[发明专利]高性能半导体结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造，特别涉及有多个连接层的半导体结构的制造方法。

背景技术

半导体器件(semiconductor device)是利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件。通常，这些半导体材料是硅、锗或砷化镓，可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称“IGBT”)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，简称“MOSFET”)是两种常用的半导体器体，属于垂直型半导体器件。垂直型半导体器件中具有如图1所示的半导体结构。下面对该半导体结构进行介绍：

区域1为核心结构，通常是硅，也可以是其他半导体材料，如锗或锗与硅的化合物等；其中1A为P型或N型掺杂区域，厚度通常为100纳米到10微米，表面掺杂浓度为10¹⁵～10²⁰/cm³；1B为低掺杂的漂移区，厚度为1微米到1毫米，掺杂浓度为10¹²～10¹⁷/cm³；1C为表面元胞，可以是金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，简称“MOS”)或二极管结构。

区域2-5为连接层，作用是将区域1中的材料连接到外部(如焊接底板等)，其成分一般为金属，如铝，铜，钛，钽，镍，铬，铅，银，金等。

区域2的作用是与区域1接触，在后续工艺步骤中与区域1发生反应，形成区域T12。区域T12的作用是作为区域1和区域2的连接层，保证两者紧密连接并有良好的欧姆接触，减小接触电阻。通常区域2为铝、钛等金属薄膜，厚度为10纳米到1微米。

区域5的作用是作为外部(如焊接底板等)与本半导体结构的良好接触层，保证两者能紧密焊接在一起并具有良好导电性和可靠性。通常区域5为铅，银，金等良导体薄膜，厚度为100纳米到1微米。

区域4的作用是将区域5紧密粘结到区域3，保证他们紧密连接并具有良好导电性。通常区域4为镍，铬等难熔金属薄膜，厚度为10纳米到1微米。

区域3的作用是作为区域2与区域4的过渡层，保证两者能紧密连接并具有良好导电性。通常区域3为钛，钽等难熔金属薄膜，厚度为10纳米到1微米。

目前已知，如果T12层为AlSi合金层，且区域1A厚度降至100纳米到500纳米时，能够获得具有透明发射极的IGBT器件或具有良好欧姆接触的MOSFET、二极管器件，从而得到具有大电流能力和低功耗优良特性的半导体器件。

目前得到上述半导体结构的传统工艺流程如图2所示。

在步骤201中，制作区域1中1B和1C。

此后进入步骤202，对步骤201完成后的半导体结构进行P型或N型离子注入。

此后进入步骤203，通过蒸发或溅射方式沉积区域2。

此后进入步骤204，通过蒸发或溅射方式沉积区域3。

此后进入步骤205，通过蒸发或溅射方式沉积区域4。

此后进入步骤206，通过蒸发或溅射方式沉积区域5。

此后进入步骤207，对步骤206的结果进行高温热处理，使区域2与区域1的接触面发生化学反应形成区域T12，同时，区域1A中P型或N型杂质被激活，最终形成所需要的区域1A。

该传统工艺的主要问题在于：在形成所需的区域T12(AlSi合金层)和区域1A(厚度为100纳米到500纳米)的同时会极大地损坏区域4和区域5(在步骤207中区域4和区域5会被氧化，电阻率急剧增大)，导致区域4和区域5电阻明显增大，则整个半导体器件失去了大电流能力，功耗也会急剧增大，无法实现高性能。其主要原因在于，在步骤207的高温环境下，区域4和区域5的金属材料很容易在高温下发生氧化。

目前的一个解决办法是采用新型设备及新工艺。例如，采用特殊设备，保证进行高温热处理步骤时设备中氧含量极低，从而降低区域4和区域5被氧化的程度，在形成所需的区域T12和区域1A的同时不损坏半导体结构的其他区域，进而实现高性能半导体结构。

采用新设备及新工艺的问题在于：制造成本会明显增加，且成品率很低。具体地说：

首先，新设备本身成本很高。将氧含量降至所需的低水平需要添加新硬件并耗费大量能量和化学品，通常设备本身价格在百万美元左右，每次加工所需的额外成本高达数万元人民币，最终导致本半导体结构制作成本至少上升15％。