DE102019111308A1 - Siliziumcarbid halbleiterbauelement - Google Patents

Siliziumcarbid halbleiterbauelement Download PDF

Info

Publication number
DE102019111308A1
DE102019111308A1 DE102019111308.3A DE102019111308A DE102019111308A1 DE 102019111308 A1 DE102019111308 A1 DE 102019111308A1 DE 102019111308 A DE102019111308 A DE 102019111308A DE 102019111308 A1 DE102019111308 A1 DE 102019111308A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
region
regions
diode
shielding
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019111308.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Ralf Siemieniec
Romain Esteve
Dethard Peters
Thomas Aichinger
Wolfgang Bergner
Daniel Kueck
Thomas Basler
Hans-Joachim Schulze
Michael Hell
Caspar Leendertz
Rudolf Elpelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of DE102019111308A1 publication Critical patent/DE102019111308A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation
    • H01L21/0465—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7398—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with both emitter and collector contacts in the same substrate side
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7806—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a Schottky barrier diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827—Vertical transistors

Abstract

Ein Halbleiterbauelement (500) weist eine sich von einer ersten Oberfläche (101) aus in einen SiC Halbleiterkörper (100) erstreckende Gatestruktur (150) auf. Ein Bodygebiet (120) in dem SiC Halbleiterkörper (100) grenzt mindestens an eine erste Seitenwand (151) der Gatestruktur (150) an. Ein erstes und ein zweites Abschirmgebiet (161, 162) vom Leitfähigkeitstyp des Bodygebiets (120) sind mindestens doppelt so hoch dotiert wie das Bodygebiet (120). Ein Diodengebiet (140) bildet zwischen dem ersten Abschirmgebiet (161) und dem zweiten Abschirmgebiet (162) einen Schottky-Kontakt (SC) mit einer Lastelektrode (310) .

Description

  • TECHNISCHES FELD
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft SiC(Siliziumcarbid)-Halbleiterbauelemente, beispielsweise Halbleiterschalter mit niedrigem Einschaltwiderstand und hoher Spannungsfestigkeit
  • HINTERGRUND
  • In Halbleiterbauelementen mit Feldeffekttransistorstrukturen und einer Driftzone bilden pn-Übergänge zwischen der Driftzone und Bodygebieten der Feldeffekttransistorstrukturen eine intrinsisc1he Bodydiode. Bei Betrieb der Bodydiode in Flussrichtung stellt sich ein bipolarer Ladungsträgerfluss durch die Bodygebiete und die Driftzone ein. Elektrische Eigenschaften der Bodydiode, wie z.B. Einsatzspannung, Flussspannung und Stromtragfähigkeit ergeben sich aus der Dotierung und den Abmessungen von dotierten Gebieten an Halbleiter/Metall-Übergängen, die ihrerseits hinsichtlich der angestrebten Transistoreigenschaften festgelegt werden.
  • Es wird allgemein angestrebt, Eigenschaften, wie beispielsweise die Avalanche-Robustheit, die Durchbruchsfestigkeit und/oder den Einschaltwiderstand, von SiC-Bauelementen zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer Gatestruktur. Die Gatestruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche aus in einen SiC Halbleiterkörper. Ein Bodygebiet in dem SiC Halbleiterkörper grenzt an eine erste Seitenwand der Gatestruktur an. Das Halbleiterbauelement weist ein erstes und ein zweites Abschirmgebiet vom Leitfähigkeitstyp des Bodygebiets auf, wobei das erste und das zweite Abschirmgebiet mindestens doppelt so hoch dotiert sind wie das Bodygebiet. Ein Diodengebiet bildet zwischen dem ersten Abschirmgebiet und dem zweiten Abschirmgebiet einen Schottky-Kontakt mit einer Lastelektrode.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement weist in einem SiC Halbleiterkörper Diodengebiete von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf. Die Diodengebiete bilden jeweils einen Schottky-Kontakt mit einer Lastelektrode. Entlang einer horizontalen ersten Richtung ist zwischen zwei benachbarten Diodengebieten mindestens eine Gatestruktur ausgebildet. Die mindestens eine Gatestruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche aus in den SiC Halbleiterkörper. Mindestens eine erste Seitenwand der Gatestruktur grenzt an ein mit der Lastelektrode elektrisch verbundenes Bodygebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp an.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Halbleiterbauelement mit Gatestrukturen, wobei sich die Gatestrukturen von einer ersten Oberfläche aus in einen SiC Halbleiterkörper erstrecken. In dem SiC Halbleiterkörper ist eine Driftzone von einem ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Erste und zweite Mesen des SiC Halbleiterkörpers sind zwischen den Gatestrukturen angeordnet und umfassen Bodygebiete von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Die Bodygebiete grenzen jeweils an erste Seitenwände einer der Gatestrukturen an. In den zweiten Mesen grenzen erste Abschirmgebiete vom zweiten Leitfähigkeitstyp jeweils an zweite Seitenwände einer der Gatestrukturen und zweite Abschirmgebiete vom zweiten Leitfähigkeitstyp an Bodygebiete. Diodengebiete vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone bilden jeweils zwischen den ersten und zweiten Abschirmgebieten Schottky-Kontakte mit einer Lastelektrode.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des offenbarten Gegenstands erschließen sich dem Fachmann beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, dem Betrachten der Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen vermitteln ein tiefergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen für ein Siliziumcarbid Halbleiterbauelement, sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen lediglich Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern deren Prinzipien. Das hier beschriebene Siliziumcarbid Halbleiterbauelement ist somit nicht durch die Beschreibung der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele und beabsichtigte Vorteile ergeben sich aus dem Verständnis der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie aus Kombinationen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele, selbst wenn diese nicht explizit beschrieben sind. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise zueinander maßstabsgetreu dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
    • 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt eines SiC Halbleiterbauelements mit einem Schottky-Kontakt und zwei Abschirmgebieten gemäß einer Ausführungsform.
    • 2A und 2B zeigen einen horizontalen und einen vertikalen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit zwischen Transistorzellen ausgebildeten Schottky-Kontakten und Abschirmgebieten.
    • 3 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein SiC Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit Transistorzellen mit einseitigem Kanal.
    • 4A bis 4E zeigen vertikale Querschnitte durch SiC Halbleiterbauelemente mit Schottky-Kontakten und Transistorzellen mit einseitigem Kanal gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 5A bis 5B zeigen vertikale Querschnitte durch SiC Halbleiterbauelemente mit Schottky-Kontakten gemäß Ausführungsformen mit Transistorzellen mit beidseitigem Kanal.
    • 6 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein SiC Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit Transistorzellen mit beidseitigem Kanal und tiefen Kontaktstrukturen.
    • 7 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein SiC Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit einem Diodengebiet zwischen einem Abschirmgebiet und einem Bodygebiet.
    • 8A bis 8C zeigen vertikale Querschnitte durch ein Siliziumcarbidsubstrat zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines SiC Halbleiterbauelements mit sich nach unten weitendem Diodengebiet für einen Schottky-Kontakt gemäß einer Ausführungsform.
    • 9A bis 9C zeigen vertikale Querschnitte durch ein Siliziumcarbidsubstrat mit sich nach unten weitendem Diodengebiet für einen Schottky-Kontakt zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines SiC Halbleiterbauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 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 SiC 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.
  • Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe und zeigen das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Ausdruck „elektrisch verbunden“ beschreibt eine niederohmige Verbindung zwischen den elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Ausdruck „elektrisch gekoppelt“ schließt ein, dass ein oder mehrere zum Stromdurchlass geeignete Elemente zwischen den „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorhanden sein können, bspw. Elemente die so steuerbar sind, dass sie zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige Entkopplung in einem zweiten Zustand herstellen können.
  • Die Figuren veranschaulichen durch die Zeichen von „-“ oder „+“ neben dem Dotierungstyp „n“ oder „p“ relative Dotierungskonzentrationen. Beispielsweise deutet „n-“ auf eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets ist, während in einem „n+“-Dotierungsgebiet die Dotierungskonzentration höher ist als in einem „n“-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsgebiete die gleiche Dotierungskonzentration oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen aufweisen. Der Begriff „Dotierstoffkonzentration“ bezeichnet eine Nettodotierstoffkonzentration, sofern sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt.
  • Wird für eine physikalische Größe ein Wertebereich mit der Angabe eines Grenzwerts oder zweier Grenzwerte definiert, dann schließen die Präpositionen „von“ und „bis“ oder „weniger“ und „mehr“ den jeweiligen Grenzwert mit ein. Eine Angabe der Art „von ... bis“ versteht sich demnach als „von mindestens ... bis höchstens“. Entsprechend versteht sich eine Angabe der Art „weniger ...“ („mehr ...“) als „höchstens ...“ („wenigstens ...“) .
  • Hauptbestandteile einer Schicht oder Struktur aus einer chemischen Verbindung oder Legierung bilden die Elemente, deren Atome die chemische Verbindung oder Legierung eingehen. Beispielsweise sind Nickel und Silizium die Hauptbestandteile einer Nickelsilizidschicht und Kupfer und Aluminium die Hauptbestandteile einer Kupferaluminiumlegierung. Hauptbestandteile einer Schicht oder Struktur aus einem Stoffgemisch sind die Elemente, die in dem Stoffgemisch in einem definierten Verhältnis zueinander stehen. Beispielsweise sind die Hauptbestandteile einer durch Co-Sputtering abgeschiedenen Schicht die in den für das Co-Sputtering verwendeten Targets enthaltenen Elemente. Neben den Hauptbestandteilen können die Schichten oder Strukturen herstellungsbedingte Verunreinigungen aufweisen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer Gatestruktur. Die Gatestruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche aus in einen SiC Halbleiterkörper. Ein Bodygebiet in dem SiC Halbleiterkörper grenzt an eine erste Seitenwand der Gatestruktur an. Das Halbleiterbauelement weist ein erstes und ein zweites Abschirmgebiet vom Leitfähigkeitstyp des Bodygebiets auf, wobei das erste und das zweite Abschirmgebiet mindestens doppelt so hoch dotiert sind wie das Bodygebiet. Ein Diodengebiet bildet zwischen dem ersten Abschirmgebiet und dem zweiten Abschirmgebiet einen Schottky-Kontakt mit einer Lastelektrode.
  • In manchen Ausführungsbeispielen können das erste Abschirmgebiet und das zweite Abschirmgebiet unterschiedliche Dimensionierungen aufweisen, wie z.B. unterschiedliche vertikale Ausdehnungen und/oder unterschiedliche laterale Ausdehnungen. In anderen Ausführungsbeispielen können das erste und das zweite Abschirmgebiet im Rahmen der Herstellungstoleranzen identische laterale und vertikale Ausdehnungen aufweisen.
  • Allgemein können das erste Abschirmgebiet und das zweite Abschirmgebiet unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen und/oder unterschiedliche laterale und/oder vertikale Dotierstoffkonzentrationsverläufe aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass das erste Abschirmgebiet und das zweite Abschirmgebiet im Rahmen der Herstellungstoleranzen identische Dotierstoffkonzentrationen und/oder laterale und/oder vertikale Dotierstoffkonzentrationsverläufe aufweisen.
  • Die Gatestruktur kann eine Gateelektrode aufweisen und Teil einer Transistorzelle sein, wobei eine Spannungsdifferenz zwischen der Gateelektrode und dem Bodygebiet einen Inversionskanal im Bodygebiet steuert. Der Inversionskanal wird durch entlang der Gatestruktur angereicherte Minoritätsladungsträger des Bodygebiets gebildet. Der Schottky-Kontakt liegt elektrisch parallel zu einer Bodydiode, die durch pn Übergänge zwischen der Driftstruktur einerseits und dem Bodygebiet und/oder den Abschirmgebieten andererseits gebildet wird. Infolge der niedrigeren Einsatzspannung des Schottky-Kontakts fließt im rückwärts vorgespannten Zustand des Halbleiterbauelements und bei abgeschaltetem Inversionskanal der weitaus überwiegende Teil des Rückwärtsstroms über den Schottky-Kontakt. Ein bipolarer Strom durch die Bodydiode und eine durch einen solchen bipolaren Strom hervorgerufene Degradation des SiC Kristalls kann weitgehend vermieden werden.
  • Während bei einer externen, elektrisch parallel zum Halbleiterbauelement geschalteten Schottky-Diode Leitungsinduktivitäten das Ansprechen der Schottky-Diode verzögern können und sich damit bei jedem Schaltvorgang für eine kurze Zeitspanne ein zum Auslösen bipolarer Degradation ausreichender bipolarer Stromfluss durch die Bodydiode einstellen kann, spricht der intrinsische Schottky-Kontakt bei abgeschaltetem Inversionskanal zuverlässig vor der Bodydiode an.
  • Die vergleichsweise hoch dotierten Abschirmgebiete können das am Schottky-Kontakt wirksame elektrische Feld und damit einen im vorwärts vorgespannten Zustand durch den Schottky-Kontakt fließenden Leckstrom reduzieren. Dazu können das erste und das zweite Abschirmgebiet jeweils unmittelbar an das Diodengebiet angrenzen und pn Übergänge mit dem Diodengebiet ausbilden.
  • Ein Abstand einer Unterkante des ersten und/oder des zweiten Abschirmgebiets zur ersten Oberfläche kann größer sein als eine vertikale Ausdehnung der Gatestruktur, wodurch die Abschirmwirkung der Abschirmgebiete größer sein kann als sie durch Bodygebiete erreichbar ist, die deutlich schwächer dotiert sein können als die Abschirmgebiete.
  • Zwischen der ersten Oberfläche und dem Bodygebiet kann ein Sourcegebiet mindestens an die erste Seitenwand der Gatestruktur angrenzen, wodurch sich bei geeigneter Ansteuerung einer in der Gatestruktur ausgebildeten Gateelektrode mindestens entlang der ersten Seitenwand der Gatestruktur ein Inversionskanal ausbilden kann.
  • Ein Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten gleichartigen Transistorzellen weist eine Vielzahl von Gatestrukturen und Bodygebieten auf, wobei jedes Bodygebiet jeweils an die erste Seitenwand einer Gatestruktur angrenzen kann. Das erste Abschirmgebiet kann auf einer dem Diodengebiet gegenüberliegenden Seite an eines der Bodygebiete angrenzen und das zweite Abschirmgebiet kann auf einer dem Diodengebiet gegenüberliegenden Seite an ein weiteres der Bodygebiete angrenzen, so dass die Bodygebiete über die Abschirmgebiete über einen ohmschen, insbesondere über einen niederohmigen Übergang mit der ersten Lastelektrode auf der Vorderseite des Halbleiterbauelements verbunden sein können.
  • Die ersten und zweiten Abschirmgebiete können jeweils auf einer dem Diodengebiet gegenüberliegenden Seite an jeweils eine Kontaktstruktur angrenzen, die sich von der ersten Oberfläche aus in den SiC Halbleiterkörper hinein erstreckt und eine niederohmige Ankopplung der Abschirmgebiete und der Bodygebiete ermöglicht.
  • Die ersten Abschirmgebiete können jeweils an eine zweite Seitenwand der Gatestrukturen angrenzen und zum Abschirmen der Gatestruktur beitragen.
  • Die ersten Abschirmgebiete können zur Verbesserung der Abschirmwirkung ein lokales Dotierstoffmaximum in einem ersten Teilabschnitt zwischen der Gatestruktur und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des SiC Halbleiterkörpers aufweisen.
  • Die ersten Seitenwände der Gatestrukturen können parallel zu einer ersten Hauptgitterebene verlaufen und/oder um höchstens 2° gegen die ersten Hauptgitterebenen im SiC Halbleiterkörper gekippt sein, so dass in SiC Halbleiterkörpern, in denen die (0001) Gitterebene um eine Winkelabweichung α (Englisch: offaxis angle) von typischerweise 4° gegen die Oberflächen auf Vorder- und Rückseite des SiC Halbleiterkörpers gekippt ist, ein Inversionskanal einer Transistorzellen in einer Gitterebene mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit ausgebildet werden kann.
  • Ein Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten gleichartigen Transistorzellen weist eine entsprechende Vielzahl von Gatestrukturen auf. Zwischen benachbarten Gatestrukturen kann der SiC Halbleiterkörper zum einen erste Mesen ohne Diodengebiete und zum anderen zweite Mesen mit Diodengebieten ausbilden. In den ersten Mesen können Bodygebiete von Transistorzellen ausgebildet sein. Ein erstes Abschirmgebiet kann lediglich an ein Diodengebiet angrenzen und ein zweites Abschirmgebiet an ein Diodengebiet und an ein Bodygebiet.
  • Die erste Lastelektrode kann eine erste Teilschicht und eine Hauptschicht aufweisen, wobei mindestens ein erster Abschnitt der ersten Teilschicht an das Diodengebiet und die Hauptschicht an die erste Teilschicht angrenzt. Die erste Teilschicht kann sowohl einen Schottky-Kontakt mit niedriger Barrierenhöhe (Englisch: barrier height) und niedriger Einsatzspannung (Schleusenspannung) als auch einen niederohmigen Kontakt mit p und n dotierten Gebieten im SiC Halbleiterkörper ermöglichen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die erste Lastelektrode eine strukturierte Teilschicht aufweisen, die mindestens an das Sourcegebiet und/oder zumindest eines der Abschirmgebiete angrenzt, so dass die Eigenschaften von Schottky Kontakt und ohmscher Kontaktierung der dotierten Gebiete entkoppelt werden können.
  • Zwischen der ersten Oberfläche und der ersten Lastelektrode kann ein Zwischenlagendielektrikum ausgebildet sein, das die erste Lastelektrode von den Gatestrukturen trennt. Die erste Lastelektrode kann Schottky-Kontaktstrukturen aufweisen, die sich in einer vertikalen Richtung über den Diodengebieten durch Öffnungen in dem Zwischenlagendielektrikum von der ersten Lastelektrode bis mindestens zu den Diodengebieten erstrecken, so dass die Schottky-Kontakte direkt und mit wenig parasitärer Induktivität angeschlossen sind.
  • Die Schottky-Kontaktstrukturen können jeweils direkt an die Diodengebiete und an die jeweils zwei Abschirmgebiete grenzen, mit denen das Diodengebiet jeweils einen pn-Übergang bildet.
  • Das Diodengebiet kann ein unteres Teilgebiet und zwischen dem unteren Teilgebiet und der ersten Oberfläche ein oberes Teilgebiet aufweisen, wobei eine zweite mittlere Weite des unteren Teilgebiets größer ist als eine erste mittlere Weite des oberen Teilgebiets. Beispielsweise entspricht die zweite mittlere Weite des unteren Teilgebiets mindestens 120% (oder mindestens 130% oder mindestens 150% oder mindestens 180%) der ersten mittleren Weite des oberen Teilgebiets. Eine vertikale Ausdehnung des unteren Teilgebiets kann dabei mindestens 50 nm oder mindestens 100 nm betragen. Durch die Aufweitung des Diodengebiets in Richtung der Driftzone kann es möglich sein, dass indirekt die Spannung erhöht wird, ab der der Rückwärtsstrom zunehmend durch die Bodydiode fließt. Es kann daher möglich, sein, dass der Rückwärtsstrom bis zu einer höheren Stromstärke ausschließlich als unipolarer Strom über die Schottky-Kontakte SC abgeführt wird, so dass die bipolare Degradation in höherem Maße unterdrückt werden kann.
  • Die 1 zeigt ein Halbleiterbauelement 500, das beispielsweise ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), zum Beispiel ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) sein kann, wobei die Abkürzung MOSFET sowohl für FETs mit metallischer Gateelektrode als auch für FETs mit Halbleiter-Gateelektrode steht. Das Halbleiterbauelement 500 kann auch ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine MCD (MOS-gesteuerte Diode) sein.
  • Das Halbleiterbauelement 500 basiert auf einem mit Siliziumcarbid gebildeten SiC Halbleiterkörper 100. Beispielsweise weist der SiC Halbleiterkörper 100 einen Siliziumcarbidkristall auf oder besteht aus einem solchen, wobei der Siliziumcarbidkristall neben den Hauptbestandteilen Silizium und Kohlenstoff Dotieratome und/oder Verunreinigungen, z.B. Wasserstoff- und/oder Sauerstoffatome aufweisen kann. Der Polytyp des Siliziumcarbidkristalls kann beispielsweise 2H, 6H, 15R oder 4H sein.
  • Eine erste Oberfläche 101 auf der Vorderseite des SiC Halbleiterkörpers 100 ist planar oder gerippt. Eine Normale 104 auf eine planare erste Oberfläche 101 oder auf eine Mittelebene einer gerippten ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zu einer planaren ersten Oberfläche 101 oder zur Mittelebene einer gerippten ersten Oberfläche 101 sind horizontale und laterale Richtungen.
  • Das Halbleiterbauelement 500 weist eine Transistorzelle TC mit einer Gatestruktur 150 auf, die sich von der ersten Oberfläche 101 auf der Vorderseite des SiC Halbleiterkörpers 100 aus in den SiC Halbleiterkörper 100 erstreckt. In der Gatestruktur 150 ist eine leitfähige Gateelektrode 155 ausgebildet, die vom SiC Halbleiterkörper 100 elektrisch isoliert ist. An eine erste Seitenwand 151 der Gatestruktur 150 grenzt ein im SiC Halbleiterkörper 100 ausgebildetes Bodygebiet 120 an. Ein Gatedielektrikum 159 trennt mindestens das Bodygebiet 120 von der Gateelektrode 155.
  • Das Bodygebiet 120 bildet einen ersten pn-Übergang pn1 mit einer Driftstruktur 130 und einen zweiten pn-Übergang pn2 mit einem Sourcegebiet 110. Das Sourcegebiet 110 ist zwischen dem Bodygebiet 120 und der ersten Oberfläche 101 ausgebildet. Das Bodygebiet 120 trennt das Sourcegebiet 110 von der Driftstruktur 130. Die Driftstruktur 130 ist zwischen dem Bodygebiet 120 und einer der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 102 des SiC Halbleiterkörpers 100 ausgebildet.
  • Das Bodygebiet 120 und das Sourcegebiet 110 können mit einer ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden sein. Die erste Lastelektrode 310 kann einen Source-Anschluss S des Halbleiterbauelements 500 ausbilden oder mit einem Source-Anschluss S elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Die Driftstruktur 130 umfasst mindestens eine Driftzone 131, wobei im Sperrfall ein im SiC Halbleiterkörper 100 wirksames elektrisches Feld zum weitaus überwiegenden Teil innerhalb der Driftzone 131 abgebaut wird. Dotierung und vertikale Ausdehnung der Driftzone 131 werden entsprechend der nominalen Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelements 500 ausgelegt. Die mittlere Dotierung in der Driftzone 131 hängt von der nominalen Sperrfähigkeit ab und kann für nominale Sperrspannungen zwischen 400 V, insbesondere 1200 V, und 10 kV in einem Bereich von 5 × 1015 cm-3 bis 5 × 1016 cm-3 liegen. Die vertikale Ausdehnung der Driftzone 131 kann für ein Halbleiterbauelement 500 mit einer nominalen Durchbruchspannung (Engl.: breakdown voltage) von 400 V, insbesondere 1200 V, und einer mittleren Dotierung von etwa 1 × 1016 cm-3 in einem Bereich von 3 µm bis 13 µm liegen.
  • Die Driftstruktur 130 kann ein stark dotiertes Basisgebiet 139 aufweisen, das direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzt. Das Basisgebiet 139 kann direkt an die Driftzone 131 angrenzen. Alternativ kann die Driftstruktur 130 zwischen der Driftzone 131 und dem stark dotierten Basisgebiet 139 weitere dotierte Gebiete vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131 aufweisen, wobei eine maximale Dotierstoffkonzentration in den weiteren dotierten Gebieten höher sein kann als eine maximale Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131 und niedriger als im Basisgebiet 139. Alternativ oder zusätzlich kann die Driftstruktur 130 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Driftzone 131 weitere dotierte Gebiete vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131 aufweisen, zum Beispiel Stromverteilungsgebiete, die höher dotiert sind als die Driftzone 131 und die im eingeschalteten Zustand einen Ladungsträgerfluss für die Passage durch die Driftzone 131 in lateraler Richtung aufspreizen, und/oder Barrierengebiete vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131, die die Emittereffizienz des Bodygebiets 120 oder anderer dotierte Gebiete vom Leitfähigkeitstyp des Bodygebiets 120 beeinflussen, zum Beispiel reduzieren.
  • Die Driftstruktur 130 ist mit einer zweiten Lastelektrode 320 elektrisch verbunden. Die zweite Lastelektrode 320 kann einen Drain-Anschluss D des Halbleiterbauelements 500 ausbilden oder kann mit einem Drain-Anschluss D elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Zwischen der Gateelektrode 155 und dem Bodygebiet 120 ist ein Gatedielektrikum 159 ausgebildet, das die Gateelektrode 155 vom Bodygebiet 120 trennt. Das Gatedielektrikum 159 kann die Gateelektrode 155 auch gegen weitere Gebiete im SiC-Halbleiterkörper 100 isolieren. Gemäß einer Ausführungsform kann das Gatedielektrikum 159 die Gateelektrode 155 vollständig vom SiC Halbleiterkörper 100 isolieren. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Gatestruktur 150 weitere dielektrische Strukturen aufweisen, wobei die weiteren dielektrischen Strukturen eine höhere Schichtdicke aufweisen können als das Gatedielektrikum 159, eine andere stoffliche Zusammensetzung aufweisen können als das Gatedielektrikum 159 und/oder mindestens ein weiteres dielektrisches Material aufweisen können.
  • Im SiC Halbleiterkörper 100 sind mindestens ein erstes Abschirmgebiet 161 und ein zweiten Abschirmgebiet 162 ausgebildet, die jeweils vom Leitfähigkeitstyp des Bodygebiets 120 sind. Eine maximale Dotierstoffkonzentration in den ersten und zweiten Abschirmgebieten 161, 162 ist mindestens doppelt so hoch wie im Bodygebiet 120.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschirmgebiet 161, 162 ist ein Diodengebiet 140 ausgebildet, das direkt an die beiden Abschirmgebiete 161, 162 angrenzen und mit den beiden Abschirmgebieten 161, 162 jeweils einen vertikalen pn-Übergang pn0 bilden kann. Das erste Abschirmgebiet 161 befindet sich dabei auf der der Gatestruktur 150 zugewandten Seite des Diodengebiets 140 und das zweite Abschirmgebiet 162 befindet sich auf der der Gatestruktur 150 abgewandten Seite des Diodengebiets 140. Eine maximale Weite des ersten Abschirmgebiets 161 kann im Wesentlichen, d.h. im Rahmen der Herstellungstoleranzen, gleich der maximalen Weite des zweiten Abschirmgebiets 162 sein. Eine maximale vertikale Ausdehnung des ersten Abschirmgebiets 161 kann im Wesentlichen gleich der maximalen vertikalen Ausdehnung des zweiten Abschirmgebiets 162 sein. Das erste und das zweite Abschirmgebiet 161, 162 können weitgehend identische laterale und vertikale Dotierstoffkonzentrationsverläufe aufweisen.
  • Das Diodengebiet 140 bildet einen Schottky-Kontakt SC mit der ersten Lastelektrode 310 aus, wobei der Schottky-Kontakt SC zwischen dem ersten und dem zweiten Abschirmgebiet 161, 162 ausgebildet ist. Das Diodengebiet 140 kann unmittelbar an die Driftstruktur 130 angrenzen, z.B. an die Driftzone 131. Eine Dotierstoffkonzentration im Diodengebiet 140 kann der Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131 entsprechen oder höher als in der Driftzone 131 sein. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die mittlere Dotierstoffkonzentration im Diodengebiet 140 mindestens das Doppelte der mittleren Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131. Der Schottky-Kontakt SC kann entlang der ersten Oberfläche 101 und/oder in einem Graben ausgebildet sein, der sich von der ersten Oberfläche 101 aus in den SiC Halbleiterkörper 100 erstreckt.
  • Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente mit einer n-Kanal Transistorzelle TC. Für solche mit einer p-Kanal Transistorzelle gilt Entsprechendes. Eine ausreichend hohe Spannung an der Gateelektrode 155 schaltet die Transistorzelle TC ein. Entlang dem Gatedielektrikum 159 wird im Bodygebiet 120 durch Feldeffekt ein Inversionskanal gebildet. Der Inversionskanal bildet für Elektronen einen durchgehenden Pfad von dem Sourcegebiet 110 zur Driftstruktur 130 und ermöglicht einen Laststromfluss durch das Bodygebiet 120.
  • Ein Abfall der Spannung an der Gateelektrode 155 unter eine Schwellenspannung schaltet die Transistorzellen TC ab und das Halbleiterbauelement 500 sperrt. Das Potential des ersten und des zweiten Abschirmgebiets 161, 162 entspricht dem Potential der ersten Lastelektrode 310, so dass das erste und das zweite Abschirmgebiet 161, 162 den Schottky-Kontakt SC gegen das Potential der zweiten Lastelektrode 320 abschirmen. Zudem können das erste und das zweite Abschirmgebiet 161, 162 einen Spannungsdurchbruch im Bereich horizontaler pn-Übergänge pn3 zwischen den Abschirmgebieten 161, 162 und der Driftstruktur 130 pinnen.
  • Im rückwärts vorgespannten Zustand des Halbleiterbauteils 500 ist der erste pn-Übergang pn1 in Flussrichtung gepolt, so dass über den ersten pn-Übergang pn1 und das Bodygebiet 120 ein Rückwärtsstrom zwischen der zweiten Lastelektrode 320 und der ersten Lastelektrode 310 fließen kann, sofern der Spannungsabfall über den ersten pn-Übergang pn1 die Einsatzspannung der durch den ersten pn-Übergang pn1 gebildeten Bodydiode überschreitet.
  • Ein Strom durch den ersten pn-Übergang pn1 ist ein bipolarer Ladungsträgerfluss aus Löchern und Elektronen. In der Nähe von pn-Übergängen und in Gebieten mit hoher Dotierstoffkonzentrationsänderung 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 ersten Lastelektrode 310 behindern.
  • Da der Schottky-Kontakt SC eine niedrigere Barrierenhöhe und eine niedrigere Flussspannung aufweist als der erste pn-Übergang pn1, spricht der Schottky-Kontakt SC vor der Bodydiode an, so dass im Halbleiterbauelement 500 im rückwärts vorgespannten Zustand und bei abgeschalteten Inversionskanal der Transistorzellen TC der Strom zunächst zum weitaus überwiegenden Teil durch den Schottky-Kontakt SC fließt. Zum Beispiel kann die Einsatzspannung der Bodydiode bei 25°C mindestens 2.7 V betragen. Der Stromfluss durch die eingeschalteten Transistorzellen TC ist unipolar und besteht nur aus einem einzigen Typ von Ladungsträgern, so dass es auch im eingeschalteten Zustand der Transistorzellen TC zu keiner nennenswerten Rekombination in der Driftstruktur 130 kommt. Weder bei eingeschaltetem Inversionskanal noch bei abgeschaltetem Inversionskanal kommt es zu einer Rekombination von Ladungsträgern in einem Umfang, der zu einem nennenswerten Wachstum von Stapelfehlern führen kann.
  • Mit steigendem Strom durch den Schottky-Kontakt SC steigt der Spannungsabfall über den Schottky-Kontakt SC. Die Eigenschaften des Schottky-Kontakts SC können so dimensioniert sein, dass bei Betrieb des Halbleiterbauelements 500 innerhalb der Absolutgrenzdaten (Englisch: absolute maximum ratings) der Spannungsabfall über den Schottky-Kontakt SC immer kleiner bleibt als die Einsatzspannung der intrinsischen Bodydiode.
  • 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 fließt. Der Transistorkanal wird aber erst nach einer gewissen Mindestwartezeit (auch: Totzeit, Englisch: dead time) 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 kann daher ein kurzzeitiger Stromfluss über den ersten pn-Übergang pn1 signifikant zu den Umschaltverlusten beitragen.
  • 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 im Halbleiterbauelement 500 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 beiträgt.
  • Die vergleichsweise hoch dotierten ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 schirmen den Schottky-Kontakt SC gegen hohe elektrische Felder ab und reduzieren auf diese Weise den Leckstrom durch den Schottky-Kontakt SC. Zudem verbessern die ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 das Stoßstromverhalten (Englisch: surge current capability) der Schottky-Kontakte SC.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein Abstand v3 einer Unterkante der ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 zur ersten Oberfläche 101 größer als eine vertikale Ausdehnung v1 der Gatestruktur 150 und damit größer als ein Abstand einer Unterkante der Bodygebiete 120 zur ersten Oberfläche 101. Die vergleichsweise große vertikale Ausdehnung des ersten und des zweiten Abschirmgebiets 161, 162 und der große Abstand zwischen der Unterkante des ersten und des zweiten Abschirmgebiets 161, 162 einerseits und dem Schottky-Kontakt SC andererseits können die Abschirmwirkung verbessern.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Abschirmgebiet 161 an eine zweite Seitenwand 152 der Gatestruktur 150 angrenzen, so dass sich eine Schirmwirkung des ersten Abschirmgebiets 161 sowohl auf den Schottky-Kontakt SC als auch auf eine Unterkante der Gatestruktur 150 entfaltet.
  • Die 2A und 2B zeigen ein Halbleiterbauelement 500 mit mehreren Gatestrukturen 150 mit einer horizontalen Längsausdehnung orthogonal zu einer horizontalen ersten Richtung 191. Die Gatestrukturen 150 können als gerade Streifen ausgebildet sein. Ein Teil der Gatestrukturen 150 kann in einem gleichen ersten Mitte-zu-Mitte Abstand (Englisch: pitch) pt1 zueinander angeordnet sein. Abschnitte des SiC Halbleiterkörpers 100 zwischen jeweils zwei im ersten Mitte-zu-Mitte Abstand pt1 benachbarten Gatestrukturen 150 können streifenförmige erste Mesen 181 ausbilden, in denen Bodygebiete 120 von Transistorzellen TC ausgebildet sein können, wobei im eingeschalteten Zustand des Halbleiterbauelements 500 in den Bodygebieten 120 Inversionskanäle gebildet werden.
  • Abschnitte des SiC Halbleiterkörpers 100 zwischen jeweils zwei in einem zweiten Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 benachbarten Gatestrukturen 150 können streifenförmige zweite Mesen 182 ausbilden, in denen jeweils eine oder mehrere parallel verlaufende streifenförmige Diodengebiete 140 ausgebildet sein können.
  • Die Diodengebiete 140 bilden jeweils zwischen zwei im zweiten Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 angeordnete benachbarten Gatestrukturen 150 Schottky-Kontakte SC mit einer ersten Lastelektrode 310 aus.
  • Zwischen den zwei im zweiten Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 angeordneten benachbarten Gatestrukturen 150 können auch erste und zweite Abschirmgebiete 161, 162 und weitere Abschirmgebiete ausgebildet sein, die jeweils vertikale pn Übergänge pn0 mit den Diodengebieten 140 ausbilden. Der zweite Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 kann größer sein als der erste Mitte-zu-Mitte Abstand pt1. Beispielsweise beträgt der erste Mitte-zu-Mitte Abstand pt1 mindestens 40% und höchstens 60% des zweiten Mitte-zu-Mitte Abstands pt2.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt der zweite Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 ein ganzzahliges Vielfaches des ersten Mitte-zu-Mitte Abstands pt1, so dass sich die Anordnung der Schottky-Kontakte SC durch einfaches Ausblenden einzelner Gatestrukturen 150, Sourcegebiete 110 und Bodygebiete 120 aus einem regelmäßigen Muster ergeben kann. Beträgt pt2 mehr als das Doppelte von pt1, können entlang der horizontalen ersten Richtung mehr als ein Diodengebiet 140 in einer zweiten Mesa 182 ausgebildet sein.
  • Ein dritter Mitte-zu-Mitte Abstand pt3 zwischen benachbarten Diodengebieten 140 kann ebenfalls ein ganzzahliges Vielfaches des ersten Mitte-zu-Mitte Abstands pt1 betragen. Beispielsweise ist pt3 ≥ 3 × pt1, so dass zwischen zwei benachbarten Diodengebieten 140 mindestens drei Gatestrukturen 150 ausgebildet sind. Der dritte Mitte-zu-Mitte Abstand pt3 kann über den SiC Halbleiterkörper 100 variieren, z.B. zur Mitte des SiC Halbleiterkörpers 100 hin zunehmen oder abnehmen.
  • Beispielsweise kann innerhalb eines Transistorzellenfeldes der Flächenanteil der Diodengebiete 140 an der ersten Oberfläche 101 mindestens 15% und höchstens 50% betragen, so dass auch bei dem für das Halbleiterbauelement 500 maximal zulässigen Rückwärtsstrom ein Spannungsabfall über die Schottky-Kontakte SC sicher unterhalb der Einsatzspannung der Bodydiode bleibt.
  • Die Transistorzellen TC können solche mit einseitigem Inversionskanal oder solche mit zweiseitigem Inversionskanal sein. Gemäß der dargestellten Ausführungsform grenzen die Bodybereiche 120 unmittelbar an eine erste und an eine zweite, gegenüberliegende Seitenwand der Gatestrukturen 150 an.
  • In 3 beruht das Halbleiterbauelement 500 auf einem SiC Halbleiterkörper 100, der einen Siliziumcarbid-Kristall vom 4H-Polytyp aufweist. Die <0001> Gitterrichtung kann um eine Winkelabweichung α zwischen 2° und 8° gegen die Normale 104 gekippt sein. Die <11-20> Gitterrichtung ist um die Winkelabweichung α gegen die erste Oberfläche 101 gekippt und verläuft parallel zur Querschnittsebene. Die <1-100> Gitterrichtung verläuft orthogonal zur Querschnittsebene und zur horizontalen ersten Richtung 191. Erste Seitenwände 151 von Gatestrukturen 150 verlaufen parallel zu (11-20) Gitterebenen mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit und/oder weichen um maximal 2° von einer Ausrichtung der (11-20) Gitterebenen ab. Den ersten Seitenwänden 151 gegenüberliegende zweite Seitenwände 152 können um das Doppelte der Winkelabweichung α von der Ausrichtung der (11-20) Gitterebenen abweichen und/oder weichen um maximal 2° vom Doppelten der Winkelabweichung α von der Ausrichtung der (11-20) Gitterebenen ab.
  • Abschnitte des SiC Halbleiterkörpers 100 zwischen den Gatestrukturen 150 bilden erste Mesen 181 und zweite Mesen 182. In den ersten Mesen 181 und in den zweiten Mesen 182 können Bodygebiete 120 ausgebildet sein, die jeweils an eine erste Seitenwand 151 einer ersten benachbarten Gatestruktur 150 grenzen. Die ersten Mesen 181 können zudem jeweils ein weiteres Abschirmgebiet 165 aufweisen, das an eine zweite Seitenwand 152 der zweiten benachbarten Gatestruktur 150 angrenzt. Das Bodygebiet 120 kann beispielsweise innerhalb der gleichen ersten Mesa 181 mittels des weiteren Abschirmgebiets 165 von der zweiten benachbarten Gatestruktur 150 beabstandet sein.
  • In den zweiten Mesen 182 sind jeweils ein erstes Abschirmgebiet 161 und ein zweites Abschirmgebiet 162 ausgebildet. Das erste Abschirmgebiet 161 grenzt an eine zweite Seitenwand 152 der zweiten benachbarten Gatestruktur 150 an. Das zweite Abschirmgebiet 162 kann von der ersten benachbarten Gatestruktur 150 beabstandet sein. Beispielsweise kann das zweite Abschirmgebiet 162 an das Bodygebiet 120 und an ein Sourcegebiet 110 in der gleichen zweiten Mesa 182 angrenzen.
  • Die ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 können in etwa gleiche maximalen Weiten und/oder gleiche maximale vertikale Ausdehnungen und/oder weitgehend identische laterale und vertikale Dotierstoffkonzentrationsverläufe aufweisen.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschirmgebiet 161, 162 kann ein Diodengebiet 140 ausgebildet sein. Das Diodengebiet 140 kann pn Übergänge pn0 mit dem ersten und dem zweiten Abschirmgebiet 161, 162 und einen Schottky-Kontakt SC mit einer ersten Lastelektrode 310 ausbilden.
  • 4A zeigt eine Ausführungsform, gemäß der ein zweiter Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 zwischen zwei Gatestrukturen 150 auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Diodengebiets 140 das Doppelte eines ersten Mitte-zu-Mitte Abstands pt1 beiderseits einer ersten Mese 181 beträgt. In den ersten Mesen 181 ist jeweils eine Transistorzelle TC ausgebildet.
  • Ein Zwischenlagendielektrikum 210 trennt eine erste Lastelektrode 310 von den Gateelektroden 155 in den Gatestrukturen 150. Die erste Lastelektrode 310 kann eine Schottky-Kontaktstruktur 319 umfassen, die sich in vertikaler Richtung durch das Zwischenlagendielektrikum direkt von der Lastelektrode 310 zum Diodengebiet 140 erstreckt. Die Schottky-Kontaktstruktur 319 kann auch direkt an das erste und das zweite Abschirmgebiet 161, 162 angrenzen und ohmsche Übergänge mit dem ersten und dem zweiten Abschirmgebiet 161, 162 bilden.
  • In 4B sind die Diodengebiete 140 um mindestens das Doppelte höher dotiert als die Driftzone 131. Zwischen den Bodygebieten 120 und der Driftzone 131 können Stromverteilungsgebiete 137 ausgebildet sein, die direkt an die ersten Seitenwände 151 der Gatestrukturen 150 angrenzen und im eingeschalteten Zustand des Halbleiterbauelements 500 einen Laststrom in Richtung der Driftzone 131 lateral aufspreizen. Die Stromverteilungsgebiete 137 weisen eine höhere Dotierstoffkonzentration auf als die Driftzone 131.
  • Die Stromverteilungsgebiete 137 können sich jeweils von einem angrenzenden Abschirmgebiet 161, 162, 165 zum anderen angrenzenden Abschirmgebiet 161, 162, 165 erstrecken. Der Abstand einer Unterkante der Stromverteilungsgebiete 137 zur ersten Oberfläche 101 kann kleiner, gleich oder größer sein als der Abstand einer Unterkante der Abschirmgebiete 161, 162, 165 zur ersten Oberfläche 101.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Diodengebiete 140 und die Stromverteilungsgebiete 137 die gleiche Dotierstoffkonzentration und den gleichen vertikalen Dotierstoffkonzentrationsverlauf aufweisen. Beispielsweise können die Diodengebiete 140 und die Stromverteilungsgebiete 137 aus dem gleichen Herstellungsprozess hervorgehen, beispielsweise aus einer n-dotierten Epitaxie oder durch Implantieren von Dotieratomen im gleichen Implantationsprozess.
  • Die ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 können jeweils ein Teilgebiet 169 aufweisen, das einen größeren Abstand zur ersten Oberfläche 101 aufweist als eine Unterkante der Gatestrukturen 150. In den Teilgebieten 169 kann ein vertikaler Dotierstoffkonzentrationsverlauf in den ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 jeweils ein lokales Maximum aufweisen. Die vertikalen Dotierstoffkonzentrationsverläufe in den ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 können ein absolutes bzw. globales Maximum in einem Abschnitt zwischen der ersten Oberfläche 101 und einer Unterkante der Gatestruktur 150 aufweisen.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann eine erste Teilschicht 311 aufweisen, die im Bereich der ersten und zweiten Mesen 181, 182 direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen kann. Die erste Teilschicht 311 kann ein Material aufweisen oder aus einem solchen bestehen, das zum einen eine geeignete Austrittsarbeit für einen Schottky-Kontakt SC aufweist und zum anderen einen zuverlässigen niederohmigen Kontakt sowohl mit p-dotierten als auch mit n-dotierten Gebieten in Siliziumcarbid bildet. Beispielsweise weist die erste Teilschicht 311 Nickelaluminium (NiAl) und/oder dotiertes polykristallines Silizium auf oder besteht aus NiAl, dotiertem polykristallinen Silizium oder beidem. Daneben kann die erste Lastelektrode 310 eine Hauptschicht 315 aus beispielsweise Kupfer, Aluminium, einer Legierung aus Aluminium und Kupfer, einer Legierung aus Aluminium und Silizium oder aus einer Legierung aus Aluminium, Kupfer und Silizium aufweisen.
  • In 4C weist die erste Lastelektrode 310 eine strukturierte zweite Teilschicht 312 auf, die im Bereich der ersten Mesen 181 unmittelbar an die erste Oberfläche 101 angrenzt und im Bereich der zweiten Mesen 182 selektiv im Bereich der ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 und der Sourcegebiete 110 an die erste Oberfläche 101 angrenzen kann und über mindestens einem Abschnitt der Diodengebiete 140 fehlt. Die zweite Teilschicht 312 kann aus einem Material ausgebildet sein oder daraus bestehen, das einen zuverlässigen ohmschen, insbesondere niederohmigen Kontakt sowohl mit p-dotierten als auch mit n-dotierten Gebieten in Siliziumcarbid bildet. Beispielsweise weist die zweite Teilschicht 312 NiAl auf oder besteht aus Ni-Al.
  • Die erste Teilschicht 311 grenzt im Bereich der Diodengebiete 140 unmittelbar an die erste Oberfläche 101 an und kann ansonsten durch die zweite Teilschicht 312 von der ersten Oberfläche 101 beabstandet sein. Die erste Teilschicht 311 kann ein Material mit einer geeigneten Austrittsarbeit gegenüber Siliziumcarbid aufweisen, beispielsweise ein elementares Übergangsmetall oder ein Übergangsmetallnitrid, z.B. Ti, TiN oder MoN, oder daraus bestehen. Da die zweite Teilschicht 312 vor Abscheiden der ersten Teilschicht 311 abgeschieden, aktiviert und strukturiert werden kann, kann die Ausbildung der ersten Teilschicht 311 von der zweiten Teilschicht 312 unberührt bleiben.
  • Die erste Oberfläche 101 des SiC Halbleiterkörpers 100 kann im Bereich der ersten und zweiten Mesen 181, 182 flach und eben sein, wie es in den 4A-4C dargestellt ist. Andere Ausführungsformen können weitere Grabenstrukturen vorsehen, die zusätzlich zu den Gatestrukturen 150 im Bereich der ersten und/oder zweiten Mesen 181, 182 sich in den SiC Halbleiterkörper 100 erstrecken. Die weiteren Grabenstrukturen weisen keine mit den Gateelektroden 155 direkt verbundenen leitfähigen Strukturen auf. Beispielsweise weisen die weiteren Grabenstrukturen keine leitfähigen Strukturen auf oder nur solche leitfähige Strukturen, die ohne weiteren elektrischen Anschluss sind (Englisch: floating), mit der ersten Lastelektrode 310, mit einem Hilfsanschluss des Halbleiterbauelements und/oder mit einem internen Netzwerkknoten des Halbleiterbauelements verbunden sind.
  • In 4D erstreckt sich zwischen dem Diodengebiet 140 und dem zweiten Abschirmgebiet 162 eine Hilfsgrabenstruktur 190 von der ersten Oberfläche 101 aus in die zweite Mesa 182. Die Hilfsgrabenstruktur 190 kann ein leitfähiges Hilfsmaterial 195 und ein Hilfsdielektrikum 199 aufweisen, wobei das Hilfsdielektrikum 199 das Hilfsmaterial 195 von dem SiC Halbleiterkörper 100 trennt.
  • Die Hilfsgrabenstruktur 190 kann die gleichen Maße aufweisen wie die Gatestruktur 150 oder sich in mindestens einem Maß, z.B. in Tiefe, horizontaler Weite, oder horizontaler Längsausdehnung von der Gatestruktur 150 unterscheiden. Das Hilfsdielektrikum 199 kann das gleiche Material oder die gleichen Materialien, die gleiche strukturelle Konfiguration und die gleiche Schichtdicke aufweisen wie das Gatedielektrikum 159 oder sich in mindestens einem strukturellen Merkmal von dem Gatedielektrikum 159 unterscheiden. Das Hilfsmaterial 195 kann das gleiche Material oder die gleichen Materialien aufweisen wie die Gateelektrode 155.
  • Das Hilfsmaterial 195 kann von der Gateelektrode 155 elektrisch getrennt sein. Beispielsweise ist das Hilfsmaterial 195 ohne elektrischen Anschluss oder mit der ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden. Ausgehend von einem vergleichbaren Bauelement ohne Schottky-Kontakt lässt sich das Halbleiterbauelement 500 der 4D mit nur geringfügigen Änderungen von Implantationsmasken für die Sourcegebiete 110 und die Bodygebiete 120 sowie von einer Ätzmaske zur Kontaktierung der Gateelektroden 155 und des Hilfsmaterials 195 ausbilden.
  • Die 4E zeigt ein Halbleiterbauelement 500 mit Gatestrukturen 150, einer Driftstruktur 130 mit Driftzone 131, Stromverteilungsgebieten 137, ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 sowie Transistorzellen TC wie oben mit Bezug auf die 4A-4C beschrieben. Ein Diodengebiet 140 zwischen dem ersten und zweiten Abschirmgebiet 161, 162 ist mindestens um das Doppelte höher dotiert als die Driftzone 131. Ein unterer Abschnitt des Diodengebiets 140 weist den gleichen Abstand zur ersten Oberfläche 101 auf wie die Stromverteilungsgebiete 137 und kann einen ähnlichen oder den gleichen vertikalen Dotierstoffkonzentrationsverlauf aufweisen wie die Stromverteilungsgebiete 137. Der Abstand einer Unterkante der Stromverteilungsgebiete 137 zur ersten Oberfläche 101 kann kleiner, gleich oder größer sein als der Abstand einer Unterkante der ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 zur ersten Oberfläche 101.
  • Die ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 weisen jeweils ein Teilgebiet 169 und zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Teilgebiet 169 ein Hauptgebiet 167 auf. In dem Teilgebiet 169 können die vertikalen Dotierstoffkonzentrationsverläufe in den ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 jeweils ein lokales Maximum aufweisen.
  • Die Teilgebiete 169 der weiteren Abschirmgebiete 165 können lateral jeweils über die Außenkante des Hauptgebiets 167 des weiteren Abschirmgebiets 165 hinausragen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Teilgebiete 169 der weiteren Abschirmgebiete 165 im Rahmen der Herstellungstoleranzen lateral bündig mit der Außenkante des Hauptgebiets 167 des weiteren Abschirmgebiets 165 abschließen.
  • Das Teilgebiet 169 des ersten Abschirmgebiets 161 kann von einer lateralen Kante zwischen dem Hauptgebiet 167 des ersten Abschirmgebiets 161 und dem Diodengebiet 140 zurückgezogen sein. Das Teilgebiet 169 des zweiten Abschirmgebiets 162 kann von der lateralen Kante des Hauptgebiets 167 des zweiten Abschirmgebiets 162 zum Diodengebiet 140 zurückgezogen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Teilgebiet 169 des ersten Abschirmgebiets 161 und/oder das Teilgebiet des zweiten Abschirmgebiets 162 im Rahmen der Herstellungstoleranzen lateral bündig mit der Außenkante des Hauptgebiets 167 des ersten Abschirmgebiets 161 bzw. des zweiten Abschirmgebiets 162 abschließen.
  • Die Darstellung der Übergänge zwischen den ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 einerseits und den angrenzenden dotierten Gebieten, z.B. zum Diodengebiet 140, ist in den Figuren stark vereinfacht. Tatsächlich verlaufen die Übergänge weder entlang planarer Flächen noch streng orthogonal. Die Übergänge sind vielmehr gewellt (Englisch: „wavy“) und eckig gezeichnete Einsprünge sind tatsächlich gekrümmt. Ein derartiger gewellter Verlauf kann die oben erwähnten Herstellungstoleranzen bedingen.
  • Das Diodengebiet 140 weist ein unteres Teilgebiet 148 und ein oberes Teilgebiet 142 auf, wobei das obere Teilgebiet 142 sich von der ersten Oberfläche 101 bis zum unteren Teilgebiet 148 erstrecken kann. Das obere Teilgebiet 142 des Diodengebiets 140 ist lateral zwischen den Hauptgebieten 167 zweier benachbarter erster und zweiter Abschirmgebiete 161, 162 ausgebildet und weist eine erste mittlere Weite w1 auf. Das untere Teilgebiet 148 ist zwischen den Teilgebieten 169 der zwei benachbarten ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 ausgebildet und weist eine zweite mittlere Weite w2 auf. Die zweite mittlere Weitere w2 kann mindestens 120% der ersten mittleren Weite w1 betragen. In manchen Ausführungsbeispielen können die erste mittlere Weite w1 und die zweite mittlere Weite w2 gleich sein. Eine vertikale Ausdehnung v4 des unteren Teilgebiets 148 beträgt mindestens 50nm, beispielsweise mindestens 100nm.
  • Die laterale Weite horizontaler Abschnitte der pn Übergänge pn3 zwischen den ersten und zweiten Abschirmgebieten 161, 162 einerseits und Abschnitten der Driftstruktur 130, insbesondere der niedrig dotierten Driftzone 131, andererseits ist deutlich reduziert. Ein größerer Teil der pn Übergänge zwischen den Unterkanten der ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 einerseits und dem Schottky-Kontakt SC andererseits sind pn Übergänge zum Diodengebiet 140, das höher dotiert ist als die Driftzone 131.
  • Durch die höhere Leitfähigkeit des Diodengebiets 140 entlang der pn Übergänge zwischen den ersten und zweiten Abschirmgebieten 161, 162 einerseits und dem Diodengebiet 140 andererseits kann sich für einen gegebenen Strom durch den Schottky-Kontakt SC der Spannungsabfall entlang der pn Übergänge reduzieren. Damit kann sich die Spannung, ab der die Bodydiode den Rückwärtsstrom trägt, verschieben. Der Rückwärtsstrom kann bis zu einer höheren Stromstärke ausschließlich oder nahezu ausschließlich als unipolarer Strom über die Schottky-Kontakte SC abgeführt werden, so dass der bipolare Degradationsmechanismus weitgehend unterdrückt werden kann.
  • Die laterale Ausdehnung des unteren Teilgebiets 148 kann zum Beispiel durch eine Weitenvariation einer Öffnung in einer Implantationsmaske zur Ausbildung der Teilgebiete 169 der ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 eingestellt werden. Durch eine weitere Änderung in einer Implantationsmaske zur Ausbildung der Hauptgebiete 167 der ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 kann auch die erste mittlere Weite w1 reduziert werden, so dass sich im oberen Teilgebiet 142 die Abschirmwirkung der ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 auf den Schottky-Kontakt SC weiter verbessern lässt. Der zweite Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 zwischen zwei Gatestrukturen 150 auf gegenüberliegenden Seiten eines Schottky-Kontakts SC kann dabei unverändert bleiben. Die Fläche der Kontaktbereiche entlang der ersten Oberfläche 101 und damit der Kontaktwiderstand zu den ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 sowie zu den Sourcegebieten 110 kann unberührt bleiben.
  • 5A bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement 500 mit Diodengebieten 140 von einem ersten Leitfähigkeitstyp in einem SiC Halbleiterkörper 100, wobei die Diodengebiete 140 jeweils einen Schottky-Kontakt SC mit einer Lastelektrode 310 bilden. Entlang einer horizontalen ersten Richtung kann jeweils zwischen zwei benachbarten Diodengebieten 140 mindestens eine Gatestruktur 150 ausgebildet sein. Die Gatestrukturen 150 erstrecken sich von einer ersten Oberfläche 101 aus in den SiC Halbleiterkörper 100. Mindestens eine erste Seitenwand 151 der Gatestrukturen 150 grenzt an ein mit der Lastelektrode 310 elektrisch verbundenes Bodygebiet 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp an.
  • Die Gatestrukturen 150 können in Gräben mit annähernd V-förmiger vertikaler Querschnittsfläche ausgebildet sein. Die Gateelektrode 155 kann in annähernd gleichmäßiger Schichtdicke entlang der Seitenwände und des Bodens der Gatestruktur 150 ausgebildet sein. Beide Seitenwände 151, 152 können parallel zu Gitterebenen mit gleicher oder etwa gleich hoher Ladungsträgerbeweglichkeit ausgebildet sein.
  • Abschnitte des SiC Halbleiterkörpers 100 zwischen den Gatestrukturen 150 bilden erste Mesen 181 und zweite Mesen 182. Die ersten Mesen 181 können jeweils ein Bodygebiet 120 umfassen, das sich von einer zweiten Seitenwand 152 einer ersten benachbarten Gatestruktur 150 bis zu einer ersten Seitenwand 151 einer zweiten benachbarten Gatestruktur 150 erstrecken kann. Die ersten Mesen 181 können jeweils entlang beider benachbarten Gatestrukturen 150 Sourcegebiete 110 aufweisen. Zwischen den Sourcegebieten 110 kann das Bodygebiet 120 ein hochdotiertes Bodykontaktgebiet 129 aufweisen, das sich von der ersten Oberfläche 101 aus in das Bodygebiet 120 erstrecken kann. Die ersten Mesen 181 können jeweils zwei Transistorzellen TC umfassen.
  • Die zweiten Mesen 182 können ebenfalls jeweils zwei Transistorzellen TC umfassen, die jeweils an eine der beiden benachbarten Gatestrukturen 150 angrenzen. Zwischen den beiden Transistorzellen TC ist ein Schottky-Kontakt SC zwischen der Lastelektrode 310 und einem Diodengebiet 140 ausgebildet. In lateraler Richtung kann das Diodengebiet 140 jeweils an eines der Bodygebiete 120 und/oder an eines der Bodykontaktgebiete 129 angrenzen.
  • Ein zweiter Mitte-zu-Mitte Abstand pt2 zwischen zwei Gatestrukturen 150 auf gegenüberliegenden Seiten eines Schottky-Kontakts SC kann ein ganzzahliges Vielfaches eines ersten Mitte-zu-Mitte Abstands pt1 zwischen zwei benachbarten Gatestrukturen beiderseits eines ersten Mesa 181 betragen.
  • Gemäß 5B können sich beiderseits des Schottky-Kontakts SC tiefe erste und zweite Abschirmgebiete 161, 162 von der ersten Oberfläche 101 aus in den SiC Halbleiterkörper 100 erstrecken, wobei ein vertikaler Abstand v3 der Unterkanten der ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 von der ersten Oberfläche 101 größer sein kann als eine vertikale Ausdehnung v1 der Gatestrukturen 150 im SiC Halbleiterkörper 100.
  • Gemäß 6 können erste und zweite Seitenwände 151, 152 der Gatestrukturen 150 vertikal zur ersten Oberfläche 101 verlaufen. In ersten Mesen 181 sind jeweils zwei Transistorzellen TC ausgebildet, wobei sich Grabenkontakte 316 von der ersten Lastelektrode 310 aus in die ersten und zweiten Mesen 181, 182 erstrecken.
  • Die Gatestrukturen 150, die Grabenkontakte 316 und die ersten und zweiten Mesen 181, 182 können Streifenstrukturen sein. Alternativ können die Gatestrukturen 150 und/oder die Grabenkontakte 316 jeweils ein Gitter bilden. Alternativ können die ersten und zweiten Mesen 181, 182 Abschnitte einer gitterartig ausgebildeten Mesa sein.
  • Eine vertikale Ausdehnung v2 der Grabenkontakte 316 kann in etwa der vertikalen Ausdehnung v1 der Gatestrukturen 150 im SiC Halbleiterkörper 100 entsprechen.
  • Die ersten, zweiten und gegebenenfalls vorhandene weitere Abschirmgebiete 161, 162, 165 können unterhalb der Grabenkontakte 316 hochdotierte Abschirmkontaktgebiete 168 aufweisen, die zwischen dem Grabenkontakt 316 und einem Hauptabschnitt des jeweiligen Abschirmgebiets 161, 162, 165 ausgebildet sein können. Eine laterale Ausdehnung der ersten, zweiten und gegebenenfalls vorhandenen weiteren Abschirmgebiete 161, 162, 165 kann größer sein als eine entsprechende laterale Ausdehnung der Grabenkontakte 316. Die Abschirmgebiete 161, 162, 165 können sich entlang der Seitenwände der Grabenkontakte 316 bis zu den Sourcegebieten 110 erstrecken, wobei sie durch die Bodygebiete 120 von den benachbarten Gatestrukturen 150 beabstandet bleiben.
  • In den zweiten Mesen 182 können jeweils zwei Grabenkontakte 316 beiderseits eines dazwischenliegenden Diodengebiets 140 ausgebildet sein, wobei die ersten und zweiten Abschirmgebiete 161, 162 sich entlang der Grabenkontakte 316 bis zur ersten Oberfläche 101 erstrecken können und vertikale pn-Übergänge pn0 mit dem Diodengebiet 140 bilden.
  • Gemäß der Ausführungsform der 7 erstrecken sich Diodengebiete 140 jeweils zwischen einem Abschirmgebiet 160 und einem Bodygebiet 120 von der ersten Oberfläche 101 bis zu einem Stromverteilungsgebiet 137.
  • Die 8A-8C zeigen ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements 500 gemäß der 4E. Dabei bildet der SiC Halbleiterkörper 100 des Halbleiterbauelements 500 der 4E einen Teil eines Siliziumcarbidsubstrats, beispielsweise eines SiC Wafers oder einer epitaktischen Schicht, und eine erste Oberfläche 101 des SiC Halbleiterkörpers 100 entspricht einer Hauptfläche an der Vorderseite des Siliziumcarbidsubstrats.
  • Auf die erste Oberfläche 101 des SiC Halbleiterkörpers 100 wird ein erstes Maskenmaterial abgeschieden und durch ein fotolithographisches Verfahren strukturiert, wobei aus der ersten Maskenschicht eine erste Implantationsmaske 410 mit ersten Öffnungen 415 hervorgeht. Durch die Öffnungen 415 in der ersten Implantationsmaske 410 werden mit hoher Implantationsenergie Akzeptoratome implantiert.
  • 8A zeigt die erste Implantationsmaske 410 sowie durch die implantierten Akzeptoratome gebildete Teilgebiete 169, die unterhalb der ersten Maskenöffnungen 415 und in einem Abstand zur ersten Oberfläche 101 ausgebildet werden.
  • Die erste Implantationsmaske 410 wird entfernt. Eine zweite Maskenschicht wird abgeschieden und durch ein fotolithographisches Verfahren strukturiert. Aus der zweiten Maskenschicht geht eine zweite Implantationsmaske 420 hervor. Durch die Öffnungen 425 in der zweiten Implantationsmaske 420 werden weitere Akzeptoratome implantiert, wobei die maximale Implantationsenergie hierbei kleiner ist als die minimale Implantationsenergie bei Ausbildung der Teilgebiete 169.
  • 8B zeigt die zweite Implantationsmaske 420 sowie durch die implantierten Akzeptoratome gebildete Hauptgebiete 167, die unterhalb der zweiten Öffnungen 425 zwischen der ersten Oberfläche 101 und den Teilgebieten 169 ausgebildet sind. Weitere Implantationen in die Bereiche des SiC Halbleiterkörpers 100 zwischen die Hauptgebiete 167 bilden Sourcegebiete 110, Bodygebiete 120, Stromverteilungsgebiete 137 und Diodengebiete 140. Die weiteren Implantationen können vor oder nach Ausbildung der Teilgebiete 169 und/oder der Hauptgebiete 167 ausgeführt werden. Gategräben werden ausgebildet, wobei an ersten Seitenwände der Gategräben Sourcegebiete 110, Bodygebiete 120 und Stromverteilungsgebiete 137 ausgebildet sind und wobei an zweiten Seitenwänden, die den ersten Seitenwänden jeweils gegenüberliegen, Hauptgebiete 167 und Teilgebiete 169 ausgebildet sind.
  • 8C zeigt einen Abschnitt eines SiC Halbleiterbauelements 500 mit einem Diodengebiet 140 sowie mit ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten 161, 162, 165 wie oben in 4E beschrieben.
  • 9A-9C zeigen ein Verfahren, bei dem die Implantationsmaske zur Ausbildung der Teilgebiete 169 aus der Implantationsmaske zur Ausbildung der Hauptgebiete 167 hervorgeht.
  • 9A zeigt eine dritte Implantationsmaske 430 auf der ersten Oberfläche 101. Durch Öffnungen 435 in der dritten Implantationsmaske 430 werden Akzeptoratome in den SiC Halbleiterkörper 100 implantiert.
  • 9A zeigt durch die implantierten Akzeptoratome gebildete Hauptgebiete 167 von ersten, zweiten und weiteren Abschirmgebieten. Durch die Bildung von Spacern 431 selektiv an Abschnitten der dritten Implantationsmaske 430 oberhalb von Diodengebieten 140 wird eine vierte Implantationsmaske 440 gebildet. Durch die Öffnungen 445 in der vierten Implantationsmaske 440 werden Akzeptoratome mit einer Implantationsenergie implantiert, die höher ist als die maximale Implantationsenergie zur Ausbildung der Hauptgebiete 167.
  • 9B zeigt durch die implantierten Akzeptoratome gebildete Teilgebiete 169 mit teilweise einer kleineren laterale Weite als die Hauptgebiete 167.
  • 9C zeigt den SiC Halbleiterkörper 100 nach Ausbilden von Gatestrukturen 150, Sourcegebieten 110, Bodygebieten 120 und Stromverteilungsgebieten 137.

Claims (25)

  1. Halbleiterbauelement, das aufweist: eine Gatestruktur (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) aus in einen SiC Halbleiterkörper (100) erstreckt; ein Bodygebiet (120) in dem SiC Halbleiterkörper (100), das mindestens an eine erste Seitenwand (151) der Gatestruktur (150) angrenzt; ein erstes und ein zweites Abschirmgebiet (161, 162) von einem Leitfähigkeitstyp des Bodygebiets (120), wobei das erste und das zweite Abschirmgebiet (161, 162) mindestens doppelt so hoch dotiert sind wie das Bodygebiet (120); und ein Diodengebiet (140), das zwischen dem ersten und dem zweiten Abschirmgebiet (161, 162) einen Schottky-Kontakt (SC) mit einer Lastelektrode (310) bildet.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das Diodengebiet (140) jeweils einen pn Übergang (pn0) mit dem ersten Abschirmgebiet (161) und mit dem zweiten Abschirmgebiet (162) bildet.
  3. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Abstand (v3) einer Unterkante des ersten und/oder des zweiten Abschirmgebiets (161, 162) zur ersten Oberfläche (101) größer ist als eine vertikale Ausdehnung (v1) der Gatestruktur (150) .
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: ein Sourcegebiet (110) zwischen der ersten Oberfläche (101) und dem Bodygebiet (120), wobei das Sourcegebiet (110) mindestens an die erste Seitenwand (151) der Gatestruktur (150) angrenzt.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, wobei das erste Abschirmgebiet (161) auf einer dem Diodengebiet (140) gegenüberliegenden Seite an das Bodygebiet (120) und das zweite Abschirmgebiet (162) an ein weiteres Bodygebiet (120) angrenzt.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Abschirmgebiet (161, 162) jeweils auf einer dem Diodengebiet (140) gegenüberliegenden Seite an jeweils eine Kontaktstruktur (316) grenzen, wobei sich die Kontaktstrukturen (316) von der ersten Oberfläche (101) aus in den SiC Halbleiterkörper (100) erstrecken.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, wobei das erste Abschirmgebiet (161) an eine zweite Seitenwand (152) der Gatestruktur (150) und das zweite Abschirmgebiet (162) an ein weiteres Bodygebiet (120) grenzt.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei im ersten Abschirmgebiet (161) eine Dotierstoffkonzentration ein lokales Maximum aufweist, wobei sich das lokale Maximum zwischen der Gatestruktur (150) und einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) des SiC Halbleiterkörpers (100) befindet.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die erste Seitenwand (151) parallel zu einer ersten Hauptgitterebene verläuft und/oder um höchstens 2° gegen die ersten Hauptgitterebenen im SiC Halbleiterkörper (100) gekippt ist.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, aufweisend eine Vielzahl von Gatestrukturen (150), wobei der SiC Halbleiterkörper (100) eine erste Mesa (181) zwischen zwei benachbarten Gatestrukturen (150) aufweist, wobei die erste Mesa (181) frei von einem Diodengebiet (140) ist, und eine zweite Mesa (182) zwischen zwei benachbarten Gatestrukturen (150) aufweist, wobei in der zweiten Mesa (182) ein Diodengebiet (140) ausgebildet ist, das erste Abschirmgebiet (161) an das Diodengebiet (140) grenzt und das zweite Abschirmgebiet (162) an das Diodengebiet (140) und an ein Bodygebiet (120) grenzt.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, aufweisend eine Vielzahl von ersten Mesen (181) und zweiten Mesen (182), wobei benachbarte Gatestrukturen (150), zwischen denen erste Mesen (181) ausgebildet sind, in einem ersten Mitte-zu-Mitte Abstand (pt1) voneinander ausgebildet sind, benachbarte Gatestrukturen (150), zwischen denen zweite Mesen (182) ausgebildet sind, in einem zweiten Mitte-zu-Mitte Abstands (pt2) voneinander ausgebildet sind, und der erste Mitte-zu-Mitte Abstand (pt1) wenigstens 40% und höchstens 60% des zweiten Mitte-zu-Mitte Abstands (pt2) beträgt.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei zwischen zwei benachbarten zweiten Mesen (182) mindestens drei erste Mesen (181) ausgebildet sind.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Lastelektrode (310) eine Hauptschicht (315) und zwischen der Hauptschicht (315) und der ersten Oberfläche (101) eine erste Teilschicht (311) aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt der ersten Teilschicht (311) an das Diodengebiet (140) angrenzt.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, wobei die erste Lastelektrode (310) eine zweite Teilschicht (312) aufweist, die mindestens an das Sourcegebiet (110) und/oder mindestens eines der ersten und zweiten Abschirmgebiete (161, 162) angrenzt.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die erste Lastelektrode (310) eine Schottky-Kontaktstruktur (319) aufweist, die sich in vertikaler Richtung durch Öffnungen in einem die Gatestrukturen (150) von der ersten Lastelektrode (310) trennenden Zwischenlagendielektrikum (210) zu dem Diodengebiet (140) hin erstreckt.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, wobei die Schottky-Kontaktstruktur (319) direkt an das Diodengebiet (140), an das erste Abschirmgebiet (161) und an das zweite Abschirmgebiet (162) angrenzt.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Diodengebiet (140) ein unteres Teilgebiet (148) und zwischen dem unteren Teilgebiet (148) und der ersten Oberfläche (101) ein oberes Teilgebiet (142) aufweist, wobei eine zweite mittlere Weite (w2) des unteren Teilgebiets (148) mindestens 120% einer ersten mittleren Weite (w1) des oberen Teilgebiets (142) entspricht.
  18. Halbleiterbauelement, das aufweist: Diodengebiete (140) von einem ersten Leitfähigkeitstyp in einem SiC Halbleiterkörper (100), wobei die Diodengebiete (140) jeweils einen Schottky-Kontakt (SC) mit einer Lastelektrode (310) bilden; wobei entlang einer horizontalen ersten Richtung (191) jeweils zwischen zwei benachbarten Diodengebieten (140) mindestens eine Gatestruktur (150) ausgebildet ist, sich die mindestens eine Gatestruktur (150) von einer ersten Oberfläche (101) aus in den SiC Halbleiterkörper (100) erstreckt, wobei mindestens eine erste Seitenwand (151) der Gatestrukturen (150) an ein mit der Lastelektrode (310) elektrisch verbundenes Bodygebiet (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp angrenzt.
  19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, wobei die erste Lastelektrode (310) Schottky-Kontaktstrukturen (319) aufweist, die sich jeweils entlang einer vertikalen Richtung durch eine Öffnung in einem die Gatestrukturen (150) von der ersten Lastelektrode (310) trennenden Zwischenlagendielektrikum (210) zu einem der Diodengebiete (140) im SiC Halbleiterkörper (100) erstrecken.
  20. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei zwischen zwei benachbarten Diodengebieten (140) mindestens drei Gatestrukturen (150) ausgebildet sind.
  21. Halbleiterbauelement, das aufweist: Gatestrukturen (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) aus in einen SiC Halbleiterkörper (100) erstrecken, wobei in dem SiC Halbleiterkörper (100) eine Driftzone (131) von einem ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist; eine erste Mesen (181) und zweite Mesen (182), die in dem SiC Halbleiterkörper (100) zwischen den Gatestrukturen (150) angeordnet sind; Bodygebiete (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die in den ersten und zweiten Mesen (181, 182) des SiC Halbleiterkörpers (100) angeordnet sind, wobei die Bodygebiete (120) jeweils an eine erste Seitenwand (151) einer der Gatestrukturen (150) angrenzen; erste Abschirmgebiete (161) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die jeweils an eine zweite Seitenwand (152) einer der Gatestrukturen (150) grenzen; zweite Abschirmgebiete (162) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die jeweils an die Bodygebiete (120) in den zweiten Mesen (180) grenzen; und Diodengebiete (140) vom Leitfähigkeitstyp der Driftzone (131), wobei die Diodengebiete (140) zwischen den ersten und zweiten Abschirmgebieten (161, 162) Schottky-Kontakte (SC) mit einer Lastelektrode (310) bilden.
  22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, wobei die ersten Seitenwände (151) parallel zu (11-20)-Gitterebenen im SiC Halbleiterkörper (100) verlaufen oder um nicht mehr als 2° gegen die (11-20)-Gitterebenen gekippt sind.
  23. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei zwischen zwei benachbarten zweiten Mesen (182) jeweils mindestens drei erste Mesen (181) ausgebildet sind.
  24. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei eine mittlere Dotierstoffkonzentration in den Diodengebieten (140) höher ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone (131).
  25. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 21 bis 24, weiter aufweisend: Hilfsgrabenstrukturen (190), die sich jeweils zwischen dem Diodengebiet (140) und dem zweiten Abschirmgebiet (162) von der ersten Oberfläche (101) aus in die zweiten Mesen (182) erstrecken.
DE102019111308.3A 2018-05-07 2019-05-02 Siliziumcarbid halbleiterbauelement Pending DE102019111308A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018110943.1 2018-05-07
DE102018110943 2018-05-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019111308A1 true DE102019111308A1 (de) 2019-11-07

Family

ID=68276636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019111308.3A Pending DE102019111308A1 (de) 2018-05-07 2019-05-02 Siliziumcarbid halbleiterbauelement

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11101343B2 (de)
JP (1) JP7460331B2 (de)
CN (1) CN110459590A (de)
DE (1) DE102019111308A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018103973B4 (de) 2018-02-22 2020-12-03 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-halbleiterbauelement
DE102019111308A1 (de) 2018-05-07 2019-11-07 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid halbleiterbauelement
DE102018124740A1 (de) 2018-10-08 2020-04-09 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit einem sic halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
US10586845B1 (en) 2018-11-16 2020-03-10 Infineon Technologies Ag SiC trench transistor device and methods of manufacturing thereof
US11495613B2 (en) * 2020-08-04 2022-11-08 Sandisk Technologies Llc Three-dimensional memory device with high mobility channels and nickel aluminum silicide or germanide drain contacts and method of making the same
US11538828B2 (en) 2020-08-04 2022-12-27 Sandisk Technologies Llc Three-dimensional memory device with high mobility channels and nickel aluminum silicide or germanide drain contacts and method of making the same
CN112289851B (zh) * 2020-12-25 2021-03-23 瑞能半导体科技股份有限公司 碳化硅沟槽栅晶体管及其制造方法
CN112768447A (zh) * 2021-01-11 2021-05-07 杭州士兰集昕微电子有限公司 逆导型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
CN113013239A (zh) * 2021-03-08 2021-06-22 电子科技大学 一种新型源极肖特基接触igbt结构
CN115513299A (zh) * 2022-11-11 2022-12-23 广东芯粤能半导体有限公司 沟槽型晶体管及其形成方法

Family Cites Families (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693512B2 (ja) 1986-06-17 1994-11-16 日産自動車株式会社 縦形ｍｏｓｆｅｔ
JP3260001B2 (ja) 1992-06-12 2002-02-25 株式会社東芝 半導体素子
JPH07240409A (ja) 1994-02-28 1995-09-12 Fuji Electric Co Ltd 炭化珪素半導体素子の製造方法
US6008520A (en) 1994-12-30 1999-12-28 Siliconix Incorporated Trench MOSFET with heavily doped delta layer to provide low on- resistance
US6204533B1 (en) 1995-06-02 2001-03-20 Siliconix Incorporated Vertical trench-gated power MOSFET having stripe geometry and high cell density
US6049108A (en) 1995-06-02 2000-04-11 Siliconix Incorporated Trench-gated MOSFET with bidirectional voltage clamping
JPH09260650A (ja) 1996-03-22 1997-10-03 Fuji Electric Co Ltd 炭化ケイ素トレンチｆｅｔおよびその製造方法
JP2007129259A (ja) 1996-08-01 2007-05-24 Kansai Electric Power Co Inc:The 絶縁ゲート半導体装置
US6351009B1 (en) 1999-03-01 2002-02-26 Fairchild Semiconductor Corporation MOS-gated device having a buried gate and process for forming same
JP3485491B2 (ja) 1999-03-29 2004-01-13 シャープ株式会社 絶縁ゲート型半導体装置及びその製造方法
US7084456B2 (en) 1999-05-25 2006-08-01 Advanced Analogic Technologies, Inc. Trench MOSFET with recessed clamping diode using graded doping
US6998678B2 (en) 2001-05-17 2006-02-14 Infineon Technologies Ag Semiconductor arrangement with a MOS-transistor and a parallel Schottky-diode
GB0118000D0 (en) 2001-07-24 2001-09-19 Koninkl Philips Electronics Nv Manufacture of semiconductor devices with schottky barriers
US6621107B2 (en) 2001-08-23 2003-09-16 General Semiconductor, Inc. Trench DMOS transistor with embedded trench schottky rectifier
DE102004029297A1 (de) 2004-04-20 2005-11-17 Infineon Technologies Ag Vertikaler Feldeffekt-Leistungstransistor und Verfahren zur Herstellung
EP1761953A4 (de) 2004-06-30 2009-02-25 Advanced Analogic Tech Inc Graben-mosfet mit ausgesparter klemmdiode
US7265415B2 (en) 2004-10-08 2007-09-04 Fairchild Semiconductor Corporation MOS-gated transistor with reduced miller capacitance
JP2006324488A (ja) 2005-05-19 2006-11-30 Nec Electronics Corp 半導体装置及びその製造方法
DE102005041358B4 (de) 2005-08-31 2012-01-19 Infineon Technologies Austria Ag Feldplatten-Trenchtransistor sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP5017823B2 (ja) 2005-09-12 2012-09-05 富士電機株式会社 半導体素子の製造方法
JP5055786B2 (ja) 2006-02-20 2012-10-24 富士電機株式会社 Ｍｏｓ型半導体装置とその製造方法
JP2008108824A (ja) 2006-10-24 2008-05-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 炭化珪素半導体素子およびその製造方法
JP2008159916A (ja) 2006-12-25 2008-07-10 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP2008177335A (ja) 2007-01-18 2008-07-31 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 炭化珪素絶縁ゲート型半導体装置。
US20080246082A1 (en) 2007-04-04 2008-10-09 Force-Mos Technology Corporation Trenched mosfets with embedded schottky in the same cell
JP5261980B2 (ja) 2007-05-17 2013-08-14 富士電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置の製造方法
US8686493B2 (en) 2007-10-04 2014-04-01 Fairchild Semiconductor Corporation High density FET with integrated Schottky
JP4798119B2 (ja) 2007-11-06 2011-10-19 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP5444608B2 (ja) 2007-11-07 2014-03-19 富士電機株式会社 半導体装置
US7582922B2 (en) 2007-11-26 2009-09-01 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device
US7989882B2 (en) 2007-12-07 2011-08-02 Cree, Inc. Transistor with A-face conductive channel and trench protecting well region
JP5196980B2 (ja) 2007-12-10 2013-05-15 株式会社東芝 半導体装置
JP2009187966A (ja) 2008-02-01 2009-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置の製造方法
US8653589B2 (en) * 2009-04-15 2014-02-18 Force Mos Technology Co., Ltd. Low Qgd trench MOSFET integrated with schottky rectifier
JP5013436B2 (ja) 2009-06-04 2012-08-29 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP5300658B2 (ja) 2009-08-26 2013-09-25 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP5452718B2 (ja) 2010-06-02 2014-03-26 株式会社日立製作所 半導体装置
US8525254B2 (en) 2010-08-12 2013-09-03 Infineon Technologies Austria Ag Silicone carbide trench semiconductor device
US8384151B2 (en) 2011-01-17 2013-02-26 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and a reverse conducting IGBT
JP5858934B2 (ja) 2011-02-02 2016-02-10 ローム株式会社 半導体パワーデバイスおよびその製造方法
WO2012105609A1 (ja) 2011-02-02 2012-08-09 ローム株式会社 半導体装置
US8431470B2 (en) 2011-04-04 2013-04-30 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Approach to integrate Schottky in MOSFET
US8507978B2 (en) 2011-06-16 2013-08-13 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Split-gate structure in trench-based silicon carbide power device
JP5673393B2 (ja) 2011-06-29 2015-02-18 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置
JP5209152B1 (ja) 2011-09-22 2013-06-12 パナソニック株式会社 炭化珪素半導体素子およびその製造方法
JP5920970B2 (ja) 2011-11-30 2016-05-24 ローム株式会社 半導体装置
US8785278B2 (en) 2012-02-02 2014-07-22 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Nano MOSFET with trench bottom oxide shielded and third dimensional P-body contact
JP5776610B2 (ja) 2012-04-03 2015-09-09 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2014003191A (ja) 2012-06-20 2014-01-09 Hitachi Ltd 半導体装置
US8637922B1 (en) 2012-07-19 2014-01-28 Infineon Technologies Ag Semiconductor device
JP2014075582A (ja) 2012-09-12 2014-04-24 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置および半導体装置の製造方法
TW201421683A (zh) 2012-11-23 2014-06-01 Anpec Electronics Corp 具有低米勒電容之金氧半場效電晶體元件及其製作方法
US9293558B2 (en) 2012-11-26 2016-03-22 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device
TW201423993A (zh) 2012-12-07 2014-06-16 Ind Tech Res Inst 具有分段式電場屏蔽區之碳化矽溝槽式閘極電晶體及其製造方法
TWI520337B (zh) 2012-12-19 2016-02-01 財團法人工業技術研究院 階梯溝渠式金氧半場效電晶體及其製造方法
JP2014150113A (ja) 2013-01-31 2014-08-21 Toyota Motor Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6062269B2 (ja) 2013-01-31 2017-01-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP2014157896A (ja) 2013-02-15 2014-08-28 Toyota Central R&D Labs Inc 半導体装置とその製造方法
JP5955246B2 (ja) 2013-02-26 2016-07-20 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
US9029974B2 (en) 2013-09-11 2015-05-12 Infineon Technologies Ag Semiconductor device, junction field effect transistor and vertical field effect transistor
US9093522B1 (en) 2014-02-04 2015-07-28 Maxpower Semiconductor, Inc. Vertical power MOSFET with planar channel and vertical field plate
DE102014107325B4 (de) 2014-05-23 2023-08-10 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement und verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements
DE102014117780B4 (de) 2014-12-03 2018-06-21 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit einer Grabenelektrode und Verfahren zur Herstellung
US9577073B2 (en) 2014-12-11 2017-02-21 Infineon Technologies Ag Method of forming a silicon-carbide device with a shielded gate
DE102014119465B3 (de) 2014-12-22 2016-05-25 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit streifenförmigen trenchgatestrukturen, transistormesas und diodenmesas
US9583482B2 (en) 2015-02-11 2017-02-28 Monolith Semiconductor Inc. High voltage semiconductor devices and methods of making the devices
DE102015103072B4 (de) 2015-03-03 2021-08-12 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit grabenstruktur einschliesslich einer gateelektrode und einer kontaktstruktur fur ein diodengebiet
JP6030806B1 (ja) 2015-08-27 2016-11-24 新電元工業株式会社 ワイドギャップ型半導体装置及びワイドギャップ型半導体装置の製造方法
DE102016102493B3 (de) 2016-02-12 2017-07-20 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit einem temperatursensor, temperatursensor und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung mit einem temperatursensor
US20170345905A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Infineon Technologies Ag Wide-Bandgap Semiconductor Device with Trench Gate Structures
US20180358449A1 (en) 2017-06-12 2018-12-13 Maxpower Semiconductor Inc. Fabrication of Trench-Gated Wide-Bandgap Devices
CN109729743B (zh) * 2016-11-11 2021-12-28 新电元工业株式会社 Mosfet以及电力转换电路
CN109075213B (zh) 2016-11-16 2021-10-15 富士电机株式会社 半导体装置
DE102018104581B4 (de) 2017-03-24 2021-11-04 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
US9929265B1 (en) 2017-04-21 2018-03-27 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device
DE102017108738B4 (de) 2017-04-24 2022-01-27 Infineon Technologies Ag SiC-HALBLEITERVORRICHTUNG MIT EINEM VERSATZ IN EINEM GRABENBODEN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN HIERFÜR
JP6926869B2 (ja) * 2017-09-13 2021-08-25 富士電機株式会社 半導体装置
JP7059555B2 (ja) 2017-10-05 2022-04-26 富士電機株式会社 半導体装置
DE102017128633A1 (de) 2017-12-01 2019-06-06 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-halbleiterbauelement mit grabengatestrukturen und abschirmgebieten
DE102018103973B4 (de) 2018-02-22 2020-12-03 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-halbleiterbauelement
DE102019111308A1 (de) 2018-05-07 2019-11-07 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid halbleiterbauelement
DE102018124737A1 (de) 2018-10-08 2020-04-09 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit einem sic halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE102018124740A1 (de) 2018-10-08 2020-04-09 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit einem sic halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
US10903322B2 (en) 2018-11-16 2021-01-26 Infineon Technologies Ag SiC power semiconductor device with integrated body diode
US10985248B2 (en) 2018-11-16 2021-04-20 Infineon Technologies Ag SiC power semiconductor device with integrated Schottky junction
US10586845B1 (en) 2018-11-16 2020-03-10 Infineon Technologies Ag SiC trench transistor device and methods of manufacturing thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN110459590A (zh) 2019-11-15
JP7460331B2 (ja) 2024-04-02
US11626477B2 (en) 2023-04-11
JP2020004956A (ja) 2020-01-09
US20190341447A1 (en) 2019-11-07
US20210343835A1 (en) 2021-11-04
US11101343B2 (en) 2021-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019111308A1 (de) Siliziumcarbid halbleiterbauelement
DE102013214196B4 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102013022598B3 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102009047786B4 (de) Halbleiterbauelemente, Leistungshalbleiterbauelemente und Verfahren zum Ausbilden von Halbleiterbauelementen
DE112013007772B3 (de) Halbleitervorrichtung
DE102012206605B4 (de) Transistoranordnung mit einem mosfet und herstellungsverfahren
DE102018103849B4 (de) Siliziumcarbid-Halbleiterbauelement mit einer in einer Grabenstruktur ausgebildeten Gateelektrode
DE102014107325A1 (de) Halbleiterbauelement
DE112016003510T5 (de) HALBLEITERVORRlCHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER HALBLEITERVORRICHTUNG
DE102019121859B3 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gate
DE102014117780A1 (de) Halbleiterbauelement mit einer Grabenelektrode
DE19811297A1 (de) MOS-Halbleitervorrichtung mit hoher Durchbruchspannung
DE112016004718B4 (de) Halbleitereinheit
DE69814619T2 (de) Siliziumkarbid feldgesteuerter zweipoliger schalter
DE102019108062B4 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren
DE102017127848A1 (de) Siliziumcarbid-Halbleiterbauelement mit Randabschlussstruktur
DE112016006380T5 (de) Halbleiterbauelement
DE102018127797A1 (de) Einen siliziumcarbid-körper enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE102012108302A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung
DE102005048447B4 (de) Halbleiterleistungsbauelement mit Ladungskompensationsstruktur und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102013111375A1 (de) Transistorbauelement und verfahren zum herstellen einestransistorbauelements
DE102019130376A1 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit schottky-kontakt
DE102015118616B3 (de) Latchup-fester Transistor
DE102015109538B3 (de) Transistor mit verbessertem Lawinendurchbruchsverhalten und Verfahren zur Herstellung
DE102013107123A1 (de) Ladungskompensations-Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0029060000

Ipc: H01L0029780000

R016 Response to examination communication