通過外延生長制造半導體裝置的制造方法

通過外延生長制造半導體裝置的制造方法
【專利摘要】一種制造半導體裝置的方法被提供。該方法包括：提供具有一表面的半導體襯底；在該表面上沿垂直于該表面的豎直方向外延生長出背側發射層，其中，背側發射層具有第一導電類型的摻雜物或與第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物；在背側發射層上方沿著豎直方向外延生長出漂移層，漂移層具有第一導電類型的摻雜物，其中，背側發射層的摻雜物濃度高于漂移層的摻雜物濃度；并且在漂移層內或在漂移層的頂部上形成體區域，體區域具有第二導電類型的摻雜物，體區域與漂移層之間的過渡形成PN結。外延生長出漂移層包括：在漂移層內形成第一導電類型的摻雜物沿著豎直方向的摻雜物濃度走向，摻雜物濃度走向為第一導電類型摻雜物的濃度沿豎直方向的變化。
【專利說明】
通過外延生長制造半導體裝置
技術領域
[0001]本發明涉及實一種制造半導體裝置的方法的實施例并且還涉及一種半導體裝置的實施例。特別地，本發明涉及一種通過半導體層的外延生長制造半導體裝置的方法的實施例。
【背景技術】
[0002]汽車、消費和工業應用中的現代裝置的許多功能、比如轉換電能和驅動電機或電動機器依賴于半導體裝置。例如Insulated Gate Bipolar Transistor( IGBT)、MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor(MOSFET)和二極管已經用于各種各樣的領域，這些領域包括但不局限于:電源中的開關和功率轉換器。
[0003]通常而言，期待提供具有柔和的關斷特性的功率半導體裝置，即期待避免例如在功率半導體二極管的關斷過程中逆向恢復電流過早或過于突然的中斷。通常，通常期待減小功率半導體裝置的開關損耗。功率半導體裝置的這種特性例如與以高開關頻率操作的硬開關應用相關。

【發明內容】

[0004]根據一實施例，提供了一種制造半導體裝置的方法。所述方法包括:提供具有一表面的半導體襯底;在所述表面上沿著垂直于所述表面的豎直方向外延生長出背側發射層，其中，所述背側發射層具有第一導電類型的摻雜物或與所述第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物;在所述背側發射層上方沿著所述豎直方向外延生長出漂移層，所述漂移層具有所述第一導電類型的摻雜物，其中，所述背側發射層的摻雜物濃度高于所述漂移層的摻雜物濃度;并且在所述漂移層內或在所述漂移層的頂部上形成體區域，所述體區域具有所述第二導電類型的摻雜物，所述體區域與所述漂移層之間的過渡形成PN結。外延生長出所述漂移層包括:在所述漂移層內形成所述第一導電類型的摻雜物沿著所述豎直方向的摻雜物濃度走向，所述摻雜物濃度走向為所述第一導電類型的摻雜物的濃度沿著所述豎直方向的變化
[0005]根據又一實施例，提供了一種制造半導體裝置的方法，所述方法包括:提供具有一表面的半導體襯底;在所述表面的頂部上沿著垂直于所述表面的豎直方向外延生長出背側發射層，其中，所述背側發射層具有第一導電類型的摻雜物或與所述第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物；在所述背側發射層的頂部上沿著所述豎直方向外延生長出緩沖層，所述緩沖層具有所述第一導電類型的摻雜物;在所述緩沖層的頂部上沿著所述豎直方向外延生長出漂移層，所述漂移層具有所述第一導電類型的摻雜物，其中，所述背側發射層的摻雜物濃度和所述緩沖層的摻雜物濃度中的每一個均高于所述漂移層的摻雜物濃度;并且在所述漂移層內或在所述漂移層的頂部上形成體區域，所述體區域具有所述第二導電類型的摻雜物，所述體區域與所述漂移層之間的過渡形成PN結。外延生長出所述緩沖層包括:在所述緩沖層內形成所述第一導電類型的摻雜物沿著所述豎直方向的摻雜物濃度走向，所述摻雜物濃度走向為所述第一導電類型的摻雜物的濃度沿著所述豎直方向的變化。
[0006]根據另一實施例，提供了一種半導體裝置，所述半導體裝置包括具有前側和背側的半導體結構體，所述半導體結構體在從所述背側指向所述前側的豎直方向上延伸并且包括:外延生長出的漂移層，所述外延生長出的漂移層具有第一導電類型的摻雜物;體區域，所述體區域布置在所述漂移層內或所述漂移層的頂部上并且具有與所述第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物，所述體區域與所述漂移層之間的過渡形成PN結；以及外延生長出的背側發射層，所述外延生長出的背側發射層布置在所述漂移層與所述背側之間，所述背側發射層具有所述第一導電類型或所述第二導電類型的摻雜物并且它的摻雜物濃度高于所述漂移層的摻雜物濃度。在漂移層中，沿著豎直方向的摻雜物濃度走向呈現出第一導電類型的摻雜物的濃度沿著豎直方向的變化。
[0007]本領域技術人員將會基于閱讀下述詳細說明并基于查看附圖而意識到附加的特征和優點。
【附圖說明】
[0008]附圖中的部件不一定按比例繪制，而是強調本發明圖示的原理。此外，在附圖中，類似的附圖標記對應于類似的部件。在附圖中:
[0009]圖1A示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置的方法；
[0010]圖1B示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置的方法；
[0011]圖1C示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置的方法；
[0012]圖1D示意性示出根據一個或一個以上實施例的的制造半導體裝置的方法；
[0013]圖1E示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置的方法；
[0014]圖1F示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置的方法；
[0015]圖1G示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置的方法；
[0016]圖2示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的摻雜物濃度豎直走向的一區段；
[0017]圖3A示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的摻雜物濃度豎直走向的一區段；
[0018]圖3B示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的摻雜物濃度豎直走向的一區段；
[0019]圖3C示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的摻雜物濃度豎直走向的一區段；
[0020]圖3D示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的摻雜物濃度豎直走向的一區段；
[0021]圖4A示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的豎截面的一區段;并且
[0022]圖4B示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置的豎截面的一區段。
【具體實施方式】
[0023]在下述詳細說明中，參考了附圖，所述附圖形成本申請文件的一部分并且其中以展示具體實施例的方式示出實踐本發明的方式。
[0024]對此，方向術語比如“頂部”、“底部”、“下方”、“前”、“后”、“背”、“在前”、“在后”等可以參考被說明的附圖的定向地使用。由于實施例的各部件可以以多種不同的定向來定位，因此方向術語僅僅用于展示而沒有形成任何限定。將被理解的是，其它實施例可以被使用并且結構性或邏輯性改變可以被做出而不會脫離本發明的范圍。因此，下述詳細說明不具有限定的含義，并且本發明的范圍由所附權利要求來限定。
[0025]現在將詳細參考各實施例，各實施例中的一個或一個以上示例在附圖中示出。每個示例以說明的方式提供，并且沒有意在限定本發明。例如，作為一個實施例的一部分所圖示或說明的特征可以用在其它實施例中或與其它實施例結合使用，從而得到又一實施例。本發明旨在包括這樣的改型和變型。各示例利用不應當認為是限定所附權利要求的范圍的特定語言來描述。各附圖沒有按比例繪制并且僅僅用于展示目的。為了明確，除非另有說明，否則相同的元件或相同的制造步驟在不同的附圖中被分配有相同的附圖標記。
[0026]本發明所使用的術語“水平”旨在描述大致平行于半導體襯底的或半導體區的水平表面的定向。這例如可以是晶片或裸晶的表面。
[0027]本發明所使用的術語“豎直”旨在描述大致垂直于所述水平表面布置的定向、即平行于半導體襯或半導體區的表面的法線方向布置的定向。
[0028]在本申請中，η摻雜型可以指的是“第一導電類型”，而P摻雜型可以指的是“第二導電類型”。替代地，相反的摻雜關系可以被采用，以使得第一導電類型可以是P摻雜型并且第二導電類型可以是η摻雜型。例如，η摻雜型半導體區可以通過將施主插入半導體區而形成。此外，P摻雜型半導體區可以通過將受主插入半導體區而形成。
[0029]在本申請的文字說明中，術語“歐姆接觸”、“電接觸”、“歐姆連接”和“電接觸”旨在描述:在半導體布置結構的兩個區域、區段、部分、部件之間、或者在一個或一個以上裝置的不同端子之間、或者在端子或金屬化部或電極與半導體布置結構的一部件或一部分之間具有低歐姆電連接或低歐姆電流路徑。此外，在本申請的文字說明中，術語“接觸”旨在描述:相應的半導體布置結構的兩個元件之間具有直接物理連接;例如兩個彼此接觸的元件之間的過渡可能沒有包括另外的中間元件等。
[0030]本申請書中所描述的具體實施例涉及但沒有局限于具有IGBT、M0SFET或二極管結構的單片集成的半導體布置結構。
[0031]本發明所使用的術語“功率半導體裝置”旨在描述位于單個芯片上的具有高電壓截止和/或高電流承載能力的半導體裝置。這樣的半導體裝置可以是半導體布置結構的一部分。換言之，所述功率半導體裝置旨在用于較高的電流，比如在安培范圍內、例如高達幾百安培的電流;和/或較高的電壓，比如40V以上、100V和100V以上。
[0032]此外，在本發明中，術語“摻雜物濃度”可能涉及的是摻雜物積分濃度(integraldopant concentrat1n)或平均摻雜物濃度或特定半導體區或半導體層的電荷載子面濃度(sheet charge carrier concentrat1n)。由此，例如“特定半導體區的摻雜物濃度高于或低于另一半導體區的摻雜物濃度”這樣的描述可能表明所述半導體區的相應的平均摻雜物濃度彼此不同。
[0033]此外，在本發明中，術語“體區域(bodyreg1n)”不一定局限于晶體管單元中的體區域、比如MOSFET的或IGBT的體區域，但是還可能涉及二極管的與該二極管的漂移區形成PN結的發射區。例如，下文所使用的術語“體區域”可以指的是PIN二極管的p摻雜型(陽極)發射區。
[0034]圖1示意性示出根據一個或一個以上實施例的制造半導體裝置I的方法2。方法2包括:在第一步驟20中，提供具有表面40的半導體襯底4。例如，半導體襯底4是半導體晶片。半導體晶片例如可以通過Czochra I ski方法、Magnetic Czochral ski方法，或區恪(zonemelting)方法制得。例如，這樣的半導體晶片的直徑為200mm、300mm、或450mm。
[0035]作為進一步的步驟21，方法2可包括:在表面40的頂部上沿著垂直于表面40的豎直方向Z外延生長出背側發射層125。例如，外延生長出背側發射層125可包括化學氣相沉積(CVD)過程。外延生長出的背側發射層125具有第一導電類型的摻雜物或與第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物。
[0036]在一些實施例中，背側發射層125還可以包括一個或一個以上島區(islandreg1n)，所述島區可以具有類型與背側發射層125的其余區段中所存在的摻雜物的類型互補的摻雜物，這將參考圖1E和圖4B予以更詳細地說明。
[0037]背側發射層125可包括通過方法2制造的二極管的背側發射區或將通過方法2制造的MOSFET的漏區，該背側發射層125可以例如為n+摻雜型。在另外的實施例中，背側發射層125包括將通過方法2制造的IGBT的背側發射區，其中，該背側發射層125例如為P+摻雜型。
[0038]背側發射層125的摻雜物濃度例如位于從117Cnf3至IxlO2t3Cnf3的范圍內。背側發射層125的摻雜例如可以通過在背側發射層125的外延生長21過程中施加摻雜氣體來實現，對于η型摻雜，所述摻雜氣體例如為位于運載氣體(比如氫氣)內的磷化氫(phosphine)、硫化氫(hydrogen seIenide)或胂(arsine)，對于P型摻雜，所述摻雜氣體例如為位于運載氣體(比如氫氣)內乙硼燒(diborane)。
[0039]外延生長出的背側發射層125厚度例如位于從0.3口111至2(^1]1、從0.541]1至541]1、或從1μπι至3μηι的范圍內。
[0040]例如，襯底4包括Magnetic Czochralski娃。在一實施例中，在襯底4的頂部上外延生長出背側發射層125(步驟21)之前，表面40利用濕式氧化過程(wet oxidat1n process)和施加磷酰氯(英文:phosphoryl chloride，通常稱之為三氯氧磷(phosphorusoxychloride))中的至少一種來進行預處理。在表面40上所形成的氧化層可以在后續中例如通過現有技術已知的工藝去除。通過這種方式，可以實現可能影響摻雜物在外延生長出的背側發射層125中的擴散的氧沉淀(oxygen 口代(^口;^31:;[011)和/或晶體原生粒子的數量的減少。
[0041]在另一實施例中，在背側發射層125的外延生長21之后，在背側發射層125中植入(implant)摻雜物。例如，背側發射層125中所植入的摻雜物的導電類型為外延生長出的發射層125內存在的摻雜物的導電類型。
[0042]在一變型例中，方法2還包括:在背側發射層125的頂部上外延生長出后續的半導體層123、126 (步驟22、23)之前，在背側發射層125中植入摻雜物，其中，背側發射層125的摻雜物濃度的橫向變化通過至少一種掩模式植入工藝來實現。
[0043]例如，所述至少一個掩模式植入使得背側發射層125中的摻雜物濃度可以在平行于表面40的水平面內、在將被制出的半導體裝置I內的大致中心位置與靠近半導體裝置I的邊緣的外側位置之間變化至至少1.5倍或至少2倍或者甚至5倍以上。
[0044]由于背側發射層125內所植入的摻雜物所導致的這種摻雜物濃度的橫向變化可以以不同的方式設置:
[0045]例如，背側發射層125的摻雜物濃度可以在背側發射層125中的水平面內、在從將被制出的半導體裝置I內的大致中心位置至靠近半導體裝置I的邊緣的外側位置的方向上逐漸或非連續地增加。例如，在背側發射層125中的水平面內，在靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置處的摻雜物濃度可以是將被制出的半導體裝置I內的大致中心位置處的摻雜物濃度的至少1.5倍或至少2倍或者甚至5倍以上。
[0046]替代地，背側發射層125的摻雜物濃度可以在背側發射層125中的水平面內、在從將被制出的半導體裝置I內的大致中心位置至靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置的方向上逐漸或非連續地減小。例如，在背側發射層125中的水平面內，將被制出的半導體裝置I內的大致中心位置處的摻雜物濃度可以是靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置處的摻雜物濃度的至少1.5倍或至少2倍或者甚至5倍以上。例如，背側發射極125的摻雜物濃度的這種減小可以設置在將在芯片12的前側121上實現的截止結終端(blocking junct1n terminat1n)下方的一區域中，并且附加地或替代地設置在位于所述截止結終端下方的該區域與將被制出的半導體裝置I的工作區之間的過渡范圍內的一區域中。例如，背側發射層125內的具有摻雜物濃度降低的這種區域的橫向延度對應于少數載流子的擴散長度L的20%以上、或者甚至對應于所述擴散長度L的50%以上、或甚至100%以上、或甚至200%以上。
[0047 ]例如，背側發射層125內摻雜物濃度的橫向變化(即在平行于所述表面40的方向上的變化)是通過在第一摻雜物植入之后植入第二摻雜物實現的，其中，在第一摻雜物植入過程中，背側發射層125的多個部分可以被掩模覆蓋(圖1A中未示出)。
[0048]例如，將被制出的半導體裝置I是IGBT，其中，背側發射區125可以是P摻雜型并且其邊緣終端(edge terminat1n)下方的摻雜物濃度與工作區的摻雜物濃度相比是降低的，從而改善IGBT的動態穩健性。替代地或附加地，較小的高P摻雜型區域可以借助這種掩模式植入于背側發射層125中植入IGBT的工作區中。所述較小的高P摻雜型區域可以改善IGBT的短路穩健性。此外，較大的高P摻雜型區域可以于背側發射層125中植入IGBT的工作區中，由此例如改善關斷過程中的柔和性。
[0049]作為進一步的步驟23，根據圖1所示的實施例的方法2可包括在背側發射層125上沿著豎直方向Z外延生長出漂移層(drift layer)123，該漂移層123具有第一導電類型的摻雜物，其中，背側發射層125的摻雜物濃度高于漂移層123的摻雜物濃度。
[0050]例如，漂移層123包括漂移區，比如將通過方法2制出的PIN二極管、IGBT或MOSFET的η摻雜型漂移區。
[0051]例如，漂移區123設置成能夠在將被制出的半導體裝置I的導通狀態(通態)過程中導通負載電流。該負載電流例如可以沿著大致平行于豎直方向Z的方向流動。
[0052]根據一實施例，背側發射層125的摻雜物濃度可以是漂移層123的摻雜物濃度至少100倍。該倍數甚至可以大于100(例如大于500)、或大于1000。例如，外延生長出(步驟23)漂移層123可包括CVD過程。
[0053]外延生長出(步驟23)漂移層123可包括形成第一導電類型的摻雜物沿著豎直方向Z的摻雜物濃度走向P，其中，該摻雜物濃度走向P為第一導電類型的摻雜物的濃度沿著豎直方向Z的變化。這種摻雜物濃度走向P的一種示例在圖2中示意性示出，在下文中也參考該圖。
[0054]例如，漂移層123中的摻雜物濃度走向P呈現出摻雜物濃度以至少2的倍數變化。該倍數甚至可以大于2、例如大于5、或大于10。在一實施例中，漂移層123中的摻雜物濃度走向P具有最大值為400。如圖2所示，摻雜物濃度走向P的最大值400可以位于漂移層123內。濃度走向P可包括逐漸增加區段和逐漸減小區段，其中，最大值400可以位于逐漸增加區段與逐漸減小區段之間過渡處。如圖2所示，摻雜物濃度走向P可包括一類似龜殼輪廓的區段。在另一實施例中，摻雜物濃度走向P可包括具有最大值400的大致高斯型區段。
[0055]在一實施例中，通過外延生長出(步驟23)漂移層123而形成摻雜物濃度走向P包括使摻雜物在外延過程中以隨時間變化的方式混入。例如，磷、砷和銻摻雜物中的至少一種可以在外延過程中以隨時間變化的方式從氣相混入。
[0056]作為進一步的步驟24，根據圖1A示出的實施例的方法2包括在漂移層123的頂部上形成體區域124，該體區域124具有第二導電類型的摻雜物。例如，體區域124包括PIN二極管的P摻雜型陽極區124、或者將通過方法2制造的N溝道IGBT的或N溝道MOSFET的P型體區域
124。體區域124與漂移層123之間的過渡可以形成PN結Zpn(也參見圖2)。例如，在將被制出的半導體裝置I中，PN結Zpn設置成能夠以延伸進入體區域124和漂移區123的空間電荷區(space charge reg1n)截止電壓。所述電壓例如可以為至少40V、至少100V、至少1200V、或甚至1200V以上。
[0057]形成(步驟24)體區域124可包括例如在漂移層123的頂部上沿著豎直方向Z外延生長出體區域124。例如，將被制出的半導體裝置I可包括豎直邊緣終端(未示出)，該豎直邊緣終端可能不需要具有水平結構的體區域124，由此允許通過外延生長形成體區域124。例如，體區域124的受主濃度為至少1016cm—3，例如用于形成低歐姆前側接觸部并且同時確保IGBT的適當的閾值電壓或者用于將體區域124用作二極管的具有適當的摻雜水平的發射極。例如，體區域124的摻雜物濃度(例如受主濃度)位于從5xl016cm—3至2xl017cm—3的范圍內。
[0058]替代地，如圖1C所示，形成(步驟24)體區域124可包括將第二導電類型的摻雜物掩模式植入或擴散入漂移層123。采用這種方式，呈現阱形式的體區域124可以在漂移層123內形成。例如，體區域124可包括將通過方法2制造的PIN二極管的、N溝道IGBT的、或N溝道MOSFET 的P阱區 124。
[0059]在一實施例中，漂移區123中的摻雜物濃度走向P的最大值是PN結Zpn處的第一導電類型的摻雜物的濃度的至少2倍。
[0060]在另一實施例中，摻雜物濃度走向P的最大值與PN結Zpn以及與位位于背側發射層125和漂移層123之間的過渡處Zt相比，更靠近位于PN結Zpn與所述過渡處Zt之間的中央位置Z1。例如，摻雜物濃度走向P的最大值可以位于漂移層123沿著豎直方向Z的總延度的中心的附近。換言之，Zl與Zpn之間的距離和Zl與Zt之間的距離均可以大于Zl與漂移層的所述中心之間的距離。
[0061]在又一實施例中，漂移區123中的摻雜物濃度走向P的半極大處全寬度(fullwidth at half maximum，FWHM)為PN結Zpn與背側發射層125和漂移層123之間的過渡處Zt之間的距離Zt-Zpn的至少20 %。
[0062]在一實施例中，方法2還可以包括去除半導體襯底4的步驟25，去除半導體襯底4例如通過利用現有技術中已知的工藝實現。由此，半導體結構體12的背側122可以至少部分地暴露。這在圖1A中示出。例如，半導體襯底4可以利用磨削工藝、拋光工藝、化學-機械平坦化工藝中的至少一種來去除。在一變型例中，去除(步驟25)半導體襯底4可包括去除背側發射層125的一部分。
[0063]在另一實施例中，方法2包括:在去除半導體襯底4之后，在背側發射層125中植入(步驟26)摻雜物(參見圖1A中虛線箭頭)。例如，植入的摻雜物的導電類型為外延生長出的背側發射層125中已經存在的摻雜物的導電類型。例如，摻雜物的植入26被執行以允許背側發射層125與將被制出的半導體裝置I的背側金屬化部(metal Iizat1n，未示出)之間的過渡處具有改善的歐姆接觸。
[0064]在另一實施例中，方法2包括在背側發射區125內形成(步驟26)破壞區(damagereg1n) 125-3，其中，破壞區125-3的導電性低于背側發射區125的位于破壞區125-3之外的區段的導電性。換言之，所形成的破壞區125-3可以設置成能夠相對于背側發射區125的位于破壞區125-3之外的區段中的電荷載子的壽命和/或流動性減小破壞區125-3中的電荷載子的壽命和/或流動性。由此，背側發射區125的發射效率可以被降低。形成破壞區125-3可包括植入過程、例如從背側122的植入過程。例如，將氬、磷、銻和砷中的至少一種植入背側發射區125從而形成破壞區125-3。
[0065]由此，制造半導體裝置I的方法2還可以在去除(步驟25)半導體襯底4之后包括下述內容的至少一種:從背側122在背側發射層125中植入(步驟26)摻雜物和在背側發射區125內形成(步驟26)破壞區125-3，其中，破壞區125-3的導電性低于背側發射區125的位于破壞區125-3之外的區段的導電性。
[0066]如圖1B所示，在制造半導體裝置的方法2的一變型例中，方法2還包括:在緩沖層126的頂部上外延生長出23漂移層123之前，在背側發射層125的頂部上沿著豎直方向Z外延生長(步驟22)出緩沖層126。該緩沖層126具有第一導電類型的摻雜物，并且緩沖層126的摻雜物濃度高于漂移層123的摻雜物濃度。在一實施例中，緩沖層126的最大摻雜物濃度是漂移層123的最大摻雜物濃度的至少2倍。除了緩沖層126之外，方法2的根據圖1B的實施例可以以與方法2的在圖1A中示例性示出的實施例基本相同的方式執行。
[0067]此外，如已經參考圖1A和圖2所說明的實施例類似的是，摻雜物濃度走向P的最大值400與PN結Zpn以及與位于背側緩沖層126與漂移層123之間的過渡處Zb相比，更靠近位于PN結Zpn與(位于背側緩沖層126和漂移層123之間的)所述過渡處Zb之間的中央位置Zl，如圖2所示。例如，摻雜物濃度走向P的最大值400可以位于漂移層123沿著豎直方向Z的總延度的中心的附近。換言之，Zl與Zpn之間的距離和Zl與Zb之間的距離均可以大于Zl與漂移層的所述中心之間的距離。
[0068]在又一實施例中，漂移區123中的摻雜物濃度走向P的半極大處全寬度(FWHM)為PN結Zpn與緩沖層126和漂移層123之間的過渡處Zb之間的距離Zb-Zpn的至少20%，參見圖2。
[0069]根據方法2的在圖1B中示意性示出的實施例，背側發射層125的摻雜物濃度和緩沖層126的摻雜物濃度均大于漂移層123的摻雜物濃度。此外，外延生長出(步驟22)緩沖層126可包括形成第一導電類型的摻雜物沿著豎直方向Z的摻雜物濃度走向Q，該摻雜物濃度走向Q為第一導電類型的摻雜物濃度沿著豎直方向Z的變化。
[0070]緩沖層126可以設置成能夠在將被制出的半導體裝置I的截止狀態(blockingstate)下避免電場向背側發射區123的穿通。
[0071]在一實施例中，通過外延生長出(步驟22)緩沖層126來形成摻雜物濃度走向Q可包括在外延過程期間以隨時間變化的方式混入摻雜物、例如磷、砷和銻摻雜物中的至少一種。
[0072]例如，根據方法2的在上文中參考圖1B所說明的實施例，至少(外延生長出背側發射層125、緩沖層126、漂移層123和體區域124的)工藝步驟21、22、23、24可以在單個沉積過程中依次執行。各層123、124、125、126之間的摻雜物類型的變化或摻雜物濃度的變化例如可以通過下述方式實現:使摻雜物在所述層123、124、125、126的外延生長過程中以隨時間變化的方式混入。
[0073]在方法2的一變型例中，至少(外延生長出背側發射層125、緩沖層126和漂移層123的)工藝步驟21、22、23可以在單個沉積過程中依次執行。
[0074]在方法2的又一變型例中，至少(外延生長出緩沖層126和漂移層123的)工藝步驟22、23可以在單個沉積過程中依次執行。
[0075]在一實施例中，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q具有最大值410，如圖2所示，該圖示例性且示意性示出利用圖1B所示的方法制造的半導體裝置I的豎截面中的摻雜物濃度走向的一區段。所述最大值410例如可以位于緩沖層126沿著所述豎直方向Z的總延度的中心的附近。例如，緩沖層126中摻雜物濃度走向Q呈現出摻雜物濃度以至少2的倍數變化。
[0076]如也示例性且示意性示出半導體裝置I的豎截面中的摻雜物濃度走向的一區段的圖3A所示，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q可以具有多個局部最大值411、412、413。在圖3A所示的示例性實施例中，多個局部最大值包括三個局部最大值411、412、413。在其它實施例中，局部最大值411、412、413的數量可以為兩個或四個、或者甚至五個或五個以上。例如，局部最大值411、412、413可以形成場阻擋峰值(field stop peak)。由此，摻雜物濃度走向Q的走勢可以類似于通過植入所形成的濃度走向。局部最大值411、412和413中的每個可以是摻雜物濃度走向Q的大致高斯型區段的一部分。如圖3A進一步所示，局部最大值411、412和413的值(高度)存在區別。所述局部最大值411至413中兩個相鄰局部最大值之間的距離d例如位于從2μηι至20μηι的范圍內或從3μηι至ΙΟμπι的范圍內。
[0077]例如，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q可以具有局部最小值421和另外的局部最小值422，所述局部最小值421位于相鄰的局部最大值411與412之間，并且所述另外的局部最小值422位于相鄰的局部最大值412與413之間，其中，局部最小值421處的摻雜物濃度最多是相鄰的局部最大值的摻雜物濃度的二分之一。甚至可以小于二分之一、例如小于五分之一或小于十分之一。
[0078]根據另一實施例，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q可以具有摻雜物濃度沿著豎直方向Z的梯狀升高和梯狀減小中的至少一種。例如，根據圖3C所示的實施例，摻雜物濃度走向Q沿著豎直方向Z包括這樣的階梯狀區段，該階梯狀區段包括至少三個梯狀升高和至少一個梯狀減小。
[0079]在本申請文件的文字說明中，術語“梯狀減小”或“梯狀升高”均指的是摻雜物濃度沿著豎直方向Z的走勢，其中，在所述走勢的一區段處，摻雜物濃度在Ιμπι的距離內以至少2的倍數變化(即增大至至少2倍或至少減小至二分之一，該解釋適用于全文)，并且在隨后至少2μπι的距離保持大致不變。所述倍數甚至可以大于2、例如大于5或大于10。
[0080]根據圖3Β示意性示出的又一實施例，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q可包括至少一個框形(boxed-shape)區段B，其中，至少一個框形區段B的第一邊緣El由摻雜物濃度沿著豎直方向Z的梯狀增大形成，并且其中，框形區段的第二邊緣E2由摻雜物濃度沿著豎直方向Z的梯狀減小形成。
[0081]在一實施例中，在摻雜物濃度走向Q的梯狀增大和/或梯狀減小處，摻雜物濃度沿著豎直方向Z在Ιμπι的距離上以至少為2的倍數變化(即增大至至少2倍或至少減小至二分之一)。該倍數甚至可以大于2、例如大于5或大于10。
[0082]在一變型例中，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q包括至少一個框形區段B。例如，在圖3Β示出的示例性實施例中，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q包括三個框形區段B ο在緩沖區126中的摻雜物濃度走向Q中，多個框形區段B可以以多種不同的方式彼此相鄰布置。由此，可以接近各種各樣連續的摻雜物濃度走向。
[0083]根據方法2的一實施例，摻雜物濃度走向Q中的框形區段B的邊緣El、Ε2和/或梯狀增大或梯狀減小在緩沖層126的外延生長22過程中和/或在后續的高溫處理步驟過程中通過摻雜物的擴散而變得緩和。換言之，摻雜物濃度走向Q的輪廓可以通過摻雜物的擴散而在一定程度上變得柔和(washed out)。例如，如圖3A所示的具有多個大致高斯型峰值的摻雜物濃度走向Q可以是如圖3B所示的摻雜物濃度走向Q的輪廓通過摻雜物的擴散而變得緩和所形成的。
[0084]根據圖3D示意性示出的另一實施例，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q可包括至少一個大致線性區段L，該大致線性區段L為摻雜物濃度在緩沖層126沿著豎直方向(Z)的總延度的至少50%的距離上、例如在至少ΙΟμπι的距離上沿著豎直方向Z呈現大致線性增加和大致線性降低中的至少一種。例如，在圖3D示出的實施例中，緩沖層126中的摻雜物濃度走向Q具有一大致線性區段L，該大致線性區段L為摻雜物濃度沿著緩沖層126的總延度的至少95%、沿著豎直方向Z的線性降低。該線性區段L可以在急劇增加的邊緣S處開始，該急劇增加的邊緣S位于緩沖層126與漂移層123之間的過渡處Zb處，其中，區段S和L可以形成虛擬三角形的兩個邊。
[0085]在另一實施例中，外延生長22出緩沖層126之后跟隨有在緩沖層126中植入摻雜物。例如，緩沖層126中植入的摻雜物為第一導電類型。
[0086]在一變型例中，方法2還包括:在緩沖層126的頂部上外延生長出(步驟23)漂移層123之前，在緩沖層126中植入摻雜物，其中，緩沖層126的摻雜物濃度的橫向變化通過至少一個掩模式植入過程來實現。
[0087]例如，通過所述至少一個掩模式植入，使得緩沖層126中的摻雜物濃度可以在平行于表面40的水平面內、在將被制出的半導體裝置I中的大致中心位置與靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置之間變化至至少2倍、至少5倍，或者甚至5倍以上。
[0088]由于緩沖層126中植入的摻雜物所導致的摻雜物濃度的這種橫向變化可以以不同的方式設置:
[0089]例如，緩沖層126的摻雜物濃度可以在緩沖層126中的水平面內、在從將被制出的半導體裝置I中的大致中心位置值靠近半導體裝置I的邊緣的外側位置的方向上逐漸增加。例如，在緩沖層126中的水平面內，靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置處的摻雜物濃度可以是位于將被制出的半導體裝置I中的大致中心位置處的摻雜物濃度的至少2倍、至少5倍、或者甚至大于5倍。例如，這種強化場阻擋126的摻雜物濃度可以提供在位于將實現在半導體結構體12的前側121上的截止結終端下方的一區域中、并且附加地或替代地提供在位于截止結終端下方的該區域與將被制出的半導體裝置I的工作區之間的過渡范圍內的一區域中。例如，緩沖層126內這種強化的摻雜物濃度的區域的橫向延度對應于少數載流子的擴散長度L的20%以上、或甚至對應于所述擴散長度L的50%以上、或甚至100%以上、或甚至200%以上。
[0090]替代地，緩沖層126的摻雜物濃度可以在位于緩沖層126中的水平面內、在從將被制出的半導體裝置I中的大致中心位置至靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置的方向上逐漸降低。例如，在位于緩沖層126中的水平面內，在將被制出的半導體裝置I中的大致中心位置處的摻雜物濃度可以是在靠近將被制出的半導體裝置I的邊緣的外側位置處的摻雜物濃度的至少I倍、或至少5倍、或甚至大于5倍。
[0091]上文描述的制造半導體裝置I的方法2的另外的變型例在圖1D中示意性且示例性示出。制造半導體裝置I的方法2還可以包括下述步驟中的至少一個:在蓋層127的頂部上外延生長出(步驟22、23、24)后續的半導體層123、124、126之前，在所述外延生長出的(步驟21、22、23、24)半導體層123、124、125、126中的至少一個的頂部上外延生長出(步驟21-1)基本上非摻雜的或低摻雜的蓋層127;在一時間點中斷所述半導體層123、124、125、126中的至少一個的外延生長(步驟21、22、23、24)，并且，在繼續所述半導體層123、124、125、126的外延生長(步驟21、22、23、24)之前，在所述半導體層123、124、125、126的在該時間點之前已經生長出的部分的頂部上外延生長出(步驟21-1)這種基本上非摻雜的或低摻雜的蓋層127。
[0092]例如，如圖1D所示，該變型例可包括:在外延生長出(步驟21)背側發射層125之后，在背側發射層125的頂部上外延生長出(步驟21-1)這種基本上非摻雜的或低摻雜的蓋層127。在此之后，可以在蓋層127的頂部上外延生長(步驟23)出漂移層123或緩沖層126。蓋層127例如可包括硅和硅-鍺中的一種。
[0093]例如，這種基本上非摻雜的或低摻雜的蓋層127可以在所述半導體層123、124、
125、126的外延生長(步驟21、22、23、24)的一次或一次以上的中斷之后通過外延生長來提供。
[0094]在一實施例中，蓋層I2 7包括非晶硅，該非晶硅例如可以在后續的回火步驟(tempering step)中以位于400°C與700°C之間或位于450°C與600°C之間的范圍內的相對較低的溫度重結晶。
[0095]蓋層127可以設置成能夠阻止來自相對較高程度的摻雜的背側發射層125的摻雜物進入漂移層123、或相應地進入緩沖層126。
[0096]根據方法2的在圖1E中示意性且示例性示出的又一實施例，在一時間點中斷(步驟21-2)對具有第一或第二導電類型中任一種的摻雜物的背側發射層125的外延生長(步驟21)。然后在背側發射層125的在該時間點之前已經生長出的部分的頂部上形成(步驟21-3)掩模150。形成掩模150可以通過現有技術中已知的光刻方法來實現。方法2的該實施例還可以包括:通過植入(在圖1E中通過虛線箭頭示出)導電類型與外延生長出的背側發射層125中所存在的摻雜物的導電類型互補的摻雜物，而在背側發射層125內形成多個島區125-1(步驟21-4)，其中，島區125-1在水平面內的位置、形狀和延伸走向可以由掩模150設定。例如，在背側發射層125的水平截面內，島區125-1可以為方形、矩形或帶形。
[0097]在一實施例中，外延生長出(步驟21)背側發射層125由此可包括:在一時間點中斷(步驟21-2)背側發射層125的外延生長;在背側發射層125在該時間點之前已經生長出的部分的頂部上形成(步驟21-3)掩模150;并且通過植入導電類型與外延生長出的發射層125中存在的摻雜物的導電類型互補的摻雜物，而在背側發射層125中形成(步驟21-4)多個島區
125-1。
[0098]在植入(步驟21-4)之后，掩模150可以被去除(步驟21 _5)，并且可以繼續(步驟21 -6)背側發射層125的外延生長(步驟21)。
[0099]例如，硼、鋁和銦中的一種可以用作植入(21_4)p摻雜型島區125-1的摻雜物材料、例如用作植入位于二極管單元的η摻雜型背側發射層125中的P摻雜型島區125-1的摻雜物材料。
[0100]在一實施例中，島區125-1在豎直方向Z上延伸穿過整個背側發射層125，從而與半導體結構體12的背側122接觸。例如，為了制造逆導IGBT，施主類型的摻雜物原子、比如磷、砷或銻可以被植入。由此形成的η摻雜型島區125-1可以在豎直方向Z上延伸穿過整個P摻雜型背側發射層125。由此，η摻雜型島區125-1可以與背側122(并且還可能與將布置在背側上的背側金屬化部)接觸，從而用作將被制出的逆導IGBT的η型短路區域(n-short area)。[0101 ]如上所述，背側發射層125例如可以為η摻雜型區。在這種情況下，島區125-1為ρ摻雜型。例如，島區125-1的摻雜物濃度是背側發射層125在島區125-1之外的摻雜物濃度的至少2倍。在一變型例中，島區125-1的摻雜物濃度是背側發射層125在島區125-1之外的摻雜物濃度的至少5倍或甚至1倍。
[0102]例如，島區125-1設置成能夠在半導體裝置關斷期間注入空穴(inject holes)。例如，島區125-1由此可以抵抗反向恢復電流過早或過于突然的中斷。
[0?O3]在圖1F中示意性且示例性示出的另一實施例中，在一時間點被中斷(步驟22-2)緩沖層126的外延生長(步驟22)，并且根據與上文參考圖1E所說明的步驟21-2至21-6類似的工藝步驟22-2至22-6在緩沖層126內通過掩模式植入形成(步驟22_4)多個島區126-1。
[0104]由此，在方法2的該另一實施例中，可以在一時間點被中斷(步驟22-2)緩沖層126的外延生長(步驟22)。然后可以在緩沖層126的在該時間點之前已經生長出的部分的頂部上形成(步驟22-3)掩模151。形成掩模151可以通過現有技術已知的光刻方法來實現。方法2的該實施例還可以包括:通過植入(圖1F中以虛線箭頭示出)導電類型與外延生長出的緩沖層126中所存在的摻雜物的導電類型互補的摻雜物，而在緩沖層126內形成(步驟22-4)多個島區126-1，其中，島區126-1在水平面內的位置、形狀和延伸走向可以由掩模151設定。例如，在緩沖層126的水平截面內，島區126-1可以為方形、矩形、或帶形。
[0105]在植入(步驟22-4)之后，掩模151可以被去除(步驟22_5)，并且可以繼續(步驟22-6)緩沖層126的外延生長(步驟22)。
[0106]以這種方式制造的緩沖層126中的島區126-1可包括第二導電類型的摻雜物。例如，緩沖層126內的島區126-1可以為浮在將要被制造的二極管或IGBT的η摻雜型緩沖層126內的P摻雜型島區126-1。
[0107]例如，緩沖層126內的島區126-1的摻雜物濃度是緩沖層126在島區126-1之外的摻雜物濃度的至少2倍。在一變型例中，緩沖層126內的島區126-1的摻雜物濃度是緩沖層126在島區126-1之外的摻雜物濃度的至少5倍或甚至10倍。
[0108]例如，緩沖層126內的島區126-1設置成能夠在半導體裝置關斷期間注入空穴。例如，緩沖層126內的島區126-1由此可以抵抗反向恢復電流過早或過于突然的中斷。
[0109]圖1G示出上文說明的制造半導體裝置I的方法2的又一可選步驟。在該實施例中，方法2還包括:在一時間點中斷(步驟23-1)漂移層123的外延生長，并且在漂移層123的在該時間點以前已經外延生長出的部分上植入(步驟23-2)第一導電類型的摻雜物，在此之后，繼續(步驟23-3)漂移層123的外延生長23。
[0110]例如，在已經達到漂移層123的最終(總)厚度的大約一半之后，漂移層123的外延生長(步驟23)被中斷以用于摻雜物的植入23-1。植入摻雜物可包括:通過植入形成具有上文對于在漂移層的外延生長23過程中形成摻雜物濃度走向(例如參見圖2)所描述的一個或一個以上特征的摻雜物濃度走向。例如，可以通過植入而在漂移區123中形成高斯型摻雜物濃度走向。形成高斯型走向還可以包括植入的摻雜物在后續的回火步驟期間的擴散。例如，砸、磷、砷和銻中的一種可以用作植入23-2的摻雜物材料。
[0111]對于在漂移層123中形成第一導電類型的摻雜物的摻雜物濃度走向替代地或附加地，可以在植入步驟23-2過程中植入第二導電類型的摻雜物，例如用于根據超結原理(superjunct1n principle)實現補償結構。這種植入步驟23-2可以執行為掩模式植入或執行為非掩模式植入。
[0112]上文參考圖1A至圖1G所說明的可選方法步驟可以組合以形成方法2的另外的實施例，只要各方法步驟并非互相替代地描述。
[0113]圖4A和圖4B均示意性示出根據一個或一個以上實施例的半導體裝置I的豎截面的一區段。這種半導體裝置I可以通過執行上文所說明的方法2的實施例來制造。
[0114]如圖4A和圖4B所示，半導體裝置I包括具有前側121和背側122的半導體結構體12，其中，半導體結構體12在從背側122指向前側121的豎直方向Z上延伸。
[0115]例如，半導體裝置I是豎直式功率半導體裝置I并且設置成能夠在半導體裝置I的第一負載接觸部與第二負載接觸部之間導通負載電流和/或截止電壓，其中，第一負載接觸部可以電連接至半導體結構體12的前側121并且第二負載接觸部電連接至半導體結構體12的背側122。
[0116]在一實施例中，半導體裝置I是二極管、IGBT和MOSFET中的一種。
[0117]半導體結構體12可以是根據上文參考圖1A至IG所說明的原理外延生長出的。半導體結構體12由此可包括外延生長出的具有第一導電類型的摻雜物的漂移層123。例如，漂移層123包括漂移區，比如PIN二極管、IGBT或MOSFET的η—摻雜型漂移區，該漂移區設置成能夠在半導體結構體12的前側121與背側122之間導通電流。漂移層123可以是根據上文參考圖2所說明的原理外延生長出的。由此，漂移區123中的摻雜物濃度走向P的示例的上述說明(也參見圖2)也同樣適用于圖4Α和4Β所示的半導體裝置I的實施例。例如，在漂移層123中，在沿著豎直方向Z的摻雜物濃度走向P中，摻雜物濃度可以以至少2的倍數變化(即增大至至少2倍或至少減小至二分之一)。該倍數甚至可以大于2、例如大于5或大于10。在另一實施例中，漂移層123中的摻雜物濃度走向P的最大值400是PN結Zpn處的第一導電類型的摻雜物濃度的至少2倍。
[0118]具有與第一導電類型124互補的第二導電類型的摻雜物的體區域124可以布置在漂移層123中或漂移層123的頂部上。例如，體區域124包括PIN 二極管的ρ摻雜型陽極區或者N溝道IGBT的或N溝道MOSFET的ρ型體區域。體區域124與漂移層123之間的過渡可以形成PN結Zpn ο例如，PN結Zpn設置成能夠以延伸進入體區域124和漂移區123的空間電荷區的截止半導體裝置12的外部負載接觸部之間的電壓。
[0119]在一實施例中，體區域124包括外延生長出的半導體層。例如，體區域124已經通過外延生長而形成，如上文參考圖1A所描述的。例如，半導體裝置I可包括豎直邊緣終端，該豎直邊緣終端可能不需要具有水平結構的體區域124，由此允許通過外延生長形成體區域124。替代地，體區域124可能已經通過將第二導電類型的摻雜物植入或擴散入漂移層123而形成，如圖1C所示。采用這種方式，可以在漂移層123內形成呈講的形式的體區域124。例如，體區域124可包括PIN 二極管、N溝道IGBT、或N溝道MOSFET的ρ阱區124。
[0120]半導體結構體12還可以包括布置在漂移層123與背側122之間的外延生長出的背側發射層125。背側發射層125具有第一電類型的摻雜物和/或第二導電類型的摻雜物，其中，背側發射層125的摻雜物濃度高于漂移層123的摻雜物濃度。在一實施例中，緩沖層126中的最大摻雜物濃度是漂移層123中的最大摻雜物濃度的至少2倍。例如，背側發射層已經根據上文描述的方法2通過外延生長21而形成。
[0121]背側發射層123可包括二極管的背側發射區或MOSFET的漏區，二極管的背側發射區或MOSFET的漏區例如可以是n+摻雜型。在另外的實施例中，背側發射層123包括IGBT的背側發射區，其中，該背側發射層例如可以為P+摻雜型。如上所述，背側發射層125的摻雜物濃度可具有橫向變化。例如，在IGBT的ρ摻雜型背側發射層125中，位于邊緣終端結構下方的摻雜物濃度可能低于IGBT的工作區的摻雜物濃度。通過這種方式，可以改善IGBT的動態穩健性。
[0122]在一實施例中，半導體裝置I還可以包括外延生長出的與漂移層123接觸的緩沖層126，如圖4A和4B所示。緩沖層126可以布置在漂移層123與背側發射層125之間并且可以具有摻雜物濃度比漂移層123高的第一導電類型的摻雜物。緩沖層126可包括一個或一個以上摻雜物濃度最大值，所述一個或一個以上摻雜物濃度最大值設置成能夠在半導體裝置I的截止狀態下避免電場對背側發射區123的穿通。例如，緩沖層126中的最大摻雜物濃度是漂移層123中的最大摻雜物濃度的至少2倍。
[0123]緩沖層126可以根據上文參考圖1B所說明的原理外延生長出。緩沖區126中的摻雜物濃度走向Q的示例(如圖3A-3D示意性所示)的上述說明同樣適用于圖4A和4B所示的半導體裝置I的實施例。例如，緩沖層126包括沿著豎直方向Z的摻雜物濃度走向Q，在該摻雜物濃度走向Q中，摻雜物濃度以至少2的倍數變化(即增大至至少2倍或至少減小至二分之一)。在另一實施例中，緩沖層126中的豎直摻雜物濃度走向Q包括梯狀區段、框形區段、大致線性區段、和多個局部最大值中的至少一種(參見圖3A-3D)。
[0124]圖4B示出半導體裝置I的一實施例，該半導體裝置I包括多個位于背側發射層125內的島區125-1。島區125-1可包括導電類型與外延生長出的發射層125中所存在的摻雜物的導電類型互補的摻雜物。例如，在背側發射層125的水平截面中，島區125-1可以具有方形、矩形、帶形、或別的形狀。例如，半導體裝置I為PIN 二極管，并且位于背側發射層125內的多個P摻雜型島區125-1布置并設置成能夠在二極管關斷期間注入空穴，從而抵抗反向恢復電流過早或過于突然的中斷。島區125-1例如可以根據步驟21-2至21-6而形成，如上文參考圖1E所說明的。在一變型例中，島區125-1可以在豎直方向Z上延伸穿過整個背側發射層125從而與背側122和緩沖層126接觸。例如，在逆導IGBT中，η摻雜型島區125-1可以與緩沖層126接觸并且可以與布置在背側122上的背側金屬化部接觸，從而用作逆導IGBTl的η型短路區域。
[0125]替代地或附加地，這樣的島區可以實施在緩沖層126中，也如圖4Β所示。例如，島區可以是浮在二極管的或IGBT的η摻雜型緩沖層126中的ρ摻雜型島區126-1。緩沖層126中的島區126-1例如可以包括第一導電類型的摻雜物。例如，在緩沖層126的水平截面中，島區
126-1可以具有方形、矩形、帶形或別的形狀。例如，半導體裝置I是PIN二極管或IGBT，并且位于緩沖層126內的多個ρ摻雜型島區126-1可以布置并設置成能夠在半導體裝置I的關斷期間注入空穴，從而抵抗反向恢復電流過早或過于突然的中斷。島區126-1例如可以根據步驟22-2至22-6而形成，如上文參考圖1F所說明的。
[0126]上文描述的實施例包括下述認識:功率半導體裝置、比如二極管、IGBT和MOSFET的顯著柔和的關斷特性在一些場合是被期待的。同時，對于高耐用性和低開關耗損的需求需要被考慮，例如，對于以較高的開關頻率操作的硬開關應用，需要考慮高耐用性和低開關耗損。
[0127]根據一個或一個以上實施例，建議通過外延生長形成這樣的功率半導體裝置的背側發射極和漂移層，其中，漂移層內的摻雜物濃度豎直走向具有限定的摻雜物濃度的變化。摻雜物濃度走向例如包括靠近漂移區的中心的最大值，由此實現半導體裝置的顯著柔和的開關特性。
[0128]根據一個或一個以上實施例，還建議在緩沖層的頂部上外延生長出漂移層之前在背側發射層的頂部上外延生長出緩沖層。外延生長出緩沖層可包括形成這樣的摻雜物濃度豎直走向，該豎直摻雜物濃度走向具有限定的摻雜物濃度的變化。例如，緩沖層中的摻雜物濃度走向包括梯狀區段、框形區段、大致線性區段和多個局部最大值中的至少一種。根據一個或一個以上實施例，可以采用這種方式在緩沖層中形成多種限定的摻雜物濃度走向，由此允許例如在柔和性、開關耗損以及電壓截止能力方面優化半導體裝置。
[0129]根據一個或一個以上實施例，在漂移層和/或緩沖層內形成摻雜物濃度走向可以通過在外延生長期間以隨時間變化的方式混入摻雜物來實現，從而得到相對于例如摻雜物植入相對更精確且可再現的摻雜物濃度走向。此外，通過在漂移層和/或緩沖層中形成適當的摻雜物濃度豎直走向，可以在操作中減小半導體裝置的前側處和背側處的電場。由此，半導體裝置的耐用性可以被顯著地改善。
[0130]通過外延生長出各半導體層來制造半導體裝置的功能區中的一些或全部可以具有下述方面的另外的優點:例如，使處理得到的半導體結構體的總厚度的變化減小，增加了處理的靈活性和兼容性(例如在襯底材料和晶片直徑的選擇上)，并且減小了處理成本。
[0131]另外的實施例的特征在各從屬權利要求中限定。另外的實施例的特征和上文說明的實施例的特征可以彼此組合以形成附加的實施例，只要這些特征沒有明確彼此替代地描述。
[0132]在上文中，涉及制造半導體裝置的方法的實施例以及涉及半導體裝置的實施例被予以說明。例如，這些半導體布置結構和半導體裝置是基于硅(Si)的。由此，單晶半導體區或層、例如示例性實施例的半導體結構體12和半導體區123-127通常為單晶Si區或Si層。
[0133]然而，應當理解的是:半導體結構體12和半導體區123至127可以由任何適于制造半導體裝置的半導體材料制成。這樣的材料的示例包括但不局限于:元素半導體材料，比如娃(Si)或鍺(Ge); IV族化合物半導體材料，比如碳化娃(SiC)或鍺化娃(SiGe);二元、三元或四元的II1-V半導體材料，比如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、磷化銦鎵(InGaPa)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦(Al InN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)或磷化砷化銦鎵(InGaAsP);以及二元或三元的I1-VI半導體材料，比如碲化鎘(CdTe)和碲化汞鎘(HgCdTe)等。上述半導體材料也稱之為“同質結半導體材料”。當將兩種不同的半導體材料組合在一起時，形成了異質結半導體材料。異質結半導體材料的示例包括但不局限于:氮化鋁鎵(AlGaN)-氮化鋁鎵銦(AlGaInN)，氮化銦鎵(InGaN)-氮化鋁鎵銦(AlGaInN)，氮化銦鎵(InGaN)-氮化鎵(GaN)，氮化鋁鎵(AlGaN)-氮化鎵(GaN)，氮化銦鎵(InGaN)-氮化招鎵(AlGaN)，娃-碳化娃(SixC1-χ)和娃-SiGe異質結半導體材料。對于功率半導體裝置應用，目前主要應用S1、SiC、GaAs和GaN材料。
[0134]空間本地術語比如“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等被使用以便于說明一個本地元件地方相對于另一本地元件。這些術語旨在除了與圖中示出的那些定向不同的定向之外，涵蓋各裝置不同的定向。此外，術語比如“第一”、“第二”等也用來說明各種元件、區域、區段等并且也沒有旨在進行限定。在整個說明書中，類似的術語指代類似的部件。
[0135]如本文所使用的，術語“具有”、“包含”、“包括有”、“包括”、“呈現”等屬于表明所提及的元件或特征的存在而沒有排除其它元件或特征的開放性術語。除非上下文另有說明，否則詞語“一”、“一個”和“所述”旨在包括多個以及單個。
[0136]對于認識到變化范圍和應用，還應當理解的是，本發明沒有被前述說明所限定，也沒有被附圖限定。而是，本發明僅僅由下述權利要求和它們的等價物所限定。
【主權項】
1.一種制造半導體裝置(I)的方法(2)，所述方法(2)包括: -提供(20)具有一表面(40)的半導體襯底(4); -在所述表面(40)的頂部上沿著垂直于所述表面(40)的豎直方向(Z)外延生長出(21)背側發射層(125)，其中，所述背側發射層(125)具有第一導電類型的摻雜物或與所述第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物； -在所述背側發射層(125)上方沿著所述豎直方向(Z)外延生長出(23)漂移層(123)，所述漂移層(123)具有所述第一導電類型的摻雜物，其中，所述背側發射層(125)的摻雜物濃度高于所述漂移層(123)的摻雜物濃度;并且 -在所述漂移層(123)內或在所述漂移層(123)的頂部上形成(24)體區域(124)，所述體區域(124)具有所述第二導電類型的摻雜物，所述體區域(124)與所述漂移層(123)之間的過渡形成PN結(Zpn); 其中，外延生長出(23)所述漂移層(123)包括:在所述漂移層(123)內形成所述第一導電類型的摻雜物沿著所述豎直方向(Z)的摻雜物濃度走向(P)，所述摻雜物濃度走向(P)為所述第一導電類型的摻雜物的濃度沿著所述豎直方向(Z)的變化。2.根據權利要求1所述的方法(2)，其特征在于，所述漂移區(123)中的所述摻雜物濃度走向(P)的最大值是所述PN結(Zpn)處的所述第一導電類型的摻雜物的濃度的至少2倍。3.根據權利要求1或2所述的方法(2)，其特征在于，所述方法(2)還包括:在緩沖層(126)的頂部上外延生長出(23)所述漂移層之前，在所述背側發射層(125)的頂部上沿著所述豎直方向(Z)外延生長出(22)所述緩沖層(126)，所述緩沖層(126)具有摻雜物濃度高于所述漂移層(123)的摻雜物濃度的所述第一導電類型的摻雜物。4.一種制造半導體裝置(I)的方法，所述方法包括: -提供(20)具有一表面(40)的半導體襯底(4); -在所述表面(40)的頂部上沿著垂直于所述表面(40)的豎直方向(Z)外延生長出(21)背側發射層(125)，其中，所述背側發射層(125)具有第一導電類型的摻雜物或與所述第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物； -在所述背側發射層(125)的頂部上沿著所述豎直方向(Z)外延生長出(22)緩沖層(126)，所述緩沖層(126)具有所述第一導電類型的摻雜物； -在所述緩沖層(126)的頂部上沿著所述豎直方向(Z)外延生長出(23)漂移層(123)，所述漂移層(123)具有所述第一導電類型的摻雜物，其中，所述背側發射層(125)的摻雜物濃度和所述緩沖層(126)的摻雜物濃度中的每一個均高于所述漂移層(123)的摻雜物濃度;并且 -在所述漂移層(123)內或在所述漂移層(123)的頂部上形成(24)體區域(124)，所述體區域(124)具有所述第二導電類型的摻雜物，所述體區域(124)與所述漂移層(123)之間的過渡形成PN結(Zpn); 其中，外延生長出(22)所述緩沖層(126)包括:在所述緩沖層(126)內形成所述第一導電類型的摻雜物沿著所述豎直方向(Z)的摻雜物濃度走向(Q)，所述摻雜物濃度走向(Q)為所述第一導電類型的摻雜物的濃度沿著所述豎直方向(Z)的變化。5.根據權利要求4所述的方法(2)，其特征在于，所述緩沖層(126)中的所述摻雜物濃度走向(Q)呈現出:摻雜物濃度沿著所述豎直方向(Z)梯狀增大和梯狀減小中的至少一種。6.根據權利要求4或5所述的方法(2)，其特征在于，所述緩沖層(126)中的所述摻雜物濃度走向(Q)包括至少一個框形區段(B)，其中，所述至少一個框形區段(B)的第一側向邊緣(El)包括摻雜物濃度沿著所述豎直方向(Z)的梯狀增大，并且，所述框形區段的第二側向邊緣(E2)包括摻雜物濃度沿著所述豎直方向(Z)的梯狀減小。7.根據權利要求5或6所述的方法(2)，其特征在于，在所述摻雜物濃度走向(Q)的至少一個梯狀增大和/或至少一個梯狀減小處，摻雜物濃度在Iym的距離上、沿著所述豎直方向(Z)以至少2倍的倍數變化。8.根據權利要求4至7中任一項所述的方法(2)，其特征在于，所述緩沖層(126)中的所述摻雜物濃度走向(Q)包括至少一個線性區段，所述至少一個線性區段呈現出:所述摻雜物濃度在所述緩沖層(126)沿著所述豎直方向(Z)的總延度的至少10%的距離上、沿著所述豎直方向(Z)線性增大和線性減小中的至少一種。9.根據權利要求4至8中任一項所述的方法(2)，其特征在于，所述緩沖層(126)中的所述摻雜物濃度走向(Q)具有多個局部最大值(411，412，413)。10.根據權利要求9所述的方法(2)，其特征在于，所述緩沖層(126)中的所述摻雜物濃度走向(Q)具有至少一個局部最小值(421)，所述至少一個局部最小值(421)位于所述多個局部最大值中的兩個相鄰的局部最大值(411，412)之間，并且，所述相鄰的局部最大值中的每個的摻雜物濃度是所述局部最小值(421)處的摻雜物濃度的至少2倍。11.根據前述權利要求中任一項所述的方法(2)，其特征在于，通過沿著所述豎直方向(Z)外延生長出(22，23)半導體層(123，126)而形成摻雜物濃度走向(P，Q)包括:以隨時間變化的方式混入摻雜物。12.根據前述權利要求中任一項所述的方法(2)，其特征在于，形成(24)所述體區域(124)包括:在所述漂移層(123)的頂部上沿著所述豎直方向(Z)外延生長出(24)所述體區域(124)。13.根據前述權利要求中任一項所述的方法(2)，其特征在于，所述方法(2)還包括下述步驟中的至少一個: -在于蓋層(127)的頂部上外延生長出(22，23，24)后續的半導體層(123，124，126)之前，在外延生長出(21，22，23，24)的半導體層(123，124，125，126)中的至少一個的頂部上外延生長出(21-1)基本上非摻雜的或低摻雜的所述蓋層(127)，并且 -在一時間點中斷所述半導體層(123，124，125，126)中的至少一個的外延生長(21，22，23，24)，并且在繼續該半導體層(123，124，125，126)的外延生長(21，22，23，24)之前，在該半導體層(123，124，125，126)的在所述時間點之前已經生長出的部分的頂部上外延生長出(21-1)基本上非摻雜的或低摻雜的蓋層(127)。14.根據前述權利要求中任一項所述的方法(2)，其特征在于，所述方法(2)還包括:在所述背側發射層(125)的頂部上外延生長出(22，23)后續的半導體層(123，126)之前，在所述背側發射層(125)中植入摻雜物，其中，所述背側發射層(125)的摻雜物濃度的橫向變化是通過至少一個掩模式植入過程實現的。15.根據權利要求3至14中任一項所述的方法(2)，其特征在于，所述方法(2)還包括:在所述緩沖層(126)的頂部上外延生長出(23)所述漂移層(123)之前，在所述緩沖層(126)中植入摻雜物，其中，所述緩沖層(126)的摻雜物濃度的橫向變化是通過至少一個掩模式植入過程實現的。16.根據前述權利要求中任一項所述的方法(2)，其特征在于，外延生長出(21)所述背側發射層(125)包括: -在一時間點中斷(21-2)所述背側發射層(125)的外延生長； -在所述背側發射層(125)的在該時間點之前已經生長出的部分的頂部上形成(21-3)掩模(150);并且 -通過植入導電類型與外延生長出的背側發射層(125)中所存在的摻雜物的導電類型互補的摻雜物而在所述背側發射層(125)中形成(21-4)多個島區(125-1)。17.根據權利要求16所述的方法(2)，其特征在于，所述島區(125-1)在所述豎直方向(Z)上延伸穿過整個背側發射層(125)，從而能夠與半導體結構體(12)的背側(122)接觸。18.根據權利要求3至17中任一項所述的方法(2)，其特征在于，外延生長出(22)所述緩沖層(126)包括: -在一時間點中斷(22-2)所述緩沖層(126)的外延生長； -在所述緩沖層(126)的該時間點之前已經生長出的部分的頂部上形成(22-3)掩模(151);并且 -通過植入所述第二導電類型的摻雜物而在所述緩沖層(126)內形成(21-4)多個島區(126-1)019.根據前述權利要求中任一項所述的方法(2)，其特征在于，所述方法(2)還包括去除(25)半導體襯底(4)，從而至少部分地暴露半導體結構體(12)的背側(122)，并且所述方法(2)在去除(25)所述半導體襯底(4)之后還包括下述步驟中的至少一個: -從所述背側(122)在所述背側發射層(125)中植入(26)摻雜物，并且 -在所述背側發射區(125)中形成(26)破壞區(125-3)，其中，所述破壞區(125-3)的導電性低于所述背側發射區(125)的位于所述破壞區(125-3)之外的區段的導電性。20.—種半導體裝置(I)，所述半導體裝置(I)包括具有前側(121)和背側(122)的半導體結構體(12)，所述半導體結構體(12)在從所述背側(I 21)指向所述前側(122)的豎直方向(Z)上延伸并且包括: -外延生長出的漂移層(123)，所述外延生長出的漂移層(123)具有第一導電類型的摻雜物； -體區域(124)，所述體區域(124)布置在所述漂移層(123)內或所述漂移層(123)的頂部上并且具有與所述第一導電類型互補的第二導電類型的摻雜物，所述體區域(124)與所述漂移層(123)之間的過渡形成PN結(Zpn);以及 -外延生長出的背側發射層(125)，所述外延生長出的背側發射層(125)布置在所述漂移層(123)與所述背側(122)之間，所述背側發射層(125)具有所述第一導電類型或所述第二導電類型的摻雜物并且它的摻雜物濃度高于所述漂移層(123)的摻雜物濃度。21.根據權利要求20所述的半導體裝置(I)，其特征在于，所述漂移層(123)中的摻雜物濃度走向(Q)的最大值(400)是所述PN結(Zpn)處的所述第一導電類型的摻雜物的濃度的至少2倍。22.根據權利要求20或21所述的半導體裝置(I)，其特征在于，所述半導體裝置(I)還包括外延生長出的與所述漂移層(123)接觸的緩沖層(126)，所述緩沖層(126)布置在所述漂移層(123)與所述背側發射層(125)之間并且具有摻雜物濃度高于所述漂移層(123)的摻雜物濃度的所述第一導電類型的摻雜物。23.根據權利要求20至22中任一項所述的半導體裝置(I)，其特征在于，在所述緩沖層(126)中，沿著所述豎直方向(Z)的摻雜物濃度走向(Q)中的摻雜物濃度以至少2倍的倍數變化。24.根據權利要求20至23中任一項所述的半導體裝置(I)，其特征在于，在所述緩沖層(126)中，沿著所述豎直方向(Z)的摻雜物濃度走向(Q)包括梯狀區段、框形區段、大致線性區段和多個局部最大值中的至少一種。25.根據權利要求20至24中任一項所述的半導體裝置(I)，其特征在于，所述體區域(124)包括外延生長出的半導體層。
【文檔編號】H01L29/861GK106098553SQ201610247808
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月20日 公開號201610247808.9, CN 106098553 A, CN 106098553A, CN 201610247808, CN-A-106098553, CN106098553 A, CN106098553A, CN201610247808, CN201610247808.9
【發明人】J·鮑姆加特爾, M·屈恩勒, E·萊凱爾, D·施勒格爾, H-J·舒爾策, C·魏斯
【申請人】英飛凌科技股份有限公司