[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件。

背景技术

通常，半导体器件包括具有多个半导体区域的硅衬底。根据该多个半导体区域的构造和位置关系，半导体器件被称作IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或者二极管。半导体器件还包括一对主电极，其中，主电极之一(表面电极)被形成在硅衬底的顶表面上，而另一个主电极(反向电极)被形成在硅衬底的底表面上。为了将半导体器件焊接到陶瓷衬底，反向电极可以包括多个导体层。

日本专利早期公开H10-163467公开了一种半导体器件，其包括硅衬底和集电极(反向电极的一个实例)，其中集电极包括多个导体层。集电极包括第一导体层、第二导体层和第三导体层。第一导体层与硅衬底的底表面接触，并包括铝。第二导体层与第一导体层接触，并包括钛。第三导体层通过第二导体层而与第一导体层分离开，并包括镍。第一导体层可以改善硅衬底表面和集电极之间的电接触性能。第二导体层可以改善第一导体层和第三导体层之间的粘附性能，并且还可以防止第三导体层中的镍扩散到第一导体层中。第三导体层可以改善集电极和焊料之间的粘附性能。

当这种半导体器件被焊接到陶瓷衬底上时，在焊料被熔合到集电极上时，半导体器件受热。通常，在熔合焊料时的温度被调节到200℃到450℃之间，使得该热量不会影响半导体器件的表面结构(诸如由铝制成的表面电极或钝化掩模)。然而，即使温度被调节到这样的范围内，存在于硅衬底中的硅的一部分将扩散到第一导体层中。在此情况下，多个凹陷(void)被形成在硅衬底的表面中，而第一导体层中的铝渗透到凹陷中。结果，在硅衬底和第一导体层之间的边界上形成多个铝尖刺。

发明内容

在本说明书所描述的技术中，第一导体层初始掺杂有硅。因为第一导体层包含硅，所以从硅衬底到第一导体层中的硅扩散可以被抑制。因而，铝尖刺的形成也可以被抑制。

为了进一步抑制铝尖刺的形成，发明人研究了用于半导体器件中的电极的类型。结果，发明人发现，包含高浓度硅的区域位于第一导体层和第二导体层之间的边界的周围。该包含高浓度的硅的区域被认为是第一导体层中的硅与第二导体层中的钛结合的结果。就是说，第一导体层中的硅的比例被认为朝向第二导体层侧再分布，于是在第一导体层和第二导体层之间的边界处，硅强烈地结合到第二导体层中的钛。因而，第一导体层中的硅浓度沿第一导体层的深度变化，使得硅浓度在硅衬底侧处较低。在硅衬底侧处第一导体层的较低的硅浓度被认为激活了硅到第一导体层中的扩散。

本发明人还考虑了形成在硅衬底的表面上的天然氧化物。利用目前的制造技术，天然氧化物必然被形成在硅衬底的表面上。天然氧化物具有不均匀的厚度。人们认为，由于天然氧化物的不均匀厚度而形成铝尖刺。

本发明人可以提供一种技术，用于根据上述的新的技术知识，进一步抑制铝尖刺的形成。

在本说明书所描述的技术中，半导体器件包括：硅衬底，其具有用于将所述硅衬底焊接到陶瓷衬底上的表面；和电极，其与所述硅衬底的所述表面进行接触。所述电极包括：第一导体层、第二导体层和第三导体层。第一导体层与所述硅衬底的所述表面进行接触，并包括铝和硅。第二导体层与所述第一导体层进行接触，并包括钛。第三导体层通过所述第二导体层而与所述第一导体层分离，并包括镍。此组成具有过去没有被认识到的特定技术优点。因为第一导体层掺杂有硅，所以从硅衬底到第一导体层中的硅扩散可以被抑制。因而，铝尖刺的形成也可以被抑制。

在本说明书所描述的技术中，可以提供用于改善上述半导体器件的其它措施。结果，本说明书所描述的技术可以提供显著抑制了铝尖刺的形成的半导体器件。

在应用了所述其它措施的一个半导体器件中，优选的是，第一导体层的厚度大于或等于600nm。

在其中第一导体层的厚度大于或等于600nm的情况下，即使第一导体层中在第二导体层侧处的硅朝向第一导体层和第二导体层之间的边界再分布，第一导体层中在硅衬底侧处的硅也很少再分布。因此，在将半导体器件焊接到陶瓷衬底期间，在热被施加到电极之前和之后，都可以保持第一导体层中在硅衬底侧处的硅浓度。在上述的半导体器件中，在硅衬底表面处的铝尖刺的形成可以被抑制。

在应用了所述其它措施的另一个半导体器件中，优选的是，第一导体层中的硅浓度沿所述第一导体层的厚度变化，使得硅浓度在从与所述硅衬底进行接触的表面到与所述第二导体层进行接触的表面之间的深度范围中的一部分处减小。在此情况下，优选的是，与所述硅衬底进行接触的所述表面和在所述第一导体层中硅浓度最小处的深度之间的距离大于或者等于50nm。