DE102007044414A1

DE102007044414A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102007044414A1
Application number: DE102007044414A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr.-Ing. Sedlmaier; Anton Dr.-Ing. Mauder; Hans-Joachim Dr. Schulze; Walter Dr. Rieger
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement (1) und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das Halbleiterbauelement (1) weist einen kristallinen Halbleiterkörper (2) mit einer Driftstreckenstruktur (3) auf. Die Driftstreckenstruktur (3) weist Driftzonen (4) in einer Grabenstruktur (5) mit Grabenwänden (6) und Ladungkompensationszonen (7) mit komplementärem Leitungstyp zu benachbarten Driftzonen (4) auf. Zwischen den Driftzonen (4) und den Ladungskompensationszonen (7) sind hochohmige Zwischenzonen (8) an den Grabenwänden (6) angeordnet.

Description

Halbleiterbauelemente in Form von Hochspannungstransistoren wie beispielsweise „Cool MOS", die Driftstrecken aus Ladungskompensationszonen und Driftzonen aufweisen, ermöglichen gegenwärtig die niedrigsten Durchlassverluste. In den Ladungskompensationszonen und den Driftzonen wechseln sich Zonen mit hoher n- und p-Dotierung ab, während die Nettoladung in jeder Ebene gering bleibt. In Durchlassrichtung stehen somit hoch n-dotierte Driftzonen mit geringem Bahnwiderstand für den Stromfluss beim Durchschalten des Hochspannungstransistors zur Verfügung, während die Nettoladung im Halbleiterbauelement im Sperrfall ähnlich gering ist wie bei konventionellen vollständig auf hochohmigem Grundmaterial basierenden Halbleiterbauelementen. Somit ist trotz niedrigem Einschaltwiderstand eine hohe Sperrfähigkeit derartiger Ladungskompensations-Halbleiterbauelemente gewährleistet.
Derartige Halbleiterbauelemente können entweder durch eine Aufbautechnik hergestellt werden oder durch Einbringen von Grabenstrukturen in ein Driftstreckenmaterial. Bei der Herstellung durch eine Aufbautechnik werden nacheinander auf einem Substrat Epitaxielagen abgeschieden und jeweils derart maskiert, dass nebeneinander n- und p-Dotierbereiche durch beispielsweise Ionenimplantation entstehen können. Durch diese Ionenimplantation kann eine genaue Dosiskontrolle erfolgen, womit auch eine exakte Ladungskompensation zwischen Ladungskompensationszonen und Driftzonen der Driftstrecke möglich ist, d. h. die Differenz der implantierten Akzeptoren und Donatoren kann mit Hilfe der Ionenimplantation exakt eingestellt werden.
Nach Erreichen einer vorgesehenen Dicke der Epitaxielagen können anschließend die einzelnen ionenimplantierten Inseln in vertikaler Richtung zusammen diffundiert werden, so dass nebeneinander angeordnete Bereiche mit hoher n- und p-Dotierung für die Driftzonen und die Ladungskompensationszonen entstehen. Bei dieser Diffusion breiten sich die Inseln jedoch nicht nur in vertikaler Richtung, sondern auch in lateraler Richtung aus, so dass die Schrittweite zwischen den Zonen nicht beliebig verringert werden kann. Somit sind für die Reduzierung des Flächenbedarfs derartiger Halbleiterbauelemente Grenzen gesetzt. Eine Vorbereitung und Definition exakter Grenzflächen, insbesondere während der Diffusionsphase von implantierten Störstellen in den für Driftzonen und Ladungskompensationszonen bestimmten Bereichen, ist mit Hilfe einer derartigen Aufbautechnik praktisch nicht erfolgreich durchführbar, da laterale Diffusionsvorgänge die Grenzen zwischen Driftzonen und Ladungskompensationszonen verschieben.
Das oben erwähnte zweite Prinzip, nämlich Grabenstrukturen in ein Driftstreckenmaterial einzubringen und anschließend die Grabenstrukturen mit einem komplementär zur Umgebung der Grabenstrukturen dotierten Material aufzufüllen und gleichzeitig oder nachträglich zu dotieren, verhindert auch nicht hinreichend, dass sich eine der beiden Bereiche, entweder der Driftzonenbereich oder der Ladungskompensationszonenbereich, über die Wände der Grabenstruktur in den Nachbarbereich hinein durch laterale Diffusion von Störstellenatomen ausdehnt. Besonders kritisch verhalten sich dabei Dotierstoffatome, deren Diffusionskoeffizienten deutlich über dem Diffusionskoeffizienten der herkömmlichen Dotierstoffe wie Bor, Phosphor oder Arsen liegen. Derartige schnell diffundierende Dotierstoffe haben jedoch den Vorteil, dass die Prozessdauer für die Dotierung der Grabenstrukturen bzw. der Füllmaterialien in den Grabenstrukturen deutlich verkürzt werden kann. Voraussetzung ist jedoch, dass trotz schnell diffundierender Dotierstoffatome eine gegenseitige laterale Ausdiffusion von Störstellen aus den Grabenstrukturen in die verbliebenen Mesastrukturen und umgekehrt unterbleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das Halbleiterbauelement weist einen kristallinen Halbleiterkörper mit einer Driftstreckenstruktur auf. Die Driftstreckenstruktur weist Driftzonen in einer Grabenstruktur mit Grabenwänden und Ladungskompensationszonen mit komplementärem Leitungstyp zu benachbarten Driftzonen auf. Zwischen den Driftzonen und den Ladungskompensationszonen sind hochohmige Zwischenzonen an den Grabenwänden angeordnet.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Kurze Figurenbeschreibung
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 bis 13 zeigen schematische Querschnitte durch einen Halbleiterwafer bei der Herstellung einer Drift streckenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer;
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 2 nach Aufbringen einer Epitaxieschicht;
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 3 nach Aufbringen einer Maskierungsschicht;
5 zeigt einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 4 nach Einbringen von Fenstern in die Maskierungsschicht;
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 5 nach anisotroper Ätzung einer Grabenstruktur in die Epitaxieschicht;
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 6 nach Herstellen einer Schicht aus porösem Silizium;
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 7 nach Entfernen der porösen Siliziumschicht von den Grabenböden;
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 8 nach epitaxialem Auffüllen der Grabenstruktur;
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 9 nach Entfernen der Maskierungsschicht von den Mesastrukturen;
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 10 nach Oxidation von Siliziumbrücken in den Zwischenzonen und Bilden einer Siliziumoxidschicht;
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 11 nach Entfernen der Oxidschicht und Aufbringen einer Vorbelegung;
13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 12 nach Eindiffusion des Dotierstoffs der Vorbelegung;
14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 11 nach Durchführung eines alternativen Herstellungsverfahrens;
15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 14 nach Eindiffusion der Dotierstoffe der Vorbelegungen;
16 bis 21 zeigen schematische Querschnitte durch einen Halbleiterwafer zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 10 nach Freiätzen der Zwischenzonen;
17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 16 nach Einbringen einer Vorbelegung in die aufgefüllte Grabenstruktur;
18 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 17 nach Eindiffusion des Dotierstoffs der Vorbelegung;
19 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 18 nach Auffüllen der Zwischenzone mit einem intrinsisch leitenden Halbleitermaterial;
20 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 18 nach Auffüllen der Zwischenzone mit einem hochohmigen Material;
21 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 18 nach Auffüllen der Zwischenzonen mit Schichten aus isolierendem und intrinsisch leitendem Material.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dieses Halbleiterbauelement 1 ist ein MOS-Feldeffekttransistor nach dem Kompensationsprinzip. Die Erfindung kann jedoch auch auf einen bipolaren Transistor des IGBT-Typs (Insulated Gate Bipolar Transistor) mit lateraler isolierter Gatestruktur eingesetzt werden. Ferner sind Feldeffekthalbleiterbauelemente mit vertikaler Trenchgate-Struktur sowie Hochspan nungsdioden mit dieser Erfindung realisierbar. Ferner können Feldeffektbauelemente und IGBT-Bauelemente mit lateraler Driftstrecke die Erfindung aufweisen.
Das Halbleiterbauelement 1 gemäß 1 weist einen kristallinen Halbleiterkörper 2 mit einer Driftstreckenstruktur 3 auf. Die Driftstreckenstruktur 3 weist Driftzonen 4 in einer Grabenstruktur 5 mit Grabenwänden 6 auf und Ladungskompensationszonen 7 mit komplementärem Leitungstyp zu den benachbarten Driftzonen 4. Zwischen den Driftzonen 4 und den Ladungskompensationszonen 7 sind hochohmige Zwischenzonen 8 an den Grabenwänden 6 angeordnet.
Die an den Grabenwänden 6 angeordneten hochohmigen Zwischenzonen 8 stellen eindeutige und schwerüberbrückbare Grenzen für die unterschiedlichen Dotierstoffe der benachbarten Ladungskompensationszonen 7 und der Driftzonen 4 dar, so dass während der Hochtemperaturherstellung und Fertigung derartiger Halbleiterbauelemente 1 eine Verschiebung der einmal vorgesehenen Grabenwände 6 beispielsweise durch Störstellendiffusion unterbunden bleibt. Die Dimensionierung derartiger Halbleiterbauelemente 1 wird dadurch erleichtert. Dennoch verhindert die Hochohmigkeit der zumindest bereichsweise leitenden Zwischenzonen 8 nicht den Austausch von Ladungsträgern zwischen den Ladungskompensationszonen 7 und den Driftzonen 4, der für die Kompensation und die Sperrfähigkeit der Halbleiterbauelemente 1 trotz hoher Leitfähigkeit der stromführenden Driftzonen 4 des Halbleiterbauelements 1 im Durchschaltfall entscheidend ist.
Die Grabenböden 9 der Grabenstruktur 5 sind dabei frei von Zwischenzonen 8, so dass die Driftzonen 4, die in der Grabenstruktur 5 angeordnet sind mit dem p⁺-leitenden Material ei nes Substrats 16 elektrisch gekoppelt sind. Die p-leitenden Ladungskompensationszonen 7 werden von den Mesastrukturen 25 gebildet und kontaktieren das p⁺-leitende Material des Substrats 16.
Um sicherzustellen, dass bei Hochtemperaturprozessen die unterschiedlich dotierten Bereiche der Driftzonen 4 und der Ladungskompensationszonen 7 nicht ineinander diffundieren, weisen die hochohmigen Zwischenzonen 8 an den Grabenwänden 6 ein diffusionshemmendes Material auf oder bestehen vollkommen aus diffusionshemmendem Material. Dieses hochohmige diffusionshemmende Material kann ein intrinsisch leitendes Halbleitermaterial wie Siliziumkarbid aufweisen. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Zwischenzonen 8 ein Zwischenzonenmaterial 14 mit Siliziumbrücken 10 und angelagertem Isolationsmaterial 11 aufweisen, wie es mit dem in 10A vergrößert dargestellten Detailbereich 39 gezeigt wird. Dieses angelagerte Isolationsmaterial 11 kann Siliziumdioxid, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid aufweisen.
Dieses angelagerte Isolationsmaterial 11 kann durch partielle Oxidation einer porösen Siliziumschicht gebildet werden, wobei das poröse Silizium nicht vollständig durchoxidiert wird, so dass in der Struktur Siliziumbrücken 10 oder Siliziumstege verbleiben, die eine Verbindung der beiden Driftstreckenzonen 4 und 7 darstellen. Diese Zwischenzonen 8 mit alternierenden leitenden und isolierenden Bereichen gewährleistet dadurch einen Ladungsträgertransport zwischen den Driftstreckenzonen 4 und 7. Dies gewährleitstet auch, dass sich keine Ladungsträgerakkumulation an der Grenzfläche Silizium zu porösem Siliziumoxid ausbilden kann, was sonst zu einer Beeinträchtigung der Halbleiterbauelementparameter führen könnte.
Die Siliziumbrücken 10 in den Zwischenzonen 8 stellen somit den Austausch von Ladungsträgern zwischen den Ladungskompensationszonen 7 und den Driftzonen 4 sicher und weisen porosiertes monokristallines Siliziummaterial auf. Die Poren dieses porosierten monokristallinen Siliziums sind in den Zwischenzonen 8 jedoch mit den oben erwähnten angelagerten Isolationsmaterialien 11 aufgefüllt.
Um eine Hochohmigkeit, die einen Ladungsträgeraustausch zwischen den Driftzonen 4 und den Ladungskompensationszonen 7 nicht behindert, zu realisieren, können die Zwischenzonen 8 auch intrinsisch leitendes Halbleitermaterial aufweisen. Dafür hat sich ein kubisches Siliziumkarbid (c-SiC) bewährt, aus welchem die Zwischenzone 8 besteht oder das zumindest die Grenzflächen zu den Zwischenzonen 8 bedeckt und eine Dicke zwischen wenigen Nanometern und einigen 10 Nanometern aufweisen kann. Ein derartiges Siliziumkarbid besitzt die beiden Eigenschaften, nämlich dass es einerseits hochohmig leitend ist und andererseits diffusionshemmend wirkt und die Diffusion von Störstellen zwischen den Driftzonen 4 und den Ladungskompensationszonen 7 behindert. Ferner können die Zwischenzonen 8 auch eine Schichtung aus isolierenden und leitenden Schichten im Wechsel aufweisen.
Die Breite b_Z der Zwischenzonen 8 ist typischerweise kleiner als die Breite b_D der Driftzonen 4 mit b_Z < b_D und kleiner als die Breite b_L der Ladungskompensationszonen 7 mit b_Z < b_L. Während die Zwischenzonen 8 einige Nanometer bis einige 10 Nanometer breit sind, sind die Driftzonen 4 sowie die Ladungskompensationszonen 7 einige Mikrometer bis wenige Mikrometer, vorzugsweise einige 100 Nanometer breit. Ferner ist die Tiefe h der Grabenstruktur 5 der Durchbruchspannung des Halbleiterbauelements 1 angepasst.
Trotz der relativ hohen Konzentration an Störstellen in den n-leitenden Driftzonen 4 und in den p-leitenden Ladungskompensationszonen 7, ist die Netto-Dotierstoffdosis C_D in einem Bereich, der eine Driftzone 4, eine Ladungskompensationszone 7 und die dazwischenliegende Zwischenzone 8 umfasst, in lateraler Richtung kleiner als die Durchbruchsladung C_L mit C_D ≤ C_L von Silizium, wobei C_L etwa 2 × 10¹² cm^–2 ist. Aufgrund der diffusionshemmenden Wirkung der Zwischenzonen 8 können die Driftzonen 4 oder die Ladungskompensationszonen 7 oder beide Zonen Dotierstoffatome aufweisen, deren Diffusionskoeffizient größer ist als die Diffusionskoeffizienten von Phosphor, Arsen oder Bor, ohne dass sich die vorgegebenen Grenzen zwischen Driftzonen 4 und Ladungskompensationszonen 7 verschieben.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung weist das Halbleiterbauelement 1 Ladungskompensationszonen 7 auf, die aus Mesastrukturen 25 bestehen und ein epitaxial aufgewachsenes Halbleitermaterial aufweisen, während die Driftzonen 4 in aufgefüllten Grabenstrukturen 5 angeordnet sind. Auch dieses aufgefüllte Material ist weitgehend monokristallin aufgebaut und durch epitaxiales Wachstum in die Grabenstrukturen 5 eingefügt worden. Die Mesastrukturen 25 können bereits dotiertes Material aufweisen oder auch durch Dotierung von intrinsisch leitendem Halbleitermaterial entstanden sein. Dazu können die Ladungskompensationszonen 7 Aluminium aufweisen, das einen höheren Diffusionskoeffizient als Bor besitzt. Die n-leitenden Driftzonen 4 können ihrerseits Störstellenatome aus Selen oder Schwefel aufweisen, die höhere Diffusionskoeffizienten besitzen als Phosphor oder Arsen, die üblicherweise für n-leitende Zonen in der Halbleitertechnik eingesetzt werden.
Das in 1 gezeigte Halbleiterbauelement 1 nach dem Kompensationsprinzip und lateraler Gatestruktur ist auf einem n⁺-leitenden Substrat 16 aufgebaut und weist auf einer Rückseite 22 des Halbleiterkörpers 2 eine Metallisierung 28 für einen Kontakt C auf. Nahe der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 sind Bodyzonen 29 eingebracht, die mit den Ladungskompensationszonen 7 elektrisch in Verbindung stehen. Innerhalb der Bodyzonen 29 sind hochdotierte Anschlusszonen 30 angeordnet, die von einer Metallisierung 31 kontaktiert werden, wobei die Metallisierung 31 die pn-Übergänge zwischen den hochdotierten Anschlusszonen 30 und den Bodyzonen 29 überbrückt. Ferner ist die Metallisierung 31 mit einem Kontakt E elektrisch verbunden.
Auf der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 sind ferner Gateoxidschichten 32 angeordnet, auf denen Gateelektroden 33, die mit einem Gatekontakt G in Verbindung stehen, abgeschieden. Die Gateelektroden 33 sind über Zwischenoxidschichten 34 von der Metallisierung 31 isoliert und steuern über die Gateoxidschicht 32 Kanäle in den Bodyzonen 39 zwischen den Anschlusszonen 30 und den Driftzonen 4. Bevor jedoch das Gateoxid 32, die Gateelektrode 33, das Zwischenoxid 34 und die Metallisierung 31 für eine derartige Halbleiterbauelementstruktur aufgebracht werden können, wird zunächst zur Herstellung von mehreren Halbleiterchips für derartige Halbleiterbauelemente 1 mit Grabenstruktur 5 das nachfolgende Verfahren durchgeführt.
Zunächst wird auf einer Oberseite 21 eines n⁺-leitenden Substrats 16 eine Epitaxieschicht 23 für Ladungskompensationszonen 7 abgeschieden. In die Epitaxieschicht 23 wird eine Grabenstruktur 5 eingebracht und die Grabenwände 6 mit einem Zwischenzonenmaterial 14 belegt. Danach wird die Grabenstruktur 5 mit einem intrinsisch leitenden monokristallinen Halbleitermaterial 15 aufgefüllt. Schließlich wird das intrinsisch leitende Material der Grabenstruktur 5 mit einem Dotierstoff, der vorzugsweise einen höheren Diffusionskoeffizienten als Bor oder Phosphor aufweist, dotiert. Im Fall einer n-dotierten Driftzone kann aber genauso gut Phosphor eingesetzt werden. Danach kann dann auf der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 bzw. auf der damit hergestellten Driftstreckenstruktur 3 ein Halbleiterbauelement 1, wie es in 1 gezeigt wird, vollendet werden.
2 bis 13 zeigen schematische Querschnitte durch einen Halbleiterwafer 13 bei der Herstellung einer Driftstreckenstruktur 3.
2 zeigt dazu einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 13, der ein n⁺-leitendes Substrat 16 bildet und eine Oberseite 21 sowie eine Rückseite 22 aufweist.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 2 nach Aufbringen einer Epitaxieschicht 23. Dabei weist die Epitaxieschicht 23 ein Kompensationszonenmaterial 12 auf, das ebenfalls p-leitend dotiert ist, jedoch eine geringere Konzentration an Akzeptoren aufweist als das Substrat 16. Die Dicke h der Epitaxieschicht 23 ist dabei an die Sperrspannung des zu bildenden Halbleiterbauelements angepasst. Das p-leitende Kompensationszonenmaterial 12 ist Grundlage der zu bildenden Ladungskompensationszonen. Um derartige Ladungskompensationszonen als Mesastrukturen zu bilden wird zunächst auf die Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 eine Maskierungsschicht aufgebracht.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 3 nach Aufbringen einer Maskierungsschicht 17. Diese auch als Hartmaske bezeichnete Maskierungsschicht 17 kann auch lagenweise aus einer Siliziumoxidlage und einer darauf abgeschiedenen strukturierten Polysiliziumlage aufgebaut sein, wobei die strukturierte Polysiliziumlage dazu dient, die Maskierungsschicht 17 aus Siliziumoxid zu strukturieren.
5 zeigt einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 4 nach Einbringen von Fenstern 18 in die Maskierungsschicht 17. Dazu wird die ätzresistente und maskierende Maskierungsschicht 17 derart strukturiert, dass das Driftstreckenmaterial 12 in den Bereichen abgedeckt bleibt, in denen keine Grabenstruktur einzubringen ist, und dass Fenster 18 in den Bereichen entstehen, in denen Grabenstrukturen einzubringen sind.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 5 nach anisotroper Ätzung einer Grabenstruktur in die Epitaxieschicht 23. Dabei bleiben unterhalb der strukturierten Maskierungsschicht 17 Mesastrukturen 25 stehen, die aus der p-leitenden Epitaxieschicht 23 aufgebaut sind. Die Grabenstruktur 5 wird derart tief durch anisotrope Ätzung in Pfeilrichtung A eingebracht, dass die Grabenböden 9 der Grabenstruktur 5 in das n⁺-leitende Substrat 16 hineinragen. Sowohl die Grabenwände 6 als auch die Grabenböden 9 werden von monokristallinem Silizium gebildet. Dazu wird als anisotropes Ätzverfahren ein reaktives Ionenätzverfahren eingesetzt, bei dem mittels Trockenätzung in Pfeilrichtung A ausgerichteten reaktiven Ionen eines Plasmas mit dem Siliziumkristallmaterial reagieren und flüchtige Re aktionsprodukte wie – je nach verwendeter Ätzchemie – z. B. Siliziumfluoride oder Siliziumchloride bilden.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 6 nach Herstellen einer Schicht 19 aus porösem Silizium. Diese Schicht 19 aus porösem Silizium bedeckt die Grabenwände 6 und den Grabenboden 9. Eine derartige poröse Schicht 19 kann mit Hilfe einer anodischen Ätzung erreicht werden. Dazu können einem anodischen Oxidationsbad geringe Mengen einer gepufferten Flusssäure zugegeben werden, so dass anodische Oxidation und anschließende Ätzung eine derartige poröse Schicht 19 bilden. Die prinzipielle Struktur einer derartigen porösen Schicht 19 zeigt 7A für den Detailbereich 35 in 7. Dazu ist das gleitende Kompensationszonenmaterial 12 der Ladungskompensationszonen 7, die hier als Mesastrukturen 25 vorhanden sind und die Grabenwände 6 in 7 bilden, von der Grabenwandseite 6 aus offenporig angeätzt, wobei die Schicht 19 neben monokristallinen Siliziumbrücken 10 Poren 40 aufweist.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 7 nach Entfernen der porösen Siliziumschicht 19 von den Grabenböden 9. Somit weisen in 8 nur noch die Grabenwände 6 die poröse Schicht 19 auf, die jedoch mit ihren porösen Siliziumstrukturen nach wie vor im feinkristallinen Bereich monokristallin geblieben ist. Somit kann vom Grabenboden 9 aus und auch von den Grabenwänden 6 aus ein monokristallines epitaktisches Wachstum von Silizium erfolgen, nachdem in Pfeilrichtung B die Grabenböden 9 von porösem Material befreit sind.
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 8 nach epitaxialem Auffüllen der Grabenstruktur 5. Dabei wird in dieser Ausführungsform der Erfindung die Grabenstruktur 5 mit einem intrinsisch i-leitenden Halbleitermaterial 15 aufgefüllt.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 9 nach einem eventuellen Rückpolierschritt und Entfernen der noch in 9 vorhandenen Maskierungsschicht 17 von den Mesastrukturen 25. Damit ist die Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 sowohl im Mesastrukturbereich 25 als auch im Grabenstrukturbereich 2 sowie in den Bereichen der künftigen Zwischenzonen (8) frei zugänglich.
Die Zwischenzone (8) weist, wie 10A als Vergrößerung des Detailbereichs 36 zeigt, monokristalline Siliziumbrücken 10 mit Poren 40 zwischen den intrinsisch leitenden Bereichen der i-leitenden Grabenstruktur 5 und dem p-leitenden Bereichen der Ladungskompensationszonen 7 auf. Da die Zwischenzonen (8) noch nicht vollendet sind, werden sie wie die noch nicht vollendeten Driftzonen (4) mit Bezugszeichen in Klammern gekennzeichnet.
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 10 nach Oxidation der Siliziumbrücken 10 in den Zwischenzonen 8 und Bilden einer Siliziumoxidschicht 27 an der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2. Bei dieser Oxidation des Halbleiterwafers 13 werden die Poren 40 in den Zwischenzonen 8 durch teilweise Oxidation der Siliziumbrücken 10 mit Isolationsmaterial 11 aus Siliziumoxid zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig aufgefüllt, während sich gleichzeitig auf der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 eine zusätzliche Oxidschicht 27 bildet, die nachfolgend entfernt wird.
Dazu zeigt 11A einen Detailbereich 37 der Zwischenzone 8, wobei Siliziumbrücken 10 dafür sorgen, dass ein Ladungsträgeraustausch zwischen den Ladungskompensationszonen 7 und den noch zu dotierenden und zu bildenden Driftzonen (4) ermöglicht wird, die in diesem Fertigungszustand jedoch intrinsisch leitendes Silizium aufweisen. In 11A sind Bereiche aus Halbleitermaterial schraffiert, um die Siliziumbrücken 10 von dem angelagerten Isolationsmaterial 11 in Form von Siliziumoxid abzuheben.
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 11 nach Entfernen der Oxidschicht 27 von der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 und nach Aufbringen einer Vorbelegungsschicht 20. Dabei wird die Vorbelegungsschicht 20 mittels Maskierungstechnik nur an der Oberseite der intrinsischen Schichten 9 aufgebracht. Durch Verwendung z. B. einer Fotolackmaske in Kombination mit einer Ionenimplantation können dabei geringe Fertigungsstreuungen erreicht werden. Diese Vorbelegungsschicht 20 ist n⁺-leitend und wird durch Ionenimplantation von vorzugsweise schnell diffundierenden Atomen wie Selen oder Schwefel gebildet. Mit diesen schnell diffundierenden Dotierstoffen Selen oder Schwefel ist es möglich, die volle Tiefe h in einem Nachdiffusionsprozess von den intrinsisch leitenden Eigenschaften zu einem n-leitenden Material zu überführen. Dabei begrenzt die diffusionshemmende Zwischenzone 8, die teilweise aus p-leitenden Siliziumbrücken und teilweise aus diffusionshemmendem Isolationsmaterial besteht, die Ausbreitung der Dotierstoffe über diese Zwischenzone 8 hinaus. Somit ist gewährleistet, dass die einmal vorgegebene Geometrie der Driftzellen (4) nicht oder nur sehr gering überschritten wird.
13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 12 nach Eindiffusion des Dotierstoffs der Vorbelegungsschicht. Dazu wird der Halbleiterwafer 13 auf Diffusionstemperaturen T_D zwischen 900°C ≤ T_D ≤ 1100°C aufgeheizt, wobei die Diffusionszeit deutlich geringer ist als bei herkömmlichen Dotierstoffen wie Phosphor oder Arsen, zumal bei der Vorbelegung als Dotierstoff vorzugsweise Selen oder Schwefel eingesetzt wird, der eine deutlich höhere Diffusionskonstante aufweist als Phosphor oder Arsen.
14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 11 nach Durchführung eines alternativen Herstellungsverfahrens. Bei diesem Herstellungsverfahren wird auf die Oberseite 21 des Halbleiterwafers 13 eine Epitaxieschicht 23 aufgebracht, die eine intrinsische Leitfähigkeit aufweist, so dass weder die Ladungskompensationskonzentration (7) noch die Driftzonen (4) ihre endgültige Störstellenkonzentration aufweisen. Vielmehr wird sowohl für die Epitaxieschicht 23 als auch für die Grabenstruktur 5 lediglich ein intrinsisch-leitendes Material aufgewachsen.
Die Zwischenzonen 8 bleiben dabei weitgehend unverändert und bestehen aus einem Material mit Siliziumbrücken und angelagerten Isolationsmaterial, um eine Diffusionssperre zu erreichen, die dennoch über die Siliziumbrücken die Möglichkeit des Ladungsträgeraustauschs bietet. Da nun sowohl die Bereiche, die für die Ladungskompensationszonen (7) und die Driftzonen (4) vorgesehen sind, lediglich intrinsische Leitfähigkeit aufweisen, werden zwei verschiedene Vorbelegungsschichten 20 auf der Oberseite 24 des Halbleiterkörpers 2 eingebracht, nämlich eine p⁺-leitende Vorbelegung und eine n⁺-leitende Vorbelegung. Die p-leitende Vorbelegung wird dabei durch Maskierung in den Ladungskompensationszonen (7), die n-leitende in den Driftzonen (4) erzeugt. Für die p⁺-leitende Vorbelegung wird als Dotierstoff beispielsweise Aluminium eingesetzt, das schnell diffundierend ist. Für die n⁺-leitende Vorbelegung wird eine Selen- oder Schwefeldotierung vorgesehen. Bei einer entsprechenden Eindiffusionstemperatur, wie sie oben bereits erwähnt wurde, können dann die Dotierstoffe sowohl die Ladungskompensationszonen 7 als auch die Driftzonen 4 erzeugen. Dieses zeigt die 15.
15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 14 nach Eindiffusion der Dotierstoffe der Vorbelegungen 20, wie sie in 14 zu sehen sind.
Die Vorbelegungen, wie sie in 14 zu sehen sind, können mittels Ionenimplantation erfolgen, was eine genaue Einstellung des Kompensationsgrads ermöglicht. Wenn außerdem dafür gesorgt wird, dass für die spezielle Struktur der Zwischenzonen 8 eine Diffusionshemmung gegeben ist, kann davon ausgegangen werden, dass eine sehr präzise und ausgeglichene Kompensationsmöglichkeit mit diesem Verfahren geschaffen ist.
16 bis 21 zeigen schematische Querschnitte durch den Halbleiterwafer 13 zur Herstellung weiterer Ausführungsformen der Erfindung.
16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 10 nach Freiätzen der Zwischenzonen 8 zu freigeätzten Zwischenzonen 26. Im Unterschied zu dem vorher beschriebenen Verfahren anhand der 2 bis 13 wird nun die Eigenschaft des porösen Siliziums genutzt, um mit einer drastisch höheren Ätzrate als bei kri stallinem Silizium den Bereich der Zwischenzonen 8 frei von Silizium zu ätzen, so dass keine Siliziumbrücken mehr zwischen der geplanten Ladungsträgerkompensationszone 7 und den Driftzonen (4) vorhanden sind.
Außerdem ist die Abgrenzung nun deutlich stärker, zumal die Mesastrukturen von den zwischenzeitlich gefüllten Grabenstrukturen 5 durch einen Spalt in Form der frei geätzten Zwischenzonen 26 eine diffusionshemmende Trennung aufweisen. Wenn auch in 16 bereits die Ladungskompensationszonen 7 p-leitendes Material aufweisen, so können dennoch auch hier zunächst die für die Ladungskompensation vorgesehenen Bereiche intrinsisch leitend ausgebildet sein und anschließend mit einer entsprechenden Vorbelegung und Eindiffusion von Dotierstoffatomen dotiert werden.
Um ein Freiätzen der Zwischenzonen 26 zu erreichen wird die unterschiedliche Nassätzrate beim isotropen Ätzen von monokristallinen massiven Bereichen aus Halbleitermaterial und den porösen Bereichen der Schicht 19 auf den Grabenwänden 6 genutzt. Das Verhältnis der unterschiedlichen Ätzraten von massivem monokristallinem Silizium und porösem monokristallinem Silizium beträgt je nach verwendeter Ätzchemie und dem Porosierungsgrad bis etwa 1 zu 100000, so dass die Zwischenzonenbereiche 26 mit einer vielfach höheren Geschwindigkeit entfernt werden können.
Dabei wird gleichzeitig die Oberfläche 24 des Halbleiterkörpers 2 und damit die Epitaxieschicht 23 in ihrer Dicke vermindert. Unter der Voraussetzung, dass bereits die Ladungskompensationszonen 7 mit p-leitendem Störstellenmaterial beim Herstellen der Epitaxie 23 versorgt wurden, kann nun das intrinsische Material in den Grabenstrukturen dotiert werden, wobei die frei geätzten Zwischenzonen 26 eine Diffusionshemmung darstellen. Diese Diffusionshemmung kann noch verbessert werden, wenn die Flächen der frei geätzten Zwischenzonen 26 mit einer Siliziumkarbidschicht belegt werden.
17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 16 nach Einbringen einer Vorbelegung 20 in die aufgefüllte Grabenstruktur 5. Auch diese Vorbelegung 20 kann wiederum mit Hilfe einer Ionenimplantation exakt eingestellt werden, so dass die Dotierstoffdosis der oben erwähnten Forderung für die Durchbruchsladung für Silizium entspricht.
18 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 17 nach Eindiffusion des Dotierstoffs der Vorbelegung. Diese Eindiffusion erfolgt wiederum bei den Temperaturen, die bereits oben erwähnt wurden, so dass nun die endgültige Dotierung der Driftzellen 4 abgeschlossen ist und durch die frei geätzten Zwischenzonen 26 ein für Ladungsträger unüberbrückbarer Abstand entsteht. Dieser wird nun hochohmig aufgefüllt, indem die frei geätzte Zwischenzone 26 zu einer hochohmigen Zwischenzone 8 aufgefüllt wird. Dieses kann auf unterschiedliche Weise geschehen, wie es die 19 bis 21 zeigen.
19 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 18 nach Auffüllen der Zwischenzone 8 mit einem intrinsisch leitenden Halbleitermaterial 15. Das intrinsisch leitende Halbleitermaterial 15 ist gegenüber den dotierten Ladungsträgerkompensationszonen 7 und Driftzonen 4 hochohmig, so dass ein Ladungsaustausch möglich ist.
20 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 18 nach Auffüllen der Zwischenzone 8 mit einem hochohmigen Material, in diesem Fall mit Siliziumkarbid SiC. Durch das Auffüllen mit Siliziumkarbid SiC, das ebenfalls ein Halbleitermaterial, jedoch mit hochohmigen Eigenschaften, darstellt, wird wiederum gewährleistet, dass ein Austausch von Ladungsträgern zwischen den Ladungskompensationszonen 7 und den Driftzonen 4 sichergestellt ist.
21 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 13 gemäß 18 nach Auffüllen der Zwischenzonen mit Schichten aus isolierendem Material 11 und intrinsisch leitendem Material 10. Dazu zeigt 21A den in 21 gekennzeichneten Detailbereich 38, der deutlich macht, dass Siliziumbrücken 10 aus intrinsischem Material die Ladungskompensationszonen 7 und Driftzonen 4 hochohmig verbinden und einen Ladungsträgeraustausch ermöglichen. Dazu sind die Bereiche aus Halbleitermaterial schraffiert dargestellt, während die Bereiche aus Isolationsmaterial 11 nicht schraffiert sind.

1: Halbleiterbauelement (Ausführungsform)
2: Halbleiterkörper
3: Driftstreckenstruktur
4: Driftzone
5: Grabenstruktur
6: Grabenwand
7: Ladungskompensationszone
8: Zwischenzone (hochohmig)
9: Grabenboden
10: Siliziumbrücke
11: Isolationsmaterial angelagert an Siliziumbrücke
12: Kompensationszonenmaterial
13: Halbleiterwafer
14: Zwischenzonenmaterial
15: Halbleitermaterial (intrinsisch)
16: Substrat
17: Maskierungsschicht
18: Fenster in der Maskierungsschicht
19: Schicht
20: Vorbelegungsschicht
21: Oberseite
22: Rückseite
23: Epitaxieschicht
24: Oberseite des Halbleiterkörpers
25: Mesastruktur
26: frei geätzte Zwischenzone
27: Siliziumoxid-Schicht
28: Metallisierung (Kollektor)
29: Bodyzone
30: Anschlusszone
31: Metallisierung
32: Gateoxidschicht
33: Gateelektrode
34: Zwischenoxidschicht
35: Detailbereich
36: Detailbereich
37: Detailbereich
38: Detailbereich
39: Detailbereich
40: Poren
A: Pfeilrichtung
B: Pfeilrichtung
b_D: Breite der Driftzone
b_L: Breite der Ladungskompensationszone
b_Z: Breite der Zwischenzone
C: Kontakt
C_D: Dotierstoffdosis
E: Kontakt
G: Gatekontakt
h: Tiefe der Grabenstruktur oder Dicke der Epitaxieschicht

Claims

Halbleiterbauelement, wobei das Halbleiterbauelement (1) einen kristallinen Halbleiterkörper (2) mit einer Driftstreckenstruktur (3) aufweist, und wobei die Driftstreckenstruktur (3) aufweist: – Driftzonen (4) in einer Grabenstruktur (5) mit Grabenwänden (6); – Ladungskompensationszonen (7) mit komplementärem Leitungstyp zu benachbarten Driftzonen (4); – Zwischenzonen (8) zwischen den Driftzonen (4) und den Ladungskompensationszonen (7), wobei die Zwischenzonen (8) an den Grabenwänden (6) angeordnet sind, und wobei die Zwischenzonen (8) bezogen auf die Ladungskompensationszonen (7) und/oder Driftzonen (4) hochohmiger sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei Grabenböden (9) der Grabenstruktur (5) frei von den Zwischenzonen (8) sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die hochohmigen Zwischenzonen (8) diffusionshemmendes Material aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) intrinsisch leitendes Halbleitermaterial aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) eine Struktur mit Siliziumbrücken (10) und angelagertem Isolationsmaterial (11) aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) eine Struktur mit Siliziumbrücken (10) und angelagertes SiO₂, SiC oder Si₃N₄ aufweisen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Siliziumbrücken (10) porosiertes monokristallines Silizium aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) kubisches Siliziumkarbid aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) elektrisch leitende Schichten im Wechsel mit isolierenden Schichten aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite b_Z der Zwischenzonen (8) kleiner ist als die Breite b_D der Driftzonen mit b_Z < b_D und kleiner ist als die Breite b_L der Ladungskompensationszonen mit b_Z < b_L.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenzonen (8) einige Nanometer bis wenige Mikrometer breit sind und die Driftzonen (4) sowie die Ladungskompensationszonen (7) einige Mikrometer bis einige 10 Mikrometer breit sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Zwischenzonen (8) einige Nanometer bis einige 100 Nanometer breit sind.
Halbleiterbauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Tiefe h der Grabenstruktur der Durchbruchspannung des Halbleiterbauelements (1) angepasst ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitermaterial in den Driftzonen (4) oder in den Ladungskompensationszonen (7) Störstellen aufweisen, deren Diffusionskoeffizienten gleich groß oder größer sind als die Diffusionskoeffizienten von Phosphor oder Bor.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladungskompensationszonen (7) epitaxial aufgewachsenes Halbleitermaterial aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Driftzonen (4) diffusionsdotiertes monokristallines Halbleitermaterial aufweisen, das als Störstellenatome Phosphor und/oder Selen und/oder Schwefel aufweist.
Verfahren zur Herstellung von mehreren Halbleiterchips für Halbleiterbauelemente mit Grabenstruktur (5), wobei das Verfahren aufweist: – epitaxiales Aufwachsen eines Driftstreckenmaterials (12) für Ladungskompensationszonen (7) auf einen Halbleiterwafer (13) aus einem Halbleiterkörper (2) für Halbleiterbauelemente (1), die eine Driftstreckenstruktur (3) aufweisen; – Einbringen einer Grabenstruktur (5) in das Driftstreckenmaterial (12); – Belegen der Grabenwände (6) mit einem Zwischenzonenmaterial (14); – Auffüllen der Grabenstruktur (5) mit einem intrinsischen monokristallinen Halbleitermaterial (15); – Dotieren des Halbleitermaterials (15) mit einem Dotierstoff, der einen gleich großen oder einen höheren Diffusionskoeffizienten als Bor oder Phosphor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei nach dem Auffüllen der Grabenstrukturen (5) das Zwischenzonenmaterial (14) mittels Ätzen entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei nach dem Dotieren der aufgefüllten Grabenstruktur (5) die Zwischenzonen (8) mit einem Zwischenzonenmaterial (14) aufgefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei als Zwischenzonenmaterial (14) Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei ein Driftstreckenmaterial (12) auf ein Substrat (16) aus Halbleitermaterial (15) epitaxial aufgewachsen wird, und wobei das Driftstreckenmaterial (12) niedriger dotiert wird als das Substrat (16).
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei vor dem Einbringen einer Grabenstruktur (5) in das Driftstreckenmaterial (12) eine ätzresistente, maskierende und strukturierte Maskierungsschicht (17) aufgebracht wird, die das Driftstreckenmaterial (12) in den Bereichen abdeckt, in denen keine Grabenstruktur (5) einzubringen ist und die Fenster (18) in den Bereichen aufweist, in denen Grabenstrukturen (5) einzubringen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei zum Einbringen von Grabenstrukturen (5) eine anisotrope Ätzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei zum Einbringen von Grabenstrukturen (5) eine trockene reaktive Ionenätzung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei zum Belegen der Grabenwände (6) mit einer elektrisch leitenden und diffusionshemmenden Zwischenzone (8) nachfolgende Verfahrenschritte durchgeführt werden: – anodisches Ätzen des Halbleiterwafers (13) mit Grabenstruktur (5) und mit Maskierungsschicht (17) zu einer offenporigen Schicht (19) aus porösem Halbleitermaterial (15) auf den Grabenwänden (6) und dem Grabenboden (9); – Auffüllen der Grabenstruktur (5) mit einem intrinsischen epitaxial aufwachsenden Halbleitermaterial (15); – Entfernen der Maskierungsschicht (17); – thermische Oxidation der offenen Poren der offenporigen Schicht (19) auf den Grabenwänden (6) zu ei ner elektrisch leitenden diffusionshemmenden Zwischenzone (8).
Verfahren nach Anspruch 26, wobei eine offenporige Schicht (19) aus porösem Halbleitermaterial (15) von dem Grabenboden (9) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei zum Belegen der Grabenwände (6) mit einer elektrisch leitenden und diffusionshemmenden Zwischenzone (8) nachfolgende Verfahrenschritte durchgeführt werden: – Abscheiden einer kubisch-kristallinen Siliziumkarbidschicht unter Bildung der elektrisch leitenden und diffusionshemmenden Zwischenzone (8) in der Grabenstruktur (5); – Auffüllen der Grabenstruktur (5) mit einem intrinsischen epitaxial aufwachsenden Halbleitermaterial (15); – Entfernen der Maskierungsschicht (17).
Verfahren nach Anspruch 28, wobei als Zwischenzonenmaterial (14) Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Siliziumkarbidschicht von dem Grabenboden entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, wobei zum Dotieren des Halbleitermaterials (15) mit einem Dotierstoff, der einen höheren Diffusionskoeffizienten als Bor oder Phosphor aufweist nachfolgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Ionenimplantation eines Dotierstoffes in das Füllmaterial der Grabenstruktur (5), der schneller diffundiert als Phosphor und Bor im Bereich der Grabenstruktur (5); – Eindiffusion des Dotierstoffes unter Bilden von Driftzonen (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, wobei zum Dotieren des Halbleitermaterials (15) mit einem Dotierstoff, der einen höheren Diffusionskoeffizienten als Bor oder Phosphor aufweist nachfolgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: – Aufbringen einer Vorbelegungsschicht (20) auf die aufgefüllte Grabenstruktur (5), wobei die Vorbelegungsschicht (20) einen komplementär zu den Ladungskompensationszonen (7) leitenden Dotierstoff aufweist, der schneller diffundiert als Phosphor und Bor im Bereich der Grabenstruktur (5); – Eindiffusion des Dotierstoffes aus der Vorbelegungsschicht (20) in das Füllmaterial der Grabenstruktur (5) unter Bilden von Driftzonen (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, wobei zum Aufbringen einer Vorbelegungsschicht (20) eine chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung (CVD bzw. PVD)) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 28 oder Anspruch 33, wobei das Aufbringen einer Vorbelegungsschicht (20) bei einer geringeren Temperatur erfolgt als die nachfolgende Eindiffusion in das Füllmaterial der Grabenstruktur (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 34, wobei als Dotierstoff für eine Donatordotierung Selen oder Schwefel eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 35, wobei die Eindiffusion des Dotierstoffes in das Füllmaterial der Grabenstruktur (5) bei Diffusionstemperaturen T_D zwischen 900°C ≤ T_D ≤ 1100°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 36, wobei der Bereich der Driftzonen (4) mittels eines Dotierstoffes der schneller diffundiert als Phosphor oder Bor dotiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 37, wobei sowohl die Driftzonen (4) als auch die Ladungskompensationszone (7) mittel Diffusion dotiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 38, wobei zum Auffüllen der Grabenstrukturen (5) mit einem Halbleitermaterial (15) ein epitaxiales Wachstum eines monokristallinen Siliziummaterials mindestens vom Grabenboden (9) aus durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 39, wobei zum Auffüllen der Grabenstrukturen (5) mit einem Halbleitermaterial (15) ein epitaxiales Wachstum des monokristallinen Siliziummaterials mindestens vom Grabenboden (9) und von den Grabenwänden (4) aus durchgeführt wird und anschließend der Halbleiterwafer (13) an seiner Oberseite eingeebnet wird.
Verfahren zur Herstellung von mehreren Halbleiterbauelementen (1), wobei das Verfahren weiterhin aufweist: – Herstellung von Halbleiterchips gemäß einem der Ansprüche 18 bis 35; – Aufbringen der Halbleiterchips auf einen Bauelementträger mit mehreren Außenkontakten in mehreren Halbleiterbauteilpositionen; – Verbinden von Bauelementelektroden der Halbleiterchips mit Kontaktanschlussflächen des Bauelementträgers, die mit Außenkontakten des Halbleiterbauelements (1) elektrisch in Verbindung stehen; – Aufbringen eines Halbleiterbauelementgehäuses unter Einschließen der einzelnen Halbleiterchips und der Verbindungselemente; – Auftrennen des Schaltungsträgers in einzelne Halbleiterbauelemente (1).