DE102020134222A1 - Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats und vorbehandeltes Verbundsubstrat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats und vorbehandeltes Verbundsubstrat Download PDF

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Abstract

Das Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, umfasst das Dotieren einer ersten Schicht (21) aus SiC in einem Spendersubstrat (12) mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters (20), das Erzeugen einer Sollbruchstelle (26) im Spendersubstrat (12) und das Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat (12) und Akzeptorsubstrat (28), die erste Schicht (21) in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat (28) und einem restlichen Teil (22) des Spendersubstrats (12) angeordnet ist. Schließlich wird das Spendersubstrat (12) im Bereich der Sollbruchstelle (26) zur Erzeugung des vorbehandelten Verbundsubstrats (18) gespalten, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) das Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32), die zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) umfasst, aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats und ein vorbehandeltes Verbundsubstrat, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient.
  • Diskrete hochsperrende Leistungshalbleiterbauelemente mit mehr als 600V nomineller Sperrspannung werden sowohl in Silizium als auch in SiC im Allgemeinen vertikal aufgebaut. Für Dioden, z.B. MPS (merged-pin-Schottky)-Dioden, Schottkydioden oder p-n Dioden heißt dies, dass die Kathode auf der Substratvorderseite und die Anode auf der Substratrückseite angeordnet ist. Eine ähnliche Anordnung gilt im Falle von vertikalen Leistungs-MOS (metaloxide-semiconductor) Bauelementen. Gate- und Source-Elektrode befinden sich auf der Substratvorderseite, die Drainelektrode auf der Substratrückseite. Das eigentliche Transistorelement bzw. der Kanalbereich kann bei konventionellen LeistungsMOSFETs parallel zur Oberfläche (D-MOS) oder senkrecht zur Oberfläche angeordnet sein (Trench-MOS). Spezielle Konstruktionen haben sich für SiC-MOSFETs etabliert, z.B. Trenchtransistoren.
  • Abhängig von der geforderten Sperrfähigkeit (Reverse Blocking Voltage) wird die Breite der Driftzone (=aktive Zone, spannungsaufnehmende Schicht) eingestellt. Beispielsweise wird die Breite der Driftzone für ein 600 V MOSFET Bauelement in Silizium ca. 50 µm groß sein.
  • Bei sogenannten Superjunction Bauelementen kann die Breite der spannungsaufnehmenden Schicht gegenüber „einfachen“ vertikalen MOSFETs etwas reduziert sein. Die Besonderheit dieser Art von vertikalen Bauelementen liegt darin, dass die Driftzone durch alternierend angeordnete vertikale p- und n- dotierte Säulen charakterisiert ist. Die zusätzlich eingebrachte p-Dotierung kompensiert im Sperrfall die erhöhte Ladung im n-dotierten Bereich, welcher im eingeschalteten Zustand den Widerstand zwischen Source-Elektrode und Drain-Elektrode bestimmt. Somit kann bei gleicher Sperrfähigkeit der Einschaltwiderstand bis zu einem Faktor 10 gegenüber konventionellen vertikalen MOS-Transistoren reduziert werden. Das eigentliche Transistorelement, bzw. der Kanalbereich, kann bei Superjunction-MOSFET Architekturen parallel zur Oberfläche (D-MOS) oder senkrecht zur Oberfläche angeordnet sein (Trench-MOS).
  • Die speziellen Materialeigenschaften von SiC erfordern für vertikale Leistungshalbleiterbauelemente die Bereitstellung von spezifischen Herstellverfahren und die Anwendung spezifischer Architekturen des Kanal- und Transistorbereichs.
  • Meist werden die aktiven Zonen vieler vertikaler Leistungsdioden bzw. alle Leistungstransistoren (MOSFET) in einkristallinen epitaktischen Schichten ausgebildet. Diese epitaktischen Schichten werden auf kristallinen Trägerwafern aufgebaut bzw. abgeschieden. Damit kann die Dotierung und vertikale Ausdehnung (Dicke) der aktiven epitaktischen Zone auf die jeweilige Sperrspannung abgestimmt werden und der hochdotierte Trägerwafer kann hinsichtlich seiner Dotierung so optimiert werden, dass sein Beitrag zum Einschaltwiderstand minimiert wird.
  • Insbesondere bei SiC-Substraten ist die oben beschriebene Herstellung der Schichtstruktur aufwändig und teuer, da die epitaktische Schichtabscheidung und auch die Bereitstellung einkristalliner Trägerwafer enorm kostenintensiv ist.
  • In DE 10 2019 112 985 A1 wird alternativ vorgeschlagen, das Halbleiterbauelement ohne epitaktische Abscheidung durch Abspaltung eines Substrats von einem SiC-Wafer und anschließende lonenimplantierung der Driftzone unter Verwendung eines Energiefilters herzustellen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats sowie ein vorbehandeltes Verbundsubstrat anzugeben, auf dessen Basis leistungsstarke Halbleiterbauelemente hoher Qualität industriell mit reduziertem Aufwand und geringeren Kosten hergestellt werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 43 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat ein Akzeptorsubstrat und eine damit verbundene dotierte Schicht aufweist, folgende Schritte auf:
    1. a) Bereitstellen eines Spendersubstrats, das einkristallines SiC aufweist;
    2. b) Dotieren einer ersten Schicht im Spendersubstrat mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters, wobei der Energiefilter eine mikrostrukturierte Membran mit einem vordefinierten Strukturprofil zur Einstellung eines durch die Implantation hervorgerufenen Dotierstofftiefenprofils und/oder Defekttiefenprofils in der ersten Schicht im Spendersubstrat ist, wobei beim Dotieren ein vorbestimmtes Dotierstofftiefenprofil und/oder ein vorbestimmtes Defekttiefenprofil in der ersten Schicht des Spendersubstrats erzeugt wird, wobei sich die erste Schicht von der dem Ionenstrahl zugewandten ersten Oberfläche des Spendersubstrats aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe erstreckt, wo sich ein restlicher Teil des Spendersubstrats anschließt;
    3. c) Erzeugen einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat;
    4. d) Bereitstellen des Akzeptorsubstrats und Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat, wobei die erste Schicht in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat und dem restlichen Teil des Spendersubstrats angeordnet ist;
    5. e) Spalten des Spendersubstrats im Bereich der Sollbruchstelle zur Erzeugung des vorbehandelten Verbundsubstrats, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat das Akzeptorsubstrat und eine damit verbundene dotierte Schicht aufweist, wobei die dotierte Schicht zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht des Spendersubstrats umfasst.
  • Die erste Schicht besteht immer aus einkristallinem SiC. Bevorzugt besteht das Spendersubstrat vollständig aus einkristallinem SiC.
  • Bevorzugt weist die erste Schicht eine Dicke von 3 bis 15 µm auf. Über eine Dicke dieser Größenordnung kann eine Ionenimplantation sinnvoll durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spendersubstrat ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierenden SiC-Material (HQSSiC) mit hoher Reinheit. Insbesondere ist darunter ein Material zu verstehen, bei dem die Konzentration von elementaren Verunreinigungen, insbesondere N, B, P überwiegend kleiner als 5E15 cm-3 ist. Überwiegend heißt in diesem Zusammenhang, dass das Kriterium im Verlauf des Tiefenprofils nahezu überall zutrifft, dass es aber in bestimmten Bereichen Abweichungen geben kann, z.B. an der Oberfläche.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spendersubstrat aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C. Diese Polytypen haben sich als vorteilhaft für die Produktion von Halbleiterbauelementen herausgestellt.
  • Bevorzugt hat die dem Ionenstrahl zugewandte Oberfläche des Spendersubstrats eine Abweichung von weniger als 6°, mehr bevorzugt 4°, mehr bevorzugt weniger als 3°, noch mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung. Die 4°-Orientierung wird derzeit für die meisten Bauelementarchitekturen verwendet. Der Vorteil von 0° liegt insbesondere darin, dass der Spenderwafer parallel zur Oberfläche geschnitten werden kann und somit aus einem Zylinder mehr Teilwafer gewonnen werden können.
  • Das Spendersubstrat hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 100 µm, bevorzugt mehr als 200 µm, mehr bevorzugt mehr als 300 µm bis hin zu 15 cm, bevorzugt bis hin zu 10 cm.
  • Alternativ kann das Spendersubstrat einen Trägerwafer, vorzugsweise aus SiC, und eine epitaktische Schicht aufweisen, wobei die epitaktische Schicht undotiert ist oder eine Dotierung von weniger als 1E15 cm-3, bevorzugt weniger als 1E14 cm-3, aufweist, und wobei die erste Schicht Teil der epitaktischen Schicht ist.
  • In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die epitaktische Schicht eine Dicke von mehr als 10 µm, bevorzugt mehr als 50 µm, mehr bevorzugt mehr als 80 µm aufweist. Die maximale dicke solcher Schichten liegt in der Regel bei 120 µm.
  • Auch hier ist es bevorzugt, wenn die dem Ionenstrahl zugewandte Oberfläche der epitaktischen Schicht eine Abweichung von weniger als 6°, mehr bevorzugt 4°, mehr bevorzugt weniger als 3°, noch mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
  • Vorzugsweise ist hier die epitaktische Schicht aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C.
  • Allgemein ist es bevorzugt, dass das Dotieren der ersten Schicht eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration in der ersten Schicht von 1E15 cm-3 bis 5E17 cm-3 liefert. Diese Dotierkonzentration oder Defektkonzentration ist sehr gut für die Driftzone (aktive Schicht, leistungsaufnehmende Schicht) einer Vielzahl von Hochleistungsbauelementen geeignet. Die Dotierung kann über die Dicke der ersten Schicht konstant sein oder ein davon abweichendes Dotierprofil zeigen.
  • Das Dotieren der ersten Schicht erfolgt bevorzugt mit Ionen aus einem der folgenden Elemente: N, P, B oder Al.
  • Der Primärenergiebereich des lonenstrahls liegt beim Dotieren der ersten Schicht vorzugsweise zwischen 1 MeV und 50 MeV.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform liefert das Dotieren der ersten Schicht ein konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil oder ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil. Darunter sind Profile zu verstehen mit einer Abweichung von einem perfekt flachen Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil von weniger als 20% und bevorzugt weniger als 10%. In der Realität schließt sich an das Plateau eine abfallende Flanke an, d.h. im Bereich der Dotiertiefe ist der Abfall des Profils nicht senkrecht oder abrupt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung liefert das Dotieren der ersten Schicht ein stufig abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil, wobei die Stufen in einem dem lonenstrahl zugewandten oberflächennahen Bereich der ersten Schicht von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der ersten Schicht ausgebildet sind.
  • Dabei beträgt bevorzugt ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000.
  • Die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen überwiegt dabei gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus.
  • In einer alternativen Ausgestaltung liefert das Dotieren der ersten Schicht ein kontinuierlich abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil.
  • Dabei ist es bevorzugt, wenn das kontinuierlich abfallende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist: D ( z ) = D m a x ( 1 − 1 1 + ∝ ( 1 − z b ) ° ƒ ) + D 0
    Figure DE102020134222A1_0001
    wobei
    Dmax die maximale Dotierkonzentration, α ein Wert zwischen 10 und 10.000,
    z ist die Distanz zur Oberfläche,
    b die Schichtdicke,
    f ein Toleranzfaktor zwischen 0,95 und 1,05,
    Do die Hintergrunddotierung
    ist,
    wobei D m a x ≥ ε r ε 0 E m a x 2 e 0 V b r
    Figure DE102020134222A1_0002
    ist, wobei
    Emax das maximale Feld,
    εr die relative Dielektrizitätskonstante des Halbleiters, ε0 die Dielektrizitätskonstante im Vakuum,
    eo die Elementarladung des Elektrons,
    Vbr die Durchbruchspannung
    ist,
    und wobei b ≥ 3 V b r 2 E m a x
    Figure DE102020134222A1_0003
    ist.
  • Allgemein ist der weitere Schritt bevorzugt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht eine Kontaktschicht zu erzeugen oder eine Kontaktschicht auf die Oberfläche der ersten Schicht aufzubringen, wobei das Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat über die Kontaktschicht erfolgt, und wobei sich folgende Reihenfolge ergibt: Akzeptorsubstrat, Kontaktschicht, restlicher Teil von erster Schicht bzw. erste Schicht, restlicher Teil des Spendersubstrats. Damit lässt sich eine besonders gute, niederohmige Verbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat gewährleisten.
  • Bevorzugt erfolgt das Erzeugen der Kontaktschicht durch Ionenimplantation.
  • Bevorzugt liegt eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht mindestens 100-fach, bevorzugt mindestens 1.000-fach, mehr bevorzugt mindestens 10.000-fach, noch mehr bevorzugt mindestens 100.000-fach über einer mittleren Dotierstoffkonzentration im Rest der ersten Schicht bzw. in der ersten Schicht. Damit erzielt man eine möglichst niederohmige Bondverbindung und ein Durchgriff des Feldes auf das Interface im Halbleiterbauelement wird vermieden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht mehr als 1E17 cm-3, mehr bevorzugt mehr als 1E19 cm-3.
  • Die Sollbruchstelle liegt vorzugsweise im Bereich der ersten Schicht liegt, besonders bevorzugt in einem Endbereich der ersten Schicht nahe der vorbestimmten Dotiertiefe, wobei der Randbereich besonders bevorzugt nicht dicker als 1 µm ist. Auf diese Weise verbleibt nach dem Abspalten möglichst wenig dotiertes Material am Spendersubstrat.
  • In einer alternativen Ausgestaltung liegt die Sollbruchstelle im Bereich des verbleibenden Teils des Spendersubstrats, und zusätzlich nach Schritt e) wird der weitere Schritt durchgeführt, eine Ionenimplantation in das Verbundsubstrat von der dem Akzeptorsubstrat abgewandten Seite aus durchzuführen. Dies hat den Vorteil, dass eine aktive Zone mit einer größeren Gesamtdicke gebildet werden kann. Aufgrund der damit ermöglichten Überlagerung zweier unterschiedlicher Implantationen können auch verschiedene bevorzugte Dotierprofile erzeugt werden.
  • Im Rahmen dieser alternativen Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat ein Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil in einer ergänzenden dotierten Schicht liefert, das zumindest bis zur dotierten Schicht reicht.
  • Die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat wird bevorzugt derart durchgeführt, dass die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht ein konstantes Profil, ein zum Akzeptorsubstrat hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat hin kontinuierlich ansteigendes Profil ist.
  • Schräg abfallende Flanken im Übergangsbereich der beiden Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht können sich dabei überschneiden.
  • Bevorzugt erfolgt das Erzeugen der Sollbruchstelle durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen.
  • Die spaltauslösenden Ionen werden bevorzugt über die gesamte Breite des Spendersubstrats eingebracht, um eine möglichst gleichmäßige Trennfläche zu erzeugen.
  • Alternativ können die spaltauslösenden Ionen nur über einen Teil der Breite des Spendersubstrats eingebracht werden. Dies reduziert den Aufwand bei der Ionenimplantation.
  • Bevorzugt werden dabei die spaltauslösenden Ionen nur in einem Randbereich des Spendersubstrats eingebracht.
  • In bevorzugten Ausführungsformen sind die spaltauslösenden Ionen aus den folgenden ausgewählt: H, H2, He, B.
  • Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die spaltauslösenden Ionen hochenergetische Ionen mit einer Energie zwischen 0,5 und 10 MeV, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 MeV, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2 MeV sind.
  • Eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen liegt vorzugsweise jeweils zwischen 1E15 cm-2 und 5E17 cm-2. Mit dieser Dosis wird eine sichere Abspaltung erzielt.
  • Die Energieschärfe (ΔE/E) des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen ist bevorzugt kleiner als 10-2, mehr bevorzugt kleiner als 10-4. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Sollbruchstelle eine minimal Dicke aufweist und der Energieverlustpeak der Ionen an der Sollbruchstelle möglichst scharf ist.
  • Das Spalten des Spendersubstrats wird vorzugsweise durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats bei einer Temperatur von zwischen 600°C und 1.300°C, bevorzugt zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst. Alternativ sind auch mechanische Verfahren denkbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Herstellen der Bondverbindung durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats bei einer Temperatur von zwischen 800°C und 1.600°C, bevorzugt zwischen 900°C und 1.300°C.
  • Es ist denkbar, dass zur Vereinfachung des Verfahrens sowohl das Herstellen der Bondverbindung als auch das Spalten des Spendersubstrats durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, wobei beide Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise findet vor dem Schritt des Herstellens der Bondverbindung eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen statt, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder Ionenstrahlbehandlung.
  • Bevorzugt ist das Akzeptorsubstrat temperaturstabil bis mindestens 1.500°C und weist einen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Damit wird ein Verbiegen des Verbundsubstrats effektiv verhindert.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist das Akzeptorsubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit ausgebildet.
  • Bevorzugt erfolgt nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der Oberfläche des Verbundsubstrats im Bereich der Sollbruchstelle, insbesondere mittels Polieren und/oder dem Entfernen von (oberflächennahen) Defekten.
  • In bevorzugter Erweiterung des Verfahrens werden Implantationsdefekte im vorbehandelten Verbundsubstrat bei Temperaturen zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt. Dies kann während der Herstellung des vorbehandelten Verbundsubstrats geschehen oder auch erst später bei der Weiterverarbeitung zu einem elektrischen Bauelement.
  • Das erfindungsgemäße vorbehandelte Verbundsubstrat, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauelementen dient, weist ein Akzeptorsubstrat und eine damit verbundene dotierte Schicht aus einkristallinem SiC auf.
  • Die dotierte Schicht weist vorzugsweise Implantationsdefekte auf.
  • Es ist bevorzugt, dass die dotierte Schicht eine Dicke von 3 µm bis 25 µm,mehr bevorzugt von 3 µm bis 15 µm,aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die dotierte Schicht aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C.
  • Vorzugsweise weist eine Oberfläche der dotierten Schicht eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt weniger als 3°, mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung auf.
  • Es ist bevorzugt, dass die dotierte Schicht eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration von 1E15 cm-3 bis 5E17 cm-3 aufweist.
  • Vorzugsweise ist die dotierte Schicht mit Ionen eines der folgenden Elemente dotiert: N, P, B oder Al.
  • Die dotierte Schicht weist vorzugsweise ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil auf.
  • Bevorzugt weist die dotierte Schicht ein in Richtung des Akzeptorsubstrats stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil auf, wobei die Stufen in einem dem Akzeptorsubstrat zugewandten Bereich der dotierten Schicht von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der dotierten Schicht ausgebildet sind.
  • Es ist außerdem bevorzugt, dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000 beträgt.
  • Ferner ist es dabei bevorzugt, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegt.
  • Vorzugsweise liefert die dotierte Schicht ein in Richtung des Akzeptorsubstrats kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil.
  • Das kontinuierlich ansteigende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ist bevorzugt ein Profil nach folgender Formel: D ( z ) = D m a x ( 1 − 1 1 + ∝ ( 1 − z b ) ° ƒ ) + D 0
    Figure DE102020134222A1_0004
    wobei
    Dmax die maximale Dotierkonzentration,
    α ein Wert zwischen 10 und 10.000,
    z ist die Distanz zur Oberfläche,
    b die Schichtdicke,
    f ein Toleranzfaktor zwischen 0,95 und 1,05,
    Do die Hintergrunddotierung
    ist,
    wobei D m a x ≥ ε r ε 0 E m a x 2 e 0 V b r
    Figure DE102020134222A1_0005
    ist, wobei
    Emax das maximale Feld,
    εr die relative Dielektrizitätskonstante des Halbleiters,
    ε0 die Dielektrizitätskonstante im Vakuum,
    eo die Elementarladung des Elektrons,
    Vbr die Durchbruchspannung
    ist,
    und wobei b ≥ 3 V b r 2 E m a x
    Figure DE102020134222A1_0006
    ist.
  • Das genannte Stufenprofil bzw. das kontinuierlich ansteigende Profil berücksichtigen zwei Aspekte. Zum einen wird durch diesen Dotierstoffverlauf ein optimaler Kompromiss zwischen dem Einschaltwiderstand und der gegebenen Spannungsfestigkeit erreicht. Zum anderen weist das Dotierprofil nahe dem Akzeptorsubstrat eine so hohe Konzentration auf, dass ein Felddurchgriff zur Grenzfläche ausgeschlossen ist.
  • In einer Ausführungsform ist zusätzlich zur dotierten Schicht eine ergänzende dotierte Schicht aus einkristallinem SiC vorgesehen, wobei in einem Übergangsabschnitt zwischen der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht ein Überlappungsbereich der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile vorliegt. Die beiden Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile haben schräg abfallende Flanken, die sich überlagern. Die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht kann ein konstantes Profil sein, ein zum Akzeptorsubstrat hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat hin kontinuierlich ansteigendes Profil.
  • Bevorzugt werden die dotierte Schicht und die ergänzende dotierte Schicht mit derselben Ionensorte dotiert. Die kombinierte Dicke der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht liegt bei bis zu 40 µm.
  • Es ist bevorzugt, dass das Akzeptorsubstrat temperaturstabil bis mindestens 1.500°C ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Akzeptorsubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausgestaltung des Spendersubstrats, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausgestaltung des Spendersubstrats, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
    • 3 ist eine schematische Ansicht einer Bestrahlungsanordnung mit Energiefilter zur Bestrahlung des Spendersubstrats.
    • 4 ist eine schematische Darstellung der Wirkweise eines Energiefilters, der beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
    • 5 ist eine schematische Darstellung verschiedener Dotierprofile, die mittels verschieden strukturierter Energiefilter erzeugt werden können.
    • 6 zeigt schematisch den Ablauf der Dotierung der ersten Schicht des Spendersubstrats sowie ein daraus resultierendes Dotierprofil des Spendersubstrats.
    • 7 zeigt verschiedene Möglichkeiten des Dotierprofils der ersten Schicht des Spendersubstrats.
    • 8 zeigt schematisch die Erzeugung oder Aufbringung einer Kontaktschicht im Spendersubstrat.
    • 9 zeigt schematisch eine erste Variante der Erzeugung einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat.
    • 10 zeigt schematisch eine zweite Variante der Erzeugung einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat.
    • 11 zeigt schematisch das Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat.
    • 12 zeigt schematisch das Abspalten des restlichen Teils des Spendersubstrats vom Verbundsubstrat.
    • 13 zeigt schematisch das Nachbehandeln der Oberfläche des Verbundsubstrats an im Bereich der Spaltstelle.
    • 14 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats.
    • 15. zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats und das zugehörige Dotierprofil.
    • 16 ist eine schematische Darstellung der Aufspaltung eines als Spendersubstrat fungierenden Waferstabs bei Verwendung für die mehrfache Erzeugung eines Verbundsubstrats aus einem Spendersubstrat.
    • 17 zeigt schematisch den Ablauf der Dotierung der ersten Schicht des Spendersubstrats unter Verwendung einer bereichsweisen Maskierung des Spendersubstrats sowie ein daraus resultierendes alternatives Dotierprofil des Spendersubstrats.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats beginnt mit der Bereitstellung eines Spendersubstrats 12, das einkristallines Siliziumkarbid (SiC) aufweist bzw. vollständig daraus besteht, siehe 1 und 2.
  • Die in 1 dargestellte Ausführungsform des Spendersubstrats 12 ist ein Wafer aus qualitativ hochwertigem halbisolierenden SiC-Material (HQSSiC) mit hoher Reinheit. Insbesondere ist darunter ein Material zu verstehen, bei dem die Konzentration von elementaren Verunreinigungen wie beispielsweise N, B, P kleiner als 5E15 cm-3 ist. Überwiegend heißt in diesem Zusammenhang, dass das Kriterium im Verlauf des Tiefenprofils nahezu überall zutrifft, dass es aber in bestimmten Bereichen Abweichungen geben kann, z.B. an der Oberfläche.
  • Das Spendersubstrat 12 gemäß 1 hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 100 µm, bevorzugt mehr als 200 µm, mehr bevorzugt mehr als 300 µm bis hin zu 15 cm, bevorzugt bis hin zu 10 cm. Es kann insbesondere als undotierter oder schwach n-dotierter Waferstab ausgebildet sein, siehe 16.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spendersubstrat aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C. Diese Polytypen haben sich als vorteilhaft für die Charakteristik der damit herzustellenden Halbleiterbauelemente herausgestellt.
  • In der dargestellten Ausführungsform hat die obere Oberfläche des Spendersubstrats 12 eine Abweichung von 0° von einer Senkrechten zur c-Richtung. Es sind aber auch Abweichungen von bis zu 3° oder bis zu 6° von einer Senkrechten zur c-Richtung möglich.
  • Die in 2 dargestellte Ausführungsform des Spendersubstrats 12 ist ein Wafer mit einem Trägerwafer 14, vorzugsweise aus SiC, und einer epitaktischen Schicht 16 aus SiC, wobei die epitaktische Schicht 16 undotiert ist oder eine Dotierung von weniger als 1E15 cm-3, bevorzugt weniger als 1E14 cm-3, aufweist. Vorzugsweise ist hier die epitaktische Schicht aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C.
  • In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die epitaktische Schicht 16 eine Dicke von mehr als 10 µm,bevorzugt mehr als 50 µm, mehr bevorzugt mehr als 80 µm aufweist. Die maximale Dicke solcher epitaktischen Schichten 16 liegt in der Regel bei 120 µm.
  • Hier ist es bevorzugt, wenn die obere Oberfläche der epitaktischen Schicht 16 eine Abweichung von weniger als 6°, mehr bevorzugt weniger als 3°, noch mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
  • Nach der Bereitstellung des Spendersubstrats 12 erfolgt die Dotierung einer ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 (siehe 6), die im fertigen Bauteil später die Funktion der Driftzone (auch aktive Zone oder spannungsaufnehmende Zone genannt) übernimmt oder teilweise übernimmt. Diese Dotierung der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 erfolgt mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters 20. Der entsprechende grundsätzliche Aufbau ist in 3 dargestellt.
  • 3 zeigt eine Bestrahlungskammer 8, in der üblicherweise ein Hochvakuum vorliegt. In der Bestrahlungskammer 8 ist das zu dotierende Spendersubstrat 12 in einer Substrathalterung 30 aufgenommen.
  • Ein Ionenstrahl 10 wird mittels eines Teilchenbeschleunigers (nicht dargestellt) erzeugt und in die Bestrahlungskammer 8 geleitet. Dort wird die Energie des lonenstrahls 10 durch einen Energiefilter 20 aufgespreizt und er trifft auf das zu bestrahlende Spendersubstrat 12. Alternativ kann der Energiefilter 20 in einer separaten, mit Ventilen verschließbaren Vakuumkammer innerhalb der Bestrahlungskammer 8 oder unmittelbar angrenzend an die Bestrahlungskammer 8 angeordnet sein.
  • Die Substrathalterung 30 muss nicht stationär sein, sondern kann optional mit einer Einrichtung zum Verschieben des Spendersubstrats 12 in x-y (in der Ebene senkrecht zur Blattebene) versehen sein. Als Substrathalterung 30 kommt außerdem auch ein Waferrad in Betracht, auf welchem die zu implantierenden Spendersubstrate 12 fixiert werden und das sich während der Implantation dreht. Auch eine Verschiebung der Substrathalterung 30 in Strahlrichtung (z-Richtung) kann möglich sein. Weiterhin kann die Substrathalterung 30 optional mit einer Heizung oder Kühlung versehen sein.
  • Das Grundprinzip des Energiefilters 20 ist in 4 dargestellt. Der monoenergetische lonenstrahl 10 wird beim Durchtritt durch den als mikrostrukturierte Membran ausgestalteten Energiefilter 20 abhängig vom Eintrittsort in seiner Energie modifiziert. Die resultierende Energieverteilung der Ionen des lonenstrahls 10 führt zu einer Modifikation des Tiefenprofils des implantierten Stoffes in der Matrix des Spendersubstrats 12. E1 bezeichnet die Energie eines ersten Ions, E2 bezeichnet die Energie eines zweiten Ions, c bezeichnet die Dotierkonzentration und d bezeichnet die Tiefe im Spendersubstrat 12. Im Diagramm rechts ist die übliche Gaußverteilung mit Bezugszeichen A gekennzeichnet, die ohne Einsatz eines Energiefilters 20 entsteht. Hingegen ist beispielhaft mit Bezugszeichen B eine Rechteckverteilung skizziert, die bei Einsatz eines Energiefilters 20 erzielt werden kann.
  • Die in 5 gezeigten Layouts bzw. dreidimensionalen Strukturen von Energiefiltern 20 zeigen die prinzipiellen Möglichkeiten, mittels Energiefilter 20 eine Vielzahl von Dotierstofftiefenprofilen oder Defekttiefenprofilen zu erzeugen. c bezeichnet wiederum die Dotierkonzentration und d bezeichnet wiederum die Tiefe im Spendersubstrat 12. Die Filterstrukturprofile können im Prinzip miteinander kombiniert werden, um neue Filterstrukturprofile und somit neue Dotierstofftiefenprofile oder Defekttiefenprofile zu erhalten.
  • Derartige Energiefilter 20 sind in der Regel aus Silizium hergestellt. Sie besitzen eine Dicke von zwischen 3 µm und 200 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 50 µm und besonders bevorzugt zwischen 7 µm und 20 µm. Sie können in einem Filterrahmen (nicht dargestellt) gehalten sein. Der Filterrahmen kann austauschbar in einer Filterhalterung (nicht dargestellt) aufgenommen sein.
  • Für die bevorzugte Ausbildung einer n-dotierten ersten Schicht 21 ist die Implantation mit Ionen aus Stickstoff oder Phosphor besonders geeignet, während für eine p-dotierte Schicht die Implantation mit Ionen aus Bor oder Aluminium besonders geeignet ist.
  • Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrensschritts der Dotierung der ersten Schicht 21 erfolgt die Ionenimplantation in das Spendersubstrat 12 von einer Vorderseite des Spendersubstrats 12. Der kurze, schwarz gefüllte Pfeil deutet die durch den Energiefilter 20 transmittierten Ionen minimaler Energie an, und der lange, schwarz gefüllte Pfeil deutet die durch den Energiefilter 20 transmittierten Ionen maximaler Energie an. Das resultierende Dotierprofil entlang des Schnitts A-A' ist rechts im Koordinatensystem gezeigt. c steht für die Dotierkonzentration. Das Dotierprofil basiert auf der Ausgestaltung des Spendersubstrats 12 gemäß 1 und ist über die gesamte erste Schicht 21 hinweg annähernd gleichmäßig. Die erste Schicht 21 erstreckt sich von der dem Ionenstrahl 10 zugewandten Oberfläche des Spendersubstrats 12 aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe T erstreckt, wo sich ein restlicher Teil 22 des Spendersubstrats 12 anschließt, der nicht von der Ionenimplantation mittels Energiefilter betroffen ist.
  • Die Dicke der ersten Schicht 21 entspricht vorzugsweise im Wesentlichen einer vorher ermittelten Dicke der aktiven Schicht im späteren Bauelement oder einer Kombination aus aktiver Schicht zuzüglich einer Feldstoppschicht oder einer Kombination aus aktiver Schicht zuzüglich einer Feldstoppschicht und einer oberflächlichen funktionalen Zone. Die Gesamtdicke der ersten Schicht 21 ist somit von der Art und vor allem von der Spannungsklasse des herzustellenden Halbleiterbauelements bestimmt. Je höher die Spannungsklasse, umso dicker die erste Schicht 21. Für besonders hohe Spannungsklassen sei auf 15 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
  • Die Dicke der ersten Schicht 21 liegt vorzugsweise zwischen 3 und 15 µm. Dies entspricht der derzeit sinnvoll möglichen Dotiertiefe T der oben genannten bevorzugten Ionensorten in SiC.
  • 7a bis 7c zeigen mögliche bevorzugte Dotierprofile in der ersten Schicht 21 des Spendersubstrats 12.
  • Grundsätzlich liefert das Dotieren der ersten Schicht 21 eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration in der ersten Schicht 21 von 1E15 cm-3 bis 5E17 cm-3.
  • In 8 ist das Ergebnis des optionalen Schritts gezeigt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht 21 eine Kontaktschicht 24 zu erzeugen oder eine Kontaktschicht 24 auf die Oberfläche der ersten Schicht 21 aufzubringen.
  • Bevorzugt wird die Kontaktschicht 24 mittels Ionenimplantation in die erste Schicht 24 erzeugt. Die Kontaktschicht 24 hat dabei eine Dicke von lediglich 10 nm bis hin zu 1 µm. Für die Implantation werden vorzugsweise Ionen aus P, N oder Al verwendet (ohne Energeifilter).
  • Die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 24 liegt vorzugsweise mindestens 100-fach, mehr bevorzugt mindestens 1.000-fach, mehr bevorzugt mindestens 10.000-fach, noch mehr bevorzugt mindestens 100.000-fach über einer mittleren Dotierstoffkonzentration im Rest der ersten Schicht 21 bzw. in der ersten Schicht 21.
  • Die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 24 beträgt dabei vorzugsweise mehr als 1E17 cm-3, mehr bevorzugt mehr als 1E19 cm-3.
  • Es ist auch möglich, eine dünne, z.B. einige Nanometer dicke, Kontaktschicht 24 auf die erste Schicht 21 aufzubringen. Dies geschieht beispielsweise mittels Sputterabscheidung, Bedampfung oder einem CVD-Abscheideverfahren. Die Kontaktschicht 24 muss nicht komplett bedeckend sein, sie kann auch aus Nanopartikeln bestehen.
  • Zeitgleich oder nach Schichtauftrag der Kontaktschicht 24 kann eine weitere Behandlung der Oberfläche, z.B. eine physikalische Rückätzung, stattfinden.
  • Im nächsten Schritt wird gemäß 9 eine Sollbruchstelle 26 im Spendersubstrat 24 erzeugt. Die Sollbruchstelle 26 liegt im Beispiel der 9 im Bereich der ersten Schicht 21, vorzugsweise in einem Endbereich der ersten Schicht 21 nahe der vorbestimmten Dotiertiefe T, wobei die Sollbruchstelle 26 bevorzugt nicht weiter als 1 µm,mehr bevorzugt nicht weiter als 500 nm, besonders bevorzugt nicht weiter als 100 nm, von der Dotiertiefe T und somit vom Ende der ersten Schicht 21 entfernt ist. Insbesondere bei Rechteckprofilen mit abfallender Flanke soll die Sollbruchstelle 26 noch im Bereich des Plateaus liegen.
  • Das Erzeugen der Sollbruchstelle 26 erfolgt bevorzugt durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen, die in 9 schematisch als schwarze Punkte dargestellt sind. Hierbei wird kein Energiefilter verwendet. Gemäß 9 werden die spaltauslösenden Ionen über die gesamte Breite des Spendersubstrats 12 eingebracht. Die spaltauslösenden Ionen sind bevorzugt aus den folgenden ausgewählt: H, H2, He, B. Die spaltauslösenden Ionen sind hochenergetische Ionen mit einer Energie zwischen 0,5 und 10 MeV, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 MeV, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2 MeV. Für Wasserstoff ergibt sich bei einer lonenenergie von 0,6 MeV eine Ausbildung der Sollbruchstelle 26 in einer Tiefe von ca. 5 µm, bei einer Ionenenergie von 1,0 MeV in einer Tiefe von ca. 10 µm, und bei einer Ionenenergie von 1,5 MeV in einer Tiefe von ca. 20 µm.
  • Eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen liegt jeweils bevorzugt zwischen 1E15 cm-2 und 5E17 cm-2. Die Energieschärfe (ΔE/E) des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen ist bevorzugt kleiner als 10-2, mehr bevorzugt kleiner als 10-4. Bei der Implantation der spaltauslösenden Ionen ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur im Spendersubstrat 12 unter 300°C, bevorzugt unter 200°C, bleibt. Hierzu wird gegebenenfalls der Chuck gekühlt, auf dem das Spendersubstrat 12 liegt.
  • Mit diesen Parametern wird ein Dotierprofil erzeugt, das einen scharfen Peak hat (siehe die in 4 mit A gekennzeichnete Gaußverteilung). Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Sollbruchstelle 26 eine hohe Dotierung verteilt auf eine äußerst geringe Dicke hat. Die Variation der Reichweite der Ionen im Spendersubstrat 12 (longitudinales Straggling σ) beträgt dabei abhängig von der Primärenergie des lonenstrahls lediglich zwischen 100 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 200 nm und 400 nm.
  • Alternativ können, wie in 10 anhand der Pfeile und des horizontalen schwarzen Balkens dargestellt, die spaltauslösenden Ionen nur über einen Teil der Breite des Spendersubstrats 12 eingebracht werden, bevorzugt nur in einem oder in beiden Randbereichen des Spendersubstrats 12. Auf diese Weise wird die Sollbruchstelle 26 abschnittsweise vordefiniert.
  • Alternativ zur Ionenimplantation kann die Sollbruchstelle 26 auch mittels Elektronenbestrahlung oder Laserbestrahlung gebildet werden.
  • Nachfolgend wird das Spendersubstrat 12 mit der Seite der ersten Schicht 21 voran mittels einer Bondverbindung mit dem Akzeptorsubstrat 28 verbunden, wie in 11 skizziert ist. Die erste Schicht 21 ist somit in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat 28 und dem restlichen Teil 22 des Spendersubstrats 12 angeordnet. Ob für das Herstellen der Bondverbindung das Spendersubstrat 12 zum Akzeptorsubstrat 28 bewegt wird, wie in 11 durch den gekrümmten Pfeil dargestellt, der auch das Umdrehen des Spendersubstrats 12 andeutet, oder das Akzeptorsubstrat 28 zum Spendersubstrat 12 bewegt wird, ist unerheblich.
  • Das Zwischenergebnis des Bondprozesses ist in 11 unten links dargestellt. Ebenso könnte die Schichtfolge auf den Kopf gestellt sein, z.B. wenn das Akzeptorsubstrat 28 zum Spendersubstrat 12 bewegt wurde.
  • Für das Akzeptorsubstrat 28 kommt eine ganze Reihe von Materialien in Frage. Bevorzugt ist das Akzeptorsubstrat 28 temperaturstabil bis mindestens 1.500°C und hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der höchstens um 20%, idealerweise höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Geeignete Beispiele für das Material des Akzeptorsubstrats 28 sind polykristallines SiC oder Graphit.
  • In 10 und 11 wurde die Kontaktschicht 24 jeweils nicht dargestellt, sie ist aber bevorzugt vorhanden. In diesem Fall erfolgt das Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 über die Kontaktschicht 24, wobei sich folgende Reihenfolge ergibt: Akzeptorsubstrat 28, Kontaktschicht 24, restlicher Teil von erster Schicht 21 bzw. erste Schicht 21, restlicher Teil 22 des Spendersubstrats 12.
  • Das Herstellen einer niederohmigen Bondverbindung erfolgt bevorzugt durch eine Temperaturbehandlung des als Zwischenergebnis erhaltenen Substrats bei einer Temperatur von zwischen 800°C und 1.600°C, mehr bevorzugt zwischen 900°C und 1.300°C.
  • Vor dem Schritt des Herstellens der Bondverbindung kann eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen stattfinden, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder Ionenstrahlbehandlung. Eine behandelte Oberfläche kann auch die Kontaktschicht 24 sein. Es ist auch eine Aufbringung einer dünnen, einige Nanometer dicken Schicht zur Herstellung einer späteren niederohmigen Verbindung von Akzeptorsubstrat 28 und Spendersubstrat 12 denkbar. Grundsätzlich ist ein extrem niederohmiger Kontakt und eine hochtemperaturfeste Verbindung zwischen Akzeptorsubstrat 28 und Spendersubstrat 12 wichtig.
  • In 12 ist schematisch der Schritt dargestellt, das Spendersubstrat 12 im Bereich der Sollbruchstelle 26 zu spalten, wodurch ein vorbehandeltes Verbundsubstrat 18 erzeugt wird, welches das Akzeptorsubstrat 28 und eine damit verbundene dotierte Schicht 32 umfasst, wobei die dotierte Schicht 32 zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht 21 des Spendersubstrats 12 umfasst. Der vom Akzeptorsubstrat 28 abgespaltene Teil 34 des Spendersubstrats 12 wird entfernt.
  • Das Spalten des Spendersubstrats 12 wird vorzugsweise durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats 18 bei einer Temperatur von zwischen 600°C und 1.300°C, bevorzugt zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst. Dabei werden in einer Ausführungsform, siehe 9 und 10, aufgrund der implantierten Ionen Gasblasen gebildet, die zusammenwachsen und zur Abspaltung führen.
  • Alternativ können externe Kräfte auf das Verbundsubstrat 18 ausgeübt werden, so dass das Spendersubstrat 12 entlang der Sollbruchstelle 26 aufbricht. Auch eine Kombination von Wärmebehandlung und externen Kräften kann notwendig oder hilfreich sein. Insbesondere wenn nur abschnittsweise Ionen in das Spendersubstrat 12 eingebracht wurden, ist die Ausübung externer Kräfte unumgänglich.
  • Wenn sowohl das Herstellen der Bondverbindung als auch das Spalten des Spendersubstrats 12 durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, können beide Schritte unter Umständen gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Wie in 13 schematisch durch die Pfeile dargestellt, kann nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der Oberfläche des Verbundsubstrats 18 im Bereich der Sollbruchstelle 26, insbesondere mittels Polieren und/oder Entfernen von Defekten, erfolgen.
  • Implantationsdefekte 42, die in 14 schematisch dargestellt sind, können schließlich in der dotierten Schicht 32 des vorbehandelten Verbundsubstrat 18 bei Temperaturen von vorzugsweise zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt werden. Dies erfolgt bevorzugt während der späteren Bauelementprozessierung bei Temperschritten zur Ausheilung niederenergetischer Implantationen, z.B. Source-Drain-Kontaktimplantation, Kanalimplantation, p-JFET Implantation etc.
  • Es ist auch denkbar, dass der Schritt des Ausheilens der Implantationsdefekte 42 bereits beim Abspalten des Teils 34 des Spendersubstrats 12 und/oder beim Ausbilden der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 durchgeführt wird, wenn dabei entsprechend hohe Temperaturen zum Einsatz kommen und auf diese Weise die Strahlungsdefekte ausgeheilt werden können.
  • In 8 bis 13 wurden die Verfahrensschritte bislang mit einem Spendersubstrat 12 gemäß 1 dargestellt und beschrieben, sie sind aber analog mit Spendersubstraten 12 nach 2 durchführbar. Wichtig ist dann, dass die epitaktische Schicht 16 des Spendersubstrats 12 mit dem Akzeptorsubstrat 28 vebunden wird.
  • Abweichend von der bisherigen Darstellung kann der Schritt des Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 auch zweistufig ablaufen. Zunächst kann beispielsweise ein Bondprozess mit geringer Bondenergie bei niedriger Temperatur stattfinden und anschließend, in einem nachgelagerten zweiten Teilschritt, die Verfestigung zur Erzeugung einer Bondverbindung mit hoher Bindungsstärke bzw. Bondenergie bei höherer Temperatur und niedrigem Übergangswiderstand. Die Verfestigung kann dabei z.B. auch während oder nach der Abspaltung, während oder nach der Oberflächenbehandlung des Verbundsubstrats bzw. während oder nach der Ausheilung von Implantationsdefekten erfolgen.
  • Das so hergestellte vorbehandelte Verbundsubstrat 18, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, ist nochmals in 14 dargestellt. Es umfasst das Akzeptorsubstrat 28 und die damit verbundene dotierte Schicht 32 aus einkristallinem SiC, wobei die dotierte Schicht 32 vorzugsweise die Implantationsdefekte 42 (Strahlungsdefekte) aufweist. Außerdem kann es die Kontaktschicht 24 zwischen Akzeptorsubstrat 28 und dotierter Schicht 32 aufweisen.
  • Die dotierte Schicht 32 hat vorzugsweise eine Dicke von 3 µm bis 30 µm, mehr bevorzugt von 3 µm bis 15 µm. Sie ist bevorzugt aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C. Eine Oberfläche der dotierten Schicht 32 hat vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung. Die dotierte Schicht 32 weist vorzugsweise eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration von 1E15 cm-3 bis 5E17 cm-3 auf. Die dotierte Schicht 32 wurde bevorzugt mit Ionen aus einem der folgenden Elemente als Dotierstoff dotiert: N, P, B oder Al.
  • Das Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil der dotierten Schicht 32 ergibt sich bevorzugt im Wesentlichen aus einer Umkehrung des Dotierstofftiefenprofils und/oder Defekttiefenprofils der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12.
  • Die dotierte Schicht 32 kann also beispielsweise ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweisen.
  • Ebenso kann die dotierte Schicht 32 ein in Richtung des Akzeptorsubstrats 28 stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweisen, wobei die Stufen in einem dem Akzeptorsubstrat 28 zugewandten Bereich der dotierten Schicht 32 von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der dotierten Schicht 32 ausgebildet sind.
  • Die dotierte Schicht 32 kann auch ein in Richtung des Akzeptorsubstrats 28 kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefern.
  • Das Implantationsdefektprofil folgt im Wesentlichen dem implantierten Fremdatomkonzentrationstiefenprofil.
  • Das Akzeptorsubstrat 28 ist temperaturstabil bis mindestens 1.500°C und hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Besonders bevorzugt ist das Akzeptorsubstrat 28 aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet.
  • In 15 sind eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats 18 im Querschnitt sowie darunter ein Dotierstoffkonzentrationsprofil entlang des Abschnitts des Verbundsubstrats 18 gemäß Pfeil F dargestellt. Besonders geeignet ist dies für die Herstellung sehr hochsperrender Bauelemente, z.B. > 1.200 V.
  • In diesem Fall weist das vorbehandelte Verbundsubstrat 18 zusätzlich zur dotierten Schicht 32 eine ergänzende dotierte Schicht 38 aus einkristallinem SiC auf. In einem Übergangsabschnitt zwischen der dotierten Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 liegt bevorzugt ein Überlappungsbereich 40 der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile vor.
  • Bei der in 14 dargestellten Ausführungsform wird die benötigte aktive Schicht (Driftzone, spannungsaufnehmende Schicht) des späteren Halbleiterbauelements alleine durch die dotierte Schicht 32 und somit gleichzeitig durch die erste Schicht 21 bzw. einen (vorzugsweise großen) Teil der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 gebildet.
  • Hingegen wird die aktive Schicht bei Ausführungsformen wie in 15 durch eine Kombination von dotierter Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 gebildet. Während sich in 15 ein im Wesentlichen konstantes Summendotierprofil durch Überlagerung der beiden Teilprofile ergibt, können auch beliebige andere Dotierprofile durch die Aneinanderreihung und teilweise Überlappung der Dotierprofile in dotierter Schicht 32 und ergänzender dotierter Schicht 38 gebildet werden. So kann das kombinierte Gesamtdotierprofil aus der Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 auch ein zum Akzeptorsubstrat 28 hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat 28 hin kontinuierlich ansteigendes Profil sein.
  • Derartige kombinierte Profile erhält man dadurch, dass die Sollbruchstelle 26 im Spendersubstrat 12 nicht innerhalb der ersten Schicht 21 erzeugt wird, sondern in dem restlichen Teil 22 des Spendersubstrats 12, der nicht mittels Ionenimplantation in das Spendersubstrat 12 dotiert wurde.
  • Nach der Spaltung an der Sollbruchstelle 26 wie in 12 kann dann von der dem Akzeptorsubstrat 28 abgewandten Seite aus durch eine weitere Ionenimplantation mittels Energiefilter die Dotierung der ergänzenden dotierten Schicht 38 durchgeführt werden. Die oben zu 3 bis 7 getroffenen Aussagen zur Ionenimplantation mittels Energiefilter treffen auf die Ionenimplantation in die ergänzende dotierte Schicht 38 identisch zu. Die Dicke der ergänzenden dotierten Schicht 38 liegt in der Regel zwischen 3 und 15 µm. Somit erhält man Gesamtdicken der durch Ionenimplantation dotierten aktiven Zone von bis zu 30 µm.
  • Grundsätzlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei und mehr Verbundsubstrate 18, sogar eine Vielzahl von Verbundsubstraten 18, aus einem Spendersubstrat 12 hergestellt werden, sofern das Spendersubstrat 12 aus 1 bzw. die epitaktische Schicht 16 des Spendersubstrats 12 aus 2 mindestens zweimal so dick ist wie die Dicke der benötigten dotierten Schicht 32 im Verbundsubstrat 18. Bei einem dicken Waferstab als Spendersubstrat 12 ist der Effekt besonders hoch. Auf diese Weise können erhebliche Kosten bei der Herstellung gespart werden. Schematisch ist dies in 16 dargestellt.
  • Wie in 17 dargestellt ist, kann bei der Ionenimplantation mittels Energiefilter 20 in die erste Schicht 21 des Spendersubstrats 12 (und/oder in die ergänzende dotierte Schicht 38 des Verbundsubstrats 18) eine Maskierung 46 verwendet werden, um einen oder mehrere nicht-dotierte Bereiche 44 in der ersten Schicht 21 des Spendersubstrats 12 (und/oder in der ergänzenden dotierten Schicht 38 des Verbundsubstrats 18) zu erzeugen.
  • Das Verbundsubstrat 18 kann auch durch weitere Zwischenschritte auf dem Weg zum fertigen Halbleiterbauelement gekennzeichnet sein, beispielsweise durch das Implantieren weiterer aktiver Gebiete, das Erzeugen von Oxiden, das Abscheiden von Gateelektroden, Kontakten, Leitungen oder Vias etc.
  • Im Rahmen der Erfindung wird unter „verbunden“ direkt oder indirekt, d.h. unter Zwischenschaltung eines weiteren Elements, verbunden verstanden. Auch eine „Verbindung“ zwischen zwei Elementen kann direkt oder indirekt sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019112985 A1 [0008]

Claims (59)

  1. Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) ein Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Spendersubstrats (12), das einkristallines SiC aufweist; b) Dotieren einer ersten Schicht (21) im Spendersubstrat (12) mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters (20), wobei der Energiefilter (20) eine mikrostrukturierte Membran mit einem vordefinierten Strukturprofil zur Einstellung eines durch die Implantation hervorgerufenen Dotierstofftiefenprofils und/oder Defekttiefenprofils in der ersten Schicht (21) im Spendersubstrat (12) ist, wobei beim Dotieren ein vorbestimmtes Dotierstofftiefenprofil und/oder ein vorbestimmtes Defekttiefenprofil in der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) erzeugt wird, wobei sich die erste Schicht (21) von der dem Ionenstrahl (10) zugewandten ersten Oberfläche des Spendersubstrats (12) aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe (T) erstreckt, wo sich ein restlicher Teil (22) des Spendersubstrats (12) anschließt; c) Erzeugen einer Sollbruchstelle (26) im Spendersubstrat (12); d) Bereitstellen des Akzeptorsubstrats (28) und Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat (12) und Akzeptorsubstrat (28), wobei die erste Schicht (21) in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat (28) und dem restlichen Teil (22) des Spendersubstrats (12) angeordnet ist; e) Spalten des Spendersubstrats (12) im Bereich der Sollbruchstelle (26) zur Erzeugung des vorbehandelten Verbundsubstrats (18), wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) das Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32) aufweist, wobei die dotierte Schicht (32) zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (21) eine Dicke von 3 bis 15 µm aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierenden SiC-Material (HQSSiC) mit hoher Reinheit ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ionenstrahl (10) zugewandte Oberfläche des Spendersubstrats (12) eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt weniger als 3°, mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) eine Dicke von mehr als 100 µm,bevorzugt mehr als 200 µm, mehr bevorzugt mehr als 300 µm bis hin zu 15 cm, bevorzugt bis hin zu 10 cm, aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) einen Trägerwafer (14), vorzugsweise aus SiC, und eine epitaktische Schicht (16) aufweist, wobei die epitaktische Schicht (16) undotiert ist oder eine Dotierung von weniger als 1E15 cm-3, bevorzugt weniger als 1 E14 cm-3, aufweist, und wobei die erste Schicht (21) Teil der epitaktischen Schicht (16) ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht (16) eine Dicke von mehr als 10 µm, bevorzugt mehr als 50 µm, mehr bevorzugt mehr als 80 µm aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ionenstrahl (10) zugewandte Oberfläche der epitaktischen Schicht (16) eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt weniger als 3°, mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht (16) aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C ist.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration in der ersten Schicht (21) von 1E15 cm-3 bis 5E17 cm-3 liefert.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) mit Ionen aus einem der folgenden Elemente erfolgt: N, P, B oder Al.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein stufig abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert, wobei die Stufen in einem dem Ionenstrahl (10) zugewandten oberflächennahen Bereich der ersten Schicht (21) von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe (T) der ersten Schicht (21) ausgebildet sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000 beträgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein kontinuierlich abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich abfallende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist: D ( z ) = D m a x ( 1 − 1 1 + ∝ ( 1 − z b ) ° ƒ ) + D 0
    Figure DE102020134222A1_0007
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht (21) eine Kontaktschicht (24) zu erzeugen oder eine Kontaktschicht (24) auf die Oberfläche der ersten Schicht (21) aufzubringen, und wobei das Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat (12) und Akzeptorsubstrat (28) über die Kontaktschicht (24) erfolgt, wobei sich folgende Reihenfolge ergibt: Akzeptorsubstrat (28), Kontaktschicht (24), restlicher Teil von erster Schicht bzw. erste Schicht (21), restlicher Teil (22) des Spendersubstrats (12).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Kontaktschicht (24) durch Ionenimplantation erfolgt.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht (24) mindestens 100-fach, bevorzugt mindestens 1.000-fach, mehr bevorzugt mindestens 10.000-fach, noch mehr bevorzugt mindestens 100.000-fach über einer mittleren Dotierstoffkonzentration im Rest der ersten Schicht bzw. in der ersten Schicht (21) liegt.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht (24) mehr als 1E17 cm-3, bevorzugt mehr als 1E19 cm-3, beträgt.
  23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (26) im Bereich der ersten Schicht (21) liegt, vorzugsweise in einem Endbereich der ersten Schicht (21) nahe der vorbestimmten Dotiertiefe (T), wobei der Randbereich besonders bevorzugt nicht dicker als 1 µm, mehr bevorzugt nicht dicker als 100 nm, ist.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (26) im Bereich des verbleibenden Teils (22) des Spendersubstrats (12) liegt, und dass zusätzlich nach Schritt e) der weitere Schritt durchgeführt wird, eine Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters (20) in das Verbundsubstrat (18) von der dem Akzeptorsubstrat (28) abgewandten Seite aus durchzuführen.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat (18) zumindest bis zur dotierten Schicht (32) reicht.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat (18) derart durchgeführt wird, dass die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht (32) und der ergänzenden dotierten Schicht (38) ein konstantes Profil, ein zum Akzeptorsubstrat (28) hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat (28) hin kontinuierlich ansteigendes Profil ist.
  27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Sollbruchstelle (26) durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen erfolgt.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen über die gesamte Breite des Spendersubstrats (12) eingebracht werden.
  29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen nur über einen Teil der Breite des Spendersubstrats (12) eingebracht werden.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen nur in mindestens einem Randbereich des Spendersubstrats (12) eingebracht werden.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen aus den folgenden ausgewählt sind: H, H2, He, B.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen hochenergetische Ionen mit einer Energie zwischen 0,5 und 10 MeV, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 MeV, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2 MeV sind.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen jeweils zwischen 1E15 cm-2 und 5E17 cm-2 liegt.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieschärfe des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen kleiner als 10-2, bevorzugt kleiner als 10-4 ist.
  35. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spalten des Spendersubstrats (12) durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats (18) bei einer Temperatur von zwischen 600°C und 1.300°C, bevorzugt zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst wird.
  36. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Bondverbindung durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats (18) bei einer Temperatur von zwischen 800°C und 1.600°C, bevorzugt zwischen 900°C und 1.300°C erfolgt.
  37. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Herstellen der Bondverbindung als auch das Spalten des Spendersubstrats (12) durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, wobei beide Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
  38. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Herstellen der Bondverbindung eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen stattfindet, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder Ionenstrahlbehandlung.
  39. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) temperaturstabil bis mindestens 1.500°C ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet ist.
  41. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der Oberfläche des Verbundsubstrats (18) im Bereich der Sollbruchstelle (26), insbesondere mittels Polieren und/oder Entfernen von Defekten, erfolgt.
  42. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Implantationsdefekte (42) im vorbehandelten Verbundsubstrat (18) bei Temperaturen zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt werden.
  43. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) ein Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32) aus einkristallinem SiC aufweist.
  44. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) Implantationsdefekte (42) aufweist.
  45. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) eine Dicke von 3 µm bis 30 µm aufweist, bevorzugt von 3 µm bis 15 µm.
  46. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C ist.
  47. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der dotierten Schicht (32) eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
  48. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration von 1E15 cm-3 bis 5E17 cm-3 aufweist.
  49. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) mit Ionen aus einem der folgenden Elemente als Dotierstoff dotiert ist: N, P, B oder Al.
  50. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweist.
  51. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweist, wobei die Stufen in einem dem Akzeptorsubstrat (28) zugewandten Bereich der dotierten Schicht (32) von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der dotierten Schicht (32) ausgebildet sind.
  52. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000 beträgt.
  53. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegen.
  54. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert.
  55. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich ansteigende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist: D ( z ) = D m a x ( 1 − 1 1 + ∝ ( 1 − z b ) ° ƒ ) + D 0
    Figure DE102020134222A1_0008
  56. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur dotierten Schicht (32) eine mit der dotierten Schicht (32) einstückig ausgestaltete ergänzende dotierte Schicht (38) aus einkristallinem SiC vorgesehen ist, wobei in einem Übergangsabschnitt zwischen der dotierten Schicht (32) und der ergänzenden dotierten Schicht (38) ein Überlappungsbereich (40) der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile vorliegt.
  57. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass das kombinierte Dotierstoffgesamtprofil von dotierter Schicht (32) und ergänzender dotierter Schicht (38) ein im Wesentlichen konstantes Profil, ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) kontinuierlich ansteigendes Profil oder ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) stufig ansteigendes Profil ist.
  58. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) temperaturstabil bis mindestens 1.500°C ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht.
  59. Vorbehandeltes Verbundsubstrat nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet ist.
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