處理含氧半導(dǎo)體晶片的方法及半導(dǎo)體元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于處理含氧半導(dǎo)體晶片的方法，其中所述含氧半導(dǎo)體晶片具有第一面、與第一面相對(duì)的第二面、與第一面鄰接的第一半導(dǎo)體區(qū)域、和與第二面鄰接的第二半導(dǎo)體區(qū)域，所述方法包括如下方法步驟：用高能粒子輻照晶片的第二面，因此在第二半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生晶體缺陷；和進(jìn)行第一熱處理，其中將晶片加熱至700℃至1100℃之間的溫度。本發(fā)明還涉及在以這種方式所處理的晶片的基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的元件。
【專利說明】處理含氧半導(dǎo)體晶片的方法及半導(dǎo)體元件
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2007年I月19日、申請(qǐng)?zhí)枮?00780002552.4、發(fā)明名稱為“處
理含氧半導(dǎo)體晶片的方法及半導(dǎo)體元件”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)背景
[0002]本發(fā)明涉及一種用于處理含氧半導(dǎo)體晶片的方法。
[0003]用于生產(chǎn)例如為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體元件所需要的半導(dǎo)體單晶(例如硅單晶)的公知方法是所謂的浮區(qū)法(FZ法(float zone method))或者直拉法(CZ法(Czochralski method))。從通過這些方法所生產(chǎn)的單晶體半導(dǎo)體晶錠上切割盤狀半導(dǎo)體晶片，形成制造半導(dǎo)體元件的基礎(chǔ)。CZ法同F(xiàn)Z法相比可以更成本有效地被執(zhí)行，但是存在缺點(diǎn)，由于生產(chǎn)方法，單晶具有高氧濃度，一般在幾個(gè)1017atoms/cm3的范圍中。
[0004]發(fā)生在用于制造和處理半導(dǎo)體晶片的方法過程中的熱處理具有以下效果，即在晶片中高濃度出現(xiàn)的氧形成所謂的氧沉淀。所述氧沉淀應(yīng)該被理解為半導(dǎo)體晶體中的氧聚集或者氧空位(oxygen-vacancy)。這些沉淀尤其擔(dān)當(dāng)重金屬原子的溝中心(gutteringcenter)，所述重金屬原子在用于制造元件的方法過程中能進(jìn)入晶片。然而，如果這樣的沉淀出現(xiàn)在半導(dǎo)體元件的有源元件區(qū)，由于用作自由電荷載流子的復(fù)合中心和由于用作電荷載流子對(duì)的產(chǎn)生中心，所述沉淀導(dǎo)致元件屬性的缺陷，這最終導(dǎo)致在元件反向工作時(shí)流動(dòng)的漏電流增加。
[0005]由于上面所述原因，沒有進(jìn)一步處理的CZ晶片僅有限地適用于實(shí)現(xiàn)具有幾百伏特介電強(qiáng)度的功率元件。CZ晶片在沒有進(jìn)一步處理的情況下適用于僅作為半導(dǎo)體襯底的所述元件，其中利用復(fù)雜的并且由此成本昂貴的外延方法將另外的(乏氧)半導(dǎo)體層施加到所述半導(dǎo)體襯底，在其半導(dǎo)體層中實(shí)現(xiàn)采取反向電壓(reverse voltage)的功率元件的區(qū)域，例如，MOSFET的漂移區(qū)或IGBT的η型基極。
[0006]存在多種方法用于阻止在CZ晶片的接近表面的區(qū)域中的氧沉淀，以便所述區(qū)域可被用于生產(chǎn)有源元件區(qū)。但是，氧沉淀故意地被產(chǎn)生在更深的區(qū)域，所述氧沉淀對(duì)于尤其不希望的、被引入入晶片的雜質(zhì)(例如重金屬原子)用作“固有溝中心”。
[0007]—種用于在晶片的接近表面的區(qū)域中阻止氧沉淀的公知方法在于借助于利用熱處理使氧原子從晶片的接近表面的區(qū)域向外擴(kuò)散來減少在晶片的所述區(qū)域中的氧濃度。
[0008]US 6，849，119 Β2 (Falster)描述了一種方法，其中CZ半導(dǎo)體晶片遭受熱處理，其中晶片的背面暴露于氮化氣氛并且所述晶片的前面暴露于非氮化氣氛。該熱處理導(dǎo)致晶體空位的產(chǎn)生，其中所建立的空位分布的最大值比前面更加接近于背面。該晶片隨后在800°C和1000°C的溫度下遭受另外的熱處理，因此引起在具有高空位濃度的區(qū)域中的氧沉淀。
[0009]在US 5, 882, 989 (Falster)或 US 5, 994, 761 (Falster)中描述了另外的方法，用于借助于在鄰接表面的晶片區(qū)域中產(chǎn)生低沉淀半導(dǎo)體區(qū)來處理晶片。
[0010]EP 0769809A1 (Schulze)介紹一種方法，用于借助于由于氧化工藝被注入晶片的間隙娃(interstitial silicon)減少晶片中的空位濃度。
[0011]Wondrak, W:“Einsatz von Protonenbestrahlung in der Technologieder Leistungshalbleiter”，(“功率半導(dǎo)體技術(shù)中質(zhì)子福射的使用”)(在Archiv fiirElektrotechnik, 1989, 72卷，133-140頁)描述了一種用于通過質(zhì)子福射并隨后進(jìn)行熱步驟對(duì)半導(dǎo)體材料的η型摻雜的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是提供一種處理用于制造半導(dǎo)體元件的含氧晶片的方法，其阻止在晶片的接近表面的區(qū)域中的氧沉淀，并且其中具有高密度氧沉淀的區(qū)優(yōu)選地在與接近表面的區(qū)域相對(duì)的晶片區(qū)域中被產(chǎn)生。
[0013]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1和55的方法來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求50的垂直半導(dǎo)體元件。從屬權(quán)利要求涉及有益的結(jié)構(gòu)。
[0014]根據(jù)用于處理含氧半導(dǎo)體晶片的本發(fā)明方法的一個(gè)示范實(shí)施例，其中所述含氧半導(dǎo)體晶片具有第一面、與第一面相對(duì)的第二面、鄰接第一面的第一半導(dǎo)體區(qū)域以及鄰接第二面的第二半導(dǎo)體區(qū)域，規(guī)定用高能粒子輻照晶片的第二面，以便由此在晶片的第二半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生晶體缺陷，例如空位、雙空位或空位/氧復(fù)合體。接著進(jìn)行第一熱處理，其中晶片被加熱到700°C至1100°C之間的溫度一段預(yù)定的持續(xù)時(shí)間。
[0015]在所述第一熱處理期間，例如較高價(jià)空位(V)-氧(O)復(fù)合體(B卩O2V復(fù)合體)在第二半導(dǎo)體區(qū)域中形成，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域同第一半導(dǎo)體區(qū)域相比具有高濃度晶體缺陷和由此具有高濃度晶格空位。所述空位-氧復(fù)合體用作成核晶種(nucleation seed),其中另外的氧原子或氧離子或其它空位/氧復(fù)合體附著到所述成核晶種，因此在第二半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生穩(wěn)定的氧聚集。此外空位-氧復(fù)合體或氧聚集還用作出現(xiàn)在半導(dǎo)體晶片中的雜質(zhì)(例如重金屬原子)和晶格空位的溝中心。在第二半導(dǎo)體區(qū)域中出現(xiàn)的空位-氧復(fù)合體和氧聚集的溝效應(yīng)還導(dǎo)致晶格空位從第一半導(dǎo)體區(qū)域向第二半導(dǎo)體區(qū)域擴(kuò)散，由此第一半導(dǎo)體區(qū)域晶格空位被耗損。由于在第一半導(dǎo)體區(qū)域中缺乏晶格空位，沒有或僅有很少的氧沉淀可以在該半導(dǎo)體區(qū)域中形成，由此低氧沉淀半導(dǎo)體區(qū)、所謂的“潔凈區(qū)”在鄰接第一面的第一半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生。這樣的半導(dǎo)體區(qū)在下文中被稱為低沉淀區(qū)。
[0016]利用所述的方法，可能比在公知方法的情況下實(shí)現(xiàn)基本無氧沉淀的區(qū)的明顯較大的豎向幅度(vertical extent)。這對(duì)于垂直功率半導(dǎo)體元件是特別適用的,所述垂直功率半導(dǎo)體元件可以具有500伏以上的擊穿電壓，并且其中因此需要采取反向電壓的元件區(qū)的相應(yīng)大的垂直尺寸，例如在MODFET的情況下的漂移區(qū)。
[0017]用于產(chǎn)生低沉淀區(qū)的所述方法同傳統(tǒng)方法相比還導(dǎo)致更均勻的低沉淀區(qū)。由于在橫向上(也就是說相對(duì)于注入方向的橫向)很小的注入劑量波動(dòng)，注入工藝比例如氮化氣氛中的傳統(tǒng)RTA工藝(RTA =快速熱退火)，使橫向上空位濃度分布明顯地更加均勻。此外，注入工藝對(duì)于出現(xiàn)在晶片表面上的薄“寄生”層是不敏感的，然而在RTA工藝中作用于晶片表面的這種層明顯地影響表面反應(yīng)速度并由此影響空位產(chǎn)生。
[0018]為了產(chǎn)生晶體缺陷、尤其為了產(chǎn)生晶格空位用高能粒子輻照半導(dǎo)體本體導(dǎo)致第二半導(dǎo)體區(qū)域中的高濃度晶格空位，因此導(dǎo)致第二半導(dǎo)體區(qū)域中的高濃度氧沉淀，由于空位相當(dāng)?shù)卮龠M(jìn)了氧沉淀，也就是說形成這樣的沉淀。此外，第二半導(dǎo)體區(qū)域中的高空位濃度導(dǎo)致晶格空位從第一半導(dǎo)體區(qū)域向第二半導(dǎo)體區(qū)域特別有效的向外擴(kuò)散?？赏ㄟ^用高能粒子輻照以高再現(xiàn)性在晶片內(nèi)和從晶片到晶片來產(chǎn)生晶格空位，這表示相對(duì)公知方法的另一優(yōu)點(diǎn)。
[0019]在氮化氣氛的熱處理中僅僅可以實(shí)現(xiàn)IO12和IO13空位每立方厘米(cm3)之間的空位濃度，而當(dāng)用質(zhì)子輻照半導(dǎo)體本體時(shí)，可產(chǎn)生大于IO18空位/Cm3的空位濃度，例如，這導(dǎo)致所希望效果的相當(dāng)大的強(qiáng)化。本發(fā)明的另外優(yōu)點(diǎn)在于，與使用氮化步驟產(chǎn)生空位的方法相比，通過相應(yīng)選擇輻照能量和輻照劑量，實(shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體晶片中可以建立任何所希望的空位分布；尤其是，甚至能在相對(duì)大深度的半導(dǎo)體晶體中產(chǎn)生非常高的空位濃度。
[0020]用于輻照的高能粒子尤其是非摻雜粒子，例如質(zhì)子，像氦離子、氖離子或氬離子的惰性氣體離子，像鍺離子或硅離子的半導(dǎo)體離子。然而，像例如磷離子的摻雜粒子也適用于作為高能粒子用于輻照半導(dǎo)體本體，其目的是產(chǎn)生晶體缺陷。由于對(duì)于給定的輻照能量高能粒子的穿透深度不應(yīng)該太小，然而，優(yōu)選地使用質(zhì)子或氦離子，其對(duì)于給定的能量比起較重的粒子穿透更深。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021 ] 下面參照附圖具體地介紹本發(fā)明的示范實(shí)施例。
[0022]圖1顯示用于在不同的方法步驟中處理半導(dǎo)體晶片的本發(fā)明方法。
[0023]圖2顯示根據(jù)參照?qǐng)D1所闡述的本發(fā)明方法的改進(jìn)。
[0024]圖3顯示在CZ半導(dǎo)體晶片的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生η摻雜半導(dǎo)體區(qū)的方法。 [0025]圖4顯示在進(jìn)行其它方法步驟后的半導(dǎo)體晶片，其中對(duì)半導(dǎo)體晶片的第一面施加外延層。
[0026]圖5顯示在根據(jù)發(fā)明方法所處理的半導(dǎo)體晶片中所實(shí)現(xiàn)的功率MOSFET或功率IGBT的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0027]圖6顯示在根據(jù)發(fā)明的方法所處理的半導(dǎo)體晶片中所實(shí)現(xiàn)的功率二極管的橫截面?zhèn)纫晥D。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在附圖中，除非另外指示，相同的參考標(biāo)記表示具有相同意義的相同晶片區(qū)域或元件區(qū)域。
[0029]圖1A示意性地顯示含氧半導(dǎo)體晶片100的摘錄的橫截面?zhèn)纫晥D。該晶片是從通過坩鍋提拉法或直拉法所產(chǎn)生的單晶體上切割下來的，并且下文中稱為CZ晶片。這種CZ晶片的氧濃度通常在5.10178?οπ?8/αιι3以上。該晶片可以是未被摻雜的或者具有基本摻雜，尤其是均勻基本摻雜，例如η型基本摻雜，其是早在直拉法期間提拉單晶過程中產(chǎn)生的。特別地，晶片在該方法開始時(shí)可以獨(dú)有地具有所述基本摻雜，也就是說在之前未遭受用于產(chǎn)生其它摻雜區(qū)的任何注入或總是與熱處理相關(guān)聯(lián)的擴(kuò)散工藝，也未遭受在不通過熱工藝激活的情況下初始僅注入摻雜劑原子所利用的注入工藝。
[0030]晶片100具有第一面101，其在下文中稱為前面，和第二面102，其在下文中稱為背面。通過截面示意性示出在晶格中所存在的氧原子并通過圖1A的參考標(biāo)記11表示?？恐踉?，在直拉法結(jié)束后晶格也不可避免地包含空位和空位聚集，并且所述空位和空位聚集示意性地顯示為圓圈，并且在圖1A中用參考標(biāo)記12表示。在晶片的垂直方向上緊鄰前面101的半導(dǎo)體區(qū)在下文中被稱為第一半導(dǎo)體區(qū)域103’，而在晶片100的垂直方向上緊鄰背面102的區(qū)域在下文中被稱為第二半導(dǎo)體區(qū)域104’。
[0031]目的是在緊鄰前面101的第一半導(dǎo)體區(qū)域103’中產(chǎn)生低氧沉淀半導(dǎo)體區(qū)或低沉淀半導(dǎo)體區(qū)(潔凈區(qū)(denuded zone))。
[0032]為了這個(gè)目的，參考圖1B，本發(fā)明方法的一個(gè)示范實(shí)施例規(guī)定，用高能粒子經(jīng)由其背面102輻照晶片100，從而以便在第二半導(dǎo)體區(qū)104中產(chǎn)生晶體缺陷、特別是晶格空位(lattice vacancy),使得同第一半導(dǎo)體區(qū)域103相比增加的空位濃度出現(xiàn)在第二半導(dǎo)體區(qū)104’中。具有增加的空位濃度的半導(dǎo)體區(qū)在圖1B中由參考標(biāo)記104’’表示。通過用高能粒子輻照所產(chǎn)生的空位在下文中尤其應(yīng)被理解為單空位(V)、雙空位(VV)和空位-氧復(fù)合體(0V)。然而,較高價(jià)空位-氧復(fù)合體或其它晶體缺陷(cystal defect)也可能出現(xiàn)。
[0033]特別是非摻雜粒子、例如質(zhì)子、惰性氣體離子或半導(dǎo)體離子，適合作為用于輻照晶片100的粒子。
[0034]通過用高能粒子輻照在第二半導(dǎo)體區(qū)104中空位的產(chǎn)生由第一熱處理跟隨，其中晶片被加熱到700°C至1100°C之間的溫度一段特定的持續(xù)時(shí)間。在這種情況下，選擇該熱處理的溫度和持續(xù)時(shí)間，以便空位-氧中心(O2V中心)或者較高價(jià)空位-氧復(fù)合體在具有高空位濃度的第二半導(dǎo)體區(qū)104’’中出現(xiàn)。熱處理可以尤其以這樣的方式被配置，使得連續(xù)地臨時(shí)設(shè)定至少兩個(gè)不同的溫度，所述溫度分別被保持預(yù)定的持續(xù)時(shí)間。在這種情況下，這些單獨(dú)的“溫度平穩(wěn)狀態(tài)(temperature plateaus)”的持續(xù)時(shí)間可以具有相等的長(zhǎng)度或者是不同的長(zhǎng)度。
[0035]由輻照和熱處理所產(chǎn)生的空位-氧中心用作氧沉淀的成核晶種，因此導(dǎo)致在第一熱處理期間在第二半導(dǎo)體區(qū)104中形成穩(wěn)定的氧聚集。成核晶種和氧聚集附加地用作雜質(zhì)(例如重金屬原子)的溝中心，其中所述雜質(zhì)出現(xiàn)在半導(dǎo)體晶片中或在隨后的高溫工藝期間擴(kuò)散到半導(dǎo)體中，以及還用作晶格空位的溝中心。這具有以下效應(yīng)，即在第一熱處理期間，晶格空位從第一半導(dǎo)體區(qū)域103擴(kuò)散到第二半導(dǎo)體區(qū)域104中，由此低空位半導(dǎo)體區(qū)在第一半導(dǎo)體區(qū)域103生成。第一半導(dǎo)體區(qū)域103的空位耗損抵制第一半導(dǎo)體區(qū)域103中氧沉淀的產(chǎn)生，在這種情況下，在熱處理結(jié)束后，第一半導(dǎo)體區(qū)域103’形成低沉淀半導(dǎo)體區(qū)，其在圖1C中由參考標(biāo)記103表示。
[0036]第二半導(dǎo)體區(qū)域104中的成核晶種和氧聚集是穩(wěn)定的，并且不再被例如在晶片的基礎(chǔ)上制造半導(dǎo)體元件期間所采用的的后來的熱處理而分解。由于缺少在第一半導(dǎo)體區(qū)域103中存在的空位，將會(huì)不利地影響半導(dǎo)體元件(尤其是功率元件)功能的氧沉淀，不能在第一半導(dǎo)體區(qū)域103中的這種熱處理期間形成，因?yàn)樵谌狈瘴坏那闆r下，沉淀形成變得不太可能和/或花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。因此，利用所述方法制造的晶片的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103也特別適用于實(shí)現(xiàn)有源元件區(qū)，尤其是在功率半導(dǎo)體元件中用于采取元件反向電壓的這些元件區(qū)。在垂直功率半導(dǎo)體元件的情況下，在前面處理結(jié)束之后可以移除具有高沉淀密度的第二半導(dǎo)體區(qū)域104，并且可以后來執(zhí)行為完成半導(dǎo)體元件所需要的所謂后面處理。在橫向元件的情況下，第二半導(dǎo)體區(qū)域也可以保留，其中在所述橫向元件中，電流方向在半導(dǎo)體本體的橫向上行進(jìn)。
[0037]應(yīng)該指出，用于產(chǎn)生空位-氧中心而用高能粒子對(duì)半導(dǎo)體本體的輻照和第一熱處理不必以直接的時(shí)間順序來實(shí)現(xiàn)。如下所述，特別可能的是，在進(jìn)行之前稱為“第一熱處理”的工藝之前，在輻照晶片之后設(shè)立用于穩(wěn)定狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)低溫?zé)崽幚?。[0038]輻照工藝以后的熱處理可以是僅用于形成空位-氧中心或用于穩(wěn)定所執(zhí)行的專用熱處理。然而，所述熱處理也可以是用于另外目的的熱處理，例如用于在晶片中產(chǎn)生元件結(jié)構(gòu)。這樣的熱處理是例如用于在摻雜劑注入之后激活摻雜劑的熱處理、用于使摻雜劑原子向晶片內(nèi)擴(kuò)散的熱處理、或者用于對(duì)元件結(jié)構(gòu)有針對(duì)性地氧化的熱處理。
[0039]此外，用于產(chǎn)生空位-氧中心或用于穩(wěn)定的輻照工藝和熱處理不必以緊密的時(shí)間順序進(jìn)行。因此，特別可能的是，輻照工藝是由晶片或基礎(chǔ)材料制造商在早期階段進(jìn)行的，并且一個(gè)或多個(gè)熱處理是由從晶片制造單獨(dú)元件的元件制造商在后期進(jìn)行的。在這種情況下，如上所述，熱處理可以被結(jié)合到元件制造商的制造工藝中，并且可以是元件生產(chǎn)無論如何都需要的熱處理。于是在由晶片制造商輻照并且已經(jīng)準(zhǔn)備好用于元件生產(chǎn)的晶片情況下不需要用于形成空位-氧中心的任何附加專用工藝。同傳統(tǒng)方法相比，單獨(dú)的附加方法步驟子在于用高能粒子輻照晶片。
[0040]第一熱處理的持續(xù)時(shí)間可以在一個(gè)小時(shí)和多于20小時(shí)之間，在所述第一熱處理中，晶片被加熱到700°C至1100°C之間的溫度。溫度優(yōu)選地在780°C至1020°C之間，其中優(yōu)選地設(shè)定在不同的溫度下的一個(gè)或兩個(gè)溫度平穩(wěn)狀態(tài)。
[0041]一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，晶片在第一熱處理期間首先被加熱到780V至810°C之間的溫度第一持續(xù)時(shí)間，其中該第一持續(xù)時(shí)間短于10小時(shí)，然后被加熱到980°C至1020°C之間的溫度第二持續(xù)時(shí)間，該第二持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于10小時(shí)。例如第一持續(xù)時(shí)間是5小時(shí)，而例如第二持續(xù)時(shí)間是20小時(shí)。
[0042]可選地，在使晶片100加熱到700°C至1100°C之間的溫度的“高溫法”之前，可能的是實(shí)施在350°C至450°C之間的較低溫度下并且具有5至20小時(shí)之間的持續(xù)時(shí)間的“低溫工藝”。該低溫步驟適用于形成穩(wěn)定的氧沉淀成核晶種。產(chǎn)生低沉淀區(qū)的熱步驟優(yōu)選地發(fā)生在惰性氣體氣氛中。
[0043]在所述方法中，可通過輻照條件、也就是說特別是通過所使用的粒子類型和輻射粒子所利用的輻照能量，比較準(zhǔn)確地設(shè)定在半導(dǎo)體晶片中由粒子輻照所產(chǎn)生的空位濃度的最大值。
[0044]圖1D定性地顯示在經(jīng)由所述晶片背面102用高能粒子輻照晶片的過程中在半導(dǎo)體晶片100中的空位分布。在這種情況下，最大空位濃度位于輻照的所謂末端范圍(end-of-range)區(qū)域。這是以下區(qū)域，即直至所述區(qū)域，輻照粒子來自于背面102透入晶片100。在圖1D中，a表示距晶片背面102的距離和al表示距背面102的最大空位濃度距離。最大空位濃度的該位置al取決于輻照能量，并且在用2.5MeV的注入能量注入質(zhì)子的情況下，位于距背面102為55至60μπι之間的范圍中。利用質(zhì)子的輻照可以尤其相對(duì)于背面102垂直地或以有一傾斜角度、例如5°至10°之間的角度來實(shí)現(xiàn)。
[0045]假設(shè)質(zhì)子注入劑量為1014cm_2，最大空位濃度在末端范圍區(qū)域位于大約7.IO18空位/cm3處。在布置在末端范圍區(qū)域和背面之間并且輻射質(zhì)子所通過的半導(dǎo)體區(qū)域中，在給定上述注入劑量的情況下空位濃度位于大約5.IO17空位/cm3的區(qū)域中。
[0046]在晶片垂直方向上低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的尺寸同樣取決于輻照條件，尤其是輻照能量。在所述方法中，低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103出現(xiàn)在由粒子輻照不產(chǎn)生附加空位的區(qū)域中。在這種情況下，在第一熱處理期間第一半導(dǎo)體區(qū)域中的空位減少越有效，在垂直方向上第一半導(dǎo)體區(qū)域103的尺寸越小或第二半導(dǎo)體區(qū)域中的空位濃度越高和第二半導(dǎo)體區(qū)域104的豎向幅度越大。粒子輻照優(yōu)選地以這樣的方式實(shí)現(xiàn)，使得輻照的末端范圍區(qū)域盡可能靠近要產(chǎn)生的并且與前面101鄰接的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103。假設(shè)晶片厚度在400...700…1000ym之間，慣例的輻照能量在2...5...IOMeV范圍中。然而，為了在半導(dǎo)體晶體中產(chǎn)生沉淀富有區(qū)，例如在70-200KeV范圍中的低輻照能量也是可能的。這樣的輻照能量可通過商業(yè)上可用的注入裝置獲得。
[0047]在進(jìn)行粒子輻照之前，晶片可選地可遭受第二熱處理，其中晶片在潮濕和/或氧化氣氛中被加熱到高于1000°c的溫度。這樣的過程從在引言中所提及的EP 0769809 Al中是公知的，并且用于以有針對(duì)性的方式將間隙硅原子注射到晶片中，其中注射所述硅原子所達(dá)的深度取決于熱處理的持續(xù)時(shí)間，深度越大，執(zhí)行所述熱處理時(shí)間越長(zhǎng)。所述間隙硅原子的注射尤其在表面附近的半導(dǎo)體晶片區(qū)域中已經(jīng)導(dǎo)致空位的減少，尤其導(dǎo)致空位聚集的減少，并且消除半導(dǎo)體晶片中所謂D缺陷。利用第二熱處理對(duì)半導(dǎo)體晶片的預(yù)熱處理，尤其是可以用于產(chǎn)生由所述方法所處理的多個(gè)晶片的相同“初態(tài)”，以便從而在相同的方法條件下產(chǎn)生具有相同性質(zhì)的晶片。該過程基于以下理解:從不同單晶體所切割的單獨(dú)晶片在其空位濃度和所謂的D缺陷分布方面可以不同。作為該過程的結(jié)果，特別是能溶解在前的沉淀，和能降低在以這種方式所處理的半導(dǎo)體晶體中的空位濃度，由此在以后的高溫步驟期間大大地減少沉淀形成的可能性。
[0048]由于這些定義的相同起始條件尤其在隨后的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)的區(qū)域中是所希望的，在該預(yù)熱處理期間，它足以使前面101暴露于潮濕和/或氧化氣氛中，其中如果必要，間隙硅原子的穿透深度也可能受限于半導(dǎo)體區(qū)103的豎向幅度，然而，不言而喻在預(yù)熱處理期間也可以使晶片的兩個(gè)面101、102暴露于潮濕和/或氧化氣氛中。
[0049]可選地，另外 可能的是，在實(shí)施產(chǎn)生成核中心和氧聚集所利用的第一熱處理之后或之前，使晶片遭受另外的熱處理，其中至少以以下方式加熱第一半導(dǎo)體區(qū)域103，即氧原子經(jīng)由晶片前面101從所述第一半導(dǎo)體區(qū)向外擴(kuò)散。在該另外的熱處理中的溫度例如在900°C至1250°C之間的范圍中。該另外的熱處理進(jìn)一步減小低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中的氧濃度，這進(jìn)一步減少在隨后的熱處理期間在所述半導(dǎo)體區(qū)中生成的氧沉淀的可能性。此外，在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)中的氧減少降低了出現(xiàn)所謂熱施主(thermal donor)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)間隙氧(interstitial oxygen)存在時(shí)和在400°C至500°C之間溫度的熱處理期間,這樣的熱施主可在晶格中出現(xiàn)。
[0050]上述所有熱處理能夠作為傳統(tǒng)熔爐工藝來實(shí)現(xiàn)，其中在熔爐中晶片被加熱至所希望的溫度。此外，熱處理還可以作為RTA工藝(RTA =快速熱退火(rapid thermalanneal ing))來實(shí)現(xiàn),其中例如利用燈或激光束加熱晶片。
[0051]為了在第二半導(dǎo)體區(qū)104’中產(chǎn)生晶體缺陷，還可以使用不同的注入能量進(jìn)行多個(gè)注入步驟。在這種情況下，還有以以下方式進(jìn)行多個(gè)第一熱處理的可能性，即在兩個(gè)注入工藝之間在所述溫度下進(jìn)行第一熱處理。
[0052]參照?qǐng)D2，可能的是，在進(jìn)行粒子輻照之前從背面102向半導(dǎo)體本體引入槽110。在隨后的輻照步驟期間，高能粒子經(jīng)由背面102和經(jīng)由槽110穿透至晶片的第二半導(dǎo)體區(qū)域104。槽還可能影響高能粒子至半導(dǎo)體晶片100的穿透深度。
[0053]除為了在第二半導(dǎo)體區(qū)域104中產(chǎn)生晶格空位而進(jìn)行粒子輻照之外，還可以為了產(chǎn)生所述空位，使半導(dǎo)體晶片遭受熱處理，在所述熱處理中，晶片背面102暴露于氮化氣氛，而前面被保護(hù)免受氮化氣氛，例如通過施加氧化物。氮化氣氛中的熱處理致使在第二半導(dǎo)體區(qū)域104中晶格空位的產(chǎn)生，然而，其中可獲得的空位濃度比在上述的粒子輻照的情況下低。在用于生成這些空位的熱處理期間，晶片優(yōu)選地被快速加熱，例如通過RTA步驟，然后相對(duì)較慢地冷卻，這在引言中所提及的US 6，849，119 B2中得以解釋。利用氮化氣氛中的熱處理產(chǎn)生晶格空位尤其適用于同來自半導(dǎo)體晶片背面102的槽110的產(chǎn)生(如參照?qǐng)D2所述)相結(jié)合。
[0054]如上所述的用于產(chǎn)生低沉淀半導(dǎo)體區(qū)的方法還適用于在SOI襯底的半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生低沉淀半導(dǎo)體區(qū)。眾所周知，這種SOI襯底具有半導(dǎo)體襯底、布置在半導(dǎo)體襯底上的絕緣層、和布置在絕緣層上的半導(dǎo)體層。例如可通過具有利用晶片接合(wafer bonding)方法被接合到半導(dǎo)體襯底上的絕緣層和半導(dǎo)體層的層布置來產(chǎn)生這樣的襯底。在這種情況下，特別地，半導(dǎo)體襯底可以是CZ晶片。
[0055]補(bǔ)充CZ晶片以形成SOI襯底的絕緣層302和半導(dǎo)體層301在圖1A中由虛線示出。利用上述的方法可以在與半導(dǎo)體層302鄰接的區(qū)域中在晶片100中產(chǎn)生低沉淀半導(dǎo)體區(qū)。如果在鄰接絕緣層的所述SOI襯底區(qū)域中在元件運(yùn)行期間建立電場(chǎng)，則這個(gè)過程是特別有利的。到目前為止，所述區(qū)必須被體現(xiàn)為外延沉積半導(dǎo)體層，以便例如由發(fā)電(generation)引起的反向電流保持在提供緊公差的容限內(nèi)。依賴上述的方法，可省去該復(fù)雜和昂貴的外延層的生成，或者至少可以使這樣的外延層明顯薄，因此比迄今傳統(tǒng)的更成本有效。
[0056]此外，在絕緣層302之上出現(xiàn)的半導(dǎo)體區(qū)301也可以通過應(yīng)用所述方法被生產(chǎn)為CZ基本材料的低沉淀區(qū)。為此，具有后來的區(qū)301的另外的CZ半導(dǎo)體晶片遭受所述方法，以便產(chǎn)生鄰接晶片表面的低沉淀區(qū)。然后該另外的晶片被接合至半導(dǎo)體襯底，其中該另外的晶片的低沉淀區(qū)面向襯底100或者絕緣層302。在例如通過研磨和/或蝕刻接合晶片后，再次移除所述另外的晶片的沉淀富有區(qū)(未顯示)。
[0057]晶片接合方法本身在原理上是公知的，所以在這方面不必進(jìn)一步說明。在這樣的方法中，把要接合的兩個(gè)半導(dǎo)體表面施加于彼此，其中的一個(gè)或兩個(gè)可以被氧化，其中為了接合兩個(gè)表面隨后進(jìn)行熱處理。為此慣用的溫度在400°C至1000°C之間的范圍中。
[0058]所述的方法還能很好地同用于產(chǎn)生SOI襯底的所謂SMOX技術(shù)相結(jié)合。換句話說，首先利用所述方法產(chǎn)生低沉淀區(qū)103，然后利用氧注入在所述區(qū)103中生成絕緣層。
[0059]在其前面101的區(qū)域中進(jìn)行所述的處理后具有無沉淀(precipitate-free)或至少低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的半導(dǎo)體晶片，特別適用于實(shí)現(xiàn)垂直功率元件，如將在下面說明的那樣。晶片可以具有基本摻雜，例如η型基本摻雜(basic doping),其早在直拉法期間在提拉單晶的過程中被產(chǎn)生。低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103可特別用于實(shí)現(xiàn)采取功率元件反向電壓的半導(dǎo)體區(qū)。
[0060]參照?qǐng)D3A至3C下面說明用于在CZ晶片100低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中產(chǎn)生η摻雜半導(dǎo)體區(qū)的方法。該方法還可用于在提拉單晶的過程中產(chǎn)生η型基本摻雜，而且還可以用于在未摻雜的CZ晶片中產(chǎn)生η摻雜半導(dǎo)體區(qū)，所述區(qū)的作用就像基本摻雜的區(qū)，也就是說至少在其豎向幅度的大部分上在垂直方向上具有近似恒定的摻雜。這是尤其有利的，因?yàn)橛捎谘醭恋泶嬖?，在提拉單晶期間晶片的基本摻雜的產(chǎn)生導(dǎo)致不滿意的結(jié)果，特別是導(dǎo)致不均勻的和很少可再生的摻雜。
[0061]參考圖3Α，本方法規(guī)定，經(jīng)由前面101將質(zhì)子注入到晶片100的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中。這樣，注入方向可以與前面101垂直，但也可以與所述前面101呈一角度。質(zhì)子注入首先在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的輻射質(zhì)子所通過的該區(qū)域中引起晶體缺陷。此外，質(zhì)子注入將質(zhì)子引入至低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中。在這種情況下，具有晶體缺陷并且輻射質(zhì)子所通過的區(qū)的尺寸，在來自前面101的垂直方向上，取決于注入能量。在這種情況下，所述區(qū)的尺寸越大，注入能量越高，也就是說質(zhì)子經(jīng)由前面101穿透進(jìn)入晶片100越深。
[0062]質(zhì)子輻照之后是熱處理，在所述熱處理中，至少在用質(zhì)子輻照的區(qū)的區(qū)域中將晶片100加熱至400°C至570°C之間的溫度，由此從由質(zhì)子輻照所產(chǎn)生的晶體缺陷和所引入的質(zhì)子產(chǎn)生氫致施主(hydrogen-1nduced donor)。在所述熱處理期間的溫度優(yōu)選地在450°C至550°C之間的范圍中。
[0063]利用質(zhì)子注入,質(zhì)子主要地被引入至福照末端范圍區(qū)域(end-of-range region)。來自前面101的這個(gè)區(qū)的位置取決于注入能量。末端范圍區(qū)域形成在晶片100垂直方向上通過質(zhì)子注入所輻照的區(qū)域的“末端”。如上所述，氫致施主的形成預(yù)示適當(dāng)?shù)木w缺陷存在和質(zhì)子存在。熱處理的持續(xù)時(shí)間優(yōu)先地如此來選擇，使得主要引入至末端范圍區(qū)域的質(zhì)子在前面101的方向上在可估計(jì)的程度上擴(kuò)散，由此用以在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的受輻照區(qū)域中產(chǎn)生盡可能均勻的η型摻雜。該熱處理的持續(xù)時(shí)間在I小時(shí)至10小時(shí)之間，優(yōu)選地在3至6小時(shí)之間。
[0064]參考圖3Β，熱處理的結(jié)果是在晶片100的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中的η摻雜半導(dǎo)體區(qū)105。從前面101，η型半導(dǎo)體區(qū)105延伸至晶片100達(dá)深度d0，其中所述深度取決于以所述方式的注入能量。
[0065]圖3C顯示所述η型半導(dǎo)體區(qū)105的摻雜分布圖的例子。圖3C繪制了自前面101的摻雜濃度。在這種情況下，nD(l表示在實(shí)施摻雜方法之前晶片100的基本摻雜。
[0066]如從圖3C中可推斷出，自前面101的η型半導(dǎo)體區(qū)105具有大致均勻的摻雜分布圖，具有摻雜濃度為ND，其在η型半導(dǎo)體區(qū)105的末端區(qū)域中上升到最大摻雜濃度NDmax，然后降回到基本摻雜ND(i。在η型半導(dǎo)體區(qū)的末端區(qū)域中摻雜首先升高，然后降回到基本摻雜，所述η型半導(dǎo)體區(qū)的末端區(qū)域由質(zhì)子注入的末端范圍區(qū)域造成，其中在注入期間質(zhì)子的大多數(shù)被合并到所述末端范圍區(qū)域中。由于熱處理，大部分質(zhì)子在前面101的方向上擴(kuò)散，這導(dǎo)致在輻射質(zhì)子所通過的區(qū)域中均勻的摻雜濃度Nd。在背面102的方向上擴(kuò)散到半導(dǎo)體深度的質(zhì)子不會(huì)導(dǎo)致在這個(gè)區(qū)域中的施主形成，因?yàn)闆]有為形成施主所必要的注入致晶體缺陷在這出現(xiàn)，。末端范圍區(qū)域中的最大摻雜濃度Nftnax和受輻照區(qū)域的均勻摻雜濃度Nd之間的差決定性地取決于熱處理期間的溫度和熱處理的持續(xù)時(shí)間。這里適用的是，對(duì)于熱處理的相同持續(xù)時(shí)間，所述的差越小，熱處理期間的溫度就越高，以及對(duì)于熱處理期間給定的溫度，差越小，熱處理的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。假設(shè)熱處理的溫度足夠高和持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)，所述差也可趨向于零或變得很小。
[0067]一個(gè)示范實(shí)施例規(guī)定，如此選擇熱處理，使得由質(zhì)子注入和隨后的熱處理所產(chǎn)生的η型半導(dǎo)體區(qū)105包含具有至少近似均勻摻雜的區(qū)域，所述區(qū)域在半導(dǎo)體本體100的垂直方向上延伸超過η型半導(dǎo)體區(qū)105幅度的至少60%，更好地超過80%，其中豎向幅度假設(shè)為在實(shí)現(xiàn)注入所經(jīng)由的表面和所謂的注入末端范圍之間的距離。這樣，末端范圍表示在注入后質(zhì)子濃度最高的位置。在該上下文中，“至少近似均勻摻雜”應(yīng)該理解為在均勻摻雜的區(qū)域中最大摻雜濃度和最小摻雜濃度之比最大為3。一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，所述的比最大值為2，其它的實(shí)施例規(guī)定，所述的比最大值為1.5或1.2。
[0068]在用于產(chǎn)生這種低沉淀半導(dǎo)體區(qū)的任何所希望的方法之后，可以實(shí)施用于在CZ晶片的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)中產(chǎn)生η摻雜半導(dǎo)體區(qū)105的上述方法。
[0069]除上述方法外，特別是在EP O 769 809 Al中所述的方法，其中在1100°C至1180°C之間的溫度下在氧化氣氛中氧化CZ晶片2小時(shí)至5小時(shí)之間的持續(xù)時(shí)間，該方法適用于產(chǎn)生低沉淀區(qū)。在這種情況下，可以在干燥或潮濕氣氛中實(shí)現(xiàn)氧化。
[0070]該氧化尤其也可以在含氧氣態(tài)摻雜劑化合物(例如POCl3)的氣氛中來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行氧化步驟之后，移除在接近表面的晶片區(qū)域中在這種氧化期間另外出現(xiàn)的摻雜層，如在表面上形成的氧化物層。
[0071]這樣的氧化方法還可同通過在已經(jīng)進(jìn)行氧化方法之后進(jìn)行輻照和熱處理而包括輻照工藝和至少一個(gè)熱處理的上述方法相結(jié)合。
[0072]無論是用于產(chǎn)生低沉淀區(qū)的單獨(dú)方法還是與輻照和熱處理相結(jié)合，實(shí)施氧化方法，不可避免地在晶片表面上形成氧化物層，其在實(shí)施為在晶片中實(shí)現(xiàn)元件所需的其它方法步驟之前必要時(shí)被移除。
[0073]例如利用蝕刻方法移除該氧化物層。然而，晶片表面的氧化和該氧化物層的蝕刻導(dǎo)致晶片表面的粗糙化以致于至少不適用于進(jìn)一步生產(chǎn)集成電路(1C)。在移除該氧化物層之后，因此在實(shí)施其它方法步驟、例如用于產(chǎn)生η摻雜區(qū)105的方法步驟和/或用于實(shí)現(xiàn)元件的方法步驟之前，晶片表面優(yōu)選地被拋光。
[0074]通過上述方法所產(chǎn)生的并且包含具有氫致施主的η型摻雜的半導(dǎo)體區(qū)105特別適用于實(shí)現(xiàn)采取反向電壓的功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體區(qū)。這樣的區(qū)例如是MOSFET的漂移區(qū)、IGBT的漂移區(qū)或η型基極或者二極管的漂移區(qū)或η型基極。
[0075]η型半導(dǎo)體區(qū)105尤其還可以這樣的方式產(chǎn)生，使得摻雜濃度的最大值位于具有氧聚集的區(qū)104中，以便由于摻雜方法，低沉淀區(qū)103獲得均勻η型摻雜。
[0076]關(guān)于參照?qǐng)D1A至IC說明的處理方法，應(yīng)該補(bǔ)充的是，在本方法中當(dāng)質(zhì)子被用作高能粒子時(shí)不形成氫致施主，因?yàn)樵谠摲椒ㄆ陂g所采用的700°C至1100°C之間的溫度對(duì)于產(chǎn)生氫致施主而言太高。
[0077]為了準(zhǔn)備用于生產(chǎn)功率半導(dǎo)體元件的晶片100，參照?qǐng)D4，可選地可以在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103之上在前面101上產(chǎn)生單晶外延層200。所述外延層200的摻雜濃度優(yōu)選地適合于低沉淀半導(dǎo)體區(qū)203的或在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中存在的η摻雜半導(dǎo)體區(qū)105的摻雜濃度和此外適合于元件所需的要求。在用于沉積所述外延層期間以公知的方式或根據(jù)所述方法通過質(zhì)子輻照結(jié)合適當(dāng)?shù)臒崽幚韥碓O(shè)定外延層200的摻雜濃度。
[0078]利用上述處理方法所處理的半導(dǎo)體晶片100適用于產(chǎn)生垂直功率半導(dǎo)體元件，下面參照?qǐng)D5和6對(duì)其進(jìn)行說明。
[0079]功率半導(dǎo)體元件的原始材料由晶片100形成，選擇性地對(duì)所述晶片施加根據(jù)圖4所述的外延層200。為下面的說明假設(shè)這種外延層200的存在。然而，應(yīng)該指出，也可省去所述外延層200，尤其是當(dāng)?shù)统恋戆雽?dǎo)體區(qū)103在晶片100的垂直方向上具有用于實(shí)現(xiàn)有源元件區(qū)、特別是用于實(shí)現(xiàn)采取反向電壓的功率半導(dǎo)體元件的元件區(qū)的足夠大尺寸時(shí)。
[0080]圖5顯示垂直功率MOSFET橫截面的側(cè)視圖，所述垂直功率MOSFET在根據(jù)上述方法所處理的CZ晶片100的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。該MOSFET具有由經(jīng)處理的晶片(在圖1至4中100)的部分100’和在本例子中由施加到晶片的外延層200形成的半導(dǎo)體本體。在本例子中，參考標(biāo)記201表示外延層的前面，其同時(shí)形成半導(dǎo)體本體的前面。以未更明確示出的方式，晶片部分100’通過移除來自所述晶片的背面的晶片100 (圖1至4中的參考標(biāo)記102)來產(chǎn)生。參考標(biāo)記111表示所述晶片部分100’的表面，該表面在移除之后出現(xiàn)，并且同時(shí)形成于半導(dǎo)體本體的背面。
[0081 ] 在本例子中，MOSFET被體現(xiàn)為垂直溝槽MOSFET并且具有源區(qū)21、在垂直方向上與源區(qū)21鄰接的本體區(qū)22、在垂直方向上與本體區(qū)22鄰接的漂移區(qū)23和在垂直方向上與漂移區(qū)23鄰接的漏區(qū)24。源區(qū)21和本體區(qū)22布置在圖5中所示元件的外延層200中。
[0082]為了控制本體區(qū)22的反型溝道，存在柵電極27，其兩個(gè)電極部分在圖5中示出并且被布置在來自前面201在垂直方向上延伸至半導(dǎo)體本體內(nèi)的溝槽中。柵電極27通過柵介質(zhì)28以介電方式與半導(dǎo)體本體絕緣，該柵介質(zhì)28通常為氧化物層。源區(qū)和本體區(qū)21、22可利用注入和擴(kuò)散步驟以公知的方式形成。柵電極通過蝕刻溝槽、在溝槽中施加?xùn)沤橘|(zhì)層以及在溝槽中沉積電極層來產(chǎn)生。
[0083]通過源電極25與源區(qū)21形成接觸，所述源電極在半導(dǎo)體本體的垂直方向上的部分中恰好延伸到本體區(qū)22中，以便從而以公知的方式短路源區(qū)21和本體區(qū)22。通過施加至背面111的漏電極26與漏區(qū)24形成接觸。
[0084]MOSFET的漂移區(qū)23部分通過外延層20和部分通過晶片部分100’的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103形成。漏區(qū)24是同漂移區(qū)23相比高摻雜的并且可以例如通過經(jīng)由背面111注入摻雜物原子產(chǎn)生的半導(dǎo)體區(qū)。在這種情況下，漏區(qū)24能完全布置在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中，但也能布置在含有氧聚集的半導(dǎo)體區(qū)(圖1至3中的參考標(biāo)記104)的在回蝕(etchingback)或回磨(grinding back)之后保留的部分中。在這種情況下,對(duì)元件的正常功能至關(guān)緊要的是漂移區(qū)，所述漂移區(qū)用于當(dāng)元件關(guān)閉時(shí)采取出現(xiàn)的反向電壓，漂移區(qū)僅由低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的部分形成。否則，出現(xiàn)在漂移區(qū)23中的氧聚集會(huì)降低元件的性能，尤其是其介電強(qiáng)度和泄漏電流行為。
[0085]所示的功率MOSFET的介電強(qiáng)度關(guān)鍵取決于垂直方向上漂移區(qū)23的尺寸和還取決于所述漂移區(qū)的摻雜濃度。在元件制造方法期間回磨該晶片之后保留的晶片部分100’可以獨(dú)有地包括之前所產(chǎn)生的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103，但也還可包括在背面102區(qū)域中具有氧聚集104的區(qū)的部分，其中具有氧聚集的所述區(qū)于是允許僅用于實(shí)現(xiàn)高摻雜漏區(qū)24并不用于實(shí)現(xiàn)采取反向電壓的漂移區(qū)23。
[0086]可省去施加外延層200，尤其是當(dāng)垂直方向上低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的尺寸對(duì)于實(shí)現(xiàn)對(duì)所希望的介電強(qiáng)度足夠厚的漂移區(qū)足夠大的時(shí)候。
[0087]所述的垂直功率MOSFET特別是η型功率M0SFET。在這種情況下，源區(qū)21、漂移區(qū)23和漏區(qū)24是η摻雜的，而本體區(qū)22是P摻雜的。顯然，在通過上述方法處理的晶片的基礎(chǔ)上也能實(shí)現(xiàn)P型功率M0SFET，所述P型功率MOSFET的元件區(qū)與η型功率MOSFET相比以互補(bǔ)的方式被摻雜。
[0088]根據(jù)上述方法通過質(zhì)子注入至晶片前面和隨后的熱處理步驟，可以產(chǎn)生漂移區(qū)23的摻雜。用于摻雜漂移區(qū)23的這些步驟優(yōu)選地僅在產(chǎn)生源區(qū)和本體區(qū)21、22和柵氧化物28之后來實(shí)現(xiàn)，由于這些產(chǎn)生步驟需要遠(yuǎn)高于600°C的溫度，使得不出現(xiàn)質(zhì)子致?lián)诫s(proton-1nduced doping)。相反,需要低于大約430°C溫度的產(chǎn)生步驟(例如金屬化或沉積聚酰亞胺層的熱處理)可在以后實(shí)現(xiàn)，也就是說在摻雜漂移區(qū)23之后。在這種情況下，在漂移區(qū)23的質(zhì)子致?lián)诫s的熱處理期間的熱預(yù)算中可以考慮隨后產(chǎn)生步驟的熱預(yù)算。然后可以以相應(yīng)比較短的方式實(shí)施這種另外的熱處理，或甚至完全避免。
[0089]在經(jīng)處理的晶片的基礎(chǔ)上，基本材料也可以實(shí)現(xiàn)雙極功率元件，例如溝槽IGBT。這種溝槽IGBT的結(jié)構(gòu)與在圖5中所示的垂直功率MOSFET的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，區(qū)別在于以與漂移區(qū)23互補(bǔ)的方式摻雜的發(fā)射極區(qū)24取代具有與漂移區(qū)23相同導(dǎo)電類型的漏區(qū)24而存在。
[0090]在IGBT的情況下，場(chǎng)截止區(qū)(field stop zone) 29可以在漂移區(qū)23中被布置在發(fā)射極區(qū)24的上游，其中所述場(chǎng)截止區(qū)具有與漂移區(qū)23相同的導(dǎo)電類型，但是與漂移區(qū)23相比更高地被摻雜。所述場(chǎng)截止區(qū)29可以與發(fā)射極區(qū)24鄰接，但是也可離發(fā)射極區(qū)24 —段距離布置。然而，場(chǎng)截止區(qū)29比本體區(qū)22更靠近于發(fā)射極區(qū)24。
[0091]通過質(zhì)子注入和隨后的熱步驟可在CZ晶片100中產(chǎn)生這種場(chǎng)截止區(qū)29。在這種情況下，質(zhì)子注入尤其可以經(jīng)由晶片100的背面102來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，場(chǎng)截止區(qū)29和背面之間的距離取決于所使用的注入能量。為了能在晶片100的垂直方向上設(shè)定場(chǎng)截止區(qū)的尺寸和最終的摻雜分布圖，可以使用不同的注入能量，其中注入劑量?jī)?yōu)選地隨著注入能量的增加而降低。
[0092]由于熱步驟的持續(xù)時(shí)間和/或溫度，用于產(chǎn)生場(chǎng)截止區(qū)的方法不同于用于產(chǎn)生具有η型基本摻雜105的半導(dǎo)體區(qū)的方法。當(dāng)產(chǎn)生η型區(qū)105時(shí)，目的是實(shí)現(xiàn)在注入側(cè)方向上在適度程度上的質(zhì)子擴(kuò)散，以便在垂直方向上盡可能寬的區(qū)域上獲得盡可能均勻的摻雜。與此相反，場(chǎng)截止區(qū)29在垂直方向上盡可能準(zhǔn)確地被限定。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，用于產(chǎn)生場(chǎng)截止區(qū)29的熱步驟的溫度和/或持續(xù)時(shí)間比在產(chǎn)生η型區(qū)105時(shí)的溫度和/或持續(xù)時(shí)間低。在產(chǎn)生場(chǎng)截止區(qū)29時(shí)熱處理的溫度例如在350°C至400°C之間的范圍中，該熱處理的持續(xù)時(shí)間在30分鐘至2小時(shí)之間。
[0093]作為替代方案，場(chǎng)截止區(qū)可在用于產(chǎn)生η型基本摻雜的方法步驟期間完全地和至少部分地來實(shí)現(xiàn)。如所述的，為了產(chǎn)生η型基本摻雜，質(zhì)子經(jīng)由前面101被注入至晶片中。所述質(zhì)子隨后在前面的方向上在熱處理的影響下從末端范圍區(qū)域擴(kuò)散。該擴(kuò)散工藝可通過熱處理的持續(xù)時(shí)間和溫度來設(shè)置，使得與在位于末端范圍區(qū)域和前面之間的中間區(qū)域中的η型基本摻雜相比，在末端范圍區(qū)域中出現(xiàn)更高的摻雜。用于在同時(shí)產(chǎn)生場(chǎng)截止區(qū)時(shí)產(chǎn)生η型基本摻雜的熱處理的溫度和/或持續(xù)時(shí)間比在用于獨(dú)有地產(chǎn)生η型基本摻雜的工藝中低。顯然，應(yīng)該設(shè)置質(zhì)子輻照的注入能量，使得質(zhì)子的穿透深度比晶片的晶片厚度小。
[0094]利用上述方法可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)截止區(qū)的附加摻雜，其中經(jīng)由背面進(jìn)行質(zhì)子注入。
[0095]在IGBT的情況下，漂移區(qū)23通常是η摻雜的。本體區(qū)和發(fā)射極區(qū)22、24相應(yīng)地是P摻雜的。η摻雜的場(chǎng)截止區(qū)29例如可通過經(jīng)由背面111或經(jīng)由還沒有被移除的晶片背面102的質(zhì)子注入和在350°C至420°C之間并尤其優(yōu)選地在360°C至400°C之間的溫度范圍中的溫度下的隨后熱處理來產(chǎn)生。
[0096]通過質(zhì)子注入結(jié)合適當(dāng)?shù)臒崽幚聿襟E，還優(yōu)選地以所述方式產(chǎn)生漂移區(qū)23的基本摻雜，其中經(jīng)由前面201優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)質(zhì)子注入?？商娲鼗蚩裳a(bǔ)充地，然而，也可以經(jīng)由晶片背面111，精確地尤其優(yōu)選地在執(zhí)行背面減薄工藝之后實(shí)現(xiàn)所述質(zhì)子注入。
[0097]圖6顯示在經(jīng)處理的晶片基本材料的基礎(chǔ)上所實(shí)現(xiàn)的垂直功率二極管橫截面的側(cè)視圖。在圖6中，參考標(biāo)記201表示二極管集成于其中的半導(dǎo)體本體的前面，而參考標(biāo)記Ill表示所述半導(dǎo)體本體的背面。半導(dǎo)體本體包括由通過回磨參照?qǐng)D1至3所述的晶片100所獲得的晶片部分100’。參照?qǐng)D4所述的外延層200可選性地施加于所述晶片部分100’。
[0098]在前面201區(qū)域中，功率二極管具有P型發(fā)射極區(qū)或陽極區(qū)31、與P型發(fā)射極區(qū)鄰接的基極區(qū)32、和在垂直方向上與基極區(qū)32鄰接的η型發(fā)射極區(qū)或陰極區(qū)33?；鶚O區(qū)32是P型或η型摻雜的，并且在功率二極管反向工作時(shí)用于采取(take up)出現(xiàn)的反向電壓。在本例子中，基極區(qū)32由外延層200的部分和晶片部分100’的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103的部分形成。η型發(fā)射極區(qū)33同樣可以完全地在低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103中形成。所述η型發(fā)射極例如通過經(jīng)由背面111注入η型摻雜劑原子來產(chǎn)生。然而，η型發(fā)射極33還可以部分地通過晶片的具有氧聚集的半導(dǎo)體區(qū)(圖1至3中的參考標(biāo)記104)形成。然而，關(guān)鍵的是采取反向電壓的基極區(qū)32僅通過晶片的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)103形成。
[0099]利用陽極電極34與二極管的陽極區(qū)31形成接觸，所述陽極電極形成陽極端子Α。利用陰極電極35與陰極區(qū)33形成接觸，所述陰極電極形成陰極端子K。
[0100]參考標(biāo)記列表
11氧原子
12空位
21源區(qū)
22本體區(qū)
23漂移區(qū)
24漏區(qū)，發(fā)射極區(qū)
25源電極
26漏電極、發(fā)射極電極
27柵電極
28柵介質(zhì)
31P型發(fā)射極
32基極
33η型發(fā)射極區(qū) 34，35端子電極 100半導(dǎo)體晶片
100’在晶片移除后的晶片部分
101半導(dǎo)體晶片的前面
102半導(dǎo)體晶片的背面
103晶片的低沉淀半導(dǎo)體區(qū)
103’晶片的第一半導(dǎo)體區(qū)域
104晶片的包含氧聚集的半導(dǎo)體區(qū)
104’晶片的第二半導(dǎo)體區(qū)域
104’’具有增加的空位濃度的半導(dǎo)體晶片區(qū)域
110溝槽
111經(jīng)移除的半導(dǎo)體晶片的背面，半導(dǎo)體本體的背面 200外延層201外延層的前面，半導(dǎo)體本體的前面
A陽極端子
D漏極端子
E發(fā)射極端子
G柵極端子
K陰極端子
S源極端子。
【權(quán)利要求】
1.垂直功率半導(dǎo)體元件，包括: 半導(dǎo)體本體，包括根據(jù)坩鍋提拉法所產(chǎn)生的半導(dǎo)體襯底，其中半導(dǎo)體襯底(100’)具有低氧沉淀半導(dǎo)體區(qū)(103)， 元件區(qū)(23 ;32)，其被配置用以當(dāng)在關(guān)狀態(tài)中驅(qū)動(dòng)元件時(shí)采取反向電壓，并且其至少布置在低氧沉淀半導(dǎo)體區(qū)(103)的部分中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直功率半導(dǎo)體元件，其中元件區(qū)具有由氫致施主形成的η型基本摻雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直功率半導(dǎo)體元件,其中半導(dǎo)體本體包括施加至半導(dǎo)體襯底的外延層(200)，并且 其中采取反向電壓的元件區(qū)至少布置在外延層(200)的部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的垂直功率半導(dǎo)體元件，所述垂直功率半導(dǎo)體元件被實(shí)施為包括漂移區(qū)(23)的IGBT和MOSFET之一，所述漂移區(qū)形成采取反向電壓的元件區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的垂直功率半導(dǎo)體元件，所述垂直功率半導(dǎo)體元件被實(shí)施為包括η型基極的二極管或晶閘管，所述η型基極形成采取反向電壓的元件區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直功率半導(dǎo)體元件，進(jìn)一步包括:與采取反向電壓的元件區(qū)相同的摻雜類型但是比采取反向電壓的元件區(qū)被更高地?fù)诫s的場(chǎng)截止區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直功率半導(dǎo)體元件，其中場(chǎng)截止區(qū)包括氫致施主。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直功率半導(dǎo)體元件，進(jìn)一步包括:與漂移區(qū)相同的摻雜類型但是比漂移區(qū)被更高地?fù)诫s的場(chǎng)截止區(qū)， 其中場(chǎng)截止區(qū)包括氫致施主。
【文檔編號(hào)】H01L29/32GK103943672SQ201410026471
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日:2006年1月20日
【發(fā)明者】H.-J.舒爾澤, H.斯特拉克, A.莫德 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利股份公司