DE102019129412A1 - Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren - Google Patents

Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102019129412A1
DE102019129412A1 DE102019129412.6A DE102019129412A DE102019129412A1 DE 102019129412 A1 DE102019129412 A1 DE 102019129412A1 DE 102019129412 A DE102019129412 A DE 102019129412A DE 102019129412 A1 DE102019129412 A1 DE 102019129412A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon carbide
region
plane
column side
trench
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
DE102019129412.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Ralf Siemieniec
Anton Mauder
Rudolf Elpelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102019129412.6A priority Critical patent/DE102019129412A1/de
Priority to US17/080,950 priority patent/US11735633B2/en
Publication of DE102019129412A1 publication Critical patent/DE102019129412A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0688—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions characterised by the particular shape of a junction between semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
    • H01L29/66727—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the source electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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 specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Eine Siliziumcarbid-Vorrichtung (500) enthält einen Siliziumcarbid-Körper (100) mit einem hexagonalen Kristallgitter mit einer c-Ebene (105) und mit weiteren Hauptebenen (106). Die weiteren Hauptebenen (106) umfassen a-Ebenen und m-Ebenen. Eine mittlere Oberflächenebene (109) des Siliziumcarbid-Körpers (100) ist um ein Winkelabweichung (α) zur c-Ebene (105) geneigt. Der Siliziumcarbid-Körper (100) enthält einen säulenförmigen Bereich (190) mit Säulenseitenwänden (191, ..., 196). Zumindest drei der Säulenseitenwände (191, ..., 196) sind entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen (106) orientiert. Eine Graben-Gatestruktur (150) ist mit den zumindest drei Säulenseitenwänden (191, ..., 196) in Kontakt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Beispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, insbesondere auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einer Graben-Gatestruktur, und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit Graben-Gatestruktur.
  • HINTERGRUND
  • Auf Siliziumcarbid (SiC) basierende Halbleiterkomponenten profitieren von der großen Bandlücke und der hohen Durchschlagsfestigkeit von Siliziumcarbid (SiC). Grenzflächen zwischen einem Siliziumcarbid-Körper und einer dielektrischen Schicht enthalten jedoch eine hohe Anzahl an Grenzflächenzuständen, welche von Ladungsträgern besetzt oder nicht besetzt sein können. Entlang dem Gatedielektrikum eines SiC-MOSFET (SiC-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors) können die Grenzflächenzustände je nach dem Betriebszustand des SiC-MOSFET von mehr oder weniger Ladungsträgern besetzt sein. Die Anzahl an Ladungsträgern, die die Grenzflächenzustände besetzen, beeinflussen die Beweglichkeit und die Konzentration freier Ladungsträger, die den feldgesteuerten Transistorkanal im Ein-Zustand des SiC-MOSFET bilden. Außerdem wird die hohe Durchschlagsfestigkeit von SiC gewöhnlich nicht voll genutzt, da die im Gatedielektrikum auftretende Feldstärke und die Zuverlässigkeit des Gatedielektrikums oft die dielektrische Festigkeit des SiC des MOSFET beschränken.
  • Die vorliegende Anmeldung ist auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung gerichtet, die die intrinsische elektrische Durchbruchfeldstärke von Siliziumcarbid in einem hohen Maße nutzen kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung. Die Siliziumcarbid-Vorrichtung umfasst einen Siliziumcarbid-Körper mit einem hexagonalen Kristallgitter mit einer c-Ebene und mit weiteren Hauptebenen. Die weiteren Hauptebenen umfassen a-Ebenen und m-Ebenen. Eine mittlere Oberflächenebene des Siliziumcarbid-Körpers ist zur c-Ebene um eine Winkelabweichung (engl.: offaxis angle) geneigt. Der Siliziumcarbid-Körper enthält einen säulenförmigen Bereich mit Säulenseitenwänden. Zumindest drei der Säulenseitenwände sind entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert. Eine Graben-Gatestruktur ist mit den zumindest drei Säulenseitenwänden in Kontakt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung. Ein Siliziumcarbid-Körper mit einem hexagonalen Kristallgitter mit einer c-Ebene und weiteren Hauptebenen wird vorgesehen. Die weiteren Hauptebenen weisen a-Ebenen und m-Ebenen auf. Eine mittlere Oberflächenebene des Siliziumcarbid-Körpers ist zur c-Ebene um eine Winkelabweichung geneigt. Ein Graben wird ausgebildet, der sich von einer ersten Oberfläche in den Siliziumcarbid-Körper erstreckt. Der Graben legt Säulenseitenwände eines säulenförmigen Bereichs des Siliziumcarbid-Körpers lateral frei. Zumindest drei der Säulenseitenwände sind entlang den weiteren Hauptebenen orientiert. Eine Graben-Gatestruktur wird im Graben ausgebildet, wobei die Gatestruktur mit den zumindest drei Säulenseitenwänden in Kontakt ist.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in dieser Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung und eines Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien der Ausführungsformen zu erläutern. Weitere Ausführungsformen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben.
    • 1A-1B zeigen vereinfachte horizontale und vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs einer Siliziumcarbid-Vorrichtung mit einem hexagonalen säulenförmigen Bereich gemäß einer Ausführungsform.
    • 2-5 zeigen vereinfachte Drauf- und Seitenansichten von verschieden orientierten säulenförmigen Bereichen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 6 ist eine vereinfachte Draufsicht eines Siliziumcarbid-Körpers mit einer gitterförmigen Gatestruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Siliziumcarbid-Vorrichtung.
    • 7 zeigt eine vereinfachte vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einem Verbindungsgebiet zu einer Abschirmung.
    • 8 zeigt eine vereinfachte vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einer Grabenkontaktstruktur.
    • 9A-9B zeigen vereinfachte vertikale Querschnittsansichten von Bereichen von Siliziumcarbid-Vorrichtungen gemäß Ausführungsformen mit einem entlang einer Grabenkontaktstruktur ausgebildeten Schottky-Kontakt.
    • 10 ist eine schematische Veranschaulichung einer Dotierstoffverteilung in einem tiefen Abschirmgebiet in einem Querschnitt durch einen Abschnitt einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
    • 11A-11D sind schematische vertikale Querschnittsansichten eines Bereichs einer Siliziumcarbid-Vorrichtung, um ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu veranschaulichen.
  • DETAILIERTE 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 weitere 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 in den verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen 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 zusätzlicher Elemente oder Merkmale 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 ohmsche 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 gesteuert werden können, 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 linearen 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 einen (p/p+)-Übergang, entlang einer Grenzfläche zwischen den beiden Dotierungsgebieten. Beim unipolaren Übergang kann ein Dotierstoffkonzentrationsprofil orthogonal zum unipolaren Übergang eine Stufe oder einen Wendepunkt zeigen, bei der oder dem sich das Dotierstoffkonzentrationsprofil von konkav in konvex oder umgekehrt ändert.
  • Für physikalische Abmessungen angegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Das Gleiche gilt für Bereiche mit einem Randwert wie „höchstens“ und „mindestens“.
  • Der Begriff „auf“ ist nicht dahingehend aufzufassen, dass er nur „direkt auf“ bedeutet. Vielmehr kann, falls ein Element „auf“ einem anderen Element positioniert ist (z.B. eine Schicht „auf“ einer anderen Schicht oder „auf“ einem Substrat ist), eine weitere Komponente (z.B. eine weitere Schicht) zwischen den zwei Elementen positioniert sein (z.B. kann eine weitere Schicht zwischen einer Schicht und einem Substrat, falls die Schicht „auf“ dem Substrat ist, positioniert sein).
  • Der Begriff „Leistungs-Halbleitervorrichtung“ bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen mit einem hohen Spannungssperrvermögen von zumindest 30 V, zum Beispiel 100 V, 600 V, 1,6 kV, 3,3 kV oder höher, und mit einem nominalen Durchlassstrom oder Vorwärtsstrom von zumindest 1 A, zum Beispiel 10A oder höher.
  • Ein sicherer Arbeitsbereich (SOA) definiert Spannungs- und Strombedingungen, unter welchen man erwarten kann, dass eine Halbleitervorrichtung ohne Selbstschädigung arbeitet. Der SOA ist durch veröffentlichte maximale Werte für Vorrichtungsparameter wie maximaler Dauerlaststrom, maximale Gatespannung und andere angegeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann eine Siliziumcarbid-Vorrichtung einen Siliziumcarbid-Körper enthalten, der ein hexagonales Kristallgitter mit einer c-Ebene und weiteren Hauptebenen aufweist. Die weiteren Hauptebenen können a-Ebenen oder m-Ebenen umfassen.
  • Das Material des Siliziumcarbid-Körpers kann beispielsweise kristallines Siliziumcarbid eines beliebigen hexagonalen Polytyps, z.B. 2H-SiC, 4H-SiC oder 6H-SiC sein. Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Silizium und Kohlenstoff kann der Siliziumcarbid-Körper Dotierstoffatome, zum Beispiel Stickstoff N, Phosphor P, Beryllium Be, Bor B, Aluminium Al und/oder Gallium Ga enthalten. Der Siliziumcarbid-Körper kann weitere Verunreinigungen bzw. Störstellen, zum Beispiel Wasserstoff, Fluor und/oder Sauerstoff, enthalten. Der Siliziumcarbid-Körper kann eine mittels Epitaxie gewachsene Siliziumcarbid-Schicht enthalten oder daraus bestehen.
  • Der Siliziumcarbid-Körper kann zwei, im Wesentlichen parallele Hauptoberflächen der gleichen Form und Größe und einen die Ränder der beiden Hauptoberflächen verbindenden lateralen Oberflächenbereich aufweisen. Beispielsweise kann der Siliziumcarbid-Körper die Form eines polygonalen (z.B. rechteckigen oder hexagonalen) Prismas mit oder ohne verrundete Kanten, 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.
  • Eine erste Oberfläche an der Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers kann planar oder gerippt sein. Eine mittlere Oberflächenebene der ersten Oberfläche erstreckt sich entlang den lateralen Richtungen. Die mittlere Oberflächenebene einer planaren ersten Oberfläche ist identisch mit der planaren ersten Oberfläche. Die mittlere Oberflächenebene einer gerippten ersten Oberfläche wird durch eine planare Ebene der kleinsten Quadrate der gerippten ersten Oberfläche definiert. Lage und Orientierung der planaren Ebene der kleinsten Quadrate sind so definiert, dass die Summe der Quadrate der Abweichungen der Oberflächenpunkte der gerippten ersten Oberfläche von der planaren Ebene der kleinsten Quadrate ein Minimum aufweist.
  • Der Siliziumcarbid-Körper kann sich lateral entlang einer von den lateralen Richtungen aufgespannten Ebene 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. Mit anderen Worten ist die vertikale Richtung parallel zu einer Oberflächennormalen auf der mittleren Oberflächenebene.
  • Die c-Ebene ist eine {0001}-Gitterebene. Die weiteren Hauptebenen können a-Ebenen ({11-20}-Familie von Gitterebenen) und m-Ebenen ({1-100}-Familie von Gitterebenen) umfassen. Die a-Ebenen umfassen die sechs, verschieden orientierten Gitterebenen (11-20), (1-210), (-2110), (-1-120), (-12-10) und (2-1-10). Die m-Ebenen umfassen die sechs, verschieden orientierten Gitterebenen (1-100), (10-10), (01-10), (-1100) und (0-110).
  • Die mittlere Oberflächenebene des Siliziumcarbid-Körpers kann um eine Winkelabweichung zur c-Ebene geneigt sein. Mit anderen Worten kann die c-Achse um die Winkelabweichung zur vertikalen Richtung geneigt sein. Die Winkelabweichung kann in einem Bereich von 2 Grad bis 8 Grad, zum Beispiel in einem Bereich von 3 Grad bis 5 Grad, liegen. Insbesondere kann die Winkelabweichung annähernd 4 Grad betragen. Beispielsweise kann die c-Achse so geneigt sein, dass eine von der vertikalen Richtung und der c-Achse aufgespannte Ebene zu der <11-20>-Richtung parallel ist. Gemäß einem anderen Beispiel kann die c-Achse so geneigt sein, dass eine von der vertikalen Richtung und der c-Achse aufgespannte Ebene zu der <1-100>-Richtung parallel ist. An der Rückseite des Siliziumcarbid-Körpers kann sich eine zweite Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers parallel oder annähernd parallel zu der mittleren Oberflächenebene an der Vorderseite erstrecken.
  • Der Siliziumcarbid-Körper kann einen säulenartigen Bereich mit Säulenseitenwänden enthalten. Die Anzahl der Säulenseitenwände kann beispielsweise vier, fünf oder sechs betragen. In einigen Beispielen kann die Form des säulenförmigen Bereichs ein Prisma (z.B. ein rechtes Prisma, ein schräges Prisma oder gar ein abgeschnittenes Prisma) zum Beispiel mit einer polygonalen Basisfläche typischerweise in der Form eines regelmäßigen Polygons mit vier, fünf oder sechs Seiten sein oder ein solches approximieren. Benachbarte Säulenseitenwände können über Verbindungskanten verbunden sein.
  • Die Verbindungskanten können parallel zueinander verlaufen. Alternativ dazu kann zumindest eine der Verbindungskanten einen anderen Neigungswinkel zur vertikalen Richtung als zumindest eine andere Verbindungskante aufweisen. Die erste Verbindungskante kann beispielsweise um einen ersten vertikalen Neigungswinkel zur vertikalen Richtung geneigt sein. Eine zweite Verbindungskante kann um einen zweiten vertikalen Neigungswinkel zur vertikalen Richtung geneigt sein. Eine maximale Winkeldifferenz zwischen dem ersten vertikalen Neigungswinkel und dem zweiten vertikalen Neigungswinkel kann gleich der Winkelabweichung oder kleiner sein. Zumindest drei der Säulenseitenwände können entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert sein. Mit anderen Worten können zumindest drei der Säulenseitenwände in weiteren Hauptebenen des Kristallgitters oder in Ebenen, die nur leicht lateral und/oder leicht vertikal zu weiteren Hauptebenen des Kristallgitters geneigt sind, komplett ausgebildet sein. Der Begriff „leicht geneigt“ schließt Winkelabweichungen von einer jeweiligen Hauptebene im Bereich von weniger als 5 Grad in jeder beliebigen Raumrichtung ein.
  • Beispielsweise sind drei, vier, fünf oder sechs Säulenseitenwände in oder entlang einer Ebene der {11-20}-Familie von Gitterebenen orientiert, wobei jede Säulenseitenwand in oder entlang einer anderen der Ebenen der {11-20}-Familien von Gitterebenen orientiert ist. Gemäß einem anderen Beispiel sind drei, vier, fünf oder sechs Säulenseitenwände in oder entlang einer Ebene der {1-100}-Familie von Gitterebenen orientiert, wobei jede Säulenseitenwand in oder entlang einer anderen der Ebenen der {1-100}-Familie von Gitterebenen orientiert ist. Gemäß noch einem anderen Beispiel kann ein oder können mehrere der Säulenseitenwände zu einer Ebene der {11-20}-Familie von Gitterebenen orientiert sein und kann zumindest eine weitere Säulenseitenwand in oder entlang einer der Ebenen der {1-100}-Familie von Gitterebenen orientiert sein.
  • Eine Gatestruktur kann mit den zumindest drei Säulenseitenwänden in Kontakt sein. Die Gatestruktur kann eine leitfähige Gateelektrode und ein Gatedielektrikum umfassen. Das Gatedielektrikum kann zwischen den zumindest drei Säulenseitenwänden und der Gateelektrode ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Gatedielektrikum die zumindest drei Säulenseitenwände und die Gateelektrode trennen.
  • Die Gatestruktur kann eine oder mehr weitere leitfähige Strukturen zusätzlich zur Gateelektrode enthalten. Die weiteren leitfähigen Strukturen können beispielsweise durch zumindest einen pn-Übergang, durch eine hochohmige ohmsche Verbindung und/oder durch eine dielektrische Isolierung von der Gateelektrode elektrisch entkoppelt sein. Die Gatestruktur kann eine oder mehr weitere dielektrische Strukturen enthalten, die sich von dem Gatedielektrikum im Hinblick auf Dicke, Zusammensetzung und/oder Dichte unterscheiden.
  • Indem man ein geeignetes Potential an die Gateelektrode anlegt, können Inversionsschichten oder Akkumulierungsschichten im säulenförmigen Bereich entlang den zumindest drei Seitenwänden ausgebildet werden. Die Inversionsschichten oder die Akkumulierungsschichten können gate-gesteuerte Kanäle von Transistorzellen ausbilden. Säulenseitenwände, an denen gate-gesteuerte Kanäle in einem Betriebsmodus der Siliziumcarbid-Vorrichtung ausgebildet werden, bilden aktive Säulenseitenwände. Ein Ausbilden gate-gesteuerter Kanäle, die sich entlang zumindest drei aktiven Säulenseitenwänden wie oben beschrieben erstrecken, können ein Vergrößern der gesamten Breite eines gate-gesteuerten Kanals pro Flächeneinheit des Siliziumcarbid-Körpers ermöglichen. Eine größere Gesamtbreite eines Kanals kann zu einer Abnahme eines Durchlasswiderstands von Siliziumcarbid-Vorrichtungen, die gate-gesteuerte Kanäle nutzen, beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt ein Absolutwert eines Neigungswinkels in der Ebene zwischen jeder Säulenseitenwand und der weiteren Hauptebene, entlang der die Säulenseitenwand orientiert ist, in einem Bereich von 0 Grad bis 2 Grad. Die Neigungswinkel in der Ebene können in der c-Ebene gemessen werden. Beispielsweise können für jede der zumindest drei Säulenseitenwände die c-Ebene und die Säulenseitenwand eine jeweilige erste Schnittlinie bilden. Die c-Ebene und die Hauptebene, die zur Säulenseitenwand orientiert ist, bilden eine jeweilige zweite Schnittlinie. Für jede der zumindest drei Säulenseitenwände liegt ein Neigungswinkel in der Ebene zwischen der ersten Schnittlinie und der zweiten Schnittlinie in einem Bereich von 0 Grad bis 2 Grad.
  • Mit Neigungswinkeln in der Ebene von höchstens 2 Grad für jede der zumindest drei Säulenseitenwände kann eine Ladungsträgerbeweglichkeit entlang allen aktiven Säulenseitenwänden für sehr einheitliche Schwellenspannungen entlang jeder der aktiven Säulenseitenwände und für einen sehr einheitlich verteilten Durchlassstrom im Siliziumcarbid-Körper ausreichend hoch und einheitlich sein. Säulenförmige Bereiche mit Neigungswinkeln in der Ebene der Säulenseitenwände von höchstens 2 Grad können unter vertretbarem Aufwand ausgebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt für jede der zumindest drei Säulenseitenwände (191, ..., 196) ein Absolutwert eines vertikalen Neigungswinkels zwischen der Säulenseitenwand und der weiteren Hauptebene, die zur Säulenseitenwand orientiert ist, in einen Bereich von 0 Grad bis zur Winkelabweichung α.
  • Beispielsweise kann ein Ätzprozess mit einem gerichteten Ionenstrahl mit einer Strahlachse parallel zur c-Achse (<0001>-Gitterrichtung) die Säulenseitenwände definieren. In diesem Fall können Absolutwerte der vertikalen Neigungswinkel gleich 0 Grad sein oder können höchstens 1 Grad betragen.
  • Gemäß einem anderen Beispiel kann ein Ätzprozess mit einem gerichteten Ionenstrahl die Säulenseitenwände vordefinieren. Eine Strahlachse des Ionenstahls kann parallel zur vertikalen Richtung verlaufen. Eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre kann Silizium- und Kohlenstoffatome in den Säulenseitenwänden umordnen. Die Umordnung kann die Säulenseitenwände näher zur Hauptebene, zu der die jeweilige Säulenseitenwand orientiert ist, ausrichten.
  • In dem Fall, in dem eine von der c-Achse und der vertikalen Richtung aufgespannte Ebene senkrecht zu einer Hauptebene verläuft, zu der eine der Säulenseitenwände orientiert ist, kann der Absolutwert von einem der vertikalen Neigungswinkel gleich der Winkelabweichung oder kleiner sein und kann der Absolutwert von einem oder zwei anderen vertikalen Neigungswinkeln gleich der halben Winkelabweichung oder kleiner sein.
  • Falls die von der c-Achse und der vertikalen Richtung aufgespannte Ebene die winkelhalbierende Ebene des Winkels zwischen zwei Hauptebenen bildet, entlang denen zwei benachbarte aktive Säulenseitenwände orientiert sind, kann der Absolutwert von vier der vertikalen Neigungswinkeln γ1, ..., ynmax gleich der halben Winkelabweichung oder kleiner sein.
  • Sind für jede der zumindest drei Säulenseitenwände die vertikalen Neigungswinkel nicht größer als die Winkelabweichung, kann die Ladungsträgerbeweglichkeit entlang allen aktiven Säulenseitenwänden sehr einheitliche Schwellenspannungen an den verschiedenen aktiven Säulenseitenwänden ermöglichen. Säulenförmige Bereiche mit vertikalen Neigungswinkeln zwischen der Säulenseitenwand und der jeweiligen Hauptebene von höchstens der Winkelabweichung können unter vertretbarem Aufwand gebildet werden. Beispielsweise kann ein Ausbilden der säulenförmigen Bereiche einen vertikalen, nicht geneigten Ätzprozess einschließen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Absolutwerte der vertikalen Neigungswinkel in einem Bereich von 0 Grad bis zur halben Winkelabweichung liegen. Sind für jede der zumindest drei Säulenseitenwände vertikale Neigungswinkel nicht größer als die halbe Winkelabweichung kann die Ladungsträgerbeweglichkeit entlang allen betreffenden Säulenseitenwände weiter erhöht werden und kann eine Einheitlichkeit der Schwellenspannung weiter verbessert werden. Säulenförmige Bereiche mit vertikalen Neigungswinkeln zwischen der Säulenseitenwand und der jeweiligen weiteren Hauptebene von höchstens der halben Winkelabweichung können unter vertretbarem Aufwand gebildet werden, indem ein vertikaler, nicht geneigter Ätzprozess genutzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die zumindest drei Säulenseitenwände einander benachbart sein. Jede der zumindest drei Säulenseitenwände ist über eine Verbindungskante mit zumindest einer benachbarten der drei Säulenseitenwände verbunden. Direkt benachbarte aktive Säulenseitenwände können ein sehr flächeneffizientes Transistorzellen-Layout mit einer vergleichsweise großen Transistorkanalbreite pro Einheitsfläche ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind zumindest vier der Säulenseitenwände entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert. Die Gatestruktur kann mit den zumindest vier Säulenseitenwänden in Kontakt sein. Die Absolutwerte von Neigungswinkeln in der Ebene zwischen jeder Säulenseitenwand und der weiteren Hauptebene, entlang welcher die Säulenseitenwand orientiert ist, können in einem Bereich von 0 Grad bis 2 Grad liegen. Die Absolutwerte der vertikalen Neigungswinkel zwischen jeder der zumindest drei Säulenseitenwände und der weiteren Hauptebene, welche zu der jeweiligen Seitenwand orientiert ist, liegen in einem Bereich von 0 Grad bis zur Winkelabweichung oder bis zur halben Winkelabweichung. Die zumindest vier Säulenseitenwände können einander benachbart sein.
  • Vier der Säulenseitenwände sind beispielsweise entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert. Gemäß einem weiteren Beispiel sind fünf der Säulenseitenwände entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert. Gemäß einem weiteren Beispiel ist jede von sechs Säulenseitenwänden entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert. Ist ein zunehmender Anteil an Säulenseitenwänden zu einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen orientiert, kann eine Flächeneffizienz der Siliziumcarbid-Vorrichtung weiter erhöht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Querschnitt des säulenförmigen Bereichs in einer c-Ebene ein Hexagon bilden. Das Hexagon kann spitzwinklige Kanten, angeschrägte Kanten und/oder verrundete Kanten aufweisen. Das Hexagon kann ein reguläres Hexagon mit annähernd einheitlicher Kantenlänge sein. Säulenförmige Bereiche mit einem hexagonalen Querschnitt, z.B. einem regelmäßigen hexagonalen Querschnitt, können eine hohe Flächeneffizienz ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Gatestruktur ein Gitter ausbilden, das benachbarte säulenförmige Bereiche lateral trennt. Beispielsweise kann die Siliziumcarbid-Vorrichtung eine Vielzahl säulenförmiger Bereiche enthalten. Die säulenförmigen Bereiche können in Linien und Reihen lateral angeordnet sein. Die Gatestruktur kann ein Gitter ausbilden, wobei in jeder Masche des Gitters ein einziger der säulenförmigen Bereiche ausgebildet ist. Eine gitterförmige Gatestruktur kann z.B. mit säulenförmigen Bereichen mit einem hexagonalen, d.h. einem regelmäßigen hexagonalen, Querschnitt kombiniert werden. Die gitterförmige Gatestruktur kann zu einer hohen Flächeneffizienz und kurzen Schaltzeiten der Siliziumcarbid-Vorrichtung beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der säulenförmige Bereich ein Sourcegebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Bodygebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthalten. Das Sourcegebiet kann zwischen der ersten Oberfläche der Siliziumcarbid-Vorrichtung und dem Bodygebiet ausgebildet sein. Das Sourcegebiet kann mit den zumindest drei oder den zumindest vier Säulenseitenwänden in Kontakt sein. Beispielsweise kann das Sourcegebiet mit vier, fünf oder mit jeder der sechs Säulenseitenwände in Kontakt sein.
  • Das Sourcegebiet kann eine Vielzahl lateral getrennter Sourcebereiche enthalten. Alternativ dazu enthält jeder säulenförmige Bereich ein zusammenhängendes Sourcegebiet, das mit jeder der zumindest drei Säulenseitenwände, die zu einer der weiteren Hauptebenen orientiert sind, in direktem Kontakt ist.
  • Das Bodygebiet kann mit den zumindest drei oder den zumindest vier Säulenseitenwänden in Kontakt sein. Beispielsweise kann das Bodygebiet mit jeder Säulenseitenwand, die mit dem Sourcegebiet in Kontakt ist, in Kontakt sein. Das Bodygebiet kann beispielsweise mit vier, fünf oder mit jeder der sechs Säulenseitenwände in Kontakt sein.
  • Das Sourcegebiet und das Bodygebiet können einen Teil einer flächeneffizienten Transistorzelle für Siliziumcarbid-Vorrichtungen bilden, welche auf einem hexagonalen Kristallgitter basieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Siliziumcarbid-Körper eine Spannung haltende Schicht enthalten. Der säulenförmige Bereich kann zwischen der ersten Oberfläche und der Spannung haltenden Schicht ausgebildet sein.
  • Die Spannung haltende Schicht kann dotiertes Siliziumcarbid-Material enthalten oder kann daraus bestehen und kann in erster Linie dafür ausgelegt sein, der nominalen Sperrspannung einer Leistungs-Halbleitervorrichtung standzuhalten und sie aufzunehmen.
  • Die Spannung haltende Schicht kann eine ausreichend schwach dotierte Driftzone enthalten, die sich lateral durch den Siliziumcarbid-Körper erstreckt. Abgesehen von einem Bereich des Siliziumcarbid-Körpers entlang dem Außenrand des Siliziumcarbid-Körpers kann die Driftzone eine vorwiegend gleichmäßige Dotierstoffverteilung entlang der lateralen Richtung aufweisen. Entlang der vertikalen Richtung kann die Dotierstoffverteilung annähernd gleichmäßig sein. Alternativ dazu kann eine Dotierstoffkonzentration in der Driftzone mit abnehmendem Abstand zur ersten Oberfläche an der Vorderseite geringfügig abnehmen oder zunehmen. Eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration im Siliziumcarbid-Körper kann im Bereich von 1E15 cm-3 bis 5E16 cm-3 liegen.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Spannung haltende Schicht eine Superjunction-Struktur enthalten, die eine sich wiederholende Struktur lateral angeordneter, n-dotierter Säulen und p-dotierter Säulen umfasst.
  • Die Superjunction-Struktur kann beispielsweise streifenförmige p-dotierte Säulen und streifenförmige n-dotierte Säulen mit einer lateralen longitudinalen Ausdehnung entlang einer ersten lateralen Richtung und entlang einer zur ersten lateralen Richtung orthogonalen lateralen Richtung abwechselnd angeordnet aufweisen. Benachbarte p-dotierte Säulen und n-dotierte Säulen bilden jeweils pn-Übergänge. Zwei benachbarte Säulen bilden eine Einheitszelle der Superjunction-Struktur. In der Einheitszelle können die Ladung in der p-dotierten Säule und die Ladung in der n-dotierten Säule einander zumindest teilweise (in einigen Beispielen vollständig) kompensieren, wenn die Einheitszelle verarmt oder teilweise verarmt ist. Genauer gesagt liegt entlang einer lateralen Linie durch die Einheitszelle das Integral über die Dotierungsdichte der Dotierstoffe vom p-Typ in einem Bereich von -20 % bis +20 %, z.B. von -10 % bis +10 % oder von -5 % bis +5 %, des Integrals über die Dotierungsdichte der Dotierstoffe vom n-Typ. Die Superjunction-Struktur ist zumindest bei der nominalen Durchbruchspannung der Vorrichtung oder bei einer niedrigeren Sperrspannung vollständig verarmt.
  • Gemäß einem anderen Beispiel kann die Superjunction-Struktur dotierte Säulen eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine gitterförmige Säule eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, wobei die gitterförmige Säule die dotierten Säulen lateral trennt. Die dotierten Säulen können regelmäßig, z.B. in regelmäßigen Abständen von Mitte zu Mitte, angeordnet sein. Der Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten dotierten Säulen kann gleich, oder zumindest annähernd gleich, dem Abstand von Mitte zu Mitte zwischen benachbarten säulenförmigen Bereichen sein. Die gitterförmige Säule kann eine Vielzahl gleich großer Ringbereiche enthalten, die lateral direkt aneinander grenzen. Jeder Ringbereich umgibt lateral eine dotierte Säule mit einheitlicher Breite. Eine dotierte Säule und der Ringbereich, der die dotierte Säule umgibt, bilden eine Einheitszelle der Superjunction-Struktur. In der Einheitszelle können die Ladung in der p-dotierten Säule und die Ladung in der n-dotierten Säule einander teilweise oder vollständig kompensieren, wenn die Einheitszelle verarmt ist oder teilweise verarmt ist. Genauer gesagt liegt über eine horizontale Ebene der Einheitszelle das Oberflächenintegral der Dotierungsdichte der Dotierstoffe vom p-Typ in einem Bereich von -20 % bis +20 %, z.B. von -10 % bis +10 % oder von -5 % bis + 5 %, des Integrals der Dotierungsdichte der Dotierstoffe vom n-Typ. Die Spannung haltende Schicht bildet einen Teil eines intrinsischen elektrischen Widerstands im Ein-Zustand der Siliziumcarbid-Vorrichtung, d.h. in dem Zustand mit einem entlang den aktiven Säulenseitenwänden fließenden Laststrom. Insbesondere in Kombination mit vergleichsweise niederohmigen, Spannung haltenden Schichten, z.B. Spannung haltenden Schichten, die eine Superjunction-Struktur enthalten oder eine vergleichsweise dünne Driftzone enthalten, können Transistorzellen, die auf drei oder mehr aktiven Säulenseitenwänden basieren, zu einem niedrigen Durchlasswiderstand signifikant beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann sich ein tiefes Abschirmgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps von einer zum Bodygebiet orientierten Seite in die Spannung haltende Schicht erstrecken. Das tiefe Abschirmgebiet kann in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur liegen. Mit anderen Worten kann das tiefe Abschirmgebiet von der Gatestruktur lateral getrennt sein. Ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche und einem lokalen Dotierstoffmaximum im tiefen Abschirmgebiet kann größer als eine vertikale Ausdehnung der Gatestruktur sein. Mit anderen Worten kann sich das tiefe Abschirmgebiet tiefer als die Gatestruktur in den Siliziumcarbid-Körper erstrecken. Ein Bereich des tiefen Abschirmgebiets kann zwischen der Gatestruktur und der zweiten Oberfläche des Siliziumcarbid-Körpers ausgebildet sein.
  • Das tiefe Abschirmgebiet kann in und/oder unter einem zentralen Abschnitt des säulenförmigen Bereichs ausgebildet sein. Der zentrale Abschnitt umfasst eine laterale Mitte des säulenförmigen Bereichs und den Abschnitt direkt um die laterale Mitte. Das tiefe Abschirmgebiet kann rotationssymmetrisch, z.B. punktsymmetrisch, bezüglich einer longitudinalen Achse durch die laterale Mitte des säulenförmigen Bereichs sein. Die longitudinale Achse des tiefen Abschirmgebiets kann die lateralen Mitten des tiefen Abschirmgebiets in verschiedenen Abständen zur ersten Oberfläche verbinden. Beispielsweise kann die longitudinale Achse vertikal sein oder kann zu der <0001>-Gitterrichtung parallel sein. Das tiefe Abschirmgebiet kann zu einer Abschirmung der Gatestruktur gegen ein elektrisches Potential beitragen, das an die Rückseite des Siliziumcarbid-Körpers angelegt werden kann. In einem Sperrmodus der Siliziumcarbid-Vorrichtung kann das tiefe Abschirmgebiet das elektrische Feld im Gatedielektrikum reduzieren und kann somit zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann sich ein Abschirm-Verbindungsgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps von der ersten Oberfläche zum tiefen Abschirmgebiet erstrecken. Das Abschirm-Verbindungsgebiet kann in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur liegen. Mit anderen Worten kann das Abschirm-Verbindungsgebiet von der Gatestruktur lateral getrennt sein.
  • Das Abschirm-Verbindungsgebiet kann im zentralen Abschnitt des säulenförmigen Bereichs ausgebildet sein. Das Abschirm-Verbindungsgebiet kann rotationssymmetrisch, z.B. punktsymmetrisch, bezüglich einer longitudinalen Achse durch die laterale Mitte des Abschirm-Verbindungsgebiets sein. Die longitudinale Achse des Abschirm-Verbindungsgebiets kann die lateralen Mitten des Abschirm-Verbindungsgebiets in verschiedenen Abständen zur ersten Oberfläche verbinden.
  • Das Abschirm-Verbindungsgebiet kann einen niederohmigen ohmschen Pfad zwischen dem tiefen Abschirmbereich und einer auf der ersten Oberfläche ausgebildeten leitfähigen Struktur bilden. Die niederohmige ohmsche Verbindung kann einen Lawinenstrom effektiv ableiten. Das Abschirm-Verbindungsgebiet kann unter geringem zusätzlichem Aufwand durch eine maskierte Ionenimplantation gebildet werden. Eine Ausbildung des Abschirm-Verbindungsgebiets und eine Ausbildung des tiefen Abschirmgebiets können effektiv kombiniert werden. Beispielsweise können ein Ausbilden des Abschirm-Verbindungsgebiets und ein Ausbilden des tiefen Abschirmgebiets grundsätzlich die gleiche Implantationsmaske nutzen. Die Implantationsmaske kann zwischen der (den) Implantation(en) für das tiefe Abschirmgebiet und der (den) Implantion(en) für das Abschirm-Verbindungsgebiet modifiziert werden oder kann zwischen der (den) Implantation(en) für das tiefe Abschirmgebiet und der (den) Implantation(en) für das Abschirm-Verbindungsgebiet unverändert bleiben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich eine Grabenkontaktstruktur von der ersten Oberfläche zum tiefen Abschirmgebiet oder in dieses erstrecken. Die Grabenkontaktstruktur kann in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur vorliegen. Mit anderen Worten kann die Grabenkontaktstruktur von der Gatestruktur lateral getrennt sein. Ein minimaler Abstand zwischen der Gatestruktur und der Grabenkontaktstruktur kann kleiner als eine vertikale Ausdehnung der Grabenkontaktstruktur sein. Eine vertikale Ausdehnung der Grabenkontaktstruktur kann gleich einer vertikalen Ausdehnung der Gatestruktur oder größer als diese sein.
  • Die Grabenkontaktstruktur kann im zentralen Abschnitt des säulenförmigen Bereichs ausgebildet sein. Die Grabenkontaktstruktur kann rotationssymmetrisch, z.B. punktsymmetrisch, bezüglich einer vertikalen Achse durch eine laterale Mitte der Grabenkontaktstruktur sein. Die Grabenkontaktstruktur enthält ein leitfähiges Material. Das leitfähige Material der Grabenkontaktstruktur kann ein, zwei oder mehr verschiedene leitfähige Materialien umfassen. Beispielsweise kann die Grabenkontaktstruktur hochdotiertes polykristallines Silizium, ein Metall oder eine Metallverbindung, zumindest zwei Metalle und/oder Metallverbindungen oder hochdotiertes polykristallines Silizium in Kombination mit zumindest einem Metall oder einer Metallverbindung enthalten.
  • Die Grabenkontaktstruktur kann einen niederohmigen ohmschen Pfad zwischen dem tiefen Abschirmbereich und einer auf der ersten Oberfläche ausgebildeten leitfähigen Struktur bilden. Die Leitfähigkeit des leitfähigen Materials in der Grabenkontaktstruktur kann höher als diejenige von dotiertem Siliziumcarbid, z.B. p-dotiertem Siliziumcarbid, sein. Die niederohmige ohmsche Verbindung kann einen Lawinenstrom auf hocheffektive Weise ableiten. Die Grabenkontaktstruktur kann unter geringem zusätzlichem Aufwand gebildet werden, indem z.B. eine kombinierte Ätzmaske genutzt wird, die sowohl die Gatestruktur als auch die Grabenkontaktstruktur definiert. Alternativ dazu oder zusätzlich können ein Ausbilden der Grabenkontaktstruktur und ein Ausbilden der Gatestruktur einen kombinierten Abscheidungsprozess für ein Material nutzen, das für sowohl die leitfähige Gateelektrode als auch die Grabenkontaktstruktur genutzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Bodygebiet ein hochdotiertes Body-Kontaktgebiet enthalten. Das Body-Kontaktgebiet kann mit der Grabenkontaktstruktur in Kontakt sein. Das Body-Kontaktgebiet kann eine ausreichend hohe Dotierstoffkonzentration aufweisen, sodass das Body-Kontaktgebiet und die Grabenkontaktstruktur einen niederohmigen ohmschen Kontakt bilden. Das Body-Kontaktgebiet kann zu einer Reduzierung des Risikos von Latch-up-Effekten beitragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Spannung haltende Schicht und die Grabenkontaktstruktur einen Schottky-Kontakt ausbilden. Der Schottky-Kontakt kann zwischen dem Bodygebiet und dem tiefen Abschirmgebiet liegen. Der Schottky-Kontakt kann eine niedrigere Einsetz- bzw. Schwellenspannung (engl.: set-in voltage) als die intrinsische Bodydiode aufweisen, die durch den pn-Übergang zwischen dem tiefen Abschirmgebiet und der Spannung haltenden Schicht gebildet wird. Der Schottky-Kontakt kann zu einer Reduzierung oder Vermeidung eines bipolaren Stromflusses durch den Siliziumcarbid-Körper unter einer Sperrvorspannung und unter Betriebsbedingungen innerhalb des SOA beitragen. Ein Reduzieren eines bipolaren Stroms reduziert eine letztendliche bipolare Verschlechterung der Halbleitervorrichtung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung ein Vorsehen eines Siliziumcarbid-Körpers mit einem hexagonalen Kristallgitter mit einer c-Ebene und weiteren Hauptebenen einschließen. Die weiteren Hauptebenen können a-Ebenen und m-Ebenen sein. Eine mittlere Oberflächenebene des Siliziumcarbid-Körpers kann zur c-Ebene um eine Winkelabweichung geneigt sein.
  • Ein Graben kann ausgebildet werden. Der Graben erstreckt sich von einer ersten Oberfläche in den Siliziumcarbid-Körper. Der Graben kann Säulenseitenwände eines säulenförmigen Bereichs des Siliziumcarbid-Körpers lateral freilegen. Zumindest drei der Säulenseitenwände können jeweils entlang einer der weiteren Hauptebenen orientiert sein. Eine Graben-Gatestruktur wird im Graben ausgebildet. Die Graben-Gatestruktur kann mit den zumindest drei Säulenseitenwänden in Kontakt sein. Die Graben-Gatestruktur kann ein Gitter ausbilden. Die Graben-Gatestruktur kann eine Vielzahl lateral miteinander verbundener Graben-Gatebereiche enthalten. Jeder Graben-Gatebereich kann mit einer Säulenseitenwand eines ersten Säulenbereichs an einer ersten Seite und mit einer Säulenseitenwand eines zweiten Säulenbereichs an einer zweiten Seite in Kontakt sein, wobei die zweite Seite der ersten Seite entgegengesetzt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ausbilden des Grabens einen gerichteten Ätzprozess mit einer Achse eines Ätzstrahls, die parallel zur <0001>-Gitterrichtung orientiert ist, einschließen. Beispielsweise kann ein Ausbilden des Grabens einen Ätzprozess mit einem streifenförmigen Ionenstrahl (engl.: ribbon ion beam etch process) einschließen. Der Ätzprozess mit einem streifenförmigen Ionenstrahl ermöglicht ein Ätzen, das die weiteren Hauptebenen mit vergleichsweise hoher Präzision und geringen Winkelabweichungen zwischen den Säulenseitenwänden und den weiteren Hauptebenen, zu denen die Säulenseitenwände orientiert sind, direkt freilegen kann.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Ausbilden des Grabens einen gerichteten Ätzprozess mit einer Achse eines Ätzstrahls, die vertikal zur mittleren Oberflächenebene orientiert ist, einschließen. Nach einem Ätzen kann eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann Silizium- und Kohlenstoffatome entlang den durch den gerichteten Ätzprozess freigelegten Oberflächen umgruppieren. Die Umgruppierung kann eine bessere Ausrichtung jeder Säulenseitenwand zu der weiteren Hauptebene, zu der die jeweilige Säulenseitenwand orientiert ist, zur Folge haben.
  • 1A und 1B beziehen sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 mit einem Siliziumcarbid-Körper. Der Siliziumcarbid-Körper weist ein hexagonales Kristallgitter mit einer c-Ebene 105 und weiteren Hauptebenen 106 auf. Die c-Ebene ist eine {0001}-Gitterebene. Die weiteren Hauptebenen 106 können a-Ebenen und m-Ebenen sein.
  • Ein Bereich einer ersten Oberfläche 101 des Siliziumcarbid-Körpers an der Vorderseite der Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 bildet eine obere Oberfläche 199 des säulenförmigen Bereichs 190. Die obere Oberfläche 199 kann planar oder gerippt sein. Eine mittlere Oberflächenebene 109 der ersten Oberfläche 101 erstreckt sich entlang lateralen Richtungen. Der Einfachheit halber beziehen sich 1B und alle folgenden Figuren auf eine planare erste Oberfläche 101 und eine mittlere Oberflächenebene 109, die mit der ersten Oberfläche 101 koplanar ist. Eine vertikale Richtung 104 ist zu den lateralen Richtungen orthogonal und zu der mittleren Oberflächenebene orthogonal 109.
  • Die obere Oberfläche 199 des säulenförmigen Bereichs 190 ist zur c-Ebene 105 um eine Winkelabweichung α geneigt. Dementsprechend ist die c-Achse (<0001>-Gitterrichtung) zur vertikalen Richtung 104 um die Winkelabweichung α geneigt.
  • Ein lateraler (auch: horizontaler) Querschnitt des säulenförmigen Bereichs 190 oder ein Querschnitt des säulenförmigen Bereichs 190 parallel zur c-Ebene 105 kann ein Hexagon, z.B. ein regelmäßiges Hexagon, bilden. Das Hexagon kann spitzwinklige, angeschrägte und/oder verrundete Kanten aufweisen.
  • Der säulenförmige Bereich 190 weist sechs Säulenseitenwände 191, ..., 196 auf. Jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 ist entlang einer anderen Gitterebene der gleichen Familie von Gitterebenen orientiert. Beispielsweise ist jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 entlang einer anderen Gitterebene der {11-20}-Familie von Gitterebenen (a-Ebenen) orientiert. Mit anderen Worten: eine erste der Säulenseitenwände 191, ..., 196 ist entlang einer (11-20)-Gitterebene orientiert, eine zweite der Säulenseitenwände 191, ..., 196 ist entlang einer (1-210)-Gitterebene orientiert, eine dritte der Säulenseitenwände 191, ..., 196 ist entlang einer (-2110)-Gitterebene orientiert, eine vierte der Säulenseitenwände 191, ..., 196 ist entlang einer (-1-120)-Gitterebene orientiert, eine fünfte der Säulenseitenwände 191, ..., 196 ist entlang einer (-12-10)-Gitterebene orientiert und eine sechste der Säulenseitenwände 191, ..., 196 ist entlang einer (2-1-10)-Gitterebene orientiert.
  • Jede der Säulenseitenwände 191, ..., 196 kann zu der jeweiligen Gitterebene vollständig ausgerichtet sein oder kann zu der jeweiligen Gitterebene geringfügig lateral und/oder vertikal geneigt sein.
  • 1A zeigt Neigungswinkel β1, β2, β3 in der Ebene zwischen drei Säulenseitenwänden 191, 192, 193 und der {11-20}-Gitterebene, zu der die jeweilige Säulenseitenwand orientiert ist. Die Neigungswinkel in der Ebene geben eine mögliche laterale Neigung zwischen den Säulenseitenwänden 191, ..., 196 und der jeweiligen {11-20}-Gitterebene an. Die Neigungswinkel in der Ebene werden in der c-Ebene 105 gemessen. Die c-Ebene 105 und jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 bilden in 1A und 1B dargestellte erste Schnittlinien 281. Die c-Ebene 105 und die Gitterebenen 106 der {11-20}-Familie von Gitterebenen bilden zweite Schnittlinien 282. Für jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 liegt der Neigungswinkel in der Ebene in einem Bereich von 0 Grad bis 2 Grad. Die sechs Neigungswinkel in der Ebene des säulenförmigen Bereichs 190 können gleich sein oder können sich voneinander unterscheiden.
  • Eine Gatestruktur 150 ist in Kontakt mit den sechs Säulenseitenwänden 191, ..., 196. Die Gatestruktur 150 umfasst eine leitfähige Gateelektrode 155 und ein Gatedielektrikum 159. Das Gatedielektrikum 159 ist zwischen der Gateelektrode 155 und den sechs Säulenseitenwänden 191, ..., 196 ausgebildet.
  • 2 bis 5 beziehen sich auf die vertikale Ausrichtung der Säulenseitenwände 191, ..., 196 zu den Gitterebenen 106 einer Familie von Gitterebenen.
  • In 2 und 3 bildet eine von der c-Achse (<0001>-Gitterrichtung) und der vertikalen Richtung 104 aufgespannte Ebene die winkelhalbierende Ebene des Winkels zwischen zwei benachbarten verschiedenen Gitterebenen 106 der gleichen Familie von Gitterebenen. Die Gitterebenen 106 gehören zur {11-20}-Familie von Gitterebenen oder zur {1-100}-Familie von Gitterebenen. Die von der vertikalen Richtung 104 und der c-Achse aufgespannte Ebene kann beispielsweise parallel zur <11-20>-Richtung oder parallel zur <1-100>-Richtung sein.
  • In 2 ist jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 zu einer Gitterebene der {11-20}-Familie von Gitterebenen 106 vollständig ausgerichtet, wobei jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 zu einer anderen Gitterebene der {11-20}-Familie von Gitterebenen 106 ausgerichtet ist. Säulenseitenwände 191, 194 erstrecken sich in vertikalen Ebenen. Die vier anderen Säulenseitenwände 192, 193, 195, 196 sind um vertikale Neigungswinkel γ2, γ3, γ5, γ6 (γ2 und γ5 sind nicht dargestellt) geneigt, welche gleich α/2 (der halben Winkelabweichung α) sind.
  • Der säulenförmige Bereich 190 von 2 kann durch Ätzen mit einem gerichteten Ionenstrahl gebildet werden, wobei die Ionenstrahlachse parallel zur c-Achse orientiert ist. Alternativ dazu kann der säulenförmige Bereich 190 von 2 durch ein Ätzen mit einem gerichteten Ionenstrahl, wobei die Ionenstrahlachse parallel zur vertikalen Richtung 104 orientiert ist, und eine Wärmebehandlung gebildet werden, die eine Umgruppierung von Silizium- und Kohlenstoffatomen vorzugsweise entlang den Hauptebenen, z.B. den Gitterebenen der {11-20}-Familie von Gitterebenen 106, fördert.
  • In 3 erstrecken sich alle Säulenseitenwände 191, ..., 196 entlang vertikalen Ebenen. Die Säulenseitenwände 191, 194 sind zu zwei Gitterebenen 106 der {11-20}-Familie von Gitterebenen 106 ausgerichtet. Die vier anderen Säulenseitenwände 192, 193, 195, 196 sind um einen vertikalen Neigungswinkel γ2, γ3, γ5, γ6, (γ2 und γ5 sind nicht dargestellt), welcher α/2 (die halbe Winkelabweichung α) ist, zur jeweiligen Gitterebene 106 vertikal geneigt.
  • Der säulenförmige Bereich 190 von 3 kann mittels Ätzen mit einem gerichteten Ionenstrahl gebildet werden, wobei die Ionenstrahlachse parallel zur vertikalen Richtung 104 orientiert ist. Für jede der vier Säulenseitenwände 192, 193, 195, 196 kann eine nachfolgende Wärmebehandlung einen vertikalen Neigungswinkel γ2, γ3, γ5, γ6 in einem Bereich von 0 Grad bis α/2 ergeben.
  • In 4 und 5 verläuft eine von der c-Achse (<0001>-Gitterrichtung) und der vertikalen Richtung 104 aufgespannte Ebene senkrecht zu einer Gitterebene 106. Die Gitterebene 106 kann zur {11-20}-Familie von Gitterebenen oder zur {1-100}-Familie von Gitterebenen gehören. Die von der vertikalen Richtung 104 und der c-Achse aufgespannte Ebene kann beispielsweise parallel zur <11-20>-Richtung oder parallel zur <1-100>-Richtung liegen.
  • In 4 ist jede Säulenseitenwand 191, ..., 196 zu einer anderen Gitterebene der {11-20}-Familie von Gitterebenen 106 vollständig ausgerichtet. Die Säulenseitenwände 192, 195 sind um vertikale Neigungswinkel γ2, γ5, welche gleich der Winkelabweichung α sind, zur vertikalen Richtung 104 vertikal geneigt. Die vier anderen Säulenseitenwände 191, 193, 194, 196 sind um vertikale Neigungswinkel γ1, γ3, γ4, γ6 (γ1 und γ4 sind nicht dargestellt), welche gleich α/2 (der halben Winkelabweichung α) sind, zur vertikalen Richtung 104 geneigt.
  • Der säulenförmige Bereich 190 von 4 kann durch Ätzen mit einem gerichteten Ionenstrahl gebildet werden, wobei die Ionenstrahlachse parallel zur c-Achse orientiert ist. Alternativ dazu kann der säulenförmige Bereich 190 von 4 durch ein Ätzen mit einem gerichteten Ionenstrahl, wobei die Ionenstrahlachse parallel zur vertikalen Richtung 104 orientiert ist, und durch eine Wärmebehandlung gebildet werden, die eine Umgruppierung von Silizium- und Kohlenstoffatomen vorzugsweise entlang Hauptkristallebenen fördert.
  • In 5 erstrecken sich alle Säulenseitenwände 191, ..., 196 entlang vertikalen Ebenen. Die Säulenseitenwände 192, 195 sind um vertikale Neigungswinkel γ2, γ5, welche gleich der Winkelabweichung α sind, zur jeweiligen Gitterebene 106 vertikal geneigt. Die vier anderen Säulenseitenwände 191, 193, 194, 196 sind um vertikale Neigungswinkel γ1, γ3, γ4, γ6 (γ1 und γ4 sind nicht dargestellt), welche gleich α/2 (der halben Winkelabweichung α) sind, zu der jeweiligen Gitterebene geneigt.
  • Der säulenförmige Bereich 190 von 5 kann durch ein Ätzen mit einem gerichteten Ionenstrahl gebildet werden, wobei die Ionenstrahlachse parallel zur vertikalen Richtung 104 orientiert ist. Für jede der zwei Säulenseitenwände 192, 195 kann eine folgende Wärmebehandlung einen vertikalen Neigungswinkel γ2, γ5 in einem Bereich von 0 Grad bis α zur Folge haben. Für jede der vier Säulenseitenwände 191, 193, 194, 196 kann eine folgende Wärmebehandlung einen vertikalen Neigungswinkel γ1, γ3, γ4, γ6 in einem Bereich von 0 Grad bis α/2 zur Folge haben.
  • In den folgenden Figuren sind die säulenförmigen Bereiche 190 der Einfachheit halber mit vertikalen Säulenseitenwänden 191, ..., 196 veranschaulicht. Tatsächlich können, wie unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren beschrieben wurde, die säulenförmigen Bereiche 190 vertikale und/oder geneigte Säulenseitenwände 191, ..., 196 aufweisen.
  • 6 zeigt ein Layout für eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500, die eine Vielzahl säulenförmiger Bereiche 190 enthält. Die säulenförmigen Bereiche 190 können die gleiche horizontale Querschnittsform und Größe aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die horizontale Querschnittsform der säulenförmigen Bereiche 190 ein regelmäßiges Hexagon.
  • Die säulenförmigen Bereiche 190 können entlang einer lateralen ersten Richtung 291 verlaufenden Linien angeordnet sein. Innerhalb jeder Linie können die säulenförmigen Bereiche 190 in gleichen Abständen p1 von Mitte zu Mitte ausgebildet sein. Die säulenförmigen Bereiche 190 in benachbarten Linien sind entlang der ersten Richtung 291 um den halben Abstand p1 von Mitte zu Mitte gegeneinander verschoben.
  • Eine Graben-Gatestruktur 150 trennt benachbarte säulenförmige Bereiche 190 lateral voneinander. Die Gatestruktur 150 ist in Kontakt mit den Säulenseitenwänden 191, ..., 196. Die Gatestruktur 150 umfasst eine Vielzahl von Linienabschnitten 158.
  • Die Linienabschnitte 158 können die gleiche laterale Querschnittsform und Größe aufweisen. Die Linienabschnitte 158 können eine Breite W0 in einem Bereich von 500 nm bis 5 µm, z.B. von 1 µm bis 4 µm, aufweisen. Eine Länge L0 der Linienabschnitte 158 kann in einem Bereich von 3*W0 bis 20*W0 liegen. Am Boden können die Gatestrukturen 150 verrundet sein. Die Linienabschnitte 158 können die gleiche vertikale Ausdehnung V0 aufweisen. Die vertikale Ausdehnung V0 der Linienabschnitte 158 kann in einem Bereich von 0,3 µm bis 5 µm, z.B. in einem Bereich von 0,5 µm bis 2 µm, liegen.
  • Knotenabschnitte 157 mit dreieckigem lateralem Querschnitt verbinden drei benachbarte Linienabschnitte 158. Sechs Linienabschnitte 158 bilden einen kompletten Rahmen um einen säulenförmigen Bereich 190. Die Gatestruktur 150 bildet ein laterales Gitter mit Maschen aus. Jeder säulenförmige Bereich 190 ist in einer Masche ausgebildet, und jede Masche enthält einen säulenförmigen Bereich 190.
  • Die Gatestruktur 150 umfasst eine leitfähige Gateelektrode 155 und ein Gatedielektrikum 159. Das Gatedielektrikum 159 trennt die Gateelektrode 155 und die säulenförmigen Bereiche 190 lateral. Eine Grabenkontaktstruktur 316 kann in der Mitte jedes säulenförmigen Bereichs 190 angeordnet sein.
  • 7 und 8 beziehen sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung 500, die Transistorzellen TC enthält. Jede Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 enthält einen Siliziumcarbid-Körper 100 mit einer ersten Oberfläche 101 an einer Vorderseite und einer zweiten Oberfläche 102 an einer entgegengesetzten Rückseite. Der Siliziumcarbid-Körper 100 erstreckt sich entlang einer Hauptausdehnungsebene in lateralen Richtungen. In einer vertikalen Richtung 104 senkrecht zu den lateralen Richtungen weist der Siliziumcarbid-Körper 100 eine Dicke auf, welche verglichen mit der Ausdehnung des Siliziumcarbid-Körpers 100 entlang der Hauptausdehnungsebene gering ist. Die Dicke des Siliziumcarbid-Körpers 100 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102 hängt mit einem nominalen Sperrvermögen der hergestellten Siliziumcarbid-Vorrichtung 500 zusammen und kann im Bereich von einigen hundert nm bis einige hundert µm liegen. Die c-Achse (<0001>-Gitterrichtung) ist um eine Winkelabweichung α zur vertikalen Richtung 104 geneigt.
  • Der Siliziumcarbid-Körper 100 enthält säulenförmige Bereiche 190. Eine Gatestruktur 150 erstreckt sich von einer ersten Oberfläche 101 des Siliziumcarbid-Körpers 100 in den Siliziumcarbid-Körper 100. Die säulenförmigen Bereiche 190 und die Gatestruktur 150 können wie oben in Verbindung mit 1A bis 6 beschrieben verkörpert sein.
  • Jede Transistorzelle TC enthält einen säulenförmigen Bereich 190 und einen Rahmenbereich der Gatestruktur 150. Der Rahmenbereich umgibt lateral den säulenförmigen Bereich 190. Jeder säulenförmige Bereich 190 enthält ein Sourcegebiet 110 eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Bodygebiet 120 eines zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Das Sourcegebiet 110 ist zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem Bodygebiet 120 ausgebildet und ist in direktem Kontakt mit der Gatestruktur 150 entlang jeder Säulenseitenwand 191, ..., 196. Ein horizontaler Querschnitt des Sourcegebiets 110 kann einen Ring zwischen einem zentralen Bereich des säulenförmigen Bereichs 190 und der Gatestruktur 150 ausbilden. Der Ring kann einen hexagonalen Außenrand und einen polygonalen, kreisförmigen oder ovalen Innenrand aufweisen. Eine vertikale Ausdehnung des Sourcegebiets 110 kann annähernd einheitlich sein oder kann mit zunehmendem Abstand zur Gatestruktur 150 abnehmen.
  • Das Bodygebiet 120 trennt das Sourcegebiet 110 und eine Driftstruktur 130, welche zwischen dem Bodygebiet 120 und der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet ist. Das Bodygebiet 120 ist entlang jeder Säulenseitenwand in direktem Kontakt mit der Gatestruktur 150. Ein horizontaler Querschnitt des Bodygebiets 120 kann ein Ring zwischen einem zentralen Bereich des säulenförmigen Bereichs 190 und der Gatestruktur 150 sein. Der Ring kann einen hexagonalen Außenrand und einen polygonalen, kreisförmigen oder ovalen Innenrand aufweisen. Eine vertikale Ausdehnung des Bodygebiets 110 kann annähernd einheitlich sein.
  • Das Bodygebiet 120 und die Driftstruktur 130 bilden einen ersten pn-Übergang pn1. Ein Abstand zwischen dem ersten pn-Übergang pn1 und der ersten Oberfläche 101 ist kleiner als eine vertikale Ausdehnung V0 der Gatestruktur 150. Das Bodygebiet 120 und das Sourcegebiet 110 bilden einen zweiten pn-Übergang pn2. 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.
  • Zwischen den Transistorzellen TC und der zweiten Oberfläche 102 enthält der Siliziumcarbid-Körper 100 eine Driftstruktur 130. Die Driftstruktur 130 kann eine schwach dotierte Driftzone 131 des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Spannung haltende Schicht 135 und einen hochdotierten Kontaktbereich 139 zwischen der Driftzone 131 und der zweiten Oberfläche 102 umfassen. Der hochdotierte Kontaktbereich 139 kann den ersten Leitfähigkeitstyp, den komplementären zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen oder kann Zonen beider Leitfähigkeitstypen enthalten, wobei sich die Zonen eines komplementären Leitfähigkeitstyps entlang zumindest einer lateralen Richtung abwechseln.
  • Der hochdotierte Kontaktbereich 139 kann ein Substratbereich sein oder einen solchen enthalten, der von einem Kristall-Ingot erhalten wurde, oder kann eine mittels Epitaxie gebildete 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 rückseitigen Lastelektrode 320 sicherzustellen.
  • Die Driftzone 131 kann in einer mittels Epitaxie aufgewachsenen Schicht ausgebildet sein. Eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 131 kann im Bereich von 1015 cm-3 bis 5*1016 cm-3 liegen. Die Driftzone 131 kann direkt an den Kontaktbereich 139 grenzen. Alternativ dazu kann eine einen unipolaren Übergang mit der Driftzone 131 ausbildende Pufferschicht 138 zwischen der Driftzone 131 und dem Kontaktbereich 139 gelegen sein. Eine vertikale Ausdehnung der Pufferschicht 138 kann annähernd 1 µm betragen. Eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 138 kann zum Beispiel in einem Bereich von 3*1017 cm-3 bis 1018 cm-3 liegen.
  • Die Gatestruktur 150 enthält eine leitfähige Gateelektrode 155. Die Gateelektrode 155 kann eine hochdotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine metallhaltige Schicht enthalten oder daraus bestehen. Die Gateelektrode 155 kann mit einer Gate-Metallisierung elektrisch verbunden sein. Die Gate-Metallisierung bildet einen Gateanschluss oder ist mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt.
  • Ein Gatedielektrikum 159 ist zwischen der Gateelektrode 155 und dem Siliziumcarbid-Körper 100 ausgebildet. 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.
  • Ein tiefes Abschirmgebiet 165 des zweiten Leitfähigkeitstyps erstreckt sich von einer zum Bodygebiet 120 orientierten Seite in die Driftzone 131. In dem veranschaulichten Beispiel erstreckt sich das tiefe Abschirmgebiet 165 vom Bodygebiet 120 in die Richtung der zweiten Oberfläche 102. Das tiefe Abschirmgebiet 165 liegt in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur 150 vor. Mit anderen Worten: das tiefe Abschirmgebiet 165 ist von der Gatestruktur 150 lateral getrennt.
  • Das tiefe Abschirmgebiet 165 ist in einem Abstand zur ersten Oberfläche 101 ausgebildet. Das tiefe Abschirmgebiet 165 weist ein lokales oder globales Maximum der Dotierstoffkonzentration in einem Abstand V1 zur ersten Oberfläche 101 auf. Der Abstand V1 ist größer als die vertikale Ausdehnung V0 der Gatestruktur 150. In anderen Worten kann sich ein Bereich des tiefen Abschirmgebiets 165 tiefer in den Siliziumcarbid-Körper 100 als die Gatestruktur 150 erstrecken, sodass ein Bereich des tiefen Abschirmgebiets 165 zwischen der Gatestruktur 150 und der zweiten Oberfläche 102 ausgebildet ist. Entlang der vertikalen Richtung 104 kann das tiefe Abschirmgebiet 165 mehr als ein lokales Maximum einer Dotierstoffkonzentration enthalten. Eine maximale Dotierstoffkonzentration im tiefen Abschirmgebiet 165 kann höher als eine maximale Dotierstoffkonzentration im Bodygebiet 120 sein.
  • Das tiefe Abschirmgebiet 165 kann in und/oder unter einem zentralen Abschnitt des säulenförmigen Bereichs 190 ausgebildet sein. Der zentrale Abschnitt des säulenförmigen Bereichs 190 umfasst eine laterale Mitte des säulenförmigen Bereichs 190 und das Gebiet direkt um die laterale Mitte. Das tiefe Abschirmgebiet 165 kann rotationssymmetrisch, z.B. punktsymmetrisch, bezüglich einer longitudinalen Achse des tiefen Abschirmgebiets 165 sein. Die longitudinale Achse des tiefen Abschirmgebiets 165 verbindet die lateralen Mitten des säulenförmigen Bereichs 190 in verschiedenen Abständen zur ersten Oberfläche 101.
  • Das Sourcegebiet 110 und das Bodygebiet 120 sind mit einer vorderseitigen Lastelektrode elektrisch verbunden. Das tiefe Abschirmgebiet 165 ist über einen niederohmigen ohmschen Pfad mit der vorderseitigen Lastelektrode elektrisch verbunden.
  • 7 zeigt ein Abschirm-Verbindungsgebiet 166 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 bildet zumindest einen Teil eines niederohmigen ohmschen Pfads zwischen der vorderseitigen Lastelektrode und dem tiefen Abschirmgebiet 165. Das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 kann sich von der ersten Oberfläche 101 zum tiefen Abschirmgebiet 165 erstrecken. Das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 kann in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur 150 liegen. Mit anderen Worten kann das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 von der Gatestruktur 159 lateral getrennt sein.
  • Das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 kann im zentralen Abschnitt des säulenförmigen Bereichs 190 ausgebildet sein. Das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 kann rotationssymmetrisch, z.B. punktsymmetrisch, sein. Entlang der vertikalen Richtung 104 kann das Abschirm-Verbindungsgebiet 166 mehr als ein lokales Maximum einer Dotierstoffkonzentration enthalten. Eine maximale Dotierstoffkonzentration im Abschirm-Verbindungsgebiet 166 kann höher als eine maximale Dotierstoffkonzentration im Bodygebiet 120 sein.
  • 8 zeigt eine Grabenkontaktstruktur 316. Die Grabenkontaktstruktur 316 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 101 zu dem tiefen Abschirmgebiet 165 oder in dieses und bildet zumindest einen Teil eines niederohmigen ohmschen Pfad zwischen der vorderseitigen Lastelektrode und dem tiefen Abschirmgebiet 165. Die Grabenkontaktstruktur 316 liegt in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur 150. Die Grabenkontaktstruktur 316 ist im zentralen Abschnitt des säulenförmigen Bereichs 160 ausgebildet. Die Grabenkontaktstruktur 316 ist rotationssymmetrisch.
  • Die veranschaulichten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung, die n-Kanal-Transistorzellen mit n-dotierten Sourcegebieten 110 und mit p-dotierten Bodygebieten 120 enthält. Dementsprechend ist der Leitfähigkeitstyp der Sourcegebiete 110 - oder der erste Leitfähigkeitstyp - ein n-Typ, und der Leitfähigkeitstyp der Bodygebiete 120 - oder der zweite Leitfähigkeitstyp - ist ein p-Typ. Die Offenbarung in Bezug auf die n-Kanal-Transistorzellen kann mutatis mutandis auf p-Kanal-Transistorzellen Anwendung finden, indem der Leitfähigkeitstyp des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps vertauscht wird.
  • 9A und 9B zeigen eine vorderseitige Lastelektrode 310 an einer Vorderseite des Siliziumcarbid-Körpers 100. Die vorderseitige Lastelektrode 310 ist mit dem Sourcegebiet 110 und dem Bodygebiet 120 jeder Transistorzelle TC elektrisch verbunden. Die vorderseitige Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss, der ein Anodenanschluss einer MCD (MOS-gesteuerten Diode) oder ein Sourceanschluss S eines MOSFET sein kann, bilden oder kann mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Ein Zwischenschicht-Dielektrikum 250 trennt die vorderseitige Lastelektrode 310 und die Gateelektrode 155 in den Graben-Gatestrukturen 150. Das Zwischenschicht-Dielektrikum 250 kann eine einzige Schicht umfassen oder kann zumindest zwei Teilschichten umfassen. Eine erste Teilschicht 251 kann zusammen mit dem Gatedielektrikum 159 ausgebildet werden und kann die gleiche Zusammensetzung und Dicke wie das Gatedielektrikum 159 aufweisen. Eine zweite Teilschicht 252 kann abgeschiedenes dielektrisches Material, z.B. abgeschiedenes Siliziumoxid, enthalten.
  • Eine rückseitige Lastelektrode 320 bildet einen niederohmigen ohmschen Kontakt mit dem Kontaktbereich 139. Die rückseitige Lastelektrode 320 kann einen zweiten Lastanschluss, der ein Kathodenanschluss einer MCD oder ein Drainanschluss D eines MOSFET sein kann, bilden oder kann mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Das Bodygebiet 120 jeder Transistorzelle TC enthält ein hochdotiertes Body-Kontaktgebiet 129 und ein schwächer dotiertes Body-Kanalgebiet 121. Das Body-Kanalgebiet 121 trennt das Body-Kontaktgebiet 129 von der Gatestruktur 150.
  • Eine Grabenkontaktstruktur 316 erstreckt sich von der vorderseiteigen Lastelektrode 310 durch eine Öffnung im Zwischenschicht-Dielektrikum 250 in den Siliziumcarbid-Körper 100. Die Grabenkontaktstruktur 316 und das Sourcegebiet 110 bilden einen lateralen niederohmigen ohmschen Kontakt. Die Grabenkontaktstruktur 316 und das Bodygebiet 120 bilden einen lateralen niederohmigen ohmschen Kontakt. Die Grabenkontaktstruktur 316 und das tiefe Abschirmgebiet 165 bilden eine niederohmigen ohmschen Kontakt aus. Die Grabenkontaktstruktur 316 und die Driftzone 131 bilden einen Schottky-Kontakt SC. Der Schottky-Kontakt SC ist zwischen dem Bodygebiet 120 und dem tiefen Abschirmgebiet 165 gelegen. Der Schottky-Kontakt SC kann die Grabenkontaktstruktur 316 komplett umgeben.
  • In 9A ist eine vertikale Ausdehnung V2 der Grabenkontaktstruktur 165 annähernd die gleiche wie die vertikale Ausdehnung V0 der Gatestruktur 150.
  • In 9B ist eine vertikale Ausdehnung V2 der Grabenkontaktstruktur 165 signifikant größer als die vertikale Ausdehnung V0 der Gatestruktur 150. Eine Kontaktfläche des Schottky-Kontakts SC ist vergleichsweise groß.
  • 10 zeigt schematisch die Dotierstoffverteilung eines tiefen Abschirmgebiets 165, die sich aus beispielsweise einer Ionenimplantation durch einen für die Ausbildung einer Grabenkontaktstruktur 316 vorübergehend ausgebildeten Graben ergibt. Die Ionenimplantation kann zumindest zwei partielle Implantationen bei verschiedenen Beschleunigungsenergien umfassen.
  • Das tiefe Abschirmgebiet 165 enthält ein erstes Teilgebiet 161 mit einer Netto-Dotierstoffkonzentration p1, die höher als eine Netto-Dotierstoffkonzentration p2 in einem zweiten Teilgebiet 162 ist, die ihrerseits höher als eine Netto-Dotierstoffkonzentration p3 in einem dritten Teilgebiet 163 ist, die wiederum höher als eine Netto-Dotierstoffkonzentration p4 in einem vierten Teilgebiet 164 ist. Ein Abstand V1 zwischen einem tiefsten lokalen Dotierstoffmaximum im tiefen Abschirmgebiet 165 und der ersten Oberfläche 101 ist signifikant größer als die vertikale Ausdehnung V0 der Gatestrukturen 150. Beispielsweise beträgt V1 zumindest 150 % von V0. Eine laterale Ausdehnung W2 des tiefen Abschirmgebiets 165 über die Seitenwand der Grabenkontaktstruktur 316 hinaus beträgt höchstens 60 % eines kleinsten Abstands W1 zwischen der Grabenkontaktstruktur 316 und der Gatestruktur 150.
  • 11A-11D beziehen sich auf die Ausbildung eines tiefen Abschirmgebiets 165 mittels Implantation durch den Boden von Kontaktgräben vor deren Befüllung mit einem leitfähigen Material.
  • 11A zeigt einen Siliziumcarbid-Körper 100 mit einer Driftstruktur 130, die einen Kontaktbereich 139, eine Pufferschicht 138 und eine Driftzone 131 wie oben beschrieben umfasst. Eine Sourceschicht 710 ist entlang der ersten Oberfläche 101 ausgebildet. Eine Bodyschicht 720 ist zwischen der Sourceschicht 710 und der Driftstruktur 130 ausgebildet. Eine maskierte Ionenimplantation bildet ein hochdotiertes Gebiet 128 in der Bodyschicht 120 aus.
  • Eine Grabenätzmaske 420 mit einer Vertiefungs-Maskenöffnung 425 und einer Gitter-Maskenöffnung 426 wird mittels einer Fotoresistmaske 422 auf der ersten Oberfläche 101 gebildet.
  • Wie in 11B gezeigt ist, wird die Vertiefungs-Maskenöffnung 425 in der vertikalen Projektion des dotierten Gebiets 128 ausgebildet, und die Gitter-Maskenöffnung 426 liegt in einem lateralen Abstand zur Vertiefungs-Maskenöffnung 425 vor. Die Struktur der Grabenätzmaske 420 wird in den Siliziumcarbid-Körper 100 übertragen, wobei ein Kontaktgraben 715 und ein Gategraben 750 im Siliziumcarbid-Körper 100 ausgebildet werden. Kanten am Boden und an der Öffnung der Kontaktgräben 715 und der Gategräben 750 können beispielsweise mittels einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre verrundet werden, in der Siliziumcarbid weder oxidiert noch eine Nitridschicht ausbildet und in der die Wärmebehandlung die Atome des Siliziumcarbid-Kristalls in geeigneter Weise umgruppiert. Die Wärmebehandlung kann auch genutzt werden, um Seitenwände der Vertiefungs-Grabenmaske 425 zu z.B. a-Ebenen auszurichten.
  • Freigelegte Abschnitte des Siliziumcarbid-Körpers 100 in den Kontaktgräben 715 und in den Gategräben 750 können mittels einer Wärmebehandlung in einer sauerstoffreichen Atmosphäre oxidiert werden.
  • Eine weitere Maskenschicht wird abgeschieden und mittels Fotolithografie strukturiert. Dotierstoffe des Leitfähigkeitstyps der Bodyschicht 720 werden durch den Boden des Kontaktgrabens 715 beispielsweise mittels eines Implantationsprozesses, der Implantationen mit zumindest zwei unterschiedlichen Energieniveaus aufweist, in das Siliziumcarbid-Substrat 700 eingeführt.
  • 11C zeigt den Kontaktgraben 715, der sich von der ersten Oberfläche 101 hinab zur Driftstruktur 130 erstreckt. Ein verbleibender Abschnitt der Sourceschicht 750 bildet ein Sourcegebiet 110. Ein verbleibender Abschnitt der Bodyschicht 720 bildet ein Bodygebiet 120. Ein verbleibender Abschnitt des dotierten Gebiets 128 von 11B bildet ein Body-Kontaktgebiet 129, das den Kontaktgraben 715 umgibt. Eine durch die Wärmebehandlung erzeugte Opferoxidschicht 290 bedeckt die inneren Oberflächen des Kontaktgrabens 715 und des Gategrabens 750 mit annähernd einheitlicher Schichtdicke. Eine Maskenöffnung 445 in einer Implantationsmaske 440, die sich aus der weiteren Maskenschicht ergab, legt die Vertiefungs-Maskenöffnung 425 der Grabenätzmaske 420 frei und füllt oder bedeckt die Graben-Maskenöffnung 426. Unterhalb des Kontaktgrabens 715 bilden die durch den Grabenboden eingeführten Dotierstoffe ein tiefes Abschirmgebiet 165, das vom Gategraben 750 beabstandet ist und das sich tiefer als der Gategraben 750 in den Siliziumcarbid-Körper 100 erstreckt.
  • Die Implantationsmaske 440, die Grabenätzmaske 420 und die Opferoxidschicht 290 werden entfernt, wobei Kristalldefekte nahe der Oberfläche durch die Ausbildung und Entfernung der Opferoxidschicht 290 ebenfalls entfernt werden. Eine Gatedielektrikumsschicht 156 wird ausgebildet.
  • 11D zeigt die Gatedielektrikumsschicht 156, die das Siliziumcarbid-Substrat 700 auf der Vorderseite mit einheitlicher Schichtdicke bedeckt. Die Gatedielektrikumsschicht 156 kann aus dem Kontaktgraben 715 selektiv entfernt werden. Weitere Prozesse können Siliziumcarbid-Vorrichtungen 500 beispielsweise wie unter Bezugnahme 8, 9A und 9B beschrieben ergeben.
  • Zur Veranschaulichung wurden verschiedene Szenarien in Bezug auf eine Siliziumcarbid-Vorrichtung beschrieben. Ähnliche Techniken können in Halbleitervorrichtungen umgesetzt werden, die auf anderen Arten und Typen eines Materials von Verbundhalbleitern für den Siliziumcarbid-Körper, z.B. Galliumnitrid (GaN) oder Galliumarsenid (GaAs) etc., basieren.
  • Ebenfalls zur Veranschaulichung wurden verschiedene Techniken in Bezug auf säulenförmige Bereiche mit einem regelmäßigen hexagonalen lateralen Querschnitt beschrieben. Ähnliche Techniken können in anderen Arten und Typen säulenförmiger Bereiche umgesetzt werden.

Claims (18)

  1. Siliziumcarbid-Vorrichtung, aufweisend: einen Siliziumcarbid-Körper (100) mit einem hexagonalen Kristallgitter mit einer c-Ebene (105) und weiteren Hauptebenen (106), wobei die weiteren Hauptebenen (106) a-Ebenen und m-Ebenen aufweisen, wobei eine laterale mittlere Oberflächenebene (109) des Siliziumcarbid-Körpers (100) zur c-Ebene (105) um eine Winkelabweichung (α) geneigt ist, wobei der Siliziumcarbid-Körper (100) einen säulenförmigen Bereich (190) mit Säulenseitenwänden (191, ..., 196) aufweist und wobei zumindest drei der Säulenseitenwände (191, ..., 196) entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen (106) orientiert sind; und eine Graben-Gatestruktur (150) in Kontakt mit den zumindest drei Säulenseitenwänden (191, ..., 196).
  2. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei für jede der zumindest drei Säulenseitenwände (191, ..., 196) die c-Ebene und die Säulenseitenwand (191, ..., 196) eine jeweilige erste Schnittlinie (281) bilden und die c-Ebene und die weitere Hauptebene, die zu der Säulenseitenwand (191, ..., 196) orientiert ist, eine jeweilige zweite Schnittlinie (282) bilden; und wobei ein Absolutwert eines Neigungswinkels (β1-β6) in der Ebene zwischen der ersten Schnittlinie (281) und der zweiten Schnittlinie (282) in einem Bereich von 0 Grad bis 2 Grad liegt.
  3. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Absolutwert eines vertikalen Neigungswinkels (γ1-γ6) zwischen der Säulenseitenwand (191, ..., 196) und der weiteren Hauptebene (106), die zu der Säulenseitenwand orientiert ist, in einem Bereich von 0 Grad bis zur Winkelabweichung (α) liegt.
  4. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Absolutwerte der vertikalen Neigungswinkel (γ1-γ6) in einem Bereich von 0 Grad bis zur halben Winkelabweichung (α) liegen.
  5. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest drei Säulenseitenwände (191, ..., 196) einander benachbart sind.
  6. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest vier der Säulenseitenwände (191, ..., 196) entlang einer jeweiligen der weiteren Hauptebenen (106) orientiert sind und wobei die Gatestruktur (150) mit den zumindest vier Säulenseitenwänden (191, ..., 196) in Kontakt ist.
  7. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt des säulenförmigen Bereichs (190) in einer c-Ebene (105) ein Hexagon bildet.
  8. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gatestruktur (150) ein Gitter bildet, das benachbarte säulenförmige Bereiche (190) lateral trennt.
  9. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der säulenförmige Bereich (190) ein Sourcegebiet (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps und ein Bodygebiet (120) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, wobei das Sourcegebiet (110) zwischen einer ersten Oberfläche (101) des Siliziumcarbid-Körpers (100) und dem Bodygebiet (120) ausgebildet ist und wobei das Sourcegebiet (110) mit den zumindest drei oder den zumindest vier Säulenseitenwänden (191, ..., 196) in Kontakt ist.
  10. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Siliziumcarbid-Körper (100) ferner eine Spannung haltende Schicht (135) aufweist und wobei der säulenförmige Bereich (190) zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Spannung haltenden Schicht (135) ausgebildet ist.
  11. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: ein tiefes Abschirmgebiet (165) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei sich das tiefe Abschirmgebiet (165) von einer zum Bodygebiet (120) orientierten Seite in die Spannung haltende Schicht (135) erstreckt, wobei das tiefe Abschirmgebiet (165) in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur (150) liegt und wobei ein Abstand (v4) zwischen der ersten Oberfläche (101) und einem lokalen Dotierstoffmaximum im tiefen Abschirmgebiet (165) größer ist als eine vertikale Ausdehnung (v1) der Gatestruktur (150).
  12. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend: ein Abschirm-Verbindungsgebiet (166) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei sich das Abschirm-Verbindungsgebiet (166) von der ersten Oberfläche (101) zum tiefen Abschirmgebiet (165) erstreckt und wobei das Abschirm-Verbindungsgebiet (166) in einem lateralen Abstand zur Gatestruktur (150) liegt.
  13. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend: eine Grabenkontaktstruktur (316), die sich von der ersten Oberfläche (101) zu dem tiefen Abschirmgebiet (165) oder in dieses erstreckt.
  14. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bodygebiet (120) ein hochdotiertes Body-Kontaktgebiet (129) aufweist und wobei das Body-Kontaktgebiet (129) mit der Grabenkontaktstruktur (316) in Kontakt ist.
  15. Siliziumcarbid-Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannung haltende Schicht (135) und die Grabenkontaktstruktur (316) einen Schottky-Kontakt (SC) bilden und wobei der Schottky-Kontakt (SC) zwischen dem Bodygebiet (120) und dem tiefen Abschirmgebiet (165) gelegen ist.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Vorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen eines Siliziumcarbid-Körpers (100) mit einem hexagonalen Kristallgitter mit einer c-Ebene (105) und weiteren Hauptebenen (106), wobei die weiteren Hauptebenen (106) a-Ebenen und m-Ebenen aufweisen, wobei eine mittlere Oberflächenebene (109) des Siliziumcarbid-Körpers (100) zur c-Ebene (105) um eine Winkelabweichung (α) geneigt ist; Ausbilden eines Grabens (750), der sich von einer ersten Oberfläche (101) in den Siliziumcarbid-Körper (100) erstreckt, wobei der Graben (750) Säulenseitenwände (191, ..., 196) eines säulenförmigen Bereichs (190) des Siliziumcarbid-Körpers (100) lateral freilegt und wobei zumindest drei der Säulenseitenwände (191, ..., 196) entlang den weiteren Hauptebenen (106) orientiert sind; und Ausbilden einer Graben-Gatestruktur (150) in dem Graben (750), wobei die Gatestruktur (150) mit den zumindest drei Säulenseitenwänden (191, ..., 196) in Kontakt ist.
  17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ausbilden des Grabens (750) einen gerichteten Ätzprozess mit einer Achse eines Ätzstrahls, die parallel zur <0001>-Gitterrichtung orientiert ist, aufweist.
  18. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden des Grabens (750) einen gerichteten Ätzprozess mit einer Achse eines Ätzstrahls, die vertikal zur ersten Oberfläche (101) orientiert ist, und nach dem Ätzen eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffgas enthaltenden Atmosphäre aufweist.
DE102019129412.6A 2019-10-31 2019-10-31 Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren Pending DE102019129412A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019129412.6A DE102019129412A1 (de) 2019-10-31 2019-10-31 Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren
US17/080,950 US11735633B2 (en) 2019-10-31 2020-10-27 Silicon carbide device with trench gate structure and method of manufacturing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019129412.6A DE102019129412A1 (de) 2019-10-31 2019-10-31 Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019129412A1 true DE102019129412A1 (de) 2021-05-06

Family

ID=75485369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019129412.6A Pending DE102019129412A1 (de) 2019-10-31 2019-10-31 Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11735633B2 (de)
DE (1) DE102019129412A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115513299A (zh) * 2022-11-11 2022-12-23 广东芯粤能半导体有限公司 沟槽型晶体管及其形成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110121316A1 (en) * 2009-08-20 2011-05-26 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Silicon carbide semiconductor device
US20130285069A1 (en) * 2010-08-27 2013-10-31 National University Corporation NARA Institute of Science and Technology SiC SEMICONDUCTOR ELEMENT
DE102017128633A1 (de) * 2017-12-01 2019-06-06 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-halbleiterbauelement mit grabengatestrukturen und abschirmgebieten
US20190189736A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6133587A (en) * 1996-01-23 2000-10-17 Denso Corporation Silicon carbide semiconductor device and process for manufacturing same
US9293558B2 (en) 2012-11-26 2016-03-22 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device
DE102014107325B4 (de) 2014-05-23 2023-08-10 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement und verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements
DE102014117780B4 (de) 2014-12-03 2018-06-21 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit einer Grabenelektrode und Verfahren zur Herstellung
DE102014119465B3 (de) 2014-12-22 2016-05-25 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit streifenförmigen trenchgatestrukturen, transistormesas und diodenmesas
DE102015103067B3 (de) * 2015-03-03 2016-09-01 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung mit trenchgatestrukturen in einem halbleiterkörper mit hexagonalem kristallgitter
US20170345905A1 (en) 2016-05-24 2017-11-30 Infineon Technologies Ag Wide-Bandgap Semiconductor Device with Trench Gate Structures
DE102018104581B4 (de) 2017-03-24 2021-11-04 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110121316A1 (en) * 2009-08-20 2011-05-26 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Silicon carbide semiconductor device
US20130285069A1 (en) * 2010-08-27 2013-10-31 National University Corporation NARA Institute of Science and Technology SiC SEMICONDUCTOR ELEMENT
DE102017128633A1 (de) * 2017-12-01 2019-06-06 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-halbleiterbauelement mit grabengatestrukturen und abschirmgebieten
US20190189736A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
US11735633B2 (en) 2023-08-22
US20210134960A1 (en) 2021-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016111998B4 (de) Ausbilden von Elektrodengräben unter Verwendung eines gerichteten Ionenstrahls und Halbleitervorrichtung mit Graben-Elektrodenstrukturen
DE102017108738B4 (de) SiC-HALBLEITERVORRICHTUNG MIT EINEM VERSATZ IN EINEM GRABENBODEN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN HIERFÜR
DE112016003510B4 (de) HALBLEITERVORRlCHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER HALBLEITERVORRICHTUNG
DE102008039845B4 (de) IGBT mit einem Halbleiterkörper
DE102013224134B4 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112014000679B4 (de) Isolierschichtsiliciumcarbidhalbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013022570B4 (de) Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE102012211221B4 (de) Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung
DE102014113214B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate mit mesaabschnitten zwischen zelltrenchstrukturen und verfahren zur herstellung
EP1408554B1 (de) Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
DE102010016371B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102019119020A1 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsschicht und verfahren zur herstellung
DE102019121859B3 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gate
DE202012013628U1 (de) Halbleiterbauteil
DE102014107325A1 (de) Halbleiterbauelement
DE102018103849B4 (de) Siliziumcarbid-Halbleiterbauelement mit einer in einer Grabenstruktur ausgebildeten Gateelektrode
DE102012206605A1 (de) Transistoranordnung mit einem mosfet und herstellungsverfahren
DE102019108062B4 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren
DE102019111308A1 (de) Siliziumcarbid halbleiterbauelement
DE102019129537A1 (de) Sic-leistungs-halbleitervorrichtung mit integriertem schottky-übergang
DE102018124740A1 (de) Halbleiterbauelement mit einem sic halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE102012021534B4 (de) Schottky-sperrschicht-halbleiterelement vom grabentyp und herstellungsverfahren dafür
DE102019114312A1 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsgebiet und herstellungsverfahren
DE102018103550B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem halbleiterkörper aus siliziumcarbid
DE102015216091A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung und Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung

Legal Events

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