DE102022210833A1 - Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial - Google Patents

Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial Download PDF

Info

Publication number
DE102022210833A1
DE102022210833A1 DE102022210833.7A DE102022210833A DE102022210833A1 DE 102022210833 A1 DE102022210833 A1 DE 102022210833A1 DE 102022210833 A DE102022210833 A DE 102022210833A DE 102022210833 A1 DE102022210833 A1 DE 102022210833A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carrier material
semiconductor layer
electrode
semiconductor component
contact
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
DE102022210833.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Huber
Kevin Dannecker
Jens Baringhaus
Muhammad Alshahed
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 DE102022210833.7A priority Critical patent/DE102022210833A1/de
Publication of DE102022210833A1 publication Critical patent/DE102022210833A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor 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
    • H01L29/2003Nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture 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
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76898Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688Integrated circuits having a three-dimensional layout
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766Source 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein vertikales Halbleiterbauelement, insbesondere Transistor (100), mit einer Halbleiterschichtstruktur (101) zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Gallium-Nitrid (GaN) und wenigstens zwei, bevorzugt drei, Elektroden (21, 41,52), wobei die Halbleiterschichtstruktur (101) eine Kontakthalbleiterschicht (14) zur Kontaktierung mit einer Elektrode (52) aufweist, wobei auf einer Elektrode, (41, 21) die in vertikaler Richtung (V) der Halbleiterschichtstruktur (101) der Kontakthalbleiterschicht (14) gegenüberliegend ausgebildet ist, ein Trägermaterial (63) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Trägermaterial (63) eine Ansteuerungsschaltung (66) zur Ansteuerung des Halbleiterbauelements umfasst und mit der vom Trägermaterial (63) überdeckten Elektrode (41, 21) leitend verbunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein vertikales Halbleiterbauelement, insbesondere ein Transistor, mit einer Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Galliumnitrid. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung entsprechender Halbleiterbauelemente.
  • Stand der Technik
  • Vertikale Halbleiterbauelemente sind grundsätzlich bekannt. Bei diesen sind die endgültigen Anschluss-Elektroden auf zwei vertikal gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterbauelements, insbesondere der entsprechenden Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung eines Halbleiterbauelements, angeordnet, sodass eine platzsparende Kontaktierung und ein vertikaler Stromfluss und/oder Feldverlauf erreicht wird, der sowohl für die Leistungskenndaten als auch für den Platzverbrauch entsprechend vorteilhaft ist.
  • Die Ausbildung solcher vertikalen Halbleiterbauelemente auf der Basis von Galliumnitrid sind zwar besonders wünschenswert, da diese niedrige On-Widerstände (elektrischer Widerstand im Leitungszustand) bei gleichzeitig höheren Durchbruchfeldstärken/Durchbruchspannungen erlauben, als vergleichbare Bauteile auf der Basis von Silizium oder Siliziumkarbid. Da Galliumnitrid als Material verhältnismäßig teuer ist, besteht grundsätzlich die Bestrebung die Halbleitschichtstruktur auf einem Fremdsubstrat ohne Galliumnitrid oder frei von Galliumnitrid aufzubauen oder aufzuwachsen, um somit den Gesamteinsatz von Galliumnitrid zu minimieren. Diese Vorgehensweise und Verwendung von Fremdsubstraten und die in diesem Zusammenhang notwendigen Zwischenschichten oder Ausgleichsschichten, haben den Nachteil, dass regelmäßig zur Ausbildung des fertigen Halbleiterbauelements das Fremdsubstrat und/oder die Zwischen-/Ausgleichsschichten vor einer Kontaktierung, insbesondere einer rückseitigen Kontaktierung, bevorzugt zur Ausbildung einer rückseitigen Drain-Elektrode entfernt werden müssen.
  • Um in diesem Verfahrensstadium die strukturelle und mechanische Stabilität des Halbleiterbauelements, insbesondere auf Wafer-Ebene, weiterhin zu gewährleisten, ist es bereits bekannt auf der dem Fremdsubstrat gegenüberliegenden Seite, also vorderseitig oder vertikal oben, zeitweise oder permanent ein Trägersubstrat oder Trägermaterial anzubringen. Im Stand der Technik sind dabei bereits Varianten bekannt, in denen auch das Trägermaterial in späteren Verfahrens- oder Prozessierungsschritten wieder entfernt wird. Gleichzeitig sind Varianten bekannt, bei denen das Trägermaterial auf der Oberseite oder Vorderseite der Halbleiterschichtstruktur verbleibt, wobei dann regelmäßig Vorkehrungen getroffen werden oder getroffen werden müssen, um die vertikal unter dem Trägermaterial angeordneten und ausgebildeten Elektroden, bevorzugt eine Source-Elektrode und/oder eine Gate-Elektrode, durch das Trägermaterial hindurch zu kontaktieren. Die letztgenannte Möglichkeit verbessert zwar die mechanische Stabilität während der Prozessierung, führt aber auch dazu, dass der räumliche Abstand zwischen den vertikal obenliegenden oder vorderseitigen Elektroden (Elektrode) und den mit diesen Elektroden zu kontaktierenden Elementen, wie beispielsweise Ansteuerungsschaltungen zunimmt, was wiederum die Nachteile mit sich bringen kann, beispielsweise im Hinblick auf eine erreichbare Schaltfrequenz. Außerdem muss die Kontaktierung durch das Trägermaterial sichergestellt werden, was eine zusätzliche Bearbeitung des Trägermaterials erforderlich macht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße vertikale Halbleiterbauelement mit einer Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Galiumnitrid hat den Vorteil, dass es eine gleichermaßen hohe mechanische Stabilität bei gleichzeitig verringertem Abstand zwischen der Halbleiterschichtstruktur, insbesondere den vertikal obenliegenden oder vorderseitigen Elektroden und den mit diesen zu verbindenden oder zu kontaktierenden Komponenten ermöglicht.
  • Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei dem erfindungsgemäßen vertikalen Halbleiterbauelement, insbesondere Transistor mit einer Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Galliumnitrid und wenigstens zwei, bevorzugt drei Elektroden und einer Kontakthalbleiterschicht zur Kontaktierung mit wenigstens einer Elektrode erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf einer vorderseitigen, vertikal obenliegenden oder in einer vertikalen Richtung der Halbleiterschichtstruktur der Kontakthalbleiterschicht gegenüberliegenden Elektrode ein Trägermaterial angeordnet ist, welches eine Ansteuerungsschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterbauelements umfasst und mit der vom Trägermaterial überdeckten wenigstens einen Elektrode leitend verbunden ist.
  • Die vorliegende Erfindung macht sich dementsprechend zunutze, dass bei einem gattungsgemäßen Halbleiterbauelement und bei der Ausbildung eines gattungsgemäßen Halbleiterbauelements das Trägermaterial ohnehin erhalten bleiben kann, zurückbleiben kann oder wenigstens teilweise zurückbleibt, und die darunterliegenden Elektroden durchkontaktiert werden können/müssen, wobei dann auch eine weitere Integration von elektrischen Komponenten, besonders bevorzugt eine eine Ansteuerungsschaltung ausbildende Schichtstruktur, auf dem Trägermaterial angeordnet und/oder ausgebildet werden kann, um somit die Integration durch die funktionalisierte Schicht des Trägermaterials zu erweitern und gleichzeitig den Abstand zwischen der Ansteuerungsschaltung und der überdeckten Elektroden zu verringern.
  • Die Kontakthalbleiterschicht kann beispielsweise eine n-leitfähige Schicht aus Galliumnitrid umfassen oder aus dieser gebildet sein. Diese Kontakthalbleiterschicht kann zumindest zeitweise und/oder bereichsweise auf einer Zwischenschicht angeordnet und ausgebildet sein, die ihrerseits wiederum auf einem vertikal darunter angeordneten Fremdsubstrat ausgebildet, insbesondere aufgewachsen sein kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Gemäß der ersten vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsschaltung auf einer von der überdeckten Elektrode abgewandten Seite des Trägermaterials ausgebildet ist und die elektrische Verbindung mit der wenigstens einen überdeckten Elektrode über Kontakte hergestellt sind, die sich durch Durchbrüche im Trägermaterial erstrecken. Dadurch wird einerseits wiederum der Anschluss oder die Kontaktierung der Ansteuerungsschaltung erleichtert, da diese dann in Bezug auf das gesamte Halbleiterbauelement vorderseitig, vertikal oben oder obenliegend ausgebildet werden. Gleichzeitig können zusätzliche Sicherungsvorkehrungen unterbleiben, beispielsweise um die Ansteuerungsschaltung von den Komponenten und Schichten der vertikalen Halbleiterschichtstruktur, beispielsweise von den Elektrode, zu trennen und zu isolieren.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Trägermaterial und der wenigstens einen Elektrode eine strukturierte Metallschicht angeordnet ist, die sowohl zur Befestigung des Trägermaterials als auch zur Kontaktierung der wenigstens einen Elektrode dient. Die strukturierte Metallschicht kann beispielsweise als sogenannte metallische Bondschicht ausgebildet sein und kann damit besonders vorteilhaft die vorangehend genannten zwei Funktionen erfüllen, nämlich einerseits eine mechanische Verbindung oder Befestigung des Trägermaterials zur gewährleisten und gleichzeitig die elektrische Kontaktierung der wenigstens einen vom Trägermaterial überdeckten Elektrode zu gewährleisten.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsschaltung als, insbesondere programmierbare, Gate-Treiber-Schaltung ausgebildet ist. Gate-Treiber-Schaltungen sind in unterschiedlicher Ausführungsform und zu unterschiedlichen Zwecken hinlänglich bekannt. Bei einer programmierbaren Gate-Treiber-Schaltung besteht im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement, insbesondere einem erfindungsgemäßen Transistor zudem die Möglichkeit, dass Streuungen der Eigenschaften des Leistungs-Halbleiterbauelements, aufgrund des Halbleiter-Herstellungsprozesses kompensiert oder zumindest minimiert werden können. Dies wiederum ist vorteilhaft, wenn mehrere Leistungs-Halbleiterbauelemente parallel betrieben werden sollen. Außerdem kann eine programmierbare Ansteuerungsschaltung und eine damit erreichbare dynamische Gate-Spannung genutzt werden, um die Leistungs-Halbleiterbauelemente einzeln zu steuern, um ein übergeordnetes Modul zu kalibrieren.
  • In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsschaltung mindestens ein, insbesondere einem Halbleiterbauelement spezifisch zugeordnetes, Sensorelement umfasst. Beispielsweise können die Sensorelemente als Temperatursensoren und/oder als Stromsensoren od. dgl. ausgebildet sein. Speziell eine Möglichkeit zur Temperaturüberwachung über einen als Temperatursensor ausgebildetes Sensorelement ist für Leistungs-Halbleiterbauelemente essentiell, um die maximal zulässige Temperatur des Leistungs-Halbleiterbauelements nicht zu überschreiten und eine Beschädigung des Chips und evtl. des gesamten Leistungsmoduls zu verhindern. Ein Temperatursensor als auf dem Trägermaterial angeordnetes oder ausgebildetes Sensorelement der Ansteuerungsschaltung wirkt damit als integrierter Temperatursensor in sehr geringem räumlichen Abstand zum Leistungs-Halbleiterbauelement und kann daher dessen Temperatur deutlich genauer und mit viel geringerer Reaktionszeit oder Verzögerung ermitteln.
  • Auch ein integrierter Stromsensor als in der Ansteuerungsschaltung integriertes Sensorelement kann besonders in Sonderbetriebszuständen, wie beispielsweise einem Kurzschlussfall besonders vorteilhaft sein. Denn beispielsweise im Kurzschlussfall muss das Leistungs-Halbleiterbauelement schnellstmöglich ausgeschaltet werden, um das thermische und/oder elektrische Versagen des Systems zu verhindern. Ein entsprechender Stromsensor könnte beispielsweise magnetisch oder elektrisch direkt oder indirekt den Source-Strom erfassen/messen und damit zur Kurzschlusserkennung genutzt werden. In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerungsschaltung ein Halbleiterbauelement auf der Basis von Silicium umfasst. Dies wiederum ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Verwendung von Silicium als Material des Trägermaterials. Weiterhin ermöglicht dies die Anwendung von weit verbreiteten und weit entwickelten Herstellungsverfahren und Prozessen von Halbleiterbauelementen auf der Basis von Silicium. Dabei ist weiterhin vorteilhaft, dass die Ansteuerungsschaltung, selbst wenn diese spezifisch dem Leistungs-Halbleiterbauelement zugeordnet ausgebildet ist verhältnismäßig große Strukturen ermöglicht oder erlaubt, sodass die Ausbildung von Halbleiterbauelementen auf der Basis von Silicium äußerst gut geeignet ist. In einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen, vertikalen Halbleiterbauelements kann vorgesehen sein, dass ein dem Trägermaterial in vertikaler Richtung gegenüberliegendes Substrat, insbesondere Fremdsubstrat und/oder wenigstens eine Zwischenschicht zum Ausgleichen der Gitterfehlanpassung zwischen dem Substrat und der Kontakthalbleiterschicht bereichsweise eine Ausnehmung aufweist, in der eine Elektrode ausgebildet ist, die mit der Kontakthalbleiterschicht kontaktiert ist. Dadurch kann besonders bevorzugt rückseitig oder vertikal unten und weiterhin bevorzugt nach der Anbringung und Befestigung des Trägermaterials auf der Unterseite oder Rückseite der Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung des Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Galliumnitrid eine weitere Elektrode, bevorzugt eine Drain-Elektrode eines Transistors, ausgebildet werden.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Halbleiterbauelements, bevorzugt gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformenm, insbesondere eines Transistors, mit einer Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Galliumnitrid und wenigstens zwei, bevorzugt drei Elektroden, wobei die Halbleiterschichtstruktur eine Kontakthalbleiterschicht zur Kontaktierung mit einer Elektrode aufweist, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    • - Ausbilden einer Halbleiterschichtstruktur, umfassend wenigstens eine Schicht auf der Basis von Galliumnitrid einschließlich einer vertikal tieferliegend angeordneten Kontakthalbleiterschicht sowie wenigstens einer vertikal höherliegenden Elektrode auf einem Substrat insbesondere einem Fremdsubstrat;
    • - Erzeugen eines Trägermaterials mit einer Ansteuerungsschaltung, bevorzugt umfassend die Ausbildung und/oder Abscheidung einer Ansteuerungsschaltung auf dem Trägermaterial, sowie wenigstens einem Kontakt auf oder an dem Trägermaterial zur Kontaktierung einer Elektrode der Halbleiterschichtstruktur des Leistungs-Halbleiterbauelements;
    • - Verbinden des Trägermaterials mit der Halbleiterschichtstruktur auf einer dem Substrat gegenüberliegenden, insbesondere vertikal oben oder vorderseitigen, Seite, wobei der Kontakt des Trägermaterials mit der wenigstens einen durch das Trägermaterial überdeckten Elektrode kontaktiert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, welches im Hinblick auf das Schichtwachstum, die Schichtstrukturierung und die evtl. Beeinflussung und Bearbeitung von ausgebildeten, insbesondere aufgewachsenen Schichten, auf grundsätzlich bekannte Verfahren und Techniken der Halbleitertechnik zurückgreift kann in vorteilhafter Weise eine Integration einer Ansteuerungsschaltung in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements ermöglichen, sodass ein späterer Verbleib des Trägermaterials auf der Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung des Leistungs-Halbleiterbauelements weniger nachteilig oder sogar vorteilhaft vorgesehen werden kann, da dadurch nicht nur die spätere Entfernung des Trägermaterials zu Kontaktierung der überdeckten Elektrode entfällt, sondern auch in vorteilhafter Weise die Herstellungsprozesse entsprechend parallelisiert werden können, in dem einerseits auf dem Trägermaterial bereits die Ansteuerungsschaltung ausgebildet wird und andererseits die Halbleiterschichtstruktur zur Ausbildung des Leistungs-Halbleiterbauelements erzeugt wird. Ferner wird auch ein vorteilhafter, geringer räumlicher Abstand zwischen der Halbleiterschichtstruktur und der Ansteuerungsschaltung erreicht
  • In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach dem Vorsehen, insbesondere Verbinden, des Trägermaterials das Substrat, insbesondere Fremdsubstrat, bevorzugt zusammen mit einer Zwischenschicht zum Ausgleichen der Gitterfehlanpassung zwischen dem Fremdsubstrat und der Kontakthalbleiterschicht, wenigstens bereichsweise, bevorzugt vollständig, entfernt wird, sodass die Kontakthalbleiterschicht teilweise, bevorzugt vollständig, freigelegt wird. Dies ermöglicht besonders vorteilhaft eine rückseitige, vertikal unterliegende Ausbildung einer Elektrode des vertikalen Halbleiterbauelements, bevorzugt einer Drain-Elektrode.
  • In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach dem Entfernen des Substrats, bevorzugt zusammen mit einer Zwischenschicht, auf der Kontakthalbleiterschicht eine Elektrode, bevorzugt eine Drain-Elektrode, ausgebildet, insbesondere abgeschieden wird, wie vorangehend bereits skizziert
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
    • 1: zeigt einen Schnitt durch einen vertikalen Galliumnitrid-Transistor gemäß des Stands der Technik;
    • 2: zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen vertikalen Galliumnitrid-Transistor vor der Entfernung eines Fremdsubstrats und der Ausbildung einer Drain-Elektrode.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 zeigt einen bekannten Aufbau eines Transistors 100 auf der Basis einer Halbleiterschichtstruktur 101 auf der Basis von Galliumnitrid. Das Beispiel in der 1 zeigt eine Trench-MOSFET. Die entsprechende Technologie kann jedoch grundsätzlich beliebige vertikale Leistungs-Halbleiterbauelemente hervorbringen, wie z.B. Schottky-Dioden, pn-Dioden, Vertical-Diffusion MOSFETS (VDMOs), Current-Aperture Vertical Electron Transistoren (CAVETs), vGroove Vertical High Electron Mobility Transistoren (vHEMTs oder Finnen-Feldeffekttransistoren (FinFETs). Auch wenn nachfolgend der Stand der Technik und die Erfindung im Wesentlichen mit Bezug zu den Transistoren, beispielsweise Trench-MOSFETs beschrieben wird, ist die Lehre der Erfindung gerade nicht auf diesen einen Typ Halbleiterbauelement beschränkt, sondern dient lediglich zur beispielhaften Veranschaulichung der Lehre der Erfindung.
  • Auf einem Substrat 61, insbesondere Fremdsubstrat, für das beispielsweise Silizium oder Saphir genutzt werden kann, ist zunächst eine Zwischenschicht 13 zum Ausgleichen der Gitterfehlanpassungen epitaktisch aufgewachsen oder angeordnet. Die Zwischenschicht 13 kann mehrere Schichten umfassen und beispielsweise eine isolierende Bufferschicht und/oder sogenannte Engineered-Layers aufweisen. Darauf wiederum ist die hochdotierte Kontakthalbleiterschicht 14 mit einer entsprechenden n-Leitfähigkeit aufgewachsen, die Galliumnitrid aufweist. Ebenfalls auf der Basis von Galliumnitrid ausgebildet ist die darüberliegende niedrig dotierte, n-leitfähige Driftlage 15 sowie die darauf angeordnete, aufgewachsene/abgeschiedene p-leitfähige Body-Schicht 16 und die hochdotierte n-leitfähige Source-Kontaktschicht 17, welche ebenfalls auf der Basis von Galliumnitrid ausgebildet werden.
  • Die Source-Kontaktschicht 17 sowie die Body-Schicht 16 werden von Gräben 18 durchstoßen, deren Seitenwände und Boden ein Gate-Dielektrikum 22 aufweisen. Das Gate-Dielektrikum 22 trennt die Source-Kontaktschicht 17 sowie die Body-Schicht 16 von einem ersten Bereich 21a einer Gate-Elektrode 21 Gate-Elektrode 21a. Die ersten Bereiche 21a sind an einem oder beiden Enden eines jeden Grabens 18 herausgeführt, sodass sie an der Oberfläche durch einen entsprechenden zweiten Bereich 21b der Gate-Elektrode 21 kontaktiert werden kann/können. Die Source-Kontaktschicht 17 und die Body-Schicht 16 werden durch eine Source-Elektrode 41 kontaktiert, welche durch eine Isolationsschicht 31 von der Gate-Elektrode 21 getrennt/isoliert sind.
  • Rückseitig oder vertikal untenliegend ist das Substrat 61 und die Zwischenschicht 13 teilweise, insbesondere im Bereich eines Rückseitengrabens 51 entfernt, sodass die hochleitfähige Halbleiterkontaktschicht 14 freiliegt bzw. kontaktierbar ist. Alternativ zu der Darstellung der 1 ist auch ein vollständiges Entfernen des Substrats 61 sowie der Zwischenschicht 13 möglich. Die hochleitfähige Halbleiterkontaktschicht 14 ist durch eine rückseitige Drain-Elektrode 52 ankontaktiert. Im Betrieb wird ein leitfähiger Kanal in der Body-Schicht 16 durch Anliegen einer Gate-Spannung an der Gate-Elektrode 21 gebildet, durch welchen ein Stromfluss von der Source-Elektrode 41 zur Drain-Elektrode 52 ermöglicht wird. In der ist der Einfachheit halber ein Transistor mit drei Zellen, d.h. drei sich wiederholenden Strukturen senkrecht zur vertikalen Richtung V dargestellt. In einem realen Transistor sind typischerweise eine Vielzahl solcher Zellen vorhanden und somit effektiv parallel geschaltet. Die Drain-Elektrode 52 kann bevorzugt aus mehreren metallischen Schichten bestehen.
  • In der 1 ist ebenfalls ein Trägermaterial nicht dargestellt, welches beispielsweise vorderseitig oder vertikal oben auf die Elektroden 21, 41 sowie die Isolationsschicht 31 aufgebracht werden kann, um temporär oder endgültig die mechanische Stabilität zu verbessern, insbesondere für die teilweise oder vollständige Entfernung des Substrats 61 und/oder der Zwischenschicht 13.
  • In der 2 ist ein erfindungsgemäßes vertikales Halbleiterbauelement dargestellt, das von dem Aufbau und der Funktion im Wesentlichen dem der Darstellung der 1 entspricht. Die Darstellung der 2 zeigt jedoch einen Zustand, in dem das Substrat 61 und die Zwischenschicht 13 noch nicht entfernt/strukturiert sind und dementsprechend auch die Drain-Elektrode 52 noch nicht ausgebildet oder abgeschieden ist. Die Darstellung der 2 ist zudem im Bezug auf die Darstellung der 1 um 180° gedreht bzw. auf den Kopf gestellt, sodass das Substrat 61 obenliegend dargestellt ist, beispielsweise um eine anschließende Strukturierung/Maskierung oder dergleichen des Substrats 61 zu ermöglichen.
  • Die 2 zeigt ein Trägermaterial 63, das bevorzugt aus Siliziummaterial gebildet sein kann, beispielsweise durch ein Silicium-Wafer bereitgestellt werden kann. Das Trägermaterial 63 ist dabei vorteilhaft über die strukturierte Metallschicht 64 mechanisch mit dem sonstigen vertikalen Halbleiterbauelement verbunden, wobei die strukturierte Metallschicht 64 gleichzeitig die elektrische Kontaktierung zu der Source-Elektrode 41 sowie zu der Gate-Elektrode 21 ausbildet/bereitstellt.
  • Die strukturierte Metallschicht 64 ist durch Durchbrüche 65 im Trägermaterial 63, in denen elektrische Verbindungen 65 angeordnet sind, durchkontaktiert und stehen dementsprechend in elektrisch leitender Verbindung mit der auf dem Trägermaterial 63 angeordneten oder ausgebildeten Ansteuerungsschaltung 66, die bevorzugt Sensorelemente umfassen kann. Die Ansteuerungsschaltung 66 kann bevorzugt in herkömmlicher, siliziumbasierter Halbleitertechnik hergestellt und spezifisch zu dem jeweiligen Halbleiterbauelement auf dem Trägermaterial 63 hergestellt werden. Die Steuerungsschaltung 68 kann bevorzugt eine programmierbare, Gate-Treiber-Schaltung umfassen oder diese ausbilden. Wie bereits angedeutet, kann im Anschluss an den Zustand der 2 bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Substrat 61 und/oder die Zwischenschicht 13 selektiv oder vollständig entfernt werden und in Anlehnung an die Darstellung der 1 eine Drain-Elektrode 52 ausgebildet oder abgeschieden werden.

Claims (10)

  1. Vertikales Halbleiterbauelement, insbesondere Transistor (100), mit einer Halbleiterschichtstruktur (101) zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Gallium-Nitrid (GaN) und wenigstens zwei, bevorzugt drei, Elektroden (21,41,52), wobei die Halbleiterschichtstruktur (101) eine Kontakthalbleiterschicht (14) zur Kontaktierung mit einer Elektrode (52) aufweist, wobei auf einer Elektrode, (21,41) die in vertikaler Richtung (V) der Halbleiterschichtstruktur (101) der Kontakthalbleiterschicht (14) gegenüberliegend ausgebildet ist, ein Trägermaterial (63) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (63) eine Ansteuerungsschaltung (66) zur Ansteuerung des Halbleiterbauelements umfasst und mit der vom Trägermaterial (63) überdeckten Elektrode (41, 21) leitend verbunden ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsschaltung (66) auf einer von der überdeckten Elektrode (41, 21) abgewandten Seite des Trägermaterials (63) ausgebildet ist und die elektrische Verbindung über Kontakte hergestellt sind, die sich durch Durchbrüche (65) im Trägermaterial (63) erstrecken.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägermaterial (63) und der wenigstens einen Elektrode (21,41) eine strukturierte Metallschicht (64) angeordnet ist, die sowohl zur Befestigung des Trägermaterials (63) als auch zur Kontaktierung der wenigstens einen Elektrode (21,41) dient.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsschaltung (66) als, insbesondere programmierbare, Gate-Treiber-Schaltung ausgebildet ist oder diese umfasst.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsschaltung (66) mindestens ein, insbesondere einem Halbleiterbauelement spezifisch zugeordnetes, Sensorelement umfasst.
  6. Halbleiterbauelement nach, dadurch gekennzeichnet, die Ansteuerungsschaltung (66) ein Halbleiterbauelement auf der Basis von Silizium umfasst.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Trägermaterial (3) in vertikaler Richtung (V) gegenüberliegendes Substrat (61), insbesondere Fremdsubstrat und/oder wenigstens eine Zwischenschicht (13) zum Ausgleichen der Gitterfehlanpassung zwischen dem Substrat (61) und der Kontakthalbleiterschicht (14) bereichsweise eine Ausnehmung aufweist, in der eine Elektrode (52) ausgebildet ist, die mit der Kontakthalbleiterschicht (14) kontaktiert ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Halbleiterbauelements, insbesondere eines Transistors (100), mit einer Halbleiterschichtstruktur (101) zur Ausbildung eines Leistungs-Halbleiterbauelements auf der Basis von Gallium-Nitrid (GaN) und wenigstens zwei, bevorzugt drei, Elektroden (21,41,52), wobei die Halbleiterschichtstruktur (101) eine Kontakthalbleiterschicht (14) zur Kontaktierung mit einer Elektrode (52) aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Ausbilden einer Halbleiterschichtstruktur (101) umfassend wenigstens eine Schicht auf der Basis von Gallium-Nitrid (GaN) und eine vertikal tieferliegende Kontakthalbleiterschicht (14) und wenigstens eine vertikal höher liegende Elektrode (21, 41) auf einem Substrat (61), insbesondere einem Fremdsubstrat; - Erzeugen eines Trägermaterials (61) mit einer Ansteuerungsschaltung (66) und wenigstens einem Kontakt zur Kontaktierung einer Elektrode (52) der Halbleiterschichtstruktur (101) des Leistungs-Halbleiterbauelements; - Verbinden des Trägermaterials (63) mit der Halbleiterschichtstruktur (101) auf einer dem Substrat (61) gegenüberliegenden Seite, wobei der Kontakt des Trägermaterials (63) mit der wenigstens einen Elektrode (41, 21) kontaktiert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Vorsehen, insbesondere Verbinden, des Trägermaterials (63) das Substrat (61), insbesondere Fremdsubstrat, bevorzugt zusammen mit einer Zwischenschicht zum Ausgleichen der Gitterfehlanpassung zwischen dem Fremdsubstrat und der Kontakthalbeleiterschicht (14), wenigstens bereichsweise, bevorzugt vollständig, entfernt wird, so dass die Kontakthalbeleiterschicht (14) teilweise, bevorzugt vollständig, freigelegt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen des Substrats (61), bevorzugt zusammen mit einer Zwischenschicht, auf der Kontakthalbleiterschicht (14) eine Elektrode, bevorzugt eine Drain-Elektrode (52), ausgebildet, insbesondere abgeschieden wird.
DE102022210833.7A 2022-10-14 2022-10-14 Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial Pending DE102022210833A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210833.7A DE102022210833A1 (de) 2022-10-14 2022-10-14 Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022210833.7A DE102022210833A1 (de) 2022-10-14 2022-10-14 Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022210833A1 true DE102022210833A1 (de) 2024-04-25

Family

ID=90572992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022210833.7A Pending DE102022210833A1 (de) 2022-10-14 2022-10-14 Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022210833A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104332464A (zh) 2014-08-28 2015-02-04 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种功率器件与控制器件的集成工艺

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104332464A (zh) 2014-08-28 2015-02-04 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种功率器件与控制器件的集成工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014003481B4 (de) GaN-TRANSISTOREN MIT POLYSILIZIUMSCHICHTEN ZUR BILDUNG VON ZUSÄTZLICHEN KOMPONENTEN UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
DE102013022570B4 (de) Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE69534838T2 (de) Vertikaler Leistungs-MOSFET mit dicker Metallschicht zur Verminderung des verteilten Widerstandes und Verfahren zur Herstellung
DE112006001893B4 (de) Normalerweise abgeschaltetes Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter-Bauteil und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102013112012B4 (de) Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102012113110B4 (de) Integrierte Halbleitervorrichtung mit Heteroübergang und Verfahren zur Erzeugung einer integrierten Halbleitervorrichtung mit Heteroübergang
DE102006017946B4 (de) Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung
DE102014105339A1 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung
DE102013002986B4 (de) Integrierte Schottky-Diode für HEMTS und Verfahren zu deren Herstellung
DE3334337A1 (de) Verfahren zur herstellung einer integrierten halbleitereinrichtung
DE102012217073A1 (de) Vertikales mikroelektronisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE4130555C2 (de) Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchsspannung und geringem Widerstand, sowie Herstellungsverfahren
DE102015101692B4 (de) Verfahren zum erzeugen eines grabens unter verwendung von epitaktischem lateralem überwachsen und tiefe vertikale grabenstruktur
DE102015219183B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement, Halbleitermodul, Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleiterbauelements
DE102014110450B4 (de) Integrierte Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung
DE102014107560A1 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren
DE112013005770T5 (de) Halbleitervorrichtung, integrierte Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102014113087A1 (de) Halbleitervorrichtung, integrierte Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102016107203B4 (de) Leistungshalbleiterbauelementgraben mit Feldplatte und Gateelektrode und Verfahren zur Herstellung
DE112005000335T5 (de) Veritkaler und gemeinsamer Drain für komplementäre Nitridtransistoren
DE102011088732B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Stöpsels in einem Halbleiterkörper
WO2011051500A1 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterscheiben für die integration von silizium-bauelementen mit hemts sowie eine entsprechende halbleiterschichtanordnung
DE102022210833A1 (de) Vertikales Halbleiterbauelement auf der Basis von Galliumnitrid mit integrierter Ansteuerung in Trägermaterial
DE102014106747A1 (de) Halbleitervorrichtung, integrierte schaltung und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung
DE102006054311A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified