DE102005035699B4

DE102005035699B4 - Halbleiterleistungsbauelement mit Ladungskompensationsstruktur und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102005035699B4
Application number: DE102005035699A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Schulze; Anton Dr.-Ing. Mauder; Helmut Dr. Strack
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: DE102005035699A1

Abstract

Halbleiterleistungsbauelement mit Ladungskompensationsstruktur (2), wobei das Halbleiterleistungsbauelement (1) ein Feldeffektbauelement mit einer vertikalen schwach- bis mitteldotierten Driftstrecke (4) zwischen einer ersten Elektrode (5) auf der Oberseite (20) des Halbleiterleistungsbauelementes (1) und einer zweiten Elektrode (6) auf der Rückseite (26) des Halbleiterleistungsbauelements (1) aufweist, wobei die Driftstrecke (4) vertikal ausgerichtete Driftzonen (9) besitzt, die von einer vertikal ausgerichteten Grabenstruktur (8) als Ladungskompensationsstruktur (2) umgeben sind, und wobei die Grabenstruktur (8) ein anisotrop leitendes Material (10) aufweist, das in Ebenen (11, 12) orthogonal zur Grabentiefe (t) alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten und in Richtung der Grabentiefe (t) eine geringe Leitfähigkeit aufweist, wobei das anisotrop leitende Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
a) Graphit, dessen Ebenen (11, 12) mit hochleitenden hexagonal strukturierten Kristallgitterebenen (14), die mit dazwischen angeordneten nicht leitenden Van der Waal'schen Bindungsebenen (18) alternieren, orthogonal zu der Grabentiefe (t) angeordnet sind;
b) gefüllter Kunststoff, der mit Agglomeraten...

Description

Bei konventionellen MOSFETs mit Driftstrecke ist die maximale Donatorkonzentration [N_D] in einem n^–-Gebiet als Driftstrecke und somit auch die elektrische Leitfähigkeit der Driftstrecke durch die geforderte Sperrfähigkeit bestimmt bzw. umgekehrt. Beim Avalanche-Durchbruch sind dann ca. 1,5 × 10¹² cm^–2 Donatoren ionisiert, die ihre Gegenladung in der Akzeptorladung des p-leitenden Gebietes der konventionellen MOSFET-Struktur finden. Soll eine höhere Donatorkonzentration ermöglicht werden, so müssen Gegenladungen für die Donatoratome der Driftstrecke bzw. des n^–-Gebiets etwa in der gleichen Bauelement-Ebene wie die Driftstrecke gefunden werden. Bei MOS-Feldplattentransistoren mit Grabenstruktur, wie sie aus der Druckschrift US 6,573,558 B2 bekannt sind, geschieht dies durch die Ladungsträger der Feldplatte.
Bei Kompensationsbauelementen wie beim ”CoolMOS”, die alternierend in Zellen angeordnete n-Gebiete und p-Gebiete aufweisen, geschieht dieses durch Akzeptoren der p-Gebiete als Gegenladungen.
In diesem Zusammenhang wird unter einem schwachdotierten n^–- bzw. p^–-Gebiet eine Störstellenkonzentration [N] verstanden, welche entweder eine Donatorenkonzentration [N_D] oder eine komplementäre Akzeptorenkonzentration [N_A] sein kann und zwischen 1 × 1012 cm–3 ≤ [N] ≤ 1 × 1016 cm–3 beträgt.
Unter einem mittelstark dotierten n- bzw. p-Gebiet wird ein Bereich eines Halbleiterleistungsbauelements verstanden, der mittlere Störstellenkonzentration zwischen 1 × 1016 cm–3 ≤ [N] ≤ 1 × 1018 cm–3 aufweist. Unter einem hochdotierten n⁺- bzw. p⁺-Gebiet wird ein Bereich eines Halbleiterleistungsbauelementes verstanden, der hochdotiert ist und eine Störstellenkonzentration zwischen 1 × 1018 cm–3 ≤ [N] ≤ 1 × 1020 cm–3 aufweist. Unter einem metallisch leitenden Halbleitergebiet wird ein Bereich eines Halbleiterleistungsbauelementes verstanden, der eine äußerst hohe Dotierung aufweist und eine Störstellenkonzentration zwischen 1 × 1020 cm–3 ≤ [N] ≤ 1 × 1022 cm–3 aufweist.
Soll die elektrische Leitfähigkeit einer Driftstrecke mit n^–-leitenden Zonen durch Kompensationsstrukturen wie z. B. bei einem ”CoolMOS” weiter verbessert werden, so dass sie eine mittlere n-leitende Dotierstoffkonzentration erreicht, so muss der Kompensationsgrad immer genauer eingestellt werden. Dieses stößt bereits heute an die Grenzen der technologischen Machbarkeit, so dass die Driftstrecke von ”CoolMOS”-Halbleiterleistungsbauelementen eine Störstellenkonzentration bis zu [N] ≤ 2 × 10¹⁷ cm^–3 aufweist.
Die aus US 6,573,558 B2 bekannten MOS-Feldplattentransistoren mit Grabenstruktur besitzen den Nachteil, dass je nach Anschlussart der Feldplatte entweder am source- oder am drainseitigen Ende zum n^–-Gebiet die volle Sperrspannung abfällt und somit sehr dicke Isolationsschichten erforderlich sind. Bei 600 V Dauerbelastung wäre ein etwa 3 μm bis 6 μm dickes SiO₂ erforderlich, was den Effekt der Feldplatte bei der Bereitstellung von Gegenladungen für die Driftstrecke deutlich reduziert.
Anstelle einer genaueren Kompensation beim ”CoolMOS” wurde mit den Patentanmeldungen DE 10 2004 007 197 A1 und DE 10 2004 007 196 A1 vorgeschlagen, dass die Gegenladung durch eine Grabenstruktur mit deutlich höherer Dielektrizitätszahl als das umgebende Si bereitgestellt wird. Um technisch bzw. wirtschaftlich attraktive Einsatzmöglichkeiten zu schaffen, müsste die relative Dielektrizitätszahl des Isolators, mit dem der Graben im Si gefüllt wird, etwa ε_r ≈ 1000 betragen. Bei typischen Grabenbreiten und Breiten der Driftstrecke im Bereich einiger μm lassen sich für 600 V-Bauelemente Einschaltwiderstands-Werte erreichen, die bereits einen Faktor 3 besser als beim ”CoolMOS” heute sind.
Weitere Halbleiterleistungsbauelemente mit Grabenstruktur sind aus der Druckschrift US 6,608,350 B2 bekannt. Mit derartigen bekannten Grabenstrukturen kann ein Hochspannungstransistor mit niedrigem Durchlasswiderstand auf einem n⁺-leitenden Halbleitersubstrat mit einem schwachdotierten Halbleiterkörperbereich auf dem n⁺-leitenden Halbleitersubstrat hergestellt werden, indem aus der Grabenstruktur Kompensationsgebiete in den schwachdotierten Halbleiterkörperbereich ausdiffundiert werden. Der Graben kann mit einem Dielektrikum oder einem hochresistiven semiisolierenden Material gefüllt werden, wie es auch in der DE 19848828 C2 beschrieben wird. Halbleiterleistungsbauelemente mit Grabenstruktur sind auch aus den Druckschriften US 4,893,160 A und US 5,282,018 A bekannt.
Durch weitere Miniaturisierung von Halbleiterleistungsbauelementen für Hochspannungsanwendungen besteht ein wachsender Bedarf, den Einschaltwiderstand der Driftstrecke weiter zu vermindern, um einerseits die Verlustleistung und damit die Aufheizung des Halbleiterleistungsbauteils zu senken und andererseits die zulässigen Durchlassströme im Einschaltfall zu vergrößern, ohne die erforderliche Halbleiterchipfläche vergrößern zu müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterleistungsbauelement mit Driftstrecke und Grabenstruktur anzugeben, das eine weiter erhöhte Nennstromdichte im Durchlassfall ermöglicht und eine deutlich höhere Dotierung der Driftstrecke durch eine verbesserte Ladungsträgerkompensationsstruktur zulässt.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterleistungsbauelement mit Ladungskompensationsstruktur geschaffen. Das Halbleiterleistungsbauelement ist ein Feldeffektbauelement mit einer vertikalen schwach bis mittelstark dotierten Driftstrecke zwischen einer ersten Elektrode auf der Oberseite des Halbleiterleistungsbauelements und einer zweite Elektrode auf der Rückseite des Halbleiterleistungsbauelements. Die Driftstrecke weist vertikal aufgerichtete Driftzonen auf, die von einer vertikal ausgerichteten Grabenstruktur zur Ladungsträgerkompensation umgeben sind. Die Grabenstruktur weist ein anisotrop leitendes Material auf, das in Ebenen orthogonal zur Grabentiefe alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten und in Richtung der Grabentiefe eine geringe Leitfähigkeit aufweist.
In diesem Zusammenhang wird unter hoher elektrischer Leitfähigkeit eine Leitfähigkeit verstanden, die einer metallischen Leitfähigkeit nahe kommt. Unter niedriger Leitfähigkeit werden Widerstände verstanden, wie sie bei schwach dotierten Halbleitern, bei Kunststoffen und/oder bei Isolationswerkstoffen und Keramiken auftreten. Unter geringer Leitfähigkeit wird eine elektrische Leitfähigkeit verstanden, die einen Wert erreicht, der zwischen der hohen Leitfähigkeit und der niedrigen Leitfähigkeit liegt, wobei die geringe Leitfähigkeit mindestens um eine Zehnerpotenz und um vorzugsweise mehr als fünf Zehnerpotenzen geringer ist, als die hohe Leitfähigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Grabenstruktur einen kristallinen Kohlenstoff in Form eines Graphits auf, in dem hochleitende, hexagonal strukturierte Kristallgitterebenen mit dazwischen angeordneten nicht leitenden Van der Waal'schen Bindungsebenen alternieren. Diese Kristallgitterebenen sind orthogonal zu der Grabentiefe angeordnet. Dadurch ergibt sich eine aus Atomlagen zusammengesetzte Struktur, in der monoatomare Ebenen mit hoher Leitfähigkeit mit Bindungsebenen ohne Atomrümpfe alternierend wechseln, sodass sich im Verlauf der Grabentiefe monoatomare Ebenen, in denen das Potentialniveau gehalten wird, mit Bindungsbereichen abwechseln, in denen ein Bruchteil der auf der Grabenstruktur anliegenden Spannung abgebaut wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kommt es lediglich darauf an, einen kristallinen Kohlenstoff in die Grabenstruktur einzubringen und das Aufwachsen der Graphitstruktur derart zu steuern, dass sich die Kristallgitterebenen orthogonal zur Grabentiefe anordnen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Material der Grabenstruktur einen gefüllten Kunststoff auf, der mit Agglomeraten elektrisch leitender Nanopartikel gefüllt ist, wobei die Agglomerate schichtweise leitende Netzwerke in Ebenen orthogonal zu der Grabentiefe aufweisen, die sich mit isolierenden Kunststoffschichten abwechseln. Agglomerate von schichtweise leitenden Netzwerken lassen sich auf Kunststoffschichten in der Grabenstruktur durch Aufstäuben aufbringen, so dass sich im Wechsel von Aufstäuben von Nanopartikelagglomeraten und isolierenden Kunststoffschichten eine Struktur ergibt, bei der in den Ebenen mit leitenden Netzwerken und Kanälen aus Agglomeraten ein Potentialniveau gehalten wird, und zwischen den in dem Graben gestapelten elektrisch leitenden Netzwerken der Spannungsabbau in den jeweiligen Kunststoffschichten erfolgt. Damit wird erreicht, dass sich in der benachbarten Driftstrecke eine entsprechende Feldverteilung ausbildet, die ermöglicht, dass höhere Konzentrationen an Dotierstoffen in die Driftstrecke, beispielsweise mit einer epitaktischen Abscheidung, eingebracht werden können.
Vorzugsweise besteht das Material in der Grabenstruktur aus einem anisotrop leitenden Klebstoff. Derartige Klebstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass bei Druck der Klebstoff eine hochleitende Schicht ausbildet und ohne eine derartige Druckbeaufschlagung einen hohen elektrischen Widerstand beibehält. Das kann dahingehend genutzt werden, dass in der Grabenstruk tur der Klebstoff schichtweise eingebracht wird, und die Schichten abwechselnd unter einer Hochdruckatmosphäre und unter Normaldruck oder Vakuum aushärten. In den hochleitenden, unter Druck ausgehärteten Schichten wird wiederum das Potential örtlich fixiert, während sich in den isolierenden Schichten zwischen den elektrisch hochleitenden Schichten die an die Grabenstruktur angelegte Spannung iterativ abbaut. Die Wirkung auf die Feldverteilung in der Driftstrecke ist ähnlich, wie bei einem Schichtkondensator in der Grabenstruktur.
In der beschriebenen und den drei folgenden bevorzugten Ausführungsformen können also in Richtung der Grabenstruktur im mikroskopischen Maßstab Schichten mit hoher und geringer Leitfähigkeit auch alternierend auftreten, sodass sich makroskopisch trotzdem eine geringe Leitfähigkeit in Richtung des Grabens ergibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Grabenstruktur abwechselnd Kohlenstoffnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten derart auf, dass sich alternierend Ebenen aus einem leitenden Kohlenstoffnetzwerk und monomolekularen bzw. einigen Moleküllagen starke Ebenen aus isolierendem Kunststoff abwechseln. Diese Struktur kommt der Graphitstruktur bereits sehr nahe, da die Kunststoffschichten zwischen den leitenden Kohlenstoffnetzwerken mit einer monomolekularen Schichtdicke nur wenig mehr als 1,0 nm dick sind. Diese Struktur hat gegenüber der Graphitstruktur den Vorteil, dass eine Züchtung von kristallinem Kohlenstoff in einer Grabenstruktur nicht erforderlich ist. Vielmehr können die Kohlenstoffnetzwerke auch amorphe Strukturen mit entsprechen leitenden Kanälen aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Grabenstruktur abwechselnd elektrisch leitende, hochdotierte Siliziumnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten auf. Dabei wechseln sich die alternierenden Ebenen aus einem leitenden hochdotierten Siliziumnetzwerk und monomolekularen bzw. einigen Moleküllagen starke Ebenen aus isolierendem Kunststoff ab. Auch diese Grabenstruktur kommt der Auffüllung der Gräben mit einem kristallinem Kohlenstoff in Form von Graphit sehr nahe, da die isolierenden Kunststoffschichten sehr dünn aufgebracht werden und die Siliziumnanopartikel eine mittlere Korngröße in der Größenordnung von einigen Nanometern aufweisen.
In einer weiteren Grabenstruktur wechseln sich Metallnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten in der Weise ab, dass sich Ebenen mit einem leitenden Metallnetzwerk und monomolekulare bzw. einigen Moleküllagen starke Ebenen aus isolierendem Kunststoff in vertikaler Richtung abwechseln. Darin bedeutet vertikale Richtung, dass sich die Ebenen orthogonal zur Grabentiefe erstrecken. Das Einbringen von hohen Konzentrationen an Metallnanopartikeln zur Ausbildung von Metallnetzwerken auf einer sehr dünnen Kunststoffschicht ist dadurch möglich, dass abwechselnd Metalle und Kunststoff aufeinander in der Grabenstruktur durch Sputtern oder chemisch-physikalisches Abscheiden aufgebracht werden.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das anisotrop leitende Material der Grabenstruktur in seinem thermischen Ausdehnungsverhalten dem thermischen Ausdehnungsverhalten des Halbleiterkörpers angepasst ist. Dieses ist besonders von Vorteil für Halbleiterleistungsbauteile mit Sperrspannungen über 100 Volt, zumal bei derartigen Halbleiterleistungsbauteilen die Grabentiefe mehrere 10 Mikrometer beträgt. Bei nicht ange passten Ausdehnungskoeffizienten würde eine Grabenfüllung auf einen Halbleiterwafer oder einem Halbleiterchip zu einer Verwölbung führen, welche die nachfolgenden Prozessschritte erschweren oder ganz unmöglich machen.
Vorzugsweise werden Halbleiterleistungsbauelemente als MOSFETs oder IGBTs oder Bipolartransistoren oder durch pn^–n-Dioden und/oder als Schottky-Dioden mit entsprechender erfindungsgemäßer Ladungskompensationsstruktur in den Driftstrecken hergestellt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen für Halbleiterleistungsbauelemente mit Ladungskompensationsstruktur weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein hochdotierter Halbleiterwafer eines ersten Leitungstyps hergestellt. Auf diesen hochdotierten Halbleiterwafer wird eine schwach- bis mitteldotierte Epitaxieschicht des gleichen Leitungstyps zur Ausbildung von Driftstrecken in den jeweiligen Halbleiterchippositionen aufgebracht. Nach der Fertigstellung der Epitaxieschicht, deren Dicke sich nach der Sperrspannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterbauteils richtet, wird in die Epitaxieschicht eine Grabenstruktur unter Bildung von Driftzonen aus Epitaxiematerial, die von der Grabenstruktur umgeben werden, eingebracht.
Dabei können sich vorzugsweise die Grabenstrukturen und die Driftstrecken in Form von nebeneinander angeordneten Honigwaben auf dem Halbleiterwafer in den Halbleiterchippositionen verteilen. In diesem Fall werden als Grabenstruktur säulenförmige Ätzlöcher in die Epitaxieschicht eingebracht.
Danach wird ein anisotrop leitendes Material in den Grabenstrukturen der Halbleiterchippositionen abgeschieden, wobei das Material in Ebenen orthogonal zur Grabentiefe alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten aufweist und in Richtung der Grabentiefe eine geringere Leitfähigkeit besitzt. Die Definition hoher und niedriger Leitfähigkeit, sowie geringer Leitfähigkeit wurde oben bereits erläutert.
Als nächstes erfolgt ein Ausbilden einer ersten Elektrodenanschlussstruktur in einem oberen Bereich der Epitaxieschicht in den Halbleiterchippositionen, soweit es die Ausbildung einer Bodyzone aus einem komplementären Leitungstyp und einer hochdotierten Anschlusszone für die erste Elektrode betrifft. Dieses sind lediglich Vorbereitungen zum Aufbringen der entsprechenden ersten Elektrode wie einer Kollektor-, Anoden- oder Sourceelektrode je Halbleiterleistungsbauelementtyp auf der Oberseite des Halbleiterkörpers. Im Falle von MOSFETs oder IGBTs dienen diese Verfahrensschritte auch der Vorbereitung einer dritten Elektrode in Form eines isolierten Gates auf dem Halbleiterkörper. Danach können die Elektroden auf der Oberseite des Halbleiterkörpers angebracht werden.
Nach dieser Vorbereitung der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird eine Metallschicht auf die Rückseite des Halbleiterwafers unter Ausbilden einer zweiten Elektrode in den Halbleiterchippositionen aufgebracht. Damit sind praktisch alle funktionalen Bereiche für einen Halbleiterleistungschip in den jeweiligen Halbleiterleistungschippositionen des Halbleiterwafers angeordnet und fertiggestellt. Zur Herstellung des Halbleiterchips selbst wird der Halbleiterwafer lediglich entlang der Zeilen und Spalten aufgetrennt, und die Halbleiterchips werden in entsprechenden Gehäusen zu Halbleiterleistungsbauelementen verpackt.
Anstelle dieses Verfahrens, bei dem zunächst eine Epitaxieschicht auf einem hochdotierten Halbleiterwafer hergestellt wird und dann eine Grabenstruktur in diese Epitaxieschicht eingebracht wird, kann in einem alternativen Verfahren, das im folgenden beschrieben wird, auch in umgekehrter Weise vorgegangen werden. Bei dem alternativen Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen für Halbleiterleistungsbauelemente mit Ladungskompensationsstrukturen werden die nachfolgenden Verfahrensschritte durchgeführt.
Zunächst wird, wie in dem obigen Verfahren, ein hochdotierter Halbleiterwafer eines ersten Leitungstyps bereitgestellt. Anschließend wird nun auf diesem hochdotierten Halbleiterwafer zunächst keine Epitaxieschicht aufgewachsen, sondern eine Schicht aus anisotrop leitenden Material mit lagenweiser Anisisotropie der Leitfähigkeit abgeschieden, wobei die lagenweise Anisisotropie der Leitfähigkeit derart gebildet wird, dass die Lagen alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten aufweisen, und orthogonal zur Schichtebene eine geringere Leitfähigkeit besteht.
Nach dem Herstellen einer derartigen Schicht aus anisotrop leitendem Material wird ein selektives Abtragen der anisotrop leitenden Schicht unter partiellem Freilegen der Oberfläche des hochdotierten Substrats in den Halbleiterchippositionen durchgeführt. Nachdem die Oberfläche des hochdotierten Halbleiterwafers partiell freigelegt ist, wird eine schwach- bis mitteldotierte Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps auf dem Halbleiterwafer zur Ausbildung von Driftzonen aufgebracht. Diese Driftzonen sind dann von dem anisotrop leiten den Material der Schicht in den Halbleiterchippositionen umgeben.
Danach kann ein Ausbilden einer ersten Elektrodenanschlussstruktur in einem oberen Bereich der Epitaxieschicht in den Halbleiterchippositionen erfolgen, soweit es sich um die Ausbildung einer Bodyzone des komplementären Leitungstyps und einer hochdotierten Anschlusszone des ersten Leitungstyps zum Aufbringen der ersten Elektrode handelt. Damit ist die Strukturierung der Oberseite des Halbleiterwafers abgeschlossen. Anschließend kann auf die Unterseite oder Rückseite des Halbleiterwafers eine Metallschicht aufgebracht werden, die zur Bildung der zweiten Elektroden in den Halbleiterchippositionen erforderlich ist.
Nach Fertigstellung eines derartigen Halbleiterwafers wird zur Herstellung von Halbleiterleistungsbauelementen lediglich der Halbleiterwafer in seinen Chippositionen aufgetrennt, und die einzelnen Halbleiterleistungschips in entsprechende Gehäuse für Halbleiterleistungsbauteile verpackt. Mit diesem Verfahren lassen sich vorzugsweise Halbleiterleistungsbauelemente des MOSFET-Typs, des IGBT-Typs, des Bipolartransistortyps sowie des pn^–n-Dioden-Typs und/oder des Schottky-Dioden-Typs mit Ladungskompensationsstrukturen herstellen.
Vorzugsweise wird das Ausbilden der ersten Elektrodenanschlussstruktur in einem oberen Bereich der Epitaxieschicht in den Halbleiterchippositionen zu einer Source-Gate-Struktur durchgeführt. Dabei wird zunächst die Ausbildung einer Bodyzone des komplementären Leitungstyps, beispielsweise durch Diffusion oder Ionenimplantation plus Diffusion, hergestellt und eine hochdotierte Sourceanschlusszone des ersten Leitungstyps in diese Bodyzone eingebracht. Diese Struktur be findet sich dann im oberen Bereich der Epitaxieschicht während auf der Epitaxieschicht ein Gateoxid und anschließend eine Gateelektrode als dritte Elektrode eines MOSFETs oder eines IGBTs hergestellt wird.
Mit dem Aufbringen einer Metallschicht auf der Rückseite des Halbleiterwafers als zweite Elektrode ist praktisch eine Drainelektrode eines MOSFETs oder Kathode einer pn^–n-Diode fertiggestellt. Wird anstelle eines hochdotierten Substrats des ersten Leitungstyp ein hochdotiertes Substrat des komplementären Leitungstyps oder eine Rückseiten-Ionenimplantation und Diffusion mit Störstellen des komplementären Leitungstyps durchgeführt, so kann als zweite Elektrode auf der Rückseite des Halbleiterkörpers ein Rückseitenemitter eines IGBTs angeordnet werden.
In einem bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials oder für das Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Material auf einem Halbleiterwafer Kohlenstoff derart abgeschieden, dass eine Graphitstruktur des Kohlenstoffs mit hochleitenden, hexagonal strukturierten Kristallgitterebenen und mit dazwischen angeordneten nicht leitenden Van der Waal'schen Bindungsebenen alternierend gebildet wird.
Die Ausbildung einer kristallinen Kohlenstoffstruktur in Form der Graphitstruktur auf einem Siliziumhalbleiterwafer ist durch geeignete Abscheideparameter mittels einer chemischen Abscheidung aus der Gasphase oder mittels Pyrolyse realisierbar. Dabei ist es einfacher, den gesamten Wafer gleichmäßig mit einer Schicht aus dem anisotrop leitenden Material des Graphits zu versehen, als in einer schon vorgefertigten und strukturierten Grabenstruktur Graphitkristalle zu züchten.
Insofern würde hier das oben erwähnte alternative Verfahren eingesetzt, um derartige Halbleiterleistungsbauteile herzustellen.
In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens werden für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials in der Grabenstruktur oder für das Abscheiden einer Schicht aus einem anisotrop leitenden Material auf einem Halbleiterwafer abwechselnd Kohlenstoffnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten derart abgeschieden, dass sich Ebenen mit einem leitenden Kohlenstoffnetzwerk und monomolekulare Ebenen aus isolierendem Kunststoff abwechseln. Für diese Abscheidung können beide Verfahren, mit und ohne vorbereiteter Grabenstruktur eingesetzt werden, zumal das Abscheiden von Kohlenstoffnanopartikeln auf monomolekularen Ebenen isolierenden Kunststoffes durch entsprechende Sputter- oder CVD-Abscheidetechniken möglich ist.
Bei einer weiteren Durchführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials oder für das Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Material auf einem Halbleiterwafersubstrat abwechselnd Metallnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten derart abzuscheiden, dass sich Ebenen mit einem leitenden Metallnetzwerk und monomolekularen bzw. wenige Moleküllagen starke Ebenen aus isolierendem Kunststoff abwechseln. Auch bei diesem Verfahren ist es von Vorteil, dass die monomolekulare bzw. wenige Moleküllagen starke Kunststoffschicht mittels beispielsweise CVD- oder Plasmaabscheidung und das Metallnetzwerk aus Metallnanopartikeln beispielsweise mittels Sputtern, sowohl in einer vorbereiteten Grabenstruktur, als auch auf der unstrukturierten Oberseite eines Halbleiterwafers relativ unproblematisch realisiert werden kann.
Weiterhin ist es vorgesehen, für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials oder für das Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Material auf einem Halbleiterwafer abwechselnd Agglomerate von elektrisch leitenden Nanopartikeln und isolierenden Kunststoffschichten derart abzuscheiden, dass sich Schichten mit einem leitenden Netzwerk aus leitenden Agglomeraten und Schichten aus isolierendem Kunststoff abwechseln. Derartiger Agglomerate aus Nanopartikeln setzen voraus, dass diese Netzwerke eine Dicke aufweisen, die mehrere 10 Nanometer Dicke zeigen und aufgrund der Agglomeration eine relativ ungleichmäßige Verteilung in den hochleitenden Ebenen aufweisen, so dass als isolierende Kunststoffschicht eine monomolekularen Schicht nicht ausreicht, sondern vielmehr eine isolierende Kunststoffschicht von mehreren 10 Nanometern Dicke hergestellt wird.
Wie bereits oben erwähnt, sind die bevorzugten Abscheideverfahren für die Nanopartikel das Sputter- bzw. das CVD-Verfahren, während für das Ausbilden der Grabenstruktur in einer anisotrop leitenden Schicht auf einem Halbleiterwafer und auch für das Ausbilden einer Grabenstruktur in einer Epitaxieschicht aus Halbleitermaterial, eine Laserablation möglich ist. Andererseits werden derartige Strukturen auch durch ein Trockenätzen im Plasma erreicht.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein Abscheiden einer Schicht mit stark anisotroper elektrischer Leitfähigkeit in einer Grabenstruktur von ausreichender Tiefe vorsieht, wobei idealerweise die Leitfähigkeit in lateraler Richtung orthogonal zur Grabentiefe sehr hoch sein sollte, während sie in vertikaler Richtung, das heißt also in Richtung der Grabentiefe, extrem klein sein sollte. Darüber hin aus sollten sich innerhalb dieser Schicht Lagen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und Lagen mit minimaler elektrischer Leitfähigkeit abwechseln. Über freie Ladungsträger aus der lateralen Schichtung werden dann Ladungen zur Kompensation der Dotierstoffladungen in dem benachbarten Halbleitermaterial der Driftzonen bereitgestellt. Dagegen verursacht die vertikale geringe Leitfähigkeit in Richtung der Grabentiefe einen zusätzlichen Leckstrompfad, der mit Hilfe der geringen Leitfähigkeit minimiert werden sollte. Mit einer derartigen Abscheidung eines anisotropen Materials in einer Grabenstruktur wird der Herstellungsaufwand für derartige Halbleiterleistungsbauteile spürbar reduziert.
Ein bevorzugtes Beispiel für ein stark anisotropes Material ist Graphit. Dieser Graphit bildet ein Schichtengitter mit ebenen Schichten. Innerhalb der Schichten oder Lagen ist jedes Kohlenstoffatom von einem Nachbarn umgeben, wobei die Kohlenstoffatome sich entsprechend ihrer Umgebung zu hexagonalen Linien zusammenschließen, wie es vom Benzolring her bekannt ist. Diese als sp₂-hybridisierten Kohlenstoffatome weisen senkrecht zu dem Hybrid stehende p_z-Orbitale mit einem vierten Valenzelektron auf. Diese Orbitale erstrecken sich über die gesamte Schicht und zeigen ein delokalisiertes (p_i)-Bindungssystem, das zur Hälfte mit Elektronen besetzt ist.
Während nun innerhalb der hexagonalen Kristallgitterebene der Zusammenhalt durch kovalente Bindungen verursacht wird, wirken zwischen den einzelnen Schichten nur schwache Van der Waal'sche Kräfte. Aus diesem Grund ergibt sich eine annähernd metallische Leitfähigkeit in den hexagonalen Schichten, während der Widerstand zwischen den Schichten bei ausreichender Materialqualität extrem hoch sein kann. Demnach ist Graphit ein idealer Füllstoff für die Grabenstruktur des Halbleiterleistungsbauteils.
Anstelle von Graphit bieten sich aber auch andere Materialien, wie beispielsweise Polymere an. Analog zur Kontaktierung von LCDs können auch Materialien eingesetzt werden, bei denen sich ein elektrisch leitfähiges Material, wie zum Beispiel auf der Basis von amorphem Kohlenstoffs, oder von dotierten Siliziumpartikeln oder von fein verteilter Metallpartikeln, in einer isolierenden Matrix befindet. Diese Matrix ist dabei so gestaltet, dass in einer Ebene freie, mit den leitfähigen Partikeln gefüllte Kanäle existieren, die auch verzweigt sein können, und in der vertikalen Richtung fehlen solche Verbindungen idealerweise vollständig oder sind deutlich seltener.
Eine weitere bekannte Variante solcher anisotrop leitender Materialen sind als sogenannte anisotrop leitende Adhäsionsstoffe bekannt, bei denen zum Beispiel durch Aufbringen von Druck in einer Richtung eine leitfähige elektrische Verbindung erzeugt werden kann, während orthogonal dazu eine fast perfekte Isolation herrscht.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung, die mit derartigen Materialien arbeitet, ist, dass das thermische Ausdehnungsverhalten durch das Einsetzen anorganischer Füllstoffe an das Ausdehnungsverhalten von einem Halbleiterwerkstoff, wie Silizium, zumindest angenähert angepasst werden kann. Dies ist besonders bei Bauelementen oberhalb von 100 Volt Sperrfähigkeit wichtig, da wegen der weiten Raumladungszone entsprechend tiefe Grabenstrukturen benötigt werden, wobei hohe thermomechanischen Spannungen bei nicht angepasstem thermischen Ausdehnungsverhalten herkömmlicher gefüllter Graben strukturen auf einem Halbleiterwafer und in den Bauelementen mindestens eine starke Verwölbung der Bauelemente bzw. der Halbleiterwafer verursachen können.
Wie bereits oben erwähnt ist es vorteilhaft für das Herstellungsverfahren, je nach Material bzw. Materialverbund, zuerst die Halbleiterstruktur mit Grabenstruktur zu erzeugen, und dann das anisotrop elektrisch leitfähige Material in die Grabenstruktur einzubringen, oder bei Bedarf auch umgekehrt vorzugehen, in dem zunächst auf einem Halbleiterwafer das anisotrop elektrisch leitfähige Material als Schicht erzeugt wird, und dann Gräben in dieses Material eingebracht werden, die dann über epitaktische Abscheidung mit entsprechendem Halbleitermaterial und damit mit entsprechenden Driftstreckenmaterial aufgefüllt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch die Struktur eines anisotrop leitenden Materials für Halbleiterleistungsbauelemente, am Beispiel eines Graphitgitters;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterleistungsbauteil 1, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt schematisch die Struktur eines anisotrop leitenden Materials für Halbleiterleistungsbauelemente, am Beispiel eines Graphitgitters 29. Das Graphitgitter 29 weist hexagonale Kristallgitterebenen 14 mit kovalenten Bindungen auf, die sich schichtartig durch das Kristallgitter erstrecken, wobei die Leitfähigkeit in diesen hexagonalen Kristall gitterebenen 14 einer metallischen Leitfähigkeit entspricht. Zwischen den hexagonalen Kristallgitterebenen 14 sind in z-Richtung angeordnete p_z-Orbitale des vierten Valenzelektrons angeordnet, die eine Bindungsebene 18 zwischen den hexagonalen Kristallgitterebenen 14 aufspannen, welche lediglich von Van der Waal'schen Kräften beherrscht wird. Diese Bindungsebene 18 weist demnach eine niedrige elektrische Leitfähigkeit auf.
Werden Graphitgitter in einer Grabenstruktur eines Halbleiterleistungsbauteils angeordnet, so wechseln sich elektrisch hochleitende Kristallgitterebenen 14 mit elektrisch niedrig leitenden Bindungsebenen 18 ab. Die Leitfähigkeit in z-Richtung ist dementsprechend gegenüber der Leitfähigkeit der hexagonalen Kristallebenen 14 stark herabgesetzt. In 1 sollen die Markierungen a auf der z-Achse die Mittellage der hexagonalen Kristallgitterebenen 14 kennzeichnen, während die Markierung b die Mittenlage der Bindungsebene 18 auf der z-Achse kennzeichnet. Die vier Verbindungslinien zwischen den Kohlenstoffatomen C auf Graphitgitterplätzen symbolisieren die vier Valenzelektronen der Kohlenstoffatome C.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterleistungsbauelement 1, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Halbleiterleistungsbauelements 1 weist einen Halbleiterkörper 3 auf, der aus einem hochdotierten Substrat 19 eines ersten Leitungstyps n und einer Driftstrecke 4 besteht, die eine Länge l aufweist und sich von der Oberseite 20 des Halbleiterkörpers 3 bis zur Oberseite 23 des Substrats 19 erstreckt. Der Halbleiterkörper 3 weist auf seiner Oberseite 20 mindestens eine erste Elektrode 5 auf, die hier in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Sourceelektrode S ist. Auf der Rückseite 26 weist der Halbleiterkörper 3 eine zweite Elektrode 6 auf, die in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Drainelektrode D ist.
Eine Gateelektrode 7 ist als planares Gate G ausgebildet und weist eine Polysiliziumschicht auf. Die Polysiliziumschicht ist durch eine Gateoxidschicht 24 von einem Kanalgebiet in einer p-leitenden Bodyzone 21 isoliert, wobei sich das Kanalgebiet von einer Grenze eines hochdotierten Sourcebereichs 25 des gleichen Leitungstyps, wie die n-leitende Driftstrecke 4, zu der Grenze der Driftstrecke 4 in dem Bodygebiet 21 erstreckt und in einem oberen Bereich 28 der Epitaxieschicht 27 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist als Ladungskompensationsstruktur 2 eine Grabenstruktur 8 in die Driftstrecke 4 von der Oberseite 20 des Halbleiterkörpers 3 bis zur Oberseite 23 des Substrats 19 innerhalb des Sourcebereichs 25 eingebracht, sodass sich benachbarte Driftzonen 9 ausbilden. Die Wände 16 der Grabenstruktur 8 sind mit einer Isolationsschicht 17 aus Siliziumdioxid bedeckt. Die Dicke w der Isolationsschicht 17 liegt im Bereich 0,03 μm ≤ w ≤ 3 μm. Der Halbleiterkörper 3 besteht aus einem monokristallinem Siliziumkristall des hochdotierten Substrats 19 und aus der Driftstrecke 4, die aus einer oder mehrerer monokristallinen Epitaxieschichten 27 gebildet ist.
Eine Isolationsschicht 17 aus Siliziumdioxid hat den Vorteil, dass nach einem Einbringen eines Grabens im Sourcebereich 25 durch die Driftstrecke 4 hindurch bis zur Oberseite 23 des hochdotierten Substrats 19, die Isolationsschicht 17 durch thermische Oxidation des Siliziums der Grabenwände 16 hergestellt werden kann. Andere Isolationsschichten 17 können durch Nitrieren des Siliziummaterials, oder durch ein physi kalisches Abscheiden, beispielsweise in Form eines Sputterns, oder durch Plasmaabscheidung oder durch eine CVD-Abscheidung auf den Wänden der Grabenstruktur 8, hergestellt werden. In der Grabenstruktur 8 ist ein anisotrop leitendes Material angeordnet, das sich aus einem Stapel 13 aus elektrisch hochleitendem Materiallagen und elektrisch niedrig leitendenden bzw. isolierenden Materiallagen abwechselnd zusammensetzt.
Bei diesen Lagen entlang der Grabentiefe t handelt es sich vorzugsweise um alternierend angeordnete, monoatomare oder monomolekulare Lagen 11 bzw. 12, so dass sich eine Potentialverteilung 15 in der Grabenstruktur einstellt, die in der Driftstrecke 4 die Feldverteilung beeinflusst. Die Potentialverteilung 15 in der Grabenstruktur zeigt schematisch das Diagramm auf der rechten Seite der 2. Auf der Abszisse ist die Spannung U und auf der Ordinate die Driftstreckenlänge x aufgetragen. Aufgrund der anliegenden Drainspannung U_D liegt an jeder der sehr dünnen Materiallagen mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit eine Stufenspannung ΔU an. Diese Potentialverteilung 15 innerhalb der Grabenstruktur 8 beeinflusst die Feldverteilung der Driftstrecke 4 derart, dass eine höhere Dotierstoffkonzentration und damit ein niedrigerer Einschaltwiderstand des Halbleiterbauteils zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 möglicht wird, ohne dass die maximale Sperrspannung U_max verringert wird.
Die Dotierstoffkonzentration in der Driftstrecke 4 kann aufgrund der Grabenstruktur 8 mit einem anisotrop leitenden Material 10 um etwa eine weitere 10er Potenz gegenüber Halbleiterbauteilen mit Driftstrecken, wie sie aus den oben angegebenen Dokumenten bekannt sind, erhöht werden. Die Darstellung, sowohl der Potentialverteilung 15 in der Grabenstruktur 8, als auch in der alternierenden Folge von einer hochleiten den atomaren Schicht 12 und einer nahezu isolierend wirkenden Schicht 11 ist nicht maßstabgerecht, sondern stark verzerrt, da der Spannungsverlauf zwischen monoatomaren Lagen und/oder monomolekularen Lagen nur prinzipiell darstellbar ist.
Die Leitfähigkeit innerhalb der Grabenstruktur 8 in vertikaler z-Richtung ist deutlich geringer, als die elektrische Leitfähigkeit in den Bereichen 12 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, und weist somit eine Anisotropie der Leitfähigkeit zwischen den alternierenden horizontalen Bereichen geringer Leitfähigkeit 11 und hoher Leitfähigkeit 12, als auch eine Anisotropie zwischen der Leitfähigkeit in vertikaler z-Richtung der Grabenstruktur gegenüber den horizontal alternierenden Bereichen 11 und 12, die sich orthogonal zu der z-Richtung erstrecken, auf.

1: Halbleiterleistungsbauelement
2: Ladungskompensationsstruktur
3: Halbleiterkörper
4: Driftstrecke bzw. Driftzone
5: Sourceelektrode bzw. erste Elektrode
6: Drainelektrode bzw. zweite Elektrode bzw. Metall-schicht
7: Gateelektrode bzw. dritte Elektrode
8: Grabenstruktur
9: Driftzone
10: anisotrop leitendes Material
11: alternierender Bereich geringer Leitfähigkeit bzw. Ebene
12: alternierender Bereich hoher Leitfähigkeit bzw. Ebene bzw. Kunststoffschicht
13: Stapel aus monomolekularen Schichten
14: Kristallgitterebene
15: Potentialverteilung
16: Wand der Grabenstruktur
17: Isolationsschicht
18: Van der Waal'sche Bindungsebene
19: hochdotierter Halbleiterwafer
20: Oberseite des Halbleiterwafer bzw. des Halbleiterleistungsbauelements
21: Bodyzone
23: Oberseite des Substrats
24: Gateoxydschicht
25: hochdotierter Sourcebereich
26: Rückseite des Halbleiterwafers bzw. des Halbleiterleistungsbauelements
27: Epitaxieschicht
28: oberer Bereich der Epitaxieschicht
29: Graphitgitter
a: hexagonalen Kristallebenen mit kovalenter Bindung
b: Van der Waal'sche Bindungsebene mit Orbitalen der vierten Valenzelektronen
C: Kohlenstoffatom auf Graphitgitterplatz
D: Drainelektrode
G: Gate
l: Länge der Driftstrecke
n, p: Leitungstypen
S: Sourceelektrode
t: Grabentiefe
ΔU: Spannungsabfall über einer Isolationslage
U_max: Sperrspannungsfestigkeit
w: Dicke der Isolationsschicht

Claims

Halbleiterleistungsbauelement mit Ladungskompensationsstruktur (2), wobei das Halbleiterleistungsbauelement (1) ein Feldeffektbauelement mit einer vertikalen schwach- bis mitteldotierten Driftstrecke (4) zwischen einer ersten Elektrode (5) auf der Oberseite (20) des Halbleiterleistungsbauelementes (1) und einer zweiten Elektrode (6) auf der Rückseite (26) des Halbleiterleistungsbauelements (1) aufweist, wobei die Driftstrecke (4) vertikal ausgerichtete Driftzonen (9) besitzt, die von einer vertikal ausgerichteten Grabenstruktur (8) als Ladungskompensationsstruktur (2) umgeben sind, und wobei die Grabenstruktur (8) ein anisotrop leitendes Material (10) aufweist, das in Ebenen (11, 12) orthogonal zur Grabentiefe (t) alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten und in Richtung der Grabentiefe (t) eine geringe Leitfähigkeit aufweist, wobei das anisotrop leitende Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: a) Graphit, dessen Ebenen (11, 12) mit hochleitenden hexagonal strukturierten Kristallgitterebenen (14), die mit dazwischen angeordneten nicht leitenden Van der Waal'schen Bindungsebenen (18) alternieren, orthogonal zu der Grabentiefe (t) angeordnet sind; b) gefüllter Kunststoff, der mit Agglomeraten elektrisch leitender Nanopartikel gefüllt ist, wobei die Agglomerate schichtweise leitende Netzwerke in Ebenen (12) orthogonal zu der Grabentiefe aufweisen (t), die sich mit isolierenden Kunststoffschichten (11) abwechseln; c) anisotrop leitender Klebstoff; d) Kohlenstoffnanopartikel (11) und isolierende Kunststoffschichten derart angeordnet, dass sich alternierend Ebenen (12) aus einem leitenden Kohlenstoffnetzwerk und monomolekulare Ebenen (11) oder Ebenen (11) aus mehreren Moleküllagen eines isolierenden Kunststoffes abwechseln; e) elektrisch leitende hochdotierte Siliziumnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten derart angeordnet, dass sich alternierende Ebenen (11, 12) aus einem leitenden hochdotierten Siliziumnetzwerk (12) und monomolekulare Ebenen (11) oder Ebenen (11) aus mehreren Moleküllagen eines isolierenden Kunststoffes abwechseln und f) Metallnanopartikel und isolierende Kunststoffschichten (11) derart angeordnet, dass sich Ebenen (11, 12) mit einem leitenden Metallnetzwerk (12) und monomolekulare Ebenen (11) oder Ebenen (11) aus mehreren Moleküllagen eines isolierenden Kunststoffes in vertikaler Richtung abwechseln.
Halbleiterleistungsbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrop leitende Material (10) der Grabenstruktur (8) in seinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers (3) angepasst ist.
Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterleistungsbauelement (1) ein MOSFET, ein IGBT, ein Bipolartransistor, eine pn^–n-Diode und/oder eine Schottky-Diode mit Ladungskompensationsstruktur (2) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen für Halbleiterleistungsbauelemente (1) mit Ladungskompensationsstruktur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten Leitungstyps (n⁺ oder p⁺); – Aufbringen einer schwach- bis mitteldotierten Epitaxieschicht (27) des ersten Leitungstyps zur Ausbildung von Driftstrecken (4) in den Halbleiterchippositionen auf den Halbleiterwafer; – Einbringen einer Grabenstruktur (8) in die Epitaxieschicht (27) unter Bildung von Driftzonen (4) aus Epitaxiematerial, die von der Grabenstruktur (8) umgeben werden, in den Halbleiterchippositionen; – Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials (10) in den Grabenstrukturen (8) der Halbleiterchippositionen, wobei das Material (10) in Ebenen (11, 12) orthogonal zur Grabentiefe (t) alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten und in Richtung der Grabentiefe (t) eine geringe Leitfähigkeit aufweist; – Ausbilden einer ersten Elektrodenanschlussstruktur in einem oberen Bereich (28) der Epitaxieschicht (27) in den Halbleiterchippositionen, soweit es die Ausbildung einer Bodyzone (21) des komplementären Leitungstyps und einer hochdotierten Anschlusszone (25) des ersten Leitungstyps betrifft; – Aufbringen einer Metallschicht auf die Rückseite des Halbleiterwafers (26) unter Ausbilden einer zweiten Elektrode (6) in den Halbleiterchippositionen.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterleistungsbauelementes (1) mit Ladungskompensationsstruktur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten Leitungstyps durch ein Verfahren nach Anspruch 4; – Auftrennen des Halbleiterwafers zu Halbleiterchips, – Verpacken der Halbleiterchips zu Halbleiterleistungsbauelementen (1).
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für ein selektives Abtragen der Schicht aus anisotrop leitendem Material (10) ein Laserabtragsverfahren eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für ein selektives Abtragen der Schicht aus (10) leitendem Material oder für ein Einbringen einer Grabenstruktur (8) in die Epitaxieschicht (27) ein Plasma-Trockenätzverfahren eingesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen für Halbleiterleistungsbauelemente (1) mit Ladungskompensationsstruktur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten Leitungstyps; – Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Materials (10) auf dem Halbleiterwafer mit lagenweiser Anisotropie der Leitfähigkeit derart, dass die Lagen (11, 12) alternierend hohe und niedrige Leitfähigkeiten aufweisen und orthogonal zur Schichtebene eine geringe Leitfähigkeit besteht; – Selektives Abtragen der Schicht aus anisotrop leitendem Material (10) unter partiellem Freilegen der Oberseite (23) des hochdotierten Substrats (19) in den Halbleiterchippositionen; – Einbringen einer schwach- bis mitteldotierten Epitaxieschicht (27) des ersten Leitungstyps auf den Halbleiterwafer in die erzeugten Gräben im anisotrop leitfähigen Material zur Ausbildung von Driftzonen (9), die von dem anisotrop leitenden Material (10) der Schicht in den Halbleiterchippositionen umgeben sind; – Ausbilden einer ersten Elektrodenanschlussstruktur in einem oberen Bereich (28) der Epitaxieschicht (27) in den Halbleiterchippositionen, soweit es die Ausbildung einer Bodyzone (21) des komplementären Leitungstyps und einer hochdotierten Anschlusszone (25) des ersten Leitungstyps betrifft; – Aufbringen einer Metallschicht auf die Rückseite des Halbleiterwafers (26) unter Ausbilden einer zweiten Elektrode (6) in den Halbleiterchippositionen.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterleistungsbauelementes (1) mit Ladungskompensationsstruktur (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten Leitungstyps durch ein Verfahren nach Anspruch 8; – Auftrennen des Halbleiterwafers zu Halbleiterchips, – Verpacken der Halbleiterchips zu Halbleiterleistungsbauelementen (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Verfahren MOSFETs, IGBTs, Bipolartransistoren, pn^–n-Dioden und/oder Schottky-Dioden mit Ladungskompensationsstruktur (2) hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der ersten Elektrodenanschlussstruktur in einem oberen Bereich (28) der Epitaxieschicht (27) in den Halbleiterchippositionen zu einer Source-Gate-Struktur durchgeführt wird, indem eine Ausbildung einer Bodyzone (21) des komplementären Leitungstyps und einer hochdotierten Sourceanschlusszone (25) des ersten Leitungstyps in dem Epitaxiematerial hergestellt wird und auf der Epitaxieschicht (27) die Ausbildung eines Gateoxids (24) und einer Gateelektrode (G) als dritte Elektrode (7) eines MOSFETs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Aufbringen einer Metallschicht auf die Rückseite (26) des Halbleiterwafers als zweite Elektrode (6) eine Drainelektrode (D) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials (10) in der Grabenstruktur (8) oder für das Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Material (10) auf einem Halbleiterwafer Sputterverfahren eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials (10) in der Grabenstruktur (8) oder für das Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Material (10) auf einem Halbleiterwafer Abscheideverfahren aus der Gasphase eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für das Abscheiden eines anisotrop leitenden Materials (10) in der Grabenstruktur (8) oder für das Abscheiden einer Schicht aus anisotrop leitendem Material (10) auf einem Halbleiterwafer chemische oder physikalische Gasphasen Abscheideverfahren eingesetzt werden.