WO2022128817A2 - Verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats und vorbehandeltes verbundsubstrat - Google Patents

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    • H01L29/165—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table including two or more of the elements provided for in group H01L29/16, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a pretreated composite substrate and a pretreated composite substrate that serves as the basis for further processing into electronic semiconductor components.
  • Discrete high-blocking power semiconductor devices with a nominal blocking voltage of more than 600V are generally constructed vertically in both silicon and SiC.
  • diodes e.g. MPS (merged-pin Schottky) diodes, Schottky diodes or pn diodes
  • MPS merged-pin Schottky diodes
  • Schottky diodes or pn diodes this means that the cathode is arranged on the front side of the substrate and the anode on the back side of the substrate.
  • a similar arrangement applies in the case of vertical power MOS (metal-oxide-semiconductor) devices.
  • the gate and source electrodes are on the front side of the substrate, the drain electrode on the back side of the substrate.
  • the actual transistor element or the channel area can be arranged parallel to the surface (D-MOS) or perpendicular to the surface (trench MOS). Special constructions have become established for SiC MOSFETs, e.g. trench transistors.
  • the width of the drift zone for a 600 V MOSFET device in silicon will be approximately 50 ⁇ m.
  • the width of the stress-absorbing layer can be somewhat reduced compared to "simple" vertical MOSFETs.
  • the special feature of this type of vertical component is that the drift zone is characterized by alternating vertical p- and n-doped columns. In the off state, the additionally introduced p-doping compensates for the increased charge in the n-doped region, which determines the resistance between the source electrode and drain electrode when switched on. Thus, with the same blocking capability, the on-resistance can be reduced by a factor of 10 compared to conventional vertical MOS transistors.
  • the actual transistor element, or the channel area can be arranged parallel to the surface (D-MOS) or perpendicular to the surface (trench-MOS) in superjunction MOSFET architectures.
  • D-MOS surface
  • trench-MOS surface perpendicular to the surface
  • the special material properties of SiC require the provision of specific manufacturing processes and the use of specific architectures in the channel and transistor area for vertical power semiconductor components.
  • the active zones of many vertical power diodes or all power transistors are usually formed in monocrystalline epitaxial layers. These epitaxial layers are built up or deposited on crystalline carrier wafers. In this way, the doping and vertical extension (thickness) of the active epitaxial zone can be matched to the respective blocking voltage, and the highly doped carrier wafer can be optimized with regard to its doping in such a way that its contribution to the on-resistance is minimized.
  • DE 10 2019 112 985 A1 proposes producing the semiconductor component without epitaxial deposition by splitting off a substrate from a SiC wafer and subsequent ion implantation of the drift zone using an energy filter.
  • the present invention is based on the object of specifying a method for producing a pretreated composite substrate and a pretreated composite substrate, on the basis of which high-performance semiconductor components of high quality can be produced industrially with reduced effort and lower costs.
  • the method for producing a pretreated composite substrate which serves as a basis for further processing into electronic semiconductor components, the pretreated composite substrate having an acceptor substrate and a doped layer connected thereto, has the following steps: a) providing a donor substrate having monocrystalline SiC; b) Doping a first layer in the donor substrate by means of ion implantation using an energy filter, the energy filter being a microstructured membrane with a predefined structure profile for setting a dopant depth profile caused by the implantation and/or defect depth profile in the first layer in the donor substrate, with a predetermined Dopant depth profile and/or a predetermined defect depth profile is generated in the first layer of the donor substrate, the first layer extending from the first surface of the donor substrate facing the ion beam to a predetermined doping depth, where a remaining part of the donor substrate follows; c) creating a predetermined breaking point in the donor substrate; d) providing the acceptor substrate and establishing a bond connection between the donor substrate and the acceptor substrate, the first layer being
  • the first layer always consists of monocrystalline SiC.
  • the donor substrate preferably consists entirely of monocrystalline SiC.
  • the first layer preferably has a thickness of 3 to 15 ⁇ m. Ion implantation can reasonably be performed over a thickness of this magnitude.
  • the donor substrate is a crystal of high quality, high purity, semi-insulating SiC (HQSSiC) material.
  • HQSSiC high quality, high purity, semi-insulating SiC
  • the donor substrate is polytype 4H, 6H or 3C SiC. These polytypes have turned out to be advantageous for the production of semiconductor devices.
  • the surface of the donor substrate facing the ion beam preferably has a deviation of less than 6°, more preferably 4°, more preferably less than 3°, even more preferably 0° from a perpendicular to the c-direction.
  • the 4° orientation is currently used for most device architectures.
  • the particular advantage of 0° is that the donor wafer can be cut parallel to the surface and thus more partial wafers can be obtained from one cylinder.
  • the donor substrate preferably has a thickness of more than 100 ⁇ m, preferably more than 200 ⁇ m, more preferably more than 300 ⁇ m up to 15 cm, preferably up to 10 cm.
  • the donor substrate can have a carrier wafer, preferably made of SiC, and an epitaxial layer, the epitaxial layer being undoped or having a doping of less than 1 E15 cm' 3 , preferably less than 1 E14 cm' 3 , and the first Layer is part of the epitaxial layer.
  • the epitaxial layer has a thickness of more than 10 ⁇ m, preferably more than 50 ⁇ m, more preferably more than 80 ⁇ m.
  • the maximum thickness of such layers is usually 120 ⁇ m.
  • the surface of the epitaxial layer facing the ion beam has a deviation of less than 6°, more preferably 4°, more preferably less than 3°, even more preferably 0° from a perpendicular to the c-direction.
  • the epitaxial layer is preferably made of SiC of polytype 4H, 6H or 3C.
  • the doping of the first layer provides p- or n-doping with a doping concentration or defect concentration in the first layer of 1E15 cm -3 to 5E17 cm -3 .
  • This doping concentration or defect concentration is very good for the Drift zone (active layer, power-absorbing layer) suitable for a variety of high-performance components.
  • the doping can be constant over the thickness of the first layer or have a doping profile that deviates therefrom.
  • the first layer is preferably doped with ions from one of the following elements: N, P, B or Al.
  • the primary energy range of the ion beam when doping the first layer is preferably between 1 MeV and 50 MeV.
  • the doping of the first layer provides a constant dopant depth profile and/or defect depth profile, or a substantially constant dopant depth profile and/or defect depth profile.
  • This is to be understood as meaning profiles with a deviation from a perfectly flat dopant depth profile and/or defect depth profile of less than 20% and preferably less than 10%.
  • the plateau is followed by a falling edge, i.e. in the area of the doping depth, the drop in the profile is not vertical or abrupt.
  • the doping of the first layer provides a stepwise falling dopant depth profile and/or defect depth profile, the steps in a near-surface area of the first layer facing the ion beam of up to 40%, preferably up to 30%, of the total depth of the first layer are formed.
  • a concentration difference between the highest and the lowest level is preferably at least a factor of 10, preferably at least a factor of 100, more preferably at least a factor of 500, particularly preferably at least a factor of 1000.
  • the doping of the first layer provides a continuously decreasing dopant depth profile and/or defect depth profile.
  • the continuously decreasing dopant depth profile and/or defect depth profile is a profile according to the following formula: whereby
  • Dmax is the maximum doping concentration
  • a is a value between 10 and 10,000
  • z is the distance from the surface
  • b is the layer thickness
  • f is a tolerance factor between 0.95 and 1.05
  • Do is the background doping
  • the further step is preferred to produce a contact layer in a superficial area of the first layer or to apply a contact layer to the surface of the first layer, the bond connection between donor substrate and acceptor substrate being produced via the contact layer, and the following sequence resulting: Acceptor substrate, contact layer, remaining part of first layer or first layer, remaining part of donor substrate. This ensures a particularly good, low-impedance connection between the donor substrate and the acceptor substrate.
  • the contact layer is preferably produced by ion implantation.
  • a dopant concentration in the contact layer is preferably at least 100 times, preferably at least 1,000 times, more preferably at least 10,000 times, even more preferably at least 100,000 times above an average dopant concentration in the rest of the first layer or in the first layer. This achieves a bond connection with the lowest possible resistance and penetration of the field to the interface in the semiconductor component is avoided.
  • a dopant concentration in the contact layer is more than 1 E17 cm' 3 , more preferably more than 1 E19 cm' 3 .
  • the predetermined breaking point is preferably in the area of the first layer, particularly preferably in an end area of the first layer close to the predetermined doping depth, with the edge area particularly preferably not being thicker than 1 ⁇ m. In this way, as little doped material as possible remains on the donor substrate after splitting off.
  • the predetermined breaking point is in the region of the remaining part of the donor substrate, and after step e) the further step is also carried out of carrying out an ion implantation into the composite substrate from the side facing away from the acceptor substrate.
  • This has the advantage that an active zone can be formed with a greater overall thickness. Due to the superimposition of two different implantations that is made possible in this way, different preferred doping profiles can also be generated.
  • the ion implantation into the composite substrate provides a dopant depth profile and/or defect depth profile in an additional doped layer that reaches at least as far as the doped layer.
  • the ion implantation into the composite substrate is preferably carried out in such a way that the combination of both dopant depth profiles and/or defect depth profiles of the doped layer and the supplementary doped layer is a constant profile, a profile which increases stepwise towards the acceptor substrate or a profile which increases continuously towards the acceptor substrate.
  • Flanks falling at an angle in the transition region of the two dopant depth profiles and/or defect depth profiles of the doped layer and the supplementary doped layer can overlap.
  • the predetermined breaking point is preferably produced by ion implantation of gap-triggering ions.
  • the gap-triggering ions are preferably introduced over the entire width of the donor substrate in order to produce a separating surface that is as uniform as possible.
  • the fission-initiating ions can be introduced over only part of the width of the donor substrate. This reduces the effort involved in ion implantation.
  • the gap-triggering ions are preferably introduced only in an edge region of the donor substrate.
  • the fission-initiating ions are selected from the following: H, H 2 , He, B.
  • the ions that initiate the gap are high-energy ions with an energy between 0.5 and 10 MeV, preferably between 0.5 and 5 MeV, more preferably between 0.5 and 2 MeV.
  • a particle dose of the fission-initiating ions is preferably between 1 E15 cm' 2 and 5E17 cm' 2 in each case. With this dose, a safe cleavage is achieved.
  • the energy sharpness (AE/E) of the ion beam of the fission-initiating ions is preferably less than 10' 2 , more preferably less than 10' 4 . In this way it is ensured that the predetermined breaking point has a minimum thickness and the energy loss peak of the ions at the predetermined breaking point is as sharp as possible.
  • the splitting of the donor substrate is preferably triggered by a temperature treatment of the composite substrate at a temperature of between 600°C and 1300°C, preferably between 750°C and 1200°C, more preferably between 850°C and 1050°C.
  • a temperature treatment of the composite substrate at a temperature of between 600°C and 1300°C, preferably between 750°C and 1200°C, more preferably between 850°C and 1050°C.
  • mechanical methods are also conceivable.
  • the bonding connection is produced by thermal treatment of the composite substrate at a temperature of between 800° C. and 1,600° C., preferably between 900° C. and 1,300° C.
  • both the production of the bonded connection and the splitting of the donor substrate are carried out by means of a heat treatment, with both steps being carried out simultaneously.
  • a pretreatment of at least one, preferably both surfaces to be bonded preferably takes place before the step of producing the bond connection, in particular a wet-chemical treatment, plasma treatment or ion beam treatment.
  • the acceptor substrate is preferably thermally stable up to at least 1,500° C. and has a coefficient of linear expansion which deviates from the coefficient of linear expansion of SiC by at most 20%, preferably by at most 10%. This effectively prevents the composite substrate from bending.
  • the acceptor substrate is made of polycrystalline SiC or graphite.
  • the surface of the composite substrate is preferably post-treated in the area of the predetermined breaking point, in particular by means of polishing and/or the removal of defects (close to the surface).
  • implantation defects in the pretreated composite substrate are healed at temperatures between 1,500°C and 1,750°C. This can happen during the production of the pretreated composite substrate or only later during further processing into an electrical component.
  • the pretreated composite substrate according to the invention which serves as the basis for further processing into electronic components, has an acceptor substrate and a doped layer of monocrystalline SiC connected thereto.
  • the doped layer preferably has implantation defects.
  • the doped layer has a thickness of 3 pm to 25 pm, more preferably 3 pm to 15 pm.
  • the doped layer of SiC is polytype 4H, 6H or 3C.
  • a surface of the doped layer preferably has a deviation of less than 6°, preferably less than 3°, more preferably 0° from a perpendicular to the c-direction.
  • the doped layer has p- or n-doping with a doping concentration of 1E15 cm' 3 to 5E17 cm' 3 .
  • the doped layer is preferably doped with ions of one of the following elements: N, P, B or Al.
  • the doped layer preferably has a substantially constant dopant depth profile and/or defect depth profile.
  • the doped layer preferably has a dopant depth profile and/or defect depth profile that increases in steps in the direction of the acceptor substrate, with the steps being formed in a region of the doped layer facing the acceptor substrate of up to 40%, preferably up to 30%, of the total depth of the doped layer .
  • a concentration difference between the highest and the lowest level is at least a factor of 10, preferably at least a factor of 100, more preferably at least a factor of 500, particularly preferably at least a factor of 1000.
  • the depth of the flank regions of the steps is greater than the depth of the step plateaus.
  • the doped layer preferably provides a dopant depth profile and/or defect depth profile that rises continuously in the direction of the acceptor substrate.
  • the continuously increasing dopant depth profile and/or defect depth profile is preferably a profile according to the following formula: whereby
  • Dmax is the maximum doping concentration
  • a is a value between 10 and 10,000
  • z is the distance to the surface
  • b is the layer thickness
  • f is a tolerance factor between 0.95 and 1.05
  • Vbr is the breakdown voltage, and where is.
  • the step profile mentioned or the continuously increasing profile takes two aspects into account. On the one hand, an optimal compromise between the on-resistance and the given electric strength is achieved by this dopant progression. On the other hand, the doping profile near the acceptor substrate has such a high concentration that field penetration to the interface is impossible.
  • a supplementary doped layer made of monocrystalline SiC is provided in addition to the doped layer, with an overlapping region of the respective dopant depth profiles and/or defect depth profiles being present in a transition section between the doped layer and the supplementary doped layer.
  • the two dopant depth profiles and/or defect depth profiles have sloping flanks that overlap.
  • the combination of both dopant depth profiles and/or defect depth profiles of the doped layer and the supplementary doped layer can be a constant profile, a profile that rises in steps towards the acceptor substrate, or a profile that rises continuously towards the acceptor substrate.
  • the doped layer and the supplementary doped layer are preferably doped with the same type of ion.
  • the combined thickness of the doped layer and the supplemental doped layer is up to 40 ⁇ m. It is preferred that the acceptor substrate is thermally stable up to at least 1,500° C. and has a linear expansion coefficient that deviates from the linear expansion coefficient of SiC by at most 20%, preferably at most 10%.
  • the acceptor substrate is formed from polycrystalline SiC or graphite.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of donor substrate that can be used in the method of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the donor substrate that can be used in the method of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic view of an energy filter irradiation arrangement for irradiating the donor substrate.
  • FIG. 4 is a schematic representation of the operation of an energy filter that can be used in the method of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of different doping profiles that can be generated using differently structured energy filters.
  • FIG. 6 schematically shows the course of the doping of the first layer of the donor substrate and a resulting doping profile of the donor substrate.
  • FIG. 8 schematically shows the production or application of a contact layer in the donor substrate.
  • 9 schematically shows a first variant of the production of a predetermined breaking point in the donor substrate.
  • FIG. 10 schematically shows a second variant of the production of a predetermined breaking point in the donor substrate.
  • FIG. 11 schematically shows the production of a bonded connection between the donor substrate and the acceptor substrate.
  • Figure 12 shows schematically the cleavage of the remaining portion of the donor substrate from the composite substrate.
  • FIG. 13 schematically shows the post-treatment of the surface of the composite substrate in the area of the cleavage site.
  • FIG 14 shows schematically a cross section through an embodiment of the pretreated composite substrate according to the invention.
  • Figure 16 is a schematic representation of the splitting of a wafer ingot functioning as a donor substrate when used for multiple generation of a composite substrate from a donor substrate.
  • FIG. 17 schematically shows the process of doping the first layer of the donor substrate using masking of areas of the donor substrate and an alternative doping profile of the donor substrate resulting therefrom.
  • the method according to the invention for the production of a pretreated composite substrate begins with the provision of a donor substrate 12 which comprises or consists entirely of monocrystalline silicon carbide (SiC), see FIGS. 1 and 2.
  • a donor substrate 12 which comprises or consists entirely of monocrystalline silicon carbide (SiC), see FIGS. 1 and 2.
  • the embodiment of the donor substrate 12 illustrated in Figure 1 is a wafer of high quality, high purity semi-insulating SiC (HQSSiC) material.
  • HQSSiC high quality semi-insulating SiC
  • predominantly means that the criterion applies almost everywhere in the course of the depth profile, but that there can be deviations in certain areas, eg on the surface.
  • the donor substrate 12 according to FIG. 1 preferably has a thickness of more than 100 ⁇ m, preferably more than 200 ⁇ m, more preferably more than 300 ⁇ m up to 15 cm, preferably up to 10 cm.
  • it can be in the form of an undoped or weakly n-doped wafer rod, see FIG. 16.
  • the donor substrate is polytype 4H, 6H or 3C SiC. These polytypes have turned out to be advantageous for the characteristics of the semiconductor components to be produced with them.
  • the top surface of the donor substrate 12 has a 0° deviation from normal to the c-direction.
  • deviations of up to 3° or up to 6° from a perpendicular to the c-direction are also possible.
  • the embodiment of the donor substrate 12 shown in FIG. 2 is a wafer with a carrier wafer 14, preferably made of SiC, and an epitaxial layer 16 made of SiC, the epitaxial layer 16 being undoped or having a doping of less than 1 E15 cm-3, preferably less than 1 E14 cm-3.
  • the epitaxial layer is preferably made of SiC of polytype 4H, 6H or 3C.
  • the epitaxial layer 16 has a thickness of more than 10 ⁇ m, preferably more than 50 ⁇ m, more preferably more than 80 ⁇ m.
  • the maximum thickness of such epitaxial layers 16 is generally 120 ⁇ m. It is preferred here if the upper surface of the epitaxial layer 16 has a deviation of less than 6°, more preferably less than 3°, even more preferably 0° from a perpendicular to the c-direction.
  • a first layer 21 is doped in the donor substrate 12 (see FIG. 6), which later takes over or partly takes over the function of the drift zone (also called active zone or stress-absorbing zone) in the finished component.
  • This doping of the first layer 21 in the donor substrate 12 takes place by means of ion implantation using an energy filter 20.
  • the corresponding basic structure is shown in FIG.
  • FIG 3 shows an irradiation chamber 8 in which a high vacuum is usually present.
  • the donor substrate 12 to be doped is accommodated in a substrate holder 30 in the irradiation chamber 8 .
  • An ion beam 10 is generated by a particle accelerator (not shown) and guided into the irradiation chamber 8 . There the energy of the ion beam 10 is spread out by an energy filter 20 and it hits the donor substrate 12 to be irradiated.
  • the energy filter 20 can be arranged in a separate vacuum chamber that can be closed with valves within the irradiation chamber 8 or directly adjacent to the irradiation chamber 8.
  • the substrate holder 30 does not have to be stationary, but can optionally be provided with a device for translating the donor substrate 12 in x-y (in the plane perpendicular to the plane of the sheet).
  • a wafer wheel, on which the donor substrates 12 to be implanted are fixed and which rotates during the implantation, also comes into consideration as the substrate holder 30 .
  • a displacement of the substrate holder 30 in the beam direction (z-direction) can also be possible.
  • the substrate holder 30 can optionally be provided with heating or cooling.
  • the basic principle of the energy filter 20 is shown in FIG.
  • the energy of the monoenergetic ion beam 10 is modified as a function of the point of entry as it passes through the energy filter 20, which is designed as a microstructured membrane.
  • the resulting energy distribution of the ions of the ion beam 10 leads to a modification of the depth profile of the implanted substance in the matrix of the donor substrate 12.
  • E1 designates the energy of a first ion
  • E2 designates the energy of a second ion
  • c designates the doping concentration
  • d designates the depth in the donor substrate 12.
  • the usual Gaussian distribution is identified by the reference character A, which arises without using an energy filter 20 .
  • a rectangular distribution that can be achieved when using an energy filter 20 is sketched by way of example with reference symbol B.
  • the layouts or three-dimensional structures of energy filters 20 shown in Fig. 5 show the basic possibilities of generating a large number of dopant depth profiles or defect depth profiles using energy filters 20, c in turn designates the doping concentration and d in turn designates the depth in the donor substrate 12.
  • the filter structure profiles can Principle are combined with each other to obtain new filter structure profiles and thus new dopant depth profiles or defect depth profiles.
  • Such energy filters 20 are typically made of silicon. They have a thickness of between 3 ⁇ m and 200 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m and particularly preferably between 7 ⁇ m and 20 ⁇ m. They can be held in a filter frame (not shown). The filter frame can be interchangeably accommodated in a filter holder (not shown).
  • implantation with ions of nitrogen or phosphorus is particularly suitable, while implantation with ions of boron or aluminum is particularly suitable for a p-doped layer.
  • the ion implantation into the donor substrate 12 takes place from a front side of the donor substrate 12.
  • the short, black-filled arrow indicates the ions of minimum energy transmitted through the energy filter 20, and the long arrow filled with black indicates the ions of maximum energy transmitted through the energy filter 20 .
  • the resulting doping profile along section AA' is shown on the right in the coordinate system, c stands for the doping concentration.
  • the doping profile is based on the configuration of the donor substrate 12 according to FIG. 1 and is approximately uniform over the entire first layer 21 .
  • the first layer 21 extends from the surface of the donor substrate 12 facing the ion beam 10 to a predetermined doping depth T. where a remaining portion 22 of the donor substrate 12 joins which is not affected by the ion implantation by means of the energy filter.
  • the thickness of the first layer 21 preferably essentially corresponds to a previously determined thickness of the active layer in the later component or a combination of active layer plus a field stop layer or a combination of active layer plus a field stop layer and a superficial functional zone.
  • the overall thickness of the first layer 21 is thus determined by the type and, above all, by the voltage class of the semiconductor component to be produced. The higher the voltage class, the thicker the first layer 21 . For particularly high voltage classes, reference is made to FIG. 15 and the associated description.
  • the thickness of the first layer 21 is preferably between 3 and 15 ⁇ m. This corresponds to the doping depth T of the preferred types of ions mentioned above in SiC that is currently reasonably possible.
  • the doping of the first layer 21 provides a p- or n-doping with a doping concentration or defect concentration in the first layer 21 of 1E15 cm' 3 to 5E17 cm' 3 .
  • FIG. 8 shows the result of the optional step of producing a contact layer 24 in a superficial area of the first layer 21 or applying a contact layer 24 to the surface of the first layer 21 .
  • the contact layer 24 is preferably produced in the first layer 24 by means of ion implantation.
  • the contact layer 24 has a thickness of only 10 nm up to 1 ⁇ m.
  • P, N or Al ions are preferably used for the implantation (without an energy filter).
  • the dopant concentration in the contact layer 24 is preferably at least 100 times, more preferably at least 1,000 times, more preferably at least 10,000 times, still more preferably at least 100,000 times above an average dopant concentration in the remainder of the first layer 21 or in the first layer 21.
  • the dopant concentration in the contact layer 24 is preferably more than 1 E17 cm 3 , more preferably more than 1 E19 cm 3 .
  • a thin contact layer 24 e.g. a few nanometers thick, to the first layer 21. This is done, for example, by means of sputter deposition, vapor deposition or a CVD deposition process.
  • the contact layer 24 does not have to be completely covering, it can also consist of nanoparticles.
  • a further treatment of the surface e.g. physical etching back, can take place.
  • a predetermined breaking point 26 is produced in the donor substrate 24.
  • the predetermined breaking point 26 is in the region of the first layer 21, preferably in an end region of the first layer 21 close to the predetermined doping depth T, with the predetermined breaking point 26 preferably no further than 1 ⁇ m, more preferably no further than 500 nm. particularly preferably no further than 100 nm from the doping depth T and thus from the end of the first layer 21 .
  • the predetermined breaking point 26 should still be in the area of the plateau.
  • the predetermined breaking point 26 is preferably produced by ion implantation of gap-triggering ions, which are shown schematically in FIG. 9 as black dots. No energy filter is used here. According to FIG. 9, the gap-triggering ions are introduced over the entire width of the donor substrate 12.
  • FIG. 9 The fission-initiating ions are preferably selected from the following: H, H 2 , He, B.
  • the fission-initiating ions are high energy ions with an energy between 0.5 and 10 MeV, preferably between 0.5 and 5 MeV, more preferably between 0, 5 and 2 MeV.
  • the predetermined breaking point 26 is formed at a depth of approximately 5 ⁇ m, with an ion energy of 1.0 MeV at a depth of approximately 10 ⁇ m, and with an ion energy of 1.5 MeV at a depth of about 20 pm.
  • a particle dose of the fission-initiating ions is preferably between 1 E15 cm' 2 and 5E17 cm' 2 .
  • the energy sharpness (AE/E) of the ion beam of the fission-initiating ions is preferably less than 10' 2 , more preferably less than 10' 4 .
  • the temperature in the donor substrate 12 remains below 300°C, preferably below 200°C.
  • the chuck on which the donor substrate 12 lies is optionally cooled.
  • a doping profile is generated which has a sharp peak (see the Gaussian distribution marked A in FIG. 4). In this way it is ensured that the predetermined breaking point 26 has a high level of doping distributed over an extremely small thickness.
  • the variation in the range of the ions in the donor substrate 12 is only between 100 nm and 500 nm, preferably between 200 nm and 400 nm, depending on the primary energy of the ion beam.
  • the gap-triggering ions are introduced only over part of the width of the donor substrate 12, preferably only in one or in both edge areas of the donor substrate 12. In this way, the Predetermined breaking point 26 sections predefined.
  • the predetermined breaking point 26 can also be formed by means of electron beams or laser beams.
  • the donor substrate 12 is connected to the acceptor substrate 28 with the side of the first layer 21 first by means of a bond connection, as is sketched in FIG. 11 .
  • the first layer 21 is thus arranged in an area between the acceptor substrate 28 and the remaining part 22 of the donor substrate 12 . It is irrelevant whether the donor substrate 12 is moved to the acceptor substrate 28 to create the bond connection, as shown in FIG.
  • the intermediate result of the bonding process is shown in FIG. 11 at the bottom left.
  • the sequence of layers could also be turned upside down, for example if the acceptor substrate 28 was moved to the donor substrate 12 .
  • a whole range of materials can be used for the acceptor substrate 28 .
  • the acceptor substrate 28 is preferably temperature-stable up to at least 1,500° C. and has a linear expansion coefficient that deviates from the linear expansion coefficient of SiC by at most 20%, ideally by at most 10%.
  • Suitable examples for the material of the acceptor substrate 28 are polycrystalline SiC or graphite.
  • the contact layer 24 was not shown in each of FIGS. 10 and 11, but is preferably present. In this case, the bonding connection between donor substrate 12 and acceptor substrate 28 is established via contact layer 24, resulting in the following sequence: acceptor substrate 28, contact layer 24, remaining part of first layer 21 or first layer 21, remaining part 22 of donor substrate 12.
  • a low-impedance bond connection is preferably produced by thermal treatment of the substrate obtained as an intermediate result at a temperature of between 800° C. and 1,600° C., more preferably between 900° C. and 1,300° C.
  • At least one, preferably both, surfaces to be bonded can be pretreated, in particular a wet-chemical treatment, plasma treatment or ion beam treatment.
  • the contact layer 24 can also be a treated surface. It is also conceivable to apply a thin layer a few nanometers thick to produce a subsequent low-impedance connection between the acceptor substrate 28 and the donor substrate 12 . In principle, an extremely low-impedance contact and a high-temperature-resistant connection between the acceptor substrate 28 and the donor substrate 12 are important.
  • Fig. 12 the step of splitting the donor substrate 12 in the area of the predetermined breaking point 26 is shown schematically, whereby a pretreated composite substrate 18 is produced, which comprises the acceptor substrate 28 and a doped layer 32 connected thereto, the doped layer 32 comprising at least a section of the first layer 21 of the donor substrate 12 comprises.
  • the part 34 of the donor substrate 12 that has been split off from the acceptor substrate 28 is removed.
  • Cleavage of the donor substrate 12 is preferably accomplished by annealing the composite substrate 18 at a temperature of between 600°C and 1300°C between 750°C and 1200°C, more preferably between 850°C and 1050°C.
  • gas bubbles are formed due to the implanted ions, which coalesce and lead to splitting off.
  • external forces may be applied to the composite substrate 18 such that the donor substrate 12 fractures along the line of weakness 26 .
  • a combination of heat treatment and external forces may also be necessary or helpful. In particular, if ions were only introduced into the donor substrate 12 in sections, the exertion of external forces is unavoidable.
  • both the production of the bonding connection and the splitting of the donor substrate 12 take place by means of a temperature treatment, both steps can possibly be carried out simultaneously.
  • the surface of the composite substrate 18 can be post-treated in the area of the predetermined breaking point 26, in particular by means of polishing and/or removal of defects.
  • implantation defects 42 which are shown schematically in FIG. 14, can be annealed in the doped layer 32 of the pretreated composite substrate 18 at temperatures of preferably between 1500.degree. C. and 1750.degree. This is preferably done during later component processing during annealing steps to anneal low-energy implantations, e.g. source-drain contact implantation, channel implantation, p-JFET implantation, etc.
  • the step of healing the implantation defects 42 is already carried out when the part 34 of the donor substrate 12 is split off and/or when the bonded connection is formed between the donor substrate 12 and the acceptor substrate 28, if correspondingly high temperatures are used and in this way the radiation defects can be healed.
  • Figs. 8 to 13 the method steps have so far been shown and described with a donor substrate 12 according to Fig. 1, but they are analogous to donor substrates 12 according to Fig. 2 feasible. It is then important that the epitaxial layer 16 of the donor substrate 12 is connected to the acceptor substrate 28 .
  • the step of producing the bonding connection between the donor substrate 12 and the acceptor substrate 28 can also take place in two stages.
  • a bonding process with low bonding energy can take place at low temperature and then, in a subsequent second partial step, solidification to produce a bond connection with high bond strength or bonding energy at higher temperature and low contact resistance.
  • the solidification can, for example, also take place during or after the splitting off, during or after the surface treatment of the composite substrate or during or after the healing of implantation defects.
  • the pretreated composite substrate 18 produced in this way which serves as the basis for further processing to form electronic semiconductor components, is shown again in FIG. It comprises the acceptor substrate 28 and the doped layer 32 of monocrystalline SiC connected thereto, the doped layer 32 preferably having the implantation defects 42 (radiation defects). In addition, it can have the contact layer 24 between the acceptor substrate 28 and the doped layer 32 .
  • the doped layer 32 preferably has a thickness of 3 ⁇ m to 30 ⁇ m, more preferably 3 ⁇ m to 15 ⁇ m. It is preferably made of SiC of polytype 4H, 6H or 3C. A surface of the doped layer 32 preferably has a deviation of less than 6°, preferably 0°, from a perpendicular to the c-direction.
  • the doped layer 32 preferably has p- or n-doping with a doping concentration or defect concentration of 1E15 cm -3 to 5E17 cm -3 .
  • the doped layer 32 has preferably been doped with ions of one of the following elements as a dopant: N, P, B or Al.
  • the dopant depth profile and/or defect depth profile of the doped layer 32 preferably results essentially from a reversal of the dopant depth profile and/or defect depth profile of the first layer 21 in the donor substrate 12.
  • the doped layer 32 can thus have a substantially constant dopant depth profile and/or defect depth profile, for example.
  • the doped layer 32 can have a dopant depth profile and/or defect depth profile that increases in steps in the direction of the acceptor substrate 28, the steps in a region of the doped layer 32 facing the acceptor substrate 28 being up to 40%, preferably up to 30%, of the total depth of the doped layer 32 are formed.
  • the doped layer 32 can also provide a dopant depth profile and/or defect depth profile which increases continuously in the direction of the acceptor substrate 28 .
  • the implantation defect profile essentially follows the implanted impurity concentration depth profile.
  • the acceptor substrate 28 is thermally stable up to at least 1,500° C. and has a linear expansion coefficient that deviates from the linear expansion coefficient of SiC by at most 20%, preferably at most 10%.
  • the acceptor substrate 28 is particularly preferably formed from polycrystalline SiC or graphite.
  • FIG. 15 shows an alternative configuration of the pretreated composite substrate 18 according to the invention in cross section, and underneath it a dopant concentration profile along the section of the composite substrate 18 according to arrow F. This is particularly suitable for the production of very high blocking components, e.g. > 1,200 V.
  • the pretreated composite substrate 18 has, in addition to the doped layer 32, a supplementary doped layer 38 of monocrystalline SiC.
  • a transition section between the doped layer 32 and the supplementary doped layer 38 there is preferably an overlapping region 40 of the respective dopant depth profiles and/or defect depth profiles.
  • the required active layer (drift zone, stress-absorbing layer) of the later semiconductor component is formed solely by the doped layer 32 and thus simultaneously by the first layer 21 or a (preferably large) part of the first layer 21 in the donor substrate 12 formed.
  • the active layer is formed by a combination of doped layer 32 and the supplementary doped layer 38 in embodiments as in FIG. 15 results in a substantially constant total doping profile by superimposing the two partial profiles, any other doping profiles can also be formed by lining up and partially overlapping the doping profiles in doped layer 32 and supplementary doped layer 38 .
  • the combined overall doping profile from the combination of both dopant depth profiles and/or defect depth profiles of the doped layer 32 and the supplementary doped layer 38 can also be a profile that rises in stages towards the acceptor substrate 28 or a profile that rises continuously towards the acceptor substrate 28 .
  • Such combined profiles are obtained in that the predetermined breaking point 26 in the donor substrate 12 is not produced within the first layer 21 but in the remaining part 22 of the donor substrate 12 that was not doped into the donor substrate 12 by means of ion implantation.
  • the doping of the supplementary doped layer 38 can then be carried out from the side facing away from the acceptor substrate 28 by means of a further ion implantation using an energy filter.
  • the statements made above with regard to FIGS. 3 to 7 regarding ion implantation by means of an energy filter apply identically to ion implantation into the supplementary doped layer 38 .
  • the thickness of the supplementary doped layer 38 is typically between 3 and 15 ⁇ m. In this way, total thicknesses of the active zone doped by ion implantation of up to 30 ⁇ m are obtained.
  • the method according to the invention can be used to produce two or more composite substrates 18, even a large number of composite substrates 18, from one donor substrate 12, provided that the donor substrate 12 from FIG. 1 or the epitaxial layer 16 of the donor substrate 12 from FIG is as thick as the thickness of the required doped layer 32 in the composite substrate 18.
  • the donor substrate 12 is a thick wafer rod, the effect is particularly great. In this way, considerable costs can be saved during manufacture. This is shown schematically in FIG.
  • a mask 46 may be used to create one or more undoped regions 44 in the first layer 21 of the donor substrate 12 (and/or in the supplementary doped layer 38 of the composite substrate 18).
  • the composite substrate 18 can also be characterized by further intermediate steps on the way to the finished semiconductor component, for example by implanting further active regions, producing oxides, depositing gate electrodes, contacts, lines or vias, etc.
  • a "connection" between two elements can also be direct or indirect.

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Abstract

Das Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, umfasst das Dotieren einer ersten Schicht (21) aus SiC in einem Spendersubstrat (12) mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters (20), das Erzeugen einer Sollbruchstelle (26) im Spendersubstrat (12) und das Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat (12) und Akzeptorsubstrat (28), die erste Schicht (21) in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat (28) und einem restlichen Teil (22) des Spendersubstrats (12) angeordnet ist. Schließlich wird das Spendersubstrat (12) im Bereich der Sollbruchstelle (26) zur Erzeugung des vorbehandelten Verbundsubstrats (18) gespalten, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) das Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32), die zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) umfasst, aufweist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats und vorbehandeltes Verbundsubstrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats und ein vorbehandeltes Verbundsubstrat, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient.
Diskrete hochsperrende Leistungshalbleiterbauelemente mit mehr als 600V nomineller Sperrspannung werden sowohl in Silizium als auch in SiC im Allgemeinen vertikal aufgebaut. Für Dioden, z.B. MPS (merged-pin-Schottky)-Dioden, Schottkydioden oder p-n Dioden heißt dies, dass die Kathode auf der Substratvorderseite und die Anode auf der Substratrückseite angeordnet ist. Eine ähnliche Anordnung gilt im Falle von vertikalen Leistungs-MOS (metal- oxide-semiconductor) Bauelementen. Gate- und Source-Elektrode befinden sich auf der Substratvorderseite, die Drainelektrode auf der Substratrückseite. Das eigentliche T ransistorele- ment bzw. der Kanalbereich kann bei konventionellen LeistungsMOSFETs parallel zur Oberfläche (D-MOS) oder senkrecht zur Oberfläche angeordnet sein (Trench-MOS). Spezielle Konstruktionen haben sich für SiC-MOSFETs etabliert, z.B. Trenchtransistoren.
Abhängig von der geforderten Sperrfähigkeit (Reverse Blocking Voltage) wird die Breite der Driftzone (=aktive Zone, spannungsaufnehmende Schicht) eingestellt. Beispielsweise wird die Breite der Driftzone für ein 600 V MOSFET Bauelement in Silizium ca. 50 pm groß sein.
Bei sogenannten Superjunction Bauelementen kann die Breite der spannungsaufnehmenden Schicht gegenüber „einfachen“ vertikalen MOSFETs etwas reduziert sein. Die Besonderheit dieser Art von vertikalen Bauelementen liegt darin, dass die Driftzone durch alternierend angeordnete vertikale p- und n- dotierte Säulen charakterisiert ist. Die zusätzlich eingebrachte p-Dotierung kompensiert im Sperrfall die erhöhte Ladung im n-dotierten Bereich, welcher im eingeschalteten Zustand den Widerstand zwischen Source-Elektrode und Drain-Elektrode bestimmt. Somit kann bei gleicher Sperrfähigkeit der Einschaltwiderstand bis zu einem Faktor 10 gegenüber konventionellen vertikalen MOS-Transistoren reduziert werden. Das eigentliche Transistorelement, bzw. der Kanalbereich, kann bei Superjunction-MOSFET Architekturen parallel zur Oberfläche (D-MOS) oder senkrecht zur Oberfläche angeordnet sein (T rench- MOS). Die speziellen Materialeigenschaften von SiC erfordern für vertikale Leistungshalbleiterbauelemente die Bereitstellung von spezifischen Herstellverfahren und die Anwendung spezifischer Architekturen des Kanal- und T ransistorbereichs.
Meist werden die aktiven Zonen vieler vertikaler Leistungsdioden bzw. alle Leistungstransistoren (MOSFET) in einkristallinen epitaktischen Schichten ausgebildet. Diese epitaktischen Schichten werden auf kristallinen Trägerwafern aufgebaut bzw. abgeschieden. Damit kann die Dotierung und vertikale Ausdehnung (Dicke) der aktiven epitaktischen Zone auf die jeweilige Sperrspannung abgestimmt werden und der hochdotierte Trägerwafer kann hinsichtlich seiner Dotierung so optimiert werden, dass sein Beitrag zum Einschaltwiderstand minimiert wird.
Insbesondere bei SiC-Substraten ist die oben beschriebene Herstellung der Schichtstruktur aufwändig und teuer, da die epitaktische Schichtabscheidung und auch die Bereitstellung einkristalliner Trägerwafer enorm kostenintensiv ist.
In DE 10 2019 112 985 A1 wird alternativ vorgeschlagen, das Halbleiterbauelement ohne epitaktische Abscheidung durch Abspaltung eines Substrats von einem SiC-Wafer und anschließende lonenimplantierung der Driftzone unter Verwendung eines Energiefilters herzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats sowie ein vorbehandeltes Verbundsubstrat anzugeben, auf dessen Basis leistungsstarke Halbleiterbauelemente hoher Qualität industriell mit reduziertem Aufwand und geringeren Kosten hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 43 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat ein Akzeptorsubstrat und eine damit verbundene dotierte Schicht aufweist, folgende Schritte auf: a) Bereitstellen eines Spendersubstrats, das einkristallines SiC aufweist; b) Dotieren einer ersten Schicht im Spendersubstrat mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters, wobei der Energiefilter eine mikrostrukturierte Membran mit einem vordefinierten Strukturprofil zur Einstellung eines durch die Implantation hervorgerufenen Dotierstofftiefenprofils und/oder Defekttiefenprofils in der ersten Schicht im Spendersubstrat ist, wobei beim Dotieren ein vorbestimmtes Dotierstofftiefenprofil und/oder ein vorbestimmtes Defekttiefenprofil in der ersten Schicht des Spendersubstrats erzeugt wird, wobei sich die erste Schicht von der dem lonenstrahl zugewandten ersten Oberfläche des Spendersubstrats aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe erstreckt, wo sich ein restlicher Teil des Spendersubstrats anschließt; c) Erzeugen einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat; d) Bereitstellen des Akzeptorsubstrats und Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat, wobei die erste Schicht in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat und dem restlichen Teil des Spendersubstrats angeordnet ist; e) Spalten des Spendersubstrats im Bereich der Sollbruchstelle zur Erzeugung des vorbehandelten Verbundsubstrats, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat das Akzeptorsubstrat und eine damit verbundene dotierte Schicht aufweist, wobei die dotierte Schicht zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht des Spendersubstrats umfasst.
Die erste Schicht besteht immer aus einkristallinem SiC. Bevorzugt besteht das Spendersubstrat vollständig aus einkristallinem SiC.
Bevorzugt weist die erste Schicht eine Dicke von 3 bis 15 pm auf. Über eine Dicke dieser Größenordnung kann eine Ionenimplantation sinnvoll durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spendersubstrat ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierenden SiC-Material (HQSSiC) mit hoher Reinheit. Insbesondere ist darunter ein Material zu verstehen, bei dem die Konzentration von elementaren Verunreinigungen, insbesondere N, B, P überwiegend kleiner als 5E15 cm'3 ist. Überwiegend heißt in diesem Zusammenhang, dass das Kriterium im Verlauf des Tiefenprofils nahezu überall zutrifft, dass es aber in bestimmten Bereichen Abweichungen geben kann, z.B. an der Oberfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spendersubstrat aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C. Diese Polytypen haben sich als vorteilhaft für die Produktion von Halbleiterbauelementen herausgestellt.
Bevorzugt hat die dem lonenstrahl zugewandte Oberfläche des Spendersubstrats eine Abweichung von weniger als 6°, mehr bevorzugt 4°, mehr bevorzugt weniger als 3°, noch mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung. Die 4°-Orientierung wird derzeit für die meisten Bauelementarchitekturen verwendet. Der Vorteil von 0° liegt insbesondere darin, dass der Spenderwafer parallel zur Oberfläche geschnitten werden kann und somit aus einem Zylinder mehr Teilwafer gewonnen werden können.
Das Spendersubstrat hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 100 pm, bevorzugt mehr als 200 pm, mehr bevorzugt mehr als 300 pm bis hin zu 15 cm, bevorzugt bis hin zu 10 cm.
Alternativ kann das Spendersubstrat einen Trägerwafer, vorzugsweise aus SiC, und eine epitaktische Schicht aufweisen, wobei die epitaktische Schicht undotiert ist oder eine Dotierung von weniger als 1 E15 cm'3, bevorzugt weniger als 1 E14 cm'3, aufweist, und wobei die erste Schicht Teil der epitaktischen Schicht ist.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die epitaktische Schicht eine Dicke von mehr als 10 pm, bevorzugt mehr als 50 pm, mehr bevorzugt mehr als 80 pm aufweist. Die maximale dicke solcher Schichten liegt in der Regel bei 120 pm.
Auch hier ist es bevorzugt, wenn die dem lonenstrahl zugewandte Oberfläche der epitaktischen Schicht eine Abweichung von weniger als 6°, mehr bevorzugt 4°, mehr bevorzugt weniger als 3°, noch mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
Vorzugsweise ist hier die epitaktische Schicht aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C.
Allgemein ist es bevorzugt, dass das Dotieren der ersten Schicht eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration in der ersten Schicht von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3 liefert. Diese Dotierkonzentration oder Defektkonzentration ist sehr gut für die Driftzone (aktive Schicht, leistungsaufnehmende Schicht) einer Vielzahl von Hochleistungsbauelementen geeignet. Die Dotierung kann über die Dicke der ersten Schicht konstant sein oder ein davon abweichendes Dotierprofil zeigen.
Das Dotieren der ersten Schicht erfolgt bevorzugt mit Ionen aus einem der folgenden Elemente: N, P, B oder AI.
Der Primärenergiebereich des lonenstrahls liegt beim Dotieren der ersten Schicht vorzugsweise zwischen 1 MeV und 50 MeV.
In einer bevorzugten Ausführungsform liefert das Dotieren der ersten Schicht ein konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil oderein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil. Darunter sind Profile zu verstehen mit einer Abweichung von einem perfekt flachen Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil von weniger als 20% und bevorzugt weniger als 10%. In der Realität schließt sich an das Plateau eine abfallende Flanke an, d.h. im Bereich der Dotiertiefe ist der Abfall des Profils nicht senkrecht oder abrupt.
In einer alternativen Ausgestaltung liefert das Dotieren der ersten Schicht ein stufig abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil, wobei die Stufen in einem dem lonen- strahl zugewandten oberflächennahen Bereich der ersten Schicht von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der ersten Schicht ausgebildet sind.
Dabei beträgt bevorzugt ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000.
Die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen überwiegt dabei gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus.
In einer alternativen Ausgestaltung liefert das Dotieren der ersten Schicht ein kontinuierlich abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil. Dabei ist es bevorzugt, wenn das kontinuierlich abfallende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist:
Figure imgf000008_0001
wobei
Dmax die maximale Dotierkonzentration, a ein Wert zwischen 10 und 10.000, z ist die Distanz zur Oberfläche, b die Schichtdicke, f ein Toleranzfaktor zwischen 0,95 und 1 ,05, Do die Hintergrunddotierung
Figure imgf000008_0003
ist, wobei
Emax das maximale Feld,
£r die relative Dielektrizitätskonstante des Halbleiters,
£o die Dielektrizitätskonstante im Vakuum, e0 die Elementariadung des Elektrons,
Vbr die Durchbruchspannung
Figure imgf000008_0002
Allgemein ist der weitere Schritt bevorzugt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht eine Kontaktschicht zu erzeugen oder eine Kontaktschicht auf die Oberfläche der ersten Schicht aufzubringen, wobei das Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat über die Kontaktschicht erfolgt, und wobei sich folgende Reihenfolge ergibt: Akzeptorsubstrat, Kontaktschicht, restlicher Teil von erster Schicht bzw. erste Schicht, restlicher Teil des Spendersubstrats. Damit lässt sich eine besonders gute, niederohmige Verbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat gewährleisten.
Bevorzugt erfolgt das Erzeugen der Kontaktschicht durch Ionenimplantation.
Bevorzugt liegt eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht mindestens 100-fach, bevorzugt mindestens 1.000-fach, mehr bevorzugt mindestens 10.000-fach, noch mehr bevorzugt mindestens 100.000-fach über einer mittleren Dotierstoffkonzentration im Rest der ersten Schicht bzw. in der ersten Schicht. Damit erzielt man eine möglichst niederohmige Bondverbindung und ein Durchgriff des Feldes auf das Interface im Halbleiterbauelement wird vermieden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht mehr als 1 E17 cm'3, mehr bevorzugt mehr als 1 E19 cm'3.
Die Sollbruchstelle liegt vorzugsweise im Bereich der ersten Schicht liegt, besonders bevorzugt in einem Endbereich der ersten Schicht nahe der vorbestimmten Dotiertiefe, wobei der Randbereich besonders bevorzugt nicht dicker als 1 pm ist. Auf diese Weise verbleibt nach dem Abspalten möglichst wenig dotiertes Material am Spendersubstrat.
In einer alternativen Ausgestaltung liegt die Sollbruchstelle im Bereich des verbleibenden Teils des Spendersubstrats, und zusätzlich nach Schritt e) wird der weitere Schritt durchgeführt, eine Ionenimplantation in das Verbundsubstrat von der dem Akzeptorsubstrat abgewandten Seite aus durchzuführen. Dies hat den Vorteil, dass eine aktive Zone mit einer größeren Gesamtdicke gebildet werden kann. Aufgrund der damit ermöglichten Überlagerung zweier unterschiedlicher Implantationen können auch verschiedene bevorzugte Dotierprofile erzeugt werden. Im Rahmen dieser alternativen Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat ein Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil in einer ergänzenden dotierten Schicht liefert, das zumindest bis zur dotierten Schicht reicht.
Die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat wird bevorzugt derart durchgeführt, dass die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht ein konstantes Profil, ein zum Akzeptorsubstrat hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat hin kontinuierlich ansteigendes Profil ist.
Schräg abfallende Flanken im Übergangsbereich der beiden Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht können sich dabei überschneiden.
Bevorzugt erfolgt das Erzeugen der Sollbruchstelle durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen.
Die spaltauslösenden Ionen werden bevorzugt über die gesamte Breite des Spendersubstrats eingebracht, um eine möglichst gleichmäßige Trennfläche zu erzeugen.
Alternativ können die spaltauslösenden Ionen nur über einen T eil der Breite des Spendersubstrats eingebracht werden. Dies reduziert den Aufwand bei der Ionenimplantation.
Bevorzugt werden dabei die spaltauslösenden Ionen nur in einem Randbereich des Spendersubstrats eingebracht.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die spaltauslösenden Ionen aus den folgenden ausgewählt: H, H2, He, B.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die spaltauslösenden Ionen hochenergetische Ionen mit einer Energie zwischen 0,5 und 10 MeV, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 MeV, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2 MeV sind. Eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen liegt vorzugsweise jeweils zwischen 1 E15 cm'2 und 5E17 cm'2. Mit dieser Dosis wird eine sichere Abspaltung erzielt.
Die Energieschärfe (AE/E) des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen ist bevorzugt kleiner als 10'2, mehr bevorzugt kleiner als 10'4. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Sollbruchstelle eine minimal Dicke aufweist und der Energieverlustpeak der Ionen an der Sollbruchstelle möglichst scharf ist.
Das Spalten des Spendersubstrats wird vorzugsweise durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats bei einer Temperatur von zwischen 600°C und 1.300°C, bevorzugt zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst. Alternativ sind auch mechanische Verfahren denkbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Herstellen der Bondverbindung durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats bei einer Temperatur von zwischen 800°C und 1.600°C, bevorzugt zwischen 900°C und 1.300°C.
Es ist denkbar, dass zur Vereinfachung des Verfahrens sowohl das Herstellen der Bondverbindung als auch das Spalten des Spendersubstrats durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, wobei beide Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Vorzugsweise findet vor dem Schritt des Herstellens der Bondverbindung eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen statt, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder lonenstrahlbehandlung.
Bevorzugt ist das Akzeptorsubstrat temperaturstabil bis mindestens 1 ,500°C und weist einen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Damit wird ein Verbiegen des Verbundsubstrats effektiv verhindert.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist das Akzeptorsubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit ausgebildet. Bevorzugt erfolgt nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der Oberfläche des Verbundsubstrats im Bereich der Sollbruchstelle, insbesondere mittels Polieren und/oder dem Entfernen von (oberflächennahen) Defekten.
In bevorzugter Erweiterung des Verfahrens werden Implantationsdefekte im vorbehandelten Verbundsubstrat bei Temperaturen zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt. Dies kann während der Herstellung des vorbehandelten Verbundsubstrats geschehen oder auch erst später bei der Weiterverarbeitung zu einem elektrischen Bauelement.
Das erfindungsgemäße vorbehandelte Verbundsubstrat, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauelementen dient, weist ein Akzeptorsubstrat und eine damit verbundene dotierte Schicht aus einkristallinem SiC auf.
Die dotierte Schicht weist vorzugsweise Implantationsdefekte auf.
Es ist bevorzugt, dass die dotierte Schicht eine Dicke von 3 pm bis 25 pm, mehr bevorzugt von 3 pm bis 15 pm, aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die dotierte Schicht aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C.
Vorzugsweise weist eine Oberfläche der dotierten Schicht eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt weniger als 3°, mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung auf.
Es ist bevorzugt, dass die dotierte Schicht eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3 aufweist.
Vorzugsweise ist die dotierte Schicht mit Ionen eines der folgenden Elemente dotiert: N, P, B oder AI.
Die dotierte Schicht weist vorzugsweise ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil auf. Bevorzugt weist die dotierte Schicht ein in Richtung des Akzeptorsubstrats stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil auf, wobei die Stufen in einem dem Akzeptorsubstrat zugewandten Bereich der dotierten Schicht von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der dotierten Schicht ausgebildet sind.
Es ist außerdem bevorzugt, dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000 beträgt.
Ferner ist es dabei bevorzugt, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegt.
Vorzugsweise liefert die dotierte Schicht ein in Richtung des Akzeptorsubstrats kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil.
Das kontinuierlich ansteigende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ist bevorzugt ein Profil nach folgender Formel:
Figure imgf000013_0001
wobei
Dmax die maximale Dotierkonzentration, a ein Wert zwischen 10 und 10.000, z ist die Distanz zur Oberfläche, b die Schichtdicke, f ein Toleranzfaktor zwischen 0,95 und 1 ,05,
Do die Hintergrunddotierung
Figure imgf000013_0002
ist, wobei
Emax das maximale Feld,
£r die relative Dielektrizitätskonstante des Halbleiters,
£o die Dielektrizitätskonstante im Vakuum, e0 die Elementarladung des Elektrons,
Vbr die Durchbruchspannung ist, und wobei
Figure imgf000014_0001
ist.
Das genannte Stufenprofil bzw. das kontinuierlich ansteigende Profil berücksichtigen zwei Aspekte. Zum einen wird durch diesen Dotierstoffverlauf ein optimaler Kompromiss zwischen dem Einschaltwiderstand und der gegebenen Spannungsfestigkeit erreicht. Zum anderen weist das Dotierprofil nahe dem Akzeptorsubstrat eine so hohe Konzentration auf, dass ein Felddurchgriff zur Grenzfläche ausgeschlossen ist.
In einer Ausführungsform ist zusätzlich zur dotierten Schicht eine ergänzende dotierte Schicht aus einkristallinem SiC vorgesehen, wobei in einem Übergangsabschnitt zwischen der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht ein Überlappungsbereich der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile vorliegt. Die beiden Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile haben schräg abfallende Flanken, die sich überlagern. Die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht kann ein konstantes Profil sein, ein zum Akzeptorsubstrat hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat hin kontinuierlich ansteigendes Profil.
Bevorzugt werden die dotierte Schicht und die ergänzende dotierte Schicht mit derselben lonensorte dotiert. Die kombinierte Dicke der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht liegt bei bis zu 40 pm. Es ist bevorzugt, dass das Akzeptorsubstrat temperaturstabil bis mindestens 1.500°C ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Akzeptorsubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet.
Kurze
Figure imgf000015_0001
der
Figure imgf000015_0002
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausgestaltung des Spendersubstrats, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausgestaltung des Spendersubstrats, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Bestrahlungsanordnung mit Energiefilter zur Bestrahlung des Spendersubstrats.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Wirkweise eines Energiefilters, der beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung verschiedener Dotierprofile, die mittels verschieden strukturierter Energiefilter erzeugt werden können.
Fig. 6 zeigt schematisch den Ablauf der Dotierung der ersten Schicht des Spendersubstrats sowie ein daraus resultierendes Dotierprofil des Spendersubstrats.
Fig. 7 zeigt verschiedene Möglichkeiten des Dotierprofils der ersten Schicht des Spendersubstrats.
Fig. 8 zeigt schematisch die Erzeugung oder Aufbringung einer Kontaktschicht im Spendersubstrat. Fig. 9 zeigt schematisch eine erste Variante der Erzeugung einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat.
Fig. 10 zeigt schematisch eine zweite Variante der Erzeugung einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat.
Fig. 11 zeigt schematisch das Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat.
Fig. 12 zeigt schematisch das Abspalten des restlichen Teils des Spendersubstrats vom Verbundsubstrat.
Fig. 13 zeigt schematisch das Nachbehandeln der Oberfläche des Verbundsubstrats an im Bereich der Spaltstelle.
Fig. 14 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats.
Fig. 15. zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats und das zugehörige Dotierprofil.
Fig. 16 ist eine schematische Darstellung der Aufspaltung eines als Spendersubstrat fungierenden Waferstabs bei Verwendung für die mehrfache Erzeugung eines Verbundsubstrats aus einem Spendersubstrat.
Fig. 17 zeigt schematisch den Ablauf der Dotierung der ersten Schicht des Spendersubstrats unter Verwendung einer bereichsweisen Maskierung des Spendersubstrats sowie ein daraus resultierendes alternatives Dotierprofil des Spendersubstrats.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats beginnt mit der Bereitstellung eines Spendersubstrats 12, das einkristallines Siliziumkarbid (SiC) aufweist bzw. vollständig daraus besteht, siehe Fig. 1 und 2. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Spendersubstrats 12 ist ein Wafer aus qualitativ hochwertigem halbisolierenden SiC-Material (HQSSiC) mit hoher Reinheit. Insbesondere ist darunter ein Material zu verstehen, bei dem die Konzentration von elementaren Verunreinigungen wie beispielsweise N, B, P kleiner als 5E15 cm'3 ist. Überwiegend heißt in diesem Zusammenhang, dass das Kriterium im Verlauf des Tiefenprofils nahezu überall zutrifft, dass es aber in bestimmten Bereichen Abweichungen geben kann, z.B. an der Oberfläche.
Das Spendersubstrat 12 gemäß Fig. 1 hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 100 pm, bevorzugt mehr als 200 pm, mehr bevorzugt mehr als 300 pm bis hin zu 15 cm, bevorzugt bis hin zu 10 cm. Es kann insbesondere als undotierter oder schwach n-dotierter Waferstab ausgebildet sein, siehe Fig. 16.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spendersubstrat aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C. Diese Polytypen haben sich als vorteilhaft für die Charakteristik der damit herzustellenden Halbleiterbauelemente herausgestellt.
In der dargestellten Ausführungsform hat die obere Oberfläche des Spendersubstrats 12 eine Abweichung von 0° von einer Senkrechten zur c-Richtung. Es sind aber auch Abweichungen von bis zu 3° oder bis zu 6° von einer Senkrechten zur c-Richtung möglich.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Spendersubstrats 12 ist ein Wafer mit einem Trägerwafer 14, vorzugsweise aus SiC, und einer epitaktischen Schicht 16 aus SiC, wobei die epitaktische Schicht 16 undotiert ist oder eine Dotierung von weniger als 1 E15 cm-3, bevorzugt weniger als 1 E14 cm-3, aufweist. Vorzugsweise ist hier die epitaktische Schicht aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die epitaktische Schicht 16 eine Dicke von mehr als 10 pm, bevorzugt mehr als 50 pm, mehr bevorzugt mehr als 80 pm aufweist. Die maximale Dicke solcher epitaktischen Schichten 16 liegt in der Regel bei 120 pm. Hier ist es bevorzugt, wenn die obere Oberfläche der epitaktischen Schicht 16 eine Abweichung von weniger als 6°, mehr bevorzugt weniger als 3°, noch mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist.
Nach der Bereitstellung des Spendersubstrats 12 erfolgt die Dotierung einer ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 (siehe Fig. 6), die im fertigen Bauteil später die Funktion der Driftzone (auch aktive Zone oder spannungsaufnehmende Zone genannt) übernimmt oder teilweise übernimmt. Diese Dotierung der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 erfolgt mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters 20. Der entsprechende grundsätzliche Aufbau ist in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine Bestrahlungskammer 8, in der üblicherweise ein Hochvakuum vorliegt. In der Bestrahlungskammer 8 ist das zu dotierende Spendersubstrat 12 in einer Substrathalterung 30 aufgenommen.
Ein lonenstrahl 10 wird mittels eines Teilchenbeschleunigers (nicht dargestellt) erzeugt und in die Bestrahlungskammer 8 geleitet. Dort wird die Energie des lonenstrahls 10 durch einen Energiefilter 20 aufgespreizt und er trifft auf das zu bestrahlende Spendersubstrat 12. Alternativ kann der Energiefilter 20 in einer separaten, mit Ventilen verschließbaren Vakuumkammer innerhalb der Bestrahlungskammer 8 oder unmittelbar angrenzend an die Bestrahlungskammer 8 angeordnet sein.
Die Substrathalterung 30 muss nicht stationär sein, sondern kann optional mit einer Einrichtung zum Verschieben des Spendersubstrats 12 in x-y (in der Ebene senkrecht zur Blattebene) versehen sein. Als Substrathalterung 30 kommt außerdem auch ein Waferrad in Betracht, auf welchem die zu implantierenden Spendersubstrate 12 fixiert werden und das sich während der Implantation dreht. Auch eine Verschiebung der Substrathalterung 30 in Strahlrichtung (z-Richtung) kann möglich sein. Weiterhin kann die Substrathalterung 30 optional mit einer Heizung oder Kühlung versehen sein.
Das Grundprinzip des Energiefilters 20 ist in Fig. 4 dargestellt. Der monoenergetische lonenstrahl 10 wird beim Durchtritt durch den als mikrostrukturierte Membran ausgestalteten Energiefilter 20 abhängig vom Eintrittsort in seiner Energie modifiziert. Die resultierende Energieverteilung der Ionen des lonenstrahls 10 führt zu einer Modifikation des Tiefenprofils des implantierten Stoffes in der Matrix des Spendersubstrats 12. E1 bezeichnet die Energie eines ersten Ions, E2 bezeichnet die Energie eines zweiten Ions, c bezeichnet die Dotierkonzentration und d bezeichnet die Tiefe im Spendersubstrat 12. Im Diagramm rechts ist die übliche Gaußverteilung mit Bezugszeichen A gekennzeichnet, die ohne Einsatz eines Energiefilters 20 entsteht. Hingegen ist beispielhaft mit Bezugszeichen B eine Rechteckverteilung skizziert, die bei Einsatz eines Energiefilters 20 erzielt werden kann.
Die in Fig. 5 gezeigten Layouts bzw. dreidimensionalen Strukturen von Energiefiltern 20 zeigen die prinzipiellen Möglichkeiten, mittels Energiefilter 20 eine Vielzahl von Dotierstofftiefenprofilen oder Defekttiefenprofilen zu erzeugen, c bezeichnet wiederum die Dotierkonzentration und d bezeichnet wiederum die Tiefe im Spendersubstrat 12. Die Filterstrukturprofile können im Prinzip miteinander kombiniert werden, um neue Filterstrukturprofile und somit neue Dotierstofftiefenprofile oder Defekttiefenprofile zu erhalten.
Derartige Energiefilter 20 sind in der Regel aus Silizium hergestellt. Sie besitzen eine Dicke von zwischen 3 pm und 200 pm, vorzugsweise zwischen 5 pm und 50 pm und besonders bevorzugt zwischen 7 pm und 20 pm. Sie können in einem Filterrahmen (nicht dargestellt) gehalten sein. Der Filterrahmen kann austauschbar in einer Filterhalterung (nicht dargestellt) aufgenommen sein.
Für die bevorzugte Ausbildung einer n-dotierten ersten Schicht 21 ist die Implantation mit Ionen aus Stickstoff oder Phosphor besonders geeignet, während für eine p-dotierte Schicht die Implantation mit Ionen aus Bor oder Aluminium besonders geeignet ist.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrensschritts der Dotierung der ersten Schicht 21 erfolgt die Ionenimplantation in das Spendersubstrat 12 von einer Vorderseite des Spendersubstrats 12. Der kurze, schwarz gefüllte Pfeil deutet die durch den Energiefilter 20 transmittierten Ionen minimaler Energie an, und der lange, schwarz gefüllte Pfeil deutet die durch den Energiefilter 20 transmittierten Ionen maximaler Energie an. Das resultierende Dotierprofil entlang des Schnitts A-A' ist rechts im Koordinatensystem gezeigt, c steht für die Dotierkonzentration. Das Dotierprofil basiert auf der Ausgestaltung des Spendersubstrats 12 gemäß Fig. 1 und ist über die gesamte erste Schicht 21 hinweg annähernd gleichmäßig. Die erste Schicht 21 erstreckt sich von der dem lonenstrahl 10 zugewandten Oberfläche des Spendersubstrats 12 aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe T erstreckt, wo sich ein restlicher Teil 22 des Spendersubstrats 12 anschließt, der nicht von der Ionenimplantation mittels Energiefilter betroffen ist.
Die Dicke der ersten Schicht 21 entspricht vorzugsweise im Wesentlichen einer vorher ermittelten Dicke der aktiven Schicht im späteren Bauelement oder einer Kombination aus aktiver Schicht zuzüglich einer Feldstoppschicht oder einer Kombination aus aktiver Schicht zuzüglich einer Feldstoppschicht und einer oberflächlichen funktionalen Zone. Die Gesamtdicke der ersten Schicht 21 ist somit von der Art und vor allem von der Spannungsklasse des herzustellenden Halbleiterbauelements bestimmt. Je höher die Spannungsklasse, umso dicker die erste Schicht 21 . Für besonders hohe Spannungsklassen sei auf Fig. 15 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Die Dicke der ersten Schicht 21 liegt vorzugsweise zwischen 3 und 15 pm. Dies entspricht der derzeit sinnvoll möglichen Dotiertiefe T der oben genannten bevorzugten lonensorten in SiC.
Fig. 7a bis 7c zeigen mögliche bevorzugte Dotierprofile in der ersten Schicht 21 des Spendersubstrats 12.
Grundsätzlich liefert das Dotieren der ersten Schicht 21 eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration in der ersten Schicht 21 von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3.
In Fig. 8 ist das Ergebnis des optionalen Schritts gezeigt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht 21 eine Kontaktschicht 24 zu erzeugen oder eine Kontaktschicht 24 auf die Oberfläche der ersten Schicht 21 aufzubringen.
Bevorzugt wird die Kontaktschicht 24 mittels Ionenimplantation in die erste Schicht 24 erzeugt. Die Kontaktschicht 24 hat dabei eine Dicke von lediglich 10 nm bis hin zu 1 pm. Für die Implantation werden vorzugsweise Ionen aus P, N oder AI verwendet (ohne Energeifilter).
Die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 24 liegt vorzugsweise mindestens 100- fach, mehr bevorzugt mindestens 1.000-fach, mehr bevorzugt mindestens 10.000-fach, noch mehr bevorzugt mindestens 100.000-fach über einer mittleren Dotierstoffkonzentration im Rest der ersten Schicht 21 bzw. in der ersten Schicht 21.
Die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 24 beträgt dabei vorzugsweise mehr als 1 E17 cm'3, mehr bevorzugt mehr als 1 E19 cm'3.
Es ist auch möglich, eine dünne, z.B. einige Nanometer dicke, Kontaktschicht 24 auf die erste Schicht 21 aufzubringen. Dies geschieht beispielsweise mittels Sputterabscheidung, Bedampfung oder einem CVD-Abscheideverfahren. Die Kontaktschicht 24 muss nicht komplett bedeckend sein, sie kann auch aus Nanopartikeln bestehen.
Zeitgleich oder nach Schichtauftrag der Kontaktschicht 24 kann eine weitere Behandlung der Oberfläche, z.B. eine physikalische Rückätzung, stattfinden.
Im nächsten Schritt wird gemäß Fig. 9 eine Sollbruchstelle 26 im Spendersubstrat 24 erzeugt. Die Sollbruchstelle 26 liegt im Beispiel der Fig. 9 im Bereich der ersten Schicht 21 , vorzugsweise in einem Endbereich der ersten Schicht 21 nahe der vorbestimmten Dotiertiefe T, wobei die Sollbruchstelle 26 bevorzugt nicht weiter als 1 pm, mehr bevorzugt nicht weiter als 500 nm, besonders bevorzugt nicht weiter als 100 nm, von der Dotiertiefe T und somit vom Ende der ersten Schicht 21 entfernt ist. Insbesondere bei Rechteckprofilen mit abfallender Flanke soll die Sollbruchstelle 26 noch im Bereich des Plateaus liegen.
Das Erzeugen der Sollbruchstelle 26 erfolgt bevorzugt durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen, die in Fig. 9 schematisch als schwarze Punkte dargestellt sind. Hierbei wird kein Energiefilter verwendet. Gemäß Fig. 9 werden die spaltauslösenden Ionen über die gesamte Breite des Spendersubstrats 12 eingebracht. Die spaltauslösenden Ionen sind bevorzugt aus den folgenden ausgewählt: H, H2, He, B. Die spaltauslösenden Ionen sind hochenergetische Ionen mit einer Energie zwischen 0,5 und 10 MeV, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 MeV, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2 MeV. Für Wasserstoff ergibt sich bei einer lo- nenenergie von 0,6 MeV eine Ausbildung der Sollbruchstelle 26 in einer Tiefe von ca. 5 pm, bei einer lonenenergie von 1 ,0 MeV in einer Tiefe von ca. 10 pm, und bei einer lonenenergie von 1 ,5 MeV in einer Tiefe von ca. 20 pm. Eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen liegt jeweils bevorzugt zwischen 1 E15 cm'2 und 5E17 cm'2. Die Energieschärfe (AE/E) des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen ist bevorzugt kleiner als 10'2, mehr bevorzugt kleiner als 10'4. Bei der Implantation der spaltauslösenden Ionen ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur im Spendersubstrat 12 unter 300°C, bevorzugt unter 200°C, bleibt. Hierzu wird gegebenenfalls der Chuck gekühlt, auf dem das Spendersubstrat 12 liegt.
Mit diesen Parametern wird ein Dotierprofil erzeugt, das einen scharfen Peak hat (siehe die in Fig. 4 mit A gekennzeichnete Gaußverteilung). Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Sollbruchstelle 26 eine hohe Dotierung verteilt auf eine äußerst geringe Dicke hat. Die Variation der Reichweite der Ionen im Spendersubstrat 12 (longitudinales Straggling o) beträgt dabei abhängig von der Primärenergie des lonenstrahls lediglich zwischen 100 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 200 nm und 400 nm.
Alternativ können, wie in Fig. 10 anhand der Pfeile und des horizontalen schwarzen Balkens dargestellt, die spaltauslösenden Ionen nur über einen Teil der Breite des Spendersubstrats 12 eingebracht werden, bevorzugt nur in einem oder in beiden Randbereichen des Spendersubstrats 12. Auf diese Weise wird die Sollbruchstelle 26 abschnittsweise vordefiniert.
Alternativ zur Ionenimplantation kann die Sollbruchstelle 26 auch mittels Elektronenbestrahlung oder Laserbestrahlung gebildet werden.
Nachfolgend wird das Spendersubstrat 12 mit der Seite der ersten Schicht 21 voran mittels einer Bondverbindung mit dem Akzeptorsubstrat 28 verbunden, wie in Fig. 11 skizziert ist. Die erste Schicht 21 ist somit in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat 28 und dem restlichen Teil 22 des Spendersubstrats 12 angeordnet. Ob für das Herstellen der Bondverbindung das Spendersubstrat 12 zum Akzeptorsubstrat 28 bewegt wird, wie in Fig. 11 durch den gekrümmten Pfeil dargestellt, der auch das Umdrehen des Spendersubstrats 12 andeutet, oder das Akzeptorsubstrat 28 zum Spendersubstrat 12 bewegt wird, ist unerheblich.
Das Zwischenergebnis des Bondprozesses ist in Fig. 11 unten links dargestellt. Ebenso könnte die Schichtfolge auf den Kopf gestellt sein, z.B. wenn das Akzeptorsubstrat 28 zum Spendersubstrat 12 bewegt wurde. Für das Akzeptorsubstrat 28 kommt eine ganze Reihe von Materialien in Frage. Bevorzugt ist das Akzeptorsubstrat 28 temperaturstabil bis mindestens 1.500°C und hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der höchstens um 20%, idealerweise höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Geeignete Beispiele für das Material des Akzeptorsubstrats 28 sind polykristallines SiC oder Graphit.
In Fig. 10 und 11 wurde die Kontaktschicht 24 jeweils nicht dargestellt, sie ist aber bevorzugt vorhanden. In diesem Fall erfolgt das Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 über die Kontaktschicht 24, wobei sich folgende Reihenfolge ergibt: Akzeptorsubstrat 28, Kontaktschicht 24, restlicher Teil von erster Schicht 21 bzw. erste Schicht 21 , restlicher Teil 22 des Spendersubstrats 12.
Das Herstellen einer niederohmigen Bondverbindung erfolgt bevorzugt durch eine Temperaturbehandlung des als Zwischenergebnis erhaltenen Substrats bei einer Temperatur von zwischen 800°C und 1.600°C, mehr bevorzugt zwischen 900°C und 1.300°C.
Vor dem Schritt des Herstellens der Bondverbindung kann eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen stattfinden, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder lonenstrahlbehandlung. Eine behandelte Oberfläche kann auch die Kontaktschicht 24 sein. Es ist auch eine Aufbringung einer dünnen, einige Nanometer dicken Schicht zur Herstellung einer späteren niederohmigen Verbindung von Akzeptorsubstrat 28 und Spendersubstrat 12 denkbar. Grundsätzlich ist ein extrem niederohmiger Kontakt und eine hochtemperaturfeste Verbindung zwischen Akzeptorsubstrat 28 und Spendersubstrat 12 wichtig.
In Fig. 12 ist schematisch der Schritt dargestellt, das Spendersubstrat 12 im Bereich der Sollbruchstelle 26 zu spalten, wodurch ein vorbehandeltes Verbundsubstrat 18 erzeugt wird, welches das Akzeptorsubstrat 28 und eine damit verbundene dotierte Schicht 32 umfasst, wobei die dotierte Schicht 32 zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht 21 des Spendersubstrats 12 umfasst. Der vom Akzeptorsubstrat 28 abgespaltene Teil 34 des Spendersubstrats 12 wird entfernt.
Das Spalten des Spendersubstrats 12 wird vorzugsweise durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats 18 bei einer Temperatur von zwischen 600°C und 1.300°C, bevorzugt zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst. Dabei werden in einer Ausführungsform, siehe Fig. 9 und 10, aufgrund der implantierten Ionen Gasblasen gebildet, die zusammenwachsen und zur Abspaltung führen.
Alternativ können externe Kräfte auf das Verbundsubstrat 18 ausgeübt werden, so dass das Spendersubstrat 12 entlang der Sollbruchstelle 26 aufbricht. Auch eine Kombination von Wärmebehandlung und externen Kräften kann notwendig oder hilfreich sein. Insbesondere wenn nur abschnittsweise Ionen in das Spendersubstrat 12 eingebracht wurden, ist die Ausübung externer Kräfte unumgänglich.
Wenn sowohl das Herstellen der Bondverbindung als auch das Spalten des Spendersubstrats 12 durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, können beide Schritte unter Umständen gleichzeitig durchgeführt werden.
Wie in Fig. 13 schematisch durch die Pfeile dargestellt, kann nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der Oberfläche des Verbundsubstrats 18 im Bereich der Sollbruchstelle 26, insbesondere mittels Polieren und/oder Entfernen von Defekten, erfolgen.
Implantationsdefekte 42, die in Fig. 14 schematisch dargestellt sind, können schließlich in der dotierten Schicht 32 des vorbehandelten Verbundsubstrat 18 bei Temperaturen von vorzugsweise zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt werden. Dies erfolgt bevorzugt während der späteren Bauelementprozessierung bei Temperschritten zur Ausheilung niederenergetischer Implantationen, z.B. Source-Drain-Kontaktimplantation, Kanalimplantation, p-JFET Implantation etc.
Es ist auch denkbar, dass der Schritt des Ausheilens der Implantationsdefekte 42 bereits beim Abspalten des Teils 34 des Spendersubstrats 12 und/oder beim Ausbilden der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 durchgeführt wird, wenn dabei entsprechend hohe Temperaturen zum Einsatz kommen und auf diese Weise die Strahlungsdefekte ausgeheilt werden können.
In Fig. 8 bis 13 wurden die Verfahrensschritte bislang mit einem Spendersubstrat 12 gemäß Fig. 1 dargestellt und beschrieben, sie sind aber analog mit Spendersubstraten 12 nach Fig. 2 durchführbar. Wichtig ist dann, dass die epitaktische Schicht 16 des Spendersubstrats 12 mit dem Akzeptorsubstrat 28 vebunden wird.
Abweichend von der bisherigen Darstellung kann der Schritt des Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 auch zweistufig ablaufen. Zunächst kann beispielsweise ein Bondprozess mit geringer Bondenergie bei niedriger Temperatur stattfinden und anschließend, in einem nachgelagerten zweiten Teilschritt, die Verfestigung zur Erzeugung einer Bondverbindung mit hoher Bindungsstärke bzw. Bondenergie bei höherer Temperatur und niedrigem Übergangswiderstand. Die Verfestigung kann dabei z.B. auch während oder nach der Abspaltung, während oder nach der Oberflächenbehandlung des Verbundsubstrats bzw. während oder nach der Ausheilung von Implantationsdefekten erfolgen.
Das so hergestellte vorbehandelte Verbundsubstrat 18, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, ist nochmals in Fig. 14 dargestellt. Es umfasst das Akzeptorsubstrat 28 und die damit verbundene dotierte Schicht 32 aus einkristallinem SiC, wobei die dotierte Schicht 32 vorzugsweise die Implantationsdefekte 42 (Strahlungsdefekte) aufweist. Außerdem kann es die Kontaktschicht 24 zwischen Akzeptorsubstrat 28 und dotierter Schicht 32 aufweisen.
Die dotierte Schicht 32 hat vorzugsweise eine Dicke von 3 pm bis 30 pm, mehr bevorzugt von 3 pm bis 15 pm. Sie ist bevorzugt aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C. Eine Oberfläche der dotierten Schicht 32 hat vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung. Die dotierte Schicht 32 weist vorzugsweise eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration von 1 E15 cm-3 bis 5E17 cm-3 auf. Die dotierte Schicht 32 wurde bevorzugt mit Ionen aus einem der folgenden Elemente als Dotierstoff dotiert: N, P, B oder AI.
Das Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil der dotierten Schicht 32 ergibt sich bevorzugt im Wesentlichen aus einer Umkehrung des Dotierstofftiefenprofils und/oder Defekttiefenprofils der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12.
Die dotierte Schicht 32 kann also beispielsweise ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweisen. Ebenso kann die dotierte Schicht 32 ein in Richtung des Akzeptorsubstrats 28 stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweisen, wobei die Stufen in einem dem Akzeptorsubstrat 28 zugewandten Bereich der dotierten Schicht 32 von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der dotierten Schicht 32 ausgebildet sind.
Die dotierte Schicht 32 kann auch ein in Richtung des Akzeptorsubstrats 28 kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefern.
Das Implantationsdefektprofil folgt im Wesentlichen dem implantierten Fremdatomkonzentrationstiefenprofil.
Das Akzeptorsubstrat 28 ist temperaturstabil bis mindestens 1 ,500°C und hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Besonders bevorzugt ist das Akzeptorsubstrat 28 aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet.
In Fig. 15 sind eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats 18 im Querschnitt sowie darunter ein Dotierstoffkonzentrationsprofil entlang des Abschnitts des Verbundsubstrats 18 gemäß Pfeil F dargestellt. Besonders geeignet ist dies für die Herstellung sehr hochsperrender Bauelemente, z.B. > 1 .200 V.
In diesem Fall weist das vorbehandelte Verbundsubstrat 18 zusätzlich zur dotierten Schicht 32 eine ergänzende dotierte Schicht 38 aus einkristallinem SiC auf. In einem Übergangsabschnitt zwischen der dotierten Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 liegt bevorzugt ein Überlappungsbereich 40 der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile vor.
Bei der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform wird die benötigte aktive Schicht (Driftzone, spannungsaufnehmende Schicht) des späteren Halbleiterbauelements alleine durch die dotierte Schicht 32 und somit gleichzeitig durch die erste Schicht 21 bzw. einen (vorzugsweise großen) Teil der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 gebildet. Hingegen wird die aktive Schicht bei Ausführungsformen wie in Fig. 15 durch eine Kombination von dotierter Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 gebildet. Während sich in Fig. 15 ein im Wesentlichen konstantes Summendotierprofil durch Überlagerung der beiden Teilprofile ergibt, können auch beliebige andere Dotierprofile durch die Aneinanderreihung und teilweise Überlappung der Dotierprofile in dotierter Schicht 32 und ergänzender dotierter Schicht 38 gebildet werden. So kann das kombinierte Gesamtdotierprofil aus der Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 auch ein zum Akzeptorsubstrat 28 hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat 28 hin kontinuierlich ansteigendes Profil sein.
Derartige kombinierte Profile erhält man dadurch, dass die Sollbruchstelle 26 im Spendersubstrat 12 nicht innerhalb der ersten Schicht 21 erzeugt wird, sondern in dem restlichen Teil 22 des Spendersubstrats 12, der nicht mittels Ionenimplantation in das Spendersubstrat 12 dotiert wurde.
Nach der Spaltung an der Sollbruchstelle 26 wie in Fig. 12 kann dann von der dem Akzeptorsubstrat 28 abgewandten Seite aus durch eine weitere Ionenimplantation mittels Energiefilter die Dotierung der ergänzenden dotierten Schicht 38 durchgeführt werden. Die oben zu Fig. 3 bis 7 getroffenen Aussagen zur Ionenimplantation mittels Energiefilter treffen auf die Ionenimplantation in die ergänzende dotierte Schicht 38 identisch zu. Die Dicke der ergänzenden dotierten Schicht 38 liegt in der Regel zwischen 3 und 15 pm. Somit erhält man Gesamtdicken der durch Ionenimplantation dotierten aktiven Zone von bis zu 30 pm.
Grundsätzlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei und mehr Verbundsubstrate 18, sogar eine Vielzahl von Verbundsubstraten 18, aus einem Spendersubstrat 12 hergestellt werden, sofern das Spendersubstrat 12 aus Fig. 1 bzw. die epitaktische Schicht 16 des Spendersubstrats 12 aus Fig. 2 mindestens zweimal so dick ist wie die Dicke der benötigten dotierten Schicht 32 im Verbundsubstrat 18. Bei einem dicken Waferstab als Spendersubstrat 12 ist der Effekt besonders hoch. Auf diese Weise können erhebliche Kosten bei der Herstellung gespart werden. Schematisch ist dies in Fig. 16 dargestellt.
Wie in Fig. 17 dargestellt ist, kann bei der Ionenimplantation mittels Energiefilter 20 in die erste Schicht 21 des Spendersubstrats 12 (und/oder in die ergänzende dotierte Schicht 38 des Verbundsubstrats 18) eine Maskierung 46 verwendet werden, um einen oder mehrere nicht-dotierte Bereiche 44 in der ersten Schicht 21 des Spendersubstrats 12 (und/oder in der ergänzenden dotierten Schicht 38 des Verbundsubstrats 18) zu erzeugen. Das Verbundsubstrat 18 kann auch durch weitere Zwischenschritte auf dem Weg zum fertigen Halbleiterbauelement gekennzeichnet sein, beispielsweise durch das Implantieren weiterer aktiver Gebiete, das Erzeugen von Oxiden, das Abscheiden von Gateelektroden, Kontakten, Leitungen oder Vias etc. Im Rahmen der Erfindung wird unter "verbunden" direkt oder indirekt, d.h. unter Zwischenschaltung eines weiteren Elements, verbunden verstanden. Auch eine "Verbindung" zwischen zwei Elementen kann direkt oder indirekt sein.

Claims

27
Ansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) ein Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Spendersubstrats (12), das einkristallines SiC aufweist; b) Dotieren einer ersten Schicht (21) im Spendersubstrat (12) mittels Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters (20), wobei der Energiefilter (20) eine mikrostrukturierte Membran mit einem vordefinierten Strukturprofil zur Einstellung eines durch die Implantation hervorgerufenen Dotierstofftiefenprofils und/oder Defekttiefenprofils in der ersten Schicht (21) im Spendersubstrat (12) ist, wobei beim Dotieren ein vorbestimmtes Dotierstofftiefenprofil und/oder ein vorbestimmtes Defekttiefenprofil in der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) erzeugt wird, wobei sich die erste Schicht (21) von der dem lonenstrahl (10) zugewandten ersten Oberfläche des Spendersubstrats (12) aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe (T) erstreckt, wo sich ein restlicher Teil (22) des Spendersubstrats (12) anschließt; c) Erzeugen einer Sollbruchstelle (26) im Spendersubstrat (12); d) Bereitstellen des Akzeptorsubstrats (28) und Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat (12) und Akzeptorsubstrat (28), wobei die erste Schicht (21) in einem Bereich zwischen dem Akzeptorsubstrat (28) und dem restlichen Teil (22) des Spendersubstrats (12) angeordnet ist; e) Spalten des Spendersubstrats (12) im Bereich der Sollbruchstelle (26) zur Erzeugung des vorbehandelten Verbundsubstrats (18), wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) das Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32) aufweist, wobei die dotierte Schicht (32) zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) umfasst. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (21 ) eine Dicke von 3 bis 15 pm aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierenden SiC-Material (HQSSiC) mit hoher Reinheit ist. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C ist. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem lonen- strahl (10) zugewandte Oberfläche des Spendersubstrats (12) eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt weniger als 3°, mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) eine Dicke von mehr als 100 pm, bevorzugt mehr als 200 pm, mehr bevorzugt mehr als 300 pm bis hin zu 15 cm, bevorzugt bis hin zu 10 cm, aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) einen T rägerwafer (14), vorzugsweise aus SiC, und eine epitaktische Schicht (16) aufweist, wobei die epitaktische Schicht (16) undotiert ist oder eine Dotierung von weniger als 1 E15 cm'3, bevorzugt weniger als 1 E14 cm'3, aufweist, und wobei die erste Schicht (21) Teil der epitaktischen Schicht (16) ist. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht (16) eine Dicke von mehr als 10 pm, bevorzugt mehr als 50 pm, mehr bevorzugt mehr als 80 pm aufweist. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem lonen- strahl (10) zugewandte Oberfläche der epitaktischen Schicht (16) eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt weniger als 3°, mehr bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht (16) aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C ist.
11 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21 ) eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration in der ersten Schicht (21) von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3 liefert.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) mit Ionen aus einem der folgenden Elemente erfolgt: N, P, B oder AI.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein stufig abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert, wobei die Stufen in einem dem lonenstrahl (10) zugewandten oberflächennahen Bereich der ersten Schicht (21) von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe (T) der ersten Schicht (21) ausgebildet sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000 beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein kontinuierlich abfallendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich abfallende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist:
Figure imgf000032_0001
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht (21) eine Kontaktschicht (24) zu erzeugen oder eine Kontaktschicht (24) auf die Oberfläche der ersten Schicht (21) aufzubringen, und wobei das Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat (12) und Akzeptorsubstrat (28) über die Kontaktschicht (24) erfolgt, wobei sich folgende Reihenfolge ergibt: Akzeptorsubstrat (28), Kontaktschicht (24), restlicher Teil von erster Schicht bzw. erste Schicht (21), restlicher Teil (22) des Spendersubstrats (12).
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Kontaktschicht (24) durch Ionenimplantation erfolgt.
21 . Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht (24) mindestens 100-fach, bevorzugt mindestens 1.000-fach, mehr bevorzugt mindestens 10.000-fach, noch mehr bevorzugt mindestens 100.000-fach über einer mittleren Dotierstoffkonzentration im Rest der ersten Schicht bzw. in der ersten Schicht (21) liegt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht (24) mehr als 1 E17 cm'3, bevorzugt mehr als 1 E19 cm'3, beträgt. 31 Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (26) im Bereich der ersten Schicht (21 ) liegt, vorzugsweise in einem Endbereich der ersten Schicht (21) nahe der vorbestimmten Dotiertiefe (T), wobei der Randbereich besonders bevorzugt nicht dicker als 1 pm, mehr bevorzugt nicht dicker als 100 nm, ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (26) im Bereich des verbleibenden Teils (22) des Spendersubstrats (12) liegt, und dass zusätzlich nach Schritt e) der weitere Schritt durchgeführt wird, eine Ionenimplantation unter Verwendung eines Energiefilters (20) in das Verbundsubstrat (18) von der dem Akzeptorsubstrat (28) abgewandten Seite aus durchzuführen. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat (18) zumindest bis zur dotierten Schicht (32) reicht. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat (18) derart durchgeführt wird, dass die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile der dotierten Schicht (32) und der ergänzenden dotierten Schicht (38) ein konstantes Profil, ein zum Akzeptorsubstrat (28) hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat (28) hin kontinuierlich ansteigendes Profil ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Sollbruchstelle (26) durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen erfolgt. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen über die gesamte Breite des Spendersubstrats (12) eingebracht werden. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen nur über einen T eil der Breite des Spendersubstrats (12) eingebracht werden. 32
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen nur in mindestens einem Randbereich des Spendersubstrats (12) eingebracht werden.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen aus den folgenden ausgewählt sind: H, H2, He, B.
32. Verfahren nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen hochenergetische Ionen mit einer Energie zwischen 0,5 und 10 MeV, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 MeV, mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 2 MeV sind.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen jeweils zwischen 1 E15 cm'2 und 5E17 cm'2 liegt.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieschärfe des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen kleiner als 10'2, bevorzugt kleiner als 10'4 ist.
35. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spalten des Spendersubstrats (12) durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats (18) bei einer Temperatur von zwischen 600°C und 1.300°C, bevorzugt zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst wird.
36. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Bondverbindung durch eine Temperaturbehandlung des Verbundsubstrats (18) bei einer Temperatur von zwischen 800°C und 1.600°C, bevorzugt zwischen 900°C und 1.300°C erfolgt.
37. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Herstellen der Bondverbindung als auch das Spalten des Spendersubstrats (12) durch eine Temperaturbehandlung erfolgen, wobei beide Schritte gleichzeitig durchgeführt werden. 33
38. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Herstellen der Bondverbindung eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen stattfindet, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder lonenstrahlbehandlung.
39. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) temperaturstabil bis mindestens 1.500°C ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der höchstens um 20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet ist.
41 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der Oberfläche des Verbundsubstrats (18) im Bereich der Sollbruchstelle (26), insbesondere mittels Polieren und/oder Entfernen von Defekten, erfolgt.
42. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Implantationsdefekte (42) im vorbehandelten Verbundsubstrat (18) bei Temperaturen zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt werden.
43. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu elektronischen Halbleiterbauelementen dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) ein Akzeptorsubstrat (28) und eine damit verbundene dotierte Schicht (32) aus einkristallinem SiC aufweist.
44. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) Implantationsdefekte (42) aufweist.
45. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) eine Dicke von 3 pm bis 30 pm aufweist, bevorzugt von 3 pm bis 15 pm. 34 Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) aus SiC vom Polytyp 4H, 6H oder 3C ist. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der dotierten Schicht (32) eine Abweichung von weniger als 6°, bevorzugt 0°, von einer Senkrechten zur c-Richtung aufweist. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration oder Defektkonzentration von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3 aufweist. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) mit Ionen aus einem der folgenden Elemente als Dotierstoff dotiert ist: N, P, B oder AI. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweist. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil aufweist, wobei die Stufen in einem dem Akzeptorsubstrat (28) zugewandten Bereich der dotierten Schicht (32) von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der dotierten Schicht (32) ausgebildet sind. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 51 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000 beträgt.
53. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegen.
54. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Schicht (32) ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil liefert.
55. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich ansteigende Dotierstofftiefenprofil und/oder Defekttiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist:
Figure imgf000037_0001
56. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur dotierten Schicht (32) eine mit der dotierten Schicht (32) einstückig ausgestaltete ergänzende dotierte Schicht (38) aus einkristallinem SiC vorgesehen ist, wobei in einem Übergangsabschnitt zwischen der dotierten Schicht (32) und der ergänzenden dotierten Schicht (38) ein Überlappungsbereich (40) der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile und/oder Defekttiefenprofile vorliegt.
57. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass das kombinierte Dotierstoffgesamtprofil von dotierter Schicht (32) und ergänzender dotierter Schicht (38) ein im Wesentlichen konstantes Profil, ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) kontinuierlich ansteigendes Profil oder ein in Richtung des Akzeptorsubstrats (28) stufig ansteigendes Profil ist.
58. Vorbehandeltes Verbundsubstrat (18) nach einem der Ansprüche 43 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) temperaturstabil bis mindestens 1.500°C ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der höchstens um 36
20%, bevorzugt höchstens um 10% vom linearen Ausdehnungskoeffizienten von SiC abweicht. Vorbehandeltes Verbundsubstrat nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet ist.
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