DE112018001001T5 - Siliciumcarbid-halbleitereinheit und leistungswandler - Google Patents

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Yuichi Nagahisa
Shiro Hino
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Abstract

Bei einem SiC-MOSFET mit eingebauter Schottky-Diode kann ein bipolarer Strom in einem zweiten Muldenbereich (31) fließen, der in einem Anschlussbereich ausgebildet ist, und eine Durchschlagspannung reduzieren. Bei dem SiC-MOSFET mit eingebauter Schottky-Diode ist eine leitfähige Schicht (47) in einer Schottky-Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich (31) auf dem zweiten Muldenbereich (31) in dem Anschlussbereich angeordnet, und die leitfähige Schicht (47) ist mit einer Source-Elektrode (80) des MOSFET elektrisch verbunden. Ein Kontaktloch (91zur leitfähigen Schicht (47) ist so angeordnet, dass es nur die leitfähige Schicht (47) und die Source-Elektrode (80) verbindet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aus Siliciumcarbid bestehende Siliciumcarbid-Halbleitereinheit sowie auf einen Leistungswandler.
  • STAND DER TECHNIK
  • In Bezug auf eine PN-Diode, die unter Verwendung von Siliciumcarbid (SiC) konfiguriert ist, ist seit langem bekannt, dass das Fließen eines Durchlassstroms, insbesondere eines bipolaren Stroms, zu einem Problem in Bezug auf die Zuverlässigkeit dahingehend führt, dass Stapelfehler in Kristallen verursacht werden, so dass eine Verschiebung der Durchlassspannung verursacht wird. Es wird angenommen, dass dies aus der Ausdehnung von Stapelfehlern als Ebenendefekt aus einer Basalebenen-Versetzung als einem Ausgangspunkt resultiert, der in einem Siliciumcarbid-Substrat existiert und zum Beispiel durch eine Rebinding-Energie verursacht wird, die erzeugt wird, wenn durch die PN-Diode injizierte Minoritätsladungsträger mit Majoritätsladungsträgern rekombinieren.
  • Diese Stapelfehler verhindern das Fließen eines Stroms. Demzufolge reduziert die Ausdehnung von Stapelfehlern den Strom und erhöht die Durchlassspannung, so dass eine Reduktion der Zuverlässigkeit einer Halbleitereinheit verursacht wird.
  • Eine derartige Erhöhung der Durchlassspannung tritt in einer ähnlichen Weise auch in einem vertikalen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) auf, der Siliciumcarbid verwendet. Ein vertikaler MOSFET weist eine parasitäre PN-Diode (eine Body-Diode) zwischen einer Source und einem Drain auf. Wenn ein Durchlassstrom in der Body-Diode fließt, erfährt der vertikale MOSFET ebenfalls eine Reduktion der Zuverlässigkeit ähnlich jener, die in der PN-Diode auftritt. Wenn die Body-Diode des SiC-MOSFET als eine Freilaufdiode eines MOSFET verwendet wird, ist es möglich, dass sich die Charakteristik dieses MOSFET verschlechtert.
  • Es gibt ein Verfahren, um das vorstehende Problem in Bezug auf die Zuverlässigkeit zu lösen, das durch den Durchgang des Durchlassstroms in der parasitären PN-Diode verursacht wird. Gemäß diesem Verfahren wird, wie in dem Patentdokument 1 gezeigt, eine Belastung aufgebracht, bei der verursacht wird, dass ein Durchlassstrom über eine lange Zeit hinweg in der parasitären PN-Diode fließt, es wird eine Änderung zwischen einer Durchlassspannung vor dem Aufbringen einer Belastung und einer Durchlassspannung nach dem Aufbringen einer Belastung gemessen, und ein Element mit einer großen Änderung der Durchlassspannung wird aus den Produkten eliminiert (aussortiert). Dieses Verfahren weist jedoch Nachteile dahingehend auf, dass die Zeitdauer eines Stromdurchgangs verlängert wird und dass die Verwendung eines Wafers mit vielen Defekten dazu führt, dass viele defektbehaftete Elemente entstehen.
  • Es gibt außerdem ein anderes Verfahren, bei dem eine unipolare Diode angeordnet wird und als eine Freilaufdiode in einer Halbleitereinheit, wie etwa einem unipolaren Transistor verwendet wird, wie beispielsweise einem MOSFET. Die Patent-dokumente 2 und 3 beschreiben zum Beispiel jeweils ein Verfahren, bei dem eine Schottky-Barrieren-Diode (SBD) als eine unipolare Diode in einer Einheitszelle eines MOSFET angeordnet wird.
  • Wenn ein in einem aktiven Bereich angeordneter unipolarer Transistor, insbesondere ein unipolarer Transistor, der eine Diode aufweist, um einen Strom nur mit Majoritätsladungsträgern hindurchzuleiten, für eine SiC-Halbleitereinheit verwendet wird, verhindert eine Auslegung eines Diffusionspotentials an dem unipolaren Transistor, insbesondere einer Spannung für das Starten eines Stromdurchgangs, derart, dass dieses niedriger als ein Diffusionspotential an einem PN-Übergang ist, das Fließen eines bipolaren Stroms in der Body-Diode während des Freilauf-betriebs. Auf diese Weise wird es möglich, eine Verschlechterung der Charakteristik des unipolaren Transistors in dem aktiven Bereich zu unterbinden.
  • Bei einem MOSFET zum Beispiel, der in dem Patentdokument 4 beschrieben ist, ist eine epitaxiale Kanal-Schicht vom n-Typ auf einem Muldenbereich vom p-Typ ausgebildet, der einen aktiven Bereich bildet, die epitaxiale Kanal-Schicht fungiert als eine unipolare Diode mit einer Gate-Spannung, bei der es sich um eine Schwellenspannung oder eine niedrigere Spannung handelt, und die Einschaltspannung der unipolaren Diode ist so ausgelegt, dass sie niedriger als die Betriebsspannung einer pn-Diode ist, die durch den Muldenbereich vom p-Typ und eine Drift-Schicht vom n-Typ gebildet wird. Es wird erwartet, dass dieser MOSFET einen Effekt vergleichbar mit jenem erzielt, der mit einem MOSFET mit eingebauter SBD erzielt wird. Ein solcher MOSFET kann als ein Typ eines unipolaren Transistors betrachtet werden, der eine in einem aktiven Bereich angeordnete unipolare Diode aufweist.
  • Auch bei einem unipolaren Transistor mit einer in dem aktiven Bereich angeordneten unipolaren Diode ist jedoch in einigen Fällen die Bildung einer parasitären PN-Diode in einem Bereich weiterhin unvermeidbar, in dem es aufgrund einer Struktur schwer ist, die unipolare Diode in einem Anschlussbereich zu platzieren, und zwar einem anderen Bereich als dem aktiven Bereich.
  • Zum Beispiel ist ein Anschlussmuldenbereich, der weiter nach außen vorsteht als eine Source-Elektrode, in einem Bereich in der Nähe einer Gate-Kontaktstelle oder in der Nähe eines Anschlussbereichs einer Halbleitereinheit ausgebildet, und eine parasitäre PN-Diode ist zwischen dem Anschlussmuldenbereich und einer Drift-Schicht ausgebildet. In diesem Bereich ist keine Schottky-Elektrode ausgebildet, und es +ist keine unipolare Diode ausgebildet.
  • Durch das Fehlen einer Schottky-Elektrode in dem Anschlussmuldenbereich liegt eine Spannung zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode an der PN-Diode an, die durch den Anschlussmuldenbereich und die Drift-Schicht gebildet wird, so dass dadurch das Fließen eines bipolaren Stroms in der PN-Diode verursacht wird.
  • Wenn in diesem Bereich ein Ausgangspunkt existiert, wie beispielsweise eine Basalebenen-Versetzung, dehnt sich ein Stapelfehler aus, wobei bedauerlicherweise die Durchschlagspannung eines Transistors reduziert wird. Insbesondere kann ein Leckstrom auftreten, wenn sich der Transistor in einem AUS-Zustand befindet, und Wärme, die durch den Leckstrom erzeugt wird, kann ein Element oder eine Schaltung zerstören.
  • Dieses Problem kann durch Verhindern des Fließens eines bipolaren Stroms in der pn-Diode, die durch den Anschlussmuldenbereich und die Drift-Schicht gebildet wird, zum Beispiel durch Begrenzen einer Spannung, die zwischen einer Source und einem Drain anliegt, auf einen bestimmen Wert oder auf einen kleineren Wert während des Betriebs einer Halbleitereinheit vermieden werden. Um dies zu erreichen, können Chip-Abmessung vergrößert werden, und es kann ein Differenzwiderstand einer eingebauten SBD pro Chip reduziert werden, so dass dadurch eine Source-Drain-Spannung reduziert wird, die zum Zeitpunkt des Fließens eines Freilaufstroms erzeugt wird. Dadurch wird jedoch ein Nachteil verursacht, da die Chip-Abmessung vergrößert wird und die Kosten erhöht werden.
  • Der Durchlass-Betrieb einer PN-Diode, die durch den Anschlussmuldenbereich und die Drift-Schicht gebildet wird, kann ohne Vergrößerung der Chip-Abmessung mittels eines Verfahrens unterbunden werden, bei dem ein Widerstand in einem Stromdurchgangspfad erhöht wird, der zwischen einem jeweiligen Bereich in dem Anschlussmuldenbereich und einer Source-Elektrode ausgebildet ist. Ein Widerstand in dem Stromdurchgangspfad kann mittels eines Verfahrens erhöht werden, bei dem ein Kontaktwiderstand zwischen dem Anschlussmuldenbereich und der Source-Elektrode erhöht wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 5).
  • Bei einer derartigen Struktur entwickelt sich, wenn ein bipolarer Strom in der PN-Diode fließt, die durch den Anschlussmuldenbereich und die Drift-Schicht gebildet wird, ein Spannungsabfall als Ergebnis einer Widerstandskomponente in einem Kontaktwiderstand zur Erzeugung eines Unterschieds zwischen einem Potential an dem Anschlussmuldenbereich und einem Source-Potential. Dadurch wird eine entsprechende Reduktion einer an der PN-Diode anliegenden Durchlassspannung erzeugt. Auf diese Weise wird es möglich, den Durchgang eines bipolaren Stroms zu unterbinden.
  • Es gibt ein Phänomen, bei dem bekannt ist, dass es insbesondere in einer Einheit merklich auftritt, die aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke besteht, der durch Siliciumcarbid verkörpert wird. Bei diesem Phänomen kann ein Element durch einen Verschiebungsstrom zerstört werden, der während eines Schaltvorgangs in dem Muldenbereich fließt. Wenn eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit mit einer MOS-Struktur geschaltet wird, fließt ein Verschiebungsstrom in einer Ebenenrichtung in einem relativ breiten Muldenbereich vom p-Typ. Dieser Verschiebungsstrom und ein Flächenwiderstand in dem Muldenbereich verursachen eine hohe Spannung in dem Muldenbereich. Dadurch wird ein Isolationsdurchschlag einer isolierenden Schicht zwischen der isolierenden Schicht und einer über dem Muldenbereich ausgebildeten Elektrode über eine isolierende Schicht hinweg verursacht, der das Element zerstört.
  • Wenn ein Potential an dem Muldenbereich auf 50 V oder mehr verändert wird und wenn eine Gate-Elektrode mit einem Potential von im Wesentlichen 0 V auf dem Muldenbereich über eine Siliciumoxid-Schicht hinweg ausgebildet ist, liegt zum Beispiel ein hohes elektrisches Feld, wie beispielsweise von 10 MV/cm, an der Siliciumoxid-Schicht an und resultiert in einem unbeabsichtigten Isolationsdurchschlag der Siliciumoxid-Schicht.
  • Dieses Phänomen tritt aus den folgenden zwei Gründen merklich in einer Einheit auf, die aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke besteht, der durch Siliciumcarbid verkörpert wird.
  • Ein erster Grund besteht darin, dass ein Flächenwiderstand in dem Muldenbereich vom p-Typ des Halbleiters mit großer Bandlücke signifikant höher als jener in dem Muldenbereich vom p-Typ aus Silicium wird, da ein Muldenbereich vom p-Typ, der in einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist, wie z.B. Siliciumcarbid, ein tieferes Störstellenniveau als ein Muldenbereich vom p-Typ aufweist, der in Silicium ausgebildet ist.
  • Der andere Grund liegt darin, dass dann, wenn eine Drift-Schicht vom n-Typ mit einem geringen Widerstand, die eine hohe Störstellenkonzentration aufweist, in einem Halbleiter mit großer Bandlücke verwendet wird, die Kapazität einer an einem pn-Übergang zwischen der Drift-Schicht vom n-Typ und dem Muldenbereich vom p-Typ ausgebildeten Verarmungsschicht in dem Halbleiter mit großer Bandlücke signifikant größer als in Silicium wird, indem Nutzen daraus gezogen wird, dass das Isolations-Durchschlagfeld des Halbleiters mit großer Bandlücke höher als jenes eines Silicium-Halbleiters ist. Im Ergebnis fließt während eines Schaltvorgangs ein hoher Verschiebungsstrom.
  • Wenn die Schaltgeschwindigkeit höher wird, wird ein Verschiebungsstrom höher, und eine in dem Muldenbereich erzeugte Spannung wird ebenfalls höher. Die aus dem Verschiebungsstrom resultierende Spannung wird durch ein vorgeschlagenes Verfahren reduziert, bei dem eine Schicht vom p-Typ mit geringem Widerstand in einem Bereich des Muldenbereichs vom p-Typ gebildet wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 6).
  • DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1 Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2014-175 412 A
    • Patentdokument 2 Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2003-017 701 A
    • Patentdokument 3 Veröffentlichung der Internationalen Anmeldung WO 2014/038 110 A1
    • Patentdokument 4 Veröffentlichung der Internationalen Anmeldung WO 2013/051 170 A1
    • Patentdokument 5 Veröffentlichung der Internationalen Anmeldung WO 2014/162 969 A1
    • Patentdokument 6 Veröffentlichung der Internationalen Anmeldung WO 2010/098 294 A1
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Wie vorstehend beschrieben, treten die folgenden Probleme auf: ein Problem, bei dem einer Erhöhung eines Widerstands in Ebenenrichtung in einem Anschlussmuldenbereich Priorität eingeräumt wird, um den Durchgang eines bipolaren Stroms während des Freilaufbetriebs in dem Anschlussmuldenbereich zu unterbinden; sowie ein Problem, bei dem einer Reduzierung eines Widerstands in Ebenenrichtung in einem breiten Muldenbereich Priorität eingeräumt wird, wie beispielsweise einem Anschlussmuldenbereich, um eine Spannung zu reduzieren, die durch einen in dem Muldenbereich während eines Schaltvorgangs fließenden Verschiebungsstrom erzeugt wird. Als ein Resultat dieser unterschiedlichen Probleme gibt es kein bekanntes Verfahren, um bei beiden Problemen erfolgreich zu agieren, der Reduzierung eines bipolaren Stroms während des Freilaufbetriebs einerseits und der Verhinderung der Zerstörung eines Elements während eines Schaltvorgangs andererseits.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe, eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit mit einer verbesserten Zuverlässigkeit anzugeben, bei der eine Reduktion eines bipolaren Stroms während des Freilaufbetriebs und eine Reduzierung des Auftretens einer Zerstörung eines Elements während eines Schaltvorgangs erreicht wird.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
    • ein Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, das aus Siliciumcarbid hergestellt ist;
    • eine Drift-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;
    • einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht angeordnet ist;
    • einen ersten Trennbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einer Tiefenrichtung von einer Oberfläche des ersten Muldenbereichs aus den ersten Muldenbereich durchdringt;
    • einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einem Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist;
    • eine erste Schottky-Elektrode, die auf dem ersten Trennbereich angeordnet ist und einen Schottky-Übergang zu dem ersten Trennbereich bildet;
    • eine ohmsche Elektrode, die auf dem ersten Muldenbereich und in einer ohmschen Verbindung mit dem ersten Muldenbereich angeordnet ist;
    • eine Gate-Isolierschicht, die auf dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist;
    • einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in der Oberflächenschicht der Driftschicht getrennt von dem ersten Muldenbereich angeordnet ist;
    • eine Gate-Elektrode, die auf der Gate-Isolierschicht auf dem ersten Muldenbereich und auf einer isolierenden Schicht ausgebildet ist, die auf dem zweiten Muldenbereich angeordnet ist;
    • eine Gate-Kontaktstelle, die oberhalb des zweiten Muldenbereichs ausgebildet ist und mit der Gate-Elektrode verbunden ist;
    • eine leitfähige Schicht, die oberhalb der Bodenfläche des zweiten Muldenbereichs so ausgebildet ist, dass sie sich nicht in einer ohmschen Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich befindet, wobei die leitfähige Schicht einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich aufweist;
    • eine Source-Elektrode, die mit der ersten Schottky-Elektrode, der ohmschen Elektrode und der leitfähigen Schicht verbunden ist; sowie
    • ein Kontaktloch zur leitfähigen Schicht, durch das eine ohmsche Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht und der Source-Elektrode gebildet wird, während zwischen der leitfähigen Schicht und dem zweiten Muldenbereich keine ohmsche Verbindung gebildet wird.
  • Effekte der Erfindung
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein bipolarer Strom während des Freilaufbetriebs reduziert werden, ferner kann das Auftreten einer Zerstörung eines Elements während eines Schaltvorgangs reduziert werden, und eskann die Zuverlässigkeit des Elements verbessert werden.
  • Figurenliste
  • In den Figuren sind:
    • 1 eine schematische Draufsicht von oben auf eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 5 eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 6 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 7 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 8 eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 9 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
    • 10 eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
    • 11 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
    • 12 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
    • 13 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
    • 14 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
    • 15 eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
    • 16 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
    • 17 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
    • 18 eine schematische Draufsicht auf eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
    • 19 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
    • 20 eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der neunten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 21 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der neunten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 22 eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der neunten Ausführungsform der Erfindung, die eine andere Struktur aufweist;
    • 23 eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung; und
    • 24 eine schematische Ansicht, welche die Struktur eines Leistungswandlers gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM (VON AUSFÜHRUNGSFORMEN)
  • Nachstehend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematisch gezeichnet. Korrelationen in Bezug auf Abmessung und Position zwischen Darstellungen, die in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt sind, sind nicht in jedem Fall korrekt dargestellt, sondern können verändert sein, soweit zweckmäßig. Bei der folgenden Beschreibung sind vergleichbare Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen gezeigt. Die Bezeichnungen und Funktionen derartiger Bauelemente sind in der gleichen Weise miteinander korreliert. So wird in einigen Fällen eine detaillierte Beschreibung derartiger Bauelemente weggelassen.
  • Gemäß Ausführungsformen, die in dieser Beschreibung dargestellt sind, ist eine Siliciumcarbid(SiC)-Halbleitereinheit als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit angegeben, und es ist ein Siliciumcarbid-MOSFET mit n-Kanal als ein Beispiel beschrieben, der einen n-Typ als einen ersten Leitfähigkeitstyp und einen p-Typ als einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Eine Angabe in Bezug auf ein Potentialniveau basiert auf der Annahme, dass es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den p-Typ handelt. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist, ist eine Angabe in Bezug auf ein Potentialniveau in einer umgekehrten Weise zu betrachten.
  • Bei dieser Anmeldung wird ein Bereich, der vollständig zu der Halbleitereinheit gehört und ein anderer Bereich als ein aktiver Bereich ist, in dem Einheitszellen zyklisch ausgerichtet sind, als ein Anschlussbereich bezeichnet und mit dieser Bezeichnung beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird die Struktur einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Draufsicht von oben auf einen Siliciumcarbid-MOSFET mit eingebauter Schottky-Diode (SBD) (SiC-MOSFET mit eingebauter SBD) als der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der ersten Ausführungsform. In 1 ist in einem Bereich der oberen Oberfläche des SiC-MOSFET eine Gate-Kontaktstelle 81 ausgebildet, und eine Source-Elektrode 80 ist benachbart zu der Gate-Kontaktstelle 81 ausgebildet. Eine Gate-Leitung 82 ist so ausgebildet, dass sie sich von der Gate-Kontaktstelle 81 aus erstreckt.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch einen Querschnitt in einem Bereich a-a' von 1 von der Source-Elektrode 80 zu der Gate-Leitung 82 in einem äußeren peripheren Bereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit zeigt. 3 ist eine schematische Draufsicht, die hauptsächlich einen Bereich zeigt, der einem Siliciumcarbid-Halbleiter in der Draufsicht von 1 entspricht.
  • In 2 ist eine aus einem Siliciumcarbid vom n-Typ bestehende Drift-Schicht 20 auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 ausgebildet, das aus einem Siliciumcarbid vom n-Typ mit geringem Widerstand hergestellt ist. Wie in 3 gezeigt, ist ein zweiter Muldenbereich 31, der aus einem Siliciumcarbid vom p-Typ besteht, in einem Oberflächenschichtbereich der Drift-Schicht 20 an einer Position ausgebildet, die im Wesentlichen einem Bereich entspricht, in dem die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Gate-Leitung 82 angeordnet ist.
  • Mehrere erste Muldenbereiche 30, die aus einem Siliciumcarbid vom p-Typ bestehen, sind in dem Oberflächenschichtbereich der Drift-Schicht 20 und unterhalb eines Bereichs angeordnet, in dem die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Source-Elektrode 80 angeordnet ist. Jeder von den ersten Muldenbereichen 30 weist einen Oberflächenschichtbereich auf, in dem ein Source-Bereich 40, der aus einem Siliciumcarbid vom n-Typ besteht, an einer Position ausgebildet ist, die nach innen durch einen vorgegebenen Zwischenraum von der äußeren Peripherie des ersten Muldenbereichs 30 getrennt ist.
  • Ein Kontaktbereich 32, der aus einem Siliciumcarbid vom p-Typ mit geringem Widerstand besteht, ist in dem Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs 30 an einer Position ausgebildet, die weiter nach innen von dem Source-Bereich 40 in dem Oberflächenschichtbereich jedes ersten Muldenbereichs 30 beabstandet ist. Ein erster Trennbereich 21, der aus einem Siliciumcarbid besteht und den ersten Muldenbereich 30 durchdringt, ist weiter innerhalb des Kontaktbereichs 32 ausgebildet.
  • Ähnlich wie die Drift-Schicht 20 weist der erste Trennbereich 21 den n-Typ auf. Der erste Trennbereich 21 weist eine Konzentration von Störstellen des n-Typs auf, welche die gleiche wie eine Konzentration von Störstellen des n-Typs in der Drift-Schicht 20 sein kann oder höher oder geringer als die Konzentration von Störstellen des n-Typs in der Drift-Schicht 20 sein kann.
  • Eine erste Schottky-Elektrode 71 ist in einer Schottky-Verbindung mit dem ersten Trennbereich 21 auf einer Oberfläche des ersten Trennbereichs 21 ausgebildet. Die erste Schottky-Elektrode 71 ist wünschenswerterweise so ausgebildet, dass sie bei einer Betrachtung von oben zumindest den entsprechenden ersten Trennbereich 21 aufweist.
  • Eine ohmsche Elektrode 70 ist auf einer Oberfläche des Source-Bereichs 40 ausgebildet. Die Source-Elektrode 80, die mit der ohmschen Elektrode 70, der ersten Schottky-Elektrode 71 und dem Kontaktbereich 32 verbunden ist, ist auf der ohmschen Elektrode 70, der ersten Schottky-Elektrode 71 und dem Kontaktbereich 32 ausgebildet. Der erste Muldenbereich 30 kann durch den Kontaktbereich 32 mit geringem Widerstand problemlos Elektronen und Löcher an die ohmsche Elektrode 70 weiterleiten und von dieser empfangen.
  • Ein Bereich in der Drift-Schicht 20 zwischen benachbarten der ersten Muldenbereiche 30 fungiert als ein zweiter Trennbereich 22 vom n-Typ. Der zweite Trennbereich 22 weist eine Konzentration von Störstellen des n-Typs auf, welche die gleiche wie die Konzentration von Störstellen des n-Typs in der Drift-Schicht 20 sein kann oder höher oder geringer als die Konzentration von Störstellen des n-Typs in der Drift-Schicht 20 sein kann. Eine Gate-Isolierschicht 50 ist auf Oberflächen der benachbarten ersten Muldenbereiche 30, einer Oberfläche des zweiten Trennbereichs 22 zwischen den benachbarten ersten Muldenbereichen 30 und einer Oberfläche des Source-Bereichs 40 in jedem ersten Muldenbereich 30 ausgebildet.
  • Eine Gate-Elektrode 60 ist auf der Gate-Isolierschicht 50 und zumindest oberhalb des ersten Muldenbereichs 30 ausgebildet. Der Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs 30 unterhalb eines Bereichs, in dem die Gate-Elektrode 60 ausgebildet ist und welcher der Gate-Elektrode 60 über die Gate-Isolierschicht 50 hinweg gegenüberliegt, wird als ein Kanalbereich bezeichnet.
  • Der zweite Muldenbereich 31 ist außerhalb des ersten Muldenbereichs 30 an der äußersten Peripherie der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgebildet. Ein dritter Trennbereich 23 ist zwischen dem ersten Muldenbereich 30 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet. Ähnlich wie die Drift-Schicht 20 weist der dritte Trennbereich 23 den n-Typ auf. Der dritte Trennbereich 23 weist eine Konzentration von Störstellen des n-Typs auf, welche die gleiche wie die Konzentration von Störstellen des n-Typs in der Drift-Schicht 20 sein kann oder höher oder geringer als die Konzentration von Störstellen des n-Typs in der Drift-Schicht 20 sein kann.
  • Ferner ist eine Gate-Isolierschicht 50 auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet. Eine Gate-Elektrode 60, die mit der Gate-Elektrode 60 auf dem ersten Muldenbereich 30 elektrisch verbunden ist, ist über dieser Gate-Isolierschicht 50 ausgebildet.
  • Eine leitfähige Schicht 47 ist in einem großen Bereich eines Bereichs auf einer Oberfläche des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet. Die leitfähige Schicht 47 besteht aus einem Material, das einen geringeren Flächenwiderstand als jenen des zweiten Muldenbereichs 31 aufweist und keine ohmsche Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich 31 vom p-Typ bildet. Die leitfähige Schicht 47 ist so ausgebildet, dass sie sich über eine Breite erstreckt, die der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Breite des zweiten Muldenbereichs 31 in einer lateralen Richtung in einem Querschnitt entspricht.
  • Es ist nicht erforderlich, dass sich der Bereich, in dem sich die leitfähige Schicht 47 über eine Breite erstreckt, die der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Breite des zweiten Muldenbereichs 31 in einer lateralen Richtung in einem Querschnitt entspricht, in einem gesamten Querschnitt erstreckt, sondern es ist möglich, dass er sich nur in einem Teilquerschnitt erstreckt.
  • Die leitfähige Schicht 47 kann z. B. aus einem Material aus polykristallinem Silicium mit einer Dicke in einem Bereich von 50 nm bis 1000 nm bestehen.
  • Bei dem Leitfähigkeitstyp der leitfähigen Schicht 47, die aus polykristallinem Silicium besteht, kann es sich um den n-Typ oder den p-Typ handeln. Hier ist er als der n-Typ beschrieben. Unabhängig davon, ob die aus polykristallinem Silicium bestehende leitfähige Schicht 47 den n-Typ oder den p-Typ aufweist, wird die leitfähige Schicht 47 als eine Schicht in einer Schottky-Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich 31 bezeichnet, der aus 4H-SiC besteht.
  • Die Ursache dafür liegt darin, dass die Herstellung eines Kontakts von Siliciumcarbid mit polykristallinem Silicium eine Barrierenhöhe des Valenzbands von Siliciumcarbid erzeugt, die höher als jene für Ladungsträger (Ladungsträger, die sowohl Elektronen als auch Löcher umfassen) in polykristallinem Silicium ist, da ein Energieniveau in einem Valenzband von Siliciumcarbid tiefer als jenes von Silicium liegt.
  • Wenn in diesem Fall eine Spannung gleich einem Diffusionspotential an einer Schottky-Verbindung zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 oder eine höhere Spannung an dieser Schottky-Verbindung anliegt, können sich Löcher als Majoritätsladungsträger in dem zweiten Muldenbereich 31 bis zu der Source-Elektrode 80 bewegen. Umgekehrt kann eine Injektion von Löchern als Majoritätsladungsträger in dem zweiten Muldenbereich 31 von der Source-Elektrode 80 in Richtung zu dem zweiten Muldenbereich 31 durch die leitfähige Schicht 47 hindurch blockiert werden.
  • Zwischen der Gate-Elektrode 60 und der Source-Elektrode 80 ist eine Zwischenisolierschicht 55 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 60 und die Gate-Leitung 82 oberhalb des zweiten Muldenbereichs 31 sind durch ein Gate-Kontaktloch 95 miteinander verbunden, das in der Zwischenisolierschicht 55 ausgebildet ist. Ein JTE-Bereich 37 vom p-Typ, der aus einem Siliciumcarbid besteht, ist an der äußeren Peripherie des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet, insbesondere auf der entgegengesetzten Seite des ersten Muldenbereichs 30. Der JTE-Bereich 37 weist eine geringere Störstellenkonzentration als der zweite Muldenbereich 31 auf.
  • Eine Feldisolierschicht 51, die eine größere Dicke als jene der Gate-Isolierschicht 50 aufweist, oder die Gate-Isolierschicht 50 ist auf dem zweiten Muldenbereich 31 und auf der leitfähigen Schicht 47 auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet. Die Gate-Isolierschicht 50 oder die Feldisolierschicht 51 auf einer Oberfläche der leitfähigen Schicht 47 ist teilweise mit einer Öffnung versehen, insbesondere einem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht. Die leitfähige Schicht 47 befindet sich durch diese Öffnung in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80, die oberhalb der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist.
  • Das Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht durchdringt des Weiteren eine Zwischenisolierschicht 55, so dass dadurch eine ohmsche Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht 47 und der Source-Elektrode 80 gebildet wird, während zwischen der leitfähigen Schicht 47 und dem zweiten Muldenbereich 31 keine Verbindung gebildet wird. Die leitfähige Schicht 47 weist eine Fläche auf, die größer als der Durchmesser des Kontaktlochs 91 zur leitfähigen Schicht ist.
  • Der zweite Muldenbereich 31 befindet sich nicht in einer direkten ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80.
  • In einem aktiven Bereich ist die Source-Elektrode 80 auf der ohmschen Elektrode 70, auf der ersten Schottky-Elektrode 71 und auf dem Kontaktbereich 32 durch ein Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich, das die Zwischenisolierschicht 55 und die Gate-Isolierschicht 50 durchdringt, mit der Source-Elektrode 80 auf der Zwischenisolierschicht 55 verbunden.
  • Auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ist eine Drain-Elektrode 84 ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des SiC-MOSFET mit eingebauter SBD als der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird die Drift-Schicht 20, die aus einem Siliciumcarbid vom n-Typ mit einer Störstellenkonzentration von 1 × 1015cm-3 bis 1 × 1017cm-3 und einer Dicke von 5 µm bis 50 µm hergestellt wird, mittels eines chemischen Gasphasenabscheidungs-Prozesses (eines CVD-Prozesses) auf dem Halbleitersubstrat 10 epitaxial aufgewachsen, das eine erste Hauptoberfläche mit einer Ebenenrichtung (0001) mit einem Versatzwinkel und einen 4H-Polytyp aufweist und das aus einem Siliciumcarbid vom n-Typ und mit geringem Widerstand hergestellt ist.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel unter Verwendung eines Photoresists eine Implantationsmaske in einem vorgegebenen Bereich auf der Oberfläche der Drift-Schicht 20 gebildet, und Aluminium (Al) wird durch Ionenimplantation als Störstellen vom p-Typ eingebracht. Dabei ist die Tiefe der Ionenimplantation mit Al in einem Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 3 µm festgelegt, wobei diese Tiefe nicht größer als die Dicke der Drift-Schicht 20 ist.
  • Die Störstellenkonzentration des durch Ionenimplantation eingebrachten Al liegt in einem Bereich von 1 × 1017cm-3 bis 1 × 1019cm-3, wobei diese Störstellenkonzentration höher als die Störstellenkonzentration in der Drift-Schicht 20 ist. Dann wird die Implantationsmaske entfernt. Als Resultat dieses Schritts wird der Bereich, in dem Al durch Ionenimplantation eingebracht worden ist, zu dem ersten Muldenbereich 30 und dem zweiten Muldenbereich 31.
  • Als Nächstes wird eine Implantationsmaske zum Beispiel unter Verwendung eines Photoresists auf der Oberfläche der Drift-Schicht 20 gebildet, und Al wird durch Ionenimplantation als Störstellen vom p-Typ eingebracht. Dabei ist die Tiefe der Ionenimplantation mit Al in einem Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 3 µm festgelegt, wobei diese Tiefe nicht größer als die Dicke der Drift-Schicht 20 ist. Die Störstellenkonzentration des durch Ionenimplantation eingebrachten Al liegt in einem Bereich von 1 × 1016cm-3 bis 1 × 1018cm-3, wobei diese Störstellenkonzentration höher als die Störstellenkonzentration in der Drift-Schicht 20 und geringer als die Störstellenkonzentration in dem ersten Muldenbereich 30 ist.
  • Dann wird die Implantationsmaske entfernt. Als Resultat dieses Schritts wird der Bereich, in dem Al durch Ionenimplantation eingebracht worden ist, zu dem JTE-Bereich 37. In einer ähnlichen Weise wird Al mit einer höheren Störstellenkonzentration als der Störstellenkonzentration in dem ersten Muldenbereich 30 in einen vorgegebenen Bereich eingebracht, so dass dadurch der Kontaktbereich 32 gebildet wird.
  • Als Nächstes wird eine Implantationsmaske zum Beispiel unter Verwendung eines Photoresists so gebildet, dass sie eine Öffnung an einer vorgegebenen Position innerhalb des ersten Muldenbereichs 30 in der Oberfläche der Drift-Schicht 20 bildet. Dann wird Stickstoff (N) durch Ionenimplantation als Störstellen vom n-Typ eingebracht. Die Tiefe der Ionenimplantation mit N ist so festgelegt, dass sie geringer als die Dicke des ersten Muldenbereichs 30 ist.
  • Die Störstellenkonzentration des durch Ionenimplantation eingebrachten N liegt in einem Bereich von 1 × 1018cm-3 bis 1 × 1021cm-3, wobei diese Störstellenkonzentration höher als die Konzentration von Störstellen des p-Typs in dem ersten Muldenbereich 30 ist. Ein Bereich in dem Bereich, in den bei diesem Schritt N implantiert worden ist und der den n-Typ aufweist, wird zu dem Source-Bereich 40.
  • Als Nächstes wird mit einer Vorrichtung für eine thermische Bearbeitung eine Temperung in einer Atmosphäre eines inerten Gases, wie beispielsweise von Argon(Ar)-Gas, bei einer Temperatur von 1300 °C bis 1900 °C und mit einer Dauer von 30 Sekunden bis 1 Stunde durchgeführt. Als Resultat dieser Temperung sind N und Al, die durch Ionenimplantation eingebracht worden sind, elektrisch aktiviert.
  • Danach wird durch Verwenden zum Beispiel eines CVD-Prozesses oder einer Photolithographie-Technik die leitfähige Schicht 47, die aus polykristallinem Silicium vom n-Typ besteht, auf dem zweiten Muldenbereich 31 gebildet. Ferner wird durch Verwenden zum Beispiel eines CVD-Prozesses oder einer Photolithographie-Technik die Feldisolierschicht 51, die aus Siliciumoxid besteht und eine Dicke von 0,5 µm bis 2 µm aufweist, auf der Halbleiterschicht in einem anderen Bereich als einem aktiven Bereich gebildet, der im Wesentlichen einem Bereich entspricht, in dem der erste Muldenbereich 30 ausgebildet ist.
  • Als Nächstes wird eine Oberfläche des Siliciumcarbids, die nicht mit der Feldisolierschicht 51 bedeckt ist, thermisch oxidiert, um eine Siliciumoxid-Schicht als die Gate-Isolierschicht 50 mit einer bestimmten Dicke zu bilden. Danach wird mittels eines CVD-Prozesses mit geringem Druck eine polykristalline Siliciumschicht, die eine Leitfähigkeit aufweist, auf der Gate-Isolierschicht 50 und der Feldisolierschicht 51 gebildet und anschließend strukturiert, so dass dadurch die Gate-Elektrode 60 gebildet wird.
  • Als Nächstes wird mittels eines CVD-Prozesses mit geringem Druck die aus Siliciumoxid bestehende Zwischenisolierschicht 55 gebildet. Dann wird ein Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich so gebildet, dass es die Zwischenisolierschicht 55 und die Gate-Isolierschicht 50 durchdringt und bis zu dem Kontaktbereich 32 und dem Source-Bereich 40 in dem aktiven Bereich reicht. Gleichzeitig wird ein Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht so gebildet, dass es bis zu der leitfähigen Schicht 47 reicht.
  • Als Nächstes wird eine Metallschicht, die hauptsächlich Ni enthält, zum Beispiel mittels eines Sputterprozesses gebildet. Danach wird die Metallschicht einem thermischen Prozess bei einer Temperatur von 600 °C bis 1100 °C unterzogen, um zu bewirken, dass die hauptsächlich Ni enthaltende Metallschicht mit der Siliciumcarbid-Schicht in dem Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich reagiert, so dass dadurch ein Silicid zwischen der Siliciumcarbid-Schicht und der Metallschicht gebildet wird. Als Nächstes wird die restliche Metallschicht mit Ausnahme des aus der Reaktion resultierenden Silicids durch einen Nassätzvorgang entfernt. Auf diese Weise wird das nicht entfernte Silicid zu der ohmschen Elektrode 70. Auf diese Weise wird die ohmsche Elektrode 70 gebildet.
  • Dann wird eine Metallschicht, die hauptsächlich Ni enthält, an der rückwärtigen Oberfläche (der zweiten Hauptoberfläche) des Halbleitersubstrats 10 gebildet und thermisch bearbeitet, so dass dadurch eine rückseitige ohmsche Elektrode (in den Zeichnungen nicht gezeigt) auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 gebildet wird.
  • Ein nächster Schritt besteht aus einem Strukturierungsvorgang zum Beispiel unter Verwendung eines Photoresists, um die Zwischenisolierschicht 55 und die Gate-Isolierschicht 50 auf dem ersten Trennbereich 21 zu entfernen und um die Zwischenisolierschicht 55 an einer Position zu entfernen, an der das Gate-Kontaktloch 95 gebildet werden soll. Die Zwischenisolierschicht 55 kann mittels eines Nassätzverfahrens so entfernt werden, dass an der Oberfläche der Siliciumcarbid-Schicht, die zu einer Schottky-Grenzfläche werden soll, keine Schäden verursacht werden.
  • Danach wird eine Metallschicht, die zu einer Schottky-Elektrode werden soll, zum Beispiel mittels eines Sputterprozesses aufgebracht. Ein Strukturierungsvorgang wird zum Beispiel unter Verwendung eines Photoresists durchgeführt, so dass dadurch die erste Schottky-Elektrode 71 auf dem ersten Trennbereich 21 in dem Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich gebildet wird.
  • Als Nächstes wird ein Verdrahtungsmetall, beispielsweise aus Al, mittels eines Sputterprozesses oder eines anderen Aufbringungsprozesses auf der bearbeiteten Oberfläche des Substrats gebildet und mittels einer Photolithographie-Technik zu einer vorgegebenen Form bearbeitet, so dass dadurch die Source-Elektrode 80 gebildet wird, die sich in Kontakt mit der ohmschen Elektrode 70, der ersten Schottky-Elektrode 71 und der leitfähigen Schicht 47, die zu der Source-Seite gehören, und mit der Gate-Kontaktstelle 81 und der Gate-Leitung 82 befindet, die sich in Kontakt mit der Gate-Elektrode 60 befinden.
  • Ferner wird eine Drain-Elektrode 84 als eine Metallschicht auf einer Oberfläche der rückseitigen ohmschen Elektrode (in den Zeichnungen nicht gezeigt) gebildet, die auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrats ausgebildet ist. Im Ergebnis ist die Bildung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform abgeschlossen.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des SiC-MOSFET mit eingebauter SBD als der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform beschrieben. Bei der in diesem Beispiel beschriebenen Siliciumcarbid-Halbleitereinheit handelt es sich bei dem Halbleitermaterial um ein Siliciumcarbid vom 4H-Typ. In diesem Fall ist ein Diffusionspotential an einem pn-Übergang im Wesentlichen gleich 2 V.
  • Zunächst wird ein Freilaufbetrieb betrachtet.
  • Im Freilaufbetrieb ist eine Drain-Spannung (eine Spannung an der Drain-Elektrode 84) niedriger als eine Source-Spannung (eine Spannung an der Source-Elektrode 80), so dass eine Spannung von mehreren Volt zwischen der Source und dem Drain erzeugt wird. Liegt die Source-Elektrode 80 durch die ohmsche Elektrode 70 in einer ohmschen Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich 31 vor, liegt ein Großteil der Source-Drain-Spannung an dem pn-Übergang zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Drift-Schicht 20 an, so dass dadurch das Fließen eines bipolaren Stroms in einer pn-Diode verursacht wird, die durch den zweiten Muldenbereich 31 und die Drift-Schicht 20 gebildet wird.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich der zweite Muldenbereich 31 indessen nicht in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80. Ferner liegt während des Freilaufbetriebs eine Sperrvorspannung an einer Schottky-Diode zwischen der leitfähigen Schicht 47 (die sich in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 befindet) und dem zweiten Muldenbereich 31 an. Somit werden während des Freilaufbetriebs keine Majoritätsladungsträger in den zweiten Muldenbereich 31 injiziert.
  • Dadurch wird das Fließen eines bipolaren Stroms als Durchlassstrom in den pn-Übergang zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Drift-Schicht 20 hinein verhindert, so dass die Unterbindung einer Ausdehnung von Stapelfehlern an dem pn-Übergang und einer Reduktion einer Isolationsdurchschlagspannung ermöglicht wird, die durch die Ausdehnung der Stapelfehler verursacht wird.
  • Um den vorstehenden Effekt während des Freilaufbetriebs zu erzielen, ist es erforderlich, die Bildung eines effektiven Leitungspfads von Majoritätsladungsträgern zu dem zweiten Muldenbereich 31 als Resultat des Anliegens einer Spannung während des Freilaufbetriebs zu verhindern. Insbesondere ist es erforderlich, einen Durchschlag in Sperrrichtung der Schottky-Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht 47 und dem zweiten Muldenbereich 31 zu verhindern, der durch das Anliegen einer Spannung während des Freilaufbetriebs verursacht wird, und einen durch das Anliegen einer Spannung während des Freilaufbetriebs verursachten Durchschlag an einer pnp-Struktur zu verhindern, die durch den zweiten Muldenbereich 31, den dritten Trennbereich 23 und den ersten Muldenbereich 30 gebildet wird.
  • Nachstehend wird das Durchschlag-Phänomen beschrieben.
  • Der zweite Muldenbereich 31 weist den dritten Trennbereich 23 vom n-Typ auf, der zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und dem ersten Muldenbereich 30 benachbart zu dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist. Die pnp-Struktur, die durch den ersten Muldenbereich 30, den dritten Trennbereich 23 und den zweiten Muldenbereich 31 gebildet wird, ist in einem Leitungspfad zu der Source-Elektrode 80 in dem zweiten Muldenbereich 31 durch den ersten Muldenbereich 30 hindurch in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 ausgebildet. Der zweite Muldenbereich 31 befindet sich nicht in einer direkten ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80.
  • Diese pnp-Struktur weist einen pn-Übergang mit einer Sperrvorspannung auf, die in irgendeiner Spannungsrichtung anliegt, so dass im Allgemeinen in dieser pnp-Struktur kein Strom fließt. Wenn die Breite des dritten Trennbereichs 23 gering ist, verursacht das Anliegen einer Spannung, bei der es sich um eine Durchschlagspannung oder eine höhere Spannung handelt, jedoch einen Stromdurchgang.
  • Es wird angenommen, dass sowohl die Konzentration von Störstellen des p-Typs in dem ersten Muldenbereich 30 als auch die Konzentration von Störstellen des p-Typs in dem zweiten Muldenbereich 31 höher als eine Konzentration von Störstellen des n-Typs in dem dritten Trennbereich 23 sind.
  • Die folgende eindimensionale Poisson-Gleichung ist gegeben durch: d 2 ϕ / dx 2 = − qN / ε .
    Figure DE112018001001T5_0001
  • Basierend auf dieser Gleichung wird die vorstehende Durchschlagspannung als eine Lösung für x = W abgeleitet wie folgt: v = qN effct W 2 / ( 2 ε ) .
    Figure DE112018001001T5_0002
  • Hierbei ist q die elektrische Elementarladung, Neffct ist die effektive Störstellenkonzentration in dem dritten Trennbereich 23, W ist die Breite des dritten Trennbereichs 23 und ε ist die Dielektrizitätskonstante des Siliciumcarbid-Halbleiters.
  • So kann die Spannungsschwankung, die während des Freilaufbetriebs in dem zweiten Muldenbereich 31 auftritt, dadurch gehandhabt werden, dass das Anliegen der Durchschlagspannung, die durch Formel (2) berechnet wird, an der pnp-Struktur verhindert wird, die durch den ersten Muldenbereich 30, den dritten Trennbereich 23 und den zweiten Muldenbereich 31 gebildet wird.
  • Als Nächstes wird ein Ausschaltvorgang beschrieben.
  • Während des Ausschaltvorgangs steigt ein Potential an der Drain-Elektrode 84 steil an, und es liegt eine Sperrvorspannung an dem pn-Übergang an, der zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Drift-Schicht 20 ausgebildet ist. Im Ergebnis dehnt sich eine Verarmungsschicht von der Oberfläche des pn-Übergangs zu den gegenüberliegenden Seiten des zweiten Muldenbereichs 31 und der Drift-Schicht 20 aus. Dabei erhöht die Ausdehnung der Verarmungsschicht die Löcherdichte in einem nicht verarmten Bereich in dem zweiten Muldenbereich 31, und diese Löcher werden durch die leitfähige Schicht 47 hindurch in Richtung zu der Source-Elektrode 80 geleitet.
  • Die Löcher in dem zweiten Muldenbereich 31, die in einem Bereich erzeugt werden, der in einer Ebenenrichtung von einem Bereich (dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht) getrennt ist, der sich in Kontakt mit der Source-Elektrode 80 befindet, bewegen sich indessen in dem zweiten Muldenbereich 31 oder der leitfähigen Schicht 47 in einer Chip-Ebenenrichtung und erreichen die Source-Elektrode 80. Dieser Strom wird als ein Verschiebungsstrom bezeichnet. Dieser Verschiebungsstrom nimmt mit einer Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit (dV/dt) zu.
  • Dabei fließt der Strom von dem zweiten Muldenbereich 31 in Richtung zu der leitfähigen Schicht 47 in der Durchlassrichtung der Schottky-Diode. Dadurch wird die Erzeugung einer Spannung auf einem solchen hohen Niveau verhindert, dass ein Isolationsdurchschlag der Gate-Isolierschicht zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 verursacht wird.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht die Anordnung der leitfähigen Schicht 47, die einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich 31 aufweist, die Reduzierung einer Spannung, die aus dem Verschiebungsstrom resultiert, der von dem zweiten Muldenbereich 31 zu der Source-Elektrode 80 fließt, auf ein Niveau, das beträchtlich niedriger als ein Niveau ist, wenn die leitfähige Schicht 47 nicht vorhanden ist.
  • Schließlich wird ein Einschaltvorgang beschrieben.
  • Während des Einschalt-Vorgangs fällt eine Drain-Spannung an der Drain-Elektrode 84, die sich während einer AUS-Zeitspanne auf einem hohen Niveau befindet, steil ab und nähert sich an die EIN-Spannung des MOSFET an. Dabei schrumpft die an dem pn-Übergang zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Drift-Schicht 20 ausgebildete Verarmungsschicht stark. In Reaktion darauf fließt ein Verschiebungsstrom in der zu dem Verschiebungsstrom während des Ausschalt-Vorgangs entgegengesetzten Richtung von der Source-Elektrode 80 in Richtung zu dem zweiten Muldenbereich 31. Der Verschiebungsstrom während der Einschaltzeitspanne nimmt außerdem mit einer Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit (dV/dt) zu.
  • Ein Verschiebungsstrom in der Ebenenrichtung fließt hauptsächlich in der leitfähigen Schicht 47 mit einem geringen Flächenwiderstand in Richtung zu dem Bereich, der in einer Ebenenrichtung von dem Bereich (dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht) getrennt ist, der sich in Kontakt mit der Source-Elektrode 80 befindet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass eine aus dem Verschiebungsstrom resultierende Spannung auf ein so hohes Niveau erhöht wird, dass ein Isolationsdurchschlag einer isolierenden Schicht verursacht wird, die oberhalb der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist.
  • Zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 liegt eine Sperrvorspannung an, so dass eine Verarmungsschicht zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist. Wenn ein Wechselstrom dazwischen fließt, fließt der Verschiebungsstrom indessen hauptsächlich in der leitfähigen Schicht 47 mit einem geringen Flächenwiderstand.
  • Die Drift-Schicht 20 weist eine geringere Ladungsträgerkonzentration auf, und die leitfähige Schicht 47 weist einen geringen Widerstand auf, so dass eine Kapazität einer Verarmungsschicht pro Einheitsfläche, die einer Spannung von 1 V entspricht, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist, größer als eine Kapazität eines pn-Übergangs pro Einheitsfläche ist, die einer Spannung von 1 V entspricht, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Drift-Schicht 20 ausgebildet ist.
  • Ist eine hohe Kapazität des pn-Übergangs zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 vorhanden, wird dadurch bewirkt, dass leicht ein Wechselstrom fließt. Auf diese Weise wird es möglich, das Fließen eines Verschiebungswechselstroms von dem zweiten Muldenbereich 31 zu der leitfähigen Schicht 47 zu bewirken, ohne eine hohe Spannung an dem zweiten Muldenbereich 31 zu erzeugen.
  • An der Schottky-Diode, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist, liegt eine Sperrvorspannung an, so dass zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 kein Gleichstrom fließt.
  • Wie vorstehend beschrieben, existiert in dem zweiten Muldenbereich 31 während des Einschaltvorgangs kein Gleichstrompfad, so dass es unmöglich wird, während des Einschaltvorgangs Löcher in den zweiten Muldenbereich 31 zu injizieren. Infolgedessen werden Löcher in dem zweiten Muldenbereich 31 nach dem Einschaltvorgang durch einen Gleichstrom reduziert, der während des Ausschaltvorgangs durch die leitfähige Schicht 47 hindurch in den zweiten Muldenbereich 31 und die Source-Elektrode 80 geflossen ist, um den zweiten Muldenbereich 31 negativ zu laden. Als Resultat dieses Ladens wird in dem zweiten Muldenbereich 31 eine negative Spannung erzeugt.
  • Die Menge der in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugten negativen Ladung weist einen ungefähren Wert auf, der als eine Ladungsmenge einer Verarmungsschicht abgeschätzt werden kann, die zwischen der Drift-Schicht 20 und dem zweiten Muldenbereich 31 während des Anliegens eines elektrischen Felds E in einem AUS-Zustand gemäß dem Gauß'schen Gesetz bestimmt wird (divE = ϱ/ε, wobei E das elektrische Feld ist und ϱ die Ladungsdichte ist).
  • Wenn das elektrische Feld E zum Beispiel gleich 2 MV nahe bei der IsolationsDurchschlagspannung von Siliciumcarbid ist, wird eine Gesamtmenge der Ladung der Verarmungsschicht, die in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird, bei einer Betrachtung in einer Ebenenrichtung mit etwa 1,8 µC/cm2 pro Einheitsfläche berechnet. Auch wenn eine negative Ladung der Verarmungsschicht in einer solchen Menge vorliegt, ist es weiterhin erforderlich, einen Isolationsdurchschlag in der isolierenden Schicht zu vermeiden, die auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist, wie beispielsweise in der Gate-Isolierschicht 50.
  • Unter der Annahme, dass eine in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugte Spannung nach dem Einschaltvorgang gleich Vonpw ist, wird Vonpw durch die folgende Formel wiedergegeben: V o n p w = Q d r i f t ∫ d V c s u r r o u n d ( V )
    Figure DE112018001001T5_0003
  • Hierbei ist Csurround(V) eine Kapazität, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und einem externen Bereich ausgebildet ist, und ist eine Funktion einer Spannung V an dem zweiten Muldenbereich 31. Wenn V einen negativen Wert annimmt, ist eine Hauptkomponente von Csurround(V) eine Kapazität der Verarmungsschicht, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist. Ferner ist Qdrift eine Gesamtmenge der Ladung einer Verarmungsschicht, die in einem AUS-Zustand in der Drift-Schicht 20 erzeugt wird.
  • Mit einer Erhöhung von Csurround(V) wird es möglich, eine hohe Kapazität der Verarmungsschicht, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist, mit einer negativen Ladung zu laden, die in dem zweiten Muldenbereich 31 direkt nach dem Einschaltvorgang erzeugt wird, so dass dadurch der Absolutwert von Vonpw reduziert wird.
  • Ein spezifisches Bestandteilselement von Csurround(V) umfasst eine Kapazität einer Verarmungsschicht an der Schottky-Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht 47 und dem zweiten Muldenbereich 31, eine Kapazität einer Verarmungsschicht an dem pn-Übergang zwischen der leitfähigen Schicht 47 und der Drift-Schicht 20, eine Kapazität zwischen der Gate-Elektrode 60 oder der Gate-Kontaktstelle 81 und dem zweiten Muldenbereich 31 etc. Die Kapazität zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Gate-Elektrode 60 oder der Gate-Kontaktstelle 81 ist gering.
  • Durch das Vorhandensein einer Kapazität einer Verarmungsschicht zwischen der Drift-Schicht 20 und dem zweiten Muldenbereich 31 und einer Kapazität einer Verarmungsschicht zwischen der leitfähigen Schicht 47 und dem zweiten Muldenbereich 31, die höher als die erstere Kapazität einer Verarmungsschicht ist, kann Csurround(V) ausreichend erhöht werden. So kann der Absolutwert der Spannung Vonpw, die in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird, in Reaktion auf eine während des Einschaltvorgangs erzeugte negative Ladung auf ein Niveau reduziert werden, das keinen Durchschlag der Gate-Isolierschicht verursacht.
  • Auch wenn die Kapazität Csurround(V), die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und einem externen Bereich ausgebildet ist, nicht ausreichend hoch ist, ermöglicht es ein Festlegen einer Durchschlagspannung an der pnp-Struktur, die den zweiten Muldenbereich 31, den dritten Trennbereich 23 und den ersten Muldenbereich 30 umfasst, auf einen geeigneten Wert, die Erhöhung einer in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugten Spannung zu unterbinden.
  • Wenn die Durchschlagspannung der pnp-Struktur, die den zweiten Muldenbereich 31, den dritten Trennbereich 23 und den ersten Muldenbereich 30 umfasst, so ausgelegt wird, dass sie höher als ein Wert ist, der durch Subtrahieren eines Diffusionspotentials an dem pn-Übergang von einer Source-Drain-Spannung bestimmt wird, die während des Freilaufbetriebs erzeugt wird, dass sie niedriger als die Durchschlagspannung der isolierenden Schicht ist, die auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist, dass sie wünschenswerterweise gleich der Hälfte der Durchschlagspannung oder niedriger ist, kann der Isolationsdurchschlag der auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildeten isolierenden Schicht verhindert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform die leitfähige Schicht 47, die sich in einer Schottky-Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich 31 befindet und einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich 31 aufweist, auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet, und die leitfähige Schicht 47 und die Source-Elektrode 80 befinden sich durch das Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht in einer ohmschen Verbindung miteinander.
  • So kann ein bipolarer Betrieb in dem Anschlussbereich während des Freilaufbetriebs des MOSFET unterbunden werden, eine Spannung, die während des Einschaltvorgangs an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird, kann reduziert werden, und das Auftreten des Isolationsdurchschlags der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 kann reduziert werden.
  • Ferner ermöglicht das Laden einer hohen Kapazität einer Verarmungsschicht, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet ist, mit einer negativen Ladung, die direkt nach dem Einschaltvorgang in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird, eine Reduzierung der Spannungsänderung in dem zweiten Muldenbereich 31, so dass das Auftreten des Isolationsdurchschlags der auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildeten isolierenden Schicht verhindert werden kann.
  • Darüber hinaus kann der Isolationsdurchschlag der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 außerdem verhindert werden, indem Hilfsmittel in Bezug auf ein geeignetes Festlegen der Durchschlagspannung der pnp-Struktur eingesetzt werden, die zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist die auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildete leitfähige Schicht 47 so beschrieben, dass sie aus polykristallinem Silicium besteht. Dabei handelt es sich jedoch nicht um das einzige Material für die leitfähige Schicht 47, sondern die leitfähige Schicht 47 kann auch aus einem anderen Halbleitermaterial oder einem Metall bestehen, wie beispielsweise Ti, um eine Schottky-Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich 31 zu bilden.
  • Die Gate-Elektrode 60 auf dem zweiten Muldenbereich 31 ist so beschrieben, dass sie über die Gate-Isolierschicht 50 hinweg zwischen der Gate-Elektrode 60 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die isolierende Schicht zwischen der Gate-Elektrode 60 und dem zweiten Muldenbereich 31 aus der Gate-Isolierschicht 50 besteht, sondern sie kann auch aus der Feldisolierschicht 51 oder einer isolierenden Schicht mit einer anderen Dicke bestehen.
  • Wenngleich der zweite Muldenbereich 31 so beschrieben ist, dass er sich nicht in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 befindet, kann sich der zweite Muldenbereich 31 teilweise in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 befinden.
  • 4 ist eine schematische Draufsicht, die hauptsächlich einen Bereich zeigt, der einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einem anderen Aspekt der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform entspricht. In 4 weist der zweite Muldenbereich 31 einen Bereich auf, in dem ein Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich für eine ohmsche Verbindung zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Source-Elektrode 80 ausgebildet ist. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Querschnitt zeigt, der den Bereich aufweist, in dem das Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich von 4 ausgebildet ist.
  • In 5 ist das Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich so ausgebildet, dass es die Feldisolierschicht 51 und die Zwischenisolierschicht 55 durchdringt. Der zweite Muldenbereich 31 unter dem Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich kann einen Kontaktbereich 36 zur zweiten Mulde mit geringem Widerstand aufweisen, der eine geringere Konzentration von Störstellen des p-Typs aufweist als der zweite Muldenbereich 31.
  • Das Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich ist um 10 µm oder mehr auf einem kürzesten Pfad in dem zweiten Muldenbereich 31 in einer lateralen Richtung in einem Querschnitt von dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht getrennt. Ein Abstand zwischen dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht und dem Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich auf dem kürzesten Pfad in dem zweiten Muldenbereich ist bevorzugter gleich 50 µm oder größer.
  • Gemäß dieser Ausführungsform sind der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 so beschrieben, dass sie voneinander getrennt sind. Alternativ können der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 auch zusammenhängend sein. Wenngleich der erste Muldenbereich 30 so beschrieben ist, dass er mehrere erste Muldenbereiche 30 aufweist, und die mehreren ersten Muldenbereiche 30 so beschrieben sind, dass sie getrennt voneinander sind, können die mehreren ersten Muldenbereiche 30 auch zusammenhängend sein. 6 ist eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform, bei welcher der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 zusammenhängend sind und die mehreren ersten Muldenbereiche 30 zusammenhängend sind.
  • In diesem Fall ist das Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich, das zum ersten Muldenbereich 30 ausgebildet ist, um 10 µm oder mehr auf einem kürzesten Pfad in dem ersten Muldenbereich 30 oder dem zweiten Muldenbereich 31 in einer lateralen Richtung in einem Querschnitt von dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht getrennt. Ein Abstand zwischen dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht und dem Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich auf dem kürzesten Pfad in dem ersten Muldenbereich 30 oder dem zweiten Muldenbereich 31 ist bevorzugter gleich 50 µm oder größer.
  • Wie in 4 kann das Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich in der Struktur, in welcher der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 zusammenhängend sind, auch in dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet sein. 7 ist eine schematische Draufsicht, die eine Struktur zeigt, bei der das Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich zu dem zweiten Muldenbereich 31 in der in 6 gezeigten Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgebildet ist. In diesem Fall ist ein Abstand zwischen dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht und dem Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich auf dem kürzesten Pfad in dem zweiten Muldenbereich 31 ebenfalls bevorzugt gleich 10 µm oder größer, bevorzugter gleich 50 µm oder größer.
  • Wenn der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 auf einer Ebene zusammenhängend sind, wie in 6 gezeigt, ist es im Prinzip erforderlich, dass der zweite Muldenbereich 31 zum Zeitpunkt des Anliegens einer Spannung während des Freilaufbetriebs von der Source-Elektrode 80 elektrisch isoliert ist. Es wird zum Beispiel angenommen, dass während des Freilaufbetriebs ein bipolarer Strom mit einer Stromdichte J (A/cm2) in einem Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in einem Bereich fließt, der eine Fläche S (cm2) aufweist und an einer Position getrennt von der Verbindung mit der Source-Elektrode 80 ausgebildet ist.
  • In diesem Fall wird unter der Annahme, dass ein Widerstandswert in einem Pfad zwischen dem Bereich mit der Fläche S und der Source-Elektrode 80 gleich Rtot (Ω) ist und ein Potential an der Source-Elektrode 80 gleich 0 V ist, ein Potential Vdrop (V) in diesem Bereich mit Vdrop = J × S × Rtot wiedergegeben.
  • Es wird zum Beispiel angenommen, dass es einen Bereich an einer von einer Verbindung zwischen dem ersten Muldenbereich 30 und dem zweiten Muldenbereich 31 getrennten Position und um 10 µm von dieser Verbindung näher bei dem zweiten Muldenbereich 31 gibt, und dass sich dieser Bereich in einer Tiefe von 50 µm von der getrennten Position erstreckt, so dass er sich entfernt von der Verbindung befindet. Ferner wird zum Beispiel angenommen, dass ein bipolarer Strom, der eine Stromdichte aufweist, die keine Entwicklung von Stapelfehlern verursacht, wie beispielsweise eine Stromdichte J von 5 A/cm2, in dem Bereich fließt, der sich in einer Tiefe von 50 µm von der getrennten Position erstreckt.
  • Ferner wird angenommen, dass der zweite Muldenbereich 31 einen Flächenwiderstand von Rsheet gleich 100 kΩ /cm2 aufweist. In diesem Fall wird ein Widerstandswert pro Breite von 1 µm in einem Strompfad von der getrennten Position zu der Verbindung (Rtot pro Breite von 1 µm) mit 1 MΩ bestimmt. Als Resultat des Fließens eines bipolaren Gesamtstroms von 2,5 × 10-6 A (J × S) entsprechend dem Bereich, der sich in einer Tiefe von 50 µm von der getrennten Position erstreckt, wird Vdrop zwischen der getrennten Position und der Verbindung gleich 2,5 V.
  • In diesem Fall fließt unter der Annahme, dass die Verbindung bei 0 V liegt, kein bipolarer Strom, wenn sich nicht eine Drain-Spannung an der getrennten Position während des Freilaufbetriebs von etwa 4,5 V, die durch Addieren des Absolutwerts von Vdrop und eines Werts von etwa 2 V bestimmt wird, was einem Diffusionspotential an einem pn-Übergang in SiC entspricht, auf etwa -4,5 V ändert (einem negativen Wert, der dem vorstehenden Wert entspricht, der unter Verwendung der Absolutwerte berechnet wird).
  • Wenn die getrennte Position um 50 µm von der Verbindung getrennt ist, so dass sie sich näher bei dem zweiten Muldenbereich 31 befindet, wird Vdrop gleich 12,5 V. Somit fließt kein bipolarer Strom, wenn nicht eine Drain-Spannung während des Freilaufbetriebs gleich etwa -14,5 V wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird Vdrop erzeugt, wenn der zweite Muldenbereich 31, der sich in der Breitenrichtung erstreckt, auch an der Position vorhanden ist, die getrennt ist von der Verbindung zwischen dem ersten Muldenbereich 30 und dem zweiten Muldenbereich 31. In diesem Fall fließt während des Freilaufbetriebs kein bipolarer Strom, wenn nicht eine Drain-Spannung einen hohen negativen Wert annimmt.
  • So kann der zweite Muldenbereich 31, der die vorstehende Bedingung erfüllt, als ausreichend elektrisch isoliert von dem ersten Muldenbereich 30 betrachtet werden. Im Ergebnis wird der Effekt der vorliegenden Erfindung in dem zweiten Muldenbereich 31 erzielt, der getrennt von der Verbindung mit dem ersten Muldenbereich 30 ist.
  • Genauer gesagt, es ist erforderlich, dass eine Spannung an der Position eines ohmschen Kontakts in einer aktiven Zelle, insbesondere eine Spannung in einem Strompfad von der ohmschen Elektrode 70 in dem ersten Muldenbereich 30 zu der Verbindung, zu Rtot hinzu addiert wird. Wenn die ohmsche Elektrode 70 in einem Bereich vorhanden ist, der um 10 µm von der Verbindung getrennt ist, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung in einem zu der Verbindung außenliegenden Bereich erzielt.
  • Der Effekt der vorliegenden Erfindung wird stärker in einem Bereich erzielt, der um 40 µm weiter außenliegend von der Verbindung getrennt ist. In diesem Fall kann ein Abstand zwischen dem Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich und dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht gleich 10 µm oder größer sein, wünschenswerter gleich 50 µm oder größer.
  • Auch wenn, wie in 6 gezeigt, der ohmsche Kontakt (das Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich) mit der Source-Elektrode 80 auf dem zweiten Muldenbereich 31 vorhanden ist, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung aus dem gleichen Grund, wie bei der vorstehenden Beschreibung angegeben, weiterhin erzielt, solange ein Abstand von 10 µm oder mehr zwischen dem Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich und dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht sichergestellt ist. In diesem Fall ist ein Abstand zwischen dem Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich und dem Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht ebenfalls bevorzugter gleich 50 µm oder größer.
  • In dem zweiten Muldenbereich 31 in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 wird zum Beispiel mit Vdrop gleich etwa 2 V oder höher und mit einer Drain-Spannung, die auf etwa -4 V festgelegt ist, eine Spannung, die durch Subtrahieren von Vdrop von der Drain-Spannung bestimmt wird, entsprechend einem Diffusionspotential an einem pn-Übergang in SiC etwa gleich 2 V. Somit fließt in diesem zweiten Muldenbereich 31 kein Strom auf einem solchen Niveau, dass eine Ausdehnung von Stapelfehlern verursacht wird.
  • Somit fließt auch in einem solchen Fall in diesem Muldenbereich kein bipolarer Strom mit einem solchen Niveau, dass eine Ausdehnung von Stapelfehlern verursacht wird, auch wenn sich dieser zweite Muldenbereich 31 in einem sogenannten Anschlussbereich direkt unterhalb der Gate-Kontaktstelle 81 oder der Gate-Leitung 82 oder in der Nähe einer derartigen Position befindet und sich dieser zweite Muldenbereich 31 in dem vorstehenden Abstand, der nicht über 10 µm hinausgeht, von entweder dem Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich oder dem Kontaktloch 92 zum zweiten Muldenbereich befindet.
  • Wenn der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 zusammenhängend sind, wie in 6 gezeigt, wird in einer ähnlichen Weise zusätzlich zu der vorstehenden Beschränkung eine Beschränkung durch einen Widerstandswert in einem Pfad von einem vorgegebenen Muldenbereich zu der Source-Elektrode 80 auferlegt. Es wird angenommen, dass ein Freilaufstrom zum Beispiel mit einer Stromdichte von 5 A/cm2 als einer Stromdichte fließt, bei der keine Ausdehnung von Stapelfehlern verursacht wird, und dass es einen Bereich von 10 µm × 10 µm gibt, in dem ein Widerstandswert in einem Pfad von diesem Bereich zu der Source-Elektrode 80 gleich 400 kΩ ist.
  • In diesem Fall wird das vorstehende Potential Vdrop (V) mit 2 V berechnet. Mit einer Drain-Spannung von 4 V wird ein Wert, der durch Subtrahieren von Vdrop von der Drain-Spannung bestimmt wird, kleiner als ein Diffusionspotential an einem pn-Übergang in diesem Bereich und ermöglicht die Unterbindung eines bipolaren Betriebs während des Freilaufbetriebs.
  • Bei dem in dieser Ausführungsform beschriebenen Beispiel werden die Ionenimplantationen in einer vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt. Die Reihenfolge der Ionenimplantationen kann jedoch geändert werden, soweit zweckmäßig. Ferner kann, soweit zweckmäßig, die Reihenfolge geändert werden, in der die ohmsche Elektrode auf der rückwärtigen Oberfläche, die ohmsche Elektrode 70 auf der vorderen Oberfläche und die erste Schottky-Elektrode 71 gebildet werden.
  • Wenngleich die ohmsche Elektrode 70 und die erste Schottky-Elektrode 71 als sich von der Source-Elektrode 80 unterscheidende Elemente beschrieben sind, können diese Elemente teilweise gleichzeitig unter Verwendung des gleichen Materials innerhalb eines Bereichs gebildet werden, in dem die Funktionen dieser Elemente erfüllt werden.
  • Bei der vorstehenden Beschreibung handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp und dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ beziehungsweise um den p-Typ, und sie können aber auch den umgekehrten Typ aufweisen. Wenn es sich jedoch bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den p-Typ handelt, werden effektivere Resultate erzielt.
  • Der Anteil der auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildeten leitfähigen Schicht 47 in einer Draufsicht wird nicht speziell erwähnt. Da indessen eine Verbesserung der Leitfähigkeit des zweiten Muldenbereichs 31 auch durch die leitfähige Schicht 47 beabsichtigt ist, wird die leitfähige Schicht 47 wünschenswerterweise mit einem größeren Anteil in der Ebenenrichtung des zweiten Muldenbereichs 31 gebildet. Die leitfähige Schicht 47 kann zum Beispiel so gebildet werden, dass sie sich bis zur Hälfte oder mehr als der Hälfte der Fläche des zweiten Muldenbereichs 31 erstreckt, erwünschter bis zu 80 % oder mehr der Fläche des zweiten Muldenbereichs 31.
  • Es ist nicht immer erforderlich, die auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildete leitfähige Schicht 47 zusammenhängend zu bilden, sondern sie kann eine Form mit einem Zwischenraum aufweisen.
  • Die leitfähige Schicht 47 ist dazu gedacht, einen Widerstand in einer lateralen Ebenenrichtung auf dem zweiten Muldenbereich 31 zu reduzieren, so dass sie wünschenswerterweise eine Breite aufweist, die der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Breite des zweiten Muldenbereichs 31 in einem Querschnitt entspricht, erwünschter eine Breite, die 80 % oder mehr der Breite des zweiten Muldenbereichs 31 entspricht. Solange die leitfähige Schicht 47 die minimale Bedingung erfüllt, dass sie eine größere Fläche als das Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht aufweist, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt.
  • Bei dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Beispiel ist der MOSFET mit eingebauter SBD in dem aktiven Bereich angeordnet. Der MOSFET mit eingebauter SBD kann indessen durch einen MOSFET ersetzt werden, bei dem eine epitaxiale Kanal-Schicht 49 vom n-Typ auf einem Muldenbereich vom p-Typ ausgebildet ist, die epitaxiale Kanal-Schicht 49 als eine unipolare Diode mit einer Gate-Spannung fungiert, bei der es sich um eine Schwellenspannung oder eine niedrigere Spannung handelt, und die Einschaltspannung der unipolaren Diode so ausgelegt ist, dass sie niedriger als die Betriebsspannung einer pn-Diode ist, die durch den Muldenbereich vom p-Typ und eine Drift-Schicht vom n-Typ gebildet wird.
  • 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines MOSFET, der einem derartigen MOSFET als Ersetzung des in 2 gezeigten MOSFET mit eingebauter SBD entspricht. Auch in einem solchen Fall eines Durchgangs eines Rückstroms in einem Kanalbereich in dem MOSFET während des Freilaufbetriebs kann weiterhin ein Effekt vergleichbar mit jenem erzielt werden, der durch den MOSFET mit eingebauter SBD erzielt wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Bei dem gemäß der ersten Ausführungsform beschriebenen Beispiel der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ist die leitfähige Schicht 47 derart auf dem zweiten Muldenbereich 31 angeordnet, dass sie sich in direktem Kontakt mit dem zweiten Muldenbereich 31 befindet. Bei einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit einer zweiten Ausführungsform ist die leitfähige Schicht 47 über dem zweiten Muldenbereich 31 über eine isolierende Schicht 53 hinweg angeordnet. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der ersten Ausführungsform ist.
  • 9 ist eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform, die einen Querschnitt in dem Bereich a-a' von der Source-Elektrode 80 zu der Gate-Leitung 82 in einem äußeren peripheren Bereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit in 1 schematisch zeigt, auf den bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen wird.
  • In einem Anschlussbereich von 9 ist die isolierende Schicht 53 zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet.
  • Die isolierende Schicht 53 kann aus einem isolierenden Material bestehen, wie beispielsweise einem Siliciumoxid-Material. Bei dem isolierenden Material kann es sich zum Beispiel um Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid handeln. Die isolierende Schicht 53 kann in demselben Schritt unter Verwendung des gleichen Materials wie die Gate-Isolierschicht 50 gebildet werden. Ähnlich wie die Gate-Isolierschicht 50 kann die isolierende Schicht 53 durch thermisches Oxidieren einer Siliciumcarbid-Schicht gebildet werden.
  • Um eine Kapazitätskopplung zwischen einem oberen Bereich und einem unteren Bereich der isolierenden Schicht 53 zu erhöhen, ist die Dicke der isolierenden Schicht 53 bevorzugt nicht zu groß. Diese Dicke kann zum Beispiel gleich 200 nm oder geringer sein, wenn ein Siliciumoxid-Material verwendet wird.
  • Die leitfähige Schicht 47 auf der isolierenden Schicht 53 kann in demselben Schritt unter Verwendung des gleichen Materials wie die Gate-Elektrode 60 gebildet werden.
  • Durch Bilden der isolierenden Schicht 53 in demselben Schritt unter Verwendung des gleichen Materials wie die Gate-Isolierschicht 50 und durch Bilden der leitfähigen Schicht 47 in demselben Schritt unter Verwendung des gleichen Materials wie die Gate-Elektrode 60 kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
  • Um die isolierende Schicht 53 in demselben Schritt unter Verwendung des gleichen Materials wie die Gate-Isolierschicht 50 zu bilden und um die leitfähige Schicht 47 in demselben Schritt unter Verwendung des gleichen Materials wie die Gate-Elektrode 60 zu bilden, kann das Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit der ersten Ausführungsform geändert werden wie folgt.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird die leitfähige Schicht 47 vor der Bildung der Feldisolierschicht 51 auf dem zweiten Muldenbereich 31 gebildet. Anstatt diesen Schritt durchzuführen, können die isolierende Schicht 53 und die leitfähige Schicht 47 auf dem zweiten Muldenbereich 31 gleichzeitig in einem Schritt gebildet werden, bei dem die Gate-Isolierschicht 50 und die Gate-Elektrode 60 nach der Bildung der Feldisolierschicht 51 in dem aktiven Bereich gebildet werden.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform bilden der zweite Muldenbereich 31 und die leitfähige Schicht 47 einen Kondensator über die isolierende Schicht 53 hinweg. Dieser Kondensator fungiert als ein Strompfad, in dem in Reaktion auf das Anliegen von dV/dt während des Einschaltens bzw. Ausschaltens das Fließen eines Verschiebungsstroms, der in einer Ebenenrichtung in dem zweiten Muldenbereich 31 fließt, als ein Wechselstrom verursacht wird. Wenn der Schottky-Übergang zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 der ersten Ausführungsform in Sperrrichtung vorgespannt wird, fungiert dieser Kondensator in der gleichen Weise als eine Kapazität einer Verarmungsschicht dazwischen.
  • Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ermöglicht dies das Unterbinden einer Spannung, die während eines Spannungsschaltungsvorgangs durch den Verschiebungsstrom erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Kondensator zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 mit positiven Ladungen geladen, die in dem zweiten Muldenbereich 31 direkt nach einem Ausschalten erzeugt werden, um eine in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugte Spannung auf einem niedrigen Niveau zu steuern, so dass die Verhinderung eines Isolationsdurchschlags der auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildeten isolierenden Schicht ermöglicht wird.
  • Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform unterbindet das Fehlen einer ohmschen Verbindung des zweiten Muldenbereichs 31 mit der Source-Elektrode 80 das Fließen eines bipolaren Stroms in dem zweiten Muldenbereich 31. Ferner kann sich der zweite Muldenbereich 31 wie bei der ersten Ausführungsform unter bestimmten Bedingungen in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 befinden.
  • Wie in der schematischen Schnittansicht von 10 gezeigt, kann ein den zweiten Muldenbereich 31 und die Source-Elektrode 80 verbindendes Schottky-Kontaktloch 93 angeordnet sein, um eine Schottky-Verbindung zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der Source-Elektrode 80 zu bilden. Auf diese Weise wird es möglich, ein Laden des zweiten Muldenbereichs 31 unmittelbar nach einem Ausschaltvorgang effektiver zu reduzieren.
  • Dritte Ausführungsform
  • Gemäß dem bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Beispiel ist die leitfähige Schicht 47 auf dem zweiten Muldenbereich 31 angeordnet. Bei einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit einer dritten Ausführungsform weist der zweite Muldenbereich 31, der aus einem Siliciumcarbid-Material besteht und den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, einen oberen Schichtbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp mit geringem Widerstand auf, um einen pn-Übergang zwischen dieser Schicht und dem zweiten Muldenbereich 31 zu bilden. Hierbei funktioniert diese Schicht vom n-Typ in der gleichen Weise wie die leitfähige Schicht 47. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der ersten Ausführungsform ist.
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform, die einen Querschnitt in dem Bereich a-a' von der Source-Elektrode 80 zu der Gate-Leitung 82 in einem äußeren peripheren Bereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit in 1 schematisch zeigt, auf den bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen wird.
  • In einem Anschlussbereich von 11 weist der zweite Muldenbereich 31 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp einen oberen Schichtbereich auf, der mit einer leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 versehen ist, die einen geringeren Widerstand und eine höhere Störstellenkonzentration als die Drift-Schicht aufweist, die aus einem Siliciumcarbid-Material besteht und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der zweite Muldenbereich 31 und die Source-Elektrode 80 befinden sich nicht in einer ohmschen Verbindung miteinander.
  • Die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 kann eine Dicke zum Beispiel in einem Bereich von 50 nm bis 1000 nm aufweisen, wobei diese Dicke geringer als die Dicke des zweiten Muldenbereichs 31 ist. Die Störstellenkonzentration in der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 kann zum Beispiel in einem Bereich von 1 × 1017 cm-3 bis 1 × 1019 cm-3 liegen.
  • Die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 und der Source-Bereich 40 können in demselben Schritt mit der gleichen Dicke und mit der gleichen Störstellenkonzentration gebildet werden. Die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 und der Source-Bereich 40 können selbstverständlich in verschiedenen Schritten, mit verschiedenen Dicken und mit verschiedenen Störstellenkonzentrationen gebildet werden.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform beschrieben, bei dem die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 und der Source-Bereich 40 in demselben Schritt, mit der gleichen Dicke und mit der gleichen Störstellenkonzentration gebildet werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird die leitfähige Schicht 47 vor der Bildung der Feldisolierschicht 51 auf dem zweiten Muldenbereich 31 gebildet. Anstatt diesen Schritt durchzuführen, kann die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 bei dem Ionenimplantationsschritt zur Bildung des Source-Bereichs 40 zusammen mit diesem in dem oberen Schichtbereich des zweiten Muldenbereichs 31 gebildet werden.
  • Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht eine Vereinfachung des Prozesses der Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, so dass eine Reduktion der Herstellungskosten ermöglicht wird.
  • Als Nächstes wird der Betrieb der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit der ersten Ausführungsform ist der Schottky-Übergang zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 ausgebildet. Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform ist ein pn-Übergang an einer entsprechenden Position zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 ausgebildet. Dieser pn-Übergang funktioniert in der gleichen Weise wie der Schottky-Übergang in der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit der ersten Ausführungsform.
  • Ähnlich wie bei der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Einheit kann bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform ein bipolarer Betrieb in dem Anschlussbereich während des Freilaufbetriebs des MOSFET unterbunden werden. Ferner kann eine an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugte Spannung während des Ausschaltvorgangs und des Einschaltvorgangs reduziert werden, um das Auftreten eines Isolationsdurchschlags der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich zu reduzieren.
  • Darüber hinaus kann die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform im Vergleich zu der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit der ersten Ausführungsform problemlos hergestellt werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Gemäß dem bei der dritten Ausführungsform beschriebenen Beispiel ist die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 mit geringem Widerstand mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem oberen Schichtbereich des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet. Alternativ kann die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 in dem zweiten Muldenbereich 31 eingebettet sein. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der dritten Ausführungsform ist.
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit einer vierten Ausführungsform, die einen Querschnitt in dem Bereich a-a' von der Source-Elektrode 80 zu der Gate-Leitung 82 in einem äußeren peripheren Bereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit in 1 schematisch zeigt, auf den bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen wird.
  • In einem Anschlussbereich von 12 ist die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 in einem in der Tiefenrichtung des zweiten Muldenbereichs 31 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp mittleren Bereich ausgebildet. Die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 ist durch einen Verbindungsbereich 46 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer zweiten ohmschen Elektrode 72 verbunden.
  • Der Verbindungsbereich 46 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp kann zusammen mit der Bildung des Source-Bereichs 40 durch Ionenimplantation gebildet werden. Die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 kann durch tiefes Implantieren von Ionen gebildet werden.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform ist die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 innerhalb des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet. Dadurch kann die Fläche einer pn-Diode vergrößert werden, die zwischen der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist, so dass dadurch eine Erhöhung der Kapazität einer Verarmungsschicht ermöglicht wird, die zwischen der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist.
  • Im Ergebnis kann eine an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugte Spannung weiter reduziert werden, um das Auftreten eines Isolationsdurchschlags der auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildeten isolierenden Schicht weiter zu reduzieren.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Gemäß dem bei der dritten Ausführungsform beschriebenen Beispiel ist die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp mit geringem Widerstand in dem oberen Schichtbereich des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet. Die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 kann eine untere Oberfläche mit Vertiefungen und Vorsprüngen aufweisen. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der dritten Ausführungsform ist.
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit einer fünften Ausführungsform, die einen Querschnitt in dem Bereich a-a' von der Source-Elektrode 80 zu der Gate-Leitung 82 in einem äußeren peripheren Bereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit in 1 schematisch zeigt, auf den bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen wird.
  • In einem Anschlussbereich von 13 weist die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 eine untere Oberfläche auf, in der Vertiefungen und Vorsprünge an einer Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet sind.
  • Die Vertiefungen und Vorsprünge an der unteren Oberfläche der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 können vor oder nach der Ionenimplantation zur Bildung der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 und durch Implantieren von Ionen durch eine vorgegebene Ionenimplantationsmaske in eine größere Tiefe als jene der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 gebildet werden.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform ermöglicht das Vorhandensein der Vertiefungen und Vorsprünge, die an der unteren Oberfläche der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 ausgebildet sind, eine Vergrößerung der Fläche einer pn-Diode, die zwischen der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist, so dass dadurch eine Vergrößerung der Kapazität einer Verarmungsschicht ermöglicht wird, die zwischen der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist.
  • Im Ergebnis kann eine an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugte Spannung weiter reduziert werden, um dadurch das Auftreten eines Isolationsdurchschlags der isolierenden Schicht weiter zu reduzieren, die an dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist.
  • Sechste Ausführungsform
  • In dem Anschlussbereich der Siliciumcarbid-Halbleiterschicht von irgendeiner der ersten bis fünften Ausführungsform weist der zweite Muldenbereich 31 keinen ohmschen Kontakt mit der Source-Elektrode 80 auf, der zweite Muldenbereich 31 weist einen Bereich für eine Schottky-Verbindung, eine pn-Verbindung oder eine Kapazitätskopplung durch eine isolierende Schicht auf, und die Source-Elektrode 80 befindet sich in einer ohmschen Verbindung mit diesem Bereich.
  • Darüber hinaus kann wie bei dem ersten Muldenbereich 30 in dem aktiven Bereich ein Trennbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp innerhalb des zweiten Muldenbereichs 31 in einer Ebenenrichtung ausgebildet sein, und es kann eine Elektrode in einer Schottky-Verbindung mit diesem Trennbereich angeordnet sein. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der ersten bis fünften Ausführungsform ist.
  • 14 ist eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit einer sechsten Ausführungsform, die einen Querschnitt des Bereichs a-a' von der Source-Elektrode 80 zu der Gate-Leitung 82 in einem äußeren peripheren Bereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit in 1 schematisch zeigt, auf den bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen wird.
  • In einem Anschlussbereich gemäß 14 ist ein aus Siliciumcarbid bestehender vierter Trennbereich 24 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp auf einer Ebene innerhalb des zweiten Muldenbereichs 31 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Eine zweite Schottky-Elektrode 73 in einer Schottky-Verbindung mit dem vierten Trennbereich 24 ist auf dem vierten Trennbereich 24 ausgebildet. Die zweite Schottky-Elektrode 73 ist in einem Schottky-Kontaktloch 94 innerhalb des zweiten Muldenbereichs ausgebildet. Die sonstige Struktur ist die gleiche wie jene bei der dritten Ausführungsform.
  • Wie in der schematischen Schnittansicht und der schematischen Draufsicht der 15 bzw. 16 gezeigt, können das Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht, das die leitfähige Schicht 47 oder die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 von irgendeiner der ersten bis fünften Ausführungsform mit der Source-Elektrode 80 verbindet, und das Schottky-Kontaktloch 94 innerhalb des zweiten Muldenbereichs, das die zweite Schottky-Elektrode 73 auf dem vierten Trennbereich 24 mit der Source-Elektrode 80 verbindet, unter Verwendung desselben Kontaktlochs ausgebildet sein.
  • Wie in den 15 und 16 gezeigt, kann durch Verwenden desselben Kontaktlochs zur Bildung des Kontaktlochs 91 zur leitfähigen Schicht, das die leitfähige Schicht 47 oder die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 mit der Source-Elektrode 80 verbindet, und des Schottky-Kontaktlochs 94 innerhalb des zweiten Muldenbereichs, das die zweite Schottky-Elektrode 73 auf dem vierten Trennbereich 24 mit der Source-Elektrode 80 verbindet, die Fläche des Kontaktlochs reduziert werden. Ferner kann des Weiteren durch Bilden des vierten Trennbereichs 24 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in dem zweiten Muldenbereich 31 und Bilden der zweiten Schottky-Elektrode 73 in einer Schottky-Verbindung mit dem vierten Trennbereich 24 das Leistungsvermögen für ein Unterbinden des Durchgangs eines bipolaren Stroms während des Freilaufbetriebs weiter verbessert werden.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform ist die Struktur in einer Schottky-Verbindung mit der Drift-Schicht 20 des Weiteren auf einer Ebene innenhalb des zweiten Muldenbereichs 31 angeordnet, wie in dem aktiven Bereich. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung eines bipolaren Stroms, der in dem zweiten Muldenbereich 31 in der Anschlussstruktur fließt.
  • Bei dem in dieser Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird die Struktur, die eine Schottky-Verbindung mit der Drift-Schicht 20 aufweist und in dem zweiten Muldenbereich 31 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, für die dritte Ausführungsform verwendet. Das Verwenden dieser Struktur für die anderen Ausführungsformen erreicht sicherlich einen vergleichbaren Effekt.
  • Siebte Ausführungsform
  • In dem Anschlussbereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit von irgendeiner der ersten bis sechsten Ausführungsform wird die Störstellenkonzentration in dem zweiten Muldenbereich 31 in einer lateralen Ebenenrichtung nicht speziell erwähnt. Der zweite Muldenbereich 31 ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Muldenbereich 31 eine ein elektrisches Feld entspannende Schicht 33 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, die in einem oberen Schichtbereich eines Bereichs ausgebildet ist, auf dem die Gate-Elektrode 60 über die Gate-Isolierschicht 50 hinweg ausgebildet ist, und eine geringere Störstellenkonzentration als der sonstige zweite Muldenbereich 31 aufweist. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail erläutert, da sie die gleiche wie jene bei der ersten bis sechsten Ausführungsform ist.
  • In einem Anschlussbereich von 17 weist der zweite Muldenbereich 31 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp eine ein elektrisches Feld entspannende Schicht 33 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, die in einem oberen Schichtbereich eines Bereichs ausgebildet ist, auf dem die Gate-Elektrode 60 über die Gate-Isolierschicht 50 hinweg ausgebildet ist, und eine geringere Störstellenkonzentration als der sonstige zweite Muldenbereich 31 aufweist. Die Struktur von 17 zeigt ein Beispiel, das aus der Verwendung der ein elektrisches Feld entspannenden Schicht 33 für die Struktur der dritten Ausführungsform resultiert.
  • Die Störstellenkonzentration in der ein elektrisches Feld entspannenden Schicht 33 kann so vorgegeben sein, dass sie zum Beispiel gleich der Hälfte oder weniger als der Hälfte der Störstellenkonzentration in dem zweiten Muldenbereich 31 ist.
  • In einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer siebten Ausführungsform ist durch eine Spannung, die aus einer Restladung resultiert, die in dem zweiten Muldenbereich 31 während des Einschaltens gebildet wird, eine Verarmungsschicht zwischen der Gate-Isolierschicht 50 und der ein elektrisches Feld entspannenden Schicht 33 ausgebildet.
  • Wenn die ein elektrisches Feld entspannende Schicht 33 fehlt, ist eine Verarmungsschicht zwischen der Gate-Isolierschicht 50 und dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet. Ist die ein elektrisches Feld entspannende Schicht 33 in der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit bei dieser Ausführungsform jedoch vorhanden, ist die Breite dieser Verarmungsschicht beträchtlich vergrößert. Dadurch wird es möglich, ein elektrisches Feld, das durch eine Spannung, die durch eine Restladung in dem zweiten Muldenbereich 31 während des Einschaltens erzeugt wird, an der Gate-Isolierschicht 50 anliegt, beträchtlich zu reduzieren, so dass die Zuverlässigkeit der Gate-Isolierschicht 50 signifikanter verbessert werden kann.
  • Die ein elektrisches Feld entspannende Schicht 33 in der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform kann durch Implantieren von Ionen des n-Typs oder des p-Typs unter Verwendung einer vorgegebenen Maske vor oder nach der Ionenimplantation für eine Bildung des zweiten Muldenbereichs 31 gebildet werden.
  • Die Ionen des p-Typs werden mittels eines Verfahrens zum Implantieren der Ionen zunächst in einen tiefen Bereich, um den zweiten Muldenbereich 31 zu bilden, und anschließend eines Verfahrens zum Implantieren der Ionen in einen flachen Bereich unter Verwendung einer Maske mit einer Öffnung implantiert, die einem anderen Bereich als einem Bereich entspricht, der zu der ein elektrisches Feld entspannenden Schicht 33 werden soll. In diesem Fall erzeugt ein retrogrades Profil der Ionenimplantation in den zweiten Muldenbereich 31 mit einem Peak in einem tiefen Bereich eine geringe Störstellenkonzentration in einem flachen Bereich, der sich mit der Gate-Isolierschicht 50 in Kontakt befindet, um zu bewirken, dass dieser flache Bereich als die ein elektrisches Feld entspannende Schicht 33 fungiert.
  • Achte Ausführungsform
  • In dem Anschlussbereich der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit von irgendeiner der ersten bis siebten Ausführungsform wird die Struktur in der Hauptsache derart beschrieben, dass der erste Muldenbereich 30 in dem aktiven Bereich und der zweite Muldenbereich 31 in der Anschlussstruktur im Prinzip getrennt sind und sich der zweite Muldenbereich 31 nicht in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 befindet. Bei einer achten Ausführungsform ist der zweite Muldenbereich 31 in der Anschlussstruktur durch einen Hilfsverbindungsbereich 34 mit einem Bereich des ersten Muldenbereichs 30 verbunden. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der ersten bis siebten Ausführungsform ist.
  • 18 ist eine schematische Draufsicht auf eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform. In 18 sind der erste Muldenbereich 30 in dem aktiven Bereich und der zweite Muldenbereich 31 in dem Anschlussbereich durch den Hilfsverbindungsbereich 34 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp miteinander verbunden. 18 zeigt einen Fall, der aus der Verwendung des Hilfsverbindungsbereichs 34 bei der ersten Ausführungsform resultiert.
  • Der Hilfsverbindungsbereich 34 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp kann zusammen mit der Bildung des zweiten Muldenbereichs 31 unter Verwendung einer anderen Ionenimplantationsmaske gebildet werden.
  • Wenn der erste Muldenbereich 30 in dem aktiven Bereich und der zweite Muldenbereich 31 in der Anschlussstruktur vollständig isoliert voneinander sind, um den zweiten Muldenbereich 31 in einem vollständig floatenden Zustand anzuordnen, kann der zweite Muldenbereich 31 unter bestimmten Bedingungen oder in bestimmten Strukturen aufgeladen werden, so dass eine Wahrscheinlichkeit für einen Isolationsdurchschlag der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 verursacht wird.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform kann, da der zweite Muldenbereich 31 durch den Hilfsverbindungsbereich 34 verbunden ist, ein Isolationsdurchschlag der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 zuverlässiger vermieden werden, so dass eine verbesserte Zuverlässigkeit erzielt wird.
  • In diesem Fall fließt ein Strom, der durch den Hilfsverbindungsbereich 34 hindurchfließt, ohne durch den dritten Trennbereich 23 hindurch zu fließen, in einem Bereich in der Nähe des Hilfsverbindungsbereichs 34 in der Nähe der Mitte jeder Seite der in 18 gezeigten Siliciumcarbid-Halbleitereinheit. Dies macht es wahrscheinlich, dass eine Durchschlagspannung verschlechtert wird. In Reaktion darauf fließt in dem Bereich in der Nähe des Hilfsverbindungsbereichs 34 um jede Kante der in 18 gezeigten Siliciumcarbid-Halbleitereinheit herum ein Strom über eine lange Distanz in einer lateralen Ebenenrichtung in dem zweiten Muldenbereich 31, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben. Dadurch wird ein Spannungsabfall verursacht, der aus einem Flächenwiderstand in dem zweiten Muldenbereich 31 resultiert, so dass der Durchgang eines bipolaren Stroms unterbunden wird.
  • In 6 in Bezug auf die erste Ausführungsform sind der erste Muldenbereich 30 und der zweite Muldenbereich 31 an vielen Positionen miteinander verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist eine Position der Verbindung zwischen dem ersten Muldenbereich 30 und dem zweiten Muldenbereich 31 beschränkt, so dass ein Bereich reduziert wird, in dem eine Durchschlagspannung verschlechtert werden kann. Dies wirkt dahingehend, eine Durchschlagspannungsverschlechterung zu beschränken, die durch das Fließen eines bipolaren Stroms in dem zweiten Muldenbereich 31 verursacht wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform eine Wahrscheinlichkeit für einen Isolationsdurchschlag reduziert werden, der durch das Auftreten eines floatenden Zustands in dem zweiten Muldenbereich 31 verursacht wird, während die Verringerung der Zuverlässigkeit, die durch den Durchgang eines bipolaren Stroms in dem zweiten Muldenbereich 31 verursacht wird, minimiert werden kann.
  • Ein Bereich mit dem Hilfsverbindungsbereich 34 ist bevorzugt kürzer als die Länge des dritten Trennbereichs 23. Zum Beispiel kann dieser Bereich gleich einem Zehntel der Länge des dritten Trennbereichs 23 oder kürzer sein. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Durchschlagspannungsverschlechterung auf etwa ein Zehntel oder weniger reduziert, so dass die Zuverlässigkeit eines Elements in einem größeren Ausmaß verbessert werden kann.
  • Neunte Ausführungsform
  • Die erste bis achte Ausführungsform sind dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Muldenbereich 31, der in dem MOSFET-Anschlussbereich ausgebildet ist, das Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht aufweist. Auch wenn das Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 fehlt, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung weiterhin erzielt, wenn sich die leitfähige Schicht 47, die in der Nähe des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet ist, an irgendeiner Position in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80 befindet und der zweite Muldenbereich 31 bei einer Betrachtung von der Source-Elektrode 80 aus mit einem hohen Widerstand verbunden ist.
  • Hierbei weist die leitfähige Schicht 47 eine Fläche auf, die gleich der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Fläche des zweiten Muldenbereichs 31 unterhalb der Gate-Kontaktstelle 81 ist. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei der ersten Ausführungsform etc. ist.
  • 19 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Anschlussbereich in einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt. Wie in 19 gezeigt, ist bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform eine Verbindung mit der leitfähigen Schicht 47 in einem Bereich des Kontaktlochs 90 zum ersten Muldenbereich und an einer Position näher bei dem aktiven Bereich als dem zweiten Muldenbereich 31 in der Anschlussstruktur ausgebildet. Diese Struktur erfordert keine Bildung eines speziellen Kontaktlochs in dem zweiten Muldenbereich 31 und kann den Widerstand der Verbindung der Source-Elektrode mit dem zweiten Muldenbereich 31 erhöhen.
  • Ferner ist die leitfähige Schicht 47 mit einem geringen Flächenwiderstand, der das gleiche Potential wie die ohmsche Elektrode 70 aufweist, auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet. Das breite Bilden der leitfähigen Schicht 47 in einer lateralen Richtung in einem Querschnitt ermöglicht das Reduzieren eines Widerstands in dem zweiten Muldenbereich 31 in der lateralen Richtung in einem Querschnitt. So kann durch die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform auch bei einem Schaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit weiterhin eine Spannung reduziert werden, die während des Ausschaltvorgangs und des Einschaltvorgangs an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird. Dadurch kann das Auftreten eines Isolationsdurchschlags der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 reduziert werden und der Durchgang eines bipolaren Stroms während des Freilaufvorgangs unterbunden werden.
  • 20 ist eine schematische Schnittansicht einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation dieser Ausführungsform. 21 ist eine schematische Draufsicht auf die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der Modifikation dieser Ausführungsform. In den 20 und 21 ist eine leifähige Siliciumcarbid-Schicht 25 vom n-Typ mit geringem Widerstand, die in dem oberen Schichtbereich des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet ist, in einer Ebenenrichtung teilweise mit dem Source-Bereich 40 verbunden, der in einem oberen Schichtbereich des ersten Muldenbereichs 30 an der äußersten Peripherie des aktiven Bereichs ausgebildet ist. Ferner ist der zweite Muldenbereich 31 in einer Ebenenrichtung mit dem ersten Muldenbereich 30 verbunden.
  • Der Source-Bereich 40 in dem ersten Muldenbereich 30 befindet sich durch die ohmsche Elektrode 70 in dem Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode 80. Dadurch wird eine ohmsche Verbindung der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht, die in dem oberen Schichtbereich des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet ist, mit der Source-Elektrode 80 in einer ohmschen Weise mit geringem Widerstand gebildet. Somit kann die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform auch bei einem Schaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit weiterhin eine Spannung reduzieren, die während des Ausschaltvorgangs und des Einschaltvorgangs an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird.
  • Der erste Muldenbereich 30, der das gleiche Potential wie die Source-Elektrode 80 aufweist, und der zweite Muldenbereich 31 sind durch einen Halbleiter vom p-Typ mit einem relativ hohen Widerstand verbunden. Dadurch kann das Fließen eines bipolaren Stroms in dem zweiten Muldenbereich 31 während des Schaltvorgangs unterbunden werden.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform kann, wie in der schematischen Draufsicht von 22 gezeigt, der erste Muldenbereich 30 in dem aktiven Bereich, der in einem Streifenmuster ausgebildet ist, mit dem zweiten Muldenbereich 31 in dem Anschlussbereich verbunden sein, und der Source-Bereich 40 in dem ersten Muldenbereich 30 kann mit der leitfähigen Siliciumcarbid-Schicht 45 in dem zweiten Muldenbereich 31 verbunden sein.
  • Außerdem ist bei der in 22 gezeigten Struktur kein ohmscher Kontakt von dem zweiten Muldenbereich 31 mit der Source-Elektrode 80 ausgebildet. Ferner ist die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45, die in einem breiten Bereich in dem oberen Schichtbereich des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet ist, in einer ohmschen Weise mit geringem Widerstand durch den Source-Bereich 40 in dem ersten Muldenbereich 30 mit der Source-Elektrode 80 verbunden. Darüber hinaus sind der zweite Muldenbereich 31 und der erste Muldenbereich 30 miteinander verbunden, und diese Verbindung wird durch einen Halbleiter vom p-Typ mit einem relativ hohen Widerstand gebildet, so dass ermöglicht wird, das Fließen eines bipolaren Stroms in dem zweiten Muldenbereich 31 während eines Schaltvorgangs zu unterbinden.
  • Somit kann auch die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit mit dieser Struktur eine Spannung reduzieren, die während eines Schaltvorgangs mit hoher Geschwindigkeit an dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird, um eine Reduktion des Auftretens eines Isolationsdurchschlags der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 zu ermöglichen. Ferner kann der Durchgang eines bipolaren Stroms während des Freilaufbetriebs unterbunden werden.
  • Bei der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform lässt sich sagen, dass das eine Kontaktloch sowohl als Kontaktloch 91 zur leitfähigen Schicht als auch als Kontaktloch 90 zum ersten Muldenbereich in der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit von irgendeiner der ersten bis achten Ausführungsform fungiert.
  • Die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform kann durch einen Prozess hergestellt werden, der im Grunde der gleiche wie jener zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit von irgendeiner der ersten bis achten Ausführungsform ist.
  • Zehnte Ausführungsform
  • Bei der ersten bis neunten Ausführungsform befindet sich die leitfähige Schicht 47 oder die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht 45 auf dem zweiten Muldenbereich 31, die in dem MOSFET-Anschlussbereich ausgebildet sind, nicht direkt in Kontakt mit der Drift-Schicht 20. Im Gegensatz dazu ist bei einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit einer zehnten Ausführungsform ein Trennbereich vom n-Typ in einem Bereich des zweiten Muldenbereichs 31 ausgebildet, und dieser Trennbereich befindet sich in einer Schottky-Verbindung mit der leitfähigen Schicht 47, die auf diesem Trennbereich ausgebildet ist. Die sonstige Struktur wird nicht im Detail beschrieben, da sie die gleiche wie jene bei den vorstehenden Ausführungsformen ist.
  • Diese Ausführungsform ist dazu gedacht, den Effekt der vorliegenden Erfindung zu verstärken. Gemäß dieser Ausführungsform ist, wie in der schematischen Schnittansicht von 23 gezeigt, ein fünfter Trennbereich 25 vom n-Typ in dem zweiten Muldenbereich 31 unter der leitfähigen Schicht 47 angeordnet, und der fünfte Trennbereich 25, der zusammenhängend mit der Drift-Schicht 20 ist, und die leitfähige Schicht 47 befinden sich in einer direkten Schottky-Verbindung miteinander. Gemäß dieser Ausführungsform können mit irgendeiner Abmessung des Kontaktlochs 91 zur leitfähigen Schicht der fünfte Trennbereich 25 mit einer gewünschten Abmessung und der fünfte Trennbereich 25 mit einer gewünschten Anzahl in dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine weitere Verstärkung des Effekts der Unterbindung eines bipolaren Stroms in dem Anschlussbereich.
    Der fünfte Trennbereich 25 kann eine Störstellenkonzentration aufweisen, die gleiche wie jene in der Drift-Schicht 20 ist oder die sich von dieser unterscheidet.
  • Wenn die leitfähige Schicht 47 vorhanden ist, die in einem breiten Bereich auf dem zweiten Muldenbereich 31 ausgebildet ist, wird es ermöglicht, dass ein in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugter Verschiebungsstrom mit einem geringen Widerstand durch eine hohe Kapazität einer Verarmungsschicht zwischen dem zweiten Muldenbereich 31 und der leitfähigen Schicht 47 in die Source-Elektrode hineinfließt.
  • Dadurch wird eine Reduzierung einer Spannung ermöglicht, die während eines Schaltvorgangs mit hoher Geschwindigkeit in dem zweiten Muldenbereich 31 erzeugt wird, so dass das Auftreten eines Isolationsdurchschlags der isolierenden Schicht auf dem zweiten Muldenbereich 31 reduziert wird.
  • Die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit dieser Ausführungsform kann durch einen Prozess hergestellt werden, der im Grunde der gleiche wie jener zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit von irgendeiner der ersten bis achten Ausführungsform ist, während es nur erforderlich ist, eine Resiststruktur für eine Ionenimplantation zur Bildung des zweiten Muldenbereichs 31 zu ändern.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann die leitfähige Schicht 47 aus einem Material hergestellt werden, das eine Schottky-Verbindung mit sowohl der Drift-Schicht 20 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp als auch mit dem zweiten Muldenbereich 31 mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp ermöglicht. Zum Beispiel kann die leitfähige Schicht 47 aus einem polykristallinen Silicium vom n-Typ oder p-Typ oder aus einem Metall hergestellt werden, wie beispielsweise aus Al oder Ti.
  • Bei den Beschreibungen, die bei der ersten bis zehnten Ausführungsform angegeben sind, handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den p-Typ. Die Leitfähigkeitstypen sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es wird weiterhin ein vergleichbarer Effekt erzielt, wenn es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den p-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ handelt. Darüber hinaus kann auch, wenngleich N für die Störstellen vom n-Typ (mit dem ersten Leitfähigkeitstyp) eingesetzt wird, Phosphor oder Arsen eingesetzt werden. Wenngleich Al für die Störstellen vom p-Typ (mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp) verwendet wird, kann auch Bor oder Gallium eingesetzt werden.
    Bei dem gemäß irgendeiner von der ersten bis zehnten Ausführungsform beschriebenen MOSFET ist es nicht immer erforderlich, dass die Gate-Isolierschicht 50 eine Oxidschicht ist, wie beispielsweise aus Siliciumoxid, sondern es kann sich auch um eine andere isolierende Schicht als eine Oxidschicht oder um eine Kombination aus einer anderen isolierenden Schicht als einer Oxidschicht und einer Oxidschicht handeln.
  • Wenngleich Siliciumoxid, das aus einer thermischen Oxidation von Siliciumcarbid resultiert, zur Bildung der Gate-Isolierschicht 50 verwendet wird, kann die Gate-Isolierschicht 50 auch aus einem Siliciumoxid in einer abgeschiedenen Schicht hergestellt sein, die mittels eines CVD-Prozesses gebildet wird. Ferner kann die vorliegende Erfindung auch für einen MOSFET mit einer Super-Junction-Struktur verwendet werden.
  • Die bei irgendeiner der vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Einheit ist der MOSFET mit der Gate-Isolierschicht 50. Die vorliegende Erfindung kann indessen für irgendeine unipolare Einheit verwendet werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung für einen Junction-FET (JFET) oder einen Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MESFET) ohne die Gate-Isolierschicht 50 verwendet werden.
  • Wenngleich die ohmsche Elektrode 70 und die erste Schottky-Elektrode 71, die zu der Source-Seite gehören, bei den vorstehenden Ausführungsformen getrennt hergestellt werden, können sie zusammenhängend unter Verwendung des gleichen Materials gebildet werden oder können zusammenhängend unter Verwendung unterschiedlicher Materialien gebildet werden.
  • Die erste Schottky-Elektrode 71 und die zweite Schottky-Elektrode 73 können unter Verwendung des gleichen Materials oder unterschiedlicher Materialien gebildet werden.
  • Gemäß den vorstehenden Ausführungsform werden verschiedene Beispiele angegeben, um eine Kristallstruktur, eine Ebenenrichtung einer Hauptoberfläche, einen Versatzwinkel, Bedingungen für jede Implantation etc. zu beschreiben. Der Anwendungsbereich ist jedoch nicht auf numerische Bereiche beschränkt, die in diesen Beispielen angegeben sind.
  • Elfte Ausführungsform
  • Bei einer elften Ausführungsform wird die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner von der ersten bis zehnten Ausführungsform für einen Leistungswandler verwendet. Wenngleich der Verwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf einen speziellen Leistungswandler beschränkt ist, wird die gemäß der elften Ausführungsform beschriebene vorliegende Erfindung für einen Drei-Phasen-Wechselrichter verwendet.
  • 24 ist ein Blockschaubild, das den Aufbau eines Leistungswandlersystems zeigt, das den Leistungswandler gemäß dieser Ausführungsform verwendet.
  • Das in 24 gezeigte Leistungswandlersystem weist eine Stromversorgung 100, einen Leistungswandler 200 sowie eine Last 300 auf. Die Stromversorgung 100 ist eine Gleichstromversorgung und führt dem Leistungswandler 200 einen Gleichstrom zu. Die Stromversorgung 100 kann unter Verwendung verschiedener Typen von Stromversorgungen konfiguriert sein. Zum Beispiel kann die Stromversorgung 100 unter Verwendung eines Gleichstromsystems, einer Solarzelle, einer Batterie oder deiner Gleichrichterschaltung oder eines Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers konfiguriert sein, der mit einem Wechselstromsystem verbunden ist. Die Stromversorgung 100 kann auch unter Verwendung eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers konfiguriert sein, der einen Gleichstrom, der von einem Gleichstromsystem abgegeben wird, in einen vorgegebenen Strom umwandelt.
  • Bei dem Leistungswandler 200 handelt es sich um einen Drei-Phasen-Wechselrichter, der zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschaltet ist. Der Leistungswandler 200 wandelt einen von der Stromversorgung 100 zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und führt der Last 300 den Wechselstrom zu. Wie in 24 gezeigt, weist der Leistungswandler 200 Folgendes auf: eine Hauptwandlerschaltung 201, die einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom abgibt, eine Treiberschaltung 202, die ein Treibersignal zum Treiben jedes Schaltelements in der Hauptwandlerschaltung 201 ausgibt, sowie eine Steuerschaltung 203, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 202 an die Treiberschaltung 202 ausgibt.
  • Bei der Last 300 handelt es sich um einen Drei-Phasen-Motor, der durch den von dem Leistungswandler 200 zugeführten Wechselstrom angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht für spezielle Zwecke beschränkt, sondern ist z.B. ein Motor, der in verschiedenen Arten von elektrischen Geräten eingebaut ist. Zum Beispiel wird die Last 300 als ein Motor für ein Hybrid-Fahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlage verwendet.
  • Der Leistungswandler 200 wird nachstehend im Detail beschrieben. Die Hauptwandlerschaltung 201 weist ein Schaltelement und eine Freilaufdiode auf (in der Zeichnung nicht gezeigt). Durch das Schalten des Schaltelements wird ein von der Stromversorgung 100 zugeführter Gleichstrom in einen Wechselstrom umgewandelt, und der Wechselstrom wird der Last 300 zugeführt. Für die Hauptwandlerschaltung 201 können verschiedene spezifische Schaltungskonfigurationen eingesetzt werden. Von diesen handelt es sich bei der Hauptwandlerschaltung 201 gemäß dieser Ausführungsform um eine zweistufige Dreiphasen-Vollbrückenschaltung, die unter Verwendung von sechs Schaltelementen und sechs Freilaufdioden konfiguriert sein kann, die antiparallel mit entsprechenden der Schaltelemente verbunden sind.
  • Für jedes Schaltelement in der Hauptwandlerschaltung 201 wird die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehenden ersten bis zehnten Ausführungsform verwendet. Zwei Schaltelemente der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um einen oberen Zweig und einen unteren Zweig zu bilden. Jeweils ein oberer Zweig und ein entsprechender unterer Zweig bilden jeweils eine Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ein Ausgangsanschluss jedes oberen Zweigs und eines entsprechenden unteren Zweigs, das heißt, drei Ausgangsanschlüsse der Hauptwandlerschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Die Treiberschaltung 202 erzeugt ein Treibersignal zum Treiben eines Schaltelements in der Hauptwandlerschaltung 201 und führt einer Steuerelektrode des Schaltelements in der Hauptwandlerschaltung 201 das erzeugte Treibersignal zu. Insbesondere gibt die Treiberschaltung 202 in Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuerschaltung 203, die später beschrieben wird, ein Treibersignal, um das Schaltelement in einen EIN-Zustand zu versetzen, und ein Treibersignal, um das Schaltelement in einen AUS-Zustand zu versetzen, an die Steuerelektrode des Schaltelements aus.
  • Um das Schaltelement in dem EIN-Zustand zu halten, ist das Treibersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal) mit einer Schwellenspannung des Schaltelements oder einer höheren Spannung. Um das Schaltelement in dem AUS-Zustand zu halten, ist das Treibersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal) mit der Schwellenspannung des Schaltelements oder einer niedrigeren Spannung.
  • Die Steuerschaltung 203 steuert ein Schaltelement in der Hauptwandlerschaltung 201 derart, dass der Last 300 ein bestimmter Strom zugeführt wird. Insbesondere berechnet die Steuerschaltung 203 eine Zeit (EIN-Zeit), in der jedes Schaltelement in der Hauptwandlerschaltung 201 in dem EIN-Zustand ist, basierend auf dem Strom, welcher der Last 300 zugeführt wird. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 203 die Hauptwandlerschaltung 201 mit Hilfe einer PWM-Steuerung steuern, bei der die EIN-Zeit des Schaltelements in Reaktion auf eine auszugebende Spannung moduliert wird.
  • Dann gibt die Steuerschaltung 203 einen Steuerbefehl (ein Steuersignal) an die Treiberschaltung 202 aus, um so zu einem entsprechenden Zeitpunkt ein EIN-Signal an ein Schaltelement auszugeben, das sich in dem EIN-Zustand befinden soll, und ein AUS-Signal an ein Schaltelement auszugeben, das sich in dem AUS-Zustand befinden soll. In Reaktion auf dieses Steuersignal gibt die Treiberschaltung 202 ein EIN-Signal oder ein AUS-Signal als ein Treibersignal an die Steuerelektrode jedes Schaltelements aus.
  • Bei dem Leistungswandler dieser Ausführungsform wird die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit von irgendeiner der ersten bis zehnten Ausführungsform als Schaltelement in der Hauptwandlerschaltung 201 eingesetzt, um dadurch einen Leistungswandler mit geringen Verlusten und verbesserter Zuverlässigkeit bei Schaltvorgängen mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen.
  • Gemäß dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird die vorliegende Erfindung für einen zweistufigen Dreiphasen-Wechselrichter verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Wechselrichter beschränkt, sondern kann für verschiedene Arten von Leistungswandlern verwendet werden. Wenngleich bei dieser Ausführungsform der zweistufige Leistungswandler beschrieben ist, kann auch ein dreistufiger oder ein mehrstufiger Leistungswandler eingesetzt werden. Um einer einphasigen Last einen Strom zuzuführen, kann die vorliegende Erfindung für einen einphasigen Wechselrichter verwendet werden. Um zum Beispiel einer Gleichstromlast einen Strom zuzuführen, kann die vorliegende Erfindung für einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler oder einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler verwendet werden.
  • Der Leistungswandler, für den die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist nicht auf einen Leistungswandler beschränkt, der einen Motor als die vorstehende Last aufweist, sondern kann auch als Stromversorgungsvorrichtung zum Beispiel für eine Entladungsvorrichtung, eine Laservorrichtung, eine Induktionskochfeld-Vorrichtung oder ein kontaktloses Stromzufuhrsystem verwendet werden. Der Leistungswandler kann ferner zum Beispiel als ein Energie-Aufbereiter für ein Solarstromerzeugungssystem oder ein Stromspeichersystem eingesetzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitersubstrat
    20
    Drift-Schicht
    21
    erster Trennbereich
    22
    zweiter Trennbereich
    23
    dritter Trennbereich
    24
    vierter Trennbereich
    25
    fünfter Trennbereich
    30
    erster Muldenbereich
    31
    zweiter Muldenbereich
    32
    Kontaktbereich
    33
    ein elektrisches Feld entspannende Schicht
    34
    Hilfsverbindungsbereich
    37
    JTE-Bereich
    40
    Source-Bereich
    45
    leitfähige Siliciumcarbid-Schicht
    47
    leitfähige Schicht
    49
    epitaxiale Kanal-Schicht
    50
    Gate-Isolierschicht
    51
    Feldisolierschicht
    53
    isolierende Schicht
    55
    Zwischenisolierschicht
    60
    Gate-Elektrode
    70
    ohmsche Elektrode
    71
    erste Schottky-Elektrode
    73
    zweite Schottky-Elektrode
    80
    Source-Elektrode, Source-Kontaktstelle
    81
    Gate-Kontaktstelle
    82
    Gate-Leitung
    84
    Drain-Elektrode
    90
    Kontaktloch zum ersten Muldenbereich
    91
    Kontaktloch zur leitfähigen Schicht
    92
    Kontaktloch zum zweiten Muldenbereich
    93
    Schottky-Kontaktloch
    94
    Schottky-Kontaktloch innerhalb des zweiten Muldenbereichs
    95
    Gate-Kontaktloch
    100
    Stromversorgung
    200
    Leistungswandler
    201
    Hauptwandlerschaltung
    202
    Treiberschaltung
    203
    Steuerschaltung
    300
    Last
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014175412 A [0021]
    • JP 2003017701 A [0021]
    • WO 2014/038110 A1 [0021]
    • WO 2013/051170 A1 [0021]
    • WO 2014/162969 A1 [0021]
    • WO 2010/098294 A1 [0021]

Claims (20)

  1. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein Halbleitersubtrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, das aus Siliciumcarbid herstellt ist; - eine Drift-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; - einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leifähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht angeordnet ist; - einen ersten Trennbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der den ersten Muldenbereich in einer Tiefenrichtung von einer Oberfläche des ersten Muldenbereichs aus durchdringt; - einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einem Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; - eine erste Schottky-Elektrode, die auf dem ersten Trennbereich angeordnet ist und einen Schottky-Übergang zu dem ersten Trennbereich bildet; - eine ohmsche Elektrode, die in einem Kontaktloch zum ersten Muldenbereich auf dem ersten Muldenbereich angeordnet ist und sich in einer ohmschen Verbindung mit dem ersten Muldenbereich befindet; - eine Gate-Isolierschicht, die auf dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist; - einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht getrennt von dem ersten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Elektrode, die auf der Gate-Isolierschicht auf dem ersten Muldenbereich und auf einer isolierenden Schicht ausgebildet ist, die auf dem zweiten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Kontaktstelle, die oberhalb des zweiten Muldenbereichs ausgebildet ist und mit der Gate-Elektrode verbunden ist; - eine leitfähige Schicht, die oberhalb der Bodenfläche des zweiten Muldenbereichs so ausgebildet ist, dass sie sich nicht in einer ohmschen Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich befindet, wobei die leitfähige Schicht einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich aufweist; - eine Source-Elektrode, die mit der ersten Schottky-Elektrode, der ohmschen Elektrode und der leitfähigen Schicht verbunden ist; und - ein Kontaktloch zur leitfähigen Schicht, durch das eine ohmsche Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht und der Source-Elektrode gebildet wird, während zwischen der leitfähigen Schicht und dem zweiten Muldenbereich keine ohmsche Verbindung gebildet wird.
  2. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, das aus Siliciumcarbid hergestellt ist; - eine Drift-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; - einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht angeordnet ist; - einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einem Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; - eine epitaxiale Kanal-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf einer Oberfläche des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist, wobei der Source-Bereich nicht vorhanden ist, und die eine geringere Konzentration von Störstellen mit dem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist als der Source-Bereich aufweist; - eine ohmsche Elektrode, die in einem Kontaktloch zum ersten Muldenbereich auf dem ersten Muldenbereich und in einer ohmschen Verbindung mit dem ersten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Isolierschicht, die auf dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist; - einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht getrennt von dem ersten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Elektrode, die auf der Gate-Isolierschicht auf dem ersten Muldenbereich und auf einer isolierenden Schicht ausgebildet ist, die auf dem zweiten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Kontaktstelle, die oberhalb des zweiten Muldenbereichs ausgebildet ist und mit der Gate-Elektrode verbunden ist; - eine leitfähige Schicht, die oberhalb der Bodenfläche des zweiten Muldenbereichs so ausgebildet ist, dass sie sich nicht in einer ohmschen Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich befindet, wobei die leitfähige Schicht einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich aufweist; - eine Source-Elektrode, die mit der ohmschen Elektrode und der leitfähigen Schicht verbunden ist; und - ein Kontaktloch zur leitfähigen Schicht, durch das eine ohmsche Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht und der Source-Elektrode gebildet wird, während zwischen der leitfähigen Schicht und dem zweiten Muldenbereich keine ohmsche Verbindung gebildet wird.
  3. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein Halbleitersubtrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, das aus Siliciumcarbid herstellt ist; - eine Drift-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; - einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leifähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht angeordnet ist; - einen ersten Trennbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der den ersten Muldenbereich in einer Tiefenrichtung von einer Oberfläche des ersten Muldenbereichs aus durchdringt; - einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einem Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; - eine erste Schottky-Elektrode, die auf dem ersten Trennbereich angeordnet ist und einen Schottky-Übergang zu dem ersten Trennbereich bildet; - eine ohmsche Elektrode, die auf dem ersten Muldenbereich und in einer ohmschen Verbindung mit dem ersten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Isolierschicht, die auf dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist; - einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht zusammenhängend mit zumindest einem von den ersten Muldenbereichen angeordnet ist; - eine Gate-Elektrode, die auf der Gate-Isolierschicht auf dem ersten Mulden-bereich und auf einer isolierenden Schicht ausgebildet ist, die auf dem zweiten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Kontaktstelle, die oberhalb des zweiten Muldenbereichs ausgebildet ist und mit der Gate-Elektrode verbunden ist; - eine leitfähige Schicht, die oberhalb der Bodenfläche des zweiten Muldenbereichs so ausgebildet ist, dass sie sich nicht in einer ohmschen Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich befindet, wobei die leitfähige Schicht eine Fläche aufweist, die gleich der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Fläche des zweiten Muldenbereichs unterhalb der Gate-Kontaktstelle ist und einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich aufweist; und - eine Source-Elektrode, die mit der ersten Schottky-Elektrode, der ohmschen Elektrode und der leitfähigen Schicht verbunden ist, wobei sich der zweite Muldenbereich durch ein Kontaktloch zum ersten Mulden-bereich auf dem ersten Muldenbereich in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode befindet.
  4. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein Halbleitersubtrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, das aus Siliciumcarbid herstellt ist; - eine Drift-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; - einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leifähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht angeordnet ist; - einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einem Oberflächenschichtbereich des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; - eine epitaxiale Kanal-Schicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf einer Oberfläche des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist, wobei der Source-Bereich fehlt, und die eine geringere Konzentration von Störstellen mit dem ersten Leitfähigkeitstyp als der Source-Bereich aufweist; - eine ohmsche Elektrode, die auf dem ersten Muldenbereich und in einer ohmschen Verbindung mit dem ersten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Isolierschicht, die auf dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist; - einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht zusammenhängend mit zumindest einem von den ersten Muldenbereichen angeordnet ist; - eine Gate-Elektrode, die auf der Gate-Isolierschicht auf dem ersten Mulden-bereich und auf einer isolierenden Schicht ausgebildet ist, die auf dem zweiten Muldenbereich angeordnet ist; - eine Gate-Kontaktstelle, die oberhalb des zweiten Muldenbereichs ausgebildet ist und mit der Gate-Elektrode verbunden ist; - eine leitfähige Schicht, die oberhalb der Bodenfläche des zweiten Muldenbereichs so ausgebildet ist, dass sie sich nicht in einer ohmschen Verbindung mit dem zweiten Muldenbereich befindet, wobei die leitfähige Schicht eine Fläche aufweist, die gleich der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Fläche des zweiten Muldenbereichs unterhalb der Gate-Kontaktstelle ist, und einen geringeren Flächenwiderstand als der zweite Muldenbereich aufweist; und - eine Source-Elektrode, die mit der ohmschen Elektrode und der leitfähigen Schicht verbunden ist, wobei sich der zweite Muldenbereich durch ein Kontaktloch zum ersten Muldenbereich auf dem ersten Muldenbereich in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode befindet.
  5. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Muldenbereich und der zweite Muldenbereich getrennt voneinander sind.
  6. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, wobei sich der zweite Muldenbereich durch ein Kontaktloch zum zweiten Muldenbereich in einer ohmschen Verbindung mit der Source-Elektrode befindet und wobei das Kontaktloch zur leitfähigen Schicht und das Kontaktloch zum zweiten Muldenbereich um 10 µm oder mehr auf einem kürzesten Pfad in dem zweiten Muldenbereich in einer Ebenenrichtung voneinander getrennt sind.
  7. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 und 6, wobei das Kontaktloch zum ersten Muldenbereich von dem Kontaktloch zur leitfähigen Schicht um 10 µm oder mehr auf einem kürzesten Pfad in dem ersten Muldenbereich oder dem zweiten Muldenbereich in einer Ebenenrichtung voneinander getrennt sind.
  8. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die leitfähige Schicht eine leitfähige Siliciumcarbid-Schicht ist, die aus Siliciumcarbid mit dem ersten Leitfähigkeitstyp besteht, das in einem Oberflächenschichtbereich auf dem zweiten Muldenbereich ausgebildet ist.
  9. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die leitfähige Schicht auf einer Oberfläche des zweiten Muldenbereichs ausgebildet ist und wobei sich die leitfähige Schicht und der zweite Muldenbereich in einer Schottky-Verbindung miteinander befinden.
  10. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die leitfähige Schicht über dem zweiten Muldenbereich über eine isolierende Schicht hinweg ausgebildet ist.
  11. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 9 oder 10, wobei die leitfähige Schicht aus polykristallinem Silicium besteht.
  12. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 9 oder 10, wobei sich die leitfähige Schicht in einer Schottky-Verbindung mit einem fünften Trennbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp befindet, der den zweiten Muldenbereich durchdringt.
  13. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die leitfähige Schicht so ausgebildet ist, dass sie sich über eine Breite hinweg erstreckt, die der Hälfte oder mehr als der Hälfte der Breite des zweiten Muldenbereichs in einer lateralen Richtung in einem Querschnitt entspricht.
  14. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die Folgendes aufweist: - einen vierten Trennbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der innerhalb des zweiten Muldenbereichs in einer Ebenenrichtung angeordnet ist; und - eine dritte Schottky-Elektrode, die auf dem vierten Trennbereich und in einer Schottky-Verbindung mit dem vierten Trennbereich angeordnet ist, wobei die dritte Schottky-Elektrode mit der Source-Elektrode verbunden ist.
  15. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 14, wobei die dritte Schottky-Elektrode und die leitfähige Schicht in einem Kontaktloch verbunden sind, welches das gleiche wie ein Kontaktloch für die Source-Elektrode ist.
  16. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die leitfähige Schicht unterhalb der Gate-Kontaktstelle oder der Gate-Elektrode ausgebildet ist.
  17. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 8, wobei die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht in dem zweiten Muldenbereich in einer Tiefenrichtung in einem Querschnitt eingebettet ist.
  18. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 8 oder 17, wobei die leitfähige Siliciumcarbid-Schicht eine untere Oberfläche mit Vertiefungen und Vorsprüngen aufweist.
  19. Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Gate-Elektrode oberhalb eines Bereichs des zweiten Muldenbereichs über die Gate-Isolierschicht hinweg angeordnet ist, und wobei die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit eine ein elektrisches Feld entspannende Schicht aufweist, die eine geringere Störstellenkonzentration als jene des zweiten Muldenbereichs aufweist und die in dem Bereich angeordnet ist, in dem der zweite Muldenbereich der Gate-Elektrode über die Gate-Isolierschicht hinweg gegenüberliegt.
  20. Leistungswandler, der Folgendes aufweist: - eine Hauptwandlerschaltung, die eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19 aufweist und eine eingegebene Leistung umwandelt und die umgewandelte Leistung abgibt; - eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit an die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgibt; und - eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung ausgibt.
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