DE102010005625A1 - Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung ist vorgesehen. In einer Oberfläche eines Siliciumcarbidwafers (1, 2) eines ersten Leitungstypes wird ein erster Bereich (7) eines zweiten Leitungstypes mit einem vorbestimmten Raum darin durch Ionenimplantieren von Aluminium als ein erster Dotierstoff und Bor als ein zweiter Dotierstoff gebildet. Ein JTE-Bereich (3) wird in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2) von dem ersten Bereich (7) durch Diffundieren der Borionen, die in den ersten Bereich (7) ionenimplantiert sind, zu seinen benachbarten Zonen durch eine Aktivierungsglühbehandlung diffundiert. Eine erste Elektrode (4) wird auf der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2) an dem Raum innerhalb des ersten Bereiches (7) und an einem inneren Teil des ersten Bereiches (7) gebildet. Eine zweite Elektrode (5) wird auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2) gebildet. Dadurch kann ein JTE-Bereich (3) gebildet werden, der einen weiten Bereich von Dotierungskonzentration und eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist, ohne dass die Zahl der Schritte des Herstellungsprozesses zunimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Abschlussstruktur/eines Anschlusses der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung.
  • Eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, die Siliciumcarbid (SiC) als ihr Substratmaterial benutzt, ist als eine Halbleitervorrichtung bekannt, die hervorragend in der Durchbruchsspannung und den Temperatureigenschaften im Vergleich mit einer Siliciumhalbleitervorrichtung ist, die Silicium (Si) als ein herkömmliches Substratmaterial benutzt. Während verschiedene Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen vorgeschlagen worden sind, gibt es immer noch viele zu lösende Schwierigkeiten für die Realisierung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, die in der praktischen Benutzung anwendbar ist. Eine dieser Schwierigkeiten ist eine beträchtliche Absenkung einer Durchbruchsspannung der Halbleitervorrichtung aufgrund einer elektrischen Feldkonzentration, die zum Beispiel an der Kante einer Schottky-Elektrode in einer Schottky-Barrierendiode (SBD) oder einer Kante eines PN-Überganges in einer PN-Diode oder in einem Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) auftritt.
  • Eine Abschlussstruktur, die ”Randabschlusserstreckung (junction termination extension – JTE)” genannt ist, ist als Struktur bekannt zum Erleichtern oder Abschwächen einer solchen elektrischen Feldkonzentration, die an der Kante einer Schottky-Elektrode oder eines PN-Überganges auftritt.
  • Die JTE ist ein p-Bereich (hier im Folgenden als ”JTE-Bereich” bezeichnet), die so vorgesehen ist, dass sie sich von der Kante einer Schottky-Elektrode oder eines PN-Überganges in Richtung zu dem Peripherbereich davon erstreckt, in dem eine Konzentration von Dotierstoffen schrittweise abnimmt. Mit anderen Worten, der JTE-Bereich ist aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten mit unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen gebildet, die schrittweise von der Kante der Schottky-Elektrode oder des PN-Überganges zu deren Peripherbereich abnehmen. Auf diese Weise ist durch Bilden eines p-Bereichs mit solch einer Dotierstoffkonzentration, die schrittweise zu dem Peripherbereich davon von der Kante der Schottky-Elektrode oder des PN-Überganges abnimmt, wodurch ein weiter Bereich von Dotierstoffkonzentration in dem Bereich realisiert wird, ein JTE-Bereich mit einer gewünschten Durchbruchsspannung erzielt worden. Siehe zum Beispiel die JP 2006-165 225 A und die WO 98/02924 A .
  • Wie oben beschrieben wurde, müssen zum Bilden eines JTE-Bereiches mit der gewünschten Durchbruchsspannung eine Mehrzahl von p-Abschnitten mit unterschiedlichen Dotierstoffkonzentrationen gebildet werden, die schrittweise von der Kante einer Schottky-Elektrode oder eines PN-Überganges zu deren Peripherie bereich abnehmen. Das Bilden solch einer Mehrzahl von p-Abschnitten benötigt Prozessschritte für die Zahl von p-Abschnitten, die zu bilden sind. Zum Beispiel sind mindestens drei Schritte, d. h. ein Maskenbildungsschritt, ein Ionenimplantationsschritt und ein Maskenentfernungsschritt notwendig zum Bilden eines p-Abschnittes. Somit wird der Prozess dieser drei Schritte für die Zahl der zu bildenden p-Abschnitte benötigt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht zum Adressieren solch eines wie oben beschriebenen Problems, und es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung vorzusehen, bei dem ein JTE-Bereich mit einem weiten Bereich von Dotierungskonzentration und einer gewünschten Durchbruchsspannung leicht hergestellt werden kann, ohne dass die Zahl der Schritte des Herstellungsprozesses erhöht wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1.
  • Das Verfahren enthält einen Schritt des Bildens eines ersten Bereiches eines zweiten Leitungstyps mit einem vorbestimmten Raum darin durch Ionenimplantieren eines ersten Dotierstoffes, der nicht diffundierbar während einer Aktivierungsglühbehandlung ist und einen Bereich des zweiten Leitungstyps in dem Siliciumcarbidwafer bilden kann, in einer Oberfläche des Siliciumcarbidwafers eines ersten Leitungstyps. Ein zweiter Dotierstoff, der während der Aktivierungsglühbehandlung diffundierbar ist und einen Bereich des zweiten Leitungstyps in den Siliciumcarbidwafer bilden kann, wird ionenimplantiert. Ein Schritt des Bildens eines JTE-Bereiches in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers wird ausgeführt durch Diffundieren des zweiten Dotierstoffes auf der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers an dem Raum innerhalb des ersten Bereiches und an einem inneren Teil des ersten Bereiches wird ausgeführt. Ein Schritt des Bildens einer zweiten Elektrode auf der entgegengesetzten Oberfläche des Siliciumcarbidwafers wird ausgeführt.
  • Gemäß der Erfindung wird ein erster Bereich des zweiten Leitungstyps in einer Oberfläche eines Siliciumcarbidwafers des ersten Leitungstyps durch Ionenimplantieren eines ersten Dotierstoffes gebildet, der nicht diffundierbar während einer Aktivierungsglühtätigkeit ist, der aber einen Bereich des zweiten Leitungstyps in dem Siliciumcarbidwafer bilden kann. Des Weiteren wird ein zweiter Dotierstoff, der während der Aktivierungsglühtätigkeit diffundierbar ist und einen Bereich des zweiten Leitungstyps in dem Siliciumcarbidwafer bilden kann, ionenimplantiert. Danach wird ein JTE-Bereich in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers durch Diffundieren des zweiten Dotierstoffes, der in dem ersten Bereich ionenimplantiert ist, zu seinen benachbarten Zonen durch die Aktivierungsglühbehandlung diffundiert. Daher kann ein Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung vorgesehen werden, die einen JTE-Bereich mit einem weiten Bereich der Dotierstoffkonzentration und einer gewünschten Durchbruchsspannung ohne Erhöhung der Zahl von Schritten des Herstellungsprozesses bilden kann.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 2, nach Anspruch 4 oder Anspruch 7.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Schottky-Barrierendiode (SBD) einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2–5 Ansichten, die Schritte bei dem Herstellungsprozess der SBD nach Ausführungsform 1 darstellen;
  • 6 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in dem JTE-Bereich nach der Glühbehandlung der SBD nach Ausführungsform 1 darstellt;
  • 7 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer SBD einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung darstellt;
  • 8 eine Ansicht, die einen Schritt in einem Herstellungsprozess für die SBD nach Ausführungsform 2 darstellt;
  • 9 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in den JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung der SBD nach Ausführungsform 2 darstellt;
  • 10 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer SBD einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung darstellt;
  • 11 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in dem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung der SBD nach Ausführungsform 3 darstellt;
  • 12 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung darstellt;
  • 13–18 Ansichten, die Schritte in dem Herstellungsprozess für die PN-Diode nach Ausführungsform 4 darstellen;
  • 19 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in dem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung der PN-Diode nach Ausführungsform 4 darstellt;
  • 20 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung darstellt;
  • 21 eine Querschnittsansicht, die einen Teil der PN-Diode nach Ausführungsform 5 zeigt;
  • 22 eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer anderen PN-Diode nach Ausführungsform 5 zeigt;
  • 23 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung darstellt;
  • 24 eine Ansicht, die einen Schritt in einem Herstellungsprozess für die PN-Diode nach Ausführungsform 6 darstellt;
  • 25 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in dem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung der PN-Diode nach Ausführungsform 6 darstellt;
  • 26 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung darstellt;
  • 27 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung darstellt;
  • 28–36 Ansichten, die Schritte in dem Herstellungsprozess des MOSFET nach Ausführungsform 8 darstellen;
  • 37 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in dem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung des MOSFET nach Ausführungsform 8 darstellt;
  • 38 eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung darstellt;
  • 39 eine Ansicht, die einen Schritt in einem Herstellungsprozess für den MOSFET nach Ausführungsform 9 darstellt; und
  • 40 ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in dem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung des MOSFET nach Ausführungsform 9 darstellt.
  • Ausführungsform 1
  • Eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben, indem eine Schottky-Barrierendiode (SBD) als ein Beispiel genommen wird. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer SBD gemäß Ausführungsform 1 darstellt, wenn die Hälfte ihrer Struktur gezeigt ist, da die tatsächliche Struktur symmetrisch in Bezug auf ihr Zentrum P ist. 2–5 sind Ansichten, die die Schritte in einem Herstellungsprozess für die SBD darstellen. 6 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in einer Sperrschichtrandzone/Randabschlusserstreckung (junction termination extension, im Folgenden JTE-Bereich) nach einer Aktivierungsglühbehandlung der SBD gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
  • Es wird nun Bezug genommen auf 1. Ein n+-(erster Leitungstyp) Siliciumcarbidsubstrat 1 ist mit einer n–-Siliciumcarbidschicht 2 auf einer Oberfläche davon versehen. Ein p-(zweiter Leitungstyp) JTE-Bereich 3 mit einem vorbestimmten Raum darin ist in der Oberfläche des Siliciumcarbidschicht 2 vorgesehen. Der JTE-Bereich 3 kann in drei Abschnitte unterteilt werden, d. h. einen ersten JTE-Abschnitt 3a bis einen dritten JTE-Abschnitt 3c, die durch Konzentrationsprofile der Dotierstoffe darin unterschieden sind. Auf der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 ist eine Anodenelektrode 4 (erste Elektrode) über einem inneren Teil des ersten JTE-Abschnittes 3a, des drit ten JTE-Abschnittes 3c und dem inneren offenliegenden Raum der Siliciumcarbidschicht 2 vorgesehen. Eine Kathodenelektrode 5 (zweite Elektrode) ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrats 1 vorgesehen. Zusätzlich ist in einem Bereich unmittelbar unter der Anodenelektrode 3 ein Zellenbereich X, der als die Diode wirkt, vorgesehen, und ein Bereich außerhalb des Zellenbereiches X ist ein Randbereich Y, in dem der JTE-Bereich 3 gebildet ist, der eine elektrische Feldkonzentration abschwächt, die an der Kante der Anodenelektrode 4 auftritt. Folglich tragen der erste JTE-Abschnitt 3a und der zweite JTE-Abschnitt 3b in dem JTE-Bereich 3 zu der Abschwächung der elektrischen Feldkonzentration bei.
  • Ein Herstellungsprozess für die SBD gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf 2–5 beschrieben.
  • Zuerst wird die n–-Siliciumcarbidschicht 2 auf einer Oberfläche des n+-Siliciumcarbidsubstrates 1 durch epitaxialen Kristallwachstum gebildet. Das Siliciumcarbidsubstrat 1 und die Siliciumcarbidschicht 2 stellen einen Siliciumcarbidwafer dar. (Siehe 2).
  • Als nächstes wird ein erster Bereich 7 mit einem vorbestimmten Raum darin selektiv in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 durch Ionenimplantieren (durch Pfeile A in 3 bezeichnet) von Aluminium (Al) und Bor (B) gebildet, die p-Dotierstoffe sind, indem ein Resist 6 als Maske benutzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 6 entfernt (siehe 3).
  • Als nächstes wird der ionenimplantierte Siliciumcarbidwafer einer Aktivierungsglühbehandlung bei einer hohen Temperatur (z. B. in einer Argon-(Ar)Atmosphäre bei 1.500°C während 30 Minuten) unterworfen, wodurch die implantierten Ionen elektrisch aktiviert werden und Kristalldefekte, die durch die Ionenimplantation verursacht sind, ebenfalls zur gleichen Zeit repariert werden. (Siehe 4).
  • Das in den ersten Bereich 7 ionenimplantierte Bor diffundiert in seine benachbarten Zonen in der Siliciumcarbidschicht 2 während der Aktivierungsglühbehandlung, wodurch in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 der JTE-Bereich 3 gebildet wird, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 3a, dem zweiten JTE-Abschnitt 3b und dem dritten JTE-Abschnitt 3c besteht. Die Bordiffusion während der Aktivierungsglühbehandlung ist groß in der Richtung entlang der Oberflächenebene des Siliciumcarbidwafers (durch H in 4 bezeichnet) und klein in der Tiefenrichtung (durch D in 4 bezeichnet). Dies ist so wegen der Kristallstruktur des Siliciumcarbidwafers, genauer wegen der Tatsache, dass, da der Siliciumcarbidwafer die [0001]-Kristallebene parallel zu seiner Oberfläche aufweist, die Diffusionsfähigkeit groß in der Richtung entlang der [0001]-Ebene ist und klein in der Richtung senkrecht dazu. Es soll angemerkt werden, dass nur Bor durch die Aktivierungsglühbehandlung diffundiert, und die Diffusion von Aluminium ist dagegen vernachlässigbar klein. (Siehe 4).
  • Als nächstes wird, nachdem ein Metallfilm auf der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 durch physikalische Dampfabscheidung (PVD) wie Sputtern gebildet ist, die Anodenelektrode 4 (die erste Elektrode), die eine Schottky-Elektrode ist, durch Entfernen eines Abschnittes des Metallfilms, der unnötig dafür ist, gebildet, d. h. die Anodenelektrode 4 wird auf der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 in dem Zellenbereich X gebildet, mit anderen Worten, die Anodenelektrode 4 wird so gebildet, dass sie zum Bedecken eines Teiles des ersten Bereiches 7 und des inneren of fenliegenden Raumes der Siliciumcarbidschicht 2 angeordnet ist. Dann wird nach der Glühbehandlung die Anodenelektrode 4 über den inneren Teil des JTE-Abschnittes 3a, des dritten JTE-Abschnittes 3c und dem inneren offenliegenden Raum der Siliciumcarbidschicht 2 gebildet. Zusätzlich wird als Material für die Anodenelektrode 4 zum Beispiel Titan (Ti) oder Nickel (Ni) benutzt, die eine gewünschte Eigenschaft des Schottky-Übergangs anbieten können (siehe 5).
  • Schließlich wird die Kathodenelektrode 5 (die zweite Elektrode) auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrats 1 durch physikalisches Dampfabscheiden (PVD) wie Sputtern gebildet. Bis zu diesem Schritt ist der Hauptteil der in 1 gezeigten SBD beendet.
  • Ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 3 wird unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
  • 6 zeigt ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 3, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 3a, dem zweiten JTE-Abschnitt 3b und dem dritten JTE-Abschnitt 3c besteht. Der erste JTE-Abschnitt 3a (Zone I in der Figur) ist ein Bereich, der in dem Peripherbereich Y und in der Zone unter der Kante der Anodenelektrode 4 gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der erste JTE-Abschnitt 3a behält eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation bei selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der zweite JTE-Abschnitt 3b (Zonen II und III in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des ersten JTE-Abschnittes 3a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von der des ersten JTE-Abschnittes 3a zu der Konzentration, die zu einer n-Konzentration übergeht, nach außen entlang des Peripherbereiches Y abnimmt. Der dritte JTE-Abschnitt 3c ist ein Bereich, der innerhalb des ersten JTE-Abschnittes 3a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von der des ersten JTE-Abschnittes 3a nach innen entlang des Zellbereiches X von der Kante der Anodenelektrode 4 abnimmt. Der Konzentrationsgradient in dem zweiten JTE-Abschnitt 3b ist, wie bei der Erläuterung des Herstellungsprozesses beschrieben worden ist, während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffundieren des Bors in der Nähe des Übergangs des ersten Bereiches 7 (Zone II) zu dem Bereich (Zone III) der Siliciumcarbidschicht ohne Borimplantation entwickelt.
  • Da der dritte JTE-Abschnitt 3c aus diesen JTE-Abschnitten 3a, 3b und 3c mit der Anodenelektrode 4 überlappt, trägt der dritte JTE-Abschnitt 3c nicht zur Entspannung/Verminderung der elektrischen Feldkonzentration bei, die an der Kante der Anodenelektrode auftritt. Folglich sind Abschnitte des JTE-Bereiches 3, die zu der Entspannung der elektrischen Feldkonzentration beitragen, der erste und der zweite JTE-Abschnitt 3a und 3b, die in dem Peripherbereich Y und in der Zone unter der Kante der Anodenelektrode 4 gebildet sind.
  • Die Beträge und ein Verhältnis von Bor und Aluminium, die ionenimplantiert werden sollen, werden so eingestellt, dass ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe während der Aktivierungsglühbehandlung so entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 3 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripherbereiches Y abnimmt.
  • Zum Beispiel sei angenommen, dass jede p-Dotierungskonzentration von Aluminium und Bor in dem ersten Bereich 7 einen Wert von 10 nach der Ionenimplantation aufweist, und es sei angenommen, dass eine Rate der Bordiffusion in die benachbarten Zonen während der Aktivierungsglühbehandlung 40% beträgt, mit anderen Worten, es wird angenommen, dass 40% des Bors in der Zone II in die Zone III diffundiert, dann bleibt eine p-Dotierungskonzentration in der Zone I des ersten JTE-Abschnittes 3a zu 20 (= 10 + 10) und jene in der Zone II und der Zone III des zweiten JTE-Abschnittes 33 wird zu 16 (= 10 + 6) bzw. 4 (= 0 + 4) ermittelt nach der Aktivierungsglühbehandlung. Dieses beinhaltet, dass solch ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 3 erzielt wird, dass die Konzentration darin nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt.
  • Zusätzlich wird der zweite JTE-Abschnitt 3b, der durch die Diffusion des Bors gebildet wird, 2–4 μm in der Breite. Es wurde durch Simulation bestätigt, dass solche Breite wirksam ist zum Vermindern der elektrischen Feldkonzentration.
  • In Ausführungsform 1 der Erfindung wird der erste Bereich 7 in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als p-Dotierstoffe gebildet; danach wird durch Diffundieren des in den ersten Bereich 7 ionenimplantierten Bors in die Richtung entlang der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 durch die Aktivierungsglühbehandlung, die in dem Peripheriebereich Y und in der Zone unter der Kante der Elektrode 4 gebildet ist, der JTE-Bereich 3 gebildet, in dem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe entwickelt ist, so dass die Konzentration darin von hoch auf niedrig abnimmt nach außen entlang des Peripheriebereiches Y. Dadurch enthält der JTE-Bereich 3 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was die Bildung des JTE-Bereiches 3 mit einem breiten Bereich von p- Dotierungskonzentration und mit einer gewünschten Durchbruchsspannung erlaubt, indem eine Standardaktivierungsglühbehandlung nach der Ionenimplantation ausgeführt wird. Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, solche Herstellungsschritte vorzusehen wie jene in einem herkömmlichen Herstellungsprozess zum Bilden eines JTE-Bereiches, der aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten besteht, in denen die eine p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt. Diese Effektivität des Herstellungsprozesses führt zu einer Verringerung in Herstellungskosten, was eine Kostenreduktion der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen möglich macht.
  • Ausführungsform 2
  • Während Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, bei der der erste Bereich 7 durch Ionenimplantation gebildet wird und dann der JTE-Bereich 3 mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration durch die Aktivierungsglühbehandlung gebildet wird, können zwei oder mehr ionenimplantierte Bereiche gebildet werden. Ausführungsform 2 der Erfindung wird unten beschrieben, indem ein Beispiel genommen wird, bei dem zwei Bereiche durch Ionenimplantation gebildet werden.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Schottky-Barrierendiode (SBD) gemäß Ausführungsform 2 darstellt, bei der die Hälfte der SBD-Struktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch zu ihrem Zentrum P ist. 8 ist eine Ansicht, die einen Herstellungsprozess für die SBD darstellt, bei dem ein Herstellungsschritt unterschiedlich von dem in dem Herstellungsprozess für eine SBD gemäß Ausführungsform 1 gezeigt ist. 9 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in einem JTE-Bereich nach einer Aktivie rungsglühbehandlung der SBD gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Es sei angemerkt, dass in 7 bis 9 die gleichen Bezugszeichen wie in 1 der Ausführungsform 1 die gleichen Elemente oder äquivalent zu ihnen in 1 bezeichnen, folglich wird ihre Erläuterung nicht wiederholt.
  • Der Unterschied in der Struktur von Ausführungsform 1 ist der, dass ein p-(zweiter Leitungstyp)JTE-Bereich 8 in einer Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 anstatt des p-JTE-Bereich 3 vorgesehen ist. Der JTE-Bereich 8 kann in fünf Abschnitte unterteilt werden, d. h. einen ersten JTE-Abschnitt 8a bis einen fünften JTE-Abschnitt 8e, die sich durch Konzentrationsprofile der p-Dotierungsstoffe darin unterscheiden. Ähnlich zu Ausführungsform 1 ist ein Bereich unmittelbar unter einer Anodenelektrode 4 ein Zellenbereich X, der als die Diode wirkt, und ein Bereich außerhalb des Zellenbereiches X ist ein Peripheriebereich Y, in dem der JTE-Bereich 8 gebildet ist, der eine elektrische Feldkonzentration abschwächt, die an der Kante der Anodenelektrode 4 auftritt. Folglich tragen der erste JTE-Abschnitt 8a bis der vierte JTE-Abschnitt 8d in dem JTE-Abschnitt 8 zu der Abschwächung der elektrischen Feldkonzentration bei.
  • Ein Herstellungsprozess für die SBD gemäß Ausführungsform 2 wid beschrieben. Hier wird ein Schritt in dem Herstellungsprozess, der sich von dem in 1 erläuterten unterscheidet, beschrieben.
  • Der in 8 dargestellte Herstellungsschritt wird ausgeführt, nach dem des Bildens des ersten Bereiches 7, der in Ausführungsform 1 erläutert wurde. Genauer, ein zweiter p–-Bereich 10 wird in der Oberfläche in der Siliciumcarbidschicht 2 so gebildet, dass er an die Außenseite des ersten Bereiches 7 anstößt, durch Ionenimplantation (bezeichnet durch Pfeile B in 8) von Aluminium (Al) und Bor (B), die p-Dotierungsstoffe sind, indem ein Resist 9 als Maske benutzt wird. Eine p-Dotierungskonzentration in dem zweiten Bereich 10 ist niedriger als die in dem ersten Bereich 7 eingestellt. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 9 entfernt.
  • Herstellungsschritte nach dem Bilden des zweiten Bereiches 10 sind praktisch die gleichen bei und nach der Aktivierungsglühbehandlung, die in Ausführungsform 1 beschrieben wurde. Es sei angemerkt, in Ausführungsform 2 diffundiert das Bor, das in den ersten Bereich 7 und den zweiten Bereich 10 ionenimplantiert ist, wie in 9 gezeigt ist, in ihre benachbarten Zonen in der Siliciumcarbidschicht 2 während der Aktivierungsglühbehandlung, wodurch in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 der JTE-Bereich 8 gebildet wird, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 8a bis zu dem fünften JTE-Abschnitt 8e besteht. Wie bereits in Ausführungsform 1 erläutert worden ist, ist die Bordiffusion während der Aktivierungsglühbehandlung groß in der Richtung entlang der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers und klein in der Tiefenrichtung.
  • Ein Konzentrationsprofil der p-Dotierungsstoffe in dem JTE-Bereich 8 wird unter Bezugnahme auf 9 erläutert.
  • 9 zeigt ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 8, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 8a, dem zweiten JTE-Abschnitt 8b, dem dritten JTE-Abschnitt 8c, dem vierten JTE-Abschnitt 8d und dem fünften JTE-Abschnitt 8e besteht. Der erste JTE-Abschnitt 8a (Zone i in der Figur) ist ein Bereich, der in dem Peripheriebereich Y und in der Zone unter der Kante der Anodenelektrode 4 gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der erste JTE-Abschnitt 8a behält eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der dritte JTE-Abschnitt 8c (Zone iv in der Figur) ist ein Bereich, der nächst zu dem zweiten JTE-Abschnitt 8b außerhalb des ersten JTE-Abschnittes 8a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der dritte JTE-Abschnitt behält eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Es sei angemerkt, dass die p-Dotierungskonzentration in dem dritten JTE-Abschnitt 8c niedriger als die in dem ersten JTE-Abschnitt 8a ist. Der zweite JTE-Abschnitt 8b ist ein Bereich, der zwischen dem ersten JTE-Abschnitt 8a und dem dritten JTE-Abschnitt 8c gebildet ist und weist eine p-Dotierungskonzentration auf, die kontinuierlich von der in dem ersten JTE-Abschnitt 8a zu der in dem dritten JTE-Abschnitt 8c nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt. Der vierte JTE-Abschnitt 8d ist ein Bereich, der außerhalb des dritten JTE-Abschnittes 8c gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von der in dem dritten JTE-Abschnitt 8c zu einer Konzentration abnimmt, die zu einer Konzentration vom n-Typ umwandelt, nach außen entlang des Peripheriebereiches Y. Der fünfte JTE-Abschnitt 8e ist ein Bereich, der innerhalb des ersten JTE-Abschnittes 8a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von der in dem ersten JTE-Abschnitt 8a nach innen entlang des Zellenbereiches X von der Nachbarschaft der Kante der Anodenelektrode 4 abnimmt. Der Konzentrationsgradient in dem zweiten JTE-Abschnitt 8b wird während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nachbarschaft der Grenze des ersten Bereiches 7 (Zone ii in der Figur) zu dem zweiten Bereich (Zone iii in der Figur) niedriger Borkonzentration. Der Konzentrationsgradient in dem vierten JTE-Abschnitt 8d wird ebenfalls während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nachbarschaft des Überganges des zweiten Bereiches 10 (Zone v in der Figur) zu dem Bereich (Zone vi in der Figur) in der Siliciumcarbidschicht 2, der nicht borimplantiert ist.
  • Da der fünfte JTE-Abschnitt 8e aus diesen JTE-Abschnitten 8a-8e von der Anodenelektroden 4 überlagert ist, trägt der fünfte JTE-Abschnitt 8e nicht zu der Abschwächung der elektrischen Feldkonzentration bei, die an der Kante der Anodenelektrode 4 auftritt. Folglich sind Abschnitte des JTE-Bereiches 8, die zu der Abschwächung der elektrischen Feldkonzentration beitragen, der erste JTE-Abschnitt 8a bis zu dem vierten JTE-Abschnitt 8d, die in dem Peripheriebereich Y gebildet sind, und die Zone unter der Kante der Anodenelektrode 4.
  • Die Beträge und Verhältnisse von Bor und Aluminium, die durch Ionen zu implantieren sind, werden so eingestellt, dass ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe während der Aktivierungsglühbehandlung entwickelt wird, so dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 8 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt.
  • Es sei zum Beispiel angenommen, dass jede p-Dotierungskonzentration von Aluminium und Bor in dem ersten Bereich 7 und dem Bereich 10 auf Werte von 10 bzw. 5 nach der Ionenimplantation gesetzt sind, und es sei angenommen, dass eine Rate des Bors, das in die benachbarten Zonen während der Aktivierungsglühbehandlung diffundiert, auf 40% gesetzt ist, wie es in dem Fall mit der Ausführungsform 1 ist, bleibt eine p-Dotierungskonzentration in der Zone i des ersten JTE-Abschnittes 8a gleich 20 (= 10 + 10), jene in der Zone ii und der Zone iii des zweiten JTE-Abschnittes 8b wird 18 (= 10 + (10 – 2)) und 12 (= 5 + (5 + 2)) im Mittel, jene in der Zone iv des dritten JTE-Abschnittes 8c bleibt 10 (= 5 + 5), und die in der Zone v und der Zone vi des zweiten JTE-Abschnittes 8d wird 8 (= 5 + 3) bzw. 2 (= 0 + 2) im Mittel nach der Aktivierungsglühbehandlung. Dieses beinhaltet, dass solch ein Konzentrationsgradient der p-Dotierungskonzentration in dem JTE-Bereich 8 aufgestellt wird, dass die Konzentration darin nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt.
  • Zusätzlich werden der zweite JTE-Abschnitt 8b und der vierte JTE-Abschnitt 8d, die durch die Diffusion des Bors gebildet werden, jeweils 2–4 μm in der Breite. Diese Breite kann einen Effekt ausreichend zum Abschwächen der elektrischen Feldkonzentration zeigen, wie es der Fall mit 2–4 μm ist, wie in Ausführungsform 1 beschrieben wurde.
  • In der Ausführungsform 2 der Erfindung werden durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als die p-Dotierstoffe in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 der erste Bereich 7 mit einem vorbestimmten Raum darin und der zweite Bereich 10 davon außerhalb mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die in dem ersten Bereich 7 gebildet; danach wird durch Diffusion des Bors, das in den ersten Bereich 7 und den zweiten Bereich 10 ionenimplantiert ist, in der Richtung entlang der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 2 durch die Aktivierungsglühbehandlung in dem Peripheriebereich Y und der Zone unter der Kante der Anodenelektrode 4 der JTE-Bereich 8 gebildet, bei dem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe entwickelt ist, so dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 8 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt. Dadurch enthält der JTE-Bereich 8 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Do tierungskonzentration schrittweise abnimmt, was die Bildung des JTE-Bereiches 8 mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration und mit einer gewünschten Durchbruchsspannung durch eine Standardaktivierungsglühbehandlung nach Ionenimplantation ermöglicht. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit für solche vielen Herstellungsschritte wie jene in einem herkömmlichen Herstellungsprozess zum Bilden eines JTE-Bereiches, der aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten besteht, in denen die p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung des Herstellungsprozesses führt zu einer Verringerung in den Herstellungskosten, wodurch eine Kostenreduktion der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen möglich wird.
  • Während Ausführungsform 2 beschrieben worden ist, indem ein Beispiel genommen wurde, bei dem zwei ionenimplantierte Bereiche zum Bilden eines JTE-Bereiches durch eine Aktivierungsglühbehandlung vorgesehen werden, können mehr als zwei ionenimplantierte Bereiche zum Bilden eines JTE-Bereiches vorgesehen werden. Ähnlich zur Ausführungsform 2, bei der eine Mehrzahl von ionenimplantierte Bereiche gebildet sind, in denen die p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt, und dann die ionenimplantierten Bereiche durch ein Aktivierungsglühen behandelt werden, kann ein JTE-Bereich in dem peripheren Bereich Y und der Zone unter der Kante der Anodeelektrode 4 gebildet werden, indem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierungsstoffe derart entwickelt ist, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt. Der JTE-Bereich, da er eine Mehrzahl von p-Abschnitten mit einem breiten Bereich von p-Dotierungskonzentration enthält, die schrittweise abneh men, kann so ausgelegt werden, dass er eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist.
  • Ausführungsform 3
  • In Ausführungsform 2 wird, da Bor und Aluminium als p-Dotierungsstoffe zum Bilden des ersten Bereiches 7 ionenimplantiert werden, der fünfte JTE-Abschnitt 8e unnötig für den JTE-Abschnitt 8 unvermeidlich innerhalb des ersten Abschnittes 8a durch die Aktivierungsglühbehandlung gebildet. Der fünfte JTE-Abschnitt 8e verringert die effektive Fläche (Schottky-Übergangsfläche) der Anodenelektrode 4, was in einer Zunahme des Leistungsverlustes während des Betriebes resultieren würde.
  • In Ausführungsform 3 der Erfindung wird nur zum Verhindern der Bildung des fünften JTE-Abschnittes 8e, der in Ausführungsform 2 gezeigt ist, Aluminium zum Bilden eines ersten Bereiches 7 ionenimplantiert. Andere Herstellungsschritte sind die gleichen wie jene, die in Ausführungsform 2 beschrieben sind. Da kein Bor in die benachbarten Zonen eines ersten Bereiches 7 während einer Aktivierungsglühbehandlung diffundiert, werden folglich ein fünfter JTE-Abschnitt 8e und der zweite JTE-Abschnitt 8b nicht gebildet.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Schottky-Barrierendiode (SBD) gemäß Ausführungsform 3 darstellt, bei der die Hälfte der SBD-Struktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch in Bezug auf ihr Zentrum P ist. 10 unterscheidet sich von 7 von Ausführungsform 2 darin, dass es keinen zweiten JTE-Abschnitt 8b und keinen fünften JTE-Abschnitt 8e gibt, der innerhalb des ersten JTE-Abschnittes 8a in dem Zellenbereich X zu bilden wäre. Anderes ist im Wesent lichen das gleiche wie jenes in 7; folglich werden in 10 die gleichen Bezugszeichen wie in 7 benutzt, und ihre detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt. 11 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in einem JTE-Bereich 8 nach einer Aktivierungsglühbehandlung der SBD gemäß Ausführungsform 3 zeigt. Ähnlich unterscheidet sich 11 von 9 der Ausführungsform 2 darin, dass es keinen fünften JTE-Abschnitt 8e und keinen zweiten JTE-Abschnitt 8b gibt, und die anderen sind die gleichen wie jene in 9 gezeigten. Bezüglich eines Herstellungsprozesses gemäß Ausführungsform ist er praktisch der gleiche wie jener, der in Ausführungsform 2 erläutert wurde; folglich wird seine Erläuterung hier nicht wiederholt.
  • In Ausführungsform 3 wird der JTE-Bereich 8 in dem Peripheriebereich Y und in der Zone unter der Kante einer Anodenelektrode 4 wie bei Ausführungsform 2 gebildet, in der ein Konzentrationsgradient von p-Dotierstoffen derart entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 8 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt. Somit enthält ohne den zweiten JTE-Abschnitt 8b der JTE-Bereich 8 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was ermöglicht, dass der JTE-Bereich 8 die gewünschte Durchbruchsspannung aufweist. Weiterhin gibt es keine Notwendigkeit für so viele Herstellungsschritte ähnlich zu Ausführungsform 2 im Vergleich mit jenen in einem herkömmlichen Herstellungsprozess. Weiter wird in Ausführungsform 3 der fünfte JTE-Abschnitt 8e nicht innerhalb des ersten JTE-Abschnittes 8a in dem Zellenbereich X gebildet, so dass die effektive Fläche der Anodenelektrode 4 nicht verringert wird, was eine Vergrößerung des Leistungsverlustes während des Betriebes verhindert.
  • Ausführungsform 4
  • Während ein JTE-Bereich, der in einer Schottky-Barrierendiode einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gebildet ist, in Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 beschrieben worden ist, können die Herstellungsprozesses des JTE-Bereiches, die oben beschrieben wurden, auf andere Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen angewendet werden. In Ausführungsform 4 der Erfindung wird ein Herstellungsprozess für eine andere Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung beschrieben, indem eine PN-Diode als ein Beispiel genommen wird.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode gemäß Ausführungsform 4 darstellt, wobei die Hälfte der PN-Diodenstruktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch zu ihrem Zentrum P ist. 13–18 sind Ansichten, die einen Herstellungsprozess für die PN-Diode darstellen. 19 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierungsstoffen in einem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung der PN-Diode gemäß Ausführungsform 4 zeigt.
  • Bezug nehmend auf 12, ein n+-(erster Leitungstyp)Siliciumcarbidsubstrat 15 ist mit einer n–-Siliciumcarbidschicht 16 auf einer Oberfläche davon versehen. Ein p-(zweiter Leitungstyp)Wannenbereich 17 ist in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 vorgesehen, und ein p+-Kontaktbereich 18 ist in der Oberfläche des Wannenbereiches 17 vorgesehen. In der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 ist ein JTE-Bereich 19 außerhalb des Wannenbereiches 17 vorgesehen. Der JTE-Bereich 19 kann in drei Abschnitte unterteilt werden, d. h. einen ersten JTE-Abschnitt 19a bis zu einem dritten JTE-Abschnitt 19c, die sich durch das Konzentrationsprofil der Do tierungsstoffe darin unterscheiden. Weiter ist eine Anodenelektrode 20 (eine erste Elektrode) auf der Oberfläche des Kontaktbereiches 18 vorgesehen, und eine Kathodenelektrode 21 (eine zweite Elektrode) ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrates 15 vorgesehen. zusätzlich ist ein Bereich, in dem der Wannenbereich 17 gebildet ist, ein Zellenbereich X, der als die Diode wirkt, und ein Bereich außerhalb des Zellenbereiches X ist ein Peripheriebereich Y, in dem der JTE-Bereich 19 gebildet ist, der eine elektrische Feldkonzentration abschwächt oder abmindert, die an der Kante ihres PN-Überganges auftritt.
  • Ein Herstellungsprozess für die PN-Diode gemäß Ausführungsform 4 wird unter Bezugnahme auf 13–18 beschrieben.
  • Zuerst wird die n–-Siliciumcarbidschicht 16 auf einer Oberfläche des n+-Siliciumcarbidsubstrates 15 durch epitaxiales Kristallwachstum gebildet. Das Siliciumcarbidsubstrat 15 und die Siliciumcarbidschicht 16 stellen einen Siliciumcarbidwafer dar (siehe 13).
  • Als nächstes wird einer erster p-Bereich 23 selektiv in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 durch Ionenimplantieren (durch Pfeile A in 14) von Aluminium (Al) und Bor (B) gebildet, die p-Dotierstoffe sind, indem ein Resist 22 als Maske benutzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 22 entfernt. (Siehe 14).
  • Als nächstes wird der p+-Kontaktbereich 18 selektiv in der Oberfläche des ersten Bereiches 23 durch Ionenimplantieren (durch Pfeile B in 15 bezeichnet) von Aluminium (Al) gebildet, das ein p-Dotierstoff ist, indem ein Resist 24 als Maske benutzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 24 entfernt. Das Bilden des Kontaktbereiches 18 dient zum Verringern des Kontaktwiderstandes zwischen dem Wannenbereich 17 und der Anodenelektrode 20, die elektrisch miteinander zu verbinden sind. (Siehe 15).
  • Als nächstes wird ein zweiter p–Bereich 26 selektiv in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 so gebildet, dass er an die äußere Seite des ersten Bereiches 23 stößt durch Ionenimplantieren (durch Pfeile C in 16 bezeichnet) von Aluminium (Al) und Bor (B), die p-Dotierstoffe sind, indem ein Resist 25 als Maske benutzt wird. Es soll angemerkt werden, dass eine p-Dotierungskonzentration in dem zweiten Bereich 26 niedriger als die in dem ersten Bereich 23 eingestellt ist. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 25 entfernt.
  • Als nächstes wird der ionenimplantierte Siliciumcarbidwafer einer Aktivierungsglühbehandlung bei einer hohen Temperatur (z. B. in einer Argon-(Ar)Atmosphäre bei 1.500°C während 20 Minuten) unterworfen, wodurch die implantierten Ionen elektrisch aktiviert werden und Kristalldefekte, die durch die Ionenimplantation verursacht sind, auch zu der gleichen Zeit repariert werden. (Siehe 17).
  • Das in dem ersten Bereich 23 und dem zweiten Bereich 26 ionenimplantierte Bor diffundiert in seine benachbarten Zonen in der Siliciumcarbidschicht 16 während der Aktivierungsglühbehandlung, wodurch in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 der Wannenbereich 17 und der JTE-Bereich 19 außerhalb davon gebildet werden, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 19a, dem zweiten JTE-Abschnitt 19b und dem dritten JTE-Abschnitt 19c besteht. Wie bereits in Ausführungsform 1 erläutert wurde, ist die Bordiffusion während der Aktivierungsglühbehandlung groß in der Richtung entlang der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers und klein in der Tiefenrichtung.
  • Als nächstes, nachdem ein Metallfilm auf der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 durch physikalisches Dampfabscheiden (PVD) wie Sputtern gebildet worden ist, wird die Anodenelektrode 20 durch Entfernen eines Abschnittes des Metallfilmes, der dafür nicht notwendig ist, gebildet, d. h. die Anodenelektrode 20 wird auf der Oberfläche des Kontaktbereiches 18 in dem Zellenbereich X gebildet. Zusätzlich wird als ein Material für die Anodenelektrode 20 zum Beispiel Aluminium (Al) oder Nickel (Ni) benutzt. (Siehe 18).
  • Schließlich wird die Kathodenelektrode 21 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrates 15 durch physikalisches Dampfabscheiden (PVD) wie Sputtern gebildet. Bis zu diesem Schritt ist der Hauptteil der PN-Diode, die in 12 gezeigt ist, beendet.
  • Ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 19 wird unter Bezugnahme auf 19 erläutert.
  • 19 zeigt ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 19, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 19a, dem zweiten JTE-Abschnitt 19b und dem dritten JTE-Abschnitt 19c besteht. Der erste JTE-Abschnitt 19a (Zonen I und II) in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des Wannenbereiches 17 gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von einer p-Dotierungskonzentration in dem Wannenbereich 17 zu dem in dem zweiten JTE-Abschnitt 19b nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 ab nimmt. Der zweite JTE-Abschnitt 19b (Zone III in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des ersten JTE-Abschnittes 19a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der zweite JTE-Abschnitt 19b hält die anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der dritte JTE-Abschnitt 19c (Zonen IV und V in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des zweiten JTE-Abschnittes 19b gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Grenze des zweiten JTE-Abschnittes 19b abnimmt, d. h die p-Dotierungskonzentration nimmt kontinuierlich von der in dem zweiten JTE-Abschnitt 19b zu einer Konzentration ab, die zu einem n-Typ umwandelt. Der Konzentrationsgradient in dem ersten JTE-Abschnitt 19a wird während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nachbarschaft der Grenze (Zone I) des ersten Bereiches 23 zu dem zweiten Bereich 26 (Zone II) der niedrigen Borkonzentration entwickelt. Der Konzentrationsgradient in dem dritten JTE-Abschnitt 19c wird ebenfalls während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe des Überganges (Zone IV) des ersten Bereiches 26 zu einem Bereich ohne Borimplantation (Zone V) der Siliciumcarbidschicht 16 entwickelt.
  • Die Beträge und ein Verhältnis von Bor und Aluminium, die ionenimplantiert werden müssen, sind so eingestellt, dass solch ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe während der Aktivierungsglühbehandlung entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 19 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 abnimmt.
  • Zusätzlich werden der erste JTE-Abschnitt 19a und der dritte JTE-Abschnitt 19c, die durch die Diffusion des Bors gebildet werden, jeweils 2–4 μm in der Breite. Diese Breite kann eine Wirkung ausreichend zum Verringern der elektrischen Feldkonzentration zeigen, wie es der Fall 2–4 μm ist, wie in Ausführungsform beschrieben wurde.
  • Bei einem Herstellungsprozess von Ausführungsform 4 der Erfindung wird durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als p-Dotierstoffe in die Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 der erste Bereich 23 gebildet und der zweite Bereich 26 wird außerhalb davon mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die in dem ersten Bereich 23 gebildet; danach werden durch Diffundieren des ionenimplantierten Bors in dem ersten Bereich 23 und dem zweiten Bereich 26 in der Richtung entlang der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 durch die Aktivierungsglühbehandlung der Wannenbereich 17 und der JTE-Bereich 19 außerhalb davon gebildet, indem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe so entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 19 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereichs 17 abnimmt. Dadurch enthält der JTE-Bereich 19 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was die Bildung des JTE-Bereiches 19 mit einem breiten Bereich von p-Dotierungskonzentration ermöglicht, der eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist, indem eine Standardaktivierungsglühbehandlung nach Ionenbehandlung benutzt wird. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit für so viele Herstellungsschritte wie in dem herkömmlichen Herstellungsprozess zum Bilden eines JTE-Bereiches, der aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten besteht, in denen eine p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt.
  • Dieser vorteilhafte Herstellungsprozess führt zu einer Verringerung in den Herstellungskosten, wodurch eine Kostenreduktion der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen ermöglicht wird.
  • Ausführungsform 5
  • In Ausführungsform 4 wird der erste Bereich 23 durch Ionenimplantieren von Bor und Aluminium als p-Dotierstoffe gebildet, und dann wird der Wannenbereich 17 durch die Aktivierungsglühbehandlung gebildet. In Ausführungsform 5 der Erfindung wird nur Aluminium ionenimplantiert zum Bilden eines ersten Bereiches 23, und dann wird ein Wannenbereich 17 durch eine Aktivierungsglühbehandlung gebildet. Die anderen Herstellungsschritte sind die gleichen wie jene, die in Ausführungsform 4 beschrieben sind.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode gemäß Ausführungsform 5 darstellt, in der die Hälfte der PN-Diodenstruktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch in Bezug auf ihr Zentrum P ist. Die Struktur ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 12 gezeigte der Ausführungsform 4 mit der Ausnahme für einen ersten JTE-Abschnitt 19a, der nicht gebildet ist; folglich werden in 20 die gleichen Bezugszeichen wie in 12 benutzt, und ihre detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt. Zusätzlich sind spezielle Herstellungsschritte für die PN-Diode praktisch die gleichen wie jene, die in Ausführungsform 4 beschrieben sind. Folglich wird auch ihre Erläuterung nicht wiederholt.
  • In Ausführungsform 5 wird ein JTE-Bereich 19 wie in Ausführungsform 4 gebildet, bei dem ein Konzentrationsgradient von p-Dotierstoffen derart entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 19 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 abnimmt. Ohne den ersten JTE-Abschnitt 19a enthält der JTE-Bereich 19 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was dem JTE-Bereich ermöglicht, eine gewünschte Durchbruchsspannung aufzuweisen. Weiter wie bei Ausführungsform 4 gibt es keine Notwendigkeit für solch viele Herstellungsschritte im Vergleich zu jenen in dem herkömmlichen Herstellungsprozess. Da weiter kein Bor in den Wannenbereich 17 ionenimplantiert wird, ist es möglich, die PN-Diode daran zu hindern, in ihren Vorrichtungseigenschaften verschlechtert zu werden aufgrund von tiefen Dotierungspegeln und Zunahme des Widerstandes in dem Wannenbereich.
  • Zusätzlich in Ausführungsform 5, wenn ein zweiter Bereich 26 mit Bor tiefer als oder gleich dem ersten Bereich 23 ionenimplantiert wird, wird ein vierter JTE-Abschnitt 19d, wie in 21 und 22 gezeigt ist, so dass er unter der äußeren Kante des Wannenbereiches 17 liegt (durch S in 21 und 22 bezeichnet), durch leichte Diffusion des Bors in der Tiefenrichtung des Siliciumcarbidwafers während der Aktivierungsglühbehandlung gebildet. Der vierte JTE-Abschnitt 19d zeigt einen Effekt des Abschwächens der elektrischen Feldkonzentration, die an der unteren äußeren Kante S des Wannenbereiches 17 auftritt.
  • Ausführungsform 6
  • Während Ausführungsform 4 beschrieben worden ist, in der der erste Bereich 23 und der zweite Bereich 26 durch Ionenimplantation gebildet werden und dann der JTE-Bereich 19 mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration durch die Aktivierungsglühbehandlung gebildet wird, können drei oder mehr ionenimplantierte Bereiche gebildet werden. Ausführungsform 6 der Erfindung wird unten beschrieben, in der drei Bereiche durch Ionenimplantation gebildet werden.
  • 23 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode gemäß Ausführungsform 6 darstellt, wobei die Hälfte der PN-Diodenstruktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch zu ihrem Zentrum P ist. 24 ist eine Ansicht, die einen Herstellungsprozess für die PN-Diode darstellt, wobei ein Herstellungsschritt unterschiedlich von dem in dem Herstellungsprozess für eine PN-Diode gemäß Ausführungsform 4 gezeigt ist. 25 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in einen JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung der PN-Diode gemäß Ausführungsform 6 zeigt. Es sei angemerkt, dass in 23–25 die gleichen Bezugszeichen wie in 12 von Ausführungsform 4 die gleichen oder äquivalenten Äquivalente wie jene in 12 bezeichnen, folglich wird ihre Erläuterung nicht wiederholt.
  • Ein Unterschied in der Struktur zu der Ausführungsform 4 ist der, dass ein p–-(zweiter Leitungstyp)JTE-Bereich 27 in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 anstelle des p–-JTE-Bereiches 19 vorgesehen ist. Der JTE-Bereich 27 kann in fünf Abschnitte unterteilt werden, einen ersten JTE-Abschnitt 24a bis einen fünften JTE-Abschnitt 27e, die sich durch Konzentrationsprofile der p-Dotierstoffe darin unterscheiden. Ähnlich zu Ausführungsform 4 wirkt ein Bereich, in dem ein Wannenbereich 17 in einem Zellenbereich X gebildet ist, als die Diode, und ein Bereich außerhalb des Zellenbereiches X ist ein Peripheriebereich Y, in dem der JTE-Bereich 27 gebildet ist, der eine elektrische Feldkonzentration, die an der Kante seines PN-Überganges auftritt, abschwächt.
  • Ein Herstellungsprozess für die PN-Diode gemäß Ausführungsform 6 wird beschrieben. Hier wird ein Schritt in dem Herstellungsprozess unterschiedlich von dem, der in Ausführungsform 4 erläutert wurde, beschrieben.
  • Der in 24 dargestellte Herstellungsschritt wird ausgeführt nach dem des Bildens des zweiten Bereiches 26, der in Ausführungsform 4 erläutert wurde. Genauer, ein dritter p–-Bereich 29 wird in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 so gebildet, dass er an die äußere Seite des zweiten Bereiches 26 anstößt, durch Ionenimplantieren (durch Pfeile D in 24 bezeichnet) von Aluminium (Al) und Bor (B), die p-Dotierstoffe sind, indem ein Resist 28 als Maske benutzt wird. Eine p-Dotierungskonzentration in dem dritten Bereich 29 ist niedriger als die in dem zweiten Bereich 26 eingestellt. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 28 entfernt.
  • Die Herstellungsschritte nach dem Bilden des dritten Bereiches 29 sind im Wesentlichen die gleiche wie jene in und nach der Aktivierungsglühbehandlung, die in Ausführungsform 4 beschrieben wurde. Es sei angemerkt, dass in Ausführungsform 6, das Bor, das in den ersten Bereich 23, den zweiten Bereich 26 und den dritten Bereich 29 ionenimplantiert ist, diffundiert, wie in 23 gezeigt ist, in ihre benachbarten Zonen in der Siliciumcarbidschicht während der Aktivierungsglühbehandlung, wodurch in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 der JTE-Bereich 27, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 27a bis dem fünften JTE-Abschnitt 27e besteht, und der Bereich innerhalb des ersten JTE-Abschnittes 27a wird der Wannenbereich 17.
  • Ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 17 wird unter Bezugnahme auf 25 erläutert.
  • 25 zeigt ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 27, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 27a, dem zweiten JTE-Abschnitt 27b, dem dritten JTE-Abschnitt 27c, dem vierten JTE-Abschnitt 27d und dem fünften JTE-Abschnitt 27e besteht. Der erste JTE-Abschnitt 27a (Zonen i und ii in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des Wannenbereiches 17 in dem Peripheriebereich Y gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von einer p-Dotierungskonzentration in dem Wannenbereich 17 zu der in dem zweiten JTE-Abschnitt 27b nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 an abnimmt. Der zweite JTE-Abschnitt 27b (Zone iii in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des ersten JTE-Abschnittes 27a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der zweite JTE-Abschnitt 27b behält eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation, selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der dritte JTE-Abschnitt 27c (Zonen iv und v in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des zweiten JTE-Abschnittes 27b in dem Peripheriebereich Y gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Grenze des zweiten JTE-Abschnittes 27b abnimmt, d. h. kontinuierlich von der p-Dotierungskonzentration in dem zweiten JTE-Abschnitt 27b zu der in dem vierten JTE-Abschnitt 27d. Der vierte JTE-Abschnitt 27d (Zone vi in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des dritten JTE-Abschnittes 27c gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der vierte JTE-Abschnitt 27d hält auch eine anfängliche p-Dotierungskonzentration während der Ionenimplantation, selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der fünfte JTE-Abschnitt 27e (Zonen vii und viii in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des vierten JTE-Bereiches 27d in dem Peripheriebereich Y gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von der in dem vierten JTE-Abschnitt 27d zu einer Konzentration abnimmt, die zu einer vom n-Typ übergeht, nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Grenze des vierten JTE-Abschnittes 27d. Der Konzentrationsgradient in dem ersten JTE-Abschnitt 27a wird entwickelt während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe der Grenze des ersten Bereiches 23 (Zone i in der Figur) zu dem zweiten Bereich 26 (Zone ii in der Figur) niedriger Borkonzentration. Der Konzentrationsgradient in dem dritten JTE-Abschnitt 27c wird ebenfalls während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe der Grenze des zweiten Bereiches 26 (Zone iv in der Figur) zu dem dritten Bereich 29 (Zone v in der Figur) niedriger Borkonzentration entwickelt. Ähnlich wird der Konzentrationsgradient in dem fünften JTE-Abschnitt 27e während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe des Überganges des dritten Abschnittes 29 (Zone vii in der Figur) zu dem Bereich (Zone viii in der Figur) ohne Borimplantation in der Siliciumcarbidschicht 16 entwickelt.
  • Die Beträge und Verhältnisse von Bor und Aluminium, die ionenimplantiert werden müssen, werden so eingestellt, dass solch ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe während der Aktivierungsglühbehandlung entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 27 von hoch auf niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 abnimmt.
  • Zusätzlich werden der erste JTE-Abschnitt 27a, der dritte JTE-Abschnitt 27c und der fünfte JTE-Abschnitt 27e, die durch die Diffusion des Bors gebildet werden, jeweils 2–4 μm in der Brei te. Diese Breite kann einen Effekt ausreichend zum Abschwächen der elektrischen Feldkonzentration zeigen, wie es der Fall mit 2–4 μm ist, der in Ausführungsform 1 beschrieben ist.
  • Bei dem Herstellungsprozess gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung wird durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als p-Dotierstoffe in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 der erste Bereich 23 gebildet, der zweite Bereich 26 wird davon außerhalb mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die in dem ersten Bereich 23 gebildet, und der dritte Bereich 29 wird weiter davon außerhalb mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die in dem zweiten Bereich 26 gebildet; danach durch Diffundieren des Bors, das in den ersten Bereich 23, den zweiten Bereich 29 ionenimplantiert ist, in der Richtung entlang der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 16 durch die Aktivierungsglühbehandlung werden der Wannenbereich 17 und der JTE-Bereich 27 davon außerhalb gebildet, in dem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe derart entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 27 von hoch nach niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 abnimmt. Dadurch enthält der JTE-Bereich 27 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was die Bildung des JTE-Bereiches 27 mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration ermöglicht, der eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist, durch eine Standardaktivierungsglühbehandlung nach Ionenimplantation. Aus dem Grund gibt es keine Notwendigkeit für solch viele Herstellungsschritte wie jene in dem herkömmlichen Herstellungsprozess zum Bilden eines JTE-Bereiches, der aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten besteht, in denen die p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung des Herstellungsprozesses führt zu einer Verringerung in den Herstellungskosten, wodurch eine Kostenreduktion der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen möglich wird.
  • Während Ausführungsform 6 beschrieben worden ist, indem ein Beispiel genommen wurde, in dem drei ionenimplantierte Bereiche zum Bilden eines JTE-Bereiches durch eine Aktivierungsglühbehandlung vorgesehen werden, können mehr als drei ionenimplantierte Bereiche zum Bilden eines JTE-Bereiches vorgesehen werden. Ähnlich zu Ausführungsform 6 durch Bilden eine Mehrzahl von ionenimplantierten Bereichen, in denen die p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt, und dann Behandeln der ionenimplantierten Bereiche durch Aktivierungsglühen kann ein JTE-Bereich gebildet werden, in dem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierungsstoffe derart entwickelt ist, dass die Konzentration darin von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 abnimmt. Der JTE-Bereich kann, da er eine Mehrzahl von p-Abschnitten enthält, mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration, die schrittweise abnehmen, so ausgelegt werden, dass er eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist.
  • Ausführungsform 7
  • Während in Ausführungsform 6 der erste Bereich 23 durch Ionenimplantieren von Bor und Aluminium als p-Dotierstoffe gebildet wird und dann der Wannenbereich 17 durch die Aktivierungsglühbehandlung gebildet wird, braucht nur Aluminium ionenimplantiert zu werden, wie es der Fall in Ausführungsform 5 ist, zum Bilden eines ersten Bereiches 23, und dann wird ein Wannenbereich 17 durch eine Aktivierungsglühbehandlung gebildet. Andere Herstel lungsschritte sind die gleichen wie jene, die in Ausführungsform 6 beschrieben sind.
  • 26 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur einer PN-Diode gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung darstellt, wobei die Hälfte der PN-Diodenstruktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch in Bezug auf ihr Zentrum P ist. Die Struktur ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 23 von Ausführungsform 6 gezeigte mit der Ausnahme, dass der erste JTE-Abschnitt 27a nicht gebildet ist; folglich werden in 26 die gleichen Bezugszeichen wie in 23 benutzt, und ihre detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt. Zusätzlich sind die speziellen Herstellungsschritte für die Diode praktisch die gleichen, wie jene in 6 beschriebenen, daher wird ihre Beschreibung ebenfalls nicht wiederholt.
  • In Ausführungsform 7 wird ein JTE-Bereich 27 wie bei der Ausführungsform 6 gebildet, bei dem ein Konzentrationsgradient von p-Dotierstoffen derart entwickelt wird, dass die Konzentration in den JTE-Bereich 27 von hoch zu niedrig nach außen entlang eines Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 17 abnimmt. Ohne den ersten JTE-Abschnitt 27a enthält der JTE-Bereich 27 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was dem JTE-Bereich ermöglicht, eine gewünschte Durchbruchsspannung aufzuweisen. Weiterhin gibt es keine Notwendigkeit für solch viele Herstellungsschritte im Vergleich zu jenen in einem herkömmlichen Herstellungsprozess ähnlich zu Ausführungsform 6. Da weiter kein Bor in den Wannenbereich 17 ionenimplantiert wird, ist es möglich zu verhindern, dass die PN-Diode in ihren Vorrichtungseigenschaften aufgrund der tiefen Dotierungspegel und Zunahme in dem Widerstand in dem Wannenbereich verschlechtert wird.
  • Auch in Ausführungsform 7, wenn zusätzlich ein zweiter Bereich 26 mit Bor tiefer als oder gleich zu dem ersten Bereich 23 ionenimplantiert wird, wird ein p-Bereich (nicht gezeigt) so gebildet, dass er unter der äußeren Kante des Wannenbereiches 17 liegt, wie es der Fall ist, der in 21 und 22 gezeigt ist, indem eine leichte Diffusion des Bors in der Tiefenrichtung des Siliciumcarbidwafers während einer Aktivierungsglühbehandlung auftritt. Dieser p-Bereich zeigt einen Effekt des Abschwächens einer elektrischen Feldkonzentration, die an der unteren äußeren Kante des Wannenbereiches 17 auftritt.
  • Ausführungsform 8
  • JTE-Bereiche in Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen sind hauptsächlich beschrieben worden, indem Beispiele von SBDs in Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 genommen sind und Beispiele von PN-Dioden in Ausführungsform 4 bis Ausführungsform 7 genommen worden sind. In Ausführungsform 8 der Erfindung wird ein anderer JTE-Bereich beschrieben, in dem ein Beispiel eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) als eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung genommen wird.
  • 27 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines MOSFET gemäß Ausführungsform 8 darstellt, wobei die Hälfte der MOSFET-Struktur gezeigt ist, da ihre tatsächliche Struktur symmetrisch zu ihrem Zentrum P ist. 28–36 sind Ansichten, die Schritte eines Herstellungsprozesses für den MOSFET darstellen. 37 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in einem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung des MOSFET gemäß Ausführungsform 8 zeigt.
  • Bezug nehmend auf 27, ein n+-(erster Leitungstyp)Siliciumcarbidsubstrat wird mit einer n–Siliciumcarbidschicht 42 auf einer Oberfläche davon versehen. Ein p-(zweiter Leitungstyp)Wannenbereich 43 mit einem vorbestimmten Raum darin wird in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 vorgesehen. In der Oberfläche des Wannenbereiches 43 werden ein n-Sourcebereich 44 und ein p+-Kontaktbereich 45 außerhalb davon vorgesehen. In der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 wird weiter ein JTE-Bereich 46 außerhalb des Wannenbereiches 43 vorgesehen. Der JTE-Bereich 46 kann in zwei Abschnitte unterteilt werden, d. h. einen ersten JTE-Abschnitt 46a und einen zweiten JTE-Abschnitt 46b, die sich durch Konzentrationsprofile von Dotierstoffen darin unterscheiden. Auf der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 wird eine Gateelektrode 50 vorgesehen, wobei ein Gateoxidfilm 49 dazwischen vorgesehen ist, so dass mindestens ein Abschnitt des Wannenbereiches 43 (als ”Kanalbereich” bezeichnet) zwischen dem Sourcebereich 44 und dem inneren offenliegenden Raum der Siliciumcarbidschicht 42 bedeckt wird, und eine Sourceelektrode 52 (eine erste Elektrode) wird vorgesehen, die elektrisch mit dem Sourcebereich 44 und dem Kontaktbereich 45 verbunden ist. Ein Zwischenschichtisolierfilm 51 ist weiter oberhalb der Siliciumcarbidschicht 42 so vorgesehen, dass die Gateelektrode 50 bedeckt ist, und ein Isolationsfilm 48 ist oberhalb der Siliciumcarbidschicht 42 vorgesehen, wobei ein Oxidfilm 47 dazwischen vorgesehen ist, nach außerhalb entlang eines Peripheriebereiches Y von dem äußeren Abschnitt des Wannenbereiches 43. Eine Drainelektrode (zweite Elektrode) 53 ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrates 41 vorgesehen. Es sei angemerkt, dass ein Bereich, in dem der Wannenbereich 43 gebildet ist, ein Zellenbereich X ist, der als der MOSFET wirkt, und der Peripheriebereich Y ist ein Bereich außerhalb des Zellenbereiches X, in dem der JTE-Bereich 46 gebildet ist, der eine elektrische Feldkonzentration abschwächt, die an der Kante seines PN-Überganges auftritt.
  • Ein Herstellungsprozess für den MOSFET gemäß Ausführungsform 8 wird unter Bezugnahme auf 28–37 beschrieben.
  • Zuerst wird die n–-Siliciumcarbidschicht 42 auf einer Oberfläche des n+-Siliciumcarbidsubstrates 41 durch epitaxiales Kristallwachstum gebildet. Das Siliciumcarbidsubstrat 41 und die Siliciumcarbidschicht 42 stellen einen Siliciumcarbidwafer dar. (Siehe 28).
  • Als nächstes wird ein erster p-Bereich 55 mit einem vorbestimmten Raum darin selektiv in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 durch Ionenimplantieren (durch Pfeile A in 29 bezeichnet) von Aluminium (Al) gebildet, das ein p-Dotierstoff ist, in dem ein Resist 54 als Maske benutzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 54 entfernt. (Siehe 29).
  • Als nächstes wird ein zweiter p–-Bereich 58 selektiv außerhalb des ersten Bereiches 55 in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 durch Ionenimplantation (durch Pfeile B in 30 bezeichnet) von Aluminium (Al) und Bor (B) gebildet, die p-Dotierstoffe sind, in dem ein Resist 56 als Maske benutzt wird. Es soll angemerkt werden, dass die p-Dotierungskonzentration in dem zweiten Bereich 57 niedriger als die in dem ersten Bereich 55 eingestellt ist. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 56 entfernt. (Siehe 30).
  • Als nächstes wird der n-Sourcebereich 44 selektiv in der Oberfläche des ersten Bereiches 55 durch Ionenimplantieren (durch Pfeile C in 31 bezeichnet) von Phosphor (P) oder Stickstoff (N) (ein dritter Dotierstoff) gebildet, die n-Dotierstoffe sind, in dem ein Resist 58 als Maske benutzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 58 entfernt. (Siehe 31).
  • Als nächstes wird der p+-Kontaktbereich 45 selektiv außerhalb des Sourcebereiches 44 in der Oberfläche des ersten Bereiches 55 durch Ionenimplantieren (durch Pfeile D in 32 bezeichnet) von Aluminium (Al) gebildet, das ein p-Dotierstoff ist, in dem ein Resist 59 als Maske benutzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 59 entfernt. Das Bilden des Kontaktbereiches 45 dient zum Verringern des Kontaktwiderstandes zwischen dem Wannenbereich 43 und der Sourceelektrode (die erste Elektrode) 52, die miteinander elektrisch zu verbinden sind. (Siehe 32).
  • Als nächstes wird der ionenimplantierte Siliciumcarbidwafer einer Aktivierungsglühbehandlung bei einer hohen Temperatur (z. B. in einer Argon(Ar)-Atmosphäre bei 1.500°C während 30 Minuten) unterworfen, wodurch die implantierten Ionen elektrisch aktiviert werden und Kristalldefekte, die durch die Ionenimplantation verursacht sind, werden auch zu der gleichen Zeit repariert (siehe 33).
  • Das in den zweiten Bereich 57 ionenimplantierte Bor diffundiert in seine benachbarten Zonen in der Siliciumcarbidschicht 42 während der Aktivierungsglühbehandlung, wodurch in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 der Wannenbereich 43 und der JTE-Bereich 46 außerhalb davon gebildet werden, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 46a und dem zweiten JTE-Abschnitt 46b besteht. Wie bereits in Ausführungsform 1 erläutert wurde, ist die Bordiffusion während der Aktivierungsglühbehandlung groß in der Richtung entlang der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers und klein in der Tiefenrichtung.
  • Als nächstes wird ein Oxidfilm 60, der aus Siliciumdioxid (SiO2) hergestellt ist, auf der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 durch thermische Oxidation gebildet. (Siehe 34).
  • Als nächstes wird ein Polysiliciumfilm auf der Oberfläche des Oxidfilmes 60 durch chemische Dampfabscheidung (CVD) gebildet, und dann wird die Gateelektrode 50 durch Entfernen eines Abschnittes des Polysiliciumfilmes gebildet, der dafür nicht notwendig ist, in dem ein Resist als Maske benutzt wird, durch Nassätzen oder Plasmaätzen. Die Gateelektrode 50 wird so gebildet, dass sie mindestens den Kanalbereich bedeckt, d. h. den Abschnitt des Wannenbereiches 43 zwischen dem Sourcebereich 44 und dem inneren offen gelegten Raum der Siliciumcarbidschicht 42 (siehe 34).
  • Als nächstes wird ein Isolationsfilm 61, der aus Siliciumdioxid (SiO2) hergestellt ist, über der Gateelektrode 50 und dem Oxidfilm 60 durch ein CVD mit Tetraethoxysilan-(TEOS)Gas gebildet. (Siehe 34).
  • Als nächstes werden der Isolationsfilm 61 und der Oxidfilm 60 teilweise durch Nassätzen oder Plasmaätzen unter Benutzung eines Resist als Maske so entfernt, dass der Kontaktbereich 45 und ein Teil des Sourcebereiches 44 offen gelegt werden. Danach wird der Resist entfernt. Dadurch ist die Bildung des Oxidfilmes 47, des Gateoxidfilmes 49, des Isolationsfilmes 48 und des Zwischenschichtisolationsfilmes 51 beendet. (Siehe 35).
  • Als nächstes wird ein Metallfilm, der aus Aluminium (Al) oder Nickel (Ni) hergestellt ist, über dem offen gelegten Kontaktbereich 45, dem offen gelegten Teil des Sourcebereiches 44 und den Oberflächen des Isolationsfilmes 48 und des Zwischenschichtiso lationsfilmes 51 durch physikalisches Dampfabscheiden (PVD) wie Sputtern gebildet. Auf den Oberflächen des Kontaktbereiches 45 und des Teiles des Sourcebereiches 44 wird dann die Sourceelektrode (erste Elektrode) 52 durch Entfernen eines Teiles des Metallfilmes gebildet, der nicht dafür notwendig ist, indem ein Resist als Maske benutzt wird. Danach wird das Resist entfernt. (Siehe 36).
  • Schließlich wird die Drainelektrode (zweite Elektrode) 53 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrates 41 durch physikalisches Dampfabscheiden (PVD) wie Sputtern gebildet. Bis zu diesem Schritt ist der Hauptteil des in 27 gezeigten MOSFET fertiggestellt.
  • Ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 46 wird unter Bezugnahme auf 37 erläutert.
  • 37 zeigt ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 46, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 46a und dem zweiten JTE-Abschnitt 46b besteht. Der erste JTE-Abschnitt 46a (Zone i in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des Wannenbereiches 43 gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der erste JTE-Abschnitt 46a behält eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der zweite JTE-Abschnitt 46b (Zonen ii und iii in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des ersten JTE-Abschnittes 46a gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Grenze des ersten JTE-Abschnittes 46a abnimmt, d. h., die p-Dotierungskonzentration nimmt kontinuierlich von der in dem ersten JTE-Abschnitt 46a zu einer Konzentration ab, bei der zu ei nem n-Typ umgewandelt wird. Der Konzentrationsgradient in dem zweiten JTE-Abschnitt 46b wird, wie in der Beschreibung des Herstellungsprozesses erläutert ist, während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe des Überganges (Zone ii in der Figur) des zweiten Bereiches 57 zu einem Bereich (Zone iii in der Figur) ohne Borimplantation der Siliciumcarbidschicht 42 entwickelt.
  • Die Beträge und ein Verhältnis von Bor und Aluminium, die ionenimplantiert werden müssen, werden so eingestellt, dass solch ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe während der Aktivierungsglühbehandlung entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 46 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt.
  • Zusätzlich wird der zweite JTE-Abschnitt 46b, der durch die Diffusion des Bors gebildet wird, 2–4 mm in der Breite. Diese Breite kann auch einen Effekt ausreichend zum Abschwächen der elektrischen Feldkonzentration zeigen, wie es der Fall mit den 2–4 μm ist, die in Ausführungsform 1 beschrieben sind.
  • Bei dem Herstellungsprozess gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung wird in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 der erste Bereich 55 mit einem vorbestimmten Raum darin durch Ionenimplantieren von Aluminium als ein p-Dotierstoff gebildet, und der zweite Bereich 57 wird außerhalb davon mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die in dem ersten Bereich 55 durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als p-Dotierstoffe gebildet. Danach durch Diffundieren des Bors, das in den zweiten Bereich 57 ionenimplantiert ist, in der Richtung entlang der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 durch die Aktivierungsglühbehandlung werden der Wannenbereich 43 und der JTE-Bereich 46 gebildet, in denen ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe derart entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 46 von hoch auf niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt. Dadurch enthält der JTE-Bereich 46 eine Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was die Bildung des JTE-Bereiches 46 ermöglicht mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration und der eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist durch eine Standardaktivierungsglühbehandlung nach Ionenimplantation. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit für solche viele Herstellungsschritte wie jene in einem herkömmlichen Herstellungsprozess zum Bilden eines JTE-Bereiches, der aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten besteht, in denen eine p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt. Diese Vereinfachung des Herstellungsprozesses führt zu Reduzierung in den Herstellungskosten, was eine Kostenreduktion der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen ermöglicht.
  • Ausführungsform 9
  • Während Ausführungsform 8 beschrieben worden ist, bei der der JTE-Bereich 46 mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration durch die Aktivierungsglühbehandlung gebildet wird, nachdem der erste Bereich 55 und der zweite Bereich 57 durch Ionenimplantation gebildet sind, können drei oder mehr ionenimplantierte Bereiche gebildet werden. Ausführungsform 9 der Erfindung wird unten beschrieben, bei der drei Bereiche durch Ionenimplantation gebildet werden.
  • 38 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) gemäß Aus führungsform 9 darstellt, wobei die Hälfte der MOSFET-Struktur gezeigt ist, da seine tatsächliche Struktur symmetrisch in Bezug auf sein Zentrum P ist. 39 ist eine Ansicht, die einen Herstellungsprozess für den MOSFET darstellt, wobei ein Herstellungsschritt unterschiedlich von dem in dem Herstellungsprozess des MOSFET gemäß Ausführungsform 8 gezeigt ist. 40 ist ein Diagramm, das ein Konzentrationsprofil von p-Dotierstoffen in einem JTE-Bereich nach einer Aktivierungsglühbehandlung des MOSFET gemäß Ausführungsform 9 zeigt. Es sei angemerkt, dass in 38–40 die gleichen Bezugszeichen wie in 27 der Ausführungsform 8 Elemente bezeichnen, die die gleichen oder äquivalent zu jenen in 27 sind; folglich wird ihre Erläuterung nicht wiederholt.
  • Der Unterschied in der Struktur gegenüber Ausführungsform 8 ist der, dass ein p–-(zweiter Leitungstyp)JTE-Bereich 62 in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 anstelle des p–-JTE-Bereiches 46 vorgesehen ist. Der JTE-Bereich 62 kann in vier Abschnitte unterteilt werden, d. h. einen ersten JTE-Abschnitt 62a bis einen vierten JTE-Abschnitt 62d, die sich durch Konzentrationsprofile von p-Dotierstoffen darin unterscheiden. Ähnlich zu Ausführungsform 8 ist ein Bereich, in dem ein Wannenbereich 43 gebildet ist, ein Zellenbereich X, der als der MOSFET wirkt, und ein Bereich außerhalb des Zellenbereiches X ist ein Peripheriebereich Y, in dem der JTE-Bereich 62 gebildet ist, der eine elektrische Feldkonzentration abschwächt, die an der Kante seines PN-Überganges auftritt.
  • Ein Herstellungsprozess für den MOSFET gemäß Ausführungsform 9 wird beschrieben. Hier wird ein Schritt in dem Herstellungsprozess unterschiedlich von dem, der in Ausführungsform 8 erläutert wurde, erläutert.
  • Der in 39 dargestellte Herstellungsschritt wird ausgeführt nach dem Bilden des zweiten Bereiches 57, der in Ausführungsform 8 erläutert wurde. Genauer, ein dritter p–-Bereich 64 wird außerhalb eines zweiten Bereiches 57 in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 durch Ionenimplantieren (bezeichnet durch Pfeile A in 39) von Aluminium (Al) und Bor (B) gebildet, die p-Dotierstoffe sind, indem ein Resist 63 als Maske benutzt wird. Eine p-Dotierungskonzentration in dem dritten Bereich 64 wird niedriger als die in dem zweiten Bereich 57 eingestellt. Nach der Ionenimplantation wird das Resist 63 entfernt.
  • Die Herstellungsschritte nach dem Bilden des dritten Bereiches 64 sind im Wesentlichen die gleichen wie jene bei und nach der Aktivierungsglühbehandlung, die in Ausführungsform 8 beschrieben wurde. Es sei angemerkt, dass in Ausführungsform 9, das Bor, das in dem zweiten Bereich 57 und dem dritten Bereich 64 ionenimplantiert ist, diffundiert, wie in 38 gezeigt ist, in seine benachbarten Zonen in der Siliciumcarbidschicht 42 während der Aktivierungsglühbehandlung, wodurch in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 der JTE-Bereich 62 gebildet wird, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 62a bis zu dem vierten JTE-Abschnitt 62d besteht, und der Bereich innerhalb des ersten JTE-Abschnittes 62a in dem Zellenbereich X wird der Wannenbereich 43.
  • Ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 62 wird unter Bezugnahme auf 40 erläutert.
  • 40 zeigt ein Konzentrationsprofil der p-Dotierstoffe in dem JTE-Bereich 62, der aus dem ersten JTE-Abschnitt 62a, dem zweiten JTE-Abschnitt 62b, dem dritten JTE-Abschnitt 62c und dem vierten JTE-Abschnitt 62d besteht. Der erste JTE-Abschnitt 62a (Zone i in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des Wannenbereiches 43 in dem Peripheriebereich Y gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der erste JTE-Abschnitt 62a hält eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der zweite JTE-Abschnitt 62b (Zonen ii und iii in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des ersten JTE-Abschnittes 62a in dem Peripheriebereich Y gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Grenze des ersten JTE-Abschnittes 62a abnimmt, d. h., die p-Dotierungskonzentration nimmt kontinuierlich von der in dem ersten JTE-Abschnitt 62a zu der in dem dritten JTE-Abschnitt 62c ab. Der dritte JTE-Abschnitt 62c (Zone iv in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des zweiten JTE-Abschnittes 62b gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant aufweist. Der dritte JTE-Abschnitt 62c behält auch eine anfängliche p-Dotierungskonzentration bei der Ionenimplantation bei selbst nach der Aktivierungsglühbehandlung. Der vierte JTE-Abschnitt 62d (Zonen v und vi in der Figur) ist ein Bereich, der außerhalb des dritten JTE-Abschnittes 62c in dem Peripheriebereich Y gebildet ist und eine p-Dotierungskonzentration aufweist, die kontinuierlich von der in dem dritten JTE-Abschnitt 62c zu einer Konzentration abnimmt, bei der sie zu einem n-Typ umwandelt, nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Grenze des dritten JTE-Abschnittes 62c. Der Konzentrationsgradient in dem zweiten JTE-Abschnitt 62b wird während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe der Grenze (Zone ii in der Figur) des zweiten Bereiches 57 zu dem dritten Bereich 64 (Zone iii in der Figur) niedriger Borkonzentration entwickelt. Der Konzentrationsgradient in dem vierten JTE-Abschnitt 62d wird während der Aktivierungsglühbehandlung durch Diffusion des Bors in der Nähe des Überganges (Zone v in der Figur) des dritten Bereiches 64 zu einem Bereich (Zone vi in der Figur) ohne Ionenimplantation der Siliciumcarbidschicht 42 entwickelt.
  • Die Beträge und Verhältnisse von Bor und Aluminium, die ionenimplantiert werden müssen, werden so eingestellt, dass solch ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe während der Aktivierungsglühbehandlung entwickelt wird, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 62 von hoch auf niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt.
  • Zusätzlich werden der zweite JTE-Abschnitt 62b und der vierte JTE-Abschnitt 62d, die durch die Diffusion des Bors gebildet werden, 2–4 μm in der Breite. Diese Breite kann auch einen Effekt ausreichend zum Abschwächen der elektrischen Feldkonzentration zeigen, wie es der Fall mit 2–4 μm in Ausführungsform 1 war.
  • Bei dem Herstellungsprozess von Ausführungsform 9 der Erfindung wird in der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 der erste Bereich 55 mit einem vorbestimmten Raum darin durch Ionenimplantieren von Aluminium als ein p-Dotierstoff gebildet, und der zweite Bereich 57 wird außerhalb davon mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die des in dem ersten Bereich 55 durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als p-Dotierstoffe gebildet, und der dritte Bereich 64 wird weiter außerhalb davon mit seiner p-Dotierungskonzentration niedriger als die in dem zweiten Bereich 57 durch Ionenimplantieren von Aluminium und Bor als p-Dotierstoffe gebildet. Danach werden durch Diffusion des ionenimplantierten Bors in dem zweiten Bereich 57 und dem dritten Bereich 64 in der Richtung entlang der Oberfläche der Siliciumcarbidschicht 42 durch die Aktivierungsglühbehandlung der Wannenbereich 43 und der JTE-Bereich 62 gebildet, bei denen ein Konzentrationsgradient der p-Dotierstoffe derart entwickelt ist, dass die Konzentration in dem JTE-Bereich 62 von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y abnimmt. Dadurch enthält der JTE-Bereich 62 die Mehrzahl von p-Abschnitten, in denen die Dotierungskonzentration schrittweise abnimmt, was eine Bildung des JTE-Bereiches 62 mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration aufweist, der eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist, durch eine Standardaktivierungsglühbehandlung nach Ionenimplantation. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit für so viele Herstellungsschritte wie jene in einem herkömmlichen Herstellungsprozess zum Bilden eines JTE-Bereiches, der aus einer Mehrzahl von p-Abschnitten besteht, in denen die p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt. Dieser vorteilhafte Herstellungsprozess führt zu einer Reduktion in den Herstellungskosten, was eine Kostenreduktion der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen ermöglicht.
  • Während Ausführungsform 9 beschrieben worden ist, indem ein Beispiel genommen wurde, bei dem drei ionenimplantierte Bereiche zum Bilden eines JTE-Bereiches durch eine Aktivierungsglühbehandlung vorgesehen werden, können mehr als drei ionenimplantierte Bereiche zum Bilden eines JTE-Bereiches vorgesehen werden. Ähnlich zu Ausführungsform 9, durch Bilden einer Mehrzahl von ionenimplantierten Bereichen, in denen die p-Dotierungskonzentration schrittweise nach außen entlang des Peripheriebereiches abnimmt, und dann Behandeln des ionenimplantierten Bereiches durch ein Aktivierungsglühen, kann ein JTE-Bereich gebildet werden, bei dem ein Konzentrationsgradient der p-Dotierungsstoffe so entwickelt wird, dass die Konzentration darin von hoch zu niedrig nach außen entlang des Peripheriebereiches Y von der Kante des Wannenbereiches 43 abnimmt. Der JTE-Bereich, da er eine Mehrzahl von p-Abschnitten mit einem weiten Bereich von p-Dotierungskonzentration aufweist, die schrittweise abnimmt, kann so ausgelegt werden, dass er eine gewünschte Durchbruchsspannung aufweist.
  • Da zusätzlich nur Aluminium ionenimplantiert wird zum Bilden des ersten Bereiches 55 bei den Herstellungsverfahren für eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8 und Ausführungsform 9, wird der Raum innerhalb des Wannenbereiches 43, in anderen Worten der innere Raum der Siliciumcarbidschicht 42 (durch ”Z” in 27 und 38 bezeichnet) niemals schmaler bei dem Schritt des Bildens des Wannenbereiches 43 durch die Aktivierungsglühbehandlung, dadurch ist es möglich, den Kanalwiderstand daran zu hindern zuzunehmen aufgrund der Zunahme der Kanallänge und den JFET (Sperrschichtfeldeffekttransistor) daran zu hindern zuzunehmen aufgrund der Verringerung in dem Raum innerhalb des Wannenbereiches 43.
  • Weiterhin auch in Ausführungsform 8 und Ausführungsform 9, wenn ein zweiter Bereich 47 mit Bor tiefer als oder gleich der erste Bereich 55 ionenimplantiert wird, wird ein p-Bereich (nicht gezeigt) so gebildet, dass er unter der äußeren Kante des Wannenbereiches 43 liegt, wie in dem Fall, der in 21 und 22 gezeigt ist, durch leichte Diffusion des Bors in der Tiefenrichtung des Siliciumcarbidwafers während der Aktivierungsglühbehandlung. Dieser p-Bereich zeigt einen Effekt des Abschwächens der elektrischen Feldkonzentration, die an der unteren äußeren Kante des Wannenbereiches 43 auftritt.
  • In Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 8 sind Herstellungsprozesse für Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen beschrieben, bei denen Aluminium als ein p-Dotierstoff (erster Dotierstoff) und Stickstoff oder Phosphor als ein n-Dotierstoff (dritter Dotierstoff) benutzt werden, der kaum diffundiert (nichtdiffundierbar oder nicht diffusionsfähig) in die Siliciumcarbidschicht während der Aktivierungsglühbehandlung, und Bor als ein p-Dotierstoff (zweiter Dotierstoff) wird benutzt, der leicht diffundiert (diffundierbar oder diffusionsfähig) in die Siliciumcarbidschicht während der Aktivierungsglühbehandlung. Andere Dotierstoffe können jedoch benutzt werden, solange sie eine Eigenschaft vergleichbar zu den obigen Dotierstoffen haben, um genauer zu sein, solange sie eine vergleichbare Diffusionseigenschaft in der Siliciumcarbidschicht während der Aktivierungsglühbehandlung zeigen. Die Benutzung solch eines Dotierstoffes ist auch innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - WO 98/02924 A [0004]

Claims (10)

  1. Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung mit: einem Schritt des Bildens eines ersten Bereiches (7) eines zweiten Leitungstypes mit einem vorbestimmten Raum darin in einer Oberfläche eines Siliciumcarbidwafers (1, 2) durch Ionenimplantieren eines ersten Dotierstoffes, der nicht während einer Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und der einen Bereich eines zweiten Leitungstyps in dem Siliciumcarbidwafer (1, 2) bilden kann, und durch Ionenimplantieren eines zweiten Dotierstoffes, der während der Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich eines zweiten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (1, 2) bilden kann; einem Schritt des Bildens eines JTE-Bereiches (3) in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2) von dem ersten Bereich (7) durch Diffundieren des zweiten Dotierstoffes, der in den ersten Bereich (7) ionenimplantiert ist, zu seinen benachbarten Zonen durch die Aktivierungsglühbehandlung; einem Schritt des Bildens einer ersten Elektrode (4) auf einem Oberflächengebiet des Siliciumcarbidwafers (1, 2) an dem Raum innerhalb des ersten Bereiches (7) und an einem inneren Teil des ersten Bereiches (7); und einem Schritt des Bildens einer zweiten Elektrode (5) auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2).
  2. Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung mit: einem Schritt des Bildens eines ersten Bereiches (7) eines zweiten Leitungstypes mit einem vorbestimmten Raum darin in einer Oberfläche eines Siliciumcarbidwafers (1, 2) durch Ione nimplantieren eines ersten Dotierstoffes, der nicht während einer Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich eines zweiten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (1, 2) bilden kann; einem Schritt des Bildens von mindestens einem Bereich (10) des zweiten Leitungstypes außerhalb des ersten Bereiches (7) in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2) durch Ionenimplantieren des ersten Dotierstoffes und eines zweiten Dotierstoffes, der während der Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich des zweiten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (1, 2) bilden kann, so dass eine Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Leitungstypes in dem mindestens einen Bereich (10) schrittweise von dem des Dotierstoffes in dem ersten Bereich (7) abnimmt; einem Schritt des Bildens eines JTE-Bereiches (8) in dem Siliciumcarbidwafer (1, 2) von dem ersten Bereich (7) und von dem mindestens einem Bereich (10) durch Diffundieren des zweiten Dotierstoffes, der in dem mindestens einen Bereich (10) ionenimplantiert ist, zu seinen benachbarten Zonen durch die Aktivierungsglühbehandlung; einem Schritt des Bildens einer ersten Elektrode (4) auf einem Oberflächengebiet des Siliciumcarbidwafers (1, 2) an dem Raum innerhalb des ersten Bereiches (7) und an einem inneren Teil des ersten Bereiches (7); und einem Schritt des Bildens einer zweiten Elektrode (5) auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (1, 2).
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem der zweite Dotierstoff weiter in den ersten Bereich (7) ionenimplantiert wird und dann der in den ersten Bereich (7) und in den mindestens einen Bereich (10) ionenimplantierte zwei te Dotierstoff zu seinen entsprechenden benachbarten Zonen während der Aktivierungsglühbehandlung diffundiert wird.
  4. Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, mit: einem Schritt des Bildens eines ersten Bereiches (23) eines zweiten Leitungstypes in einer Oberfläche eines Siliciumcarbidwafers (15, 16) eines ersten Leitungstypes durch Ionenimplantieren eines ersten Dotierstoffes, der nicht während einer Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich des zweiten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (15, 16) bilden kann; einem Schritt des Bildens von mindestens einem Bereich (26) des zweiten Leitungstypes außerhalb des ersten Bereiches (23) in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (15, 16) durch Ionenimplantieren des ersten Dotierstoffes und eines zweiten Dotierstoffes, der während der Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich des zweiten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (15, 16) bilden kann, so dass eine Konzentration der Dotierstoffe für den zweiten Leitungstyp in dem mindestens einen Bereich (26) schrittweise von dem des Dotierstoffes in dem ersten Bereich (23) abnimmt; einem Schritt des Bildens eines Wannenbereiches (17) in dem Siliciumcarbidwafer (15, 16) von dem ersten Bereich (23) und eines JTE-Bereiches (19) außerhalb von dem mindestens einen Bereich (26) durch Diffundieren des zweiten Dotierstoffes, der in den mindestens einen Bereich (26) ionenimplantiert ist, zu seinen benachbarten Zonen durch die Aktivierungsglühbehandlung; einem Schritt des Bildens einer ersten Elektrode (20) auf der Oberfläche des Wannenbereiches (17); und einem Schritt des Bildens einer zweiten Elektrode (21) auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (15, 16).
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, bei dem der zweite Dotierstoff weiter in den ersten Bereichen (23) ionenimplantiert wird und dann der zweite Dotierstoff, der in den ersten Bereich (23) und in den mindestens einen Bereich (26) ionenimplantiert ist, zu ihren entsprechenden benachbarten Zonen während der Aktivierungsglühtätigkeit diffundiert wird.
  6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem einer des mindestens einen Bereiches (26) benachbart zu dem ersten Bereich (23) tiefer oder gleich als der erste Bereich (23) gebildet wird.
  7. Herstellungsverfahren einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, mit: einem Schritt des Bildens eines ersten Bereiches (55) eines zweiten Leitungstypes mit einem vorbestimmten Raum darin in einer Oberfläche eines Siliciumcarbidwafers (41, 42) eines ersten Leitungstypes durch Ionenimplantieren eines ersten Dotierstoffes, der nicht während einer Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich des zweiten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (41, 42) bilden kann; einem Schritt des Bildens von mindestens einem Bereich (57) des zweiten Leitungstypes außerhalb des ersten Bereiches (55) in der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (41, 42) durch Ionenimplantieren des ersten Dotierstoffes und eines zweiten Dotierstoffes, der während der Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich des zweiten Leitungstypes in dem Si liciumcarbidwafer (41, 42) bilden kann, so dass eine Konzentration der Dotierstoffe des zweiten Leitungstypes in dem mindestens einen Bereich (57) schrittweise von der des Dotierstoffes in dem ersten Bereich (55) abnimmt; einem Schritt des Bildens eines Sourcebereiches (44) des ersten Leitungstypes in der Oberfläche des ersten Bereiches (55) durch Ionenimplantieren eines dritten Dotierstoffes, der nicht während der Aktivierungsglühbehandlung diffusionsfähig ist und einen Bereich des ersten Leitungstypes in dem Siliciumcarbidwafer (41, 42) bilden kann; einem Schritt des Bildens eines Wannenbereiches (43), der den Sourcebereich (44) enthält, in dem Siliciumcarbidwafer (41, 42) von dem ersten Bereich (55) und eines JTE-Bereiches (46) außerhalb des Wannenbereiches (43) von dem mindestens einen Bereich (57) durch Diffundieren des zweiten Dotierstoffes, der in den mindestens einen Bereich (57) ionenimplantiert ist, zu seinen benachbarten Zonen durch die Aktivierungsglühbehandlung; einem Schritt des Bildens einer Gateelektrode (50) auf der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (41, 42), so dass ein Kanalbereich des Wannenbereiches (43) bedeckt wird, wobei ein Gateoxidfilm (49) zwischen dem Siliciumcarbidwafer (41, 42) und der Gateelektrode (50) vorgesehen wird; einem Schritt des Bildens einer ersten Elektrode, die elektrisch mit dem Sourcebereich (44) und dem Wannenbereich (43) verbunden ist, auf der Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (41, 42); und einem Schritt des Bildens einer zweiten Elektrode (53) auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Siliciumcarbidwafers (41, 42).
  8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem einer von dem mindestens einen Bereich (57) benachbart zu dem ersten Bereich (55) tiefer oder gleich als der erste Bereich (55) gebildet wird.
  9. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der erste Dotierstoff Aluminium und der zweite Dotierstoff Bor ist.
  10. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der dritte Dotierstoff Stickstoff oder Phosphor ist.
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