雙極穿通半導(dǎo)體器件和用于制造這樣的半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】提供用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法，其中進(jìn)行下面的步驟：（a）提供具有第一和第二側(cè)（11，2）的第一高摻雜晶圓（10），其至少在第一側(cè)（11）上采用第一導(dǎo)電類型的第一微粒摻雜，（b）提供第一導(dǎo)電類型的第二低摻雜晶圓（20），其具有第三側(cè)和第四側(cè)，（c）形成晶圓疊層，其通過使第一晶圓（10）在其第一側(cè)（11）上與第二晶圓（20）在其第四側(cè)（22）上接合在一起而具有晶圓疊層厚度，（d）之后進(jìn)行擴(kuò)散步驟，由此形成擴(kuò)散的間隙層（31），其包括第一晶圓（10）的第一側(cè)部分和第二晶圓（20）的第四側(cè)部分，其中在完成器件中具有未更改摻雜濃度的第二晶圓的那部分形成漂移層（2），（e）之后在第三側(cè)（21）上形成第二導(dǎo)電類型的至少一個層，（f）之后在間隙層（31）內(nèi)且第二晶圓（20）內(nèi)從第二側(cè)（12）減少晶圓疊層厚度使得形成緩沖層（3），其包括在第四側(cè)（22）上具有比漂移層（2）更高的摻雜濃度的晶圓疊層的剩余部分。
【專利說明】雙極穿通半導(dǎo)體器件和用于制造這樣的半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率電子器件的領(lǐng)域并且更具體地涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法和根據(jù)權(quán)利要求10的雙極穿通半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在EP I 017 093 Al中描述用于制造具有第一主側(cè)13 (發(fā)射極側(cè))和第二主側(cè)14(集電極側(cè))的IGBT的方法。在(n_)摻雜晶圓的集電極側(cè)14上，η摻雜層通過擴(kuò)散而形成。在發(fā)射極側(cè)13上，然后形成P基極層4、η源區(qū)5和柵電極6。在該階段中，晶圓必須具有至少400 μπι左右的厚度以便有效地使制造過程期間斷裂的風(fēng)險降低。之后施加發(fā)射極電極82?，F(xiàn)在在集電極側(cè)14上減少晶圓的厚度使得擴(kuò)散的η摻雜層的末尾部分保留為緩沖層3。最后，施加P集電極層75和集電極電極92。
[0003]通過這樣的方法，形成具有低摻雜緩沖層3的IGBT。這樣的器件因此叫作軟穿通器件。然而，需要多至幾天的長的擴(kuò)散時間來使摻雜劑足夠深地?cái)U(kuò)散到晶圓內(nèi)。即使具有這樣長的時間，擴(kuò)散限制在150 μπι左右的深度，使得其中需要薄的漂移層的低壓器件無法通過該方法來制造，因?yàn)樾枰诰哂兄辽?00 μ m厚度的晶圓上工作。
[0004]這樣的現(xiàn)有技術(shù)的方法用于具有多至2000V左右的阻斷電壓的器件，因?yàn)檫@樣的器件是相對薄的。如果這樣的器件直接在薄的晶圓上制造，這將是困難的，因?yàn)槿绻A在低壓IGBT中是薄的，則直接在薄晶圓上的工作需要相對復(fù)雜的工藝以用于形成正面層(包括發(fā)射極MOS單元和端接)和背面層(包括陽極和緩沖區(qū))。然而，即使利用上文描述的方法的實(shí)施，這樣的器件需要采用許多限制性工藝選項(xiàng)來針對提高的靜態(tài)和動態(tài)性能進(jìn)行優(yōu)化。
[0005]在基于薄晶圓加工而設(shè)計(jì)快恢復(fù)二極管時遇到相似的挑戰(zhàn)。另外，晶圓直徑越大，薄晶圓加工遇到的困難越多。因此，現(xiàn)有技術(shù)的方法受到較小晶圓直徑的限制。最后，硅襯底材料的質(zhì)量和可用性對于使用例如深擴(kuò)散方法的薄晶圓技術(shù)(尤其對于200mm以上的較大晶圓直徑)也是個問題。
[0006]EP O 889 509 A2描述了用于形成壽命控制層的晶圓到晶圓接合方法。在完成器件中形成漂移層的一個晶圓接合到形成緩沖層的另一個晶圓。在中間形成具有復(fù)合中心的接合層。這些復(fù)合中心通過不使兩個晶圓的晶軸對齊或通過在接合以及之后應(yīng)用加熱步驟之前使重金屬摻雜劑蒸發(fā)到一個晶圓表面上而形成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是提供用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法，該雙極穿通半導(dǎo)體器件甚至能適用于低壓器件和大的晶圓，與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比其工藝的可靠性(例如關(guān)于斷裂)更高。
[0008]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造雙極穿通半導(dǎo)體器件的方法以及根據(jù)權(quán)利要求10的雙極穿通半導(dǎo)體器件來實(shí)現(xiàn)。[0009]利用發(fā)明性方法制造雙極穿通半導(dǎo)體器件，其根據(jù)半導(dǎo)體類型包括具有第一和第二導(dǎo)電類型的層的至少雙層結(jié)構(gòu)，該第二導(dǎo)電類型與該第一導(dǎo)電類型不同，其中這些層中的一個是第一導(dǎo)電類型的漂移層。
[0010]在發(fā)明性方法中，進(jìn)行下面的制造步驟:
(a)提供第一高摻雜晶圓，其采用第一導(dǎo)電類型的第一微粒摻雜，該晶圓具有第一側(cè)和與該第一側(cè)相對的第二側(cè)。
[0011](b)提供第一導(dǎo)電類型的第二低摻雜晶圓，其具有第三側(cè)和與該第三側(cè)相對的第四側(cè)。
[0012](C)形成晶圓疊層，其通過使第一晶圓在其第一側(cè)上與第二晶圓在其第四側(cè)上接合在一起而具有晶圓置層厚度。
[0013](d)之后進(jìn)行擴(kuò)散步驟，由此形成擴(kuò)散的間隙層，其包括第一晶圓的第一側(cè)部分和第二晶圓的第四側(cè)部分，所述部分鄰近彼此而設(shè)置，該間隙層具有的摻雜濃度高于原始第二晶圓的摻雜濃度并且低于原始第一晶圓的摻雜濃度，其中在完成器件中具有未更改摻雜濃度的第二晶圓的該部分形成漂移層。
[0014](e)之后在第三側(cè)上形成第二導(dǎo)電類型的至少一個層。
[0015](f)之后從第二側(cè)減少晶圓疊層厚度使得形成緩沖層，其包括在具有比漂移層更高摻雜濃度的第二側(cè)上的晶圓疊層的剩余部分。
[0016]制造方法可以有利地用于大的晶圓，例如6或甚至8英寸晶圓，并且用于形成低壓器件，因?yàn)橛捎诤竦母邠诫s晶圓的使用以及將它接合到薄的低摻雜晶圓，晶圓疊層厚度可以獨(dú)立于需要的層厚度而選擇。通過發(fā)明性方法，即使在完成的半導(dǎo)體器件中需要的漂移層非常薄，在厚晶圓上的第三側(cè)(正面)上形成層，這是可能的。當(dāng)擴(kuò)散從晶圓疊層內(nèi)部的平面開始時，需要短得多的擴(kuò)散時間并且甚至可以制造如在低壓器件中使用的薄的漂移層。
[0017]該工藝和設(shè)計(jì)可以容易地適應(yīng)于較大晶圓直徑加工。在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，難以為較大的晶圓形成深擴(kuò)散緩沖層，因?yàn)樵诠に嚻陂g緩沖的形成需要在非常早的階段的薄晶圓操縱，由此需要晶圓載體工藝技術(shù)方案。根據(jù)該發(fā)明，由于該工藝與其他緩沖設(shè)計(jì)和工藝以及甚至對于大晶圓的甚至可控工藝相比僅需要在后端階段的薄晶圓操縱，更好的操縱是可能的。對于6英寸晶圓，示范性地需要至少400 μ m晶圓厚度用于加工并且對于8英寸晶圓需要甚至更高的至少500 μ m的厚度。
[0018]發(fā)明性緩沖設(shè)計(jì)可以示范性地作為雙擴(kuò)散緩沖層而進(jìn)行，通過該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)的單緩沖設(shè)計(jì)相比的工藝步驟的更好控制。盡管在制造期間，在摻雜濃度的上升部分內(nèi)去除晶圓的部分，切割深度變化的效應(yīng)在發(fā)明性方法中不太簡單，因?yàn)橛捎陔p分布曲線(double profile)而在摻雜濃度曲線的不太陸的部分中進(jìn)行切割。
[0019]利用發(fā)明性方法，形成其中緩沖層示出具有上升的摻雜濃度的區(qū)以及朝向第二主側(cè)的具有恒定摻雜濃度的區(qū)的器件，這也是可能的。利用這樣的設(shè)計(jì)，新的緩沖設(shè)計(jì)向現(xiàn)有技術(shù)的軟穿通設(shè)計(jì)提供相似的最終厚度同時消除與現(xiàn)有技術(shù)的緩沖形成工藝有關(guān)的許多工藝問題。例如，因?yàn)樵谠撌痉缎詫?shí)施例中在高摻雜層的非分布曲線化的部分(nonprofiled part)中(S卩，在具有恒定摻雜濃度的部分中)進(jìn)行減薄，實(shí)現(xiàn)要好很多的深度控制，其中高摻雜層被減薄以便形成緩沖層。這意指在上升的摻雜濃度梯度內(nèi)未進(jìn)行研磨或蝕刻，否則這會可導(dǎo)致在不同條件下雙極增益的變化和非均勻電流流動。因此，可以實(shí)現(xiàn)制造方法本身更好的可控性以及因此實(shí)現(xiàn)器件的電氣性質(zhì)更好的可控性。
[0020]發(fā)明性器件從器件性能方面提供具有較低泄漏電流、提高的短路能力和更軟的關(guān)斷行為的更好的設(shè)計(jì)控制和工藝。
[0021]在從屬的權(quán)利要求中公開發(fā)明性主旨的另外的優(yōu)選實(shí)施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的主旨將在下文中參照附圖更詳細(xì)地說明，其中:
圖1示出關(guān)于具有平面柵電極的現(xiàn)有技術(shù)的IGBT的橫截面圖；
圖2示出根據(jù)圖1的現(xiàn)有技術(shù)的IGBT的摻雜分布曲線；
圖3示出關(guān)于具有平面柵電極的發(fā)明性IGBT的橫截面圖；
圖4示出根據(jù)圖3的發(fā)明性IGBT的摻雜分布曲線；
圖5更詳細(xì)地示出根據(jù)圖4的發(fā)明性IGBT的摻雜分布曲線；
圖6至10示出用于制造發(fā)明性半導(dǎo)體器件的制造步驟；
圖10示出關(guān)于發(fā)明性二極管的橫截面圖；
圖11示出關(guān)于發(fā)明性發(fā)明性二極管的橫截面圖；以及 圖12示出關(guān)于發(fā)明性溝槽型IGBT的橫截面圖。
[0023]在圖中使用的標(biāo)號和它們的意思在標(biāo)號列表中總結(jié)。一般，相像或者相像功能的部件給予相同的標(biāo)號。描述的實(shí)施例意為示例并且不應(yīng)該限制本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0024]根據(jù)本發(fā)明如在圖3、11至12中示出的雙極穿通半導(dǎo)體器件包括第一主側(cè)13和第二主側(cè)14，其設(shè)置在第一主側(cè)13的相對側(cè)。第一電接觸8設(shè)置在第一主側(cè)13上，并且第二電接觸9設(shè)置在第二主側(cè)14上。該器件具有至少雙層結(jié)構(gòu)，其具有第一和第二導(dǎo)電類型的層，該第二導(dǎo)電類型與該第一導(dǎo)電類型不同。這些層中的一個是第一導(dǎo)電類型的低摻雜漂移層2，即在圖中是η型。
[0025]如在圖3a)至c)中示出的發(fā)明性器件是絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 1，其中第一電接觸8形成為發(fā)射極電極82并且第二電接觸9形成為集電極電極92。
[0026]采用基極層4形式的P型層設(shè)置在第一主側(cè)13 (發(fā)射極側(cè))上。至少一個η型源區(qū)5設(shè)置在第一主側(cè)13上并且被基極層4環(huán)繞。該至少一個源區(qū)5具有比漂移層2更高的摻雜濃度。第一電絕緣層62設(shè)置在第一主側(cè)13上且在漂移層2、基極層4和源區(qū)5的頂上。它至少部分覆蓋源區(qū)5、基極層4和漂移層2。導(dǎo)電柵電極6設(shè)置在第一主側(cè)13上且通過電絕緣層62而與至少一個基極層4、源區(qū)5和漂移層2電絕緣，該電絕緣層62典型地由二氧化硅制成。優(yōu)選地，柵電極6嵌入電絕緣層62中并且被另一個第二絕緣層64(優(yōu)選地具有與第一絕緣層62相同的材料)覆蓋。
[0027]漂移層2的摻雜濃度和厚度的選擇取決于阻斷能力要求。低摻雜漂移層2是用于支持主PN結(jié)側(cè)(對于IGBT是發(fā)射極，對于二極管是陽極)上的阻斷電壓的主區(qū)，而較高摻雜緩沖層靠近第二主側(cè)14 (對于IGBT是集電極側(cè)或者在二極管的情況下是陰極側(cè))并且具有例如30至190 μ m的厚度。對于600V器件的漂移層的示范性厚度是30至70 μ m,對于1200V器件是80至120 μ m并且對于1700V器件是150至190 μ m。對于較低壓器件的摻雜濃度典型地高于較高壓器件，例如對于600V器件的摻雜濃度是1.5*1014cm_3左右，對于1700V器件的摻雜濃度下降至1.5*1013cm_3。然而，對于器件的具體值可根據(jù)它的應(yīng)用而變化。
[0028]對于具有形成為如在圖3a)至c)中示出的平面柵電極9的柵電極的IGBT，第一電絕緣區(qū)62設(shè)置在發(fā)射極側(cè)的頂上。在第一和第二電絕緣層62、64中間嵌入柵電極6，典型地它完全嵌入。柵電極6典型地由重度摻雜的多晶硅或像鋁的金屬制成。
[0029]至少一個源區(qū)5、柵電極6和電絕緣層62、64采用在基極層4上形成開口這樣的方式形成。該開口被至少一個源區(qū)5、柵電極6和電絕緣層62、64環(huán)繞。
[0030]第一電接觸8設(shè)置在第一主側(cè)13上，從而覆蓋開口使得它與基極層4和源區(qū)5直接電接觸。該第一電接觸8典型地也覆蓋電絕緣層62、64，但通過第二電絕緣層64而與柵電極6分開并且從而與之電絕緣。
[0031]作為是具有平面柵電極6的發(fā)明性IGBT I的替代，發(fā)明性IGBT I可包括形成為如在圖1la)至c)中示出的溝槽型柵電極6’的柵電極。該溝槽型柵電極6’設(shè)置在與基極層4相同的平面中并且鄰近源區(qū)5而設(shè)置、通過第一絕緣層62而與源區(qū)5彼此分開，該第一絕緣層62也使柵電極6與漂移層2分開。第二絕緣層64設(shè)置在形成為溝槽型柵電極9’的柵電極的頂上，從而使溝槽型柵電極6’與第一電接觸8絕緣。
[0032]在圖12中，示出采用雙極二極管100形式的發(fā)明性雙極穿通半導(dǎo)體器件。該二極管100包括第一導(dǎo)電類型(即，η型)的漂移層2，其具有第一主側(cè)13和與該第一主側(cè)13相對的第二主側(cè)14。采用陽極層7形式的P摻雜層設(shè)置在第一主側(cè)13上。作為陽極電極84、典型地采用金屬層形式的第一電接觸8設(shè)置在陽極側(cè)7的頂上(B卩，在層7的位于漂移層2的相對側(cè)的那一側(cè)上)。
[0033]朝向第二主側(cè)14，設(shè)置發(fā)明性(η)摻雜緩沖層3。該緩沖層3在任何情況下具有比漂移層2更高的摻雜濃度。作為陰極電極94、典型地采用金屬層形式的第二電接觸9設(shè)置在緩沖層3的頂上(即，在緩沖層3的位于漂移層2的相對側(cè)的那一側(cè)上)。
[0034]如在圖3b)和Ilb)中示出的IGBT以及如在圖12b)中示出的二極管包括緩沖層3，其具有比漂移層2更高的摻雜濃度。該緩沖層朝向第二主側(cè)14設(shè)置在漂移層2上。該緩沖層3包括朝向第二主側(cè)14的高摻雜區(qū)38 (其是恒定高摻雜的)，以及在高摻雜區(qū)38與漂移層2之間的間隙層31，其是擴(kuò)散層并且具有的摻雜濃度從高摻雜區(qū)的摻雜濃度平穩(wěn)地減小至漂移層的低摻雜濃度。在間隙層31內(nèi)并且接近高摻雜區(qū)38設(shè)置接合層37。
[0035]在擴(kuò)散的間隙層31中，摻雜濃度典型地從第二主側(cè)14處的原始第一晶圓的高摻雜濃度的值朝向原始第二晶圓的低摻雜濃度以高斯函數(shù)來減小。然而，如果通過擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)摻雜濃度的另一個連續(xù)減小的分布曲線，這也應(yīng)被本發(fā)明所涵蓋。
[0036]在圖3a)和Ila)中，示出IGBT和二極管(圖12a))，其中緩沖層3由間隙層31或間隙層31的一部分組成。在這些器件中，第一晶圓的恒定高摻雜部分已經(jīng)從晶圓疊層去除。示范性地，該去除在第二晶圓20內(nèi)并且在間隙層31內(nèi)進(jìn)行使得接合層37不是完成器件(在圖3a)和12a)中示出)的部分。因此，可能在接合工藝期間出現(xiàn)的缺陷也將不會成為完成器件的部分，并且因此電氣性質(zhì)可以改進(jìn)。備選地，在圖1la)中示出，接合層37可以是緩沖層3的部分。間隙層31的摻雜濃度連續(xù)減小并且從而平穩(wěn)地減小到漂移層的低摻雜濃度。[0037]發(fā)明性雙極穿通半導(dǎo)體器件還可以是反向?qū)↖GBT，其在與第二主側(cè)14并行的平面中具有交替的P摻雜集電極層和η+摻雜附加層。
[0038]任何發(fā)明性雙極穿通半導(dǎo)體器件例如可以在轉(zhuǎn)換器中使用。
[0039]為了制造發(fā)明性雙極穿通半導(dǎo)體器件，進(jìn)行下面的步驟:
(a)提供第一高摻雜晶圓10，其采用第一 η型微粒類型來摻雜，該晶圓具有第一主側(cè)11和與該第一主側(cè)11相對的第二主側(cè)12 (圖6)。示范性地，第一晶圓10具有5*1014至5*1016 cm—3的摻雜濃度。
[0040](b)提供第二低摻雜晶圓20，其是(n_)摻雜，其具有第三側(cè)21和與該第三側(cè)21相對的第四側(cè)22 (圖6)。示范性地，第二晶圓具有3*1013 cm_3至2*1014cm_3的摻雜濃度。
[0041](c)具有第三側(cè)21與第二側(cè)12之間的晶圓疊層厚度的晶圓疊層通過使第一晶圓10在其第一側(cè)11上與第二晶圓20在其第四側(cè)22上接合在一起而形成，從而在第一與第二晶圓10、20之間在第一和第四側(cè)11、22處形成接合層37 (圖7)。
[0042](d)之后進(jìn)行擴(kuò)散步驟，由此擴(kuò)散的間隙層31形成，該擴(kuò)散的間隙層31包括第一晶圓10的第一側(cè)部分和第二晶圓20的第四側(cè)部分(圖8)。這些部分鄰近彼此而設(shè)置。間隙層31具有的摻雜濃度高于原始第二晶圓(如在步驟(b)中提供的第二晶圓)的摻雜濃度并且低于原始第一晶圓(如在步驟(a)中提供的第一晶圓)的摻雜濃度，其中在完成器件中具有未更改摻雜濃度的第二晶圓的那一部分形成漂移層2。在圖8中，設(shè)置在第一與第二晶圓10、20之間的原始邊界處的接合層37示出為虛線。
[0043](e)之后第二導(dǎo)電類型的至少一個層在第三側(cè)21上且在漂移層2的頂上形成(圖9，其示出對于二極管的制造方法)。當(dāng)然，P摻雜層也可以擴(kuò)散到漂移層2內(nèi)使得P摻雜層設(shè)置在第一主側(cè)13上并且其中漂移層2設(shè)置在P摻雜層下面。
[0044](f)之后從第二側(cè)12減少晶圓疊層厚度使得形成緩沖層3，其包括在第二側(cè)12上具有比漂移層2更高的摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的晶圓疊層的剩余部分(圖10)。
[0045]分別為步驟(a)和(b)提供的第一和第二晶圓10、20示范性地是η型晶圓，其是均勻高摻雜或低摻雜的，這應(yīng)意指晶圓具有恒定的摻雜濃度。第一晶圓厚度應(yīng)是在步驟(a)中第一與第二側(cè)15、17之間的晶圓的厚度。作為均質(zhì)高摻雜的第一晶圓10的替代，可提供第一晶圓10，其在第一主側(cè)11上具有高摻雜層并且接合到襯底，該襯底在后來的制造步驟Cf)中被完全去除。
[0046]在步驟(a)中，第一晶圓10可另外在它的第一側(cè)11上包括注入層，其已經(jīng)采用第一導(dǎo)電類型的第二微粒來注入，這些微粒具有與第一微粒不同的擴(kuò)散速度。備選地，在步驟
(b)中，第二晶圓20可在它的第四側(cè)22上包括具有所述第二微粒的注入層或兩個晶圓10、20可分別在它們的第一、第四側(cè)11、22上包括注入層。該(這些)層已經(jīng)在步驟(a)和(b)之前分別注入。在該實(shí)施例中，在步驟(d)中形成的擴(kuò)散間隙層31包括第一間隙區(qū)33和第二間隙區(qū)35。該第一間隙區(qū)33包括較快擴(kuò)散微粒并且延伸到從第二側(cè)12測量的第一區(qū)深度34，其是較快擴(kuò)散微粒從第二側(cè)12的最大擴(kuò)散深度。第二間隙區(qū)35包括較慢擴(kuò)散微粒并且延伸到從第二側(cè)12測量的第二區(qū)深度36，)，其是較慢擴(kuò)散微粒從第二側(cè)12的最大擴(kuò)散深度，其中該第二區(qū)深度小于該第一區(qū)深度34 (圖5c))。圖3c)、llc)和12c)示出利用這樣的發(fā)明性雙擴(kuò)散緩沖層3所得的器件。從而，第二間隙區(qū)35還包括較快擴(kuò)散微粒。
[0047]較快擴(kuò)散微粒示范性地是硫并且較慢擴(kuò)散微粒是磷或砷。在另一個示范性實(shí)施例中，較快擴(kuò)散微粒是磷并且較慢擴(kuò)散微粒是砷。
[0048]在步驟(C)之后和步驟(d)之前，晶圓疊層可在第三側(cè)21 (B卩，在第二晶圓20內(nèi))處經(jīng)歷減薄(像蝕刻或研磨)和/或拋光步驟。這在如果期望在接合步驟(C)處用較厚的第二晶圓20來工作以便避免在制造期間的開裂或斷裂的情況下可是有用的。
[0049]作為是厚的均質(zhì)低摻雜第二晶圓20的替代，第二晶圓20也可如在上文對于第一晶圓10公開的那樣形成為在第四側(cè)22上具有低摻雜層以及該低摻雜層所接合的襯底的晶圓。在該情況下，該襯底在完成器件中通過上文公開的減薄步驟而去除。術(shù)語低摻雜第一晶圓20在整個申請中應(yīng)理解為至少在它的第四側(cè)上具有低摻雜層(B卩，它應(yīng)覆蓋均質(zhì)低摻雜的第二晶圓20)以及低摻雜層與襯底的復(fù)合物的晶圓。
[0050]在步驟(d)中，擴(kuò)散示范性地在至少1200°C的溫度以及在至少180min的時段期間進(jìn)行。來自高摻雜的第一晶圓10的微粒擴(kuò)散到低摻雜的第二晶圓20內(nèi)使得形成間隙層31，其包括微粒已經(jīng)從其中擴(kuò)散的來自高摻雜的第一晶圓10的這樣的部分以及低摻雜的第二晶圓20的來自高摻雜的第一晶圓10的微粒已經(jīng)擴(kuò)散到其中的這樣的部分。漂移層2是在完成器件中第二晶圓的具有該晶圓的未更改低摻雜濃度的這樣的部分，而緩沖層3包括朝向第二側(cè)12的η型的并且具有比漂移層2更高的摻雜濃度的這樣的區(qū)。
[0051]在步驟(e)中，在二極管12的情況下，形成P摻雜陽極層7。形成為陽極電極84的第一電接觸8可在該步驟處形成，典型地是金屬在第三和第二側(cè)21、12上的沉積。備選地，陽極電極84可在步驟(f )的減薄后連同陰極電極94 一起形成。
[0052]在步驟(e)中，在IGBT I的情況下，示范性地P基極層4、源區(qū)5在第三側(cè)21上形成，并且P集電極層75在第二側(cè)12上形成。之后，平面柵電極6或溝槽型柵電極6’連同它的絕緣層62、64 —起在第三側(cè)21上形成。形成為發(fā)射極電極82的第一電接觸8可在該步驟(e)處在第三側(cè)21上制成。備選地，發(fā)射極電極82可在步驟(f)的減薄后連同集電極電極92 —起形成。
[0053]在步驟(f)中，在第一晶圓10內(nèi)晶圓疊層的厚度可被減少使得形成緩沖層3，其包括間隙層31和第一晶圓的剩余部分，該部分形成高摻雜區(qū)38 (圖4中的切割3)，示范性地在圖3b)中對于平面柵極IGBT示出、在圖1lb)中對于溝槽型柵極IGBT示出以及在圖12b)對于二極管而示出。
[0054]專家眾所周知的任何適合的方法可以用于像研磨或蝕刻那樣減少厚度。厚度通過在第二側(cè)12上以及與第二側(cè)12平行的晶圓的整個表面上去除晶圓的一部分而減少。
[0055]備選地在步驟(f)中，晶圓可在第二晶圓20內(nèi)且在間隙層31內(nèi)被切割使得厚度在摻雜濃度分布曲線的上升部分內(nèi)被減少(圖4中的切割I(lǐng))。在另一個備選方案中，去除可在間隙層31與第一晶圓的恒定高摻雜部分之間的邊界處進(jìn)行(圖4中的切割2)。
[0056]圖4示出在不同制造步驟中對于均勻η型晶圓(均勻摻雜濃度)在晶圓內(nèi)的摻雜濃度。虛線示出在接合(步驟(C))后高摻雜的第一晶圓10和低摻雜的第二晶圓20的摻雜濃度。實(shí)線示出擴(kuò)散(步驟(d))后的晶圓并且虛線示出P型層已經(jīng)在第一主側(cè)上形成(步驟
(e))后的晶圓。圖5更詳細(xì)地示出η摻雜緩沖層3的摻雜濃度。圖5a)示出對于沿圖4的切割I(lǐng)切割的晶圓疊層的摻雜濃度。圖5b)示出對于圖4的切割3的摻雜濃度并且圖5c)示出對于雙擴(kuò)散緩沖層的摻雜濃度。
[0057]緩沖層(3)的示范性厚度是(20-70) μ m并且對于間隙層31是(10-50) μ m。對于具有切割I(lǐng) (在第二晶圓20內(nèi)的切割)的發(fā)明性器件，緩沖層示范性地具有(10至40) μπι的厚度，示范性地(20至40) μπι的厚度。
[0058]在已經(jīng)形成緩沖層3后，可在第二側(cè)12上并且在減薄后在晶圓疊層中或上形成其他層。為了形成IGBT，例如現(xiàn)在形成P摻雜集電極層75和集電極電極92。當(dāng)然，在減薄后在第三側(cè)21上形成層，這不應(yīng)從本發(fā)明排除。示范性地，至少需要擴(kuò)散步驟的所有層在減薄之前形成。
[0059]這些示例不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍。上文提到的設(shè)計(jì)和設(shè)置只是對于基極層和阱(帶)的任何種類的可能設(shè)計(jì)和設(shè)置的示例。
[0060]在另一個實(shí)施例中，切換導(dǎo)電類型，即，第一導(dǎo)電類型的所有層是P型(例如，漂移層2、源區(qū)5)并且第二導(dǎo)電類型的所有層是η型(例如，基極層4、集電極層75)。
[0061]應(yīng)該注意到術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟并且不定冠詞“一”或“一個”不排除復(fù)數(shù)形式。而且與不同實(shí)施例關(guān)聯(lián)描述的元件可組合。還應(yīng)注意權(quán)利要求中的標(biāo)號將不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
[0062]本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將意識到本發(fā)明可采用其他特定的形式體現(xiàn)而不偏離其精神或本質(zhì)特性。目前公開的實(shí)施例因此在所有方面考慮為說明性而非限制性的。本發(fā)明的范圍由附上的權(quán)利要求指示而不是由前面的說明指示，并且在其等同性的含義和范圍內(nèi)的所有變化因此規(guī)定為包含在其中。
[0063]部件列表
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造雙極半導(dǎo)體器件的方法，所述雙極半導(dǎo)體器件具有至少雙層結(jié)構(gòu)，其具有第一和第二導(dǎo)電類型的層，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型不同，其中為了形成所述半導(dǎo)體器件，進(jìn)行下面的步驟: (a)提供第一高摻雜晶圓(10)，所述第一高摻雜晶圓(10)具有第一側(cè)(11)和與所述第一側(cè)(11)相對的第二側(cè)(12)并且所述第一高摻雜晶圓(10)至少在所述第一側(cè)(11)上采用第一導(dǎo)電類型的第一微粒來摻雜， (b)提供第一導(dǎo)電類型的第二低摻雜晶圓(20)，其具有第三側(cè)(21)和與所述第三側(cè)(21)相對的第四側(cè)(22)， (c)形成晶圓疊層，其通過使第一晶圓(10)在其第一側(cè)(11)上與第二晶圓(20)在其第四側(cè)(22)上接合在一起而具有晶圓疊層厚度， (d)之后進(jìn)行擴(kuò)散步驟，由此形成擴(kuò)散的間隙層(31)，所述擴(kuò)散的間隙層(31)包括所述第一晶圓(10)的第一側(cè)部分和所述第二晶圓(20)的第四側(cè)部分，其中所述間隙層(31)具有的摻雜濃度高于原始第二晶圓的摻雜濃度并且低于原始第一晶圓的摻雜濃度，其中在完成的器件中具有未更改摻雜濃度的第二晶圓的該部分形成漂移層(2)， (e)之后在所述第三側(cè)(21)上形成第二導(dǎo)電類型的至少一個層， (f)之后在所述間隙層(31)內(nèi)且在所述第二晶圓(20)內(nèi)從所述第二側(cè)(12)減少晶圓疊層厚度使得形成緩沖層(3)，其包括在第四側(cè)(22)上具有比所述漂移層(2)更高的摻雜濃度的晶圓疊層的剩余部分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以下中的至少一個:` 一在步驟(a)中，所述第一晶圓(10)具有5*1014至5*1016 cm—3的摻雜濃度， 一在步驟(d)中，形成所述間隙層(31)使得所述間隙層(31)具有(10-50) ym的厚度(33)，以及 一在步驟(f)中，晶圓疊層厚度被減少使得所述緩沖層(3)具有(10-40) μπι的厚度(31)，特別地具有(20-40 ) μ m的厚度(31)。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在以下中的至少一個情況下進(jìn)行所述擴(kuò)散步驟: 一在至少1200°C的溫度，以及 一在至少180min的時段期間。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述第二晶圓(20)具有 2*1012 cnT3 至 2*1014 cnT3 的摻雜濃度。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于以下中的至少一個: 一在步驟(a)中，所述第一晶圓(10)在它的第一側(cè)(11)上包括注入層，以及 一在步驟(b)中，所述第二晶圓(20)在它的第四側(cè)(22)上包括注入層， 其中所述注入層已經(jīng)采用第一導(dǎo)電類型的第二微粒注入，所述第二微粒具有與所述第一微粒不同的擴(kuò)散速度，并且特征在于 在步驟(d)中形成的所述擴(kuò)散間隙層(31)包括: 第一間隙區(qū)(33)，所述第一間隙區(qū)(33)包括較快擴(kuò)散微粒并且所述第一間隙區(qū)(33)延伸到從所述第二側(cè)(12)測量的第一區(qū)深度(34)，其是所述較快擴(kuò)散微粒的最大擴(kuò)散深度，以及 第二間隙區(qū)(35)，所述第二間隙區(qū)(35)包括較慢擴(kuò)散微粒并且所述第二間隙區(qū)(35)延伸到從所述第二側(cè)(12)測量的第二區(qū)深度(36)，其小于所述第一區(qū)深度(34)并且是所述較慢擴(kuò)散微粒的最大擴(kuò)散深度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述較快擴(kuò)散微粒是硫，并且所述較慢擴(kuò)散微粒是磷或砷，或其特征在于 所述較快擴(kuò)散微粒是磷并且所述較慢擴(kuò)散微粒是砷。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一區(qū)深度(34)是20至40Mm。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二區(qū)深度(36)小于所述第一區(qū)深度(34)的80%。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述器件是絕緣柵雙極晶體管(I)或其特征在于所述器件是二極管(100 )。
10.一種雙極穿通半導(dǎo)體器件，其在第一主側(cè)(13)與第二主側(cè)(14)之間具有至少雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)具有第一和第二導(dǎo)電類型的層，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型不同，所述雙極穿通半導(dǎo)體器件包括: 一第一導(dǎo)電類型的漂移層(2)，其是均勻低摻雜的， 一第一導(dǎo)電類型的緩沖層(3)，其朝向所述第二主側(cè)(14)設(shè)置在所述漂移層(2)上并且具有比所述漂移層(2)更高的摻雜濃度，其中所述緩沖層(3)包括朝向所述第二主側(cè)`(14)的間隙層(31)，其包括第一間隙區(qū)(33)和第二間隙區(qū)(35)，所述第一間隙區(qū)(33)包括第一導(dǎo)電類型的第一摻雜微粒并且所述第一間隙區(qū)(33)具有第一區(qū)深度(34)，其是從所述第二主側(cè)(14)的其中存在所述第一摻雜微粒的最大深度，所述第一區(qū)深度(34)在(20至40) Mm之間，所述第二間隙區(qū)(35)包括第一導(dǎo)電類型的第一和第二摻雜微粒并且具有第二區(qū)深度(36)，其中所述第一微粒與所述第二微粒不同，所述第二區(qū)深度(36)是從所述第二主側(cè)(14)的其中存在所述第二摻雜微粒的最大深度，所述第二區(qū)深度(36)小于所述第一區(qū)深度(34)，以及 一在所述第一主側(cè)(13)上的第二導(dǎo)電類型的層。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二區(qū)深度(36)小于所述第一區(qū)深度(34)的80%。
12.如權(quán)利要求10至11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述器件是絕緣柵雙極晶體管(I)或其特征在于所述器件是二極管(100)。
【文檔編號】H01L29/66GK103518252SQ201280021867
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月5日
【發(fā)明者】C.馮阿爾斯 申請人:Abb 技術(shù)有限公司