DE102018103849A1 - Siliziumcarbid-Halbleiterbauelement mit einer in einer Grabenstruktur ausgebildeten Gateelektrode - Google Patents

Siliziumcarbid-Halbleiterbauelement mit einer in einer Grabenstruktur ausgebildeten Gateelektrode Download PDF

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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes

Abstract

Ein Halbleiterbauelement (500) weist eine Grabenstruktur (150) auf, die sich von einer ersten Oberfläche (101) aus in einen Halbleiterkörper (100) aus Siliziumcarbid erstreckt. Innerhalb der Grabenstruktur (150) sind eine Elektrode (157) und zwischen der Elektrode (157) und der ersten Oberfläche (101) eine Gateelektrode (155) ausgebildet. Ein Abschirmgebiet (140), das an die Elektrode (157) angrenzt, bildet einen ersten pn-Übergang (pn1) mit einer im Halbleiterkörper (100) ausgebildeten Driftstruktur (130) aus. Zwischen der Driftstruktur (130) und einer ersten Kontaktstruktur (315) ist ein Schottky-Kontakt (SC) ausgebildet.

Description

  • TECHNISCHES FELD
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft SiC(Siliziumcarbid)-Halbleiterbauelemente, beispielsweise Halbleiterschalter mit niedrigem Einschaltwiderstand und hoher Spannungsfestigkeit.
  • HINTERGRUND
  • Leistungshalbleiterbauelemente tragen bei hoher Spannungsfestigkeit einen vergleichsweise hohen Laststrom. In Leistungshalbleiterbauelementen mit vertikaler Struktur fließt der Laststrom zwischen zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen eines Halbleiterkörpers, so dass die Stromtragfähigkeit durch die horizontale Ausdehnung des Halbleiterkörpers und die Spannungsfestigkeit über die vertikale Ausdehnung einer im Halbleiterkörper ausgebildeten Driftzone eingestellt werden kann. In Leistungshalbleiterschaltern wie MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) und IGBTs (insulated gate bipolar transistors) koppelt eine Gateelektrode kapazitiv über ein Gatedielektrikum in Bodygebiete ein und schaltet den Laststrom durch temporäres Ausbilden eines Inversionskanals in den Bodygebieten. Ist die Gateelektrode Teil einer Grabenstruktur, dann ist in Halbleiterkörpern aus einem Material mit intrinsisch hoher Durchbruchfeldstärke, wie zum Beispiel Siliziumcarbid, das Gatedielektrikum im Sperrfall einem starken elektrischen Feld ausgesetzt, so dass die Durchbruchsfestigkeit des Gatedielektrikums vorgibt, bis zu welcher Spannung die Spannungsfestigkeit des Halbleiterschalters durch die vertikale Ausdehnung der Driftzone eingestellt werden kann.
  • Es wird allgemein angestrebt, die Spannungsfestigkeit von Halbleiterbauelementen sowie deren Avalanche-Festigkeit ohne Einbußen bezüglich des Einschaltwiderstands zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Halbleiterbauelement, das eine Grabenstruktur aufweist. Die Grabenstruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche aus in einen Halbleiterkörper aus Siliziumcarbid. Innerhalb der Grabenstruktur sind eine Elektrode und zwischen der Elektrode und der ersten Oberfläche eine Gateelektrode ausgebildet. An die Elektrode grenzt ein Abschirmgebiet an, das einen ersten pn-Übergang mit einer im Halbleiterkörper ausgebildeten Driftstruktur ausbildet. Zwischen der Driftstruktur und einer ersten Kontaktstruktur ist ein Schottky-Kontakt ausgebildet.
  • Das Abschirmgebiet kann über einen niederohmigen Pfad mit einer ersten Lastelektrode auf einer durch die erste Oberfläche definierte Vorderseite verbunden sein. Das Abschirmgebiet schirmt die Grabenstruktur einschließlich eines Gatedielektrikums gegen ein Potential einer zweiten Lastelektrode ab, die entlang einer der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet sein kann.
  • Durch die Lage unterhalb der Gateelektrode kann das Abschirmgebiet einen Avalanche-Durchbruch im Bereich des ersten pn-Übergangs pinnen. Tritt im Bereich des ersten pn-Übergangs ein Avalanche-Durchbruch auf, so wird ein Ladungsträgerfluss über die Elektrode und außerhalb des kristallinen Halbleiterkörpers zur ersten Lastelektrode abgeführt, so dass der Ladungsträgerfluss nicht als Basisstrom eines parasitären npn-Bipolartransistors wirken kann, dessen Emitterstrom zu lokal kritischen Stromdichten führen kann.
  • Der Schottky-Kontakt wird durch eine Grenzfläche zwischen einem Halbleitermaterial der Driftstruktur und einer aus einem Metall, einer Metallverbindung oder einer Metalllegierung gebildeten Teilschicht der ersten Kontaktstruktur ausgebildet, wobei die Dotierung der Driftstruktur entlang der Grenzfläche sowie die Austrittsarbeit des Materials der ersten Teilschicht so gewählt sind, dass sich im Halbleitermaterial im Gleichgewichtsfall entlang der Grenzfläche eine Verarmungszone ausbildet. Die erste Kontaktstruktur kann über einen niederohmigen Pfad mit der ersten Lastelektrode elektrisch verbunden sein, z.B. kann die erste Kontaktstruktur unmittelbar an die erste Lastelektrode angrenzen.
  • Der Schottky-Kontakt kann eine niedrigere Flussspannung (forward voltage) aufweisen als der erste pn-Übergang, so dass im rückwärts vorgespannten Zustand des Halbleiterbauelements der Strom durch den Halbleiterkörper zum weitaus überwiegenden Teil durch den Schottky-Kontakt fließt und nicht über den ersten pn-Übergang. Damit kann ein bipolarer Ladungsträgerfluss über den ersten pn-Übergang unterdrückt oder zumindest weitgehend unterdrückt und somit eine bipolare Degradation des Halbleiterkristalls in der Driftstruktur vermieden werden.
  • Nach einer Ausführungsform können Abschnitte des Schottky-Kontakts SC zwischen benachbarten Abschnitten der Grabenstruktur ausgebildet sein, wodurch sich der Rückwärtsstrom gleichmäßig über den gesamten horizontalen Querschnitt des Halbleiterkörpers verteilen kann.
  • Der Schottky-Kontakt kann in einem vertikalen Abstand zur ersten Oberfläche ausgebildet sein, wobei der vertikale Abstand kleiner sein kann als ein vertikaler Abstand einer Unterkante des Abschirmgebiets zur ersten Oberfläche, so dass sich zum Beispiel dann, wenn die Abschnitte des Schottky-Kontakts zwischen benachbarten Abschnitten der Grabenstruktur ausgebildet sind, die Schirmwirkung des Abschirmgebiets auch auf den Schottky-Kontakt erstrecken kann.
  • Die Elektrode kann Anschlussbereiche aufweisen, die sich von der ersten Oberfläche bis zu einem Boden der Grabenstruktur erstrecken und die Abschnitte der Elektrode, die unter den Gateelektroden ausgebildet sind, mit zweiten Kontaktstrukturen auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers verbinden. Die Anschlussbereiche ermöglichen einen gleichmäßig niederohmigen Anschluss der Elektrode über den gesamten horizontalen Querschnitt des Halbleiterbauteils.
  • Abschnitte der Gateelektrode und Anschlussbereiche der Elektrode können sich entlang einer lateralen Längsausdehnung eines Abschnitts der Grabenstruktur abwechseln, so dass der ohmsche Widerstand der Verbindung zwischen Abschirmgebiet und erster Lastelektrode über den gesamten horizontalen Querschnitt des Halbleiterkörpers kleingehalten werden kann.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Grabenstruktur erste Abschnitte und zweiten Abschnitte auf, wobei die ersten Abschnitte sich entlang einer lateralen ersten Richtung erstrecken und die zweiten Abschnitte jeweils zwei der ersten Abschnitte verbinden, die entlang einer zur ersten Richtung orthogonalen lateralen zweiten Richtung zueinander benachbart sind. Die Gateelektrode ist in den ersten Abschnitten ausgebildet. In den zweiten Abschnitten grenzen die zweiten Kontaktstrukturen direkt an die Anschlussbereiche der Elektrode an, so dass das Abschirmgebiet über den gesamten Halbleiterkörper jeweils lokal niederohmig mit der ersten Lastelektrode verbunden werden kann und gleichzeitig in den ersten Abschnitten der Grabenstruktur jeweils durchgehende, nicht unterbrochene Abschnitte der Gateelektrode ausgebildet sind.
  • Die ersten und zweiten Abschnitte der Grabenstruktur können erste Mesaabschnitte und zweite Mesaabschnitte des Halbleiterkörpers lateral umschließen. In den ersten Mesaabschnitte können Bodygebiete ausgebildet sein, wobei die Bodygebiete zweite pn-Übergänge mit der Driftstruktur ausbilden können. In den zweiten Mesaabschnitten können Abschnitte des Schottky-Kontakts ausgebildet sein.
  • Das Halbleiterbauelement kann dritte Kontaktstrukturen aufweisen, die an die Bodygebiete angrenzen. Die ersten Kontaktstrukturen und die dritten Kontaktstrukturen können sich in den Halbleiterkörper hineinerstrecken oder auf der ersten Oberfläche ausgebildet sein.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Halbleiterbauelement, das eine Grabenstruktur aufweist, die sich von einer ersten Oberfläche aus in einen Halbleiterkörper aus Siliziumcarbid erstreckt. Die Grabenstruktur weist erste Abschnitte und zweite Abschnitte auf, wobei die ersten Abschnitte sich entlang einer lateralen ersten Richtung erstrecken und die zweiten Abschnitte jeweils zwei der ersten Abschnitte verbinden, die entlang einer zur ersten Richtung orthogonalen lateralen zweiten Richtung zueinander benachbart sind. In den ersten Abschnitten der Grabenstruktur sind eine Elektrode und zwischen der Elektrode und der ersten Oberfläche eine Gateelektrode ausgebildet. In den zweiten Abschnitten sind Anschlussbereiche der Elektrode direkt mit einer ersten Lastelektrode verbunden. Das Halbleiterbauelement weist zudem ein Abschirmgebiet auf, das direkt an die Elektrode angrenzt und einen ersten pn-Übergang mit einer Driftstruktur im Halbleiterkörper ausbildet.
  • Die Elektrode bildet einen Teil einer direkten, niederohmigen Verbindung zwischen dem Abschirmgebiet und der ersten Lastelektrode. Im Falle eines Avalanche-Durchbruchs am ersten pn-Übergang zwischen der Driftstruktur und dem Abschirmgebiet führt die Elektrode den Strom innerhalb der Grabenstruktur ab, so dass durch den Avalanche-Durchbruch kein parasitärer Bipolartransistor im Halbleiterkörper aufgesteuert werden kann. Die zweiten Abschnitte sind seitlich neben den ersten Abschnitten der Grabenstruktur ausgebildet, so dass die niederohmige Verbindung zwischen der Elektrode und der ersten Lastelektrode die Gateelektrode in den ersten Abschnitten der Grabenstruktur nicht unterbricht.
  • Die ersten und zweiten Abschnitte der Grabenstruktur können Mesaabschnitte des Halbleiterkörpers lateral auf vier Seiten umschließen, wobei in den Mesaabschnitten Bodygebiete ausgebildet sind, die zweite pn-Übergänge mit der Driftstruktur und dritte pn-Übergänge mit zwischen der ersten Oberfläche und dem Bodygebieten gebildeten Sourcegebieten ausbildet. Die Abschirmstruktur kann die Mesaabschnitte jeweils lateral von allen Seiten einschließen und die Mesaabschnitte wirksam gegen das an der zweiten Lastelektrode applizierte Potential abschirmen.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements. Ein Halbleitersubstrat aus Siliziumcarbid wird bereitgestellt, in das sich von einer ersten Hauptfläche aus ein Graben erstreckt. Der Graben weist erste Grabenabschnitte mit einer Längsausdehnung entlang einer lateralen ersten Richtung und zweite Grabenabschnitte auf, die quer zu den ersten Grabenabschnitten verlaufen und die die ersten Grabenabschnitte miteinander verbinden. Der Graben legt ein Abschirmgebiet frei, das einen ersten pn-Übergang mit einer im Halbleiterkörper gebildeten Driftstruktur ausbildet. Eine Elektrode wird ausgebildet, die die zweiten Grabenabschnitte und einen unteren Bereich der ersten Grabenabschnitte füllt. In einem oberen Bereich der ersten Grabenabschnitte wird eine Gateelektrode ausgebildet. In den zweiten Grabenabschnitten kann die Elektrode bis zur ersten Hauptfläche reichen und die Gateelektrode kann in den zweiten Grabenabschnitten fehlen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des offenbarten Gegenstands erschließen sich dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie aus den Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen vermitteln ein tiefergehendes Verständnis der Erfindung, sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und legen zusammen mit der Beschreibung die Prinzipien der Erfindung dar. Weitere Ausführungsformen der Erfindung und beabsichtigte Vorteile ergeben sich aus dem Verständnis der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
    • 1 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt eines Abschnitts eines Halbleiterbauelements mit einem über eine Grabenstruktur angeschlossenen Abschirmgebiet und mit einem Schottky-Kontakt gemäß einer Ausführungsform.
    • 2A ist ein schematischer vertikaler Querschnitt eines Abschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform mit zwischen benachbarten Abschnitten einer Grabenstruktur ausgebildeten flachen Schottky-Kontakten.
    • 2B ist ein schematischer vertikaler Querschnitt eines Abschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform mit zwischen benachbarten Abschnitten einer Grabenstruktur ausgebildeten tiefen Schottky-Kontakten.
    • 3A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt eines Abschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform mit zwischen benachbarten Abschnitten einer Grabenstruktur mit vertikalen Seitenwänden ausgebildeten Schottky-Kontakten.
    • 3B ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 3A entlang der Linie B-B.
    • 3C ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 3A entlang der Linie C-C.
    • 4A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt eines Abschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform mit zwischen Abschnitten einer Grabenstruktur mit schwach gekippten Seitenwänden ausgebildeten Schottky-Kontakten.
    • 4B ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 4A entlang der Linie B-B.
    • 4C ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 4A entlang der Linie C-C.
    • 4D ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 4A entlang der Linie D-D.
    • 5A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform mit durchgehenden Kontaktstreifen.
    • 5B ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 5A entlang der Linie B-B.
    • 5C ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 5A entlang der Linie C-C.
    • 6A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit in Zeilen angeordneten Schottky-Bereichen.
    • 6B ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit in Zeilen angeordneten und innerhalb der Zeilen durch Transistorbereiche voneinander getrennten Schottky-Bereichen.
    • 6C ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit in inaktiven Bereichen zwischen benachbarten Abschnitten einer Grabenstruktur ausgebildeten Schottky-Bereichen.
    • 7 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform mit in inaktiven Bereichen ausgebildeten Schottky-Kontakten.
    • 8A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements mit Anschlussbereichen für eine mit einem Abschirmgebiet verbundene Elektrode, die neben Abschnitten der Grabenstruktur mit der Gateelektrode angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 8B ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 8A entlang der Linie B-B.
    • 8C ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 8A entlang der Linie C-C.
    • 9A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements mit zwischen benachbarten Abschnitten einer Grabenstruktur mit Gateelektrode angeordneten Anschlussbereichen für eine mit dem Abschirmgebiet verbundene Elektrode gemäß einer Ausführungsform mit flachen Kontakten.
    • 9B ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 9A entlang der Linie B-B.
    • 9C ist ein schematischer vertikaler Querschnitt durch den Halbleiterbauelementabschnitt der 9A entlang der Linie C-C.
    • 10A ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform mit in Spalten und Zeilen angeordneten Anschlussbereichen für eine mit einem Abschirmgebiet verbundene Elektrode.
    • 10B ist ein schematischer horizontaler Querschnitt durch einen Abschnitt eines Halbleiterbauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform mit in gegeneinander versetzten Zeilen angeordneten Anschlussbereichen für eine mit einem Abschirmgebiet verbundene Elektrode.
    • 11 ist ein vereinfachtes schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform.
    • 12A bis 12C zeigen einen horizontalen und zwei vertikale Querschnitte durch einen Abschnitt eines Halbleitersubstrats zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für ein Halbleiterbauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform, nach Ausbilden eines Grabens.
    • 13A bis 13C zeigen einen horizontalen und zwei vertikale Querschnitte durch den Substratabschnitt nach 12A bis 12C, nach Ausbilden von dielektrischen Spacerstrukturen im Graben.
    • 14A bis 14C zeigen einen horizontalen und zwei vertikale Querschnitte durch den Substratabschnitt nach 13A bis 13C nach Ausbilden einer Elektrode im Graben.
    • 15A bis 15C zeigen einen horizontalen und zwei vertikale Querschnitte durch den Substratabschnitt nach 14A bis 14C nach Ausbilden einer Gateelektrode.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele eines Halbleiterbauelements und eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gezeigt sind. Die Existenz weiterer Ausführungsbeispiele versteht sich von selbst. Ebenso versteht es sich von selbst, dass an den Ausführungsbeispielen strukturelle und/oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei von dem durch die Patentansprüche Definierten abgewichen wird. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist insoweit nicht begrenzend. Insbesondere können Merkmale von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Merkmalen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
  • Bei den Begriffen „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen handelt es sich im Folgenden um offene Begriffe, die einerseits auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, andererseits das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
  • Manche Figuren stellen durch die Angabe „-“ oder „+“ neben dem Dotiertyp relative Dotierstoffkonzentrationen dar. Beispielsweise weist die Bezeichnung „n-“ auf eine Dotierstoffkonzentration hin, die kleiner ist als die Dotierstoffkonzentration eines „n“-dotierten Gebiets, während ein „n+“-dotiertes Gebiet eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist als das „n“-dotierte Gebiet. Die Angabe der relativen Dotierstoffkonzentration bedeutet nicht, dass dotierte Gebiete mit derselben relativen Dotierstoffkonzentrationsangabe dieselbe absolute Dotierstoffkonzentration aufweisen müssen, sofern nichts anderes ausgesagt ist. Demnach können zwei verschiedene „n“-dotierte Gebiete die gleiche oder unterschiedliche absolute Dotierstoffkonzentrationen aufweisen.
  • Soweit für eine physikalische Größe ein Wertebereich mit der Angabe eines oder zweier Grenzwerts definiert wird, so schließen die Präpositionen „von“ und „bis“ den jeweiligen Grenzwert mit ein. Eine Angabe der Art „von ... bis“ versteht sich demnach als „von mindestens ... bis höchstens“.
  • Die 1 bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement 500 mit Transistorzellen TC. Das Halbleiterbauelement 500 kann ein IGFET (insulated gate field effect transistor) sein oder einen solchen einschließen, wobei der IGFET ein MOSFET in der üblichen Bedeutung sein kann, die sowohl FETs mit Metall-Gateelektroden als auch FETs mit Gateelektroden aus einem Halbleitermaterial umfasst. Das Halbleiterbauelement 500 kann auch ein IGBT oder eine MCD (MOS gesteuerte Diode, MOS controlled diode) sein.
  • Das Halbleiterbauelement 500 weist einen Halbleiterkörper 100 aus Siliziumcarbid auf. Zum Beispiel weist der Halbleiterkörper 100 einen Siliziumcarbidkristall auf, der neben den Hauptbestandteilen Silizium und Kohlenstoff Dotieratome und Verunreinigungen, z.B. Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweisen kann. Der Polytyp des SiC-Kristalls kann dabei beispielsweise 2H, 6H, 15R oder 4H sein. Die Transistorzellen TC sind entlang einer ersten Oberfläche 101 auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 ausgebildet. Zwischen den Transistorzellen TC und einer zur ersten Oberfläche 101 parallelen zweiten Oberfläche 102 auf der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 ist eine Driftstruktur 130 ausgebildet. Richtungen parallel zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 sind laterale und horizontale Richtungen. Eine Normale 104 zur ersten Oberfläche 101 gibt eine vertikale Richtung vor.
  • Die Driftstruktur 130 umfasst mindestens eine Driftzone 131 von einem Leitfähigkeitstyp entsprechend einem Kanaltyp der Transistorzellen TC. Beispielsweise ist die Driftzone 131 eines Halbleiterbauelements 500 mit n-Kanal Transistorzellen TC n-dotiert.
  • Im Sperrfall wird das im Halbleiterkörper 100 wirksame elektrische Feld zum weitaus überwiegenden Teil innerhalb der Driftzone 131 abgebaut. Dotierung und vertikale Ausdehnung der Driftzone 131 werden entsprechend der nominalen Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelements 500 ausgelegt. Die mittlere Dotierung in der Driftzone 131 liegt beispielsweise in einem Bereich von 5 × 1015 cm-3 bis 5 × 1016 cm-3. Die vertikale Ausdehnung der Driftzone 131 kann für ein Halbleiterbauelement 500 mit einer nominalen Durchbruchspannung (breakdown voltage) von 600V und einer mittleren Dotierung von etwa 2 × 1016 cm-3 in einem Bereich von 3 µm bis 10 µm liegen. Die Driftstruktur 130 kann einen stark dotierten Basisabschnitt 139 aufweisen, der direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzt.
  • Der Basisabschnitt 139 kann direkt an die Driftzone 131 angrenzen oder die Driftstruktur 130 kann zwischen der Driftzone 131 und dem stark dotierten Basisabschnitt 139 weitere dotierte Gebiete vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131 aufweisen, deren mittlere Dotierstoffkonzentration höher ist als die der Driftzone 131. Zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Driftzone 131 kann die Driftstruktur 130 weitere dotierte Gebiete vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131 aufweisen, z.B. Stromverteilungsgebiete, die höher dotiert sind als die Driftzone 131 und die im eingeschalteten Zustand den Ladungsträgerfluss für die Passage durch die Driftzone 131 in lateraler Richtung aufspreizen, und/oder Barrierengebiete, die die Emittereffizienz von Body- und/oder Abschirmgebieten lokal beeinflussen, z.B. reduzieren.
  • Von der ersten Oberfläche 101 aus erstreckt sich eine Grabenstruktur 150 in den Halbleiterkörper 100 und in die Driftstruktur 130 hinein. Ein Mitte-zu-Mitte Abstand benachbarter Grabenstrukturen 150 kann in einem Bereich von 1 µm bis 10 µm liegen, beispielsweisen in einem Bereich von 2 µm bis 5 µm. Eine vertikale Ausdehnung d1 der Grabenstrukturen 150 kann in einem Bereich von 300 nm bis 5 µm liegen, beispielsweisen in einem Bereich von 500 nm bis 2 µm. Die Grabenstruktur 150 weist eine Elektrode 157 und zwischen der Elektrode 157 und der ersten Oberfläche 101 eine Gateelektrode 155 auf, die von der Elektrode 157 räumlich und elektrisch getrennt ist.
  • An die Elektrode 157 grenzt ein im Halbleiterkörper 100 ausgebildetes Abschirmgebiet 140 direkt an. Das Abschirmgebiet 140 bildet einen ersten pn-Übergang pn1 mit der Driftstruktur 130 aus. Das Abschirmgebiet 140 ist entlang einer Unterkante mindestens eines Abschnitts der Grabenstruktur 150 ausgebildet und bildet mit der Elektrode 157 einen ohmschen Kontakt. Das Abschirmgebiet 140 kann vollständig innerhalb einer gedachten vertikalen Verlängerung (Projektion) der Grabenstruktur 150 ausgebildet sein oder mindestens auf einer Seite lateral über die Außenkante der Grabenstruktur 150 hinausragen. Eine vertikale Ausdehnung v0 des Abschirmgebiets 140 kann mindestens 500 nm betragen.
  • Auf mindestens einer Seite grenzt ein Mesaabschnitt 170 des Halbleiterkörpers 100 an die Grabenstruktur 150 an. In einem Transistorbereich des Halbleiterbauteils 500 kann im Mesaabschnitt 170 ein Bodygebiet 120 ausgebildet sein, das lateral an die Grabenstruktur 150 angrenzt. Das Bodygebiet 120 bildet einen zweiten pn-Übergang pn2 mit der Driftstruktur 130 und einen dritten pn-Übergang pn3 mit einem Sourcegebiet 110, das zwischen dem Bodygebiet 120 und der ersten Oberfläche 101 ausgebildet sein kann.
  • Ein Gatedielektrikum 153 trennt die Gateelektrode 155 vom Bodygebiet 120. Ein Felddielektrikum 159 trennt die Elektrode 157 von der Driftstruktur 130, wobei das Gatedielektrikum 153 entlang den Seitenwänden der Grabenstruktur 150 in das Felddielektrikum 159 übergehen kann. Eine Schichtdicke th2 des Felddielektrikums 159 kann größer sein als eine Schichtdicke th1 des Gatedielektrikums 155. Ein Trenndielektrikum 156 trennt in der Grabenstruktur 150 die Gateelektrode 155 von der Elektrode 157.
  • Die Gateelektrode 155 ist elektrisch mit einem Gateanschluss G verbunden oder gekoppelt. Das Sourcegebiet 110, das Bodygebiet 120 sowie die Elektrode 157 sind jeweils über niederohmige Pfade direkt mit einer ersten Lastelektrode 310 auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 verbunden. Die erste Lastelektrode 310 bildet einen ersten Lastanschluss L1 aus oder ist mit dem ersten Lastanschluss L1 elektrisch verbunden. Der Basisabschnitt 139 bildet einen ohmschen Widerstand mit einer zweiten Lastelektrode 320, die direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzen kann. Die zweite Lastelektrode 320 bildet einen zweiten Lastanschluss L2 oder ist mit dem zweiten Lastanschluss L2 elektrisch verbunden.
  • Im Halbleiterbauelement 500 ist ferner ein Schottky-Kontakt SC zur Driftstruktur 130 ausgebildet, wobei der Schottky-Kontakt SC zu den Transistorzellen TC elektrisch parallel geschaltet ist. Eine Anode des Schottky-Kontakts SC kann durch eine erste Kontaktstruktur 315 ausgebildet sein, die sich von der ersten Lastelektrode 310 aus bis zur Driftstruktur 130 erstreckt. Die erste Lastelektrode 310 kann über eine zweite Kontaktstruktur 316 elektrisch niederohmig mit dem Sourcegebiet 110 und dem Bodygebiet 120 und über eine dritte Kontaktstruktur 317 mit der Elektrode 157 elektrisch verbunden sein.
  • Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente mit n-Kanal Transistorzellen TC. Für solche mit p-Kanal Transistorzelle gilt Entsprechendes. Eine ausreichend hohe Spannung am Gateanschluss G schaltet die Transistorzellen TC ein. Entlang dem Gatedielektrikum 153 bilden durch Feldeffekt akkumulierte Minoritätsladungsträger einen Inversionskanal im Bodygebiet 120. Der Inversionskanal bildet für Elektronen einen durchgehenden Pfad von dem Sourcegebiet 110 zur Driftstruktur 130 und ermöglicht einen Laststromfluss durch das Bodygebiet 120 und zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen L1, L2.
  • Fällt die Spannung am Gateanschluss G wieder unter eine Schwellenspannung der Transistorzellen TC, dann schalten die Transistorzellen TC ab. Die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131 sowie die vertikale Ausdehnung der Driftzone 131 bestimmen die Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements 500. Das Potential des Abschirmgebiets 140 entspricht dem Potential des ersten Lastanschlusses L1, so dass das Abschirmgebiet 140 das Gatedielektrikum 153 gegen das Potential der zweiten Lastelektrode L2 abschirmt. Zudem pinnt das Abschirmgebiet 140 einen Spannungsdurchbruch im Bereich des ersten pn-Übergangs pn1.
  • Im rückwärts vorgespannten Zustand des Halbleiterbauteils 500 ist der erste pn-Übergang pn1 in Flussrichtung gepolt, so dass ein Rückwärtsstrom zwischen der zweiten Lastelektrode 320 und der mit dem Bodybereich 120 verbundenen zweiten Kontaktstruktur 316 fließen kann. Der Strom über dem ersten pn-Übergang pn1 ist ein bipolarer Ladungsträgerfluss aus Löchern und Elektronen. In der Nähe von pn-Übergängen und in Gebieten mit hoher Dotierungskonzentrationsänderung kommt es zu einer verstärkten Rekombination von Löchern und Elektronen. Die dabei freiwerdende Energie fördert das Wachstum kristallographischer Defekte, die den SiC-Kristall zunehmend schädigen. Beispielsweise können Versetzungen zwischen Gitterebenen (basal plane dislocations, BPDs) in Stapelfehler (stacking faults, SFs) transformieren, die sich in Siliziumcarbid vom 4H-Polytyp vornehmlich entlang den <0001> Gitterebenen und damit meist quer zur Hauptstromflussrichtung in der Driftstruktur 130 fortsetzen und zunehmend den Stromfluss zwischen der zweiten Lastelektrode 320 und der zweiten Kontaktstruktur 316 behindern.
  • Da der Schottky-Kontakt SC eine niedrigere Flussspannung aufweist als der erste pn-Übergang pn1 fließt im Halbleiterbauelement 500 im rückwärts vorgespannten Zustand der Strom zum weitaus überwiegenden Teil durch den Schottky-Kontakt SC. Es kommt zu keinem oder nur zu einem marginalen bipolaren Stromfluss. Da der Stromfluss durch die eingeschalteten Transistorzellen TC unipolar ist und nur aus einem einzigen Typ von Ladungsträgern besteht, kommt es zu keiner nennenswerten Rekombination in der Driftstruktur 130 und auch nicht zu einem nennenswerten Wachstum von Stapelfehlern.
  • Zwar wird in üblichen Anwendungen, wie zum Beispiel in Brückenschaltungen oder in den Gleichrichterstufen von Niederspannungs-DC/DC Konvertern für den rückwärts leitenden Zustand der Transistorkanal üblicherweise durch Anlegen einer geeigneten Gatespannung geöffnet, so dass nur für vergleichsweise kurze Zeit ein Strom über den ersten pn-Übergang pn1 fließen kann. Der Transistorkanal wird aber erst nach einer gewissen Mindestwartezeit (dead time, Totzeit) eingeschaltet, um zu vermeiden, dass es beispielsweise in einer Brückenschaltung zu einem Kurzschluss über gleichzeitig eingeschaltete Low-Side und High-Side-Schalter kommt. In Anwendungen mit langen Totzeiten oder hohen Schaltfrequenzen trägt daher der kurze Stromfluss über den ersten pn-Übergang pn1 signifikant zu den Umschaltverlusten bei. Durch die niedrigere Einsatzspannung des Schottky-Kontakts SC und dessen niedrige Flussspannung im Verhältnis zur Einsatzspannung der durch den ersten pn-Übergang pn1 gebildeten Bipolardiode fließt der Rückwärtsstrom zum weitaus überwiegenden Teil über die Schottky-Kontakte SC und erzeugt dort weniger Verluste. Zudem ist der Stromfluss durch den Schottky-Kontakt SC ein unipolarer Ladungsträgerfluss, der zu einer bipolaren Degradation nicht nennenswert beiträgt.
  • Die in den 2A und 2B dargestellten Halbleiterbauelemente 500 sind n-Kanal MOSFETs, wobei jeweils die erste Lastelektrode 310 mit einem Sourceanschluss S und die zweite Lastelektrode 320 mit einem Drainanschluss D verbunden sind oder diese ausbilden. Abschnitte des Schottky-Kontakts SC zwischen ersten Kontaktstrukturen 315 und der Driftstruktur 130 sind in zweiten Mesaabschnitten 172 des Halbleiterkörpers 100 zwischen benachbarten Abschnitten der Grabenstruktur 150 ausgebildet. Die ersten Kontaktstrukturen 315 erstrecken sich von der ersten Lastelektrode 310 durch Öffnungen in einem Zwischenlagendielektrikum 210, das die erste Lastelektrode 310 von der Gateelektrode 155 trennt, bis mindestens zur ersten Oberfläche 101. Die ersten Kontaktstrukturen 315 können eine oder mehrere Teilschicht(en) aufweisen, wobei eine erste, direkt an den Halbleiterkörper 100 angrenzende Teilschicht ein Material mit geeigneter Austrittsarbeit aufweist, oder aus einem solchen besteht.
  • In den zweiten Mesaabschnitten 172 kann die Driftstruktur 130 Diodengebiete 137 mit einer Dotierstoffkonzentration aufweisen, die so eingestellt ist, dass sich ein Schottky-Kontakt SC mit geeigneten Eigenschaften ergibt, beispielsweise mit einer Barrierenhöhe in einem Bereich von mindestens 0.8 eV bis höchstens 2 eV. Zudem schließen die Diodengebiete 137 die Schottky-Kontakte SC vergleichsweise niederohmig an die Driftzone 131 an. Beispielsweise ist eine mittlere Dotierstoffkonzentration in den Diodengebieten 137 mindestens doppelt, beispielsweise mindestens zehn Mal so hoch, wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131. Eine vertikale Ausdehnung d4 der Diodengebiete 137 kann so bemessen sein, dass sie gleich oder größer ist als eine vertikale Ausdehnung d1 der Grabenstruktur 150. Die vertikale Ausdehnung d4 der Diodengebiete 137 kann kleiner sein als ein vertikaler Abstand d3 zwischen der ersten Oberfläche 101 und einer Unterkante der Abschirmgebiete 140.
  • Das Diodengebiet 137 kann durch einen Abschnitt des Felddielektrikums 159 von der Gateelektrode 155 in den benachbarten Abschnitten der Grabenstruktur 150 getrennt sein.
  • Die 2A zeigt eine planare erste Kontaktstruktur 315, die unmittelbar auf der ersten Oberfläche 101 aufliegt.
  • Die 2B zeigt eine erste Kontaktstruktur 315, die sich als Grabenkontakt in den Halbleiterkörper 100 fortsetzt. Eine vertikale Ausdehnung d2 eines Abschnitts der ersten Kontaktstruktur 315 im Halbleiterkörper 100 entspricht einem maximalen Abstand des Schottky-Kontakts SC zur ersten Oberfläche und kann kleiner sein als die vertikale Ausdehnung d1 der Grabenstruktur 150, beispielsweise höchstens 50% von d1 betragen, so dass die Abschirmgebiete 140 den Schottky-Kontakt SC gegen das Potential an der zweiten Lastelektrode 320 abschirmen und die Eigenschaften des Schottky-Kontakts SC weitgehend unabhängig von einer Potentialdifferenz zwischen dem Sourceanschluss S und dem Drainanschluss D sind. Für d2 = 0 ergeben sich die in 2A gezeigten planaren ersten Kontaktstrukturen 315.
  • Zum niederohmigen Anschluss der Elektrode 157 an die erste Lastelektrode 310 kann die Grabenstruktur 150 neben ersten Abschnitten 151, in denen die Gateelektrode 155 zwischen der ersten Oberfläche 101 und Hauptabschnitten 1571 der Elektrode 157 ausgebildet ist, zweite Abschnitte 152 aufweisen, in denen die zweiten Kontaktstrukturen 316 direkt an die Elektrode 157 angrenzen. In den zweiten Abschnitten 152 sind Anschlussbereiche 1572 der Elektrode 157 ausgebildet, die die Hauptabschnitte 1571 verbinden und die sich bis zur ersten Oberfläche 101 erstrecken können. Die Gateelektrode 155 kann in den zweiten Abschnitten 152 komplett fehlen.
  • Die 3A bis 3C zeigen ein Halbleiterbauelement 500, bei dem die ersten Abschnitte 151 der Grabenstruktur 150 Streifen mit einer Längsausdehnung entlang einer lateralen ersten Richtung 191 aufweisen. Die zweiten Abschnitte 152 schließen jeweils lateral an die ersten Abschnitte 151 an und verbinden benachbarte erste Abschnitte 151 miteinander, ohne die ersten Abschnitte 151 entlang der ersten Richtung 191 zu unterbrechen.
  • Die ersten Abschnitte 151 können in einem regelmäßigen Mitte-zu-Mitte-Abstand angeordnet sein. Die ersten Abschnitte 151 und die zweiten Abschnitte 152 der Grabenstruktur 150 bilden ein Gitter, das erste Mesaabschnitte 171 und zweite Mesaabschnitte 172 des Halbleiterkörpers lateral umschließt.
  • Die ersten Mesaabschnitte 171 bilden Transistorbereiche mit Bodygebieten 120 und mit Sourcegebieten 110 der Transistorzellen TC. Die zweiten Mesaabschnitte 172 bilden Schottky-Bereiche mit Abschnitten des Schottky-Kontakts SC. Die ersten Kontaktstrukturen 315 können eine, zwei oder mehrere Teilschichten aufweisen und sich als Grabenkontakte in die Driftstruktur 130 erstrecken. Die zweiten Kontaktstrukturen 316 können sich in den Anschlussbereich 1572 der Elektrode 157 hinein erstrecken. Die zweiten Kontaktstrukturen 316 können jeweils eine, zwei oder mehrere Teilschichten aufweisen, wobei die unmittelbar an die Elektrode 157 grenzende Teilschicht aus dem gleichen Material ausgebildet sein kann, wie eine erste Teilschicht der ersten Kontaktstruktur 315 oder aus einem anderen Material als die erste Teilschicht der ersten Kontaktstruktur 315.
  • Dritte Kontaktstrukturen 317, die sich von der ersten Lastelektrode 310 aus durch Öffnungen im Zwischenlagendielektrikum 210 bis zum Halbleiterkörper 100 oder als Grabenkontakte in den Halbleiterkörper 100 hinein erstrecken können, können ebenfalls eine, zwei oder mehrere Teilschichten aufweisen, wobei die unmittelbar an den Halbleiterkörper 100 grenzende erste Teilschicht aus dem gleichen Material wie die erste Teilschicht der ersten Kontaktstruktur 315 oder aus einem anderen Material als die erste Teilschicht der ersten Kontaktstruktur 315 bestehen kann.
  • Die dritten Kontaktstrukturen 317 können sich durch die Sourcegebiete 110 bis in die Bodygebiete 120 erstrecken. Erste Kontaktstrukturen 315 und zweite Kontaktstrukturen 316, die entlang der ersten Richtung 191 angeordnet sind, können jeweils voneinander beabstandet ausgebildet sein. Dritte Kontaktstrukturen 317 und zweite Kontaktstrukturen 316, die entlang der ersten Richtung 191 ausgebildet sind, können ebenfalls voneinander beabstandet sein.
  • Das gezeichnete Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen SiC-Halbleiterkörper 100, in dem die <0001> Gitterrichtung um eine Winkelabweichung α zwischen 2 und 8° gegen die Querschnittsebene in den 3B und 3C geneigt ist. Die <1-100> Gitterrichtung verläuft orthogonal zur ersten Richtung 191 und parallel zur ersten Oberfläche 101. In einer Ebene senkrecht zur Querschnittsebene der 3A und parallel zur ersten Richtung 191 weist die <11-20> Gitterrichtung gegenüber der ersten Richtung 191 die Winkelabweichung α auf.
  • In den 4A bis 4D ist die <0001> Gitterrichtung um eine Winkelabweichung α gegen die Normale 104 auf die erste Oberfläche 101 gekippt. Die erste Richtung 191 ist parallel zur <1-100> Gitterrichtung.
  • Transistorzellen TC sind jeweils nur auf einer Seite der Grabenstruktur 150 ausgebildet. Die ersten, zweiten und dritten Kontaktstrukturen 315, 316, 317 können jeweils als planare Kontakte ausgebildet sein, wobei die ersten Kontaktstrukturen 315 und die dritten Kontaktstrukturen 317 direkt auf der ersten Oberfläche 101 aufliegen und die zweiten Kontaktstrukturen 316 in etwa die gleiche vertikale Ausdehnung aufweisen können wie die ersten und dritten Kontaktstrukturen 315, 317. In den ersten Mesaabschnitten 171 erstrecken sich die Bodygebiete 120 abschnittsweise bis an die erste Oberfläche 101. Beispielsweise wechseln an der ersten Oberfläche 101 Sourcegebiete 110 und freiliegende Abschnitte der Bodygebiete 120 entlang der ersten Richtung 191 ab.
  • In den ersten Mesaabschnitten 171 kann die Driftstruktur 130 Stromverteilungsgebiete 132 aufweisen, die zwischen den Bodygebieten 120 und der Driftzone 131 ausgebildet sind und die unmittelbar an die Bodygebiete 120 und an die Driftzone 131 angrenzen können. Eine Dotierstoffkonzentration in den Stromverteilungsgebieten 132 kann mindestens das Doppelte, beispielsweise mindestens das Zehnfache der Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131 betragen. Die Dotierstoffkonzentration in den Stromverteilungsgebieten 132 kann gleich oder etwa gleich der Dotierstoffkonzentration in den Diodengebieten 137 sein. Beispielsweise können die Stromverteilungsgebiete 132 und die Diodengebiete 137 aus der gleichen epitaktischen Schicht hervorgegangen sein.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen lediglich die rechten Seitenwände der ersten Mesaabschnitte 171 in einer Hauptgitterebene eines ersten Typs, während die linken Seitenwände um das Doppelte der Winkelabweichung α gegen die Hauptgitterebenen des ersten Typs geneigt sind. P dotierte Kanalinhibitionsgebiete 129 entlang der linken Mesaseitenwände der ersten Mesaabschnitte 171 können so ausgelegt sein, dass bei Betrieb des Halbleiterbauelements 500 innerhalb der Absolutgrenzdaten das Ausbilden eines Transistorkanals entlang der linken Mesaseitenwände unterdrückt wird.
  • Die 5A bis 5C zeigen ein Halbleiterbauelement 500, in dem durchgehende Kontaktstreifen 319 ausgebildet sind, die abwechselnd erste und zweite Kontaktstrukturen 315, 316 und/oder abwechselnd erste und zweite Kontaktstrukturen 315, 316 ausbilden können. Die Kontaktstreifen 319 können die ersten und zweiten Mesaabschnitte 171, 172 planar kontaktieren oder als Grabenkontakte ausgebildet sein, wie es in den 5A bis 5C dargestellt ist.
  • 6A zeigt erste Mesaabschnitte 171 und zweite Mesaabschnitte 172, die jeweils in entlang der ersten Richtung 191 verlaufenden Zeilen angeordnet sind. Ein Gesamtflächenverhältnis von ersten Mesaabschnitten 171 zu zweiten Mesaabschnitten 172 kann in einem Bereich von 10% bis 50% liegen, beispielsweise in einem Bereich von 15% bis 30%. Beispielsweise können zwischen zwei benachbarten Zeilen mit zweiten Mesaabschnitten 172 zwei bis zehn Zeilen mit ersten Mesaabschnitten 171 ausgebildet sein.
  • In 6B sind die ersten und zweiten Mesaabschnitte 171, 172 in sich entlang der ersten Richtung 191 erstreckenden und gegeneinander versetzten Zeilen angeordnet, wobei ein Versatz zwischen zwei benachbarten Zeilen jeweils einem halben Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Abschnitten 152 der Grabenstruktur 150 derselben Zeile entsprechen kann. Die Grabenstruktur 150 bildet ein Gitter. Die zweiten Mesaabschnitte 172 mit den Abschnitten des Schottky-Kontakts SC können jeweils nur in einer echten Untermenge der Zeilen ausgebildet sein, wobei innerhalb derselben Zeile ein, zwei oder mehrere ersten Mesaabschnitten 171 zwischen benachbarten zweiten Mesaabschnitten 172 ausgebildet sein können. Eine Längsausdehnung der erste Mesaabschnitte 171 entlang der ersten Richtung 191 kann gleich der Längsausdehnung der zweiten Mesaabschnitte 172 entlang der ersten Richtung 191 sein.
  • 6C bezieht sich auf eine Ausführungsform, bei der die zweiten Abschnitte 152 der Grabenstruktur 150 erste Abschnitte 151 der Grabenstruktur 150 entlang der ersten Richtung 191 voneinander trennen. In den zweiten Abschnitten 152 ersetzen Verbindungsabschnitte 1572 der Elektrode 157 die Gateelektrode 155, so dass in an die Verbindungsabschnitte 1572 angrenzenden Bereichen des Halbleiterkörpers 100 keine Transistorzellen gebildet werden können. Stattdessen können die zweiten Mesaabschnitte 172, in denen Abschnitte des Schottky-Kontakts SC ausgebildet sind, in den an die Verbindungsabschnitte 1572 angrenzenden Bereichen vorgesehen werden. Entlang der ersten Richtung 191 können sich erste Mesaabschnitte 171, in denen Transistorzellen TC ausgebildet sind, mit zweiten Mesaabschnitten 172, in denen Abschnitte des Schottky-Kontakts ausgebildet sind, unmittelbar abwechseln.
  • Die 7 zeigt ein Halbleiterbauelement 500, bei dem die Abschnitte des Schottky-Kontakts SC zwischen benachbarten zweiten Abschnitten 152 der Grabenstruktur 150 ausgebildet sind. Die ersten, zweiten und dritten Kontaktstrukturen 315, 316, 317 können planare Kontaktstrukturen oder Kontaktstrukturen, die sich in den Halbleiterkörper 100 erstrecken, sein.
  • Abschnitte des Felddielektrikums 159 entlang der linken Seitenwände der ersten Mesaabschnitte 171 können so ausgelegt sein, dass bei Betrieb des Halbleiterbauelements 500 innerhalb der Absolutgrenzdaten das Ausbilden eines Transistorkanals entlang der linken Seitenwände der ersten Mesaabschnitte 171 unterdrückt wird.
  • Die 8A bis 10B beziehen sich auf Halbleiterbauelemente 500 mit Halbleiterkörpern 100, Driftstrukturen 130, Abschirmgebieten 140, zweiten Kontaktstrukturen 316, dritten Kontaktstrukturen 317 und Grabenstrukturen 150 wie sie oben mit Bezug auf die 1 bis 7C beschrieben sind, wobei die Grabenstruktur 150 jeweils erste Abschnitte 151 mit einer Längsausdehnung entlang einer lateralen ersten Richtung 191 und zweite Abschnitte 152 aufweist, die jeweils lateral an die ersten Abschnitte 151 anschließen und benachbarte erste Abschnitte 151 miteinander verbinden, ohne die ersten Abschnitte 151 entlang der ersten Richtung 191 zu unterbrechen.
  • Die ersten Abschnitte 151 können in einem regelmäßigen Mitte-zu-Mitte-Abstand angeordnet sein. Die ersten Abschnitte 151 und die zweiten Abschnitte 152 der Grabenstruktur 150 bilden ein Gitter, das Mesaabschnitte 170 des Halbleiterkörpers 100 lateral umschließt.
  • In den Mesaabschnitten 170 sind Bodygebiete 120 ausgebildet, die lateral an die Grabenstruktur 150 angrenzen. Die Bodygebiete 120 bilden zweite pn-Übergänge pn2 mit der Driftstruktur 130 und dritte pn-Übergänge pn3 mit Sourcegebieten 110, die zwischen den Bodygebieten 120 und der ersten Oberfläche 101 ausgebildet sein können.
  • In den ersten Abschnitten 151 der Grabenstruktur 150 ist eine Elektrode 157 und zwischen der Elektrode 157 und der ersten Oberfläche 101 eine Gateelektrode 155 ausgebildet. In den zweiten Abschnitten 152 kann die Gateelektrode 155 vollständig fehlen und sich stattdessen ein Anschlussbereich 1572 der Elektrode 157 bis zur ersten Oberfläche 101 oder bis knapp darunter erstrecken. Die zweiten Kontaktstrukturen 316 grenzen im Bereich der zweiten Abschnitte 151 der Grabenstruktur 150 direkt an die Anschlussbereiche 1572 der Elektrode 157 an, so dass die Abschirmgebiete 140 über die gesamte horizontale Querschnittsfläche des Halbleiterkörpers 100 jeweils lokal niederohmig mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden sind und gleichzeitig in den ersten Abschnitten 151 der Grabenstruktur 150 die Gateelektrode 155 in der Längsrichtung der ersten Abschnitte 151 nicht unterbrochen ist sondern durchgehend ausgebildet ist.
  • Die Elektrode 157 bildet so einen Abschnitt einer direkten, niederohmigen Verbindung zwischen dem Abschirmgebiet 140 und der ersten Lastelektrode 310. Die Elektrode 157 ist aus einem Material, in dem die Ladungsträgerbeweglichkeit deutlich höher ist als in stark dotiertem einkristallinen Siliziumcarbid. Beispielsweise weist die Elektrode 157 eine metallhaltige Schicht und/oder stark dotiertes polykristallines Silizium auf oder besteht aus einer oder mehreren metallhaltigen Schichten und/oder stark dotiertem polykristallinem Silizium.
  • Im Falle eines Avalanche-Durchbruchs führt die Elektrode 157 den Avalanche-Strom über einen niederohmigen Pfad direkt zur ersten Lastelektrode 310 ab, ohne dass sich dabei ein vertikaler Ladungsträgerfluss durch die Mesaabschnitte 170 einstellt, wo die Ladungsträger als Basisstrom eines parasitären npn Bipolartransistors wirken können, der durch das Sourcegebiet 110, das Bodygebiet 120 und die Driftzone 131 gebildet wird. Auf diese Weise verbessert die Elektrode 157 in Verbindung mit dem Abschirmgebiet 140 Durchbruchsfestigkeit und Avalanche-Festigkeit des Halbleiterbauelements 500.
  • Verglichen mit Ansätzen, die Abschirmgebiete über ein dotiertes Gebiet im Mesaabschnitt 170 an den ersten Lastanschluss anschließen, kann mehr Halbleitermaterial der eigentlichen Transistorfunktionalität zugeordnet werden. Der Abstand zwischen benachbarten Grabenstrukturen 150 kann kleiner gewählt und eine Dotierstoffkonzentration in Abschnitten der Driftstruktur 130, die unmittelbar an die Bodygebiete 120 angrenzen, kann weiter erhöht werden, um den Verbindungswiderstand zwischen den Transistorkanälen und der Driftstruktur 130 zu reduzieren.
  • Die zweiten und dritten Kontaktstrukturen 316, 317 können jeweils voneinander räumlich getrennt ausgebildet werden oder Abschnitte durchgehender Kontaktstreifen 319 ausbilden.
  • Das gezeichnete Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen SiC-Halbleiterkörper 100, in dem die <0001> Gitterrichtung um eine Winkelabweichung α zwischen 2 und 8° gegen die Querschnittsebene in den 8B und 8C geneigt ist. Die <1-100> Gitterrichtung verläuft orthogonal zur ersten Richtung 191 und parallel zur ersten Oberfläche 101. In einer Ebene senkrecht zur Querschnittsebene der 8A und parallel zur ersten Richtung 191 weist die <11-20> Gitterrichtung gegenüber der ersten Richtung 191 die Winkelabweichung α auf.
  • In den 9A bis 9C ist die <0001> Gitterrichtung um eine Winkelabweichung α gegen die Normale 104 auf die erste Oberfläche 101 gekippt. Die laterale erste Richtung 191 ist parallel zur <1-100> Gitterrichtung. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind Transistorzellen TC jeweils nur auf einer Seite der Grabenstruktur 150 ausgebildet. Auf der inaktiven Seite kann das Ausbilden eines Transistorkanals beispielsweise durch ein Kanalinhibitionsgebiet 129 wie im Zusammenhang mit 4 bis 4D beschrieben oder durch einen Abschnitt eines Felddielektrikums 159 wie im Zusammenhang mit 7 beschrieben unterdrückt werden.
  • 10A zeigt Mesaabschnitte 170, die in entlang der ersten Richtung 191 verlaufenden Zeilen und in Spalten orthogonal zu den Zeilen angeordnet sind. Entlang der ersten Richtung 191 trennen zweite Abschnitte 152 der Grabenstruktur 150 benachbarte Mesaabschnitte 170 voneinander. Orthogonal zur ersten Richtung 191 trennen erste Abschnitte 151 der Grabenstruktur 150 benachbarte Mesaabschnitte 170 voneinander.
  • In 10B sind zwei benachbarten Zeilen jeweils um einen halben Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Abschnitten 152 der Grabenstruktur 150 derselben Zeile gegeneinander versetzt.
  • Gemäß 11 umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Halbleiterbauteils mit Transistorzellen das Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit Siliziumcarbid, wobei sich von einer ersten Hauptfläche aus ein Graben in das Halbleitersubstrat erstreckt. Der Graben weist erste Grabenabschnitte mit einer Längsausdehnung entlang einer lateralen ersten Richtung und zweite Grabenabschnitte auf, die die ersten Grabenabschnitte miteinander verbindet, ohne sie zu unterbrechen. Der Graben legt ein Abschirmgebiet frei, das einen ersten pn-Übergang mit einer Driftstruktur ausbildet (902). In den zweiten Grabenabschnitten sowie in einem unteren Bereich der ersten Grabenabschnitte wird eine Elektrode ausgebildet (904). In einem oberen Bereich der ersten Grabenabschnitte wird eine Gateelektrode ausgebildet (906).
  • Das Verfahren ermöglicht einen niederohmigen Anschluss der Elektrode, die am Grabenboden ausgebildet ist, mit einer oberhalb der ersten Hauptfläche vorzusehenden Lastelektrode, ohne dass dazu die Gateelektrode in Längsrichtung unterbrochen wird.
  • Die 12A bis 15C beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils auf der Basis eines Siliziumcarbidsubstrats 700, das beispielsweise einen Siliziumcarbidkristall aufweist oder aus einem solchen besteht, wobei das Siliziumcarbidsubstrat 700 neben den Hauptbestandteilen Silizium und Kohlenstoff Dotieratome und Verunreinigungen, z.B. Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweisen kann. Der Kristalltyp des kristallinen Siliziumcarbidsubstrats 700 kann ein 4H-Polytyp sein. Das Siliziumcarbidsubstrat 700 kann beispielsweise ein stark dotiertes Basissubstrat 705 aufweisen, wobei das Basissubstrat 705 eine Siliziumcarbidscheibe sein kann, die zum Beispiel mittels Sägen von einem einkristallinen Siliziumcarbidkristall abgetrennt wurde. Das Basissubstrat 705 kann stark dotiert sein, beispielsweise stark n dotiert. Eine Driftschichtstruktur 730, die einen unipolaren Übergang mit dem Basissubstrat 705 ausbilden kann, kann auf einer Prozessoberfläche des Basissubstrats 705 ausgebildet werden, beispielsweise durch ein epitaktisches Verfahren. Die Driftschichtstruktur 730 kann einheitlich dotiert sein oder mindestens zwei oder drei Teilschichten mit unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration aufweisen.
  • Auf einer Hauptfläche der Driftschichtstruktur 730 gegenüber dem Basissubstrat 705 kann eine Bodyschicht 720 ausgebildet werden, die einen zum Leitfähigkeitstyp der Driftschichtstruktur 730 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Bodyschicht 720 kann beispielsweise mittels Epitaxie auf der Driftschichtstruktur 730 aufgewachsen werden oder durch das Einbringen von Dotierstoff in einen oberen Abschnitt der Driftschichtstruktur 730 ausgebildet werden. Auf der Bodyschicht 720 kann eine Sourceschicht 710 vom Leitfähigkeitstyp der Driftschichtstruktur 730 ausgebildet werden, beispielsweise durch Aufwachsen von Siliziumcarbid auf der Bodyschicht 720 oder durch Einbringen von Dotierstoff in einen oberen Abschnitt der Bodyschicht 720. Die Bodyschicht 720 und/oder die Sourceschicht 710 können auch zu einem späteren Zeitpunkt ausgebildet werden. Das Ausbilden von Bodyschicht 720 und Sourceschicht 710 kann lokal in Bereichen unterdrückt werden, die beispielsweise zur Ausbildung von Abschnitten eines Schottky-Kontakts vorgesehen sind.
  • Auf einer Prozessoberfläche 701 des Siliziumcarbidsubstrats 700 kann eine Maskenschicht aufgebracht werden. Ein fotolithographisches Verfahren bildet aus der Maskenschicht eine Grabenmaske 790 aus. In der vertikalen Projektion einer Öffnung 792 in der Grabenmaske 790 wird im Siliziumcarbidsubstrat 700 ein Graben 750 ausgebildet, beispielsweise durch ein anisotropes Ätzverfahren.
  • Die 12A zeigt, dass der Graben 750 ein Gitter bilden kann, wobei der Graben 750 durchgehende erste Grabenabschnitte 751 mit einer Längsausdehnung entlang einer lateralen ersten Richtung 191 und quer, zum Beispiel orthogonal zu den ersten Grabenabschnitten 751 verlaufende zweite Grabenabschnitte 752 aufweist, die benachbarte erste Grabenabschnitte 751 verbinden. In den Maschen des vom Graben 750 gebildeten Gitters sind Mesaabschnitte 170 des Siliziumcarbidsubstrats 700 ausgebildet.
  • Wie die 12B zeigt, kann sich der Graben 750 durch die Sourceschicht 710 und die Bodyschicht 720 hindurch bis in die Driftschichtstruktur 730 erstrecken. Abschnitte der Bodyschicht 720 in den Mesaabschnitten 170 bilden Bodygebiete 120, die zweite pn-Übergänge pn2 mit der Driftschichtstruktur 730 und dritte pn-Übergänge pn3 mit aus Abschnitten der Sourceschicht 710 gebildeten Sourcegebieten 110 bilden. Bezüglich Form und Dimensionierung der ersten und zweiten Grabenabschnitte 751, 752 wird auf Form und Dimensionierung der in den vorangegangenen Figuren dargestellten Grabenstrukturen 150 verwiesen.
  • Durch den Boden des Grabens 750 können Atome eines Dotierstoffs von einem zum Leitfähigkeitstyp der Driftschichtstruktur 730 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in das Siliziumcarbidsubstrat 700 eingebrecht werden, wobei die Grabenmaske 790 mindestens als Teil einer Implantationsmaske wirksam sein kann.
  • Vor oder nach Einbringen des Dotierstoffs durch den Grabenboden können mindestens an den Seitenwänden der Mesaabschnitte 170 dielektrische Abstandsstrukturen (Spacer) 759 ausgebildet werden. Die Ausbildung der dielektrischen Spacer 759 kann die Abscheidung von ein oder mehreren dielektrischen Materialien, eine thermische Oxidation des Siliziumcarbidsubstrats 700 oder eine Kombination aus beiden umfassen. Dielektrisches Material, das entlang des Grabenbodens ausgebildet wird, wird entfernt, beispielsweise durch eine anisotrope Ätzung, die selektiv laterale Abschnitte einer zuvor ausgebildeten dielektrischen Schicht entfernt.
  • Die 13A bis 13C zeigen die dielektrischen Spacer 759, die entlang der Seitenwände der Mesaabschnitte 170 ausgebildet sind und diese vollständig bedecken. Unterhalb des Grabens 150 definiert der durch den Grabenboden eingebrachten Dotierstoff ein Abschirmgebiet 140.
  • Nachfolgend wird eine leitfähige Elektrode 157 ausgebildet, die einen unteren Bereich der ersten Grabenabschnitte 751 und die zweiten Grabenabschnitte 752 vollständig füllt.
  • Beispielsweise umfasst das Ausbilden der Elektrode 157 das Abscheiden eines ersten leitfähigen Material, das den Graben 750 vollständig füllt. Danach kann eine Ätzmaskenschicht abgeschieden und fotolithographisch strukturiert werden, wobei aus der Ätzmaskenschicht eine Ätzmaske 795 ausgebildet wird, die erste Abschnitte des ersten leitfähigen Materials in den ersten Grabenabschnitten 751 freilegt und zweite Abschnitte des ersten leitfähigen Materials in mindestens zentralen Abschnitten der zweiten Grabenabschnitte 752 bedeckt. Bei aufliegender Ätzmaske 795 werden selektiv die ersten Abschnitte des ersten leitfähigen Materials in den ersten Grabenabschnitten 751 zurückgebildet. Das erste leitfähige Material kann beispielsweise stark dotiertes polykristallines Silizium aufweisen. Vor oder nach Abscheiden des polykristallinen Siliziums kann ein Metall, eine Metallverbindung oder eine Metalllegierung abgeschieden werden, beispielsweise ein Metall, das nachfolgend mindestens teilweise silizidiert.
  • Die 14A zeigt die Ätzmaske 795, die streifenartige Strukturen umfassen kann, welche die zweiten Grabenabschnitte 752 weitgehend abdeckt und die ersten Grabenabschnitte 751 weitgehend freilegt.
  • 14B zeigt das selektiv in den ersten Grabenabschnitten 751 zurückgebildete erste leitfähige Material, das eine Elektrode 157 ausbildet.
  • 14C zeigt die Elektrode 157 mit einem Hauptabschnitt 1571 in den ersten Grabenabschnitten 751 und mit die zweiten Grabenabschnitte 752 vollständig füllenden Verbindungsabschnitten 1572.
  • Abschnitte der dielektrischen Spacer 759 im oberen Bereich der ersten Grabenabschnitte 751 können vollständig oder teilweise entfernt werden, beispielsweise mit einem Prozess, der die Elektrode 157 als Teil der Ätzmaske nutzt. Ein verbleibender Abschnitt der dielektrischen Spacer 759 formt ein Felddielektrikum 159, das die Elektrode 157 mindestens von der Driftstrukturschicht 730 trennt.
  • Auf freiliegenden Flächen der Elektrode 157 kann ein Trenndielektrikum 156 ausgebildet werden. Das Ausbilden des Trenndielektrikums 156 kann beispielsweise einen Oxidationsprozess umfassen, dessen Prozessparameter so eingestellt sind, dass die Oxidationsrate auf polykristallinem Silizium deutlich höher ist als auf einkristallinem Siliziumcarbid. Das Trenndielektrikum 156 kann vor oder nach dem Entfernen freiliegender Abschnitte der dielektrischen Spacer 759 ausgebildet werden.
  • Die Ätzmaske 795 und die Grabenmaske 790 können entfernt werden. Eine Gatedielektrikumsschicht 753 kann ausgebildet werden, beispielsweise durch Abscheiden von Siliziumoxid und Verdichten des abgeschiedenen Siliziumoxids durch eine Wärmebehandlung. Das Ausbilden der Gatedielektrikumsschicht 753 kann auch das Zugeben von Stickstoff in eine abgeschiedene Siliziumoxidschicht umfassen. Ein zweites leitfähiges Material, beispielsweise stark dotiertes polykristallines Silizium wird abgeschieden, wobei ein oberer Abschnitt der Gräben 750 gefüllt werden kann.
  • Die 15A bis 15C zeigen eine aus dem zweiten abgeschiedenen Material hervorgegangene Gateelektrode 155 im oberen Bereich der ersten Grabenabschnitte 751.

Claims (22)

  1. Halbleiterbauelement, aufweisend: eine Grabenstruktur (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) aus in einen Halbleiterkörper (100) aus Siliziumcarbid erstreckt, wobei innerhalb der Grabenstruktur (150) eine Elektrode (157) und zwischen der Elektrode (157) und der ersten Oberfläche (101) eine Gateelektrode (155) ausgebildet sind; ein Abschirmgebiet (140), das an die Elektrode (157) angrenzt und einen ersten pn-Übergang (pn1) mit einer im Halbleiterkörper (100) ausgebildeten Driftstruktur (130) ausbildet; und einen zwischen der Driftstruktur (130) und einer ersten Kontaktstruktur (315) ausgebildeten Schottky-Kontakt (SC).
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Kontaktstruktur (315) und das Abschirmgebiet (140) über niederohmige Pfade mit einer ersten Lastelektrode (310) verbunden sind.
  3. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Abschirmgebiet (140) unterhalb der Elektrode (157) ausgebildet ist.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Abschnitte des Schottky-Kontakts (SC) zwischen benachbarten Abschnitten der Grabenstruktur (150) ausgebildet sind.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schottky-Kontakt (SC) in einem vertikalen Abstand (d2) zur ersten Oberfläche (101) ausgebildet ist, wobei der vertikale Abstand (d2) kleiner ist als ein vertikaler Abstand (d3) einer Unterkante des Abschirmgebiets (140) zur ersten Oberfläche (101).
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Elektrode (157) einen Anschlussbereich (1572) aufweist, der sich von der ersten Oberfläche (101) bis zu einem Boden der Grabenstruktur (150) erstreckt.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei sich entlang einer lateralen Längsausdehnung der Grabenstruktur (150) Abschnitte der Gateelektrode (155) und Anschlussbereiche (1572) der Elektrode (157) abwechseln.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Grabenstruktur (150) erste Abschnitte (151) und zweite Abschnitte (152) aufweist, wobei die ersten Abschnitte (151) sich entlang einer lateralen ersten Richtung (191) erstrecken, und die zweiten Abschnitte (152) jeweils zwei der ersten Abschnitte (151) verbinden, die entlang einer zur ersten Richtung (191) orthogonalen lateralen zweiten Richtung (192) benachbart sind, wobei die Gateelektrode (155) in den ersten Abschnitten (151) ausgebildet ist und in den zweiten Abschnitten (152) zweite Kontaktstrukturen (316) an die Elektrode (157) angrenzen.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten Abschnitte (151, 152) der Grabenstruktur (150) erste Mesaabschnitte (171) und zweite Mesaabschnitte (172) des Halbleiterkörpers (100) lateral umschlie-βen, wobei die ersten Mesaabschnitte (171) Bodygebiete (120) aufweisen und die Bodygebiete (120) die zweite pn-Übergänge (pn2) mit der Driftstruktur (130) ausbilden, und wobei in den zweiten Mesaabschnitten (172) Abschnitte des Schottky-Kontakts (SC) ausgebildet sind.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, ferner umfassend: dritte Kontaktstrukturen (317), die an die Bodygebiete (120) angrenzen, wobei die ersten Kontaktstrukturen (315) und die dritten Kontaktstrukturen (317) sich in den Halbleiterkörper (100) hineinerstrecken.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, ferner umfassend: dritte Kontaktstrukturen (317), die an die Bodygebiete (120) angrenzen, wobei die ersten Kontaktstrukturen (315) und die dritte Kontaktstrukturen (317) auf der ersten Oberfläche (101) ausgebildet sind.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend: Sourcegebiete (110), die zwischen der ersten Oberfläche (101) und den Bodygebieten (120) ausgebildet sind, wobei die Bodygebiete (120) dritte pn-Übergänge (pn3) mit den Sourcegebieten (110) ausbilden und wobei entlang der ersten Richtung (191) die Bodygebiete (120) und die Sourcegebiete (110) abwechselnd an die erste Oberfläche (101) angrenzen.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die ersten und dritten Kontaktstrukturen (315, 317) mit der ersten Lastelektrode (310) verbunden sind.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die ersten und zweiten Kontaktstrukturen (315, 316) Abschnitte von Kontaktstreifen (319) bilden, wobei sich die Kontaktstreifen (319) entlang der ersten Richtung (191) erstrecken und mindestens an einen zweiten Mesaabschnitt (172) und an einen Abschnitt der Elektrode (157) angrenzen.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die ersten und dritten Kontaktstrukturen (315, 317) Abschnitte von Kontaktstreifen (319) bilden, wobei sich die Kontaktstreifen (319) entlang der ersten Richtung (191) erstrecken und mindestens an einen ersten Mesaabschnitt (172) und an einen Abschnitt der Elektrode (157) angrenzen.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Driftstruktur (130) mindestens eine Driftzone (131) und Diodengebiete (137) aufweist, wobei die Driftzone (131) zwischen den Abschirmgebieten (140) und einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (100) ausgebildet ist und die Diodengebiete (137) sich von den ersten Kontaktstrukturen (315) bis zur Driftzone (131) erstrecken und wobei eine mittlere Dotierstoffkonzentration in den Diodengebieten (137) mindestens doppelt so hoch ist wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone (131).
  17. Halbleiterbauelement, aufweisend: eine Grabenstruktur (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) aus in einen Halbleiterkörper (100) aus Siliziumcarbid erstreckt, wobei die Grabenstruktur (150) erste Abschnitte (151) und zweite Abschnitte (152) aufweist, wobei die ersten Abschnitte (151) sich entlang einer lateralen ersten Richtung (191) erstrecken, und die zweiten Abschnitte (152) jeweils zwei der ersten Abschnitte (151) verbinden, die entlang einer zur ersten Richtung (191) orthogonalen lateralen zweiten Richtung (192) benachbart sind, wobei in den ersten Abschnitten (151) eine Elektrode (157) und zwischen der Elektrode (157) und der ersten Oberfläche (101) eine Gateelektrode (155) ausgebildet sind und in den zweiten Abschnitten (152) Anschlussbereiche (1572) der Elektrode (157) mit einer ersten Lastelektrode (310) verbunden sind; und ein Abschirmgebiet (140), das an die Elektrode (157) angrenzt und einen ersten pn-Übergang (pn1) mit einer Driftstruktur (130) im Halbleiterkörper (100) ausbildet.
  18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, wobei das Abschirmgebiet (140) zwischen der Elektrode (157) und einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (100) ausgebildet ist.
  19. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei die ersten und zweiten Abschnitte (151, 152) der Grabenstruktur (150) Mesaabschnitte (170) des Halbleiterkörpers (100) lateral umschließen, wobei die Mesaabschnitte (170) Bodygebiete (120) aufweisen und die Bodygebiete (120) zweite pn-Übergänge (pn2) mit der Driftstruktur (130) und dritte pn-Übergänge (pn3) mit Sourcegebieten (110) ausbilden, wobei die Sourcegebiete (110) zwischen der ersten Oberfläche (101) und den Bodygebieten (120) ausgebildet sind.
  20. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Elektrode (157) sich in den zweiten Abschnitten (152) der Grabenstruktur (150) bis zur ersten Oberfläche (101) erstreckt.
  21. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 17 bis 20, weiter aufweisend: Kontaktstrukturen (316), die die erste Lastelektrode (310) mit den Anschlussbereichen (1572) der Elektrode (157) verbinden.
  22. Verfahren zur Herstellung eine Halbleiterbauelements, aufweisend: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (700) aus Siliziumcarbid, in das sich von einer ersten Hauptfläche (701) aus ein Graben (750) erstreckt, wobei der Graben (750) erste Grabenabschnitte (751) mit einer Längsausdehnung entlang einer lateralen ersten Richtung (191) und zweite Grabenabschnitte (752) aufweist, die die ersten Grabenabschnitte (751) miteinander verbindet, und der Graben (750) ein Abschirmgebiet (140) freilegt, das einen ersten pn-Übergang (pn1) mit einer Driftstruktur (130) ausbildet; Ausbilden einer Elektrode (157), die die zweiten Grabenabschnitte (752) und einen unteren Bereich der ersten Grabenabschnitte (751) füllt; und Ausbilden einer Gateelektrode (155) in einem oberen Bereich der ersten Grabenabschnitte (751).
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI696288B (zh) * 2019-07-16 2020-06-11 力晶積成電子製造股份有限公司 遮蔽閘金氧半場效電晶體及其製造方法
US11393907B2 (en) 2020-08-12 2022-07-19 Infineon Technologies Austria Ag Transistor device with buried field electrode connection
CN114551589B (zh) * 2022-04-26 2022-09-09 安建科技(深圳)有限公司 一种功率半导体器件及其制备方法
WO2023223590A1 (ja) * 2022-05-19 2023-11-23 住友電気工業株式会社 半導体チップ
WO2023223588A1 (ja) * 2022-05-19 2023-11-23 住友電気工業株式会社 半導体チップ
CN115799324B (zh) * 2023-02-09 2023-05-16 无锡先瞳半导体科技有限公司 分段屏蔽栅场效应晶体管
CN116525681B (zh) * 2023-05-18 2023-11-24 南京第三代半导体技术创新中心有限公司 集成沟道二极管的碳化硅槽栅mosfet器件及制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202004021424U1 (de) * 2003-12-30 2008-01-03 Fairchild Semiconductor Corp. Leistungshalbleitervorrichtungen
US20120319132A1 (en) * 2011-06-16 2012-12-20 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Split-gate structure in trench-based silicon carbide power device

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7638841B2 (en) * 2003-05-20 2009-12-29 Fairchild Semiconductor Corporation Power semiconductor devices and methods of manufacture
US7446374B2 (en) * 2006-03-24 2008-11-04 Fairchild Semiconductor Corporation High density trench FET with integrated Schottky diode and method of manufacture
US8704295B1 (en) * 2008-02-14 2014-04-22 Maxpower Semiconductor, Inc. Schottky and MOSFET+Schottky structures, devices, and methods
US7863685B2 (en) * 2008-05-28 2011-01-04 Force-Mos Technology Corp. Trench MOSFET with embedded junction barrier Schottky diode
US8203181B2 (en) * 2008-09-30 2012-06-19 Infineon Technologies Austria Ag Trench MOSFET semiconductor device and manufacturing method therefor
US8187939B2 (en) * 2009-09-23 2012-05-29 Alpha & Omega Semiconductor Incorporated Direct contact in trench with three-mask shield gate process
US8680607B2 (en) * 2011-06-20 2014-03-25 Maxpower Semiconductor, Inc. Trench gated power device with multiple trench width and its fabrication process
US9443972B2 (en) * 2011-11-30 2016-09-13 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with field electrode
US9761702B2 (en) * 2014-02-04 2017-09-12 MaxPower Semiconductor Power MOSFET having planar channel, vertical current path, and top drain electrode
JP2015225976A (ja) * 2014-05-28 2015-12-14 株式会社東芝 半導体装置
DE102014108963B4 (de) * 2014-06-26 2018-07-19 Infineon Technologies Ag Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung mit Leistungstransistorzellen und lateralen Transistoren
DE102014113189B4 (de) * 2014-09-12 2023-04-20 Infineon Technologies Austria Ag Halbleitervorrichtungen mit Feldelektrodenstrukturen, Gatestrukturen und Hilfsdiodenstrukturen
DE102014119465B3 (de) * 2014-12-22 2016-05-25 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit streifenförmigen trenchgatestrukturen, transistormesas und diodenmesas
DE102014119466A1 (de) * 2014-12-22 2016-06-23 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit streifenförmigen trenchgatestrukturen und gateverbinderstruktur
DE102015103072B4 (de) * 2015-03-03 2021-08-12 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit grabenstruktur einschliesslich einer gateelektrode und einer kontaktstruktur fur ein diodengebiet
EP3324443B1 (de) * 2016-11-17 2019-09-11 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleiterbauelement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202004021424U1 (de) * 2003-12-30 2008-01-03 Fairchild Semiconductor Corp. Leistungshalbleitervorrichtungen
US20120319132A1 (en) * 2011-06-16 2012-12-20 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Split-gate structure in trench-based silicon carbide power device

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