DE102015103067B3 - Halbleitervorrichtung mit trenchgatestrukturen in einem halbleiterkörper mit hexagonalem kristallgitter - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit trenchgatestrukturen in einem halbleiterkörper mit hexagonalem kristallgitter Download PDF

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) umfasst Trenchgatestrukturen (150) in einem Halbleiterkörper (100) mit hexagonalem Kristallgitter. Eine mittlere Oberflächenebene (101x) der ersten Oberfläche (101) ist zu einer <1-100>-Kristallrichtung um einen Versetzungsachswinkel (α) geneigt, wobei ein Absolutwert des Versetzungsachswinkels (α) in einem Bereich von 2 Grad bis 12 Grad ist. Die Trenchgatestrukturen (150) erstrecken sich ausgerichtet längs der <1-100>-Kristallrichtung. Teile des Halbleiterkörpers (100) zwischen benachbarten Trenchgatestrukturen (150) bilden Transistormesas (170). Seitenwände der Transistormesas (170) weichen von einer Normalen zu der mittleren Oberflächenebene (101x) um nicht mehr als 5 Grad ab.

Description

  • HINTERGRUND
  • Leistungshalbleiterschalter halten eine Sperrspannung von einigen hundert Volt bei hohem Nennstrom aus. Typischerweise fließt ein Laststrom durch einen Leistungshalbleiterschalter in einer vertikalen Richtung zwischen den zwei Hauptebenen eines Halbleiterkörpers. Gateelektroden zum Steuern des Laststromes können in Trench- bzw. Grabengatestrukturen gebildet sein, die sich von einer der Hauptebenen in den Halbleiterkörper erstrecken. Andererseits haben Halbleitermaterialien mit einem hexagonalen Kristallgitter, wie Siliziumcarbid und Galliumnitrid, ein zunehmendes Interesse in der Verwendung als Grundmaterial für elektronische Schaltungen.
  • Aus den Druckschriften US 2014/0 014 972 A1 und US 6 133 587 A sind Feldeffekttransistoren in SiC Halbleitermaterial bekannt.
  • Es ist wünschenswert, die Vorrichtungseigenschaften und die Vorrichtungszuverlässigkeit von Halbleitervorrichtungen mit hexagonalem Kristallgitter zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere Ausführungsbeispiele.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung Trenchgatestrukturen in einem Halbleiterkörper mit hexagonalem Kristallgitter. Eine mittlere Oberflächenebene einer ersten Oberfläche ist zu einer <1-100>-Kristallrichtung um einen Versetzungs- bzw. Aus-Achswinkel geneigt, dessen Absolutwert in einem Bereich von 2 Grad bis 12 Grad ist. Die Trenchgatestrukturen erstrecken sich ausgerichtet längs der <1-100>-Kristallrichtung. Teile des Halbleiterkörpers zwischen benachbarten Trenchgatestrukturen bilden Transistormesas. Seitenwände der Transistormesas weichen von einer Normalen zu der mittleren Kristallebene um nicht mehr als 5 Grad ab.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und erläutern zusammen mit der Beschreibung Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1A ist eine schematische Draufsicht eines Oberflächenteils eines Halbleiterkörpers einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei der Halbleiterkörper ein hexagonales Kristallgitter hat und eine Trenchgatestruktur umfasst.
  • 1B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 1A längs einer Linie B-B, die eine Längsachse der Trenchgatestruktur schneidet.
  • 1C ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 1A längs einer Linie C-C durch eine Transistormesa und parallel zu einer Längsachse der Trenchgatestruktur.
  • 1D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 1A längs einer Linie D-D längs der Längsachse der Trenchgatestruktur.
  • 2 zeigt schematisch eine Gitterzelle eines hexagonalen Kristallgitters zum Erläutern von Effekten der Ausführungsbeispiele.
  • 3A ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Kristallorientierungen in der Gitterzelle eines hexagonalen Kristallgitters veranschaulicht, wobei die <0001>-Kristallrichtung bezüglich einer mittleren Oberflächenebene in Richtung der <11-20>-Kristallebenen geneigt ist, um Effekte der Ausführungsbeispiele zu diskutieren.
  • 3B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Halbleiterkörpers einschließlich einer Trenchgatestruktur, wobei eine mittlere Oberflächenebene des Halbleiterkörpers zu der <11-20>-Kristallrichtung geneigt ist.
  • 4A ist eine schematische perspektivische Darstellung, die Kristallorientierungen in einer Gitterzelle eines hexagonalen Kristallgitters veranschaulicht, wobei die <0001>-Kristallrichtung bezüglich einer mittleren Oberflächenebene in Richtung der <1-100>-Kristallebenen geneigt ist, um Effekte der Ausführungsbeispiele zu diskutieren.
  • 4B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles eines Halbleiterkörpers einschließlich einer Trenchgatestruktur, wobei eine mittlere Oberflächenebene des Halbleiterkörpers zu der <1-100>-Kristallrichtung geneigt ist.
  • 4C ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 4B längs einer Linie C-C.
  • 5A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf tiefe Mesakontaktstrukturen bezogen ist.
  • 5B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungteiles von 5A längs einer Linie B-B.
  • 6A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf tiefe Trenchkontaktstrukturen bezogen ist, die sich durch die Trenchgatestrukturen erstrecken.
  • 6B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 6A längs einer Linie B-B.
  • 7A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf Transistor- und Diodenmesas bezogen ist, die sich längs einer Richtung parallel zu Längsachsen der Trenchgatestrukturen abwechseln.
  • 7B ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 7A längs einer Linie B-B senkrecht zu Trenchgatestrukturen.
  • 7C ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 7A längs einer Linie C-C parallel zu den Trenchgatestrukturen und durch Dioden- und Transistormesas.
  • 7D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 7A längs einer Linie D-D parallel zu und durch Trenchgatestrukturen.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Andere Ausführungsbeispiele können verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um noch zu einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen oder ähnliche Elemente mit entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” nächst zu dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. Beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches ist, während ein ”n+”-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsbereich. Dotierte Bereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-dotierte Bereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Die 1A bis 1D beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500, die Transistorzellen TC umfasst. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate) sein oder einen solchen umfassen, beispielsweise ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der üblichen Bedeutung einschließlich FETs mit Metall-Gates sowie FETs mit Nicht-Metall-Gates, ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine MCD (MOS gesteuerte Diode) als Beispiel.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 beruht auf einem Halbleiterkörper 100 aus kristallinem Halbleitermaterial mit einem hexagonalen Kristallgitter, wie Siliziumcarbid (SiC) oder einem geeigneten AIIIBV-Halbleiter, beispielsweise Galliumnitrid (GaN). Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Halbleitermaterial Siliziumcarbid des 4H-Polytyps (4H-SiC).
  • An einer Vorder- bzw. Frontseite hat der Halbleiterkörper 100 eine erste Oberfläche 101, die planar sein kann oder die koplanare Oberflächenabschnitte umfassen kann, wobei die planare erste Oberfläche 101 oder die koplanaren Oberflächenabschnitte mit einer Hauptkristallebene zusammenfallen oder zu der Hauptkristallebene um einen Versetzungsachswinkel α geneigt sein können, dessen Absolutwert wenigstens 2 Grad und höchstens 12 Grad, beispielsweise etwa 4 Grad, sein kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist die erste Oberfläche 101 eine gezackte bzw. gezahnte oder ”gestaffelte” Oberfläche mit parallelen ersten Oberflächenabschnitten 101a, die zueinander verschoben und zu einer mittleren Oberflächenebene 101a geneigt sind, die durch die mittlere Oberfläche der kleinsten Quadrate gegeben sein kann. Zweite Oberflächenabschnitte 101b, die zu den ersten Oberflächenabschnitten geneigt sind, verbinden die ersten Oberflächenabschnitte 101a. Eine Schnittlinie der gezackten ersten Oberfläche 101 ist sägezahnförmig. Auf der Rückseite kann sich eine entgegengesetzte zweite Oberfläche 102 parallel oder geneigt zu der mittleren Oberflächenebene 101x erstrecken oder kann parallele Oberflächenabschnitte parallel zu den ersten und zweiten Oberflächenabschnitten 101a, 101b der ersten Oberfläche 101 aufweisen.
  • Ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche 101 an der Vorderseite und der zweiten Oberfläche 102 an der Rückseite ist bezogen auf eine Nennsperrspannung, für die die Halbleitervorrichtung 500 spezifiziert ist. Typischerweise umfasst der Halbleiterkörper 100 einen ersten vertikalen Teil, der das angelegte elektrische Feld in dem Sperrzustand aufnimmt, wobei die Dicke des ersten Teiles proportional zu der Nennsperrspannung ist und die elektrische Felddurchbruchstärke definiert, während die Dicke von weiteren vertikalen Teilen, beispielsweise einem Substratteil, nicht auf die Nennsperrspannung bezogen ist.
  • Eine Gesamtdicke des Halbleiterkörpers 100 zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 kann in dem Bereich von einigen μm bis einigen hundert μm sein. Die Normale zu der mittleren Oberflächenebene 101x definiert eine vertikale Richtung. Richtungen parallel zu der ersten Oberfläche 101 sind horizontale Richtungen.
  • Die Transistorzellen TC sind längs Trenchgatestrukturen 150 gebildet. Eine longitudinale bzw. Längserstreckung der Trenchgatestrukturen 150 längs einer ersten horizontalen Richtung kann größer sein als eine Breite längs einer zweiten horizontalen Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung. Die Trenchgatestrukturen 150 können lange Streifen sein, die sich von einer Seite eines Transistorzellgebietes zu einer entgegengesetzten Seite erstrecken. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann eine Vielzahl von getrennten Trenchgatestrukturen 150 längs einer Linie angeordnet sein, die sich von einer Seite des Transistorzellgebietes zu der entgegengesetzten Seite erstreckt, oder die Trenchgatestrukturen 150 können ein Gitter bilden, wobei Teile des Halbleiterkörpers 100 in den Maschen des Gitters gebildet sind.
  • Die Trenchgatestrukturen 150 können gleich beabstandet sein, können eine gleiche Breite haben und können ein regelmäßiges Muster bilden, wobei ein Pitch bzw. eine Teilung (Mitte-zu-Mitte) der Trenchgatestrukturen 150 in einem Bereich von 1 μm bis 10 μm, beispielsweise von 2 μm bis 5 μm, sein kann. Eine vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der Trenchgatestrukturen 150 kann in einen Bereich von 0,3 μm bis 5 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,5 μm bis 2 μm, sein.
  • Die Trenchgatestrukturen 150 umfassen eine leitende Gateelektrode 155, die eine stark dotierte polykristalline Siliziumschicht oder eine Metall enthaltende Schicht umfassen oder aus einer solchen bestehen kann. Die Trenchgatestrukturen 150 umfassen weiterhin ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 von dem Halbleiterkörper 100 trennt. Das Gatedielektrikum 151 kann beispielsweise ein Halbleiterdielektrikum umfassen oder aus einem solchen bestehen, beispielsweise thermisch gewachsenes oder aufgetragenes bzw. abgeschiedenes Halbleiteroxid, z. B. Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, beispielsweise aufgetragenes bzw. abgeschiedenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxinitrid, beispielsweise Siliziumoxinitrid, irgendein anderes abgeschiedenes oder aufgetragenes dielektrisches Material oder irgendeine Kombination hiervon. Das Gatedielektrikum 151 kann für eine Schwellenspannung der Transistorzellen TC in einem Bereich von 1,5 V bis 6 V gebildet sein. In Endteilen der Trenchgatestrukturen 150 kann das Gatedielektrikum 151 dicker sein als in aktiven Teilen der Transistorzellen 170, um die Vorrichtungszuverlässigkeit zu verbessern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Endteile vollständig mit einem dielektrischen Material, wie Siliziumoxid, gefüllt sein.
  • Alle oder einige der Mesateile des Halbleiterkörpers 100 zwischen benachbarten Trenchgatestrukturen 150 bilden Transistormesas 170, die halbleitende Teile der Transistorzellen TC umfassen. Die Mesateile können auch Diodenmesas umfassen, die wenigstens Teile einer Bodydiode aufweisen.
  • Die Transistormesas 170 umfassen Sourcezonen 110, die zu der Vorderseite ausgerichtet sind und die direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen können. In jeder Transistormesa 170 grenzen direkt eine oder zwei Sourcezonen 110 an beide benachbarten Trenchgatestrukturen 150 an. Beispielsweise kann die Transistormesa 170 zwei getrennte Sourcezonen 110 umfassen, die sich jeweils auf entgegengesetzten Seiten einer Zwischenmesakontaktstruktur zwischen der Mesakontaktstruktur und einer der benachbarten Trenchgatestrukturen 150 erstrecken. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel können sich die Sourcezonen 110 von einer der Trenchgatestrukturen 150 angrenzend an die betreffende Transistormesa 170 zu der anderen, entgegengesetzten Trenchgatestruktur 150 erstrecken.
  • Die Transistormesas 170 umfassen weiterhin Bodyzonen 115, die die Sourcezonen 110 von einer Driftstruktur 120 trennen, wobei die Bodyzonen 115 erste pn-Übergänge pn1 mit der Driftstruktur 120 und zweite pn-Übergänge pn2 mit den Sourcezonen 110 bilden. Eine vertikale Ausdehnung der Bodyzonen 115 entspricht einer Kanallänge der Transistorzellen TC und kann in einem Bereich von 0,2 μm bis 1,5 μm sein.
  • Jede Bodyzone 115 kann sich von einer der Trenchgatestrukturen 150 angrenzend an die betreffende Transistormesa 170 zu der anderen, entgegengesetzten Trenchgatestruktur 150 erstrecken, oder zwei Bodyzonen 115 können sich auf entgegengesetzten Seiten einer Zwischenmesakontaktstruktur jeweils zwischen Mesakontaktstruktur und einer der benachbarten Trenchgatestrukturen 150 erstrecken. Teile der Bodyzonen 115 sind kapazitiv mit der Gateelektrode 155 durch das Gatedielektrikum 151 gekoppelt.
  • Die ersten pn-Übergänge pn1 und der zweite pn-Übergang pn2 können sich beide über die gesamte Breite der Transistormesa 170 zwischen den zwei Trenchgatestrukturen 150 erstrecken, die sandwichartig zu der betreffenden Transistormesa 170 vorgesehen sind. Die Sourcezonen 110 und die Bodyzonen 115 sind beide elektrisch mit einer ersten Lastelektrode 310 an der Vorderseite verbunden.
  • Der Halbleiterkörper 100 kann weiterhin Diodenbereiche 116 umfassen, die dritte pn-Übergänge pn3 mit einer Driftstruktur 120 bilden. Die Diodenbereiche 116 sind elektrisch mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden oder gekoppelt und können vertikal mit den Trenchgatestrukturen 150 überlappen, so dass Teile der Diodenbereiche 116 in der vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen 150 gebildet sind. Ein Abstand zwischen entgegengesetzten Rändern von benachbarten Diodenbereichen 116 kann beispielsweise in einem Bereich von 2 μm bis 3 μm sein.
  • Die Driftstruktur 120 ist zu der Rückseite ausgerichtet, kann direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzen und kann elektrisch mit einer zweiten Lastelektrode 320 durch einen ohmschen Kontakt oder einen weiteren pn-Übergang verbunden oder gekoppelt sein. Die Driftstruktur 120 kann eine leicht dotierte Driftzone 121 umfassen, die die ersten und dritten pn-Übergänge pn1, pn3 bilden kann, sowie eine stark dotierte Kontaktschicht 129 zwischen der Driftzone 121 und der zweiten Oberfläche 102. Die Nettodotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 kann in einem Bereich von 1E14 cm–3 bis 3E16 cm–3 sein, falls der Halbleiterkörper 100 aus Siliziumcarbid gebildet ist.
  • Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 129 ist ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einer zweiten Lastelektrode 320 zu gewährleisten, die direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzt. Falls die Halbleitervorrichtung 500 eine Hableiterdiode oder ein IGFET ist, hat die Kontaktschicht 129 den gleichen Leitfähigkeitstyp bzw. Leitungstyp wie die Driftzone 121. Falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT ist, hat die Kontaktschicht 129 den komplementären Leitfähigkeitstyp der Driftzone 121 oder umfasst Zonen des komplementären Leitfähigkeitstyps.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, wie AlSi, AlCu oder AlSiCu, bestehen oder diese enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Vanadium (V), Silber (Ag), Gold (Au), Zinn (Sn), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 oder beide können zwei oder mehr Unterschichten umfassen, wobei jede Unterschicht einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Ti, V, Ag, Au, W, Sn, Pt und Pd als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung, enthält.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss L1 bilden oder elektrisch mit einem solchen verbunden oder gekoppelt sein, der ein Anodenanschluss einer MCD, ein Sourceanschluss eines IGFET oder ein Emitteranschluss eines IGBT sein kann. Die zweite Lastelektrode 320 kann einen zweiten Lastanschluss L2 bilden oder elektrisch mit einen solchen verbunden oder gekoppelt sein, der ein Kathodenanschluss einer MCD, einen Drainanschluss eines IGFET oder einen Kollektoranschluss eines IGBT sein kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Transistorzellen TC n-Kanal-FET-Zellen mit p-dotierten Bodyzonen 115 und n-dotierten Sourcezonen 110, wobei die Diodenbereiche 116 p-dotiert sind und die Driftzone 121 n-dotiert ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Transistorzellen TC p-Kanal-FET-Zellen mit n-dotierten Bodyzonen 115 und p-dotierten Sourcezonen 110, wobei die Diodenbereiche 116 n-dotiert sind und die Driftzone 121 p-dotiert ist.
  • Wenn ein Potential an der Gateelektrode 155 eine Schwellenspannung der Halbleitervorrichtung 500 überschreitet oder unter diese abfällt, bilden Minoritätsladungsträger in den Bodyzonen 115 Inversionskanäle, welche die Sourcezonen 110 mit der Driftstruktur 120 verbinden, um dadurch die Halbleitervorrichtung 500 einzuschalten. In dem Ein-Zustand fließt ein Laststrom durch den Halbleiterkörper 100 angenähert längs der vertikalen Richtung zwischen den ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320.
  • Wie in den 1A und 1C veranschaulicht ist, kann die erste Oberfläche 101 eine gezackte bzw. gezahnte Oberfläche sein mit langen flachen ersten Oberflächenabschnitten 101a, die (0001)-Kristallebenen sind, und kurzen, steilen zweiten Oberflächenabschnitten 101b, die zu den ersten Oberflächenabschnitten 101a um einen Winkel größer als 0 Grad, beispielsweise etwa 90 Grad, geneigt sind und die ersten Oberflächenabschnitte 101a verbinden. Die zweiten Oberflächenabschnitte 101b können <1-100>-Kristallebenen sein. Stufen 108, die längs der Ränder zwischen den ersten und zweiten Oberflächenabschnitten 101a, 101b gebildet sind, verlaufen parallel zu der <11-20>-Kristallrichtung, wie dies in 1A veranschaulicht ist.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Oberfläche 101 planar und zu einer Hauptkristallebene, beispielsweise der (0001)-Kristallebene durch einen Versetzungswinkel von wenigstens 2 Grad, beispielsweise etwa 4 Grad, oder wenigstens –2 Grad, beispielsweise etwa –4 Grad, geneigt sein. In diesem Fall fällt eine mittlere Oberflächenebene 101x, die durch eine mittlere Ebene der kleinsten Quadrate definiert ist, mit der ersten Oberfläche 101 zusammen.
  • Die gezackte erste Oberfläche 101 resultiert aus einem Schneiden eines Kristallingots bzw. eines Kristallbarrens unter einem Versetzungswinkel α bezüglich der <1-100>-Kristallrichtung. Der Versetzungswinkel α zwischen der Schnittebene und der <1-100>-Kristallrichtung kann irgendein Winkel in einem Bereich von etwa 2 bis 12 Grad oder –2 bis –12 Grad, beispielsweise in einem Bereich von 3 Grad bis 8 Grad oder –3 bis –8 Grad sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Versetzungswinkel α angenähert 4 Grad oder –4 Grad. Die Schnittebene kann zusammenfallen mit einer mittleren Oberflächenebene 101x der ersten Oberfläche 101 oder parallel zu dieser sein. Im Fall von gleich beabstandeten Stufen 108 schneidet die mittlere Oberflächenebene 101x, die definiert ist durch die mittlere Ebene des kleinsten Quadrates, die ersten und zweiten Oberflächenabschnitte 101a, 101b bei der halben Stufenabmessung.
  • Eine gezackte Substratoberfläche erleichtert eine stufengesteuerte Epitaxie, während der Silizium- und Kohlenstoffatome auf die gezackte Substratoberfläche auftreffen und ein geordnetes Kristallwachstum an den Stufen beginnen. Eine obere Oberfläche einer epitaktischen Schicht, die auf der gezackten Substratoberfläche eines 4H-SiC-Wafers aufgewachsen ist, der als ein Substrat für die Epitaxie verwendet wird, bildet die gezackte Substratoberfläche des 4H-SiC-Wafersubstrates ab. Ein chemisch-mechanisches Polieren kann die versetzte Oberfläche planarisieren, und eine Passivierungsschicht, beispielsweise eine Kohlenstoffschicht, kann eine erneute Ablagerung von Silizium- und Kohlenstoffatome längs Hauptkristallebenen während folgender Wärmeprozesse unterdrücken.
  • Mit der mittleren Oberflächenebene 101x des Halbleiterkörpers 100, die gegen die <1-100>-Kristallrichtung anstelle gegen die <11-20>-Kristallrichtung geneigt ist, und mit den Trenchgatestrukturen 150, die sich ausgerichtet längs der <1-100>-Kristallrichtung erstrecken, sind die Längsachsen der Trenchgatestrukturen 150 parallel zu einer vertikalen Projektion der <1-100>-Kristallrichtung auf die mittlere Oberflächenebene 101x und weichen von der vertikalen Projektion der <1-100>-Kristallrichtung um nicht mehr als 5 Grad oder höchstens 2 Grad ab. Die Seitenwände der Trenchgatestrukturen 150, die orthogonal bzw. senkrecht zu den Stufen 108 verlaufen, sind (11-20)- und (-1-120)-Kristallebenen und weichen von einer Normalen zu der mittleren Oberflächenebene 101x, das heißt der vertikalen Richtung, um nicht mehr als 5 Grad ab. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Seitenwände vertikal zu der mittleren Oberflächenebene 101x, wie dies in 1B gezeigt ist.
  • Da längs beiden Seitenwänden die Ladungsträgerbeweglichkeit die gleiche ist, können symmetrische Transistorzellgestaltungen bzw. -layouts beide Seiten der Trenchgatestrukturen 150 verwenden, um MOS-gated bzw. gesteuerte Kanäle durch die Bodyzonen 115 zu bilden. Selbst wenn Prozessfluktuationen in geringfügig spitz zulaufenden Trenchgatestrukturen 150 mit Seitenwänden, die bis zu 5 Grad von der vertikalen Richtung abweichen, resultieren, ist die sich ergebende winkelmäßige Fehlausrichtung zwischen den Seitenwänden der Transistormesas 170 und den (11-20), (-1-120)-Kristallebenen etwa gleich derart, dass auf beiden Seiten der Trenchgatestrukturen 150 eine Elektronenbeweglichkeit und eine Schwellenspannung die gleichen sind. Als eine Folge ist, falls die Transistorzellen TC eingeschaltet werden, eine Stromverteilung gleichmäßig über dem Halbleiterkörper 100.
  • 2 zeigt die Kristallebenen und Kristallrichtungen in einer Gitterzelle eines hexagonalen Kristalls von 4H-SiC, wobei die Haupt-<0001>-Kristallrichtung senkrecht zu der (0001)-Basalebene oder C-Ebene ist. Kristallebenen mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit sind die {1-100}-Kristallebenen oder M-Ebenen und die {11-20}-Kristallebenen oder A-Ebenen, wobei die Ladungsträgerbeweglichkeit in den {11-20}-Kristallebenen etwa 20% höher sein kann als in den {1-100}-Kristallebenen. Die A-Ebenen sind Mitglieder eines Satzes bzw. einer Folge von Ebenen einschließlich der (11-20)-, (1-210)-, (-2110)-, (2-1-10)-, (-12-20)- und (-1-120)-Kristallebenen, und die folgende Beschreibung bezieht sich auf die (11-20)-Kristallebene als eine willkürliche Ebene der A-Ebenen.
  • Die 3A und 3B beziehen sich auf herkömmliche Siliziumcarbidvorrichtungen. Typischerweise hat eine Oberfläche einer SiC-Halbleitervorrichtung einen Versetzungsachswinkel α von 4 Grad bezüglich der <11-20>-Kristallrichtung.
  • Beispielsweise ist ein 4H-SiC-Kristallingot unter einem Versetzungsachswinkel in einem Bereich von 2 Grad bis 8 Grad bezüglich der <11-20>-Kristallrichtung geschnitten, um ein Wafersubstrat zu erhalten. Während einer Wärmebehandlung des Wafersubstrates ordnen sich Silizium- und Kohlenstoffatome längs der Kristallrichtungen neu an, so dass eine gezackte Oberfläche mit langen flachen ersten Oberflächenabschnitten parallel zu der <11-20>-Kristallrichtung gebildet wird. Kurze steile zweite Oberflächenabschnitte, die (11-20)-Kristallebenen sein können, verbinden die ersten Oberflächenabschnitte miteinander. Wenn eine epitaktische Schicht auf der gezackten Waferoberfläche durch stufengesteuerte Epitaxie gebildet wird, ordnen die Ränder der Stufen zwischen den ersten und zweiten Oberflächenabschnitten die auftreffenden Silizium- und Kohlenstoffatome in einer Weise, so dass die aufgewachsene epitaktische Schicht die 4H-SiC-Kristallstruktur fortsetzt.
  • 3A zeigt die sich ergebende Orientierung der Gitterzelle in einem Halbleiterkörper, der von dem oben beschriebenen Prozess erhalten ist. Die <0001>-Kristallrichtung beugt sich in die Richtung der (11-20)-Kristallebenen, und beide sind bezüglich einer horizontalen Linie geneigt.
  • 3B zeigt eine Trenchgatestruktur 150, die sich von einer Vorderseite in einen Halbleiterkörper 100 erstreckt. Eine gezackte erste Oberfläche 101a des Halbleiterkörpers 100 umfasst lange flache erste Oberflächenabschnitte 101a parallel zu der <11-20>-Kristallrichtung. Kurze steile zweite Oberflächenabschnitte 101b, die (11-20)-Kristallebenen sein können, verbinden die ersten Oberflächenabschnitte 101a miteinander. Die Stufen in der ersten Oberfläche 101 können ungefähr symmetrisch bezüglich einer mittleren Oberflächenebene 101x sein, die zu der <11-20>-Kristallrichtung unter dem Versetzungsachswinkel α geneigt ist.
  • Die Trenchgatestruktur 150 läuft mit zunehmendem Abstand zu der oberen Oberfläche 101a unter einem spitzen bzw. kegelförmigen Winkel β bezüglich der vertikalen Richtung spitz zu. Wenn der spitz zulaufende Winkel β und der Versetzungsachswinkel α gleich sind, ist eine erste Seitenwand 104 der Trenchgatestruktur 150 eine (11-20)-Kristallebene, während eine entgegengesetzte zweite Seitenwand 105 zu den (11-20)-Kristallebenen um eine Winkelfehlausrichtung γ = α + β geneigt ist. Da Elektronenbeweglichkeit und Schwellenspannung stark von der Kristallorientierung abhängen, ist ein längs der zweiten Seitenwand 105 gebildeter Inversionskanal merklich weniger wirksam als ein längs der ersten Seitenwand 104 gebildeter Inversionskanal.
  • Zusätzlich sind die ersten und zweiten Seitenwände 104, 105 lediglich glatt und ohne Stufen, wenn die horizontale Richtung, längs der sie sich erstrecken, perfekt parallel zu den (11-20)-Kristallebenen ist. Bei einer geringen winkelmäßigen Fehlausrichtung zwischen den Kristallebenen und den Längsachsen der Trenchgatestrukturen 150 schneiden die ersten und zweiten Seitenwände 104, 105 die (11-20)-Kristallebenen. Ein Ausheilen bei hoher Temperatur, das nach Bildung eines Trenches durchgeführt ist, kann Stufen bilden, die die Abweichung der longitudinalen Achsen des Trenches von den (11-20)-Kristallebenen kompensieren. Die Stufen ihrerseits können lokal die Eigenschaften der Inversionskanäle verändern und können die Vorrichtungszuverlässigkeit herabsetzen.
  • Die 4A bis 4C veranschaulichen die Orientierung von Trenchgatestrukturen bezüglich der Kristallrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen. Anstelle eines Schneidens eines Wafers mit einem Versetzungsachswinkel α, der zu der <11-20>-Kristallrichtung geneigt ist, wird der Wafer mit einem Versetzungsachswinkel geschnitten, der zu der <1-100>-Kristallrichtung geneigt ist, die orthogonal bzw. senkrecht zu der <11-20>-Kristallrichtung ist. Mit anderen Worten, während gewöhnlich die <0001>-Kristallrichtung in Richtung der (11-20)-Kristallebenen gebeugt ist, beruhen die Ausführungsbeispiele auf einem Kristall, bei dem die <0001>-Kristallrichtung in Richtung der <1-100>-Kristallebenen gebeugt ist.
  • 4A zeigt die sich ergebende Orientierung einer Gitterzelle in einem Halbleiterkörper, der von dem oben beschriebenen Prozess erhalten ist. Die Gitterzelle ist um die Neigungsachse 109 zu dem Betrachter geneigt, so dass die <0001>-Kristallrichtung sowie die (1-100)-Kristallebenen nach außen von der Zeichenebene in die Richtung des Betrachters geneigt sind. Die Orientierung der (11-20)-Kristallebenen verbleibt orthogonal zu der Zeichenebene.
  • Wie in den 4B und 4C veranschaulicht ist, wird der Halbleiterkörper 100 mit Trenchgatestrukturen 150 und Transistormesas 170, wie in 1A bis 1D veranschaulicht, von einem Wafer eines einkristallinen Materials erhalten, das eine hexagonale Kristallstruktur hat, wobei eine mittlere Oberflächenebene 101x einer gezackten Oberfläche 101 einen Versetzungsachswinkel α bezüglich der <1-100>-Kristallrichtung hat. Die Trenchgatestrukturen 150 erstrecken sich längs der <1-100>-Kristallrichtung derart, dass vertikale Seitenwände der Transistormesas 170 {11-20}-Kristallebenen, beispielsweise (11-20)- und (-1-120)-Kristallebenen, sind. Beide Seitenwände 104, 105 haben identische Oberflächeneigenschaften, so dass beide Trenchgateseitenwände 104, 105 identisch bezüglich einer Ladungsträgerbeweglichkeit sind. Längs beiden Seitenwänden 104, 105 ist eine Stromdichte gleich, und eine gesamte Stromverteilung ist gleichmäßiger. Selbst bei einem geringeren spitzen Zulaufen der Trenchgatestrukturen 150 ist der Effekt des spitzen Zulaufens der gleiche auf beiden Seitenwänden 104, 105, so dass eine gleichmäßige Stromverteilung erzielt werden kann, selbst wenn Prozessfluktuationen geringfügig spitz zulaufende Seitenwände 104, 105 verursachen.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 5A und 5B ist ein Siliziumcarbid-IGFET, der auf der Halbleitervorrichtung 500 der 1A bis 1D beruht, wobei die erste Lastelektrode 310 einen Sourceanschluss S bildet oder mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt ist und die zweite Lastelektrode 320 einen Drainanschluss D bildet oder elektrisch mit einem solchen verbunden ist.
  • In 5A ist die Haupt-<0001>-Kristallrichtung leicht bezüglich der Senkrechten auf der Zeichenebene geneigt. Die <1-100>-Kristallrichtung verläuft parallel zu den Trenchgatestrukturen 150 und ist geringfügig zu der Zeichenebene um den Versetzungsachswinkel α geneigt. Vertikale Seitenwände der Transistormesas 170 sind {11-20}-Kristallebenen, wie (11-20)- und (-1-120)-Kristallebenen.
  • In 5B ist die <0001>-Kristallrichtung um einen Versetzungsachswinkel α bezüglich der Zeichenebene geneigt, und die <1-100>-Kristallrichtung ist um den Versetzungsachswinkel α zu der Senkrechten auf der Zeichenebene geneigt.
  • Die Trenchgatestrukturen 150 sind Streifen und können orthogonal Stufen schneiden, die zwischen gestaffelten Oberflächenabschnitten an der ersten Oberfläche 101 gebildet sein können. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die erste Oberfläche 101 planar sein. Die Trenchgatestrukturen 150 können gleich voneinander beabstandet sein, können eine gleichmäßige Breite haben und können sich von einer Seite eine Transistorzellgebietes zu der entgegengesetzten Seite erstrecken. Mesakontaktstrukturen 305 erstrecken sich von der ersten Oberfläche 101 in die Transistormesas 170. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Mesakontaktstrukturen 305 eine größere vertikale Ausdehnung als die Trenchgatestrukturen 150 und grenzen direkt an die Diodenbereiche 116 an, die wenigstens in der vertikalen Projektion der Transistormesas 170 zwischen den Transistormesas 170 und der zweiten Oberfläche 102 gebildet sind. Die Diodenbereiche 116 bilden dritte pn-Übergänge pn3 mit der Driftstruktur 120 und sehen eine Freilaufdiodenfunktionalität vor, die in die Halbleitervorrichtung 500 integriert ist. Teile der Diodenbereiche 116 können mit der vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen 150 überlappen und können aktive Teile des Gatedielektrikums 151 gegenüber dem hohen Potential der zweiten Lastelektrode 320 in dem Sperrzustand der Halbleitervorrichtung 500 abschirmen.
  • Die Driftstruktur 120 kann Stromstreuzonen 122 umfassen, die direkt an die Bodyzonen 115 angrenzen können. Die Stromstreuzonen 122 können sich zwischen benachbarten Diodenbereichen 116 erstrecken. Unipolare Homoübergänge zwischen den Stromstreuzonen 122 und der Driftzone 121 können einen größeren Abstand zu der ersten Oberfläche 101 als die dritten pn-Übergänge pn3 haben, die zwischen den Diodenbereichen 116 und der Driftzone 121 gebildet sind. Eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in den Stromstreuzonen 122 ist wenigstens zehnmal so groß wie eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in der Driftzone 121. Teile der Stromstreuzonen 122 können mit der vertikalen Projektion der Diodenbereiche 116 überlappen und können sich zwischen benachbarten Diodenbereichen 116 erstrecken.
  • Die Mesakontaktstruktur 305 teilt die Transistormesa in zwei Teile auf beiden Seiten der Zwischenmesakontaktstruktur 305 auf, wobei jeder der Teile den halbleitenden Teil einer Transistorzelle TC umfassen kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die vertikale Ausdehnung der Mesakontaktstrukturen 305 kleiner sein als die vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen 150, so dass die Mesakontaktstrukturen 305 nicht vollständig an den Bodyzonen 115 teilhaben. Dann kann ein hochdotierter Kontaktbereich des Leitfähigkeitstyps des Diodenbereiches 116 in der vertikalen Projektion der Mesakontaktstruktur 305 gebildet werden, um elektrisch den betreffenden Diodenbereich 116 durch die Mesakontaktstruktur 305 mit der ersten Lastelektrode 310 zu verbinden.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum 210, das sandwichartig zwischen der ersten Lastelektrode 310 und der Gateelektrode 155 vorgesehen ist, isoliert dielektrisch die erste Lastelektrode 310 von der Gateelektrode 155. Das Zwischenschichtdielektrikum 210 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, dotiertem oder undotiertem Silikatglas, beispielsweise BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) als Beispiel umfassen. Für weitere Einzelheiten wird Bezug genommen auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren.
  • In 6A sind die Kristallrichtungen die gleichen wie in 5A und in 6B die gleichen wie in 5B.
  • Tiefe Trenchkontaktstrukturen 306 erstrecken sich von der ersten Lastelektrode 310 durch die Trenchgatestrukturen 150 und grenzen direkt an Diodenbereiche 116 an, die in der vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen 150 gebildet sind. Die Trenchkontaktstrukturen 306 teilen die Trenchgatestrukturen 150 in Abstandshalter- bzw. Spacerteile auf entgegengesetzten Seiten der Zwischentrenchgatestruktur 306. Kontaktisolatorstrukturen 220 sind sandwichartig zwischen den Trenchkontaktstrukturen 306 und benachbarten bzw. angrenzenden Abstandshalter- bzw. Spacerteilen 155a, 155b der Gateelektrode 155 vorgesehen. Zusätzlich erstrecken sich Mesakontaktstrukturen 305 von der ersten Oberfläche in die Transistormesas 170 und sind elektrisch mit den Sourcezonen 110 und durch hoch bzw. stark dotierte Kontaktzonen 115a mit den Bodyzonen 115 verbunden.
  • Die 7A bis 7D veranschaulichen eine Halbleitervorrichtung 500 mit Abschirmteilen 116b von Diodenbereichen 116, die eine Schicht mit punktsymmetrischen Öffnungen bilden, die zu Transistormesas 170 zentriert sind, welche sich mit Diodenmesas 180 längs wenigstens der ersten horizontalen Richtung abwechseln.
  • Die Orientierung bzw. Ausrichtung der Kristallrichtungen in 7A ist die gleiche wie in 5A und 6A und ist in 7B die gleiche wie in 5B und 6B.
  • Zusätzlich zu den Transistormesas 170 umfasst der Halbleiterkörper 100 Diodenmesas 180, wobei jede Diodenmesa wenigstens einen Teil eines Diodenbereiches 116 aufweist. Der Diodenbereich 116 einer Diodenmesa 180 erstreckt sich von einer der benachbarten Trenchgatestruktur 150 zu der entgegengesetzten Struktur. Die Diodenbereiche 116 können Teile außerhalb der Mesateile aufweisen, die zwischen benachbarten Trenchgatestrukturen 150 gebildet sind, wobei eine vertikale Ausdehnung der Diodenbereiche 116 größer ist als eine vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen 150. Die Diodenbereiche 116 können vertikal mit den Trenchgatestrukturen 150 überlappen, so dass Abschirmteile 116b der Diodenbereiche 116 in der vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen 150 gebildet und von den Transistormesas 170 längs der horizontalen Richtung beabstandet sind. In den Transistormesas 170 können sich die Sourcezonen 110 und die Bodyzonen 115 beide von einer benachbarten Trenchgatestruktur 150 zu der entgegengesetzten Trenchgatestruktur 150 erstrecken.
  • Die Transistormesas 170 und die Diodenmesas 180 wechseln sich längs der ersten horizontalen Richtung oder längs der ersten horizontalen Richtung und der zweiten horizontalen Richtung, also beiden Richtungen, ab, wie dies dargestellt ist. Benachbarte Transistor- und Diodenmesas 170, 180 grenzen direkt aneinander längs der ersten horizontalen Richtung an und sind voneinander durch Zwischentrenchgatestrukturen 150 längs der zweiten horizonalen Richtung getrennt.
  • Die Abschirmteile 116b der Diodenbereiche 116 können eine zusammenhängende Schicht zwischen dem Boden der Trenchgatestrukturen 150 und der zweiten Oberfläche 102 bilden. Die zusammenhängende Schicht hat Öffnungen 117, die zu den Transistormesas 170 zentriert sind. Eine Breite z1 der Öffnungen 117 senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung kann gleich sein zu einer Breite z2 der Öffnungen 117 längs der ersten horizontalen Richtung.
  • In dem Sperrmodus erstrecken sich Verarmungszonen von allen vier horizontalen Richtungen in die Richtung der Transistormesas 170 und schirmen wirksam die aktiven Teile des Gatedielektrikums 151 gegenüber einem hohen elektrischen Feld ab, das durch die Sperrspannung verursacht ist. Die Öffnungen können punktsymmetrisch sein, beispielsweise Quadrate, Octagone oder andere regelmäßige Polygone oder Kreise. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird Bezug genommen auf die Beschreibung der vorangehenden Figuren.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: Trenchgatestrukturen (150) in einem Halbleiterkörper (100) mit einem hexagonalem Kristallgitter, wobei eine mittlere Oberflächenebene (101x) einer ersten Oberfläche (101) zu einer <1-100>-Kristallrichtung durch einen Versetzungsachswinkel (α) geneigt ist, wobei ein Absolutwert des Versetzungsachswinkels (α) in einem Bereich von 2° bis 12° ist, und die Trenchgatestrukturen (150) sich ausgerichtet längs der <1-100>-Kristallrichtung erstrecken, und Transistormesas (170), die von Teilen des Halbleiterkörpers (100) zwischen benachbarten Trenchgatestrukturen (150) gebildet sind, wobei Seitenwände der Transistormesas (170) von einer Normalen zu der mittleren Oberflächenebene (101x) um nicht mehr als 5° abweichen.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Oberfläche (101) eine gezackte Oberfläche ist, die erste Oberflächenabschnitte (101a), die durch (1-100)-Kristallebenen gebildet sind, und zweite Oberflächenabschnitte (101b), die zu den ersten Abschnitten geneigt sind und die die ersten Oberflächenabschnitte (101a) miteinander verbinden, aufweist.
  3. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, bei der der Versetzungsachswinkel (α) in einem Bereich von 3° bis 8° oder von –3° bis –8° ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei der die Trenchgatestrukturen (150) streifenförmig mit einer Längsachse parallel zu einer Projektion der <1-100>-Kristallrichtung auf die mittlere Oberflächenebene sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei der der Halbleiterkörper (100) Siliziumcarbid des 4H-Polytyps aufweist.
  6. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der die Transistormesas (170) Bodyzonen (115) umfassen, die erste pn-Übergänge (pn1) mit einer Driftstruktur (120) und zweite pn-Übergänge (pn2) mit Sourcezonen (110) bilden, wobei die Sourcezonen (110) zwischen den Bodyzonen (115) und der ersten Oberfläche (101) gebildet sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, weiterhin umfassend: Diodenbereiche (116), die dritte pn-Übergänge (pn3) mit der Driftstruktur (120) bilden und mit benachbarten Trenchgatestrukturen (150) in einer vertikalen Projektion orthogonal zu der mittleren Oberflächenebene (101x) überlappen.
  8. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, weiterhin umfassend: Mesakontaktstrukturen (305), die sich von der mittleren Oberflächenebene (101x) in die Transistormesas (170) erstrecken und direkt an die Sourcezonen (110) und die Bodyzonen (115) angrenzen.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, bei der eine vertikale Ausdehnung der Mesakontaktstrukturen (305) in dem Halbleiterkörper (100) gleich ist wie oder größer ist als eine vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen (150).
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: Trenchkontaktstrukturen (306), die sich von der ersten Oberfläche (101) durch die Trenchgatestrukturen (150) erstrecken und direkt an die Diodenbereiche (116) angrenzen.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, bei der eine vertikale Ausdehnung der Trenchkontaktstrukturen (306) gleich ist wie oder größer ist als eine vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen (150).
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Trenchgatestrukturen (150) erste Spacerteile (155a) und zweite Spacerteile (155b) einer Gateelektrode auf entgegengesetzten Seiten der jeweiligen Trenchkontaktstrukturen (306) aufweisen.
  13. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 12, weiterhin umfassend: Mesakontaktstrukturen (305), die sich von der mittleren Oberflächenebene (101x) in die Transistormesas (170) erstrecken und direkt an die Sourcezonen (110) und die Bodyzonen (115) angrenzen.
  14. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, weiterhin umfassend: Diodenmesas (180), die wenigstens Teile von Diodenbereichen (116) umfassen, die dritte pn-Übergänge (pn3) mit der Driftstruktur (120) bilden und die jeweils direkt an zwei benachbarte Trenchgatestrukturen (150) angrenzen, wobei sich Transistor- und Diodenmesas (170, 180) wenigstens längs einer ersten horizontalen Richtung parallel zu einer Längsachse der Trenchgatestrukturen (150) abwechseln.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, bei der ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche (101) und den dritten pn-Übergängen (pn3) größer ist als eine vertikale Ausdehnung der Trenchgatestrukturen (150) senkrecht zu der ersten Oberfläche (101).
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Diodenbereiche (116) Abschirmteile (116b) in einer bezüglich der ersten Oberfläche (101) vertikalen Projektion der Trenchgatestrukturen (150) umfassen.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Abschirmteile (116b) nicht mit den Transistormesas (170) überlappen.
  18. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 14 bis 17, bei der die Transistor- und Diodenmesas (170, 180) sich weiterhin, getrennt durch die Trenchgatestrukturen (150), längs einer zweiten horizontalen Richtung senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung abwechseln.
  19. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 18, bei der die Driftstruktur (120) eine leicht dotierte Driftzone (121) und Stromspreizzonen (122) zwischen der Driftzone (121) und den Bodyzonen (115) aufweist und eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in den Stromspreizzonen (122) wenigstens zweimal so hoch ist wie eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in der Driftzone (121).
  20. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 19, bei der die Seitenwände der Transistormesas (170) (11-20)-Kristallebenen sind.
  21. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Oberfläche (101) planar ist.
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