專利名稱：包括激光退火的半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本描述涉及半導(dǎo)體器件制造方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，而且涉及通過(guò)使用激光退火來(lái)制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件是具有用于特定目的的優(yōu)化特性的定制器件。例如，為了改善高壓二極管和IGBT (絕緣柵雙極晶體管)的導(dǎo)通狀態(tài)特性，希望的是減小漂移區(qū)的寬度或長(zhǎng)度同時(shí)維持最大反向電壓。因此，希望在阻斷(blocking)能力、導(dǎo)通狀態(tài)(on-state)損耗、 穩(wěn)健性和軟化度(softness)之間進(jìn)行折衷。因此，眼前的目標(biāo)是調(diào)整(tailor)相應(yīng)摻雜區(qū)的摻雜分布以滿足挑戰(zhàn)性的需求，為此需要研發(fā)合適的制造工藝。減小漂移區(qū)的寬度同時(shí)維持高反向阻斷電壓的嘗試包括接近于器件襯底的背面集成結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)，其在二極管的情況下靠近η發(fā)射極或者在IGBT的情況下靠近η緩沖區(qū)。當(dāng)以反向狀態(tài)建立的電場(chǎng)到達(dá)器件襯底的背面時(shí)，集成的P區(qū)生成空穴電流。空穴電流的生成可能因雪崩而引起并且提供附加的電荷載流子以防止負(fù)載電流在器件的換向 (commutation)期間經(jīng)受截?cái)?chopping)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供包括第一表面和第二表面的半導(dǎo)體襯底，該第二表面與該第一表面相對(duì)布置；通過(guò)在該第二表面處把第一摻雜劑引入到該半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在該半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于該第二表面的第一深度處，來(lái)形成第一摻雜區(qū)；通過(guò)把至少一個(gè)激光束脈沖引導(dǎo)到該第二表面上以使該第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少第一激光退火以激活該第一摻雜劑；通過(guò)在該第二表面處把第二摻雜劑引入到該半導(dǎo)體表面或襯底內(nèi)以使得其在該半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于該第二表面的第二深度處，來(lái)形成第二摻雜區(qū)，其中所述第一深度大于所述第二深度；以及通過(guò)把至少另一激光束脈沖引導(dǎo)到該第二表面上以使該第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少第二激光退火以激活該第二摻雜劑，其中所述第二激光退火是在引入所述第二摻雜劑后執(zhí)行的。還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括包括第一表面和第二表面(12)的半導(dǎo)體襯底， 該第二表面與該第一表面相對(duì)布置；該第一表面上的至少金屬化層；接近于該第二表面的具有第一導(dǎo)電類型的至少第一摻雜區(qū)；接近于該第二表面的具有與該第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的至少第二摻雜區(qū)，其中第一和第二摻雜區(qū)包括位于相對(duì)于該第二表面的不同深度的相應(yīng)峰值摻雜濃度；和在該第一和第二摻雜區(qū)之間形成的pn結(jié)；其中所述第一摻雜區(qū)、所述第二摻雜區(qū)中之一或者這兩個(gè)摻雜區(qū)被激光退火。


包括附圖以提供對(duì)各實(shí)施例的進(jìn)一步理解并且附圖并入本說(shuō)明書并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。這些附解說(shuō)明了各實(shí)施例并且連同描述一起用來(lái)解釋各實(shí)施例的原理。 容易明白其他實(shí)施例和實(shí)施例的許多預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)參照以下詳細(xì)描述會(huì)更好地理解它們。附圖的元件不一定相對(duì)于彼此按比例縮放。同樣的參照數(shù)字指代對(duì)應(yīng)的類似部件。圖IA圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的垂直二極管(vertical diode)的橫截面圖。圖IB圖解說(shuō)明了沿圖IA的線AA’的摻雜分布。圖IC圖解說(shuō)明了經(jīng)過(guò)圖IA的二極管的電場(chǎng)的垂直路線。圖2A圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的IGBT的橫截面圖。圖2B圖解說(shuō)明了沿圖2A的線AA’的摻雜分布。圖3A-3E圖解說(shuō)明了結(jié)構(gòu)化摻雜區(qū)的不同實(shí)施例。圖4圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的二極管和IGBT的制造方法的過(guò)程。圖5圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的二極管和IGBT的制造方法的過(guò)程。圖6圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的二極管和IGBT的制造方法的過(guò)程。圖7圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的二極管和IGBT的制造方法的過(guò)程。圖8圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的二極管和IGBT的制造方法的過(guò)程。圖9圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的IGBT的制造方法的過(guò)程。圖10圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的IGBT的制造方法的過(guò)程。圖11圖解說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的IGBT的制造方法的過(guò)程。圖12圖解說(shuō)明了在以恒定注入能量進(jìn)行磷注入并且以不同激光能量密度退火后的磷濃度和摻雜分布。圖13圖解說(shuō)明了在執(zhí)行爐內(nèi)退火后獲得的磷濃度和摻雜分布。圖14圖解說(shuō)明了用于估計(jì)半導(dǎo)體襯底在不同激光束脈沖寬度下的溫度的仿真結(jié)^ ο圖15A-15C圖解說(shuō)明了淺注入而無(wú)任何退火的雜質(zhì)分布(圖15A)、在激光退火后淺注入的濃度分布(圖15B)以及在激光退火后深注入的濃度分布(圖15C)。圖16圖解說(shuō)明了半導(dǎo)體襯底對(duì)于具有恒定持續(xù)時(shí)間但具有不同能量密度的激光脈沖的熔化(me 11ing)持續(xù)時(shí)間。圖17圖解說(shuō)明了對(duì)于不同激光脈沖寬度的熔化持續(xù)時(shí)間。圖18圖解說(shuō)明了作為激光能量密度的函數(shù)的半導(dǎo)體襯底的薄層電阻(sheet resistance)和熔化持續(xù)時(shí)間。圖19圖解說(shuō)明了通過(guò)對(duì)兩個(gè)摻雜區(qū)進(jìn)行注入和激光退火而獲得的IGBT的摻雜分布。圖20A和20B圖解說(shuō)明了作為波長(zhǎng)的函數(shù)的硅的吸收。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)描述中，參照這些附圖，所述附圖形成詳細(xì)描述的一部分且其中舉例示出了可實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。在這方面，方向術(shù)語(yǔ)比如“頂部”、“底部”、“前”、“后”、 “前沿”、“后沿”等等是參照所描述的圖的取向(orientation)使用的。因?yàn)楦鲗?shí)施例的部件能夠沿很多不同的取向進(jìn)行定位，所以方向術(shù)語(yǔ)用于示例性目的而絕不是限制。要理解， 可以利用其他實(shí)施例以及可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯變化而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)以限制意義來(lái)理解，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。要理解，本文所描述的各個(gè)示例性實(shí)施例的特征可以彼此組合，除非另外特別指
出ο現(xiàn)在詳細(xì)參照不同的實(shí)施例，在圖中示出了這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例。每個(gè)示例是作為解釋提供的而不是意味著對(duì)本發(fā)明的限制。例如，如一個(gè)實(shí)施例的部分所說(shuō)明或描述的特征能夠用在其他實(shí)施例上或者與其他實(shí)施例結(jié)合使用以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明旨在包括這樣的修改和變型。這些示例是使用特定語(yǔ)言描述的，該特定語(yǔ)言不應(yīng)當(dāng)解釋為限制所附權(quán)利要求書的范圍。這些附圖不是按比例縮放的并且僅用于說(shuō)明性的目的。本說(shuō)明書中所用的術(shù)語(yǔ)“橫向”旨在描述與半導(dǎo)體襯底的主表面平行的取向。本說(shuō)明書中所用的術(shù)語(yǔ)“垂直”旨在描述垂直于半導(dǎo)體襯底的主表面布置的取向。在本說(shuō)明書中，半導(dǎo)體襯底的第二表面被認(rèn)為是由下表面或背面形成的而第一表面被認(rèn)為是由該半導(dǎo)體襯底的上表面或正面形成的。因此，本說(shuō)明書中所用的術(shù)語(yǔ)“上面” 和“下面”描述了考慮到這種取向的一結(jié)構(gòu)特征與另一結(jié)構(gòu)特征的相對(duì)位置。在本說(shuō)明書的上下文中，術(shù)語(yǔ)“雜質(zhì)濃度”或“雜質(zhì)分布(profile)”描述了退火前摻雜劑的化學(xué)濃度。退火后摻雜劑的分布(distribution)即退火后摻雜劑的化學(xué)濃度被稱為“濃度分布”。與此不同的是，“摻雜濃度”或“摻雜分布”指的是熱退火后激活的摻雜劑或雜質(zhì)的分布。雜質(zhì)和濃度分布能夠通過(guò)例如SIMS測(cè)量來(lái)確定，而摻雜分布能夠通過(guò)例如SRP測(cè)量來(lái)確定。本說(shuō)明書中所描述的具體實(shí)施例涉及但不限于功率半導(dǎo)體器件并且尤其涉及通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制的器件，比如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。其他實(shí)施例涉及功率整流器比如高壓二極管、晶閘管或具有FET結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。在本描述中，ρ摻雜被稱為第一導(dǎo)電類型而η摻雜被稱為第二導(dǎo)電類型。不言而喻這些器件能夠以相反的摻雜關(guān)系形成以使得第一導(dǎo)電類型是η摻雜而第二導(dǎo)電類型是ρ摻雜。而且，這些符號(hào)通過(guò)緊跟在摻雜類型之后指示“_”或“ + ”來(lái)說(shuō)明相對(duì)的摻雜濃度。例如，“η-”意指比“η”摻雜區(qū)的摻雜濃度更低的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)的摻雜濃度比“η” 摻雜區(qū)的摻雜濃度高。然而，指示相對(duì)的摻雜濃度并不意味著具有相同的相對(duì)摻雜濃度的摻雜區(qū)具有相同的絕對(duì)摻雜濃度，除非另外指出。例如，兩個(gè)不同的η+區(qū)可以具有不同的絕對(duì)摻雜濃度。這同樣應(yīng)用于例如η+和ρ+摻雜區(qū)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法。該方法包括提供具有第一表面和第二表面的半導(dǎo)體襯底，該第二表面與該第一表面相對(duì)布置。在第二表面處將第一摻雜劑引入到該半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第一深度處。在第二表面處將第二摻雜劑引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第二深度處，其中第一深度大于第二深度。通過(guò)把至少一個(gè)激光束脈沖引導(dǎo)到第二表面上以使第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地(at least in sections)熔化，來(lái)執(zhí)行至少第一激光退火。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法。該方法包括提供具有第一表面和第二表面的半導(dǎo)體襯底，其中該第二表面與第一表面相對(duì)布置。第一摻雜區(qū)是通過(guò)以下步驟形成的在第二表面處把第一摻雜劑引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第一深度處；以及通過(guò)把至少一個(gè)激光束脈沖引導(dǎo)到第二表面上以使第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少第一激光退火以激活(activate)第一摻雜劑。在形成第一摻雜區(qū)后，第二摻雜區(qū)是通過(guò)以下步驟形成的在第二表面處把第二摻雜劑引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第二深度處，其中第一深度大于第二深度；以及通過(guò)把至少另一激光束脈沖引導(dǎo)到第二表面上以使第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少第二激光退火以激活第二摻雜劑，其中第二激光退火是在引入第二摻雜劑后執(zhí)行的。激光退火至少部分地熔化半導(dǎo)體襯底的第二表面，利用該激光退火允許控制和提高被激活的摻雜劑的量。這樣的至少部分熔化的激光退火可導(dǎo)致?lián)诫s分布具有類平臺(tái) (plateau-like)的形狀和陡峭的側(cè)壁傾斜。這為更突變(abrupt)的pn結(jié)的形成作準(zhǔn)備， 突變Pn結(jié)有助于改善器件特性。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體襯底包括第一表面和第二表面，該第二表面與第一表面相對(duì)布置。至少金屬化層被布置在第一表面上。具有第一導(dǎo)電類型的至少第一摻雜區(qū)被接近于第二表面布置。具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的至少第二摻雜區(qū)被接近于第二表面布置，其中第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的各自峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的不同深度處。Pn結(jié)由第一和第二摻雜區(qū)形成，其中第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)中之一或者這兩個(gè)摻雜區(qū)具有平臺(tái)狀的摻雜分布，該分布沿與第二表面垂直的方向延伸(run)。參照?qǐng)D1，描述半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例。圖IA圖解說(shuō)明了高壓二極管的橫截面圖。該二極管包括半導(dǎo)體襯底1，其具有第一表面11以及與第一表面11相對(duì)布置的第二表面12。半導(dǎo)體襯底1能夠由適合于制造半導(dǎo)體器件的任何半導(dǎo)體材料制成。此類材料的示例包括比如硅(Si)的基元半導(dǎo)體材料、比如碳化硅(SiC)或鍺硅(SiGe)的IV族化合物半導(dǎo)體材料、二元、三元或四元III -V半導(dǎo)體材料比如砷化鎵(GaAS)、磷化稼(GaP)、磷化銦(InP)、磷化銦稼(InGaP)或磷化砷鎵銦 (InGaAsP)、以及二元或三元II - VI半導(dǎo)體材料比如碲化鎘(CdTe)和碲鎘汞(HgCdTe )，僅舉幾例而不限于此。上面提及的半導(dǎo)體材料也被稱為同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。當(dāng)組合成不同半導(dǎo)體材料時(shí)就形成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的示例包括但不限于硅-碳化硅 (Si-SiC)和SiGe漸變(graded)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。對(duì)于功率半導(dǎo)體應(yīng)用而言，當(dāng)前主要使用Si、SiC和Si-SiC材料。半導(dǎo)體材料1可以是單塊(bulk)單晶材料。半導(dǎo)體材料1也可能包括塊單晶材料和在其上形成的至少一個(gè)外延層。利用外延層在制作材料的背景摻雜方面提供更多的自由，原因在于摻雜濃度能夠在沉積一個(gè)或多個(gè)外延層期間進(jìn)行調(diào)整。如圖IA所示，二極管包括在第一表面11處布置在半導(dǎo)體襯底1中的高P摻雜區(qū)2 和在第二表面12處的高η摻雜發(fā)射極區(qū)6。在ρ摻雜區(qū)2和發(fā)射極區(qū)6之間，η摻雜漂移區(qū)3、η摻雜場(chǎng)截止(field stop)區(qū)4和結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5按此順序從ρ摻雜區(qū)2到發(fā)射極區(qū)6布置。ρ摻雜區(qū)2被布置在第一表面11上的第一金屬化層13接觸，而發(fā)射極區(qū)6被形成在半導(dǎo)體襯底1的第二表面12上的第二金屬化層14接觸。在這個(gè)實(shí)施例中第一金屬化層13用作陽(yáng)極而第二金屬化層14用作陰極。該二極管還可包括橫向終止(termination) 區(qū)9，其布置在第一表面11處以用于終止ρ摻雜區(qū)2。高ρ摻雜區(qū)2與該二極管的η摻雜漂移區(qū)3形成pn結(jié)J1。在與陽(yáng)極2相對(duì)的一側(cè)，漂移區(qū)3與η摻雜場(chǎng)截止區(qū)4接觸并在那里與場(chǎng)截止區(qū)4形成ηιΓ結(jié)J2。場(chǎng)截止區(qū)4 被布置在漂移區(qū)3和發(fā)射極區(qū)6之間并且具有比漂移區(qū)3更高的摻雜濃度以防止電場(chǎng)在靜態(tài)阻斷條件下到達(dá)發(fā)射極區(qū)6。在發(fā)射極區(qū)6和場(chǎng)截止區(qū)4之間布置有結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5， 其與場(chǎng)截止區(qū)4形成ρη結(jié)J3以及與η發(fā)射極區(qū)6形成ρη結(jié)J4。當(dāng)在與第一表面11和第二表面12垂直的橫截面圖中觀看時(shí)結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5包括橫向空間或部分7，所述橫向空間或部分具有與結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5相反的導(dǎo)電性以使得在該二極管的導(dǎo)通狀態(tài)下電流能夠從陰極14流到陽(yáng)極13而不會(huì)被結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5阻斷。因此，圖IA中通過(guò)布置在結(jié)構(gòu)化 P摻雜區(qū)5的各部分之間的橫向空間7來(lái)提供正向二極管工作模式時(shí)的高導(dǎo)電路徑。接近于第二表面的二極管的結(jié)構(gòu)(即如圖IA所示的場(chǎng)截止區(qū)4、結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5 和η發(fā)射極6的布置)還能夠用于具有垂直結(jié)構(gòu)的功率M0SFET。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，僅參照二極管。圖IB示意性地表示場(chǎng)截止區(qū)4、結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5和η發(fā)射極區(qū)6沿圖IA中的線 AA'的摻雜分布。如從圖IB中顯而易見(jiàn)的，相應(yīng)摻雜區(qū)的峰值摻雜濃度被布置在相對(duì)于第二表面12的不同深度。如下面更顯而易見(jiàn)的，在某些實(shí)施例中結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5也可以被稱為第一摻雜區(qū)而η發(fā)射極區(qū)6也可以被稱為第二摻雜區(qū)。第一摻雜區(qū)5具有位于相對(duì)于第二表面12的第一深度dl處的峰值摻雜濃度，而第二摻雜區(qū)6具有位于相對(duì)于第二表面 12的第二深度d2處的峰值摻雜濃度，其中第一深度dl大于第二深度d2。在本說(shuō)明書中， 摻雜區(qū)的深度被認(rèn)為是其最大值相對(duì)于第二表面12的位置或者向更大深度陡降的開始位置。如從以下描述中更顯而易見(jiàn)的，熔化激光退火能夠顯著影響并改變摻雜劑的雜質(zhì)分布， 這可導(dǎo)致注入后典型峰狀的雜質(zhì)分布轉(zhuǎn)變成激光退火后具有向更大深度的陡降的類平臺(tái)化學(xué)或摻雜分布。該陡降的開始一般受激光退火的熔化深度影響。參照?qǐng)D2A，描述涉及IGBT的另一個(gè)實(shí)施例。該IGBT包括半導(dǎo)體襯底21，其能夠由任何合適的半導(dǎo)體材料制成。關(guān)于圖IA的實(shí)施例提及了具體材料，在此不再重復(fù)。一般地，對(duì)于IGBT尤其是高壓功率IGBT，主要使用Si、SiC和Si-SiC。半導(dǎo)體材料21具有第一表面31以及與第一表面31相對(duì)布置的第二表面32。第一金屬化層33被布置在第一表面 31上而第二金屬化層34被布置在第二半導(dǎo)體表面32上。半導(dǎo)體襯底21從第二表面32到第一表面31按此順序包括高ρ摻雜發(fā)射極區(qū)觀、 高η摻雜緩沖區(qū)沈、結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)25、η摻雜場(chǎng)截止區(qū)24、η摻雜漂移區(qū)23、ρ摻雜基極區(qū)22以及高η摻雜源極區(qū)四。柵電極30被布置在第一表面31上并通過(guò)未圖示的絕緣層與第一表面絕緣。在這個(gè)實(shí)施例中基極區(qū)22和源極區(qū)四被形成為擴(kuò)散區(qū)，使得該IGBT也可以被稱為雙擴(kuò)散IGBT。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白IGBT也可以具有容納柵電極和任選的場(chǎng)電極的溝槽結(jié)構(gòu)。在源極區(qū)四和體區(qū)(body region) 22之間形成第一 ρη結(jié)Jll，在體區(qū)22和漂移區(qū)23之間形成第二 ρη結(jié)J12。第二 ρη結(jié)J12通常工作在反向模式并由柵電極30控制。 在弱摻雜漂移區(qū)23和比漂移區(qū)23摻雜更高的場(chǎng)截止區(qū)M之間形成rm_結(jié)J13。在η緩沖區(qū)沈和發(fā)射極區(qū)觀之間形成第三ρη結(jié)J14。由結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)25形成其他ρη結(jié)；與場(chǎng)截止區(qū)M形成ρη結(jié)J15以及與η緩沖區(qū)沈形成ρη結(jié)J16。在功率FET的情況下，不提供 P發(fā)射極觀。類似于圖IA的實(shí)施例，結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)25具有橫向空間27以提供緩沖區(qū)沈和場(chǎng)截止區(qū)M之間的電路徑。當(dāng)把圖2A中所示的結(jié)構(gòu)與圖IA中所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較時(shí)，這兩種結(jié)構(gòu)分別包括弱η摻雜漂移區(qū)3、23，η摻雜場(chǎng)截止區(qū)4、Μ以及結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25。圖IA中所示的二極管的η摻雜發(fā)射極6對(duì)應(yīng)于圖2Α中所示的IGBT的η緩沖區(qū)26。而且，這兩種結(jié)構(gòu)的特征分別在于布置在半導(dǎo)體襯底1、21的第一和第二表面11、31、12、32上的第一和第二金屬化層 13，33，14，34。圖2Β示意性圖解說(shuō)明了沿圖2Α中的線ΑΑ’的摻雜分布，其中點(diǎn)A布置在第二表面32。在某些實(shí)施例中這一摻雜分布除了圖IB的摻雜分布之外還包括高ρ摻雜發(fā)射極區(qū)觀。P發(fā)射極區(qū)觀可以被認(rèn)為是第三摻雜區(qū)，其具有位于相對(duì)于第二表面32的第三深度 d3處的峰值摻雜濃度。第三深度d3小于第二深度d2，第二深度d2對(duì)應(yīng)于η緩沖區(qū)沈的峰值摻雜濃度的位置，所述η緩沖區(qū)沈也可以被認(rèn)為是第二摻雜區(qū)。由結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)25 形成的第一摻雜區(qū)25的峰值摻雜濃度被布置在第一深度dl處，第一深度dl分別大于第三深度d3和第二深度d2。接下來(lái)將描述結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的功能，所述結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)也可以被稱為空穴電流生成區(qū)。當(dāng)二極管以正向模式工作時(shí)，形成該二極管的主pn結(jié)的pn結(jié)Jl也處于正向模式。一旦使該二極管換向，即通過(guò)反轉(zhuǎn)在陽(yáng)極和陰極之間施加的電壓而把二極管從正向模式切換到反向模式，電場(chǎng)分布就動(dòng)態(tài)變化，并且在nrT結(jié)J2附近的陰極側(cè)出現(xiàn)高電場(chǎng)強(qiáng)度。同時(shí)，在Pn結(jié)Jl處發(fā)生高電場(chǎng)強(qiáng)度，這就造成在高場(chǎng)區(qū)域中分離的電荷載流子對(duì)的明顯的像雪崩一樣的生成。移動(dòng)到陰極的電子最終降低了漂移區(qū)3中建立的電場(chǎng)強(qiáng)度。由于希望維持高電場(chǎng)強(qiáng)度以抵擋反向電壓，所以電場(chǎng)的降低會(huì)導(dǎo)致二極管的擊穿。另一方面， 當(dāng)電場(chǎng)到達(dá)結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5時(shí)，結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5注入空穴。所注入的空穴部分補(bǔ)償這些電子，從而有助于在漂移區(qū)3中維持高電場(chǎng)。圖IC圖解說(shuō)明了這種情形。在如圖2A中所示的IGBT的情況下，結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的功能基本上基于相同原理。結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的具有相反導(dǎo)電性的開口 7、27或區(qū)一般是在ρ摻雜區(qū)5、 25的摻雜期間被掩蓋的區(qū)。對(duì)于結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的ρ摻雜，這些“未摻雜”區(qū)因此維持它們?cè)鹊膿诫s類型和濃度或者在任何后續(xù)摻雜過(guò)程期間變成η摻雜。例如，當(dāng)在形成結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5、25之前形成場(chǎng)截止區(qū)4、Μ時(shí)，在開口 7、27的區(qū)中不會(huì)發(fā)生導(dǎo)電類型的反向。由于在那些區(qū)中沒(méi)有P摻雜，所以場(chǎng)截止區(qū)4和η發(fā)射極6通過(guò)開口 7彼此保持直接接觸。這同樣適用于場(chǎng)截止區(qū)對(duì)和η緩沖區(qū)沈。結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25可以具有任何布局，只要在二極管的情況下在η發(fā)射極6和場(chǎng)截止區(qū)4之間提供η摻雜的電路徑或者在IGBT的情況下在η緩沖區(qū)沈和場(chǎng)截止區(qū)M 之間提供η摻雜的電路徑。圖3Α和;3Β圖解說(shuō)明了投影到第二表面12、32上的結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的實(shí)施例。在這兩個(gè)實(shí)施例中結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25由連通(connected) ρ區(qū)形成，該P(yáng)區(qū)可以具有相反導(dǎo)電性的開口 7、27或部分。圖3A圖解說(shuō)明了單連通的(simply connected) ρ區(qū)5、25，其在到第二表面12、32上的投影內(nèi)分別小于η發(fā)射極6或η緩沖區(qū) 26。具有相反導(dǎo)電性的開口或部分7、27因此由結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25相對(duì)于η發(fā)射極6或 η緩沖區(qū)沈的橫向延伸的縮進(jìn)邊緣形成。圖:3Β的實(shí)施例包括具有相反導(dǎo)電性的開口 7、27 或部分7、27，其完全被結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25包圍。雖然在圖:3Β中結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25示為是從η發(fā)射極6/n緩沖區(qū)沈的邊緣橫向縮進(jìn)的，但也可能結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25能夠具有與η發(fā)射極6/n緩沖區(qū)沈相同的橫向延伸，只要在結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25內(nèi)提供具有相反導(dǎo)電性的開口或區(qū)用于電路徑。結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)當(dāng)投影到第二表面12、32上時(shí)可覆蓋由第二表面12、32所占據(jù) (assume)的總面積的約0. 到約99. 9%。這意味著0. 到約99. 9%未被結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25覆蓋，即這部分由未被結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)覆蓋的一個(gè)或多個(gè)區(qū)(開口或緣邊)占據(jù)并且為負(fù)載電流做貢獻(xiàn)。在某些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)當(dāng)投影到第二表面12、32上時(shí)可占據(jù)由第二表面12、32所占據(jù)的總面積的約50%到約99. 9%。在其他實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面12、 32的約0. 5 μ m到約1 μ m之間的深度。被布置在結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25和第二表面12、32 之間的摻雜區(qū)(即在二極管的情況下的η發(fā)射極6以及在IGBT情況下的η緩沖區(qū)沈和ρ 發(fā)射極觀)的峰值摻雜濃度可位于相對(duì)于第二表面12、32的0. 05 μ m到約0. 4 μ m之間的深度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件因此可以包括具有第一表面11、31和第二表面12、 32的半導(dǎo)體襯底1、21，其中第二表面12、32與第一表面11、31相對(duì)布置。在第一表面11、 31上布置有至少第一金屬化層13、33。而且，接近于第二表面12、32布置有具有第一導(dǎo)電類型的至少第一摻雜區(qū)。該第一摻雜區(qū)能夠由場(chǎng)截止區(qū)4、M形成。接近于第二表面12、32 布置有具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的至少第二摻雜區(qū)。該第二摻雜區(qū)能夠由結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5、25形成。第一和第二摻雜區(qū)具有各自的峰值摻雜濃度，它們位于相對(duì)于第二表面12、32的不同深度處。在第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)之間形成pn結(jié)，比如圖IA中的Pn結(jié)J3或圖2A中的pn結(jié)15。此外，第一摻雜區(qū)當(dāng)投影到第二表面12、32上時(shí)可以是具有完全被第一摻雜區(qū)包圍的第二導(dǎo)電類型的部分的連通區(qū)，以及與半導(dǎo)體襯底1、21的橫向邊緣至少部分隔開的單連通區(qū)之一。根據(jù)修改的實(shí)施例，可以布置具有第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)，使得第二摻雜區(qū)布置在第一和第三摻雜區(qū)之間。第三摻雜區(qū)還與第二摻雜區(qū)形成pn結(jié)。第三摻雜區(qū)例如可以是η發(fā)射極6或η緩沖區(qū)26。第三和第一摻雜區(qū)通過(guò)具有相反導(dǎo)電性的區(qū)(比如橫向空間7、27)而彼此電接觸以提供第一和第三摻雜區(qū)之間的電路徑，橫向空間7、27當(dāng)在與第二表面垂直的橫截面中觀看時(shí)被布置在第二摻雜區(qū)內(nèi)或第二摻雜區(qū)的水平面內(nèi)。這里應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于不同的實(shí)施例，第一、第二和第三摻雜區(qū)能夠形成不同的摻雜區(qū)。例如，在某些實(shí)施例中第一摻雜區(qū)可以由結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5形成而第二摻雜區(qū)可以由 η發(fā)射極6形成。在其他實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)由η緩沖區(qū)沈形成而第二摻雜區(qū)由ρ發(fā)射極觀形成。在另外的實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)可由結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)25形成而第二摻雜區(qū)可由P發(fā)射極觀形成。其他實(shí)施例可包括作為第一摻雜區(qū)的結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)25、作為第二摻雜區(qū)的η緩沖區(qū)沈和作為第三摻雜區(qū)的ρ發(fā)射極區(qū)觀。圖3C-3E圖解說(shuō)明了結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25的另外實(shí)施例，其包括多個(gè)絕緣的ρ部分，該多個(gè)絕緣的P部分一起形成結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5。接近于半導(dǎo)體襯底1、21的第二表面12、32布置的摻雜區(qū)需要加以定制用于改善器件特性。為了制造這些摻雜區(qū)，一般從第二表面12、32把適當(dāng)?shù)膿诫s劑引入到半導(dǎo)體襯底1、21內(nèi)。在許多實(shí)施例中，摻雜劑被注入至期望的深度并且然后通過(guò)熱退火來(lái)激活。為了提高活化比，在引入摻雜劑之后使用激光退火。如本說(shuō)明書中所用的激光退火是一種使用激光源的輻射或射束的熱退火過(guò)程。該輻射或射束具有給定的能量密度并被引導(dǎo)到第二表面12、32達(dá)給定的持續(xù)時(shí)間以使得半導(dǎo)體襯底1、21的第二表面12、32在其被輻射表面處至少部分地熔化半導(dǎo)體襯底。這種輻射被稱為激光脈沖。如果單個(gè)短脈沖不足以熔化半導(dǎo)體襯底1、21的第二表面12、32，則激光脈沖可包括多個(gè)很短的脈沖。通過(guò)適當(dāng)選擇能量密度和脈沖持續(xù)時(shí)間，能夠調(diào)整熔化持續(xù)時(shí)間和熔化深度，即半導(dǎo)體襯底1、21被熔化至的深度。一般地，脈沖持續(xù)時(shí)間相當(dāng)短以確保激光能量基本上被半導(dǎo)體襯底絕熱地吸收。這意味著脈沖持續(xù)時(shí)間足夠短以便照射到半導(dǎo)體襯底上并被半導(dǎo)體襯底吸收的能量會(huì)對(duì)被照射的表面造成短且強(qiáng)的加熱而不會(huì)在激光脈沖期間顯著散發(fā)熱輻射或熱傳遞。此加熱因而被“限制”到所照射的表面。而且，可考慮波長(zhǎng)，原因在于激光輻射的吸收一般是波長(zhǎng)相關(guān)的。在許多實(shí)施例中，一般小于550 nm或甚至小于400 nm的短波長(zhǎng)是期望的，因?yàn)檫@種短波長(zhǎng)的輻射會(huì)在幾十納米內(nèi)基本上被完全吸收，這確保了主要由靠近第二表面12、32的區(qū)吸收能量，例如參見(jiàn)下面進(jìn)一步描述的圖20A和20B。例如，可以使用波長(zhǎng)為307 nm的 XeCl準(zhǔn)分子激光器。也可以使用其他激光器，例如氮激光器(337nm)、KrF準(zhǔn)分子激光器 (248 nm)、ArF準(zhǔn)分子激光器(193 nm)、F2準(zhǔn)分子激光器(157 nm)、XeBr準(zhǔn)分子激光器(282 nm)、XeF準(zhǔn)分子激光器(251 nm)或Xe準(zhǔn)分子激光器(172 nm)，這里僅舉幾例。這些激光器是脈沖激光器并提供足夠強(qiáng)且短的激光脈沖。短得足以避免長(zhǎng)時(shí)間地加熱半導(dǎo)體襯底的適當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間在約20 ns到約10 ms的范圍內(nèi)，這取決于激光能量密度。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，脈沖持續(xù)時(shí)間往往由使用的激光類型限定。因此調(diào)整激光持續(xù)時(shí)間以選擇向所輻射的表面?zhèn)鬟f的適當(dāng)能量從而確保所輻射的表面被熔化至期望的深度而不過(guò)多地加熱其余半導(dǎo)體襯底以避免相對(duì)表面的溫度上升至臨界溫度之上。至少一次激光退火的使用允許在第一表面1、31上形成第一金屬化層13、33之后對(duì)第二表面12、32處的摻雜區(qū)進(jìn)行熱退火而不會(huì)影響第一金屬化層13、33。例如，鋁或鋁合金一般用于第一金屬化層13、33，其在約600到約700°C熔化，一般只能忍受400°C。為了熔化半導(dǎo)體襯底，需要高得多的溫度，在Si的情況下為約1400°C。通過(guò)所述或每一激光退火能夠提供對(duì)第二表面12、32的短暫、局部化加熱而不會(huì)把第一表面1、31加熱到高于例如 400°C的溫度。由于接近于第二表面12、32的摻雜區(qū)能夠在第一表面1、31上完成第一金屬化層之后以及在使半導(dǎo)體襯底1、21變薄之后形成，所以能夠減少在使半導(dǎo)體襯底1、21變薄之后的制造工藝的數(shù)量。一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例包括兩次或甚至三次分離的激光退火，每次所述激光退火被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)用于相應(yīng)的摻雜區(qū)。使用至少一次激光退火的適當(dāng)制造方法允許對(duì)半導(dǎo)體襯底的第一和第二表面進(jìn)行分離的熱處理。熔化激光退火往往導(dǎo)致?lián)诫s劑的類平臺(tái)摻雜分布的形成，摻雜劑的活化比主要取決于所用的激光能量和摻雜劑量。相反摻雜的摻雜區(qū)之間的銳利或突變pn結(jié)能夠通過(guò)激光退火來(lái)形成。這改善了功率器件的軟化度和穩(wěn)健性。當(dāng)熔化半導(dǎo)體襯底時(shí)，能夠獲得很高的引入摻雜劑(即引入的摻雜雜質(zhì)或摻雜離子)的活化比。活化比是被激活的摻雜雜質(zhì)與引入的摻雜雜質(zhì)的總數(shù)之間的比值。引入的雜質(zhì)的總數(shù)對(duì)應(yīng)于摻雜雜質(zhì)的化學(xué)濃度，而被激活的部分對(duì)應(yīng)于嵌入晶格內(nèi)并占據(jù)半導(dǎo)體襯底的晶格格點(diǎn)的摻雜雜質(zhì)的數(shù)量。當(dāng)以百分比表示時(shí)，能夠獲得約50%到幾乎100%的活化比。在某些實(shí)施例中，活化部分可以在約85%到幾乎100%的范圍內(nèi)。這顯著超過(guò)了用低溫爐內(nèi)退火所獲得的活化比，低溫爐內(nèi)退火當(dāng)在400°C下退火時(shí)例如導(dǎo)致約5%的活化比。熔化激光退火還提供很高的退火比(annealing ratio)，即對(duì)由摻雜劑注入所引起的晶格缺陷的退火。退火比也顯著超過(guò)用非熔化爐內(nèi)退火所獲得的退火比。這里應(yīng)當(dāng)提及的是，非熔化爐內(nèi)退火還可能造成摻雜雜質(zhì)的不利擴(kuò)散，這會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s分布的加寬和變平。與此不同的是，激光退火是很短的并且在非熔化區(qū)域中造成少得多的擴(kuò)散或者甚至不會(huì)造成任何明顯的擴(kuò)散。因此，已制造的摻雜區(qū)的摻雜分布不會(huì)受激光退火影響。在半導(dǎo)體襯底的熔化部分內(nèi)，摻雜雜質(zhì)的遷移率很高，導(dǎo)致形成具有幾乎陡峭側(cè)壁的類平臺(tái)摻雜分布，這是熔化激光退火所特有的。這種類平臺(tái)分布是爐內(nèi)退火不可獲得的。結(jié)合圖4 - 11，描述了關(guān)于制造過(guò)程的若干實(shí)施例。所有實(shí)施例的共同過(guò)程是提供具有第一和第二表面的半導(dǎo)體襯底，其中第二表面與第一表面相對(duì)布置。另外，可以在第二表面處的任何注入之前在第一表面上形成第一金屬化，但這不是必需的。而且，可以在第二表面處使半導(dǎo)體材料減薄以減小半導(dǎo)體襯底的總厚度。這些附加和任選的過(guò)程一般是在把摻雜劑引入到第二表面之前執(zhí)行的。在圖4 一 11所圖解說(shuō)明的實(shí)施例中，摻雜劑是通過(guò)注入在第二表面處被引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的，除非另外指出。圖4 一 11所圖解說(shuō)明的實(shí)施例包括在二極管或FET的情況下制造第一和第二摻雜區(qū)，該第一和第二摻雜區(qū)具有彼此相反的導(dǎo)電類型；以及在IGBT的情況下制造具有第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū)、具有第二導(dǎo)電類型的第二摻雜區(qū)和具有第一導(dǎo)電類型的第三摻雜區(qū)。第一摻雜區(qū)在被引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)時(shí)的峰值摻雜濃度位于第一深度，第二摻雜區(qū)在被引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)時(shí)的峰值摻雜濃度位于第二深度，并且第三摻雜區(qū)在被引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)時(shí)的峰值摻雜濃度位于第三深度。相應(yīng)深度是相對(duì)于第二表面的。第一深度大于第二深度，第二深度又大于第三深度。在注入的情況下能夠通過(guò)考慮摻雜劑的質(zhì)量而適當(dāng)?shù)剡x擇注入能量IE，來(lái)完成相應(yīng)深度的調(diào)整。一般地，第一摻雜區(qū)通過(guò)用第一注入能量IEl 注入第一摻雜劑來(lái)形成。第二摻雜區(qū)通過(guò)用第二注入能量IE2注入第二摻雜劑來(lái)形成，而第三摻雜區(qū)通過(guò)用第三注入能量IE3注入第三摻雜劑來(lái)形成。換言之，第一摻雜劑被深注入，第二摻雜劑被中等深度注入而淺注入用于注入第三摻雜劑。注入能量IE1、IE2和IE3 是考慮相應(yīng)雜質(zhì)摻雜劑的質(zhì)量而選擇的以實(shí)現(xiàn)上面提及的注入深度關(guān)系。這里應(yīng)當(dāng)注意， 注入深度或摻雜區(qū)的深度是相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的第二表面表示的。對(duì)應(yīng)于摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型，第一摻雜劑具有第一導(dǎo)電類型，第二摻雜劑具有第二導(dǎo)電類型，而第三摻雜劑具有第一導(dǎo)電類型。雖然第一和第三摻雜劑具有相同的導(dǎo)電類型， 但可以使用不同的離子，比如硼離子或鋁離子。能夠修改這些實(shí)施例以顛倒摻雜方案或使用其他摻雜方案，例如n-n-p (如果希望的話)。在圖4 一 11中，示意性表示了摻雜區(qū)的摻雜分布。與第二導(dǎo)電類型對(duì)應(yīng)的η摻雜區(qū)的摻雜分布用實(shí)線表示，而與第一導(dǎo)電類型對(duì)應(yīng)的P摻雜區(qū)的摻雜分布用虛線表示。這些實(shí)施例包括為制造二極管和IGBT所共用的制造過(guò)程。制造IGBT所需的附加過(guò)程是在相應(yīng)圖中表示的。
參照?qǐng)D4，描述第一實(shí)施例。在S41，p摻雜劑在半導(dǎo)體襯底的第二表面處被深注入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以形成結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)，在下文中稱為結(jié)構(gòu)化P區(qū)。在以下描述中，注入和激光退火發(fā)生在第二表面，除非另外指出。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，第二表面被稱為表面，除非另外指出。所得到的注入離子的雜質(zhì)分布S41-1用虛線示出，其峰值摻雜濃度位于深度dl。一般地，P摻雜劑(例如硼、氟化硼或鋁)是使用第一注入能量IEl注入ρ摻雜劑來(lái)注入的，使得在約100 nm到約5μπι的第一深度處形成摻雜區(qū)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，注入深度指的是峰值雜質(zhì)濃度的位置，因?yàn)閾诫s離子由于加速的摻雜離子的固有高斯(Gaussian)能量分布以及它們?cè)谝r底內(nèi)的分散在半導(dǎo)體襯底中具有給定的空間分布。由于所注入的摻雜劑可能經(jīng)歷熔化激光退火，所以通過(guò)注入所獲得的雜質(zhì)分布的形狀可以顯著地變化以使得退火后所得到的濃度分布能夠顯著不同于雜質(zhì)分布。所選擇的注入深度可以考慮上述情況以便在二極管或FET的情況下退火后的最終摻雜區(qū)具有約50 nm到約5 μ m的垂直厚度并且被布置在從約50 nm到約5 μ m的深度中。在IGBT和晶閘管的情況下，該位置位于約100 nm到約5μπι的范圍內(nèi)，因?yàn)樾枰臻g用于附加的背面發(fā)射極。在后續(xù)的S42，執(zhí)行第一激光退火以把表面基本上向下熔化至第一深度dl。該熔化導(dǎo)致所有注入的摻雜離子的幾乎100%活化。在圖4的S42旁邊示意性表示了所得到的結(jié)構(gòu)化P區(qū)的摻雜分布S42-1。在熔化期間，所注入的離子在半導(dǎo)體襯底的熔化部分內(nèi)具有高遷移率以使得離子在一定程度上能夠基本均勻地分布在熔化部分內(nèi)。這導(dǎo)致類平臺(tái)摻雜分布S42-1的形成。該摻雜分布的陡降S42-2的位置基本對(duì)應(yīng)于熔化深度。因此，通過(guò)選擇激光能量，能夠調(diào)整摻雜分布S42-1的垂直延伸和深度。雖然退火后的摻雜分布示意性地圖解說(shuō)明了具有最大摻雜濃度的延伸區(qū)域的平坦平臺(tái)，但是假設(shè)最大摻雜濃度布置在平臺(tái)的中心或者甚至靠近陡降的開始處。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，參見(jiàn)以下圖15A-15C和19的討論，當(dāng)向下熔化至具有峰值摻雜濃度的深度或甚至更深時(shí)激光退火導(dǎo)致類平臺(tái)的摻雜分布。如果熔化深度小于具有峰值雜質(zhì)濃度的深度，則可能獲得熔化深度下的摻雜濃度增加的類平臺(tái)摻雜分布。這種分布可能是某些應(yīng)用所關(guān)心的。在S43中，比如磷或砷的η摻雜劑(第二導(dǎo)電性)被注入到小于第一深度dl的第二深度d2，以形成二極管的η發(fā)射極和IGBT的η緩沖區(qū)。因此，用于注入η摻雜劑的第二注入能量ΙΕ2被選擇成使得對(duì)應(yīng)的第二注入深度d2小于用于注入ρ摻雜劑的第一注入深度 dl。一般地，η摻雜劑在二極管或FET的情況下被注入到約0 nm到約1 μ m的深度內(nèi)而在 IGBT或晶閘管的情況下被注入到約50 nm到約Ιμπι的深度內(nèi)。在S43旁邊圖解說(shuō)明了所得到的注入離子的分布S43-1，其峰值雜質(zhì)濃度在d2。在S44中執(zhí)行第二激光退火以把半導(dǎo)體襯底基本上向下熔化至第二深度d2或更深。再次獲得了類平臺(tái)的摻雜分布S44-1。由于第二激光退火的熔化深度小于第一激光退火的熔化深度，所以即使當(dāng)引入相同的離子量時(shí)也能夠獲得更高的摻雜濃度。為了進(jìn)一步提高η發(fā)射極/n緩沖區(qū)相對(duì)于結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)的摻雜濃度，可以提高注入劑量。結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)對(duì)應(yīng)于如關(guān)于圖IA和2A所描述的結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)5、25并且可對(duì)應(yīng)于第一摻雜區(qū)。當(dāng)注入P摻雜劑時(shí)，一般使用注入掩模來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)化P區(qū)進(jìn)行橫向結(jié)構(gòu)化。這里應(yīng)當(dāng)提及的是，諸如結(jié)構(gòu)化P區(qū)5、25的開口 7之類的結(jié)構(gòu)的橫向尺寸例如在幾微米或更大的范圍內(nèi)。這些結(jié)構(gòu)的位置和形成不受激光退火顯著影響，原因在于熔化持續(xù)時(shí)間太短而不會(huì)使摻雜劑的擴(kuò)散到達(dá)可察覺(jué)的程度。為了維持這些結(jié)構(gòu)，一般來(lái)講，諸如結(jié)構(gòu)化P區(qū) 5、25的開口 7之類的結(jié)構(gòu)的橫向尺寸應(yīng)當(dāng)為大約至少等于或大于預(yù)期的熔化深度。在某些實(shí)施例中，該橫向尺寸還能夠根據(jù)特定需要而比預(yù)期的熔化深度大很多。二極管的η發(fā)射極6或IGBT的η緩沖區(qū)沈可對(duì)應(yīng)于第二摻雜區(qū)。這里應(yīng)當(dāng)提及的是，還能夠形成如圖3Α 所示的具有從半導(dǎo)體器件的緣邊縮進(jìn)的邊緣的結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)。S41 - S44是制造二極管、FET、晶閘管和IGBT所共有的。由于IGBT和晶閘管在第二表面處均具有附加的ρη結(jié)，所以隨后形成P發(fā)射極區(qū)，其對(duì)應(yīng)于如上所述的P發(fā)射極 28。該P(yáng)發(fā)射極是通過(guò)利用第三注入能量ΙΕ3注入例如硼、氟化硼或鋁的ρ摻雜劑(第一導(dǎo)電類型)而形成的，所述第三注入能量ΙΕ3被選擇成使得對(duì)應(yīng)的注入深度d3小于第二注入深度d2。注入深度d3—般約0 nm到約500 nm。圖解說(shuō)明了所得到的注入離子的分布 S45-1。隨后，可以在S46a執(zhí)行第三激光退火，這使得半導(dǎo)體襯底僅向下熔化至大約第三深度d3。這導(dǎo)致?lián)诫s分布S46-1。在一個(gè)實(shí)施例中，低溫退火能夠用來(lái)(S46b)激活所注入的摻雜劑而不會(huì)顯著影響摻雜分布的形狀。低溫激活可包括在例如約400°C的爐。還可能使用另一爐法，其可能為一些后續(xù)過(guò)程所需要，例如用于退火在注入摻雜區(qū)之后最后沉積到第二表面上的第二金屬化層。在一個(gè)實(shí)施例中，用于激活如上所述的場(chǎng)截止層的活化過(guò)程能夠用來(lái)激活P摻雜劑。通常，ρ發(fā)射極的雜質(zhì)濃度大于η緩沖區(qū)的雜質(zhì)濃度，η緩沖區(qū)的雜質(zhì)濃度又大于結(jié)構(gòu)化P區(qū)的雜質(zhì)濃度。對(duì)相應(yīng)注入所選擇的注入劑量因此考慮相應(yīng)摻雜區(qū)的垂直延伸和期望的最終摻雜濃度。典型的示例是P發(fā)射極的摻雜濃度從約IOlfVcm3到約1027cm3、n緩沖區(qū)/n發(fā)射極的摻雜濃度從約1015/cm3到約1019/cm3、而結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)的摻雜濃度從約IO16/ cm3 到約 IO1Vcm30根據(jù)圖4所示的實(shí)施例，激光退火是在每個(gè)注入之后執(zhí)行的，其中首先執(zhí)行最深注入并且最后執(zhí)行最淺注入。為了期望的熔化深度調(diào)整用于每個(gè)退火過(guò)程的激光能量。如果第一、第二和第三激光退火的激光能量分別由E1、E2和E3表示，則E3 < E2 < El0因此，由第一摻雜劑形成的第一摻雜區(qū)可被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)化P區(qū)而由第二摻雜劑形成的第二摻雜區(qū)可被認(rèn)為是η緩沖區(qū)/n發(fā)射極區(qū)。在某些實(shí)施例中，ρ發(fā)射極可具有從約50 nm到約500 nm的垂直延伸。在這些或其他實(shí)施例中，η緩沖區(qū)/n發(fā)射極可具有從約50 nm到約Ιμπι的垂直延伸。在這些或其他實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)可具有從約50 nm到約5 μ m的垂直延伸。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，相應(yīng)摻雜區(qū)的實(shí)際垂直延伸和位置能夠針對(duì)不同器件加以定制以改善器件的性能。將參照?qǐng)D5描述另一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例的S51 - S53對(duì)應(yīng)于圖4所示的實(shí)施例的S41 - S43。為了完成二極管，在S54中使用低溫激活而不是使用如過(guò)程44中的激光退火。因此，所得到的η發(fā)射極的摻雜分布保持峰狀。為了制造IGBT，在無(wú)需任何退火的情況下執(zhí)行S53。在注入η緩沖區(qū)之后，在S55 中注入P發(fā)射極。隨后，利用共同的激光退火(S56a)或低溫爐內(nèi)退火(S56b)來(lái)退火η緩沖區(qū)和P發(fā)射極。共同的激光退火能夠把半導(dǎo)體表面或襯底僅向下熔化至第二深度d2或僅向下熔化至第三深度d3。在第一種情況下，雖然同時(shí)熔化了兩個(gè)摻雜區(qū)，但觀察到?jīng)]有出現(xiàn)兩個(gè)分布的完全混合。在第二種情況下，例如，η緩沖區(qū)的所得到的摻雜分布S56-2示出了接近于第二表面的平臺(tái)，其中在摻雜濃度急劇下降之前有相鄰的濃度峰。這是η緩沖區(qū)的部分熔化的結(jié)果，其沒(méi)有到達(dá)第二深度d2。因此，峰的位置和形狀不受激光退火影響。P發(fā)射極在激光退火后的摻雜分布由S56-1表示而爐內(nèi)退火后的摻雜分布由S56-3表示。結(jié)構(gòu)化P區(qū)的退火后的摻雜分布由S52-1表示而η緩沖區(qū)的摻雜分布由S53-1表示。因此，圖5所示的實(shí)施例包括利用能量El的至少一次激光退火以用于退火最深的注入(結(jié)構(gòu)化P區(qū))。對(duì)于制造二極管不使用其他激光退火，而對(duì)于IGBT可以使用利用能量 Ε3的另一次激光退火，其中Ε3 < El0在這個(gè)實(shí)施例中，由第一摻雜劑形成的第一摻雜區(qū)可對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)25而由第二摻雜劑形成的第二摻雜區(qū)可對(duì)應(yīng)于ρ發(fā)射極觀。結(jié)合圖6描述了另一個(gè)實(shí)施例。這里，分別用于制造結(jié)構(gòu)化P區(qū)和η發(fā)射極或η 緩沖區(qū)的第一注入和第二注入是在任何退火之前進(jìn)行的。注入的順序能夠根據(jù)特定需要加以選擇。然后，通過(guò)基本上向下僅熔化半導(dǎo)體襯底至第二深度，對(duì)具有摻雜分布S62-1的η 發(fā)射極/n緩沖區(qū)進(jìn)行激光退火。這意味著結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)不是通過(guò)熔化退火的而是僅熱退火， 使得其雜質(zhì)分布S61-1基本不受激光退火影響。激光退火導(dǎo)致形成η發(fā)射極/n緩沖區(qū)的類平臺(tái)的摻雜分布S63-1。在S63之后，就形成摻雜區(qū)而言，完成了二極管的制造。為了完成IGBT，隨后在S64注入ρ發(fā)射極，導(dǎo)致雜質(zhì)分布S64-1，然后或者在
對(duì)P發(fā)射極進(jìn)行激光退火以導(dǎo)致?lián)诫s分布S65-1或者在一個(gè)實(shí)施例中在通過(guò)低溫爐來(lái)激活P發(fā)射極，這基本不影響雜質(zhì)的形狀因而不影響最終的摻雜分布。在這個(gè)實(shí)施例中，僅η發(fā)射極/n緩沖區(qū)是用激光能量E2來(lái)激光退火的，激光能量 E2小于能量E1，能量El是完全退火結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)所需要的。P發(fā)射極能夠用激光能量E3來(lái)激光退火或者通過(guò)低溫爐來(lái)激活，其中E3 < E2。在這個(gè)實(shí)施例中，η緩沖區(qū)可對(duì)應(yīng)于由第一摻雜劑形成的第一摻雜區(qū)而P發(fā)射極可對(duì)應(yīng)于由第二摻雜劑形成的第二摻雜區(qū)。結(jié)構(gòu)化 P區(qū)可對(duì)應(yīng)于其他摻雜區(qū)。圖7圖解說(shuō)明了另一個(gè)實(shí)施例，其包括注入ρ摻雜劑以形成結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)，在二極管的情況下這是在形成η發(fā)射極之后而在IGBT的情況下是這在形成η緩沖區(qū)和ρ發(fā)射極之后。首先，在S71注入η摻雜劑至深度d2，導(dǎo)致峰摻雜分布S71-1。隨后，在S72通過(guò)第一激光退火來(lái)對(duì)由此形成的η發(fā)射極/n緩沖區(qū)進(jìn)行激光退火，導(dǎo)致形成類平臺(tái)的摻雜分布 S72-1。對(duì)于二極管的處理在S73繼續(xù)，其中隨后注入ρ摻雜劑，導(dǎo)致分布S73-1，在S74該 P摻雜劑在低溫下進(jìn)行爐內(nèi)退火。為了制造IGBT，S72之后進(jìn)行S75以注入ρ摻雜劑至深度d3，深度d3小于深度 d2，導(dǎo)致?lián)诫s分布S75-1。然后，可以在S76通過(guò)第二激光退火來(lái)激光退火由此注入的ρ發(fā)射極以獲得摻雜分布S76-1。在一個(gè)實(shí)施例中，可以省略S76。在兩種情況下，在S77a/S77b 將P摻雜劑注入至深度dl，深度dl大于深度d2。S77a/S77b對(duì)應(yīng)于二極管的S73。在情況 S77a中，雜質(zhì)分布以及因此摻雜分布S75-1保持峰狀。隨后，在S78a/78b執(zhí)行與S74的退火對(duì)應(yīng)的低溫退火，這在P發(fā)射極經(jīng)歷了激光退火的情況下僅激活結(jié)構(gòu)化P區(qū)或者如果沒(méi)有實(shí)施第二激光退火則激活第一和第三摻雜區(qū)兩者。無(wú)論哪種情況，結(jié)構(gòu)化P區(qū)的摻雜分布都是峰狀的。最后的低溫退火還對(duì)可能由P摻雜劑的深注入引起的缺陷進(jìn)行退火。第一激光退火使用能量E2，能量E2大于用于第二退火的能量E3。然而，能量E2不足以大得使襯底向下熔化至第一深度dl。在這個(gè)實(shí)施例中，用于形成η緩沖區(qū)的η摻雜劑的注入還可以被認(rèn)為是被注入至第一深度的第一摻雜劑。而且，用于注入P發(fā)射極的P摻雜劑可以被認(rèn)為是被注入至第二深度的第二摻雜劑。這要說(shuō)明的是，用于描述這些實(shí)施例的特定措詞不應(yīng)用來(lái)以限制的意義解釋權(quán)利要求。結(jié)合圖8描述另一個(gè)實(shí)施例。該過(guò)程始于步驟S81和S82，其分別涉及在深度dl 和d2注入ρ摻雜劑和η摻雜劑。注入的順序能夠根據(jù)特定需要加以選擇，但一般首先實(shí)施最深注入(P摻雜劑)以避免與已摻雜離子的干擾。所得到的雜質(zhì)分布由S81-1 (結(jié)構(gòu)化ρ 區(qū))和S82-1 (η發(fā)射極/n緩沖區(qū))表示。隨后，執(zhí)行共同的第一激光退火。由于用激光退火所獲得的摻雜分布不是完全平坦的，所以可能使用單一熔化激光退火對(duì)這兩個(gè)摻雜區(qū)進(jìn)行退火。如果被注入分布的峰值摻雜濃度處于不同的深度，則將形成pn結(jié)。已觀察到，雜質(zhì)分布之間的給定垂直距離確保了摻雜分布不會(huì)在激光退火期間完全混合。一般來(lái)講，相鄰摻雜區(qū)的雜質(zhì)分布的峰之間的垂直距離應(yīng)當(dāng)大于1/2( σ 1-σ 2)，其中σ 1和σ 2是雜質(zhì)分布曲線(distribution profile)在相應(yīng)雜質(zhì)濃度 cl = l/e*clpeak 和 c2 = l/e*c\eak 下的寬度，其中Clpeak和c2peak對(duì)應(yīng)于相應(yīng)雜質(zhì)分布的最大雜質(zhì)濃度。如果例如對(duì)于相應(yīng)雜質(zhì)分布假設(shè)高斯分布，則σ 1和σ 2對(duì)應(yīng)于相應(yīng)雜質(zhì)分布的標(biāo)準(zhǔn)差。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白， 注入分布一般不是高斯的而是非對(duì)稱的。對(duì)于η發(fā)射極/n緩沖區(qū)，激光退火后所得到的摻雜分布用S83-2表示而對(duì)于結(jié)構(gòu)化P區(qū)用S83-1表示。自表面開始，淺η發(fā)射極的摻雜濃度在急劇下降之前保持基本恒定至給定深度。與此不同的是，結(jié)構(gòu)化P區(qū)的濃度在靠近表面處因激光退火而顯著下降，并在與退火后其峰的位置對(duì)應(yīng)的位置處達(dá)到最大。因此，在這個(gè)實(shí)施例中使用利用能量El的共同激光退火，能量El足以將半導(dǎo)體襯底基本向下熔化至dl并且退火兩個(gè)摻雜區(qū)。為了完成IGBT，在S84通過(guò)淺注入把ρ摻雜劑注入至深度d3，導(dǎo)致峰狀的摻雜分布S84-1。隨后，或者在SSfe使用利用能量E3的第二激光退火以僅對(duì)ρ發(fā)射極進(jìn)行激光退火，或者在S^b使用低溫激活過(guò)程。第二激光退火導(dǎo)致形成類平臺(tái)的摻雜分布S85-1。能量E3小得足以把半導(dǎo)體襯底僅向下熔化至第三深度d3，這就避免影響已退火的摻雜分布 S83-2和S83-1以及尤其避免影響在結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)和η發(fā)射極/n緩沖區(qū)之間形成的pn結(jié)的位置。圖9和10所示的接下來(lái)的實(shí)施例僅涉及IGBT的制造。這兩個(gè)實(shí)施例均包括用于 η緩沖區(qū)和ρ發(fā)射極(即非常接近第二表面定位的摻雜區(qū))的共同激光退火過(guò)程。第一深注入能夠被單獨(dú)地激光退火或爐內(nèi)退火。圖9的實(shí)施例與圖4和5的實(shí)施例一樣始于在S91把ρ摻雜劑深注入至深度dl 以及在S92隨后利用能量El進(jìn)行激光退火，能量El足以將半導(dǎo)體襯底向下熔化至深度dl。 注入后的對(duì)應(yīng)雜質(zhì)分布由S91-1表示而激光退火后的摻雜分布由S92-1表示。隨后，把η摻雜劑和ρ摻雜劑注入到其相應(yīng)深度d2和d3 (S93和S94)，其中d3 < d2 < dl ；并且在S95執(zhí)行共同的激光退火過(guò)程。使用激光能量E2，其足以使半導(dǎo)體襯底向下熔化至第二深度d2。這導(dǎo)致形成η緩沖區(qū)的摻雜分布S95-2和ρ發(fā)射極的摻雜分布 S95-3。能量Ε2小于能量Ε1。
圖10的實(shí)施例始于連續(xù)注入η摻雜劑和P摻雜劑以分別在深度d2和d3形成η 緩沖區(qū)(例如第二摻雜區(qū))和P發(fā)射極(例如第三摻雜區(qū))。所得到的η緩沖區(qū)的摻雜分布由S101-1表示而ρ發(fā)射極的摻雜分布由S101-2表示。SlOl和S102對(duì)應(yīng)于圖9的S93和 S94。隨后，在S103執(zhí)行如圖9實(shí)施例的S95中那樣的共同激光退火。所得到的η緩沖區(qū)的摻雜分布由S103-2表示而ρ發(fā)射極的摻雜分布由S103-3表示。最后，通過(guò)在S104注入 P摻雜劑至深度dl以及用低溫活化過(guò)程將其激活(S105)，形成結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)(例如第一摻雜區(qū))。在一個(gè)實(shí)施例中，也可以首先注入P摻雜劑(第一摻雜劑)，接著注入η摻雜劑(第二摻雜劑)和P摻雜劑(第三摻雜劑)，使得深注入不會(huì)影響η緩沖區(qū)和P發(fā)射極的退火后的分布。在這種情況下，可以在注入第一摻雜劑之后或在η緩沖區(qū)和P發(fā)射極的激光退火之后， 直接執(zhí)行結(jié)構(gòu)化P區(qū)的低溫活化。結(jié)構(gòu)化P區(qū)的峰狀摻雜分布由S104-1表示。圖11所示的實(shí)施例也涉及IGBT的制造并且始于按此順序注入ρ摻雜劑至深度dl (Slll)、n摻雜劑至深度d2 (S112)和ρ摻雜劑至深度d3 (S113)。其他的注入順序也是可能的。然后，在Sl 14利用能量E3執(zhí)行ρ發(fā)射極的激光退火，所述能量E3被調(diào)整以將半導(dǎo)體襯底僅向下熔化至約深度d3。P發(fā)射極的激光退火后的摻雜分布由S114-1表示而結(jié)構(gòu)化P區(qū)的峰狀雜質(zhì)分布由Slll-I表示以及η緩沖區(qū)的雜質(zhì)分布由S112-1表示。最后，使用低溫退火S115來(lái)激活η緩沖區(qū)和結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)的摻雜劑。在圖11的實(shí)施例中，激光退火僅用來(lái)退火可以與第一或第二摻雜區(qū)對(duì)應(yīng)的ρ摻雜劑，用以形成P發(fā)射極；而其他摻雜區(qū)僅通過(guò)低溫退火來(lái)退火。因此，Slll和S112也可以在S114后但在S115之前。圖4 一 11所示的實(shí)施例的描述使用比如第一、第二和第三摻雜劑以及第一、第二和第三深度之類的特定語(yǔ)言。這種特定語(yǔ)言僅用于說(shuō)明性目的而不是約束所附的權(quán)利要求。這里應(yīng)當(dāng)提醒的是，圖4 一 11所示的實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)化ρ區(qū)對(duì)應(yīng)于圖IA和2Α的結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)5、25，而η緩沖區(qū)/n發(fā)射極對(duì)應(yīng)于圖IA的η發(fā)射極6或圖2Α中的η緩沖區(qū)沈。而且，P發(fā)射極對(duì)應(yīng)于圖2Α的ρ發(fā)射極觀。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，圖4 一 11所示的過(guò)程也能夠用于制造與二極管和IGBT不同的其他器件。例如，垂直FET或晶閘管也能夠受益于所描述的方法。根據(jù)其他實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體襯底，其包括第一表面和第二表面，其中第二表面與第一表面相對(duì)布置。第一摻雜劑被在第二表面處引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第一深度處。第二摻雜劑被在第二表面處引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第二深度處，其中第一深度大于第二深度。通過(guò)把至少一個(gè)激光束脈沖引導(dǎo)到第二表面上以使第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少第一激光退火。根據(jù)另外的實(shí)施例，第二摻雜劑是在第一摻雜劑之后引入的。而且，第一激光退火是在引入第一摻雜劑之后且在引入第二摻雜劑之前執(zhí)行的。在其他實(shí)施例中，通過(guò)把至少另一激光束脈沖引導(dǎo)到第二表面上以使第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少第二激光退火，其中第二激光退火是在引入第二摻雜劑后執(zhí)行的。此外，第一激光退火的激光束脈沖是用第一能量密度執(zhí)行的，而第二激光退火的激光束脈沖是用第二能量密度執(zhí)行的，其中第一能量密度大于第二能量密度。在其他實(shí)施例中，第一摻雜劑是在引入第二摻雜劑之后且在執(zhí)行第一激光退火之后引入的。在另外實(shí)施例中，第一激光退火是在把第一和第二摻雜劑引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)后執(zhí)行的。在其他實(shí)施例中，提供一種半導(dǎo)體襯底，其包括第一表面和第二表面，其中第二表面與第一表面相對(duì)布置。第一摻雜劑被在第二表面處引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第一深度處。通過(guò)把至少一個(gè)激光束脈沖引導(dǎo)到第二表面上以使第二表面處的半導(dǎo)體襯底至少部分地熔化，來(lái)執(zhí)行至少激光退火。 第二摻雜劑被在第二表面處引入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)以使得其在半導(dǎo)體襯底中的峰值摻雜濃度位于相對(duì)于第二表面的第二深度，其中第一深度大于第二深度。在引入第一和第二摻雜劑后并且在執(zhí)行激光退火后，執(zhí)行至少非熔化退火。在另外的實(shí)施例中，激光退火是在引入第一摻雜劑后且在引入第二摻雜劑前執(zhí)行的。在其他實(shí)施例中，第二摻雜劑是在第一摻雜劑之前引入的，而激光退火是在引入第二摻雜劑之后且在引入第一摻雜劑之前執(zhí)行的。在其他實(shí)施例中，激光退火是在引入第一和第二摻雜劑之后執(zhí)行的。圖12圖解說(shuō)明了用不同激光能量退火的摻雜區(qū)的摻雜分布之間的比較。兩個(gè)摻雜區(qū)都是用相同注入能量和相同注入劑量注入的。濃度分布是通過(guò)SIMS(次級(jí)離子質(zhì)譜法) 獲得的并且摻雜分布是通過(guò)SRP (擴(kuò)展電阻分布)獲得的。利用SIMS，能夠確定摻雜劑的化學(xué)或雜質(zhì)濃度，而SRP測(cè)量用來(lái)確定電激活摻雜劑的比例。在這兩個(gè)示例中，熔化深度大致對(duì)應(yīng)于鄰近形成類平臺(tái)區(qū)域的基本恒定的摻雜濃度區(qū)的摻雜濃度急降的開始。XeCl準(zhǔn)分子激光器的約150 ns短激光脈沖用來(lái)退火這些樣品。指示了相應(yīng)退火所用的激光能量密度。 如從圖12顯而易見(jiàn)的，活化比幾乎為100%。濃度下降的位置顯然取決于熔化深度。相信而不希望依靠理論，被注入的雜質(zhì)大體均勻地分布在半導(dǎo)體襯底的熔化部分內(nèi)，以致在最大熔化深度處形成下至由注入所限定的摻雜濃度的急降。這可能是熔化前沿(advancing melting front)把所注入的雜質(zhì)朝更大深度“推進(jìn)”的結(jié)果。為了比較，參照?qǐng)D13，其圖解說(shuō)明了樣品在800°C下經(jīng)受兩小時(shí)爐內(nèi)退火的SIMS 和SRP分布。使用與圖12的樣品相同的注入能量和注入劑量。SIMS分布中所示的小峰顯然對(duì)應(yīng)于注入深度。當(dāng)比較圖12和圖13時(shí)，顯而易見(jiàn)的是激光退火的活化比高于爐內(nèi)退火的活化比。而且，圖13圖解說(shuō)明了由擴(kuò)散造成的注入雜質(zhì)的典型緩降。利用激光退火， 能夠生成類平臺(tái)的分布；平臺(tái)的寬度能夠由照射的激光能量來(lái)控制。圖14圖解說(shuō)明了用于確定在不同激光脈沖持續(xù)時(shí)間下作為深度的函數(shù)的襯底溫度上升的仿真結(jié)果。如圖所示，很短的脈沖把溫度上升限制到靠近被照射表面的區(qū)。在這一仿真中，使用如下邊界條件在被照射表面處的溫度達(dá)到并保持在1400°C，這對(duì)應(yīng)于Si 的熔化溫度。然而，假設(shè)在被照射表面處的溫度可以超過(guò)該熔化溫度。圖15A圖解說(shuō)明了利用注入能量Eimpll而不經(jīng)受任何退火的淺注入的雜質(zhì)分布 (SIMS)。圖15B圖解說(shuō)明了激光退火后的濃度分布(SIMS)。與此不同的是，圖15C圖解說(shuō)明了對(duì)于利用注入能量Ehnpl2的注入在激光退火后的濃度分布(SIMS)，E_12約為E^511的三倍大。在這兩種情況下，使用相同的激光能量和脈沖持續(xù)時(shí)間。當(dāng)比較圖15B和15C時(shí)，相同的熔化深度可以由陡降開始的位置來(lái)識(shí)別，該位置在約0.25μπι。圖15C圖解說(shuō)明了獲得深注入的明顯的類平臺(tái)的濃度分布而對(duì)于淺注入認(rèn)不出這種明顯的平臺(tái)形狀。如果淺注入例如是η摻雜而深注入是ρ摻雜，則用于淺注入和深注入的共同激光退火會(huì)導(dǎo)致形成ρη 結(jié)，原因是在這個(gè)特定示例中對(duì)于大于約0. 15 μ m的深度而言，深注入的摻雜濃度超過(guò)淺注入的摻雜濃度。利用淺注入和深注入的共同激光退火來(lái)形成Pn結(jié)已得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖16圖解說(shuō)明了所照射的激光能量密度對(duì)熔化時(shí)間的影響，示出了在約為150 ns的恒定脈沖持續(xù)時(shí)間的條件下對(duì)于不同激光能量密度的熔化時(shí)間的測(cè)量。再次使用 XeCl準(zhǔn)分子激光器。每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的測(cè)量。如變得顯而易見(jiàn)的，熔化持續(xù)時(shí)間隨著激光能量密度的增大而增大。這一測(cè)量還表明在被照射表面處的溫度可能超過(guò)熔化溫度，原因在于熔化時(shí)間大大超過(guò)了 150 ns的脈沖持續(xù)時(shí)間。因此，必須在熔化的襯底部分內(nèi)“存儲(chǔ)”足夠的能量以使得半導(dǎo)體熔化長(zhǎng)于脈沖持續(xù)時(shí)間。因此假設(shè)所照射的表面以及由此在脈沖持續(xù)時(shí)間期間熔化的半導(dǎo)體襯底的部分相對(duì)于熔化溫度是過(guò)熱的。這種假設(shè)還能解釋高能激光退火為何導(dǎo)致形成明顯的平臺(tái)。因此，即使在恒定的脈沖持續(xù)時(shí)間的條件下，通過(guò)適當(dāng)選擇激光能量，也能夠調(diào)整熔化持續(xù)時(shí)間。圖17圖解說(shuō)明了熔化時(shí)間的確定。弱探測(cè)激光器(例如HeNe激光器)的激光束用來(lái)測(cè)量被照射表面的反射率。由于熔化的Si與固化Si相比具有顯著提高的反射率，所以反射率的變化能夠用作度量。熔化時(shí)間被定義為反射率超過(guò)最大反射率的50%的持續(xù)時(shí)間。更具體而言，如果非熔化襯底的反射率為Rl而熔化襯底的反射率為R2，則熔化持續(xù)時(shí)間被定義為所測(cè)量的反射率R超過(guò)Rl+IAMI^-Rl)的時(shí)間。圖17圖解說(shuō)明了對(duì)于不同激光能量密度所確定的熔化時(shí)間的兩個(gè)示例。如薄層電阻測(cè)量所驗(yàn)證的，注入雜質(zhì)的活化也隨著激光能量密度的升高而增大， 如圖18所示。薄層電阻越小，所激活的注入雜質(zhì)就越多。圖19圖解說(shuō)明了根據(jù)圖6所示的實(shí)施例、利用順序S61-S62-S63-S64_S6fe制造的IGBT的摻雜分布。由SRP獲得的摻雜分布圖解說(shuō)明了所得到的絕對(duì)凈摻雜|p-n|。因此，局部最小值對(duì)應(yīng)于所形成的pn結(jié)的位置。通過(guò)利用這種示出絕對(duì)凈摻雜|p-n|的表示， 不能重現(xiàn)類平臺(tái)的摻雜區(qū)。高摻雜的P發(fā)射極E和η緩沖區(qū)B是利用使用不同能量密度的單獨(dú)激光退火過(guò)程來(lái)退火的，如圖6所示的實(shí)施例中所描述的。結(jié)構(gòu)化ρ摻雜區(qū)P在低溫下被爐內(nèi)退火。圖20Α和20Β圖解說(shuō)明了吸收與所用輻射波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。由于較短波長(zhǎng)比較長(zhǎng)波長(zhǎng)(例如大于500 nm)被更強(qiáng)地吸收，所以具有短波長(zhǎng)的輻射源一般用來(lái)確保所照射的能量被吸收在半導(dǎo)體襯底的最上區(qū)內(nèi)以避免加熱深襯底區(qū)。上面圖解說(shuō)明的示例采用Si作為半導(dǎo)體材料。然而，這不應(yīng)當(dāng)視為對(duì)本文所述實(shí)施例的限制。如本文所描述的實(shí)施例允許在低深度(約幾十到幾百納米)高效地制作ρ發(fā)射極、η 緩沖區(qū)和結(jié)構(gòu)化P區(qū)而幾乎沒(méi)有任何注入缺陷。而且，前(第一)和后(第二)表面能夠彼此獨(dú)立地進(jìn)行處理，原因在于后表面處的摻雜區(qū)的退火和活化不會(huì)影響前表面處的摻雜區(qū)和功能層。這些實(shí)施例還能夠與HDR原理組合，HDR原理采用注入衰減(injection damping) 方式來(lái)減少器件周圍區(qū)中的電荷載流子注入。而且，能夠制作這樣的背面發(fā)射極，其幾乎沒(méi)有任何缺陷且能夠防止在器件的強(qiáng)動(dòng)態(tài)負(fù)載下反向特性曲線的惡化。如本文所描述的，這些實(shí)施例允許減小在減薄后表面的半導(dǎo)體襯底后實(shí)施的過(guò)程數(shù)量。而且，所采用的激光能量的變化能夠用來(lái)制造后表面處的摻雜區(qū)的臺(tái)階似 (step-like)的布置。此外，深布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的摻雜區(qū)能夠不用深度熔化而僅通過(guò)使用與激光退火相關(guān)聯(lián)的溫度上升來(lái)激活或者通過(guò)附加的低溫爐內(nèi)退火來(lái)激活。pn結(jié)還能夠在注入具有兩種相反導(dǎo)電類型的不同摻雜劑之后使用單一或共同激光退火來(lái)形成。本文所描述的實(shí)施例能夠用于制造具有從約300V到約13000V及以上的阻斷電壓的功率器件。軟化度的改進(jìn)能夠用于許多不同的器件，比如二極管、IGBT和晶閘管。例如， 當(dāng)利用具有波長(zhǎng)為約307 nm、脈沖持續(xù)時(shí)間為約150 ns且輻射能量密度為約4 J/cm2的激光束時(shí)，能夠可靠地形成下至約300 nm到約500 nm的深度的退火激活的半導(dǎo)體區(qū)。例如通過(guò)改變輻射能量密度，能夠靠近被輻射表面以及在半導(dǎo)體襯底的深度內(nèi)制作具有厚度 (垂直延伸)在約50 nm和約Ιμπι之間的激活退火的半導(dǎo)體區(qū)。另一個(gè)選擇是通過(guò)增大脈沖持續(xù)時(shí)間和/或激光脈沖數(shù)量來(lái)改變輻射持續(xù)時(shí)間。造成半導(dǎo)體襯底的至少部分熔化的激光退火導(dǎo)致形成摻雜劑的特有類平臺(tái)分布， 這能夠例如用于制造陰極發(fā)射體和/或比如結(jié)構(gòu)化P摻雜區(qū)的隱埋式結(jié)構(gòu)化區(qū)。激光退火能夠通過(guò)SIMS測(cè)量或SRP測(cè)量得以驗(yàn)證。換言之，提供了一種高壓功率半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括與其背面緊鄰的至少兩個(gè)摻雜區(qū)，其中至少一個(gè)區(qū)域是用熔化激光退火來(lái)退火的。而且，提供了一種高壓功率半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括與其背面緊鄰的至少兩個(gè)摻雜區(qū)，其中至少其中一個(gè)摻雜區(qū)是用熔化激光退火來(lái)退火的。上面的書面描述使用特定實(shí)施例來(lái)公開該發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用該發(fā)明。雖然按照不同特定實(shí)施例描述了該發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)能夠修改本發(fā)明。特別是，上面描述的實(shí)施例的相互非排它的特征可以彼此組合。專利性范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的其他示例。如果它們具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言相同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括等效的結(jié)構(gòu)元件而僅與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言有非實(shí)質(zhì)區(qū)別，則這些其他示例旨在落入權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。盡管本文圖解說(shuō)明和描述了特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)明白各種替代方案和/或等效實(shí)施方式可代替所示和描述的特定實(shí)施例而不偏離本發(fā)明的范圍。本申請(qǐng)旨在覆蓋本文所討論的特定實(shí)施例的任何改編或變型。因此，本發(fā)明意欲只由權(quán)利要求書及其等效物限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括包括第一表面(11)和第二表面(12)的半導(dǎo)體襯底(1 )，該第二表面與該第一表面相對(duì)布置；該第一表面(11)上的至少金屬化層(13)；接近于該第二表面(12)的至少ρ摻雜區(qū)(5，25)；接近于該第二表面(12)的至少η摻雜區(qū)(6，沈)，其中所述ρ摻雜區(qū)和η摻雜區(qū)(5，25， 6,26)包括位于相對(duì)于該第二表面(12)的不同深度的相應(yīng)峰值摻雜濃度；和在所述P摻雜區(qū)和η摻雜區(qū)之間形成的ρη結(jié)(J4)；其中所述P摻雜區(qū)(5，25)當(dāng)投影到該第二表面上時(shí)是以下兩者之一連通區(qū)，其包括完全被該P(yáng)摻雜區(qū)包圍的具有η導(dǎo)電類型的部分(7，27);和單連通區(qū)，其與該半導(dǎo)體襯底的橫向邊緣至少部分隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，P摻雜區(qū)、η摻雜區(qū)中之一或者這兩個(gè)摻雜區(qū)被激光退火。
3.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供包括第一表面(11)和第二表面(12)的半導(dǎo)體襯底(1 )，該第二表面與該第一表面相對(duì)布置；在該第一表面(11)上形成至少金屬化層(13 )；通過(guò)將第一摻雜劑引入到第二表面(12)中來(lái)形成接近于第二表面(12)的具有第一導(dǎo)電類型的至少第一摻雜區(qū)(5，25)；通過(guò)將第二摻雜劑引入到第二表面(12)中來(lái)形成接近于第二表面(12)的具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的至少第二摻雜區(qū)(6，26)，其中第一和第二摻雜區(qū)(5，25， 6，26)包括位于相對(duì)于第二表面(12)的不同深度的相應(yīng)峰值摻雜濃度，其中ρη結(jié)(J4)形成在第一和第二摻雜區(qū)之間；其中，第一摻雜區(qū)(5，25)在投影到該第二表面上時(shí)是以下兩者之一連通區(qū)，其包括完全被第一摻雜區(qū)包圍的具有第二導(dǎo)電類型的部分(7，27);和單連通區(qū)，其與該半導(dǎo)體襯底的橫向邊緣至少部分隔開。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括用于對(duì)第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)中的至少之一或者對(duì)這兩種摻雜區(qū)進(jìn)行退火的至少一次激光退火。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一次激光退火使該第二表面(12)處的所述半導(dǎo)體襯底(1)至少部分地熔化，以激活該第一和/或第二摻雜劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，包括包括第一表面(11)和第二表面(12)的半導(dǎo)體襯底(1)，該第二表面與該第一表面相對(duì)布置；該第一表面(11)上的至少金屬化層(13)；接近于該第二表面(12)的至少p摻雜區(qū)(5，25)；接近于該第二表面(12)的至少n摻雜區(qū)(6，26)，其中所述p摻雜區(qū)和n摻雜區(qū)(5，25，6，26)包括位于相對(duì)于該第二表面(12)的不同深度的相應(yīng)峰值摻雜濃度；和在所述p摻雜區(qū)和n摻雜區(qū)之間形成的pn結(jié)(J4)；其中所述p摻雜區(qū)(5，25)當(dāng)投影到該第二表面上時(shí)是以下兩者之一連通區(qū)，其包括完全被該p摻雜區(qū)包圍的具有n導(dǎo)電類型的部分(7，27)；和單連通區(qū)，其與該半導(dǎo)體襯底的橫向邊緣至少部分隔開。
文檔編號(hào)H01L21/268GK102176416SQ20111010211
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者F·-J·尼德諾斯泰德, F·昂巴克, H·-P·費(fèi)爾斯?fàn)? H·舒爾澤, M·普法芬萊納, T·古特 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司