包含硫族原子的半導(dǎo)體器件和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，并且具體地涉及包含硫族原子的半導(dǎo)體器件和制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，用于生產(chǎn)功率半導(dǎo)體器件諸如功率半導(dǎo)體二極管和IGBT (絕緣柵極雙極晶體管)的半導(dǎo)體晶片從按懸浮區(qū)工藝(floating zone process) (Fz晶片)生長(zhǎng)的娃錠獲得。按直拉工藝(Czochralski process) (Cz晶片)從恪爐中的恪融原料直拉的娃棒獲得的半導(dǎo)體晶片比較廉價(jià)并且可以具有更大的直徑。然而，在拉晶工藝期間的分凝效應(yīng)導(dǎo)致?lián)诫s劑濃度沿著硅棒的縱軸發(fā)生顯著的軸向變化。另外，在從硅棒獲得的Cz晶片中，摻雜物質(zhì)的徑向波動(dòng)(條紋)導(dǎo)致比電阻發(fā)生顯著的徑向變化。初始本底摻雜的較高變化使得從這種半導(dǎo)體晶體來(lái)制造半導(dǎo)體器件(例如，功率半導(dǎo)體器件)復(fù)雜化。期望以更具成本效益的方式來(lái)制造半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括具有第一表面和平行于該第一表面的第二表面的單晶半導(dǎo)體本體。該半導(dǎo)體本體包含磷族(pnictogen)原子的本底摻雜和硫族(chalcogen)原子。硫族原子的濃度為至少5E12cm 3。硫族原子與本底摻雜的磷族原子之比在1:9至9:1范圍內(nèi)。
[0004]根據(jù)一種制造半導(dǎo)體器件的方法，將硫族原子注入到包含磷族原子的單晶半導(dǎo)體襯底中。硫族原子的濃度為至少lE12cm 3。硫族原子與磷族原子之總比在1:9至9:1范圍內(nèi)。
[0005]根據(jù)另一實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括具有第一表面和平行于該第一表面的第二表面的單晶半導(dǎo)體本體。該半導(dǎo)體本體包含磷族原子和/或氫原子的本底摻雜和硫族原子。硫族原子的濃度為至少5E12cm 3ο硫族原子與本底摻雜的原子之比在1:9至9:1范圍內(nèi)。
[0006]本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明和對(duì)應(yīng)附圖會(huì)認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]所附附圖被包含進(jìn)來(lái)以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且包含在本說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施例，并同說(shuō)明書(shū)一起用于闡釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其他實(shí)施例和多種預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將由于通過(guò)參考以下詳細(xì)說(shuō)明而變得更充分理解而更容易理解。
[0008]圖1Α是根據(jù)與半導(dǎo)體二極管有關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的包含磷族原子的近似均勻的本底摻雜和硫族原子的半導(dǎo)體器件的部分的示意性截面圖。
[0009]圖1Β是示出了在圖1Α的半導(dǎo)體器件中的豎直摻雜劑分布的示意圖。
[0010]圖1C是示出了在圖1A的半導(dǎo)體二極管中和在參考器件中的電場(chǎng)分布的示意圖。
[0011]圖2是示出了在制造圖1A的半導(dǎo)體器件的工藝中在半導(dǎo)體襯底中的豎直雜質(zhì)分布的示意圖，用于圖示硫族分布的細(xì)節(jié)。
[0012]圖3A是根據(jù)與IGBT有關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的包含磷族原子的近似均勻的本底摻雜和硫族原子的半導(dǎo)體器件的部分的示意性截面圖。
[0013]圖3B是根據(jù)與雙極晶體管有關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的包含磷族原子的近似均勻的本底摻雜和硫族原子的半導(dǎo)體器件的部分的示意性截面圖。
[0014]圖4是用于圖示制造根據(jù)另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的原理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在以下詳細(xì)說(shuō)明中，對(duì)對(duì)應(yīng)附圖進(jìn)行參考，對(duì)應(yīng)附圖構(gòu)成本詳細(xì)說(shuō)明的一部分，并且以圖示的方式在其中示出了可以實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)理解，可以使用其他實(shí)施例，而且在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以作出結(jié)構(gòu)上或者邏輯上的改變。例如，針對(duì)一個(gè)實(shí)施例圖示或描述的特征可以用于其他實(shí)施例，或者與其他實(shí)施例結(jié)合以產(chǎn)生另一實(shí)施例。本發(fā)明意在包括這類(lèi)修改和變形。使用特定語(yǔ)言對(duì)示例進(jìn)行描述，該特定語(yǔ)言不應(yīng)解釋為對(duì)所附權(quán)利要求書(shū)的范圍進(jìn)行限制。附圖未按比例繪制，并且僅用作圖示之目的。為清楚起見(jiàn)，如果沒(méi)有另行說(shuō)明，那么在不同附圖中通過(guò)相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0016]術(shù)語(yǔ)“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是開(kāi)放性術(shù)語(yǔ)，并且這些術(shù)語(yǔ)表示存在規(guī)定結(jié)構(gòu)、元件或者特征，但是不排除附加的元件或者特征?！耙弧?、“一個(gè)”和“該”旨在包括復(fù)數(shù)形式和單數(shù)形式，除非上下文另外明確指示。
[0017]術(shù)語(yǔ)“電連接”描述了在電連接的元件之間的永久低歐姆連接，例如在相關(guān)元件之間的直接接觸、或者經(jīng)由金屬和/或高摻雜半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語(yǔ)“電耦合”包括，在電耦合的元件之間可以設(shè)置適用于信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)或者多個(gè)中間元件，例如，可控制為在第一狀態(tài)下暫時(shí)提供低歐姆連接并且在第二狀態(tài)下暫時(shí)提供高歐姆電解耦的元件。
[0018]附圖通過(guò)在摻雜類(lèi)型“η”或者“p”旁標(biāo)注或者“ + ”來(lái)圖示相對(duì)摻雜濃度。例如，“η ”指低于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域具有比“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度更高的摻雜濃度。相對(duì)摻雜濃度相同的摻雜區(qū)域并不一定具有相同的絕對(duì)摻雜濃度。例如，兩個(gè)“η”摻雜的不同區(qū)域可以具有相同或者不同的絕對(duì)摻雜濃度。
[0019]雖然此處圖示并且描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員要理解，在不背離本發(fā)明的范圍下，可以用各種可替代的和/或等效的實(shí)施方式取代示出并且描述的特定實(shí)施例。本申請(qǐng)意在涵蓋此處論述的各種具體實(shí)施例的任何改動(dòng)或者變型。因此，本發(fā)明旨在僅僅受權(quán)利要求書(shū)及其等同物限制。
[0020]根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件可以是半導(dǎo)體二極管、IGFET(絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)例如RC-1GBT(反向?qū)ㄐ虸GBT)、BJT(雙極結(jié)型晶體管)、晶閘管、GT0 (柵極關(guān)斷晶閘管)或者輻射探測(cè)器。
[0021]在圖1A中的半導(dǎo)體器件500為半導(dǎo)體二極管，例如，具有大于100mA(例如，大于1A或者大于10A)的標(biāo)稱(chēng)正向電流^的功率半導(dǎo)體二極管。
[0022]單晶半導(dǎo)體材料，例如硅(Si)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、鍺硅晶體(SiGe)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)或者其他六?而半導(dǎo)體，形成半導(dǎo)體本體100，該半導(dǎo)體本體100具有:在正側(cè)處的第一表面101，其可以是近似平面的，或者其可以由跨共面表面部分的平面所限定；以及在與正側(cè)相對(duì)的背側(cè)處的平面的第二表面102，其平行于該第一表面101。
[0023]在第一與第二表面101、102之間的最小距離取決于半導(dǎo)體器件500被指定的電壓阻斷能力。例如，當(dāng)半導(dǎo)體器件500被指定為大約1200V的阻斷電壓時(shí)，在第一與第二表面101、102之間的距離可以在90 μπι至200 μπι范圍內(nèi)。與具有更高阻斷能力的半導(dǎo)體器件有關(guān)的其他實(shí)施例可以提供具有幾百μπι厚度的半導(dǎo)體本體100。具有更低阻斷能力的半導(dǎo)體器件可以具有從35 μπι至90 μπι的厚度。
[0024]在平行于第一表面101的平面中，半導(dǎo)體本體100可以具有矩形形狀，其中邊緣長(zhǎng)度在數(shù)毫米范圍內(nèi)。平行于第一表面101的方向是水平方向，而垂直于第一表面101的方向是豎直方向。在第一與第二距離之間的距離為至少30 μ m，例如，至少100 μ m，或者至少120 μ mD
[0025]半導(dǎo)體本體100包括:第一負(fù)載接觸層110，其與在正側(cè)處的第一負(fù)載電極310歐姆接觸；以及第二負(fù)載接觸層130，其與在背側(cè)處的第二負(fù)載電極320歐姆接觸。第一負(fù)載電極310形成或者電連接至第一負(fù)載端子L1。第二負(fù)載電極320形成或者電連接至第二負(fù)載端子L2。第一和第二負(fù)載接觸區(qū)域110、130具有相反的導(dǎo)電類(lèi)型。根據(jù)圖示的實(shí)施例，第一負(fù)載接觸層110為p導(dǎo)電，而第二負(fù)載接觸層130為η導(dǎo)電。
[0026]半導(dǎo)體器件500進(jìn)一步包括第二負(fù)載接觸區(qū)域130的導(dǎo)電類(lèi)型的基礎(chǔ)區(qū)域120?；A(chǔ)區(qū)域120可以包括具有至少lE13cm 3并且至多l(xiāng)E17cm 3的有效摻雜劑濃度的輕摻雜漂移區(qū)域121。漂移區(qū)域121的摻雜可以對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體本體100的初始總本底摻雜。漂移區(qū)域121和第一負(fù)載接觸層110可以形成pn結(jié)。基礎(chǔ)區(qū)域120可以進(jìn)一步包括夾設(shè)在漂移區(qū)域121與第二負(fù)載接觸層130之間的場(chǎng)停止層128，其中在場(chǎng)停止層128中的平均雜質(zhì)濃度與在漂移區(qū)域121中的有效摻雜劑濃度的至少二倍一樣高，例如，十倍。
[0027]根據(jù)其他實(shí)施例，基礎(chǔ)區(qū)域120可以進(jìn)一步包括:補(bǔ)償結(jié)構(gòu)諸如超結(jié)結(jié)構(gòu)