用于處理半導體晶片的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于處理半導體晶片的方法。
【背景技術】
[0002]當功率半導體組件的整流結例如pn結或肖特基結處于阻斷狀態時，功率半導體組件通常具有吸收反向電壓的漂移區。該漂移區具有與功率半導體組件的期望的電壓阻斷能力相適應的厚度。也就是，功率半導體組件的電壓阻斷能力越高，漂移區的厚度越大并且漂移區的摻雜越低。就低切換振蕩而言，漂移區的垂直摻雜分布的變化是有利的。具體而言，最期望如下分布:在整流結下方的一定深度中呈現局部最大值，之后摻雜濃度朝向場停止層持續減小。
[0003]然而，經濟地制作具有預定義的摻雜分布的厚漂移區是具有挑戰性的。從所需的注入或擴散深度的角度而言，向厚的半導體材料中注入或擴散電激活的摻雜劑幾乎是不可實踐的。一方面，外延生長厚的漂移區是耗時的，并且另一方面，控制外延工藝以便實現具有高阻斷電壓的功率半導體組件所需的摻雜劑濃度是困難的。在η摻雜的漂移區的情況下，可以使用福射引發施主(radiat1n-1nduced donor)。在利用例如質子的高能量粒子照射晶片以及后續的熱工藝之后，跟隨注入的損傷濃度分布而生成施主。對于單次注入而言，該分布呈現朝向注入的布拉格峰的持續增加。因而，常規的注入技術需要處于不同注入深度的布拉格峰，這意味著注入具有明顯不同的注入能量的高能量粒子。這導致具有多個后續步驟的不期望的工藝，顯著增加了工藝時間和錯誤的可能性。
[0004]因而，需要一種改進的方法，其可以被用于具有高阻斷電壓的功率半導體組件的制作，特別是具有在漂移區中具有局部最大值的摻雜濃度的功率半導體組件的制作。
【發明內容】
[0005]第一方面涉及一種用于處理半導體晶片的方法。在該方法中，提供磁性提拉法(Magnetic Czochralski)半導體晶片，該晶片具有第一側和與第一側相反的第二側。該第一側在第一垂直方向上遠離第二側而布置。將第一粒子經由第二側注入到半導體晶片中，以在半導體晶片中形成晶體缺陷。該晶體缺陷在第一深度處具有最大缺陷濃度。在第一熱工藝中對半導體晶片進行加熱以形成輻射引發施主。選擇用于注入粒子的注入能量和注入劑量，使得半導體晶片在第一熱工藝之后具有布置在第二側與第一深度之間的η摻雜半導體區域，并且使得η摻雜半導體區域在第一垂直方向上具有在第一深度與第二側之間的凈摻雜濃度的局部最大值和在第一深度與第一最大值之間的凈摻雜濃度的局部最小值。
[0006]第二方面涉及一種用于處理半導體晶片的方法。在該方法中，提供具有第一側和與第一側相反的第二側的半導體晶片。第一側在第一垂直方向上遠離第二側而布置。將第一粒子經由第二側注入到半導體晶片中以在半導體晶片中形成晶體缺陷。晶體缺陷在第一深度處具有最大缺陷濃度。在第一熱工藝中對半導體組件晶片進行加熱以形成輻射引發施主。在第一熱工藝之前或之后，將對輻射引發施主的形成起到抑制作用的第二粒子引入到半導體晶片中。選擇起抑制作用的第二粒子的濃度分布、照射劑量和第一深度，使得半導體晶片在第一熱工藝之后具有布置在第二側與第一深度之間的η摻雜半導體區域，并且使得η摻雜半導體區域在第一垂直方向上具有在第一深度與第二側之間的凈摻雜濃度的局部最大值和在第一深度與第一最大值之間的凈摻雜濃度的局部最小值。
[0007]本領域技術人員在閱讀下列詳細描述和查看附圖之后將認識到附加的特征和優勢。
【附圖說明】
[0008]下面參照附圖更詳細地說明本發明的示例性實施例。
[0009]圖1A示出半導體晶片的橫截面側視圖；
[0010]圖1B示出圖1A的半導體晶片的放大截面A ；
[0011]圖2是示出在完成注入之后且在后續的第一熱工藝之前的圖1B的晶片的晶體損傷的濃度的示圖；
[0012]圖3是針對不同晶片類型示出在完成第一熱工藝之后的圖1B的晶片的摻雜分布的示圖；
[0013]圖4是針對不同照射劑量示出FZ晶片或常規CZ晶片的摻雜分布的示圖；
[0014]圖5是針對不同照射劑量示出MCZ晶片的摻雜分布的示圖；
[0015]圖6示出半導體晶片，其中起抑制作用的第二粒子被引入到與第二側相鄰的目標區域中，該起抑制作用的第二粒子抑制輻射引發施主的形成；
[0016]圖7示出半導體晶片，其中氫原子作為起抑制作用的第二粒子被擴散到目標區域中；
[0017]圖8示出半導體晶片，其中在等離子體沉積工藝中沉積氮化物層期間氫原子作為起抑制作用的第二粒子被擴散到目標區域中；
[0018]圖9示出半導體晶片，其中氫陽離子被注入到目標區域中；
[0019]圖10示出半導體晶片，其中氫陽離子被注入到與第二側相鄰的P摻雜層中；
[0020]圖11是示出已被擴散到半導體中的起抑制作用的第二粒子的濃度的示圖；
[0021]圖12是示出已被注入到半導體中的起抑制作用的第二粒子的濃度的示圖；
[0022]圖13是示出其中已注入第一粒子和起抑制作用的第二粒子的半導體晶片的總施主濃度的示圖；
[0023]圖14是示出所提供的具有恒定P摻雜的半導體晶片的凈摻雜濃度的示圖；
[0024]圖15是示出其中已注入第一粒子和起抑制作用的第二粒子的圖14的P摻雜半導體晶片的總施主濃度的示圖；
[0025]圖16不出具有裸露區域的半導體晶片；
[0026]圖17是示出圖16的半導體晶片的氧濃度的示圖；
[0027]圖18示出從已根據所述方法之一處理的半導體晶片制作的半導體組件；
[0028]圖19是示出圖18的半導體組件的摻雜濃度的示圖；以及
[0029]圖20至圖22基于圖18和圖19所示示例圖示了用于進一步降低凈摻雜濃度的方法。
【具體實施方式】
[0030]在附圖中，除非另外指出，否則相同的參考標號標示相同的晶片區域或具有相同意義的組件區域。
[0031]圖1A示意性地示出半導體晶片100的橫截面側視圖。半導體晶片100可以是FZ晶片、CZ晶片或MCZ晶片。
[0032]通常，用于制作典型地用于實現半導體組件的半導體單晶例如硅單晶的已知方法是所謂的浮置區方法(FZ方法)和提拉法(Czochralski)方法(CZ方法)。從使用這些方法之一制作的單晶半導體錠切割下來的盤狀半導體晶片形成用于制作半導體組件的基礎。與FZ方法相比，CZ更加成本有效，但提供如下不利之處:單晶體由于制作方法而具有通常在幾個117原子/cm3到數個10 18原子/cm3的范圍內的高氧濃度。
[0033]在用于制作和處理半導體晶片的方法期間出現的熱工藝具有如下效果:以高濃度存在于晶片中的氧形成所謂的氧沉淀。這些應被理解為是指半導體晶體中的氧聚集或氧空位聚集。這些沉淀尤其用作針對如下重金屬原子的收集中心，該重金屬原子在用于制作組件的方法期間可以穿行到晶片中。然而，如果這樣的沉淀存在于半導體組件的有源組件區中，則由于它們用作自由電荷載流子的復合中心的事實以及由于它們用作電荷載流子對的生成中心的事實，它們會導致組件特性的損害，這最后導致在組件的反向操作期間流動的泄漏電流的增加。
[0034]出于上述理由，常規CZ晶片僅有限地適用于實現具有幾百伏特的介電強度的功率組件。在沒有進一步處理的情況下，常規CZ晶片適用于僅作為如下半導體襯底的所述組件，借助于復雜且因而成本昂貴的外延方法對該半導體襯底涂覆進一步的(氧缺乏)半導體層，在這些半導體層中實現功率組件的吸收反向電壓的區域，例如二極管或IGBT的η型基極或MOSFET的漂移區。
[0035]上述“磁性提拉法晶片”是一種特定類型的CZ晶片，其與常規CZ晶片相比具有非常低的氧濃度，這可以通過在從中切割(非常規的)磁性CZ晶片的錠的晶體生長期間施加外部磁場來實現。這樣的(非常規的)CZ晶片也被稱為磁性提拉法晶片或簡稱為“MCZ晶片”。非常低的氧濃度的結果是與常規CZ晶片相比非常低濃度的氧沉淀。在本發明的意義中，如果晶片具有在整個晶片上少于4Χ1017原子/cm3的最大濃度的間隙氧(“0i水平”)，則該晶片被視為“MCZ晶片”。在本文中引用的間隙氧的所有值是針對根據標準新ASTM (ASTMF121，1980-1983)的基于紅外光譜的測量而指定的。例如，半導體晶片100的半導體材料是娃。
[0036]半導體晶片100是平盤，該平盤具有第一側101和與第一側101相反的第二側102，第一側101和第二側102 二者可以都是平面的并且彼此平行延伸。第一側101在第一垂直方向vl上遠離第二側102而布置，該第一垂直方向vl垂直于第一側101而延伸。在這點上，應注意的是，第一垂直方向vl不僅包括軸而且包括定向。這就意味著第二側102并不在第一垂直方向vl上而是在相反方向上遠離第一側101而布置。
[0037]在第一垂直方向vl中，半導體晶片100具有例如至少為400 μ m的厚度tlOO。然而，也可以使用400 μm以下的厚度tlOO。
[0038]將第一粒子10注入到第二側102中，使得第一粒子10穿過第二側102而進入半導體晶片100并在半導體晶片100中引起晶體缺陷。執行引起晶體缺陷的該注入，使得晶體缺陷在相對于第二側102在第一垂直方向vl上測量的第一深度dl處具有最大缺陷濃度(即，注入的布拉格峰)，該晶體缺陷例如像半導體晶片100中的空位、雙空位或者空位/氧復合體。由于第