[发明专利]用于形成横向变化掺杂浓度的方法和半导体器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及用于在半导体主体中形成横向变化n型掺杂浓度的方法和相关半导体器件，特别是涉及具有半导体主体的功率半导体器件，该半导体主体具有结构化场截止区（field stop region）。

背景技术

诸如二极管和晶体管的半导体器件、例如诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极晶体管（IGBT）的场效应控制开关器件已被用于各种应用，包括但不限于作为开关在电源和功率转换器、电动汽车、空调器以及甚至立体声音响系统中的使用。特别是关于能够切换大电流和/或在较高电压下操作的功率器件，常常要求在下文中也称为导通电阻R_on的低通态电阻（on-state resistance）、软切换行为和高压阻挡（high voltage blocking）能力。

诸如场板和/或浮动保护环的边缘终止结构常常在围绕有源区域（active area）的外围区域中被用于切换和/或控制负载电流以使电场重新分布，使得接近于半导体表面的电场减小。相应地，改进了半导体器件的阻挡能力。

另外，可以在功率半导体器件中使用较高掺杂场截止区以改进对半导体器件关断和/或整流（commutating）期间的软度（softness）。可以仅在半导体器件的部分中形成场截止区。此类场截止区可以通过掩蔽注入（masked implantation）、例如通过质子注入以及后续的推阱（drive-in）来形成。针对典型的功率半导体器件，场截止区的穿透深度可以例如为约30 μm至约60 μm。然而，具有足够高的能量而向半导体材料中穿透足够深的掩蔽质子通常引起显著的挑战，特别是在薄晶片技术中。诸如模板掩模（stencil mask）的孔的使用与薄晶片技术不兼容。在晶片背面上形成厚掩膜可以引起显著的晶片翘曲（bowing）。这可能对制造具有影响。较薄注入掩膜可以用于诸如硒或磷的其他n型掺杂剂。然而，相关推阱工艺伴随有较高的温度负载，这限制在薄晶片技术中的使用。

发明内容

根据用于形成横向变化n型掺杂浓度的方法的实施例，该方法包括提供半导体晶片，该半导体晶片具有第一表面、与第一表面相对地布置的第二表面以及具有第一最大掺杂浓度的第一n型半导体层；在第一n型半导体层中形成具有最大掺杂浓度的第二n型半导体层，该最大掺杂浓度高于第一最大掺杂浓度，其中，形成第二n型半导体层包括向第一n型半导体层中注入第一最大能量的质子；以及用掩蔽氢等离子体来局部地处理第二表面。

根据用于形成双极半导体器件的方法的实施例，该方法包括：提供半导体晶片，该半导体晶片包括具有限定垂直方向的法线方向的第一表面以及布置在第一表面下面的第一n型半导体层；形成与第一n型半导体层形成pn结的p型半导体层；向第一n型半导体层中注入质子；以及用掩蔽氢等离子体来局部地处理半导体晶片的第二表面。

根据半导体器件的实施例，该半导体器件包括：具有第一表面的半导体主体，该第一表面具有限定垂直方向的法线方向；布置在第一表面下面并具有第一最大掺杂浓度的第一n型半导体区；以及布置在第一n型半导体区下面的第二n型半导体区。在垂直横截面中，第二n型半导体区包括两个间隔开的第一n型部分和第二n型部分，其中的每一个邻接第一n型半导体区。所述两个间隔开的第一n型部分具有高于第一最大掺杂浓度的最大掺杂浓度和到第一表面的第一最小距离。第二n型部分具有高于第一最大掺杂浓度的最大掺杂浓度和大于第一最小距离的到第一表面的第二最小距离。该半导体器件还包括与第二n型部分形成pn结的p型第二半导体层。

本领域的技术人员在阅读以下详细描述时和观看附图时将认识到附加特征和优点。

附图说明

图中的部件不一定按比例，而是着重于举例说明本发明的原理。此外，在图中，相同的附图标记指示相应的部分。在所述附图中：

图1A至1D图示出根据实施例的方法的方法步骤期间的通过半导体主体的垂直横截面；

图2图示出根据实施例的半导体主体中的掺杂浓度；

图3图示出根据实施例的半导体主体中的掺杂浓度；

图4A至4E图示出根据其他实施例的方法的方法步骤期间的通过半导体主体的垂直横截面；

图5A图示出根据实施例的通过双极半导体器件的垂直横截面；以及

图5B图示出根据另一实施例的通过双极半导体器件的垂直横截面。

具体实施方式