DE102019119020A1 - Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung - Google Patents

Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102019119020A1
DE102019119020A1 DE102019119020.7A DE102019119020A DE102019119020A1 DE 102019119020 A1 DE102019119020 A1 DE 102019119020A1 DE 102019119020 A DE102019119020 A DE 102019119020A DE 102019119020 A1 DE102019119020 A1 DE 102019119020A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compensation
silicon carbide
trench
areas
dopants
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019119020.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Romain Esteve
Moriz Jelinek
Caspar Leendertz
Anton Mauder
Hans-Joachim Schulze
Werner Schustereder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102019119020.7A priority Critical patent/DE102019119020A1/de
Priority to US16/926,695 priority patent/US11552172B2/en
Publication of DE102019119020A1 publication Critical patent/DE102019119020A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation
    • H01L21/047—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation characterised by the angle between the ion beam and the crystal planes or the main crystal surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H01L29/0653—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps adjoining the input or output region of a field-effect device, e.g. the source or drain region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873—Drain regions
    • H01L29/0878—Impurity concentration or distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/407—Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66734—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes

Abstract

Erste Dotierstoffe werden durch eine größere Öffnung (411) einer ersten Prozessmaske (410) in einen Siliziumcarbid-Körper (100) implantiert, wobei die größere Öffnung (411) einen ersten Oberflächenabschnitt des Siliziumcarbid-Körpers (100) freilegt. Ein Graben (800) wird im Siliziumcarbid-Körper (100) in einem zweiten Oberflächenabschnitt ausgebildet, der durch eine kleinere Öffnung (421) in einer zweiten Prozessmaske (420) freigelegt wird. Der zweite Oberflächenabschnitt ist ein Teilabschnitt des ersten Oberflächenabschnitts. Die größere Öffnung (411) und die kleinere Öffnung (421) werden zueinander selbstausgerichtet ausgebildet. Zumindest ein Teil der implantierten ersten Dotierstoffe bildet zumindest einen Kompensationsschichtbereich (181), der sich parallel zu einer Graben-Seitenwand (801) erstreckt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Beispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, insbesondere auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einer Kompensationsschicht, und auf Verfahren zum Herstellen von Siliziumcarbid-Vorrichtungen mit einer Kompensationsschicht.
  • 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 mit einem vergleichsweise geringen 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. Eine Herstellung von Superjunction-Vorrichtungen aus Silizium schließt typischerweise einen Multi-Epitaxie-/Multi-Implantationsprozess mit einer maskierten Dotierung vom p-Typ oder mit einer maskierten Dotierung von sowohl einem p-Typ als auch einem n-Typ pro Epitaxieschicht, einem Multi-Implantationsprozess bei verschiedenen Implantationsenergien, ein Ätzen von Gräben, kombiniert mit einem epitaktischen Wachstum im Graben, oder ein Ätzen von Gräben, kombiniert mit einem Prozess zur Gasphasendotierung der Grabenwand ein. Ein Ausbilden von Kompensationsstrukturen mit einer hohen vertikalen Ausdehnung und mit einer ausreichend gut definierten Ladungskompensation wird anspruchsvoller, falls der Diffusionskoeffizient von Dotierstoffen im Halbleitermaterial niedrig ist.
  • Es besteht ein Bedarf danach, eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, die eine Kompensationsstruktur mit hoher vertikaler Ausdehnung und/oder gut definierter Ladungskompensation enthält, zu wettbewerbsfähigen Kosten bereitzustellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung. Zuerst werden Dotierstoffe durch eine größere Öffnung einer ersten Prozessmaske in einen Siliziumcarbid-Körper implantiert. Die größere Öffnung legt einen ersten Oberflächenabschnitt des Siliziumcarbid-Körpers frei. Ein Graben wird im Siliziumcarbid-Körper in einem zweiten Oberflächenabschnitt ausgebildet, der durch eine kleinere Öffnung in einer zweiten Prozessmaske freigelegt wird. Der zweite Oberflächenabschnitt ist ein Teilabschnitt des ersten Oberflächenabschnitts. Die größere Öffnung und die kleinere Öffnung werden zueinander selbstausgerichtet ausgebildet. Zumindest ein Teil der implantierten ersten Dotierstoffe bildet zumindest einen Kompensationsschichtbereich, der sich parallel zu einer Graben-Seitenwand erstreckt.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung enthält eine Füllstruktur, die sich von einer ersten lateralen Querschnittsebene eines Siliziumcarbid-Körpers zu einer zweiten lateralen Querschnittsebene erstreckt. Die Füllstruktur enthält zumindest eine gestufte Seitenwand. Die gestufte Seitenwand enthält zumindest zwei steile Seitenwandbereiche, die zueinander lateral verschoben sind. Kompensationsschichtbereiche sind im Siliziumcarbid-Körper ausgebildet. Jeder Kompensationsschichtbereich erstreckt sich entlang einem der steilen Seitenwandbereiche.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden 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 - 1B zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einer Kompensationsstruktur gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen, das ein Ätzen eines Grabens in ein dotiertes Hilfsgebiet einschließt.
    • 2A - 2B zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einer Kompensationsstruktur gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen, das eine vertikale Implantation in Seitenwandgebiete eines Grabens einschließt.
    • 3A - 3N zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit Graben-Gatestrukturen gemäß einer Ausführungsform unter Verwendung von Abstandshaltern zu veranschaulichen.
    • 4A - 4D zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers gemäß einer Ausführungsform, der Kompensationseinstellungsgebiete bereitstellt.
    • 5A - 5C zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen, das eine Implantation nach Ausbilden eines Grabens mit gestuften Graben-Seitenwänden einschließt.
    • 5D zeigt eine vereinfachte vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers, um ein Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen, das selbstausgerichtete Gate-Gräben liefert.
    • 6A - 6B zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines Siliziumcarbid-Körpers gemäß einer Ausführungsform, der Kompensationsverbindungsgebiete bereitstellt.
    • 7 - 9 veranschaulichen schematische vertikale Querschnittsansichten von Bereichen von Siliziumcarbid-Vorrichtungen mit Kompensationsstrukturen, die lateral verschobene steile Kompensationsschichtbereiche enthalten, gemäß Ausführungsformen betreffend Transistorzellen mit Graben-Gatestrukturen und einseitigen Kanälen.
    • 10 veranschaulicht eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einer Kompensationsstruktur, die lateral verschobene steile Kompensationsschichtbereiche enthält, gemäß einer Ausführungsform betreffend Transistorzellen mit planaren Gatestrukturen.
    • 11A - 11B sind schematische laterale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SiC-SJ-TMOSFET (Siliziumcarbid-Superjunction-Graben-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) mit zweiseitigem Kanal gemäß einer Ausführungsform.
    • 12A - 12B sind schematische laterale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs eines SiC-SJ-TMOSFET mit zweiseitigem Kanal gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • 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 genutzt 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 Ansprüche 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 geeignet sind, zwischen die elektrisch gekoppelten Elementen geschaltet 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.
  • Eine ladungskompensierende Schicht ist eine Schicht, die die Ladung in einer benachbarten, komplementär dotierten Schicht oder Gebiet zumindest teilweise kompensiert, wenn beide Schichten verarmt oder teilweise verarmt sind. Beispielsweise kann das Integral der Dotierungsdichte entlang einer lateralen Linie über die ladungskompensierende Schicht und die benachbarte komplementär dotierte Schicht oder Gebiet in einem Bereich von -20 % bis +20 % des Integrals der Dotierung entlang einer lateralen Linie über die stärker dotierte der ladungskompensierenden Schicht und der komplementär dotierten Schicht oder Gebiet liegen. Die ladungskompensierende Schicht wird zumindest bei der typischen Durchbruchspannung der Vorrichtung oder bei einer niedrigeren Sperrspannung vollständig verarmt.
  • Eine ladungskompensierende Schicht und eine oder zwei benachbarte komplementär dotierte Schicht(en) oder Gebiet(e), die den definierten Grad einer Ladungskompensation zeigen, können eine Einheitszelle einer Kompensationsstruktur bilden. Auf die ladungskompensierende Schicht wird im Folgenden der Einfachheit halber als „Kompensationsschicht“ verwiesen. Auf einen Abschnitt einer ladungskompensierenden Schicht wird im Folgenden als „Kompensationsschichtbereich“ verwiesen.
  • 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 „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).
  • Im Hinblick auf Strukturen und dotierte Gebiete, die in einem Siliziumcarbid-Körper ausgebildet sind, liegt ein zweites Gebiet „unterhalb“ eines ersten Gebiets, falls ein minimaler Abstand zwischen dem zweiten Gebiet und einer ersten Oberfläche an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers größer ist als ein maximaler Abstand zwischen dem ersten Gebiet und der ersten Oberfläche. Das zweite Gebiet liegt „direkt unterhalb“ des ersten Gebiets, wo die vertikalen Projektionen der ersten und zweiten Gebiete in die erste Oberfläche überlappen. Die vertikale Projektion ist in eine Projektion orthogonal zur ersten Oberfläche.
  • Der Begriff „Leistungs-Halbleitervorrichtung“ bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen mit einem hohen Spannungssperrvermögen von zumindest 30 V, zum Beispiel 100 V, 600 V, 3,3 kV oder mehr und mit einem nominalen Einschalt- bzw. Durchlassstrom oder Vorwärtsstrom von zumindest 1 A, zum Beispiel 10 A oder mehr.
  • Im Allgemeinen zeigt eine „Schicht“ eine Oberflächenausdehnung entlang zwei orthogonalen Richtungen und eine annähernd gleichmäßige Schichtdicke orthogonal zur Oberflächenausdehnung. Die Schichtdicke kann kleiner, z.B. höchstens 10 %, als die kleinste lineare Ausdehnung entlang der Oberflächenausdehnung sein. Die Oberflächenausdehnung einer lateralen Schicht ist parallel zu einer lateralen Ebene. Eine sich parallel zu einer Graben-Seitenwand erstreckende Schicht hat eine Oberflächenausdehnung parallel zur Graben-Seitenwand und kann eine annähernd gleichmäßige Dicke in einer Richtung orthogonal zur Graben-Seitenwand aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung ein Implantieren erster Dotierstoffe durch eine größere Öffnung einer ersten Prozessmaske in einen Siliziumcarbid-Körper einschließen.
  • Der Siliziumcarbid-Körper kann einer von mehreren Siliziumcarbid-Körpern sein, die nebeneinander angeordnet und miteinander lateral verbunden sind. Die lateral verbundenen Siliziumcarbid-Körper können Bereiche eines Siliziumcarbid-Substrats sein.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat kann aus einer Siliziumcarbid-Scheibe oder einem Siliziumcarbid-Wafer, die oder der von einem einkristallinen Siliziumcarbid-Ingot geschnitten wurde, bestehen oder eine solche oder einen solchen enthalten. Beispielsweise kann das Siliziumcarbid-Substrat eine epitaktische Schicht und/oder einen Substratbereich enthalten, wobei der Substratbereich z.B. durch Sägen oder Wafer-Spalten von einem einkristallinen Siliziumcarbid-Ingot erhalten wird. Ein Durchmesser des Siliziumcarbid-Substrats kann einem Produktionsstandard für Halbleiter-Wafer entsprechen und kann beispielsweise 100 mm (4 Zoll), 150 mm (6 Zoll), 175 mm (7 Zoll), 200 mm (8 Zoll) oder sogar bis zu 300 mm (12 Zoll) betragen.
  • Das Material des Siliziumcarbid-Substrats 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 im Wesentlichen parallele Hauptoberflächen der gleichen Form und Größe und eine laterale Oberfläche aufweisen, die die Ränder der beiden Hauptoberflächen verbindet. Beispielsweise kann das Siliziumcarbid-Substrat die Form eines polygonalen (z.B. rechtwinkligen oder hexagonalen) Prismas mit oder mehr abgerundete Ränder, eines rechten Zylinders oder eines leicht schrägen Zylinders aufweisen, wobei sich einige der Seiten unter einem Winkel von höchstens 8°, höchstens 5° oder höchstens 3° neigen können. Ein oder mehr Flats oder Kerben können entlang der lateralen Oberfläche ausgebildet sein.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat kann sich in einer durch laterale Richtungen aufgespannten Ebene lateral erstrecken. Dementsprechend kann der Siliziumcarbid-Körper eine Oberflächenausdehnung entlang zwei lateralen Richtungen aufweisen und kann eine Dicke entlang einer vertikalen Richtung senkrecht zu den lateralen Richtungen aufweisen. Eine erste Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers bildet einen Abschnitt einer ersten Hauptoberfläche an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Substrats.
  • Die erste Prozessmaske kann eine homogene Schicht aus einem Material sein oder kann zwei oder mehr Teilschichten unterschiedlicher Materialien enthalten. Beispielsweise kann die erste Prozessmaske eine Schicht aus Siliziumoxid und/oder eine Schicht aus Siliziumnitrid enthalten. Die erste Prozessmaske kann auf, z.B. direkt auf, der ersten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers ausgebildet werden.
  • Die größere Öffnung kann sich vertikal durch die erste Prozessmaske erstrecken. Die größere Öffnung kann einen ersten Oberflächenabschnitt der ersten Oberfläche freilegen. Der erste Oberflächenabschnitt kann planar sein oder kann einen Graben enthalten. Die größere Öffnung kann streifenförmig sein. Alternativ dazu kann die größere Öffnung beispielsweise ein regelmäßiges Polygon mit oder ohne abgerundete oder angeschrägte Ecken, ein Kreis oder ein Oval sein.
  • Die ersten Dotierstoffe können auf solch eine Weise in ein Implantationsgebiet implantiert werden, dass eine Verteilung der implantierten ersten Dotierstoffe entlang der vertikalen Richtung in einem hohem Maße, z.B. über zumindest 50 % oder sogar zumindest 70 % oder sogar zumindest 80 % der vertikalen Ausdehnung des Implantationsgebiets, gleichmäßig ist. Mit anderen Worten kann eine vertikale Dotierstoffverteilung in dem Kompensationsschichtbereich z.B. über zumindest 50 % (oder 70 % oder 80 %) der vertikalen Ausdehnung des Implantationsgebiets annähernd gleichmäßig (eine sogenannte „kastenförmige“ Verteilung) sein. Beispielsweise kann ein Implantieren der ersten Dotierstoffe eine Implantation mit hoher Energie durch einen Energiefilter einschließen. Die implantierten Dotierstoffe können eine annähernd gleichmäßige Energieverteilung zwischen einer minimalen Energie und einer maximalen Energie aufweisen, und/oder die implantierten Dotierstoffe verteilen sich annähernd gleichmäßig entlang der vertikalen Richtung. Gemäß anderen Ausführungsformen kann ein Implantieren der ersten Dotierstoffe zumindest eine: (i) einer gittergeführten bzw. kanalisierten Ionenstrahl-Implantation, (ii) einer Ionenstrahl-Implantation bei einer Vielzahl unterschiedlicher Beschleunigungsspannungen, (iii) einer Ionenstrahl-Implantation bei einer Vielzahl unterschiedlicher Implantationswinkel einschließen. Mit jedem dieser Verfahren kann es möglich sein, ein kastenförmiges vertikales Dotierstoffprofil in einem gewissen Maße anzunähern. Ein vertikales homogenes Dotierungsniveau kann bedeuten, dass die Differenz im Dotierungsniveau in diesem Gebiet weniger als 60 % oder weniger als 40 % oder gar weniger als 20 % eines maximalen Dotierungsniveaus in diesem Gebiet beträgt.
  • Vor einem Implantieren der ersten Dotierstoffe oder darauffolgend kann ein Graben in einem zweiten Oberflächenabschnitt der ersten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers ausgebildet werden. Der Graben kann kreisförmig, polygonförmig oder streifenförmig sein und kann sich lateral von einer Seite eines zentralen aktiven Gebiets des Siliziumcarbid-Körpers zur entgegengesetzten Seite erstrecken. Das zentrale aktive Gebiet kann funktionale Transistorzellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung oder das (die) Anodengebiet(e) einer Leistungs-Halbleiterdiode oder MPS-(Merged-Pin-Schottky-)Diode enthalten.
  • Alternativ dazu kann der Graben ein nadelförmiger Graben mit zwei orthogonalen lateralen Ausdehnungen innerhalb der gleichen Größenordnung sein. Beispielsweise kann ein nadelförmiger Graben zwei gleiche oder annähernd gleiche orthogonale laterale Ausdehnungen aufweisen. Der Graben kann zumindest eine steile Graben-Seitenwand aufweisen. Beispielsweise kann die Graben-Seitenwand einen, zwei oder mehr steile Seitenwandabschnitte umfassen. Die steilen Seitenwandabschnitte können beispielsweise vertikal sein oder können von der vertikalen Richtung um ± 10 Grad abweichen.
  • Der zweite Oberflächenabschnitt kann durch eine kleinere Öffnung in einer zweiten Prozessmaske freigelegt werden. Der zweite Oberflächenabschnitt kann ein echter Teilabschnitt des ersten Oberflächenabschnitts sein. Mit anderen Worten kann eine laterale Fläche des zweiten Oberflächenabschnitts kleiner als eine laterale Fläche des ersten Oberflächenabschnitts sein. Der zweite Oberflächenabschnitt kann ein zentraler Abschnitt des ersten Oberflächenabschnitts sein. Beispielsweise können der zweite Oberflächenabschnitt und der erste Oberflächenabschnitt konzentrisch sein und/oder können ein gemeinsames zentrales Gebiet (z.B. eine gemeinsame Mittellinie oder ein gemeinsames Zentrum) aufweisen.
  • Eine laterale Querschnittsfläche der größeren Öffnung ist größer als eine laterale Querschnittsfläche der kleineren Öffnung in der gleichen Querschnittsebene. Die kleinere Öffnung und die größere Öffnung können zueinander selbstausgerichtet ausgebildet sein. Beispielsweise können die Positionen sowohl der größeren Öffnung als auch der kleineren Öffnung mittels eines einzigen Fotolithografieprozesses definiert werden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Position der größeren Öffnung in Bezug auf die kleinere Öffnung von jeglichem Justier- bzw. Ausrichtungsprozess unabhängig ist, der die Follower-Fotomaske zu einer Ausrichtungsmarkierung einstellt, die durch eine Vorgänger-Fotomaske auf dem Siliziumcarbid-Substrat definiert wurde.
  • Zumindest ein Teil der implantierten ersten Dotierstoffe kann zumindest einen Kompensationsschichtbereich bilden, der sich parallel zur Graben-Seitenwand, zum Beispiel zu einem steilen Seitenwandabschnitt des Grabens, erstreckt. Eine Dotierstoffverteilung im Kompensationsschichtbereich entlang der vertikalen Richtung kann in einem hohen Maße, z.B. über zumindest 50 % oder sogar zumindest 70 % oder gar zumindest 80 % einer vertikalen Ausdehnung des Kompensationsschichtbereichs, gleichmäßig sein. Beispielsweise kann eine vertikale Dotierstoffverteilung im Kompensationsschichtbereich, z.B. über zumindest 50 % (oder 70 % oder 80 %) der vertikalen Ausdehnung des Kompensationsschichtbereichs, annähernd gleichmäßig („kastenförmig“) sein.
  • Mit der in Bezug aufeinander selbstausgerichteten Ausbildung der größeren Öffnung und der kleineren Öffnung können die Dicke des Kompensationsschichtbereichs und der Gesamtbetrag an Ladungen darin von Toleranzen einer Maskenausrichtung unabhängig sein. Toleranzen einer Maskenausrichtung können für einige Substrate signifikant sein. Beispielsweise können Toleranzen einer Maskenausrichtung auf Substraten wie 4H-SiC, die mit einem außeraxialen Schnitt (engl.: off-axis cut) versehen sind, signifikant sein. Auf Substraten mit einem außeraxialen Schnitt sind die Oberflächen, auf denen Ausrichtungsmarkierungen ausgebildet sind, zu den Hauptgitterebenen geneigt. Der außeraxiale Schnitt kann Oberflächenverzerrungen verstärken und eine darauf ausgebildete Ausrichtungsmarkierung verschlechtern.
  • Mit dem selbstausgerichteten Ansatz kann die Menge implantierter erster Dotierstoffe im Kompensationsschichtbereich mit hoher Reproduzierbarkeit genau definiert werden. Es ist möglich, eine Superjunction-Struktur mit einem engen Toleranzfenster für einen Grad eines Ladungsgleichgewichts über die komplette vertikale Ausdehnung der Superjunction-Struktur oder über zumindest 50% der vertikalen Ausdehnung der Superjunction-Struktur bereitzustellen. Ein Lawinen- und Durchbruchverhalten der Superjunction-Vorrichtungen aus Siliziumcarbid kann genau vorhersagbar sein.
  • Die Kompensationsschichtbereiche können eine vergleichsweise schmale laterale Breite aufweisen, so dass es möglich ist, benachbarte erste Kompensationsschichten in einem vergleichsweise geringen Abstand von Mitte zu Mitte vorzusehen. Der Prozess kann auch das vertikale Stapeln von Kompensationsschichtbereichen in einer stufenartigen Weise ohne intermediäre Epitaxie ermöglichen. Infolgedessen kann es möglich sein, Superjunction-Strukturen mit einer vergleichsweise großen vertikalen Ausdehnung unter vergleichsweise geringem Aufwand bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Dotierstoffe vor Ausbilden des Grabens implantiert werden. Die kleinere Öffnung kann gebildet werden, indem ein Abstandshalter entlang einer Seitenwand der größeren Öffnung ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann die zweite Prozessmaske zum Ausbilden des Grabens die erste Prozessmaske, die zum Implantieren der ersten Dotierstoffe genutzt wurde, und einen Abstandshalter entlang einer Seitenwand der größeren Öffnung umfassen. Auf diese Weise ist es möglich, unter vergleichsweise geringem Aufwand selbstausgerichtete erste und kleinere Öffnungen zu erhalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ausbilden des Grabens und der Kompensationsschichtbereiche ein zumindest einmaliges Wiederholen einer Implantations-/Atzsequenz beinhalten. Das heißt, ein Ausbilden der Kompensationsschichtbereiche kann zumindest zwei Implantations-/Ätzsequenzen umfassen: eine erste Implantations-/Atzsequenz (z.B. wie oben beschrieben) und ein Wiederholen der Implantations-/Atzsequenz in zumindest einer weiteren Implantations-/Atzsequenz. Im Allgemeinen können n Implantations-/Atzsequenzen durchgeführt werden, wobei n=1,...,nmax und nmax ≥ 2 gelten.
  • Die Implantations-/Ätzsequenzen können einen oder mehr zusätzliche Prozesse zwischen dem Implantationsprozess und dem Ätzprozess und/oder einen oder mehr zusätzliche Prozesse zwischen zwei sukzessiven Implantations-/Ätzsequenzen einschließen. Beispielsweise kann jede Implantations-/Atzsequenz eine Wärmebehandlung zwischen dem Implantationsprozess und dem Ätzprozess beinhalten.
  • Die Implantations-/Ätzsequenz kann ein Implantieren erster Dotierstoffe durch eine größere Öffnung und ein Ausbilden eines Grabenabschnitts in einem durch eine kleinere Öffnung freigelegten Abschnitt beinhalten. Eine laterale Querschnittsfläche der kleineren Öffnung der n-ten Implantations-/Ätzsequenz kann kleiner als die laterale Querschnittsfläche der größeren Öffnung der n-ten Implantations-/Atzsequenz sein. Die ersten und die kleineren Öffnungen, die in der gleichen Implantations-/Atzsequenz genutzt werden, können zueinander selbstausgerichtet ausgebildet sein. Beispielsweise kann die kleinere Öffnung gebildet werden, indem ein Abstandshalter entlang einer Seitenwand der größeren Öffnung ausgebildet wird.
  • Eine laterale Querschnittsfläche der größeren Öffnung der (n+1)-ten Implantations-/Ätzsequenz kann so groß wie die laterale Querschnittsfläche der kleineren Öffnung der n-ten Implantations-/Ätzsequenz oder kleiner als diese sein. Beispielsweise kann die größere Öffnung der (n+1)-ten Implantations-/Ätzsequenz der kleineren Öffnung der n-ten Implantations-/Ätzsequenz entsprechen. Die Implantations-/Atzsequenz kann zum Beispiel einmal oder zweimal wiederholt werden, das heißt, zwei oder drei Implantations-/Atzsequenzen können insgesamt durchgeführt werden (d.h. nmax = 2 bzw. nmax = 3). Gemäß einer anderen Ausführungsform können vier oder mehr Implantations-/Ätzsequenzen durchgeführt werden (nmax ≥ 4).
  • Indem man die Implantations-/Atzsequenz zumindest einmal wiederholt, kann zumindest eine erste Graben-Seitenwand mit einer Treppenform ausgebildet werden. Die Treppenform kann die Ausbildung einer Superjunction-Struktur mit einer vergleichsweise großen vertikalen Ausdehnung in einem Halbleitermaterial mit geringen Diffusionskoeffizienten für Dotierstoffe ermöglichen. Die gestuften Gräben können Kompensationsstrukturen mit einer vertikalen Ausdehnung über eine obere Grenze für Hochenergie-Implantationen durch eine flache Hauptoberfläche hinaus ermöglichen. Insbesondere kann ein Versehen eines Grabens mit einer gestuften Graben-Seitenwand die vertikale Ausdehnung dotierter Gebiete vergrößern, die durch einen Implantationsprozess gebildet werden können, der einen Energiefilter, einen Gitterführungseffekt, einen variablen Neigungswinkel und/oder eine variable Implantationsenergie nutzt.
  • Eine Kompensationsstruktur mit einer hohen vertikalen Ausdehnung kann Siliziumcarbid-Leistungsvorrichtungen ermöglichen, die ein hohes Spannungsdurchbruchsvermögen mit niedrigem Durchlasswiderstand kombinieren. Insbesondere kann in Siliziumcarbid-Vorrichtungen mit einer Sperrspannung von zumindest 1,2 kV, z.B. zumindest 1,6 kV oder zumindest 3 kV der Durchlasswiderstand der Spannung haltenden Schicht die Einschalt- bzw. Durchlassverluste dominieren. Versieht man die Spannung haltende Schicht mit einer Kompensationsstruktur, kann dies daher die Durchlassverluste effektiv reduzieren.
  • Außerdem kann das Verfahren ohne jegliche Ausbildung einer dazwischenliegenden epitaktischen Schicht auskommen oder kann ein Reduzieren der Anzahl dazwischenliegender epitaktischer Schichten ermöglichen. Bereiche einer Kompensationsstruktur eines Siliziumcarbid-Körpers können in selbstausgerichteter Weise und ohne Auswertung von Ausrichtungsmarkierungen in verschiedenen Etagen gebildet werden. Mit dem selbstausgerichteten Ansatz kann es möglich sein, vergleichsweise schmale Kompensationsschichtbereiche auszubilden. Es ist auch möglich, benachbarte erste Kompensationsschichten mit einem vergleichsweise geringen Abstand von Mitte zu Mitte und mit einer vergleichsweise hohen Dotierstoffkonzentration vorzusehen.
  • Die Dotierstoffkonzentration in Kompensationsschichtbereichen, die in verschiedenen Etagen ausgebildet sind, kann unterschiedlich sein. Unterschiedliche mittlere Dotierstoffkonzentrationen von Kompensationsschichtbereichen in verschiedenen Etagen können zu einem präzisen Formen des elektrischen Feldes im Sperrmodus der Siliziumcarbid-Vorrichtung beitragen. Beispielsweise kann ein Verschieben des Maximums des elektrischen Feldes in Richtung der vertikalen Mitte der Superjunction-Struktur TRAPATT- (Trapped Plasma Avalanche-Triggered Transit) Oszillationen in der Siliziumcarbid-Vorrichtung reduzieren oder vermeiden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können weitere erste Dotierstoffe durch einen Grabenboden des Grabens implantiert werden. Die weiteren ersten Dotierstoffe können ein Kompensationsbodengebiet ausbilden, das sich vom Grabenboden in den Siliziumcarbid-Körper erstreckt. Eine laterale Breite des Kompensationsbodengebiets und eine laterale Breite des Grabenbodens können gleich sein. In anderen Ausführungsformen kann die laterale Breite des Kompensationsbodengebiets z.B. aufgrund von Streu-, Gitterführungs-, Diffusions- und/oder Winkeleffekten größer als die laterale Breite des Grabenbodens sein. Das Kompensationsbodengebiet kann die vertikale Ausdehnung einer Superjunction-Struktur weiter vergrößern. Das Kompensationsbodengebiet kann ein kastenförmiges, vertikales Dotierstoffprofil aufweisen. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration im Kompensationsbodengebiet kann gleich der mittleren Dotierstoffkonzentration in einem benachbarten Kompensationsschichtbereich sein oder kann davon abweichen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform können die ersten Dotierstoffe nach Ausbilden des Grabens implantiert werden. Beispielsweise kann nach Abschluss der Ausbildung des Grabens die zweite Prozessmaske mit den kleineren Öffnungen durch die erste Prozessmaske, die die größeren Öffnungen enthält, ersetzt werden, wobei die größeren Öffnungen selbstausgerichtet zu den kleineren Öffnungen ausgebildet werden können.
  • Beispielsweise kann nach Ausbilden des Grabens und vor einem Entfernen der zweiten Prozessmaske eine Ausrichtungsstruktur gebildet werden. Die Ausrichtungsstruktur kann in der kleineren Öffnung in der zweiten Prozessmaske platziert werden, kann z.B. diese füllen. Die zweite Prozessmaske kann entfernt werden. Ein Hilfsabstandshalter kann entlang der Seitenwand des freigelegten oberen Abschnitts der Ausrichtungsstruktur ausgebildet werden. Die erste Prozessmaske kann abgeschieden werden. Ein Planarisierungsprozess kann Bereiche der ersten Prozessmaskenschicht entfernen, die über der Ausrichtungsstruktur und dem Hilfsabstandshalter abgeschieden wurden. Die Ausrichtungsstruktur und der Hilfsabstandshalter können in Bezug auf die erste Prozessmaskenschicht selektiv entfernt werden.
  • Gemäß einem anderen Beispiel kann die kleinere Öffnung der zweiten Prozessmaske erweitert werden, um die erste Prozessmaske mit der größeren Öffnung zu bilden. Beispielsweise kann ein Nassätzen oder ein selektives Entfernen eines anfänglichen Abstandshalters, der vor der ersten Grabenätzung ausgebildet wurde, die kleinere Öffnung erweitern.
  • Indem man die ersten Dotierstoffe nach Abschluss des Grabens, zum Beispiel nach Ausbilden eines Grabens mit gestuften Graben-Seitenwänden und mit zwei oder mehr Grabenabschnitten unterschiedlicher Breite, implantiert, kann es möglich sein, mittels eines einzigen Implantationsprozesses Kompensationsschichtbereiche in verschiedenen Etagen und ein Kompensationsbodengebiet auf kostengünstige Weise zu bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die größere Öffnung gebildet werden, indem die kleinere Öffnung beispielsweise mittels Nassätzung erweitert wird. Auf diese Weise können die größeren Öffnungen unter vergleichsweise geringem Aufwand gebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ausbilden des Grabens eine zumindest einmalige Wiederholung einer Ätzsequenz beinhalten, wobei die Ätzsequenz ein Ausbilden eines Grabenabschnitts in einem Abschnitt des Siliziumcarbid-Körpers beinhaltet, der durch eine kleinere Öffnung freigelegt wird. Die kleinere Öffnung der (n+1)-ten Ätzsequenz kann kleiner als die kleinere Öffnung in der n-ten Ätzsequenz sein. Auf diese Weise kann es möglich sein, Kompensationsschichtbereiche in unterschiedlichen Etagen und ein Kompensationsbodengebiet mittels eines einzigen Implantationsprozesses auszubilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die kleinere Öffnung der (n+1)-ten Ätzsequenz gebildet werden, indem ein Abstandshalter entlang einer Seitenwand der kleineren Öffnung der n-ten Ätzsequenz ausgebildet wird. Auf diese Weise kann es möglich sein, Gräben mit gestuften Seitenwänden mit präzise definierter Stufenbreite auf kostengünstige Weise auszubilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können Hilfsdotierstoffe in den Siliziumcarbid-Körper implantiert werden. Die Hilfsdotierstoffe und die ersten Dotierstoffe können komplementäre Leitfähigkeitstypen aufweisen. Ein Implantieren der Hilfsdotierstoffe kann eine Ionenstrahl-Implantation beinhalten, wobei der Ionenstrahl in Bezug auf eine vertikale Richtung geneigt ist. Die implantierten Hilfsdotierstoffe können Kompensationseinstellungsgebiete an gegenüberliegenden Seiten jedes Grabenabschnitts bilden. In den Kompensationseinstellungsgebieten kann die mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration höher als in der Hauptschicht in der gleichen Etage sein.
  • Jedes Kompensationseinstellungsgebiet kann mit zwei vertikal benachbarten Kompensationsschichtbereichen in Kontakt sein. Beispielsweise können die Hilfsdotierstoffe in den Boden des n-ten Grabenabschnitts implantiert werden, bevor der Grabenabschnitt der (n+1)-ten Implantations-/Ätzsequenz gebildet wird. Jedes Kompensationseinstellungsgebiet kann direkt unterhalb eines Kompensationsschichtbereichs entlang dem n-ten Grabenabschnitt und lateral neben einem Kompensationsschichtbereich entlang dem (n+1)-ten Grabenabschnitt liegen.
  • Die Kompensationseinstellungsgebiete können sanfte Diskontinuitäten aufweisen, die der Grad eines Ladungsgleichgewichts entlang der vertikalen Richtung an den Stufen der gestuften Graben-Seitenwand zeigen kann. Steile Änderungen des Grads eines Ladungsgleichgewichts können lokale Spitzen der elektrischen Feldstärke in einem Sperrmodus der Siliziumcarbid-Vorrichtung zur Folge haben. Ein Glätten von Diskontinuitäten des Ladungsgleichgewichts kann lokale Maxima einer elektrischen Feldstärke reduzieren und kann zu einer Verbesserung, z.B., des Sperrvermögens der Vorrichtungen beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Siliziumcarbid-Körper eine Hauptschicht enthalten. Die Hauptschicht und die Kompensationsschichtbereiche können komplementäre Leitfähigkeitstypen aufweisen. Der Graben kann sich in die Hauptschicht erstrecken. Kompensationsgebiete können beispielsweise von Bereichen der Hauptschicht lateral zwischen benachbarten Gräben gebildet werden. Die Kompensationsgebiete können ferner Bereiche der Hauptschicht lateral zwischen benachbarten Kompensationsbodenbereichen umfassen.
  • Das Kompensationsbodengebiet und die Kompensationsschichtbereiche, die dem gleichen Graben zugeordnet sind, können eine Säule oder Schicht vom p-Typ bilden. Ein Kompensationsgebiet kann eine Säule oder Schicht vom n-Typ bilden. Alternativ dazu können das Kompensationsbodengebiet und die Kompensationsschichtbereiche, die dem gleichen Graben zugeordnet sind, eine Säule oder Schicht vom n-Typ bilden, und ein Kompensationsgebiet kann eine Säule oder Schicht vom p-Typ bilden. Eine Vielzahl lateral angeordneter Säulen oder Schichten vom n-Typ und p-Typ kann eine Superjunction-Struktur zumindest im zentralen aktiven Gebiet der Siliziumcarbid-Vorrichtung bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Transistorzelle (z.B. eine Vielzahl von Transistorzellen) gebildet werden. Die Transistorzelle kann ein Sourcegebiet und ein Bodygebiet enthalten. Das Sourcegebiet und das Bodygebiet können einen pn-Übergang ausbilden. Das Sourcegebiet und das Bodygebiet können zwischen einer ersten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers und den Kompensationsschichtbereichen ausgebildet sein. Die Transistorzelle kann zum Beispiel eine Zelle eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate oder eine Zelle eines Junction- bzw. Sperrschicht-Feldeffekttransistors sein. Es ist möglich, Leistungs-Halbleiter-Schaltvorrichtungen, zum Beispiel MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), mit einer Superjunction-Struktur bereitzustellen.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann ein Anodengebiet zwischen der ersten Oberfläche und den Kompensationsschichtbereichen ausgebildet werden. Es kann möglich sein, Leistungs-Halbleiterdioden mit dem Anodengebiet auszubilden. Das Anodengebiet und die Kompensationsschichtbereiche können den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen. Das Anodengebiet und die Kompensationsgebiete können einen Haupt-pn-Übergang der Leistungs-Halbleiterdiode ausbilden. Das Anodengebiet kann eine einzige dotierte Wanne enthalten oder kann durch strukturierte Gebiete mit einem dem Leitfähigkeitstyp des Anodengebiets entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp strukturiert sein. Die entgegengesetzt dotierten Gebiete können sich von der ersten Oberfläche zu den Kompensationsgebieten erstrecken. Die entgegengesetzt dotierten Gebiete und eine vorderseitige Elektrode können Schottky-Kontakte ausbilden. Auf diese Weise kann es möglich sein, Hochspannungs-MPS-Dioden mit einer Superjunction-Struktur bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können nach Ausbilden des Grabens ergänzende Dotierstoffe in den Siliziumcarbid-Körper implantiert werden. Die ergänzenden Dotierstoffe und die Kompensationsschichtbereiche können den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen. Ein Implantieren der ergänzenden Dotierstoffe kann eine Ionenstrahl-Implantation beinhalten, wobei der Ionenstrahl in Bezug auf die vertikale Richtung geneigt ist. Die implantierten ergänzenden Dotierstoffe können Kompensationsverbindungsgebiete ausbilden.
  • Beispielsweise können die Grabenabschnitte so ausgebildet werden, dass sie vollständig oder nahezu vollständig durch die Hilfsgebiete schneiden. Infolgedessen können entlang den Seitenwänden benachbarter Grabenabschnitte ausgebildete Kompensationsschichtbereiche voneinander getrennt werden oder können nur schwach verbunden sein. Die Kompensationsverbindungsgebiete können Kompensationsschichtbereiche, die benachbarten Grabenabschnitten zugeordnet sind, zuverlässig verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, Superjunction-Strukturen vorzusehen, wobei jeder Kompensationsschichtbereich mit einem definierten elektrischen Potential, zum Beispiel mit dem Anodenpotential einer Leistungs-Halbleiterdiode oder mit dem Emitterpotential einer Leistungs-Halbleiter-Schaltvorrichtung, elektrisch verbunden ist. Eine kontinuierliche Dotierung in den Kompensationsschichtbereichen kann zur Vermeidung eines verzögerten und/oder verlustbehafteten Einschaltverhaltens der Siliziumcarbid-Vorrichtung beitragen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Siliziumcarbid-Vorrichtung eine Füllstruktur und Kompensationsschichtbereiche enthalten. Die Füllstruktur kann sich von einer ersten lateralen Querschnittsebene eines Siliziumcarbid-Körpers zu einer zweiten lateralen Querschnittsebene erstrecken.
  • Der Siliziumcarbid-Körper kann zwei entgegengesetzte, sich entlang lateralen Richtungen erstreckende Hauptoberflächen und eine laterale Oberfläche aufweisen, die die Ränder der beiden Hauptoberflächen verbindet. Eine Dicke des Siliziumcarbid-Körpers wird entlang einer zu den lateralen Richtungen orthogonalen vertikalen Richtung gemessen.
  • Die Füllstruktur kann streifenförmig sein. Beispielsweise kann sich die Füllstruktur lateral von einer Seite eines zentralen aktiven Gebiets der Siliziumcarbid-Vorrichtung zur entgegengesetzten Seite erstrecken. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Füllstruktur nadelförmig mit zwei orthogonalen lateralen Ausdehnungen innerhalb der gleichen Größenordnung sein. Die zwei orthogonalen lateralen Ausdehnungen einer nadelförmigen Füllstruktur können beispielsweise gleich oder annähernd gleich sein. Ein lateraler Querschnitt einer nadelförmigen Füllstruktur kann beispielsweise ein regelmäßiges Polygon mit oder ohne gerundete oder angeschrägte Ecken, ein Kreis oder ein Oval sein.
  • Die Füllstruktur kann zumindest eine gestufte Seitenwand aufweisen. Die gestufte Seitenwand kann zumindest zwei steile Seitenwandbereiche umfassen, die zueinander lateral verschoben sind. In einer vertikalen Querschnittsebene orthogonal zur gestuften Seitenwand kann die gestufte Seitenwand eine Treppenstruktur mit steilen Seitenwandabschnitten, die die Setzstufen (englisch: risers) bilden, und mit flachen Seitenwandabschnitten, die die Auftritte (englisch: treads) bilden, zeigen. Die steilen Seitenwandbereiche können vertikal oder annähernd vertikal sein, wobei ein Winkel zwischen jedem steilen Seitenwandbereich und der vertikalen Richtung in einem Bereich von 0 Grad bis ±10 Grad liegen kann. Die flachen Seitenwandbereiche können lateral oder annähernd lateral sein, wobei ein Winkel zwischen jedem flachen Seitenwandbereich und der lateralen Ebene in einem Bereich von 0 Grad bis ±10 Grad liegen kann. Jeder flache Seitenwandbereich verbindet zwei vertikal benachbarte steile Seitenwandbereiche. Die steile Seitenwand kann eine, zwei, drei oder mehr Stufen umfassen. Mit anderen Worten kann jeder Seitenwandbereich einen, zwei, drei oder mehr flache Seitenwandbereiche umfassen.
  • Die Kompensationsschichtbereiche können dotierte Gebiete im Siliziumcarbid-Körper sein. Jeder Kompensationsschichtbereich kann sich entlang einem der steilen Seitenwandbereiche erstrecken. Beispielsweise können Kompensationsschichtbereiche entlang jedem steilen Seitenwandbereich ausgebildet sein. Jeder Kompensationsschichtbereich kann sich von einem vertikalen Ende eines steilen Seitenwandbereichs zum anderen vertikalen Ende des steilen Seitenwandbereichs erstrecken. Mit anderen Worten kann sich der Kompensationsschichtbereich entlang dem kompletten steilen Seitenwandbereich erstrecken. Die vertikale Dotierstoffverteilung innerhalb jedes Kompensationsschichtbereichs kann annähernd gleichmäßig („kastenförmig“) sein. Die mittleren Dotierstoffkonzentrationen in vertikal benachbarten Kompensationsschichtbereichen können gleich sein oder können verschieden sein.
  • Die versetzte Anordnung vertikal benachbarter Kompensationsschichtbereiche ermöglicht eine Ausbildung von Superjunction-Strukturen mit einer vertikalen Ausdehnung, die größer als die maximale projektierte Reichweite für die implantierten Arten im Siliziumcarbid-Körper für eine gegebene maximale Implantationsenergie ist. Außerdem kann die lateral versetzte Anordnung steiler Kompensationsschichtbereiche eine sehr variable Feinabstimmung des Ladungsgleichgewichts entlang der vertikalen Richtung ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Füllstruktur zwei gestufte Seitenwände auf entgegengesetzten Seiten der Füllstruktur enthalten. Beispielsweise kann die Füllstruktur in Bezug auf eine vertikale Symmetrieebene symmetrisch sein, wobei die Symmetrieebene in der Mitte der Füllstruktur liegt und sich parallel zu einer lateralen longitudinalen Ausdehnung der Füllstruktur erstrecken kann.
  • Gestufte Seitenwände an entgegengesetzten Seiten können die Ausbildung lateral verschobener Kompensationsschichtbereiche in verschiedenen Etagen des Siliziumcarbid-Körpers auf effektive Weise ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Kompensationsbodengebiet im Siliziumcarbid-Körper gebildet werden. Das Kompensationsbodengebiet kann mit einer Bodenfläche der Füllstruktur in Kontakt sein. Beispielsweise können eine laterale Ausdehnung des Kompensationsbodengebiets und eine laterale Breite der Bodenfläche der Füllstruktur gleich oder (z.B. innerhalb einer Toleranz von ±10% oder ±5%) annähernd gleich sein. Eine vertikale Verteilung der Dotierstoffe im Kompensationsbodengebiet kann annähernd gleichmäßig sein. Das Kompensationsbodengebiet kann ferner die vertikale Ausdehnung einer Superjunction-Struktur vergrößern, wobei das Ladungsgleichgewicht entlang der kompletten vertikalen Ausdehnung der Superjunction-Struktur unter vergleichsweise geringem Aufwand genau definiert werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind das Kompensationsbodengebiet und die Kompensationsschichtbereiche miteinander strukturell verbunden. Die Füllstruktur, das Bodenkompensationsgebiet und die Kompensationsschichtbereiche, die an die Füllstruktur grenzen, können eine Säule oder Schicht vom n-Typ oder eine Säule oder Schicht vom p-Typ einer Superjunction-Struktur bilden. Es ist möglich, die komplette Säule vom p-Typ oder Säule vom n-Typ mit einem definierten Potential elektrisch zu verbinden, indem nur ein einziger der Kompensationsschichtbereiche mit dem definierten Potential elektrisch verbunden wird. Falls die Siliziumcarbid-Vorrichtung ein MOSFET ist oder einen solchen enthält, kann das definierte Potential das Sourcepotential der Siliziumcarbid-Vorrichtung sein. Durch die vorgeschlagene Superjunction-Struktur kann ein verzögertes und/oder verlustbehaftetes Einschaltverhalten des MOSFET vermieden werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält die Füllstruktur zumindest eine dielektrische Struktur. Die dielektrische Struktur kann dazu beitragen, dass vermieden wird, dass die Füllstruktur das Durchbruchspannungsvermögen der Siliziumcarbid-Vorrichtung nachteilig beeinflusst.
  • Gemäß einer Ausführungsform können Kompensationsgebiete im Siliziumcarbid-Körper ausgebildet werden. Die Kompensationsgebiete können mit den Kompensationsschichtbereichen in Kontakt sein, wobei jeder Kompensationsschichtbereich lateral zwischen der Füllstruktur und einem der Kompensationsgebiete liegen kann. Die Kompensationsschichtbereiche und die Kompensationsgebiete können gestufte, vertikale pn-Übergänge ausbilden. Beispielsweise kann ein Kompensationsgebiet eine Säule oder Schicht vom n-Typ oder eine Säule oder Schicht vom p-Typ ausbilden. Die Kompensationsschichtbereiche und das Kompensationsbodengebiet, die an eine gleiche Füllstruktur grenzen, können eine entgegengesetzt dotierte Säule, z.B. eine Säule vom p-Typ für Kompensationsgebiete vom n-Typ oder eine Säule vom n-Typ für Kompensationsgebiete vom p-Typ, ausbilden. Eine Vielzahl solcher nebeneinander angeordneter Säulen vom p-Typ und n-Typ können eine Superjunction-Struktur bilden. Eine Säule vom p-Typ und eine Säule vom n-Typ, die direkt an die Säule vom p-Typ grenzt, kann eine Einheitszelle der Superjunction-Struktur bilden. Entlang einer lateralen Linie durch die Einheitszelle kann das Linienintegral über die Dotierungsdichte der Dotierstoffe vom p-Typ in einem Bereich von -20% bis +20% des Linienintegrals über die Dotierungsdichte der Dotierstoffe vom n-Typ liegen.
  • Die Kompensationsgebiete können unterschiedlich dotierte Teilgebiete enthalten, wobei jedes Teilgebiet mit einem anderen Kompensationsschichtbereich in Kontakt ist. Die Teilgebiete der Kompensationsgebiete können sich aus unterschiedlich dotierten Teilschichten (Etagen) der Hauptschicht ergeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Emittergebiet im Siliziumcarbid-Körper ausgebildet werden. Das Emittergebiet und die Kompensationsschichtbereiche können den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen. Das Emittergebiet kann zwischen einer ersten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers und der ersten lateralen Querschnittsebene ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein p-dotiertes Emittergebiet das Anodengebiet einer Leistungs-Halbleiterdiode enthalten oder kann die Bodygebiete von Transistorzellen enthalten. Die Superjunction-Struktur kann ein Teil einer Leistungs-Halbleiterdiode mit einem hohen Sperrspannungsvermögen oder ein Teil einer Leistungs-Halbleiter-Schaltvorrichtung, zum Beispiel eines MOSFET, mit hohem Sperrspannungsvermögen sein. Beispielsweise kann das Spannungssperrvermögen der Siliziumcarbid-Vorrichtung zumindest 1,2 kV, z.B. zumindest 1,6 kV oder zumindest 3 kV betragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Kompensationsverbindungsgebiet zwei benachbarte Kompensationsschichtbereiche verbinden. Das Kompensationsverbindungsgebiet und die Kompensationsschichtbereiche können den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen. Das Kompensationsverbindungsgebiet kann zwei vertikal benachbarte Kompensationsschichtbereiche verbinden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Kompensationseinstellungsgebiet mit zwei benachbarten Kompensationsschichtbereichen in Kontakt sein. Das Kompensationseinstellungsgebiet und die Kompensationsschichtbereiche können komplementäre Leitfähigkeitstypen aufweisen. Jedes Kompensationseinstellungsgebiet kann mit zwei vertikal benachbarten Kompensationsschichtbereichen in Kontakt sein. Die Kompensationseinstellungsgebiete können zu einer Glättung von Diskontinuitäten des Ladungsgleichgewichts in der Nähe der Stufen zwischen benachbarten steilen Seitenwandbereichen und der Füllstruktur beitragen.
  • 1A-6B betreffen Verfahren zum Ausbilden einer Kompensationsstruktur mit Kompensationsgebieten eines ersten Leitfähigkeitstyps und mit Kompensationsschichtbereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Der erste Leitfähigkeitstyp kann der n-Typ sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann der p-Typ sein. Die Kompensationsgebiete und die Kompensationsschichtbereiche können eine regelmäßige Struktur lateraler pn-Übergänge ausbilden.
  • Die Verfahren beinhalten eine Kombination einer maskierten Ionenimplantation und maskierten Grabenätzung. Öffnungen in der Maske für eine Ionenimplantation und Öffnungen in der Maske für eine Grabenätzung können zueinander selbstausgerichtet ausgebildet sein. In 1A-1B, 3A-3N und 4A-4D folgt ein Ätzen von Gräben einem Implantieren von Ionen. In 2A-2B und 6A-6C folgt ein Implantieren von Ionen einer Ätzung von Gräben.
  • 1A zeigt einen Siliziumcarbid-Körper 100 und eine auf einer ersten Oberfläche 101 des Siliziumcarbid-Körpers 100 ausgebildete erste Prozessmaske 410. Der Siliziumcarbid-Körper 100 kann ein Bereich eines Siliziumcarbid-Substrats sein. Das Siliziumcarbid-Substrat kann eine Vielzahl von Siliziumcarbid-Körpern umfassen, die nebeneinander angeordnet und miteinander lateral verbunden sind. Aus jedem Siliziumcarbid-Körper 100 kann das Halbleiter-Die (Chip) einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gebildet werden. Die erste Oberfläche 101 des Siliziumcarbid-Körpers 100 kann ein Abschnitt einer Hauptoberfläche an einer Vorderseite des Siliziumcarbid-Substrats sein.
  • Der Siliziumcarbid-Körper 100 kann eine dotierte Hauptschicht 130 enthalten. Die Hauptschicht 130 kann mittels Epitaxie gebildet werden. Die Hauptschicht 130 kann einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Beispielsweise kann die Hauptschicht 130 n-dotiert sein. Die erste Prozessmaske 410 kann eine einzige homogene Schicht enthalten oder kann zwei oder mehr Teilschichten aus verschiedenen Materialien umfassen. Größere Öffnungen 411 in der ersten Prozessmaske 410 legen erste Oberflächenabschnitte der ersten Oberfläche 101 frei.
  • Durch die größeren Öffnungen 411 werden erste Dotierstoffe in den Siliziumcarbid-Körper 100 implantiert. Beispielsweise kann ein Ionenstrahl auf die erste Oberfläche 101 gerichtet werden. Die ersten Dotierstoffe bilden dotierte Hilfsgebiete 170 in Abschnitten des Siliziumcarbid-Körpers 100 unterhalb der größeren Öffnungen 411. Die Hilfsgebiete 170 weisen einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Die Hilfsgebiete 170 und die Hauptschicht 130 können p-Übergänge ausbilden. Der Ionenstrahl kann gesteuert und/oder modifiziert werden, um eine annähernd gleichmäßige vertikale Verteilung der ersten Dotierstoffe in den Hilfsgebieten 170 zu erzeugen.
  • Eine zweite Prozessmaske 420 wird ausgebildet. Die zweite Prozessmaske 420 kann gebildet werden, indem die erste Prozessmaske 410 modifiziert wird. Beispielsweise können die größeren Öffnungen 411 in kleinere Öffnungen 421 transformiert werden. Ein lateraler Querschnitt der kleineren Öffnungen 421 ist kleiner als ein lateraler Querschnitt der größeren Öffnungen 411. Für kreisförmige Öffnungen ist der Durchmesser der kleineren Öffnungen 421 kleiner als der Durchmesser der größeren Öffnungen 411. Für rechtwinklige Öffnungen mit oder ohne abgerundete oder angeschrägte Ecken ist zumindest eine laterale Breite der kleineren Öffnungen 421 kleiner als eine entsprechende laterale Breite der größeren Öffnungen 411. Die ersten und kleineren Öffnungen 411, 421 können konzentrisch oder annähernd konzentrisch sein.
  • Beispielsweise kann jede kleinere Öffnung 421 gebildet werden, indem ein Abstandshalter 431 entlang der inneren Seitenwand einer größeren Öffnung 411 ausgebildet wird. Ein Ausbilden des Abstandshalters 431 kann ein Abscheiden einer konformen Hilfsschicht auf der ersten Prozessmaske 410 einschließen. Die Hilfsschicht ist ausreichend dünn, so dass sie die größeren Öffnungen 411 nicht vollständig füllt. Ein gerichteter Ätzprozess kann laterale Bereiche der Hilfsschicht auf der ersten Prozessmaske 410 und auf der ersten Oberfläche 101 entfernen. Reste der Hilfsschicht bilden die Abstandshalter 431 entlang den inneren Seitenwänden der größeren Öffnungen 411 von 1A.
  • 1B zeigt die zweite Prozessmaske 420 mit den kleineren Öffnungen 421. Die kleineren Öffnungen 421 legen zweite Oberflächenabschnitte der ersten Oberfläche 101 frei und sind zu den größeren Öffnungen 411 von 1A vorzugsweise selbstausgerichtet. Die zweiten Oberflächenabschnitte sind zentrale Teilabschnitte der ersten Oberflächenabschnitte.
  • Gräben 800 werden in dem Siliziumcarbid-Körper 100 direkt unterhalb der kleineren Öffnungen 421 ausgebildet. Ein Ausbilden der Gräben 800 kann eine anisotrope Ätzung, zum Beispiel eine reaktive Ionenätzung, einschließen. Eine vertikale Ausdehnung der Gräben 800 kann gleich einer vertikalen Ausdehnung der Hilfsgebiete 170 oder kleiner sein. Ein Ausbilden der Gräben 800 beinhaltet ein Entfernen eines zentralen Bereichs jedes Hilfsgebiets 170. Zurückbleibende Bereiche jedes Hilfsgebiets 170 bilden Kompensationsschichtbereiche 181. Jeder Kompensationsschichtbereich 181 erstreckt sich entlang einem steilen Seitenwandabschnitt 811 des Grabens 800.
  • 2A zeigt Gräben 800, die in einer Hauptschicht 130 eines Siliziumcarbid-Körpers 100 direkt unterhalb kleinerer Öffnungen 421 einer zweiten Prozessmaske 420 ausgebildet sind. Eine erste Prozessmaske 410 mit größeren Öffnungen 411, welche weiter als die kleineren Öffnungen 421 sind, kann gebildet werden. Beispielsweise kann eine isotrope Ätzung, z.B. eine Nassätzung, die zweite Prozessmaske 420 lateral ausnehmen bzw. abtragen, wobei sich die kleineren Öffnungen 421 in die größeren Öffnungen 411 transformieren. Erste Dotierstoffe werden durch die größeren Öffnungen 411 in den Siliziumcarbid-Körper 100 implantiert.
  • Gemäß 2B bilden die implantierten ersten Dotierstoffe Kompensationsschichtbereiche 181 direkt unterhalb der ersten Oberfläche 101, die sich entlang steilen Seitenwandabschnitten 811 des Grabens 800 erstrecken. Außerdem bilden die ersten Dotierstoffe Kompensationsbodenbereiche 189 unterhalb der Gräben 800. Jeder Kompensationsbodenbereich 189 erstreckt sich von einem Grabenboden 809 in die Hauptschicht 130.
  • 3A-3N veranschaulichen ein Verfahren, das Gräben 800 mit gestuften Graben-Seitenwänden 801 zum Ausbilden einer Kompensationsstruktur 800 nutzt, wobei Grabenabschnitte in verschiedenen Etagen eines Siliziumcarbid-Körpers verschiedene mittlere Breiten aufweisen können.
  • Der Siliziumcarbid-Körper 100 enthält eine Hauptschicht 130 eines ersten Leitfähigkeitstyps. Eine Prozessmaskenschicht wird auf der ersten Oberfläche 101 des Siliziumcarbid-Körpers 100 abgeschieden. Eine Fotoresistschicht wird auf einer obersten Oberfläche der Prozessmaskenschicht abgeschieden. Ein Fotolithografieprozess bildet eine Fotoresistmaske 490 aus der Fotoresistschicht. Die Struktur der Fotoresistmaske 490 wird in die Prozessmaskenschicht übertragen, wobei eine erste Prozessmaske 410 mit größeren Öffnungen 411 ausgebildet wird.
  • 3A zeigt die größeren Öffnungen 411, die erste Oberflächenabschnitte der ersten Oberfläche 101 des Siliziumcarbid-Körpers 100 freilegen. Die erste Prozessmaske 410 ist ausreichend dick, um tiefe vertikale Implantationen von Dotierstoffen in den Siliziumcarbid-Körper 100 lokal zu blockieren. Beispielsweise kann die erste Prozessmaske 410 Siliziumoxid oder ein Metall, z.B. Wolfram (W), enthalten. Die erste Prozessmaske 410 kann eine ausreichende Dicke aufweisen, um Implantationen von Aluminiumionen, Stickstoffionen und/oder Borionen mit einer Implantationsenergie von bis zu 25 MeV zu maskieren. Beispielsweise kann die Dicke der Prozessmaske 410 in einem Bereich von 0,3 µm bis 37 µm, von 0,5 µm bis 12 µm oder von 1 µm bis 4 µm liegen.
  • Die Fotoresistmaske 490 kann entfernt werden. Dotierstoffe werden durch die größeren Öffnungen 411 in eine erste Etage F1 des Siliziumcarbid-Körpers 100 implantiert. Der Implantationsstrahl kann auf solch eine Weise modifiziert und/oder gesteuert werden, dass die vertikale Reichweite der implantierten Dotierstoffe eine annähernd gleichmäßige Verteilung innerhalb der ersten Etage F1 zeigt.
  • Gemäß 3B bilden die implantierten ersten Dotierstoffe erste Hilfsgebiete 171 in der vertikalen Projektion der größeren Öffnungen 411 in der ersten Etage F1. Eine vertikale Ausdehnung der ersten Etage F1 kann beispielsweise in einem Bereich von 0,2 µm bis 20 µm, z.B. von 0,5 µm bis 7 µm oder von 1 µm bis 3 µm, liegen. Innerhalb der ersten Hilfsgebiete 171 kann die vertikale Dotierstoffverteilung annähernd gleichmäßig sein.
  • Eine erste Hilfsschicht 460 kann an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 ausgebildet werden. Die erste Hilfsschicht 460 kann laterale und vertikale Oberflächen in einer annähernd gleichmäßigen Dicke bedecken.
  • 3C zeigt die erste Hilfsschicht 460, die eine obere Oberfläche der ersten Prozessmaske 410 bedeckt, Seitenwände der größeren Öffnungen 411 von 3B auskleidet und die ersten Oberflächenabschnitte bedeckt. Eine Dicke der ersten Hilfsschicht 460 ist geringer als 50% oder sogar geringer als 25% der kleinsten Breite der größeren Öffnungen 411. Die erste Hilfsschicht 460 kann beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein oder kann eine solche enthalten.
  • Laterale Bereiche der ersten Hilfsschicht 460 werden entfernt. Beispielsweise kann eine anisotrope Ätzung wie eine reaktive Ionenstrahl-Ätzung die lateralen Bereiche der ersten Hilfsschicht 460 selektiv entfernen.
  • Wie in 3D veranschaulicht ist, bilden Reste der ersten Hilfsschicht 460 von 3C erste Abstandshalter 431 entlang inneren Seitenwänden der größeren Öffnungen 411. Die ersten Abstandshalter 431 und die erste Prozessmaske 410 von 3B bilden eine zweite Prozessmaske 420. Die zweite Prozessmaske 420 enthält kleinere Öffnungen 421, die zentrale Abschnitte der ersten Hilfsgebiete 171 freilegen. Die zweite Prozessmaske 420 mit den kleineren Öffnungen 421 wird als Ätzmaske zum Ausbilden von Gräben genutzt. Beispielsweise maskiert die zweite Prozessmaske 420 eine reaktive Ionenstrahlätzung.
  • 3E zeigt erste Grabenabschnitte 810, die sich von der ersten Oberfläche 101 in die ersten Hilfsgebiete 171 erstrecken. Reste der ersten Hilfsgebiete 171 von 3D an beiden lateralen Seiten der ersten Grabenabschnitte 810 bilden Kompensationsschichtbereiche 181. Eine vertikale Ausdehnung der Kompensationsschichtbereiche 181 kann gleich einer vertikalen Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810 oder tiefer als diese sein. Insbesondere ist die vertikale Ausdehnung der Kompensationsschichtbereiche 181 gleich der vertikalen Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810.
  • Die vertikale Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810 kann gleich einer vertikalen Ausdehnung des ersten Hilfsgebiets 171 oder flacher sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die vertikale Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810 geringer als die vertikale Ausdehnung der ersten Etage F1. Reste der ersten Hilfsgebiete unterhalb der ersten Grabenabschnitte 810 und unterhalb der Kompensationsschichtbereiche 181 bilden Bodenschichten 179.
  • Die zweite Prozessmaske 420 kann eine weitere Implantation erster Dotierstoffe, z.B. Dotierstoffe vom p-Typ wie Aluminiumatome, in eine zweite Etage F2 des Siliziumcarbid-Körpers 100 maskieren. Mit anderen Worten kann die zweite Prozessmaske 420 für die erste Etage F1 als erste Prozessmaske 410-F2 mit größeren Öffnungen 412 zum Maskieren einer Ionenimplantation weiterer erster Dotierstoffe in die zweite Etage F2 genutzt werden.
  • 3F zeigt zweite Hilfsgebiete 172, die sich von einem unteren Rand der Bodenschicht 179 in den Siliziumcarbid-Körper 100 erstrecken. Eine laterale Ausdehnung der ersten Hilfsgebiete 172 kann gleich einer lateralen Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810 oder geringer sein. In einigen Ausführungsformen kann eine laterale Streuung zweite Hilfsgebiete 172 mit einer lateralen Ausdehnung, die größer als eine laterale Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810 ist, zur Folge haben.
  • Eine vertikale Verteilung der ersten Dotierstoffe in der zweiten Etage F2 ist annähernd gleichmäßig. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in den zweiten Hilfsgebieten 172 kann gleich einer mittleren Dotierstoffkonzentration in den ersten Kompensationsschichtbereichen 181 in der ersten Etage F1 sein oder kann von einer mittleren Dotierstoffkonzentration in den Kompensationsschichtbereichen 181 abweichen. Die zweite Etage F2 kann die gleiche vertikale Ausdehnung oder annähernd die gleiche vertikale Ausdehnung wie die erste Etage F1 aufweisen. Alternativ dazu kann die vertikale Ausdehnung der zweiten Etage F2 von der vertikalen Ausdehnung der ersten Etage F1 signifikant abweichen, wobei die vertikale Ausdehnung der zweiten Etage F2 größer als die vertikale Ausdehnung der ersten Etage F1 sein kann oder geringer als diese sein kann. Eine zweite Hilfsschicht 470 kann auf der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 abgeschieden werden.
  • 3G zeigt die zweite Hilfsschicht 470, die in einer gleichmäßigen Dicke eine obere Oberfläche der ersten Prozessmaske 410-F2 mit größeren Öffnungen 412 zum Maskieren einer Ionenimplantation in die zweite Etage F2, die Seitenwände der größeren Öffnungen 412, die Seitenwände der ersten Grabenabschnitte 810 und den Boden des ersten Grabenabschnitts 810 bedeckt. Eine anisotrope Ätzung kann die lateralen Bereiche der zweiten Hilfsschicht 470 selektiv entfernen. Reste der zweiten Hilfsschicht 470 bilden weitere Abstandshalter 432.
  • Wie in 3H veranschaulicht ist, bilden die erste Prozessmaske 410-F2 von 3G und die Abstandshalter 431, 432 eine zweite Prozessmaske 420-F2 mit kleineren Öffnungen 422 zum Maskieren einer Grabenätzung in die zweite Etage F2. Die weiteren Abstandshalter 432 kleiden die Seitenwände der kleineren Öffnungen 421 in der ersten Prozessmaske 410-F2 von 3F und die Seitenwände der ersten Grabenabschnitte 810 aus. Die zweite Prozessmaske 420-F2 maskiert eine weitere anisotrope Ätzung, die zweite Grabenabschnitte 820 bildet.
  • 3I zeigt die zweiten Grabenabschnitte 820, die sich vom Boden der ersten Grabenabschnitte 810 in die zweite Etage F2 erstrecken. Die zweiten Grabenabschnitte 820 können hinab bis zum Boden der zweiten Etage F2 reichen oder können den Boden der zweiten Etage F2 nicht erreichen. Reste der zweiten Hilfsgebiete 172 von 3H an gegenüberliegenden Seiten jedes zweiten Grabenabschnitts 820 bilden weitere Kompensationsschichtbereiche 181. Unterhalb der Kompensationsschichtbereiche 181 bilden Reste der Bodenschichten 179, die in 3H dargestellt sind, Kompensationsverbindungsgebiete 186 vertikal unterhalb der Kompensationsschichtbereiche 181 in der ersten Etage F1. Jedes Verbindungsgebiet 186 ist mit einem vertikal benachbarten Kompensationsschichtbereich 181 und mit einem lateral benachbarten Kompensationsschichtbereich 181 in direktem Kontakt.
  • Reste der zweiten Hilfsgebiete 172 unterhalb der zweiten Grabenabschnitte 820 und unterhalb der Kompensationsschichtbereiche 181 in der zweiten Etage F2 bilden weitere Bodenschichten 179. Weitere erste Dotierstoffe können durch die kleineren Öffnungen 422 der zweiten Prozessmaske 420-F2 implantiert werden.
  • Wie in 3J veranschaulicht ist, bilden die weiteren Dotierstoffe Kompensationsbodengebiete 189 in der dritten Etage F3. Die ersten und die zweiten Grabenabschnitte 810, 820 bilden einen Graben 800 mit gestuften Graben-Seitenwänden 801. Die Kompensationsbodengebiete 189 erstrecken sich vom Grabenboden 809 der Gräben 800 in die dritte Etage F3. Unterhalb der Kompensationsschichtbereiche 181 in der zweiten Etage F2 bilden Reste der Bodenschichten 179 von 3I weitere Kompensationsverbindungsgebiete 186. Die weiteren Kompensationsverbindungsgebiete 186 verbinden den Kompensationsbodenbereich 189 mit zwei Kompensationsschichtbereichen 181, die an gegenüberliegenden Seitenwänden des zweiten Grabenabschnitts 820 ausgebildet sind. Die zweite Prozessmaske 820-F2 kann entfernt werden.
  • Gemäß 3K sind Kompensationsschichtbereiche 181, die entlang gegenüberliegenden Seitenwänden des gleichen Grabens 800 ausgebildet sind, und ein Kompensationsbodenbereich 189, der unterhalb des Grabens 800 ausgebildet ist, miteinander verbunden und bilden erste Säulen, z.B. Säulen vom p-Typ, einer Kompensationsstruktur 180. Abschnitte der Hauptschicht 130 zwischen benachbarten ersten Säulen bilden Kompensationsgebiete 182. Die Kompensationsgebiete 182 bilden zweite Säulen, z.B. Säulen vom n-Typ, einer Kompensationsstruktur 180. Die Säulen vom n-Typ und die Säulen vom p-Typ bilden eine regelmäßige Struktur vertikaler pn-Übergänge mit Stufen.
  • Die Gräben 800 können mit einem geeigneten Material gefüllt werden. Maskierte Implantationen können weitere dotierte Gebiete in der ersten Etage F1 bilden.
  • 3L zeigt Füllstrukturen 190, die die Gräben 800 von 3K füllen. Die Füllstrukturen 190 können ein oder mehr dielektrische Materialien enthalten. Beispielsweise können die Füllstrukturen 190 ausschließlich Siliziumoxid oder Siliziumoxid in Kombination mit zumindest einem weiteren Material enthalten. Die weiteren Materialien können Siliziumnitrid, ein dotiertes Halbleitermaterial und/oder ein intrinsisches Halbleitermaterial einschließen.
  • Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in jeder der ersten Etage F1, der zweiten Etage F2 und der dritten Etage F3 kann auf eine Weise ausgebildet werden, dass in jeder der Etagen F1, F2, F3 im Wesentlichen eine Ladungskompensation mit den Kompensationsschichtbereichen 181 gegeben ist. Da eine absolute Kompensation aufgrund einer Prozessstreuung oder anderer Gründe nicht bewerkstelligt werden kann, kann sich eine oder können sich mehrere der Etagen gezielt von einer exakten Ladungskompensation unterscheiden. Als ein Beispiel kann eine Dotierung in der ersten Etage F1 so ausgewählt werden, dass eine Ladung eines Schichtbereichs 181 in der ersten Etage F1 nicht vollständig kompensiert wird, kann eine Dotierung in der zweiten Etage F2 so ausgewählt werden, dass eine Ladung des Schichtbereichs 181 in der zweiten Etage F2 im Wesentlichen kompensiert wird, und eine Dotierung in der dritten Etage F3 kann so ausgewählt werden, dass eine Ladung des Schichtbereichs 181 in der dritten Etage F3 überkompensiert wird. Natürlich kann das inverse Dotierungsschema oder ein anderes Dotierungsschema gewählt werden.
  • Falls die Gräben mit dotiertem Halbleitermaterial gefüllt werden, kann dieses Dotierungsniveau berücksichtigt werden, wenn der Dotierungsparameter der Kompensationsschichten gewählt wird und/oder die Dotierungsniveaus der ersten, zweiten und dritten Etagen F1, F2, F3 jeweils gewählt werden, um den gewünschten Grad eines Ladungsgleichgewichts zu erhalten. Tiefe Abschirmbereiche 169 des Leitfähigkeitstyps der Kompensationsschichtbereiche 181 können entlang der ersten Oberfläche 101 ausgebildet sein. Jeder tiefe Abschirmbereich 169 kann einen direkten vertikalen Kontakt mit einem einzigen Kompensationsschichtbereich 181 ausbilden oder kann mit einem einzigen Kompensationsschichtbereich 181 überlappen.
  • Eine oberste Schicht F0 kann mittels Epitaxie auf der ersten Etage F1 ausgebildet werden, kann von einem oberen Bereich der ersten Etage F1 gebildet werden oder kann vor Ausbilden der Gräben 800 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der ersten Etage vorgesehen werden. Maskierte Ionenimplantationen in die oberste Schicht F0 können dotierte Gebiete von Transistorzellen bilden. Gategräben 850 können in der obersten Schicht F0 ausgebildet werden.
  • 3M zeigt die Gategräben 850. Die Gategräben 850 erstrecken sich durch die oberste Schicht F0 und legen die Füllstruktur 190 und oberen Oberflächen der Kompensationsschichtbereiche 181 in der ersten Etage F1 frei. Die Gategräben 850 können streifenförmig sein. Eine laterale longitudinale Achse der Gategräben 850 kann sich parallel zu einer lateralen longitudinalen Achse der Füllstrukturen 190 erstrecken. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann sich die laterale longitudinale Achse der Gategräben 850 geneigt, z.B. orthogonal, zu einer lateralen longitudinalen Achse der Füllstrukturen 190 erstrecken. Die dotierten Gebiete in der obersten Schicht F0 können oberste Abschirmbereiche 168, Sourcegebiete 110, Bodygebiete 120 und Stromspreizgebiete 137 umfassen.
  • Ein Gatedielektrikum 159 kann ausgebildet werden, das zumindest eine der Seitenwände jedes Gategrabens 850 auskleidet. Ein Ausbilden des Gatedielektrikums 159 kann eine thermische Oxidation freigesetzten Siliziumcarbids und/oder eine Abscheidung eines oder mehrerer dielektrischer Materialien umfassen. Ein oder mehr leitfähige Materialien können in die Gategräben 850 abgeschieden werden.
  • 3N zeigt Transistorzellen TC, die in der obersten Schicht F0 ausgebildet sind. Jede Transistorzelle TC enthält eine Gatestruktur 150, die in einem der Gategräben 850 von 3M ausgebildet ist. Die Gatestrukturen 150 enthalten eine leitfähige Gateelektrode 155 und ein Gatedielektrikum 159. Das Gatedielektrikum 159 ist zwischen der Gateelektrode 155 und dem Siliziumcarbid-Körper 100 zumindest entlang einer aktiven ersten Gate-Seitenwand 151 der Gatestruktur 150 ausgebildet.
  • Jede Transistorzelle TC enthält ein Bodygebiet 120 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Das Bodygebiet 120 steht mit der aktiven ersten Gate-Seitenwand 151 in direktem Kontakt. Ein Sourcegebiet 110 ist zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Bodygebiet 120 ausgebildet. Ein Stromspreizgebiet 137 kann zwischen dem Bodygebiet 120 und einem benachbarten Kompensationsgebiet 182 ausgebildet sein. Das Stromspreizgebiet 137 und das benachbarte Kompensationsgebiet 182 können einen unipolaren Übergang bilden oder können die gleiche mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration aufweisen. Das Sourcegebiet 110 und das Stromspreizgebiet 137 weisen den ersten Leitfähigkeitstyp auf. Das Bodygebiet 120 bildet einen ersten pn-Übergang mit dem Stromspreizgebiet 137 und einen zweiten pn-Übergang mit dem Sourcegebiet 110.
  • Ein Abschirmgebiet 160 kann einen obersten Abschirmbereich 168 und den tiefen Abschirmbereich 169 von 3L umfassen. Das Abschirmgebiet 160 erstreckt sich entlang einer inaktiven zweiten Gate-Seitenwand 152 der Gatestruktur 150. Jedes Abschirmgebiet 160 steht in direktem Kontakt mit einem Kompensationsschichtbereich 181.
  • 4A - 4D veranschaulichen ein Verfahren, um überschüssige Dotierstoffe zumindest teilweise zu kompensieren. Beispielsweise können die Kompensationsverbindungsgebiete 186 von 3N einen lokalen Überschuss an Dotierstoffen bereitstellen. Ein lokaler Überschuss an Dotierstoffen hat typischerweise einen signifikanten Abfall des Grads eines Ladungsgleichgewichts zur Folge.
  • In 4A ist eine vertikale Ausdehnung des ersten Grabenabschnitts 810 geringer als die vertikale Ausdehnung der ersten Etage F1. Bodenschichten 179 sind wie unter Bezugnahme auf 3E beschrieben ausgebildet. Hilfsdotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps können in einen Abschnitt des Siliziumcarbid-Körpers 100 direkt unterhalb der und/oder in die Bodenschichten 179 implantiert werden. Ein Implantieren der Hilfsdotierstoffe kann eine geneigte Implantation einschließen, wobei Implantationswinkel ψ zwischen einer vertikalen Richtung 104 und dem Ionenstrahl 105 in einem Bereich von 5° bis 20° und von -5° bis -20° liegen können.
  • Die implantierten Hilfsdotierstoffe bilden Zwischenschichten 885 unterhalb der ersten Grabenabschnitte 810. Die Zwischenschichten 885 können n-dotierte Schichten sein, die unterhalb p-dotierter Bodenschichten 179 ausgebildet sind. Die Zwischenschichten 885 und die Bodenschichten 179 können teilweise überlappen, wobei im überlappenden Bereich die Zwischenschichten 885 die Dotierung in der Bodenschicht 179 zumindest teilweise kompensieren kann. Eine laterale Breite der Zwischenschicht 885 kann größer als eine laterale Breite des ersten Grabenabschnitts 810 sein, so dass die Zwischenschicht 885 Abschnitte direkt unterhalb der Kompensationsschichtbereiche 181 in der ersten Etage F1 enthält.
  • Weitere erste Dotierstoffe werden mit einer vergleichsweise hohen mittleren Energie durch den Boden der ersten Grabenabschnitte 810 implantiert, um zweite Hilfsgebiete 172, wie unter Bezugnahme auf 3E und 3F beschrieben, auszubilden.
  • 4B zeigt die zweiten Hilfsgebiete 172, wie sie unter Bezugnahme auf 3F beschrieben wurden. Reste der Zwischenschicht 885 von 4A bilden Kompensationseinstellungsgebiete 185 an beiden Seiten jedes zweiten Hilfsgebiets 172.
  • Ein zweiter Grabenabschnitt 820 kann, wie unter Bezugnahme auf 3H und 3I beschrieben wurde, ausgebildet werden, wobei eine weitere Bodenschicht 179 und eine weitere Zwischenschicht 885, wie unter Bezugnahme auf 4A beschrieben wurde, ausgebildet werden können.
  • Wie in 4C veranschaulicht ist, können die Kompensationseinstellungsgebiete 185 in der zweiten Etage F2 direkt unterhalb der Kompensationsverbindungsgebiete 186 in der ersten Etage F1 und in lateralem Kontakt mit den Kompensationsverbindungsgebieten 186 in der zweiten Etage F2 ausgebildet werden. Kompensationsbodengebiete 189 können, wie unter Bezugnahme auf 3J beschrieben wurde, ausgebildet werden.
  • Gemäß 4D können Reste der Zwischenschicht 885 in der dritten Etage F3 Kompensationseinstellungsgebiete 185 auf entgegengesetzten Seiten jedes Kompensationsbodengebiets 189 ausbilden. Die Kompensationseinstellungsgebiete 185 in der dritten Etage F3 können direkt unterhalb der Kompensationsverbindungsgebiete 186 in der zweiten Etage F2 und dem lateralen Kontakt mit dem Kompensationsbodengebiet 189 ausgebildet werden.
  • In dem in 5A bis 5C veranschaulichten Verfahren und in dem Verfahren gemäß 5D bildet eine einzige Implantation alle Kompensationsschichtbereiche 181 und das untere Kompensationsgebiet 189 aus.
  • 5A zeigt eine zweite Prozessmaske 420 mit einer kleineren Öffnung 421. Ein erster Grabenabschnitt 810 ist in der vertikalen Projektion der kleineren Öffnung 421 ausgebildet. Der erste Grabenabschnitt 810 kann sich von der ersten Oberfläche 101 in eine erste Etage F1 des Siliziumcarbid-Körpers 100 erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Prozessmaske 420 eine erste Prozessmaske 410 und einen Abstandshalter 431 umfassen, der eine größere Öffnung in der ersten Prozessmaske 410 auskleidet.
  • Ein weiterer Abstandshalter 432 wird ausgebildet, der die innere Seitenwand der kleineren Öffnung 421 und die innere Seitenwand des ersten Grabenabschnitts 810 auskleidet. Die zweite Prozessmaske 420 und der weitere Abstandshalter 432 bilden eine weitere zweite Prozessmaske 420-F2 mit kleineren Öffnungen 422, welche eine weitere Ätzung in den Siliziumcarbid-Körper 100 maskieren kann. Ein zweiter Grabenabschnitt 820 wird in einem freigelegten Abschnitt des Grabenbodens des ersten Grabenabschnitts 810 gebildet.
  • Wie in 5B veranschaulicht ist, kann sich der zweite Grabenabschnitt 820 vom Grabenboden des ersten Grabenabschnitts 810 in eine zweite Etage F2 des Siliziumcarbid-Körpers 100 erstrecken. Der erste Grabenabschnitt 810 und der zweite Grabenabschnitt 820 bilden einen Graben 800.
  • Eine erste Prozessmaske 410 mit größeren Öffnungen 411 wird ausgebildet, wobei die größeren Öffnungen 411 die Gräben 800 und Kragenoberflächenabschnitte 101c der ersten Oberfläche 101 um die Öffnungen der Gräben 800 herum freilegen. Beispielsweise können die Abstandshalter 432, 431 selektiv entfernt werden, um die erste Prozessmaske 410 offen zu legen und wiederherzustellen.
  • Erste Dotierstoffe werden durch die größeren Öffnungen 411 implantiert, wobei der Implantationsstrahl gesteuert und/oder modifiziert wird, um eine annähernd gleichmäßige Verteilung der implantierten ersten Dotierstoffe entlang der vertikalen Richtung z.B. über zumindest 50 % oder sogar zumindest 70 % oder gar zumindest 80 % der vertikalen Ausdehnung jedes Implantationsgebiets zu erhalten.
  • Gemäß 5C bilden die implantierten ersten Dotierstoffe in einem einzigen Implantationsprozess unter Verwendung einer einzigen Implantationsmaske Kompensationsschichtbereiche 181 und Kompensationsbodengebiete 189 aus.
  • Die Kompensationsschichtbereiche 181 können entlang allen steilen Seitenwandabschnitten 811 der Gräben 800 ausgebildet werden. Die maximale Implantationstiefe und die vertikale Ausdehnung der Grabenabschnitte 810, 820 können gleich sein. In einer Alternative kann die maximale Implantationstiefe geringer als die vertikale Ausdehnung der Grabenabschnitte 810, 820 sein. In beiden Fällen kann eine weitere geneigte Implantation Kompensationsverbindungsgebiete bilden, wie unter Bezugnahme auf 6A - 6B beschrieben wird. In der veranschaulichten Alternative ist die maximale Implantationstiefe größer als die vertikale Ausdehnung der Grabenabschnitte 810, 820. Die Implantation bildet Kompensationsverbindungsgebiete 186 direkt unterhalb jedes Kompensationsschichtbereichs 181 aus.
  • Die Kompensationsbodengebiete 189 erstrecken sich von der Bodenfläche 809 der Gräben 800 in die dritte Etage F3. Kompensationseinstellungsgebiete können gebildet werden, wie unter Bezugnahme auf 6A bis 6B beschrieben wird. Eine oberste Schicht kann auf der ersten Etage F1 z.B. mittels Epitaxie gebildet werden, und Gateelektroden können in der obersten Schicht, wie beispielsweise bezüglich 3N beschrieben wurde, ausgebildet werden.
  • 5D bezieht sich auf ein Verfahren mit einem Siliziumcarbid-Körper 100, der vor einem Ausbilden der Gräben 800 eine oberste Schicht F0 zwischen der ersten Etage F1 und der ersten Oberfläche 101 enthält. Eine Prozessmaske 410, wie in 5A - 5C beschrieben wurde, kann auf der obersten Schicht F0 ausgebildet werden und wird genutzt, um Gategräben 850 in der obersten Schicht F0 zu bilden. Nach Ausbilden der Gategräben 850 werden die ersten und zweiten Grabenabschnitte 810, 820 am Boden der Gategräten 850 in den ersten und zweiten Etagen F1, F2 ausgebildet.
  • 5D zeigt, dass die endgültige Implantationsmaske (erste Prozessmaske 410), welche zum Ausbilden der Kompensationsschichtbereiche 181 und der Kompensationsbodengebiete 189 verwendet wird, mit der Maske zur Ätzung von Gategräben identisch sein kann oder aus der Maske zur Ätzung von Gategräben erhalten werden kann, indem die Maske zur Ätzung von Gategräben modifiziert wird. Ein Modifizieren der Maske zur Ätzung von Gategräben kann beispielsweise eine Ausbildung von Abstandshaltern oder eine Nassätzung einschließen. Ein Ausbilden der Gategräben 850 in der obersten Schicht F0 kann auch mit der mehrfachen Implantations-/Atzsequenz kombiniert werden, die unter Bezugnahme auf 3A - 3N beschrieben wurde.
  • 6A und 6B beziehen sich auf ein Verfahren, das vertikal benachbarte Kompensationsschichtbereiche 181 bei einer Prozessstufe nach Ausbilden eines Grabens 800 mit zumindest zwei Grabenabschnitten 810, 820 verbindet.
  • Gemäß 6A sind die vertikale Ausdehnung der ersten Grabenabschnitte 810 und die vertikale Ausdehnung der ersten Etage F1 gleich. Die vertikale Ausdehnung der zweiten Grabenabschnitte 820 und die vertikale Ausdehnung der zweiten Etage F2 sind gleich. Vertikal benachbarte Kompensationsschichtbereiche 181 können voneinander getrennt sein.
  • Zumindest zwei symmetrische, geneigte Implantationen können ergänzende Dotierstoffe des Leitfähigkeitstyps der Kompensationsschichtbereiche 181 in die Graben-Seitenwände 801 implantieren. Implantationswinkel φ zwischen einer vertikalen Richtung und dem Ionenstrahl können in einem Bereich von 5° bis 20° und von -5° bis -20° liegen.
  • Wie in 6B veranschaulicht ist, bilden die implantierten ergänzenden Dotierstoffe Kompensationsverbindungsgebiete entlang den Rändern der gestuften Graben-Seitenwände 801 und entlang den Rändern zwischen den Graben-Seitenwänden 801 und dem Grabenboden 809. Die Kompensationsverbindungsgebiete 186 verbinden die Kompensationsbodenbereiche 189 und die Kompensationsschichtbereiche 181, die entlang dem gleichen Graben 800 ausgebildet sind.
  • 7 zeigt eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500, die Transistorzellen TC und eine Kompensationsstruktur 180 enthält. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 enthält einen Siliziumcarbid-Körper 100, der wie oben in Verbindung mit 1A - 1B, 2A - 2B, 3A-3N, 4A-4B, 5A-5C und 6A-6B beschrieben wurde.
  • Eine erste Oberfläche 101 an einer Vorderseite und eine zweite Oberfläche 102 an einer Rückseite des Siliziumcarbid-Körpers 100 verlaufen annähernd parallel zueinander. Eine Dicke des Siliziumcarbid-Körpers 100 ist entlang einer vertikalen Richtung 104 gegeben. Die vertikale Richtung 104 kann zu einer Oberflächennormalen auf einer planaren ersten Oberfläche 101 oder zu einer Oberflächennormalen auf einer mittleren Ebene einer gerippten ersten Oberfläche 101 parallel sein. Die erste Oberfläche 101 kann zu einer Hauptkristallebene des Siliziumcarbid-Gitters geneigt sein. Beispielsweise kann die erste Oberfläche 101 zur (0001)-Ebene eines Siliziumcarbid-Körpers 100 mit einem hexagonalen Kristallgitter um einen Winkel zur Achse von etwa 4 Grad geneigt sein.
  • Die Transistorzellen TC können entlang Graben-Gatestrukturen 150 ausgebildet sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Siliziumcarbid-Körper 100 erstrecken. Die Gatestrukturen 180 können streifenförmig sein. Das heißt: eine Länge der Gatestrukturen 150 entlang einer lateralen ersten Richtung ist größer als eine Breite der Gatestrukturen 150 entlang einer zur ersten Richtung orthogonalen, lateralen zweiten Richtung. Die Gatestrukturen 150 können lange Streifen sein, die sich entlang einer lateralen longitudinalen Richtung durch ein zentrales aktives Gebiet des Siliziumcarbid-Körpers 100 erstrecken. In anderen Ausführungsformen können laterale Querschnitte der Gatestrukturen 150 Kreise, Ovale oder regelmäßige Polygone, z.B. Vierecke bzw. Quadrate oder Hexagone, mit oder ohne abgerundete oder angeschrägte Ecken sein.
  • Die Gatestrukturen 150 enthalten 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, Siliziumoxinitrid, 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 können gleich beabstandet sein und/oder können eine gleiche Breite aufweisen. Ein Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten Gatestrukturen 150 kann in einem Bereich von 1 µm bis 10 µm, z.B. von 2 µm bis 5 µm, liegen. Eine Länge der Gatestrukturen 150 kann bis zu einige Millimeter betragen. Eine 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.
  • Entgegengesetzte 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 Kegelwinkel geneigt sein. Im letztgenannten Fall können sich die Gatestrukturen 150 mit zunehmendem Abstand zur ersten Oberfläche 101 verjüngen. Der Kegelwinkel 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 Kegelwinkels 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 Kegelwinkel von zumindest 3° bis höchstens 5° reichen). Der Kegelwinkel kann jedoch vom Winkel zur Achse in der Orientierung abweichen. Der Kegelwinkel zwischen der zweiten Gate-Seitenwand 152, die der ersten Gate-Seitenwand 151 entgegengesetzt ist, und der vertikalen Richtung können entgegengesetzt zum Kegelwinkel der ersten Seitenwand 151 orientiert sein. Je größer der Kegelwinkel 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 (z.B. im Fall einer vertikalen Graben-Gatestruktur 150) kann auch die zweite Gate-Seitenwand 152 eine aktive Seitenwand sein. In anderen Ausführungsformen (z.B. im Fall einer sich verjüngenden Graben-Gatestruktur 150) kann die zweite Gate-Seitenwand 152 eine inaktive Seitenwand sein.
  • Dotierte Gebiete in Bereichen des Siliziumcarbid-Körpers 100 lateral zwischen zwei benachbarten Gatestrukturen 150 können ein Sourcegebiet 110, ein Bodygebiet 120, ein Stromspreizgebiet 137 und ein Abschirmgebiet 160 umfassen. Das Sourcegebiet 110 und das Stromspreizgebiet 137 weisen einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Das Bodygebiet 120 und das Abschirmgebiet 160 weisen den komplementären zweiten Leitfähigkeitstyp auf. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist ein p-Typ. In alternativen Ausführungsformen kann der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ sein.
  • Das Sourcegebiet 110, das Bodygebiet 120 und das Stromspreizgebiet 137 können mit der ersten Gate-Seitenwand 151 einer ersten Gate-Grabenstruktur 150 in direktem Kontakt stehen. Das Bodygebiet 120 trennt das Sourcegebiet 110 und das Stromspreizgebiet 137. Das Sourcegebiet 110 kann zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Bodygebiet 120 ausgebildet sein. Das Bodygebiet 120 und das Sourcegebiet 110 bilden einen pn-Übergang. Das Bodygebiet 120 und das Stromspreizgebiet 137 bilden einen pn-Übergang.
  • Eine vertikale Ausdehnung des Bodygebiets 120 entspricht einer Kanallänge der Transistorzellen TC und kann in einem Bereich von 0,2 µm bis 1,5 µm liegen. Entlang der zur Querschnittsebene orthogonalen lateralen Richtung kann sich das Sourcegebiet 110 ohne Unterbrechungen entlang der kompletten lateralen Länge der Gatestruktur 150 erstrecken.
  • Das Abschirmgebiet 160 ist zwischen dem Bodygebiet 120 und der inaktiven zweiten Gate-Seitenwand 152 einer benachbarten Gatestruktur 150 ausgebildet. Das Bodygebiet 120 und das Abschirmgebiet 160 können einen unipolaren Übergang bilden. Das Abschirmgebiet 160 erstreckt sich entlang der inaktiven zweiten Gate-Seitenwand 152 der zweiten Gatestruktur 150 von der ersten Oberfläche 101 in den Siliziumcarbid-Körper 100. Eine vertikale Ausdehnung der Abschirmgebiete 160 ist größer als eine vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150.
  • Eine maximale Dotierstoffkonzentration im Abschirmgebiet 160 kann höher als eine maximale Dotierstoffkonzentration im Bodygebiet 120 sein. Ein vertikales Dotierstoffkonzentrationsprofil im Abschirmgebiet 160 kann ein lokales Maximum bei einer Position unterhalb der Graben-Gatestruktur 150 aufweisen. Entlang der inaktiven zweiten Gate-Seitenwand 152 kann eine Dotierstoffkonzentration im Abschirmgebiet 160 höher als, d.h. zumindest zehnmal so hoch wie, eine Dotierstoffkonzentration im Bodygebiet 120 entlang der aktiven ersten Gate-Seitenwand 151 sein. Entlang der zur Querschnittsebene orthogonalen lateralen Richtung kann sich das Abschirmgebiet 160 ohne Unterbrechungen entlang der kompletten lateralen Länge der Gatestruktur 150 erstrecken.
  • Die Kompensationsstruktur 180 kann in einer Hauptschicht 130 ausgebildet sein. Die Hauptschicht 130 ist zwischen den Gatestrukturen 150 und der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet. Die Hauptschicht 130 kann eine mittels Epitaxie gewachsene Schicht sein. Die Hauptschicht 130 kann gleichmäßig dotiert sein oder kann eine nicht gleichmäßige vertikale Verteilung von Dotierstoffen aufweisen. Beispielsweise kann die Hauptschicht 130 zwei oder mehr vertikal gestapelte Etagen F1, ..., Fn mit n größer 1 enthalten. Jede Etage, F1, F2, ... kann eine gleichmäßige Dotierstoffkonzentration aufweisen oder kann ein nicht gleichmäßiges vertikales Dotierstoffprofil aufweisen. Die Etagen F1, F2, ... können die gleiche vertikale Ausdehnung aufweisen, oder zumindest eine der Etagen F1, F2, ... kann eine vertikale Ausdehnung aufweisen, die von zumindest einer der anderen Etagen F1, F2, ... verschieden ist. Eine vertikale Ausdehnung jeder Etage F1, F2, ... kann in einem Bereich von 0,5 µm bis 7 µm, zum Beispiel von 1 µm bis 5 µm, liegen. Die Etagen F1, F2, ... können die gleiche mittlere Dotierstoffkonzentration aufweisen, oder zumindest eine der Etagen F1, F2, ... kann eine mittlere Dotierstoffkonzentration aufweisen, die von zumindest einer der anderen Etagen F1, F2, ... verschieden ist. Beispielsweise kann die mittlere Dotierstoffkonzentration in jeder Etage F(n+1) niedriger als die mittlere Dotierstoffkonzentration in einer Etage Fn sein.
  • Ein hochdotierter Kontaktbereich oder eine Drainschicht 139 kann zwischen der Hauptschicht 130 und der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet sein. Der Kontaktbereich 139 kann den ersten Leitfähigkeitstyp für eine Leistungs-MOSFET oder eine Diode aufweisen. Für IGBTs kann der rückseitige Kontakt oder ein rückseitiges Emittergebiet p-dotiert sein. Der Kontaktbereich 139 kann ein Substratbereich sein oder einen solchen enthalten, der von einem kristallinen Ingot erhalten wird, 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 Metallstruktur sicherzustellen.
  • Die Hauptschicht 130 kann direkt an den Kontaktbereich 139 grenzen. Alternativ dazu kann eine Abstandshalterschicht die Hauptschicht 130 und den Kontaktbereich 139 trennen. Die Abstandshalterschicht kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und kann eine Pufferschicht enthalten. Eine vertikale Ausdehnung der Abstandshalterschicht kann zwischen 0,5 µm und 50 µm oder zwischen 1 µm und 10 µm liegen. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Abstandshalterschicht kann beispielsweise in einem Bereich von 3*1017 cm-3 bis 1019 cm-3 liegen.
  • Die Kompensationsstruktur 180 in der Hauptschicht 130 kann eine Superjunction-Struktur mit ersten Säulen des ersten Leitfähigkeitstyps und mit zweiten Säulen des zweiten Leitfähigkeitstyps enthalten. Die ersten und zweiten Säulen der Kompensationsstruktur 180 sind in einem vordefinierten Maß hinsichtlich der Ladung ausgeglichen. Beispielsweise weicht das laterale Linienintegral durch die erste Säule um nicht mehr als ±20 %, um nicht mehr als ±10 % oder sogar um nicht mehr als ±5 % vom lateralen Linienintegral durch die zweite Säule in der gleichen lateralen Ebene ab. Die lateralen Linienintegrale werden entlang einer lateralen Richtung senkrecht zu einem pn-Übergang zwischen der ersten Säule und der zweiten Säule genommen.
  • Jede zweite Säule kann Kompensationsschichtbereiche 181 und ein Kompensationsbodengebiet 189 enthalten, wobei die Kompensationsschichtbereiche 181 und das Kompensationsbodengebiet 189 miteinander verbunden sein können und mit der gleichen Füllstruktur 190 in Kontakt sein können.
  • Die Füllstruktur 190 erstreckt sich von einer obersten Oberfläche der ersten Etage F1 der Hauptschicht 130 in die Hauptschicht 130. Die Füllstruktur 190 weist gestufte Seitenwände 191 auf. Jede gestufte Seitenwand 191 kann zwei oder mehr steile Seitenwandbereiche 192 enthalten, welche lateral zueinander verschoben sind. Die steilen Seitenwandbereiche 192 können vertikal sein oder können von der vertikalen Richtung beispielsweise um bis zu ±10 Grad abweichen. Flache Seitenwandbereiche 193 verbinden benachbarte steile Seitenwandbereiche 192. Die flachen Seitenwandbereiche 193 können lateral oder annähernd lateral sein, wobei ein Winkel zwischen jedem flachen Seitenwandbereich 193 und der lateralen Ebene in einem Bereich von 0 Grad bis ± 25 Grad, z.B. von 0 Grad bis ±10 Grad, liegen kann.
  • Die Kompensationsschichtbereiche 181 können sich in einer gleichmäßigen Dicke entlang jedem steilen Seitenwandbereich 192 auf entgegengesetzten Seiten der Füllstruktur 190 erstrecken. Paare der Kompensationsschichtbereiche 181 können auf entgegengesetzten Seiten der Füllstruktur 190 in der gleichen Etage F1, F2, ... ausgebildet sein. In unterschiedlichen Etagen F1, F2, ... ausgebildete Kompensationsschichtbereiche 181 können zueinander lateral verschoben sein. Das Kompensationsbodengebiet 189 erstreckt sich von einer Bodenfläche 199 der Füllstruktur 190 in die Hauptschicht 130. Jede zweite Säule kann mit zumindest einem Abschirmgebiet 160 strukturell verbunden sein. Beispielsweise kann ein Kompensationsschichtbereich 181 einer zweiten Säule mit einem Abschirmgebiet 160 in direktem Kontakt sein.
  • Eine laterale Breite eines Kompensationsschichtbereichs 181 kann in einem Bereich von 50 nm bis 2 µm liegen. Eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in einem Kompensationsschichtbereich 181 kann in einem Bereich von 1017 cm-3 bis 1019 cm-3 liegen. Die lateral integrierte Netto-Dotierungskonzentration in jedem Kompensationsschichtbereich 181 kann in einem Bereich von 1012 cm-2 bis 1014 cm-2 oder in einem Bereich von 5·1012 cm-2 bis 2·1013 cm-2 liegen, um eine vollständige Verarmung im Sperrzustand der Vorrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise kann die lateral integrierte Netto-Dotierstoffkonzentration in jeder zweiten Säule und in jeder ersten Säule in einem Bereich innerhalb von 120 % der halben Durchbruchladung von kristallinem Siliziumcarbid, z.B. in einem Bereich innerhalb von 0,8 * 1013 cm-2 bis 1,2 * 1013 cm-2, liegen. Ein Kompensationsschichtbereich 181 kann beispielsweise eine laterale Breite von 50 nm und eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration von 1019 cm-3 oder eine laterale Breite von 2 µm und eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration von 1017 cm-3 aufweisen.
  • Die Füllstruktur 190 kann eine homogene Struktur sein oder kann eine geschichtete Struktur sein, die zwei oder mehr unterschiedliche Materialien enthält. Die Füllstruktur 190 kann ein dielektrisches Material, ein leitfähiges Material und/oder ein intrinsisches Halbleitermaterial enthalten.
  • Beispielsweise können die Füllstrukturen 190 vollständig aus Siliziumoxid gebildet sein oder können zumindest ein von Siliziumoxid verschiedenes dielektrisches Material enthalten, wobei ein gesamter Temperaturkoeffizient der Füllstruktur 190 dem Temperaturkoeffizienten von einkristallinem Siliziumcarbid näher als dem Temperaturkoeffizienten von Siliziumoxid liegen kann. Beispielsweise können die Füllstrukturen 190 zumindest eines eines Siliziumnitrids und eines Siliziumoxids enthalten. Das Siliziumoxid kann Siliziumoxid, das unter Verwendung von TEOS (Tetraethylorthosilan) als Vorläufermaterial gebildet wird, ein HDP-(hochdichtes Plasma) Siliziumoxid und/oder ein nach einer Abscheidung verdichtetes Oxid enthalten.
  • Jede erste Säule der Superjunction-Struktur 180 kann ein Kompensationsgebiet 182 enthalten. Jedes Kompensationsgebiet 182 enthält einen Abschnitt der Hauptschicht 130 lateral zwischen benachbarten zweiten Säulen. Die Kompensationsgebiete 182 können entlang der vertikalen Richtung im Wesentlichen gleichmäßig dotiert sein. Jedes Kompensationsgebiet 182 kann Kompensationsteilabschnitte 1821, 1822, ... enthalten. Jeder Kompensationsteilabschnitt 1821, 1822, ... kann in einer ande- ren Etage F1, F2, ... ausgebildet sein. Die vertikalen Ausdehnungen der Kompensationsteilabschnitte 1821, 1822, ... können gleich sein oder können verschieden sein.
  • Die mittleren Dotierstoffkonzentrationen in den Kompensationsteilabschnitten 1821, 1822, ... können gleich sein oder können verschieden sein. Beispielsweise kann die mittlere Dotierstoffkonzentration eines Kompensationsteilabschnitts 1821, 1822, ... von der Breite des Kompensationsteilabschnitts 1821, 1822, ... abhängen. Beispielsweise kann in einem schmaleren Kompensationsteilabschnitt 1821, 1822, ... die mittlere Dotierstoffkonzentration höher als in einem breiteren Kompensationsteilabschnitt 1821, 1822, ... sein. Eine höhere mittlere Dotierstoffkonzentration kann eine kleinere laterale Ausdehnung in Bezug auf die Gesamtmenge an Dotierstoffen in dem Kompensationsteilabschnitt 1821, 1822, ... zumindest teilweise kompensieren. Beispielsweise kann für jeden Kompensationsteilabschnitt 1821, 1822, ... die integrierte Dotierstoffkonzentration entlang einer lateralen Querschnittslinie durch den jeweiligen Kompensationsteilabschnitt 1821, 1822, ... in einem Bereich von ± 10 % des gleichen Zielwerts liegen.
  • Unterschiedliche mittlere Dotierstoffkonzentrationen des Kompensationsteilabschnitts 1821, 1822, ... können in verschiedenen Etagen zu einem präzisen Formen des elektrischen Feldes im Sperrmodus der Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 beitragen. Beispielsweise kann ein Verschieben eines Maximums eines elektrischen Feldes in Richtung der vertikalen Mitte der Superjunction-Struktur TRAPATT-Oszillationen in der Siliziumcarbid-Vorrichtung reduzieren oder vermeiden.
  • Jedes Stromspreizgebiet 137 kann mit einem oder mehreren Kompensationsgebieten 182 in direktem Kontakt sein. Die Stromspreizgebiete 137 und die erste Etage F1 der Hauptschicht 130 können eine gleiche Dotierstoffkonzentration aufweisen oder können einen unipolaren Übergang ausbilden.
  • 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.
  • 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.
  • Eine zweite Lastelektrode 320 bildet einen niederohmigen ohmschen Kontakt mit dem Kontaktbereich 139. Die zweite Lastelektrode 320 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-SJ-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 einen solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt ist. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 enthält eine Vielzahl von Transistorzellen TC und eine Vielzahl von Gatestrukturen 150, wobei die Transistorzellen TC elektrisch parallel verbunden sind.
  • In 8 enthält die Füllstruktur 190 einen Auskleidungsbereich 194, der einen Füllbereich 195 und den Siliziumcarbid-Körper 100 trennt. Der Auskleidungsbereich 194 kann ein leitfähiges Material enthalten, zum Beispiel p-dotiertes Siliziumcarbid, wobei diese Dotierung bei einer Auswahl der Dotierungsniveaus der Kompensationsschichten zu berücksichtigen ist, so dass der gewünschte Grad eines Ladungsgleichgewichts erzielt wird. Alternativ dazu kann der Auskleidungsbereich 194 eine dielektrische Auskleidung sein. Der Füllbereich 195 kann dielektrisches Material oder leitfähiges Material, z.B. dotiertes polykristallines Siliziumcarbid, enthalten.
  • Die Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 enthält ferner Kompensationseinstellungsgebiete 185. Jedes Kompensationseinstellungsgebiet 185 ist direkt unterhalb eines Kompensationsschichtbereichs 181 und in Kontakt mit diesem ausgebildet. Jedes Kompensationseinstellungsgebiet 185 ist lateral neben und in Kontakt mit einem anderen Kompensationsschichtbereich 181 oder mit dem Kompensationsbodenbereich 189 ausgebildet.
  • In 9 enthalten die Füllstrukturen 190 eine Feldplatte 196. Ein dielektrischer Bereich 197 der Füllstrukturen 190 isoliert die Feldplatte 196 und den Siliziumcarbid-Körper 100. Die Feldplatte 196 kann sich entlang der vollständigen longitudinalen Ausdehnung der Gatestruktur 150 erstrecken und kann in einer zum veranschaulichten Querschnitt parallelen Querschnittsebene mit der ersten Lastelektrode 310 elektrisch verbunden sein. Die Feldplatte 196 enthält ein leitfähiges Material, zum Beispiel ein metallhaltiges Material, dotiertes polykristallines Silizium oder dotiertes polykristallines Siliziumcarbid. Eine vertikale Ausdehnung der Feldplatte 196 kann höchsten 200 nm, z.B. höchstens 60 nm, betragen. Eine dielektrische Struktur 198, beispielsweise thermisch gewachsenes Siliziumoxid, kann die Gateelektrode 155 und die Feldplatte 196 trennen. Die Feldplatte 196 kann zu einer Reduzierung der elektrischen Feldstärke am Boden der Gatestruktur 150 beitragen und kann die Zuverlässigkeit des Gatedielektrikums 159 verbessern.
  • 10 veranschaulicht eine Kompensationsstruktur 180, die auf Füllstrukturen 190 mit gestuften Seitenwänden 191 in Kombination mit planaren Gatestrukturen 150 basiert. Zwei Transistorzellen TC können innerhalb jedes Bereichs des Siliziumcarbid-Körpers 100 lateral zwischen zwei benachbarten Füllstrukturen 190 ausgebildet sein. Die beiden Transistorzellen TC können bezüglich einer vertikalen Symmetrieebene symmetrisch ausgebildet sein und können sich eine gemeinsame planare Gatestruktur 150 teilen.
  • Die planare Gatestruktur 150 ist über einem Abschnitt der ersten Oberfläche 101 zwischen benachbarten Füllstrukturen 190 ausgebildet. Die planare Gatestruktur 150 enthält ein Gatedielektrikum 159 und eine Gateelektrode 155. Das Gatedielektrikum 159 kann direkt auf der ersten Oberfläche 101 ausgebildet sein. Die Gateelektrode 155 kann direkt auf dem Gatedielektrikum 159 ausgebildet sein.
  • Sourcegebiete 110, Bodygebiete 120 und Stromspreizgebiete 137 der Transistorzellen TC können in einem oberen Abschnitt der ersten Etage F1 der Hauptschicht 130 ausgebildet sein. Das Bodygebiet 120 der linken Transistorzelle TC grenzt direkt an einen Abschnitt der ersten Oberfläche 101 unterhalb der Gateelektrode 155 und kann mit dem ganz oben gelegenen ersten Kompensationsschichtbereich 181 an der linken Seite in Kontakt sein. Das Bodygebiet 120 der rechten Transistorzelle TC grenzt direkt an einen anderen Abschnitt der ersten Oberfläche 101 unterhalb der Gateelektrode 155 und kann mit dem ganz oben gelegenen ersten Kompensationsschichtbereich 181 an der rechten Seite in Kontakt sein. Die Sourcegebiete 110 der Transistorzellen TC sind zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem jeweiligen Bodygebiet 120 ausgebildet. Das Stromspreizgebiet 137 wird zwischen den beiden Transistorzellen TC gemeinsam genutzt und grenzt direkt an einen Abschnitt der ersten Oberfläche 101 direkt unterhalb eines zentralen Bereichs der Gateelektrode 155. Das Stromspreizgebiet 137 kann mit einem Kompensationsgebiet 182 in Kontakt sein. Beispielsweise können das Stromspreizgebiet 137 und das Kompensationsgebiet 152 einen unipolaren Übergang ausbilden.
  • Die Füllstrukturen 190 können geringfügig vertieft sein. Bereiche der ersten Lastelektrode 310 können Kontaktstrukturen 315 bilden, die sich von der Ebene der ersten Oberfläche 101 in den Siliziumcarbid-Körper 100 nach unten zur vertieften Füllstruktur 190 erstrecken. Die Kontaktstrukturen 315 können laterale ohmsche Kontakte mit den Sourcegebieten 110 und mit oberen Abschnitten der obersten Kompensationsschichtbereiche 181 ausbilden.
  • 11A - 11B zeigen eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 mit orthogonal zu den Füllstrukturen 190 verlaufenden Graben-Gatestrukturen 150.
  • 12A - 12B zeigen Transistorzellen TC, die auf Gatestrukturen 150 mit zweiseitigen Kanälen und aktiven ersten und zweiten Gate-Seitenwänden 151, 152 basieren. Sourcegebiete 110, Bodygebiete 120, Stromspreizgebiete 137 und Abschirmgebiete 160 können sich von einer ersten Gate-Seitenwand 151 einer ersten Gatestruktur 150 zu einer zweiten Gate-Seitenwand 152 einer zweiten Gatestruktur 150 erstrecken, wobei sich Metall-Source-Kontaktstrukturen 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 137 enthalten, können sich mit Abschirmgebieten 160 entlang einer zu der lateralen longitudinalen Ausdehnung der Gatestrukturen 150 parallelen lateralen Richtung abwechseln.
  • In 3 bis 12 sind drei Etagen F1 bis F3 und eine oberste Schicht F0 dargestellt. Diese sind jedoch nur Beispiele. Die Anzahl an Etagen kann kleiner oder größer sein, indem man mehr oder weniger Prozessschleifen von Maskier-, Grabenätz- und Implantationsschritten wie oben beschrieben nutzt.
  • Zur Veranschaulichung wurden verschiedene Szenarien in Bezug auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung beschrieben. Ähnliche Techniken können in Halbleitervorrichtungen implementiert werden, die auf anderen Arten und Typen von Verbund-Halbleitermaterialien für den Siliziumcarbid-Körper, z.B. Galliumnitrid (GaN) oder Galliumarsenid (GaAs) etc., basieren.
  • Für eine Veranschaulichung wurden auch verschiedene Techniken bezüglich der Selbstausrichtung größerer Öffnungen in einer ersten Prozessmaske in Bezug auf kleinere Öffnungen in einer zweiten Prozessmaske beschrieben. Ähnliche Techniken können in anderen Arten und Typen von Ausbildungsprozessmasken mit Öffnungen implementiert werden, die mit hoher Genauigkeit und hoher Reproduzierbarkeit auf Siliziumcarbid-Substraten zueinander ausgerichtet werden können.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung, aufweisend: ein Implantieren erster Dotierstoffe durch eine größere Öffnung (411) einer ersten Prozessmaske (410) in einen Siliziumcarbid-Körper (100), wobei die größere Öffnung (411) einen ersten Oberflächenabschnitt des Siliziumcarbid-Körpers (100) freilegt; und ein Ausbilden eines Grabens (800) im Siliziumcarbid-Körper (100) in einem zweiten Oberflächenabschnitt, der durch eine kleinere Öffnung (421) in einer zweiten Prozessmaske (420) freigelegt wird, wobei der zweite Oberflächenabschnitt ein Teilabschnitt des ersten Oberflächenabschnitts ist, wobei die größere Öffnung (411) und die kleinere Öffnung (421) zueinander selbstausgerichtet ausgebildet werden, und wobei zumindest ein Teil der implantierten ersten Dotierstoffe zumindest einen Kompensationsschichtbereich (181) bildet, der sich parallel zu einer Graben-Seitenwand (801) erstreckt.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Dotierstoffe vor einem Ausbilden des Grabens (800) implantiert werden und wobei die kleinere Öffnung (421) gebildet wird, indem ein Abstandshalter (431) entlang einer Seitenwand der größeren Öffnung (411) gebildet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausbilden des Grabens (800) und der Kompensationsschichtbereiche (181) ein zumindest einmaliges Wiederholen einer Implantations-/Atzsequenz aufweist, wobei die Implantations-/Ätzsequenz ein Implantieren erster Dotierstoffe durch eine größere Öffnung (411, 412, ...) und ein Ausbilden eines Grabenabschnitts (810, 820, ...) in einem Abschnitt aufweist, der durch eine kleinere Öffnung (421, 422, ...) freigelegt wird, wobei die kleinere Öffnung (421, 422, ...) gebildet wird, indem ein Abstandshalter (431, 432, ...) entlang einer Seitenwand der größeren Öffnung (411, 412, ...) gebildet wird und wobei eine Breite der größeren Öffnung (411, 412, ...) der (n+1)-ten Implantations-/Ätzsequenz gleich einer Breite der kleineren Öffnung (421, 422, ...) der n-ten Implantations-/Ätzsequenz oder kleiner als diese ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Implantieren weiterer erster Dotierstoffe durch einen Grabenboden (809) des Grabens (800), wobei die weiteren ersten Dotierstoffe einen Kompensationsbodenbereich (189) bilden, der sich vom Grabenboden (809) in den Siliziumcarbid-Körper (100) erstreckt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Dotierstoffe nach Ausbilden des Grabens (800) implantiert werden.
  6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die größere Öffnung (411) gebildet wird, indem die kleinere Öffnung (421) erweitert wird.
  7. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausbilden des Grabens (800) ein zumindest einmaliges Wiederholen einer Ätzsequenz aufweist, wobei die Ätzsequenz ein Ausbilden eines Grabenabschnitts (810, 820, ...) in einem Abschnitt aufweist, der durch eine kleinere Öffnung (421, 422, ...) freigelegt wird, wobei die kleinere Öffnung (422, 423, ...) der (n+1)-ten Ätzsequenz kleiner ist als die kleinere Öffnung (421, 422, ...) der n-ten Ätzsequenz.
  8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die kleinere Öffnung (422, 423, ...) der (n+1)-ten Ätzsequenz gebildet wird, indem ein Abstandshalter (432, 433, ...) entlang einer Seitenwand der kleineren Öffnung (421, 422, ...) der n-ten Ätzsequenz gebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Implantieren von Hilfsdotierstoffen in den Siliziumcarbid-Körper (100), wobei die Hilfsdotierstoffe und die ersten Dotierstoffe komplementäre Leitfähigkeitstypen aufweisen, wobei ein Implantieren der Hilfsdotierstoffe eine Ionenstrahl-Implantation aufweist, wobei der Ionenstrahl (105) in Bezug auf eine vertikale Richtung (104) geneigt ist, und wobei die implantierten Hilfsdotierstoffe Kompensationseinstellungsgebiete (185) an gegenüberliegenden Seiten der Grabenabschnitte (810, 820, ...) bilden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Siliziumcarbid-Körper (100) eine Hauptschicht (130) aufweist, die Hauptschicht und die Kompensationsschichtbereiche (181) komplementäre Leitfähigkeitstypen aufweisen und sich der Graben (800) in die Hauptschicht (130) erstreckt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Ausbilden einer Transistorzelle (TC), wobei die Transistorzelle (TC) ein Sourcegebiet (110) und ein Bodygebiet (120) aufweist, wobei das Sourcegebiet (110) und das Bodygebiet (120) einen pn-Übergang bilden und wobei das Sourcegebiet (110) und das Bodygebiet (120) zwischen einer ersten Oberfläche (101) des Siliziumcarbid-Körpers (100) und den Kompensationsschichtbereichen (181) ausgebildet werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: nach Ausbilden des Grabens (800), ein Implantieren ergänzender Dotierstoffe des Leitfähigkeitstyps der ersten Dotierstoffe in den Siliziumcarbid-Körper (100), wobei ein Implantieren der ergänzenden Dotierstoffe eine Ionenstrahl-Implantation aufweist, wobei der Ionenstrahl (105) in Bezug auf eine vertikale Richtung (104) geneigt ist, wobei die implantierten ergänzenden Dotierstoffe Verbindungsgebiete (186) ausbilden und wobei jedes Verbindungsgebiet (186) mit zwei benachbarten Kompensationsschichtbereichen (181) in Kontakt ist und/oder damit überlappt.
  13. Siliziumcarbid-Vorrichtung, aufweisend: eine Füllstruktur (190), die sich von einer ersten lateralen Querschnittsebene (H1) eines Siliziumcarbid-Körpers (100) zu einer zweiten lateralen Querschnittsebene erstreckt, wobei die Füllstruktur (190) zumindest eine gestufte Seitenwand (191) aufweist, wobei die gestufte Seitenwand (191) zumindest zwei steile Seitenwandbereiche (192) enthält, die zueinander lateral verschoben sind; und Kompensationsschichtbereiche (181), die im Siliziumcarbid-Körper (100) ausgebildet sind, wobei sich jeder Kompensationsschichtbereich (181) entlang einer der steilen Seitenwandbereiche (192) erstreckt.
  14. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Füllstruktur (190) zwei gestufte Seitenwände (191) auf entgegengesetzten Seiten aufweist.
  15. Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Kompensationsbodengebiet (189), das im Siliziumcarbid-Körper (100) ausgebildet ist, wobei das Kompensationsbodengebiet (189) mit einer Bodenfläche (199) der Füllstruktur (190) in Kontakt ist.
  16. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kompensationsbodengebiet (199) und die Kompensationsschichtbereiche (181) miteinander strukturell verbunden sind.
  17. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die Füllstruktur (190) zumindest eine dielektrische Struktur enthält.
  18. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Kompensationsgebiete (182) in Kontakt mit den Kompensationsschichtbereichen (181), wobei jeder Kompensationsschichtbereich (181) lateral zwischen der Füllstruktur (190) und einem der Kompensationsgebiete (182) liegt und wobei die Kompensationsschichtbereiche (181) und die Kompensationsgebiete (182) pn-Übergänge ausbilden.
  19. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Emittergebiet (120) eines Leitfähigkeitstyps der Kompensationsschichtbereiche (181), wobei das Emittergebiet (120) zwischen einer ersten Oberfläche (101) des Siliziumcarbid-Körpers (100) und der ersten lateralen Querschnittsebene (H1) ausgebildet ist.
  20. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der sieben vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Kompensationsverbindungsgebiet (186), das zwei benachbarte Kompensationsschichtbereiche (181) verbindet, wobei die Kompensationsverbindungsgebiete (186) und die Kompensationsschichtbereiche (181) einen gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  21. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der acht vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: ein Kompensationseinstellungsgebiet (185) in Kontakt mit zwei benachbarten Kompensationsschichtbereichen (181), wobei das Kompensationseinstellungsgebiet (185) und die Kompensationsschichtbereiche (181) verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen.
DE102019119020.7A 2019-07-12 2019-07-12 Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung Pending DE102019119020A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019119020.7A DE102019119020A1 (de) 2019-07-12 2019-07-12 Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung
US16/926,695 US11552172B2 (en) 2019-07-12 2020-07-11 Silicon carbide device with compensation layer and method of manufacturing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019119020.7A DE102019119020A1 (de) 2019-07-12 2019-07-12 Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019119020A1 true DE102019119020A1 (de) 2021-01-14

Family

ID=74092060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019119020.7A Pending DE102019119020A1 (de) 2019-07-12 2019-07-12 Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11552172B2 (de)
DE (1) DE102019119020A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3742476A1 (de) * 2019-05-20 2020-11-25 Infineon Technologies AG Verfahren zur implantation von spezies in ein substrat in verschiedene tiefen
US11728422B2 (en) * 2019-11-14 2023-08-15 Stmicroelectronics S.R.L. Power MOSFET device having improved safe-operating area and on resistance, manufacturing process thereof and operating method thereof
IT202000015076A1 (it) 2020-06-23 2021-12-23 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico in 4h-sic con prestazioni di corto circuito migliorate, e relativo metodo di fabbricazione
US11462638B2 (en) * 2020-10-19 2022-10-04 Nami MOS CO., LTD. SiC super junction trench MOSFET
US11569345B2 (en) * 2020-11-23 2023-01-31 Alpha And Omega Semiconductor (Cayman) Ltd. Gas dopant doped deep trench super junction high voltage MOSFET
US20220223730A1 (en) * 2021-01-11 2022-07-14 Shanghai Hestia Power Inc. Silicon carbide semiconductor device
US20220319909A1 (en) * 2021-04-01 2022-10-06 Nanya Technology Corporation Method for manufacturing a semiconductor memory device
US11677023B2 (en) * 2021-05-04 2023-06-13 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device
US11302776B1 (en) * 2021-05-31 2022-04-12 Genesic Semiconductor Inc. Method and manufacture of robust, high-performance devices
CN115188804B (zh) * 2022-09-14 2022-11-15 江苏长晶科技股份有限公司 一种超结半导体器件及其制造方法
CN116387347B (zh) * 2023-05-29 2023-08-22 深圳市威兆半导体股份有限公司 具有高uis能力的碳化硅mosfet器件及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010053568A1 (en) * 1998-09-24 2001-12-20 Gerald Deboy Method for manufacturing a semiconductor component
US20040157384A1 (en) * 2002-03-21 2004-08-12 Blanchard Richard A. Power semiconductor device having a voltage sustaining region that includes doped columns formed with a single ion implantation step
US20140159144A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-12 Beyond Innovation Technology Co., Ltd. Trench gate mosfet and method of forming the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009302510A (ja) * 2008-03-03 2009-12-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd トレンチゲート型半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010053568A1 (en) * 1998-09-24 2001-12-20 Gerald Deboy Method for manufacturing a semiconductor component
US20040157384A1 (en) * 2002-03-21 2004-08-12 Blanchard Richard A. Power semiconductor device having a voltage sustaining region that includes doped columns formed with a single ion implantation step
US20140159144A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-12 Beyond Innovation Technology Co., Ltd. Trench gate mosfet and method of forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20210013310A1 (en) 2021-01-14
US11552172B2 (en) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019119020A1 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung
DE102017108738B4 (de) SiC-HALBLEITERVORRICHTUNG MIT EINEM VERSATZ IN EINEM GRABENBODEN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN HIERFÜR
DE102014113214B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate mit mesaabschnitten zwischen zelltrenchstrukturen und verfahren zur herstellung
DE102013107632B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mittels Ionenimplantation
DE102013022570B4 (de) Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE102008039845B4 (de) IGBT mit einem Halbleiterkörper
DE102013101113B4 (de) Leistungs-MOS-Transistor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012209429B4 (de) Leistungshalbleiterbauelemente mit hoher spannungsfestigkeit und verfahren zu deren herstellung
DE102018124740A1 (de) Halbleiterbauelement mit einem sic halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE102019114312A1 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsgebiet und herstellungsverfahren
DE102019111308A1 (de) Siliziumcarbid halbleiterbauelement
DE102019108062B4 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren
DE102018124737A1 (de) Halbleiterbauelement mit einem sic halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE102018127797A1 (de) Einen siliziumcarbid-körper enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE102014115321B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mittels einer Ausrichtungsschicht
DE102014101859B4 (de) Superjunction-Halbleitervorrichtung mit Überkompensationszonen und Verfahren zu deren Herstellung
DE102019119121B3 (de) Graben-kontaktstruktur enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE102019006359A1 (de) Super-junction- mosfet mit schmaler mesa
DE102019109368A1 (de) Halbleitervorrichtung mit siliziumcarbidkörper und herstellungsverfahren
DE102018133433B4 (de) Siliziumcarbid-Körper enthaltende Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
DE102014116631B4 (de) Junction-feldeffekttransistorzelle mit lateralem kanalbereich
DE102018106689B4 (de) Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur und horizontal angeordneten Kanal- und Stromausbreitungsgebieten
DE102019106087B3 (de) Halbleitervorrichtung mit einem halbleiterkörper aus siliziumcarbid und verfahren
DE102018123164B3 (de) Halbleitervorrichtung, die eine graben-gatestruktur enthält, und herstellungsverfahren
DE102014113734B4 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterregionen, die fremdstoffe enthalten

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication