述第二表面的部分被反摻雜。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述減薄包括濕法蝕刻工藝，所述濕法蝕刻工藝被控制為在由pn結(jié)所形成的耗盡區(qū)處截止，所述pn結(jié)由在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)和所述加工表面之間形成的所述第一導(dǎo)電類型的層所限定。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述第一表面和所述第二表面之間的所述襯底部分的厚度至多為100 μ m。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述第二導(dǎo)電類型的反摻雜島，所述反摻雜島與所述第二表面直接鄰接并且被所述摻雜層的部分所分離。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述反摻雜島被形成為與所述第一超結(jié)區(qū)對(duì)準(zhǔn)，并且不形成在包圍所述單元區(qū)域的邊緣區(qū)域中。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括: 將所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)注入到具有所述第二導(dǎo)電類型的基部襯底的加工表面中； 通過外延在所述加工表面上生長(zhǎng)外延層，以從所述基部襯底和所述外延層形成所述半導(dǎo)體襯底，其中所述反摻雜島通過從所述基部襯底向所述外延層中擴(kuò)散P型雜質(zhì)來形成，并且在減薄所述半導(dǎo)體襯底期間至少部分地去除所述基部層。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 在所述第一表面和朝向所述第二表面的所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的掩埋邊緣之間的部分內(nèi)提供輔助結(jié)構(gòu)；以及在所述半導(dǎo)體部分中提供應(yīng)力消除部分，其中，在形成所述半導(dǎo)體部分的單晶的晶格中以第二半導(dǎo)體材料的原子替代第一半導(dǎo)體材料的原子。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述應(yīng)力消除部分與所述第一超結(jié)區(qū)和/或所述第二超結(jié)區(qū)的部分重疊。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)和所述漏極層之間提供多孔層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，減薄所述半導(dǎo)體襯底包括使用流體束來沿著所述多孔層分離所述半導(dǎo)體襯底。
28.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 形成場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)，所述場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)具有所述第一導(dǎo)電類型，與所述摻雜層直接鄰接并且具有為所述摻雜層中的最大雜質(zhì)濃度的至多10%的平均雜質(zhì)濃度。
29.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述超結(jié)半導(dǎo)體器件是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且所述摻雜層對(duì)應(yīng) 于漏極層并且與所述第二表面直接鄰接。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103996701SQ201410054331
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月18日
【發(fā)明者】A·威爾梅洛斯, F·希爾勒, H-J·舒爾策, U·瓦爾, W·凱因德爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司