DE102016120771B3 - Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen und Halbleitervorrichtung, die wasserstoff-korrelierte Donatoren enthält - Google Patents

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Hans-Joachim Schulze
Johannes Georg Laven
Werner Schustereder
Hans Weber
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Abstract

Kristallgitterdefekte werden in einem horizontalen Oberflächenbereich (110) eines Halbleitersubstrats (100) erzeugt, und wasserstoff-korrelierte Donatoren werden in dem Oberflächenbereich (110) ausgebildet. Eine Information über eine kumulative Dotierstoffkonzentration (Ncum) von Dotierstoffen einschließlich der wasserstoff-korrelierten Donatoren wird in dem Oberflächenbereich (110) erhalten. Auf der Basis der Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration (Ncum) und einer Dissoziationsrate der wasserstoff-korrelierten Donatoren wird ein Haupttemperaturprofil (Tproc2(t)) zum Dissoziieren eines definierten Teils der wasserstoff-korrelierten Donatoren bestimmt. Das Halbleitersubstrat (100) wird einer Hauptwärmebehandlung unterzogen, die das Haupttemperaturprofil (Tproc2(t)) anwendet, um in dem Oberflächenbereich (110) eine endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration (Ntot) zu erhalten, die von einer Ziel-Dotierstoffkonzentration (Ntar) um nicht mehr als 15 % abweicht.

Description

  • HINTERGRUND
  • Leistungshalbleitervorrichtungen enthalten typischerweise eine niedrig dotierte Driftzone, über welche die Sperrspannung abfällt. Wenn die Driftzone in einer epitaktischen Schicht gebildet wird, die auf einer hochdotierten Halbleiterbasis aufgewachsen ist, ermöglicht eine in-situ-Dotierung während des epitaktischen Wachstums eine sehr homogene Verteilung der Dotierstoffe innerhalb der epitaktischen Schicht. Da die Wachstumsrate epitaktischer Schichten etwa 1 µm pro Minute beträgt, ist der Prozess für Driftzonen mit einer Dicke von 100 µm oder mehr vergleichsweise teuer. Daher werden Halbleiterwafer für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit hohem Sperrvermögen typischerweise durch Sägen von Silizium-Ingots erhalten, welche aus einer lokalisierten Floating-Schmelzzone eines Stabs aus einem Rohmaterial wachsen. Während des Floating-Zonenschmelzprozesses baut der wachsende Siliziumkristall typischerweise Dotierstoffatome bei einer vergleichsweise hohen Homogenität über die Länge und den Durchmesser des Silizium-Ingots ein; aber die Kosten dieses Prozesses sind relativ hoch und der maximal verfügbare Waferdurchmesser beträgt 300 mm ("12 Zoll"). Ein Ziehen eines Silizium-Ingots aus einem geschmolzenen Rohmaterial in einem Schmelztiegel in einem Czochralski-Prozess liefert auf der anderen Seite auf ökonomische Art und Weise Silizium-Ingots mit Durchmessern größer als 300 mm ("12 Zoll"), aber auf Kosten einer vergleichsweise hohen axialen Inhomogenität.
  • Die US 2015/0 311 279 A1 beschreibt einen Wasserstoff-Implant durch eine Bauteilrückseite eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements. Die Reichweite des Wasserstoff-Implants ist vergleichsweise kurz, zum Beispiel 3 μm oder weniger. Eine folgende Wärmebehandlung bildet aus den implantierten Wasserstoffatomen HDs (hydrogen-related donors), die außerhalb der n-Driftschicht eine n-Typ Feldstoppschicht bilden.
  • Es ist wünschenswert, die Herstellung von Leistungshalbleitervorrichtungen zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen ein Erzeugen von Kristallgitterdefekten in einem horizontalen Oberflächenbereich eines Halbleitersubstrats und ein Ausbilden wasserstoff-korrelierter Donatoren in dem Oberflächenbereich. Eine Information über eine kumulative Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen, einschließlich der wasserstoff-korrelierten Donatoren, im Oberflächenbereich wird erhalten. Auf der Basis der Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration und einer Dissoziationsrate der wasserstoff-korrelierten Donatoren wird ein Haupttemperaturprofil zum Dissoziieren eines definierten Teils der wasserstoff-korrelierten Donatoren bestimmt. Das Halbleitersubstrat wird einer Hauptwärmebehandlung unterzogen, die das Haupttemperaturprofil anwendet, um im Oberflächenbereich eine endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration zu erhalten, die von einer Ziel-Dotierstoffkonzentration um nicht mehr als 15 % abweicht.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterbereich, der eine Driftzone mit einer gesamten Dotierstoffkonzentration in einem Bereich von 1E12 cm–3 bis 1E17 cm–3 enthält, wobei ein Verhältnis wasserstoff-korrelierter Donatoren zu einer Gesamtheit extrinsischer Donatoren zumindest 25 % beträgt und wobei die wasserstoff-korrelierten Donatoren Sauerstoffatome, Kohlenstoffatome oder sowohl Sauerstoff- als auch Kohlenstoffatome umfassen sowie wasserstoff-korrelierte Donatoren weder Sauerstoff- noch Kohlenstoffatome umfassen.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in diese Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, indem eine ausreichend hohe kumulative Dotierstoffkonzentration erzeugt und die kumulative Dotierstoffkonzentration durch Dissoziieren überschüssiger HDs (wasserstoff-korrelierter Donatoren) in einem Feed-Forward-Prozess gesenkt wird.
  • 2A ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Dotierstoffkonzentrationen und einer Konzentration eines interstitiellen Sauerstoffs bei verschiedenen Prozessstufen gemäß einer Ausführungsform betreffend hochohmige Halbleitersubstrate.
  • 2B ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Dotierstoffkonzentrationen und einer Konzentration eines interstitiellen Sauerstoffs bei verschiedenen Prozessstufen gemäß einer Ausführungsform betreffend Halbleitersubstrate vom p-Typ.
  • 2C ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Dotierstoffkonzentrationen und einer Konzentration eines interstitiellen Sauerstoffs bei verschiedenen Prozessstufen gemäß einer Ausführungsform betreffend Halbleitervorrichtungen vom n-Typ.
  • 3A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats, um ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen zu veranschaulichen, das eine definierte Dissoziation wasserstoff-korrelierter Donatoren einschließt, nach Ausbilden von Anoden/Body-Wannen vom p-Typ in Vorrichtungsgebieten.
  • 3B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 3A nach einer ersten Implantation, die Kristallgitterdefekte in einem Oberflächenbereich erzeugt.
  • 3C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 3B nach einer vorbereitenden Wärmebehandlung, um eine kumulative Dotierstoffkonzentration zu erhalten, die HDs enthält.
  • 3D ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 3C, während eine Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration erhalten wird.
  • 3E ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 3D nach einer Hauptwärmebehandlung, die eine vorbestimmte Menge wasserstoff-korrelierter Donatoren dissoziiert.
  • 3F ist ein schematischer vertikaler Querschnitt des Halbleitersubstratbereichs von 3E nach Anbringen eines Trägerelements an einer Vorderseite des Halbleitersubstrats.
  • 3G ist ein schematischer vertikaler Querschnitt des Halbleitersubstratbereichs von 3F nach Abdünnen des Halbleitersubstrats von einer Rückseite aus.
  • 3H ist ein schematischer vertikaler Querschnitt des Halbleitersubstratbereichs von 3G während einer zweiten Implantation durch die Rückseite, um eine Feldstoppschicht auszubilden.
  • 3I ist ein schematischer vertikaler Querschnitt des Halbleitersubstratbereichs von 3H nach einer zusätzlichen bzw. ergänzenden Wärmebehandlung, die die Feldstoppschicht bildet.
  • 3J ist ein schematischer vertikaler Querschnitt des Halbleitersubstratbereichs von 3I nach Ausbilden einer rückseitigen Metallisierung.
  • 3K ist ein schematischer vertikaler Querschnitt von Halbleiterdies, die von dem Halbleitersubstratbereich von 3J durch Trennung entlang Vereinzelungsstraßen erhalten werden.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konzentration wasserstoff-korrelierter Donatoren in einem Halbleitersubstrat als eine Funktion einer Temperatur einer Wärmebehandlung veranschaulicht, die fünf Stunden dauert, um einen für ein Verständnis der Ausführungsformen nützlichen Hintergrund zu diskutieren.
  • 5A ist ein schematisches Diagramm, um eine Kapazität-Spannung-Messung zu veranschaulichen, um eine kumulative Dotierstoffkonzentration zu bestimmen, indem eine einen Schottky-Kontakt bildende Kontaktzone genutzt wird.
  • 5B ist ein schematisches Diagramm, um eine Kapazität-Spannung-Messung zu veranschaulichen, um eine kumulative Dotierstoffkonzentration zu bestimmen, indem eine Hilfsstruktur in einem Schnittfugengebiet genutzt wird.
  • 5C ist ein schematisches Diagramm, um eine Kapazität-Spannung-Messung zu veranschaulichen, um eine kumulative Dotierstoffkonzentration durch Verwenden einer Gateelektrode zu bestimmen.
  • 6 enthält schematische Diagramme, um den Einfluss eines Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalts im Halbleitersubstrat auf eine Erzeugungs- und Dissoziationsrate wasserstoff-korrelierter Donatoren zu veranschaulichen.
  • 7A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Driftzone, in der HDs zumindest 25 % der gesamten Dotierstoffkonzentration repräsentieren, gemäß einer Ausführungsform.
  • 7B ist ein schematisches Diagramm, das ein vertikales Dotierstoffprofil durch die Leistungshalbleitervorrichtung von 7A veranschaulicht.
  • 8A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht einer Leistungshalbleiterdiode mit HDs, die zumindest 25 % einer gesamten Dotierstoffkonzentration in einer Driftzone repräsentieren, gemäß einer Ausführungsform.
  • 8B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des IGFET (Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate) mit HDs, die zumindest 25 % einer gesamten Dotierstoffkonzentration in einer Driftzone repräsentieren, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • 8C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines IGBT (Bipolartransistors mit isoliertem Gate) mit HDs, die zumindest 25 % einer gesamten Dotierstoffkonzentration in einer Driftzone repräsentieren, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • Der Begriff "elektrisch verbunden" beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff "elektrisch gekoppelt" umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von "–" oder "+" neben dem Dotierungstyp "n" oder "p". Beispielsweise bedeutet "n–" eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines "n"-Dotierungsgebiets ist, während ein "n+"-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein "n"-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene "n"-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • 1 zeigt ein Halbleitersubstrat 100 bei verschiedenen Stufen einer Bearbeitung. Das Material des Halbleitersubstrats 100 ist ein kristallines Halbleitermaterial, zum Beispiel Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), Siliziumgermanium (SiGe), Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs) oder irgendein anderer AIIIBV-Halbleiter. Das Halbleitersubstrat 100 kann ein einkristalliner Siliziumwafer mit einer planaren vorderen Oberfläche 101 und einer Auflagefläche 102 auf der Rückseite sein, die der vorderen Oberfläche 101 gegenüberliegt, z.B. aus monokristallinem Czochralski-Silizium (Cz:Si), das erhalten wird, indem von einem zylindrischen Silizium-Ingot, der aus einer Siliziumschmelze in einem Schmelztiegel in einem Czochralski-Prozess in Abwesenheit magnetischer Felder herausgezogen wird, gesägt wird, magnetischem Czochralski-Silizium (mCz:Si), das erhalten wird, indem ein starkes Magnetfeld angelegt wird, das den Konvektionsstrom in der Siliziumschmelze während eines Herausziehens des Silizium-Ingots aus der Siliziumschmelze steuert, oder zonengezogenem bzw. Floating-Zone-Silizium (Fz:Si), das von einem Silizium-Ingot erhalten wird, der aus einer Schmelzzone eines Stabs aus einem nichteinkristallinen Rohmaterial gezogen wird.
  • Form, Abmessungen und Material des Halbleitersubstrats 100 sind mit Produktionslinien für Halbleitervorrichtungen auf Siliziumbasis kompatibel. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 100 ein Siliziumwafer mit einer annähernd zylindrischen Form sein, wobei der Durchmesser des Siliziumwafers zumindest 150 mm betragen kann, z.B. 200 mm ("8 Zoll"), 300 mm ("12 Zoll") oder 450 mm ("18 Zoll"). Eine Dicke des Halbleitersubstrats 100 kann zwischen 100 µm und mehreren Millimetern, z.B. in einem Bereich von 500 µm bis 2 µm, beispielsweise liegen. Eine Normale zur vorderen Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zur vorderen Oberfläche 101 sind horizontale Richtungen.
  • Das Halbleitersubstrat 100 wird Prozessen unterzogen, um elektronische Elemente in und auf dem Halbleitersubstrat 100 zu bilden. Bei einer geeigneten Bearbeitungsstufe erzeugt eine Sequenz von Prozessen HDs (wasserstoff-korrelierte Donatoren) in zumindest einem horizontalen Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 100, der sich entlang und parallel zu der vorderen Oberfläche 101 erstreckt.
  • Der Prozess zum Erzeugen von HDs kann mit der Erzeugung von Kristallgitterdefekten zumindest in dem Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 100 beginnen, wobei der Oberflächenbereich direkt an die vordere Oberfläche 101 grenzt. Beispielsweise bestrahlt eine Implantationsvorrichtung 410 die vordere Oberfläche 101 mit einem Teilchenstrahl 412, der Teilchen, z.B. Elektronen, Neutronen, Protonen oder Heliumionen, enthält. Die Teilchen treten durch die vordere Oberfläche 101 in das Halbleitersubstrat 100 ein, durchqueren den Oberflächenbereich und kommen um eine Spitze am Ende der Reichweite (engl. end-of-range peak) im Halbleitersubstrat 100 zur Ruhe, wobei unter anderem Masse und Energie der Teilchen eine Distanz der Spitze am Ende der Reichweite zur vorderen Oberfläche 101 definieren.
  • In dem Oberflächenbereich erzeugen die durchquerenden Teilchen intrinsische Punktdefektkomplexe, zum Beispiel Leerstellen oder Komplexe mit mehreren Leerstellen, wobei eine mittlere Defektdichte Ndd in dem Gebiet der Spitze am Ende der Reichweite in einem Bereich von 1E17 cm–3 bis 1E20 cm–3 liegen kann und eine mittlere Defektdichte Ndd in dem durchquerten Oberflächenbereich zwischen der vorderen Oberfläche 101 und der Spitze am Ende der Reichweite annährend 10 % der mittleren Defektdichte Ndd in dem Gebiet der Spitze am Ende der Reichweite beträgt. Danach lässt eine vorbereitende Wärmebehandlung Wasserstoff in den durchquerten Oberflächenbereich diffundieren. Falls der Teilchenstrahl 412 eine ausreichende Anzahl Protonen enthält, kann das Halbleitersubstrat 100 direkt in eine erste Heizkammer 420 übergeführt werden, die das Halbleitersubstrat 100 der vorbereitenden Wärmebehandlung unterzieht, in deren Verlauf der implantierte Wasserstoff aus dem Gebiet um die Spitze am Ende der Reichweite in beide vertikale Richtungen diffundiert.
  • Wasserstoffatome, die durch einen unbeeinflussten Basisbereich des Halbleitersubstrats 100 zwischen der Spitze am Ende der Reichweite und der Auflagefläche 102 diffundieren, bleiben elektrisch inaktiv und haben keinen weiteren Einfluss auf die Dotierstoffkonzentration in dem Halbleitersubstrat 100.
  • In dem Oberflächenbereich zwischen der vorderen Oberfläche 101 und der Spitze am Ende der Reichweite gettern (engl. getter) Kristallgitterdefekte Wasserstoffatome und wandeln sich in elektrisch aktive Defektkomplexe um, die Wasserstoff, d.h. wasserstoff-korrelierte Donatoren (HDs), enthalten.
  • Falls der Wasserstoffgehalt in dem Halbleitersubstrat 100 nicht ausreicht, zum Beispiel falls der Teilchenstrahl 412 andere Teilchen als Protonen für die Erzeugung von Leerstellen enthält, kann eine Ausbildung der wasserstoff-korrelierten Donatoren vor der vorbereitenden Wärmebehandlung ferner eine Eindiffusion von einer Wasserstoffplasmaquelle einschließen.
  • Die vorbereitende Wärmebehandlung wendet ein vorbereitendes Temperaturprofil Tproc1(t), z.B. einen isothermen Prozess mit einer Temperatur T1 des vorbereitenden Prozesses oberhalb 300°C und unterhalb 600°C für eine Zeit t1 des vorbereitenden Prozesses von zumindest mehreren Stunden an. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Temperatur T1 des vorbereitenden Prozesses einer isothermen vorbereitenden Wärmebehandlung in einem Bereich von 450°C bis 550°C, z.B. in einem Bereich von 470°C bis 510°C, und dauert zumindest 1 h, zumindest 2 h oder zumindest 5 h, so dass die verfügbaren Wasserstoffatome alle verfügbaren Kristallgitterdefekte in dem Oberflächenbereich besetzen. Da eine Ausbildung von HDs an das Vorhandensein geeigneter Gitterdefekte gebunden ist, können sich keine weiteren HDs bilden, wenn einmal alle geeigneten Gitterdefekte besetzt sind. Auf diese Weise kann eine stabile vorbereitende HD-Konzentration Nhd1 erreicht werden, welche nicht weiter zunimmt, solange keine weiteren Kristalldefekte erzeugt werden, und welche nicht abnimmt, solange die angewendete Temperatur die Dissoziationstemperatur der HDs nicht überschreitet.
  • Nach der vorbereitenden Wärmebehandlung wird eine Information in Bezug auf eine kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum im Oberflächenbereich erhalten. Die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum ist eine gesamte Netto-Dotierstoffkonzentration aller elektrisch aktiven Dotierstoffe nach der vorbereitenden Wärmebehandlung und enthält zumindest die vorbereitende HD-Konzentration Nhd1 nach der vorbereitenden Wärmebehandlung. Falls das anfängliche Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 100 hochohmig ist, ist die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum gleich der vorbereitenden HD-Konzentration Nhd1 oder approximiert diese eng. Falls das anfängliche Halbleitermaterial extrinsische Dotierstoffatome wie etwa z.B. Arsen-(As-), Bor-(B-) und/oder Phosphor-(P-)Atome enthält, ist die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum die Summe der vorbereitenden wasserstoff-korrelierten Donatorkonzentration Nhd1 und der extrinischen Dotierstoffkonzentration Next, wobei die extrinsische Dotierstoffkonzentration Next die Netto-Dotierstoffkonzentration ist, die sich aus dem Gesamtgehalt an Donator- und Akzeptoratomen ergibt. Gemäß einer Ausführungsform kann die extrinsische Dotierstoffkonzentration Next in einem Bereich von 0 bis 1E14 cm–3, z.B. von 0 bis 5E12 cm–3, liegen.
  • Die vorbereitende HD-Konzentration Nhd1 ergibt sich aus der Dichte von Kristallgitterdefekten in dem Oberflächenbereich, dem Gehalt an Wasserstoff in dem Halbleitersubstrat 100 nach dem Bestrahlungsprozess, dem Gehalt an interstitiellem Sauerstoff und Kohlenstoff, die im Siliziumkristall gelöst sind, sowie dem Temperaturprofil, das während der vorbereitenden Wärmebehandlung angewendet wird. Die Parameter des Prozesses zum Erzeugen von Kristallgitterdefekten, der Wasserstoffgehalt und das Temperaturprofil der vorbereitenden Wärmebehandlung können so ausgewählt werden, dass (i) die vorbereitende Wärmebehandlung die Kristallgitterdefekte sättigt, die für eine Bildung von HDs geeignet sind, (ii) die HDs in einem Bereich zwischen 400°C und 480°C thermisch stabil sind und (iii) Ncum eine Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar um zumindest 5 %, z.B. um zumindest 20 %, übertrifft.
  • Aus der kumulativen Dotierstoffkonzentration Ncum bestimmt eine Steuerungseinheit 490 ein Haupttemperaturprofil Tproc2(t) für eine Hauptwärmebehandlung, die die Anzahl wasserstoff-korrelierter Donatoren reduziert, so dass eine endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration Ntot eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, z.B. von der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar um nicht mehr als 15 %, um nicht mehr als 10 % oder um nicht mehr als 5 % abweicht.
  • Die endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration Ntot ist eine gesamte Netto-Dotierstoffkonzentration aller elektrisch aktiven Dotierstoffe nach der Hauptwärmebehandlung und enthält zumindest die endgültige HD-Konzentration Nhd2 nach der Hauptwärmebehandlung. Falls das anfängliche Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 100 hochohmig ist, ist die endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration Ntot gleich der endgültigen HD-Konzentration Nhd2 oder approximiert diese eng. Falls das anfängliche Halbleitermaterial extrinsische Dotierstoffe enthält, ist die endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration Ntot die Summe der endgültigen HD-Konzentration Nhd2 und der extrinsischen Dotierstoffkonzentration Next.
  • Das Haupttemperaturprofil Tproc2(t) kann ein isothermes Profil sein, das durch eine konstante Hauptprozesstemperatur Tproc2, eine Hauptprozesszeit tproc2, während der die Hauptprozesstemperatur Tproc2 angewendet wird, sowie vordere und hintere Temperaturrampen vor und nach Anwenden von Tproc2 definiert ist.
  • Die Steuerungseinheit 490 bestimmt das Haupttemperaturprofil Tproc2(t), indem die HD-Dissoziationsrate in dem Halbleitersubstrat 100 betrachtet wird. Die minimale Hauptprozesstemperatur Tproc2 zum Dissoziieren der HDs ist höher als die Temperatur Tproc1 des vorbereitenden Prozesses, z.B. über 380°C oder, falls Tproc1 380°C übertrifft, über 480°C.
  • Das Halbleitersubstrat 100 kann der Hauptwärmebehandlung in einer zweiten Heizkammer 470 bei einer späteren Bearbeitungsstufe unterzogen werden, nachdem die Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum erhalten wird und bevor das Halbleitersubstrat 100 in eine Vielzahl identischer Halbleiterdies getrennt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Hauptwärmebehandlung vor einem Ausbilden einer Metallisierung auf der vorderen Oberfläche 101 durchgeführt. Die Hauptwärmebehandlung kann eine zweckbestimmte Wärmebehandlung sein, die ausschließlich zum Dissoziieren einer gewünschten Anzahl von HDs dient.
  • Mit dem Verfahren von 1 erreicht eine einfache Feed-Forward-Steuerung entweder einen gut definierten, niedrig dotierten Oberflächenbereich in einem hochohmigen Halbleitersubstrat 100 oder komplettiert eine ursprüngliche Hintergrund-Dotierstoffkonzentration in einem vergleichsweise niederohmigen Halbleitersubstrat 100 bis zu einer gewünschten Ziel-Donatorenkonzentration, indem eine Lücke zwischen der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar und der extrinsischen Dotierstoffkonzentration Next mit HDs gefüllt wird.
  • Verglichen mit anderen Ansätzen, die eine Feed-Forward-Steuerung einschließen, zum Beispiel indem die Lücke zwischen der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar und einer extrinsischen Dotierstoffkonzentration Next mit einer definierten Erzeugung von OTDs (sauerstoff-korrelierten thermischen Donatoren) gefüllt wird, kommt die vorliegende Ausführungsform ohne eine Kenntnis des exakten Gehalts an interstitiellem Sauerstoff und Kohlenstoff aus. Stattdessen nutzt das Verfahren die Beobachtung, dass, anders als eine Erzeugungsrate, in zumindest einem Bereich von Interesse eine gesamte Dissoziationsrate von HDs nicht vom Vorhandensein anderer Verunreinigungen, z.B. interstitieller Sauerstoff- und Kohlenstoffatome, abhängt oder nur in einem vernachlässigbaren Maße abhängt. Der Bereich von Interesse umfasst die typischen Spezifikationsbereiche für interstitielle Sauerstoff- und Kohlenstoffverunreinigungen in mCz:Si und eine Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar unterhalb 3E15 cm–3.
  • Zum Beispiel bildet interstitieller Sauerstoff in Kombination mit Wasserstoff wasserstoff-korrelierte Donatorkomplexe, die sich von anderen sauerstofffreien, wasserstoff-korrelierten Donatorkomplexen unterscheiden. Aber bei Temperaturen oberhalb 460°C dissoziieren die wasserstoff-korrelierten Donatoren mit und ohne sauerstoff-korrelierte Donatoren wie etwa ODTs bei nahezu gleichen Raten.
  • Als eine Konsequenz kann das Verfahren ohne Kenntnis des exakten Sauerstoffgehalts auskommen, und es genügt, dass das Halbleitersubstrat 100 die üblichen Toleranzbedingungen in Bezug auf Sauerstoffgehalt und Kohlenstoffgehalt erfüllt.
  • 2A bis 2C zeigen einschlägige Dotierstoffkonzentrationen und die Konzentration von interstitiellem Sauerstoff bei verschiedenen Stufen einer Bearbeitung für verschiedene Typen der Halbleitersubstrate 100.
  • 2A betrifft ein hochohmiges Halbleitersubstrat, das extrinsische Dotierstoffatome nur als unerwünschte Verunreinigungen mit einer geringeren Konzentration als 1E12 cm–3 enthält.
  • Diagramm 901 bezieht sich auf ein hochohmiges Halbleitersubstrat nach der Ausbildung von HDs. Die intrinsische Sauerstoffkonzentration liegt innerhalb eines spezifizierten Bereichs zwischen einer minimalen intrinsischen Sauerstoffkonzentration NiO1 und einer maximalen intrinsischen Sauerstoffkonzentration NiO2. Eine Konzentration von Substitutions-Kohlenstoff liegt innerhalb eines spezifizierten Bereichs zwischen einer minimalen Konzentration von Substitutions-Kohlenstoff NsC1 und einer maximalen Konzentration von Substitutions-Kohlenstoff NsC2.
  • Eine Kenntnis über die Toleranzbereiche ΔNiO = |NiO1 – NiO2| und ΔNsC = |NsC1 – NsC2| genügt, um Parameter eines Prozesses zum Ausbilden von HDs zu bestimmen, beispielsweise die Dosis einer Protonenimplantation und ein Temperaturprofil in einer vorbereitenden Wärmebehandlung zum Diffundieren von Protonen, um durch Erzeugen von HDs eine kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum zu erreichen, die sicher größer als die Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar ist.
  • Diagramm 902 zeigt die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum, welche zumindest 5 %, z.B. zumindest 20 %, höher als die Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar ist. Die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum ist gleich einer vorbereitenden HD-Konzentration Nhd1, die wasserstoff-korrelierte Donatoren sowohl mit als auch ohne Sauerstoff- und/oder Kohlenstoffatome enthält.
  • Ungeachtet des Sauerstoffgehalts, des Kohlenstoffgehalts, des Gehalts an sauerstoff-korrelierten Dotierstoffen und/oder des Gehalts an kohlenstoff-korrelierten Dotierstoffen kann zumindest für einen Bereich von Interesse mit Ncum niedriger als 3E15 cm–3 die gesamte Dissoziationsrate wasserstoff-korrelierter Donatoren als die gleiche betrachtet werden und eine Kenntnis über Ncum reicht aus, um ein Haupttemperaturprofil zu definieren, das Ncum auf einen Wert Ntot reduziert, welcher von der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar um nicht mehr als 15 %, z.B. um nicht mehr als 10 % oder um nicht mehr als 5 %, abweicht, wie in Diagramm 903 veranschaulicht ist.
  • 2B bezieht sich auf ein n-dotiertes Halbleitersubstrat mit einer anfänglichen extrinsischen Donatorenkonzentration ND von Donatoren, zum Beispiel Arsen- und/oder Phosphoratomen innerhalb eines spezifizierten Bereichs zwischen einer minimalen externen Dotierstoffkonzentration Next1 und einer maximalen externen Dotierstoffkonzentration Next2, wobei Next2 niedriger als Ntar ist, wie in Diagramm 911 gezeigt ist.
  • Eine Kenntnis über die Toleranzbereiche ΔNiO und/oder ΔNsC sowie ΔNext kann genügen, um Parameter eines Prozesses zum Bilden von HDs zu bestimmen, zum Beispiel indem Protonen implantiert und diffundiert werden, um nach der Ausbildung von HDs in einer vorbereitenden Wärmebehandlung zwischen z.B. 470°C und 510°C eine kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum zu erreichen, welche die Summe der externen Dotierstoffkonzentration Next und der vorbereitenden HD-Konzentration Nhd1 ist, um sicher größer als die Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar zu sein, wie in einem Diagramm 912 dargestellt ist.
  • Die folgende Hauptwärmebehandlung reduziert Ncum auf Ntar, wie in Diagramm 913 veranschaulicht ist.
  • Eine Bestimmen des Temperaturprofils der Hauptwärmebehandlung kann mit der Kenntnis von nur der kumulativen Dotierstoffkonzentration Ncum und der Dissoziationsrate auskommen, vorausgesetzt dass die absolute Schwankung der externen Dotierstoffkonzentration ausreichend gering ist.
  • Andernfalls, d.h. falls die Fluktuation der externen Dotierstoffkonzentration einen signifikanten Einfluss auf die endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration Ntot hat, kann der Prozess zum Bestimmen der Prozessparameter einen weiteren Prozess einschließen, um eine Information über die tatsächliche extrinsische Dotierstoffkonzentration Next in dem betreffenden Halbleitersubstrat zu erhalten. Beispielsweise kann eine Messung eines Ausbreitungswiderstands die extrinsische Dotierstoffkonzentration in einer frühen Stufe einer Bearbeitung vor Ausbilden der wasserstoff-korrelierten Donatoren bestimmen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform endet eine erste partielle Wärmebehandlung für den Dissoziationsprozess nach einer definierten ersten Dissoziationszeit, und eine Information, die eine reduzierte kumulierte Dotierstoffkonzentration Nredcum beschreibt, wird auf die gleiche Weise wie für die kumulierte Dotierstoffkonzentration Ncum erhalten, um aus der ersten Dissoziationszeit und der Differenz zwischen Ncum und Nredcum das Verhältnis von HDs zu extrinischen Dotierstoffen in der kumulierten Dotierstoffkonzentration Ncum zu bestimmen. Die Parameter des Prozesses zum Erzeugen von Kristallgitterdefekten, der Wasserstoffgehalt und das Temperaturprofil der vorbereitenden Wärmebehandlung und der ersten partiellen Wärmebehandlung für den Dissoziationsprozess werden so ausgewählt, dass die reduzierte kumulierte Dotierstoffkonzentration Nredcum eine Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar um zumindest 5 %, z.B. um zumindest 20 %, übertrifft. Eine zweite Dissoziationszeit für eine zweite partielle Wärmebehandlung des Dissoziationsprozesses kann dann auf das berechnete Verhältnis von HDs zu extrinsischen Dotierstoffen abgestimmt werden.
  • In 2C entsprechen die Diagramme 921–923 den Diagrammen 911–913, falls das Halbleitersubstrat ein p-Typ ist und die extrinsische Dotierstoffkonzentration Next eine Akzeptorenkonzentration NA ist.
  • 3A bis 3K betreffen die Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterdies aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat 100, wobei eine Ausbildung wasserstoff-korrelierter Donatoren eine Implantation von Protonen einschließt.
  • Halbleitende Gebiete, zum Beispiel Anodenschichten einer Halbleiterdiode oder Body- und Sourcegebiete von Transistorzellen, werden an einer Vorderseite eines Halbleitersubstrats 100 in Vorrichtungsgebieten 610 ausgebildet. Ferner können isolierende und leitfähige Strukturen, zum Beispiel planare Gatestrukturen oder Graben-Gatestrukturen, Feldplattenstrukturen und Abschlussstrukturen, innerhalb jedes Vorrichtungsgebiets 610 gebildet werden.
  • Das in 3A gezeigte Halbleitersubstrat 100 kann intrinsisch sein oder kann extrinsische Dotierstoffe wie etwa Bor, Phosphor, Arsen, Antimon und Verunreinigungen wie etwa interstitielle Sauerstoff- und Substitutions-Kohlenstoffatome enthalten. Die Vorrichtungsgebiete 610 bilden eine Matrix mit Zeilen und Spalten, wobei ein Schnittfugengebiet 690 benachbarte Vorrichtungsgebiete 610 voneinander trennt. Das Schnittfugengebiet 690 bildet ein Gitter, wobei jede Masche des Gitters ein Vorrichtungsgebiet 610 enthält.
  • 3A zeigt Anoden/Body-Wannen 120 vom p-Typ als ein Parspro-toto-Beispiel einer halbleitenden Struktur für ein Vorrichtungsgebiet 610, wobei die Anoden/Body-Wanne 120 die Anodenschicht einer Leistungshalbleiterdiode oder die Body-Wanne eines Transistorzellen-Arrays sein kann, das ferner Sourcegebiete von n-Typ zwischen der vorderen Oberfläche 101 und den Anoden/Body-Wannen 120 enthält.
  • Eine Ausbildung der Anoden/Body-Wannen 120 und weiterer halbleitender Gebiete kann ein Implantieren der Dotierstoffe in das Halbleitersubstrat 100, ein Ausheilen einer Kristallschädigung und ein Integrieren der implantierten Dotierstoffatome bei regulären Kristallgitterstellen sowie ein Diffundieren der implantierten Dotierstoffatome bei Temperaturen oberhalb 800°C beinhalten.
  • Nach Fertigstellung der halbleitenden Gebiete wie etwa der Anoden/Body-Wannen 120, z.B. nach einem Ausheilen und Diffundieren, erzeugt eine Teilchenimplantation Kristallgitterdefekte, zum Beispiel Punktdefekte oder Mehrpunktdefekte, in einem Oberflächenbereich 110, der direkt an die vordere Oberfläche 101 grenzt. Die Teilchenimplantation kann nach Ausbildung des Gatedielektrikums durchgeführt werden.
  • 3B zeigt einen Teilchenstrahl 412, der auf die vordere Oberfläche 101 gerichtet ist. Der Teilchenstrahl 412 kann orthogonal auf die vordere Oberfläche 101 auftreffen, um Channeling- bzw. Tunneleffekte zum Erhöhen der Implantationstiefe auszunutzen. Gemäß einer Ausführungsform liegt ein Implantationswinkel zwischen der Normalen zur vorderen Oberfläche 101 und dem Teilchenstrahl 412 in einem Bereich von 3° bis 10°, um Tunneleffekte zu vermeiden.
  • Die Teilchen in dem Teilchenstrahl 412 können Elektronen, Neutronen oder Heliumionen sein. Gemäß einer Ausführungsform sind die Teilchen Protonen. Die implantierten Teilchen kommen bei einer projektierten Reichweite zur Ruhe, die z.B. durch die Energie der Teilchen, die Masse der Teilchen und Substrateigenschaften definiert ist. In dem Oberflächenbereich 110 erzeugen die Teilchen Kristallgitterdefekte, zum Beispiel Punktdefekte. Eine erste vertikale Ausdehnung v1 des Oberflächenbereichs 110 ist durch die Distanz der projektierten Reichweite der implantierten Teilchen von der vorderen Oberfläche 101 aus definiert. Ein Basisbereich 190 des Halbleitersubstrats 100 zwischen dem Oberflächenbereich 110 und einer der vorderen Oberfläche 101 gegenüberliegenden Auflagefläche 102 bleibt weitgehend unbeeinflusst und zeigt keine signifikante Zunahme von Kristallgitterdefekten.
  • Eine Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl 412 kann nach Fertigstellen der Anoden/Body-Wannen 120 und weiterer halbleitender Elemente durchgeführt werden.
  • Auf das Halbleitersubstrat 100 wird eine vorbereitende Wärmebehandlung angewendet. Die vorbereitende Wärmebehandlung kann der Bestrahlung mit dem Teilchenstrahl 412 von 3B direkt folgen, vorausgesetzt dass die Teilchen Protonen sind. Andernfalls geht ein Schritt, um dem Halbleitersubstrat 100 Wasserstoff bereitzustellen, der vorbereitenden Wärmebehandlung voraus.
  • Die vorbereitende Wärmebehandlung kann eine zweckbestimmte Wärmebehandlung sein, die zu keinem anderen Zweck als einem Ausbilden von HDs im Oberflächenbereich 110 dient. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die vorbereitende Wärmebehandlung eine Wärmebehandlung sein, die im Verlauf einer Bearbeitung von Halbleiterelementen in den Vorrichtungsgebieten 610 auch einem weiteren Zweck dient.
  • Während der vorbereitenden Wärmebehandlung ist die maximale Temperatur, die auf das Halbleitersubstrat 100 angewendet wird, oberhalb 450°C und höchstens 550°C, so dass HDs einer Art mit niedrigerer thermischer Stabilität (HD1) dissoziieren und ausschließlich HDs einer Art mit höherer thermischer Stabilität (HD2) gebildet werden. Die vorbereitende Wärmebehandlung diffundiert den Wasserstoff, wobei die Diffusionslänge, die durch die vorbereitende Wärmebehandlung erreicht wird, zumindest gleich der ersten vertikalen Ausdehnung v1 des Oberflächenbereichs 110 ist. In dem Oberflächenbereich 110, der die vorher ausgebildeten Kristallgitterdefekte enthält, dekorieren bzw. belegen die Wasserstoffatome die Punktdefektkomplexe und bilden donatorenartige Defektzustände, welche stationär und thermisch stabil bis etwa 500°C sind.
  • Gemäß 3C wird der Oberflächenbereich 110 ein n-Typ und bildet erste pn-Übergänge pn1 mit den Anoden/Body-Wannen 120. Eine Ausbildung der wasserstoff-korrelierten Donatoren kann die Ausbildung von OTDs einschließen, wobei die endgültige Konzentration von OTDs in dem Oberflächenbereich 110 von dem Anfangsgehalt an interstitiellem Sauerstoff abhängt. Die Konzentration von HDs kann ferner vom Gehalt anderer Verunreinigungen wie etwa Kohlenstoff abhängen.
  • In dem Oberflächenbereich 110 ist die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum die Summe der aktuellen vorbereitenden HD-Konzentration Nhd1 aller Arten von HDs nach der vorbereitenden Wärmebehandlung und einer extrinisischen Dotierstoffkonzentration Next. Die Parameter des HD-Erzeugungsprozesses, zum Beispiel Protonenimplantationsdosis und Temperatur sowie Dauer der vorbereitenden Wärmebehandlung, werden so ausgewählt, dass die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum größer als eine Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar des Oberflächenbereichs 110 ist. Zum Beispiel ist die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum zumindest 10 % oder zumindest 20 % höher als die Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar. Die Auswahl der Parameter einer Wasserstoffimplantation und vorbereitenden Wärmebehandlung können so ausgewählt werden, dass für eine gegebene Erzeugungsrate von HDs die Spezifikation für die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum sogar für ein Halbleitersubstrat 100 mit dem minimalen spezifizierten Gehalt an interstitiellem Sauerstoff, dem minimalen Gehalt an Substitutions-Kohlenstoff und mit entweder dem minimalen spezifizierten Gehalt extrinsischer Donatoren oder der maximalen Konzentration extrinsischer Akzeptoren erfüllt ist.
  • Bei einer beliebigen späteren Prozessstufe nach der vorbereitenden Wärmebehandlung, aber vor einem Prozess, der Temperaturen oberhalb der Dissoziationstemperatur der thermisch stabileren HD-Arten (HD2) anwendet, wird eine Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum vom Halbleitersubstrat 100 erhalten. Die Messung, die die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum betrifft, wird ausgeführt, bevor irgendeine weitere signifikante Wärmebilanz auf das Halbleitersubstrat 100 nach der vorbereitenden Wärmebehandlung angewendet wird.
  • Die Messung kann eine Kapazität-Spannung-Profilerstellung über eine Verarmungszone einschließen, die zumindest in Teilen im Halbleiterbereich 110 ausgebildet wird.
  • Zum Beispiel wird eine Spannung über einen pn-Übergang in dem Halbleitersubstrat 100 angelegt, und eine Kapazität über den pn-Übergang wird als eine Funktion der angelegten Spannung gemessen, wobei die Kapazität des pn-Übergangs eine Funktion der Breite der Verarmungszone ist. Aus der Abhängigkeit der Verarmungsbreite von der angelegten Spannung kann eine Information über die Dotierstoffkonzentration in dem Oberflächenbereich 110 erhalten werden.
  • 3D zeigt eine Messeinheit 820, die durch Kontaktsonden mit dem Oberflächenbereich 110 vom n-Typ und mit der Anoden/Body-Wanne 120 vom p-Typ zeitweise verbunden ist. Gemäß anderen Ausführungsformen können zweckbestimmte pn-Gebiete in den Vorrichtungsgebieten 610 oder in dem Schnittfugengebiet 690 ausgebildet werden. Basierend auf einer bekannten Dissoziationsrate von HDs und auf einer Kenntnis der kumulativen Dotierstoffkonzentration Ncum kann ein Haupttemperaturprofil Tproc2(t) für eine Hauptwärmebehandlung bestimmt werden, die überschüssige HDs dissoziiert, so dass die übrigen HDs und die extrinsische Dotierstoffkonzentration sich zu einer endgültigen gesamten Dotierstoffkonzentration Ntot ergänzen, die von der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar um nicht mehr als 15 % abweicht.
  • 3E zeigt das Halbleitersubstrat 100, nachdem das Halbleitersubstrat 100 der Hauptwärmebehandlung unterzogen wird, die das Haupttemperaturprofil Tproc2(t) anwendet. Der Prozess nutzt die Tatsache aus, dass die gleiche Dissoziationsrate für HDs sowohl bei Vorhandensein von mehr Sauerstoff und/oder Kohlenstoff als auch bei Vorhandensein von weniger Sauerstoff und/oder Kohlenstoff angenommen werden kann. Als eine Konsequenz kann der Prozess ohne Kenntnis des exakten ursprünglichen Sauerstoffgehalts des Halbleitersubstrats 100 auskommen. Vorausgesetzt dass die Abweichung der extrinsischen Dotierstoffkonzentration von einem Mittelwert ausreichend gering ist und, falls die gesamte extrinsische Dotierstoffkonzentration höchstens 10 % der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar beträgt, kommt der Prozess auch ohne Kenntnis der exakten extrinsischen Dotierstoffkonzentration aus.
  • Falls eine Abweichung der extrinsischen Dotierstoffkonzentration vergleichsweise hoch ist und der Teil der extrinsischen Dotierstoffkonzentration Next 10 % der Zielkonzentration Ntar übersteigt, kann die Hauptwärmebehandlung in eine erste partielle Wärmebehandlung aufgespalten werden, die nur einen Teil der Lücke zwischen der kumulierten Dotierstoffkonzentration Ncum und der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar, zum Beispiel um 50 % schließt, um eine reduzierte kumulative Dotierstoffkonzentration Nredcum zu erreichen.
  • Die erste partielle Wärmebehandlung kann eine zweckbestimmte Wärmebehandlung sein, die zu keinem anderen Zweck als einem Dissoziieren eines bestimmten Teils der HDs dient. Alternativ dazu wendet die erste partielle Wärmebehandlung eine definierte Wärmebilanz im Verlauf eines anderen Prozesses, z.B. während eines Abscheidungs-, Rückström-, Ausheilungs- oder Ätzprozesses, an.
  • Die reduzierte kumulative Dotierstoffkonzentration Nredcum kann in der gleichen Weise wie Ncum gemessen werden. Aus der reduzierten kumulativen Dotierstoffkonzentration Nredcum, der kumulativen Dotierstoffkonzentration Ncum und der bekannten Dissoziationsrate von HDs kann eine exakte Information der externen Dotierstoffkonzentration Next erhalten werden. Eine zweite partielle Wärmebehandlung, die die reduzierte kumulative Dotierstoffkonzentration Nredcum auf Ntot verringert, berücksichtigt die zusätzliche Information über die externe Dotierstoffkonzentration Next, so dass eine engere Übereinstimmung der endgültigen gesamten Dotierstoffkonzentration Ntot mit der Ziel-Dotierstoffkonzentration Ntar selbst bei vergleichsweise hohen Fluktuationen der externen Dotierstoffkonzentration Next erzielt werden kann.
  • Alternativ dazu kann eine Information über die extrinsische Dotierstoffkonzentration z.B. durch eine Messung eines Ausbreitungswiderstands bei einer frühen Prozessstufe vor Ausbilden etwaiger dotierter Gebiete erhalten werden.
  • Eine Bearbeitung des Halbleitersubstrats 100 kann mit einem Fertigstellen halbleitender, isolierender und leitfähiger Strukturen in dem Halbleitersubstrat 100 sowie einem Ausbilden eines Zwischenschicht-Dielektrikums und einer ersten Metallisierung 360 weitergehen, die von dem Halbleitersubstrat 100 durch das Zwischenschicht-Dielektrikum auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats 100 teilweise getrennt ist. Ein steifes Trägerelement 810, z.B. ein Schleifband, kann an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 100 zum Beispiel durch Klebung auf der ersten Metallisierung 360 reversibel angebracht werden.
  • 3F zeigt separate Bereiche der ersten Metallisierung 360 für jedes aktive Vorrichtungsgebiet 610. Das Trägerelement 810 kann eine starre, sich nicht dehnende Folie, zum Beispiel ein temporäres Bonding-Klebeband umfassen, das eine PET/LCP-(Polyethylenterephthalat/Flüssigkristallpolymer-)Basisfolie 812 und eine Klebefolie 811 zur Ablösung mittels Strahlung/Wärme umfasst, um die Basisfolie 812 reversibel an die erste Metallisierung 360 zu kleben.
  • Zumindest der unbeeinflusste Basisbereich 190 des Halbleitersubstrats 100 kann entfernt werden. Außerdem kann zumindest ein Abschnitt des Oberflächenbereichs 110, der die Spitzen am Ende der Reichweite des Teilchenstrahls 412 von 3B enthält, entfernt werden. Beispielsweise kann ein Schleifprozess, der von der dem Trägerelement 810 gegenüberliegenden Rückseite des Halbleitersubstrats 100 aus beginnt, den Basisbereich 190 entfernen, wobei ein Schleifrad das Halbleitersubstrat 100 von der Auflagefläche 102 aus schleifen kann. Der Schleifprozess kann nach Feststellung des dotierten Oberflächenbereichs 110 stoppen.
  • 3G zeigt den Oberflächenbereich 110, der durch Entfernung des Basisbereichs 190 von 3F entlang einer geschliffenen Oberfläche 103 des Halbleitersubstrats 100 freigelegt ist.
  • Eine rückseitige Bearbeitung, die eine Ausbildung einer Feldstoppschicht 170 einschließt, kann auf die geschliffene Oberfläche 103 angewendet werden. Gemäß einer Ausführungsform führt ein Implantationsstrahl 414 Wasserstoff durch die geschliffene Oberfläche 103 ein, wobei Kristallgitterdefekte in einem rückseitigen Oberflächenabschnitt mit einer vertikalen Ausdehnung von einigen zehn Mikrometer erzeugt werden. Eine ergänzende Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur der thermisch stabileren HD-Art (HD2) diffundiert den implantierten Wasserstoff. Wasserstoffatome, die in den rückseitigen Oberflächenabschnitt diffundieren, werden an den durch den Implantationsstrahl 414 erzeugten Kristallgitterdefekten gegettert und bilden eine dotierte Feldstoppschicht 170. Im Gegensatz dazu werden Wasserstoffatome, die in den Oberflächenbereich 110 diffundieren, nicht gegettert, da alle vorher ausgebildeten Kristallgitterdefekte im Oberflächenbereich 110 durch die vorhergehende Hauptwärmebehandlung gesättigt sind.
  • 3I zeigt die zwischen dem Oberflächenbereich 110 und der geschliffenen Oberfläche 103 ausgebildete Feldstoppschicht 170. Alternativ dazu kann der Abschnitt des Oberflächenbereichs 110, der die Spitze am Ende der Reichweite enthält, als die Feldstoppschicht 170 genutzt werden.
  • Eine weitere rückseitige Bearbeitung kann eine hochdotierte Kontaktschicht definieren, z.B. indem extrinsische Dotierstoffatome durch die freigelegte geschliffene Oberfläche 103 implantiert werden, und kann eine zweite Metallisierung 370 auf der freigelegten geschliffenen Oberfläche 103 ausbilden.
  • 3J zeigt das abgedünnte Halbleitersubstrat 100, das den Oberflächenbereich 110, der die Anoden/Body-Wannen 120 enthält, die hochdotierte Kontaktschicht 180 entlang der geschliffenen Oberfläche 103 und die Feldstoppschicht 170 umfasst, die zwischen dem Oberflächenbereich 110 und der Kontaktschicht 180 angeordnet ist. Die Kontaktschicht 180 kann ein n-Typ für die Bearbeitung von n-IGFETs und Halbleiterdioden sein und kann ein p-Typ für n-IGBTs sein. Die zweite Metallisierung 370 kann eine durchgehende Schicht sein oder kann so strukturiert sein, dass für jedes Vorrichtungsgebiet 610 separate Bereiche der zweiten Metallisierung 370 ausgebildet sind. Ein Vereinzelungsprozess trennt die Vorrichtungsgebiete 610 entlang dem Schnittfugengebiet 690.
  • 3K zeigt eine Vielzahl von Halbleiterdies 590, die durch Vereinzeln entlang Vereinzelungsstraßen 699 im Schnittfugengebiet 690 von 3J erhalten wurden, wobei sich ein Halbleiterbereich 700 mit einer ersten Oberfläche 701 an einer Vorderseite und einer planaren zweiten Oberfläche 702, die zur ersten Oberfläche 701 parallel ist, auf der Rückseite aus dem Halbleitersubstrat 100 von 3J ergibt. Der Halbleiterbereich 700 enthält eine Anoden/Body-Wanne 720, die mit einer ersten Metallisierung 360 an der Vorderseite elektrisch verbunden ist, und kann einen pn-Übergang mit einer Driftzone 731 ausbilden. Die Driftzone 731 ergibt sich aus dem Oberflächenbereich 110 von 3J, und eine Driftzonen-Dotierstoffkonzentration Ndrift in der Driftzone 731 ist gleich Ntot. Eine Feldstoppzone 738 resultiert aus der Feldstoppschicht 170 und eine Kontaktzone 179 aus der Kontaktschicht 180 des Halbleitersubstrats 500 von 3J.
  • 4 zeigt schematisch den Gehalt von HDs in einem Halbleitersubstrat als eine Funktion einer Temperatur einer isothermen Wärmebehandlung, die fünf Stunden dauert. Profil 950 zeigt die gesamte Konzentration NHD von HDs, das ein erstes Plateau für Temperaturen unterhalb etwa 350°C, einen ersten signifikanten Abfall zwischen 350° und 420°C, ein zweites Plateau zwischen 420° und 480°C und einen endgültigen Abfall aufweist, der bei etwa 480°C beginnt. Das Profil 950 kann modelliert werden, indem die Existenz von zwei Arten von HDs angenommen wird, die sich in puncto Temperaturstabilität unterscheiden. Eine weniger stabile erste Art von HDs (HD1) ist stabil bis zu Temperaturen von 380°C und dissoziiert vollständig bei etwa 420°C, wie mit Profil 951 veranschaulicht ist. Eine stabilere zweite Art von HDs (HD2) ist stabil bis zu Temperaturen von 480°C, wie mit Profil 952 veranschaulicht ist. Die Ausführungsformen nutzen die unterschiedliche Temperaturstabilität von HD1 und HD2, um zwei verschiedene dotierte Gebiete von HD1 und HD2 ohne die Notwendigkeit einer gegenseitigen Einstellung der Wärmebilanzen für die beiden verschiedenen dotierten Gebiete zu bilden.
  • 5A bis 5C beziehen sich auf Verfahren, um Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum nach einer vorbereitenden Wärmebehandlung zu erhalten. Die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum kann bei einer Prozessstufe ohne ohmschen Kontakt an einer Rückseite, bei einer Prozessstufe mit einer temporären ohmschen Kontaktstruktur, z.B. hochdotiertem Polysilizium an den Rückseiten, oder mit einer endgültigen rückseitigen Kontaktstruktur ausgewertet werden.
  • 5A zeigt eine Messanordnung für eine CV-Profilerstellung über einen Schottky-Kontakt 840, der durch eine erste Kontaktsonde 841 gebildet wird, die gegen einen Abschnitt der vorderen Oberfläche 101 gedrückt wird, die den Oberflächenbereich 110 in irgendeinem der Vorrichtungsgebiete 610 oder in dem Schnittfugengebiet 690 freilegt, wo ein vergleichsweise breiter Bereich des Oberflächenbereichs 110 freigelegt ist. Ein Kontaktgebiet 863 vom n-Typ kann einen ohmschen Übergang zwischen dem Oberflächenbereich 110 und einer Referenzsonde 849 vorsehen.
  • 5B zeigt eine Hilfsstruktur 860, die in einem Schnittfugengebiet 690 vollständig ausgebildet ist. Die Hilfsstruktur 860 umfasst eine Wanne 861 vom p-Typ, die gleichzeitig mit den Anoden/Body-Wannen 120 in den Vorrichtungsgebieten 610 von 3A gebildet werden kann, ein hochdotiertes Kontaktgebiet 862 vom p-Typ, das gleichzeitig mit Kontaktgebieten vom p-Typ in den Vorrichtungsgebieten 610 gebildet werden kann, und ein hochdotiertes Kontaktgebiet 863 vom n-Typ, das gleichzeitig mit Sourcegebieten in den Vorrichtungsgebieten 610 gebildet werden kann. Ein Bereich des Oberflächenbereichs 110 trennt die Wanne 861 vom p-Typ vom Kontaktgebiet 863 vom n-Typ, so dass eine zweite Kontaktsonde 842 in Kontakt mit dem Kontaktgebiet 862 vom p-Typ und eine Referenzsonde 849 in Kontakt mit dem Kontaktgebiet 863 vom n-Typ eine CV-Profilerstellung des pn-Übergangs zwischen dem Oberflächenbereich 110 und der Wanne 861 vom p-Typ ermöglichen.
  • Eine CV-Profilerstellung misst die Charakteristiken der Verarmungszone, die entlang dem pn-Übergang zwischen der Wanne 861 vom p-Typ und dem Oberflächenbereich 110 im Schnittfugengebiet 690 ausgebildet wird.
  • In 5C ersetzt ein direkter Kontakt zu einer Gateelektrode 750 die erste Kontaktsonde 841 von 5A und erlaubt eine CV-Profilerstellung über ein Gatedielektrikum 751, das die Gateelektrode 750 von einer Driftzone 731 trennt, die von einem Bereich des Oberflächenbereichs 110 gebildet wird. Die schwach dotierte Driftzone 731 bildet einen pn-Übergang mit einer Anoden/Body-Wanne 720, die die Driftzone 731 von einer Sourcezone 710 trennt.
  • Eine Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration Ncum nach der vorbereitenden Wärmebehandlung kann ebenfalls aus einer Durchbruchmessung bei einer herkömmlichen Testeinrichtung für Durchbruchtests erhalten werden. Die Durchbruchmessung nutzt typischerweise die Metallisierung an der Vorderseite und an der Rückseite. Falls die Metallisierung bei der typischen Hauptprozesstemperatur Trpoc2 zum Dissoziieren der HDs nicht stabil ist, z.B. falls die Metallisierung Aluminium Al als einen Legierungsbestandteil enthält, wird die Metallisierung vor der Hauptwärmebehandlung entfernt. Alternativ dazu wird eine thermisch stabilere Metallisierung ohne Aluminium vorgesehen, oder eine leitfähige Opferschicht aus z.B. hochdotiertem polykristallinem Silizium wird zum Zweck der Durchbruchmessung gebildet und nach der Hauptwärmebehandlung durch die endgültige Metallisierung ersetzt oder mit ihr bedeckt.
  • 6 ist ein kombiniertes Diagramm, das die integrierte aktive Dotierung eines Feldstopps als Funktion verschiedener Parameter aufträgt.
  • Diagramm 961 zeigt, dass der Bereich aktivierter HDs mit zunehmender Kohlenstoffkonzentration NsC zunimmt. Diagramm 962 zeigt den gleichen Effekt für ein Erhöhen einer Sauerstoffkonzentration NiO. Gemäß Diagrammen 963, 964 nimmt der Einfluss von Variationen der Kohlenstoffkonzentration und der Sauerstoffkonzentration NsC, NiO mit zunehmender Dosis einer Wasserstoffimplantation zum Ausbilden des Oberflächenbereichs und mit zunehmender Temperatur der Hauptwärmebehandlung ab.
  • 7A veranschaulicht eine Leistungshalbleitervorrichtung 500, die aus einem der oben beschriebenen Verfahren erhalten wird. Ein einkristallines Halbleitermaterial, z.B. Silizium, bildet einen Halbleiterbereich 700 mit einer planaren ersten Oberfläche 701 an einer Vorderseite sowie einer planaren zweiten Oberfläche 702 parallel zur ersten Oberfläche 701 auf der der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite.
  • Eine minimale Distanz zwischen der ersten und zweiten Oberfläche 701, 702 hängt von dem Spannungssperrvermögen der Leistungshalbleitervorrichtung 500 ab. Zum Beispiel kann die Distanz zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 701, 702 in einem Bereich von 90 µm bis 200 µm liegen, falls die Leistungshalbleitervorrichtung 500 für eine Sperrspannung von etwa 1200 V spezifiziert ist. Andere Ausführungsformen, die sich auf Leistungshalbleitervorrichtungen mit höheren Sperrvermögen beziehen, können Halbleiterbereiche 700 mit einer Dicke von bis zu mehreren 100 µm vorsehen.
  • In einer Ebene parallel zur ersten Oberfläche 701 kann der Halbleiterbereich 700 eine rechtwinklige Form mit einer Kantenlänge im Bereich von mehreren Millimetern oder eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser von mehreren Zentimetern aufweisen. Richtungen parallel zur ersten Oberfläche 701 sind horizontale Richtungen, und Richtungen senkrecht zur ersten Oberfläche 701 sind vertikale Richtungen.
  • Der Halbleiterbereich 700 enthält eine Anoden/Body-Wanne 720, die mit einem ersten Lastanschluss L1 elektrisch verbunden ist. Eine hochdotierte Kontaktschicht 739 ist entlang der zweiten Oberfläche 702 ausgebildet und mit einem zweiten Lastanschluss L2 elektrisch verbunden.
  • Eine schwach dotierte Driftzone 731 bildet einen oder mehrere pn-Übergänge pn1 mit der Anoden/Body-Wanne 720. Eine effektive Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 731 kann zumindest 1E12 cm–3 und höchstens 1E17 cm–3 betragen, typischerweise im Bereich zwischen 1E13 cm–3 und 1E15 cm–3. Die Dotierung in der Driftzone 731 kann einer anfänglichen Hintergrunddotierung im Halbleiterbereich 700 entsprechen. Zumindest 25 %, z.B. zumindest 50 %, der Donatoren in der Driftzone 731 sind HDs, wobei die HDs einen ersten Typ von HDs, der Sauerstoffatome, Kohlenstoffatome oder sowohl Sauerstoff- als auch Kohlenstoffatome enthält, und einen zweiten Typ von HDs umfassen, der weder Sauerstoff noch Kohlenstoff enthält. Die weiteren Donatoren in der Driftzone 731 können wasserstoff-korrelierte Donatoren oder extrinsische Dotierstoffatome wie etwa Arsen-, Antimon- und/oder Phosphoratome sein.
  • Eine Feldstoppzone 738 kann die Kontaktzone 739 und die Driftzone 731 trennen und bildet entweder einen unipolaren Übergang oder einen pn-Übergang mit der Kontaktzone 739 und einen unipolaren Übergang mit der Driftzone 731. Die Feldstoppzone 738 kann HDs basierend auf einer Implantation leichter Ionen, z.B. Protonen und/oder extrinsischer Dotierstoffatome wie etwa Phosphor-, Bor-, Antimon- und/oder Arsenatome, enthalten.
  • 7B zeigt ein vertikales Dotierstoffprofil 971 entlang einer Linie B-B von 7A. Die Kontaktzone 739 kann n-dotiert oder p-dotiert sein oder kann Zonen beider Leitfähigkeitstypen enthalten. Die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktzone 739 entlang der zweiten Oberfläche 702 ist ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einer Lastelektrode zu bilden, die direkt an die zweite Oberfläche 702 grenzt. Beispielsweise kann eine n-dotierte Kontaktzone 739 eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in einem Bereich von 1E18 cm–3 bis 1E20 cm–3, zum Beispiel von 5E18 cm–3 bis 5E19 cm–3, aufweisen. Die vorherrschenden Dotierstoffe in der Kontaktzone 739 können extrinsische Dotierstoffatome wie etwa Bor-(B-)Atome, Arsen-(As-)Atome, Antimon-(Sb-)Atome oder Phosphor-(P-)Atome sein.
  • In der Feldstoppzone 738 ist die mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration höchstens 10 % der maximalen Dotierstoffkonzentration in der Kontaktzone 739. Beispielsweise kann die mittlere Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppzone 738 in einem Bereich von 1E14 cm–3 bis 1E17 cm–3, zum Beispiel von 1E15 cm–3 bis 5E16 cm–3, liegen. Die vertikale Ausdehnung der Feldstoppzone 738 kann in einem Bereich von 1 μm bis 20 μm, zum Beispiel von 2 μm bis 10 μm, liegen. Die vorherrschenden Dotierstoffe in der Feldstoppzone 738 können extrinsische Dotierstoffe oder HDs, z.B. HDs der HD1-Art, sein.
  • In der Driftzone 731 liegt die mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in einem Bereich 1E12 cm–3 bis 1E17 cm–3, zum Beispiel in einem Bereich von 3E12 bis 5E15 oder von 1E14 cm–3 bis 5E15 cm–3, und das Verhältnis von HDs zu anderen Dotierstoffen beträgt mindestens 25 %, z.B. mindestens 50 %, wobei die HDs HDs mit Sauerstoff und/oder Kohlenstoff und HDs weder mit Sauerstoff noch Kohlenstoff umfassen. Die HDs können HDs der HD2-Art sein. Die weiteren Dotierstoffe in der Driftzone 731 können extrinsische Dotierstoffe sein. Das vertikale Dotierstoffprofil 971 kann Stufen entlang den Übergängen zwischen der Kontaktzone 739 und der Feldstoppzone 738 sowie zwischen der Feldstoppzone 738 und der Driftzone 731 zeigen.
  • Die Feldstoppzone 738 vermeidet, dass die Verarmungszone und das elektrische Feld in der sich allmählich ausdehnenden Verarmungszone eine Elektrode bei d = 0 an der Rückseite oder einen rückseitigen Emitter erreichen. Wenn das elektrische Feld sich in die Richtung der Rückseite ausdehnt, kann die Leistungshalbleitervorrichtung 500 kontinuierlich Ladungsträger von der Kontaktzone 739 zum Unterstützen eines externen Stromflusses bereitstellen.
  • 8A zeigt eine Leistungshalbleiterdiode 501 mit einem nominalen Durchlassstrom größer 1000 mA, z.B. größer 10 A oder größer 100 A, auf der Basis der Halbleitervorrichtung 500 von 7A. Eine Anoden/Body-Wanne 120 bildet einen ohmschen Kontakt mit einer ersten Lastelektrode 310 an der Vorderseite. Die erste Lastelektrode 310 bildet einen Anodenanschluss A oder ist mit einem solchen elektrisch verbunden. Die hochdotierte Kontaktzone 739 bildet einen ohmschen Kontakt mit einer zweiten Lastelektrode 320 auf der Rückseite. Die zweite Lastelektrode 320 bildet einen Kathodenanschluss K oder ist mit einem solchen elektrisch verbunden.
  • 8B bezieht sich auf einen IGFET 502. In puncto Details des Halbleiterbereichs 700, der Driftzone 731, der Feldstoppzone 738, der Kontaktzone 739, welche als Drain wirksam ist, und des vertikalen Dotierstoffprofils wird auf die Beschreibung der 7A bis 7B verwiesen. Der IGFET 502 enthält Transistorzellen TC, welche IGFET-Zellen mit n-dotierten Sourcezonen und mit der Anoden/Body-Wanne 720 sein können, die Bodyzonen der Transistorzellen TC bildet. Die Bodyzonen trennen die Sourcezonen jeweils von der Driftzone 731. Die Sourcezonen können mit einer ersten Lastelektrode an der Vorderseite elektrisch verbunden oder gekoppelt sein. Die erste Lastelektrode kann einen Sourceanschluss S bilden oder mit einem solchen elektrisch verbunden sein.
  • Gateelektroden der Transistorzellen TC können mit einem Gateanschluss G elektrisch verbunden oder gekoppelt sein und können über Gatedielektrika mit den Bodyzonen kapazitiv gekoppelt sein. In Abhängigkeit von der an den Gateanschluss G angelegten Spannung werden Inversionskanäle in den Bodyzonen ausgebildet und sorgen für einen Elektronenstrom durch die Transistorzellen TC, so dass in einem An-Zustand des IGFET 502 Elektronen durch die Transistorzellen TC in die Driftzone 731 eintreten.
  • Die Transistorzellen TC können planare Zellen mit lateralen Gatestrukturen sein, die außerhalb der Kontur des Halbleiterbereichs 700 angeordnet sind, oder Grabenzellen mit Graben-Gatestrukturen, die sich von der ersten Oberfläche 701 in den Halbleiterbereich 700 erstrecken. Beispielsweise können die Source- und Bodyzonen der Transistorzellen TC in Halbleiter-Mesastrukturen ausgebildet sein, die durch die Graben-Gatestrukturen getrennt sind.
  • 8C bezieht sich auf einen IGBT 503, zum Beispiel einen PT-IGBT mit einer Kontaktzone 739 vom p-Typ und mit der zweiten Lastelektrode 320, die mit einem Kollektoranschluss C elektrisch verbunden ist. Die Source- und Bodyzonen sind mit einem Emitteranschluss E elektrisch verbunden oder gekoppelt. Für weitere Details wird auf die Beschreibung der Leistungshalbleiterdiode 501 von 8A und des IGFET 502 von 8B verwiesen.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von Kristallgitterdefekten in einem horizontalen Oberflächenbereich (110) eines Halbleitersubstrats (100); Ausbilden wasserstoff-korrelierter Donatoren im Oberflächenbereich (110); Erhalten einer Information über eine kumulative Dotierstoffkonzentration (Ncum) von Dotierstoffen einschließlich der wasserstoff-korrelierten Donatoren im Oberflächenbereich (110); Bestimmen, auf der Basis der Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration (Ncum), eines Haupttemperaturprofils (Tproc2(t)) zum Dissoziieren eines definierten Teils der wasserstoff-korrelierten Donatoren; und Unterziehen, des Halbleitersubstrats (100), einer Hauptwärmebehandlung, die das Haupttemperaturprofil (Tproc2(t)) anwendet, um in dem Oberflächenbereich (110) eine endgültige gesamte Dotierstoffkonzentration (Ntot) zu erhalten, die von einer Ziel-Dotierstoffkonzentration (Ntar) um nicht mehr als 15 % abweicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Oberflächenbereich (110) extrinsische Dotierstoffe enthält und die kumulative Dotierstoffkonzentration (Ncum) die Summe einer extrinsischen Netto-Dotierstoffkonzentration (Next) und einer vorbereitenden, wasserstoff-korrelierten Donatorenkonzentration (Nhd1) nach dem Ausbilden der wasserstoff-korrelierten Donatoren ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Halbleitersubstrat (100) extrinsische Donatoren enthält und eine extrinsische Netto-Dotierstoffkonzentration zumindest 1E13 cm–3 beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Halbleitersubstrat (100) extrinsische Donatoren enthält und eine extrinsische Netto-Dotierstoffkonzentration höchstens 5E12 cm–3 beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (100) intrinsisch ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Ausbilden der wasserstoff-korrelierten Donatoren eine vorbereitende Wärmebehandlung zum Diffundieren von Wasserstoff in den Oberflächenbereich (110) umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Erzeugen der Kristallgitterdefekte ein Bestrahlen des Halbleitersubstrats (100) mit Protonen umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Abdünnen, nach Implantieren der Protonen, des Halbleitersubstrats (100) von einer der vorderen Oberfläche (101) gegenüberliegenden Seite aus, wobei ein Basisbereich (190) mit einer Spitze am Ende der Reichweite der Protonenimplantation entfernt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, wobei ein Ausbilden der wasserstoff-korrelierten Donatoren eine vorbereitende Wärmebehandlung zum Diffundieren der implantierten Protonen in den Oberflächenbereich (110) umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine in der vorbereitenden Wärmebehandlung angewendete maximale Temperatur oberhalb 470°C liegt und höchstens 510°C ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine in der Hauptwärmebehandlung angewendete maximale Temperatur oberhalb 510°C liegt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest 50 % einer gesamten Dauer des Haupttemperaturprofils (Tproc2(t)) ein isothermer Prozess ist, der durch eine konstante Hauptprozesstemperatur (Tproc2) und eine Hauptprozesszeit (tproc2) gegeben ist, während der die konstante Hauptprozesstemperatur (Tproc2) angewendet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend: Ausbilden von Anoden/Body-Wannen (120) in dem Halbleitersubstrat (100), wobei die Anoden/Body-Wannen (120) erste pn-Übergänge (pn1) mit Kathoden/Drainstrukturen (730) bilden, wobei die Kathoden/Drainstrukturen (730) Driftzonen (731) in dem Oberflächenbereich (110) umfassen, wobei eine Dotierstoffkonzentration (Ndrift) in den Driftzonen (731) gleich der endgültigen gesamten Dotierstoffkonzentration (Ntot) ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Erhalten einer Information über die kumulative Dotierstoffkonzentration (Ncum) eine Kapazität/Spannung-Messung über zumindest einen eines pn-Übergangs und eines Schottky-Kontakts (840) umfasst, der durch den Oberflächenbereich (110) gebildet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Kontaktsonde (841) gegen einen Abschnitt der vorderen Oberfläche (101) gedrückt wird, der den Oberflächenbereich (110) freilegt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend: Ausbilden eines Zwischenschicht-Dielektrikums (210) an einer Vorderseite des Halbleitersubstrats (100), bevor das Halbleitersubstrat (100) der Hauptwärmebehandlung unterzogen wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner umfassend: Ausbilden einer Vielzahl separater Halbleiterdies (590) aus dem Halbleitersubstrat (100), nachdem das Halbleitersubstrat (100) der Hauptwärmebehandlung unterzogen wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei nach der Hauptwärmebehandlung zumindest 25 % der Donatoren in dem Halbleitersubstrat (100) wasserstoff-korrelierte Donatoren sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei eine intrinsische Sauerstoffkonzentration (NiO) in dem Halbleitersubstrat (100) in einem Bereich von 1E17 cm–3 bis 6E17 cm–3 liegt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei eine Substitutions-Kohlenstoffkonzentration (NsC) in dem Halbleitersubstrat (100) in einem Bereich von 1E14 cm–3 bis 5E15 cm–3 liegt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, ferner umfassend: Implantieren, nach der Hauptwärmebehandlung, von Protonen, um eine Feldstoppschicht (170) in dem Halbleitersubstrat (100) zu bilden.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend: eine ergänzende Wärmebehandlung, die die Protonen aktiviert, die die Feldstoppschicht (170) bilden, wobei eine in der ergänzenden Wärmebehandlung angewendete maximale Temperatur unter 420°C liegt.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Halbleitersubstrat (100) der Hauptwärmebehandlung unterzogen wird, bevor eine erste Metallisierung (360) an einer Vorderseite ausgebildet wird.
  24. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterbereich (700), der eine Driftzone (731) mit einer gesamten Dotierstoffkonzentration in einem Bereich von 1E12 cm–3 bis 1E17 cm–3 aufweist, wobei ein Verhältnis wasserstoff-korrelierter Donatoren zu einer Gesamtheit extrinsischer Donatoren zumindest 25 % beträgt und wobei die wasserstoff-korrelierten Donatoren wasserstoff-korrelierte Donatoren, die Sauerstoffatome, Kohlenstoffatome oder sowohl Sauerstoff- als auch Kohlenstoffatome enthalten, und wasserstoff-korrelierte Donatoren umfassen, die weder Sauerstoff- noch Kohlenstoffatome enthalten.
  25. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Verhältnis wasserstoff-korrelierter Donatoren zu einer Gesamtheit extrinsischer Donatoren zumindest 50 % beträgt.
  26. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 24 und 25, ferner umfassend: eine Feldstoppzone (738), die einen unipolaren Übergang mit der Driftzone (731) bildet, wobei die Feldstoppzone (738) vorwiegend wasserstoff-korrelierte Donatoren enthält.
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