DE102011113549A1 - Ein Halbleiterbauelement mit einem Dotierstoffgebiet in einem Halbleiterkörper und ein Verfahren zur Herstellung eines Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper - Google Patents

Ein Halbleiterbauelement mit einem Dotierstoffgebiet in einem Halbleiterkörper und ein Verfahren zur Herstellung eines Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper Download PDF

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Abstract

Ein Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite auf. In dem Halbleiterkörper ist ein Dotierstoffgebiet durch einen Dotierstoff aus einem Sauerstoff-Komplex ausgebildet. Das Dotierstoffgebiet erstreckt sich über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite. Das Dotierstoffgebiet weist über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 auf.

Description

  • Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem ausgedehnten Dotierstoffgebiet in einem Halbleiterkörper, das eine geringere Variation der Dotierstoffkonzentration aufweist. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele auf Leistungshalbleiterbauelemente mit einem solchen Dotierstoffgebiet. Weiterhin beziehen sich Ausführungsbeispiele der Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper.
  • Dotierstoffgebiete innerhalb eines Halbleiterkörpers sind in allen Halbleiterbauelementen erforderlich. Für manche Anwendungen sind Dotierstoffgebiete erforderlich, die sich bis tief in den Halbleiterkörper hinein erstrecken oder sich tief in dem Halbleiterkörper befinden. Beispielhaft hierfür ist eine Feldstoppzone eines IGBT oder einer Diode. Die Herstellung einer solchen Feldstoppzone, d. h. einer Zone erhöhter Dotierung tief in dem Halbleiterkörper, ist beispielsweise in der DE 10 2004 047 749 A1 beschrieben.
  • Die Herstellung einer Feldstoppzone erfolgt üblicherweise durch Diffusion, insbesondere bei Halbleiterscheiben mit einem relativ geringen Durchmesser (≤ 6 Zoll) oder Dicken oberhalb von 200 μm. Dabei werden beispielsweise für die Erzeugung eines n-Dotierstoffgebiets als Feldstoppzone entweder Phosphor- oder Selenatome in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Hierbei ergeben sich üblicherweise Dotierungsprofile mit einer Gauß-Verteilung und einer Eindringtiefe in den Halbleiterkörper von typischerweise zwischen 1 μm und 30 μm.
  • Feldstoppzonen, die aufgrund der Halbleiterscheibendicke und des Scheibendurchmessers bei relativ geringen Temperaturen erzeugt werden müssen, werden üblicherweise durch Protonenimplantation hergestellt. Zur Erzeugung der gewünschten n-dotierten Feldstoppzonen sind dabei üblicherweise Temperaturen im Bereich von 400°C ausreichend. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das resultierende Dotierungsprofil der Feldstoppzone eine erhebliche Welligkeit aufweist. Dies kann z. B. zu einer unerwünschten Änderung der Steilheit im Strom- und Spannungsverlauf während des Abschaltvorgangs von z. B. einem IGBT führen. Außerdem kann sich die Welligkeit des Dotierungsprofils in manchen Fällen auf die Weichheit des Abschaltvorgangs negativ auswirken.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement bereitzustellen, das ein Dotierstoffgebiet, insbesondere eine Feldstoppzone, mit einer geringen Variation der Dotierstoffkonzentration aufweist. Außerdem soll ein Verfahren bereitgestellt werden, dass die Herstellung eines solchen Dotierstoffgebiets in dem Halbleiterkörper ermöglicht.
  • Die Erfindung wird charakterisiert durch den unabhängigen Patentanspruch 1, den nebengeordneten Patentanspruch 10 und den nebengeordneten Patentanspruch 14. Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombinationen einer Ausführungsform mit Merkmalen und Merkmalskombinationen einer anderen Ausführungsform geeignet zu kombinieren, um zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist es, wenn ein Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite und ein Dotierstoffgebiet in dem Halbleiterkörper aufweist. Das Dotierstoffgebiet wird dabei durch einen Dotierstoff aus einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite ausgebildet und weist über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Dotierstoffgebiet eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 2 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 über die Strecke L auf. In noch einer weiteren Ausführungsform weist das Dotierstoffgebiet eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 3 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 über die Strecke L auf.
  • Die spezifische Sauerstoffkonzentration in dem Dotierstoffgebiet führt dazu, dass sich Dotierstoffe ausbilden können, die durch einen Sauerstoff/Leerstellen-Komplex gebildet werden. Unter einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex ist dabei ein Gebilde zu verstehen, dass unter anderem Sauerstoff als Bestandteil umfasst ohne dass der Sauerstoff dabei eine chemische Bindung mit anderen Bestandteilen des Komplexes eingeht Dadurch, dass diese spezifische Sauerstoffkonzentration sich über eine Strecke L erstreckt, kann es über diese Strecke L gleichmäßig zu einer Dotierstoffbildung aufgrund der Bildung von Sauerstoff/Leerstellen-Komplexen kommen. Somit kann ein Dotierstoffgebiet mit einer geringen Variation der Dotierstoffkonzentration bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Dotierstoffgebiet eine Dotierstoffkonzentration aufweisen, die entlang der Strecke L um maximal einen Faktor 15, weiterhin beispielsweise um einen Faktor 10 und nochmals beispielsweise um einen Faktor 3 variiert.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Halbleiterkörper zumindest teilweise aus einem Czochralski-Halbleitermaterial und bevorzugt aus einem Magnetic Czochralski-Material ausgebildet ist. Ein Czochralski-Halbleitermaterial ist ein nach dem Czochralski-Verfahren aus einer Schmelze gezogenes Halbleitermaterial, das als Massenware kostengünstig gekauft werden kann. Bei Magnetic Czochralski-Material wird die Sauerstoffkonzentration gezielt durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes während der Kristallzucht reduziert.
  • Eine weitere Ausführungsform ist es, wenn der Halbleiterkörper zumindest teilweise aus einem Float-Zone-Halbleitermaterial ausgebildet ist. Ein Float-Zone-Halbleitermaterial zeichnet sich dadurch aus, dass ein Halbleitermaterial kurzeitig aufgeschmolzen wird und danach als Einkristall wieder erstarrt. Ein Float-Zone-Halbleitermaterial weist eine sehr hohe Reinheit auf.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Halbleiterkörper eine Halbleitermaterial-Epitaxieschicht umfasst. Eine Halbleitermaterial-Epitaxieschicht kann auf einem einkristallinen Substrat durch Anordnung von Halbleitermaterialatomen aus der Gasphase an das Kristallgitter des Substrats erzeugt werden. Durch gezielte Steuerung der Gaszusammensetzung kann die Epitaxieschicht hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung in gewünschter Weise verändert werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist der Halbleiterkörper eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration auf und das Dotierstoffgebiet weist eine zur Grunddotierstoffkonzentration höhere Dotierstoffkonzentration auf.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist es, wenn der Dotierstoff ein thermischer Donator ist, der z. B. aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet ist.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Leistungs-Halbleiterbauelement, das einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite aufweist. Eine erste Elektrode ist an der ersten Seite und eine zweite Elektrode an der zweiten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet. Ein pn-Übergang in dem Halbleiterkörper befindet sich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode und ein Dotierstoffgebiet in dem Halbleiterkörper, das durch einen Dotierstoff aus einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite ausgebildet ist, weist über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 auf.
  • Unter einem Leistungs-Halbleiterbauelement ist dabei ein Halbleiterbauelement zu verstehen, bei dem Spannungen von mehr als 20 V, üblicherweise mehr als 500 V, zwischen der ersten und zweiten Elektrode anliegen. Ein Leistungs-Halbleiterbauelement zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die in Sperrrichtung über den pn-Übergang anliegende hohe Spannung von mehr als 20 V nicht zur Zerstörung des Halbleiterbauelements führt. In einem Ausführungsbeispiel weist ein solches Leistungs-Halbleiterbauelement eine sogenannte Driftzone zwischen dem pn-Übergang und einer der Elektroden auf, in der sich eine Raumladungszone über eine weite Strecke ausbilden kann, um hohe Feldstärken innerhalb des Halbleiterkörpers zu vermeiden. Die Driftzone weist dabei eine relativ zu anderen im Halbleiterkörper vorkommenden Dotierstoffgebieten niedrige Dotierstoffkonzentration auf. Ein Leistungs-Halbleiterbauelement kann beispielsweise eine Diode, ein MOSFET oder ein IGBT sein.
  • In einer Ausführungsform eines solchen Leistungs-Halbleiterbauelements weist der Halbleiterkörper eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration auf und das Dotierstoffgebiet weist eine zur Grunddotierstoffkonzentration höhere Dotierstoffkonzentration auf. Beispielsweise kann dabei eine in dem Halbleiterkörper vorhandene Driftzone die Grunddotierstoffkonzentration aufweisen und das Dotierstoffgebiet kann eine in der Driftzone angeordnete Feldstoppzone mit höherer Dotierung sein. Die Feldstoppzone verhindert das Durchgreifen der elektrischen Feldstärke in der Driftzone bis zur Elektrode.
  • Für die sogenannte Weichheit des Abschaltvorgangs des Leistungs-Halbleiterbauelements kann es von Vorteil sein, wenn das Dotierstoffgebiet eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die entlang der Strecke L zwischen benachbarten Dotierungsmaxima und Dotierungsminima beispielsweise um maximal einen Faktor 15, weiterhin beispielsweise weniger als um einen Faktor 10 und nochmals beispielsweise weniger als um einen Faktor 3 variiert; der Abfall der Dotierungskonzentration am Ende der Strecke L zur Grunddotierung hin ist bei der Angabe dieser Faktoren nicht berücksichtigt. Dies bedeutet insbesondere, dass das Verhältnis der Höhe benachbarter Dotierungspeaks zu direkt benachbarten Dotierungsminima weniger als einen Faktor 15 bzw. 10 oder 3 variiert (hierzu könnten wir noch eine Abbildung einfügen, die den Vergleich des Mehrfachprotonenfeldstopps mit geringer/vernachlässigbarer O-Konzentration mit einem Protonenfeldstopp mit der beanspruchten Sauerstoffkonzentration zeigt, z. B. die aus der Erfindungsmeldung).
  • Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper ist es, wenn ein Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite bereitgestellt wird, wobei in dem Halbleiterkörper zumindest ein Teilgebiet über eine Strecke L von mindestens 10 μm in einer Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite ausgebildet ist, das eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist. Bei einer Temperung zumindest des Teilgebiets in einem Temperaturbereich zwischen 350°C und 450°C bildet sich ein Dotierstoffgebiet mit einem Dotierstoff aus einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex in dem Teilgebiet über die Strecke L aus.
  • Bei einer Ausführungsform wird das Teilgebiet durch Einstellung der Sauerstoffzufuhr während der Kristallzucht des Halbleiterkörpers in einem Czochralski-Verfahren ausgebildet.
  • In einer anderen Ausführungsform wird das Teilgebiet durch Einstellung der Sauerstoffzufuhr aus der Gasphase während einer Epitaxieabscheidung des Halbleiterkörpers auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Teilgebiet durch Ausdiffusion von Sauerstoff aus einem Substrat in eine darauf abgeschiedene Epitaxieschicht ausgebildet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Teilgebiet durch Eindiffusion von Sauerstoff über die erste Seite oder über die zweite Seite in den Halbleiterkörper hinein ausgebildet wird.
  • Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel ist es, wenn das Teilgebiet durch Implantation von Sauerstoff in den Halbleiterkörper hinein ausgebildet wird.
  • Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Teilgebiet entlang der Strecke L variiert. Beispielsweise kann es von Vorteil sein, wenn die Sauerstoffkonzentration in Richtung zur ersten Seite hin abnimmt. Dies kann zu einer effektiven Glättung des Dotierstoffprofils innerhalb des Dotierstoffgebiets führen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Halbleiterkörper vor der Ausbildung des Teilgebiets an der zweiten Seite gedünnt wird.
  • Weiterhin sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, dass vor der Temperung zumindest in das Teilgebiet Wasserstoff eingebracht wird. Dies kann zum einen die Diffusion von Sauerstoffatomen beschleunigen und/oder die Dotierstoffausbildung erleichtern. Beispielsweise kann die Einbringung des Wasserstoffs durch Implantation von Wasserstoffionen erfolgen. Außerdem kann die Implantation oder Eindiffusion mit mindestens zwei verschiedenen Implantationsenergien erfolgen, so dass in dem Teilgebiet Wasserstoffansammlungen in verschiedenen Tiefen erzeugt werden. Dies kann in Verbindung mit der erhöhten Sauerstoffkonzentration im Teilgebiet zur Ausbildung von Dotierstoffkonzentrationsprofilen in dem Teilgebiet führen, die räumlich weniger stark variieren als in einem Gebiet mit einer Sauerstoffkonzentration, die deutlich geringer als 1 × 1017 cm–3 ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt die Temperung über einen Zeitraum von 30 Minuten bis 5 Stunden und bevorzugt zwischen 1 Stunde und 4 Stunden. Die Ausheiltemperatur liegt typischerweise im Bereich zwischen 350°C und 450°C. Dadurch kann beispielsweise eine relativ schwach variierende Dotierstoffverteilung der Dotierstoffkonzentration in dem Dotierstoffgebiet über die Strecke L erreicht werden.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Dotierstoffgebiet überwiegend durch thermische Donatoren ausgebildet, die aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet sind. In einem Ausführungsbeispiel werden dazu vor der Temperung in dem Halbleiterkörper zumindest in dem Teilgebiet Gitterleerstellen hergestellt.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Dotierstoffgebiet eine Dotierstoffkonzentration erhält, die zumindest entlang der Strecke L zwischen benachbarten Dotierungsmaxima und Dotierungsminima um maximal einen Faktor 15 bevorzugt 10 und besonders bevorzugt 3 variiert.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt ein Halbleiterbauelement mit einem Dotierstoffgebiet in einem Halbleiterkörper.
  • 2 zeigt ein Leistungs-Halbleiterbauelement mit Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten eines Halbleiterkörpers und mit einem Dotierstoffgebiet in dem Halbleiterkörper.
  • 3 zeigt ein Dotierstoffprofil in einem Halbleiterkörper eines Halbeleiterbauelements.
  • 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper.
  • 5 zeigt das Einbringen von Wasserstoff in ein Teilgebiet eines Halbleiterkörpers.
  • 6 zeigt ein Dotierstoffprofil in einem Halbleiterkörper eines Halbeleiterbauelements
  • Detaillierte Beschreibung
  • Bevor im Folgenden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Ferner sind die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, der Schwerpunkt liegt vielmehr auf der Erläuterung des Grundprinzips.
  • In 1 ist ein Halbleiterbauelement 10 dargestellt, das einen Halbleiterkörper 11 mit einer ersten Seite 12 und einer zur ersten Seite 12 gegenüberliegenden zweiten Seite 13 aufweist. Bei dem Halbleiterbauelement 10 kann es sich beispielsweise um eine Diode oder einen IGBT handeln, wobei sich die möglichen Ausführungsformen der Erfindung nicht auf diese beiden Halbleiterbauelementtypen beschränken.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Halbleiterkörper 11 zumindest teilweise aus entweder einem Czochralski-Halbleitermaterial bzw. Magnetic Czochralski-Halbleitermaterial oder einem Float-Zone-Halbleitermaterial oder einer Halbleitermaterial-Epitaxieschicht ausgebildet sein. Der Halbleiterkörper 11 liegt in der Regel als Halbleiterscheibe vor, aus dem dann ein oder mehrere Halbleiterbauelemente hergestellt werden. Die Halbleiterscheibe kann einen Scheibendurchmesser aufweisen, der im vorliegenden Fall beispielsweise > 200 mm ist. Der Durchmesser kann beispielsweise 300 mm betragen. Die Dicke des Halbleiterkörpers 11 beträgt normalerweise ca. 750 μm, kann aber auch geringer sein. Beispielsweise kann die Halbleiterkörperdicke weniger als 200 μm sein. In 1 ist weiterhin ein Dotierstoffgebiet 14 in dem Halbleiterkörper 11 dargestellt. Das Dotierstoffgebiet 14 wird durch einen Dotierstoff aus einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex ausgebildet. Der Dotierstoff kann beispielsweise aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet sein. Das Dotierstoffgebiet 14 erstreckt sich über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung X von der ersten Seite 12 bis zur zweiten Seite 13. Dabei weist das Dotierstoffgebiet 14 über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 auf. In einer Ausführungsform kann die Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von 2 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann sie sogar nur in einem Bereich von 3 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 liegen.
  • Der Halbleiterkörper 11 weist eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration auf. Das Dotierstoffgebiet 14 weist eine zur Grunddotierstoffkonzentration höhere Dotierstoffkonzentration auf.
  • In einer Weiterbildung zu dem Ausführungsbeispiel von 1, ist das Halbleiterbauelement ein Leistungshalbleiterbauelement. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Leistungshalbleiterbauelements 20, das einen Halbleiterkörper 21 mit einer ersten Seite 22 und einer zur ersten Seite 22 gegenüberliegenden zweiten Seite 23 aufweist. An der ersten Seite 22 des Halbleiterkörpers 21 ist eine erste Elektrode 24 angebracht. An der zweiten Seite 23 ist eine zweite Elektrode 25 an dem Halbleiterkörper 21 angebracht. In dem Halbleiterkörper 21 befindet sich zwischen der ersten Elektrode 24 und der zweiten Elektrode 25 ein pn-Übergang 26. Der pn-Übergang 26 wird zwischen einem p-dotieren Teilgebiet des Halbleiterkörpers 21 und einem n-dotierten Teilgebiet des Halbleiterkörpers 21 ausgebildet. Weiterhin befindet sich in dem Halbleiterkörper ein Dotierstoffgebiet 27. Das Dotierstoffgebiet 27 wird durch einen Dotierstoff aus einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex ausgebildet. Der Dotierstoff kann beispielsweise aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet sein. Das Dotierstoffgebiet 27 erstreckt sich über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung X von der ersten Seite 22 zur zweiten Seite 23. Das Dotierstoffgebiet 27 weist über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 auf.
  • Der Halbleiterkörper 21 des Leistungshalbleiterbauelements 20 weist normalerweise eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration auf. Diese Grunddotierung wird in dem Leistungshalbleiterbauelement 20 häufig in einer Driftzone bzw. Basiszone 28 verwendet. Diese Driftzone 28 liegt zwischen dem pn-Übergang 26 und dem Dotierstoffgebiet 27. Das Dotierstoffgebiet 27 kann beispielsweise eine Feldstoppzone sein. In 3 ist ein Beispiel eines Dotierstoffprofils innerhalb eines Halbleiterkörpers mit einem Dotierstoffgebiet dargestellt. Der Halbleiterkörper weist eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration 30 auf. Die Grunddotierstoffkonzentration 30 liegt dabei im Bereich von 1 × 1013 cm–3 bis 1 × 1014 cm–3. Die Grunddotierstoffkonzentration kann zur Ausbildung einer Driftzone bzw. Basiszone innerhalb eines Leistungshalbleiterbauelements verwendet werden. Der Halbleiterkörper weist weiterhin das Dotierstoffgebiet über eine Strecke L auf, bei dem die Dotierstoffe überwiegend durch einen Sauerstoff/Leerstellen-Komplex ausgebildet sind und die Dotierstoffkonzentration über der Grunddotierstoffkonzentration liegt. Diese höhere Dotierstoffkonzentration weist Werte im Bereich von 1 × 1014 cm–3 bis 1 × 1015 cm–3 auf. Außerdem variiert die höhere Dotierstoffkonzentration über die Strecke L maximal um einen Faktor 3.
  • 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Dotierstoffprofils innerhalb eines Halbleiterkörpers mit einem Dotierstoffgebiet. 6 zeigt eine Dotierstoffkonzentation in einem Dotierstoffgebiet, in dem die Grunddotierstoffkonzentration eine hohe Welligkeit, mit den Maxima 91 und den Minima 92 aufweist. Bei einem Sauerstoffgehalt, bzw. bei einer Sauerstoffkonzentration von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 nimmt die Welligkeit der Maxima 93 und der Minima 94 stark ab. Mit einer Sauerstoffkonzentration von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 variiert die Dotierungkonzentration derart, dass sich ein Dotierungskonzentrationsmaximum und ein benachbartes Dotierungskonzentrationsminimum maximal um einen Faktor 15, bevorzugt um einen Faktor von maximal 10 unterscheiden.
  • In 4a ist ein erstes Zwischenergebnis eines Verfahrens zur Herstellung eines Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper dargestellt. Dazu wird ein Halbleiterkörper 11 mit einer ersten Seite 12 und einer zur ersten Seite 12 gegenüberliegenden zweiten Seite 13 bereitgestellt. In dem Halbleiterkörper 11 ist zumindest ein Teilgebiet 15 über eine Strecke L von mindestens 10 μm in einer Richtung X von der ersten Seite 12 zur zweiten Seite 13 ausgebildet, das eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist. Das Teilgebiet 15 kann beispielsweise während der Kristallzucht des Halbleiterkörpers 11 ausgebildet werden. So kann die Ausbildung dieses Teilgebiets 15 beispielsweise in einem Czochralski-Verfahren, z. B. einem Magnetic-Czochralski-Verfahren, ausgebildet werden. In einem anderen Beispiel kann das Teilgebiet 15 auch durch Einstellung der Sauerstoffzufuhr aus der Gasphase während einer Epitaxiabscheidung des Halbleiterkörpers 11 auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden. Weiterhin kann das Teilgebiet 15 durch Ausdiffusion von Sauerstoff aus einem Substrat in eine darauf abgeschiedene Epitaxieschicht ausgebildet werden. Eine Epitaxieschicht kann z. B. zur Erzeugung von Driftzonen bzw. Basiszonen bei Leistungshalbleiterbauelementen verwendet werden. In einem weiteren Beispiel wird das Teilgebiet 15 durch Eindiffusion von Sauerstoff über die erste Seite 12 oder über die zweite Seite 13 in den Halbleiterkörper 11 hinein ausgebildet werden. Bei Eindiffusion über die erste Seite 12 sollte z. B. bei der Prozesssierung von Leistungshalbleiterbauelementen schon vor einer Politur der ersten Seite 12 des Halbleiterkörpers 11 der Sauerstoff in den Halbleiterkörper 11 eindiffundiert werden, um eine möglichst tiefe Eindiffusion der Sauerstoffatome zu gewährleisten. In noch einem weiteren Beispiel kann das Teilgebiet 15 durch Implantation von Sauerstoff in den Halbleiterkörper 11 hinein ausgebildet werden, wobei nach der Implantation üblicherweise geeignete Eindiffusionsschritte durchgeführt werden.
  • Je nach Einbringungsart des Sauerstoffs kann die Sauerstoffkonzentration in dem Teilgebiet 15 entlang der Strecke L derart eingestellt werden, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Teilgebiet 15 entlang der Strecke L abnimmt. Dabei kann die Sauerstoffkonzentration auch so eingestellt werden, dass sie in Richtung zur ersten Seite hin abnimmt. Eine nicht dargestellte Ausführungsform sieht vor, dass der Halbleiterkörper 11 vor der Ausbildung des Teilgebiets 15 an der zweiten Seite 13 gedünnt wird. Dies kann beispielsweise bei der Eindiffusion des Sauerstoffs über die zweite Seite 13 in den Halbleiterkörper 11 hinein eine wichtige Rolle spielen.
  • In 4b ist der Halbleiterkörper 11 dargestellt, bei dem sich durch Temperung 40 (in 4b als Pfeile dargestellt) zumindest des Teilgebiets 15 in einem Temperaturbereich zwischen 350°C und 450°C ein Dotierstoffgebiet 14 durch einen dotierend wirkenden Sauerstoff/Leerstellen-Komplex in dem Teilgebiet 15 über die Strecke L ausgebildet hat. Dabei kann vor der Temperung 40 zumindest in das Teilgebiet 15 Wasserstoff H eingebracht werden. Dies ist in 5 gezeigt. Die Einbringung des Wasserstoffs kann beispielsweise durch Implantation von Wasserstoffionen erfolgen. Dabei kann die Implantation auch mit mindestens zwei verschiedenen Implantationsenergien erfolgen. Dadurch entstehen in dem Teilgebiet 15 Wasserstoffansammlungen und auch stark erhöhte Leerstellendichten in verschiedenen Tiefen. Wenn sich beispielsweise die Dotierstoffe in dem Dotierstoffgebiet 14 aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex, sogenannte thermische Donatoren, ausbilden, kann durch die Wasserstoffansammlung in verschiedenen Tiefen des Teilgebiets 15 eine sehr homogene Verteilung der Dotierstoffe in dem Dotierstoffgebiet 14 über die Strecke L erreicht werden. Weiterhin können in dem Halbleiterkörper 11 vor der Temperung 40 zumindest in dem Teilgebiet 15 bevorzugt durch Wasserstoffimplantation Gitterleerstellen bzw. zusätzliche Gitterleerstellen erzeugt werden. Dies kann z. B. die Ausbildung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplexen fördern.
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004047749 A1 [0002]

Claims (28)

  1. Halbleiterbauelement, aufweisend: 5 – einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, – ein Dotierstoffgebiet in dem Halbleiterkörper, ausgebildet mit einem als Donator wirkenden Sauerstoff/Leerstellen-Komplex über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite, wobei das Dotierstoffgebiet über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterkörper zumindest teilweise aus einem Czochralski-Halbleitermaterial oder Magnetic Czochralski-Halbleitermaterial ausgebildet ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterkörper zumindest teilweise aus einem Float-Zone-Halbleitermaterial ausgebildet ist.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterkörper eine Halbleitermaterial-Epitaxieschicht umfasst.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dotierstoffgebiet eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von 2 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dotierstoffgebiet eine Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von 3 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration aufweist und das Dotierstoffgebiet eine zur Grunddotierstoffkonzentration höhere Dotierstoffkonzentration aufweist.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der als Donator wirkende Komplex aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet ist.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dotierstoffgebiet eine Donatorkonzentration aufweist, die entlang der Strecke L zwischen einem benachbarten Donatorkonzentrationsmaximum und einem Donatorkonzentrationsminimum um maximal einen Faktor 15 und bevorzugt um maximal einen Faktor 10 variiert.
  10. Leistungs-Halbleiterbauelement, aufweisend: – einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, – eine erste Elektrode an der ersten Seite und eine zweite Elektrode an der zweiten Seite des Halbleiterkörpers, – einen pn-Übergang in dem Halbleiterkörper, wobei sich der pn-Übergang zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befindet, – ein Dotierstoffgebiet in dem Halbleiterkörper, ausgebildet durch einen Dotierstoff aus einem Sauerstoff/Leerstellen-Komplex über eine Strecke L von mindestens 10 μm Länge entlang einer Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite, wobei das Dotierstoffgebiet über die Strecke L eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist.
  11. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, bei dem der Dotierstoff aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet ist.
  12. Leistungs-Halbleiterbauelement nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Halbleiterkörper eine Grunddotierung mit einer Grunddotierstoffkonzentration aufweist und das Dotierstoffgebiet eine zur Grunddotierstoffkonzentration höhere Dotierstoffkonzentration aufweist.
  13. Leistungs-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Dotierstoffgebiet eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die entlang der Strecke L zwischen einem benachbarten Dotierungskonzentrationsmaximum und einem Dotierungskonzentrationsminimum um maximal einen Faktor 15 und bevorzugt maximal um einen Faktor 10 variiert.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Dotierstoffgebiets in einem Halbleiterkörper, bei dem das Verfahren folgende Merkmale aufweist: – Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer ersten Seite und einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, wobei in dem Halbleiterkörper zumindest ein Teilgebiet über eine Strecke L von mindestens 10 μm in einer Richtung (X) von der ersten Seite zur zweiten Seite ausgebildet ist, das eine Sauerstoffkonzentration im Bereich von 1 × 1017 cm–3 bis 5 × 1017 cm–3 aufweist, – Temperung zumindest des Teilgebiets in einem Temperaturbereich zwischen 350°C und 450°C, wobei sich ein Dotierstoffgebiet mit einem Dotierstoff aus einem Sauerstoff-Komplex in dem Teilgebiet über die Strecke L ausbildet.
  15. verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Teilgebiet durch Einstellung der Sauerstoffzufuhr während der Kristallzucht des Halbleiterkörpers in einem Magnetic-Czochralski-Verfahren ausgebildet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Teilgebiet durch Einstellung der Sauerstoffzufuhr aus der Gasphase während einer Epitaxieabscheidung des Halbleiterkörpers auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, bei dem das Teilgebiet durch Ausdiffusion von Sauerstoff aus einem Substrat in eine darauf abgeschiedene Epitaxieschicht ausgebildet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Teilgebiet durch Eindiffusion von Sauerstoff über die erste Seite oder über die zweite Seite in den Halbleiterkörper hinein ausgebildet wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Teilgebiet durch Implantation von Sauerstoff in den Halbleiterkörper hinein ausgebildet wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die Sauerstoffkonzentration in dem Teilgebiet entlang der Strecke L abnimmt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Sauerstoffkonzentration in Richtung zur ersten Seite hin abnimmt.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem der Halbleiterkörper vor der Ausbildung des Teilgebiets an der zweiten Seite gedünnt wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei dem vor der Temperung zumindest in das Teilgebiet Wasserstoff eingebracht wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Einbringung des Wasserstoffs durch Implantation von Wasserstoffionen erfolgt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Implantation mit mindestens zwei verschiedenen Implantationsenergien erfolgt, so dass in dem Teilgebiet. Wasserstoffansammlungen in verschiedenen Tiefen erzeugt werden.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, bei dem die Temperung über einen Zeitraum von 30 Minuten bis 5 Stunden erfolgt
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, bei dem das Dotierstoffgebiet überwiegend durch Dotierstoffe ausgebildet wird, die aus einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gitterleerstellen-Komplex ausgebildet sind.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, bei dem in dem Halbleiterkörper vor der Temperung Gitterleerstellen zumindest in dem Teilgebiet hergestellt werden.
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