WO2022128818A1 - Elektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats für ein elektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

Elektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats für ein elektronisches halbleiterbauelement Download PDF

Info

Publication number
WO2022128818A1
WO2022128818A1 PCT/EP2021/085296 EP2021085296W WO2022128818A1 WO 2022128818 A1 WO2022128818 A1 WO 2022128818A1 EP 2021085296 W EP2021085296 W EP 2021085296W WO 2022128818 A1 WO2022128818 A1 WO 2022128818A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
zone
layer
substrate
semiconductor component
crystal
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/085296
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Constantin Csato
Florian Krippendorf
Original Assignee
mi2-factory GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102020134222.5A external-priority patent/DE102020134222A1/de
Priority claimed from DE102021109690.1A external-priority patent/DE102021109690A1/de
Application filed by mi2-factory GmbH filed Critical mi2-factory GmbH
Priority to JP2023535862A priority Critical patent/JP2023553477A/ja
Priority to EP21836128.5A priority patent/EP4264672A1/de
Priority to US18/267,872 priority patent/US20240055472A1/en
Publication of WO2022128818A1 publication Critical patent/WO2022128818A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—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
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation
    • H01L21/0465—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes

Definitions

  • the invention relates to an electronic semiconductor component and a method for producing a pretreated composite substrate for an electronic semiconductor component.
  • 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 p-n diodes
  • MPS merged-pin Schottky diodes
  • Schottky diodes or p-n 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 of the substrate, the drain electrode on the back 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 active zones of all 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.
  • the production of the layer structure described above is complex and expensive, since the epitaxial layer deposition and also the provision of monocrystalline carrier wafers is extremely cost-intensive.
  • the wafer surface is arranged at an angle of 4° to a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure.
  • this increases the complexity and, on the other hand, reduces the performance of many structural elements of the semiconductor components to be introduced into the wafer, in particular the channel regions, Schottky junctions or switching p-n junctions.
  • the charge carrier mobility is reduced at the 4° tilt.
  • 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 an electronic semiconductor component which is powerful and has a high quality. In addition, it should be possible to produce it industrially with reduced effort and lower costs.
  • a corresponding method for producing a pretreated composite substrate for the electronic semiconductor component is also specified.
  • the electronic semiconductor component according to the invention which is preferably a vertical semiconductor component and more preferably a high blocking vertical semiconductor component, has a crystal made of monocrystalline SiC, the orientation of at least partial sections of a first surface of the crystal made of SiC being less than 0.5°, preferably by less than 0.3°, more preferably less than 0.1°, most preferably not at all from a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • the (0001) plane and the (0001) plane of the crystal structure are arranged perpendicular to the c-direction of the crystal structure.
  • Any face or plane referred to herein as running in a direction perpendicular to the c-direction runs in either a C-plane (carbon-terminated) of the crystal structure or in a Si-plane (silicon-terminated) of the crystal structure .
  • Any face or plane referred to herein as being in a direction perpendicular to the c-direction is in a (0001) plane or in a (0001) plane of the crystal structure.
  • any face or plane identified herein as being in a direction parallel to the c-direction is perpendicular to the C-plane (carbon-terminated) of the crystal structure and perpendicular to the Si-plane (silicon-terminated) of the crystal structure .
  • any surface or plane referred to herein as in a direction parallel to the c-direction, perpendicular to the (0001) plane and to the (0001) plane of the crystal structure is perpendicular to the (0001) plane and to the (0001) plane of the crystal structure.
  • the first surface of the crystal applies that at least partial sections thereof can be arranged either in a C-plane (carbon-terminated) of the crystal structure (0001) or in a Si-plane (silicon-terminated) of the crystal structure (0001).
  • the second surface of the crystal opposite the first surface of the crystal made of SiC, which is generally formed continuously, also deviates by less than 0.5°, preferably by less than 0.3°, more preferably by less than 0.1° , most preferably not at all, from a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • the electronic semiconductor component has an active component area that includes:
  • At least partial areas of the second zone are preferably doped. These partial areas or the entire second zone are preferably p- or n-doped with a doping concentration of 1E15 cm' 3 to 5E17 cm' 3 .
  • the second zone is doped with one of the following elements: nitrogen, phosphorus, boron or aluminum.
  • At least partial areas of the first zone are preferably doped. It is preferred if at least these partial areas of the first zone are doped with one of the following elements: nitrogen (N), phosphorus (P), boron (B) or aluminum (Al).
  • the first zone and the second zone are preferably doped with the same type of ion.
  • first zone and the second zone are formed substantially based on the crystal of SiC.
  • the thickness of the first zone is preferably between 0.5 ⁇ m and 3.0 ⁇ m.
  • the thickness of the second zone is preferably between 2 ⁇ m and 50 ⁇ m, more preferably between 3 ⁇ m and 25 ⁇ m, particularly preferably between 3 ⁇ m and 15 ⁇ m.
  • a doping concentration in an n-doped area of the first zone is preferably higher than in an n-doped area of the second zone facing the first zone, preferably by a factor of 1.5 to 100, particularly preferably by a factor of 2 to 10 higher.
  • a doping concentration in a p-doped area of the first zone is preferably higher than a doping concentration in an n-doped area of the second zone facing the first zone, preferably by a factor of 2 to 1000, particularly preferably by a factor of 50 to 1000 higher.
  • the second zone has an essentially constant dopant depth profile, starting from the first zone in the direction of the field-free contact zone or field stop zone.
  • the second zone can have a stepwise increasing dopant depth profile, the steps in a region of the second zone facing the field-free contact zone or field stop zone being up to 40%, preferably up to 30%, of the total depth of the second zone.
  • 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 depth of the flank regions of the steps is greater than the depth of the step plateaus.
  • the second zone can have a dopant depth profile that increases continuously starting from the first zone in the direction of the field-free contact zone or field stop zone.
  • the continuously increasing dopant depth profile of the second zone 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 from the first zone
  • b is the thickness of the second zone
  • f is a tolerance factor between 0.95 and 1.05
  • Do is the background doping
  • Vbr the breakdown voltage is, 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 towards the field-free contact zone or field stop zone has such a high concentration that field penetration is almost impossible.
  • the two dopant depth profiles preferably have sloping flanks that overlap.
  • the combination of both dopant depth profiles of the first zone and the second zone can be a constant profile, a profile that increases stepwise toward the field-free contact zone or field stop zone, or a profile that increases continuously toward the field-free contact zone or field stop zone.
  • Particularly preferred is a profile in which there is a gradual drop in the doping profile from the first zone to the second zone and then a constant profile within the second zone, a profile that rises in steps toward the field-free contact zone or field stop zone, or a profile that is continuous toward the field-free contact zone or field stop zone rising profile.
  • the electronic semiconductor component has a (field-free) carrier substrate on the side of the field-free contact zone or field stop zone facing away from the first zone, with the SiC crystal in the area of the field-free contact zone or field stop zone being connected to the carrier substrate by means of a permanent adhesive or bond connection is.
  • the carrier 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 carrier substrate is formed from polycrystalline SiC or graphite.
  • the electronic semiconductor component can also be a self-supporting thin layer based on the SiC crystal without a carrier substrate.
  • the electronic semiconductor component is provided with a non-active edge region which essentially completely surrounds the first and second zones laterally in all directions.
  • the edge region is essentially undoped, apart from a field-reducing edge structure that may be present near the surface.
  • the edge region apart from any field-reducing edge structure that may be present near the surface, is essentially undoped from the first surface and essentially from a depth at which the second zone begins to a depth at which the field-free contact zone or field stop zone, provided with the same doping concentration as the second zone or provided with a lower doping concentration than the second zone, preferably with a doping concentration that is at least 20% lower, more preferably with a doping concentration that is at least 50% lower.
  • the field-free contact zone or field stop zone preferably has a vertical thickness of at most 2 ⁇ m, preferably at most 1 ⁇ m.
  • the monocrystalline SiC is preferably of the hexagonal polytype 4H or ⁇ H.
  • the crystal is a crystal of high quality, high purity, semi-insulating SiC material.
  • An HT-CVD (high temperature chemical vapor deposition) material is preferred here.
  • the A-plane of the crystal (1120) deviates by less than 0.5°, more preferably less than 0.3°, even more preferably less than 0.1°, most preferably not at all a direction perpendicular to the first surface of the crystal.
  • the electronic semiconductor component is a trench MOSFET and the channel region deviates by less than 0.5°, more preferably by less than 0.3°, even more preferably by less than 0.1°, most preferably not at all. depends on the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • the channel region is arranged essentially perpendicular to the first surface of the crystal.
  • the channel region is arranged in an A-plane of the crystal.
  • the electronic semiconductor component is a planar MOSFET and the channel region deviates by less than 0.5°, more preferably by less than 0.3°, even more preferably by less than 0.1°, most preferably not at all , from a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • the channel region runs parallel to the first surface of the crystal.
  • the electronic semiconductor component is an MPS (merged PIN Schottky) diode and the plane parallel to the Schottky junction deviates by less than 0.5°, more preferably by less than 0.3°, even more preferably by less than 0.1°, most preferably not at all, from a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • MPS merged PIN Schottky
  • the plane of the Schottky junction is arranged parallel to the first surface of the crystal.
  • the electronic semiconductor component is a JFET transistor (Junction Field Effect Transistor), the interface at one or each p + -n junction being less than 0.5°, preferably less than 0.3° , more preferably by less than 0.1°, most preferably not at all, from a direction parallel to the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • the electronic semiconductor component is a JFET transistor, the interface at one or each p + -n junction being less than 0.5°, preferably less than 0.3°, more preferably less than 0.1°, most preferably not at all, from a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal.
  • the method for producing a pretreated composite substrate which serves as the basis for further processing to form an electronic semiconductor component and comprises an acceptor substrate and a first section of a donor substrate, which has at least one doped layer, has the following steps: a) providing the donor substrate, comprising single crystal 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 in the first layer in the donor substrate, with a predetermined dopant depth profile in the first layer during doping layer of the donor substrate is produced, the first layer extending from an outer surface of the donor substrate facing the ion beam to a predetermined doping depth, where a remaining part of the donor substrate joins; c) creating a predetermined breaking point in the donor substrate that runs essentially parallel to the outer surface of the donor substrate; d) providing the acceptor substrate and establishing a bond connection between the donor substrate and
  • 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, single crystal, semi-insulating SiC material.
  • HT-CVD high temperature chemical vapor deposition
  • 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 outer surface of the donor substrate facing the ion beam deviates by less than 0.5°, more preferably by less than 0.3°, even more preferably by less than 0.1°, most preferably not at all from a direction perpendicular to c - Direction of the crystal structure of the donor substrate.
  • the advantage at approximately 0° lies in particular in the fact that the donor substrate can be severed parallel to the outer surface and thus more partial wafers can be obtained from a 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 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 well suited for the drift zone (active layer, power-consuming layer) of a large number 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: nitrogen, phosphorus, boron or aluminum.
  • 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 or a substantially constant dopant depth profile.
  • 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 dopant depth profile that descends in steps from the outer surface of the donor substrate facing the ion beam, the steps in a near-surface area of the first layer facing the ion beam being 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 depth of the flank areas of the steps outweighs the depth of the step plateaus.
  • the doping of the first layer provides a dopant depth profile that falls continuously from the outer surface of the donor substrate facing the ion beam.
  • the continuously decreasing dopant depth profile is a profile based on 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 outer surface
  • b is the thickness of the first layer
  • f is a tolerance factor between 0.95 and 1.05
  • Do is the background doping
  • Vbr is the breakdown voltage, and where is.
  • 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 outer 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 or preferred doping profiles can be generated step by step.
  • the ion implantation into the composite substrate provides a dopant 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 carried out, for example, in such a way that the combination of both dopant 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.
  • Other profile shapes are also conceivable.
  • Flanks falling at an angle in the transition region of the two dopant depth profiles of the doped layer and the supplementary doped layer can overlap in this case.
  • a configuration is particularly preferred in which the doping concentration in the supplementary doped layer is higher than in a region of the doped layer facing the supplementary doped layer, preferably by a factor of 1.5 to 100, particularly preferably by a factor of 2 to 10 higher.
  • the doping concentration in the doped layer can in turn be a constant profile, a profile that rises in stages towards the acceptor substrate, or a profile that rises continuously towards the acceptor substrate.
  • 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: hydrogen (H or H 2 ), helium (He), boron (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).
  • an electronic semiconductor component which is preferably a vertical semiconductor component and more preferably a high blocking power vertical power semiconductor component, is produced from the pretreated composite substrate by introducing further structural elements of the semiconductor component into the composite substrate from the first surface or on the first surface or placed on it.
  • Examples of structural elements are: active and passive areas of different doping (source, J-FET p-doped gate structure; MOSFET channel, shielding areas, pn junctions, resurf edge areas, source-gate contact areas, J-FET channel area), isolation oxides, Gate oxides, contact areas (metals, silicides), Schottky electrodes (metals, alloys), Ohmic electrodes, source-gate metallization or wiring, passivation layers, trenches or trenches for gate electrodes, bond pads, contact holes or contact trenches.
  • 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. 3 is a schematic representation of the operation of an energy filter that can be used in the method of the invention.
  • FIG. 5 schematically shows the course of the doping of the first layer of the donor substrate and a resulting doping profile of the donor substrate. 6 shows different possibilities of the doping profile of the first layer of the donor substrate.
  • FIG. 7 schematically shows the production or application of a contact layer in the donor substrate.
  • FIG. 13 schematically shows a cross section through an embodiment of the pretreated composite substrate according to the invention.
  • FIG. 18 schematically shows the cross section of an alternative exemplary base structure of a semiconductor device according to the invention.
  • FIG. 19 schematically shows the cross section of an embodiment of the semiconductor component according to the invention in the form of a planar MOS transistor.
  • FIG. 21 schematically shows the cross section of an embodiment of the semiconductor component according to the invention in the form of a vertical merged PIN Schottky diode.
  • FIG. 23 schematically shows the cross section of an embodiment of the semiconductor component according to the invention in the form of a vertical trench MOSFET.
  • FIG. 25 schematically shows the cross section of an embodiment of the semiconductor component according to the invention in the form of a vertical superjunction MOSFET.
  • 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 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. 15.
  • the outer surface of the donor substrate 12 has a 0° deviation from normal to the c-direction.
  • the outer surface therefore runs in a plane (0001) or in a plane (0001) of the crystal structure.
  • a first layer 21 is doped in the donor substrate 12 (see FIG. 5), which later has at least the function in the finished component the drift zone (also called active zone or stress absorbing zone) takes over or partly takes over.
  • 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.
  • the second 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 .
  • 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.
  • FIG. 4 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. 4 show the basic possibilities of generating a large number of dopant depth profiles using energy filters 20, conc in turn designates the doping concentration and d in turn designates the depth in the donor substrate 12.
  • the filter structure profiles can in principle be combined be combined in order to obtain new filter structure profiles and thus new dopant 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 short black filled arrow indicates the minimum energy ions transmitted through the energy filter 20 and the long black filled arrow indicates the maximum energy ions transmitted through the energy filter 20 .
  • the resulting doping profile along the section A-A' is shown on the right in the coordinate system, conc 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 outer surface 23 of the donor substrate 12 facing the ion beam 10 to a predetermined doping depth T, where a remaining part 22 of the donor substrate 12 connects 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 layers 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. 14 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.
  • 6a to 6c show possible preferred doping profiles in the first layer 21 of the donor substrate 12.
  • FIG. 7 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 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, even more preferably at least 100,000 times above an average dopant concentration in the rest of the first layer 21 or in the first layer 21
  • 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 example of FIG. 8 in the area 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 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.
  • 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 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. 10 .
  • 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. 10 at the bottom left.
  • the layer sequence could be turned upside down, e.g. if the acceptor substrate 28 was moved to the 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.
  • Fig. 11 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 one 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.
  • the splitting of the donor substrate 12 is preferably triggered by a temperature treatment of the composite substrate 18 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 18 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.
  • 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 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 first surface of the composite substrate 18 can be post-treated in the area of the predetermined breaking point 26, in particular by polishing and/or removing defects.
  • 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.
  • 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 can take place with low bonding energy at low temperature and then, in a subsequent second partial step, solidification to produce a bond connection with high bonding strength or bonding energy at higher temperature and low contact resistance.
  • the solidification can also take place, for example, 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 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. The surface of the doped layer 32 preferably has a deviation of less than 0.5° from a normal 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 of the doped layer 32 preferably results essentially from a reversal of the dopant depth profile of the first layer 21 in the donor substrate 12.
  • the implantation defect profile essentially follows the implanted impurity concentration depth profile.
  • FIG. 14 shows an alternative configuration of the pretreated composite substrate 18 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. > 600 V.
  • the active layer in embodiments as in FIG. 14 is formed by a combination of doped layer 32 and the supplementary doped layer 38 .
  • 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 of the doped layer 32 and the supplementary doped layer 38 can also have a profile that rises in steps towards the acceptor substrate 28 or a towards the acceptor substrate 28 continuously increasing profile. Further particularly preferred doping profiles are described in more detail below with reference to FIG.
  • reference numeral 48 designates the first portion of the donor substrate 12 which remains as part of the composite substrate 18 after cleavage, respectively.
  • This first section 48 can be composed either of the doped layer 32 alone, if there is no supplementary doped layer 38 (Fig. 13), or of a combination of the doped layer 32 and the supplementary doped layer 38 (Fig. 14, Fig. 20 ).
  • 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.
  • ion implantation by energy filter 20 into the first layer 21 of the donor substrate 12 (and/or the supplemental doped layer 38 of the composite substrate 18) may use a mask 46 to remove one or more to produce non-doped 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 become a finished semiconductor component 50 through further steps, for example through the implantation of further active regions, the production of oxides, the deposition of gate electrodes, contacts, lines or vias, etc.
  • a crystal 53 made of SiC is attached to the carrier substrate 52 .
  • This crystal 53 typically corresponds to the first portion 48 of the donor substrate 12 of the pretreated composite substrate 18.
  • the crystal 53 has a first surface 58 on the side facing away from the carrier substrate 52 .
  • This first surface 58 deviates less than 0.5°, preferably less than 0.3°, more preferably less than 0.1°, most preferably not at all from a direction perpendicular to the c-direction (arrow c) the crystal structure of the crystal 53.
  • the electronic semiconductor component 50 comprises an active component region 64 which has a first zone 54 in the region of the first surface 58 and a second zone 56 adjoining the first zone 54 in the depth direction.
  • the first zone 54 includes a near-surface shielding structure 60 or JFET structure in an area that includes at least portions of the first surface 58 of the crystal 53 .
  • the shielding structure or J-FET structure is characterized by a p + /n junction that is interrupted in one direction, ie a p + region is formed in certain areas (not continuously) and as a rule cannot be cleared out.
  • the areas with p+ doping are marked with reference number 68 .
  • the second zone 56 comprises or consists of a stress-absorbing layer (also called a drift zone or active layer).
  • the transition between the first zone 54 and the second zone 56 is indicated by the dashed line.
  • the thickness of the second zone 56 is preferably between 2 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the semiconductor component 50 also includes a field-free contact zone or field stop zone 62 at the transition between the second zone 56 and the carrier substrate 52.
  • This field stop zone 62 usually corresponds to the contact layer 24 of the pretreated composite substrate 18.
  • the field-free contact zone or field stop zone 62 has a vertical thickness of no more than 2 ⁇ m, preferably no more than 1 ⁇ m.
  • the second basic structure, shown in FIG. 18, of the semiconductor component 50 according to the invention corresponds in essential parts to the basic structure from FIG. 17.
  • the same reference symbols denote the same elements.
  • the difference is that the p + regions 60 are not buried regions but are continuous to the first surface 58 .
  • all p-doped shielding structures 60 have several common features.
  • the shielding structures 60 are not designed to be continuous parallel to the first surface 58, but instead are designed to be periodically interrupted. Due to the distance from the first surface 58, the distances are formed in such a way that the maximum tolerable field strength on the first surface 58 is reliably not exceeded in the “open” areas in blocking operation.
  • the shielding structures 60 are connected to the source potential, gate potential or anode potential either directly or via lines (third dimension, not shown).
  • the shielding structures 60 are either isolated (apart from the electrical connection) embedded in an n-region or, starting from the first surface 58, they are formed as doped regions with a high aspect ratio.
  • the typical depths of the pn junction are between 500 nm and 3.0 pm.
  • the shielding structures 60 are so highly doped that the areas are not cleared out even in the case of maximum blocking voltage.
  • the spatial delimitation between the first zone 54 and the second zone 56 represented by the dashed line in FIG. 17 and FIG. The transition is commonly defined in this specification as parallel to the first surface 58.
  • FIG. 19 shows a vertical power semiconductor component 50 in the form of a planar MOS transistor.
  • the non-active edge region 66 is preferably nominally undoped.
  • Reference number 52 continues to designate the carrier substrate, reference number 53 continues to designate the SiC crystal, reference number 54 continues to designate the first zone, reference number 56 continues to designate the second zone, reference number 62 continues to designate the field stop zone, reference number 52 continues to designate the carrier substrate, and reference number 68 continues to designate the p + regions of the shielding structure.
  • a metal contact 71 is applied to the underside of the carrier substrate 52 .
  • G denotes the gate electrode
  • S denotes the source electrode
  • D denotes the drain electrode.
  • the first surface 58 is oriented essentially perpendicularly to the c-direction (arrow c) of the crystal structure of the crystal 53 . Minor deviations of up to 0.5° can be tolerated under certain circumstances. It also follows that the channel region 76 (shown dotted) which is parallel to the first surface 58 of the crystal 53 is deviated by less than 0.5°, preferably less than 0.3°, more preferably less than 0.1° , most preferably not at all, deviates from a direction perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal 53.
  • planar MOSFET In addition to the illustrated embodiment of the planar MOSFET, many other configurations of a planar MOSFET are known to those skilled in the art, which are also intended to be covered by the invention, as long as the first surface 58 of the crystal 53 is essentially perpendicular to the c-direction (arrow c) of the crystal structure of the Crystal 53 is aligned.
  • the doping profile (conc) shown in FIG. 20 of the semiconductor component 50 from FIG. can also be constant, or it can be a profile that rises in steps in the end area of the second zone 56, as indicated by the dashed lines. It has already been described in detail above with reference to FIGS. 6a to 6c how such doping profiles are to be obtained.
  • a doping concentration in a p + region 68 of the first zone 54 is preferably higher by a factor of 2 to 1000, particularly preferably by a factor of 50 to 1000, than a doping concentration in an n-doped region of the second zone 56 facing the first zone 54.
  • the doping profile in the first zone 54 and the second zone 56 can be essentially flush with one another. This is self-explanatory if the first zone 54 and the second zone 56 were doped (as the doped layer 32 in the donor substrate 12) using the same implantation process. However, this is also possible if the first zone 54 is only doped in a subsequent implantation process (eg as a supplementary doped layer 38).
  • the doping profiles of the second zone 56 from FIG. 20 can also be applied to the second zones 56 of all the other semiconductor components 50 described.
  • FIG. 21 shows a vertical power semiconductor component 50 in the form of a vertical merged PIN Schottky diode (MPS diode).
  • MPS diode vertical merged PIN Schottky diode
  • the p+ regions 68 here run through the entire depth of the first zone 54 from the first surface 58 to the transition to the second zone 56.
  • the first surface 58 is in turn formed continuously over the entire width of the semiconductor component 50 and is essentially perpendicular to the c- Direction (arrow c) of the crystal structure of the crystal 53 aligned.
  • Numeral 78 denotes the Schottky material
  • numeral 80 denotes a metal layer (anode).
  • Metal contact 71 acts as a cathode.
  • the MPS diode illustrated in FIG. 22 differs from the MPS diode from FIG from a depth at which the second zone 56 begins to a depth at which the field-free contact zone or field stop zone 62 lies, is provided with the same doping concentration as the second zone 56 or is provided with a lower doping concentration than the second zone 56, preferably at least 20% lower doping concentration, more preferably at least 50% lower dopant concentration.
  • This doped part of the edge area 66 is marked with reference number 84 .
  • Such a doped region 84 can also be present in other configurations of the semiconductor component 50 .
  • FIG. 23 shows a vertical power semiconductor component 50 in the form of a vertical trench MOSFET.
  • the same reference symbols designate the same elements as in FIG. 19.
  • Reference symbol 86 designates a trench at least partially lined with a gate oxide
  • reference symbol 88 designates p-doped regions
  • reference symbol 90 designates n-doped regions
  • reference symbol 92 designates the respective channel region (shown dotted).
  • the channel region 92 deviates from the c-direction (arrow c) of the crystal structure by less than 0.5°, preferably less than 0.3°, more preferably less than 0.1°, most preferably not at all 53 off. Likewise, the channel region 92 deviates from a direction perpendicular to the first surface 58 of the crystal 53 by less than 0.5°, preferably less than 0.3°, more preferably less than 0.1°, most preferably not at all . It is particularly preferred that the channel region 92 is arranged in an A plane of the crystal 53 .
  • the embodiment of a vertical trench MOSFET shown in FIG. 24 differs from the embodiment according to FIG extending to the first surface 58, and the source electrodes S.
  • many other configurations of trench MOSFETs are known to those skilled in the art, which should also be covered by the invention, as long as the first surface 58 of the crystal 53 is essentially perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal 53 is aligned.
  • the p-doped pillars 94 in the second region 2 differ from the p+ regions 68 in the first region 54 in that they are in the stress-bearing region. This means that the p-doped columns 94 must be designed to be completely depletable. That is, in the blocking case, the space charge zone extends laterally both over the p-columns and the n-regions 95 in the second zone 56.
  • the gate trenches 86 and the p+ regions (shielding structures) 68 are again designed as long trenches.
  • the p-doped columns 94 in the second zone 56 are arranged perpendicular to the gate trenches 86 and the p+ regions 68, see the schematic plan view from FIG. 26.
  • FIG. 27 shows a vertical power semiconductor component 50 in the form of a J-FET (Junction Field Effect Transistor).
  • the same reference symbols denote the same elements or areas as in the previous figures.
  • the p + regions 68 run in a U-shape around the likewise U-shaped gate contacts, and the relevant interfaces 96 between p + and n are shown in dotted form. These boundary surfaces 96 run perpendicular to the partial sections of the first surface 58.
  • a crystal 53 from a thin layer of high-quality crystalline SiC material, which is suitable for forming devices 50 and whose surface is substantially perpendicular to the c-direction of the crystal structure of the crystal 53 is oriented temporarily during component production by a carrier, e.g. by means of temporary bond connections, to be stabilized or designed to be completely self-supporting. In these cases, there is no need for a carrier substrate 52 in the finished component 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Das elektronische Halbleiterbauelement (50) weist einen Kristall (53) aus einkristallinem SiC auf, wobei die Ausrichtung von zumindest Teilabschnitten einer ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) aus SiC im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zur c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) angeordnet ist. Außerdem wird ein entsprechendes Herstellverfahren angegeben.

Description

Elektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats für ein elektronisches Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats für ein elektronisches Halbleiterbauelement.
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 Drain-Elektrode auf der Substratrückseite. Das eigentliche Transistorelement 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 etwa bis zu einem Faktor 10 gegenüber konventionellen vertikalen MOS-T ransistoren reduziert werden. Das eigentliche Transistorelement, bzw. der Kanalbereich, kann bei Superjunction-MOSFET Architekturen parallel zur Oberfläche (D-MOS) oder senkrecht zur Oberfläche angeordnet sein (Trench-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 aller vertikalen Leistungsdioden bzw. alle Leistungstransistoren (MOSFET und J-FET) 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 T rägerwafer 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. Außerdem ist bei dieser Art der Herstellung die Waferoberfläche unter einem Winkel von 4° zu einer Richtung senkrecht zur c-Rich- tung der Kristallstruktur angeordnet. Dies erhöht zum einen die Komplexität und reduziert zum anderen die Leistungsfähigkeit vieler in den Wafer einzubringenden strukturellen Elemente der Halbleiterbauelemente, insbesondere der Kanalbereiche, Schottkyübergänge oder schaltenden p-n-Übergänge. Beispielsweise ist die Ladungsträgerbeweglichkeit bei der 4°-Verkippung reduziert. Bei Trench-MOSFETs führt dies etwa zu der Notwendigkeit, nicht senkrechte Gräben (4° Abweichung) zu realisieren, um die Reduktion der Ladungsträgerbeweglichkeit im MOS-Kanal auszugleichen bzw. zu optimieren. Bei planaren MOS-Transistoren, bei denen der Kanalbereich parallel zur Oberfläche des Wafers verläuft, wird die 4°- Abweichung des Kanalbereichs von der optimalen Ebene (0001) einschließlich der damit einhergehenden Reduktion der Ladungsträgerbeweglichkeit mangels realisierbarer technologischer Abhilfemaßnahmen üblicherweise in Kauf genommen.
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 elektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das leistungsstark ist und eine hohe Qualität aufweist. Außerdem soll es industriell mit reduziertem Aufwand und geringeren Kosten hergestellt werden können. Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats für das elektronische Halbleiterbauelement wird ebenfalls angegeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 30 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße elektronische Halbleiterbauelement, das bevorzugt ein vertikales Halbleiterbauelement und mehr bevorzugt ein hochsperrendes vertikales Halbleiterbauelement ist, weist einen Kristall aus einkristallinem SiC auf, wobei die Ausrichtung von zumindest Teilabschnitten einer ersten Oberfläche des Kristalls aus SiC um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls abweicht.
Auf diese Weise wird die Performance des Halbleiterbauelements optimiert.
Allgemein gilt folgende Nomenklatur:
- Senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur sind die C-Ebene (Kohlenstoff-terminiert) der Kristallstruktur und die Si-Ebene (Silizium-terminiert) der Kristallstruktur angeordnet.
- Senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur sind die Ebene (0001) und die Ebene (0001) der Kristallstruktur angeordnet.
Jede Fläche oder Ebene, die in der vorliegenden Schrift als in einer Richtung senkrecht zur c-Richtung verlaufend angegeben ist, verläuft entweder in einer C-Ebene (Kohlenstoff-terminiert) der Kristallstruktur oder in einer Si-Ebene (Silizium-terminiert) der Kristallstruktur. Jede Fläche oder Ebene, die in der vorliegenden Schrift als in einer Richtung senkrecht zur c-Richtung verlaufend angegeben ist, verläuft in einer Ebene (0001) oder in einer Ebene (0001) der Kristallstruktur.
Entsprechend verläuft jede Fläche oder Ebene, die in der vorliegenden Schrift als in einer Richtung parallel zur c-Richtung verlaufend angegeben ist, senkrecht zur C-Ebene (Kohlenstoff-terminiert) der Kristallstruktur und senkrecht zur Si-Ebene (Silizium-terminiert) der Kristallstruktur. Ebenso verläuft jede Fläche oder Ebene, die in der vorliegenden Schrift als in einer Richtung parallel zur c-Richtung verlaufend angegeben ist, senkrecht zur Ebene (0001 ) und zur Ebene (0001) der Kristallstruktur.
Insbesondere für die erste Oberfläche des Kristalls gilt, dass zumindest Teilabschnitte davon entweder in einer C-Ebene (Kohlenstoff-terminiert) der Kristallstruktur (0001) oder in einer Si-Ebene (Silizium-terminiert) der Kristallstruktur (0001) angeordnet sein können.
Die der ersten Oberfläche des Kristalls aus SiC gegenüberliegende zweite Oberfläche des Kristalls, die in der Regel durchgängig ausgebildet ist, weicht ebenfalls um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls ab.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das elektronische Halbleiterbauelement einen aktiven Bauelementbereich auf, der umfasst:
- eine erste Zone mit einer oberflächennahen Abschirmstruktur bzw. JFET-Struktur in einem Bereich, der zumindest Teilabschnitte der ersten Oberfläche des Kristalls umfasst;
- eine zweite Zone mit einer spannungsaufnehmenden Schicht, die auf der der ersten Oberfläche des Kristalls abgewandten Seite der ersten Zone angrenzend an die erste Zone angeordnet ist; und
- eine feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone, die auf der der ersten Zone abgewandten Seite der spannungsaufnehmenden Schicht angeordnet ist.
Zumindest Teilbereiche der zweiten Zone, vorzugsweise die gesamte zweite Zone, sind vorzugsweise dotiert. Bevorzugt sind diese Teilbereiche oder die gesamte zweite Zone p- oder n- dotiert mit einer Dotierkonzentration von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3.
Es ist bevorzugt, wenn die zweite Zone mit einem der folgenden Elemente dotiert ist: Stickstoff, Phosphor, Bor oder Aluminium.
Zumindest Teilbereiche der ersten Zone sind vorzugsweise dotiert. Es ist bevorzugt, wenn zumindest diese Teilbereiche der ersten Zone mit einem der folgenden Elemente dotiert sind: Stickstoff (N), Phosphor (P), Bor (B) oder Aluminium (AI). Bevorzugt sind die erste Zone und die zweite Zone mit derselben lonensorte dotiert.
Es ist bevorzugt, dass die erste Zone und die zweite Zone im Wesentlichen auf Basis des Kristalls aus SiC gebildet sind.
Die Dicke der ersten Zone liegt bevorzugt zwischen 0,5 pm und 3,0 pm.
Die Dicke der zweiten Zone liegt bevorzugt zwischen 2 pm und 50 pm, mehr bevorzugt zwischen 3 pm und 25 pm, besonders bevorzugt zwischen 3 pm und 15 pm.
Eine Dotierkonzentration in einem n-dotierten Bereich der ersten Zone liegt vorzugsweise höher als in einem der ersten Zone zugewandten n-dotierten Bereich der zweiten Zone, vorzugsweise um den Faktor 1 ,5 bis 100, besonders bevorzugt um den Faktor 2 bis 10 höher.
Eine Dotierkonzentration in einem p-dotierten Bereich der ersten Zone liegt vorzugsweise höher als eine Dotierkonzentration in einem der ersten Zone zugewandten n-dotierten Bereich der zweiten Zone, vorzugsweise um den Faktor 2 bis 1000, besonders bevorzugt um den Faktor 50 bis 1000 höher.
In einer Ausgestaltung weist die zweite Zone ausgehend von der ersten Zone in Richtung der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil auf.
Alternativ kann die zweite Zone ausgehend von der ersten Zone in Richtung der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone ein stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil aufweisen, wobei die Stufen in einem der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone zugewandten Bereich der zweiten Zone von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der zweiten Zone ausgebildet sind.
In diesem Fall beträgt ein Konzentrationsunterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Stufe vorzugsweise mindestens Faktor 10, bevorzugt mindestens Faktor 100, mehr bevorzugt mindestens Faktor 500, besonders bevorzugt mindestens Faktor 1.000. Beim stufigen Dotierprofil ist es bevorzugt, dass die Tiefenausdehnung der Flankenbereiche der Stufen gegenüber der Tiefenausdehnung der Stufenplateaus überwiegt.
In einer weiteren bevorzugten alternativen Ausgestaltung kann die zweite Zone ausgehend von der ersten Zone ein in Richtung der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil aufweisen.
Das kontinuierlich ansteigende Dotierstofftiefenprofil der zweiten Zone ist vorzugsweise ein Profil nach folgender Formel:
Figure imgf000008_0001
wobei
Dmax die maximale Dotierkonzentration, a ein Wert zwischen 10 und 10.000, z die Distanz zur ersten Zone, b die Dicke der zweiten Zone, f ein Toleranzfaktor zwischen 0,95 und 1 ,05, Do die Hintergrunddotierung
Figure imgf000008_0002
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 ist, und wobei
Figure imgf000009_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 zur feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone hin eine so hohe Konzentration auf, dass ein Felddurchgriff nahezu ausgeschlossen ist.
In einer Ausführungsform liegt in einem Übergangsabschnitt zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone ein Überlappungsbereich der jeweiligen Dotierstofftiefenprofile vor. Die beiden Dotierstofftiefenprofile haben vorzugsweise schräg abfallende Flanken, die sich überlagern. Die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile der ersten Zone und der zweiten Zone kann ein konstantes Profil sein, ein zur feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone hin stufig ansteigendes Profil oder ein zur feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone hin kontinuierlich ansteigendes Profil.
Besonders bevorzugt ist ein Profil, bei dem von der ersten Zone zur zweiten Zone ein stufiger Abfall des Dotierprofils vorliegt und anschließend innerhalb der zweiten Zone ein konstantes Profil, ein zur feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone hin stufig ansteigendes Profil oder ein zur feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone hin kontinuierlich ansteigendes Profil vorliegt.
Es ist bevorzugt, dass das elektronische Halbleiterbauelement ein (feldfreies) Trägersubstrat auf der der ersten Zone abgewandten Seite der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone aufweist, wobei der Kristall aus SiC im Bereich der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone mittels einer permanenten Klebe- oder Bondverbindung mit dem Trägersubstrat verbunden ist. Es ist bevorzugt, dass das Trägersubstrat 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 Trägersubstrat aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet.
Alternativ kann das elektronische Halbleiterbauelement auch eine selbsttragende dünne Schicht auf Basis des Kristalls aus SiC ohne Trägersubstrat sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Halbleiterbauelement mit einem nicht aktiven Randbereich versehen, der die erste und zweite Zone seitlich in allen Richtungen im Wesentlichen vollständig umgibt.
In einer Ausgestaltung ist der Randbereich, abgesehen von einer eventuell vorhandenen oberflächennahen feldreduzierenden Randstruktur, im Wesentlichen undotiert.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Randbereich, abgesehen von einer eventuell vorhandenen oberflächennahen feldreduzierenden Randstruktur, von der ersten Oberfläche an im Wesentlichen undotiert ist und im Wesentlichen ab einer Tiefe, bei der die zweite Zone beginnt, bis zu einer Tiefe, bei der die feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone liegt, mit derselben Dotierkonzentration wie die zweite Zone versehen oder mit einer geringeren Dotierkonzentration als die zweite Zone versehen, vorzugsweise mit einer um mindestens 20% geringeren Dotierkonzentration, mehr bevorzugt mit einer um mindestens 50% geringeren Dotierkonzentration.
Bevorzugt weist die feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone eine vertikale Dicke von maximal 2 pm, bevorzugt maximal 1 pm auf.
Bevorzugt ist das einkristalline SiC vom hexagonalen Polytyp 4H oder ßH.
Bevorzugt ist der Kristall ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierendem SiC-Mate- rial mit hoher Reinheit. Bevorzugt ist hierbei ein HT-CVD (high temperature chemical vapour deposition) -Material. In einer bevorzugten Ausgestaltung weicht die A-Ebene des Kristalls (1120) um weniger als 0,5°, mehr bevorzugt um weniger als 0,3°, noch mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche des Kristalls ab.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Halbleiterbauelement ein Trench MOSFET und der Kanalbereich weicht um weniger als 0,5°, mehr bevorzugt um weniger als 0,3°, noch mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von der c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls ab.
Alternativ oder zusätzlich ist es bei der Gestaltung als Trench MOSFET bevorzugt, dass der Kanalbereich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Oberfläche des Kristalls angeordnet ist.
In letzterem Fall ist es auch bevorzugt, dass der Kanalbereich in einer A-Ebene des Kristalls angeordnet ist.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Halbleiterbauelement ein planarer MOSFET und der Kanalbereich weicht um weniger als 0,5°, mehr bevorzugt um weniger als 0,3°, noch mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls ab.
Alternativ oder zusätzlich ist es bei der Gestaltung als planarer MOSFET bevorzugt, dass der Kanalbereich parallel zur ersten Oberfläche des Kristalls verläuft.
In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Halbleiterbauelement eine MPS (Merged PIN-Schottky)-Diode und die Ebene parallel zum Schottkyüber- gang weicht um weniger als 0,5°, mehr bevorzugt um weniger als 0,3°, noch mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls ab.
Alternativ oder zusätzlich ist es bei der Gestaltung als MPS-Diode bevorzugt, dass die Ebene des Schottkyübergangs parallel zur ersten Oberfläche des Kristalls angeordnet ist. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Halbleiterbauelement ein JFET-Transistor (Junction Field Effect Transistor), wobei die Grenzfläche an einem oder jedem p+ - n - Übergang um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung parallel zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls abweicht.
In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Halbleiterbauelement ein JFET-Transistor, wobei die Grenzfläche an einem oder jedem p+ - n - Übergang um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls abweicht.
Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats, das als Basis für die Weiterverarbeitung zu einem elektronischen Halbleiterbauelement dient und ein Akzeptorsubstrat sowie einen ersten Abschnitt eines Spendersubstrats, der zumindest eine dotierte Schicht aufweist, umfasst, folgende Schritte auf: a) Bereitstellen des 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 in der ersten Schicht im Spendersubstrat ist, wobei beim Dotieren ein vorbestimmtes Dotierstofftiefenprofil in der ersten Schicht des Spendersubstrats erzeugt wird, wobei sich die erste Schicht von einer dem lonenstrahl zugewandten Außenfläche des Spendersubstrats aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe erstreckt, wo sich ein restlicher Teil des Spendersubstrats anschließt; c) Erzeugen einer im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche des Spendersubstrats verlaufenden 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 den damit verbundenen ersten Abschnitt des Spendersubstrats, der zumindest eine dotierte Schicht aufweist, umfasst, wobei die dotierte Schicht zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht des Spendersubstrats umfasst, wobei das Spalten derart erfolgt, dass der erste Abschnitt des Spendersubstrats im Verbundsubstrat im Bereich der Sollbruchstelle eine dem Akzeptorsubstrat abgewandte erste Oberfläche aufweist, die um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristal Istruktur des ersten Abschnitts des Spendersubstrats abweicht.
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 einkristallinem halbisolierendem SiC-Material 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. Bevorzugt ist hierbei HT-CVD (high temperature chemical vapour deposi- tion)-Material.
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 weicht die dem lonenstrahl zugewandte Außenfläche des Spendersubstrats um weniger als 0,5°, mehr bevorzugt um weniger als 0,3°, noch mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Spendersubstrats ab. Der Vorteil bei annähernd 0° liegt insbesondere darin, dass das Spendersubstrat parallel zur Außenfläche durchtrennt 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.
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: Stickstoff, Phosphor, Bor oder Aluminium.
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 oder ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil. Darunter sind Profile zu verstehen mit einer Abweichung von einem perfekt flachen Dotierstofftiefenprofil 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 von der dem lonenstrahl zugewandten Außenfläche des Spendersubstrats aus stufig abfallendes Dotierstofftiefenprofil, wobei die Stufen in einem dem lonenstrahl 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 von der dem lonenstrahl zugewandten Außenfläche des Spendersubstrats aus kontinuierlich abfallendes Dotierstofftiefenprofil.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das kontinuierlich abfallende Dotierstofftiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist:
Figure imgf000015_0001
wobei
Dmax die maximale Dotierkonzentration, a ein Wert zwischen 10 und 10.000, z die Distanz zur Außenfläche, b die Dicke der ersten Schicht, f ein Toleranzfaktor zwischen 0,95 und 1 ,05, Do die Hintergrunddotierung
Figure imgf000015_0002
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 ist, und wobei
Figure imgf000016_0001
ist.
Allgemein ist der weitere Schritt bevorzugt, in einem oberflächlichen Bereich der ersten Schicht eine Kontaktschicht zu erzeugen oder eine Kontaktschicht auf die Außenfläche 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, 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 bzw. bevorzugte Dotierprofile können schrittweise erzeugt werden.
Im Rahmen dieser alternativen Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat ein Dotierstofftiefenprofil in einer ergänzenden dotierten Schicht liefert, das zumindest bis zur dotierten Schicht reicht.
Die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat wird beispielsweise derart durchgeführt, dass die Kombination beider Dotierstofftiefenprofile 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. Auch andere Profilformen sind denkbar.
Schräg abfallende Flanken im Übergangsbereich der beiden Dotierstofftiefenprofile der dotierten Schicht und der ergänzenden dotierten Schicht können sich dabei überschneiden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Dotierkonzentration in der ergänzenden dotierten Schicht höher liegt als in einem der ergänzenden dotierten Schicht zugewandten Bereich der dotierten Schicht, vorzugsweise um den Faktor 1 ,5 bis 100, besonders bevorzugt um den Faktor 2 bis 10 höher. Die Dotierkonzentration in der dotierten Schicht kann dabei wiederum ein konstantes Profil, ein zum Akzeptorsubstrat hin stufig ansteigendes Profil oder ein zum Akzeptorsubstrat hin kontinuierlich ansteigendes Profil sein.
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: Wasserstoff (H oder H2), Helium (He), Bor (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 Halbleiterbauelement.
In bevorzugter Erweiterung des Verfahrens wird aus dem vorbehandelten Verbundsubtrat ein elektronisches Halbleiterbauelement, das bevorzugt ein vertikales Halbleiterbauelement und mehr bevorzugt ein hochsperrendes vertikales Leistungshalbleiterbauelement ist, hergestellt, indem von der ersten Oberfläche aus oder auf der ersten Oberfläche weitere strukturelle Elemente des Halbleiterbauelements in das Verbundsubstrat eingebracht oder darauf angeordnet werden.
Beispiele für strukturelle Elemente sind: aktive und passive Gebiete verschiedener Dotierung (Source, J-FET p-dotierte Gatestruktur; MOSFET-Kanal, Abschirmgebiete, p-n Übergänge, Resurf-Randgebiete, Source-Gate-Kontaktgebiete, J-FET Kanalgebiet), Isolationsoxide, Gateoxide, Kontaktgebiete (Metalle, Silizide), Schottkyelektroden (Metalle, Legierungen), Ohmsche Elektroden, Source-Gate-Metallisierung bzw. Verdrahtungen, Passivierungsschichten, Gräben bzw. Trenches für Gateelektroden, Bondpads, Kontaktlöcher bzw. Kontaktgräben.
Im Rahmen dieser Beschreibung wurden für das Halbleiterbauelement eine erste und zweite Zone beschrieben, während für das vorbehandelte Verbundsubstrat eine dotierte Schicht und eine ergänzende dotierte Schicht beschrieben wurden. Die erste Zone kann gemeinsam mit der zweiten Zone allein aus der dotierten Schicht des Verbundsubstrats gebildet sein, wenn keine ergänzende dotierte Schicht vorliegt. Ebenso kann die erste Zone aus der ergänzenden dotierten Schicht gebildet sein, während die zweite Zone aus der dotierten Schicht gebildet wird. Schließlich ist es auch möglich, dass eine dotierte und eine ergänzende dotierte Schicht im Verbundsubstrat vorliegen, aber die Grenze zwischen erster und zweiter Zone im Halbleiterbauelement nicht im Übergang zwischen der dotierten und ergänzenden dotierten Schicht liegt, sondern innerhalb der dotierten Schicht oder innerhalb der ergänzenden dotierten Schicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausgestaltung des Spendersubstrats, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Bestrahlungsanordnung mit Energiefilter zur Bestrahlung des Spendersubstrats.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Wirkweise eines Energiefilters, der beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung finden kann.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung verschiedener Dotierprofile, die mittels verschieden strukturierter Energiefilter erzeugt werden können.
Fig. 5 zeigt schematisch den Ablauf der Dotierung der ersten Schicht des Spendersubstrats sowie ein daraus resultierendes Dotierprofil des Spendersubstrats. Fig. 6 zeigt verschiedene Möglichkeiten des Dotierprofils der ersten Schicht des Spendersubstrats.
Fig. 7 zeigt schematisch die Erzeugung oder Aufbringung einer Kontaktschicht im Spendersubstrat.
Fig. 8 zeigt schematisch eine erste Variante der Erzeugung einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat.
Fig. 9 zeigt schematisch eine zweite Variante der Erzeugung einer Sollbruchstelle im Spendersubstrat.
Fig. 10 zeigt schematisch das Herstellen einer Bondverbindung zwischen Spendersubstrat und Akzeptorsubstrat.
Fig. 11 zeigt schematisch das Abspalten des restlichen Teils des Spendersubstrats vom Verbundsubstrat.
Fig. 12 zeigt schematisch das Nachbehandeln der Oberfläche des Verbundsubstrats an im Bereich der Spaltstelle.
Fig. 13 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats.
Fig. 14 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen vorbehandelten Verbundsubstrats und das zugehörige Dotierprofil.
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung der Aufspaltung eines als Spendersubstrat fungierenden Waferstabs bei Verwendung für die mehrfache Erzeugung eines Verbundsubstrats aus einem Spendersubstrat. Fig. 16 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.
Fig. 17 zeigt schematisch den Querschnitt einer beispielhaften Basisstruktur eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 18 zeigt schematisch den Querschnitt einer alternativen beispielhaften Basisstruktur eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 19 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form eines planaren MOS-Transistors.
Fig. 20 zeigt schematisch bevorzugte Dotierprofile für bestimmte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 21 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form einer vertikalen Merged PIN-Schottky-Diode.
Fig. 22 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form einer anderen Ausgestaltung einer vertikalen Merged PIN-Schottky-Diode.
Fig. 23 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form eines vertikalen Trench-MOSFET.
Fig. 24 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form einer anderen Ausgestaltung eines vertikalen Trench-MOSFET.
Fig. 25 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form eines vertikalen Superjunction-MOSFET.
Fig. 26 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Superjunction-MOSFET aus Fig. 25. Fig. 27 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form eines J-FET.
Fig. 28 zeigt schematisch den Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Form einer anderen Ausgestaltung eines J-FET.
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 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. Besonders bevorzugt ist HT-CVD (high temperature chemical vapur deposition)-Material.
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. 15.
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 Außenfläche des Spendersubstrats 12 eine Abweichung von 0° von einer Senkrechten zur c-Richtung. Die Außenfläche verläuft also in einer Ebene (0001) oder in einer Ebene (0001) der Kristallstruktur.
Nach der Bereitstellung des Spendersubstrats 12 erfolgt die Dotierung einer ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12 (siehe Fig. 5), die im fertigen Bauteil später zumindest 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. 2 dargestellt.
Fig. 2 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. 3 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, conc 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. 4 gezeigten Layouts bzw. dreidimensionalen Strukturen von Energiefiitem 20 zeigen die prinzipiellen Möglichkeiten, mittels Energiefilter 20 eine Vielzahl von Dotierstofftiefenprofilen zu erzeugen, conc 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 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. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrensschritts der Dotierung der ersten Schicht 21 erfolgt die Ionenimplantation in das Spendersubstrat 12 von einer Vorderseite des Spendersubstrats 12. Die dem lonenstrahl zugewandte Fläche des Spendersubstrats 12 wird im Folgenden als Außenfläche 23 bezeichnet. 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, conc 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 Außenfläche 23 des Spendersubstrats 12 aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe T, 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. 14 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. 6a bis 6c 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 (conc) oder Defektkonzentration in der ersten Schicht 21 von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3.
In Fig. 7 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 Energiefilter).
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. 8 eine Sollbruchstelle 26 im Spendersubstrat 24 erzeugt. Die Sollbruchstelle 26 liegt im Beispiel der Fig. 8 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. 8 schematisch als schwarze Punkte dargestellt sind. Hierbei wird kein Energiefilter verwendet. Gemäß Fig. 8 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. 3 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. 9 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. 10 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. 10 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. 10 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. 9 und 10 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. 11 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. 8 und 9, 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.
Es ist bevorzugt, wenn bereits unmittelbar nach dem Spalten die gebildete Oberfläche des Spendersubstrats 12 exakt senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur ausgerichtet ist. Gewisse Fehlorientierungen und Abweichungen bis hin zu 0,5° können aufgrund des Spaltprozesses auftreten.
Außerdem kann, wie in Fig. 12 schematisch durch die Pfeile dargestellt, nach dem Schritt des Spaltens eine Nachbehandlung der ersten Oberfläche des Verbundsubstrats 18 im Bereich der Sollbruchstelle 26, insbesondere mittels Polieren und/oder Entfernen von Defekten, erfolgen.
Implantationsdefekte 42, die in Fig. 13 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.
Abweichend von der bisherigen Darstellung kann der Schritt des Herstellen der Bondverbindung zwischen Spendersubstrat 12 und Akzeptorsubstrat 28 auch zweistufig ablaufen. Zu- nächst 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 einem elektronischen Halbleiterbauelement dient, ist nochmals in Fig. 13 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. Die Oberfläche der dotierten Schicht 32 hat vorzugsweise eine Abweichung von weniger als 0,5° 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 der dotierten Schicht 32 ergibt sich bevorzugt im Wesentlichen aus einer Umkehrung des Dotierstofftiefenprofils der ersten Schicht 21 im Spendersubstrat 12.
Die dotierte Schicht 32 kann also beispielsweise ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil aufweisen.
Ebenso kann die dotierte Schicht 32 ein in Richtung des Akzeptorsubstrats 28 stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil 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 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. 14 sind eine alternative Ausgestaltung des 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. > 600 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 vor.
Bei der in Fig. 13 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. 14 durch eine Kombination von dotierter Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 gebildet. Während sich in Fig. 14 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 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. Weitere besonders bevorzugte Dotierprofile sind unten unter Bezugnahme auf Fig. 20 näher beschrieben.
In jeder dieser Ausführungsformen bezeichnet die Bezugsziffer 48 den ersten Abschnitt des Spendersubstrats 12, der jeweils nach der Abspaltung als Teil des Verbundsubstrats 18 verbleibt. Dieser erste Abschnitt 48 kann sich entweder alleine aus der dotierten Schicht 32 zusammensetzen, wenn keine ergänzende dotierte Schicht 38 vorliegt (Fig. 13), oder aus einer Kombination der dotierten Schicht 32 und der ergänzenden dotierten Schicht 38 (Fig. 14, Fig. 20).
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. 11 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. 2 bis 6 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 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. 15 dargestellt.
Wie in Fig. 16 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 durch weitere Schritte zu einem fertigen Halbleiterbauelement 50 werden, beispielsweise durch das Implantieren weiterer aktiver Gebiete, das Erzeugen von Oxiden, das Abscheiden von Gate-Elektroden, Kontakten, Leitungen oder Vias etc.
Zwei grundlegende Basisstrukturen erfindungsgemäßer elektronischer Halbleiterbauelemente 50 sind in Fig. 17 und 18 gezeigt.
Die erste Basisstruktur aus Fig. 17 umfasst ein Trägersubstrat 52, das in der Regel dem Akzeptorsubstrat 28 des vorbehandelten Verbundsubstrats 18 entspricht. Das T rägersubstrat 52 besteht in der Regel aus einem hochdotierten Material und ist im Allgemeinen feldfrei.
Auf dem Trägersubstrat 52 ist ein Kristall 53 aus SiC angebracht. Dieser Kristall 53 entspricht in der Regel dem ersten Abschnitt 48 des Spendersubstrats 12 des vorbehandelten Verbundsubstrats 18.
Auf der dem T rägersubstrat 52 abgewandten Seite weist der Kristall 53 eine erste Oberfläche 58 auf. Diese erste Oberfläche 58 weicht um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung (Pfeil c) der Kristallstruktur des Kristalls 53 ab.
Das elektronische Halbleiterbauelement 50 umfasst einen aktiven Bauelementbereich 64, der eine erste Zone 54 im Bereich der ersten Oberfläche 58 und eine an die erste Zone 54 in Tiefenrichtung anschließende zweite Zone 56 aufweist.
Die erste Zone 54 umfasst eine oberflächennahe Abschirmstruktur 60 bzw. JFET-Struktur in einem Bereich, der zumindest Teilabschnitte der ersten Oberfläche 58 des Kristalls 53 umfasst. Die Abschirmstruktur bzw. J-FET-Struktur ist durch einen in eine Richtung unterbrochenen p+/n Übergang charakterisiert, d.h. ein p+ Gebiet ist gebietsweise (nicht durchgehend) ausgebildet und ist in der Regel nicht ausräumbar. Die Bereiche mit p+ Dotierung sind mit Bezugszeichen 68 gekennzeichnet. Die zweite Zone 56 umfasst eine spannungsaufnehmende Schicht (auch Driftzone oder aktive Schicht genannt) bzw. besteht daraus. Der Übergang zwischen der ersten Zone 54 und der zweiten Zone 56 ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet. Die Dicke der zweiten Zone 56 liegt vorzugsweise zwischen 2 pm und 50 pm.
Wie aus Fig. 19 bis 25 hervorgeht, umfasst das Halbleiterbauelement 50 am Übergang zwischen der zweiten Zone 56 und dem Trägersubstrat 52 zudem eine feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone 62. Diese Feldstoppzone 62 entspricht in der Regel der Kontaktschicht 24 des vorbehandelten Verbundsubstrats 18. Die feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone 62 hat eine vertikale Dicke von maximal 2 pm, bevorzugt maximal 1 pm.
Ein nicht aktiver Randbereich 66 umgibt die erste Zone 54 und die zweite Zone 56 seitlich im Wesentlichen vollständig.
Die in Fig. 18 dargestellte zweite Basisstruktur des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements 50 entspricht in wesentlichen Teilen der Basisstruktur aus Fig. 17. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. Der Unterschied liegt darin, dass die p+ Gebiete 60 nicht vergrabene Gebiete sind, sondern bis zur ersten Oberfläche 58 durchgängig ausgebildet sind.
Alle p-dotierten Abschirmstrukturen 60 haben, unabhängig vom jeweiligen Typ des Halbleiterbauelements 50, mehrere gemeinsame Merkmale. Die Abschirmstrukturen 60 sind parallel zur ersten Oberfläche 58 nicht durchgehend, sondern periodisch unterbrochen ausgebildet. Die Abstände sind bedingt durch den Abstand zur ersten Oberfläche 58 so ausgebildet, dass in den "offenen" Bereichen im Sperrbetrieb zuverlässig die maximal tolerierbare Feldstärke an der ersten Oberfläche 58 nicht überschritten wird. Die Abschirmstrukturen 60 sind entweder direkt oder über Leitungen (dritte Dimension, nicht gezeigt) mit dem Source-Potential, Gate-Potential oder Anodenpotential verbunden. Die Abschirmstrukturen 60 liegen entweder isoliert (abgesehen vom elektrischen Anschluss) in einem n-Gebiet eingebettet oder sie sind ausgehend von der ersten Oberfläche 58 als dotierte Gebiete mit hohem Aspektverhältnis ausgebildet. Die typischen Tiefen des p-n-Übergangs liegen zwischen 500 nm und 3,0 pm. Die Abschirmstrukturen 60 sind so hoch dotiert, dass die Gebiete selbst im Fall maximaler Sperrspannung nicht ausgeräumt werden. Die durch die gestrichelte Linie in Fig. 17 und Fig. 18 dargestellte räumliche Abgrenzung zwischen erster Zone 54 und zweiter Zone 56 liegt üblicherweise an der Stelle, an der die P-dotierten Gebiete 68 in Tiefenrichtung des Kristalls 53 enden. Der Übergang ist in der vorliegenden Beschreibung üblicherweise definiert als parallel zur ersten Oberfläche 58.
Insgesamt gilt auch für die oberste Kristallschicht in der zweiten Zone 56, dass sie im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung (Pfeil c) der Kristallstruktur ausgerichtet ist.
Die in Fig. 19 bis 26 dargestellten Ausführungsbeispiele des elektronischen Halbleiterbauelements 50 zeigen lediglich einen Ausschnitt des Halbleiterbauelements 50. Die jeweils rechte Flanke ist als abgebrochene Flanke anzusehen.
In Fig. 19 ist ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement 50 in Form eines planaren MOS- Transistors dargestellt. Der nicht aktive Randbereich 66 ist, von einer gegebenenfalls vorhandenen oberflächennahen Randstruktur 70 abgesehen, bevorzugt nominell undotiert. Bezugszeichen 52 bezeichnet weiterhin das Trägersubstrat, Bezugszeichen 53 bezeichnet weiterhin den SiC Kristall, Bezugszeichen 54 bezeichnet weiterhin die erste Zone, Bezugszeichen 56 bezeichnet weiterhin die zweite Zone, Bezugszeichen 62 bezeichnet weiterhin die Feldstoppzone, Bezugszeichen 52 bezeichnet weiterhin das Trägersubstrat, und Bezugszeichen 68 bezeichnet weiterhin die p+ Gebiete der Abschirmstruktur. An der Unterseite des Trägersubstrats 52 ist ein Metallkontakt 71 aufgebracht. G bezeichnet die Gate-Elektrode, S bezeichnet die Source-Elektrode und D bezeichnet die Drain-Elektrode. Bezugszeichen 72 bezeichnet p-Gebiete (p-well) und Bezugszeichen 74 bezeichnet n+ Gebiete. Bezugszeichen 75 bezeichnet weitere p+ Gebiete. Die erste Oberfläche 58 des Kristalls 53 ist hier eben ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Halbleiterbauelements 50. Gateoxide werden explizit nicht als Teil der ersten Oberfläche 58 gewertet.
Wesentlich ist nun, dass die erste Oberfläche 58 im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung (Pfeil c) der Kristallstruktur des Kristalls 53 orientiert ist. Geringe Abweichungen bis zu 0,5° sind unter Umständen zu tolerieren. Daraus folgt auch, dass der Kanalbereich 76 (gepunktet dargestellt), der parallel zur ersten Oberfläche 58 des Kristalls 53 verläuft, um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls 53 abweicht. Neben der dargestellten Ausführungsform des planaren MOSFET sind dem Fachmann noch viele weitere Ausgestaltungen eines planaren MOSFET bekannt, die ebenso von der Erfindung umfasst sein sollen, solange die erste Oberfläche 58 des Kristalls 53 im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung (Pfeil c) der Kristallstruktur des Kristalls 53 ausgerichtet ist.
Das in Fig. 20 dargestellte Dotierprofil (conc) des Halbleiterbauelements 50 aus Fig. 19 besitzt im Bereich der zweiten Zone 56 ein in Tiefenrichtung kontinuierlich ansteigendes Profil, wie es bereits weiter oben hinsichtlich des vorbehandelten Verbundsubstrats 18 beschrieben wurde. Alternativ kann das Dotierprofil im Bereich der zweiten Zone 56 auch konstant verlaufen oder ein im Endbereich der zweiten Zone 56 stufig ansteigendes Profil sein, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 6a bis 6c wurde oben bereits ausführlich beschrieben, wie derartige Dotierprofile zu erhalten sind.
Bevorzugt ist es nun, dass zusätzlich im Bereich der ersten Zone 54 das Dotierprofil ein Plateau aufweist, das höher ist als die Dotierung im daran angrenzenden Bereich der zweiten Zone 56. In der Regel sind der Bereich der ersten Zone 54 und der Bereich der zweiten Zone 56 jeweils n-dotiert. Vorzugsweise liegt die Dotierkonzentration in dem n-dotierten Bereich der ersten Zone 54 um den Faktor 1 ,5 bis 100, besonders bevorzugt um den Faktor 2 bis 10, höher als in einem der ersten Zone 54 zugewandten n-dotierten Bereich der zweiten Zone 56. Die abfallende Flanke des Dotierprofils ist in der Regel nicht vollständig senkrecht.
In den p+ Gebieten 68 der ersten Zone 54 wird selbstverständlich eine vom dargestellten Profil abweichende Dotierung erhalten. Eine Dotierkonzentration in einem p+ Gebiet 68 der ersten Zone 54 liegt vorzugsweise um den Faktor 2 bis 1000, besonders bevorzugt um den Faktor 50 bis 1000, höher als eine Dotierkonzentration in einem der ersten Zone 54 zugewandten n-dotierten Bereich der zweiten Zone 56.
Von Fig. 20 abweichend ist es auch möglich, dass das Dotierprofil in der ersten Zone 54 und der zweiten Zone 56 im Wesentlichen bündig aneinander anschließt. Dies ist selbsterklärend, wenn die erste Zone 54 und die zweite Zone 56 mittels desselben Implantationsvorgangs dotiert wurden (als dotierte Schicht 32 im Spendersubstrat 12). Dies ist aber auch möglich, wenn die erste Zone 54 erst in einem nachgelagerten Implantationsvorgang (z.B. als ergänzende dotierte Schicht 38) dotiert wird. Die Dotierprofile der zweiten Zone 56 aus Fig. 20 sind auf die zweiten Zonen 56 aller weiteren beschriebenen Halbleiterbauelemente 50 ebenso anwendbar.
In Fig. 21 ist ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement 50 in Form einer vertikalen Merged PIN-Schottky Diode (MPS-Diode) dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 19.
Die p+ Gebiete 68 verlaufen hier durch die gesamte Tiefe der ersten Zone 54 von der ersten Oberfläche 58 bis zum Übergang zur zweiten Zone 56. Die erste Oberfläche 58 ist wiederum durchgängig über die gesamte Breite des Halbleiterbauelements 50 ausgebildet und ist im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung (Pfeil c) der Kristallstruktur des Kristalls 53 ausgerichtet. Bezugszeichen 78 bezeichnet das Schottky-Material, und Bezugszeichen 80 bezeichnet eine Metallschicht (Anode). Metallkontakt 71 fungiert als Kathode.
Der Schottkyübergang 82 (gepunktet dargestellt) verläuft in einer Ebene parallel zur ersten Oberfläche 58 des Kristalls 53 und weicht demnach um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls 53 ab.
Neben der dargestellten Ausführungsform der MPS-Diode sind dem Fachmann noch viele weitere Ausgestaltungen einer MPS-Diode bekannt, die ebenso von der Erfindung umfasst sein sollen, solange die erste Oberfläche 58 des Kristalls 53 im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls 53 ausgerichtet ist.
Die in Fig. 22 dargestellte MPS-Diode unterscheidet sich von der MPS-Diode aus Fig. 21 darin, dass der Randbereich 66, abgesehen von der eventuell vorhandenen oberflächennahen feldreduzierenden Randstruktur 70, von der ersten Oberfläche 58 an im Wesentlichen undotiert ist und im Wesentlichen ab einer Tiefe, bei der die zweite Zone 56 beginnt, bis zu einer Tiefe, bei der die feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone 62 liegt, mit derselben Dotierkonzentration wie die zweite Zone 56 versehen ist oder mit einer geringeren Dotierkonzentration als die zweite Zone 56 versehen ist, vorzugsweise mit einer um mindestens 20% geringeren Dotierkonzentration, mehr bevorzugt mit einer um mindestens 50% geringeren Dotierkonzentration. Dieser dotierte Teil des Randbereichs 66 ist mit Bezugszeichen 84 gekennzeichnet.
Auch bei anderen Ausgestaltungen des Halbleiterbauelements 50 kann ein solcher dotierter Bereich 84 vorliegen.
In Fig. 23 ist ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement 50 in Form eines vertikalen T rench- MOSFET dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 19. Bezugszeichen 86 bezeichnet einen mit einem Gateoxid zumindest teilweise ausgekleideten Graben, Bezugszeichen 88 bezeichnet p-dotierte Bereiche, Bezugszeichen 90 bezeichnet n-dotierte Bereiche und Bezugszeichen 92 kennzeichnet den jeweiligen Kanalbereich (gepunktet dargestellt).
Der Kanalbereich 92 weicht um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von der c-Richtung (Pfeil c) der Kristallstruktur des Kristalls 53 ab. Ebenso weicht der Kanalbereich 92 um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 58 des Kristalls 53 ab. Besonders bevorzugt ist es, dass der Kanalbereich 92 in einer A-Ebene des Kristalls 53 angeordnet ist.
Die erste Oberfläche 58 ist in diesem Beispiel unterbrochen, d.h. lediglich Teilabschnitte der ersten Oberfläche 58, welche zwischen den Gräben 86 angeordnet sind, müssen das obige Kriterium erfüllen. Es ist aber auch denkbar, dass jeder Graben 86 auf seinem Grund ebenfalls Teilabschnitte des Kristalls 53 mit Flächen senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur umfasst.
Die in Fig. 24 dargestellte Ausführungsform eines vertikalen Trench-MOSFET unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 23 im Wesentlichen durch die Anordnung der p+ Gebiete 68, die sich im vorliegenden Fall entlang einer Flanke der Gräben 86 durch die erste Zone 54 hindurch bis zur ersten Oberfläche 58 erstrecken, und der Source-Elektroden S. Neben den dargestellten Ausführungsformen der Trench-MOSFETs sind dem Fachmann noch viele weitere Ausgestaltungen von Trench-MOSFETs bekannt, die ebenso von der Erfindung umfasst sein sollen, solange die erste Oberfläche 58 des Kristalls 53 im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls 53 ausgerichtet ist.
In Fig. 25 ist ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement 50 in Form eines Superjunction Trench MOSFET dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 23. Zusätzlich zu den dort bereits genannten strukturellen Elementen sind noch p-do- tierte Säulen 94 in der zweiten Zone 56 unterhalb der p+ Gebiete 68 der ersten Zone 54 ausgebildet.
Die p-dotierten Säulen 94 in der zweiten Zone 2 unterscheiden sich von den p+ Gebieten 68 in der ersten Zone 54 dahingehend, dass sie in der spannungsaufnehmenden Zone liegen. Dies bedeutet, dass die p-dotierten Säulen 94 vollkommen ausräumbar gestaltet sein müssen. D.h. im Sperrfall erstreckt sich die Raumladungszone lateral sowohl über die p-Säulen als auch die n-Gebiete 95 in der zweiten Zone 56.
Die Höhe der Dotierung und die Tiefe der p- dotierten Säulen 94 sind von der Spannungsklasse des Bauelementes 50 abhängig. Die p-dotierten Säulen 94 in der zweiten Zone 56 werden bevorzugt durch maskierte energiegefilterte Implantation hergestellt. Für die in Fig. 25 dargestellte Superjunction Struktur ist es besonders vorteilhaft, den Randbereich 66 undotiert auszubilden.
Für das Layout des Superjunction MOSFET ergeben sich zwei bevorzugte Ausführungsformen:
1 . Die Gate-Gräben 86 und die p+ Gebiete (Abschirmstrukturen) 68 sind als lange Gräben ausgeführt. Die p-dotierten Säulen 94 in der zweiten Zone 56 folgen diesen Gräben, so dass der Schnitt wie in Fig. 25 dargestellt aussieht.
2. Die Gate-Gräben 86 und die p+ Gebiete (Abschirmstrukturen) 68 sind wiederum als lange Gräben ausgeführt. In der Projektion auf die Bauelementoberfläche sind die p- dotierten Säulen 94 in der zweiten Zone 56 senkrecht zu den Gate-Gräben 86 und den p+ Gebieten 68 angeordnet, siehe die schematische Draufsicht aus Fig. 26. In Fig. 27 ist ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement 50 in Form eines J-FET (Junction Field Effect Transistor) dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente bzw. Gebiete wie in den vorherigen Figuren. Die p+ Gebiete 68 verlaufen U-förmig um die ebenfalls U-förmigen Gatekontakte herum, und gepunktet sind die relevanten Grenzflächen 96 zwischen p+ und n dargestellt. Diese Grenzflächen 96 verlaufen senkrecht zu den Teilabschnitten der ersten Oberfläche 58.
In Fig. 28 ist eine andere Ausführungsform eines J-FET dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente bzw. Gebiete wie in den vorherigen Figuren. Die Grenzflächen 96 verlaufen hier parallel zu den Teilabschnitten der ersten Oberfläche 58.
Neben den bislang dargestellten Grundstrukturen der Halbleiterbauelemente 50 sind dem Fachmann noch viele weitere Ausgestaltungen von Halbleiterbauelementen bekannt, die ebenso von der Erfindung umfasst sein sollen, solange die erste Oberfläche 58 des Kristalls 53 im Wesentlichen senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls 53 ausgerichtet ist.
Neben dem oben beschriebenen Herstellverfahren ist es auch möglich, kein Verbundsubstrat 18 auszubilden, sondern einen Kristall 53 aus einer dünnen Schicht qualitativ hochwertigen kristallinen SiC-Materials, welches zur Ausbildung von Bauelementen 50 geeignet ist und dessen Oberfläche im wesentlichen senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des Kristalls 53 orientiert ist, temporär während der Bauelementproduktion durch einen Träger, z.B. mittels temporärer Bondverbindungen, zu stabilisieren oder vollständig frei tragend zu gestalten. In diesen Fällen entfällt beim fertigen Bauelement 50 die Notwendigkeit für ein Trägersubstrat 52.
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

Ansprüche
1. Elektronisches Halbleiterbauelement (50), das einen Kristall (53) aus einkristallinem SiC aufweist, wobei die Ausrichtung von zumindest Teilabschnitten einer ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) abweicht.
2. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es einen aktiven Bauelementbereich (64) aufweist, der umfasst:
- eine erste Zone (54) mit einer oberflächennahen Abschirmstruktur (60) bzw. JFET- Struktur in einem Bereich, der zumindest Teilabschnitte der ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) umfasst;
- eine zweite Zone (56) mit einer spannungsaufnehmenden Schicht, die auf der der ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) abgewandten Seite der ersten Zone (54) angrenzend an die erste Zone (54) angeordnet ist; und
- eine feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone (62), die auf der der ersten Zone (54) abgewandten Seite der zweiten Zone (56) angeordnet ist.
3. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (54) und die zweite Zone (56) im Wesentlichen auf Basis des Kristalls (53) aus SiC gebildet sind.
4. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der ersten Zone (54) zwischen 0,5 pm und 3,0 pm liegt.
5. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zweiten Zone (56) zwischen 2 pm und 50 pm liegt.
6. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierkonzentration in einem n-dotierten Bereich der ersten Zone (54) höher liegt als in einem der ersten Zone (54) zugewandten n-dotierten Bereich der zweiten Zone (56), vorzugsweise um den Faktor 1 ,5 bis 100, besonders bevorzugt um den Faktor 2 bis 10 höher. 7. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierkonzentration in einem p-dotierten Gebiet (68) der ersten Zone (54) höher liegt als eine Dotierkonzentration in einem der ersten Zone (54) zugewandten n-dotierten Bereich der zweiten Zone (56), vorzugsweise um den Faktor 2 bis 1000, besonders bevorzugt um den Faktor 50 bis 1000 höher.
8. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (56) ausgehend von der ersten Zone (54) in Richtung der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone (66) ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil aufweist.
9. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (56) ausgehend von der ersten Zone (54) in Richtung der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone (66) ein stufig ansteigendes Dotierstofftiefenprofil aufweist, wobei die Stufen in einem der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone (66) zugewandten Bereich der zweiten Zone (56) von bis zu 40%, vorzugsweise bis zu 30%, der Gesamttiefe der zweiten Zone (56) ausgebildet sind.
10. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 9, 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.
11 . Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zone (56) ausgehend von der ersten Zone (54) ein in Richtung der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone (66) kontinuierlich ansteigendes Dotierstofftiefenprofil aufweist.
12. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich ansteigende Dotierstofftiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist:
Figure imgf000044_0001
13. Elektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Trägersubstrat (52) auf der der ersten Zone (54) abgewandten Seite der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone (62) aufweist, wobei der Kristall (53) aus SiC im Bereich der feldfreien Kontaktzone oder Feldstoppzone (66) mittels einer permanenten Klebe- oder Bondverbindung mit dem Trägersubstrat (52) verbunden ist.
14. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem nicht aktiven Randbereich (66) versehen ist, der die erste Zone (54) und die zweite Zone (56) seitlich in alle Richtungen im Wesentlichen vollständig umgibt.
15. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (66), abgesehen von einer eventuell vorhandenen oberflächennahen feldreduzierenden Randstruktur (70), im Wesentlichen undotiert ist.
16. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (66), abgesehen von einer eventuell vorhandenen oberflächennahen feldreduzierenden Randstruktur (70), von der ersten Oberfläche (58) an im Wesentlichen undotiert ist und im Wesentlichen ab einer Tiefe, bei der die zweite Zone (56) beginnt, bis zu einer Tiefe, bei der die feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone (62) liegt, mit derselben Dotierkonzentration wie die zweite Zone (56) versehen ist oder mit einer geringeren Dotierkonzentration als die zweite Zone (56) versehen ist, vorzugsweise mit einer um mindestens 20% geringeren Dotierkonzentration, mehr bevorzugt mit einer um mindestens 50% geringeren Dotierkonzentration.
17. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die feldfreie Kontaktzone oder Feldstoppzone (62) eine vertikale Dicke von maximal 2 pm, bevorzugt maximal 1 pm aufweist.
18. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einkristalline SiC vom hexagonalen Polytyp 4H oder ßH ist.
19. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall (53) ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierendem SiC-Material mit hoher Reinheit ist.
20. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die A-Ebene des Kristalls (53) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) abweicht.
21 . Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Trench MOSFET ist und der Kanalbereich (92) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von der c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) abweicht.
22. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Trench MOSFET ist und der Kanalbereich (92) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) abweicht.
23. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalbereich (92) in einer A-Ebene des Kristalls (53) angeordnet ist.
24. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es ein planarer MOSFET ist und der Kanalbereich (76) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Rich- tung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) abweicht. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es ein planarer MOSFET ist und der Kanalbereich (76) parallel zur ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) verläuft. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es eine MPS (Merged PIN-Schottky)-Diode ist und eine Ebene des Schottkyübergangs (82) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) abweicht. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass es eine MPS (Merged PIN-Schottky)- Diode ist und eine Ebene des Schottkyübergangs (82) parallel zur ersten Oberfläche (58) des Kristalls (53) verläuft. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es ein JFET-Transistor ist, wobei eine Grenzfläche (96) an einem oder jedem p+ - n - Übergang um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung parallel zur c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) abweicht. Elektronisches Halbleiterbauelement (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es ein JFET-Transistor ist, wobei eine Grenzfläche (96) an einem oder jedem p+ - n - Übergang um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0,1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Kristalls (53) abweicht. Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats (18), das als Basis für die Weiterverarbeitung zu einem elektronischen Halbleiterbauelement (50) dient, wobei das vorbehandelte Verbundsubstrat (18) ein Akzeptorsubstrat (28) und einen ersten Abschnitt (48) eines Spendersubstrats (12), der zumindest eine dotierte Schicht (32) aufweist, umfasst, 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 in der ersten Schicht (21) im Spendersubstrat (12) ist, wobei beim Dotieren ein vorbestimmtes Dotierstofftiefenprofil in der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) erzeugt wird, wobei sich die erste Schicht (21) von der dem lonenstrahl (10) zugewandten Außenfläche (23) des Spendersubstrats (12) aus bis zu einer vorbestimmten Dotiertiefe (T) erstreckt, wo sich ein restlicher Teil (22) des Spendersubstrats (12) anschließt; c) Erzeugen einer im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche (23) des Spendersubstrats (12) verlaufenden 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 einen damit verbundenen ersten Abschnitt (48) des Spendersubstrats (12), der zumindest eine dotierte Schicht (32) aufweist, umfasst, wobei die dotierte Schicht (32) zumindest einen Abschnitt der ersten Schicht (21) des Spendersubstrats (12) umfasst, wobei das Spalten derart erfolgt, dass der erste Abschnitt (48) des Spendersubstrats (12) im Verbundsubstrat (18) im Bereich der Sollbruchstelle (26) eine dem Akzeptorsubstrat (28) abgewandte erste Oberfläche (58) aufweist, die um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung der Kristallstruktur des ersten Abschnitts (48) des Spendersubstrats (12) abweicht.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (21) eine Dicke von 3 bis 15 pm aufweist.
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spendersubstrat (12) ein Kristall aus qualitativ hochwertigem halbisolierendem SiC-Mate- rial mit hoher Reinheit ist.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die dem lonenstrahl (10) zugewandte Außenfläche (23) des Spendersubstrats (12) um weniger als 0,5°, bevorzugt um weniger als 0,3°, mehr bevorzugt um weniger als 0, 1 °, am meisten bevorzugt überhaupt nicht, von einer Richtung senkrecht zur c-Richtung (c) der Kristallstruktur des Spendersubstrats (12) abweicht.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, 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.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) eine p- oder n- Dotierung mit einer Dotierkonzentration in der ersten Schicht (21) von 1 E15 cm'3 bis 5E17 cm'3 liefert.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) mit Ionen aus einem der folgenden Elemente erfolgt: Stickstoff, Phosphor, Bor oder Aluminium.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein im Wesentlichen konstantes Dotierstofftiefenprofil liefert. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein von der dem lonenstrahl (10) zugewandten Außenfläche (23) des Spendersubstrats (12) aus stufig abfallendes Dotierstofftiefenprofil 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. Verfahren nach Anspruch 38, 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotieren der ersten Schicht (21) ein von der dem lonenstrahl (10) zugewandten Außenfläche (23) des Spendersubstrats (12) aus kontinuierlich abfallendes Dotierstofftiefenprofil liefert. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierlich abfallende Dotierstofftiefenprofil ein Profil nach folgender Formel ist:
Figure imgf000049_0001
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 41 , 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).
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Kontaktschicht (24) durch Ionenimplantation erfolgt.
44. Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, 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.
45. Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht (24) mehr als 1 E17 cm'3, bevorzugt mehr als 1 E19 cm'3, beträgt.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 45, 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.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 46, 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.
48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat (18) zumindest bis zur dotierten Schicht (32) reicht.
49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenimplantation in das Verbundsubstrat (18) derart durchgeführt wird, dass eine Dotierkonzentration in der ergänzenden dotierten Schicht (38) höher liegt als in einem der ergänzenden dotierten Schicht (38) zugewandten Bereich der dotierten Schicht (32), vorzugsweise um den Faktor 1 ,5 bis 100, besonders bevorzugt um den Faktor 2 bis 10 höher. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Sollbruchstelle (26) durch Ionenimplantation von spaltauslösenden Ionen erfolgt. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen über die gesamte Breite des Spendersubstrats (12) eingebracht werden. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen nur über einen Teil der Breite des Spendersubstrats (12) eingebracht werden. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen nur in mindestens einem Randbereich des Spendersubstrats (12) eingebracht werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die spaltauslösenden Ionen aus den folgenden ausgewählt sind: H, H2, He, B. Verfahren nach Anspruch 54, 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilchendosis der spaltauslösenden Ionen jeweils zwischen 1 E15 cm'2 und 5E17 cm'2 liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieschärfe des lonenstrahls der spaltauslösenden Ionen kleiner als 10'2, bevorzugt kleiner als 10'4 ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 57, 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 50 zwischen 750°C und 1.200°C, mehr bevorzugt zwischen 850°C und 1.050 °C ausgelöst wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 58, 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 59, 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Herstellens der Bondverbindung eine Vorbehandlung mindestens einer, bevorzugt beider zu bondenden Oberflächen stattfindet, insbesondere eine nasschemische Behandlung, Plasmabehandlung oder lonenstrahlbehandlung. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 61 , 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. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass das Akzeptorsubstrat (28) aus polykristallinem SiC oder Graphit gebildet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 63, 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass Implantationsdefekte (42) im vorbehandelten Verbundsubstrat (18) bei Temperaturen zwischen 1.500°C und 1.750°C ausgeheilt werden. 51 Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauelements (50) mit den Verfahrensschritten zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats (18) nach einem der Ansprüche 30 bis 65 und den weiteren Schritten, von der ersten Ober- fläche (58) aus oder auf der ersten Oberfläche (58) weitere strukturelle Elemente des
Halbleiterbauelements (50) in das Verbundsubstrat (18) einzubringen oder darauf anzuordnen.
PCT/EP2021/085296 2020-12-18 2021-12-10 Elektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats für ein elektronisches halbleiterbauelement WO2022128818A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023535862A JP2023553477A (ja) 2020-12-18 2021-12-10 電子半導体部品、および電子半導体部品用の前処理された複合基板の製造方法
EP21836128.5A EP4264672A1 (de) 2020-12-18 2021-12-10 Elektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats für ein elektronisches halbleiterbauelement
US18/267,872 US20240055472A1 (en) 2020-12-18 2021-12-10 Electronic semiconductor component, and method for manufacturing a pretreated composite substrate for an electronic semiconductor component

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020134222.5A DE102020134222A1 (de) 2020-12-18 2020-12-18 Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats und vorbehandeltes Verbundsubstrat
DE102020134222.5 2020-12-18
DE102021109690.1A DE102021109690A1 (de) 2021-04-16 2021-04-16 Elektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats für ein elektronisches Halbleiterbauelement
DE102021109690.1 2021-04-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022128818A1 true WO2022128818A1 (de) 2022-06-23

Family

ID=79230700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/085296 WO2022128818A1 (de) 2020-12-18 2021-12-10 Elektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats für ein elektronisches halbleiterbauelement

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240055472A1 (de)
EP (1) EP4264672A1 (de)
JP (1) JP2023553477A (de)
WO (1) WO2022128818A1 (de)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0962963A1 (de) * 1997-08-27 1999-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Siliziumkarbid-substrat, dessen herstellung und halbleiterelement aus sic
EP2040285A1 (de) * 2007-09-19 2009-03-25 S.O.I. TEC Silicon Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit gemischter Ausrichtung
US20110017998A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
DE112013001802T5 (de) * 2012-03-30 2015-02-26 Fuji Electric Co., Ltd. Hochspannungshalbleitervorrichtung
US20150053999A1 (en) * 2013-08-23 2015-02-26 Fuji Electric Co., Ltd. Wide bandgap insulated gate semiconductor device
DE102014118336A1 (de) * 2013-12-13 2015-06-18 Infineon Technologies Ag Verbundstruktur und verfahren zum bilden einer verbundstruktur
US20180166530A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 Cree, Inc. Power semiconductor devices having gate trenches and buried edge terminations and related methods
US20190198659A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Cree, Inc. Vertical semiconductor device with improved ruggedness
WO2020032204A1 (ja) * 2018-08-10 2020-02-13 ローム株式会社 ＳｉＣ半導体装置
DE102019112985A1 (de) 2019-05-16 2020-11-19 mi2-factory GmbH Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0962963A1 (de) * 1997-08-27 1999-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Siliziumkarbid-substrat, dessen herstellung und halbleiterelement aus sic
EP2040285A1 (de) * 2007-09-19 2009-03-25 S.O.I. TEC Silicon Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit gemischter Ausrichtung
US20110017998A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
DE112013001802T5 (de) * 2012-03-30 2015-02-26 Fuji Electric Co., Ltd. Hochspannungshalbleitervorrichtung
US20150053999A1 (en) * 2013-08-23 2015-02-26 Fuji Electric Co., Ltd. Wide bandgap insulated gate semiconductor device
DE102014118336A1 (de) * 2013-12-13 2015-06-18 Infineon Technologies Ag Verbundstruktur und verfahren zum bilden einer verbundstruktur
US20180166530A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 Cree, Inc. Power semiconductor devices having gate trenches and buried edge terminations and related methods
US20190198659A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Cree, Inc. Vertical semiconductor device with improved ruggedness
WO2020032204A1 (ja) * 2018-08-10 2020-02-13 ローム株式会社 ＳｉＣ半導体装置
DE102019112985A1 (de) 2019-05-16 2020-11-19 mi2-factory GmbH Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Also Published As

Publication number Publication date
US20240055472A1 (en) 2024-02-15
EP4264672A1 (de) 2023-10-25
JP2023553477A (ja) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013107632B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mittels Ionenimplantation
DE102017108738B4 (de) SiC-HALBLEITERVORRICHTUNG MIT EINEM VERSATZ IN EINEM GRABENBODEN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN HIERFÜR
DE19931324B4 (de) Siliciumcarbid-MOS-Halbleiter-Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112013007772B3 (de) Halbleitervorrichtung
DE112011103469B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102014113214B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate mit mesaabschnitten zwischen zelltrenchstrukturen und verfahren zur herstellung
DE112011101254B4 (de) Leistungshalbleiterbauteile und Verfahren zu deren Herstellung
DE112015004093T5 (de) Siliciumcarbid-halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer siliciumcarbid-halbleitervorrichtung
DE102013106946B4 (de) Verfahren zum Bilden von lateral variierenden Dotierungskonzentrationen und eines Halbleiterbauelements
DE10214066A1 (de) Halbleiterelement mit retrogradem Dotierprofil in einem Kanalgebiet und ein Verfahren zur Herstellung desselben
DE112015004766T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102019119020A1 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung
DE112006001791B4 (de) Non-Punch-Through Hochspannungs-IGBT für Schaltnetzteile und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102008049719A1 (de) Asymmetrische Transistorbauelemente, die durch asymmetrische Abstandshalter und eine geeignete Implantation hergestellt sind
DE112015003483T5 (de) Halbleitervorrichtung-herstellungsverfahren und halbleitervorrichtung
DE102015109545B4 (de) Transistor mit Feldelektroden und verbessertem Lawinendurchbruchsverhalten
DE102019112985B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
DE102014101859B4 (de) Superjunction-Halbleitervorrichtung mit Überkompensationszonen und Verfahren zu deren Herstellung
DE10240107B4 (de) Randabschluss für Leistungshalbleiterbauelement und für Diode sowie Verfahren zur Herstellung einer n-leitenden Zone für einen solchen Randabschluss
DE102005009020B4 (de) Verfahren zur Erzeugung eines Leistungstransistors und damit erzeugbare integrierte Schaltungsanordnung
DE102004009521B4 (de) Hochvolt-PMOS-Transistor, Maske zur Herstellung einer Wanne und Verfahren zur Herstellung eines Hochvolt-PMOS-Transistors
WO2022128818A1 (de) Elektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines vorbehandelten verbundsubstrats für ein elektronisches halbleiterbauelement
DE112012001986B4 (de) Bipolares Punch-Through-Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelements
DE102021109690A1 (de) Elektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines vorbehandelten Verbundsubstrats für ein elektronisches Halbleiterbauelement
DE10324100B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines robusten Halbleiterbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21836128

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023535862

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18267872

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021836128

Country of ref document: EP

Effective date: 20230718