• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone im Bereich einer Oberfläche einer Halbleiterschicht, das folgende Verfahrensschritte umfasst: DOLLAR A - Erzeugen einer amorphen Halbleiterschicht im Bereich der Oberfläche der Halbleiterschicht, DOLLAR A - Aufbringen einer Dotiermaterialschicht, die ein die Halbleiterschicht dotierendes Material aufweist, auf die amorphe Halbleiterschicht, DOLLAR A - Durchführen eines Temperaturschrittes bei Temperaturen kleiner oder gleich 500 DEG C, wodurch dotierende Atome aus der Dotiermaterialschicht in die amorphe Halbleiterschicht eindringen, um die dotierte Zone zu bilden.
    公开号:DE102004029945A1
    申请号:DE102004029945
    申请日:2004-06-21
    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:H01L21-225
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einerp-dotierten oder einer n-dotierten Zone im Bereich einer Oberfläche einesHalbleiterkörpers.
    [0002] P-dotierteZonen dienen beispielsweise als p-Emitter bei vertikalen Leistungs-IGBToder bei vertikalen Leistungsdioden, bei denen ein Laststrom zwischeneiner Vorderseite und einer Rückseiteeines Halbleiterkörpersfließenkann und bei denen der p-Emitter im Bereich einer dieser Seitendes Halbleiterkörpersangeordnet ist. Ein vertikaler Leistungs-IGBT mit einem solchenrückseitigenp-Emitter ist beispielsweise in Baliga B. J.:"Power Semiconductor Devices", ISBN 0-534-94098-6,Seiten 248ff., beschrieben.
    [0003] Diese,den p-dotierten Emitter bildende Halbleiterzone kann beispielsweisedurch ein p-dotiertes Halbleitersubstrat gebildet sein, auf welches weitereHalbleiterschichten, beispielsweise eine n-dotierte Epitaxieschicht,die die n-Basis des Bauelements bildet, aufgebracht werden. AusStabilitätsgründen darfdieses Substrat allerdings eine bestimmte Dicke nicht unterschreiten,um währendder Verfahrensschritte zur Herstellung der weiteren Bauelementstrukturenhandhabbar zu bleiben. Dieses Halbleitersubstrat erhöht allerdingsunnötigden Spannungsabfall an dem Bauelement im Durchlasszustand.
    [0004] ZurHerstellung eines solchen p-Emitters ist es außerdem bekannt, ausgehend voneiner n-dotierten Halbleiterschicht bzw. einem n-dotierten Halbleiterkörper p-dotierendeIonen, beispielsweise Borionen, in die Oberfläche der Halbleiterschicht zuimplantieren, in deren Bereich der p-Emitter erzeugt werden soll.Um die dotierten Ionen ausreichend elektrisch zu aktivieren, sindallerdings Temperschritte bei Temperaturen von mehr als 400°C erforderlich. Derarthohe Temperaturen könnenallerdings zur Zerstörungvon Metallisierungs- oder Passivierungsschichten führen, sodass mit der Herstellung dieser Passivierungsschichten und Metallisierungsschichtenbis nach der Herstellung des p-Emitters gewartet werden muss. Diesist wiederum ungünstig,da der Halbleiterkörper üblicherweisevor Herstellung des p-Emitters bereits dünngeschliffen oder dünngeätzt wird,um die Dicke der späterenn-Basis des Bauelementseinzustellen, und der derart gedünnteHalbleiterkörpernur schwer handhabbar ist.
    [0005] Eineweitere Möglichkeitzur Herstellung des p-Emitters besteht in dem Erzeugen einer p-dotierten Schichtmittels einer sogenannten "SolidPhase Epitaxy".
    [0006] Zielder vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellungeiner hochdotierten Halbleiterzone im Bereich einer Oberfläche einesHalbleiterkörpersoder einer Halbleiterschicht anzugeben, bei dem die Abmessungender dotierten Zone in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche exakteinstellbar sind und das bei solchen Temperaturen durchführbar ist,bei denen keine Beschädigungvon bereits vorhandenen Metallisierungen oder Passivierungen erfolgt.
    [0007] DiesesZiel wird durch Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 erreicht. VorteilhafteAusgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
    [0008] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenzur Herstellung einer dotierten Zone im Bereich einer Oberfläche einesHalbleiterkörpersist vorgesehen, eine amorphe Halbleiterschicht im Bereich der Oberfläche desHalbleiterkörperszu erzeugen, eine Dotiermaterialschicht, die ein den Halbleiterkörper dotierendesMaterial aufweist, auf die amorphe Halbleiterschicht aufzubringen,und einen Temperaturschritt bei Temperaturen von kleiner oder gleich500° C,vorzugsweise kleiner oder gleich 450° C, durchzuführen, wodurch dotierende Atomeaus der Do tiermaterialschicht in die amorphe Halbleiterschicht eindringen, umdie gewünschtedotierte Zone zu bilden.
    [0009] DasVerfahren ermöglichtsowohl die Herstellung einer oberflächennahen p-dotierten Zoneals auch die Erzeugung einer oberflächennahen n-dotierten Zone.Die Art der erreichten Dotierung ist dabei von der verwendeten Dotiermaterialschichtabhängig.
    [0010] Einep-Dotierung der Halbleiterschicht kann beispielsweise durch Verwendungeiner Aluminiumschicht oder einer Indiumschicht als Dotiermaterialschichterfolgen, währendeine n-Dotierungder Halbleiterschicht beispielsweise durch Verwendung einer Dotiermaterialschichterfolgen kann, die ein Gemisch aus Zinn (Sn) und Arsen (As) oderZinn (Sn) und Antimon (Sb) umfasst.
    [0011] DieAbmessungen der durch dieses Verfahren erzeugten dotierten Zonein einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers sind durchdie Abmessungen der amorphen Halbleiterschicht vorgegeben. DieseAbmessungen der amorphen Halbleiterschicht in der Richtung senkrechtzu der Oberflächedes Halbleiterkörperssind vergleichsweise exakt einstellbar, wie nachfolgend noch ausgeführt werdenwird.
    [0012] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrendringen die Dotierstoffatome aus der Dotiermaterialschicht in dieamorphe Halbleiterschicht währendder Durchführungdes Temperaturschrittes ein. Aufgrund der amorphen Eigenschaftendieser Halbleiterschicht genügenbereits vergleichsweise niedrige Temperaturen, um ein Eindringender Dotierstoffatome in die Halbleiterschicht zu bewirken. Bei Verwendungvon Silizium als Halbleitermaterial und Aluminium als Material derDotiermaterialschicht sind bereits Temperaturen von etwa 400° C ausreichend,um ein Eindringen der Dotiermaterialatome zu bewirken. Die Herstellungder amorphen Halbleiterschicht im Bereich der Oberfläche desHalbleiterkörperskann durch Amorphisieren ei nes oberflächennahen Bereiches des Halbleiterkörpers imBereich dieser Oberfläche erfolgen.Diese Amorphisierung erfolgt beispielsweise durch eine die Kristallstrukturdes HalbleiterkörpersschädigendeImplantation von Teilchen. Als Teilchen für eine solche die Kristallstrukturschädigende Implantationeignen sich sowohl nicht-dotierende Teilchen, wie beispielsweiseArgon-Atome oder Halbleiteratome, beispielsweise Siliziumatome,Teilchen, die Akzeptoreigenschaften besitzen, wie beispielsweiseAluminiumionen, Borionen, Galliumionen, Indiumionen oder BF2-Ionen, oder Teilchen, die Donatoreigenschaften,wie beispielsweise Phosphorionen, Arsenionen oder Antimonionen.
    [0013] DieAbmessungen der amorphen Halbleiterschicht in einer Richtung senkrechtzur Oberfläche desHalbleiterkörpersist überdie Implantationsenergie der die Kristallstruktur schädigendenTeilchen einstellbar.
    [0014] Nebeneiner Amorphisierung eines oberflächennahen Bereiches des Halbleiterkörpers besteht zurHerstellung der amorphen Halbleiterschicht auch die Möglichkeit,eine amorphe Halbleiterschicht auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufzubringen. DieAbmessungen dieser amorphen Halbleiterschicht in vertikaler Richtungder Oberflächebestimmen dabei die Abmessungen der späteren p-dotierten oder n-dotiertenHalbleiterzone. Diese amorphe Halbleiterschicht kann beispielsweisemittels eines Aufdampfverfahrens oder mittels eines Sputter-Verfahrens auf dieOberflächeaufgebracht werden.
    [0015] Aufgrundder geringen erforderlichen Ausheiltemperaturen lassen sich mittelder beschriebenen Verfahren einerseits Emitter, die eine extremgeringe eindringtiefe aufweisen, erzeugen, und zwar bei Anwendeneiner geringen Implantationsenergie bzw. einer geringe Dicke deramorphen Halbleiterschicht. Andererseits können aber auch Emitter mit einererheb größeren Eindringtiefeerzeugt werden, und zwar durch Anwenden ei ner höheren Implantationsenergiebzw. einer dickeren amorphen Halbleiterschicht.
    [0016] Anstelledes Aufbringens der Dotiermaterialschicht nachdem die amorphe Halbleiterschichtim Bereich der Oberflächedes Halbleiterkörperserzeugt wurde, besteht zur Herstellung einer dotierten Zone im Bereicheiner Oberflächeeines Halbleiterkörpersauch die Möglichkeit,zunächsteine Dotiermaterialschicht, die ein den Halbleiterkörper dotierendesMaterial aufweist, auf die Oberfläche aufzubringen, anschließend eineamorphe Halbleiterschicht im Bereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers unterhalbder Dotiermaterialschicht zu erzeugen, und anschließend einenTemperaturschritt durchzuführen,durch den dotierende Atome aus der Dotiermaterialschicht in dieamorphe Halbleiterschicht eindringen, um die gewünschte dotierte Zone zu bilden.Als Material fürdie Dotiermaterialschicht eignen sich auch bei diesem Verfahrendie oben erläutertenp-dotierenden oder n-dotierenden Materialien, nämlich beispielsweise Aluminiumoder Indium füreine p-Dotierung oder beispielsweise ein Zinn-Arsen- oder Zinn-Antimon-Gemischfür einen-Dotierung.
    [0017] DieErzeugung der amorphen Halbleiterschicht unter der Dotiermaterialschichterfolgt beispielsweise durch eine die Kristallstruktur des Halbleiterkörpers schädigendeImplantation von Teilchen, wobei diese Teilchen durch die Dotiermaterialschicht inden Halbleiterkörperimplantiert werden. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass bereitsbei der Amorphisierung des Halbleiterkörpers ein Teil der Dotiermaterialatomeaus der Dotiermaterialschicht direkt in den oberflächennahenBereich des Halbleiterkörpersgestoßenwerden. Zur Amorphisierung der oberflächennahen Halbleiterschichtdes Halbleiterkörperseignen sich auch bei diesem Verfahren sowohl dotierende als auchnicht-dotierende Teilchen.
    [0018] Umeine p-Dotierung zu erreichen, besteht die Dotiermaterialschichtvorzugsweise aus reinem Aluminium, der Aluminium schicht kann allerdings auchein gewisser Prozentsatz, der maximal 4% betragen sollte, von Fremdatomenzugefügtsein. Als Zusatzmaterial eignet sich beispielsweise das verwendeteHalbleitermaterial, beispielsweise Silizium.
    [0019] Beidem erfindungsgemäßen Verfahrenerleichtert das Vorhandensein der amorphen Halbleiterschicht dasEindringen der Dotierstoffatome in den Halbleiterkörper, umdie dotierte Halbleiterzone zu bilden. Ohne eine solche Amorphisierungwürde bei Verwendungvon Silizium als Halbleitermaterial und Aluminium als Dotiermaterialeine merkliche Dotierung durch Einlegieren der Aluminiumatome undRekristallisieren erst bei Temperaturen oberhalb von 580°C erfolgen.Derart hohe Temperaturen würden allerdingszu einer Schädigungbereits vorhandener Metallisierungs- und Passivierungsschichtendes Bauelementes führen.Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrenhingegen, bei dem währenddes Temperaturschrittes Temperaturen von kleiner oder gleich 500° C, insbesonderevon lediglich etwa 400° Cerforderlich sind, kann die Erzeugung der dotierten Halbleiterschichtam Ende des Herstellungsprozesses, also auch nach Herstellung erforderlicherMetallisierungen und Passivierungen, erfolgen.
    [0020] DieTemperaturen währenddes Temperschrittes liegen vorzugsweise zwischen 360° C und 410° C. Die Dauerdes Temperschrittes beträgtvorzugsweise zwischen 1 Stunde und 40 Stunden. Bei dem erfindungsgemäßen VerfahrenkönnenDotierungskonzentrationen fürdie dotierte Halbleiterzone erreicht werden, die im Bereich derFestkörperlöslichkeitdes verwendeten Dotierstoffmaterials in dem Halbleitermaterial liegen.Bei Verwendung von Aluminium als Dotierstoffmaterial und Siliziumals Halbleitermaterial liegt diese Festkörperlöslichkeit, und damit die erreichteDotierungskonzentration, im Bereich von 1019 Aluminiumatomenpro Kubikzentimeter (cm3). Bei derart hohenDotierungskonzentrationen genügenfür diedotierte Halbleiterschicht in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche bereitsgeringe Abmessungen, um einen effizienten dotierten E mitter für vertikaleLeistungsbauelemente zu bilden. Die Abmessungen der amorphen Halbleiterschicht,die den späterenEmitter bildet, in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers können somitentsprechend gering gewähltwerden, d.h. die Eindringtiefe der die Kristallstruktur des Halbleiterkörpers schädigendenTeilchen oder die Dicke der auf den Halbleiterkörper aufgebrachten amorphenHalbleiterschicht kann entsprechend gering gewählt werden. Geringe Abmessungendes dotierten Emitters in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers bringenaußerdemden Vorteil mit sich, dass der Emitter eine hohe Transparenz aufweist,was fürviele Anwendungen eine wünschenswerteEigenschaft ist. Transparenz bedeutet in diesem Zusammenhang, dassdie Emittereigenschaften durch Rekombination der freien Ladungsträger an derScheibenoberflächemit beeinflusst werden.
    [0021] Fallses erforderlich sein sollte, den Emitter nachträglich in seiner Wirksamkeitzu begrenzen, beispielsweise um Abschaltverluste des Bauelementeszu reduzieren, besteht die Möglichkeit,die Ladungsträgerlebensdauerunterhalb des Emitters – bei einerBetrachtung ausgehend von der Seite mit der amorphen Schicht – abzusenken.Diese Absenkung der Ladungsträgerlebensdauerkann beispielsweise mittels einer Heliumbestrahlung, einer Protonenbestrahlungoder einer Elektronenbestrahlung erfolgen.
    [0022] Daserfindungsgemäße Verfahreneignet sich insbesondere zur Herstellung eines Emitters bei derHerstellung einer Diode, eines Transistors, eines IGBT oder einesThyristors.
    [0023] Dasvorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
    [0024] 1 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt einenHalbleiterkörpermit einer Zellenstruktur zur Realisierung eines IGBT nach Beendigungder Verfahrensschritte zur Herstellung der Zellenstruktur und vor Erzeugeneines p-dotierten Emitters (1a) undnach Dünnendes Halbleiterkörpersals Vorbereitung auf die Erzeugung des p-dotierten Emitters ( 1b).
    [0025] 2 zeigt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper inSeitenansicht im Querschnitt während verschiedenerVerfahrensschritte zur Herstellung einer oberflächennahen dotierten Halbleiterzonegemäß einerersten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0026] 3 zeigt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper inSeitenansicht im Querschnitt während verschiedenerVerfahrensschritte zur Herstellung einer oberflächennahen dotierten Halbleiterzonegemäß einerzweiten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0027] 4 zeigt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper inSeitenansicht im Querschnitt während verschiedenerVerfahrensschritte zur Herstellung einer oberflächennahen dotierten Halbleiterzonegemäß einerdritten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0028] 5 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt einen IGBT mit einer erfindungsgemäß hergestellten, einenp-Emitter bildendenoberflächennahenp-dotierten Halbleiterzone.
    [0029] 6 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ein als vertikale Diode ausgebildetesHalbleiterbauelement mit einem erfindungsgemäß hergestellten p-dotiertenEmitter.
    [0030] 7 veranschaulicht den Verlauf der Dotierstoffkonzentrationeines p-dotierten Emitters abhängigvon den fürdie Amorphisierung vorgesehenen Implantationsdosen.
    [0031] 8 zeigteine SIMS-Messkurve (SIMS=Secondary Ion Mass Spectrometry), in der derVerlauf einer Aluminiumkonzentration in einem durch das erfindungsgemäße Verfahrenbehandelten Halbleiterkörperabhängigvon einer Eindringtiefe dargestellt ist.
    [0032] Inden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleich Bezugszeichengleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
    [0033] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Verfahren zur Herstellungeiner oberflächennahen p-dotiertenHalbleiterzone in Halbleiterbauelementen und anhand von Halbleiterbauelementenmit einer solchen oberflächennahenp-dotierten Halbleiterzone erläutert.Die Erfindung ist jedoch selbstverständlich auch auf die Herstellungoberflächennahern-dotierter Halbleiterzonen anwendbar, wenn anstelle der nachfolgenderläutertenp-dotierenden Dotiermaterialschichteine n-dotierende Dotiermaterialschicht verwendet wird.
    [0034] 1a zeigtin Seitenansicht im Querschnitt einen Halbleiterkörper 100 miteiner Vorderseite 102 und einer Rückseite 101, nachAbschluss von Verfahrensschritten zur Herstellung einer Zellenstrukturfür dieRealisierung eines IGBT. Diese Zellenstruktur ist im Bereich derVorderseite 102 angeordnet. Der Halbleiterkörper weistin dem Ausführungsbeispiel einen-Grunddotierungauf. Ein diese Grunddotierung aufweisender Halbleiterbereich 11 bildetdie spätere n-Basisbzw. n-Driftzonedes Bauelementes. Im Bereich der Vorderseite 102 sind p-dotierteHalbleiterzonen 12 angeordnet, die die p-Basis bzw. die Body-Zonedes Bauelementes bilden. In diese p-dotierten Halbleiterzonen 12 sindn-dotierte Halbleiterzonen 13 eingebettet, die den n-Emitterbzw. Source des Bauelemen tes bilden. Isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isteine Gate-Elektrode 21 vorhanden, die so angeordnet ist,dass bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials in den p-dotierten Halbleiterzonen 12 leitendeKanälezwischen den n-dotiertenHalbleiterzonen 13 und Abschnitten der n-Basiszone 11 ausgebildetwerden. Die n-dotierten Emitterzonen 13 und die p-dotiertenBasiszonen 12 sind gemeinsam durch eine Anschlusselektrode 31 kontaktiert,die durch eine Isolationsschicht 22 gegenüber denGate-Elektroden 21 isoliert ist. Auf diese Anschlusselektrode 31 istin dem Ausführungsbeispieleine Passivierungsschicht 41, beispielsweise ein Polyimidaufgebracht.
    [0035] DieAbmessungen des Halbleiterkörpers 100 invertikaler Richtung, also einer Richtung senkrecht zu der Vorderseite 102 undder Rückseite 101,ist so gewählt,dass der Halbleiterkörpereine ausreichende Stabilitätwährendder Prozessschritte zur Herstellung des Zellenfeldes, der Anschlusselektrodeund der Passivierungsschicht 41 besitzt. Der IGBT gemäß 1a ist,abgesehen von einem fehlenden p-Emitter im Bereich der Rückseite 101,fertig gestellt.
    [0036] Wesentlichfür dieelektrischen Eigenschaften des IGBT sind die Abmessungen seinern-Basis 11 in Laststromrichtung, also im vorliegenden Fallin einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers. Zur Einstellung derAbmessungen dieser n-Basis vor Herstellung des p-Emitters wird derHalbleiterkörper 100 ausgehendvon der Rückseite 101 dünner gemacht.Dieses Dünnendes Halbleiterkörpers 100 erfolgtin hinlänglichbekannter Weise beispielsweise durch Abschleifen oder Ätzen desHalbleiterkörpers 100 ausgehendvon der Rückseite 101. 1b zeigt dieBauelementstruktur gemäß 1a nacheinem solchen Verfahrensschritt. Die Rückseite des gedünnten Halbleiterkörpers 100 istin 1b mit dem Bezugszeichen 103 bezeichnet.Der dermaßengedünnteHalbleiterkörper 100 istschwieriger als der ungedünnteHalbleiterkörper 100 handhabbar,so dass sich nur noch wenige Verfahrensschritte bis zur Vervollständigungdes Bauelementes anschließen sollten,die zudem keine hohen Prozesstemperaturen erfordern sollten, umdie Gefahr einer Zerstörung während desHerstellungsverfahrens zu reduzieren. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zurHerstellung einer oberflächennahenp-dotierten Halbleiterzone, die den p-dotierten rückseitigenEmitter des Bauelements bildet, gewährleistet.
    [0037] Eineerste Ausführungsformdieses Verfahren wird nachfolgend anhand von 2 erläutert. 2a zeigteinen Ausschnitt eines n-dotierten Halbleiterkörpers bzw. einer n-dotiertenHalbleiterschicht 100 mit einer Oberfläche 103, wobei indem Halbleiterkörper 100 unterhalbdieser Oberfläche 103 oberflächennaheine p-dotierte Halbleiterschicht erzeugt werden soll, während einesersten Verfahrensschrittes. Bei diesem Verfahrensschritt wird imBereich der Oberfläche 103 eineamorphe Halbleiterschicht 14 erzeugt, indem der oberflächennaheBereich 14 des Halbleiterkörpers 100 amorphisiertwird. Dieses Amorphisierung erfolgt durch eine sogenannte "Damage"-Implantation, bei der Teilchen in denHalbleiterkörper 100 implantiertwerden, die die Kristallstruktur des Halbleiterkörpers 100 schädigen. Diese Teilchensind beispielsweise Argonatome oder, bei Verwendung von Siliziumals Halbleitermaterial, Siliziumatome.
    [0038] Diezur Amorphisierung implantierten Teilchen können auch eine dotierende Wirkunghaben. Dabei werden Teilchen, die Akzeptoreigenschaften besitzen,für dieImplantation insbesondere dann verwendet, wenn eine oberflächennahep-dotierte Halbleiterschicht erzeugt werden soll. Hierbei eignensich beispielsweise Aluminiumionen, Borionen oder BF2-Ionenfür dieDamage-Implantation. Dagegen werden Teilchen, die Donatoreigenschaftenbesitzen, fürdie Implantation insbesondere dann verwendet, wenn eine oberflächennahen-dotierte Halbleiterschicht erzeugt werden soll. Hierbei eignensich beispielsweise Phosphorionen, Arsenionen oder Antimonionen.
    [0039] DieAbmessungen der amorphisierten Halbleiterschicht 14 invertikaler Richtung, also der Richtung senkrecht zu der Oberfläche 103 werdendurch die Implantationsenergie währendder Damage-Implantation eingestellt. Die Parameter während derImplantation sind dabei so gewählt,dass eine amorphisierte Halbleiterschicht 14 mit einerDicke in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers vorzugsweise zwischen30nm und 2μmentsteht.
    [0040] Ineinem nächstenVerfahrensschritt, dessen Ergebnis in 2b dargestelltist, wird eine Dotiermaterialschicht 51 auf die amorphisierteHalbleiterschicht 14 aufgebracht. Diese Dotiermaterialschicht bestehtfür einep-Dotierung beispielsweise aus Indium oder reinem Aluminium, kannjedoch auch einen geringen Prozentsatz an Fremdatomen, insbesondereSilizium, umfassen. Füreine n-Dotierung eignen sich Gemische mit Zinn und Arsen oder Zinnund Antimon.
    [0041] Anschließend wirdein Temperaturschritt durchgeführt,bei dem der Halbleiterkörperinsgesamt oder wenigstens im Bereich der Oberfläche 103 für eine vorgegebeneZeitdauer auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, wobeidiese Temperatur so gewähltist, dass Dotierstoffatome der Dotiermaterialschicht 51 indie amorphe Halbleiterschicht 14 eindringen, um im Bereichder zuvor amorphisierten Halbleiterschicht 14 eine starkdotierte Halbleiterzone 15, in dem Beispiel eine starkp-dotierte Halbleiterzone, zu erzeugen. Die Temperatur während diesesTemperaturschrittes liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 360° C und 410° C. Die Dauerdes Temperaturschrittes beträgtbeispielsweise zwischen 2 und 20 Stunden.
    [0042] Diesewährenddes Temperaturschrittes herrschenden Temperaturen, die ein Eindringender Dotierstoffatome in die amorphe Halbleiterschicht 14 und – zumindestteilweise – eineRekristallisation der amorphen Halbleiterschicht 14 bewirken,sind so niedrig, dass keine Beschädigung oder Zerstörung vonMetallisierungsschichten oder Passivierungsschichten erfolgt, dieauf eine der Oberfläche 103 abgewandteOberflächedes Halbleiterkörpers 100 bereitsaufgebracht sind.
    [0043] Erstdurch diese niedrigen Temperaturen ist es möglich, beispielsweise das Halbleiterbauelement gemäß 1 im Bereich seiner Vorderseite einschließlich derMetallisierungs- und Passivierungsschichten vollständig fertigzu stellen, bevor der rückseitige,in dem Beispiel p-dotierte, Emitter erzeugt wird.
    [0044] Ohnevorherige Amorphisierung des Halbleiterkörpers im Bereich der Oberfläche 103 wären Temperaturenvon mehr als 580° Cerforderlich, um Aluminiumatome in den Halbleiterkörper einzulegierenund dadurch eine p-dotierte Halbleiterzone zu erzeugen. Diese Temperaturensind jedoch so hoch, dass bereits hergestellte Metallisierungs-oder Passivierungsschichten zerstört würden, so dass diese Metallisierungs-und Passivierungsschichten erst nach Herstellung des p-dotiertenEmitters hergestellt werden könnten,was jedoch weitere Verfahrensschritte nach dem Dünnschleifen oder Dünnätzen desHalbleiterkörperserfordern würde.
    [0045] 3 veranschaulicht ein weiteres Verfahrenzur Herstellung einer oberflächennahendotierten Halbleiterschicht 15, in dem Beispiel einer p-dotierten Halbleiterschicht 15,in einem Halbleiterkörperbzw. einer Halbleiterschicht 100. Bei diesem Verfahren wirdauf die Oberfläche 103 derHalbleiterschicht 100 zunächst die Dotierstoffmaterialschicht 51,beispielsweise eine Aluminiumschicht oder Indiumschicht für eine p-Dotierungoder eine Zinn-Arsen- oder Zinn-Antimon-Schicht für eine n-Dotierung,aufgebracht, was im Ergebnis in 3a dargestelltist.
    [0046] Andas Aufbringen dieser Dotiermaterialschicht 51 schließt sichdie Amorphisierung eines oberflächennahenAbschnittes 14 der Halbleiterschicht 100 an. DieseAmorphisierung erfolgt durch eine Damage-Implantation von Teilchen,die durch die Dotiermaterialschicht 51 hindurch in dieHalbleiterschicht 100 implantiert werden. Als Teilchenfür diesesDamage-Implantationeignen sich wie bei dem zuvor anhand von 2 erläutertenVerfahren sowohl Teilchen die eine dotierende Wirkung haben, wieauch Teilchen, die keine dotierende Wirkung haben. Der Vorteil derTeilchenimplantation durch die Dotierstoffschicht 51 hindurchbesteht darin, dass bereits währendder Amorphisierung ein Teil der Dotierstoffatome in die amorphisierteSchicht 14 "gestoßen" werden.
    [0047] Andie Herstellung der amorphen Halbleiterschicht 14 schließt sichder bereits erläuterteTemperaturschritt an, bei dem Dotierstoffatome aus der Dotiermaterialschicht 51 indie amorphisierte Halbleiterschicht 14 eindringen, um diestark dotierte Halbleiterschicht 15 zu bilden, was im Ergebnisin 3c dargestellt ist.
    [0048] Anstatteinen Abschnitt des Halbleiterkörpersoder der Halbleiterschicht 100 durch Teilchenimplantationzu amorphisieren besteht Bezug nehmend auf 4a auchdie Möglichkeit,eine amorphe Halbleiterschicht 64 auf die Oberfläche 103 derHalbleiterschicht 100 aufzubringen. Diese amorphe Halbleiterschichtwird beispielsweise durch ein Aufdampf-Verfahren oder ein Sputter-Verfahrenerzeugt.
    [0049] Dieweiteren Verfahrensschritte erfolgen dann entsprechend der bereitsanhand der 2b und 2c erläutertenVerfahrensschritte, d. h. auf die amorphe Halbleiterschicht 64 wirdeine Dotiermaterialschicht 51 aufgebracht, was im Ergebnisin 4b dargestellt ist, und an das Aufbringen dieser Dotiermaterialschicht 51 schließt sichder Temperaturschritt an, durch den Dotierstoffatome aus der Dotiermaterialschicht 51 indie amorphe Halbleiterschicht 64 eindringen, um die starkdotierte oberflächennaheHalbleiterschicht 65 zu erzeugen, was im Ergebnis in 4c dargestelltist.
    [0050] Beidem anhand von 4 erläutertenVerfahren erfolgt die Einstellung der Abmessungen der hochdotiertenoberflächennahenHalbleiterschicht 65 überdie Dicke der abgeschiedenen amorphen Halbleiterschicht 64.Die Dicke dieser Halbleiterschicht 64 kann in hinlänglich bekannterWeise überdie Abscheidebedingungen und die Abscheidedauer des amorphen Halbleitermaterialseingestellt werden.
    [0051] 5 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt einen fertig gestellten IGBT miteinem rückseitigen, gemäß dem erläutertenVerfahren hergestellten, hoch-p-dotierten Emitter 15; 65.Die Dotiermaterialschicht 51, die beispielsweise aus Aluminiumbesteht, kann die rückseitigeAnschlusselektrode des Bauelements bilden oder kann zumindest einenTeil einer solchen im weiteren nicht näher dargestellten rückseitigenAnschlusselektrode des Bauelements bilden.
    [0052] Daserfindungsgemäße Verfahrenist selbstverständlichnicht auf die Herstellung hochdotierter Emitter für IGBTsbeschränkt.Das Verfahren ist vielmehr zur Herstellung von oberflächennahenhochdotierten Halbleiterzonen, und zwar von p-dotierten Halbleiterzonenoder n-dotierten Halbleiterzonen, für beliebige Halbleiterbauelementeeinsetzbar.
    [0053] 6 zeigtin Seitenansicht im Querschnitt ausschnittsweise eine vertikaleLeistungsdiode mit einer erfindungsgemäß hergestellten rückseitigen p-dotiertenEmitterzone 15; 65. Das Bauelement weist im Bereicheiner Vorderseite 102 des Halbleiterkörpers 100 eine starkn-dotierte Halbleiterzone 16 auf, die den n-Emitter desBauelementes bildet, und die durch eine Anschlusselektrode 32 kontaktiertist. Eine zwischen dem p-Emitter 15; 65 und demn-Emitter 16 angeordnete schwach n-dotierte Halbleiterzone 11,deren Dotierung beispielsweise der Grunddotierung des Halbleiterkörpers 11 entspricht,bildet die n-Basis des Bauelementes.
    [0054] ZurUntersuchung der Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden verschiedene Versuchedurchgeführt,die nachfolgend anhand der 7a und 7b erläutert wurden.Bei diesen Versuchen wurde eine Halbleiterscheibe, die eine n-Grunddotierung von1013 cm-3 aufwies,durch Implantation von BF2-Atomen im Bereicheiner Oberflächeamorphisiert. Die verwendeten Implantationsdosen lagen Bezug nehmendauf die Tabelle in 7a zwischen 1·1014 cm-2 und 60·1014 cm-2. Für jede dieserImplantationsdosen wurde bei einem Versuch eine 5 μm dicke Aluminiumschichtauf die durch Implantation behandelte Halbleiterschicht aufgebracht, undbei einem anderen Versuch auf eine solche Aluminiumschicht verzichtet.Alle Proben wurden währendeines Temperschrittes übereinen Zeitraum von 24 Stunden auf eine Temperatur von 400° C aufgeheizt.Nach Beendigung dieses Temperschrittes wurden jeweils mittels Vier-Spitzenmessungendie Schichtwiderständeder Halbleiterscheibe im oberflächennahenBereich ermittelt. Dieser oberflächennaheBereich entspricht dem Halbleiterbereich 15 bei den anhandder 2 und 3 erläutertenVerfahren. Der hierbei ermittelte Widerstandswert ist in der Tabellein 7a dargestellt.
    [0055] Eszeigt sich, dass bei einer Implantationsdosis 1·1014 cm-2 keine relevante Differenz zwischen demSchichtwiderstand der Probe mit aufgebrachter Aluminium-Metallisierungund der Probe ohne aufgebrachter Aluminium-Metallisierung besteht.Grund hierfürist, dass derart niedrige Implantationsdosen nicht ausreichend sind,um eine Amorphisierung der Halbleiterschicht zu bewirken, so dassbei den niedrigen Temperaturen währenddes Temperschrittes kaum Aluminiumatome in den Halbleiterkörper eindringen,um die Dotierstoffkonzentration zu erhöhen und dadurch den Schichtwiderstandabzusenken.
    [0056] Einemerkliche Amorphisierung des Halbleitermaterials tritt erst beiImplantationsdosen von mehr als 8·1014 cm-2 ein. Das Vorhandensein der Aluminiummetallisierungträgt hierzu einer merklichen Erhöhungder Dotierungskonzentration – beiVerwen dung von Aluminium der p-Dotierungskonzentration – in deramorphisierten Halbleiterschicht, und damit zu einer merklichenReduzierung des Schichtwiderstandes im Vergleich zu dem Versuchohne Aluminium-Metallisierung bei. Dass der Schichtwiderstand beider höherenImplantationsdosis 8·1014 cm-2 auch ohneAluminium-Metallisierung gegenüberdem Schichtwiderstand bei der niedrigeren Implantationsdosis 1·1014 cm-2 verringertist, liegt daran, dass für dieDamage-Implantation BF2-Ionen verwendetwerden, die als solche bereits eine p-dotierende Wirkung besitzen.
    [0057] 7b zeigtdie Dotierungskonzentration in der Halbleiterschicht ausgehend vonder Oberfläche, unterhalbwelcher die oberflächennahep-dotierte Schicht erzeugt wird. Die für die einzelnen Versuche erhaltenenKurven sind entsprechend der Versuche in der Tabelle gemäß 7a nummeriert.Wie ersichtlich ist, werden fürImplantationsdosen größer als8·1014 cm-2 und bei Aufbringeneiner Aluminium-Metallisierung auf eine Oberfläche des Halbleitermaterialsim oberflächennahenBereich p-Dotierungen von etwa 1019 cm-3 erreicht. Diese Dotierungskonzentrationentspricht der Feststofflöslichkeit vonAluminium in Silizium. Ohne Aluminiumschicht werden wesentlich niedrigereDotierungskonzentrationen erreicht, wie anhand der Kurve für Versuch 3a in 7 dargestellt ist.
    [0058] Einstarkes Eindringen von Aluminiumatomen in die amorphisierte Halbleiterschichtkonnte auch mittels "SecondaryIon Mass Spectrometry (SIMS)"-Analysennachgewiesen werden.
    [0059] 8 zeigteine solche SIMS-Messkurve, in der der Verlauf der Aluminiumkonzentrationin dem Halbleiterkörper über derEindringtiefe dargestellt ist. Die höchste Aluminiumkonzentrationlag bei der der Messung zugrundeliegenden Probe in einer Tiefe vonbis etwa 0,6 μmvor, was etwa der Dicke der amorphisierten Halbleiterschicht beider Messprobe entspricht. Die Amorphisierung der Probe erfolgte durcheine BF2-Ionen-Implantation mit einer Implantationsdosisvon 8·1014 cm-2. Die Dauerdes Temperaturschrittes betrug 24h bei einer Temperatur von 400°C. Die in 7b dargestellteelektrisch aktive Aluminiumkonzentration ist deutlich geringer alsdie mittels SIMS ermittelte Aluminiumkonzentration. Dies liegt daran,dass nur ein Anteil der Aluminiumatome entsprechend der Festkörperlöslichkeitelektrisch aktiviert werden kann.
    [0060] Wiebereits erläutert,wird bei Versuch 1b trotz aufgebrachter Metallisierunglediglich eine niedrige p-Dotierung erreicht, da die Implantationsdosen von1·1014 cm-2 zu geringsind, um eine Amorphisierung des Halbleitermaterials zu erreichen.
    11 n-Basis 12 p-Basis,Body-Zone 13 n-Emitter,Source-Zone 14 amorpheHalbleiterschicht 15 p-dotierteHalbleiterschicht 16 n-Emitter 21 Gate-Elektrode 31 Anschlusselektrode 32 Anschlusselektrode 41 Passivierungsschicht 51 Dotiermaterialschicht,Aluminiumschicht 64 amorpheHalbleiterschicht 65 p-dotierteHalbleiterschicht 100 Halbleiterkörper 102 Vorderseite 101,103 Rückseite
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone (15; 65)im Bereich einer Oberfläche(103) einer Halbleiterschicht (100), das folgendeVerfahrensschritte umfasst: – Erzeugen einer amorphen Halbleiterschicht(14; 64) im Bereich der Oberfläche (103) der Halbleiterschicht(100), – Aufbringeneiner Dotiermaterialschicht (51), die ein die Halbleiterschicht(100) dotierendes Material aufweist, auf die amorphe Halbleiterschicht(14; 64), – Durchführen eines Temperaturschrittesbei Temperaturen kleiner oder gleich 500° C, wodurch dotierende Atomeaus der Dotiermaterialschicht (51) in die amorphe Halbleiterschicht(14; 64) eindringen, um die dotierte Zone (15; 65)zu bilden.
    [2] Verfahren zur Herstellung einer dotierten Zone (15)im Bereich einer Oberfläche(103) einer Halbleiterschicht (100), das folgendeVerfahrensschritte umfasst: – Aufbringen einer Dotiermaterialschicht(51), die ein die Halbleiterschicht (100) dotierendesMaterial aufweist, auf die Oberfläche (103), – Erzeugeneiner amorphen Halbleiterschicht (14) im Bereich der Oberfläche (103)der Halbleiterschicht unterhalb der Dotiermaterialschicht (51), – Durchführen einesTemperaturschrittes, wodurch dotierende Atome aus der Dotiermaterialschicht(51) in die amorphe Halbleiterschicht (14) eindringen,um die dotierte Zone (15) zu bilden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Erzeugungder amorphen Halbleiterschicht (14) durch Amorphisiereneines oberflächennahenBereiches der Halbleiterschicht (100) im Bereich der Oberfläche (103)erfolgt.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Amorphisierungdurch eine die Kristallstruktur der Halbleiterschicht (100)schädigendeImplantation von Teilchen erfolgt.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4 bei dem die Teilchen Argonatomeoder Halbleiteratome, vorzugsweise Siliziumatome, sind.
    [6] Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Teilchen Akzeptoreigenschaftenbesitzen.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Teilchen Aluminiumionen,Borionen, BF2-Ionen, Galliumionen oder Indiumionensind.
    [8] Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Teilchen Donatoreigenschaftenbesitzen.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Teilchen Phosphorionen,Arsenionen oder Antimonionen sind.
    [10] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Herstellungder amorphen Halbleiterschicht (64) durch Aufbringen eineramorphen Halbleiterschicht auf die Oberfläche (103) der Halbleiterschicht(100) erfolgt.
    [11] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem die Temperatur währenddes Temperschrittes zwischen 360°Cund 410°Cbeträgt.
    [12] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem die Dauer des Temperschrittes zwischen 1 Stunde und 40 Stundenbeträgt.
    [13] Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, beidem die Dotiermaterialschicht (51) ein die Halbleiterschicht(100) p-dotierendes Material umfasst.
    [14] Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Dotiermaterialschicht(51) eine Aluminiumschicht oder eine Indiumschicht ist.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Dotiermaterialschicht(51) ein die Halbleiterschicht (100) n-dotierendes Materialumfasst.
    [16] Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die DotiermaterialschichtZinn mit einem Anteil Arsen oder Zinn mit einem Anteil Antimon umfasst.
    [17] Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehendenAnsprüchebei der Herstellung einer Diode, eines Transistors, eines IGBT odereines Thyristors zur Herstellung eines p-dotierten Emitters oder eines n-dotiertenEmitters.
    [18] Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis16 bei der Herstellung eines MOSFETs zur Herstellung hochdotierterZonen mit geringen Abmessungen in vertikaler Richtung.
    [19] Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Abmessungenzwischen 3 und 100 nm betragen.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US10355079B2|2019-07-16|Semiconductor device and method for producing semiconductor device
    US10720330B2|2020-07-21|Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
    US10050106B2|2018-08-14|Manufacturing method for semiconductor device
    US10199453B2|2019-02-05|Semiconductor device and method for producing semiconductor device
    US10176986B2|2019-01-08|Semiconductor device and method for manufacturing the same
    US10566440B2|2020-02-18|Production method for semiconductor device
    JP6391689B2|2018-09-19|Controlled ion implantation into silicon carbide
    KR100304381B1|2001-11-30|개선된 순방향 전압 강하 및 스위칭 파워 손실을 갖는 쇼트 채널 igbt
    EP2711986B1|2020-08-19|Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
    US10109719B2|2018-10-23|Power device and fabricating method thereof
    US7485920B2|2009-02-03|Process to create buried heavy metal at selected depth
    US6168981B1|2001-01-02|Method and apparatus for the localized reduction of the lifetime of charge carriers, particularly in integrated electronic devices
    US9318587B2|2016-04-19|Injection control in semiconductor power devices
    US7538412B2|2009-05-26|Semiconductor device with a field stop zone
    US7728409B2|2010-06-01|Semiconductor device and method of manufacturing the same
    US10204979B2|2019-02-12|Semiconductor device and method of manufacturing the same
    US10522666B2|2019-12-31|Methods for fabricating anode shorted field stop insulated gate bipolar transistor
    EP0889509B1|2009-05-20|Kontrolle der Lebensdauer für Halbleiterbauelemente
    US9105487B2|2015-08-11|Super junction semiconductor device
    DE10330571B4|2006-08-17|Vertikales Leistungshalbleiterbauelemente mit Injektionsdämpfungsmittel im Randbereich und Herstellungsverfahren dafür
    KR101794182B1|2017-11-06|반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
    US8343862B2|2013-01-01|Semiconductor device with a field stop zone and process of producing the same
    JP3906076B2|2007-04-18|半導体装置
    US6759301B2|2004-07-06|Semiconductor device and method for manufacturing the same
    US6509240B2|2003-01-21|Angle implant process for cellular deep trench sidewall doping
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004029945B4|2008-01-17|
    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|
    2008-07-10| 8364| No opposition during term of opposition|
    2020-01-01| 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
    DE102004029945A|DE102004029945B4|2004-06-21|2004-06-21|Verfahren zur Herstellung einer oberflächennahen dotierten Zone in einem Halbleiterkörper|DE102004029945A| DE102004029945B4|2004-06-21|2004-06-21|Verfahren zur Herstellung einer oberflächennahen dotierten Zone in einem Halbleiterkörper|
    [返回顶部]