DE102018123210B3 - Siliziumkarbid-Bauelemente und Verfahren zum Bilden von Siliziumkarbid-Bauelementen - Google Patents

Siliziumkarbid-Bauelemente und Verfahren zum Bilden von Siliziumkarbid-Bauelementen Download PDF

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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Bauelement umfasst eine Transistorzelle mit einer Vorderseiten-Dotierungsregion, einer Body-Region und einer Drift-Region. Die Body-Region umfasst einen ersten Abschnitt, der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, und einen zweiten Abschnitt, der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt weisen eine Erstreckung von zumindest 50 nm in eine vertikale Richtung auf. Die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration ist zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration, und die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration ist zumindest 1·10cm.

Description

  • GEBIET
  • Beispiele der Offenbarung beziehen sich auf Siliziumkarbid-Bauelemente. Weitere Beispiele beziehen sich auf Verfahren zum Bilden von Siliziumkarbid-Bauelementen.
  • HINTERGRUND
  • Kurzkanaleffekte wie Drain-induzierte Barriereabsenkung können aufgrund des fortschreitenden Schrumpfens von Transistoren auftreten. Beispielsweise kann eine Raumladungsregion von einer Drain-Region in eine Body-Region eindringen und eine Schwellenspannung des Transistors beeinflussen.
  • Eine Schwellenspannung des Transistors kann reduziert werden oder eine Abschaltcharakteristik kann durch Drain-induzierte Barriereabsenkung beeinträchtigt werden, zum Beispiel. Es kann wünschenswert sein, Halbleiterbauelemente zu verbessern oder Kurzkanaleffekte in Halbleiterbauelementen zu reduzieren.
  • Aus der Druckschrift US 2018 / 0 047 721 A1 ist ein Halbleiterbauteil bekannt. Dabei ist vorgesehen, einen Durchbruch in Sperrrichtung zu unterdrücken. Es wird eine Halbleitervorrichtung vorgeschlagen, die ein Halbleitersubstrat, einen Hauptkörperbereich mit einer oder mehreren im Inneren des Halbleitersubstrats ausgebildeten Operationszellen, einen Stromerfassungsbereich mit einer oder mehreren im Inneren des Halbleitersubstrats ausgebildeten Stromerfassungszellen und einen zwischen den Hauptzellen ausgebildeten Zwischenbereich umfasst.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Beispiel bezieht sich auf ein Siliziumkarbid-Bauelement. Das Siliziumkarbid-Bauelement umfasst eine Transistorzelle. Die Transistorzelle umfasst eine Vorderseiten-Dotierungsregion, die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Transistorzelle umfasst eine Body-Region, die einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Transistorzelle umfasst eine Drift-Region, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Body-Region ist zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion und der Drift-Region in einer vertikalen Richtung positioniert. Die Body-Region umfasst einen ersten Abschnitt, der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist. Die Body-Region umfasst einen zweiten Abschnitt, der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist. Der erste Abschnitt ist zwischen der Drift-Region und dem zweiten Abschnitt positioniert. Der erste Abschnitt weist eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung auf. Der zweite Abschnitt weist eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung auf. Die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration ist zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration. Die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration ist zumindest 1·1017 cm-3.
  • Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf ein Siliziumkarbid-Bauelement. Das Siliziumkarbid-Bauelement umfasst eine Transistorzelle. Die Transistorzelle umfasst eine Vorderseiten-Dotierungsregion, die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Transistorzelle umfasst eine Body-Region, die einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Transistorzelle umfasst eine Drift-Region, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Body-Region ist zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion und der Drift-Region in einer vertikalen Richtung positioniert. Die Body-Region umfasst einen ersten Abschnitt, der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist. Die Body-Region umfasst einen zweiten Abschnitt, der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist. Die Body-Region umfasst einen dritten Abschnitt, der eine dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist. Der erste Abschnitt ist zwischen der Drift-Region und dem zweiten Abschnitt positioniert. Der zweite Abschnitt ist zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt positioniert. Der erste Abschnitt weist eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung auf. Der zweite Abschnitt weist eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung auf. Der dritte Abschnitt weist eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung auf. Die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration ist zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration. Die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration ist zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bilden eines Siliziumkarbid-Bauelements ein Implantieren erster Dotierstoffe in ein Siliziumkarbid-Substrat mit einer ersten Implantationsdosis, um einen ersten Abschnitt einer Body-Region eines Transistors des Siliziumkarbid-Bauelements zu bilden. Der erste Abschnitt der Body-Region weist eine Erstreckung von zumindest 50 nm innerhalb der Body-Region in eine vertikale Richtung auf. Das Verfahren umfasst ferner ein Implantieren von zweiten Dotierstoffen in das Siliziumkarbid-Substrat mit einer zweiten Implantationsdosis, um einen zweiten Abschnitt der Body-Region zu bilden. Die erste Implantationsdosis ist zumindest das Zweifache der zweiten Implantationsdosis und zumindest 2·1012 cm-2.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:
    • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Siliziumkarbid-Bauelements mit einer Body-Region, die zumindest zwei Abschnitte umfasst;
    • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Siliziumkarbid-Bauelements mit einer Body-Region, die zumindest drei Abschnitte umfasst;
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Siliziumkarbid-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Siliziumkarbid-Bauelements mit einer Abstandhalterregion; und
    • 5 zeigt einen schematischen Dotierungsverlauf eines Siliziumkarbid-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.
  • Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Weitere Beispiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Schutzbereich der Offenbarung fallen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Vergleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktionalität bereitstellen.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig angegeben ist. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“. Das Gleiche gilt, mutatis mutandis, für Kombinationen von mehr als 2 Elementen.
  • Die Terminologie, die hierin zu dem Zweck des Beschreibens bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktionalität zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktionalität unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „hat“, „mit“, „enthält“, „enthaltend“ „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente und/oder Komponenten derselben präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Handlungen, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
  • Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung des Gebiets verwendet, zu dem die Beispiele gehören.
  • Bei Halbleiterbauelementen, z.B. Siliziumkarbid (SiC; silicone carbide) -Bauelementen, kann eine Raumladungsregion in Body-Regionen von Transistoren eindringen, sodass an diesen Transistoren Drain-induzierte Barriereabsenkung auftreten kann. Der Kurzkanaleffekt kann eine Schwellenspannung der Transistoren wesentlich beeinflussen und kann eine elektrische Charakteristik des Siliziumkarbid-Bauelements beeinträchtigen.
  • Konzepte zum Reduzieren des Eindringens der Raumladungsregion in die Body-Region können durch die nachfolgend beschriebenen Beispiele bereitgestellt werden. Durch ein Reduzieren des Eindringens der Raumladungsregion in die Body-Region von Transistoren kann eine Drain-induzierte Barriereabsenkung reduziert werden und die elektrischen Charakteristika des Siliziumkarbid-Bauelements können verbessert werden.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Siliziumkarbid-Bauelements 100 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel. Das Siliziumkarbid-Bauelement 100 kann eine Transistorzelle umfassen. Die Transistorzelle kann eine Vorderseiten-Dotierungsregion 110 umfassen, die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Vorderseiten-Dotierungsregion 110 kann eine Source-Region oder eine Drain-Region der Transistorzelle sein. Die Vorderseiten Dotierungsregion 110 kann innerhalb eines Siliziumkarbid-Substrats des Siliziumkarbid-Bauelements 100 positioniert sein, beispielsweise benachbart zu einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Substrats. Beispielsweise kann eine obere Oberfläche der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 einen Teil der Oberfläche des Siliziumkarbid-Substrats bilden.
  • Die Transistorzelle kann eine Body-Region 120 umfassen, die einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der zweite Leitfähigkeitstyp kann der entgegengesetzte Leitfähigkeitstyp des ersten Leitfähigkeitstyps sein. Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ sein, der zu einer n-dotierten Region führt, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ sein, der zu einer p-dotierten Region führt, oder umgekehrt.
  • Die Transistorzelle kann eine Drift-Region 130 umfassen, z.B. die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Beispielsweise kann die Drift-Region 130 benachbart zu der Body-Region 120 positioniert sein, so dass zwischen der Body-Region 120 und der Drift-Region 130 ein pn-Übergang existiert.
  • Die Body-Region 120 kann zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 und der Drift-Region 130, z.B. in einer vertikalen Richtung positioniert sein. Alternativ kann die Body-Region 120 zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 und der Drift-Region 130 in einer Richtung positioniert sein, die sich von einer vertikalen Richtung um höchstens 8 Grad unterscheidet, zum Beispiel zumindest 2 Grad und/oder höchstens 6 Grad (z.B. um 4 Grad) (z.B. in dem Fall einer vertikalen Transistorzelle). Die Body-Region 120 kann benachbart zu der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 positioniert sein, so dass ein pn-Übergang zwischen der Body-Region 120 und der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 existiert.
  • Beispielsweise können eine vertikale Richtung und eine vertikale Abmessung oder Dicken von Schichten orthogonal zu einer Vorderseitenoberfläche und/oder einer Rückseitenoberfläche des Siliziumkarbid-Substrats gemessen sein.
  • Beispielsweise kann die Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements 100 eine vertikale Transistorzelle sein, und die Vorderseiten-Dotierungsregion 110, die Body-Region 120 und die Drift-Region 130 können vertikal (z.B. auf eine gestapelte Weise oder eine über der anderen) innerhalb des Siliziumkarbid-Substrats angeordnet sein. 1 zeigt zusätzlich einen Gate-Graben mit einer Gate-Isolierschicht 150 und einer Gate-Elektrode 160 in dem Graben für eine vertikale Transistorzelle.
  • Zum Beispiel kann die Body-Region 120 mehrere Dotierungsabschnitte umfassen. Die Body-Region 120 kann einen ersten Abschnitt 121, z.B. der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfassen. Die Body-Region 120 kann einen zweiten Abschnitt 122, z.B. der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfassen. Der erste Abschnitt 121 kann zwischen der Drift-Region 130 und dem zweiten Abschnitt 122 positioniert sein. Zum Beispiel kann der erste Abschnitt 121 zwischen der Drift-Region 130 und dem zweiten Abschnitt 122 in der vertikalen Richtung positioniert sein.
  • Der erste Abschnitt 121 der Body-Region 120 kann eine Erstreckung von zumindest 50 nm (oder von zumindest 70 nm, von zumindest 100 nm, von zumindest 150 nm oder von zumindest 200 nm) innerhalb der Body-Region 120 aufweisen, z.B. in die vertikale Richtung oder in die Richtung, die sich von einer vertikalen Richtung um höchstens 8 Grad unterscheidet. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Abschnitt 122 der Body-Region 120 eine Erstreckung von zumindest 50 nm (oder von zumindest 100 nm, von zumindest 200 nm oder von zumindest 300 nm) innerhalb der Body-Region 120 in die vertikale Richtung oder in die Richtung, die sich von einer vertikalen Richtung um höchstens 8 Grad unterscheidet, aufweisen. Hier und im Folgenden kann eine Erstreckung eines Abschnitts einer dotierten Region, zum Beispiel eines Abschnitts der Body-Region, die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM; full width at half maximum) dieses Abschnitts sein.
  • Die vertikale Richtung kann sich von der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 zu der Drift-Region 130 erstrecken. Die Richtung von der Vorderseitigen-Dotierungsregion 110 zu der Drift-Region 130 und/oder die vertikale Richtung kann eine Richtung parallel zu einer Schnittstelle zwischen der Body-Region 120 und einer Gate-Isolierschicht 150 der Transistorzelle sein. Beispielsweise kann der erste Abschnitt 121 der Body-Region eine Erstreckung von höchstens 300 nm (oder höchstens 200 nm oder höchstens 150 nm) in die vertikale Richtung und/oder in die Richtung parallel zu der Schnittstelle zwischen der Body-Region 120 und der Gate-Isolierschicht 150 aufweisen. Beispielsweise kann die Richtung der Erstreckung eine vertikale Richtung sein oder kann sich von einer vertikalen Richtung um zumindest 2 Grad und/oder höchstens 6 Grad (z.B. um 4 Grad) unterscheiden, z.B. wenn die Schnittstelle im Hinblick auf die vertikale Richtung geneigt ist. Der erste Abschnitt 121 kann eine hauptsächlich vertikale Erstreckung von zumindest 50 nm aufweisen, wenn die Transistorzelle eine vertikale Transistorzelle ist.
  • Beispielsweise kann sich die zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration von der ersten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration unterscheiden. Beispielsweise kann die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest das Zweifache (oder zumindest das Dreifache, zumindest das Fünffache oder zumindest das 10-fache) der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration und/oder höchstens das 20-fache (oder höchstens das 10-fache) der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein. Beispielsweise kann die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest 1·1011 cm-3 (oder zumindest 3·1017 cm-3, oder zumindest 7·1018 cm-3) und/oder höchstens 2·1018 cm-3 (oder höchstens 8·1017 cm-3, oder höchstens 5·1018 cm-3) sein.
  • Beispielsweise kann der erste Abschnitt 121 mit einer relativ kleinen Erstreckung, z.B. vertikale Erstreckung, während eines Betriebs einen Feldstopp gegen ein Eindringen einer Raumladungsregion aus der Drift-Region 130 in die Body-Region 120 der Transistorzelle bereitstellen. Folglich kann innerhalb des Transistors des Siliziumkarbid-Bauelements 100 eine Drain-induzierte Barriereabsenkung reduziert werden, zum Beispiel. Eine Reduzierung der Schwellenspannung des Transistors kann vermieden oder reduziert werden. Beispielsweise kann eine Schaltcharakteristik des Transistors oder der Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements 100 durch ein Bereitstellen des ersten Abschnitts 121 verbessert werden.
  • Beispielsweise kann die Transistorzelle eine Gate-Isolierschicht umfassen. Zumindest der zweite Abschnitt 122 der Body-Region 120 kann benachbart zu und/oder in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 150 der Transistorzelle positioniert sein.
  • Der erste Abschnitt 121 der Body-Region 120 kann benachbart (z.B. direkt angrenzend) zu und/oder in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 150 der Transistorzelle positioniert sein. Alternativ kann eine Abstandhalterregion (nicht in dem Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt) zwischen dem ersten Abschnitt der Body-Region 120 und der Gate-Isolierschicht 150 der Transistorzelle positioniert sein. Die Abstandhalterregion kann den ersten Abschnitt 121 von der Gate-Isolierschicht 150 trennen. Durch ein Bereitstellen der Abstandhalterregion kann ein direkter Kontakt zwischen dem ersten Abschnitt 121 der Body-Region 120 und der Gate-Isolierschicht vermieden werden. Indem der erste Abschnitt 121 der Body-Region 120 von der Gate-Isolierschicht getrennt gehalten wird, kann ein Einfluss des ersten Abschnitts 121 auf die Schwellenspannung des Transistors gering gehalten werden.
  • Zum Beispiel kann die Abstandhalterregion eine dotierte Region sein, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Beispielsweise ist die Abstandhalterregion ein Abschnitt einer gemeinsamen Dotierungsregion des ersten Leitfähigkeitstyps, der auch die Drift-Region umfasst. Die Abstandhalterregion kann eine höhere Dotierungskonzentration aufweisen als die Drift-Region. Das bedeutet, die Abstandhalterregion kann ein Abschnitt einer gemeinsamen Dotierungsregion des ersten Leitfähigkeitstyps sein, der auch die Drift-Region umfasst, wobei die Dotierungskonzentration in diesem Abschnitt erhöht ist. Beispielsweise kann die Abstandhalterregion eine Dotierungskonzentration aufweisen, die ähnlich oder identisch ist zu einer Dotierungskonzentration einer Stromausbreitregion des Siliziumkarbid-Bauelements.
  • Alternativ kann die Abstandhalterregion den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. In diesem Fall kann eine durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Abstandhalterregion niedriger sein als die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration. Beispielsweise kann die durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Abstandhalterregion höchstens 50 % (oder höchstens 40 % oder höchstens 30 %) der ersten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein. Beispielsweise kann die durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Abstandhalterregion sich von der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration um weniger als 10 % der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration unterscheiden.
  • Beispielsweise kann ein Abstand (z.B. ein minimaler Abstand und/oder ein lateraler Abstand) zwischen dem ersten Abschnitt 121 der Body-Region 120 und der Gate-Isolier 150 - Schicht zumindest 20 nm (oder zumindest 50 nm, zumindest 100 nm oder zumindest 200 nm) und/oder höchstens 500 nm (oder höchstens 300 nm oder höchstens 200 nm) sein. Der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt 121 und der Gate-Isolierschicht 150 kann durch die Abstandhalterregion zwischen dem ersten Abschnitt 121 und der Gate-Isolierschicht 150 verursacht werden.
  • Beispielsweise können zumindest 80 % (oder zumindest 90 %) der Dotierungsatome innerhalb des ersten Abschnitts 121 der Body-Region 120 Aluminium- oder Galliumatome sein. Im Allgemeinen können Dotierungsatome einen Einfluss (z.B. einen vorgesehenen Einfluss) auf eine elektrische Charakteristik der Transistorzelle haben, zum Beispiel. Dotierungsatome können elektrisch aktive Atome sein, z.B. die als Donatoren und/oder Akzeptoren in einem Betriebsmodus der Transistorzelle agieren. Eine Diffusion von Aluminium- oder Galliumatomen innerhalb des Siliziumkarbidsubstrats kann vernachlässigbar sein. Aufgrund der Abwesenheit von Diffusion kann eine geringe Höhe (oder vertikale Erstreckung) des ersten Abschnitts 121 erreicht werden, zum Beispiel.
  • Beispielsweise können zumindest 80 % (oder zumindest 90 %) der Dotierungsatome innerhalb des zweiten Abschnitts 122 der Body-Region 120 zumindest eines von Boratomen, Bordifluoridmolekülen, Fluoratomen und Chloratomen sein. Beispielsweise kann durch ein Verwenden von Boratomen für die Dotierung des zweiten Abschnitts 122 die Kanalmobilität innerhalb des zweiten Abschnitts 122 verbessert werden. Da Boratome zum Beispiel innerhalb des Siliziumkarbidsubstrats diffundieren können, kann der zweite Abschnitt 122 mit einer geringen Anzahl von Implantationen gebildet werden. Ferner kann Fluor (z.B. aus Bordifluoridmolekülen oder aus Fluoratomen) sogenannte „Baumelbindungen“ an der Schnittstelle zwischen der Gate-Isolierschicht und dem Siliziumkarbidsubstrat sättigen.
  • Beispielsweise kann das Siliziumkarbid-Bauelement 100 ferner einen dritten Abschnitt der Body-Region 120 (nicht in dem Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt) umfassen. Der dritte Abschnitt der Body-Region kann eine dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweisen. Der dritte Abschnitt kann eine Erstreckung von zumindest 50 nm innerhalb der Body-Region aufweisen, z.B. in die vertikale Richtung oder in eine Richtung, die sich von einer vertikalen Richtung um höchstens 8 Grad unterscheidet. Der dritte Abschnitt der Body-Region 120 kann zwischen dem zweiten Abschnitt 122 der Body-Region 120 und der Vorderseiten-Dotierungsregion 110 angeordnet sein. Der dritte Abschnitt kann die Schwellenspannung der Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements zumindest teilweise definieren, zum Beispiel. Die Schwellenspannung kann jedoch auch durch andere Abschnitte oder Regionen des Siliziumkarbid-Bauelements, wie z.B. den zweiten Abschnitt, definiert werden.
  • Beispielsweise kann die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration höher sein als die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration. Die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration kann zumindest das Zweifache (oder zumindest das Dreifache, zumindest das Fünffache oder zumindest das 10-fache) der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration und/oder höchstens das 30-fache (oder höchstens das 20-fache oder höchstens das 10-fache) der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein. Typischerweise ist die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest das 10-fache und höchstens das 20-fache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration. Eine höhere dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration im Vergleich zu der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration kann zu einem verbesserten Kontakt zu der Body-Region führen. Ferner kann eine hohe dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration eine Unterdrückung eines versehentlichen Einschaltens aufgrund eines parasitären npn-Transistors im Falle eines Kurzschlusses (sogenanntes Anti-Latch-up) unterstützen. Alternativ kann die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration niedriger sein als die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration. Beispielsweise kann dies der Fall sein bei einem Ausführungsbeispiel eines Siliziumkarbid-Bauelements, das eine Dotierungsregion aufweist.
  • Ein Bereitstellen des dritten Abschnitts innerhalb der Body-Region 120 kann zu einem gut geformten Dotierungsverlauf innerhalb der Body-Region 120 von dem ersten Abschnitt 121 zu dem dritten Abschnitt führen, da die Dotierungskonzentration des intermediären zweiten Abschnitts 122 niedriger sein kann als die Dotierungskonzentration des ersten Abschnitts 121 und des dritten Abschnitts.
  • Beispielsweise können zumindest 80% (oder zumindest 90%) der Dotierungsatome innerhalb des dritten Abschnitts der Body-Region zumindest eines von Boratomen, Bordifluoridmolekülen, Fluoratomen und Chloratomen sein, oder zumindest 80% (oder zumindest 90%) der Dotierungsatome innerhalb des dritten Abschnitts der Body-Region können zumindest eines von Boratomen und Aluminiumatomen sein. Boratome innerhalb des dritten Abschnitts können eine verbesserte Stabilität der Schwellenspannung des Transistors des Siliziumkarbid-Bauelements 100 verursachen.
  • Wenn der erste Abschnitt 121 der Body-Region 120 benachbart zu der Gate-Isolierschicht der Transistorzelle positioniert ist, kann eine maximale Netto-Dotierungskonzentration innerhalb des dritten Abschnitts der Body-Region implementiert sein, dass sie höher ist als eine maximale Netto-Dotierungskonzentration innerhalb des ersten Abschnitts der Body-Region, zum Beispiel. Mit einer maximalen Netto-Dotierungskonzentration des ersten Abschnitts 121, die niedriger ist als die maximale Netto-Dotierungskonzentration des dritten Abschnitts, kann der erste Abschnitt 121 möglicherweise die Schwellenspannung des Transistors nicht beeinflussen oder nicht wesentlich beeinflussen.
  • Beispielsweise kann das Siliziumkarbid-Bauelement 100 eine Stromausbreitregion (nicht in dem Ausführungsbeispiel von 1 dargestellt) umfassen, z.B. die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die Stromausbreitregion kann zwischen der Body-Region 120 und der Drift-Region 130 positioniert sein. Eine durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Stromausbreitregion kann zumindest das Zweifache einer durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration der Drift-Region 130 sein. Beispielsweise kann sich die Stromausbreitregion vertikal über zumindest 200 nm (oder zumindest 500 nm oder zumindest 800 nm) erstrecken.
  • Beispielsweise kann das Siliziumkarbid-Bauelement 100 ferner eine Drain-Region der Transistorzelle (nicht in den in den Abschnitten gezeigt, die in den Figuren gezeigt sind) umfassen, z.B. aufweisend den ersten Leitfähigkeitstyp, wobei eine durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Drain-Region zumindest das 30-fache oder sogar zumindest das 100-fache der durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration der Drift-Region 130 ist, zum Beispiel. Die Drain-Region kann auf einer Rückseite des Siliziumkarbidsubstrats positioniert sein. Die Rückseite kann gegenüber der Vorderseite sein. Zusätzlich kann eine Pufferschicht des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Drain-Schicht und der Driftzone implementiert sein. Eine Dicke der Pufferschicht kann zumindest 1 µm und höchstens 30 µm sein. Eine Dotierungskonzentration der Pufferschicht kann zumindest 1·1017 cm-3 und höchstens 8·1018 cm-3 sein.
  • Beispielsweise kann die Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements ein Graben-Gate umfassen. Das Graben-Gate kann die Gate-Elektrode und die Gate-Isolierschicht umfassen, die in einem Gate-Graben positioniert sind. Zum Beispiel kann ein Transistor (z.B. eine Transistorzelle) an nur einer Seite des Graben-Gates (z.B. wie in 4 gezeigt ist) angeordnet sein. In diesem Fall kann eine erste Seitenwand des Graben-Gates an die Transistorzelle angrenzen. Eine zweite, gegenüberliegende Seitenwand kann frei von der Transistorzelle sein. Alternativ kann die Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements auf zwei Seiten des Graben-Gates positioniert sein, so dass eine Body-Region auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Graben-Gates positioniert sein kann. Beispielsweise kann zumindest ein Abschnitt jeder Body-Region in Kontakt mit einer jeweiligen Seitenwand des Graben-Gates sein, z.B. eine Gate-Isolierschicht des Graben-Gates.
  • Beispielsweise kann zusätzlich zu einer Gate-Elektrode eine zweite Elektrode an einer Unterseite des Gate-Grabens positioniert sein. Die zweite Elektrode kann verwendet werden, um eine abschirmende Dotierungsregion zu kontaktieren, die benachbart zu und/oder unter einer Unterseite des Grabens positioniert ist. Die abschirmende Dotierungsregion kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Elektrode mit einer unterschiedlichen Spannung (z.B. Source-Spannung) verbunden oder verbindbar sein als die Gate-Elektrode (z.B. die Source-Spannung).
  • Die Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements 100 kann eine Transistorzelle einer Mehrzahl von Transistorzellen einer Transistoranordnung sein. Eine Transistorzelle kann beispielsweise eine oder mehrere Source-Regionen (z. B. verteilt oder entlang eines Gates positioniert), zumindest eine Body-Region und ein Gate (z. B. ein Graben-Gate, das innerhalb eines Gate-Grabens positioniert ist, der sich in das Halbleitersubstrat erstreckt), umfassen. Ferner können die Transistorzellen der Mehrzahl von Transistorzellen eine gemeinsame (gegenseitige) Drift-Region und/oder eine gemeinsame Drain-Region (z. B. wenn die Transistorzellen MOSFET-Zellen sind) oder eine gemeinsame Kollektorregion (z. B. wenn die Transistorzellen sind IGBT-Zellen sind) gemeinschaftlich verwenden.
  • Der Transistor des Siliziumkarbid-Bauelements 100 und/oder der Transistoranordnung (z. B. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate IGFET (IGFET; insulated gate field effect transistor), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor MOSFET (MOSFET; metal-oxidesemiconductor field effect transistor) oder Bipolartransistor mit isoliertem Gate IGBT (IGBT; insulated gate bipolar transistor)) kann eine vertikale Transistorstruktur sein, die Strom zwischen einer Vorderseitenoberfläche des Siliziumkarbidsubstrats und einer Rückseitenoberfläche des Siliziumkarbidsubstrats leitet. Zum Beispiel umfasst die Transistoranordnung des Siliziumkarbid-Bauelements eine Mehrzahl von Source-Dotierungsregionen, die mit einer Source-Verdrahtungsstruktur verbunden sind, eine Mehrzahl von Gate-Elektroden oder ein Gate-Elektroden-Gitter, das mit einer Gate-Verdrahtungsstruktur verbunden ist, und eine Rückseiten-Drain-Metallisierung.
  • Das Siliziumkarbid-Bauelement 100 kann ein Leistungshalbleiterbauelement sein. Ein Leistungshalbleiterbauelement oder eine elektrische Struktur (z.B. die Transistorzelle des Siliziumkarbid-Bauelements 100) des Leistungshalbleiterbauelements kann eine DurchbruchSpannung oder Sperrspannung von mehr als 100 V oder mehr als 500 V oder mehr als 1 kV aufweisen.
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Siliziumkarbid-Bauelements 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Siliziumkarbid-Bauelement 200 kann eine Transistorzelle umfassen, z.B. aufweisend eine Vorderseiten-Dotierungsregion 210. Die Vorderseiten-Dotierungsregion 210 kann einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Die Transistorzelle kann eine Body-Region 220, die einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und/oder eine Drift-Region 230, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, umfassen. Die Body-Region 220 kann zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion 210 und der Drift-Region 230, z.B. in einer vertikalen Richtung positioniert sein.
  • Die Body-Region 220 kann einen ersten Abschnitt 221, z.B. der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfassen. Die Body-Region 220 kann einen zweiten Abschnitt 222, z.B. der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, und/oder einen dritten Abschnitt 223, z.B. der eine dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfassen.
  • Der erste Abschnitt 221 kann zwischen der Drift-Region 230 und dem zweiten Abschnitt 222 positioniert sein. Der zweite Abschnitt 222 kann zwischen der ersten Abschnitt 221 und dem dritten Abschnitt 223 positioniert sein. Der erste Abschnitt 221 und/oder der zweite Abschnitt 222 und/oder der dritte Abschnitt 223 können jeweils eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung aufweisen. Die vertikale Richtung kann eine Richtung sein, die sich von der Vorderseiten-Dotierungsregion zu der Drift-Region erstreckt, zum Beispiel.
  • Die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration kann zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein. Die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration kann zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein.
  • Der dritte Abschnitt 223 kann benachbart zu der Vorderseiten-Dotierungsregion 210 positioniert sein, zum Beispiel. Bei einem Beispiel können der erste Abschnitt 221, der zweite Abschnitt 222 und der dritte Abschnitt 223 vertikal innerhalb der Body-Region 220, z.B. als vertikaler Stapel, z.B. in einem vertikalen Transistor des Siliziumkarbid-Bauelements 200, angeordnet sein.
  • Die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration kann zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein. Die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration kann zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration sein.
  • Mehr Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Die in 2 gezeigten Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept eines oder mehrerer vorstehend oder nachstehend (z. B. 1 oder 3-5) beschriebener Ausführungsbeispiele erwähnt sind.
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Halbleiterbauelemente mit einem Transistor, der eine Body-Region umfasst, wie im Hinblick auf 1 oder 2 beschrieben ist. Bei diesen Beispielen kann die Body-Region in einem anderen Breiter-Bandabstand-Halbleitersubstrat anstelle von Siliziumkarbid bereitgestellt sein. Beispielsweise kann ein Breiter-Bandabstand-Halbleitersubstrat einen Bandabstand aufweisen, der größer ist als 2 eV, zum Beispiel größer als 3 eV. Zum Beispiel kann das Breiter-Bandabstand-Halbleitersubstrat ein Diamant (C) -Substrat, ein Galliumnitrid (GaN) basiertes Halbleitersubstrat sein.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Bilden eines Siliziumkarbid-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 300 kann verwendet werden, um Ausführungsbeispiele eines Siliziumkarbid-Bauelements wie hierin beschrieben zu bilden.
  • Das Verfahren 300 kann ein Implantieren 310 erster Dotierstoffe in ein Siliziumkarbid-Substrat mit einer ersten Implantationsdosis umfassen, um einen ersten Abschnitt einer Body-Region eines Transistors des Siliziumkarbid-Bauelements zu bilden. Der erste Abschnitt der Body-Region kann eine Erstreckung von zumindest 50 nm innerhalb der Body-Region in eine vertikale Richtung aufweisen, z.B. eine Richtung von einer Vorderseiten-Dotierungsregion des Transistors zu einer Drift-Region des Transistors.
  • Ferner kann das Verfahren 300 ein Implantieren 320 von zweiten Dotierstoffen in das Siliziumkarbid-Substrat mit einer zweiten Implantationsdosis umfassen, um einen zweiten Abschnitt der Body-Region zu bilden. Der zweite Abschnitt kann benachbart zu dem ersten Abschnitt gebildet werden. Zum Beispiel kann der zweite Abschnitt der Body-Region eine Erstreckung von zumindest 50 nm innerhalb der Body-Region aufweisen.
  • Zum Beispiel kann die erste Implantationsdosis zumindest das Zweifache der zweiten Implantationsdosis sein. Die erste Implantationsdosis kann zumindest 2·1012 cm-2 sein. Die Implantationsdosen können gemäß einer Erstreckung der Dotierungsabschnitte angepasst werden, z.B. können die Implantationsdosen so gewählt werden, dass eine Dotierungskonzentration des ersten Abschnitts zumindest das Zweifache einer Dotierungskonzentration des zweiten Abschnitts ist.
  • Das Verfahren 300 kann ferner ein Bilden einer Vorderseiten-Dotierungsregion des Transistors benachbart zu der Body-Region umfassen. Die Vorderseiten-Dotierungsregion kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Beispielsweise kann der erste Abschnitt der Body-Region eine Erstreckung von zumindest 30 nm innerhalb der Body-Region in eine Richtung von der Vorderseiten-Dotierungsregion zu einer Drift-Region des Transistors aufweisen.
  • Zum Beispiel werden die ersten Dotierstoffe mit einer ersten Implantationsenergie implantiert, die höher ist als eine zweite Implantationsenergie, die zum Implantieren der zweiten Dotierstoffe verwendet wird.
  • Ferner kann ein dritter Abschnitt der Body-Region durch Implantieren von Dotierstoffen mit einer dritten Implantationsenergie, die niedriger ist als die zweite Implantationsenergie, gebildet werden. Beispielsweise kann zum Bilden des zweiten Abschnitts (und/oder des ersten Abschnitts und/oder des dritten Abschnitts) ein oder mehrere Implantationsprozesse durchgeführt werden, z.B. mit unterschiedlichen Implantationsenergien und/oder unterschiedlichen Implantationsdosen.
  • Gemäß einem Aspekt kann das Verfahren 300 ein Bilden 330 einer Maske zum Implantieren der ersten Dotierstoffe umfassen, so dass der erste Abschnitt der Body-Region in einem Abstand von einer Gate-Isolierschicht des Transistors gebildet wird. Beispielsweise kann der erste Abschnitt der Body-Region mit einem minimalen Abstand zu der Gate-Isolierschicht von zumindest 20 nm (oder zumindest 50 nm) und/oder höchstens 500 nm (oder höchstens 300 nm) gebildet werden.
  • Mehr Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Die in 3 gezeigten Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept einer oder mehrerer vorstehend oder nachstehend (z. B. 1-2 oder 4-5) beschriebener Ausführungsbeispiele erwähnt sind.
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Siliziumkarbid-Bauelements 490. Obwohl das Siliziumkarbid-Bauelement 490 von 4 als ein n-Kanal-Transistorbauelement dargestellt ist, kann auch ein p-Kanal-Transistorbauelement implementiert werden, z.B. durch Ändern der jeweiligen Dotierungstypen von n auf p und umgekehrt.
  • Das Siliziumkarbid-Bauelement 490 kann ähnlich zu der Implementierung, die in Verbindung mit 1 und/oder 2 beschrieben ist, implementiert sein. Das Siliziumkarbid-Bauelement 490 umfasst einen Transistor, umfassend eine Body-Region, die vertikal zwischen einer Vorderseiten-Dotierungsregion 480 (die eine hoch n-dotierte Source-Region 480 sein kann) und einer leicht n-dotierten Drift-Region und/oder einer Stromausbreitregion n2 positioniert ist. Die Body-Region umfasst einen ersten Abschnitt p1 (z.B. Feldstopp), einen zweiten Abschnitt p2 und einen optionalen dritten Abschnitt p3, der wie in Verbindung mit 1 und/oder 2 beschrieben implementiert ist.
  • Das Siliziumkarbid-Bauelement 490 umfasst ein Graben-Gate mit einem Gate-Graben. Beispielsweise ist eine Gate-Isolierschicht 412 des Gaben-Gates zwischen der Body-Region und einer Gate-Elektrode 410 positioniert, die in dem Gate-Graben positioniert ist. Bei einem Betriebsmodus des Transistors kann ein Stromfluss durch eine Kanalregion 470 des Transistors durch eine Gate-Spannung gesteuert werden, die an die Gate-Elektrode 410 angelegt wird.
  • Eine Abstandhalterregion 400 kann lateral zwischen dem ersten Abschnitt p1 der Body-Region und der Gate-Isolierschicht 412 positioniert sein.
  • Eine hoch p-dotierte Region 460 des Siliziumkarbid-Bauelements kann benachbart zu der Gate-Isolierschicht 412 an einer zweiten Seitenwand der Gate-Struktur gegenüber einer ersten Seitenwand des Graben-Gates, die benachbart zu der Body-Region des Transistors positioniert ist, positioniert sein. Die hoch p-dotierte Region 460 erstreckt sich von der Unterseite des Graben-Gates entlang der zweiten Seitenwand des Graben-Gates zu einer hoch n-dotierten Region 420 und/oder zu der Vorderseitenoberfläche. Ferner kann eine hoch p-dotierte Abschirmregion 462 an der Unterseite des Gate-Grabens positioniert sein. Die hoch p-dotierte Abschirmregion 462 kann in Kontakt mit oder Teil der hoch p-dotierten Region 460 sein.
  • Die hoch n-dotierte Region 420 kann sich entlang der zweiten Seitenwand des Graben-Gates von der hoch p-dotierten Region 460 zu der Vorderseitenoberfläche des Siliziumkarbidsubstrats erstrecken. Die hoch n-dotierte Region 420 kann gleichzeitig mit der Vorderseiten-Dotierungsregion 480 gebildet werden. Beispielsweise kann die hoch n-dotierte Region 420 elektrisch mit der Vorderseiten-Dotierungsregion 480 verbunden sein.
  • Mehr Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Die in 4 gezeigten Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept eines oder mehrerer vorstehend oder nachstehend (z. B. 1-3 oder 5) beschriebener Ausführungsbeispiele erwähnt sind.
  • 5 zeigt einen schematischen Dotierungsverlauf 500 eines Siliziumkarbid-Bauelements. Der Dotierungsverlauf 500 zeigt die Netto-Dotierungskonzentrationen von Donatoren ND und Akzeptoren NA über eine Tiefe WB innerhalb unterschiedlicher Regionen eines Siliziumkarbid-Bauelements (z.B. entlang eines Querschnitts 450, der in 4 gezeigt ist). Beispielsweise ist der Dotierungsverlauf 500 ein vertikaler Dotierungsverlauf Beispielsweise kann der Dotierungsverlauf, der in 5 gezeigt ist, im Hinblick auf ein n-Kanal-Siliziumkarbid (SiC) -basiertes Bauelement mit einer p-Typ-Body-Region optimiert sein.
  • Der Dotierungsverlauf 500 zeigt die relativen Dotierungskonzentrationen in der Vorderseiten-Dotierungsregion 510 (z.B. eine n-Typ Source-Region oder n+ Source 512), der Body-Region 520, einer Stromausbreitregion 522 (die n-dotiert sein kann) und einer Driftzone 532 (die n-dotiert sein kann) eines Transistors. Die Body-Region 520 ist p-dotiert. Die Body-Region 520 kann drei Komponenten umfassen (z.B. ersichtlich aus der Reihenfolge von der Vorderseite entlang der vertikalen Richtung): einen dritten Abschnitt p3 (z.B. der Boratome umfasst), einen zweiten Abschnitt p2 (z.B. der Boratome umfasst) und einen ersten Abschnitt p1 (z.B. der Aluminiumatome umfasst und einen Feldstopp bereitstellt).
  • Der erste Abschnitt p1 der Body-Region kann eine sehr kurze vertikale Erstreckung aufweisen. Der erste Abschnitt p1 kann einen Effekt ähnlich zu einer Feldstopp-Zone der Body-Region 520 aufweisen, z.B. gegen das dynamische Eindringen der Raumladungsregion des Siliziumkarbid-Bauelements in die Body-Region 520. Der erste Abschnitt p1 kann Aluminium oder Gallium als Dotierungsatome umfassen.
  • Der zweite Abschnitt p2 kann eine mittlere vertikale Erstreckung aufweisen. Der zweite Abschnitt p2 kann im Wesentlichen den Kanalwiderstand definieren. Der zweite Abschnitt p2 weist eine niedrigere Dotierungskonzentration auf als der erste Abschnitt p1. Der zweite Abschnitt kann beispielsweise Bor als Dotierungsatome umfassen.
  • Der dritte Abschnitt p3 kann eine relativ schmale vertikale Erstreckung aufweisen. Der dritte Abschnitt p3 kann, zumindest teilweise, die Schwellenspannung definieren. Ferner, wenn der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist, kann der dritte Abschnitt p3 einen resistiven Pfad für Löcher in dem Fall eines Hoch-Energie-Kurzschlusses und/oder einer Avalanche reduzieren und so eine Unterdrückung eines Einschaltens eines parasitären npn-Transistors unterstützen. Beispielsweise weist der dritte Abschnitt p3 eine höhere Dotierungskonzentration auf als der zweite Abschnitt p2 und kann durch eine Borimplantation gebildet werden.
  • Der erste Abschnitt kann durch ein Implantieren von Aluminium als Dotierungsatome realisiert werden, die als Akzeptoratome agieren können. Aluminiumatome zeigen möglicherweise nur eine vernachlässigbare Diffusion. Daher kann es möglich sein, eine kurze vertikale Erstreckung des ersten Abschnitts zu realisieren. Die vertikale Halbbreite des ersten Abschnitts (d.h. die FWHM des ersten Abschnitts in die vertikale Richtung) kann zwischen zumindest 50 nm und höchstens 300 nm sein, beispielsweise zwischen zumindest 70 nm und höchstens 200 nm. Die Implantationsdosis kann so skaliert sein, dass das Eindringen einer Raumladungsregion effektiv verhindert wird. Beispielsweise kann die Implantationsdosis in einem Bereich zwischen 1·1012 und 5·1013 Atomen pro cm2 sein, typischerweise zwischen 2·1012 und 2·1013 Atomen pro cm2. Innerhalb siliziumbasierter Leistungshalbleiter könnte ein solcher enger erster Abschnitt (z.B. eine enge Feldstopp-Region) aufgrund der Diffusion in nachfolgenden Prozessschritten, die möglicherweise nicht vernachlässigbar ist, schwieriger zu realisieren sein.
  • In dem Fall, dass die maximale Dotierungskonzentration des ersten Abschnitts der Body-Region niedriger als oder gleich der maximalen Dotierungskonzentration des dritten Abschnitts der Body-Region ist, kann sich der erste Abschnitt bis zur Gate-Isolierschicht erstrecken, ohne die Schwellenspannung zu beeinflussen. Wenn die maximale Dotierungskonzentration des ersten Abschnitts die maximale Dotierungskonzentration des dritten Abschnitts überschreitet, kann jedoch eine bestimmte Beabstandung (z.B. über die Abstandhalterregion) zwischen dem ersten Abschnitt und der Gate-Isolierschicht bereitgestellt sein, um einen Einfluss des ersten Abschnitts auf die Schwellenspannung zu verhindern. Beispielsweise kann eine laterale Breite der Abstandhalterregion in einem Bereich zwischen zumindest 20 nm und höchstens 500 nm sein, typischer zwischen zumindest 50 nm und höchstens 300 nm.
  • Der zweite Abschnitt der Body-Region kann durch eine Bor-Dotierung implementiert sein. Die Bor-Dotierung kann sich zu einem gewissen Grad auch in die Drift-Region erstrecken. Eine Bor-Dotierung kann zu mehreren Effekten führen: (i) Möglicherweise sind weniger Implantationsschritte erforderlich, da während nachfolgenden Hochtemperaturprozessen eine Diffusion von Bor (die möglicherweise nicht vernachlässigbar ist) zu vertikalem Schmieren des Implantationsprofils führen kann. (ii) Zusätzlich kann in einer Bor-dotierten Region eine verbesserte Kanalmobilität erhalten werden. (iii) Ferner kann die Bordotierung (z.B. Teile der Bordotierungsatome in der Driftzone) in dem Fall einer geeigneten Dimensionierung einen Rekombinationseffekt verursachen, wobei dieser Rekombinationseffekt zu einer Reduzierung der sogenannten bipolaren Drift führen kann. Optional kann der zweite Abschnitt auch Aluminium oder Gallium als Dotierungsatome umfassen.
  • Der dritte Abschnitt der Body-Region kann Aluminium als Dotierungsatom entweder alleine oder, falls erforderlich, in Kombination mit Boratomen und/oder Galliumatomen umfassen. Nur als ein Beispiel wird in 5 Bor als ein Dotierstoff für den dritten Abschnitt verwendet, aber ein wesentlicher Teil der Dotierungsatome in dieser Zone können Aluminiumatome sein. Die Verwendung von Bor kann einen weiteren Effekt bezüglich der Stabilität der Schwellenspannung bringen: Während eines Verarbeitens des Siliziumkarbidsubstrats kann Wasserstoff in den Halbleiter eingebracht werden und Akzeptor-Wasserstoff-Komplexe können sich bilden. Dies kann zu einer Instabilität der Schwellenspannung führen, wenn diese Komplexe aufgrund von Strom oder Temperatur gelöst werden. Als eine Folge der höheren Bindungsenergie von Bor-Wasserstoff-Komplexen im Vergleich zu Aluminium-Wasserstoff-Komplexen kann mit Bor als ein Dotierungsatom eine erhöhte Stabilität der Schwellenspannung im Betrieb erreicht werden.
  • Optional können anstelle von Bor als Dotierungsatome Bordifluorid (BF2) -Moleküle verwendet werden, zum Beispiel als Dotierungsatome in dem zweiten Abschnitt. Fluor kann die Charakteristik aufweisen, „Baumelbindungen“ an der Schnittstelle zwischen der Gate-Isolierschicht und dem Siliziumkarbidsubstrat auf stabile und effiziente Weise sättigen zu können. Baumelbindungen, die durch Wasserstoff gesättigt sind, sind möglicherweise unter Belastung, wie z.B. erhöhte Temperatur und/oder hohe Stromdichten, weniger stabil.
  • Fluor, insbesondere Bordifluorid, kann auch unabhängig von dem Vorliegen des ersten Abschnitts in der Body-Region verwendet werden. Das Siliziumkarbid-Bauelement kann somit frei von einem ersten Abschnitt in der Bode-Region sein. In diesem Fall kann der zweite Abschnitt und/oder der dritte Abschnitt vorliegen, wobei der zweite Abschnitt und/oder der dritte Abschnitt Fluor als Dotierungsatome umfassen. Optional können Fluoratome oder Chloratome alternativ oder zusätzlich als Ionen, die kein Bor umfassen, verwendet werden, vorzugsweise durch eine Implantation in die Substratoberfläche.
  • Mehr Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Die in 5 gezeigten Ausführungsbeispiele können ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept eines oder mehrerer vorstehend oder nachstehend (z. B. 1-4) beschriebener Ausführungsbeispiele erwähnt sind.
  • Beispiele beziehen sich auf Konzepte zum Reduzieren von Drain-induzierter Barriereabsenkung oder Kurzkanaleffekten in Siliziumkarbid-Bauelementen. Es kann wünschenswert sein, das Eindringen der Raumladungsregion in den p-Body von Siliziumkarbid-basierten Bauelementen während eines Betriebs dieser Bauelemente zu minimieren. Auf diese Weise kann die Drain-induzierte Barriereabsenkung (DIBL; drain induced barrier lowering) deutlich reduziert werden. Eine übermäßige Drain-induzierte Barriereabsenkung kann die Schwellenspannung des Bauelements in dem Fall einer hohen Drain-Source-Spannung zu stark verringern. Dies kann bei einer DC-Link-Spannung nahe einer Anwendungsspannung hohe Kurzschlussströme verursachen, zum Beispiel. Ferner kann insbesondere eine Abschalt-Performance unerwünscht beeinflusst werden, da bei hochinduktivem Schalten mit hoher Überspannung eine Drain-induzierte Barriereabsenkung den Kanal schneller abschneiden kann. Das Bauelement kann „aggressiver“ schalten und starke aufeinanderfolgende LC-Oszillationen können auftreten. Dies kann insbesondere für Hochspannungs-Siliziumkarbid-Bauelemente kritisch sein, die hohe Ströme in einem hohen parallelen Schaltgrad schalten müssen.
  • Eine tiefe p-Abschirmungsstruktur kann enger (p-Loch-Reduktion) implementiert werden, aber das kann einen starken Anstieg der RDS,on verursachen.
  • Durch ein Reduzieren des Durchdringens des Felds auf den Kanalbereich (z.B. die Kanalregion) und das resultierende Schwächen der DIBL kann eine verbesserte (z.B. weichere) Schalt-Performance auf der Kundengröße erreicht werden, insbesondere wenn hohe Strom-Anwendungen mit hochinduktiven Schaltungen (z.B. Traktionsanwendungen) verwendet werden. Beispielsweise kann ein normaler 1-stufiger Gate-Treiber, der für IGBTs verwendet werden kann, unter Verwendung vorgeschlagener Konzepte anwendbar sein. Ferner kann ein niedriger Kurzschlussstrom erreicht werden, der die Kurzschlussrobustheit erhöhen kann.
  • Beispiele beziehen sich auf die Realisierung eines speziellen Dotierungsverlaufs (z.B. der Dotierungsverlauf, der in 5 gezeigt ist) für Siliziumkarbid-basierte Bauelemente, der insbesondere dem Eindringen der Raumladungsregion in den p-Body während des Betriebs des Bauelements entgegenwirken kann.
  • Die vorgeschlagenen Konzepte können unter Verwendung von Dotierungsverlaufanalysen mittels Ausbreitungswiderstandmessungen oder Sekundärionenmassenspektrometrie-SIMS-Analysen detektiert werden. Die vorgeschlagenen Konzepte können auf verschiedene Leistungshalbleiterbauelemente angewendet werden.
  • Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
  • Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Handlungen, Prozesse, Operationen, Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen eine einzelne Handlung, Funktion, Prozess, Operation oder Schritt mehrere Teilhandlungen, -funktionen, - prozesse, -operationen oder -schritte einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
  • Weiterhin ist der Offenbarungsgehalt der folgenden Ansprüche hiermit in die Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims (19)

  1. Ein Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) umfassend: eine Transistorzelle, umfassend: eine Vorderseiten-Dotierungsregion (110, 480), die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine Body-Region (120), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und eine Drift-Region (130), die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die Body-Region (120) in einer vertikalen Richtung zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion (110, 480) und der Drift-Region (130) positioniert ist; wobei die Body-Region (120) einen ersten Abschnitt (121, p1), der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, und einen zweiten Abschnitt (122, p2), der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfasst, wobei der erste Abschnitt (121, p1) zwischen der Drift-Region (130) und dem zweiten Abschnitt (122, p2) positioniert ist; wobei der erste Abschnitt (121, p1) eine Erstreckung von zumindest 50 nm in der vertikalen Richtung aufweist; wobei der zweite Abschnitt (122, p2) eine Erstreckung von zumindest 50 nm in der vertikalen Richtung aufweist; wobei die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration ist, und wobei die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest 1·1011 cm-3 ist.
  2. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß Anspruch 1, wobei die Transistorzelle eine Gate-Isolierschicht (150) umfasst, wobei zumindest der zweite Abschnitt (122, p2) benachbart zu der Gate-Isolierschicht (150) positioniert ist.
  3. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Abstandhalterregion (400) zwischen dem ersten Abschnitt (121, p1) und der Gate-Isolierschicht positioniert ist.
  4. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß Anspruch 3, wobei die Abstandhalterregion (400) den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  5. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß Anspruch 3, wobei die Abstandhalterregion (400) den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei eine durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Abstandhalterregion (400) höchstens 50 % der ersten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration ist.
  6. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen dem ersten Abschnitt (121, p1) und der Gate-Isolierschicht (150) zumindest 20 nm ist.
  7. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt (121, p1) eine Erstreckung von höchstens 300 nm in die vertikale Richtung aufweist.
  8. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest 80% der Dotierungsatome innerhalb des ersten Abschnitts (121, p1) Aluminium- oder Galliumatome sind.
  9. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest 80% der Dotierungsatome innerhalb des zweiten Abschnitts (122, p2) zumindest eines von Boratomen, Bordifluoridmolekülen, Fluoratomen und Chloratomen sind.
  10. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Body-Region (120) ferner einen dritten Abschnitt (p3), der eine dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfasst, wobei der dritte Abschnitt (p3) zwischen dem zweiten Abschnitt (122, p2) und der Vorderseiten-Dotierungsregion (110, 480) positioniert ist, wobei der dritte Abschnitt (p3) eine Erstreckung von zumindest 50 nm in die vertikale Richtung aufweist, und wobei die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration ist.
  11. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß Anspruch 10, wobei zumindest 80% der Dotierungsatome innerhalb des dritten Abschnitts (p3) der Body-Region (120) zumindest eines von Boratomen und Aluminium- und Galliumatomen sind.
  12. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der erste Abschnitt (121, p1) benachbart zu der Gate-Isolierschicht (150) positioniert ist, wobei eine maximale Netto-Dotierungskonzentration innerhalb des dritten Abschnitts (p3) höher ist als eine maximale Netto-Dotierungskonzentration innerhalb des ersten Abschnitts (121, p1).
  13. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Stromausbreitregion (n2), die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die Stromausbreitregion (n2) zwischen der Body-Region (120) und der Drift-Region (130) positioniert ist, und wobei eine durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration der Stromausbreitregion (n2) zumindest das Zweifache einer durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration der Drift-Region (130) ist.
  14. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorderseiten-Dotierungsregion (110, 480) eine Source-Region der Transistorzelle ist.
  15. Das Siliziumkarbid-Bauelement (100, 490) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Transistorzelle eine vertikale Transistorzelle ist.
  16. Ein Siliziumkarbid-Bauelement (200, 490) umfassend: eine Transistorzelle umfassend: eine Vorderseiten-Dotierungsregion (210, 480), die einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine Body-Region (220), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und eine Drift-Region (230), die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei die Body-Region (220) in einer vertikalen Richtung zwischen der Vorderseiten-Dotierungsregion (210) und der Drift-Region (230) positioniert ist; wobei die Body-Region (220) einen ersten Abschnitt (221, p1), der eine erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, einen zweiten Abschnitt (222, p2), der eine zweite durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, und einen dritten Abschnitt (223, p3), der eine dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration aufweist, umfasst, wobei der erste Abschnitt (221, p1) zwischen der Drift-Region (230) und dem zweiten Abschnitt (222, p2) positioniert ist, wobei der zweite Abschnitt (222, p2) zwischen dem ersten Abschnitt (221, p1) und dem dritten Abschnitt (223, p3) positioniert ist, wobei der erste Abschnitt (221, p1) eine Erstreckung von zumindest 50 nm in der vertikalen Richtung aufweist, wobei der zweite Abschnitt (222, p2) eine Erstreckung von zumindest 50 nm in der vertikalen Richtung aufweist, wobei der dritte Abschnitt (223, p3) eine Erstreckung von zumindest 50 nm in der vertikalen Richtung aufweist, und wobei die erste durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration ist, wobei die dritte durchschnittliche Netto-Dotierungskonzentration zumindest das Zweifache der zweiten durchschnittlichen Netto-Dotierungskonzentration ist.
  17. Ein Verfahren (300) zum Bilden eines Siliziumkarbid-Bauelements, das Verfahren (300) umfassend: Implantieren (310) erster Dotierstoffe in ein Siliziumkarbid-Substrat mit einer ersten Implantationsdosis, um einen ersten Abschnitt einer Body-Region eines Transistors des Siliziumkarbid-Bauelements zu bilden, wobei der erste Abschnitt der Body-Region eine Erstreckung von zumindest 50 nm in einer vertikalen Richtung aufweist; und Implantieren (320) von zweiten Dotierstoffen in das Siliziumkarbid-Substrat mit einer zweiten Implantationsdosis, um einen zweiten Abschnitt der Body-Region zu bilden, wobei die erste Implantationsdosis zumindest das Zweifache der zweiten Implantationsdosis ist, wobei die erste Implantationsdosis zumindest 2·1012 cm-2 ist.
  18. Das Verfahren (300) gemäß dem vorangehenden Anspruch 17, wobei die ersten Dotierstoffe mit einer ersten Implantationsenergie implantiert werden, die höher ist als eine zweite Implantationsenergie, die zum Implantieren der zweiten Dotierstoffe verwendet wird.
  19. Das Verfahren (300) gemäß einem der zwei vorangehenden Ansprüche, das Verfahren umfassend Bilden (330) einer Maske vor einem Implantieren (310) der ersten Dotierstoffe, so dass der erste Abschnitt der Body-Region in einem Abstand, der größer als 20 nm ist, zu einer Gate-Isolierschicht des Transistors gebildet wird.
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