使用轻离子注入制造半导体器件的方法和半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用轻离子注入制造半导体器件的方法和半导体器件。
【背景技术】
[0002]整流半导体器件以及半导体开关元件可以充当电荷载流子源以便当整流半导体器件从正向模式切换到阻断模式时或者当半导体开关元件从导通状态切换到关断状态时避免电路中的电压峰值。例如，电布置在半桥电路中的开关元件的接线形成只要开关元件处于导通状态时就存储磁能的寄生电感。当开关元件关闭时，寄生电感倾向于维持电流流动以耗散所存储的能量。通过提供足够的电荷载流子用于供应由寄生电感感生的电流，关闭的开关元件可以避免在半桥电路中的电压峰值。
[0003]期望改善半导体器件的开关行为。
【发明内容】
[0004]以独立权利要求的主题实现目标。从属权利要求涉及进一步的实施例。
[0005]根据实施例，一种制造半导体器件的方法包括在单晶半导体衬底中形成第一掺杂区。经过处理表面将轻离子注入到半导体衬底中以在第一掺杂区和处理表面之间生成晶格空位。被用于注入轻离子的注入束的主束轴偏离沿着其在半导体衬底中发生轻离子的引导(channel)的主晶向至多1.5度。在晶格空位和氢原子的基础上形成具有与第一掺杂区相反的导电类型的第二掺杂区。
[0006]根据另一实施例，一种制造半导体器件的方法包括在单晶半导体衬底中形成ρ掺杂区。经过处理表面将轻离子注入到半导体衬底中以在P掺杂区和处理表面之间生成晶格空位。被用于注入轻离子的注入束的主束轴偏离沿着其在半导体衬底中发生轻离子的引导的主晶向至多1.5度。在晶格空位处生成氢相关的施主以形成η掺杂区。
[0007]根据进一步的实施例，一种半导体器件包括在单晶半导体部分中的ρ掺杂区以及在P掺杂区和半导体部分的第二表面之间的η掺杂区。η掺杂区包含氢相关的掺杂剂。沿着垂直于第二表面的垂直轴的氢相关的掺杂剂的浓度分布至少包括第一范围结束峰值(end-of-range peak)。(i)在第一范围结束峰值与在第一范围结束峰值和最接近的相邻范围结束峰值之间的局部最小值之间，或者(ii)在不存在氢相关的掺杂剂的任何进一步的范围结束峰值的情况下，在第一范围结束峰值和第二表面之间的距离的一半之内，在第一垂直方向上距离第一范围结束峰值的第一距离处的第一掺杂剂浓度偏离在相对的第二垂直方向上距离第一范围结束峰值第一距离处的第二掺杂剂浓度不多于一个数量级。
[0008]本领域技术人员将在阅读以下详细描述以及查看附图时认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0009]附图被包括以提供本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书，且组成本说明书的一部分。附图图示了本发明的实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易理解本发明的其他实施例以及预期的优点，因为参考以下详细描述本发明的其他实施例以及预期的优点变得更好理解。
[0010]图1A是半导体衬底的部分的示意性横截面视图，用于图示根据实施例的涉及引导的轻离子注入的制造半导体器件的方法。
[0011]图1B是示意性地图示了分别具有一个范围结束峰值的晶体损伤密度分布的图，用于讨论实施例的效果。
[0012]图1C是示意性地图示了包括两个范围结束峰值的掺杂剂浓度分布的进一步的图，用于讨论实施例的效果。
[0013]图1D是示意性地示出了掺杂剂浓度分布的进一步的图，用于图示实施例的效果。
[0014]图2是用于执行根据实施例的制造半导体器件的方法的装置的示意性框图。
[0015]图3A是图示了具有由四个非引导的轻离子注入产生的四个范围结束峰值的掺杂剂浓度分布的示意图，用于讨论实施例的效果。
[0016]图3B是图示了根据实施例的具有由四个引导的轻离子注入产生的四个范围结束峰值的掺杂剂浓度分布的示意图。
[0017]图4A是根据实施例的功率半导体二极管的示意性横截面视图。
[0018]图4B是根据另一实施例的IGFET (绝缘栅场效应晶体管)的示意性横截面视图。
[0019]图4C是根据进一步的实施例的IGBT(绝缘栅双极晶体管)的示意性横截面视图。
[0020]图5A是图示了根据实施例的与处于不同加速能量的四个轻离子注入相关的在图4A至4C的任何半导体器件的部分中的HD (氢相关的施主)分布的示意性横截面视图，其中具有最高加速能量的轻离子注入被执行为引导的注入。
[0021]图5B是图示了根据实施例的与处于不同加速能量的四个轻离子注入相关的在图4A至4C的任何半导体器件的部分中的HD分布的示意性横截面视图，其中具有第二高加速能量的轻离子注入被执行为引导的注入。
[0022]图5C是图示了根据实施例的与处于不同加速能量的四个轻离子注入相关的在图4A至4C的任何半导体器件的部分中的HD分布的示意性横截面视图，其中具有第三高加速能量的轻离子注入被执行为引导的注入。
[0023]图f5D是图示了根据实施例的与处于不同加速能量的四个轻离子注入相关的在图4A至4C的任何半导体器件的部分中的HD分布的示意性横截面视图，其中具有最低加速能量的轻离子注入被执行为引导的注入。
[0024]图6A是根据实施例的与通过使用轻离子注入形成漂移区带相关的半导体器件的部分的示意性横截面视图。
[0025]图6B是图示了根据实施例的涉及在漂移区带中的轻离子的使用的图6A的半导体器件中的HD分布的示意图。
[0026]图6C是图示了根据进一步实施例的涉及针对具有凸出的HD分布的漂移区带的轻离子的使用的图6A的半导体器件中的HD分布的示意图。
[0027]图7是根据实施例的与引导的轻离子注入的横向变化相关的半导体器件的部分的示意性横截面视图。
[0028]图8A是根据进一步实施例的制造半导体器件的方法的简化流程图。
[0029]图SB是根据与HD相关的另一实施例的制造半导体器件的方法的简化流程图。
【具体实施方式】
[0030]在以下详细描述中，参考形成所述以下详细描述的一部分的附图，并且在附图中经由图示示出其中可以实践本发明的具体实施例。要理解的是，在不背离本发明的范围的情况下可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑改变。例如，可以在其他实施例上或者连同其他实施例使用针对一个实施例说明或描述的特征以产生又进一步的实施例。旨在本发明包括这样的修改和变化。使用具体语言描述示例，这不应被解释为限制所附权利要求书的范围。附图不按比例，并且仅供说明性目的。若非另有声明，否则由相同的参考标记在不同附图中指定相应的元件。
[0031]术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等等是开放的，并且所述术语指示所声明的结构、元素或特征的存在，但不排除附加的元素或特征。冠词“一”、“一个”和“该”意图包括复数以及单数，除非上下文另有清楚指示。
[0032]术语“电连接”描述在电连接的元件之间的永久低欧姆连接，例如在所涉及的元件之间的直接接触或者经由金属和/或高度掺杂的半导体的低欧姆连接。术语“电耦合”包括可以在电耦合的元件之间提供适于信号传输的一个或多个介入元件，例如在第一状态中可控制以暂时地提供低欧姆连接并且在第二状态中提供高欧姆电去耦的元件。
[0033]图1A示出了用于制造多个相同的半导体器件的半导体衬底500a的部分。半导体衬底5 O O a的材料是单晶半导体材料，例如硅(S i )、碳化硅(S i C )、锗(G e )、硅锗晶体(SiGe)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或者任何其他4?而半导体。根据实施例，半导体衬底500a是单晶娃晶片或者单晶碳化娃晶片，其具有在前侧处的平面前表面1la以及在相对的后侧处的处理表面102a。垂直于处理表面102a的方向是垂直方向，并且平行于处理表面102a的方向是水平方向。
[0034]半导体衬底500a具有适于引导轻离子的晶格。通常，在单晶材料的一些晶向上，开放空间直地延伸到晶体中。开放空间形成沟道，经过所述沟道，相比于沟道之外，轻离子以与晶格的原子更少的相互作用行进。沟道某种程度上引导轻离子，其中进入这样的沟道的轻离子示出不同于进入在沟道之外的半导体衬底500a的轻离子的减速模式的减速模式。沟道方向与主晶向一致。
[0035]在接近或者直接邻接前表面1la的半导体衬底500a中形成至少一个第一掺杂区115。第一掺杂区115可以是ρ掺杂的，例如，以硼(B)原子掺杂。将诸如氢(H)、氦(He)或锂(Li)离子之类的轻离子499通过处理表面102a注入到半导体衬底500a中以在处理表面102a和第一掺杂区115之间形成具有与第一掺杂区115相反的导电类型的第二掺杂区122。第一和第二掺杂区115、122可以直接彼此相邻。根据其他实施例，中间漂移区带121可以与第一掺杂区115形成ρη结，并且与第二掺杂区122形成单极同质结。
[0036]在将轻离子499指向半导体衬底500a的注入束的主束轴495和沿着其发生轻离子的引导的主晶向485之间的最大倾角是至多1.5度，例如，至多1.0度。在主束方向495和沿着其发生轻离子的引导的主