DE102021203271A1 - Vertikales Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen vertikalen Halbleiterbauelements - Google Patents

Vertikales Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen vertikalen Halbleiterbauelements Download PDF

Info

Publication number
DE102021203271A1
DE102021203271A1 DE102021203271.0A DE102021203271A DE102021203271A1 DE 102021203271 A1 DE102021203271 A1 DE 102021203271A1 DE 102021203271 A DE102021203271 A DE 102021203271A DE 102021203271 A1 DE102021203271 A1 DE 102021203271A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
semiconductor
vertical
chemical elements
vertical semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021203271.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Huber
Roland Puesche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102021203271.0A priority Critical patent/DE102021203271A1/de
Priority to PCT/EP2022/052027 priority patent/WO2022207154A1/de
Priority to CN202280026308.6A priority patent/CN117099210A/zh
Publication of DE102021203271A1 publication Critical patent/DE102021203271A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32954—Electron temperature measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30612—Etching of AIIIBV compounds
    • H01L21/30621—Vapour phase etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/74—Making of localized buried regions, e.g. buried collector layers, internal connections substrate contacts
    • H01L21/743—Making of internal connections, substrate contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41741—Source or drain electrodes for field effect devices for vertical or pseudo-vertical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66734—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Vertikales Halbleiterbauelement (200) zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals mit einem Halbleitersubstrat (201), das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, wobei das Halbleitersubstrat (201) erste chemische Elemente aufweist, einer Bufferschicht (202), die auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats (201) angeordnet ist, wobei die Bufferschicht (202) zweite chemische Elemente aufweist, einer Halbleiterkontaktschicht (204), die auf der Bufferschicht (202) angeordnet ist, wobei auf der Halbleiterkontaktschicht (204) ein aktiver Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bufferschicht (202) und der Halbleiterkontaktschicht (204) eine Ätzkontrollschicht (203) angeordnet ist, wobei die Ätzkontrollschicht (203) mindestens ein drittes chemisches Element aufweist, das sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen unterscheidet.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein vertikales Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelements.
  • Vertikale Halbleiterbauelemente auf der Basis von Galliumnitrid, die auf Siliziumsubstraten angeordnet sind, benötigen zur Anpassung des Gitterfehlpasses zwischen GaN und Si und zur Reduktion der Substratwölbung Bufferschichten. Dabei sind die Bufferschichten derart verspannt, dass sie die Verspannungen der GaN-Schichten kompensieren. Die Bufferschichten hindern den Stromfluß von der Vorderseite zur Rückseite des Halbleiterbauelements, da die Bufferschichten elektrisch isolierend sind. Um diese Isolierung zu verhindern, wird die nicht leitfähige Bufferschicht selektiv mit Hilfe eines Rückseitengrabens unterhalb des Halbleiterbauelements entfernt, sodass die Rückseite der Driftzone des Halbleiterbauelements mittels eines ohmschen Metall-Halbleiterkontakt zu einer unter der Driftzone befindlichen Halbleiterkontaktschicht kontaktiert werden kann.
  • Nachteilig ist hierbei, dass das Bestimmen des Zeitpunkts zu dem die nichtleitfähige Bufferschicht vollständig entfernt ist und das Ätzen der Halbleiterkontaktschicht beginnt schwierig zu ermitteln ist. Endet der Rückseitengraben aufgrund einer vorzeitigen Beendigung des Entfernungsprozesses innerhalb der Bufferschicht, so findet kein vertikaler Stromfluß statt. Endet der Rückseitengraben innerhalb der Driftschicht, so ist der On-Widerstand des Halbleiterbauelements zu hoch und die Durchbruchspannung des Halbleiterbauelements gering.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das vertikale Halbleiterbauelement umfasst ein Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt. Das Halbleitersubstrat weist erste chemische Elemente auf. Auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats ist eine Bufferschicht angeordnet, die zweite chemische Elemente aufweist. Auf der Bufferschicht ist eine Halbleiterkontaktschicht angeordnet, wobei auf der Halbleiterkontaktschicht ein vertikales Halbleiterbauelement angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Bufferschicht und der Halbleiterkontaktschicht eine Ätzkontrollschicht angeordnet. Die Ätzkontrollschicht weist mindestens ein drittes chemisches Element auf, das sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen unterscheidet. Mit anderen Worten das dritte chemische Element ist weder in der Bufferschicht noch im Halbleitersubstrat in nennenswerter Konzentration enthalten.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass die Halbleiterkontaktschicht sehr dünn ausgestaltet werden kann, wobei der On-Widerstand des vertikalem Halbleiterbauelements niedrig ist. Zusätzlich ist die Gesamtdicke des Epitaxieschichtstapels gering, wodurch die Prozesskosten gering sind, da wenige Kompensationsschichten für mechanische Verspannungen erzeugt werden müssen.
  • In einer Ausbildung umfasst das dritte Element Germanium, Magnesium, Eisen oder Indium.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass diese Elemente einfach als Dotierelement mittels gängiger Percursorgase in einem epitaktischen Wachstumsprozess in die Ätzkonztrollschicht inkorporiert werden können, ohne dass dadurch die Kristallqualität der darüberliegenden Schichten reduziert wird. Der Vorteil bei der Verwendung von Germanium liegt darin, dass Germanium n-dotierend wirkt.
  • Das vertikale Halbleiterbauelement umfasst ein Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt und das Halbleitersubstrat umfasst erste chemische Elemente und ein weiteres chemisches Element mit einer ersten Hintergrundkonzentration. Auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats ist eine Bufferschicht angeordnet, wobei die Bufferschicht zweite chemische Elemente und das weitere chemische Element mit einer zweiten Hintergrundkonzentration aufweist. Auf der Bufferschicht ist eine Halbleiterkontaktschicht angeordnet, wobei auf der Halbleiterkontaktschicht ein aktiver Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Bufferschicht und der Halbleiterkontaktschicht eine Ätzkontrollschicht angeordnet. Die Ätzkontrollschicht umfasst das weitere chemische Element mit einer dritten Hintergrundkonzentration. Die dritte Hintergrundkonzentration ist größer als die erste Hintergrundkonzentration und die zweite Hintergrundkonzentration.
  • In einer Ausgestaltung ist das weitere chemische Element Kohlenstoff.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass die Kristallqualität nicht beeinträchtigt wird.
  • In einer Weiterbildung umfasst die dritte Hintergrundkonzentration einen Bereich zwischen 1E18 cm^-3 und 1E19 cm^-3.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass hohe Kohlenstoffkonzentrationen leicht im epitaktischen Wachstum der Ätzkontrollschicht realisiert werden können.
  • In einer Weiterbildung weist die Ätzkontrollschicht eine Schichtdicke zwischen 20 nm und 200 nm auf.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass bei einer solchen Schichtdicke das Erreichen sowie die Entfernung der Schicht während des Erzeugens des Rückseitengrabens leicht mittels gängiger Endpunktdetektionsverfahren erkannt werden kann.
  • Gleichzeitig wird durch diese Wahl der Schichtdicke der Ätzkontrollschicht der zusätzliche Aufwand für das Wachsen der Ätzkontrollschicht gering.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die ersten chemischen Elemente Silizium, Silizium und Bor, Silizium und Phosphor, Silizium und Arsen oder Silizium und Antimon und die zweiten chemischen Elemente Aluminium und Gallium und Stickstoff.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist das vertikale Halbleiterbauelement Galliumnitrid auf.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass ein Halbleiterbauelement mit hoher Durchbruchspannung bei geringem spezifischen On-Widerstand und geringen Schaltverlusten realisiert werden kann.
  • In einer Ausgestaltung ist das vertikale Halbleiterbauelement eine Schottky-Diode, eine pn-Diode, ein vertikaler Diffusions-MOSFET, ein Planar-Gate MOSFET, ein Trench Gate MOSFET, ein Current-Aperture Vertical Electron Transistor, ein vGroove HEMT oder ein Finnen-FET.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines vertikalen Halbleiterbauelements, wobei das vertikale Halbleiterbauelement ein Halbleitersubstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite umfasst, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt und das Halbleitersubstrat erste chemische Elemente aufweist, eine Bufferschicht, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die Bufferschicht zweite chemische Elemente aufweist, einer Halbleiterkontaktschicht und einen aktiven Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements, umfasst das Erzeugen einer Ätzkontrollschicht, die zwischen der Bufferschicht und der Halbleiterkontaktschicht angeordnet ist, wobei die Ätzkontrollschicht ein drittes chemisches Element umfasst, das sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen unterscheidet. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Erzeugen eines Rückseitengrabens mit Hilfe eines Ätzvorgangs, wobei sich der Rückseitengraben von der Rückseite des Halbleitersubstrats in Richtung der Halbleiterkontaktschicht erstreckt, das Erfassen eines abrupten Endpunktdetektionssignals mit Hilfe eines Endpunktdetektionssystems und das Beenden des Ätzvorgangs in Abhängigkeit des Endpunktdetektionssignals.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass der Ätzvorgang gezielt am Übergang zur Halbleiterkontaktschicht gestoppt werden kann, da eine Detektion des Erreichens dieser Schicht mittels gängigen Endpunktdetektionsmethoden möglich ist.
  • 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 ein vertikales Halbleiterbauelement aus dem Stand der Technik,
    • 2 ein erfindungsgemäßes vertikales Halbleiterbauelement,
    • 3 ein Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen vertikalen Halbleiterbauelements, und
    • 4 einen beispielhaften ersten Signalverlauf eines Endpunktsignals und einen beispielhaften zweiten Signalverlauf des Enspunktsignals während eines Ätzvorgangs bei der Erzeugung eines Rückseitengrabens bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen vertikalen Halbleiterbauelements.
  • 1 zeigt ein vertikales Halbleiterbauelement 100 aus dem Stand der Technik. Das vertikale Halbleiterbauelement 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 101, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt. Auf der Vorderseite ist eine Bufferschicht 102 angeordnet. Auf der Bufferschicht 102 ist eine Halbleiterkontaktschicht 104 angeordnet. Die Halbleiterkontaktschicht 104 ist hoch dotiert und n-leitfähig. Auf der Halbleiterkontaktschicht 104 ist ein aktiver Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements angeordnet. Das vertikale Halbleiterbauelement ist hier beispielhaft eine Einheitszelle eines MOSFETs und weist GaN auf. Der aktive Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements 100 umfasst eine Driftschicht 105, die auf der Halbleiterkontaktschicht 104 angeordnet ist. Die Driftschicht 105 ist niedrig dotiert und n-leitfähig. Auf der Driftschicht 105 ist eine Bodyschicht 106 angeordnet. Die Bodyschicht 106 ist p-leitfähig. Auf der Bodyschicht 106 sind Sourcekontaktbereiche 107, sowie die Sourceelektrode 110 angeordnet. Die Sourcekontaktbereiche 107 sind hoch dotiert und n-leitfähig. Auf den Sourcekontaktbereichen 107 ist ein Isolationsbereich 112 angeordnet. Ausgehend von den Isolationsbereichen 112 erstreckt sich ein Vorderseitengraben 108 in Richtung Rückseite und endet innerhalb der Driftschicht 105. Auf dem Vorderseitengraben 108 ist ein Gatedielektrikum 109 aufgebracht. Der Vorderseitengraben 108 ist mit der Gateelektrode 111 verfüllt. Ausgehend von der Rückseite erstreckt sich ein Rückseitengraben 113 in Richtung Vorderseite. Auf der Rückseite ist eine Drainelektrode 114 angeordnet.
  • Während des Betriebs des vertikalen Halbleiterbauelements 100 wird in der Bodyschicht 106 durch Anlegen einer Gatespannung an die Gateelektrode 111 ein leitfähiger Kanal gebildet, sodass ein Strom zwischen der Sourceelektrode 110 und der Drainelektrode 114 fließt. Um einen niedrigen On-Widerstand des vertikalen Halbleiterbauelements 100 gewährleisten zu können, muss der Rückseitengraben 113 innerhalb der Kontakthalbleiterschicht 104 enden. Aufgrund der Prozesstoleranzen und der Prozesskontrolle beim Stopp der Ätzung, die zur bereichsweisen Entfernung der Bufferschicht 102 führt, muss die Dicke der Halbleiterkontaktschicht 104 sehr groß gewählt werden. Die Dicke umfasst beispielsweise einen Bereich zwischen 500 nm und 1 µm, insbesondere etwas mehr als 500 nm, beispielsweise größer als 500 nm.
  • Das Halbleitersubstrat 101 umfasst Silizium und die Bufferschicht 102 Gallium, Stickstoff und Aluminium. Die Halbleiterkontaktschicht 104 umfasst Gallium, Stickstoff und Silizium. Für ein Endpunktsignal können somit nur die Elemente Gallium, Aluminium, Stickstoff und Silizium vom Endpunktdetektionssystem erfasst werden. Da die Bufferschicht 102 und die Halbleiterkontaktschicht 104 dieselben chemischen Elemente aufweisen kann kein deutliches, abruptes Endpunktsignal erzeugt werden. Silizium ist zwar nicht in der Bufferschicht 102 vorhanden, jedoch erzeugt das Silizium aus dem Halbleitersubstrat 101 ein hohes Hintergrundsignal, sodass auch mit Hilfe dieses chemischen Elements kein abruptes Endpunktsignal erzeugt werden kann, wodurch die Halbleiterkontaktschicht 104 sehr dick gewählt werden muss, um eine Überätzung der Halbleiterkontaktschicht zu verhindern.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes vertikales Halbleiterbauelement 200. Das vertikale Halbleiterbauelement 200 umfasst ein Halbleitersubstrat 201, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt. Das Halbleitersubstrat 201 weist erste chemische Elemente auf. Auf der Vorderseite ist eine Bufferschicht 202 angeordnet, die zweite chemische Elemente aufweist. Auf der Bufferschicht 202 ist eine Ätzkontrollschicht 203 angeordnet. Die Ätzkontrollschicht 203 weist mindestens ein drittes chemisches Element auf. Das dritte chemische Element unterscheidet sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen. Auf der Ätzkontrollschicht 203 ist eine Halbleiterkontaktschicht 204 angeordnet. Die Halbleiterkontaktschicht 204 ist hoch dotiert und n-leitfähig. Auf der Halbleiterkontaktschicht 204 ist ein aktiver Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements angeordnet. Das vertikale Halbleiterbauelement 200 ist hier beispielhaft als eine Einheitszelle eines MOSFETs dargestellt und umfasst Galliumnitrid. Der aktive Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements 200 weist eine Driftschicht 205 auf, die auf der Halbleiterkontaktschicht 204 angeordnet ist. Die Driftschicht 205 ist niedrig dotiert und n-leitfähig. Auf der Driftschicht 205 ist eine Bodyschicht 206 angeordnet. Die Bodyschicht 206 ist p-leitfähig. Auf der Bodyschicht 206 sind Sourcekontaktbereiche 207, sowie die Sourceelektrode 210 angeordnet. Die Sourcekontaktbereiche 207 sind hoch dotiert und n-leitfähig. Auf den Sourcekontaktbereichen 207 ist ein Isolationsbereich 212 angeordnet. Ausgehend von den Isolationsbereichen 212 erstreckt sich ein Vorderseitengraben 208 in Richtung Rückseite und endet innerhalb der Driftschicht 205. Auf dem Vorderseitengraben 208 ist ein Gatedielektrikum 209 aufgebracht. Der Vorderseitengraben 208 ist mit der Gateelektrode 211 verfüllt. Ausgehend von der Rückseite erstreckt sich ein Rückseitengraben 213 in Richtung Vorderseite. Auf der Rückseite ist eine Drainelektrode 214 angeordnet.
  • Das Halbleitersubstrat 201 umfasst erste chemische Elemente wie Silizium, Silizium und Bor, Silizium und Phosphor, Silizium und Arsen oder Silizium und Antimon. Die Bufferschicht 202 umfasst zweite chemische Elemente wie Aluminium, Gallium und Stickstoff kann aus mehreren Einzelschichten mit unterschiedlicher Stöchiometrie dieser zweiten Elemente bestehen. Die Ätzkontrollschicht 203 umfasst dotiertes Galliumnitrid. Die Ätzkontrollschicht 203 ist mit mindestens einem dritten chemisches Element dotiert, beispielsweise Germanium, Magnesium, Eisen, Indium oder Kohlenstoff. Vorzugsweise ist Germanium enthalten, da dieses zusätzlich n-dotierend wirkt, sodass selbst bei einer nicht vollständigen Entfernung der Ätzkontrollschicht 203 ein vertikaler Stromfluß von der Vorderseite zur Rückseite des vertikalen Halbleiterbauelements 200 möglich ist.
  • Die Ätzkontrollschicht 203 weist eine Schichtdicke zwischen 20 nm und 200 nm auf. Außerdem umfasst die Ätzkontrollschicht 203 bevorzugt die gleiche Gitterstruktur und eine ähnliche Gitterkonstante wie die Halbleiterkontaktschicht 204. Die Halbleiterkontaktschicht 204 umfasst siliziumdotiertes Galliumnitrid und weist eine Dotierstoffkonzentration größer als 1e18 1/cm^3 auf.
  • Zusätzlich können weitere Ätzkontrollschichten innerhalb der Bufferschicht 201 oder zwischen der Bufferschicht 201 und der Halbleiterkontaktschicht 204 eingefügt sein, um weitere Informationen über die Ätztiefe des Rückseitengrabens zu erhalten.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleitersubstrat 201 neben den ersten chemischen Elementen zusätzlich ein weiteres chemisches Element mit einer ersten Hintergrundkonzentration. Die Bufferschicht umfasst neben den zweiten chemischen Elementen zusätzlich das weitere chemische Element mit einer zweiten Hintergrundkonzentration. Die erste Hintergrundkonzentration und die zweite Hintergrundkonzentration können dabei gleich sein. Die Ätzkontrollschicht 203 weist das weitere chemische Element mit einer dritten Hintergrundkonzentration auf. Die dritte Hintergrundkonzentration ist höher als die erste Hintergrundkonzentration und die zweite Hintergrundkonzentration. Das weitere chemische Element ist Kohlenstoff. Kohlenstoff kommt prozessbedingt sowohl im Halbleitersubstrat 201 in geringfügiger Konzentration als auch in der Bufferschicht 202 in nennenswerter Konzentration vor, bei einer aluminiumhaltigen Bufferschicht 202 beispielsweise in einer Konzentration von ca. 1e17 1/cm^3, und kann dort als Hintergrundelement angesehen werden. Der Kohlenstoff kann in der Ätzkontrollschicht 203 eine Konzentration von bis zu 1E19 1/cm^3 aufweisen, wobei dies die Kristallqualität nicht verschlechtert. Aufgrund des Konzentrationsunterschieds des Kohlenstoffs in der Bufferschicht 202 und in der Ätzschicht 203 wird ein abruptes Endpunktsignal beim Erreichen der Halbleiterkontaktschicht 204 erzeugt.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik in 1 ist die hoch dotierte Halbleiterkontaktschicht 204 dünner ausgestaltet. Die Halbleiterkontaktschicht 204 weist eine Schichtdicke zwischen 100 nm und 500 nm auf. Das bedeutet der Sicherheitspuffer für eine trockenchemische Überätzung ist geringer.
  • Die Gesamtdicke eines GaN-Schichtenstapels auf Silizium ist technologisch begrenzt. Aufgrund der dünneren Halbleiterkontaktschicht 204 kann die Driftschicht 205 erhöht werden, sodass das vertikale Halbleiterbauelement 200 eine höhere Sperrspannung aufweisen kann.
  • Das vertikale Halbleiterbauelement 200 kann als Schottky-Diode, pn-Diode, vertikaler Diffusions-MOSFET, Planar Gate MOSFET, Trench Gate MOSFET, Current-Aperture Vertical Electron Transistor, vGroove HEMT oder Finnen-FET ausgestaltet sein. Dabei kann das vertikale Halbleiterbauelement 200 auch mehrere Einheitszellen eines Transistors über einem oder mehreren Rückseitengräben umfassen.
  • Das vertikale Halbleiterbauelement 200 findet Anwendung im elektrischen Antriebsstrang von Elektro- oder Hybridfahrzeugen, beispielsweise im DC/DC-Wandler oder Inverter, sowie in Fahrzeugladegeräten oder Invertern für Haushaltsgeräte.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren 300 zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen vertikalen Halbleiterbauelements, wobei das vertikale Halbleiterbauelement ein Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, und das Halbleitersubstrat erste chemische Elemente aufweist, eine Bufferschicht, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und zweite chemische Elemente aufweist, eine Halbleiterkontaktschicht und einen aktiven Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements umfasst. Das Verfahren 300 startet mit dem Schritt 310, in dem eine Ätzkontrollschicht auf der Bufferschicht erzeugt wird, wobei die Ätzkontrollschicht ein drittes Element aufweist, das sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen unterscheidet. Die Ätzkontrollschicht wird dabei epitaktisch erzeugt. In einem folgenden Schritt 320 wird ein Rückseitengraben mit Hilfe eines Ätzvorgangs erzeugt, wobei sich der Rückseitengraben ausgehend von der Rückseite des Halbleitersubstrats in Richtung der Halbleiterkontaktschicht erstreckt. In einem folgenden Schritt 330 wird das abrupte Endpunktsignal mit Hilfe eines Endpunktdetektionssystems erfasst. In einem folgenden Schritt 340 wird der Ätzvorgang in Abhängigkeit des Endpunktdetektionssignals beendet.
  • 4 zeigt beispielshaft einen ersten Signalverlauf 401 eines Endpunktsignals einer optischen Emissionsspektroskopie, bei der das Signal einer Absorptionslinie einer gasförmigen Verbindung entstammt, die dritte chemische Element oder das weitere chemische Element umfasst, und einen zweiten Signalverlauf 402 einer Sekundärionenmassenspektrometrie, bei der das geätzte Element anhand seiner Masse nachgewiesen wird. Gezeigt ist ebenfalls der Ätzfortschritt in einer Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements zu vier Zeitpunkten a, b, c und d. Eine trockenchemische Ätzung erfolgt beispielsweise mittels chlorhaltigen Gasen in einem kapazitiv oder induktiv gekoppelten Plasmaätzsystem. Eine trockenphysikalische Ätzung erfolgt beispielsweise mit Argonionenbeschuss. Zu Beginn der Ätzung und während der Ätzung der Bufferschicht zu den Zeitpunkten a und b bleiben die Endpunktsignale 401 und 402 konstant, da kein Material aus der Ätzkontrollschicht geätzt bzw. in die Gasphase gebracht wird. Die Ätzbedingungen müssen dabei so gewählt werden, dass sie zwischen GaN und AIN nicht selektiv sind. Sobald die Ätzkontrollschicht zum Zeitpunkt c erreicht wird, ändern sich die Endpunktsignale 401 und 402 abrupt. Zu diesem Zeitpunkt c können auch die Ätzprozesse bereits verändert werden, in dem Ätzbedingungen verändert werden, die zu einer langsameren, kontrollierten Ätzung führen, dem sogenannten soft-landing. Nach vollständigem Entfernen der Ätzkontrollschicht zum Zeitpunkt d kehren die Endpunktsignale 401 und 402 wieder auf ihre ursprünglichen bzw. nahezu ursprünglichen Werten zurück. Die tatsächlichen Signalverläufe der Endpunktdetektionssysteme können auch Ableitungen der Endpunktsignale verwenden. Relevant ist, dass durch die Ätzkontrollschicht ein deutliches, abruptes Endpunktsignal erzeugt wird, das die genaue Detektion des Zeitpunkt erlaubt zu dem die Halbleiterkontaktschicht erreicht wird.

Claims (10)

  1. Vertikales Halbleiterbauelement (200) zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals mit • einem Halbleitersubstrat (201), das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, wobei das Halbleitersubstrat (201) erste chemische Elemente aufweist, • einer Bufferschicht (202), die auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats (201) angeordnet ist, wobei die Bufferschicht (202) zweite chemische Elemente aufweist, • einer Halbleiterkontaktschicht (204), die auf der Bufferschicht (202) angeordnet ist, wobei auf der Halbleiterkontaktschicht (204) ein aktiver Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bufferschicht (202) und der Halbleiterkontaktschicht (204) eine Ätzkontrollschicht (203) angeordnet ist, wobei die Ätzkontrollschicht (203) mindestens ein drittes chemisches Element aufweist, das sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen unterscheidet.
  2. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte chemische Element Germanium, Magnesium, Eisen oder Indium umfasst.
  3. Vertikales Halbleiterbauelement (200) zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals mit • einem Halbleitersubstrat (201), das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, wobei das Halbleitersubstrat (201) erste chemische Elemente und ein weiteres chemisches Element mit einer ersten Hintergrundkonzentration aufweist, • einer Bufferschicht (202), die auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats (201) angeordnet ist, wobei die Bufferschicht (202) zweite chemische Elemente und das weitere Element mit einer zweiten Hintergrundkonzentration aufweist, • einer Halbleiterkontaktschicht (204), die auf der Bufferschicht (202) angeordnet ist, wobei auf der Halbleiterkontaktschicht (204) ein aktiver Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bufferschicht (202) und der Halbleiterkontaktschicht (204) eine Ätzkontrollschicht (203) angeordnet ist, wobei die Ätzkontrollschicht (203) das weitere Element mit einer dritten Hintergrundkonzentration aufweist, wobei die dritte Hintergrundkonzentration größer ist als die erste Hintergrundkonzentration und die zweite Hintergrundkonzentration.
  4. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere chemische Element Kohlenstoff umfasst.
  5. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Hintergrundkonzentration einen Bereich zwischen 1E18 cm^-3 und 1E19 cm^-3 umfasst.
  6. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzkontrollschicht (203) eine Schichtdicke zwischen 20 nm und 200 nm aufweist.
  7. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten chemischen Elemente Silizium oder Silizium und Bor oder Silizium und Phosphor oder Silizium und Arsen oder Silizium und Antimon umfassen und die zweiten chemischen Elemente Aluminium und Gallium und Stickstoff umfassen.
  8. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Halbleiterbauelement (200) Galliumnitrid umfasst.
  9. Vertikales Halbleiterbauelement (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Halbleiterbauelement eine Schottky-Diode, eine pn-Diode, ein vertikaler Diffusions-MOSFET, ein Planar Gate MOSFET, ein Trench Gate MOSFET, ein Current-Aperture Vertical Electron Transistor, ein vGroove HEMT oder ein Finnen-FET ist.
  10. Verfahren (300) zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines vertikalen Halbleiterbauelements mit einem Halbleitersubstrat, das eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite der Rückseite gegenüberliegt, wobei das Halbleitersubstrat erste chemische Elemente aufweist, einer Bufferschicht, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und zweite chemische Elemente aufweist, einer Halbleiterkontaktschicht und einem aktiven Bereich des vertikalen Halbleiterbauelements mit den Schritten • Erzeugen (310) einer Ätzkontrollschicht, die zwischen der Bufferschicht und der Halbleiterkontaktschicht angeordnet ist, wobei die Ätzkontrollschicht ein drittes chemisches Element aufweist, das sich von den ersten chemischen Elementen und den zweiten chemischen Elementen unterscheidet, • Erzeugen (320) eines Rückseitengrabens mit Hilfe eines Ätzvorgangs, der sich ausgehend von der Rückseite des Halbleitersubstrats in Richtung der Halbleiterkontaktschicht erstreckt, • Erfassen (330) des abrupten Endpunktdetektionssignals mit Hilfe eines Endpunktdetektionssystems, und • Beenden (340) des Ätzvorgangs in Abhängigkeit des Endpunktdetektionssignals.
DE102021203271.0A 2021-03-31 2021-03-31 Vertikales Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen vertikalen Halbleiterbauelements Pending DE102021203271A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021203271.0A DE102021203271A1 (de) 2021-03-31 2021-03-31 Vertikales Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen vertikalen Halbleiterbauelements
PCT/EP2022/052027 WO2022207154A1 (de) 2021-03-31 2022-01-28 Vertikales halbleiterbauelement und verfahren zur erzeugung eines abrupten endpunktdetektionssignals bei der herstellung eines derartigen vertikalen halbleiterbauelements
CN202280026308.6A CN117099210A (zh) 2021-03-31 2022-01-28 垂直半导体结构元件和用于在制造这种类型的垂直半导体结构元件时产生突变的端点探测信号的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021203271.0A DE102021203271A1 (de) 2021-03-31 2021-03-31 Vertikales Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen vertikalen Halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021203271A1 true DE102021203271A1 (de) 2022-10-06

Family

ID=80684179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021203271.0A Pending DE102021203271A1 (de) 2021-03-31 2021-03-31 Vertikales Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung eines abrupten Endpunktdetektionssignals bei der Herstellung eines derartigen vertikalen Halbleiterbauelements

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN117099210A (de)
DE (1) DE102021203271A1 (de)
WO (1) WO2022207154A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100032717A1 (en) 2007-04-12 2010-02-11 Tomas Palacios Devices based on si/nitride structures
US20130082355A1 (en) 2011-10-03 2013-04-04 Covalent Materials Corporation Nitride semiconductor substrate

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015005602A (ja) * 2013-06-20 2015-01-08 住友電気工業株式会社 ショットキーバリアダイオードの製造方法およびショットキーバリアダイオード
JP2016058648A (ja) * 2014-09-11 2016-04-21 株式会社東芝 半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100032717A1 (en) 2007-04-12 2010-02-11 Tomas Palacios Devices based on si/nitride structures
US20130082355A1 (en) 2011-10-03 2013-04-04 Covalent Materials Corporation Nitride semiconductor substrate

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022207154A1 (de) 2022-10-06
CN117099210A (zh) 2023-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112005001179B4 (de) Verbesserte dielektrische Passivierung für Halbleiterbauelemente und Verfahren
DE112013002125B4 (de) Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren hierfür
DE102005052731B4 (de) Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE112016003510T5 (de) HALBLEITERVORRlCHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER HALBLEITERVORRICHTUNG
DE102009033302B4 (de) Herstellungsverfahren für ein unipolares Halbleiter-Bauelement und Halbleitervorrichtung
DE102016226235A1 (de) Siliziumcarbid-halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer stlsziumcarbid-halbleitervorrichtung
DE102010030179B4 (de) Halbleiterbauelement mit einer amorphen Kanalsteuerschicht
DE102012021534B4 (de) Schottky-sperrschicht-halbleiterelement vom grabentyp und herstellungsverfahren dafür
DE102013010245A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016219094B4 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE102018107966B4 (de) Verfahren zum Bilden eines Breiter-Bandabstand-Halbleiter-Bauelements
DE102019008579A1 (de) ELEKTRONISCHE VORRICHTUNG EINSCHLIEßLICH EINES HEMT MIT EINEM VERGRABENEN BEREICH
DE102009027008B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements oder eines Transistorbauelements mit einer dünnen Fremdmaterialschicht in einem Halbleiterkörper
DE102011084419A1 (de) Vollständig isoliertes Bauelement mit selbstjustiertem Körpergebiet
DE102019004466A1 (de) PROZESS ZUM BILDEN EINER ELEKTRONISCHEN VORRICHTUNG EINSCHLIEßLICH EINES ZUGANGSBEREICHS
DE102016118543A1 (de) Halbleiterbauelemente, leistungshalbleiterbauelemente und verfahren zum bilden eines halbleiterbauelements
DE112017003513B4 (de) Halbleitereinheit und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102015109545A1 (de) Transistor mit Feldelektroden und verbessertem Lawinendurchbruchsverhalten
DE102010030180A1 (de) Transistorbauelement mit einer amorphen semiisolierenden Kanalsteuerschicht
DE102015109538B3 (de) Transistor mit verbessertem Lawinendurchbruchsverhalten und Verfahren zur Herstellung
DE112014003518T5 (de) Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102012211105A1 (de) Verfahren zur herstellung eines rückwärts sperrenden bipolaren transistorsmit isoliertem gate
DE112013000866B4 (de) Siliziumkarbid (SiC)-Halbleitervorrichtungen
DE102011054372B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitertransistorstruktur
DE102013100423A1 (de) Halbleitertransistor mit Grabenkontakten und Herstellungsverfahren dafür

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified