DE10239312B4 - Method for producing a semiconductor component with a drift zone and a field stop zone and semiconductor component with a drift zone and a field stop zone - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Driftzone (23) eines ersten Leitungstyps und einer stärker als die Driftzone (23) dotierten und sich an diese anschließende Feldstoppzone (20) des ersten Leitungstyps, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
–Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (100) mit einer Halbleiterschicht (20), die eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps, und eine freiliegende Vorderseite (101) aufweist,
– Einbringen von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps über die Vorderseite (101) in einen Driftzonenbereich, der von der Vorderseite (101) bis in eine vorgegebene Tiefe reicht, wobei die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps so gewählt ist, dass in dem Driftzonenbereich (23) eine Nettodotierung des ersten Leitungstyps verbleibt, und wobei die vorgegebene Tiefe geringer ist als eine Dicke der Halbleiterschicht (20).Method for producing a semiconductor component having a drift zone (23) of a first conduction type and a field stop zone (20) of the first conduction type doped more strongly than the drift zone (23) and comprising the following method steps:
Providing a semiconductor body (100) with a semiconductor layer (20) having a fundamental doping of the first conductivity type, and an exposed front side (101),
- introducing dopant atoms of the second conductivity type via the front side (101) into a drift zone region which extends from the front side (101) to a predetermined depth, the dopant concentration of the dopant atoms of the second conductivity type being selected such that in the drift zone region (23) a net doping of the first conductivity type remains, and wherein the predetermined depth is less than a thickness of the semiconductor layer (20).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Driftzone und einer Feldstoppzone und ein Halbleiterbauelement mit einer Driftzone und einer Feldstoppzone.The The present invention relates to a process for producing a Semiconductor device having a drift zone and a field stop zone and a semiconductor device having a drift zone and a field stop zone.

Ein als IGBT ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einer Driftzone eines ersten Leitungstyps und einer sich an die Driftzone anschließenden Feldstoppzone des ersten Leitungstyps, die stärker als die Driftzone dotiert ist, ist beispielsweise in der DE 197 31 495 C2 beschrieben. Dieses als IGBT ausgebildete Halbleiterbauelement umfasst neben der Driftzone und der Feldstoppzone eine Kollektorzone eines zu der Driftzone und der Feldstoppzone komplementären zweiten Leitungstyps, die sich an die Feldstoppzone an einer der Driftzone abgewandten Seite anschließt und die den Kollektor des IGBT bildet. An einer der Feldstoppzone abgewandten Seite der Driftzone sind Basiszonen oder Body-Zonen des zweiten Leitungstyps vorhanden, in welchen Emitter-Zonen oder Source-Zonen des ersten Leitungstyps angeordnet sind. Zur Steuerung des Bauelements dienen Gate-Elektroden, die isoliert gegenüber den Basis-Zonen und den Emitter-Zonen angeordnet sind. Die Feldstoppzone verhindert bei diesem Bauelement bei Anlegen einer Spannung zwischen Emitter und Kollektor in gesperrtem Zustand ein Durchgreifen der Raumladungszone bis an den rückseitigen Kollektor.A semiconductor component embodied as an IGBT having a drift zone of a first conductivity type and a field stop zone of the first conduction type adjoining the drift zone, which is doped more strongly than the drift zone, is shown for example in US Pat DE 197 31 495 C2 described. This semiconductor device designed as an IGBT comprises, in addition to the drift zone and the field stop zone, a collector zone of a second conductivity type complementary to the drift zone and the field stop zone, which adjoins the field stop zone on a side remote from the drift zone and which forms the collector of the IGBT. At a side of the drift zone facing away from the field stop zone, base zones or body zones of the second line type are present, in which emitter zones or source zones of the first line type are arranged. To control the device are gate electrodes which are isolated from the base zones and the emitter zones are arranged. The field stop zone prevents in this device when applying a voltage between the emitter and collector in the locked state, a penetration of the space charge zone to the rear collector.

Zur Herstellung der im Bereich der Rückseite des Halbleiterbauelements angeordneten Feldstoppzone ist es bekannt, Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über die Rückseite in die Driftzone zu implantieren, um in dem implantierten Bereich die stärker als die Driftzone dotierte Feldstoppzone zu erzeugen. Die Kollektorzone kann ebenfalls durch ein Implantationsverfahren erzeugt werden, wobei hier unmittelbar anschließend an die Rückseite Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in den Halbleiterkörper implantiert werden.to Production of in the area of the back of the Semiconductor device arranged field stop zone it is known Dopant atoms of the first conductivity type on the back to the drift zone to to implant in the implanted area more than to generate the drift zone doped field stop zone. The collector zone can also be generated by an implantation procedure, being here immediately afterwards to the back Dopant atoms of the second conductivity type implanted in the semiconductor body become.

Zur Erzielung eines niedrigen Einschaltwiderstandes ist die Driftzone üblicherweise sehr dünn und beträgt unter Umständen weniger als 100 μm. Die Herstellung der Feldstoppzone mittels Implantation von Dotierstoffatomen über die Rückseite, setzt voraus, dass der Halbleiterkörper bzw. der Wafer, aus dem der Halbleiterkörper später ausgesägt wird, bereits annähernd bis auf die Dicke des späteren Halbleiterbauelements gedünnt ist. Das Handling derart dünner Wafer zur Rückseitenimplantation ist allerdings sehr aufwendig und teuer. Darüber hinaus muss der Wafer für diese Rückseitenimplantation nach Abschluss der Verfahrensschritte, bei welchen Bauelementstrukturen im Bereich der Vorderseite erzeugt werden „umgedreht" werden, das heißt, der zunächst an seiner Rückseite auf einem Träger befestigte Wafer muss für die Rückseitenimplantation an seiner Vorderseite an einem Träger befestigt werden, was insbesondere bei sehr dünnen Wafern schwierig und aufwendig ist.to Achieving a low on-resistance is the drift zone usually very thin and is in certain circumstances less than 100 μm. The Production of the field stop zone by implantation of dopant atoms over the Back, assumes that the semiconductor body or the wafer, from the the semiconductor body later sawn is already approaching to the thickness of the later semiconductor device thinned is. The handling is so thinner Wafer for backside implantation However, it is very complicated and expensive. In addition, the wafer must be for this Backside implantation after Completion of the method steps in which component structures generated in the area of the front will be "turned around", that is, the first on its back on a carrier attached wafers must be for the backside implantation be attached to its front on a support, which in particular at very thin Wafern is difficult and expensive.

Die US 5,648,283 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Trench-IGBT, der ein stark p-dotiertes Substrat, das den späteren p-Emitter bildet, und eine darauf aufgebrachte n-dotierte Epitaxieschicht, die die spätere n-Basis bildet aufweist. Zur Herstellung der p-Basiszone wird diese n-Epitaxieschicht im Bereich einer dem p-Substrat abgewandten Seite durch Einbringen von p-Dotierstoffatomen umdotiert. Zwischen dem p-Substrat und der n-Epitaxieschicht kann eine stark n-dotierte Pufferschicht angeordnet sein, die die Funktion einer Feldstoppzone erfüllt.The US 5,648,283 describes a method of making a trench IGBT having a heavily p-doped substrate forming the later p-emitter and an n-doped epitaxial layer deposited thereon that forms the later n-base. To produce the p-base region, this n-epitaxial layer is re-doped in the region of a side facing away from the p-substrate by introducing p-dopant atoms. Between the p-substrate and the n-epitaxial layer, a heavily n-doped buffer layer can be arranged, which fulfills the function of a field stop zone.

Die DE 100 00 754 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kompensationsbauelements, das eine Driftzone mit komplementär zueinander dotierten Halbleiterzonen aufweist. p-dotierte Halbleiterzonen werden bei dem in dieser Veröffent lichung beschriebenen Verfahren dadurch hergestellt, dass p-Dotierstoffatome über eine Seite in eine eine n-Grunddotierung aufweisende Halbleiterschicht implantiert werden.The DE 100 00 754 A1 describes a method of fabricating a compensation device having a drift zone with complementary doped semiconductor zones. In the method described in this publication, p-doped semiconductor zones are produced by implanting p-dopant atoms via one side into a semiconductor layer having a n-type basic doping.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Driftzone und einer Feldstoppzone zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Erstellung der Feldstoppzone keine Rückseitenimplantation erforderlich ist.aim The present invention is a method for producing a Semiconductor device having a drift zone and a field stop zone to disposal no backside implantation to create the field stop zone is required.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein mittels eines solchen Verfahrens hergestelltes Halbleiterbauelement ist Gegenstand des Patentanspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This The object is achieved by a method according to the features of the claim 1 solved. A manufactured by such a method semiconductor device is the subject of claim 13. Advantageous embodiments The invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Driftzone eines ersten Leitungstyps und einer stärker als die Driftzone dotierten und sich an diese anschließende Feldstoppzone des ersten Leitungstyps umfasst das Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer Halbleiterschicht, die eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps und eine freiliegende Vorderseite aufweist, und das Einbringen von Dotierstoffatomen über die Vorderseite in einen Driftzonenbereich, der von der Vorderseite bis in eine vorgegebene Tiefe reicht, die geringer ist, als eine Dicke der Halbleiterschicht.The inventive method for producing a semiconductor device with a drift zone a first conductivity type and a more doped than the drift zone and to this subsequent Field stop zone of the first conductivity type comprises providing a semiconductor body with a semiconductor layer having a base doping of the first Conduction type and having an exposed front, and the Introducing dopant atoms across the front into one Drift zone range, from the front to a predetermined Depth is less than a thickness of the semiconductor layer.

Die Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere eine Epitaxieschicht sein, die auf einem Halbleitersubstrat, eines zweiten, zu dem ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps aufgebracht ist, wobei dieses Halbleitersubstrat eine der Anschlusszonen des späteren Halbleiterbauelements, beispielweise eine Kollektorzone bei einem IGBT, bilden kann. Die Grunddotierung der Halbleiterschicht ist vorzugsweise so gewählt, dass sie der gewünschten Dotierung der Feldstoppzone entspricht, wobei die Feldstoppzone durch den Bereich der Halbleiterschicht gebildet wird, in welchen keine Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps implantiert werden oder in den nur vergleichsweise wenig Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps implantiert werden. Die im Vergleich zu der Feldstoppzone niedrigere Dotierung der Driftzone wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, dass Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in die Halbleiterschicht in den Bereich der späteren Driftzone eingebracht werden, wobei diese Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps einen Teil der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps in der Halbleiterschicht kompensieren. In dem Bereich, in den Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps eingebracht wurden, verbleibt eine Nettodotierung des ersten Leitungstyps, die geringer ist als die ursprüngliche Grunddotierung der Halbleiterschicht.The Semiconductor layer of the first conductivity type can in the inventive method in particular an epitaxial layer, which on a semiconductor substrate, a second, complementary to the first conductivity type conductivity type is applied, this semiconductor substrate one of the connection zones later Semiconductor device, for example, a collector region in an IGBT, can form. The basic doping of the semiconductor layer is preferred chosen so that you want Doping the field stop zone corresponds to the field stop zone is formed by the region of the semiconductor layer in which no dopant atoms of the second conductivity type are implanted or in the only comparatively little dopant atoms of the second Type of lead implanted. The lower compared to the field stop zone Doping of the drift zone is in the process of the invention achieved by dopant atoms of the second conductivity type introduced into the semiconductor layer in the region of the later drift zone be, these dopant atoms of the second conductivity type a Compensate for part of the dopant atoms of the first conductivity type in the semiconductor layer. In the region, in the dopant atoms of the second conductivity type have been introduced, a net doping of the first type of line remains, which is less than the original Grunddotierung the semiconductor layer.

Die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps werden vorzugsweise mittels eines Implantationsverfahrens über die Vorderseite in die Halbleiterschicht implantiert, wobei unter schiedliche Implantationsenergien verwendet werden, um die Dotierstoffatome wenigstens annäherungsweise gleichmäßig in vertikaler Richtung in der Halbleiterschicht zu verteilen. Des weiteren erfolgt die Bestrahlung der Vorderseite mit Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps während des Implantationsverfahrens ebenfalls wenigstens annäherungsweise gleichmäßig, um in horizontaler Richtung der Halbleiterschicht ebenfalls eine gleichmäßige Verteilung der zweiten Dotierstoffatome zu erreichen. An den Implantationsschritt schließt sich vorzugsweise ein Temperaturschritt an, um Implantationsschäden auszuheilen, die eingebrachten Dotierstoffatome zu aktivieren und durch Diffusion eine gleichmäßigere Verteilung der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps zu erreichen.The Doping atoms of the second conductivity type are preferably by means of an implantation method the front implanted in the semiconductor layer, wherein under different Implantation energies used to the dopant atoms at least approximately evenly in vertical Distribute direction in the semiconductor layer. Furthermore, it takes place the irradiation of the front with dopant atoms of the second Line type during of the implantation procedure also at least approximately evenly, around in the horizontal direction of the semiconductor layer also has a uniform distribution to reach the second dopant atoms. At the implantation step includes preferably a temperature step to heal implantation damage, to activate the introduced dopant atoms and by diffusion a more even distribution reach the dopant atoms of the second conductivity type.

Für das Implantationsverfahren kann beispielsweise ein Implanter verwendet werden, bei dem die Implantationsenergien, das heißt die Energien, mit welchen die Dotierstoffatome in Richtung der Vorderseite der Halbleiterschicht bzw. des Wafers abgegeben werden, stufenweise eingestellt werden können, wobei über die Implantationsenergie die Eindringtiefe der während der einzelnen Implantationsschritte implantierten Dotierstoffatome eingestellt wird.For the implantation procedure For example, an implanter may be used where the Implantation energies, that is the energies with which the dopant atoms in the direction of the front the semiconductor layer or the wafer are discharged, gradually can be adjusted being over the implantation energy the penetration depth during the individual implantation steps implanted dopant atoms is set.

Des weiteren besteht die Möglichkeit Dotierstoffatome mit einer vorgegebenen Energie in Richtung der Vorderseite des Halbleiterkörpers abzugeben, wobei oberhalb der Vorderseite ein Energiefilter mit variabler Dämpfung angeordnet ist, welches die Dotierstoffatome je nach eingestelltem Dämpfungsgrad unterschiedlich abbremst, um so unterschiedliche Eindringtiefen der Dotierstoffatome bzw. eine gleichmäßige Verteilung der Dotierstoffatome in vertikaler Richtung der Halbleiterschicht zu erreichen.Of further there is the possibility Dopant atoms with a given energy in the direction of Front side of the semiconductor body with an energy filter above the front variable damping is arranged, which the dopant atoms depending on the set damping ratio decelerates differently, so different penetration depths the dopant atoms or a uniform distribution of the dopant atoms to reach in the vertical direction of the semiconductor layer.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Dosis der implantierten Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps ab einer vorgegebenen Tiefe, ausgehend von der Vor derseite mit zunehmender Tiefe zu reduzieren, um dadurch einen stetigen Übergang von der, bezogen auf die Nettodotierung, schwächer dotierten Driftzone zu der stärker dotierten Feldstoppzone zu erreichen.at an embodiment The invention provides for the dose of the implanted dopant atoms of the second conductivity type from a predetermined depth, starting from the front to reduce with increasing depth to thereby a steady transition from, relative to the net doping, weaker doped drift zone the more heavily doped Field stop zone to reach.

Zur Einstellung des Dotierungsprofils in der Feldstoppzone wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens auch in die Feldstoppzone – allerdings mit einer niedrigeren Dosis als in die Driftzone – implantiert.to Adjustment of the doping profile in the field stop zone is added an embodiment the procedure in the field stop zone - but with a lower Dose as implanted in the drift zone.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zur Herstellung eines abrupten Dotierungsübergangs von der schwächeren Netto dotierung des ersten Leitungstyps im Bereich der Driftzone zu einer stärkeren Dotierung des ersten Leitungstyps vorgesehen, an den Diffusionsschritt einen weiteren Implantationsschritt anzuschließen, bei dem die Implantationsenergie so eingestellt ist, dass Dotierstoffatome in den Grenzbereich zwischen der Driftzone und der Feldstoppzone implantiert werden, wobei sich an diesen Implantationsschritt kein Diffusionsschritt anschließt.at an embodiment The invention is for producing an abrupt doping transition of the weaker one Net doping of the first conductivity type in the area of the drift zone to a stronger doping of the first conductivity type, to the diffusion step a further implantation step, in which the implantation energy is set so that dopant atoms in the border region between the drift zone and the field stop zone are implanted, wherein no diffusion step follows this implantation step.

Das erfindungsgemäße, mittels des erläuterten Verfahrens hergestellte Halbleiterbauelement umfasst eine dotierte Driftzone und eine, sich an die dotierte Driftzone anschließende dotierte Feldstoppzone, wobei die Feldstoppzone Dotierstoffatome eines ersten Leitungstyps umfasst und die Driftstoffzone Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps und Dotierstoffatome eines zweiten, zu dem ersten Leistungstyps komplementären Leitungstyps umfasst, wobei die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps wenigstens annäherungsweise gleichmäßig in der Driftzone verteilt sind und die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffatome des ersten und des zweiten Leitungstyps in der Driftzone so gewählt sind, dass eine Nettodotierung des ersten Leitungstyps vorhanden ist.The according to the invention, by means of the explained Method produced semiconductor device comprises a doped Drift zone and one subsequent to the doped drift zone doped Field stop zone, wherein the field stop zone dopant atoms of a first Conductor type comprises and the drift region dopant atoms of the first conductivity type and dopant atoms of a second, to the first Complementing performance type Conductor type comprises, wherein the dopant atoms of the second conductivity type at least approximately even in the drift zone are distributed and the dopant concentration of the dopant atoms of the first and second conductivity types in the drift zone are selected that a net doping of the first conductivity type is present.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements nimmt die Dotierstoffkonzentration an Dotier stoffatomen des zweiten Leitungstyps in einem Übergangsbereich von der Driftzone zu der Feldstoppzone stetig ab.In one embodiment of the semiconductor device according to the invention, the dopant concentration of dopant atoms of the second takes Conductor type in a transition region from the drift zone to the field stop zone steadily.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dotierstoffkonzentration an Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in einem Übergangsbereich von der Driftzone zu der Feldstoppzone abrupt abnimmt.at another embodiment it is provided that the dopant concentration of dopant atoms of the second conductivity type in a transition region of the drift zone decreases abruptly to the field stop zone.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigtThe inventive method and the semiconductor device according to the invention will be described below with reference to exemplary embodiments in FIGS explained in more detail. In the figures shows

1 eine Halbleiterschicht in Seitenansicht im Querschnitt zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 a semiconductor layer in side view in cross section at the beginning of the inventive method.

2 die Halbleiterschicht gemäß 1 in Seitenansicht im Querschnitt nach ersten Verfahrensschritten, bei denen Dotierstoffatome in einen Driftzonenbereich der Halbleiterschicht implantiert werden, 2 the semiconductor layer according to 1 in side view in cross section after first method steps, in which dopant atoms are implanted in a drift zone region of the semiconductor layer,

3 Dotierstoffverteilungen von Dotierstoffatomen des ersten und zweiten Leitungstyps in dem Driftzonenbereich über der Eindringtiefe beieinem ersten Verfahren zum Einbringen von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps, 3 Dopant distributions of dopant atoms of the first and second conduction type in the drift zone region above the penetration depth in a first method for introducing dopant atoms of the second conductivity type,

4 Dotierstoffverteilungen von Dotierstoffatomen des ersten und zweiten Leitungstyps in dem Driftzonenbereich über der Eindringtiefe bei einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Einbringen von Dotierstoffatomen, 4 Dopant distributions of dopant atoms of the first and second conduction type in the drift zone region above the penetration depth in a second embodiment of a method for introducing dopant atoms,

5 Halbleiterschicht gemäß der 1 und 2 in Seitenansicht im Querschnitt nach nächsten Verfahrensschritten, bei denen eine Ausdiffu sion der eingebrachten Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps erfolgt, 5 Semiconductor layer according to the 1 and 2 in a side view in cross section after next process steps in which a Ausdiffu sion of the introduced dopant atoms of the second conductivity type,

6 Nettodotierung der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über der Eindringtiefe nach der Ausdiffusion bei dem ersten Verfahren zum Einbringen der Dotierstoffatome, 6 Net doping of the dopant atoms of the first conductivity type above the penetration depth after the outdiffusion in the first method for introducing the dopant atoms,

7 Nettodotierung der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über der Eindringtiefe nach der Ausdiffusion bei dem zweiten Verfahren zum Einbringen von Dotierstoffatomen, 7 Net doping of the dopant atoms of the first conductivity type above the penetration depth after the outdiffusion in the second method for introducing dopant atoms,

8 Dotierstoffverteilung der Dotierstoffatome des ersten und zweiten Leitungstyps über der Eindringtiefe bei einem weiteren Verfahren zum Einbringen von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps (8a) und Nettodotierung der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps nach der Ausdiffusion bei dem weiteren Verfahren zum Einbringen von Dotierstoffatomen (8b), 8th Dopant distribution of the dopant atoms of the first and second conductivity type above the penetration depth in another method for introducing dopant atoms of the second conductivity type ( 8a ) and net doping of the dopant atoms of the first conductivity type after the outdiffusion in the further method for introducing dopant atoms (US Pat. 8b )

9 eine schematische Darstellung eines Halbleiterwafers und eines Energiefilters zur Veranschaulichung eines möglichen Verfahrens zum Einbringen von Dotierstoffatomen in unterschiedliche Tiefen der Halbleiterschicht 9 a schematic representation of a semiconductor wafer and an energy filter for illustrating a possible method for introducing dopant atoms into different depths of the semiconductor layer

10 als IGBT ausgebildetes Halbleiterbauelement mit erfindungsgemäß hergestellten Driftzonen und Feldstoppzonen, 10 semiconductor device designed as an IGBT with drift zones and field stop zones produced according to the invention,

11 als Diode ausgebildetes Halbleiterbauelement mit erfindungsgemäß hergestellten Driftzonen und Feldstoppzonen. 11 formed as a diode semiconductor device with inventively prepared drift zones and field stop zones.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Strukturelemente mit gleicher Bedeutung.In denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals same parts and structural elements with the same meaning.

Wie anhand von 1 dargestellt ist, bildet den Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens das Bereitstellen einer Halbleiterschicht 20 mit einer Grunddotierung eines ersten Leitungstyps, wobei diese Halbleiterschicht 20 eine freiliegende Vorderseite 101 aufweist. Die Halbleiterschicht 20 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 beispielhaft als Bestandteil eines Halbleiterkörpers oder Wafers 100 ausgebildet, wobei diese Halbleiterschicht 20 beispielsweise mittels Epitaxie auf ein Halbleitersubstrat 30 eines zweiten, zu dem ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps aufgebracht ist. Die Vorderseite 101 der Halbleiterschicht 20 wird dabei durch die Vorderseite des Halbleiterkörpers oder Wafers 100 gebildet. Das Halbleitersubstrat 30 kann zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens so ausreichend dick sein, dass der Wafer während der nachfolgenden Verfahrensschritte gut handhabbar ist.As based on 1 is shown, the starting point of the inventive method is the provision of a semiconductor layer 20 with a basic doping of a first conductivity type, wherein this semiconductor layer 20 an exposed front 101 having. The semiconductor layer 20 is in the embodiment according to 1 for example as part of a semiconductor body or wafer 100 formed, wherein this semiconductor layer 20 for example by epitaxy on a semiconductor substrate 30 a second, complementary to the first conductivity type conductivity type is applied. The front 101 the semiconductor layer 20 is thereby through the front of the semiconductor body or wafer 100 educated. The semiconductor substrate 30 can be sufficiently thick at this time of the process that the wafer during the subsequent process steps is easy to handle.

Die Dicke der Halbleiterschicht 20 ist beispielsweise bereits so gewählt, dass sie in etwa der Dicke der späteren Driftzone plus der Feldstoppzone des Halbleiterbauelements entspricht.The thickness of the semiconductor layer 20 For example, it is already chosen such that it corresponds approximately to the thickness of the later drift zone plus the field stop zone of the semiconductor component.

Während nächster Verfahrensschritte werden Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps über die Vorderseite 101 in die Halbleiterschicht 20, beispielsweise mittels eines Implantationsverfahrens eingebracht. Auf die Vorderseite 101 der Halbleiterschicht 20 ist dabei keine Maske aufgebracht, um so in horizontaler Richtung eine gleichmäßige Bestrahlung der Vorderseite 101 mit Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps zu erreichen.During the next process steps, dopant atoms of the second conductivity type become on the front side 101 in the semiconductor layer 20 , For example, introduced by means of an implantation process. On the front 101 the semiconductor layer 20 In this case, no mask is applied so as to uniformly irradiate the front in the horizontal direction 101 to reach with dopant atoms of the second conductivity type.

Das Implantationsverfahren umfasst beispielsweise gleichzeitig oder zeitlich aufeinanderfolgend mehrere Implantationsschritte, bei denen Dotierstoffatome mit unterschiedlichen Energien auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers abge geben werden, wodurch die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in vertikaler Richtung in unterschiedliche Tiefen der Halbleiterschicht 20 vordringen.The implantation method comprises, for example, simultaneously or in succession several implantation steps in which dopant atoms with different energies on the front 101 give the semiconductor body abge , whereby the dopant atoms of the second conductivity type in the vertical direction in different depths of the semiconductor layer 20 penetrate.

2 zeigt die Halbleiterschicht 20 nach einem Implantationsverfahren, bei dem Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps mit im Wesentlichen sechs unterschiedlichen Implantationsenergien in die Halbleiterschicht 20 implantiert wurden. Aus diesen Implantationsschritten resultieren Implantationszonen 22, die in vertikaler Richtung der Halbleiterschicht 20 beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei der vertikale Abstand dieser Zonen 22 durch die Differenz der jeweiligen Implantationsenergien vorgegeben ist. 2 shows the semiconductor layer 20 according to an implantation method, wherein the dopant atoms of the second conductivity type with substantially six different implantation energies in the semiconductor layer 20 were implanted. Implantation zones result from these implantation steps 22 in the vertical direction of the semiconductor layer 20 spaced from each other, wherein the vertical distance of these zones 22 is predetermined by the difference of the respective implantation energies.

Die maximale Implantationsenergie ist dabei so gewählt, dass die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps nur bis zu einer Tiefe vordringen, die geringer ist, als die Dicke der Halbleiterschicht 20, so dass am unteren Ende der Halbleiterschicht eine ebenfalls mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Halbleiterzone verbleibt, deren Dotierung der Grunddotierung der Halbleiterschicht 20 gemäß 1 entspricht und in welche keine Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps implantiert sind. Mit dem Bezugszeichen 21 sind in 2 solche Zonen der ursprünglichen Halbleiterschicht 20 bezeichnet, in die zwar keine Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps implantiert sind, die jedoch gegebenenfalls Implantationsschäden aufweisen.The maximum implantation energy is chosen so that the dopant atoms of the second conductivity type penetrate only to a depth which is less than the thickness of the semiconductor layer 20 , so that at the lower end of the semiconductor layer also with the reference numeral 20 designated semiconductor zone remains, the doping of the basic doping of the semiconductor layer 20 according to 1 corresponds and in which no dopant atoms of the second conductivity type are implanted. With the reference number 21 are in 2 such zones of the original semiconductor layer 20 in which, although no dopant atoms of the second conductivity type are implanted, but which may have implantation damage.

Zum besseren Verständnis sind in 3 für ein Ausführungsbeispiel die Dotierstoffverteilungen der Dotierstoffatome des ersten und zweiten Leitungstyps in der Halbleiterschicht 20 mit zunehmender Tiefe x, ausgehend von der Vorderseite 101 aufgetragen. Die in 3 durchgezogene Linie veranschaulicht die Dotierstoffkonzentration der Grunddotierung der Halbleiterschicht 20 gemäß 1, die in dem Ausführungsbeispiel etwa 2·1015 cm–3 beträgt.For better understanding are in 3 for one embodiment, the dopant distributions of the dopant atoms of the first and second conductivity type in the semiconductor layer 20 with increasing depth x, starting from the front 101 applied. In the 3 a solid line illustrates the dopant concentration of the basic doping of the semiconductor layer 20 according to 1 which is about 2 × 10 15 cm -3 in the embodiment.

Die parabelförmigen Kurven in 3 veranschaulichen die Dotierstoffkonzentration an Dotierstoffatomen bzw. Dotierstoffionen des zweiten Leitungstyps in Zonen, die den Zonen 22 gemäß 2 entsprechen. Der Kurve gemäß 3 liegen acht Implantationsprozesse mit unterschiedlichen Implantationsenergien zugrunde, wobei die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps beispielsweise Boratome sind, die mit Implantationsenergien zwischen 3MeV und 25MeV implantiert werden, wobei die Differenz der Implantationsenergien zwischen den einzelnen Implantationsschritten die Differenz der Eindringtiefen dieser Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps vorgibt. Bei dem Verfahren gemäß 3 sind die Implantationsdosen, die während der Implantationsschritte mit den sechs niedrigsten Implantationsenergien implantiert werden, gleich, woraus Zonen 22 mit Dotierstoffkonzentrationen zwischen 1014 cm–3 und etwa 3·1016 cm–3 resultieren. Bei den Implantationsschritten mit den beiden höchsten Implantationsenergien ist die Implantationsdosis verringert, woraus in den am Weitesten von der Vorderseite entfernten Zonen 22 Dotierstoffverteilungen zwischen 1014 cm–3 und etwa 2·1015 cm–3 bzw. 1014 cm–3 und etwa 3·1014 cm–3 resultieren.The parabolic curves in 3 illustrate the dopant concentration of dopant ions of the second conductivity type in zones corresponding to the zones 22 according to 2 correspond. According to the curve 3 are based on eight implantation processes with different implantation energies, the dopant atoms of the second conductivity type, for example boron atoms implanted with implantation energies between 3MeV and 25MeV, the difference of the implantation energies between the individual implantation steps, the difference of the penetration depths of these dopant atoms of the second conductivity type. In the method according to 3 For example, the implantation doses implanted during the implantation steps with the six lowest implantation energies are equal, from which zones 22 with dopant concentrations between 10 14 cm -3 and about 3 × 10 16 cm -3 . In the implantation steps with the two highest implantation energies, the implantation dose is reduced, resulting in the zones furthest away from the front 22 Dopant distributions between 10 14 cm -3 and about 2 x 10 15 cm -3 and 10 14 cm -3 and about 3 x 10 14 cm -3 result.

Die Anzahl der einzelnen Implantationsschritte bzw. die Anzahl der verwendeten Implantationsenergien ist vorzugsweise sehr groß, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung an Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zu erreichen, wobei die Implantationsdosis mit zunehmender Tiefe abnehmen kann, um einen kontinuierlichen Dotierungsübergang von der Driftzone zu der Feldstoppzone zu erreichen, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.The Number of individual implantation steps or the number of used Implantation energies is preferably very large, as possible even distribution to dopant atoms of the second conductivity type in the vertical direction of the Semiconductor body to achieve, with the implantation dose with increasing depth can decrease to a continuous doping transition from the drift zone to the field stop zone, as follows still explained will be.

4 zeigt eine der 3 entsprechende Darstellung für ein Verfahren, bei dem im Wesentlichen mit neun Implantationsenergien Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in den Halbleiterkörper implantiert wurden, wobei bei den Implanta tionsschritten mit den fünf niedrigsten Implantationsenergien die Implantationsdosen mit zunehmender Implantationsenergie abnehmen. Darüber hinaus sind in diesem Bereich Differenzen zwischen den Implantationsenergien der einzelnen Implantationsschritte geringer als bei den Implantationsschritten mit niedrigeren Implantationsenergien, um so einen möglichst stetigen, Dotierungsübergang zu erhalten, wie noch erläutert werden wird. 4 shows one of the 3 corresponding representation of a method in which dopant atoms of the second conductivity type were implanted into the semiconductor body substantially with nine implantation energies, wherein in the implantation steps with the five lowest implantation energies, the implantation doses decrease with increasing implantation energy. In addition, in this area, differences between the implantation energies of the individual implantation steps are smaller than in the implantation steps with lower implantation energies in order to obtain the most continuous possible doping transition, as will be explained below.

An die Implantation der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps schließt sich ein Diffusionsverfahren an, bei dem die Halbleiterschicht für eine vorgegebene Zeitdauer auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, um ein Ausheilen von Implantationsschäden zu erreichen und die implantierten Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers möglichst gleichmäßig zu verteilen. Ergebnis dieses Diffusionsprozesses ist, wie dies in 5 dargestellt ist, eine Driftzone 23 und eine Feldstoppzone 20, wobei in der Driftzone 23 Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps in der Konzentration der Grunddotierung der ursprünglichen Halbleiterschicht 20 und die während des Implantationsprozesses eingebrachten Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps vorhanden sind.The implantation of the dopant atoms of the second conductivity type is followed by a diffusion process in which the semiconductor layer is heated to a predetermined temperature for a predetermined period of time to achieve healing of implantation damage and the implanted dopant atoms of the second conductivity type in the vertical direction of the semiconductor body as evenly as possible to distribute. Result of this diffusion process is, as in 5 is shown, a drift zone 23 and a field stop zone 20 , where in the drift zone 23 Dopant atoms of the first conductivity type in the concentration of the basic doping of the original semiconductor layer 20 and the introduced during the implantation process dopant atoms of the second conductivity type are present.

In der Feldstoppzone sind ausschließlich Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps mit der Konzentration der Grunddotierung der ursprünglichen Halbleiterschicht 20 vorhanden. Das Vorhandensein von Dotierstoffatomen des ersten und zweiten Leitungstyps in der Driftzone 23 resultiert zu einer Nettodotierung des ersten Leitungstyps in der Driftzone 23, die niedriger ist als die ursprüngliche Grunddotierung der Halbleiterschicht 20, da sich die Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps und die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in der Driftzone 23 teilweise kompensieren. Hieraus resultiert eine Driftzone 23, die im Vergleich zu Feldstoppzone 20 niedriger mit Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps dotiert ist.In the field stop zone are only dopant atoms of the first conductivity type with the concentration of the basic doping of the original semiconductor layer 20 available. The presence of dopant atoms of the first and second conductivity type in the drift zone 23 results in a net doping of the first conductivity type in the drift zone 23 , which is lower than the original basic doping of the semiconductor layer 20 because of the dopant atoms of the first conductivity type and the dopant atoms of the second conductivity type in the drift zone 23 partially compensate. This results in a drift zone 23 compared to field stop zone 20 is doped lower with dopant atoms of the first conductivity type.

6 zeigt die Nettodotierung an Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps über der Eindringtiefe x ausgehend von der Vorderseite 101 für das Implantationsprofil gemäß 3. Im Detail betrachtet besitzt diese Nettodotierung eine gewisse Welligkeit, die daraus resultiert, dass die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps bei dem zuvor erläuterten Verfahren nicht mit kontinuierlich verteilten Implantationsenergien implantiert wurden, sondern in vertikaler Richtung beabstandete implantierte Zonen erzeugt wurden, wobei die Dotierstoffatome dieser implantierten Zonen anschließend ausdiffundiert wurden. Die Nettodotierung der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps ist in der Driftzone bzw. in dem Driftzonenbereich dort besonders niedrig, wo Implantationszonen, die in 2 mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet sind, erzeugt wurden. Die in 6 dargestellte Nettodotierung resultiert aus der in 3 dargestellten Dotierstoffverteilung, wobei die Nettodotierung in Bereichen der Feldstoppzone, die tiefer liegen als die maximale Implantationstiefe, der ursprünglichen Grunddotierung des ersten Leitungstyps entspricht. Der Übergang von der niedrigeren Nettodotierung zu der Grunddotierung ist im Beispiel gemäß 6 ebenfalls wellig, verläuft im Mittel jedoch stetig, wobei der vergleichsweise lange Übergangsbereich, dessen Abmessung in vertikaler Richtung etwa 20 μm beträgt, aus den niedrigeren Implantationsdosen am unteren Ende des Driftzonenbereiches resultieren. 6 shows the net doping of dopant atoms of the first conductivity type above the penetration depth x from the front side 101 for the implantation profile according to 3 , Considered in detail, this net doping has some ripple resulting from the fact that the dopant atoms of the second conductivity type were not implanted with continuously distributed implant energies in the previously discussed method, but vertically spaced implanted zones were created, with the dopant atoms of these implanted zones subsequently were diffused out. The net doping of the dopant atoms of the first conductivity type is particularly low in the drift zone or in the drift zone region, where implantation zones which are located in 2 with the reference number 22 are designated were generated. In the 6 Net allocation shown results from the 3 shown doping distribution, the net doping in areas of the field stop zone, which are lower than the maximum implantation depth, the original basic doping of the first conductivity type corresponds. The transition from the lower net doping to the basic doping is according to the example 6 also wavy, but runs steadily on average, with the comparatively long transition region, the dimension in the vertical direction is about 20 microns, resulting from the lower implantation doses at the lower end of the drift zone region.

Die maximale Implantationstiefe beträgt bei dem Beispiel gemäß 6 etwa 35 μm ausgehend von der Vorderseite.The maximum implantation depth is in the example according to 6 about 35 microns from the front.

7 zeigt die Nettodotierung an Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps in der Driftzone gemittelt, das heißt unter Vernachlässigung der Welligkeit für das Ausführungsbeispiel gemäß 4, bei dem im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine feinere Abstufung der Implantationsenergien am unteren Ende der Driftzone gewählt wurde. 7 shows the net doping of dopant atoms of the first conductivity type in the drift zone averaged, that is neglecting the waviness for the embodiment according to FIG 4 in which compared to the embodiment according to 4 a finer gradation of implantation energies at the lower end of the drift zone was chosen.

Bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen wird ein stetiger Übergang von der Driftzone mit einer niedrigen Nettodotierung des ersten Leitungstyps zu der Feldstoppzone mit einer höheren Dotierung des ersten Leitungstyps dadurch erreicht, dass die Implantationsdosen mit zunehmenden Implantationstiefen in Richtung der Feldstoppzone nehmen.at the previously explained embodiments becomes a steady transition from the drift zone with a low net doping of the first Line type to the field stop zone with a higher doping of the first Conduction type achieved by the implantation doses with increasing Implantation depths in the direction of the field stop zone.

Anhand von 8 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, mittels welchem ein abrupter Übergang von der niedrigeren Nettodotierung im Bereich der Driftzone zu der höheren Dotierung im Bereich der Feldstoppzone erreicht wird.Based on 8th An embodiment of the method according to the invention is explained below, by means of which an abrupt transition from the lower net doping in the area of the drift zone to the higher doping in the area of the field stop zone is achieved.

Hierzu wird ein zweistufiges Implantationsverfahren verwendet, wobei sich an das erste Implantationsverfahren ein Diffusionsschritt und an das zweite Implantationsverfahren kein solcher Diffusionsschritt – oder allenfalls ein Diffusionsschritt bei dem eine vergleichsweise geringe Diffusion der eingebrachten Dotierstoffatome erfolgt – anschließt. 8a zeigt die Dotierstoffverteilungen an Dotierstoffatomen des ersten und zweiten Leitungstyps über der Eindringtiefe x ausgehend von der Vorderseite, wobei die durchgezogen gezeichneten parabelförmigen Verteilungen des zweiten Leitungstyps während des ersten Implantationsverfahrens und die gestrichelt eingezeichnete parabelförmige Verteilung an Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps während des zweiten Implantationsverfahrens erzeugt wird. Beispielhaft wird in 8a davon ausgegangen, dass zunächst mit im Wesentlichen fünf unterschiedlichen Implantationsenergien implantiert wird, um die durchgezogen gezeichneten Dotierstoffverteilungen zu erhalten. An diese Implantation schließt sich ein Diffusionsverfahren an, aus dem eine Nettodotierung an Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps resultiert, die in 8b über der Eindringtiefe dargestellt ist. Die Nettodotierung in 8b ist wieder gemittelt, das heißt unter Vernachlässigung der Welligkeit dargestellt. Wie ersichtlich ist, steigt die Dotierstoffkonzentration, ausgehend von der nied rigeren Nettodotierung im Bereich der Driftzone vergleichsweise langsam zu der höheren Dotierung im Bereich der Feldstoppzone an. Nach dem zweiten Implantationsschritt, bei dem Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in den Übergangsbereich zwischen der Driftzone und der Feldstoppzone implantiert werden, ergibt sich der in 8b gestrichelt eingezeichnete Verlauf. Hieraus wird deutlich, dass aus dem zweiten Implantationsschritt ein wesentlich steilerer Übergang zwischen der niedrigeren Dotierung im Bereich der Driftzone und der höheren Dotierung im Bereich der Feldstoppzone erreicht werden kann.For this purpose, a two-stage implantation method is used, wherein a diffusion step and the second implantation method no such diffusion step - or at most a diffusion step in which a comparatively low diffusion of the introduced dopant atoms takes place - followed by the first implantation process. 8a Figure 4 shows the dopant distributions on dopant atoms of the first and second conductivity types above the penetration depth x from the front, wherein the parabola-shaped distributions of the second conductivity type shown in solid lines during the first implantation process and the dashed parabolic distribution of dopant atoms of the second conductivity type are generated during the second implantation process. Example becomes in 8a assumed that initially implanted with substantially five different implantation energies in order to obtain the solid-lined dopant distributions. This implantation is followed by a diffusion process from which a net doping of dopant atoms of the first conductivity type results, which in 8b is shown above the penetration depth. The net allocation in 8b is again averaged, that is represented by neglecting the ripple. As can be seen, the dopant concentration, starting from the lower net doping in the area of the drift zone, increases comparatively slowly to the higher doping in the area of the field stop zone. After the second implantation step, in which dopant atoms of the second conductivity type are implanted in the transition region between the drift zone and the field stop zone, the result in FIG 8b Dashed line course. From this it is clear that a much steeper transition between the lower doping in the area of the drift zone and the higher doping in the area of the field stop zone can be achieved from the second implantation step.

An den zweiten Implantationsschritt schließt sich vorzugsweise ein Temperaturprozess zur Ausheilung von Implantationsschäden an, wobei dieser Temperaturprozess vorzugsweise so gewählt ist, dass möglichst keine bzw. eine im Vergleich zu dem Diffusionsverfahren im Anschluss an den ersten Implantationsschritt möglichst geringe Diffusion der eingebrachten Dotierstoffatome erfolgt. Geeignete Temperaturprozesse zur Ausheilung von Implantationsschäden bei einer geringen Diffusion sind RTP- oder RTA-Schritte (RTP = Rapid Thermal Processing, RTA = Rapid Thermal Annealing).At the second implantation step is preferably followed by a temperature process for the healing of implantation damage, this temperature process preferably chosen so is that possible none or one in comparison to the diffusion method following at the first implantation step the least possible diffusion of the introduced dopant atoms takes place. Suitable temperature processes for the healing of implantation damage with a small diffusion are RTP or RTA steps (RTP = Rapid Thermal Processing, RTA = Rapid Thermal Annealing).

Die Welligkeit der Nettodotierung der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps in der Driftzone, die in 6 dargestellt ist, resultiert – wie bereits erläutert wurde – daraus, dass üblicherweise nicht mit kontinuierlich verteilten Implantationsenergien implantiert wird. Idealerweise werden sehr viele Implantationsschritte mit unterschiedlichen Implantationsenergien durchgeführt, die sich nur wenig von einander unterscheiden, um in vertikaler Richtung eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in der Driftzone zu erreichen. Allerdings ist das Einstellen unterschiedlicher Implantationsenergien an herkömmlichen Implantern vergleichsweise zeitaufwändig.The waviness of the net doping of the dopant atoms of the first conductivity type in the drift zone, which in 6 As already explained, it results from the fact that implantation energies are usually not implanted with continuously distributed implant energies. Ideally, a large number of implantation steps are carried out with different implantation energies, which differ only slightly from each other, in order to achieve in the vertical direction as uniform a distribution as possible of the dopant atoms of the second conductivity type in the drift zone. However, setting different implantation energies on conventional implanters is comparatively time-consuming.

Um mit geringem Aufwand eine homogene Dotierung des Wafers bzw. der Halbleiterschicht zu erreichen, ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, Dotierstoffatome mit der maximalen Implantationsenergie bereit zu stellen, und einen Energiefilter 200 vor der Vorderseite 101 des Wafers 100 zu positionieren, wie dies in 9 dargestellt ist. Der Pfeil in 9 veranschaulicht den Strahl mit Dotierstoffatomen bzw. Dotierstoffionen des zweiten Leitungstyps. Das Energiefilter besteht beispielsweise aus Silizium und besitzt einen keilförmigen Querschnitt, wobei das Energiefilter durch den Ionenstrahl durchstrahlt wird. Bei den erfindungsgemäßen Implantationsverfahren wird der Ionenstrahl auf eine Stelle der Vorderseite 101 des Wafers 100 gerichtet und der Energiefilter mechanisch so verfahren, dass alle Querschnittsbereiche des Energiefilters zeitlich aufeinander folgend durchstrahlt werden, wobei die Ionen unterschiedlich abgebremst werden und dadurch unterschiedlich tief in den Wafer 100 eindringen. Befindet sich das Filter an einer Position, bei der es den Ionenstrahl nicht behindert, werden die Ionen in die maximale Tiefe implantiert. Um in horizontaler Richtung des Wafers eine möglichst homogene Verteilung zu erreichen, wird der Ionenstrahl an möglichst vielen unterschiedlichen Positionen positioniert und das zuvor erläuterte Verfahren wiederholt.In order to achieve a homogeneous doping of the wafer or the semiconductor layer with little effort, it is provided in one embodiment of the method according to the invention to provide dopant atoms with the maximum implantation energy, and an energy filter 200 in front of the front 101 of the wafer 100 to position, as in 9 is shown. The arrow in 9 illustrates the beam with dopant atoms or dopant ions of the second conductivity type. The energy filter consists for example of silicon and has a wedge-shaped cross section, wherein the energy filter is irradiated by the ion beam. In the implantation method according to the invention, the ion beam is moved to a position on the front side 101 of the wafer 100 directed and the energy filter mechanically moved so that all cross-sectional areas of the energy filter are irradiated temporally successive, the ions are braked differently and thus different depths in the wafer 100 penetration. If the filter is in a position that does not interfere with the ion beam, the ions are implanted to the maximum depth. In order to achieve as homogeneous a distribution as possible in the horizontal direction of the wafer, the ion beam is positioned at as many different positions as possible and the method explained above is repeated.

10 zeigt ein als IGBT ausgebildetes erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einer Driftzone 23 und einer Feldstoppzone 20, wobei die Driftzone 23 gemäß dem zuvor erläuterten Verfahren erzeugt wurde und Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps und Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps aufweist, wobei eine Nettodotierung des ersten Leitungstyps vorhanden ist, die niedriger ist, als die Dotierung der Feldstoppzone 20. An die Feldstoppzone 20 schließt sich in dem Ausführungsbeispiel eine Kollektorzone oder Drainzone 32 des zweiten Leitungstyps an, auf die eine Anschlusselektrode 34 aufgebracht ist. Im Bereich der Vorderseite ist wenigstens eine Body-Zone oder Kanalzone 50 in die Driftzone 23 eingebracht, die vom zweiten Leitungstyp ist und in der stark dotierte Zonen 60 des Leitungstyps ausgebildet sind, wobei diese Zonen 60 Emitter-Zonen oder Source-Zonen des IGBT bilden. Diese Source-Zonen 60 sind durch eine Source-Elektrode 62 kontaktiert. Außerdem sind isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper und der Elektrode 62 Gate-Elektroden 50 vorhanden, die als Steuerelektroden des IGBT dienen. 10 shows a trained as IGBT semiconductor device according to the invention with a drift zone 23 and a field stop zone 20 , where the drift zone 23 has been generated according to the method explained above and has dopant atoms of the first conductivity type and dopant atoms of the second conductivity type, wherein a net doping of the first conductivity type is present, which is lower than the doping of the field stop zone 20 , To the field stop zone 20 closes in the embodiment, a collector zone or drain zone 32 of the second conductivity type, to which a connection electrode 34 is applied. In the area of the front is at least one body zone or channel zone 50 in the drift zone 23 introduced, which is of the second conductivity type and in the heavily doped zones 60 of the conductivity type are formed, these zones 60 Emitter zones or source zones of the IGBT form. These source zones 60 are through a source electrode 62 contacted. In addition, they are insulated from the semiconductor body and the electrode 62 Gate electrodes 50 present, which serve as control electrodes of the IGBT.

11 zeigt ein als Diode ausgebildetes Halbleiterbauelement, das eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Driftzone 23 und eine sich an die Driftzone 23 anschließende Feldstoppzone 20 aufweist. An die Feldstoppzone 20 schließt sich eine Anodenzone 32 des zweiten Leitungstyps an, welche durch eine Elektrode 34 kontaktiert ist. Die Driftzone 32 ist mittels einer Elektrodenschicht 64 kontaktiert, die als Kathodenanschluss der Diode dient, wobei hierbei davon ausgegangen ist, dass die Driftzone 23 und Feldstoppzone 20 n-dotiert und die Anodenzone 32 p-dotiert ist. 11 shows a semiconductor device designed as a diode, which is a drift zone produced according to the method of the invention 23 and one to the drift zone 23 subsequent field stop zone 20 having. To the field stop zone 20 An anode zone closes 32 of the second conductivity type, which by an electrode 34 is contacted. The drift zone 32 is by means of an electrode layer 64 contacted, which serves as a cathode terminal of the diode, in which case it is assumed that the drift zone 23 and field stop zone 20 n-doped and the anode zone 32 p-doped.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Feldstoppzone mittels Verfahrensschritten hergestellt wird, bei denen die Vorderseite der Halbleiterschicht frei liegen muss und somit keine Implantationsschritte über die Rückseite erforderlich sind. Bei der Darstellung gemäß 1 wird davon ausgegangen, dass die Halbleiterschicht 20, in der die Driftzone und die Feldstoppzone hergestellt werden, auf einem Halbleitersubstrat 30 des zweiten Leitungstyps aufgebracht ist. Dieses Halbleitersubstrat kann nach Abschluss der Prozesse zur Herstellung der Driftzone und übriger Halbleiterstrukturen, die beispielsweise zur Erzeugung eines IGBT erforderlich sind, dünn geschliffen werden, um bei einem IGBT eine dünne Kollektorschicht bzw. Drainschicht und bei einer Diode eine dünne Anodenzone zu erreichen.The advantage of the method according to the invention is that the field stop zone is produced by means of method steps in which the front side of the semiconductor layer must be exposed and thus no implantation steps over the rear side are required. In the presentation according to 1 it is assumed that the semiconductor layer 20 in which the drift zone and the field stop zone are produced on a semiconductor substrate 30 of the second conductivity type is applied. This semiconductor substrate, after completion of the processes for producing the drift zone and other semiconductor structures required, for example, to produce an IGBT, can be ground thin in order to achieve a thin collector layer or drain layer in an IGBT and a thin anode zone in the case of a diode.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, anstelle des in 1 dargestellten Halbleiterkörpers 100 mit einer Halbleiterschicht 20 des ersten Leitungstyps und einer Halbleiterschicht 30 des zweiten Leitungstyps einen Halbleiterkörper bereit zu stellen, der zunächst vollständig eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps aufweist, die Driftzone mittels der erläuterten Verfahrensschritte zu erzeugen und abschließend den Halbleiterkörper von der Rückseite her dünn zuschleifen und über die Rückseite Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps zu implantieren, um die Kollektorzone 32 gemäß 10 bzw. die Anodenzone 32 gemäß 11 zu erzeugen.Of course, there is also the possibility, instead of in 1 illustrated semiconductor body 100 with a semiconductor layer 20 of the first conductivity type and a semiconductor layer 30 of the second conductivity type to provide a semiconductor body, which initially has completely a basic doping of the first conductivity type to produce the drift zone by means of the described method steps and then finely sand the semiconductor body from the back and to implant over the back dopant atoms of the second conductivity type to the collector region 32 according to 10 or the anode zone 32 according to 11 to create.

Bei den bisher erläuterten Verfahren wurde davon ausgegangen, dass in die Feldstoppzone keine Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps implantiert werden, so dass die Dotierung der Feldstoppzone der Grunddotierung der Halbleiterschicht bzw. des Halbleiterkörpers vor der Implantation entspricht.at the previously explained Procedure was assumed that in the field stop zone no Dopant atoms of the second conductivity type are implanted, so that the doping of the field stop zone of the basic doping of the semiconductor layer or of the semiconductor body before implantation.

Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist vorgesehen, auch Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in dem Bereich der Halbleiterschicht zu implantieren, der der späteren Feldstoppzone entspricht, wobei die Implantationsdosis dieser Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps niedriger gewählt ist, als die Implantationsdosis von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in solchen Bereichen, die die spätere Driftzone bilden. Über die Implantation von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in dem Bereich der Feldstoppzone kann insbesondere bei fein abgestuften Implantationen mit sehr geringer Dosis und hoher Energie in Kombination mit einem oder mehreren Diffusionsschritten der Gradient des Dotierprofils in der Feldstoppschicht sehr genau justiert werden.at one not closer illustrated embodiment of the method according to the invention, is provided, also dopant atoms of the second conductivity type in to implant the region of the semiconductor layer, the later field stop zone corresponds, wherein the implantation dose of these dopant atoms of the second conductivity type is chosen lower than the implantation dose dopant atoms of the second conductivity type in such areas, the later Form drift zone. about the implantation of dopant atoms of the second conductivity type in the area of the field stop zone can be particularly finely graduated Very low dose and high energy implants in combination with one or more diffusion steps, the gradient of the doping profile be adjusted very accurately in the field stop layer.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Driftzone (23) eines ersten Leitungstyps und einer stärker als die Driftzone (23) dotierten und sich an diese anschließende Feldstoppzone (20) des ersten Leitungstyps, das folgende Verfahrensschritte aufweist: –Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (100) mit einer Halbleiterschicht (20), die eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps, und eine freiliegende Vorderseite (101) aufweist, – Einbringen von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps über die Vorderseite (101) in einen Driftzonenbereich, der von der Vorderseite (101) bis in eine vorgegebene Tiefe reicht, wobei die Dotierstoffkonzentration der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps so gewählt ist, dass in dem Driftzonenbereich (23) eine Nettodotierung des ersten Leitungstyps verbleibt, und wobei die vorgegebene Tiefe geringer ist als eine Dicke der Halbleiterschicht (20).Method for producing a semiconductor component with a drift zone ( 23 ) of a first conductivity type and one stronger than the drift zone ( 23 ) doped and adjacent to this field stop zone ( 20 ) of the first conductivity type, comprising the following method steps: providing a semiconductor body ( 100 ) with a semiconductor layer ( 20 ), a basic doping of the first conductivity type, and an exposed front side ( 101 ), - introduction of dopant atoms of the second conductivity type over the front side ( 101 ) into a drift zone area extending from the front ( 101 ) to a predetermined depth, wherein the dopant concentration of the dopant atoms of the second conductivity type is selected such that in the drift zone region ( 23 ) remains a net doping of the first conductivity type, and wherein the predetermined depth is less than a thickness of the semiconductor layer ( 20 ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in dem Driftzonenbereich in horizontaler Richtung der Halbleiterschicht (20) wenigstens annäherungsweise gleichmäßig verteilt sind.The method of claim 1, wherein the dopant atoms of the second conductivity type in the drift region in the horizontal direction of the semiconductor layer ( 20 ) are at least approximately evenly distributed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Einbringen der Dotierstoffatome in den Driftzonenbereich ausgehend von der Vorderseite (101) in den Driftzonenbereich folgende Verfahrensschritte umfasst: – Implantieren von Dotierstoffatomen mit unterschiedlichen Implantationsenergien in die Halbleiterschicht (20) über die Vorderseite (101), wobei die Vorderseite (101) gleichmäßig mit Dotierstoffatomen bestrahlt wird.Method according to Claim 1 or 2, in which the introduction of the dopant atoms into the drift zone region proceeds from the front side ( 101 ) in the drift zone region comprises the following method steps: implanting dopant atoms with different implantation energies into the semiconductor layer ( 20 ) over the front ( 101 ), the front side ( 101 ) is uniformly irradiated with dopant atoms. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mehrere aufeinanderfolgende Implantationsschritte durchgeführt werden, wobei sich die einzelnen Implantationsschritte in der verwendeten Implantationsenergie unterscheiden.The method of claim 3, wherein a plurality of consecutive Implantation steps performed be, with the individual implantation steps used in the Differentiate implantation energy. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps mit einer vorgegebenen Energie in Richtung der Vorderseite (101) der Halbleiterschicht gestrahlt werden, wobei vor der Vorderseite (101) ein Energiefilter (200) mit variabler Dämpfung angeordnet wird, dessen Dämpfung örtlich bezogen auf gegebene Bereiche der Vorderseite und/oder zeitlich variiert wird.Method according to Claim 3, in which the dopant atoms of the second conductivity type have a predetermined energy in the direction of the front side ( 101 ) of the semiconductor layer are blasted, wherein in front of the front side ( 101 ) an energy filter ( 200 ) is arranged with variable attenuation, the attenuation of which is spatially varied with respect to given regions of the front side and / or over time. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Dosis der eingebrachten Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps so gewählt ist, dass die Konzentration der Dotierstoffatome des zweiten Leistungstyps ab einer vorgegebenen Tiefe ausgehend von der Vorderseite mit zunehmender Tiefe abnimmt.Method according to one of the preceding claims, wherein the dose of introduced dopant atoms of the second conductivity type so chosen is that the concentration of the dopant atoms of the second power type from a given depth starting from the front with increasing depth decreases. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem sich an den Diffusionsschritt ein weiterer Implantationsschritt anschließt, bei dem Dotierstoffatome in einen Bereich an einem der Vorderseite abgewandten unteren Ende des Driftzonenbereiches implantiert werden.A method according to any one of claims 3 to 6, wherein the diffusion step is followed by a further implantation step the dopant atoms in a region facing away from the front implanted at the lower end of the drift zone area. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Dotierstoffkonzentration an Dotierstoffatomen des ersten Leistungstyps in der Halbleiterschicht (20) vor dem Einbringen der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps zwischen 1015 cm–3 und 1016 cm–3 beträgt.Method according to one of the preceding claims, in which the dopant concentration of dopant atoms of the first power type in the semiconductor layer ( 20 ) before introduction of the dopant atoms of the second conductivity type is between 10 15 cm -3 and 10 16 cm -3 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während der Implantation in der Halbleiterschicht (20) beabstandete Bereiche (22) mit Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps erzeugt werden, wobei die Dotierstoffkonzentra tion dieser Dotierstoffatome des zweiten Leistungstyps zwischen 1014 cm–3 und 1017 cm–3 beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein during the implantation in the semiconductor layer ( 20 ) spaced areas ( 22 ) are generated with dopant atoms of the second conductivity type, wherein the Dotierstoffkonzentra tion of these dopant atoms of the second power type between 10 14 cm -3 and 10 17 cm -3 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschicht (20) des ersten Leitungstyps auf einer Halbleiterschicht (30) des zweiten Leitungstyps aufgebracht ist.Method according to one of the preceding claims, in which the semiconductor layer ( 20 ) of the first conductivity type on a semiconductor layer ( 30 ) of the second conductivity type is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps beabstandet zu dem Driftzonenbereich in die Halbleiterschicht (20) implantiert werden, um eine Zone (30) des zweiten Leitungstyps zu erzeugen.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the dopant atoms of the second conductivity type spaced from the drift zone region in the semiconductor layer ( 20 ) are implanted to a zone ( 30 ) of the second conductivity type. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps mit einer Dosis die niedriger ist als die der in den Driftzonenbereich implantierten Dotierstoffatome in einen Feldstoppzonenbereich unterhalb des Driftzonenbereiches implantiert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the dopant atoms of the second conductivity type with a dose of the lower than that implanted in the drift zone area Dopant atoms in a field stop zone area below the drift zone area be implanted. Halbleiterbauelement mit einer dotierten Driftzone (23) und einer sich an die Driftzone anschließenden dotierten Feldstoppzone (20), wobei die Feldstoppzone (20) Dotierstoffatome eines ersten Leitungstyps umfasst und die Driftzone (23) Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps und Dotierstoffatome eines zweiten, zu dem ersten Leitungstyps komplementären Leitungstyps umfasst, wobei die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps gleichmäßig in der Driftzone (23) verteilt sind und die Dotierstoffkonzentrationen der Dotierstoffatome des ersten und zweiten Leitungstyps in der Driftzone (23) so gewählt sind, dass eine Nettodotierung des ersten Leitungstyps vorhanden ist, und wobei die Feldstoppzone eine höhere Nettodotierung an Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps als die Driftzone (23) aufweist.Semiconductor device with a doped drift zone ( 23 ) and a subsequent to the drift zone doped field stop zone ( 20 ), whereby the field stop zone ( 20 ) Comprises dopant atoms of a first conductivity type and the drift zone ( 23 ) Dopant atoms of the first conductivity type and dopant atoms of a second, complementary to the first conductivity type conduction type, wherein the dopant atoms of the second conductivity type uniformly in the drift zone ( 23 ) and the dopant concentrations of the dopant atoms of the first and second conductivity type in the drift zone ( 23 ) are selected such that a net doping of the first conductivity type is present, and wherein the field stop zone has a higher net doping of dopant atoms of the first conductivity type than the drift zone ( 23 ) having. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, bei dem die Dotierstoffkonzentration an Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in einem Übergangsbereich von der Driftzone (23) zu der Feldstoppzone (20) stetig abnimmt.A semiconductor device according to claim 13, wherein the dopant concentration of dopant atoms of the second conductivity type in a transition region of the drift zone ( 23 ) to the field stop zone ( 20 ) decreases steadily. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, bei dem die Dotierstoffkonzentration an Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in einem Übergangsbereich von der Uriftzone (23) zu der Feldstoppzone (20) abrupt abnimmt.A semiconductor device according to claim 13, wherein the dopant concentration of dopant atoms of the second conductivity type in a transition region from the uranium zone ( 23 ) to the field stop zone ( 20 ) decreases abruptly.
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