DE102019114312A1 - Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsgebiet und herstellungsverfahren - Google Patents

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Moriz Jelinek
Werner Schustereder
Romain Esteve
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    • 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

Abstract

Ein Siliziumcarbid-Substrat (700) wird bereitgestellt, das eine Driftschicht (730) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben (770) enthält, der sich von einer Hauptoberfläche (701) des Siliziumcarbid-Substrats (700) in die Driftschicht (730) erstreckt. Erste Dotierstoffe werden durch eine erste Graben-Seitenwand (771) des Grabens (770) implantiert. Die ersten Dotierstoffe weisen einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf und werden unter einem ersten Implantationswinkel in das Siliziumcarbid-Substrat (700) implantiert, wobei unter dem ersten Implantationswinkel Channeling auftritt. Die ersten Dotierstoffe bilden eine erste Kompensationsschicht (181), die sich parallel zur ersten Graben-Seitenwand (771) erstreckt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Beispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, insbesondere auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung mit Kompensationsstruktur, und auf Verfahren zum Herstellen von Siliziumcarbid-Vorrichtungen mit Kompensationsstruktur.
  • HINTERGRUND
  • Der signifikanteste Unterschied zwischen herkömmlichen Leistungs-Halbleitervorrichtungen und Superjunction-Leistungs-Halbleitervorrichtungen ist eine Reihe lateraler Übergänge zwischen n-dotierten Gebieten und p-dotierten Gebieten in der Spannung haltenden Schicht der Superjunction-Leistungs-Halbleitervorrichtung. Ein lateraler Verarmungseffekt innerhalb der Spannung haltenden Schicht ermöglicht ein hohes Spannungssperrvermögen bei vergleichsweise niedrigem Ein-Zustand- bzw. Durchlasswiderstand. Eine Voraussetzung für ein hohes Spannungssperrvermögen ist ein ausreichendes Ladungsgleichgewicht zwischen den n-dotierten Gebieten und den p-dotierten Gebieten in der Spannung haltenden Schicht. Die Herstellung von Superjunction-Vorrichtungen aus Silizium umfasst typischerweise einen Multi-Epitaxie/Multi-Implantationsprozess mit einer maskierten Dotierung vom p-Typ oder eine Dotierung von sowohl einem maskierten p-Typ als auch einem maskierten n-Typ pro Schicht, einen Multi-Implantationsprozess bei verschiedenen Implantationsenergien oder einen Graben-Ätzprozess, kombiniert mit einem epitaktischen Wachstum in dem Graben, oder mit einem Prozess zur Dotierung aus der Gasphase der Grabenwand. Ein Ausbilden von Kompensationsstrukturen mit ausreichend gut definierter Ladungskompensation wird anspruchsvoller, falls der Diffusionskoeffizient des Halbleitermaterials gering ist.
  • Es besteht ein Bedarf daran, eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, die eine Kompensationsstruktur mit gut definierter Ladungskompensation enthält, zu wettbewerbsfähigen Kosten bereitzustellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Siliziumcarbid-Substrats, das eine Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben enthält, der sich von einer Hauptoberfläche des Siliziumcarbid-Substrats in die Driftschicht erstreckt. Erste Dotierstoffe werden durch eine erste Graben-Seitenwand des Grabens implantiert. Die ersten Dotierstoffe weisen einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf und werden unter einem ersten Implantationswinkel in das Siliziumcarbid-Substrat implantiert, wobei unter dem ersten Implantationswinkel Channeling bzw. ein Gitterführungseffekt auftritt. Die ersten Dotierstoffe bilden eine erste Kompensationsschicht, die sich parallel zur ersten Graben-Seitenwand erstreckt.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Siliziumcarbid-Substrats, das eine Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben enthält, der sich von einer Hauptoberfläche des Siliziumcarbid-Substrats in die Driftschicht erstreckt. Erste Dotierstoffe werden durch eine erste Graben-Seitenwand des Grabens implantiert. Die ersten Dotierstoffe weisen einen zweiten Leitfähigkeitstyps auf und bilden eine erste Kompensationsschicht, die sich parallel zu der ersten Graben-Seitenwand erstreckt. Zweite Dotierstoffe werden durch die erste Graben-Seitenwand implantiert. Die zweiten Dotierstoffe weisen den ersten Leitfähigkeitstyp auf und bilden eine zweite Kompensationsschicht. Die ersten und die zweiten Kompensationsschichten bilden einen pn-Übergang aus.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, die einen Siliziumcarbid-Körper enthält. Eine Gatestruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche in den Siliziumcarbid-Körper. Eine Füllstruktur ist zwischen der Gatestruktur und einer zweiten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers ausgebildet, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist. Ein Kompensationsgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps ist zwischen der Gatestruktur und der zweiten Oberfläche ausgebildet. Eine erste Kompensationsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist zwischen einer ersten Seitenwand der Füllstruktur und dem Kompensationsgebiet ausgebildet. Eine zweite Kompensationsschicht des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckt sich parallel zu der ersten Seitenwand. Die erste Kompensationsschicht und die zweite Kompensationsschicht bilden einen pn-Übergang.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in diese Patentbeschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben.
    • 1A - 1C zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit Kompensationsstruktur gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen.
    • 2A - 2C zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit Kompensationsschichten, die auf gegenüberliegenden Seitenwänden eines Grabens ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen.
    • 3 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats mit direkt angrenzenden Kompensationsschichten vom n-Typ, die durch Implantationen durch Seitenwände benachbarter Gräben gebildet werden.
    • 4 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats mit einer dritten Kompensationsschicht, die durch Implantationen durch Seitenwände benachbarter Gräben ausgebildet wird.
    • 5A - 5C zeigen schematische vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats, um ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen, das das Stapeln von Gräben in verschiedenen Schichten einschließt.
    • 6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Grabentiefe als Funktion einer Grabenbreite und des Implantationswinkels angibt, um Ausführungsformen zu diskutieren.
    • 7A - 7H zeigen schematische vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats, um ein Verfahren zum Herstellen eines SJ-TMOSFET aus SiC mit einseitigem Kanal gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen.
    • 8A - 8F zeigen schematische vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Substrats, um ein Verfahren zum Herstellen eines SJ-TMOSFET aus SiC gemäß einer Ausführungsform mit einer Gateelektrode und einer Füllstruktur, die im gleichen Graben ausgebildet sind, zu veranschaulichen.
    • 9A - 9B sind schematische horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SJ-TMOSFET aus SiC mit einseitigem Kanal gemäß einer Ausführungsform.
    • 10A - 10B sind schematische horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SJ-TMOSFET aus SiC mit einseitigem Kanal gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 11A - 11B sind schematische horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SJ-TMOSFET aus SiC mit einseitigem Kanal gemäß einer Ausführungsform, wobei die Kompensationsstruktur orthogonal zu den Gatestrukturen orientiert ist.
    • 12A - 12B sind schematische horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SJ-TMOSFET aus SiC gemäß einer Ausführungsform mit beidseitigem Kanal.
    • 13A - 13B sind schematische horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SJ-TMOSFET aus SiC gemäß einer anderen Ausführungsform mit beidseitigem Kanal.
    • 14A - 14B sind schematische horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SJ-TMOSFET aus SiC gemäß einer Ausführungsform mit einer Kompensationsstruktur, die Paare entgegengesetzt dotierter Kompensationsschichten enthält.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen eine Siliziumcarbid-Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung in die Praxis umgesetzt werden können. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Umfang der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnet, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen sind offene Begriffe, und die Begriffe geben 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 Begriff „elektrisch verbunden“ beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder ein hochdotiertes Halbleitermaterial. Der Begriff „elektrisch gekoppelt“ umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signal- und/oder Leistungsübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen verbunden sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Ein ohmscher Kontakt ist ein nicht gleichrichtender elektrischer Übergang mit einer linear oder nahezu linearen Strom-Spannung-Charakteristik.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ neben dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets ist, während ein „n+“-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Zwei angrenzende Dotierungsgebiete des gleichen Leitfähigkeitstyps und mit verschiedenen Dotierstoffkonzentrationen bilden einen unipolaren Übergang, z.B. einen (n/n+)-Übergang oder (p/p+)-Übergang, entlang einer Grenzfläche zwischen den beiden Dotierungsgebieten. Beim unipolaren Übergang kann ein Dotierstoffkonzentrationsprofil orthogonal zum unipolaren Übergang eine Stufe oder einen Wendepunkt zeigen, bei der oder dem sich das Dotierstoffkonzentrationsprofil von konkav in konvex oder umgekehrt ändert.
  • Für physikalische Abmessungen angegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Das Gleiche gilt für Bereiche mit einem Randwert wie „höchstens“ und „zumindest“.
  • Hauptbestandteile einer Schicht oder einer Struktur aus einer chemischen Verbindung oder Legierung sind solche Elemente, deren Atome die chemische Verbindung oder Legierung bilden. Beispielsweise sind Nickel und Silizium) die Hauptbestandteile einer Nickelsilizid-Schicht, und Kupfer und Aluminium sind die Hauptbestandteile einer Kupfer-Aluminium-Legierung.
  • Der Begriff „auf“ ist nicht dahingehend aufzufassen, dass er nur „direkt auf“ bedeutet. Vielmehr kann, falls ein Element „auf“ einem anderen Element positioniert ist (z.B. eine Schicht „auf“ einer anderen Schicht oder „auf“ einem Substrat ist), eine weitere Komponente (z.B. eine weitere Schicht) zwischen den zwei Elementen positioniert sein (z.B. kann eine weitere Schicht zwischen einer Schicht und einem Substrat, falls die Schicht „auf“ dem Substrat ist, positioniert sein).
  • In Bezug auf Strukturen und dotierte Gebiete, die in einem Siliziumcarbid-Körper ausgebildet sind, ist ein zweites Gebiet „unter“ einem ersten Gebiet, falls ein minimaler Abstand zwischen dem zweiten Gebiet und einer ersten Oberfläche an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers größer als ein maximaler Abstand zwischen dem ersten Gebiet und der ersten Oberfläche ist. Das zweite Gebiet ist „direkt unter“ dem ersten Gebiet, wo die vertikalen Projektionen der ersten und zweiten Gebiete in die erste Oberfläche überlappen. Die vertikale Projektion ist eine zur ersten Oberfläche orthogonale Projektion. Eine „horizontale Ebene“ ist eine Ebene parallel zu einer planaren ersten Oberfläche oder parallel zu einer mittleren Ebene einer gerippten Oberfläche.
  • Der Begriff „Leistungs-Halbleitervorrichtung“ bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen mit hohem Spannungssperrvermögen von zumindest 30 V, zum Beispiel 100 V, 600 V, 3,3 kV oder mehr, und einem nominalen Ein-Zustand-Strom oder Durchlassstrom von zumindest 1 A, beispielsweise 10 A oder mehr.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung ein Bereitstellen eines Siliziumcarbid-Substrats einschließen.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat kann aus einer Siliziumcarbid-Scheibe oder einem Siliziumcarbid-Wafer bestehen oder sie enthalten, die von einem einkristallinen Siliziumcarbid-Ingot geschnitten wurden. Beispielsweise kann das Siliziumcarbid-Substrat eine epitaktische Schicht und/oder einen Substratbereich enthalten, wobei der Substratbereich vom einkristallinen Siliziumcarbid-Ingot z.B. durch Sägen erhalten werden kann. Ein Durchmesser des Siliziumcarbid-Substrats kann einem Produktionsstandard für Halbleiter-Wafer entsprechen und kann beispielsweise zwei Zoll (51 mm), 3 Zoll (76 mm), 4 Zoll (100 mm), 150 mm (6 Zoll) oder 200 mm (8 Zoll) betragen.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat kann beispielsweise 15R-SiC (Siliziumcarbid des 15R-Polytyps), 2H-SiC, 4H-SiC oder 6H-Sic sein. Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Silizium und Kohlenstoff kann das Siliziumcarbid-Substrat Dotierstoffatome, zum Beispiel Stickstoff N, Phosphor P, Beryllium Be, Bor B, Aluminium Al und/oder Gallium Ga, enthalten. Ferner kann das Siliziumcarbid-Substrat unerwünschte Störstellen, zum Beispiel Wasserstoff, Fluor und/oder Sauerstoff, enthalten.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat kann zwei parallele, flache Hauptoberflächen der gleichen Form und Größe und eine Fläche einer lateralen Oberfläche, die die Ränder der beiden Hauptoberflächen verbindet, aufweisen. Beispielsweise kann das Siliziumcarbid-Substrat ein polygonales (z.B. rechtwinkliges oder hexagonales) Prisma mit oder ohne abgerundete Ränder oder ein rechter Zylinder mit oder ohne einem oder mehr Flats oder Notches sein.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat erstreckt sich entlang horizontalen Richtungen (im Folgenden auch „laterale Richtungen“ genannt) und kann eine Dicke entlang einer zu den horizontalen Richtungen orthogonalen vertikalen Richtung aufweisen, wobei die Dicke verglichen mit den horizontalen Richtungen gering ist.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat kann eine Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben enthalten, der sich von einer ersten Hauptoberfläche in die Driftschicht erstreckt. Die Driftschicht kann sich über die komplette horizontale Querschnittsfläche des Siliziumcarbid-Substrats erstrecken und kann eine gleichmäßige vertikale Ausdehnung aufweisen. Die Driftschicht kann mittels Epitaxie gebildet werden und kann eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in einem Bereich von 1 × 1015 cm3 bis 1 × 1019 cm3, zum Beispiel 3 × 1015 cm3 bis 3 × 1018 cm3, aufweisen. Beispielsweise kann die mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht in einem Bereich von 1 × 1015 cm3 bis 2 × 1017 cm3 oder von 3 × 1015 cm3 bis 1 × 1017 cm3 liegen. Gemäß einem anderen Beispiel kann die mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht in einem Bereich von 1 × 1016 cm3 bis 1 × 1019 cm3, beispielsweise in einem Bereich von 3 × 1016 cm3 bis 3 × 1018 cm3, liegen.
  • Der Graben kann ein nadelartiger Graben mit zwei orthogonalen lateralen Ausdehnungen innerhalb der gleichen Größenordnung sein oder kann mit einer ersten lateralen Ausdehnung, die zumindest zehnmal so groß wie eine zweite, orthogonale laterale Ausdehnung ist, streifenförmig sein.
  • Erste Dotierstoffe können durch zumindest eine erste Graben-Seitenwand des Grabens z.B. mittels Ionenstrahlimplantation implantiert werden. Die ersten Dotierstoffe weisen einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf und bilden eine erste Kompensationsschicht, die sich parallel zur ersten Seitenwand erstreckt. Die erste Kompensationsschicht kann eine annähernd gleichmäßige laterale Ausdehnung aufweisen. Eine vertikale Ausdehnung der ersten Kompensationsschicht in der Driftschicht kann zumindest entlang 90% der vertikalen Ausdehnung des Grabens vorliegen. Innerhalb der ersten Kompensationsschicht kann die Dotierstoffkonzentration als Funktion eines Abstands zur ersten Graben-Seitenwand entlang einer horizontalen Richtung variieren. Beispielsweise kann ein laterales Dotierstoffprofil in der ersten Kompensationsschicht ein, zwei oder mehr lokale Maxima aufweisen. In einer zur ersten Graben-Seitenwand parallelen Ebene kann die Dotierstoffkonzentration in der ersten Kompensationsschicht über zumindest 30% oder zumindest 50% oder sogar zumindest 90% der vertikalen Ausdehnung des Grabens annähernd gleichmäßig sein. Die erste Kompensationsschicht kann direkt an die erste Graben-Seitenwand grenzen oder kann in einem Abstand zur ersten Graben-Seitenwand ausgebildet sein.
  • Die ersten Dotierstoffe können unter einem ersten Implantationswinkel implantiert werden, bei dem Channeling bzw. ein Gitterführungseffekt im Siliziumcarbid-Substrat auftritt. Channeling tritt auf, wenn die Implantationsachse zu einer Hauptkristallrichtung, entlang der das Kristallgitter durchgehende Gitterkanäle ausbildet, parallel ist. Channeling kann auch auftreten, wenn die Implantationsachse um nicht mehr als ±1,5, typischerweise nicht mehr als ±0,5°, Grad von einer Hauptkristallrichtung mit durchgehenden Gitterkanälen abweicht. Da in den Gitterkanälen die Dotierstoffionen vorwiegend nur Kleinwinkelstreuung erfahren, während sie durch die verschiedenen Schichten von Atomen des Kristallgitters hindurchgehen, können die Dotierstoffatome im gleichen Gitterkanal bleiben und können signifikant tiefer in das Substrat als außerhalb der Gitterkanäle eindringen.
  • Für 4H-SiC ist beispielsweise eine Kristallrichtung, entlang der Channeling auftritt, die <11-23>-Richtung. Beispielsweise kann die Achse des Ionenimplantationsstrahls in Bezug auf die <0001>-Gitterrichtung um 17 Grad geneigt sein. Für den <11-23>-Kanal können im Allgemeinen sechs Orientierungen des Ionenimplantationsstrahls mit einem Winkel von 17 Grad in Bezug auf die <0001>-Richtung existieren. Die erste Graben-Seitenwand kann beispielsweise eine (11-20)-Kristallebene sein. Im Fall eines Winkels zur Achse der <0001>-Gitterrichtung in Bezug auf die vertikale Richtung kann der Ionenimplantationsstrahl zur vertikalen Richtung um 17 Grad plus minus der Winkel zur Achse (plus minus je nach der Orientierung des Ionenimplantationsstrahls in Bezug auf den Winkel zur Achse) geneigt sein. Für einen Winkel zur Achse von 4 Grad beispielsweise kann der Ionenimplantationsstrahl zur vertikalen Richtung um etwa 21 Grad (d.h. (17 + 4) Grad) oder 13 Grad (d.h. (17 - 4) Grad) geneigt sein. Andere Implantationswinkel in einem Bereich von 6 Grad bis 60 Grad in Bezug auf die <0001>-Gitterrichtung sind ebenfalls möglich.
  • Indem man eine Vielzahl von Gräben ausbildet und indem man eine Implantation, z.B. eine Channeling- bzw. kanalisierte Implantation, durch zumindest eine erste Graben-Seitenwand jedes der Gräben durchführt, bilden die ersten Kompensationsschichten und Bereiche der Driftschicht zwischen den ersten Kompensationsschichten eine Kompensationsstruktur, die ein hohes Spannungsdurchbruchsvermögen bei niedrigem Durchlasswiderstand ermöglichen kann. Eine Kompensationsstruktur mit einer vergleichsweise großen vertikalen Ausdehnung kann bei vergleichsweise niedriger Implantationsenergie gebildet werden. Die niedrigere Implantationsenergie einer kanalisierten Implantation kann die Verwendung einer vergleichsweise dünnen Implantationsmaske ermöglichen, wobei die Implantationsmaske dotierte Gebiete oder Strukturen außerhalb der Kompensationsstruktur gegen die Implantation abschirmen kann. Die Gräben ermöglichen ein Verlängern der vertikalen Ausdehnung von Kompensationsschichten über eine obere Grenze für Hochenergie-Implantationen durch die Hauptoberfläche hinaus. Die erste Kompensationsschicht kann eine vergleichsweise schmale horizontale Breite aufweisen, so dass es möglich ist, benachbarte erste Kompensationsschichten in einem vergleichsweise geringen Abstand von Mitte zu Mitte bereitzustellen. Für den Fall, dass nur eine erste Kompensationsschicht implementiert wird, ist es möglich, die Dotierung der epitaktisch abgeschiedenen Driftzone auf eine Weise zu steuern, um eine ausreichend exakte Kompensation einer Dotierung der Driftzone zu erzielen. Beispielsweise kann die Dotierungskonzentration der epitaktisch abgeschiedenen Driftzone in einem Bereich von 1 × 1016 cm3 bis 1 × 1019 cm3, zum Beispiel in einem Bereich von 3 × 1016 cm3 bis 3 × 1018 cm3, gewählt werden.
  • Die Channeling-Implantation kann die Reichweite der implantierten Dotierstoffe signifikant vergrößern und kann den Anteil an Ionen, die an der Graben-Seitenwand reflektiert werden, signifikant reduzieren. Entlang der Zielrichtung wird ein größerer Anteil der Ionen implantiert. Ein gewünschter Grad eines Ladungsgleichgewichts in der Kompensationsstruktur kann genauer erreicht werden. Eine mögliche Ausdiffusion der implantierten Dotierstoffe während der nachfolgenden Hochtemperaturschritte kann durch diese Channeling-Technik unterdrückt werden oder kann sogar im Wesentlichen vermieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können zweite Dotierstoffe durch die erste Graben-Seitenwand vor oder nach Implantieren der ersten Dotierstoffe implantiert werden. Die zweiten Dotierstoffe weisen den ersten Leitfähigkeitstyp auf und können eine zweite Kompensationsschicht bilden. Die ersten und die zweiten Kompensationsschichten können einen pn-Übergang ausbilden. Beispielsweise kann die erste Kompensationsschicht entlang der ersten Graben-Seitenwand und zwischen der ersten Graben-Seitenwand der zweiten Kompensationsschicht ausgebildet werden.
  • Alternativ dazu kann die zweite Kompensationsschicht zwischen der Graben-Seitenwand und der ersten Kompensationsschicht ausgebildet werden. Selbst wenn die erste Kompensationsschicht breiter als die zweite Kompensationsschicht ist, kann eine attraktive Superjunction-Ausführung erreicht werden. Falls der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist, kann zum Beispiel die große Implantationstiefe für Aluminiumionen die Ausbildung vergleichsweise schmaler erster und zweiter Kompensationsschichten ermöglichen.
  • Die Dotierstoffkonzentration in der zweiten Kompensationsschicht kann signifikant größer sein als eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht. Beispielsweise ist die maximale Dotierstoffkonzentration in der zweiten Kompensationsschicht zumindest eine, zum Beispiel zumindest zwei, Größenordnungen größer als die maximale Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht. Je größer der Anteil der implantierten Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps in Bezug auf die Dotierstoffe in der Driftschicht ist, desto genauer kann das Verhältnis zwischen den beiden Dotierstofftypen in der Kompensationsstruktur eingestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform kann ein anderes Siliziumcarbid-Substrat bereitgestellt werden. Das Siliziumcarbid-Substrat kann eine Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben enthalten, der sich von einer Hauptoberfläche des Siliziumcarbid-Substrats in die Driftschicht erstrecken kann. Erste Dotierstoffe können durch eine erste Graben-Seitenwand des Grabens implantiert werden. Die ersten Dotierstoffe können einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und können eine erste Kompensationsschicht bilden. Die erste Kompensationsschicht kann sich parallel zu der ersten Graben-Seitenwand erstrecken. Zweite Dotierstoffe können durch die erste Graben-Seitenwand implantiert werden. Die zweiten Dotierstoffe können den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und können eine zweite Kompensationsschicht bilden. Die ersten und die zweiten Kompensationsschichten können einen pn-Übergang ausbilden.
  • Beispielsweise kann die erste Kompensationsschicht entlang der ersten Graben-Seitenwand und zwischen der ersten Graben-Seitenwand und der zweiten Kompensationsschicht ausgebildet werden. Alternativ dazu kann die zweite Kompensationsschicht zwischen der Graben-Seitenwand und der ersten Kompensationsschicht ausgebildet werden.
  • Eine Kompensationsstruktur mit vergleichsweise großer vertikaler Ausdehnung und mit vergleichsweise genau definiertem Grad eines Ladungsgleichgewichts kann bei einer vergleichsweise niedrigen Implantationsenergie gebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Dotierstoffe unter einem ersten Implantationswinkel implantiert werden, wobei unter dem ersten Implantationswinkel im Siliziumcarbid-Substrat Channeling auftreten kann. Die kanalisierte Implantation kann die Reichweite der implantierten Dotierstoffe signifikant vergrößern und kann den Anteil an an der Graben-Seitenwand reflektierten Ionen signifikant reduzieren. Es ist möglich, dass ein größerer Anteil der Ionen entlang der Zielrichtung implantiert wird. Ein gewünschter Grad eines Ladungsgleichgewichts in der Kompensationsstruktur kann genauer erreicht werden. Eine mögliche Ausdiffusion der implantierten Dotierstoffe während der nachfolgenden Hochtemperaturschritte kann unterdrückt oder kann sogar im Wesentlichen vermieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die zweiten Dotierstoffe unter einem zweiten Implantationswinkel implantiert werden, unter welchem Channeling im Siliziumcarbid-Substrat auftritt. Der zweite Implantationswinkel kann ein Winkel sein, unter welchem Channeling auftritt. Der erste Implantationswinkel, unter welchem Channeling auftritt, und der zweite Implantationswinkel, unter welchem Channeling auftritt, können der gleiche Winkel sein oder können verschiedene Winkel sein. Die Implantationsenergie zum Implantieren der zweiten Dotierstoffe kann signifikant höher als die zum Implantieren der ersten Dotierstoffe genutzte Implantationsenergie sein, so dass die zweiten Dotierstoffe nur in einem geringen Maße mit der ersten Kompensationsschicht räumlich überlappen. Die zweite Kompensationsschicht kann durch die erste Kompensationsschicht vom Graben beabstandet ausgebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine kanalisierte Implantation für die zweiten Dotierstoffe mit einer nichtkanalisierten Implantation für die ersten Dotierstoffe so kombiniert werden, dass die erste Kompensationsschicht eine vergleichsweise geringe Breite in einer lateralen Richtung aufweist. Die laterale Breite der zweiten Dotierstoffe wird eher durch die Form der Implantationsspitze als durch eine Implantationsmaske definiert. Die Breite von sowohl der ersten als auch der zweiten Kompensationsschichten kann vergleichsweise schmal sein. Falls die Implantationen für sowohl die ersten als auch die zweiten Dotierstoffe Channeling nutzen, kann der zweite Implantationswinkel gleich dem ersten Implantationswinkel sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform können weitere erste Dotierstoffe durch eine zweite Graben-Seitenwand des Grabens implantiert werden, wobei die zweite Graben-Seitenwand der ersten Graben-Seitenwand gegenüberliegt und wobei die weiteren ersten Dotierstoffe eine weitere erste Kompensationsschicht parallel zur zweiten Seitenwand bilden. Auf diese Weise kann in jedem Bereich des Siliziumcarbid-Substrats zwischen benachbarten Gräben eine Vielzahl dotierter Gebiete einer Kompensationsstruktur realisiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können weitere zweite Dotierstoffe durch die zweite Graben-Seitenwand implantiert werden. Die weiteren zweiten Dotierstoffe können eine weitere zweite Kompensationsschicht parallel zu der zweiten Graben-Seitenwand bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die weiteren ersten und/oder die weiteren zweiten Dotierstoffe unter einem Implantationswinkel implantiert werden, unter welchem Channeling im Siliziumcarbid-Substrat auftritt.
  • Die weiteren zweiten Kompensationsschichten können eine durchgehende, kombinierte zweite Kompensationsschicht ausbilden, wobei ein Bereich des Siliziumcarbid-Substrats zwischen benachbarten Gräben ohne einen schwach dotierten Bereich einer Driftschicht ausgebildet werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform können dritte Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die erste Graben-Seitenwand unter einem Implantationswinkel implantiert werden, unter welchem im Siliziumcarbid-Substrat Channeling auftritt. Die Implantationsenergie kann höher als die Implantationsenergie zum Implantieren der ersten und der zweiten Dotierstoffe sein. Die dritten Dotierstoffe können eine dritte Kompensationsschicht an einer vom Graben abgewandten Seite der zweiten Kompensationsschicht ausbilden. Mit anderen Worten wird die dritte Kompensationsschicht an einer Seite der zweiten Kompensationsschicht ausgebildet, die von der ersten Graben-Seitenwand abgewandt ist, durch die die dritten Dotierstoffe implantiert werden.
  • Die ersten, zweiten und dritten Dotierstoffe können auch durch die zweite Graben-Seitenwand eines benachbarten Grabens mit der/dem gleichen oder annähernd der/dem gleichen Implantationsenergie, Implantationsdosis und/oder Implantationswinkel implantiert werden, die zum Implantieren der ersten, zweiten und dritten Dotierstoffe durch die ersten Graben-Seitenwände verwendet werden. Die beiden Gräben können in einem Abstand ausgebildet werden, der gering genug ist, so dass die durch die erste Graben-Seitenwand des ersten Grabens implantierten dritten Dotierstoffe und die durch die zweite Graben-Seitenwand des zweiten Grabens implantierten dritten Dotierstoffe eine kombinierte, lateral durchgehende dritte Kompensationsschicht bilden können. Die kombinierte dritte Kompensationsschicht kann in der lateralen Mitte eines SiC-Gebiets ausgebildet werden, das von einem Bereich des Siliziumcarbid-Substrats zwischen den beiden Gräben gebildet wird.
  • Die Dotierung der ersten, zweiten und dritten Kompensationsschichten kann getrennt eingestellt werden, um einen hohen Grad einer Ladungskompensation innerhalb des SiC-Gebiets zu ermöglichen. Gemäß anderen Ausführungsformen können eine oder mehr weitere Implantationen unter einem Implantationswinkel, unter welchem Channeling auftritt, und mit zunehmender Energie und variierender Dotierung durchgeführt werden, um eine Struktur mit einer Vielzahl vertikaler Kompensationsschichten eines abwechselnden Dotierungstyps auszubilden. Die Kompensationsschichten können verschiedene Breiten aufweisen, und die Implantationsdosis kann individuell ausgewählt werden, um ein gewünschtes Verhältnis eines Ladungsgleichgewichts bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Füllstruktur im Graben ausgebildet werden. Die Füllstruktur kann nach Ausbilden zumindest der ersten Kompensationsschicht gebildet werden. Die Füllstruktur kann ein Halbleitermaterial und/oder Isolatormaterial, z.B. eine Isolierschicht, ein Isolator-Füllmaterial, intrinsisches Siliziumcarbid und/oder schwach dotiertes Siliziumcarbid enthalten.
  • Eine Gateelektrode kann zwischen der Hauptoberfläche und der Füllstruktur ausgebildet werden. Die Gateelektrode kann ein Teil einer Gateelektroden-Struktur sein, die die Gateelektrode und ein Gatedielektrikum umfasst, wobei das Gatedielektrikum die Gateelektrode von zumindest einem Bodygebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps trennt. Vor Ausbilden der Gateelektroden-Struktur kann das Siliziumcarbid-Substrat an der Vorderseite ausgespart werden, und/oder eine epitaktische Schicht kann an der Vorderseite nach Ausbildung der ersten und, gegebenenfalls, der zweiten Kompensationsschicht oder der zweiten und dritten Kompensationsschichten gebildet werden. Die resultierende Vorrichtung kann eine Superjunction-(SJ)-Graben-MOSFET (TMOSFET) aus SiC mit einer nominalen Durchbruchspannung größer 3 kV sein. Beispielsweise trägt in SJ-TMOSFETs aus SiC mit einer nominalen Durchbruchspannung größer als 3 kV der Widerstand des Siliziumcarbid-Bereichs zwischen dem Transistorkanal und der rückseitigen Elektrode in einem signifikant höheren Maß zum gesamten Durchlasswiderstand als in TMOSFETs aus SiC mit einem niedrigeren Durchbruchspannungsvermögen bei.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Füllstruktur im Graben nach Ausbilden der ersten Kompensationsschicht, nach Ausbilden der ersten und der zweiten Kompensationsschichten oder nach Ausbilden der ersten, der zweiten und der dritten Kompensationsschichten gebildet werden. Eine epitaktische Schicht kann auf der Hauptoberfläche z.B. mittels Epitaxie gebildet werden. Ein weiterer Graben kann in der epitaktischen Schicht ausgebildet werden und kann die Füllstruktur freilegen. Weitere erste Dotierstoffe können durch eine weitere erste Seitenwand des weiteren Grabens in der epitaktischen Schicht implantiert werden, um eine Kompensationsschicht-Verlängerung der ersten Kompensationsschicht in der epitaktischen Schicht auszubilden.
  • Auf diese Weise ist es möglich, die vertikale Ausdehnung der Superjunction-Struktur verglichen mit Verfahren zu vergrößern, die Energiefilter in Kombination mit einer Implantation mit hoher Energie oder ultrahoher Energie verwenden, um eine Kompensationsstruktur basierend auf einer Superjunction-Struktur in Siliziumcarbid auszubilden. Verglichen mit einem Multi-Epitaxie/Multi-Implantationsprozess kann die Anzahl epitaktischer Schichten signifikant reduziert werden. Für eine Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einer nominalen Durchbruchspannung von 3,3 kV benötigt typischerweise ein Multi-Epitaxie/Multi-Implantationsprozess fünf bis sechs Epitaxieschichten bei einer maximalen Implantationsenergie von 20 MeV. Durch Ausbilden von Kompensationsschichten entlang Seitenwänden von Gräben kann es möglich sein, die Anzahl an Epitaxieschichten auf nur drei zu reduzieren und/oder die erforderliche Implantationsenergie signifikant zu reduzieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Dotierstoffe oder die ersten Dotierstoffe und die zweiten Dotierstoffe auch durch die Hauptoberfläche implantiert werden und können horizontale Bereiche der ersten Kompensationsschicht oder horizontale Bereiche der ersten und der zweiten Kompensationsschichten an der Hauptoberfläche ausbilden. Nach Ausbilden der ersten Kompensationsschicht oder nach Ausbilden der ersten und zweiten Kompensationsschichten kann eine Opferschicht, die die horizontalen Bereiche enthält, entfernt werden.
  • Die Implantationen durch die Seitenwände kann ohne Verwendung irgendeiner Implantationsmaske ausgeführt werden, da die nicht nutzbaren horizontalen Bereiche der Kompensationsschichten unter geringem Aufwand entfernt werden können.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vor Ausbilden der ersten Kompensationsschicht oder vor Ausbilden der ersten und zweiten Kompensationsschichten eine Implantationsmaske auf der Hauptoberfläche ausgebildet werden. Eine Öffnung in der Implantationsmaske kann den Graben freilegen. Die Implantationsmaske kann Bereiche der Hauptoberfläche gegen die geneigten Implantationen abschirmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können vierte Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen Boden des Grabens implantiert werden. Die implantierten vierten Dotierstoffe bilden ein erstes ergänzendes Kompensationsgebiet. Ein Implantieren der vierten Dotierstoffe kann eine Implantation mit hoher Energie durch einen Energiefilter einschließen, so dass die implantierten vierten Dotierstoffe eine annähernd gleichmäßige Energieverteilung aufweisen und sich annähernd gleichmäßig in dem ersten ergänzenden Kompensationsgebiet verteilen. Mit anderen Worten ist ein vertikales Dotierstoffprofil des ersten ergänzenden Kompensationsgebiets annähernd gleichmäßig („kastenförmig“). Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Implantation der vierten Dotierstoffe eine Implantation mit variierender Implantationsenergie einschließen oder wird unter variierenden Implantationswinkeln durchgeführt, um ein „kastenförmiges“ Dotierstoffprofil zu approximieren. Auf diese Weise ist es möglich, die vertikale Ausdehnung der Superjunction-Struktur unter nur geringem zusätzlichem Aufwand zu vergrößern.
  • Gemäß zumindest einer anderen Ausführungsform kann eine Siliziumcarbid-Vorrichtung einen Siliziumcarbid-Körper enthalten. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung kann eine Leistungs-Halbleitervorrichtung, zum Beispiel eine Halbleiterdiode, eine MPS-(Merged-Pin-Schottky)-Diode, ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), ein Bipolartransistor mit mit isoliertem Gate (IGBT) oder eine MGD (MOS-gesteuerte Diode), sein. Der Siliziumcarbid-Körper kann einkristallines SiC enthalten.
  • Eine Gatestruktur kann sich von einer ersten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers in den Siliziumcarbid-Körper erstrecken. Die Gatestruktur kann zumindest eine Gateelektrode und ein Gatedielektrikum enthalten, wobei das Gatedielektrikum zwischen der Gateelektrode und dem Siliziumcarbid-Körper ausgebildet ist. Die Gatestruktur kann zusätzlich zu dem Gatedielektrikum und der Gateelektrode weitere leitfähige und dielektrische Strukturen enthalten.
  • Eine Füllstruktur kann zwischen der Gatestruktur und einer zweiten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers ausgebildet sein, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist. Die Füllstruktur kann in einem Bereich des Siliziumcarbid-Körpers unter der Gatestruktur ausgebildet sein. Eine zur zweiten Oberfläche orientierte Bodenfläche der Gatestruktur kann mit einer oberen Oberfläche der Füllstruktur in Kontakt sein.
  • Ein Kompensationsgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps kann im Siliziumcarbid-Körper zwischen der Gatestruktur und der zweiten Oberfläche ausgebildet sein. Das Kompensationsgebiet kann in einer horizontalen Richtung in Bezug auf die Füllstruktur ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Kompensationsgebiet lateral zwischen zwei benachbarten der Füllstrukturen ausgebildet sein. Die Füllstruktur kann Teil der Kompensationsstruktur für den Fall sein, dass das Dotierungsniveau der Füllstruktur hoch genug und gut gesteuert ist.
  • Eine erste Kompensationsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps kann im Siliziumcarbid-Körper zwischen der ersten Seitenwand der Füllstruktur und dem Kompensationsgebiet ausgebildet sein. Die erste Kompensationsschicht kann eine vertikale Schicht sein, die sich parallel zur ersten Seitenwand der Füllstruktur erstreckt. Die erste Kompensationsschicht kann direkt an die erste Seitenwand grenzen oder kann in einem Abstand zur ersten Seitenwand ausgebildet sein. Die erste Kompensationsschicht kann mit dem Kompensationsgebiet in direktem Kontakt sein oder kann in einem Abstand zum Kompensationsgebiet ausgebildet sein.
  • Die erste Kompensationsschicht und das Kompensationsgebiet können einen Teil einer Superjunction-Struktur mit vergleichsweise genau definierter Ladungskompensation und mit einem geringen Abstand von Mitte zu Mitte zwischen dotierten Säulen des gleichen Leitfähigkeitstyps bilden. Die Superjunc-tion-Struktur kann zu einer Reduzierung eines Durchlasswiderstands ohne Verlust eines Spannungssperrvermögens beitragen.
  • Eine zweite Kompensationsschicht des ersten Leitfähigkeitstyps kann im Siliziumcarbid-Körper ausgebildet sein. Die zweite Kompensationsschicht kann sich parallel zur ersten Seitenwand erstrecken. Die ersten und die zweiten Kompensationsschichten können einen pn-Übergang bilden. Beispielsweise kann die zweite Kompensationsschicht an einer von der Füllstruktur abgewandten Seite der ersten Kompensationsschicht ausgebildet sein, so dass die erste Kompensationsschicht zwischen der Füllstruktur und der zweiten Kompensationsschicht liegt. Alternativ dazu wird die zweite Kompensationsschicht zwischen der Füllstruktur und der ersten Kompensationsschicht ausgebildet.
  • Die zweite Kompensationsschicht kann einen Bereich des Kompensationsgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps bilden oder kann das Kompensationsgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps vollständig bilden. Alternativ dazu kann die zweite Kompensationsschicht von dem Kompensationsgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps lateral getrennt sein.
  • Eine maximale Dotierstoffkonzentration in der zweiten Kompensationsschicht kann zumindest 1016 cm3 oder zumindest 3 × 1016 cm3, zumindest 1017 cm3 oder sogar zumindest 1 × 1018 cm3 betragen. Eine hohe Dotierstoffkonzentration in beiden Typen dotierter Säulen einer Superjunction-Struktur kann einen niedrigen Durchlasswiderstand im stromführenden Weg zur Folge haben.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist es möglich, dass eine maximale Dotierstoffkonzentration in der ersten Kompensationsschicht z.B. zumindest 1016 cm3 oder zumindest 3 × 1016 cm3, zumindest 1017 cm3 oder sogar zumindest 1 × 1018 cm3 beträgt. Eine hohe Dotierstoffkonzentration in den dotierten Säulen einer Superjunction-Struktur, die eine Vielzahl der ersten Kompensationsschichten enthält, kann einen niedrigen Durchlasswiderstand im stromführenden Weg ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine dotierte horizontale Schicht im Siliziumcarbid-Körper zwischen der Füllstruktur und der zweiten Oberfläche ausgebildet werden. Die dotierte horizontale Schicht kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen oder kann erste Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps enthalten, die sich entlang zumindest einer horizontalen Richtung abwechseln. Die horizontale Schicht und die erste Kompensationsschicht können einen ersten geneigten Übergang ausbilden, wobei sich der erste geneigte Übergang in einer ersten Übergangsebene erstrecken kann. Ein erster Neigungswinkel zwischen den ersten geneigten Übergängen und einer vertikalen Richtung weicht um nicht mehr als ±5 Grad von einem Winkel zwischen der vertikalen Richtung und einer Gitterrichtung, entlang der Channeling auftritt, ab. Beispielsweise kann sich der geneigte Übergang in einer Ebene parallel zu einer Kristallrichtung erstrecken, in der Channeling auftritt. Die Kristallrichtung, in der Channeling auftritt, kann eine der oben beschriebenen Kristallrichtungen sein.
  • Der erste geneigte Übergang kann ein unipolarer Übergang oder ein pn-Übergang sein. Der erste geneigte Übergang kann durch eine kanalisierte Implantation definiert werden, wobei die implantierten Dotierstoffionen in einem vergleichsweise großen Abstand zur ersten Seitenwand zur Ruhe kommen.
  • Der Siliziumcarbid-Körper kann beispielsweise 4H-SiC enthalten, wobei die erste Oberfläche einen Winkel zur Achse von etwa 4° gegen die <0001>-Gitterrichtung aufweist. Der erste geneigte Übergang kann ein Winkel von etwa 17° gegen die <0001>-Gitterrichtung aufweisen. Der erste geneigte Übergang kann zur vertikalen Richtung um etwa 21 Grad oder um etwa 13 Grad geneigt sein. Die für Channeling genutzte Kristallrichtung kann die <11-23>-Richtung sein, wobei vergleichsweise niedrige Implantationsenergien ausreichen können, um vergleichsweise breite erste Kompensationsschichten auszubilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die horizontale Schicht und die zweite Kompensationsschicht einen zweiten geneigten Übergang ausbilden, wobei sich der zweite geneigte Übergang entlang einer zweiten Übergangsebene erstrecken kann. Ein zweiter Neigungswinkel zwischen den zweiten geneigten Übergängen und einer vertikalen Richtung weicht um nicht mehr als ±5 Grad von einem Winkel zwischen der vertikalen Richtung und einer Gitterrichtung, entlang welcher Channeling auftritt, ab. Beispielsweise kann sich der zweite geneigte Übergang in einer Ebene parallel zu einer Kristallrichtung erstrecken, in der Channeling auftritt. Die Kristallrichtung, in der Channeling auftritt, kann eine der oben beschriebenen Kristallrichtungen sein.
  • Der zweite geneigte Übergang kann ein unipolarer Übergang oder ein pn-Übergang sein. Der zweite geneigte Übergang kann durch eine kanalisierte Implantation definiert werden, wobei die implantierten Dotierstoffionen in einem vergleichsweise großen Abstand zur ersten Seitenwand zur Ruhe kommen. Der zweite Neigungswinkel kann gleich dem ersten Neigungswinkel sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Siliziumcarbid-Körper ein Abschirmgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps enthalten, wobei zumindest ein Bereich des Abschirmgebiets zwischen der Gatestruktur und der zweiten Oberfläche ausgebildet ist. Das Abschirmgebiet kann das elektrische Feld im Gatedielektrikum reduzieren und kann zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Gatedielektrikums beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Abschirmgebiet mit zumindest einem Bereich einer Gate-Bodenfläche der Gatestruktur und mit der ersten Kompensationsschicht in Kontakt sein. Das Abschirmgebiet kann das elektrische Feld im Gatedielektrikum effektiv reduzieren und kann gleichzeitig zu einer elektrischen Verbindung der ersten Kompensationsschichten mit einer ersten Lastelektrode an einer Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann sich eine weitere erste Kompensationsschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps entlang einer zweiten Richtung der Füllstruktur erstrecken. Die zweite Seitenwand der Füllstruktur liegt der ersten Seitenwand gegenüber. Kompensationsschichten des zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf zwei gegenüberliegenden Seitenwänden ausgebildet sind, ermöglichen einen geringeren lateralen Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten dotierten Säulen einer Superjunction-Struktur und können die Effizienz der Superjunction-Struktur erhöhen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein erstes ergänzendes Kompensationsgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps im Siliziumcarbid-Körper zwischen der Füllstruktur und der zweiten Oberfläche ausgebildet sein. Das erste ergänzende Kompensationsgebiet kann mit einer Bodenfläche der Füllstruktur und mit der ersten Kompensationsschicht in Kontakt sein. Ein vertikales Dotierstoffprofil des ersten ergänzenden Kompensationsgebiets kann annähernd gleichmäßig („kastenförmig“) sein.
  • Die erste ergänzende Kompensationsstruktur kann die gesamte vertikale Ausdehnung einer Superjunction-Struktur vergrößern, wobei die erste Kompensationsstruktur effektiv ausgebildet werden kann, indem Ionen durch den Boden eines vorübergehend gebildeten Grabens implantiert werden, worin in einer späteren Phase die Füllstruktur ausgebildet wird. Außerdem kann die erste Kompensationsstruktur auf gegenüberliegenden Seiten der Füllstruktur ausgebildete erste Kompensationsschichten effektiv elektrisch verbinden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine horizontale longitudinale Achse der Gatestruktur zu einer horizontalen longitudinalen Achse der Füllstruktur geneigt sein. Beispielsweise kann die horizontale longitudinale Achse der Gatestruktur zur horizontalen longitudinalen Achse der Füllstruktur orthogonal sein. Mit anderen Worten: die Gatestrukturen können senkrecht zu den Füllstrukturen verlaufen. Ein lateraler Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Gatestrukturen kann von einem lateralen Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Gatestrukturen entkoppelt sein. Ein Entkoppeln beider Abstände von Mitte zu Mitte voneinander kann Prozessanforderungen entlasten bzw. lockern.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Füllstruktur ein dielektrisches Material enthalten. Die Füllstruktur kann zum Beispiel eine Isolierschicht enthalten, die sich parallel zu den Seitenwänden der Füllstruktur erstreckt, wobei die Isolierschicht ein oder mehr dielektrische Materialien enthalten kann. Die Füllstruktur kann einen Füllbereich enthalten, der eine Mitte der Füllstruktur füllt, wobei die Füllstruktur ein oder mehr dielektrische Materialien enthalten kann. Die Füllstruktur kann halbleitende Strukturen, zum Beispiel Strukturen aus intrinsischem Siliziumcarbid und/oder dotiertem kristallinem Siliziumcarbid, oder andere leitfähige Strukturen enthalten, wobei die anderen leitfähigen Strukturen gegen den Siliziumcarbid-Körper isoliert sein können. Das Isoliermaterial kann das Spannungsdurchbruchsvermögen der Füllstruktur verbessern.
  • 1A bis 1C beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung aus einem Siliziumcarbid-Substrat 700. Eine Hauptoberfläche 701 an einer Vorderseite des Siliziumcarbid-Substrats 700 kann planar sein oder kann gerippt sein. Im Fall einer gerippten Hauptoberfläche 701 wird im Folgenden der Einfachheit halber eine planare mittlere Oberfläche der gerippten Hauptoberfläche als die Hauptoberfläche 701 betrachtet, wobei die mittlere Oberfläche einen minimalen Abstand zu allen Punkten der gerippten Oberfläche aufweist. Die Hauptoberfläche 701 erstreckt sich entlang horizontalen Richtungen (im Folgenden auch „lateralen“ Richtungen) und orthogonal zu einer vertikalen Richtung 104.
  • Die folgenden Ausführungsformen beziehen sich auf die Herstellung von Siliziumcarbid-Vorrichtungen mit n-Kanal-Transistorzellen mit n-dotierten Sourcegebieten und mit p-dotierten Bodygebieten. Dementsprechend ist der Leitfähigkeitstyp der Sourcegebiete - oder erste Leitfähigkeitstyp - ein n-Typ, und der Leitfähigkeitstyp der Bodygebiete - oder zweite Leitfähigkeitstyp - ist ein p-Typ. Andere Ausführungsformen können sich auf SiC-Vorrichtungen mit p-Kanal-Transistorzellen mit p-dotierten Sourcegebieten und mit n-dotierten Bodygebieten beziehen.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat 700 enthält eine Driftschicht 730. Die Driftschicht 730 weist den ersten Leitfähigkeitstyp auf und kann gleichmäßig dotiert sein oder kann ein nicht gleichmäßiges vertikales Dotierstoffprofil aufweisen. Die Driftschicht 730 kann eine epitaktische Schicht sein oder kann ein epitaktischer gewachsener vertikaler Abschnitt sein. Eine maximale Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht 730 kann höchstens 1017 cm3 betragen. Eine vertikale Ausdehnung der Driftschicht 730 kann zumindest 5 µm oder zumindest 10 µm oder sogar zumindest 15 µm betragen.
  • Gräben 770 erstrecken sich von der Hauptoberfläche 701 in die Driftschicht 730. Bereiche des Siliziumcarbid-Substrats 700, die benachbarte Gräben 770 lateral trennen, bilden SiC-Bereiche 190. Die Gräben 770 können mit einer horizontalen longitudinalen Ausdehnung, die zur Querschnittsebene orthogonal ist, streifenförmig sein. Die horizontale longitudinale Ausdehnung der Gräben 770 kann zumindest ein Zehnfaches einer Grabenbreite w1 sein. Alternativ dazu können die Gräben 770 zwei orthogonale horizontale Abmessungen innerhalb der gleichen Größenordnung, z.B. mit annähernd gleichen orthogonalen horizontalen Abmessungen, aufweisen, wobei der horizontale Querschnitt der Gräben 770 ein Kreis oder ein regelmäßiges Polygon, z.B. ein Quadrat, sein kann.
  • Eine Grabentiefe v1 kann in einem Bereich von 1 µm bis 10 µm, zum Beispiel von 2 µm bis 6 µm, liegen. Die Grabenbreite w1 kann in einem Bereich von 200 nm bis 5 µm oder in einem Bereich zwischen 500 nm und 2 µm liegen. Ein Graben-Aspektverhältnis v1:w1 kann zum Beispiel in einem Bereich von 0,2 bis 50 oder von 0,3 bis 25 oder von 0,5 bis 5 liegen. Das Graben-Aspektverhältnis kann von einem Implantationswinkel der Implantation abhängen. Beispielsweise kann in einigen Beispielen, insbesondere im Fall eines Implantationswinkels gegen die <0001>-Gitterrichtung, das Graben-Aspektverhältnis zumindest 3,0 und höchstens 3,6 betragen. Ein Graben-Pitch p1 oder ein Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Gräben 770 kann in einem Bereich von 0,5 µm bis 20 µm oder von 1 µm bis 10 µm liegen.
  • Erste Dotierstoffe werden durch erste Graben-Seitenwände 771 mittels Ionenstrahl-Implantation implantiert. Ein erster Implantationswinkel γ1 zwischen einer Ionenstrahlachse 801 und der vertikalen Richtung 104 kann so ausgewählt werden, dass die Ionenstrahlachse 801 parallel zu einer Gitterrichtung, entlang der im Siliziumcarbid-Substrat 700 Channeling auftritt, ist oder um nicht mehr als 2° (typischerweise um nicht mehr als 1,5° oder nicht mehr als 1° oder sogar nicht mehr als 0,5°) davon abweicht. Das Graben-Aspektverhältnis v1:w1 kann so ausgewählt werden, dass die geneigte Implantation über die komplette Grabentiefe v1 gleichmäßig effektiv ist.
  • Die implantierten ersten Dotierstoffe bilden erste Kompensationsschichten 181 des zweiten Leitfähigkeitstyps, wie in 1A gezeigt ist. Die ersten Kompensationsschichten 181 umfassen vertikale Bereiche, die sich parallel zu den ersten Graben-Seitenwänden 771 erstrecken, und horizontale Bereiche, die sich parallel zu der Hauptoberfläche 701 erstrecken.
  • Vor oder nach den ersten Dotierstoffen können zweite Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps durch die ersten Graben-Seitenwände 771 implantiert werden. Die Implantation der zweiten Dotierstoffe kann eine kanalisierte Implantation sein und/oder kann höhere Implantationsenergien als die Implantation der ersten Dotierstoffe nutzen.
  • Ein zweiter Implantationswinkel γ2 zwischen einer Ionenstrahlachse 801 und der vertikalen Richtung 104 kann so ausgewählt werden, dass die Ionenstrahlachse 801 parallel zu einer Gitterrichtung, entlang der in dem Siliziumcarbid-Substrat 700 Channeling auftritt, ist oder um nicht mehr als 2° (typischerweise nicht mehr als 1,5° oder nicht mehr als 1° oder sogar nicht mehr als 0,5°) davon abweicht. Der zweite Implantationswinkel γ2 kann vom ersten Implantationswinkel γ1 abweichen oder kann gleich dem ersten Implantationswinkel γ1 sein.
  • Gemäß 1B bilden die zweiten Dotierstoffe zweite Kompensationsschichten 182b des ersten Leitfähigkeitstyps in einem ersten Abstand d1 zu den ersten Graben-Seitenwänden 771. Eine laterale Breite w3 der zweiten Kompensationsschichten 182b kann kleiner als, gleich dem oder größer als der erste Abstand d1 sein. Die zweiten Kompensationsschichten 182b können horizontale Bereiche, die sich parallel zu der Hauptoberfläche 701 erstrecken, und vertikale Bereiche, die sich parallel zu den ersten Graben-Seitenwänden 771 erstrecken, umfassen. In jedem SiC-Bereich 190 bildet ein von den geneigten Implantationen unbeeinflusstes Gebiet einen dotierten zweiten Kontaktbereich 182a des ersten Leitfähigkeitstyps.
  • Die horizontalen Bereiche der ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182b können z.B. durch Ätzen oder durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren) entfernt werden. Ein Füllen der Gräben 770 kann vorangehen oder kann der Entfernung der horizontalen Bereiche folgen.
  • 1C zeigt das Siliziumcarbid-Substrat 700 nach einer Entfernung der horizontalen Bereiche der ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182b. Jeder SiC-Bereich 190 enthält zwei entgegengesetzt dotierte Säulen einer Kompensationsstruktur 180, wobei die Kompensationsstruktur 180 eine Superjunction-Struktur ausbildet. Beispielsweise können in jedem SiC-Bereich 190 die zweite Kompensationsschicht 182b und der zweiten Kontaktbereich 182a eine n-dotierte Säule einer Superjunction-Struktur ausbilden, und die erste Kompensationsschicht 181 kann eine p-dotierte Säule der Superjunction-Struktur bilden.
  • Falls die Gräben 770 mit Isoliermaterial(ien) gefüllt werden, können die p-dotierten und die n-dotierten Säulen der Kompensationsstruktur in jedem SiC-Bereich 190 in einem vordefinierten Maß in der Ladung ausgeglichen werden, wobei in einer horizontalen Querschnittsebene des SiC-Bereichs 190 das Donator-Oberflächenintegral von einem Graben 770 zum benachbarten Graben 770 über den gleichen Abstand um nicht mehr als ±20% (oder nicht mehr als ±10% oder sogar nicht mehr als ±5%; wahlweise um zumindest 2%) von demjenigen des Akzeptor-Oberflächenintegrals abweicht.
  • Falls die Gräben 770 mit dotiertem Halbleitermaterial gefüllt werden, kann das dotierte Halbleitermaterial in den Gräben 770 einen Bereich der Säule vom p-Typ oder einer weiteren Säule vom n-Typ der Kompensationsstruktur 800 bilden. Die Füllstruktur kann Teil der Kompensationsstruktur sein; dies kann erfordern, dass das Dotierungsniveau der Füllstruktur ausreichend hoch und gut gesteuert ist. Für den Fall einer n-dotierten Füllstruktur kann die Füllstruktur zum Fluss des Laststroms beitragen.
  • In einer horizontalen Querschnittsebene weicht das Donator-Oberflächenintegral von der ersten Graben-Seitenwand 771 eines ersten Grabens 770 zur ersten Graben-Seitenwand 771 des benachbarten Grabens 770 um nicht mehr als ±20% (oder nicht mehr als ±10% oder sogar nicht mehr als ±5%) von demjenigen des Akzeptor-Oberflächenintegrals über den gleichen Abstand ab.
  • 2A - 2C zeigen kanalisierte Implantationen für zweite Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in zwei gegenüberliegende Graben-Seitenwände 771, 772, wobei die kanalisierten Implantationen zwei kanalisierten oder nichtkanalisierten Implantationen für erste Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps in die beiden Graben-Seitenwände 771, 772 vorausgehen.
  • Wie in 2A veranschaulicht ist, bilden die zweiten Dotierstoffe zweite Kompensationsschichten 182b in einem Abstand d1 zu den ersten Graben-Seitenwänden 771 und zu den zweiten Graben-Seitenwänden 772.
  • 2B zeigt erste Kompensationsschichten 181, die zwischen den zweiten Kompensationsschichten 182b und den ersten Graben-Seitenwänden 771 ausgebildet sind und zwischen den zweiten Kompensationsschichten 182b und den zweiten Graben-Seitenwänden 772 ausgebildet sind.
  • 2C zeigt das Siliziumcarbid-Substrat 700 nach Entfernung der horizontalen Bereiche der ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182b. Jeder SiC-Bereich 190 enthält drei dotierte Säulen einer Kompensationsstruktur 180. Beispielsweise bilden in jedem SiC-Bereich 190 die ersten Kompensationsschichten 181 zwei p-dotierte Säulen der Kompensationsstruktur 180, und die zweiten Kompensationsschichten 182b und der zweite Kompensationsbereich 182a bilden eine laterale zusammenhängende n-dotierte Säule der Kompensationsstruktur 180.
  • In einer horizontalen Querschnittsebene weicht das Donator-Oberflächenintegral von der ersten Graben-Seitenwand 771 eines ersten Grabens 770 zur ersten Graben-Seitenwand 771 des benachbarten Grabens 770 um nicht mehr als ±20% (oder nicht mehr als ±10% oder sogar nicht mehr als ±5%; optional um zumindest 2%) vom demjenigen des Akzeptor-Oberflächenintegrals von der ersten Graben-Seitenwand 771 des ersten Grabens 770 zur ersten Graben-Seitenwand 771 des benachbarten Grabens 770 ab.
  • In 3 sind der Graben-Pitch p1 und das Graben-Aspektverhältnis v1:w1 so ausgebildet, dass die zweite Kompensationsschicht 182b, die mittels Ionenimplantation durch die erste Graben-Seitenwand 771 des linken Grabens 770 ausgebildet wird, und die zweite Kompensationsschicht 182b, die mittels Ionenimplantation durch die zweite Graben-Seitenwand 772 des rechten Grabens 770 ausgebildet wird, direkt aneinandergrenzen oder einander überlappen und ein horizontal zusammenhängendes zweites Kompensationsgebiet 182 vom n-Typ mit hoher Dotierstoffkonzentration bilden.
  • Außerdem zeigt 3 eine auf der ersten Hauptoberfläche 701 ausgebildete Implantationsmaske 430. Für die für die Seitenwand-Implantationen genutzte Implantationsenergie blockiert die Implantationsmaske 430 die Implantation von Dotierstoffen durch die Hauptoberfläche 701. Die Implantationsmaske 430 bedeckt die SiC-Bereiche 190 zwischen den Gräben 770 vollständig und kann von zumindest einem vertikalen Bereich einer Graben-Ätzmaske gebildet werden, die zum Ausbilden der Gräben 770 genutzt wird. Ein Ausbilden der Gräben 770 kann beispielsweise reaktives Ionenstrahl-Ätzen einschließen.
  • In 4 ist eine dritte Kompensationsschicht 181b des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen zwei zweiten Kompensationsschichten 182b ausgebildet, welche im gleichen SiC-Bereich 190 ausgebildet sind. Eine kanalisierte Implantation kann die dritte Kompensationsschicht 181b bilden. Die Implantationen für die zweiten Kompensationsschichten 182b und die dritte Kompensationsschicht 181b können den gleichen Implantationswinkel nutzen.
  • Mit zunehmender lateraler Dichte von Säulen vom n-Typ und Säulen vom p-Typ kann die Dotierstoffkonzentration pro Säule weiter erhöht werden, wobei die höhere Dotierstoffkonzentration im zweiten Kompensationsgebiet vom n-Typ zu einer weiteren Reduzierung des Durchlasswiderstands beitragen kann.
  • 5A - 5C veranschaulichen einen Multi-Epitaxie/Multi-Implantationsprozess zum Ausbilden einer Kompensationsstruktur 180.
  • 5A zeigt ein Siliziumcarbid-Substrat 700 mit ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182b, die auf gegenüberliegenden Graben-Seitenwänden 771, 772 wie unter Bezugnahme auf 2A - 2C beschrieben ausgebildet sind. Die Gräben 770 können gefüllt sein, und eine epitaktische Schicht 780 kann auf der Hauptoberfläche 701 des Siliziumcarbid-Substrats 700 von 5A ausgebildet sein.
  • 5B zeigt die epitaktische Schicht 780, wobei eine obere Oberfläche der epitaktischen Schicht 780 die Hauptoberfläche 701 des Siliziumcarbid-Substrats 700 bildet. Eine Füllstruktur 170, die die Gräben 770 von 5A füllt, kann epitaktisches Siliziumcarbid enthalten oder kann dieses nicht enthalten.
  • Weitere Gräben 785 werden in der epitaktischen Schicht 780 ausgebildet, wobei jeder weitere Graben 785 eine der Füllstrukturen 170 freilegt. Geneigte Implantationen durch die freigelegten ersten und zweiten Seitenwände 781, 782 der weiteren Gräben 785 bilden erste Kompensationsschicht-Verlängerungen 181d der ersten Kompensationsschichten 181 und bilden zweite Kompensationsschicht-Verlängerungen 182d der zweiten Kompensationsschichten 182b. Die weiteren Gräben 785 können mit einer weiteren Füllstruktur gefüllt werden. Die Füllstruktur 170 und die weitere Füllstruktur in den weiteren Gräben 785 können aus dem gleichen Material bestehen, können aber auch aus verschiedenen Materialien bestehen; z.B. kann die Füllstruktur 170 SiC sein, und die weitere Füllstruktur in den weiteren Gräben 785 kann eine Isolierschicht sein.
  • Die Implantationsdosen und Implantationsenergien zum Ausbilden der Kompensationsschicht-Verlängerungen 181d, 182d können gleich den Implantationsdosen und Implantationsenergien zum Ausbilden der ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182 in 5A sein oder können verschieden sein. Beispielsweise können sich die Implantationsdosen für zumindest eine Implantation unterscheiden, um den Grad einer Kompensation entlang der vertikalen Richtung in vordefinierter Weise zu variieren.
  • Beispielsweise kann der Abschnitt mit den Kompensationsschicht-Verlängerungen 181d, 182d p-reicher als der Abschnitt mit den ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182b sein. Mit anderen Worten kann in einer die Kompensationsschicht-Verlängerungen 181d, 182d schneidenden horizontalen Ebene die integrierte p-Dotierung entlang einer horizontalen Linie in einem höheren Maße größer als die integrierte n-Dotierung als in einer horizontalen Ebene sein, die die erste und zweite Kompensationsschicht 181, 182b schneidet. In der die ersten und zweiten Kompensationsschichten 181, 182b schneidenden horizontalen Ebene kann die integrierte p-Dotierung entlang einer horizontalen Linie kleiner als die integrierte n-Dotierung („n-reich“) sein, kann die integrierte p-Dotierung gleich der integrierten n-Dotierung („komplett ausgeglichen“) sein, oder die integrierte p-Dotierung kann größer als die integrierte n-Dotierung („p-reich“) sein.
  • In 6 zeigt eine Linie 401 eine maximale vertikale Ausdehnung v1 der Gräben als Funktion der Grabenbreite w1 für einen Implantationswinkel von 17° gegen die <0001>-Gitterrichtung (z.B. im Fall eines Winkels zur Achse von 4°, 21° oder 13° zur vertikalen Richtung). Eine Linie 402 zeigt die maximale vertikale Ausdehnung v1 der Gräben für einen Implantationswinkel von 25°, und 403 zeigt die maximale Grabenbreite w1 für einen Implantationswinkel von 30°.
  • 7A - 7H beziehen sich auf die Herstellung von SJ-TMOSFETs aus SiC (Superjunction-Graben-MOSFETs aus SiC) mit einseitigem Kanal.
  • Ein Siliziumcarbid-Substrat 700 kann eine Driftschicht 730 mit einem Haupt-Driftbereich 731 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem Basisbereich 710 zwischen der Driftschicht 730 und einer rückseitigen Oberfläche 702 enthalten. Zumindest ein Bereich der Driftschicht 730 kann mittels Epitaxie gebildet werden. Der Basisbereich 710 kann einen Bereich enthalten, der durch Sägen von einem Kristall-Ingot erhalten wird, oder kann mittels eines Epitaxieprozesses gebildet werden. Zumindest ein Bereich des Basisbereichs 710 kann eine höhere Dotierstoffkonzentration als die Driftschicht 730 aufweisen. Die Driftschicht 730 kann gleichmäßig dotiert sein oder kann ein vertikal variierendes Dotierstoffprofil zeigen. Beispielsweise kann die Driftschicht 730 einen Haupt-Driftbereich 731 und eine dotierte horizontale Schicht 735 enthalten, wobei die horizontale Schicht 735 zwischen dem Haupt-Driftbereich 731 und dem Basisbereich 710 liegt. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der horizontalen Schicht 735 kann gleich dem Haupt-Driftbereich 731 oder höher sein. Die horizontale Schicht 735 kann eine Pufferschicht oder eine Driftzone oder eine Kombination von beidem sein.
  • Eine erste Maskenschicht kann auf einer Hauptoberfläche 701 an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Substrats 700 abgeschieden werden. Eine zweite Maskenschicht kann auf der ersten Maskenschicht abgeschieden werden. Sowohl die erste als auch die zweite Maskenschicht können homogene Schichten sein oder können zwei oder mehr Teilschichten umfassen. Jede der ersten und zweiten Maskenschichten kann beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxid und/oder Kohlenstoff enthalten.
  • Eine lichtempfindliche Schicht kann auf der zweiten Maskenschicht abgeschieden werden. Die lichtempfindliche Schicht kann mittels Lithografie strukturiert werden, um eine Resistmaske 410 mit Öffnungen auszubilden, die Abschnitte der zweiten Maskenschicht freilegen. Die Resistmaske 410 kann genutzt werden, um die erste Maskenschicht und die zweite Maskenschicht zu strukturieren.
  • 7A zeigt Maskenöffnungen 470, die sich durch die ersten und zweiten Maskenschichten erstrecken und Abschnitte der Hauptoberfläche 701 freilegen. Ein Restbereich der ersten Maskenschicht bildet eine Implantationsmaske 430. Ein Restbereich der zweiten Maskenschicht bildet eine zweite Maske 420.
  • Reste der Resistmaske 410 können entfernt werden. Gräben 770 können in den freigelegten Abschnitten der Hauptoberfläche 701 beispielsweise durch Ionenstrahl-Ätzen gebildet werden.
  • 7B zeigt die Gräben 770, die sich in die Driftschicht 730, z.B. in den Haupt-Driftbereich 731, erstrecken. Die Gräben 770 können die horizontale Schicht 735 freilegen, wobei eine vertikale Ausdehnung v1 der Gräben 770 zumindest 50 % oder zumindest 70 % betragen kann oder sogar gleich der Dicke des Haupt-Driftbereichs 731 sein kann. Die Gräben 770 können vertikale oder annähernd vertikale Graben-Seitenwände 771, 772 aufweisen. Beispielsweise können sich die Gräben 770 verjüngen, wobei die ersten und zweiten Graben-Seitenwände 771, 772 einen Neigungswinkel in Bezug auf die vertikale Richtung 104 von höchstens 10° aufweisen können. Bereiche des Siliziumcarbid-Substrats 700 lateral zwischen benachbarten Gräben 770 bilden SiC-Bereiche 190.
  • Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps werden durch den Boden der Gräben 770 in die horizontale Schicht 735 oder in einen nicht-strukturierten Bodenteil des Haupt-Driftbereichs 731 (letztgenannter ist in den Zeichnungen nicht dargestellt) implantiert, wobei ein Maskenstapel, der die Implantationsmaske 430 und die zweite Maske 420 umfasst, ausreichend dick ist, um die SiC-Bereiche 190 gegen die Implantation vollständig abzuschirmen. Ein Implantieren der Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps kann einen Implantationsprozess einschließen, der ein dotiertes Gebiet mit einem verhältnismäßig gleichmäßigen vertikalen Dotierstoffprofil in Siliziumcarbid bildet. Beispielsweise kann der Implantationsprozess eine Implantation mit hoher Energie unter Verwendung eines Energiefilters einschließen, der die Energieverteilung im Implantationsstrahl abflacht. Alternativ dazu kann die Implantation stetig variierende Implantationsenergien und/oder stetig variierende Implantationswinkel nutzen.
  • 7C zeigt erste zusätzliche bzw. ergänzende Kompensationsgebiete 281, die in der horizontalen Schicht 735 unter den Gräben 770 ausgebildet sind. Bereiche der dotierten horizontalen Schicht 735 zwischen den ersten ergänzenden Kompensationsgebieten 281 bilden zweite ergänzende Kompensationsgebiete 282. Parameter der Implantation zum Ausbilden der ersten ergänzenden Kompensationsgebiete 281 werden so ausgewählt, dass in einer horizontalen Ebene durch die ersten und zweiten ergänzenden Kompensationsgebiete 281, 282 ein gewünschter Grad eines Ladungsgleichgewichts erzielt wird. Beispielsweise weicht in jeder horizontalen Ebene der dotierten horizontalen Schicht 735 eine lateral integrierte Donatorkonzentration über die Kompensationsgebiete 282 um nicht mehr als ± 20 % oder besser nicht mehr als ± 10 %, beispielsweise um nicht mehr als ± 5 %, von der lateral integrierten Akzeptorkonzentration in den Kompensationsgebieten 281 ab.
  • Die zweite Maske 420 kann entfernt werden. Eine oder mehr geneigte Implantationen, z.B. kanalisierte Implantationen wie oben beschrieben, können erste Kompensationsschichten 181 entlang den zweiten Graben-Seitenwänden 772 ausbilden. Die geneigten Implantationen können Channeling nutzen oder einen solchen nicht nutzen.
  • Gemäß 7D ist die Dicke der Implantationsmaske 430 ausreichend dick, um den Eintritt von Dotierstoffen durch die Hauptoberfläche 701 in das Siliziumcarbid-Substrat 700 zu blockieren. Unter den Gräben 770 bilden die ersten Kompensationsschichten 181 und die ersten ergänzenden Kompensationsgebiete 281 der dotierten horizontalen Schicht 735 erste geneigte Übergänge 291, die an den Grabenboden grenzen. Ein erster Neigungswinkel φ1 zwischen den ersten geneigten Übergängen 291 und einer vertikalen Richtung 104 weicht um nicht mehr als ± 5 Grad von einem Winkel zwischen der vertikalen Richtung 104 und einer Gitterrichtung, entlang der Channeling auftritt, ab.
  • Eine oder mehr weitere geneigte Implantationen wie oben beschrieben können erste Kompensationsschichten 181 entlang den ersten Graben-Seitenwänden 771 bilden. Die weitere geneigte Implantation kann in Bezug auf vertikale Mittelebenen der Gräben 770 symmetrisch oder asymmetrisch sein, wobei sich die vertikalen Mittelebenen orthogonal zur Querschnittsebene erstrecken. Die erste geneigte Implantation und die weitere geneigte Implantation können zu den vertikalen Mittelebenen symmetrisch sein (d.h. gleiche Winkelgröße, aber unterschiedliches Winkelvorzeichen), z.B. wenn die <0001>-Gitterrichtung nicht zur vertikalen Richtung 104 geneigt ist oder wenn die <0001>-Gitterrichtung zur vertikalen Richtung in einer zur Querschnittsebene orthogonalen Ebene geneigt ist. Die erste geneigte Implantation und die weitere geneigte Implantation können asymmetrisch sein (d.h. unterschiedliche Winkelgröße und unterschiedliches Winkelvorzeichen), z.B. wenn die <0001>-Gitterrichtung in der Querschnittsebene zur vertikalen Richtung 104 geneigt ist. Die Implantationsmaske 430 kann entfernt werden.
  • 7E zeigt erste Kompensationsschichten 181, die entlang den ersten und zweiten Graben-Seitenwänden 771, 772 ausgebildet sind. Unter den Gräben 770 können die ersten Kompensationsschichten 181 und die horizontale Schicht 735 und/oder die ersten Kompensationsschichten 181 und ein nichtstrukturierter Bodenteil des Haupt-Driftbereichs 731 erste geneigte Übergänge 291 ausbilden. Die ersten geneigten Übergänge 291 können sich vom Grabenboden in Richtung einer rückseitigen Oberfläche 702 des Siliziumcarbid-Substrats 700 erstrecken, wobei die rückseitige Oberfläche 702 der Hauptoberfläche 701 entgegengesetzt ist. Der erste Neigungswinkel φ1 zwischen der vertikalen Richtung 104 und den ersten geneigten Übergängen 291 kann größer als der Implantationswinkel sein. Die zwei ersten geneigten Übergänge 291 unter dem Grabenboden können in Bezug auf die vertikale Richtung 104 symmetrisch sein, oder die ersten Neigungswinkel φ1 können in Bezug auf die vertikale Mittelebene des Grabens 770 asymmetrisch sein. Beispielsweise können die ersten Neigungswinkel φ1 unter den beiden Graben-Seitenwänden 771, 772 in Bezug auf die <0001>-Gitterrichtung symmetrisch sein.
  • Die Gräben 770 werden gefüllt. Erste Dotierstoffe werden durch die Hauptoberfläche 701 implantiert, um tiefe Abschirmbereiche 168 in der Haupt-Driftschicht 731 auszubilden.
  • 7F zeigt Füllstrukturen 170, die die in 7E veranschaulichten Gräben 770 vollständig füllen. Die Füllstrukturen 170 können ein Isolatormaterial enthalten. Beispielsweise können die Füllstrukturen 170 vollkommen aus Siliziumoxid gebildet sein oder können zumindest ein von Siliziumoxid verschiedenes dielektrisches Material enthalten, wobei ein gesamter Temperaturkoeffizient der Füllstruktur 170 näher zu dem Temperaturkoeffizienten von einkristallinem Siliziumcarbid als dem Temperaturkoeffizient von Siliziumoxid liegen kann. Beispielsweise können die Füllstrukturen 170 zumindest eines eines Siliziumnitrids und eines Siliziumoxids, zum Beispiel ein Siliziumoxid, das unter Verwendung von TEOS (Tetraethylorthosilan) als Vorläufermaterial gebildet wird, ein HDP-Siliziumoxid (Plasma hoher Dichte) und/oder ein nach einer Abscheidung verdichtetes Oxid, enthalten. Gemäß einem weiteren Beispiel können die Füllstrukturen 170 dotiertes oder undotiertes kristallines Siliziumcarbid enthalten oder daraus bestehen. Beispielsweise kann ein erster vertikaler Abschnitt der Füllstrukturen 170 Siliziumcarbid enthalten, und ein zweiter vertikaler Abschnitt der Füllstrukturen 170 kann ein dielektrisches Material enthalten oder daraus bestehen. Der zweite vertikale Abschnitt kann zwischen dem ersten vertikalen Abschnitt und der Hauptoberfläche 701 liegen.
  • Die tiefen Abschirmbereiche 168 erstrecken sich entlang der Hauptoberfläche 701. Jeder tiefe Abschirmbereich 168 grenzt lateral an eine der ersten Kompensationsschichten 181 oder überlappt mit dieser.
  • Eine epitaktische obere Schicht 790 kann auf der Hauptoberfläche 701 des Siliziumcarbid-Substrats 700 von 7E ausgebildet werden. Dotierte Gebiete können in der epitaktischen oberen Schicht 790 ausgebildet werden. Ein Ausbilden der dotierten Gebiete kann eine Ionenimplantation einschließen.
  • 7G zeigt die epitaktische obere Schicht 790. Nach einer Epitaxie bildet die freigelegte obere Oberfläche der epitaktischen oberen Schicht 790 die Hauptoberfläche 701 des Siliziumcarbid-Substrats. In der epitaktischen oberen Schicht 790 erstrecken sich Hauptabschirmbereiche 165 von der Hauptoberfläche 701 hinab zu den tiefen Abschirmbereichen 168. Jedes Paar des Hauptabschirmbereichs 165 und tiefen Abschirmbereichs 168 bildet ein zusammenhängendes Abschirmgebiet 160. Zwischen benachbarten Abschirmgebieten 160 enthält die epitaktische obere Schicht 790 Sourcegebiete 110 des ersten Leitfähigkeitstyps, Bodygebiete 120 des zweiten Leitfähigkeitstyps und Stromspreizgebiete 132 des ersten Leitfähigkeitstyps. Die Sourcegebiete 110 sind entlang der Hauptoberfläche 701 ausgebildet. Die Stromspreizgebiete 132 sind entlang der Haupt-Driftschicht 731 ausgebildet. Jedes Bodygebiet 120 ist mit einem Abschirmgebiet 160 lateral in Kontakt und trennt vertikal ein Sourcegebiet 110 und ein Stromspreizgebiet 132.
  • Gategräben können von der Hauptoberfläche 701 aus in das Siliziumcarbid-Substrat 700 geätzt werden, wobei die Gategräben streifenförmig oder nadelförmig sein können. Nadelförmige Gategräben weisen zwei orthogonale laterale Abmessungen innerhalb der gleichen Größenordnung auf. Nadelförmige Gategräben können mit nadelförmigen Füllstrukturen 170 kombiniert werden. Streifenförmige Gatestrukturen können mit nadelförmigen Füllstrukturen 170 kombiniert werden. Alternativ dazu können streifenförmige Gatestrukturen mit streifenförmigen Füllstrukturen 170 kombiniert werden, wobei horizontale longitudinale Achsen streifenförmiger Gatestrukturen 150 zu horizontalen longitudinalen Achsen der Füllstrukturen 170 parallel sein können oder zu den horizontalen longitudinalen Achsen der Füllstrukturen 170 geneigt sein können. Beispielsweise können die horizontalen longitudinalen Achsen der streifenförmigen Gatestrukturen 150 orthogonal zu den horizontalen longitudinalen Achsen der Füllstrukturen 170 verlaufen.
  • Ein Gatedielektrikum 159 kann ausgebildet werden, das die Gategräben auskleidet. Leitfähiges Material kann abgeschieden werden, um Gateelektrode 155 in den Gategräben auszubilden.
  • 7H zeigt streifenförmige Gatestrukturen 150 und streifenförmige Füllstrukturen 170 mit longitudinalen Achsen, die orthogonal zur Querschnittsebene verlaufen. Die Gatestrukturen 150 sind direkt über den Füllstrukturen 170 ausgebildet. Die Gatestrukturen 150 umfassen die Gateelektrode 155 und das Gatedielektrikum 159 zwischen der Gateelektrode 155 und dem Siliziumcarbid-Substrat 700. Beispielsweise kann das Gatedielektrikum 159 die Gateelektrode 155 und das Siliziumcarbid-Substrat 700 komplett trennen.
  • Die Bodygebiete 120 sind mit aktiven ersten Gate-Seitenwänden 151 der Gatestrukturen 150 in Kontakt. Die Abschirmgebiete 160 sind mit gegenüberliegenden inaktiven zweiten Gate-Seitenwänden 152 der Gatestruktur 150 in Kontakt. Im Ein-Zustand einer Siliziumcarbid-Vorrichtung, die aus dem Siliziumcarbid-Substrat 700 erhalten wird, wird ein Inversionskanal entlang dem Gatedielektrikum 159 durch das Bodygebiet 120 ausgebildet. Der Inversionskanal kann parallel zu einer Gitterrichtung mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit, zum Beispiel der <11-20>-Ebene, ausgebildet werden. Das tiefe Abschirmgebiet 168 verbindet die erste Kompensationsschicht 181 und den Hauptabschirmbereich 165.
  • Eine Kompensationsstruktur 180 zwischen den Gatestrukturen 150 und dem Basisbereich 710 umfasst einen ersten vertikalen Abschnitt in dem Haupt-Driftbereich 731 und einen zweiten vertikalen Abschnitt in der horizontalen Schicht 735. Der erste vertikale Bereich enthält Säulen vom p-Typ, die die ersten Kompensationsschichten 181 enthalten, und Säulen vom n-Typ, die den zweiten Kompensationsbereich 182a in den SiC-Bereichen 190 zwischen benachbarten Füllstrukturen 170 enthalten. Der zweite vertikale Bereich enthält als Säulen vom p-Typ erste ergänzende Kompensationsgebiete 281 direkt unter den Füllstrukturen 170 und als Säulen vom n-Typ zweite ergänzende Kompensationsgebiete 282 direkt unter den zweiten Kompensationsbereichen 182 im Haupt-Driftbereich 731.
  • 8A bis 8F veranschaulichen eine Ausführungsform, die Transistorzellen mit einseitigem Kanal betrifft, wobei Gatestrukturen in Gräben ausgebildet werden, die für die geneigte Implantationen zum Ausbilden einer Kompensationsstruktur genutzt werden.
  • Implantationen durch die Hauptoberfläche 701 eines Siliziumcarbid-Substrats 700 mit einer Driftschicht 730 und einem Basisbereich 710 wie unter Bezugnahme auf 7A beschrieben bilden Abschirmgebiete 160 und Sourcegebiete 110 aus und definieren Bodygebiete 120.
  • 8A zeigt p-dotierte Abschirmgebiete 160, die sich von der Hauptoberfläche 701 in das Siliziumcarbid-Substrat 700 erstrecken. Die Abschirmgebiete 160 können mit zur Querschnittsebene orthogonalen horizontalen longitudinalen Achsen streifenförmig sein. Die Abschirmgebiete 160 können ein regelmäßiges Streifenmuster mit Streifen gleicher Breite und in gleichen Abständen bilden. Zwischen den Abschirmgebieten 160 erstrecken sich n-dotierte Sourcegebiete 110 entlang der Hauptoberfläche 701. P-dotierte Bodygebiete 120 erstrecken sich von einem benachbarten Abschirmgebiet 160 zu einem benachbarten Abschirmgebiet 160, wobei jedes Bodygebiet 120 ein Sourcegebiet 110 von einem Haupt-Driftbereich 731 trennen kann. Eine vertikale Ausdehnung der Abschirmgebiete 160 kann größer als ein Abstand zwischen der Hauptoberfläche 701 und dem Rand der Bodygebiete 120 sein, der zur rückseitigen Oberfläche 702 orientiert ist. Eine maximale Dotierstoffkonzentration in den Abschirmgebieten 160 kann höher als eine maximale Dotierstoffkonzentration in den Bodygebieten 120 sein.
  • Ein Maskenstapel kann wie unter Bezugnahme auf 7A beschrieben auf der Hauptoberfläche 701 gebildet werden. Gräben 770 werden wie unter Bezugnahme auf 7B beschrieben gebildet, wobei erste Graben-Seitenwände 771 die Bodygebiete 120 und die Sourcegebiete 110 lateral freilegen und wobei zweite Graben-Seitenwände 772 die Abschirmgebiete 160 lateral freilegen. N-dotierte erste Kompensationsschichten 181, p-dotierte erste ergänzende Kompensationsgebiete 281 und n-dotierte zweite ergänzende Kompensationsgebiete 282 einer Kompensationsstruktur 180 werden wie unter Bezugnahme auf 7C bis 7E beschrieben ausgebildet, wobei eine Ausbildung der ersten Kompensationsschicht 181 eine kanalisierte Implantation einschließen kann.
  • 8B zeigt die Gräben 770, die sich von der Hauptoberfläche 701 aus hinab zur horizontalen Schicht 735 oder hinab zu einem nicht-strukturierten Bodenteil des Haupt-Driftbereichs 731 erstrecken. Die Kompensationsstruktur 180 umfasst die ersten Kompensationsschichten 181, zweite Kompensationsbereiche 182a, die ersten ergänzenden Kompensationsgebiete 281 und die zweiten ergänzenden Kompensationsgebiete 282, wie unter Bezugnahme auf 7E beschrieben wurde. Erste Kompensationsschichten 181 entlang den ersten Graben-Seitenwänden 771 sind in Kontakt mit den Sourcegebieten 110, den Bodygebieten 120 und den ersten ergänzenden Kompensationsgebieten 281. Erste Kompensationsschichten 181 entlang den zweiten Graben-Seitenwänden 772 sind mit den Abschirmgebieten 160 und mit den ersten ergänzenden Kompensationsgebieten 281 in Kontakt.
  • Eine Füllstruktur 170 kann in einem Bodenbereich der Gräben 770 ausgebildet werden. Ein Ausbilden der Füllstruktur 170 kann ein epitaktisches Wachstum und/oder eine Abscheidung eines oder mehrerer Füllmaterialien und/oder Füllschichten umfassen.
  • 8C zeigt die Füllstrukturen 170, die den Bodenbereich der Gräben 770 von 8B füllen. Obere Bereiche der Gräben 770 von 8B bilden Gategräben 750. Die Gategräben 750 können umgeformt werden. Das Umformen kann eine Entfernung oder eine Modifikation von Bereichen der ersten Kompensationsschichten 181 zwischen der Hauptoberfläche 701 und der Füllstruktur 170 einschließen.
  • 8D zeigt die umgeformten Gategräben 750. Die umgeformten Gategräben 750 können sich mit zunehmendem Abstand zur Hauptoberfläche 701 verjüngen. Erste Gategraben-Seitenwände 751 der Gategräben 750 legen die Bodygebiete 120, die Sourcegebiete 110 und den Haupt-Driftbereich 731 lateral frei. Zweite Gategraben-Seitenwände 752 der Gategräben 750 legen die Abschirmgebiete 160 und/oder die ersten Kompensationsschichten 181 lateral frei. Eine vertikale Ausdehnung der Gategräben 750 ist geringer als eine vertikale Ausdehnung der Abschirmgebiete 160 und größer als ein Abstand zwischen einem unteren Rand der Bodygebiete 120 und der Hauptoberfläche 710.
  • Ein Gatedielektrikum 159 kann zumindest entlang den ersten Gategraben-Seitenwänden 751 des Gategrabens 750 ausgebildet werden. Eine Ausbildung des Gatedielektrikums 159 kann einen Oxidationsprozess und/oder Abscheidungsprozess einschließen.
  • 8E zeigt ein Gatedielektrikum 159, das zumindest teilweise mittels eines Abscheidungsprozesses gebildet wurde oder ausschließlich mittels thermischer Oxidation ausgebildet wurde, wobei die Füllstruktur 170 Siliziumcarbid enthält. Ein leitfähiges Material kann in den Gategräben 750 abgeschieden werden.
  • 8F zeigt Gateelektroden 155, die von Resten des abgeschiedenen leitfähigen Materials in den Gategräben 750 von 8E gebildet werden. Die Gateelektroden 155 können zum Beispiel dotiertes polykristallines Silizium enthalten.
  • 9A und 9B zeigen eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500, die Transistorzellen TC und eine Kompensationsstruktur 180 enthält. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 enthält einen Siliziumcarbid-Körper 100, der von einem Bereich eines Halbleitersubstrats 700, wie oben in Verbindung mit 1A - 1C, 2A - 2C, 3, 4, 5A - 5C, 7A - 7H oder 8A - 8F beschrieben wurde, gebildet werden kann, wobei ein Bereich der Hauptoberfläche 701 des Halbleitersubstrats 700 eine erste Oberfläche 101 an einer Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 bildet. Die erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102 des Siliziumcarbid-Körpers 100 an einer Rückseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 sind zueinander parallel. Eine Dicke des Siliziumcarbid-Körpers 100 ist entlang einer vertikalen Richtung 104 gegeben.
  • Die Transistorzellen TC sind entlang streifenförmigen Graben-Gatestrukturen 150 ausgebildet, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Siliziumcarbid-Körper 100 erstrecken. Die Gatestrukturen 150 können lange Streifen sein, die sich entlang einer lateralen longitudinalen Richtung durch ein aktives Gebiet der Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 erstrecken. In anderen Ausführungsformen können laterale Querschnitte der Gatestrukturen 150 z.B. hexagonal oder quadratisch sein.
  • Die Gatestrukturen 150 umfassen eine leitfähige Gateelektrode 155, die eine hochdotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine metallhaltige Schicht enthalten kann oder daraus bestehen kann. Ein Gatedielektrikum 159 trennt die Gateelektrode 155 vom Siliziumcarbid-Körper 100 entlang zumindest einer Seite der Gatestruktur 150. Das Gatedielektrikum 159 kann thermisch gewachsenes oder abgeschiedenes Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, ein anderes abgeschiedenes dielektrisches Material oder eine beliebige Kombination davon enthalten oder daraus bestehen. Eine Dicke des Gatedielektrikums 159 kann ausgewählt werden, um Transistorzellen TC mit einer Schwellenspannung in einem Bereich von 1,0 V bis 8 V zu erhalten. Die Gatestrukturen 150 können ausschließlich die Gateelektrode 155 und das Gatedielektrikum 159 enthalten oder können zusätzlich zu der Gateelektrode 155 und dem Gatedielektrikum 159 weitere leitfähige und/oder dielektrische Strukturen enthalten.
  • Die Gatestrukturen 150 sind streifenförmig. Das heißt: eine Länge der Gatestrukturen 150 entlang der lateralen ersten Richtung ist größer als eine Breite der Gatestrukturen 150 entlang einer zur ersten Richtung orthogonalen lateralen zweiten Richtung.
  • Die Gatestrukturen 150 können gleich beabstandet sein, können die gleiche Breite aufweisen und können ein regelmäßiges Streifenmuster bilden, wobei ein Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Gatestrukturen 150 in einem Bereich von 1 µm bis 10 µm, z.B. von 2 µm bis 5 µm, liegen kann. Eine Länge der Gatestrukturen 150 kann bis zu mehrere Millimeter betragen. Eine vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150 kann in einem Bereich von 0,3 µm bis 5 µm, z.B. in einem Bereich von 0,5 µm bis 2 µm, liegen. Am Boden können die Gatestrukturen 150 abgerundet sein.
  • Gegenüberliegende erste und zweite Gate-Seitenwände 151, 152 von jeder der Gatestrukturen 150 können im Wesentlichen entlang der vertikalen Richtung 104 verlaufen oder können in Bezug auf die vertikale Richtung 104 um einen Neigungswinkel geneigt sein. Im letztgenannten Fall können sich die Gatestrukturen 150 mit zunehmendem Abstand zur ersten Oberfläche 101 verjüngen. Der Neigungswinkel zwischen den Gate-Seitenwänden 151, 152 und der vertikalen Richtung 104 an der ersten Oberfläche 101 kann gemäß der Ausrichtung der Kristallachsen und/oder gemäß dem Winkel zur Achse gewählt werden.
  • Beispielsweise kann der Absolutwert des Neigungswinkels zwischen der ersten Gate-Seitenwand 151 und der vertikalen Richtung 104 vom Absolutwert des Winkels zur Achse um nicht mehr als ± 1° abweichen (z.B. im Fall von 4H-SiC kann der Neigungswinkel von zumindest 3° bis höchstens 5° reichen). Der Neigungswinkel kann jedoch vom Winkel zur Achse in der Orientierung abweichen. Der Neigungswinkel zwischen der zweiten Gate-Seitenwand 152, die der ersten Gate-Seitenwand 151 gegenüberliegt, und der vertikalen Richtung kann zum Neigungswinkel der ersten Seitenwand 151 entgegengesetzt orientiert sein. Je größer der Neigungswinkel ist, desto schmaler wird die Gatestruktur 150 von der ersten Oberfläche 101 aus beginnend.
  • Im Allgemeinen kann zumindest die erste Gate-Seitenwand 151 im Wesentlichen entlang einer Kristallebene des Siliziumcarbid-Körpers 100 verlaufen, in der eine Ladungsträgerbeweglichkeit hoch ist (z.B. einer der {11-20}- oder der {1-100}-Kristallebenen). Die erste Gate-Seitenwand 151 kann eine aktive Seitenwand sein, das heißt, das Kanalgebiet kann entlang der ersten Gate-Seitenwand 151 verlaufen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Gate-Seitenwand 152 auch eine aktive Seitenwand (z.B. im Fall einer vertikalen Graben-Gatestruktur 150) sein. In anderen Ausführungsformen (z.B. im Fall einer sich verjüngenden Graben-Gatestruktur 150) kann die zweite Gate-Seitenwand 152 eine inaktive Seitenwand sein.
  • Der Siliziumcarbid-Körper 100 kann eine dotierte Driftstruktur 130 enthalten, wobei die Driftstruktur 130 zwischen den Gatestrukturen 150 und der zweiten Oberfläche 102 des Siliziumcarbid-Körpers 100 ausgebildet ist. Die Driftstruktur 130 umfasst erste Kompensationsschichten 181, zweite Kompensationsgebiete 182, Füllstrukturen 170, eine dotierte horizontale Schicht 135 und einen hochdotierten Kontaktbereich 139. Der Kontaktbereich 139 ist zwischen der horizontalen Schicht 135 und der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet. Die dotierte horizontale Schicht 135 ist zwischen den Füllstrukturen 170 und dem Kontaktbereich 139 ausgebildet.
  • Der Kontaktbereich 139 weist den ersten Leitfähigkeitstyp auf und kann ein Substratbereich, der von einem kristallinen Ingot erhalten wird, sein oder einen solchen enthalten und/oder kann einen hochdotierten Bereich einer mittels Epitaxie gebildeten Schicht enthalten. Entlang der zweiten Oberfläche 102 ist eine Dotierstoffkonzentration im Kontaktbereich 139 ausreichend hoch, um einen niederohmigen ohmschen Kontakt zwischen dem Kontaktbereich 139 und einer zweiten leitfähige Elektrode 320 sicherzustellen.
  • Die horizontale Schicht 135, die ersten Kompensationsschichten 181 und die zweiten Kompensationsgebiete 182a können in einer mittels Epitaxie gewachsenen Schicht ausgebildet sein. Die horizontale Schicht 135 kann dotierte Gebiete beider Leitfähigkeitstypen enthalten. Die dotierten Gebiete der dotierten horizontalen Schicht 135 können erste ergänzende Kompensationsgebiete 281 des zweiten Leitfähigkeitstyps und zweite ergänzende Kompensationsgebiete 282 des ersten Leitfähigkeitstyps enthalten. Die entgegengesetzt dotierten Gebiete können Säulenabschnitte vom n-Typ und Säulenabschnitte vom p-Typ einer Kompensationsstruktur 180 bilden.
  • Die horizontale Schicht 135 kann direkt an den Kontaktbereich 139 grenzen. Alternativ dazu kann eine Abstandshalterschicht 138 die horizontale Schicht 135 und den Kontaktbereich 139 trennen. Die Abstandshalterschicht 138 weist den ersten Leitfähigkeitstyp auf und kann eine schwach dotierte Driftschicht und/oder eine höher dotierte Pufferschicht und/oder eine höher dotierte Drainschicht enthalten, wobei eine vertikale Ausdehnung der Pufferschicht 138 annähernd 1 µm betragen kann und wobei eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 138 beispielsweise in einem Bereich von 3 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 liegen kann.
  • Die Füllstrukturen 170 können direkt unter den Gatestrukturen 150 ausgebildet werden. Eine Gate-Bodenfläche 157 der Gatestrukturen 150 kann mit einer oberen Oberfläche von zumindest einer der Füllstrukturen 170 in direktem Kontakt sein. Die Füllstrukturen 170 können vertikale oder annähernd vertikale erste und zweite Seitenwände 171, 172 aufweisen. Die Füllstrukturen 170 können homogene Strukturen sein oder können geschichtete Strukturen sein, die zwei oder mehr Teilschichten aus verschiedenen Materialien enthalten. Die Füllstrukturen 170 können ausschließlich dielektrische Materialien enthalten, wobei die Gateelektrode 155 mit der Füllstruktur 170 in direktem Kontakt sein kann. Alternativ dazu enthalten die Füllstrukturen 170 ausschließlich undotiertes oder dotiertes Halbleitermaterial, z.B. einkristallines SiC, oder enthalten zumindest ein undotiertes Halbleitermaterial und zumindest ein dielektrisches Material.
  • Die ersten Kompensationsschichten 181 weisen den zweiten Leitfähigkeitstyp auf und erstrecken sich in einer gleichmäßigen Dicke entlang und parallel zu den ersten und zweiten Seitenwänden 171, 172 der Füllstrukturen 170. Die zweiten Kompensationsgebiete 182 sind Bereiche einer in-situ-dotierten epitaktischen gewachsenen Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps. Jedes zweite Kompensationsgebiet 182 ist zwischen zwei benachbarten ersten Kompensationsgebieten 181 ausgebildet. Ein zweites Kompensationsgebiet 182 und die benachbarten ersten Kompensationsschichten 181 bilden vertikale oder annähernd vertikale pn-Übergänge. Die ersten Kompensationsschichten 181 können p-dotierte Säulenabschnitte bilden, und die zweiten Kompensationsgebiete 182 können n-dotierte Säulenabschnitte der Kompensationsstruktur 180 bilden, wobei im Sperrmodus der Halbleitervorrichtung 500 die Ladung in den p-dotierten Säulen und die Ladung in den n-dotierten Säulen in einem vorbestimmten Maß ausgeglichen sind.
  • Das erste ergänzende Kompensationsgebiet 281 kann direkt unter einer der Füllstrukturen 170 ausgebildet sein und kann direkt an beide erste Kompensationsschichten 181 grenzen, die entlang den ersten und zweiten Seitenwänden 171, 172 der Füllstruktur 170 ausgebildet sind. Die ersten ergänzenden Kompensationsgebiete 281 und die ersten Kompensationsschichten 181 können die gleiche Dotierstoffkonzentration aufweisen oder können unipolare Übergänge bilden.
  • Die ersten ergänzenden Kompensationsgebiete 281 und die ersten Kompensationsschichten 181 können erste geneigte Übergänge 291 mit einem ersten Neigungswinkel φ1 zwischen den ersten geneigten Übergängen 291 und der vertikalen Richtung 104 bilden.
  • Jedes zweite ergänzende Kompensationsgebiet 282 kann direkt unter einem der zweiten Kompensationsgebiete 182 ausgebildet sein und kann direkt an das zweite Kompensationsgebiet 182 grenzen. Die zweiten ergänzenden Kompensationsgebiete 282 und die zweiten Kompensationsgebiete 182 können die gleiche Dotierstoffkonzentration aufweisen oder können unipolare Übergänge bilden.
  • Ein Bereich des Siliziumcarbid-Körpers 100 lateral zwischen zwei benachbarten Gatestrukturen 150 enthält ein Sourcegebiet 110 des ersten Leitfähigkeitstyps, ein Bodygebiet 120 des zweiten Leitfähigkeitstyps, ein Stromspreizgebiet 132 des ersten Leitfähigkeitstyps und zumindest einen Bereich eines Abschirmgebiets 160 des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Das Sourcegebiet 110 liegt zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Bodygebiet 120. Das Bodygebiet 120 trennt das Sourcegebiet 110 und das Stromspreizgebiet 132. Das Bodygebiet 120 und das Stromspreizgebiet 132 bilden einen pn-Übergang. Das Bodygebiet 120 und das Sourcegebiet 110 bilden einen pn-Übergang.
  • Das Stromspreizgebiet 132 grenzt direkt an das zweite Kompensationsgebiet 182a. Das Stromspreizgebiet 132 und das zweite Kompensationsgebiet 182a können eine gleiche Dotierstoffkonzentration aufweisen oder können einen unipolaren Übergang bilden.
  • Das Bodygebiet 120 und das Sourcegebiet 110 grenzen direkt an die aktive erste Seitenwand 151 einer ersten Gatestruktur 150. Eine vertikale Ausdehnung des Bodygebiets 120 entspricht einer Kanallänge der Transistorzellen TC und kann in einem Bereich von 0,2 µm bis 1,5 |im liegen. Entlang der zur Querschnittsebene orthogonalen lateralen Richtung kann sich das Sourcegebiet 110 ohne Unterbrechungen entlang der kompletten lateralen Länge der ersten Gatestruktur 150 erstrecken.
  • Das Abschirmgebiet 160 ist zwischen dem Bodygebiet 120 und der inaktiven zweiten Seitenwand 152 einer benachbarten zweiten Gatestruktur 150 ausgebildet und erstreckt sich entlang der inaktiven zweiten Seitenwand 152 der zweiten Gatestruktur 150 von der ersten Oberfläche 101 in den Siliziumcarbid-Körper 100. Eine vertikale Ausdehnung des Abschirmgebiets 160 ist größer als eine vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150. Das Abschirmgebiet 160 ist in direktem Kontakt mit der entlang der zweiten Seitenwand 172 der Füllstruktur 170 ausgebildeten ersten Kompensationsschicht 181.
  • Eine maximale Dotierstoffkonzentration im Abschirmgebiet 160 kann höher sein als eine maximale Dotierstoffkonzentration im Bodygebiet 120. Ein vertikales Dotierstoffkonzentrationsprofil im Abschirmgebiet 160 kann ein lokales Maximum an einer Position unter der Graben-Gatestruktur 150 aufweisen. Entlang der inaktiven zweiten Seitenwand 152 kann eine Dotierstoffkonzentration im Abschirmgebiet 160 höher, d.h. zumindest zweimal oder zumindest fünfmal oder sogar zumindest zehnmal höher, als eine Dotierstoffkonzentration im Bodygebiet 120 entlang der aktiven ersten Seitenwand 151 sein. Entlang der zur Querschnittsebene orthogonalen lateralen Richtung kann sich das Abschirmgebiet 160 ohne Unterbrechungen entlang der kompletten horizontalen Länge der Gatestruktur 150 erstrecken. Das Abschirmgebiet 160 und das angrenzende zweite Kompensationsgebiet 182a bilden einen pn-Übergang.
  • Die Kompensationsstruktur 180 enthält einen ersten vertikalen Abschnitt und einen zweiten vertikalen Abschnitt. Der erste vertikale Abschnitt enthält Säulen vom p-Typ, die die ersten Kompensationsschichten 181 enthalten, und Säulen vom n-Typ, die die Kompensationsgebiete 182 enthalten. Der zweite vertikale Bereich enthält die ersten ergänzenden Kompensationsgebiete 281 als Säulen vom p-Typ und die zweiten ergänzenden Kompensationsgebiete 282 als Säulen vom n-Typ.
  • Eine erste Lastelektrode 310 an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 ist mit den Sourcegebieten 110, den Bodygebieten 120 und den Abschirmgebieten 160 elektrisch verbunden. Die Gateelektrode 155 kann mit einer Gate-Metallisierung an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 elektrisch verbunden sein. Die Gate-Metallisierung bildet einen Gateanschluss oder ist mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt.
  • Streifenförmige Bereiche eines Zwischenschicht-Dielektrikums 210 trennen die erste Lastelektrode 310 und die Gateelektrode 155 in den Gatestrukturen 150. Die erste Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss, der ein Anodenanschluss einer MCD oder ein Sourceanschluss eines MOSFET sein kann, bilden oder kann mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Die zweite Lastelektrode 320, welche einen niederohmigen ohmschen Kontakt mit dem Kontaktbereich 139 bildet, kann einen zweiten Lastanschluss, der ein Kathodenanschluss einer MCD oder ein Drainanschluss eines MOSFET sein kann, bilden oder kann mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Die veranschaulichte Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 ist ein n-Kanal-SiC-TMOSFET, wobei die erste Lastelektrode 310 einen Sourceanschluss S bildet oder mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt ist und wobei die zweite Lastelektrode 320 einen Drainanschluss D bildet oder mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt ist. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 enthält eine Vielzahl von Transistorzellen TC und eine Vielzahl von Gatestrukturen 150, wie in 9A - 9B veranschaulicht ist, wobei die Transistorzellen TC elektrisch parallel verbunden sind.
  • In 10A - 10B enthalten die Abschirmgebiete 160 laterale abschirmende Verlängerungsbereiche 162, die die Sourcegebiete 110 entlang der lateralen ersten Richtung parallel zu den streifenfömigen Gatestrukturen 150 unterbrechen. Die lateralen abschirmenden Verlängerungsbereiche 162 verbinden die ersten Kompensationsschichten 181, welche an der Seite der ersten Gate-Seitenwände 151 ausgebildet sind, direkt mit der ersten Lastelektrode 310 und verbessern die Abschirmung des Gatedielektrikums 159 entlang den aktiven ersten Gate-Seitenwänden 151. Die Füllstrukturen 170 sind aus undotiertem oder dotiertem einkristallinem SiC gebildet. Die erste Kompensationsschicht 181 und die zweiten ergänzenden Kompensationsgebiete 282 bilden erste geneigte Übergänge 291, welche pn-Übergänge enthalten können.
  • 11A - 11B zeigen eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 mit den orthogonal zu den streifenförmigen Gatestrukturen 150 verlaufenden Füllstrukturen 170.
  • 12A - 12B zeigen Transistorzellen TC, die auf Gatestrukturen 150 mit beidseitigen Kanälen und aktiven ersten und zweiten Gate-Seitenwänden 151, 152 basieren. Sourcegebiete 110, Bodygebiete 120, Stromspreizgebiete 132 und Abschirmgebiete 160 erstrecken sich von einer ersten Gate-Seitenwand 151 einer ersten Gatestruktur 150 zu einer zweiten Gate-Seitenwand 152 einer zweiten Gatestruktur 150, wobei sich Source-Kontaktstrukturen aus Metall von der ersten Oberfläche 101 durch die Sourcegebiete 110 in die Bodygebiete 120 erstrecken können. Bereiche, die die Sourcegebiete 110, die Bodygebiete 120 und die Stromspreizgebiete 132 enthalten, können sich mit Abschirmgebieten 160 entlang der lateralen Richtung parallel zu den lateralen longitudinalen Ausdehnungen der Gatestrukturen 150 abwechseln.
  • In 13A - 13B enthalten die Abschirmgebiete 160 tiefe Abschirmbereiche 168 direkt unter den Gatestrukturen 150. Die tiefen Abschirmbereiche 168 können direkt an die ersten und zweiten Seitenwände 171, 172 der Füllstrukturen 170 grenzen. Die tiefen Abschirmbereiche 168 können mit einer Gate-Bodenfläche 157 in Kontakt sein. Laterale Ränder der tiefen Abschirmbereiche 168 an der von der Füllstruktur 170 abgewandten Seite können mit den ersten und zweiten Gate-Seitenwänden 151, 152 bündig sein. Alternativ dazu können sich die tiefen Abschirmgebiete 168 lateral über die ersten und zweiten Gate-Seitenwände 151, 152 hinaus erstrecken.
  • Die Füllstrukturen 170 enthalten einen dielektrischen Auskleidungsbereich 179 und einen Füllbereich 175. Der dielektrische Auskleidungsbereich 179 erstreckt sich entlang den ersten und zweiten Seitenwänden 171, 172 und entlang einer Bodenfläche der Füllstrukturen 170. Der Füllbereich 175 ist vom Siliziumcarbid-Körper 100 getrennt und kann dotiertes oder undotiertes Halbleitermaterial oder ein dielektrisches Material, das vom Material des dielektrischen Auskleidungsbereichs 179 verschieden ist, enthalten.
  • In 14A - 14B enthält jede Säule vom n-Typ des Kompensationsgebiets 180 ein zweites Kompensationsgebiet 182, wobei das zweite Kompensationsgebiet 182 einen Kompensationsbereich 182a einer in-situ-dotierten epitaktischen Schicht und zwei zweite Kompensationsschichten 182b enthält. Die zweiten Kompensationsschichten 182b sind stärker dotiert als der Kompensationsbereich 182a. Die zweite Kompensationsschicht 182b und der Kompensationsbereich 182a bilden vertikale unipolare Übergänge.
  • Die zweiten ergänzenden Kompensationsgebiete 282 und die zweiten Kompensationsschichten 182b können zweite geneigte Übergänge 292 bilden. Ein zweiter Neigungswinkel φ2 zwischen den zweiten geneigten Übergängen 292 und der vertikalen Richtung 104 kann um höchstens ± 5 Grad von einem Winkel zwischen der vertikalen Richtung 104 und einer Gitterrichtung, entlang der Channeling auftritt, abweichen.
  • Eine andere Ausführungsform kann sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung beziehen, die umfasst:
    • einen Siliziumcarbid-Körper; eine Gatestruktur, die sich von einer ersten Oberfläche in den Siliziumcarbid-Körper erstreckt; eine Füllstruktur, die zwischen der Gatestruktur und einer zweiten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers ausgebildet ist, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist; ein Kompensationsgebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei das Kompensationsgebiet im Siliziumcarbid-Körper zwischen der Gatestruktur und der zweiten Oberfläche ausgebildet ist; und
    • eine erste Kompensationsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Kompensationsschicht zwischen einer ersten Seitenwand der Füllstruktur und dem Kompensationsgebiet ausgebildet ist und wobei entlang einer Gitterrichtung, entlang der Channeling auftritt, eine Verteilung von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Siliziumcarbid-Körper entlang einer Referenzlinie von der Füllstruktur zur zweiten Oberfläche einen Schwanzbereich enthält.
  • Die Referenzlinie ist parallel zur Kristallrichtung, entlang der Channeling auftritt. Der Schwanzbereich hat einen Abstand zur Füllstruktur, der zumindest zweimal so groß wie ein Abstand des maximalen Wertes der Verteilung von Dotierstoffen zur Füllstruktur entlang der Referenzlinie ist. Im Schwanzbereich ist die Dotierstoffkonzentration signifikant höher als gemäß einer vergleichbaren idealen Gaußschen Verteilung. Die vergleichbare ideale Gaußsche Verteilung und die Verteilung von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps weisen die gleiche Dosis, Reichweite und Streuung auf.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung, aufweisend: ein Bereitstellen eines Siliziumcarbid-Substrats (700), das eine Driftschicht (730) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben (770) aufweist, der sich von einer Hauptoberfläche (701) des Siliziumcarbid-Substrats (700) in die Driftschicht (730) erstreckt; ein Implantieren erster Dotierstoffe durch eine erste Graben-Seitenwand (771) des Grabens (770), wobei die ersten Dotierstoffe einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und unter einem ersten Implantationswinkel (γ1) in das Siliziumcarbid-Substrat (700) implantiert werden, wobei unter dem ersten Implantationswinkel (γ1) Channeling auftritt und wobei die ersten Dotierstoffe eine erste Kompensationsschicht (181) bilden, die sich parallel zur ersten Graben-Seitenwand (771) erstreckt.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: ein Implantieren zweiter Dotierstoffe durch die erste Graben-Seitenwand (771), wobei die zweiten Dotierstoffe den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und eine zweite Kompensationsschicht (182b) bilden und wobei die ersten und die zweiten Kompensationsschichten (181, 182b) einen pn-Übergang bilden.
  3. Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung, aufweisend: ein Bereitstellen eines Siliziumcarbid-Substrats (700), das eine Driftschicht (730) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Graben (770) aufweist, der sich von einer Hauptoberfläche (701) des Siliziumcarbid-Substrats (700) in die Driftschicht (730) erstreckt; ein Implantieren erster Dotierstoffe durch eine erste Graben-Seitenwand (771) des Grabens (770), wobei die ersten Dotierstoffe einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und eine erste Kompensationsschicht (181) bilden, die sich parallel zur ersten Graben-Seitenwand (771) erstreckt; und ein Implantieren zweiter Dotierstoffe durch die erste Graben-Seitenwand (771), wobei die zweiten Dotierstoffe den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und eine zweite Kompensationsschicht (182b) bilden und wobei die ersten und die zweiten Kompensationsschichten (181, 182b) einen pn-Übergang bilden.
  4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Dotierstoffe unter einem ersten Implantationswinkel (γ1) implantiert werden, wobei unter dem ersten Implantationswinkel (γ1) Channeling im Siliziumcarbid-Substrat (700) auftritt.
  5. Verfahren nach dem einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Dotierstoffe unter einem zweiten Implantationswinkel (γ2) implantiert werden, unter dem Channeling im Siliziumcarbid-Substrat (700) auftritt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Implantieren weiterer erster Dotierstoffe durch eine zweite Graben-Seitenwand (772), wobei die zweite Graben-Seitenwand (772) der ersten Graben-Seitenwand (771) gegenüberliegt und wobei die weiteren ersten Dotierstoffe eine weitere erste Kompensationsschicht (181) parallel zur zweiten Graben-Seitenwand (772) bilden.
  7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: ein Implantieren weiterer zweiter Dotierstoffe durch die zweite Graben-Seitenwand (772), wobei die weiteren zweiten Dotierstoffe eine weitere zweite Kompensationsschicht (181) parallel zur zweiten Graben-Seitenwand (772) bilden.
  8. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die weiteren ersten und/oder die weiteren zweiten Dotierstoffe unter einem Implantationswinkel implantiert werden, unter welchem Channeling im Siliziumcarbid-Substrat (700) auftritt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Implantieren dritter Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps durch die erste Graben-Seitenwand (771) unter einem Implantationswinkel, unter welchem Channeling im Siliziumcarbid-Substrat (700) auftritt, wobei die dritten Dotierstoffe eine dritte Kompensationsschicht (181b) an einer vom Graben (770) abgewandten Seite der zweiten Kompensationsschicht (182) bilden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Ausbilden einer Füllstruktur (170) im Graben (770) und ein Ausbilden einer Gateelektrode (155) zwischen der Hauptoberfläche (701) und der Füllstruktur (170).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: ein Ausbilden einer Füllstruktur (170) im Graben (770), ein Ausbilden einer epitaktischen Schicht (780) auf der Hauptoberfläche (701), ein Ausbilden eines weiteren Grabens (785) in der epitaktischen Schicht (780), wobei der weitere Graben (785) die Füllstruktur (170) freilegt, und ein Implantieren weiterer erster Dotierstoffe durch eine weitere erste Seitenwand (781) des weiteren Grabens (785), um eine Kompensationsschicht-Verlängerung (181d) der ersten Kompensationsschicht (181) in der epitaktischen Schicht (780) auszubilden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche: wobei die ersten Dotierstoffe oder die ersten Dotierstoffe und die zweiten Dotierstoffe auch durch die Hauptoberfläche (701) implantiert werden und horizontale Bereiche der ersten Kompensationsschicht (181) oder horizontale Bereiche der ersten und zweiten Kompensationsschichten (181, 182b) an der Hauptoberfläche (701) bilden, wobei nach Ausbilden der ersten Kompensationsschicht (181) oder nach Ausbilden der ersten und zweiten Kompensationsschichten (181, 182b) eine Opferschicht (790) an der Hauptoberfläche (701) des Siliziumcarbid-Substrats (700) entfernt wird, wobei die Opferschicht (790) die horizontalen Bereiche enthält.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: ein Ausbilden, vor einem Ausbilden der ersten Kompensationsschicht (181) oder der ersten und zweiten Kompensationsschichten (181, 182b), einer Implantationsmaske (430) auf der Hauptoberfläche (701), wobei eine Öffnung (435) in der Implantationsmaske (430) den Graben (770) freilegt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Implantieren vierter Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen Boden des Grabens (770), wobei die implantierten Dotierstoffe ein erstes ergänzendes Kompensationsgebiet (281) bilden.
  15. Siliziumcarbid-Vorrichtung, aufweisend: einen Siliziumcarbid-Körper (100); eine Gatestruktur (150), die sich von einer ersten Oberfläche (101) in den Siliziumcarbid-Körper (100) erstreckt; eine Füllstruktur (170), die zwischen der Gatestruktur (150) und einer zweiten Oberfläche (102) des Siliziumcarbid-Körpers (100) ausgebildet ist, wobei die zweite Oberfläche (102) der ersten Oberfläche (101) entgegengesetzt ist; ein Kompensationsgebiet (182) eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei das Kompensationsgebiet (182) im Siliziumcarbid-Körper (100) zwischen der Gatestruktur (150) und der zweiten Oberfläche (102) ausgebildet ist; eine erste Kompensationsschicht (181) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die erste Kompensationsschicht (181) zwischen einer ersten Seitenwand (171) der Füllstruktur (170) und dem Kompensationsgebiet (182) ausgebildet ist, und eine zweite Kompensationsschicht (182a) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei sich die zweite Kompensationsschicht (182a) parallel zur ersten Seitenwand (171) erstreckt und wobei die erste Kompensationsschicht (181) und die zweite Kompensationsschicht (182a) einen pn-Übergang bilden.
  16. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine maximale Dotierstoffkonzentration in der ersten Kompensationsschicht (181) zumindest 1016 cm-3 beträgt.
  17. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Abschirmgebiet (160) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei zumindest ein Bereich des Abschirmgebiets (160) zwischen der Gatestruktur (150) und der zweiten Oberfläche (102) ausgebildet ist.
  18. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Abschirmgebiet (160) mit zumindest einem Bereich einer Gate-Bodenfläche (157) der Gatestruktur (150) und mit der ersten Kompensationsschicht (181) in Kontakt ist.
  19. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine weitere erste Kompensationsschicht (181) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei sich die weitere erste Kompensationsschicht (181) entlang einer zweiten Seitenwand (172) der Füllstruktur (170) erstreckt.
  20. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein erstes ergänzendes Kompensationsgebiet (281) des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der Füllstruktur (170) und der zweiten Oberfläche (102), wobei das erste ergänzende Kompensationsgebiet (281) mit der Füllstruktur (170) und mit der ersten Kompensationsschicht (181) in Kontakt ist.
  21. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, wobei eine horizontale longitudinale Achse der Gatestruktur (150) zu einer horizontalen longitudinalen Achse der Füllstruktur (170) geneigt ist.
  22. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der sieben vorhergehenden Ansprüche, wobei die Füllstruktur (170) ein dielektrisches Material enthält.
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