DE102020210937A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Halbleiterbauelement (200, 300, 400) mit einem Halbleitersubstrat (201, 301, 401), das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, wobei auf der Vorderseite eine erste Schicht (202, 302, 402) angeordnet ist, wobei die erste Schicht (202, 302, 402) eine erste Unterseite und eine erste Oberseite aufweist, wobei die erste Unterseite der ersten Oberseite gegenüberliegt und die erste Unterseite unmittelbar an die Vorderseite angrenzt, wobei auf der ersten Oberseite eine zweite Schicht (205, 305, 405) angeordnet ist und die zweite Schicht (205, 305, 405) eine zweite Unterseite aufweist, die der ersten Oberseite zugewandt ist, wobei die zweite Schicht (205, 305, 405) eine erste Dotierstoffkonzentration aufweist, wobei sich ein Rückseitengraben (214, 314, 414) ausgehend von der Rückseite bis mindestens zur ersten Unterseite erstreckt, wobei der Rückseitengraben (214, 314, 414) einen Grabenboden mit einer ersten Breite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich oberhalb des Rückseitengrabens (214, 314, 414) ausgehend von der zweiten Unterseite ein Kontaktbereich (203, 303, 403) mit einer zweiten Breite in die zweite Schicht erstreckt, wobei die zweite Breite im Wesentlichen der ersten Breite entspricht und der Kontaktbereich (203, 303, 403) eine zweite Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements.
  • Transistoren auf der Basis von Galliumnitrid ermöglichen die Herstellung von Bauelementen mit niedrigen On-Widerständen und gleichzeitig sehr hohen Durchbruchspannungen. Derartige Transistoren können dabei entweder einen lateralen oder einen vertikalen Aufbau aufweisen. Vertikal aufgebaute Transistoren stellen dabei eine höhere Durchbruchspannung bei kleinerem On-Widerstand pro Einheitsfläche zur Verfügung.
  • Die lateralen Transistoren wie die sogenannten high-electron mobility Transistoren weisen funktionale GaN-Schichten unmittelbar auf Siliziumsubstraten auf, die mittels Heteroepitaxie hergestellt werden. Bei vertikalen Transistoren ist dies nicht ohne Weiteres möglich, da zur Anpassung des Gitterfehlers zwischen Si und GaN und zur Reduktion der Substratwölbung Bufferschichten benötigt werden.
  • Nachteilig ist dabei, dass diese Bufferschichten den Stromfluss von der Vorderseite zur Rückseite verhindern.
  • Es ist bekannt bei vertikalen Bauelementen das Siliziumsubstrat und die nichtleitfähige Bufferschicht unterhalb des Transistors selektiv zu entfernen, sodass die Rückseite der Driftzone des Transistors direkt ankontaktiert werden kann. Des Weiteren finden modifizierte Bufferschichten Anwendung, die eine bestimmte Dotierung aufweisen und somit leitfähig sind. Nachteilig ist hierbei, dass sich eine derartige Bufferschicht in Bezug auf die Kompensation der Substratwölbung ungünstig auswirkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Halbleiterbauelement umfasst ein Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt. Auf der Vorderseite ist eine erste Schicht angeordnet, die eine erste Unterseite und eine erste Oberseite aufweist, wobei die erste Unterseite an die Vorderseite angrenzt. Auf der ersten Oberseite ist eine zweite Schicht angeordnet, die eine zweite Unterseite aufweist, wobei die zweite Unterseite der ersten Oberseite zugewandt ist und eine erste Dotierstoffkonzentration aufweist. Ein Rückseitengraben erstreckt sich ausgehend von der Rückseite bis mindestens zur ersten Unterseite, wobei der Rückseitengraben einen Grabenboden mit einer ersten Breite aufweist. Erfindungsgemäß erstreckt sich oberhalb des Rückseitengrabens ausgehend von der zweiten Unterseite ein Kontaktbereich mit einer zweiten Breite, wobei die zweite Breite im Wesentlichen der ersten Breite entspricht und der Kontaktbereich eine zweite Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration. Mit anderen Worten die zweite Schicht weist eine ortsselektive Dotierung auf.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass der Kontaktbereich erst nach Beendigung der Vorderseitenprozesse erzeugt wird, sodass bei der Durchführung des Vorderseitenprozesses auf die Herstellung einer dicken hochdotierten Kontaktschicht mittels Epitaxie verzichtet werden kann.
  • In einer Weiterbildung ist zwischen dem Grabenboden und dem Kontaktbereich ein weiterer Bereich angeordnet, der eine dritte Dotierstoffkonzentration aufweist, wobei die dritte Dotierstoffkonzentration höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass das Halbleiterbauelement eine hohe mechanische Stabilität aufweist, da die erste Schicht im Bereich unterhalb des Kontaktbereichs nicht komplett entfernt werden muss.
  • In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich der Rückseitengraben bis in die erste Schicht.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass die erste Schicht, d. h. die Bufferschicht, nur teilweise entfernt wird, sodass die Bauteilstabilität erhalten bleibt und die Substratwölbung gering ausfällt.
  • In einer Weiterbildung erstreckt sich der Rückseitengraben bis zur ersten Oberseite.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass die erste Schicht, d. h. die Bufferschicht, verbleibt und somit die Bauteilstabilität erhalten bleibt und die Substratwölbung nicht beeinflusst wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Seite des Kontaktbereichs, die innerhalb des Kontaktbereichs mit der zweiten Unterseite zusammenfällt, mit einer Metallschicht elektrisch leitend verbunden, wobei der Kontaktbereich und die Metallschicht einen Ohm'schen Kontakt bilden.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass die vertikale Leitfähigkeit des Bauelements erhöht wird. Mit anderen Worten der Stromfluß von der Vorderseite zur Rückseite ist ungehindert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Seite des weiteren Bereichs, die innerhalb der ersten Schicht unterhalb des Kontaktbereichs angeordnet ist und mit dem Grabenboden zusammenfällt, mit einer Metallschicht elektrisch leitend verbunden, wobei der weitere Bereich und die Metallschicht einen Ohm'schen Kontakt bilden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weisen die erste Schicht, die zweite Schicht und der Kontaktbereich ein Halbleitermaterial mit einer großen Bandlücke auf, insbesondere einen III-V-Halbleiter.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass die Durchbruchspannung sehr hoch und der On-Widerstand sehr gering ist.
  • In einer Weiterbildung umfasst der III-V-Halbleiter GaN.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass das Bauelement eine hohe Durchbruchspannung aufweist, wobei der On-Widerstand gering ist.
  • In einer Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement eine Transistorzelle.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt und auf der Vorderseite eine erste Schicht mit einer ersten Unterseite und einer ersten Oberseite angeordnet ist, wobei die erste Unterseite der ersten Oberseite gegenüberliegt und die erste Unterseite unmittelbar an die Vorderseite angrenzt, wobei auf der ersten Oberseite eine zweite Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht eine zweite Unterseite aufweist, die der ersten Oberseite zugewandt ist und die zweite Schicht eine erste Dotierstoffkonzentration aufweist, umfasst das Erzeugen eines Rückseitengrabens, der sich ausgehend von der Rückseite bis mindestens zur ersten Unterseite erstreckt, wobei der Rückseitengraben einen Grabenboden mit einer ersten Breite aufweist. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Kontaktbereichs mit einer zweiten Breite, die im Wesentlichen der ersten Breite entspricht, wobei der Kontaktbereich oberhalb des Rückseitengrabens angeordnet ist und sich ausgehend von der zweiten Unterseite in die zweite Schicht erstreckt, wobei der Kontaktbereich eine zweite Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. den abhängigen Patentansprüchen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Transistorzelle aus dem Stand der Technik,
    • 2 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,
    • 3 eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,
    • 4 eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, und
    • 5 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements.
  • 1 zeigt ein Transistorzelle 100 aus dem Stand der Technik. Die Transistorzelle 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 101 aus Silizium, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, auf dem eine erste Schicht 102 angeordnet ist, die als isolierende Bufferschicht fungiert. Sie umfasst beispielsweise eine Schichtenfolge aus AIN, AlGaN und GaN. Auf der ersten Schicht 102 ist eine epitaktisch gewachsene Kontaktschicht 103 angeordnet. Sie umfasst GaN, das mit Si hoch dotiert ist. Das bedeutet diese Kontaktschicht 103 wird während des Vorderseitenprozesses erzeugt. Auf der epitaktisch gewachsenen Kontaktschicht 103 ist eine zweite Schicht 105 angeordnet, die als Driftschicht fungiert. Die zweite Schicht 105 ist niedrig dotiert. Auf der zweiten Schicht 105 ist eine dritte Schicht 106 angeordnet, die als Bodyschicht fungiert. Auf der dritten Schicht 106 ist eine vierte Schicht angeordnet, die als Sourcekontaktbereich 109 fungiert. Das Halbleiterbauelement 100 weist eine Transistorstruktur 107 auf. Sie umfasst einen Vorderseitengraben 108, der ein Gatedielektrikum 111 aufweist und mit einem Gatemetall verfüllt ist, das als Gateelektrode 110 fungiert. Die Transistorstruktur 107 weist eine Sourceelektrode 113, die einen Kontakt zur hoch dotierten Sourcekontaktschicht 109 bereitstellt, und einen Isolationsbereich 112 auf, der die Sourceelektrode 113 von der Gateelektrode 110 trennt. Ausgehend von der Rückseite erstreckt sich ein Rückseitengraben 114 bis zu einer Unterseite der epitaktisch gewachsenen Kontaktschicht 103. Dabei sind die halbleitertechnischen Ätzprozesse, die die Bufferschicht entfernen nicht selektiv gegenüber der epitaktisch gewachsenen Kontaktschicht 103, sodass die Ätzung nach dem Entfernen der Bufferschicht kontrolliert gestoppt werden muss, um ein Entfernen der epitaktisch gewachsenen Kontaktschicht 103 zu verhindern. Bei einer inhomogenen Ätzfront ist es besonders schwierig, den Ätzprozess zu stoppen, sodass die epitaktisch gewachsene Kontaktschicht 103 eine ausreichende Dicke aufweisen muss, um ihre weitere Funktion zur Erzeugung eines Ohm'schen Kontakts mit einer Drainelektrode 115 erfüllen zu können. Typischerweise weist die epitaktisch abgeschiedene Kontaktschicht eine Dicke zwischen 500 nm und 1 µm auf. Im Betrieb der Transistorzelle wird in der Bodyschicht ein leitfähiger Kanal durch Anlegen einer Gatespannung an die Gateelektrode 110 gebildet, durch den ein Stromfluß von der Sourceelektrode 113 zur Drainelektrode 115 ermöglicht wird.
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements 200. Das Halbleiterbauelement 200 weist ein Halbleitersubstrat 201 auf, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist. Auf der Vorderseite ist eine erste Schicht 202, auf der ersten Schicht 202 eine zweite Schicht 205 und auf der zweiten Schicht 205 eine dritte Schicht 206 angeordnet. Auf der dritten Schicht 206 ist eine vierte Schicht angeordnet, die als Sourcekontaktbereich 209 fungiert. Dabei weist die zweite Schicht 205 eine erste Dotierstoffkonzentration auf. Das Halbleiterbauelement 200 weist beispielhaft auf der Vorderseite eine Transistorstruktur 207 auf. Die Transistorstruktur 207 umfasst einen Vorderseitengraben 208, der bis in die zweite Schicht 205 reicht. Der Vorderseitengraben 208 umfasst ein Gatedielektrikum 211 und eine Gateelektrode 210. Auf der dritten Schicht 206 ist eine Sourceelektrode 207, ein Sourcekontaktbereich 209 und ein Isolationsbereich angeordnet, der die Sourceelektrode 207 von der Gateelektrode 210 trennt. Ausgehend von der Rückseite erstreckt sich ein Rückseitengraben 214 bis zu einer zweiten Unterseite der zweiten Schicht 205. Der Rückseitengraben 214 weist dabei am Grabenboden eine erste Breite auf. Oberhalb des Rückseitengrabens 214 erstreckt sich ausgehend vom Grabenboden in die zweite Schicht 205 ein Kontaktbereich 203 mit einer zweiten Breite, die in etwa der ersten Breite entspricht. Das bedeutet der Kontaktbereich kann sich seitlich über die Grabenbodenbreite hinaus erstrecken. Der Kontaktbereich 203 weist eine zweite Dotierstoffkonzentration auf, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration. Die zweite Dotierstoffkonzentration weist dabei bevorzugt mindestens eine Konzentration von 10^19 cm^-3 Dotieratomen auf, bevorzugt Siliziumatome. Der Kontaktbereich 203 ist mit einer Drainelektrode 215 elektrisch leitend verbunden.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements 300. Die beiden hinteren Stellen der Bezugszeichen, die den hinteren beiden Stellen der Bezugszeichen in 2 entsprechen, bezeichnen dabei dieselben Komponenten des Halbleiterbauelements wie in 2. Der Unterschied zu 2 besteht darin, dass der Rückseitengraben 314 bis zu einer ersten Unterseite der ersten Schicht 302 reicht. Das bedeutet, die erste Schicht 302 verbleibt im Halbleiterbauelement 300. Dies erhöht die Stabilität des Halbleiterbauelements 300 und verringert mechanische Spannungen durch Gitterfehlanpassung. Zwischen dem Kontaktbereich 303 und dem Grabenboden ist dabei ein weiterer Bereich 304 angeordnet, der eine dritte Dotierstoffkonzentration aufweist. Die dritte Dotierstoffkonzentration ist höher als die erste Dotierstoffkonzentration.
  • 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements 400. Die beiden hinteren Stellen der Bezugszeichen, die den hinteren beiden Stellen der Bezugszeichen in 2 entsprechen, bezeichnen dabei dieselben Komponenten des Halbleiterbauelements wie in 2. Der Unterschied zu den 2 und 3 besteht darin, dass der Rückseitengraben 414 bis in die erste Schicht 402 reicht. Das bedeutet, die erste Schicht 402 verbleibt oberhalb des Rückseitengrabens 414 teilweise im Halbleiterbauelement 400. Zwischen dem Kontaktbereich 403 und dem Grabenboden ist dabei ein weiterer Bereich 404 angeordnet, der eine dritte Dotierstoffkonzentration aufweist.
  • Das Halbleitersubstrat 201, 301 und 401 umfasst Silizium. Die erste Schicht 202, 302 und 402, die zweite Schicht 205, 305 und 405, die dritte Schicht 206, 306 und 406, sowie der Kontaktbereich 203, 303 und 403 weisen GaN auf. Die erste Schicht 202, 302 und 402 umfasst einen Schichtenstapel aus AIN, AlGaN und GaN, wobei die Schicht aus AIN als Seedlayer fungiert und elektrisch isolierend wirkt. Die zweite Schicht 205, 305 und 405 weist eine erste Dotierstoffkonzentration an Si-Atomen im Bereich von 1e15 cm^-3 bis 5e16 cm^-3 auf. Dadurch ist die zweite Schicht 205, 305 und 405 n-leitend und fungiert als Driftschicht. Die dritte Schicht 206, 306 und 406 umfasst p-leitendes GaN und fungiert als Bodyschicht.
  • Das Halbleiterbauelement 200, 300 und 400 kann eine Transistorstruktur 207, 307 und 407 umfassen. Sie kann aber auch andere Strukturen aufweisen wie Schottky-Dioden, pn-Dioden, Vertical diffusion MOSFETs, sogenannte VDMOSFETs, Current Aperture Vertical electron Transistoren, sogenannte CAVETs, vGroove High electron mobility Transistoren, sogenannte vHEMTs oder Finnen-Feldeffekttransistoren, sogenannte FinFETs. Das Halbleiterbauelement 200, 300 und 400 findet beispielsweise Anwendung in einem elektrischen Anstriebsstrang eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridelektrofahrzeugs in einem DC/DC-Wandler oder einem Inverter, sowie in Kraftfahrzeugladegeräten und Invertern für Haushaltsgeräte.
  • 5 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren 500 zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt und auf der Vorderseite eine erste Schicht mit einer ersten Unterseite und einer ersten Oberseite angeordnet ist, wobei die erste Unterseite der ersten Oberseite gegenüberliegt und die erste Unterseite unmittelbar an die Vorderseite angrenzt, wobei auf der ersten Oberseite eine zweite Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht eine zweite Unterseite aufweist, die der ersten Oberseite zugewandt ist und die zweite Schicht eine erste Dotierstoffkonzentration aufweist. Das Verfahren 500 startet nach dem Abschluß des Vorderseitenprozesses mit einem Schritt 501 bei dem ein Rückseitengraben erzeugt wird, der sich ausgehend von der Rückseite bis mindestens zur ersten Unterseite erstreckt, wobei der Rückseitengraben einen Grabenboden mit einer ersten Breite aufweist. In einem folgenden Schritt 502 wird ein Kontaktbereich mit einer zweiten Breite erzeugt, die im Wesentlichen der ersten Breite entspricht, wobei der Kontaktbereich oberhalb des Rückseitengrabens angeordnet ist und sich ausgehend von der zweiten Unterseite in die zweite Schicht erstreckt, wobei der Kontaktbereich eine zweite Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration. Der Kontaktbereich wird beispielsweise mit Hilfe einer Implantation von Silizium in die zweite Schicht erzeugt. Alternativ oder zusätzlich können andere n-dotierende Elemente wie Germanium oder Sauerstoff implantiert werden. Dabei fungiert das Halbleitersubstrat in Bereichen außerhalb des Rückseitengrabens als Implantationsmaske. Der Kontaktbereich weist somit eine höhere Dotierstoffkonzentration auf als die restliche zweite Schicht. Es handelt sich somit um eine ortsselektive Dotierung der zweiten Schicht. In einem optionalen Schritt werden die Dotieratome mit Hilfe thermischen Ausheilens elektrisch aktiviert, z. B. mittels Rapid thermal annealing, Ofenprozess oder Laser. In einem folgenden optionalen Schritt wird mittels Verdampfen, Kathodenzerstäubens oder Elektroplating eine Metallschicht erzeugt, die mit dem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist. Im Fall einer Transistorzelle fungiert die Metallschicht als Drainelektrode. In einem weiteren optionalen Schritt wird mittels thermischer Behandlung ein Ohm'scher Kontakt zwischen dem Kontaktbereich und der Metallschicht erzeugt.

Claims (10)

  1. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) mit • einem Halbleitersubstrat (201, 301, 401), das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, • wobei auf der Vorderseite eine erste Schicht (202, 302, 402) angeordnet ist, wobei die erste Schicht (202, 302, 402) eine erste Unterseite und eine erste Oberseite aufweist, wobei die erste Unterseite der ersten Oberseite gegenüberliegt und die erste Unterseite unmittelbar an die Vorderseite angrenzt, • wobei auf der ersten Oberseite eine zweite Schicht (205, 305, 405) angeordnet ist und die zweite Schicht (205, 305, 405) eine zweite Unterseite aufweist, die der ersten Oberseite zugewandt ist, wobei die zweite Schicht (205, 305, 405) eine erste Dotierstoffkonzentration aufweist, • wobei sich ein Rückseitengraben (214, 314, 414) ausgehend von der Rückseite bis mindestens zur ersten Unterseite erstreckt, wobei der Rückseitengraben (214, 314, 414) einen Grabenboden mit einer ersten Breite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass • sich oberhalb des Rückseitengrabens (214, 314, 414) ausgehend von der zweiten Unterseite ein Kontaktbereich (203, 303, 403) mit einer zweiten Breite in die zweite Schicht erstreckt, wobei die zweite Breite im Wesentlichen der ersten Breite entspricht und der Kontaktbereich (203, 303, 403) eine zweite Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration.
  2. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grabenboden und dem Kontaktbereich (203, 303, 403) ein weiterer Bereich (304, 404) angeordnet ist, der eine dritte Dotierstoffkonzentration aufweist, wobei die dritte Dotierstoffkonzentration höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration.
  3. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rückseitengraben (214, 314, 414) bis in die erste Schicht (202, 302, 402) erstreckt.
  4. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rückseitengraben (214, 314, 414) bis zur ersten Oberseite erstreckt.
  5. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des Kontaktbereichs (203, 303, 403), die innerhalb des Kontaktbereichs (203, 303, 403) mit der zweiten Unterseite zusammenfällt, mit einer Metallschicht (215, 315, 415) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Kontaktbereich (203, 303, 403) und die Metallschicht (215, 315, 415) einen Ohm'schen Kontakt bilden.
  6. Halbleiterbauelement (300, 400) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des weiteren Bereichs (304, 404), die innerhalb der ersten Schicht (303, 403) unterhalb des Kontaktbereichs (303, 403) angeordnet ist und mit dem Grabenboden zusammenfällt, mit einer Metallschicht (315, 415) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der weitere Bereich (304, 404) und die Metallschicht (315, 415) einen Ohm'schen Kontakt bilden.
  7. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (202, 302, 402), die zweite Schicht (205, 305, 405) und der Kontaktbereich (214, 314, 414) ein Halbleitermaterial mit einer großen Bandlücke aufweisen, insbesondere einen III-V-Halbleiter.
  8. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der III-V-Halbleiter GaN aufweist.
  9. Halbleiterbauelement (200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (200, 300, 400) eine Transistorzelle ist.
  10. Verfahren (500) zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt und auf der Vorderseite eine erste Schicht mit einer ersten Unterseite und einer ersten Oberseite angeordnet ist, wobei die erste Unterseite der ersten Oberseite gegenüberliegt und die erste Unterseite unmittelbar an die Vorderseite angrenzt, wobei auf der ersten Oberseite eine zweite Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht eine zweite Unterseite aufweist, die der ersten Oberseite zugewandt ist und die zweite Schicht eine erste Dotierstoffkonzentration aufweist, mit den Schritten: • Erzeugen (501) eines Rückseitengrabens, der sich ausgehend von der Rückseite bis mindestens zur ersten Unterseite erstreckt, wobei der Rückseitengraben einen Grabenboden mit einer ersten Breite aufweist, • Erzeugen (502) eines Kontaktbereichs mit einer zweiten Breite, die im Wesentlichen der ersten Breite entspricht, wobei der Kontaktbereich oberhalb des Rückseitengrabens angeordnet ist und sich ausgehend von der zweiten Unterseite in die zweite Schicht erstreckt, wobei der Kontaktbereich eine zweite Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als die erste Dotierstoffkonzentration.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3850855T2 (de) 1987-11-13 1994-11-10 Nissan Motor Halbleitervorrichtung.
US20120049955A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Fujitsu Limited Compound semiconductor device, method of manufacturing the same, power supply device and high-frequency amplifier

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3850855T2 (de) 1987-11-13 1994-11-10 Nissan Motor Halbleitervorrichtung.
US20120049955A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Fujitsu Limited Compound semiconductor device, method of manufacturing the same, power supply device and high-frequency amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022210851A1 (de) 2022-10-14 2024-04-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit frontseitiger Messelektrode

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