DE102017121878A1

DE102017121878A1 - Leistungsdiode

Info

Publication number: DE102017121878A1
Application number: DE102017121878.5A
Authority: DE
Inventors: Anton Mauder; Mario Barusic
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-03-21
Also published as: CN109545859A; US20190088799A1; US10991832B2

Abstract

Eine Leistungsdiode (1) umfasst einen Halbleiterkörper (10), der mit einer Anodenmetallisierung (11) und einer Kathodenmetallisierung (12) der Leistungsdiode (1) gekoppelt ist. Der Halbleiterkörper (10) weist ein Driftgebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und ein Anodengebiet (101) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Das Anodengebiet (101) umfasst: eine in Kontakt mit der Anodenmetallisierung (11) angeordnete Kontaktzone (1011); eine unter der Kontaktzone (1011) angeordnete Feldstoppzone (1012); eine unter der Feldstoppzone (1012) und über dem Driftgebiet (100) angeordnete Bodyzone (1013). Eine elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration des Anodengebiets (101) weist entlang einer Vertikalrichtung (Z) ein Profil auf, gemäß dem: ein erstes Maximum (31) in der Kontaktzone (1011) vorliegt; ein zweites Maximum (32) in der Feldstoppzone (1012) vorliegt; und die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum (31) zu einem lokalen Minimum (33) stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum (33) zu dem zweiten Maximum (32) stetig zunimmt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Patentschrift betrifft Ausführungsformen einer Leistungsdiode und Ausführungsformen eines Verfahrens zur Verarbeitung einer Leistungsdiode. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Patentschrift auf Ausführungsformen einer Leistungsdiode mit einer bestimmten Halbleiteranodenstruktur und auf entsprechende Verarbeitungsverfahren.
HINTERGRUND
Viele Funktionen moderner Bauelemente in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung von elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, sind auf Leistungshalbleiterbauelemente angewiesen. Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Leistungsdioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern, aber nicht darauf beschrankt.
Eine Leistungsdiode umfasst üblicherweise einen Halbleiterkörper, der dazu ausgelegt ist, einen Laststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen der Diode zu leiten, wenn eine Spannung in einer Vorwärtsrichtung zwischen den Anschlüssen angelegt ist. Wenn eine Spannung in einer Rückwärtsrichtung angelegt ist, nimmt die Leistungsdiode üblicherweise einen Sperrzustand an, und Fluss eines Laststroms wird verhindert.
Die Lastanschlüsse einer Leistungsdiode werden üblicherweise als Anodenanschluss und Kathodenanschluss bezeichnet, und ein Übergang von einem leitenden Zustand zu einem Sperrzustand der Leistungsdiode kann einem Reverse-Recovery-Behaviour (Rückwärtserholungsverhalten) der Leistungsdiode folgen.
Bei bestimmten Anwendungen kann es wünschenswert sein, dass eine zu hohe Ladungsträgerkonzentration in Nähe des Anodenanschlusses vermieden wird, so dass hohe Spitzenströme während der Rückwärtserholung vermieden werden können.
KURZFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungsdiode einen Halbleiterkörper, der mit einer Anodenmetallisierung und einer Kathodenmetallisierung der Leistungsdiode gekoppelt ist. Der Halbleiterkörper weist ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp und ein Anodengebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Das Anodengebiet umfasst: eine in Kontakt mit der Anodenmetallisierung angeordnete Kontaktzone; eine unter der Kontaktzone angeordnete Feldstoppzone; eine unter der Feldstoppzone und über dem Driftgebiet angeordnete Bodyzone. Eine elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration des Anodengebiets weist entlang einer Vertikalrichtung ein Profil auf, gemäß dem: ein erstes Maximum in der Kontaktzone vorliegt; ein zweites Maximum in der Feldstoppzone vorliegt; und die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum zu einem lokalen Minimum stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum zu dem zweiten Maximum stetig zunimmt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Verarbeitung einer Leistungsdiode: Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einem Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp; Erzeugen eines Anodengebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp in dem Halbleiterkörper; Bereitstellen einer elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration in dem Anodengebiet, die entlang einer Vertikalrichtung ein Profil aufweist, gemäß dem: ein erstes Maximum in einer Kontaktzone des Anodengebiets vorliegt; ein zweites Maximum in der Feldstoppzone des Anodengebiets vorliegt; und die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum zu einem lokalen Minimum stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum zu dem zweiten Maximum stetig zunimmt.
Für den Fachmann werden bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Betrachtung der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile ersichtlich.
Figurenliste
Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf veranschaulichende Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:

1 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungsdiode gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 schematisch und beispielhaft einen Verlauf von Ladungsträgerkonzentrationen, die in einem Halbleiterkörper einer Leistungsdiode vorliegen; und
3 schematisch und beispielhaft einen Verlauf von Ladungsträgerkonzentrationen, die in einem Halbleiterkörper einer Leistungsdiode gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen vorliegen;
4 schematisch und beispielhaft Verläufe eines elektrischen Felds und von Ladungsträgerkonzentrationen, die in einem Halbleiterkörper einer Leistungsdiode gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen vorliegen; und
5 schematisch und beispielhaft einen Aspekt eines Verfahrens zur Verarbeitung einer Leistungsdiode gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen als Veranschaulichung gezeigt werden, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.
In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „vorne“, „hinten“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „unterhalb“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keineswegs einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
Es wird nunmehr ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt werden. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, können beispielsweise bei oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung einer speziellen Ausdrucksweise beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche einschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies oder eines Chips sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die nachstehend erwähnt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der normalen Richtung der Fläche des Halbleiterwafers/Chips/Dies, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist. Die Erstreckungsrichtung Z wird hier auch als „Vertikalrichtung Z“ bezeichnet.
In dieser Patentschrift wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert sein kann und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Patentschrift sollen die Begriffe „im ohmschen Kontakt“, „im elektrischen Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Bereichen, Zonen, Abschnitten oder Teilen eines Halbleiterbauelements oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder Teil eines Halbleiterbauelements besteht. Außerdem soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Patentschrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des entsprechenden Halbleiterbauelements besteht; zum Beispiel umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander befindlichen Elementen möglicherweise keine weiteren Zwischenelemente oder dergleichen.
Darüber hinaus wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Patentschrift der Begriff „elektrische Isolierung“, wenn nicht anders angegeben, im Rahmen seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehrere Komponenten separat voneinander angeordnet sind und dass keine ohmsche Verbindung besteht, die jene Komponenten verbindet. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten nichtsdestotrotz miteinander gekoppelt, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitativ gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel anzugeben, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolierung, zum Beispiel eines Dielektrikums, miteinander gekoppelt sein.
Konkrete in dieser Patentschrift erörterte Ausführungsformen betreffen ein Leistungshalbleiterbauelement, das innerhalb eines Stromrichters oder eines Netzteils verwendet werden kann, ohne darauf beschränkt zu sein. Daher kann bei einer Ausführungsform solch ein Bauelement derart ausgelegt sein, dass es einen Laststrom führt, der einer Last zugeführt werden soll und/oder der jeweils durch eine Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Leistungshalbleiterbauelement eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen wie beispielsweise eine monolithisch integrierte Diodenzelle, und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MGD-Zelle (MOS Gated Diode) und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Abwandlungen davon umfassen. Solche Diodenzellen und/oder solche Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das mit einem aktiven Gebiet des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist.
Ferner betrifft die vorliegende Patentschrift ein Leistungshalbleiterbauelement in Form einer Leistungsdiode.
Der Begriff „Leistungsdiode“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll ein Halbleiterbauelement auf einem einzelnen Chip mit Fähigkeiten zum Sperren einer hohen Spannung und/oder Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten ist eine solche Leistungsdiode für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, zum Beispiel bis zu mehreren Dutzend oder Hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise über 15 V, typischer 100 V und höher, zum Beispiel bis zu mindestens 500 V, bestimmt.
Zum Beispiel kann die nachstehend beschriebene Leistungsdiode ein Halbleiterbauelement sein, das derart ausgelegt ist, dass es als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung eingesetzt werden kann. Zum Beispiel richtet sich der Begriff „Leistungsdiode“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, nicht auf logische Halbleiterbauelemente, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
Wie bekannt ist, kann eine Leistungsdiode einen Halbleiterkörper umfassen, in dem ein Anodengebiet und das Driftgebiet vorgesehen sind. Üblicherweise ist das Anodengebiet mit einem ersten Lastanschluss, zum Beispiel einem Anodenport, gekoppelt, und das Driftgebiet ist mit einem zweiten Lastanschluss, zum Beispiel einem Kathodenport der Leistungsdiode, gekoppelt. Oftmals ist das Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp und ist das Anodengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Das Driftgebiet ist üblicherweise gemäß einer bestimmten Sperrspannung der Leistungsdiode ausgelegt. Das Anodengebiet soll einerseits einen guten ohmschen Kontakt mit dem ersten Lastanschluss und andererseits eine angemessene Emittereffizienz gewährleisten. In dieser Hinsicht veranschaulicht 2 beispielhaft Verläufe von Dotierstoffkonzentrationen, die in einer Leistungsdiode vorliegen können, wobei die Strichlinie die Konzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp anzeigt und die durchgezogene Linie die Konzentration von Dotierstoffen vom zweiten Leitfähigkeitstyp anzeigt. Zur Bereitstellung eines guten Kontakts kann das Anodengebiet zum Beispiel eine Konzentration von Dotierstoffen vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, die in der Nähe des ersten Lastanschlusses eine Spitze 70 aufweist, wobei der erste Lastanschluss an einer Stelle Z = 0 an das Anodengebiet angekoppelt sein kann. Hinter der Spitze 70 nimmt die Dotierstoffkonzentration schnell ab. Zum Beispiel kann solch eine Spitze 70 dadurch bereitgestellt werden, dass der Halbleiterkörper einer Implantation unterzogen wird. In einem Hauptteil des Anodengebiets bleibt die Dotierstoffkonzentration weit unter dem Wert an der Spitze 70. Weiter entlang der Vertikalrichtung Z ist das Anodengebiet an das Driftgebiet angekoppelt, wodurch zum Beispiel ungefähr an der Stelle, an der die Strichlinie die durchgezogene Linie in 2 schneidet, ein pn-Übergang gebildet wird.
Der Verlauf der Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet in der Nähe des Lastanschlusses hat einen großen Einfluss auf das Wesen der Leistungsdiode, beispielsweise hinsichtlich statischem und/oder dynamischem Sperrvermögen, Durchlassverlusten und Emittereffizienz des Anodengebiets und somit des dynamischen Verhaltens der Leistungsdiode, beispielsweise ihrem Rückwärtserholungsverhalten.
1 veranschaulicht schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Leistungsdiode 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
Die Leistungsdiode 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, der mit einer Anodenmetallisierung 11 und einer Kathodenmetallisierung 12 der Leistungsdiode 1 gekoppelt ist. Die Anodenmetallisierung 11 kann Teil des ersten Lastanschlusses sein, und die Kathodenmetallisierung 12 kann Teil eines zweiten Lastanschlusses der Leistungsdiode 1 sein. Die Leistungsdiode 1 kann eine vertikale Konfiguration aufweisen, gemäß der die Anodenmetallisierung 11 auf einer Vorderseite der Leistungsdiode 1 angeordnet ist und gemäß der die Kathodenmetallisierung 12 auf einer Rückseite der Leistungsdiode 1 angeordnet ist.
Die Leistungsdiode 1 kann so ausgelegt sein, dass sie während eines Durchlasszustands einen Laststrom beispielsweise entlang der Vertikalrichtung Z zwischen der Anodenmetallisierung 11 und der Kathodenmetallisierung 12 führt. Der Durchlasszustand kann durch Anlegen einer Spannung zwischen der Anodenmetallisierung 11 und der Kathodenmetallisierung 12 erreicht werden, wobei das an der Anodenmetallisierung 11 vorliegende elektrische Potenzial größer als das an der Kathodenmetallisierung 12 vorliegende elektrische Potenzial ist. Die Leistungsdiode 1 kann so ausgelegt sein, dass sie während eines ausgeschalteten Zustands/Sperrzustands eine zwischen der Anodenmetallisierung 11 und der Kathodenmetallisierung 12 angelegte Sperrspannung sperrt, wobei das an der Kathodenmetallisierung 12 vorliegende elektrische Potenzial größer als das an der Anodenmetallisierung 11 vorliegende elektrische Potenzial ist.
Die Leistungsdiode 1 kann für einen Laststrom von mindestens 1 A, mindestens 5 A oder sogar mehr als 10 A ausgelegt sein.
Der Halbleiterkörper 10 weist ein Driftgebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp und ein Anodengebiet 101 vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Das Driftgebiet 100, beispielsweise seine Gesamterstreckung entlang der Vertikalrichtung Z und/oder seine Dotierstoffkonzentration, kann für eine Sperrspannung von mindestens 300 V, mindestens 500 V oder für eine Sperrspannung von sogar mehr als 700 V ausgelegt sein.
Bei einer Ausführungsform liegt die Gesamterstreckung des Anodengebiets 101 in der Vertikalrichtung Z innerhalb des Bereichs von 500 nm bis 15000 nm, innerhalb des Bereichs von 1000 nm bis 10000 nm oder innerhalb des Bereichs von 3000 nm bis 6000 nm.
Ferner kann die Gesamterstreckung des Driftgebiets 100 in der Vertikalrichtung Z (zum Beispiel der Abstand zwischen dem pn-Übergang 1010 und der Kathodenmetallisierung 12 entlang der Vertikalrichtung Z) innerhalb des Bereichs von 10 µm bis 1000 µm, innerhalb des Bereichs von 30 µm bis 500 µm oder innerhalb des Bereichs von 50 µm bis 200 µm liegen.
Die Leistungsdiode 1 kann in einem Wafer mit einer Dicke in der Vertikalrichtung Z innerhalb des Bereichs von 10 µm bis 1000 µm, innerhalb des Bereichs von 30 µm bis 750 µm oder innerhalb des Bereichs von 50 µm bis 650 µm implementiert sein.
Bei einer Ausführungsform beläuft sich die Gesamterstreckung des Anodengebiets 101 in der Vertikalrichtung Z auf nicht mehr als 20% oder auf nicht mehr als 10% der Gesamterstreckung des Driftgebiets 100 (die das Kathodengebiet 102 enthalten kann, vgl. die nächsten Abschnitte) in der Vertikalrichtung Z.
Das Driftgebiet 100 kann Dotierstoffe vom ersten Leitfähigkeitstyp umfassen. Zum Beispiel ist das Driftgebiet 100 n-dotiert. Das Driftgebiet 100 kann eine Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Bereichs von 10¹² cm^-3 bis 5*10¹⁴ cm^-3 aufweisen. Wie oben angeführt, werden die Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 und seine Gesamterstreckung entlang der Vertikalrichtung Z zum Beispiel in Abhängigkeit von der Nennspannung (zum Beispiel der maximalen Sperrspannung), für die die Leistungsdiode 1 konstruiert sein soll, ausgewählt.
Zum Beispiel umfasst der Halbleiterkörper 10 ferner ein Kathodengebiet 102, wobei das Driftgebiet 100 mittels des Kathodengebiets 102 mit der Kathodenmetallisierung 12 gekoppelt sein kann. Zum Beispiel ist das Kathodengebiet 102 in Kontakt mit der Kathodenmetallisierung 12 angeordnet und kann eine Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Bereichs von 5*10¹⁹ cm^-3 bis 5*10²⁰ cm^-3 aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann das Kathodengebiet 102 als ein Feldstoppgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp wirken. Das Kathodengebiet 102 lässt sich auch als einen unteren Teil des Driftgebiets 100, der eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die wesentlich höher als der verbleibende Teil des Driftgebiets 100 ist, bildend verstehen. Somit kann bei einer Ausführungsform die Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100 entlang der Vertikalrichtung Z variieren. Innerhalb seines unteren Teils, der bis zu 20% der Gesamterstreckung des Driftgebiets 100 in der Vertikalrichtung Z bilden kann, kann die maximale Konzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp mindestens das 10-Fache der Konzentration von Dotierstoffen vom ersten Leitfähigkeitstyp in mindestens einem Teil des verbleibenden Bereichs des Driftgebiets 100 übersteigen. Es sollte wieder auf der Hand liegen, dass der untere Teil des Driftgebiets 100 durch das Kathodengebiet 102 gebildet sein kann.
Das Anodengebiet 101 kann Dotierstoffe vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen. Zum Beispiel ist das Anodengebiet 101 p-dotiert.
Bei einer Ausführungsform kann die Leistungsdiode 1 somit eine PIN- oder PN-N-Struktur aufweisen, die durch das Anodengebiet 101 (p-dotiert), das Driftgebiet 100 (I (intrinsisch) oder n^--dotiert) und das Kathodengebiet 102 (n-dotiert) gebildet wird.
Das Anodengebiet 101 kann Folgendes umfassen: eine in Kontakt mit der Anodenmetallisierung 11 angeordnete Kontaktzone 1011; eine unter der Kontaktzone 1011 angeordnete Feldstoppzone 1012; und eine unter der Feldstoppzone 1012 und über dem Driftgebiet 100 angeordnete Bodyzone 1013. Gemäß dem Obigen bedeutet der Begriff „unter“, dass die Feldstoppzone 1012 bezüglich der Vertikalrichtung Z im Vergleich zu der Kontaktzone 1011 auf einer tieferen Ebene angeordnet ist. Ferner ist die Bodyzone 1013 bezüglich der Vertikalrichtung Z im Vergleich zu der Feldstoppzone 1012 auf einer tieferen Ebene angeordnet.
Zum Beispiel ist die Feldstoppzone 1012 zwischen der Kontaktzone 1011 und der Bodyzone 1013 angeordnet. Die Kontaktzone 1011 kann den oberen Abschluss des Halbleiterkörpers 10 bilden und kann zum Beispiel eine Oberfläche 111 aufweisen. Die Oberfläche 111 kann an die Anodenmetallisierung 11, beispielsweise entweder direkt oder mit einem Diffusionssperrenabschnitt (nicht getrennt veranschaulicht) davon, angekoppelt sein. Die Bodyzone 1013 kann an das Driftgebiet 100 angekoppelt sein, wobei ein Übergang zwischen der Bodyzone 1013 und dem Driftgebiet 100 einen pn-Übergang bilden kann (vgl. Bezugszahl 1010 in den 1, 3 und 4).
Wie unten ausführlicher erläutert wird, kann das Anodengebiet 101 durch Erzeugen einer größeren p-Wanne innerhalb des Halbleiterkörpers 10, zum Beispiel durch Durchführen eines Diffusionsverarbeitungsschritts, vorgesehen werden. Zum Beispiel kann solch eine p-Wanne die Bodyzone 1013 bilden. Danach kann der erste Implantationsverarbeitungsschritt zum Bilden der Feldstoppzone 1012 durchgeführt werden, und es kann ein zweiter Implantationsverarbeitungsschritt zum Bilden der Kontaktzone 1011 durchgeführt werden. An die Implantationen kann sich ein Temperaturausheilungsverarbeitungsschritt anschließen, um elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentrationen, die auch innerhalb der Kontaktzone 1011 und der Feldstoppzone 1012 liegen, bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform liegt die Gesamterstreckung der Kontaktzone 1011 in der Vertikalrichtung Z innerhalb des Bereichs von 10 nm bis 700 nm, innerhalb des Bereichs von 30 nm bis 500 nm oder innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 400 nm.
Ferner kann die Gesamterstreckung der Feldstoppzone 1012 in der Vertikalrichtung Z innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 2000 nm, innerhalb des Bereichs von 100 nm bis 1500 nm oder innerhalb des Bereichs von 300 nm bis 1000 nm liegen.
Ferner kann die Gesamterstreckung der Bodyzone 1013 in der Vertikalrichtung Z innerhalb des Bereichs von 300 nm bis 15000 nm, innerhalb des Bereichs von 500 nm bis 1000 nm oder innerhalb des Bereichs von 1000 nm bis 5000 nm liegen.
Nunmehr zusätzlich auf 3 Bezug nehmend, die beispielhaft und schematisch Verläufe der Dotierstoffkonzentrationen (Konzentration N_A (p-Typ-Dotierstoffe) und Konzentration N_D (n-Typ-Dotierstoffe)), die innerhalb des Halbleiterkörpers 10 der Leistungsdiode 1 von 1 enthalten sind, zeigt, weist bei einer Ausführungsform eine elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration des Anodengebiets 101 ein Profil entlang der Vertikalrichtung Z auf, gemäß dem:

(i) ein erstes Maximum 31 in der Kontaktzone 1011 vorliegt;
(ii) ein zweites Maximum 32 in der Feldstoppzone 1012 vorliegt; und
(iii) die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum 31 zu einem lokalen Minimum 33 stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum 33 zu dem zweiten Maximum 32 stetig zunimmt.

Bei einer Ausführungsform erfolgt der Übergang zwischen der Kontaktzone 1011 und der Feldstoppzone 1012 an dem lokalen Minimum 33.
Innerhalb der vorliegenden Patentschrift bezieht sich der Begriff „elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration“ auf eine Dotierstoffkonzentration, die die elektrische Leitfähigkeit bereitstellt und/oder erhöht. Zum Beispiel bezieht sich der Begriff „elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration“ nicht auf eine Schadenskonzentration. Bei einer Ausführungsform ist weder die Kontaktzone 1011 noch die Feldstoppzone 1012 geschädigt bzw. umfassen sie keine Damagezone (wobei es natürlich fast unmöglich ist, minimale Kristalldefekte, zum Beispiel Leerstellen, insbesondere nahe der Oberfläche 111, vollständig zu vermeiden). Stattdessen ist bei einer Ausführungsform, mindestens innerhalb der Kontaktzone 1011 und der Feldstoppzone 1012, eine elektrische Leitfähigkeit, zum Beispiel die elektrische Flächenleitfähigkeit, im Wesentlichen proportional zu der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration. Ein Proportionalitätsfaktor kann als eine temperaturabhängige Trägerbeweglichkeit definiert werden. Die Trägerbeweglichkeit wird durch die Konzentration von Dotieratomen (Akzeptoren und Donatoren), die in einem Halbleitergebiet vorhanden sind, beeinflusst, da Dotieratome zu einer Coulomb-Streuung von beweglichen Trägern führen, das heißt, je höher die Dotierstoffkonzentration, desto geringer die Beweglichkeit von beweglichen Trägern. Die Trägerbeweglichkeit in einem Gebiet, das keine oder nur geringfügige Kristalldefekte bereitstellt, wie oben erwähnt, kann in Abhängigkeit von der Konzentration von Donatoren und Akzeptoren in dem Gebiet als Volumenbeweglichkeit definiert werden. Somit sollte auf der Hand liegen, dass ausgehend von der Stelle des ersten Maximums 31 und weiter entlang der Vertikalrichtung Z, zum Beispiel bis zum pn-Übergang 1010, verlaufend, bei einer Ausführungsform die Ladungsträgerbeweglichkeit und/oder -lebensdauer nicht durch eine Damagezone oder dergleichen gestört wird. Zum Beispiel kann sich die Trägerbeweglichkeit in dem an der Stelle des ersten Maximums 31 beginnenden Gebiet, das weiter entlang der Vertikalrichtung Z verläuft, zum Beispiel bis zum pn-Übergang 1010, bei einer Ausführungsform um maximal 20% von der Volumenbeweglichkeit unterscheiden. Zum Beispiel ist das erste Maximum 31 das erste Maximum der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration, das entlang der Vertikalrichtung Z auftritt (ausgehend bei Z = 0, das heißt an der Oberfläche 111), und das zweite Maximum 32 ist das zweite Maximum der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration, das entlang der Vertikalrichtung Z auftritt. Zwischen dem ersten Maximum 31 und dem zweiten Maximum 32 fällt die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration nicht unter das lokale Minimum 33. Stattdessen nimmt die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum 31 zu dem lokalen Minimum stetig ab und nimmt von dem lokalen Minimum 33 zu dem zweiten Maximum 32 stetig zu. Ferner fällt die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration bei einer Ausführungsform zwischen dem zweiten Maximum 32 und einem Wendepunkt 34 (unten ausführlicher erläutert) nicht unter den am Wendepunkt 34 vorliegenden Wert, sondern nimmt vom zweiten Maximum bis zum Wendepunkt stetig ab.
Bei einer Ausführungsform weist das Anodengebiet 101 entlang der Vertikalrichtung Z fünf gleiche Teile auf, wobei das erste Maximum 31 sowie das zweite Maximum 32 jeweils innerhalb des obersten gleichen Teils, das heißt innerhalb der oberen 20% der Gesamterstreckung des Anodengebiets 101 entlang der Vertikalrichtung, positioniert sind. Zum Beispiel sind das erste Maximum 31 sowie das zweite Maximum 32 jeweils innerhalb eines Abstands von 2000 nm von der Anodenmetallisierung 11, gemessen von einem Übergang zwischen der Kontaktzone 1011 und der Anodenmetallisierung 11 entlang der Vertikalrichtung Z, zum Beispiel gemessen von Oberfläche 111 entlang der Vertikalrichtung Z, positioniert. Dieser Abstand kann kleiner als 2000 nm, zum Beispiel kleiner als 1000 nm oder sogar kleiner als 750 nm, sein.
Ferner kann das erste Maximum 31 innerhalb eines Abstands (entlang der Vertikalrichtung) von weniger als 300 nm, weniger als 200 nm oder sogar weniger als 100 nm auftreten. Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Maximum 31 in der Kontaktzone 1011 am Übergang zwischen der Kontaktzone 1011 und der Anodenmetallisierung 11 auftreten.
Ein Abstand entlang der Vertikalrichtung Z zwischen dem ersten Maximum 31 und dem zweiten Maximum kann im Bereich von 100 nm bis 2000 nm, im Bereich von 200 bis 1000 nm oder im Bereich von 300 nm bis 750 nm liegen.
Bei einer Ausführungsform liegt das zweite Maximum 32 im Bereich von 70% des 130% des ersten Maximums 31. Somit sollte auf der Hand liegen, dass das zweite Maximum 32 größer als das erste Maximum 31 sein kann. Das zweite Maximum 32 kann somit ein absolutes Maximum der Dotierstoffkonzentration des Anodengebiets 101 sein. Die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration sowohl am ersten Maximum 31 als auch am zweiten Maximum 32 kann größer als 10¹⁷ cm^-3 sein. Das lokale Minimum 33 kann im Bereich von 10% bis 50% des ersten Maximums 31 liegen. Ferner kann die maximale elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration in der Bodyzone 1013, zum Beispiel an jeder Stelle der Bodyzone 1013 entlang der Vertikalrichtung Z, im Bereich von 1/50 bis 1/5 der an einem beliebigen des ersten Maximums 31 und des zweiten Maximums 32 vorhandenen elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration liegen. An Stellen, die näher an der Feldstoppzone 1012 liegen, kann die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration der Bodyzone 1013 im Vergleich zu der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration an Stellen, die näher am Driftgebiet 100 liegen, natürlich höher sein.
Ferner kann die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration gemäß dem Profil weiter entlang der Vertikalrichtung Z von dem zweiten Maximum 32 zu einem Wendepunkt 34, an dem die Änderungsrate der Dotierstoffkonzentration bezüglich der Vertikalrichtung Z, im Folgenden als Gradient bezeichnet, ein lokales Maximum aufweist, stetig abnehmen. Die Dotierstoffkonzentration kann danach von dem Wendepunkt 34 durch die gesamte Bodyzone 1013 bis zu dem zwischen der Bodyzone 1013 und dem Driftgebiet 100 gebildeten Übergang, nämlich dem pn-Übergang 1010, stetig abnehmen.
Ein über dem Wendepunkt 34 vorhandener erster Konzentrationsgradient kann zum Beispiel um einen Faktor von mindestens drei größer als ein unter dem Wendepunkt 34 vorhandener zweiter Konzentrationsgradient sein, wie in 3 beispielhaft veranschaulicht wird. Bei einer Ausführungsform kann der mittlere Gradient der Dotierstoffkonzentration entlang der Vertikalrichtung Z zwischen dem zweiten Maximum 32 und dem Wendepunkt 34, das heißt die Differenz zwischen den Dotierstoffkonzentrationen am zweiten Maximum 32 und am Wendepunkt 34, dividiert durch den Abstand zwischen dem zweiten Maximum 32 und dem Wendepunkt 34 entlang der Vertikalrichtung Z, der erste Konzentrationsgradient sein und somit größer als der unter dem Wendepunkt 34 vorhandene zweite Konzentrationsgradient sein. Der zweite Konzentrationsgradient kann der Dotierstoffkonzentrationsgradient entlang der Vertikalrichtung Z zwischen dem Wendepunkt 34 und der am pn-Übergang 1010 vorhandenen Konzentration von Dotierstoffen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das heißt die Differenz zwischen den Dotierstoffkonzentrationen am Wendepunkt 34 und der am pn-Übergang 1010 vorhandenen Konzentration von Dotierstoffen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, dividiert durch den Abstand zwischen dem Wendepunkt 34 und der Stelle des pn-Übergangs 1010 entlang der Vertikalrichtung Z, sein. Der erste Gradient kann um einen Faktor von mindestens 3, von mindestens 5 oder von mindestens 10, größer als der zweite Gradient sein.
Die am Wendepunkt vorhandene elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration kann im Bereich von 10¹⁵ cm^-3 bis 5 · 10¹⁶ cm^-3 liegen. Gemäß einer Ausführungsform kann die am Wendepunkt 34 vorhandene elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration geringer als die Dotierung des lokale Minimums 33 sein.
4 entspricht 3 und veranschaulicht zusätzlich einen beispielhaften Verlauf eines elektrischen Felds E (gepunktete Linie) während eines statischen Sperrzustands der Leistungsdiode 1. Bei einer Ausführungsform endet das elektrische Feld unter dem Wendepunkt 34.
Somit kann das Anodengebiet 101 dazu ausgelegt sein, zu gewährleisten, dass sich das elektrische Feld während des statischen Sperrzustands nicht bis zu dem zweiten Maximum 32 erstreckt, sondern weit davor (das heißt darunter), zum Beispiel unter dem Wendepunkt 34, endet. Zum Beispiel beläuft sich ein Abstand (entlang der Vertikalrichtung) zwischen dem zweiten Maximum 32 und einer Spitze des elektrischen Felds während des Sperrzustands der Leistungsdiode 1 auf mindestens 500 nm. Bei Vorwärtsleitung der Leistungsdiode 1 wird das Driftgebiet 100 zum Beispiel mit mehr beweglichen Elektronen und Löchern überflutet als die Hintergrunddotierstoffkonzentration, wodurch eine geringe Durchlassspannung der Leistungsdiode 1 bereitgestellt wird. Bei Kommutierung der Leistungsdiode 1, das heißt beim Wechsel vom vorwärts leitenden Zustand („Durchlasszustand“) zum Sperrzustand, muss aus dem Driftgebiet 100 überschüssige Ladung entfernt werden. Die gespeicherten beweglichen Löcher werden über das Anodengebiet 101 und die Anodenmetallisierung 11 entfernt. Eine positive Ladung der beweglichen Löcher während der Kommutierung kann zu einem vorübergehenden weiteren Eindringen des elektrischen Felds in Richtung zur Anodenmetallisierung 11 (in 4 nicht gezeigt) führen. Das elektrische Feld kann vor Erreichen des zweiten Maximums 32 oder vor Erreichen des ersten Maximums 31 angehalten werden. Dadurch kann die Gefahr eines versehentlichen Durchbruchs reduziert werden. Ferner kann basierend auf der vorgeschlagenen Struktur, gemäß der die beiden Maxima 31 und 32 bezüglich des Vermeidens eines Eindringens des Felds zur Anodenmetallisierung 11 redundant funktionieren können, ein Herstellungsverfahren robuster ausgeführt werden.
Es wird hierin auch ein Verfahren zur Verarbeitung einer Leistungsdiode, zum Beispiel ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungsdiode gemäß einer der oben angeführten Ausführungsformen, vorgeschlagen. Ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 2 zur Verarbeitung einer Leistungsdiode wird in 5, auf die nun Bezug genommen wird, schematisch veranschaulicht.
In einem ersten Schritt 20 wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der ein Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp hat. Dann wird in Schritt 21 ein Anodengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp im Halbleiterkörper erzeugt. Anschließend wird in Schritt 22 eine elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet mit einem Profil bereitgestellt, gemäß dem: ein erstes Maximum in einer Kontaktzone des Anodengebiets vorliegt; ein zweites Maximum in der Feldstoppzone des Anodengebiets vorliegt; und die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum zu einem lokalen Minimum stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum zu dem zweiten Maximum stetig zunimmt.
Merkmale von Ausführungsbeispielen der Leistungsdiode 1, die oben unter Bezugnahme auf 1 und auf die 3 und 4 erläutert wurden, können gleichermaßen für Ausführungsbeispiele des Verfahrens 2 gelten. Daher wird von einer Wiederholung dieser optionalen Merkmale abgesehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden nunmehr aber Bezugszeichen, die oben zur Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen der Leistungsdiode 1 verwendet wurden, zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen des Verfahrens 2 identisch verwendet. Es versteht sich jedoch, dass das hier vorgestellte Verfahren nicht zwangsweise auf die Bereitstellung von Ausführungsformen der Leistungsdiode 1, die oben unter Bezugnahme auf 1 und auf die 3 und 4 erläutert wurden, beschränkt ist. Nichtsdestotrotz können unten beschriebene Merkmale optionaler Ausführungsformen des Verfahrens 2 gleichermaßen für die oben beschriebenen Ausführungsformen der Leistungsdiode 1 gelten.
Die Bereitstellung (vgl. Schritt 22) der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration in dem Anodengebiet 101 umfasst zum Beispiel Durchführen eines Diffusionsverarbeitungsschritts zur Bereitstellung einer Basisdotierstoffkonzentration mit dem Anodengebiet 101, zum Beispiel durch Verwendung von Bor als das Dotierungsmaterial. Dies kann Durchführen eines Implantationsschritts zum Einführen von Dotierstoffen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in den Halbleiterkörper 10, gefolgt von einem Diffusionsverarbeitungsschritt umfassen. Dadurch kann zum Beispiel eine größere p-Wanne entstehen, die im Wesentlichen die Maße des Anodengebiets 101 aufweist und eine elektrisch aktivierte Basisdotierstoffkonzentration bereitstellt, die den in den 3 und 4 bezüglich der Bodyzone 1013 veranschaulichten Verlauf aufweist. Vor dem Erzeugen der Feldstoppzone 1012 und der Kontaktzone 1011 würde sich der Verlauf der Basisdotierstoffkonzentration kontinuierlich gegen die Vertikalrichtung Z gemäß dem in der Bodyzone 1013 vorhandenen Verlauf erstrecken.
Die Bereitstellung (vgl. Schritt 22) der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet 101 kann ferner Durchführen eines ersten Implantationsverarbeitungsschritts mit einer ersten Implantationsenergie zum Erzeugen des zweiten Maximums 32 und Durchführen eines zweiten Implantationsverarbeitungsschritts mit einer zweiten Implantationsenergie zum Erzeugen des ersten Maximums 31 umfassen. Wie oben erläutert wurde, kann das zweite Maximum 32 größer als das erste Maximum 31 sein.
Der zweite Implantationsverarbeitungsschritt wird zum Beispiel mit einer Implantationsenergie von weniger als 30 keV oder weniger als 20 keV durchgeführt. Der zweite Implantationsverarbeitungsschritt wird zum Beispiel so durchgeführt, dass sich ein mittlerer Abstand der implantierten Ionen, gemessen von der Oberfläche 111 des bereitgestellten Halbleiterkörpers 10, in den die implantierten Ionen eingedrungen sind, auf weniger als 100 nm beläuft. Dieser mittlere Abstand kann sogar kürzer sein, zum Beispiel kürzer als 80 nm, kürzer als 70 nm oder sogar kürzer als 50 nm. Ein mögliches Maß zum Einstellen des mittleren Abstands ist nicht nur die während des zweiten Implantationsverarbeitungsschritts zugeführte Implantationsenergie, sondern auch eine Dicke einer dünnen Schicht, zum Beispiel einer Oxidschicht (nicht veranschaulicht) an der Oberfläche 111, die während der Ausführung des Einzelionenimplantationsverarbeitungsschritts entstehen kann.
Der zweite Implantationsverarbeitungsschritt wird zum Beispiel mit einer geringeren Implantationsenergie als die während der ersten Implantation zugeführte Implantationsenergie durchgeführt. Die Implantationsdosen sowohl für die erste Implantation als auch die zweite Implantation können zum Beispiel im Wesentlichen identisch sein, zum Beispiel können sich die Dosen jeweils auf 4*10¹² cm^-2 belaufen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die während der ersten Implantation verwendete Implantationsdosis im Vergleich zu der während der zweiten Implantation verwendeten Dosis größer sein, zum Beispiel, um das zweite Maximum 32 mit einem höheren Wert als der Wert des ersten Maximums 31 bereitzustellen. Es versteht sich jedoch, dass das zweite Maximum 32 bei einer anderen Ausführungsform auch mit einem Wert, der kleiner als der Wert des ersten Maximums 31 ist, bereitgestellt werden kann.
Sowohl während der ersten als auch der zweiten Implantation kann Bor implantiert werden.
Das Bereitstellen (vgl. Schritt 22) der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet 101 kann ferner Durchführen eines Hochtemperaturausheilungsverarbeitungsschritts umfassen, um durch den ersten Implantationsverarbeitungsschritt bzw. durch den ersten und zweiten Implantationsverarbeitungsschritt verursachte Defekte im Wesentlichen vollständig auszuheilen, wodurch die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration in der Kontaktzone 1011 und in der Feldstoppzone 1012 bereitgestellt wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der Hochtemperatuausheilungsverarbeitungsschritt Erhitzen des Halbleiterkörpers 10 auf Temperaturen von mindestens 800°C, 900°C oder 1000°C für mindestens eine Sekunde, eine Minute oder mehrere Minuten umfassen.
Wie oben erläutert wurde, werden bei einer Ausführungsform weder die Kontaktzone 1011 noch die Feldstoppzone 1012 geschädigt. Zum Beispiel kann durch Implantieren von Partikeln in den Halbleiterkörper und anschließendes Absehen von einer Durchführung eines Hochtemperaturausheilungsverarbeitungsschritts bzw. anschließendes Durchführen eines nur kurzen und/oder Niedertemperaturausheilungsverarbeitungsschritts, gemäß dem die durch die Implantation verursachten Defekte nicht vollständig ausgeheilt werden, eine Schädigungsimplantation durchgeführt werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 2 wird der Temperaturausheilungsverarbeitungsschritt dahingehend durchgeführt, die durch die Implantation(en) verursachten Defekte im Wesentlichen vollständig auszuheilen.
Bei einer Ausführungsform wird der erste Implantationsverarbeitungsschritt und/oder der zweite Implantationsverarbeitungsschritt durch Verwendung eines Energiefilters durchgeführt. Die Verwendung von Energiefiltern zum Erhalt von bestimmten Dotierstoffkonzentrationsprofilen ist dem Fachmann als solches bekannt.
Somit kann das Profil der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration in der Bodyzone 1013 ein Diffusionsprofil sein, und das Profil der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration in der Kontaktzone 1011 sowie in der Feldstoppzone 1012 kann ein Implantationsprofil sein. Die Dosis für die Kontaktzone 1011 sowie für die Feldstoppzone 1012 kann kleiner als 2*10¹³ cm^-2 sein oder kann kleiner als 1*10¹² cm^-2 sein oder kann kleiner als 5*10¹² cm^-2 sein, und die Dosis für die Bodyzone 1013 kann kleiner als 1*10¹³ cm^-2 sein, kann kleiner als 6*10¹² cm^-2 sein oder kann kleiner als 3*10¹² cm^-2 sein.
Bei einer anderen Ausführungsform kann an dem Erzeugen des Profils der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration in der Kontaktzone 1011 und/oder der Feldstoppzone 1012 die Durchführung eines Epitaxieverarbeitungsschritts beteiligt sein.
Oben wurden sich auf Leistungsdioden und entsprechende Bearbeitungsverfahren beziehende Ausführungsformen erläutert. Zum Beispiel basieren diese Leistungsdioden auf Silicium (Si). Demgemäß kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, zum Beispiel der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, zum Beispiel die Gebiete 100, 101, 102 usw., ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt sein können, das zur Herstellung einer Leistungsdiode geeignet ist. Beispiele für solche Materialien umfassen elementare Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie zum Beispiel Siliciumkarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur wenige zu nennen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die oben erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)- Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Silicium-Siliciumkarbid (SixC1-x) und Silicium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien, ohne darauf beschränkt zu sein. Für Anwendungen mit Leistungshalbleiterbauelementen werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
Räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“, und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber dazu verwendet, die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu Ausrichtungen, die von jenen, die in den Figuren gezeigt werden, verschiedenen sind, verschiedene Ausrichtungen des jeweiligen Bauelements mit einschließen. Ferner werden Begriffe, wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen auch zum Beschreiben verschiedener Elemente, Gebiete, Bereiche usw. verwendet und sollen ebenfalls nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“, „umfassen“, „zeigen“ und dergleichen offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus.
Unter Berücksichtigung der obigen Abwandlungen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und ihre legalen Äquivalente eingeschränkt.

Claims

Leistungsdiode (1), umfassend einen Halbleiterkörper (10), der mit einer Anodenmetallisierung (11) und einer Kathodenmetallisierung (12) der Leistungsdiode (1) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) ein Driftgebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und ein Anodengebiet (101) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei das Anodengebiet (101) Folgendes umfasst: - eine in Kontakt mit der Anodenmetallisierung (11) angeordnete Kontaktzone (1011); - eine unter der Kontaktzone (1011) angeordnete Feldstoppzone (1012); - eine unter der Feldstoppzone (1012) und über dem Driftgebiet (100) angeordnete Bodyzone (1013); wobei eine elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration des Anodengebiets (101) entlang einer Vertikalrichtung (Z) ein Profil aufweist, gemäß dem: - ein erstes Maximum (31) in der Kontaktzone (1011) vorliegt; - ein zweites Maximum (32) in der Feldstoppzone (1012) vorliegt; und - die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum (31) zu einem lokalen Minimum (33) stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum (33) zu dem zweiten Maximum (32) stetig zunimmt.
Leistungsdiode (1) nach Anspruch 1, wobei das zweite Maximum (32) im Bereich von 70% bis 130% des ersten Maximums (31) liegt.
Leistungsdiode (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Maximum (32) ein absolutes Maximum der Dotierstoffkonzentration des Anodengebiets (101) ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lokale Minimum (33) im Bereich von 10% bis 50% des ersten Maximums (31) liegt.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration sowohl am ersten Maximum (31) als auch am zweiten Maximum (32) größer als 10¹⁷ cm^-3 ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die maximale elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration in der Bodyzone (1013) im Bereich von 1/50 bis 1/5 der an einem beliebigen des ersten Maximums (31) und des zweiten Maximums (32) vorhandenen elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration liegt.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest in der Kontaktzone (1011) und der Feldstoppzone (1012) eine elektrische Leitfähigkeit im Wesentlichen proportional zu der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gemäß dem Profil die Dotierstoffkonzentration von dem zweiten Maximum (32) zu einem Wendepunkt (34), an dem die Änderungsrate der Dotierstoffkonzentration bezüglich der Vertikalrichtung (Z) ein lokales Maximum aufweist, stetig abnimmt.
Leistungsdiode (1) nach Anspruch 8, wobei gemäß dem Profil die Dotierstoffkonzentration von dem Wendepunkt (34) durch die gesamte Bodyzone (1013) bis zu einem zwischen der Bodyzone (1013) und dem Driftgebiet (100) gebildeten Übergang (1010) stetig abnimmt.
Leistungsdiode (1) nach Anspruch 9, wobei ein über dem Wendepunkt (34) vorhandener erster Konzentrationsgradient um einen Faktor von mindestens drei größer als ein unter dem Wendepunkt (34) vorhandener zweiter Konzentrationsgradient ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei während eines Sperrzustands der Leistungsdiode (1) das elektrische Feld unter dem Wendepunkt (34) endet.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anodengebiet (101) entlang der Vertikalrichtung (Z) fünf gleiche Teile aufweist, wobei sowohl das erste Maximum (31) als auch das zweite Maximum (32) in dem obersten gleichen Teil positioniert sind.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl das erste Maximum (31) als auch das zweite Maximum (32) in einem Abstand von 2000 nm von der Anodenmetallisierung (11), gemessen von einem Übergang (111) zwischen der Kontaktzone (1011) und der Anodenmetallisierung (11) entlang der Vertikalrichtung (Z), positioniert sind.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - sich die Gesamterstreckung des Anodengebiets (101) in der Vertikalrichtung (Z) in der Vertikalrichtung (Z) auf nicht mehr als 20% der Gesamterstreckung des Driftgebiets (100) beläuft; und/oder wobei - die Gesamterstreckung des Anodengebiets (101) in der Vertikalrichtung (Z) innerhalb des Bereichs von 500 nm bis 15000 nm liegt; und/oder wobei - die Gesamterstreckung des Driftgebiets (100) in der Vertikalrichtung (Z) innerhalb des Bereichs von 10 µm bis 1000 µm liegt. - die Leistungsdiode (1) in einem Wafer implementiert ist, der in der Vertikalrichtung (Z) eine Dicke innerhalb des Bereichs von 10 µm bis 1000 µm aufweist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Profil in der Kontaktzone (1011) sowie in der Feldstoppzone (1012) ein Implantationsprofil ist.
Leistungsdiode (1) nach Anspruch 12, wobei die Dosis für die Kontaktzone (1011) sowie für die Feldstoppzone (1012) kleiner als 2*10¹³ cm^-2 ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dosis für die Bodyzone (1013) kleiner als 1*10¹³ cm^-2 ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Profil in der Bodyzone (1013) ein Diffusionsprofil ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich ein Abstand zwischen dem zweiten Maximum (32) und einer Spitze des elektrischen Felds während eines Sperrzustands der Leistungsdiode (1) auf mindestens 500 nm beläuft.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Driftgebiet (100) für eine Sperrspannung von mindestens 500 V ausgelegt ist.
Leistungsdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) ferner ein Kathodengebiet (102) vom ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, wobei das Driftgebiet (100) mittels des Kathodengebiets (102) an die Kathodenmetallisierung (12) gekoppelt ist.
Verfahren (2) zur Verarbeitung einer Leistungsdiode (1), umfassend: - Bereitstellen (20) eines Halbleiterkörpers (10) mit einem Driftgebiet (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; - Erzeugen (21) eines Anodengebiets (101) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp in dem Halbleiterkörper (10); - Bereitstellen (22) einer elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration in dem Anodengebiet (101), die entlang einer Vertikalrichtung (Z) ein Profil aufweist, gemäß dem: - ein erstes Maximum (31) in der Kontaktzone (1011) des Anodengebiets (101) vorliegt; - ein zweites Maximum (32) in der Feldstoppzone (1012) des Anodengebiets (101) vorliegt; und - die Dotierstoffkonzentration von dem ersten Maximum (31) zu einem lokalen Minimum (33) stetig abnimmt und von dem lokalen Minimum (33) zu dem zweiten Maximum (32) stetig zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die am zweiten Maximum (32) vorliegende elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration höher als die am ersten Maximum (31) vorliegende elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration ist.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei: - das Bereitstellen (22) der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet (101) Durchführen eines Diffusionsverarbeitungsschritts zur Bereitstellung einer Basisdotierstoffkonzentration mit dem Anodengebiet (101) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, 23 oder 24, wobei: - das Bereitstellen (22) der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet (101) Durchführen eines ersten Implantationsverarbeitungsschritts mit einer ersten Implantationsenergie zum Erzeugen des zweiten Maximums (32) und wahlweise Durchführen eines zweiten Implantationsverarbeitungsschritts mit einer zweiten Implantationsenergie zum Erzeugen des ersten Maximums (31) umfasst; und/oder wobei - das Bereitstellen (22) der elektrisch aktivierten Dotierstoffkonzentration im Anodengebiet (101) Durchführen eines Hochtemperaturausheilungsverarbeitungsschritts umfasst, um durch den ersten Implantationsverarbeitungsschritt bzw. durch den ersten und zweiten Implantationsverarbeitungsschritt verursachte Defekte im Wesentlichen vollständig auszuheilen, wodurch die elektrisch aktivierte Dotierstoffkonzentration in der Kontaktzone (1011) und der Feldstoppzone (1012) bereitgestellt wird.