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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Feldringen
bei Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Thyristoren, Dioden,
MOSFETs oder IGBTs.
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Halbleiterbauelemente
der genannten Art weisen in der Regel einen pn-Übergang zwischen zwei komplementär zueinander
dotierten Halbleiterbereichen auf. Dabei bildet sich im Bereich
des pn-Übergangs
eine Verarmungszone aus, die nur wenige freie Ladungsträger aufweist.
Diese Verarmungszone wird auch als Sperrschicht oder als Raumladungszone
bezeichnet. Je nachdem, ob der Übergang
in Durchlass- oder in Sperrrichtung betrieben wird, verkleinert
bzw. vergrößert sich
die Raumladungszone.
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In
der Raumladungszone bildet sich ein elektrisches Feld aus, dessen
Stärke
von der an den Übergang
angelegten Spannung abhängt.
Insbesondere bei in Sperrrichtung betriebenem Übergang und einer hohen an
den Übergang
angelegten Sperrspannung kann das elektrische Feld der Raumladungszone
sehr hohe Werte erreichen, was zu Spannungsdurchbrüchen im
Halbleiterbauelement führen kann.
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Der
Verlauf des elektrischen Feldes ergibt sich aus dem Gradienten seines
elektrischen Potentials und wird deshalb häufig anhand von Äquipotentiallinien,
d.h. Linien, die Punkte gleichen (hier: elektrischen) Potentials
verbinden, dargestellt.
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Stellt
man die sich in einem elektrischen Bauelement in einem bestimmten
Zustand einstellenden elektrischen Verhältnisse anhand derartiger Äquipotentiallinien
dar, so finden sich die Bereiche mit erhöhter Gefahr für Spannungsdurchbrüche dort, wo
die Äquipotentiallinien
sich stark verdichten.
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Typischerweise
entstehen derartige Bereiche mit erhöhter Gefahr für das Auftreten
von Spannungsdurchbrüchen
an Inhomogenitäten
des Bauelementes wie beispielsweise an Ober- bzw. Grenzflächen, und
dort insbesondere an Stellen mit Ecken, Kanten oder starken Krümmungen.
Hierzu zählen insbesondere
auch Halbleiterübergänge, wie
sie z.B. bei der Herstellung dotierter Bereiche entstehen.
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Die
Gefahr für
das Auftreten von Spannungsdurchbrüchen, durch die das Halbleiterbauelement zerstört oder
zumindest beschädigt
wird, ist insbesondere im Randbereich des Halbleiterbauelementes
besonders hoch.
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Zur
Vermeidung solcher Probleme wurden für Planarstrukturen verschiedene
Lösungsansätze entwickelt,
um das elektrische Feld möglichst
gleichmäßig innerhalb
des Randbereiches abzubauen. Man spricht daher bei einer entsprechenden
Anordnung auch von einem "Randabschluss" oder einer "Randstruktur".
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Einer
dieser Lösungsansätze sieht
sogenannte "Feldringe" vor. Hierbei handelt
es sich um wenigstens eine dotierte Zone des Halbleiterkörpers eines
Halbleiterbauelementes, die in dessen Randbereich angeordnet ist
und die den "Haupt-
oder Lastübergang" ringförmig umgibt.
Da jedoch das Prinzip einer Feldring-Anordnung nicht auf eine ringförmige Ausgestaltung
der Feldringe beschränkt
ist, werden diese verallgemeinernd im Folgenden als "Feldzonen" bezeichnet.
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Typische
Ausführungsbeispiele
solcher Feldzonen-Anordnungen sind beispielsweise in B. Jayant Baliga: "Power Semiconductor
Devices", Verlag PWS
Publishing Company, Boston, 1996, Seite 82-99, dargestellt.
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Die
eingangs erwähnte
Verdichtung der Äquipotentiallinien
und damit einhergehend das Risiko eines Spannungsdurchbruchs im Halbleiter,
das vor allem im Sperrzustand des Halbleiterbauelementes besteht,
wird infolge einer Anbringung zusätzlicher Ladungen im Bereich
der Feldzonen verringert.
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1 zeigt am Beispiel einer
Diode eine typische Feldzonen-Anordnung gemäß dem Stand der Technik. Ein
Abschnitt der Diode ist im Querschnitt dargestellt. Die Diode weist
einen Halbleiterkörper 1 mit
einem Innenbereich 40 und einem sich in lateraler Richtung
an den Innenbereich 40 anschließenden Randbereich 41 auf.
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Der
Halbleiterkörper 1 umfasst
eine im Innenbereich 40 angeordnete erste, p-dotierte Halbleiterzone 12,
die den p-dotierten
Emitter der Diode bildet, sowie eine Anzahl im Randbereich 41 angeordneter
und in lateraler Richtung voneinander sowie von der ersten Halbleiterzone 12 beabstandeter zweiter
Halbleiterzonen 13. Die Halbleiterzonen 13 stellen
Feldringe bzw. Feldzonen der Diode dar.
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Zwischen
einer dritten Halbleiterzone 11, die die n-dotierte Basis
der Diode darstellt, und der ersten Halbleiterzone 12 ist
ein pn-Übergang
ausgebildet, der einen Lastübergang
der Diode bildet.
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Die
erste Halbleiterzone 12 sowie die zweiten Halbleiterzonen 13 wurden
aus fertigungstechnischen Gründen
während
derselben Verfahrensschritte, d.h. dem Aufbringen einer strukturierten
Dotiermaske und dem Einbringen dotierender Teilchen in den Halbleiterkörper unter
Verwendung der Dotiermaske, gemeinsam hergestellt und erstrecken
sich daher ausgehend von einer ersten Seite des Halbleiterkörpers 1 in
vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 1 gleich tief
in diesen hinein, d.h. die Abmessung d12 der ersten Halbleiterzone 12 in
vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 1 und die Abmessung d13
der zweiten Halbleiterzonen 13 in vertikaler Richtung des
Halbleiterkörpers 1 sind
gleich.
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Dieses
Herstellungsverfahren weist den Nachteil auf, dass die Abmessung
d13 und der Erstreckungsbereich der Feldzonen 13 in vertikaler Richtung
des Halbleiterkörpers 1 durch
die Abmessung d12 der ersten Halbleiterzone 12 in vertikaler Richtung
des Halbleiterkörpers 1 vorgegeben
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung wenigstens einer Feldzone bereitzustellen, bei dem
die Abmessung und der Erstreckungsbereich der wenigstens einen Feldzone
in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers eines Halbleiterbauelements,
und damit auch zum Teil deren laterale bzw. seitliche Ausdehnung,
flexibel eingestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren
gemäß den Ansprüchen 1 und
12 sowie durch Verwendungen gemäß den Ansprüchen 25 und
26 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Bei
einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung wenigstens einer Feldzone eines Halbleiterbauelementes
wird zunächst
ein Halbleiterkörper
bereitgestellt. Der Halbleiterkörper
weist einen Innenbereich, einen in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers an
den Innenbereich angrenzenden Randbereich sowie eine erste Seite
auf. Des Weiteren umfasst der Halbleiterkörper im Innenbereich eine erste
Halbleiterzone eines ersten Leitungstyps und im Randbereich wenigstens
eine zweite Halbleiterzone ebenfalls vom ersten Leistungstyp. Die
zweite Halbleiterzone weist eine bestimmte Abmessung in vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers auf
und erstreckt sich ausgehend von der ersten Seite in den Halbleiterkörper hinein.
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Nach
dem Bereitstellen eines derartigen Halbleiterkörpers wird dieser ausgehend
von seiner ersten Seite wenigstens im Randbereich bis zu einer vorgegebenen Ätztiefe
strukturiert geätzt,
um die wenigstens eine zweite Halbleiterzone teilweise zu entfernen.
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Durch
das teilweise Entfernen der wenigstens einen zweiten Halbleiterzone,
die einen Feldring bzw. eine Feldzone bildet, können deren Eigenschaften wie
z.B. die Anzahl der Dotierstoffatome innerhalb der betreffenden
Halbleiterzone oder deren Ausdehnung in vertikaler und lateraler
Richtung des Halbleiterkörpers,
gezielt eingestellt werden.
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Gemäß einem
weiteren erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung wenigstens einer Feldzone eines Halbleiterbauelementes
wird zunächst
ebenfalls ein Halbleiterkörper
bereitgestellt, der einen Innenbereich und einen in lateraler Richtung
des Halbleiterkörpers
an den Innenbereich angrenzenden Randbereich sowie eine erste Seite
aufweist. In seinem Innenbereich umfasst der Halbleiterkörper eine erste
Halbleiterzone eines ersten Leitungstyps, die eine bestimmt Abmessung
in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers aufweist und sich ausgehend
von der ersten Seite in den Halbleiterkörper hineinerstreckt.
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Nach
dem Bereitstellen des Halbleiterkörpers wird dieser wenigstens
im Randbereich ausgehend von seiner ersten Seite bis zu einer vorgegebenen Ätztiefe
geätzt,
um den Halbleiterkörper
teilweise zu entfernen.
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Des
Weiteren wird wenigstens eine zweite Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp
mit einer vorgegebenen Abmessung in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers durch
Einbringen von Dotierstoffen in den Randbereich des Halbleiterkörpers erzeugt.
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Bei
diesem zweiten Verfahren werden die zweiten Halbleiterzonen, die
die Feldzonen des Halbleiterbauelements bilden, unabhängig von
der ersten Halbleiterzone hergestellt. Dadurch ist es möglich, die
räumliche
Anordnung und die Abmessung der wenigstens einen zweiten Halbleiterzone
unabhängig
von der ersten Halbleiterzone zu wählen.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. In diesem
zeigen:
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1 einen
Abschnitt eines Halbleiterbauelements gemäß dem Stand der Technik im
Querschnitt,
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2 einen
Abschnitt eines Halbleiterbauelements, das erste und zweite Halbleiterzonen
aufweist, die durch eine Implantation von Dotierstoffen in den Halbleiterkörper unter
Verwendung einer strukturierten Dotiermaske und einem sich optional
anschließenden
Diffusionsschritt hergestellt wurden, im Querschnitt,
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3a den
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 2, bei dem
der Halbleiterkörper
in seinem Randbereich mittels eines ätztechnischen Verfahrens unter
Verwendung einer strukturierten Ätzmaske
teilweise entfernt wurde, im Querschnitt,
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3b der
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 3a nach
dem Entfernen der strukturierten Ätzmaske im Querschnitt,
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4a der
Abschnitt des Halbleiterbauelements entsprechend 3a,
bei dem während
des Ätzverfahrens
die erste Halbleiterzone teilweise entfernt wurde,
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4b der
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 4a nach
dem Entfernen der Ätzmaske
im Querschnitt,
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5 einen
Abschnitt eines Halbleiterbauelements mit einem Innenbereich und
einem Randbereich, wobei der Innenbereich eine erste Halbleiterzone
aufweist, im Querschnitt,
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6 der
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 5, bei dem
der Halbleiterkörper nach
dem Aufbringen einer strukturierten Ätzmaske in seinem Randbereich
teilweise entfernt wurde, im Querschnitt,
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7 den
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 6, bei dem
nach dem Entfernen der strukturierten Ätzmaske eine Anzahl zweiter Halbleiterzonen
unter Verwendung einer strukturierten Dotiermaske im Randbereich
des Halbleiterkörpers
erzeugt wurde, im Querschnitt,
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8 den
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 7 nach dem
Entfernen der strukturierten Dotiermaske im Querschnitt,
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9 einen
Abschnitt eines Halbleiterbauelements entsprechend 6,
bei dem während
des ätztechnischen
Verfahrens die zweite Halbleiterzone teilweise entfernt wurde, im
Querschnitt,
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10 den
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 9, bei dem
nach dem Entfernen der Ätzmaske
eine Anzahl zweiter Halbleiterzonen unter Verwendung einer strukturierten
Dotiermaske erzeugt wurde, im Querschnitt, und
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11 den
Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 10 nach
dem Entfernen der strukturierten Ätzmaske im Querschnitt.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher
Bedeutung.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Randstruktur eines Halbleiterbauelements.
Das Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper 1 mit einer ersten
Seite 10 auf, auf die eine strukturierte Dotiermaske 21 aufgebracht
ist. Durch das Einbringen dotierender Teilchen, von der ersten Seite 10 des
Halbleiterkörpers 1 aus,
beispielsweise durch die Implantation, wurden im Halbleiterkörper 1 unter
Verwendung der strukturierten Dotiermaske 21 eine p-dotierte
erste Halbleiterzone 12 sowie eine Anzahl ebenfalls p-dotierter zweiter Halbleiterzonen 13 geschaffen.
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Nach
einem optionalen Temperschritt, bei dem der Halbleiterkörper 1 auf
eine erhöhte
Temperatur gebracht wird, kommt es in Folge von Diffusionsvorgängen, bei
denen sich die eingebrachten dotierenden Teilchen im Halbleiterkörper 1 ausbreiten, zu
einer Vergrößerung des
dotierten Gebiets, d.h. der ersten und zweiten Halbleiterzonen 12, 13 sowohl
in lateraler als auch in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 1.
Dadurch sind die lateralen Abmessungen der ersten und zweiten Halbleiterzonen 12, 13 jeweils
größer als
die lateralen Abmessungen der Öffnungen
der strukturierten Dotiermaske 21 in derselben lateralen
Richtung des Halbleiterkörpers 1,
wie dies in 2 dargestellt ist.
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Nach
dem Temperschritt weisen die erste Halbleiterzone 12 eine
Dicke d12' und die
zweiten Halbleiterzonen 13 Dicken d13' auf. Am Ende des Temperschrittes sind
die Dicken d12' und
d13' bevorzugt gleich
groß.
In diesem Fall erstrecken sich die erste Halbleiterzone 12 und
die zweiten Halbleiterzonen 13 ausgehend von der ersten
Seite 10 des Halbleiterkörpers 1 gleich weit
in diesen hinein. Nach dem Entfernen der strukturierten Dotiermaske 21 wird
auf die erste Seite 10 des Halbleiterkörpers 1 eine strukturierte Ätzmaske 22 aufgebracht.
Die Ätzmaske 22 ist
derart strukturiert, dass der Halbleiterkörper bei dem nachfolgenden Ätzvorgang
in seinem Randbereich 41 bis zu einer Ätztiefe t1 teilweise entfernt
wird und dass die erste Halbleiterzone 12 vollständig erhalten
bleibt. Die Ätzung
erfolgt bevorzugt mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens. Allerdings können auch
trockenchemische Ätzverfahren
oder andere Verfahren verwendet werden, die geeignet sind, Material
des Halbleiterkörpers 1 abzutragen.
Das Ergebnis dieses Ätzverfahrens
ist in 3a dargestellt.
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Nach
dem Entfernen der strukturierten Ätzmaske 22, wie dies
in 3b gezeigt ist, weist die erste Halbleiterzone 12 ihre
endgültige
Dicke d12 auf. Entsprechend weisen die zweiten Halbleiterzonen 13 ihre
endgültigen
Dicken d13 auf. Die Dicken d13 der zweiten Halbleiterzonen 13 sind
kleiner als die Dicken d12 der ersten Halbleiterzone 12.
Die ursprünglichen
Dicken d13' der
zweiten Halbleiterzonen 13 wurden durch das Ätzen des
Halbleiterkörpers 1 um
die Ätztiefe
t1 auf die Dicken d13 reduziert. Damit ist die Summe aus der Ätztiefe
t1 und der endgültigen
Dicke d13 der zweiten Halbleiterzone 13 gleich der endgültigen Dicke
d12 der ersten Halbleiterzone. Somit lassen sich die Eigenschaften
der Feldringe bzw. Feldzonen, die durch die zweiten Halbleiterzonen 13 gebildet
sind, durch geeignete Wahl der Ätztiefe
t1 in weiten Grenzen beeinflussen.
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4a zeigt
einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements entsprechend 3a,
wobei der Halbleiterkörper 1 durch
das Ätzverfahren
nicht nur in seinem Randbereich 41, sondern auch in seinem
Innenbereich 40, insbesondere im Bereich der ersten Halbleiterzone 12,
teilweise entfernt wurde.
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4b zeigt
den Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 4a nach
dem Entfernen der Dotiermaske 22. Durch das teilweise ätztechnische Entfernen
der ersten Halbleiterzone 12 können auch deren Eigenschaften
angepasst werden. Durch das teilweise Entfernen der ersten Halbleiterzone 12 werden
Ladungen aus der p-dotierten Wanne entfernt, was zu einer geringeren
Dichte der Äquipotentiallinien
und damit zu einer reduzierten Feldstärke im Bereich der p-dotierten
Wanne 12 führt.
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Die
Anzahl der mittels des anhand der 2 bis 4b beschriebenen
Verfahrens verkleinerten zweiten Halbleiterzonen 13 ist
prinzipiell beliebig. Insbesondere ist es auch möglich, unterschiedlich dicke
zweite Halbleiterzonen 13 herzustellen. Beispielsweise
kann die Dicke d13 einer zweiten Halbleiterzone 13 abhängig von
deren Abstand von der ersten Halbleiterzone 12 in lateraler
Richtung des Halbleiterkörpers 1 gewählt werden.
Die Dicke d13 der zweiten Halbleiterzonen 13 kann dabei
mit wachsendem Abstand in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 1 insbesondere
zu- oder abnehmen.
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Mittels
dem gezeigten ersten Verfahren lassen sich auch die Abmessungen
der zweiten Halbleiterzonen 13 in lateraler Richtung des
Halbleiterkörpers 1 reduzieren,
da diese ausgehend der ersten Seite 10 des Halbleiterkörpers 1,
wo ihre Abmessungen in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 1 am größten sind,
geätzt
werden.
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Im
Folgenden wird das zweite erfindungsgemäße Verfahren anhand der 5 bis 11 erläutert.
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Wie
in 5 gezeigt, wird zunächst ein Halbleiterkörper 1 bereitgestellt.
Der Halbleiterkörper 1 weist
einen Innenbereich 40 sowie einen sich in lateraler Richtung
des Halbleiterkörpers 1 an
den Innenbereich 40 anschließenden Randbereich 41 auf.
In seinem Innenbereich 40 umfasst der Halbleiterkörper 1 eine
erste p-dotierte Halbleiterzone 12, die sich ausgehend
von einer ersten Seite 10 des Halbleiterkörpers 1 in
den Halbleiterkörper 1 hineinerstreckt. Die
erste Halbleiterzone 12 weist eine Dicke d12, d.h. ihre
Abmessung in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 1, auf.
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Wie
im Ergebnis in 6 dargestellt ist, wird der
Halbleiterkörper 1 nach
seiner Bereitstellung auf seiner ersten Seite 10 mit einer
strukturierten Ätzmaske 22 versehen,
die den Innenbereich 40, insbesondere die erste Halbleiterzone 12, abdeckt.
Bei einem Ätzschritt
wird der Halbleiterkörper 1 ausgehend von
seiner ersten Seite 10 an den nicht von der Ätzmaske
bedeckten Bereichen bis zu einer Ätztiefe t1 geätzt.
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Die Ätzung kann
sich dabei vollständig über den
Außenbereich 41 erstrecken.
Ebenso ist es jedoch möglich,
dass der Außenbereich 41 strukturiert geätzt wird.
Die erste Seite 10 des Halbleiterkörpers 1 ist nach dem Ätzvorgang
bevorzugt stufig ausgebildet.
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Nach
dem Entfernen der Ätzmaske 22 wird auf
die erste Seite 10 des Halbleiterkörpers 1 eine strukturierte
Dotiermaske 21 aufgebracht. Die strukturierte Dotiermaske 21 weist
zumindest im Außenbereich 41 eine
oder mehrere Aussparungen auf, durch die Dotierstoffe mittels eines
Implantationsschrittes ausgehend von der ersten Seite 10 in
den Halbleiterkörper 1 eingebracht
werden.
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Nach
einem Temperschritt, bei dem der Halbleiterkörper 1 auf eine erhöhte Temperatur
aufgeheizt wird, kann es infolge von Diffusionsvorgängen – zu einer
Ausbreitung der implantierten Gebiete – wie bereits anhand von 2 erläutert – kommen. Nach
dem Temperschritt, sofern ein solcher vorgesehen ist, weisen die
erste Halbleiterzone 12 und die zweiten Halbleiterzonen 13,
wie in 6 gezeigt, ihre endgültigen Dicken d12 bzw. d13
auf. Die Temperatur während
des optionalen Temperschrittes beträgt vorzugsweise wenigstens
800°C bei
Verwendung von Bor als Dotierstoffmaterial.
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Wie
anhand von 7 dargestellt ist, sind die
Abmessungen der zweiten Halbleiterzonen 13 in lateraler
Richtung des Halbleiterkörpers 1 größer als die
Abmessungen der betreffenden Öffnungen
der Dotiermaske 21 in derselben lateralen Richtung.
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Optional
kann die Dotiermaske 21 auch in ihrem Innenbereich 40,
insbesondere im Bereich der zweiten Halbleiterzone 12 Aussparungen
aufweisen, durch die bei dem vorgenannten Im plantationsschritt auch
in den Innenbereich 40, insbesondere in die erste Halbleiterzone 12,
Dotierstoffe eingebracht werden. Damit lässt sich das Dotierungsprofil
bzw. die Dotierstoffmenge im Innenbereich 40 bzw. in der ersten
Halbleiterzone 12 einstellen. Die fertig prozessierte Randstruktur
des Halbleiterbauelements gemäß 7 nach
dem Entfernen der Dotiermaske 21 ist in 8 dargestellt.
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9 zeigt
ein Halbleiterbauelement entsprechend 6 im Querschnitt,
wobei die Ätzmaske 22 im
Innenbereich 40, insbesondere im Bereich der ersten Halbleiterzone 12,
Aussparungen aufweist, so dass bei dem bereits anhand von 6 geschilderten Ätzverfahren
der Halbleiterkörper 1 auch im
Innenbereich, bevorzugt im Bereich der ersten Halbleiterzone 12,
teilweise entfernt wird.
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10 zeigt
das Halbleiterbauelement gemäß 9,
bei dem nach dem Entfernen der Ätzmaske 22 eine
strukturierte Dotiermaske 21 auf die erste Seite 10 des
Halbleiterkörpers 1 aufgebracht wurde.
Die Dotiermaske 21 weist zumindest im Außenbereich 41 des
Halbleiterkörpers 1 eine
oder mehrere Öffnungen
auf, durch die Dotierstoffe wie z.B. das p-dotierende Bor, in den
Halbleiterkörper 1 eingebracht
werden. Nach einem Temperschritt, bei dem der Halbleiterkörper 1 auf
eine erhöhte
Temperatur gebracht wird, dehnen sich in Folge von Diffusionsvorgängen die
implantierten Bereiche des Halbleiterkörpers in lateraler und vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers 1 aus,
so dass letztlich die erste Halbleiterzone 12 und die zweiten
Halbleiterzonen 13 wie in 10 gezeigt
vorliegen.
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Da
die zweiten Halbleiterzonen 13 unabhängig von der ersten Halbleiterzone 12 hergestellt
wurden, kann deren Eindringtiefe t13 unabhängig von der entsprechenden
Eindringtiefe t12 der ersten Halbleiterzone 12 gewählt werden.
Dabei beziehen sich die Eindringtiefen t12, t13 jeweils auf die
in 5 dargestellte, d.h. auf die noch nicht geätzte erste
Seite 10 des Halbleiterkörpers 1.
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Mit
diesem Verfahren ist es möglich,
die Eindringtiefen t13 der zweiten Halbleiterzonen 13 kleiner oder
gleich, bevorzugt größer als
die Eindringtiefe t12 der ersten Halbleiterzone 12 zu wählen.
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Die
einzelnen zweiten Halbleiterzonen 13 können untereinander sowohl die
gleiche als auch unterschiedliche Eindringtiefen t13 aufweisen.
Beispielsweise kann die Eindringtiefe t13 einer zweiten Halbleiterzone 13 umso
größer oder
umso kleiner gewählt
sein, je weiter diese von der ersten Halbleiterzone 12 in
lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 1 entfernt ist.
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In
entsprechender Weise können
auch die endgültigen
Dicken d13 der zweiten Halbleiterzonen 13 gleich oder unterschiedlich
sein und beispielsweise von deren Abstand von der ersten Halbleiterzone 12 in
lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 1 abhängen und
z.B. mit wachsendem Abstand zu- oder abnehmen.
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11 zeigt
einen Abschnitt des Halbleiterbauelements gemäß 10 nach
dem Entfernen der strukturierten Dotiermaske 21. Die anhand
der 2, 7 und 10 erläuterten
Temperschritte können
sowohl – wie
dargestellt – vor,
jedoch auch nach dem Entfernen der Dotiermaske 21 durchgeführt werden.
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Dadurch,
dass die zweiten Halbleiterzonen 13 mittels dem anhand
der in den 1 bis 11 beschriebenen
Verfahren unabhängig
von der ersten Halbleiterzone 12 erzeugt werden, ist es
möglich, den
Abstand benachbarter zweiter Halbleiterzonen 13 in lateraler
Richtung des Halbleiterkörpers 1 gegenüber dem
Stand der Technik zu reduzieren, da die durch den Temperschritt
bedingte laterale Vergrößerung einer
zweiten Halbleiterzone 13 infolge von Diffusion von deren
Dicke in verti kaler Richtung des Halbleiterkörpers 1 abhängt. Werden
für die
zweiten Halbleiterzonen 13 nur geringe Dicken d13 gewählt, so
gehen damit auch geringe Abmessungen in lateraler Richtung der betreffenden
Halbleiterzonen 13 einher. Somit können mittels der erfindungsgemäßen Verfahren
bei einer vorgegebenen Breite des Randbereiches 41 mehr
zweite Halbleiterzonen 13 in den Randbereich 41 eingebracht
werden als mit einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
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Bauelementsimulationen
am Beispiel einer 1700V-Diode haben ergeben, dass die statische Durchbruchspannung
von 2150V auf 2625V angehoben werden kann, wenn man die Anzahl der
zweiten Halbleiterzonen 13 von drei nach konventionellem Design
in der hier vorgeschlagenen Weise auf fünfzehn erhöht.
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Der
erste Leitungstyp der mittels der vorangehend beschriebenen Verfahren
hergestellten Feldzonen bzw. Feldringe kann sowohl vom Leitungstyp n
als auch vom Leitungstyp p sein. Eine Feldzone bzw. ein Feldring
ist bevorzugt in eine komplementär dotierte
dritte Halbleiterzone 11 eingebettet, so dass zwischen
der zweiten Leitungszone und der dritten Halbleiterzone ein pn-Übergang
ausgebildet ist.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
lassen sich insbesondere zur Herstellung von zweiten Feldzonen 13 bei
einer Diode anwenden, bei dem die erste Halbleiterzone 12 den
p-dotierten Emitter der Diode bildet.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung anhand einer Diode beschrieben wurde,
sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren selbstverständlich nicht
auf die Herstellung von Randabschlüssen für Dioden beschränkt ist,
sondern bei der Herstellung von Randabschlüssen beliebiger vertikaler
Leistungsbauelemente, insbesondere Thyristoren, IGBTs oder MOSFETs
angewendet werden kann.
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Die
erste p-dotierte Halbleiterzone 12 bildet bei einer Diode
dessen p-Emitter. Bei einem Thyristor bildet die zuvor erläuterte erste
Halbleiterzone 12 dessen p-Basis, in der in hinlänglich bekannter
Weise ein n-dotierter Emitter (in den Figuren nicht dargestellt,
angeordnet ist. Die zuvor erläuterte
n-dotierte Halbleiterzone 11 bildet bei einem Thyristor
dessen n-Basis.
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Bei
einem IGBT bildet die erste Halbleiterzone dessen p-Basis oder Body-Zone,
in der in hinlänglich
bekannter Weise ein n-dotierter
Emitter (in den Figuren nicht dargestellt) angeordnet ist. Die zuvor erläuterte n-dotierte
Halbleiterzone 11 bildet bei einem IGBT dessen n-Basis
bzw. dessen Driftzone.
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- 1
- Halbleiterkörper
- 10
- Erste
Seite des Halbleiterkörpers
- 11
- Dritte
Halbleiterzone
- 12
- Erste
Halbleiterzone
- 13
- Zweite
Halbleiterzone
- 21
- Dotiermaske
- 22
- Ätzmaske
- 31
- Lastübergang
- 40
- Innenbereich
- 41
- Randbereich
- d12'
- Abmessung
der ersten Halbleiterzone in vertikaler
-
- Richtung
des Halbleiterkörpers
nach Temperschritt
- d13'
- Abmessung
der zweiten Halbleiterzone in vertikaler
-
- Richtung
des Halbleiterkörpers
nach Temperschritt
- d12
- endgültige Abmessung
der ersten Halbleiterzone in
-
- vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers
- d13
- endgültige Abmessung
der zweiten Halbleiterzone in
-
- vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers
- t1
- Ätztiefe
- t12
- Eindringtiefe
der ersten Halbleiterzone
- t13
- Eindringtiefe
der zweiten Halbleiterzonen