DE102018123439A1 - Leistungshalbleitertransistor, Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors und Verfahren zum Produzieren eines Leistungshalbleitertransistors - Google Patents

Leistungshalbleitertransistor, Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors und Verfahren zum Produzieren eines Leistungshalbleitertransistors Download PDF

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Abstract

Ein Leistungshalbleitertransistor (1) umfasst Folgendes: einen Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) mit einer Rückseitenoberfläche (10-20) aufweist, wobei der Halbleiterkörper (10) ein Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Feldstoppgebiet (105) des ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, das Feldstoppgebiet (105) zwischen dem Driftgebiet (100) und der Rückseite (10-2) angeordnet ist und in einem Querschnitt entlang einer vertikalen Richtung (Z), die von der Rückseite (10-2) zu der Vorderseite (10-1) zeigt, ein Konzentrationsprofil von Donatoren des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, das Folgendes aufweist: ein erstes lokales Maximum (1051) bei einem ersten Abstand (d1) von der Rückseitenoberfläche (10-20), eine vordere Breite bei halbem Maximum (B), die mit dem ersten lokalen Maximum (1051) assoziiert ist, und eine hintere Breite bei halbem Maximum (A), die mit dem ersten lokalen Maximum (1051) assoziiert ist, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum (B) kleiner als die hintere Breite bei halbem Maximum (A) ist und wenigstens 8 % des ersten Abstands (d1) beträgt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Beschreibung bezieht sich auf Ausführungsformen eines Leistungshalbleitertransistors. Insbesondere bezieht sich diese Beschreibung auf Ausführungsformen eines Leistungshalbleitertransistors, der ein Feldstoppgebiet umfasst, und auf Ausführungsformen einer Verarbeitung und/oder Produktion eines solchen Leistungshalbleitertransistors.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine, hängen von Leistungshalbleitertransistoren ab. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) und Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), um nur einige zu nennen, wurden zum Beispiel für verschiedenste Anwendungen verwendet, einschließlich unter anderem für Schalter in Leistungsversorgungen und Leistungswandlern, z. B. in Traktionsanwendungen.
  • Ein Leistungshalbleitertransistor umfasst üblicherweise einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom entlang eines Laststrompfads zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten. Zum Beispiel kann bei einer vertikalen Anordnung eines solchen Leistungshalbleitertransistors ein erster Lastanschluss mit einer Vorderseite des Halbleiterkörpers gekoppelt sein und kann ein zweiter Lastanschluss mit einer Rückseite des Halbleiterkörpers gekoppelt sein. Der Laststrompfad durchläuftüblicherweise ein Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. n-Typs).
  • Ferner kann der Laststrompfad mittels einer isolierten Elektrode, die manchmal als Gate-Elektrode bezeichnet wird, gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode beim Empfangen eines entsprechenden Steuersignals, z. B. von einer Treibereinheit, den Leistungshalbleitertransistor selektiv in einen Leitungszustand oder einen Sperrzustand versetzen.
  • Oft beinhaltet der Halbleiterkörper ein Feldstoppgebiet (das manchmal auch als Puffergebiet bezeichnet wird) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei das Feldstoppgebiet zum Beispiel zwischen dem Driftgebiet und der Rückseite angeordnet sein kann. Das Feldstoppgebiet kann zum Beeinflussen des Verlaufs eines elektrischen Feldes während des Sperrzustands des Leistungshalbleitertransistors konfiguriert sein. Das Feldstoppgebiet kann Donatoren des ersten Leitfähigkeitstyps bei einer höheren Konzentration als das Driftgebiet aufweisen. Zum Beispiel kann ein Abfall des elektrischen Feldes in dem Sperrzustand entlang einer Richtung, die von der Vorderseite zu der Rückseite zeigt, dementsprechend erhöht werden. Ein Feldstoppgebiet eines Halbleitertransistors kann zum Beispiel mittels einer Implantation von Protonen durch die Rückseite des Halbleiterkörpers entstehen.
  • Das Feldstoppgebiet kann einen Einfluss auf eine Reihe weiterer Eigenschaften der Leistungshalbleitertransistoren aufweisen. Es ist allgemein wünschenswert, Leistungshalbleitertransistoren bereitzustellen, die mit Bezug auf gewisse elektrische Eigenschaften, wie etwa die Kurzschlussrobustheit, den Heiß-Leckstrom und/oder die Ausschaltweichheit, optimiert sind.
  • Kurzdarstellung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung umfasst ein Leistungshalbleitertransistor einen Halbleiterkörper, der eine Vorderseite und eine Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche aufweist. Der Halbleiterkörper beinhaltet ein Driftgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Feldstoppgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps. Das Feldstoppgebiet ist zwischen dem Driftgebiet und der Rückseite angeordnet und umfasst in einem Querschnitt entlang einer vertikalen Richtung, die von der Rückseite zu der Vorderseite zeigt, ein Konzentrationsprofil von Donatoren des ersten Leitfähigkeitstyps, das Folgendes aufweist: ein erstes lokales Maximum bei einem ersten Abstand von der Rückseitenoberfläche, eine vordere Breite bei halbem Maximum, die mit dem ersten lokalen Maximum assoziiert ist, und eine hintere Breite bei halbem Maximum, die mit dem ersten lokalen Maximum assoziiert ist, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum kleiner als die hintere Breite bei halbem Maximum ist und wenigstens 8 % des ersten Abstands beträgt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, der eine Vorderseite und eine Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche aufweist, und Erzeugen eines Feldstoppgebiets innerhalb des Halbleiterkörpers mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes, wobei die Implantation durch die Rückseitenoberfläche mit einem Implantationswinkel bezüglich einer Rückseitenoberflächennormale ausgeführt wird, wobei der Implantationswinkel in dem Bereich von 20° bis 60° liegt. Ferner wird die Implantation mit einer Implantationsenergie in dem Bereich von 100 keV bis 800 keV und mit einer Implantationsdosis ausgeführt, die ein Integral eines resultierenden Donatorkonzentrationsprofils in dem Feldstopp von wenigstens 20 % einer Durchbruchladung ergibt, die spezifisch für das Material des Halbleiterkörpers ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, der eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Rückseite eine Oberfläche aufweist, die durch eine Rückseitenoberflächennormale definiert ist; Strukturieren der Rückseite so, dass mehrere Oberflächenteile gebildet werden, die sich voneinander darin unterscheiden, dass sie unterschiedliche Orientierungen mit Bezug auf die Rückseitenoberflächennormale aufweisen; und Erzeugen eines Feldstoppgebiets innerhalb des Halbleiterkörpers mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes, der durch die Rückseitenoberfläche ausgeführt wird, wobei ein Protonenstrahl während des Protonenimplantationsschrittes durch die mehreren Oberflächenteile abgelenkt wird.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Produzieren eines Leistungshalbleitertransistors, wobei der Leistungshalbleitertransistor ein Leistungshalbleitertransistor gemäß dem ersten Aspekt ist, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte gemäß dem zweiten und/oder dem dritten Aspekt umfasst.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden für einen Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Es ist anzumerken, dass die Leistungshalbleitertransistoren gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung möglicherweise mittels Verfahrensschritten gemäß dem dritten und/oder vierten Aspekt der Erfindung verarbeitet oder produziert wurden. Dementsprechend können Merkmale der Erfindung, die oben beschrieben wurden und nachfolgend mit Bezug auf den Leistungshalbleitertransistor beschrieben werden, analog auf die Verarbeitungs- und/oder Produktionsverfahren zutreffen und umgekehrt.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf die Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen gilt:
    • 1 veranschaulicht einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 2 veranschaulicht einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 3 veranschaulicht ein Donatorkonzentrationsprofil innerhalb eines Feldstoppgebiets gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 4 veranschaulicht ein Donatorkonzentrationsprofil innerhalb eines Feldstoppgebiets gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 5 veranschaulicht ein Donatorkonzentrationsprofil innerhalb eines Feldstoppgebiets gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 6 veranschaulicht ein Donatorkonzentrationsprofil innerhalb eines Feldstoppgebiets gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 7A-Bveranschaulichen jeweils einen Protonenimplantationsschritt für die Erzeugung eines Feldstoppgebiets gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft;
    • 8 veranschaulicht eine strukturierte Rückseite eines Halbleiterkörpers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft; und
    • 9 veranschaulicht eine amorphe Rückseitenoberfläche eines Halbleiterkörpers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „unter“, „vor“, „hinter“, „rück“, „anführend“, „anhängend“, „unter“, „über“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht beschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise auf andere Ausführungsformen angewandt oder in Verbindung mit diesen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen einschließen. Die Beispiele werden unter Gebrauch einer speziellen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche beschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Klarheit halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Ausdruck „horizontal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies sein. Sowohl die unten erwähnte erste laterale Richtung X als auch die unten erwähnte zweite laterale Richtung Y können beispielsweise horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Ausdruck „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche ausgerichtet ist, d. h. zum Beispiel parallel zu der Normalen der Oberfläche des Halbleiterwafers. Die unten erwähnte Ausdehnungsrichtung Z kann zum Beispiel eine Ausdehnungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch zu der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert als ein „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, wohingegen p-dotiert als ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ dazu können umgekehrte Dotierungsbeziehungen eingesetzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Ferner können sich die Ausdrücke „Ladungsträgerkonzentration“, „Dotierungsstoffkonzentration“ und „Donatorkonzentration“ innerhalb dieser Beschreibung auf eine durchschnittliche Ladungsträger-/Dotierungsstoff-/Donatorkonzentration bzw. auf eine mittlere Ladungsträger-/Dotierungsstoff-/Donatorkonzentration oder auf eine Flächenladungsträger/-dotierungsstoff-/-donatorkonzentration eines speziellen Halbleitergebiets oder einer speziellen Halbleiterzone beziehen. Dementsprechend kann z. B. eine Aussage, dass ein spezielles Halbleitergebiet eine gewisse Donatorkonzentration aufweist, die im Vergleich zu einer Donatorkonzentration eines anderen Halbleitergebiets höher oder niedriger ist, angeben, dass sich die jeweiligen mittleren Konzentrationen der Halbleitergebiete voneinander unterscheiden.
  • In dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Abschnitten, Zonen, Anteilen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Anteil oder einem Teil einer Halbleitervorrichtung vorliegt. Ferner soll der Ausdruck „in Kontakt“ in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der entsprechenden Halbleitervorrichtung vorliegt; z. B. beinhaltet ein Übergang zwischen zwei miteinander in Kontakt stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Zusätzlich wird in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck „elektrische Isolation“ in dem Kontext seines allgemein gültigen Verständnisses, falls nicht anderweitig angegeben, verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten getrennt voneinander positioniert sind und dass es keine ohmsche Verbindung gibt, die diese Komponenten verbindet. Jedoch können Komponenten, die elektrisch voneinander isoliert sind, trotzdem miteinander gekoppelt, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel anzuführen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert sein und können gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, z. B. mittels einer Isolierung, z. B. eines Dielektrikums.
  • Spezielle in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Leistungshalbleitertransistor, der eine Streifenzellen- oder Nadelzellenkonfiguration aufweist, wie etwa einen Leistungshalbleitertransistor, der innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Leistungsversorgung verwendet werden kann. Somit ist der Halbleitertransistor bei einer Ausführungsform zum Führen eines Laststroms, der einer Last zuzuführen ist und/oder der durch eine Leistungsquelle bereitgestellt wird, konfiguriert. Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung eine oder mehrere aktive Leistungseinheitszellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Ableitungen davon. Solche Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld darstellen, das mit einem aktiven Gebiet der Leistungshalbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Der Ausdruck „Leistungshalbleitertransistor“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll einen Halbleitertransistor auf einem einzigen Chip mit hohen Spannungssperr- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten ist eine solche Leistungshalbleitervorrichtung für starke Ströme, typischerweise im Ampere-Bereich, z. B. von bis zu einigen zehn oder hundert Ampere oder sogar bis zu mehreren kA, und/oder für hohe Spannungen, typischerweise oberhalb von 100 V, typischer 500 V und darüber, z. B. bis wenigstens 1 kV, bis wenigstens 6 kV, gedacht. Zum Beispiel kann die unten beschriebene Halbleitervorrichtung eine Halbleitervorrichtung sein, die eine Streifenzellenkonfiguration oder eine Nadelzellenkonfiguration aufweist und die dazu konfiguriert sein kann, als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit niedriger, mittlerer und/oder hoher Spannung eingesetzt zu werden.
  • Zum Beispiel bezieht sich der Ausdruck „Leistungshalbleitertransistor“, wie in dieser Beschreibung verwendet, nicht auf logische Halbleitervorrichtungen, die z. B. zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • 1 und 2 veranschaulichen jeweils einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen schematisch und beispielhaft. Die veranschaulichten vertikalen Querschnitte erstrecken sich innerhalb einer Ebene, die durch eine erste laterale Richtung X und eine vertikale Richtung Z definiert ist und senkrecht zu einer zweiten lateralen Richtung Y ist. Jede der veranschaulichten Komponenten kann sich auch entlang der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken. Im Folgenden wird auf jede der 1 und 2 Bezug genommen.
  • Der Halbleitertransistor 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, der eine Vorderseite 10-1 und eine Rückseite 10-2 mit einer Rückseitenoberfläche 10-20 aufweist. Der Halbleiterkörper 10 ist sowohl mit einer ersten Lastanschlussstruktur 11 als auch einer zweiten Lastanschlussstruktur 12 des Leistungshalbleitertransistors 1 gekoppelt. Die erste Lastanschlussstruktur 11 kann zum Beispiel (in Abhängigkeit von dem Typ des Leistungshalbleitertransistors) ein Emitteranschluss oder ein Source-Anschluss sein, der z. B. mit der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 gekoppelt ist. Die zweite Lastanschlussstruktur 12 kann zum Beispiel ein Kollektoranschluss oder ein Drain-Anschluss sein, der z. B. mit der Rückseite 10-2 des Halbleiterkörpers 10 gekoppelt ist. Zum Beispiel können die erste Lastanschlussstruktur 11 und/oder der zweite Lastanschluss 12 jeweilige Vorderseiten- oder Rückseitenmetallisierungen umfassen.
  • Der Halbleiterkörper 10 umfasst ein Driftgebiet 100 eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei das Driftgebiet 100 zum Leiten eines Laststroms zwischen der ersten Lastanschlussstruktur 11 und der zweiten Lastanschlussstruktur 12 konfiguriert ist. Das Driftgebiet 100 kann Dotierungsstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. n-Typs) umfassen. Bei einer Ausführungsform ist das Driftgebiet 100 ein n--dotiertes Halbleitergebiet.
  • Ferner kann der Leistungshalbleitertransistor 1 eine oder mehrere Steuerzellen 14 umfassen, die sich jeweils wenigstens teilweise in den Halbleiterkörper 10 auf der Vorderseite 10-1 hinein erstrecken. Die eine oder die mehreren Steuerzellen 14 können zum Steuern des Laststroms durch Schalten des Leistungshalbleitertransistors 1 in einen Leitungszustand oder einen Sperrzustand konfiguriert sein. Mit anderen Worten können die eine oder die mehreren Steuerzellen 14 zum selektiven Leiten eines Laststroms oder Sperren einer Sperrspannung in Abhängigkeit von einem Schaltzustand der Leistungshalbleitervorrichtung 1 konfiguriert sein.
  • Solche Steuerzellen 14 können zum Beispiel eine Steuerstruktur, wie etwa eine MOS-Steuerstruktur, umfassen, wie in 2 veranschaulicht ist. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht einer IGBT-Konfiguration des Leistungshalbleitertransistors 1. Jedoch ist die vorliegende Beschreibung nicht auf eine spezielle Art einer Konfiguration der einen oder der mehreren Steuerzellen 14 beschränkt. Stattdessen können die Steuerzellen 14 eine beliebige Konfiguration aufweisen, die für einen Leistungshalbleitertransistor, wie etwa einen IGBT oder einen MOSFET, üblich ist. Ein Fachmann ist mit diesen Arten von Konfigurationen vertraut. Dementsprechend sind in 1 die eine oder die mehreren Steuerzellen 14 nur schematisch veranschaulicht, da die genaue Konfiguration kein Hauptgegenstand dieser Beschreibung ist.
  • Zum Beispiel können die in 2 dargestellten Steuerzellen 14 eine Streifenkonfiguration aufweisen, die sich z. B. durch ein aktives Gebiet des Halbleiterkörpers 10 hindurch entlang der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken kann. Bei einer anderen Ausführungsform können die Steuerzellen 14 eine zellulare Konfiguration aufweisen, z. B. mit einem horizontalen Querschnitt, der eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken, eine kreisförmige Form und/oder eine ellipsenförmige Form aufweist.
  • Wie ferner in 2 veranschaulicht, kann jede Steuerzelle 14 z. B. eine Graben-Gate-Struktur umfassen. Zum Beispiel kann die Graben-Gate-Struktur in einer Streifenkonfiguration oder einer zellularen Konfiguration (die z. B. in einem horizontalen Querschnitt eine quadratische oder rechteckige Form aufweist) angeordnet sein, wie oben erwähnt. Zum Beispiel kann jede der Steuerzellen 14 eine Steuerelektrode 141, die innerhalb eines Grabens angeordnet ist, umfassen, wobei die Steuerelektrode 141 dazu konfiguriert sein kann, ein Steuersignal, wie etwa eine Gate-Spannung, von einem (nicht veranschaulichten) Steueranschluss des Leistungshalbleitertransistors 1 zu empfangen. Zum Beispiel kann innerhalb jeder Steuerzelle 14 die Steuerelektrode 141 mittels eines Isolationsblocks 143, wie etwa eines Oxidblocks, elektrisch von der ersten Lastanschlussstruktur 11 isoliert sein, wie es einem Fachmann wohlbekannt ist.
  • Ferner kann jede der Zellen 14 ein Body-Gebiet 102 eines zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. p-Typs), der zu dem ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. n-Typ) komplementär ist, und wenigstens ein Source-Gebiet 104, das in Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet ist, umfassen, wobei das Body-Gebiet 102 das wenigstens eine Source-Gebiet 104 von dem Driftgebiet 100 isoliert. Wie in 2 gezeigt, bildet ein Übergang zwischen dem Body-Gebiet 102 und dem Driftgebiet 100 einen pn-Übergang 103, der zum Sperren einer Sperrspannung konfiguriert ist, die in Durchlassrichtung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 angelegt wird. Jede der Steuerzellen 14 kann einen Teil des Drift-Gebiets 100 umfassen.
  • Innerhalb jeder Steuerzelle 14 kann die jeweilige Steuerelektrode 141 elektrisch von sowohl dem Source-Gebiet 104, dem Body-Gebiet 102 als auch dem Driftgebiet 100 mittels einer Isolationsstruktur 142, wie etwa eines Oxids, die in dem Graben enthalten ist, isoliert sein. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode 141 dazu konfiguriert sein, in Abhängigkeit von dem Steuersignal einen Transportkanal, wie etwa z. B. einen n-Kanal, in dem Body-Gebiet 102 zwischen dem Source-Gebiet 104 und dem Driftgebiet 100 zu induzieren, wodurch der Leitungszustand der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ermöglicht wird. Anstelle der in 2 veranschaulichten vertikalen Grabenzellen 14 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 mit (nicht gezeigten) sogenannten planaren Schaltzellen ausgerüstet sein, wobei sich eine Gate-Elektrode vertikal oberhalb des Halbleiterkörpers 10 befindet. Ein Fachmann ist mit den Prinzipien und Varianten von Konfigurationen solcher grabenbasierter oder planarer Schaltzellen 14 vertraut, und daher werden sie nicht ausführlich erklärt.
  • Wie es außerdem einem Fachmann bekannt ist, kann der Halbleiterkörper 10 ferner ein Rückseitenemittergebiet 107 des zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. p-Typs) umfassen, das auf der Rückseite 10-2 in Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein kann, siehe 2. In diesem Fall kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 als ein IGBT konfiguriert sein. Bei einer anderen Variante, bei der die Leistungshalbleitervorrichtung 1 z. B. als ein MOSFET konfiguriert ist, kann ein solches Rückseitenemittergebiet 107 des zweiten Leitfähigkeitstyps fehlen und kann ein stark dotiertes n-Typ-Gebiet bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann das Rückseitenemittergebiet 107 durch einen Diffusionsprozess und/oder durch einen Implantationsprozess durch die Rückseitenoberfläche 10-20, gefolgt von einem anschließenden Temperschritt bei Temperaturen unterhalb von 440 °C entstehen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Produzieren des Rückseitenemittergebiets 107 ferner einen Aktivierungsprozess mittels eines LASERs einschließen, wobei eine Bestrahlung mit dem LASER durch die Rückseite 10-2 ausgeführt wird.
  • Ferner umfasst der Halbleiterkörper 10 ein Feldstoppgebiet 105 des ersten Leitfähigkeitstyps. Das Feldstoppgebiet 105 ist zwischen dem Driftgebiet 100 und der Rückseite 10-2 angeordnet. Es ist anzumerken, dass in dem vorliegenden Kontext die Beziehung „zwischen“ in einem breiten Sinn zu verstehen ist, d. h. es können weitere Elemente, wie etwa das Rückseitenemittergebiet 107, zwischen dem Feldstoppgebiet 105 und der Rückseite 10-2 angeordnet sein, siehe 2. Wie es einem Fachmann im Prinzip bekannt ist, kann ein solches Feldstoppgebiet 105 zum Beeinflussen des Verlaufs eines elektrischen Feldes, insbesondere während des Sperrzustands des Leistungshalbleitertransistors 1, bereitgestellt sein. Das Feldstoppgebiet 105 kann Donatoren des ersten Leitfähigkeitstyps bei einer höheren Konzentration als das Driftgebiet 100 umfassen. Zum Beispiel kann ein Abfall des elektrischen Feldes in dem Sperrzustand entlang einer Richtung, die von der Vorderseite 10-1 zu der Rückseite 10-2 zeigt (d. h. entlang einer Richtung entgegengesetzt zu der vertikalen Richtung Z), dementsprechend erhöht werden. Das Feldstoppgebiet 105 kann zum Beispiel mittels einer Implantation von Protonen durch die Rückseitenoberfläche 10-20 des Halbleiterkörpers 10 entstehen. Zum Beispiel kann auf einen solchen Implantationsprozess ein anschließender Temperschritt bei Temperaturen unterhalb von 440 °C folgen.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß 2 bildet ein Übergang zwischen dem Rückseitenemittergebiet 107 und dem Feldstoppgebiet 105 einen zweiten pn-Übergang 108. Zum Beispiel befindet sich der zweite pn-Übergang 108 in einem Abstand d8 in dem Bereich von 100 nm bis 500 nm von der Rückseitenoberfläche 10-20 entfernt (siehe auch 4).
  • In einem Querschnitt entlang der Richtung, die von der Rückseite 10-2 zu der Vorderseite 10-1 zeigt (d. h. entlang einer Richtung, die durch eine Normale N auf einer Rückseitenoberfläche 10-2 definiert ist, oder äquivalent entlang der vertikalen Richtung Z), kann das Feldstoppgebiet 105 ein Konzentrationsprofil von Donatoren des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, das in sowohl 1 als auch 2 beispielhaft dargestellt ist. Ausführlichere Veranschaulichungen eines Abschnitts, wie etwa eines Donatorkonzentrationsprofils innerhalb des Feldstoppgebiets 105, sind in 4 bis 6 schematisch und beispielhaft gezeigt. Im Folgenden wird auf die in jeder der 1 bis 6 gezeigten Donatorkonzentrationsprofile Bezug genommen.
  • Bei einer Ausführungsform sind wenigstens 80 %, wie etwa wenigstens 60 %, der Donatoren in dem Feldstoppgebiet 105, d. h. wenigstens 80 %, wie etwa wenigstens 60 %, der Donatoren, die das Donatorkonzentrationsprofil bilden, wasserstoffinduzierte Donatoren. Zum Beispiel wurden solche wasserstoffinduzierten Donatoren möglicherweise mittels eines Implantationsprozesses, gefolgt von einem Temperprozess, wie weiter unten beschrieben wird, erzeugt.
  • Das Donatorkonzentrationsprofil kann ein erstes lokales Maximum 1051 bei einem ersten Abstand d1 von der Rückseite 10-2 (d. h. von der Rückseitenoberfläche 10-2) aufweisen. Zum Beispiel ist der erste Abstand d1 gleich oder kleiner als 4 µm, wie etwa höchstens 3,75 µm. Mit anderen Worten kann das erste lokale Maximum 1051 mit Bezug auf die Rückseitenoberfläche 10-2 relativ flach gelegen sein. Andererseits kann der erste Abstand d1 bei einer Ausführungsform gleich oder größer als 0,3 µm, wie etwa wenigstens 0,350 µm, sein.
  • Ferner kann das Donatorkonzentrationsprofil eine vordere Breite bei halbem Maximum B, die mit dem ersten lokalen Maximum 1051 assoziiert ist, aufweisen, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum B wenigstens 8 %, wie etwa wenigstens 10 %, wenigstens 12 % oder sogar wenigstens 20 %, des ersten Abstands d1 beträgt.
  • Im Folgenden wird die Definition der vorderen Breite bei halbem Maximum B unter Bezugnahme auf 1-3, 5 und 6 erklärt. Es ist anzumerken, dass in 4 und 5 die durchgezogenen Linien Donatorkonzentrationskurven gemäß der vorliegenden Erfindung repräsentieren, während gepunktete Linien Referenzkurven zum Zweck des Vergleichs sind. Im Folgenden wird, falls nichts anderes angegeben ist, auf die durchgezogenen Kurven Bezug genommen. Wie z. B. in jeder von 3, 5 und 6 gesehen werden kann, weist das erste lokale Maximum 1051 der Donatorkonzentration CC eine Konzentrationshöhe H auf, die als die Differenz zwischen der Donatorkonzentration CC bei dem ersten lokalen Maximum 1051 und der Donatorkonzentration CC bei einem lokalen Minimum definiert ist, das in der Richtung zu der Vorderseite 10-1 (d. h. das weiter in der vertikalen Richtung Z lokalisiert ist) an das erste lokale Maximum 1051 angrenzt. Zum Beispiel kann das lokale Minimum bei den Ausführungsbeispielen aus 3 und 5 zur gleichen Zeit ein globales Minimum sein, das sich bei dem ganz rechten Rand des Konzentrationsprofils (oder sogar rechts von dem in 3 und 5 dargestellten Bereich) befindet. Die Konzentrationshöhe H ist dementsprechend die Differenz zwischen der Konzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 und der unteren Linie in 3 und 5, d. h. die Konzentration bei dem ganz rechten Rand des in 3 und 5 gezeigten Diagramms. Im Gegensatz dazu befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel aus 6 ein lokales Minimum zwischen dem ersten lokalen Maximum 1051 und einem zweiten lokalen Maximum 1052.
  • Die vordere Breite bei halbem Maximum B ist als der Abstand zwischen der Position d1 des ersten lokalen Maximums 1051 und dem Punkt der Donatorkonzentrationskurve, wo die Donatorkonzentration CC bei einer Bewegung von dem ersten lokalen Maximum 1051 in der Richtung der Vorderseite 10-1 (d. h. in der vertikalen Richtung Z) auf die Hälfte der Konzentrationshöhe H abgefallen ist, definiert. Bei den Ausführungsbeispielen aus 3 und 5 gibt die Ordinate die Donatorkonzentration CC in zu der Höhe H normalisierten Einheiten an. Mit anderen Worten beträgt die Konzentration CC bei dem ersten lokalen Maximum 1051 1,0 und beträgt die Konzentration CC bei dem lokalen Minimum 0,0. Dementsprechend wird die vordere Breite bei halbem Maximum B bei dem Wert 0,5 in der normalisierten Skala aus 3 und 5 gemessen.
  • Entsprechend ist eine hintere Breite bei halbem Maximum A, die mit dem ersten lokalen Maximum 1051 assoziiert ist, als der Abstand zwischen der Position d1 des ersten lokalen Maximums 1051 und dem Punkt der Donatorkonzentrationskurve, wo die Donatorkonzentration bei einer Bewegung von dem ersten lokalen Maximum 1051 in der Richtung der Rückseite 10-2 (d. h. in der Richtung entgegengesetzt zu der vertikalen Richtung Z) auf die Hälfte der Konzentrationshöhe H abgefallen ist, definiert. Die Summe der vorderen Breite bei halbem Maximum B und der hinteren Breite bei halbem Maximum A entspricht einer vollen Breite bei halbem Maximum A + B.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß jeder der 1 bis 6 ist die vordere Breite bei halbem Maximum B kleiner als die hintere Breite bei halbem Maximum A. Zum Beispiel kann die vordere Breite bei halbem Maximum B sogar kleiner als die Hälfte der hinteren Breite bei halbem Maximum A sein.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß jeder der 1 bis 6 beträgt die vordere Breite bei halbem Maximum B wenigstens 0,225 µm, wie etwa wenigstens 0,250 µm, wenigstens 0,275 µm oder sogar wenigstens 0,375 µm. Ferner kann bei einer Ausführungsform die hintere Breite bei halbem Maximum A, die mit dem ersten lokalen Maximum 1051 assoziiert ist, wenigstens 0,675 µm, wie etwa wenigstens 0,700 µm oder sogar wenigstens 0,725 µm, betragen. Zum Beispiel beträgt die volle Breite bei halbem Maximum A + B, die mit dem ersten lokalen Maximum 1051 assoziiert ist, wenigstens 0,9 µm, wie etwa wenigstens 1,0 µm oder sogar wenigstens 1,1 µm.
  • Ferner kann bei einer Ausführungsform gemäß 5 (durchgezogene Kurve) das Konzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet sein, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 250 nm von der Position des ersten lokalen Maximums 1051 in der Richtung der Vorderseite 10-1 wenigstens 35 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 beträgt.
  • Ferner kann bei einer Ausführungsform gemäß 5 (durchgezogene Kurve) das Donatorkonzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet sein, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 375 nm von der Position des ersten lokalen Maximums 1051 in der Richtung der Vorderseite 10-1 wenigstens 5 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 beträgt.
  • Ferner kann bei einer Ausführungsform gemäß 5 (durchgezogene Kurve) das Donatorkonzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet sein, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 500 nm von der Position des ersten lokalen Maximums 1051 in der Richtung der Rückseite 10-2 wenigstens 60 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 beträgt.
  • Ferner kann bei einer Ausführungsform gemäß 5 (durchgezogene Kurve) das Konzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet sein, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 1500 nm von der Position des ersten lokalen Maximums 1051 in der Richtung der Rückseite 10-2 wenigstens 25 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 beträgt.
  • Zum Vergleich stellt 5 auch ein Donatorkonzentrationsprofil (gepunktete Referenzkurve) dar, das nicht alle der charakteristischen Merkmale aufweist, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen. Während zum Beispiel ein lokales Maximum der gepunkteten Referenzkurve näherungsweise bei dem gleichen Abstand d1 von der Rückseitenoberfläche 10-20 wie das erste Maximum 1051 der durchgezogenen Kurve liegt, weist es eine vordere Breite bei halbem Maximum auf, die kleiner als 8 % des Abstands d1 ist. Ferner beträgt die volle Breite bei halbem Maximum der Referenzkurve weniger als 0,9 µm.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Donatorkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb des Feldstoppgebiets 105 in einer lateralen Richtung, wie etwa in der ersten und/oder zweiten lateralen Richtung X, Y (siehe z. B. 1 und 2), relativ homogen sein. Zum Beispiel kann die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 entlang wenigstens 80 % einer Ausdehnung des Feldstoppgebiets 105 entlang einer lateralen Richtung, wie etwa entlang der ersten und/oder zweiten lateralen Richtung X, Y senkrecht zu der vertikalen Richtung Z um weniger als 10 % variieren. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 in einem aktiven Bereich des Leistungshalbleitertransistors 1 um weniger als 10 % entlang einer lateralen Richtung X, Y senkrecht zu der vertikalen Richtung Z variieren.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß 2, bei der der Halbleiterkörper 10 ein Rückseitenemittergebiet 107 des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst und bei dem ein Übergang zwischen dem Rückseitenemittergebiet 107 und dem Feldstoppgebiet 105 einen zweiten pn-Übergang 108 bildet, kann ein Stromverstärkungsfaktor αpnp/npn eines partiellen Transistors, der durch das Rückseitenemittergebiet 107, das Feldstoppgebiet 105, das Driftgebiet 100 und die Body-Gebiete 102 der Steuerzellen 14 gebildet wird, entlang einer lateralen Richtung X, Y senkrecht zu der vertikalen Richtung Z um weniger als 10 % variieren. Zum Beispiel kann eine solche laterale Homogenität des Stromverstärkungsfaktors αpnp/npn durch die laterale Homogenität der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051, wie oben beschrieben, gefördert werden.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß 6 kann das Feldstoppgebiet 105 mehrere lokale Maxima 1051, 1052, 105n-1, 105n umfassen, wobei sich das erste lokale Maximum 1051 näher an der Rückseitenoberfläche 10-20 als jedes der anderen der mehreren lokalen Maxima 1052, 1053, 105n-1, 105n befindet. Das erste lokale Maximum 1051 kann auch als „die flachste Spitze“ bezeichnet werden, da es mit Bezug auf die Rückseitenoberfläche 10-20 das flachste der lokalen Maxima 1051, 1052, 105n-1, 105n ist. Ferner befindet sich ein n-tes lokales Maximum 105n der mehreren lokalen Maxima 1051, 1052, 105n-1, 105n weiter als jedes der anderen der mehreren lokalen Maxima 1051, 1052, 105n-1 von der Rückseitenoberfläche 10-20 entfernt. Das n-te lokale Maximum kann als „die tiefste Spitze“ bezeichnet werden, da es mit Bezug auf die Rückseitenoberfläche 10-20 das tiefste der lokalen Maxima 1051, 1052, 105n-1, 105n ist. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 6 weist das Donatorkonzentrationsprofil innerhalb des Feldstoppgebiets vier lokale Maxima (n = 4) auf. Bei anderen Ausführungsformen kann eine andere Zahl an lokalen Maxima, wie etwa 2, 3, 5, 6 oder sogar mehr als 6 lokale Maxima, bereitgestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 höher als die Donatorkonzentration bei jedem der anderen der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n. Zum Beispiel kann die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 die jeweiligen Donatorkonzentrationen bei jedem der anderen der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n wenigstens um 50 % oder wenigstens um 100 %, wie etwa z. B. wenigstens um einen Faktor von 5, überschreiten.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 wenigstens 1e15 cm-3, wie etwa wenigstens 2e15 cm-3. Ferner liegt die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 bei einer Ausführungsform in dem Bereich von 10- bis 5000-mal, wie etwa in dem Bereich von 20-bis 2500-mal, einer Donatorkonzentration des Driftgebiets 100. Zum Beispiel liegt die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum 1051 möglicherweise in dem Bereich von 10- bis 5000-mal, wie etwa in dem Bereich von 20- bis 2500-mal, einer mittleren Konzentration von Dotierungsstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Driftgebiet 100.
  • Ferner kann gemäß einer Ausführungsform die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum (d. h. bei der tiefsten Donatorkonzentrationsspitze innerhalb des Feldstoppgebiets 105) gleich oder kleiner als 500-mal eine Donatorkonzentration des Driftgebiets 100, wie etwa eine mittlere Donatorkonzentration des Driftgebiets 100, sein.
  • Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum 105n gleich oder kleiner als 2e15 cm-3 sein. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum 105n gleich oder kleiner als 5e14 cm-3 sein.
  • Bei einer Ausführungsform liegt die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1051, 1052, 105n-1, 105n in dem Bereich von 2-mal bis 5000-mal einer Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 oder in dem Bereich von 5-mal bis 1000-mal der Donatorkonzentration des Driftgebiets 100, wobei die Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 eine mittlere Donatorkonzentration innerhalb des Driftgebiets 100 sein kann.
  • Zum Beispiel liegt bei einer Ausführungsform die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1051, 1052, 105n-1, 105n in dem Bereich von 3e13 cm-3 bis 5e16 cm-3 oder in dem Bereich zwischen 1e14 cm-3 und 1e16 cm-3.
  • Ferner kann bei einer Ausführungsform die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, in dem Bereich von 2-mal einer Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 bis 400-mal der Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 liegen, wobei die Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 eine mittlere Donatorkonzentration in dem Driftgebiet 100 sein kann. Ferner kann bei einer Ausführungsform die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, in dem Bereich von 2-mal einer Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 bis 125-mal der Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 liegen, wobei die Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 eine mittlere Donatorkonzentration in dem Driftgebiet 100 sein kann. Ferner kann bei einer Ausführungsform die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, in dem Bereich von 2-mal einer Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 bis 100-mal der Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 liegen, wobei die Donatorkonzentration des Driftgebiets 100 eine mittlere Donatorkonzentration in dem Driftgebiet 100 sein kann.
  • Bei einer Ausführungsform kann die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, in dem Bereich von 5e13 cm-3 bis 1,6e15 cm-3 liegen. Bei einer Ausführungsform kann die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, in dem Bereich von 5e13 cm-3 bis 5e14 cm-3 liegen. Bei einer Ausführungsform kann die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, in dem Bereich von 5e13 cm-3 bis 4e14cm-3 liegen.
  • Ferner ist bei einer Ausführungsform die Donatorkonzentration bei den mehreren lokalen Maxima 1052, 105n-1, 105n, außer für das erste lokale Maximum 1051, konstant oder nimmt bei einer Bewegung von einem lokalen Maximum zu einem benachbarten lokalen Maximum in der Richtung zu der Rückseitenoberfläche 10-20 zu.
  • Gemäß einer (nicht veranschaulichten) anderen Ausführungsform ist die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum 105n gleich einer oder größer als eine Donatorkonzentration bei einem (n-1)-ten lokalen Maximum 105n-1, das zu dem n-ten lokalen Maximum 105n benachbart ist, wobei sich das (n-1)-te lokale Maximum 105n-1 näher an der Rückseitenoberfläche 10-20 als das n-te lokale Maximum 105n befindet.
  • Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten und/oder Produzieren eines Leistungshalbleitertransistors entsprechen den Ausführungsformen des Leistungshalbleitertransistors, die oben mit Bezug auf die Figuren beschrieben sind. Daher können zum Beispiel die Merkmale der Ausführungsformen der oben mit Bezug auf die Figuren beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung durch Ausführen entsprechender Verarbeitungsverfahrensschritte erreicht werden. Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung können dementsprechend Bereitstellen eines Halbleiterkörpers 10 und Bilden der jeweiligen Strukturen, die in/auf dem Halbleiterkörper 10 angeordnet sind, durch Prozesse, wie etwa maskierte oder nichtmaskierte Implantationen und/oder Abscheidung von Halbleiterschichten und/oder Oxidschichten, umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors 1 Bereitstellen eines Halbleiterkörpers 10, der eine Vorderseite 10-1 und eine Rückseite 10-2 mit einer Rückseitenoberfläche 10-20 aufweist, und Erzeugen eines Feldstoppgebiets 105 innerhalb des Halbleiterkörpers 10 mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes mit einem anschließenden Temperschritt, wobei die Implantation durch die Rückseitenoberfläche 10-20 ausgeführt wird. Abgesehen von Protonen können andere n-Dotierungsspezies, z. B. Phosphor, Selen usw., verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß 7A-B wird die Protonenimplantation bei einem Implantationswinkel β mit Bezug auf eine Rückseitenoberflächennormale N ausgeführt, die von der Rückseite 10-2 zu der Vorderseite 10-1 zeigt (d. h. entlang der vertikalen Richtung Z), wobei der Implantationswinkel β in dem Bereich von 20° bis 60° liegt. Ferner kann die Implantation mit einer Implantationsenergie in dem Bereich von 100 keV bis 800 keV, wie etwa in dem Bereich von 100 keV bis 600 keV, ausgeführt werden. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform die Implantation mit einer Implantationsenergie in dem Bereich von 200 keV bis 400 keV ausgeführt werden. Eine Implantationsdosis kann so gewählt werden, dass ein resultierendes integriertes wasserstoffbezogenes Donatorprofil wenigstens 20 % oder wenigstens 30 %, wie etwa wenigstens 50 %, einer Durchbruchladung beträgt, die für das Material des Halbleiterkörpers 10 spezifisch ist. Zum Beispiel liegt die Durchbruchladung für Silicium typischerweise in dem Bereich von 0,5e12 cm-2 bis 2,0e12 cm-2.
  • Zum Beispiel kann ein Feldstoppgebiet 105 mit einem Donatorkonzentrationsprofil wie oben unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben mittels des wenigstens einen Protonenimplantationsschrittes mit einem anschließenden Temperschritt gebildet werden.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mehrere, z. B. wenigstens zwei, solcher Protonenimplantationsschritte, die insofern voneinander abweichen können, dass die Implantation aus unterschiedlichen Azimutrichtungen mit Bezug auf die Rückseitenoberfläche 10-20 ausgeführt wird. Zum Beispiel können die durchgezogenen Pfeile in 7A-B einen ersten Implantationsschritt bei einem Implantationswinkel β repräsentieren, der aus einem ersten Azimutwinkel ausgeführt wird, und können die gepunkteten Pfeile einen zweiten Implantationsschritt repräsentieren, der bei dem gleichen Implantationswinkel β aber aus einem zweiten Azimutwinkel ausgeführt wird, der mit Bezug auf den ersten Azimutwinkel um 180° verschoben ist.
  • Zum Beispiel ist das Donatorkonzentrationsprofil, das der durchgezogenen Kurve in 4 entspricht, das Ergebnis einer sogenannten Quad-Modus-Implantation, d. h. einer Implantation aus vier unterschiedlichen Azimutwinkeln. Bei jedem der vier Implantationsschritte, die zu dem in der durchgezogenen Kurve in 4 veranschaulichten Donatorkonzentrationsprofil führten, war der Implantationswinkel mit Bezug auf eine Oberflächennormale der Rückseite 10-20 β=34°. Zum Vergleich zeigt die gepunktete Kurve in 4 ein Donatorkonzentrationsprofil, das aus einer Einzelmodusimplantation, d. h. einer Implantation, die aus einer einzigen Azimutrichtung ausgeführt wurde, bei einem Implantationswinkel mit Bezug auf eine Oberflächennormale der Rückseite 10-20 von β=7° resultiert. Die gestrichelten Linien und die gestrichpunkteten Linien in 4 zeigen, dass die „Steigungen“ (in der logarithmischen Repräsentation) auf beiden Seiten des lokalen Maximums 1051 infolge der Quad-Modus-Implantation bei dem relativ großen Implantationswinkel von β=34° im Vergleich zu dem Einzelmodusprozess bei dem kleinen Implantationswinkel von β=7° beträchtlich flacher sind. Zur gleichen Zeit sind die jeweiligen Implantationstiefen, d. h. die Positionen der jeweiligen Spitzen, sehr ähnlich.
  • Es wurde herausgefunden, dass die „Steigungen“ der Protonenspitzen (wie beispielhaft mit den gestrichelten Linien in 4 angegeben) mittels einer oder mehrerer Implantationen bei relativ großen Implantationswinkeln β und möglicherweise aus einigen unterschiedlichen Azimutrichtungen im Vergleich zu Standardimplantationsbedingungen (vergleiche gestrichpunktete Linien in 4) kontinuierlich in einem Bereich von 0 % bis -100 % variiert werden können. Zum Beispiel kann die vertikale Ausdehnung des fallenden Zweiges der Spitze 1051 in der Richtung der Vorderseite 10-1 dementsprechend so erhöht werden, dass sie wenigstens 15 % oder sogar wenigstens 25 % einer Eindringtiefe eines Bereichsendes der Protonenimplantation beträgt. Zum Beispiel kann eine solche relativ flache Abnahme zu der Vorderseite 10-1 hin im Vergleich zu einem Standarddonatorkonzentrationsprofil in dem Feldstoppgebiet 105 ein weicheres Ausschaltverhalten und eine bessere Kurzschlussrobustheit ergeben. Zum Beispiel kann mittels einer schrittweisen oder kontinuierlichen Variation des Implantationswinkels β und/oder des Azimutwinkels ein kontinuierlicher Übergang zwischen den zwei beispielhaften Donatorkonzentrationsprofilen, die in 4 veranschaulicht sind, erreicht werden.
  • Bei einer Ausführungsform können ein oder mehrere Implantationsschritte, wie oben beschrieben, mit weiteren Implantationsschritten kombiniert werden, die bei kleineren Implantationswinkeln oder sogar bei einem Implantationswinkel von β=0° ausgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Zahl weiterer Spitzen 1052, 105n-1, 105n, wie beispielhaft in 6 veranschaulicht, durch Implantationsschritte bei kleineren Implantationswinkeln gebildet werden.
  • Ferner kann bei einer Ausführungsform das Erzeugen des Feldstoppgebiets 105 ferner eine Bestrahlung mit Helium durch die Rückseitenoberfläche 10-20 umfassen. Mit anderen Worten kann die oben beschriebene Implantation mit einer Bestrahlung mit Helium kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine laterale Homogenität der Donatorverteilung innerhalb des Feldstoppgebiets 105 somit weiter verbessert werden. Zum Beispiel kann eine solche Heliumbestrahlung durch die Rückseitenoberfläche 10-20 bei einer Implantation mit einem angemessenen Implantationswinkel (z. B. bei 7°) und einer angemessenen Implantationsenergie (z. B. bei 1,3 MeV) ausgeführt werden, so dass Leerstellen in dem Feldstoppgebiet 105 verursacht werden, wobei sich ein lokales Maximum einer Konzentration von Leerstellen grob bei dem ersten Abstand d1 von der Rückseitenoberfläche 10-20, d. h. bei oder nahe der Position des ersten lokalen Maximums 1051, befinden kann. Zum Beispiel können während des zuvor erwähnten Temperschrittes durch die Heliumbestrahlung verursachte Leerstellen mit Wasserstoff dekoriert werden, wodurch Defekte in dem primären Wasserstoffprofil „geschlossen“ werden.
  • Ferner können bei einer Ausführungsform gemäß 7A-B mehrere Teilchen P, wie etwa z. B. Fotolackreste, Siliciumteilchen, Oxidteilchen usw. während des wenigstens einen Protonenimplantationsschrittes auf der Rückseitenoberfläche 10-20 vorhanden sein. In 7A-B ist zu Veranschaulichungszwecken nur ein repräsentatives Teilchen P gezeigt. Zum Beispiel können die Teilchen eine maximale laterale Ausdehnung E aufweisen. Das beispielhafte Teilchen P kann als ein zylindrisches Teilchen mit einem Durchmesser E und einem Radius E/2 modelliert werden. Zum Beispiel kann der Durchmesser E 10 µm betragen. Wie oben erklärt, werden in 7A-B zwei Implantationen (die den durchgezogenen bzw. gepunkteten Pfeilen entsprechen) bei dem gleichen Implantationswinkel β=45°, aber aus zwei unterschiedlichen Azimutwinkeln ausgeführt, die sich um 180° voneinander unterscheiden. Die erste Implantation (durchgezogene Pfeile) erzeugt erste dotierte Gebiete innerhalb des Feldstoppgebiets 105, die in 7A-B von oben links nach unten rechts schraffiert sind. Die zweite Implantation (gepunktete Pfeile) erzeugt zweite dotierte Gebiete innerhalb des Feldstoppgebiets 105, die in 7A-B von unten links nach oben rechts schraffiert sind. Ferner markieren karierte Gebiete innerhalb des Feldstoppgebiets 105 Gebiete, die durch sowohl die erste als auch die zweite Implantation erreicht wurden. Mit anderen Worten überlappen die jeweiligen Bereichsenden der ersten und zweiten Implantation einander in den karierten Gebieten in 7A-B.
  • Aus einem Vergleich von 7A und B wird es offensichtlich, dass ein solches Überlappungsgebiet in Abhängigkeit von dem Implantationswinkel β□ und einer Eindringtiefe c (die wiederum von der Implantationsenergie abhängt) unterhalb des Teilchens P gebildet oder nicht gebildet werden kann. Mit anderen Worten kann, wie in 7B gezeigt, ein „Loch“ oder ein relativ schwach dotiertes Gebiet in dem Feldstoppgebiet 105 belassen werden, falls die Eindringtiefe c zu klein ist und/oder falls der Implantationswinkel β zu groß ist. Um die Existenz eines Überlappungsgebiets sicherzustellen, d. h., um solche „Löcher“ zu vermeiden, müssen die Implantationsparameter so gewählt werden, dass ein laterales Eindringen f, d. h. eine Projektion der Eindringtiefe c auf die Rückseitenoberfläche 10-20, wenigstens den Radius E/2 beträgt. Falls zum Beispiel das Teilchen einen Durchmesser von E = 10 µm aufweist, sollte das laterale Eindringen f wenigstens den Radius E/2 = 5 µm betragen, sodass ein lateral kontinuierliches Feldstoppgebiet 105, wie in 7A veranschaulicht, sichergestellt wird. Im Gegensatz dazu ist bei dem Ausführungsbeispiel aus 7B das laterale Eindringen f' geringer als der Radius E/2, was zu einer lateralen Unterbrechung des Feldstoppgebiets 105 führt.
  • Bei einer Ausführungsform werden der Implantationswinkel β und/oder die Implantationsenergie so gewählt, dass eine resultierende Eindringtiefe c die folgende Gleichung erfüllt: c ≥ E 2 c o s ( 90 ° − β )
    Figure DE102018123439A1_0001
    Entsprechend kann sichergestellt werden, dass das resultierende Feldstoppgebiet nicht lateral unterbrochen ist.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu können der Implantationswinkel β und/oder die Implantationsenergie so gewählt werden, dass die resultierende Eindringtiefe c die folgende Gleichung erfüllt: c ≤ 1,2 ⋅ E 2 c o s ( 90 ° − β )
    Figure DE102018123439A1_0002
    Dies kann sicherstellen, dass ein resultierendes Bereichsende der ersten Donatorkonzentrationsspitze 1051, d. h. ein erster Abstand d1 (vergleiche 1-5), nicht zu groß wird. Zum Beispiel kann der resultierende erste Abstand d1 dementsprechend in dem Bereich von 0,3 µm bis 4 µm, wie oben erklärt, liegen.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Temperschritt nach dem wenigstens einen Protonenimplantationsschritt umfassen, wobei der Temperschritt bei Temperaturen in dem Bereich von 360 °C bis 440 °C oder in dem Bereich von 380 °C bis 420 °C ausgeführt wird. Ferner kann der Temperschritt für eine Dauer in dem Bereich von 30 Minuten bis 4 Stunden ausgeführt werden.
  • Ferner umfasst bei einer Ausführungsform gemäß 8 ein Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors 1 einen Schritt zum Strukturieren der Rückseite 10-2 eines Halbleiterkörpers 10, sodass mehrere Oberflächenteile 10-21 gebildet werden. Die Oberflächenteile 10-21 unterscheiden sich voneinander darin, dass sie unterschiedliche Orientierungen mit Bezug auf die Rückseitenoberflächennormale N aufweisen. Zum Beispiel umfasst das Strukturieren der Rückseite 10-2 einen Ätzprozess, wie etwa mittels Kaliumhydroxid (KOH). Dann kann ein Feldstoppgebiet 105 innerhalb des Halbleiterkörpers 10 mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes, der durch die Rückseitenoberfläche 10-20 ausgeführt wird, erzeugt werden, wobei ein Protonenstrahl b während des Protonenimplantationsschrittes durch die mehreren Oberflächenteile 10-21 abgelenkt wird. Zum Beispiel kann ein solcher Implantationsprozess anstelle oder in Kombination mit einer Implantation bei einem relativ großen Implantationswinkel verwendet werden, sodass ein relativ flaches und/oder lateral homogenes Feldstoppgebiet 105 erzeugt wird.
  • Bei einer Ausführungsform gemäß 9 kann eine amorphe Oberfläche für denselben Zweck verwendet werden. Zum Beispiel können mehrere kleine Streuzentren 10-23 auf der Rückseitenoberfläche 10-20 angeordnet sein, wobei die Streuzentren 10-23 einen ähnlichen Effekt wie die mehreren Oberflächenteile 10-21, wie oben unter Bezugnahme auf 8 erklärt wurde, aufweisen können.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen schließen die Erkenntnis ein, dass relevante Eigenschaften eines Leistungshalbleitertransistors, wie etwa eines IGBT, durch einen detaillierten Verlauf eines Donatorkonzentrationsprofils innerhalb eines Feldstoppgebiets der Vorrichtung entscheidend beeinflusst werden können.
  • Zum Beispiel wurde erkannt, dass Verbesserungen mit Bezug auf eine Kurzschlussrobustheit und/oder mit Bezug auf einen Heiß-Leckstrom erreicht werden können, indem eine lateral homogene Donatorkonzentration innerhalb des Feldstoppgebiets bereitgestellt wird, wobei eine erste Spitze eines vertikalen Donatorkonzentrationsprofils innerhalb des Feldstoppgebiets mit Bezug auf die Rückseitenoberfläche der Vorrichtung relativ flach gelegen ist. Zum Beispiel kann durch Bereitstellen eines lateral homogenen Verstärkungsfaktors αpnp eines partiellen Transistors, der innerhalb eines IGBT gebildet ist, als Folge einer solchen lateral homogenen Donatorkonzentration in dem Feldstoppgebiet die Kurzschlussrobustheit des IGBT verbessert werden. Ein Grund dafür ist, dass die Homogenität des Feldstoppgebiets eine nachteilige Stromfilamentierung verhindern kann. Daher ist es möglich, den Verstärkungsfaktor αpnp allgemein auf ein höheres Niveau anzupassen. Infolgedessen kann bei einem Kurzschlussereignis ein nachteiliger Umklapp-Effekt des elektrischen Feldes vor dem p-Emitter des IGBT aufgrund der homogenen Injektion von Löchern selbst bei sehr hohen Stromdichten vermieden werden.
  • Ferner kann durch Vermeiden einer lokalen Zunahme des Verstärkungsfaktors αpnp das Risiko eines Latch-Up des Transistors reduziert werden, der aufgrund einer lokal erhöhten Lochdichte bei der Vorderseite, möglicherweise durch eine dynamische Lawine verstärkt, auftreten kann.
  • Ein lokal erhöhter Verstärkungsfaktor αpnp kann auch zu einer erheblichen Zunahme des Heiß-Leckstroms führen, was zu schädlichen Hot-Spots führt. Dementsprechend ist es durch Bereitstellen eines lateral homogenen Feldstoppgebiets auch möglich, den Heiß-Leckstrom zu reduzieren. Eine Verbesserung der thermischen Kurzschlussrobustheit des Leistungshalbleitertransistors kann daher erreicht werden.
  • Ferner kann der detaillierte Verlauf des vertikalen Donatorkonzentrationsprofils die Änderungen des Stroms und der Spannung am Ende eines Schaltprozesses des Leistungshalbleitertransistors beeinflussen. Dementsprechend kann zum Beispiel die Ausschaltweichheit des Transistors verbessert werden, indem ein relativ glatter Abfall der flachsten Feldstoppspitze in der Richtung des Driftgebiets bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann z. B. eine relativ große vordere Breite bei halben Maximum der flachsten Spitze dabei helfen, die Ausschaltweichheit zu erhöhen.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Leistungshalbleitertransistor ein Feldstoppgebiet, wobei ein Donatorkonzentrationsprofil in einem Querschnitt entlang einer vertikalen Richtung, die von der Rückseite zu der Vorderseite zeigt, ein erstes lokales Maximum bei einem ersten Abstand von einer Rückseitenoberfläche der Vorrichtung und eine vordere Breite bei halbem Maximum, die mit dem ersten lokalen Maximum assoziiert ist, aufweist, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum wenigstens 8 % des ersten Abstands beträgt.
  • Ferner wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen vorgeschlagen, ein Feldstoppgebiet eines Leistungshalbleitertransistors, das manche oder alle der oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen kann, mittels eines oder mehrerer Protonenimplantationsschritte zu erzeugen, wobei die Implantation bei einem Implantationswinkel in dem Bereich von 20° bis 60°, bei einer Implantationsenergie in dem Bereich von 100 keV bis 1600 keV, von 100 keV bis 800 keV, von 100 keV bis 600 keV oder von 200 keV bis 400 keV und mit einer Implantationsdosis ausgeführt wird, die ein Integral des resultierenden Donatorkonzentrationsprofils in dem Feldstoppgebiet von wenigstens 20 % einer Durchbruchladung ergibt, das spezifisch für das Material des Halbleiterkörpers ist. Mittels solcher Implantationsprozesse bei verschiedenen Winkeln kann das Donatorkonzentrationsprofil kontinuierlich variiert werden, wodurch ein Werkzeug zum Maßschneidern des Schaltverhaltens des Transistors bereitgestellt wird.
  • Ferner umfasst gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ein Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors Strukturieren der Rückseite eines Halbleiterkörpers so, dass mehrere Oberflächenteile gebildet werden, die sich voneinander darin unterscheiden, dass sie unterschiedliche Orientierungen mit Bezug auf eine Rückseitenoberflächennormale aufweisen, und Erzeugen eines Feldstoppgebiets innerhalb des Halbleiterkörpers mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes, der durch die Rückseitenoberfläche ausgeführt wird, wobei ein Protonenstrahl während des Protonenimplantationsschrittes durch die mehreren Oberflächenteile abgelenkt wird.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können zum Bilden zusätzlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, solange die Merkmale nicht ausdrücklich als zueinander alternativ beschrieben sind.
  • Zuvor wurden Ausführungsformen, die einen Leistungshalbleitertransistor, wie etwa einen IGBT oder einen MOSFET betreffen, und entsprechende Verarbeitungs- und Produktionsverfahren erklärt. Diese Vorrichtungen basieren zum Beispiel auf Silicium (Si). Entsprechend kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen 100, 102, 103, 104, 105 und 107, ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und seine dotierten Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial gefertigt sein können, das zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele für solche Materialien beinhalten unter anderem elementare Halbleitermaterialien, wie etwa Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie etwa Siliciumcarbid (SiC) oder Silicium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AllnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie etwa Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die zuvor erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoüberganghalbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heteroüberganghalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroüberganghalbleitermaterialien beinhalten unter anderem Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AIGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGaInN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid(GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Galliumnitrid(GaN), lndiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN), Silicium-Siliciumcarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroüberganghalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleitervorrichtungsanwendungen werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Ausdrücke wie etwa „unter“, „unterhalb“, „oberhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“ und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erklären. Es wird beabsichtigt, dass diese Ausdrücke zusätzlich zu denjenigen, die in den Figuren dargestellt sind, verschiedene Orientierungen der entsprechenden Vorrichtung einschließen. Ferner werden auch Ausdrücke wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. zu beschreiben, und es wird ebenfalls nicht beabsichtigt, dass diese beschränkend sind. Über die gesamte Beschreibung hinweg verweisen gleiche Ausdrücke auf gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet, sind die Ausdrücke „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“, „aufzeigend“ und dergleichen offene Ausdrücke, die das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen.
  • In Anbetracht der obigen Bandbreite an Variationen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorangehende Beschreibung beschränkt wird, noch durch die beigefügten Zeichnungen beschränkt wird. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente beschränkt.

Claims (29)

  1. Leistungshalbleitertransistor (1), der einen Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) mit einer Rückseitenoberfläche (10-20) aufweist, umfasst, wobei der Halbleiterkörper (10) ein Driftgebiet (100) eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Feldstoppgebiet (105) des ersten Leitfähigkeitstyps beinhaltet, das Feldstoppgebiet (105) zwischen dem Driftgebiet (100) und der Rückseite (10-2) angeordnet ist und in einem Querschnitt entlang einer vertikalen Richtung (Z), die von der Rückseite (10-2) zu der Vorderseite (10-1) zeigt, ein Konzentrationsprofil von Donatoren des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, das Folgendes aufweist: ein erstes lokales Maximum (1051) bei einem ersten Abstand (d1) von der Rückseitenoberfläche (10-20), eine vordere Breite bei halbem Maximum (B), die mit dem ersten lokalen Maximum (1051) assoziiert ist, und eine hintere Breite bei halbem Maximum (A), die mit dem ersten lokalen Maximum (1051) assoziiert ist, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum (B) kleiner als die hintere Breite bei halbem Maximum (A) ist und wenigstens 8 % des ersten Abstands (d1) beträgt.
  2. Leistungshalbleitertransistor (1) nach Anspruch 1, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum (B) kleiner als die Hälfte der hinteren Breite bei halbem Maximum (A) ist.
  3. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Integral des Donatorkonzentrationsprofils in dem Feldstoppgebiet (105) wenigstens 20 % einer Durchbruchsladung beträgt, die spezifisch für das Material des Halbleiterkörpers (10) ist.
  4. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Abstand (d1) gleich oder kleiner als 4 µm und/oder gleich oder größer als 0,3 µm ist.
  5. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vordere Breite bei halbem Maximum (B) wenigstens 0,225 µm beträgt, und/oder wobei die hintere Breite bei halbem Maximum (A) wenigstens 0,675 µm beträgt, und/oder wobei eine volle Breite bei halbem Maximum (A + B), die mit dem ersten lokalen Maximum (1051) assoziiert ist, wenigstens 0,9 µm beträgt.
  6. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens 80 % der Donatoren in dem Feldstoppgebiet (105) wasserstoffinduzierte Donatoren sind.
  7. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet ist, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 250 nm von der Position des ersten lokalen Maximums (1051) in der Richtung der Vorderseite (10-1) wenigstens 35 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) beträgt.
  8. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet ist, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 375 nm von der Position des ersten lokalen Maximums (1051) in der Richtung der Vorderseite (10-1) wenigstens 5 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) beträgt.
  9. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet ist, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 500 nm von der Position des ersten lokalen Maximums (1051) in der Richtung der Rückseite (10-2) wenigstens 60 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) beträgt.
  10. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konzentrationsprofil dadurch gekennzeichnet ist, dass die Donatorkonzentration bei einem Abstand von 1500 nm von der Position des ersten lokalen Maximums (1051) in der Richtung der Rückseite (10-2) wenigstens 25 % der Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) beträgt.
  11. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) entlang wenigstens 80 % einer Ausdehnung des Feldstoppgebiets (105) entlang einer lateralen Richtung (X, Y) senkrecht zu der vertikalen Richtung (Z) um weniger als 10 % variiert, und/oder wobei die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) in einem aktiven Bereich des Leistungshalbleitertransistors (1) um weniger als 10 % entlang einer lateralen Richtung (X, Y) senkrecht zu der vertikalen Richtung (Z) variiert.
  12. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) ein Rückseitenemittergebiet (107) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, umfasst, wobei das Rückseitenemittergebiet (107) bei der Rückseite (10-2) angeordnet ist, wobei ein Übergang zwischen dem Rückseitenemittergebiet (107) und dem Feldstoppgebiet (105) einen zweiten pn-Übergang (108) bildet.
  13. Leistungshalbleitertransistor (1) nach Anspruch 12, wobei ein Stromverstärkungsfaktor αpnp eines partiellen Transistors, der durch das Rückseitenemittergebiet (107), das Feldstoppgebiet (105), das Drift-Gebiet (100) und ein Body-Gebiet (102) der wenigstens einen Steuerzelle (14) gebildet ist, entlang einer lateralen Richtung (X, Y) senkrecht zu der vertikalen Richtung (Z) um weniger als 10 % variiert.
  14. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feldstoppgebiet (105) mehrere lokale Maxima (1051, 1052, 105n-1, 105n) umfasst, wobei sich das erste lokale Maximum (1051) näher an der Rückseitenoberfläche (10-20) als jedes der anderen der mehreren lokalen Maxima (1052, 105n-1, 105n) befindet, und sich ein n-tes lokales Maximum (105n) der mehreren lokalen Maxima (1051, 1052, 105n-1, 105n) weiter von der Rückseitenoberfläche (10-20) entfernt als jedes der anderen der mehreren lokalen Maxima (1051, 1052, 105n-1) befindet, wobei die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) höher als die Donatorkonzentration bei jedem der anderen der mehreren lokalen Maxima (1052, 105n-1, 105n) ist.
  15. Leistungshalbleitertransistor (1) nach Anspruch 14, wobei die Donatorkonzentration bei dem ersten lokalen Maximum (1051) wenigstens 1e15 cm-3 beträgt.
  16. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum (105n) gleich oder kleiner als 2e15 cm-3 ist, und/oder wobei die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum (105n) gleich oder kleiner als 500-mal eine Donatorkonzentration des Driftgebiets (100) ist.
  17. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima (1051, 1052 105n-1, 105n) in dem Bereich von 3e13 cm-3 bis 5e16 cm-3 liegt.
  18. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima (1052, 105n-1, 105n), außer dem ersten lokalen Maximum (1051), in dem Bereich von 2-mal einer Donatorkonzentration des Driftgebiets (100) bis 400-mal der Donatorkonzentration des Driftgebiets (100) liegt, und/oder wobei die jeweilige Donatorkonzentration bei jedem der mehreren lokalen Maxima (1052, 105n-1, 105n), außer dem ersten lokalen Maximum (1051), in dem Bereich von 5e13 cm-3 bis 1,6e15 cm-3 liegt.
  19. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Donatorkonzentration bei den mehreren lokalen Maxima (1052, 105n-1, 105n), außer dem ersten lokalen Maximum (1051), konstant ist oder bei einer Bewegung von einem lokalen Maximum zu einem benachbarten lokalen Maximum in der Richtung zu der Rückseitenoberfläche (10-20) zunimmt.
  20. Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Donatorkonzentration bei dem n-ten lokalen Maximum (105n) gleich einer oder größer als eine Donatorkonzentration bei einem (n-1)-ten lokalen Maximum (105n-1) ist, das zu dem n-ten lokalen Maximum (105n) benachbart ist, wobei sich das (n-1)-te lokale Maximum (105n-1) näher an der Rückseitenoberfläche (10-20) als das n-te lokale Maximum (105n) befindet.
  21. Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors (1), das Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) mit einer Rückseitenoberfläche (10-20) aufweist; und - Erzeugen eines Feldstoppgebiets (105) innerhalb des Halbleiterkörpers (10) mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes, wobei die Implantation durch die Rückseitenoberfläche (10-20) wie folgt ausgeführt wird: - bei einem Implantationswinkel (β) mit Bezug auf eine Rückseitenoberflächennormale (N), wobei der Implantationswinkel (β) in dem Bereich von 20° bis 60° liegt, - bei einer Implantationsenergie in dem Bereich von 100 keV bis 800 keV, und - mit einer Implantationsdosis, die ein Integral eines resultierenden Donatorkonzentrationsprofils in dem Feldstoppgebiet (105) von wenigstens 20 % einer Durchbruchsladung ergibt, die spezifisch für das Material des Halbleiterkörpers (10) ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, das mehrere solcher Protonenimplantationsschritte umfasst, die insofern voneinander abweichen, dass die Implantation aus unterschiedlichen Azimutrichtungen mit Bezug auf die Rückseitenoberfläche (10-20) ausgeführt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei mehrere Teilchen (P) auf der Rückseitenoberfläche (10-20) vorhanden sind, wobei die Teilchen (P) eine maximale laterale Ausdehnung (E) aufweisen, und wobei der Implantationswinkel (β) und/oder die Implantationsenergie so gewählt werden, dass eine resultierende Eindringtiefe (c) die folgende Gleichung erfüllt: c ≥ E 2 c o s ( 90 ° − β )
    Figure DE102018123439A1_0003
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Implantationswinkel (β) und/oder die Implantationsenergie so gewählt werden, dass die resultierende Eindringtiefe (c) die folgende Gleichung erfüllt: c ≤ 1,2 ⋅ E 2 c o s ( 90 ° − β )
    Figure DE102018123439A1_0004
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Erzeugen des Feldstoppgebiets (105) ferner eine Bestrahlung mit Helium durch die Rückseitenoberfläche (10-20) umfasst.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, das ferner einen Temperschritt nach dem wenigstens einen Protonenimplantationsschritt umfasst, wobei der Temperschritt bei Temperaturen in dem Bereich von 360 °C bis 440 °C für eine Dauer in dem Bereich von 30 Minuten bis 4 Stunden ausgeführt wird.
  27. Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors (1), das Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10), der eine Vorderseite (10-1) und eine Rückseite (10-2) aufweist, wobei die Rückseite eine Oberfläche (10-20) aufweist, die durch eine Rückseitenoberflächennormale (N) definiert ist; - Strukturieren der Rückseite (10-2) so, dass mehrere Oberflächenteile (10-21) gebildet werden, die sich voneinander darin unterscheiden, dass sie unterschiedliche Orientierungen mit Bezug auf die Rückseitenoberflächennormale (N) aufweisen; und - Erzeugen eines Feldstoppgebiets (105) innerhalb des Halbleiterkörpers (10) mittels wenigstens eines Protonenimplantationsschrittes, der durch die Rückseitenoberfläche (10-20) hindurch ausgeführt wird, wobei ein Protonenstrahl (b) während des Protonenimplantationsschrittes durch die mehreren Oberflächenteile (10-21) abgelenkt wird.
  28. Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors (1) nach einem der Ansprüche 21-27, wobei ein Feldstoppgebiet (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 mittels des wenigstens einen Protonenimplantationsschrittes gebildet wird.
  29. Verfahren zum Produzieren eines Leistungshalbleitertransistors (1), wobei der Leistungshalbleitertransistor (1) ein Leistungshalbleitertransistor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ist, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte nach wenigstens einem der Ansprüche 21 bis 28 umfasst.
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