[发明专利]半导体主体有掺杂材料区域的元器件和生成该区域的方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种在半导体主体中具有延伸的掺杂材料区域的半导体元器件，其掺杂材料浓度有较小的变化。实施施例特别是涉及具有这种掺杂材料区域的功率半导体元器件。另外，本发明的实施例还涉及一种用于在半导体中生成这种掺杂材料区域的方法。 

背景技术

所有半导体元器件中都需要位于半导体主体内的掺杂材料区域。对于一些应用来说，需要自身延伸到半导体主体内的深处或自身位于半导体主体内的深处的掺杂材料区域。对此例如IGBT或二极管的场截止区。这种场截止区、即半导体主体内深处的掺杂增多的区域的生成，例如已在DE 102004 047 749 A1中作了描述。 

特别是在半导体片直径较小（≤6吋）或厚度大于200μm时，通常通过扩散来生成场截止区。另外，例如为了生成作为场截止区的n掺杂材料区域，需要使磷原子或硒原子扩散到半导体主体中。此时，通常得出具有高斯分布或在半导体主体中的渗透深度典型地在1μm至30μm之间的掺杂材料分布。 

必须在温度较低时根据半导体片厚度和半导体片直径生成的场截止区通常通过注入质子来生成。此时，为了形成理想的n掺杂的场截止区，通常400°C范围内的温度就已经足够。但此时的缺点是，由此产生的场截 止区的掺杂分布具有明显的波动性。这可能会在例如由IGBT实现的断路过程中例如导致电流和电压特性曲线中斜率不期望地变化。另外，在有些情况下，掺杂分布的波动性可能会对断路过程的挠性造成负面影响。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有掺杂材料浓度变化小的掺杂材料区域、特别是场截止区的半导体元器件。另外还要提供一种用于生成这种位于半导体主体中的掺杂材料区域的方法。 

独立权利要求1、并列的权利要求10和并列的权利要求14说明了本发明的特征。本发明的改进方案位于从属权利要求中。 

以下对本发明的实施例作进一步说明。但本发明不局限于具体描述的实施方式，而是可以通过适当的方式加以修改和变化。为了实现符合本发明的其它实施方式，本发明的范畴也包括将一种实施方式的单个特点和特点组合与另一种实施方式的特点和特点组合适当地组合在一起。 

本发明的一种实施方式为，半导体元器件具有带有第一侧和与第一侧相对的第二侧的半导体主体以及位于半导体主体中的掺杂材料区域。此时，这个掺杂材料区域通过由氧/空穴-复合体组成的掺杂材料构成，沿着从第一侧向第二侧的方向延伸经过长度至少为10μm的部段L，并且经过该部段L具有从1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3的范围中的氧浓度。在另一个实施方式中，经过部段L的掺杂材料区域具有在从2x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3的范围中的氧浓度。在另一个实施方式中，经过部段L的掺杂材料区域具有在从3x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3的范围中的氧浓度。 

掺杂材料区域中特定的氧浓度可以形成通过氧/空穴-复合体组成的掺杂材料。在此，氧/空穴-复合体是一种产物，其还包括作为组成部分的氧，同时，氧没有进入具有该复合体的其它成分的化学键。通过使这一特 定氧浓度遍及整个部段L，可以在形成氧/空穴-复合体的基础上经过部段L均匀地形成掺杂材料。因此可以提供掺杂材料浓度变化较小的掺杂材料区域。掺杂材料区域例如具有掺杂材料浓度，其沿着部段L最多变化了15个系数（或因数Faktor），此外例如变化了10个系数，再例如变化了3个系数。 

在本发明的一个实施方式中，半导体主体至少部分地由直拉半导体材料、并且优选地由磁性直拉材料构成。直拉半导体材料是经过直拉法从熔融状态中获得的半导体材料，大量购买可以降低成本。使用磁性直拉材料可以在晶体生长过程中有针对性地通过施加外部磁场来降低氧浓度。 

另一个实施方式为，半导体主体至少部分地由浮区半导体材料构成。浮区半导体材料的特点是，半导体材料可以迅速熔化，然后重新凝结为单晶体。浮区半导体材料的纯度非常高。 

在本发明的一个实施方式中，半导体主体包括半导体材料外延层。半导体材料外延层可以在单晶的基底上通过将气相中的半导体材料原子布置在基底的晶格上而生成。通过有目的地控制气体成分，外延层可以在其成分方面按照理想的方式进行变化。