半導體二極管的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及半導體領域，尤其涉及一種半導體二極管。
【背景技術】
[0002]在半導體器件(譬如半導體二極管)中，移動電荷載流子充滿在正向偏置的PN節(jié)的兩側的半導體區(qū)，并且形成電荷載流子等離子以提供半導體器件的低正向或導通電阻，當PN節(jié)從正向偏置切換到反向偏置時，電荷載流子等離子必須在反向恢復期間被移除。反向恢復過程有助于半導體的開關損耗。亟需提供一種具有在低開關損耗、高反向截斷電壓和高峰值電流魯棒性之間的優(yōu)化的折中的半導體二極管。

【發(fā)明內容】

[0003]依據(jù)半導體二極管的實施例，該半導體二極管包括半導體主體，該半導體主體包括在第一導電類型的漂移區(qū)和與第二(相反)導電類型的第一電極區(qū)之間的注入效率控制區(qū)。該注入效率控制區(qū)包括超結結構，該超結結構包括第一導電類型的阻擋層以及沿橫向方向連續(xù)布置并相互直接鄰接的第二導電類型的補償區(qū)。沿阻擋區(qū)垂直延伸的該阻擋區(qū)的平均凈摻雜濃度是沿與該阻擋區(qū)鄰接的漂移區(qū)的20%的垂直延伸的平均的漂移區(qū)的凈摻雜濃度的至少三倍。
[0004]依據(jù)制造半導體主體中的半導體二極管方法的實施例，該半導體主體包括第一導電類型的漂移區(qū)，該方法包括:在半導體主體的第一側面，在半導體主體中形成相反的第二導電類型的第一導電區(qū)。該方法還包括形成在漂移區(qū)和第一電極區(qū)之間的超結結構，其中，該超結結構包括第一導電類型的阻擋區(qū)，以及沿橫向方向連續(xù)布置且直接相互鄰接的第二導電類型的補償區(qū)。沿阻擋區(qū)的垂直延伸平均的阻擋區(qū)的凈摻雜濃度是沿與該阻擋區(qū)鄰接的漂移區(qū)的20%的垂直延伸的平均的漂移區(qū)的凈摻雜濃度的至少三倍
[0005]通過閱讀以下詳細的描述和參見附圖，本領域技術人員可以認識到另外的特點和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0006]以下附圖被包括以提供本發(fā)明的進一步理解，該些附圖被引入并作為該說明書的一部分。該附圖描述了本發(fā)明的實施例，并且連同該描述以用來解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的實施例和預期的優(yōu)點被容易地認識到，參考以下詳細描述可以被更好地認識到。
[0007]圖1A是依據(jù)實施例的半導體二極管的一部分的原理截面圖；
[0008]圖1B是依據(jù)實施例的半導體二極管的一部分的原理平面圖；
[0009]圖1C是依據(jù)另一實施例的半導體二極管的一部分的原理平面圖；
[0010]圖2是依據(jù)另一實施例的半導體二極管的一部分的原理截面圖；
[0011]圖3A到3F是依據(jù)實施例的半導體二極管的部分的注入效率控制區(qū)的原理截面圖；
[0012]圖4A是依據(jù)實施例的補償區(qū)的凈摻雜濃度特性的示意圖；
[0013]圖4B和4C是依據(jù)圖4A的實施例的示出了包括具有補償區(qū)的注入效率控制區(qū)的半導體二極管的特性曲線的示意圖；
[0014]圖5A是依據(jù)不同實施例的補償區(qū)的凈摻雜濃度特性的示意圖；
[0015]圖5B和5C是依據(jù)第一、第二和第三實施例的依賴于沿補償區(qū)的垂直延伸的深度的摻雜濃度特性的示意圖；
[0016]圖f5D和5E是示出了依據(jù)第一、第二和第三實施例的包括具有補償區(qū)的注入效率控制區(qū)的半導體二極管的特性曲線的示意圖；
[0017]圖6是描述了半導體二極管的依賴注入效率控制區(qū)的阻擋層的凈摻雜濃度的電流-電壓特性的示意圖；
[0018]圖7是依據(jù)實施例的描述制造半導體二極管的方法的流程圖；
[0019]圖8A到8D是依據(jù)實施例的描述了制造半導體二極管的方法的截面圖；
[0020]圖9A到9F是依據(jù)另一實施例的描述了制造半導體二極管的方法的截面圖；
[0021]圖1OA到1C是依據(jù)另一實施例的描述了制造半導體二極管的方法的截面圖；
[0022]圖1lA到IlE是依據(jù)另一實施例的描述了制造半導體二極管的方法的截面圖。
【具體實施方式】
[0023]下面的【具體實施方式】參考了附圖，附圖構成【具體實施方式】的一部分并且以例證的方式示出了本發(fā)明可以實施的特定實施例。應當可以理解的是，不脫離本發(fā)明的范圍，可以采用其它的實施例并且可以做出結構上或者邏輯上的改變。例如，用于示出或描述一個實施例的特征能夠用在其它實施例上或者與其它實施例結合而產(chǎn)出又一個實施例。本發(fā)明旨在包括這些修改和變化。示例使用特定的語言進行描述，不應當被解釋為對所附權利要求范圍的限制。附圖不一定是按比例的，并且僅以說明為目的。為清楚起見，在不同的附圖中相同的元件用對應的附圖標記指示，除非另有說明。
[0024]術語“具有(having)”、“包括(containing、including、comprising) ” 等是開放式，且該術語指示所陳述的結構、元件或特征的存在，但并不排除其它的元件或特征。冠詞“一(a或an)”和“該(the) ”旨在包括復數(shù)形式以及單數(shù)形式，除非上下文另有明確說明。術語“電連接(electrically connected) ”描述電連接的元件之間的永久低電阻連接，例如相關元件之間的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或高摻雜半導體的低電阻連接。術語“電耦接(electrically coupled) ”包括適用于信號傳輸?shù)囊粋€或者多個介入元件可被提供在電親接的元件之間，例如可控的以在第一狀態(tài)時臨時提供低電阻連接以及在第二狀態(tài)時臨時提供高電阻電去耦的元件。
[0025]附圖通過緊接在摻雜類型“η”或“p”之后指示或“ + ”示出相對摻雜濃度。例如，“η_”意思是其摻雜濃度低于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度，同時“η+”摻雜區(qū)的摻雜濃度高于“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度。具有相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)不一定具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的“η”摻雜區(qū)可具有相同或者不同的絕對摻雜濃度.
[0026]圖1A示出了半導體二極管500的一部分。半導體二極管500的半導體主體100通過單晶半導體材料制成，例如，硅(Si)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、鍺化硅(SiGe)、氮化鎵(GaN)或砷化鎵(GaAs) ο
[0027]半導體主體100具有第一表面101以及與第一表面101平行的大體上平坦的第二表面102，第一表面101大體上平坦或可以由共面部分構成的平面給定。第一和第二表面101、102之間的最小距離被選擇以實現(xiàn)半導體二極管500特定的電壓阻斷能力。例如，對于阻斷電壓在約1200V的二極管，第一和第二表面101、102之間的距離可以是90 μπι到110 μ m0
[0028]在垂直于該截面的平面，該半導體主體100可以具有邊緣長度為數(shù)毫米范圍內的矩形形狀。垂直于第一表面101的法線定義了垂直方向，并且與該法線正交的方向為橫向方向。
[0029]半導體主體100包括第一導電類型的漂移區(qū)120，位于第一表面101和漂移區(qū)120之間的第二導電類型(與第一導電類型相反)的第一電極區(qū)110，以及在漂移區(qū)120和第二表面102之間的第一導電類型的第二電極區(qū)130。第一電極區(qū)可以直接鄰接第一表面101。
[0030]對于描述的實施例，第一導電類型是η型，第二導電類型是P型。因此，第一電極區(qū)I1可以是陽極區(qū)，并且第二電極區(qū)130可以是陰極區(qū)。如下所示的，類似的考慮可以應用到具有為P型的第一導電類型和為η型的第二導電類型。
[0031]凈摻雜濃度，即在漂移區(qū)120中的η型摻雜濃度和ρ型摻雜濃度之差的絕對值可以隨著與第一表面101 (至少在其部分的垂直寬度中)之間距離的增加而逐漸地或逐步地增加或減少。依據(jù)其他實施例，漂移區(qū)120中的凈摻雜濃度可以大致均勻。對于硅器件，漂移區(qū)120中的凈摻雜可以在I X 1012cm 3到I x 10 15cm 3之間，例如，在5 x 10 12cm 3到5 x1014cm 3的范圍內。對于碳化硅器件，摻雜濃度值和摻雜濃度范圍可以比這里所述的示例性值高一或兩個數(shù)量級。N類型第二電極區(qū)130或第二電極區(qū)130的η類型區(qū)的凈摻雜濃度可以是至少I X 116Cm3,例如至少5 X 1017cm 3。
[0032]第一負載電極210被與第一電極區(qū)110電連接。該第一負載電極210可以電耦接或電連接至第一負載端子LI。
[0033]第二負載電極220直接接合第二表面102和第二電極區(qū)130。第二負載電極220可以電連接至第二負載端子L2。
[0034]第一和第二負載電極210、220中的每一個可以由以下材料構成或由以下材料作為主要組成部分:鋁(Al)、銅(Cu)、或鋁或銅的合金，例如AlS1、AlCu或AlSiCu。依據(jù)其他實施例，第一和第二負載電極210、220中的至少一個可以包含鎳(Ni)、鈦(Ti)、鎢(W)、鉭(Ta)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)和/或鈀(Pd)。例如，第一和第二負載電極210、220中的至少一個包括兩個或更多個子層，每個子層包含N1、T1、Ag、Au、Pt、W和Pd中的一個或更多個作為主成分，例如硅化物、氮化物和/或合金。
[0035]注入效率控制區(qū)140被夾在漂移區(qū)120和第一電極區(qū)110之間。注入效率控制區(qū)140包括超結結構，該超結結構包括沿橫向方向X連續(xù)布置并相互接合的第一導電類型的阻擋區(qū)142和第二導電類型的補償區(qū)144。
[0036]被夾在第一電極區(qū)110和漂移區(qū)120之間的阻擋區(qū)142與第一電極區(qū)110形成pn結，以及與漂移區(qū)120形成η/η-同質結。阻擋區(qū)142的、沿阻擋區(qū)142的垂直延伸布置的凈摻雜濃度是漂移區(qū)120的、沿