半导体装置及其制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种半导体装置及其制造方法，该半导体装置包括：衬底；形成在所述衬底中的P-N结；形成在所述衬底表面的电极；其中，所述衬底中导入有重金属原子，并且，所述衬底与所述电极接触的区域、以及所述P-N结的结区的所述重金属原子的浓度高于所述衬底中其它区域的所述重金属原子的浓度。根据本发明实施例，能够形成具有高开关速度和低正向电压Vf的半导体装置。
【专利说明】
半导体装置及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体装置被广泛应用于电子设备中。快恢复二极管(Fast Recovery D1de，FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短等特性的半导体装置，主要应用于开关电源、脉冲宽度调制器(Pulse Width M0dulat0r，PffM)、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。
[0003]图1示出了专利文献I (JP特开昭63-119585A)所记载的快恢复二极管的结构示意图，如图1所示，该快恢复二极管的N型衬底I中具有N+扩散层2，在N型衬底中形成有P型扩散层3、3a，由此在P型扩散层与N型衬底之间形成P-N结，在N型衬底I的上表面和N+扩散层2的下表面分别形成有电极8a、8b，并且，该快恢复二极管还具有金扩散区6。
[0004]在专利文献I中，通过形成金扩散区6，以及控制P型扩散层的深度和形状，能够降低快恢复二极管的反向恢复时间Trr、正向电压Vf和反向漏电流Ir。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0006]但是，发明人发现，在专利文献I中，金扩散区6中的金原子浓度均匀，这会导致电极8a和Sb之间的电阻增大，从而增大正向电压Vf，所以，很难达到既提高开关速度，又降低正向电压Vf的效果。
[0007]本发明实施例提供一种半导体装置及其制造方法，通过调整半导体衬底中重金属的浓度分布，既能够提高半导体装置的开关速度，又能够降低正向电压Vf。
[0008]根据本申请实施例的第一方面，提供一种半导体装置，该半导体装置包括:
[0009]衬底；形成在所述衬底中的P-N结；形成在所述衬底表面的电极；其中，所述衬底中导入有重金属原子，并且，所述衬底与所述电极接触的区域、以及所述P-N结的结区的所述重金属原子的浓度高于所述衬底中其它区域的所述重金属原子的浓度。
[0010]根据本申请实施例的第二方面，其中，所述衬底的导入有所述重金属原子的区域中，重金属原子的浓度范围为I X 1015atom/cm3-l X 1017atom/cm3。
[0011]根据本申请实施例的第三方面，其中，在所述衬底的导入有所述重金属原子的区域中，所述重金属原子置换所述衬底中的半导体原子。
[0012]根据本申请实施例的第四方面，其中，所述重金属原子是金原子(Au)或铂原子(Pt)。
[0013]根据本申请实施例的第五方面，其中，所述电极的数量为2个，分别位于所述衬底相对的两个表面。
[0014]根据本申请实施例的第六方面，其中，所述衬底中还具有场限制环(FieldLimiting Ring，FLR)，所述场限制环围绕所述P-N结。
[0015]根据本申请实施例的第七方面，提供一种半导体装置的制造方法，该方法包括:
[0016]在衬底中形成P-N结；
[0017]在所述衬底中导入重金属原子；
[0018]在所述衬底表面形成电极；
[0019]其中，所述衬底与所述电极接触的区域、以及所述P-N结的结区的所述重金属原子的浓度高于所述衬底中其它区域的所述重金属原子的浓度。
[0020]根据本申请实施例的第八方面，其中，在所述衬底中导入所述重金属原子包括:
[0021]在所述衬底的相对的两个表面或者一个表面形成所述重金属原子的扩散源；
[0022]使所述扩散源中的所述重金属原子扩散到所述衬底中。
[0023]根据本申请实施例的第九方面，其中，所述扩散源的厚度范围为50埃-5微米。
[0024]根据本申请实施例的第十方面，其中，所述扩散的温度范围为750°C _1200°C。
[0025]本发明的有益效果在于:衬底与电极接触的区域、以及P-N结的结区的重金属原子的浓度高于衬底中其它区域的重金属原子的浓度，由此，能够形成具有高开关速度和低正向电压Vf的半导体装置。
[0026]参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
[0027]针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0028]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
【附图说明】
[0029]所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
[0030]图1是专利文献I的快恢复二极管的结构示意图；
[0031]图2是实施例1的半导体装置的纵剖面示意图；
[0032]图3是实施例1的重金属原子的浓度沿衬底纵向分布的示意图；
[0033]图4是实施例2的半导体装置的制造方法的一个流程示意图；
[0034]图5是实施例2的向衬底中导入重金属原子的一个流程不意图。
【具体实施方式】
[0035]参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
[0036]在本申请中，为了说明方便，将衬底的靠近P-N结的表面称为“上表面”，将衬底的与该“上表面”相对的面称为“下表面”，由此，“上”方向是指从“下表面”指向“上表面”的方向，“下”方向与“上”方向相反，并且，“上”方向和“下”方向统称为纵向。在本申请中，“上”和“下”的设定是相对而言，仅是为了说明方便，并不代表具体使用半导体装置或制造该半导体装置时的方位。
[0037]实施例1
[0038]本发明实施例1提供一种半导体装置。图2是该半导体装置的纵剖面示意图，如图2所示，该半导体装置200包括:衬底201、P型掺杂区202、N型掺杂区203、以及电极204。
[0039]其中，P型掺杂区202和N型掺杂区203的结合处形成P-N结，该P-N结的区域即为结区2021 ;电极204形成在衬底201的表面，并且，衬底201中与电极204接触的区域为2041。
[0040]在本实施例中，衬底201中导入有重金属原子，并且，在结区2021、以及衬底与电极接触的区域2041中的重金属原子的浓度高于衬底201中其它区域的重金属原子的浓度。
[0041]在本实施例中，结区2021的重金属原子的浓度较高，由此，在P-N结的结区会形成较多的深能级，缩短P-N结内的少数载流子寿命，从而提高该半导体装置的开关速度。
[0042]在本实施例中，衬底与电极接触的区域2041中的重金属原子的浓度较高，由此，该区域2041的重金属原子与衬底的原子能够形成合金，从而降低接触电阻，使得降低该半导体装置的正向电压Vf。
[0043]在本实施例中，该衬底201的结区2021和区域2041之外的区域中，重金属原子的浓度较低，由此，能够抑制由于重金属原子而导致的衬底电阻增大现象，从而使该半导体装置具有较低的正向电压Vf0
[0044]根据本实施例，既能够提高半导体装置的开关速度，又能够降低正向电压VL.
[0045]在本实施例中，该衬底201可以是半导体领域常用的半导体衬底，例如硅衬底等。
[0046]在本实施例中，该重金属原子例如可以是金原子(Au)或铂原子(Pt);并且，在该衬底201的导入有重金属原子的区域中，该重金属原子可以置换该衬底中的半导体原子，即，该重金属原子以替位杂质原子的形式存在于该衬底201中。
[0047]在本实施例中，P型掺杂区202可以是掺入了硼原子的区域，N型掺杂区204可以是掺入了磷原子的区域。此外，在本实施例中，衬底201可以是N型衬底，由此，该N掺杂区204可以包括整个衬底201。
[0048]在本实施例中，电极204的数量可以是两个，即204A和204B，并且该两个电极204A和204B可以分别位于衬底201的上表面和下表面，并且，该衬底201与电极204A、204B接触的区域可以分别为2041A和2041B。由此，该半导体装置可以形成为纵向结构。但是，本实施例并不限于此，该电极的数量可以是I个，或者3个以上；并且，在具有2个以上电极的情况下，该2个以上的电极也可以被设置在衬底的同一表面，由此，该半导体装置可以形成为横向结构，此外，也可以将部分电极设置在衬底同一表面，将部分电极设置在衬底的相对的两个表面。
[0049]在本实施例中，重金属原子可以沿衬底的纵向，在区域2041A和2041B之间以两端浓度高、中间浓度低的形式分布。图3是重金属原子的浓度沿衬底的纵向分布的示意图，在图3中，纵轴代表衬底的各区域与区域2041B的纵向距离，横轴代表重金属原子的浓度。如图3所示，在区域2041B中，重金属原子的浓度较高，越远离区域2041B，重金属原子的浓度越低，在重金属原子的浓度到达最低值以后，越靠近区域2041A，重金属原子的浓度越高，在区域2041A中，重金属原子的浓度又成为较高值。由此，在图3中，重金属原子的浓度分布呈横向的“U”字型。
[0050]在本实施例中，区域2041A和2041B的重金属原子的浓度可以相同。此外，在本实施例中，结区2021与区域2041A的距离可以较近，因此，结区2021与区域2041A的重金属原子的浓度可以被认为相同。
[0051]在本实施例中，重金属原子具有如图3所示的浓度分布形式，由此，区域2041A、区域2041B和结区2021的重金属原子浓度高于衬底中其它区域的重金属原子浓度，所以，能够提高半导体装置的开关速度，又能够降低正向电压Vf。
[0052]需要说明的是，图3的浓度分布形式仅是举例，在本实施例中，重金属原子还可以有其它的浓度分布形式，只要能使结区、以及衬底与电极接触的区域中的重金属原子的浓度高于衬底中其它区域的重金属原子的浓度即可，例如，在将两个电极设置在衬底同一表面的情况下，可以在衬底与电极接触的区域中，使重金属原子浓度较高，并且，使衬底中重金属原子的浓度随着在纵向上与该接触的区域的距离增加而单调递减。
[0053]在本实施例中，在衬底201的导入有重金属原子的区域中，重金属原子的浓度范围可以为I X 1015atom/cm3-l X 1017atom/cm3。当然，本实施例并不限于此，该浓度范围也可以是其它的值。
[0054]在本实施例中，如图2所示，该衬底201中还可以具有场限制环(Field LimitingRing，FLR) 205，该场限制环可以围绕P-N结。此外，在电极204A的外侧，可以形成有场板(Field Plate) 206 和等位环(Equipotential-Ring，EQR) 207。该场限制环 205、场板 206 和等位环207可以用于减小半导体装置200的表面电场，以提高击穿电压。关于场限制环、场板和等位环的说明，可以参考现有技术，本实施例不再赘述。
[0055]此外，在本实施例中，如图2所示，该衬底201中还可以具有形成在等位环207下方的沟道阻挡层(Channel Stopper，CS) 208，其用于防止在娃衬底表面形成寄生沟道。关于沟道阻挡层的说明，可以参考现有技术，本实施例不再赘述。
[0056]实施例2
[0057]本申请实施例2提供一种半导体装置的制造方法，用于制造实施例1所述的半导体装置。
[0058]图4是本实施例的半导体装置的制造方法的一个流程示意图。如图4所示，该制造方法包括:
[0059]S401，在衬底中形成P-N结；
[0060]S402，向衬底中导入重金属原子；
[0061]S403，在衬底表面形成电极。
[0062]在本实施例中，衬底与电极接触的区域、以及P-N结的结区的重金属原子的浓度高于衬底中其它区域的重金属原子的浓度，由此，能够形成具有高开关速度和低正向电压Vf的半导体装置。
[0063]在本实施例的S401中，可以采用半导体制造工艺中常用的方法来形成P-N结，本实施例不再赘述。
[0064]在本实施例的S402中，可以采用从衬底表面扩散的方法，向衬底中导入重金属原子。例如，可以在衬底表面设置重金属原子的扩散源，并在一定的温度下，经过一定的时间，使重金属原子扩散进入到半导体衬底中。
[0065]在本实施例中，与图2的半导体装置结构以及图3的重金属原子的浓度分布对应，可以采用图5的方法向衬底中导入重金属原子。如图5所示，该方法包括:
[0066]S501，在衬底的相对的两个表面或一个表面形成重金属原子的扩散源；
[0067]S502，使扩散源中的重金属原子扩散到衬底中。
[0068]在步骤S501中，可以通过蒸发的方式在衬底201表面形成重金属原子的扩散源，例如，该扩散源例如可以是厚度范围为50埃-5微米的金层。当然，本实施例不限于此，重金属原子的扩散源的形成方式可以使其它方式，其厚度也可以是其它值。
[0069]在步骤S502中，可以使设置有扩散源的衬底处于一定的温度下，经过一定时间，使重金属原子扩散到衬底中，例如，该温度可以是750°C -1200°C，该时间可以是60分钟。在一个【具体实施方式】中，在衬底为硅衬底，重金属原子是金的情况下，该步骤S502中的温度可以是750°C，时间可以是60分钟。
[0070]在本实施例中，根据步骤S501和S502能够达到图3所示的重金属原子的浓度分布。
[0071]需要说明的是，图5所示的方法仅是一个具体的实施方式，本实施例并不限于此，也可以采用其它的方法向衬底中导入重金属原子，只要能使结区、以及衬底与电极接触的区域中的重金属原子的浓度高于衬底中其它区域的重金属原子的浓度即可。
[0072]在步骤S403中，可以采用半导体领域常用的方法来形成电极，例如采用蒸发金属层并图形化该金属层的方式来形成电极，当然，还可以采用其它的方法。此外，电极的形成位置可以参考实施例1中的说明，此处不再赘述。
[0073]根据本申请的实施例2，能够形成具有高开关速度和低正向电压Vf的半导体装置。
[0074]以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
【主权项】
1.一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置包括: 衬底； 形成在所述衬底中的P-N结； 形成在所述衬底表面的电极； 其中，所述衬底中导入有重金属原子，并且，所述衬底与所述电极接触的区域、以及所述P-N结的结区的所述重金属原子的浓度高于所述衬底中其它区域的所述重金属原子的浓度。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述衬底的导入有所述重金属原子的区域中，重金属原子的浓度范围为lX1015atom/cm3-l X 1017atom/cm3o3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 在所述衬底的导入有所述重金属原子的区域中，所述重金属原子置换所述衬底中的半导体原子。4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述重金属原子是金原子(Au)或铂原子(Pt)。5.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述电极的数量为2个，分别位于所述衬底相对的两个表面。6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于， 所述衬底中还具有场限制环(Field Limiting Ring，FLR)，所述场限制环围绕所述P-N结。7.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 在衬底中形成P-N结； 向所述衬底中导入重金属原子； 在所述衬底表面形成电极； 其中，所述衬底与所述电极接触的区域、以及所述P-N结的结区的所述重金属原子的浓度高于所述衬底中其它区域的所述重金属原子的浓度。8.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，向所述衬底中导入所述重金属原子包括: 在所述衬底的相对的两个表面或一个表面形成所述重金属原子的扩散源； 使所述扩散源中的所述重金属原子扩散到所述衬底中。9.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述扩散源的厚度范围为50埃-5微米。10.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述扩散的温度范围为750°C -1200°C。
【文档编号】H01L21/329GK105895707SQ201510036944
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】山口隆志
【申请人】三垦电气株式会社