本公開總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地涉及包括氧擴(kuò)散阻擋的半導(dǎo)體器件及制造方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體功率器件中，例如半導(dǎo)體二極管、絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(IGFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)、晶閘管、雙極結(jié)晶體管(BJT)電壓阻擋要求通常通過結(jié)合到輕摻雜漂移或基極區(qū)域中的氧來滿足，例如由于含氧半導(dǎo)體襯底外的擴(kuò)散可用作熱施主并引起漂移或基極區(qū)中摻雜濃度或者場闌區(qū)(field stop zone)中不期望的波動。此外，會不利地影響漂移或基極區(qū)中的自由載體的壽命。

期望減小半導(dǎo)體器件中的摻雜濃度的波動，并且提供對應(yīng)的制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開涉及制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括：在直拉(Czochralski)或者磁性(也成為“磁控”)直拉硅襯底的第一表面上形成氧擴(kuò)散阻擋；以及在氧擴(kuò)散阻擋上形成硅層。該方法還包括：在硅層中形成摻雜半導(dǎo)體器件區(qū)域；以及形成第一和第二負(fù)載終端接觸件。

本公開還涉及一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體本體，其包括相對的第一和第二表面。該半導(dǎo)體器件還包括位于半導(dǎo)體本體中的漂移或基極區(qū)以及位于半導(dǎo)體本體中的氧擴(kuò)散阻擋。漂移或基極區(qū)位于第一表面和氧擴(kuò)散阻擋之間并且直接鄰接氧擴(kuò)散阻擋。半導(dǎo)體器件還包括第一和第二負(fù)載終端接觸件，其中，第一和第二負(fù)載終端接觸件中的至少一個接觸件通過第一表面電連接至半導(dǎo)體本體。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述以及查看附圖之后將意識到附加的特征和優(yōu)勢。

附圖說明

包括附圖以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解并且結(jié)合并組成被說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其他實施例和預(yù)期優(yōu)勢將通過參照以下詳細(xì)描述而變得更容易理解。

圖1是用于示出制造半導(dǎo)體器件的方法的示意性流程圖。

圖2A至圖2C是用于示出制造半導(dǎo)體器件的方法工藝的直拉或磁性直拉硅襯底的示意性截面圖。

圖3是包括氧擴(kuò)散阻擋的半導(dǎo)體器件的實施例的示意性截面圖。

圖4是包括氧擴(kuò)散阻擋的功率半導(dǎo)體二極管的實施例的示意性截面圖。

圖5是包括氧擴(kuò)散阻擋的IGBT的實施例的示意性截面圖。

圖6是包括氧擴(kuò)散阻擋的溝槽柵極IGFET的實施例的示意性截面圖。

圖7是包括氧擴(kuò)散阻擋的半導(dǎo)體器件的另一實施例的示意性截面圖。

圖8是包括氧擴(kuò)散阻擋的功率半導(dǎo)體二極管的另一實施例的示意性截面圖。

圖9是包括氧擴(kuò)散阻擋的IGBT的另一實施例的示意性截面圖。

圖10是包括氧擴(kuò)散阻擋的溝槽柵極IGFET的另一實施例的示意性截面圖。

具體實施方式

在以下詳細(xì)描述中，參照形成說明書的一部分并且通過可實踐本公開的說明性具體實施例的附圖。應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以使用其他實施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯改變。例如，針對一個實施例示出或描述的特征可用于其他實施例或結(jié)合其他實施例使用以產(chǎn)生又一實施例。本公開包括這些修改和變化。使用具體語言描述的示例不應(yīng)限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖不按比例繪制并且僅用于說明的目的。為了清楚，如果不另外指定，則在不同附圖中通過對應(yīng)的參考標(biāo)號來表示相同的元件。

術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”等是開放性術(shù)語，表示所提結(jié)構(gòu)、元件或特征的存在，但是不排除附加元件或特征的存在。冠詞“一個”和“該”用于包括多個以及單個，除非另有明確指定。

術(shù)語“電連接”描述電連接元件之間的永久低歐姆連接，例如所提元件之間的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或重?fù)诫s半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語“電耦合”包括用于信號傳輸?shù)囊粋€或多個中間元件可存在于電耦合元件之間，例如在第一狀態(tài)下臨時提供低歐姆連接以及在第二狀態(tài)下提供高歐姆電去耦的元件。

附圖通過摻雜類型“n”或“p”相鄰的符號“-”或“+”示出相對摻雜濃度。例如，“n^-”表示摻雜濃度低于“n”摻雜區(qū)域的摻雜濃度，而“n⁺”區(qū)域的摻雜濃度高于“n”摻雜區(qū)域。相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域不是必須具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的“n”摻雜區(qū)域可具有相同或不同的絕對摻雜濃度。

以下說明書中的使用的術(shù)語“晶圓”、“襯底”、“半導(dǎo)體本體”或“半導(dǎo)體襯底”可包括具有半導(dǎo)體表面的任何基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。晶圓和結(jié)構(gòu)被理解為包括硅(Si)、絕緣體上硅(SOI)、藍(lán)寶石上硅(SOS)、摻雜和非摻雜半導(dǎo)體、由基礎(chǔ)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)支持的硅的外延層和其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體不需要為基于硅的。半導(dǎo)體還可以為硅鍺(SiGe)、鍺(Ge)或砷化鎵(GaAs)。根據(jù)其他實施例，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)可形成半導(dǎo)體襯底材料。

本說明書中使用的術(shù)語“水平”用于描述基本平行于半導(dǎo)體襯底或本體的第一表面或主面的定向。這例如可以是晶圓或半導(dǎo)體裸片的表面。

說明書中使用的術(shù)語“垂直”用于描述基本被布置為與第一表面垂直，即，平行于半導(dǎo)體襯底或本體的第一表面的法線方向的定向。

在本說明書中，半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體本體的第二表面被認(rèn)為是由半導(dǎo)體襯底的下表面或背側(cè)或后表面形成，而第一表面由半導(dǎo)體襯底的上表面、前表面或主表面形成。因此，說明書中使用的術(shù)語“之上”和“之下”描述了結(jié)構(gòu)特征與另一個結(jié)構(gòu)特征的相對位置。

在本說明書中，實施例被示為包括p和n摻雜半導(dǎo)體區(qū)域?？蛇x地，半導(dǎo)體器件可形成為具有相對的摻雜關(guān)系，使得所示p摻雜區(qū)域是n摻雜的，且所示的n摻雜區(qū)域是p摻雜的。

半導(dǎo)體器件可具有終端接觸件，諸如接觸焊盤(或電極)，其允許與包括在半導(dǎo)體本體中的集成電路或分立半導(dǎo)體器件進(jìn)行電接觸。電極可包括一個或多個電極金屬層，它們被應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體材料。電極金屬層可制造為任何期望的幾何形狀和任何期望的材料組成。電極金屬層例如可以為覆蓋區(qū)域的層的形式。任何期望的金屬(例如，Cu、Ni、Sn、Au、Ag、Pt、Pd、Al、Ti)和這些金屬的一種或多種的合金可用作材料。電極金屬層不需要是同質(zhì)的，或者僅通過一種材料制造，即，包含在電極金屬層中的材料的各種組成和濃度都是可以的。作為示例，電極層的尺寸可以足夠大以與線接合。

在本文描述的實施例中，應(yīng)用一個或多個傳導(dǎo)層(具體為導(dǎo)電層)。應(yīng)該理解，“形成”或“施加”的任何這種術(shù)語如字面含義地表面覆蓋應(yīng)用層的所有種類和技術(shù)。具體地，表示覆蓋一次整體應(yīng)用層的技術(shù)，例如層壓技術(shù)以及以順序方式沉積層的技術(shù)，例如濺射、鍍、模制、CVD(化學(xué)氣相沉積)、物理氣相沉積(PVD)、蒸發(fā)、混合物理-化學(xué)氣相沉積(HPCVD)等。

具體地，所應(yīng)用的導(dǎo)電層可以包括尤其一個或多個金屬層(諸如Al、Cu或Sn或者其合金)、導(dǎo)電膏層和接合材料層。金屬層可以是同質(zhì)層。導(dǎo)電膏可以包括分布在可蒸發(fā)或可固化聚合材料中的金屬粒子，其中膏可以是流體、粘性液體或蠟制體?？梢詰?yīng)用接合材料以電和機(jī)械地連接半導(dǎo)體芯片至例如載體或例如至接觸夾?？梢允褂媚軌蛐纬蓴U(kuò)散焊料接合的軟焊料材料(或者具體為焊料材料)，例如包括Sn、SnAg、SnAu、SnCu、In、InAg、InCu和InAu中的一種或多種的焊料材料。

切割工藝可用于將晶圓劃分為對應(yīng)芯片?？梢詰?yīng)用用于切割的任何技術(shù)，例如刀片切割(鋸切)、激光切割、蝕刻等。半導(dǎo)體本體(例如，半導(dǎo)體晶圓)可通過以下處理來切割：在帶(具體為切割帶)上放置半導(dǎo)體晶圓，例如根據(jù)一種或多種上述技術(shù)向半導(dǎo)體晶圓應(yīng)用切割圖案(具體為矩形圖案)，以及例如沿著帶平面中的四個正交方向都拉動帶。通過拉動帶，半導(dǎo)體晶圓被分為多個半導(dǎo)體裸片(芯片)。

圖1是用于說明制造半導(dǎo)體器件的方法100的示意性流程圖。

應(yīng)該理解，雖然方法100在以下被示出和描述為一系列動作或事件，這些動作或事件的所述順序不是限制性的。例如，除了本文示出和/或描述的之外，一些動作可以以不同順序發(fā)生和/或與其他動作或事件同時發(fā)生。此外，不是所有所示動作都要求實施本公開的實施例的一個或多個方面。此外，本文所述的一個或多個動作可在一個或多個獨立的動作和/或階段中執(zhí)行。

處理步驟S100包括在直拉(CZ)或磁性直拉(MCZ)硅襯底的第一表面上形成氧擴(kuò)散阻擋。在一些實施例中，氧擴(kuò)散阻擋中的氧的擴(kuò)散系數(shù)比室溫下硅中的氧的擴(kuò)散系數(shù)小至少3倍(即，氧擴(kuò)散阻擋中的氧的擴(kuò)散系數(shù)至多是室溫下硅中的氧的擴(kuò)散系數(shù)的1/3)，或者小至少5倍或者小至少10倍。例如，擴(kuò)散系數(shù)取決于SiGe阻擋層的Ge濃度和厚度。這兩個參數(shù)的大小還取決于器件的工作流路由(workflow route)以實現(xiàn)無缺陷的半導(dǎo)體層。氧擴(kuò)散阻擋可以連續(xù)地覆蓋直拉或磁性直拉硅襯底的第一表面。

工藝步驟S110包括在氧擴(kuò)散阻擋上形成硅層。在一些實施例中，硅層通過外延生長或沉積來形成，例如通過化學(xué)氣相沉積來形成，諸如大氣壓CVD(APCVD)、亞大氣壓CVD(SACVD)或低壓CVD(LPCVD)。

工藝步驟S120包括在硅層中形成摻雜半導(dǎo)體器件區(qū)域。在一些實施例中，IGFET的源極、本體和邏輯區(qū)域通過離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散到硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中形成。在一些其他實施例中，IGBT發(fā)射極的源極和本體區(qū)域以及IGBT集電極的雙極注入?yún)^(qū)域通過離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散到硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中形成。在一些其他實施例中，功率pn結(jié)二極管的陽極和陰極區(qū)域通過離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散到硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中形成?？梢孕纬筛郊庸δ馨雽?dǎo)體區(qū)域(諸如重?fù)诫s接觸區(qū)域)，用于向負(fù)載終端接觸件、緩沖區(qū)域或場闌區(qū)域提供歐姆接觸。

工藝步驟S130包括形成第一和第二負(fù)載終端接觸件。在一些實施例中，第一和第二負(fù)載終端接觸件是IGFET的源極和漏極接觸件。在一些其他實施例中，第一和第二負(fù)載終端接觸件是半導(dǎo)體功率二極管的陽極和陰極接觸件。在一些其他實施例中，第一和第二負(fù)載終端接觸件是IGBT或BJT的集電極和發(fā)射極接觸件。

在一些實施例中，形成氧擴(kuò)散阻擋的工藝包括形成SiGe擴(kuò)散阻擋。SiGe擴(kuò)散阻擋中的最大Ge含量可以設(shè)置為1％和40％之間的值，或者2％和20％之間的值。

在一些實施例中，SiGe阻擋的厚度被設(shè)置為0.2μm和2μm之間的值，或者0.5μm和1.5μm之間的值。層的可行厚度還取決于Ge濃度和以下器件制造的熱預(yù)算，以確保無缺陷的半導(dǎo)體層。SiGe擴(kuò)散阻擋的厚度可以設(shè)置得小于所謂的臨界厚度(其是SiGe擴(kuò)散阻擋的最大厚度，用于允許無缺陷的外延生長)。例如，臨界厚度可以取決于SiGe擴(kuò)散阻擋中的Ge含量以及SiGe擴(kuò)散阻擋的生長期間的溫度。

在一些實施例中，SiGe擴(kuò)散阻擋中的Ge含量被設(shè)置為從直拉或磁性直拉硅沉積的表面開始沿著垂直于該表面的方向連續(xù)增加或者階梯式增加。例如，這可以通過流動到CVD室中的CVD Ge前體氣體流(例如，鍺烷(GeH₄)氣體流)的連續(xù)或階梯式增加來實現(xiàn)。

在一些實施例中，SiGe擴(kuò)散阻擋被形成為包括SiGe和Si層的超晶格。超晶格的每一層的厚度可以選擇低于開始晶格缺陷生長的臨界值。

在一些實施例中，碳被添加至SiGe擴(kuò)散阻擋。

在一些實施例中，硅層的厚度被設(shè)置為40μm和200μm之間的值。例如，該值可以取決于半導(dǎo)體器件的電壓阻擋要求。

在一些實施例中，從直拉或磁性直拉硅襯底的與第一表面相對的第二表面去除直拉或磁性直拉硅襯底的材料。通過化學(xué)和/或機(jī)械工藝來去除材料，例如通過蝕刻和/或研磨。在一些實施例中，直拉或磁性直拉硅襯底被完全去除。氧擴(kuò)散阻擋可用作蝕刻停止或掩模停止層。通過示例，當(dāng)達(dá)到氧擴(kuò)散阻擋時，蝕刻和/或研磨期間的特性可以改變。例如，通過檢測特性的變化，可以停止蝕刻和/或研磨。

在一些實施例中，與氫有關(guān)的施主形成在硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中，例如通過用質(zhì)子照射硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底的工藝。根據(jù)實施例，質(zhì)子照射在一百或幾百keV至5MeV的能量范圍，或者從200keV至4MeV或者從300keV至1.5MeV的能量范圍內(nèi)執(zhí)行。根據(jù)另一實施例，多個質(zhì)子照射(例如，兩個、三個、四個或五個質(zhì)子照射)以不同的能量執(zhí)行，例如500keV之下到大于1MeV。例如，不同能量下的多個質(zhì)子照射允許制造包括多個摻雜峰值的場闌區(qū)。根據(jù)實施例，質(zhì)子照射在0.5x 10¹³質(zhì)子/cm²至5x 10¹⁴質(zhì)子/cm²的劑量范圍下執(zhí)行。根據(jù)另一實施例，在不同的劑量下執(zhí)行多個質(zhì)子照射，例如兩個、三個、四個或五個質(zhì)子照射。多個質(zhì)子照射的所有照射劑量的總和的范圍可以為幾10¹³質(zhì)子/cm²至幾十10¹⁴質(zhì)子/cm²，例如2x10¹³質(zhì)子/cm²從至8x 10¹⁴質(zhì)子/cm²。此外，不同照射劑量和能量的組合可用于實現(xiàn)場闌區(qū)的期望輪廓。

可以在300℃至550℃的溫度范圍下，或者在350℃至430℃之間或者380℃和420℃之間的溫度下退火硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底。退火工藝可以在熱處理系統(tǒng)中執(zhí)行，例如在熔爐和/或快速熱處理(RTP)系統(tǒng)中。例如，硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底可以通過熱處理系統(tǒng)中的保持裝置來支持。根據(jù)一個實施例，退火被執(zhí)行30分鐘至四個小時的持續(xù)時間。

質(zhì)子照射和退火導(dǎo)致通過氫支持熱施主形成(諸如氫相關(guān)淺施主復(fù)合物，例如氫空位施主復(fù)合物)的摻雜。

在一些實施例中，形成控制終端接觸件，例如柵電極或柵電極接觸件或基極接觸件。

在一些實施例中，半導(dǎo)體器件形成為功率半導(dǎo)體二極管、功率絕緣柵型雙極晶體管、功率雙極結(jié)晶體管、功率晶閘管和功率絕緣柵型場效應(yīng)晶體管中的一個器件。半導(dǎo)體器件可形成為垂直功率半導(dǎo)體器件。第一負(fù)載終端接觸件可形成在包括硅層的半導(dǎo)體本體的第一表面處。第二負(fù)載終端接觸件可形成為半導(dǎo)體本體與第一表面相對的第二表面處。邊緣終端結(jié)構(gòu)可形成在半導(dǎo)體本體的第一表面處，環(huán)繞邊緣終端區(qū)域中的半導(dǎo)體器件的有源區(qū)域。邊緣終端區(qū)域目的在于將電擊穿偏移到有源區(qū)域中，用于避免由于邊緣終端中可由該區(qū)域中的等勢線的曲率引起的不期望的電擊穿所引起的阻擋電壓的劣化。例如，邊緣終端區(qū)域中的結(jié)終端結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)元件包括一個或多個場板、環(huán)結(jié)構(gòu)(諸如浮置保護(hù)環(huán)或環(huán)部分)、結(jié)終端延伸(JTE)結(jié)構(gòu)和橫向摻雜變化(VLD)結(jié)構(gòu)。

通過避免或阻礙氧從襯底(諸如直拉或磁性直拉硅襯底，氧結(jié)合于其中)擴(kuò)散到硅層中，設(shè)置氧擴(kuò)散阻擋允許減小硅層或者硅層中的又一半導(dǎo)體區(qū)域(例如，場闌區(qū))中的摻雜濃度的波動。

圖2A至圖2C是用于示出制造半導(dǎo)體器件的方法工藝的直拉或磁性直拉硅襯底105的示意性截面圖。

在圖2A的示意性截面圖中，氧擴(kuò)散阻擋107形成在直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108上。第一表面108與第二表面109相對。氧擴(kuò)散阻擋可以連續(xù)地覆蓋直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108。

緊接在截面圖之后示出氧擴(kuò)散阻擋107的示例。

氧擴(kuò)散阻擋107通過SiGe擴(kuò)散阻擋1070來例示。SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的最大Ge含量可以設(shè)置為1％和40％之間的值，或者2％和20％之間的值。在一些實施例中，SiGe擴(kuò)散層1070的厚度被設(shè)置為0.2μm和2μm之間的值，或者0.5μm和1.5μm之間的值。層內(nèi)的可行Ge濃度及其厚度還取決于器件制造的以下熱預(yù)算以確保無缺陷的半導(dǎo)體層。SiGe擴(kuò)散阻擋1070的厚度可以設(shè)置為小于所謂的臨界厚度，其中該臨界厚度是SiGe擴(kuò)散阻擋的允許無缺陷外延生長的最大厚度。例如，臨界厚度可以取決于SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量以及SiGe擴(kuò)散阻擋1070生長期間的溫度。

曲線c1示出了SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量沿著穿過SiGe擴(kuò)散阻擋1070的垂直方向是橫向或基本恒定的一個實施例。Ge含量輪廓類似于曲線c1的SiGe擴(kuò)散阻擋可以例如通過保持進(jìn)入CVD室的CVD Si或Ge前體氣體的恒定或基本恒定的流動來制造。

曲線c2、c3、c4示出了SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量的不同實施例，其從直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108開始并沿著垂直于第一表面108的方向連續(xù)增加。Ge含量輪廓類似于曲線c2、c3、c4的SiGe擴(kuò)散阻擋可以例如通過相對于進(jìn)入CVD室的CVD Si前體氣體流連續(xù)增加CVD Ge前體氣體流來制造。例如，SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量的增加可以是線性的(曲線c2)、凸起的(曲線c3)或凹陷的(曲線c4)。

曲線c5示出了SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量沿著通過SiGe擴(kuò)散阻擋1070的垂直方向從直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108開始并沿著垂直于第一表面108的方向階梯式增加的一個實施例。Ge含量輪廓類似于曲線c5的SiGe擴(kuò)散阻擋可以例如通過相對于進(jìn)入CVD室的CVD Si前體氣體階梯式增加CVD Ge前體氣體的流動來制造。

氧擴(kuò)散阻擋107還通過包括Si和SiGe層1072、1073的超晶格1071來例示。超晶格1071的每一層的厚度可以選擇為低于開始晶體缺陷生成的臨界值。每個SiGe層1073中的Ge含量可以保持恒定或基本恒定(參見曲線c6)，或者可以從直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108開始并沿著垂直于第一表面108的方向增加(參見曲線c7)。例如，SiGe層1073中的最大Ge含量也可以在每個SiGe層1073中隨著與第一表面108的距離的增加而增加。超晶格可以以Si層1072/SiGe層1073的序列或者以SiGe層1073/SiGe層1072的序列從第一表面108生長。超晶格1071中的SiGe/Si單元的數(shù)量可以變化，例如一個、兩個、三個、四個、五個，甚至更多。

曲線c8、c9、c10示出了SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量從直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108開始并沿著垂直于第一表面108的方向x連續(xù)減小的不同實施例。Ge含量輪廓類似于曲線c8、c9、c10的SiGe擴(kuò)散阻擋可以例如通過相對于進(jìn)入CVD室的CVD Si前體氣體流連續(xù)減小CVD Ge前體氣體流來制造。例如，SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量的減小可以是線性的(曲線c8)、凸起的(曲線c9)或凹陷的(曲線c10)。

曲線c11示出了SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量沿著通過SiGe擴(kuò)散阻擋1070的垂直方向從直拉或磁性直拉硅襯底105的第一表面108開始并沿著垂直于第一表面108的方向x階梯式減小的實施例。Ge含量輪廓類似于曲線c11的SiGe擴(kuò)散阻擋可以例如通過相對于進(jìn)入CVD室的CVD Si前體氣體階梯式減小CVD Ge前體氣體的流動來制造。

曲線c12、c13、c14示出了SiGe擴(kuò)散阻擋1070中的Ge含量沿著通過SiGe擴(kuò)散阻擋1070的垂直方向朝向半導(dǎo)體本體的第一表面在第一部分中連續(xù)或階梯式增加、在第二部分中恒定且在第三部分中連續(xù)或階梯式減小的實施例。連續(xù)增加和/或減小可以是線性的(曲線c12)、凸起的(曲線c13)、凹陷的(曲線c14)或階梯式的(曲線c15)。

超晶格1071的SiGe/Si單元中的Ge含量的輪廓還可以調(diào)整為凸起、凹陷、線性或階梯式增加和/或減小Ge輪廓(包括任選的穩(wěn)定階段)。

在圖2B的示意性截面圖中，硅層110形成在氧擴(kuò)散阻擋107上。在一些實施例中，硅層110通過外延生長或沉積來形成，例如通過化學(xué)氣相沉積，諸如大氣壓CVD(APCVD)、亞大氣壓CVD(SACVD)或低壓CVD(LPCVD)。

硅層110的厚度可以設(shè)置為40μm和200μm之間的值。例如，該值可以取決于半導(dǎo)體器件的電壓阻擋要求。

在一些實施例中，從第二表面109去除直拉或磁性直拉硅襯底105的材料，參見圖2C的示意性截面圖?？梢酝ㄟ^化學(xué)和/或機(jī)械工藝來去除材料，例如通過蝕刻和/或研磨。在一些實施例中，直拉或磁性直拉硅襯底105被完全去除。氧擴(kuò)散阻擋可用作蝕刻停止或研磨停止層。通過示例，當(dāng)?shù)竭_(dá)氧擴(kuò)散阻擋時，可以改變蝕刻和/或研磨期間的特性。例如，通過檢測到特性的變化，可以停止蝕刻和/或研磨。

在圖2B或圖2C之后，可以通過包括硅層110和直拉或磁性直拉硅襯底105的剩余部分的半導(dǎo)體本體的一個或兩個相對表面執(zhí)行任選的質(zhì)子照射和退火。這導(dǎo)致氫支持熱施主形成的摻雜，諸如氫相關(guān)淺施主復(fù)合物，例如氫空位施主復(fù)合物。從而，例如可以形成一個或多個場闌區(qū)。

然后，在硅層110中形成摻雜半導(dǎo)體器件區(qū)域。在一些實施例中，通過離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散到硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中來形成IGFET的源極、本體和漏極區(qū)域。在一些其他實施例中，通過離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散到硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中來形成IGBT發(fā)射極的源極和本體區(qū)域以及IGBT集電極處的雙極注入?yún)^(qū)域。在一些其他實施例中，通過離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散到硅層和/或直拉或磁性直拉硅襯底中來形成pn結(jié)二極管的陽極和陰極區(qū)域?？梢孕纬筛郊庸δ馨雽?dǎo)體區(qū)域，諸如重?fù)诫s接觸區(qū)域，用于提供針對負(fù)載終端接觸件、重?fù)诫s載體注入?yún)^(qū)域、緩沖區(qū)域或場闌區(qū)的歐姆接觸。此外，形成第一和第二負(fù)載終端接觸件。在一些實施例中，第一和第二負(fù)載終端接觸件是IGFET的源極和漏極接觸件。在一些其他實施例中，第一和第二負(fù)載終端接觸件是半導(dǎo)體功率二極管或功率二極管的陽極和陰極接觸件。在一些其他實施例中，第一和第二負(fù)載終端接觸件是IGBT或BJT的集電極和發(fā)射極接觸件。

硅層110和直拉或磁性直拉硅襯底105的處理形成如圖3的示意圖所示的半導(dǎo)體器件。

該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體本體112，其包括相對的第一和第二表面113、114。作為圖2A至圖2C的硅層110的一部分并對應(yīng)于圖2A至圖2C的硅層110的漂移或基區(qū)1100位于第一表面113和氧擴(kuò)散阻擋107之間并且直接鄰接氧擴(kuò)散阻擋107。

該半導(dǎo)體器件還包括用于垂直功率半導(dǎo)體器件的位于半導(dǎo)體本體112的第一表面113處的第一負(fù)載終端接觸件L1和位于半導(dǎo)體本體112的第二表面114處的第二負(fù)載終端接觸件L21。可選地，對于橫向半導(dǎo)體器件，第二負(fù)載終端接觸件L22位于半導(dǎo)體本體112的第一表面113處。

當(dāng)半導(dǎo)體器件形成為功率絕緣柵型雙極晶體管、功率雙極結(jié)晶體管、功率硅控整流器和功率絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的一個器件時，控制端接觸件C位于半導(dǎo)體本體112的第一表面113處。當(dāng)半導(dǎo)體器件形成為功率半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體器件時，缺少負(fù)載控制終端接觸件C?？紤]可集成到半導(dǎo)體層和/或直拉或磁性直拉硅襯底105中的具體半導(dǎo)體器件的大量變化，為了清楚的目的在圖3中缺少功能半導(dǎo)體區(qū)域的示出。參照圖4至圖6示出和描述具有圖3的基礎(chǔ)設(shè)計的具體半導(dǎo)體器件的一些實施例。

在圖4的示意性截面圖400中，圖3的半導(dǎo)體器件被示為功率半導(dǎo)體二極管，其包括p摻雜陽極區(qū)域120和任選的p摻雜結(jié)終端延伸(JTE)121(其在功率半導(dǎo)體二極管的邊緣區(qū)域中環(huán)繞p摻雜陽極區(qū)域120)。作為可選或者除JTE 121之外，可以形成其他邊緣終端結(jié)構(gòu)，例如場板和/或環(huán)結(jié)構(gòu)。p摻雜陽極區(qū)域120電連接至第一負(fù)載終端接觸件L1。功率半導(dǎo)體二極管還包括位于第二表面114處的n⁺摻雜陰極接觸區(qū)域122，其電連接至第二表面114處的第二負(fù)載終端接觸件L21。

在圖5的示意性截面圖500中，圖3的半導(dǎo)體器件被示為IGBT，其包括p摻雜本體區(qū)域130、p⁺摻雜本體接觸區(qū)域131和n⁺摻雜源極區(qū)域132。柵極介電層133將柵電極134與漂移或基區(qū)1100電隔離。柵電極134電連接至控制終端接觸件C。在一些實施例中，柵電極134對應(yīng)于控制終端接觸件C。第一負(fù)載終端接觸件L1，例如發(fā)射極終端接觸件電連接至p摻雜本體區(qū)域130和n⁺摻雜源極區(qū)域132。第二表面114處的p⁺摻雜雙極注入?yún)^(qū)域135電連接至第二負(fù)載終端接觸件L21，例如集電極終端接觸件。

在上述半導(dǎo)體器件的實施例中，直拉或磁性直拉硅襯底105可以被部分或完全去除(例如，參見圖2C)。

在其他實施例中，圖5所示的平面柵極結(jié)構(gòu)還可以被溝槽柵極結(jié)構(gòu)代替。

在圖6的示意性截面圖600中，圖3的半導(dǎo)體器件被示為溝槽柵極IGFET，其包括p摻雜本體區(qū)域150、p⁺摻雜本體接觸區(qū)域151和n⁺摻雜源極區(qū)域152。溝槽156中的柵極介電層153將柵電極154與漂移或基區(qū)1100電隔離。柵電極154電連接至控制終端接觸件C。在一些實施例中，柵電極154對應(yīng)于控制終端接觸件C。第一負(fù)載終端接觸件L1，例如源極終端接觸件電連接至p摻雜本體區(qū)域150和n⁺摻雜源極區(qū)域152。第二表面114處的n⁺摻雜漏極接觸區(qū)域155電連接至第二負(fù)載終端接觸件L21，例如漏極終端接觸件。

直拉或磁性直拉硅襯底105可以被部分或完全去除(例如，參見圖2C)。

半導(dǎo)體器件的實施例在圖3的示意圖中示出，并且還包括在圖7的示意性截面圖700中示出的完全去除的硅襯底105。第二負(fù)載終端接觸件L21在半導(dǎo)體本體112的第二表面114處，用于直接鄰接氧擴(kuò)散阻擋107的垂直功率半導(dǎo)體器件。

功率半導(dǎo)體二極管的實施例在圖4的示意圖400中示出，并且還包括在圖8的示意性截面圖800中示出的完全去除的硅襯底105。第二負(fù)載終端接觸件L21位于直接鄰接氧擴(kuò)散阻擋107的半導(dǎo)體本體112的第二表面114處。氧擴(kuò)散阻擋107用作功率半導(dǎo)體二極管的n⁺摻雜陰極接觸區(qū)域122，并且還可以是重?fù)诫s的。

IGBT的實施例在圖5的示意性截面圖500中示出，并且還包括在圖9的示意性截面圖900中示出的完全去除的硅襯底105。第二負(fù)載終端接觸件L21位于半導(dǎo)體本體112的第二表面114處，與氧擴(kuò)散阻擋107直接鄰接。氧擴(kuò)散阻擋107用作IGBT的p⁺摻雜雙極注入?yún)^(qū)域135，并且還可以是重?fù)诫s的。

溝槽柵極IGFET的實施例在圖6的示意圖600中示出，并且還包括在圖10的示意性截面圖1000中示出的完全去除的硅襯底105。第二負(fù)載終端接觸件L21位于半導(dǎo)體本體112的第二表面114處，與氧擴(kuò)散阻擋107直接鄰接。氧擴(kuò)散阻擋107用作溝槽柵極IGFET的n⁺摻雜漏極接觸區(qū)域155并且還可以是重?fù)诫s的。

氧擴(kuò)散阻擋107可以包括5x 10¹⁶cm^-3和1x 10¹⁸cm^-3、或8x10¹⁶cm^-3和8x 10¹⁷cm^-3或1x 10¹⁷cm^-3和5x 10¹⁷cm^-3的范圍中的氧濃度。氧濃度可以基于氧基的復(fù)合物，例如B-O復(fù)合物、P-O復(fù)合物或V-O復(fù)合物。較大的氧濃度允許減小載體壽命，因此減少發(fā)射極注入效率同時由于重?fù)诫s保持良好的接觸特性。從而，可以通過增加摻雜提高接觸特性而不經(jīng)受過量的載體注入效率。

氧擴(kuò)散阻擋107可以是n摻雜二極管發(fā)射極區(qū)域、n摻雜漏極區(qū)域和p摻雜發(fā)射極區(qū)域中的一個。

IGFET還可以形成為超結(jié)IGFET，用于實現(xiàn)具體的導(dǎo)通阻抗與擊穿電壓之間的最佳折中。例如，n摻雜漂移區(qū)的充電補(bǔ)償可以通過布置在n摻雜漂移區(qū)部分之間的p摻雜充電補(bǔ)償區(qū)域或者通過布置在n摻雜漂移區(qū)部分之間的場電極和通過場介電質(zhì)與n摻雜漂移區(qū)部分電隔離的場電極來實現(xiàn)。一個或多個場電極可以布置在柵電極154下方的溝槽156中，例如通過將溝槽進(jìn)一步延伸到漂移或基區(qū)1100中。

盡管本文示出和描述了具體實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以針對示出和描述的具體實施例進(jìn)行各種改變和/或等效實施。本申請用于覆蓋本文討論的具體實施例的任何修改或變化。因此，僅通過權(quán)利要求及其等效物來限制本發(fā)明。