DE10245089A1 - Doping process used in the production of a transistor, IGBT, thyristor or diode comprises preparing a semiconductor body, producing crystal defects in the body, introducing hydrogen ions into the body, and heat treating - Google Patents

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Abstract

Doping process comprises preparing a semiconductor body (2) with a base dopant of first conductivity, producing crystal defects in the semiconductor body, introducing hydrogen ions from a first surface (3, 4) into the semiconductor body, and heat treating in which temperature and duration are selected so that hydrogen atoms are introduced over the whole crystal defect region of the semiconductor body. An Independent claim is also included for a semiconductor component produced by the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dotierverfahren zur Erzeugung von graduell ansteigenden, tiefen Dotierprofilen in einem Halbleiterkörper sowie ein Halbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9. Die Erfindung betrifft ferner ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 17 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 26.The invention relates to a doping process for the generation of gradually increasing, deep doping profiles in a semiconductor body and a semiconductor device according to the preamble of the claim 9. The invention further relates to a semiconductor component according to claim 17 and a method for its production according to claim 26.

Ein solches Halbleiterbauelement kann beliebig ausgebildet sein, d.h. es kann sich hier um einen Transistor, einen IGBT, einen Thyristor, eine Diode oder ähnliches handeln. Im folgenden soll als Beispiel eines Halbleiterbauelementes von einem bipolaren Hochvoltbauelement – beispielsweise einem IGBT – ausgegangen werden, ohne jedoch die Erfindung auf dieses Halbleiterbauelement zu beschränken.Such a semiconductor device can be of any design, i.e. it can be one Transistor, an IGBT, a thyristor, a diode or the like act. The following is an example of a semiconductor device assumed a bipolar high-voltage component - for example an IGBT without, however, the invention on this semiconductor device to restrict.

Bei solchen Hochvoltbauelementen ist die niedrig dotierte Innenzone dazu ausgelegt, die Sperrspannung aufzunehmen. Im Durchlassfall ist die Innenzone mit Ladungsträgern „überschwemmt" und besitzt damit einen sehr niedrigen Bahnwiderstand, der sehr viel geringer ist als bei einem vergleichbaren unipolaren Halbleiterbauelement. Allerdings muss bei jedem Schaltvorgang, d.h. bei einem Übergang vom Durchlassbetrieb in den Sperrbetrieb, diese überschüssige Ladung wieder aus der überschwemmten Innenzone entfernt werden, damit überhaupt eine Raumladungszone entstehen kann und sich somit die Sperrspannung am Halbleiterbauelement aufbauen kann. Die Zeitdauer, bis sich die Raumladungszone aufgebaut hat und der damit einhergehende Anstieg der Sperrspannung, wird durch die Gesamtmenge der Überschwemmungsladung, die über den Rückstrom abfließt, begrenzt. Einerseits sollte das Halbleiterbauelement beim Schalten applikationsbedingt eine nicht zu hohe Steilheit der Sperrspannungsflanke und der Stromflanke aufweisen. Andererseits ist es erforderlich, dass der Rückstrom nicht schlagartig aufhört zu fließen, da dies zu unerwünscht hohen Überspannungen führen würde. Diese Überspannungen sowie die zu hohe Spannungs- bzw. Stromsteilheit können im Extremfall zur Zerstörung des Halbleiterbauelementes führen. Um eine solche Zerstörung des Halbleiterbauelementes zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass selbst bei maximaler Sperrspannung die Raumladungszone die Ladung in der überschwemmten Innenzone nicht vollständig ausräumt.With such high-voltage components the lightly doped inner zone is designed for reverse voltage take. In the event of passage, the inner zone is “flooded” with charge carriers and thus has a very low rail resistance, which is much lower than with a comparable unipolar semiconductor component. Indeed must be used for every switching operation, i.e. in the event of a transition from open mode in lock mode, this excess cargo again from the flooded Inner zone are removed, so that a space charge zone at all can arise and thus the reverse voltage on the semiconductor device can build up. The time until the space charge zone builds up has and the associated increase in reverse voltage, will by the total amount of the flood charge that over the reverse current flows, limited. On the one hand, the semiconductor device should switch application-related not too steep slope of the reverse voltage edge and have the current edge. On the other hand, it is necessary that the reverse flow is not suddenly stops to flow since this is too undesirable high overvoltages to lead would. These surges and the too high voltage or current steepness can in Extreme case for destruction lead of the semiconductor device. Such destruction to avoid the semiconductor component must be ensured that even at maximum reverse voltage, the space charge zone Cargo in the flooded The inner zone is not complete eliminates.

Dies wird typischerweise durch eine geeignet gewählte Topologie des Halbleiterbauelementes erreicht, von denen zwei nachfolgend kurz erläutert werden:
Zum einen sind Halbleiterbauelemente bekannt, die eine sogenannte "Non-Punch-Through"-Technologie aufweisen, bei der die Innenzone so groß ist, dass die Raumladungszone bei voller Sperrspannung eine an die Innenzone angrenzende, hochdotierte Zone nicht mehr erreicht. Zum anderen wird dies durch sogenannte "Punch-Through"-Halbleiterbauelemente erreicht, bei denen in der Innenzone eine hochdotierte Schicht desselben Leitungstyps, die sogenannte Buffer-Schicht, vorgesehen ist. Diese Buffer-Schicht hat die Aufgabe, den Durchgriff des elektrischen Feldes bei voller Sperrspannung zu verhindern. Beiden Ansätzen ist gemein, dass die niedrig dotierte Innenzone wegen der Anforderungen an das Schaltverhalten dicker ausgebildet sein muss, als für die reinen Sperreigenschaften erforderlich ist, wodurch die Durchlass- und Schaltverluste über dem theoretisch erzielbaren, optimalen Wert liegen.
This is typically achieved by a suitably chosen topology of the semiconductor component, two of which are briefly explained below:
On the one hand, semiconductor components are known which have a so-called “non-punch-through” technology, in which the inner zone is so large that the space charge zone no longer reaches a highly doped zone adjacent to the inner zone at full reverse voltage. On the other hand, this is achieved by so-called "punch-through" semiconductor components, in which a highly doped layer of the same line type, the so-called buffer layer, is provided in the inner zone. The purpose of this buffer layer is to prevent the electric field from penetrating at full reverse voltage. Both approaches have in common that the low-doped inner zone must be made thicker than is required for the pure blocking properties due to the requirements for the switching behavior, as a result of which the transmission and switching losses are above the theoretically achievable, optimal value.

Als Non-Punch-Through-IGBT bzw. als Punch-Through-IGBT ausgebildete Halbleiterbauelemente sind beispielsweise in Jens Peer Stengl, Jenö Tihanyi, Leistungs-MOSFET-Praxis, Pflaum-Verlag, München, 1992, insbesondere auf den Seiten 105 – 106 beschrieben.As a non-punch-through IGBT or as a punch-through IGBT Trained semiconductor components are, for example, in Jens Peer Stengl, Jenö Tihanyi, Power MOSFET practice, Pflaum-Verlag, Munich, 1992, described in particular on pages 105-106.

Bei Halbleiterbauelementen, die auf epitaktisch hergestelltem Grundmaterial aufgebaut werden, wurde bereits in der Vergan genheit die Dotierung in der Innenzone mit wachsender Tiefe in das Halbleiterbauelement stufig erhöht. Dies führt zu einer gebremsten Ausbreitung der Raumladungszone in die Tiefe des Halbleiterbauelementes hinein und durch die resultierende reduzierte Dicke des Bauelementes zu einer damit einhergehenden gleichzeitigen Verbesserung der Schalt- und Durchlassverluste. In den oberflächennahen Bereichen der Innenzone, d.h. direkt unter dem sperrenden pn-Übergang, bleibt die Dotierung niedrig, wodurch die Sperrfähigkeit weiterhin hoch bleibt.In the case of semiconductor components based on epitaxially manufactured base material was built Doping in the inner zone has also been in the past increasing depth in the semiconductor device gradually increased. This leads to a slowed down expansion of the space charge zone into the depth of the Semiconductor device in and reduced by the resulting Thickness of the component to an accompanying simultaneous Improvement in switching and transmission losses. In the near-surface Areas of the inner zone, i.e. directly under the blocking pn junction, the doping remains low, whereby the blocking capacity remains high.

Für die Herstellung einer solchen Epitaxieschicht werden nacheinander Epitaxieschichten mit einer eingeprägten Dotierung auf den Halbleiterkörper aufgebracht, wobei die Dotierungskonzentration in den nacheinander aufgebrachten Epitaxieschichten sich stufig verringert. Ein solches epitaktisch hergestelltes Grundmaterial, bei dem die Dotierungskonzentration in Richtung des sperrenden pn-Überganges gestuft geringer wird, ist relativ aufwendig in der Herstellung. Insbesondere bei Hochvoltbauelementen, die für eine Sperrspannung von 300 – 600 Volt bzw. darüber ausgelegt sein müssen, muss die entsprechende Epitaxieschicht sehr dick ausgebildet werden, wodurch sich das Halbleiterbauelement insgesamt unverhältnismäßig verteuert.For the manufacture of such an epitaxial layer will be successive Epitaxial layers applied to the semiconductor body with an embossed doping, where the doping concentration in the successively applied Epitaxial layers are gradually reduced. Such an epitaxial manufactured base material in which the doping concentration in the direction of the blocking pn junction is lower in stages, is relatively complex to manufacture. Especially for high-voltage components that have a reverse voltage of 300 - 600 volts or above must be designed the corresponding epitaxial layer is made very thick, whereby the semiconductor component is disproportionately expensive.

Häufig ist jedoch keine stufige, sondern eine kontinuierliche Erhöhung bzw. Verringerung der Dotierung gewünscht. Mittels Epitaxie ließe sich dies lediglich näherungsweise realisieren und wäre überdies herstellungstechnisch außerordentlich aufwendig und somit teuer. Aus diesen Gründen wird bei solchen Halbleiterbauelementen ein Kompromiss gemacht, bei dem die Stufenhöhe der Dotierung gerade so groß gewählt wird, dass die elektrischen Eigenschaften noch akzeptabel sind und sich die Kosten für die Herstellung der so hergestellten Halbleiterbauelemente noch im vertretbaren Rahmen bewegen. Nichts desto trotz wäre es wünschenswert, ein Verfahren zu finden, mit dem ein Halbleiterbauelement mit einer stetig ansteigenden Dotierungskonzentration, insbesondere in der tief liegen den Innenzone, bereitgestellt werden könnte. Ferner wäre es wünschenswert, dass diese Dotierungskonzentration weitestgehend lokal auf eine gewünschte Halbleiterstruktur begrenzt ist. Auf die Epitaxie für die Herstellung einer solchen Dotierung sollte aus den genannten Gründen weitestgehend verzichtet werden.Often, however, it is not a step-wise increase, but rather a continuous increase or decrease in the doping. This could only be achieved approximately using epitaxy and would also be extremely complex in terms of production technology and thus expensive. For these reasons, a compromise is made in the case of such semiconductor components, in which the step height of the doping is chosen to be so great that the electrical properties are still acceptable and the costs for the production of the semiconductor components produced in this way are still within an acceptable range. Nevertheless, it would be desirable to have one Finding a method with which a semiconductor component with a continuously increasing doping concentration, in particular in the deep inner zone, could be provided. Furthermore, it would be desirable for this doping concentration to be largely locally limited to a desired semiconductor structure. The epitaxy for the production of such a doping should largely be avoided for the reasons mentioned.

Bei Hochvolt-Halbleiterbauelementen ist ferner je nach Applikation eine Abstimmung erforderlich, die zum einen hinsichtlich eines sanften Schaltverhaltens und zum anderen hinsichtlich minimaler Schaltverluste optimiert ist. Ein sanftes Abschaltverhalten wird typischerweise über die Dotierstoffkonzentration in der an den sperrenden pn-Übergang angrenzenden Innenzone eingestellt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dotierstoffkonzentration am sperrenden pn-Übergang möglichst niedrig ist und in die Tiefe des Halbleiterbauelementes hinein zunimmt. Zur Reduzierung der Schaltverluste ist es demgegenüber erforderlich, in der Innenzone einen Bereich mit einer Dotierung, die möglichst der Eigenleitungsträgerdichte bei minimaler Dicke entspricht, sowie einen weiteren Bereich, der einen harten Feldstopp gewährleistet, bereitzustellen. Als Kompromiss zwischen diesen beiden gegensätzlichen Forderungen wurden bislang Epitaxieschichten verwendet, deren Dotierung stufenförmig zur Halbleiteroberfläche abnimmt. Das Schaltverhalten wird dabei über die Dicke und die Stufenhöhe der Dotierung der einzelnen Epitaxieschichten in der Innenzone gesteuert. Auf diese Weise konnte die Dicke der Innenzone und somit die Schaltverluste des Halbleiterbauelementes bei noch akzeptablen Schalteigenschaften signifikant reduziert werden.For high-voltage semiconductor components Depending on the application, coordination is also required on the one hand with regard to smooth switching behavior and on the other is optimized with regard to minimal switching losses. A gentle one Shutdown behavior is typically determined by the dopant concentration in the at the blocking pn junction adjacent inner zone set. It is particularly advantageous if the dopant concentration at the blocking pn junction preferably is low and increases in the depth of the semiconductor device. In contrast, to reduce switching losses, it is necessary in the inner zone an area with a doping that is as possible the intrinsic carrier density at minimum thickness, as well as another area that ensures a hard field stop, provide. As a compromise between these two opposing ones So far, epitaxial layers have been used, their doping stepwise to the semiconductor surface decreases. The switching behavior is determined by the thickness and the level of the doping of the individual epitaxial layers in the inner zone. On this allowed the thickness of the inner zone and thus the switching losses of the semiconductor device with still acceptable switching properties can be significantly reduced.

Auch hier besteht aber das Bedürfnis, die Dotierungskonzentration möglichst stetig zur Oberfläche des Halbleiterkörpers zu erhöhen, ohne Epitaxie zu verwenden.Here, too, there is a need, the doping concentration preferably steadily to the surface of the semiconductor body to increase without using epitaxy.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Halbleiterbauelement bereitzustellen, bei dem auf die Epitaxie zur Herstellung von Gebieten mit ansteigender oder abfallender Dotierungskonzentration verzichtet werden kann. Ferner soll die Konzentration dieser Dotierungsgebiete möglichst stetig, d.h. kontinuierlich ansteigen.The present invention lies therefore the task of a method and a semiconductor device Provide that on epitaxy to produce areas with increasing or decreasing doping concentration can be dispensed with can. Furthermore, the concentration of these doping areas should be as possible steady, i.e. increase continuously.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a Method with the features of claim 1 and by a Semiconductor component with the features of claim 9 solved.

Entsprechend ist vorgesehen: Ein Dotierverfahren zur Erzeugung von in vertikaler Richtung wenigstens abschnittsweise kontinuierlich ansteigenden, tiefen Dotierprofilen in einem Halbleiterkörper mit den Verfahrensschritten:

  • (a) Bereitstellen eines Halbleiterkörper mit einer Grunddotierung (11) eines ersten Leitungstyps,
  • (b) Erzeugen von Kristallschäden in dem Halbleiterkörper;
  • (c) Einbringen von Wasserstoffionen ausgehend von einer ersten Oberfläche in den Halbleiterkörper;
  • (d) anschließendes Durchführen eines Temperaturprozesses, wobei die Temperatur und die Dauer dieses Prozesses so gewählt sind, dass sich die eingebrachten Wasserstoffatome wenigstens annäherungsweise über den gesamten Kristallschäden aufweisenden Bereich des Halbleiterkörpers umverteilen.
The following is accordingly provided: A doping method for producing deep doping profiles that continuously increase in the vertical direction at least in sections in a semiconductor body, with the method steps:
  • (a) providing a semiconductor body with a basic doping ( 11 ) a first line type,
  • (b) generating crystal damage in the semiconductor body;
  • (c) introducing hydrogen ions into the semiconductor body from a first surface;
  • (d) subsequently performing a temperature process, the temperature and the duration of this process being selected such that the hydrogen atoms introduced are redistributed at least approximately over the entire region of the semiconductor body which has crystal damage.

Ein Halbleiterbauelement, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches in einem eine erste und eine zweite Oberfläche aufweisenden Halbleiterkörper angeordnet ist, mit einer Innenzone, die eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps aufweist, mit einer an die erste Oberfläche sowie an die Innenzone angrenzenden ersten Zone des ersten Leitungstyps, dessen Dotierungskonzentration größer ist als die der Innenzone, mit einer an die Innenzone angrenzenden zweiten Zone des zweiten Leitungstyps, wobei in der Innenzone mindestens eine dritte Zone des ersten Leitungstyps vorgesehen ist, die eine höhere Dotierungskonzentration als die Innenzone aufweist, wobei die Dotierungskonzentration der dritten Zone in die Richtung der ersten oder der zweiten Oberfläche hin kontinuierlich zunimmt Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung von in vertikaler Bauelementrichtung, d.h. in die Tiefe des Halbleiterkörpers hinein, graduell zunehmenden oder abnehmenden Dotierungsprofilen bei relativ geringen Temperaturen.A semiconductor device, in particular produced by a method according to any one of the preceding claims, which arranged in a semiconductor body having a first and a second surface is, with an inner zone, which is a basic doping of the first conductivity type has, with one on the first surface and on the inner zone adjacent first zone of the first conductivity type, its doping concentration is bigger than that of the inner zone, with a second adjacent to the inner zone Zone of the second conduction type, at least in the inner zone a third zone of the first conduction type is provided, the one higher Has doping concentration as the inner zone, the doping concentration the third zone in the direction of the first or the second surface continuously increasing The particular advantage of the method according to the invention consists in the production of components in the vertical direction, i.e. into the depth of the semiconductor body, gradually increasing or decreasing doping profiles at relatively low temperatures.

Die Dotierung erfolgt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nur dort, wo sich durch die Implantation bzw. Bestrahlung Defekte gebildet haben, die anschließend mit Wasserstoff dekoriert werden. Hierbei befindet sich das Maximum der Dotierung im Bereich der Eindringtiefe der Wasserstoffionen, da in diesem Bereich der Großteil der implantierten Ionen gestoppt werden. Zur durchstrahlten Oberfläche hin nimmt diese Dotierung graduell, also kontinuierlich, ab. Der Gradient dieser Abnahme und damit auch das Maximum der Dotierung kann über die Temperatur und die Dauer der Temperung gesteuert werden, da hierdurch die Umverteilung des implantierten Wasserstoffs über Diffusionsvorgänge und Komplexbildung gesteuert wird. Darüber hinaus lässt sich über die genau bekannte Reichweite der implantierten Ionen die Eindringtiefe der dotierenden Wirkung als relativ scharf begrenzte Stufe steuern.Doping is carried out using the inventive method only where there are defects due to the implantation or radiation have formed that subsequently be decorated with hydrogen. Here is the maximum doping in the area of the penetration depth of the hydrogen ions, because in this area the majority of the implanted ions are stopped. Towards the irradiated surface this doping gradually, i.e. continuously. The gradient this decrease and thus also the maximum of the doping can over the Temperature and the duration of the tempering can be controlled as a result the redistribution of the implanted hydrogen via diffusion processes and Complex formation is controlled. In addition, the exactly known range of the implanted ions the penetration depth control the doping effect as a relatively sharply delimited step.

Der besondere Vorteil liegt hier insbesondere darin, dass durch die zu der Erzeugung der Donatoren erforderliche Wechselwirkung der implantierten Wasserstoffatome mit den Defekten im durchstrahlten Bereich des Halbleiterkörpers eine Erzeugung von Donatoren im tieferliegenden Bereich des Halbleiterkörpers, der also nicht durchstrahlt wird, weitgehend vermieden wird. Das bedeutet also, dass die Wasserstoffatome selbst selbstverständlich nicht dotierend wirken. Sie erhalten ihre dotierende Wirkung erst in Verbindung mit den durch die Bestrahlung erzeugten Defekten, zum Beispiel Leerstellen. Im Falle einer maskierten Implantation von Wasserstoffatomen wird daher bei dem erforderlichen Temperaturschritt auch eine Ausbreitung dieser solchermaßen erzeugten Donatoren in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers weitgehend vermieden, da die Bestrahlungsdefekte nur um einen relativ kleinen Bereich um den Einschusskanal der implantierten oder bestrahlten Atome streuen können. Damit sind in die Tiefe und lateral scharf begrenzte Dotierungsgebiete erzeugbar.The particular advantage here lies in particular in the fact that the interaction of the implanted hydrogen atoms with the defects in the transmission, which is necessary for the production of the donors generation of donors in the lower region of the semiconductor body, which is therefore not irradiated, is largely avoided in the region of the semiconductor body. This means that the hydrogen atoms themselves, of course, do not have a doping effect. They only get their doping effect in connection with the defects created by the radiation, for example vacancies. In the case of a masked implantation of hydrogen atoms, a spread of these donors produced in this way in the lateral direction of the semiconductor body is therefore largely avoided in the required temperature step, since the radiation defects can only scatter around a relatively small area around the bullet channel of the implanted or irradiated atoms. In this way, doping regions that are sharply delimited in depth and laterally can be generated.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich, je nachdem von welcher Scheibenseite aus bestrahlt wird, kontinuierlich ansteigende oder abfallende Dotierprofile erzeugen. Solche Dotierprofile ließen sich bislang allenfalls durch eine dotierende Epitaxie erzeugen. Diese hatte allerdings den Nachteil, dass damit allenfalls ein stufenförmig ansteigendes Dotierprofil erzeugbar war. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich kontinuierlich ansteigende Dotierprofile, die keine solche Stufen aufweisen, erzeugen. Auf die sehr aufwendige Epitaxie kann hier vorteilhafterweise verzichtet werden.By the method according to the invention can be irradiated depending on which side of the pane will produce continuously increasing or decreasing doping profiles. Such doping profiles have so far only been generated by a doping epitaxy. However, this had the disadvantage that it would at most result in a stepwise increasing doping profile was generated. The process according to the invention allows continuous generate increasing doping profiles that do not have such steps. The very complex epitaxy can advantageously be dispensed with here become.

Die Zunahme bzw. Abnahme der Dotierung kann zusätzlich oder alternativ auch stufenförmig realisiert werden. Um dennoch ein ansteigendes oder abfallendes Dotierprofil zu erhalten, kann beispielsweise durch Mehrfach-Implantation bei unterschiedlichen Energien und/oder Dotierdosen ein gewünschtes Dotierungsprofil erzeugt werden. Dieses lässt sich wiederum ohne Epitaxie erzeugen.The increase or decrease in the doping can additionally or alternatively also implemented in stages become. However, an increasing or decreasing doping profile can be obtained, for example, by multiple implantation different energies and / or doping doses a desired one Doping profile are generated. This in turn can be done without epitaxy produce.

Die Gesamtmenge der so zusätzlich erzeugten Dotierung wird insbesondere über die Dosis der implantierten Wasserstoffatome gesteuert. Die Eindringtiefe, in der sich das Dotierungsmaximum befindet, wird über die Implantation bzw. Bestrahlungsenergie eingestellt. Mittels der beschriebenen Technik lassen sich im Falle von implantierten Wasserstoffionen z.B. bis zu 500 μm tiefe n-dotierte Schichten erzeugen.The total amount of additional generated Doping is particularly about controlled the dose of the implanted hydrogen atoms. The depth of penetration, in which the doping maximum is located is determined by the Implantation or radiation energy set. By means of the described Technology can be used in the case of implanted hydrogen ions e.g. up to 500 μm generate deep n-doped layers.

Für die Dotierung werden vorzugsweise Protonen in den Halbleiterkörper eingebracht. Statt der Verwendung von Wasserstoffionen zur Erzeugung der geschädigten Zone, aus der durch Temperung die n-Dotierung gebildet wird, kann zusätzlich oder alternativ auch eine Helium-Bestrahlung bzw. Implantation zum Einsatz kommen und zwar für den Fall, dass die bestrahlungsbedingten Defekte mit einer sich der Bestrahlung anschließenden Wasserstoffplasmabehandlung bei Temperaturen zwischen 250°C und 500°C für einige Stunden mit Wasserstoff dekoriert werden. Dabei wird jedoch für die gleiche Reichweite eine höhere Implantations bzw. Bestrahlungsenergie benötigt. Da Heliumionen deutlich größer als Wasserstoffionen sind, ist zur Erzeugung der Implantationsschäden allerdings eine deutlich geringere Dosis erforderlich.For the doping is preferably introduced into the semiconductor body protons. Instead of using hydrogen ions to create the damaged zone, from which the n-doping is formed by tempering can additionally or alternatively Helium radiation or implantation can also be used namely for the case that the radiation-related defects with a subsequent to the radiation Hydrogen plasma treatment at temperatures between 250 ° C and 500 ° C for some Be decorated with hydrogen for hours. However, doing so will have the same reach a higher one Implantation or radiation energy required. Because helium ions clearly larger than Hydrogen ions are, however, to generate the implantation damage a significantly lower dose is required.

Da die Wasserstoffumverteilung im allgemeinen bei relativ niedrigen Temperaturen im Bereich von 450 – 550°C vorgenommen wird, wird die Trägerlebensdauer im Halbleiterkörper, die durch die Bildung von als Rekombinationszentren wirksamen Defekten (z.B. Doppelleerstellen) abgesenkt wurde, durch diese Temperung wieder deutlich angehoben. So wird z.B. bei 500°C wieder annähernd die Ausgangsträgerlebensdauer, die vor der Bestrahlung vorlag, erreicht. Bei derart niedrigen Temperaturen werden zudem die Strukturen eines Halbleiterbauelementes, wie z.B. dessen Gateoxid oder seine Kontaktmetallisierungen, nicht oder nahezu nicht geschädigt. Aus diesen Gründen kann das erfindungsgemäße Verfahren relativ am Ende des gesamten Herstellungsprozesses, bei dem nahezu alle Halbleiterstrukturen bereits hergestellt wurden, vorgesehen sein.Since the hydrogen redistribution in generally made at relatively low temperatures in the range of 450-550 ° C becomes the carrier life in the semiconductor body, defects caused by the formation of recombination centers (e.g. double spaces) was lowered by this tempering raised again significantly. For example, at 500 ° C again almost the life of the parent carrier, that existed before the irradiation. At such low temperatures the structures of a semiconductor component, such as whose Gate oxide or its contact metallizations, not or almost not damaged. For these reasons can the inventive method relatively at the end of the entire manufacturing process, in which almost all semiconductor structures have already been manufactured.

Bei Bedarf wird vor der Dotierung eine z.B. durch Lithografie erzeugte Maske oder eine Metallblende auf den Halbleiterkörper aufgebracht. Die erfindungsgemäß in den Halbleiterkörper eingebrachten Ionen gelangen damit lediglich in die Bereiche des Halbleiterkörpers, die unmittelbar unter den unbedeckten Bereichen dieser Maske angeordnet sind. Da dadurch lediglich diese Bereiche des Halbleiterkörpers durch die Implantation oder Bestrahlung geschädigt werden und eine laterale Streuung vernachlässigbar gering ist, weisen auch nur diese, durch die Implantation geschädigten Bereiche eine erfindungsgemäß hergestellte Dotierung auf. Auf diese Weise lassen sich lateral und vertikal scharf begrenzte, vorher definierte Dotierbereiche erzeugen.If necessary, before doping e.g. mask made by lithography or a metal screen on the semiconductor body applied. The invention in the Semiconductor body thus introduced ions only reach the areas of the semiconductor body that located directly under the uncovered areas of this mask are. Since this means that only these areas of the semiconductor body pass through the implantation or radiation are damaged and a lateral Scattering negligible is low, only these areas damaged by the implantation have a manufactured according to the invention Endowment on. This allows it to be moved laterally and vertically generate sharply defined, previously defined doping regions.

Der Halbleiterkörper wird vor der Dotierung bei Bedarf auf eine Dicke von weniger als 140 μm, insbesondere weniger als 70 μm, dünn geschliffen oder dünn geätzt. Die Dicke und die Grunddotierung werden abhängig von dem gewünschten Sperrvermögen des Bauelements und dem applikationsbedingten Schaltverhalten gewählt.The semiconductor body is before the doping Requires a thickness of less than 140 μm, especially less than 70 μm, thinly ground or thinly etched. The Thickness and the basic doping depend on the desired barrierability of the component and the application-related switching behavior selected.

Die Dotierung erfolgt vorteilhafterweise mittels Protonenimplantation und speziell im Falle einer Implantation mit Protonen mittels einer sich an die Implantation anschließenden Plasmabehandlung.The doping is advantageously carried out by means of proton implantation and especially in the case of an implantation with protons by means of a plasma treatment following the implantation.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann beispielsweise als pin-Leistungsdiode ausgebildet sein, bei dem die erfindungsgemäß hergestellte zusätzliche Dotierung in der die Sperrspannung aufnehmenden Innenzone vorgesehen ist. Hier nimmt die Dotierungskonzentration in der Innenzone vom sperrenden pn-Übergang her in die Tiefe des Halbleiterkörpers hin kontinuierlich zu, um ein möglichst sanftes Abschalten der Diode zu ermöglichen. Allerdings sind auch Anwendungen denkbar, bei denen die Dotierung vom sperrenden pn-Übergang her mit zunehmender Tiefe der Driftzone abnimmt.The semiconductor component according to the invention can be designed, for example, as a pin power diode in which the manufactured according to the invention additional Doping is provided in the inner zone receiving the reverse voltage is. Here the doping concentration in the inner zone decreases blocking pn transition forth in the depth of the semiconductor body continuously towards one as possible to enable the diode to switch off gently. However, too Applications conceivable in which the doping of the blocking pn junction decreases with increasing depth of the drift zone.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement als Leistungstransistor ausgebildet, bei der die erfindungsgemäß hergestellte zusätzliche Dotierung in der Driftzone angeordnet ist. Die Dotierung nimmt hier vom sper renden pn-Übergang her in die Tiefe des Halbleiterkörpers hin kontinuierlich zu.Another advantageous The semiconductor component is designed as a power transistor trained in which the additional manufactured according to the invention Doping is arranged in the drift zone. The funding takes here from the blocking pn junction forth into the depth of the semiconductor body continuously.

Die maximale Sperrfähigkeit von Leistungshalbleitern ist bekanntlich durch den spezifischen Widerstand des Siliziumgrundmaterials, häufig auch Ohmigkeit des Siliziumgrundmaterials bezeichnet, eingeschränkt. Um die Sperrfähigkeit von Leistungshalbleiterbauelementen zu erhöhen, kann beispielsweise die Ohmigkeit, das heißt der spezifische Widerstand des Halbleitergrundmaterials, erhöht werden. So werden beispielsweise hochsperrende Leistungshalbleiterbauelemente auf der Basis von Siliziumgrundmaterial mit einer Ohmigkeit von bis zu 1000 Ωcm hergestellt. Eine weitere Erhöhung der Ohmigkeit des Siliziumgrundmaterials bewirkt jedoch neben der Verteuerung der entsprechenden Siliziumscheiben auch eine Verschlechterung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften des entsprechenden Siliziumhalbleiterkörpers. Zwar lassen sich Siliziumhalbleiterkörper mit einer Ohmigkeit des Grundmaterials von über 1000 Ωcm bereitstellen, jedoch sind derartige Siliziumwafer zum Einen sehr teuer in der Herstellung, zum Anderen verschlechtert sich die Genauigkeit sowie die Homogenität des angestrebten spezifischen Widerstandes über die gesamte Breite des Siliziumwafers mit zunehmender Hochohmigkeit des Halbleiterkörpers. In der Praxis ist der Einsatz von Siliziumgrundmaterial mit höheren Ohmigkeiten insbesondere deshalb nicht sehr sinnvoll, da die intrinsische Temperatur des Grundmaterials bereits im Bereich der Betriebstemperaturen liegt.The maximum locking ability of power semiconductors is known for the specific Resistance of the silicon base material, often also ohms of the silicon base material designated, limited. About the blocking ability of power semiconductor components can increase, for example Ohmkeit, that is the specific resistance of the semiconductor base material can be increased. For example, high-blocking power semiconductor components based on silicon base material with an ohmic value of up to 1000 Ωcm manufactured. Another increase however, the ohmic nature of the silicon base material causes in addition to The corresponding silicon wafers also become more expensive the physical and electrical properties of the corresponding silicon semiconductor body. Though can be silicon semiconductor body provide with an ohmicity of the base material of over 1000 Ωcm, but such are Silicon wafers, on the one hand, are very expensive to manufacture, and on the other hand the accuracy as well as the homogeneity of the target deteriorates resistivity over the entire width of the silicon wafer with increasing high resistance of the semiconductor body. In practice, the use of silicon base material with higher ohmic values especially not very useful because of the intrinsic temperature of the base material is already in the operating temperature range.

Ein weiterer negativer Aspekt beim Einsatz von stark hochohmigem Grundmaterial ist eine mögliche Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften des entsprechenden Halbleiterbauelementes. Beispielsweise kann durch Emitterinjektion, Avalanche oder durch Höhenstrahlung hervorgerufene Ereignisse eine erhöhte Dichte freier Ladungsträger im Halbleiterkörper erzeugt werden. Da bei den geringen Grunddotierungen hierfür relativ geringe Konzentrationen freier Ladungsträger ausrei chen, können die im Betriebsfall auftretenden elektrischen Feldstärken unerwünschter Weise erheblich modifiziert werden. Dies kann im Extremfall dazu führen, dass die zulässige Betriebsspannung erheblich herabgesetzt werden muss. Dies bedeutet aber gleichsam, dass das entsprechende Halbleiterbauelement entsprechend überdimensioniert werden muss, um den genannten Effekten im Betriebsfall entgegenzuwirken.Another negative aspect of Use of high-resistance base material is a possible deterioration the dynamic properties of the corresponding semiconductor component. For example can by emitter injection, avalanche or by radiation caused events generates an increased density of free charge carriers in the semiconductor body become. As relative to this with the low basic funding small concentrations of free charge carriers can suffice electrical field strengths occurring during operation are undesirably modified considerably become. In extreme cases, this can lead to the permissible operating voltage must be significantly reduced. But this means, as it were, that the corresponding semiconductor component is oversized accordingly must be taken to counteract the effects mentioned in the operating case.

Aus den genannten Gründen wird zur Erreichung einer höheren Sperrfähigkeit eines Leistungshalbleiterbauelementes die Ohmigkeit des Siliziumgrundmaterials nicht beliebig erhöht.For the reasons mentioned to achieve a higher blocking capability of a power semiconductor component, the ohmic nature of the silicon base material not increased arbitrarily.

Aus diesen Gründen wird zur Erhöhung der maximalen Sperrfähigkeit eines Leistungshalbleiterbauelementes heute typischerweise die Dicke der die Sperrspannung aufnehmenden Driftstrecke erhöht. Damit einhergehend ist jedoch eine Vergrößerung des Einschaltwiderstandes und dadurch bedingt der schaltbedingten Verlustleistung.For these reasons, increasing the maximum blocking capability of a power semiconductor component today typically the thickness which increases the reverse voltage receiving drift path. In order to however, there is an increase in the on-resistance and therefore the switching-related power loss.

Eine weitere Alternative zur Erhöhung der maximalen Sperrfähigkeit eines Leistungshalbleiterbauelementes ist der Übergang zu Grundmaterial aus Siliziumkarbid (SiC). Zwar lassen sich heute bereits hochsperrende Dioden aus Siliziumkarbid herstellen, jedoch existieren insbesondere bei der Herstellung von bipolaren oder durch Feldeffekt steuerbaren Transistoren aus Siliziumkarbid-Grundmaterial erhebliche technologische Probleme, die neben den hohen Kosten für das Grundmaterial einer markttauglichen Realisierung dieser Halbleiterbauelemente derzeit entgegen stehen.Another alternative to increasing the maximum blocking capability a power semiconductor component is the transition from basic material Silicon carbide (SiC). Today, high-blocking systems can already be Manufacture diodes from silicon carbide, but in particular exist in the manufacture of bipolar or controllable by field effect Silicon carbide base material transistors considerable technological Problems in addition to the high cost of the basic material of a marketable Realization of these semiconductor devices are currently opposed.

Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung ferner die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes bereitzustellen, welches eine höhere Sperrfähigkeit und eine verbesserte Robustheit im Betriebsfall aufweist.The present is based on this The invention is also based on the object of a semiconductor component and a method for producing such a semiconductor component to provide which is a higher blocking capability and has improved robustness in operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelementes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 29 gelöst.This object is achieved by a Semiconductor component with the features of claim 20 and a method for producing such a semiconductor device solved with the features of claim 29.

Demgemäß ist ein Halbleiterbauelement vorgesehen, welches in einem eine erste und eine zweite Oberfläche aufweisenden Halbleiterkörper angeordnet ist, mit einem eine Sperrspannung aufnehmenden inneren Bereich, der eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps aufweist, mit mindestens einem ersten Bereich des zweiten Leitungstyps, der in vertikaler Richtung in den inneren Bereich des Halbleiterbauelementes eingefügt ist, wobei der erste Bereich in dem inneren Bereich derart angeordnet ist und der innere Bereich sowie der erste Bereich jeweils eine solche Dotierungskonzentration aufweisen, dass jeweils in einem oberhalb und unterhalb des ersten Bereichs angeordneten Bereich des inneren Bereichs bei maximal anliegender Sperrspannung gerade die zu der Grunddotierung der Bereiche gehörige maximale elektrische Feldstärke erreicht wird (Patentanspruch 17).Accordingly, it is a semiconductor device provided which has a first and a second surface Semiconductor body is arranged with an inner receiving a reverse voltage Area which has a basic doping of the first conductivity type, with at least a first area of the second conduction type, the in the vertical direction in the inner region of the semiconductor component added , the first region being arranged in the inner region in this way and the inner area and the first area are each one have such a doping concentration that in each case Area located above and below the first area of the inner area with maximum reverse voltage present the maximum electric field strength associated with the basic doping of the areas is reached (Claim 17).

Die dieser Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, innerhalb der spannungsaufnehmenden Schicht mindestens ein dotiertes Gebiet des entgegengesetzten Leitungstyps in vertikaler Richtung in etwa in der Mitte der spannungsaufnehmenden Schicht anzuordnen. Diese zusätzliche Schicht des entgegengesetzten Leitungstyps teilt die spannungsaufnehmende Schicht gewissermaßen in mindestens zwei Teilbereiche, und zwar im Falle einer einzigen zusätzlichen Schicht in einen oberen und einen unteren Teilbereich. Die Grunddotierung in diesen Teilbereichen wird so erhöht, dass in den beiden, jeweils oberhalb und unterhalb eingefügten zusätzlichen Schichten des entgegengesetzten Leitungstyps bei maximal anliegender Sperrspannung gerade die zu der entsprechenden Grunddotierung gehörige maximale elektrische Feldstärke erreicht wird. Die Dicke dieser beiden Teilbereiche sollte so gering wie möglich gewählt werden, um dadurch die Verluste des Halbleiterbauele mentes möglichst gering zu halten. Der Vorteil einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass durch diese Methode, beispielsweise bei der Verwendung eines 1000 Ωcm Grundmaterials statt der üblichen Sperrspannung von etwa 13 KV eine Sperrspannung von 20 KV erreicht werden kann. Umgekehrt könnten auch 13 KV-Bauelemente mit sehr viel niederohmigeren Siliziumgrundmaterial realisiert werden, wodurch vorteilhafterweise die Robustheit deutlich erhöht wird. Bei Verwendung von mehreren Schichten kann die Grunddotierung weiter erhöht werden bzw. die Sperrfähigkeit weiter gesteigert werden. Die zusätzlichen Schichten können auch unterbrochen sein, d.h. inselförmig vorliegen.The idea on which this invention is based is to arrange at least one doped region of the opposite conductivity type in the vertical direction approximately in the middle of the voltage-receiving layer within the voltage-receiving layer. This additional layer of the opposite conduction type divides the voltage-absorbing layer to a certain extent into at least two subareas, in the case of a single additional layer into an upper and a lower subarea. The basic funding in these sub-areas is increased so that in the two additional ones inserted above and below Layers of the opposite line type with maximum reverse voltage present just the maximum electrical field strength associated with the corresponding basic doping is reached. The thickness of these two partial areas should be chosen as small as possible in order to keep the losses of the semiconductor components as low as possible. The advantage of such an arrangement according to the invention is that this method, for example when using a 1000 Ωcm base material instead of the usual reverse voltage of approximately 13 KV, can achieve a reverse voltage of 20 KV. Conversely, 13 KV components could also be realized with a much lower-resistance silicon base material, which advantageously significantly increases the robustness. If several layers are used, the basic doping can be increased further or the blocking capacity can be further increased. The additional layers can also be interrupted, ie present in island form.

Ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement kann beispielsweise als Hochleistungs-Thyristor, IGBT, Leistungs-MOSFET oder Leistungsdiode ausgebildet sein. Jedoch wären auch andere Anwendungen denkbar. Im Falle eines Thyristors ist die erfindungsgemäße zusätzliche Schicht in der n-dotierten Basiszone, die die spannungsaufnehmende Schicht bildet, enthalten. Im Falle eines IGBTs und Leistungs-MOSFETs ist die zusätzliche Schicht in der als spannungsaufnehmenden Schicht ausgebildeten Driftzone enthalten.Such a power semiconductor device can, for example, as a high-performance thyristor, IGBT, power MOSFET or power diode. However, other uses would be conceivable. In the case of a thyristor, the one according to the invention is additional Layer in the n-doped base zone, which is the voltage-absorbing layer forms, contain. In the case of an IGBT and power MOSFET the additional Layer in the drift zone designed as a stress-absorbing layer contain.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.Further advantageous configurations and developments of the invention are the dependent claims as well the description with reference to the drawing.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt dabei:The invention is described below of the embodiments shown in the figures of the drawing explained in more detail. It shows:

1 in einem schematisierten Teilschnitt (a) ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sowie dessen Dotierstoffkonzentration (b); 1 in a schematic partial section (a), a first embodiment of a semiconductor component according to the invention and its dopant concentration (b);

2 in einem schematisierten Teilschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes; 2 a schematic partial section of a second embodiment of a semiconductor device according to the invention;

3 in einem schematisierten Teilschnitt (a) ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sowie dessen Dotierstoffkonzentration (b); 3 in a schematic partial section (a), a third exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention and its dopant concentration (b);

4 die der Dotierstoffkonzentration in Abhängigkeit von der in einen Halbleiterkörper eingebrachten Dotierstoffdosis im Falle einer Protonenimplantation nach Wondrak und eigenen Ergebnissen; 4 that of the dopant concentration as a function of the dopant dose introduced into a semiconductor body in the case of a proton implantation according to Wondrak and own results;

5 in halblogarithmischer Auftragung einige Verläufe der Dotierstoffkonzentration in Abhängigkeit vom Abstand zum rückseitigen Kontakt; 5 in semi-logarithmic plots, some curves of the dopant concentration depending on the distance to the rear contact;

6 in einem schematisierten Teilschnitt (a) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sowie der Verlauf des elektrischen Feldes im Betriebsfall (b); 6 in a schematic partial section (a) a further embodiment of a semiconductor component according to the invention and the course of the electric field in the operating case (b);

7 anhand von Teilschnitten (a) – (d) ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes entsprechend 6, 7 based on partial sections (a) - (d) an inventive method for producing a semiconductor device according to the invention accordingly 6 .

8 den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen der Dotierstoffkonzentration der wasserstoffinduzierten Donatoren und der Temperatur der sich an das Einbringen der Wasserstoffionen anschließenden Temperaturbehandlung. 8th the basic relationship between the dopant concentration of the hydrogen-induced donors and the temperature of the temperature treatment following the introduction of the hydrogen ions.

In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.In all figures of the drawing are same or functionally identical elements - unless otherwise stated is with have been provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einem schematisierten Teilschnitt (a) ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sowie die Dotierstoffkonzentration (b) dieses Halbleiterbauelementes. 1 shows a schematic partial section (a) of a first exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention and the dopant concentration (b) of this semiconductor component.

Das in 1(a) mit Bezugszeichen 1 bezeichnete Halbleiterbauelement ist als pin-Leistungsdiode ausgebildet. Die Diode 1 weist einen Halbleiterkörper 2, beispielsweise aus Silizium, mit einer ersten Oberfläche 3 und einer zweiten Oberfläche 4 auf. Auf der ersten Oberfläche 3 ist eine mit dem Katodenanschluss K verbundene Katodenelektrode 5 aufgebracht. Auf der zweiten Oberfläche 4 ist eine mit dem Anodenanschluss A verbundene Anodenelektrode 6 aufgebracht. Der Halbleiterkörper 2 weist eine n-dotierte Katodenzone 7, die an die erste Oberfläche 3 angrenzt, sowie eine p-dotierte Anodenzone 8, die an die zweite Oberfläche 4 angrenzt, auf. Katodenzone 7 und Anodenzone 8 sind durch eine n-dotierte Innenzone 9 voneinander beabstandet. Eine Grenzfläche zwischen Innenzone 9 und Anodenzone 8 definiert einen pn-Übergang 10.This in 1 (a) with reference numerals 1 designated semiconductor device is designed as a pin power diode. The diode 1 has a semiconductor body 2 , for example made of silicon, with a first surface 3 and a second surface 4 on. On the first surface 3 is a cathode electrode connected to the cathode connection K. 5 applied. On the second surface 4 is an anode electrode connected to the anode terminal A. 6 applied. The semiconductor body 2 has an n-doped cathode zone 7 that to the first surface 3 adjacent, as well as a p-doped anode zone 8th that to the second surface 4 adjacent to. Katodenzone 7 and anode zone 8th are through an n-doped inner zone 9 spaced from each other. An interface between the inner zone 9 and anode zone 8th defines a pn junction 10.

Die Innenzone 9 ist durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden und weist eine graduell, d.h. kontinuierlich ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Dies sei nachfolgend anhand von 1(b), die die Dotierstoffkonzentration ND, NA im Halbleiterkörper in Abhängigkeit von der Tiefe x zeigt, beschrieben.The inner zone 9 has been produced by the method according to the invention and has a gradually, ie continuously increasing dopant concentration. This is based on 1 (b) , which shows the dopant concentration N D , N A in the semiconductor body as a function of the depth x.

Der Halbleiterkörper 2 weist ursprünglich eine relativ niedrige n-Grunddotierung 11 (gestrichelte Linie) auf. Diese Grunddotierung wird in der Katodenzone 7 und der Anodenzone 8 durch die sehr viel größere n- bzw. p-Dotierung in diesen Zonen 7, 8 überlagert. In der Innenzone 9 wird diese n-Grunddotierung durch eine erfindungsgemäß hergestellte, graduell zum pn-Übergang 10 abfallende n-Dotierung 12 (gepunktete Linie) überlagert. Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelemen tes mit einer in der Innenzone 9 kontinuierlich ansteigenden Dotierung näher erläutert:

  • – Ein Halbleiterkörper 2 wird bereitgestellt, der bereits eine n+-dotierte Katodenzone 7 und auch eine p-dotierte Anodenzone 8, die beispielsweise mittels Diffusion, Ionenimplantation oder Epitaxie erzeugt wurden, aufweist. Es wäre auch denkbar, die Anodenzone 8 relativ am Ende des Herstellungsprozesses zu erzeugen.
  • – Von der zweiten Oberfläche 4 her werden Wasserstoffionen in die Tiefe des Halbleiterkörpers 2 implantiert oder mittels Plasmabehandlung eindiffundiert, wobei vor der Diffusion ausgehend von der zweiten Oberfläche eine defekterzeugende Implantation, beispielsweise von Heliumatomen, erfolgt. Für diese Tiefenimplantation von Wasserstoffionen wird typischerweise eine Hochenergieimplantation durchgeführt. Dadurch lassen sich beispielsweise bei einer Energie von 2 MeV Eindringtiefen von etwa 50 μm erreichen. Durch die Implantation bzw. Bestrahlung wird der Halbleiterkörper 2 geschädigt, d.h. es werden Defekte im Halbleiterkörper 2 erzeugt. Für den Fall, dass man ein Dotierungsprofil gemäß Kurve 12 erzeugen will, muss die Bestrahlungsenergie so hoch gewählt werden, dass die Eindringtiefe der Protonen mindestens der Summe der Dicken der beiden Zonen 8, 9 entspricht. Im Falle einer Heliumbestrahlung von der zweiten Oberfläche 4 her werden Wasserstoffionen von der ersten Oberfläche 3 her und/oder der zweiten Oberfläche 4 her mittels Plasmabehandlung eindiffundiert.
  • – Im Anschluss an die Implantation bzw. Plasmabehandlung wird der Halbleiterkörper einer Temperaturbehandlung bei z.B. 500°C (Temperung), typischerweise einige Stunden lang, unterworfen. Dabei diffundieren die implantierten Wasserstoffionen und lagern sich an die Defekte an und es werden Komplexe gebildet. Diese Komplexe wirken dotierend. Es handelt sich dabei um Donatoren, also um n-Dotierungen. Zur durchstrahlten zweiten Oberfläche 4 hin nimmt diese zusätzliche n-Dotierung 12 graduell ab. Der Mechanismus der Erzeugung einer n-Dotierung durch Wasserstoffbestrahlung ist beispielsweise beschrieben in: Wolfgang Wondrak: "Erzeugung von Strahlenschäden in Silizium durch hochenergetische Elektronen und Protonen", Inaugural-Dissertation, Johann-Wolfgang-Goethe-Universität, Frankfurt, oder in Kozlov, Kozlovski: "Doping of Semiconductors Using Radiation Defects Produced by Irradiation with Protons and Alpha Particles", Semiconductors, Vol. 35, No. 7, Seiten 735-761 und Seiten 769-795. 4 zeigt die Dotierstoffkonzentration in Abhängigkeit von der eingebrachten Dotierstoffdosis im Falle einer Protonenimplantation nach Wondrak. Nach dieser Kurve nimmt die maximal erreichbare Dotierungskonzentration mit zunehmender Dotierstoffdosis ebenfalls zu.
  • – Im Anschluss daran oder alternativ auch bereits in einem früheren Verfahrensschritt lassen sich die Kathodenelektrode 5 und die Anodenelektrode 6 beispielsweise durch Abscheidung auf die jeweiligen Oberflächen 3, 4 erzeugen.
The semiconductor body 2 originally has a relatively low basic n-count 11 (dashed line). This basic doping is in the cathode zone 7 and the anode zone 8th due to the much larger n- or p-doping in these zones 7 . 8th superimposed. In the inner zone 9 this n-basic doping is gradually changed to a pn junction by an inventive method 10 declining n-doping 12 (dotted line) overlaid. The following is a method according to the invention for producing such a semiconductor component with one in the inner zone 9 continuously increasing doping explained:
  • - A semiconductor body 2 is provided, the be an n + -doped cathode zone 7 and also a p-doped anode zone 8th , which were generated for example by means of diffusion, ion implantation or epitaxy. It would also be conceivable the anode zone 8th relatively at the end of the manufacturing process.
  • - From the second surface 4 forth are hydrogen ions in the depth of the semiconductor body 2 implanted or diffused in by means of plasma treatment, a defect-producing implantation, for example of helium atoms, starting from the second surface before the diffusion. A high-energy implantation is typically carried out for this deep implantation of hydrogen ions. This enables penetration depths of around 50 μm to be achieved with an energy of 2 MeV, for example. The semiconductor body becomes by the implantation or irradiation 2 damaged, ie there are defects in the semiconductor body 2 generated. In the event that you have a doping profile according to the curve 12 to generate, the radiation energy must be chosen so high that the penetration depth of the protons is at least the sum of the thicknesses of the two zones 8th . 9 equivalent. In the case of helium radiation from the second surface 4 forth are hydrogen ions from the first surface 3 forth and / or the second surface 4 diffused here by means of plasma treatment.
  • - Following the implantation or plasma treatment, the semiconductor body is subjected to a temperature treatment at, for example, 500 ° C. (annealing), typically for a few hours. The implanted hydrogen ions diffuse and attach to the defects and complexes are formed. These complexes have a doping effect. These are donors, i.e. n-dopants. To the irradiated second surface 4 this additional n-doping 12 gradually decreases. The mechanism of generating n-doping by means of hydrogen radiation is described, for example, in: Wolfgang Wondrak: "Generation of radiation damage in silicon by high-energy electrons and protons", inaugural dissertation, Johann Wolfgang Goethe University, Frankfurt, or in Kozlov, Kozlovski : "Doping of Semiconductors Using Radiation Defects Produced by Irradiation with Protons and Alpha Particles", Semiconductors, Vol. 35, No. 7, pages 735-761 and pages 769-795. 4 shows the dopant concentration as a function of the introduced dopant dose in the case of a proton implantation according to Wondrak. According to this curve, the maximum achievable doping concentration also increases with an increasing dopant dose.
  • - Following this or alternatively in an earlier process step, the cathode electrode can be removed 5 and the anode electrode 6 for example by deposition on the respective surfaces 3 . 4 produce.

Statt einer kontinuierlich ansteigenden oder abfallenden Dotierung 12 entsprechend 1(b) lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine stufenförmig in Richtung der Zone 7 ansteigende Dotierung 13 entsprechend 2 erzeugen. Das Profil in 2 zeigt mehrere Stufenbereiche 13, die jeweils von einer Stufe 14 getrennt sind. Innerhalb eines Bereichs 13 nimmt die Dotierungskonzentration in Richtung der Zone 7 wie in 1(b) kontinuierlich zu. Dabei wird die Bestrahlungs- bzw. Implantationsdosis sowie die ent sprechenden Energien so gewählt, dass das gewünschte Stufenprofil erzeugt wird. Es lassen sich damit stufenförmig ansteigende, stufenförmig abfallende und beliebig andere stufenförmige Profile erzeugen.Instead of a continuously increasing or decreasing doping 12 corresponding 1 (b) can also be stepped in the direction of the zone by the method according to the invention 7 increasing doping 13 corresponding 2 produce. The profile in 2 shows several levels 13 each of one level 14 are separated. Within an area 13 takes the doping concentration towards the zone 7 as in 1 (b) continuously. The radiation or implantation dose and the corresponding energies are selected so that the desired step profile is generated. It can be used to generate step-like rising, step-falling and any other step-like profiles.

3 zeigt in einem schematisierten Teilschnitt (a) ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sowie dessen Dotierstoffkonzentration (b). Das mit Bezugszeichen 20 bezeichnete Halbleiterbauelement ist als DMOS-FET ausgebildet. 3 shows a schematic partial section (a) of a third exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention and its dopant concentration (b). That with reference numbers 20 designated semiconductor device is designed as a DMOS-FET.

Der Halbleiterkörper 2 entsprechend 3(a) weist eine an die zweite Oberfläche 4 angrenzende, stark n-dotierte Drainzone 21 auf. Die Drainzone 21 ist über eine großflächig auf die zweite Oberfläche 4 aufgebrachte Drainmetallisierung 22 mit dem Drainanschluss D verbunden. An der entgegengesetzten Oberfläche 3 ist eine (oder mehrere) p-dotierte Bodyzone 23 in den Halbleiterkörper 2 eingebettet. In jeweils eine Bodyzone 23 ist eine (oder mehrere) stark n-dotierte Sourcezone 24 eingebettet. Die Bodyzonen 23 und Sourcezonen 24 können in bekannter Art und Weise durch Ionenimplantation und/oder Diffusion in den Halbleiterkörper 2 eingebracht werden. Ferner ist eine mit dem Gateanschluss G verbundene Gateelektrode 25 vorgesehen. Die Gateelektrode 25 ist über ein in 2 nicht dargestelltes Gateoxid 26 vom Halbleiterkörper 2 beabstandet und so angeordnet, dass sich in einem Bereich der Bodyzone 23 bei Anlegen eines positiven Potentials an den Gateanschluss G ein durch Ladungsinversion hervorgerufener, stromführender Kanal ausbilden kann. Ferner ist eine Sourcemetallisierung 27, die mit dem Sourceanschluss S verbunden ist, vorgesehen, die die Bodyzone 23 und Sourcezone 24 über einen Nebenschluss elektrisch kontaktiert.The semiconductor body 2 corresponding 3 (a) points one to the second surface 4 adjacent, heavily n-doped drain zone 21 on. The drain zone 21 is over a large area on the second surface 4 applied drain metallization 22 connected to the drain terminal D. On the opposite surface 3 is one (or more) p-doped body zones 23 in the semiconductor body 2 embedded. In one body zone each 23 is one (or more) heavily n-doped source zone 24 embedded. The body zones 23 and source zones 24 can in a known manner by ion implantation and / or diffusion into the semiconductor body 2 be introduced. Furthermore, there is a gate electrode connected to the gate terminal G. 25 intended. The gate electrode 25 is about an in 2 gate oxide, not shown 26 from the semiconductor body 2 spaced and arranged so that in an area of the body zone 23 when a positive potential is applied to the gate connection G, a current-carrying channel caused by charge inversion can form. There is also a source metallization 27 , which is connected to the source connection S, provided the body zone 23 and source zone 24 electrically contacted via a shunt.

Die Bodyzone 23 ist von der Drainzone 21 durch eine schwach n-dotierte Innenzone 28, die die Driftzone bildet und die der Aufnahme einer Sperrspannung dient, beabstandet. Die Grenzfläche zwischen Bodyzone 23 und Innenzone 28 definiert einen sperrenden pn-Übergang 29. Die Innenzone 28 weist zunächst eine Grunddotierung 11 auf (gestrichelte Linie in 3(b)), die von einer zusätzlichen Dotierung 12 (gepunktete Linie in 3(b)) überlagert wird. Diese zusätzliche Dotierung 12 der Innenzone 28 ist wiederum durch ein erfindungsgemäßes Dotierverfahren hergestellt worden, welches im wesentlichem dem oben zu 1 beschriebenen Verfahren entspricht.The body zone 23 is from the drain zone 21 due to a weakly n-doped inner zone 28 , which forms the drift zone and which serves to receive a reverse voltage, spaced apart. The interface between the body zone 23 and inner zone 28 defines a blocking pn transition 29 , The inner zone 28 first shows a basic funding 11 on (dashed line in 3 (b) ) by additional doping 12 (dotted line in 3 (b) ) is superimposed. This additional endowment 12 the inner zone 28 is again produced by a doping method according to the invention, which essentially corresponds to the above 1 described method corresponds.

Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt jedoch hier die Dotierungskonzentration in Abhängigkeit von der Tiefe kontinuierlich zu. Zu diesem Zwecke werden die Wasserstoffatome bzw. Heliumatome über die erste Oberfläche 3 in den Halbleiterkörper 2 implantiert, wobei im letzteren Fall die Wasserstoffatome mittels Plasmabehandlung von der Oberfläche 4 und/oder der Oberfläche 3 her in diesen eingebracht werden. Durch geeignete Wahl der Implantationsparameter, d.h. der Dosis der eingebrachten Atome sowie der Implantationsenergie und der Ausheiltemperatur kann der Dotierverlauf der zusätzlichen Dotierung 12 geeignet eingestellt werden. Dadurch ist mithin der gewünschte Gradient der Dotierungskonzentration in der Innenzone 28 einstellbar. Die Innenzone 28 weist somit im Bereich des pn-Übergangs 29 ihre geringste Dotierungskonzentration auf, die in vertikaler Bauelementrichtung kontinuierlich ansteigt, so dass die Dotierungskonzentration im Bereich der Innenzone 28, der an die Drainzone 21 angrenzt, am höchsten ist. Dadurch werden die beiden eingangs genannten Forderungen, nämlich eine möglichst niedrige Dotierung im Bereich des pn-Übergangs 29 zur Sicherstellung einer hohen Sperrspannung sowie die für eine Reduzierung der Schaltverluste durch einen geringen Einschaltwiderstand Ron erforderliche hohe Dotierungskonzentration, optimal erfüllt.In contrast to the one in 1 illustrated embodiment, however, the doping concentration increases continuously depending on the depth. For this purpose, the hydrogen atoms or helium atoms are on the first surface 3 in the semiconductor body 2 implanted, in the latter case the hydrogen atoms by means of plasma treatment from the surface 4 and / or the surface 3 be brought into this. The doping course of the additional doping can be determined by a suitable choice of the implantation parameters, ie the dose of the introduced atoms as well as the implantation energy and the annealing temperature 12 be set appropriately. The desired gradient of the doping concentration in the inner zone is therefore thereby 28 adjustable. The inner zone 28 thus points in the area of the pn junction 29 their lowest doping concentration, which rises continuously in the vertical component direction, so that the doping concentration in the region of the inner zone 28 to the drain zone 21 adjacent, is highest. As a result, the two requirements mentioned at the outset, namely the lowest possible doping in the region of the pn junction 29 to ensure a high reverse voltage and the high doping concentration required to reduce switching losses due to a low on-resistance Ron.

Selbstverständlich wäre es auch denkbar, dass die zusätzliche Dotierung 12 in die andere Richtung, also zur zweiten Ober fläche 4 hin, abnimmt (in den Figuren nicht dargestellt), wenn beispielsweise von der Oberfläche 4 her bestrahlt wird.Of course, it would also be conceivable that the additional doping 12 in the other direction, i.e. to the second surface 4 towards, decreases (not shown in the figures) when, for example, from the surface 4 is irradiated here.

Darüber hinaus ließe sich die vorliegende Erfindung auch sehr vorteilhaft zur Herstellung eines sogenannten FeldstoppGebietes in einem Halbleiterbauelement heranziehen. Bei einem Feldstopp handelt es sich um ein Gebiet, bei dem ein tiefes Diffusionsgebiet vorgesehen ist, bei dem eine niedrige Dotierstoffkonzentration mit einer oberflächennäheren höheren Dotierstoffkonzentration kombiniert wird. Der Verlauf der Dotierstoffkonzentration in einem tief diffundierten Bereich kann entsprechend der zur Verfügung stehenden Technologie auf beliebige Weise gestaltet werden.Beyond that the present invention is also very advantageous for manufacturing a so-called field stop area in a semiconductor device use. A field stop is an area in which a deep diffusion area is provided, in which a low dopant concentration with a higher dopant concentration nearer the surface is combined. The course of the dopant concentration in one deeply diffused area can be according to the available Technology can be designed in any way.

Für die Auslegung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von höhersperrenden bipolaren Leistungshalbleitern, wie ICGBTs, Thyristoren und Dioden, ist einerseits die während des Betriebs entstehende Verlustleistung zu reduzieren und andererseits ein sanftes Schaltverhalten zu gewährleisten. Zur Verringerung der Verluste können die Abmessungen der schwächer dotieren Schicht 2 zwischen den Zonen 7 und 8, die im Vorwärtsbetrieb von Ladungsträgern überschwemmt wird, reduziert werden. Für ein sanftes Schaltverhalten ist es erforderlich, dass für einen (weiteren) Anstieg der Sperrspannung am Bauelement erst ein (weiterer) Teil dieser Überschwemnungsladung ausgeräumt wird, und zwar so lange, bis die maxinale Sperrspannung am Bauelement anliegt. Dadurch ist sowohl der Spannungsanstieg in seiner Steilheit begrenzt als auch ein unerwünschter Abriss des Rückstroms ausgeschlossen.For the design of semiconductor components, in particular of higher blocking bipolar power semiconductors, such as ICGBTs, thyristors and diodes, the power loss that occurs during operation must be reduced on the one hand and a smooth switching behavior must be ensured on the other hand. The dimensions of the less doped layer can be used to reduce the losses 2 between the zones 7 and 8th , which is flooded by forward carriers, can be reduced. For a smooth switching behavior, it is necessary for a (further) part of this flood charge to be cleared out for a (further) rise in the reverse voltage on the component until the maximum reverse voltage is present on the component. As a result, the steepness of the voltage rise is limited and an undesired cut-off of the backflow is excluded.

ein sanftes Schaltverhalten bei gleichzeitig geringer Bauelenentdicke kann erreicht werden, indem die n-Dotierung in der Driftzone 2 zur Bauelement-Rückseite hin graduell zunimmt, wodurch eine Erhöhung der Weite der Raumladungszone bis zum Erreichen der Durchbruchspannung zwar immer stärker abgebremst jedoch nicht vollständig gestoppt wird.A smooth switching behavior with a low component thickness can be achieved by the n-doping in the drift zone 2 gradually increases towards the back of the component, which means that increasing the width of the space charge zone until the breakdown voltage is reached is increasingly braked but not completely stopped.

5 zeigt einige prinzipielle Verläufe der Dotierstoffkonzentration ND (logarithmisch aufgetragen) eines solchen Feldstoppgebietes in Abhängigkeit des Abstandes x zum rückseitigen Kontakt. Der rückseitige Kontakt befindet sich hier bei x = 0 μm. Die Dotierungsgebiete sind hier beispielsweise durch Wasserstofftiefimplantation und/oder durch eine Wasserstoffplasma-Eindiffusion nach einer defekterzeugenden Implantation, beispielsweise von Heliumatomen, hergestellt worden. Besonders wichtig ist die dabei zu wählende Dotierungsdosis des tief diffundierten Bereichs. Dabei soll die integrale Dotierstoffkonzentration dieses Bereichs die Durchbruchsladung, die bei etwa QBR = 1, 31012 cm–2 bis QBR = 1,8 1012 cm–2 liegt, übersteigen. Dieser rückseitige Bereich liegt entsprechend 5 etwa beix = –5 μm, also ca. 5 μm vor der Scheibenrückseite. 5 shows some basic courses of the dopant concentration ND (logarithmically plotted) of such a field stop area depending on the distance x to the rear contact. The rear contact is here at x = 0 μm. The doping regions have been produced here, for example, by deep hydrogen implantation and / or by hydrogen plasma diffusion after a defect-producing implantation, for example of helium atoms. The doping dose to be selected for the deeply diffused region is particularly important. The integral dopant concentration in this area should exceed the breakdown charge, which is approximately QBR = 1,310 12 cm -2 to QBR = 1.8 10 12 cm -2 . This area on the back lies accordingly 5 approximately atx = –5 μm, i.e. approx. 5 μm in front of the rear of the pane.

Durch eine geeignete Wahl der in den Halbleiterkörper eingebrachten Dotierstoffdosis wird gewährleistet, dass das elektrische Feld relativ weit in den Feldstoppbereich hineinreicht. Es ergibt sich somit ein sanfter Feldstopp. Im hinteren Bereich dieser Feldstoppzone, der typischerweise etwa 5 μm von der Scheibenrückseite in den Halbleiterkörper hineinreicht, wird eine zusätzliche Dotierstoffdosis vorgehalten. Mit dem steileren Anstieg der Dotierstoffkonzentration wird erreicht, dass das elektrische Feld selbst bei voller Sperrspannung und auch beim Vorhandensein kleinerer Defekte im Bereich des sanften Feldstopps unmittelbar vor dem Rückseitenemitter sicher abgestoppt wird. Die Defekte im Bereich des sanften Feldstopps äußern sich in einer lokal niedrigeren als in 5 dargestellten Dotierstoffkonzentration im Bereich des sanften Feldstopps, die dazu führt, dass das Integral der Ladung in diesem Bereich die Durchbruchsladung nicht übersteigt und somit zu reduzierten Sperreigenschaften führt. Der harte Feldstopp dient der Verbesserung der Sperrausbeute des Halbleiterkörpers, da insbesondere bei der Implantation kleinere Defekte nie ganz vermieden werden können. Speziell bei größeren Halbleiterbauelementen kann auf diese Weise die Aus beute empfindlich beeinträchtigt werden. Allerdings ist die Dotierstoffkonzentration und die Dotierstoffdosis ausreichend gering zu wählen, um den Wirkungsgrad des rückseitigen Emitters des Halbleiterbauelementes nicht zu reduzieren.A suitable choice of the dopant dose introduced into the semiconductor body ensures that the electric field extends relatively far into the field stop area. This results in a gentle field stop. In the rear area of this field stop zone, which typically extends about 5 μm from the rear of the wafer into the semiconductor body, an additional dopant dose is kept available. With the steeper increase in the dopant concentration it is achieved that the electric field is stopped reliably even in the event of full reverse voltage and also in the presence of smaller defects in the area of the gentle field stop immediately in front of the rear side emitter. The defects in the area of the gentle field stop are expressed in a locally lower than in 5 dopant concentration shown in the area of the gentle field stop, which leads to the fact that the integral of the charge in this area does not exceed the breakthrough charge and thus leads to reduced barrier properties. The hard field stop serves to improve the blocking yield of the semiconductor body, since smaller defects can never be completely avoided, particularly during implantation. Especially with larger semiconductor components, the prey can be significantly affected in this way. However, the dopant concentration and the dopant dose should be chosen to be sufficiently low to ensure the efficiency of the back not to reduce the emitter of the semiconductor component.

Im Unterschied dazu wird in der deutschen Patentanmeldung DE 100 53 445 A1 eine zweistufige Dotierstoffkonzentration vorgeschlagen, bei der die höhere Dotierung sehr flach, jedoch relativ hoch dotiert ausgeführt werden soll. Das Ziel in der DE 100 53 445 A1 besteht in der Reduzierung des Wirkungsgrades des Rückseitenemitters. Der dadurch erzeugte Peak in der Dotierstoffkonzentration erfüllt jedoch Funktion der Verbesserung der Sperrausbeute nicht oder weniger zufriedenstellend, da bereits kleine Defekte im Halbleiterkörper zum Durchgriff des elektrischen Feldes und damit zu einer Erhöhung des Sperrstromes führen können. Diese Defekte sind aber für den Durchlassbetrieb unerheblich, da ihr Anteil bezogen auf die gesamte Fläche des Halbleiterbauelementes vernachlässigbar gering ist.In contrast, in the German patent application DE 100 53 445 A1 proposed a two-stage dopant concentration in which the higher doping is to be carried out very flat, but relatively highly doped. The goal in the DE 100 53 445 A1 consists in reducing the efficiency of the rear emitter. The resulting peak in the dopant concentration, however, does not fulfill the function of improving the blocking yield, or does so less satisfactorily, since even small defects in the semiconductor body can lead to penetration of the electrical field and thus to an increase in the reverse current. However, these defects are insignificant for forward operation, since their proportion is negligibly small in relation to the entire area of the semiconductor component.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurden jeweils vertikal ausgebildete Halbleiterbauelemente beschrieben. Jedoch sei die Erfindung nicht ausschließlich auf vertikale Halbleiterbauelemente beschränkt, sondern ließe sich bei entsprechender Anpassung der Strukturen auch auf laterale Halbleiterbauelemente sowie auf sogenannte Up-Drain-Halbleiterbauelemente anwenden.In the above embodiments described vertically formed semiconductor components. However, the invention is not limited exclusively to vertical semiconductor components, but rather could with the corresponding adjustment of the structures also to the lateral Semiconductor components and so-called up-drain semiconductor components apply.

Die Erfindung sei nicht ausschließlich auf die Ausführungsbeispiele gemäß der 13 beschränkt. Vielmehr können dort beispielsweise durch Austauschen der Leitfähigkeitstypen n gegen p und umgekehrt sowie durch Variation der Dotierungskonzentrationen eine Vielzahl neuer Bauelementvarianten angegeben werden. Zur Darstellung des Erfindungsgedankens wurde die Erfindung nur exemplarisch anhand einer pin-Leistungsdiode bzw. eines D-MOSFET dargestellt. Vielmehr ließe sich die Erfindung selbstverständlich auch auf beliebig andere Halbleiterbauelemente, beispielsweise auf beliebige MOSFETs, J-FETs, Thyristoren, IGBTs, beliebige Diodenstrukturen, Kompensationshalbleiterbauelemente und dergleichen erweitern.The invention is not limited to the exemplary embodiments according to the 1 - 3 limited. Instead, a large number of new component variants can be specified, for example, by exchanging the conductivity types n for p and vice versa and by varying the doping concentrations. To illustrate the concept of the invention, the invention was only exemplarily illustrated using a pin power diode or a D-MOSFET. Rather, the invention could of course also be extended to any other semiconductor components, for example to any MOSFETs, J-FETs, thyristors, IGBTs, any diode structures, compensation semiconductor components and the like.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch das Einbringen von Wasserstoff in die Tiefe eines Halbleiterkörpers in völliger Abkehr von bekannten Halbleiterbauelementen dotierende Komplexe bei sehr geringen Temperaturen erzeugt werden können, die ausschließlich in den Bereichen des Halbleiterkörpers angeordnet sind, in denen Defekte erzeugt wurden. Der Wasserstoff kann beispielsweise durch Protonenimplantation oder nach dem Erzeugen von Defekten, beispielsweise mittels Heliumbestrahlung, durch eine Wasserstoffplasma-Behandlung in die Tiefe des Halbleiterkörpers eingebracht werden.In summary it can be stated be that by introducing hydrogen into the depth of a Semiconductor body in complete Moving away from known semiconductor devices doping complexes can be produced at very low temperatures, which are exclusively in the areas of the semiconductor body are arranged in which defects were generated. The hydrogen can for example by proton implantation or after generation defects, for example by means of helium radiation, by a Hydrogen plasma treatment in the depth of the semiconductor body be introduced.

6 zeigt in einem schematisierten Teilschritt (a) ein Ausführungsbeispiel eines weiteres erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes sowie den entsprechenden Verlauf des elektrischen Feldes E (b) im Betriebsfall dieses Halbleiterbauelementes in Abhängigkeit von der Tiefe x sowie bei positiver und negativer Spannung UAK, –UAK zwischen Anode und Katode. 6 shows in a schematic sub-step (a) an embodiment of another semiconductor device according to the invention and the corresponding course of the electric field E (b) in the operating case of this semiconductor device as a function of the depth x and with positive and negative voltage U AK , -U AK between anode and cathode.

Das in 6(a) mit Bezugszeichen 100 bezeichnete Halbleiterbauelement ist als Hochspannungs-Thyristor ausgebildet. Der Thyristor 100 weist einen Halbleiterkörper 101, beispielsweise aus Silizium, mit einer ersten Oberfläche 102 und einer zweiten Oberfläche 103 auf. An die erste Oberfläche 102 grenzt eine p-dotierte katodenseitige Basiszone 104 an. In die Basiszone 104 ist eine ebenfalls an die erste Oberfläche 102 angrenzende, stark n-dotierte katodenseitige Emitterzone 105 eingebettet. Die Emitterzone 105 ist mit dem Katodenanschluss K, die Basiszone 104 mit einem Gate-Anschluss G verbunden. Anodenseitig grenzt eine stark p-dotierte anodenseitige Emitterzone 106 an die zweite Oberfläche 103. Die Emitterzone 106 ist mit dem Anoden-Anschluss A verbunden. Zwischen der Basiszone 104 und der anodenseitigen Emitterzone 106 ist die spannungsaufnehmende Schicht 107 angeordnet. Die spannungsaufnehmende Schicht 107 bildet die anodenseitige Basiszone und weist eine schwach n-dotierte Grunddotierung auf.This in 6 (a) with reference numerals 100 designated semiconductor device is designed as a high-voltage thyristor. The thyristor 100 has a semiconductor body 101 , for example made of silicon, with a first surface 102 and a second surface 103 on. To the first surface 102 borders a p-doped cathode-side base zone 104 on. In the base zone 104 is also on the first surface 102 adjacent, strongly n-doped cathode-side emitter zone 105 embedded. The emitter zone 105 is with the cathode connection K, the base zone 104 connected to a gate terminal G. A strongly p-doped anode-side emitter zone borders on the anode side 106 to the second surface 103 , The emitter zone 106 is connected to the anode connection A. Between the base zone 104 and the anode-side emitter zone 106 is the stress-absorbing layer 107 arranged. The stress-absorbing layer 107 forms the anode-side base zone and has a weakly n-doped basic doping.

Der Thyristor 100 in 6(a) weist erfindungsgemäß eine zusätzliche Schicht 108 auf. Die zusätzliche Schicht 108 ist in vertikaler Richtung des Thyristors 100 innerhalb der spannungsaufnehmenden Schicht 107 angeordnet und weist eine p-Dotierung, also eine Dotierung des entgegengesetzten Leitungstyps zu der Grunddotierung, auf. Die zusätzliche Schicht 108 teilt die spannungsaufnehmende Schicht 107 in zwei Teilbereiche 109, 110.The thyristor 100 in 6 (a) has an additional layer according to the invention 108 on. The extra layer 108 is in the vertical direction of the thyristor 100 within the stress-absorbing layer 107 arranged and has a p-doping, ie a doping of the opposite conductivity type to the basic doping. The extra layer 108 divides the voltage-absorbing layer 107 in two areas 109 . 110 ,

Die Grunddotierung in den Teilbereichen 109, 110 ist so gewählt, dass oberhalb und unterhalb der zusätzlichen Schicht 108 bei maximal anliegender Sperrspannung gerade die zu der entsprechenden Grunddotierung gehörige maximale elektrische Feldstärke erreicht wird (6(b)), wobei die Dicke dieser beiden Teilbereiche 109, 110 so gering wie möglich gewählt ist, um dadurch die Verluste des Halbleiterbauelementes möglichst gering zu halten.The basic funding in the sub-areas 109 . 110 is chosen so that above and below the additional layer 108 with the maximum reverse voltage applied, the maximum electric field strength associated with the corresponding basic doping is just reached ( 6 (b) ), the thickness of these two sections 109 . 110 is chosen as low as possible in order to keep the losses of the semiconductor component as low as possible.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist somit gewissermaßen eine in etwa symmetrische Gestalt auf, wobei die in der spannungsaufnehmenden Schicht enthaltene zusätzliche Schicht gewissermaßen die Symmetrieachse oder Symmetriefläche bildet. Eine solche in etwa symmetrische Struktur lässt sich beispielsweise durch Anwendung von Waferbonding herstellen. Ein solches Waferbondingverfahren ist beispielsweise in Q.-Y. Tong, U. Gösele, Semiconductor Wafer Bonding, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1999 beschrieben.The semiconductor component according to the invention has so to some extent an approximately symmetrical shape, with the one in the voltage-absorbing Layer contains additional layer so to speak forms the axis of symmetry or surface of symmetry. Such in leaves about symmetrical structure for example, by using wafer bonding. Such a wafer bonding process is described, for example, in Q.-Y. Tong, U. Gösele, Semiconductor Wafer Bonding, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley & Sons, 1999.

7 zeigt anhand von Teilschnitten (a) – (d) ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes entsprechend 6. 7 shows, using partial sections (a) - (d), a method according to the invention for producing a semiconductor component according to the invention accordingly 6 ,

Bei Anwendung dieses Waferbonding-Verfahrens werden zunächst zwei Siliziumscheiben 113, 114 bereitgestellt (7(a)).When using this wafer bonding process, two silicon wafers are initially used 113 . 114 provided ( 7 (a) ).

Auf der ersten Siliziumscheibe 113 wird der katodenseitige Teil 104, 105 des Thyristors 100 auf übliche Weise hergestellt. In gleicher Weise wird der anodenseitige Teil in üblicher Weise auf der zweiten Siliziumscheibe 114 hergestellt (7(b)).On the first silicon wafer 113 becomes the part on the cathode side 104 . 105 of the thyristor 100 made in the usual way. In the same way, the anode-side part is in the usual way on the second silicon wafer 114 manufactured ( 7 (b) ).

Vor einem Verbinden mittels Waferbonding werden in eine oder beide der den anoden- bzw. katodenseitigen Oberflächen 102, 103 entgegengesetzten Oberflächen 111, 112 der Siliziumscheiben Ionen des jeweils entgegengesetzten Leitungstyps wie die Grunddotierung implantiert (7(c)). Die typischer Weise verwendete Dosis zur Erzeugung der zusätzlichen Schicht liegt im Bereich von einigen 1012 cm–2.Before bonding by means of wafer bonding, one or both of the surfaces on the anode or cathode side are placed 102 . 103 opposite surfaces 111 . 112 the silicon wafers implants ions of the opposite conductivity type as the basic doping ( 7 (c) ). The typical dose used to create the additional layer is in the range of a few 10 12 cm -2 .

Die dadurch gebildete Implantationsschicht bildet nach dem anschließenden Verbindungsprozess die entsprechende zusätzliche Zone (7(d)). Zu diesem Zweck werden die beiden Siliziumscheiben mittels Waferbonding verbunden. Zur Erzeugung einer hochtemperaturstabilen Verbindung zwischen den beiden Siliziumscheiben werden die beiden den anoden- bzw. katodenseitigen Oberflächen 102, 103 entgegengesetzten Oberflächen 111, 112 aufeinandergelegt und die gesamte Anordnung wird einem Hochtemperaturschritt zur Erzeugung einer stabilen Verbindung unterworfen. Dieser Hochtemperaturschritt gewährleistet zudem, dass die soeben implantierten Ionen für die zusätzliche Schicht 108 elektrisch aktiviert werden und der Halbleiterkörper 101 ausgeheilt wird. Schließlich können noch die in 7 nicht dargestellten Elektroden für Anode und Katode in bekannter Art und Weise hergestellt werden.The implantation layer thus formed forms the corresponding additional zone after the subsequent connection process ( 7 (d) ). For this purpose, the two silicon wafers are bonded using wafer bonding. To produce a high-temperature stable connection between the two silicon wafers, the two are the anode or cathode-side surfaces 102 . 103 opposite surfaces 111 . 112 placed on top of one another and the entire arrangement is subjected to a high-temperature step in order to produce a stable connection. This high temperature step also ensures that the ions just implanted for the additional layer 108 be electrically activated and the semiconductor body 101 is healed. Finally, the in 7 Electrodes for anode and cathode, not shown, can be produced in a known manner.

Typischerweise ist die Grunddotierung des Halbleiterkörpers 101 aus schwach n-dotiertem Grundmaterial. Zur Erzeugung der zusätzlichen Schicht 108 wird eine oder beide Siliziumscheiben typischerweise mit Borionen implantiert. In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung kann auf eine Borimplantation zur Erzeugung der zusätzlichen Schicht 108 auch verzichtet werden, wenn der Hochtemperaturschritt zur Erzeugung einer stabilen Verbindung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 800 – 900°C durchgeführt wird. Bei diesen Temperaturen ergibt sich automatisch eine ausreichend hohe p-dotierte Schicht 108 zwischen den Wafern beim Waferbonden. Die Ursache dafür liegt darin, dass in der Laborluft im Allgemeinen genügend Bor vorhanden ist, um eine derartige zusätzliche p-Dotierung 108 zu erzeugen.The basic doping of the semiconductor body is typically 101 from weakly n-doped base material. To create the additional layer 108 one or both of the silicon wafers is typically implanted with boron ions. In a very advantageous embodiment, a boron implantation can be used to produce the additional layer 108 can also be dispensed with if the high-temperature step to produce a stable connection is carried out at a temperature in the range from approximately 800-900 ° C. At these temperatures, a sufficiently high p-doped layer automatically results 108 between the wafers during wafer bonding. The reason for this is that there is generally enough boron in the laboratory air to produce such an additional p-type doping 108.

Die Erfindung soll nicht ausschließlich auf eine einzige zusätzliche Schicht 108 innerhalb der spannungsaufnehmenden Schicht 107 beschränkt werden, vielmehr wäre es auch denkbar, zwei oder mehrere zusätzliche Schichten 108 des entgegengesetzten Leitungstyps innerhalb der spannungsaufnehmenden Schicht 107 vorzusehen, in den 6 und 7 nicht dargestellt, die abwechselnd in vertikaler Richtung nebeneinander angeordnet sind und die durch Teilbereiche 109, 110, 111, 112... beanstandet sind. Eine derartige Struktur ist beispielsweise in dem Europäischen Patent EP 344 514 B1 beschrieben. Der Gegenstand der EP 344 514 B1 wird hiermit hinsichtlich der Struktur der dort beschriebenen Halbleiterbauelemente, insbesondere in Hinblick auf die Struktur einer spannungsaufnehmenden Schicht 107, in die eine Vielzahl von zusätzlichen Schichten 108 angeordnet sind, vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung mit einbezogen.The invention is not intended to apply solely to a single additional layer 108 within the stress-absorbing layer 107 be limited, rather it would also be conceivable to have two or more additional layers 108 of the opposite conduction type within the voltage receiving layer 107 to provide in the 6 and 7 not shown, which are arranged alternately in the vertical direction next to each other and by sub-areas 109 . 110 . 111 . 112 ... are objected to. Such a structure is for example in the European patent EP 344 514 B1 described. The subject of EP 344 514 B1 is herewith regarding the structure of the semiconductor components described there, in particular with regard to the structure of a voltage-absorbing layer 107 in which a variety of additional layers 108 are arranged, fully included in the present patent application.

Es ist hier jedoch gleichsam darauf zu achten, dass die Dimensionierung der Grunddotierung der spannungsaufnehmenden Schicht 107 und der Abstand der einzelnen zusätzlichen Schichten 107 voneinander so gewählt ist, dass die maximal mögliche kritische elektrische Feldstärke jeweils erreicht wird. Damit ließe sich zum Beispiel bei Leistungsdioden die dynamische Robustheit und bei IGBTs das Kurzschlussverhalten verbessern.However, it is important to ensure here that the dimensioning of the basic doping of the voltage-absorbing layer 107 and the distance between the individual additional layers 107 is selected from one another such that the maximum possible critical electrical field strength is achieved in each case. This could, for example, improve the dynamic robustness of power diodes and the short-circuit behavior of IGBTs.

Allerdings lassen sich die eben genannten Halbleiterbauelemente, die also eine Vielzahl von zusätzlichen Schichten 108 aufweisen, mittels des oben beschriebenen Waferbonding-Verfahrens nicht oder nur mit erheblichem Aufwand realisieren. Diese Strukturen ließen sich jedoch beispielsweise durch Epitaxie bzw. einer Kombination aus Waferbonding und Epitaxie herstellen. Allerdings ist die maximale Sperrfähigkeit durch die mittels Epitaxie erreichbare maximale Dicke einer solchen Basisschicht stark beschränkt.However, the semiconductor components just mentioned, ie a large number of additional layers, can be used 108 have, by means of the wafer bonding method described above, or only with considerable effort. However, these structures could be produced, for example, by epitaxy or a combination of wafer bonding and epitaxy. However, the maximum barrier capability is severely limited by the maximum thickness of such a base layer that can be achieved by means of epitaxy.

Eine vorteilhafte Alternative ergibt sich, wenn statt der Verwendung eines n-dotierten Grundmaterials für die spannungsaufnehmende Schicht 107 ein p-dotiertes Grundmaterial verwendet wird und somit die Dotierungsverhältnisse in 7 umgekehrt werden. Das p-dotierte Grundmaterial bildet so die Schichten 109, 110 innerhalb der spannungsaufnehmenden Schicht 107. Die n-Dotierung des Teilbereiches 108 wird erfindungsgemäß mittels Wasserstoffimplantation erzeugt. Dazu werden hochenergetische Wasserstoffionen in den Halbleiterkörper 101 implantiert, die den Halbleiterkörper 101 im Bereich der Eindringtiefe der implantierten Ionen stark schädigen, so dass Defekte erzeugt werden. Bei einem anschließenden Temperaturprozess bilden sich Komplexe, die n-dotierend wirken. Der Temperaturschritt sollte so gewählt werden, dass der implantierte Wasserstoff sich nicht signifikant umverlagern kann und sich somit ein relativ schmales n-dotiertes Gebiet 108 ergibt.An advantageous alternative is obtained if instead of using an n-doped base material for the voltage-absorbing layer 107 a p-doped base material is used and thus the doping conditions in 7 be reversed. The p-doped base material thus forms the layers 109 . 110 within the stress-absorbing layer 107 , The n-doping of the partial area 108 is generated according to the invention by means of hydrogen implantation. To do this, high-energy hydrogen ions are introduced into the semiconductor body 101 implanted that the semiconductor body 101 severely damage in the area of the penetration depth of the implanted ions, so that defects are generated. In a subsequent temperature process, complexes are formed that have an n-doping effect. The temperature step should be selected in such a way that the implanted hydrogen cannot shift significantly and thus a relatively narrow n-doped area 108 results.

Der Vorteil bei der Anwendung der Wasserstoffimplantation besteht vor allem darin, dass relativ problemlos n-dotierte Schichten bis in Tiefen von mehr als 500 μm bei geeigneter Wahl der Implantationsenergie erzeugt werden können. Die Tiefe der so erzeugten n-dotierten Schichten würde über die Wahl der Implantationsenergie vorgegeben und die Konzentration der jeweiligen n-Dotierung über die Implantationsdosis eingestellt werden.The advantage of using the Hydrogen implantation is mainly that relatively easy n-doped layers down to depths of more than 500 μm with a suitable one Choice of implantation energy can be generated. The depth of the so generated n-doped layers would over the Choice of the implantation energy given and the concentration of the respective n-doping the implantation dose can be set.

Statt der Realisierung einer oder mehrerer zusätzlicher Schichten 108 können durch eine Maskierung dieser Strukturen mehrere eingelagerte Dotierungsgitter oder Inselstrukturen realisiert werden.Instead of realizing one or more additional layers 108 By masking these structures, several stored Do lattice or island structures can be realized.

Abschließend zeigt 8 den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen der Dotierungskonzentration der durch die Protenbestrahlung und anschließende Temperaturbehandlung in einem Halbleiterkörper erzeugten "wasserstoffinduzierten Donatoren". Die Betrahlungsenergie der Protonen ist in dem Beispiel so gewählt, dass der sogenannte "End-of-Range"-Bereich etwa bei 30μm liegt. In dem Bereich zwischen der bestrahlten Oberfläche, die durch den Nullpunkt der Skala bezeichnet ist, und dem End-of-Range-Bereich entstehen Bestrahlungsdefekte. Die in den End-of-Range Bereich eingebrachten Wasserstoffionen diffundieren während des anschließenden Temperaturprozesses in Richtung der bestrahlten Oberfläche, wobei das Ausmaß dieser Diffusion und damit die Dotierungskonzentration in diesem durchstrahlten Bereich von der Temperatur während des Temperaturprozesses und von dessen Dauer abhängig ist. Die Temperaur sollte dabei in einem Bereich zwischen etwa 300°C und 550°C liegen, um die Bildung wasserstoffinduzierter Donatoren zu ermöglichen.Finally shows 8th the basic relationship between the doping concentration of the "hydrogen-induced donors" generated by the protein radiation and subsequent temperature treatment in a semiconductor body. In the example, the radiation energy of the protons is chosen such that the so-called "end-of-range" range is approximately 30 μm. Irradiation defects occur in the area between the irradiated surface, which is denoted by the zero point of the scale, and the end-of-range area. The hydrogen ions introduced into the end-of-range area diffuse during the subsequent temperature process in the direction of the irradiated surface, the extent of this diffusion and thus the doping concentration in this irradiated area being dependent on the temperature during the temperature process and its duration. The temperature should be in a range between about 300 ° C and 550 ° C to allow the formation of hydrogen-induced donors.

8 zeigt den Dotierungsverlauf für drei unterschiedliche Temperaturen T1, T2, T3, die zwischen 400°C und 500°C liegen, wobei T1<T2<T3 gilt. Daraus ist ersichtlich, dass die Dotierungskonzentration insbesondere im End-of-Range-Bereich mit zunehmender Temperatur innerhalb des Bereiches von 400°C bis 500°C abnimmt, wobei die Dauer der Temperaturbehandlung in allen Fällen gleich ist. 8th shows the doping curve for three different temperatures T1, T2, T3, which are between 400 ° C and 500 ° C, where T1 <T2 <T3 applies. It can be seen from this that the doping concentration, in particular in the end of range, decreases with increasing temperature within the range from 400 ° C. to 500 ° C., the duration of the temperature treatment being the same in all cases.

Abhängig von der Dauer der anschließenden Temperaturbehandlung und der dabei gewählten Temperatur lagern sich die in den End-of-ange Die vorliegende Erfindung wurde anhand der vorstehenden Beschreibung so dargelegt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische Anwendung bestmöglichst zu erklären, jedoch lässt sich die vorliegende Erfindung selbstverständlich im Rahmen des fachmännischen Handelns und Wissens in geeigneter Weise abwandeln.Depending on the duration of the subsequent heat treatment and the chosen temperature stock up in the end-of-ange The present invention based on the description above so the principle the invention and its practical application as best as possible to explain, however leaves the present invention is of course within the scope of the expert Modify action and knowledge in a suitable manner.

11
pin-Leistungsdiodepin power diode
22
HalbleiterkörperSemiconductor body
33
erste Oberflächefirst surface
44
zweite Oberflächesecond surface
55
Katodenelektrodecathode
66
Anodenelektrodeanode electrode
77
KatodenzoneKatodenzone
88th
Anodenzoneanode zone
99
Innenzoneinner zone
1010
pn-Übergangpn junction
1111
Grunddotierungbasic doping
1212
zusätzliche Dotierschichtadditional doping
1313
stufenförmig ausgebildete zusätzliche Dotierungengraduated additional endowments
1414
Stufestep
2020
D-MOSFETD-MOSFET
2121
Drainzonedrain region
2222
Drainmetallisierung, Drainelektrodedrain metallization, drain
2323
BodyzoneBody zone
2424
Sourcezonesource zone
2525
Gateelektrodegate electrode
2626
Gateoxidgate oxide
2727
Sourcezonesource zone
2828
Innenzone, DriftzoneInner zone, drift region
2929
pn-Übergangpn junction
100100
Thyristorthyristor
101101
HalbleiterkörperSemiconductor body
102102
erste Oberflächefirst surface
103103
zweite Oberflächesecond surface
104104
katodenseitige Basiszonecathode side base zone
105105
katodenseitige Emitterzonecathode side emitter region
106106
anodenseitige Emitterzoneanode side emitter region
107107
spannungsaufnehmende Schicht, anodenseitige Bastress-bearing Layer, anode-side Ba
siszonesiszone
108108
zusätzliche Schichtadditional layer
109, 110109 110
Teilbereiche der spannungsaufnehmenden Schichtsubregions the stress-absorbing layer
111, 112111, 112
Oberflächensurfaces
113, 114113 114
Siliziumscheiben, WaferSilicon wafers, wafer
SS
Sourceanschlusssource terminal
DD
Drainanschlussdrain
GG
Gateanschlussgate terminal
KK
Kathodenanschlusscathode
AA
Anodenanschlussanode

Claims (29)

Dotierverfahren zur Erzeugung von in vertikaler Richtung wenigstens abschnittsweise kontinuierlich ansteigenden, tiefen Dotierprofilen (12, 13) in einem Halbleiterkörper (2) mit den Verfahrensschritten: (a) Bereitstellen eines Halbleiterkörper (2) mit einer Grunddotierung (11) eines ersten Leitungstyps,; (b) Erzeugen von Kristallschäden in dem Halbleiterkörper (2); (c) Einbringen von Wasserstoffionen ausgehend von einer ersten Oberfläche (3, 4) in den Halbleiterkörper (2); (d) anschließendes Durchführen eines Temperaturprozesses, wobei die Temperatur und die Dauer dieses Prozesses so gewählt sind, dass sich die eingebrachten Wasserstoffatome wenigstens annäherungsweise über den gesamten Kristallschäden aufweisenden Bereich des Halbleiterkörpers (2) umverteilen.Doping method for generating deep doping profiles that continuously increase in the vertical direction at least in sections ( 12 . 13 ) in a semiconductor body ( 2 ) with the method steps: (a) providing a semiconductor body ( 2 ) with a basic funding ( 11 ) a first line type ;; (b) generating crystal damage in the semiconductor body ( 2 ); (c) introduction of hydrogen ions from a first surface ( 3 . 4 ) in the semiconductor body ( 2 ); (d) subsequently performing a temperature process, the temperature and the duration of this process being selected such that the hydrogen atoms introduced are at least approximately over the entire area of the semiconductor body which has crystal damage ( 2 ) redistribute. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturprozess bei einer Temperatur von weniger als 550°C, insbesondere von weniger als 450°C, erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the temperature process at a temperature less than 550 ° C, in particular of less than 450 ° C, he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Erzeugung der Kristallschäden und das Einbringen der Wasserstoffatome während eines Verfahrensschrittes erfolgt, bei dem Wasserstoffionen in den Halbleiterkörper implantiert werden.The method of claim 1 or 2, wherein the generation the crystal damage and the introduction of the hydrogen atoms during a process step takes place in which hydrogen ions are implanted in the semiconductor body become. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kristallschäden durch eine Ionenimplantation erzeugt werden und die Wasserstoffionen anschließend eindiffundiert werden.The method of claim 1 or 2, wherein the crystal damage by an ion implantation can be generated and the hydrogen ions then diffused in become. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Wasserstoffionen durch eine Plasmabehandlung in den Halbleiterkörper (2) eingebracht werden.The method of claim 4, wherein the hydrogen ions by a plasma treatment in the semiconductor body ( 2 ) are introduced. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem zur Erzeugung der Kristallschäden Heliumionen implantiert werden.A method according to claim 4 or 5, in which for generating the crystal damage Helium ions are implanted. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem zur Erzeugung der Kristallschäden die Ionen bei Energien von mehr als 1 MeV, insbesondere mehr als 2 MeV, in den Halbleiterkörper (2) eingebracht werden.Method according to one of Claims 3 to 6, in which, in order to generate the crystal damage, the ions into the semiconductor body at energies of more than 1 MeV, in particular more than 2 MeV ( 2 ) are introduced. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dotierung eine Mehrfachimplantation bei unterschiedlichen Energien und/oder unterschiedlichen Dotierungsdosen durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that for the doping is a multiple implantation at different energies and / or different doping doses is carried out. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Dotierung eine Maske zur Strukturierung der Dotierungsgebiete auf die erste Oberfläche (3, 4) aufgebracht wird, Ionen über die erste Oberfläche (3, 4) in den Halbleiterkörper (1) implantiert werden und anschließend die Maske wieder von der ersten Oberfläche (3, 4) abgelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a mask for structuring the doping regions onto the first surface ( 3 . 4 ) is applied, ions over the first surface ( 3 . 4 ) in the semiconductor body ( 1 ) are implanted and then the mask again from the first surface ( 3 . 4 ) is replaced. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (2) vor dem zusätzlichen Dotieren auf eine Dicke von weniger als 140 μm, insbesondere von weniger als 70 μm, geschliffen und/oder geätzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor body ( 2 ) is ground and / or etched before the additional doping to a thickness of less than 140 μm, in particular less than 70 μm. Halbleiterbauelement (1, 20), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches in einem eine erste und eine zweite Oberfläche (3, 4) aufweisenden Halbleiterkörper (2) angeordnet ist, mit einer Innenzone (9, 28), die eine Grunddotierung (11) des ersten Leitungstyps aufweist, mit einer an die erste Oberfläche (3, 4) sowie an die Innenzone (9, 28) angrenzenden ersten Zone (7, 21) des ersten Leitungstyps, deren Dotierungskonzentration größer ist als die der Innenzone (9, 28), mit einer an die Innenzone (9, 28) angrenzenden zweiten Zone (8, 23) des zweiten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenzone (9, 28) mindestens eine dritte Zone (12, 13) vorgesehen ist, die eine höhere Dotierungskonzentration als die Innenzone (9, 28) aufweist, wobei die Dotierungskonzentration der dritten Zone (12, 13) in die Richtung der ersten oder der zweiten Oberfläche (3, 4) hin zumindest abschnittsweise kontinuierlich zunimmt.Semiconductor device ( 1 . 20 ), in particular produced with a method according to one of the preceding claims, which comprises a first and a second surface ( 3 . 4 ) having semiconductor body ( 2 ) is arranged with an inner zone ( 9 . 28 ), which is a basic funding ( 11 ) of the first conduction type, with a to the first surface ( 3 . 4 ) and the inner zone ( 9 . 28 ) adjacent first zone ( 7 . 21 ) of the first conductivity type whose doping concentration is greater than that of the inner zone ( 9 . 28 ), with one to the inner zone ( 9 . 28 ) adjacent second zone ( 8th . 23 ) of the second line type, characterized in that in the inner zone ( 9 . 28 ) at least a third zone ( 12 . 13 ) is provided which has a higher doping concentration than the inner zone ( 9 . 28 ), the doping concentration of the third zone ( 12 . 13 ) in the direction of the first or the second surface ( 3 . 4 ) continuously increases at least in sections. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Diode (1) ausgebildet ist und die zweite Zone (8) an die zweite Oberfläche (4) angrenzt.Semiconductor component according to claim 10, characterized in that the semiconductor component as a diode ( 1 ) is formed and the second zone ( 8th ) to the second surface ( 4 ) adjoins. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der dritten Zone (12, 13) eine n-Dotierung ist, die aus der Grunddotierung (11) sowie einer zusätzlichen Dotierung (12), welche durch Komplexe aus Bestrahlungsdefekten und Wasserstoffatomen gebildet ist, besteht.Semiconductor component according to one of claims 10 or 11, characterized in that the doping of the third zone ( 12 . 13 ) is an n-doping, which results from the basic doping ( 11 ) and an additional funding ( 12 ), which is formed by complexes of radiation defects and hydrogen atoms. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsdefekte durch eine Wasserstoffimplantation erzeugt und die Wasserstoffatome durch diese Wasserstoffimplantation eingebracht sind.Semiconductor component according to one of claims 11 to 13, characterized in that the radiation defects by a Hydrogen implantation creates and the hydrogen atoms through this hydrogen implantation are introduced. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsdefekte durch eine Ionenimplantation, vorzugsweise eine Heliumimplantation, erzeugt und die Wasserstoffatome durch eine Plasmabehandlung eingebracht sind.Semiconductor component according to one of claims 11 to 13, characterized in that the radiation defects by a Ion implantation, preferably a helium implantation and the hydrogen atoms are introduced by a plasma treatment are. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenzone (9, 28) eine Vielzahl von dritten Zonen (13) vorgesehen sind, wobei ein Übergang (14) von benachbarten dritten Zonen (13) jeweils eine Stufe (14) bildet und wobei die Dotierungskonzentration dieser dritten Zonen (13) abwechselnd kontinuierlich und stufenförmig in die Richtung einer Oberfläche (3, 4) abnimmt oder zunimmt.Semiconductor component according to one of claims 11 to 15, characterized in that in the inner zone ( 9 . 28 ) a variety of third zones ( 13 ) are provided, with a transition ( 14 ) from neighboring third zones ( 13 ) one level each ( 14 ) and where the doping concentration of these third zones ( 13 ) alternating continuously and stepwise in the direction of a surface ( 3 . 4 ) decreases or increases. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Leistungstransistor (20) ausgebildet ist, wobei die Dotierungskonzentration der dritten Zone (12) in die Richtung der zweiten Oberfläche (4) zunimmt.Semiconductor component according to one of claims 11 to 16, characterized in that the semiconductor device as a power transistor ( 20 ) is formed, the doping concentration of the third zone ( 12 ) in the direction of the second surface ( 4 ) increases. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Leitungstransistor (20) ausgebildet ist, wobei die Dotierungskonzentration der dritten Zone (12) in die Richtung der ersten Oberfläche (3) zunimmt.Semiconductor component according to one of claims 11 to 16, characterized in that the semiconductor component as a line transistor ( 20 ) is formed, the doping concentration of the third zone ( 12 ) in the direction of the first surface ( 3 ) increases. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (1) eine Dicke von weniger als 140 μm, insbesondere von weniger als 70 μm, aufweist.Semiconductor component according to one of Claims 11 to 18, characterized in that the semiconductor body ( 1 ) has a thickness of less than 140 μm, in particular less than 70 μm. Halbleiterbauelement (100) welches in einem eine erste und eine zweite Oberfläche (102, 103) aufweisenden Halbleiterkörper (101) angeordnet ist, mit einem eine Sperrspannung aufnehmenden inneren Bereich (107), der eine Grunddotierung des ersten Leitungstyps aufweist, mit mindestens einem ersten Bereich (108) des zweiten Leitungstyps, der in vertikaler Richtung in den inneren Bereich (107) des Halbleiterbauelementes eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (108) in dem inneren Bereich (107) derart angeordnet ist und der innere Bereich (107) sowie der erste Bereich (108) jeweils eine solche Dotierungskonzentration aufweisen, dass jeweils in einem oberhalb und unterhalb des ersten Bereichs (108) angeordneten Bereich (109, 110) des inneren Bereichs (107) bei maximal anliegender Sperrspannung (UAK) gerade die zu der Grunddotierung der Bereiche (109, 110) gehörige maximale elektrische Feldstärke erreicht wird.Semiconductor device ( 100 ) which in a first and a second surface ( 102 . 103 ) having semiconductor body ( 101 ) is arranged, with an inner region receiving a reverse voltage ( 107 ), which has a basic doping of the first conductivity type, with at least one first area ( 108 ) of the second conduction type, which goes vertically into the inner area ( 107 ) of the semiconductor component is inserted, characterized in that the first region ( 108 ) in the inner area ( 107 ) is arranged in this way and the inner area ( 107 ) as well as the first area ( 108 ) each have such a doping concentration that in each case above and below the first region ( 108 ) arranged area ( 109 . 110 ) of the inner area ( 107 ) with maximum applied reverse voltage (UAK) just that for the basic doping of the areas ( 109 . 110 ) appropriate maximum electric field strength is reached. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger erster Bereich (108) vorgesehen ist, der den inneren Bereich (107) in zwei Teilbereiche (109, 110) teilt, die durch den ersten Bereich (108) voneinander beabstandet werden.Semiconductor component according to Claim 20, characterized in that a single first region ( 108 ) is provided which covers the inner area ( 107 ) in two areas ( 109 . 110 ) divides by the first area ( 108 ) are spaced from each other. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (108) etwa in der Mitte des inneren Bereichs (107) angeordnet ist.Semiconductor component according to one of Claims 20 to 21, characterized in that the first region ( 108 ) approximately in the middle of the inner area ( 107 ) is arranged. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung des ersten Bereichs (108) eine p-Dotierung ist und dass die Dotierung der Bereiche (109, 110) eine n-Dotierung ist.Semiconductor component according to one of claims 20 to 22, characterized in that the doping of the first region (108 ) is a p-doping and that the doping of the areas ( 109 . 110 ) is an n-doping. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration in dem inneren Bereich (107) geringer ist als die Dotierungskonzentration in dem ersten Bereich (108).Semiconductor component according to one of Claims 20 to 23, characterized in that the doping concentration in the inner region ( 107 ) is less than the doping concentration in the first region ( 108 ). Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die erste Oberfläche (102) sowie an den inneren Bereich (107) angrenzender zweiter Bereich (104) des zweiten Leitungstyps, in dem ein dritter Bereich (105) des ersten Leitungstyp eingebettet ist, vorgesehen ist, wobei der zweite Bereich (104) an einen Gateanschluss (G) und der dritte Bereich (105) an einen Katodenanschluss (K) angeschlossen sind, und dass ein an die zweite Oberfläche (103) sowie an den inneren Bereich (107) angrenzender dritter Bereich (106) des zweiten Leitungstyps, der an einen Anodenanschluss (A) angeschlossen ist, vorgesehen ist.Semiconductor component according to one of claims 20 to 24, characterized in that a to the first surface ( 102 ) as well as the inner area ( 107 ) adjacent second area ( 104 ) of the second line type, in which a third area ( 105 ) of the first line type is embedded, the second area ( 104 ) to a gate connection (G) and the third area ( 105 ) are connected to a cathode connection (K) and that one to the second surface ( 103 ) as well as the inner area ( 107 ) adjacent third area ( 106 ) of the second conductivity type, which is connected to an anode connection (A), is provided. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Thyristor (100) ausgebildet ist.Semiconductor component according to one of claims 20 to 25, characterized in that the semiconductor component as a thyristor ( 100 ) is trained. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Leistungs-MOSFET ausgebildet ist.Semiconductor component according to one of claims 20 to 25, characterized in that the semiconductor component is designed as a power MOSFET is. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement als Leistungs-Diode ausgebildet ist.Semiconductor component according to one of claims 20 to 25, characterized in that the semiconductor device as a power diode is trained. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 28 mittels Waferbonding, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Zwei Halbleiterkörper (113, 114) mit einer Grunddotierung des ersten Leitungstyps werden bereitgestellt; – Vor einem Verbinden mittels Waferbonding werden in mindestens eine Oberfläche (111, 112) eines Halbleiterkörpers (113, 114) Dotierstoffe des zweiten Leitungstyps implantiert, eindiffundiert oder aufgebracht; – Die beiden Halbleiterkörper (113, 114) werden mit ihrer Oberfläche (111, 112), auf die oder in die die Dotierstoffe eingebracht wurden, aufeinander gelegt; – Zur Erzeugung einer hochtemperaturstabilen Verbindung zwischen den beiden Halbleiterkörper (113, 114) werden diese einem Hochtemperaturschritt unterworfen.Method for manufacturing a semiconductor device ( 100 ) according to one of claims 20 to 28 by means of wafer bonding, characterized by the following method steps: - Two semiconductor bodies ( 113 . 114 ) with a basic funding of the first line type are provided; - Before bonding using wafer bonding, at least one surface ( 111 . 112 ) of a semiconductor body ( 113 . 114 ) Implants, diffused or applied dopants of the second conductivity type; - The two semiconductor bodies ( 113 . 114 ) with their surface ( 111 . 112 ), on or into which the dopants were introduced, placed one on top of the other; - To create a high-temperature stable connection between the two semiconductor bodies ( 113 . 114 ) they are subjected to a high temperature step.
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