DE102019116228B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung sowie eine Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung sowie eine Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (70) mit einem Trägersubstrat (20), wobei als Trägersubstrat (20) ein Halbleitersubstrat (20) verwendet wird, und einer Halbleiternutzschicht (14) aufweisend folgende Verfahrensschritte:- Ausbilden (50; 150) einer Halbleiterzwischenschicht (12; 112) an einer Oberfläche (11; 111) eines Halbleiterhilfssubstrats (10; 110) derart, dass die Halbleiterzwischenschicht (12; 112) gegenüber dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) mechanisch verspannt ist und eine Bandlücke aufweist, welche kleiner ist als eine Bandlücke der Halbleiternutzschicht (14);- nachfolgendes Abscheiden (52) der Halbleiternutzschicht (14) auf der Halbleiterzwischenschicht (12; 112);- nachfolgendes Abtrennen (56) der Halbleiternutzschicht (14) von dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) durch zumindest abschnittsweises Aufbrechen der Halbleiterzwischenschicht (12; 112) mittels eines Einstrahlens (54; 154) von Laserstrahlung (17) in die Halbleiterzwischenschicht (12; 112), wobei eine Emissionsenergie der Laserstrahlung (17) kleiner als die Bandlücke der Halbleiternutzschicht (14) gewählt wird;- nachfolgendes Verbinden (62) der Halbleiternutzschicht (14) mit dem Trägersubstrat (20) durch Bonden (62), wobei eine bei dem Bonden (62) mit der Halbleiternutzschicht (14) zu verbindende Oberfläche (21) des Trägersubstrats (20) vor dem Bonden (62) oxidiert wird (68) .

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung sowie eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen gegenständlichen Anspruchs.
  • Bei besonders hohen Anforderungen an elektronische Bauteile geraten auf konventionellen Siliziumsubstraten gefertigte Halbleiterbauelemente an ihre Grenzen. Dies ist beispielsweise bei Halbleiterbauelementen für die Leistungselektronik oder Hochtemperaturanwendungen der Fall. Es werden daher in diesen Bereichen häufig andere Halbleitermaterialen eingesetzt. Beispielsweise können Halbleiterbauelemente auf Siliziumkarbidbasis verwendet werden. Solche Bauelemente sind beispielsweise DC/AC-Wandler von photovoltaischen Systemen, Windgeneratoren oder anderen Energiequellen, Bauelemente in Leistungsregelvorrichtungen von Batteriespeichersystemen oder Batterieladestationen für Elektrofahrzeuge oder Bauelemente in Leistungsregelvorrichtungen von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen.
  • Die Herstellungsaufwand für Substrate aus anderen Halbleitermaterialien, wie insbesondere Siliziumkarbid, ist erheblich größer als für Siliziumsubstrate. Insbesondere ist der Zeitaufwand größer. Dies ist selbst dann der Fall, wenn lediglich Halbleitervorrichtungen mit auf Trägersubstraten angeordneten, dünnen Nutzschichten des Halbleitermaterials anstelle homogener Halbleitersubstrate verwendet werden.
  • Bekannte Halbleitervorrichtungen oder Verfahren zur Herstellung derselben sind unter anderem bereits in den Druckschriften DE 10 2017 127 169 A1 , DE 10 2017 009 136 A1 , DE 11 2016 004 163 T5 , DE 10 2013 204 275 A1 sowie in DE 10 2019 114 328 A1 beschrieben.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstiges Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Trägersubstrat und einer Halbleiternutzschicht bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aufwandsgünstig herstellbare Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen gegenständlichen Anspruchs.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Trägersubstrat und einer Halbleiternutzschicht sieht vor, dass an einer Oberfläche eines Halbleiterhilfssubstrats eine Halbleiterzwischenschicht ausgebildet wird. Die Halbleiterzwischenschicht wird dabei derart ausgebildet, dass die Halbleiterzwischenschicht gegenüber dem Halbleiterhilfssubstrat mechanisch verspannt ist und eine Bandlücke aufweist, welche kleiner ist als eine Bandlücke der Halbleiternutzschicht. Nachfolgend wird die Halbleiternutzschicht auf der Halbleiterzwischenschicht abgeschieden. Es folgt ein Abtrennen der Halbleiternutzschicht von dem Halbleiterhilfssubstrat durch zumindest abschnittsweises Aufbrechen der Halbleiterzwischenschicht. Dieses Aufbrechen der Halbleiterzwischenschicht wird realisiert mittels eines Einstrahlens von Laserstrahlung in die Halbleiterzwischenschicht. Eine Emissionsenergie der Laserstrahlung wird dabei kleiner als die Bandlücke der Halbleiternutzschicht gewählt. Danach wird die Halbleiternutzschicht mit dem Trägersubstrat durch Bonden verbunden.
  • Mittels der Laserstrahlung wird so viel Energie in die gegenüber dem Halbleiterhilfssubstrat mechanisch verspannte Halbleiterzwischenschicht eingekoppelt, dass die Halbleiterzwischenschicht zumindest stellenweise aufbricht.
  • Die Einstrahlung der Laserstrahlung kann durch die Halbleiternutzschicht und/oder das Halbleiterhilfssubstrat hindurch erfolgen. Wird zumindest zum Teil die Laserstrahlung durch das Halbleiterhilfssubstrat hindurch eingestrahlt, ist die Emissionsenergie von durch das Halbleiterhilfssubstrat hindurch eingestrahlten Laserstrahlungsanteilen kleiner als eine Bandlücke des Halbleiterhilfssubstrats zu wählen. Auf diese Weise kann weitgehend vermieden werden, dass die Laserstrahlung auf ihrem Weg zur Halbleiterzwischenschicht bereits im Halbleiterhilfssubstrat absorbiert wird. Entsprechendes gilt für die Einstrahlung der Laserstrahlung durch die Halbleiternutzschicht hindurch. Im Ergebnis ist eine effiziente Energieeinkopplung in die Halbleiterzwischenschicht realisierbar.
  • Die Emissionsenergie der Laserstrahlung wird vorzugsweise derart gewählt, dass sie mindestens 80 % einer Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht beträgt. Besonders bevorzugt wird die Emissionsenergie der Laserstrahlung derart gewählt, dass sie 80 % bis 100 % der Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht beträgt. Diese Maßnahmen ermöglichen eine effiziente Energieeinkopplung in die Halbleiterzwischenschicht.
  • Bevorzugt wird ein monokristallines Halbleiterhilfssubstrat verwendet. Auf diese Weise kann das Abscheiden einer monokristallinen Halbleiternutzschicht gefördert werden.
  • Unter dem Begriff des Bondens ist jede bekannte und im jeweiligen Anwendungsfall geeignete Art zu Bonden zu verstehen. Beispielsweise kann ein Verfahren zum Waferbonden eingesetzt werden, wenn ein Halbleitersubstrat als Trägersubstrat verwendet wird. In einem anderen Beispielsfall kann die Halbleiternutzschicht mittels anodischen Bondens mit einem Trägersubstrat, beispielsweise einem Trägersubstrat aus Glas, verbunden werden.
  • Mittels des beschriebenen Verfahrens kann der Herstellungsaufwand für Halbleitervorrichtungen mit einem Trägersubstrat und einer Halbleiternutzschicht erheblich verringert werden. Beispielsweise kann im Falle einer Halbleitervorrichtung mit einer Halbleiternutzschicht aus monokristallinem Siliziumkarbid der Herstellungsaufwand erheblich reduziert werden. Kostenreduktionen um den Faktor vier oder mehr sind möglich.
  • Vorzugsweise wird ein monokristallines Siliziumkarbidsubstrat als Halbleiterhilfssubstrat verwendet. Dies ermöglicht das Abscheiden von Halbleiternutzschichten aus monokristallinem Siliziumkarbid hoher Qualität auf der Halbleiterzwischenschicht.
  • In einer Ausführungsvariante wird die Halbleiterzwischenschicht derart ausgebildet, dass sie eine Gitterkonstante aufweist, welche sich von einer Gitterkonstante des Halbleiterhilfssubstrats unterscheidet. Die beschriebenen, abweichenden Gitterkonstanten der Halbleiterzwischenschicht einerseits und des Halbleiterhilfssubstrats andererseits stellen eine Gitterfehlanpassung dar, welche zur Folge hat, dass die Halbleiterzwischenschicht gegenüber dem Halbleiterhilfssubstrat wie gewünscht mechanisch verspannt ist.
  • Die Halbleiterzwischenschicht kann ausgebildet werden, indem sie mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase auf der Oberfläche des Halbleiterhilfssubstrats abgeschieden wird. Derartige Abscheidungen werden im englischen Sprachraum üblicherweise als chemical vapor deposition bezeichnet und daher häufig kurz CVD-Abscheidungen genannt. Dabei wird die Halbleiterzwischenschicht vorzugsweise epitaktisch abgeschieden. Insbesondere kann die chemische Abscheidung aus der Dampfphase eines metallorganischen Trägergases, welcher im englischen Sprachraum üblicherweise als precursor bezeichnet wird, erfolgen. Deartige Abscheidungen werden häufig abkürzend MOCVD-Abscheidungen genannt. Als Material für die Halbleiterzwischenschicht haben sich Verbindungshalbleiter, beispielsweise GaAs, GaAlAs oder InP bewährt. Alternativ können elementare Halbleiter wie Silizium oder auch SiGe oder hochdotiertes SiC als Materialien für die Halbleiterzwischenschicht vorgesehen werden. Die große Materialauwahl ermöglicht es, die Gitterkonstante der abgeschiedenen Halbleiterzwischenschicht über weite Bereiche zu variieren und an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. Daher haben sich die CVD-Abscheidungen insbesondere in Verbindung mit der oben beschriebenen Ausführungsvariante bewährt, bei welcher die Halbleiterzwischenschicht derart ausgebildet, dass sie eine Gitterkonstante aufweist, welche sich von der Gitterkonstante des Halbleiterhilfssubstrats unterscheidet.
  • Bei einer alternativen Verfahrensvariante wird zum Zwecke des Ausbildens der Halbleiterzwischenschicht an der Oberfläche des Halbleiterhilfssubstrats wenigstens ein Dotierstoff in das Halbleiterhilfssubstrat eindiffundiert. Auf diese Weise wird eine die Halbleiterzwischenschicht darstellende dotierte Schicht ausgebildet. Infolge der Präsenz der eindiffundierten Dotierstoffe in der Halbleiterzwischenschicht können in der Halbleiterzwischenschicht mechanische Verspannungen generiert werden, sodass die Halbleiterzwischenschicht gegenüber dem Halbleiterhilfssubstrat mechanisch verspannt ist. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die die Halbleiterzwischenschicht darstellende dotierte Schicht nicht als Bestandteil des Halbleiterhilfssubstrats zu verstehen ist. Die dotierte Schicht weist vorzugsweise eine Konzentration des wenigstens einen Dotierstoffs im Bereich von 1017 Atomen pro cm3 bis 1019 Atomen pro cm3 auf. Diese Verfahrensvariante ermöglicht es, die Halbleiterzwischenschicht besonders aufwandsgünstig auszubilden.
  • Bevorzugt wird der wenigstens eine Dotierstoff thermisch in das Halbleiterhilfssubstrat eindiffundiert. Dies kann aufwandsgünstig durch Erhitzen des Halbleiterhilfssubstrats in einer dotierstoffhaltigen Atmosphäre erfolgen. Als der wenigstens eine Dotierstoff können beispielsweise ein oder mehrere Elemente aus einer Gruppe verwendet werden, welche gebildet wird aus Stickstoff, Vanadium, Titan, Chrom, Aluminium, Bor, Gallium, Beryllium und diese Stoffe enthaltenden Verbindungen.
  • Vorteilhalfterweise wird durch das Eindiffundieren des wenigstens einen Dotierstoffs die Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht gegenüber der Bandlücke des Halbleiterhilfssubstrats um einen Wert verringert, der mindestens 5 meV und maximal 100 meV beträgt. Alternativ oder ergänzend können durch die Eindiffusion des wenigstens einen Dotierstoffs in der Halbleiterzwischenschicht Absorptionszentren erzeugt werden, die energetisch betrachtet bis zu 600 meV unterhalb einer Leitungsbandkante des Halbleiterhilfssubstrats liegen. Damit einhergehende Bandverbiegungen werden im Rahmen dieser Anmeldung als Verringerung der Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht verstanden. Werden beispielsweise die Halbleiternutzschicht und die Halbleiterzwischenschicht aus dem gleichen Material gebildet, kann somit im Prinzip allein durch die Erzeugung von Absorptionszentren in der Halbleiterzwischenschicht und die damit einhergehenden Bandverbiegungen bewirkt werden, dass die Halbleiterzwischenschicht eine Bandlücke aufweist, welche im Sinne der Erfindung kleiner ist als die Bandlücke der Halbleiternutzschicht.
  • Die im voranstehenden Absatz beschriebenen Maßnahmen ermöglichen zum einen eine effiziente Energieeinkopplung in die Halbleiterzwischenschicht mittels der Laserstrahlung. Zum anderen erlauben sie im Bedarfsfall eine Anpassung der Eigenschaften der Halbleiterzwischenschicht an die Emissionsenergien zur Verfügung stehender, geeigneter Laser. Insbesondere kann es auf diese Weise ermöglicht werden, Laserstrahlung mit einer Emissionsenergie zu verwenden, welche 80 % bis 100 % der Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht beträgt.
  • Die Halbleiternutzschicht wird vorzugsweise mittels chemischer Abscheidung aus der Dampfphase auf der Halbleiterzwischenschicht abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt dabei besonders bevorzugt epitaktisch. Insbesondere kann die chemische Abscheidung der Halbleiternutzschicht aus einer Dampfphase eines metallorganischen Trägergases, im englischen Sprachraum üblicherweise als precursor bezeichnet, erfolgen. Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit einer Halbleiternutzschicht aus Siliziumkarbid und insbesondere monokristallinem Siliziumkarbid hat sich das Verfahren besonders bewährt. Es kann daher vorteilhaft als Halbleiternutzschicht eine Siliziumkarbidschicht, bevorzugt eine monokristalline Siliziumkarbidschicht, abgeschieden werden.
  • Vorzugsweise wird die Halbleiterzwischenschicht in einer Dicke von mindestens 10 nm und maximal 100 nm ausgebildet. Dieser Dickenbereich hat sich in der Praxis bewährt.
  • Zur Unterstützung des Abtrennens der Halbleiternutzschicht von dem Halbleiterhilfssubstrat hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Halbleiterzwischenschicht schnell zu erwärmen oder schnell abzukühlen. Auf diese Weise kann das Aufbrechen der Halbleiterzwischenschicht unterstützt werden. Insbesondere kann die Halbleiterzwischenschicht mittels flüssigen Stickstoffs oder mit Trockeneis schnell abgekühlt werden. Beispielsweise können zu diesem Zweck die Halbleiterzwischenschicht, das Halbleiterhilfssubstrat und die Halbleiternutzschicht der kühlenden Wirkung des flüssigen Stickstoffs beziehungsweise des Trockeneises ausgesetzt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Abtrennen der Halbleiternutzschicht von dem Halbleiterhilfssubstrat durch Ultraschalleinwirkung unterstützt werden.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, für das Halbleiterhilfssubstrat und die Halbleiternutzschicht das gleiche Halbleitermaterial zu verwenden. Vorzugsweise wird in beiden Fällen Siliziumkarbid und besonders bevorzugt monokristallines Siliziumkarbid verwendet. Auf diese Weise können Halbleitervorrichtungen mit einer hochqualitativen Halbleiternutzschicht aus Siliziumkarbid hergestellt werden.
  • Als Trägersubstrat kann beispielsweise ein multikristallines Substrat verwendet werden, da dieses oftmals aufwandsgünstiger hergestellt werden kann als monokristalline Substrate. Vorzugsweise finden multikristalline Siliziumkarbid- oder Siliziumsubstrate Verwendung. Alternativ können unter anderem Glassubstrate eingesetzt werden.
  • Es ist vorgesehen, dass als Trägersubstrat ein Halbleitersubstrat verwendet wird und eine bei dem Bonden mit der Halbleiternutzschicht zu verbindende Oberfläche des Trägersubstrats vor dem Bonden oxidiert wird. Auf diese Weise kann die Halbleiternutzschicht gegenüber dem Halbleiterträgersubstrat elektrisch isoliert werden. Dies hat sich unter anderem als vorteilhaft erwiesen, wenn die hergestellte Halbleitervorrichtung im Weiteren für die Herstellung von Halbleiterbauelementen für Hochspannungsanwendungen eingesetzt werden soll.
  • Vorzugsweise wird eine während des Einstrahlens der Laserstrahlung der Halbleiterzwischenschicht abgewandt ausgerichtete Seite der Halbleiternutzschicht mit dem Trägersubstrat verbunden. Nach dem Abtrennen der Halbleiternutzschicht von dem Halbleiterhilfssubstrat an der Halbleiternutzschicht verbliebene Teile der Halbleiterzwischenschicht können so zugänglich bleiben.
  • Vorteilhafterweise werden nach dem Verbinden der Halbleiternutzschicht mit dem Trägersubstrat an der Halbleiternutzschicht verbliebene Teile der Halbleiterzwischenschicht entfernt. Dies kann beispielsweise mittels chemisch-mechanischen Polierens erfolgen. Auf diese Weise kann die Halbleiternutzschicht für eine nachfolgende Fertigung von Halbleiterbauelementen aus oder auf dieser Halbleiternutzschicht vorbereitet werden.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, nach dem Abtrennen der Halbleiternutzschicht von dem Halbleiterhilfssubstrat auf dem Halbleiterhilfssubstrat verbliebene Teile der Halbleiterzwischenschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, zu entfernen und das Halbleiterhilfssubstrat bei der Herstellung einer oder mehrerer weiterer Halbleitervorrichtungen wiederzuverwenden. Auf diese Weise kann der Herstellungsaufwand für die Halbleitervorrichtung weiter verringert werden. Eine teilweise Entfernung der verbliebenen Teile der Halbleiterzwischenschicht ist denkbar, wenn eine dotierte Schicht als Halbleiterzwischenschicht ausgebildet wurde. Das Entfernen der verbliebenen Teile der Halbleiterzwischenschicht erfolgt wiederum vorzugsweise mittels chemisch-mechanischen Polierens.
  • Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung weist ein Trägersubstrat sowie eine auf dem Trägersubstrat angeordnete Halbleiternutzschicht auf. Die Halbleiternutzschicht ist monokristallin. Die Dicke der Halbleiternutzschicht weist einen Wert auf, welcher mindestens 1 nm und maximal 100 µm beträgt. Des Weiteren ist die Halbleiternutzschicht mit dem Trägersubstrat mittels Bonden verbunden.
  • Die beschriebene Halbleitervorrichtung kann in vorteilhafter Weise mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
  • Der Dickenwert der Halbleiternutzschicht beträgt vorzugsweise mindestens 50 nm und maximal 10 µm.
  • Eine dem Halbleiterträgersubstrat abgewandte Seite ist oberflächlich poliert. Dies kann für die Weiterverarbeitung der Halbleitervorrichtung zu Halbleiterbauelementen von Vorteil sein.
  • Zwischen der Halbleiternutzschicht und dem Trägersubstrat ist eine Oxidschicht angeordnet. Wie oben bereits dargelegt wurde, kann auf diese Weise eine elektrische Isolation der Halbleiternutzschicht gegenüber dem Halbleiterträgersubstrat bewirkt werden. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen für Hochspannungsanwendungen sinnvoll sein. Die Dicke der Oxidschicht ist vorzugsweise größer als 5 nm und besonders bevorzugt beträgt sie 10 nm bis 70 nm.
  • Bevorzugt ist als Halbleiternutzschicht eine Siliziumkarbidschicht vorgesehen. Diese Ausführungsvariante hat sich besonders bewährt.
  • Als Trägersubstrat kann ein Siliziumsubstrat oder ein multikristallines Siliziumkarbidsubstrat vorgesehen sein. Grundsätzlich kann auch ein monokristallines Siliziumkarbidsubstrat verwendet werden. Die Verwendung eines multikristallinen Trägersubstrats ist jedoch aufwandsgünstiger. Die genannten Materialien haben sich in der Praxis bewährt.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen:
    • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung;
    • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 3 Oxidieren der Oberfläche eines multikristallinen Siliziumkarbidsubstrats in schematischer Darstellung.
  • 1 illustriert in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens sowie ein Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung. Bei dem Verfahren gemäß 1 wird als Halbleiterhilfssubstrat ein monokristallines Siliziumkarbidsubstrat 10 verwendet. An einer Oberfläche 11 dieses monokristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 wird eine Halbleiterzwischenschicht 12 abgeschieden 50. Dabei wird die Halbleiterzwischenschicht 12 derart ausgebildet, dass sie eine Gitterkonstante aufweist, welche sich von einer Gitterkonstante des Siliziumkarbidsubstrats 10 unterscheidet, und derart, dass die Halbleiterzwischenschicht eine Bandlücke aufweist, welche kleiner ist als eine Bandlücke einer monokristallinen Siliziumkarbidschicht 14. Im Ausführungsbeispiel der 1 wird als Halbleiterzwischenschicht 12 eine der oben genannten Verbindungshalbleiter abgeschieden 50, welcher entsprechend ausgebildet wird. Die Abscheidung 50 wird realisiert mittels einer chemischen Abscheidung aus einer Dampfphase. Die Halbleiterzwischenschicht 12 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Dicke d abgeschieden, welche zwischen 10 nm und 100 nm beträgt.
  • Nachfolgend wird als Halbleiternutzschicht die monokristalline Siliziumkarbidschicht 14 auf der Halbleiterzwischenschicht 12 abgeschieden 52. Dies kann wiederum mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase erfolgen.
  • Im weiteren Verfahrensverlauf wird eine Laserstrahlung 17 in die Halbleiterzwischenschicht 12 eingestrahlt 54. Eine Emissionsenergie der Laserstrahlung 17 ist dabei kleiner gewählt als die Bandlücke der Siliziumkarbidschicht 14. Auf diese Weise kann die Laserstrahlung 17 die Siliziumkarbidschicht 14 mit allenfalls geringer Absorption durchdringen und effizient in die Halbleiterzwischenschicht 12 eingekoppelt werden.
  • Infolge der oben beschriebenen Gitterfehlanpassung zwischen dem Siliziumkarbidsubstrat 10 und der Halbleiterzwischenschicht 12 liegen in der Halbleiterzwischenschicht 12 mechanische Verspannungen vor. Durch das Einstrahlen 54 der Laserstrahlung 17 wird so viel Energie in die aufgrund der Gitterfehlanpassung gegenüber dem Siliziumkarbidsubstrat 10 mechanisch verspannte Halbleiterzwischenschicht 12 eingekoppelt, dass diese zumindest stellenweise aufbricht. Dieses Aufbrechen ist in der Darstellung der 1 schematisch durch eine Bruchlinie 16 dargestellt. Dass die Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht 12 kleiner als die Bandlücke der Siliziumkarbidschicht 14 ist, ermöglicht eine effiziente Einkopplung der Laserstrahlung 17 in die Halbleiterzwischenschicht 12. Denn die Emissionsenergie der Laserstrahlung 17 kann größer als die Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht 12 gewählt werden, ohne dass dies mit einer wesentlich stärkeren Absorption der Laserstrahlung 17 in der Siliziumkarbidschicht 14 einhergeht.
  • In Folge des beschriebenen, zumindest abschnittsweisen Aufbrechens der Halbleiterzwischenschicht 12 kann die monokristalline Siliziumkarbidschicht 14 von dem monokristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 abgetrennt werden 56. Dieses Abtrennen 56 der monokristallinen Siliziumkarbidschicht 14 kann, wie oben beschrieben, durch schnelles Erwärmen oder Abkühlen unterstützt werden. Zu diesem Zweck können im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Siliziumkarbidsubstrat 10, die Halbleiterzwischenschicht 12 und die Siliziumkarbidschicht 14 beispielsweise mit flüssigem Stickstoff besprüht werden.
  • Im Weiteren wird eine während des Einstrahlens 54 der Laserstrahlung 17 der Halbleiterzwischenschicht 12 abgewandt ausgerichtete Seite 15 der Siliziumkarbidschicht 14 mit einem multikristallinen Siliziumkarbidsubstrat 20 verbunden, welches ein Trägersubstrat darstellt. Die monokristalline Siliziumkarbidschicht 14 wird hierfür zunächst entsprechend positioniert 60. Sodann wird die Verbindung zwischen der Siliziumkarbidschicht 14 und dem multikristallinen Siliziumkarbidsubstrat 20 mittels Waferbondens 62 hergestellt.
  • Vor dem Waferbonden 62 wird eine bei dem Waferbonden 62 mit der Siliziumkarbidschicht 14 zu verbindende Oberfläche 21 des multikristallinen Siliziumkarbidsubstrats 20 oxidiert 68. Dies ist schematisch in 3 dargestellt. Dieses Oxidieren 68 ist vor allem im Hinblick auf eine Herstellung von Halbleiterbauelementen für Hochspannungsanwendungen vorteilhaft. Die bei dem Oxidieren 68 Oxidschicht 18 ist in einer Dicke e ausgebildet und in den Darstellungen der 1 und 2 gestrichelt wiedergegeben.
  • Nach dem Waferbonden 62 werden an der monokristallinen Siliziumkarbidschicht verbliebene Teile 12a der Halbleiterzwischenschicht 12 mittels chemisch-mechanischen Polierens 64 entfernt.
  • Im Ergebnis erhält man eine Halbleitervorrichtung 70 mit der monokristallinen Siliziumkarbidschicht 14, welche mit dem multikristallinen Siliziumkarbidsubstrat 20 mittels Waferbondens verbunden ist und eine Oxidschicht 18 aufweist.
  • Nach dem Abtrennen 56 der Siliziumkarbidschicht 14 von dem Siliziumkarbidsubstrat 10 werden auf dem Siliziumkarbidsubstrat 10 verbliebene Teile 12b der Halbleiterzwischenschicht 12 mittels chemisch-mechanischen Polierens 58 vollständig entfernt. Das Siliziumkarbidsubstrat 10 wird sodann bei der Herstellung der nächsten Halbleitervorrichtung 70 wieder verwendet, was durch den Rückführpfeil 66 illustriert wird.
  • 2 illustriert in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Dieses unterscheidet sich von demjenigen aus 1 dadurch, dass die Halbleiterzwischenschicht 12 nicht wie im Fall des Verfahrens aus 1 abgeschieden wird 50, sondern dass eine Halbleiterzwischenschicht 112 ausgebildet wird, indem wenigstens ein Dotierstoff an einer Oberfläche 111 eines monokristallinen Siliziumkarbidsubstrats 110 in das Siliziumkarbidsubstrat 110 eindiffundiert wird 150. Auf diese Weise wird eine dotierte Schicht ausgebildet, welche die Halbleiterzwischenschicht 112 darstellt und infolge der Eindiffusion 150 des wenigstens einen Dotierstoffs gegenüber der Siliziumkarbidsubstrat 110 mechanisch verspannt ist. In dieser dotierten Schicht wird vorzugsweise eine Konzentration des wenigstens einen Dotierstoffs im Bereich von 1017 Atomen pro cm3 bis 1019 Atomen pro cm3 vorgesehen.
  • Im Ausführungsbeispiel der 2 wird der genannte wenigstens eine Dotierstoff thermisch in das monokristalline Siliziumkarbidsubstrat 110 eindiffundiert 150. Zu diesem Zweck kann das Siliziumkarbidsubstrat 110 in einer dotierstoffhaltigen Atmosphäre erhitzt werden.
  • Durch das Eindiffundieren 150 des Dotierstoffs wird die Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht 112 gegenüber einer Bandlücke des monokristallinen Siliziumkarbidsubstrats 110 vorteilhafterweise um einen Wert verringert, der mindestens 5 meV und maximal 100 meV beträgt. Alternativ oder ergänzend können durch die Eindiffusion 150 des wenigstens einen Dotierstoffs in der Halbleiterzwischenschicht 112 Absorptionszentren erzeugt werden, die energetisch betrachtet bis zu 600 meV unterhalb einer Leitungsbandkante des monokristallinen Siliziumkarbidsubstrats 110 liegen. Damit einhergehende Bandverbiegungen stellen, wie oben dargelegt wurde, im Rahmen dieser Anmeldung Verringerungen der Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht 112 dar. Mit der beschriebenen Alternative kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel somit im Prinzip allein durch die Erzeugung von Absorptionszentren in der Halbleiterzwischenschicht 112 und die damit einhergehenden Bandverbiegungen bewirkt werden, dass die Halbleiterzwischenschicht 112 eine Bandlücke aufweist, welche im Sinne der Erfindung kleiner ist als die Bandlücke der monokristallinen Siliziumkarbidschicht 14.
  • Nach der Eindiffusion 150 des Dotierstoffs, und damit der Ausbildung der Halbleiterzwischenschicht 112, wird in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel der 1 die monokristalline Siliziumkarbidschicht 14 mittels einer chemischen Abscheidung aus der Dampfphase auf der Halbleiterzwischenschicht 112 abgeschieden 52.
  • Im Weiteren wird, analog wie im Ausführungsbeispiel der 1, Laserstrahlung 17 in die Halbleiterzwischenschicht 112 eingestrahlt 154. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 wird die Laserstrahlung 17 bei dem Verfahren gemäß 2 nicht durch die monokristalline Siliziumkarbidschicht 14 hindurch in die Halbleiterzwischenschicht 112 eingestrahlt, sondern durch das monokristalline Siliziumkarbidsubstrat 110 hindurch, welches das Halbleiterhilfssubstrat darstellt. Die Emissionsenergie der Laserstrahlung 17 wird im Ausführungsbeispiel der 2 daher kleiner als die Bandlücke des monokristallinen Siliziumkarbidsubstrats 110 gewählt. Dies ermöglicht eine effiziente Einkopplung der Laserstrahlung 17 in die Halbleiterzwischenschicht 12.
  • Grundsätzlich kann die Laserstrahlung auch analog wie im Ausführungsbeispiel der 1 alternativ oder ergänzend durch die monokristalline Siliziumkarbidschicht 14 hindurch in die Halbleiterzwischenschicht 112 eingestrahlt werden. Umgekehrt und analog zum Ausführungsbeispiel der 2 kann im Ausführungsbeispiel der 1 alternativ oder ergänzend die Laserstrahlung durch das Siliziumkarbidsubstrat 10 hindurch in die Halbleiterzwischenschicht 12 eingestrahlt werden. Zweckmäßigerweise wird dann die Emissionsenergie der das Siliziumkarbidsubstrat 10 durchlaufenden Laserstrahlungsanteile kleiner als eine Bandlücke des monokristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 gewählt.
  • Im Übrigen entspricht der Verfahrensablauf bei dem Ausführungsbeispiel der 2 demjenigen des Ausführungsbeispiels der 1. Nach dem Abtrennen 56 der monokristallinen Siliziumkarbidschicht 14 von dem monokristallinen Siliziumkarbidsubstrat 110 werden entsprechend die an der Siliziumkarbidschicht 14 beziehungsweise dem Siliziumkarbidsubstrat 110 verbliebene Teile 112a, 112b der Halbleiterzwischenschicht 112 mittels chemisch-mechanischen Polierens entfernt 58, 64.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    monokristallines Siliziumkarbidsubstrat
    11
    Oberfläche Siliziumkarbidsubstrat
    12
    Halbleiterzwischenschicht
    12a
    Teil der Halbleiterzwischenschicht
    12b
    Teil der Halbleiterzwischenschicht
    14
    monokristalline Siliziumkarbidschicht
    15
    Seite der Siliziumkarbidschicht
    16
    Bruchlinie
    17
    Laserstrahlung
    18
    Oxidschicht
    20
    multikristallines Siliziumkarbidsubstrat
    21
    Oberfläche des multikristallinen Siliziumkarbidsubstrats
    50
    Abscheiden Halbleiterzwischenschicht
    52
    Abscheiden Siliziumkarbidschicht
    54
    Einstrahlen Laserstrahlung
    56
    Abtrennen Siliziumkarbidschicht
    58
    Chemisch-mechanisch Polieren
    60
    Positionieren für Waferbonden
    62
    Waferbonden
    64
    Chemisch-mechanisch Polieren
    66
    Wiederverwenden Siliziumkarbidsubstrat
    68
    Oxidieren Siliziumkarbidsubstrat
    70
    Halbleitervorrichtung
    110
    monokristallines Siliziumkarbidsubstrat
    111
    Oberfläche Siliziumkarbidsubstrat
    112
    Halbleiterzwischenschicht
    112a
    Teil der Halbleiterzwischenschicht
    112b
    Teil der Halbleiterzwischenschicht
    150
    Eindiffusion Dotierstoff
    154
    Einstrahlen Laserstrahlung
    d
    Dicke Halbleiterzwischenschicht
    e
    Dicke Oxidschicht

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (70) mit einem Trägersubstrat (20), wobei als Trägersubstrat (20) ein Halbleitersubstrat (20) verwendet wird, und einer Halbleiternutzschicht (14) aufweisend folgende Verfahrensschritte: - Ausbilden (50; 150) einer Halbleiterzwischenschicht (12; 112) an einer Oberfläche (11; 111) eines Halbleiterhilfssubstrats (10; 110) derart, dass die Halbleiterzwischenschicht (12; 112) gegenüber dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) mechanisch verspannt ist und eine Bandlücke aufweist, welche kleiner ist als eine Bandlücke der Halbleiternutzschicht (14); - nachfolgendes Abscheiden (52) der Halbleiternutzschicht (14) auf der Halbleiterzwischenschicht (12; 112); - nachfolgendes Abtrennen (56) der Halbleiternutzschicht (14) von dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) durch zumindest abschnittsweises Aufbrechen der Halbleiterzwischenschicht (12; 112) mittels eines Einstrahlens (54; 154) von Laserstrahlung (17) in die Halbleiterzwischenschicht (12; 112), wobei eine Emissionsenergie der Laserstrahlung (17) kleiner als die Bandlücke der Halbleiternutzschicht (14) gewählt wird; - nachfolgendes Verbinden (62) der Halbleiternutzschicht (14) mit dem Trägersubstrat (20) durch Bonden (62), wobei eine bei dem Bonden (62) mit der Halbleiternutzschicht (14) zu verbindende Oberfläche (21) des Trägersubstrats (20) vor dem Bonden (62) oxidiert wird (68) .
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein monokristallines Siliziumkarbidsubstrat (10; 110) als Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterzwischenschicht (12) derart ausgebildet wird, dass sie eine Gitterkonstante aufweist, welche sich von einer Gitterkonstante des Halbleiterhilfssubstrats (10) unterscheidet.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterzwischenschicht (12) ausgebildet wird (50), indem sie mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase auf der Oberfläche (11) des Halbleiterhilfssubstrats (10) abgeschieden wird (50), wobei die Halbleiterzwischenschicht (12) vorzugsweise epitaktisch abgeschieden wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke des Ausbildens (150) der Halbleiterzwischenschicht (112) an der Oberfläche (111) des Halbleiterhilfssubstrats (110) wenigstens ein Dotierstoff in das Halbleiterhilfssubstrat (110) eindiffundiert (150) und auf diese Weise eine die Halbleiterzwischenschicht (112) darstellende dotierte Schicht ausgebildet wird, wobei diese dotierte Schicht vorzugsweise eine Konzentration des wenigstens einen Dotierstoffs im Bereich von 1017 Atomen pro cm3 bis 1019 Atomen pro cm3 aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dotierstoff thermisch in das Halbleiterhilfssubstrat (110) eindiffundiert wird (150).
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Eindiffundieren (150) des wenigstens einen Dotierstoffs die Bandlücke der Halbleiterzwischenschicht (112) gegenüber der Bandlücke des Halbleiterhilfssubstrats (110) um einen Wert verringert wird, der mindestens 5 meV und maximal 100 meV beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiternutzschicht (14) mittels chemischer Abscheidung aus der Dampfphase auf der Halbleiterzwischenschicht (12; 112) abgeschieden wird (52), vorzugsweise epitaktisch.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Halbleiterzwischenschicht (12; 112) in einer Dicke (d) von mindestens 10 nm und maximal 100 nm ausgebildet wird (50; 150); - zur Unterstützung des Abtrennens (56) der Halbleiternutzschicht (14) von dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) die Halbleiterzwischenschicht (12; 112) schnell erwärmt oder abgekühlt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) und die Halbleiternutzschicht (14) das gleiche Halbleitermaterial verwendet wird, vorzugsweise Siliziumkarbid und besonders bevorzugt monokristallines Siliziumkarbid.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat (20) ein multikristallines Substrat (20) verwendet wird, vorzugsweise ein Siliziumkarbid- (20) oder Siliziumsubstrat.
  12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - eine während des Einstrahlens (54; 154) der Laserstrahlung (17) der Halbleiterzwischenschicht (12; 112) abgewandt ausgerichtete Seite (15) der Halbleiternutzschicht (14) mit dem Trägersubstrat (20) verbunden wird (62); - nach dem Verbinden (62) der Halbleiternutzschicht (14) mit dem Trägersubstrat (20) an der Halbleiternutzschicht (14) verbliebene Teile (12a; 112a) der Halbleiterzwischenschicht (12; 112) entfernt werden (64), vorzugsweise mittels chemisch-mechanischen Polierens (64); - nach dem Abtrennen (56) der Halbleiternutzschicht (14) von dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) auf dem Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) verbliebene Teile (12b; 112b) der Halbleiterzwischenschicht (12; 112) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, entfernt werden (58) und das Halbleiterhilfssubstrat (10; 110) bei der Herstellung einer weiteren Halbleitervorrichtung (70) wiederverwendet wird (66).
  13. Halbleitervorrichtung (70) aufweisend ein Trägersubstrat (20) sowie eine auf dem Trägersubstrat (20) angeordnete Halbleiternutzschicht (14), dadurch gekennzeichnet, dass - die Halbleiternutzschicht (14) monokristallin ist; - eine Dicke der Halbleiternutzschicht (14) einen Wert aufweist, welcher mindestens 1 nm und maximal 100 µm beträgt; - die Halbleiternutzschicht (14) mit dem Trägersubstrat (20) mittels Bonden verbunden ist; - zwischen der Halbleiternutzschicht (14) und dem Trägersubstrat (20) eine Oxidschicht (18) angeordnet ist; - als Trägersubstrat (20) ein Halbleitersubstrat verwendet wird; - eine dem Halbleiterträgersubstrat (20) abgewandte Seite der Halbleiternutzschicht (14) oberflächlich poliert ist.
  14. Halbleitervorrichtung (70) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Halbleiternutzschicht (14) und dem Trägersubstrat (20) eine Oxidschicht (18) angeordnet ist, deren Dicke (e) 5 nm übersteigt und bevorzugt 10 nm bis 70 nm beträgt.
  15. Halbleitervorrichtung (70) nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass - die Halbleiternutzschicht (14) eine Siliziumkarbidschicht (14) ist; - als Trägersubstrat (20) ein Siliziumsubstrat oder ein multikristallines Siliziumkarbidsubstrat (20) vorgesehen ist, vorzugsweise das multikristalline Siliziumkarbidsubstrat (20).
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