DE112005000441B4 - Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
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Abstract
Ein Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats. Das Halbleiterbauteil weist eine Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht auf, die auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet wird und mit einer ersten Leitfähigkeit, die die gleiche Leitfähigkeit ist wie die des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats, und eine Dotierungsregion ist ausgebildet, indem ein Bereich der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht mit einer Dotierung mit einer zweiten Leitfähigkeit dotiert wird, wobei die Dotierungsregion ein Profil derart hat, dass es in einem Bereich nahe der Oberfläche davon eine relativ geringe Konzentration der Dotierung mit der zweiten Leitfähigkeit hat und ein tiefer Bereich davon eine relativ hohe Konzentration der Dotierung mit der zweiten Leitfähigkeit hat.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats und ein Herstellungsverfahren für das Halbleiterbauteil.
- STAND DER TECHNIK
- Bei einem doppelt-diffundierten MOS (DMOS) FET (Feldeffekttransistor) unter Verwendung eines Siliziumkarbid (SiC)-Halbleitersubstrats wird eine SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typ
n- auf einer Oberfläche eines SiC-Halbleitersubstrats vom Typn+ ausgebildet. Eine Dotierungsregion (impurity region) vom Typp wird in einem Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typn- ausgebildet, und eine Dotierungsregion vom Typn+ mit einer ringförmigen Form, die man in der Draufsicht erkennt, wird in der Dotierungsregion vom Typp ausgebildet. -
7 ist eine Darstellung, die ein Dotierungsprofil in der Dotierungsregion vom Typp bei einem doppelt-diffundierten MOSFET gemäß dem Stand der Technik zeigt. Bei dem doppelt-diffundierten MOSFET gemäß dem Stand der Technik hat die Dotierungsregion vom Typp ein sog. Kastenprofil. Das heißt, das Profil in der Dotierungsregion vom Typp bei dem doppelt-diffundierten MOSFET gemäß dem Stand der Technik wird derart beeinflusst, dass sich eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Beimengung bzw. Dotierung unabhängig von der Tiefe von der Oberfläche von der Dotierungsregion vom Typp ergibt. - Die Dotierungsregion vom Typ
p , die ein solches Kastenprofil hat, wird ausgebildet, indem eine Dotierung von Typp in den Oberflächenbereich von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typn- mittels einer Ionenimplantation mit mehreren Schritten implantiert wird. Eine Ionenimplantation, die mit einer konstanten Implantationsenergie (Ionenimplantation in einem Schritt) durchgeführt wird, führt zu einer von der Tiefe abhängigen Verteilung der Dotierung ungefähr gemäß einer Gauß-Verteilung (wie es mittels der Linien mit zwei Punkten und Strich in der7 angedeutet ist). Daher, indem eine Ionenimplantation mit drei verschiedenen Pegeln der Implantationsenergie (Ionenimplantation mit drei Schritten) durchgeführt wird, wird es beispielsweise möglich, dass ein Bereich nahe der Oberfläche von der Dotierungsregion vom Typp und ein tiefster Bereich von der Dotierungsregion vom Typp (an einer Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typp und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typn- ) im Wesentlichen dieselbe Konzentration der Dotierung haben. - Wenn der tiefe Bereich der Dotierungsregion vom Typ
p eine geringere Konzentration der Dotierung hat, ist es wahrscheinlich, dass sich eine Verarmungsschicht in die Dotierungsregion vom Typp von der Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typp und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typn- ausdehnt, so dass ein Durchschlag bzw. Durchgriff (punch-through) wahrscheinlich auftritt. Daher wird eine Durchbruchsspannung des doppelt-diffundierten MOSFET gemäß dem Stand der Technik ausreichend erhöht, indem die Konzentration der Dotierung von der Dotierungsregion vom Typp auf einen hohen Pegel in der Größe von 1017 bis 1018/cm3 gesetzt wird. Jedoch, dort wo die Dotierungsregion vom Typp eine hohe Konzentration der Dotierung hat, werden Träger, die sich in der Kanalregion bewegen, wahrscheinlich gestreut. Dies führt in nachteilhafter Weise zu einer Reduzierung der Mobilität bzw. Beweglichkeit der Träger in dem Kanal (erhöht den Einschaltwiderstand). - Der Stand der Technik beinhaltet ferner die folgenden Dokumente:
DE 196 40 561 A1 ,US 2003/0020136 A1 EP 0 748 520 B1 ,US 6 639 273 B1 undUS 6 573 534 B1 sowie die japanischen nicht-geprüften PatentveröffentlichungenJP 10-308510 A JP 11-261061 A - OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauteil bereitzustellen, das eine Struktur hat, die sowohl eine größere Durchbruchsspannung zur Unterdrückung des Durchschlags und zur gleichen Zeit eine verbesserte Beweglichkeit der Träger in einem Kanal sicherstellt, und ein Herstellungsverfahren für das Halbleiterbauteil bereitzustellen.
- Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Halbleiterbauteil gemäß Anspruch 1 und durch ein Halbleiterbauteilherstellungsverfahren gemäß Anspruch 4.
- Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil ist ein Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats. Das Halbleiterbauteil weist eine Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht auf, die auf einer Oberfläche von dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat ausgebildet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp hat, der der gleiche Leitfähigkeitstyp ist wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats, und eine Dotierungsregion, die ausgebildet ist, indem ein Oberflächenbereich von der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht mit einer Beimengung bzw. Dotierung mit eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert wird, wobei die Dotierungsregion ein derartiges Profil hat, dass ein Bereich nahe der Oberfläche davon eine relativ geringe Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp und ein tiefer Bereich davon eine relativ hohe Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp hat.
- Bei dieser Ausführung hat der tiefe Bereich der Dotierungsregion eine höhere Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, so dass eine Verarmungsschicht daran gehindert wird, sich in die Dotierungsregion von einer Grenze zwischen der Dotierungsregion und der darunter liegenden Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht auszudehnen. Andererseits hat der Bereich nahe der Oberfläche eine solche Konzentration der Dotierung, so dass Träger, die sich in einer Kanalregion bewegen, die in einem Oberflächenbereich der Dotierungsregion ausgebildet ist, mit geringerer Wahrscheinlichkeit gestreut werden. Daher kann die Beweglichkeit der Träger in dem Kanal hoch gehalten werden. Dies ermöglicht es, zur gleichen Zeit sowohl eine hohe Durchbruchspannung zur Unterdrückung des Durchschlags und eine verbesserte Beweglichkeit der Träger in dem Kanal sicherzustellen.
- Das Profil der Dotierungsregion ist derart, dass in einem Bereich der Dotierungsregion, der dem tiefsten Bereich nahe ist (angrenzend an die Grenze zwischen der Dotierungsregion und der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht), eine hohe Spitze der Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in der Größe von nicht weniger als 1018/cm3 und dass die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp stetig und sanft von der Spitze des Pegels der Konzentration in dem Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, in Richtung des Bereichs der Dotierungsregion nahe der Oberfläche abnimmt, in dem die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp nicht größer ist als 5 × 1015/cm3.
- Eine Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in einem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion ist so beeinflusst, dass sie niedriger ist als eine Konzentration der Dotierung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht. Damit ist die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in dem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion geringer als die Konzentration der Dotierung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht, so dass eine Ansammlungs-MOSFET-Struktur bereitgestellt wird, bei der der erste Leitfähigkeitstyp in dem Oberflächenbereich (Kanalregion) der Dotierungsregion auftritt und die Kanalregion mit dem ersten Leitfähigkeitstyp als eine Ansammlungsschicht dient. Daher wird eine Schwellwertspannung (threshold voltage) reduziert und die Beweglichkeit der Träger in dem Kanal wird weiter verbessert.
- Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteilherstellungsverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats. Die Methode weist die folgenden Schritte auf: Bilden einer Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats hat, wobei der erste Leitfähigkeitstyp derselbe Leitfähigkeitstyp ist wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats; und Dotieren eines Oberflächenbereichs der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht mit einer Dotierung mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, um eine Dotierungsregion zu bilden, die ein Profil derart hat, dass ein Bereich nahe der Oberfläche davon eine relativ geringe Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp hat und dass ein tiefer Bereich davon eine relativ hohe Konzentration der Dotierung mit den zweiten Leitfähigkeitstyp hat.
- Die Konzentration der Dotierung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp ist in der SiC-Halbleiterepitaxialschicht im Wesentlichen konstant.
- Das oben beschriebene Halbleiterbauteil kann mittels dieses Verfahrens hergestellt werden.
- Die Dotierungsregion, die ein solches Profil hat, bei dem die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in einem Bereich nahe der Oberfläche davon relativ gering ist und in einem tiefen Bereich davon relativ hoch ist, wird ausgebildet, indem der Bereich der Oberfläche von der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht mit der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp durch eine Ionenimplantation in einem Schritt dotiert wird.
- Bei dem Schritt des Bildens der Dotierungsregion wird die Dotierungsregion so ausgebildet, dass sie ein Profil derart hat, dass eine Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in einem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche davon geringer ist als eine Konzentration der Dotierung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht. Demnach kann das Halbleiterbauteil hergestellt werden, indem die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in dem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion so beeinflusst wird, dass sie niedriger ist als die Konzentration der Dotierung mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht.
- Das zuvor beschriebene und weitere Aufgaben, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden besser offensichtlich durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
- Figurenliste
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-
1 ist ein Querschnitt, der schematisch einen Aufbau von einem Halbleiterbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von einer Dotierungsregion vom Typp von dem Halbleiterbauteil zeigt; -
3 ist ein Querschnitt, der schematisch einen Aufbau von einem Ansammlungs-MOSFET zeigt; -
4 ist ein Querschnitt, der schematisch den Aufbau von einem Halbleiterbauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; -
5 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von einer Dotierungsregion vom Typp von dem Halbleiterbauteil gemäß der4 zeigt; -
6 ist ein Graph, der die Charakteristik des Gates von dem Halbleiterbauteil gemäß der4 zeigt; und -
7 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von einer Dotierungsregion vom Typp von einem doppelt-diffundierten MOSFET gemäß dem Stand der Technik zeigt. - BESTE ART ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
-
1 ist ein Querschnitt, der schematisch einen Aufbau von einem Halbleiterbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Halbleiterbauteil ist ein doppelt-diffundierter MOSFET und verwendet ein SiC-Halbleitersubstrat 1 vom Typn+ als ein Halbleitersubstrat. - Eine SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ
n- mit einer geringeren Konzentration der Dotierung als bei dem SiC-Halbleitersubstrat 1 vom Typn+ ist auf der Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats 1 vom Typn+ ausgebildet. Eine Dotierungsregion3 vom Typp mit einer rechteckigen Form, die man in der Draufsicht erkennt, zum Beispiel, wird in einem Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typn- ausgebildet. Des Weiteren wird eine Dotierungsregion4 vom Typn+ in der Form eines rechteckigen Rahmens, die man in der Draufsicht erkennt, in der Dotierungsregion3 vom Typp ausgebildet, und zwar in geeignet beabstandeter Beziehung zu den peripheren Kanten der Dotierungsregion3 vom Typp . Die Dotierungsregion3 vom Typp hat eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm von einer Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typn- . Die Dotierungsregion4 vom Typn+ hat eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typn- . Ein Bereich der Dotierungsregion3 vom Typp , der sich unterhalb der Dotierungsregion4 vom Typn+ befindet, hat eine Stärke von zumindest 0,2 bis 0,3 µm. - Gate-Oxidfilme bzw. Gate-Oxidschichten
5a ,5b und Gate-Elektroden6a ,6b sind in der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typn- ausgebildet. Die Gate-Oxidschichten5a ,5b sind jeweils linear entlang einer von den peripheren Kanten von der Dotierungsregion3 vom Typp (Dotierungsregion4 vom Typn+ ) angeordnet und bilden ein Gebiet zwischen einem äußeren peripheren Bereich von der Dotierungsregion4 vom Typn+ und dem Außenbereich der Dotierungsregion3 vom Typp . Die Gate-Oxidschichten5a ,5b bedecken jeweils einen Teil der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typn- zwischen dem Bereich der äußeren peripheren Kante der Dotierungsregion4 vom Typn+ und dem Außenbereich der Dotierungsregion3 vom Typp . Die Gate-Elektroden6a ,6b sind entsprechend auf den Gate-Oxidschichten5a ,5b angeordnet. - Ein zwischen den Schichten befindlicher Isolationsfilm bzw. eine Isolationsschicht
7 (Zwischenschicht-Isolationsschicht) ist über den Gate-Elektroden6a ,6b angeordnet. Eine Source-Elektrode8 mit, beispielsweise, einer rechteckigen Form, die man in der Draufsicht erkennt, ist über der Zwischenschicht-Isolationsschicht7 angeordnet. Die Source-Elektrode8 ist mit einer Kontaktregion der Source verbunden, die einen inneren peripheren Bereich der Dotierungsregion4 vom Typn+ und eine Dotierungsregion3 vom Typp einschließt, die von der Dotierungsregion4 vom Typn+ durch ein Kontaktloch71 , das in der Zwischenschicht-Isolationsschicht7 gebildet ist, umgeben ist. - Eine Drain-Elektrode
9 ist an einer Rückseite des SiC-Halbleitersubstrats 1 vom Typn+ (gegenüber von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typn- ) zum Abdecken der gesamten rückseitigen Oberfläche ausgebildet. -
2 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil der Dotierungsregion3 vom Typp zeigt. Die Dotierungsregion3 vom Typp wird gebildet, indem die SiC-Halbleiterepitaxialschicht2 vom Typn- auf der Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats 1 vom Typn+ durch epitaxiales Wachstum gebildet wird und dann, beispielsweise, Ionen von Aluminium (Al) als die Dotierung vom Typp in den Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht2 vom Typn- mit einer Implantationsenergie von 400 keV (konstant) implantiert werden. Das heißt, das Bilden der Dotierungsregion3 vom Typp wird mittels einer Ionenimplantation in einem Schritt mit einer Implantationsenergie von 400 keV erreicht. - Die Dotierungsregion
3 vom Typp , die so gebildet wurde, hat ein Dotierungsprofil derart, dass in einem Bereich davon, der dem tiefsten Bereich nahe ist (angrenzend an eine Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typp und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht2 vom Typn- ), die in einer Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm gegeben ist, einen hohen Spitzenwert der Konzentration der Dotierung vom Typp in der Größe von nicht weniger als 1018/cm3 hat und die Konzentration der Dotierung vom Typp gleichmäßig und sanft von dem Pegel der höchsten Konzentration in dem Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, in Richtung des Bereichs nahe der Oberfläche abnimmt, in dem die Konzentration der Dotierung vom Typp nicht größer ist als 5 x 1015/cm3, weil die Beimengung bzw. die Dotierung, die in die SiC-Halbleiterepitaxialschicht2 vom Typn- eingebracht wurde, teilweise mit den SiC-Kristallen kollidiert und zurückreflektiert wird. - Da die Konzentration der Dotierung in einem tiefen Bereich der Dotierungsregion
3 vom Typp hoch ist, wird eine Verarmungsschicht daran gehindert, sich in die Dotierungsregion3 vom Typp von der Grenze zwischen der Dotierungsregion3 vom Typp und der darunter liegenden SiC-Halbleiterepitaxialschicht2 vom Typn- auszudehnen. Andererseits ist die Konzentration der Dotierung in dem Bereich nahe der Oberfläche von der Dotierungsregion3 vom Typp gering, so dass Träger, die sich in einer Kanalregion bewegen, die in einem Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion3 vom Typp gebildet ist, mit geringerer Wahrscheinlichkeit gestreut werden. Dadurch kann die Beweglichkeit der Träger in dem Kanal hoch gehalten werden. Dadurch stellt die doppelt-diffundierte MOSFET-Struktur zur gleichen Zeit sowohl eine große Durchbruchspannung zur Unterdrückung eines Durchschlags und eine verbesserte Beweglichkeit der Träger in dem Kanal sicher. - Dort, wo eine Konzentration der Dotierung vom Typ
p in einem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion3 vom Typp geringer ist als die Konzentration der Dotierung vom Typn von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht2 vom Typn- (zum Beispiel 1015/cm3), kann eine Ansammlungs-MOSFET-Struktur bereitgestellt werden, bei der ein Leitfähigkeitstyp vom Typn- auftritt, wie es in der3 gezeigt ist, und zwar in dem Bereich der Oberfläche (Kanalregion) von der Dotierungsregion3 vom Typp , und die Kanalregion vom Typn- dient als eine Ansammlungsschicht31 . Dadurch wird die Beweglichkeit der Träger in dem Kanal weiter verbessert. -
4 ist ein Querschnitt, der schematisch den Aufbau von einem Halbleiterbauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Halbleiterbauteil ist ein Ansammlungs-MOSFET und verwendet ein SiC-Halbleitersubstrat11 vom Typn+ als ein Halbleitersubstrat. - Eine SiC-Halbleiterepitaxialschicht
12 vom Typn- mit einer geringeren Konzentration der Dotierung als bei dem SiC-Halbleitersubstrat 11 vom Typn+ wird auf einer Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats11 vom Typn+ ausgebildet. Eine Dotierungsregion13 vom Typp wird in einem Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- ausgebildet. Des Weiteren wird eine Source-Region14 vom Typn+ und eine Drain-Region15 vom Typn+ in einem Bereich der Oberfläche von der Dotierungsregion13 vom Typp in geeignet beabstandeter Beziehung zueinander angeordnet. Eine Ansammlungsschicht16 vom Typn wird in einer Kanalregion zwischen der Source-Region14 vom Typn+ und der Drain-Region15 vom Typn+ bereitgestellt. - Die Dotierungsregion
13 vom Typp hat eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm von einer Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- . Die Source-Region14 vom Typ n+ und die Drain-Region15 vom Typ n+ haben jeweils eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- . Die Ansammlungsschicht16 vom Typn hat eine Tiefe von 0,05 bis 0,1 µm von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- . - Eine Source-Elektrode
17 und eine Drain-Elektrode18 sind entsprechend auf der Source-Region14 vom Typn+ und der Drain-Region15 vom Typn+ ausgebildet. Eine Gate-Oxidschicht19 ist auf einem Bereich der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- zwischen der Source-Elektrode17 und der Drain-Elektrode18 ausgebildet, und eine Gate-Elektrode20 ist auf der Gate-Oxidschicht19 ausgebildet. -
5 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von der Dotierungsregion13 vom Typp zeigt. Die Dotierungsregion13 vom Typp wird ausgebildet, indem die SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- auf der Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats11 vom Typ n+ mittels epitaxialem Wachstum gebildet wird und dann, beispielsweise, Ionen von Aluminium (Al) als die Dotierung vom Typp in den Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- mit einer Implantationsenergie von 400 keV (konstant) implantiert werden. Das heißt, die Bildung der Dotierungsregion13 vom Typp wird mittels einer Ionenimplantation in einem Schritt mit einer Implantationsenergie von 400 keV erreicht. - Dort, wo die Dotierungsregion
13 vom Typp derart ausgebildet ist, dass sie eine Tiefe von ungefähr 0,7 µm (7000 Ä) von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- hat, hat die Dotierungsregion13 vom Typp ein Dotierungsprofil derart, dass ein Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist (angrenzend an eine Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typp und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- ), eine hohe Spitze der Konzentration (Atomdichte) der Dotierung vom Typp in der Größe von nicht weniger als 1018/cm3 hat und die Konzentration der Dotierung vom Typp stetig und sanft von der Spitze des Pegels der Konzentration in dem Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, in Richtung der Oberfläche abnimmt, weil die Dotierung, die in die SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- eingebracht wurde, teilweise mit den SiC-Kristallen kollidiert und zurückreflektiert wird. Die Konzentration der Dotierung vom Typp in einem Bereich nahe der Oberfläche ist nicht größer als ein Hundertstel der Spitze der Konzentration der Dotierung vom Typp , insbesondere nicht größer als 5 x 1015/cm3. Gemäß dem Dotierungsprofil ändert sich die Konzentration der Dotierung vom Typp stark in einem Bereich, der tiefer ist als der Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist und der die Spitze der Konzentration der Dotierung hat, und ändert sich viel sanfter in einem Bereich zwischen dem Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, und der Oberfläche, als in dem Bereich, der tiefer ist als der Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist. - Da die Konzentration (Atomdichte) der Dotierung vom Typ
n in der SiC-Halbleiterepitaxialschicht12 vom Typn- im Wesentlichen konstant in der Größe von 1015/cm3 liegt, ist die Konzentration der Dotierung vom Typp in dem Bereich der Oberfläche (Kanalregion) der Dotierungsregion13 vom Typp geringer als die Konzentration der Dotierung vom Typ n. Im Ergebnis tritt eine Leitfähigkeitstyp vom Typn in dem Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion13 vom Typp auf, um die Ansammlungsschicht16 vom Typn zu bilden. - Dort, wo der verdeckte Kanal durch epitaxiales Wachstum gebildet wird, sollte das epitaxiale Wachstum in einer anfänglichen Stufe gestoppt werden, um eine dünne Schicht vom Typ
n mit einer Stärke von ungefähr 0,1 bis 0,2 µm auszubilden. Es ist jedoch schwierig, die Konzentration der Dotierung und eine Tiefe bei der anfänglichen Stufe des epitaxialen Wachstums genau zu beeinflussen. Daher ist es unmöglich, die Konzentration der Dotierung und die Tiefe von dem verdeckten Kanal wie gewünscht zu beeinflussen, was ein Problem darstellt, dass ein Ansammlungs-MOSFET wahrscheinlich von der Bauart ist, die üblicherweise AN (normally ON) ist. - Bei der Ionenimplantation ist es möglich, die Tiefe des verdeckten Kanals genau zu beeinflussen. Die Dotierung vom Typ
n wird jedoch mit einer hohen Konzentration implantiert, um die Leitfähigkeitstyp vom Typp von der Dotierungsregion vom Typp aufzuheben, so dass der verdeckte Kanal eine hohe Konzentration der Dotierung hat. Dies führt zu dem Problem, dass die Konzentration der Dotierung von dem verdeckten Kanal nicht wie gewünscht beeinflusst werden kann, weil eine Geschwindigkeit bzw. Rate der Aktivierung der Dotierung beim Einbrennen nach der Ionenimplantation nicht stabil ist. Der verdeckte Kanal mit einer hohen Konzentration der Dotierung leidet zudem an einem Problem, dass die Träger für die Coulomb-Streuung empfänglich sind und die Beweglichkeit der Träger in dem Kanal dadurch niedriger ist. - Im Gegensatz dazu ist das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel (einschließlich des Bildens der Ansammlungsschicht
16 vom Typ n) von dem Problem nicht betroffen, auf das man trifft, wenn der verdeckte Kanal durch epitaxiales Wachstum gebildet wird. Des Weiteren hat die Ansammlungsschicht16 vom Typn eine niedrige Konzentration der Dotierung, so dass der Ansammlungs-MOSFET derart gefertigt wird, dass er eine Charakteristik wie gewünscht derart hat, dass er normalerweise AUS ist (normally OFF), ohne dass die Geschwindigkeit der Aktivierung beim Einbrennen einen Einfluss hat. Des Weiteren hat die Ansammlungsschicht16 vom Typn eine große Beweglichkeit der Träger bei einem geringeren Grad von Coulomb-Streuung der Träger. - Obwohl zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung damit beschrieben wurden, kann die Erfindung auch in anderer Weise ausgeführt werden. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das SiC-Halbleitersubstrat vom Typ
n lediglich als Beispiel verwendet worden, aber das Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur kann im Wesentlichen auf die gleiche Art und Weise hergestellt werden selbst zum Beispiel unter Verwendung eines SiC-Halbleitersubstrats vom Typp . Es ist auch möglich, ein Halbleiterbauteil mit einer CMOS-Struktur zu fertigen.
Claims (5)
- Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (1;11), wobei das Bauteil aufweist: eine Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12), die auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (1;11) angeordnet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp (n) besitzt, der der gleiche Leitfähigkeitstyp (n) ist, wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (2;12), wobei die Dotierungskonzentration von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12) im Wesentlichen konstant ist; und eine Dotierungsregion (3;13), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist und gebildet ist, indem ein Bereich der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12) mit der Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) durch Ionen-Implantation in einem Schritt dotiert ist, wobei die Dotierungsregion (13) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) ein Profil derart hat, dass - ein Bereich nahe der Oberfläche davon eine relativ geringe Konzentration, die nicht größer ist als 5*1015/cm3, der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) hat und - dass ein tiefer Bereich davon eine relativ hohe Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) hat, wobei das Profil nahe einem tiefsten Bereich, der eine Grenze zwischen der Dotierungsregion (3;13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, und der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12) bildet, eine Konzentrationsspitze in einer Größe von nicht weniger als 1018/cm3 aufweist, wobei sich die Konzentration der Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) in einem Bereich, der tiefer ist als der Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, stark ändert und wobei sich die Konzentration der Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) ausgehend von dem Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, zu einer Oberfläche der Dotierungsregion (3;13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist (p), stetig und viel sanfter ändert, - wobei die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in einem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion (3;13) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) so beeinflusst ist, dass sie niedriger ist als die Konzentration der Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps (n) in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12), die somit einen Bereich (31;16) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp (n) innerhalb des Bereichs mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) bildet, wodurch eine Ansammlungs-MOSFET-Struktur bereitgestellt ist, in der der Bereich (31;16) des ersten Leitfähigkeitstyps (n) als Ansammlungsschicht dient.
- Halbleiterbauteil nach
Anspruch 1 , wobei die Dotierungsregion (3;13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, in Draufsicht eine rechteckige Form aufweist. - Halbleiterbauteil nach
Anspruch 2 , wobei eine Dotierungsregion (4; 14, 15) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp (n) in der Dotierungsregion (3;13) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) beabstandet von einer peripheren Kante der Dotierungsregion (3;13) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) gebildet ist. - Halbleiterbauteilherstellungsverfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (1;11), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bilden einer Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12), die einen ersten Leitfähigkeitstyp (n) hat, auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (1;11), wobei der erste Leitfähigkeitstyp (n) der gleiche Leitfähigkeitstyp ist wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (1;11), und wobei die Dotierungskonzentration von dem ersten Leitfähigkeitstyp (n) in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2; 12) im Wesentlichen konstant ist; und Dotieren eines Oberflächenbereichs der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12) mit einer Dotierung mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) durch Ionen-Implantation in einem Schritt, um eine Dotierungsregion (3;13) zu bilden, die ein Profil derart hat, - dass ein Bereich nahe der Oberfläche davon eine relativ geringe Konzentration, die nicht größer ist als 5*1015/cm3, der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) hat und - dass ein tiefer Bereich davon eine relativ hohe Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) hat, wobei das Profil nahe einem tiefsten Bereich, der eine Grenze zwischen der Dotierungsregion (3;13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, und der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12) bildet, eine Konzentrationsspitze in einer Größe von nicht weniger als 1018/cm3 aufweist, wobei sich die Konzentration der Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) in einem Bereich, der tiefer ist als der Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, stark ändert, und wobei sich die Konzentration der Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) ausgehend von dem Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist, zu einer Oberfläche der Dotierungsregion (3;13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, stetig und viel sanfter ändert, und wobei die Konzentration der Dotierung mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) in einem am weitesten außen liegenden Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion (3;13) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) so beeinflusst wird, dass sie niedriger wird als die Konzentration der Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps (n) in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (2;12), die somit einen Bereich (31;16) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp (n) innerhalb des Bereichs mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) bildet, wodurch eine Ansammlungs-MOSFET-Struktur bereitgestellt wird, in der der Bereich (31;16) des ersten Leitfähigkeitstyps (n) als Ansammlungsschicht dient.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist, in der Dotierungsregion (3) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) mit einer Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps (n) zu dotieren, um eine weitere Dotierungsregion (4) zu bilden, wobei die weitere Dotierungsregion (4) von Umfangskanten der Dotierungsregion (3) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) beabstandet ist.
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