DE112013003692T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Bei einer JBS-Diode, die einen Halbleiter mit großer Bandlücke verwendet, weist der Halbleiter mit großer Bandlücke eine hohe eingebaute Spannung auf, die gelegentlich zu Schwierigkeiten beim Einschalten des pn-Diodenbereichs führt, so dass sich ein Problem dahingehend ergibt, dass keine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Stromstöße gewährleistet ist. Zum Lösen dieses Problems ist bei einer JBS-Diode mit großer Bandlücke ein pn-Übergang der pn-Diode von der Schottky-Elektrode abgelegen gebildet, und Wannenbereiche sind derart gebildet, dass sie in einem von der Schottky-Elektrode entfernt gelegenen Bereich eine geringere Breite aufweisen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elementstruktur einer Halbleitervorrichtung, bei der es sich um eine Leistungshalbleitervorrichtung handelt, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • Stand der Technik
  • Als eine Art von Leistungshalbleitervorrichtungen ist eine JBS-(Junction Barrier Schottky- bzw. Sperrschicht-Schottky-Diode) bekannt, die eine Schottky-Diode und eine pn-Diode parallel zueinander oder eine MPS-(Merged-PiN-Schottky- bzw. integrierte PiN-Schottky-)Diode aufweist (wobei diese im Folgenden als JBS-Diode bezeichnet wird).
  • Hinsichtlich einer JBS-Diode, die einen Siliciumhalbleiter verwendet, ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, deren p-leitender Bereich einen Bereich mit niedriger Dotierstoffdichte (P–) und einen Bereich mit hoher Dotierstoffdichte (P+) aufweist, der einen oberen Bereich derselben bedeckt (siehe z. B. Patentdokument 1). Das Patentdokument 1 beschreibt, dass eine JBS-Diode mit einer geringeren Minoritätsträgeransammlung in einem pn-Diodenbereich und einer kurzen Sperrerholungszeit bzw. Sperrverzögerungszeit erzielt werden kann.
  • Ferner ist hinsichtlich einer JBS-Diode, die einen Siliciumcarbid-Halbleiter verwendet, eine Konfiguration bekannt, bei der ein Isolierbereich zwischen einem Schottky-Diodenbereich und einem pn-Diodenbereich vorgesehen ist (siehe z. B. Patentdokument 2). Das Patentdokument 2 beschreibt, dass bei einer JBS-Diode, die einen Siliciumcarbid-Halbleiter verwendet, bei dem kein Isolierbereich vorgesehen ist, eine pn-Diode im Einschaltzustand bzw. Durchlasszustand keinen elektrischen Strom leitet.
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H07-226 521 A (Seite 2–Seite 3, 3)
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-218 236 A (Seite 3–Seite 6, 1)
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Aufgabe
  • Bei einer Siliciumhalbleiter-JBS, wie sie im Patentdokument 1 beschrieben ist, wird eine Silicium-Schottky-Diode mit hohem Schaltansprechverhalten parallel mit einer Silicium-pn-Diode kombiniert, um ein hohes Schaltansprechverhalten sowie ein sehr zuverlässiges Schalten aufgrund einer Reduzierung des elektrischen Feldes in der Nähe der Schottky-Elektrode zu realisieren. Dies führt dazu, dass ein Dauerstrom in Durchlassrichtung in erster Linie in der pn-Diode fließt.
  • Im Gegensatz dazu wird in einem Fall, in dem die Struktur gemäß Patentdokument 1 bei einem Halbleiter mit großer Bandlücke eingesetzt wird, wie z. B. einem Siliciumcarbid-Halbleiter, ein eingebautes Potential der pn-Diode auf etwa 3 V erhöht. Wie im Patentdokument 2 beschrieben, führt dies dazu, dass der Dauerstrom in Durchlassrichtung in erster Linie in der Schottky-Diode fließt.
  • Dagegen verhindert bei einer Siliciumcarbid-JBS, wie sie in dem genannten Dokument 2 beschrieben ist, ein zwischen einer Schottky-Diode und einer pn-Diode vorgesehener Isolierbereich ein Ausbreiten eines Einschaltstroms bzw. Durchlassstroms der Schottky-Diode auf einen n-leitenden Bereich, bei dem es sich um einen unteren Teil der pn-Diode handelt, um dadurch zu verhindern, dass ein Durchlassstrom bzw. Vorwärtsstrom den der Schottky-Diodenfläche entsprechenden Durchlassstrom übersteigt.
  • Darüber hinaus ist bei der Siliciumcarbid-JBS das Einschalten der pn-Diode nicht einfach; wenn ein Stromstoß oder dergleichen erzeugt wird, fließt der Stromstoß somit nur in der Schottky-Diode, so dass in der Schottky-Diode ein Überstrom fließt, wobei dies manchmal zu einem Durchbruch der Halbleitervorrichtung führt.
  • Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt und zielt ab auf die Schaffung einer Halbleitervorrichtung, d. h. einer JBS-Diode, die einen Halbleiter mit großer Bandlücke, wie z. B. Siliciumcarbid, verwendet, der einen hohen Durchlassstrom aufweist und dessen pn-Diode problemlos einschaltet, um einen hohen Widerstand gegen einen Stromstoß zu schaffen.
  • Mittel zum Lösen der Aufgabe
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
    ein Halbleitersubstrat mit großer Bandlücke, bei dem es sich um einen ersten Leitfähigkeitstyp handelt;
    eine Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die mit einem Halbleiter mit großer Bandlücke gebildet ist und auf einer ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats mit großer Bandlücke gebildet ist;
    eine Vielzahl von ersten Wannenbereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht einander benachbart in vorbestimmten Intervallen gebildet sind;
    einen zweiten Wannenbereich, der den ersten Wannenbereichen jeweils benachbart sowie in Richtung auf das Halbleitersubstrat gebildet ist, eine niedrigere Dotierstoffdichte eines zur zweiten Leitfähigkeit führenden Dotierstoffs als die ersten Wannenbereiche aufweist sowie eine geringere Breite als die ersten Wannenbereiche aufweist;
    eine Schottky-Elektrode, die auf Oberflächen der Driftschicht und der ersten Wannenbereiche gebildet ist, um eine Schottky-Verbindung mit der Driftschicht bilden; und
    eine ohmsche Elektrode, die auf einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden, zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats gebildet ist, wobei dann, wenn sich die Halbleitervorrichtung in einem Sperrzustand befindet, ein Oberflächenschichtbereich der Driftschicht, der sich zwischen den ersten Wannenbereichen befindet und mit der Schottky-Elektrode in Kontakt steht, aufgrund einer sich von den einander benachbarten ersten Wannenbereichen ausbreitenden Verarmungsschicht vollständig verarmt ist, und wobei in den ersten Wannenbereichen nicht verarmte Bereiche verbleiben.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein pn-Übergang einer pn-Diode in einer JBS-Diode mit großer Bandlücke in einem von einer Schottky-Elektrode abgelegenen Bereich gebildet, und ein p-leitender Bereich ist mit einer geringen Breite in einem von der Schottky-Elektrode abgelegenen Bereich gebildet; somit kann eine geringere Vorspannung das Fließen eines Stroms in der pn-Diode veranlassen, und ein in der Schottky-Diode fließender Strom kann erhöht werden.
  • Hierdurch lässt sich eine Halbleitervorrichtung erzielen, die eine hohe Schaltgeschwindigkeit sowie einen hohen Widerstand gegen Stromstöße aufweist, wobei selbst bei der Erzeugung eines Stromstoßes dieser Stromstoß in einfacher Weise in der pn-Diode fließen kann und das Fließen eines Überstroms in der Schottky-Diode verhindert wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Draufsicht zur schematischen Erläuterung der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 3 schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 4 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Arbeitsweise der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine graphische Darstellung der Potentialverteilung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine graphische Darstellung der Potentialverteilung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine graphische Darstellung eines Stromverhältnisses zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine graphische Darstellung des Durchlassstrom-Anstiegsverhältnisses zur Erläuterung der Arbeitsweise der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine graphische Darstellung der Durchlassstrom-Kennlinie der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 10 eine graphische Darstellung der Sperrstrom-Kennlinie der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Draufsicht zur Erläuterung eines Aspekts der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 12 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
  • 13 eine graphische Darstellung der Durchlassstrom-Kennlinie der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
  • 14 eine graphische Darstellung der Sperrstrom-Kennlinie der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
  • 15 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
  • 16 eine graphische Darstellung der Durchlassstrom-Kennlinie der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
  • 17 eine graphische Darstellung der Sperrstrom-Kennlinie der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
  • 18 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung;
  • 19 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung; und
  • 20 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen zum Realisieren der Erfindung
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Als erstes erfolgt eine Erläuterung der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Dabei ist ein erster Leitfähigkeitstyp als n-Leitfähigkeit definiert, und ein zweiter Leitfähigkeitstyp ist als p-Leitfähigkeit definiert.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Siliciumcarbid-JBS-Diode, bei der es sich um eine Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt. In 1 ist auf einer ersten Hauptfläche eines Halbleitersubstrats 10 aus einem n-leitenden 4H-Siliciumcarbidmaterial mit niedrigem Widerstand eine Driftschicht 20 aus einem n-leitenden 4H-Siliciumcarbidmaterial gebildet. In einem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20 ist eine Vielzahl von p-leitenden ersten Wannenbereichen 30 mit einer vorbestimmten Breite sowie mit einer vorbestimmten Beabstandung voneinander einander benachbart gebildet.
  • Unter den ersten Wannenbereichen 30 (in Richtung auf das Halbleitersubstrat 10) sind zweite Wannenbereiche 40 mit einer geringeren Dotierstoffdichte eines p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoffs als der der ersten Wannenbereiche 30 sowie mit einer geringeren Breite als der der ersten Wannenbereiche 30 gebildet. Zwischen den zweiten Wannenbereichen 40 und dem Halbleitersubstrat 10 ist die n-leitende Driftschicht 20 gebildet. Auf der Oberfläche der ersten Wannenbereiche 30 und der Driftschicht 20 ist eine Schottky-Elektrode 50 gebildet.
  • Auf einer zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 10, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, ist eine ohmsche Elektrode 60 in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 10 gebildet. In einem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20, der einem Umfang der Schottky-Elektrode 50 entspricht, ist eine p-leitende Anschlussstruktur 70 gebildet.
  • 2 zeigt eine Draufsicht, die aus der Perspektive der oberen Oberfläche der in 1 gezeigten Siliciumcarbid-JBS-Diode dargestellt ist, bei der es sich um die Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt. In 2 ist die Schottky-Elektrode 50 auf einer Oberfläche der Driftschicht 20 gebildet. In dem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20 um die Schottky-Elektrode 50 herum ist die Anschlussstruktur 70 gebildet.
  • In dem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20 unter der Schottky-Elektrode 50 ist die Vielzahl der ersten Wannenbereiche 30 mit in der Draufsicht rechteckiger Formgebung mit der vorbestimmten Breite sowie der vorbestimmten Beabstandung voneinander gebildet.
  • Unter jedem der ersten Wannenbereiche 30 (in Richtung auf das Halbleitersubstrats 10) ist der zweite Wannenbereich 40 derart gebildet, dass seine Mitte mit der Mitte des ersten Wannenbereichs 30 übereinstimmt und seine Breite kleiner ist als die Breite des ersten Wannenbereichs 30.
  • Bei der in 1 und 2 dargestellten Siliciumcarbid-JBS-Diode handelt es sich bei dem Halbleitersubstrat 10 um ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat vom 4H-Typ, wobei es sich um einen n-leitenden Typ mit niedrigem Widerstand und einen 4H-Polytyp handelt, bei dem eine Flächenorientierung der ersten Hauptfläche eine (0001)-Fläche mit einer Versetzung von bis zu 8 Grad in Bezug auf die C-Achsen-Richtung ist.
  • Die Driftschicht 20 des n-leitenden Siliciumcarbid-Halbleiters enthält Stickstoff als n-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff mit einer Dichte zwischen 1 × 1013 cm–3 und 1 × 1016 cm–3, und besitzt eine Dicke zwischen etwa 10 μm und 100 μm. Bei dem n-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff des Halbleitersubstrats 10 und der Driftschicht 20 handelt es sich um Stickstoff.
  • Der p-leitende erste Wannenbereich 30 enthält Al als p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff mit einer Dichte zwischen 1 × 1017 cm–3 und 1 × 1018 cm–3 und besitzt eine Tiefe zwischen 0,1 μm und 0.5 μm. Der p-leitende zweite Wannenbereich 40 enthält Al als p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff und besitzt eine geringere Breite als der erste Wannenbereich 30 sowie eine Tiefe von 0,5 bis 6 μm. Die Dichte des p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoffs des zweiten Wannenbereichs 40 ist geringer als die des ersten Wannenbereichs 30, wobei sie beispielsweise um eine bis zwei Größenordnungen kleiner als diese ist.
  • Bei der Anschlussstruktur 70 handelt es sich in erster Linie um einen p-leitenden Bereich, und die Querschnittsform derselben kann in geeigneter Weise ausgewählt werden aus einer rechteckigen Formgebung, einem Feldbegrenzungsring (Field Limiting Ring, FLR) mit einzelnen Querschnittsbereichen, und dergleichen; die Dichten der Teile der Anschlussstruktur sind ebenfalls in geeigneter Weise festgelegt. Bei dem Material der Schottky-Elektrode 50 handelt es sich um Ti, und bei dem Material der ohmschen Elektrode 60 handelt es sich um Ni.
  • Unter Bezugnahme auf eine schematische Schnittdarstellung gemäß 3 wird im Folgenden ein Verfahren zum Herstellen einer JBS-Diode, die einen Siliciumcarbid-Halbleiter verwendet, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, erläutert. 3 zeigt schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen der einen Siliciumcarbid-Halbleiter verwendenden JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Wie in 3a gezeigt ist, wird als erstes auf einem Halbleitersubstrat 10, das als n-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff Stickstoff in einer Dichte von 1 × 1018 cm–3 oder mehr enthält und bei dem es sich um n-leitendes Siliciumcarbid mit niedrigem Widerstand handelt, ein erster Driftschichtbereich 21 durch epitaxiales Aufwachsen unter Verwendung eines CVD-Verfahrens (chemisches Abscheiden aus der Dampfphase) gebildet, so das er mit Siliciumcarbid gebildet werden kann, n-Leitfähigkeit hervorrufende Dotierstoffe in einer Dichte zwischen 1 × 1013 cm–3 und 1 × 1016 cm–3 enthalten kann sowie eine Dicke zwischen 1 μm und 5 μm aufweisen kann
  • Wie in 3b gezeigt, werden als nächstes erste Bereiche 41 der zweiten Wannenbereiche an vorbestimmten Positionen in dem ersten Driftschichtbereich 21 durch Implantieren von Al-Ionen als den zweiten Leitfähigkeitstyp hervorrufenden Dotierstoff gebildet.
  • Wie in 3c gezeigt, wird dann auf dem ersten Driftschichtbereich 21, in dem die ersten Bereiche 41 der zweiten Wannenbereiche gebildet sind, ein zweiter Driftschichtbereich 22 durch epitaxiales Aufwachsen derart gebildet, dass er die gleiche Art sowie die gleiche Dichte des Dotierstoffs wie bei dem ersten Driftschichtbereich 21 aufweist sowie etwa eine Dicke von zwischen 0,5 μm und 2 μm aufweist.
  • Wie in 3d gezeigt, werden als nächstes durch Implantieren von Al-Ionen als den zweiten Leitfähigkeitstyp hervorrufenden Dotierstoff in Ebenen-Positionen, die denen der ersten Bereiche 41 der zweiten Wannenbereiche entsprechen, zweite Bereiche 42 der zweiten Wannenbereiche derart gebildet, dass sie mit den ersten Bereichen 41 der ersten Wannenbereiche in Verbindung stehen.
  • Durch Wiederholen der in den 3c und 3d dargestellten Schritte werden die Driftschicht 20 mit einer vorbestimmten Dicke sowie die zweiten Wannenbereiche 40 mit einer vorbestimmten Tiefe gebildet.
  • Wie in 3e gezeigt, werden an vorbestimmten Positionen einer Vorrichtung, in der die zweiten Wannenbereiche 40 gebildet sind, als nächstes erste Wannenbereiche 30 durch Implantieren von Al-Ionen als den zweiten Leitfähigkeitstyp hervorrufenden Dotierstoff gebildet.
  • Als nächstes wird eine Anschlussstruktur 70 durch Implantieren von Al-Ionen als den zweiten Leitfähigkeitstyp hervorrufenden Dotierstoff gebildet, und es wird eine Aktivierungs-Wärmebehandlung an den durch Ionenimplantation eingebrachten Dotierstoffen ausgeführt. Die Aktivierungs-Wärmebehandlung wird unter den Bedingungen eines Temperaturbereichs zwischen 1500°C und 2200°C sowie einer Zeitdauer im Bereich zwischen 0,5 Minuten und 60 Minuten und dergleichen ausgeführt.
  • Im Anschluss daran wird eine Schottky-Elektrode 50 auf den Oberflächen der Driftschicht 20 und dergleichen durch Sputtern gebildet, und anschließend wird eine ohmsche Elektrode 60 auf der rückseitigen Oberfläche (einer zweiten Hauptfläche) des Halbleitersubstrats 10 durch Sputtern gebildet, so dass die Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. die Halbleitervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einem Querschnitt, wie er in 1 dargestellt ist, hergestellt werden kann.
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise der Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels fließt ein Strom im Durchlasszustand von der Schottky-Elektrode 50 zu der ohmschen Elektrode 60; im Sperrzustand wird das Potential der ohmschen Elektrode 60 höher als das Potential der Schottky-Elektrode 50, so dass eine Sperrvorspannung an pn-Übergangsbereichen zwischen der n-leitenden Driftschicht 20 sowie den p-leitenden ersten Wannenbereichen 30 oder zweiten Wannenbereichen 40 anliegen kann, so dass dadurch jeweilige Verarmungsschichten erzeugt werden, die sich von den pn-Übergangsbereichen in Richtung zu den n-leitenden Bereichen und den p-leitenden Bereichen ausbreiten.
  • Wenn die Nenn-Sperrvorspannung für die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Sperrzustand anliegt, tritt bei einem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20, der sich zwischen den einander benachbarten und mit der Schottky-Elektrode 50 in Berührung stehenden ersten Wannenbereiche befindet, eine vollständige Verarmung aufgrund von Verarmungsschichten auf, die sich von den ersten Wannenbereichen 30 weg ausbreiten, und es erfolgt eine Verarmung der zweiten Wannenbereiche von beiden Seiten in der horizontalen Richtung des Querschnitts, so dass eine vollständige Verarmung der Gesamtheit der zweiten Wannenbereiche 40 erfolgt.
  • Die ersten Wannenbereiche 30 beinhalten den zweiten Leitfähigkeitstyp hervorrufende Dotierstoffe mit einer höheren Dichte als die zweiten Wannenbereiche 40 sowie eine größere Breite als die zweiten Wannenbereiche 40; somit kommt es zu keiner vollständigen Verarmung der ersten Wannenbereiche im Sperrzustand, d. h. es verbleiben Bereiche, die nicht verarmt sind.
  • Wenn die JBS-Diode mit der pn-Diode und der dazu parallel geschalteten Schottky-Diode eingeschaltet ist, fließt dagegen der Strom in erster Linie in dem Schottky-Diodenbereich.
  • Anhand der 4 bis 7 erfolgt nun eine Erläuterung hinsichtlich des Stromflusses und der Potentialverteilung, wenn die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Ein-Zustand ist.
  • 4 zeigt schematische Schnittdarstellungen, die im Schnitt gezeigte Strukturen einer typischen Siliciumcarbid-JBS-Diode bzw. einer Siliciumcarbid-pn-Diode zeigen; dabei zeigt 4a eine Schnittdarstellung der Siliciumcarbid-JBS-Diode, und 4b zeigt eine Schnittdarstellung der Siliciumcarbid-pn-Diode.
  • In 4 entspricht die Siliciumcarbid-JBS-Diode einer Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, deren zweite Wannenbereiche 40 eliminiert sind, d. h. die zweiten Wannenbereiche 40 verbleiben als Driftschicht 20, und die Siliciumcarbid-pn-Diode entspricht einer Siliciumcarbid-JBS-Diode in 4, deren erster Wannenbereich 30 auf der gesamten Oberfläche gebildet ist.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode und der Siliciumcarbid-pn-Diode gemäß 4 sind n-leitende Driftschichten 21 und 22 auf Halbleitersubstraten 11 und 12 gebildet. In Oberflächenschichtbereichen der Driftschichten 21 und 22 sind p-leitende erste Wannenbereiche 31 und 32 gebildet. Auf den Oberflächen der ersten Wannenbereiche 31 und 32 und der Driftschicht 21 sind Schottky-Elektroden 51 und 52 gebildet. Auf den ersten Hauptflächen der Halbleitersubstrate 11 und 12 gegenüberliegenden, zweiten Hauptflächen sind ohmsche Elektroden 61 und 62 in Kontakt mit den Halbleitersubstraten 11 und 12 gebildet.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode der 4 sind die Mehrzahl der p-leitenden ersten Wannenbereiche 31 separat gebildet; bei der Siliciumcarbid-pn-Diode der 4 ist der p-leitende erste Wannenbereich 32 auf dem gesamten Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 22 gebildet.
  • In diesem Zusammenhang erfolgen Betrachtungen, wie in den 4 gezeigt, hinsichtlich eines Stromwegs A und eines Stromwegs B, über die Strom durch den Schottky-Diodenbereich bzw. einen pn-Diodenbereich fließt, wenn die Siliciumcarbid-JBS-Diode EIN ist, sowie hinsichtlich eines Stromwegs C, über den Strom fließt, wenn die pn-Diode EIN ist.
  • 5 zeigt eine graphische Darstellung unter Veranschaulichung von numerischen Berechnungsresultaten von Potentialverteilungen entlang der Stromwege A, B und C der 4, die jeweils eine Potentialverteilung in Bezug auf die Tiefenrichtung in einem Fall angeben, in dem eine Vorspannung von 0 V zwischen einer Anodenelektrode (den Schottky-Elektroden 51 und 52) und einer Kathodenelektrode (den ohmschen Elektroden 61 und 62) angelegt wird.
  • Dabei hat die Dicke der Driftschichten 21 und 22 einen Wert von 4 μm; die horizontale Breite des ersten Wannenbereichs 31 beträgt im Querschnitt 2 μm; und die Spaltlänge zwischen den ersten Wannenbereichen 31 beträgt 2 μm (eine sich wiederholende Mittenbeabstandung von 4 μm). Die Dicke der ersten Wannenbereiche 31 und 32 beträgt 0,8 μm.
  • Ein Vergleich zwischen den Potentialverteilungen entlang der Stromwege A, B und C in 5 zeigt, dass die Potentialverteilungen entlang der Stromwege B und C, die den pn-Übergang beinhalten, einander nahezu entsprechen und sich von der Potentialverteilung des Stromwegs A, der keinen pn-Übergang beinhaltet, unterscheiden. Bei dem Siliciumcarbid-Halbleiter vom 4H-Typ weist der pn-Übergang eine hohe eingebaute Spannung von etwa 3 V auf, und die Schottky-Barriere zwischen der Schottky-Elektrode 51 und der Driftschicht 21 ist groß; aus diesem Grund fließt der Strom bei einer Vorspannung von 0 V nicht.
  • 6 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von numerischen Berechnungsresultaten von Potentialverteilungen entlang der Stromwege A, B und C der 4, die jeweils eine Potentialverteilung in Bezug auf die Tiefenrichtung in einem Fall angeben, in dem eine Vorspannung von 3 V zwischen der Anodenelektrode (den Schottky-Elektroden 51 und 52) und der Kathodenelektrode (den ohmschen Elektroden 61 und 62) angelegt wird.
  • Die Dicke der Driftschichten 21 und 22, die Breite des ersten Wannenbereichs 31 und dergleichen sind die gleichen wie in 5. Ein Vergleich zwischen den Potentialverteilungen entlang der Stromwege A, B und C in 6 zeigt, dass ebenfalls eine Differenz zwischen den Stromwegen B und C mit dem pn-Übergang auftritt.
  • In 6 wird in einem Schottky-Diodenbereich auf dem Stromweg A bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode durch Anlegen einer Vorspannung in Durchlassrichtung eine Energiebarriere eliminiert, und dadurch wird ein Stromfluss erzeugt. Bei einem Siliciumcarbid-pn-Diodenelement auf dem Stromweg C wird ebenfalls eine Energiebarrieren-Differenz nahezu eliminiert und dadurch ein Stromfluss erzeugt.
  • In einem pn-Diodenbereich auf dem Stromweg B bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode wird jedoch das Potential des n-leitenden Bereichs dieses Diodenbereich durch einen Strom beeinflusst, der über den Stromweg A in dem benachbarten Schottky-Diodenbereich der Siliciumcarbid-JBS-Diode fließt, so dass die Potenzialdifferenz zwischen dem p-leitenden Bereich und dem n-leitenden Bereich nicht so stark vermindert wird wie bei dem Stromweg C.
  • Somit führt das Anlegen einer Vorspannung von etwa 3 V zu keinem Einschalten des pn-Übergangs, wobei dies dazu führt, dass kein Strom fließt. Zum Einschalten des pn-Übergangs ist es notwendig, eine höhere Vorspannung anzulegen.
  • Dagegen ist bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode, die die Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet, der zweite Wannenbereich 40 gemäß der Schnittdarstellung in 1 unter dem ersten Wannenbereich 30 gebildet, so dass ein pn-Übergangsbereich (ein unteres Ende des zweiten Wannenbereichs 40) an einer von einer Schottky-Grenzfläche (einer Grenzfläche zwischen der Schottky-Elektrode 50 und der Driftschicht 20) abgelegenen Position gebildet ist.
  • Dies führt dazu, dass das Potential des pn-Übergangsbereichs nahe dem Potential der Siliciumcarbid-pn-Diode der 4b ist, so dass die Potentialdifferenz zwischen dem p-leitenden Bereich des pn-Übergangs und dem n-leitenden Bereich desselben reduziert ist. Dadurch kann die pn-Diode durch Anlegen einer niedrigeren Vorspannung eingeschaltet werden.
  • Wenn ferner der zweite Wannenbereich 40 eine Tiefe (eine Länge in der vertikalen Richtung) von 3 μm bis 6 μm aufweist, lässt sich ein stärkerer Effekt erzielen. In Abhängigkeit von der Dicke der Driftschicht 20 ist eine Tiefe von 0,5 μm oder mehr effektiv.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode ein in dem Schottky-Diodenbereich fließender Strom bei dem Durchlassstrom dominant; wenn der erste Wannenbereich 30 bei konstanter Breite tiefer ausgebildet ist, wird somit ein Effekt vermindert, dass der Durchlassstrom des Schottky-Diodenbereichs, der in sich von der Schottky-Grenzfläche (einer Grenzfläche zwischen der Schottky-Elektrode 50 und der Driftschicht 20) ausbreitender Weise in Richtung zu der ohmschen Elektrode 60 fließt, ein Strom ist, der der Fläche der Schottky-Grenzfläche oder einer größeren Fläche entspricht. Dies reduziert den Durchlassstrom.
  • 7 zeigt eine graphische Darstellung, die sich auf eine typische Siliciumcarbid-JBS-Diode mit dem in 4a veranschaulichten Querschnitt bezieht und die einen anteiligen Strom, der durch Bereiche innerhalb einer vorbestimmten Breite von dem rechten und dem linken Ende des ersten Wannenbereichs 31 fließt, gegenüber einem Strom angibt, der direkt unter dem ersten Wannenbereich 31 fließt.
  • In der graphischen Darstellung ist entlang der horizontalen Achse eine anteilige Breite zu der vollen Breite des ersten Wannenbereichs 31 (äquivalent zu einem Flächenanteil in einer Draufsicht) veranschaulicht. 7 zeigt numerische Berechnungsresultate von Fällen, bei denen der erste Wannenbereich 31 eine Breite von 4 μm, 10 μm oder 30 μm aufweist.
  • 7 zeigt, dass 50% oder mehr des unter dem gesamten ersten Wannenbereich fließenden Stroms in Bereichen fließt, die sich von den Rändern des ersten Wannenbereichs 31 auf 25% der Breite der vollständigen Breite des ersten Wannenbereichs 31 erstrecken, d. h. auf Bereiche von 25% von der gesamten oberen Oberfläche des ersten Wannenbereichs 31 ausgehend von den Rändern des ersten Wannenbereichs 31. D. h., nur 50% oder weniger des Stroms, der unter dem gesamten ersten Wannenbereich 31 fließt, fließt in einer Fläche, die zentrale 75% des ersten Wannenbereichs 31 einnimmt, so dass eine Durchlassstromdichte in diesem Flächenbereich gering ist.
  • 8 zeigt eine graphische Darstellung, die sich auf eine Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß der Querschnittsdarstellung in 1 bezieht und die angibt, wie sich ein Durchlasswiderstand des Elements, d. h. der Widerstand des Elements im Durchlasszustand, ändert, wenn ein Verhältnis der Breite des zweiten Wannenbereichs 40 in Bezug auf die Breite des ersten Wannenbereichs 30 verändert wird.
  • In 8 zeigt die horizontale Achse ein Verhältnis der Breite des zweiten Wannenbereichs 40 in Bezug auf die Breite des ersten Wannenbereichs 30, und die vertikale Achse zeigt eine Zuwachsrate des Durchlasswiderstands des Elements gegenüber einem Zustand, in dem die Breite des zweiten Wannenbereichs 40 null beträgt, d. h. der zweite Wannenbereich 40 nicht vorhanden ist; eine gestrichelte Linie veranschaulicht dabei einen Fall, in dem der erste Wannenbereich 30 eine Breite von 2 μm aufweist, und eine durchgezogene Linie veranschaulicht einen Fall, in dem der erste Wannenbereich 30 eine Breite von 4 μm aufweist.
  • Wie in 8 gezeigt, steigt mit zunehmendem Verhältnis der Breite des zweiten Wannenbereichs 40 gegenüber der Breite des ersten Wannenbereichs 30 der Durchlasswiderstand an; ferner wird dann, wenn das Verhältnis etwa 75% übersteigt, die Steilheit der Durchlasswiderstands-Anstiegsrate bezogen auf das Verhältnis groß.
  • Bei der JBS-Diode fließt der Durchlassstrom von einer Stelle direkt unterhalb der Schottky-Elektrode 50 und bahnt sich seinen Weg in gekrümmter Weise in Richtung auf den sowie unter dem ersten Wannenbereich 30 und dem zweiten Wannenbereich 40; insbesondere zeigt dieses Ergebnis, dass in einem Bereich direkt unter dem ersten Wannenbereich 30, je näher sich dieser Bereich einer Region (einem Schottky-Diodenbereich) ohne ersten Wannenbereich 30 befindet, d. h. je näher er sich bei den Randbereichen des ersten Wannenbereichs 30 in der horizontalen Richtung des Querschnitts befindet, desto höher wird die Stromdichte des Durchlassstroms von diesem Bereich, und ferner zeigt dieses Resultat, dass ein solcher Strom in Bereichen von etwa 25% des ersten Wannenbereichs 30 ausgehend von den Endbereichen derselben fließt.
  • Aus den Resultaten der 7 und 8 ist ersichtlich, dass ein Abfall des Durchlassstroms bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode mit der Struktur gemäß 1 vermindert werden kann, indem die Breite des zweiten Wannenbereichs 40 schmaler gemacht wird als die Breite des ersten Wannenbereichs 30. Ferner kann der Durchlassstrom stärker als in einem Fall erhöht werden, in dem die Isolierschicht zwischen dem Schottky-Diodenbereich und dem pn-Diodenbereich vorgesehen ist, wie dies bei dem Patentdokument 2 der Fall ist.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode mit der Struktur gemäß 1 ist es weiter bevorzugt, dass ein Bereich, der von dem Randbereich des ersten Wannenbereichs 30 in der horizontalen Richtung des Querschnitts bis 25% der Breite dieses Bereichs reicht, n-leitend ist und somit als Stromweg dient, der sich von der Schottky-Diode weg ausbreitet. D. h., die im Querschnitt horizontale Breite des zweiten Wannenbereichs ist derart ausgebildet, dass sie drei Viertel oder weniger der Breite des ersten Wannenbereichs 30 beträgt, so dass eine starke Reduzierung des Durchlassstroms verhindert ist.
  • Als nächstes werden numerische Berechnungsresultate hinsichtlich einer Durchlassstrom-Kennlinie und einer Sperrstrom-Kennlinie der Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels dargestellt. Die Durchlassstrom-Kennlinie und die Sperrstrom-Kennlinie sind unter einer Bedingung berechnet worden, dass die Driftschicht 20 einen differentiellen Widerstand von 10 mΩcm2 oder darunter und eine Stehspannung von 4 kV oder höher aufweist, der erste Wannenbereich 30 eine Breite von 4 μm, eine Tiefe von 0,3 μm und eine Dotierstoffdichte von 2 × 1018 cm–3 aufweist und der weite Wannenbereich 40 eine Breite von 3 μm, eine Tiefe von 6 μm und eine Dotierstoffdichte von 2 × 1016 cm–3 aufweist.
  • 9 dient zum Vergleichen der Durchlassstrom-Kennlinie zwischen einer Siliciumcarbid-JBS-Diode mit einer Struktur gemäß 4a (herkömmliche Struktur) und der Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In 9 weist die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels bei einer Vorspannung von etwa 7 V oder mehr eine höhere Stromdichte auf als die Diode mit der herkömmlichen Struktur.
  • 10 dient zum Vergleichen der Sperrstrom-Kennlinie zwischen der Siliciumcarbid-JBS-Diode mit einer Struktur gemäß 4a und der Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 10 zeigt, dass im Vergleich zu der Diode mit der herkömmlichen Struktur die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine geringere Sperrstromdichte und eine höhere Durchbruchspannung aufweist, so dass sie eine verbesserte Stehspannung im Sperrzustand aufweist.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der zweite Wannenbereich 40 derart gebildet, dass er im Sperrzustand vollständig verarmt ist; aus diesem Grund ist die Stehspannung im Sperrzustand verbessert, und zwar ohne Beeinträchtigung, wie in einem Fall, in dem ein erster Wannenbereich 30 mit einer relativ hohen Dotierstoffdichte einfach tiefer ausgebildet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der pn-Übergang der pn-Diode in einem von der Schottky-Elektrode abgelegenen Bereich gebildet, und der Wannenbereich ist mit einer schmalen Breite in einem von der Schottky-Elektrode abgelegenen Bereich gebildet; auf diese Weise kann eine niedrigere Vorspannung einen Stromfluss in der pn-Diode hervorrufen, und der in der Schottky-Diode fließende Strom kann erhöht werden.
  • Selbst in einem Fall, in dem ein Stromstoß erzeugt wird, kann somit der Stromstoß einfach in der pn-Diode fließen, so dass ein Fließen eines Überstroms in der Schottky-Diode verhindert wird. Dadurch lässt sich eine Halbleitervorrichtung erzielen, die eine hohe Schaltgeschwindigkeit sowie eine verbesserte Schutzfunktion in einem Fall aufweist, in dem ein hoher Strom, wie z. B. ein Stromstoß, auftritt.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, erfolgt eine vollständige Verarmung des zweiten Wannenbereichs 40 im Sperrzustand; die Stehspannung im Sperrzustand wird daher nicht so stark reduziert, als wenn einfach ein tieferer erster Wannenbereich 30 mit einer relativ hohen Dotierstoffdichte gebildet wird.
  • Ferner erfolgt bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, selbst im Sperrzustand keine vollständige Verarmung des ersten Wannenbereichs; hierdurch kann sich die Verarmungsschicht in einfacher Weise zwischen den ersten Wannenbereichen 30 in die Driftschicht 20 hinein ausbreiten, so dass eine Stehspannung sichergestellt ist.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung beschrieben worden, die einen Siliciumcarbid-Halbleiter verwendet; der gleiche Effekt kann jedoch auch bei einer Halbleitervorrichtung erzielt werden, die einen Halbleiter mit großer Bandlücke, wie z. B. GaN und Diamant, verwendet. Ferner ist es nicht unbedingt notwendig, dass es sich bei dem Siliciumcarbid-Halbleiter um einen 4H-Siliciumcarbid-Halbleiter handelt; der gleiche Effekt kann auch durch einen 3C-Siliciumcarbid-Halbleiter oder dergleichen erzielt werden.
  • In Bezug auf die Ebenen-Struktur der Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Erläuterung in Bezug auf ein Beispiel gemäß 2 erfolgt, bei dem die rechteckigen ersten Wannenbereiche 30 sowie die rechteckigen zweiten Wannenbereiche 40 vorgesehen sind; die Ebenen-Struktur ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann auch eine andere Ebenen-Struktur verwendet werden, bei der gemäß der Draufsicht in 11 quadratische erste Wannenbereiche 30 und quadratische zweite Wannenbereiche 40 in Längsrichtung und in Querrichtung angeordnet sind. In diesem Fall ist die Dimension der Breite sowohl für die Längsrichtung als auch für die Querrichtung in der Draufsicht definiert.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Ebenen-Struktur nicht auf die in 2 gezeigte beschränkt, und es kann auch eine andere Ebenen-Struktur verwendet werden, die in der Draufsicht Polygonzüge oder Kreise aufweist.
  • Als Beispiele für den n-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff und den p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff sind Stickstoff und Aluminium genannt worden; es können jedoch auch andere Dotierstoffe verwendet werden, beispielsweise Phosphor für den n-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff und Bor für den p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoff.
  • Die Beschreibung ist anhand eines Beispiels erfolgt, bei dem Ti für die Schottky-Elektrode 50 verwendet wird und Ni für die ohmsche Elektrode 60 verwendet wird; die Materialien für die Schottky-Elektrode 50 und die ohmsche Elektrode 60 sind jedoch nicht darauf beschränkt. Für die Schottky-Elektrode 50 kann in geeigneter Weise ein Material aus solchen Materialien wie Mo oder Ni ausgewählt werden, das eine Schottky-Verbindung mit der n-leitenden Driftschicht 20 bildet. Für die ohmsche Elektrode 60 kann ein beliebiges anderes Metall verwendet werden, das eine ohmsche Verbindung mit dem n-leitenden Halbleitersubstrat 10 herstellt.
  • Bei den Schritten zum Herstellen der Halbleitervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist erläutert worden, dass die Schritte der 3c und der 3d wiederholt werden. Jedoch können diese Schritte in Abhängigkeit von der Tiefe (der Dicke) des zweiten Wannenbereichs 40 ausgeführt werden; z. B. können die Schritte der 3c und der 3d auch nicht ausgeführt werden.
  • In der vorstehenden Beschreibung ist ein Beispiel erläutert worden, bei dem ein Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20 (Schottky-Grenzfläche), der sich zwischen den einander benachbarten ersten Wannenbereichen 30 befindet und mit der Schottky-Elektrode 50 in Kontakt steht, durch eine Verarmungsschicht vollständig verarmt wird, die sich im Sperrzustand von dem ersten Wannenbereich 30 ausbreitet.
  • Jedoch ist es für eine Halbleitervorrichtung, die keine hohe Stehspannung erfordert, nicht unbedingt notwendig, für eine vollständige Verarmung der Schottky-Grenzfläche im Sperrzustand zu sorgen, und es kann genügen, dass keine vollständige Verarmung der Schottky-Grenzfläche im Sperrzustand vorhanden ist.
  • Bei der vorstehenden Beschreibung ist ein Beispiel erläutert worden, bei dem im Sperrzustand eine vollständige Verarmung des zweiten Wannenbereichs 40 erfolgt; bei einer Halbleitervorrichtung, die keine hohe Stehspannung erfordert, ist jedoch keine vollständige Verarmung des zweiten Wannenbereichs 40 im Sperrzustand erforderlich, und es kann genügen, dass keine vollständige Verarmung des zweiten Wannenbereichs 40 im Sperrzustand vorhanden ist.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Dotierstoffdichte des zweiten Wannenbereichs 40 von Ausführungsbeispiel 1 ist gleichmäßig; dagegen beinhaltet in 12 ein zweiter Wannenbereich 44 in Vertikalrichtung Bereiche mit Dotierstoffdichten in drei Abstufungen.
  • Der zweite Wannenbereich 44 ist derart ausgebildet, dass seine Dichte mit zunehmend tieferer Anordnung seines Bereichs größer wird. Insbesondere besitzt bei dem zweiten Wannenbereich 44 ein am nähesten bei dem Halbleitersubstrat 10 angeordneter Bereich eine Dichte eines p-Leitfähigkeit hervorrufenden Dotierstoffs, die geringer ist als in einem dem ersten Wannenbereich 30 benachbarten Bereich.
  • Die übrigen Bereiche sind die gleichen wie beim Ausführungsbeispiel 1; aus diesem Grund wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet. In der nachfolgenden Erläuterung der Arbeitsweise wird eine Vorrichtung erläutert, bei der der erste Wannenbereich 30 eine Dotierstoffdichte von 2 × 1018 cm–3 aufweist; die Dotierstoffdichten des zweiten Wannenbereichs 44 in der Reihenfolge von einem nicht tief gelegenen Bereich 2 × 1018 cm–3, 2 × 1017 cm–3, und 2 × 1016 cm–3 betragen.
  • Jeder der drei Bereiche (in der Reihenfolge von dem nicht tiefen Bereich) 44A, 44B, und 44C) weist eine Dicke von 2 μm auf. Hierbei ist die durchschnittliche Dotierstoffdichte des zweiten Wannenbereichs 44 geringer als die Dotierstoffdichte des ersten Wannenbereichs 30.
  • Die Siliciumcarbid-JBS-Diode der 12 kann unter Verwendung eines anhand der 3 bei dem Ausführungsbeispiel 1 erläuterten Verfahrens hergestellt werden, wobei die jeweiligen Ionenimplantationsdichten in Abhängigkeit von den Abstufungen variiert werden.
  • 13 dient zum Vergleichen der Durchlassströme einer Siliciumcarbid-JBS-Diode mit einer Struktur gemäß 4a, einer in 1 veranschaulichten Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß Ausführungsbeispiel 1 sowie einer Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 13 zeigt, dass bei einer Vorspannung von etwa 7 V oder mehr die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine höhere Stromdichte als die herkömmliche Struktur aufweist und auch einen höheren Durchlassstrom als die Siliciumcarbid-JBS-Diode von Ausführungsbeispiel 1 aufweist.
  • 14 dient zum Vergleichen der Sperrströme einer Siliciumcarbid-JBS-Diode mit einer Struktur gemäß 4a, einer in 1 veranschaulichten Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß Ausführungsbeispiel 1 sowie einer Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 14 zeigt, dass im Vergleich mit der Diode mit der herkömmlichen Struktur die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine geringere Sperrstromdichte sowie eine höhere Durchbruchspannung aufweist, die hinsichtlich der Stehspannung im Sperrzustand zu verbessern ist. Ferner weist die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch eine geringere Sperrstromdichte im Sperrzustand auf als die Siliciumcarbid-JBS-Diode von Ausführungsbeispiel 1.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann bei einer Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, im Vergleich zu der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Durchlassstrom weiter gesteigert werden und die Sperrcharakteristik weiter verbessert werden.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • 15 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, d. h. einer Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Ein zweiter Wannenbereich 45 weist in vertikaler Richtung zwei Breiten auf, während die Breite des zweiten Wannenbereichs 40 von Ausführungsbeispiel 1 gemäß 1 konstant ist. Der zweite Wannenbereich 45 ist derart ausgebildet, dass seine Breite mit zunehmend tieferer Anordnung seines Bereichs geringer wird. Insbesondere ist bei dem zweiten Wannenbereich 45 sein am nähesten bei dem Halbleitersubstrat 10 angeordneter Bereich schmaler als ein dem ersten Wannenbereich 30 benachbarter Bereich.
  • Die übrigen Bereiche sind die gleichen wie beim Ausführungsbeispiel 1; eine erneute detaillierte Beschreibung kann daher entfallen. In der nachfolgenden Beschreibung der Arbeitsweise wird eine Vorrichtung erläutert, bei der der erste Wannenbereich 30 eine Dotierstoffdichte von 2 × 1018 cm–3 aufweist; die Breiten des zweiten Wannenbereichs 45, ausgehend von einem nicht tiefen Bereich, 3 μm und 1,5 μm betragen; und jeder der beiden Bereiche (in der Reihenfolge ausgehend von dem nicht tiefen Bereich) 45A und 45B eine Dicke von 3 μm aufweist.
  • Die Siliciumcarbid-JBS-Diode der 15 kann hergestellt werden, indem eine Öffnungsbreite der Implantationsmaske bei Ausführung der Ionenimplantation bei dem unter Bezugnahme auf 3 von Ausführungsbeispiel 1 erläuterten Verfahren variiert wird.
  • 16 dient zum Vergleichen der Durchlassströme einer Siliciumcarbid-JBS-Diode mit einer Struktur gemäß 4a, einer in 1 dargestellten Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß Ausführungsbeispiel 1 sowie einer Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • 16 zeigt, dass bei einer Vorspannung von etwa 7 V oder mehr die Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine höhere Stromdichte als die Diode mit der herkömmlichen Struktur aufweist sowie auch eine Durchlassstrom-Kennlinie aufweist, die äquivalent der oder besser als die der Siliciumcarbid-JBS-Diode von Ausführungsbeispiel 1 ist.
  • 17 dient zum Vergleichen der Sperrströme einer Siliciumcarbid-JBS-Diode mit einer Struktur gemäß 4a, einer in 1 dargestellten Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß Ausführungsbeispiel 1 sowie einer Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 17 zeigt, dass im Vergleich zu der Diode mit der herkömmlichen Struktur die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine geringere Sperrstromdichte und eine höhere Durchbruchspannung aufweist, so dass eine Stehspannung im Sperrzustand zu verbessern ist. Ferner weist die Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch im Vergleich zu der Siliciumcarbid-JBS-Diode gemäß Ausführungsbeispiel 1 eine geringere Sperrstromdichte im Sperrzustand auf.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode, d. h. bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Wannenbereiche derart gebildet, dass sie in Bereichen, die von der Schottky-Elektrode entfernt angeordnet sind, geringere Breiten aufweisen. Dadurch kann die Durchlassstrom-Kennlinie der Siliciumcarbid-JBS-Diode verbessert werden.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • 18 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, d. h. einer Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die Dotierstoffdichte der n-leitenden Driftschicht 20 von Ausführungsbeispiel 1 ist gleichmäßig; jedoch ist in 18 in einem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20, der mit der Schottky-Elektrode 50 in Kontakt steht, ein Driftbereich 80 mit hoher Dichte gebildet, der n-leitend ist und eine zu n-Leitfähigkeit führende Dotierstoffdichte aufweist, die höher als die der Driftschicht 20 ist.
  • Der Driftbereich 80 mit hoher Dichte ist weniger tief ausgebildet als der zweite Wannenbereich 40. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei Ausführungsbeispiel 1; aus diesem Grund wird auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
  • Auf der Basis des Verfahrens, das anhand der 3 bei Ausführungsbeispiel 1 erläutert worden ist, kann die in 18 gezeigte Siliciumcarbid-JBS-Diode hergestellt werden, indem unmittelbar nach dem Bilden der abschließenden Driftschicht 20 (Epitaxieschicht) oder nach dem Bilden eines ersten Wannenbereichs 30, der n-leitende Driftbereich 80 mit hoher Dichte, dessen zu n-Leitfähigkeit führende Dotierstoffdichte höher als die der Driftschicht 20 ist, in einer Region des Oberflächenschichtbereichs der Driftschicht 20 gebildet wird, die später mit der Schottky-Elektrode 50 zu verbinden ist, wobei dies unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens oder dergleichen erfolgt.
  • Wie in der schematischen Schnittdarstellung der 19 gezeigt, kann der eine hohe Dichte aufweisende Driftbereich 80 ferner in dem gesamten oberen Bereich der Driftschicht 20 gebildet werden. In diesem Fall kann der hohe Dichte aufweisende Driftbereich 80 auf der Driftschicht 20 nicht durch ein Ionenimplantationsverfahren, sondern durch ein epitaxiales Wachstumsverfahren gebildet werden.
  • Wie in der schematischen Schnittdarstellung der 20 gezeigt, können Driftbereiche 80 mit hoher Dichte partiell in einer Region gebildet werden, in der die ersten Wannenbereiche 30 nicht gebildet sind.
  • Bei der Siliciumcarbid-JBS-Diode des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich bei einem Bereich direkt unter der Schottky-Elektrode 50, der als Stromweg für den Durchlassstrom dient, um einen hohe Dichte aufweisenden Driftbereich 80 mit einer hohen Dichte des zu n-Leitfähigkeit führenden Dotierstoffs; dadurch kann der Durchlasswiderstand der Siliciumcarbid-JBS-Diode reduziert werden.
  • In dem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20 ist der eine hohe Dichte aufweisende Driftbereich 80 weniger tief ausgebildet als der zweite Wannenbereich 40; dadurch wird verhindert, dass sich die Bodenfläche des zweiten Wannenbereichs 40 in einem hohen elektrischen Feld befindet, und dadurch wird wiederum eine starke Beeinträchtigung der Stehspannung verhindert.
  • Die Erläuterungen der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 sind unter der Annahme erfolgt, dass es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um n-Leitfähigkeit handelt und es sich bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um p-Leitfähigkeit handelt; dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, und der gleiche Effekt kann auch unter der Annahme erzielt werden, dass es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um p-Leitfähigkeit handelt und es sich bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um n-Leitfähigkeit handelt.
  • Ferner ist in den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 unter der Beschreibung der Verarmung zu verstehen, dass eine Relation zwischen der Spannung und der Dotierstoffdichte für Verarmung ausgelegt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitersubstrat
    20
    Driftschicht
    21
    erster Driftschichtbereich
    22
    zweiter Driftschichtbereich
    30
    erster Wannenbereich
    40
    zweiter Wannenbereich
    41
    erste Bereiche
    42
    zweite Bereiche
    50
    Schottky-Elektrode
    51
    Schottky-Elektrode
    52
    Schottky-Elektrode
    60
    ohmsche Elektrode
    61
    ohmsche Elektrode
    62
    ohmsche Elektrode
    70
    Anschlussstruktur
    80
    Driftbereich mit hoher Dichte

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: – ein Halbleitersubstrat mit großer Bandlücke, bei dem es sich um einen ersten Leitfähigkeitstyp handelt; – eine Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die mit einem Halbleiter mit großer Bandlücke gebildet ist und auf einer ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats mit großer Bandlücke gebildet ist; – eine Vielzahl von ersten Wannenbereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht einander benachbart in vorbestimmten Intervallen gebildet sind; – einen zweiten Wannenbereich, der den ersten Wannenbereichen jeweils benachbart sowie in Richtung auf das Halbleitersubstrat gebildet ist, eine niedrigere Dotierstoffdichte eines zur zweiten Leitfähigkeit führenden Dotierstoffs als die ersten Wannenbereiche aufweist sowie eine geringere Breite als die ersten Wannenbereiche aufweist; – eine Schottky-Elektrode, die auf Oberflächen der Driftschicht und der ersten Wannenbereiche gebildet ist, um eine Schottky-Verbindung mit der Driftschicht bilden; und – eine ohmsche Elektrode, die auf einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden, zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats gebildet ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei dann, wenn sich die Halbleitervorrichtung in einem Sperrzustand befindet, in den ersten Wannenbereichen Bereiche verbleiben, die nicht verarmt sind.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei dann, wenn sich die Halbleitervorrichtung in einem Sperrzustand befindet, der zweite Wannenbereich vollständig verarmt ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dann, wenn sich die Halbleitervorrichtung in einem Sperrzustand befindet, ein Oberflächenschichtbereich der Driftschicht, der sich zwischen den ersten Wannenbereichen befindet und mit der Schottky-Elektrode in Kontakt steht, durch eine Verarmungsschicht, die sich von den einander benachbarten ersten Wannenbereichen ausbreitet, vollständig verarmt ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Breite des zweiten Wannenbereichs drei Viertel oder weniger von der Breite von jedem der ersten Wannenbereiche beträgt.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Driftschicht zwischen dem zweiten Wannenbereich und dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem zweiten Wannenbereich ein am nähesten bei dem Halbleitersubstrat befindlicher Bereich eine Dotierstoffdichte eines zur zweiten Leitfähigkeit führenden Dotierstoffs aufweist, die geringer ist als in einem den jeweiligen ersten Wannenbereichen benachbarten Bereich.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem zweiten Wannenbereich ein am nähesten bei dem Halbleitersubstrat befindlicher Bereich eine Breite aufweist, die geringer ist als in einem den jeweiligen ersten Wannenbereichen benachbarten Bereich.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an einer Stelle, an der ein Oberflächenschichtbereich der Driftschicht mit der Schottky-Elektrode verbunden ist, ein hohe Dichte aufweisender Driftbereich derart vorgesehen ist, dass er eine höhere Dotierstoffdichte eines zur ersten Leitfähigkeit führenden Dotierstoffs als die Driftschicht aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei es sich bei dem Halbleitersubstrat mit großer Bandlücke um ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat handelt und der Halbleiter mit großer Bandlücke ein Siliciumcarbid-Halbleiter ist.
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