本發(fā)明專利技術(shù)涉及調(diào)整在雙極半導(dǎo)體器件中的電荷載流子壽命。公開了一種方法和半導(dǎo)體器件。該方法包括經(jīng)由第一表面將復(fù)合中心原子注入半導(dǎo)體主體中；以及使所注入的復(fù)合中心原子在第一擴散過程中在半導(dǎo)體主體中擴散。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本公開通常涉及調(diào)整電荷載流子壽命，且更具體地涉及調(diào)整在雙極功率半導(dǎo)體器 件中的少數(shù)電荷載流子壽命。
技術(shù)介紹
雙極功率半導(dǎo)體器件，諸如例如功率二極管、功率IGBT或功率晶閘管包括第一導(dǎo) 電類型(摻雜類型）的第一發(fā)射極區(qū)、第二導(dǎo)電類型的第二發(fā)射極區(qū)和第一導(dǎo)電類型的基極 區(qū)（常常被稱為漂移區(qū))。通常，基極區(qū)具有比第一和第二發(fā)射極區(qū)中的每一個低的摻雜濃 度。 可在兩個不同的操作狀態(tài)，即導(dǎo)電狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài)）和阻斷狀態(tài)(斷開狀態(tài)）中操作 雙極功率半導(dǎo)體器件。在導(dǎo)電狀態(tài)中，第一發(fā)射極區(qū)將第一導(dǎo)電類型的電荷載流子注入到 基極區(qū)中，而第二發(fā)射極區(qū)將第二導(dǎo)電類型的電荷載流子注入到基極區(qū)中。通過第一和第 二發(fā)射極注入到基極區(qū)中的這些電荷載流子在基極區(qū)中形成電荷載流子等離子體。 當(dāng)雙極功率半導(dǎo)體器件從導(dǎo)電狀態(tài)切換到阻斷狀態(tài)中時，這些電荷載流子從基極 區(qū)移除。出現(xiàn)在從導(dǎo)電狀態(tài)到阻斷狀態(tài)的過渡階段中的損耗取決于在半導(dǎo)體器件開始從導(dǎo) 電狀態(tài)切換到阻斷狀態(tài)之前多少電荷載流子存在于基極區(qū)中，而電荷載流子的數(shù)量越高， 損耗就越高。基本上，可通過調(diào)整電荷載流子壽命、特別是少數(shù)電荷載流子壽命來調(diào)整電荷 載流子的數(shù)量，少數(shù)電荷載流子壽命是少數(shù)電荷載流子復(fù)合所花費的平均時間。少數(shù)電荷 載流子壽命越短，即少數(shù)電荷載流子復(fù)合得越快，在從導(dǎo)電狀態(tài)切換到阻斷狀態(tài)的時間在 基極區(qū)中的電荷載流子的數(shù)量就越低。然而，當(dāng)電荷載流子壽命降低時，導(dǎo)電損耗(其為在 導(dǎo)電狀態(tài)中出現(xiàn)在雙極功率半導(dǎo)體器件中的損耗）增加。 當(dāng)雙極功率半導(dǎo)體器件從導(dǎo)電狀態(tài)切換到阻斷狀態(tài)時，耗盡區(qū)在基極區(qū)和第二發(fā) 射極區(qū)之間的pn結(jié)處開始在基極區(qū)中擴展。通過此，從基極區(qū)移除形成電荷載流子等離子 體的電荷載流子；這被稱為反向恢復(fù)。在反向恢復(fù)期間，有在第一和第二發(fā)射極區(qū)之間流 動的反向恢復(fù)電流。這樣的反向恢復(fù)電流由來自基極區(qū)的電荷載流子的移除引起。這個電 流最終下降到零，因為電荷載流子已經(jīng)被移除或復(fù)合。這個反向恢復(fù)電流的斜率在它趨向 于零時限定部件的柔和度。斜率越陡，半導(dǎo)體器件的反向恢復(fù)行為(切換行為）就越不"柔 和"。然而，柔和的行為是期望的，因為陡斜率可引起在連接到半導(dǎo)體器件的寄生電感中的 電壓過沖，和/或可引起在半導(dǎo)體器件被使用的電路中的振蕩或振鈴。 可通過在切換過程即將結(jié)束之際耗盡的基極區(qū)的那些區(qū)中有"電荷載流子庫層" 來得到柔和的反向恢復(fù)行為，其中這個電荷載流子庫層在切換過程即將結(jié)束之際饋送反向 恢復(fù)電流，以便使反向恢復(fù)電流到零的降低柔和。可通過在反向恢復(fù)過程即將結(jié)束之際耗 盡的基極區(qū)的那些區(qū)中有高電荷載流子壽命來得到這樣的"電荷載流子庫層"。 因此需要適當(dāng)?shù)?a title="調(diào)整在雙極半導(dǎo)體器件中的電荷載流子壽命原文來自X技術(shù)">調(diào)整在雙極半導(dǎo)體器件中的電荷載流子壽命以便有低切換損耗 和柔和的切換行為。
技術(shù)實現(xiàn)思路
-個實施例涉及一種方法。該方法包括經(jīng)由第一表面將復(fù)合中心原子注入半導(dǎo)體 主體中，并使所注入的復(fù)合中心原子在第一擴散過程中在半導(dǎo)體主體中擴散。 另一實施例涉及半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括具有第一表面和第二表面的半導(dǎo)體 主體、在第一表面和第二表面之間的區(qū)中的復(fù)合中心，其中在半導(dǎo)體主體的垂直方向上的 復(fù)合中心的輪廓包括從第一和第二表面中的每一個間隔開的最小值和至少一個最大值。在 至少一個最大值和最小值之間的比小于2〇〇。【附圖說明】 下面參考附圖來解釋示例。附圖用于說明某些原理，以便只示出理解這些原理所 必需的方面。附圖并不按比例。在附圖中，相同的參考符號指明相似的特征。 圖1A-1B示出用于生成在半導(dǎo)體主體中的復(fù)合中心以便調(diào)整電荷載流子壽命的 方法的一個實施例； 圖2示出基于不同的工藝參數(shù)得到的在半導(dǎo)體主體中的復(fù)合中心的分布的兩個實施 例； 圖3示出在擴散溫度之上在硅（Si)中的鉑（Pt)的溶解度限制； 圖4示出在圖1A-1B中示出的方法的修改； 圖5A-5B示出減小在半導(dǎo)體主體的一個表面的區(qū)中的復(fù)合中心濃度的一個實施例； 圖6示出基于參考圖5A-5B解釋的方法而得到的在半導(dǎo)體主體中的復(fù)合中心分布； 圖7A-7B示出用于提供在半導(dǎo)體主體的一個表面的區(qū)中的摻雜劑原子的方法的一個 實施例； 圖8A-8B示出用于提供在半導(dǎo)體主體的一個表面的區(qū)中的摻雜劑原子的方法的另一 實施例； 圖9示出基于圖4B所示的半導(dǎo)體主體的二極管的一個實施例； 圖10示出通過不同的過程得到的六個不同的二極管的正向電壓； 圖11示出二極管的一個實施例的正向電壓的溫度相關(guān)性； 圖12示出二極管的另一實施例的正向電壓的溫度相關(guān)性； 圖13示出復(fù)合中心原子的注入劑量和導(dǎo)致在二極管中的相同數(shù)量的復(fù)合中心的對應(yīng) 擴散溫度； 圖14示出通過不同的工藝序列在半導(dǎo)體中得到的鉑濃度； 圖15示出在圖1A-1B中示出的方法的修改； 圖16示出在具有內(nèi)部區(qū)和邊緣區(qū)的半導(dǎo)體主體中實現(xiàn)的二極管的一個實施例； 圖17示出在激光退火工藝中的半導(dǎo)體主體的垂直橫截面視圖；以及 圖18示出通過不同的方法得到的三個摻雜區(qū)的摻雜輪廓。【具體實施方式】 在下面的詳細(xì)描述中，對附圖進(jìn)行參考。附圖形成描述的一部分且作為例證示出 本專利技術(shù)可被實踐的特定實施例。應(yīng)理解，本文所述的各種實施例的特征可彼此組合，除非另 外特別提到。 圖1A和1B示意性示出用于產(chǎn)生在半導(dǎo)體主體100中的復(fù)合中心以便調(diào)整電荷載 流子壽命的方法的一個實施例。特別是，該方法涉及調(diào)整在半導(dǎo)體主體100中的少數(shù)電荷 載流子壽命。半導(dǎo)體主體100包括第一表面101和與第一表面101相對的第二表面。圖1A 和1B示出在該方法的不同方法步驟期間的半導(dǎo)體主體100的區(qū)段的垂直橫截面視圖。 半導(dǎo)體主體100可包括常規(guī)半導(dǎo)體材料，例如硅（Si)、碳化硅（SiC)、氮化鎵 (GaN)、砷化鎵（GaAs)等。雖然圖1A和1B只示出一個半導(dǎo)體主體100的一個區(qū)段，參考圖 1A和1B解釋的工藝步驟以及參考下面在本文的其它附圖解釋的工藝步驟可同時應(yīng)用于多 個半導(dǎo)體主體，其為半導(dǎo)體晶片的部分。也就是說，這些工藝步驟可應(yīng)用于包括多個半導(dǎo)體 主體的半導(dǎo)體晶片，其中半導(dǎo)體晶片可在制造過程結(jié)束時細(xì)分成多個半導(dǎo)體主體(管芯)。 根據(jù)另一實施例，一個晶片包括僅僅一個半導(dǎo)體主體(或由僅僅一個半導(dǎo)體主體組成)。 半導(dǎo)體主體可包括基本摻雜，例如η型基本摻雜。例如，這個基本摻雜的摻雜濃度 在1Ε12 cm3和5Ε15 cm 3之間，特別是在1Ε13 cm 3和1Ε14 cm 3之間。引起基本摻雜的摻 雜劑原子是例如磷（P)原子。 參考圖1A，該方法包括經(jīng)由第一表面101將復(fù)合中心原子注入到半導(dǎo)體主體100 中。注入復(fù)合中心原子可包括在整個第一表面101注入復(fù)合中心。根據(jù)參考下面在本文的 圖15解釋的另一實施例，注入復(fù)合中心原子包括覆蓋第一表面101的區(qū)段的注入掩模的使 用，以便防止復(fù)合中心原子注入到這些區(qū)段中。根據(jù)一個實施例，注入復(fù)合中心包括將復(fù)合 中心直接注入第一表面101中。根據(jù)另一實施例，通過散射層200 (用虛線示出）注入復(fù)合 中心原子。散射層可在第一表面101 (如所示)上形成或可遠(yuǎn)離第一表面101 (未示出）。根 據(jù)一個實施例，散射層200包括氧化物，諸如例如氧化硅（Si02)。散射層200的厚度可以在 10納米（nm)和50納米（nm)之間。 根據(jù)一個實施例，復(fù)合中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種方法，包括：經(jīng)由第一表面將復(fù)合中心原子注入半導(dǎo)體主體中；以及使所注入的復(fù)合中心原子在第一擴散過程中在所述半導(dǎo)體主體中擴散。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M巴魯西克，JG鮑爾，O胡姆貝爾，H米洛尼希，G施密特，W舒施特雷德，
申請(專利權(quán))人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE
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