DE102013217850B4 - Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

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Abstract

Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst:eine Siliziumcarbid-Driftschicht (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einem Siliziumcarbid-Substrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist;einen Bereich (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) ausgebildet ist; undeine Schottky-Elektrode (3), die über der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) entsprechend einem Ausbildungsabschnitt des Bereichs (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist,wobei der Bereich (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen (20) ausgebildet ist, von denen jede eine sich wiederholende Einheit einer Verteilung einer Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, undjede der mehreren Einheitszellen (20) mindestens einen ersten Verteilungsbereich (20A), in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer von Null verschiedenen ersten Konzentration implantiert ist, und einen zweiten Verteilungsbereich (20B), in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer zweiten Konzentration, die höher ist als die erste Konzentration, implantiert ist, aufweist, undwobei der erste Verteilungsbereich (20A) und der zweite Verteilungsbereich (20B) jeweils ein Verteilungsbereich sind, in dem mehrere Einheitsverteilungsbereiche (21A, 21B), die voneinander getrennt sind, angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine JBS (Sperrschicht-gesteuerte Schottky-Diode) oder eine MPS (Gemischte P-i-N/Schottky-Diode), die Siliziumcarbid verwendet.
  • Das elektrische Feld des dielektrischen Durchbruchs von Siliziumcarbid ist etwa zehnmal so groß wie jenes von Silizium und die Bandlücke von Siliziumcarbid ist etwa dreimal so breit wie jene von Silizium. Daher weist eine Leistungsvorrichtung unter Verwendung von Siliziumcarbid ein charakteristisches Merkmal auf, das einen Hochtemperaturbetrieb mit geringem Widerstand im Vergleich zu einer derzeit verwendeten Leistungsvorrichtung unter Verwendung von Silizium ermöglicht.
  • Insbesondere können eine SBD (Schottky-Sperrdiode) und ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), die Siliziumcarbid verwenden, einen Verlust in einem Betrieb bei derselben Durchbruchspannung im Vergleich zu einer pn-Diode und einem IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), die Silizium verwenden, verringern. Die Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) weist insbesondere eine einfache Vorrichtungsstruktur auf und deren Entwicklung für die praktische Verwendung wurde aktiv durchgeführt.
  • Die Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) weist Probleme einer Erhöhung des Leckstroms beim Anlegen einer Sperrvorspannung und einer Erhöhung eines Verlusts bei der Erregung in einem Fall, in dem es beabsichtigt ist, eine hohe Durchbruchspannung zu erreichen, auf. Als Gegenmaßnahme gegen diese Probleme werden eine JBS, eine MPS und ähnliche Strukturen vorgeschlagen. Die JBS ist eine Struktur, in der eine Epitaxieschicht vom N--Typ auf einem Siliziumcarbid-Substrat vom N+-Typ ausgebildet ist und eine Schottky-Elektrode in einer vorderen Oberfläche der Epitaxieschicht vom N--Typ ausgebildet ist und eine ohmsche Elektrode auf einer hinteren Oberfläche des Siliziumcarbid-Substrats vom N+-Typ ausgebildet ist. Ein Endbereich vom P-Typ zum Abbauen eines elektrischen Feldes ist an einem Endabschnitt der Schottky-Elektrode vorgesehen und ein Bereich vom P-Typ ist unter der Schottky-Elektrode vorgesehen.
  • In irgendeiner Struktur ist ein Bereich vom P-Typ unter der Schottky-Elektrode am Endabschnitt der Schottky-Elektrode und an einem Umfangsabschnitt derselben ausgebildet.
  • DE 10 2008 021 430 A1 offenbart eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode, bei der unterhalb einer Schottky-Elektrode mehrere voneinander getrennte p-leitende Bereiche in einem n-Substrat angeordnet sind. Der obere Teil der p-leitenden Bereiche ist dabei so hoch dotiert, dass ein ohmscher Kontakt ausgebildet wird.
  • JP 2008 - 300 506 A beschreibt eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode, bei der unterhalb einer Schottky-Elektrode mehrere voneinander getrennte p-leitende Bereiche in einem n-Substrat angeordnet sind, deren Breite zum Rand der Schottky-elektrode hin abnimmt.
  • US 5 902 117 A beschreibt eine SiC-pn-Diode. Bei deren Herstellung wird zunächst großflächig Aluminium in ein SiC-Substrat implantiert indem eine oberflächennahe hochdotierte Schicht erzeugt wird und eine darunterliegende niedrig dotierte Schicht erzeugt wird. Anschließend wird durch eine Borimplantation ein Gitter aus voneinander getrennten Bor-dotierten Bereichen erzeugt, die sich infolge eines Diffusionsschritts weiter in die Tiefe erstrecken als die Aluminium-dotierte Region.
  • US 2010 / 0 159 681 A1 beschreibt ein Ionenimplantationsverfahren, bei dem die Ionenimplantationsmaske eine Maskenöffnung und einen Maskendünnfilmabschnitt umfasst, wodurch mehrere Diffusionsschichten mit unterschiedlichen Diffusionstiefen in einem Halbleiterbereich ausgebildet werden können.
  • US 2006 / 0 234 439 A1 offenbart eine Möglichkeit die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Polysiliziumwiderständen zu erleichtern. Dabei wird eine Polysiliziumschicht strukturiert, um einen Polysiliziumwiderstand zu bilden. Hierzu wird auf dem Polywiderstand eine Polywiderstandsmaske gebildet, bei der ein ausgewählter Prozentsatz des Polywiderstands freiliegt. Ein ausgewählter Dotierstoff wird implantiert, der den spezifischen Widerstand des Polywiderstands verändert. Die Maske wird entfernt und ein thermischer Aktivierungsprozess wird durchgeführt, der den implantierten Dotierstoff auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Konzentration im gesamten Polysiliziumwiderstand diffundiert.
  • US 7 728 402 B2 offenbart eine Halbleitervorrichtung umfassend eine Halbleiterschicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, einen Metallkontakt auf der Halbleiterschicht, der mit der Halbleiterschicht einen Schottky-Übergang bildet, und einen Halbleiterbereich in der Halbleiterschicht. Der Halbleiterbereich und die Halbleiterschicht bilden einen ersten pn-Übergang parallel zum Schottky-Übergang. Der erste pn-Übergang ist so konfiguriert, dass er einen Verarmungsbereich in der Halbleiterschicht neben dem Schottky-Übergang erzeugt, wenn der Schottky-Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist, um dadurch den Rückwärtsleckstrom durch den Schottky-Übergang zu begrenzen. Der erste pn-Übergang ist weiterhin so konfiguriert, dass ein Durchbruch des ersten pn-Übergangs bei einer niedrigeren Spannung auftritt als eine Durchbruchspannung des Schottky-Übergangs, wenn der Schottky-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist.
  • In Techniken, die beispielsweise in JP 2008 - 282 973 A und JP 2008 - 300 506 A offenbart sind, sind Bereiche vom P-Typ mit verschiedenen Tiefen und Bereiche vom P-Typ mit verschiedenen Größen unter der Schottky-Elektrode ausgebildet.
  • Ferner sind in Techniken, die in JP 2008 - 270 413 A und JP 2011 - 521 471 A offenbart sind, P-i-N-Bereiche in einer Einheit eines Chips angeordnet. In einer Technik, die in JP 2008 - 042 198 A offenbart ist, sind Bereiche vom P-Typ mit zwei Arten von Konzentrationen in einer Einheit eines Chips angeordnet.
  • Zum Erreichen der obigen Strukturen muss jedoch, um die Bereiche vom P-Typ unter verschiedenen Bedingungen auszubilden, eine Ionenimplantation die Anzahl von Malen durchgeführt werden, die die verschiedenen Bedingungen erfüllt. Daher entsteht ein Problem einer Erhöhung der Anzahl von Ionenimplantationsprozessen.
  • Da die Bereiche vom P-Typ lokal ausgebildet werden, wird ferner ein Stromstoß konzentriert und dies wirft ein Problem auf, dass keine hohe Durchbruchspannung erreicht werden kann.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei der eine ausreichende Durchbruchspannung mit einer geringeren Anzahl von Ionenimplantationen erreicht werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung ist für eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung bestimmt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da der Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen ausgebildet ist, von denen jede eine sich wiederholende Einheit einer Verteilung einer Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyps ist, und jede der Einheitszellen einen ersten Verteilungsbereich, in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer von Null verschiedenen ersten Konzentration implantiert ist, und einen zweiten Verteilungsbereich, in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer zweiten Konzentration, die höher ist als die erste Konzentration, implantiert ist, aufweist, möglich, eine Konzentrationsverteilung der Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch Kombination des ersten Verteilungsbereichs und des zweiten Verteilungsbereichs sogar mit einer geringeren Anzahl von Ionenimplantationen einzustellen. Mit einer solchen Anordnung der mehreren Einheitszellen ist es ferner, da die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp nicht lokal verteilt ist, auch möglich, eine ausreichende Durchbruchspannung zu erreichen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
    • 1 einen Querschnitt, der eine Struktur einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2A eine Draufsicht, die die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
    • 2B ein Verteilungsdiagramm der Störstellenkonzentration;
    • 3 eine Ansicht, die einen Bereich vom P-Typ mit niedriger Konzentration der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen darstellt;
    • 4 eine Ansicht, die ein Inneres jeder Einheitszelle der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 5 eine Ansicht, die einen Bereich vom P-Typ mit hoher Konzentration der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen darstellt;
    • 6 eine Ansicht, die ein Inneres jeder Einheitszelle der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 7A eine Draufsicht, die die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
    • 7B ein Verteilungsdiagramm der Störstellenkonzentration;
    • 8 bis 22 Ansichten, die jeweils ein Inneres jeder Einheitszelle der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
    • 23A und 23B Ansichten, die jeweils einen Strompfad eines Stromstoßes in einer Halbleitervorrichtung zeigen, die eine zugrundeliegende Technik der vorliegenden Erfindung ist;
    • 24 eine Ansicht, die einen Strompfad eines Stromstoßes in der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 25 bis 28 Graphen, die jeweils Leistungen der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
    • 29 eine Draufsicht, die eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Variation der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Nachstehend wird mit Bezug auf die Figuren eine Erörterung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
  • <Die bevorzugte Ausführungsform>
  • <Struktur>
  • 1 ist ein Querschnitt, der eine Struktur einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Obwohl eine JBS oder eine MPS unter Verwendung von Siliziumcarbid als Beispiel in dieser bevorzugten Ausführungsform gezeigt wird, ist die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Strukturen begrenzt, sondern kann eine SBD, ein MOSFET oder dergleichen sein.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung eine Siliziumcarbid-Driftschicht 1 vom N--Typ (erster Leitfähigkeitstyp), die auf einem Siliziumcarbid-Substrat 10 vom N+-Typ (erster Leitfähigkeitstyp) durch Epitaxialwachstum ausgebildet ist, einen Bereich 2 vom P-Typ, der ein Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, der in einer Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet ist, eine Schottky-Elektrode 3, die über der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 entsprechend einem Ausbildungsabschnitt des Bereichs 2 vom P-Typ ausgebildet ist (so dass der Bereich 2 vom P-Typ in 1 darunter angeordnet ist), und eine ohmsche Elektrode 4, die auf einer hinteren Oberfläche des Siliziumcarbid-Substrats 10 ausgebildet ist. Auf der Schottky-Elektrode 3 kann eine Al-Kontaktstelle (nicht dargestellt) von etwa 5 µm als Kontaktstelle zum Drahtbonden (WB) ausgebildet sein.
  • 2A ist eine Draufsicht, die die in 1 gezeigte Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung zeigt, und 2B ist ein Verteilungsdiagramm der Störstellenkonzentration vom P-Typ in einem Querschnitt entlang der Linie A-A' der Draufsicht. Für eine einfache Darstellung ist jedoch die Schottky-Elektrode 3 nicht gezeigt.
  • Wie in 2A gezeigt, besteht der Bereich 2 vom P-Typ aus einem Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und einem Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration. Die Anordnung des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration ist jedoch nicht auf die in 2A gezeigte begrenzt und verschiedene andere Anordnungen können übernommen werden. Die Arten der Bereiche vom P-Typ sind nicht auf die zwei Arten (den Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und den Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration), die in 2A gezeigt sind, begrenzt und ein Bereich vom P-Typ mit einer anderen Konzentration (nicht dargestellt) kann ferner ausgebildet werden (nachstehend im Einzelnen erörtert).
  • Der Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und der Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration sind Bereiche, die mit Störstellenionen vom P-Typ (zweiter Leitfähigkeitstyp) implantiert sind, und wie in 2B gezeigt, ist die Störstellenkonzentration vom P-Typ des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration höher festgelegt als jene des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration (siehe vertikale Achse).
  • 3 ist eine Ansicht, die den Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration im Einzelnen darstellt. Wie in 3 gezeigt, ist der Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen 20 ausgebildet, von denen jede eine sich wiederholende Einheit einer Verteilung einer Störstelle vom P-Typ ist. Ferner können in dem Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration die belegte Fläche (Größe) und die Form jeder Einheitszelle 20 einheitlich sein oder nicht.
  • 4 ist eine Ansicht, die ein Inneres von jeder der in 3 gezeigten Einheitszellen 20 darstellt. Wie in 4 gezeigt, sind in jeder Einheitszelle 20 Einheitsverteilungsbereiche 21A, von denen jeder mit einer Störstelle vom P-Typ mit niedriger Konzentration (erste Konzentration) implantiert ist, und ein Einheitsverteilungsbereich 21B, der mit einer Störstelle vom P-Typ mit hoher Konzentration (zweite Konzentration, die höher ist als die erste Konzentration) implantiert ist, die voneinander getrennt sind, angeordnet. Ferner können in jeder Einheitszelle 20 die belegte Fläche (Größe) und die Form von jedem Einheitsverteilungsbereich einheitlich sein oder nicht.
  • Unter der Annahme, dass die Gruppe der Einheitsverteilungsbereiche 21A (acht Einheitsverteilungsbereiche 21A in 4) ein erster Verteilungsbereich 20A ist und die Gruppe der Einheitsverteilungsbereich(e) 21B (nur ein Einheitsverteilungsbereich 21B in 4) ein zweiter Verteilungsbereich 20B ist, ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit unterschiedlichen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, besteht.
  • Hier ist jeder Verteilungsbereich (des ersten Verteilungsbereichs 20A und des zweiten Verteilungsbereichs 20B) nicht auf einen begrenzt, der aus Einheitsverteilungsbereichen besteht, die voneinander getrennt sind, wie in 4 gezeigt, sondern kann einer mit einem kontinuierlichen Verteilungsbereich sein.
  • Ferner kann die erste Konzentration des ersten Verteilungsbereichs 20A 0 sein.
  • 5 ist eine Ansicht, die den Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration im Einzelnen darstellt. Wie in 5 gezeigt, ist der Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen 20 ausgebildet, von denen jede eine sich wiederholende Einheit der Verteilung der Störstelle vom P-Typ ist. Obwohl die Einheitszellen 20 im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration in 5 jeweils dieselbe belegte Fläche und Form wie jene der Einheitszellen 20 im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration aufweisen, können die Einheitszellen 20 im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration jeweils eine andere belegte Fläche und Form als jene der Einheitszellen 20 im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration aufweisen, und im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration können die belegte Fläche (Größe) und die Form jeder Einheitszelle 20 einheitlich sein oder nicht.
  • 6 ist eine Ansicht, die ein Inneres von jeder der Einheitszellen 20, die in 5 gezeigt sind, darstellt. Wie in 6 gezeigt, sind in jeder Einheitszelle 20 Einheitsverteilungsbereiche 21A, von denen jeder mit einer Störstelle vom P-Typ mit niedriger Konzentration implantiert ist, und Einheitsverteilungsbereiche 21B, von denen jeder mit einer Störstelle vom P-Typ mit hoher Konzentration implantiert ist, die voneinander getrennt sind, angeordnet. Ferner können in jeder Einheitszelle 20 die belegte Fläche (Größe) und die Form jedes Einheitsverteilungsbereichs einheitlich sein oder nicht.
  • Unter der Annahme, dass die Gruppe der Einheitsverteilungsbereiche 21A (vier Einheitsverteilungsbereiche 21A in 6) ein erster Verteilungsbereich 20A ist und die Gruppe der Einheitsverteilungsbereiche 21B (fünf Einheitsverteilungsbereiche 21B in 6) ein zweiter Verteilungsbereich 20B ist, ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B.
  • Hier ist jeder Verteilungsbereich (des ersten Verteilungsbereichs 20A und des zweiten Verteilungsbereichs 20B) nicht auf einen begrenzt, der aus Einheitsverteilungsbereichen besteht, die voneinander getrennt sind, wie in 6 gezeigt, sondern kann einer mit einem kontinuierlichen Verteilungsbereich sein.
  • Die belegte Fläche des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20, die im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration enthalten ist, ist größer als jene im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration. Mit anderen Worten, das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20, die im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration enthalten ist, ist höher als jenes im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration. Folglich ist das belegte Verhältnis der zweiten Verteilungsbereiche 20B im Ganzen des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration auch höher als jenes im Ganzen des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration, und die Störstellenkonzentration vom P-Typ des Ganzen des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration kann künstlich höher gemacht werden. Durch Ändern des belegten Verhältnisses der zweiten Verteilungsbereiche 20B (oder der ersten Verteilungsbereiche 20A) in den Einheitszellen 20 gemäß dem Ausbildungsabschnitt in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ist es möglich, die Störstellenkonzentration vom P-Typ im Ganzen des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration (oder des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration) künstlich zu ändern.
  • Die Einheitszellen 20, die im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration enthalten sind, und die Einheitszellen 20, die im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration enthalten sind, in denen die darin enthaltenen Verteilungsbereiche (die ersten Verteilungsbereiche 20A und die zweiten Verteilungsbereiche 20B) willkürlich festgelegt werden können, können einen effektiven Bereich auf dem Siliziumcarbid-Substrat 10 bilden.
  • 7A ist eine Draufsicht, die die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zeigt, und 7B ist ein Verteilungsdiagramm der Störstellenkonzentration vom P-Typ in einem Querschnitt entlang der Linie B-B' der Draufsicht. Für eine einfache Darstellung ist jedoch die Schottky-Elektrode 3 nicht gezeigt.
  • Wie in 7A gezeigt, besteht ein Bereich 5 vom P-Typ aus einem Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration, einem Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration und einem Bereich 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration. Die Anordnung des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration, des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration und des Bereichs 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration ist jedoch nicht auf die in 7A gezeigte begrenzt und verschiedene andere Anordnungen können übernommen werden.
  • Wie in 7B gezeigt, ist die Störstellenkonzentration vom P-Typ des Bereichs 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration höher festgelegt als jene des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration (siehe vertikale Achse) und niedriger festgelegt als jene des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration (siehe vertikale Achse).
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Inneres jeder der Einheitszellen 20 in dem in 7A gezeigten Bereich 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration darstellt. Wie in 8 gezeigt, sind in jeder der Einheitszellen 20 Einheitsverteilungsbereiche 21A, von denen jeder mit einer Störstelle vom P-Typ mit niedriger Konzentration implantiert ist, und Einheitsverteilungsbereiche 21B, von denen jeder mit einer Störstelle vom P-Typ mit hoher Konzentration implantiert ist, die voneinander getrennt sind, angeordnet.
  • Unter der Annahme, dass die Gruppe der Einheitsverteilungsbereiche 21A (fünf Einheitsverteilungsbereiche 21A in 8) ein erster Verteilungsbereich 20A ist und die Gruppe der Einheitsverteilungsbereiche 21B (vier Einheitsverteilungsbereiche 21B in 8) ein zweiter Verteilungsbereich 20B ist, ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B.
  • Hier ist jeder Verteilungsbereich (des ersten Verteilungsbereichs 20A und des zweiten Verteilungsbereichs 20B) nicht auf einen begrenzt, der aus Einheitsverteilungsbereichen besteht, die voneinander getrennt sind, wie in 8 gezeigt, sondern kann einer mit einem kontinuierlichen Verteilungsbereich sein.
  • Die belegte Fläche des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20, die im Bereich 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration enthalten ist, ist größer als jene im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und kleiner als jene im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration. Mit anderen Worten, das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20, die im Bereich 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration enthalten ist, ist höher als jenes im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und niedriger als im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration. Folglich ist das belegte Verhältnis der zweiten Verteilungsbereiche 20B im Ganzen des Bereichs 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration auch höher als jenes im Ganzen des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und auch niedriger als im Ganzen des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration, und die Störstellenkonzentration vom P-Typ des Ganzen des Bereichs 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration kann künstlich höher gemacht werden als jene des Ganzen des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und niedriger als jene des Ganzen des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration.
  • Durch Ausbilden des Bereichs 2C vom P-Typ mit mittlerer Konzentration zwischen dem Verteilungsbereich im Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und dem Verteilungsbereich im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration wird folglich die Änderung der Störstellenverteilungskonzentration vom Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration zum Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration sanfter und eine kontinuierlichere Änderung der Störstellenkonzentration kann erreicht werden. Eine solche kontinuierlichere Änderung der Störstellenkonzentration kann durch Erhöhen der Anzahl von Kombinationsmustern im belegten Verhältnis zwischen dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B in jeder Einheitszelle 20 und Anordnen der Einheitszellen 20 in einer solchen Reihenfolge, dass die Störstellenkonzentration vom P-Typ sich allmählich ändert, erreicht werden.
  • In 2A und 7A kann, obwohl der Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration in einem vorbestimmten Abschnitt ausgebildet ist, der Ausbildungsabschnitt ein mittlerer Abschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1, ein Drahtbondabschnitt davon oder ein Leistungsversorgungs-Verbindungsabschnitt davon sein.
  • Als nächstes werden andere Beispiele des Inneren jeder Einheitszelle 20 gezeigt (siehe 9 bis 22).
  • In 9 sind in jeder Einheitszelle 20 vier Einheitsverteilungsbereiche in einer vertikalen Richtung und vier Einheitsverteilungsbereiche in einer horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 9 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von zwölf Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von vier Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 10 sind in jeder Einheitszelle 20 vier Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und vier Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 10 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von acht Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von acht Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 11 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 11 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von vierundzwanzig Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von einem Einheitsverteilungsbereich 21B (nur der mittlere Abschnitt) besteht.
  • In 12 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 12 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von einundzwanzig Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von vier Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 13 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 13 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von sechzehn Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von neun Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 14 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 14 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von dreizehn Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von zwölf Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 15 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 15 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von neun Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von sechzehn Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 16 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 16 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von vier Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von einundzwanzig Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 17 sind in jeder Einheitszelle 20 fünf Einheitsverteilungsbereiche in der vertikalen Richtung und fünf Einheitsverteilungsbereiche in der horizontalen Richtung angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 17 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von einem Einheitsverteilungsbereich 21A (nur der mittlere Abschnitt) besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von vierundzwanzig Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht.
  • In 18 sind in jeder Einheitszelle 20 streifenartige Einheitsverteilungsbereiche angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 18 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von vier Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von einem Verteilungsbereich 21B (nur der mittlere Abschnitt) besteht. Die Störstellenkonzentration vom P-Typ kann durch Fixieren des Abstandes zwischen den Einheitsverteilungsbereichen und Ändern der Anzahl von Streifen der Einheitsverteilungsbereiche eingestellt werden.
  • In 19 sind in jeder Einheitszelle 20 streifenartige Einheitsverteilungsbereiche angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 19 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von zwei Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von drei Einheitsverteilungsbereichen 21B besteht. Die Störstellenkonzentration vom P-Typ kann durch Fixieren des Abstandes zwischen den Einheitsverteilungsbereichen und Ändern der Anzahl von Streifen der Einheitsverteilungsbereiche eingestellt werden.
  • In 20 sind in jeder Einheitszelle 20 streifenartige Einheitsverteilungsbereiche angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 20 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von zwei Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von einem Einheitsverteilungsbereich 21B (nur der mittlere Abschnitt) besteht. Ferner sind in 20 die Einheitsverteilungsbereiche so ausgebildet, dass die Breite des Streifens des Einheitsverteilungsbereichs 21B schmäler ist als jene des Streifens des Einheitsverteilungsbereichs 21A. Die Störstellenkonzentration vom P-Typ kann eingestellt werden, indem der Abstand zwischen den Einheitsverteilungsbereichen variabel gemacht wird und die belegte Fläche des Einheitsverteilungsbereichs geändert wird.
  • In 21 sind in jeder Einheitszelle 20 streifenartige Einheitsverteilungsbereiche angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 21 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von zwei Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von einem Einheitsverteilungsbereich 21B (nur der mittlere Abschnitt) besteht. Ferner sind in 21 die Einheitsverteilungsbereiche so ausgebildet, dass die Breite des Streifens des Einheitsverteilungsbereichs 21B breiter ist als jene des Streifens des Einheitsverteilungsbereichs 21A.
  • In 22 sind in jeder Einheitszelle 20 streifenartige Einheitsverteilungsbereiche angeordnet, die voneinander getrennt sind. In 22 ist zu sehen, dass die Einheitszelle 20 aus den zwei Arten von Verteilungsbereichen mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen vom P-Typ besteht, d. h. dem ersten Verteilungsbereich 20A, der aus einer Gruppe von zwei Einheitsverteilungsbereichen 21A besteht, und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, der aus einer Gruppe von einem Einheitsverteilungsbereich 21B (nur der mittlere Abschnitt) besteht. Ferner sind in 22 die Einheitsverteilungsbereiche so ausgebildet, dass die Breite des Streifens des Einheitsverteilungsbereichs 21A breiter wird, wenn er in dieser Figur aufwärts verläuft, und die Breite des Einheitsverteilungsbereichs 21B breiter wird, wenn er in dieser Figur abwärts verläuft. Mit einer solchen Ausbildung können diese Verteilungsbereiche verwendet werden, um den unteren Abschnitt (A') der Einheitszelle 20 in 20 und den oberen Abschnitt (B') der Einheitszelle 20 in 21 stufenlos zu verbinden.
  • <Herstellungsverfahren>
  • Nachstehend wird eine Erörterung eines Verfahrens zur Herstellung der in 1 gezeigten Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung durchgeführt.
  • Zuerst wird die Siliziumcarbid-Driftschicht 1 auf dem Siliziumcarbid-Substrat 10 durch Epitaxialwachstum ausgebildet. Als nächstes wird eine Maske wie z. B. ein Resist, ein Oxidfilm oder dergleichen auf der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet.
  • Ionenimplantation wird auf der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 unter Verwendung der Maske durchgeführt, um dadurch den Bereich 2 vom P-Typ in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 auszubilden.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die Ionenimplantation zweimal oder mehrmals durchgeführt, wobei eine Beschleunigungsspannung zum Implantieren von Ionen und die Maske jedes Mal geändert werden, so dass ein Bereich (nachstehend ein P+-Bereich) mit hoher P-Konzentration und ein Bereich (nachstehend ein P--Bereich) mit niedriger P-Konzentration ausgebildet werden können, wie in 2 gezeigt.
  • Schließlich wird die Schottky-Elektrode 3 über der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet, um dadurch die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung (JBS oder MPS) fertigzustellen.
  • <Operation>
  • Als nächstes wird eine Erörterung einer Operation der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
  • 23A und 23B sind Ansichten, die jeweils einen Strompfad eines Stromstoßes in einer Halbleitervorrichtung zeigen, die eine zugrundliegende Technik der vorliegenden Erfindung ist.
  • Eine in 23A und 23B gezeigte Halbleitervorrichtung umfasst eine Siliziumcarbid-Driftschicht 1 vom N--Typ (erster Leitfähigkeitstyp), die auf einem Siliziumcarbid-Substrat vom N+-Typ (erster Leitfähigkeitstyp) (nicht dargestellt) durch Epitaxialwachstum ausgebildet ist, einen Bereich 6B vom P-Typ mit hoher Konzentration, der in einer Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet ist, einen Bereich 6A vom P-Typ mit niedriger Konzentration, der so in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet ist, dass er den Bereich 6B vom P-Typ mit hoher Konzentration in einer Draufsicht umgibt und vom Bereich 6B vom P-Typ mit hoher Konzentration getrennt ist, eine Schottky-Elektrode 3, die auf der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet ist, und eine ohmsche Elektrode (nicht dargestellt), die auf einer hinteren Oberfläche des Siliziumcarbid-Substrats 10 ausgebildet ist.
  • Da der Abstand zwischen einem Abschnitt, in dem der Bereich 6A vom P-Typ mit niedriger Konzentration ausgebildet ist, und einem Abschnitt, in dem der Bereich 6B vom P-Typ mit hoher Konzentration ausgebildet ist, in der in 23A und 23B gezeigten Halbleitervorrichtung relativ lang ist, entsteht eine Differenz zwischen einem Drahtwiderstand und einer Induktivität des Halbleiterelements und es ist unmöglich, einen Stromstoß durch die ganze Vorrichtung zu transportieren. Mit anderen Worten, wie in 23A und 23B gezeigt, ist der Stromstoß lokal konzentriert und eine ausreichende Durchbruchspannung kann nicht erreicht werden.
  • In der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie in 24 gezeigt, wird es andererseits, da die Konzentrationsverteilung der Störstelle vom P-Typ durch Ändern des belegten Verhältnisses zwischen dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B in jeder Einheitszelle 20 kontinuierlich geändert werden kann, leichter, den Stromstoß gleichmäßig zu transportieren. Daher ist es möglich, eine lokale Konzentration des Stromstoßes zu unterdrücken und eine ausreichende Durchbruchspannung zu erreichen.
  • 25 bis 28 sind Graphen, die jeweils Leistungen der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 25 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Sperrstrom (durchgezogene Linie) einer Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) und einem Sperrstrom (gestrichelte Linie) eines PN-Übergangs zeigt. In 25 stellt die vertikale Achse log(Sperrstrom IR) dar und die horizontale Achse stellt eine Sperrspannung VR dar.
  • Wie in 25 gezeigt, sind durch Kombinieren des ersten Verteilungsbereichs 20A und des zweiten Verteilungsbereichs 20B der Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration (gestrichelte Linie auf der P+-Seite) mit hoher Störstellenkonzentration vom P-Typ und der Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration (gestrichelte Linie auf der P--Seite) mit niedriger Störstellenkonzentration vom P-Typ künstlich ausgebildet und dies verbessert die Sperrcharakteristiken der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) (durchgezogene Linie).
  • 26 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Durchlassstrom (durchgezogene Linie) der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) und einem Durchlassstrom (gestrichelte Linie) des PN-Übergangs zeigt. In 26 stellt die vertikale Achse log(Durchlassstrom IF) dar und die horizontale Achse stellt eine Durchlassspannung VF dar.
  • Wie in 26 gezeigt, sind durch Kombinieren des ersten Verteilungsbereichs 20A und des zweiten Verteilungsbereichs 20B der Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration (gestrichelte Linie auf der P+-Seite) mit hoher Störstellenkonzentration vom P-Typ und der Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration (gestrichelte Linie auf der P--Seite) mit niedriger Störstellenkonzentration vom P-Typ künstlich ausgebildet und dies verbessert die Durchlasscharakteristiken der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) (durchgezogene Linie).
  • 27 und 28 sind Graphen, die jeweils eine Beziehung zwischen einer Durchlassspannung VF und einem Sperrstrom IR in einem Fall zeigen, in dem ein Flächenverhältnis des PN-Übergangs zum Schottky-Übergang in der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) verändert wird. In 27 und 28 stellt die vertikale Achse die Durchlassspannung VF dar und die horizontale Achse stellt log (Sperrstrom IR) dar.
  • Wie in 27 gezeigt, ist zu sehen, dass das Verhältnis der Fläche des PN-Übergangs zur Fläche der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) kleiner wird, wenn log (Sperrstrom IR) größer wird, und das Verhältnis der Fläche des PN-Übergangs zur Fläche der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) größer wird, wenn die Durchlassspannung VF größer wird. In der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es durch Ändern des belegten Verhältnisses zwischen dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B möglich, beliebige Charakteristiken entlang des Graphen zu erreichen.
  • Wenn das Verhältnis der Fläche des PN-Übergangs zur Fläche der Schottky-Sperrschichtdiode (SBD) fest ist, wie in 28 gezeigt, ist ferner zu sehen, dass das Verhältnis der Fläche des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration zur Fläche des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration größer wird (mit anderen Worten, die Fläche des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration wird relativ klein), wenn log(Sperrstrom IR) großer wird, und das Verhältnis der Fläche des Bereichs 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration zur Fläche des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration kleiner wird (mit anderen Worten, die Fläche des Bereichs 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration wird relativ groß), wenn die Durchlassspannung VF größer wird. In der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es durch Ändern des belegten Verhältnisses zwischen dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B möglich, beliebige Charakteristiken entlang des Graphen zu erreichen.
  • <Variationen>
  • 29 ist eine Draufsicht, die eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Variation der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Ein Bereich 2 vom P-Typ, der in 29 gezeigt ist, ist aus einem Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und einem Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration ausgebildet.
  • In einem Fall, in dem eine Drahtbondposition 8, in der Drahtbonden durch die Schottky-Elektrode 3 (in 29 nicht gezeigt) durchgeführt wird, in eine vorbestimmte Position im Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration gesetzt wird, können beispielsweise, um die Position genau zu erkennen, zwei oder drei erkennbar kleine Schlitze 7 (Ausrichtungsmarkierungen) an einigen von vier Ecken einer Al-Kontaktstelle (in 29 nicht gezeigt), die auf der Schottky-Elektrode 3 ausgebildet ist, ausgebildet werden. Mit diesen Schlitzen 7, die so ausgebildet sind, wird es möglich, die Ausrichtungsgenauigkeit für das Drahtbonden zu verbessern und eine Verringerung der Stromstoßkapazität aufgrund einer Fehlausrichtung beim Drahtbonden oder dergleichen zu unterdrücken.
  • <Effekte>
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung die Siliziumcarbid-Driftschicht 1 eines ersten Leitfähigkeitstyps (N-Typ), die auf dem Siliziumcarbid-Substrat 10 des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, den Bereich 2 vom P-Typ, der ein Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp (P-Typ) ist, der in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 ausgebildet ist, und die Schottky-Elektrode 3, die über der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 entsprechend einem Ausbildungsabschnitt des Bereichs 2 vom P-Typ ausgebildet ist.
  • Dann ist der Bereich 2 vom P-Typ aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen 20 ausgebildet, von denen jede eine sich wiederholende Einheit der Verteilung der Störstelle vom P-Typ ist. Ferner weist jede der Einheitszellen 20 mindestens den ersten Verteilungsbereich 20A, in dem die Störstelle vom P-Typ mit einer ersten Konzentration verteilt ist, und den zweiten Verteilungsbereich 20B, in dem die Störstelle vom P-Typ mit einer zweiten Konzentration, die höher ist als die erste Konzentration, verteilt ist, auf.
  • Mit dieser Struktur ist es, selbst mit einer geringeren Anzahl von Ionenimplantationen durch Ändern der Kombination des ersten Verteilungsbereichs 20A und des zweiten Verteilungsbereichs 20B möglich, eine Konzentrationsverteilung der Störstelle vom P-Typ auszubilden, die sich gleichmäßig in einer mehrstufigen Weise ändert. Ohne große Anzahl von Ionenimplantationsprozessen, die mit verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden, wie z. B. der Konzentration von implantierten Ionen, der Implantationstiefe und dergleichen, ist es daher möglich, eine Konzentrationsverteilung der Störstelle vom P-Typ zu erreichen, die sich in einer mehrstufigen Weise ändert.
  • Mit mehreren angeordneten Einheitszellen, ist es ferner, da die Störstelle vom P-Typ nicht lokal verteilt ist, möglich, optimale Durchlasscharakteristiken und Sperrcharakteristiken zu erreichen. Da die Ungleichmäßigkeit in der Konzentrationsverteilung der Störstelle vom P-Typ in einem Chip beseitigt ist und der ganze Chip den Stromstoß empfangen kann (der Stromstoß kann gleichmäßiger transportiert werden), ist daher es möglich, eine Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung mit hoher Leistung und hoher Stromstoßkapazität zu erreichen.
  • Da der Störstellenbereich vom P-Typ durch Festlegen der Einheitszellen 20 ausgebildet wird, ist es ferner möglich, an verschiedene Formen des Siliziumcarbid-Substrats 10 anzupassen. Obwohl die Oberflächenform des Siliziumcarbid-Substrats 10 gewöhnlich ein Quadrat oder ein reguläres Polygon ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Anpassung an ein Rechteck oder andere asymmetrische Formen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das belegte Verhältnis zwischen dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B in jeder Einheitszelle 20 in einem Ausbildungsabschnitt von jenem in der Einheitszelle 20 im anderen Ausbildungsabschnitt verschieden.
  • Mit dieser Struktur ist es durch Ändern des belegten Verhältnisses zwischen dem ersten Verteilungsbereich 20A und dem zweiten Verteilungsbereich 20B, d. h. des belegten Verhältnisses zwischen dem Bereich 2A vom P-Typ mit niedriger Konzentration und dem Bereich 2B vom P-Typ mit hoher Konzentration, in Abhängigkeit vom Ausbildungsabschnitt möglich, eine Konzentrationsverteilung der Störstelle vom P-Typ auszubilden, die ermöglicht, dass der Stromstoß gleichmäßig transportiert wird.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20 in einem mittleren Abschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 höher als in einem Umfangsabschnitt davon.
  • Mit dieser Struktur kann, da das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B mit der hohen Stromstoßkapazität im mittleren Abschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1, wo der Stromstoß wahrscheinlich konzentriert wird, höher gemacht werden kann, der Stromstoß effektiv im ganzen Chip transportiert werden und dadurch ist es möglich, eine hohe Stromstoßkapazität zu erreichen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20 in einem Drahtbondabschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 höher als in einem Umfangsabschnitt davon.
  • Mit dieser Struktur kann, da das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B mit der hohen Stromstoßkapazität im Drahtbondabschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1, wo der Stromstoß wahrscheinlich konzentriert wird, höher gemacht werden kann, der Stromstoß effektiv im ganzen Chip transportiert werden und dadurch ist es möglich, eine hohe Stromstoßkapazität zu erreichen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B in jeder Einheitszelle 20 in einem Leistungsversorgungs-Verbindungsabschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 höher als in einem Umfangsabschnitt davon.
  • Mit dieser Struktur kann, da das belegte Verhältnis des zweiten Verteilungsbereichs 20B mit hoher Stromstoßkapazität im Leistungsversorgungs-Verbindungsabschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1, wo der Stromstoß wahrscheinlich konzentriert wird, höher gemacht werden kann, der Stromstoß effektiv im ganzen Chip transportiert werden und dadurch ist es möglich, eine hohe Stromstoßkapazität zu erreichen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Verteilungsbereich 20A ein Verteilungsbereich, der aus mehreren darin angeordneten Einheitsverteilungsbereichen 21A ausgebildet ist, die voneinander getrennt sind, und der zweite Verteilungsbereich 20B ist ein Verteilungsbereich, der aus mehreren darin angeordneten Einheitsverteilungsbereichen 21B ausgebildet ist, die voneinander getrennt sind, und die belegte Fläche jedes Einheitsverteilungsbereichs 21A im ersten Verteilungsbereich 20A und die belegte Fläche jedes Einheitsverteilungsbereichs 21B im zweiten Verteilungsbereich 20B sind in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 einander gleich.
  • Mit dieser Struktur ist es möglich, die Einheitsverteilungsbereiche 21A und die Einheitsverteilungsbereiche 21B, die die Einheitszelle 20 bilden, in der Einheitszelle 20 leicht anzuordnen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Verteilungsbereich 20A ein Verteilungsbereich, der aus mehreren darin angeordneten Einheitsverteilungsbereichen 21A ausgebildet ist, die voneinander getrennt sind, und der zweite Verteilungsbereich 20B ist ein Verteilungsbereich, der aus mehreren darin angeordneten Einheitsverteilungsbereichen 21B ausgebildet ist, die voneinander getrennt ist, und die belegte Fläche jedes Einheitsverteilungsbereichs 21A im ersten Verteilungsbereich 20A und die belegte Fläche jedes Einheitsverteilungsbereichs 21B im zweiten Verteilungsbereich 20B sind in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 voneinander verschieden.
  • Mit dieser Struktur ist es unter Verwendung der Einheitsverteilungsbereiche 21A und der Einheitsverteilungsbereiche 21B möglich, verschiedene Anordnungsmuster in der Einheitszelle 20 zu erreichen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Einheitszellen 20 in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 dieselbe belegte Fläche auf.
  • Mit dieser Struktur ist es, da die Größe jeder Einheitszelle 20 einheitlich ist, möglich, die Einheitszellen 20 in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 leicht anzuordnen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Einheitszellen 20 in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 verschiedene belegte Flächen auf.
  • Mit dieser Struktur ist es unter Verwendung der Einheitszellen 20 mit verschiedenen Größen möglich, verschiedene Anordnungsmuster in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht 1 zu erreichen.
  • Ferner umfasst in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schottky-Elektrode 3 die Ausrichtungsmarkierung (Schlitz 7) für die Schottky-Elektrode 3.
  • Mit dieser Struktur ist es, da die Positionsgenauigkeit für das Drahtbonden verbessert werden kann, möglich, eine Fehlausrichtung zwischen den Einheitszellen 20 und den Drähten zu verringern und dadurch eine hohe Stromstoßkapazität aufrechtzuerhalten.

Claims (11)

  1. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Siliziumcarbid-Driftschicht (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einem Siliziumcarbid-Substrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist; einen Bereich (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) ausgebildet ist; und eine Schottky-Elektrode (3), die über der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) entsprechend einem Ausbildungsabschnitt des Bereichs (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, wobei der Bereich (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen (20) ausgebildet ist, von denen jede eine sich wiederholende Einheit einer Verteilung einer Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, und jede der mehreren Einheitszellen (20) mindestens einen ersten Verteilungsbereich (20A), in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer von Null verschiedenen ersten Konzentration implantiert ist, und einen zweiten Verteilungsbereich (20B), in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer zweiten Konzentration, die höher ist als die erste Konzentration, implantiert ist, aufweist, und wobei der erste Verteilungsbereich (20A) und der zweite Verteilungsbereich (20B) jeweils ein Verteilungsbereich sind, in dem mehrere Einheitsverteilungsbereiche (21A, 21B), die voneinander getrennt sind, angeordnet sind.
  2. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren Einheitszellen (20) in einem ersten Ausbildungsabschnitt (2A) des Bereichs (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp gegenüber jeder der mehreren Einheitszellen (20) in einem zweiten Ausbildungsabschnitt (2B) des Bereichs (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in Bezug auf den Anteil des ersten Verteilungsbereichs (20A) und den Anteil des zweiten Verteilungsbereich (20B) voneinander verschieden sind.
  3. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des zweiten Verteilungsbereichs (20B) in jeder der mehreren Einheitszellen (20) in einem mittleren Abschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) höher ist als in einem Umfangsabschnitt davon.
  4. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des zweiten Verteilungsbereichs (20B) in jeder der mehreren Einheitszellen (20) in einem Drahtbondabschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) höher ist als in einem Umfangsabschnitt davon.
  5. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des zweiten Verteilungsbereichs (20B) in jeder der mehreren Einheitszellen (20) in einem Leistungsversorgungs-Verbindungsabschnitt der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) höher ist als in einem Umfangsabschnitt davon.
  6. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Einheitsverteilungsbereiche (21A) im ersten Verteilungsbereich (20A) und jeder der Einheitsverteilungsbereiche (21B) im zweiten Verteilungsbereich (20B) dieselbe belegte Fläche in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) aufweisen.
  7. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Einheitsverteilungsbereiche (21A) im ersten Verteilungsbereich (20A) und jeder der Einheitsverteilungsbereiche (21B) im zweiten Verteilungsbereich (20B) verschiedene belegte Flächen in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) aufweisen.
  8. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheitszellen (20) dieselbe belegte Fläche in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) aufweisen.
  9. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheitszellen (20) verschiedene belegte Flächen in der Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) aufweisen.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei eine Siliziumcarbid-Driftschicht (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Siliziumcarbid-Substrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird; ein Bereich (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einer Oberflächenschicht der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) gebildet wird; eine Schottky-Elektrode (3) über der Siliziumcarbid-Driftschicht (1) entsprechend einem Ausbildungsabschnitt des Bereichs (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, wobei der Bereich (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus mehreren darin angeordneten Einheitszellen (20) gebildet wird, von denen jede eine sich wiederholende Einheit einer Verteilung einer Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, und wobei jede der mehreren Einheitszellen (20) mindestens einen ersten Verteilungsbereich (20A), in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer von Null verschiedenen ersten Konzentration implantiert ist, und einen zweiten Verteilungsbereich (20B), in dem die Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer zweiten Konzentration, die höher ist als die erste Konzentration, implantiert ist, aufweist, wobei der erste Verteilungsbereich (20A) und der zweite Verteilungsbereich (20B) jeweils ein Verteilungsbereich sind, in dem mehrere Einheitsverteilungsbereiche (21A, 21B), die voneinander getrennt sind, angeordnet sind, und eine Beschleunigungsspannung für die Implantation der Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp in den ersten Verteilungsbereich (20A) und jene der Störstelle vom zweiten Leitfähigkeitstyp in den zweiten Verteilungsbereich (20B) voneinander verschieden sind.
  11. Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottky-Elektrode (3) eine Ausrichtungsmarkierung für die Schottky-Elektrode (3) umfasst.
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