DE3910609A1 - Verfahren zur reduktion der ladungstraeger-lebensdauer - Google Patents

Verfahren zur reduktion der ladungstraeger-lebensdauer

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DE3910609A1
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Franz Dipl Phys Dr Beeler
Marcel Dipl Phys Hueppi
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ABB AB
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Asea Brown Boveri AG Switzerland
Asea Brown Boveri AB
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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion der Ladungsträger-Lebensdauer in einem Halbleiterbauelement, bei welchem ein Halbleitersubstrat zur Erzeugung von Re­ kombinationszentren einer Bestrahlung mit hochenergetischen Protonen und zur Sicherung der thermischen Langzeitstabi­ lität einer Temperung unterworfen wird.
Stand der Technik
Aus dem Artikel von V.A.K. Temple, F.W. Holroyd, IEEE Trans. Electron Devices, ED-30, (7), pp. 782, (1983) ist bekannt, daß bei Halbleiterbauelementen hoher Leistung die gegenläufigen Zusammenhänge zwischen möglichst kurzer Schaltzeit (vom Durchlaß in den Sperrzustand), geringen Durchlaßverlusten (Spannungsabfall im Durchlaßbetrieb) und geringen Sperrströmen optimiert werden können durch gezielte Reduktion der Ladungsträger-Lebensdauer in einem wohldefinierten Bereich längs der stromführenden Achse mittels hochenergetischer Protonenbestrahlung. Zur Sicherung der thermischen Langzeitstabilität müssen die Bauelemente nach der Bestrahlung einem Temperungsprozeß unterzogen werden.
Um die genannte Lebensdauereinstellung im Rahmen eines bekannten, großtechnischen Herstellungsverfahrens durchführen zu können, müssen gewisse Randbedingungen beachtet werden.
Die Lebensdauereinstellung mittels Protonenbestrahlung ist ein Prozeßschritt, der erst gegen das Ende des gesamten Herstellungsverfahrens durchgeführt werden kann. Dies hat seinen Grund darin, daß die induzierten Rekombinations­ zentren bei allzu hohen Temperaturen (600°C bis 700°C und mehr) vollständig ausheilen. Nach der Bestrahlung dürfen somit keine Hochtemperaturprozesse wie Diffusion oder Oxidation mehr folgen.
Andererseits muß die Bestrahlung vor dem Packaging-Schritt stattfinden, weil Protonen einen großen Wirkungsquer­ schnitt mit Materie haben und bei Bestrahlung des Bau­ elementes in verpacktem Zustand in der Verpackung stecken­ bleiben würden ohne das Bauelement selbst zu erreichen.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Temperung einerseits die thermische Langzeitstabilität der Rekombi­ nationszentren unter typischen Arbeitstemperaturen von Leistungs-Halbleiterbauelementen (ca. 125°C) garantiert und andererseits deren Effizienz bezüglich Lebensdauerkontrolle nicht unnötig reduziert.
Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, daß die Temperung bei einer Temperatur von 260°C bis 300°C während mindestens 30 Minuten erfolgt.
Hinsichtlich der Einbettung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens in den gesamten Herstellungsprozeß ergibt sich, daß die Bestrahlung nach dem Aufbringen einer Metalli­ sierung erfolgen muß. Der erfindungsgemäße Temperatur­ bereich liegt nämlich deutlich unter den Temperaturen, welche üblicherweise zum Sintern einer Aluminium-Metalli­ sierung (400°C < T < 550°C) verwendet werden. Um die Oxidation der Metallisierung zu verhindern, muß außerdem die Temperung im Vakuum erfolgen.
Entsprechend den in den abhängigen Patentansprüchen definierten, bevorzugten Ausführungsformen erfolgt die Temperung wahlweise vor, nach oder gar gleichzeitig mit dem Passivierungsprozeß, abhängig von der Art der Passivierungsschichten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1a-d eine Darstellung der Schritte eines Verfahrens zur Reduktion der Ladungsträger-Lebensdauer.
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezeichnungsliste zusammenfassend tabelliert.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Bevor auf einzelne Ausführungsformen eingegangen wird, soll der Hintergrund der Erfindung beleuchtet werden.
Bis anhin waren die Kriterien für den Temperaturbereich bei der Temperung nach einer Protonenbestrahlung einerseits gegeben durch die Arbeitstemperatur, bei welcher die Langzeitstabilität gewährleistet sein muß, und andererseits durch die vollständige Ausheiltemperatur, bei welcher die induzierten Rekombinationszentren wieder vollständig verschwinden. Im Gegensatz dazu gibt die Erfindung einen Temperaturbereich an, der optimal ist: Bei gesicherter Langzeitstabilität führen sowohl höhere als auch niedrigere Temperungstemperaturen zu einer geringeren Reduktion der Ladungsträger-Lebensdauer.
Außerdem liegt der erfindungsgemäße Temperaturbereich um 150°C bis 200°C über den üblichen Arbeitstemperaturen von Leistungs-Halbleiterbauelementen. In Anbetracht der Tatsache, daß protonen- resp. elektronenbestrahlte Bauelemente typischerweise bei eher niedrigeren Temperaturen getempert werden, ist zu erwarten, daß die Langzeitstabilität von erfindungsgemäß hergestellten Bauelementen sogar eher besser ist als diejenige von herkömmlichen Bauelementen.
Im folgenden werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 1a-d zeigt eine Darstellung eines Verfahrens, bei welchem der Passivierungsprozeß nach der Temperung erfolgt.
Ausgangspunkt ist ein fertig diffundiertes und oxidiertes Halbleitersubstrat 1, welches in seinem Innern eine oder mehrere PN-Strukturen aufweist. Außerdem ist es mit einer Metallisierung 2, z. B. aus Aluminium, versehen (Fig. 1a).
Als erstes wird nun das Halbleitersubstrat 1 mit hoch­ energetischen Protonen 3 bestrahlt, so daß in einem wohl definierten Bereich Rekombinationszentren 4 erzeugt werden (Fig. 1b). Durch eine geeignete Wahl von Energie und Dosis der Bestrahlung werden auf bekannte Weise Tiefe und Dichte der Rekombinationszentren 4 eingestellt. Bei Bedarf wird die Verteilung der Rekombinationszentren 4 z. B. mit einer Maske 5 lateral strukturiert.
Als zweites wird das bestrahlte Halbleitersubstrat 1 einer Temperung unterworfen (Fig. 1c). Dazu wird es in einem Hochvakuum, d.h. bei einem Druck von weniger als etwa 10-5 Torr, für mindestens 30 Minuten auf einer Temperatur zwischen 260°C und 300°C gehalten. Die genaue Zeitdauer der Temperung ergibt sich aus der gewählten Bestrahlungsdosis und der gewünschten Ladungsträger-Lebensdauer.
Als drittes wird schließlich das Halbleitersubstrat 1 einem als solchen bekannten Passivierungsprozeß unter­ zogen, bei welchem ein oder mehrere Passivierungsschichten 6 aufgebracht und ausgebacken werden (Fig. 1d). Dabei ist zu beachten, daß die zum Ausbacken verwendeten Tempera­ turen unter denjenigen der Temperung liegen, damit die Ladungsträger-Lebensdauer nicht wieder verändert wird.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Bestrahlung erst nach dem Passivierungsprozeß durchge­ führt. In diesem Fall dürfen die Ausbacktemperaturen über dem erfindungsgemäßen Temperaturbereich liegen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperung gleich­ zeitig mit einem Passivierungsschritt durchgeführt wird, da auf diese Weise ein Heißprozeß eliminiert ist. Voraus­ setzung ist allerdings, daß die Passivierungsschicht im Temperaturbereich zwischen 260°C und 300°C ausgebacken werden kann. Eine in diesem Sinn geeignete Schicht stellt z. B. eine Polyimidschicht dar.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Erfindung einen Temperprozeß für protonenbestrahlte Bauelemente schafft, der den bekannten, bei großtechnischen Herstellungsverfahren gegebenen Randbedingungen optimal angepaßt werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Reduktion der Ladungsträger-Lebensdauer in einem Halbleiterbauelement, bei welchem ein Halbleitersubstrat (1)
  • a) zur Erzeugung von Rekombinationszentren (4) einer Bestrahlung mit hochenergetischen Protonen (3) und
  • b) zur Sicherung der thermischen Langzeitsta­ bilität einer Temperung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • c) die Temperung bei einer Temperatur von 260°C bis 300°C während mindestens 30 Minuten erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) das Halbleitersubstrat (1) vor der Bestrahlung mit einer Metallisierung (2) versehen wird und
  • b) die Temperung im Hochvakuum bei einem Druck von weniger als 10-5 Torr erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) nach der Temperung einem Passivierungsprozeß unterworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) vor der Bestrahlung einem Passivierungsprozeß unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung gleichzeitig mit einem Passivierungsschritt erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) mit einer Polyimidschicht passiviert wird.
DE3910609A 1989-04-01 1989-04-01 Verfahren zur reduktion der ladungstraeger-lebensdauer Withdrawn DE3910609A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1298717A1 (de) * 2000-03-29 2003-04-02 S.H.I. Examination &amp; Inspection, Ltd. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelementes mit einem pn-Übergangsbereich
DE10316222B3 (de) * 2003-04-09 2005-01-20 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH Verfahren zur Herstellung eines robusten Halbleiterbauelements und damit hergestelltes Halbleiterbauelement

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