DE2540901A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements hoher leistung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements hoher leistung

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Description

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements hoher Leistung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements hoher Leistung, bei dem auf einem hochdotierten Halbleitersubstrat eine, die das Bauelement vervollständigenden Zonen aufnehmende, schwach dotierte Halbleiterschicht angeordnet ist.
j Bauelemente hoher Leistung sind für hohe Spannungen, beispielsweise in der Größenordnung von 1000 Volt und höher, bei hohen ■ Strömen, beispielsweise in der Größenordnung von 10 A, ausgelegt ; und werden als diskrete Einzelelemente oder in Form von integrier-j ten Anordnungen hergestellt.
Bei den üblichen Herstellungsverfahren geht man von einem Halbleitersubstrat aus, auf das eine Halbleiterschicht aufgebracht wird. Beispielsweise verwendet man ein mit Arsen, Phosphor oder Antimon in einer Konzentration von mindestens 10 Atomen/cm N+-dotiertes Substrat. Auf dieses Substrat wird eine N~-dotierte Epitaxieschicht aufgewachsen. Bei einer Störstellenkonzentration
14 3 in der Größenordnung von 10 Atomen/cm beträgt der spezifische
Widerstand 10 bis 50 Ohm cm.
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Diese Epitaxieschicht weist beispielsweise eine Dicke von etwa j 100 pm auf. Die relativ große Dicke der Epitaxieschicht ist für j einige im Herstellungsverfahren auftretende Probleme verantwortlich. Eines der Probleme erwächst aus der Tatsache, daß die Epitaxieschicht nicht nur auf das Halbleitersubstrat sondern auch auf der das Halbleitersubstrat während des Prozesses tragenden Aufnahmevorrichtung aufwächst. Das hat zur Folge, daß sich das Halbleitersubstrat nach der Epitaxie nur sehr schwer von der Aufnahmevorrichtung lösen läßt. Aufgrund des unterschiedlichen j Wärmeverhaltens von Halbleitersubstrat und Aufnahmevorrichtung werden in den Halbleitersubstraten bei der Abkühlung nach dem Epitaxieprozeß Versetzungen und mechanische Spannungen erzeugt, j Schließlich ist auch auf die Tatsache hinzuweisen, daß bei der JEpitaxie an den Rändern des Halbleitersubstrates ein verstärktes ^Aufwachsen festzustellen ist. Die dabei entstehenden verstärkten Ränder müssen in einem zusätzlichen Prozeß entfernt werden.
!Neben der Schwierigkeit, dicke Epitaxieschichten guter Qualität I zu erzeugen, ist als weiteres Problem zu nennen, daß es außerordentlich schwierig ist, hochdotierte N -Halbleitersubstrate einwandfreier kristallographischer Struktur und hoher Qualität her-,zustellen.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein verbesi sertes Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen hoher j Leistung anzugeben, das insbesondere gegenüber dem bekannten Ver-I fahren eine höhere qualitative Ausbeute zuläßt und gleichzeitig !die Notwendigkeit einer Epitaxie dicker Schichten vermeidet.
iGemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teil eines schwach dotierten Halbleitersubstrats von der Rückseite her porös gemacht wird, daß dieser Teil in ein hochdotiertes Gebiet umgewandelt wird und daß in dem restlichen, schwach dotierten Teil des Halbleitersubstrats die das Bauelement vervollständigenden Zonen eingebracht werden.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren erweist sich insbesondere als vorteilhaft, daß als Ausgangsmaterial nicht ein hochdotiertes Halbleitersubstrat verwendet werden muß und daß eine Epitaxie einer dicken Schicht vermieden wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
JDie Erfindung wird im folgenden anhand der Fign. 1A bis 1K näher !beschrieben.
\Die Fign. 1A bis 1K zeigen schematisch Schnittansichten eines !Halbleitersubstrats in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen :des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements .
Als Ausgangsmaterial dient'beim erfindungsgemäßen Verfahren ein N~-dotiertes Halbleitersubstrat 11 aus Silizium (Fig. 1A). Dieses Halbleitersubstrat 11 weist typisch etwa einen Durchmesser ;von 30 mm, eine Dicke von 200 pn und einen spezifischen Widerstand von etwa 10 bis 30 Ohm/cm auf. Die Oberflächen der Vorder- und Rückseite sind eben und glatt. Im folgenden Verfahrensschritt (Fig. 1B) wird auf der Rückseite des Substrats ein poröser Bereich 12 erzeugt. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des porösen Bereiches besteht darin, die Rückseite des Substrats in konzentrierter Flußsäure elektrolytisch anzuätzen. Dabei wird das Halbleitersubstrat in einer geeigneten Halterung in die Flußsäure eingetaucht. Das Substrat dient als Anode. Die notwendige Kathode bildet ein ebenfalls in die Flußsäure eingebrachter Leiter aus resistentem Material. Legt man zwischen diese Anode und Kathode eine Gleichspannung an, so erfolgt eine Reaktion, bei der ausgehend von der der Flußsäure ausgesetzten Rückseite des Substrats ein allmählich vertiefter Bereich des Substrats in eine poröse Schicht umgewandelt wird. Die Porösität und die Tiefe dieses Bereiches ist proportional der Konzentration
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der Flußsäure, der Stromdichte und der Einwirkzeit. In einem typischen Ausführungsbeispiel erhält man bei Verwendung einer 25% igen Flußsäure und einer Stromdichte in der Größenordnung von
10 mA/cm bei einer Einwirkzeit von 35 Minuten einen porösen Bereich mit einer Dicke von 100 pm und einer 15%igen Porösität, die sich aus dem eintretenden Gewichtsverlust ergibt.
Im nächsten Verfahrensschritt (Fig. 1C) wird auf die Vorderseite |des Substrats unter Anwendung konventioneller Methoden eine !Siliziumdioxidschicht 13 aufgebracht.
|Im nachfolgenden, in Fig. 1D angedeuteten Verfahrensschritt wird der poröse Bereich 12 in ein hochdotiertes N+-Gebiet 14 umgewandelt. Dies geschieht vorzugsweise durch Diffusion von Arsen. Der Diffusionsprozeß wird so gesteuert, daß der poröse Bereich in seiner gesamten Tiefe von 100 pm dotiert wird. Die Dotierung kann selbstverständlich auch durch Ionenimplantation erfolgen.
Die bisher beschriebenen Verfahrensschritte beziehen sich auf die Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem N-dotiertem Halbleitersubstrat. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt natürlich auch Halbleiterbauelemente, bei deren Herstellung von einem schwach P-dotierten Halbleitersubstrat ausgegangen wird und der poröse Teil entweder in ein hochdotiertes P- oder N-Gebiet umgewandelt wird.
Im Verfahrensschritt, wie er sich aus Fig. 1E ergibt, wird auf den porösen N -dotierten Bereich des Halbleitersubstrats eine polykristalline Siliziumschicht 15 aufgebracht, die eine Oxidation während der nachfolgenden Verfahrensschritte verhindert. Die Dicke dieser polykristallinen Siliziumschicht hängt von der im !Schritt nach Fig. 1D erzielten Porösität ab. Je größer die Porösität des genannten Teiles des Halbleitersubstrats ist, desto dicker sollte die polykristalline Siliz'iumschicht 15 sein, um
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eine sauerstoffdichte Schicht zu erzielen.
Im Verfahrensschritt nach Fig, IF wird die pyrolytisch^ Siliziumdioxidschicht 13 von der Vorderseite des Halbleitersubstrats abgeätzt.
In den weiteren Verfahrenssehritten werden in die Vorderseite des Halbleitersubstrats die das Halbleiterbauelement vervollständigenden Zonen eingebracht. Im Schritt nach Fig. 1G wird eine Passivierungsschicht 16 aus Siliziumdioxid oder einem anderen geeigneten Material auf die Vorderseite des HalbleiterSubstrats 'aufgebracht. In diese Passivierungsschicht werden, wie durch [Fig. 1H angedeutet, durch photolithographische Maskierungs- und !Ätztechnik Maskenfenster freigelegt. Durch anschließende Diffusion von beispielsweise Bor wird eine P -dotierte Basiszone eines im betrachteten Ausführungsbeispiel zu bildenden Hochlei- ;stungstransistors erzeugt. Die Basisweite beträgt nach der in |Fig. U erfolgten Reoxidation, bei der die Oxidschicht 18 ge-ίbildet wird, etwa 14 um.
SIn einem nachfolgenden Diffusionsprozeß erfolgt im Bereich eines gebildeten Emitterfensters die Eindiffusion einer hochdotierten N -Emitterzone 19 in die Basiszone 17. Als Dotierungsmaterial für die Emitterzone 19 eignet sich beispielsweise Arsen.
In den nachfolgenden, nicht dargestellten Verfahrensschritten werden Emitter-Basis und Kollektorzone kontaktiert. Die Kontaktierung der Emitter- und Basiszone erfolgt selbstverständlich an der Vorderseite des Halbleitersubstrats, während das den Kollek-
jtor bildende Halbleitersubstrat selbst an der hochdotierten Rückseite kontaktiert wird.
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Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Leistung|stransistor weist einen N -dotierten Emitter mit einer Tiefe von 10 pm, eine P -dotierte Basis mit einer Dicke von 10 pm, einen N -dotierten Kollektor mit einer Dicke von 80 pn und einem porösen N -dotiertem Bereich mit einer Dicke von 100 pm auf.
Diese Transistorstruktur weist einen die wesentlichen Halbleiterzonen aufnehmenden, schwach dotierten Halbleiterbereich auf, der in seiner Qualität wesentlich besser ist als die bei bekannter Technik auf ein
taxieschichten.
Technik auf ein N -dotierten Substrat aufgebrachten dicken Epi-
Es sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren auch so ausgeführt
werden kann, daß das schwach dotierte Halbleitersubstrat zunächst von der Vorderseite her mit den für das jeweilige Bauelement erforderlichen Halbleiterzonen versehen wird und daß dann von der Rückseite her der poröse Bereich erzeugt und in ein hochdotier-
; tes Gebiet umgewandelt wird.
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Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements hoher Leistung, bei dem auf einem hochdotierten Halbleitersubstrat eine, die das Bauelement vervollständigenden Zonen aufnehmende, schwach dotierte Halbleiterschicht • angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eines schwach dotierten Halbleitersubstrats von der Rückseite her porös gemacht wird, daß dieser Teil in ein hochdotiertes Gebiet umgewandelt wird und daß in ; dem restlichen, schwach dotierten Teil des Halbleitersubstrats die das Bauelement vervollständigenden Zonen eingebracht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porösität durch elektrolytisches Anätzen in Flußsäure herbeigeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung des porösen Teiles des Halbleitersubstrats in ein hochdotiertes Gebiet durch Diffusion erfolgt.
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    Leerseite
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