DE102018129467A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements Download PDF

Info

Publication number
DE102018129467A1
DE102018129467A1 DE102018129467.0A DE102018129467A DE102018129467A1 DE 102018129467 A1 DE102018129467 A1 DE 102018129467A1 DE 102018129467 A DE102018129467 A DE 102018129467A DE 102018129467 A1 DE102018129467 A1 DE 102018129467A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dopant
semiconductor
plasma
semiconductor body
ion implantation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018129467.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Joachim Schulze
Anton Mauder
Moriz Jelinek
Thomas Wübben
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102018129467.0A priority Critical patent/DE102018129467A1/de
Priority to CN201911154955.1A priority patent/CN111211054A/zh
Publication of DE102018129467A1 publication Critical patent/DE102018129467A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
    • H01L21/2236—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase from or into a plasma phase
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
    • H01L21/26513—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors of electrically active species
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873—Drain regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst ein Einbringen zumindest eines ersten Dotierstoffs in einen Halbleiterkörper (102) durch eine erste Oberfläche (104) des Halbleiterkörpers (102). Danach erfolgt ein Ausführen einer oder mehrerer Protonenimplantationen. Das Verfahren umfasst zudem ein Einbringen eines zweiten Dotierstoffs in den Halbleiterkörper (102) durch eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche (106) mit einem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren, wobei das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren mit einem Komplex aus dem zweiten Dotierstoff und Wasserstoff als Prozessgas ausgeführt wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements.
  • HINTERGRUND
  • Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, z.B. Leistungshalbleiterbauelementen wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder Leistungsdioden sind Kompromisse in den geforderten Bauelementeigenschaften einzugehen, da sich beispielsweise eine Veränderung eines Bauelementparameters unterschiedlich auf die Bauelementeigenschaften auswirken kann, z.B. zu einer Verbesserung einer Bauelementeigenschaft bei gleichzeitiger Verschlechterung einer anderen Bauelementeigenschaft führen kann, oder auch die der Herstellung des Halbleiterbauelements zugrundliegende Technologie zu Beschränkungen bei der Bearbeitung eines Wafers führen kann, z.B. bei Bearbeitung dünner oder gedünnter Wafer. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich diese Anmeldung mit der Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterbauelements.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements. Das Verfahren umfasst ein Einbringen zumindest eines ersten Dotierstoffs in einen Halbleiterkörper durch eine erste Oberfläche des Halbleiterkörpers. Danach erfolgt ein Ausführen einer oder mehrerer Protonenimplantationen. Das Verfahren umfasst zudem ein Einbringen eines zweiten Dotierstoffs in den Halbleiterkörper durch eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche mit einem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren, wobei das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren mit einem Komplex aus dem zweiten Dotierstoff und Wasserstoff als Prozessgas ausgeführt wird.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft zudem ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement umfasst eine Driftzone von einem ersten Leitfähigkeitstyp in einem Halbleiterkörper, der sich gegenüberliegende erste und zweite Oberflächen aufweist. Das Halbleiterbauelement umfasst zudem eine dotierte Feldstoppzone vom ersten Leitfähigkeitstyp zwischen der Driftzone und der zweiten Oberfläche, wobei die Feldstoppzone durch Einbringen des zweiten Dotierstoffs gemäß dem obigen Verfahren hergestellt ist.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des offenbarten Gegenstands erschließen sich dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie aus den Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung, sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen lediglich Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
    • 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit Verfahrensmerkmalen M10, M20, M30.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterkörpers zur Veranschaulichung des Verfahrensmerkmals M10 des Ausführungsbeispiels von 1.
    • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Halbleiterkörpers zur Veranschaulichung des Verfahrensmerkmals M20 des Ausführungsbeispiels von 1.
    • 4 zeigt eine schematische Darstellung des Halbleiterkörpers zur Veranschaulichung des Verfahrensmerkmals M30 des Ausführungsbeispiels von 1.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung von Konzentrationsprofilen, die mit dem Verfahren des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels eingestellt werden können.
    • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterkörpers, der mit dem Verfahren des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels hergestellt werden kann.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise als begrenzend aufzufassen.
  • Es versteht sich von selbst, dass weitere Ausführungsbeispiele existieren und an den Ausführungsbeispielen strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei von dem durch die Patentansprüche Definierten abgewichen wird. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist insoweit nicht begrenzend. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
  • Bei den Begriffen „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen handelt es sich im Folgenden um offene Begriffe, die einerseits auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, andererseits das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
  • 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.
  • Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFET, insulated gate field effect transistor) sind spannungsgesteuerte Bauelemente wie etwa Metall Oxid Halbleiter FETs (MOSFETs, metal oxide semiconductor FETs). Unter MOSFETs fallen auch FETs mit Gateelektroden basierend auf dotiertem Halbleitermaterial und/oder Gatedielektrika, die nicht oder nicht ausschließlich auf einem Oxid basieren.
  • Der Begriff „horizontal“, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer ersten oder Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers beschreiben. Diese kann beispielsweise die Oberfläche des Wafers oder eines Die bzw. Chips sein.
  • Der Begriff „vertikal“, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche, d.h. parallel zur Normalenrichtung der ersten Oberfläche, des Halbleitersubstrats oder -körpers angeordnet ist.
  • Soweit für eine physikalische Größe ein Wertebereich mit der Angabe eines oder zweier Grenzwerts definiert wird, so schließen die Präpositionen „von“ und „bis“ den jeweiligen Grenzwert mit ein. Eine Angabe der Art „von ... bis“ versteht sich demnach als „von mindestens ... bis höchstens“.
  • In 1 ist ein schematisches Flussdiagramm 100 zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei dem Halbleiterbauelement kann es sich beispielsweise um ein Leistungshalbleiterbauelement wie einen IGFET, einen MOSFET, einen IGBT, eine Diode oder auch einen Thyristor handeln.
  • Das Flussdiagramm 100 umfasst Verfahrensmerkmale, die jeweils einen oder mehrere Bearbeitungsschritte aufweisen können. Während der Herstellung des Halbleiterbauelements können weitere Bearbeitungsschritte folgen, z.B. vor, zwischen, oder auch nach den gezeigten Verfahrensmerkmalen. Ebenso können weitere Bearbeitungsschritte zwischen den einem Verfahrensmerkmal zugeordneten Bearbeitungsschritten oder auch zusammen mit den beschriebenen Bearbeitungsschritten erfolgen. Auch können Bearbeitungsschritte verschiedener Verfahrensmerkmale gemeinsam oder in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise kann das unten beschriebene Verfahrensmerkmal M30 vor oder nach dem Verfahrensmerkmal M20 ausgeführt werden.
  • Ein Verfahrensmerkmal M10 umfasst ein Einbringen zumindest eines ersten Dotierstoffs in einen Halbleiterkörper durch eine erste Oberfläche des Halbleiterkörpers. Bei dem ersten Dotierstoff handelt es sich um eine Dotierstoffspezies, die im Halbleiterkörper als p-Dotierung oder als n-Dotierung aktiviert werden kann, z.B. um einen p-Dotierstoff in Silizium wie Bor (B), Indium (In), Aluminium (Al) oder Gallium (Ga) oder auch um einen n-Dotierstoff in Silizium wie Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) bei einem Halbleiterkörper aus etwa Silizium (Si). Der Halbleiterkörper kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat umfassen, z.B. einen Wafer aus einem einkristallinen Halbleitermaterial wie etwa Silizium (Si), Silizium Germanium (SiGe), Siliziumcarbid (SiC) oder auch einem III-V-Halbleitermaterial. Der Halbleiterkörper kann zudem keine, eine oder auch mehrerere Halbleiterschichten umfassen, die beispielsweise auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
  • Der zumindest erste Dotierstoff kann beispielsweise durch Ionenimplantation, durch Diffusion aus einer Diffusionsquelle oder auch durch in-situ Dotierung während einer Schichtabscheidung in den Halbleiterkörper eingebracht werden. Selbstverständlich können jeweils mehrere Diffusionsschritte oder auch Ionenimplantationsschritte oder auch eine Kombination aus Diffusions- und Ionenimplantationsschritten zum Einbringen verwendet werden. Eine Tiefenverteilung des zumindest ersten Dotierstoffs lässt sich beispielsweise durch Ionenimplantationen bei unterschiedlichen Energien erzielen oder auch durch ein Verfahren, bei dem sich Epitaxie und Implantation mehrfach abwechseln (sogenanntes „Multi-Epi/Multi-Implant“ Verfahren). Durch Einbringen des zumindest ersten Dotierstoffs durch die erste Oberfläche in den Halbleiterkörper kann beispielsweise ein funktionales Halbleitergebiet vom n- oder p-Typ ausgebildet werden, z.B. ein Source-, Body- oder Bodyanschlussgebiet eines IGFETs, eines Junction FETs (JFETs) oder eines IGBTs, ein Kathoden- oder Anodengebiet einer Diode oder eines Thyristors, ein Emitter-, Basis- oder Kollektorgebiet eines Bipolartransistors (BJT, bipolar junction transistors), ein dotiertes Gebiet einer Randabschlusstruktur wie einer Übergangsabschlussverlängerung (JTE, junction termination extension) oder einer Variation der lateren Dotierung (VLD, variation of lateral doping), einer Übergangsisolationsstruktur (engl. junction isolation), ein Widerstand.
  • Ein Verfahrensmerkmal M20 umfasst ein Ausführen einer oder mehrerer Protonenimplantationen. Die eine oder die mehreren Protonenimplantationen können beispielsweise durch die erste Oberfläche und/oder durch eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche des Halbleiterkörpers erfolgen. Bei der zweiten Oberfläche kann es sich beispielsweise um die an einer Rückseite des Halbleiterbauelements gelegene Oberfläche handeln, und bei der ersten Oberfläche kann es sich beispielsweise um die an einer Vorderseite des Halbleiterbauelements gelegene Oberfläche handeln. Der Halbleiterkörper kann beispielsweise über die zweite Oberfläche mit einem Halbleiterträger eines Chipgehäuses wie z.B. einem Leadframe verbunden werden, z.B. durch eine Lot- oder Niedertemperaturverbindung. Ein erster Lastanschluss sowie, abhängig vom Bauelementtyp, ein Steueranschluss können an der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet werden und ein zweiter Lastanschluss kann an der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet werden. Somit kann es sich bei dem Halbleiterbauelement beispielsweise um ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement handeln, wobei der Begriff vertikal sich hierbei auf eine im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Oberfläche verlaufende Stromrichtung im Laststromfall bezieht. Der erste Lastanschluss kann im Fall eines als IGBT oder BJT ausgebildeten Halbleiterbauelements ein Emitteranschluss sein. Im Fall eines als FET oder JFET ausgebildeten Halbleiterbauelements kann der erste Lastanschluss ein Sourceanschluss sein. Im Fall eines als Diode oder Thyristor ausgebildeten Halbleiterbauelements kann der erste Lastanschluss ein Anodenanschluss (Kathodenanschluss) sein. Im Fall eines als IGBT oder BJT ausgebildeten Halbleiterbauelements kann der zweite Lastanschluss ein Kollektoranschluss sein. Ebenso kann der zweite Lastanschluss im Fall eines als FET oder JFET ausgebildeten Halbleiterbauelements ein Drainanschluss sein. Im Fall eines als Diode oder Thyristor ausgebildeten Halbleiterbauelements kann der zweite Lastanschluss ein Kathodenanschluss (Anodenanschluss) sein. Im Fall eines als FET, IGBT oder Thyristors ausgebildeten Halbleiterbauelements kann der Steueranschluss ein Gateanschluss sein. Im Fall eines als BJT ausgebildeten Halbleiterbauelements kann der Steueranschluss ein Basisanschluss sein.
  • Die eine oder mehreren Protonenimplantationen dienen beispielsweise der Ausbildung einer Feldstoppzone mit einer oder mehreren Spitzen (Peaks) im Dotierstoffprofil.
  • Ein Verfahrensmerkmal M30 umfasst ein Einbringen eines zweiten Dotierstoffs in den Halbleiterkörper durch die zweite Oberfläche mit einem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren, wobei das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren mit einem Komplex aus dem zweiten Dotierstoff und Wasserstoff als Prozessgas ausgeführt wird. Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren sind unter vielfältigen Bezeichnungen und Abkürzungen bekannt, die, nicht beschränkend, folgende Verfahren umfassen: PSII (Plasma Source Ion Implantation), PIII oder PI3 (Plasma Immersion Ion Implantation), PII oder PI2 (Plasma Ion Implantation), PIP (Plasma Ion Plating), PIIID (Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition), MePIIID (Metal Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition), IonClad, PLAD (Plasma Doping), PIIP (Plasma Ion Immersion Processing). Einige dieser Bezeichnungen oder Abkürzungen sind Synonyme - andere wiederum betonen einen bestimmten Aspekt wie etwa das Vorliegen von Metallionen. Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren ermöglichen eine vergleichsweise kostengünstige Hochdosisimplantation bei geringen Implantationsenergien.
  • Die oben beschriebene technische Lehre ist in mehrerlei Hinsicht vorteilhaft. Bei der Protonendotierung erfolgt die Dotierung, vereinfacht ausgedrückt, durch Anlagerung eines Wasserstoff-Atoms an Kristallschäden wie z.B. durch Implantation generierten Kristallschäden wie insbesondere Leerstellen im Kristallgitter im Halbleiterkörper. Falls nicht ausreichend Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden kann, so können die nicht abgesättigten Kristallschäden zu Leckströmen oder auch einer Kompensation der Wasserstoffdonatoren führen, was wiederum darin resultieren kann, dass die zu implantierende Protonendosis entsprechend erhöht und nach oben angepasst werden muss. Für Protonen-induzierte Feldstoppzonen können vergleichsweise hohe Protonendosen erforderlich sein, die zu einem Anstieg der Fertigungskosten führen können, insbesondere wenn Mehrfach-Peaks implantiert werden müssen. Ist die Anzahl der benötigten Implantationsschritte bei unterschiedlichen Energien aus Kostengründen limitiert, kann das, abhängig vom Feldstoppdesign, dazu führen, dass die durch die Implantation um die entsprechenden projizierten Reichweiten eingebrachten Wasserstoffreservoirs weit voneinander beabstandet sind. Gleichzeitig kann das zur Aktivierung der Wasserstoffdonatoren (HDs, hydrogen-related donors) einsetzbare thermische Budget, einerseits auf Grund der thermischen Stabilität der Vorläuferspezies-, andererseits auf Grund der thermischen Stabilität der bearbeiteten ersten Oberfläche, z.B. Wafervorderseite (vgl. etwa Prozessmerkmal M10) nach oben hin limitiert sein. Das kann dazu führen, dass die Bereiche zwischen den Implantationspeaks mitunter nicht ausreichend mit Wasserstoff (H) versorgt werden, wobei sich in diesem Fall eine zu geringe n-Dotierung ausbilden kann, was im Extremfall sogar zu einem Umklappen in einen p-dotierten Bereich führen kann.
  • Diesem unerwünschten Effekt lässt sich entgegenwirken, indem mittels der Plasma-basierten Ionenimplantation eine vergleichsweise kostengünstige Hochdosisimplantation mit ersten Dotierstoffen eingesetzt wird, die aus einem Komplex des zweiten Dotierstoffatoms mit Wasserstoffatomen aufgebaut sind. Diese solchermaßen bereitgestellten Wasserstoffatome können auf diese Weise den gewünschten Dotierungseffekt der Protonenimplantation verstärken. Im Fall von Bor-dotierten Halbleitergebieten wie etwa Emittern kann als Prozessgas beispielsweise ein Komplex aus B2H6 gewählt werden und für n-dotierte Halbleitergebiete wie etwa Emitter oder Kontaktgebiete kann als Prozessgas beispielsweise ein Komplex aus PH3 oder AsH3 verwendet werden. Im Folgenden werden die Komplexe mit YHx abgekürzt, insofern die Aussage für alle Komplexe gilt. Auch kann neben dem mit Y bezeichneten zweiten Dotierstoffatom ein weiteres Atom Z oder weitere Atome im Komplex vorliegen, z.B. Fluor (F) oder Chrom (Cr).
  • Während der Plasma-basierten Ionenimplantation wird das ursprüngliche Prozessgas in einem Plasma über dem Halbleiterkörper, z.B. Wafer ionisiert, also beispielsweise ein Komplex YHx 1 + gebildet, welcher durch eine Spannung gesteuert aus dem Plasma auf den Halbleiterkörper beschleunigt wird. Beim Auftreffen auf den Halbleiterkörper und die Wechselwirkung mit den Gitteratomen des Halbleiterkörpers zerfällt der Komplex, so dass die dotierende Spezies Y (z.B. B, P, As) und Wasserstoff-Radikale H in der Scheibe vorliegen. Es wird also eine Co-Implantation aus dotierender Spezies, d.h. dem zweiten Dotierstoff des Verfahrensmerkmals M30 und Wasserstoffatomen durchgeführt.
  • Die dotierende Spezies wird beispielsweise zur Bildung eines n- oder p-dotierten Halbleitergebiets, z.B. eines Rückseitenkontakts oder Rückseitenemitters genutzt. Die Co-Implantation der Wasserstoffatome ermöglicht es, zur verbesserten Aktivierung der Dotierung des mit dem Verfahrensmerkmal M20 durch die Protonenimplantation hergestellten Halbleitergebiets, z.B. Feldstoppzone beizutragen. Für eine mehrstufige Protonen-induzierte Feldstoppzone ist es beispielsweise von Vorteil, das zwischen den Bereichsenden der Implantation (engl. end-ofranges) der einzelnen Protonenpeaks vorliegende p-dotierte Gebiet in ein n-dotiertes Gebiet umzuwandeln, um unerwünschte pn-Übergänge, die etwa zu erhöhten Leckströmen und Durchlassverlusten führen können, zu vermeiden. Hierzu ist eine ausreichende Konzentration von Wasserstoffatomen erforderlich, die in diese Bereiche etwa durch Diffusion gelangen. Da die Plasma-basierte Ionenimplantation eine ausreichend hohe Zahl von Wasserstoffatomen bereitstellt, kann hierdurch die Protonenimplantationsdosis insbesondere für den flachsten Peak einer Feldstoppzone reduziert werden und somit die Protonenimplantationskosten gesenkt werden. Da die Plasma-basierte Ionenimplantation des Komplexes im Verfahrensmerkmal M30 beispielsweise bei vergleichsweise geringen Implantationsenergien erfolgt, z.B. zwischen 1 keV und 30 keV, kann mit dieser Implantation neben dem oben beschriebenen Vorteil der verbesserten Aktivierung der Protonendotierung aus dem Verfahrensmerkmal M20 auch ein guter ohmscher Kontakt durch die Bereitstellung der zweiten Dotierstoffatome, die beispielsweise lediglich teilweise aktiviert sind, erzielt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren zudem, nach dem Einbringen des ersten Dotierstoffs durch die erste Oberfläche und vor dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs, Dünnen des Halbleiterkörpers von der zweiten Oberfläche aus. Der Halbleiterkörper kann beispielsweise um 5% bis 95% seiner ursprünglichen Dicke gedünnt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Dünnen ein mechanisches Dünnen, z.B. ein Schleifen, Polieren, Läppen oder eine Kombination hieraus. Bei dem Dünnen kann das Halbleitersubstrat, z.B. ein Wafer zunächst zur Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Stabilität während des Dünnens auf einen geeigneten Träger-Wafer aufgebracht werden. Das mechanische Dünnen durch Schleifen kann beispielsweise zunächst als grobes Schleifen bei hoher Geschwindigkeit im Bereich von ein bis einigen hundert µm/min erfolgen, gefolgt von einem feinen Schleifen bei vergleichsweise geringerer Geschwindigkeit im Bereich von ein bis einige zehn µm/min. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt nach dem mechanischen Dünnen ein Dünnen durch Ätzen des Halbleiterkörpers. Hiermit können beispielsweise beim Schleifen verursachte Defekte und Verspannungen im Halbleiterkörper, die die mechanische Stabilität beeinträchtigen können, reduziert werden. Das Ätzen kann beispielsweise mit einem chemischen Nassätz- und/oder Trockenätzprozess wie einem Plasma-basierten Trockenätzprozess (RIE, Reactive Ion Etching) erfolgen. Eine optionale Polierbearbeitung zur Reduktion der Oberflächenrauigkeit kann folgen. Abschließend kann der Träger-Wafer entfernt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nach dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs ein thermischer Ausheilprozess bei Temperaturen im Bereich von 300°C bis 420°C, oder auch im Bereich von 370°C bis 410°C ausgeführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt eine Dauer des thermischen Ausheilprozesses 10 Minuten bis 5 Stunden oder zwischen 30 Minuten und 4 Stunden. Der thermische Ausheilprozess dient dem Ausheilen des Kristalls des Halbleiterkörpers, z.B. Siliziumwafers von Schädigungen der vorangegangenen Implantationen sowie der Aktivierung stationärer und stabiler Wasserstoff-korrelierter Donatoren.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der thermische Ausheilprozess die letzte thermische Behandlung des Halbleiterkörpers mit einer maximalen Temperatur von 420°C vor Fertigstellung des Halbleiterbauelements. Somit ist beispielsweise ein Ausbilden jeglicher dotierter Gebiete im Halbleiterkörper durch Einbringen von ersten Dotierstoffen durch die erste Oberfläche bereits abgeschlossen. Ebenso ist ein Einbringen sowie eine thermische Aktivierung von ersten Dotierstoffen durch die zweite Oberfläche in den Halbleiterkörper, z.B. ein Ausbilden eines rückseitigen Emittergebiets eines IGBTs bereits abgeschlossen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren zum Einbringen des zweiten Dotierstoffs sämtlichen Prozessen zum Einbringen von ersten Dotierstoffen in den Halbleiterkörper durch die erste Oberfläche nachgelagert. Folglich sind die über die erste Oberfläche des Halbleiterkörpers im Halbleiterkörper auszubildenden Halbleitergebiete, z.B. ein Sourcegebiet, ein Bodygebiet, ein Bodykontaktgebiet bereits ausgebildet bevor der zweite Dotierstoff mit dem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren durch die zweite Oberfläche in den Halbleiterkörper eingebracht wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Halbleiterbauelement als IGBT ausgebildet. Die eine Protonenimplantation oder die mehreren Protonenimplantationen im Verfahrensmerkmal M20 dienen beispielsweise der Ausbildung einer Feldstoppzone zwischen einer Driftzone und einem Rückseitenemitter.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Prozessgas B2H6 auf. Somit lassen sich mit dem Verfahrensmerkmal M30 beispielsweise durch Co-Implantation Bor als dotierende Spezies zur Ausbildung eines Rückseitenemitters und Wasserstoffatome zur Verbesserung der Aktivierung der Protonendotierung gemäß Verfahrensmerkmal M20 in den Halbleiterkörper einbringen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Halbleiterbauelement als IGFET oder als Diode ausgebildet. Die eine Protonenimplantation oder die mehreren Protonenimplantationen im Verfahrensmerkmal M20 dienen beispielsweise der Ausbildung einer Feldstoppzone zwischen einer Driftzone und einem Rückseitenkontakt des IGFETs oder der Diode.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Prozessgas PH3 oder AsH3 auf. Somit lassen sich mit dem Verfahrensmerkmal M30 beispielsweise durch Co-Implantation Phosphor oder Arsen als dotierende Spezies zur Ausbildung eines Rückseitenkontakts und Wasserstoffatome zur Verbesserung der Aktivierung der Protonendotierung aus dem Verfahrensmerkmal M20 in den Halbleiterkörper einbringen. Das beschriebene Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren kann selbstverständlich auch die Implantation von Komplexen vorsehen, die andere Dotierstoffatome wie z. B. Antimon, Wismut, Aluminium, Gallium oder Indium umfassen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Implantationsenergie des Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahrens zwischen 0,5 keV und 30 keV oder insbesondere zwischen 4 und 12 keV eingestellt. Somit wird der zweite Dotierstoff lediglich oberflächennah in den Halbleiterkörper an der zweiten Oberfläche eingebracht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ein Ausbilden einer n-dotierten Feldstoppzone, wobei wenigstens zwei Protonenimplantationen bei unterschiedlichen Implantationsenergien ausgeführt werden, und die implantierten Protonen zu Wasserstoff-korrelierten Donatoren thermisch aktiviert werden. Beispielsweise werden zwei, drei, vier oder auch fünf Protonenimplantationen bei unterschiedlichen Implantationsenergien ausgeführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Protonenimplantationen mit zunehmender Implantationsenergie, d.h. zunehmender Eindringtiefe in den Halbleiterkörper eine abnehmende Implantationsdosis auf. Dadurch lässt sich beispielsweise ein gewünschtes Profil der Feldstoppzone in Richtung der Driftzone in vorteilhafter Weise einstellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nach dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs mit dem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren eine Diffusionsbarriere auf der zweiten Oberfläche ausgebildet. Die Diffusionsbarriere verhindert oder erschwert ein Ausdiffundieren von insbesondere Wasserstoffatomen aus dem Halbleiterkörper durch die zweite Oberfläche und kann aus einem Material oder einer Materialkombination bestehen, die geeignet ist, als Barriere für Wasserstoffatome zu wirken. Ein beispielhaftes Material einer Diffusionsbarriere ist Siliziumnitrid.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vor dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs mit dem Plasma-basieren Ionenimplantationsverfahren eine Implantationsmaske auf der zweiten Oberfläche ausgebildet, die als Implantationsmaske für das Plasma-basieren Ionenimplantationsverfahren dient. Ebenso kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Implantationsmaske auf der ersten Oberfläche ausgebildet werden, die als Implantationsmaske für ein weiteres Plasma-basieren Ionenimplantationsverfahren mit einem Komplex aus einem Dotierstoff und Wasserstoff als Prozessgas dient. Hierdurch wird der Dotierstoffe maskiert über die erste Oberfläche in den Halbleiterkörper eingebracht, z.B. zur Ausbildung von Sourcegebieten oder Bodygebieten. Der aufgrund der Co-Implantation eingebrachte Wasserstoff kann beispielsweise zur Absättigung von Grenzflächenzuständen von sich auf der ersten Oberfläche befindenden Oxiden dienen. Der Komplex für die Plasma-basierte Ionenimplantation durch die erste Oberfläche kann beispielsweise auch Fluor- und/oder Chloratome umfassen.
  • Die obigen Ausführungsbeispiele werden mit Bezug auf die 2 bis 6 weiter veranschaulicht.
  • Mit Bezug auf die schematische Querschnittsansicht der 2 ist das Einbringen eines ersten Dotierstoffs in einen Halbleiterkörper 102, wie etwa im Zusammenhang mit dem Verfahrensmerkmal M10 der 1 beschrieben, beispielhaft veranschaulicht. Das Einbringen des ersten Dotierstoffs ist in 2 schematisch mit Pfeilen gekennzeichnet. Die im Zusammenhang mit den obigen Ausführungsbeispielen gemachten Angaben zum Verfahrensmerkmal M10 gelten sinngemäß. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper von einer zweiten Oberfläche 106 aus gedünnt werden, was zu einer Reduktion einer Dicke d des Halbleiterkörpers 102 führt.
  • Mit Bezug auf die schematische Querschnittsansicht der 3 ist das Ausführen einer oder mehrerer Protonenimplantationen durch die der ersten Oberfläche 104 gegenüberliegende zweite Oberfläche 106 des Halbleiterkörpers 102, wie etwa im Zusammenhang mit dem Verfahrensmerkmal M20 der 1 beschrieben, beispielhaft veranschaulicht. Die eine oder die mehreren Protonenimplantationen sind in 3 schematisch mit Pfeilen gekennzeichnet und ein sich nach der Implantation ergebendes Konzentrationsprofil von Wasserstoff (H) entlang einer vertikalen Richtung y ist im rechten Teil der 3 schematisch anhand von zwei Protonenimplantationen unterschiedlicher Energie veranschaulicht. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Protonenimplantationen bei unterschiedlicher Energie erfolgen.
  • Eine vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung 110 zur Durchführung einer Plasma-basierten Ionenimplantation, wie beispielsweise im Zusammenhang mit dem Verfahrensmerkmal M30 beschrieben, ist in 4 schematisch dargestellt. Bei der Vorrichtung 110 kann es sich beispielsweise um eine Prozesskammer oder um einen Reaktor handeln. Die Dotierung wird beispielhaft anhand einer Dotierung mit dem Dotierstoff Phosphor beschrieben. Durch Beschleunigung von Elektronen in ein Plasma 111 kommt es zum Aufsprengen von Bindungen der Komplexe im Plasma 111. Durch die Länge des Beschleunigungsspannungspulses - und damit Länge des Elektronenbombardements des Plasmas 111 - kann die auf den Halbleiterkörper 102 beschleunigte Dotierstoffspezies verändert werden. Bei sehr kurzen Pulsen gelangt beispielsweise überwiegend oder ausschließlich H+ auf den Halbleiterkörper 102, da H+ die geringste Massenträgheit bezogen auf die zweiten Dotierstoffionen im Plasma besitzt. Somit lässt sich über die Länge bzw. Sequenz aufeinanderfolgender Pulse das Verhältnis zwischen eingebrachtem Wasserstoff und konventionellen Dotierstoffen - Phosphor im dargestellten Beispiel - je nach Anwendung einstellen. Der Halbleiterkörper 102 ist auf einem Substratträger 114, z.B. einem Waferchuck fixiert. Eine Beschleunigungsquelle ist vereinfacht mit „+“ bezogen auf den geerdeten Substratträger 114 gekennzeichnet.
  • Beispielhaft wird die Co-Dotierung des Verfahrens anhand der Aktivierung eines Feldstoppprofils mit Bezug auf das in 5 dargestellte Diagramm erläutert.
  • Mit dem Verfahrensmerkmal M30 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 oberflächennah durch Plasma-basierte Ionenimplantation eingebrachter Wasserstoff ist beispielhaft als Kurve cH0 dargestellt. Das nach thermischer Ausheilung verbreiterte Profil ist beispielhaft als Kurve cH1 dargestellt. Der eingebrachte Wasserstoff führt zu einer verbesserten Aktivierung von Wasserstoff-korrelierten Donatoren und insbesondere zur Vermeidung unerwünschter p-dotierter Zonen zwischen den Protoneninduzierten Feldstopppeaks. Dies ist beispielhaft mittels der Dotierstoffprofile cFS0 und cFS1 einer Feldstoppzone dargestellt. Das Dotierstoffkonzentrationsprofil cFS0 resultiert aus einer zweifachen Protonenimplantation bei unterschiedlichen Energien, wie z.B. im Verfahrensmerkmal M20 beschrieben, wobei jedoch auf das Verfahrensmerkmal M30 verzichtet wurde. Das Verfahrensmerkmal M30 führt jedoch angesichts des zusätzlichen Wasserstoffeintrags insbesondere im Bereich B zwischen Spitzen (Peaks) P0, P1 der Feldstoppzone zu einer verbesserten Aktivierung von Wasserstoff-korrelierten Donatoren. Dadurch kann in dargestellten beispiel eine im Wesentlichen konstante Dotierstoffkonzenation im Bereich B zweischen den Peaks P0 und P1 erreicht werden. Die tieferen Protonen-Peaks wie beispielsweise der Peak P1, dessen Kristallschädigung die Dotierungshöhe maßgeblich definiert, können dabei unverändert bleiben und wie gewohnt zur Anpassung des vertikalen Feldstopp-Dotierungsverlaufes angepasst werden. Da die Dosis der tieferen Peaks, vgl. z.B. den Peak P1 in der 5 in der Regel niedriger ist als die des flachen Peaks, vgl. z.B. den Peak P0 in der 5, sind die benötigte Implantationszeit und somit die verursachten Kosten nicht dominant. Da die Plasma-basierte Ionenimplantation gemäß dem Verfahrensmerkmal M30 eine ausreichend hohe Zahl von Wasserstoffatomen bereitstellt, kann hierdurch die Protonenimplantationsdosis insbesondere für den flachsten Peak, vgl. z.B. den Peak P0 in 5, reduziert werden und somit die Protonenimplantationskosten in vorteilhafter Weise gesenkt werden.
  • Mit Bezug auf die schematische Querschnittsansicht von 6 wird ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements 101 erläutert, das beispielsweise mit dem Verfahren gemäß 1 hergestellt werden kann.
  • Das Halbleiterbauelement 101 umfasst eine Driftzone 116 von einem ersten Leitfähigkeitstyp in dem Halbleiterkörper 102, der die sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Oberflächen 104, 106 aufweist. Das Halbleiterbauelement 101 umfasst zudem eine dotierte Feldstoppzone 118 vom ersten Leitfähigkeitstyp zwischen der Driftzone 116 und der zweiten Oberfläche 106, wobei die Feldstoppzone 118, wie beispielweise anhand des Konzentrationsprofils cFS1 in 5 veranschaulicht ist, eine zur zweiten Oberfläche 106 in einem vertikalen Abstand 1 nächstgelegene Dotierstoffkonzentrationsspitze P0 aufweist. Eine Wasserstoffkonzentration fällt entlang der vertikalen Richtung y von der zweiten Oberfläche 106 auf einer Länge von wenigstens 25% des vertikalen Abstands 1 ab, vgl. z.B. das Wasserstoffkonzentrationsprofil cH1 im Bereich 0,25x1 in 5. Die im Zusammenhang mit obigen Ausführungsbeispielen gemachten weiteren Angaben, z.B. bezüglich erster und zweiter Lastanschlüsse L1, L2 und eines vom Bauelementtyp abhängigen optionalen Steueranschlusses C können auf das Ausführungsbeispiel in 6 übertragen werden. Abhängig vom Typ des Halbleiterbauelements kann ein Bauelementkopf 119 in einem an die erste Oberfläche 104 angrenzenden Bereich des Halbleiterkörpers unterschiedlich ausfallen. An die zweite Oberfläche 106 grenzt ein dotiertes Halbleitergebiet 120 an, z.B. ein Kontaktgebiet oder ein Rückseitenemitter. Der erste Leitfähigkeitstyp kann beispielsweise ein n-Typ oder ein p-Typ sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Halbleiterbauelement 101 ein Leistungshalbleiterbauelement, das eingerichtet ist, um einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss L1 und dem zweiten Lastanschluss L2 von mehr als 1A zu leiten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Halbleiterbauelement 101 ein an die zweite Oberfläche 106 angrenzendes dotiertes Halbleitergebiet auf, z.B. das in 6 dargestellte dotierte Halbleitergebiet 120. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel fällt eine Dotierstoffkonzentration einer Dotierstoffspezies des dotierten Halbleitergebiets 120 entlang der vertikalen Richtung y ab, und eine sich aus dem Abfall der Dotierstoffkonzentration entlang der vertikalen Richtung y um zwei Größenordnungen ergebende Dosis der Dotierstoffspezies beträgt ein x-faches einer Wasserstoffdosis, die sich aus dem Abfall der Wasserstoffkonzentration um zwei Größenordnungen entlang der vertikalen Richtung y ergibt, wobei x eine ganze Zahl größer als eins ist. Die Korrelation in den Dosen ist darauf zurückzuführen, dass bei der Plasma-basierten Ionenimplantation mit Komplexen, vgl. z.B. 4, Wasserstoff als ganzzahliges Vielfaches der eingebrachten Dotierstoffspezies vorliegt.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das aufweist: Einbringen zumindest eines ersten Dotierstoffs in einen Halbleiterkörper (102) durch eine erste Oberfläche (104) des Halbleiterkörpers (102); und danach Ausführen einer oder mehrerer Protonenimplantationen; Einbringen eines zweiten Dotierstoffs in den Halbleiterkörper (102) durch die zweite Oberfläche (106) mit einem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren, wobei das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren mit einem Komplex aus dem zweiten Dotierstoff und Wasserstoff als Prozessgas ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das zudem aufweist: nach dem Einbringen des zumindest einen ersten Dotierstoffs durch die erste Oberfläche (104) und vor dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs, Dünnen des Halbleiterkörpers von der zweiten Oberfläche (106) aus.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Dünnen ein mechanisches Dünnen umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei nach dem mechanischen Dünnen ein Dünnen durch Ätzen des Halbleiterkörpers (102) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs ein thermischer Ausheilprozess bei Temperaturen im Bereich von 300°C bis 420°C ausgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Dauer des thermischen Ausheilprozesses 10 Minuten bis 5 Stunden beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der thermische Ausheilprozess die letzte thermische Behandlung des Halbleiterkörpers (102) mit einer maximalen Temperatur von 420°C vor Fertigstellung des Halbleiterbauelements ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren zum Einbringen des zweiten Dotierstoffs sämtlichen Prozessen zum Einbringen von den zumindest ersten Dotierstoffen in den Halbleiterkörper (102) durch die erste Oberfläche (104) nachgelagert ist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement ein IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor, ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prozessgas B2H6 aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Halbleiterbauelement ein IGFET, Insulated Gate Field Effect Transistor oder eine Diode ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 11, wobei das Prozessgas zumindest eines aus PH3 oder AsH3 aufweist.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Implantationsenergie des Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahrens zwischen 0,5 keV und 30 keV eingestellt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das zudem aufweist: Ausbilden einer n-dotierten Feldstoppzone (118), wobei wenigstens zwei Protonenimplantationen bei unterschiedlichen Implantationsenergien ausgeführt werden, und die implantierten Protonen zu Wasserstoff-korrelierten Donatoren thermisch aktiviert werden.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Einbringen des zweiten Dotierstoffs mit dem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren eine Diffusionsbarriere auf der zweiten Oberfläche (106) ausgebildet wird.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vor dem Einbringen der zweiten Dotierstoffe mit dem Plasma-basierten Ionenimplantationsverfahren eine Implantationsmaske auf der zweiten Oberfläche (106) ausgebildet wird, die als Implantationsmaske für das Plasma-basierte Ionenimplantationsverfahren dient.
  17. Halbleiterbauelement (101), das aufweist: eine Driftzone (116) von einem ersten Leitfähigkeitstyp in einem Halbleiterkörper (102), der sich gegenüberliegende erste und zweite Oberflächen (104, 106) aufweist; eine dotierte Feldstoppzone (118) vom ersten Leitfähigkeitstyp zwischen der Driftzone (116) und der zweiten Oberfläche (106), wobei die Feldstoppzone (118) durch Einbringen des zweiten Dotierstoffs gemäß einem Verfahren der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist.
  18. Halbleiterbauelement (101) nach Anspruch 17, das zudem aufweist: einen ersten Lastanschluss (L1) an der ersten Oberfläche (104) ; einen zweiten Lastanschluss (L2) an der zweiten Oberfläche (106); und wobei das Halbleiterbauelement ein Leistungshalbleiterbauelement ist, das eingerichtet ist, um einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (L1) und dem zweiten Lastanschluss (L2) von mehr als 1A zu leiten.
DE102018129467.0A 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements Pending DE102018129467A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018129467.0A DE102018129467A1 (de) 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements
CN201911154955.1A CN111211054A (zh) 2018-11-22 2019-11-22 用于制造半导体器件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018129467.0A DE102018129467A1 (de) 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018129467A1 true DE102018129467A1 (de) 2020-05-28

Family

ID=70545472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018129467.0A Pending DE102018129467A1 (de) 2018-11-22 2018-11-22 Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111211054A (de)
DE (1) DE102018129467A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111599678B (zh) * 2020-06-01 2023-05-26 北京时代全芯存储技术股份有限公司 二极管结构的制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140073105A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device with ion irradiation
US20160300938A1 (en) * 2013-12-10 2016-10-13 Ulvac, Inc. Insulated Gate Bipolar Transistor and Production Method Thereof

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7183177B2 (en) * 2000-08-11 2007-02-27 Applied Materials, Inc. Silicon-on-insulator wafer transfer method using surface activation plasma immersion ion implantation for wafer-to-wafer adhesion enhancement
DE10245089B4 (de) * 2002-09-27 2005-06-09 Infineon Technologies Ag Dotierverfahren und Halbleiterbauelement
DE102005043913B4 (de) * 2004-09-22 2011-06-30 Infineon Technologies AG, 81669 Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone in einem Halbleiterkörper
EP1798764A1 (de) * 2005-12-14 2007-06-20 STMicroelectronics S.r.l. Verfahren zur Herstellung von Wafers für die Halbleiterindustrie
DE102011052605B4 (de) * 2011-08-11 2014-07-10 Infineon Technologies Austria Ag Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
US9530672B2 (en) * 2012-03-19 2016-12-27 Fuji Electric Co., Ltd. Production method for a semiconductor device
US8587025B1 (en) * 2012-07-03 2013-11-19 Infineon Technologies Ag Method for forming laterally varying doping concentrations and a semiconductor device
KR101974538B1 (ko) * 2012-07-17 2019-05-08 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 장치 제조 방법
CN103715074B (zh) * 2012-09-28 2016-08-03 中国科学院微电子研究所 采用质子辐照制备终端结构的方法
JP6310816B2 (ja) * 2014-08-26 2018-04-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
CN104392912B (zh) * 2014-11-05 2017-11-10 中国东方电气集团有限公司 一种在半导体器件中形成n型埋层的方法
DE102014117538A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung von Implantation leichter Ionen und Halbleitervorrichtung
DE102015119648B4 (de) * 2015-11-13 2022-11-10 Infineon Technologies Ag Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140073105A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device with ion irradiation
US20160300938A1 (en) * 2013-12-10 2016-10-13 Ulvac, Inc. Insulated Gate Bipolar Transistor and Production Method Thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN111211054A (zh) 2020-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013107632B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mittels Ionenimplantation
DE10214066B4 (de) Halbleiterbauelement mit retrogradem Dotierprofil in einem Kanalgebiet und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102016112512A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer Sauerstoffdiffusions-Sperrschicht und Herstellungsverfahren
EP1979934B1 (de) Verfahren zur behandlung eines sauerstoff enthaltenden halbleiterwafers und halbleiterbauelement
DE112006001791B4 (de) Non-Punch-Through Hochspannungs-IGBT für Schaltnetzteile und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102015100340A1 (de) Bipolare halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren dafür
DE102006055885B4 (de) Verfahren zum Dotieren eines Halbleiterkörpers
DE102015108929A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer Feldstoppzone
DE102013224361A1 (de) Feldeffekttransistor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102019112985A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
DE102017128247A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit ersten und zweiten Feldstoppzonenbereichen
DE102007033873A1 (de) Verfahren zur Dotierung eines Halbleiterwafers und Halbleiterbauelement
DE102005032074B4 (de) Halbleiterbauelement mit Feldstopp
DE102007017788A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Dotierungszone in einem Halbleiterkörper sowie damit hergestelltes Halbleiterbauelement
DE102018129467A1 (de) Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements
DE102017117306A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung mit einer reduzierten Sauerstoffkonzentration
DE102018123439B4 (de) Leistungshalbleitertransistor, Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleitertransistors und Verfahren zum Produzieren eines Leistungshalbleitertransistors
DE102014115072B4 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zur ausbildung einer halbleitervorrichtung
DE102017106202B4 (de) Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung, umfassend eine ätzung eines halbleitermaterials
DE102016102070B4 (de) Ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement
DE102008056195B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Epitaxieschicht und Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbeuelements
DE102022102521A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE112012001986B4 (de) Bipolares Punch-Through-Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelements
WO1999038205A1 (de) Verfahren zur herstellung von dioden
DE102005035648B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hochleistungsbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication