DE102009021718A1 - Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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Abstract

Eine SiC-Halbleitervorrichtung umfasst ein Substrat (1), eine auf einer ersten Oberfläche des Substrats (1) angeordnete Driftschicht (2), einen oberhalb der Driftschicht (2) angeordneten Grundbereich (3), einen oberhalb des Grundbereichs (3) angeordneten Sourcebereich (4), einen Graben (7), der den Sourcebereich (4) und den Grundbereich (3) bis zur Driftschicht (2) durchstößt, eine auf einer Oberfläche des Grabens (7) angeordnete Gate-Isolationsschicht (8), eine auf einer Oberfläche der Gate-Isolationsschicht (8) angeordnete Gateelektrode (9), eine mit dem Sourcebereich (4) und dem Grundbereich (3) elektrisch verbundene erste Elektrode (10), angeordnete zweite Elektrode (13) und eine Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die an einem Teil des Grundbereichs (3), der sich unter dem Sourcebereich (4) befindet, angeordnet ist. Die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp besitzt den zweiten Leitfähigkeitstyp und hat eine Konzentration an Fremdatomen (Fremdionen), die höher ist als diejenige des Grundbereichs (3).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 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:
  • 1 ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus SiC gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2A bis 3C Diagramme, die ein Herstellungsverfahren des in 1 abgebildeten MOSFET zeigen;
  • 4 ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus SiC gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus SiC gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines MOSFET in einer Halbleitervorrichtung aus SiC gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 7 eine Grafik, die eine Konzentrationsverteilung von Fremdatomen vom N-Typ gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (Erste Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des in 1 abgebildeten MOSFET wird nun in Zusammenhang mit 2A bis 3C beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusätzlich kann der MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung unabhängig von der Tiefe des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ sicherstellen.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auch in der vorliegenden Ausführungsform kann der MOSFET eine hohe Drain-Source-Durchschlagsspannung unabhängig von der Tiefe des Sourcebereichs 4 vom N+-Typ sicherstellen.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2007-281265 A [0005]

Claims (8)

  1. Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid, enthaltend: ein Substrat (1) aus Siliciumcarbid mit einem ersten Leitfähigkeitstyp oder einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Substrat (1) erste und zweite gegenüberliegende Oberflächen aufweist; eine Driftschicht (2), die auf der ersten Oberfläche des Substrats (1) angeordnet ist, wobei die Driftschicht (2) aus Siliciumcarbid hergestellt ist und den ersten Leitfähigkeitstyp besitzt; einen Grundbereich (3), der auf der Driftschicht (2) angeordnet ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp besitzt; einen Sourcebereich (4), der oberhalb des Grundbereichs (3) angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp besitzt; einen Graben (7), der den Sourcebereich (4) und den Grundbereich (3) bis zur Driftschicht (2) durchstößt; eine Gate-Isolationsschicht (8), die auf einer Oberfläche des Grabens (7) angeordnet ist; eine Gateelektrode (9), die auf einer Oberfläche der Gate-Isolationsschicht (8) in dem Graben (7) angeordnet ist; eine erste Elektrode (10), die mit dem Sourcebereich (4) und dem Grundbereich (3) elektrisch verbunden ist; eine zweite Elektrode (13), die auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1) angeordnet ist; und eine Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die an einem Teil des Grundbereichs (3), der sich unter dem Sourcebereich (4) befindet, angeordnet ist, wobei die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp den zweiten Leitfähigkeitstyp besitzt und eine Konzentration an Fremdatomen (Fremdionen) aufweist, die höher ist als diejenige des Grundbereichs (3), wobei ein Inversionskanal an einem Oberflächenteil des Grundbereichs (3) vorgesehen ist, der auf einer Seitenoberfläche des Grabens (7) angeordnet ist, und elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (13) durch den Sourcebereich (4) und die Driftschicht (2) fließt, indem eine an die Gateelektrode (9) angelegte Spannung gesteuert wird.
  2. Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid gemäß Anspruch 1, wobei die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einem vorbestimmten Abstand von der Gate-Isolationsschicht (8) angeordnet ist, die sich auf der Seitenoberfläche des Grabens (7) befindet.
  3. Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Abstand gleich oder größer als etwa 0,3 μm ist.
  4. Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid nach einem der Ansprüche 1–3, weiterhin enthaltend: einen Kontaktbereich (5), der auf einer von dem Graben (7) gegenüberliegenden Seite des Sourcebereichs (4) angeordnet ist, wobei der Kontaktbereich (5) den Grundbereich (3) und die erste Elektrode (10) elektrisch verbindet, wobei der Kontaktbereich (5) den zweiten Leitfähigkeitstyp besitzt und eine Konzentration an Fremdatomen (Fremdionen) aufweist, die höher ist als diejenige des Grundbereichs (3) und im Wesentlichen dieselbe ist wie diejenige der Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei der Kontaktbereich (5) einen Boden besitzt, der in im Wesentlichen derselben Tiefe wie der Boden der Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid, umfassend: Herstellung eines Substrats (1) aus Siliciumcarbid mit einem ersten Leitfähigkeitstyp oder einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Substrat (1) erste und zweite gegenüberliegende Oberflächen aufweist; Bildung einer Driftschicht (2) auf der ersten Oberfläche des Substrats (1), wobei die Driftschicht (2) aus Siliciumcarbid hergestellt ist und den ersten Leitfähigkeitstyp besitzt; Bildung eines Grundbereichs (3) oberhalb der Driftschicht (2), wobei der Grundbereich (3) den zweiten Leitfähigkeitstyp besitzt; Bildung einer Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem Grundbereich (3), wobei die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine Konzentration an Fremdatomen aufweist, die höher ist als diejenige des Grundbereichs (3); Bildung eines Sourcebereichs (4) oberhalb des Grundbereichs (3), so dass die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp unter dem Sourcebereich (4) angeordnet ist, wobei der Sourcebereich den ersten Leitfähigkeitstyp besitzt; Schaffung eines Grabens (7), der den Sourcebereich (4) und den Grundbereich (3) bis zur Driftschicht (2) durchstößt; Bildung einer Gate-Isolationsschicht (8) auf einer Oberfläche des Grabens (7); Bildung einer Gateelektrode (9) auf einer Oberfläche der Gate-Isolationsschicht (8) in dem Graben (7) Bildung einer ersten Elektrode (10), die mit dem Sourcebereich (4) und dem Grundbereich (3) elektrisch verbunden ist; und Bildung einer zweiten Elektrode (20) auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bildung der Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp das Anordnen einer Maske (21) mit einem Öffnungsteil in einem Bereich, wo die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet werden wird, und das Implantieren von Fremdatomen (Fremdionen) vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch die Maske (21) beinhaltet; und die Bildung des Sourcebereichs (4) das Implantieren von Fremdatomen (Fremdionen) vom ersten Leitfähigkeitstyp durch die Maske (21), die zur Bildung der Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp verwendet wird, beinhaltet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Öffnungsteil in der Maske (21) auf solche Weise vorgesehen ist, dass die Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einem vorbestimmten Abstand von der Gate-Isolationsschicht (8), die auf einer Seitenoberfläche des Grabens (7) angeordnet ist, gebildet wird; und die Bildung des Sourcebereichs (4) weiterhin die Schaffung eines Öffnungsteils in der Maske (21) derart umfasst, dass ein Bereich, in dem der Sourcebereich (4) gebildet werden wird, sich vor Implantieren der Fremdatome (Fremdionen) vom ersten Leitfähigkeitstyp durch die Maske (21) öffnet.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: Bildung eines Kontaktbereichs (5) auf einer von dem Graben (7) gegenüberliegenden Seite des Sourcebereichs (4), wobei der Kontaktbereich (5) so gebildet ist, dass er den Grundbereich (3) und die erste Elektrode (10) elektrisch verbindet, wobei der Kontaktbereich (5) den zweiten Leitfähigkeitstyp besitzt und eine Konzentration an Fremdatomen (Fremdionen) aufweist, die höher ist als diejenige des Grundbereichs (3), wobei die Bildung des Kontaktbereichs (5) und die Bildung der Schicht (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp zur gleichen Zeit durchgeführt werden.
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