DE112020005203T5 - Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements - Google Patents

Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements Download PDF

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Tomoaki Hatayama
Takeyoshi Masuda
Shinsuke Harada
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement umfasst ein Siliziumkarbidsubstrat, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Das Siliziumkarbidsubstrat weist eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich auf. Die erste Elektrode ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche. Die zweite Elektrode ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche. Der zweite Verunreinigungsbereich umfasst einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs ist größer als oder gleich 6×1016cm-3.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements. Die vorliegende Erfindung beansprucht Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-196257 vom 29. Oktober 2019, deren gesamter Inhalt hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die IV-Eigenschaft einer SiC-PiN-Diode wird in Kazuto Takao et al. „High-Power Converters with High Switching Frequency Using Hybrid Pairs ofSiC-PiN Diodes and Si-IEGTs“, Toshiba Review, Volume 66, No. 5, 2011 (NPL 1) beschrieben.
  • REFERENZLISTE
    • NPL 1: Kazuto Takao et al. „High-Power Converters with High Switching Frequency Using Hybrid Pairs of SiC-PiN Diodes and Si-IEGTs“, Toshiba Review, Volume 66, No. 5, 2011
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbidsubstrat, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Das Siliziumkarbidsubstrat weist eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich auf, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die erste Elektrode ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche. Die zweite Elektrode ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche. Der zweite Verunreinigungsbereich umfasst einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3.
  • Ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbidsubstrat, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Das Siliziumkarbidsubstrat weist eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich auf, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich getrennt ist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die erste Elektrode ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche. Die zweite Elektrode ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche. Der zweite Verunreinigungsbereich umfasst einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist. Die Punktdefektdichte des ersten Bereichs ist größer als oder gleich 6×1012 cm-3.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Es wird ein Siliziumkarbidsubstrat vorbereitet, das eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich aufweist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, sodass er von dem ersten Verunreinigungsbereich getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Es wird eine erste Elektrode ausgebildet, die in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche ist. Es wird eine zweite Elektrode ausgebildet, die in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche ist. Der zweite Verunreinigungsbereich umfasst einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Der erste Bereich wird durch eine Ionenimplantation ausgebildet.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie II-II in 1.
    • 3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Bereichs III in 2.
    • 4 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 5 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 6 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Schritt zum Vorbereiten eines Siliziumkarbidsubstrats in dem Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 9 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 11 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 12 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen fünften Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 13 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen sechsten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 14 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen siebten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 15 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen achten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 16 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Drainstromdichte und einer Drainspannung in einem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement gemäß einer Probe 1 zeigt.
    • 17 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Drainstromdichte und einer Drainspannung in einem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement gemäß einer Probe 2 zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • [Problemstellung der vorliegenden Erfindung]
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements vorzusehen, mit denen eine durch eine Temperatur verursachte Änderung einer Diodenkennlinie unterdrückt werden kann.
  • [Vorteilhafter Effekt der vorliegenden Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement und ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements vorgesehen werden, mit denen eine durch eine Temperatur verursachte Änderung einer Diodenkennlinie unterdrückt werden kann.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Was die kristallografischen Angaben in dieser Beschreibung angeht, wird eine individuelle Ausrichtung durch [] wiedergegeben, wird eine Gruppenausrichtung durch <> wiedergegeben, wird eine individuelle Ebene durch () wiedergegeben und wird eine Gruppenebene durch {} wiedergegeben. Ein kristallografisch negativer Index wird normalerweise durch das Setzen eines Balkens („-“) über einer Zahl ausgedrückt. In dieser Beschreibung wird jedoch der kristallografisch negative Index durch das Setzen eines Minuszeichens vor der Zahl ausgedrückt.
    • (1) Ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Erfindung umfasst ein Siliziumkarbidsubstrat 100, eine erste Elektrode 61 und eine zweite Elektrode 62. Das Siliziumkarbidsubstrat 100 weist eine erste Hauptfläche 1, eine zweite Hauptfläche 2, einen ersten Verunreinigungsbereich 10, einen zweiten Verunreinigungsbereich 20 und einen dritten Verunreinigungsbereich 30 auf, wobei die zweite Hauptfläche 2 der ersten Hauptfläche 1 gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich 10 wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche 2 bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich 10 einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich 30 in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 derart vorgesehen ist, dass er dem ersten Verunreinigungsbereich 10 getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich 30 den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die erste Elektrode 61 ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1. Die zweite Elektrode 62 ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 an der zweiten Hauptfläche 2. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 umfasst einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22, der zwischen dem ersten Bereich 21 und der zweiten Hauptfläche 2 angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich 21 ist. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3.
    • (2) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (1) kann die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs 22 größer als oder gleich 6×1016 cm-3 sein.
    • (3) Ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbidsubstrat 100, eine erste Elektrode 61 und eine zweite Elektrode 62. Das Siliziumkarbidsubstrat 100 weist eine erste Hauptfläche 1, eine zweite Hauptfläche 2, einen ersten Verunreinigungsbereich 10, einen zweiten Verunreinigungsbereich 20 und einen dritten Verunreinigungsbereich 30 auf, wobei die zweite Hauptfläche 2 der ersten Hauptfläche 1 gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich 10 wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche 2 bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich 10 einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich 30 in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich 10 getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich 30 den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Die erste Elektrode 61 ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1. Die zweite Elektrode 62 ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 an der zweiten Hauptfläche 2. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 umfasst einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22, der zwischen dem ersten Bereich 21 und der zweiten Hauptfläche 2 angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich 21 ist. Die Punktdefektdichte des ersten Bereichs 21 ist größer als oder gleich 6×1012 cm-3.
    • (4) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (3) kann die Punktdefektdichte des ersten Bereichs 21 größer als oder gleich 1×1014 cm-3 sein.
    • (5) Das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (1) bis (4) kann von einem planaren Typ sein.
    • (6) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (1) bis (4) kann ein Graben 5 in dem Siliziumkarbidsubstrat 100 vorgesehen sein. Der Graben 5 kann eine Seitenfläche 3, die in Kontakt mit jeweils dem ersten Verunreinigungsbereich 10, dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 ist, und eine Bodenfläche 4, die an die Seitenfläche 3 anschließt und in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 ist, aufweisen.
    • (7) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (6) kann in einem Querschnitt senkrecht zu der erste Hauptfläche 1 der Graben 5 eine U-Form aufweisen.
    • (8) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (6) kann in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Hauptfläche 1 der Graben 5 eine V-Form aufweisen.
    • (9) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (1) bis (8) kann die erste Hauptfläche 1 eine (000-1)-Ebene oder eine mit einem Winkel von kleiner als oder gleich 8° in Bezug auf die (000-1)-Ebene geneigte Ebene sein.
    • (10) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (1) bis (9) kann die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 größer als die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs 22 sein.
    • (11) In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß (10) kann die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 kleiner als oder gleich 1×1019 cm-3 sein.
    • (12) Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Es wird ein Siliziumkarbidsubstrat 100 vorbereitet, das eine erste Hauptfläche 1, eine zweite Hauptfläche 2, einen ersten Verunreinigungsbereich 10, einen zweiten Verunreinigungsbereich 20 und einen dritten Verunreinigungsbereich 30 aufweist, wobei die zweite Hauptfläche 2 der ersten Hauptfläche 1 gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich 10 wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche 2 bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich 10 einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich 20 einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich 30 in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich 10 getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich 30 den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Es wird eine erste Elektrode 61 ausgebildet, die in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1 ist. Es wird eine zweite Elektrode 62 ausgebildet, die in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 an der zweiten Hauptfläche 2 ist. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 umfasst einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22, der zwischen dem ersten Bereich 21 und der zweiten Hauptfläche 2 angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich 21 ist. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Der erste Bereich 21 wird durch eine Ionenimplantation ausgebildet.
    • (13) In dem Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß (12) kann der zweite Bereich 22 durch eine Ionenimplantation ausgebildet werden.
    • (14) In dem Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß (12) oder (13) kann der erste Verunreinigungsbereich 10 durch ein Epitaxialwachstum unter einer Temperaturbedingung von größer als oder gleich 1500°C und kleiner als oder gleich 1750°C ausgebildet werden.
    • (15) In dem Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß (12) bis (14) kann das Vorbereiten des Siliziumkarbidsubstrats 100 das Durchführen eines Aktivierungsglühens umfassen. Das Durchführen des Aktivierungsglühens kann unter einer Temperaturbedingung von größer als oder gleich 1600°C und kleiner als oder gleich 1850°C durchgeführt werden.
  • [Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleiche oder einander entsprechende Elemente durch gleiche Bezugszeichen angegeben und wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Zuerst wird eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine schematische Querschnittansicht, die die Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, ist das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der ersten Ausführungsform ein MOSFET des Grabentyps, das vor allem ein Siliziumkarbidsubstrat 100, eine Gate-Elektrode 63, einen Gate-Isolationsfilm 51, einen Trennungsisolationsfilm 52, eine erste Elektrode 61 und eine zweite Elektrode 62 umfasst. Das Siliziumkarbidsubstrat 100 weist eine erste Hauptfläche 1 und eine der ersten Hauptfläche 1 gegenüberliegende zweite Hauptfläche 2 auf.
  • Die erste Hauptfläche 1 ist zum Beispiel eine {0001}-Ebene oder eine Ebene mit einem Winkel von kleiner als oder gleich 8° in Bezug auf die {0001}-Ebene. Insbesondere ist die erste Hauptfläche 1 zum Beispiel eine (000-1)-Ebene oder eine mit einem Winkel von kleiner als oder gleich 8° in Bezug auf die (000-1)-Ebene geneigte Ebene. Die erste Hauptfläche 1 kann zum Beispiel eine (0001)-Ebene oder eine mit einem Winkel von kleiner als oder gleich 8° in Bezug auf die (0001)-Ebene geneigte Ebene sein.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das Siliziumkarbidsubstrat 100 einen ersten Verunreinigungsbereich 10, einen zweiten Verunreinigungsbereich 20 und einen dritten Verunreinigungsbereich 30. Der erste Verunreinigungsbereich 10 enthält eine n-Typ-Verunreinigung, die eine n-Typ-Leitfähigkeit verleihen kann, wie etwa N (Stickstoff). Der erste Verunreinigungsbereich 10 bildet wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche 2. Mit anderen Worten kann der erste Verunreinigungsbereich 10 die gesamte zweite Hauptfläche 2 oder einen Teil der zweiten Hauptfläche 2 bilden.
  • Der erste Verunreinigungsbereich 10 weist ein Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15, eine Pufferschicht 11, erste Super-Übergang-Bereiche 12, erste Verbindungsbereiche 13 und einen Stromstreubereich 14 auf. Das Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 bildet eine zweite Hauptfläche 2. Das Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 besteht zum Beispiel aus einem hexagonalen Siliziumkarbid mit einem Polytyp von 4H. Die Pufferschicht 11 ist auf dem Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 vorgesehen. Die Pufferschicht 11 ist in Kontakt mit dem Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15.
  • Jeder der ersten Superübergangsbereiche 12 ist auf der Pufferschicht 11 vorgesehen. Der erste Superübergangsbereich 12 ist in Kontakt mit der Pufferschicht 11. In einer ersten Richtung 101 ist die Breite des ersten Superübergangsbereichs 12 kleiner als die Breite der Pufferschicht 11. Die Höhe des ersten Superübergangsbereichs 12 in einer dritten Richtung 103 kann größer als die Breite des ersten Superübergangsbereichs 12 in der ersten Richtung 101 sein. Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in dem ersten Superübergangsbereich 12 kann kleiner als die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in der Pufferschicht 11 sein.
  • Jeder der ersten Verbindungsbereiche 13 ist an einem entsprechenden der ersten Superübergangsbereiche 12 vorgesehen. Der erste Verbindungsbereich 13 ist in Kontakt mit dem ersten Superübergangsbereich 12. Der erste Verbindungsbereich 13 kann verschmälert sein, sodass die Breite des mittleren Teils des ersten Verbindungsbereichs 13 kleiner als die Breite jedes der oberen und unteren Teile des ersten Verbindungsbereichs 13 ist. Der Stromstreubereich 14 ist an dem ersten Verbindungsbereich 13 vorgesehen. Der Stromstreubereich 14 ist in Kontakt mit dem ersten Verbindungsbereich 13. Der Stromstreubereich 14 ist in Kontakt mit jeweils einer Bodenfläche 4 und einer Seitenfläche 3 eines Grabens 5.
  • Die Verunreinigungskonzentration des ersten Verunreinigungsbereichs 10 ist zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Insbesondere ist die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in dem ersten Superübergangsbereich 12 des ersten Verunreinigungsbereichs 10 zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in dem ersten Superübergangsbereich 12 des ersten Verunreinigungsbereichs 10 kann zum Beispiel größer als oder gleich 8×1016 cm-3 sein oder kann größer als oder gleich 10×1016 cm-3 sein.
  • Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in dem ersten Verbindungsbereich 13 des ersten Verunreinigungsbereichs 10 ist zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in dem Stromstreubereich 14 des ersten Verunreinigungsbereichs 10 ist zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in jeweils dem ersten Superübergangsbereich 12, dem ersten Verbindungsbereich 13 und dem Stromstreubereich 14 kann zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3 sein.
  • Der zweite Verunreinigungsbereich 20 enthält eine p-Typ-Verunreinigung, die eine p-Typ-Leitfähigkeit verleihen kann, wie etwa AI (Aluminium). Der zweite Verunreinigungsbereich 20 weist eine p-Typ-Leitfähigkeit (einen zweiten Leitfähigkeitstyp), die verschieden von der n-Typ-Leitfähigkeit ist, auf. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 vorgesehen. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 und der erste Verunreinigungsbereich 10 bilden eine PN-Diode. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 bildet wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche 1. Mit anderen Worten kann der zweite Verunreinigungsbereich 20 die gesamte erste Hauptfläche 1 oder einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bilden.
  • Der zweite Verunreinigungsbereich 20 umfasst einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22. Der zweite Bereich 22 ist zwischen dem ersten Bereich 21 und der zweiten Hauptfläche 2 angeordnet. Der zweite Bereich 22 ist in Kontakt mit dem ersten Bereich 21. Der erste Bereich 21 bildet wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche 1. Der erste Bereich 21 kann zum Beispiel einen ersten Teil 41 und einen zweiten Teil 42 umfassen. Der erste Teil 41 ist an dem zweiten Teil 42 angeordnet. Der zweite Teil 42 ist in Kontakt mit dem ersten Teil 41. Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem ersten Teil 41 kann größer als die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Teil 42 sein. Der zweite Teil 42 ist zum Beispiel eine Kanalschicht. Der erste Bereich 21 kann keinen ersten Teil 41 umfassen. Der zweite Bereich 22 kann in Kontakt mit der Pufferschicht 11 sein.
  • Der zweite Bereich 22 umfasst zweite Superübergangsbereiche 25, zweite Verbindungsbereiche 24 und dritte Verbindungsbereiche 23. Jeder der zweiten Superübergangsbereiche 25 ist an der Pufferschicht 11 vorgesehen. Der zweite Superübergangsbereich 25 ist in Kontakt mit der Pufferschicht 11. In der ersten Richtung 101 ist die Breite des zweiten Superübergangsbereichs 25 kleiner als die Breite der Pufferschicht 11. Die Höhe des zweiten Superübergangsbereichs 25 in der dritten Richtung 103 kann größer als die Breite des zweiten Superübergangsbereichs 25 in der ersten Richtung 101 sein.
  • Der erste Superübergangsbereich 12 und der zweite Superübergangsbereich 25 bilden einen Superübergang. Der erste Superübergangsbereich 12 ist in Kontakt mit dem zweiten Superübergangsbereich 25. In der ersten Richtung 101 sind die ersten Superübergangsbereiche 12 und die zweiten Superübergangsbereiche 25 alternierend angeordnet. Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in jedem der zweiten Superübergangsbereiche 25 kann ungefähr gleich der Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in jedem der ersten Superübergangsbereiche 12 sein. In der ersten Richtung 101 kann die Breite des zweiten Superübergangsbereichs 25 ungefähr gleich der Breite des ersten Superübergangsbereichs 12 sein.
  • Jeder der zweiten Verbindungsbereiche 24 ist an einem entsprechenden der zweiten Superübergangsbereiche 25 vorgesehen. Der zweite Verbindungsbereich 24 ist in Kontakt mit dem zweiten Superübergangsbereich 25. Der zweite Verbindungsbereich 24 kann derart erweitert sein, dass die Breite des zentralen Teils des zweiten Verbindungsbereichs 24 größer als die Breite jedes der oberen und unteren Teile des zweiten Verbindungsbereichs 24 ist. In der ersten Richtung 101 kann die maximale Breite des zweiten Verbindungsbereichs 24 größer als die Breite des zweiten Superübergangsbereichs 25 sein. Der zweite Verbindungsbereich 24 ist in Kontakt mit dem ersten Verbindungsbereich 13. In der ersten Richtung 101 sind die zweiten Verbindungsbereiche 24 und die ersten Verbindungsbereiche 13 alternierend angeordnet.
  • Jeder der dritten Verbindungsbereiche 23 ist an einem entsprechenden der zweiten Verbindungsbereiche 24 vorgesehen. Der dritte Verbindungsbereich 23 ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verbindungsbereich 24 und dem ersten Bereich 21. In der dritten Richtung 103 ist der dritte Verbindungsbereich 23 zwischen dem zweiten Verbindungsbereich 24 und dem ersten Bereich 21 angeordnet. In der ersten Richtung 101 ist der dritte Verbindungsbereich 23 in Kontakt mit dem Stromstreubereich 14.
  • Die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs 22 ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Insbesondere ist die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Superübergangsbereich 25 des zweiten Bereichs 22 größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Superübergangsbereich 25 des zweiten Bereichs 22 kann zum Beispiel größer als oder gleich 8×1016 cm-3 oder größer als oder gleich 10×1016 cm-3 sein. Hinsichtlich der Obergrenze für die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Superübergangsbereich 25 des zweiten Bereichs 22 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei diese zum Beispiel kleiner als oder gleich 6×1018 cm-3 sein kann.
  • Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Verbindungsbereich 24 des zweiten Bereichs 22 ist zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem dritten Verbindungsbereich 23 des zweiten Bereichs 22 ist zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in jeweils dem zweiten Superübergangsbereich 25, dem zweiten Verbindungsbereich 24 und dem dritten Verbindungsbereich 23 kann zum Beispiel größer als oder gleich 6×1016 cm-3 sein.
  • Der dritte Verunreinigungsbereich 30 ist in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 derart vorgesehen, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich 10 getrennt ist. Der Dritte Verunreinigungsbereich 30 enthält eine n-Typ-Verunreinigung, die eine n-Typ-Leitfähigkeit verleihen kann, wie etwa P (Phosphor). Der dritte Verunreinigungsbereich 30 weist zum Beispiel eine n-Typ-Leitfähigkeit auf. Der dritte Verunreinigungsbereich 30 ist zum Beispiel ein Source-Bereich. Der dritte Verunreinigungsbereich 30 kann einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bilden. Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in dem dritten Verunreinigungsbereich 30 kann größer als die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Teil 42 sein.
  • Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Insbesondere ist die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem ersten Bereich 21 größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 kann größer als die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs 22 sein. Insbesondere kann die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Teil 42 des ersten Bereichs 21 größer als die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Bereich 22 sein. Die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs 21 kann kleiner als oder gleich 1×1019 cm-3 sein. Insbesondere kann die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Bereich 42 des ersten Bereichs 21 kleiner als oder gleich 1×1019 cm-3 sein. Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Teil 42 des ersten Bereichs 21 kann kleiner als oder gleich 8×1018 cm-3 oder kleiner als oder gleich 6×1018 cm-3 sein. Hinsichtlich der Untergrenze der Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Teil 42 des ersten Bereichs 21 werden hier keine besonderen Vorgaben gemacht, wobei sie zum Beispiel größer als oder gleich 6×1017 cm-3 sein kann.
  • Der Graben 5 ist in dem Siliziumkarbidsubstrat 100 vorgesehen. Der Graben 5 öffnet sich in der ersten Hauptfläche 1. Der Graben 5 umfasst eine Seitenfläche 3 und eine Bodenfläche 4. Die Bodenfläche 4 schließt an die Seitenfläche 3 an. Die Seitenfläche 3 ist in Kontakt mit jeweils dem ersten Verunreinigungsbereich 10, dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30. Insbesondere ist die Seitenfläche 3 in Kontakt mit jeweils dem Stromstreubereich 14, dem zweiten Teil 42 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30. Die Bodenfläche 4 ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10. Insbesondere ist die Bodenfläche 4 in Kontakt mit dem Stromstreubereich 14.
  • In einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Hauptfläche 1 kann der Graben 5 eine V-Form aufweisen. Unter einer V-Form des Grabens 5 ist zu verstehen, dass ein Winkel θ zwischen der Seitenfläche 3 des Grabens und der ersten Hauptfläche 1 größer als 90° und kleiner als 180° ist. Der Winkel θ kann zum Beispiel größer als oder gleich 115° und kleiner als oder gleich 135° sein.
  • Der Gate-Isolationsfilm 51 besteht zum Beispiel aus Siliziumdioxid. Der Gate-Isolationsfilm 51 ist in dem Graben 5 angeordnet. Der Gate-Isolationsfilm 51 ist in Kontakt mit jeweils dem ersten Verunreinigungsbereich 10, dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der Seitenfläche 3 des Grabens 5. Der Gate-Isolationsfilm 51 ist in Kontakt mit dem Stromstreubereich 14 an der Bodenfläche 4 des Grabens 5. Ein Kanal kann in dem zweiten Teil 42 des zweiten Verunreinigungsbereichs 20, der in Kontakt mit dem Gate-Isolationsfilm 51 ist, ausgebildet sein. Der Gate-Isolationsfilm 51 ist in Kontakt mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1. Die Dicke des Gate-Isolationsfilms 51 ist zum Beispiel größer als oder gleich 40 nm und kleiner als oder gleich 150 nm.
  • Die Gate-Elektrode 63 ist an dem Gate-Isolationsfilm 51 vorgesehen. Die Gate-Elektrode 63 ist in Kontakt mit dem Gate-Isolationsfilm 51 angeordnet. Wenigstens ein Teil der Gate-Elektrode 63 ist in dem Graben 5 angeordnet. Die Gate-Elektrode 63 besteht zum Beispiel aus einem elektrischen Leiter wie etwa einem mit einer Verunreinigung dotierten Polysilizium.
  • Der Trennungsisolationsfilm 52 ist vorgesehen, um die Gate-Elektrode 63 zu bedecken. Der Trennungsisolationsfilm 52 ist in Kontakt mit jeweils der Gate-Elektrode 63 und dem Gate-Isolationsfilm 51. Der Trennungsisolationsfilm 52 besteht zum Beispiel aus einem NSG (nicht-dotiertes Silikatglas)-Film, einem PSG (Phosphorsilikatglas)-Film oder ähnlichem. Der Trennungsisolationsfilm 52 isoliert die Gate-Elektrode 63 und die erste Elektrode 61 elektrisch voneinander.
  • Die erste Elektrode 61 ist an der ersten Hauptfläche 1 vorgesehen. Die erste Elektrode 61 ist zum Beispiel eine Source-Elektrode. Die erste Elektrode 61 umfasst eine Elektrodenschicht 60 und eine Verdrahtungsschicht 64. Die Elektrodenschicht 60 besteht zum Beispiel aus einem Material, das Ti (Titan), AI (Aluminium), und Si (Silizium) enthält. Die Elektrodenschicht 60 kann Ni (Nickel) enthalten. Die Verdrahtungsschicht 64 besteht zum Beispiel aus einem Material, das AI enthält.
  • Die erste Elektrode 61 ist in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1. Insbesondere ist die Elektrodenschicht 60 in Kontakt mit jeweils dem ersten Teil 41 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1. Die erste Elektrode 61 kann derart angeordnet sein, dass sie sich über den Graben 5 erstreckt. Die erste Elektrode 61 kann den Trennungsisolationsfilm 52 bedecken. Die erste Elektrode 61 ist elektrisch mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 verbunden. Die erste Elektrode 61 ist elektrisch mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30 verbunden. Wenn der erste Verunreinigungsbereich 10 eine n-Typ-Leitfähigkeit aufweist und der zweite Verunreinigungsbereich 20 eine p-Typ-Leitfähigkeit aufweist, funktioniert die erste Elektrode 61 als eine Anodenelektrode.
  • Die zweite Elektrode 62 ist an der zweiten Hauptfläche 2 vorgesehen. Die zweite Elektrode 62 ist zum Beispiel eine Drain-Elektrode. Die zweite Elektrode 62 ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 an der zweiten Hauptfläche 2. Insbesondere ist die zweite Elektrode 62 in Kontakt mit dem Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 an der zweiten Hauptfläche 2. Die zweite Elektrode 62 ist elektrisch mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 verbunden. Wenn der erste Verunreinigungsbereich 10 eine n-Typ-Leitfähigkeit aufweist und der zweite Verunreinigungsbereich 20 eine p-Typ-Leitfähigkeit aufweist, funktioniert die zweite Elektrode 62 als eine Kathodenelektrode. Die zweite Elektrode 62 besteht aus einem Material, das einen Ohmschen Kontakt mit dem Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 mit einer n-Typ-Leitfähigkeit vorsehen kann, wie etwa NiSi (Nickelsilicid).
  • Es ist zu beachten, dass in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der ersten Ausführungsform eine Durchbruchspannung in der Sperrkennlinie zum Beispiel größer als oder gleich 600 V und vorzugsweise größer als oder gleich 1100 V ist.
  • Im Folgenden wird eine Methode zum Messen der Konzentration der p-Typ-Verunreinigung und der Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in jedem Verunreinigungsbereich beschrieben.
  • Die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung und die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in jedem Verunreinigungsbereich kann unter Verwendung einer Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) gemessen werden. Ein Messgerät ist zum Beispiel ein Sekundärionenmassenspektrometer von Cameca. Der Messabstand beträgt zum Beispiel 0,01 µm. Wenn die zu erfassende n-Typ-Verunreinigung Stickstoff ist, ist ein Primärionenstrahl Cäsium (Cs). Die Primärionenenergie beträgt 14,5 keV. Die Sekundärionenpolarität ist negativ. Wenn die zu erfassende p-Typ-Verunreinigung Aluminium oder Bor ist, ist ein Primärionenstrahl Sauerstoff (O2). Die Primärionenenergie beträgt 8 keV. Die Sekundärionenpolarität ist positiv.
  • Im Folgenden wird eine Methode zum Unterscheiden eines p-Typ-Bereichs und eines n-Typ-Bereichs beschrieben.
  • In der Methode zum Unterscheiden des p-Typ-Bereichs und des n-Typ-Bereichs wird ein Abtastkapazitätsmikroskop (Scanning Capacitance Microscope bzw. SCM) verwendet. Ein Messgerät ist zum Beispiel das NanoScope IV von Bruker AXS. SCM ist eine Methode zum Visualisieren einer Trägerkonzentrationsverteilung in einem Halbleiter. Insbesondere wird eine Oberfläche einer Probe unter Verwendung eines mit Metall beschichteten Siliziumfühlers abgetastet. Dabei wird eine hochfrequente Spannung an der Probe angelegt. Majoritätsträger werden erregt, um eine Modulation auf die Kapazität des Systems anzuwenden. Die Frequenz der angelegten hochfrequenten Spannung beträgt 100 kHz und die Spannung beträgt 4,0 V.
  • 2 ist eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie II-II von 1. Wie in 2 gezeigt erstreckt sich jeder der zweiten Superübergangsbereiche 25 zum Beispiel entlang einer zweiten Richtung 102 aus der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 2 gesehen. Weiterhin kann zum Beispiel gesagt werden, dass die Richtung der langen Seite des zweiten Superübergangsbereichs 25 der zweiten Richtung 102 entspricht. Die Richtung der kurzen Seite des zweiten Superübergangsbereichs 25 entspricht zum Beispiel der ersten Richtung 101. Aus der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 2 gesehen kann der zweite Superübergangsbereich 25 eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Aus der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 2 gesehen können die ersten Superübergangsbereiche 12 die zweiten Superübergangsbereiche 25 umgeben.
  • Die erste Richtung 101 und die zweite Richtung 102 sind parallel zu der zweiten Hauptfläche 2. Die dritte Richtung 103 ist senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 2. Die erste Richtung 101 ist zum Beispiel eine <11-20>-Richtung. Die zweite Richtung 102 ist zum Beispiel eine <1-100>-Richtung. Die dritte Richtung 103 ist zum Beispiel eine <0001 >-Richtung. Die erste Richtung 101 kann zum Beispiel eine Richtung sein, die durch das Projizieren der <11-20>-Richtung auf die erste Hauptfläche 1 erhalten wird. Die zweite Richtung 102 kann zum Beispiel eine Richtung sein, die durch das Projizieren der <1-100>-Richtung auf die erste Hauptfläche 1 erhalten wird. Die dritte Richtung 103 kann zum Beispiel eine Richtung sein, die in Bezug auf die <0001>-Richtung geneigt ist.
  • 3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Bereichs III in 2. Wie in 3 gezeigt, weist der zweite Bereich 22 Punktdefekte 9 auf. Der Energiepegel der Punktdefekte 9 ist um mehr als oder gleich 0,5 eV niedriger als Ec (Energie am unteren Ende des Leitungsbands) und um mehr als oder gleich 0,4 eV höher als Ev (Energie am oberen Ende des Valenzbands). Die Punktdefekte 9 können umfassen: erste Defekte 7, die jeweils als „Z1/2-Mitte“ bezeichnet werden; und zweite Defekte 8, die jeweils als „EH6/7-Mitte“ bezeichnet werden. Der Energiepegel der Z1/2-Mitten ist gleich Ec (Energie am unteren Ende des Leitungsbands) - 0,65 eV. Der Energiepegel der EH6/7-Mitten ist gleich Ec (Energie am unteren Ende des Leitungsbands) - 1,55 eV. Der zweite Bereich 22 kann sowohl erste Defekte 7 als auch zweite Defekte 8 aufweisen, kann nur erste Defekte 7 aufweisen oder kann nur zweite Defekte 8 aufweisen.
  • Die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 ist größer als oder gleich 6×1012 cm-3. Die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 kann zum Beispiel größer als oder gleich 8×1012 cm-3 sein oder kann größer als oder gleich 10×1012 cm-3 sein. Die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 kann zum Beispiel kleiner als oder gleich 1×1014 cm-3 sein. Die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 kann zum Beispiel kleiner als oder gleich 0,8×1014 cm-3 oder kleiner als oder gleich 0,6×1014 cm-3 sein. Es ist zu beachten, dass, wenn der zweite Bereich 22 erste Defekte 7 und zweite Defekte 8 aufweist, die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 die Gesamtpunktdefektdichte der ersten Defekte 7 und der zweiten Defekte 8 ist.
  • Im Folgenden wird eine Methode zum Messen der Punktdefektdichte beschrieben.
  • Die Punktdefektdichte kann durch eine Deep-Level-Transientenspektroskopie (DLTS)-Methode und/oder eine Isothermische-Kapazität-Transientenspektroskopie (ICTS)-Methode gemessen werden. In der DLTS-Methode wird eine Änderung der Übergangskapazität in der Zeit erhalten, indem eine Temperatur mit einer auf eine Konstante gesetzten Pulsbreite geändert wird. In der ICTS-Methode wird eine Änderung der Übergangskapazität in der Zeit durch das Ändern einer Pulsbreite mit einer auf eine Konstante gesetzten Temperatur erhalten. Informationen zu den Punktdefekten können unter Verwendung der DLTS-Methode und der ICTS-Methode erhalten werden, wobei jedoch die Informationen zu den Punktdefekten präziser erhalten werden können, wenn beide Methoden angewendet werden. Als ein Messgerät kann zum Beispiel das FT1230 von Phystech verwendet werden. Die Temperatur der Probe fällt in einen Bereich von 77 K bis 773 K, und eine Pulsspannung wird angelegt, um die Änderung der Übergangskapazität in der Zeit zu erhalten. Für den Puls wird eine Spannung von +20 V bis -20 V mit einer Pulsbreite von 1 µs bis 60 s verwendet. Durch das Durchführen einer Fourier-Transformation oder einer Laplace-Transformation auf einer transienten Änderung der Übergangskapazität können die Punktdefektdichte und deren Energiepegel erhalten werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Graben 5 eine U-Form aufweist, wobei die Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ansonsten gleich der Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der ersten Ausführungsform ist. Im Folgenden werden vor allem die Unterschiede zu dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 4 ist eine schematische Querschnittansicht, die die Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 gezeigt, weist der Graben 5 eine U-Form in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Hauptfläche 1 auf. Insbesondere weist der Graben 5 eine Seitenfläche 3 und eine Bodenfläche 4 auf. Der zwischen der ersten Hauptfläche 1 und der Seitenfläche 3 gebildete Winkel beträgt 90°. Die Seitenfläche 3 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Hauptfläche 1. Die Bodenfläche 4 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der ersten Hauptfläche 1. Die Grenze zwischen der Seitenfläche 3 und der Bodenfläche 4 kann gerundet sein.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der dritten Ausführungsform von einem planaren Typ ist, wobei die Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der dritten Ausführungsform ansonsten gleich der Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der ersten Ausführungsform ist. Im Folgenden werden vor allem die Unterschiede zu dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 5 ist eine schematische Querschnittansicht, die die Konfiguration des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Wie in 5 gezeigt, ist das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der dritten Ausführungsform von einem planaren Typ. Der Gate-Isolationsfilm 51 ist an der ersten Hauptfläche 1 vorgesehen. Der Gate-Isolationsfilm 51 kann in Kontakt mit jeweils dem dritten Verunreinigungsbereich 30, dem zweiten Teil 42 und dem Stromstreubereich 14 an der ersten Hauptfläche 1 sein. Der zweite Teil 42 kann einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bilden. Der Stromstreubereich 14 kann einen Teil der ersten Hauptfläche 1 bilden. Die Gate-Elektrode 63 kann jeweils dem dritten Verunreinigungsbereich 30, dem zweiten Teil 42 und dem Stromstreubereich 14 zugewandt sein.
  • (Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements)
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 6 gezeigt, umfasst das Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 gemäß dieser Ausführungsform vor allem: einen Schritt (S10: 6) zum Vorbereiten eines Siliziumkarbidsubstrats; einen Schritt (S20: 6) zum Ausbilden einer ersten Elektrode; und einen Schritt (S30: 6) zum Ausbilden einer zweiten Elektrode. Wie in 7 gezeigt, umfasst der Schritt (S10: 6) zum Vorbereiten des Siliziumkarbidsubstrats vor allem: einen Schritt (S11: 7) zum Vorbereiten eines Siliziumkarbideinkristallsubstrats; einen Schritt (S12: 7) zum Ausbilden eines zweiten Bereichs; und einen Aktivierungsglühschritt (S13: 7).
  • Zuerst wird der Schritt (S11: 7) zum Vorbereiten des Siliziumkarbideinkristallsubstrats durchgeführt. Zum Beispiel wird ein durch eine Sublimationsmethode hergestellter Siliziumkarbid-Ingot (nicht gezeigt) in Scheiben geschnitten, um ein Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 vorzubereiten. Wie in 8 gezeigt, weist das Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 eine dritte Hauptfläche 6 und eine zweite Hauptfläche 2 auf. Die zweite Hauptfläche 2 liegt der dritten Hauptfläche 6 gegenüber. Der Polytyp des Siliziumkarbids des Siliziumkarbideinkristallsubstrats 15 ist zum Beispiel 4H. Der Polytyp kann aber auch 6H, 15R oder 3C sein. 6H gibt einen hexagonalen Kristall an. 15H gibt einen rhombohedralen Kristall an. 3C gibt einen kubischen Kristall an.
  • Dann wird die Pufferschicht 11 ausgebildet. Zum Beispiel kann die Pufferschicht 11 auf dem Siliziumkarbideinkristallsubstrat 15 durch eine chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition bzw. CVD)-Methode unter Verwendung eines Mischgases aus Silan (SiH4) und Propan C3H8) als eines Quellmaterialgases und unter Verwendung von Wasserstoff (H2) als eines Trägergases ausgebildet werden (siehe 9). Während des Epitaxialwachstums wird eine n-Typ-Verunreinigung wie etwa Stickstoff in die Pufferschicht 11 eingeführt.
  • Dann wird der Schritt (S12: 7) zum Ausbilden des zweiten Bereichs 22 durchgeführt. Zum Beispiel wird eine erste Epitaxialschicht 70 auf der Pufferschicht 11 durch eine CVD-Methode unter Verwendung eines Mischgases aus Silan und Propan als eines Quellmaterialgases und unter Verwendung von Wasserstoff als eines Trägergases ausgebildet (siehe 10). Während des Epitaxialwachstums wird eine n-Typ-Verunreinigung wie etwa Stickstoff in die erste Epitaxialschicht 70 eingeführt. Die erste Epitaxialschicht 70 weist eine n-Typ-Leitfähigkeit auf. Die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in der ersten Epitaxialschicht 70 kann kleiner als die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung in der Pufferschicht 11 sein.
  • Dann wird eine Maskenschicht (nicht gezeigt) ausgebildet, die mit einer Öffnung über der ersten Epitaxialschicht 70 versehen ist. Dann werden p-Typ-Verunreinigungsionen, die eine p-Typ-Leitfähigkeit verleihen können, wie etwa Aluminiumionen in die erste Epitaxialschicht 70 implantiert. Auf diese Weise werden erste p-Typ-Bereiche 251 ausgebildet (siehe 11). In der ersten Epitaxialschicht 70 sind Bereiche, in denen keine ersten p-Typ-Bereiche 251 ausgebildet sind, erste n-Typ-Bereiche 121. Die ersten p-Typ-Bereiche 251 sind in Kontakt mit ersten n-Typ-Bereichen 121. Die ersten p-Typ-Bereiche 251 werden zu Teilen des zweiten Bereichs 22.
  • Dann wird eine zweite Epitaxialschicht 71 ausgebildet. Zum Beispiel wird die zweite Epitaxialschicht 71 auf der ersten Epitaxialschicht 70 durch eine CVD-Methode unter Verwendung eines Mischgases aus Silan und Propan als eines Quellmaterialgases und unter Verwendung von Wasserstoff als eines Trägergases ausgebildet (siehe 12). Während des Epitaxialwachstums wird eine n-Typ-Verunreinigung wie etwa Stickstoff in die zweite Epitaxialschicht 71 eingeführt. Die zweite Epitaxialschicht 71 weist eine n-Typ-Leitfähigkeit auf.
  • Dann wird ein Schritt zum Implantieren von p-Typ-Verunreinigungsionen durchgeführt. Zum Beispiel wird eine Maskenschicht (nicht gezeigt), die mit einer Öffnung über der zweiten Epitaxialschicht 71 versehen ist, ausgebildet. Dann werden p-Typ-Verunreinigungsionen, die eine p-Typ-Leitfähigkeit verleihen können, in die zweite Epitaxialschicht 71 implantiert. Auf diese Weise werden zweite p-Typ-Bereiche 252 ausgebildet. Die zweiten p-Typ-Bereiche 252 werden ausgebildet, um mit den ersten p-Typ-Bereichen 251 verbunden zu werden (siehe 13). Die zweiten p-Typ-Bereiche 252 werden zu Teilen des zweiten Bereichs 22. In der zweiten Epitaxialschicht 71 sind Bereiche, in denen keine zweiten p-Typ-Bereiche 252 ausgebildet sind, zweite n-Typ-Bereiche 122.
  • Wie weiter oben beschrieben, werden der Schritt zum Ausbilden der Epitaxialschicht mit einer n-Typ-Leitfähigkeit und der Schritt zum Implantieren der p-Typ-Verunreinigungsionen alternierend durchgeführt. Dadurch wird eine Superübergangsstruktur mit ersten Superübergangsbereichen 12 und zweiten Superübergangsbereichen 25 ausgebildet. Durch die gleiche Methode werden erste Verbindungsbereiche 13, zweite Verbindungsbereiche 24, dritte Verbindungsbereiche 23 und ein Stromstreubereich 14 ausgebildet.
  • Die zweiten Superübergangsbereiche 25, die zweiten Verbindungsbereiche 24 und die dritten Verbindungsbereiche 23 bilden den zweiten Bereich 22. Der zweite Bereich 22 wird durch eine Ionenimplantation ausgebildet. Die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs 22 ist größer als oder gleich 6×1016 cm-3. Insbesondere werden zweite Superübergangsbereiche 25 durch eine Ionenimplantation ausgebildet. Zweite Verbindungsbereiche 24 können durch eine Ionenimplantation ausgebildet werden. Dritte Verbindungsbereiche 23 können durch eine Ionenimplantation ausgebildet werden. Durch das Ausbilden der p-Typ-Verunreinigung durch eine Ionenimplantation wird die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 hoch.
  • Dann wird eine n-Typ-Epitaxialschicht an dem Stromstreubereich 14 und den dritten Verbindungsbereichen 23 ausgebildet. p-Typ-Verunreinigungsionen, die eine p-Typ-Leitfähigkeit verleihen können, wie etwa Aluminiumionen, werden in die gesamte Fläche der n-Typ-Epitaxialschicht implantiert. Auf diese Weise wird der zweite Teil 42 des ersten Bereichs 21 ausgebildet.
  • Der Stromstreubereich 14, die ersten Verbindungsbereiche 13 und die ersten Superübergangsbereiche 12 bilden den ersten Verunreinigungsbereich 10. Der erste Verunreinigungsbereich 10 wird durch ein Epitaxialwachstum unter einer Temperaturbedingung von zum Beispiel größer als oder gleich 1500°C und kleiner als oder gleich 1750°C ausgebildet. Die Temperatur des Epitaxialwachstums des ersten Verunreinigungsbereichs 10 kann zum Beispiel größer als oder gleich 1550°C oder größer als oder gleich 1600°C sein. Die Temperatur des Epitaxialwachstums des ersten Verunreinigungsbereichs 10 kann zum Beispiel kleiner als oder gleich 1725°C oder kleiner als oder gleich 1700°C sein. Durch das Durchführen des Epitaxialwachstums bei einer derart hohen Temperatur wird die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 hoch.
  • Dann werden Ionen einer n-Typ-Verunreinigung wie etwa Phoshphor (P) in die gesamte Fläche der Epitaxialschicht implantiert. Dadurch wird ein dritter Verunreinigungsbereich 30 ausgebildet. Dann wird eine Maskenschicht (nicht gezeigt) ausgebildet, die mit einer Öffnung über einem Bereich, in dem der erste Teil 41 des ersten Bereichs 21 auszubilden ist, versehen ist. Dann werden p-Typ-Verunreinigungsionen, die eine p-Typ-Verunreinigung verleihen können, wie etwa Aluminiumionen in den dritten Verunreinigungsbereich 30 implantiert. Der erste Teil 41 wird also in Kontakt mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30 ausgebildet. Auf diese Weise wird der erste Bereich 21 mit dem ersten Teil 41 und dem zweiten Teil 42 ausgebildet. Der erste Bereich 21 kann durch eine Ionenimplantation ausgebildet werden. Insbesondere kann der erste Teil 41 durch eine Ionenimplantation ausgebildet werden. Entsprechend kann der zweite Teil 42 durch eine Ionenimplantation ausgebildet werden.
  • Dann wird ein Aktivierungsglühschritt (S12: 7) durchgeführt. Der Aktivierungsglühschritt kann unter einer Temperaturbedingung von größer als oder gleich 1600°C und kleiner als oder gleich 1850°C durchgeführt werden. Die Temperatur des Aktivierungsglühschritts kann größer als oder gleich 1650°C sein oder kann größer als oder gleich 1700°C sein. Die Temperatur des Aktivierungsglühschritts kann kleiner als oder gleich 1800°C oder kleiner als oder gleich 1750°C sein. Durch das Durchführen des Aktivierungsglühens bei einer derart hohen Temperatur wird die Punktdefektdichte des zweiten Bereichs 22 hoch. Das Aktivierungsglühen wird zum Beispiel für ungefähr 30 Minuten durchgeführt. Eine Atmosphäre für das Aktivierungsglühen ist vorzugsweise eine Inertgas-Atmosphäre wie etwa eine Ar-Atmosphäre.
  • Wie weiter oben beschrieben, wird ein Siliziumkarbidsubstrat 100 vorbereitet. Das Siliziumkarbidsubstrat 100 weist eine erste Hauptfläche 1, eine zweite Hauptfläche 2, einen ersten Verunreinigungsbereich 10, einen zweiten Verunreinigungsbereich 20 und einen dritten Verunreinigungsbereich 30 auf. Die zweite Hauptfläche 2 liegt der ersten Hauptfläche 1 gegenüber. Der erste Verunreinigungsbereich 10 bildet wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche 2 und weist den ersten Leitfähigkeitstyp auf. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 bildet wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche 1, ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 vorgesehen und weist den zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, auf. Der dritte Verunreinigungsbereich 30 ist in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 derart vorgesehen, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich 10 getrennt ist, und weist den ersten Leitfähigkeitstyp auf. Der zweite Verunreinigungsbereich 20 umfasst den ersten Bereich 21 und den zweiten Bereich 22. Der zweite Bereich 22 ist zwischen dem ersten Bereich 21 und der zweiten Hauptfläche 2 angeordnet und ist in Kontakt mit dem ersten Bereich (siehe 14).
  • Dann wird ein Schritt zum Ausbilden eines Grabens 5 durchgeführt. Zum Beispiel wird eine Maske (nicht gezeigt) an der ersten Hauptfläche 1, die aus dem dritten Verunreinigungsbereich 30 und dem ersten Teil 41 besteht, ausgebildet. Ein Teil des dritten Verunreinigungsbereichs 30, ein Teil des zweiten Teils 42 und ein Teil des Stromstreubereichs 14 werden durch Ätzen unter Verwendung der Maske entfernt. Als Ätzmethode kann zum Beispiel ein reaktives lonenätzen und insbesondere ein reaktives lonenätzen mit einem induktiv gekoppelten Plasma verwendet werden. Insbesondere kann zum Beispiel ein reaktives lonenätzen mit einem induktiv gekoppelten Plasma unter Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF6) oder eines Mischgases aus SF6 und Sauerstoff (O2) als eines Reaktionsgases verwendet werden. Durch das Ätzen wird eine Vertiefung in einem Bereich, in dem der Graben 5 auszubilden ist, derart ausgebildet, dass er einen Seitenteil, der im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Hauptfläche 1 ist, und einen Bodenteil, der an den Seitenteil anschließt und im Wesentlichen parallel zu der ersten Hauptfläche 1 ist, aufweist.
  • Dann wird ein thermisches Ätzen in der Vertiefung durchgeführt. Das thermische Ätzen kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem ein Heizen in einer Atmosphäre, die ein reaktives Gas mit wenigstens einem Typ von Halogenatomen aufweist, und in einem Zustand, in dem eine Maske an der ersten Hauptfläche 1 ausgebildet ist, durchgeführt wird. Der wenigstens eine Typ von Halogenatomen umfasst Chloratome (CI) und/oder Fluoratome (F). Die Atmosphäre enthält zum Beispiel Chlor (Cl2), Bortrichlorid (BCl3), SF6 oder Kohlenstofftetrafluorid (CF4). Zum Beispiel wird das thermische Ätzen unter Verwendung eines Mischgases aus Chlorgas und Sauerstoffgas als eines Reaktionsgases und mit einer auf zum Beispiel größer als oder gleich 800°C und kleiner als oder gleich 900°C gesetzten Wärmebehandlungstemperatur durchgeführt. Es ist zu beachten, dass das Reaktionsgas ein Trägergas zusätzlich zu dem Chlorgas und dem Sauerstoffgas enthalten kann. Als das Trägergas kann zum Beispiel Stickstoffgas, Argongas, Heliumgas oder ähnliches verwendet werden.
  • Durch das thermische Ätzen wird der Graben 5 in der ersten Hauptfläche 1 des Siliziumkarbidgases 100 ausgebildet (siehe 15). Der Graben 5 weist eine Seitenfläche 3 und eine Bodenfläche 4 auf. Die Seitenfläche 3 besteht aus dem dritten Verunreinigungsbereich 30, dem zweiten Teil 42 und dem Stromstreubereich 14. Die Bodenfläche 4 besteht aus dem Stromstreubereich 14. Der Winkel θ zwischen der ersten Hauptfläche 1 und der Seitenfläche 3 ist zum Beispiel größer als oder gleich 115° und kleiner als oder gleich 135°. Dann wird die Maske von der ersten Hauptfläche 1 entfernt.
  • Dann wird ein Schritt zum Ausbilden eines Gate-Isolationsfilms 51 durchgeführt. Zum Beispiel wird das Siliziumkarbidsubstrat 100 thermisch oxidiert, um den Gate-Isolationsfilm 51 in Kontakt mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30, dem zweiten Teil 42, dem Stromstreubereich 14 und dem ersten Teil 41 auszubilden. Insbesondere wird das Siliziumkarbidsubstrat 100 in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bei einer Temperatur von zum Beispiel größer als oder gleich 1300°C und kleiner als oder gleich 1400°C erhitzt. Der Gate-Isolationsfilm 51 wird also in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 1, der Seitenfläche 3 und der Bodenfläche 4 ausgebildet.
  • Dann kann das Siliziumkarbidsubstrat 100 einer Wärmebehandlung (NO-Glühen) in einer Stickstoffmonoxid (NO)-Gasatmosphäre unterworfen werden. In dem NO-Glühen wird ein Siliziumkarbidsubstrat 100 zum Beispiel unter einer Bedingung von größer als oder gleich 1100°C und kleiner als oder gleich 1400°C für ungefähr 1 Stunde gehalten. Es werden also Stickstoffatome in einen Grenzbereich zwischen dem Gate-Isolationsfilm 51 und den zweiten Teil 42 eingeführt. Daraus resultiert, dass eine Bildung von Grenzzuständen in dem Grenzbereich unterdrückt werden kann, wodurch die Kanalmobilität verbessert wird.
  • Nach dem NO-Glühen kann ein Ar-Glühen unter Verwendung von Argon (Ar) als eines Atmosphärengases durchgeführt werden. Die Heiztemperatur in dem Ar-Glühen ist zum Beispiel größer als oder gleich der Heiztemperatur in dem NO-Glühen. Das Ar-Glühen wird zum Beispiel für ungefähr 1 Stunde durchgeführt. Dadurch wird das Bilden von Grenzzuständen in dem Grenzbereich zwischen dem Gate-Isolationsfilm 51 und dem zweiten Teil 42 weiter unterdrückt. Es ist zu beachten, dass als das Atmosphärengas ein anderes Inertgas wie etwa Stickstoffgas anstatt des Ar-Gases verwendet werden kann.
  • Dann wird ein Schritt zum Ausbilden der Gate-Elektrode 63 durchgeführt. Die Gate-Elektrode 63 wird auf dem Gate-Isolationsfilm 51 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 63 wird zum Beispiel durch eine chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LP-CVD)-Methode ausgebildet. Die Gate-Elektrode 63 wird derart ausgebildet, dass sie jeweils dem dritten Verunreinigungsbereich 30, dem zweiten Teil 42 und dem Stromstreubereich 14 zugewandt ist.
  • Dann wird ein Schritt zum Ausbilden des Trennungsisolationsfilms 52 durchgeführt. Insbesondere wird der Trennungsisolationsfilm 52 derart ausgebildet, dass er die Gate-Elektrode 63 bedeckt und in Kontakt mit dem Gate-Isolationsfilm 51 ist. Der Trennungsisolationsfilm 52 ist zum Beispiel ein Material, das Siliziumdioxid enthält. Ein Teil des Trennungsisolationsfilms 52 kann in dem Graben 5 ausgebildet werden.
  • Dann wird der Schritt (S20: 6) zum Ausbilden der ersten Elektrode durchgeführt. Zum Beispiel wird ein Ätzen durchgeführt, um eine Öffnung in dem Trennungsisolationsfilm 52 und dem Gate-Isolationsfilm 51 auszubilden, sodass der dritte Verunreinigungsbereich 30 und der erste Teil 41 von dem Isolationsfilm 52 und dem Gate-Isolationsfilm 51 in der Öffnung freigelegt werden. Dann wird eine Elektrodenschicht 60 in Kontakt mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30 und dem ersten Teil 41 an der ersten Hauptfläche 1 ausgebildet. Die Elektrodenschicht 60 wird zum Beispiel durch eine Sputtermethode ausgebildet. Die Elektrodenschicht 60 besteht zum Beispiel aus einem Material, das Ti, AI und Si enthält.
  • Dann wird ein Legierungsglühen durchgeführt. Die Elektrodenschicht 60 in Kontakt mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30 und dem ersten Teil 41 wird bei einer Temperatur von zum Beispiel größer als oder gleich 900°C und kleiner als oder gleich 1100°C für ungefähr 5 Minuten gehalten. Es reagiert also wenigstens ein Teil der Elektrodenschicht 60 mit dem in dem Siliziumkarbidsubstrat 100 enthaltenen Silizium, was eine Silizidierung zur Folge hat. Auf diese Weise wird eine Elektrodenschicht 60 in einem Ohmschen Kontakt mit dem dritten Verunreinigungsbereich 30 ausgebildet. Die Elektrodenschicht 60 kann in einem Ohmschen Kontakt mit dem ersten Teil 41 sein. Auf diese Weise wird die erste Elektrode 61 in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich 20 und dem dritten Verunreinigungsbereich 30 an der ersten Hauptfläche 1 ausgebildet.
  • Dann wird der Schritt (S30: 6) zum Ausbilden der zweiten Elektrode durchgeführt. Zum Beispiel wird die zweite Elektrode 62 an der zweiten Hauptfläche 2 durch eine Sputtermethode ausgebildet. Die zweite Elektrode 62 ist zum Beispiel eine Drain-Elektrode. Die zweite Elektrode 62 ist in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich 10 an der zweiten Hauptfläche 2. Die zweite Elektrode 62 besteht zum Beispiel aus einem Material das Nisi oder TiAISi enthält. Auf diese Weise wird ein MOSFET 200 (1) gemäß der ersten Ausführungsform fertiggestellt.
  • Es ist zu beachten, dass in der vorstehenden Beschreibung der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ-Leitfähigkeit entspricht und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ-Leitfähigkeit entspricht, wobei jedoch auch der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ-Leitfähigkeit entsprechen kann und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ-Leitfähigkeit entsprechen kann. In diesem Fall ist in der Beschreibung also die p-Typ-Verunreinigung durch die n-Typ-Verunreinigung zu ersetzen und ist die n-Typ-Verunreinigung durch die p-Typ-Verunreinigung zu ersetzen. Weiterhin wird das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß dieser Ausführungsform als ein MOSFET beschrieben, wobei das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch nicht auf einen MOSFET beschränkt ist. Das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß dieser Ausführungsform kann zum Beispiel eine PN-Diode, ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder ähnliches sein.
  • Beispiele
  • (Vorbereitung von Proben)
  • Im Folgenden werden Beispiele beschrieben. Zuerst wurden ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß einer Probe 1 und ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß einer Probe 2 vorbereitet. Das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 war ein V-förmiger-Graben-MOSFET mit einer Superübergangsstruktur. Insbesondere war das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 ein V-förmiger-Graben-MOSFET gemäß der ersten Ausführungsform. In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 betrug die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem zweiten Superübergangsbereich 25 1×1017 cm-3 und betrugt die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem Kanalbereich (zweiter Teil 42) 2×1018 cm-3. In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 betrug ein charakteristischer Ein-Widerstand 0,63 mΩcm2 und betrug eine Durchbruchsspannung 1170 V. Das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 2 war ein V-förmiger-Grabe-MOSFET ohne eine Superübergangsstruktur. In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 2 betrug die Konzentration der p-Typ-Verunreinigung in dem Kanalbereich (zweiter Teil 42) 1×1016 cm-3.
  • (Bewertungsmethode)
  • Dann wurde eine Diodenkennlinie zwischen der Drain-Elektrode (zweite Elektrode 62) und der Source-Elektrode (erste Elektrode 61) gemessen. Insbesondere wurde eine Drainstromdichte gemessen, während eine Drain-Spannung unter einer Vielzahl von Temperaturbedingungen geändert wurde. In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 betrugen die Temperaturbedingungen 25°C, 50°C, 75°C, 100°C, 125°C, 150°C und 175°C. In dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 2 betrugen die Temperaturbedingungen 25°C, 93°C, 122°C und 162°C.
  • (Bewertungsergebnisse)
  • 16 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen der Drainstromdichte und der Drainspannung in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 zeigt. 17 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen der Drainstromdichte und der Drainspannung in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 2 zeigt. Wie in 17 gezeigt, wurde in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 2 die Steigung der Drainstromdichte in Bezug auf die Drainspannung größer, wenn sich die Temperatur erhöhte. Dagegen hat sich wie in 16 gezeigt in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 die Steigung der Drainstromdichte in Bezug auf die Drainspannung auch dann nicht stark geändert, wenn sich die Temperatur erhöhte. Es konnte also bestätigt werden, dass in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 eine durch die Temperatur verursachte Änderung der Diodenkennlinie im Vergleich zu dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 2 unterdrückt werden konnte.
  • Es ist zu beachten, dass Basalebenenversätze in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 100 aufgrund der Energie der Rekombination von Minoritätsträgern zu Stapelfehlern werden können. Wenn das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 derartige Stapelfehler aufweist, ist die Durchbruchspannung des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements 200 beträchtlich vermindert. Um die Rekombination der Minoritätsträger zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Minoritätsträger zu reduzieren. Eine durch die Temperatur verursachte kleine Änderung der Diodenkennlinie (d.h. eine durch die Temperatur verursachte kleine Änderung des Widerstands) wie in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 bedeutet, dass im Wesentlichen keine Leitfähigkeitsmodulation aufgetreten ist. Es ist deshalb davon auszugehen, dass in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 eine sehr kleine Anzahl von Minoritätsträgern vorhanden ist. Deshalb ist in dem Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement 200 gemäß der Probe 1 der folgende zusätzliche Effekt zu erwarten: eine Erzeugung von Stapelfehlern wird unterdrückt, wodurch eine verminderte Durchbruchspannung unterdrückt wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt. Der Erfindungsumfang wird durch die Ansprüche und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen definiert, wobei verschiedene Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der durch die Ansprüche und deren Äquivalente definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Hauptfläche;
    2
    zweite Hauptfläche;
    3
    Seitenfläche;
    4
    Bodenfläche;
    5
    Graben;
    6
    dritte Hauptfläche;
    7
    erster Defekt;
    8
    zweiter Defekt;
    9
    Punktdefekt;
    10
    erster Verunreinigungsbereich;
    11
    Pufferschicht;
    12
    erster Superübergangsbereich;
    13
    erster Verbindungsbereich;
    14
    Stromstreubereich;
    15
    Einkristallsubstrat;
    20
    zweiter Verunreinigungsbereich;
    21
    erster Bereich;
    22
    zweiter Bereich;
    23
    dritter Verbindungsbereich;
    24
    zweiter Verbindungsbereich;
    25
    zweiter Superübergangsbereich;
    30
    dritter Verunreinigungsbereich;
    41
    erster Teil;
    42
    zweiter Teil;
    51
    Gate-Isolationsfilm;
    52
    Trennungsisolationsfilm;
    60
    Elektrodenschicht;
    61
    erste Elektrode;
    62
    zweite Elektrode;
    63
    Gate-Elektrode;
    64
    Verdrahtungsschicht;
    70
    erste Epitaxialschicht;
    71
    zweite Epitaxialschicht;
    100
    Siliziumkarbidsubstrat;
    101
    erste Richtung;
    102
    zweite Richtung;
    103
    dritte Richtung;
    121
    erster n-Typ-Bereich;
    122
    zweiter n-Typ-Bereich;
    200
    Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement (MOSFET);
    251
    erster p-Typ-Bereich;
    252
    zweiter p-Typ-Bereich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2019196257 [0001]

Claims (15)

  1. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement, umfassend: ein Siliziumkarbidsubstrat, das eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich aufweist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine erste Elektrode, die in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche ist; und eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist, umfasst, und wobei die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs größer als oder gleich 6×1016 cm-3 ist.
  2. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs größer als oder gleich 6×1016 cm-3 ist.
  3. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement, umfassend: ein Siliziumkarbidsubstrat, das eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich aufweist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine erste Elektrode, die in Kontakt mit jeweils dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche ist; und eine zweite Elektrode, die in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist, umfasst, und wobei die Punktdefektdichte des ersten Bereichs größer als oder gleich 6×1012 cm-3 ist.
  4. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei die Punktdefektdichte des ersten Bereichs kleiner als oder gleich 1×1014 cm-3 ist.
  5. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement von einem planaren Typ ist.
  6. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: ein Graben in dem Siliziumkarbidsubstrat vorgesehen ist, und der Graben eine Seitenfläche, die in Kontakt mit jeweils dem ersten Verunreinigungsbereich, dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich ist, und eine Bodenfläche, die an die Seitenfläche anschließt und in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich ist, aufweist.
  7. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Hauptfläche der Graben eine U-Form aufweist.
  8. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Hauptfläche der Graben eine V-Form aufweist.
  9. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Hauptfläche eine (000-1)-Ebene oder eine mit einem Winkel von kleiner als oder gleich 8° in Bezug auf die (000-1)-Ebene geneigte Ebene ist.
  10. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs größer als die Verunreinigungskonzentration des zweiten Bereichs ist.
  11. Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, wobei die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs kleiner als oder gleich 1×1019 cm-3 ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten eines Siliziumkarbidsubstrats, das eine erste Hauptfläche, eine zweite Hauptfläche, einen ersten Verunreinigungsbereich, einen zweiten Verunreinigungsbereich und einen dritten Verunreinigungsbereich aufweist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der zweiten Hauptfläche bildet, wobei der erste Verunreinigungsbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich wenigstens einen Teil der ersten Hauptfläche bildet, wobei der zweite Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich vorgesehen ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen zweiten Leitfähigkeitstyp, der verschieden von dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, aufweist, wobei der dritte Verunreinigungsbereich in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich derart vorgesehen ist, dass er von dem ersten Verunreinigungsbereich getrennt ist, und wobei der dritte Verunreinigungsbereich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, Ausbilden einer ersten Elektrode, die jeweils in Kontakt mit dem zweiten Verunreinigungsbereich und dem dritten Verunreinigungsbereich an der ersten Hauptfläche ist, und Ausbilden einer zweiten Elektrode, die in Kontakt mit dem ersten Verunreinigungsbereich an der zweiten Hauptfläche ist, wobei der zweite Verunreinigungsbereich einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, der zwischen dem ersten Bereich und der zweiten Hauptfläche angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Bereich ist, umfasst, wobei die Verunreinigungskonzentration des ersten Bereichs größer als oder gleich 6×1016 cm-3 ist, und wobei der erste Bereich durch eine Ionenimplantation ausgebildet wird.
  13. Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich durch eine Ionenimplantation ausgebildet wird.
  14. Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements nach Anspruch 12 oder 13, wobei der erste Verunreinigungsbereich durch ein Epitaxialwachstum unter einer Temperaturbedingung von größer als oder gleich 1500°C und kleiner als oder gleich 1750°C ausgebildet wird.
  15. Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei: das Vorbereiten des Siliziumkarbidsubstrats das Durchführen eines Aktivierungsglühens umfasst, und das Durchführen des Aktivierungsglühens unter einer Temperaturbedingung von größer als oder gleich 1600°C und kleiner als oder gleich 1850°C durchgeführt wird.
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