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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid
und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine
Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid (SiC) hat typischerweise
eine hohe Durchschlagsfeldstärke und kann daher eine hohe
Spannung steuern. Die Halbleitervorrichtung aus SiC kann daher zum
Beispiel zur Steuerung eines Motors eines Hybridfahrzeugs verwendet
werden.
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Um
den elektrischen Strom, der in einer Halbleitervorrichtung fließt,
zu erhöhen, kann die Kanaldichte erhöht werden.
In einer Halbleitervorrichtung aus Silicium ist ein Feldeffekttransistor
mit einem Metalloxidhalbleiter (MOSFET) mit einer Grabengatestruktur
in praktischem Gebrauch. Wenn eine Grabengatestruktur bei der Halbleitervorrichtung
aus SiC angewandt wird, entstehen Schwierigkeiten.
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Die
Dicke, d. h. die Tiefe, eines Grundbereichs ist die Summe der Dicke
eines Sourcebereichs und der Länge eines Kanals. Wenn daher
die Dicke des Grundbereichs verringert wird, kann der Kanalwiderstand
verringert werden. Die Drain-Source-Durchschlagsspannung hängt
von der Dicke und von der Konzentration an Fremdatomen des Grundbereichs ab.
Ein Teil des Sourcebereichs, der an einer Kante eines Grabens angeordnet
ist, kann während eines Verfahrens zur Einstellung der
Form des Grabens etwas verloren gehen. Daher ist es nötig,
dass der Sourcebereich im Falle des Verlusts genügend Dicke besitzt,
und die Dicke des Grundbereichs wird in Anbetracht solcher Umstände
festgesetzt.
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Daher
werden üblicherweise die Dicke und die Konzentration an
Fremdatomen des Grundbereichs so festgesetzt, dass der Sourcebereich
genügend dick ist, der Kanalwiderstand niedrig ist und eine
hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung sichergestellt ist, wie zum
Beispiel in
JP-2007-281265-A beschrieben
wurde.
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Wenn
die Konzentration an Fremdatomen des Grundbereichs zur Sicherung
einer hohen Drain-Source-Durchschlagsspannung verringert wird, kann
die Durchschlagsspannung verringert werden und ein Durchstoßen
kann in Abhängigkeit von der Tiefe des Sourcebereichs auftreten.
Der oben beschriebene Fall ist begründet, wenn der Sourcebereich
durch Ionenimplantation gebildet wird. Wenn der Sourcebereich durch
Ionenimplantation gebildet wird, kann ein Teil der Fremdatome bis zu
einem Bereich durchstoßen, der tiefer ist als die vorbestimmte
Tiefe. Daher können sich die Fremdatome bis zu einem Bereich
verteilen, der tiefer ist als die vorbestimmte Tiefe. Wenn zum Beispiel
die vorbestimmte Tiefe (Dp) 0,7 μm ist und ein Sourcebereich
nach Plan bis zu einer Tiefe von 0,7 μm gebildet werden
soll, erreicht ein Teil der Fremdatome einen Bereich, der tiefer
ist als 0,7 μm, obwohl die Konzentration an Fremdatomen
von einer vorbestimmten Konzentration (Cp) an dem Bereich, der tiefer
ist als 0,7 μm, schrittweise abnimmt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts
der vorgenannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Halbleitervorrichtung aus SiC zu schaffen, die eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung
unabhängig von der Tiefe eines Sourcebereichs sicherstellen
kann. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus SiC zur
Verfügung zu stellen.
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Eine
Halbleitervorrichtung aus SiC gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, eine Driftschicht,
eine Grundbereich, einen Sourcebereich, einen Graben, eine Gate-Isolationsschicht,
eine Gateelektrode, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode
und eine Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Das Substrat
ist aus Siliciumcarbid hergestellt und besitzt einen ersten Leitfähigkeitstyp oder
einen zweiten Leitfähigkeitstyp. Das Substrat hat erste
und zweite gegenüberliegende Oberflächen. Die
Driftschicht ist auf der ersten Oberfläche des Substrats
angeordnet. Die Driftschicht ist aus Siliciumcarbid hergestellt
und besitzt den ersten Leitfähigkeitstyp. Der Grundbereich
ist oberhalb der Driftschicht angeordnet und besitzt den zweiten
Leitfähigkeitstyp. Der Sourcebereich ist oberhalb des Grundbereichs
angeordnet und besitzt den ersten Leitfähigkeitstyp. Der
Graben durchstößt den Sourcebereich und den Grundbereich
bis zur Driftschicht. Die Gate-Isolationsschicht ist auf einer Oberfläche
des Grabens angeordnet. Die Gateelektrode ist auf einer Oberfläche
der Gate-Isolationsschicht in dem Graben angeordnet. Die erste Elektrode
ist elektrisch mit dem Sourcebereich und dem Grundbereich verbunden.
Die zweite Elektrode ist auf der zweiten Oberfläche des
Substrats angeordnet. Die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp
ist an einem Teil des Grundbereichs, der sich unter dem Sourcebereich
befindet, angeordnet. Die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp
besitzt den zweiten Leitfähigkeitstyp und hat eine Konzentration
an Fremdatomen, die höher ist als diejenige des Grundbereichs.
Ein Inversionskanal ist an einem Oberflächenteil des Grundbereichs
auf einer Seitenoberfläche des Grabens angeordnet und elektrischer
Strom fließt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten
Elektrode durch den Sourcebereich und die Driftschicht durch Steuerung
einer an die Gateelektrode angelegten Spannung.
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Bei
der vorliegenden Halbleitervorrichtung aus SiC ist die Schicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp unter dem Sourcebereich angeordnet.
Selbst wenn daher Fremdatome vom ersten Leitfähigkeitstyp
zur Bildung des Sourcebereichs implantiert werden und ein Teil der
Fremdatome bis zu einem Bereich durchstößt, der
tiefer ist als die vorbestimmte Tiefe des Sourcebereichs, kann die
Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp die Fremdatome vom
ersten Leitfähigkeitstyp kompensieren. Daher kann ein Durchstoßen der
Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und des Grundbereichs,
die unter dem Sourcebereich angeordnet sind, verhindert werden und
eine hohe Drain- Source-Durchschlagsspannung kann unabhängig
von der Tiefe des Sourcebereichs sichergestellt werden.
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Bei
einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus
SiC gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird ein Substrat aus Siliciumcarbid mit einem ersten Leitfähigkeitstyp
oder einem zweiten Leitfähigkeitstyp hergestellt. Das Substrat hat
erste und zweite gegenüberliegende Oberflächen.
Eine Driftschicht aus Siliciumcarbid mit dem ersten Leitfähigkeitstyp
wird auf der ersten Oberfläche des Substrats gebildet.
Ein Grundbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp wird
oberhalb der Driftschicht gebildet. Eine Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp
wird in dem Grundbereich gebildet. Die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp
hat eine Konzentration an Fremdatomen, die höher ist als
diejenige des Grundbereichs. Ein Sourcebereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp
wird oberhalb des Grundbereichs gebildet, so dass die Schicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp unter dem Sourcebereich angeordnet ist.
Ein Graben ist vorgesehen, der den Sourcebereich und den Grundbereich
bis zur Driftschicht durchstößt. Eine Gate-Isolationsschicht
ist auf einer Oberfläche des Grabens gebildet. Eine Gateelektrode
ist auf einer Oberfläche der Gate-Isolationsschicht in
dem Graben gebildet. Eine erste Elektrode wird so gebildet, dass
sie elektrisch mit dem Sourcebereich und dem Grundbereich verbunden
ist. Eine zweite Elektrode wird auf der zweiten Oberfläche
des Substrats gebildet.
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Bei
dem vorliegenden Herstellungsverfahren wird die Schicht vom zweiten
Leitfähigkeitstyp unter dem Sourcebereich gebildet. Selbst
wenn daher Fremdatome vom ersten Leitfähigkeitstyp zur
Bildung des Sourcebereichs implantiert werden und ein Teil des ersten
Leitfähigkeitstyps bis zu einem Bereich, der tiefer als
eine vorbestimmte Tiefe des Sourcebereichs ist, durchstößt,
kann die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp die Fremdatome
vom ersten Leitfähigkeitstyp kompensieren. Daher kann ein Durchstoßen
an der Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und dem Grundbereich,
der unter dem Sourcebereich angeordnet ist, verhindert werden und
eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung kann unabhängig
von der Tiefe des Sourcebereichs sichergestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
zusammen mit den begleitenden Figuren ersichtlich. In den Figuren
bedeuten:
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1 ein
Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus
SiC gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A bis 3C Diagramme,
die ein Herstellungsverfahren des in 1 abgebildeten
MOSFET zeigen;
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4 ein
Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus
SiC gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein
Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus
SiC gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein
Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus
SiC gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 eine
Grafik, die eine Konzentrationsverteilung von Fremdatomen vom N-Typ
gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
SiC gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrzahl von MOSFETs, die
jeweils eine Grabengatestruktur vom Inversionstyp besitzen. Die
MOSFETs sind nebeneinander in einer Mehrzahl von Linien angeordnet.
Eine beispielhafte Konfiguration eines der MOSFETs wird mit Bezugnahme
auf 1 beschrieben.
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Der
MOSFET weist ein Substrat 1 vom N+-Typ
auf. Das Substrat 1 vom N+-Typ
besitzt eine vordere Oberfläche mit (000-1)C-Kristallfläche.
Das Substrat 1 vom N+-Typ hat eine
Konzentration an Fremdatomen vom N-Typ von zum Beispiel etwa 1,0 × 1019 cm–3.
Die Fremdatome (Fremdionen) vom N-Typ umfassen zum Beispiel Stickstoff.
Das Substrat 1 vom N+-Typ hat eine
Dicke von etwa 300 μm. Auf der vorderen Oberfläche
des Substrats 1 vom N+-Typ ist
die Driftschicht 2 vom N–-Typ
angeordnet. Die Driftschicht 2 vom N–-Typ
hat eine Stickstoffkonzentration von etwa 8,0 × 1015 cm–3.
Die Driftschicht 2 vom N–-Typ
hat eine Dicke von etwa 15 μm. An einem Oberflächenteil
der Driftschicht 2 vom N–-Typ
ist ein Grundbereich 3 vom P+-Typ
angeordnet. An einem Oberflächenteil des Grundbereichs 3 vom
P-Typ sind ein Sourcebereich 4 vom N+-Typ
und ein Kontaktbereich 5 vom P+-Typ
angeordnet. An einem Teil des Grundbereichs 3 vom P-Typ,
der unter dem Sourcebereich 4 vom N+-Typ
angeordnet ist, ist eine Schicht 6 vom P+-Typ
angeordnet.
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Der
Grundbereich 3 vom P-Typ umfasst zum Beispiel Bor oder
Aluminium als Fremdatome (Fremdionen) vom P-Typ. Der Grundbereich 3 vom
P-Typ hat eine Konzentration an Fremdatomen vom P-Typ zwischen etwa
1,0 × 1016 cm–3 und
etwa 1,0 × 1018 cm–3 (zum
Beispiel etwa 1,0 × 1017 cm–3). Der Grundbereich 3 vom
P-Typ hat eine Dicke zwischen etwa 0,5 μm und etwa 3,0 μm
(zum Beispiel etwa 2,0 μm). An einem Oberflächenteil
des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ
liegt die Stickstoffkonzentration (Oberflächenkonzentration)
zwischen etwa 1,0 × 1020 cm–3 und etwa 1,0 × 1021 cm–3 (zum
Beispiel etwa 1,0 × 1021 cm–3). Der Sourcebereich 4 vom
N+-Typ hat eine Dicke zwischen etwa 0,2 μm
und etwa 1,0 μm (zum Beispiel etwa 0,3 μm). Die
Schicht 6 vom P+-Typ umfasst zum
Beispiel Bor oder Aluminium als Fremdatome (Fremdionen) vom P-Typ.
Die Schicht 6 vom P+-Typ hat eine
Konzentration an Fremdatomen vom P-Typ zwischen etwa 1,0 × 1018 cm–3 und
etwa 1,0 × 1021 cm–3 (zum
Beispiel etwa 1,0 × 1019 cm–3). Die Schicht 6 vom
P+-Typ hat eine Dicke zwischen etwa 0,1 μm und
etwa 1,0 μm (zum Beispiel etwa 0,3 μm). Die Schicht 6 vom
P+-Typ ist in einem vorbestimmten Abstand
von einer Seitenoberfläche des Grabens 7 angeordnet.
Der vorbestimmte Abstand ist so festgesetzt, dass die Schicht 6 vom
P+-Typ nicht einen Kanalbereich 6 in
Mitleidenschaft zieht, der an einem Teil des Grundbereichs 3 vom
P-Typ, der an der Seitenoberfläche des Grabens 7 angeordnet
ist, vorgesehen ist. Der vorbestimmte Abstand hängt von
der Konzentration an Fremdatomen vom P-Typ des Grundbereichs 3 vom
P-Typ ab. Der vorbestimmte Abstand ist zum Beispiel etwa 0,3 μm
oder mehr.
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Die
Schicht 6 vom P+-Typ enthält
ein Paar Einschnitte. Zwischen dem Paar Einschnitten ist der Graben 7 so
vorgesehen, dass er den Grundbereich 3 vom P-Typ und den
Sourcebereich 4 vom N+-Typ bis
zur Driftschicht 2 vom N–-Typ
durchstößt. Der Graben 7 hat zum Beispiel
eine Breite von etwa 2,0 μm und eine Tiefe von etwa 2,0 μm.
Der Grundbereich 3 vom P-Typ und der Sourcebereich 4 vom N+-Typ sind in Kontakt mit der Seitenoberfläche
des Grabens 7. Die Seitenoberfläche des Grabens 7 ist mit
einer Gateoxidschicht 8 bedeckt. Auf einer Oberfläche
der Gateoxidschicht 8 ist eine Gateelektrode 9 so
angeordnet, dass sie den Graben 7 füllt. Die Gateelektrode 9 ist
aus dotiertem Polysilicium hergestellt.
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Der
Graben 7 hat eine Grundfläche von (000-1)-Kristallfläche
und hat eine Seitenoberfläche, die sich in Richtung [11–20]
erstreckt. Zum Beispiel ist die Seitenoberfläche eine (1120)-Kristallfläche. Die
Gateoxidschicht 8 kann durch thermische Oxidation der Oberfläche
des Grabens 7 gebildet werden. Alternativ kann die Gateoxidschicht 8 durch
chemische Dampfabscheidung (CVP) gebildet werden. Wenn die Gateoxidschicht 8 durch
thermische Oxidation gebildet wird, ist die Oxidationsgeschwindigkeit an
dem Bodenteil des Grabens 7 fünfmal schneller als
diejenige an der Seitenoberfläche des Grabens 7. Daher
hat die Gateoxidschicht 8 eine Dicke von etwa 40 nm auf
der Seitenoberfläche des Grabens 7 und eine Dicke
von etwa 200 nm an dem Bodenteil des Grabens 7.
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Der
Kontaktbereich 5 vom P+-Typ ist
an einem mittleren Teil des Grundbereichs 3 vom P-Typ zwischen
benachbarten Gräben 7 angeordnet. Das heißt,
der Kontaktbereich 5 vom P+-Typ
ist auf der von dem Graben 7 gegenüberliegenden
Seite des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ
angeordnet.
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Auf
einer Oberfläche des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ, einer Oberfläche des Kontaktbereichs 5 vom
P+-Typ und einer Oberfläche der
Gateelektrode 9 sind eine Sourceelektrode 10 und
eine Gateverdrahtung 11 angeordnet. Die Sourceelektrode 10 und die
Gateverdrahtung 11 sind aus mehreren Metallen, zum Beispiel
einer Legierung aus Nickel und Aluminium, hergestellt. Wenigstens
Teile der Sourceelektrode 10 und der Gateverdrahtung 11,
die in Kontakt mit einem SiC vom N-Typ stehen, sind aus einem Metall gemacht,
das eine Ohm-Verbindung zwischen jeder der Sourceelektrode 10 und
der Gateverdrahtung 11 und dem SiC- vom N-Typ herstellen
kann. Das SiC vom N-Typ umfasst den Sourcebereich 4 vom
N+-Typ und die Gateelektrode 9,
wenn die Gateelektrode 9 Fremdatome vom N-Typ enthält.
Wenigstens Teile der Sourceelektrode 10 und der Gateverdrahtung 11, die
in Kontakt mit einem SiC vom P-Typ stehen, sind aus einem Metall
gemacht, das eine Ohm-Verbindung zwischen jeder der Sourceelektrode 10 und
der Gateverdrahtung 11 und dem SiC- vom P-Typ herstellen
kann. Das SiC vom P-Typ umfasst den Kontaktbereich 5 vom
P+-Typ und die Gateelektrode 9, wenn
die Gateelektrode 9 Fremdatome vom P-Typ enthält.
Die Sourceelektrode 10 und die Gateverdrahtung 11 sind
auf einer Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 angeordnet.
Daher sind die Sourceelektrode 10 und die Gateverdrahtung 11 elektrisch isoliert.
Die Sourceelektrode 10 ist mit dem Sourcebereich 4 vom
N+-Typ und dem Kontaktbereich 5 vom P+-Typ durch die Kontaktlöcher 12a,
die in der Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 vorgesehen
sind, elektrisch verbunden. Die Gateverdrahtung 11 ist
mit der Gateelektrode 9 durch ein (nicht gezeigtes) Kontaktloch,
das in der Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 vorgesehen
ist, elektrisch verbunden.
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An
der Rückoberfläche des Substrats 1 vom N+-Typ ist eine Drainelektrode 13 gebildet.
Die Drainelektrode 13 ist mit dem Substrat 1 vom
N+-Typ elektrisch verbunden. So wird der
MOSFET mit einer Grabengatestruktur vom N-Kanal-Inversionstyp gebildet.
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Wenn
die Gatespannung an die Gateelektrode 9 angelegt wird,
wird ein Teil des Grundbereichs 3 vom P-Typ, der auf einer
Seitenoberfläche des Grabens 7 angeordnet ist,
ein Inversionskanal und elektrischer Strom fließt zwischen
der Sourceelektrode 10 und der Drainelektrode 13.
Die Schicht 6 vom P+-Typ ist in
einem vorbestimmten Abstand (zum Beispiel etwa 0,3 μm)
von der Gateoxidschicht 8 angeordnet, so dass die Schicht 6 vom
P+-Typ den Kanalbereich nicht in Mitleidenschaft
zieht. Daher verringert die Schicht 6 vom P+-Typ
nicht die Kanalbeweglichkeit.
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Die
Schicht 6 vom P+-Typ ist unter
dem Sourcebereich 4 vom N+-Typ
angeordnet. Selbst wenn daher die Fremdatome vom N+-Typ
zur Bildung des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ
implantiert werden und ein Teil der Fremdatome vom N+-Typ
bis zu einem Teil durchstößt, der tiefer ist als
die vorbestimmte Tiefe des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ, kann die Schicht 6 vom P+-Typ die Fremdatome vom N+-Typ kompensieren.
Daher kann ein Durchstoßen an der Schicht 6 vom
P+-Typ und dem Grundbereich 3 vom P-Typ,
die unter dem Sourcebereich 4 vom N+-Typ angeordnet
sind, verhindert werden und der MOSFET kann eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung
unabhängig von der Tiefe des Sourcebereichs 4 vom
N+-Typ haben.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des in 1 abgebildeten
MOSFET wird nun in Zusammenhang mit 2A bis 3C beschrieben.
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Während
des in 2A dargestellten Verfahrens
wird das Substrat 1 vom N+-Typ
hergestellt. Das Substrat 1 vom N+-Typ
hat eine Stickstoffkonzentration von zum Beispiel etwa 1,0 × 1019 cm–3.
Das Substrat 1 vom N+-Typ hat eine
Dicke von zum Beispiel etwa 300 μm. Auf der vorderen Oberfläche
des Substrats 1 vom N+-Typ ist
epitaxial die Driftschicht 2 vom N–-Typ
gebildet. Die Driftschicht 2 vom N–-Typ hat
eine Stickstoffkonzentration von zum Beispiel etwa 8,0 × 1015 cm–3.
Die Driftschicht 2 vom N–-Typ hat
eine Dicke von zum Beispiel etwa 15 μm. Dann wird eine
(nicht gezeigte) Maske auf der vorderen Oberfläche der
Driftschicht 2 vom N–-Typ
gebildet. Die Maske ist zum Beispiel aus einem Oxid niedriger Temperatur
(LTO) gebildet. Dann wird die Maske mit einem fotolithografischen
Verfahren behandelt, so dass Öffnungsteile in Bereichen
geschaffen werden, wo der Grundbereich 3 vom P-Typ gebildet
werden wird. Die Fremdatome (Fremdionen) vom P-Typ, wie z. B. Bor
oder Aluminium, werden durch die Maske ionenimplantiert und aktiviert.
So wird der Grundbereich 3 vom P-Typ mit einer Konzentration
an Fremdatomen vom P-Typ von etwa 1,0 × 1017 cm–3 und mit einer Dicke von etwa
2,0 μm gebildet. Nach Bildung des Grundbereichs 3 vom
P-Typ wird die Maske entfernt.
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In
dem oben beschriebenen Beispiel wird der Grundbereich 3 vom
P-Typ durch Ionenimplantierung gebildet. Alternativ kann der Grundbereich 3 vom P-Typ
durch epitaxiales Aufwachsen unter Dotieren der Fremdatome vom P-Typ
gebildet werden.
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Während
eines in 2B dargestellten Verfahrens
wird eine Maske 20, zum Beispiel aus LTO, auf dem Grundbereich 3 vom
P-Typ und einem frei liegenden Teil (nicht gezeigt) der Driftschicht 2 vom N–-Typ gebildet. Dann wird die Maske 20 durch
ein fotolithografisches Verfahren behandelt, so dass Öffnungsteile
in Bereichen vorgesehen sind, wo der Kontaktbereich 5 vom
P+-Typ gebildet werden wird. Die Fremdatome
vom P-Typ, wie z. B. Bor oder Aluminium, werden durch die Maske 20 ionenimplantiert und
aktiviert. So wird der Kontaktbereich 5 vom P+-Typ
mit einer Konzentration an Fremdatomen vom P-Typ zwischen etwa 1,0 × 1019 cm–3 und
etwa 1,0 × 1021 cm–3 (zum
Beispiel etwa 1,0 × 1020 cm–3) und mit einer Dicke zwischen
etwa 0,2 μm und etwa 1,0 μm (zum Beispiel etwa
0,7 μm) gebildet. Nach Bildung des Kontaktbereichs 5 vom
P+-Typ wird die Maske 20 entfernt.
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Während
des in 2C dargestellten Verfahrens
wird eine Maske 21, zum Beispiel aus LTO, auf dem Grundbereich 3 vom
P-Typ, dem Kontaktbereich 5 vom Typ und und dem frei liegenden
Teil der Driftschicht 2 vom N–-Typ
gebildet. Dann wird die Maske 21 mit einem fotolithografischen
Verfahren behandelt, so dass Öffnungsteile in Bereichen
geschaffen werden, wo die Schicht 6 vom P+-Typ
gebildet werden wird. Die Fremdatome vom P-Typ, wie z. B. Bor oder
Aluminium, werden durch die Maske 21 ionenimplantiert und
aktiviert. So wird die Schicht 6 vom P+-Typ
mit einer Konzentration an Fremdatomen vom P-Typ zwischen etwa 1,0 × 1018 cm–3 und
etwa 1,0 × 1021 cm–3 (zum
Beispiel etwa 1,0 × 1019 cm–3) und mit einer Dicke zwischen
etwa 0,1 μm und etwa 1,0 μm (zum Beispiel etwa
0,3 μm) gebildet.
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Während
des in 3A dargestellten Verfahrens
wird die Maske 21 weiterhin mit einem fotolithografischen
Verfahren behandelt, so dass Öffnungsteile in Bereichen
geschaffen werden, in denen der Sourcebereich 4 vom N+-Typ gebildet werden wird. Die Fremdatome
vom P-Typ, wie z. B. Stickstoff, werden durch die Maske 21 ionenimplantiert und
aktiviert. So wird der Sourcebereich 4 vom N+-Typ
mit einer Dicke zwischen etwa 0,2 μm und etwa 1,0 μm
(zum Beispiel etwa 0,3 μm) gebildet. Die Stickstoffkonzentration
am Oberflächenteil des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ ist zwischen etwa 1,0 × 1020 cm–3 und
etwa 1,0 × 1021 cm–3.
Nach Bildung des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ
wird die Maske 21 entfernt. Der Sourcebereich 4 vom
N+-Typ und die Schicht 6 vom P+-Typ werden unter Verwendung derselben Maske,
d. h. der Maske 21, gebildet. Daher können der
Sourcebereich 4 vom N+-Typ und
die Schicht 6 vom P+-Typ mit einer
selbstausrichtenden Technik gebildet werden. Zusätzlich
kann die Anzahl der maskenbildenden Verfahren verringert und dadurch
das Herstellungsverfahren vereinfacht werden.
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Während
des in 3B dargestellten Verfahrens
wird eine Ätzmaske 22, zum Beispiel aus LTO, auf
dem Grundbereich 3 vom P-Typ, dem Sourcebereich 4 vom
N+-Typ, dem Kontaktbereich 5 vom P+-Typ und dem frei liegenden Teil der Driftschicht 2 vom
N–-Typ gebildet. Die Ätzmaske 22 wird
mit einem fotolithografischen Verfahren behandelt, so dass Öffnungsteile
in Bereichen geschaffen werden, wo der Graben 7 vorgesehen
ist. Dann wird ein anisotropes Ätzverfahren unter Verwendung
der Ätzmaske 22 durchgeführt. Danach
werden, falls nötig, ein isotropes Ätzverfahren
und/oder eine Opferoxidation durchgeführt. So wird der
Graben 7 geschaffen. Danach wird die Ätzmaske 22 entfernt.
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Während
eines in 3C dargestellten Verfahrens
wird die Gateoxidschicht 8 gebildet. Zum Beispiel wird
die Gateoxidschicht 8 durch thermische Oxidation eines
pyrogenen Verfahrens in einer feuchten Atmosphäre gebildet.
Der Graben 7 hat eine Grundfläche von (000-1)-Kristallfläche
und hat eine Seitenoberfläche, die sich in [11–20]-Richtung
erstreckt. Zum Beispiel ist die Seitenoberfläche eine (1120)-Kristallfläche.
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Wenn
die Gateoxidschicht 8 durch thermische Oxidation gebildet
wird, ist die Oxidationsrate an dem Bodenteil des Grabens 7 fünfmal
schneller als diejenige auf der Seitenoberfläche des Grabens 7.
So hat die Gateoxidschicht 8 eine Dicke von etwa 40 nm
auf der Seitenoberfläche des Grabens 7 und eine
Dicke von etwa 200 nm an dem Bodenteil des Grabens 7.
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Eine
mit Fremdatomen vom N-Typ dotierte Polysiliciumschicht wird auf
der Oberfläche der Gateoxidschicht 8 zum Beispiel
bei etwa 600°C mit einer Dicke von etwa 440 nm gebildet.
Dann wird die Polysiliciumschicht und die Gateoxidschicht 8 mit
einer Maske bemustert, die aus einem Resist gemacht ist, der durch
fotolithografisches Ätzen gebildet ist. Dadurch bleiben
die Gateoxidschicht 8 und die Gateelektrode 9 in
dem Graben 7.
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Das
Verfahren zur Bildung der Gateoxidschicht 8 und der Gateelektrode 9 ist
dem bekannten Verfahren ähnlich. Daher wird das Verfahren
nach Bildung der Gateoxidschicht 8 und der Gateelektrode 9 nicht
dargestellt. Die Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 wird
gebildet und die Kontaktlöcher 12a, die sich zu
dem Sourcebereich 4 vom N+-Typ
und dem Kontaktbereich 5 vom P+-Typ
erstrecken, werden in einem Querschnitt der Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 vorgesehen.
Zusätzlich wird das Kontaktloch, das sich zur Gateelektrode 9 erstreckt,
in einem anderen Querschnitt der Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 vorgesehen.
Eine Schicht aus Elektrodenmaterial wird auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht 12 gebildet,
um die Kontaktlöcher zu füllen. Die Schicht des
Elektrodenmaterials wird mustergeformt, so dass die Sourceelektrode 10 und
die Gateverdrahtung 11 gebildet werden. Weiterhin wird die
Drainelektrode 13 auf der Rückoberfläche
des Substrats 1 vom N+-Typ gebildet.
So wird der in 1 dargestellte MOSFET gebildet.
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(Zweite Ausführungsform)
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Ein
MOSFET in einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
mit Bezugnahme auf 4 beschrieben. Da die Grundstruktur
des MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform
derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich
ist, wird hauptsächlich ein unterschiedlicher Anteil beschrieben.
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Der
MOSFET hat eine Grabengatestruktur vom Inversionstyp. Die Schicht 6 vom
P+-Typ ist unter dem Sourcebereich 4 vom
N+-Typ angeordnet und ist in Kontakt mit
der Gateoxidschicht 8 auf der Seitenoberfläche
des Grabens 7. Auf diese Weise kann die Schicht 6 vom
P+-Typ mit der Gateoxidschicht 8 in Kontakt
sein. Wenn die Schicht 6 vom P+-Typ
mit der Gateoxidschicht 8 in Kontakt ist, kann die Schicht 6 vom
P+-Typ den Kanalbereich beeinflussen. Daher kann
die Kanalbeweglichkeit im Vergleich mit der ersten Ausführungsform
verringert sein.
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Das
Herstellungsverfahren für den MOSFET gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist demjenigen der ersten
Ausführungsform ähnlich. Die Schicht 6 vom
P+-Typ ist in Kontakt mit der Gateoxidschicht 8 und
hat eine ähnliche Form wie diejenige des Sourcebereichs 4 vom
N+-Typ. Daher wird während des
in 2C gezeigten Verfahrens die Maske 21 so
mustergeformt, dass die Öffnungsteile in den Bereichen
gebildet werden, wo der Sourcebereich 4 vom N+-Typ
und die Schicht 6 vom P+-Typ gebildet werden,
und während des in 3A gezeigten
Verfahrens kann das zusätzliche fotolithografische Verfahren
weggelassen werden. Daher kann das Herstellungsverfahren des MOSFET
vereinfacht werden.
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Zusätzlich
kann der MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung unabhängig von
der Tiefe des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ
sicherstellen.
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(Dritte Ausführungsform)
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Ein
MOSFET in einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. Da die Grundstruktur
des MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform
derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich
ist, wird hauptsächlich ein unterschiedlicher Anteil beschrieben.
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Der
MOSFET hat eine Grabengatestruktur vom Inversionstyp. Der Boden
des Kontaktbereichs 5 vom P+-Typ
ist in im Wesentlichen derselben Tiefe wie der Boden der Schicht 6 vom
P+-Typ angeordnet.
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Das
Herstellungsverfahren des MOSFET gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist demjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich.
Da der Boden des Kontaktbereichs 5 vom P+-Typ
in im Wesentlichen derselben Tiefe wie der Boden der Schicht 6 vom
P+-Typ angeordnet ist, können der
Kontaktbereich 5 vom P+-Typ und
die Schicht 6 vom P+-Typ zur gleichen
Zeit gebildet werden. Daher können das in 2B gezeigte
Verfahren und das in 2C gezeigte Verfahren zur gleichen
Zeit durchgeführt werden.
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Wenn
das in 2B gezeigte Verfahren und das
in 2C gezeigte Verfahren zur gleichen Zeit durchgeführt
werden, werden Öffnungsteile in Bereichen der Maske 20 vorgesehen,
wo der Kontaktbereich 5 vom P+-Typ
und die Schicht 6 vom P+-Typ gebildet
werden. Dann werden die Fremdatome vom P-Typ durch die Maske 20 ionenimplantiert.
In diesem Fall werden der Sourcebereich 4 vom N+-Typ und die Schicht 6 vom P+-Typ durch Verwendung unterschiedlicher
Masken gebildet.
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Auch
in der vorliegenden Ausführungsform kann der MOSFET eine
hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung unabhängig von der
Tiefe des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ
sicherstellen.
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(Vierte Ausführungsform)
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Ein
MOSFET in einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
mit Bezugnahme auf 6 beschrieben. Der MOSFET gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist eine Kombination aus dem MOSFET
gemäß der zweiten Ausführungsform und dem
MOSFET gemäß der dritten Ausführungsform. Da
die Grundstruktur des MOSFET gemäß der vorliegenden
Ausführungsform derjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich
ist, wird hauptsächlich ein unterschiedlicher Anteil beschrieben.
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Der
MOSFET hat eine Grabengatestruktur vom Inversionstyp. Die Schicht 6 vom
P+-Typ ist in Kontakt mit der Gateoxidschicht 8 auf
der Seitenoberfläche des Grabens 7. Zusätzlich
ist der Boden des Kontaktbereichs 5 vom P+-Typ
im Wesentlichen in derselben Tiefe wie der Boden der Schicht 6 vom P+-Typ angeordnet. Auch bei der vorliegenden
Ausführungsform kann der MOSFET eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung
unabhängig von der Tiefe des Sourcebereichs 4 vom
N+-Typ sicherstellen.
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Das
Herstellungsverfahren für den MOSFET gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist demjenigen der ersten
Ausführungsform ähnlich. Da der Boden des Kontaktbereichs 5 vom
P+-Typ in im Wesentlichen derselben Tiefe
wie der Boden der Schicht 6 vom P+-Typ
angeordnet ist und die Schicht 6 vom P+-Typ
in Kontakt mit der Gateoxidschicht 8 ist, können
der Kontaktbereich 5 vom P+-Typ
und die Schicht 6 vom P+-Typ epitaxial
gebildet werden. Dadurch kann das Herstellungsverfahren für
den MOSFET vereinfacht werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Zwar
wurde die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit ihren beispielhaften
Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die begleitenden Figuren
vollständig beschrieben, es ist jedoch zu betonen, dass
verschiedene Änderungen und Modifikationen dem Fachmann
offensichtlich sind.
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Die
SiC-Halbleitervorrichtungen gemäß der ersten bis
vierten Ausführungsform umfassen jeweils den MOSFET vom
N-Kanaltyp als ein Beispiel. Alternativ dazu können die
SiC-Halbleitervorrichtungen jeweils einen MOSFET vom P-Kanaltyp
enthalten, bei dem die Leitfähigkeitstypen der Komponenten umgekehrt
sind. Alternativ können die SiC-Halbleitervorrichtungen
jeweils isolierte Gate-Bipolartransistoren (IGBTs) jeweils mit einer
Grabengatestruktur enthalten. In dem Fall, dass die SiC-Halbleitervorrichtungen
gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform
die IGBTs enthalten, hat sich der Leitfähigkeitstyp des
Substrats 1 vom N+-Typ vom N-Leitfähigkeitstyp
zum P-Leitfähigkeitstyp geändert.
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Die
oben beschriebenen Konzentrationen an Fremdatomen (Fremdionen) und
die Dicken sind nur Beispiele und können gegebenenfalls
geändert werden. Bei den SiC-Halbleitervorrichtungen gemäß der ersten
bis vierten Ausführungsform hat das Substrat 1 vom
N+-Typ die vordere Oberfläche der (000-1)-Kristallfläche
und die Seitenoberfläche des Grabens 7 erstreckt
sich zum Beispiel in [11–20]-Richtung. Es kann auch ein
Substrat mit einer anderen Ebenenrichtung verwendet werden.
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Wenn
die Orientierung einer Kristallfläche beschrieben wird,
ist es eigentlich nötig, oberhalb einer gewünschten
Figur einen Strich anzubringen. Jedoch ist in der vorliegenden Anwendung
der Strich vor der Figur angebracht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-281265
A [0005]