DE10245091B4 - Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur Download PDFInfo
- Publication number
- DE10245091B4 DE10245091B4 DE10245091A DE10245091A DE10245091B4 DE 10245091 B4 DE10245091 B4 DE 10245091B4 DE 10245091 A DE10245091 A DE 10245091A DE 10245091 A DE10245091 A DE 10245091A DE 10245091 B4 DE10245091 B4 DE 10245091B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor
- zone
- doping
- doped
- semiconductor body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 178
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 37
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 28
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 4
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
- H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
- H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/8611—Planar PN junction diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
- H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterbauelementstruktur mit einer im Bereich einer, Seite angeordneten stark dotierten Zone und einer sich an die stark dotierte Zone in vertikaler Richtung anschließenden schwächer dotierten Zone, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
– Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (100; 200) mit einer Vorderseite (101; 201) und einer Rückseite (102; 202), der eine Grunddotierung aufweist,
– Herstellen einer dotierten vergrabenen Halbleiterzone (12; 22) in dem Halbleiterkörper (110; 200), deren Dotierung höher als die Grunddotierung ist.
– Abtragen von die Grunddotierung aufweisenden Abschnitten des Halbleiterkörpers (110; 200) ausgehend von der Rückseite (102; 202) bis zu der vergrabenen stärker als die Grunddotierung dotierten Halbleiterzone (12; 22).
– Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (100; 200) mit einer Vorderseite (101; 201) und einer Rückseite (102; 202), der eine Grunddotierung aufweist,
– Herstellen einer dotierten vergrabenen Halbleiterzone (12; 22) in dem Halbleiterkörper (110; 200), deren Dotierung höher als die Grunddotierung ist.
– Abtragen von die Grunddotierung aufweisenden Abschnitten des Halbleiterkörpers (110; 200) ausgehend von der Rückseite (102; 202) bis zu der vergrabenen stärker als die Grunddotierung dotierten Halbleiterzone (12; 22).
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterbauelementstruktur mit einer im Bereich einer Seite angeordneten stark dotierten Zone und einer sich an die stark dotierte Zone in vertikaler Richtung anschließenden schwächer dotierten Zone.
- Derartige Bauelementstrukturen sind bei hochspannungsfesten Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Dioden oder MOS-FET, die in vertikaler Bauweise ausgeführt sind, vorhanden. Bei derartigen Halbleiterbauelementen durchfließt ein Laststrom die Halbleiterstruktur in vertikaler Richtung, wobei die stark dotierte Zone als eine der Anschlusszonen des Halbleiterbauelementes und die schwächer dotierte Zone als Drift-Zone, die im Sperrfall im Wesentlichen die anliegende Sperrspannung aufnimmt, dient.
- Bei einer Diode bildet die üblicherweise im Bereich der Rückseite der Struktur angeordnete stark dotierte Zone eine der Anschlüsse der Diode, während in der Drift-Zone im Bereich der Vorderseite eine komplementär dotierte Zone vorhanden ist, die den anderen Anschluss der Diode bildet.
- Bei einem MOSFET bildet die üblicherweise im Bereich der Rückseite der Struktur angeordnete stark dotierte Zone die Drain-Zone des MOSFET, während in der Drift-Zone im Bereich der Vorderseite der Struktur Body- und Source-Zonen vorhanden sind.
- Die Abmessungen der Drift-Zone zwischen der Body-Zone und der Drain-Zone bei einem MOSFET bzw. zwischen der Anodenzone und der Kathodenzone bei einer Diode bestimmen maßgeblich die Spannungsfestigkeit des Bauelementes, wobei bei gleicher Dotierungskonzentration in der Drift-Zone die Spannungsfestigkeit um so geringer ist, je geringer die Abmessungen der Drift-Zone sind.
- Zur Herstellung einer Struktur mit einer stark dotierten Anschlusszone und einer schwächer dotierten Drift-Zone ist es bekannt, einen hoch dotierten Wafer, einen sogenannten Substratwafer, vorzusehen und auf diesen Wafer epitaktisch die schwächer dotierte Halbleiterschicht abzuscheiden. Dieser Wafer wird nach Abschluss weiterer Verfahrensschritte zur Herstellung der Halbleiterbauelemente in bekannter Weise in die einzelnen Bauelemente zersägt. Die Dicke des hochdotierten Substratwafers ist üblicherweise wesentlich größer als die Dicke der aufgebrachten Epitaxieschicht, um eine ausreichende Stabilität des Wafers während der zur Herstellung der Bauelemente erforderlichen Prozessschritte zu gewährleisten. Übliche Dicken eines solchen Wafers liegen im Bereich von einigen 100μm, während die erforderliche Dicke der Epitaxieschicht für Bauelemente mit einer Spannungsfestigkeit von 600V im Bereich von 40 bis 70 μm liegt. Wie erläutert wurde, ist wesentlich für das Sperrverhalten des Halbleiterbauelements die Abmessung der schwächer dotierten Drift-Zone in vertikaler Richtung der Struktur. Die stark dotierte Zone ist erforderlich, um einen niederohmigen Kontakt einer Anschlusselektrode zu dem Halbleiterbauelement zu gewährleisten. Dabei soll die stark dotierte Zone möglichst wenig zum Einschaltwiderstand des Halbleiterbauelements beitragen, was eine möglichst hohe Dotierung des Substratwafers erforderlich macht, der im Übrigen ungenutzt bleibt. Allerdings sind solche hochdotierten Substratwafer mit darauf aufgebrachten Epitaxieschichten sehr teuer im Vergleich zu Wafern ohne Epitaxieschichten, sogenannten Nicht-Epitaxiewafern.
- Bei der Herstellung von NPT-IGBT (NPT = Non Punch Through) mit einer stark dotierten Anschlusszone und einer sich daran anschließenden schwächer dotierten Drift-Zone ist es ferner bekannt, einen Wafer mit einer Grunddotierung, die der Dotierung der Drift-Zone entspricht, vorzusehen, diesen Wafer dünn zu schleifen und ausgehend von der Rückseite Dotierstoffatome zur Herstellung der stark dotierten Anschlusszone zu implantieren. Dieses Vorgehen besitzt jedoch zwei Nachteile:
Erstens muss der Wafer während des Herstellungsverfahrens gedreht werden, da zum Einen Dotierstoffatome in die Rückseite zur Herstellung der stark dotierten Anschlusszone implantiert werden müssen und da zum anderen weitere dotierte Zonen ausgehend von der Vorderseite zur Herstellung des Bauelements in den Wafer eingebracht werden müssen. Zweitens unterliegen die bislang gängigen Verfahren zum Dünnschleifen oder Dünnätzen eines Halbleiterwafers Schwankungen, so dass der Durchmesser des nach dem Bearbeiten verbleibenden Wafers nicht exakt vorherbestimmt werden kann. Davon ausgehend, dass die Dicke der mittels Implantation oder Diffusion hergestellten stark dotierten Anschlusszone jeweils gleich ist, verbleiben abhängig von den Ungenauigkeiten des Abtragungsverfahrens von Wafer zu Wafer Schwankungen der vertikalen Abmessungen der Drift-Zone, woraus Bauelemente mit unterschiedlichen Sperrspannungen resultieren. Bei NPT-IGBT speien diese Schwankungen in der Dicke der Drift-Zone keine Rolle, weil bei diesen Bauelementen in der Drift-Zone eine das Feld begrenzende Stoppzone in einer vorgegebenen Tiefe ausgehend von der Vorderseite realisiert ist, so dass die Gesamtdicke der Driftzone für die Sperrspannung des Bauelements nicht zum Tragen kommt. - Die
DE 100 31 781 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines eine Kathode und eine Anode aufweisenden Halbleiterbauelementes, bei dem vorgesehen ist, in einem Halbleiterkörper ausgehend von der Rückseite ein abnehmendes Dotierprofil zu erzeugen. Der Halbleiterkörper wird anschließend ausgehend von der Rückseite abgetragen, wodurch schwächer dotierte Halbleiterbereiche des Dotierprofils übrig bleiben, die eine Basiszone des späteren Bauelementes bilden. Im Bereich der Rückseite wird bei diesem Verfahren eine komplementär dotierte Anodenzone erzeugt, die mittels eines Anodenkontaktes kontaktiert wird. - Zur Erzeugung von n-dotierten Halbleiterzonen in großen Tiefen eines Halbleiterkörpers ist es aus der
DE 100 25 567 A1 bekannt, Protonen in den Halbleiterkörper zu implantieren und anschließend einen Temperaturschritt zur Aktivierung der Dotierstoffatome durchzuführen. - Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur mit einer stark dotierten Anschlusszone und einer sich an die stark dotierte Anschlusszone anschließenden schwächer dotierten Halbleiterzone zur Verfügung zu stellen.
- Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite bereitzu stellen, der eine Grunddotierung aufweist, in dem Halbleiterkörper eine höher als die Grunddotierung dotierte vergrabene Halbleiterzone herzustellen und Abschnitte des Halbleiterkörpers, die die Grunddotierung aufweisen, ausgehend von der Rückseite bis zu der vergrabenen Halbleiterzone abzutragen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, dass als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Halbleiterbauelementstruktur ein kostengünstiger Nicht-Epitaxiewafer verwendet werden kann, dessen Dotierung der gewünschten Dotierung der schwächer dotierten Zone entspricht, wobei diese schwächer dotierte Zone die Drift-Zone eines auf der erfindungsgemäßen Struktur basierenden Halbleiterbauelements bilden kann.
- Die Herstellung der vergrabenen Halbleiterzone erfolgt vorzugsweise über die Vorderseite des Halbleiterkörpers durch Protonenbestrahlung und anschließende Temperaturbehandlung des Halbleiterkörpers. Eine derartige Protonenbestrahlung bei anschließender Temperaturbehandlung wirkt in hinlänglich bekannter weise n-dotierend in den Bereichen, in denen die eingestrahlten Protonen eingelagert werden. Die n-Dotierung eines Halbleiterkörpers mittels Protonenbestrahlung und anschließender Temperaturbehandlung ist ausführlich in Wolfgang Wondrak: "Erzeugung von Strahlenschäden in Silizium durch hochenergetische Elektronen und Protonen", Inaugural-Dissertation, Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main, 1985 und in Kozlov, Kozlovski: "Doping of Semiconductors Using Radiation Defects Produced by Irradiation with Protons and Alpha Particles", Semiconductors Vol. 35, No. 7, 2001, Seiten 735 bis 765 und 769 bis 795, beschrieben. Durch eine solche Protonenbestrahlung bei anschließender Temperaturbehandlung lassen sich in der Einstrahlrichtung schmale n-dotierte Bereiche erzeugen, wobei der Abstand dieser dotierten Bereiche von der bestrahlten Oberfläche von der Einstrahlenergie der Protonen abhängig ist. Bei einer Implantationsenergie von bis zu 3MeV lassen sich beispielsweise n-dotierte Zonen in einer Tiefe von bis zu 100μm erzeugen. Die sich an die Protonenbestrahlung anschließende Temperaturbehandlung ist erforderlich, um Bestrahlungsschäden in dem Halbleiterkörper, insbesondere in den durch die Protonen durchstrahlten Bereichen, auszuheilen und in den Bereichen, in denen die Protonen eingelagert sind, sogenannte wasserstoffinduzierte Donatoren zu erzeugen, die durch Bestrahlungsdefekte und die eingebrachten Wasserstoffatome entstehen. Die Ausheiltemperatur liegt vorzugsweise in Bereichen zwischen 250°C und 550°C.
- Dieses Verfahren zur Herstellung der vergrabenen stark dotierten Halbleiterzone bietet den Vorteil, dass lediglich eine Vorderseitenbehandlung des Wafers erforderlich ist, so dass der Wafer während des Herstellungsverfahrens zur Her stellung der stark dotierten Halbleiterzone nicht gedreht werden muss. Darüber hinaus ist die Tiefe der vergrabenen Halbleiterzone ausgehend von der Vorderseite über die Bestrahlungsenergie der eingebrachten Protonen exakt einstellbar. Dadurch sind auch die vertikalen Abmessungen der späteren Drift-Zone des Bauelements, die zwischen der Oberfläche und der stark dotierten vergrabenen Halbleiterzone gebildet ist, exakt einstellbar.
- Das nachfolgende Abtragen des Halbleiterkörpers bzw. des Wafers ausgehend von der Rückseite bis zu der stark dotierten Halbleiterzone kann mittels herkömmlicher Verfahren, beispielsweise mittels Schleifverfahren, Ätzverfahren, Polierverfahren oder Kombinationen solcher Verfahren erfolgen. Diese Verfahren unterliegen üblicherweise Ungenauigkeiten, das heißt bei Vorgabe eine Sollwertes für die Abmessungen des abgetragenen Materials bzw. des verbleibenden Materials wird dieser Sollwert nur plus oder minus eines Toleranzwertes erreicht, wodurch die Dicke des nach dem Abtragen verbleibenden Halbleiterkörpers in einem Bereich schwanken kann, der dem Doppelten dieses Toleranzwertes entspricht. Die Dicke der vergrabenen stark dotierten Halbleiterzone ist dabei so gewählt, dass sie größer ist, als dieser Toleranzbereich, so dass trotz der Ungenauigkeiten des Abtragungsverfahrens sichergestellt ist, dass nach dem Abtragungsverfahren die stark dotierte Zone an der Rückseite der entstandenen Bauelementstruktur freiliegt. Die vertikalen Abmessungen der schwächer dotierten, die spätere Drift-Zone bildenden Halbleiterzone oberhalb der stark dotierten Zone werden durch diese Ungenauigkeiten des Abtragungsverfahrens nicht beeinflusst. Lediglich die vertikalen Abmessungen der stark dotierten Zone schwanken bedingt durch die Ungenauigkeiten des Abtragungsverfahrens. Allerdings wirken sich diese Schwankungen der stark dotierten Zone nicht auf die Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelementes und wegen der ohnehin hohen Dotierung nur unwesentlich auf den Einschaltwiderstand des Halbleiterbauelementes aus.
- Die Dotierung und das spätere Abtragungsverfahren sollte vorzugsweise derart erfolgen, dass eine verbleibende Restdicke der hochdotierten Schicht eine Flächendotierung von mindestens 2·1012 cm–2 enthält, um ein Durchgreifen des elektrischen Feldes im Sperrfall bis an einen später aufgebrachten rückseitigen Kontakt zu vermeiden.
- Für bestimmte Bauelemente ist es erwünscht, dass ein möglichst abrupter Übergang zwischen der stark dotierten Zone und der sich in Richtung der Vorderseite anschließenden schwächer dotierten Zone vorhanden ist. Bei der Herstellung der stark dotierten Zone mittels Protonenbestrahlung und anschließender Temperaturbehandlung sind in diesem Fall die Dauer und die Temperatur des Temperaturprozesses so gewählt, dass im Wesentlichen keine Diffusion der eingebrachten Protonen erfolgt, um den Halbleiterbereich, in dem Protonen eingelagert sind, und in dem entsprechend wasserstoffinduzierte Donatoren entstehen scharf begrenzt ist.
- Bei anderen Bauelementen, beispielsweise bei Feldeffekttransistoren, die nach dem Kompensationsprinzip funktionieren, kann es wünschenswert sein, von der schwächer dotierten Zone in Richtung der stärker dotierten Zone ein Ansteigen des n-Dotierprofils zu erhalten, um die Spannungsfertigkeit des Bauelementes zu optimieren, wie dies beispielsweise in Chen, Hu: "Optimum doping profile of power MOSFET epitaxial layer", Trans. Electr. Dev. Vol. ED-29, 1982, beschrieben ist. Ein derartiges Ansteigen des Dotierprofils kann durch Protonenbe strahlung mit unterschiedlichen Bestrahlungsenergien und unterschiedlichen Bestrahlungsdosen erzeugt werden, wobei die Bestrahlungsdosis mit abnehmender Bestrahlungsenergie abnimmt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Dauer und die Temperatur des Temperprozesses so zu wählen, dass die eingebrachten Protonen in dem durchstrahlten Bereich in Richtung der Vorderseite diffundieren, um so ein Richtung der Rückseite ansteigendes Dotierprofil zu erhalten.
- Es sei darauf hingewiesen, dass zur Einstellung der vertikalen Abmessungen der stark dotierten Zonen die Protonen selbstverständlich mit unterschiedlichen Energien in den Halbleiterkörper eingestrahlt werden können, um so auch breite stark dotierte Zonen zu erzeugen.
- Abhängig davon, welche Bauelemente mittels der erläuterten Bauelementstruktur erzeugt werden können, entspricht der Dotierungstyp der Grunddotierung des Halbleiterkörpers oder Wafers dem Dotierungstyp der darin erzeugten vergrabenen Halbleiterzone. Dies ist üblicherweise bei Dioden der Fall und kann bei MOSFET der Fall sein.
- Insbesondere bei MOSFET, die nach dem Kompensationsprinzip funktionieren besteht auch die Möglichkeit, einen p-dotierten Wafer vorzusehen, in dem eine n-dotierte vergrabene Zone erzeugt wird. Bei MOSFET, die nach dem Kompensationsprinzip funktionieren, wechseln in der Drift-Zone in lateraler Richtung in hinlänglich bekannter Weise n-dotierte Zonen und p-dotierte Zonen einander ab, wobei sich diese Zonen im Sperrfall des Bauelements gegenseitig ausräumen. Zur Erzeugung dieser Kompensationsstruktur besteht die Möglichkeit, den p-dotierten Wafer vor oder nach der Herstellung der n-dotierten vergrabenen Zone maskiert mit Protonen zu bestrahlen und an schließend ein Temperverfahren durchzuführen, um ausgehend von der Vorderseite in dem p-dotierten Gebiet in vertikaler Richtung verlaufende n-dotierte Säulen zu erzeugen. Hierzu werden Protonen vorzugsweise mit unterschiedlichen Bestrahlungsenergien eingebracht, um eine in vertikaler Richtung möglichst gleichmäßige Verteilung der Protonen und damit eine möglichst gleichmäßige Dotierung zu erreichen. Die Erzeugung derartiger n-dotierter Säulen mittels Protonenbestrahlung ist beispielsweise in der
DE 100 25 567 A1 beschrieben. - Um die Ungenauigkeiten des Abtragungsverfahrens zu reduzieren, wird während des Abtragungsverfahrens vorzugsweise kontrolliert, ob die vergrabene Halbleiterzone bereits erreicht wurde, das heißt an der Rückseite der Bauelementstruktur bereits freiliegt. Wird die vergrabene Halbleiterzone mittels Protonenbestrahlung hergestellt und erfolgt das Abtragen des Halbleiterkörpers zumindest im letzten Abschnitt, bevor die Halbleiterzone feigelegt wird, mittels eines nasschemischen Verfahrens unter Verwendung einer den Halbleiterkörper ätzenden Lösung, kann das Erreichen der Halbleiterzone durch Messen der Zusammensetzung und/oder der elektrischen Eigenschaften der Lösung ermittelt werden. Diese Eigenschaften ändern sich bei Erreichen der vergrabenen Halbleiterzone durch die dann in der Lösung vorhandenen Protonen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper während unterschiedlicher Verfahrensschritte zur Herstellung einer Bauelementstruktur mit einer im Bereich einer Rückseite freiliegenden stark dotierten Zone und einer sich an die stark dotierte Zone anschließenden schwächer dotierten Zone. -
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Leistungsdiode, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bauelementestruktur hergestellt wurde. -
3 zeigt einen MOSFET, der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bauelementestruktur hergestellt wurde. -
4 zeigt eine zur Realisierung von Kompensations-MOSFET geeignete erfindungsgemäße Halbleiterbauelementstruktur während verschiedener Verfahrensschritte ihrer Herstellung. -
5 zeigt ein vorteilhaftes Dotierprofil der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementstruktur in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite. - In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Halbleiterbereiche mit gleicher Bedeutung.
- Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterbauelementstruktur mit einer stark dotierten Zone
12 im Bereich einer Rückseite103 und einer sich daran anschließenden schwächer dotierten Zone11 wird anhand von1 erläutert. Den Ausgangspunkt des Verfahrens bildet ein Halbleiterkörper bzw. Halbleiterwafer100 mit einer Vorderseite101 und einer Rückseite102 , der in dem Ausführungsbeispiel gemäß1 schwach n-dotiert ist, wobei diese Dotierung der gewünschten Dotierung der späteren Drift-Zone eines auf der Halbleiterbauelementstruktur basierenden Halbleiterbauelementes entspricht. - Über die Vorderseite
101 wird in diesem Halbleiterkörper100 in einer ausgehend von der Vorderseite101 gewünschten Tiefe d1 eine stark dotierte Halbleiterzone12 erzeugt. Die Erzeugung dieser Halbleiterzone erfolgt mittels ganzflächiger Protonenbestrahlung der Vorderseite101 des Halbleiterkörpers. Die Energie der Protonen ist dabei so gewählt, dass die Protonen in den Bereich der zu erzeugenden stark n-dotierten Zone12 vordringen. An diese Protonenbestrahlung schließt sich ein Temperverfahren an, dessen Temperatur und Dauer so gewählt ist, dass Bestrahlungsschäden in dem von den Protonen durchstrahlten Halbleiterbereich11 ausgeheilt werden und dass in den Bereichen des Halbleiterkörpers100 , in die die Protonen vorgedrungen und in denen sie eingelagert sind, sogenannte "wasserstoffinduzierte Donatoren" entstehen, die n-dotierend wirken, wodurch aus der Protonenbestrahlung und dem anschließenden Temperverfahren eine stark n-dotierte vergrabene Halbleiterzone12 resultiert. Die Temperaturen für dieses Temperverfahren liegen beispielsweise in Bereichen zwischen 300°C und 550°C. Die Dauer beträgt zwischen 1 min. und 250 min.. Die Dicke d2 der Halbleiterzone12 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers kann eingestellt werden, indem der Halbleiterkörper mit Protonen unterschiedlicher Energie, die unterschiedlich tief eindringen, bestrahlt wird. Die nach der Protonenbestrahlung und dem Ausheilverfahren zu beobachtende n-Dotierstoffkonzentrationen der Halbleiterzone12 ist abhängig von der Dosis der eingebrachten Protonen. - Die Halbleiterzone
11 unterteilt den Wafer100 in eine schwacher dotierte Zone13 unterhalb und eine schwächer dotierte Zone11 oberhalb der Halbleiterzone12 . - Der Halbleiterkörper
100 wird anschließend ausgehend von der Rückseite102 abgetragen, bis die vergrabene Halbleiterzone12 freiliegt und die Rückseite103 der entstandenen Halbleiterstruktur bildet. Diese rückseitige stark dotierte Halbleiterzone12 bildet eine der Anschlusszonen eines unter Verwendung der Halbleiterstruktur realisierten Halbleiterbauelementes, wie noch erläutert werden wird. Die Anschlusszone12 bildet bei Dioden üblicherweise den Kathodenanschluss, bei Feldeffekttransistoren, bzw. MOSFET, üblicherweise den Drain-Anschluss. Die sich an diese Anschlusszone12 anschließende schwächer dotierte Zone11 bildet üblicherweise die Drift-Zone des Halbleiterbauelements. -
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Diode, die durch Einbringen einer stark p-dotierten Halbleiterzone20 in die schwächer n-dotierte Zone11 im Bereich der Vorderseite101 gebildet ist. Diese p-dotierte Zone20 im Bereich der Vorderseite101 des Halbleiterkörpers bildet die Anodenzone, während die stark n-dotierte Zone12 im Bereich der Rückseite103 die Kathodenzone bildet. Der zwischen der Anodenzone20 und der Kathodenzone12 liegende Halbleiterbereich11 mit der Grunddotierung des ursprünglichen Wafers bildet die Drift-Zone der Diode, wobei die Abmessungen dieser Drift-Zone in vertikaler Richtung zwischen der Anodenzone20 und der Kathodenzone12 sowie deren Dotierung maßgeblich die Spannungsfestigkeit des Bauelementes bestimmt. Während die Dotierung durch die Grunddotierung des Wafers vorgegeben ist, sind deren Abmessungen in vertikaler Richtung maßgeblich durch das anhand von1 erläuterte Verfahren zur Herstellung der Grundstruktur bestimmt. Bei diesem Verfahren sind die vertikalen Abmessungen der Halbleiterzone11 ausgehend von der Vorderseite101 bis zu der stark dotierten Zone12 exakt über die Energie einstellbar, mit der Protonen in den Halbleiterkörper100 eingestrahlt werden. Des Weiteren sind die Abmessungen der Anodenzone20 in vertikaler Richtung mittels herkömmlicher Verfahren, beispielsweise Diffusionsverfahren oder Implantationsverfahren, exakt reproduzierbar, so dass der Abstand zwischen der Anodenzone20 und der Kathodenzone12 und damit die Spannungsfestigkeit des Bauelementes exakt reproduzierbar ist. - Bei der in
1c dargestellten Grundstruktur schwanken lediglich die Abmessungen der stark dotierten Halbleiterzone12 in vertikaler Richtung bedingt durch Ungenauigkeiten des Abtragungsverfahrens. Idealerweise wird während dieses Abtragungsverfahrens lediglich der zwischen der stark dotierten Zone12 und der Rückseite102 vorhandene schwächer dotierte Halbleiterbereich13 abgetragen. Allerdings unterliegen herkömmliche Abtragungsverfahren Ungenauigkeiten, die verhindern, dass der Abtrag exakt vorherbestimmt werden kann. Wird ein Sollwert für diesen Abtrag gewählt, so kann der tatsächliche Abtrag um einen Toleranzwert nach oben oder unten von diesem Sollwert abweichen. Der Sollwert für das Abtragungsverfahren wird vorzugsweise deshalb so gewählt, dass das Halbleitermaterial ausgehend von der Rückseite102 bis zur Mitte der Halbleiterzone12 abgetragen wird. Die vertikalen Abmessungen der Halbleiterzone12 sind dabei mehr als doppelt so groß wie die Toleranzbreite, so dass sichergestellt ist, dass sowohl bei Abweichungen des Abtragungsverfahrens von diesem Sollwert nach oben oder unten die Halbleiterzone12 stets im Bereich der Rückseite103 freiliegt, wobei die vertikalen Abmessungen dieser Halbleiterzone12 von Wafer zu Wafer Schwankungen unterliegen können, die im Bereich des Toleranzbereiches des Abtragungsverfahrens liegen. Allerdings wirken sich diese Schwankungen nicht auf die Spannungsfestig keit des Halbleiterbauelementes aus. Wegen der hohen Dotierung der Halbleiterzone12 besitzen diese Schwankungen auch nahezu keine Auswirkungen auf den Einschaltwiderstand des Halbleiterbauelements. -
1c veranschaulicht diese Schwankungen des Abtragungsverfahrens, wobei die gestrichelte Linie die Mitte der Halbleiterzone12 darstellt, auf die das Abtragungsverfahren eingestellt ist, und die strichpunktierten Linien den maximalen und den minimalen Abtrag veranschaulichen. Die Einstellung des Abtragungsverfahrens auf die Mitte der Halbleiterzone12 erfolgt in Kenntnis der Gesamtdicke des Wafers und der Tiefe der Halbleiterzone12 ausgehend von der Vorderseite101 sowie deren Breite. - Zur Verringerung der Toleranzen des Abtragungsverfahrens ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, während des Abtragens dauerhaft und in regelmäßigen Zeitabständen zu kontrollieren, ob die stark dotierte Halbleiterzone
12 bereits erreicht ist, also an der Rückseite103 freiliegt. Vorzugsweise erfolgt das Abtragen zumindest in dem Abschnitt vor Erreichen der Halbleiterzone12 mittels eines nasschemischen Verfahrens unter Verwendung einer den Halbleiterkörper100 ätzenden Lösung. Das Erreichen der Halbleiterzone12 kann dabei durch Messung der elektrischen und/oder chemischen Eigenschaften der Lösung ermittelt werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Dotierung des Halbleiterkörpers während des Abtragens mittels eines sogenannten "Thermal-Wave"-Verfahrens zu ermitteln und dadurch das Erreichen der stark dotierten Zone zu kontrollieren. Bei diesem Verfahren werden zwei Laser auf die Halbleiteroberfläche gerichtet, von denen der eine zur Aufheizung der Oberfläche und der andere zur Erfassung der hieraus resultierenden Wärmestrahlung dient. Die Eigenschaften/Parameter dieser Wärmestrahlung sind dabei unter anderem von der Dotierung des Halbleiters abhängig. -
3 zeigt im Querschnitt ein auf der Grundstruktur gemäß1c basierendes als vertikaler MOSFET ausgebildetes Halbleiterbauelement. Zur Realisierung dieses zellenartig ausgebauten MOSFET sind in hinlänglich bekannter Weise ausgehend von der Vorderseite101 des Halbleiterkörpers100 Body-Zonen20 eingebracht, die komplementär zu der stark dotierten Zone12 bzw. der Halbleiterzone11 dotiert sind. In diese Body-Zonen20 sind Source-Zonen30 des selben Leitungstyps sowie die stark dotierte Zone12 , die die Drain-Zone bildet und die Halbleiterzone11 eingebracht. Die Body-Zonen20 und die Source-Zonen30 sind durch eine Source-Elektrode31 kurzgeschlossen und kontaktiert. Zur Ansteuerung des MOSFET ist eine oberhalb der Vorderseite angeordnete Gate-Elektrode40 vorhanden, die mittels einer Isolationsschicht50 isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper100 angeordnet ist. - Die Verfahrensschritte zur Herstellung dieser Transistorstruktur im Bereich der Vorderseite
101 des Halbleiterkörpers sind hinlänglich bekannt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung hier verzichtet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Verfahrensschritte zur Herstellung der weiteren Transistorstruktur vor oder nach der Herstellung der stark dotierten Zone12 durchgeführt werden können, allerdings noch durchgeführt werden sollten bevor der Wafer ausgehend von der Rückseite102 abgetragen wird. Das Abtragen des Halbleiterkörpers bildet vorzugsweise einen der letzten aller Verfahrensschritte vor dem Zersägen des Wafers, um möglichst lange während des Herstellungsverfahrens eine ausreichende Stabilität des Wafers zu gewährleisten. An das Abtragen des Halbleiterkörpers kann sich eine Kontaktimplantation im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers anschließen, um einen niederohmigen Kontakt zu einer auf die Rückseite aufgebrachten Anschlusselektrode zu ermöglichen. - Zur Realisierung eines nach dem Kompensationsprinzip funktionierenden MOSFET sind in der schwächer dotierten Halbleiterzone
11 vorzugsweise komplementär zu der Zone11 dotierte Kompensationszonen50 vorhanden, die sich in vertikaler Richtung unterhalb der Body-Zonen erstrecken. - Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens exakt einstellbaren Abmessungen der schwächer dotierten Zone
11 , die die Drift-Zone bildet, ermöglichen die Herstellung vertikaler "Dünnscheiben"-MOSFET mit exakt einstellbarer bzw. reproduzierbaren Sperrspannungen. - Kompensationsbauelemente zeichnen sich in hinlänglich bekannter Weise durch eine in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers abwechselnde Struktur von n-dotierten und p-dotierten Zonen in der Drift-Zone aus.
-
4 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Grundstruktur für "Dünnscheiben"-Halbleiterbauelemente. Den Ausgangspunkt dieses Verfahrens bildet ein Halbleiterkörper bzw. Halbleiter-Wafer200 mit einer Vorderseite201 und einer Rückseite202 , der in diesem Fall p-dotiert ist. Wie in1b dargestellt ist, wird in diesem Halbleiterkörper100 durch Protonenbestrahlung der Vorderseite201 und ein anschließenden Ausheilverfahren eine vergrabene stark n-dotierte Zone22 in vertikaler Richtung beabstandet zu der Vorderseite201 erzeugt. Diese stark dotierte Halbleiterzone22 unterteilt den Halbleiterkörper200 in eine zwischen der Zone22 und der Vorderseite verbleibende schwächer dotierte Zone21 sowie eine zwischen der Zone22 und der Rückseite202 verbleibenden schwächer dotierte Zone23 , wobei die Dotierung dieser Zonen22 ,23 der Grunddotierung des Halbleiterkörpers200 entspricht, sofern während des Ausheilverfahrens die Bestrahlungsschäden der durch die Protonen durchstrahlten Halbleiterzone21 ausgeheilt werden. - Anschließend werden in der Halbleiterzone
21 n-dotierte Säulen21B erzeugt. Hierzu wird die Vorderseite201 des Halbleiterkörpers200 maskiert, beispielsweise mittels einer Metallblende300 , und der Halbleiterkörper wird von der Vorderseite201 mit Protonen bestrahlt. Die Bestrahlungsenergie ist dabei so gewählt, dass in vertikaler Richtung eine möglichst gleichmäßige Protonenverteilung in der Halbleiterzone21 erzeugt wird. Anschließend wird ein Temperverfahren durchgeführt, um Bestrahlungsschäden auszuheilen und wasserstoffinduzierte Donatoren zu bilden, die die n-Dotierung in den Zonen21B bewirken. Die Protonenbestrahlung erfolgt vorzugsweise in mehreren Schritten, bei denen Protonen mit unterschiedlicher Energie eingestrahlt werden, um eine gleichmäßige Protonenverteilung in den nach Abschluss des Ausheilverfahrens n-dotierten Zonen213 zu erreichen. -
4d zeigt die Struktur nach dem Herstellen von Body- und Source-Zonen im Bereich der Vorderseite201 und nach dem Abtragen der Halbleiterzone23 ausgehend von der Rückseite202 des Halbleiterkörpers. Das Abtragen des Halbleiterkörpers erfolgt dabei vorzugsweise nach dem Herstellen der im Bereich der Vorderseite201 vorhandenen Transistorstrukturen. -
5 zeigt einen vorteilhaften Dotierungsverlauf der n-Dotierung in dem Halbleiterkörper ausgehend von der Vorderseite101 ,201 bis zur Rückseite102 ,202 . Der Dotierungsver lauf steigt im Bereich der stärker dotierten Halbleiterzonen12 bzw.22 stetig an, wobei ein solcher ansteigender Dotierungsverlauf insbesondere zur Einstellung der Spannungsfestigkeit von Kompensationsbauelementen besonders geeignet ist. Dieser kontinuierlich ansteigende Dotierungsverlauf kann bei der Herstellung der stark dotierten Zonen12 bzw.22 dadurch erreicht werden, dass in unterschiedliche Tiefen unterschiedliche Protonenkonzentrationen eingebracht werden, wobei die Protonenkonzentration mit zunehmender Eindringtiefe zunimmt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Temperatur und die Dauer des sich an die Protonenbestrahlung anschließenden Ausheilverfahrens so zu wählen, dass neben der Ausheilung von Bestrahlungsschäden eine nennenswerte Diffusion der eingestrahlten Protonen in Richtung der Vorderseite101 ,201 des Halbleiterkörpers100 ,200 erfolgt. Diese Diffusion wird durch Bestrahlungsschäden in dem durch die Protonen durchstrahlten Bereichen11 ,21 begünstigt. -
- 11, 13
- schwächer dotierte Zonen
- 12, 22
- stark dotierte Zonen
- 20
- Anodenzone, Bodyzone
- 21, 23
- schwächer dotierte Zonen
- 21A, 231B
- Kompensationszonen
- 30
- Source-Zone
- 31
- Source-Elektrode
- 40
- Gate-Elektrode
- 50
- Isolationsschicht
- 60
- Kompensationszone
- 100, 200
- Halbleiterkörper
- 101, 201
- Vorderseite
- 102, 202
- Rückseite
- 103,203
- Rückseite der Halbleiterbauelementestruktur
- 300
- Maske
Claims (13)
- Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterbauelementstruktur mit einer im Bereich einer, Seite angeordneten stark dotierten Zone und einer sich an die stark dotierte Zone in vertikaler Richtung anschließenden schwächer dotierten Zone, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (
100 ;200 ) mit einer Vorderseite (101 ;201 ) und einer Rückseite (102 ;202 ), der eine Grunddotierung aufweist, – Herstellen einer dotierten vergrabenen Halbleiterzone (12 ;22 ) in dem Halbleiterkörper (110 ;200 ), deren Dotierung höher als die Grunddotierung ist. – Abtragen von die Grunddotierung aufweisenden Abschnitten des Halbleiterkörpers (110 ;200 ) ausgehend von der Rückseite (102 ;202 ) bis zu der vergrabenen stärker als die Grunddotierung dotierten Halbleiterzone (12 ;22 ). - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Herstellen der vergrabenen Halbleiterzone (
12 ;22 ) folgende Verfahrensschritte umfasst – Einstrahlen von Protonen über die Vorderseite des Halbleiterkörpers (100 ;200 ) in den Halbleiterkörper (100 ;200 ), – Durchführen einer Temperaturbehandlung deren Temperatur und Dauer so gewählt ist, dass wasserstoffinduzierte Donatoren im Bereich der Halbleiterzone (12 ;22 ) gebildet werden. - Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Temperatur während der Temperaturbehandlung zwischen 250°C und 550°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 500°C beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Dauer des Temperaturprozesses so gewählt ist, dass im wesentlichen keine die dotierte Zone aufweitende Diffusion der eingebrachten Protonen erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Dauer des Temperaturprozesses so gewählt ist, dass eine Diffusion der eingebrachten Protonen in Richtung der Vorderseite (
100 ;200 ) erfolgt, um einen in Richtung der Vorderseite abnehmenden Dotierungsverlauf in der vergrabenen Halbleiterzone (12 ;22 ) zu erhalten. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Dotierungstyp der Grunddotierung des Halbleiterkörpers (
100 ;200 ) dem Dotierungstyp der Halbleiterzone (12 ;22 ) entspricht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Dotierungstyp der Grunddotierung des Halbleiterkörpers (
200 ) komplementär zu dem Dotierungstyp der Halbleiterzone (12 ;22 ) ist. - Verfahren nach Anspruch 7, bei dem in einem Bereich zwischen der Vorderseite (
201 ) des Halbleiterkörpers (200 ) und der Halbleiterzone (22 ) vertikal verlaufende Halbleiterzonen (22B ) vom selben Dotierungstyp wie die vergrabene Halbleiterzone (22 ) erzeugt werden. - Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die vertikale verlaufenden Halbleiterzonen (
22B ) desselben Leistungstyps wie die vergrabene Halbleiterzone durch folgende Verfahrensschritte erzeugt werden: – Einstrahlen von Protonen unter Verwendung einer Maske (300 ) über die Vorderseite (201 ) in den Halbleiterkörper (200 ); – Durchführen einer Temperaturbehandlung deren Temperatur und Dauer so gewählt ist, dass wasserstoffinduzierte Donatoren in den Halbleiterzonen (12 ;22 ) gebildet werden. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Abtragen des Halbleiterkörpers mit einer Toleranzbreite behaftet ist, wobei die Dicke der Halbleiterzone (
12 ;22 ) in vertikaler Richtung der Struktur größer ist als diese Toleranzbreite. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem während des Reduzierens das Erreichen der Halbleiterzone kontrolliert wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Halbleiterkörper (
110 ;200 ) wenigstens abschnittsweise mittels eines nasschemischen Verfahrens unter Verwendung einer den Halbleiterkörper ätzenden Lösung abgetragen wird, wobei das Erreichen der Halbleiterzone (12 ;22 ) durch Messen der Zusammensetzung und/oder der elektrischen Eigenschaften der Lösung ermittelt wird. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterzone (
12 ;22 ) nach dem Abtragen eine Flächendotierung von mindestens 2·1012 cm–2 enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10245091A DE10245091B4 (de) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10245091A DE10245091B4 (de) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10245091A1 DE10245091A1 (de) | 2004-04-08 |
DE10245091B4 true DE10245091B4 (de) | 2004-09-16 |
Family
ID=31984144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10245091A Expired - Fee Related DE10245091B4 (de) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10245091B4 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103000672A (zh) * | 2011-09-15 | 2013-03-27 | 英飞凌科技股份有限公司 | 半导体主体有掺杂材料区域的元器件和生成该区域的方法 |
DE102012020785A1 (de) | 2012-10-23 | 2014-04-24 | Infineon Technologies Ag | Erhöhung der Dotierungseffizienz bei Protonenbestrahlung |
USRE45449E1 (en) | 2007-12-27 | 2015-04-07 | Infineon Technologies Ag | Power semiconductor having a lightly doped drift and buffer layer |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004039209B4 (de) | 2004-08-12 | 2009-04-23 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zur Herstellung einer n-dotierten Feldstoppzone in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer Feldstoppzone |
DE102006002903A1 (de) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zur Behandlung eines Sauerstoff enthaltenden Halbleiterwafers und Halbleiterbauelement |
US20110042791A1 (en) * | 2006-01-20 | 2011-02-24 | Infineon Technologies Austria Ag | Method for treating an oxygen-containing semiconductor wafer, and semiconductor component |
DE102006046845B4 (de) * | 2006-10-02 | 2013-12-05 | Infineon Technologies Austria Ag | Halbleiterbauelement mit verbesserter Robustheit |
DE102006055885B4 (de) * | 2006-11-27 | 2018-02-15 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zum Dotieren eines Halbleiterkörpers |
DE102007033873A1 (de) * | 2007-07-20 | 2009-01-22 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zur Dotierung eines Halbleiterwafers und Halbleiterbauelement |
US7936010B2 (en) | 2007-12-27 | 2011-05-03 | Infineon Technologies Austria Ag | Power semiconductor having a lightly doped drift and buffer layer |
DE102008025733A1 (de) | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers |
JP5827063B2 (ja) | 2011-08-03 | 2015-12-02 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2015100525A1 (zh) * | 2013-12-30 | 2015-07-09 | 电子科技大学 | 一种功率半导体器件纵向超结漂移区结构的制作方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10025567A1 (de) * | 2000-05-24 | 2001-12-06 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen von tiefdotierten Gebieten in einem Halbleiterkörper |
DE10031781A1 (de) * | 2000-07-04 | 2002-01-17 | Abb Semiconductors Ag Baden | Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
-
2002
- 2002-09-27 DE DE10245091A patent/DE10245091B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10025567A1 (de) * | 2000-05-24 | 2001-12-06 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen von tiefdotierten Gebieten in einem Halbleiterkörper |
DE10031781A1 (de) * | 2000-07-04 | 2002-01-17 | Abb Semiconductors Ag Baden | Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
H.CHEN: Optimum Doping Profile of Power MOSFET Epitaxial Layer, in: Trans. Electr. Dev. Vol. ED-29, 1982 * |
V.A.KOZLOV and V.V.KOZLOVSKI: Doping of Semicon- ductors Using Radiation Defects Produced by Irradiation with Protons and Alpha Particles, in: Semiconductors, Vol. 35, No. 7, 2001, S. 735-761 * |
W.WONDRAK, Dissertation, Universität Frankfurt am Main, 1985 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USRE45449E1 (en) | 2007-12-27 | 2015-04-07 | Infineon Technologies Ag | Power semiconductor having a lightly doped drift and buffer layer |
CN103000672A (zh) * | 2011-09-15 | 2013-03-27 | 英飞凌科技股份有限公司 | 半导体主体有掺杂材料区域的元器件和生成该区域的方法 |
CN103000672B (zh) * | 2011-09-15 | 2016-01-20 | 英飞凌科技股份有限公司 | 半导体主体有掺杂材料区域的元器件和生成该区域的方法 |
DE102012020785A1 (de) | 2012-10-23 | 2014-04-24 | Infineon Technologies Ag | Erhöhung der Dotierungseffizienz bei Protonenbestrahlung |
DE102012020785B4 (de) * | 2012-10-23 | 2014-11-06 | Infineon Technologies Ag | Erhöhung der Dotierungseffizienz bei Protonenbestrahlung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10245091A1 (de) | 2004-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2058846B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer n-dotierten Zone in einem Halbleiterwafer und Halbleiterbauelement | |
DE102005026408B3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Stoppzone in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer Stoppzone | |
DE102013216195B4 (de) | Verfahren zur Nachdotierung einer Halbleiterscheibe | |
DE102005063462B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone in einem Halbleiterkörper | |
DE102005009020B4 (de) | Verfahren zur Erzeugung eines Leistungstransistors und damit erzeugbare integrierte Schaltungsanordnung | |
DE10245091B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterbauelementstruktur | |
EP1540735A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer vergrabenen stoppzone in einem halbleiterbauelement und halbleiterbauelement mit einer vergrabenen stoppzone | |
DE112015000670T5 (de) | Halbleitervorrichtungsverfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung | |
EP1611613B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements | |
DE102015108929A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer Feldstoppzone | |
DE102004039209B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer n-dotierten Feldstoppzone in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer Feldstoppzone | |
DE10240107B4 (de) | Randabschluss für Leistungshalbleiterbauelement und für Diode sowie Verfahren zur Herstellung einer n-leitenden Zone für einen solchen Randabschluss | |
DE102004039208B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Leistungsbauelements mit einer vergrabenen n-dotierten Halbleiterzone und Leistungsbauelement | |
DE102006016049B4 (de) | Halbleiterbauelement, insbesondere Leistungshalbleiterbauelement mit Ladungsträgerrekombinationszonen und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE102007019551B4 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE102007017788A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Dotierungszone in einem Halbleiterkörper sowie damit hergestelltes Halbleiterbauelement | |
DE102005032074B4 (de) | Halbleiterbauelement mit Feldstopp | |
DE102008049664B3 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers mit einem graduellen pn-Übergang | |
DE102014113215B4 (de) | Halbleitervorrichtung und verfahren zur ausbildung einer halbleitervorrichtung | |
DE112016001599T5 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung | |
DE10324100A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines robusten Halbleiterbauelements | |
DE102005011873B4 (de) | Verfahren zur Erzeugung einer Zone erhöhter Rekombination, insbesondere verwendbar in Bodygebieten von Leistungstransistoren | |
DE102004009087B4 (de) | Verfahren zum Einstellen der Durchbruchspannung eines Thyristors | |
DE102023115786A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE102021118315A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauelements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |