[发明专利]功率半导体器件和用于生产这种器件的无荫罩的方法

说明书

一种功率半导体器件包括：具有有源区(AR)和横向围绕有源区的终端区(TR)的晶片(2)；终端区中的浮置场环；包括减少载流子寿命的缺陷的寿命控制区；和晶片上的保护层(6)。保护层覆盖终端区，并包括薄部分(61)和横向围绕薄部分的厚部分(62)。厚部分覆盖浮置场环。寿命控制区(5)在横向方向上延伸穿过有源区，并且在终端区中延伸穿过被薄部分覆盖的部分，并且不在被厚部分覆盖的部分中。根据制造方法，使用保护层(6)作为照射掩模，通过利用离子照射晶片(2)来形成寿命控制区。

背景技术

功率半导体器件(例如功率二极管)通常包括晶片，该晶片包括与晶片的主表面中的一个主表面相邻的具有p型导电性的阳极层，与阳极层直接接触以形成pn结的、具有n型导电性的基底层，以及与晶片的另一主表面相邻的、并且具有n型导电性的、具有比基底层更高的掺杂浓度的阴极层。阳极层和阴极层通常通过注入掺杂剂和随后将掺杂剂扩散到n型半导体衬底中来形成。阴极层和阳极层在其外侧覆盖有金属层，从而形成用于电接触半导体器件的电极。阴极层和阴极电极通常延伸到器件的物理边缘。另一方面，阳极层必须在距边缘一定距离处终止，以便能够支持反向偏置时的电场。通常，这是通过将p型阳极层限制到器件的中心部分来实现的。阳极电极和阴极电极之间的区域通常被定义为半导体器件的有源区，并且它由通常被定义为终端区的圆周区域横向包围。

场限制的结终端区可以形成在终端区中，例如在终端区的圆周部分中。结终端区可以包括与晶片的阳极侧表面相邻的多个浮置场环。浮置场环中的每一个浮置场环可以是p型的环形半导体区，其横向围绕有源区和阳极层并与基底层形成第二pn结。浮置场环通常在横向方向上彼此隔开，并且通过n型基底层彼此分离。浮置场环有时也称为保护环。

由于例如在EP 1 909 332 A1中描述的已知效应，功率半导体器件可能需要在有源区中进行局部寿命控制以获得阻断状态、开关状态和传导状态下的优化的电气性质。因此，可以在晶片的阳极侧表面附近生成寿命控制区。这个寿命控制区包括缺陷，该缺陷形成复合中心，其可以局部降低少数载流子寿命。例如，这种缺陷可以通过如下方式来生成：在实现半导体器件之前通过热扩散将杂质原子(通常是重原子，如金或铂)引入到外延层中，或者通过利用高能电子或离子(如氢离子或氦离子)照射阳极侧表面，从而在特定深度处注入这些离子并因此形成电活性缺陷。这些局部照射缺陷通常降低关断期间半导体器件中生成的峰值电压(也称为反向恢复峰值)，并可能改善安全操作区域(SOA)。

当生成寿命控制区时，由于程序原因，晶片的整个阳极侧表面通常都利用这种寿命控制区形成离子来照射。然而，已经观察到，延伸到终端区的圆周部分中(例如，延伸到结终端区中)的寿命控制区的一部分可能负面地影响半导体器件的电气特性。

为了防止或减少到终端区的圆周部分中的这种离子注入，这个圆周部分常规地由荫罩(shadow mask)覆盖。因此，荫罩应被定位成在注入过程期间可再现性地覆盖和保护终端区的圆周区，同时保留包括阳极层的中心区域不被覆盖，使得在这个区域中可以通过离子注入生成寿命控制区。然而，这种荫罩的正确定位是困难的，并且可能实现的是小于几百微米的相对低的对准精度。在生产期间荫罩的未对准阻止了终端区的圆周部分被适当地保护免受照射的影响，并且可能负面地影响半导体器件的安全操作区域(SOA)和/或阻挡能力。而且，当离子束以相对于晶片的表面一角度，即以相对于表面法线倾斜的角度照射时，未对准的掩模的负面影响可能会恶化，如常规照射设施中的情况那样。

为了对这一点进行改进，从EP 2 339 613 A1已知如下构思：在阳极层和结终端区之间提供间隔件区，从而将二极管的有源区与结终端区间隔开并电分离。当间隔件区的宽度足够大时，在离子注入期间荫罩的精确对准变得问题较少，并且可以防止寿命控制区生成离子而注入到终端区的圆周部分中。然而，具有这种间隔件区将导致终端区的增加的尺寸，并且因此导致每个芯片的较少的有源区。而且，特别是当使用金属荫罩时，当在注入前定位荫罩或在注入后去除荫罩时，存在机械损坏位于下面的表面的一定风险，对性能有负面影响。