DE102021113470A1 - Leistungshalbleitervorrichtung und verfahren zur herstellung davon - Google Patents

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Jeong Mok Ha
Hyuk Woo
Sin A Kim
Tae Youp KIM
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    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827—Vertical transistors
    • H01L29/7828—Vertical transistors without inversion channel, e.g. vertical ACCUFETs, normally-on vertical MISFETs
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform

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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung weist Folgendes auf: eine Halbleiterschicht aus Siliziumkarbid (SiC); mindestens einen Graben, der sich in eine Richtung erstreckt; eine Gate-Isolierschicht, die auf zumindest einer Innenwand des mindestens einen Grabens angeordnet ist; mindestens eine Gate-Elektrodenschicht, die auf der Gate-Isolierschicht angeordnet ist; einen Drift-Bereich, der in der Halbleiterschicht auf zumindest einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht angeordnet ist; einen Wannenbereich, der so in der Halbleiterschicht angeordnet ist, dass er tiefer ist als die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht; einen Source-Bereich, der in dem Wannenbereich angeordnet ist; und mindestens einen Kanalbereich, der in der Halbleiterschicht einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich angeordnet ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0063131 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 26. Mai 2020, der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0064148 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 28. Mai 2020, der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0066309 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 2. Juni 2020, der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0068205 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 5. Juni 2020, der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0069417 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 9. Juni 2020, der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0070701 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 11. Juni 2020, der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0071310 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 12. Juni 2020, und der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0144559 , eingereicht beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 2. November 2020, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleitervorrichtung und insbesondere eine Leistungshalbleitervorrichtung zum Schalten der Leistungsübertragung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • HINTERGRUND
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung ist eine Halbleitervorrichtung, die in einer Hochspannungs- und Hochstromumgebung arbeitet. Die Leistungshalbleitervorrichtung wird in einem Bereich eingesetzt, der ein Schalten mit hoher Leistung erfordert, z. B. bei der Leistungsumwandlung, einem Leistungswandler, einem Wechselrichter usw. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) etc. aufweisen. Die Leistungshalbleitervorrichtung erfordert grundsätzlich hohe Stehspannungscharakteristika, und heutzutage erfordert die Leistungshalbleitervorrichtung zusätzlich einen Hochgeschwindigkeits-Schaltbetrieb.
  • Daher wird eine Leistungshalbleitervorrichtung entwickelt, die Siliziumkarbid (SiC) anstelle von Silizium (Si) verwendet. Das Siliziumkarbid (SiC), das ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke ist, dessen Bandlücke größer ist als die von Silizium, kann im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend ermöglicht das Siliziumkarbid einen stabilen Betrieb bei hoher Temperatur durch folgende Eigenschaften: eine höhere Durchbruchspannung als Silizium und eine hervorragende Wärmeabgabe.
  • Zur Erhöhung der Kanaldichte einer Leistungshalbleitervorrichtung, die das Siliziumkarbid verwendet, wird eine Graben-Gate-Struktur mit einer vertikalen Kanalstruktur entwickelt. Bei der Graben-Gate-Struktur gibt es eine Einschränkung bei der Reduzierung der Kanaldichte durch Verwendung einer Struktur zum Schutz eines unteren Teils eines Grabens, da sich ein elektrisches Feld auf eine Graben-Kante konzentriert. Da eine Source-Kontaktstruktur zwischen den Gate-Elektroden angeordnet ist, ist es darüber hinaus ebenfalls schwierig, die Entfernung zwischen den Gate-Elektroden zu verringern. Daher gibt es eine Einschränkung bei der Reduzierung der Kanaldichte.
  • ÜBERBLICK
  • Die vorliegende Offenbarung dient der Lösung der oben genannten Probleme, die im Stand der Technik auftreten, während durch den Stand der Technik erzielte Vorteile erhalten bleiben.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft eine Leistungshalbleitervorrichtung auf Siliziumkarbidbasis, die geeignet ist, die Konzentration des elektrischen Felds zu vermindern und die Kanaldichte zu erhöhen, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die vorstehende Aufgabe ist jedoch nur ein Beispiel und der Umfang der Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
  • Die technischen Probleme, die mit der vorliegenden Offenbarung gelöst werden sollen, sind nicht auf die vorstehenden Probleme beschränkt und alle anderen technischen Probleme, die nicht vorliegend genannt sind, sind für Fachleute auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, aus der nachfolgenden Beschreibung klar ersichtlich.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes auf: eine Halbleiterschicht aus Siliziumkarbid (SiC); mindestens einen Graben, der sich in eine Richtung erstreckt und von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus in der Halbleiterschicht ausgespart ist; eine Gate-Isolierschicht, die auf zumindest einer Innenwand des mindestens einen Grabens angeordnet ist; mindestens eine Gate-Elektrodenschicht, die auf der Gate-Isolierschicht angeordnet ist und in dem mindestens einen Graben angeordnet ist; einen Drift-Bereich, der in der Halbleiterschicht auf zumindest einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht angeordnet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; einen Wannenbereich, der so in der Halbleiterschicht angeordnet ist, dass er tiefer ist als die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht, um mit zumindest einem Teil des Drift-Bereichs in Kontakt zu stehen und eine untere Fläche der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht an zumindest einem Ende der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zu umgeben, und einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; einen Source-Bereich, der in dem Wannenbereich angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und mindestens ein Kanalbereich, der in der Halbleiterschicht einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich angeordnet ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  • Der Source-Bereich kann einen Source-Kontaktbereich aufweisen, der mit einer Source-Elektrodenschicht außerhalb des einen Endes der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht verbunden ist.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung kann einen Wannenkontaktbereich aufweisen, der sich durch den Source-Bereich von dem Wannenbereich in den Source-Kontaktbereich erstreckt, mit der Source-Elektrodenschicht verbunden ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und eine Dotierungskonzentration des Wannenkontaktbereichs kann höher sein als eine Dotierungskonzentration des Wannenbereichs.
  • Der Drift-Bereich kann einen vertikalen Abschnitt aufweisen, der sich vertikal in der Halbleiterschicht auf der einen Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht erstreckt, und der mindestens einen Kanalbereich kann in der Halbleiterschicht zwischen dem vertikalen Abschnitt des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet sein.
  • Der Wannenbereich, der Source-Bereich und der Kanalbereich können in der Halbleiterschicht auf gegenüberliegenden Seiten des vertikalen Abschnitts des Drift-Bereichs angeordnet sein.
  • Der Drift-Bereich kann vertikale Abschnitte aufweisen, die sich vertikal in der Halbleiterschicht von gegenüberliegenden Seiten der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht erstrecken, und der mindestens einen Kanalbereich kann in der Halbleiterschicht zwischen den vertikalen Abschnitten des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnete Kanalbereiche aufweisen.
  • Der mindestens eine Kanalbereich kann ein Teil des Wannenbereichs sein.
  • Der mindestens eine Graben kann eine Vielzahl von Gräben aufweisen, die in der Halbleiterschicht parallel entlang der einen Richtung angeordnet sind, die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten aufweisen, die in der Vielzahl von Gräben angeordnet sind, wobei sich der Wannenbereich und der Source-Bereich über die Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten erstrecken können, und der mindestens eine Kanalbereich kann eine Vielzahl von Kanalbereichen aufweisen, die in der Halbleiterschicht einer Seite der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten angeordnet sind.
  • Der Source-Bereich kann einen Source-Kontaktbereich aufweisen, der mit einer Source-Elektrodenschicht außerhalb des einen Endes der Vielzahl von Gate-Elektrodenschicht verbunden ist.
  • Der Drift-Bereich kann vertikale Abschnitte aufweisen, die sich vertikal in der Halbleiterschicht zwischen der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten erstrecken, und die Kanalbereiche können in der Halbleiterschicht zwischen den vertikalen Abschnitten des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet sein.
  • Der mindestens eine Graben kann eine Vielzahl von Gräben aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind, die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten aufweisen, die in der Vielzahl von Gräben angeordnet sind, und der Wannenbereich und der Source-Bereich können in der Halbleiterschicht zumindest zwischen der Vielzahl von Gräben angeordnet sein.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung kann ferner einen Drain-Bereich von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht unter dem Drift-Bereich aufweisen, und eine Dotierungskonzentration des Drain-Bereichs kann höher sein als eine Dotierungskonzentration des Drift-Bereichs.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes auf: eine Halbleiterschicht aus Siliziumkarbid (SiC); eine Vielzahl von Gräben, die sich parallel in eine Richtung erstrecken und von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus in der Halbleiterschicht ausgespart sind; eine Gate-Isolierschicht, die zumindest auf Innenwänden der Gräben angeordnet ist; eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten, die auf der Gate-Isolierschicht angeordnet sind und in der Vielzahl von Gräben angeordnet sind; einen Drift-Bereich, der eine Vielzahl von vertikalen Abschnitten aufweist, die in der Halbleiterschicht zwischen der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten angeordnet sind und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen; einen Wannenbereich, der so in der Halbleiterschicht angeordnet ist, dass er tiefer ist als die Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten, um mit der Vielzahl von vertikalen Abschnitten des Drift-Bereichs in Kontakt zu stehen und untere Flächen der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten an entgegengesetzten Enden der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten zu umgeben, und einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; einen Source-Bereich, der in dem Wannenbereich angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und eine Vielzahl von Kanalbereichen, die in der Halbleiterschicht von gegenüberliegenden Seiten der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten zwischen der Vielzahl von vertikalen Abschnitten des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet sind und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: Bilden eines Drift-Bereichs, der einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, in einer Halbleiterschicht aus Siliziumcarbid (SiC); Bilden eines Wannenbereichs, der in Kontakt mit mindestens einem Teil des Drift-Bereichs steht und einen zweite Leitfähigkeitstyp aufweist, in der Halbleiterschicht; Bilden eines Source-Bereichs, der den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, im Wannenbereich; Bilden von mindestens einem Kanalbereich, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, in der Halbleiterschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich; Bilden mindestens eines Grabens, der flacher als der Wannenbereich ist, so dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus in der Halbleiterschicht ausgespart ist und sich in der einen Richtung über den Drift-Bereich erstreckt; Bilden einer Gate-Isolierschicht auf zumindest einer Innenwand des mindestens einen Grabens; und Bilden mindestens einer Gate-Elektrodenschicht auf der Gate-Isolierschicht und in dem mindestens einen Graben. Der Wannenbereich ist so in der Halbleiterschicht ausgebildet, dass er tiefer als die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht ist, um eine untere Fläche der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht an einem Ende der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zu umgeben, und der Kanalbereich ist in der Halbleiterschicht auf einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich ausgebildet.
  • Das Bilden des Source-Bereichs kann das Bilden eines Source-Kontaktbereichs umfassen, der mit einer Source-Elektrodenschicht außerhalb des einen Endes der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht verbunden ist.
  • Das Verfahren kann ferner das Bilden eines Wannenkontaktbereichs in dem Source-Kontaktbereich umfassen, wobei sich der Wannenkontaktbereich durch den Source-Bereich von dem Wannenbereich aus erstreckt, mit der Source-Elektrodenschicht verbunden ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, und eine Dotierungskonzentration des Wannenkontaktbereichs kann höher sein als eine Dotierungskonzentration des Wannenbereichs.
  • Das Bilden des Wannenbereichs kann durch Implantieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps in die Halbleiterschicht durchgeführt werden, und das Bilden des Source-Bereichs kann durch Implantieren von Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps in den Wannenbereich durchgeführt werden.
  • Der Drift-Bereich kann auf einem Drift-Bereich von dem ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein, und eine Dotierungskonzentration des Drain-Bereichs kann höher sein als eine Dotierungskonzentration des Drift-Bereichs.
  • Der Drain-Bereich kann mit einem Substrat des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind und der Drift-Bereich kann mit einer Epitaxialschicht auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Figurenliste
  • Die zuvor genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen:
    • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 1;
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 2;
    • 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 5 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie V-V aus 4;
    • 6 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 4;
    • 7 bis 9 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 11 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 10;
    • 12 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 11;
    • 13 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 14 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 15 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 14;
    • 16 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VII-VII aus 15;
    • 17 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII aus 15;
    • 18 und 19 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung von Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 20 bis 22 zeigen schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 23 zeigt einen Graphen mit Darstellung einer Änderung eines elektrisches Felds entsprechend einer Tiefe einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 24 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 25 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 24;
    • 26 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 25;
    • 27 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 25;
    • 28 und 29 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 30 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 31 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 32 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie XI-XI aus 31;
    • 33 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie X-X aus 32;
    • 34 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 35 bis 37 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 38 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 39 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 38;
    • 40 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 39;
    • 41 eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie IV-IV aus 39;
    • 42 und 43 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 44 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 45 bis 47 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 48 zeigt einen Graphen mit Darstellung von Eigenschaften von Dioden einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 49 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 50 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 49;
    • 51 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 50;
    • 52 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 53 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 54 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 53;
    • 55 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VII-VII aus 54;
    • 56 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII aus 54;
    • 57 und 58 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung von Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 59 bis 61 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 62 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 63 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 62;
    • 64 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 63;
    • 65 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 66 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 67 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 66;
    • 68 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VII-VII aus 67;
    • 69 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII aus 67;
    • 70 und 71 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung von Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 72 bis 74 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 75 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 76 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 75;
    • 77 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 76;
    • 78 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie IV-IV aus 76;
    • 79 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 80 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 79;
    • 81 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VII-VII aus 80;
    • 82 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII aus 80;
    • 83 und 86 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung von Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
    • 87 bis 89 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 90 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 91 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 90;
    • 92 eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 91;
    • 93 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 94 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 95 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VI-VI aus 94;
    • 96 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VII-VII aus 95;
    • 97 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII aus 95;
    • 98 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
    • 99 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in verschiedenen Formen implementiert werden und sollte nicht als auf die im Folgenden offengelegten Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Diese Ausführungsformen werden vielmehr als Beispiele angeführt, so dass diese Offenbarung eingehend und vollständig ist und einem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt. Außerdem können aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung die Größen zumindest einiger in den Zeichnungen dargestellten Komponenten oder Elemente übertrieben oder reduziert sein. In den Zeichnungen bezieht sich das gleiche Bezugszeichen und das gleiche Element.
  • Sofern nicht anderweitig definiert, sind sämtliche vorliegend verwendeten Begriffe so zu interpretieren, wie sie von Fachleuten auf dem Gebiet allgemein verstanden werden. In den Zeichnungen sind die Größen der Schichten und Bereiche zur Beschreibung übertrieben dargestellt und dienen somit der Beschreibung normaler Strukturen der vorliegenden Offenbarung.
  • Die gleichen Bezugszeichen beziehen sich auf die gleichen Komponenten. Wenn eine erste Komponente, z. B. eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat, als auf einer zweiten Komponente befindlich beschrieben wird, ist dies so zu verstehen, dass sich die erste Komponente direkt auf der zweiten Komponente befindet oder eine dritte Komponenten dazwischen angeordnet ist. Wenn jedoch eine erste Komponente als „direkt auf“ einer zweiten Komponente befindlich beschrieben wird, ist dies so zu verstehen, dass keine Zwischenkomponente dazwischen angeordnet ist.
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 2 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie II-II aus 1 und 3 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung entlang der Linie III-III aus 2.
  • Bezugnehmend auf 1 bis 3 kann eine Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 mindestens eine Halbleiterschicht 105, eine Gate-Isolierschicht 118 und eine Gate-Elektrodenschicht 120 enthalten. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-1, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 einen Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Ein Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit mindestens einem Teil des Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. So kann der Drift-Bereich 107 einen vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben ist. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 1 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Ein Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Mindestens ein Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, so dass ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet wird.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so ausgebildet sein, dass er durchgehend mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen können der Wannenbereich 110a, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Beispielsweise können der Wannenbereich 110a, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a einen linken Teil und einen rechten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Bei dem Wannenbereich 110, dem Kanalbereich 110a und dem Source-Bereich 112 können der linke Teil und der rechte Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann ein Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie II-II oder III-III aus 1 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann auf zumindest einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken. Der Ausdruck „ein Element kann sich vertikal erstrecken“ kann bedeuten, dass sich das Element in eine Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche der Halbleiterschicht 105 oder einer Hauptoberfläche der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen erstrecken kann.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise vertikale Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Diese Struktur kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, abschwächen. Dementsprechend kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 gemäß der Ausführungsform der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, ohne zusätzliches Bilden einer tiefen Wanne, und somit kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116 abgeschwächt werden. Eine herkömmliche vertikale Kanalstruktur ist problematisch, da ein Übergangswiderstand und eine Schwellenspannung mit kürzer werdendem Abstand zwischen einer tiefen Wanne und einem Graben zunehmen. Dieses Problem kann jedoch nicht bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 gemäß der Ausführungsform auftreten.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 110a kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Zudem können Kanalbereiche 110a in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Darüber hinaus können sich der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Die Vielzahl von Kanalbereichen 110a können in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenbereich 110 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschichten 120, um mit den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 in Kontakt zu stehen und die untere Fläche der Gate-Elektrodenschichten 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschichten 120 zu umgeben.
  • Eine Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein.
  • Eine Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind im Gegensatz zu den 2 und 3 die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und die Source-Elektrodenschicht 140 nicht in 1 dargestellt.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112, ein Source-Kontaktbereich 112a und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein, der Wannenbereich 110 und der Kanalbereich 110a können P- Bereiche sein, und ein Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 110a zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 können die Gate-Elektrodenschichten 120 dicht parallel in einem Streifentyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • Da die unteren Flächen der Gate-Elektrodenschichten 120 von dem Wannenbereich 110 umgeben sind, kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 auch ein Durchbruchsphänomen aufgrund der Konzentration eines elektrischen Felds an den Rändern der Gräben 116 abgeschwächt werden. Dementsprechend kann die Stehspannungscharakteristik der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 verbessert werden. Das kann bedeuten, dass die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 verbessert wird.
  • 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 5 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 entlang der Linie V-V aus 4, und 6 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 entlang der Linie VI-VI aus 4.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 der 1 bis 3 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 4 bis 6 kann der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a aufweisen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 verbunden ist. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden sein und kann mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Ein Beispiel ist in den 4 bis 6 gezeigt, bei dem der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Bereich 112 auf einer Seite der vertikalen Abschnitte 107a des Driftbereichs 107 ausgebildet sind. Wenn jedoch sowohl der Source-Bereich 112 als auch der Wannenbereich 110 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sind, können der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 jeweils in jedem der entsprechenden Bereiche ausgebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 der 1 bis 3 kann beispielsweise in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet sein, und der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 können dazwischen ausgebildet sein.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind im Gegensatz zu den 5 und 6 die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und die Source-Elektrodenschicht 140 nicht in 4 dargestellt.
  • Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 gemäß der Ausführungsform können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 deutlich erhöhen. Darüber hinaus kann gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 ein Durchbruchsphänomen aufgrund der Konzentration eines elektrischen Felds an Rändern der Gräben 116 abgeschwächt werden, und dadurch kann eine hohe Stehspannungscharakteristik der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 verbessert werden. Das kann bedeuten, dass die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 verbessert wird.
  • 7 bis 9 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezugnehmend auf 7 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit mindestens einem Teil des Drift-Bereichs 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann mindestens ein Kanalbereich 110a, in dem ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet ist und der vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 ausgebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 8 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können zudem in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet sein.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bezug nehmend auf 9 kann die Gate-Isolierschicht 118 auf den Innenwänden der Gräben 116 ausgebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann zudem die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Dabei kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 aus den 4 und 6 hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 kann das Bilden des Source-Bereichs 112 beispielsweise das Bilden des Source-Kontaktbereichs 112a umfassen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der Source-Kontaktbereich 112a nicht vom Source-Bereich 112 unterschieden werden.
  • Bevor die Gräben 116 gebildet werden, kann zudem der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Kontaktbereich 112a gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-1 können die Gräben 116 so angeordnet werden, dass sie in einer Linie einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-1, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 11 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 entlang der Linie II-II aus 10, und 12 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 entlang der Linie III-III aus 11.
  • Bezugnehmend auf die 10 bis 12 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 mindestens die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. So kann der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben ist. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 10 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Ein Säulenbereich 111 kann in der Halbleiterschicht 105 unter dem Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 steht. So kann ein Superübergang mit dem Drift-Bereich 107 gebildet werden. Der Säulenbereich 111 kann beispielsweise unter dem Wannenbereich 110 angeordnet sein, um mit dem Wannenbereich 110 in Kontakt zu stehen, und gegenüberliegende Seitenfläche des Säulenbereichs 111 können in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 angeordnet sein. Der Säulenbereich 111 kann auch als Feldreduktionsbereich oder tiefer Wannenbereich bezeichnet werden.
  • Der Säulenbereich 111 kann einen anderen Leitfähigkeitstyp haben als der Drift-Bereich 107 und kann in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet sein, dass er den Superübergang mit dem Drift-Bereich 107 bildet. Der Säulenbereich 111 kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist und mit demjenigen des Wannenbereichs 110 identisch ist. Eine Dotierungskonzentration von Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps des Säulenbereichs 111 kann beispielsweise gleich oder niedriger sein als die Dotierungskonzentration von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps des Wannenbereichs 110.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Säulenbereich 111 so ausgebildet sein, dass er basierend auf einer Richtung eine Breite aufweist, die geringer ist als eine Breite des Wannenbereichs 110. Eine Richtung kann eine Richtung der Linie III-III aus 11 bezeichnen. Ferner können entgegengesetzte Enden des Säulenbereichs 111 so angeordnet sein, dass sie von entgegengesetzten Enden des Wannenbereichs 110 basierend auf einer Richtung nach innen verschoben sind.
  • So kann der Säulenbereich 111 unter dem Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er von den entgegengesetzten Enden des Wannenbereichs 110 nach innen zurückgeht, wenn er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht. Wenn der Säulenbereich 111 beispielsweise in zwei Bereichen ausgebildet ist, die wie der Wannenbereich 110 voneinander beabstandet sind, kann ein Trennungsabstand zwischen zwei Säulenbereichen 111 größer sein als ein Trennungsabstand zwischen zwei Wannenbereichen 110.
  • Bei manchen Ausführungsformen können eine Seitenfläche und eine untere Fläche des Säulenbereichs 111 mit dem Drift-Bereich 107 in Kontakt stehen. Beispielsweise können eine Vielzahl von Säulenbereichen 111 und eine Vielzahl von Drift-Bereichen 107 abwechselnd angeordnet sein, so dass Seitenflächen des Säulenbereichs 111 und der Drift-Bereich 107 miteinander in Kontakt stehen, und somit kann ein Superübergangsstruktur gebildet werden. Zudem können eine Vielzahl von Säulenbereichen 111 und eine Vielzahl von Drift-Bereichen 107 abwechselnd unter einen Wannenbereich 110 angeordnet werden.
  • Der Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Inversionskanal kann entlang einer Richtung während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 darin gebildet werden.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so einstückig ausgebildet sein, dass er kontinuierlich mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsformen können der Wannenbereich 110a, der Säulenbereich 111, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Der Wannenbereich 110, der Säulenbereich 111, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können beispielsweise an entgegengesetzten Enden des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, oder der Wannenbereich 110, der Säulenbereich 111, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sind. Bei dem Wannenbereich 110, dem Säulenbereich 111, dem Kanalbereich 110a und dem Source-Bereich 112 können der erste Teil und der zweite Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III aus 11 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann zumindest auf einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise auf einer Innenfläche des Grabens 116 und auf der Halbleiterschicht 105 außerhalb des Grabens 116 ausgebildet sein. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist, so dass ein elektrisches Feld an einem unteren Teil des Grabens 116 abnimmt.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise die vertikalen Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken. Der Kanalbereiche 110a kann in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 110a kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Endteilen der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Darüber hinaus können sich der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein und der Wannenbereich 110, der Säulenbereich 111 und der Kanalbereich 110a können P-Bereiche sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 110a zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 können die Gate-Elektrodenschichten 120 in den Gräben 116 dicht parallel in einem Streifentyp oder einem Linientyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 kann die Struktur der Wanne (110) ferner die Konzentration eines elektrischen Felde auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, abschwächen. So kann eine Spanne eines elektrischen Felds über der Gate-Isolierschicht 118 der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 zunehmen, und somit kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 verbessert werden. Zudem ist es möglich, einen Übergangswiderstand des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 zu verringern, indem ein elektrisches Feld der unteren Fläche des Grabens 116 und ein elektrisches Feld über der Gate-Isolierschicht 118 verringert werden.
  • Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 zum Schalten mit hoher Leistung verwendet wird, benötigt die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 eine hohe Stehspannungscharakteristik. Wenn eine hohe Spannung an den Drain-Bereich 102 angelegt wird, kann ein Verarmungsbereich von der an den Drain-Bereich 102 angrenzenden Halbleiterschicht 105 aus expandieren, so dass eine Spannungsbarriere eines Kanals verringert wird. Dieses Phänomen wird als „drain-induzierte Barriereabsenkung (DIBL)“ bezeichnet.
  • Die DIBL kann ein abormales Einschalten des Kanalbereichs 110a und ferner ein Durchgriffphänomen bewirken, bei dem ein Verarmungsbereich von einer Drain-Seite eine Source-Seite erreicht, während er expandiert.
  • Die zuvor beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 kann jedoch eine geeignete hohe Stehspannungscharateristik sicherstellen, indem ein abnormaler Stromfluss und ein Durchgriffphänomen aufgrund der DIBL unterdrückt werden, indem der Säulenbereich 111 verwendet wird, der den Superübergang mit dem Drift-Bereich 107 bildet.
  • Die hohe Stehspannungscharakteristik kann weiter verbessert werden, indem eine Ladungsmenge des Säulenbereichs 111 und eine Ladungsmenge des Drift-Bereichs 107 eingestellt werden.
  • 23 zeigt einen Graphen mit Darstellung einer Änderung eines elektrisches Felds entsprechend einer Tiefe der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2.
  • Bezugnehmend auf 23 kann, wenn eine Ladungsmenge Qp des Säulenbereichs 111 größer als eine Ladungsmenge Qn des Drift-Bereichs 107 ist, eine Durchbruchspannung zunehmen, indem ein maximales elektrisches Feld im Drift-Bereich 107 auf derselben Linie wie die untere Fläche des Säulenbereichs 111 während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 gebildet werden kann. Eine Steigung der Intensität eines elektrischen Felds zwischen Ort A und Ort B in 23 kann durch Einstellen der Ladungsmenge Qp des Säulenbereichs 111 gesteuert werden.
  • Die Ladungsmenge Qp des Säulenbereichs 111 kann beispielsweise größer werden als die Ladungsmenge Qn des Drift-Bereichs 107, indem eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps des Säulenbereichs 111 gegenüber einer Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Drift-Bereichs 107 erhöht wird. So kann die Stehspannungscharakteristik der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 verbessert werden.
  • 13 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 der 10 bis 12 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 13 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 ein Kanalbereich 107b in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Akkumulationskanal kann während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 darin gebildet werden.
  • Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann den gleichen Dotierungstyp wie der Source-Bereich 112 und der Drift-Bereich 107 aufweisen.
  • In diesem Fall können der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der Drift-Bereich 107 normal elektrisch verbunden sein. In der Struktur der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid ist jedoch eine Potenzialbarriere ausgebildet, während ein Band des Kanalbereichs 107b aufgrund des Einflusses einer negativen Ladung, die bei der Bildung eines Kohlenstoffclusters in der Gate-Isolierschicht 118 entstehen, aufwärts gebogen ist. So kann der Akkumulationskanal gebildet werden, der einen Ladungs- oder Stromfluss im Kanalbereich 107b nur dann zulässt, wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird.
  • Dementsprechend kann eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Akkumulationskanal im Kanalbereich 107b zu bilden, deutlich niedriger sein als eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Inversionskanal des Kanalbereichs 110a aus den 10 bis 12 zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 sein. Genauer gesagt kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein. Beispielsweise kann der Kanalbereich 107b einstückig mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Drift-Bereich 107 durch den Kanalbereich 107b mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Das heißt, dass der Drift-Bereich 107 und der Source-Bereich 112 an einem Teil des Kanalbereichs (107b) miteinander in Kontakt stehen können.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Kanalbereichs 107b kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Drift-Bereichs 107 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Als modifiziertes Beispiel der Ausführungsform kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter als ein Teil des Source-Bereichs 112 hervorsteht, und der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Abschnitt des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein.
  • Der Wannenbereich 110 kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich an einem Endteil des vorstehenden Abschnitts in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 erstreckt. Der Kanalbereich 107b kann auf dem vorstehenden Abschnitt und dem Zapfenabschnitt des ersten Wannenbereichs 110a in gebogener Form ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 sich weiter bis zwischen einen unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstrecken. In diesem Fall kann der Kanalbereich 107b so ausgebildet sein, dass er sich weiter bis zwischen den unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstreckt.
  • Durch die oben genannten Strukturen kann der Kanalbereich 107b zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 kann die Vorteile der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 aus den 10 bis 12 umfassen und kann zudem eine Schwellenspannung verringern.
  • 14 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 15 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 entlang der Linie VI-VI aus 14, 16 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 entlang der Linie VII-VII aus 15, und 17 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 entlang der Linie VIII-VIII aus 15.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 der 10 bis 12 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezug nehmend auf 14 bis 17 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 aufweisen. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann gemeinsam mit dem Source-Kontaktbereich 112a und dem Wannenkontaktbereich 114 verbunden sein.
  • Ein Beispiel ist in den 14 bis 17 gezeigt, bei dem der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Bereich 112 auf einer Seite der vertikalen Abschnitte 107a des Driftbereichs 107 ausgebildet sind. Wenn jedoch sowohl der Source-Bereich 112 als auch der Wannenbereich 110 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sind, können der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 jeweils in jedem der entsprechenden Bereiche ausgebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 kann beispielsweise gebildet werden, indem die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 aus den 10 bis 12 in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet wird und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 dazwischen angeordnet werden.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 beispielsweise ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Source-Kontaktbereich 112a ein N+ Bereich sein und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 deutlich erhöhen.
  • 18 und 19 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtungen 100c-2 und 100d-2 gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100c-2 und 100d-2 können jeweils durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 der 14 bis 17 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 18 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-2 mindesten eine Nut 138 aufweisen, die im Source-Kontaktbereich 112a des Source-Bereichs 112 ausgebildet ist, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen und in den Wandbereich 110 vertieft zu sein. Ein Wannenkontaktbereich 114a kann auf mindestens einer unteren Fläche der Nut 138 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht.
  • Eine Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann daher mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem Wannenbereich 110 und/oder dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die obige Struktur kann den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 und den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Source-Bereich 112 vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • Bezugnehmend auf 19 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-2 den Kanalbereich 107b aufweisen, der den Akkumulationskanal bildet, anstelle des Kanalbereichs 110a der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 aus den 14 bis 17. Die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100d-2 einschließlich des Kanalbereichs 107b kann sich auf die Beschreibung beziehen, die unter Bezugnahme auf 13 gegeben wurde.
  • Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-2 einer Struktur entsprechend, bei der die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 aus 13 in Vielzahl verbunden ist, und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 sind dazwischen angeordnet.
  • 20 bis 22 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezugnehmend auf 20 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden. Der Wannenbereich 110 kann im Wesentlichen mit einer bestimmten Tiefe von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus 105 gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Anschließend kann ein Säulenbereich 111 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 unter dem Wannenbereich 110 gebildet werden, so dass der Säulenbereich 111 mit dem Drift-Bereich 107 in Kontakt steht, um einen Superübergang mit dem Drift-Bereich 107 zu bilden. Der Säulenbereich 111 kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, der dem des Wannenbereichs 110 entspricht. Der Wannenbereich 110 und der Säulenbereich 111 können in einer beliebigen Reihenfolge gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann im Wesentlichen mit einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche der Halbleiterschicht aus 105 im Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann der Kanalbereich 110a, in dem ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise ein Teil des Wannenbereichs 110 sein und kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Nach einem modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform kann eine Reihenfolge, in der der Wannenbereich 110, der Säulenbereich 111, der Source-Bereich 112 und der Kanalbereich 110a gebildet werden, oder eine Reihenfolge der Dotierung der Verunreinigungen zu einer beliebigen Reihenfolge geändert werden.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 21 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von der Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine Graben 116 eine Vielzahl von Gräben 116 aufweisen und die Gräben 116 können beispielsweise gleichzeitig in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann durch die Gräben 116 weiter eingegrenzt werden.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 22 kann die Gate-Isolierschicht 118 auf den Böden und Innenwänden der Gräben 116 gebildet werden. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein.
  • Anschließend kann die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 auf der Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet werden.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Dabei kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-2 aus 13 hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird. Die Kanalbereiche 107b kann beispielsweise mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, um den Akkumulationskanal zu bilden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 aus den 14 bis 17 kann hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-2 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 kann das Bilden des Source-Bereichs 112 beispielsweise das Bilden des Source-Kontaktbereichs 112a umfassen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanal-Kontaktbereich 112a ein Teil des Source-Bereichs 112 sein.
  • Bevor die Gräben 116 gebildet werden, kann zudem der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Kontaktbereich 112a gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-2 können die Gräben 116 so angeordnet werden, dass sie in einer Linie einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-2, das unter Bezugnahme auf 18 beschrieben wird, kann ferner umfassen: Bilden mindestens einer Nut 138 im Source-Bereich 112, so dass diese den Source-Bereich 112 durchdringt und in den Wannenbereich 110 vertieft ist, Bilden des Wannen-Kontaktbereichs 114 auf einer unteren Fläche der Nut 138, so dass dieser in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht; und Bilden der Source-Elektrodenschicht 140, so dass diese mit dem Wannen-Kontaktbereich 114 verbunden ist.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-2, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 24 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 25 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 entlang der Linie II-II aus 24, 26 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 entlang der Linie III-III aus 25, und 27 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 entlang der Linie VI-VI aus 25.
  • Bezug nehmend auf die 24 bis 27 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und mindestens eine die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-3, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. So kann der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben ist. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 24 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Ein Reduktionsbereich 111 kann so gebildet werden, dass er in einer bestimmten Tiefe der Halbleiterschicht 105 von dem Wannenbereich 110 beabstandet ist, und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Feldreduktionsbereich 111 kann gebildet werden, indem Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp implantiert werden, und eine Dotierungskonzentration des Feldreduktionsbereichs 111 kann derjenigen des Wannenbereichs 110 entsprechen oder niedriger sein als diejenige des Wannenbereichs 110.
  • Der Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Inversionskanal kann entlang einer Richtung während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 darin gebildet werden.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so einstückig ausgebildet sein, dass er kontinuierlich mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen können der Wannenbereich 110a, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können beispielsweise an entgegengesetzten Enden des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, oder der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sind. Bei dem Wannenbereich 110, dem Kanalbereich 110a und dem Source-Bereich 112 können der erste Teil und der zweite Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III aus 25 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann auf mindestens einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise auf einer Innenfläche des Grabens 116 und auf der Halbleiterschicht 105 außerhalb des Grabens 116 ausgebildet sein. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist, so dass ein elektrisches Feld an einem unteren Teil des Grabens 116 abnimmt.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise die vertikalen Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken. Der Kanalbereiche 110a kann in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 110a kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Endteilen der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Der Feldreduktionsbereich 111 kann vom Wannenbereich 110 beabstandet in der Halbleiterschicht 105 unter der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet werden. Genauer gesagt kann der Feldreduktionsbereich 111 in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 118 unter der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 und die untere Fläche des Grabens 116 oder die Gate-Elektrodenschicht 120 umgebend gebildet werden. Der Feldreduktionsbereich 111 kann eine schwebende Struktur aufweisen, bei der eine externe Leistung nicht direkt daran angelegt wird.
  • Entsprechend der schwebenden Struktur kann der Wannenbereich 110 die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an deren entgegengesetzten Endteilen umgeben und der Feldreduktionsbereich 111 kann die untere Fläche an einem mittleren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120 umgeben. Diese Struktur des Wannenbereichs 110 und die Platzierung des Feldreduktionsbereichs 111 kann dementsprechend die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, abschwächen.
  • So kann eine Spanne eines elektrischen Felds über der Gate-Isolierschicht 118 der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 zunehmen, und somit kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 verbessert werden. Zudem ist es möglich, einen Übergangswiderstand des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 zu verringern, indem ein elektrisches Feld der unteren Fläche des Grabens 116 und ein elektrisches Feld über der Gate-Isolierschicht 118 verringert werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Die Feldreduktionsbereiche 111 können ferner jeweils in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 118 unter den unteren Flächen der Gräben 116 oder unter den unteren Flächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. In diesem Fall kann sich der Feldreduktionsbereich 111 auf eine Vielzahl von Inselbereichen beziehen.
  • Darüber hinaus können sich der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein, und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein und der Wannenbereich 110, der Feldreduktionsbereich 111 und der Kanalbereich 110a können P- Bereiche sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 110a zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 können die Gate-Elektrodenschichten 120 in den Gräben 116 dicht parallel in einem Streifentyp oder einem Linientyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • 28 und 29 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-3 gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100a-3 kann durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 der 24 bis 27 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezug nehmend auf die 28 und 29 kann ein Feldreduktionsbereich 111 unter der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 angeordnet sein, d. h. er kann von der Gate-Isolierschicht 118 beabstandet unter der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Feldreduktionsbereich lila in einer Inselstruktur oder einer schwebenden Struktur angeordnet sein, so dass er von dem Drift-Bereich 107 unter der Gate-Elektrodenschicht 120 umgeben wird.
  • Wenn eine Vielzahl von Gräben 116 vorgesehen sind, können die Feldreduktionsbereiche lila jeweils unter den unteren Flächen der Gräben 116 oder unter den unteren Flächen der Gate-Elektrodenschichten 120 in einer schwebenden Struktur oder in einer Inselstruktur angeordnet sein.
  • Auch in der schwebenden Struktur oder Inselstruktur kann der Feldreduktionsbereich lila unter der unteren Fläche des Grabens 116 angeordnet sein, wodurch die Feldkonzentration auf der Gate-Isolierschicht 118 der unteren Fläche des Grabens 116 abgeschwächt wird.
  • 30 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 oder 100a-3 der 24 bis 29 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 30 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 der Kanalbereich 107b in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und der Akkumulationskanal kann während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 darin gebildet werden.
  • Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann den gleichen Dotierungstyp wie der Source-Bereich 112 und der Drift-Bereich 107 aufweisen.
  • In diesem Fall können der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der Drift-Bereich 107 normal elektrisch verbunden sein. In der Struktur der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid ist jedoch eine Potenzialbarriere ausgebildet, während ein Band des Kanalbereichs 107b aufgrund des Einflusses einer negativen Ladung, die bei der Bildung eines Kohlenstoffclusters in der Gate-Isolierschicht 118 entstehen, aufwärts gebogen ist. So kann der Akkumulationskanal gebildet werden, der einen Ladungs- oder Stromfluss im Kanalbereich 107b nur dann zulässt, wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird.
  • Dementsprechend kann eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Akkumulationskanal im Kanalbereich 107b zu bilden, deutlich niedriger sein als eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Inversionskanal des Kanalbereichs 110a aus den 24 bis 28 zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 sein. Genauer gesagt kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein. Beispielsweise kann der Kanalbereich 107b einstückig mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Drift-Bereich 107 durch den Kanalbereich 107b mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Das heißt, dass der Drift-Bereich 107 und der Source-Bereich 112 an einem Teil des Kanalbereichs (107b) miteinander in Kontakt stehen können.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Kanalbereichs 107b kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Drift-Bereichs 107 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Als modifiziertes Beispiel der Ausführungsform kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter als ein Teil des Source-Bereichs 112 hervorsteht, und der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Abschnitt des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein.
  • Der Wannenbereich 110 kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich an einem Endteil des vorstehenden Abschnitts in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 erstreckt. Der Kanalbereich 107b kann auf dem vorstehenden Abschnitt und dem Zapfenabschnitt des ersten Wannenbereichs 110a in gebogener Form ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 sich weiter bis zwischen einen unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstrecken. In diesem Fall kann der Kanalbereich 107b so ausgebildet sein, dass er sich weiter bis zwischen den unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstreckt.
  • Durch die oben genannten Strukturen kann der Kanalbereich 107b zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 kann die Vorteile der Leistungshalbleitervorrichtungen 100-3 und 100a-3 aus den 24 bis 28 umfassen und kann zudem eine Schwellenspannung verringern.
  • 31 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 32 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 entlang der Linie XI-XI aus 31, und 33 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 entlang der Linie X-X aus 32.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 der 24 bis 27 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezug nehmend auf 31 bis 33 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 aufweisen. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann gemeinsam mit dem Source-Kontaktbereich 112a und dem Wannenkontaktbereich 114 verbunden sein.
  • Der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 können im Source-Bereich 112 einer Seite der vertikalen Abschnitte 107a des Driftbereichs 107 ausgebildet sind. Bei einem modifizierten Beispiel der Ausführungsform, wenn sowohl der Source-Bereich 112 als auch der Wannenbereich 110 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sind, können der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 jeweils in jedem der entsprechenden Bereiche ausgebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 kann beispielsweise gebildet werden, indem die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 aus den 24 bis 27 in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet wird und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 dazwischen angeordnet werden.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 beispielsweise ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Source-Kontaktbereich 112a ein N+ Bereich sein und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-3 deutlich erhöhen.
  • Dabei kann die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 auf die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-3 aus den 28 und 29 und die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 aus 30 angewendet werden. Das hießt, dass die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-3 oder die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 in Vielzahl in einer Linie angeordnet sein können, und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 können dazwischen angeordnet sein.
  • 34 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100d-3 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100d-3 kann durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 der 31 bis 33 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 34 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-3 mindesten eine Nut 138 aufweisen, die im Source-Kontaktbereich 112a des Source-Bereichs 112 ausgebildet ist, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen und in den Wandbereich 110 vertieft zu sein. Der Wannenkontaktbereich 114a kann in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 auf mindestens einer unteren Fläche der Nut 138 ausgebildet sein.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem Wannenbereich 110 und/oder dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die obige Struktur kann den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 und den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Source-Bereich 112 vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • Dabei kann der Feldreduktionsbereich 111 in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 118 angeordnet sein, kann jedoch so modifiziert werden, dass er nach unten hin von der Gate-Isolierschicht 118 beabstandet ist.
  • 35 bis 37 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezug nehmend auf 35 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden. Der Wannenbereich 110 kann im Wesentlichen mit einer bestimmten Tiefe von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus 105 gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Vor oder nach der Bildung des Wannenbereichs 110 kann der Feldreduktionsbereich 111 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einer bestimmten Tiefe der Halbleiterschicht 105 von dem Wannenbereich 110 beabstandet gebildet werden. Der Feldreduktionsbereich 111 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann im Wesentlichen mit einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche der Halbleiterschicht aus 105 im Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann der Kanalbereich 110a, in dem ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise ein Teil des Wannenbereichs 110 sein und kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Bei einem modifizierten Beispiel der Ausführungsform kann eine Reihenfolge, in der der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der Feldreduktionsbereich 111 mit Verunreinigungen dotiert werden, beliebig geändert werden.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 36 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine Graben 116 eine Vielzahl von Gräben 116 aufweisen und die Gräben 116 können beispielsweise gleichzeitig in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann durch die Gräben 116 weiter eingegrenzt werden.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 37 kann die Gate-Isolierschicht 118 auf den Böden und Innenwänden der Gräben 116 gebildet werden. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein. Der Feldreduktionsbereich 111 kann ferner in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 118 unter der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 angeordnet sein.
  • Anschließend kann die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 auf der Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet werden.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Dabei kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-3 aus 30 hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird. Die Kanalbereiche 107b kann beispielsweise mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, um den Akkumulationskanal zu bilden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 aus den 31 bis 33 kann hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-3 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 kann das Bilden des Source-Bereichs 112 beispielsweise das Bilden des Source-Kontaktbereichs 112a umfassen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanal-Kontaktbereich 112a ein Teil des Source-Bereichs 112 sein.
  • Bevor die Gräben 116 gebildet werden, kann zudem der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Kontaktbereich 112a gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-3 können die Gräben 116 so angeordnet werden, dass sie in einer Linie einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100d-3, das unter Bezugnahme auf 34 beschrieben wird, kann ferner umfassen: Bilden mindestens einer Nut 138 im Source-Bereich 112, so dass diese den Source-Bereich 112 durchdringt und in den Wannenbereich 110 vertieft ist, Bilden des Wannen-Kontaktbereichs 114 auf einer unteren Fläche der Nut 138, so dass dieser in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht; und Bilden der Source-Elektrodenschicht 140, so dass diese mit dem Wannen-Kontaktbereich 114 verbunden ist.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-3, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 38 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 39 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 entlang der Linie II-II aus 38, 40 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 entlang der Linie III-III aus 39, und 41 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 entlang der Linie IV-IV aus 39.
  • Bezugnehmend auf die 38 bis 41 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 mindestens die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-4, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. So kann der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben ist. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 38 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Der Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Inversionskanal kann entlang einer Richtung während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 darin gebildet werden.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so einstückig ausgebildet sein, dass er kontinuierlich mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen können der Wannenbereich 110a, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können beispielsweise an entgegengesetzten Enden des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, oder der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sind. Bei dem Wannenbereich 110, dem Kanalbereich 110a und dem Source-Bereich 112 können der erste Teil und der zweite Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III oder der Linie IV-IV aus 39 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann mindestens auf einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise auf einer Innenfläche des Grabens 116 und auf der Halbleiterschicht 105 außerhalb des Grabens 116 ausgebildet sein. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist, so dass ein elektrisches Feld an einem unteren Teil des Grabens 116 abnimmt.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise die vertikalen Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken. Der Kanalbereiche 110a kann in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 110a kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Diese Struktur der Wanne (110) kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, mehr abschwächen. Zudem kann ein tiefer Wannenbereich 111 unter dem Wannenbereich 110 angeordnet sein, wodurch ein elektrisches Feld über der Gate-Isolierschicht 118 sowie ein elektrisches Feld der unteren Fläche des Grabens 116 stärker reduziert werden. So kann eine Spanne eines elektrischen Felds über der Gate-Isolierschicht 118 der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 zunehmen, und somit kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 verbessert werden. Zudem ist es möglich, einen Übergangswiderstand des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 zu verringern, indem ein elektrisches Feld der unteren Fläche des Grabens 116 und ein elektrisches Feld über der Gate-Isolierschicht 118 verringert werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Darüber hinaus können sich der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenbereich 110 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschichten 120, um mit den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 in Kontakt zu stehen und die untere Fläche der Gate-Elektrodenschichten 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschichten 120 zu umgeben.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Ferner kann die Source-Elektrodenschicht 140 in Kontakt mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 sein, um eine Schottky-Barrierediode (SBD) zu bilden. Die Schottky-Barrierediode (SBD) kann eine Diode bezeichnen, die eine Schottky-Barriere durch einen Übergang eines Halbleiters mit einem Metall verwendet.
  • Zusätzlich zu der Schottky-Barrierediode (SBD) kann eine Körperdiode parasitär in der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 ausgebildet sein. Eine Körperdiode kann beispielsweise zwischen dem Wannenbereich 110 und dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein. Die Körperdiode kann eine PN-Diode sein, die die durch das Zusammenfügen von Halbleitermaterialien unterschiedlichen Typs entsteht.
  • Wie in 48 dargestellt, ist erkennbar, dass die Schottky-Barrierediode SBD im Vergleich zu einer PN-Diode eine niedrige Durchlassspannung VF und eine schnelle Schaltcharakteristik aufweist.
  • Die Schottky-Barrierediode (SBD) kann zusammen mit der Körperdiode einen Schaltverluste im Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 verringern. Die Schottky-Barrierediode (SBD) und die Körperdiode können beispielsweise als Freilaufdioden im Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 arbeiten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 aufweisen. Der Source-Kontaktbereich 112a kann sich beispielsweise auf einen Bereich der Halbleiterschicht 105 beziehen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Source-Kontaktbereich 112a kann beispielsweise einen Teil des Source-Bereichs 112 außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120, einen Teil des Wannenbereichs 110 und einen vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107, der aus dem Wannenbereich 110 freigelegt ist, umfassen.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann auf einem Teil des Wannenbereichs 110 im Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können beispielsweise im Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann zudem mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann mit dem Source-Kontaktbereich 112a verbunden sein und kann somit gemeinsam mit dem Source-Bereich 112, dem Wannenkontaktbereich 114 und dem vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107 verbunden sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a, die Schottky-Barrierediode (SBD) und der Wannenkontaktbereich 114 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein, und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N + Bereiche sein, der Wannenbereich 110 und der Kanalbereich 110a können P- Bereiche sein, und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 110a zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 können die Gate-Elektrodenschichten 120 in den Gräben 116 dicht parallel in einem Streifentyp oder einem Linientyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 deutlich erhöhen.
  • 42 und 43 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-4 gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100a-4 gemäß der Ausführungsform kann durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 der 38 bis 41 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezug nehmend auf 42 und 43 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-4 mindestens eine Nut 138 aufweisen, die beispielsweise durch Ätzen eines Teils des Drift-Bereichs 107, beispielsweise des vorstehenden Abschnitts 107c, eines Teils des Source-Bereichs 112 und eines Teils des Wannenbereichs 110 gebildet wird. Die Nut 138 kann beispielsweise durch Ätzen des Source-Kontaktbereichs 112a in der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 aus den 38 bis 41 gebildet werden.
  • Der Wannenkontaktbereich 114a kann auf einem Teil des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein, der aus der Nut 138 freigelegt ist. Der Wannenkontaktbereich 114a kann beispielsweise auf einem Teil des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein, der einer unteren Fläche der Nut 138 entspricht. Der Wannenkontaktbereich 114a kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und kann höher dotiert sein als der Wannenkontaktbereich 114.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann gemeinsam mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 mit der Nut 138 verbunden sein. Der Kontakt zwischen der Source-Elektrodenschicht 140 und dem vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107 kann die Schottky-Barrierediode (SBD) bilden.
  • Die obige Struktur kann den Bereich, in dem die Source-Elektrodenschicht 140a mit dem Source-Bereich 112 und dem Wannenkontaktbereich 114a in Kontakt steht, vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • 44 zeigt eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100b-4 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100b-4 gemäß der Ausführungsform kann durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 der 38 bis 41 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 44 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-4 den Kanalbereich 107b aufweisen, der den Akkumulationskanal bildet, anstelle des Kanalbereichs 110a der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 aus den 38 bis 41.
  • Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-4 kann der Kanalbereich 107b in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und der Akkumulationskanal kann während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-4 darin gebildet werden.
  • Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann den gleichen Dotierungstyp wie der Source-Bereich 112 und der Drift-Bereich 107 aufweisen.
  • In diesem Fall können der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der Drift-Bereich 107 normal elektrisch verbunden sein. In der Struktur der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid ist jedoch eine Potenzialbarriere ausgebildet, während ein Band des Kanalbereichs 107b aufgrund des Einflusses einer negativen Ladung, die bei der Bildung eines Kohlenstoffclusters in der Gate-Isolierschicht 118 entstehen, aufwärts gebogen ist. So kann der Akkumulationskanal gebildet werden, der einen Ladungs- oder Stromfluss im Kanalbereich 107b nur dann zulässt, wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird.
  • Dementsprechend kann eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Akkumulationskanal im Kanalbereich 107b zu bilden, deutlich niedriger sein als eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Inversionskanal des Kanalbereichs 110a aus den 38 bis 41 zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 sein. Genauer gesagt kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein. Beispielsweise kann der Kanalbereich 107b einstückig mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Drift-Bereich 107 durch den Kanalbereich 107b mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Das heißt, dass der Drift-Bereich 107 und der Source-Bereich 112 an einem Teil des Kanalbereichs (107b) miteinander in Kontakt stehen können.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Kanalbereichs 107b kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Drift-Bereichs 107 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Als modifiziertes Beispiel der Ausführungsform kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter als ein Teil des Source-Bereichs 112 hervorsteht, und der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Abschnitt des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein.
  • Der Wannenbereich 110 kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich an einem Endteil des vorstehenden Abschnitts in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 erstreckt. Der Kanalbereich 107b kann auf dem vorstehenden Abschnitt und dem Zapfenabschnitt des ersten Wannenbereichs 110a in gebogener Form ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 sich weiter bis zwischen einen unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstrecken. In diesem Fall kann der Kanalbereich 107b so ausgebildet sein, dass er sich weiter bis zwischen den unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstreckt.
  • Durch die oben genannten Strukturen kann der Kanalbereich 107b zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-4 kann die Vorteile der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 aus den 38 bis 41 umfassen und kann zudem eine Schwellenspannung verringern.
  • 45 bis 47 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezug nehmend auf 45 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann der Kanalbereich 110a, in dem ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise ein Teil des Wannenbereichs 110 sein und kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Wenn der Source-Bereich 112 ausgebildet ist, kann außerdem der Source-Kontaktbereich 112a, der einen Teil des Source-Bereichs 112, einen Teil des Wannenbereichs 110 und einen vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107 aufweist, der aus dem Wannenbereich 110 freigelegt ist, zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114, der den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und höher als der Wannenbereich 110 dotiert ist, kann ferner auf einem Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei den zuvor beschriebenen Schritten kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 46 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von der Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine Graben 116 eine Vielzahl von Gräben 116 aufweisen und die Gräben 116 können beispielsweise gleichzeitig in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann durch die Gräben 116 weiter eingegrenzt werden.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 47 kann die Gate-Isolierschicht 118 zumindest auf den Innenwänden der Gräben 116 gebildet werden. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein.
  • Anschließend kann die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 auf der Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet werden.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein und kann mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 in Kontakt stehen, wodurch die Schottky-Barrierediode (SBD) gebildet werden kann. Bei manchen Ausführungsformen kann die Source-Elektrodenschicht 140 mit dem Source-Kontaktbereich 112a verbunden sein, so dass sie mit dem Source-Bereich 112, dem Wannenkontaktbereich 114 und dem vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107 gemeinsam in Kontakt steht.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-4 aus den 42 und 43 kann hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird. Das Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-4 kann beispielsweise ferner Folgendes umfassen: Bilden mindestens einer Nut 138 durch Ätzen eines Teils des Drift-Bereichs 107, beispielsweise des vorstehenden Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107, eines Teils des Source-Bereichs 112, und eines Teils des Wannenbereichs 110; Bilden des Wannenkontaktbereichs 114 auf einem Teil des Wannenbereichs 110, der einer unteren Fläche der Nut 138 entspricht, und Bilden der Source-Elektrodenschicht 140 durch Füllen der Nut 138, so dass diese mit dem Source-Bereich 112, dem vorstehenden Abschnitt 107c des Drift-Bereichs 107 und dem Wannenkontaktbereich 114 verbunden ist.
  • Dabei kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-4 aus 44 hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-4 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird. Die Kanalbereiche 107b kann beispielsweise mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, um den Akkumulationskanal zu bilden.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-4, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 49 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 50 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 entlang der Linie II-II aus 49, und 51 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 entlang der Linie III-III aus 50.
  • Bezugnehmend auf die 49 bis 51 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 mindestens die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-5, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. So kann der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben ist. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 49 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Der tiefe Wannenbereich 111 kann unter dem Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 und dem Drift-Bereich 107 ist. Genauso wie der Wannenbereich 110 kann der tiefe Wannenbereich 111 den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Eine Dotierungskonzentration von Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps des tiefen Wannenbereichs 111 kann gleich oder niedriger sein als die Dotierungskonzentration von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps des Wannenbereichs 110.
  • Der tiefe Wannenbereich 111 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er basierend auf einer Richtung eine Breite aufweist, die geringer ist als eine Breite des Wannenbereichs 110. Eine Richtung kann eine Richtung der Linie III-III aus 50 bezeichnen. Ferner können entgegengesetzte Enden des tiefen Wannenbereichs 111 so angeordnet sein, dass sie von entgegengesetzten Enden des Wannenbereichs 110 basierend auf einer Richtung nach innen verschoben sind.
  • So kann der tiefe Wannenbereich 111 unter dem Wannenbereich 110 so angeordnet sein, dass er von den entgegengesetzten Enden des Wannenbereichs 110 nach innen zurückgeht, wenn er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht. Eine Seitenfläche und eine untere Fläche des tiefen Wannenbereichs 111 können mit dem Drift-Bereich 107 in Kontakt stehen.
  • Wenn der tiefe Wannenbereich 111 beispielsweise in zwei Bereichen ausgebildet ist, die wie der Wannenbereich 110 voneinander beabstandet sind, kann ein Trennungsabstand zwischen zwei tiefen Wannenbereichen 111 größer sein als ein Trennungsabstand zwischen zwei Wannenbereichen 110.
  • Der Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Inversionskanal kann entlang einer Richtung während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 darin gebildet werden.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so einstückig ausgebildet sein, dass er kontinuierlich mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsformen können der Wannenbereich 110a, der tiefe Wannenbereich 111, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Der Wannenbereich 110, der tiefe Wannenbereich 111, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können beispielsweise an entgegengesetzten Enden des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, oder der Wannenbereich 110, der tiefe Wannenbereich 111, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sind. Bei dem Wannenbereich 110, dem tiefen Wannenbereich 111, dem Kanalbereich 110a und dem Source-Bereich 112 können der erste Teil und der zweite Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III aus 50 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann mindestens auf einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise auf einer Innenfläche des Grabens 116 und auf der Halbleiterschicht 105 außerhalb des Grabens 116 ausgebildet sein. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist, so dass ein elektrisches Feld an einem unteren Teil des Grabens 116 abnimmt.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise die vertikalen Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken. Der Kanalbereiche 110a kann in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 110a kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Diese Struktur der Wanne (110) kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, mehr abschwächen. Zudem kann der tiefe Wannenbereich 111 unter dem Wannenbereich 110 angeordnet sein, wodurch ein elektrisches Feld über der Gate-Isolierschicht 118 sowie ein elektrisches Feld der unteren Fläche des Grabens 116 stärker reduziert werden. So kann eine Spanne eines elektrischen Felds über der Gate-Isolierschicht 118 der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 zunehmen, und somit kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 verbessert werden. Zudem ist es möglich, einen Übergangswiderstand des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 zu verringern, indem ein elektrisches Feld der unteren Fläche des Grabens 116 und ein elektrisches Feld über der Gate-Isolierschicht 118 verringert werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Darüber hinaus können sich der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenbereich 110 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschichten 120, um mit den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 in Kontakt zu stehen und die untere Fläche der Gate-Elektrodenschichten 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschichten 120 zu umgeben.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein, und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein und der Wannenbereich 110, der tiefe Wannenbereich 111 und der Kanalbereich 110a können P- Bereiche sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 110a zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 können die Gate-Elektrodenschichten 120 in den Gräben 116 dicht parallel in einem Streifentyp oder einem Linientyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • 52 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 der 49 bis 51 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 52 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 der Kanalbereich 107b in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und der Akkumulationskanal kann während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 darin gebildet werden.
  • Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann den gleichen Dotierungstyp wie der Source-Bereich 112 und der Drift-Bereich 107 aufweisen.
  • In diesem Fall können der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der Drift-Bereich 107 normal elektrisch verbunden sein. In der Struktur der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid ist jedoch eine Potenzialbarriere ausgebildet, während ein Band des Kanalbereichs 107b aufgrund des Einflusses einer negativen Ladung, die bei der Bildung eines Kohlenstoffclusters in der Gate-Isolierschicht 118 entstehen, aufwärts gebogen ist. So kann der Akkumulationskanal gebildet werden, der einen Ladungs- oder Stromfluss im Kanalbereich 107b nur dann zulässt, wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird.
  • Dementsprechend kann eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Akkumulationskanal im Kanalbereich 107b zu bilden, deutlich niedriger sein als eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Inversionskanal des Kanalbereichs 110a aus den 49 bis 51 zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 sein. Genauer gesagt kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein. Beispielsweise kann der Kanalbereich 107b einstückig mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Drift-Bereich 107 durch den Kanalbereich 107b mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Das heißt, dass der Drift-Bereich 107 und der Source-Bereich 112 an einem Teil des Kanalbereichs (107b) miteinander in Kontakt stehen können.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Kanalbereichs 107b kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Drift-Bereichs 107 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Als modifiziertes Beispiel der Ausführungsform kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter als ein Teil des Source-Bereichs 112 hervorsteht, und der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Abschnitt des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein.
  • Der Wannenbereich 110 kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich an einem Endteil des vorstehenden Abschnitts in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 erstreckt. Der Kanalbereich 107b kann auf dem vorstehenden Abschnitt und dem Zapfenabschnitt des ersten Wannenbereichs 110a in gebogener Form ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 sich weiter bis zwischen einen unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstrecken. In diesem Fall kann der Kanalbereich 107b so ausgebildet sein, dass er sich weiter bis zwischen den unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstreckt.
  • Durch die oben genannten Strukturen kann der Kanalbereich 107b zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 kann die Vorteile der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 aus den 49 bis 51 umfassen und kann zudem eine Schwellenspannung verringern.
  • 53 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 54 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 entlang der Linie VI-VI aus 53, 55 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 entlang der Linie VII-VII aus 54, und 56 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 entlang der Linie VIII-VIII aus 54.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 der 49 bis 51 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 53 bis 56 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 aufweisen. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann gemeinsam mit dem Source-Kontaktbereich 112a und dem Wannenkontaktbereich 114 verbunden sein.
  • Ein Beispiel ist in den 53 bis 56 gezeigt, bei dem der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Bereich 112 auf einer Seite der vertikalen Abschnitte 107a des Driftbereichs 107 ausgebildet sind. Wenn jedoch sowohl der Source-Bereich 112 als auch der Wannenbereich 110 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sind, können der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 jeweils in jedem der entsprechenden Bereiche ausgebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 kann beispielsweise gebildet werden, indem die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 aus den 49 bis 51 in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet wird und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 dazwischen angeordnet werden.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 beispielsweise ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Source-Kontaktbereich 112a ein N+ Bereich sein und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 deutlich erhöhen.
  • 57 und 58 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtungen 100c-5 und 100d-5 gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
  • Bezugnehmend auf 57 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-5 mindesten eine Nut 138 aufweisen, die im Source-Kontaktbereich 112a des Source-Bereichs 112 ausgebildet ist, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen und in den Wandbereich 110 vertieft zu sein. Der Wannenkontaktbereich 114a kann auf mindestens einer unteren Fläche der Nut 138 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem Wannenbereich 110 und/oder dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die obige Struktur kann den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 und den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Source-Bereich 112 vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • Bezugnehmend auf 58 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-5 den Kanalbereich 107b aufweisen, der den Akkumulationskanal bildet, anstelle des Kanalbereichs 110a der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 aus den 53 bis 56. Die obige Struktur der Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100d-5 einschließlich des Kanalbereichs 107b kann sich auf die Beschreibung beziehen, die unter Bezugnahme auf 52 gegeben wurde.
  • Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-5 einer Struktur entsprechen, bei der die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 aus 52 in Vielzahl verbunden ist, und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 sind dazwischen angeordnet.
  • 59 bis 61 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezugnehmend auf 59 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Anschließend kann der tiefe Wannenbereich 111 vom zweiten Leitfähigkeitstyp so unter dem Wannenbereich 110 gebildet werden, dass er mit dem Wannenbereich 110 und dem Drift-Bereich 107 in Kontakt steht. Der tiefe Wannenbereich 111 kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, der dem des Wannenbereichs 110 entspricht. Der Wannenbereich 110 und der tiefe Wannenbereich 111 können in einer beliebigen Reihenfolge gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann der Kanalbereich 110a, in dem ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise ein Teil des Wannenbereichs 110 sein und kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 60 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von der Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine Graben 116 eine Vielzahl von Gräben 116 aufweisen und die Gräben 116 können beispielsweise gleichzeitig in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann durch die Gräben 116 weiter eingegrenzt werden.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 61 kann die Gate-Isolierschicht 118 auf den Böden und Innenwänden der Gräben 116 gebildet werden. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein.
  • Anschließend kann die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 auf der Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet werden.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Dabei kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-5 aus 52 hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird. Die Kanalbereiche 107b kann beispielsweise mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, um den Akkumulationskanal zu bilden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 aus den 53 bis 56 kann hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-5 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 kann das Bilden des Source-Bereichs 112 beispielsweise das Bilden des Source-Kontaktbereichs 112a umfassen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanal-Kontaktbereich 112a ein Teil des Source-Bereichs 112 sein.
  • Bevor die Gräben 116 gebildet werden, kann zudem der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Kontaktbereich 112a gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-5 können die Gräben 116 so angeordnet werden, dass sie in einer Linie einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-5, das unter Bezugnahme auf 57 beschrieben wird, kann ferner umfassen: Bilden mindestens einer Nut 138 im Source-Bereich 112, so dass diese den Source-Bereich 112 durchdringt und in den Wannenbereich 110 vertieft ist, Bilden des Wannen-Kontaktbereichs 114 auf einer unteren Fläche der Nut 138, so dass dieser in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht; und Bilden der Source-Elektrodenschicht 140, so dass diese mit dem Wannen-Kontaktbereich 114 verbunden ist.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-5, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 62 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 63 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 entlang der Linie II-II aus 62, und 64 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 entlang der Linie III-III aus 63.
  • Bezugnehmend auf die 62 bis 64 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 mindestens die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-6, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. So kann der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben ist. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 62 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Der Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Inversionskanal kann entlang einer Richtung während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 darin gebildet werden. Eine Richtung kann eine Richtung der Linie III-III aus 63 bezeichnen.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so einstückig ausgebildet sein, dass er kontinuierlich mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen können der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können beispielsweise an entgegengesetzten Enden des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, oder der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sind. Bei dem Wannenbereich 110, dem Kanalbereich 110a und dem Source-Bereich 112 können der erste Teil und der zweite Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III aus 63 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann auf einer unteren Fläche und einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise einen ersten Abschnitt 118a, der mit einer ersten Dicke von der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, sowie einen zweiten Abschnitt 118b aufweisen, der auf der Innenwand des Grabens 116 mit einer zweiten Dicke ausgebildet ist.
  • Der erste Abschnitt 118a kann beispielsweise mit der ersten Dicke von der unteren Fläche des Grabens 116 aus so ausgebildet sein, dass er teilweise im Graben 116 angeordnet ist. Der zweite Abschnitt 118b kann so im Wesentlichen auf dem ersten Abschnitt 118a ausgebildet sein und kann auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet sein, ohne im Graben 116 selbst angeordnet zu sein. Die zweite Dicke des zweiten Abschnitts 118b kann so geringer sein als die erste Dicke des ersten Abschnitts 118a. Die erste Dicke kann beispielsweise 1/5 oder mehr und 1/2 oder weniger der Tiefe des Grabens 116 betragen und die zweite Dicke kann zwischen 1/5 bis 1/30 der ersten Dicke betragen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Konzentration eines elektrisches Felds auf einem unteren Teil des Grabens 116 während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 abgeschwächt werden, indem der erste Abschnitt 118a der Gate-Isolierschicht 118 so am unteren Teil des Grabens 116 gebildet wird, dass er dicker als der zweite Abschnitt 118b ist.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 110a und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise die vertikalen Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken. Der Kanalbereiche 110a kann in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 110a kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Diese Struktur der Wanne (110) kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, mehr abschwächen. Dementsprechend kann gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, ohne zusätzliches Bilden einer tiefen Wanne, und somit kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116 abgeschwächt werden. Eine herkömmliche vertikale Kanalstruktur ist problematisch, da ein Übergangswiderstand und eine Schwellenspannung mit kürzer werdendem Abstand zwischen einer tiefen Wanne und einem Graben zunehmen. Dieses Problem kann jedoch nicht bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 gemäß der Ausführungsform auftreten.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Darüber hinaus können sich der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenbereich 110 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschichten 120, um mit den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 in Kontakt zu stehen und die untere Fläche der Gate-Elektrodenschichten 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschichten 120 zu umgeben.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein, und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein und der Wannenbereich 110 und der Kanalbereich 110a können P- Bereiche sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 110a zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 können die Gate-Elektrodenschichten 120 dicht parallel in einem Streifentyp oder einem Linientyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • Da die Gate-Isolierschicht 118 am Boden des Grabens 116 dick ausgebildet ist und die unteren Flächen der Gate-Elektrodenschichten 120 von dem Wannenbereich 110 umgeben sind, kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 ferner ein Durchbruchsphänomen aufgrund der Konzentration eines elektrischen Felds an den Rändern der Gräben 116 abgeschwächt werden. Dementsprechend kann die Stehspannungscharakteristik der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 verbessert werden. Das kann bedeuten, dass die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 verbessert wird.
  • 65 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 der 62 bis 64 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 65 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 der Kanalbereich 107b in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und der Akkumulationskanal kann während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 darin gebildet werden.
  • Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann den gleichen Dotierungstyp wie der Source-Bereich 112 und der Drift-Bereich 107 aufweisen.
  • In diesem Fall können der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der Drift-Bereich 107 normal elektrisch verbunden sein. In der Struktur der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid ist jedoch eine Potenzialbarriere ausgebildet, während ein Band des Kanalbereichs 107b aufgrund des Einflusses einer negativen Ladung, die bei der Bildung eines Kohlenstoffclusters in der Gate-Isolierschicht 118 entstehen, aufwärts gebogen ist. So kann der Akkumulationskanal gebildet werden, der einen Ladungs- oder Stromfluss im Kanalbereich 107b nur dann zulässt, wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird.
  • Dementsprechend kann eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Akkumulationskanal im Kanalbereich 107b zu bilden, deutlich niedriger sein als eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Inversionskanal des Kanalbereichs 110a aus den 62 bis 64 zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 sein. Genauer gesagt kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein. Beispielsweise kann der Kanalbereich 107b einstückig mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Drift-Bereich 107 durch den Kanalbereich 107b mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Das heißt, dass der Drift-Bereich 107 und der Source-Bereich 112 an einem Teil des Kanalbereichs (107b) miteinander in Kontakt stehen können.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Kanalbereichs 107b kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Drift-Bereichs 107 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Als modifiziertes Beispiel der Ausführungsform kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter als ein Teil des Source-Bereichs 112 hervorsteht, und der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Abschnitt des Wannenbereichs 110 ausgebildet sein.
  • Der Wannenbereich 110 kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich an einem Endteil des vorstehenden Abschnitts in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 erstreckt. Der Kanalbereich 107b kann auf dem vorstehenden Abschnitt und dem Zapfenabschnitt des ersten Wannenbereichs 110a in gebogener Form ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 sich weiter bis zwischen einen unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstrecken. In diesem Fall kann der Kanalbereich 107b so ausgebildet sein, dass er sich weiter bis zwischen den unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstreckt.
  • Durch die oben genannten Strukturen kann der Kanalbereich 107b zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 kann die Vorteile der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 aus den 62 bis 64 umfassen und kann zudem eine Schwellenspannung verringern.
  • 66 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 67 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 entlang der Linie VI-VI aus 66, 68 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 entlang der Linie VII-VII aus 67, und 69 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 entlang der Linie VIII-VIII aus 67.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 der 62 bis 64 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 66 bis 69 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 aufweisen. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann gemeinsam mit dem Source-Kontaktbereich 112a und dem Wannenkontaktbereich 114 verbunden sein.
  • Ein Beispiel ist in den 66 bis 69 gezeigt, bei dem der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Bereich 112 auf einer Seite der vertikalen Abschnitte 107a des Driftbereichs 107 ausgebildet sind. Wenn jedoch sowohl der Source-Bereich 112 als auch der Wannenbereich 110 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sind, können der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 jeweils in jedem der entsprechenden Bereiche ausgebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 kann beispielsweise gebildet werden, indem die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 aus den 62 bis 64 in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet wird und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 dazwischen angeordnet werden.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 beispielsweise ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Source-Kontaktbereich 112a ein N+ Bereich sein und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 deutlich erhöhen.
  • 70 und 71 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtungen 100c-6 und 100d-6 gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
  • Bezugnehmend auf 70 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-6 mindesten eine Nut 138 aufweisen, die im Source-Kontaktbereich 112a des Source-Bereichs 112 ausgebildet ist, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen und in den Wandbereich 110 vertieft zu sein. Der Wannenkontaktbereich 114a kann auf mindestens einer unteren Fläche der Nut 138 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann daher mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem Wannenbereich 110 und/oder dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die obige Struktur kann den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 und den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Source-Bereich 112 vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • Bezugnehmend auf 71 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-6 den Kanalbereich 107b aufweisen, der den Akkumulationskanal bildet, anstelle des Kanalbereichs 110a der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 aus den 66 bis 69. Die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100d-6 einschließlich des Kanalbereichs 107b kann sich auf die Beschreibung beziehen, die unter Bezugnahme auf 65 gegeben wurde.
  • Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100d-6 einer Struktur entsprechend, bei der die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 aus 65 in Vielzahl verbunden ist, und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 sind dazwischen angeordnet.
  • 72 bis 74 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezugnehmend auf 72 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann der Kanalbereich 110a, in dem ein Inversionskanal entlang einer Richtung gebildet ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 gebildet werden. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise ein Teil des Wannenbereichs 110 sein und kann durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 73 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von der Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann der mindestens eine Graben 116 eine Vielzahl von Gräben 116 aufweisen und die Gräben 116 können beispielsweise gleichzeitig in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann durch die Gräben 116 weiter eingegrenzt werden.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 74 kann die Gate-Isolierschicht 118 auf den Böden und Innenwänden der Gräben 116 gebildet werden. Das Bilden der Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise das Bilden des ersten Abschnitts 118a, der mit der ersten Dicke von der unteren Fläche des Grabens 116 gebildet wird, sowie das Bilden des zweiten Abschnitts 118b umfassen, der auf der Innenwand des Grabens 116 mit der zweiten Dicke ausgebildet wird.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt 118a durch Aufbringen eines Isoliermaterials gebildet werden und der zweite Abschnitt 118b kann durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 oder Aufbringen eines Isoliermaterials gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein.
  • Anschließend kann die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 auf der Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet werden.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Dabei kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-6 aus 65 hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird. Die Kanalbereiche 107b kann beispielsweise mit einem Teil des Drift-Bereichs 107 gebildet werden, um den Akkumulationskanal zu bilden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 aus den 66 bis 69 kann hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-6 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 kann das Bilden des Source-Bereichs 112 beispielsweise das Bilden des Source-Kontaktbereichs 112a umfassen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanal-Kontaktbereich 112a ein Teil des Source-Bereichs 112 sein.
  • Bevor die Gräben 116 gebildet werden, kann zudem der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Kontaktbereich 112a gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-6 können die Gräben 116 so angeordnet werden, dass sie in einer Linie einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-6, das unter Bezugnahme auf 70 beschrieben wird, kann ferner umfassen: Bilden mindestens einer Nut 138 im Source-Bereich 112, so dass diese den Source-Bereich 112 durchdringt und in den Wannenbereich 110 vertieft ist, Bilden des Wannen-Kontaktbereichs 114 auf einer unteren Fläche der Nut 138, so dass dieser in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht; und Bilden der Source-Elektrodenschicht 140, so dass diese mit dem Wannen-Kontaktbereich 114 verbunden ist.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-6, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 75 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 76 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 entlang der Linie II-II aus 75, 77 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 entlang der Linie III-III aus 76, und 78 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 entlang der Linie IV-IV aus 76.
  • Bezugnehmend auf die 75 bis 78 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 mindestens die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-7, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit mindestens einem Teil des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein und kann einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er mindestens einen Teil des Drift-Bereichs 107 umgibt. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 einer Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken. Mindestens ein Teil des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 kann beispielsweise den vertikalen Abschnitt 107a aufweisen, der von dem Wannenbereich 110 umgeben und eingegrenzt werden kann. Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 kann der vertikale Abschnitt 107a einen vertikalen Bewegungsweg für Ladungen bilden.
  • Der Wannenbereich 110 ist in 75 so dargestellt, dass er zwei voneinander beabstandete Bereiche und den dazwischen liegenden vertikalen Abschnitt 107a aufweist, jedoch kann der Wannenbereich 110 auf verschiedene Weise verändert oder modifiziert werden. Beispielsweise kann der vertikale Abschnitt 107a eine Form aufweisen, deren Seitenfläche einmal von dem Wannenbereich 110 umgeben wird.
  • Der Source-Bereich 112 kann in dem Wannenbereich 110 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und der Akkumulationskanal kann während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 darin gebildet werden.
  • Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b kann den gleichen Dotierungstyp wie der Source-Bereich 112 und der Drift-Bereich 107 aufweisen.
  • In diesem Fall können der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der Drift-Bereich 107 normal elektrisch verbunden sein. In der Struktur der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid ist jedoch eine Potenzialbarriere ausgebildet, während ein Band des Kanalbereichs 107b aufgrund des Einflusses einer negativen Ladung, die bei der Bildung eines Kohlenstoffclusters in der Gate-Isolierschicht 118 entstehen, aufwärts gebogen ist. So kann der Akkumulationskanal gebildet werden, der einen Ladungs- oder Stromfluss im Kanalbereich 107b nur dann zulässt, wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird.
  • Dementsprechend kann eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um den Akkumulationskanal im Kanalbereich 107b zu bilden, deutlich niedriger sein als eine Schwellenspannung, die an die Gate-Elektrodenschicht 120 anzulegen ist, um einen herkömmlichen Inversionskanal zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 sein. Genauer gesagt kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein. Beispielsweise kann der Kanalbereich 107b einstückig mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein.
  • In diesem Fall kann der Drift-Bereich 107 durch den Kanalbereich 107b mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Das heißt, dass der Drift-Bereich 107 und der Source-Bereich 112 an einem Teil des Kanalbereichs (107b) miteinander in Kontakt stehen können.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps des Kanalbereichs 107b kann beispielsweise gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Drift-Bereichs 107 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsformen können der Wannenbereich 107b, der Kanalbereich 110a und der Source-Bereich 112a in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 symmetrisch ausgebildet sein. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 107b und der Source-Bereich 112 können in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten des vertikalen Abschnitts 107a gebildet werden, oder der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 107b und der Source-Bereich 112 können einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, die in Bezug auf den vertikalen Abschnitt 107a symmetrisch ausgebildet sind. Bei dem Wannenbereich 110, dem Kanalbereich 107b und dem Source-Bereich 112 können der erste Teil und der zweite Teil voneinander getrennt sein oder miteinander verbunden sein.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III oder der Linie IV-IV aus 76 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann mindestens auf einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist, so dass ein elektrisches Feld an einem unteren Teil des Grabens 116 abnimmt.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Der Drift-Bereich 107 kann in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise vertikale in der Halbleiterschicht 105 auf einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise die vertikalen Abschnitte 107a aufweisen, die sich in der Halbleiterschicht 105 auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 vertikal erstrecken.
  • Der Wannenbereich 110 kann so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Der Wannenbereich 110 kann ferner so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. So können entgegengesetzte Endteile der Gate-Elektrodenschicht 120 um den Source-Bereich 112 herum von dem Wannenbereich 110 umgeben sein.
  • Diese Struktur kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Teil der Gate-Elektrodenschicht 120, abschwächen. Dementsprechend kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 gemäß der Ausführungsform der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, ohne zusätzliches Bilden einer tiefen Wanne, und somit kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116 abgeschwächt werden. Eine herkömmliche vertikale Kanalstruktur ist problematisch, da ein Übergangswiderstand und eine Schwellenspannung mit kürzer werdendem Abstand zwischen einer tiefen Wanne und einem Graben zunehmen. Dieses Problem kann jedoch nicht bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 gemäß der Ausführungsform auftreten.
  • Der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Dementsprechend kann die Halbleiterschicht 105 der einen Seite der Gate-Elektrodenschicht 120 eine Struktur aufweisen, bei welcher der Source-Bereich 112, der Kanalbereich 107b und der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 entlang einer Richtung verbunden sind.
  • Die obige Struktur des Kanalbereichs 107b kann als „laterale Kanalstruktur“ bezeichnet werden, da der Kanalbereich 110a entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet ist.
  • Zudem können Kanalbereiche 107b in der Halbleiterschicht 105 von gegenüberliegenden Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Bei den vorstehenden Ausführungsformen kann der Kanalbereich 107b ein Teil der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschichten 120 können sich ferner weiter zur Außenseite der Gräben 116 erstrecken und somit breitflächig auf der Halbleiterschicht 105 über die Gräben 116 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann sich der Wannenbereich 110 über die Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken. Die vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 können in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Die Vielzahl von Kanalbereichen 107b können in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 auf einer Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten jeder Gate-Elektrodenschicht 120 gebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Source-Bereich 112 über die Gate-Elektrodenschichten 120 verbunden sein, während er die Endteile der Gate-Elektrodenschichten 120 umgibt.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenbereich 110 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschichten 120, um mit den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 in Kontakt zu stehen und die untere Fläche der Gate-Elektrodenschichten 120 an entgegengesetzten Enden der Gate-Elektrodenschichten 120 zu umgeben.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein, und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 ein MOSFET vom N-Typ ist, können der Drift-Bereich 107 und der Kanalbereich 107b ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein und der Wannenbereich 110 kann ein P- Bereich sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 entlang den vertikalen Abschnitten 107a des Drift-Bereichs 107 fließen und kann dann durch den Kanalbereich 107b zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 können die Gate-Elektrodenschichten 120 dicht parallel in einem Streifentyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche 110a können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • Da die unteren Flächen der Gate-Elektrodenschichten 120 von dem Wannenbereich 110 umgeben sind, kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 auch ein Durchbruchsphänomen aufgrund der Konzentration eines elektrischen Felds an den Rändern der Gräben 116 abgeschwächt werden. Dementsprechend kann die Stehspannungscharakteristik der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 verbessert werden. Das kann bedeuten, dass die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-1 verbessert wird.
  • 79 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 80 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 entlang der Linie VI-VI aus 79, 81 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 entlang der Linie VII-VII aus 80, und 82 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 entlang der Linie VIII-VIII aus 80.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 der 75 bis 78 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 79 bis 82 kann der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a aufweisen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 verbunden ist. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden sein und kann mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Ein Beispiel ist in den 79 bis 82 gezeigt, bei dem der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Bereich 112 auf einer Seite der vertikalen Abschnitte 107a des Driftbereichs 107 ausgebildet sind. Der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 können jedoch an gegenüberliegenden Seiten jedes der vertikalen Abschnitte 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein; oder, wenn sowohl der Source-Bereich 112 als auch der Wannenbereich 110 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt sind, können der Source-Kontaktbereiche 112a und der Wannenkontaktbereich 114 jeweils in jedem der entsprechenden Bereiche ausgebildet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110 und der Source-Bereich 112 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 aus den 75 bis 77 kann beispielsweise in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet wird und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 können dazwischen gebildet werden.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 beispielsweise ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Source-Kontaktbereich 112a ein N+ Bereich sein und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 gemäß der Ausführungsform können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 deutlich erhöhen.
  • Darüber hinaus kann gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 eine Stehspannungscharakteristik der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 verbessert werden, da eine Schwellenspannung durch Verwendung des Kanalbereichs 107b, in dem der Akkumulationskanal ausgebildet ist, verringert wird und ein Durchbruchsphänomen aufgrund der Konzentration eines elektrischen Felds an den Rändern der Gräben 116 abgeschwächt wird. Das kann bedeuten, dass die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 verbessert wird.
  • 83 und 86 zeigen Querschnittsansichten mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtungen 100b-7, 100c-7, 100d-7 und 100e-7 gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100b-7, 100c-7, 100d-7 und 100e-7 können jeweils durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 oder 100a-7 der 75 bis 82 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 83 kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-7 der Wannenbereich 110 in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter vorstehend als ein Teil des Source-Bereichs 112.
  • Ein Kanalbereich 107b1 kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Bereich des ersten Wannenbereichs 110 ausgebildet sein. Der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 kann sich beispielsweise weiter zu einem Nutabschnitt zwischen dem Wannenbereich 110 und der Gate-Elektrodenschicht 120 erstrecken, der durch das Hervortreten des Wannenbereichs 110 gebildet wird, und der Kanalbereich 107b1 kann an dem vertikale Abschnitt 107a gebildet werden. Durch die obige Struktur kann der Kanalbereich 107b1 zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Bezugnehmend auf 84 kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100c-7 der Wannenbereich 110 in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter vorstehend als ein Teil des Source-Bereichs 112 und kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Endteil davon erstreckt. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter vorstehend als der Source-Bereich 112 und kann den Zapfenabschnitt an einem Endteil davon aufweisen.
  • Ein Kanalbereich 107b2 kann in der Halbleiterschicht 105 auf dem vorstehenden Bereich des ersten Wannenbereichs 110 ausgebildet sein. Der Kanalbereich 107b2 kann beispielsweise auf dem vorstehenden Abschnitt und dem Zapfenabschnitt des ersten Wannenbereichs 110a in gebogener Form ausgebildet sein. Durch die obige Struktur kann der Kanalbereich 107b2 zwischen der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Wannenbereich 110 stärker eingegrenzt werden.
  • Bezugnehmend auf 85 kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100d-7 der Wannenbereich 110 in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter vorstehend als ein Teil des Source-Bereichs 112 und kann ferner einen Zapfenabschnitt aufweisen, der sich in Richtung der Gate-Elektrodenschicht 120 an einem Endteil davon erstreckt. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise in Richtung des vertikalen Abschnitts 107a des Drift-Bereichs 107 weiter vorstehend als der Source-Bereich 112 und kann den Zapfenabschnitt an einem Endteil davon aufweisen. Darüber hinaus kann der vertikale Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 sich weiter bis zwischen einen unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstrecken.
  • Ein Kanalbereich 107b3 kann so ausgebildet sein, dass er sich weiter bis zwischen den unteren Teil des Source-Bereichs 112 und den Wannenbereich 110 erstreckt. Der Kanalbereich 107b3 kann beispielsweise von auf dem Zapfenabschnitt des Wannenbereichs 110 bis zum unteren Teil in gebogener Form ausgebildet sein. Diese Struktur kann die Kontaktfläche zwischen dem Kanalbereich 107b3 und dem Quellbereich 112 verbreitern.
  • Bezugnehmend auf 86 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100e-7 mindesten eine Nut 138 aufweisen, die im Source-Kontaktbereich 112a des Source-Bereichs 112 ausgebildet ist, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen und in den Wandbereich 110 vertieft zu sein. Der Wannenkontaktbereich 114a kann auf mindestens einer unteren Fläche der Nut 138 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann daher mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem Wannenbereich 110 und/oder dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die obige Struktur kann den Bereich, in dem die Source-Elektrodenschicht 140a mit dem Wannenbereich 110 und dem Source-Bereich 112 in Kontakt steht, vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • 87 bis 89 zeigen schematische perspektivische Ansichten mit Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Bezugnehmend auf 87 kann der Drift-Bereich 107 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid (SiC) gebildet sein. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise auf dem Drain-Bereich 102 vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert sein, und der Drift-Bereich 107 kann mit einer oder mehreren Epitaxialschichten auf dem Substrat ausgebildet sein.
  • Anschließend kann der Wannenbereich 110 vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht 105 so ausgebildet werden, dass er in Kontakt mit mindestens einem Teil des Drift-Bereichs 107 steht. Das Bilden des Wannenbereichs 110 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht 105 durchgeführt werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass der Drift-Bereich 107 den vertikalen Abschnitt 107a aufweist, von dem mindestens ein Teil von dem Wannenbereich 110 umgeben wird. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 durch das Dotieren des Drift-Bereichs 107 mit Verunreinigungen von einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Drift-Bereichs 107 entgegengesetzt ist, gebildet werden.
  • Anschließend kann der Source-Bereich 112 vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Wannenbereich 110 ausgebildet werden. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Implantieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich 110 gebildet werden.
  • Zusätzlich zur Bildung des Source-Bereichs 112 kann mindestens ein Kanalbereich 107b, in dem der Akkumulationskanal entlang einer Richtung gebildet ist und der vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 ausgebildet werden. Der Kanalbereich 107b kann beispielsweise zwischen dem Source-Bereich 112 und dem vertikalen Abschnitt 107a des Drift-Bereichs 107 ausgebildet sein.
  • Wenn der Kanalbereich 107b ein Teil des Drift-Bereichs 107 ist, kann der Source-Bereich 112 beispielsweise durch den Kanalbereich 107b in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren kann die Verunreinigungsimplantation oder das Dotieren mit Verunreinigungen so durchgeführt werden, dass die Verunreinigungen gemischt werden, wenn die Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 105 implantiert werden oder eine Epitaxialschicht gebildet wird. Für das Implantieren der Verunreinigungen in einem ausgewählten Bereich, kann jedoch ein Ionenimplantationsverfahren unter Verwendung eines Maskierungsmusters verwendet werden.
  • Optional kann nach der Ionenimplantation ein Wärmebehandlungsvorgang zum Aktivieren oder Diffundieren der Verunreinigungen durchgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 88 kann mindestens ein Graben 116 so ausgebildet sein, dass er von der Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben.
  • Der Graben 116 kann sich beispielsweise über den Drift-Bereich 107 in einer Richtung erstrecken und kann flacher als der Wannenbereich 110 ausgebildet sein.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können zudem in der Halbleiterschicht 105 parallel in einer Richtung ausgebildet sein.
  • Die Gräben 116 können beispielsweise durch Bilden einer Fotomaske mittels Fotolithografie und anschließendes Ätzen der Halbleiterschicht 105 mittels der Fotomaske als Ätzschutzschicht gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 89 kann die Gate-Isolierschicht 118 auf den Böden und Innenwänden der Gräben 116 gebildet werden. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise durch Oxidieren der Halbleiterschicht 105 zur Bildung eines Oxids oder durch Aufbringen eines Isoliermaterials wie Oxid oder Nitrid auf die Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Anschließend können die Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie in den Gräben 116 angeordnet sind. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht auf der Gate-Isolierschicht 118 und Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann durch das Dotieren von Verunreinigungen in Polysilizium gebildet werden, oder kann ein leitfähiges Metall oder Metallsilizid aufweisend ausgebildet werden.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 und de Gate-Elektrodenschichten 120 können beispielsweise so gebildet werden, dass sie weiter zur Außenseite der Gräben 116 vorstehen. Die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschichten 120 können ferner weiter breitflächig auf der Halbleiterschicht 105 über die Gräben 116 ausgebildet sein.
  • Ein Strukturiervorgang kann unter Verwendung von Fotolithographie- und Ätzvorgängen durchgeführt werden. Der Fotolithographievorgang kann einen Vorgang der Bildung eines Fotoresistmusters als Maskenschicht unter Verwendung eines Fotovorgangs und eines Entwicklungsvorgangs umfassen, und der Ätzvorgang kann einen Vorgang des selektiven Ätzens einer darunter liegenden Struktur unter Verwendung des Fotoresistmusters umfassen.
  • Der Wannenbereich 110 kann so angeordnet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 zumindest an einem Ende der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben, und der Kanalbereich 107b kann in der Halbleiterschicht 105 einer Seite oder gegenüberliegender Seiten der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Drift-Bereich 107 und dem Source-Bereich 112 ausgebildet sein.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann ferner auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein.
  • Anschließend kann die Source-Elektrodenschicht 140 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 gebildet werden. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise durch Bilden einer leitfähigen Schicht, wie einer Metallschicht, auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 und anschließendes Strukturieren der leitfähigen Schicht gebildet werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 aus den 79 bis 82 kann hergestellt werden, indem einige Vorgänge zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-7 ergänzt werden oder das Herstellungsverfahren geändert oder modifiziert wird.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 kann das Bilden des Source-Bereichs 112 beispielsweise das Bilden des Source-Kontaktbereichs 112a umfassen, der mit der Source-Elektrodenschicht 140 zumindest außerhalb eines Endes der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der Source-Kontaktbereich 112a nicht vom Source-Bereich 112 unterschieden werden.
  • Bevor die Gräben 116 gebildet werden, kann zudem der Wannenkontaktbereich 114 im Source-Kontaktbereich 112a gebildet werden. Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise durch Implantieren der Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 in einen Teil des Wannenbereichs 110 gebildet werden.
  • Bei Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-7 können die Gräben 116 so angeordnet werden, dass sie in einer Linie einer Richtung voneinander beabstandet sind. Der Wannenbereich 110, der Kanalbereich 107b und der Source-Bereich 112 können zudem in der Halbleiterschicht 105 zwischen den Gräben 116 gebildet werden.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-7, welche die Halbleiterschicht 105 aus Siliziumkarbid verwendet, wirtschaftlich hergestellt werden, indem Prozesse verwendet werden, die auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat angewendet werden.
  • 90 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 91 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 entlang der Linie II-II aus 90, und 92 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 entlang der Linie III-III aus 91.
  • Bezugnehmend auf die 90 bis 92 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 mindestens die Halbleiterschicht 105, die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 aufweisen. Beispielsweise kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 eine Leistungs-MOSFET-Struktur aufweisen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann eine Halbleitermaterialschicht oder eine Vielzahl von Halbleitermaterialschichten bezeichnen und kann beispielsweise eine Epitaxialschicht oder eine Vielzahl von Epitaxialschichten bezeichnen. Ferner kann die Halbleiterschicht 105 eine oder mehrere Epitaxialschichten auf einem Halbleitersubstrat bezeichnen.
  • Die Halbleiterschicht 105 kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 mindestens eine Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid aufweisen.
  • Siliziumkarbid (SiC) kann im Vergleich zu Silizium eine breitere Bandlücke aufweisen und kann daher im Vergleich zu Silizium auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Da ein elektrisches Durchbruchsfeld des Siliziumkarbids größer ist als dasjenige des Siliziums, kann das Siliziumkarbid darüber hinaus selbst bei hohen Temperaturen stabil arbeiten. Dementsprechend kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100-8, welche die aus Siliziumkarbid ausgebildete Halbleiterschicht 105 aufweist, im Vergleich zum Fall der Verwendung von Silizium eine hohe Durchbruchspannung aufweisen und kann eine ausgezeichnete Wärmeabgabeeigenschaft und eine stabile Betriebseigenschaft bei einer hohen Temperatur bieten.
  • Genauer gesagt kann die Halbleiterschicht 105 den Drift-Bereich 107 aufweisen. Der Drift-Bereich 107 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in einen Teil der Halbleiterschicht 105 gebildet werden. Der Drift-Bereich 107 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen vom ersten Leitfähigkeitstyp in einer Epitaxialschicht aus Siliziumkarbid gebildet werden.
  • Der Wannenbereich 110 kann in der Halbleiterschicht 105 in Kontakt mit dem Drift-Bereich 107 ausgebildet sein und kann den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Wannenbereich 110 kann beispielsweise durch Dotieren von Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, im Drift-Bereich 107 gebildet werden. Genauer gesagt kann der Wannenbereich 110 auf dem Drift-Bereich 107 gebildet werden.
  • Der Source-Bereich 112 kann auf dem Wannenbereich 110 oder in dem Wannenbereich 110 ausgebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden. Die Konzentration der im Source-Bereich 112 dotierten Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps kann höher sein als die im Drift-Bereich 107 dotierte.
  • Darüber hinaus kann der Drain-Bereich 102 in der Halbleiterschicht 105 unter dem Drift-Bereich 107 gebildet sein und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der Drain-Bereich 102 kann beispielsweise mit Verunreinigungen in einer im Vergleich zum Drift-Bereich 107 hohen Konzentration dotiert sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drain-Bereich 102 mit einem Substrat aus Siliziumkarbid vom ersten Leitfähigkeitstyp implementiert werden. In diesem Fall kann der Drain-Bereich 102 als ein Teil der Halbleiterschicht 105 verstanden werden oder kann als ein von der Halbleiterschicht 105 unabhängiges Substrat verstanden werden.
  • Mindestens ein Graben 116 kann so ausgebildet sein, dass er von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 105 bis zu einer bestimmten Tiefe in der Halbleiterschicht 105 vertieft ist. Beispielsweise kann der mindestens eine Graben 116 eine vorbestimmte Tiefe von der Oberfläche (z. B. einer oberen Fläche) der Halbleiterschicht 105 aus haben. Der Graben 116 kann sich in eine Richtung in der Halbleiterschicht 105 erstrecken. Eine Richtung kann sich auf eine Längenrichtung, nicht auf eine Tiefenrichtung des Grabens 116 beziehen und kann sich auf eine Richtung der Linie III-III aus 91 beziehen.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann mindestens auf einer Innenwand des Grabens 116 gebildet sein. Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise auf einer Innenfläche des Grabens 116 und auf der Halbleiterschicht 105 außerhalb des Grabens 116 ausgebildet sein. Eine Dicke der Gate-Isolierschicht 118 kann gleichmäßig sein oder ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf der unteren Fläche des Grabens 116 ausgebildet ist, kann dicker sein als ein Teil der Gate-Isolierschicht 118, der auf einer Seitenwand des Grabens 116 ausgebildet ist, so dass ein elektrisches Feld an einem unteren Teil des Grabens 116 abnimmt.
  • Die Gate-Isolierschicht 118 kann beispielsweise ein Isoliermaterial wie Siliziumoxid, Siliziumkarbidoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Mindestens eine Gate-Elektrodenschicht 120 kann so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie im Graben 116 angeordnet ist. Die Gate-Elektrodenschicht 120 kann beispielsweise ein geeignetes leitfähiges Material wie Polysilizium, Metall, Metallnitrid oder Metallsilizid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Drift-Bereich 107 in der Halbleiterschicht 105 unter der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Bei der Halbleiterschicht 105 aus dem Drift-Bereich 107 kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er tiefer ist als die Gate-Elektrodenschicht 120, um zumindest gegenüberliegende Seitenwände und unteren Ränder der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben.
  • Ein Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 kann so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass er mit dem Drift-Bereich 107 unter der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 verbunden ist. Der Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 kann den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen und durch Implantieren von Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in der Halbleiterschicht 105 gebildet werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenbereich 110 so ausgebildet sein, dass er die Seitenwände und die untere Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 umgibt, und der Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 kann zwischen der unteren Fläche der Gate-Elektrodenschicht 120 und dem Drift-Bereich 107 so ausgebildet sein, dass er den Wannenbereich 110 durchdringt. In diesem Fall kann der Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 durch Dotieren des Wannenbereichs 110 mit Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden.
  • Diese Struktur der Wanne (110) kann die Konzentration eines elektrischen Felds auf der unteren Fläche des Grabens 116, d. h. an einem unteren Endrändern der Gate-Elektrodenschicht 120, mehr abschwächen. Die obige Struktur kann eine Spanne eines elektrischen Felds über der Gate-Isolierschicht 118 der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 erhöhen, und somit kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 verbessert werden.
  • Der Kanalbereich 110a kann in der Halbleiterschicht 105 zwischen dem Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 entlang einer Seitenwand der Gate-Elektrodenschicht 120 zwischen dem Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 und dem Source-Bereich 112 gebildet sein. Der Kanalbereich 110a kann beispielsweise den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und ein Inversionskanal kann entlang einer Richtung während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 darin gebildet werden.
  • Da der Kanalbereich 110a einen dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, kann der Kanalbereich 110a mit dem Source-Bereich 112 und dem Drift-Bereich 107 einen Diodenübergang bilden. Dementsprechend kann der Kanalbereich 110a in einer normalen Situation keine Bewegung von Ladungen zulassen, aber wenn eine Betriebsspannung an die Gate-Elektrodenschicht 120 angelegt wird, kann darin ein Inversionskanal gebildet werden, so dass die Bewegung von Ladungen ermöglicht wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kanalbereich 110a ein Teil des Wannenbereichs 110 sein. In diesem Fall kann der Kanalbereich 110a so einstückig ausgebildet sein, dass er kontinuierlich mit dem Wannenbereich 110a verbunden ist. Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigungen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Kanalbereich 110a kann gleich derjenigen des verbleibenden Abschnitts des Wannenbereichs 110 sein oder davon verschieden sein, um eine Schwellenspannung einzustellen.
  • Eine Dotierungskonzentration der Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp des Übergangswiderstand-Reduktionsbereichs 108 kann gleich derjenigen oder höher als diejenige des Drift-Bereichs 107 sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dotierungskonzentration der Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp des Übergangswiderstand-Reduktionsbereich s108 kann höher als diejenige des Drift-Bereichs 107 sein, so dass ein Übergangswiderstand abnimmt. In diesem Fall kann der Übergangswiderstand abnehmen, da der Übergangswiderstand-Reduktionsbereichs 108, dessen Widerstand geringer ist als derjenige des Drift-Bereichs 107, mit dem Kanalbereich 110a zusammengefügt wird.
  • Die Dotierungskonzentration der Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp des Übergangswiderstand-Reduktionsbereichs 108 kann ferner gleich einer oder niedriger als eine Dotierungskonzentration der Verunreinigung vom erste Leitfähigkeitstyp des Source-Bereichs 112 und des Drain-Bereichs 102 sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Gate-Isolierschicht 118 und die Gate-Elektrodenschicht 120 im Graben 116 ausgebildet sein und können ferner so ausgebildet sein, dass sie sich weiter zur Außenseite des Grabens 116 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann ein Graben 116 oder eine Vielzahl von Gräben 116 in der Halbleiterschicht 105 vorgesehen sein. Die Anzahl der Gräben 116 kann in geeigneter Weise gewählt werden, ohne den Umfang der Ausführungsform einzuschränken.
  • Die Vielzahl von Gräben 116 können beispielsweise in der Halbleiterschicht 105 parallel entlang einer Richtung ausgebildet sein. Da die Gräben 116 sich in eine Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung voneinander beabstandet sind, können die Gräben 116 parallel angeordnet sein.
  • In diesem Fall kann eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten 120 so auf der Gate-Isolierschicht 118 ausgebildet sein, dass sie das Innere der Gräben 116 füllen. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 in der Halbleiterschicht 105 in einem Grabentyp ausgebildet sein und können so angeordnet sein, dass sie sich parallel in der einen Richtung wie die Gräben 116 erstrecken.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann auf der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 130 kann beispielsweise ein geeignetes Isoliermaterial wie Oxid oder Nitrid aufweisen oder kann eine gestapelte Struktur derselben aufweisen.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 130 ausgebildet sein und kann mit dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die Source-Elektrodenschicht 140 kann beispielsweise aus einem geeigneten leitfähigen Material, Metall etc. gebildet sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 können der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zueinander sein, und der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp können jeweils entweder vom n-Typ oder vom p-Typ sein. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp beispielsweise vom n-Typ ist, ist der zweite Leitfähigkeitstyp vom p-Typ, und umgekehrt.
  • Genauer gesagt, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Drift-Bereich 107 ein N- Bereich sein, der Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 kann ein N- Bereich sein, der Source-Bereich 112 und der Drain-Bereich 102 können N+ Bereiche sein und der Wannenbereich 110 und der Kanalbereich 110a können P- Bereiche sein.
  • Während eines Betriebs der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 kann ein Strom im Allgemeinen in einer vertikalen Richtung vom Drain-Bereich 102 bis zum Drift-Bereich 107 und Übergangswiderstand-Reduktionsbereich 108 fließen und kann dann zum Source-Bereich 112 entlang den Seitenwänden der Gate-Elektrodenschichten 120 fließen, auf denen Kanalbereiche gebildet sind.
  • Bei der zuvor beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 können die Gate-Elektrodenschichten 120 in den Gräben 116 dicht parallel in einem Streifentyp oder einem Linientyp angeordnet sein, und die Kanalbereiche können auf den Seitenflächen der Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte erhöhen.
  • 93 zeigt eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100a-8 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100a-8 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 der 90 bis 92 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 93 kann der Source-Bereich 112 bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100a-8 kontinuierlich entlang einer Erstreckungsrichtung der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise breitflächig ausgebildet sein, um einen Oberteilbereich der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Wie vorstehend beschrieben, kann sich ein Ladungsbewegungsweg vom Drain-Bereich 102 zum Source-Bereich 112 vergrößern, wenn der Source-Bereich 112 breitflächig ausgebildet ist.
  • 94 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 95 zeigt eine Draufsicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 entlang der Linie VI-VI aus 94, 96 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 entlang der Linie VII-VII aus 95, und 97 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 entlang der Linie VIII-VIII aus 95.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 gemäß der Ausführungsform kann unter Verwendung oder teilweiser Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 der 90 bis 92 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird.
  • Bezugnehmend auf 94 bis 97 kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 der Source-Bereich 112 den Source-Kontaktbereich 112a außerhalb mindestens eines Endes der Gate-Elektrodenschichten 120 aufweisen. Der Source-Kontaktbereich 112a, der ein Teil des Source-Bereichs 112 ist, kann beispielsweise das Teil bezeichnen, mit welchem die Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein. Der Wannenkontaktbereich 114 kann sich beispielsweise von dem Wannenbereich 110 aus erstrecken, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen, und kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein. Ein Wannenkontaktbereich 114 oder eine Vielzahl von Source-Kontaktbereichen 114 können in dem Source-Kontaktbereich 112a ausgebildet sein.
  • Der Wannenkontaktbereich 114 kann beispielsweise mit Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp einer höheren Konzentration als der Wannenbereich 110 dotiert sein, um einen Kontaktwiderstand zu verringern, wenn er mit der Source-Elektrodenschicht 140 verbunden ist.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann gemeinsam mit dem Source-Kontaktbereich 112a und dem Wannenkontaktbereich 114 verbunden sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Gräben 116 so angeordnet sein, dass sie in einer Linie entlang einer Richtung voneinander beabstandet sind. So können die Gate-Elektrodenschichten 120 ferner so angeordnet sein, dass sie in einer Linie in der einen Richtung entlang den Gräben 116 voneinander beabstandet sind. In diesem Fall können der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 so in der Halbleiterschicht 105 ausgebildet sein, dass sie sich zwischen den Gräben 116 befinden, die so angeordnet sind, dass sie in einer Linie entlang der einen Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 kann beispielsweise gebildet werden, indem die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 aus den 90 bis 92 in einer Vielzahl entlang einer Richtung angeordnet wird und der Wannenbereich 110, der Source-Bereich 112, der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 dazwischen angeordnet werden.
  • Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 100-8 beispielsweise ein MOSFET vom N-Typ ist, kann der Source-Kontaktbereich 112a ein N+ Bereich sein und der Wannenkontaktbereich 114 kann ein P+ Bereich sein.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 können der Source-Kontaktbereich 112a und der Wannenkontaktbereich 114 außerhalb der Gate-Elektrodenschichten 120 und nicht zwischen den Gate-Elektrodenschichten 120 angeordnet sein, und somit können die Gate-Elektrodenschichten 120 dichter angeordnet sein. Dadurch kann sich eine Kanaldichte der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 deutlich erhöhen.
  • 98 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100c-8 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100c-8 kann durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 der 94 bis 97 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird, da sie aufeinander bezogen werden können.
  • Bezug nehmend auf 98 kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100c-8 mindesten eine Nut 138 aufweisen, die im Source-Kontaktbereich 112a des Source-Bereichs 112 ausgebildet ist, um den Source-Bereich 112 zu durchdringen und in den Wandbereich 110 vertieft zu sein. Der Wannenkontaktbereich 114a kann auf mindestens einer unteren Fläche der Nut 138 so ausgebildet sein, dass er in Kontakt mit dem Wannenbereich 110 steht.
  • Die Source-Elektrodenschicht 140 kann so ausgebildet sein, dass sie die Nut 138 ausfüllt, und kann mit dem Wannenkontaktbereich 114a, dem Wannenbereich 110 und/oder dem Source-Bereich 112 verbunden sein. Die obige Struktur kann den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 und den Kontaktbereich zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Source-Bereich 112 vergrößern, so dass die Kontaktwiderstände dazwischen abnehmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Wannenkontaktbereich 114a auf der gesamten Fläche des Wannenbereichs 110b ausgebildet sein, die durch die Nut 138 freigelegt ist. Dementsprechend kann der Wannenkontaktbereich 114a auf dem Wannenbereich 110b ausgebildet sein, der von einer unteren Fläche und einer Seitenwand der Nut 138 freigelegt ist. Durch die obige Struktur des Wannenkontaktbereichs 114a kann der Kontaktwiderstand zwischen der Source-Elektrodenschicht 140a und dem Wannenbereich 110 weiter verringert werden.
  • 99 zeigt eine Querschnittsansicht mit Darstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100d-8 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100d-8 kann durch Modifikation einer Teilkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100b-8 der 94 bis 97 implementiert werden, weshalb zur Vermeidung von Redundanzen auf eine zusätzliche Beschreibung verzichtet wird, da sie aufeinander bezogen werden können.
  • Bezugnehmend auf 99 kann der Source-Bereich 112 bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100d-8 kontinuierlich entlang einer Erstreckungsrichtung der Gate-Elektrodenschicht 120 ausgebildet sein. Der Source-Bereich 112 kann sich beispielsweise entlang der oberen Teile der Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken und sich darüber hinaus zwischen den in Reihe angeordneten Gate-Elektrodenschichten 120 erstrecken.
  • Der Source-Bereich 112 kann beispielsweise breitflächig ausgebildet sein, um einen Oberteilbereich der Gate-Elektrodenschicht 120 zu umgeben. Wie vorstehend beschrieben, kann sich ein Ladungsbewegungsweg vom Drain-Bereich 102 zum Source-Bereich 112 vergrößern, wenn der Source-Bereich 112 breitflächig ausgebildet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Leistungshalbleitervorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung es ermöglichen, die Konzentration eines elektrischen Felds zu vermindern und eine Kanaldichte zu erhöhen, wodurch der Integrationsgrad verbessert wird.
  • Natürlich sind all diese Effekte nur beispielhaft und der Umfang der Erfindung ist nicht durch diese Effekte eingeschränkt.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die zugehörigen Zeichnungen beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern kann von Fachleuten auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, auf verschiedene Weise modifiziert und verändert werden, ohne von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die in den beigefügten Ansprüchen beansprucht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • KR 1020200070701 [0001]
    • KR 1020200071310 [0001]
    • KR 1020200144559 [0001]

Claims (19)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung mit: einer Halbleiterschicht aus Siliziumkarbid (SiC); mindestens einem Graben, der sich in eine Richtung erstreckt und von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus in die Halbleiterschicht vertieft ist; einer Gate-Isolierschicht, die auf zumindest einer Innenwand des mindestens einen Grabens ausgebildet ist; mindestens einer Gate-Elektrodenschicht, die auf der Gate-Isolierschicht und in dem mindestens einen Graben angeordnet ist; einem Drift-Bereich, der in der Halbleiterschicht mindestens auf einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht angeordnet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; einem Wannenbereich, der so in der Halbleiterschicht angeordnet ist, dass er tiefer als die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht ist, um mit mindestens einem Teil des Drift-Bereich in Kontakt zu stehen und eine untere Fläche der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht an mindestens einem Ende der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zu umgeben, und der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; einem Source-Bereich, der in dem Wannenbereich angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und mindestens einem Kanalbereich, der in der Halbleiterschicht einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich angeordnet ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Source-Bereich einen Source-Kontaktbereich aufweist, der mit einer Source-Elektrodenschicht außerhalb des einen Endes der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht verbunden ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit: einem Wannenkontaktbereich, der sich durch den Source-Bereich von dem Wannenbereich in den Source-Kontaktbereich erstreckt, mit der Source-Elektrodenschicht verbunden ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei eine Dotierungskonzentration des Wannenkontaktbereichs höher als eine Dotierungskonzentration des Wannenbereichs ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drift-Bereich einen vertikalen Abschnitt aufweist, der sich in der Halbleiterschicht der einen Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht vertikal erstreckt, und wobei der mindestens eine Kanalbereich in der Halbleiterschicht zwischen dem vertikalen Abschnitt des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Wannenbereich, der Source-Bereich und der Kanalbereich so in der Halbleiterschicht angeordnet sind, dass sie sich auf gegenüberliegenden Seiten des vertikalen Abschnitts des Drift-Bereichs befinden.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drift-Bereich vertikale Abschnitte aufweist, die sich in der Halbleiterschicht von gegenüberliegenden Seiten der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht vertikal erstrecken, und wobei der mindestens eine Kanalbereich Kanalbereiche aufweist, die in der Halbleiterschicht zwischen den vertikalen Abschnitten des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet sind.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kanalbereich ein Teil des Wannenbereichs ist.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Graben eine Vielzahl von Gräben aufweist, die in der Halbleitervorrichtung parallel entlang der einen Richtung angeordnet sind, wobei die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten aufweist, die in der Vielzahl von Gräben angeordnet sind, wobei sich der Wannenbereich und der Source-Bereich über die Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten erstrecken, und wobei der mindestens eine Kanalbereich eine Vielzahl von Kanalbereichen aufweist, die in der Halbleiterschicht einer Seite der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten angeordnet sind.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Source-Bereich einen Source-Kontaktbereich aufweist, der mit einer Source-Elektrodenschicht außerhalb eines Endes der Vielzahl von Gate-Elektrodenschicht verbunden ist.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Drift-Bereich vertikale Abschnitte aufweist, die sich in der Halbleiterschicht zwischen der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten erstrecken, und wobei die Kanalbereiche in der Halbleiterschicht zwischen den vertikalen Abschnitt des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet sind.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Graben eine Vielzahl von Gräben aufweist, die in Reihe entlang der einen Richtung beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht eine Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten aufweist, die in der Vielzahl von Gräben angeordnet sind, und wobei der Wannenbereich und der Source-Bereich mindestens in der Halbleiterschicht zwischen der Vielzahl von Gräben angeordnet sind.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Drain-Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht unter dem Driftbereich, wobei eine Dotierungskonzentration des Drain-Bereichs höher als eine Dotierungskonzentration des Drift-Bereichs ist.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung mit: einer Halbleiterschicht aus Siliziumkarbid (SiC); einer Vielzahl von Gräben, der sich parallel in eine Richtung erstrecken und von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus in die Halbleiterschicht vertieft sind; einer Gate-Isolierschicht, die auf zumindest Innenwänden der Gräben ausgebildet ist; einer Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten, die auf der Gate-Isolierschicht und in der Vielzahl von Gräben angeordnet sind; einem Drift-Bereich, der eine Vielzahl von vertikalen Abschnitten aufweist, die in der Halbleiterschicht zwischen der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten angeordnet sind, und der einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; einem Wannenbereich, der so in der Halbleiterschicht angeordnet ist, dass er tiefer als die Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten ist, um mit der Vielzahl von vertikalen Abschnitten in Kontakt zu stehen und untere Flächen der Vielzahl von Gate-Elektrodenschicht an entgegengesetzten Ende der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten zu umgeben, und der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; einem Source-Bereich, der in dem Wannenbereich angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und einer Vielzahl von Kanalbereichen, die in der Halbleiterschicht von gegenüberliegenden Seiten der Vielzahl von Gate-Elektrodenschichten zwischen der Vielzahl von vertikalen Abschnitten des Drift-Bereichs und dem Source-Bereich angeordnet sind, und die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Drift-Bereichs von einem ersten Leitfähigkeitstyp in einer Halbleiterschicht aus Siliziumkarbid (SiC); Bilden eines Wannenbereichs, der in Kontakt mit mindestens einem Teil des Drift-Bereichs ist und einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; Bilden eines Source-Bereichs vom ersten Leitfähigkeitstyp im Wannenbereich; Bilden mindestens eines Kanalbereichs vom zweiten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich; Bilden mindestens eines Grabens, so dass dieser flacher als der Wannenbereich ist, um von einer Oberfläche der Halbleiterschicht aus in die Halbleiterschicht vertieft zu sein und sich in einer Richtung über den Drift-Bereich erstreckt; Bilden einer Gate-Isolierschicht auf zumindest einer Innenwand des mindestens einen Grabens; und Bilden mindestens einer Gate-Elektrodenschicht auf der Gate-Isolierschicht und in dem mindestens einen Graben; wobei der Wannenbereich so in der Halbleiterschicht ausgebildet ist, dass er tiefer als die mindestens eine Gate-Elektrodenschicht ist, um eine untere Fläche der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht an einem Ende der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zu umgeben, und wobei der Kanalbereich in der Halbleiterschicht einer Seite der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht zwischen dem Drift-Bereich und dem Source-Bereich ausgebildet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei des Bilden des Source-Bereichs umfasst: Bilden eines Source-Kontaktbereichs, der mit einer Source-Elektrodenschicht außerhalb des einen Endes der mindestens einen Gate-Elektrodenschicht verbunden ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Bilden eines Wannenbereichs, der sich durch den Source-Bereich von dem Wannenbereich aus erstreckt, mit der Source-Elektrodenschicht verbunden ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, im Source-Kontaktbereich, wobei eine Dotierungskonzentration des Wannenkontaktbereichs höher als eine Dotierungskonzentration des Wannenbereichs ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bilden des Wannenbereichs durch Implantieren von Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterschicht durchgeführt wird, und wobei das Bilden des Source-Bereichs durch Implantieren von Verunreinigungen des ersten Leitfähigkeitstyp in den Wannenbereich durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem der Drift-Bereich auf einem Drain-Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, und wobei eine Dotierungskonzentration des Drain-Bereichs höher als eine Dotierungskonzentration des Drift-Bereichs ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Drain-Bereich mit einem Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, und wobei der Drift-Bereich mit einer Epitaxialschicht auf dem Substrat ausgebildet ist.
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