DE102004028933B4 - Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen metallischen Schicht - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen metallischen Schicht Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht (51; 55) an einer vorgegebenen vertikalen Position in einem Halbleiterkörper (100), der eine erste und zweite Seite (101, 102) aufweist, und der eine erste und eine zweite Halbleiterschicht (11, 12) umfasst, die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) übereinander angeordnet sind, von denen die erste Halbleiterschicht (11) stärker als die zweite Halbleiterschicht (12) dotiert ist und von denen eine (11) die erste Seite (101) und die andere die zweite Seite (102) des Halbleiterkörpers (100) bildet, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
– wenigstens abschnittsweises Aufbringen einer Metallschicht (50; 54) auf eine (101; 102) der ersten und zweiten Seiten (101, 102),
– Einstellen eines positiven Temperaturgradienten in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) ausgehend von der einen Seite (101; 102), wobei die Temperatur im Bereich der einen Seite höher ist als die eutektische Temperatur eines Systems mit dem Material der Metallschicht...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einem Halbleiterkörper und ein Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen metallischen Schicht.
  • Es ist bekannt, dass das Verhalten von Halbleiterbauelementen durch das Vorsehen von vergrabenen metallischen Schichten, die in Halbleiterbereichen der Bauelemente angeordnet sind, beeinflusst werden kann.
  • Hierzu wird beispielsweise auf die DE 100 01 869 A1 verwiesen, in der ein in beiden Richtungen sperrender MOSFET beschrieben ist, in dessen Body-Zone eine metallische Schicht angeordnet ist. Diese metallische Schicht wirkt als Rekombinationszone für freie Ladungsträger in der Body-Zone und reduziert die Stromverstärkung eines durch die Body-Zone, die Source-Zone und die Drain-Zone des MOSFET gebildeten parasitären Bipolartransistors.
  • Die Rekombinationswirkung von Metallen kann auch bei Bauelementen genutzt werden, die mehrere in einer Halbleiterschicht bzw. einem Substrat angeordnete Bauelemente umfassen und bei denen die einzelnen Bauelemente jeweils durch pn-Übergänge gegeneinander isoliert sind. Bei solchen Bauelementen kann es abhängig von der äußeren Beschaltung zu einer Injektion von Minoritätsladungsträgern durch einzelne Bauelemente in das Substrat kommen, die zu Querströmen in dem Substrat führen. Diese Querströme können die Funktion anderer in dem Substrat angeordneter Bauelemente negativ beeinflussen. Diese Problematik ist beispielsweise in der DE 199 53 333 A1 oder der DE 100 14 659 C2 beschrieben, in denen vorgeschlagen ist, in dem Substrat eine Rekombinationszone durch Implantieren oder Einbringen von Metallatomen zu erzeugen. Eine verbesserte Rekombinationswirkung könnte hierbei durch eine metallische Schicht in dem Substrat erzielt werden.
  • Die DE 29 32 191 A1 und DE 29 37 940 A1 beschreiben jeweils ein Verfahren zur Dotierung eines Halbleiterkörpers, bei dem eine Metallschicht auf eine Seite des Halbleiterkörpers aufgedampft wird. Diese Metallschicht wird aufgeschmolzen, und es wird ein Temperaturgradient eingestellt, der derart gewählt ist, dass die durch Aufschmelzen der Metallschicht entstandene Schmelze durch den Halbleiterkörper hindurch migriert und dabei dotierte Halbleiterbereiche hinterlässt.
  • Die US 2,813,048 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen Metallschicht in einem Halbleiterkörper. Bei diesem Verfahren wird eine Metallschicht auf eine Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht und aufgeschmolzen. Anschließend wird ein Temperaturgradient eingestellt, durch den die Schmelze in den Halbleiterkörper hinein migriert, wobei der Temperaturgradient abgestellt wird, wenn sich die Schmelze innerhalb des Halbleiterkörpers befindet. Nach Abkühlen der Schmelze verbleibt eine vergrabene Metallschicht in dem Halbleiterkörper.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einer Halbleiterschicht und ein Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen Halbleiterschicht zur Verfügung zu stellen.
  • Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen Metallschicht an einer vorgegebenen vertikalen Position in einem Halbleiterkörper, der eine erste und eine zweite Seite aufweist, umfasst das wenigstens abschnittsweise Aufbringen einer Metallschicht auf eine der ersten und zweiten Seiten, das Einstellen eines positiven Temperaturgradienten in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers ausgehend von der einen Seite, wobei die Temperatur im Bereich der einen Seite höher ist als die eutektische Temperatur eines Systems mit dem Material der Metallschicht und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers und die Temperatur ausgehend von dieser Seite in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ansteigt, so dass das Metall der Metallschicht in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper migriert. Der Temperaturgradient wird abgestellt, wenn das in den Halbleiterkörper migrierende Metall die vorgegebene vertikale Position in dem Halbleiterkörper erreicht, um dadurch die metallische Schicht an der vorgegebenen Position zu erhalten. Die eutektische Temperatur, die auch als Legierungstemperatur bezeichnet wird, bezeichnet die Temperatur, bei der das Material der Metallschicht und das verwendete Halbleitermaterial eine Legierung bilden. ”Eutektische Temperatur” bezeichnet nachfolgend stets die eutektische Temperatur eines Systems mit dem Material der Metallschicht und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers, also eines solchen Metall-Halbleiter-Systems.
  • Das zur Herstellung der metallischen Schicht verwendete Metall ist beispielsweise ein den Halbleiterkörper p-dotierendes Material, wie beispielsweise Aluminium, das auf die eine Seite des Halbleiterkörpers, beispielsweise durch Aufdampfen, aufgebracht wird.
  • Durch den Halbleiterkörper migrierende Aluminiumatome hinterlassen eine p-Dotierung in den Bereichen, durch die sie hindurch migrieren. Wenn die metallische Schicht in einer n-dotierten Halbleiterzone erzeugt werden soll, kann diese durch die migrierenden Aluminiumatome zusätzlich erzeugte p-Dotierung bei Bedarf dadurch kompensiert werden, dass die n-Grunddotierung der Halbleiterzone vor der Herstellung der metallischen Schicht entsprechend höher gewählt wird.
  • Ebenso kann die Metallschicht aus einem den Halbleiterkörper n-dotierenden Material bestehen. Beispiele für solche Materialien sind Gemische mit Zinn (Sn) und Arsen (As) oder mit Zinn (Sn) und Antimon (Sb).
  • Durch den Halbleiterkörper migrierende Atome solcher Gemische hinterlassen eine n-Dotierung in den Bereichen, durch die sie hindurch migrieren. Wenn die metallische Schicht in einer p-dotierten Halbleiterzone erzeugt werden soll, kann diese durch die migrierenden Atome zusätzlich erzeugte n-Dotierung bei Bedarf dadurch kompensiert werden, dass die p-Grunddotierung der Halbleiterzone vor der Herstellung der metallischen Schicht entsprechend höher gewählt wird.
  • Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der vergrabenen Schicht in einer p-dotierten Halbleiterzone unter Verwendung eines den Halbleiterkörper p-dotierenden Metalls bzw. Metallgemisches, und die Herstellung der vergrabenen Schicht in einer n-dotierten Halbleiterzone erfolgt vorzugsweise unter Verwendung eines den Halbleiterkörper n-dotierenden Metalls bzw. Metallgemisches. Aufgrund der durch das migrierende Metall hinzugefügten zusätzlichen Dotierung kann die Grunddotierung der Halbleiterzone, in der die vergrabene Schicht erzeugt wird, gegebenenfalls niedriger gewählt werden.
  • Die Verwendung eines Thermomigrationsverfahrens, also eines Verfahrens, bei dem Metallatome unter Einfluss eines Temperaturgradienten durch einen Halbleiterkörper hindurch migrieren, ist grundsätzlich bekannt, um p-Isolationsbereiche in einem Halbleiterkörper zu erzeugen. Ein solches Thermomigrationsverfahren ist beispielsweise in Morillion, B. et al.: ”Power Device Insulation by Al Thermomigration”, ISPS'02 – 6th International Seminar an Power Semiconductors, Prague, 4. bis 6. September 2002, Seiten 145 bis 149, beschrieben.
  • Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Halbleiterkörper erzeugte metallische Schicht kann an beliebigen Positionen in dem Halbleiterkörper und damit im Bereich beliebiger Zonen von in dem Halbleiterkörper integrierten Bauelementen erzeugt werden. Die metallische Schicht kann somit je nach Position in dem Halbleiterkörper unterschiedlichen Zwecken dienen.
  • So besteht die Möglichkeit, die metallische Schicht als Rekombinationszone in einer Body-Zone eines MOSFET zu erzeugen. Hierzu wird die metallische Schicht auf eine der Seiten abschnittsweise in einem Bereich aufgebracht, der oberhalb einer Body-Zone des in dem Halbleiterkörper integrierten MOSFET liegt. Anschließend wird das Metall der aufgebrachten Metallschicht unter Einwirkung eines ausgehend von der einen Seite eingestellten positiven Temperaturgradienten in den Halbleiterkörper bis an die gewünschte Position eingebracht.
  • Die vergrabene metallische Schicht kann auch für die Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrode eines vertikalen Halbleiterbauelements verwendet werden. Bei solchen vertikalen Leistungsbauelementen befinden sich Lastanschlüsse des Bauelements auf gegenüberliegenden Seiten eines Halbleiterkörpers bzw. Halbleiterchips, in dem das Bauelement integriert ist. Grundlage für die Herstellung solcher Halbleiterbauelemente bildet üblicherweise ein hochdotiertes Halbleitersubstrat, auf welches eine schwächer dotierte Halbleiterschicht, beispielsweise mittels eines Epitaxieverfahrens, aufgebracht wird. In dieser schwächer dotierten Schicht sind dabei aktive Bauelementzonen, beispielsweise ein Zellenfeld eines Leistungstransistors, realisiert. Maßgeblich für die elektrischen Eigenschaften solcher Leistungsbauelemente sind insbesondere die Dotierung und die Abmessung in vertikaler Richtung der auf das Halbleitersubstrat aufgebrachten schwächer dotierten Halbleiterschicht. Das Halbleitersubstrat dient dabei im Wesentlichen zur niederohmigen Kontaktierung dieser schwächer dotierten Halbleiterschicht ausgehend von einer der Seiten des Halbleiterkörpers, wobei aus Stabilitätsgründen das Halbleitersubstrat eine bestimmte Dicke nicht unterschreiten darf, um eine Handhabbarkeit des Bauelements während des Herstellungsprozesses zu gewährleisten.
  • Zur Reduzierung des durch das Halbleitersubstrat hervorgerufenen Widerstandsanteil am Gesamtwiderstand des Bauelements ist bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, eine metallische Schicht in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, und diese metallische Schicht über elektrisch leitende, vorzugsweise metallische, Anschlussverbindungen mit einer auf die Oberfläche des Substrats aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht zu verbinden.
  • Die Geschwindigkeit, mit der das Metall während des Herstellungsverfahrens der metallischen Schicht in vertikaler Richtung in dem Halbleiterkörper migriert, ist von der Temperatur und dem eingestellten positiven Temperaturgradienten abhän gig. Die Distanz, die das Metall in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zurücklegt ist entsprechend abhängig von der Dauer, für welche der Temperaturgradient anliegt. Zur Einstellung dieses Temperaturgradienten besteht beispielsweise die Möglichkeit, die beiden Seiten des Halbleiterkörpers mittels eines RTA-Verfahrens (RTA = Rapid Thermal Annealing) auf unterschiedliche Temperaturen aufzuheizen, wobei die Temperatur im Bereich der Seite, auf welche die Metallschicht aufgebracht ist, oberhalb der eutektischen Temperatur des Metall-Halbleiter-Systems liegt und die Temperatur auf der anderen Seite höher als diese Temperatur ist. Der Temperaturunterschied liegt beispielsweise zwischen 2 K und 10 K.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Thermomigration dadurch zu erreichen, dass eine oberhalb der eutektischen Temperatur liegende Temperatur im Bereich der Metallschichtseite und eine höhere Temperatur mit einem Temperaturmaximum im Inneren des Halbleiterkörpers erzeugt wird, wodurch das Metall an den Ort dieses Temperaturmaximums in dem Halbleiterkörper migriert.
  • Derartige Temperaturverhältnisse können beispielsweise durch Bestrahlung des Halbleiterkörpers mit Teilchen, insbesondere mit Protonen, erreicht werden. Es ist bekannt, dass die Bestrahlung eines Halbleiterkörpers mit Teilchen zu einer Erwärmung des Halbleiterkörpers führt, wobei das Temperaturmaximum dabei im sogenannten End-Of-Range-Bereich der Teilchenbestrahlung liegt. Die Position dieses End-Of-Range-Bereichs, und damit die Position des Temperaturmaximums, kann über die Bestrahlungsenergie der Teilchen eingestellt werden.
  • Die Teilchenbestrahlung kann dabei sowohl zur Einstellung der Temperatur im Bereich der Metallschicht, die höher als die eutektische Temperatur liegen muss, als auch zur Einstellung der Temperatur im Inneren des Halbleiterkörpers dienen. Die Bestrahlung erfolgt in diesem Fall vorzugsweise über die Seite, auf der die Metallschicht aufgebracht ist.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit, die Temperatur der Halbleiterscheibe zusätzlich anzuheben, beispielsweise durch eine zusätzliche Beheizung der Probenhalterung während der Bestrahlung, und die Teilchenbestrahlung im wesentlichen zur Einstellung des Temperaturmaximums im Inneren des Halbleiterkörpers zu verwenden.
  • Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der metallischen Schicht in dem Halbleiterkörper unter Verwendung zweier aufeinanderfolgender Migrationsschritte, wobei in einem ersten Migrationsschritt der Temperaturgradient durch Einstellen unterschiedlicher Temperaturen im Bereich der beiden Seiten des Halbleiterkörpers erfolgt, um eine Grobpositionierung der metallischen Schicht in dem Halbleiterkörper vorzunehmen. Anschließend wird in einem zweitem Migrationsschritt durch Teilchenbestrahlung ein Temperaturmaximum im Inneren des Halbleiterkörpers erzeugt, um über die Position dieses Temperaturmaximums die Endposition der metallischen Schicht festzulegen.
  • Sofern die vergrabene metallische Schicht zur Senkung des Anschlusswiderstandes eines Halbleitersubstrats verwendet wird, besteht die Möglichkeit, zusätzlich zu dieser vergrabenen metallischen Schicht eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht zu erzeugen. Zur Herstellung einer solchen Halbleiter-Metall-Legierungsschicht wird nach dem Herstellen der metallischen vergrabenen Schicht eine weitere Metallschicht auf eine der Seiten des Halbleiterkörpers, über welche die Kontaktierung der vergrabenen Metallschicht erfolgen soll, aufgebracht. Anschließend wird der Halbleiterkörper auf eine Temperatur aufgeheizt, bei welcher das Metall aufschmilzt und sich mit dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers zu einer Metall-Halbleiter-Legierung verbindet. Bei Verwendung von Aluminium als Metall und Silizium als Halbleitermaterial liegt diese Temperatur etwa im Bereich von 700°C. Bei derartigen Temperaturen sind Eindringtiefen des Aluminium-Eutektiums von ca. 40 μm möglich, um so eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht dieser Dicke zu erzeugen.
  • Vorzugsweise erfolgt die Erzeugung der Metall-Halbleiter-Legierungsschicht derart, dass diese bis an die vergrabene metallische Schicht heranreicht, um diese Metallschicht unmittelbar zu kontaktieren, oder zumindest nahe an diese vergrabene Metallschicht heranreicht, um den Widerstand zwischen der Legierungsschicht und der vergrabenen Schicht möglichst gering zu halten. Alternativ besteht die Möglichkeit, zwischen der Metall-Halbleiter-Legierungsschicht und der vergrabenen metallischen Schicht in vertikaler Richtung verlaufende Anschlussverbindungen herzustellen.
  • Bei dünnen Halbleitersubstraten kann bereits die Herstellung einer Metall-Halbleiter-Legierungsschicht zu einer erheblichen Reduzierung des Substratwiderstandes beitragen, so dass gegebenenfalls auf die Herstellung der vergrabenen metallischen Schicht verzichtet werden kann. Ein Verfahren zum Herstellen einer niederohmigen Anschlusselektrode für ein Halbleiterbauelement, das das Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer ersten und zweiten Seite, das Aufbringen einer Metallschicht auf eine der Seiten, sowie das Aufheizen des Halbleiterkörpers auf eine Temperatur, bei der das Metall der Metallschicht mit dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers im Bereich der einen Seite eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht bildet, ist Gegenstand des Patentanspruchs 33.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer niederohmigen, eine vergrabene Halbleiterschicht umfassenden Anschlusselektrode eines Halbleiterbauelements während unterschiedlicher Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens.
  • 2 veranschaulicht Verfahrensschritte zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht bei Einstellung eines Temperaturgradienten in einem Halbleiterkörper mittels Teilchenbestrahlung.
  • 3 zeigt ein als MOSFET ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement mit einer niederohmigen, eine vergrabene Halbleiterschicht umfassenden Anschlusselektrode.
  • 4 zeigt ein als Diode ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement mit einer niederohmigen, eine vergrabene Halbleiterschicht umfassenden Anschlusselektrode.
  • 5 veranschaulicht ein zweites Verfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrode für ein Halbleiterbauelement.
  • 6 zeigt ein als MOSFET ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement mit einer gemäß den zweiten Verfahren hergestellten niederohmigen Anschlusselektrode.
  • 7 zeigt ein als MOSFET ausgebildetes vertikales Halbleiterbauelement mit einer Anschlusselektrode, die eine vergrabene Halbleiterschicht und eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht umfasst.
  • 8 veranschaulicht Verfahrensschritte zur Herstellung einer als Rekombinationszone eines MOSFET dienenden vergrabenen Halbleiterschicht.
  • 9 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein mehrere Bauelementbereiche umfassendes Halbleiterbauelement mit einer vergrabenen Halbleiterschicht zur Unterdrückung von Querströmen.
  • 10 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper mit einer vergrabenen metallischen Schicht und mit einer auf einen Rand des Halbleiterkörpers aufgebrachten, die metallische Schicht kontaktierenden Anschlussverbindung.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrode eines Halbleiterbauelements, die eine vergrabene metallische Schicht umfasst, wird nachfolgend anhand von 1 erläutert.
  • Ausgangspunkt des Verfahrens bildet die Bereitstellung eines Halbleiterkörpers 100, der in dem Ausführungsbeispiel eine erste und zweite Halbleiterschicht 11, 12 umfasst, von denen die ersten Halbleiterschicht 11 eine erste Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 bildet, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet ist, und die zweite Halbleiterschicht 12 eine zweite Seite 102 des Halbleiterkörpers 100 bildet, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet ist. Die erste Halbleiterschicht 11 ist beispielsweise ein hochdotiertes Halbleitersubstrat, das je nach Anwendungszweck n-dotiert oder p-dotiert ist. Die zweite Halbleiterschicht 12 ist beispielsweise mittels eines Epitaxieverfahrens auf das Halbleitersubstrat 11 aufgebracht und schwächer als das Halbleitersubstrat 11 dotiert. Je nach gewünschter Funktion des zu realisierenden Bauelements ist die zweite Halbleiterschicht 12 vom selben Leitungstyp wie die erste Halbleiterschicht 11 oder komplementär zu dieser dotiert.
  • Für die Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in dem Halbleiterkörper 100 sieht das Verfahren vor, eine Me tallschicht 50 auf eine der Seite, in dem Beispiel auf die Rückseite 101, des Halbleiterkörpers 100 aufzubringen und ausgehend von dieser Seite 101 einen positiven Temperaturgradienten einzustellen. Die Metallschicht ist beispielsweise eine Aluminiumschicht oder umfasst beispielsweise ein Gemisch aus Zinn und Arsen oder Zinn und Antimon. Das Einstellen eines positiven Temperaturgradienten bedeutet das Einstellen eines Temperaturverlaufes mit einer ausgehend von der Rückseite 101 in vertikaler Richtung in dem Halbleiterkörper 100 ansteigenden Temperatur. Diese vertikale Richtung ist in 1a als x-Richtung bezeichnet. Die Temperatur im Bereich der Rückseite 101 ist so gewählt, dass sie oberhalb der eutektischen Temperatur des Metalls liegt. Diese Temperatur beträgt für Aluminium etwa 577°C.
  • 1b verschaulicht schematisch den Temperaturverlauf in dem Halbleiterkörper ausgehend von der Rückseite 101 in x-Richtung bis zu der Vorderseite 102. Die Temperatur im Bereich der Rückseite 101 beträgt T1 und liegt oberhalb der eutektischen Temperatur des für die Metallschicht 50 verwendeten Metalls. Die Temperatur im Bereich der Vorderseite 102 beträgt T2 und ist höher als die Temperatur T1 im Bereich der Rückseite. Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur T1 im Bereich der Rückseite 101 und der Temperatur T2 im Bereich der Vorderseite 102 zur Einstellung des positiven Temperaturgradienten beträgt beispielsweise zwischen 2 K und 10 K.
  • Die Einstellung der Temperaturen T1, T2 im Bereich der Rück- und Vorderseite 101, 102 erfolgt beispielsweise mittels RTA-Verfahren.
  • In Folge der im Bereich der Rückseite 101 oberhalb der eutektischen Temperatur des Metall-Halbleiter-Systems liegenden Temperatur T1 und in Folge des positiven Temperaturgradienten migriert das Metall der Metallschicht 50 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein. Der Migrationsprozess stoppt, wenn die Temperatur in dem Bereich, in dem sich das Metall während des Migrationsprozesses befindet, auf eine Temperatur unterhalb der Eutektikumstemperatur abgesenkt wird, was sicher dann der Fall ist, wenn die Temperatur an beiden Seiten des Halbleiterkörpers 100 unter diese Eutektikumstemperatur abgesenkt wird, bzw. wenn die Beheizung des Halbleiterkörpers eingestellt wird. Das zunächst flüssige, in den Halbleiterkörper 100 hinein migrierte Metall kondensiert dann, um eine vergrabene metallische Schicht 51 in dem Halbleiterkörper 100 zu bilden, was im Ergebnis in 1c dargestellt ist.
  • Die Geschwindigkeit, mit welcher das Metall in den Halbleiterkörper 100 hinein migriert, ist abhängig von dem Temperaturgradienten, also abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen den im Bereich der Vorder- und der Rückseite eingestellten Temperaturen T2, T1. Die Position der metallischen Schicht 51 in dem Halbleiterkörper, also der Abstand zwischen der Rückseite 102 und der metallischen Schicht 51 lässt sich somit über den Temperaturgradienten und die Dauer des anliegenden Temperaturgradienten einstellen. Ebenso kann die Migration über die Höhe des Mittelwertes (T1 + T2)/2 der eingestellten Temperaturen T1, T2 beeinflusst werden. Dabei gilt, dass die Migrationsgeschwindigkeit mit steigender mittlerer Temperatur zunimmt.
  • Die metallische Schicht 51 enthält ein Gemisch aus Halbleitermaterial und überwiegend Metall, also beispielsweise aus Silizium und Aluminium, oder Silizium und Zinn mit Anteilen von Arsen oder Silizium und Zinn mit Anteilen von Antimon, das metallische Eigenschaften aufweist und das daher sowohl eine sehr gute Leitfähigkeit als auch eine sehr starke Rekombinationswirkung besitzt.
  • Der Halbleiterbereich zwischen der Rückseite 101 und dieser metallischen Schicht 51 erhält – in dem dargestellten Beispiel einer aus Aluminium bestehenden Schicht 50 – durch die Migration der Aluminiumatome eine p-Dotierung, die der Fest körperlöslichkeit von Aluminium von etwa 1019 Atomen pro cm3 entspricht. Besitzt das Halbleitersubstrat eine n-Dotierung mit einer Dotierungskonzentration von größer als 3·1019 Atomen pro cm3, so bleibt diese n-Dotierung auch nach der Migration der Aluminiumatome erhalten, wobei die Konzentration freier Ladungsträger reduziert wird. Besitzt das Halbleitersubstrat eine p-Dotierung, so wird durch die Migration der Aluminiumatome diese p-Dotierung verstärkt.
  • Wird, in nicht näher dargestellter Weise, eine den Halbleiterkörper n-dotierende Metallschicht verwendet, so erhält der Halbleiterkörper in dem Bereich, durch den die Metallatome migrieren, eine zusätzliche n-Dotierung, die entweder eine bereits vorhandene n-Dotierung verstärkt oder eine bereits vorhandene p-Dotierung teilweise kompensiert, d. h. abschwächt.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrode umfasst weiterhin das Herstellen von elektrisch leitenden, vorzugsweise metallischen Anschlussverbindungen 52, die in vertikaler Richtung von der Rückseite 101 bis an die vergrabene metallische Schicht 51 reichen. Diese Anschlussverbindungen 52 können beispielsweise hergestellt werden, indem ausgehend von der Rückseite 101 Gräben in den Halbleiterkörper 100 geätzt oder gesägt werden und indem diese Gräben anschließend mit einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, aufgefüllt werden.
  • An das Herstellen dieser metallischen Anschlussverbindungen 52 schließt sich das Aufbringen einer Kontaktschicht 53, vorzugsweise einer Metallschicht, auf die Rückseite 101 an. Dabei ist es auch möglich, dass die Herstellung der Anschlussverbindungen 52 nach Erzeugung der Gräben und die Herstellung der Kontaktschicht 53 in einem Verfahrensschritt erfolgt. Hierzu wird nach Herstellung der Gräben ein elektrisch leitendes Material abgeschieden, das zumindest die Halbleiteroberflächen in den Gräben bedeckt und das im Bereich der Rückseite 101 die Halbleiteroberfläche zwischen den Gräben bedeckt.
  • Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens ist eine niederohmige Anschlusselektrode, die die vergrabene metallische Schicht 51, die in vertikaler Richtung verlaufenden Anschlussverbindungen 52 sowie die Kontaktschicht 53 umfasst. Der Widerstand dieser Anschlusselektrode ist bestimmt durch den Ohmschen Widerstand der vergrabenen Schicht, der Anschlussverbindungen 52 und der Kontaktschicht 53. Sofern dieser Widerstand wesentlich geringer ist als der Widerstand des Halbleitersubstrats 11, trägt das zwischen der vergrabenen Halbleiterschicht 51 und der Kontaktschicht 53 angeordnete Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 11 nur unwesentlich zum Widerstand dieser Anschlusselektrode bei. Wirksam für den Widerstand dieser Anschlusselektrode, die zum Kontaktieren der schwächer dotierten Halbleiterschicht 12 über die Rückseite 101 des Halbleiterkörpers dient, ist lediglich der zwischen dieser schwächer dotierten Halbleiterschicht 12 und der vergrabenen Halbleiterschicht 51 angeordnete Abschnitt des Halbleitersubstrats 11. Durch geeignete Einstellung des Thermomigrationsverfahrens im Rahmen der Herstellung der vergrabenen Halbleiterschicht 51 kann die Abmessung dieser verbleibenden Substratschicht 11 zwischen der vergrabenen Schicht 51 und der zweiten Halbleiterschicht 12 jedoch minimiert werden.
  • Anstelle der oder auch zusätzlich zu den in 1 dargestellten Anschlussverbindungen 52 in Gräben, können bezugnehmend auf 10 auch Anschlussverbindungen 56 an Seitenrändern 104 des Halbleiterkörpers 100 vorgesehen werden, um die vergrabene Metallschicht 51 an eine rückseitige Kontaktschicht 53 anzuschließen. 10 zeigt den Halbleiterkörper ausschnittsweise im Bereich eines solchen, den Halbleiterkörper 100 in lateraler Richtung begrenzenden Randes 104. Die vergrabene Metallschicht 51 und die Kontaktschicht 53 sind hierbei so ausgebildet, dass sie in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers bis an diesen Rand 104 reichen. Auf den Rand 104 ist die Verbindungsschicht 56 aufgebracht, die beispielsweise eine Metallschicht ist und die in vertikaler Richtung wenigstens von der Kontaktschicht 53 an der Rückseite 101 bis auf Höhe der vergrabenen Metallschicht 51 reicht.
  • Die Verbindungsschicht 56 kann in nicht näher dargestellter Richtung umlaufend über den gesamten Rand 104 angeordnet sein, wobei sich die vergrabene Metallschicht 51 und die Kontaktschicht 53 in diesem Fall in allen lateralen Richtungen bis an den Rand 104 erstrecken.
  • Ein Verfahren zur exakten Justierung der Position der vergrabenen Metallschicht 51 in dem Halbleiterkörper wird nachfolgend anhand von 2 erläutert.
  • Das Verfahren geht aus von einer bereits erfolgten Grobpositionierung einer metallischen Schicht 51' in dem Halbleiterkörper 100. Diese Grobpositionierung erfolgt beispielsweise anhand des in den 1a bis 1c erläuterten Verfahrens, bei dem ein Temperaturgradient eingestellt wird, indem an den gegenüberliegenden Vorder- und Rückseiten 102, 101 des Halbleiterkörpers unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden. Zur ”Feinpositionierung” der in 2b dargestellten metallischen Schicht 51 ist bezugnehmend auf 2a vorgesehen, den Halbleiterkörper 100 ausgehend von einer der Seiten, im vorliegenden Fall ausgehend von der Rückseite 101, mit hochenergetischen Teilchen, beispielsweise Protonen, zu bestrahlen. Diese Teilchen bewirken eine lokale Erwärmung des Halbleiterkörpers 100, wobei das Temperaturmaximum dieser lokalen Erwärmung in einem Bereich 60 liegt, der den sogenannten End-Of-Range-Bereich der Teilchenbestrahlung darstellt. Um eine Migration der metallischen Schicht 51' von der zunächst eingestellten Position an die Position dieses Temperaturmaximums 60 zu erreichen, muss ein Temperaturgradient eingestellt werden, der ausgehend von der Grobposition der metallischen Schicht 51' in Richtung des Temperaturmaximums positiv verläuft, wobei das Temperaturniveau insgesamt oberhalb der Eutektikumstemperatur des verwendeten Metalls liegen muss. Die Teilchenbestrahlung bewirkt eine Erwärmung des Halbleiterkörpers 100 in dem durchstrahlten Bereich. Die Bestrahlung erfolgt dabei derart, dass die Temperatur im Bereich 51' oberhalb der Eutektikumstemperatur und dass das Temperaturmaximum im Bereich 60 oberhalb dieser Temperatur des Bereiches 51' liegt.
  • 3 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein als MOSFET ausgebildetes vertikales Leistungsbauelement mit einer gemäß dem zuvor erläuterten Verfahren hergestellten niederohmigen Anschlusselektrode. Das Bauelement umfasst ein in der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordnetes Zellenfeld mit komplementär zu der Halbleiterschicht 12 dotierten Body-Zonen 20, in denen wiederum komplementär zu den Body-Zonen 20 dotierte Source-Zonen 30 ausgebildet sind. Die Source-Zonen 30 sind durch eine gemeinsame, lediglich schematisch dargestellte Source-Anschlusselektrode S kontaktiert und vorzugsweise jeweils mit den Body-Zonen 20 kurzgeschlossen. Zur Ansteuerung des Bauelements dient eine Gate-Elektrode 40, die durch eine Isolationsschicht 41 gegenüber den Body-Zonen 20 und Source-Zonen 30 isoliert ist und die derart angeordnet ist, dass sich bei Anliegen eines geeigneten Ansteuerpotentials 40 ein leitender Kanal in den Body-Zonen 20 jeweils zwischen den Source-Zonen 30 und den eine Grunddotierung aufweisenden Zonen der Halbleiterschicht 12 ausbilden kann. Die die Grunddotierung der Halbleiterschicht 12 aufweisenden Bereiche bilden die Driftzone des MOSFET. Die Drain-Zone des MOSFET wird durch den Abschnitt 11A der ersten Halbleiterschicht bzw. des Halbleitersubstrats 11 gebildet, der zwischen der zweiten Halbleiterschicht 12 und der vergrabenen metallischen Schicht 51 liegt. Die vergrabene metallische Schicht 51, die Anschlussverbindungen 52 sowie die auf die Rückseite 101 aufgebrachte Kontaktschicht 53 bilden die Drain-Elektrode D des MOSFET.
  • Die elektrischen Eigenschaften dieses MOSFET, insbesondere dessen Einschaltwiderstand und dessen Spannungsfestigkeit, sind wesentlich bestimmt durch die Dotierungskonzentration der Driftzone 12 sowie die Abmessungen der Driftzone 12 in vertikaler Richtung zwischen den Body-Zonen 20 und der Drain-Zone 11A. Der zwischen der vergrabenen metallischen Schicht 51 und der Rückseite 101 liegende Bereich 11B der ersten Halbleiterschicht bzw. des Halbleitersubstrats trägt nur unwesentlich zum Einschaltwiderstand dieses Bauelements bei, da dieser Abschnitt durch die Anschlussverbindungen 52 weitgehend kurzgeschlossen ist. Der minimale Abstand zwischen der vergrabenen metallischen Schicht 51 und der Driftzone sollte so gewählt sein, dass bei Anlegen der maximalen Sperrspannung an das Bauelement eine sich in der Driftzone 12 ausbreitende Raumladungszone sicher nicht bis an die metallische Schicht reicht. Dieser Abstand ist somit von der maximal während des Betriebs des Bauelements anliegenden Sperrspannung, der Dicke und der Dotierungskonzentration der Driftzone 12 abhängig.
  • Die gemachten Ausführungen gelten entsprechend für ein als IGBT realisiertes Bauelement, das sich im Wesentlichen von einem MOSFET dadurch unterscheidet, dass die erste Halbleiterschicht 11 komplementär zu der zweiten Halbleiterschicht 12 dotiert ist. Bei einem IGBT bildet die zweite Halbleiterschicht 12 dessen n-Basis bzw. dessen n-Driftzone, die erste Halbleiterschicht 11, den p-Emitter bzw. Kollektor, die in die zweite Halbleiterschicht 12 eingebrachten p-dotierten Zonen 20 dessen p-Basis bzw. p-Body-Zonen, und die in die p-Basis 20 eingebrachten, zu dieser komplementär dotierten Halbleiterzonen 30 dessen n-Emitter bzw. Source-Zonen.
  • 4 zeigt ein als vertikale Leistungsdiode ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einer erfindungsgemäß hergestellten niederohmigen Anschlusselektrode. Die niederohmige Anschlusselektrode mit der vergrabenen metallischen Schicht 51, den Anschlussverbindungen 52 und der Kontaktschicht 53 dient dabei als niederohmiger Kathodenkontakt zum Anschließen der Kathodenzone oder n-Emitter-Zone 11A, die zwischen der vergrabenen metallischen Schicht 51 und der zweiten Halbleiter schicht 12 angeordnet und durch einen Abschnitt der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet ist. Im Bereich der Vorderseite 102 des Halbleiterkörpers 100 ist in die zweite Halbleiterschicht 12, die in dem Beispiel schwach n-dotiert ist, eine p-dotierte Halbleiterschicht 21 eingebracht, die die Anodenzone bzw. den p-Emitter des Bauelements 21 bildet. Der zwischen diesem p-Emitter 21 und dem n-Emitter 11a angeordnete Abschnitt der zweiten Halbleiterschicht 12, der die Grunddotierung dieser Halbleiterschicht aufweist, bildet die n-Basis der Diode.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer niederohmigen Anschlusselektrode eines vertikalen Halbleiterbauelements wird nachfolgend anhand von 5 erläutert. Ausgangspunkt des Verfahrens bildet ein Halbleiterkörper mit einer Rückseite 101 und einer Vorderseite 102, der in dem Beispiel erste und zweite Halbleiterzonen 11, 12 aufweist. Das Verfahren sieht vor, eine Metallschicht 80 auf eine der Seiten, in dem Beispiel die Rückseite 102, des Halbleiterkörpers 100 aufzubringen und anschließend im Bereich der Metallschichtseite 101 eine Temperatur einzustellen, die so hoch ist, dass die Metallschicht 80 aufschmilzt und mit dem sich daran anschließenden Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 bildet, die nach dem Abkühlen des Halbleiterkörpers aushärtet. Ergebnis dieses Verfahrens ist ein Halbleiterkörper 100 mit einer im Bereich einer der Seiten vorhandenen niederohmigen Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81. Die Dicke der Metallschicht 80 kann beispielsweise zwischen 20 μm und 50 μm betragen. Die Metallschicht ist beispielsweise eine Aluminiumschicht oder umfasst beispielsweise ein Gemisch aus Zinn und Arsen oder Zinn und Antimon.
  • 6 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein als Leistungs-MOSFET ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einer solchen eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 aufweisenden niederohmigen Anschlusselektrode. Die Legierungs schicht 81 ist sehr niederohmig, so dass zum Einschaltwiderstand dieses Bauelements im Wesentlichen der verbleibende Abschnitt der ersten Halbleiterschicht 11 zwischen der zweiten Halbleiterschicht 12 und der Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 beiträgt. Vorzugsweise wird auf diese Legierungsschicht 81 eine niederohmige Metallschicht 90 aufgebracht, die in 6 gestrichelt dargestellt ist.
  • Die übrigen Bauelementstrukturen des in 6 dargestellten MOSFET entsprechen den Bauelementstrukturen des bereits anhand von 4 erläuterten MOSFET, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Beschreibung dieser Bauelementstrukturen verzichtet wird. Selbstverständlich kann diese Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 zur Kontaktierung beliebiger vertikaler Halbleiterbauelemente, insbesondere zur Kontaktierung einer bereits zuvor erläuterten vertikalen Diode oder eines IGBT verwendet werden.
  • 7 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein als MOSFET ausgebildetes vertikales Leistungsbauelement mit einem in der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordneten Transistorzellenfeld. Dieses Transistorzellenfeld entspricht dem Zellenfeld der bereits zuvor anhand der 3 und 6 erläuterten Bauelemente, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
  • Das Bauelement gemäß 7 umfasst im Bereich der ersten Halbleiterschicht bzw. im Bereich des Halbleitersubstrats 11 eine niederohmige Anschlusselektrode, die durch eine vergrabene Halbleiterschicht 51, eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 sowie Anschlussverbindungen 52 zwischen der vergrabenen Halbleiterschicht 51 und der Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 gebildet ist.
  • In nicht näher dargestellter Weise besteht dabei auch die Möglichkeit, die Metall-Halbleiter-Legierungsschicht 81 so herzustellen, dass diese in vertikaler Richtung bis an die vergrabene metallische Schicht 51 reicht oder zumindest sehr nahe an diese metallische Schicht 51 heranreicht. Auf die Anschlussverbindungen 52 kann dann auch verzichtet werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Herstellung der vergrabenen Zone 51 bei den anhand der 3, 6 und 7 erläuterten Bauelementen sowohl vor als auch nach der Herstellung der in der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordneten aktiven Bauelementbereiche 20, 30 erfolgen kann. Abhängig davon, aus welchem Material die Gate-Elektrode 40 besteht, kann die vergrabenen Zone 51 vor oder nach Herstellung dieser Gate-Elektrode 40 hergestellt werden. Insbesondere dann, wenn die Gate-Elektrode 40 aus einem hochtemperaturfesten Material, wie beispielsweise Polysilizium besteht, ist eine Herstellung der Gate-Elektrode 40 auch bereits vor Herstellung der vergrabenen Zone 51 möglich.
  • Gegebenenfalls kann die vergrabenen Zone 51 sogar noch vor dem Herstellen der zweiten Halbleiterschicht 12 in der ersten Halbleiterschicht 11 erzeugt werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFET mit einer Rekombinationszone 55 wird nachfolgend anhand von 8 erläutert.
  • Den Ausgangspunkt des Verfahrens bildet die Bereitstellung eines Halbleiterkörpers 100 mit einer ersten Halbleiterschicht 11 im Bereich einer Rückseite 101 des Halbleiterkörpers 100 und einer zweiten Halbleiterschicht 12 im Bereich einer Vorderseite 102 des Halbleiterkörpers 100. Die erste Halbleiterschicht 11 ist dabei vom selben Leitungstyp wie die zweite Halbleiterschicht 12, jedoch stärker als die zweite Halbleiterschicht 12 dotiert. Die erste Halbleiterschicht 11 bildet die spätere Drain-Zone des Bauelements, während die zweite Halbleiterschicht 12 die spätere Driftzone des Bauelements bildet. In die zweite Halbleiterschicht 12 sind komplementär zu dieser Halbleiterschicht 12 dotierte Body-Zonen 20 eingebracht. Das Herstellen dieser Body-Zonen 20 erfolgt bei spielsweise mittels eines maskierten Implantations- oder Diffusionsverfahrens.
  • Auf die Vorderseite 102 werden abschnittsweise metallische Schichten 54 oberhalb der Body-Zonen 20 angeordnet. Die abschnittsweise Erzeugung dieser metallischen Schichten 54 erfolgt in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise durch eine maskierte Metallabscheidung auf die Vorderseite 102.
  • Anschließend wird ausgehend von der Vorderseite 102 ein positiver Temperaturgradient eingestellt, wobei die Temperatur im Bereich der Vorderseite 102 oberhalb der Eutektikumstemperatur des Metalls liegt, so dass das Metall in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 102 in die Body-Zonen 20 migriert. Die Dauer dieses Migrationsprozesses wird dabei so eingestellt, dass bezugnehmend auf 2b metallische Rekombinationszonen 55 beabstandet zu der Vorderseite 102 in den Body-Zonen 20 gebildet werden. Die Abmessungen der auf die Vorderseite 102 aufgebrachten metallischen Schichten 54 sind dabei so gewählt, dass die Rekombinationszonen 55 vorzugsweise vollständig von den Body-Zonen 20 umgeben sind.
  • An diese Herstellung der Rekombinationszonen 55 schließen sich weitere übliche Verfahrensschritte zur Herstellung von Source-Zonen 31 in den Body-Zonen 20, sowie zur Herstellung einer gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isolierten Gate-Elektrode 40 an. Das Ergebnis dieser weiteren Verfahrensschritte ist in 8c dargestellt.
  • Die in den Body-Zonen 20 angeordneten Rekombinationszonen dienen zur Reduzierung der Stromverstärkung eines durch die Source-Zonen 31, die Body-Zonen 20 und die Drift-Zone 12 bzw. die Drain-Zone 11 gebildeten parasitären npn-Bipolartransistors. Dieser parasitäre Bipolartransistor würde bei herkömmlichen MOSFET die Spannungsfestigkeit der Bauelemente erheblich reduzieren, so dass zur Vermeidung dieses parasitären Bipolartransistors üblicherweise Source- und Body-Zonen kurz geschlossen werden. Auf einen solchen Kurzschluss kann bei dem Bauelement gemäß 8c, bei dem die Stromverstärkung dieses parasitären Bipolartransistors aufgrund der Rekombinationszone 55 erheblich reduziert ist, bei Bedarf verzichtet werden, wodurch ein sowohl in Drain-Source-Richtung als auch in Source-Drain-Richtung sperrendes Bauelement erhalten wird.
  • Eine solche vergrabene Rekombinationszone 55 kann selbstverständlich auch bei IGBT Anwendung finden, wobei die erste Halbleiterschicht 11 in diesem Fall p-dotiert ist, was als Alternative in 8 ebenfalls dargestellt ist. Diese Rekombinationszone dient bei einem IGBT dazu, das sogenannte ”Latchen”, also ein unerwünschtes Einschalten des durch die Source-Zonen 31, die Body-Zonen 20, die Driftzone 12 und die Drain-Zone 11 gebildeten parasitären Thyristors, zu vermeiden. Die Position der Rekombinationszone 55 wird so gewählt, dass sie von Raumladungszonen, die im Sperrbetrieb in der Body-Zone 20 auftreten, nicht erfasst wird.
  • Selbstverständlich kann auch das Bauelement gemäß 8 in nicht näher dargestellter Weise mittels einer zuvor erläuterten niederohmigen Anschlusselektrode über seine Rückseite kontaktiert werden.
  • Das anhand der 1a bis 1c erläuterte Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einem Halbleiterkörper eignet sich auch zur Herstellung einer Rekombinationszone in einem Halbleiterbauelement mit dem Ziel einer Unterdrückung von Querströmen.
  • 9 zeigt ein solches Bauelement, bei dem in einem Halbleiterkörper 200 mittels des zuvor erläuterten Thermomigrationsverfahrens eine vergrabene metallische Schicht 251 realisiert ist. Das Herstellen dieser metallischen Schicht 251 erfolgt beispielsweise durch Aufbringen einer Metallschicht auf eine Rückseite 201 und anschließenden Erzeugen eines positiven Temperaturgradienten in dem Halbeiterkörper 200. Der Halbleiterkörper 200 weist in dem Beispiel eine p-Grunddotierung auf, wobei im Bereich der Vorderseite 201 in diesem Halbleiterkörper beispielhaft unterschiedliche Bauelementbereiche 220, 230 realisiert sind. In einem ersten Bauelementbereich 220 ist in dem Beispiel eine Leistungsdiode mit einer p-dotierten Anodenzone 223, einer n-dotierten n-Basis 222 sowie einer die n-Basis 222 und die Anodenzone 223 umgebenden Kathodenzone 221 ausgebildet. Sofern der Halbleiterkörper 200 jeweils auf dem niedrigsten in der Schaltung vorkommenden Potential liegt und der Kathodenanschluss K der Diode ein höheres Potential aufweist, ist dieses Bauelement gegenüber weiteren in dem Halbleiterkörper 200 realisierten Bauelementen über den zwischen der Kathodenzone 221 und der die Kathodenzone 221 umgebenden p-dotierten Halbleiterzone 210 gebildeten pn-Übergang isoliert. Sinkt das Potential der Kathodenzone 221 unter das Potential der umgebenden Halbleiterzone 210 ab, so können Minoritätsladungsträger in diese Halbleiterzone 210 injiziert werden und dort zu Querströmen führen.
  • Die Rekombinationszone 251 bewirkt hierbei eine wirksame Unterdrückung dieser Querströme in der Halbleiterzone 210 zu dem weiteren Bauelementbereich 230. In diesem Bauelementbereich 230 ist in dem Beispiel ein n-leitender MOSFET mit einer Body-Zone 235, Source- und Drain-Zonen 231, 232, einer Gate-Elektrode 233, einer Gate-Isolationsschicht 234 gebildet, der von einer n-dotierten Halbeiterzone 236 umgeben ist. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäß hergestellte Rekombinationszone in beliebigen Schaltungen mit mehreren Bauelementen zur Querstromunterdrückung einsetzbar.
    • 100
    Halbleiterkörper
    11
    erste Halbleiterschicht, Halbleitersubstrat
    12
    zweite Halbleiterschicht
    101
    erste Seite, Rückseite
    102
    zweite Seite, Vorderseite
    50
    Metallschicht
    51
    metallische Schicht
    52
    Anschlussverbindungen
    53
    Kontaktschicht
    54
    Metallschicht
    55
    Rekombinationszone
    56
    Anschlussverbindung
    60
    End-Of-Range-Bereich einer Teilchenbestrahlung
    20
    Body-Zone
    30
    Source-Zone
    40
    Gate-Elektrode
    41
    Isolationsschicht
    11A
    Drain-Zone
    11B
    Abschnitt der ersten Halbleiterschicht bzw. des Halbleitersubstrats
    21
    Anoden-Zone, p-Emitter
    81
    Metall-Halbleiter-Legierungsschicht
    90
    Anschlussschicht
    55
    Rekombinationszone
    31
    Source-Zone
    200
    Halbleiterkörper
    251
    Rekombinationszone
    201
    Rückseite
    202
    Vorderseite
    221
    Kathoden-Zone
    222
    n-Basis-Zone
    223
    Anoden-Zone
    231
    Source-Zone
    232
    Drain-Zone
    233
    Gate-Elektrode
    234
    Isolationsschicht
    235
    Body-Zone
    236
    n-dotierte Halbleiterzone
    210
    p-dotierte Halbleiterzone

Claims (28)

  1. Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht (51; 55) an einer vorgegebenen vertikalen Position in einem Halbleiterkörper (100), der eine erste und zweite Seite (101, 102) aufweist, und der eine erste und eine zweite Halbleiterschicht (11, 12) umfasst, die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) übereinander angeordnet sind, von denen die erste Halbleiterschicht (11) stärker als die zweite Halbleiterschicht (12) dotiert ist und von denen eine (11) die erste Seite (101) und die andere die zweite Seite (102) des Halbleiterkörpers (100) bildet, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: – wenigstens abschnittsweises Aufbringen einer Metallschicht (50; 54) auf eine (101; 102) der ersten und zweiten Seiten (101, 102), – Einstellen eines positiven Temperaturgradienten in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) ausgehend von der einen Seite (101; 102), wobei die Temperatur im Bereich der einen Seite höher ist als die eutektische Temperatur eines Systems mit dem Material der Metallschicht (50; 54) und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (100), so dass das Metall der Metallschicht (50; 54) in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (100) migriert, – Abstellen des Temperaturgradienten, wenn das Metall die vorgegebene vertikale Position in dem Halbleiterkörper (100) erreicht, um dadurch die metallische Schicht (51) an der vorgegebenen Position zu erhalten, – Herstellen wenigstens einer sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) ausgehend von einer (101) der Seiten bis zu der metallischen Schicht (51) erstreckenden metallischen Anschlussverbindung (52; 56).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall der Metallschicht (50; 54) ein den Halbleiterkörper (100) p-dotierendes Material ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Material der Metallschicht (50; 54) Aluminium ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall der Metallschicht (50; 54) ein den Halbleiterkörper (100) n-dotierendes Material ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Material der Metallschicht (50; 54) Zinn mit Anteilen von Arsen oder Zinn mit Anteilen Antimon ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die vergrabene metallische Schicht (51) in der Halbleiterschicht (11; 12) erzeugt wird, die sich an die eine Seite (101; 102), auf die die Metallschicht (50; 54) aufgebracht wird, anschließt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Herstellen der wenigstens einen Anschlussverbindung (52) folgende Verfahrensschritte umfasst: – Herstellen wenigstens eines Grabens in dem Halbleiterkörper (100), der sich ausgehend von der einen Seite (101) bis an die metallische Schicht (51) erstreckt, – Auffüllen des Grabens mit einem elektrisch leitenden Material derart, dass wenigstens die Oberflächen des Grabens mit dem leitenden Material bedeckt sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die wenigstens eine Anschlussverbindung (56) wenigstens teilweise auf einem lateralen Rand (104) des Halbleiterkörpers (100) hergestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem auf die eine (101) der Seiten eine Anschlusskontaktschicht (53) aufgebracht wird, die die wenigstens eine Anschlussverbindung (52; 56) elektrisch leitend kontaktiert.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine weitere Metallschicht (80) auf die eine Seite (101) des Halbleiterkörpers aufgebracht wird und bei dem der Halbleiterkörper wenigstens im Bereich der einen Seite (101) auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der das Metall der weiteren Metallschicht (80) mit dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (100) im Bereich der einen Seite (101) eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht (81) bildet.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in der zweiten Halbleiterschicht (12) wenigstens eine zu der zweiten Halbleiterschicht (12) komplementär dotierte Halbleiterzone (20) vorhanden ist, wobei die vergrabene Metallschicht (55) derart erzeugt wird, dass sie in dieser wenigstens einen komplementär dotierten Halbleiterzone (20) eingebettet ist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Halbleiterschicht (11) komplementär zu der zweiten Halbleiterschicht (12) dotiert ist.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der positive Temperaturgradient durch folgende Verfahrensschritte erzeugt wird: – Aufheizen des Halbleiterkörpers (100) auf eine erste Temperatur (T1), die oberhalb der eutektischen Temperatur liegt, im Bereich der einen Seite (101; 102), auf die die Metallschicht (50; 54) aufgebracht ist, – Aufheizen des Halbleiterkörpers (100) auf eine zweite Temperatur (T2) im Bereich der zweiten Seite (102; 101), die höher als die erste Temperatur (T1) ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur und der positive Temperaturgradient durch Teilchenbestrahlung des Halbleiterkörpers (100) ausgehend von einer der Seiten erzeugt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Teilchen Protonen sind.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Einbringen des Metalls in den Halbleiterkörper (100) in zwei Migrationsschritten erfolgt, wobei – in einem ersten Migrationsschritt ein erster Temperaturgradient eingestellt wird, um eine Metallschicht (51') an einer ersten vertikalen Position in dem Halbleiterkörper (100) zu erzeugen, – in einem zweiten Migrationsschritt ein zweiter Temperaturgradient eingestellt wird, um die Metallschicht (51) an der vorgegebenen vertikalen Position in dem Halbleiterkörper (100) zu erzeugen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Einstellung des zweiten Temperaturgradienten mittels einer Teilchenbestrahlung erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das für die Metallschicht verwendete Metall Aluminium ist.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten und zweiten Sei te zur Einstellung des positiven Temperaturgradienten zwischen 2°C und 10°C beträgt.
  20. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung einer vergrabenen metallischen Schicht in einer Diode, einem MOSFET oder einem IGBT.
  21. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten und zweiten Seite, der eine erste und eine zweite Halbleiterschicht (11, 12) umfasst, die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) übereinander angeordnet sind, und von denen die erste Schicht (11) die erste Seite (101) und die zweite Schicht die zweite Seite (102) des Halbleiterkörpers (100) bildet, – eine in der ersten Schicht des Halbleiterkörpers (100) angeordnete vergrabene metallische Schicht (51), – zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht wenigstens eine metallische Anschlussverbindung (52; 56), die sich ausgehend von der ersten Seite (101) in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) bis zu der vergrabenen Schicht (51) erstreckt.
  22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, bei dem die Anschlussverbindung (52) wenigstens teilweise in einem sich in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckenden Graben angeordnet ist.
  23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Anschlussverbindung wenigstens teilweise auf einem lateralen Rand (104) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist.
  24. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 23, das zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht wenigstens eine Metall-Halbleiter-Legierungsschicht (81) aufweist, die im Be reich einer (101) der Seiten des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist.
  25. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 24, bei dem eine Anschlusskontaktschicht (53) auf die eine (101) der Seiten aufgebracht wird, die die wenigstens eine Anschlussverbindung (52) elektrisch leitend kontaktiert.
  26. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei dem die erste und zweite Halbleiterschicht (11, 12) komplementär zueinander dotiert sind.
  27. Halbleiterbauelement nach Anspruch 26, bei dem in der ersten Halbleiterschicht (12) komplementär zu dieser Halbleiterschicht (12) dotierte Halbleiterzonen (20) vorhanden sind, innerhalb derer komplementär zu diesen Halbleiterzonen (20) dotierte Halbleiterzonen (30) angeordnet sind.
  28. Halbleiterbauelement nach einem der Anspruch 21 bis 25, bei dem die erste und zweite Halbleiterschicht (11, 12) vom gleichen Leitungstyp sind, wobei in der ersten Halbleiterschicht (12) komplementär zu dieser Halbleiterschicht (12) dotierte Halbleiterzonen (20) vorhanden sind, innerhalb derer komplementär zu diesen Halbleiterzonen (20) dotierte Halbleiterzonen (30) angeordnet sind.
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