DE102011051407A1

DE102011051407A1 - Halbleitervorrichtung mit einer Kanalstoppzone

Info

Publication number: DE102011051407A1
Application number: DE102011051407A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Elpelt
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: US8264016B2; CN102339862B; US20120012902A1; CN102339862A; DE102011051407B4

Abstract

Eine hierin beschriebene Halbleitervorrichtung (100) umfasst ein Bodygebiet (190) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das an ein Kanalgebiet (220) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp an einer ersten Seite des Kanalgebiets (220) angrenzt. Ein Gatesteuerungsgebiet (150) vom ersten Leitfähigkeitstyp grenzt an eine zweite Seite des Kanalgebiets (220) gegenüber der ersten Seite an, wobei das Kanalgebiet (220) geeignet ist, durch Anlegen einer Spannung zwischen das Gatesteuerungsgebiet (150) und das Bodygebiet (190) in seiner Leitfähigkeit gesteuert zu werden. Eine Sourcezone (200) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist innerhalb des Bodygebiets (190) angeordnet und eine Kanalstoppzone (170) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist an der ersten Seite angeordnet, wobei die Kanalstoppzone (170) wenigstens teilweise innerhalb eines Gebiets aus Bodygebiet (190) und Kanalgebiet (220) angeordnet ist. Die Kanalstoppzone (170) umfasst eine maximale Konzentration von Dotierstoffen, die kleiner ist als die maximale Konzentration von Dotierstoffen der Sourcezone (200).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Halbleitervorrichtungen wie Junction-Feldeffekttransistoren (Junction Field Effect Transistors, JFETs) kommen in einer Vielzahl von Halbleiteranwendungen wie Hochleistungsanwendungen oder Hochspannungsanwendungen einschließlich Halbleiterschalter zum Einsatz. Bauelementeigenschaften des JFET wie Einschaltverhalten, Ausschaltverhalten und Antwortgeschwindigkeit sind eng mit dem Bauelementlayout verknüpft.
Um den Anforderungen an ein verbessertes Einschaltverhalten, ein verbessertes Ausschaltverhalten und eine verbesserte Antwortgeschwindigkeit gerecht zu werden, besteht ein Bedürfnis nach einem hierfür geeigneten Bauelementlayout.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein derart verbessertes Bauelementlayout anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Bodygebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das an eine erste Seite eines Kanalgebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp angrenzt. Ein Gatesteuerungsgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp grenzt an das Kanalgebiet an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Kanalgebiets an, wobei das Kanalgebiet geeignet ist, in seiner Leitfähigkeit durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Gatesteuerungsgebiet und dem Bodygebiet gesteuert zu werden. Eine Sourcezone vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist innerhalb des Bodygebiets angeordnet und eine Kanalstoppzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist an der ersten Seite angeordnet, wobei die Kanalstoppzone wenigstens teilweise in wenigstens einem Gebiet aus Bodygebiet und Kanalgebiet angeordnet ist. Die Kanalstoppzone umfasst eine maximale Konzentration von Dotierstoffen, die kleiner ist als eine maximale Konzentration von Dotierstoffen der Sourcezone.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Ausbilden eines Bodygebiets von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das an ein Kanalgebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp an einer ersten Seite des Kanalgebiets angrenzt. Das Verfahren umfasst zudem ein Ausbilden eines Gatesteuerungsgebiets vom ersten Leitfähigkeitstyp, das an das Kanalgebiet an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Kanalgebiets angrenzt. Das Kanalgebiet ist dazu geeignet, durch Anlegen einer Spannung zwischen das Gatesteuerungsgebiet und das Bodygebiet in seiner Leitfähigkeit gesteuert zu werden. Das Verfahren umfasst ebenso ein Ausbilden einer Sourcezone vom zweiten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Bodygebiets sowie ein Ausbilden einer Kanalstoppzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp an der ersten Seite. Die Kanalstoppzone ist wenigstens teilweise in einem Gebiet aus Bodygebiet und Kanalgebiet angeordnet. Die Kanalstoppzone umfasst eine maximale Konzentration von Dotierstoffen, die kleiner ist als eine maximale Konzentration von Dotierstoffen der Sourcezone.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. Die in den Abbildungen gezeigten Elemente sind nicht maßstabsgetreu dargestellt. Übereinstimmende oder ähnliche Bezugskennzeichen dienen zur Kennzeichnung übereinstimmender oder ähnlicher Teile. Die in den verschiedenen Ausführungsformen gezeigten Elemente lassen sich miteinander kombinieren, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs eines vertikalen Junction-Feldeffekttransistors (VJFET) mit einer Kanalstoppzone gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt ein Diagramm mit einem Dotierstoffprofil entlang einer Linie A-A' des in 1 gezeigten JFETs, wobei der JFET eine durch Ionenimplantation und Ausheilung ausgebildete Kanalstoppzone aufweist.
3 zeigt ein Diagramm mit einem Dotierstoffprofil entlang der Linie A-A' des in 1 gezeigten JFETs, wobei der JFET eine durch in-situ Dotierung ausgebildete Kanalstoppzone umfasst.
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereiches eines VJEFTs mit einer Kanalstoppzone und einem Bodygebiet, die gemeinsame laterale Abmessungen aufweise.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs eine VJFETs mit einer Kanalstoppzone, die lateral über einen Endbereich eines Bodygebiets hinausragt.
6 zeigt ein schematisches Diagramm, das für einen JFET mit einer Kanalstoppzone sowie für einen JFET ohne eine Kanalstoppzone eine Stromdichte j über einer Gatespannung V_G darstellt.
7 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
8A bis 8C zeigen Querschnittsansichten eines Halbleiterkörperbereichs während der Herstellung eines vertikalen JFETs mit einer durch Ionenimplantation und Ausheilung erzeugten Kanalstoppzone.
9A bis 9D zeigen Querschnittsansichten eines Halbleiterkörperbereichs während der Herstellung eines vertikalen JFETs mit einer durch in-situ Dotierung erzeugten Kanalstoppzone.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt einen vertikalen JFET 100 mit einem lateralen n-Kanal. Der JFET 100 umfasst einen n⁺⁺-Typ Halbleiterkörper 110, der elektrisch mit einem Drainkontakt 120 verbunden ist. Eine erste n-Typ Schicht 130 ist auf dem n⁺⁺-Typ Halbleiterkörper 110 ausgebildet. Eine zweite n-Typ Schicht 140 ist auf der ersten n-Typ Schicht 130 ausgebildet.
Ein p⁺-Typ Gatesteuerungsgebiet 150 ist auf der zweiten n-Typ Schicht 140 ausgebildet oder in die zweite n-Typ Schicht 140 eingebettet und grenzt an deren Oberfläche an. Das p⁺-Typ Gatesteuerungsgebiet 150 ist elektrisch mit einem Gatekontakt 160 gekoppelt.
Eine n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 ist an einer Grenzfläche 180 zwischen der ersten Schicht 130 und der zweiten Schicht 140 ausgebildet. Ein p⁺-Typ Bodygebiet 190 ist innerhalb der ersten Schicht 130 ausgebildet und grenzt an die Grenzfläche 180 an.
Eine n⁺⁺-Typ Sourcezone 200 ist innerhalb der ersten Schicht 130 ausgebildet und grenzt an die Grenzfläche 180 an. Ein Sourcekontakt 210 ist elektrisch mit der Sourcezone 200 gekoppelt. Der Sourcekontakt kann ebenso elektrisch mit dem p⁺-Bodygebiet 190 gekoppelt sein (nicht in 1 gezeigt). Ein lateraler n-Kanal 220 ist zwischen dem Gatesteuerungsgebiet 150 und dem Bodygebiet 190 angeordnet. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Gatekontakt 160 und den Sourcekontakt 210 kann die Leitfähigkeit innerhalb des lateralen n-Kanals gesteuert werden.
Der hierin verwendete Begriff ”elektrisch gekoppelt” besagt, dass die Elemente nicht direkt miteinander gekoppelt sein müssen, sondern dazwischen positionierte Elemente zwischen ”elektrisch gekoppelten” Elementen vorliegen können.
In dem in 1 gezeigten JFET 100 sind die Halbleitergebiete als n-Typ oder p-Typ gekennzeichnet. In anderen Ausführungsformen kann der Leitfähigkeitstyp dieser Gebiete gerade umgekehrt sein.
Weitere Details zur Dotierstoffkonzentration der in 1 gezeigten Halbleitergebiete sind durch Kennzeichnung dieser Gebiete als n-Typ, n⁺-Typ oder n⁺⁺-Typ vorgenommen, was heißt, dass eine maximale Dotierstoffkonzentration innerhalb der mit n⁺⁺-Typ gekennzeichneten Gebieten größer ist als die maximale Dotierstoffkonzentration innerhalb des mit n⁺-Typ gekennzeichneten Gebiets. Zusätzlich ist die maximale Dotierstoffkonzentration innerhalb des mit n⁺-Typ gekennzeichneten Gebiets größer als die maximale Dotierstoffkonzentration innerhalb des mit n-Typ gekennzeichneten Gebiets. Somit ermöglicht die Terminologie n-Typ, n⁺-Typ und n⁺⁺-Typ eine Unterscheidung dieser Gebiete im Hinblick auf ihre maximale Dotierstoffkonzentration relativ zueinander. Verschiedene Gebiete mit derselben Bezeichnung wie etwa ”n-Typ” für sowohl die erste Schicht 130 als auch die zweite Schicht 140 weisen nicht zwingend eine übereinstimmende maximale Dotierstoffkonzentration auf. Somit kann die maximale Dotierstoffkonzentration der ersten Schicht 130 verschieden sein von der maximalen Dotierstoffkonzentration der zweiten Schicht 140, obwohl die maximale Dotierstoffkonzentration jeder dieser beiden Schichten, nämlich der ersten Schicht 130 und der zweiten Schicht 140, kleiner ist als die maximale Dotierstoffkonzentration eines mit n⁺-Typ gekennzeichneten Gebiets wie etwa der Kanalstoppzone 170.
Der Halbleiterkörper 110 kann aus SiC ausgebildet sein. Sowohl die erste Schicht 130 als auch die zweite Schicht 140 können durch Epitaxie aufgewachsen sein und somit ebenso aus SiC bestehen. Die Dotierstoffkonzentration innerhalb der ersten Schicht 130 ist ein Parameter zur Einstellung der Spannungssperrfähigkeit des Bauelements. Eine Erhöhung der Spannungssperrfähigkeit des Bauelements kann beispielsweise durch eine Erniedrigung der Dotierstoffkonzentration innerhalb der ersten Schicht 130 erzielt werden. Beispielsweise kann die Dotierstoffkonzentration innerhalb jeder der ersten und zweiten Schichten 130, 140 zwischen 5 × 10¹⁴ cm^–3 und 3 × 10¹⁶ cm^–3 liegen, insbesondere abhängig von der gewünschten Sperrfähigkeit zwischen 1 × 10¹⁵ cm^–3 und 2 × 10¹⁶ cm^–3. Eine Dicke d₁ der ersten Schicht 130, d. h. die Abmessung entlang einer vertikalen Richtung y, ist ein weiterer Parameter zur Einstellung der Spannungssperrfähigkeit des Bauelements und kann zwischen 3 bis 100 μm liegen, insbesondere zwischen 4 bis 50 μm. Eine Dicke d₂ der zweiten Schicht 140 kann zwischen 0,5 bis 3 μm liegen, insbesondere zwischen 0,7 bis 1,2 μm. Durch Einstellen der Dotierstoffkonzentration und der Dicke der ersten Schicht innerhalb der oben angegebenen Werte lässt sich eine Spannungssperrfähigkeit des Bauelements von wenigstens 300 V bis über 10000 V erzielen, insbesondere eine Spannungssperrfähigkeit im Bereich von 600 V bis 6500 V.
Im Hinblick auf SiC als Halbleitermaterial für die ersten und zweiten Schichten 130, 140 kommen Dotierstoffe wie B und/oder Al zur Ausbildung von p-Typ Halbleitergebieten und Dotierstoffe wie N und/oder P zur Ausbildung von n-Typ Halbleitergebieten in Frage.
Eine Dicke t der Kanalstoppzone 170 kann zwischen 5 nm und 100 nm liegen, insbesondere zwischen 10 nm und 30 nm. Eine maximale Dotierstoffkonzentration innerhalb dieser Zone kann in einem Bereich von 10¹⁷ cm^–3 bis 10¹⁹ cm^–3 liegen. Die Dicke t und das Profil der Dotierstoffe kann geeignet gewählt werden, um eine eingebaute Spannung des zwischen der Kanalstoppzone und der zweiten Schicht 140 als n-Typ-Gebiet(e) und dem p⁺-Typ Bodygebiet 190 als p-Typ-Gebiet ausgebildeten pn-Übergangs auf die Kanalstoppzone 170 und das p⁺-Typ Bodygebiet 190 zu begrenzen. Mit anderen Worten lassen sich diese Parameter geeignet wählen, um das mit der eingebauten Spannung verknüpfte Raumladungszonengebiet im n-Typ Gebiet innerhalb der Kanalstoppzone 180 zu halten. Somit erstreckt sich das mit der eingebauten Spannung verknüpfte Raumladungszonengebiet entlang der vertikalen Richtung y nicht in die zweite Schicht 140.
Die Dotierstoffkonzentration kann innerhalb des Halbleiterkörpers 110, des Gatesteuerungsgebiets 150 und der Sourcezone 200 geeignet gewählt werden, um einen ohmschen Kontakt mit dem jeweils darauf ausgebildeten Material herzustellen. Jeder dieser Kontakte, d. h. der Drainkontakt 120, der Gatekontakt 160 und der Sourcekontakt 210 kann ein leitfähiges Material wie dotiertes Polysilizium oder ein Metall, z. B. eine beliebige Kombination aus etwa Ni, Al, Ta, Ti und W umfassen.
Der in 1 gezeigte JFET 100 wird als vertikaler JFET mit einem lateralen Kanal bezeichnet, da ein vom Sourcekontakt 210 zum Drainkontakt 120 fließender Strom den zwischen dem Gatesteuerungsgebiet 150 und dem Bodygebiet 190 angeordneten lateralen Kanal 220 entlang einer lateralen Richtung x passiert und dann durch die erste Schicht 130 und den Halbleiterkörper 110 entlang der vertikalen Richtung y zum Drainkontakt 120 fließt.
Die Leitfähigkeit des lateralen Kanals 220 kann durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Gatekontakt 160 und dem Sourcekontakt 210 gesteuert werden. Ein Kontakt zum Bodygebiet 190 (nicht in 1 gezeigt) und der Sourcekontakt 210 können beispielsweise kurzgeschlossen sein.
Entlang der vertikalen Richtung grenzt der laterale Kanal 220 an ein erstes Raumladungszonengebiet 240 an, das zwischen dem Gatesteuerungsgebiet 150 und der zweiten Schicht 140 ausgebildet ist und der laterale Kanal 220 grenzt zudem an ein zweites Raumladungszonengebiet 250 an, das zwischen dem Bodygebiet 190 und der Kanalstoppzone 170/der zweiten Schicht 140 ausgebildet ist.
Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Sourcekontakt 210 und dem Gatekontakt 190 lassen die sich Abmessungen des Raumladungszonengebiets 240, 250 entlang der vertikalen Richtung y steuern. Mit anderen Worten lässt sich eine Dicke d₃ des lateralen Kanals 220, die die laterale Leitfähigkeit des Kanals 220 bestimmt, durch die zwischen dem Sourcekontakt 210 und dem Gatekontakt 190 angelegte Spannung steuern. Durch Ausbilden der n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 lässt sich die Erstreckung des zweiten Raumladungszonengebiets 250 in die zweite Schicht 140, verglichen mit einem Bauelement, bei dem eine solche n⁺-Typ Kanalstoppzone fällt, reduzieren. Aufgrund der höheren Dotierstoffkonzentration der n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 verglichen mit der zweiten Schicht 140, absorbiert die n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 die eingebaute Spannung des zweiten Raumladungszonengebiets 250 in einem Bereich, der kleinere Abmessungen entlang der vertikalen Richtung y aufweist. Beispielsweise können die Dicke t und die Dotierstoffkonzentration der Kanalstoppzone 170 geeignet gewählt werden, um die eingebaute Spannung des zweiten Raumladungszonengebiets 250 innerhalb der Kanalstoppzone zu absorbieren und so eine Erstreckung der zweiten Raumladungszone 250 in die zweite Schicht 140 zu verhindern.
2 zeigt ein Diagramm eines Profils einer Dotierstoffkonzentration entlang der vertikalen Richtung y der Linie A-A' des in 1 gezeigten JFETs 100. Das Profil der Dotierstoffe in jedem Gebiet, d. h. in der zweiten Schicht 140 zwischen y0 und y1, in der Kanalstoppzone 170 zwischen y1 und y2, im Bodygebiet 190 zwischen y2 und y3 und in der zweiten Schicht 130 zwischen y3 und y4 betrifft lediglich diejenige Dotierstoffspezies innerhalb des entsprechenden Gebiets, die den Leitfähigkeitstyp im jeweiligen Gebiet festlegt. Mit anderen Worten betrifft das Profil der Dotierstoffkonzentration in der Kanalstoppzone zwischen y1 und y2 beispielsweise lediglich n-Typ Dotierstoffe und schließt keine p-Typ Dotierstoffe ein, die in diesem Gebiet ebenso vorliegen können. Somit sind die in 2 gezeigten Dotierstoffkonzentrationen verschieden von Nettodotierungen in den jeweiligen Gebieten 140, 170, 190, 130.
Innerhalb der ersten und zweiten Schichten 130, 140, d. h. entlang der vertikalen Richtung zwischen y3 und y4 und entsprechend zwischen y0 und y1 ist die Konzentration von Dotierstoffen konstant und kann während des epitaktischen Wachstums dieser Schichten durch in-situ Dotierung ausgebildet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Konzentration von Dotierstoffen in diesen Gebieten variieren, z. B. kann die zweite Schicht ebenso einen Bereich mit einer höheren Dotierstoffkonzentration als in den anderen Bereichen aufweisen.
Das Dotierstoffprofil innerhalb des Bodygebiets 190, d. h. entlang der vertikalen Richtung zwischen y2 und y3, wird durch p-Typ Dotierstoffe bestimmt, welche vor der Ausbildung der zweiten Schicht 140 in die erste Schicht 130 eingebracht werden. Beispielsweise können diese Dotierstoffe durch Ionenimplantation und Ausheilung in die erste Schicht 130 eingebracht werden.
Die n-Typ Dotierstoffe, welche die n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 ausbilden, können ähnlich wie die p-Typ Dotierstoffe, welche das Bodygebiet 190 definieren, erzeugt werden, d. h. die n-Typ Dotierstoffe lassen sich in die erste Schicht 130 vor der Ausbildung der zweiten Schicht 140 beispielsweise durch Ionenimplantation oder Diffusion einbringen. Die Dicke t, welche die Abmessung der Kanalstoppzone 170 entlang der vertikalen Richtung y angibt, entspricht y2 – y1, wobei y1 den Punkt entlang der Linie A-A' kennzeichnet, an dem das Profil der die zweite Schicht 140 ausbildenden n-Typ Dotierstoffe das die Kanalstoppzone 170 ausbildendende Profil von n-Typ Dotierstoffen kreuzt, und y2 kennzeichnet denjenigen Punkt entlang der Linie A-A', an dem das Profil der die Kanalstoppzone 170 ausbildenden n-Typ Dotierstoffe das das Bodygebiet 190 ausbildende Profil von p-Typ Datierstoffen kreuzt.
Wird die Kanalstoppzone 170 durch Ionenimplantation und Ausheilung ausgebildet, so lässt sich die Dicke t und die maximale Konzentration von Datierstoffen innerhalb dieses Gebiets durch Implantationsparameter wie Implantationsdosis und Implantationsenergie einstellen. Beispielsweise kann die Implantationsdosis zwischen 10¹² cm^–2 und 10¹³ cm^–2 gewählt sein und die Implantationsenergie kann im Falle eines in SiC-Material eingebrachten n-Typ Datierstoffs N zwischen 10 und 50 keV gewählt sein.
3 zeigt ein Diagramm eines Profils einer Dotierstoffkonzentration entlang der vertikalen Richtung A-A' des in 1 gezeigten JFETs 100. Das in 3 gezeigte Dotierstoffkonzentrationsprofil unterscheidet sich von dem in der 2 gezeigten Dotierstoffkonzentrationsprofil im Hinblick auf die Kanalstoppzone 170 zwischen y1 und y2. In der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die die Kanalstoppzone 170 ausbildenden n-Typ Dotierstoffe durch in-situ Dotierung eingebracht, d. h. diese Dotierstoffe werden während der Ausbildung der ersten Schicht 130 und/oder der zweiten Schicht 140 eingebracht. Beispielsweise kann die in-situ Dotierung durch Zusatz eines Dotierstoffgases zum im Abscheideprozess der ersten und/oder zweiten Schicht 130, 140 verwendeten gasförmigen Reaktionspartner erfolgen.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs des vertikalen JFETs 101 mit dem lateralen Kanal 220. Der in 4 gezeigte JFET 101 unterschiedet sich von dem in 1 gezeigten JFET 100 in der Anordnung der Kanalstoppzone. Die Abmessungen der n⁺-Typ Kanalstoppzone 171 des JFETs 101 in Bezug auf die Ebene der Grenzfläche 180 entsprechen den Abmessungen des Bodygebiets 190 in Bezug auf diese Ebene. Somit lässt sich eine einzelne lithographische Maske zur Herstellung des Bodygebiets 190 und der Kanalstoppzone 170 verwenden.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs eines vertikalen JFETs 102 mit dem lateralen Kanal 220. Der in 5 gezeigte JFET 102 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten JFET 100 in der Anordnung der Kanalstoppzone. Die Kanalstoppzone 172 ragt über einen Endbereich 174 des Bodygebiets 190 entlang einer Richtung parallel zur Grenzfläche 180 hinaus.
6 zeigt ein schematisches Diagramm mit Stromdichten j zwischen Source und Drain über einer Gatespannung V_G eines JFETs. Die mit j₁ und j₂ bezeichneten Kurven betreffen einen JFET, der im Fall von j₁ keine Kanalstoppzone aufweist und im Fall von j₂ eine Kanalstoppzone beinhaltet. Beispielsweise kann sich die mit j₁ gekennzeichnete Kurve auf den in 1 gezeigten JFET 100 ohne Kanalstoppzone 170 beziehen und die mit j₂ gekennzeichnete Kurve kann sich auf den JFET 101 mit der Kanalstoppzone 170 beziehen.
Die Eigenschaften der in 6 gezeigten Kurven j₁, j₂ werden mit Bezug auf den in 1 gezeigten JFET 100 von rechts nach links erläutert. Der laterale n-Kanal 220 ist zwischen das p⁺-Typ Gatesteuerungsgebiet 150 und das p⁺-Typ Bodygebiet 190 eingelegt. Durch Anlegen einer negativen Gatespannung V_G an das Gatesteuerungsgebiet 150 erstreckt sich das erste Raumladungszonengebiet 240 ausgehend vom Gatesteuerungsgebiet 150 in die zweite Schicht 140. Da in dem erläuternden Beispiel der zwischen der zweiten Schicht 140 und dem Bodygebiet 150 ausgebildete pn-Übergang für negative Werte von V_G nicht rückwärts gepolt ist, wird der Spannungsabfall über dem zweiten Raumladungszonengebiet 250 näherungsweise durch die eingebaute Spannung bestimmt.
Falls sich das erste Raumladungszonengebiet 240 und das zweite Raumladungszonengebiet 250 treffen, d. h. d₃ = 0 μm gilt, werden Ladungsträger, d. h. Elektronen, aus dem Kanalgebiet 220 ausgeräumt und der JFET 100 blockiert den Stromfluss. Dieser Zustand ist als Abschnürung bekannt und die entsprechende Abschnürspannung wird in 6 mit V_PO1 und V_PO2 bezeichnet. Die Werte von V_PO1 und V_PO2 hängen von der Dotierstoffkonzentration und der Höhe des jeweiligen Kanalgebiets ab. Werden die negativen Werte der Gatespannung V_G weiter erhöht, so wird der pn-Übergang zwischen der zweiten Schicht und dem Bodygebiet 190 zunehmend im Vorwärtsmodus betrieben. Die sogenannte Durchgreifspannung V_PT1, V_PT2 bestimmt den Einsatz der Löcherinjektion aus dem Bodygebiet 140 in das Kanalgebiet 220, d. h. den Einsatz von Stromfluss zwischen Source und Gate. Die Spannung, die erforderlich ist, um den pn-Übergang zwischen dem Bodygebiet 180 und dem Kanalgebiet 220 in Flussrichtung zu betreiben, hängt beispielsweise von einer Breite des zweiten Raumladungszonengebiets 250 und der Dicke d₃ des Kanalgebiets ab. Je geringer die Breite des zweiten Raumladungszonengebiets 250 ist, umso größer wird das eingebaute elektrische Feld und folglich nimmt auch die für den Durchgriff erforderliche Spannung zu.
Die den Kurven j₁ und j₂ in 6 zugehörigen JFETs unterscheiden sich im Vorliegen der Kanalstoppzone. Der der Kurve j₁ zugehörige JFET weist keine Kanalstoppzone auf. Dadurch erstreckt sich das zweite Raumladungszonengebiet 250 in die zweite n-Typschicht 140. Der der Kurve j₂ zugehörige JFET umfasst die n⁺-Typ Kanalstoppzone 170. Dadurch erstreckt sich das zweite Raumladungszonengebiet 250 in die n⁺-Typ Kanalstoppzone 170. Da die Dotierstoffkonzentration in der n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 größer ist als in der zweiten n-Typschicht 140 ist das eingebaute elektrische Feld im zweiten Raumladungszonengebiet 250 des der Kurve j₂ zugehörigen JFETs größer als das eingebaute elektrische Feld im zweiten Raumladungszonengebiet 250 des der Kurve j₁ zugehörigen JFETs. Somit ist die zur Erzielung des Durchgreifens erforderliche Spannung V_PT2 des mit der Kurve j₂ verknüpften JFETs größer als die Spannung V_PT1, die zur Erzielung des Durchgreifens in dem mit der Kurve j₁ verknüpften JFET erforderlich ist. Somit lässt sich das Gatespannungsfenster, das als V_PT–V_PO definiert ist, durch Ausbilden der Kanalstoppzone, die eine größere Dotierstoffkonzentration als die zweite Schicht aufweist, vergrößern.
7 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Bei S100 wird ein Bodygebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet, das an eine erste Seite eines Kanalgebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp angrenzt.
Bei S110 wird ein Gatesteuerungsgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet, das an eine zweite Seite des Kanalgebiets gegenüber der ersten Seite angrenzt, wobei das Kanalgebiet geeignet ist, durch Anlegen einer Spannung zwischen das Gatesteuerungsgebiet und das Bodygebiet in seiner Leitfähigkeit gesteuert zu werden.
Bei S120 wird eine Sourcezone vom zweiten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Bodygebiets ausgebildet und bei S130 wird eine Kanalstoppzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp an der ersten Seite angeordnet, wobei die Kanalstoppzone wenigstens teilweise innerhalb eines Gebiets aus Bodygebiet und Kanalgebiet angeordnet ist, und die Kanalstoppzone weist eine maximale Konzentration von Dotierstoffen auf, die kleiner ist als die maximale Dotierstoffkonzentration der Sourcezone.
Die Verfahrensmerkmale S100, S110, S120, S130 können in einer anderen Reihenfolge als S100, S110, S120, S130 ausgeführt werden, z. B. in der Abfolge S100, S120, S130, S110.
8A bis 8C zeigen schematische Querschnittsansichten eines Halbleiterkörperbereichs während einer Ausführungsform der Herstellung des in 1 gezeigten JFETs 100, wobei der JFET 100 eine durch Ionenimplantation und Ausheilung hergestellte Kanalstoppzone aufweist.
In 8A wird die erste n-Typ Schicht 130 auf dem n⁺⁺-Typ Halbleiterkörper 110 durch Epitaxie gewachsen.
Danach werden, wie in 8B gezeigt ist, Ionen in die erste n-Typ Schicht 130 implantiert.
In 8C definieren die in die erste n-Typ Schicht 130 implantierten Ionen die Kanalstoppzone 170, das p⁺-Typ Bodygebiet 190 und die n⁺⁺-Typ Sourcezone. Die Ionen können mit verschiedenen Implantationsmasken implantiert werden. Beispielsweise können die die Kanalstoppzone 170 definierenden Ionen ohne eine lithographisch strukturierte Implantationsmaske implantiert werden. Die das Bodygebiet 190 und die Sourcezone 200 definierenden Ionen können mit verschiedenen lithographisch strukturierten Implantationsmasken implantiert werden. Auf der ersten n-Typ Schicht 130 wird die zweite n-Typ Schicht 140 durch Epitaxie aufgewachsen.
9A bis 9D zeigen schematische Querschnittsansichten eines Halbleiterkörperbereichs während einer weiteren Ausführungsform zur Herstellung des in 1 gezeigten JFETs 100, wobei der JFET 100 eine durch in-situ Dotierung hergestellte Kanalstoppzone aufweist.
In 9A wird die erste n-Typ Schicht 130 auf dem n⁺⁺-Typ Halbleiterkörper 110 durch Epitaxie aufgewachsen.
Am Ende des Aufwachsens der ersten n-Typ Schicht 130 wird, wie in 9B gezeigt ist, die n⁺-Typ Kanalstoppzone 170 durch in-situ Dotierung ausgebildet, z. B. durch Einbringen der entsprechenden Dotierstoffe während der Ausbildung der ersten Schicht 130. Dann werden, wie in 9C ähnlich zur 8B gezeigt ist, Ionen in die erste n-Typ Schicht 130 implantiert.
Nach der Implantation von Ionen in die erste n-Typ Schicht 130 zur Definition des p⁺-Typ Bodygebiets 190 und der n⁺⁺-Typ Sourcezone 200 ähnlich zur 8C wird, wie in 9D gezeigt ist, die zweite n-Typ Schicht 140 auf der ersten n-Typ Schicht 130 durch Epitaxie aufgewachsen.
Relative räumliche Bezeichnungen wie ”unterhalb”, ”tiefer”, ”oberhalb”, ”über” usw. werden zur Erläuterung der Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element verwendet. Diese Ausdrücke umfassen verschiedene Orientierungen des Bauelements zusätzlich zu den in den Figuren dargestellten Orientierungen. Zudem werden Ausdrücke wie ”erste”, ”zweite” und ähnliche Ausdrücke zur Beschreibung verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte, usw. verwendet und sind keinesfalls beschränkend. Ähnliche Ausdrücke kennzeichnen ähnliche Elemente über die Beschreibung hinweg.
Die Merkmale in den verschiedenen Ausführungsformen lassen sich miteinander kombinieren, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.

Claims

Eine Halbleitervorrichtung (100), umfassend: ein Bodygebiet (190) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das an eine erste Seite eines Kanalgebiets (220) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp angrenzt; ein Gatesteuerungsgebiet (150) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das an eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Kanalgebiets (220) angrenzt, wobei das Kanalgebiet (220) dazu geeignet ist, in seiner Leitfähigkeit durch Anlegen einer Spannung zwischen das Gatesteuerungsgebiet (150) und das Bodygebiet (190) gesteuert zu werden; eine Sourcezone (200) vom zweiten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Bodygebiets (190); und eine Kanalstoppzone (170) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die an der ersten Seite angeordnet ist, wobei die Kanalstoppzone (170) wenigstens teilweise innerhalb wenigstens einem Gebiet aus Bodygebiet (190) und Kanalgebiet (220) angeordnet ist und die Kanalstoppzone (170) eine maximale Konzentration von Dotierstoffen aufweist, die kleiner ist als die maximale Konzentration von Dotierstoffen der Sourcezone (200).
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei eine Abmessung der Kanalstoppzone (170) entlang einer zur ersten Seite senkrechten Richtung innerhalb eines Bereichs von 5 nm bis 100 nm liegt.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine maximale Konzentration von Dotierstoffen, die die Kanalstoppzone (170) bilden, innerhalb eines Bereichs von 10¹⁷ cm^–3 bis 10¹⁹ cm^–3 liegt.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halbleitervorrichtung ein vertikaler Junction-Feldeffekttransistor ist.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der vertikale Junction-Feldeffekttransistor ein vertikaler n-Kanal SiC Junction-Feldeffekttransistor ist, der eine Spannungsdifferenz zwischen einer Abschnürspannung und einer Durchgreifspannung von mehr als 10 V aufweist.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Durchgreifspannung innerhalb eines Bereichs von 20 V bis 50 V liegt.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei Abmessungen der Kanalstoppzone (170) in Bezug auf die Ebene der ersten Seite den Abmessungen des Bodygebiets (190) in Bezug auf diese Ebene entsprechen.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Kanalstoppzone (170) über einen Endbereich des Bodygebiets (190) entlang einer zur zweiten Seite parallelen Richtung hinausragt.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Kanalstoppzone (170) sich kontinuierlich über ein aktives Gebiet des vertikalen Junction-Feldeffekttransistors erstreckt.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, zusätzlich umfassend eine erste epitaktische Schicht (130), die die Sourcezone (200) beinhaltet sowie eine zweite epitaktische Schicht (140), die das Gatesteuerungsgebiet (150) beinhaltet, wobei die erste Seite eine Grenzfläche zwischen der ersten epitaktischen Schicht (130) und der zweiten epitaktischen Schicht (140) bildet.
Die Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei eine Spannungssperrfähigkeit des vertikalen Junction-Feldeffekttransistors zwischen Drain und Source in einem Bereich von 300 V bis 10000 V liegt.
Eine integrierte Schaltung, die die Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung (100), umfassend: Ausbilden eines Bodygebiets (190) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das an eine erste Seite eines Kanalgebiets (220) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp angrenzt; Ausbilden eines Gatesteuerungsgebiets (150) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das an eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Kanalgebiets (220) angrenzt, wobei das Kanalgebiet (220) dazu geeignet ist, in seiner Leitfähigkeit durch Anlegen einer Spannung zwischen das Gatesteuerungsgebiet (150) und das Bodygebiet (190) gesteuert zu werden; Ausbilden einer Sourcezone (200) vom zweiten Leitfähigkeitstyp innerhalb des Bodygebiets (190); und Ausbilden einer Kanalstoppzone (170) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die an der ersten Seite angeordnet ist, wobei die Kanalstoppzone (170) wenigstens teilweise innerhalb wenigstens einem Gebiet aus Bodygebiet (190) und Kanalgebiet (220) angeordnet ist und die Kanalstoppzone (170) eine maximale Konzentration von Dotierstoffen aufweist, die kleiner ist als die maximale Konzentration von Dotierstoffen der Sourcezone (200).
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine einzelne lithographische Maske zur Ausbildung von sowohl dem Bodygebiet (190) als auch der Kanalstoppzone (170) verwendet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ausbilden der Kanalstoppzone (170) ein Einbringen von Dotierstoffen in die Kanalstoppzone durch Ionenimplantation ohne ein lithographisch definiertes Implantationsmaskenmuster umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 13, zusätzlich umfassend Ausbilden einer ersten epitaktischen Schicht (130) vor der Ausbildung des Bodygebiets (190); und Ausbilden einer zweiten epitaktischen Schicht (140) auf der ersten epitaktischen Schicht (130) nach der Ausbildung des Bodygebiets (190).
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden der Kanalstoppzone (170) ein Einbringen von Dotierstoffen in die erste epitaktische Schicht (130) durch Ionenimplantation vor der Ausbildung der zweiten epitaktischen Schicht (140) umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden der Kanalstoppzone (170) ein Einbringen von Dotierstoffen in wenigstens eine Schicht aus erster epitaktischer Schicht (130) und zweiter epitaktischer Schicht (140) durch in-situ Dotierung umfasst.