DE112018007915T5 - Halbleitereinheit und leistungswandler - Google Patents

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Abstract

Ein Halbleitersubstrat (30) weist eine erste Oberfläche (S1) und eine zweite Oberfläche (S2) auf, die einen inneren Bereich (RI) und einen äußeren Bereich (RO) aufweist. Das Halbleitersubstrat (30) weist eine Drift-Schicht (1) mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einen Anschlussmuldenbereich (2) mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf. Der Anschlussmuldenbereich (2) weist einen Bereich auf, der sich von einem Ort zwischen dem inneren Bereich (RI) und dem äußeren Bereich (RO) in Richtung zu dem äußeren Bereich (RO) hin erstreckt. Auf der ersten Oberfläche (S1) ist eine erste Elektrode (8) angeordnet. Eine zweite Elektrode (5) ist auf zumindest einem Teil des inneren Bereichs (RI) angeordnet und ist mit dem Anschlussmuldenbereich (2) elektrisch verbunden und weist einen Rand auf, der sich an einer Grenze zwischen dem inneren Bereich (RI) und dem äußeren Bereich (RO) befindet. Eine periphere Struktur (7, 7M) ist auf einem Teil des äußeren Bereichs (RO) entfernt von der zweiten Elektrode (5, 50) angeordnet. Eine Oberflächenschutzschicht (6) bedeckt den Rand der zweiten Elektrode (5) und zumindest einen Teil des äußeren Bereichs (RO) und weist die periphere Struktur (7) auf, die in diese eingreift.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinheit und einen Leistungswandler und insbesondere auf eine Halbleitereinheit, die eine Oberflächenschutzschicht aufweist, sowie auf einen Leistungswandler, bei dem die Halbleitereinheit eingesetzt wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei vertikalen Halbleitereinheiten, die in Leistungseinheiten oder sonstigen Einheiten eingesetzt werden, ist bekannt, dass ein Schutzringbereich vom p-Typ (ein Anschlussmuldenbereich) in einem sogenannten Anschlussbereich einer Halbleiterschicht vom n-Typ angeordnet ist, um eine Stehspannung sicherzustellen (siehe zum Beispiel Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-211 503 A (Patentdokument 1)). Dadurch wird eine Verarmungsschicht um einen pn-Übergang herum zwischen einer Halbleiterschicht und dem Schutzringbereich gebildet, so dass ein elektrisches Feld abgeschwächt wird, das sich bei Anlegen einer Sperrspannung entwickelt.
  • Bei der bei der vorstehenden Veröffentlichung beschriebenen Schottky-Barrieren-Diode (SBD) ist die Oberflächenelektrode mit Ausnahme einiger Bereiche, die einem Draht-Bonding unterzogen werden, mit einem Polyimid bedeckt, das als eine Oberflächenschutzschicht dient. In einigen Fällen kann diese Oberflächenelektrode ferner mit einem Abdichtungsharz abgedichtet sein, wie beispielsweise mit einem Gel. Eine derartige Oberflächenschutzschicht und ein Abdichtungsharz können nicht nur bei SBDs, sondern auch bei anderen Halbleitereinheiten eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs).
  • DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-211 503 A
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Eine Oberflächenschutzschicht, wie beispielsweise ein Polyimid, oder ein Abdichtungsharz, wie beispielsweise ein Gel, die vorstehend beschrieben sind, neigen dazu, bei hoher Umgebungsfeuchtigkeit Feuchtigkeit zu enthalten. Diese Feuchtigkeit kann die Oberflächenelektrode nachteilig beeinflussen. Insbesondere kann sich die Oberflächenelektrode in der Feuchtigkeit auflösen, oder die Feuchtigkeit kann mit der Oberflächenelektrode reagieren und eine Abscheidung eines Isolators verursachen.
  • In diesem Fall kann leicht eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht an der Grenzschicht zwischen der Oberflächenelektrode und der Oberflächenschutzschicht auftreten. Wenn ein durch diese Abtrennung gebildeter Hohlraum als ein Leckpfad wirkt, kann die Isolierzuverlässigkeit der Halbleitereinheit beeinträchtigt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitereinheit anzugeben, bei der die Isolierzuverlässigkeit verbessert werden kann.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Die Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein Halbleitersubstrat, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine periphere Struktur sowie eine Oberflächenschutzschicht.
  • Das Halbleitersubstrat weist eine erste Oberfläche sowie eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf, wobei die zweite Oberfläche einen inneren Bereich und einen äußeren Bereich außerhalb des inneren Bereichs aufweist. Das Halbleitersubstrat weist eine Drift-Schicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp sowie einen Anschlussmuldenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, der sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet. Der Anschlussmuldenbereich weist einen Bereich auf, der sich von einem Ort zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich in Richtung zu dem äußeren Bereich in der zweiten Oberfläche hin erstreckt. Die erste Elektrode ist auf der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. Die zweite Elektrode ist auf zumindest einem Teil des inneren Bereichs des Halbleitersubstrats angeordnet und ist mit dem Anschlussmuldenbereich elektrisch verbunden und weist einen Rand auf, der sich an einer Grenze zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich befindet.
  • Die periphere Struktur ist auf einem Teil des äußeren Bereichs des Halbleitersubstrats entfernt von der zweiten Elektrode angeordnet. Die Oberflächenschutzschicht bedeckt den Rand der zweiten Elektrode und zumindest einen Teil des äußeren Bereichs des Halbleitersubstrats, weist die periphere Struktur auf, die in diese eingreift, und besteht aus einem isolierenden Material, das sich von einem Material für die periphere Struktur unterscheidet.
  • Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Oberflächenschutzschicht aus einem Material, das sich von dem Material für die periphere Struktur unterscheidet. Somit kann ein Material, das ein ausgezeichnetes Vermögen aufweist, Spannungen abzuschwächen, die durch den Einfluss einer externen Umgebung verursacht werden, in einer geeigneten Weise als Material für die Oberflächenschutzschicht gewählt werden. Das Material für die periphere Struktur, das sich von dem Material für die Oberflächenschutzschicht unterscheiden kann, kann dagegen durch Priorisieren der Zielsetzung gewählt werden, eine Abtrennung der peripheren Struktur von dem Halbleitersubstrat zu unterbinden.
  • Hierbei greift die periphere Struktur so in die Oberflächenschutzschicht ein, dass sich die Oberflächenschutzschicht nicht leicht von der peripheren Struktur abtrennt. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der zweiten Elektrode von dieser abzutrennen, wird somit verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur hinaus nach außen ausdehnt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht den Isolierschutz in dem Bereich von der peripheren Struktur nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert.
  • Weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher ersichtlich.
  • Figurenliste
  • In den Figuren zeigen:
    • 1 eine Teilschnittansicht entlang einer Linie I-I in 2, und sie stellt eine Konfiguration einer SBD als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch dar;
    • 2 eine Draufsicht, welche die Konfiguration der SBD als ein Beispiel für die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 3 eine Teilschnittansicht, die ein Beispiel für die Verteilung einer maximalen Verarmungsschicht in der in 1 dargestellten SBD schematisch darstellt;
    • 4 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer weiteren Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 6 eine Draufsicht auf eine SBD als eine weitere Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 7 eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer SBD als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 8 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 9 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer weiteren Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 10 eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer SBD als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 11 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
    • 12 eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer SBD als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 13 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 14 eine Teilschnittansicht einer SBD als einer weiteren Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 15 eine Teilschnittansicht entlang einer Linie XV-XV in 16, und sie stellt eine Konfiguration eines MOSFET als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung schematisch dar;
    • 16 eine Draufsicht, welche die Konfiguration des MOSFET als ein Beispiel für die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 17 eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer Einheitszelle schematisch darstellt, die in der in 15 dargestellten Konfiguration enthalten ist;
    • 18 eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration eines MOSFET als ein Beispiel für eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
    • 19 eine Teilschnittansicht eines MOSFET als einer Variation der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
    • 20 ein Blockschaubild, das eine Konfiguration eines Leistungswandlungssystems schematisch darstellt, bei dem ein Leistungswandler gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wurde.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind in schematischer Form dargestellt, und Abmessungen und relative Positionen von Bildern, die in verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind, sind nicht immer präzise und können in geeigneter Weise verändert werden. In der folgenden Beschreibung sind gleichartige Komponenten oder Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen darstellt, und es wird angenommen, dass sie in Bezug auf Bezeichnung und Funktion gleichartig sind. Somit kann in einigen Fällen eine detaillierte erneute Beschreibung derselben weggelassen werden.
  • In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung schließen die Begriffe „auf“ und „bedecken“ die Möglichkeit des Vorhandenseins von Einfügungen zwischen Komponenten oder Bestandteilen nicht aus. Mit den Ausdrucksweisen „B ist auf A angeordnet“ und „A bedeckt B“ können sowohl ein Fall, in dem eine weitere Komponente oder ein weiterer Bestandteil C zwischen A und B angeordnet ist, als auch ein Fall gemeint sein, in dem keine weiteren Komponenten oder Bestandteile zwischen A und B vorhanden sind.
  • In der folgenden Beschreibung können Begriffe, wie beispielsweise „darüber“, „darunter“, „seitlich“, „unten“, „vorne“ und „hinten“, dazu verwendet werden, auf spezielle Positionen und spezielle Richtungen Bezug zu nehmen, diese Begriffe werden jedoch lediglich der Zweckmäßigkeit halber verwendet, um ein Verständnis des Inhalts von Ausführungsformen zu erleichtern, und beziehen sich nicht auf Positionen und Richtungen in tatsächlichen Ausführungen.
  • Ausführungsform 1 Konfiguration
  • 1 ist eine Teilschnittansicht entlang einer Linie I-I in 2 und stellt eine Konfiguration einer SBD 100 (einer Halbleitereinheit) gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch dar. 2 ist eine Draufsicht, welche die Konfiguration der SBD 100 schematisch darstellt. In 1 entspricht die rechte Seite der Anschlussseite der SBD 100, und die linke Seite entspricht der Seite des aktiven Bereichs, auf der im EIN-Zustand der Hauptstrom fließt.
  • Die SBD 100 weist Folgendes auf: ein epitaxiales Substrat 30 (ein Halbleitersubstrat), eine rückwärtige Oberflächenelektrode 8 (eine erste Elektrode), eine vordere Oberflächenelektrode 5 (eine zweite Elektrode), eine periphere Struktur 7 sowie eine Oberflächenschutzschicht 6. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das epitaxiale Substrat 30 aus Siliciumcarbid (SiC) vom Polytyp 4H. Somit handelt es sich bei der SBD 100 um eine SiC-SBD. Das epitaxiale Substrat 30 weist eine rückwärtige Oberfläche S1 (eine erste Oberfläche) und eine vordere Oberfläche S2 auf (eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche).
  • Die vordere Oberfläche S2 weist einen inneren Bereich RI und einen äußeren Bereich RO auf, der sich von dem inneren Bereich aus nach außen befindet. Das epitaxiale Substrat 30 weist ein monokristallines Substrat 31 auf (ein Trägersubstrat), das die rückwärtige Oberfläche S1 bildet, und weist eine epitaxiale Schicht 32 auf (eine Halbleiterschicht), die auf dem monokristallinen Substrat 31 angeordnet ist und die vordere Oberfläche S2 bildet.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die epitaxiale Schicht 32 eine Drift-Schicht 1 und einen Anschlussmuldenbereich 2 auf (einen Schutzringbereich). Die Drift-Schicht 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den Leitfähigkeitstyp des monokristallinen Substrats 31 auf und weist speziell einen n-Typ auf (einen ersten Leitfähigkeitstyp). Der Anschlussmuldenbereich 2 weist einen p-Typ auf (einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet). Der Anschlussmuldenbereich 2 ist durch die Drift-Schicht 1 von dem monokristallinen Substrat 31 getrennt.
  • Mit anderen Worten, es ist der Anschlussmuldenbereich 2 in einer Oberflächenschicht der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet. Die Drift-Schicht 1 weist eine geringere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des monokristallinen Substrats 31 auf. Somit weist das monokristalline Substrat 31 einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als den spezifischen elektrischen Widerstand der Drift-Schicht 1 auf.
  • Die Störstellenkonzentration der Drift-Schicht 1 ist höher als oder gleich 1 × 1014 /cm3 und geringer als oder gleich 1 × 1017 /cm3. Der Anschlussmuldenbereich 2 in der vorderen Oberfläche S2 weist einen Bereich auf, der sich von einem Ort zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO in Richtung zu dem äußeren Bereich RO hin erstreckt. Mit anderen Worten, es überbrückt der Anschlussmuldenbereich 2 die Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO.
  • Die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 ist auf der rückwärtigen Oberfläche S1 des epitaxialen Substrats 30 angeordnet.
  • Die vordere Oberflächenelektrode 5 ist auf zumindest einem Teil des inneren Bereichs RI des epitaxialen Substrats 30 angeordnet und weist einen Rand auf, der sich an der Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die vordere Oberflächenelektrode 5 auf dem gesamten inneren Bereich RI angeordnet und ist nicht auf dem äußeren Bereich RO angeordnet. Die vordere Oberflächenelektrode 5 weist eine Schottky-Elektrode 5a sowie eine Elektroden-Kontaktstelle 5b auf.
  • Die Schottky-Elektrode 5a befindet sich in Kontakt mit dem inneren Bereich RI der vorderen Oberfläche S2 und insbesondere in Kontakt mit der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2. Somit ist die vordere Oberflächenelektrode 5 mit dem Anschlussmuldenbereich 2 elektrisch verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Schottky-Elektrode 5a aus einem Metall bestehen, das einen Schottky-Übergang zu einem SiC-Halbleiter vom n-Typ bildet, wie beispielsweise aus Titan (Ti), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Gold (Au) oder Wolfram (W). Die Schottky-Elektrode 5a weist bevorzugt eine Dicke auf, die größer als oder gleich 30 nm und geringer als oder gleich 300 nm ist. Bei der Schottky-Elektrode 5a handelt es sich zum Beispiel um eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 100 nm.
  • Die Elektroden-Kontaktstelle 5b ist auf der Schottky-Elektrode 5a angeordnet. Die Elektroden-Kontaktstelle 5b kann zum Beispiel aus einem Metall, das irgendeines von Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Mo und Ni enthält, oder einer Al-Legierung bestehen, wie beispielsweise Al-Silicium(Si). Die Elektroden-Kontaktstelle 5b weist bevorzugt eine Dicke auf, die größer als oder gleich 300 nm und geringer als oder gleich 10 µm ist. Bei der Elektroden-Kontaktstelle 5b handelt es sich zum Beispiel um eine Al-Schicht mit einer Dicke von 3 µm.
  • Die periphere Struktur 7 ist auf einem Teil des äußeren Bereichs RO des epitaxialen Substrats 30 entfernt von der vorderen Oberflächenelektrode 5 angeordnet. Der Abstand zwischen der peripheren Struktur 7 und der vorderen Oberflächenelektrode 5 ist bevorzugt geringer als die Dicke von zumindest einer von der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser und bevorzugter geringer als die Dicke von jeder von der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser.
  • Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 1) der peripheren Struktur 7 befindet sich von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 1) des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen. Somit ist die periphere Struktur 7 auf dem Anschlussmuldenbereich 2 angeordnet. Die periphere Struktur 7 besteht aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise aus Siliciumoxid (SiO2) oder Siliciumnitrid (SiN), und weist bevorzugt eine Dicke auf, die größer als oder gleich 200 nm ist. Zum Beispiel handelt es sich bei der peripheren Struktur 7 um eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 2 µm.
  • Die Oberflächenschutzschicht 6 bedeckt den Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 und bedeckt insbesondere den Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b. Somit ist ein äußerer peripherer Bereich der Oberfläche der Elektroden-Kontaktstelle 5b mit der Oberflächenschutzschicht 6 bedeckt. Die Oberflächenschutzschicht 6 bedeckt außerdem zumindest einen Teil des äußeren Bereichs RO des epitaxialen Substrats 30. Die Oberflächenschutzschicht 6 weist über einem mittleren Bereich (dem linken Bereich in der Zeichnung) der Elektroden-Kontaktstelle 5b eine Öffnung auf, um es so zu ermöglichen, dass die Elektroden-Kontaktstelle 5b als ein externer Anschluss fungiert.
  • Die periphere Struktur 7 greift in die Oberflächenschutzschicht 6 ein. Die Oberflächenschutzschicht 6 besteht aus einem isolierenden Material, das sich von dem Material für die periphere Struktur 7 unterscheidet. Bei dem Material für die Oberflächenschutzschicht 6 handelt es sich bevorzugt um ein Harz, wie z.B. ein Polyimid, um Spannungen abzuschwächen, die durch eine externe Umgebung verursacht werden.
  • 3 ist eine Teilschnittansicht, die ein Beispiel für die Verteilung einer maximalen Verarmungsschicht MDL schematisch darstellt, d.h. einer Verarmungsschicht, die sich von der Grenze zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 aus erstreckt, wenn eine maximale Spannung, die später im Detail beschrieben wird, an der SBD 100 anliegt. Wie dargestellt, ist die periphere Struktur 7 bevorzugt von der maximalen Verarmungsschicht MDL aus nach innen beabstandet (in der Zeichnung nach links).
  • Bei der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um einen n-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um einen p-Typ, stattdessen kann es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp jedoch auch um einen p-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um einen n-Typ handeln. Das epitaxiale Substrat 30 besteht aus SiC, bei dem es sich um einen Typ eines Materials mit großer Bandlücke handelt, anstatt SiC können jedoch auch andere Materialien mit großer Bandlücke verwendet werden.
  • Als eine weitere Alternative können anstatt eines Materials mit großer Bandlücke auch andere Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Silicium (Si). Bei der Halbleitereinheit kann es sich auch um eine andere Diode als eine SBD handeln, und zum Beispiel kann es sich um eine pn-Übergangs-Diode oder eine Übergangs-Barrieren-Schottky(JBS)-Diode handeln.
  • Variationen
  • 4 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 101 als einer ersten Variation der SBD 100 (1). Die SBD 101 weist eine feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der Oberflächenschutzschicht 6 auf. Insbesondere ist die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 auf dem äußeren peripheren Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b, auf der peripheren Struktur 7 sowie auf einem Bereich der epitaxialen Schicht 32 angeordnet. Es ist anzumerken, dass die Oberflächenschutzschicht 6 die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 vollständig bedecken kann, wenngleich es nicht notwendig ist, dass sie einen Bereich der feuchtigkeitsbeständigen isolierenden Schicht 15 bedeckt.
  • Die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 besteht aus einem Material, das sich von dem Material für die Oberflächenschutzschicht 6 unterscheidet, und besteht insbesondere aus einem Material, das eine geringere Feuchtigkeitspermeabilität als das Material für die Oberflächenschutzschicht 6 aufweist.
  • Bei dem Material für die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 handelt es sich bevorzugt um ein Material, das eine geringere Feuchtigkeitspermeabilität als SiO2 aufweist, und es handelt sich zum Beispiel um SiN. SiN weist bevorzugt einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der höher als oder gleich 10 × 1012 Ωcm ist, anstatt dass es als Resultat daraus, dass es reich an Si ist, halbisolierende Eigenschaften aufweist. Die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 weist zum Beispiel eine Dicke auf, die größer als oder gleich 100 nm ist.
  • 5 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 102 als einer zweiten Variation der SBD 100 (1). Bei der SBD 102 weist die periphere Struktur 7 einen äußeren Bereich 7o sowie einen inneren Bereich 7i auf, der von dem äußeren Bereich 7o beabstandet ist und sich zwischen dem äußeren Bereich 7o und der vorderen Oberflächenelektrode 5 befindet. Die Oberflächenschutzschicht 6 greift in den Zwischenraum zwischen dem inneren Bereich 7i und dem äußeren Bereich 7o ein.
  • 6 ist eine Draufsicht auf eine SBD 103 als einer dritten Variation der SBD 100 (2). Bei der SBD 103 weist die periphere Struktur 7 eine Mehrzahl von Bereichen auf, die voneinander beabstandet sind, und diese Bereiche weisen Bereiche 7a (erste Bereiche) sowie Bereiche 7b (zweite Bereiche) auf, die von den Bereichen 7a beabstandet sind. Gemäß dieser Variation umgibt die periphere Struktur 7 die vordere Oberflächenelektrode 5 nicht vollständig. Wird eine Form angenommen, welche die vordere Oberflächenelektrode 5 vollständig umgibt, so weist die periphere Struktur 7 mit anderen Worten eine Form auf, die durch Aufteilen der angenommenen Form derart erhalten wird, dass an einer oder mehr Positionen eine Verbindung zwischen der inneren peripheren Seite und der äußeren peripheren Seite dieser Form angeordnet ist.
  • Die Oberflächenschutzschicht 6 greift in die Zwischenräume zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und den Bereichen 7a, die Zwischenräume zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und den Bereichen 7b und die Zwischenräume zwischen den Bereichen 7a und den Bereichen 7b der peripheren Struktur 7 ein. Die Abstände zwischen den Bereichen 7a und den Bereichen 7b sind bevorzugt geringer als die Dicke der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser.
  • Hierbei sind die Bereiche der vorstehend angenommenen Form, in denen die periphere Struktur 7 nicht angeordnet ist, als „Verbindungsbereiche“ definiert. Die Oberflächenschutzschicht 6 greift in die Verbindungsbereiche ein. Wenn es eine Mehrzahl von Verbindungsbereichen gibt, sind die Abstände zwischen diesen größer als die Dicke der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser. Die vorstehend erwähnten Verbindungsbereiche sind in der nahen Umgebung von Ecken, in denen die vordere Oberflächenelektrode 5 in einer Draufsicht eine Krümmung aufweist, bevorzugt nicht angeordnet.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der SBD 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zunächst wird das monokristalline Substrat 31 hergestellt, das aus einem SiC-Halbleiter vom n+-Typ mit einem geringen Widerstand besteht und einen Versatzwinkel aufweist. Auf dem monokristallinen Substrat 31 wird die epitaxiale Schicht 32, die einen Bereich aufweist, der in die Drift-Schicht 1 hinein hergestellt ist, durch epitaxiales Aufwachsen von SiC gebildet, das eine Konzentration von Störstellen des n-Typs aufweist, die höher als oder gleich 1 × 1014 /cm3 und geringer als oder gleich 1 × 1017 /cm3 ist.
  • Dann wird eine Resist-Schicht mit einer vorgegebenen Form (nicht gezeigt) mittels eines photolithographischen Prozesses gebildet. Unter Verwendung der Resist-Schicht als einer Implantationsmaske werden Störstellen(Akzeptor)-Ionen vom p-Typ, wie beispielsweise Al- oder Bor(B)-Ionen, so implantiert, dass der Anschlussmuldenbereich 2 vom p-Typ in dem Oberflächenbereich der Drift-Schicht 1 gebildet wird. Die Dosis (Störstellenkonzentration) des Anschlussmuldenbereichs 2 ist bevorzugt höher als oder gleich 0,5 × 1013 /cm2 und geringer als oder gleich 5 × 1013 /cm2 und beträgt zum Beispiel 1,0 × 1013 /cm2.
  • Im Fall einer Implantation von Al-Ionen ist die Implantationsenergie zum Beispiel höher als oder gleich 100 keV und geringer als oder gleich 700 keV. In diesem Fall ist die Störstellenkonzentration, die aus der vorstehenden Dosis [cm-2] umgerechnet wird, höher als oder gleich 1 × 1017 /cm3 und geringer als oder gleich 1 × 1019 /cm3. Anschließend wird mittels einer Wärmebehandlungsvorrichtung über 30 Sekunden oder mehr hinweg und über 1 Stunde oder weniger hinweg ein Tempervorgang in einer inerten Gasatmosphäre, wie beispielsweise in Argon(Ar)-Gas, (bei einer Temperatur, die höher als oder gleich 1300 °C und niedriger als oder gleich 1900 °C ist) durchgeführt. Dieser Tempervorgang aktiviert die durch die Ionenimplantation implantierten Störstellen.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel mittels CVD eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 2 µm auf der vorderen Oberfläche S2 abgeschieden. Danach wird die SiO2-Schicht mittels eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses strukturiert. Dadurch wird die periphere Struktur 7 auf einem Bereich der Oberfläche des epitaxialen Substrats 30 und insbesondere auf einem Bereich der Oberfläche des Anschlussmuldenbereichs 2 gebildet. In einem Fall, in dem die periphere Struktur 7 wie bei der SBD 102 (5) oder der SBD 103 (6) gemäß den Variationen eine Mehrzahl von Bereichen aufweist, die voneinander beabstandet sind, wird ein entsprechender photolithographischer Prozess durchgeführt.
  • Dann wird die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 zum Beispiel durch Sputtern auf der rückwärtigen Oberfläche S1 des epitaxialen Substrats 30 gebildet. Es ist anzumerken, dass die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 nach Beendigung sämtlicher der folgenden Prozesse gebildet werden kann, die auf der Seite der vorderen Oberfläche S2 durchgeführt werden.
  • Als Nächstes werden das Material für die Schottky-Elektrode 5a und das Material für die Elektroden-Kontaktstelle in dieser Reihenfolge zum Beispiel durch Sputtern auf der gesamten vorderen Oberfläche S2 abgeschieden, auf der die periphere Struktur 7 angeordnet ist. Zum Beispiel werden eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 100 nm und eine Al-Schicht mit einer Dicke von 3 µm in dieser Reihenfolge abgeschieden. Als Nächstes werden die Schottky-Elektrode 5a und die Elektroden-Kontaktstelle 5b mit gewünschten Formen durch Strukturieren unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses gebildet. Zum Ätzen der Metallschichten kann ein Trocken-Ätzprozess oder ein Nass-Ätzprozess verwendet werden.
  • Als Ätzmittel bei dem Nass-Ätzprozess wird ein Ätzmittel auf der Basis von Fluorwasserstoffsäure (HF) oder auf der Basis von Phosphorsäure verwendet. Es ist anzumerken, dass das Strukturieren der Schottky-Elektrode 5a und das Strukturen der Elektroden-Kontaktstelle 5b getrennt durchgeführt werden können. In diesem Fall kann es sich um eine resultierende Struktur derart handeln, dass der äußere periphere Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b aus dem äußeren peripheren Rand der Schottky-Elektrode 5a derart herausragt, dass die Elektroden-Kontaktstelle 5b die Schottky-Elektrode 5a vollständig bedeckt.
  • Alternativ kann es sich um eine resultierende Struktur derart handeln, dass der äußere periphere Rand der Schottky-Elektrode 5a aus dem äußeren peripheren Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b derart herausragt, dass ein Bereich der Schottky-Elektrode 5a nicht mit der Elektroden-Kontaktstelle 5b bedeckt ist. Der Abstand zwischen der Elektroden-Kontaktstelle 5b und der peripheren Struktur 7 ist bevorzugt geringer als die Gesamtdicke der Schottky-Elektrode 5a und der Elektroden-Kontaktstelle 5b oder gleich dieser (in dem Beispiel beim Verwenden der vorstehenden Abmessungen gleich 3,0 µm + 0,1 µm = 3,1 µm) oder ist bevorzugt geringer als die Dicke der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser (in dem Beispiel beim Verwenden der vorstehenden Abmessung gleich 2 µm).
  • Hierbei wird im Fall einer Herstellung der SBD 101 (4) gemäß der Variation SiN zum Beispiel mittels Plasma-CVD auf der vorderen Oberfläche S2 dort abgeschieden, wo die vordere Oberflächenelektrode 5 und die periphere Struktur 7 angeordnet sind. Als Nächstes wird die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 mit einer gewünschten Form durch Strukturieren unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses gebildet. Die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 weist bevorzugt eine Dicke auf, die größer als oder gleich 100 nm ist, und weist zum Beispiel eine Dicke von 1 µm auf.
  • Als Nächstes wird die Oberflächenschutzschicht 6 so gebildet, dass sie den äußeren peripheren Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b und die vordere Oberfläche S2 dort bedeckt, wo die periphere Struktur 7 angeordnet ist. Zum Beispiel kann die Oberflächenschutzschicht durch Anbringen und Belichten einer Beschichtung aus einem photosensitiven Polyimid in einer gewünschten Form gebildet werden. Auf diese Weise wird die SBD 100 erhalten.
  • Betrieb
  • Als Nächstes wird der Betrieb der SBD 100 (1) gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf das Potential der Elektroden-Kontaktstelle 5b der vorderen Oberflächenelektrode 5 an die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 angelegt wird, gelangt die SBD 100, d.h. die SiC-SBD, in einen Zustand, in dem ein Strom von der vorderen Oberflächenelektrode 5 zu der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 fließt, d.h. sie gelangt in einen leitenden Zustand (in einen EIN-Zustand). Wenn dagegen eine positive Spannung in Bezug auf die vordere Oberflächenelektrode 5 an die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 angelegt wird, gelangt die SBD 100 in einen Sperrzustand (in einen AUS-Zustand).
  • Wenn sich die SBD 100 im AUS-Zustand befindet, liegt unter Bezugnahme auf 3 ein hohes elektrisches Feld an der Oberfläche des aktiven Bereichs der Drift-Schicht 1 und in der nahen Umgebung der Grenzschicht des pn-Übergangs zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 an. Eine Spannung, die an der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 anliegt, ist als eine maximale Spannung definiert (eine Lawinendurchbruchspannung), wenn dieses elektrische Feld eine kritische Feldstärke erreicht und einen Lawinendurchbruch verursacht. Normalerweise wird die SBD 100 in einem Bereich verwendet, in dem ein Lawinendurchbruch nicht auftritt, und die Nennspannung derselben ist in diesem Bereich vorgeschrieben.
  • Im AUS-Zustand breitet sich eine Verarmungsschicht von der Oberfläche des aktiven Bereichs der Drift-Schicht 1 und der Grenzschicht des pn-Übergangs zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 in einer Richtung zu dem monokristallinen Substrat 31 hin (in der Zeichnung in der Richtung nach unten) und in einer Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin aus (in der Zeichnung in der Richtung nach rechts). Die Verarmungsschicht breitet sich außerdem von der Grenzschicht des pn-Übergangs zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 zu dem Inneren des Anschlussmuldenbereichs 2 hin aus, und das Ausmaß der Ausbreitung ist stark von der Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 2 abhängig.
  • Hierbei handelt es sich bei der durch die gestrichelte Linie angezeigten Position um die Spitzenposition der maximalen Verarmungsschicht MDL. Dabei tritt in einem verarmten Bereich der Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 von der äußeren peripheren Seite der epitaxialen Schicht 32 in Richtung zu der Mitte derselben hin eine Potentialdifferenz auf.
  • Hier ist ein Fall zu betrachten, in dem die SBD 100 bei hoher Feuchtigkeit in den AUS-Zustand gelangt. Die Oberflächenschutzschicht 6, die ein hohes Wasserabsorptionsvermögen aufweist, enthält bei hoher Feuchtigkeit eine große Menge an Feuchtigkeit. Diese Feuchtigkeit erreicht die Oberflächen der epitaxialen Schicht 32 und der Elektroden-Kontaktstelle 5b. Hierbei verursacht die an der SBD 100 anliegende Spannung, dass die äußere periphere Seite der Drift-Schicht 1 als eine Anode wirkt, und verursacht, dass die Elektroden-Kontaktstelle 5b als eine Kathode wirkt. In der nahen Umgebung der Elektroden-Kontaktstelle 5b, die als eine Kathode dient, verursacht die vorstehende Feuchtigkeit eine Reduktionsreaktion von Oxid, die durch den Ausdruck (1) wiedergegeben wird, sowie eine Produktionsreaktion von Wasserstoff, die durch den Ausdruck (2) wiedergegeben wird. O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (1) H2O + e- → OH- + 1/2H2 (2)
  • Daraus folgend nimmt die Konzentration von Hydroxidionen in der nahen Umgebung der Elektroden-Kontaktstelle 5b zu. Die Hydroxidionen reagieren chemisch mit der Elektroden-Kontaktstelle 5b. In einem Fall zum Beispiel, in dem die Elektroden-Kontaktstelle 5 aus Aluminium besteht, kann die vorstehende chemische Reaktion das Aluminium in Aluminiumhydroxid umwandeln. Das Aluminiumhydroxid scheidet sich als ein Isolator auf der Oberfläche der Elektroden-Kontaktstelle 5b ab.
  • In einem Fall, in dem das epitaxiale Substrat 30 aus SiC besteht, können die Breite des Anschlussmuldenbereichs 2 und die Breite von dem Anschlussmuldenbereich 2 zu dem äußeren peripheren Rand der Drift-Schicht 1 so ausgelegt werden, dass sie gering sind, indem ein hohes elektrisches Feld für dielektrischen Durchschlag von SiC genutzt wird. Bei dieser Auslegung nimmt der Abstand zwischen der äußeren peripheren Seite der Drift-Schicht 1, die als Anode dient, und der Elektroden-Kontaktstelle 5b, die als Kathode dient, im AUS-Zustand ab. Somit nimmt die Konzentration von Hydroxidionen in der nahen Umgebung der Elektroden-Kontaktstelle 5b stärker zu.
  • Dementsprechend wird die Abscheidung des Isolators auf der Oberfläche der Elektroden-Kontaktstelle 5b offensichtlicher. Dabei scheidet sich der Isolator an dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 3) der Elektroden-Kontaktstelle 5b auf der Oberfläche und den Seitenflächen der Elektroden-Kontaktstelle 5b ab. Diese Abscheidung drückt die Oberflächenschutzschicht 6 nach oben und kann infolgedessen eine Abtrennung an der Grenzschicht zwischen der Elektroden-Kontaktstelle 5b und der Oberflächenschutzschicht 6 verursachen. Die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 kann sich über die Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 hinweg fortsetzen.
  • Mit anderen Worten, es kann die Abtrennung auch an der Grenzschicht zwischen der epitaxialen Schicht 32 und der Oberflächenschutzschicht 6 auftreten. Wenn sich durch diese Abtrennung ein Hohlraum oberhalb des Anschlussmuldenbereichs 2 bildet, kann aufgrund eines Eindringens von Feuchtigkeit in den Hohlraum ein übermäßiger Leckstromfluss auftreten, oder es kann zum Beispiel durch eine Luftentladung in dem Hohlraum ein Bauteildurchbruch der SBD 100 verursacht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die periphere Struktur 7 auf der äußeren peripheren Seite der Elektroden-Kontaktstelle 5b angeordnet. Die periphere Struktur 7 kann somit die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der epitaxialen Schicht 32 verhindern, die von dem äußeren peripheren Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Zusammenfassung von Effekten
  • Die Oberflächenschutzschicht 6 besteht aus einem Material, das sich von dem Material für die periphere Struktur 7 unterscheidet. Somit kann ein Material mit einem ausgezeichneten Vermögen, durch den Einfluss einer externen Umgebung verursachte Spannungen abzuschwächen, in einer geeigneten Weise als Material für die Oberflächenschutzschicht 6 gewählt werden. Das Material für die periphere Struktur 7 dagegen, das sich von dem Material für die Oberflächenschutzschicht 6 unterscheiden kann, kann durch Priorisieren der Zielsetzung gewählt werden, eine Abtrennung der peripheren Struktur 7 von dem epitaxialen Substrat 30 zu unterbinden.
  • Da die periphere Struktur 7 in die Oberflächenschutzschicht 6 eingreift, tritt hier die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der peripheren Struktur 7 nicht leicht auf. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird somit verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht 6 den Isolierschutz in dem Bereich von der peripheren Struktur 7 nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit der SBD 100 verbessert.
  • Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 1) der peripheren Struktur 7 befindet sich von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 1) des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen (in 1 nach links). Dadurch wird verhindert, dass sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 über den äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 2 hinaus ausdehnt. Dementsprechend ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der ein Leckpfad, der aus der vorstehenden Abtrennung entsteht, einen Kurzschluss in dem pn-Übergang verursacht, der durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 2 gebildet wird.
  • Die periphere Struktur 7 ist bevorzugt von der maximalen Verarmungsschicht MDL beabstandet. Dadurch wird verhindert, dass sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 zu einem Bereich hin ausdehnt, in dem die maximale Verarmungsschicht MDL mit der vorderen Oberfläche S2 in Kontakt kommt. Dementsprechend ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der ein Leckpfad, der aus der vorstehenden Abtrennung entsteht, einen Kurzschluss in der Verarmungsschicht verursacht.
  • Der Abstand zwischen der peripheren Struktur 7 und der vorderen Oberflächenelektrode 5 ist bevorzugt geringer als die Dicke von zumindest einer von der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser und ist bevorzugter geringer als die Dicke von jeder von der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser. Dadurch wird das Aspektverhältnis einer Vertiefung erhöht, die durch die vordere Oberflächenelektrode 5 und die periphere Struktur 7 gebildet wird.
  • Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester an dieser Vertiefung angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Bei der SBD 100, bei der das aus SiC bestehende epitaxiale Substrat 30 verwendet wird, scheidet sich durch den Einfluss von Feuchtigkeit, wie vorstehend beschrieben, leicht ein Isolator um die vordere Oberflächenelektrode 5 herum ab. Die Abscheidung kann in einer Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 resultieren. Durch die vorliegende Ausführungsform wird effektiv verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Bezugnehmend auf 4 kann die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der Oberflächenschutzschicht 6 angeordnet werden. Dadurch wird ein Eindringen von Feuchtigkeit in den äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 verhindert. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten einer durch den Einfluss von Feuchtigkeit verursachten Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 zu unterbinden.
  • Bezugnehmend auf 5 kann die Oberflächenschutzschicht 6 zwischen dem inneren Bereich 7i und dem äußeren Bereich 7o der peripheren Struktur 7 eingreifen. Dadurch wird ermöglicht, dass die Oberflächenschutzschicht 6 nicht nur in dem Zwischenraum zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und dem inneren Bereich 7i der peripheren Struktur 7 fest angebracht ist, sondern dass sie auch in dem Zwischenraum zwischen dem inneren Bereich 7i und dem äußeren Bereich 7o der peripheren Struktur 7 in der Richtung von der vorderen Oberflächenelektrode 7 nach außen fest angebracht ist.
  • Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt. In einem Fall, in dem der Abstand zwischen dem inneren Bereich 7i und dem äußeren Bereich 7o geringer als die Dicke der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser ist, nimmt das Aspektverhältnis der Vertiefung zu, die durch den inneren Bereich 7i und den äußeren Bereich 7o gebildet wird.
  • Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester an dieser Vertiefung angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Bezugnehmend auf 6 kann die Oberflächenschutzschicht 6 zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und den Bereichen 7a der peripheren Struktur 7 (6), zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und den Bereichen 7b der peripheren Struktur 7 (6) und zwischen den Bereichen 7a und 7b eingreifen. Dadurch nimmt die Anzahl von Positionen zu, an denen die Oberflächenschutzschicht 6 als Ergebnis dieses Eingreifens fest an der peripheren Struktur 7 angebracht ist.
  • Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Die Abstände zwischen den Bereichen 7a und 7b können geringer als die Dicke der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser sein. Dadurch wird das Aspektverhältnis von Vertiefungen erhöht, die durch die Bereiche 7a und 7b der peripheren Struktur 7 gebildet werden. Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester an den Vertiefungen angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • In einem Fall, in dem die periphere Struktur 7 die Mehrzahl von Verbindungsbereichen (von defizitären Bereichen der peripheren Struktur) in 6 aufweist, können die Abstände zwischen diesen größer als die Dicke der peripheren Struktur oder gleich dieser sein. In diesem Fall ist eine ausreichende Haftung des epitaxialen Substrats 30 und der peripheren Struktur 7 leicht sichergestellt. Dadurch wird die Abtrennung der peripheren Struktur 7 von dem epitaxialen Substrat 30 verhindert.
  • Es ist bevorzugt, dass die vorstehend erwähnten Verbindungsbereiche nicht in der nahen Umgebung der Ecken angeordnet sind, in denen die vordere Oberflächenelektrode 5 in einer Draufsicht eine Krümmung aufweist und in denen die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 besonders leicht auftritt.
  • Ausführungsform 2 Konfiguration
  • 7 ist eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer SBD 200 (einer Halbleitereinheit) gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Die SBD 200 weist eine Feldisolierschicht 3 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Feldisolierschicht 3 auf einer vorderen Oberfläche S2 eines epitaxialen Substrats 30 angeordnet, wobei sie einen inneren Bereich RI und einen äußeren Bereich RO des epitaxialen Substrats 30 überbrückt.
  • Somit weist die Feldisolierschicht 3 einen Bereich auf, der auf dem äußeren Bereich RO angeordnet ist. Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in der Zeichnung) einer peripheren Struktur 7 befindet sich von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) eines Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen (nach links in der Zeichnung). Somit ist die periphere Struktur 7 über die Feldisolierschicht 3 auf dem Anschlussmuldenbereich 2 angeordnet. Der Rand einer vorderen Oberflächenelektrode 5 befindet sich über die Feldisolierschicht 3 auf der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30.
  • Die periphere Struktur 7 befindet sich auf der Feldisolierschicht 3. Zumindest eine (in der Zeichnung beide) von einer Schottky-Elektrode 5a und einer Elektroden-Kontaktstelle 5b erstreckt sich auf der Feldisolierschicht 3. Die Feldisolierschicht 3 besteht aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise SiO2 oder SiN, und weist bevorzugt eine Dicke auf, die größer als oder gleich 10 nm ist. Bei der Feldisolierschicht 3 handelt es sich zum Beispiel um eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 1 µm.
  • Die Konfiguration mit Ausnahme jener vorstehend beschriebenen ist im Wesentlichen die gleiche wie die vorstehend bei der Ausführungsform 1 beschriebene Konfiguration, und daher sind Elemente, die identisch mit jenen der Ausführungsform 1 sind oder jenen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
  • Variationen
  • 8 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 201 als einer ersten Variation der SBD 200. Die Feldisolierschicht 3 weist eine innere Öffnung 3i, in welche die Oberflächenschutzschicht 6 eingreift, zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7 auf. Die innere Öffnung 3i weist bevorzugt eine Breite auf, die geringer als die Dicke der Feldisolierschicht 3 oder gleich dieser ist. Es ist anzumerken, dass die innere Öffnung 3i in einer Draufsicht die vordere Oberflächenelektrode 5 vollständig umgeben kann. Alternativ kann eine Mehrzahl von inneren Öffnungen 3i, die voneinander beabstandet sind, um die vordere Oberflächenelektrode 5 herum angeordnet sein, und in diesem Fall umgeben die inneren Öffnungen 3i die vordere Oberflächenelektrode 5 in einer Draufsicht nicht vollständig.
  • 9 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 202 als einer zweiten Variation der SBD 200. Die Feldisolierschicht 3 weist eine äußere Öffnung 3o auf, in welche die periphere Struktur 7 eingreift. Die äußere Öffnung 3o weist bevorzugt eine Breite auf, die geringer als die Dicke der Feldisolierschicht 3 oder gleich dieser ist. Es ist anzumerken, dass die äußere Öffnung 3o die vordere Oberflächenelektrode 5 in einer Draufsicht vollständig umgeben kann. Alternativ kann eine Mehrzahl von äußeren Öffnungen 3o, die voneinander beabstandet sind, um die vordere Oberflächenelektrode 5 herum angeordnet sein, und in diesem Fall umgeben die äußeren Öffnungen 3o die vordere Oberflächenelektrode 5 in einer Draufsicht nicht vollständig.
  • Als eine weitere Variation kann die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 (14: Variation der Ausführungsform 1) angeordnet sein. Wenn sie bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 über die Feldisolierschicht 3 auf dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5, auf der peripheren Struktur 7 sowie auf einem Bereich der epitaxialen Schicht 32 angeordnet.
  • Als noch eine weitere Variation kann die periphere Struktur 7 einen äußeren Bereich 7o und einen inneren Bereich 7i aufweisen (siehe die in 5 dargestellte Variation der Ausführungsform 1). Als noch eine weitere Alternative kann die periphere Struktur 7 die in 6 dargestellte Form annehmen (Variation der Ausführungsform 1). Gemäß diesen weiteren Variationen ist es möglich, im Wesentlichen die gleichen Effekte wie jene zu erhalten, die erzielt werden, wenn diese Variationen bei der Ausführungsform 1 eingesetzt werden.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der SBD 200 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Schritte, die bis zur Bildung des epitaxialen Substrats 30 durchgeführt werden, welches das monokristalline Substrat 31, die Drift-Schicht 1 sowie den Anschlussmuldenbereich 2 aufweist, sind die gleichen wie jene, die vorstehend bei der Ausführungsform 1 beschrieben sind, und daher werden erneute Beschreibungen derselben weggelassen.
  • Nach den vorstehend erwähnten Schritten wird zum Beispiel mittels CVD eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 1 µm auf der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 abgeschieden. Danach wird die Feldisolierschicht 3 durch Strukturieren unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses auf einem Bereich der vorderen Oberfläche S2 gebildet. Das Strukturieren wird derart durchgeführt, dass die Feldisolierschicht 3 die Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO überbrückt und sich über den Rand des Anschlussmuldenbereichs 2 in dem äußeren Bereich RO hinaus erstreckt. In einem Fall, in dem die Feldisolierschicht 3 wie bei der SBD 201 (8) oder der SBD 202 (9) gemäß den Variationen die innere Öffnung 3i (8) oder die äußere Öffnung 3o (9) aufweist, wird ein entsprechender photolithographischer Prozess durchgeführt.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel mittels CVD eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 2 µm auf der vorderen Oberfläche S2 abgeschieden, auf der die Feldisolierschicht 3 angeordnet ist. Danach wird die SiO2-Schicht mittels eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses strukturiert. Dementsprechend wird die periphere Struktur 7 über die Feldisolierschicht 3 auf einem Bereich der Oberfläche der Feldisolierschicht 3 und insbesondere auf einem Bereich der Oberfläche des Anschlussbereichs 2 gebildet. In einem Fall, in dem die periphere Struktur 7 wie bei der SBD 102 (5) oder der SBD 103 (6), die vorstehend beschrieben sind, eine Mehrzahl von Bereichen aufweist, die voneinander beabstandet sind, wird ein entsprechender photolithographischer Prozess durchgeführt.
  • Die nachfolgenden Schritte sind die gleichen wie jene vorstehend bei der Ausführungsform 1 beschriebenen, und daher werden erneute Beschreibungen derselben weggelassen. Auf diese Weise wird die SBD 200 erhalten.
  • Betrieb
  • Als Nächstes wird im Folgenden der Betrieb der SBD 200 (7) beschrieben. Es ist anzumerken, dass der grundlegende Betrieb in Bezug auf den „EIN-Zustand“ und den „AUS-Zustand“ der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen SBD 100 der gleiche wie jener der SBD 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, und daher werden Beschreibungen desselben weggelassen.
  • Es ist ein Fall zu betrachten, in dem die SBD 200 bei hoher Feuchtigkeit in den AUS-Zustand gelangt. Die Oberflächenschutzschicht 6, die ein hohes Wasserabsorptionsvermögen aufweist, enthält bei hoher Feuchtigkeit eine große Menge an Feuchtigkeit. Diese Feuchtigkeit erreicht die Oberflächen der Feldisolierschicht 3 und der Elektroden-Kontaktstelle 5b. Wie im Fall der Ausführungsform 1 wirkt die äußere periphere Seite der Drift-Schicht 1 somit als eine Anode, und die Elektroden-Kontaktstelle 5b wirkt als eine Kathode, und infolgedessen scheidet sich ein Isolator auf der Oberfläche und den Seitenflächen der Elektroden-Kontaktstelle 5b ab.
  • Diese Abscheidung drückt die Oberflächenschutzschicht 6 nach oben und kann infolgedessen eine Abtrennung an der Grenzschicht zwischen der Elektroden-Kontaktstelle 5b und der Oberflächenschutzschicht 6 verursachen. Die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 kann sich über die Feldisolierschicht 3 hinweg fortsetzen.
  • Mit anderen Worten, es kann die Abtrennung auch an der Grenzschicht zwischen der Feldisolierschicht 3 und der Oberflächenschutzschicht 6 auftreten. Wenn durch diese Abtrennung ein Hohlraum oberhalb der Feldisolierschicht 3 gebildet wird, kann aufgrund eines Eindringens von Feuchtigkeit in den Hohlraum ein übermäßiger Leckstromfluss auftreten, oder es kann zum Beispiel durch Luftentladung in dem Hohlraum ein Bauteildurchbruch der SBD 200 verursacht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die periphere Struktur 7 auf der Feldisolierschicht 3 auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 5 angeordnet. Durch die periphere Struktur 7 kann somit eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 verhindert werden, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Zusammenfassung von Effekten
  • Gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist die periphere Struktur 7 auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 5 angeordnet. Aus im Wesentlichen dem gleichen Grund wie jenem bei der Ausführungsform 1 wird durch die periphere Struktur 7 eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 verhindert, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht 6 einen Isolierschutz in einem Bereich von der peripheren Struktur 7 nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit der SBD 200 verbessert.
  • Im Allgemeinen konzentriert sich ein elektrisches Feld im Inneren eines Halbleiters leicht insbesondere in der nahen Umgebung eines pn-Übergangs. Bei der vorliegenden Ausführungsform konzentriert sich ein elektrisches Feld leicht in der nahen Umgebung des pn-Übergangs, der durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 2 gebildet wird. Somit konzentriert sich ein elektrisches Feld auf der vorderen Oberfläche S2 leicht in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands (des rechten Rands in 7) des Anschlussmuldenbereichs 2. Dadurch bildet sich leicht ein Bereich mit einem hohen elektrischen Feld auf der Feldisolierschicht 3 um den äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 2 herum.
  • Wenn sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 bis zu diesem Bereich mit einem hohen elektrischen Feld ausdehnt, tritt leicht eine Luftentladung auf. In einem Fall, in dem sich der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 7) der peripheren Struktur 7 von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 7) des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen befindet, wird verhindert, dass sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 zu dem vorstehenden Bereich mit einem hohen elektrischen Feld hin ausdehnt. Dementsprechend ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der durch die vorstehende Abtrennung eine Luftentladung verursacht wird.
  • Bezugnehmend auf 8 kann die Feldisolierschicht 3 eine innere Öffnung 3i aufweisen. Dadurch wird eine festere Anbringung der Oberflächenschutzschicht 6 an der Feldisolierschicht 3 zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7 ermöglicht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Die Breite der inneren Öffnung 3i kann geringer als die Dicke der Feldisolierschicht 3 oder gleich dieser sein. Dadurch wird das Aspektverhältnis der inneren Öffnung 3i erhöht. Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester an der inneren Öffnung 3i angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Bezugnehmend auf 9 kann die Feldisolierschicht 3 die äußere Öffnung 3o aufweisen, in welche die periphere Struktur 7 eingreift. Aufgrund des Einflusses dieses Eingreifens wird die Vertiefung 7r in der Oberfläche der peripheren Struktur 7 gebildet, die der Oberflächenschutzschicht 6 zugewandt ist. Als ein Ergebnis des Eingreifens der Oberflächenschutzschicht 6 in diese Vertiefung 7r ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester an der peripheren Struktur 7 angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Die Breite der äußeren Öffnung 3o kann geringer als die Dicke der Feldisolierschicht 3 oder gleich dieser sein. Dadurch wird das Aspektverhältnis der Vertiefung 7r erhöht. Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester in der Vertiefung 7r angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Ausführungsform 3 Konfiguration
  • 10 ist eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer SBD 300 (einer Halbleitereinheit) gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Die SBD 300 weist anstelle der aus einem isolierenden Material bestehenden peripheren Struktur 7 (1: Ausführungsform 1) eine periphere Struktur 7M auf, die aus einem leitfähigen Material besteht. Beispiele für das leitfähige Material umfassen Metalle, die irgendeines von Ti, Au, W, Al, Cu, Mo und Ni enthalten, Al-Legierungen, wie beispielsweise Al-Si, sowie halbleitende Materialien, wie beispielsweise Polysilicium. Das Material für die periphere Struktur 7M kann das gleiche wie das Material für zumindest einen Bereich der vorderen Oberflächenelektrode 5 sein.
  • Mit anderen Worten, es kann sich bei dem Material für die periphere Struktur 7M um das Material für die Schottky-Elektrode 5a oder das Material für die Elektroden-Kontaktstelle 5b handeln. Alternativ kann es sich bei dem Material für die periphere Struktur 7M um das gleiche wie das Material für die vordere Oberflächenelektrode 5 handeln. Mit anderen Worten, es kann sich bei dem Material für die periphere Struktur 7M um ein Verbundmaterial aus dem Material für die Schottky-Elektrode 5a und dem Material für die Elektroden-Kontaktstelle 5b handeln. Mit anderen Worten, es kann die periphere Struktur 7M die gleiche laminierte Struktur wie die laminierte Struktur der vorderen Oberflächenelektrode 5 aufweisen.
  • Die periphere Struktur 7M kann in der gleichen Weise wie die periphere Struktur 7 (Ausführungsform 1) angeordnet sein. Insbesondere befindet sich der äußere periphere Rand (der rechte Rand in der Zeichnung) der peripheren Struktur 7M von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen (nach links). Darüber hinaus ist die periphere Struktur 7M bevorzugt von der maximalen Verarmungsschicht MDL (3) beabstandet.
  • Die sonstige Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche wie die vorstehend bei der Ausführungsform 1 beschriebene Konfiguration, und daher sind Elemente, die identisch mit jenen der Ausführungsform 1 sind oder jenen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und erneute Beschreibungen derselben werden nicht wiederholt.
  • Variationen
  • 11 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 301 als einer Variation der SBD 300. Bei der SBD 301 enthält der Anschlussmuldenbereich 2 einen Bereich 2a mit einer geringen Konzentration (einen ersten Bereich) sowie einen Bereich 2b mit einer hohen Konzentration (einen zweiten Bereich), der eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des Bereichs 2a mit einer geringen Konzentration in der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 aufweist. Wie dargestellt, kann der Bereich 2b mit einer hohen Konzentration durch den Bereich 2a mit einer geringen Konzentration von der Drift-Schicht 1 getrennt sein. Alternativ kann der Bereich 2b mit einer hohen Konzentration in der Tiefenrichtung bis zur Drift-Schicht 1 reichen.
  • Mit anderen Worten, es kann der Bereich 2b mit einer hohen Konzentration tiefer als der Bereich 2a mit einer geringen Konzentration ausgebildet sein. Die Schottky-Elektrode 5a kann mit dem Bereich 2b mit einer hohen Konzentration verbunden sein oder nicht verbunden sein. Der Bereich 2b mit einer hohen Konzentration kann eine Mehrzahl von Bereichen aufweisen, die voneinander beabstandet sein. Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in der Zeichnung) der peripheren Struktur 7M befindet sich bevorzugt von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) des Bereichs 2b mit einer hohen Konzentration aus nach innen.
  • Darüber hinaus können die Variationen von der Ausführungsform 1 bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. In diesem Fall können im Wesentlichen die gleichen Effekte wie jene bei der Ausführungsform 1 erzielt werden.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der SBD 300 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Schritte, die bis zur Bildung des epitaxialen Substrats 30 durchgeführt werden, welches das monokristalline Substrat 31, die Drift-Schicht 1 sowie den Anschlussmuldenbereich 2 aufweist, sind die gleichen wie jene vorstehend bei der Ausführungsform 1 beschriebenen, und daher werden erneute Beschreibungen derselben weggelassen. Im Fall einer Herstellung der SBD 301 (11) gemäß der Variation werden ein photolithographischer Prozess und eine Ionenimplantation für den Bereich 2a mit einer geringen Konzentration durchgeführt, und ein photolithographischer Prozess und eine Ionenimplantation werden für den Bereich 2b mit einer hohen Konzentration durchgeführt.
  • Nach den vorstehend erwähnten Schritten werden das Material für die Schottky-Elektrode 5a und das Material für die Elektroden-Kontaktstelle in dieser Reihenfolge zum Beispiel durch Sputtern auf der gesamten vorderen Oberfläche S2 abgeschieden. Zum Beispiel werden eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 100 nm und eine Al-Schicht mit einer Dicke von 3 µm in dieser Reihenfolge abgeschieden Als Nächstes werden die Schottky-Elektrode 5a und die Elektroden-Kontaktstelle 5b durch Strukturieren unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses mit gewünschten Formen gebildet.
  • Zum Ätzen der Metallschichten kann ein Trocken-Ätzprozess oder ein Nass-Ätzprozess verwendet werden. Als Ätzmittel in dem Nass-Ätzprozess wird zum Beispiel ein Ätzmittel auf der Basis von Fluorwasserstoffsäure (HF) oder auf der Basis von Phosphorsäure verwendet. Es ist anzumerken, dass das Strukturieren der Schottky-Elektrode 5a und das Strukturieren der Elektroden-Kontaktstelle 5b getrennt durchgeführt werden können.
  • In diesem Fall kann es sich bei einer resultierenden Struktur um eine solche handeln, bei welcher der äußere periphere Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b aus dem äußeren peripheren Rand der Schottky-Elektrode 5a derart herausragt, dass die Elektroden-Kontaktstelle 5b die Schottky-Elektrode 5a vollständig bedeckt. Alternativ kann es sich bei einer resultierenden Struktur um eine solche handeln, bei welcher der äußere periphere Rand der Schottky-Elektrode 5a aus dem äußeren peripheren Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b derart herausragt, dass ein Bereich der Schottky-Elektrode 5a nicht mit der Elektroden-Kontaktstelle 5b bedeckt ist.
  • Der Abstand zwischen der Elektroden-Kontaktstelle 5b und der peripheren Struktur 7M ist bevorzugt geringer als eine Gesamtdicke der Schottky-Elektrode 5a und der Elektroden-Kontaktstelle 5b oder gleich dieser (bei dem Beispiel, bei dem die vorstehenden Abmessungen verwendet werden, gleich 3,0 µm + 0,1 µm = 3,1 µm) oder ist bevorzugt geringer als die Dicke der peripheren Struktur oder gleich dieser (bei dem nachstehend beschriebenen Beispiel gleich 3,1 µm, d.h. die gleiche Dicke wie die vorstehende Gesamtdicke).
  • Die periphere Struktur 7M wird bevorzugt zeitgleich in dem Schritt, in dem sowohl die Schottky-Elektrode 5a als auch die Elektroden-Kontaktstelle 5b strukturiert werden, oder in dem Schritt gebildet, in dem eine von diesen strukturiert wird. Zum Beispiel wird die periphere Struktur 7M zeitgleich in dem Schritt gebildet, in dem sowohl die Schottky-Elektrode 5a als auch die Elektroden-Kontaktstelle 5b strukturiert werden, und in diesem Fall weist die periphere Struktur 7M die gleiche Schichtstruktur wie jene der vorderen Oberflächenelektrode 5 auf. In dem beispielhaften Fall, in dem die vorstehenden Abmessungen verwendet werden, weist die periphere Struktur 7M eine Zweischichtstruktur auf, die eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 100 nm und eine Al-Schicht mit einer Dicke von 3 µm umfasst.
  • Als eine Variation kann die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 (siehe 4) wie in dem vorstehend beschriebenen Fall bei der Ausführungsform 1 gebildet werden. Das Verfahren zu deren Herstellung ist das gleiche wie jenes bei der Ausführungsform 1, und daher wird eine Beschreibung desselben weggelassen.
  • Als Nächstes wird die Oberflächenschutzschicht 6 so gebildet, dass sie den äußeren peripheren Rand der Elektroden-Kontaktstelle 5b und die vordere Oberfläche S2 bedeckt, auf der die periphere Struktur 7M angeordnet ist. Zum Beispiel kann die Oberflächenschutzschicht 6 durch Anbringen und Belichten einer Beschichtung aus einem photosensitiven Polyimid in einer gewünschten Form gebildet werden.
  • Danach wird die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 zum Beispiel durch Sputtern auf der rückwärtigen Oberfläche S1 des epitaxialen Substrats 30 gebildet. Es ist anzumerken, dass der Zeitpunkt der Bildung der rückwärtigen Elektrode 8 vor dem vorstehenden Zeitpunkt liegen kann.
  • Auf diese Weise wird die SBD 300 erhalten.
  • Betrieb
  • Als Nächstes wird im Folgenden der Betrieb der SBD 300 (10) beschrieben. Es ist anzumerken, dass der bei der Ausführungsform 1 beschriebene grundlegende Betrieb in Bezug auf den „EIN-Zustand“ und den „AUS-Zustand“ der SBD 100 der gleiche wie jener der SBD 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, und daher wird die Beschreibung desselben weggelassen.
  • Anders als bei der Ausführungsform 1 wird bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung die aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M anstelle der aus einem isolierenden Material bestehenden peripheren Struktur 7 (1) verwendet. Die aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M ist über den Anschlussmuldenbereich 2 mit der vorderen Oberflächenelektrode 5 elektrisch verbunden. Hierbei weist der Anschlussmuldenbereich 2 einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die spezifischen elektrischen Widerstände der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7M auf.
  • Somit weist die periphere Struktur 7M aufgrund des elektrischen Widerstands des Anschlussmuldenbereichs 2 ein höheres Potential als das Potential der vorderen Oberflächenelektrode 5 im AUS-Zustand auf. Somit wirkt hauptsächlich die vordere Oberflächenelektrode 5 anstatt der peripheren Struktur 7M als eine Kathode, mit der eine Erzeugung von OH--Ionen einhergeht. Dementsprechend scheidet sich kein Isolator, der aus der Erzeugung von OH--Ionen entsteht, auf der Oberfläche und den Seitenflächen der peripheren Struktur 7M ab.
  • Dadurch wird eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der peripheren Struktur 7M aufgrund dieser Abscheidung vermieden. Dementsprechend weist die periphere Struktur 7M ähnlich wie die periphere Struktur 7 (1: Ausführungsform 1) eine Funktion auf, durch welche die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 gestoppt wird, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Im AUS-Zustand breitet sich eine Verarmungsschicht von dem durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 2 gebildeten pn-Übergang ins Innere der Drift-Schicht 1 und des Anschlussmuldenbereichs 2 aus. Wenn die anliegende Spannung bis zu einem Grenzwert erhöht wird, bildet sich eine maximale Verarmungsschicht MDL aus (siehe 3).
  • Da die Verarmungsschicht einen Potentialgradienten aufweist, tritt an dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) der peripheren Struktur 7M eine große Potentialdifferenz auf, wenn die Verarmungsschicht in der Oberfläche des Anschlussmuldenbereichs 2 bis zu dem äußeren peripheren Rand der leitfähigen peripheren Struktur 7M reicht. Dann kann aufgrund einer resultierenden übermäßigen Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M ein Durchbruch auftreten. Daher ist die periphere Struktur 7M bevorzugt entfernt von der maximalen Verarmungsschicht MDL (3) angeordnet.
  • Zusammenfassung von Effekten
  • Gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist die periphere Struktur 7M auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 5 angeordnet. Aus im Wesentlichen dem gleichen Grund wie jenem bei der Ausführungsform 1 kann die periphere Struktur 7 die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 verhindern, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht 6 den Isolierschutz im Bereich von der peripheren Struktur 7M nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit der SBD 300 verbessert.
  • Die periphere Struktur 7M besteht aus einem leitfähigen Material. Somit kann als das Material für die periphere Struktur 7M ein anderes Material als ein nichtleitfähiges Material gewählt werden. Im Allgemeinen werden leitfähige Materialien leicht mit einer größeren Dicke als isolierende Materialien abgeschieden, wie beispielsweise SiO2. Damit die periphere Struktur 7M ausreichende Effekte erzielt, muss die periphere Struktur 7M ein bestimmtes Maß an Dicke oder eine größere Dicke aufweisen. Die Verwendung eines leitfähigen Materials erleichtert die Bildung einer dicken peripheren Struktur 7M.
  • Das Material für die periphere Struktur 7M ist bevorzugt das gleiche wie das Material für zumindest einen Bereich der vorderen Oberflächenelektrode 5. Dadurch wird eine Integration des Schritts zur Bildung der peripheren Struktur 7M und zumindest eines Teils des Schritts zur Bildung der vorderen Oberflächenelektrode 5 in einen gemeinsamen Schritt ermöglicht. Außerdem kann das Material für die periphere Struktur 7M das gleiche wie das Material für die vordere Oberflächenelektrode 5 sein. Dadurch wird eine Integration des Schritts zur Bildung der peripheren Struktur 7M und des Schritts zur Bildung der vorderen Oberflächenelektrode in einen gemeinsamen Schritt ermöglicht.
  • Der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M befindet sich von dem äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen. Dadurch wird eine Situation vermieden, in der die periphere Struktur 7M einen Kurzschluss in dem durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 2 gebildeten pn-Übergang verursacht. Dadurch wird außerdem die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M unterbunden.
  • Die periphere Struktur 7M befindet sich bevorzugt entfernt von der maximalen Verarmungsschicht MDL (siehe 3). Dadurch wird die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M zuverlässiger unterbunden.
  • Bezugnehmend auf 11 kann sich der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M von dem äußeren peripheren Rand des Bereichs 2b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen befinden. Dadurch wird erschwert, dass die Verarmungsschicht, die sich im AUS-Zustand von dem pn-Übergang zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 ins Innere des Anschlussmuldenbereichs 2 ausbreitet, bis zu dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M reicht. Dementsprechend ist es möglich, die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M zuverlässiger zu unterbinden.
  • Es ist anzumerken, dass die Ausbreitung der Verarmungsschicht von dem durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 2 gebildeten pn-Übergang aus in Abhängigkeit von den Konzentrationen und den Dicken der Drift-Schicht 1 und des Anschlussmuldenbereichs 2 sowie der an der SBD (der Halbleitereinheit) anliegenden Spannung variiert und durch eine Simulation der Einheit unter Verwendung einer Anordnungssimulation unter Verwendung einer computerunterstützten Design-Technologie (TCAD, Technology Computer Aided Design) berechnet werden kann.
  • Ausführungsform 4 Konstruktion
  • 12 ist eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer SBD 400 (einer Halbleitereinheit) gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Die SBD 400 weist eine Feldisolierschicht 3 auf, die im Wesentlichen die gleiche wie jene bei der Ausführungsform 2 ist. Die sonstige Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche wie die vorstehend beschriebene Konfiguration bei der Ausführungsform 3 (10). Somit ist die periphere Struktur 7M bei der vorliegenden Ausführungsform über die Feldisolierschicht 3 auf dem äußeren Bereich RO des epitaxialen Substrats 30 angeordnet. Die periphere Struktur 7M ist bevorzugt von einem Bereich beabstandet, in dem die maximale Verarmungsschicht MDL (3) in einer Richtung in der Ebene (der lateralen Richtung in der Zeichnung) bis zur vorderen Oberfläche S2 reicht.
  • Es ist anzumerken, dass die Konfiguration mit Ausnahme der vorstehend beschriebenen im Wesentlichen die gleiche wie die vorstehend beschriebene Konfiguration bei der Ausführungsform 3 ist, und daher sind Elemente, die identisch mit jenen der Ausführungsform 3 sind oder jenen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und Beschreibungen derselben werden nicht wiederholt.
  • Variationen
  • 13 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 401 als einer ersten Variation der SBD 400. Bei der SBD 401 weist der Anschlussmuldenbereich 2 wie bei der SBD 301 (11: Variation der Ausführungsform 3) einen Bereich 2a mit einer geringen Konzentration sowie einen Bereich 2b mit einer hohen Konzentration auf. Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in der Zeichnung) der peripheren Struktur 7M befindet sich von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) des Bereichs 2b mit einer hohen Konzentration aus nach innen (in der Zeichnung nach links). Die Schottky-Elektrode 5a kann mit dem Bereich 2b mit einer hohen Konzentration verbunden sein oder nicht verbunden sein.
  • 14 ist eine Teilschnittansicht einer SBD 402 als einer zweiten Variation der SBD 400. Bei der SBD 402 weist die Feldisolierschicht 3 wie bei der SBD 202 (9: Variation der Ausführungsform 3) eine äußere Öffnung 3o auf. Gemäß dieser Variation greift die periphere Struktur 7M in die äußere Öffnung 3o ein.
  • Somit ist der Anschlussmuldenbereich 2 mit der peripheren Struktur 7M elektrisch verbunden. Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in der Zeichnung) der äußeren Öffnung 3o befindet sich bevorzugt von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) des Bereichs 2b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen (nach links). Diese Bedingung ist als eine natürliche Folge dessen erfüllt, dass sich der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M von dem äußeren peripheren Rand des Bereichs 2b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen befindet.
  • Als eine weitere Variation kann die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 (4: Variation der Ausführungsform 1) angeordnet sein. Wenn sie bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 über die Feldisolierschicht 3 auf dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5, auf der peripheren Struktur 7M sowie auf einem Bereich der epitaxialen Schicht 32 angeordnet. Als noch eine weitere Variation kann die periphere Struktur 7M ähnlich wie die periphere Struktur 7, die den äußeren Bereich 7o und den inneren Bereich 7i aufweist (siehe die in 5 dargestellte Variation der Ausführungsform 1), einen äußeren Bereich und einen inneren Bereich aufweisen.
  • Als noch eine weitere Variation kann die periphere Struktur 7M die gleiche Form wie jene der peripheren Struktur 7 annehmen, die in 6 dargestellt ist (Variation der Ausführungsform 1). Gemäß diesen weiteren Variationen ist es möglich, im Wesentlichen die gleichen Effekte wie jene zu erhalten, die erzielt werden, wenn diese Variationen bei der Ausführungsform 1 eingesetzt werden.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der SBD 400 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zunächst werden die Schritte, die bis zur Bildung der Feldisolierschicht 3 durchgeführt werden, im Wesentlichen durch das gleiche Verfahren wie jenes vorstehend beschriebene bei der Ausführungsform 2 durchgeführt. Im Fall einer Herstellung der SBD 401 (13) oder der SBD 402 (14) gemäß den Variationen können ein photolithographischer Prozess und eine Ionenimplantation für den Bereich 2a mit einer geringen Konzentration durchgeführt werden und können ein photolithographischer Prozess und eine Ionenimplantation für den Bereich 2b mit einer hohen Konzentration durchgeführt werden.
  • Als Nächstes werden die vordere Oberflächenelektrode 5 und die periphere Struktur 7M im Wesentlichen durch das gleiche Verfahren wie jenes vorstehend beschriebene bei der Ausführungsform 3 gebildet. Hierbei kann als eine Variation die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 (siehe 4) wie im vorstehend beschriebenen Fall der Ausführungsform 1 gebildet werden. Das Verfahren zu deren Herstellung ist das gleiche wie jenes der Ausführungsform 1, und daher wird eine Beschreibung desselben weggelassen.
  • Die nachfolgenden Schritte sind im Wesentlichen die gleichen wie jene vorstehend beschriebenen bei der Ausführungsform 2, mit der Ausnahme, dass die periphere Struktur 7 durch die periphere Struktur 7M ersetzt wird, und daher wird eine Beschreibung derselben weggelassen. Auf diese Weise wird die SBD 400 erhalten.
  • Betrieb
  • Als Nächstes wird im Folgenden der Betrieb der SBD 400 (12) beschrieben. Es ist anzumerken, dass der grundlegende Betrieb in Bezug auf den „EIN-Zustand“ und den „AUS-Zustand“ der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen SBD 100 der gleiche wie jener der SBD 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, und daher wird eine Beschreibung desselben weggelassen.
  • Es ist ein Fall zu betrachten, in dem die SBD 400 bei hoher Feuchtigkeit in den AUS-Zustand gelangt. Die Oberflächenschutzschicht 6, die ein hohes Wasserabsorptionsvermögen aufweist, enthält bei hoher Feuchtigkeit eine große Menge an Feuchtigkeit. Diese Feuchtigkeit erreicht die Oberflächen der Feldisolierschicht 3 und der Elektroden-Kontaktstelle 5b. Somit wirkt die äußere periphere Seite der Drift-Schicht 1 wie im Fall der Ausführungsform 1 als eine Anode, und die Elektroden-Kontaktstelle 5b wirkt als eine Kathode, und infolgedessen scheidet sich ein Isolator auf der Oberfläche und den Seitenflächen der Elektroden-Kontaktstelle 5b ab. Diese Abscheidung drückt die Oberflächenschutzschicht 6 nach oben und kann infolgedessen eine Abtrennung an der Grenzschicht zwischen der Elektroden-Kontaktstelle 5b und der Oberflächenschutzschicht 6 verursachen.
  • Die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 kann sich über die Feldisolierschicht 3 hinweg fortsetzen. Mit anderen Worten, es kann die Abtrennung auch an der Grenzschicht zwischen der Feldisolierschicht 3 und der Oberflächenschutzschicht 6 auftreten. Wenn sich durch diese Abtrennung ein Hohlraum oberhalb der Feldisolierschicht 3 bildet, kann aufgrund eines Eindringens von Feuchtigkeit in den Hohlraum ein übermäßiger Leckstromfluss auftreten, oder es kann zum Beispiel durch eine Luftentladung in dem Hohlraum ein Bauteildurchbruch der SBD 400 verursacht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die periphere Struktur 7M auf der Feldisolierschicht 3 auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 5 angeordnet. Die periphere Struktur 7M kann somit eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 verhindern, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Ähnlich wie die SBD 200 (7: Ausführungsform 2) weist die SBD 400 (12) gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Feldisolierschicht 3 auf. Anders als bei der Ausführungsform 2 wird dagegen bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung die aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M anstelle der aus einem isolierenden Material bestehenden peripheren Struktur 7 (1) verwendet. Bei der SBD 400 (12) und der SBD 401 (13) liegt die periphere Struktur 7M auf der Feldisolierschicht 3 vor.
  • Somit weist die periphere Struktur 7M im AUS-Zustand ein Zwischenpotential zwischen dem Potential der vorderen Oberflächenelektrode 5, die als eine Kathode dient, und dem Potential der äußeren peripheren Seite der epitaxialen Schicht 32 auf, die als eine Anode dient. Bei der SBD 402 (14) ist die aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M über den Anschlussmuldenbereich 2 mit der vorderen Oberflächenelektrode 5 elektrisch verbunden.
  • Hierbei weist der Anschlussmuldenbereich 2 einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die spezifischen elektrischen Widerstände der vorderen Oberflächenelektrode 5 und der peripheren Struktur 7M auf. Somit weist die periphere Struktur 7M im AUS-Zustand aufgrund des elektrischen Widerstands des Anschlussmuldenbereichs 2 ein höheres Potential als das Potential der vorderen Oberflächenelektrode 5 auf. Dementsprechend wirkt hauptsächlich die vordere Oberflächenelektrode 5 anstatt der peripheren Struktur 7M als eine Kathode, mit der eine Erzeugung von OH--Ionen einhergeht.
  • Dementsprechend scheidet sich auf der Oberfläche und den Seitenflächen der peripheren Struktur 7M kein Isolator ab, der aus der Erzeugung von OH--Ionen entsteht. Dadurch wird eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der peripheren Struktur 7M aufgrund dieser Abscheidung vermieden. Ähnlich wie bei der peripheren Struktur 7 (7: Ausführungsform 2) weist die periphere Struktur 7M dementsprechend eine Funktion auf, durch welche die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 gestoppt wird, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Im AUS-Zustand breitet sich eine Verarmungsschicht von dem durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 2 gebildeten pn-Übergang ins Innere der Drift-Schicht 1 und des Anschlussmuldenbereichs 2 aus. Wenn die angelegte Spannung bis zu einem Grenzwert erhöht wird, bildet sich eine maximale Verarmungsschicht MDL (siehe 3). Da die Verarmungsschicht einen Potentialgradienten aufweist, tritt an dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in der Zeichnung) der peripheren Struktur 7M eine große Potentialdifferenz auf, wenn die Verarmungsschicht in der Oberfläche des Anschlussmuldenbereichs 2 bis zu dem äußeren peripheren Rand der leitfähigen peripheren Struktur 7M reicht. Dann kann aufgrund einer resultierenden übermäßigen Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M ein Durchbruch auftreten. Daher ist die periphere Struktur 7M bevorzugt entfernt von der maximalen Verarmungsschicht MDL angeordnet (3).
  • Auch wenn sich die Verarmungsschicht, resultierend aus der ausreichend hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 2, nur geringfügig von dem pn-Übergang zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 ins Innere des Anschlussmuldenbereichs 2 ausbreitet, breitet sich die Verarmungsschicht stark von dem pn-Übergang in Richtung zu der Drift-Schicht 1 hin aus. Daher befindet sich der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M bevorzugt von dem äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen.
  • Ein Verfahren zum Abschwächen eines elektrischen Felds durch Anordnen von einer oder mehreren Mulden, die sich elektrisch in einem Floating-Zustand befinden, außerhalb des Anschlussmuldenbereichs 2 ist allgemein bekannt. Im AUS-Zustand breitet sich eine Verarmungsschicht zwischen dem Anschlussmuldenbereich 2 und den Mulden aus, die sich in einem Floating-Zustand befinden, wie vorstehend beschrieben. Somit befindet sich der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M auch in diesem Fall bevorzugt von dem äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen.
  • Zusammenfassung von Effekten
  • Gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist die periphere Struktur 7M auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 5 angeordnet. Somit kann die periphere Struktur 7M aus im Wesentlichen dem gleichen Grund wie jenem bei der Ausführungsform 1 die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 verhindern, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht 6 den Isolierschutz in dem Bereich von der peripheren Struktur 7M nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit der SBD 400 verbessert.
  • Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 12) der peripheren Struktur 7M befindet sich von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 12) des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen (nach links in 12). Dadurch wird die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M unterbunden.
  • Bezugnehmend auf 13 kann sich der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M von dem äußeren peripheren Rand des Bereichs 2b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 2 aus nach innen befinden. Dadurch wird erschwert, dass die Verarmungsschicht, die sich im AUS-Zustand von dem pn-Übergang zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 2 ins Innere des Anschlussmuldenbereichs 2 ausbreitet, bis zu dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M reicht. Dementsprechend ist es möglich, die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M zuverlässiger zu unterbinden.
  • Bezugnehmend auf 14 kann die Feldisolierschicht 3 eine äußere Öffnung 3o aufweisen, in welche die periphere Struktur 7M eingreift. Aufgrund des Einflusses dieses Eingreifens wird die Vertiefung 7r in der Oberfläche der peripheren Struktur 7M gebildet, die der Oberflächenschutzschicht 6 zugewandt ist. Als ein Resultat daraus, dass die Oberflächenschutzschicht 6 in die Vertiefung 7r eingreift, ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester an der peripheren Struktur 7M angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, kann dementsprechend zuverlässiger verhindert werden, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7M hinaus nach außen ausdehnt.
  • Die Breite der äußeren Öffnung 3o kann geringer als die Dicke der Feldisolierschicht 3 oder gleich dieser sein. Dadurch wird das Aspektverhältnis der Vertiefung 7r erhöht. Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester in der Vertiefung 7r angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 5 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7M hinaus nach außen ausdehnt.
  • Ausführungsform 5 Konfiguration
  • 15 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie XV-XV in 16 und stellt eine Konfiguration eines MOSFET 500 (einer Halbleitereinheit) gemäß Ausführungsform 5 schematisch dar. 16 ist eine Draufsicht, welche die Konfiguration des MOSFET 500 schematisch darstellt. 17 ist eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer Einheitszelle UC schematisch darstellt, die in der in 15 dargestellten Konfiguration enthalten ist. In 15 entspricht die rechte Seite der Anschlussseite des MOSFET 500, und die linke Seite entspricht der Seite des aktiven Bereichs, auf der in einem EIN-Zustand ein Hauptstrom fließt.
  • Der MOSFET 500 weist Folgendes auf: ein epitaxiales Substrat 30, eine rückwärtige Oberflächenelektrode 8 (eine Drain-Elektrode), eine vordere Oberflächenelektrode 50 (eine zweite Elektrode), eine periphere Struktur 7, eine Oberflächenschutzschicht 6 sowie eine Feldisolierschicht 3. Der MOSFET 500 weist außerdem eine Gate-Isolierschicht 12, eine Gate-Elektrode 13 sowie eine Zwischenisolierschicht 14 auf.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das epitaxiale Substrat 30 aus SiC vom Polytyp 4H. Somit handelt es sich bei dem MOSFET 500 um einen SiC-MOSFET. Das epitaxiale Substrat 30 weist eine rückwärtige Oberfläche S1 sowie eine vordere Oberfläche S2 auf. Die vordere Oberfläche S2 weist einen inneren Bereich RI und einen äußeren Bereich RO auf, der sich außerhalb des inneren Bereichs befindet. Das epitaxiale Substrat 30 weist ein monokristallines Substrat 31, das die rückwärtige Oberfläche S1 bildet, sowie eine epitaxiale Schicht 32 auf, die auf dem monokristallinen Substrat 31 angeordnet ist und die vordere Oberfläche S2 bildet.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die epitaxiale Schicht 32 Folgendes auf: eine Drift-Schicht 1, einen Anschlussmuldenbereich 20, Elementmuldenbereiche 9, Kontaktbereiche 19 sowie Source-Bereiche 11. Die Source-Bereiche 11 weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den Leitfähigkeitstyp der Drift-Schicht 1 auf. Die Drift-Schicht 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den Leitfähigkeitstyp des monokristallinen Substrats 31 auf und weist speziell einen n-Typ auf (einen ersten Leitfähigkeitstyp). Der Anschlussmuldenbereich 20, die Elementmuldenbereiche 9 sowie die Kontaktbereiche 19 weisen einen p-Typ auf (einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet).
  • Der Anschlussmuldenbereich 20 ist durch die Drift-Schicht 1 von dem monokristallinen Substrat 31 getrennt. Mit anderen Worten, es ist der Anschlussmuldenbereich 20 in einem Oberflächenbereich der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet. Die Drift-Schicht 1 weist eine geringere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des monokristallinen Substrats 31 auf. Somit weist das monokristalline Substrat 31 einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als den spezifischen elektrischen Widerstand der Drift-Schicht 1 auf. Die Störstellenkonzentration der Drift-Schicht 1 ist höher als oder gleich 1 × 1014 /cm3 und geringer als oder gleich 1 × 1017 /cm3.
  • Der Anschlussmuldenbereich 20 in der vorderen Oberfläche S2 weist einen Bereich auf, der sich von einem Ort zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO in Richtung zu dem äußeren Bereich RO hin erstreckt. Mit anderen Worten, es überbrückt der Anschlussmuldenbereich 20 die Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO.
  • Der Anschlussmuldenbereich 20 weist einen Grenzbereich 21 auf, der sich von der Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO aus erstreckt. Wie in 15 dargestellt, weist der Grenzbereich 21 einen Bereich auf, der sich von der Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO aus nach innen erstreckt (in der Zeichnung nach links). Der Grenzbereich 21 kann so ausgebildet sein, dass er einen aktiven Bereich RA umgibt.
  • Der Grenzbereich 21 in der vorderen Oberfläche S2 weist einen Bereich 21a mit einer geringen Konzentration (einen ersten Bereich) und einen Bereich 21b mit einer hohen Konzentration (einen zweiten Bereich) auf, der eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des Bereichs 21a mit einer geringen Konzentration aufweist. Der Anschlussmuldenbereich 20 weist einen Erweiterungsbereich 22 auf, der sich von dem Grenzbereich 21 aus weiter nach außen erstreckt.
  • Die vordere Oberflächenelektrode 50 ist auf einem Teil des inneren Bereichs RI des epitaxialen Substrats 30 angeordnet. Die vordere Oberflächenelektrode 50 weist eine Source-Elektrode 51 (einen Hauptelektrodenbereich) sowie eine Gate-Leitungs-Elektrode 52 auf (einen Steuerleitungs-Elektrodenbereich). Die Source-Elektrode 51 der vorderen Oberflächenelektrode 50 ist mit dem Grenzbereich 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 elektrisch verbunden. Die Gate-Leitungs-Elektrode 52 ist so konfiguriert, dass sie ein Gate-Signal (ein Steuersignal) zum Steuern eines elektrischen Pfads zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 empfängt, und ist von der Source-Elektrode 51 beabstandet.
  • Die vordere Oberflächenelektrode 50 weist einen Rand an der Grenze zwischen dem inneren Bereich RI und dem äußeren Bereich RO auf, und in dem in 15 dargestellten Abschnitt weist die Gate-Leitungs-Elektrode 52 einen Rand an der vorstehend erwähnten Grenze auf. Die Gate-Leitungs-Elektrode 52 weist eine Gate-Kontaktstelle 52p sowie eine Gate-Leitung 52w auf (16).
  • Die Feldisolierschicht 3 weist einen Bereich auf, der auf dem äußeren Bereich RO der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 angeordnet ist. Die Feldisolierschicht 3 bedeckt den Erweiterungsbereich 22 des Anschlussmuldenbereichs 20. Die Feldisolierschicht 3 weist oberhalb des inneren Bereichs RI eine Öffnung auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der äußere periphere Rand der Zwischenisolierschicht 14 mit dem inneren peripheren Rand der Feldisolierschicht 3 verbunden.
  • Die Zwischenisolierschicht 14 ist auf der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 angeordnet, wobei sie den inneren Bereich RI und den äußeren Bereich RO des epitaxialen Substrats 30 überbrückt. Der Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 befindet sich über die Zwischenisolierschicht 14 auf der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30. Mit anderen Worten, es erstreckt sich die vordere Oberflächenelektrode 50 auf der Zwischenisolierschicht 14.
  • Die periphere Struktur 7 ist auf einem Teil des äußeren Bereichs RO des epitaxialen Substrats 30 entfernt von der vorderen Oberflächenelektrode 50 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die periphere Struktur 7 über die Feldisolierschicht 3 auf einem Teil des äußeren Bereichs RO angeordnet. Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 15) der peripheren Struktur 7 befindet sich bevorzugt von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 15) des Bereichs 21b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 aus nach innen (nach links). Das Material und die Dicke der peripheren Struktur 7 können die gleichen wie jene im Fall der Ausführungsform 1 sein.
  • Die Oberflächenschutzschicht 6 bedeckt den Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 und bedeckt insbesondere die Ränder der Source-Elektrode 51 und der Gate-Leitungs-Elektrode 52. Die Oberflächenschutzschicht 6 bedeckt außerdem zumindest einen Teil des äußeren Bereichs RO des epitaxialen Substrats 30. Wie in 16 dargestellt, weist die Oberflächenschutzschicht 6 eine Öffnung oberhalb des mittleren Bereichs der Source-Elektrode 51 und oberhalb eines Bereichs der Gate-Kontaktstelle 52p derart auf, dass die Source-Elektrode 51 und die Gate-Kontaktstelle 52p der Gate-Leitungs-Elektrode 52 als externe Anschlüsse fungieren können.
  • Bei der Ausführungsform 5 greift die periphere Struktur 7 wie bei der Ausführungsform 1 in die Oberflächenschutzschicht 6 ein. Die Oberflächenschutzschicht 6 besteht aus einem isolierenden Material, das sich von dem Material für die periphere Struktur 7 unterscheidet. Bei dem Material für die Oberflächenschutzschicht 6 handelt es sich bevorzugt um ein Harz, um Spannungen abzuschwächen, die durch eine externe Umgebung verursacht werden, und es handelt sich zum Beispiel um ein Polyimid.
  • Bei der Ausführungsform 5 befindet sich der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7 wie bei der Ausführungsform 1 von dem äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 20 aus nach innen. Es wird angenommen, dass sich auch in dem MOSFET 500 eine maximale Verarmungsschicht ähnlich der maximalen Verarmungsschicht MDL (3) der SBD 100 ausbildet, und die periphere Struktur 7 ist bevorzugt von dieser maximalen Verarmungsschicht nach innen beabstandet.
  • Der Abstand zwischen der peripheren Struktur 7 und der vorderen Oberflächenelektrode 50 ist bevorzugt geringer als die Dicke von zumindest einer von der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser und ist bevorzugter geringer als die Dicke von jeder von der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser.
  • Der aktive Bereich RA (15) des MOSFET 500 weist eine Struktur auf, bei der es sich um eine Wiederholung einer Mehrzahl von Einheitszellen UC handelt (17). Jede Einheitszelle UC weist einen Elementmuldenbereich 9, einen Kontaktbereich 19 sowie einen Source-Bereich 11 auf. Der Elementmuldenbereich 9 und der Kontaktbereich 19 weisen den p-Typ auf. Der Kontaktbereich 19 weist eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration des Elementmuldenbereichs 9 auf.
  • Der Elementmuldenbereich 9 ist auf der Drift-Schicht 1 angeordnet und ist der vorderen Oberfläche S2 zugewandt. Der Kontaktbereich 19 ist auf dem Elementmuldenbereich 9 angeordnet und ist der vorderen Oberfläche S2 zugewandt. Der Kontaktbereich 19 erstreckt sich von der vorderen Oberfläche S2 aus und reicht bis zu dem Elementmuldenbereich 9. Der Source-Bereich 11 weist den n-Typ auf.
  • Die Source-Elektrode 51 befindet sich in Kontakt mit dem Source-Bereich 11. Die Source-Elektrode 51 befindet sich außerdem derart in Kontakt mit dem Kontaktbereich 19, dass ein ohmscher Kontakt mit dem Kontaktbereich 19 gebildet wird. Die Source-Elektrode 51 befindet sich außerdem derart in Kontakt mit dem Bereich 21b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20, dass ein ohmscher Kontakt mit dem Bereich 21b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 gebildet wird. Der Source-Bereich 11 in der vorderen Oberfläche S2 ist durch den Elementmuldenbereich 9 von der Drift-Schicht 1 getrennt.
  • Die Gate-Isolierschicht 12 auf der vorderen Oberfläche S2 überbrückt die Drift-Schicht 1, den Elementmuldenbereich 9 und den Source-Bereich 11. Die Gate-Elektrode 13 ist auf einem Bereich der Oberfläche oder auf der gesamten Oberfläche der Gate-Isolierschicht 12 angeordnet. Die Zwischenisolierschicht 14 bedeckt die Gate-Isolierschicht 12 und die Gate-Elektrode 13 derart, dass die Gate-Elektrode 13 von der Source-Elektrode 51 isoliert ist. Die Gate-Elektrode 13 ist außerdem über die Gate-Isolierschicht 12 auf einem Bereich der Oberfläche des Grenzbereichs 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 angeordnet.
  • In einem Fall, in dem es ein Entwurfskonzept gibt, wie in 16 dargestellt, umgibt die Gate-Leitungs-Elektrode 52 den inneren Bereich RI. Die Zwischenisolierschicht 14 weist eine Öffnung entlang der äußeren Peripherie des inneren Bereichs RI auf, wie in 15 dargestellt. Die Gate-Elektrode 13 jeder Einheitszelle UC ist entlang der äußeren Peripherie des aktiven Bereichs RA mit der Gate-Leitung 52w der Gate-Leitungs-Elektrode 52 verbunden. Die periphere Struktur 7 ist entfernt von der Gate-Leitungs-Elektrode 52 derart angeordnet, dass sie die Gate-Leitungs-Elektrode 52 umgibt.
  • Als eine Variation des Entwurfskonzepts kann in dem aktiven Bereich RA eine Mulde vom p-Typ mit einer großen Fläche ausgebildet sein, und die Gate-Leitung 52w kann über dieser Mulde vom p-Typ angeordnet sein. In diesem Fall ist die Gate-Elektrode 13 jeder Einheitszelle UC über die Öffnung der Zwischenisolierschicht 14 mit der Gate-Leitung 52w verbunden. Im Fall dieser Variation ist die Gate-Leitung 52w innerhalb des aktiven Bereichs RA angeordnet.
  • Bei der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ, und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp handelt es sich um den p-Typ, es kann sich jedoch bei dem ersten Leitfähigkeitstyp auch um den p-Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den n-Typ handeln. Wenngleich das epitaxiale Substrat 30 aus SiC besteht, bei dem es sich um einen Typ von Materialien mit großer Bandlücke handelt, können anstelle von SiC auch andere Materialien mit großer Bandlücke verwendet werden.
  • Anstelle von Materialien mit großer Bandlücke können auch andere Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Si. Bei der Halbleitereinheit kann es sich um einen anderen Transistor als einen MOSFET handeln, und es kann sich zum Beispiel um einen Übergangs-FET (JFET) oder einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) handeln. Wenngleich es sich bei dem Transistor gemäß der vorliegenden Ausführungsform um einen planaren Typ handelt, kann der Transistor auch einen Graben-Typ aufweisen.
  • Variationen
  • Als eine erste Variation kann bei der Ausführungsform 5 die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 (4: Variation der Ausführungsform 1) eingesetzt werden. Wenn sie bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 auf dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 (der Source-Elektrode 51 und der Gate-Leitungs-Elektrode 52), auf der Zwischenisolierschicht 14, auf der peripheren Struktur 7 sowie auf der Feldisolierschicht 3 angeordnet. Als eine zweite Variation kann die periphere Struktur 7 den äußeren Bereich 7o und den inneren Bereich 7i aufweisen (siehe die in 5 dargestellte Variation der Ausführungsform 1).
  • Als eine dritte Variation kann die periphere Struktur 7 die in 6 dargestellte Form annehmen (Variation der Ausführungsform 1). In diesem Fall ist es bevorzugt, dass in der nahen Umgebung der Ecken, in denen die vordere Oberflächenelektrode 50 in einer Draufsicht eine Krümmung aufweist, keine Verbindungsbereiche angeordnet sind. Gemäß diesen weiteren Variationen ist es möglich, im Wesentlichen die gleichen Effekte wie jene zu erzielen, die erhalten werden, wenn diese Variationen bei der Ausführungsform 1 eingesetzt werden.
  • Als eine vierte Variation kann die Feldisolierschicht 3 die innere Öffnung 3i aufweisen (siehe die in 8 dargestellte Variation der Ausführungsform 2). Wenn sie bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, weist die Feldisolierschicht 3 die innere Öffnung 3i, in welche die Oberflächenschutzschicht 6 eingreift, zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 auf. Gemäß dieser Variation ist es möglich, im Wesentlichen den gleichen Effekt wie jenen zu erzielen, der erzielt wird, wenn diese Variation bei der Ausführungsform 2 eingesetzt wird.
  • Als eine fünfte Variation kann die Zwischenisolierschicht 14 so ausgebildet sein, dass sie sich auf der Oberfläche der Feldisolierschicht 3 erstreckt, und die periphere Struktur 7 kann über die Zwischenisolierschicht 14 auf der Feldisolierschicht 3 angeordnet sein. Gemäß dieser Variation kann die Zwischenisolierschicht 14 eine Öffnung, in welche die Oberflächenschutzschicht 6 eingreift, zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 aufweisen.
  • In diesem Fall ist es möglich, einen ähnlichen Effekt wie jenen zu erzielen, der erzielt wird, wenn die innere Öffnung 3i (8) bei der vorstehend erwähnten vierten Variation angeordnet ist. Diese Öffnung weist bevorzugt eine Breite auf, die geringer als die Dicke der Zwischenisolierschicht 14 oder gleich dieser ist. Es ist anzumerken, dass diese Öffnung in einer Draufsicht die vordere Oberflächenelektrode 50 vollständig umgeben kann. Alternativ kann eine Mehrzahl von Öffnungen, die voneinander beabstandet sind, um die vordere Oberflächenelektrode 50 herum angeordnet sein, und in diesem Fall umgeben die Öffnungen die vordere Oberflächenelektrode 50 in einer Draufsicht nicht vollständig.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird im Folgenden ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET 500 gemäß Ausführungsform 5 beschrieben.
  • Zunächst wird das monokristalline Substrat 31 hergestellt, das aus einem SiC-Halbleiter vom n+-Typ mit einem geringen Widerstand besteht und einen Versatzwinkel aufweist. Auf dem monokristallinen Substrat 31 wird die epitaxiale Schicht 32, die einen Bereich aufweist, der in die Drift-Schicht 1 hinein hergestellt wird, durch epitaxiales Aufwachsen von SiC vom n-Typ mit einer Störstellenkonzentration gebildet, die höher als oder gleich 1 × 1014 /cm3 und geringer als oder gleich 1 × 1017 /cm3 ist.
  • Danach wird die Bildung einer (nicht gezeigten) Resist-Schicht unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und einer Ionenimplantation wiederholt durchgeführt, wobei die Resist-Schicht als eine Maske verwendet wird. Im Ergebnis werden der Anschlussmuldenbereich 20, die Elementmuldenbereiche 9, die Kontaktbereiche 19 sowie die Source-Bereiche 11 in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 1 gebildet. Bei der Ionenimplantation wird zum Beispiel Stickstoff (N) als Ionenspezies für einen Halbleiter vom n-Typ verwendet, und es wird zum Beispiel A1 oder B als Ionenspezies für einen Halbleiter vom p-Typ verwendet. Die Elementmuldenbereiche 9 und der Bereich 21a mit einer geringen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 können gleichzeitig gebildet werden. Die Kontaktbereiche 19 und der Bereich 21b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 können gleichzeitig gebildet werden.
  • Die Elementmuldenbereiche 9 und der Bereich 21a mit einer geringen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 weisen bevorzugt Störstellenkonzentrationen auf, die höher als oder gleich 1,0 × 1018 /cm3 und geringer als oder gleich 1,0 × 1020 /cm3 sind. Die Source-Bereiche 11 weisen eine höhere Störstellenkonzentration als die Störstellenkonzentration der Elementmuldenbereiche 9 auf. Die Dosis für den Erweiterungsbereich 22 des Anschlussmuldenbereichs 20 ist bevorzugt höher als oder gleich 0,5 × 1013 /cm2 und geringer als oder gleich 5 × 1013 /cm2 und ist zum Beispiel gleich 1,0 × 1013 /cm2.
  • Im Fall einer Implantation von Al-Ionen ist die Implantationsenergie zum Beispiel höher als oder gleich 100 keV und geringer als oder gleich 700 keV. In diesem Fall ist die Störstellenkonzentration des Erweiterungsbereichs 22, die aus der vorstehenden Dosis [cm-2] umgerechnet wird, höher als oder gleich 1 × 1017 /cm3 und geringer als oder gleich 1 × 1019 /cm3.
  • Danach wird ein Tempervorgang bei 1500 °C oder einer höheren Temperatur durchgeführt. Dadurch werden die mittels der Ionenimplantation implantierten Störstellen aktiviert.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel mittels CVD eine SiO2-Schicht mit einer Dicke, die etwa höher als oder gleich 0,5 µm und geringer als oder gleich 2 µm ist, auf der vorderen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 abgeschieden. Danach wird die Feldisolierschicht 3 durch Strukturieren unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses auf einem Bereich der vorderen Oberfläche S2 gebildet.
  • Anschließend wird die Oberfläche der epitaxialen Schicht 32, die nicht mit der Feldisolierschicht 3 bedeckt ist, thermisch oxidiert, um eine SiO2-Schicht, bei der es sich um die Gate-Isolierschicht 12 handelt, mit einer gewünschten Dicke zu bilden. Als Nächstes wird mittels Vakuum-CVD eine polykristalline Silicium-Schicht, die eine Leitfähigkeit aufweist, auf der Gate-Isolierschicht 12 gebildet und zu der Gate-Elektrode 13 strukturiert.
  • Danach wird mittels CVD die Zwischenisolierschicht 14 gebildet. Dann werden die Zwischenisolierschicht 14 und die Gate-Isolierschicht 12 perforiert, um ein Kontaktloch herzustellen, das bis zu dem Kontaktbereich 19 und dem Source-Bereich 11 reicht. Gleichzeitig wird die Zwischenisolierschicht 14 auf der äußeren Seite des aktiven Bereichs RA perforiert, um ein Kontaktloch herzustellen, das bis zu der Gate-Elektrode 13 reicht.
  • Anschließend wird zum Beispiel mittels eines Abscheidungsprozesses unter Verwendung von CVD, eines photolithographischen Prozesses und eines Ätzprozesses die periphere Struktur 7 an einer gewünschten Position auf der Oberfläche der Feldisolierschicht 3 gebildet. Als eine Variation kann das Strukturieren derart durchgeführt werden, dass die periphere Struktur 7 zur gleichen Zeit gebildet wird, wenn die Zwischenisolierschicht 14 gebildet wird. Alternativ kann die Zwischenisolierschicht 14 so gebildet werden, dass sie sich auf der Oberfläche der Feldisolierschicht 3 erstreckt, und die periphere Struktur 7 kann an einer gewünschten Position auf der Oberfläche der Zwischenisolierschicht 14 gebildet werden.
  • Darüber hinaus werden die vordere Oberflächenelektrode 50 und die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 mittels eines Abscheidungsprozesses unter Verwendung von Sputtern oder Gasphasenabscheidung und eines Strukturierungsprozesses gebildet. Bei dem Prozess zur Abscheidung der Source-Elektrode 51 der vorderen Oberflächenelektrode 50 wird zum Beispiel zumindest eines von Metallen verwendet, wie beispielsweise Ni, Ti und Al. Bei dem Prozess zur Abscheidung der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 wird zum Beispiel zumindest eines von Metallen verwendet, wie beispielsweise Ni und Au. Bereiche der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8, die mit dem epitaxialen Substrat 30 in Kontakt kommen, werden mittels einer Wärmebehandlung silicidiert.
  • Als Nächstes wird die Oberflächenschutzschicht 5 so gebildet, dass sie den äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 und die vordere Oberfläche S2 bedeckt, auf der die periphere Struktur 7 und andere Komponenten oder Bestandteile angeordnet sind. Die Oberflächenschutzschicht 6 wird zum Beispiel durch Anbringen und Belichten einer Beschichtung aus einem photosensitiven Polyimid in einer gewünschten Form gebildet. Auf diese Weise wird der MOSFET 500 erhalten.
  • Betrieb
  • Als Nächstes wird im Folgenden der Betrieb des MOSFET 500 (15) unterteilt in zwei Zustände beschrieben.
  • Der erste Zustand bezieht sich auf einen Zustand, in dem eine positive Spannung, die höher als ein Schwellenwert oder gleich diesem ist, an die Gate-Elektrode 13 angelegt wird, und auf diesen wird im Folgenden als einen „EIN-Zustand“ Bezug genommen. Im EIN-Zustand wird in einem Kanalbereich ein Inversionskanal gebildet. Der Inversionskanal dient als ein Pfad für fließende Elektronen, bei denen es sich um Ladungsträger handelt, zwischen den Source-Bereichen 11 und der Drift-Schicht 1.
  • Im EIN-Zustand fließt ein Strom durch das monokristalline Substrat 31 und die Drift-Schicht 1, wenn eine hohe Spannung an die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 in Bezug auf die Source-Elektrode 51 angelegt wird. Dabei wird auf die Spannung zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 als eine „Spannung im EIN-Zustand“ Bezug genommen, und auf den Stromfluss wird als ein „Strom im EIN-Zustand“ Bezug genommen. Der Strom im EIN-Zustand fließt nur durch den aktiven Bereich RA, in dem der Kanal existiert, und fließt nicht zu dem Anschlussbereich außerhalb des aktiven Bereichs RA.
  • Der zweite Zustand bezieht sich auf einen Zustand, in dem eine Spannung, die geringer als der Schwellenwert ist, an die Gate-Elektrode 13 angelegt wird, und auf diesen wird als einen „AUS-Zustand“ Bezug genommen. Im AUS-Zustand fließt der Strom im EIN-Zustand nicht, da in dem Kanalbereich keine Inversionsladungsträger gebildet werden. Wenn somit eine hohe Spannung zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 angelegt wird, wird diese hohe Spannung aufrechterhalten. Dabei ist die Spannung zwischen der Gate-Elektrode 13 und der Source-Elektrode 51 beträchtlich geringer als die Spannung zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8, und daher liegt auch zwischen der Gate-Elektrode 13 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 eine hohe Spannung an.
  • In dem Anschlussbereich außerhalb des aktiven Bereichs RA liegt zwischen der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 und jeder von der Gate-Leitungs-Elektrode 52 und der Gate-Elektrode 13 ebenfalls eine hohe Spannung an. Da der elektrische Kontakt mit der Source-Elektrode 51 ähnlich wie in einem Fall, in dem der elektrische Kontakt mit der Source-Elektrode 51 in den Elementmuldenbereichen 9 des aktiven Bereichs RA ausgebildet ist, in dem Grenzbereich 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 ausgebildet ist, ist es möglich, das Anliegen eines hohen elektrischen Felds an der Gate-Isolierschicht 12 und der Zwischenisolierschicht 14 zu verhindern.
  • Der Anschlussbereich außerhalb des aktiven Bereichs RA funktioniert ähnlich wie im AUS-Zustand, der bei den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben ist. Das heißt, in der nahen Umgebung der Grenzschicht des pn-Übergangs zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 20 liegt ein hohes elektrisches Feld an, und wenn eine Spannung, die über ein kritisches Feld hinausgeht, an die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 angelegt wird, tritt ein Lawinendurchbruch auf. Normalerweise wird der MOSFET 500 in einem Bereich verwendet, in dem kein Lawinendurchbruch auftritt, und die Nennspannung desselben ist in diesem Bereich vorgeschrieben.
  • Im AUS-Zustand breitet sich eine Verarmungsschicht von der Grenzschicht des pn-Übergangs zwischen der Drift-Schicht 1 und jedem von dem Elementmuldenbereich 9 und dem Anschlussmuldenbereich 20 in einer Richtung zu dem monokristallinen Substrat 31 hin (in der Zeichnung in einer Richtung nach unten) und in einer Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht hin aus (in der Zeichnung in einer Richtung nach rechts).
  • Hier ist ein Fall zu betrachten, in dem der MOSFET 500 bei hoher Feuchtigkeit in den AUS-Zustand gelangt. Die Oberflächenschutzschicht 6, die ein hohes Wasserabsorptionsvermögen aufweist, enthält bei hoher Feuchtigkeit eine große Menge an Feuchtigkeit. Diese Feuchtigkeit erreicht die Oberflächen der Feldisolierschicht 3, der Zwischenisolierschicht 14, der vorderen Oberflächenelektrode 50 sowie der peripheren Struktur 7. Liegt die Spannung an dem MOSFET 500 an, wirkt die äußere periphere Seite der Drift-Schicht 1 hierbei als eine Anode, und die vordere Oberflächenelektrode 50 wirkt als eine Kathode. In der nahen Umgebung der vorderen Oberflächenelektrode 50, die als Kathode dient, treten eine Reduktionsreaktion von Oxid und eine Produktionsreaktion von Wasserstoff auf, wie vorstehend bei der Ausführungsform 1 beschrieben.
  • Daraus folgend nimmt die Konzentration von Hydroxidionen in der nahen Umgebung der vorderen Oberflächenelektrode 50 zu. Wenn eine negative Spannung an die Gate-Leitungs-Elektrode 52 angelegt wird, nimmt die Konzentration von Hydroxidionen weiter zu. Als Folge davon, dass die Hydroxidionen mit der vorderen Oberflächenelektrode 50 chemisch reagieren, scheidet sich ein Isolator auf der Oberfläche und den Seitenflächen der vorderen Oberflächenelektrode 50 an dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 15) der vorderen Oberflächenelektrode 50 ab.
  • Diese Abscheidung drückt die Oberflächenschutzschicht 6 nach oben und kann infolgedessen eine Abtrennung an der Grenzschicht zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der Oberflächenschutzschicht 6 verursachen. Die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 kann sich über die Zwischenisolierschicht 14 und die Feldisolierschicht 3 hinweg fortsetzen. Mit anderen Worten, es kann die Abtrennung auch an der Grenzschicht zwischen der Oberflächenschutzschicht 6 und jeder von der Zwischenisolierschicht 14 und der Feldisolierschicht 3 auftreten.
  • Diese Abtrennung tritt ausgeprägter auf, wenn die Gate-Leitungs-Elektrode 52, an der eine negative Spannung anliegt, so ausgebildet ist, dass sie den aktiven Bereich RA umgibt. Wenn durch diese Abtrennung ein Hohlraum oberhalb des Anschlussmuldenbereichs 20 gebildet wird, kann aufgrund eines Eindringens von Feuchtigkeit in den Hohlraum ein übermäßiger Leckstromfluss auftreten, oder es kann zum Beispiel durch eine Luftentladung in dem Hohlraum ein Bauteildurchbruch des MOSFET 500 verursacht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die periphere Struktur 7 auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 50 angeordnet. Die periphere Struktur 7 kann somit die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 verhindern, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Zusammenfassung von Effekten
  • Die Oberflächenschutzschicht 6 besteht aus einem Material, das sich von dem Material für die periphere Struktur 7 unterscheidet. Somit kann ein Material, das ein ausgezeichnetes Vermögen aufweist, durch den Einfluss einer externen Umgebung verursachte Spannungen abzuschwächen, in einer geeigneten Weise als das Material für die Oberflächenschutzschicht 6 gewählt werden. Das Material für die periphere Struktur 7, das sich von dem Material für die Oberflächenschutzschicht 6 unterscheiden kann, kann dagegen durch Priorisieren der Zielsetzung gewählt werden, eine Abtrennung der peripheren Struktur 7 von dem epitaxialen Substrat 30 zu unterbinden. Da die periphere Struktur 7 in die Oberflächenschutzschicht 6 eingreift, tritt die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der peripheren Struktur 7 hier nicht leicht auf.
  • Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 50 von dieser abzutrennen, wird somit verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinweg nach außen ausdehnt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht 6 den Isolierschutz in dem Bereich von der peripheren Struktur 7 nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit des MOSFET 500 verbessert.
  • Im Allgemeinen konzentriert sich ein elektrisches Feld im Inneren eines Halbleiters leicht insbesondere in der nahen Umgebung eines pn-Übergangs. Bei der vorliegenden Ausführungsform konzentriert sich ein elektrisches Feld leicht in der nahen Umgebung des pn-Übergangs, der durch die Drift-Schicht 1 und den Anschlussmuldenbereich 20 gebildet wird. Somit konzentriert sich ein elektrisches Feld leicht auf der vorderen Oberfläche S2 in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands (des rechten Rands in 15) des Anschlussmuldenbereichs 20.
  • Dadurch wird leicht ein Bereich mit einem hohen elektrischen Feld auf der Feldisolierschicht 3 um den äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs 20 herum gebildet. Wenn sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 bis zu diesem Bereich mit einem hohen elektrischen Feld ausdehnt, tritt leicht eine Luftentladung auf.
  • In einem Fall, in dem sich der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 15) der peripheren Struktur 7 von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 15) des Anschlussmuldenbereichs 20 aus nach innen befindet (nach links in 15), wird verhindert, dass sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 bis zu dem vorstehenden Bereich mit einem hohen elektrischen Feld ausdehnt. Dementsprechend ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der durch die vorstehende Abtrennung eine Luftentladung verursacht wird.
  • Ein Bereich mit einem hohen elektrischen Feld bildet sich leicht auf der Feldisolierschicht 3 um den Bereich herum, in dem eine maximale Verarmungsschicht (siehe die maximale Verarmungsschicht MDL in 3) mit der vorderen Oberfläche S2 in Kontakt kommt. Wenn sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 bis zu diesem Bereich mit einem hohen elektrischen Feld ausdehnt, tritt leicht eine Luftentladung auf.
  • In einem Fall, in dem die periphere Struktur 7 von der maximalen Verarmungsschicht beabstandet ist, wird verhindert, dass sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 bis zu dem vorstehenden Bereich mit einem hohen elektrischen Feld ausdehnt. Dementsprechend ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der durch die vorstehende Abtrennung eine Luftentladung verursacht wird.
  • Der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7 kann sich von dem äußeren peripheren Rand des Bereichs 21b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 aus nach innen befinden. Dadurch wird erschwert, dass die Verarmungsschicht, die sich im AUS-Zustand von dem pn-Übergang zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Anschlussmuldenbereich 20 aus ins Innere des Anschlussmuldenbereichs 20 ausbreitet, bis zu dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7 reicht.
  • Der Abstand zwischen der peripheren Struktur 7 und der vorderen Oberflächenelektrode 50 ist bevorzugt geringer als die Dicke von zumindest einer von der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser und ist bevorzugter geringer als die Dicke von jeder von der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 oder gleich dieser. Dadurch wird das Aspektverhältnis einer Vertiefung erhöht, die durch die vordere Oberflächenelektrode 50 und die periphere Struktur 7 gebildet wird.
  • Somit ist die Oberflächenschutzschicht 6 fester in dieser Vertiefung angebracht. Auch wenn die Oberflächenschutzschicht 6 beginnt, sich in der nahen Umgebung des äußeren peripheren Rands der vorderen Oberflächenelektrode 50 von dieser abzutrennen, wird dementsprechend zuverlässiger verhindert, dass sich diese Abtrennung über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7 hinaus nach außen ausdehnt.
  • Ausführungsform 6 Konfiguration
  • 18 ist eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration eines MOSFET 600 (einer Halbleitereinheit) gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. Der MOSFET 600 weist anstelle der aus einem isolierenden Material bestehenden peripheren Struktur 7 (15: Ausführungsform 5) eine aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M auf. Bei dem Material für die periphere Struktur 7M kann es sich um das vorstehend bei der Ausführungsform 3 beschriebene Material handeln. Die periphere Struktur 7M kann in der gleichen Weise wie die periphere Struktur 7 angeordnet sein.
  • Es ist anzumerken, dass die Konfiguration mit Ausnahme jener vorstehend beschriebenen im Wesentlichen die gleiche wie die vorstehend bei der Ausführungsform 5 beschriebene Konfiguration ist, und daher sind Elemente, die identisch mit jenen der Ausführungsform 5 sind oder jenen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und Beschreibungen derselben werden nicht wiederholt.
  • Variationen
  • 19 ist eine Teilschnittansicht eines MOSFET 601 als einer Variation des MOSFET 600. Bei dem MOSFET 601 weist die Feldisolierschicht 3 eine äußere Öffnung 30 auf, in welche die periphere Struktur 7M eingreift. Bei dieser Variation ist der Bereich 21b mit einer hohen Konzentration des Grenzbereichs 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 mit der peripheren Struktur 7M elektrisch verbunden. Gemäß dieser Variation wird aus dem gleichen Grund wie jenem im Fall der SBD 402 (14: Variation der Ausführungsform 4) zuverlässiger verhindert, dass sich die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 über die nahe Umgebung der peripheren Struktur 7M hinaus nach außen ausdehnt.
  • Als eine weitere Variation kann die Zwischenisolierschicht 14 so ausgebildet sein, dass sie sich auf der Oberfläche der Feldisolierschicht 3 erstreckt, und die periphere Struktur 7M kann über die Zwischenisolierschicht 14 auf der Feldisolierschicht 3 angeordnet sein. Gemäß dieser Variation kann eine laminierte Struktur aus der Feldisolierschicht 3 und der Zwischenisolierschicht 14 eine Öffnung aufweisen, in welche die periphere Struktur 7M eingreift. In diesem Fall ist der Bereich 21b mit einer hohen Konzentration des Grenzbereichs 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 mit der peripheren Struktur 7M elektrisch verbunden.
  • Als noch eine weitere Variation kann die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 (4: Variation der Ausführungsform 1) bei der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Wenn sie bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist die feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht 15 auf dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 5 (der Source-Elektrode 51 und der Gate-Leitungs-Elektrode 52), auf der Zwischenisolierschicht 14, auf der peripheren Struktur 7M sowie auf der Feldisolierschicht 3 angeordnet. Als noch eine weitere Alternative kann die periphere Struktur 7M den äußeren Bereich 7o und den inneren Bereich 7i aufweisen (siehe die in 5 dargestellte Variation der Ausführungsform 1).
  • Als noch eine weitere Alternative kann die periphere Struktur 7M die Form der peripheren Struktur 7 annehmen, die in 6 dargestellt ist (Variation der Ausführungsform 1). In diesem Fall ist es bevorzugt, dass in der nahen Umgebung der Ecken, in denen die vordere Oberflächenelektrode 50 in einer Draufsicht eine Krümmung aufweist, keine Verbindungsbereiche angeordnet sind. Gemäß diesen Variationen ist es möglich, im Wesentlichen die gleichen Effekte wie jene zu erzielen, die dann erzielt werden, wenn diese Variationen bei der Ausführungsform 1 eingesetzt werden.
  • Als noch eine weitere Alternative kann die Feldisolierschicht 3 die innere Öffnung 3i aufweisen (siehe die in 8 dargestellte Variation der Ausführungsform 2). Wenn sie bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, weist die Feldisolierschicht 3 eine innere Öffnung 3i, in welche die Oberflächenschutzschicht 6 eingreift, zwischen der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7 auf. Gemäß dieser Variation ist es möglich, im Wesentlichen den gleichen Effekt wie jenen zu erzielen, der erzielt wird, wenn diese Variation bei der Ausführungsform 2 eingesetzt wird.
  • Herstellungsverfahren
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET 600 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die bis zur Bildung der Gate-Elektrode 13 durchgeführten Schritte sind die gleichen wie jene vorstehend bei der Ausführungsform 5 beschriebenen, und daher werden erneute Beschreibungen derselben weggelassen.
  • Nach den vorstehend erwähnten Schritten wird die Zwischenisolierschicht 14 mittels CVD gebildet. Dann werden die Zwischenisolierschicht 14 und die Gate-Isolierschicht 12 perforiert, um ein Kontaktloch herzustellen, das bis zu dem Kontaktbereich 19 und dem Source-Bereich 11 reicht. Gleichzeitig wird die Zwischenisolierschicht 14 außerhalb des aktiven Bereichs RA perforiert, um ein Kontaktloch herzustellen, das bis zu der Gate-Elektrode 13 reicht.
  • Danach wird die vordere Oberflächenelektrode 50 durch einen Abscheidungsprozess, wie beispielsweise Sputtern oder Gasphasenabscheidung, und einen Strukturierungsprozess gebildet. Dabei kann die periphere Struktur 7M zur gleichen Zeit gebildet werden. In diesem Fall wird die periphere Struktur 7M aus dem gleichen Material wie dem Material für die vordere Oberflächenelektrode 50 hergestellt und weist die gleiche Dicke wie die Dicke der vorderen Oberflächenelektrode 50 auf. Zum Beispiel können die vordere Oberflächenelektrode 50 und die periphere Struktur 7M aus einer Al-Schicht mit einer Dicke von 5 µm gebildet werden.
  • Darüber hinaus wird die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 zum Beispiel durch Sputtern oder Gasphasenabscheidung auf der rückwärtigen Oberfläche S1 des epitaxialen Substrats 30 gebildet. Bereiche der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8, die mit dem epitaxialen Substrat 30 in Kontakt kommen, werden durch eine Wärmebehandlung silicidiert. Im Fall einer Herstellung des MOSFET 601 (19) kann auch ein Bereich der peripheren Struktur 7, der mit dem epitaxialen Substrat 30 in Kontakt kommt, durch eine Wärmebehandlung silicidiert werden.
  • Als Nächstes wird die Oberflächenschutzschicht 6 so gebildet, dass sie den äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 und die Oberfläche bedeckt, auf der die periphere Struktur 7M und andere Komponenten oder Bestandteile angeordnet sind. Die Oberflächenschutzschicht 6 wird zum Beispiel durch Anbringen und Belichten einer Beschichtung aus einem photosensitiven Polyimid in einer gewünschten Form gebildet. Auf diese Weise wird der MOSFET 600 erhalten.
  • Betrieb
  • Als Nächstes wird im Folgenden der Betrieb des MOSFET 600 (18) beschrieben. Es ist anzumerken, dass der grundlegende Betrieb in Bezug auf den „EIN-Zustand“ und den „AUS-Zustand“ des MOSFET 500 gemäß Ausführungsform 5 der gleiche wie jener des MOSFET 600 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, und daher wird eine Beschreibung desselben weggelassen.
  • Anders als bei der Ausführungsform 5 wird bei der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung anstelle der aus einem isolierenden Material bestehenden peripheren Struktur 7 (15) die aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M verwendet. Bei dem MOSFET 600 (18) liegt die periphere Struktur 7M auf der Feldisolierschicht 3 vor. Somit weist die periphere Struktur 7M im AUS-Zustand ein Zwischenpotential zwischen dem Potential der vorderen Oberflächenelektrode 50, die als eine Kathode dient, und dem Potential auf der äußeren peripheren Seite der epitaxialen Schicht 32 auf, die als eine Anode dient.
  • Bei dem MOSFET 601 (19) ist die aus einem leitfähigen Material bestehende periphere Struktur 7M über den Grenzbereich 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 mit der Source-Elektrode 51 der vorderen Oberflächenelektrode 50 elektrisch verbunden. Hierbei weist der Anschlussmuldenbereich 20 einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die spezifischen elektrischen Widerstände der vorderen Oberflächenelektrode 50 und der peripheren Struktur 7M auf. Somit weist die periphere Struktur 7M im AUS-Zustand aufgrund des elektrischen Widerstands des Anschlussmuldenbereichs 20 ein höheres Potential als das Potential der Source-Elektrode 51 der vorderen Oberflächenelektrode 50 auf.
  • Dementsprechend wirkt hauptsächlich die vordere Oberflächenelektrode 50 anstatt der peripheren Struktur 7M als eine Kathode, mit der eine Erzeugung von OH-Ionen einhergeht. Dementsprechend scheidet sich auf der Oberfläche und den Seitenflächen der peripheren Struktur 7M kein Isolator ab, der aus der Erzeugung von OH--Ionen entsteht. Dadurch wird vermieden, dass sich die Oberflächenschutzschicht 6 aufgrund dieser Abscheidung von der peripheren Struktur 7M abtrennt.
  • Dementsprechend weist die periphere Struktur 7M ähnlich wie die periphere Struktur 7 (15: Ausführungsform 5) eine Funktion auf, durch welche die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 von der Feldisolierschicht 3 gestoppt wird, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt.
  • Im AUS-Zustand breitet sich eine Verarmungsschicht von dem pn-Übergang, der zwischen der Drift-Schicht 1 und jedem von dem Elementmuldenbereich 9 und dem Anschlussmuldenbereich 20 ausgebildet ist, bis ins Innere der Drift-Schicht 1, des Elementmuldenbereichs 9 und des Anschlussmuldenbereichs 20 aus. Es wird angenommen, dass sich eine maximale Verarmungsschicht ähnlich der maximalen Verarmungsschicht MDL (3) der SBD 100 auch in dem MOSFET 600 ausbildet. Wenn die angelegte Spannung bis zu einem Grenzwert erhöht wird, bildet sich eine maximale Verarmungsschicht aus. Da die Verarmungsschicht einen Potentialgradienten aufweist, kann an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M ein besonders großer Potentialunterschied auftreten, wenn die Verarmungsschicht in der Oberfläche des Anschlussmuldenbereichs 20 bis unmittelbar unter den äußeren peripheren Rand der leitfähigen peripheren Struktur 7M reicht.
  • Aufgrund einer resultierenden übermäßigen Konzentration eines elektrischen Felds kann dann an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M ein Durchbruch auftreten. Insbesondere in dem Fall des MOSFET 601 (19) gemäß der Variation befindet sich die periphere Struktur 7M in direktem Kontakt mit dem epitaxialen Substrat 30 und wird daher durch die Konzentration eines elektrischen Felds erheblich nachteilig beeinflusst. Aufgrund des Vorstehenden ist die periphere Struktur 7M bevorzugt entfernt von der maximalen Verarmungsschicht angeordnet.
  • Es ist anzumerken, dass der Elementmuldenbereich 9 und der Grenzbereich 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 üblicherweise ausreichend höhere Störstellenkonzentrationen als die Störstellenkonzentration des Erweiterungsbereichs 22 des Anschlussmuldenbereichs 20 aufweisen. Somit breitet sich die Verarmungsschicht nur geringfügig ins Innere des Elementmuldenbereichs 9 und des Grenzbereichs 21 des Anschlussmuldenbereichs 20 aus.
  • Somit ist in einem Fall, in dem sich der äußere periphere Rand des Bereichs 21b mit einer hohen Konzentration von dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M aus nach außen befindet, wie in 19 dargestellt, das Auftreten eines Durchbruchs an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M weniger wahrscheinlich, auch wenn die angelegte Spannung im AUS-Zustand eine Lawinendurchbruchspannung erreicht hat.
  • Zusammenfassung von Effekten
  • Gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung ist die periphere Struktur 7M auf der äußeren peripheren Seite der vorderen Oberflächenelektrode 50 angeordnet. Somit kann die periphere Struktur 7M aus im Wesentlichen dem gleichen Grund wie jenem bei der Ausführungsform 5 eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht 6 verhindern, die von dem äußeren peripheren Rand der vorderen Oberflächenelektrode 50 in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin erfolgt. Dementsprechend kann die Oberflächenschutzschicht 6 den Isolierschutz in dem Bereich von der peripheren Struktur 7M nach außen aufrechterhalten. Dadurch wird die Isolierzuverlässigkeit des MOSFET 600 verbessert.
  • Der äußere periphere Rand (der rechte Rand in 18) der peripheren Struktur 7M befindet sich von dem äußeren peripheren Rand (dem rechten Rand in 18) des Anschlussmuldenbereichs 20 aus nach innen (in 18 nach links). Dadurch wird die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M unterbunden.
  • Die periphere Struktur 7M ist bevorzugt von der vorstehend erwähnten maximalen Verarmungsschicht beabstandet. Dadurch wird die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M zuverlässiger unterbunden.
  • Der äußere periphere Rand der peripheren Struktur 7M befindet sich bevorzugt von dem äußeren peripheren Rand des Bereichs 21b mit einer hohen Konzentration des Anschlussmuldenbereichs 20 aus nach innen. Dadurch wird die Konzentration eines elektrischen Felds an dem äußeren peripheren Rand der peripheren Struktur 7M zuverlässiger unterbunden.
  • Ausführungsform 7
  • Die vorliegende Ausführungsform setzt die Halbleitereinheit gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 6, die vorstehend beschrieben sind, bei einem Leistungswandler ein. Wenngleich die vorliegende Erfindung nicht auf einen speziellen Leistungswandler beschränkt ist, wird im Folgenden ein Fall als Ausführungsform 7 beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Dreiphasen-Wechselrichter angewendet wird.
  • 20 ist ein Blockschaubild, das eine Konfiguration eines Leistungswandlungssystems schematisch darstellt, bei dem ein Leistungswandler 2000 gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Das Leistungswandlungssystem weist eine Stromquelle 1000, den Leistungswandler 2000 sowie eine Last 3000 auf. Bei der Stromquelle 1000 handelt es sich um eine Gleichstromversorgung, und sie führt dem Leistungswandler 2000 einen Gleichstrom zu.
  • Die Stromquelle 1000 kann mit verschiedenen Komponenten oder Bestandteile konfiguriert sein und kann zum Beispiel durch ein Gleichstromsystem, eine Solarzelle sowie eine Speicherbatterie konfiguriert sein oder kann als eine Gleichrichterschaltung oder als ein AC/DC-Wandler konfiguriert sein, der mit einem Wechselstromsystem verbunden ist. Als eine weitere Alternative kann die Stromquelle 1000 als ein DC/DC-Wandler konfiguriert sein, der einen Gleichstrom, der von einem Gleichstromsystem abgegeben wird, in einen vorgegebenen Strom umwandelt.
  • Bei dem Leistungswandler 2000 handelt es sich um einen Dreiphasen-Wechselrichter, der zwischen die Stromquelle 1000 und die Last 3000 geschaltet ist, und er ist so konfiguriert, dass er einen von der Stromquelle 1000 zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und der Last 3000 den Wechselstrom zuführt. Wie in 20 dargestellt, weist der Leistungswandler 2000 Folgendes auf: eine Hauptwandlerschaltung 200, die einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom abgibt, eine Treiberschaltung 2002, die Treibersignale zum Treiben jedes Schaltelements der Hauptwandlerschaltung 2001 ausgibt, sowie eine Steuerschaltung 2003, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 2002 an die Treiberschaltung 2002 ausgibt.
  • Bei der Last 3000 handelt es sich um einen Dreiphasen-Elektromotor, der durch den von dem Leistungswandler 2000 zugeführten Wechselstrom angetrieben wird. Es ist anzumerken, dass die Last 3000 nicht zur Verwendung in einer speziellen Anwendung beschränkt ist und es sich um einen Elektromotor handelt, der an verschiedenen elektrischen Vorrichtungen montiert sein kann und zum Beispiel als ein Elektromotor für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, ein elektrisches Kraftfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlage verwendet wird.
  • Im Folgenden wird der Leistungswandler 2000 im Detail beschrieben. Die Hauptwandlerschaltung 2001 weist Schaltelemente und Freilaufdioden auf (nicht gezeigt). Durch Schalten der Schaltelemente wandelt die Hauptwandlerschaltung 2001 den von der Stromquelle 1000 zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und führt der Last 3000 den Wechselstrom zu. Während die Hauptwandlerschaltung in einer Vielzahl von speziellen Schaltungskonfigurationen erhältlich ist, handelt es sich bei der Hauptwandlerschaltung 2001 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine zweistufige Dreiphasen-Vollbrückenschaltung, und sie weist sechs Schaltelemente sowie sechs Freilaufdioden auf, die jeweils antiparallel mit den sechs Schaltelementen geschaltet sind.
  • Die Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 6, die vorstehend beschrieben sind, wird bei zumindest einem/einer der Schaltelemente und der Freilaufdioden in der Hauptwandlerschaltung 2001 eingesetzt. Jeweils zwei der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet und konfigurieren obere und untere Zweige, und jedes Paar der oberen und unteren Zweige konfiguriert jeweils eine Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Dann sind die Ausgangsanschlüsse der Paare der oberen und unteren Zweige, d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Hauptwandlerschaltung 2001, mit der Last 3000 verbunden.
  • Die Treiberschaltung 2002 erzeugt Treibersignale zum Treiben der Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 2001 und führt den Steuerelektroden der Schaltelemente in der Hauptwandlerschaltung 2001 die Treibersignale zu. Insbesondere gibt die Treiberschaltung gemäß dem Steuersignal, das von der später beschriebenen Steuerschaltung 2003 empfangen wird, ein Treibersignal zum Einschalten eines Schaltelements und ein Treibersignal zum Ausschalten eines Schaltelements an die Steuerelektrode jedes Schaltelements aus. In einem Fall, in dem ein Schaltelement im EIN-Zustand gehalten wird, handelt es sich bei dem Treibersignal um ein Spannungssignal (ein EIN-Signal), das höher als eine Schwellenspannung des Schaltelements ist, und in einem Fall, in dem ein Schaltelement im AUS-Zustand gehalten wird, handelt es sich bei dem Treibersignal um ein Spannungssignal (ein AUS-Signal), das niedriger als die Schwellenspannung des Schaltelements ist.
  • Die Steuerschaltung 2003 steuert die Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 2001 so, dass der Last 3000 eine gewünschte Leistung zugeführt wird. Insbesondere auf der Basis der Leistung, die der Last 3000 zuzuführen ist, berechnet die Steuerschaltung 2003 einen Zeitpunkt (Einschaltzeitpunkt), wenn das jeweilige Schaltelement der Hauptwandlerschaltung 2001 einzuschalten ist. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 2003 die Hauptwandlerschaltung 2001 durch eine Impulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung steuern, bei welcher der Einschaltzeitpunkt jedes Schaltelements gemäß der auszugebenden Spannung moduliert wird.
  • Dann gibt die Steuerschaltung 2003 einen Steuerbefehl (ein Steuersignal) an die Treiberschaltung 2002 so aus, dass zu jedem Zeitpunkt ein EIN-Signal an ein Schaltelement ausgegeben wird, das einzuschalten ist, und ein AUS-Signal an ein Schaltelement ausgegeben wird, das auszuschalten ist. Gemäß diesem Steuersignal gibt die Treiberschaltung 2002 entweder das EIN-Signal oder das AUS-Signal als ein Treibersignal jeweils an ein Schaltelement aus.
  • Bei dem Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Halbleitereinheiten gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 als die Freilaufdioden der Hauptwandlerschaltung 2001 eingesetzt werden. Außerdem kann die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 5 oder 6 für die Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 2001 eingesetzt werden. Dadurch wird eine Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht.
  • Wenngleich die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel für ein Anwenden der vorliegenden Erfindung auf einen zweistufigen Dreiphasen-Wechselrichter beschreibt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann auf verschiedene Leistungswandler angewendet werden. Wenngleich es sich bei dem Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform um einen zweistufigen Wandler handelt, kann der Leistungswandler auch ein mehrstufiger Wandler sein, wie beispielsweise ein dreistufiger Wandler. In einem Fall, in dem einer Einzelphasen-Last ein Strom zugeführt wird, kann die vorliegende Erfindung auf einen Einzelphasen-Wechselrichter angewendet werden. In einem Fall, in dem ein Strom zum Beispiel einer Gleichstrom-Last zugeführt wird, kann die vorliegende Erfindung auch auf einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler angewendet werden.
  • Der Leistungswandler, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, ist nicht zur Verwendung in einem Fall beschränkt, in dem es sich bei der Last um einen Elektromotor handelt. Er kann zum Beispiel in Leistungszuführungseinheiten für elektrische Entladungsvorrichtungen, Laserbearbeitungsvorrichtungen, Induktionskochfeld-Vorrichtungen oder kontaktlose Stromversorgungssysteme verwendet werden oder kann auch als ein Leistungskonditionierer für photovoltaische Stromerzeugungssysteme, elektrische Kondensatorsysteme oder andere Systeme verwendet werden.
  • Während bei einigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zum Beispiel physikalische Eigenschaften, Materialien, Abmessungen, Formen und relative Positionen in einer Anordnung jeder Komponente oder jedes Bestandteils oder Bedingungen für eine Ausführung beschrieben sind, so sind diese Merkmale in sämtlichen Aspekten nur illustrativ und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Daher wird angenommen, dass eine nicht begrenzte Anzahl von Variationen, die nicht beispielhaft dargelegt sind, in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt.
  • Es wird zum Beispiel angenommen, dass der Umfang der Erfindung auch Fälle umfasst, in denen irgendeine Komponente Bestandteil modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen wird, und Fälle aufweist, in denen zumindest eine Komponente aus zumindest einer Ausführungsform entnommen und mit Komponenten in den anderen Ausführungsformen kombiniert wird.
  • Bei jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann jede Komponente oder jeder Bestandteil, von dem in der Beschreibung angenommen wird, dass es „eine Komponente“ oder „ein Bestandteil“ ist, „ein oder mehrere“ Komponenten oder Bestandteile umfassen, solange sich kein Widerspruch ergibt. Bei Komponenten oder Bestandteilen, welche die vorliegende Erfindung bilden, handelt es sich um konzeptionelle Einheiten, und eine Komponente oder ein Bestandteil kann durch eine Mehrzahl von Strukturen konfiguriert sein, oder eine Komponente oder ein Bestandteil kann einem Teil einer Struktur entsprechen. Darüber hinaus kann jede Komponente oder jeder Bestandteil der vorliegenden Erfindung eine Struktur mit einer anderen Konfiguration oder Form aufweisen, solange die gleiche Funktion erzielt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung innerhalb des Umfangs der Erfindung frei mit einer anderen kombiniert werden kann oder in geeigneter Weise modifiziert werden kann oder Merkmale weggelassen werden können. Wenngleich die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben ist, so ist die vorausgehende Beschreibung in sämtlichen Aspekten lediglich illustrativ und nicht restriktiv. Daher versteht es sich, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei den Darstellungen in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird für sämtliche Zielsetzungen in Bezug auf die Technik der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, und nichts in der Beschreibung wird als herkömmliche Technologie betrachtet.
  • Bezugszeichenliste
    • S1
    rückwärtige Oberfläche (erste Oberfläche)
    S2
    vordere Oberfläche (zweite Oberfläche)
    RA
    aktiver Bereich
    UC
    Einheitszelle
    RI
    innerer Bereich
    RO
    äußerer Bereich
    MDL
    maximale Verarmungsschicht
    1
    Drift-Schicht
    2, 20
    Anschlussmuldenbereich
    2a, 21a
    Bereich mit einer geringen Konzentration
    2b, 21b
    Bereich mit einer hohen Konzentration
    3
    Feldisolierschicht
    3i
    innere Öffnung
    30
    äußere Öffnung
    5, 50
    vordere Oberflächenelektrode
    5a
    Schottky-Elektrode
    5b
    Elektroden-Kontaktstelle
    6
    Oberflächenschutzschicht
    7, 7M
    periphere Struktur
    7a
    Bereich (erster Bereich)
    7b
    Bereich (zweiter Bereich)
    7i
    innerer Bereich
    7o
    äußerer Bereich
    7r
    Vertiefung
    8
    rückwärtige Oberflächenelektrode
    9
    Elementmuldenbereich
    11
    Source-Bereich
    12
    Gate-Isolierschicht
    13
    Gate-Elektrode
    14
    Zwischenisolierschicht
    15
    feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht
    19
    Kontaktbereich
    21
    Grenzbereich
    22
    Erweiterungsbereich
    30
    epitaxiales Substrat (Halbleitersubstrat)
    31
    monokristallines Substrat (Trägersubstrat)
    32
    epitaxiale Schicht (Halbleiterschicht)
    51
    Source-Elektrode (Hauptelektrodenbereich)
    52
    Gate-Leitungs-Elektrode (Steuerleitungs-Elektrodenbereich)
    52p
    Gate-Kontaktstelle
    52w
    Gate-Leitung
    100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402
    SBD (Halbleitereinheit)
    500, 600, 601
    MOSFET (Halbleitereinheit)
    1000
    Stromquelle
    2000
    Leistungswandler
    2001
    Hauptwandlerschaltung
    2002
    Treiberschaltung
    2003
    Steuerschaltung
    3000
    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 2013211503 A [0002, 0004]

Claims (18)

  1. Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402, 500, 600, 601), die Folgendes aufweist: - ein Halbleitersubstrat (30), das eine erste Oberfläche (S1) und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche (S2) aufweist, wobei die zweite Oberfläche einen inneren Bereich (RI) und einen äußeren Bereich (RO) außerhalb des inneren Bereichs aufweist, wobei das Halbleitersubstrat (30) Folgendes aufweist: - eine Drift-Schicht (1) mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und - einen Anschlussmuldenbereich (2, 20) mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet, wobei der Anschlussmuldenbereich einen Bereich aufweist, der sich von einem Ort zwischen dem inneren Bereich (RI) und dem äußeren Bereich (RO) in Richtung zu dem äußeren Bereich (RO) in der zweiten Oberfläche (S2) erstreckt; - eine erste Elektrode (8), die auf der ersten Oberfläche (S1) des Halbleitersubstrats (30) angeordnet ist; - eine zweite Elektrode (5, 50), die auf zumindest einem Teil des inneren Bereichs (RI) des Halbleitersubstrats (30) angeordnet ist und mit dem Anschlussbereich (2, 20) elektrisch verbunden ist sowie einen Rand aufweist, der sich an einer Grenze zwischen dem inneren Bereich (RI) und dem äußeren Bereich (RO) befindet; - eine periphere Struktur (7, 7M), die auf einem Teil des äußeren Bereichs (RO) des Halbleitersubstrats (30) entfernt von der zweiten Elektrode (5, 50) angeordnet ist; und - eine Oberflächenschutzschicht (6), die den Rand der zweiten Elektrode (5, 50) und zumindest einen Teil des äußeren Bereichs (RO) des Halbleitersubstrats (30) bedeckt, die in diesen eingreifende periphere Struktur (7, 7M) aufweist und aus einem isolierenden Material besteht, das sich von einem Material für die periphere Struktur (7, 7M) unterscheidet.
  2. Halbleitereinheit (300, 301, 400 bis 402, 600, 601) nach Anspruch 1, wobei die periphere Struktur (7M) aus einem leitfähigen Material besteht.
  3. Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402, 500, 600, 601) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich ein äußerer peripherer Rand der peripheren Struktur (7, 7M) von einem äußeren peripheren Rand des Anschlussmuldenbereichs (2, 20) aus nach innen befindet.
  4. Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402, 500, 600, 601) nach Anspruch 3, - wobei eine Verarmungsschicht, die sich von einer Grenze zwischen der Drift-Schicht (1) und dem Anschlussmuldenbereich (2, 20) ausdehnt, als eine maximale Verarmungsschicht (MDL) definiert ist, wenn eine maximale Spannung an der Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402, 500, 600, 601) anliegt, und - wobei die periphere Struktur (7, 7M) von der maximalen Verarmungsschicht beabstandet ist.
  5. Halbleitereinheit (301, 401, 402, 500, 600, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - wobei der Anschlussmuldenbereich (2, 20) einen ersten Bereich (2a, 21a) und einen zweiten Bereich (2b, 21b) in der zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats aufweist, wobei der zweite Bereich eine höhere Störstellenkonzentration als eine Störstellenkonzentration des ersten Bereichs (2a, 21a) aufweist, und - wobei sich ein äußerer peripherer Rand der peripheren Struktur (7, 7M) von einem äußeren peripheren Rand des zweiten Bereichs (2b, 21b) des Anschlussmuldenbereichs (2, 20) aus nach innen befindet.
  6. Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402, 500, 600, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abstand zwischen der zweiten Elektrode (5, 50) und der peripheren Struktur (7, 7M) geringer als die Dicke von zumindest einer von der zweiten Elektrode (5, 50) und der peripheren Struktur (7, 7M) oder gleich dieser ist.
  7. Halbleitereinheit (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - wobei die periphere Struktur (7) einen äußeren Bereich (70) und einen inneren Bereich (7i) aufweist, der sich zwischen dem äußeren Bereich (70) und der zweiten Elektrode (5) entfernt von dem äußeren Bereich (70) befindet, und - wobei die Oberflächenschutzschicht (6) in einen Zwischenraum zwischen dem inneren Bereich (7i) und dem äußeren Bereich (70) eingreift.
  8. Halbleitereinheit (103) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, - wobei die periphere Struktur (7) einen ersten Bereich (7a) und einen zweiten Bereich (7b) aufweist, der von dem ersten Bereich (7a) beabstandet ist, und - wobei die Oberflächenschutzschicht (6) in einen Zwischenraum zwischen der zweiten Elektrode (5) und dem ersten Bereich (7a) der peripheren Struktur (7), einen Zwischenraum zwischen der zweiten Elektrode (50) und dem zweiten Bereich (7b) der peripheren Struktur (7) und einen Zwischenraum zwischen dem ersten Bereich (7a) der peripheren Struktur (7) und dem zweiten Bereich (7b) der peripheren Struktur (7) eingreift.
  9. Halbleitereinheit (103) nach Anspruch 8, wobei der Abstand zwischen dem ersten Bereich (7a) der peripheren Struktur (7) und dem zweiten Bereich (7b) der peripheren Struktur (7) geringer als die Dicke der peripheren Struktur (7) oder gleich dieser ist.
  10. Halbleitereinheit (200, 201, 202, 400 bis 402, 500, 600, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner Folgendes aufweist: - eine Feldisolierschicht (3), die einen Bereich aufweist, der auf dem äußeren Bereich (RO) der zweiten Oberfläche (S2) des Halbleitersubstrats (30) angeordnet ist, - wobei sich der Rand der zweiten Elektrode (5, 50) über die Feldisolierschicht (3) auf der zweiten Oberfläche (S2) des Halbleitersubstrats (30) befindet und - wobei sich die periphere Struktur (7, 7M) auf der Feldisolierschicht (3) befindet.
  11. Halbleitereinheit (201) nach Anspruch 10, wobei die Feldisolierschicht (3) eine innere Öffnung (3i), in welche die Oberflächenschutzschicht (6) eingreift, in zumindest einem Zwischenraum zwischen der zweiten Elektrode (5, 50) und der peripheren Struktur (7, 7M) aufweist.
  12. Halbleitereinheit (201) nach Anspruch 11, wobei die innere Öffnung (3i) der Feldisolierschicht (3) eine Breite aufweist, die geringer als die Dicke der Feldisolierschicht (3) oder gleich dieser ist.
  13. Halbleitereinheit (202, 402, 601) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Feldisolierschicht (3) eine äußere Öffnung (30) aufweist, in welche die periphere Struktur (7, 7M) eingreift.
  14. Halbleitereinheit (202, 601) nach Anspruch 13, wobei die äußere Öffnung (30) der Feldisolierschicht (3) eine Breite aufweist, die geringer als die Dicke der Feldisolierschicht (3) oder gleich dieser ist.
  15. Halbleitereinheit (500, 600, 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die zweite Elektrode (50) Folgendes aufweist: - einen Hauptelektrodenbereich (51), der mit dem Anschlussmuldenbereich elektrisch verbunden ist; und - einen entfernt von dem Hauptelektrodenbereich angeordneten Steuerleitungs-Elektrodenbereich (52), um ein Steuersignal zum Steuern eines elektrischen Pfads zwischen dem Hauptelektrodenbereich und der ersten Elektrode zu empfangen.
  16. Halbleitereinheit (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die ferner Folgendes aufweist: eine feuchtigkeitsbeständige isolierende Schicht (15), die zwischen der zweiten Elektrode (5, 50) und der Oberflächenschutzschicht (6) angeordnet ist und aus einem Material besteht, das sich von einem Material für die Oberflächenschutzschicht (6) unterscheidet.
  17. Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Halbleitersubstrat (30) aus Siliciumcarbid besteht.
  18. Leistungswandler (2000), der Folgendes aufweist: - eine Hauptwandlerschaltung (2001), die eine eingegebene Leistung in eine umgewandelte Leistung umwandelt und die umgewandelte Leistung abgibt und welche die Halbleitereinheit (100 bis 103, 200 bis 202, 300, 301, 400 bis 402, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist; - eine Treiberschaltung (2002), die ein Treibersignal zum Treiben der Halbleitereinheit an die Halbleitereinheit ausgibt; und - eine Steuerschaltung (2003), die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung ausgibt.
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