DE102015114429B4 - Partikelbestrahlungsgerät, Strahlmodifikatorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer Junctionabschlussextensionszone - Google Patents

Partikelbestrahlungsgerät, Strahlmodifikatorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer Junctionabschlussextensionszone Download PDF

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Abstract

Strahlmodifikatorvorrichtung (700), umfassend: streuende Teilbereiche (720), in welchen vertikal auf eine Belichtungsoberfläche (701) der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) auftreffende Partikel von einer vertikalen Richtung abgelenkt sind, wobei die streuenden Teilbereiche (720) Dellen (721) aufweisen, die durch Vorsprünge (722) getrennt sind; abschattende Teilbereiche (710), die keine Dellen (721) aufweisen und in welchen eine gesamte Durchlässigkeit für die Partikel niedriger ist als in den streuenden Teilbereichen (720) und wobei die abschattenden und streuenden Teilbereiche (710, 720) sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche (701) abwechseln und ein Flächenverhältnis der abschattenden Teilbereiche (710) zu den streuenden Teilbereichen (720) längs der lateralen Richtung variiert, wobei in der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) eine gesamte Durchlässigkeit für die Partikel sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche (701) verändert.

Description

  • HINTERGRUND
  • In Leistungshalbleitervorrichtungen bildet eine Sperrspannung, die zwischen einer ersten Lastelektrode an einer Vorder- bzw. Frontseite und einer zweiten Lastelektrode auf der Rückseite einer Halbleiterdie bzw. eines Halbleiterchips anliegt, eine Verarmungszone längs eines Haupt-pn-Überganges. Da längs einer lateralen äußeren Oberfläche die Sperrfähigkeit der Halbleiterdie niedrig ist, ist der Haupt-pn-Übergang typischerweise derart ausgelegt, dass sich die Verarmungszone von einer zentralen dotierten Zone in der lateralen Richtung ausdehnt und so dass die laterale äußere Oberfläche frei von elektrischen Feldern zurückbleibt. Als eine Folge können sich laterale und vertikale Komponenten eines elektrischen Feldes zwischen den ersten und zweiten Lastelektroden längs eines gekrümmten Abschnittes des sperrenden Haupt-pn-Überganges überlagern. Laterale Junctionabschlussextensionen bzw. Übergangsabschlussausdehnungen mit graduell abnehmender Dotierstoffkonzentration, dehnen eine zentrale dotierte Zone längs einer Oberfläche der Halbleiterdie an der Vorderseite aus, glätten den gekrümmten Abschnitt des Haupt-pn-Überganges und Verbessern die Sperrfähigkeit. In Halbleitermaterialien, in denen Dotierstoffe eine ausreichende Diffusionslänge haben, bilden laterale Junctionabschlussextensionen der zentralen dotierten Zone eine graduelle Überleitung bzw. einen graduellen Übergang zwischen der zentralen dotierten Zone und dem umgebenden Randbereich durch Diffusion von Dotierstoffen, die durch eine kleine Anzahl von Implantationen implantiert sind, die verschiedene Implantationsmasken verwenden. In Halbleitervorrichtungen, die auf Materialien beruhen, in denen die Diffusionslänge der Dotierstoffe niedrig ist, kann eine hohe Anzahl von Implantationen mit verschiedenen Implantationsmasken eine Junctionabschlussextension bilden, in welcher sich die Dotierstoffkonzentration mit ausreichender Glätte bzw. Weichheit verändert. Alternativ kann eine einzige Implantation eine Implantationsmaske mit Öffnungen verwenden, deren Durchmesser mit abnehmendem Abstand zu dem Randbereich abnehmen, oder eine einzige Implantation kann eine keilförmige Implantationsmaske verwenden, um gestaffelte bzw. gestufte Junctionabschlussextensionen zu bilden.
  • Es besteht ein Bedarf, eine Bildung von dotierten Zonen mit lateral sich verändernder Konzentration von Dotierstoffen in Halbleitermaterialien zu vereinfachen, in welchen eine Diffusionslänge von Dotierstoffen niedrig ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
  • Der Artikel „C. Csato et al., Energy filter for tailoring depth profiles in semiconductor doping application, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 365 (2015), S. 182–186” beschreibt ein Energiefilter mit über die gesamte wirksame Fläche einheitlich ausgebildeten, spitzen bzw. abgeflachten Pyramiden. Ist der Abstand des Energiefilters zum bestrahlten Substrat zu gering, so bildet sich das Muster des Energiefilters in einer Modulation der horizontalen Verteilung der Partikel im bestrahlten Substrat ab. Die US 4 278 475 A beschreibt das Ausbilden von konturierten bestrahlten Bereichen in Halbleitermaterialien, wobei zwischen einem Energiefilter mit gleichartig ausgebildeten Erhebungen und dem bestrahlten Substrat eine Maske angeordnet wird, die die laterale Ausdehnung des Partikelstrahls bzw. des bestrahlten Bereichs definiert. Der Artikel ”U. Weber et al., Design and construction of a ripple filter for a smoothed depth dose distribution in conformal particle therapy, Physics in Medicine and Biology 44 (1999), S. 2765–2775” beschreibt eine medizinische Anwendung eines Energiefilters für strahlentherapeutische Zwecke.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Strahlmodifikatorvorrichtung streuende Teile beziehungsweise Streuteile. In den streuenden Teilen ändert sich eine totale bzw. gesamte Durchlässigkeit bzw. Permeabilität für vertikal auf eine Belichtungsoberfläche der Strahlmodifikatorvorrichtung auftreffende Partikel bzw. Teilchen längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst ein Partikelbestrahlungsgerät eine Partikelquelle, die in der Lage ist, Partikel zu emittieren, eine Beschleunigungseinheit, die in der Lage ist, die emittierten Partikel zu beschleunigen, um einen Partikelstrahl zu bilden, und eine Strahlmodifikatorvorrichtung, die streuende Teile umfasst, wobei in den streuenden Teilen eine gesamte Permeabilität für die vertikal auf die Belichtungsoberfläche der Strahlmodifikatorvorrichtung auftreffenden Partikel sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche verändert.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Erzeugen eines Partikelstrahles und ein Modifizieren des Partikelstahles durch Verwendung einer Strahlmodifikatorvorrichtung. Abschattende Teile der Strahlmodifikatorvorrichtung dämpfen erste Teilstrahlen des Partikelstrahles. Streuende Teile streuen zweite Teilstrahlen des Partikelstrahles, wobei Kegel der zweiten Teilstrahlen, die durch benachbarte einzelne Teile der streuenden Teile verlaufen, sich in einem Halbleitersubstrat in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Partikelstrahles überlappen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung eine zentrale dotierte Zone, die sich von einer ersten Oberfläche in einen Siliziumkarbid-Halbleiterteil in einem Abstand zu einer äußeren lateralen Oberfläche des Halbleiterteiles erstreckt. Die zentrale Dotierte Zone bildet einen pn-Übergang mit einer Driftstruktur in dem Halbleiterteil. Eine Abschlussextensionszone bildet einen unipolaren Homoübergang mit der zentralen dotierten Zone, wobei sich die Abschlussausdehnungszone längs der ersten Oberfläche von der zentralen dotierten Zone in einer Richtung der äußeren lateralen Oberfläche erstreckt. Ein laterales Dotierungsprofil der Abschlussextensionszone parallel zu der ersten Oberfläche umfasst Teile einer gleichmäßigen Dotierstoffkonzentration, die durch Teile einer angenähert linear abnehmenden Dotierstoffkonzentration verbunden sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Strahlmodifikatorvorrichtung abschattende Teile und streuende Teile. In den abschattenden Teilen ist eine gesamte Permeabilität für Partikel höher als in den abschattenden Teilen, und Partikel, die vertikal auf eine Belichtungsoberfläche der Strahlmodifikatorvorrichtung auftreffen, werden von einer vertikalen Richtung abgelenkt. Die abschattenden und streuenden Teile wechseln sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche ab. Eine Gebietsration bzw. Gebietszuteilung der abschattenden Teile ändert sich längs der lateralen Richtung.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung der Erfindung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden.
  • 1A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einer lateralen Variation eines Verhältnisses zwischen abschattenden und streuenden Teilen gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die streuenden Teile Dellen bzw. Einkerbungen und dreieckförmige Vorsprünge aufweisen.
  • 1B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einer lateralen Variation eines Verhältnisses zwischen abschattenden und streuenden Teilen gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die streuenden Teile trapezoide Vorsprünge aufweisen.
  • 1C ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einer lateralen Variation eines Abstandes zwischen einer Belichtungsoberfläche und Dellen bzw. Einkerbungen in einem streuenden Teil gemäß einem Ausführungsbeispiel mit trapezoiden Vorsprüngen.
  • 1D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einer lateralen Variation eines Verhältnisses zwischen abschattenden und streuenden Teilen gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die streuenden Teile Dellen bzw. Einkerbungen und dreieckförmige Vorsprünge mit verschiedenen vertikalen Ausdehnungen aufweisen.
  • 1E ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einer lateralen Variation eines Verhältnisses zwischen abschattenden und streuenden Teilen gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die streuenden Teile eingebettete Streuzentren aufweisen.
  • 2A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einem inaktiven bzw. leeren Bereich, der Vorrichtungsbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel trennt, das zentrale Vorrichtungsbereiche umfasst, die auf abschattenden Teilen beruhen.
  • 2B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem erzwungenem bzw. wirksam gemachten inaktiven Bereich, der Vorrichtungsbereiche trennt, die erzwungene bzw. wirksam gemachte zentrale Vorrichtungsbereiche umfassen.
  • 2C ist eine vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Öffnungen für die Bildung von Ausrichtungs- bzw. Justiermarken.
  • 2D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Strahlmodifikatorvorrichtung mit einem inaktiven bzw. leeren Bereich, der Vorrichtungsbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel trennt, wobei zentrale Vorrichtungsbereiche beide abschattenden und streuenden Teile umfassen.
  • 2E ist eine schematische Draufsicht einer gemusterten bzw. strukturierten Oberfläche der Strahlmodifikatorvorrichtung von 2D.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm für ein Partikelbestrahlungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Strahlmodifikatorvorrichtung umfasst.
  • 4A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung durch einen Teil einer Strahlmodifikatorvorrichtung und ein Halbleitersubstrat zum Veranschaulichen von Effekten eines Ausführungsbeispiels bezüglich dotierten Zonen mit einer sich lateral verändernden Dotierstoffkonzentration.
  • 4B ist ein schematisches Diagramm, das einen lateralen Dotierstoffgradienten längs einer Linie B-B parallel zu einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates von 4A veranschaulicht.
  • 4C ist ein schematisches Diagramm, das vertikale Dotierstoffgradienten längs Linien C-C, D-D und E-E orthogonal zu der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates von 4A veranschaulicht.
  • 4D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die von dem Halbleitersubstrat von 4A erhalten ist.
  • 4E ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Feldes in der vertikalen Schnittdarstellung von 4D.
  • 4F ist ein schematisches Diagramm, das eine Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung von 4D als Funktion einer JTE-Dosis zeigt.
  • 4G ist ein schematisches Diagramm, das eine maximale elektrische Feldstärke in der Halbleitervorrichtung von 4D als eine Funktion einer JTE-Dosis zeigt.
  • 5A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung durch einen Teil einer Strahlmodifikatorvorrichtung zum Veranschaulichen von Effekten eines Ausführungsbeispiels, das getrennte dotierte Zonen mit verschiedener Dotierstoffkonzentration betrifft.
  • 5B ist ein schematisches Diagramm, das einen lateralen Dotierstoffgradienten längs einer Linie B-B parallel zu einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates von 5A veranschaulicht.
  • 5C ist ein schematisches Diagramm, das vertikale Dotierstoffgradienten längs Linien C-C, D-D und E-E orthogonal zu der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates von 5A veranschaulicht.
  • 6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren eine Bildung von dotierten Bereichen durch die Verwendung einer Strahlmodifikatorvorrichtung umfasst.
  • 7A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Halbleitersubstrates zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung durch Verwenden einer Strahlmodifikatorvorrichtung nach Bilden einer epitaktischen Schicht auf einem Basissubstrat.
  • 7B zeigt das Halbleitersubstrat von 7A während einer Bestrahlung mit einem Partikelstrahl einer hohen Dosis und niedrigen Energie, um amorphizierte Zonen zu bilden.
  • 7C zeigt das Halbleitersubstrat von 73 während einer Bestrahlung mit einem Partikelstrahl niedriger Dosis und hoher Energie, um dotierte Zonen zu bilden.
  • 7D zeigt das Halbleitersubstrat von 7C nach Bilden von Ausrichtungsgruben bzw. -pits durch Ätzen von den amorphizierten Zonen.
  • 7E zeigt das Halbleitersubstrat von 7D nach Bilden von Trench- bzw. Grabenstrukturen, ausgerichtet zu den dotierten Zonen, durch Verwendung der Ausrichtungsmarken beruhend auf den Ausrichtungsgruben bzw. -pits von 7D.
  • 8 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung einschließlich einer JTE (Junction-Abschlussextension), beruhend auf einer VLD-(Variation einer lateralen Dotierungs-)Struktur.
  • 9 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Leistungshalbleiterdiode einschließlich einer Junction-Abschlussextension beruhend auf einer VLD-struktur.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgestaltet werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Ausdrücke „haben”, „enthalten”, „umfassen”, „aufweisen” und ähnliche Ausdrücke sind offene Ausdrücke, und diese Ausdrücke zeigen das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten und bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Ausdruck „elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Ausdruck „elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischen liegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „–” oder „+” nächst zu dem Dotierungstyp „n” oder „p”. Beispielsweise bedeutet „n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n”-Dotierungsbereiches ist, während ein „n+”-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n”-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n”-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Die 1A und 1B beziehen sich auf Strahlmodifikatorvorrichtungen 700 zum Modifizieren bzw. Ändern eines Partikel- bzw. Teilchenstrahles, der auf ein Halbleitersubstrat gerichtet ist, um VLD-(Variation einer lateralen Dotierung-)Zonen zu bilden, und/oder um verschieden dotierte Zonen in einer einzigen Implantation zu bilden.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 beruht auf einem oder mehreren Materialien, die ausreichend stabile Strukturen bei einer Dicke bilden, bei welcher die Materialien ausreichend permeable bzw. durchlässig für Partikelstrahlen sind, wie diese zum Implantieren von Dotierstoffen in Halbleitersubstrate mit kurzen Diffusionslängen für die Dotierstoffatome verwendet werden, beispielsweise Siliziumkarbid (SiC).
  • Beispielsweise beruht die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 auf Materialien, die stabile dünne Substrate, wie Folien bilden, beispielsweise quadratische Folien mit einer Randlänge von etwa 75 mm oder mehr, beispielsweise etwa 200 mm oder 300 mm, oder runde Folien mit einem Durchmesser von wenigstens 100 mm, beispielsweise etwa 200 mm oder 300 mm. Eine Dicke, bei welcher die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 ausreichend permeabel bzw. durchlässig für Partikel ist, die als Dotierstoffe für kristalline Substrate mit kurzer Diffusionslänge für den jeweiligen Dotierstoff verwendet werden, beispielsweise Partikel mit einem Molekulargewicht gleich wie oder größer als 5 und höchstens beispielsweise 54 bei einer kinetischen Energie von etwa 200 keV. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 hauptsächlich Aluminium (Al) oder Silizium (Si) oder besteht aus diesen. In einigen anderen Ausführungsbeispielen kann die Strahlmodifikatorvorrichtung auf anderen Materialen mit den gewünschten Eigenschaften bezüglich Partikelstrahlen bestehen oder kann auf diesen beruhen. Beispielsweise kann die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 hauptsächlich auf einer Schicht aus kristallinem Silizium mit einer Dicke in einem Bereich von 100 nm bis 20 μm bestehen, die mit einer Metall enthaltenden Schicht belegt bzw. beschichtet sein kann, um Stabilitäts-Robustheits- und/oder Streueigenschaften zu verbessern. Durchlässige bzw. permeable Teile der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 können die Energie von durchlaufenden bzw. passierenden Partikeln dämpfen.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 kann ein dünnes Substrat, eine Membran oder eine Folie mit einer Belichtungsoberfläche 701 sein, die planar sein kann oder die Merkmale umfassen kann, die von der Belichtungsoberfläche 701 vorstehen. Entgegengesetzt zu der Belichtungsoberfläche 701 kann eine gemusterte bzw. strukturierte Oberfläche 702 Rillen bzw. Gräben und Mesas umfassen, wobei eine mittlere Ebene der Gräben und Mesas parallel zu der Belichtungsoberfläche 701 ist. Die strukturierte Oberfläche 702 kann durch Ätzprozesse oder Prozesse, die eine Schablone oder einen Guss verwenden, beispielsweise durch Gießen bzw. Casting, durch Pressformen oder Stanzen strukturiert werden, wobei die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 auf einem geeigneten Material zum Ätzen, Pressform, Gießen oder Stanzen beruht.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 umfasst Abschattungsteile 710 und Streuteile 720. Zusätzlich zu den Abschattungsteilen 710 und den Streuteilen 720 kann die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 weitere Teile umfassen, beispielsweise voll absorbierende und/oder voll oder angenähert transparente Bereiche für die Partikel des Partikelstrahles, beispielsweise Öffnungen.
  • Die Abschattungsteile 710 sind weniger durchlässig bzw. permeabel für die Partikel des Partikelstrahles als die streuenden Teile 720. Beispielsweise kann in den streuenden Teilen 720 die Permeabilität bzw. Durchlässigkeit für Partikel mit einem Molekulargewicht in einem Bereich von 5 bis 54 wenigstens 10 Mal höher als in den abschattenden Teilen 710 sein. Die Permeabilität bzw. Durchlässigkeit von allen abschattenden Teilen 710 kann die gleiche sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können verschiedene abschattende Teile 710 eine verschiedene Permeabilität haben. Alternativ oder zusätzlich kann die Permeabilität für Partikel mit einem Molekulargewicht von 5 bis 54 innerhalb des gleichen abschattenden Teiles bzw. Abschattungsteiles 710 fluktuieren. Die abschattenden Teile 710 können lokal erste Teilstrahlen eines modifizierten Partikelstrahles, der aus der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 durch die strukturierte Oberfläche 702 in die abschattenden Teile 710 austritt, um wenigstens eine Größenordnung mehr dämpfen als die streuenden Teile 720 zweite Teilstrahlen dämpfen, oder sie können nahezu oder vollständig für die Partikel undurchlässig sein, wobei der modifizierte Partikelstrahl frei von ersten Teilstrahlen ist.
  • In den streuenden Teilen 720 ist eine minimale vertikale Ausdehnung der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 kleiner als eine minimale vertikale Ausdehnung der abschattenden Teile 710, so dass Teile eines Partikelstrahles, der auf die Belichtungsoberfläche 701 in den streuenden Teilen 720 auftrifft, durch die streuenden Teile 720 mit geringerer Dämpfung als in den abschattenden Teilen 710 verlaufen. Zusätzlich streuen die streuenden Teile 720 die durchlaufenden Partikel und dehnen Kegel der zweiten Teilstrahlen eines modifizierten Partikelstrahles aus, der die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 durch die strukturierte Oberfläche 702 in den streuenden Teilen 720 verlässt bzw. aus dieser austritt.
  • Die streuenden Teile 720 können so strukturiert bzw. gemustert sein, dass die streuenden Teile 720 Dellen 721, die sich an der Seite der strukturierten Oberfläche 702 in die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 erstrecken, sowie Vorsprünge 722 zwischen benachbarten Dellen 721 umfassen. Die Dellen 721 in dem gleichen streuenden Teil 720 können die gleichen vertikalen und horizontalen Ausdehnungen oder verschiedene vertikale und/oder horizontale Ausdehnungen haben. Die Dellen 721 von verschiedenen streuenden Teilen 720 können die gleichen oder verschiedene vertikale und horizontale Ausdehnungen haben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel könne die Dellen 721 eine vertikale Ausdehnung in einem Bereich von 100 nm bis 10 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,2 μm bis 8 μm, haben.
  • Vertikale Querschnitte der Dellen 721 und der Vorsprünge 722 können Rechtecke mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken, Dreiecke mit oder ohne abgeflachte Oberseite oder Säulen mit gerundeten oder halbkreisförmigen Oberseiten sein. Die Dellen 721 können streifenförmige Gräben, ggf. isoliert, kurze Trenches sein oder können ein Gitter bilden, das benachbarte Vorsprünge 722 in zwei orthogonalen horizontalen Richtungen trennt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vertikalen Querschnitte von beiden Dellen 721 und Vorsprüngen 722 Dreiecke der gleichen vertikalen Ausdehnung.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 von 1B umfasst Dellen 721 und Vorsprünge 722 mit trapezoiden Querschnitten und gleichen vertikalen Ausdehnungen.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 von 10 verändert lateral eine vertikale Ausdehnung von trapezoiden Dellen 721 und trapezoiden Vorsprüngen 722. Mit flacheren Dellen 721 kann ein Abstand zwischen dem Boden der Dellen 721 und der Belichtungsoberfläche 701 anwachsen, so dass der Teil von durchgehenden Partikeln mit abnehmender vertikaler Ausdehnung der Dellen 721 abnimmt.
  • 1D kombiniert verschiedene vertikale Ausdehnungen der Dellen 721 in streuenden Teilen 720 mit abschattenden Bereichen 710, wie dies anhand von 1A und 1B beschrieben ist, wobei die vertikalen Ausdehnungen von Vorsprüngen 722 und Dellen 721 von verschiedenen streuenden Teilen 720 voneinander abweichen. Mit flacheren Dellen 721 kann ein Abstand zwischen dem Boden der Dellen 721 und der Belichtungsoberfläche 701 anwachsen, so dass weniger Partikel die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 in streuenden Teilen mit flachen Dellen 721 als in streuenden Teilen mit tiefen Dellen 721 durchlaufen bzw. passieren. Zusätzlich oder alternativ können sich die vertikalen Ausdehnungen von Vorsprüngen 722 und Dellen 721 innerhalb des gleichen streuenden Teiles 720 verändern.
  • Alternativ oder zusätzlich können die streuenden Teile 720 die Partikel aufgrund von Materialeigenschaften streuen. Beispielsweise kann ein Streuen durch die Materialmatrix der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 und/oder durch Streuzentren 713, wie in 1E veranschaulicht, verursacht sein, wobei die Streuzentren 713 Kristallgitterdefekte oder Metallatome innerhalb der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 sein können. Ein Streuen aufgrund von Materialeigenschaften kann in Gauss-Verteilungsprofilen für die gestreuten Partikel resultieren, während ein durch Oberflächenmuster bzw. -strukturen induziertes Streuen in mehr kastenförmigen Verteilungsprofilen resultiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine dünne Metall enthaltende Schicht, die das kristalline Basismaterial an der Seite der strukturierten Oberfläche 702 auskleidet, die Streuzentren 713 enthalten.
  • Ein Flächenverhältnis der abschattenden Teile 710, das heißt des Gebietes bzw. der Fläche der strukturierten bzw. gemusterten Oberfläche 702, eingenommen durch die abschattenden Teile 710 je Einheitsgebiet bzw. Einheitsfläche, ändert sich längs der horizontalen Ausdehnung der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 parallel zu der Belichtungsoberfläche 701. In Kombination mit den Streueigenschaften der streuenden Teile 720 vereinfacht da variable Flächen- bzw. Gebietsverhältnis der abschattenden Teile 710 die Bildung von dotierten Zonen von verschiedenen Dotierstoffkonzentrationen und/oder die Bildung von dotierten Zonen mit glatten lateralen Konzentrationsgradienten in Halbleitermaterialien, in welchen innerhalb eines erlaubten Temperaturbereiches, beispielsweise bis zu 1800°C für Siliziumkarbid (SiC), Diffusionslängen von typischen Dotierstoffen signifikant kürzer sind als in kristallinem Silizium. Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 erleichtert eine laterale Modulation der Verteilung von Partikeln, beispielsweise Dotierstoffen, in einem Halbleitersubstrat, das dem modifizierten Partikelstrahl ausgesetzt ist.
  • Die 2A bis 2E beziehen sich auf die Verwendung von Strahlmodifikatorvorrichtungen 700 für eine laterale Variation einer Dotierung in Junctionabschluss-Extensionszonen.
  • 2A zeigt eine Strahlmodifikatorvorrichtung 700 mit einem gitterförmigen inaktiven Bereich 890, der eine Vielzahl von identischen Vorrichtungsbereichen 810 zur Verwendung in Kombination mit einem Halbleitersubstrat trennt, aus welchem eine Vielzahl von identischen Halbleitervorrichtungen gebildet wird.
  • Jeder Vorrichtungsbereich 810 umfasst einen zentralen Bereich 811, der in Gestalt und Abmessungen einem aktiven Gebiet von einer der Halbleitervorrichtungen entspricht, wobei das aktive Gebiet betriebsbereite Transistorzellen von MPS-(Merged- bzw. verschmolzene PN-Schottky-)Dioden, IGFETs (Feldeffekt Transistoren mit isoliertem Gate) oder IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) oder stark dotierte Anodenzonen von Leistungshalbleiterdioden umfassen kann. Der zentrale Bereich 811 kann einen einzelnen abschattenden Teil 710 umfassen und kann frei sein von streuenden Teilen 720. Jeder Vorrichtungsbereich 810 umfasst weiterhin einen Abschlussbereich 812, der direkt an den zentralen Bereich 811 angrenzt und diesen umgibt. Jeder Abschlussbereich 812 entspricht in Gestalt und angenähert in Abmessungen einer Junctionabschluss-Extensionszone der entsprechenden Halbleitervorrichtung.
  • Der inaktive Bereich 890 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 entspricht in Gestalt und Abmessungen einem Gebiet auf dem Halbleitersubstrat, das ein Kerf- bzw. Fugengebiet, ein Waferrandgebiet und nicht gegendotierte Abschlussgebiete von einzelnen Chipgebieten umfasst. Das Waferrandgebiet ist ein Teil des Halbleitersubstrates längs eines Waferrandes, in welchem keine Halbleiterdies bzw. -chips gebildet werden. Das Kerfgebiet ist ein Teil des Halbleitersubstrates, der in einem Prozess zum Trennen von Halbleiterdies voneinander verbraucht wird, die in benachbarten Chipgebieten des gleichen Halbleitersubstrates gebildet sind. Ein nicht gegendotiertes Abschlussgebiet ist das äußerste Chipgebiet, das sandwichartig zwischen der Junctionabschluss-Extensionszone und einem äußeren Rand des Chipgebietes vorgesehen ist.
  • In dem Abschlussbereich 812 umgeben umlaufende streuende und abschattende Teile 710, 720 abwechselnd den zentralen Bereich 811. Innerhalb jedes Abschlussbereiches 812 nimmt ein Flächenverhältnis von abschattenden Teilen 710 je Einheitsfläche mit zunehmendem Abstand zu dem zentralen Bereich 812 zu, indem eine Breite der abschattenden Teile 710 bei konstanter Breite der streuenden Teile 720 erhöht wird, indem eine Breite der streuenden Teile 720 bei konstanter Breite der abschattenden Teile 710 vermindert wird oder durch eine Kombination von beiden Maßnahmen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nahe zu dem zentralen Bereich 811 das Flächen- bzw. Gebietsverhältnis der abschattenden Teile 710 etwa 1:4, während sich nahe zu dem inaktiven Bereich 890 das Flächenverhältnis der abschattenden Teile 710 1:1 annähert.
  • Die abschattenden Teile 710 dämpfen lokal den auf die Belichtungsoberfläche 701 auftreffenden Partikelstrahl. Da die Flächendichte der abschattenden Teile 710 mit abnehmenden Abstand zu dem inaktiven Bereich 890 zunimmt, verlaufen weniger Partikel durch die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 in einem Teil des Abschlussbereiches 812 nahe zu dem inaktiven Bereich 890 als in einem Teile nahe zu dem zentralen Bereich 811.
  • Da die streuenden Teile 720 lokal die Kegel von Teilstrahlen des modifizierten Partikelstrahles erweitern, der die strukturierte Oberfläche 702 in den streuenden Teilen 720 verlässt, erreichen die durch die streuenden Teile 720 verlaufenden Partikel auch Gebiete in der vertikalen Projektion der abschattenden Teile 710.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 erleichtert eine Bildung von VLD-Zonen, beispielsweise Junctionabschluss-Extensionen bzw. Ausdehnungen mit einer Variation einer lateralen Dotierung für Halbleitervorrichtungen mit kurzen Diffusionslängen für Dotierstoffe, beispielsweise Siliziumkarbid-Leistungsschalter und Siliziumkarbid-Dioden.
  • 2B zeigt hoch absorbierende Teile 730 in den zentralen und inaktiven Bereichen 811, 890. Eine vertikale Ausdehnung der hoch absorbierenden Teile 730 kann höher sein als eine vertikale Ausdehnung der abschattenden Teile 710, um eine mechanische Stabilität der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 zu verbessern.
  • In 2C umfasst der zentrale Bereich 811 einen einzigen streuenden Teil 720 und ist frei von abschattenden Teilen 710, so dass eine zentrale dotierte Zone, beispielsweise eine Anodenzone einer Leistungshalbleiterdiode oder eine Bodyzone für Transistorzellen in einem aktiven Gebiet einer Halbleitervorrichtung, in dem gleichen Implantationsprozess implantiert werden kann, der eine Junctionabschluss-Extensionszone mit lateraler Variation einer Dotierung bildet.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 kann weiterhin Öffnungen 750 beispielsweise in dem inaktiven Bereich 890 aufweisen. Die Öffnungen 750 erlauben es einem Partikelstrahl hoher Dosis partiell zu passieren und Teile eines Halbleitersubstrates beispielsweise für die Bildung von Ausrichtungsmarken zu amorphisieren.
  • In 2D umfasst der zentrale Bereich 811 eine regelmäßige Anordnung von streuenden Teilen 720, die durch abschattende Teile 710 getrennt sind, um die Dotierstoffkonzentration in einer zentralen dotierten Zone bezüglich der Dotierstoffkonzentration in der Junctionabschluss-Extensionszone einzustellen.
  • 2E zeigt die gemusterte bzw. strukturierte Oberfläche 702 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 von 2D. Jeder Abschlussbereich 812 umgibt einen zentralen Bereich 811. In dem Abschlussbereich 812 sind die abschattenden Teile 710, die streuenden Teile 720 sowie die Vorsprünge 722 und Dellen 721 konzentrische, kreisförmige Strukturen, die den zentralen Bereich 811 umgeben. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Vorsprünge 722 und Dellen 721 streifenförmig sein.
  • 3 zeigt ein Partikelbestrahlungsgerät 900. Eine Partikel- bzw. Teilchenquelle 910 emittiert geladene Partikel, beispielsweise Ionen mit einem Molekulargewicht gleich wie oder größer als 1. Eine Beschleunigungseinheit 920, beispielsweise ein van de Graaff-Beschleuniger kann einen ausgewählten Typ von geladenen Partikeln beschleunigen und kann geladene Partikel von anderen Typen als dem ausgewählten Typ ausfiltern. Eine Strahlleiteinheit 930 kann die beschleunigten Partikel leiten bzw. führen und fokussieren, um einen Partikelstrahl 990 zu bilden, der die beschleunigten geladenen Partikel enthält, und kann den Partikelstrahl 990 bei einem vorbestimmten Implantationswinkel, beispielsweise angenähert senkrecht, auf ein Substrat, beispielsweise ein Halbleitersubstrat 500a, richten, das festgelegt, beispielsweise elektrostatisch auf einer Oberfläche eines Substratträgers 980 eingespannt sein kann.
  • Der Substratträger 980 kann bezüglich des Partikelstrahles 990 längs wenigstens einer Achse beweglich sein und/oder die Strahlleiteinheit 930 kann den Partikelstrahl 990 bezüglich des Substratträgers 980 längs wenigstens einer Achse ablenken oder das Partikelbestrahlungsgerät 900 kann beides kombinieren.
  • Eine Strahlmodifikatorvorrichtung 700 ist zwischen der Strahlleiteinheit 930 und dem Halbleitersubstrat 500a angeordnet. Beispielsweise ist die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 auf einem Rahmen 790 befestigt, der in eine Rückhaltebefestigung, die in das Partikelbestrahlungsgerät 900 integriert ist, einsetzbar und von dieser entfernbar ist.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 dämpft und streut durchlaufende bzw. passierende Partikel. Die Partikel, die die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 anregen, bilden einen modifizierten Partikelstrahl, der eine Vielzahl von partiellen bzw. Teilstrahlen 991 umfasst, die auf eine Hauptoberfläche 101a des Halbleitersubstrates 500a auftreffen, wobei die Teilstrahlen 991 lateral einander überlappen.
  • Das Halbleitersubstrat 500a kann ein Halbleiterwafer sein, beispielsweise ein Wafer, der aus einem Halbleitermaterial zusammengesetzt ist, in welchem Dotierstoffatome eine kurze Diffusionslänge haben. Beispielsweise ist das Halbleitersubstrat 500a ein Siliziumkarbidwafer mit einem Durchmesser von 76 mm, 100 mm, 200 mm, 300 mm und einer Dicke in einem Bereich von 50 μm bis 1000 μm, beispielsweise von 100 μm bis 400 μm.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 bezüglich des Substratträgers 980 festgelegt und kann eine laterale Ausdehnung entsprechend einer lateralen Ausdehnung gleich wie oder größer als das Halbleitersubstrat 500a haben, wobei die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 eine Vielzahl von identischen Vorrichtungsbereichen umfasst und jeder Vorrichtungsbereich der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 einer Kombination eines aktiven Gebietes und einer Junctionabschluss-Extensionszone einer Halbleiterdie entspricht, die in dem Halbleitersubstrat 500a gebildet ist.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 bezüglich des Substratträgers 980 beweglich, wobei eine laterale Ausdehnung der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 signifikant kleiner als eine horizontale Ausdehnung des Halbleitersubstrates 500a ist. Beispielsweise umfasst die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 einen einzigen, zwei, vier oder mehr Vorrichtungsbereiche, und eine Position der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 bezüglich des Halbleitersubstrates 500a ändert sich während einer Bestrahlung des Halbleitersubstrates 500a mit dem modifizierten Partikelstrahl. Ein Abtaster kann das Halbleitersubstrat 500a bezüglich des modifizierten Partikelstrahles derart bewegen bzw. verfahren, dass der modifizierte Partikelstrahl das vollständige Halbleitersubstrat 500a abtastet.
  • Die 4A bis 4G veranschaulichen eine Anwendung einer Strahlmodifikatorvorrichtung 700 zum Bilden einer p-Typ-JTE-Zone 117, in welcher sich eine Dotierstoffkonzentration graduell von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert verändert.
  • 4A zeigt eine Strahlmodifikatorvorrichtung 700, die in einem Abstand d1 zu einer Hauptoberfläche 101a eines Halbleitersubstrates 500a angeordnet ist. Der Abstand d1 der Strahlmodifikatorvorrichtung und Breiten von abschattenden Teilen 710 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 sind derart gewählt, dass Kegel von Teilstrahlen, die in den streuenden Teilen 720 gestreut sind und aus der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 in den streuenden Teilen 720 austreten, einander in einem Oberflächenbereich überlappen, der direkt an die Hauptoberfläche 101a des Halbleitersubstrates 500a angrenzt, um eine zentrale dotierte Zone 115a und eine kontinuierliche JTE-Zone 117 direkt angrenzend an die zentrale dotierte Zone 115a zu bilden.
  • Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 umfasst einen Vorrichtungsbereich 810 mit einem zentralen Bereich 811, der einem aktiven Gebiet einer Halbleiterdie entsprechen kann, die in einem Chipgebiet des Halbleitersubstrates 500a gebildet ist, und mit einem Abschlussbereich 812, der den zentralen Bereich 811 umgibt. Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 kann weiterhin einen inaktiven Bereich 890 umfassen, der einem Gebiet des Halbelitersubstrates 500a einschließlich eines äußeren Randbereiches der Halbleiterdie mit einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen der JTE-Zone 117, sowie eines Kerfgebietes, das durch Trennen des Halbleitersubstrate 500a in eine Vielzahl von identischen Halbleiterdies verbraucht wird, entspricht.
  • Der zentrale Bereich 811 kann einen einzelnen streuenden Teil 720, einen einzelnen Absorbtions- oder Schattierungsbereich oder eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten abschattenden und streuenden Teilen umfassen. Der Abschlussbereich 812 umfasst abschattende Teile 710 und streuende Teile 720, wobei die Flächendichte der streuenden Teile 720 mit zunehmendem Abstand zu dem zentralen Bereich 811 abnimmt. Breiten der abschattenden Teile 710 und der Abstand d1 zwischen der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 und dem Halbleitersubstrat 500a sind derart gewählt, dass die Kegel von Teilstrahlen des modifizierten Partikelstrahles, der durch die gemusterte bzw. strukturierte Oberfläche 702 in den streuenden Teilen 720 austritt, auf der Hauptoberfläche 101a sich überlappen und überlagern.
  • 4A veranschaulicht relative Abmessungen der abschattenden bzw. schattierenden und streuenden Teile 710, 720 sowie weitere Einzelheiten der Strahlmodifikatorvorrichtung 700, wie Gestalt und Abmessungen von Dellen und Vorsprüngen, lediglich schematisch.
  • 4B zeigt einen lateralen Dotierstoffgradienten 400 in der zentralen dotierten Zone 115a und der JTE-Zone 117 resultierend aus einer Bestrahlung mit dem resultierenden modifizierten Partikelstrahl bei geeigneten Abmessungen der Dellen und Vorsprünge sowie der abschattenden und streuenden Teile 710, 720 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700. In Teilen der zentralen dotierten Zone 115a und der JTE-Zone 117 in der vertikalen Projektion von gleichmäßig verteilten streuenden Teilen 720 ist die Dotierstoffdichte angenähert gleichmäßig. Zwischen Teilen von gleichförmigen Dotierstoffkonzentrationen nimmt die Dotierstoffkonzentration mit zunehmendem Abstand zu dem zentralen Bereich 811 ab. Eine laterale Ausdehnung der Teile einer gleichförmigen Dotierstoffkonzentration kann kleiner sein als 400 μm. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen nimmt der laterale Dotierstoffgradient 400 stetig ab, und die JTE-Zone 117 ist frei von Teilen einer gleichförmigen Dotierstoffkonzentration.
  • Die streuenden Teile 720 können auch die Verteilung der Dotierstoffe längs der vertikalen Richtung senkrecht zu der Hauptoberfläche 101a des Halbleitersubstrates 500a modifizieren. Die Dotierstoffdichte ist angenähert gleichförmig längs eines vertikalen Bereiches innerhalb des Halbleitersubstrates, wobei die Ausdehnung des vertikalen Bereiches eine Funktion der vertikalen Ausdehnung der Dellen 721 in den streuenden Teilen 720 ist.
  • 4C zeigt vertikale Dotierstoffprofile 401, 402, 403 längs Linien C-C, D-D und E-E in verschiedenen lateralen Abschnitten I, III, IV der zentralen dotierten Zone 115a und der JTE-Zone 117, wie dies in 4A angezeigt ist. Die vertikalen Dotierstoffprofile 401, 402, 403 durch verschiedene laterale Abschnitte der zentralen dotierten Zone 115a und der JTE-Zone 117 umfassen Teile einer konstanten Dotierstoffkonzentration, wobei die vertikalen Ausdehnungen einer gleichförmigen vertikalen Dotierstoffkonzentration in den verschiedenen lateralen Abschnitten I, II, III, IV der zentralen dotierten Zone 115a und der JTE-Zone 117 gleich sein können.
  • 4D bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung 500, die von dem Halbleitersubstrat 500a von 4A erhalten ist. Die zentrale dotierte Zone 115a vom p-Typ und die p-Typ-JTE-Zone 117 erstrecken sich von einer ersten Oberfläche 101 in einen Halbleiterteil 100 der Halbleitervorrichtung 500, die eine Leistungshalbleiterdiode, ein IGFET oder IGBT sein kann. Die zentrale dotierte Zone 115a vom p-Typ und die p-Typ-JTE-Zone 117 bilden einen ersten pn-Übergang pn1 mit einer leicht dotierten n-Typ-Driftstruktur 120, die einen unipolaren Homoübergang mit einer stark dotierten n-Typ-Kontaktschicht 129 bildet, die längs einer zweiten Oberfläche 102 entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 101 gebildet ist.
  • 4E zeigt die elektrische Feldverteilung in der Halbleitervorrichtung 500 von 4D, wobei die VLD-Typ-JTE-Zone 117 den lateralen pn-Übergang und das elektrische Feld längs der ersten Oberfläche 101 glättet.
  • In 4F zeigt eine Kurve 421 schematisch die Durchbruchspannung VBR als eine Funktion einer JTE-Dosis DJTE für die Halbleitervorrichtung 500 mit der VLD-Typ-JTE-Zone 117, wie in 4E und 4F gezeigt, bei einer lateralen Ausdehnung des abgestuften Teiles von 10 μm. Eine Kurve 422 zeigt die Durchbruchspannung VBR für ein Referenzbeispiel ohne VLD-Typ-JTE-Zone 117. Die VLD-Typ-JTE-Zone 177 verbessert die Durchbruchspannung für einen großen Bereich der JTE-Dosis DJTE.
  • In 4G zeigt eine Kurve 431 die maximale elektrische Feldstärke bei der ersten Oberfläche 101 der Halbleitervorrichtung 500 mit der VLD-Typ-JTE-Zone 117, wie in 4D und 4E gezeigt, bei einer Sperrspannung von 1200 V bei einer lateralen Ausdehnung des abgestuften Teiles von 10 μm als eine Funktion einer JTE-Dosis DJTE. Eine Kurve 432 zeigt die maximale elektrische Feldstärke bei einer Oberfläche eines Referenzbeispiels ohne VLD-Typ-JTE-Zone 117. Die VLD-Typ-JTE-Zone 117 reduziert signifikant die elektrische Feldstärke für einen großen Bereich der JTE-Dosis DJTE und verbessert eine Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 500.
  • Die 5A bis 5C beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel mit einer Strahlmodifikatorvorrichtung 700, die gestaltet ist, um dotierte Zonen 481, 482, 483 von verschiedenen maximalen Dotierstoffkonzentrationen in verschiedenen Bereichen eines Halbleitersubstrates 500a zu bilden.
  • In 5A ist ein Flächenverhältnis der streuenden Teile 720 größer in einem ersten Abschnitt 801 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 als in einem zweiten Abschnitt 802 und in dem zweiten Abschnitt 802 größer als in einem dritten Abschnitt 803. Abschattende Teile 710 trennen die ersten, zweiten und dritten Abschnitte 801, 802, 803 voneinander. Mehr Partikel je Flächeneinheit verlaufen durch die streuenden Teile 720 in dem ersten Abschnitt 801 als durch die streuenden Teile 720 in dem zweiten Abschnitt 802, wobei die streuenden Teile 720 die Partikel gleichmäßig in Teilen des Halbleitersubstrates 500a entsprechend den ersten, zweiten und dritten Abschnitten 801, 802, 803 ausbreiten.
  • In dem Halbleitersubstrat 500a erzeugt der modifizierte Partikelstrahl isolierte dotierte Zonen 481, 482, 483 von verschiedenen maximalen Dotierstoffkonzentrationen und mit der gleichen vertikalen Ausdehnung in einem einzigen Implantationsschritt.
  • 5B zeigt ein laterales Dotierstoffprofil 490 längs einer horizontalen Linie B-B durch die dotierten Zonen 481, 482, 483.
  • 5C zeigt vertikale Dotierstoffprofile 491, 492, 493 längs Linien C-C, D-D und E-E durch die dotierten Zonen 481, 482 von 5A.
  • 6 veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren eine Bildung von dotierten Zonen in einem Halbleitersubstrat durch die Verwendung einer Strahlmodifikatorvorrichtung umfasst.
  • Ein Partikelstrahl wird erzeugt (610). Die Partikel bzw. Teilchen des Partikelstrahles können beispielsweise Atome/Ionen von Elementen einer Gruppe 13 oder Gruppe 15 sein. Der Partikelstrahl wird durch eine Strahlmodifikatorvorrichtung modifiziert, wobei erste Strahlteile eines modifizierten Partikelstrahles gedämpft sind und zweite Strahlteile des modifizierten Partikelstrahles abwechselnd mit den ersten Strahlteilen gestreut sind und Kegel von benachbarten zweiten Strahlteilen sich in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Partikelstrahles überlappen (620). Das Verfahren erleichtert eine Bildung von dotierten Zonen von verschiedenen Dotierstoffkonzentrationen während einer einzelnen Implantation sowie einer lateralen Variation einer Dotierung in einer dotierten Zone.
  • Die 7A bis 7E beziehen sich auf ein Verfahren zum Bilden von JTE-Zonen 117 einer lateralen Variation einer Dotierung in Kombination mit der Bildung von Ausrichtungsmarken 182, die zum Ausrichten weiterer Strukturen zu den JTE-Zonen 117 verwendet sind.
  • 7A zeigt ein Halbleitersubstrat 500a, das eine Halbleiterschicht 100a eines kristallinen Halbleitermaterials umfasst, in welchem eine Diffusionslänge von Dotierstoffen bei tolerierbaren Temperaturen gering ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht das Halbleitersubstrat 500a aus Siliziumkarbid oder umfasst eine Schicht aus Siliziumkarbid. Beispielsweise umfasst das Halbleitersubstrat 500a ein Basissubstrat 100s, das aus einer Scheibe gebildet ist, die aus einem Siliziumkarbid-Ingot bzw. -Barren geschnitten ist, und eine Epitaxieschicht, die durch Epitaxie auf einer Prozessoberfläche des Basissubstrates 100s gebildet ist und die Halbleiterschicht 100a bildet.
  • Das Halbleitersubstrat 500a ist in ein Ionenimplantationsgerät gebracht bzw. dort angeordnet. Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 ist zwischen einer Partikelquelle und dem Halbleitersubstrat 500a vorgesehen. Die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 kann eine Membran oder Folie sein, die Öffnungen 750, die für Partikel transparent sind, abschattende Teile 710, die stark dämpfen oder für die Partikel eines Partikelstrahles undurchlässig sind, der durch die Partikelquelle erzeugt ist, sowie streuende Teile 720, die Kegel von Teilstrahlen eines modifizierten Partikelstrahles aufweiten, der die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 durch eine gemusterte bzw. strukturierte Oberfläche 702 entgegengesetzt zu einer Belichtungsoberfläche 701 verlässt, die zu der Partikelquelle ausgerichtet ist, umfasst. Ein Abstand zwischen der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 und einer Hauptoberfläche 101a des Halbleitersubstrates 500a ist so gewählt, dass Kegel der gestreuten Teilstrahlen, die durch die strukturierte Oberfläche 702 in den streuenden Teilen 720 austreten, sich teilweise in einem Oberflächenbereich des Halbleitersubstrates 500a überlappen. Wie in 7B dargestellt ist, wird ein erster Partikelstrahl 992 mit niedriger Energie und einer hohen Dosis, die größer als eine kritische Dosis ist, jenseits welcher die Partikel die Halbleiterschicht 100a amorphisieren, erzeugt und auf die Belichtungsoberfläche 701 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 gerichtet. Aufgrund der niedrigen Energie durchlaufen bzw. passieren die Partikel lediglich die Öffnungen 750. Aufgrund der hohen Dosis des Partikelstrahles werden Teile des Halbleitersubstrates 500a in der vertikalen Projektion der Öffnungen 750 amorphisiert und bilden amorphisierte Ausrichtungs- bzw. Justierzonen 180.
  • Vor oder nach Bestrahlung mit dem ersten Partikelstrahl 992 mit niedriger Energie und hoher Dosis von 7C wird ein zweiter Partikelstrahl 994 mit hoher Energie auf die Belichtungsoberfläche 701 bei einer niedrigen Dosis unterhalb der kritischen Dosis eingestrahlt, bei welcher das Material der Halbleiterschicht 100a amorphisiert, jedoch bei einer Energie, die ausreichend hoch ist, um die Partikel wenigstens die streuenden Teile 720 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 durchlaufen zu lassen.
  • Partikel, die durch die Öffnungen 750 verlaufen, erzeugen eine vergrabene Implantationszone 180z in der vertikalen Projektion der Ausrichtungszone 180 in einem Abstand zu der ersten Oberfläche 101a.
  • Die abschattenden Teile 710 können den Partikelstrahl vollständig absorbieren oder wenigstens signifikant dämpfen. Die streuenden Teile 720 dehnen Kegel von Teilstrahlen eines modifizierten Partikelstrahles aus, der aus der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 in den streuenden Teilen 720 in Richtung des Halbleitersubstrates 500a austritt. Benachbarte Kegel überlappen wenigstens in der vertikalen Projektion der abschattenden Teile 710. Aufgrund einer lateralen Variation des Flächen- bzw. Gebietsverhältnisses zwischen abschattenden Teilen 710 und streuenden Teilen 720 nimmt die Dotierstoffkonzentration in einer JTE-Zone 117 mit zunehmenden Abstand zu einer zentralen dotierten Zone 115a an der linken Seite ab.
  • Da die Strahlmodifikatorvorrichtung 700 und das Halbleitersubstrat 500a ihre Positionen bzw. Lagen zwischen einer Bestrahlung mit dem ersten Partikelstrahl 992 und einer Bestrahlung mit dem zweiten Partikelstrahl 994 nicht verändern, sind die zentrale dotierte Zone 115a und die JTE-Zone 117, die durch den zweiten Partikelstrahl 994 gebildet ist, zu den amorphisierten Ausrichtungszonen 180 ausgerichtet, die durch den ersten Partikelstrahl 992 gebildet sind.
  • Die amorphisierten Ausrichtungszonen 180 können durch Nassätzen entfernt werden, indem ein Ätzmittel verwendet wird, das Fluor und eine oxidierende Komponente enthält, beispielsweise eine Mischung von Flusssäure bzw. Fluorwasserstoffsäure (HF) und Salpetersäure (HNO3) bei einem Volumenverhältnis von 1:1, wobei Ausrichtungsgruben 181 von den amorphisierten Ausrichtungszonen 180 gebildet sind.
  • 7D zeigt die Ausrichtungsgruben 181, die durch selektives Entfernen der amorphisierten Ausrichtungszonen 180 von 7B gebildet sind.
  • Durch Verwenden der Ausrichtungsgruben 181 von 7D oder von Ausrichtungsmarken 182, die durch Füllen der Ausrichtungsgruben 181 mit einem Hilfsmaterial gebildet sind, oder durch Implantieren zusätzlicher Bereiche, beispielsweise für MPS-Strukturen, kann eine fotolithographische Maske in Ausrichtung mit dem Halbleitersubstrat 500a gebracht werden derart, dass beispielsweise eine Hartmaske, die Trenches bzw. Gräben für Trench- bzw. Grabengatestrukturen 150 in der zentralen dotierten Zone 115a definiert, zu den Ausrichtungsgruben 181 von 7D oder den Ausrichtungsmarken 182 und inhärent zu der JTE-Zone 117, wie in 7E gezeigt, ausgerichtet sein kann.
  • Da der Gebietsteil von abschattenden Teilen 710 bezüglich des Gebietsteiles der streuenden Teile 720 mit zunehmendem Abstand zu der zentralen dotierten Zone 115a innerhalb der JTE-Zone 117 zunimmt, nimmt die Oberflächendotierstoffkonzentration, die das Integral über der Dotierstoffkonzentration in der JTE-Zone 117 längs der vertikalen Richtung ist, mit zunehmendem Abstand zu den zentralen dotierten Zone 115a ab.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einen Zunahme des Gebietsteiles der abschattenden Teile 710 können die Dellen bzw. Kerben 721 der streuenden Teile 720 mit zunehmendem Abstand zu der zentralen dotierten Zone 115a flacher werden, so dass eine Basisdicke zwischen dem Boden der Dellen 721 und der Belichtungsoberfläche 701 der Strahlmodifikatorvorrichtung 700 zunimmt und insgesamt weniger Partikel durch die streuenden Teile 720 mit den flacheren Dellen 721 verlaufen. Da die Implantationstiefe der Partikel in der Halbleiterschicht 100a eine Funktion der vertikalen Ausdehnung der Dellen 721 und Vorsprünge 722 ist, können die Oberflächendotierstoffkonzentration und die vertikale Ausdehnung der JTE-Zone 118 beide mit zunehmendem Abstand zu der zentralen dotierten Zone 115a abnehmen, wobei die vertikale Ausdehnung der JTE-Zone 118 stetig oder in Stufen abnehmen kann.
  • 8 bezieht sich auf eine SiC-Halbleitervorrichtung 500, die Transistorzellen TC umfasst, wobei die Halbleitervorrichtung 500 beispielsweise ein UMOSFET mit U-förmigen Trenchgatestrukturen 150, die sich von einer ersten Oberfläche 101 in eine Halbleiterteil 100 erstrecken, sein kann oder einen solchen umfassen kann. Der Halbleiterteil 100 kann auf 4H-SiC, 2H-SiC, 6H-SiC oder 15R-SiC beruhen.
  • An einer Vorderseite hat der Halbleiterteil 100 eine erste Oberfläche 101, die planar sein kann oder die koplanare oder gestaffelte Oberflächenabschnitte umfassen kann. Auf der Rückseite kann sich eine entgegengesetzte zweite Oberfläche 102 parallel oder geneigt zu der ersten Oberfläche 101 erstrecken. Ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche 101 an der Vorderseite und der zweiten Oberfläche 102 auf der Rückseite ist auf eine Nennsperrspannung der Halbleitervorrichtung 500 bezogen. Typischerweise umfasst der Halbleiterteil 100 einen ersten vertikalen Teil, der an das angelegte elektrische Feld in dem Sperrzustand angepasst ist, wobei die Dicke des ersten Teiles proportional zu der Nennsperrspannung ist und die elektrische Felddurchbruchsstärke definiert, während eine Dicke von weiteren vertikalen Teilen, beispielsweise eines Substratteiles, nicht auf die Nennsperrspannung bezogen ist.
  • Eine Gesamtdicke des Halbleiterteiles 100 zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 kann in dem Bereich von einigen 100 nm bis einigen 100 μm sein. Die Normale zu der ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zu der ersten Oberfläche 101 sind horizontale Richtungen.
  • Die Transistorzellen TC sind längs Trenchgatestrukturen 150 gebildet, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100 erstrecken, wobei Teile des Halbleiterteiles 100 zwischen benachbarten Trenchgatestrukturen 150 Mesateile 170 bilden.
  • Eine longitudinale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen 150 längs einer ersten horizontalen Richtung kann größer sein als eine Breite längs einer zweiten horizontalen Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung. Die Trenchgatestrukturen 150 können lange Streifen sein, die sich von einer Seite eines Transistorzellgebietes zu einer entgegengesetzten Seite erstrecken, wobei die Länge der Trenchgatestrukturen 150 bis zu einigen Millimetern betragen kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann eine Vielzahl von getrennten Trenchgatestrukturen 150 längs einer Linie angeordnet sein, die sich von einer Seite des Trenchzellgebietes zu der entgegengesetzten Seite erstreckt, oder die Trenchgatestrukturen 150 könne ein Gitter bilden, wobei die Mesateile 170 in den Maschen des Gitters gebildet sind.
  • Die Trenchgatestrukturen 150 können gleich beabstandet sein, können eine gleiche Breite haben und können ein regelmäßiges Muster bilden, wobei eine Teilung (Mitte-zu-Mitte-Abstand) der Trenchgatestrukturen 150 in einem Bereich von 1 μm bis 10 μm, beispielsweise von 2 μm bis 5 μm, sein kann. Eine vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen 150 kann in einem Bereich von 0,3 μm bis 5 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,5 μm bis 2 μm, sein.
  • Die Trenchgatestrukturen 150 umfassen eine leitende Gateelektrode 155, die eine stark dotierte polykristalline Siliziumschicht oder eine Metall enthaltende Schicht umfassen oder aus einer solchen bestehen kann. Die Trenchgatestrukturen 150 umfassen weiterhin ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 von dem Halbleiterteil 100 längs wenigstens einer Seite der Trenchgatestruktur 150 trennt. Das Gatedielektrikum 151 kann ein Halbleiterdielektrikum umfassen oder aus einem solchen bestehen, beispielsweise ein thermisch gewachsenes oder aufgetragenes Halbleiteroxyd, z. B. Siliziumoxyd, ein Halbleiternitrid, beispielsweise ein aufgetragenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxynitrid, beispielsweise ein Siliziumoxynitrid, irgendein anderes aufgetragenes dielektrisches Material oder irgendeine Kombination hiervon. Das Gatedielektrikum 151 kann für eine Schwellenspannung der Transistorzellen TC in einem Bereich von 1,5 V bis 6 V gebildet sein.
  • Die Trenchgatestrukturen 150 können exklusiv die Gateelektrode 155 und das Gatedieleektrikum 151 umfassen oder können weitere leitende und/oder dielektrische Strukturen zusätzlich zu der Gateelektrode 155 und dem Gatedielektrikum 151 aufweisen. Die Trenchgatestrukturen 150 könne vertikal zu der ersten Oberfläche 101 sein oder können mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 spitz zulaufen.
  • Die Mesateile 170 umfassen Sourcezonen 110, die zu der Vorderseite ausgerichtet sind und die direkt an die Trenchgatestruktur 150 von wenigstens einer Transistorzelle TC angrenzen. Die Sourcezonen 110 können direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen und können von der Trenchgatestruktur 150 einer benachbarten Transistorzelle TC beabstandet sein.
  • Die Mesateile 170 umfassen weiterhin Bodyzonen 115, die die Sourcezonen 110 von einer Driftstruktur 120 trennen, wobei die Bodyzonen 115 erste pn-Übergänge mit einer Driftstruktur 120 und zweite pn-Übergänge mit den Sourcezonen 110 bilden. Die Bodyzone 115 einer Transistorzelle TC grenzt direkt an die Trenchgatestruktur 150 der Transistorzelle TC an. Teile der Bodyzonen 115 sind kapazitiv mit der Gateelektrode 155 durch das Gatedielektrikum 151 gekoppelt. Die Sourcezonen 110 und die Bodyzonen 115 sind beide elektrisch mit einer ersten Lastelektrode 310 an der Vorderseite verbunden. Eine vertikale Ausdehnung der Bodyzonen 115 entspricht einer Kanallänge der Transistorzellen TC und kann in einem Bereich von 0,2 μm bis 1,5 μm sein.
  • Der Halbleiterteil 100 kann weiterhin Diodenbereiche 116 umfassen, die dritte pn-Übergänge mit der Driftstruktur 120 bilden. Die Diodenbereiche 116 sind elektrisch mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden oder gekoppelt und können vertikal mit den Trenchgatestrukturen 150 so überlappen, dass Teile der Diodenbereiche 116 in der vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen 150 gebildet sind. Ein Abstand zwischen entgegengesetzten Rändern von benachbarten Diodenbereichen 116 kann in einem Bereich von beispielsweise 2 μm bis 3 μm sein.
  • Eine vertikale Ausdehnung der Diodenbereiche 116 kann größer sein als eine vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen 150, so dass Teile der Diodenbereiche 116 mit der vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen 150 überlappen und aktive Teile des Gatedielektrikums 151 gegenüber dem hohen Potential der zweiten Lastelektrode 320 in einem sperrenden Zustand der Halbleitervorrichtung 500 abschirmen. Die Diodenbereiche 116 sehen eine Fly-Back-Diodenfunktionalität vor, die in die Halbleitervorrichtung 500 integriert ist. Weiterhin können die Diodenbereiche 116 die Bodyzonen 115 mit Kontaktstrukturen 315 verbinden.
  • Die Driftstruktur 120 ist zu der Rückseite ausgerichtet, kann direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzen und kann elektrisch mit einer zweiten Lastelektrode 320 durch einen ohmschen Kontakt oder durch einen weiteren pn-Übergang verbunden oder gekoppelt sein. Die Driftstruktur 120 kann eine leicht dotierte Driftzone 121, die die ersten und dritten pn-Übergänge bilden kann, sowie eine stark dotierte Kontaktschicht 129 zwischen der Driftzone 121 und der zweiten Oberfläche 102 umfassen.
  • Eine Nettodotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 kann in einem Bereich von 1E14 cm–3 bis 3E16 cm–3 sein, falls der Halbleiterteil 100 aus Siliziumkarbid gebildet ist. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 129 ist ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einer zweiten Lastelektrode 320 zu gewährleisten, die direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzt. Falls die Halbleitervorrichtung 500 eine Halbleiterdiode oder ein IGFET ist, hat die Kontaktschicht 129 den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Driftzone 121. Falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT ist, hat die Kontaktschicht 129 den komplementären Leitfähigkeitstyp der Driftzone 121 oder umfasst Zonen des komplementären Leitfähigkeitstyps.
  • Die Driftstruktur 120 kann Stromverbreitungszonen 122 umfassen, die direkt an die Bodyzonen 115 angrenzen können. Die Stromverbreitungszonen 122 können sich zwischen benachbarten Diodenbereichen 116 erstrecken, wobei unipolare Homoübergänge zwischen den Stromverbreitungszonen 122 und der Driftzone 121 einen größeren Abstand zu der ersten Oberfläche 101 haben können als die dritten pn-Übergänge, die zwischen den Diodenbereichen 116 und der Driftzone 121 gebildet sind. Teile der Stromverbreitungszonen 122 können mit der vertikalen Projektion der Diodenbereiche 116 überlappen und können sich zwischen benachbarten Diodenbereichen 116 erstrecken.
  • Eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in den Stromverbreitungszonen 122 ist wenigsten zehn Mal so hoch wie eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in der Driftzone 121. Der reduzierte horizontale Widerstand der Stromverbreitungszonen 122 breitet lateral einen Einschaltstrom der Transistorzellen TC aus, so dass eine Stromverteilung in der Driftzone 121 gleichförmiger ist.
  • Eine dielektrische Struktur 210 isoliert die Gateelektroden 155 von der ersten Lastelektrode 310. Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, wie AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Vanadium (V), Silber (Ag), Gold (Au), Zinn (Sn), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 oder beide Lastelektroden könne zwei oder mehr Unterschichten umfassen, wobei jede Unterschicht einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Ti, V, Ag, Au, W, Sn, Pt und Pd als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung, enthält.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss bilden oder mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein, welcher ein Anodenanschluss einer MCD, ein Sourceanschluss S eines UMOSFET oder ein Emitteranschluss eines IGBT sein kann. Die zweite Lastelektrode 320 kann einen zweiten Lastanschluss bilden oder elektrisch mit einem solchen verbunden oder gekoppelt sein, welcher ein Kathodenanschluss einer MCD, ein Drainanschluss D eines UMOSFET oder ein Kollektoranschluss eine IGBT sein kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Transistorzellen TC n-Kanal-FET-Zellen mit p-dotierten Bodyzonen 115 und n-dotierten Sourcezonen 110, wobei die Diodenbereiche 116 p-dotiert sind und die Driftzone 121 n-dotiert ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Transistorzellen TC p-Kanal-FET-Zellen mit n-dotierten Bodyzonen 115 und p-dotierten Sourcezonen 110, wobei die Diodenbereiche 116 n-dotiert sind und die Driftzone 121 p-dotiert ist.
  • Wenn ein Potential an der Gateelektrode 155 eine Schwellenspannung der Halbleitervorrichtung 500 überschreitet oder unter diese abfällt, bilden Minoritätsladungsträger in den Bodyzonen 115 Inversionskanäle, die die Sourcezonen 110 mit der Driftstruktur 120 verbinden, um dadurch die Halbleitervorrichtung 500 einzuschalten. In dem Einschaltzustand fließt ein Laststrom durch den Halbleiterteil 100 angenähert längs der vertikalen Richtung zwischen den ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320.
  • Eine JTE-Zone 117 bildet einen unipolaren Homoübergang mit der Bodyzone 115 oder dem Diodenbereich 116 der äußersten Transistorzelle TC. Die JTE-Zone 117 erstreckt sich längs der ersten Oberfläche 101 von der Bodyzone 115 oder dem Diodenbereich 116 in eine Richtung der äußeren lateralen Oberfläche 103. Ein laterales Dotierungsprofil der JTE-Zone 117 parallel zu der ersten Oberfläche 101 umfasst Teile einer gleichmäßigen Dotierstoffkonzentration, verbunden durch Teile einer angenähert linear abnehmenden Dotierstoffkonzentration. Ein Teil der dielektrischen Struktur 210 kann die JTE-Zone 117 von der ersten Lastelektrode 310 trennen.
  • JTE-Zonen mit stetig abnehmender Dotierstoffkonzentration zu einem äußeren Rand, wie oben beschrieben, können für andere Halbleiterschaltvorrichtungen ausgestaltet sein, beispielsweise in Schaltvorrichtungen mit planarer Gateelektrode oder ebenso Kompensationsstrukturen.
  • Die Siliziumkarbid-Halbleiterdiode 501 von 9 zeigt eine zentrale dotierte Zone 115a, die als Anodenzone wirksam ist, und eine die zentrale dotierte Zone 115a umgebende JTE-Zone 117. Für weitere Einzelheiten wird Bezug genommen auf die Beschreibung von 8, worin die erste Lastelektrode 310 einen Anodenanschluss A bildet oder mit einem solchen elektrisch verbunden ist und die zweite Lastelektrode 320 einen Kathodenanschluss K der Halbleiterdiode 501 bildet oder elektrisch mit einem solchen verbunden ist.

Claims (20)

  1. Strahlmodifikatorvorrichtung (700), umfassend: streuende Teilbereiche (720), in welchen vertikal auf eine Belichtungsoberfläche (701) der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) auftreffende Partikel von einer vertikalen Richtung abgelenkt sind, wobei die streuenden Teilbereiche (720) Dellen (721) aufweisen, die durch Vorsprünge (722) getrennt sind; abschattende Teilbereiche (710), die keine Dellen (721) aufweisen und in welchen eine gesamte Durchlässigkeit für die Partikel niedriger ist als in den streuenden Teilbereichen (720) und wobei die abschattenden und streuenden Teilbereiche (710, 720) sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche (701) abwechseln und ein Flächenverhältnis der abschattenden Teilbereiche (710) zu den streuenden Teilbereichen (720) längs der lateralen Richtung variiert, wobei in der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) eine gesamte Durchlässigkeit für die Partikel sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche (701) verändert.
  2. Strahlmodifikatorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die abschattenden Teilbereiche (710) für Partikel mit einem Molekulargewicht gleich wie oder größer als fünf bei einer kinetischen Energie von höchstens 2 MeV undurchlässig sind.
  3. Strahlmodifikatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der in den abschattenden Teilbereichen (710) eine vertikale Ausdehnung der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) gleichmäßig ist.
  4. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine maximale vertikale Ausdehnung der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) in den streuenden Teilbereichen (720) eine minimale vertikale Ausdehnung in den abschattenden Teilbereichen (710) nicht überschreitet.
  5. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die abschattenden und streuenden Teilbereiche (710, 720) in Abschlussbereichen (812) von Vorrichtungsbereichen (810) gebildet sind, wobei die Abschlussbereiche (812) jeweils zentrale Bereiche (811) der Vorrichtungsbereiche (810) umgeben.
  6. Strahlmodifikatorvorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: einen gitterartigen inaktiven Bereich (890), der frei von streuenden Teilbereichen (720) ist und die Vorrichtungsbereiche (810) trennt.
  7. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der der gitterartige inaktive Bereich (890) eine Öffnung (750) aufweist, die sich vertikal durch die Strahlmodifikatorvorrichtung (700) erstreckt.
  8. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der eine Breite der abschattenden Teilbereiche (710) eines Vorrichtungsbereiches (810) mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Bereich (811) des Vorrichtungsbereiches (810) zunimmt.
  9. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der der Abschlussbereich (812) wenigstens drei umlaufende streuende Teilbereiche (720) umfasst, die jeweils durch umlaufende abschattende Teilbereiche (710) getrennt sind.
  10. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die zentralen Bereiche (811) jeweils wenigstens einen streuenden Teilbereich (720) umfassen.
  11. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der eine Breite der streuenden Teilbereiche (720) eines Vorrichtungsbereiches (810) mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Bereich (811) des Vorrichtungsbereiches (810) abnimmt.
  12. Strahlmodifikatorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorsprünge (722) die zentralen Bereiche (811) umgeben.
  13. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Dellen (721) verschiedene vertikale Ausdehnungen haben und ein Abstand zwischen den Dellen (721) und der Belichtungsoberfläche (701) sich längs der lateralen Richtung derart verändert, dass die Durchlässigkeit der streuenden Teilbereiche (720) sich längs der lateralen Richtung verändert.
  14. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Dellen (721) gleiche vertikale Ausdehnungen haben.
  15. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der ein vertikales Querschnittsgebiet der Vorsprünge (722) ein Dreieck oder ein Trapez ist.
  16. Strahlmodifikatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Öffnung (750), die sich vertikal durch die Strahlmodifikatorvorrichtung (700) erstreckt.
  17. Partikelbestrahlungsgerät, umfassend: eine Partikelquelle (910), die Partikel zu emittieren vermag, eine Beschleunigungseinheit (920), die die emittierten Partikel zu beschleunigen vermag, um einen Partikelstrahl (990) zu bilden, und eine Strahlmodifikatorvorrichtung (700), die streuende Teilbereiche (720) aufweist, in welchen Partikel, die auf eine Belichtungsoberfläche (701) der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) vertikal auftreffen, von einer vertikalen Richtung abgelenkt und in zur Belichtungsoberfläche (701) horizontaler Richtung homogen verteilt werden, die Strahlmodifikatorvorrichtung (700) weiter abschattende Teilbereiche (710) aufweist, in welchen eine Gesamt-Durchlässigkeit für die Partikel niedriger als in den streuenden Teilbereichen (720) ist, und wobei die abschattenden und streuenden Teilbereiche (710, 720) sich längs einer lateralen Richtung parallel zu der Belichtungsoberfläche (701) abwechseln und ein Flächenverhältnis der abschattenden Teilbereiche (710) zu den streuenden Teilbereichen (720) längs der lateralen Richtung variiert.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Partikelstrahles (990); Modifizieren des Partikelstrahles (990) durch Verwendung einer Strahlmodifikatorvorrichtung (700), wobei abschattende Teilbereiche (710) der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) erste Teilstrahlen des Partikelstrahles (990) dämpfen und streuende Teilbereiche (720) zweite Teilstrahlen des Partikelstrahles (990) streuen, wobei Kegel der zweiten Teilstrahlen (991), die durch benachbarte Teilbereiche der streuenden Teilbereiche (720) verlaufen, sich in einem Halbleitersubstrat (500a) in einer Ebene senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung des Partikelstrahles (990) überlappen, wobei in den streuenden Teilbereichen (720) der Partikelstrahl (990) in horizontaler Richtung homogen verteilt wird, und ein Flächenverhältnis der abschattenden Teilbereiche (710) zu den streuenden Teilbereichen (720) längs der lateralen Richtung variiert.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend: Erzeugen eines Hochdosis-Partikelstrahles, der durch Öffnungen (750) in der Strahlmodifikatorvorrichtung (700) verläuft, um Ausrichtungszonen (180) in dem Halbleitersubstrat (500a) zu amorphisieren.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend: Ausrichten einer Fotomaske zum Bilden von Strukturen in dem Halbleitersubstrat (500a) zu Ausrichtungsmarken (182), die aus den Ausrichtungszonen (180) gebildet sind.
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