[发明专利]一种半导体器件局域寿命控制方法

说明书

本发明公开一种半导体器件局域寿命控制方法，所述半导体器件至少包含一组两个不同导电类型，在所述半导体器件中加入至少两种材料，其中第一种材料的少子寿命相对第二种材料的少子寿命要长；利用少子寿命相对短的所述第二种材料来实现局域寿命控制；所述第二种材料是完全第二导电类型掺杂或者至少包含一部分第二导电类型掺杂。经本申请实现局域寿命控制，它能够降低其二极管在反向恢复中存贮的载流子数目，降低反向恢复过程中的最大反向恢复电流，提高反向恢复的速度。

技术领域

本发明涉及半导体器件的少数载流子的寿命的控制方法，特别是涉及一种半导体器件局域寿命控制方法。

背景技术

在最近几十年里，控制平行于两个不同导电类型(PN结)轴向方向上复合中心的空间分布成为一种非常具有吸引力的改善器件折衷性能的新技术，其能够得到比经典寿命控制技术更短的关断时间、更小的反向过冲电流和更大的软度，这优化了器件的性能，即实现了更优的性能折衷。对于传统的寿命控制技术，深能级金属杂质具有很高的扩散系数，而电子辐照产生均匀分布的复合中心，均不能产生局域较窄的复合中心分布。局域寿命可控就为器件性能折衷的优化提供了一个新的设计参数和更大的设计自由度，相对于传统的寿命控制技术在整个器件中大范围引入复合中心，这类新的寿命控制技术被称为局城寿命控制技术。

寿命控制技术，被广泛的用于双极性功率器件中，用来加速多余的电子和空穴的抽取，已获得更高的开关速度。目前常见的寿命控制技术有如下几种：

1.掺重金属离子，如Pt或者是Au，从而在功率器件(主要是硅)的禁带中，形成一些深能级，从而加速电子和空穴的复合，从而降低少子寿命。Au形成的深能级，更接近于禁带的中心，从而其漏电更大。器件的工作结温很难超过150℃；

下面以Pt为例，介绍常见的实现寿命控制的方法：

a.首先在器件的正面长完ILD(介质层以后)，在器件的背面溅射一层Pt的金属，通过高温形成Pt的Silicide(金属硅化物)，典型的工艺条件是550℃，30分钟。

b.湿法刻蚀，将没有完全形成Silicide的Pt，除去。

c.高温的热过程，推结。典型的条件是950℃，30分钟；

因为Pt在硅里面的扩散速度很快，950℃，30分钟的热过程Pt会完全扩散到Silicon里面。从而采用掺重金属离子的方式，实现的寿命控制也叫全局寿命控制。

采用重金属离子实现寿命控制的缺点是，重金属离子会对产线形成污染。器件做完重金属离子掺杂后，后续的工艺流程都需要单独进行机台管控，防止其污染。这严重的增加了难度。

2.高能量离子注入，通过离子撞击晶圆，形成一些缺陷能级，从而加速电子和空穴的复合。

离子注入形成的缺陷能级，需要进行一个低温的退火，通常温度在300℃附近，时间在1个小时左右，以将一些不稳定的缺陷能级修复掉。但是更高温度的热过程，如400℃以上，会将形成的所有缺陷修复，从而没有任何寿命控制的意义。因此离子注入通常是在正面工艺完全做完后进行。离子注入形成的缺陷能级，取决于离子注入可以到达的地方。

目前常用的方式有电子辐照，He注入等。电子因为很轻，可以很容易的穿透晶圆，因此电子辐照形成的寿命控制，通常是全局寿命控制，电子辐照形成的缺陷能级更加的靠近禁带中央，从而器件的漏电，特别是高温漏电大，器件很难工作在结温超过150℃的情况下。

He注入，因为He比较重，常见的离子注入机台，最高能量只能到1.5MeV，能够注入的深度在5～6um。但是器件做完正面金属后，通常正面金属的厚度是4～5um，在加上1um的介质层厚度，He很难进入硅片表面。除非有更高能量的离子注入机台，如最高能量可以到3MeV，甚至是6MeV；但是这个机台价格更贵，给生产带来了很大的难度。He注入的寿命控制，是一个局域寿命控制的技术。

发明内容