DE102008049664B3

DE102008049664B3 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers mit einem graduellen pn-Übergang

Info

Publication number: DE102008049664B3
Application number: DE102008049664A
Authority: DE
Inventors: Frank Hille; Franz Josef Dr. Niedernostheide; Hans-Joachim Dr. Schulze; Holger Dr. Schulze
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: US20100087053A1; US8741750B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit einer p-leitenden Zone (11), mit einer n-leitenden Zone (12) und mit einem pn-Übergang (13) in einer Tiefe T1 in dem Halbleiterkörper (10) zwischen der p-leitenden Zone und der n-leitenden Zone, wobei das Verfahren folgende Merkmale aufweist:
– Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10),
– Erzeugen der p-leitenden Zone (11) durch Diffusion eines einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs in einer ersten Richtung (x) in den Halbleiterkörper (10),
– Erzeugen der n-leitenden Zone (12) durch Implantation (14) von Protonen in der ersten Richtung (x) in den Halbleiterkörper (10) in eine Tiefe T2 > T1 und anschließender Temperung des Halbleiterkörpers (10) zur Ausbildung von Wasserstoff-induzierten Donatoren.

Description

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterkörpers, der eine p-leitende Zone, eine n-leitende Zone und einen dazwischenliegenden pn-Übergang aufweist, wobei die Akzeptorkonzentration der p-leitenden Zone und die Donatorkonzentration der n-leitenden Zone zum pn-Übergang hin jeweils einen flachen Gradienten aufweisen.
Für bestimmte Typen von Leistungshalbleiterbauelementen wie zum Beispiel Dioden ist ein pn-Übergang mit einem nicht zu steilen Gradienten der Akzeptor- und Donatorkonzentration wünschenswert, um zum Beispiel dem sogenannten dynamischen Avalanche entgegen zu steuern.
Aus der DE 10 2007 033 873 A1 ist die Herstellung einer n-dotierten Driftzone mittels wasserstoffinduzierten Donatoren bekannt. Auf diese Driftzone wird epitaktisch eine weitere Schicht gebildet, in der p-dotierte Gebiete, wie zum Beispiel eine Body-Zone, und pn-Übergänge gebildet werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das die Herstellung eines Halbleiterkörpers mit jeweils einem flachen Gradienten der Akzeptorkonzentration einer p-leitenden Zone und der Donatorkonzentration einer n-leitenden Zone in Richtung zu dem dazwischen liegenden pn-Übergang ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers mit einer p-leitenden Zone, mit einer n-leitenden Zone und einem pn-Übergang in einer Tiefe T1 in dem Halbleiterkörper zwischen der p-leitenden Zone und der n-leitenden Zone. Das Verfahren weist ein Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, ein Erzeugen der p- leitenden Zone durch Diffusion eines einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs in erster Richtung in den Halbleiterkörper und ein Erzeugen der n-leitenden Zone durch Implantation von Protonen in erster Richtung in den Halbleiterkörper in eine Tiefe T2 > T1 und anschließender Temperung des Halbleiterkörpers zur Ausbildung von Wasserstoff-induzierten Donatoren auf.
Die Bezeichnung eines „einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs” umfasst dabei immer die Alternativen eines Fremdstoffes, der selber bereits ein Akzeptor ist oder in Kombination zumindest mit einer Wasserstoffimplantation einen Akzeptor bildet.
Durch die Ausdiffusion des einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs in der ersten Richtung wird eine p-leitende Zone mit einer abnehmenden Akzeptorkonzentration in der ersten Richtung geschaffen. Weiterhin werden durch die tiefe Implantation von Protonen mit der anschließenden Temperung die Protonen in eine der ersten Richtung entgegen gesetzte zweite Richtung diffundieren. Die Protonen erzeugen während der Implantation in den Halbleiterkörper Defekte im Kristallgitter des Halbleiterkörpers. Diese Defekte werden in dem von den Protonen durchstrahlten Bereich des Halbleiterkörpers erzeugt. Die Protonen haben in Abhängigkeit von der Implantationsenergie eine maximale Eindringtiefe in den Halbleiterkörper, den sogenannten „End-of-Range”. Bei dieser maximalen Eindringtiefe sammeln sich nahezu alle implantierten Protonen. Die Temperung bewirkt eine Diffusion der Protonen in dem Halbleiterkörper, ausgehend vom „End-of-Range”, insbesondere auch in zweiter Richtung. Die Temperung bewirkt außerdem, im Zusammenspiel der Protonen mit den Defekten im Kristall, die Ausbildung von sogenannten Wasserstoff-induzierten Donatoren. Somit entsteht eine n-leitende Zone mit abnehmender Donatorkonzentration in zweiter Richtung aufgrund der Diffusion der Protonen. Der pn-Übergang wird an der Stelle ausgebildet, an der die Donatorkonzentration der n-leitenden Zone unter die Akzeptorkonzentration der p-leitenden Zone fällt. Aufgrund des an diesem pn-Übergang beidseitig auftretenden Diffusionsprofils der Akzeptor- bzw. Donatorkonzentration kann der Gradient der Akzeptorkonzentrationen sowie der Donatorkonzentration in Abhängigkeit der Diffusionstemperatur und der Diffusionszeit relativ flach ausgebildet werden. Außerdem kann die Implantation von Protonen im Vergleich zur Implantation von anderen Dotierstoffen sehr tief in den Halbleiterkörper hinein erfolgen. Dadurch ist die Ausbildung des pn-Übergangs sehr tief in dem Halbleiterkörper möglich, was verbesserte Einschalteigenschaften eines mit solch einem Halbleiterkörper hergestellten Halbleiterbauelements bewirken kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
1a bis d zeigt anhand schematischer Querschnittansichten ausgewählte Verfahrensschritte eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit einem pn-Übergang.
2 zeigt anhand einer schematischen Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel einer einen Akzeptor bildenden Fremdstoffschicht auf einem Halbleiterkörper.
3 zeigt anhand einer schematischen Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel zur Implantation eines einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs in den Halbleiterkörper.
4 zeigt anhand einer schematischen Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel einer lokal begrenzten p-leitenden Zone in dem Halbleiterkörper.
5 zeigt anhand einer schematischen Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel einer maskierten Protonenimplantation.
6 zeigt den beispielhaften Verlauf einer Netto-Konzentration von Akzeptoren und Donatoren eines Halbleiterkörpers mit beidseitig flachem Gradienten am pn-Übergang.
7 zeigt den beispielhaften Verlauf einer Netto-Konzentration von Akzeptoren und Donatoren einer Diode mit beidseitig flachem Gradienten am pn-Übergang im Vergleich zu einer herkömmlichen Diode.
8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Diodenspannung einer Diode mit flachem Dotierungsgradienten am pn-Übergang im Vergleich zum zeitlichen Verlauf der Diodenspannung einer herkömmlichen Diode, jeweils während des Einschaltvorgangs und unter der Voraussetzung eines konstanten Stromanstiegs.
Detaillierte Beschreibung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombinationen einer Ausführungsform mit Merkmalen und Merkmalskombinationen einer anderen Ausführungsform geeignet zu kombinieren, um zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen.
Bevor im Folgenden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
Ferner sind die Figuren nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht, der Schwerpunkt liegt vielmehr auf der Erläuterung des Grundprinzips.
In 1a ist ein Halbleiterkörper 10 dargestellt, der für das folgende Verfahren bereitgestellt wird. Der Halbleiterkörper 10 sollte zumindest teilweise aus einem Halbleitermaterial, das zur Bildung von Wasserstoff-induzierten Donatoren geeignet ist, bestehen. Beispielsweise ist dafür Silizium oder Galliumarsenid geeignet. Der Halbleiterkörper 10 kann zudem undotiert oder bereits mit einer zumindest lokalen Grunddotierung bereitgestellt werden. Beispielsweise ist hier ein Halbleiterkörper 10 mit einer niedrigen p-Grunddotierung, deren Grunddotierstoffkonzentration kleiner als 1 × 10¹⁵cm^–3 ist, beschrieben. Der Halbleiterkörper 10 kann beispielsweise eine zumindest nahezu runde Scheibe sein, in Fachkreisen auch als Wafer bezeichnet. Der Halbleiterkörper 10 kann homogen aus einem Halbleitermaterial und einstückig aufgebaut sein, er kann aber auch aus mehreren Halbleitermaterialien und/oder aus verschiedenen Schichten oder Bereichen zusammengesetzt sein.
In 1b ist eine p-leitende Zone 11 in dem Halbleiterkörper 10 dargestellt. Die p-leitende Zone 11 wird durch Diffusion eines einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs in einer ersten Richtung x in den Halbleiterkörper hinein erzeugt. Durch die Diffusion des Fremdstoffs weist die p-leitende Zone 11 in erster Richtung x eine abnehmende Akzeptorkonzentration N_A auf. Dies wird in 1b durch eine unterschiedliche Grauschattierung in dem Halbleiterkörper 10 angedeutet. Als Fremdstoff kommen alle p-Dotierstoffe, d. h. alle dreiwertigen Elemente der dritten Gruppe im Periodensystem der chemischen Elemente in Frage, insbesondere Bor.
Als Fremdstoff kann aber auch ein Schwermetall verwendet werden, das bereits für sich genommen oder in Kombination mit einer Wasserstoffimplantation zur Akzeptorausbildung in dem Halbleiterkörper 10 geeignet ist. Die Ausbildung der Akzeptoren kann dabei z. B. durch den interstitiellen Einbau des Schwermetalls auf Gitterleerstellen oder durch die Bildung von als Akzeptor wirkenden Komplexen erfolgen, wobei diese Komplexe das Schwermetall und/oder Leerstellen des Halbleiterkristallgitters und/oder Wasserstoff enthalten. Insbesondere in dem jeweiligen Halbleiterkörper 10 schnell diffundierende Schwermetalle, d. h. Schwermetalle mit einen Diffusionskoeffizienten im Bereich von 1 × 10^–9 cm^–2/s bis 1 × 10^–3 cm^–2/s in dem Halbleiterkörper 10, sind geeignet, um eine tiefe p-leitende Zone 11 aufgrund einer tiefen Diffusion des Schwermetalls mit akzeptablen Diffusionstemperaturen und -zeiten in den Halbleiterkörper 10 zu erreichen. Beispielsweise ist in einem Si-Halbleiterkörper Platin für eine schnelle Diffusion geeignet, insbesondere auch deswegen, weil Platin den gewünschten Effekt zeigt, in Kombination mit einer Wasserstoffimplantation Akzeptoren zu erzeugen. Bei der Verwendung von Platin als Fremdstoff kann beispielsweise auch die Trägerlebensdauer der Ladungsträger in einem angestrebten Halbleiterbauelement eingestellt werden.
Die Diffusion des jeweiligen Fremdstoffs findet beispielsweise bei Temperaturen im Bereich von 700°C bis 1000°C statt, insbesondere wenn die Diffusion in Silizium stattfindet.
In 1c ist eine Implantation von Protonen in den Halbleiterkörper 10 dargestellt. Die Implantation der Protonen ist durch Pfeile 14 angedeutet. Die Protonen werden bis in eine Tiefe T2, dem sogenannten „End-of-Range”, in den Halbleiterkörper 10 implantiert. Die Implantation 14 erfolgt über eine erste Oberfläche 40 des Halbleiterkörpers 10 in erster Richtung x in den Halbleiterkörper 10 hinein. Die Tiefe T2 kann dabei bis fast an eine der ersten Oberfläche 40 gegenüberliegende zweite Oberfläche 45 reichen. Eine vollständige Durchstrahlung des Halbleiterkörpers 10 sollte vermieden werden, weil ansonsten keine Protonen mehr in den Halbleiterkörper 10 zur nachfolgenden Ausbildung einer n-leitenden Zone 12 zur Verfügung stehen. Die Tiefe T2 der Implantation kann über die Implantationsenergie der Protonen eingestellt werden. Die Tiefe T2, also die maximale Eindringtiefe der Protonen und somit auch die Implantationsenergie bemisst sich daran, in welcher Tiefe T1 der spätere pn-Übergang 13 der p-leitenden Zone 11 mit der n-leitenden Zone 12 liegen soll. Des Weiteren bemisst sich die Tiefe T2 daran, welche Ausdehnung die n-leitende Zone 12 erhalten soll. Auf jeden Fall gilt, dass die Eindringtiefe T2 der Protonen größer ist als die Tiefe T1 des pn-Übergangs 13. Angaben zur Tiefe T sind dabei immer zu der ersten Oberfläche 40 des Halbleiterkörpers 10 bezogen.
In 1d ist der Halbleiterkörper 10 mit der p-leitenden Zone 11 und der nach der Protonenimplantation 14 erzeugten n-leitenden Zone 12 dargestellt. Die n-leitende Zone 12 wird mit Hilfe der implantierten Protonen durch Temperung des Halbleiterkörpers 10 ausgebildet. Bei der Implantation 14 der Protonen in den Halbleiterkörper 10 werden in dem von Protonen durchstrahlten Bereich des Halbleiterkörpers 10 Defekte im Kristallgitter des Halbleiterkörpers 10 erzeugt. Bei der Temperung des Halbleiterkörpers 10 werden im Zusammenspiel dieser Defekte mit den Protonen sogenannte Wasserstoff-induzierte Donatoren erzeugt. Durch Diffusionsvorgänge während der Temperung entsteht also ausgehend vom „End-of-Range”, dass heißt vom Bereich mit höchster Protonendichte, in dem Halbleiterkörper 10 eine n-leitende Zone 12. Die n-leitende Zone 12 entsteht lediglich in einer zur ersten Richtung x entgegen gesetzten zweiten Richtung –x, weil, ausgehend von dem „End-of-Range”, nur in dieser zweiten Richtung –x im Halbleiterkörper 10 Defekte während der Implantation 14 der Protonen erzeugt wurden. Durch Einstellung der Temperatur während der Temperung und der Dauer der Temperaturbeaufschlagung kann die Ausdehnung der n-leitenden Zone 12 und der gewünschte Gradient der Donatorkonzentration N_D eingestellt werden. Der pn-Übergang 13 zwischen der p-leitenden Zone 11 und der n-leitenden Zone 12 wird sich ausbilden, sobald die Donatorkonzentration N_D der n-leitenden Zone 12 unter die Akzeptorkonzentration N_A der p-leitenden Zone 11 fällt. Durch geeignete Wahl des Akzeptorkonzentrationsprofils, das durch die Diffusionstemperatur und Diffusionsdauer des den Akzeptor bildenden Fremdstoffs eingestellt werden kann und durch geeignete Wahl des Donatorkonzentrationsprofils, das ebenfalls durch die Diffusionstemperatur und Diffusionsdauer eingestellt werden kann, lässt sich die Tiefe T1 des pn-Übergangs 13 festlegen. Eine Ausführungsform sieht beispielsweise vor, dass die Tiefe T1 des pn-Übergangs 13 mehr als 15 μm beträgt. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Tiefe T1 des pn-Übergangs 13 mehr als 20% der Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10 in erster Richtung x entspricht. Insbesondere sieht ein Ausführungsbeispiel vor, dass die Tiefe T1 mehr als 40% der Ausdehnung des Halbleiterkörpers 10 in erster Richtung x ausmacht. Außerdem lässt sich das Donatorkonzentrationsprofil der n-leitenden Zone 12 auch über die Defektdichte und die Protonenkonzentration steuern, was durch die Protonenimplantationsdosis und die nachfolgenden Ausheilbedingungen eingestellt werden kann. Beispielhafte Werte für Implantationsdosen der Protonen liegen zwischen 1 × 10¹⁴ cm^–2 und 1 × 10¹⁵ cm^–2. Beispiele für eine geeignete Temperung sind Temperaturprozesse im Bereich zwischen 450°C und 550°C und eine Dauer der Temperaturprozesse im Bereich von 30 min bis 12 h.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der zu diffundierende Fremdstoff als eine Fremdstoffschicht 20 auf der Oberfläche 40 des Halbleiterkörpers 10 zur Verfügung gestellt wird. Bei der Verwendung von Platin als Fremdstoff kann beispielsweise die Schicht 20 durch Aufdampfen einer 5 nm bis 50 nm dünnen Platinschicht mit nachfolgender Bildung einer Platin-Silizidschicht bei einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 450°C während eines Zeitraums von 30 min bis 120 min erzeugt werden. Die Diffusion des Platins in den Halbleiterkörper hinein erfolgt dann beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 700°C bis 900°C über einen Zeitraum von 30 min bis zu 4 h.
Nach der Diffusion des Fremdstoffs in den Halbleiterkörper 10 hinein wird die Fremdstoffschicht 20 von der Oberfläche 40 in der Regel wieder entfernt.
3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei dem der Fremdstoff zunächst in den Halbleiterkörper 10 durch die Oberfläche 40 implantiert wird. Dies ist in 3 durch Pfeile 30 angedeutet. Die Implantation 30 erfolgt in eine maximale Tiefe T3 in den Halbleiterkörper 10, wobei die Tiefe T3 kleiner als die Tiefe T1 des späteren pn-Übergangs 13 ist. Anschließend an die Implantation 30 wird der Fremdstoff in erster Richtung x ausdiffundiert, so dass sich, eventuell nach der Wasserstoffimplantation, die p-leitende Zone 11 mit dem flachen Gradienten der Akzeptorkonzentration N_A in erster Richtung x bildet.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die p-dotierte Zone 11 nur lokal begrenzt in den Halbleiterkörper 10 erzeugt wird. Die lokale Begrenzung kann zum Beispiel entweder durch lokale Begrenzung der Fremdstoffschicht 20 auf dem Halbleiterkörper 10 oder durch eine maskierte Implantation 30 des Fremdstoffs in den Halbleiterkörper 10 erzeugt werden. Zur lokalen Begrenzung der Fremdstoffschicht 20 kann beispielsweise eine Oxidmaske verwendet werden. Bei der nachfolgenden Diffusion des zunächst lokal begrenzten Fremdstoffs in den Halbleiterkörper 10 hinein wird es auch zu einer lateralen Diffusion des Fremdstoffs in dem Halbleiterkörper kommen. Dadurch entsteht auch in lateraler Richtung, d. h. in einer zur ersten Richtung x senkrechten Richtung y, ein Diffusionsprofil. Dadurch kommt es zu einer lateral inhomogenen Fremdstoffverteilung und somit zu einer lateral inhomogenen Akzeptorkonzentration N_A der p-leitenden Zone 11 im Halbleiterkörper 10. Die Temperatur und Dauer des Diffusionsprozesses wird dabei in der Regel einerseits so eingestellt werden, dass die vertikale Diffusion der Fremdstoffe soweit erfolgt, wie es für die gewünschte Tiefe T1 des pn-Übergangs 13 erforderlich ist. Andererseits werden die Parameter des Diffusionsprozesses so gewählt, dass die laterale Diffusion möglichst gering gehalten wird.
Die laterale Ausbreitung der Akzeptorverteilung kann insbesondere im Fall eines Akzeptors, der in Kombination mit einer Wasserstoffimplantation entsteht, sehr gering gehalten werden, wenn die Akzeptorausbildung durch Leerstellen bzw. Leerstellendefekte dominiert wird, da diese einen im Vergleich zum Wasserstoff geringen Diffusionskoeffizienten in Silizium aufweisen.
Bei solch einer lokal begrenzten Erzeugung der p-leitenden Zone 11 kann ein lateral inhomogener pn-Übergang 13 geschaffen werden. Dazu wird beispielsweise nach der lokalen Erzeugung der p-leitenden Zone 11 eine ganzflächige, unmaskierte Protonenimplantation mit der darauffolgenden Temperung an dem Halbleiterkörper durchgeführt. Die daraus resultierende n-leitende Zone 12 mit lateral homogener Donatorkonzentration N_D bildet zusammen mit der lateral inhomogenen Akzeptorkonzentration N_A der p-leitenden Zone 11 den lateral inhomogenen pn-Übergang 13 aus. Eine Ausführungsform ist es, wenn sich die n-leitende Zone 12 seitlich von der lokal begrenzten p-leitenden Zone 11 von der Tiefe T2 bis zur Oberfläche 40 erstreckt. Insbesondere im lateralen Randbereich des Halbleiterkörpers 10 kann eine solche Struktur vorteilhaft sein, um beispielsweise einen tiefliegenden Channelstopper auszubilden, der eine ausreichende Sperrfähigkeit eines angestrebten Halbleiterbauelements ermöglicht. Andere lokal begrenzte Strukturen sind ebenfalls realisierbar.
5 zeigt eine Ausführungsform zur Herstellung einer lokalen Begrenzung der n-leitenden Zone 12. Dazu wird die Implantation 14 der Protonen in den Halbleiterkörper 10 durch eine Maske 50 begrenzt durchgeführt. Als Maske 50 kann beispielsweise eine Stencilmaske, d. h. eine dünne Siliziummaske, die die Protonen absorbiert oder eine auf dem Halbleiterkörper 10 aufgebrachte Metallmaske verwendet werden. Die Maske 50 wird nach der Implantation 14 der Protonen in der Regel wieder entfernt. Durch die lokale Begrenzung der n-leitenden Zone 12 kann beispielsweise ein lateral begrenzter pn-Übergang 13 geschaffen werden. Insbesondere kann dieser lateral begrenzte pn-Übergang 13, beim Vorliegen einer lateral homogenen Akzeptorkonzentration der p-leitenden Zone 11, lateral homogen ausgebildet werden.
In 6 ist ein beispielhaftes Akzeptor-Donator-Profil in dem Halbleiterkörper 10 gezeigt. Dazu ist in 6 die Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N in logarithmischen Maßstab über die Tiefe T des Halbleiterkörpers 10 aufgetragen. Als Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N soll hier der absolute Betrag der Differenz zwischen der Donatorkonzentration N_D und der Akzeptorkonzentration N_A verstanden werden. Das Akzeptor-Donator-Profil in 6 zeigt in der p-leitenden Zone 11 eine Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₁ = N_A vom p-Leitungstyp und in der n-leitenden Zone 12 eine Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₂ = N_D vom n-Leitungstyp. Die p-leitende Zone 11 erstreckt sich von einer ersten Oberfläche 40, was der Tiefe T = 0 entspricht, des Halbleiterkörpers 10 bis zum pn-Übergang 13 in der Tiefe T1. An der Oberfläche 40 ist eine starke Anhebung der Akzeptorkonzentration ersichtlich, was auf eine oberflächennahe p-Dotierstoff Implantation zurückzuführen ist. Die Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₁ verläuft zum pn-Übergang 13 hin relativ flach, dass heißt mit einer maximalen Änderung ΔN₁ der Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₁ um den Faktor 10 über eine Distanz von ca. 5 μm in der Umgebung des pn-Übergangs 13, wobei diese maximale Änderung in der p-leitenden Zone 11 mindestens über eine Strecke S = ½ T1 in erster Richtung x, was der halben Ausdehnung der p-leitenden Zone 11 entspricht, gilt. Die n-leitende Zone 12 erstreckt sich von dem pn-Übergang 13 in der Tiefe T1 bis zu einer Tiefe T2, was dem „End-of-Range” der Protonenimplantation 14 in dem Halbleiterkörper 10 entspricht. Die Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₂ der n-leitenden Zone 12 verläuft zum pn-Übergang 13 hin ebenfalls sehr flach, dass heißt mit einer maximalen Änderung ΔN₂ der Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₂ um den Faktor 10 auf ca. 10 μm in der Umgebung des pn-Übergangs 13, wobei diese maximale Änderung ΔN₂ in der n-leitenden Zone 12 mindestens über eine Strecke S = (T2 – T1)/2 in zweiter Richtung –x, was der halben Ausdehnung der n-leitenden Zone 12 entspricht, gilt.
Unabhängig vom konkreten Akzeptor-Donator-Profil kann die Abmessung des Halbleiterkörpers 10 über eine Tiefe T2 hinausgehen. Im Falle eines Halbleiterkörpers 10 mit einer p-Grunddotierung ergibt sich somit eine pnp Struktur (p-leitende Zone 11, n-leitende Zone 12, p-Grunddotierung). Eine andere Ausführungsform kann vorsehen, dass der Halbleiterkörper 10 an der zweiten Oberfläche 45, die der ersten Oberfläche 40 gegenüberliegt, in zweiter Richtung –x bis zu T2 oder sogar bis in den Bereich zwischen T2 und T1 gedünnt wird. In diesem Fall erstreckt sich die n-leitende Zone 12 des dadurch entstandenen Halbleiterkörpers 10 von dem pn-Übergang 13 bis zur zweiten Oberfläche 45 des Halbleiterkörpers 10.
In 7 ist ein anderer beispielhafter Verlauf der Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N in einem Halbleiterkörper einer Diode dargestellt. Dazu ist in 7 die Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N einer herkömmlichen Diode mit einem steilen Gradienten am pn-Übergang anhand der gestrichelten Linie 71 gezeigt, während die Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N einer verbesserten Diode mit einem tiefen pn-Übergang und mit flachem Gradienten der Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration am pn-Übergang als Linie 70 dargestellt ist.
In 8 sind als Ergebnis einer Simulation der zeitliche Verlauf 81 der Diodenspannung U einer herkömmlichen Diode und der zeitliche Verlauf 80 der Diodenspannung U einer verbesserten Diode mit tiefem pn-Übergang und mit flachem Gradienten der Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration einander gegenübergestellt. Die Dioden weisen die entsprechend in 7 gezeigten Akzeptor-Donator-Profile auf. Bei beiden Dioden wurde der zeitliche Anstieg des Diodenstroms I(t) konstant und gleich groß gewählt. Es ist zu erkennen, dass bei einer herkömmlichen Diode eine negative Spannungsspitze auftritt, deren Betrag größer ist als 600 V, während der Betrag der entsprechenden negativen Spannungsspitze der verbesserten Diode mit tiefem pn-Übergang und flachem Gradienten nur etwas mehr als 300 V beträgt.
Weitere nicht dargestellte Ausführungsbeispiele können die Verwendung eines nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellten Halbleiterkörpers 10 für einen IGBT, einen Thyristor oder ein anderes Leistungshalbleiterbauelement vorsehen. Insbesondere sei bemerkt, dass die beschriebene Temperung des Halbleiterkörpers 10 zur Ausbildung von Wasserstoff-induzierten Donatoren in der Regel bevorzugt vor einer Abscheidung von Metallisierungen auf dem Halbleiterkörper 10 vorgenommen werden. Die Temperung könnte sich sonst schädlich auf die Metallisierung auswirken. Weiterhin kann in einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass eine maximale Donatorkonzentration N_D am „End-of-Range”, also in der Tiefe T2, als Feldstoppzone für dementsprechende vertikale Leistungshalbleiterbauelemente verwendet wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit einer p-leitenden Zone (11), mit einer n-leitenden Zone (12) und mit einem pn-Übergang (13) in einer Tiefe T1 in dem Halbleiterkörper (10) zwischen der p-leitenden Zone und der n-leitenden Zone, wobei das Verfahren folgende Merkmale aufweist: – Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10), – Erzeugen der p-leitenden Zone (11) durch Diffusion eines einen Akzeptor bildenden Fremdstoffs in einer ersten Richtung (x) in den Halbleiterkörper (10), – Erzeugen der n-leitenden Zone (12) durch Implantation (14) von Protonen in der ersten Richtung (x) in den Halbleiterkörper (10) in eine Tiefe T2 > T1 und anschließender Temperung des Halbleiterkörpers (10) zur Ausbildung von Wasserstoff-induzierten Donatoren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fremdstoff als Schicht (20) auf dem Halbleiterkörper (10) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Fremdstoff vor der Diffusion in eine Tiefe T3 < T1 in den Halbleiterkörper (10) implantiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fremdstoff Platin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Fremdstoff ein p-Dotierstoff ist oder in Kombination mit einer Protonenimplantation einen Akzeptor bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Diffusion des Fremdstoffs bei einer Temperatur im Bereich von 700°C bis 1000°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die p-leitende Zone (11) nur lokal begrenzt in dem Halbleiterkörper (10) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die lokale Begrenzung durch eine lokal begrenzte Bereitstellung des Fremdstoffs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Implantation der Protonen mit einer Implantationsdosis im Bereich von 1 × 10¹⁴ cm^–2 bis 2 × 10¹⁵ cm^–2 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Implantation (14) der Protonen lokal durch eine Maske (50) begrenzt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperung des Halbleiterkörpers (10) zur Erzeugung der n-leitenden Zone (12) mit einer Temperatur im Bereich zwischen 450°C und 550°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Temperung des Halbleiterkörpers (10) zur Erzeugung der n-leitenden Zone (12) über einen Zeitraum im Bereich von 30 min bis 12 h erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) mit einer p-Grunddotierung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Konzentration der p-Grunddotierung kleiner als 1 × 10¹⁵ cm^–3 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Tiefe T1 des pn-Übergangs (13) mehr als 15 μm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Tiefe T1 des pn-Übergangs (13) mehr als 20% der Ausdehnung des Halbleiterkörpers in erster Richtung (x) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Tiefe T1 des pn-Übergangs (13) mehr als 40% der Ausdehnung des Halbleiterkörpers in erster Richtung (x) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) in zweiter Richtung (–x) zumindest bis zu der Tiefe T2 gedünnt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Halbleiterkörper (10) bis in die n-leitende Zone (12) im Bereich zwischen T1 und T2 gedünnt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die p-leitende Zone 11 eine Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₁ mit einer maximalen Änderung ΔN₁ um den Faktor 10 über eine Distanz von 5 μm am pn-Übergang 13 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die maximale Änderung in der p-leitenden Zone 11 mindestens über eine Strecke S = ½ T1 in erster Richtung (x) gilt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die n-leitende Zone 12 eine Netto-Akzeptor-Donator-Konzentration N₂ mit einer maximalen Änderung ΔN₂ um den Faktor 10 über eine Distanz von 10 μm am pn-Übergang 13 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die maximale Änderung in der n-leitenden Zone 12 mindestens über eine Strecke S = (T2 – T1)/2 in zweiter Richtung (–x) gilt.