DE112014001689T5

DE112014001689T5 - Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode

Info

Publication number: DE112014001689T5
Application number: DE112014001689.6T
Authority: DE
Inventors: Munaf Rahimo; Maxi Andenna
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-12-10
Also published as: GB201516652D0; GB2527225A; CN105493289B; US9722040B2; GB2527225B; KR102198982B1; US20160020298A1; WO2014154858A1; CN105493289A; KR20150136490A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (10) bereitgestellt, welcher eine Driftschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps zwischen einer Emitterseite (65), auf der eine Gateelektrode (7) und eine Emitterelektrode (8) angeordnet sind, und einer der Emitterseite (65) entgegengesetzten Kollektorseite (45), auf der eine Kollektorelektrode (9) angeordnet ist. Das Herstellungsverfahren umfasst Herstellungsschritte in der folgenden Reihenfolge: – Bereitstellen eines Substrats (1) eines zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, welches eine erste und eine zweite, der ersten Seite entgegengesetzte Seite (12, 14) aufweist, – Erzeugen einer ersten Schicht (25) des ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Seite (12) durch das Einbringen eines Dotanden, – Erzeugen einer Driftschicht (3) des ersten Leitfähigkeitstyps, welche eine niedrige Dotierungskonzentration aufweist, auf der ersten Schicht (25), – Diffundieren der Ionen, so dass eine Pufferschicht (2) mit einer Pufferdicke (22) erzeugt wird, worin die Pufferschicht (2) eine höhere Dotierungskonzentration als die Driftschicht (3) aufweist, – Erzeugen einer Basisschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Driftschicht (3), – Erzeugen einer Emitterschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Basisschicht (5), – Ausdünnen (48) des Substrats (1) auf der zweiten Seite (14), so dass der übrige Teil des Substrats eine Kollektorschicht (4) bildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Leistungselektronik und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode.
Hintergrund
Arten der Durchführung der Erfindung
In US 2012/0025261 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (IGBT) beschrieben. Das Verfahren beginnt mit einem schwach oder nicht dotierten Substrat, das vom n-Typ oder p-Typ sein kann. Die Dotierungskonzentration dieser Schicht mit einem Wert von weniger als 1·10¹⁵ cm^–3 ist maximal von der Größenordnung der Dotierungskonzentration der Driftschicht, so dass diese Schicht nicht viel Ladung zu einer p-Kollektorschicht beiträgt. Auf diesem Substrat wird eine n-dotierte Pufferschicht mit einer Dicke von 5 bis 10 µm epitaktisch gezüchtet, worauf ein weiteres epitaktisches Wachstum zur Erzeugung einer (n–)-dotierten Driftschicht folgt. Danach wird eine p-dotierte Basisschicht gemeinsam mit einer (n+)-dotierten Emitterschicht auf der Driftschicht erzeugt. Auf derselben Seite wird dann eine Gateelektrode gefertigt. Nun wird das Substrat auf der Seite ausgedünnt, die der ersten epitaktischen Schicht entgegengesetzt ist, so dass eine dünne, schwach oder nicht dotierte Schicht übrig bleibt. Auf dieser Schicht werden p-Ionen implantiert und diffundiert, um die Kollektorschicht auszubilden.
Dieses Verfahren verwendet ein Substrat, das in der fertigen Vorrichtung keine Funktion erfüllt, so dass für jede Schicht zumindest ein Herstellungsschritt erforderlich ist. Die Vorrichtung ist aufgrund des übrig bleibenden, schwach dotierten oder nicht dotierten Teils des Substrats dicker als elektrisch erforderlich. Die Kollektorschicht wird in einer späten Herstellungsphase und mit dem ausgedünnten Substrat gefertigt, was bedeutet, dass die emitterseitigen Schichten der hohen Temperatur ausgesetzt werden, die für die Diffusion der Kollektorschicht und verwendet wird, und das ausgedünnte Substrat muss vorsichtig behandelt werden.
Offenbarung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode bereitzustellen, welches die Probleme der Verfahren nach dem Stand der Technik vermeidet.
Dieses Ziel wird erreicht, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode bereitgestellt wird, welcher eine Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps zwischen einer Emitterseite, auf der eine Gateelektrode und eine Emitterelektrode angeordnet sind, und eine Kollektorseite umfasst, die der Emitterseite entgegengesetzt ist, auf der eine Kollektorelektrode angeordnet ist. Das Herstellungsverfahren umfasst Herstellungsschritte in folgender Reihenfolge:

– das Bereitstellen eines Substrats eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, welches eine erste und eine zweite, der ersten Seite entgegengesetzte Seite aufweist,
– das Erzeugen einer ersten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Seite durch das Einbringen eines Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps,
– das Erzeugen einer Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Schicht, die eine geringe Dotierungskonzentration aufweist,
– das Diffundieren des Dotanden, so dass eine Pufferschicht erzeugt wird, worin die Pufferschicht eine höhere Dotierungskonzentration als die Driftschicht aufweist,
– das Erzeugen einer Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Driftschicht,
– das Erzeugen einer Emitterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Basisschicht und
– das Ausdünnen des Substrats auf der zweiten Seite, so dass der übrige Teil des Substrats eine Kollektorschicht bildet.

Da die Driftschicht durch epitaktisches Wachstum oder die Pufferschicht durch Diffusion eines Dotanden in die epitaktische Schicht (d.h. in die Driftschicht) hergestellt wird, sind die Schichten von hoher Qualität. Für die Kollektorschicht kann ein Substrat mit weniger strikten Spezifikationen und daher einer geringeren Kostenbelastung verwendet werden. Das erfinderische Verfahren kann leicht in der Verarbeitung großer Waferdurchmesser angewendet werden, weil der gesamte Herstellungsprozess für die Schichten, die Gateelektrode und die Metallisierung auf der Emitterseite mit einem dicken Substrat durchgeführt werden kann und nur der Metallisierungsprozess für die Kollektorelektrode (und gegebenenfalls für die Emitterelektrode) auf dem ausgedünnten Substrat durchgeführt wird. Nicht einmal die Kollektorschicht muss auf dem ausgedünnten Substrat erzeugt werden, so dass die gesamte Schichterzeugung der dotierten Schichten (emitter- und kollektorseitige Schichten) auf einem dicken Substrat durchgeführt werden kann, ohne das Risiko des Umgangs mit einem dünnen Substrat. Da die Kollektorschicht von Beginn an Teil des Substrats ist, sind keine Hochtemperaturschritte wie Diffusionsglühen oder Lasertempern für ihre Herstellung erforderlich, nachdem die emitterseitigen Schichten und die Gateelektrode eingeführt wurden. Daher kombiniert dieses Verfahren den Vorteil des Umgangs mit einem dicken Substrat und die nicht erforderlichen Hochtemperaturschritte in einer späten Herstellungsphase. Mit dem erfinderischen Herstellungsverfahren kann eine Vorrichtung mit weichem Durchlassverhalten erzeugt werden, bei der die Pufferschicht eine eher geringe Dotierungskonzentration und eine eher hohe Dicke im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik aufweist, die durch einen leicht steuerbaren Prozess ohne heikle Schritte bei der Handhabung dünner Wafer erzeugt werden kann. Die tief diffundierte Schicht bietet im Vergleich zu einem Puffer, der aus einer rein epitaktischen Schicht oder einer abgeschiedenen Schicht gebildet wird, ein Gradientenprofil ohne konstanten Dotierungsabschnitt des Puffers. Dieser Gradientenpuffer erlaubt es dem elektrischen Feld, sich durch die schwächer dotierte Region in die Pufferregionen auszudehnen und stellt gleichzeitig eine neutrale, hoch dotierte Region sicher, die das elektrische Feld nicht erreicht. Die hoch dotierte Region, die näher an der Anode liegt, ist wichtig bei der Steuerung der bipolaren Verstärkung, um die Balance zwischen Leckstrom und Kurzschlussfähigkeit zu verbessern. Der Injektionswirkungsgrad des Kollektors kann gesteuert werden, indem eine Kollektorschichtdicke und ein Substrat mit geeigneter Dotierungskonzentration gewählt werden, die unabhängig vom Risiko durch Hochtemperaturschritte (z.B. Lasertempern) am Ende der Herstellung. Dies kann Vorteile hinsichtlich geringerer Leitungsverluste in der Vorrichtung bieten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der Gegenstand der Erfindung wird detaillierter im folgenden Text beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
1 bis 9, 11 zeigen unterschiedliche Herstellungsschritte gemäß der Erfindung zur Herstellung eines IGBT;
10 zeigt einen IGBT, der gemäß dem erfinderischen Herstellungsverfahrens hergestellt wurde; und
12 bis 18 zeigen die Dotierungsprofile während unterschiedlicher Schritte des Herstellungsverfahrens.
Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in der Liste der Bezugszeichen zusammengefasst. Im Allgemeinen werden gleichen oder gleich funktionierenden Bauteilen dieselben Bezugszeichen zugeordnet. Die beschriebenen Ausführungsformen sind als Beispiele gedacht und sollen die Erfindung nicht beschränken.
Arten der Durchführung der Erfindung
Zur Herstellung eines erfinderischen Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (IGBT) 10 werden die Herstellungsschritte in folgender Reihenfolge durchgeführt:

– Bereitstellen eines p-dotierten Substrats 1 mit einer ersten und einer zweiten Seite 12, 14, die der ersten Seite entgegengesetzt ist (1),
– Erzeugen einer ersten n-Typ-Schicht 25 durch das Einbringen eines n-Dotanden auf der ersten Seite 12 (2),
– Erzeugen einer (n–)-dotierten Driftschicht 3 auf der ersten Schicht 25, welche eine geringe Dotierungskonzentration aufweist, beispielsweise mittels epitaktischem Wachstum (3),
– Diffundieren des Dotanden, welcher in die Schicht 25 eingebracht wurde, so dass eine Pufferschicht 2 mit einer Pufferschichtdicke 22 erzeugt wird (4), wobei die Pufferschicht 2 eine höhere Dotierungskonzentration als die Driftschicht 3 aufweist,
– Erzeugen einer p-dotierten Basisschicht 5 auf der Driftschicht 3 (6),
– Erzeugen einer (n+)-dotierten Emitterschicht 6 auf der Basisschicht 5 (7),
– Ausdünnen 48 des Substrats 1 auf der zweiten Seite 14, so dass der übrige Teil des Substrats eine Kollektorschicht 4 bildet (8 zeigt das Ausdünnen und 9 zeigt die resultierende Kollektorschicht 45).

7

5

6

8

5

6

7

2

6

5

48

5

7

65

14

9

4

1

8

7

48

1

11

48

1

9

10

12

18

1

Beispielsweise weist das Substrat eine Dotierungskonzentration von (5·10¹⁵ bis 1·10¹⁷) cm^–3 auf (12). Die Dotierungskonzentration ist so hoch, dass die Kollektorschicht 4, welche nach dem Ausdünnen als übriger Teil des Substrats hervorgeht, eine kontrollierte Injektion bereitstellen kann.
Die Substratdicke wird so dick gewählt, dass das Substrat in den folgenden Herstellungsschritten gehandhabt werden kann, ohne dass eine Gefahr von Rissen besteht. Beispielsweise ist die Substratdicke zumindest 300 µm.
Die erste Schicht 25 kann durch das Einbringen von Ionen auf der ersten Seite entstehen, z.B. durch Implantation eines Dotanden (13). Beispielsweise kann die Implantationsdosis (1·10¹² bis 5·10¹³) cm^–2 sein. Alternativ dazu kann die erste Schicht 25 durch epitaktisches Wachstum oder Abscheiden der ersten Schicht 25 erzeugt werden, beispielsweise mit einer ersten Schichtdicke 27 zwischen 0,5 bis 2 µm, beispielsweise 0,5 bis 1 µm und/oder einer Dotierungskonzentration von 1·10¹⁶ bis 5·10¹⁷ cm^–3. Die epitaktische erste Schicht 25 umfasst einen n-Dotanden, der im späteren Diffusionsschritt diffundiert wird, so dass die Dotierungskonzentration stetig sinkt, ohne einen konstanten Teil der Dotierungskonzentration der ursprünglichen epitaktischen ersten Schicht 25 beizubehalten. Der Dotand der epitaktischen Schicht diffundiert in das Substrat 1 sowie in die Driftschicht 3, so dass die Dotierungskonzentration der Pufferschicht 2 auf ihrer dem Substrat 1 zugewandten Seite auf einen Maximalwert ansteigt, von dem sie stetig auf die konstante Dotierungskonzentration der Driftschicht 3 absinkt. Daher ist die epitaktische erste Schicht 25 so dünn und daher wird der Dotand so diffundiert, dass die endgültig diffundierte Pufferschicht 2 keinen Teil der konstant hohen Dotierungskonzentration (d.h. der Dotierungskonzentration der ursprünglichen ersten Schicht) in einer Richtung senkrecht auf die zweite Seite 14 (Tiefenrichtung) umfasst. Das bedeutet, dass sich die Dotierungskonzentration der Pufferschicht ständig ändert, ohne denselben Wert in unterschiedlichen Tiefen zu haben. Bei einer epitaktischen oder abgeschiedenen Schicht kann der Dotand der epitaktischen Schicht tief diffundiert werden bis zur zumindest 5-fachen Dicke der epitaktischen ersten Schichtdicke, beispielsweise bis zur zumindest 10-fachen Dicke. Die Dicke der Schichten wird in der Tiefenrichtung gemessen (d.h. als die Ausdehnung der Schicht in die Tiefenrichtung in einer Richtung senkrecht auf die erste Seite 12). Nach der Erzeugung der ersten Schicht 25, wird die Driftschicht 3 durch epitaktisches Wachstum erzeugt (14). Danach wird die Pufferschicht 2 durch das Diffundieren des Dotanden erzeugt, so dass die diffundierten Ionen sich in einem Bereich von (5 bis 30) µm (in die Tiefenrichtung, d.h. in eine Richtung senkrecht auf die zweite Seite 14, die der Kollektorseite 45 entspricht) ausbreiten. Der Dotand diffundiert in die Driftschicht 3 (15). Die Pufferschichtdicke 22 ist daher 5 bis 30 µm, beispielsweise 10 bis 30 µm. Im fertigen IGBT hat die Driftschicht 3 die Schicht der durch den Diffusionsschritt unveränderten Dotierungskonzentration zu sein, d.h. der Dotierungskonzentration, die durch das epitaktische Wachstum in der Driftschicht 3 erzielt wurde. Beispielsweise weist die Driftschicht 3 eine konstant niedrige Dotierungskonzentration auf. Dabei bedeutet die im Wesentlichen konstante Dotierungskonzentration der Driftschicht 3, dass die Dotierungskonzentration in der Driftschicht 3 im Wesentlichen homogen ist, ohne jedoch auszuschließen, dass innerhalb der Driftschicht möglicherweise Fluktuationen der Dotierungskonzentration in der Größenordnung eines Faktors von eins bis 5 vorhanden sein können, z.B. aufgrund von Fluktuationen während des epitaktischen Wachstumsprozesses. Die endgültige Driftschichtdicke 32 und Dotierungskonzentration wird entsprechend den Anwendungsanforderungen gewählt. Eine beispielhafte Dotierungskonzentration der Driftschicht 5 ist zwischen 5·10¹² cm^–3 und 5·10¹⁴ cm^–3. Die Pufferschicht 2 entspricht dem Bereich, in den der Dotand in der Driftschicht 3 diffundiert. Auf der dem Substrat zugewandten Seite (der Kollektorschicht 4) erstreckt sich die Pufferschicht 2 auf einen solchen Bereich, in dem die Ladung des n-dotierten Dotanden die Ladung des p-Substrats überkompensiert. Die Pufferschicht 2 kann dieselbe oder eine höhere maximale Dotierungskonzentration als die Kollektorschicht 4 aufweisen, d.h. die maximale Dotierungskonzentration der Pufferschicht kann zumindest genauso hoch wie die der Kollektorschicht 4 (d.h. des p-Substrats 1) sein. Als andere Alternative ist die maximale Dotierungskonzentration der Pufferschicht 2 niedriger als die Dotierungskonzentration der Kollektorschicht 4 (des p-Substrats 1). Da das Substrat 1 / die p-Kollektorschicht 4 gleichmäßig dotiert ist, entspricht die maximale Dotierungskonzentration der p-Kollektorschicht 4 / des p-Substrats 1 der (lokalen) Dotierungskonzentration, wohingegen die Dotierungskonzentration in der Pufferschicht 2 nach der maximalen Dotierungskonzentration mit zunehmender Tiefe, d.h. in Richtung der Emitterseite 65 des IGBT, abnimmt. Die maximale Dotierungskonzentration der Pufferschicht 2 kann zwischen 1·10¹⁵ und 5·10¹⁶ cm^–3 sein.
Eine Schichtträgerkonzentration, die einem Integral der Dotierungskonzentration (Verunreinigungsionen) über die Tiefe entspricht, ist 1·10¹² bis 5·10¹³ cm^–2 bei einer implantierten Schicht und 2·10¹² bis 1·10¹⁴ cm^–2 bei einer epitaktischen oder abgeschiedenen Schicht mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 2 µm oder 2·10¹² bis 5·10¹³ cm^–2 bei einer epitaktischen oder abgeschiedenen Schicht mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 1 µm. Eine beispielhafte Kollektorschichtdicke 42 ist (3 bis 30) µm, und die Dotierungskonzentration kann einen Wert in einem Bereich von (5·10¹⁵ bis 1·10¹⁷) cm^–3 aufweisen. 16 zeigt die halbfertige Vorrichtung, bei der die emitterseitigen Prozesse durchgeführt wurden und die beispielsweise als die p-dotierte Basisschicht 5 gezeigt wird. 17 zeigt die halbfertige Vorrichtung nach dem kollektorseitigen Ausdünnen des Substrat 1, wodurch die Kollektorschicht 4 erzeugt wird. 18 zeigt das elektrische Feld der endgültigen Vorrichtung, das innerhalb der Pufferschicht 2 gestoppt wird. Die Gateelektrode 7 wird entweder als planare Gateelektrode oder als Graben-Gateelektrode erzeugt. Die Gateelektrode 7 wird mittels eines Verfahrens erzeugt, das Fachleuten wohlbekannt ist. Der fertige IGBT kann eine planare Gateelektrode (wie in 10 gezeigt) umfassen, die eine elektrisch isolierende Schicht 74 auf der Emitterseite 65 umfasst. Eine elektrisch leitfähige Gateschicht 72 ist auf der isolierenden Schicht 74 angeordnet und daher von jeglicher n- oder p-dotierten Schicht im IGBT isoliert. Daher isoliert die isolierende Schicht 74 die Gateschicht 72 in einem Bereich unterhalb der Gateschicht 72 von jeglicher n- oder p-dotierten Schicht im IGBT, die sich zur Emitterseite 65 erstreckt. Die Gateschicht 72 wird beispielsweise ebenfalls von der isolierenden Schicht 74 bedeckt, wodurch die Gateschicht 72 durch die isolierende Schicht 74 auch von der Emitterelektrode 8 isoliert ist. Daher ist die Gateschicht 72 beispielsweise vollständig in der isolierenden Schicht 74 eingebettet. Die Gateschicht 72 besteht beispielsweise aus einem hoch dotierten Polysilizium oder einem metallähnlichen Aluminium. Die Gateschicht 72 ist auf der Emitterseite 65 seitlich von einer Emitterkontaktfläche angeordnet. Sie erstreckt sich bis zu einem Bereich oberhalb der Basisschicht 5, der Emitterschicht 6 sowie der Driftschicht 3. Die zumindest eine Emitterschicht 5, die Gateschicht 72 und die elektrisch isolierende Schicht 74 sind so ausgebildet, dass eine Öffnung, welche die Emitterkontaktfläche ist, oberhalb der Basisschicht 5 erzeugt wird. Die Emitterkontaktfläche wird von der Emitterschicht 5, der Gateschicht 72 und der elektrisch isolierenden Schicht 74 umgeben.
Die Emitterelektrode 8 ist auf der Emitterseite 65 angeordnet und berührt die Basisschicht 5 und die Emitterschicht 6 an der Emitterkontaktfläche. Die Emitterelektrode 8 bedeckt beispielsweise auch die elektrisch isolierende Schicht 74, ist aber durch die elektrisch isolierende Schicht 74 von der Gateschicht 72 getrennt und daher elektrisch isoliert. Alternativ zum erfinderischen IGBT mit einer planaren Gateelektrode kann der erfinderische IGBT eine Gateelektrode umfassen, die als Graben-Gateelektrode ausgebildet ist. Die Graben-Gateelektrode ist in derselben Ebene wie die Basisschicht 5 in einer Vertiefung im Halbleitermaterial angeordnet, angrenzend an die Emitterschicht 6, wobei sie durch eine isolierende Schicht 74 voneinander getrennt sind, die auch die Gateschicht 72 von der Driftschicht 3 trennt. Die isolierende Schicht 74 ist auch auf der Gateschicht 72 angeordnet und isoliert daher die Graben-Gateschicht 72 von der Emitterelektrode 8.
Der mittels des erfinderischen Verfahrens hergestellte IGBT kann auch eine hoch p+-dotierte Kontaktschicht umfassen, die zwischen der Emitterkontaktfläche und der p-dotierten Basisschicht 5 angeordnet ist, um eine hoch dotierte Zwischenschicht am Kontakt zur Emitterelektrode 8 zu haben. Die p-Kontaktschicht kann auf die Fläche begrenzt sein, an der eine p-dotierte Schicht die Emitterelektrode 8 berührt, d.h. an der Emitterkontaktfläche. Die Kontaktschicht kann eine maximale Dotierungskonzentration zwischen 5 × 10¹⁸ /cm³ und 5 × 10¹⁹ /cm³ aufweisen. Die Kontaktschicht kann auch als eine diffundierte Schicht ausgebildet sein, d.h. indem sich die p-dotierten Schichten überlappen und die Dotierungskonzentration jeder Schicht abnimmt, aber die Kontaktschicht bis zu einer ersten Tiefe angeordnet ist, die geringer als die Tiefe/Dicke der Basisschicht (von der Emitterseite 65 aus gemessen) ist. Die Kontaktschicht und die Basisschicht 5 überlappen so, dass an der Schnittfläche eine diskontinuierliche Abnahme der Dotierungskonzentration vorhanden ist. Die Kontaktschicht wird durch das Einbringen p-dotierter Ionen (entweder durch Implantation oder durch Abscheidung) und ihre Diffusion in die Vorrichtung bis zu einer Tiefe erzeugt, die geringer ist als die von der Emitterseite 65 aus gemessene Tiefe der Basisschicht. Sie hat etwa die Dicke der Emitterschicht 6.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Leitfähigkeitstypen vertauscht, d.h. alle Schichten des ersten Leitfähigkeitstyps sind vom p-Typ (z.B. die Driftschicht 3), und alle Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps sind vom n-Typ (z.B. die Kollektorschicht 4).
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt, und dass der unbestimmte Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ den Plural nicht ausschließt. Ebenso können Elemente, die in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben wurden, kombiniert werden. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzumfang der Ansprüche beschränkend interpretiert werden dürfen.
Von Fachleuten wird erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung in anderen konkreten Formen ausgeführt werden kann, ohne von deren Sinn oder wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen werden daher in jeglicher Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend betrachtet. Der Schutzumfang der Erfindung wird vielmehr von den beiliegenden Ansprüchen als der vorangehenden Beschreibung angezeigt, und alle Änderungen, die unter deren Bedeutung und den Äquivalenzbereich fallen, sollen darin umfasst sein.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
10: IGBT
2: Pufferschicht
22: Pufferschichtdicke
25: erste Schicht
3: Driftschicht
32: Driftschichtdicke
4: Kollektorschicht
42: Kollektorschichtdicke
45: Kollektorseite
5: Basisschicht
6: Emitterschicht
65: Emitterseite
7: Gateelektrode
72: Gateschicht
74: isolierende Schicht
8: Emitterelektrode
9: Kollektorelektrode

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode (10), welcher eine Driftschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps zwischen einer Emitterseite (65), auf der eine Gateelektrode (7) und eine Emitterelektrode (8) angeordnet sind, und einer Kollektorseite (45) umfasst, die der Emitterseite (65) entgegengesetzt ist, auf der eine Kollektorelektrode (9) angeordnet ist, worin das Herstellungsverfahren Herstellungsschritte in folgender Reihenfolge umfasst: – Bereitstellen eines Substrats (1) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, welches eine erste und eine zweite, der ersten Seite entgegengesetzte Seite (12, 14) aufweist, – Erzeugen einer ersten Schicht (25) des ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Seite (12) durch das Einbringen eines Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps, – Erzeugen einer Driftschicht (3) des ersten Leitfähigkeitstyps, welche eine geringe Dotierungskonzentration aufweist, auf der ersten Schicht (25), – Diffundieren des Dotanden, so dass eine Pufferschicht (2) mit einer Pufferschichtdicke (22) erzeugt wird, worin die Pufferschicht (2) eine höhere Dotierungskonzentration als die Driftschicht (3) aufweist, – Erzeugen einer Basisschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Driftschicht (3), – Erzeugen einer Emitterschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Basisschicht (5), – Ausdünnen (48) des Substrats (1) auf der zweiten Seite (14), so dass der übrige Teil des Substrats eine Kollektorschicht (4) bildet.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) eines aus einer Dotierungskonzentration von (5·10¹⁵ bis 1·10¹⁷) cm^–3 und einer Substratdicke von zumindest 300 µm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotand durch Implantation eingebracht wird, insbesondere mit einer Dosis von (1·10¹² bis 5·10¹³) cm^–2.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotand durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung eingebracht wird, was insbesondere dazu führt, dass die erste Schicht (25) zumindest eines aus einer ersten Schichtdicke (27) zwischen 0,5 bis 2 µm, insbesondere 0,5 bis 1 µm, oder einer Dotierungskonzentration von (1·10¹⁶ bis 5·10¹⁷) cm^–3 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotand so diffundiert wird, dass die Pufferschicht in einer auf die zweite Seite (14) senkrechten Richtung kein Gebiet konstanter Dotierungskonzentration umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschichtdicke (22) 5 bis 30 µm ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschichtdicke (22) 10 bis 30 µm ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (2) dieselbe oder eine höhere maximale Dotierungskonzentration wie/als die Kollektorschicht (4) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (2) eine niedrigere maximale Dotierungskonzentration als die Kollektorschicht (4) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (2) eine maximale Dotierungskonzentration zwischen 1·10¹⁵ und 5·10¹⁶ cm^–3 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorschicht (4) zumindest eines aus einer Kollektorschichtdicke (42) von (3 bis 30) µm und einer Dotierungskonzentration (5·10¹⁵ bis 1·10¹⁷) cm^–3 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit isolierter Gateelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Driftschicht (3) durch epitaktisches Wachstum erfolgt.