DE102017122634A1 - Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestruktur und vertikalem Pn-Übergang zwischen einem Bodygebiet und einer Driftstruktur - Google Patents

Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestruktur und vertikalem Pn-Übergang zwischen einem Bodygebiet und einer Driftstruktur Download PDF

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Andreas Meiser
Romain Esteve
Roland Rupp
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) enthält Graben-Gatestrukturen (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) in einen Halbleiterkörper (100) aus Siliziumcarbid erstrecken. Die Graben-Gatestrukturen (150) enthalten eine Gateelektrode (155) und sind entlang einer ersten horizontalen Richtung (191) voneinander beabstandet und erstrecken sich in ein Bodygebiet (120) mit einer longitudinalen Achse parallel zu der ersten horizontalen Richtung. Erste Abschnitte (pnll) erster pn-Übergänge (pnl) zwischen den Bodygebieten (120) und einer Driftstruktur (130) sind zu der ersten Oberfläche (101) geneigt und zu der ersten horizontalen Richtung (191) parallel. Sourcegebiete (110) bilden zweite pn-Übergänge (pn2) mit den Bodygebieten (120). Eine Gatelänge (lg) der Gateelektrode (155) entlang einer zweiten horizontalen Richtung (192), die zur ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal ist, ist größer als eine Kanallänge (lc) zwischen den ersten Abschnitten (pnll) der ersten pn-Übergänge (pnl) und den zweiten pn-Übergängen (pn2).

Description

  • HINTERGRUND
  • Siliziumcarbid (SiC) zeigt eine signifikant höhere dielektrische Durchschlagsfeldstärke als Silizium, so dass vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtungen mit einem Laststromfluss zwischen einer ersten Oberfläche an einer Vorderseite und einer zweiten Oberfläche auf der Rückseite eines SiC-Halbleiterdie signifikant dünner sein können als Siliziumvorrichtungen mit dem gleichen Durchbruchspannungsvermögen. Als eine Konsequenz können SiC-Halbleitervorrichtungen hohe Durchbruchspannungen von mehr als 600 V mit signifikant niedrigerem Einschalt- bzw. Durchlasswiderstand als ihre Siliziumgegenstücke kombinieren. In SiC-Halbleiterschaltern mit Graben-Gates und vertikalem Kanal ist die elektrische Feldstärke, der ein Gatedielektrikum am Boden der Graben-Gates ausgesetzt ist, signifikant höher als in Siliziumvorrichtungen, so dass anstelle der Eigenschaften eines Driftgebiets die dielektrische Festigkeit bzw. Durchschlagfestigkeit eines Gatedielektrikums das Spannungssperrvermögen bestimmen kann. In SiC-Halbleiterschaltern mit Graben-Gate und lateralem Kanal kann das Bodygebiet den unteren Bereich der Graben-Gates vollständig einbetten.
  • Es besteht ein Bedarf an SiC-Halbleitervorrichtungen mit einer gut definierten Gate-Schwelle und einer hohen Lawinenunempfindlichkeit.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die Graben-Gatestrukturen enthält, die sich von einer ersten Oberfläche in einen Halbleiterkörper aus Siliziumcarbid erstrecken und entlang einer ersten horizontalen Richtung voneinander beabstandet sind. Die Graben-Gatestrukturen enthalten eine Gateelektrode und erstrecken sich in ein Bodygebiet mit einer longitudinalen Achse parallel zur ersten horizontalen Richtung. Erste Abschnitte erster pn-Übergänge zwischen den Bodygebieten und einer Driftstruktur sind zur ersten Oberfläche geneigt und parallel zur ersten horizontalen Oberfläche. Sourcegebiete bilden zweite pn-Übergänge mit den Bodygebieten. Eine Gatelänge der Gateelektrode entlang einer zur ersten horizontalen Richtung orthogonalen zweiten horizontalen Richtung ist größer als eine Kanallänge zwischen den ersten Abschnitten der ersten pn-Übergänge und den zweiten pn-Übergängen.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf eine Halbleitervorrichtung, die Graben-Gatestrukturen enthält, die sich von einer ersten Oberfläche in einen Halbleiterkörper aus Siliziumcarbid erstrecken und entlang einer ersten horizontalen Richtung voneinander beabstandet sind. Die Graben-Gatestrukturen erstrecken sich in ein Bodygebiet mit einer longitudinalen Achse parallel zur ersten horizontalen Richtung. Erste Abschnitte erster pn-Übergänge zwischen den Bodygebieten und einer Driftstruktur sind zur ersten Oberfläche geneigt und parallel zur ersten horizontalen Richtung, und eine vertikale Ausdehnung des Bodygebiets ist größer als eine vertikale Ausdehnung der Graben-Gatestrukturen. Eine kanalblockierende Struktur an einem Boden der Graben-Gatestrukturen unterdrückt eine Ausbildung eines Inversionskanals in einem Bereich des Bodygebiets entlang einer unteren Oberfläche der Graben-Gatestrukturen innerhalb eines maximalen Arbeitsbereichs einer Gatespannung der Halbleitervorrichtung.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf eine Halbleitervorrichtung, die eine Driftstruktur enthält, die eine Driftschicht und ein Stromausbreitungsgebiet umfasst. Die Driftschicht liegt in einer Distanz zu einer ersten Oberfläche eines Halbleiterkörpers, der Siliziumcarbid enthält. Das Stromausbreitungsgebiet liegt zwischen der ersten Oberfläche und der Driftschicht. Ein Bodygebiet mit einer longitudinalen Achse parallel zu einer ersten horizontalen Richtung liegt zwischen dem Stromausbreitungsgebiet und einem Sourcegebiet entlang einer zweiten horizontalen Richtung, die zur ersten horizontalen Richtung orthogonal ist. Graben-Gatestrukturen erstrecken sich in das Bodygebiet. Eine Source-Kontaktstruktur erstreckt sich in den Halbleiterkörper und grenzt an das Sourcegebiet.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen. Dotierstoffe werden durch erste Segmente erster Maskenöffnungen in einer ersten Dotierstoffmaske selektiv eingeführt, um Sourcegebiete eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Halbleitersubstrat zu bilden, das Siliziumcarbid enthält, wobei eine longitudinale Achse der ersten Maskenöffnungen sich in eine erste horizontale Richtung erstreckt. Dotierstoffe werden durch zweite Segmente der ersten Maskenöffnungen selektiv eingeführt, um Pinning-Gebiete eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps zu bilden, wobei die ersten und zweiten Segmente sich entlang der ersten horizontalen Richtung abwechseln. Dotierstoffe werden durch zweite Maskenöffnungen in einer zweiten Dotierstoffmaske selektiv eingeführt, um Bodygebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps auszubilden, wobei eine Breite der zweiten Maskenöffnungen entlang einer zweiten horizontalen Richtung, die zur ersten horizontalen Richtung orthogonal ist, größer als eine Breite der ersten Maskenöffnungen ist. Ein Ausbilden der ersten Dotierstoffmaske umfasst ein Modifizieren der zweiten Dotierstoffmaske, oder ein Ausbilden der zweiten Dotierstoffmaske umfasst ein Modifizieren der ersten Dotierstoffmaske.
  • Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüche definiert. Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden Detailbeschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in diese Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die vorliegenden Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden.
    • 1A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer SiC-Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestrukturen, einem lateralen Kanal und einer Kanallänge, die kürzer als eine longitudinale Ausdehnung der Graben-Gatestrukturen parallel zur Kanalrichtung ist, gemäß einer Ausführungsform.
    • 1B ist eine vertikale Querschnittsansicht des SiC-Halbleitervorrichtungsbereichs von 1A entlang einer Linie B-B und einer horizontalen longitudinalen Achse einer Graben-Gatestruktur.
    • 1C ist eine vertikale Querschnittsansicht des SiC-Halbleitervorrichtungsbereichs von 1A entlang einer Linie C-C parallel zur Graben-Gatestruktur.
    • 2A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestrukturen und einem lateralen Kanal gemäß einer Ausführungsform, die sich auf ein Pinning-Gebiet bezieht.
    • 2B ist eine vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 2A entlang einer Linie B-B und einer horizontalen longitudinalen Achse der Graben-Gatestruktur.
    • 2C ist eine vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 2A entlang einer Linie C-C parallel zur Graben-Gatestruktur.
    • 2D ist eine vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 2A entlang einer Linie D-D orthogonal zur horizontalen longitudinalen Achse der Graben-Gatestruktur.
    • 3A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur und einem lateralen Kanal gemäß einer Ausführungsform, die ein flaches Sourcegebiet mit einer planaren Source-Kontaktstruktur kombiniert.
    • 3B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 3A entlang einer Linie B-B und entlang einer horizontalen longitudinalen Achse einer Graben-Gatestruktur.
    • 3C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 3A entlang einer Linie C-C und parallel zur Graben-Gatestruktur.
    • 4A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer SiC-Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur und einem lateralen Kanal gemäß einer Ausführungsform, die ein tiefes Sourcegebiet mit einer planaren Source-Kontaktstruktur kombiniert.
    • 4B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 4A entlang einer Linie B-B und entlang einer horizontalen longitudinalen Achse einer Graben-Gatestruktur.
    • 4C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 4A entlang einer Linie C-C und parallel zur Graben-Gatestruktur.
    • 5A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur und einem lateralen Kanal gemäß einer Ausführungsform, die ein tiefes Pinning-Gebiet mit einer Source-Kontaktstruktur kombiniert, die sich in den Halbleiterkörper erstreckt.
    • 5B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 5A entlang einer Linie B-B und einer horizontalen longitudinalen Achse einer Graben-Gatestruktur.
    • 5C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 5A entlang einer Linie C-C und parallel zu der Graben-Gatestruktur.
    • 6A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestrukturen, einem lateralen Kanal und einem deaktivierten (engl. disabled) unteren Kanal gemäß einer Ausführungsform mit einer erhöhten Dotierstoffkonzentration in einem unteren Bereich der Bodygebiete.
    • 6B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestrukturen, einem lateralen Kanal und einem deaktivierten unteren Kanal gemäß einer Ausführungsform mit einem dicken unteren Dielektrikum.
    • 7 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit Graben-Gatestrukturen, einem lateralen Kanal und einem deaktivierten oberen Kanal gemäß einer Ausführungsform, wobei die Graben-Gatestrukturen einen dielektrischen Kragen umfassen.
    • 8A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur und einem lateralen Kanal gemäß einer Ausführungsform, die eine tiefe Source-Kontaktstruktur mit einem tiefen Pinning-Gebiet und lateralen Body-Kontaktzonen kombiniert.
    • 8B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 8A entlang einer Linie B-B und einer horizontalen longitudinalen Achse einer Graben-Gatestruktur.
    • 8C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 8A entlang einer Linie C-C parallel zu der Graben-Gatestruktur.
    • 9A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur und einem lateralen Kanal gemäß einer weiteren Ausführungsform, die eine tiefe Source-Kontaktstruktur mit lateralen Body-Kontaktzonen kombiniert.
    • 9B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 9A entlang einer Linie B-B und einer horizontalen longitudinalen Achse einer Graben-Gatestruktur.
    • 9C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 9A entlang einer Linie C-C und parallel zu der Graben-Gatestruktur.
    • 10A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf ein Layout mit Paaren von Transistorzellen bezieht, die bezüglich einer horizontalen Mittelachse eines gemeinsam genutzten Stromausbreitungsgebiets spiegelbildlich angeordnet sind.
    • 10B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 10A entlang einer Linie B-B und einer horizontalen longitudinalen Achse von Paaren von Graben-Gatestrukturen.
    • 10C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 10A entlang einer Linie C-C zwischen benachbarten Graben-Gatestrukturen.
    • 10D ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 10A entlang einer Linie D-D orthogonal zu horizontalen longitudinalen Achsen der Graben-Gatestrukturen.
    • 11A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf ein Layout mit einer einzigen Graben-Gatestruktur für ein Paar spiegelbildlicher Transistorzellen bezieht.
    • 11B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 11A entlang einer Linie B-B und entlang einer horizontalen longitudinalen Achse von Graben-Gatestrukturen.
    • 12A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf Graben-Gatestrukturen mit einem einseitigen Gatedielektrikum bezieht.
    • 12B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 12A entlang einer Linie B-B orthogonal zu einer horizontalen longitudinalen Achse der Graben-Gatestrukturen.
    • 13A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf Graben-Gatestrukturen mit parallelen Grabenseitenwänden bezieht, die zu einer ersten Oberfläche eines Halbleiterkörpers geneigt sind.
    • 13B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf Graben-Gatestrukturen mit parallelen Grabenseitenwänden orthogonal zu einer ersten Oberfläche eines Halbleiterkörpers bezieht.
    • 13C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, die sich auf Graben-Gatestrukturen mit parallelen Grabenseitenwänden orthogonal zu einer ersten Oberfläche eines Halbleiterkörpers bezieht.
    • 13D ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem einseitigen Kanal.
    • 13E ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf Graben-Gatestrukturen mit einem zweiseitigen dielektrischen Kragen bezieht.
    • 14A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die sich auf eine Hilfs- bzw. Zusatzstruktur in dem Stromausbreitungsgebiet bezieht.
    • 14B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 14A entlang einer Linie B-B.
    • 15A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die eine Zusatzstruktur in dem Stromausbreitungsgebiet mit einer hochdotierten Verbindung zu den Bodygebieten kombiniert.
    • 15B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitervorrichtungsbereichs von 15A entlang einer Linie B-B.
    • 16 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Source- und Pinning-Gebieten, die selbstjustiert zu Bodygebieten ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 17A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats, um ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Source- und Pinning-Gebieten zu veranschaulichen, die selbstjustiert zu Bodygebieten ausgebildet werden, gemäß einer Ausführungsform unter Verwendung einer lateralen Maskenaussparung, nach Ausbilden von Source-Implantationszonen selektiv unter ersten Segmenten erster Maskenöffnungen, die die Sourcegebiete definieren.
    • 17B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 17A entlang einer Linie B-B.
    • 17C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 17A entlang einer Linie C-C.
    • 18A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 17A, nach Ausbilden von Pinning-Implantationszonen unter zweiten Segmenten der ersten Maskenöffnungen.
    • 18B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 18A entlang einer Linie B-B.
    • 18C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 18A entlang einer Linie C-C.
    • 19A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 18A, nach einem lateralen Aussparen einer Maskenbasisschicht.
    • 19B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 19A entlang einer Linie B-B.
    • 19C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 19A entlang einer Linie C-C.
    • 20A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 19A, nach Ausbilden zweiter Maskenöffnungen, die die Bodygebiete definieren.
    • 20B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 20A entlang einer Linie B-B.
    • 20C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 20A entlang einer Linie C-C.
    • 21A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 20A, nach Ausbilden von Body-Implantationszonen unter den zweiten Maskenöffnungen.
    • 21B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 21A entlang einer Linie B-B.
    • 21C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 21A entlang einer Linie C-C.
    • 22A ist eine schematische Draufsicht eines Halbleitersubstratbereichs von 21A, nach Ausbilden von Gategräben.
    • 22B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 22A entlang einer Linie B-B.
    • 22C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 22A entlang einer Linie C-C.
    • 23A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 22A, nach Ausbilden einer Gateelektrode in den Gategräben.
    • 23B ist schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 23A entlang einer Linie B-B.
    • 23C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 23A entlang einer Linie C-C.
    • 24A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 23A, nach Ausbilden von Öffnungen in einem Zwischenschicht-Dielektrikum.
    • 24B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 24A entlang einer Linie B-B.
    • 24C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 24A entlang einer Linie C-C.
    • 25A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 24A entlang einer Ebene parallel zur Hauptoberfläche, nach Ausbilden einer ersten Lastelektrode und planarer Source-Kontaktstrukturen.
    • 25B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 25A entlang einer Linie B-B.
    • 25C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 25A entlang einer Linie C-C.
    • 26A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines anderen Bereichs des Halbleitersubstrats von 25A in einer Abschlussregion eines Vorrichtungsgebiets.
    • 26B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 26A entlang einer Linie B-B.
    • 26C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 26A entlang einer Linie C-C.
    • 27A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Source- und Pinning-Gebieten, die selbstjustiert zu Bodygebieten ausgebildet werden, gemäß einer Ausführungsform, die tiefe Source-Kontaktstrukturen betrifft, nach Ausbilden von Source-Kontaktgräben.
    • 27B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 27A entlang einer Linie B-B.
    • 27C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 27A entlang einer Linie C-C.
    • 28A ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 27A, nach Ausbilden einer ersten Lastelektrodenstruktur und von Source-Kontaktstrukturen, die sich in das Halbleitersubstrat erstrecken.
    • 28B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 28A entlang einer Linie B-B.
    • 28C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 28A entlang einer Linie C-C.
    • 29A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Source- und Pinning-Gebieten, die selbstjustiert zu Bodygebieten ausgebildet werden, gemäß einer anderen Ausführungsform, die sich auf tiefe Pinning-Gebiete bezieht, nach Ausbilden der tiefen Pinning-Gebiete.
    • 29B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 29A entlang einer Linie B-B.
    • 29C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 29A entlang einer Linie C-C.
    • 30A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Source- und Pinning-Gebieten, die selbstjustiert zu Bodygebieten ausgebildet werden, gemäß einer Ausführungsform, die einen Abstandshalterprozess einschließt, nach Ausbilden von Body-Implantationszonen unter zweiten Maskenöffnungen, die die Bodygebiete definieren.
    • 30B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 30A entlang einer Linie B-B.
    • 30C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 30A entlang einer Linie C-C.
    • 31A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 30A, nach Ausbilden von Abstandshalterstrukturen entlang Seitenwänden der zweiten Maskenöffnungen, um erste Maskenöffnungen zu bilden.
    • 31B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 31A entlang einer Linie B-B.
    • 31C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 31A entlang einer Linie C-C.
    • 32A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 31A, nach Ausbilden von Source-Implantationszonen in ersten Segmenten der Body-Implantationszonen.
    • 32B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 32A entlang einer Linie B-B.
    • 32C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 32A entlang einer Linie C-C.
    • 33A ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstratbereichs von 32A, nach Ausbilden von Pinning-Implantationszonen in zweiten Segmenten der Body-Implantationszonen.
    • 33B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 33A entlang einer Linie B-B.
    • 33C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 33A entlang einer Linie C-C.
    • 34A ist eine schematische Draufsicht eines Bereichs eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mit Source- und Pinning-Gebieten, die selbstjustiert zu Bodygebieten ausgebildet werden, gemäß einer Ausführungsform, die einen mehrstufigen Epitaxieprozess und tiefe Body-Implantationszonen betrifft.
    • 34B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 34A entlang einer Linie B-B.
    • 34C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Halbleitersubstratbereichs von 34A entlang einer Linie C-C.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Ausführungsformen ausgestaltet werden können. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform 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 soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, die das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale angeben, jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff „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 Begriff „elektrisch gekoppelt“ umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die gesteuert werden können, 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 „+“ neben dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets ist, während ein „n+“-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • 1A bis 1C zeigen eine Halbleitervorrichtung 500, die Transistorzellen TC enthält. Die Halbleitervorrichtung 500 kann beispielsweise ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), zum Beispiel ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der üblichen Bedeutung, der FETs mit Metall-Gates sowie FETs mit Gates aus einem Halbleitermaterial enthält, ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine MCD (MOS-gesteuerte Diode) sein oder eine solche enthalten.
  • Die Transistorzellen TC sind entlang einer ersten Oberfläche 101 an einer Vorderseite eines auf Siliziumcarbid (SiC) basierenden Halbleiterkörpers 100 ausgebildet. Eine Richtung orthogonal zur ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zur ersten Oberfläche 101 sind horizontale Richtungen und werden im Folgenden auch als laterale Richtungen bezeichnet.
  • Der Halbleiterkörper 100 enthält eine Driftstruktur 130, die zwischen den Transistorzellen TC und einer zweiten Oberfläche an einer Rückseite des Halbleiterkörpers 100 ausgebildet ist, wobei die zweite Oberfläche zur ersten Oberfläche 101 parallel ist. Die Driftstruktur 130 kann einen hochdotierten Basisbereich, der direkt an die zweite Oberfläche grenzt, sowie eine schwachdotierte Driftzone 135 zwischen den Transistorzellen TC und dem hochdotierten Basisbereich umfassen.
  • Die Driftstruktur 130 kann ferner ein Stromausbreitungsgebiet 131 des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die Driftzone 135 enthalten, wobei das Stromausbreitungsgebiet 131 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Driftzone 135 liegt. Das Stromausbreitungsgebiet 131 kann direkt an die erste Oberfläche 101 grenzen und kann auch direkt an die Driftzone 135 grenzen. Eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in dem Stromausbreitungsgebiet 131 kann größer als eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 135 sein. Gemäß einer Ausführungsform ergeben sich die Driftzone 135 und zumindest ein Bereich des Stromausbreitungsgebiets 131 aus einem Epitaxieprozess.
  • Bodygebiete 120 mit longitudinalen Achsen parallel zu einer ersten horizontalen Richtung 191 sind zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Driftzone 135 ausgebildet. Ein Leitfähigkeitstyp der Bodygebiete 120 ist dem Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131 entgegengesetzt, und die Bodygebiete 120 bilden erste pn-Übergänge pnl mit der Driftzone 135, wobei erste Abschnitte pn11 der ersten pn-Übergänge pnl zwischen den Bodygebieten 120 und den Stromausbreitungsgebieten 131 zur ersten Oberfläche 101 geneigt, z.B. vertikal zur ersten Oberfläche 101, sind und zweite Abschnitte pn12 der ersten pn-Übergänge pnl zur ersten horizontalen Richtung 191 parallel sind.
  • Eine Vielzahl von Graben-Gatestrukturen 150, welche die gleichen Abmessungen und die gleiche Materialkonfiguration aufweisen können, erstrecken sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100, wobei die Graben-Gatestrukturen 150 das Bodygebiet 120 schneiden. Die Graben-Gatestrukturen 150 können in Gate-Reihen 451 angeordnet sein, wobei jede Gate-Reihe eine Vielzahl getrennter Graben-Gatestrukturen 150 enthält, die in einer geraden Linie angeordnet sind, die entlang der ersten horizontalen Richtung 191 verläuft. Horizontale longitudinale Achsen der Graben-Gatestrukturen 150 verlaufen parallel zu einer zweiten horizontalen Richtung 192, die zur ersten horizontalen Richtung 191 orthogonal ist.
  • Kanalbereiche 121 der Bodygebiete 120 erstrecken sich zwischen benachbarten Graben-Gatestrukturen 150 der gleichen Gate-Reihe 451. Jeder Kanalbereich 121 grenzt direkt zumindest an eine erste Seitenwand einer der benachbarten Graben-Gatestrukturen 150 und kann direkt an eine zweite Seitenwand einer zweiten der benachbarten Graben-Gatestrukturen 150 grenzen, wobei zumindest die erste Seitenwand zu einer Hauptkristallebene parallel sein kann.
  • Eine Gate-Strukturbreite wg der Graben-Gatestrukturen 150 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 kann höchstens gleich einer Gate-Strukturlänge ls der Gatestrukturen 150 entlang der zweiten horizontalen Richtung 192, zum Beispiel höchstens ls/2, sein. Eine Distanz pg von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Graben-Gatestrukturen 150 der gleichen Gate-Reihe 451 kann in einem Bereich von 500 nm bis 5 µm, beispielsweise von 1 µm bis 5 µm, liegen. Die Gate-Strukturlänge ls kann in einem Bereich von 500 nm bis 10 µm, zum Beispiel in einem Bereich von 1 µm bis 5 µm, liegen.
  • Die Graben-Gatestrukturen 150 enthalten eine Gateelektrode 155 und ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 von zumindest aktiven Bereichen der Bodygebiete 120 dielektrisch isoliert. Gemäß einer Ausführungsform kann das Gatedielektrikum 151 die Gateelektrode 155 von dem Halbleiterkörper 100 vollständig isolieren. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Graben-Gatestruktur 150 ein oder mehrere Trenndielektrika mit einer Schichtkonfiguration und/oder einer Schichtdicke enthalten, die von dem Gatedielektrikum 151 verschieden ist, wobei das eine oder mehrere Trenndielektrika die Gateelektrode 155 von zumindest einem des Sourcegebiets 110, des Stromausbreitungsgebiets 131 und eines inaktiven Bereichs der Bodygebiete 120, z.B. am Boden der Graben-Gatestruktur 150 oder entlang einer inaktiven Seitenwand, isolieren können. Die Gateelektrode 155 kann mit einem Gateanschluss G elektrisch verbunden sein.
  • Eine vertikale Ausdehnung v2 der Bodygebiete 120 ist größer als eine vertikale Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150, so dass untere Bereiche 122 der Bodygebiete 120 zwischen den Graben-Gatestrukturen 150 und der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet sind. Die vertikale Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 definiert eine Kanalbreite, die ohne Vergrößern des horizontalen Fußabdrucks vergrößert werden kann.
  • Die Bodygebiete 120 trennen lateral die Stromausbreitungsgebiete 131 von den Sourcegebieten 110, wobei die Sourcegebiete 110 die Leitfähigkeit der Stromausbreitungsgebiete 131 aufweisen. Die Sourcegebiete 110 können sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 erstrecken. Die Sourcegebiete 110 stehen in einem niederohmigen Kontakt mit einer Source-Kontaktstruktur 315, die mit den Bodygebieten 120 und mit einem ersten Lastanschluss L1 elektrisch verbunden ist.
  • Der erste Lastanschluss L1 kann der Anodenanschluss einer MCD, der Sourceanschluss eines IGFET oder der Emitteranschluss eines IGBT sein. Die erste Driftstruktur 130 ist mit einem zweiten Lastanschluss L2 elektrisch verbunden oder gekoppelt, weleher der Kathodenanschluss einer MCD, der Drainanschluss eines IGFET oder der Kollektoranschluss eines IGBT sein kann.
  • Die Bodygebiete 120 bilden erste pn-Übergänge pnl mit der Driftstruktur 130 und zweite pn-Übergänge pn2 mit den Sourcegebieten 110. Die ersten pn-Übergänge pnl umfassen erste Abschnitte pnll, die zur ersten Oberfläche 101 um einen Neigungswinkel von etwa 90° geneigt sind und die zur ersten horizontalen Richtung 191 parallel sind. Beispielsweise grenzen die ersten Abschnitte p11 der ersten pn-Übergänge pnl an die Stromausbreitungsgebiete 131 und verlaufen vertikal oder nahezu vertikal zu der ersten Oberfläche 101. Die ersten pn-Übergänge pnl können auch horizontale zweite Abschnitte pn12 zwischen den Bodygebieten 120 und der Driftzone 135 umfassen, wobei die zweiten Abschnitte pn12 parallel zur ersten Oberfläche 101 verlaufen können. Eine Distanz zwischen den ersten Abschnitten pn11 der ersten pn-Übergänge pnl und den zweiten pn-Übergängen pn2 definiert die Kanallänge lc der Transistorzelle TC und ist kleiner als die Gate-Strukturlänge ls, wobei die Graben-Gatestrukturen 150 lateral in zumindest eines der Stromausbreitungsgebiete 131 und der Sourcegebiete 110 vorragen. Beispielsweise ist die Kanallänge lc kleiner als eine Gatelänge lg der Gateelektrode 155 entlang der zweiten horizontalen Richtung 192, wobei die Gateelektrode 155 mit zumindest einem des Stromausbreitungsgebiets 131 und der Sourcegebiete 110 lateral überlappt.
  • Eine erste laterale Überlappung d13 zwischen der Graben-Gatestruktur 150 und der Driftstruktur 130 kann zumindest 10 nm, zum Beispiel mindestens 50 nm, betragen. Eine zweite laterale Überlappung d12 zwischen der Graben-Gatestruktur 150 und den Sourcegebieten 110 kann zumindest 10 nm, zum Beispiel zumindest 50 nm, betragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine der ersten und zweiten lateralen Überlappungen d13, d12 größer als eine Dicke des Gatedielektrikums 151, so dass die Gateelektrode 155 mit der Driftstruktur 130 und/oder den Sourcegebieten 110 lateral überlappt.
  • Eine ausreichende erste Überlappung d13 und eine ausreichende zweite Überlappung d12 stellen eine zuverlässige und robuste niederohmige Verbindung von Seitenwandkanälen sicher, welche Inversionskanäle sind, die in lateralen Seitenwandgebieten der Bodygebiete 120 entlang den Graben-Gatestrukturen 150 gebildet werden.
  • Ein Aspektverhältnis zwischen der vertikalen Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 und der Gatebreite wg der Graben-Gatestrukturen 150 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 ist größer als 1, zum Beispiel größer als 2 oder größer als 5, um eine hohe Flächeneffizienz, d.h. eine große Kanalbreite pro horizontaler Fläche, zu erzielen.
  • Die Ausführungsform der 2A bis 2D bezieht sich auf das Pinning bzw. Halten (engl. pinning) des Lawinendurchbruchs an der Sourceseite von Graben-Gatestrukturen 150, die mit zumindest einem der Sourcegebiete 110 und der Stromausbreitungsgebiete 131 überlappen, so dass eine Kanallänge lc zwischen den ersten Abschnitten pn11 der ersten pn-Übergänge pnl und den zweiten pn-Übergängen pn2 kleiner als eine Gate-Strukturlänge ls entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 ist. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ist die Kanallänge lc geringer als eine Gatelänge lg der Gateelektrode 155 entlang der zweiten horizontalen Richtung 192.
  • Beispielsweise kann ein Pinning-Gebiet 140 des Leitfähigkeitstyps der Bodygebiete 120 einen zusätzlichen pn-Übergang pnx mit der Driftzone 135 ausbilden. Das Pinning-Gebiet 140 ist mit der Source-Kontaktstruktur 315 über einen direkten, niederohmigen Pfad elektrisch verbunden und pinnt bzw. hält einen Spannungsdurchbruch zwischen der Driftstruktur 130 und der Source-Kontaktstruktur 315 beim zusätzlichen pn-Übergang pnx und an einer Seite der Transistorzellen TC, die zum Sourcegebiet 110 orientiert ist. Der zusätzliche pn-Übergang pnx kann direkt unter der Source-Kontaktstruktur 315 liegen, d.h. kann teilweise oder ganz lateral mit einer vertikalen Projektion der Source-Kontaktstruktur 315 überlappen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Pinning-Gebiet 140 eine höhere mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration als die Bodygebiete 120 enthalten. Beispielsweise kann eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in dem Pinning-Gebiet 140 mindestens 120 % oder mindestens 200 % der mittleren Netto-Dotierstoffkonzentration in den Bodygebieten 120 betragen. Gemäß einer Ausführungsform ist die mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration im Pinning-Gebiet 140 mindestens das Zweifache, Zehnfache oder Fünfzigfache der mittleren Netto-Dotierstoffkonzentration in den Bodygebieten 120.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich kann eine Distanz zwischen dem Pinning-Gebiet 140 und einer zweiten Oberfläche auf der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 geringer als eine Distanz zwischen den Bodygebieten 120 und der zweiten Oberfläche sein. Außerdem oder in der Alternative kann eine Dotierstoffkonzentration in einem Bereich der Driftzone 135, der den zusätzlichen pn-Übergang pnx bildet, entlang dem zusätzlichen pn-Übergang pnx lokal erhöht sein.
  • Das Pinning-Gebiet 140 steht in niederohmigem Kontakt mit der Source-Kontaktstruktur 315. Beispielsweise kann die Source-Kontaktstruktur 315 einen Metallbereich umfassen, und das Pinning-Gebiet 140 grenzt direkt an den Metallbereich und bildet einen ohmschen Kontakt mit dem Metallbereich.
  • Das Pinning-Gebiet 140 kann ein Teil einer Struktur sein, die das Sourcegebiet 110 vertikal von der Driftzone 135 trennt, wobei das Pinning-Gebiet 140 einen n/n+- oder p/p+-Übergang j1 mit dem angrenzenden Bodygebiet 120 bilden kann.
  • Das Pinning-Gebiet 140 kann mit der Source-Kontaktstruktur 315 entlang einer den zusätzlichen pn-Übergang pnx mit der Source-Kontaktstruktur 315 verbindenden kürzesten Linie direkt verbunden sein, wobei die kürzeste Linie bezüglich der ersten Oberfläche 101 vorwiegend oder ausschließlich vertikal sein kann. Im Lawinenfall bleibt ein Spannungsabfall zwischen dem zusätzlichen pn-Übergang pnx und der Source-Kontaktstruktur 315 ausreichend niedrig, um zu verhindern, dass eine durch das Sourcegebiet 110, das Bodygebiet 120 und die Driftzone 135 ausgebildete parasitäre bipolare Übergangs-Transistorstruktur einschaltet, wobei ein mögliches Einschalten der parasitären bipolaren Übergangs-Transistorstruktur einen Leckstrom erhöhen könnte und/oder eine Lawinenunempfindlichkeit nachteilig beeinflussen könnte.
  • Die Transistorzellen TC können n-Kanal-Transistorzellen des Anreichungstyps mit p-dotiertem Bodygebiet 120, n-dotiertem Sourcegebiet 110 und n-dotierter Driftzone 135 sein oder können p-Kanal-Transistorzellen des Anreicherungstyps mit n-dotiertem Bodygebiet 120, p-dotiertem Sourcegebiet 110 und p-dotierter Driftzone 135 sein. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen 500 mit n-Kanal-Transistorzellen TC. Ähnliche Betrachtungen gelten für Halbleitervorrichtungen mit p-Kanal-Transistorzellen TC.
  • Eine Spannung am Gateanschluss G oberhalb einer Schwellenspannung schaltet die Transistorzellen TC ein. Mittels Feldeffekt bilden akkumulierte Minoritätsladungsträger Inversionskanäle in den Bodygebieten 120 entlang dem Gatedielektrikum 151. Die Inversionskanäle verbinden die Sourcegebiete 110 mit der Driftstruktur 130, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Lastanschluss L1, L2 über die Bodygebiete 120 ein Laststrom fließt.
  • Wenn eine Spannung am Gateanschluss G unter die Schwellenspannung fällt, schalten die Transistorzellen TC aus. Im AusZustand bleibt der erste pn-Übergang pnl rückwärts vorgespannt bzw. unter Sperrvorspannung, und die vertikale Ausdehnung der Driftzone 135 sowie die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 135 zwischen dem ersten pn-Übergang pnl und dem hochdotierten Basisbereich bestimmt das Spannungssperrvermögen der Halbleitervorrichtung 500.
  • Ein unterer Bereich der Bodygebiete 120 zwischen dem unteren Rand der Graben-Gatestruktur 150 und der Driftzone 135 schirmt das Gatedielektrikum 151 gegen das an die zweite Lastelektrode L2 angelegte Potential ab. Auf der anderen Seite kann ein Lawinendurchbruch, der beim unteren Bereich des Bodygebiets 120 auftritt, ein Einschalten der parasitären bipolaren Transistorstruktur zur Folge haben.
  • Das Pinning-Gebiet 140 klemmt den Lawinendurchbruch bei dem zusätzlichen pn-Übergang pnx ein, der eine direkte, niederohmige Verbindung zur Source-Kontaktstruktur 315 hat, so dass das Pinning-Gebiet 140 den Lawinenstrom entlang einem niederohmigen Pfad zu der Source-Kontaktstruktur 315 und dem ersten Lastanschluss L1 ableitet.
  • In Vergleichsvorrichtungen ohne Pinning-Gebiet 140 kann der Lawinenstrom entlang einem vergleichsweise langen Pfad, teilweise über das vergleichsweise niedrig dotierte Bodygebiet 120, fließen und kann einen ausreichend hohen Spannungsabfall erzeugen, um den intrinsischen parasitären bipolaren npn-Transistor einzuschalten, der durch das Sourcegebiet 110, das Bodygebiet 120 und das Stromausbreitungsgebiet 131 gebildet wird. Ein Einschalten des parasitären bipolaren npn-Transistors erhöht einen Leckstrom und kann zerstörerisch sein.
  • Im Gegensatz dazu leitet die Halbleitervorrichtung 500 der 2A bis 2D den Lawinenstrom entlang einem kurzen und niederohmigen Pfad direkt zur Source-Kontaktstruktur 315 ab. Sogar ein hoher Lawinenstrom erzeugt nur einen niedrigen Spannungsabfall, so dass das Pinning-Gebiet 140 eine Lawinenunempfindlichkeit der Halbleitervorrichtung 500 signifikant verbessert.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der 3A bis 3C enthält eine planare Source-Kontaktstruktur 315, die auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 ausgebildet ist.
  • 3A zeigt eine Vielzahl von Graben-Gatestrukturen 150, welche die gleichen Abmessungen und die gleiche Materialkonfiguration aufweisen können. Die Graben-Gatestrukturen 150 können voneinander gleichmäßig beabstandet sein und können in Gate-Reihen 451 angeordnet sein, wobei sich die Gate-Reihen 451 entlang einer ersten horizontalen Richtung 191 erstrecken. Horizontale longitudinale Achsen der Graben-Gatestrukturen 150 verlaufen parallel zu einer zweiten horizontalen Richtung 192, die zur ersten horizontalen Richtung 191 orthogonal ist.
  • Transistorzellen TC der gleichen Gate-Reihe 451 können ein gemeinsames, streifenförmiges Stromausbreitungsgebiet 131 mit einer longitudinalen Achse parallel zur ersten horizontalen Richtung 191 gemeinsam nutzen. Ähnlich können die der gleichen Gate-Reihe 451 zugeordneten Transistorzellen TC eine gemeinsame, streifenförmige Source-Kontaktstruktur 315 mit einer longitudinalen horizontalen Achse parallel zur ersten horizontalen Richtung 191 gemeinsam nutzen.
  • Die Sourcegebiete 110 können flache dotierte Gebiete zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem angrenzenden Bodygebiet 120 sein, wobei eine vertikale Ausdehnung v3 der Sourcegebiete 110 höchstens 10 % oder höchstens 20 % einer vertikalen Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 beträgt.
  • Die Sourcegebiete 110 benachbarter Transistorzellen TC können direkt aneinander grenzen, um durchgehende Sourcestreifen entlang jeder Gate-Reihe 451 auszubilden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine Vielzahl getrennter Sourcegebiete 110, die jeweils nur einer der Graben-Gatestrukturen 150 zugeordnet sind, entlang der ersten horizontalen Richtung 191 ausgebildet sein.
  • Eine vertikale Ausdehnung v2 der Bodygebiete 120 ist größer als eine vertikale Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150, so dass untere Bereiche der Bodygebiete 120 das Gatedielektrikum 151 gegen das Potential der Driftstruktur 130 abschirmen.
  • Ein Pinning-Gebiet 140 bildet einen zusätzlichen pn-Übergang pnx mit der Driftzone 135 aus. Eine planare Source-Kontaktstruktur 315 ist in einer vertikalen Projektion des zusätzlichen pn-Übergangs pnx ausgebildet.
  • Das Pinning-Gebiet 140 kann eine vertikale Säule bilden, die lateral direkt an die Bodygebiete 120 grenzt, wobei die Bodygebiete 120 und die Pinning-Gebiete 140 vertikale p/p+-Übergänge j1 bilden. Die Pinning-Gebiete 140 können von den Graben-Gatestrukturen 150 lateral beabstandet sein.
  • Das Pinning-Gebiet 140 kann eine höhere Netto-Dotierstoffkonzentration als die Bodygebiete 120 enthalten, um sicherzustellen, dass ein Lawinendurchbruch beim zusätzlichen pn-Übergang pnx gepinnt bzw. gehalten wird. Eine Distanz d1 zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem zusätzlichen pn-Übergang j1 kann gleich der oder größer als die vertikale Ausdehnung v2 der Bodygebiete 120 sein. Eine direkte Verbindungslinie zwischen der Source-Kontaktstruktur 315 und dem zusätzlichen pn-Übergang pnx ist vertikal. Das Pinning-Gebiet 140 bildet auch eine niederohmige Verbindung zwischen dem angrenzenden Bodygebiet 120 und der Source-Kontaktstruktur 315 in einer vertikalen Projektion des zusätzlichen pn-Übergangs pnx.
  • 4A bis 4C kombinieren planare Source-Kontaktstrukturen 315 mit tiefen Sourcegebieten 110, wobei eine vertikale Ausdehnung v3 der Sourcegebiete 110 annähernd die gleiche wie oder geringer als eine vertikale Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 sein kann. Die tiefen Sourcegebiete 110 vergrößern eine Verbindungsfläche der Inversionskanäle mit den Sourcegebieten 110. Die tiefen Sourcegebiete 110 können mit einer kanalblockierenden Struktur kombiniert werden, die einen Stromfluss in unteren Kanälen entlang einer unteren Oberfläche der Graben-Gatestrukturen 150 blockiert, wobei die kanalblockierende Struktur zum Beispiel ein dickes unteres Dielektrikum oder einen hochdotierten Bereich der Bodygebiete 120 unter den Graben-Gatestrukturen 150 umfassen kann.
  • In 5A bis 5C kann eine Ausbildung zumindest eines der Pinning-Gebiete 140 und der Sourcegebiete 110 eine Dotierung einschließen, z.B. eine Implantation durch einen Source-Kontaktgraben, der sich vorübergehend in den Halbleiterkörper 100 erstreckt und später mit leitfähigem Material gefüllt wird, um eine Source-Kontaktstruktur 315 auszubilden, die sich in den Halbleiterkörper 100 erstreckt. Die vertikale Ausdehnung v0 der Source-Kontaktstruktur 315 und eine vertikale Ausdehnung v3 des Sourcegebiets 110 können zumindest 50 %, aber weniger als 90 % einer vertikalen Ausdehnung v1 der Graben-Gatestruktur 150 betragen, um eine Ausbildung der unteren Kanäle zu unterdrücken. Eine Distanz d1 zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem zusätzlichen pn-Übergang pnx kann größer als die vertikale Ausdehnung v2 der Bodygebiete 120 sein.
  • Die Source-Kontaktstruktur 315 in Kombination mit dem tiefen Sourcegebiet 110 kann eine effektive Kanalbreite vergrößern.
  • Bei einer vertikalen Ausdehnung v3 des Sourcegebiets 110, die geringer als 90 % der vertikalen Ausdehnung v1 der Graben-Gatestruktur 150 ist, werden entlang der unteren Oberfläche der Graben-Gatestrukturen 150 selbst bei Fehlen eines hochdotierten unteren Bereichs der Bodygebiete 120 unter den Graben-Gatestrukturen 150 und bei Fehlen eines dicken unteren Dielektrikums keine unteren Kanäle ausgebildet.
  • 6A bis 6B beziehen sich auf Halbleitervorrichtungen 500 mit tiefen Source-Kontaktstrukturen 315, tiefen Sourcegebieten 110 mit einer vertikalen Ausdehnung v3 im Bereich der vertikalen Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 und deaktivierten unteren Kanälen.
  • In 6A enthält das Bodygebiet 120 einen hochdotierten unteren Bereich 122, der sich entlang einem Boden der Graben-Gatestrukturen 150 erstreckt. Die Dotierstoffkonzentration im unteren Bereich 122 ist so ausgewählt, dass sich zumindest für Gatespannungen innerhalb des nominellen Arbeitsbereichs der Halbleitervorrichtung 500 kein Inversionskanal entlang der unteren Oberfläche der Graben-Gatestrukturen 150 bildet. Beispielsweise ist eine mittlere Dotierstoffkonzentration im unteren Bereich 122 der Bodygebiete 120 mindestens doppelt so hoch wie in einem Kanalbereich des Bodygebiets 120 zwischen benachbarten Graben-Gatestrukturen 150. Da die unteren Kanäle eine andere Kristallebene als die Seitenwandkanäle bilden, zeigen die unteren Kanäle eine andere Ladungsträgerbeweglichkeit und/oder Grenzflächenzustandsdichte, so dass untere Kanäle und Seitenwandkanäle verschiedene Charakteristiken, z.B. verschiedene Gate-Schwellenspannungen, aufweisen. Ein Unterdrücken der unteren Kanäle hat einheitlichere Vorrichtungscharakteristiken und eine steilere Ausgangs/Eingangscharakteristik bzw. -kennlinie zur Folge.
  • In 6B umfassen die Graben-Gatestrukturen 150 ein unteres Dielektrikum 157, welches dicker als das Gatedielektrikum 151 ist. Eine Dicke th2 des unteren Dielektrikums 157 ist so ausgewählt, dass für Gatespannungen innerhalb nominaler maximaler Nennwerte der Halbleitervorrichtung 500 entlang der unteren Oberfläche der Graben-Gatestrukturen 150 kein Inversionskanal ausgebildet wird. Beispielsweise ist eine Dicke th2 des unteren Dielektrikums 157 mindestens das Zweifache der Dicke th1 des Gatedielektrikums 151.
  • 7 bezieht sich auf Ausführungsformen mit deaktivierten oberen Kanälen, welche entlang der ersten Oberfläche 101 zwischen benachbarten Graben-Gatestrukturen 150 unter einer Gate-Leiterleitung 351 gebildet werden können, falls eine Breite der Gate-Leiterleitung parallel zur zweiten horizontalen Richtung 192 nahezu die gleiche wie die Gatelänge ist.
  • Die Graben-Gatestruktur 150 von 7 zeigt an der Sourceseite einen dielektrischen Kragen 153. Der dielektrische Kragen 153 erstreckt sich von einer mit der ersten Oberfläche 101 koplanaren Ebene in die Graben-Gatestruktur 150. Eine vertikale Ausdehnung v7 des dielektrischen Kragens 153 kann zumindest das Zweifache oder zumindest das Fünffache der Dicke th1 des Gatedielektrikums 151 betragen. Ein dazwischenliegendes Dielektrikum, welches dicker als Gatedielektrikum 151 ist, kann auf Bereichen der ersten Oberfläche 101 auf den Bodygebieten 120 ausgebildet sein, so dass sich unter Arbeitsbedingungen innerhalb der absoluten maximalen Nennwerte entlang der oberen Oberfläche der Bodygebiete 120 kein Inversionskanal bildet.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der 8A bis 8C enthält eine Vielzahl getrennter Sourcegebiete 110, die entlang der ersten horizontalen Richtung 191 voneinander beabstandet sind, wobei jedes Sourcegebiet 110 an eine der Graben-Gatestrukturen 150 grenzt. Hochdotierte Body-Kontaktzonen 145 erstrecken sich lateral von der Source-Kontaktstruktur 315 zu den Bodygebieten 120 entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 und trennen benachbarte Sourcegebiete 110 lateral entlang der ersten horizontalen Richtung 191.
  • Ein Haupt-Pinning-Bereich 141, der direkt an den Boden der Source-Kontaktstruktur 315 grenzt, kann die gleiche mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration aufweisen und kann aus dem gleichen Dotierungs- oder Epitaxieprozess wie die Body-Kontaktzonen 145 resultieren. Die Haupt-Pinning-Bereiche 141 und die Body-Kontaktzonen 145 bilden verschiedene Bereiche vertikaler Pinning-Gebiete 140.
  • Der Haupt-Pinning-Bereich 141 kann den zusätzlichen pn-Übergang pnx ausbilden. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform enthalten die Pinning-Gebiete 140 ferner niedrig dotierte Bereiche 142, die die gleiche mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration wie die Bodygebiete 120 aufweisen können und die sich aus dem gleichen Dotierungs- oder Epitaxieprozess wie die Bodygebiete 120 ergeben können, wobei die niedrig dotierten Bereiche 142 direkt zwischen den Haupt-Pinning-Bereichen 141 und den zusätzlichen pn-Übergängen pnx liegen. Eine vertikale Ausdehnung der niedrig dotierten Bereiche 142 und die Dotierstoffkonzentrationen in dem niedrig dotierten Bereich 142 und den Haupt-Pinning-Bereichen 141 sind so ausgewählt, dass die Lawine direkt unter den Haupt-Pinning-Bereichen 141 gepinnt bzw. gehalten wird.
  • Das Pinning-Gebiet 140 kann eine durchgehende Struktur ausbilden, die sich entlang der longitudinalen Ausdehnung der Source-Kontaktstruktur 315 erstreckt. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ist eine Vielzahl getrennter Pinning-Gebiete 140 mit jeder Source-Kontaktstruktur 315 verbunden, wobei eine Ausdehnung des Pinning-Gebiets 140 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 der Ausdehnung der Body-Kontaktzonen 145 entlang der gleichen Richtung entspricht.
  • In 9A bis 9C sind die vertikale Ausdehnung v0 der Source-Kontaktstruktur 315 und die vertikale Ausdehnung v3 der Sourcegebiete 110 größer als eine vertikale Ausdehnung v1 der Graben-Gatestruktur 150, um die volle Höhe der Seitenwandkanäle für die effektive Kanalbreite auszunutzen. Die Pinning-Gebiete 140 können dotierte Stücke bzw. Scheiben sein, die sich mit den Sourcegebieten 110 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 abwechseln, wobei Bereiche des Pinning-Gebiets 140, die lateral von der Source-Kontaktstruktur 315 zu den Bodygebieten 120 verlaufen, Body-Kontaktzonen 145 bilden. Eine vertikale Ausdehnung v4 des Pinning-Gebiets 140 kann gleich einer oder größer als eine vertikale Ausdehnung v3 der Sourcegebiete 110 sein.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen können das Haupt-Pinning-Gebiet 141 und die Body-Kontaktzonen 145 unabhängig voneinander so ausgebildet sein, dass sich das Haupt-Pinning-Gebiet 141 entlang der kompletten longitudinalen Ausdehnung der Source-Kontaktstruktur 315 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 erstrecken kann.
  • 10A bis 10D zeigen eine Halbleitervorrichtung 500, die einen Halbleiterkörper 100 aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einem hexagonalen Kristallgitter, zum Beispiel 2H-SiC (SiC des 2H-Polytyps), 6H-SiC oder 15R-SiC, umfasst. Gemäß einer Ausführungsform ist das Halbleitermaterial Siliziumcarbid des 4H-Polytyps (4H-SiC).
  • Die erste Oberfläche 101 an einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 kann zu einer Hauptkristallebene um einen Winkel α zur Achse geneigt sein, dessen Absolutwert zumindest 2° und höchstens 12°, z.B. etwa 4°, betragen kann, wobei die erste Oberfläche 101 planar sein kann oder planare erste Oberflächenabschnitte enthalten kann, die zueinander verschoben und zu einer horizontalen mittleren Ebene um den Winkel α zur Achse geneigt sind, sowie zweite Oberflächenabschnitte, die zu den ersten Oberflächenabschnitten geneigt sind und die ersten Oberflächenabschnitte verbinden, so dass eine Querschnittslinie der ersten Oberfläche 101 eine Sägezahnlinie approximiert. Eine Normale 104 zu einer planaren ersten Oberfläche 101 oder zu einer mittleren Ebene einer gezahnten ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 enthält Transistorzellen TC, die entlang Transistorreihen 401 angeordnet sind, wobei zwei Transistorreihen 401, die auf gegenüberliegenden Seiten eines dazwischenliegenden, gemeinsam genutzten Stromausbreitungsgebiets 131 ausgebildet sind, Reihenpaare 411 von Transistorreihen 401 bilden und wobei benachbarte Reihenpaare 411 von Transistorreihen 401 auf gegenüberliegenden Seiten einer dazwischenliegenden Source-Kontaktstruktur 315 ausgebildet sind, die von den beiden benachbarten Transistorreihen 401 gemeinsam genutzt wird.
  • 10A zeigt vier Transistorreihen 401, wobei zwei Transistorreihen 401 auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsam genutzten Stromausbreitungsgebiets 131 ein Reihenpaar 411 bilden. Die Transistorreihen 401 jedes Reihenpaars 411 können spiegelbildlich bezüglich einer horizontalen longitudinalen Achse des gemeinsam genutzten Stromausbreitungsgebiets 131 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 ausgebildet sein. Gemäß anderen Ausführungsformen können Transistorreihen 401 eines Reihenpaars 411 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 zueinander verschoben sein und/oder können die Reihenpaare 411 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 zueinander verschoben sein.
  • Die Source-Kontaktstruktur 315, das Sourcegebiet 110 und das Pinning-Gebiet 140 können beliebige der Konfigurationen aufweisen, wie sie bezüglich der vorherigen Figuren diskutiert wurden.
  • Wie in 10B veranschaulicht ist, kann eine Distanz d1 zwischen dem zusätzlichen pn-Übergang pnx und der ersten Oberfläche 101 größer sein als eine vertikale Ausdehnung v2 der Bodygebiete 120. Zwei Transistorreihen 401 benachbarter Reihenpaare 411 nutzen ein gemeinsames durchgehendes Pinning-Gebiet 140 gemeinsam, dessen longitudinale Achse sich entlang der ersten horizontalen Richtung 191 erstreckt.
  • In einer vertikalen Projektion des Pinning-Gebiets 140 wechseln sich scheibenförmige Body-Kontaktzonen 145 mit scheibenförmigen Sourcegebieten 110 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 ab. Eine vertikale Ausdehnung v0 eines Teils der Source-Kontaktstruktur 315, der sich in den Halbleiterkörper 100 erstreckt, und eine vertikale Ausdehnung v3 des Sourcegebiets können annähernd gleich einer vertikalen Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 sein.
  • Gate-Verbindungsleitungen 351, die über der ersten Oberfläche 101 ausgebildet sind, können Bereiche der Gateelektrode 155 in Graben-Gatestrukturen 150 verbinden, die der gleichen Transistorreihe 401 zugeordnet sind. Die Gate-Verbindungsleitungen 351 können aus dem (den) gleichen Material (Materialien) gebildet sein und können die gleiche Materialkonfiguration wie die Gateelektrode 155 in den Graben-Gatestrukturen 150 aufweisen.
  • Ein Zwischenschicht-Dielektrikum 200 trennt eine erste Lastelektrode 310 von der ersten Oberfläche 101 und von den Gate-Verbindungsleitungen 351. Die Source-Kontaktstrukturen 315 erstrecken sich von der ersten Lastelektrode 310 durch Öffnungen in dem Zwischenschicht-Dielektrikum 200 in den Halbleiterkörper 100. Die erste Lastelektrode 310 bildet eine erste Lastelektrode L1 der Halbleitervorrichtung 500 oder kann mit einer solchen elektrisch verbunden sein.
  • Ein hochdotierter Basisbereich 139 ist entlang der zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterkörpers 100 an einer der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegenden Seite ausgebildet. Der Basisbereich 139 kann den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Driftzone 135, den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen oder kann dotierte Zonen beider Leitfähigkeitstypen enthalten, wobei jede dotierte Zone sich zwischen der zweiten Oberfläche 102 und der Driftzone 135 erstrecken kann. Der Basisbereich 139 ist mit einer zweiten Lastelektrode 320 niederohmig verbunden, die direkt auf der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet ist, und ist mit einem zweiten Lastanschluss L2 elektrisch verbunden oder gekoppelt.
  • Die Graben-Gatestrukturen 150 können gleich beabstandet sein, können eine gleiche Breite und eine gleichmäßige Distanz von Mitte zu Mitte entlang der ersten horizontalen Richtung 191 aufweisen. Die Distanz von Mitte zu Mitte der Graben-Gatestrukturen 150 entlang der Transistorreihe 401 kann in einem Bereich von 0,5 µm bis 10 µm, z.B. von 1 µm bis 5 µm, liegen. Die vertikale Ausdehnung v1 der Graben-Gatestrukturen 150 kann in einem Bereich von 0,3 µm bis 5 µm, z.B. in einem Bereich von 0,5 µm bis 2 µm, liegen.
  • Seitenwände an den langen Seiten der Graben-Gatestrukturen 150 können zur ersten Oberfläche 101 vertikal, zu einer Normalen 104 auf die erste Oberfläche 101 schräg sein oder können sich mit zunehmender Distanz zur ersten Oberfläche 101 verjüngen bzw. aufeinander zulaufen.
  • 10C zeigt einen Laststrom IL durch die Halbleitervorrichtung 500. Ein an die Gateelektroden 155 der Graben-Gatestrukturen 150 angelegtes Potential steuert einen lateralen Ladungsträgerfluss von den Sourcegebieten 110, die in 10A dargestellt sind, durch die Bodygebiete 120 zu den Stromausbreitungsgebieten 131. In den Stromausbreitungsgebieten 131 werden die Ladungsträger abgelenkt und gehen hauptsächlich in der vertikalen Richtung durch die Driftzone 135.
  • Gemäß 10D ist die <0001>-Kristallachse zur Normalen 104 um einen Winkel α > 0 zur Achse geneigt, ist die <11-20>-Kristallachse bezüglich der horizontalen Ebene um den Winkel α zur Achse geneigt, und die <1-100>-Kristallachse verläuft orthogonal zur Querschnittsebene von 10D.
  • Die Seitenwände entlang den langen Seiten der Graben-Gatestrukturen 150 verjüngen sich mit zunehmender Distanz zur ersten Oberfläche 101 bzw. laufen aufeinander zu. Ein Verjüngungs- bzw. Kegelwinkel β der Graben-Gatestrukturen 150 bezüglich der Normalen 104 kann gleich dem Winkel α zur Achse sein oder kann vom Winkel α zur Achse um nicht mehr als ±1° abweichen, so dass eine erste Seitenwand der Graben-Gatestruktur 150 zu der {11-20}-Hauptkristallebene parallel ist, in der eine Ladungsträgerbeweglichkeit hoch ist.
  • Eine der ersten Seitenwand gegenüberliegende zweite Seitenwand kann zu einer Hauptkristallebene um das Doppelte des Winkels α zur Achse, z.B. um 4° oder mehr, zum Beispiel um etwa 8°, geneigt sein. In einem 4H-SiC-Halbleiterkörper 100 mit einer Kristallorientierung wie in 10D veranschaulicht kann die erste Seitenwand auf der linken Seite eine signifikant höhere Ladungsträgerbeweglichkeit als die zweite Seitenwand auf der rechten Seite zeigen.
  • Für nominale Arbeitsbedingungen kann eine Ausbildung von Inversionskanälen in Bereichen der Bodygebiete 120 entlang den zweiten Seitenwänden unterdrückt werden, um eine einheitliche Schwellenspannung zu erreichen, zumindest in dem Fall, in dem die longitudinalen Achsen der Graben-Gatestrukturen 150 zu der Richtung weg von der Orientierung der ersten Oberfläche 101 senkrecht sind. Beispielsweise können die Sourcegebiete 110 von der zweiten Seitenwand beabstandet sein, oder ein Trenndielektrikum, das dicker als Gatedielektrikum 151 ist, kann entlang der zweiten Seitenwand ausgebildet sein.
  • Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform umfassen die Bodygebiete 120 Passivierungszonen 127, die entlang zumindest einem Bereich der zweiten Seitenwände ausgebildet sind. Eine Dotierstoffkonzentration der Passivierungszone 127 ist ausreichend hoch, um die Ausbildung eines Inversionskanals für Gatespannungen innerhalb des nominellen Arbeitsbereichs der Halbleitervorrichtung 500 zu unterdrücken. Beispielsweise kann eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Passivierungszone 127 zumindest zweimal, zumindest zehnmal oder zumindest fünfzigmal so hoch wie in dem Bereich des Bodygebiets 120 außerhalb der Passivierungszone 127 sein.
  • In 11A bis 11B bilden die Graben-Gatestrukturen 150 von zwei benachbarten Transistorzellen TC von zwei Transistorreihen 401 des gleichen Reihenpaars 411 eine kombinierte Graben-Gatestruktur 150, die sich entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 durch das dazwischenliegende Stromausbreitungsgebiet 131 erstreckt, das von den Transistorzellen TC der beiden Transistorreihen 401 gemeinsam genutzt wird.
  • 12A und 12B zeigen ein Trenndielektrikum 159, das entlang den zweiten Seitenwänden selektiv ausgebildet ist. Außerdem kann ein unteres Dielektrikum 157 am Boden der Graben-Gatestruktur 150 ausgebildet sein. Das Trenndielektrikum 159 und/oder das untere Dielektrikum 157 können eine kapazitive Kopplung zwischen der Gateelektrode 155 und benachbarten Bereichen der Bodygebiete 120 reduzieren, so dass zumindest unter nominellen Arbeitsbedingungen keine Inversionskanäle entlang den zweiten Seitenwänden und/oder entlang dem Boden gebildet werden. Beispielsweise können das Trenndielektrikum 159 und das untere Dielektrikum 157 aus dem gleichen Material wie das Gatedielektrikum 151 gebildet sein, und eine Dicke des unteren Dielektrikums 157 und des Trenndielektrikums 159 beträgt zumindest 120 %, zum Beispiel zumindest das Zwei- oder Fünffache, der Dicke des Gatedielektrikums 151.
  • In 13A ist die <0001>-Kristallachse um einen Winkel α > 0 zur Achse zur Normalen 104 geneigt, ist die <11-20>-Kristallachse bezüglich der horizontalen Ebene um den Winkel α zur Achse geneigt, und die <1-100>-Kristallachse verläuft orthogonal zur Querschnittsebene von 13A. Die ersten und zweiten Seitenwände der Graben-Gatestrukturen 150 sind zueinander parallel, und beide Seitenwände sind zu der Normalen 104 um den Seitenwandwinkel β, der gleich dem Winkel α zur Achse ist oder diesen approximiert, geneigt, so dass die Ladungsträgermobilität in beiden Seitenwandkanälen annähernd gleich ist. Die Graben-Gatestrukturen 150 können gebildet werden, indem eine gerichtete Ionenstrahlätzung genutzt wird, wobei der gerichtete Ionenstrahl unter einem Winkel auftrifft, der zur Normalen 104 um den Winkel α zur Achse geneigt ist.
  • In 13B ist die <0001>-Hauptkristallachse um den Winkel zur Achse zu der Querschnittsebene geneigt. Die <1-100>-Kristallachse ist parallel zur ersten Oberfläche 101, und die vertikalen Seitenwände der Graben-Gatestruktur 150 sind parallel zu (-1100)- und (1-100)-Kristallebenen. Die Ladungsträgermobilität in beiden Kristallebenen ist annähernd gleich, so dass eine Nutzung sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenwände die geringere Ladungsträgermobilität bezüglich der (11-20)-Kristallebene überkompensiert.
  • In 13C ist die <0001>-Hauptkristallachse um den Winkel zur Achse zu der Querschnittsebene geneigt. Die <11-20>-Kristallachse ist zur ersten Oberfläche 101 parallel, und vertikale Seitenwände der Graben-Gatestruktur 150 sind (11-20)- und (-1-120)-Kristallebenen mit annähernd der gleichen Ladungsträgermobilität.
  • In der Halbleitervorrichtung 500 von 13D grenzt ein lateraler Bodykontakt 145 direkt an eine zweite Seite der Graben-Gatestrukturen 150 und blockiert den Seitenwandkanal an der Seite mit einer geringeren Trägermobilität, zum Beispiel in einer Halbleitervorrichtung 500 mit der Kristallorientierung wie in 12A und 12B beschrieben.
  • In 13E enthalten die Graben-Gatestrukturen 150 zweiseitige dielektrische Krägen 153 an der Oberseite entlang einer mit der ersten Oberfläche 101 koplanaren Ebene. Ein Außenrand eines ersten Bereichs des dielektrischen Kragens 153 grenzt an das Sourcegebiet 110. Ein Außenrand eines zweiten Bereichs des dielektrischen Kragens 153 grenzt an das Stromausbreitungsgebiet 131. Innenränder der ersten und zweiten Bereiche können mit den Rändern der Gate-Verbindungsleitungen 351 fluchten bzw. bündig sein. Eine vertikale Ausdehnung des dielektrischen Kragens 153 kann in dem Bereich von einigen wenigen Nanometer liegen. Der dielektrische Kragen 153 kann die Ausbildung von Inversionskanälen entlang der Oberseite der Bodygebiete 120 verhindern.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der 14A und 14B kann ein n-Kanal-Feldeffekttransistor mit p-dotierten Bodygebieten 120 sein. Der Kristallorientierung kann eine von jenen sein, die unter Bezugnahme auf 13B und 13C beschrieben wurden. Beispielsweise ist die <0001>-Hauptkristallachse um einen Winkel α zur Achse in Richtung der (11-20)-Hauptkristallebene zur Normalen 104 geneigt. Horizontale longitudinale Achsen der Graben-Gatestrukturen 150 liegen in einer Ebene der <11-20>-Kristallachse, und vertikale erste und zweiten Seitenwände der Graben-Gatestrukturen 150 sind (-1100)- und (1-100)-Kristallebenen. Die Ladungsträgermobilität in beiden Kristallebenen ist annähernd gleich, so dass eine Nutzung sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenwände die geringere Ladungsträgermobilität verglichen mit (11-20)-Kristallebenen überkompensiert.
  • 14A und 14B zeigen hochleitfähige Zusatzstrukturen 395, die in den Stromausbreitungsgebieten 131 eingebettet sind. Die Zusatzstrukturen 395 bilden eine niederohmige Grenzfläche zur Driftzone 135 und lenken den lateralen Strom durch die Transistorzellen TC in einen vertikalen Strom durch eine JFET-Übergangs-Feldeffekttransistor-)Struktur um, die unter den Zusatzstrukturen 395 durch die Bodygebiete 120 und den dazwischenliegenden Bereich des Stromausbreitungsgebiets 131 gebildet wird. Die hochleitfähige Zusatzstruktur 395 kann eine oder mehrere metallhaltige Schichten enthalten und kann sich von der ersten Oberfläche 101 in das Stromausbreitungsgebiet 131 erstrecken. Eine vertikale Ausdehnung der Zusatzstruktur 395 kann annähernd die gleiche wie eine vertikale Ausdehnung der Source-Kontaktstrukturen 315 oder eine vertikale Ausdehnung der Graben-Gatestrukturen 150 sein.
  • Das Stromausbreitungsgebiet 131 kann einen hochdotierten Bereich 1312 enthalten, der direkt an die Zusatzstruktur 395 grenzt. Ein schwächer dotierter Bereich 1311 des Stromausbreitungsgebiets 131 kann zwischen dem Bodygebiet 120 und dem hochdotierten Bereich 1312 ausgebildet sein. Beispielsweise kann der schwachdotierte Bereich 1311 den hochdotierten Bereich 1312 und das Bodygebiet 120 trennen.
  • In 15A bis 15B grenzt der hochdotierte Bereich 1312 des Stromausbreitungsgebiets 131 direkt an das Bodygebiet 120 und bildet vertikale erste Abschnitte der ersten pn-Übergänge pn1.
  • Unter den Graben-Gatestrukturen 150 können die Bodygebiete 120 laterale Bodyerweiterungen 129 enthalten, um die Charakteristiken der JFET-Struktur weiter zu verbessern, die durch einen unteren Bereich des Stromausbreitungsgebiets 131 zwischen den Zusatzstrukturen 395 und der Driftzone 135 ausgebildet wird.
  • Die lateralen Bodyerweiterungen 129 können mittels einer Implantation durch einen vorübergehend leeren Gategraben gebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Halbleitervorrichtung eine Driftstruktur, die zumindest (i) eine Driftzone in einer Distanz zu einer ersten Oberfläche eines SiC-Halbleiterkörpers und (ii) ein Stromausbreitungsgebiet zwischen der ersten Oberfläche und der Driftzone umfasst. Entlang einer horizontalen Richtung parallel zur ersten Oberfläche ist ein Bodygebiet zwischen dem Stromausbreitungsgebiet und einem Sourcegebiet ausgebildet. Eine Graben-Gatestruktur erstreckt sich in den Halbleiterkörper. Ein Pinning-Gebiet zwischen einer Source-Kontaktstruktur und der Driftzone ist mit der Source-Kontaktstruktur elektrisch verbunden. Das Pinning-Gebiet ist dafür eingerichtet, einen Lawinendurchbruch zwischen der Driftstruktur und der Source-Kontaktstruktur bei einem zusätzlichen pn-Übergang zu pinnen bzw. zu halten, der zwischen dem Pinning-Gebiet und der Driftzone ausgebildet ist.
  • Eine Dotierstoffkonzentration in dem Pinning-Gebiet kann höher als in dem Bodygebiet sein. Das Pinning-Gebiet kann einen p/p+- oder n/n+-Übergang mit dem Bodygebiet ausbilden. Eine Distanz zwischen dem zusätzlichen pn-Übergang und der ersten Oberfläche kann größer sein als eine vertikale Ausdehnung des Bodygebiets. Das Pinning-Gebiet kann sich entlang einer vertikalen Richtung orthogonal zu der ersten Oberfläche von der Source-Kontaktstruktur zum zusätzlichen pn-Übergang erstrecken. Die Source-Kontaktstruktur kann sich von der ersten Oberfläche in den Halbleiterkörper erstrecken.
  • 16 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, die zu einem Bodygebiet selbstjustierte Pinning- und Sourcegebiete enthält. Der Begriff „selbstjustiert“ weist darauf hin, dass die Bodygebiete und die Sourcegebiete durch den gleichen einzelnen fotolithografischen Prozess definiert werden und die Position der Bodygebiete bezüglich der Sourcegebiete keiner Fehlausrichtung zwischen zwei fotolithografischen Belichtungen unterworfen ist.
  • Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps werden durch erste Segmente erster Maskenöffnungen in einer ersten Dotierstoffmaske selektiv eingeführt, um Source-Implantationszonen in einem Halbleitersubstrat aus Siliziumcarbid zu bilden (912). Eine longitudinale Achse der ersten Maskenöffnungen erstreckt sich in eine erste horizontale Richtung. Eine erste Auswahlmaske kann zweite Segmente der ersten Maskenöffnungen selektiv bedecken, wobei erste und zweite Segmente sich entlang der ersten horizontalen Richtung abwechseln.
  • Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps werden durch die zweiten Segmente der ersten Maskenöffnungen in das Halbleitersubstrat eingeführt, um Pinning-Implantationszonen in dem Halbleitersubstrat auszubilden (914), wobei eine zweite Auswahlmaske die ersten Segmente selektiv bedecken kann.
  • Weitere Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps werden durch zweite Maskenöffnungen in einer zweiten Dotierstoffmaske selektiv eingeführt, um Body-Implantationszonen in dem Halbleitersubstrat auszubilden (916), wobei eine Breite der zweiten Maskenöffnungen entlang einer zweiten horizontalen Richtung orthogonal zu der ersten horizontalen Richtung größer ist als eine Breite der ersten Maskenöffnungen. Die Source- und Pinning-Implantationszonen können vor oder nach den Body-Implantationszonen gebildet werden. Die zweite Dotierstoffmaske wird erhalten, indem die erste Dotierstoffmaske modifiziert wird. Alternativ dazu wird die erste Dotierstoffmaske durch Modifizieren der zweiten Dotierstoffmaske erhalten.
  • 17A bis 26C beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Siliziumcarbid-Leistungs-Halbleitervorrichtungen auf der Basis eines Halbleitersubstrats 700 aus Siliziumcarbid. Das Halbleitersubstrat 700 kann aus 4H-SiC oder 6H-SiC bestehen und kann ein hochdotiertes Basissubstrat 705 umfassen, das eine Siliziumcarbidscheibe sein kann, die beispielsweise durch Sägen von einem Siliziumcarbid-Ingot erhalten wurde. Das Basissubstrat 705 kann hochdotiert sein und kann n-dotiert sein.
  • Eine Driftschicht 730, welche den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Basissubstrat 705 aufweisen kann, kann auf einer Prozessoberfläche des Basissubstrats 705 z.B. mittels Epitaxie gebildet werden. Eine erste Dotierstoffmaske 810 zum Definieren von Pinning- und Sourcegebieten wird auf einer freigelegten Hauptoberfläche 701 der Driftschicht 730 ausgebildet. Streifenförmige erste Maskenöffnungen 815, die sich entlang einer ersten horizontalen Richtung 191 erstrecken, sind in der ersten Dotierstoffmaske 810 sowohl in Vorrichtungsgebieten als auch in einem gitterartigen Schnittfugengebiet ausgebildet, das zwei benachbarte Vorrichtungsgebiete trennt. Eine Zusatzmaske, welche z.B. aus einem Fotoresistmaterial bestehen kann, kann mittels Fotolithografie gebildet werden. Die Zusatzmaske bedeckt die Vorrichtungsgebiete und enthält zusätzliche Maskenöffnungen in dem Schnittfugengebiet. Ein Ätzprozess kann Bereiche der Driftschicht 730 aussparen bzw. vertiefen, die durch die streifenförmigen Zusatzmaskenöffnungen im Schnittfugengebiet freigelegt sind, um Justierungsgräben zu bilden. Die Zusatzmaske wird entfernt.
  • Eine Resistschicht kann abgeschieden und mittels Fotolithografie strukturiert werden, um eine erste Auswahlmaske 831 zu bilden, die zweite Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 bedeckt und die erste Auswahlöffnungen 835 enthält, die erste Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 in den Vorrichtungsgebieten freilegen, wobei sich die ersten und zweiten Segmente 8151, 8152 abwechseln können, z.B. entlang der ersten horizontalen Richtung 191 direkt abwechseln können.
  • Unter Verwendung der ersten Dotierstoffmaske 810 und der ersten Auswahlmaske 831 als eine kombinierte Implantationsmaske werden Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps durch die ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 z.B. mittels einer Implantation bei hoher Energie unter Verwendung eines Energiefilters, um die Dotierstoffe entlang der vertikalen Richtung gleichmäßig zu verteilen, implantiert.
  • 17A zeigt die streifenförmigen ersten Maskenöffnungen 815 der ersten Dotierstoffmaske 810. Longitudinale Achsen der ersten Maskenöffnungen 815 verlaufen parallel zu der ersten horizontalen Richtung 191. Die erste Auswahlmaske 831 bedeckt zweite Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815. Die ersten Auswahlöffnungen 835 der ersten Auswahlmaske 831, welche entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 verlaufen, legen erste Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 selektiv frei.
  • Gemäß 17B und 17C kann die erste Dotierstoffmaske 810 eine mehrschichtige Struktur mit einer Maskenbasisschicht 812 und einer Maskenoberschicht 814 aufweisen, wobei die Materialien für die Maskenbasisschicht 815 und die Maskenoberschicht 814 verschiedene Ätzeigenschaften zeigen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Maskenbasisschicht 812 aus einem Siliziumoxid oder Silikatglas, z.B. einem Siliziumoxid basierend auf der Abscheidung von TEOS (Tetraethylorthosilan), bestehen. Die Maskenoberschicht 814 kann beispielsweise aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder Kohlenstoff bestehen. Direkt darunter, mit anderen Worten in der vertikalen Projektion der ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815, werden Source-Implantationszonen 710 vom n-Typ ausgebildet, die sich von der Hauptoberfläche 701 in das Halbleitersubstrat 700 erstrecken. Die erste Auswahlmaske 831 wird entfernt.
  • Eine weitere Resistschicht wird abgeschieden und mittels Fotolithografie strukturiert, um eine zweite Auswahlmaske 832 mit zweiten Auswahlöffnungen 836 auszubilden. Die zweite Auswahlmaske 832 bedeckt die ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815, und die zweiten Auswahlöffnungen 836 legen die zweiten Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 frei. Unter Verwendung der zweiten Auswahlmaske 832 und der ersten Dotierstoffmaske 810 als kombinierte Implantationsmaske werden Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die zweiten Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 z.B. mittels einer Implantation bei hoher Energie unter Verwendung eines Energiefilters, um die Dotierstoffe entlang der vertikalen Richtung homogen zu verteilen, implantiert.
  • 18A zeigt die zweite Auswahlmaske 832, die die ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 bedeckt und streifenförmige zweite Auswahlöffnungen 836 enthält, welche die zweiten Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 selektiv freilegen.
  • Gemäß 18B bedeckt die zweite Auswahlmaske 832 die Source-Implantationszonen 710, die in der vertikalen Projektion der ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 ausgebildet werden.
  • 18C zeigt Pinning-Implantationszonen 740, die in der vertikalen Projektion der zweiten Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 selektiv ausgebildet werden. Entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 können die Pinning-Implantationszonen 740 die gleiche laterale Abmessung wie die Source-Implantationszonen 710 aufweisen, da sie durch die gleichen streifenförmigen ersten Maskenöffnungen 815 definiert werden. Eine vertikale Ausdehnung der Pinning-Implantationszonen 740 kann gleich einer oder größer als eine vertikale Ausdehnung der Source-Implantationszonen 710 sein. Die zweite Auswahlmaske 832 kann entfernt werden. Die Pinning-Implantationszonen 740 können nach oder vor den Source-Implantationszonen 710 gebildet werden.
  • Die erste Dotierstoffmaske 810 kann modifiziert werden, um eine zweite Dotierstoffmaske zu bilden. Die Modifikation beinhaltet ein Verbreitern der ersten Maskenöffnungen 815 entlang der zweiten horizontalen Richtung 192. Das Verbreitern kann ein isotropes Aussparen zumindest einer der Schichten der Dotierstoffmaske 810 einschließen.
  • Gemäß der in 19A bis 19C veranschaulichten Ausführungsform spart eine erste isotrope Ätzung die Maskenbasisschicht 812 selektiv lateral aus. Die erste isotrope Ätzung kann eine Nassätzung mit hoher Selektivität bezüglich der Maskenoberschicht 814 sein.
  • 19A bis 19C zeigen die lateral ausgesparte Maskenbasisschicht 812, wobei die Aussparung die Maskenoberschicht 814 um eine wohldefinierte Aussparungsbreite RC hinterschneidet, welche mit hoher Einheitlichkeit über das komplette Halbleitersubstrat 700 erhalten werden kann.
  • 19A zeigt die Source-Implantationszonen 710 und die Pinning-Implantationszonen 740, die sich entlang der ersten horizontalen Richtung 191 direkt abwechseln.
  • 19B und 19C zeigen die lateral ausgesparte Maskenbasisschicht 812 und die hinterschnittene Maskenoberschicht 814. Die isotrope Nassätzung definiert die Aussparungsbreite RC. Die Maskenoberschicht 814 kann bezüglich der ausgesparten Maskenbasisschicht 812 selektiv entfernt werden.
  • 20A bis 20C zeigen eine zweite Dotierstoffmaske 820, die durch Entfernen der obersten Maskenschicht 814 der 19B und 19C erhalten wird. Die zweite Dotierstoffmaske 820 enthält den ausgesparten Bereich der Maskenbasisschicht 812 der ersten Dotierstoffmaske 810 der 19A bis 19C.
  • Zweite Maskenöffnungen 825 der zweiten Dotierstoffmaske 820 sind um das Doppelte der lateralen Aussparungsbreite RC breiter als die ersten Maskenöffnungen 815 der ersten Dotierstoffmaske 810, die in 18A bis 18C veranschaulicht ist. Eine longitudinale Mittelachse einer zweiten Maskenöffnung 825 fällt mit der longitudinalen Mittelachse der entsprechenden ersten Maskenöffnung 815 wie in 14A veranschaulicht zusammen.
  • Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps werden durch die zweiten Maskenöffnungen 825 in das Halbleitersubstrat 700 implantiert, um Body-Implantationszonen 720 auszubilden. Die Implantation überlappt mit den vorher ausgebildeten Source-Implantationszonen 710 und Pinning-Implantationszonen 740, wobei die Implantation die Netto-Dotierstoffkonzentration in den Pinning-Implantationszonen 740 erhöht und in einem gewissen Maß die Netto-Dotierstoffkonzentration in den Source-Implantationszonen 710 verringert.
  • 21B und 21C zeigen Body-Implantationszonen 720, die eine Vielzahl von Source-Implantationszonen 710 und Pinning-Implantationszonen 740 einbetten, die sich entlang der ersten horizontalen Richtung 191 abwechseln. Eine vertikale Ausdehnung der Body-Implantationszonen 720 ist größer als eine vertikale Ausdehnung der Source-Implantationszonen 710 und kann gleich einer, größer als oder kleiner als eine vertikale Ausdehnung der Pinning-Implantationszonen 740 sein.
  • Die zweite Dotierstoffmaske 820 wird entfernt. Eine Wärmebehandlung kann die implantierten Dotierstoffe aktivieren. Eine Ätzmaskenschicht oder ein Schichtstapel kann abgeschieden und mittels Fotolithografie strukturiert werden, um eine Gategraben-Ätzmaske 850 auf der Hauptoberfläche 701 auszubilden.
  • 22A bis 22C zeigen durch die Wärmebehandlung aus den Source-Implantationszonen 710 erhaltene Sourcegebiete 110, aus den Body-Implantationszonen 720 erhaltene Bodygebiete 120 und aus den Pinning-Implantationszonen 740 der 21A bis 21C erhaltene Pinning-Gebiete 140. Aufgrund der niedrigen effektiven Diffusionskoeffizienten für Dotierstoffe in Siliziumcarbid hat die Wärmebehandlung keine signifikante Zwischendiffusion entlang den pn-Übergängen zwischen den Sourcegebieten 110 und den Bodygebieten 120 zur Folge.
  • 22A zeigt die Gategraben-Ätzmaske 850 mit Grabenmaskenöffnungen 855, die in Linien entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 und in Spalten entlang der ersten horizontalen Richtung 191 angeordnet sind.
  • 22B zeigt Gategräben 750, die sich in der vertikalen Projektion der Grabenmaskenöffnungen 855 in der Gategraben-Ätzmaske 850 in das Halbleitersubstrat 700 erstrecken. Die Gategräben 750 erstrecken sich lateral von einem Säulenbereich 731 der Driftschicht 720 zwischen benachbarten Bodygebieten 120 in das benachbarte Sourcegebiet 110.
  • Eine vertikale Ausdehnung v2 der Bodygebiete 120 ist größer als eine vertikale Ausdehnung v3 der Sourcegebiete 110 und kann gleich einer, größer als oder kleiner als eine vertikale Ausdehnung v4 der Pinning-Gebiete 140 sein.
  • Die Gategraben-Ätzmaske 850 kann entfernt werden. Eine Gatedielektrikums-Auskleidung 751 kann zum Beispiel durch eine chemische Gasphasenabscheidung unter niedrigem Druck von TEOS und eine Wärmebehandlung in einer Stickstoff und/oder Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre gebildet werden. Ein Gateelektrodenmaterial, zum Beispiel polykristallines Silizium, kann abgeschieden werden, um die Gategräben 750 zu füllen. Außerhalb der Gategräben 750 abgeschiedene Bereiche des Gateelektrodenmaterials können entfernt werden. Eine Entfernung des Gateelektrodenmaterials kann einen Trockenätzprozess, ein chemisch-mechanisches Polieren oder eine beider Kombination einschließen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform können außerhalb des Halbleitersubstrats 700 abgeschiedene Bereiche des Gateelektrodenmaterials mittels Fotolithografie strukturiert werden, um Gate-Verbindungsleitungen zu bilden, die Bereiche der Gateelektrode 155 in Graben-Gatestrukturen 150 verbinden, die entlang der ersten horizontalen Richtung 191 angeordnet sind.
  • Eine Dotierstoffkonzentration in den Stromausbreitungsgebieten 131 kann gleich derjenigen in der Driftschichtzone 135 oder höher sein. Beispielsweise können das Stromausbreitungsgebiet 131 und die Driftzone 135 aus verschiedenen Epitaxieprozessen resultieren, oder eine weitere Implantation bei hoher Energie vor der Wärmebehandlung für eine Dotierstoffaktivierung kann die Dotierstoffkonzentration in den Stromausbreitungsgebieten 131 erhöhen.
  • 23A bis 23C zeigen die Gatedielektrikums-Auskleidung 751, die die Hauptoberfläche 701 bedeckt und Seitenwände der Gategräben 750 auskleidet. Bereiche der Gatedielektrikums-Auskleidung 751, die die Gategräben 750 auskleiden, bilden ein Gatedielektrikum 151. Gateelektrodenmaterial in den Gategräben 750 bildet eine Gateelektrode 155. Säulenbereiche der Driftschicht 730 zwischen benachbarten Bodygebieten 120 bilden Stromausbreitungsgebiete 131. Ein verbleibender Bereich der Driftschicht 130 der 18A bis 18C bildet eine Driftzone 135 unter den Bodygebieten 120.
  • Wie oben dargelegt wurde, definiert die Distanz zwischen den Stromausbreitungsgebieten 131 und den Sourcegebieten 110 eine Kanallänge. Da die Kanallänge durch einen einzigen fotolithografischen Prozess definiert ist, hat das Verfahren über eine Vielzahl von Halbleitersubstraten 700 eine sehr einheitliche Verteilung einer Kanallänge und einheitliche Transistorcharakteristiken zur Folge.
  • Ein oder mehrere dielektrische und zusätzliche Materialien können auf der Gatedielektrikums-Auskleidung 751 abgeschieden werden, um einen Schichtstapel zu bilden. Eine Fotoresistschicht kann auf dem Schichtstapel abgeschieden und mittels Fotolithografie strukturiert werden, um eine Source-Kontaktmaske 860 zu bilden.
  • 24A zeigt streifenförmige Kontakt-Maskenöffnungen 865 in der Source-Kontaktmaske 860, wobei sich longitudinale Achsen der Kontakt-Maskenöffnungen 865 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 erstrecken. Kontaktöffnungen 215 in dem Schichtstapel über der Hauptoberfläche 701 sind in der vertikalen Projektion der Kontakt-Maskenöffnungen 865 in der Source-Kontaktmaske 860 ausgebildet. Die Kontaktöffnungen 215 in dem Schichtstapel legen abwechselnd Bereiche der Sourcegebiete 110 und der Pinning-Gebiete 140 entlang der ersten horizontalen Richtung frei.
  • 24B und 24C zeigen den Schichtstapel, der die Gatedielektrikums-Auskleidung 751, eine dielektrische Schichtstruktur 210 und eine Schutzschicht 295 umfasst. Die dielektrische Schichtstruktur 210 kann ein auf der Abscheidung von TEOS basierendes Siliziumoxid und/oder Silikatglas, beispielsweise PSG (Phosphorsilikatglas), enthalten. Die Schutzschicht 295 kann zumindest eine Schicht aus beispielsweise Siliziumnitrid, Titannitrid und Kohlenstoff enthalten.
  • Eine Metallschicht kann abgeschieden werden, zum Beispiel eine Schicht, die Nickel (Ni) und/oder Aluminium (Al) enthält. Eine Wärmebehandlung zur Prä-Silizidbildung (engl. presilicidation) kann lokal die Phase des abgeschiedenen Metalls in eine Übergangsphase eines Metallsilizids überführen, wobei die Schutzschicht 295 die dielektrische Schichtstruktur 210 gegen eine Schädigung schützen kann. Nicht reagiertes Metall und die Schutzschicht 295 können entfernt werden. Eine weitere Wärmebehandlung kann die Übergangsphase des Metallsilizids in eine dünne Kontaktschicht 311 überführen, die ausschließlich bei den freigelegten Bereichen der Hauptoberfläche 701 gebildet wird.
  • Eine weitere Schicht oder ein Schichtstapel, der leitfähige Materialien wie etwa Metalle, z.B. zumindest eines von Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan und Titannitrid, enthält, kann abgeschieden und mittels Fotolithografie strukturiert werden, um eine erste Lastelektrode 310 auszubilden.
  • 25A bis 25C zeigen die erste Lastelektrode 310 sowie Source-Kontaktstrukturen 315, die sich durch Öffnungen in einem Zwischenschicht-Dielektrikum 200 erstrecken, das Restbereiche der dielektrischen Schichtstruktur 210 und der Bereiche der Gatedielektrikums-Auskleidung 751 der 24B bis 24C umfassen kann. Die Source-Kontaktstrukturen 315 verbinden elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit sowohl den Sourcegebieten 110 als auch den Pinning-Gebieten 140. Die Source-Kontaktstrukturen 315 umfassen eine Kontaktschicht 311, die niederohmige Kontakte mit den Sourcegebieten 110 und mit den Pinning-Gebieten 140 bildet. Die Kontaktschicht 311 kann ein Silizid, z.B. ein Nickelsilizid, enthalten.
  • 26A bis 26C beziehen sich auf eine Abschlusskonstruktion in einer Abschlussregion 690 zwischen einer Zellenregion 610, die eine Vielzahl von Transistorzellen enthält, die entlang den Graben-Gatestrukturen 150 orientiert sind, und einem lateralen Rand 703 eines Halbleiterdie, das das Halbleitersubstrat 700 definiert. Das ganz außen gelegene Bodygebiet 120 kann einen Übergangs-Abschlussbereich 128 enthalten, der direkt an die Hauptoberfläche 701 grenzt und der signifikant breiter als ein Bodygebiet 120 innerhalb der Zellenregion 610 sein kann. Eine ganz außen gelegene Source-Kontaktstruktur 315 kann zwischen der ganz außen gelegenen Graben-Gatestruktur 150 und dem lateralen Rand 703 ausgebildet sein. Eine Säule 138 vom n-Typ kann den Übergangs-Abschlussbereich 128 von dem lateralen Rand 703 trennen.
  • 27A bis 28C beziehen sich auf die Ausbildung tiefer Source-Kontaktstrukturen 315, die einen sich in das Halbleitersubstrat 700 erstreckenden Bereich umfassen. Basierend auf einer Source-Kontaktmaske 860, wie in 24A bis 24C veranschaulicht, werden Kontaktöffnungen 215 in dem Zwischenschicht-Dielektrikum 200 gebildet, und Source-Kontaktgräben 715 können in der vertikalen Projektion der Kontaktöffnungen 215 in das Halbleitersubstrat 700 geätzt werden. Nach oder vor einer Ausbildung der Source-Kontaktgräben 715 wird die Source-Kontaktmaske 860 entfernt.
  • Wie in 27B und 27C veranschaulicht ist, können die Source-Kontaktgräben 715 mit einer horizontalen longitudinalen Ausdehnung parallel zur ersten horizontalen Richtung 191 streifenförmig sein. Eine vertikale Ausdehnung der Source-Kontaktgräben 715 kann zumindest 50 % einer vertikalen Ausdehnung der Graben-Gatestrukturen 150 betragen. Der Prozess kann wie bezüglich 25A bis 25C beschrieben fortschreiten.
  • Gemäß 28A bis 28C wird eine ein Metallsilizid enthaltende Kontaktschicht 311 sowohl am Boden der Source-Kontaktstrukturen 315 als auch entlang Seitenwänden der Source-Kontaktstrukturen 315 ausgebildet.
  • 29A bis 29C beziehen sich auf eine Alternative zu dem unter Bezugnahme auf 18A bis 18C beschriebenen Prozess, wobei eine vertikale Ausdehnung v41 der Pinning-Implantationszone 740 signifikant größer als eine vertikale Ausdehnung v31 der Source-Implantationszone 710 ist. Beispielsweise kann die vertikale Ausdehnung v41 der Pinning-Implantationszone 740 größer sein als eine vertikale Ausdehnung der Body-Implantationszone 720 wie in 21B bis 21C veranschaulicht.
  • 30A bis 33C beziehen sich auf einen Prozess, in welchem eine Selbstjustierung zwischen den Implantationen für die Body-Implantationszonen 720 und die Source-Implantationszonen 710 durch einen Abstandshalterprozess erreicht wird.
  • Nach einer Epitaxie der Driftschicht 730 wird eine zweite Dotierstoffmaske 820 zum Definieren von Bodygebieten mittels Fotolithografie gebildet, und Body-Implantationszonen 720 werden in der vertikalen Projektion zweiter Maskenöffnungen 825 in der zweiten Dotierstoffmaske 820 ausgebildet.
  • 30A bis 30C zeigen die zweite Dotierstoffmaske 820 mit streifenförmigen zweiten Maskenöffnungen 825, wobei sich longitudinale Achsen der zweiten Maskenöffnungen 825 entlang einer ersten horizontalen Richtung 191 erstrecken. Die Body-Implantationszonen 720 werden direkt unter den zweiten Maskenöffnungen 825 gebildet.
  • Eine Abstandshalterstruktur 827 wird entlang vertikalen Seitenwänden der zweiten Maskenöffnungen 825 gebildet. Beispielsweise kann eine konforme Schicht einheitlicher Dicke abgeschieden und zum Beispiel mittels Ionenstrahlätzung anisotrop geätzt werden. Ein Material der Abstandshalterstruktur 827 kann eine hohe Ätzselektivität bezüglich des Materials der zweiten Dotierstoffmaske 820 zeigen. Beispielsweise kann die Abstandshalterstruktur 827 Kohlenstoff, polykristallines Silizium, Siliziumnitrid oder ein Siliziumoxid aufweisen, das von einem Siliziumoxid der zweiten Dotierstoffmaske 820 verschieden ist.
  • Wie in 31A bis 31C veranschaulicht ist, ergibt eine physikalische Ätzung einer konformen Schicht Abstandshalterstrukturen 827, die sich entlang vertikalen Seitenwänden der zweiten Dotierstoffmaske 820 erstrecken. Die Kombination der Abstandshalterstrukturen 827 und der zweiten Dotierstoffmaske 820 bildet eine erste Dotierstoffmaske 810, die erste, Source- und Pinning-Gebiete definierende Maskenöffnungen 815 enthält.
  • Eine erste Auswahlmaske 831 kann gebildet werden, die zweite Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 bedeckt. Die erste Auswahlmaske 831 enthält erste Auswahlöffnungen 835, die sich entlang der zweiten horizontalen Richtung 192 erstrecken und erste Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 freilegen. Die erste Auswahlmaske 831 und die erste Dotierstoffmaske 810 werden als kombinierte Implantationsmaske zum Ausbilden von Source-Implantationszonen 710 verwendet.
  • 32A bis 32C zeigen die erste Dotierstoffmaske 810 und die der erste Auswahlmaske 831, die zweite Segmente 8152 der ersten Maskenöffnungen 815 bedeckt. Source-Implantationszonen 710 werden in Bereichen der Body-Implantationszonen 720 direkt unter den ersten Segmenten 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 ausgebildet.
  • Die erste Auswahlmaske 831 wird durch eine komplementäre zweite Auswahlmaske 832 ersetzt, die die ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 bedeckt und zweite Auswahlöffnungen 836 enthält, die die zweiten Segmente 8152 freilegen. Die zweite Auswahlmaske 832 und die erste Dotierstoffmaske 810 werden als kombinierte Implantationsmaske zum Ausbilden von Pinning-Implantationszonen 740 verwendet.
  • Wie in 33A bis 33C veranschaulicht ist, bedeckt die zweite Auswahlmaske 832 die ersten Segmente 8151 der ersten Maskenöffnungen 815 und der Source-Implantationszonen 710. Die Pinning-Implantationszonen 740 liegen direkt unter den freigelegten zweiten Segmenten 8152 der ersten Maskenöffnungen 815. Eine vertikale Ausdehnung der Pinning-Implantationszonen 740 kann größer sein als eine vertikale Ausdehnung der Body-Implantationszone 720.
  • 34A bis 34C beziehen sich auf eine weitere Ausführungsform, die einen mehrstufigen Epitaxieprozess betrifft. Eine erste epitaktische Teilschicht 702 wird auf einer Prozessoberfläche eines Basissubstrats gebildet. Tiefe Body-Implantationszonen 721 werden in der ersten epitaktischen Teilschicht 702 ausgebildet. Eine zweite epitaktische Teilschicht 704 wird auf der ersten epitaktischen Teilschicht 702 gebildet. Danach werden Body-Implantationszonen 720, Pinning-Implantationszonen 740 und Source-Implantationszonen 710 in der zweiten epitaktischen Teilschicht 704 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen gebildet, wobei die Body-Implantationszonen 720 direkt über den tiefen Body-Implantationszonen 721 gebildet werden. Eine die Dotierstoffe aktivierende Wärmebehandlung bildet Bodygebiete, die die Body-Implantationszonen 720 und die tiefen Body-Implantationszonen 721 kombinieren.
  • Der mehrstufige Epitaxieprozess ermöglicht tiefere Sourcegebiete und tiefere Graben-Gatestrukturen, so dass die effektive Kanalbreite von Transistorzellen weiter vergrößert werden kann. Da die Breiten der tiefen Body-Implantationszonen 721 und der Body-Implantationszonen 720 entlang der ersten horizontalen Richtung 191 unabhängig ausgewählt werden können, können Auslegungsparameter für die Abschirmfunktionalität von dem Zellenabstand entkoppelt werden.
  • Obwohl spezifische Ausführungsformen hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (34)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: Graben-Gatestrukturen (150), die eine Gateelektrode (155) aufweisen und sich von einer ersten Oberfläche (101) in einen Halbleiterkörper (100) aus Siliziumcarbid erstrecken und entlang einer ersten horizontalen Richtung (191) voneinander beabstandet sind; ein Bodygebiet (120) mit einer longitudinalen Achse parallel zu der ersten horizontalen Richtung (191), wobei die Graben-Gatestrukturen (150) sich in das Bodygebiet (120) erstrecken und wobei erste Abschnitte (pnll) erster pn-Übergänge (pnl) zwischen dem Bodygebiet (120) und einer Driftstruktur (130) zu der ersten Oberfläche (101) geneigt und zu der ersten horizontalen Richtung (191) parallel sind; und Sourcegebiete (110), die zweite pn-Übergänge (pn2) mit dem Bodygebiet (120) bilden, wobei eine Gatelänge (lg) der Gateelektrode (155) entlang einer zweiten horizontalen Richtung (192), die zur ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal ist, größer ist als eine Kanallänge (lc) zwischen den ersten Abschnitten (pnll) der ersten pn-Übergänge (pnl) und den zweiten pn-Übergängen (pn2).
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Aspektverhältnis zwischen einer vertikalen Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestrukturen (150) und einer Gatebreite (wg) der Graben-Gatestrukturen (150) entlang der ersten horizontalen Richtung (191) größer Eins ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Driftstruktur (130) eine Driftzone (135) in einer Distanz zur ersten Oberfläche (101) und ein Stromausbreitungsgebiet (131) zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Driftzone (135) umfasst und wobei das Stromausbreitungsgebiet (131) die ersten Abschnitte (pnll) der ersten pn-Übergänge (pnl) bildet.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine vertikale Ausdehnung (v2) des Bodygebiets (120) größer ist als eine vertikale Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestrukturen (150).
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: ein Pinning-Gebiet (140) zwischen einer Source-Kontaktstruktur (315) und der Driftzone (135), wobei das Pinning-Gebiet (140) mit der Source-Kontaktstruktur (315) elektrisch verbunden und dafür eingerichtet ist, einen Lawinendurchbruch zwischen der Driftstruktur (130) und der Source-Kontaktstruktur (315) bei einem zusätzlichen pn-Übergang (pnx) zwischen dem Pinning-Gebiet (140) und der Driftzone (135) zu pinnen bzw. zu halten.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Dotierstoffkonzentration in dem Pinning-Gebiet (140) höher als in dem Bodygebiet (120) ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei wobei das Pinning-Gebiet (140) einen n/n+- oder p/p+-Übergang (j1) mit dem Bodygebiet (120) ausbildet.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Distanz (d1) zwischen dem zusätzlichen pn-Übergang (pnx) und der ersten Oberfläche (101) größer ist als eine vertikale Ausdehnung (v2) des Bodygebiets (120).
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Pinning-Gebiet (140) sich entlang einer vertikalen Richtung, die zur ersten Oberfläche (101) orthogonal ist, von der Source-Kontaktstruktur (315) zu dem zusätzlichen pn-Übergang (pnx) erstreckt.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Source-Kontaktstruktur (315) auf der ersten Oberfläche (101) ausgebildet ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Source-Kontaktstruktur (315) sich von der ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterkörper (100) erstreckt.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine vertikale Ausdehnung (v0) der Source-Kontaktstruktur (315) zumindest 90 % einer vertikalen Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestruktur (150) beträgt.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, ferner umfassend: Body-Kontaktzonen (145), die das Bodygebiet (120) lateral direkt mit der Source-Kontaktstruktur (315) verbinden.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine vertikale Ausdehnung (v3) der Sourcegebiete (110) höchstens 20 % einer vertikalen Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestrukturen (150) beträgt.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine vertikale Ausdehnung (v3) der Sourcegebiete (110) zumindest 90 % einer vertikalen Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestrukturen (150) beträgt.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Graben-Gatestrukturen (150) eine Gateelektrode (155), ein Gatedielektrikum (151), das die Gateelektrode (155) von einem Bodygebiet (120) an einer Seite der Graben-Gatestrukturen (150) trennt, und ein Trenndielektrikum (159), das die Gateelektrode (155) vom Bodygebiet (120) an einer zweiten Seite der Graben-Gatestrukturen (150) trennt, umfassen, wobei das Trenndielektrikum (159) dicker als das Gatedielektrikum (151) ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Bodygebiet (120) Passivierungszonen (127) umfasst, die direkt an zweite Seiten der Graben-Gatestruktur (150) grenzen und von ersten Seiten der Graben-Gatestrukturen (150) beabstandet sind, wobei eine Netto-Dotierstoffkonzentration in den Passivierungszonen (127) zumindest doppelt so hoch wie in Bereichen des Bodygebiets (120) außerhalb der Passivierungszonen (127) ist.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Passivierungszonen (127, 145) direkt mit Source-Kontaktstrukturen (315) verbunden sind.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner umfassend: eine hochleitfähige Zusatzstruktur (395), die sich von der ersten Oberfläche (101) in einen Bereich der Driftstruktur (130) erstreckt, der die ersten Abschnitte (pnll) der ersten pn-Übergänge (pnl) bildet.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine vertikale Ausdehnung der Zusatzstruktur (395) zumindest 50 % einer vertikalen Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestrukturen (150) beträgt.
  21. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 und 20, wobei ein hochdotierter Bereich (1312) eines Stromausbreitungsgebiets (131) direkt an die Zusatzstruktur (395) grenzt.
  22. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Stromausbreitungsgebiet (131) einen schwachdotierten Bereich (1311) zwischen dem Bodygebiet (120) und dem hochdotierten Bereich (1312) umfasst.
  23. Halbleitervorrichtung, umfassend: Graben-Gatestrukturen (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) in einen Halbleiterkörper (100) aus Siliziumcarbid erstrecken und entlang einer ersten horizontalen Richtung (191) voneinander beabstandet sind; ein Bodygebiet (120) mit einer longitudinalen Achse parallel zu der ersten horizontalen Richtung (191), wobei die Graben-Gatestrukturen (150) sich in das Bodygebiet (120) erstrecken und wobei erste Abschnitte (pnll) erster pn-Übergänge (pnl) zwischen dem Bodygebiet (120) und einer Driftstruktur (130) zu der ersten Oberfläche (101) geneigt und zu der ersten horizontalen Richtung (191) parallel sind und wobei eine vertikale Ausdehnung (v2) des Bodygebiets (120) größer ist als eine vertikale Ausdehnung (v1) der Graben-Gatestrukturen (150); und eine kanalblockierende Struktur an einem Boden der Graben-Gatestrukturen (150), wobei die kanalblockierende Struktur dafür eingerichtet ist, eine Ausbildung eines Inversionskanals in einem Bereich des Bodygebiets (120) entlang einer unteren Oberfläche der Graben-Gatestrukturen (150) innerhalb eines maximalen Arbeitsbereichs einer Gatespannung der Halbleitervorrichtung (500) zu unterdrücken.
  24. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 23, wobei zumindest erste longitudinale Seitenwände der Graben-Gatestrukturen (150), die zu der ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal sind, an einer ersten Seite der Graben-Gatestrukturen (150) zu Hauptkristallebenen parallel sind.
  25. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 24, wobei beide longitudinalen Seitenwände der Graben-Gatestrukturen (150) zu Hauptkristallebenen parallel sind.
  26. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei ein Boden der Graben-Gatestrukturen (150) zu einer Hauptkristallebene parallel ist.
  27. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei beide longitudinale Seitenwände der Graben-Gatestrukturen (150), die zu der ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal sind, zueinander parallel sind.
  28. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei beide longitudinale Seitenwände der Graben-Gatestrukturen (150), die zu der ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal sind, zueinander parallel und bezüglich einer Normalen (104) zu der ersten Oberfläche (101) um einen Winkel (α) zur Achse geneigt sind.
  29. Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Driftstruktur (130), die eine Driftzone (135) in einer Distanz zu einer ersten Oberfläche (101) eines Siliziumcarbid aufweisenden Halbleiterkörpers (100) und ein Stromausbreitungsgebiet (131) zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Driftzone (135) umfasst; ein Bodygebiet (120) mit einer longitudinalen Achse parallel zu einer ersten horizontalen Richtung (191), wobei entlang einer zweiten horizontalen Richtung (192), die zur ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal ist, das Bodygebiet (120) zwischen dem Stromausbreitungsgebiet (131) und einem Sourcegebiet (110) ausgebildet ist; eine sich in das Bodygebiet (120) erstreckende Graben-Gatestruktur (150); und eine Source-Kontaktstruktur (315), die sich in den Halbleiterkörper (100) erstreckt und an das Sourcegebiet (110) grenzt.
  30. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 29, ferner umfassend: ein Pinning-Gebiet (140) in einem niederohmigen Kontakt mit der Source-Kontaktstruktur (315) und einen zusätzlichen pn-Übergang (pnx) mit der Driftzone (135) direkt unter der Source-Kontaktstruktur (315) ausbildend.
  31. Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden von Sourcegebieten (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Siliziumcarbid aufweisenden Halbleitersubstrat (700), wobei Dotierstoffe durch erste Segmente (8151) erster Maskenöffnungen (815) in einer ersten Dotierstoffmaske (810) selektiv eingeführt werden und wobei eine longitudinale Achse der ersten Maskenöffnung (815) sich in eine erste horizontale Richtung (191) erstreckt; Ausbilden von Pinning-Gebieten (140) eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei Dotierstoffe durch zweite Segmente (8152) der ersten Maskenöffnungen (815) selektiv eingeführt werden und wobei die ersten und zweiten Segmente (8151, 8152) sich entlang der ersten horizontalen Richtung (191) abwechseln; Ausbilden von Bodygebieten (120) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei Dotierstoffe durch zweite Maskenöffnungen (825) in einer zweiten Dotierstoffmaske (820) selektiv eingeführt werden, wobei eine Breite der zweiten Maskenöffnungen (825) entlang einer zweiten horizontalen Richtung (192), die zu der ersten horizontalen Richtung (191) orthogonal ist, größer ist als eine Breite der ersten Maskenöffnungen (815), und wobei ein Ausbilden der ersten Dotierstoffmaske (810) ein Modifizieren der zweiten Dotierstoffmaske (820) umfasst oder ein Ausbilden der zweiten Dotierstoffmaske (820) ein Modifizieren der ersten Dotierstoffmaske (810) umfasst.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei ein Ausbilden der zweiten Maske (820) ein Verbreitern der ersten Maskenöffnungen (815), nach den Implantationen für die Sourcegebiete (110) und die Pinning-Gebiete (140), umfasst.
  33. Verfahren nach Anspruch 31, wobei ein Ausbilden der ersten Maske (816), nach den Implantationen für die Bodygebiete (120), ein Ausbilden einer Abstandshalterstruktur (827) entlang Seitenwänden der ersten Maskenöffnungen (825) umfasst.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei eine vertikale Ausdehnung (v4) der Pinning-Gebiete (140) gleich einer oder größer als eine vertikale Ausdehnung (v2) der Bodygebiete (120) ist.
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