DE112005003893B3

DE112005003893B3 - Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE112005003893B3
Application number: DE112005003893.9T
Authority: DE
Inventors: Mineo Miura
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2025-02-26
Also published as: US20070145377A1; KR20060120070A; CN102637740B; US7622741B2; JPWO2005083796A1; CN1906767B; DE112005000441T5; JP5184779B2; DE112005000441B4; CN102637740A; WO2005083796A1; CN1906767A

Abstract

Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11), wobei das Bauteil aufweist:eine Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12), die auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11) angeordnet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp (n) besitzt, der der gleiche Leitfähigkeitstyp (n) ist, wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (12), wobei die Dotierungskonzentration von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) im Wesentlichen konstant ist; undeine Dotierungsregion (13), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist und gebildet ist, indem ein Bereich der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (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 (13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, und der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) bildet, eine Konzentrationsspitze in einer Größe von nicht weniger als 1018/cm3aufweist, 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 (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 (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 (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,wobei die Dotierungsregion (13) ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm hat, undwobei eine Source-Region des ersten Leitfähigkeitstyps (n) und eine Drain-Region des ersten Leitfähigkeitstyps (n) beabstandet voneinander in einem Oberflächenbereich der Dotierungsregion (13) vorgesehen sind, und wobei die Source-Region und die Drain-Region ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) jeweils eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm haben.

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 Typ n⁺ ausgebildet. Eine Dotierungsregion (impurity region) vom Typ p wird in einem Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typ n^- ausgebildet, und eine Dotierungsregion vom Typ n⁺ mit einer ringförmigen Form, die man in der Draufsicht erkennt, wird in der Dotierungsregion vom Typ p ausgebildet.
7 ist eine Darstellung, die ein Dotierungsprofil in der Dotierungsregion vom Typ p 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 Typ p ein sog. Kastenprofil. Das heißt, das Profil in der Dotierungsregion vom Typ p 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 Typ p ergibt.
Die Dotierungsregion vom Typ p, die ein solches Kastenprofil hat, wird ausgebildet, indem eine Dotierung von Typ p in den Oberflächenbereich von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typ n^- 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 der 7 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 Typ p und ein tiefster Bereich von der Dotierungsregion vom Typ p (an einer Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typ p und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typ n^-) 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 Typ p von der Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typ p und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typ n^- 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 Typ p auf einen hohen Pegel in der Größe von 10¹⁷ bis 10¹⁸/cm³ gesetzt wird. Jedoch, dort wo die Dotierungsregion vom Typ p 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 und US 6 573 534 B1 sowie die japanischen nicht-geprüften Patentveröffentlichungen JP 10-308510 A und 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 3.
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

1 ist ein Querschnitt, der schematisch einen Aufbau von einem Halbleiterbauteil gemäß einem Beispiel zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von einer Dotierungsregion vom Typ p 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 Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von einer Dotierungsregion vom Typ p von dem Halbleiterbauteil gemäß der 4 zeigt;
6 ist ein Graph, der die Charakteristik des Gates von dem Halbleiterbauteil gemäß der 4 zeigt; und
7 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von einer Dotierungsregion vom Typ p 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 einem Beispiel darstellt. Das Halbleiterbauteil ist ein doppelt-diffundierter MOSFET und verwendet ein SiC-Halbleitersubstrat 1 vom Typ n⁺ als ein Halbleitersubstrat.
Eine SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- mit einer geringeren Konzentration der Dotierung als bei dem SiC-Halbleitersubstrat 1 vom Typ n⁺ ist auf der Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats 1 vom Typ n⁺ ausgebildet. Eine Dotierungsregion 3 vom Typ p mit einer rechteckigen Form, die man in der Draufsicht erkennt, zum Beispiel, wird in einem Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- ausgebildet. Des Weiteren wird eine Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ in der Form eines rechteckigen Rahmens, die man in der Draufsicht erkennt, in der Dotierungsregion 3 vom Typ p ausgebildet, und zwar in geeignet beabstandeter Beziehung zu den peripheren Kanten der Dotierungsregion 3 vom Typ p. Die Dotierungsregion 3 vom Typ p hat eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm von einer Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^-. Die Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ hat eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^-. Ein Bereich der Dotierungsregion 3 vom Typ p, der sich unterhalb der Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ befindet, hat eine Stärke von zumindest 0,2 bis 0,3 µm.
Gate-Oxidfilme bzw. Gate-Oxidschichten 5a, 5b und Gate-Elektroden 6a, 6b sind in der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- ausgebildet. Die Gate-Oxidschichten 5a, 5b sind jeweils linear entlang einer von den peripheren Kanten von der Dotierungsregion 3 vom Typ p (Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺) angeordnet und bilden ein Gebiet zwischen einem äußeren peripheren Bereich von der Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ und dem Außenbereich der Dotierungsregion 3 vom Typ p. Die Gate-Oxidschichten 5a, 5b bedecken jeweils einen Teil der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- zwischen dem Bereich der äußeren peripheren Kante der Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ und dem Außenbereich der Dotierungsregion 3 vom Typ p. Die Gate-Elektroden 6a, 6b sind entsprechend auf den Gate-Oxidschichten 5a, 5b angeordnet.
Ein zwischen den Schichten befindlicher Isolationsfilm bzw. eine Isolationsschicht 7 (Zwischenschicht-Isolationsschicht) ist über den Gate-Elektroden 6a, 6b angeordnet. Eine Source-Elektrode 8 mit, beispielsweise, einer rechteckigen Form, die man in der Draufsicht erkennt, ist über der Zwischenschicht-Isolationsschicht 7 angeordnet. Die Source-Elektrode 8 ist mit einer Kontaktregion der Source verbunden, die einen inneren peripheren Bereich der Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ und eine Dotierungsregion 3 vom Typ p einschließt, die von der Dotierungsregion 4 vom Typ n⁺ durch ein Kontaktloch 71, das in der Zwischenschicht-Isolationsschicht 7 gebildet ist, umgeben ist.
Eine Drain-Elektrode 9 ist an einer Rückseite des SiC-Halbleitersubstrats 1 vom Typ n⁺ (gegenüber von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^-) zum Abdecken der gesamten rückseitigen Oberfläche ausgebildet.
2 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil der Dotierungsregion 3 vom Typ p zeigt. Die Dotierungsregion 3 vom Typ p wird gebildet, indem die SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- auf der Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats 1 vom Typ n⁺ durch epitaxiales Wachstum gebildet wird und dann, beispielsweise, Ionen von Aluminium (Al) als die Dotierung vom Typ p in den Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- mit einer Implantationsenergie von 400 keV (konstant) implantiert werden. Das heißt, das Bilden der Dotierungsregion 3 vom Typ p wird mittels einer Ionenimplantation in einem Schritt mit einer Implantationsenergie von 400 keV erreicht.
Die Dotierungsregion 3 vom Typ p, 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 Typ p und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^-), die in einer Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm gegeben ist, einen hohen Spitzenwert der Konzentration der Dotierung vom Typ p in der Größe von nicht weniger als 10¹⁸/cm³ hat und die Konzentration der Dotierung vom Typ p 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 Typ p nicht größer ist als 5 x 10¹⁵/cm³, weil die Beimengung bzw. die Dotierung, die in die SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- eingebracht wurde, teilweise mit den SiC-Kristallen kollidiert und zurückreflektiert wird.
Da die Konzentration der Dotierung in einem tiefen Bereich der Dotierungsregion 3 vom Typ p hoch ist, wird eine Verarmungsschicht daran gehindert, sich in die Dotierungsregion 3 vom Typ p von der Grenze zwischen der Dotierungsregion 3 vom Typ p und der darunter liegenden SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- auszudehnen. Andererseits ist die Konzentration der Dotierung in dem Bereich nahe der Oberfläche von der Dotierungsregion 3 vom Typ p gering, so dass Träger, die sich in einer Kanalregion bewegen, die in einem Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion 3 vom Typ p 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 Dotierungsregion 3 vom Typ p geringer ist als die Konzentration der Dotierung vom Typ n von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 2 vom Typ n^- (zum Beispiel 10¹⁵/cm³), kann eine Ansammlungs-MOSFET-Struktur bereitgestellt werden, bei der ein Leitfähigkeitstyp vom Typ n^- auftritt, wie es in der 3 gezeigt ist, und zwar in dem Bereich der Oberfläche (Kanalregion) von der Dotierungsregion 3 vom Typ p, und die Kanalregion vom Typ n^- dient als eine Ansammlungsschicht 31. Dadurch wird die Beweglichkeit der Träger in dem Kanal weiter verbessert.
4 ist ein Querschnitt, der schematisch den Aufbau von einem Halbleiterbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Halbleiterbauteil ist ein Ansammlungs-MOSFET und verwendet ein SiC-Halbleitersubstrat 11 vom Typ n⁺ als ein Halbleitersubstrat.
Eine SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- mit einer geringeren Konzentration der Dotierung als bei dem SiC-Halbleitersubstrat 11 vom Typ n⁺ wird auf einer Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats 11 vom Typ n⁺ ausgebildet. Eine Dotierungsregion 13 vom Typ p wird in einem Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- ausgebildet. Des Weiteren wird eine Source-Region 14 vom Typ n⁺ und eine Drain-Region 15 vom Typ n⁺ in einem Bereich der Oberfläche von der Dotierungsregion 13 vom Typ p in geeignet beabstandeter Beziehung zueinander angeordnet. Eine Ansammlungsschicht 16 vom Typ n wird in einer Kanalregion zwischen der Source-Region 14 vom Typ n⁺ und der Drain-Region 15 vom Typ n⁺ bereitgestellt.
Die Dotierungsregion 13 vom Typ p hat eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm von einer Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^-. Die Source-Region 14 vom Typ n⁺ und die Drain-Region 15 vom Typ n⁺ haben jeweils eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^-. Die Ansammlungsschicht 16 vom Typ n hat eine Tiefe von 0,05 bis 0,1 µm von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^-.
Eine Source-Elektrode 17 und eine Drain-Elektrode 18 sind entsprechend auf der Source-Region 14 vom Typ n⁺ und der Drain-Region 15 vom Typ n⁺ ausgebildet. Eine Gate-Oxidschicht 19 ist auf einem Bereich der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- zwischen der Source-Elektrode 17 und der Drain-Elektrode 18 ausgebildet, und eine Gate-Elektrode 20 ist auf der Gate-Oxidschicht 19 ausgebildet.
5 ist ein Diagramm, das ein Dotierungsprofil von der Dotierungsregion 13 vom Typ p zeigt. Die Dotierungsregion 13 vom Typ p wird ausgebildet, indem die SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- auf der Oberfläche des SiC-Halbleitersubstrats 11 vom Typ n⁺ mittels epitaxialem Wachstum gebildet wird und dann, beispielsweise, Ionen von Aluminium (Al) als die Dotierung vom Typ p in den Bereich der Oberfläche von der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- mit einer Implantationsenergie von 400 keV (konstant) implantiert werden. Das heißt, die Bildung der Dotierungsregion 13 vom Typ p wird mittels einer Ionenimplantation in einem Schritt mit einer Implantationsenergie von 400 keV erreicht.
Dort, wo die Dotierungsregion 13 vom Typ p derart ausgebildet ist, dass sie eine Tiefe von ungefähr 0,7 µm (7000 Å) von der Oberfläche der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- hat, hat die Dotierungsregion 13 vom Typ p ein Dotierungsprofil derart, dass ein Bereich, der dem tiefsten Bereich nahe ist (angrenzend an eine Grenze zwischen der Dotierungsregion vom Typ p und der SiC-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^-), eine hohe Spitze der Konzentration (Atomdichte) der Dotierung vom Typ p in der Größe von nicht weniger als 10¹⁸/cm³ hat und die Konzentration der Dotierung vom Typ p 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-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- eingebracht wurde, teilweise mit den SiC-Kristallen kollidiert und zurückreflektiert wird. Die Konzentration der Dotierung vom Typ p in einem Bereich nahe der Oberfläche ist nicht größer als ein Hundertstel der Spitze der Konzentration der Dotierung vom Typ p, insbesondere nicht größer als 5 × 10¹⁵/cm³. Gemäß dem Dotierungsprofil ändert sich die Konzentration der Dotierung vom Typ p 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-Halbleiterepitaxialschicht 12 vom Typ n^- im Wesentlichen konstant in der Größe von 10¹⁶/cm³ liegt, ist die Konzentration der Dotierung vom Typ p in dem Bereich der Oberfläche (Kanalregion) der Dotierungsregion 13 vom Typ p geringer als die Konzentration der Dotierung vom Typ n. Im Ergebnis tritt eine Leitfähigkeitstyp vom Typ n in dem Bereich der Oberfläche der Dotierungsregion 13 vom Typ p auf, um die Ansammlungsschicht 16 vom Typ n zu bilden.
Wie in der 6 gezeigt ist, hat der Ansammlungs-MOSFET mit seiner Ansammlungsschicht 16 vom Typ n, die so gebildet wurde, eine viel bessere Charakteristik als ein MOSFET gemäß dem Stand der Technik, bei dem eine Dotierungsregion vom Typ p so ausgebildet ist, dass sie im Wesentlichen die gleiche Tiefe hat wie die Dotierungsregion 13 vom Typ p in einem Bereich der Oberfläche von einer SiC-Halbleiterepitaxialschicht vom Typ n^-, indem eine Ionenimplantation mit vier verschiedenen Pegeln der Implantationsenergie (Ionenimplantation mit vier Schritten) durchgeführt wird.
Genauer gesagt, der MOSFET gemäß dem Stand der Technik hat eine Schwellwertspannung von ungefähr 8,0 V und eine Beweglichkeit der Träger von ungefähr 18,3 cm²/Vs in dem Kanal. Wenn die Gate-Spannung 15 V beträgt, ist der Drain-Strom ungefähr 19 µA. Im Gegensatz dazu hat der Ansammlungs-MOSFET eine reduzierte Schwellwertspannung in der Größe von 3,3 V. Zusätzlich dazu ist die Schwellwertspannung positiv, so dass der Ansammlungs-MOSFET von einer Bauart ist, die normalerweise AUS ist, was für ein Element zum Schalten von Leistung erforderlich ist. Des Weiteren wird die Beweglichkeit der Träger in einem Kanal auf ungefähr 24 cm²/Vs erhöht. Zusätzlich dazu beträgt der Drain-Strom ungefähr 42 µA, wobei die Drain-Spannung 15 V beträgt, so dass ein Einschaltwiderstand auf die Hälfte reduziert wird im Vergleich zu einem MOSFET gemäß dem Stand der Technik.
Das Bilden eines verdeckten Kanals (buried channel) wie die Ansammlungsschicht 16 vom Typ n kann erzielt werden, indem eine Schicht vom Typ n durch epitaxiales Wachstum gebildet wird, nachdem die Dotierungsregion vom Typ p gebildet wurde (zum Beispiel die eingangs genannte japanische nicht-geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 10-308510). Alternativ dazu kann das Bilden erzielt werden, indem eine Ionenimplantation mit mehreren Schritten durchgeführt wird, um gezielt die Dotierung vom Typ n in die Dotierungsregion vom Typ p nach dem Bilden der Dotierungsregion vom Typ p zu implantieren (zum Beispiel die eingangs genannte japanische nicht-geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-261061).
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 Typ p von der Dotierungsregion vom Typ p 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 Ansammlungsschicht 16 vom Typ n 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 Ansammlungsschicht 16 vom Typ n eine große Beweglichkeit der Träger bei einem geringeren Grad von Coulomb-Streuung der Träger.
Obwohl eine Ausführungsform 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 Typ p. Es ist auch möglich, ein Halbleiterbauteil mit einer CMOS-Struktur zu fertigen.

Claims

Halbleiterbauteil mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11), wobei das Bauteil aufweist: eine Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12), die auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11) angeordnet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp (n) besitzt, der der gleiche Leitfähigkeitstyp (n) ist, wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (12), wobei die Dotierungskonzentration von dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) im Wesentlichen konstant ist; und eine Dotierungsregion (13), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist und gebildet ist, indem ein Bereich der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (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 (13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, und der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (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 (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 (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 (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, wobei die Dotierungsregion (13) ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm hat, und wobei eine Source-Region des ersten Leitfähigkeitstyps (n) und eine Drain-Region des ersten Leitfähigkeitstyps (n) beabstandet voneinander in einem Oberflächenbereich der Dotierungsregion (13) vorgesehen sind, und wobei die Source-Region und die Drain-Region ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) jeweils eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm haben.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, wobei die Ansammlungsschicht (31;16) des ersten Leitfähigkeitstyps (n) in einer Kanalregion zwischen der Source-Region und der Drain-Region vorgesehen ist, und wobei die Ansammlungsschicht (31;16) ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) eine Tiefe von 0,05 bis 0,1 µm hat.
Halbleiterbauteilherstellungsverfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit einer doppelt-diffundierten MOS-Struktur unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bilden einer Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12), die einen ersten Leitfähigkeitstyp (n) hat, auf einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11), wobei der erste Leitfähigkeitstyp (n) der gleiche Leitfähigkeitstyp ist wie der des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats (11), und wobei die Dotierungskonzentration von dem ersten Leitfähigkeitstyp (n) in der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) im Wesentlichen konstant ist; und Dotieren eines Oberflächenbereichs der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) mit einer Dotierung mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp (p) durch Ionen-Implantation in einem Schritt, um eine Dotierungsregion (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 (13), die den zweiten Leitfähigkeitstyp (p) aufweist, und der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (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 (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 (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 (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, wobei die Dotierungsregion (13) ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) eine Tiefe von 0,5 bis 0,7 µm hat, und wobei eine Source-Region des ersten Leitfähigkeitstyps und eine Drain-Region des ersten Leitfähigkeitstyps beabstandet voneinander in einem Oberflächenbereich der Dotierungsregion (13) vorgesehen sind, und wobei die Source-Region und die Drain-Region ausgehend von der Oberfläche der Siliziumkarbid-Halbleiterepitaxialschicht (12) jeweils eine Tiefe von 0,2 bis 0,3 µm haben.