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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vergrabenenmetallischen Schicht an einer vorgegebenen vertikalen Position ineinem Halbleiterkörper,der eine erste und zweite Seite aufweist, das folgende Verfahrensschritteumfasst:- wenigstens abschnittsweises Aufbringen einer Metallschichtauf eine der ersten und zweiten Seiten,- Einstellen eines positivenTemperaturgradienten in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers, ausgehendvon der einen Seite, wobei die Temperatur im Bereich der einen Seitehöher alseine eutektische Temperatur ist, so dass das Metall der Metallschichtin vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper migriert,- Abstellendes Temperaturgradienten, wenn das Metall die vorgegebene vertikalePosition in dem Halbleiterkörpererreicht, um dadurch die metallische Schicht an der vorgegebenenPosition zu erhalten.
    公开号:DE102004028933A1
    申请号:DE102004028933
    申请日:2004-06-15
    公开日:2006-01-05
    发明作者:Hans-Joachim Dr. Schulze；Helmut Dr. Strack
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L21-336
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einervergrabenen metallischen Schicht in einem Halbleiterkörper undein Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen metallischen Schicht.
    [0002] Esist bekannt, dass das Verhalten von Halbleiterbauelementen durchdas Vorsehen von vergrabenen metallischen Schichten, die in Halbleiterbereichender Bauelemente angeordnet sind, beeinflusst werden kann.
    [0003] Hierzuwird beispielsweise auf die DE 100 01 869 A1 verwiesen, in der ein inbeiden Richtungen sperrender MOSFET beschrieben ist, in dessen Body-Zoneeine metallische Schicht angeordnet ist. Diese metallische Schichtwirkt als Rekombinationszone fürfreie Ladungsträgerin der Body-Zone und reduziert die Stromverstärkung eines durch die Body-Zone,die Source-Zone und die Drain-Zone des MOSFET gebildeten parasitären Bipolartransistors.
    [0004] DieRekombinationswirkung von Metallen kann auch bei Bauelementen genutztwerden, die mehrere in einer Halbleiterschicht bzw. einem Substratangeordnete Bauelemente umfassen und bei denen die einzelnen Bauelementejeweils durch pn-Übergänge gegeneinanderisoliert sind. Bei solchen Bauelementen kann es abhängig vonder äußeren Beschaltungzu einer Injektion von Minoritätsladungsträgern durcheinzelne Bauelemente in das Substrat kommen, die zu Querströmen in demSubstrat führen.Diese Querströmekönnendie Funktion anderer in dem Substrat angeordneter Bauelemente negativbeeinflussen. Diese Problematik ist beispielsweise in der DE 199 53 333 A1 oderder DE 100 14 659C2 beschrieben, in denen vorgeschlagen ist, in dem Substrateine Rekombinationszone durch Implantieren oder Einbringen von Metallatomenzu erzeugen. Eine verbesserte Rekombinationswirkung könnte hierbeidurch eine metallische Schicht in dem Substrat erzielt werden.
    [0005] Zielder vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellungeiner vergrabenen metallischen Schicht in einer Halbleiterschichtund ein Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen Halbleiterschichtzur Verfügungzu stellen.
    [0006] DiesesZiel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1und durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs20 gelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
    [0007] Daserfindungsgemäße Verfahrenzur Herstellung einer vergrabenen Metallschicht an einer vorgegebenenvertikalen Position in einem Halbleiterkörper, der eine erste und einezweite Seite aufweist, umfasst das wenigstens abschnittsweise Aufbringeneiner Metallschicht auf eine der ersten und zweiten Seiten, dasEinstellen eines positiven Temperaturgradienten in einer vertikalenRichtung des Halbleiterkörpersausgehend von der einen Seite, wobei die Temperatur im Bereich dereinen Seite höherist als die eutektische Temperatur eines Systems mit dem Materialder Metallschicht und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers unddie Temperatur ausgehend von dieser Seite in vertikaler Richtung desHalbleiterkörpersansteigt, so dass das Metall der Metallschicht in vertikaler Richtungin den Halbleiterkörpermigriert. Der Temperaturgradient wird abgestellt, wenn das in denHalbleiterkörpermigrierende Metall die vorgegebene vertikale Position in dem Halbleiterkörper erreicht,um dadurch die metallische Schicht an der vorgegebenen Positionzu erhalten. Die eutektische Temperatur, die auch als Legierungstemperaturbezeichnet wird, bezeichnet die Temperatur, bei der das Materialder Metallschicht und das verwendete Halbleitermaterial eine Legierungbilden. "EutektischeTemperatur" bezeichnetnachfolgend stets die eutektische Temperatur eines Systems mit demMaterial der Metallschicht und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers, alsoeines solchen Metall-Halbleiter-Systems.
    [0008] Daszur Herstellung der metallischen Schicht verwendete Metall ist beispielsweiseein den Halbleiterkörperp-dotierendes Material,wie beispielsweise Aluminium, das auf die eine Seite des Halbleiterkörpers, beispielsweisedurch Aufdampfen, aufgebracht wird.
    [0009] Durchden Halbleiterkörpermigrierende Aluminiumatome hinterlassen eine p-Dotierung in den Bereichen,durch die sie hindurch migrieren. Wenn die metallische Schicht ineiner n-dotiertenHalbleiterzone erzeugt werden soll, kann diese durch die migrierendenAluminiumatome zusätzlicherzeugte p-Dotierungbei Bedarf dadurch kompensiert werden, dass die n-Grunddotierung derHalbleiterzone vor der Herstellung der metallischen Schicht entsprechend höher gewählt wird.
    [0010] Ebensokann die Metallschicht aus einem den Halbleiterkörper n-dotierenden Materialbestehen. Beispiele fürsolche Materialien sind Gemische mit Zinn (Sn) und Arsen (As) odermit Zinn (Sn) und Antimon (Sb).
    [0011] Durchden Halbleiterkörpermigrierende Atome solcher Gemische hinterlassen eine n-Dotierung inden Bereichen, durch die sie hindurch migrieren. Wenn die metallischeSchicht in einer p-dotierten Halbleiterzoneerzeugt werden soll, kann diese durch die migrierenden Atome zusätzlich erzeugten-Dotierung bei Bedarf dadurch kompensiert werden, dass die p-Grunddotierung derHalbleiterzone vor der Herstellung der metallischen Schicht entsprechendhöher gewählt wird.
    [0012] Vorzugsweiseerfolgt die Herstellung der vergrabenen Schicht in einer p-dotiertenHalbleiterzone unter Verwendung eines den Halbleiterkörper p-dotierendenMetalls bzw. Metallgemisches, und die Herstellung der vergrabenenSchicht in einer n-dotierten Halbleiterzone erfolgt vorzugsweiseunter Verwendung eines den Halbleiterkörper n-dotierenden Metallsbzw. Metallgemisches. Aufgrund der durch das migrierende Metallhinzugefügtenzusätzlichen Dotierungkann die Grunddotierung der Halbleiterzone, in der die vergrabeneSchicht erzeugt wird, gegebenenfalls niedriger gewählt werden.
    [0013] DieVerwendung eines Thermomigrationsverfahrens, also eines Verfahrens,bei dem Metallatome unter Einfluss eines Temperaturgradienten durcheinen Halbleiterkörperhindurch migrieren, ist grundsätzlichbekannt, um p-Isolationsbereiche in einem Halbleiterkörper zuerzeugen. Ein solches Thermomigrationsverfahren ist beispielsweisein Morillion, B. et al.: "PowerDevice Insulation by Al Thermomigration", ISPS'02 – 6thInternational Seminar on Power Semiconductors, Prague, 4. bis 6.September 2002, Seiten 145 bis 149, beschrieben.
    [0014] Diemittels des erfindungsgemäßen Verfahrensin dem Halbleiterkörpererzeugte metallische Schicht kann an beliebigen Positionen in demHalbleiterkörperund damit im Bereich beliebiger Zonen von in dem Halbleiterkörper integriertenBauelementen erzeugt werden. Die metallische Schicht kann somitje nach Position in dem Halbleiterkörper unterschiedlichen Zweckendienen.
    [0015] Sobesteht die Möglichkeit,die metallische Schicht als Rekombinationszone in einer Body-Zone einesMOSFET zu erzeugen. Hierzu wird die metallische Schicht auf eineder Seiten abschnittsweise in einem Bereich aufgebracht, der oberhalbeiner Body-Zone des in dem Halbleiterkörper integrierten MOSFET liegt.Anschließendwird das Metall der aufgebrachten Metallschicht unter Einwirkungeines ausgehend von der einen Seite eingestellten positiven Temperaturgradientenin den Halbleiterkörperbis an die gewünschtePosition eingebracht.
    [0016] Dievergrabene metallische Schicht kann auch für die Herstellung einer niederohmigenAnschlusselektrode eines vertikalen Halbleiterbauelements verwendetwerden. Bei solchen vertikalen Leistungsbauelementen befinden sichLastanschlüssedes Bauelements auf gegenüberliegendenSeiten eines Halbleiterkörpersbzw. Halbleiterchips, in dem das Bauelement integriert ist. Grundlagefür dieHerstellung solcher Halbleiterbauelemente bildet üblicherweiseein hochdotiertes Halbleitersubstrat, auf welches eine schwächer dotierteHalbleiterschicht, beispielsweise mittels eines Epitaxieverfahrens,aufgebracht wird. In dieser schwächerdotierten Schicht sind dabei aktive Bauelementzonen, beispielsweise einZellenfeld eines Leistungstransistors, realisiert. Maßgeblichfür dieelektrischen Eigenschaften solcher Leistungsbauelemente sind insbesonderedie Dotierung und die Abmessung in vertikaler Richtung der auf dasHalbleitersubstrat aufgebrachten schwächer dotierten Halbleiterschicht.Das Halbleitersubstrat dient dabei im Wesentlichen zur niederohmigen Kontaktierungdieser schwächerdotierten Halbleiterschicht ausgehend von einer der Seiten des Halbleiterkörpers, wobeiaus Stabilitätsgründen dasHalbleitersubstrat eine bestimmte Dicke nicht unterschreiten darf,um eine Handhabbarkeit des Bauelements während des Herstellungsprozesseszu gewährleisten.
    [0017] ZurReduzierung des durch das Halbleitersubstrat hervorgerufenen Widerstandsanteilam Gesamtwiderstand des Bauelements ist bei einer Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen,eine metallische Schicht in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen,und diese metallische Schicht überelektrisch leitende, vorzugsweise metallische, Anschlussverbindungenmit einer auf die Oberflächedes Substrats aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht zu verbinden.
    [0018] DieGeschwindigkeit, mit der das Metall während des Herstellungsverfahrensder metallischen Schicht in vertikaler Richtung in dem Halbleiterkörper migriert,ist von der Temperatur und dem eingestellten positiven Temperaturgradientenabhän gig.Die Distanz, die das Metall in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zurücklegt istentsprechend abhängigvon der Dauer, fürwelche der Temperaturgradient anliegt. Zur Einstellung dieses Temperaturgradienten bestehtbeispielsweise die Möglichkeit,die beiden Seiten des Halbleiterkörpers mittels eines RTA-Verfahrens(RTA = Rapid Thermal Annealing) auf unterschiedliche Temperaturenaufzuheizen, wobei die Temperatur im Bereich der Seite, auf welchedie Metallschicht aufgebracht ist, oberhalb der eutektischen Temperaturdes Metall-Halbleiter-Systems liegt und die Temperatur auf der anderenSeite höherals diese Temperatur ist. Der Temperaturunterschied liegt beispielsweisezwischen 2K und 10K.
    [0019] Weiterhinbesteht die Möglichkeit,eine Thermomigration dadurch zu erreichen, dass eine oberhalb dereutektischen Temperatur liegende Temperatur im Bereich der Metallschichtseiteund eine höhere Temperaturmit einem Temperaturmaximum im Inneren des Halbleiterkörpers erzeugtwird, wodurch das Metall an den Ort dieses Temperaturmaximums in demHalbleiterkörpermigriert.
    [0020] DerartigeTemperaturverhältnissekönnen beispielsweisedurch Bestrahlung des Halbleiterkörpers mit Teilchen, insbesonderemit Protonen, erreicht werden. Es ist bekannt, dass die Bestrahlung einesHalbleiterkörpersmit Teilchen zu einer Erwärmungdes Halbleiterkörpersführt,wobei das Temperaturmaximum dabei im sogenannten End-Of-Range-Bereichder Teilchenbestrahlung liegt. Die Position dieses End-Of-Range-Bereichs, und damitdie Position des Temperaturmaximums, kann über die Bestrahlungsenergieder Teilchen eingestellt werden.
    [0021] DieTeilchenbestrahlung kann dabei sowohl zur Einstellung der Temperaturim Bereich der Metallschicht, die höher als die eutektische Temperaturliegen muss, als auch zur Einstellung der Temperatur im Innerendes Halbleiterkörpersdienen. Die Bestrahlung erfolgt in diesem Fall vorzugsweise über dieSeite, auf der die Metallschicht aufgebracht ist.
    [0022] Alternativbesteht die Möglichkeit,die Temperatur der Halbleiterscheibe zusätzlich anzuheben, beispielsweisedurch eine zusätzlicheBeheizung der Probenhalterung währendder Bestrahlung, und die Teilchenbestrahlung im wesentlichen zurEinstellung des Temperaturmaximums im Inneren des Halbleiterkörpers zuverwenden.
    [0023] Vorzugsweiseerfolgt die Herstellung der metallischen Schicht in dem Halbleiterkörper unterVerwendung zweier aufeinanderfolgender Migrationsschritte, wobeiin einem ersten Migrationsschritt der Temperaturgradient durch Einstellenunterschiedlicher Temperaturen im Bereich der beiden Seiten des Halbleiterkörpers erfolgt,um eine Grobpositionierung der metallischen Schicht in dem Halbleiterkörper vorzunehmen.Anschließendwird in einem zweitem Migrationsschritt durch Teilchenbestrahlungein Temperaturmaximum im Inneren des Halbleiterkörpers erzeugt, um über diePosition dieses Temperaturmaximums die Endposition der metallischenSchicht festzulegen.
    [0024] Soferndie vergrabene metallische Schicht zur Senkung des Anschlusswiderstandeseines Halbleitersubstrats verwendet wird, besteht die Möglichkeit,zusätzlichzu dieser vergrabenen metallischen Schicht eine Metall-Halbleiter-Legierungsschichtzu erzeugen. Zur Herstellung einer solchen Halbleiter-Metall-Legierungsschichtwird nach dem Herstellen der metallischen vergrabenen Schicht eineweitere Metallschicht auf eine der Seiten des Halbleiterkörpers, über welchedie Kontaktierung der vergrabenen Metallschicht erfolgen soll, aufgebracht.Anschließendwird der Halbleiterkörperauf eine Temperatur aufgeheizt, bei welcher das Metall aufschmilztund sich mit dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers zueiner Metall-Halbleiter-Legierungverbindet. Bei Verwendung von Aluminium als Metall und Silizium alsHalbleitermaterial liegt diese Temperatur etwa im Bereich von 700°C. Bei derartigenTemperaturen sind Eindringtiefen des Aluminium-Eutektiums von ca.40 μm möglich, umso eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht dieser Dicke zu erzeugen.
    [0025] Vorzugsweiseerfolgt die Erzeugung der Metall-Halbleiter-Legierungsschicht derart, dass diese bisan die vergrabene metallische Schicht heranreicht, um diese Metallschichtunmittelbar zu kontaktieren, oder zumindest nahe an diese vergrabene Metallschichtheranreicht, um den Widerstand zwischen der Legierungsschicht undder vergrabenen Schicht möglichstgering zu halten. Alternativ besteht die Möglichkeit, zwischen der Metall-Halbleiter-Legierungsschichtund der vergrabenen metallischen Schicht in vertikaler Richtungverlaufende Anschlussverbindungen herzustellen.
    [0026] BeidünnenHalbleitersubstraten kann bereits die Herstellung einer Metall-Halbleiter-Legierungsschichtzu einer erheblichen Reduzierung des Substratwiderstandes beitragen,so dass gegebenenfalls auf die Herstellung der vergrabenen metallischenSchicht verzichtet werden kann. Ein Verfahren zum Herstellen einerniederohmigen Anschlusselektrode für ein Halbleiterbauelement,das das Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer ersten undzweiten Seite, das Aufbringen einer Metallschicht auf eine der Seiten,sowie das Aufheizen des Halbleiterkörpers auf eine Temperatur,bei der das Metall der Metallschicht mit dem Halbleitermaterialdes Halbleiterkörpersim Bereich der einen Seite eine Metall-Halbleiter-Legierungsschichtbildet, ist Gegenstand des Patentanspruchs 33.
    [0027] Dievorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand vonFiguren näher erläutert.
    [0028] 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellungeiner niederohmigen, eine vergrabene Halbleiterschicht umfassendenAnschlusselektrode eines Halbleiterbauelements während unterschiedlicher Verfahrensschrittedes Herstellungsverfahrens.
    [0029] 2 veranschaulicht Verfahrensschritte zur Herstellungeiner vergrabenen metallischen Schicht bei Einstellung eines Temperaturgradientenin einem Halbleiterkörpermittels Teilchenbestrahlung.
    [0030] 3 zeigtein als MOSFET ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement miteiner niederohmigen, eine vergrabene Halbleiterschicht umfassendenAnschlusselektrode.
    [0031] 4 zeigtein als Diode ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement miteiner niederohmigen, eine vergrabene Halbleiterschicht umfassenden Anschlusselektrode.
    [0032] 5 veranschaulicht ein zweites Verfahren zurHerstellung einer niederohmigen Anschlusselektrode für ein Halbleiterbauelement.
    [0033] 6 zeigtein als MOSFET ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement miteiner gemäß den zweitenVerfahren hergestellten niederohmigen Anschlusselektrode.
    [0034] 7 zeigtein als MOSFET ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement miteiner Anschlusselektrode, die eine vergrabene Halbleiterschichtund eine Metall-Halbleiter-Legierungsschichtumfasst.
    [0035] 8 veranschaulicht Verfahrensschritte zur Herstellungeiner als Rekombinationszone eines MOSFET dienenden vergrabenenHalbleiterschicht.
    [0036] 9 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ein mehrere Bauelementbereiche umfassendes Halbleiterbauelement miteiner vergrabenen Halbleiterschicht zur Unterdrückung von Querströmen.
    [0037] 10 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper miteiner vergrabenen metallischen Schicht und mit einer auf einen Randdes Halbleiterkörpersaufgebrachten, die metallische Schicht kontaktierenden Anschlussverbindung.
    [0038] Inden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichengleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
    [0039] EinVerfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrodeeines Halbleiterbauelements, die eine vergrabene metallische Schicht umfasst,wird nachfolgend anhand von 1 erläutert.
    [0040] Ausgangspunktdes Verfahrens bildet die Bereitstellung eines Halbleiterkörpers 100,der in dem Ausführungsbeispieleine erste und zweite Halbleiterschicht 11, 12 umfasst,von denen die ersten Halbleiterschicht 11 eine erste Seite 101 desHalbleiterkörpers 100 bildet,die nachfolgend als Rückseite bezeichnetist, und die zweite Halbleiterschicht 12 eine zweite Seite 102 desHalbleiterkörpers 100 bildet,die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet ist. Die erste Halbleiterschicht 11 istbeispielsweise ein hochdotiertes Halbleitersubstrat, das je nachAnwendungszweck n-dotiert oder p-dotiertist. Die zweite Halbleiterschicht 12 ist beispielsweisemittels eines Epitaxieverfahrens auf das Halbleitersubstrat 11 aufgebrachtund schwächerals das Halbleitersubstrat 11 dotiert. Je nach gewünschterFunktion des zu realisierenden Bauelements ist die zweite Halbleiterschicht 12 vomselben Leitungstyp wie die erste Halbleiterschicht 11 oderkomplementärzu dieser dotiert.
    [0041] Für die Herstellungeiner vergrabenen metallischen Schicht in dem Halbleiterkörper 100 siehtdas Verfahren vor, eine Me tallschicht 50 auf eine der Seite,in dem Beispiel auf die Rückseite 101,des Halbleiterkörpers 100 aufzubringenund ausgehend von dieser Seite 101 einen positiven Temperaturgradienteneinzustellen. Die Metallschicht ist beispielsweise eine Aluminiumschichtoder umfasst beispielsweise ein Gemisch aus Zinn und Arsen oderZinn und Antimon. Das Einstellen eines positiven Temperaturgradientenbedeutet das Einstellen eines Temperaturverlaufes mit einer ausgehendvon der Rückseite 101 invertikaler Richtung in dem Halbleiterkörper 100 ansteigendenTemperatur. Diese vertikale Richtung ist in 1a alsx-Richtung bezeichnet. Die Temperatur im Bereich der Rückseite 101 istso gewählt,dass sie oberhalb der eutektischen Temperatur des Metalls liegt.Diese Temperatur beträgtfür Aluminiumetwa 577°C.
    [0042] 1b verschaulichtschematisch den Temperaturverlauf in dem Halbleiterkörper ausgehend vonder Rückseite 101 inx-Richtung bis zuder Vorderseite 102. Die Temperatur im Bereich der Rückseite 101 beträgt T1 undliegt oberhalb der eutektischen Temperatur des für die Metallschicht 50 verwendetenMetalls. Die Temperatur im Bereich der Vorderseite 102 beträgt T2 undist höherals die Temperatur T1 im Bereich der Rückseite. Die Temperaturdifferenzzwischen der Temperatur T1 im Bereich der Rückseite 101 und derTemperatur T2 im Bereich der Vorderseite 102 zur Einstellungdes positiven Temperaturgradienten beträgt beispielsweise zwischen2K und 10K.
    [0043] DieEinstellung der Temperaturen T1, T2 im Bereich der Rück- und Vorderseite 101, 102 erfolgt beispielsweisemittels RTA-Verfahren.
    [0044] InFolge der im Bereich der Rückseite 101 oberhalbder eutektischen Temperatur des Metall-Halbleiter-Systems liegendenTemperatur T1 und in Folge des positiven Temperaturgradienten migriert dasMetall der Metallschicht 50 in vertikaler Richtung in denHalbleiterkörper 100 hinein.Der Migrationsprozess stoppt, wenn die Temperatur in dem Bereich, indem sich das Metall währenddes Migrationsprozesses befindet, auf eine Temperatur unterhalbder Eutektikumstemperatur abgesenkt wird, was sicher dann der Fallist, wenn die Temperatur an beiden Seiten des Halbleiterkörpers 100 unterdiese Eutektikumstemperatur abgesenkt wird, bzw. wenn die Beheizungdes Halbleiterkörperseingestellt wird. Das zunächstflüssige,in den Halbleiterkörper 100 hinein migrierteMetall kondensiert dann, um eine vergrabene metallische Schicht 51 indem Halbleiterkörper 100 zubilden, was im Ergebnis in 1c dargestellt ist.
    [0045] DieGeschwindigkeit, mit welcher das Metall in den Halbleiterkörper 100 hineinmigriert, ist abhängigvon dem Temperaturgradienten, also abhängig von der Temperaturdifferenzzwischen den im Bereich der Vorder- und der Rückseite eingestellten TemperaturenT2, T1. Die Position der metallischen Schicht 51 in demHalbleiterkörper,also der Abstand zwischen der Rückseite 102 undder metallischen Schicht 51 lässt sich somit über denTemperaturgradienten und die Dauer des anliegenden Temperaturgradienteneinstellen. Ebenso kann die Migration über die Höhe des Mittelwertes (T1+T2)/2der eingestellten Temperaturen T1, T2 beeinflusst werden. Dabeigilt, dass die Migrationsgeschwindigkeit mit steigender mittlererTemperatur zunimmt.
    [0046] Diemetallische Schicht 51 enthält ein Gemisch aus Halbleitermaterialund überwiegendMetall, also beispielsweise aus Silizium und Aluminium, oder Siliziumund Zinn mit Anteilen von Arsen oder Silizium und Zinn mit Anteilenvon Antimon, das metallische Eigenschaften aufweist und das dahersowohl eine sehr gute Leitfähigkeitals auch eine sehr starke Rekombinationswirkung besitzt.
    [0047] DerHalbleiterbereich zwischen der Rückseite 101 unddieser metallischen Schicht 51 erhält – in dem dargestellten Beispieleiner aus Aluminium bestehenden Schicht 50 – durchdie Migration der Aluminiumatome eine p-Dotierung, die der Fest körperlöslichkeitvon Aluminium von etwa 1019 Atomen pro cm3 entspricht. Besitzt das Halbleitersubstrateine n-Dotierung mit einer Dotierungskonzentration von größer als3·1019 Atomen pro cm3,so bleibt diese n-Dotierung auch nach der Migration der Aluminiumatomeerhalten, wobei die Konzentration freier Ladungsträger reduziertwird. Besitzt das Halbleitersubstrat eine p-Dotierung, so wird durchdie Migration der Aluminiumatome diese p-Dotierung verstärkt.
    [0048] Wird,in nicht näherdargestellter Weise, eine den Halbleiterkörper n-dotierende Metallschichtverwendet, so erhältder Halbleiterkörperin dem Bereich, durch den die Metallatome migrieren, eine zusätzlichen-Dotierung, die entweder eine bereits vorhandene n-Dotierung verstärkt odereine bereits vorhandene p-Dotierung teilweise kompensiert, d.h.abschwächt.
    [0049] DasVerfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrodeumfasst weiterhin das Herstellen von elektrisch leitenden, vorzugsweise metallischenAnschlussverbindungen 52, die in vertikaler Richtung vonder Rückseite 101 bisan die vergrabene metallische Schicht 51 reichen. DieseAnschlussverbindungen 52 können beispielsweise hergestelltwerden, indem ausgehend von der Rückseite 101 Gräben in denHalbleiterkörper 100 geätzt oder gesägt werdenund indem diese Gräbenanschließendmit einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise einem Metall,aufgefülltwerden.
    [0050] Andas Herstellen dieser metallischen Anschlussverbindungen 52 schließt sichdas Aufbringen einer Kontaktschicht 53, vorzugsweise einerMetallschicht, auf die Rückseite 101 an.Dabei ist es auch möglich,dass die Herstellung der Anschlussverbindungen 52 nachErzeugung der Gräbenund die Herstellung der Kontaktschicht 53 in einem Verfahrensschritterfolgt. Hierzu wird nach Herstellung der Gräben ein elektrisch leitendesMaterial abgeschieden, das zumindest die Halbleiteroberflächen inden Gräbenbedeckt und das im Bereich der Rückseite 101 dieHalbleiteroberflächezwischen den Gräbenbedeckt.
    [0051] Ergebnisdieses Herstellungsverfahrens ist eine niederohmige Anschlusselektrode,die die vergrabene metallische Schicht 51, die in vertikaler Richtungverlaufenden Anschlussverbindungen 52 sowie die Kontaktschicht 53 umfasst.Der Widerstand dieser Anschlusselektrode ist bestimmt durch den OhmschenWiderstand der vergrabenen Schicht, der Anschlussverbindungen 52 undder Kontaktschicht 53. Sofern dieser Widerstand wesentlichgeringer ist als der Widerstand des Halbleitersubstrats 11,trägt daszwischen der vergrabenen Halbleiterschicht 51 und der Kontaktschicht 53 angeordneteHalbleitermaterial des Halbleitersubstrats 11 nur unwesentlich zumWiderstand dieser Anschlusselektrode bei. Wirksam für den Widerstanddieser Anschlusselektrode, die zum Kontaktieren der schwächer dotierten Halbleiterschicht 12 über dieRückseite 101 des Halbleiterkörpers dient,ist lediglich der zwischen dieser schwächer dotierten Halbleiterschicht 12 undder vergrabenen Halbleiterschicht 51 angeordnete Abschnittdes Halbleitersubstrats 11. Durch geeignete Einstellungdes Thermomigrationsverfahrens im Rahmen der Herstellung der vergrabenenHalbleiterschicht 51 kann die Abmessung dieser verbleibendenSubstratschicht 11 zwischen der vergrabenen Schicht 51 undder zweiten Halbleiterschicht 12 jedoch minimiert werden.
    [0052] Anstelleder oder auch zusätzlichzu den in 1 dargestellten Anschlussverbindungen 52 in Gräben, können bezugnehmendauf 10 auch Anschlussverbindungen 56 an Seitenrändern 104 desHalbleiterkörpers 100 vorgesehenwerden, um die vergrabene Metallschicht 51 an eine rückseitige Kontaktschicht 53 anzuschließen. 10 zeigtden Halbleiterkörperausschnittsweise im Bereich eines solchen, den Halbleiterkörper 100 inlateraler Richtung begrenzenden Randes 104. Die vergrabene Metallschicht 51 unddie Kontaktschicht 53 sind hierbei so ausgebildet, dasssie in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers bis an diesen Rand 104 reichen. Aufden Rand 104 ist die Verbindungsschicht 56 aufgebracht,die beispielsweise eine Metallschicht ist und die in vertikalerRichtung wenigstens von der Kontaktschicht 53 an der Rückseite 101 bisauf Höhe dervergrabenen Metallschicht 51 reicht.
    [0053] DieVerbindungsschicht 56 kann in nicht näher dargestellter Richtungumlaufend überden gesamten Rand 104 angeordnet sein, wobei sich die vergrabeneMetallschicht 51 und die Kontaktschicht 53 indiesem Fall in allen lateralen Richtungen bis an den Rand 104 erstrecken.
    [0054] EinVerfahren zur exakten Justierung der Position der vergrabenen Metallschicht 51 indem Halbleiterkörperwird nachfolgend anhand von 2 erläutert.
    [0055] DasVerfahren geht aus von einer bereits erfolgten Grobpositionierungeiner metallischen Schicht 51' in dem Halbleiterkörper 100.Diese Grobpositionierung erfolgt beispielsweise anhand des in den 1a bis 1c erläutertenVerfahrens, bei dem ein Temperaturgradient eingestellt wird, indem anden gegenüberliegendenVorder- und Rückseiten 102, 101 desHalbleiterkörpersunterschiedliche Temperaturen eingestellt werden. Zur "Feinpositionierung" der in 2b dargestelltenmetallischen Schicht 51 ist bezugnehmend auf 2a vorgesehen,den Halbleiterkörper 100 ausgehendvon einer der Seiten, im vorliegenden Fall ausgehend von der Rückseite 101,mit hochenergetischen Teilchen, beispielsweise Protonen, zu bestrahlen.Diese Teilchen bewirken eine lokale Erwärmung des Halbleiterkörpers 100,wobei das Temperaturmaximum dieser lokalen Erwärmung in einem Bereich 60 liegt,der den sogenannten End-Of-Range-Bereich der Teilchenbestrahlungdarstellt. Um eine Migration der metallischen Schicht 51' von der zunächst eingestelltenPosition an die Position dieses Temperaturmaximums 60 zuerreichen, muss ein Temperaturgradient eingestellt werden, der ausgehendvon der Grobposition der metallischen Schicht 51' in Richtungdes Temperaturmaximums positiv verläuft, wobei das Temperaturniveauinsgesamt oberhalb der Eutektikumstemperatur des verwendeten Metallsliegen muss. Die Teilchenbestrahlung bewirkt eine Erwärmung des Halbleiterkörpers 100 indem durchstrahlten Bereich. Die Bestrahlung erfolgt dabei derart,dass die Temperatur im Bereich 51' oberhalb der Eutektikumstemperaturund dass das Temperaturmaximum im Bereich 60 oberhalb dieserTemperatur des Bereiches 51' liegt.
    [0056] 3 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ein als MOSFET ausgebildetes vertikalesLeistungsbauelement mit einer gemäß dem zuvor erläuterten Verfahrenhergestellten niederohmigen Anschlusselektrode. Das Bauelement umfasstein in der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordnetes Zellenfeldmit komplementärzu der Halbleiterschicht 12 dotierten Body-Zonen 20,in denen wiederum komplementär zuden Body-Zonen 20 dotierte Source-Zonen 30 ausgebildet sind.Die Source-Zonen 30 sind durch eine gemeinsame, lediglichschematisch dargestellte Source-AnschlusselektrodeS kontaktiert und vorzugsweise jeweils mit den Body-Zonen 20 kurzgeschlossen.Zur Ansteuerung des Bauelements dient eine Gate-Elektrode 40,die durch eine Isolationsschicht 41 gegenüber denBody-Zonen 20 und Source-Zonen 30 isoliert istund die derart angeordnet ist, dass sich bei Anliegen eines geeignetenAnsteuerpotentials 40 ein leitender Kanal in den Body-Zonen 20 jeweilszwischen den Source-Zonen 30 und den eine Grunddotierungaufweisenden Zonen der Halbleiterschicht 12 ausbilden kann.Die die Grunddotierung der Halbleiterschicht 12 aufweisendenBereiche bilden die Driftzone des MOSFET. Die Drain-Zone des MOSFETwird durch den Abschnitt 11A der ersten Halbleiterschichtbzw. des Halbleitersubstrats 11 gebildet, der zwischender zweiten Halbleiterschicht 12 und der vergrabenen metallischenSchicht 51 liegt. Die vergrabene metallische Schicht 51,die Anschlussverbindungen 52 sowie die auf die Rückseite 101 aufgebrachteKontaktschicht 53 bilden die Drain-Elektrode D des MOSFET.
    [0057] Dieelektrischen Eigenschaften dieses MOSFET, insbesondere dessen Einschaltwiderstandund dessen Spannungsfestigkeit, sind wesentlich bestimmt durch dieDotierungskonzentration der Driftzone 12 sowie die Abmessungender Driftzone 12 in vertikaler Richtung zwischen den Body-Zonen 20 undder Drain-Zone 11A.Der zwischen der vergrabenen metallischen Schicht 51 undder Rückseite 101 liegendeBereich 11B der ersten Halbleiterschicht bzw. des Halbleitersubstratsträgt nurunwesentlich zum Einschaltwiderstand dieses Bauelements bei, dadieser Abschnitt durch die Anschlussverbindungen 52 weitgehendkurzgeschlossen ist. Der minimale Abstand zwischen der vergrabenenmetallischen Schicht 51 und der Driftzone sollte so gewählt sein, dassbei Anlegen der maximalen Sperrspannung an das Bauelement eine sichin der Driftzone 12 ausbreitende Raumladungszone sichernicht bis an die metallische Schicht reicht. Dieser Abstand istsomit von der maximal währenddes Betriebs des Bauelements anliegenden Sperrspannung, der Dickeund der Dotierungskonzentration der Driftzone 12 abhängig.
    [0058] Diegemachten Ausführungengelten entsprechend fürein als IGBT realisiertes Bauelement, das sich im Wesentlichen voneinem MOSFET dadurch unterscheidet, dass die erste Halbleiterschicht 11 komplementär zu derzweiten Halbleiterschicht 12 dotiert ist. Bei einem IGBTbildet die zweite Halbleiterschicht 12 dessen n-Basis bzw.dessen n-Driftzone, die erste Halbleiterschicht 11, denp-Emitter bzw. Kollektor, die in die zweite Halbleiterschicht 12 eingebrachtenp-dotierten Zonen 20 dessen p-Basis bzw. p-Body-Zonen,und die in die p-Basis 20 eingebrachten,zu dieser komplementärdotierten Halbleiterzonen 30 dessen n-Emitter bzw. Source-Zonen.
    [0059] 4 zeigtein als vertikale Leistungsdiode ausgebildetes Halbleiterbauelementmit einer erfindungsgemäß hergestelltenniederohmigen Anschlusselektrode. Die niederohmige Anschlusselektrode mitder vergrabenen metallischen Schicht 51, den Anschlussverbindungen 52 undder Kontaktschicht 53 dient dabei als niederohmiger Kathodenkontakt zumAnschließender Kathodenzone oder n-Emitter-Zone 11A, die zwischender vergrabenen metallischen Schicht 51 und der zweitenHalbleiter schicht 12 angeordnet und durch einen Abschnittder ersten Halbleiterschicht 11 gebildet ist. Im Bereichder Vorderseite 102 des Halbleiterkörpers 100 ist in diezweite Halbleiterschicht 12, die in dem Beispiel schwach n-dotiertist, eine p-dotierte Halbleiterschicht 21 eingebracht,die die Anodenzone bzw. den p-Emitter des Bauelements 21 bildet.Der zwischen diesem p-Emitter 21 und dem n-Emitter 11a angeordneteAbschnitt der zweiten Halbleiterschicht 12, der die Grunddotierungdieser Halbleiterschicht aufweist, bildet die n-Basis der Diode.
    [0060] Einweiteres Verfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrodeeines vertikalen Halbleiterbauelements wird nachfolgend anhand von 5 erläutert.Ausgangspunkt des Verfahrens bildet ein Halbleiterkörper miteiner Rückseite 101 und einerVorderseite 102, der in dem Beispiel erste und zweite Halbleiterzonen 11, 12 aufweist.Das Verfahren sieht vor, eine Metallschicht 80 auf eineder Seiten, in dem Beispiel die Rückseite 102, des Halbleiterkörpers 100 aufzubringenund anschließendim Bereich der Metallschichtseite 101 eine Temperatur einzustellen,die so hoch ist, dass die Metallschicht 80 aufschmilztund mit dem sich daran anschließendenHalbleitermaterial des Halbleiterkörpers eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 bildet,die nach dem Abkühlendes Halbleiterkörpersaushärtet. Ergebnisdieses Verfahrens ist ein Halbleiterkörper 100 mit einerim Bereich einer der Seiten vorhandenen niederohmigen Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81.Die Dicke der Metallschicht 80 kann beispielsweise zwischen20 μm und50 μm betragen. DieMetallschicht ist beispielsweise eine Aluminiumschicht oder umfasstbeispielsweise ein Gemisch aus Zinn und Arsen oder Zinn und Antimon.
    [0061] 6 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ein als Leistungs-MOSFET ausgebildetesHalbleiterbauelement mit einer solchen eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 aufweisendenniederohmigen Anschlusselektrode. Die Legierungs schicht 81 istsehr niederohmig, so dass zum Einschaltwiderstand dieses Bauelementsim Wesentlichen der verbleibende Abschnitt der ersten Halbleiterschicht 11 zwischender zweiten Halbleiterschicht 12 und der Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 beiträgt. Vorzugsweisewird auf diese Legierungsschicht 81 eine niederohmige Metallschicht 90 aufgebracht,die in 6 gestrichelt dargestellt ist.
    [0062] Die übrigen Bauelementstrukturendes in 6 dargestellten MOSFET entsprechen den Bauelementstrukturendes bereits anhand von 4 erläuterten MOSFET, so dass zurVermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Beschreibung dieser Bauelementstrukturenverzichtet wird. Selbstverständlichkann diese Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 zur Kontaktierungbeliebiger vertikaler Halbleiterbauelemente, insbesondere zur Kontaktierungeiner bereits zuvor erläutertenvertikalen Diode oder eines IGBT verwendet werden.
    [0063] 7 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ein als MOSFET ausgebildetes vertikalesLeistungsbauelement mit einem in der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordnetenTransistorzellenfeld. Dieses Transistorzellenfeld entspricht demZellenfeld der bereits zuvor anhand der 3 und 6 erläuterten Bauelemente,so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Beschreibungverzichtet wird.
    [0064] DasBauelement gemäß 7 umfasstim Bereich der ersten Halbleiterschicht bzw. im Bereich des Halbleitersubstrats 11 eineniederohmige Anschlusselektrode, die durch eine vergrabene Halbleiterschicht 51,eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 sowieAnschlussverbindungen 52 zwischen der vergrabenen Halbleiterschicht 51 undder Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 gebildetist.
    [0065] Innicht näherdargestellter Weise besteht dabei auch die Möglichkeit, die Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 soherzustellen, dass diese in vertikaler Richtung bis an die vergrabenemetallische Schicht 51 reicht oder zumindest sehr nahean diese metallische Schicht 51 heranreicht. Auf die Anschlussverbindungen 52 kanndann auch verzichtet werden.
    [0066] Essei darauf hingewiesen, dass die Herstellung der vergrabenen Zone 51 beiden anhand der 3, 6 und 7 erläutertenBauelementen sowohl vor als auch nach der Herstellung der in der zweitenHalbleiterschicht 12 angeordneten aktiven Bauelementbereiche 20, 30 erfolgenkann. Abhängig davon,aus welchem Material die Gate-Elektrode 40 besteht, kanndie vergrabenen Zone 51 vor oder nach Herstellung dieserGate-Elektrode 40 hergestellt werden. Insbesondere dann,wenn die Gate-Elektrode 40 auseinem hochtemperaturfesten Material, wie beispielsweise Polysiliziumbesteht, ist eine Herstellung der Gate-Elektrode 40 auchbereits vor Herstellung der vergrabenen Zone 51 möglich.
    [0067] Gegebenenfallskann die vergrabenen Zone 51 sogar noch vor dem Herstellender zweiten Halbleiterschicht 12 in der ersten Halbleiterschicht 11 erzeugtwerden.
    [0068] EinVerfahren zur Herstellung eines MOSFET mit einer Rekombinationszone 55 wirdnachfolgend anhand von 8 erläutert.
    [0069] DenAusgangspunkt des Verfahrens bildet die Bereitstellung eines Halbleiterkörpers 100 miteiner ersten Halbleiterschicht 11 im Bereich einer Rückseite 101 desHalbleiterkörpers 100 undeiner zweiten Halbleiterschicht 12 im Bereich einer Vorderseite 102 desHalbleiterkörpers 100.Die erste Halbleiterschicht 11 ist dabei vom selben Leitungstypwie die zweite Halbleiterschicht 12, jedoch stärker alsdie zweite Halbleiterschicht 12 dotiert. Die erste Halbleiterschicht 11 bildetdie spätereDrain-Zone des Bauelements, währenddie zweite Halbleiterschicht 12 die spätere Driftzone des Bauelementsbildet. In die zweite Halbleiterschicht 12 sind komplementär zu dieserHalbleiterschicht 12 dotierte Body-Zonen 20 eingebracht.Das Herstellen dieser Body-Zonen 20 erfolgt bei spielsweisemittels eines maskierten Implantations- oder Diffusionsverfahrens.
    [0070] Aufdie Vorderseite 102 werden abschnittsweise metallischeSchichten 54 oberhalb der Body-Zonen 20 angeordnet.Die abschnittsweise Erzeugung dieser metallischen Schichten 54 erfolgtin nicht näherdargestellter Weise beispielsweise durch eine maskierte Metallabscheidungauf die Vorderseite 102.
    [0071] Anschließend wirdausgehend von der Vorderseite 102 ein positiver Temperaturgradienteingestellt, wobei die Temperatur im Bereich der Vorderseite 102 oberhalbder Eutektikumstemperatur des Metalls liegt, so dass das Metallin vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 102 indie Body-Zonen 20 migriert. Die Dauer dieses Migrationsprozesseswird dabei so eingestellt, dass bezugnehmend auf 2b metallischeRekombinationszonen 55 beabstandet zu der Vorderseite 102 inden Body-Zonen 20 gebildet werden. Die Abmessungen derauf die Vorderseite 102 aufgebrachten metallischen Schichten 54 sinddabei so gewählt,dass die Rekombinationszonen 55 vorzugsweise vollständig vonden Body-Zonen 20 umgeben sind.
    [0072] Andiese Herstellung der Rekombinationszonen 55 schließen sichweitere üblicheVerfahrensschritte zur Herstellung von Source-Zonen 31 inden Body-Zonen 20, sowie zur Herstellung einer gegenüber demHalbleiterkörper 100 isoliertenGate-Elektrode 40 an.Das Ergebnis dieser weiteren Verfahrensschritte ist in 8c dargestellt.
    [0073] Diein den Body-Zonen 20 angeordneten Rekombinationszonen dienenzur Reduzierung der Stromverstärkungeines durch die Source-Zonen 31, die Body-Zonen 20 unddie Drift-Zone 12 bzw. die Drain-Zone 11 gebildetenparasitärennpn-Bipolartransistors. Dieser parasitäre Bipolartransistor würde beiherkömmlichenMOSFET die Spannungsfestigkeit der Bauelemente erheblich reduzieren,so dass zur Vermeidung dieses parasitären Bipolartransistors üblicherweiseSource- und Body-Zonen kurz geschlossen werden. Auf einen solchenKurzschluss kann bei dem Bauelement gemäß 8c, beidem die Stromverstärkungdieses parasitärenBipolartransistors aufgrund der Rekombinationszone 55 erheblichreduziert ist, bei Bedarf verzichtet werden, wodurch ein sowohlin Drain-Source-Richtung als auch in Source-Drain-Richtung sperrendesBauelement erhalten wird.
    [0074] Einesolche vergrabene Rekombinationszone 55 kann selbstverständlich auchbei IGBT Anwendung finden, wobei die erste Halbleiterschicht 11 in diesemFall p-dotiert ist, was als Alternative in 8 ebenfallsdargestellt ist. Diese Rekombinationszone dient bei einem IGBT dazu,das sogenannte "Latchen", also ein unerwünschtesEinschalten des durch die Source-Zonen 31, die Body-Zonen 20,die Driftzone 12 und die Drain-Zone 11 gebildetenparasitären Thyristors,zu vermeiden. Die Position der Rekombinationszone 55 wirdso gewählt,dass sie von Raumladungszonen, die im Sperrbetrieb in der Body-Zone 20 auftreten,nicht erfasst wird.
    [0075] Selbstverständlich kannauch das Bauelement gemäß 8 in nicht näher dargestellter Weise mittelseiner zuvor erläutertenniederohmigen Anschlusselektrode über seine Rückseite kontaktiert werden.
    [0076] Dasanhand der 1a bis 1c erläuterte Verfahrenzur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einemHalbleiterkörpereignet sich auch zur Herstellung einer Rekombinationszone in einemHalbleiterbauelement mit dem Ziel einer Unterdrückung von Querströmen.
    [0077] 9 zeigtein solches Bauelement, bei dem in einem Halbleiterkörper 200 mittelsdes zuvor erläutertenThermomigrationsverfahrens eine vergrabene metallische Schicht 251 realisiertist. Das Herstellen dieser metallischen Schicht 251 erfolgtbeispielsweise durch Aufbringen einer Metallschicht auf eine Rückseite 201 undanschließendenErzeugen eines positiven Temperaturgradienten in dem Halbeiterkörper 200.Der Halbleiterkörper 200 weistin dem Beispiel eine p-Grunddotierungauf, wobei im Bereich der Vorderseite 201 in diesem Halbleiterkörper beispielhaftunterschiedliche Bauelementbereiche 220, 230 realisiertsind. In einem ersten Bauelementbereich 220 ist in demBeispiel eine Leistungsdiode mit einer p-dotierten Anodenzone 223,einer n-dotierten n-Basis 222 sowieeiner die n-Basis 222 und die Anodenzone 223 umgebendenKathodenzone 221 ausgebildet. Sofern der Halbleiterkörper 200 jeweilsauf dem niedrigsten in der Schaltung vorkommenden Potential liegtund der Kathodenanschluss K der Diode ein höheres Potential aufweist, istdieses Bauelement gegenüberweiteren in dem Halbleiterkörper 200 realisiertenBauelementen überden zwischen der Kathodenzone 221 und der die Kathodenzone 221 umgebendenp-dotierten Halbleiterzone 210 gebildeten pn-Übergangisoliert. Sinkt das Potential der Kathodenzone 221 unterdas Potential der umgebenden Halbleiterzone 210 ab, sokönnenMinoritätsladungsträger in dieseHalbleiterzone 210 injiziert werden und dort zu Querströmen führen.
    [0078] DieRekombinationszone 251 bewirkt hierbei eine wirksame Unterdrückung dieserQuerströmein der Halbleiterzone 210 zu dem weiteren Bauelementbereich 230.In diesem Bauelementbereich 230 ist in dem Beispiel einn-leitender MOSFET mit einer Body-Zone 235, Source- undDrain-Zonen 231, 232, einer Gate-Elektrode 233,einer Gate-Isolationsschicht 234 gebildet, der von einern-dotierten Halbeiterzone 236 umgeben ist. Selbstverständlich istdie erfindungsgemäß hergestellteRekombinationszone in beliebigen Schaltungen mit mehreren Bauelementen zurQuerstromunterdrückungeinsetzbar.
    100 Halbleiterkörper 11 ersteHalbleiterschicht, Halbleitersubstrat 12 zweiteHalbleiterschicht 101 ersteSeite, Rückseite 102 zweiteSeite, Vorderseite 50 Metallschicht 51 metallischeSchicht 52 Anschlussverbindungen 53 Kontaktschicht 54 Metallschicht 55 Rekombinationszone 56 Anschlussverbindung 60 End-Of-Range-Bereicheiner Teilchenbestrahlung 20 Body-Zone 30 Source-Zone 40 Gate-Elektrode 41 Isolationsschicht 11A Drain-Zone 11B Abschnittder ersten Halbleiterschicht bzw. des Halbleitersubstrats 21 Anoden-Zone,p-Emitter 81 Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 90 Anschlussschicht 55 Rekombinationszone 31 Source-Zone 200 Halbleiterkörper 251 Rekombinationszone 201 Rückseite 202 Vorderseite 221 Kathoden-Zone 222 n-Basis-Zone 223 Anoden-Zone 231 Source-Zone 232 Drain-Zone 233 Gate-Elektrode 234 Isolationsschicht 235 Body-Zone 236 n-dotierteHalbleiterzone 210 p-dotierteHalbleiterzone
    权利要求:
    Claims (38)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischenSchicht (51; 55) an einer vorgegebenen vertikalenPosition in einem Halbleiterkörper(100), der eine erste und zweite Seite (101, 102)aufweist, das folgende Verfahrensschritte umfasst: – wenigstensabschnittsweises Aufbringen einer Metallschicht (50; 54)auf eine (101; 102) der ersten und zweiten Seiten(101, 102), – Einstellen eines positivenTemperaturgradienten in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) ausgehendvon der einen Seite (101; 102), wobei die Temperaturim Bereich der einen Seite höherist als die eutektische Temperatur eines Systems mit dem Materialder Metallschicht (50; 54) und dem Halbleitermaterialdes Halbleiterkörpers(100), so dass das Metall der Metallschicht (50; 54)in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (100) migriert, – Abstellendes Temperaturgradienten, wenn das Metall die vorgegebene vertikalePosition in dem Halbleiterkörper(100) erreicht, um dadurch die metallische Schicht (51)an der vorgegebenen Position zu erhalten.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall derMetallschicht (50; 54) ein den Halbleiterkörper (100)p-dotierendes Material ist.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Material derMetallschicht (50; 54) Aluminium ist.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall derMetallschicht (50; 54) ein den Halbleiterkörper (100)n-dotierendes Material ist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Material derMetallschicht (50; 54) Zinn mit Anteilen von Arsenoder Zinn mit Anteilen Antimon ist.
    [6] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem der Halbleiterkörpereine erste und eine zweite Halbleiterschicht (11, 12)umfasst, die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) übereinanderangeordnet sind, und von denen eine (11) die erste Seite(101) und die andere die zweite Seite (102) desHalbleiterkörpers(100) bildet.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die vergrabenemetallische Schicht (51) in der Halbleiterschicht (11; 12)erzeugt wird, die sich an die eine Seite (101; 102),auf die die Metallschicht (50; 54) aufgebrachtwird, anschließt.
    [8] Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die ersteHalbleiterschicht (11) stärker als die zweite Halbleiterschicht(12) dotiert ist und das folgenden weiteren Verfahrensschrittumfasst: – Herstellenwenigstens einer sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100)ausgehend von einer (101) der Seiten bis zu der metallischenSchicht (51) erstreckenden metallischen Anschlussverbindung(52; 56).
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Herstellender wenigstens einen Anschlussverbindung (52) folgendeVerfahrensschritte umfasst: – Herstellen wenigstens einesGrabens in dem Halbleiterkörper(100), der sich ausgehend von der einen Seite (101)bis an die metallische Schicht (51) erstreckt, – Auffüllen desGrabens mit einem elektrisch leitenden Material derart, dass wenigstensdie Oberflächendes Grabens mit dem leitenden Material bedeckt sind.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die wenigstenseine Anschlussverbindung (56) wenigstens teilweise aufeinem lateralen Rand (104) des Halbleiterkörpers (100)hergestellt wird.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem auf dieeine (101) der Seiten eine Anschlusskontaktschicht (53)aufgebracht wird, die die wenigstens eine Anschlussverbindung (52; 56)elektrisch leitend kontaktiert.
    [12] Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine weitereMetallschicht (80) auf die eine Seite (101) desHalbleiterkörpersaufgebracht wird und bei dem der Halbleiterkörper wenigstens im Bereichder einen Seite (101) auf eine Temperatur aufgeheizt wird,bei der das Metall der weiteren Metallschicht (80) mitdem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (100) im Bereichder einen Seite (101) eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht (81)bildet.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem in derzweiten Halbleiterschicht (12) wenigstens eine zu der zweitenHalbleiterschicht (12) komplementär dotierte Halbleiterzone (20)vorhanden ist, wobei die vergrabene Metallschicht (55)derart erzeugt wird, dass sie in dieser wenigstens einen komplementär dotiertenHalbleiterzone (20) eingebettet ist.
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem die ersteHalbleiterschicht (11) komplementär zu der zweiten Halbleiterschicht(12) dotiert ist.
    [15] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem der positive Temperaturgradient durch folgende Verfahrensschritteerzeugt wird: – Aufheizendes Halbleiterkörpers(100) auf eine erste Temperatur (T1), die oberhalb dereutektischen Temperatur liegt, im Bereich der einen Seite (101; 102),auf die die Metallschicht (50; 54) aufgebracht ist, – Aufheizendes Halbleiterkörpers(100) auf eine zweite Temperatur (T2) im Bereich der zweitenSeite (102; 101), die höher als die erste Temperatur(T1) ist.
    [16] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Temperaturoberhalb der eutektischen Temperatur und der positive Temperaturgradientdurch Teilchenbestrahlung des Halbleiterkörpers (100) ausgehendvon einer der Seiten erzeugt wird.
    [17] Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die TeilchenProtonen sind.
    [18] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem das Einbringen des Metalls in den Halbleiterkörper (100)in zwei Migrationsschritten erfolgt, wobei – in einem ersten Migrationsschrittein erster Temperaturgradient eingestellt wird, um eine Metallschicht (51') an einer erstenvertikalen Position in dem Halbleiterkörper (100) zu erzeugen, – in einemzweiten Migrationsschritt ein zweiter Temperaturgradient eingestelltwird, um die Metallschicht (51) an der vorgegebenen vertikalenPosition in dem Halbleiterkörper(100) zu erzeugen.
    [19] Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Einstellungdes zweiten Temperaturgradienten mittels einer Teilchenbestrahlungerfolgt.
    [20] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem das fürdie Metallschicht verwendete Metall Aluminium ist.
    [21] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten und zweiten Seitezur Einstellung des positiven Temperaturgradienten zwischen 2°C und 10°C beträgt.
    [22] Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehendenAnsprüchezur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einerDiode, einem MOSFET oder einem IGBT.
    [23] Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einenHalbleiterkörper(100) mit einer ersten und zweiten Seite, – eine indem Halbleiterkörper(100) angeordnete vergrabene metallische Schicht (51),die übereine der Seiten des Halbleiterkörpers(100) kontaktiert ist.
    [24] Halbleiterbauelement nach Anspruch 23, das zur Kontaktierungder vergrabenen Schicht wenigstens eine metallische Anschlussverbindung(52; 56) aufweist, die sich ausgehend von einerder Seiten (101) in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100)bis zu der vergrabenen Schicht (51) erstreckt.
    [25] Halbleiterbauelement nach Anspruch 24, bei dem dieAnschlussverbindung (52) wenigstens teilweise in einemsich in den Halbleiterkörper(100) hinein erstreckenden Graben angeordnet ist.
    [26] Halbleiterbauelement nach Anspruch 24 oder 25, beidem die Anschlussverbindung wenigstens teilweise auf einem lateralenRand (104) des Halbleiterkörpers (100) angeordnetist.
    [27] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 23 bis26, das zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht wenigstens eineMetall-Halbleiter-Legierungsschicht (81) aufweist, dieim Bereich einer (101) der Seiten des Halbleiterkörpers (100)angeordnet ist.
    [28] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 23 bis26, bei dem eine Anschlusskontaktschicht (53) auf die eine(101) der Seiten aufgebracht wird, die die wenigstens eineAnschlussverbindung (52) elektrisch leitend kontaktiert.
    [29] Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 23 bis28, bei dem der Halbleiterkörpereine erste und eine zweite Halbleiterschicht (11, 12)umfasst, die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) übereinanderangeordnet sind, und von denen die erste Schicht (11) dieerste Seite (101) und die zweite Schicht die zweite Seite(102) des Halbleiterkörpers(100) bildet, wobei die vergrabene metallische Schicht(51) in der ersten Schicht (11) ausgebildet istund die wenigstens eine Anschlussverbindung (52) bis andie erste Seite (101) reicht.
    [30] Halbleiterbauelement nach Anspruch 29, bei dem dieerste und zweite Halbleiterschicht (11, 12) komplementär zueinanderdotiert sind.
    [31] Halbleiterbauelement nach Anspruch 30, bei dem inder ersten Halbleiterschicht (12) komplementär zu dieserHalbleiterschicht (12) dotierte Halbleiterzonen (20)vorhanden sind, innerhalb derer komplementär zu diesen Halbleiterzonen(20) dotierte Halbleiterzonen (30) angeordnetsind.
    [32] Halbleiterbauelement nach Anspruch 29, bei dem dieerste und zweite Halbleiterschicht (11, 12) vomgleichen Leitungstyp sind, wobei in der ersten Halbleiterschicht(12) komplementärzu dieser Halbleiterschicht (12) dotierte Halbleiterzonen(20) vorhanden sind, innerhalb derer komplementär zu diesenHalbleiterzonen (20) dotierte Halbleiterzonen (30)angeordnet sind.
    [33] Verfahren zum Herstellen einer niederohmigen Anschlusselektrodefür einHalbleiterbauelement, das folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstelleneines Halbleiterkörpers(100) mit einer ersten und einer zweiten Seite (101, 102), – Aufbringeneiner Metallschicht (80) auf eine (101) der Seiten, – Aufheizendes Halbleiterkörperswenigstens im Bereich der einen Seite (101) auf eine Temperatur,bei der das Metall der Metallschicht (80) mit dem Halbleitermaterialdes Halbleiterkörpers(100) im Bereich der einen Seite (101) eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht(81) bildet.
    [34] Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das Metall derMetallschicht (50; 54) ein den Halbleiterkörper (100)p-dotierendes Materialist.
    [35] Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das Materialder Metallschicht (50; 54) Aluminium ist.
    [36] Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das Metall derMetallschicht (50; 54) ein den Halbleiterkörper (100)n-dotierendes Materialist.
    [37] Verfahren nach Anspruch 36, bei dem das Materialder Metallschicht (50; 54) Zinn mit Anteilen vonArsen oder Zinn mit Anteilen Antimon ist.
    [38] Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 37, bei dem dieTemperatur mehr als 690°Cbeträgt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004063959B4|2010-06-02|
    US7439198B2|2008-10-21|
    DE102004028933B4|2009-11-26|
    US20060014400A1|2006-01-19|
    DE102004063959A1|2006-06-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-05| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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    2019-01-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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