DE112020007260T5

DE112020007260T5 - Halbleitereinheit und leistungswandler

Info

Publication number: DE112020007260T5
Application number: DE112020007260.6T
Authority: DE
Inventors: Takanori Tanaka; Yuichi Nagahisa; Naoyuki Kawabata; Hiroyuki Amishiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2023-03-09
Also published as: JP7258239B2; CN115668510A; WO2021240782A1; JPWO2021240782A1; US20230133459A1

Abstract

Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit werden unterbunden, indem das lokale Auftreten eines hohen Stroms durch eine Körper-Diode eines Feldeffekttransistors hindurch unterbunden wird. Eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit weist Folgendes auf: ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat, eine Halbleiterschicht, die auf der oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, sowie eine rückseitige Elektrode, die auf der unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Ein Bereich, in dem ein spezifischer elektrischer Widerstand einen ersten Wert annimmt, wird als ein erster Widerstandsbereich betrachtet, und ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand einen zweiten Wert annimmt, der größer als der erste Wert ist, wird als ein zweiter Widerstandsbereich betrachtet. Der zweite Widerstandsbereich erstreckt sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg, d.h. über die Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich hinweg.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarte Technik bezieht sich auf eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit und auf einen Leistungswandler.
STAND DER TECHNIK
Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke, wie beispielsweise Siliciumcarbid (SiC), weisen eine höhere dielektrische Durchschlagfestigkeit als Silicium(Si)-Materialien auf. Somit ermöglicht das Verwenden eines Halbleitermaterials mit großer Bandlücke als Substratmaterial, dass das Substrat eine höhere Störstellenkonzentration und einen geringeren Widerstand als in einem Fall aufweist, in dem ein Silicium-Material verwendet wird. Die Reduzierung des Widerstands des Substrats kann Verluste während Schaltvorgängen einer Leistungseinheit reduzieren.
Außerdem weisen Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke im Vergleich zu Silicium-Materialien eine höhere thermische Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit auf, und daher wird erwartet, dass sie als Materialien dienen, mit denen kompakte Leistungseinheiten mit geringen Verlusten und hoher Effizienz realisiert werden können.
Es ist bekannt, dass Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (d.h. MOSFETs), bei denen Siliciumcarbid verwendet wird (auf die im Folgenden auch als „SiC-MOSFETs“ Bezug genommen wird), eine als Körper-Diode bezeichnete parasitäre Diode zwischen Source und Drain aufweisen, und dass, wenn ein Durchlassstrom durch die parasitäre Diode fließt, Schwankungen des Widerstandswerts der Einheit auftreten (siehe zum Beispiel Nicht-Patentdokument 1).
Dies liegt daran, dass durch eine Rekombinationsenergie, die durch Rekombination von durch die Körper-Diode injizierten Minoritätsladungsträgern mit Majoritätsladungsträgern erzeugt wird, Stapelfehler ausgedehnt werden, d.h. Ebenendefekte, die zum Beispiel von Basisebenen-Versetzungen von dem Siliciumcarbid-Substrat ausgehen.
Das Nicht-Patentdokument 2 offenbart zum Beispiel ein Verfahren zur Verhinderung der Ausdehnung von Stapelfehlern, die von Basisebenen-Versetzungen von einem Siliciumcarbid-Substrat ausgehen, indem eine Pufferschicht auf dem Siliciumcarbid-Substrat gebildet wird, um die Rekombination von Löchern und Elektronen in der Pufferschicht zu erleichtern.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
Nicht-Patentdokumente

Nicht-Patentdokument 1: IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Bd. 28, Nr. 7, „A New Degradation Mechanism in High-Voltage SiC Power MOSFETs“, Juli 2007
Nicht-Patentdokument 2: Journal of Applied Physics, „Short minority carrier lifetimes in highly nitrogen-doped 4H-SiC epilayers for suppression of the stacking fault formation in PiN diodes“, Bd. 120, Seite 115101, 2016

KURZBESCHREIBUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Eine Struktur, welche eine Pufferschicht einsetzt, wie im Nicht-Patentdokument 2 beschrieben, muss jedoch eine ziemlich dicke Pufferschicht aufweisen, wenn sie Bereiche aufweist, in denen ein hoher Strom auftritt. Dies ist unter dem Gesichtspunkt der Produktivität nachteilig. Darüber hinaus offenbart das Nicht-Patentdokument 2 keinen Fall, in dem ein hoher Strom in der Körper-Diode des Feldeffekttransistors auftritt.
Die in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarte Technik wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme konzipiert und dient als eine Technik, um Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit zu unterbinden, wenn ein hoher Strom in der Körper-Diode eines Feldeffekttransistors auftritt.
Mittel zum Lösen der Probleme
Ein erster Aspekt der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf einer oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, sowie eine rückseitige Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Ein Bereich, in dem ein Feldeffekttransistor in einer Oberflächenschicht der Halbleiterschicht und auf einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, wird als ein aktiver Bereich betrachtet. Ein Bereich, der den aktiven Bereich in einer Draufsicht umgibt, wird als ein Abschlussbereich betrachtet.
Ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode einen ersten Wert annimmt, wird als ein erster Widerstandsbereich betrachtet. Ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode einen zweiten Wert annimmt, der größer als der erste Wert ist, wird als ein zweiter Widerstandsbereich betrachtet. Bei dem zweiten Widerstandsbereich handelt es sich um einen Bereich, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, wobei es sich bei der Bereichsgrenze um eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich handelt.
Ein zweiter Aspekt der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat, eine Halbleiterschicht, die auf einer oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, sowie eine rückseitige Elektrode, die auf einem Bereich einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Ein Bereich, in dem ein Feldeffekttransistor in einer Oberflächenschicht des Halbleitersubstrats und auf einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, wird als ein aktiver Bereich betrachtet.
Ein Bereich, der den aktiven Bereich in einer Draufsicht umgibt, wird als der Abschlussbereich betrachtet. Ein Bereich, in dem in einer Draufsicht die rückseitige Elektrode ausgebildet ist, wird als ein erster Bereich betrachtet. Ein Bereich, in dem die rückseitige Elektrode in einer Draufsicht nicht ausgebildet ist, wird als ein zweiter Bereich betrachtet. Bei dem zweiten Bereich handelt es sich um einen Bereich, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, wobei es sich bei der Bereichsgrenze um eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich handelt.
Ein dritter Aspekt der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf einen Leistungswandler, der Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung, welche die vorstehend beschriebene Siliciumcarbid-Halbleitereinheit aufweist und eine eingegebene elektrische Energie umwandelt und abgibt, eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit an die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgibt, sowie eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung ausgibt.
Effekte der Erfindung
Der erste Aspekt der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik weist Folgendes auf: ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf einer oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, sowie eine rückseitige Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Ein Bereich, in dem ein Feldeffekttransistor in einer Oberflächenschicht der Halbleiterschicht und auf einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, wird als ein aktiver Bereich betrachtet. Ein Bereich, der den aktiven Bereich in einer Draufsicht umgibt, wird als ein Abschlussbereich betrachtet.
Ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode einen ersten Wert annimmt, wird als ein erster Widerstandsbereich betrachtet. Ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode einen zweiten Wert annimmt, der größer als der erste Wert ist, wird als ein zweiter Widerstandsbereich betrachtet. Bei dem zweiten Widerstandsbereich handelt es sich um einen Bereich, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, wobei es sich bei der Bereichsgrenze um eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich handelt. Diese Konfiguration unterbindet ein lokales Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich und unterbindet dementsprechend Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit.
Der zweite Aspekt der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik weist Folgendes auf: ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat, eine Halbleiterschicht, die auf einer oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, sowie eine rückseitige Elektrode, die auf einem Bereich einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Ein Bereich, in dem ein Feldeffekttransistor in einer Oberflächenschicht des Halbleitersubstrats und auf einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, wird als ein aktiver Bereich betrachtet. Ein Bereich, der den aktiven Bereich in einer Draufsicht umgibt, wird als der Abschlussbereich betrachtet. Ein Bereich, in dem in einer Draufsicht die rückseitige Elektrode ausgebildet ist, wird als ein erster Bereich betrachtet.
Ein Bereich, in dem die rückseitige Elektrode in einer Draufsicht nicht ausgebildet ist, wird als ein zweiter Bereich betrachtet. Bei dem zweiten Bereich handelt es sich um einen Bereich, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, wobei es sich bei der Bereichsgrenze um eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich handelt. Diese Konfiguration unterbindet ein lokales Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich und unterbindet dementsprechend Schwankungen bei Eigenschaften einer Einheit.
Der dritte Aspekt der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf einen Leistungswandler, der Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung, welche die vorstehend beschriebene Siliciumcarbid-Halbleitereinheit aufweist und eine eingegebene elektrische Energie umwandelt und abgibt, eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit an die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgibt, sowie eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung ausgibt. Diese Konfiguration unterbindet ein lokales Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich in der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die in dem Leistungswandler enthalten ist, und unterbindet dementsprechend Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit.
Weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher ersichtlich.
Figurenliste
In den Figuren zeigen:

1 eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines SiC-MOSFET gemäß einer Ausführungsform schematisch zeigt;
2 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines peripheren Bereichs des SiC-MOSFET gemäß der Ausführungsform schematisch zeigt;
3 eine Draufsicht, die ein Beispiel für einen Bereich gemäß der Ausführungsform zeigt, in dem ein ohmscher Kontaktbereich ausgebildet ist;
4 eine Draufsicht, die eine Variation der Konfiguration des SiC-MOSFET gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
5 eine Draufsicht, die eine weitere Variation der Konfiguration des SiC-MOSFET gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
6 eine Draufsicht, die ein Beispiel für den Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich ausgebildet ist, in einem Fall zeigt, in dem eine Gate-Leitungs-Elektrode angeordnet ist, um als eine Kontaktstelle für Gate-Leitungen zu dienen, die beispielhaft in 4 dargestellt sind;
7 eine Draufsicht, die ein Beispiel für den Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich ausgebildet ist, in einem Fall zeigt, in dem eine Gate-Leitungs-Elektrode angeordnet ist, um als eine Kontaktstelle für Gate-Leitungen zu dienen, die beispielhaft in 5 dargestellt sind;
8 eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Konfiguration des peripheren Bereichs des SiC-MOSFET gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
9 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration des peripheren Bereichs eines SiC-MOSFET gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt;
10 eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Konfiguration um die Peripherie des SiC-MOSFET herum gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
11 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration des peripheren Bereichs eines SiC-MOSFET gemäß einer weiteren Ausführungsform schematisch zeigt;
12 eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Konfiguration des peripheren Bereichs des SiC-MOSFET gemäß der Ausführungsform schematisch darstellt;
13 ein Schaubild, das konzeptionell ein Beispiel für eine Konfiguration eines Leistungswandlungssystems zeigt, das einen Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform aufweist;
14 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines SiC-MOSFET schematisch zeigt, der den Erfindern bekannt ist.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei den folgenden Ausführungsformen sind außerdem detaillierte Merkmale und dergleichen zur Erläuterung der Technologie beschrieben, sie sind jedoch lediglich illustrativ, und nicht alle von diesen sind absolut notwendige Merkmale, die zur Realisierung der Ausführungsformen notwendig sind.
Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen in einer schematischen Form angegeben sind und Konfigurationen in den Zeichnungen der Einfachheit der Beschreibung halber weggelassen oder vereinfacht sein können, soweit zweckdienlich. Wechselseitige Relationen in Bezug auf Abmessung und Position bei Konfigurationen und dergleichen, die in verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind, sind nicht immer präzise und können verändert werden, soweit zweckdienlich. Um ein Verstehen der Inhalte von Ausführungsformen zu erleichtern, kann eine Schraffur in irgendeiner Zeichnung, wie beispielsweise einer Draufsicht, anders als bei Schnittansichten angegeben sein.
In der folgenden Beschreibung sind ähnliche Komponenten oder Bestandteile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und es wird angenommen, dass sie ähnliche Bezeichnungen und Funktionen aufweisen. Daher kann eine detaillierte Beschreibung derartiger Komponenten oder Bestandteile in einigen Fällen weggelassen werden, um Redundanz zu vermeiden.
Wenn nichts anderes spezifiziert ist, handelt es sich in der folgenden Beschreibung bei Formulierungen, wie beispielsweise „angegebene Komponenten oder Bestandteile umfassen, enthalten oder aufweisen“, um nicht wechselseitig ausschließende Ausdrücke, welche die Möglichkeit des Vorhandenseins weiterer Komponenten oder Bestandteile eliminieren.
In der folgenden Beschreibung können in einigen Fällen Ordinalzahlen verwendet werden, wie beispielsweise „erster/erste/erstes“ und „zweiter/zweite/zweites“, sie werden jedoch lediglich der Einfachheit halber verwendet, um ein Verstehen der Inhalte von Ausführungsformen zu erleichtern, und sollen irgendeine Reihenfolge nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, die durch diese Ordinalzahlen angegeben wird.
Wenn nichts anderes spezifiziert ist, wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass Formulierungen, die äquivalente Zustände anzeigen, wie beispielsweise „gleich“, „gleichwertig“, „gleichmäßig“ und „homogen“, Fälle umfassen, wie beispielsweise: sich in einem streng gleichwertigen Zustand befinden und sich in einem Zustand befinden, in dem innerhalb einer Toleranz oder innerhalb eines Bereichs, in dem vergleichbare Funktionen erhalten werden können, einige Unterschiede bestehen können.
In der folgenden Beschreibung können in einigen Fällen Begriffe verwendet werden, wie beispielsweise „oberer/obere/oberes“, „unterer/untere/unteres“, „links“, „rechts“, „seitlich“, „unten“, „vorn“ und „hinten“, mit denen spezielle Positionen oder Richtungen gemeint sind, diese Begriffe werden jedoch lediglich der Einfachheit halber verwendet, um ein Verstehen der Inhalte von Ausführungsformen zu erleichtern, und es ist möglich, dass sie sich nicht auf Positionen oder Richtungen in den tatsächlichen Realisierungen beziehen.
In der folgenden Beschreibung beziehen sich Formulierungen, wie beispielsweise „die obere oder untere Oberfläche von“, nicht nur auf die obere oder untere Oberfläche selbst einer Zielkomponente oder eines Zielbestandteils, sondern beziehen sich auch auf einen Zustand, in dem irgendeine andere Komponente oder irgendein anderer Bestandteil in/auf der oberen oder unteren Oberfläche einer Zielkomponente oder eines Zielbestandteils ausgebildet sein kann.
Das heißt zum Beispiel, eine Formulierung „eine Komponente oder ein Bestandteil A, die oder der auf der oberen Oberfläche einer Komponente oder eines Bestandteils B angeordnet ist“ eliminiert nicht die Möglichkeit, dass eine weitere Komponente oder ein weiterer Bestandteil C zwischen den Komponenten oder Bestandteilen A und B existiert. In einer ähnlichen Weise eliminiert eine Formulierung „eine Komponente oder ein Bestandteil A bedeckt eine Komponente oder einen Bestandteil B“ nicht die Möglichkeit, dass eine weitere Komponente oder ein weiterer Bestandteil „C“ zwischen den Komponenten oder Bestandteilen A und B existiert.
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In der folgenden Beschreibung bezieht sich ein „aktiver Bereich“ der Halbleitereinheit auf einen Bereich, durch den im EIN-Zustand der Halbleitereinheit ein Hauptstrom fließt, und ein „Abschlussbereich“ der Halbleitereinheit bezieht sich auf einen Bereich, der sich um den aktiven Bereich herum befindet. Eine Formulierung „nach außen“ in Bezug auf die Halbleitereinheit bezieht sich auf eine Richtung von einem mittleren Bereich der Halbleitereinheit in Richtung zu der äußeren Peripherie derselben, und eine Formulierung „nach innen“ in Bezug auf die Halbleitereinheit bezieht sich auf eine Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung „nach außen“ ausgerichtet ist.
Wenngleich die Beschreibung unter der Annahme angegeben ist, dass sich ein „erster Leitfähigkeitstyp von Störstellen“ auf einen n-Typ bezieht und sich ein „zweiter Leitfähigkeitstyp von Störstellen“ auf einen p-Typ bezieht, kann sich jedoch umgekehrt auch der „erste Leitfähigkeitstyp von Störstellen“ auf den p-Typ beziehen, und es kann sich der „zweite Leitfähigkeitstyp von Störstellen“ auf den n-Typ beziehen.
Der Begriff „MOS“, wie er hier verwendet wird, wurde früher für laminierte Metall-Oxid-Halbleiter-Strukturen verwendet.
Insbesondere bei Feldeffekttransistoren mit einer MOS-Struktur (auf die im Folgenden auch einfach als ein „MOS-Transistor“ Bezug genommen wird) wurden jedoch unter dem Gesichtspunkt einer kürzlich erfolgten Integration und Verbesserungen bei Herstellungsprozessen auch Verbesserungen in Bezug auf die Materialien für ihre Gate-Isolierschicht und Gate-Elektrode erzielt.
Zum Beispiel wurde bei MOS-Transistoren unter dem Gesichtspunkt hauptsächlich der Bildung von selbstausgerichteter Source/Drain polykristallines Silicium anstelle von Metall als Material für ihre Gate-Elektrode eingesetzt.
Darüber hinaus wurde bei den MOS-Transistoren unter dem Gesichtspunkt einer Verbesserung von elektrischen Eigenschaften außerdem ein Material, das eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, als Material für ihre Gate-Isolierschicht eingesetzt, dieses Material ist jedoch nicht auf ein Oxid beschränkt.
Somit wird der Begriff „MOS“ nicht beschränkt für laminierte Strukturen aus Metall, Oxid und Halbleiter verwendet, und die Beschreibung der vorliegenden Erfindung basiert nicht auf derartigen Beschränkungen.
Insbesondere im Hinblick auf die allgemeine technische Bedeutung bezieht sich der Begriff „MOS“, wie er hier verwendet wird, nicht nur auf eine Abkürzung, die aus seiner Etymologie abgeleitet ist, sondern hat außerdem eine Bedeutung, die häufig auch laminierte Strukturen aus Leiter, Isolator und Halbleiter umfasst.
In der folgenden Beschreibung ist mit einer Formulierung „die Komponenten oder Bestandteile A und B sind elektrisch miteinander verbunden“ gemeint, dass ein Strom in beiden Richtungen zwischen den Komponenten oder Bestandteilen A und B fließen kann.
Konfiguration der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit
Bei einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die als SiC-MOSFET dient, bei dem ein aus Siliciumcarbid (SiC) als Basismaterial bestehendes Substrat verwendet wird. 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration des SiC-MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt.
Wie beispielhaft in 1 dargestellt, ist der SiC-MOSFET in einer Draufsicht auf der oberen Oberfläche eines epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet und weist eine Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie eine Source-Elektrode 3 in dem mittleren Bereich auf, wobei die Gate-Leitungs-Elektrode als eine Kontaktstelle dient, an die von einer externen Steuerschaltung (in 1 nicht gezeigt) eine Gate-Spannung angelegt wird, und die Source-Elektrode ebenfalls als eine Kontaktstelle dient.
Es ist anzumerken, dass in einer Draufsicht auf das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30, das in 1 beispielhaft dargestellt ist, eine Oberflächenschutzschicht 4 an dem Rand angeordnet ist. In 1 ist die Position des inneren Rands der Oberflächenschutzschicht 4, d.h. der Umriss der Oberflächenschutzschicht 4, durch gestrichelte Linien angegeben.
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines peripheren Bereichs des SiC-MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. 2 entspricht einem Querschnitt entlang einer Linie a-a' in 1.
Wie beispielhaft in 2 gezeigt, ist der SiC-MOSFET unter Verwendung des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst ein monokristallines Siliciumcarbid-Substrat 31 und eine epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist.
Bei dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 handelt es sich um ein Halbleitersubstrat aus Siliciumcarbid vom n-Typ (einem ersten Leitfähigkeitstyp). Bei der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 handelt es sich um eine Halbleiterschicht aus Siliciumcarbid, die durch epitaxiales Aufwachsen auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 gebildet wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein epitaxiales Siliciumcarbid-Substrat 30 vom 4H-Polytyp verwendet. Die epitaxial aufgewachsene Schicht 34 umfasst eine Pufferschicht 32 sowie eine Drift-Schicht 33, die auf der oberen Oberfläche der Pufferschicht 32 ausgebildet ist, und weist eine geringere Störstellenkonzentration als die Pufferschicht 32 auf.
Die Pufferschicht 32 ist in einer Oberfläche auf einer ersten Richtungsseite der Dickenrichtung des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet (d.h. auf der oberen Oberfläche). Die Pufferschicht 32 bewirkt eine Rekombination von Löchern, die von der Seite der oberen Oberfläche der Einheit aus injiziert werden, und reduziert die Dichte von Löchern, die das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 erreichen. Die Pufferschicht 32 kann außerdem eine Funktion in Bezug auf ein Umwandeln von Basisebenen-Versetzungen in dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 in Kantenversetzungen aufweisen.
Darüber hinaus kann die Pufferschicht 32 durch eine Laminierung einer Mehrzahl von Schichten gebildet werden. Eine höhere Störstellenkonzentration der Pufferschicht 32 erhöht die Fähigkeit, die Ausdehnung von Stapelfehlern zu unterbinden, wenn ein durch die Körper-Diode hindurchfließender Strom zunimmt. Somit werden die Störstellenkonzentration und die Dicke der Pufferschicht 32 gemäß der Stromdichte des Stroms vorgegeben, der durch die Körper-Diode der Halbleitereinheit hindurchfließt. Die Störstellenkonzentration der Pufferschicht 32 kann zum Beispiel höher als oder gleich 1 × 10¹⁸ cm^-3 und geringer als oder gleich 2 × 10¹⁹ cm^-3 sein.
Die Drift-Schicht 33 ist auf der ersten Richtungsseite der Dickenrichtung der Pufferschicht 32 ausgebildet (d.h. auf der oberen Oberfläche). Die Störstellenkonzentration der Drift-Schicht 33 ist geringer als die Störstellenkonzentration des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und die Störstellenkonzentration der Pufferschicht 32. Die Störstellenkonzentration und die Dicke der Drift-Schicht 33 wird gemäß der Durchschlagspannung der Halbleitereinheit bestimmt. Die Störstellenkonzentration der Drift-Schicht 33 kann zum Beispiel höher als oder gleich 1 × 10¹⁴ cm^-3 und geringer als oder gleich 1 × 10¹⁷ cm^-3 sein.
Darüber hinaus kann die Dicke der Drift-Schicht 33 zum Beispiel größer als oder gleich 5 µm und geringer als oder gleich mehreren hundert Nanometern sein. Wie in 2 beispielhaft dargestellt, wird dem SiC-MOSFET 100 ein aktiver Bereich 5, in dem eine Struktur einer Einheit ausgebildet ist, wie beispielsweise ein Feldeffekttransistor, und ein Abschlussbereich 6 zugerechnet, der den aktiven Bereich 5 umgibt.
In einer Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 in dem aktiven Bereich 5, d.h. in einer Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 33, sind selektiv p-Muldenbereiche 10 ausgebildet, bei denen es sich um Muldenbereiche vom p-Typ (einem zweiten Leitfähigkeitstyp) handelt. Außerdem sind in der Oberflächenschicht des p-Muldenbereichs 10 selektiv ein Source-Bereich 11 vom n-Typ (dem ersten Leitfähigkeitstyp) und ein Kontaktbereich 12 vom p-Typ ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der p-Muldenbereich 10 aufweist. Es ist anzumerken, dass der Kontaktbereich 12 vom p-Typ in einer Draufsicht von dem p-Muldenbereich 10 umgeben ist.
Auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ist in dem aktiven Bereich 5 eine Gate-Isolierschicht 13 so ausgebildet, dass sie Bereiche der p-Muldenbereiche 10 bedeckt, die jeweils sandwichartig zwischen dem Source-Bereich 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind. Ferner ist eine Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
Oberflächenschichtbereiche der p-Muldenbereiche 10, die mit der Gate-Isolierschicht 13 und der Gate-Elektrode 14 bedeckt sind, d.h. Bereiche der p-Muldenbereiche 10, die sandwichartig zwischen den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind, dienen als Kanalbereiche, in denen im EIN-Zustand des SiC-MOSFET 100 ein Inversionskanal ausgebildet ist.
In dem aktiven Bereich 5 ist die Gate-Elektrode 14 mit einer Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Die Zwischenisolierschicht 15 weist eine Source-Elektrode 3 auf, die auf deren oberer Oberfläche ausgebildet ist. Somit liefert die Zwischenisolierschicht 15 eine elektrische Isolierung zwischen der Gate-Isolierschicht 13 und der Gate-Elektrode 15.
Die Source-Elektrode 3 ist über Kontaktlöcher, die in der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet sind, mit den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und den Kontaktbereichen 12 vom p-Typ verbunden. Die Source-Elektrode 3 und die Kontaktbereiche 12 vom p-Typ bilden einen ohmschen Kontakt.
Der Abschlussbereich 6 umgibt den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht. In einer Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 in dem Abschlussbereich 6, d.h. in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33, sind selektiv Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben.
In einer Oberflächenschicht von jedem Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ ist ein Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit hoher Konzentration ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ aufweist. Auf äußeren peripheren Bereichen der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ ist ein erweiterter Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ ausgebildet, um die Durschlagspannung des SiC-MOSFET 100 zu halten.
Der erweiterte Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ dient als ein JTE-Bereich (Junction Termination Extension region) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp. Bei der Struktur des erweiterten Abschlussmuldenbereichs 18 vom p-Typ kann es sich zum Beispiel um eine Feldbegrenzungsring(d.h. FLR)-Struktur handeln, die in einer Ringform entlang der äußeren Periphere des SiC-MOSFET 100 ausgebildet ist. In einer Draufsicht auf den SiC-MOSFET 100 ist der innerste Bereich des erweiterten Abschlussmuldenbereichs 18 vom p-Typ mit dem äußersten peripheren Bereich von zumindest einem von dem Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ und dem Abschlussmuldenbereich 17 mit hoher Konzentration verbunden.
Wie in 2 beispielhaft dargestellt, erstrecken sich ein Bereich der Gate-Isolierschicht 13, ein Bereich der Gate-Elektrode 14, ein Bereich der Zwischenisolierschicht 15 sowie ein Bereich der Source-Elektrode 3 von dem aktiven Bereich 5 über die Grenze zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg bis zu dem Abschlussbereich 6.
Die sich bis in den Abschlussbereich 6 erstreckende Source-Elektrode 3 ist über die in der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildeten Kontaktlöcher mit den Abschlussmuldenbereichen 17 mit einer hohen Konzentration verbunden, die in den Abschlussmuldenbereichen 16 vom p-Typ ausgebildet sind, so dass ein ohmscher Kontakt gebildet wird. Die sich bis in den Abschlussbereich 6 erstreckende Gate-Elektrode 14 ist über die Gate-Isolierschicht 13 mit entweder den Abschlussmuldenbereichen 16 vom p-Typ oder den Abschlussmuldenbereichen 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration oder mit beiden verbunden.
Darüber hinaus sind eine Feldisolierschicht 19, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Oberflächenschutzschicht 4 in dem Abschlussbereich 6 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 angeordnet.
Die Feldisolierschicht 19 bedeckt einen Teil der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ und den gesamten erweiterten Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ und erstreckt sich über die äußeren peripheren Ränder der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ bis in den Außenbereich der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ. In dem aktiven Bereich 5 ist die Feldisolierschicht 19 nicht angeordnet. Mit anderen Worten, es weist die Feldisolierschicht 19 eine Öffnung auf, die den aktiven Bereich 5 enthält.
Die Gate-Leitungs-Elektrode 2 ist auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet, welche die sich bis in den Abschlussbereich 6 erstreckende Gate-Elektrode 14 bedeckt, und ist über die in der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildeten Kontaktlöcher mit der Gate-Elektrode 14 verbunden.
Die Oberflächenschutzschicht 4 ist so ausgebildet, dass sie einen Bereich der Source-Elektrode 3, der sich nahe bei dem Abschlussbereich in dem aktiven Bereich 5 befindet, einen Bereich der Source-Elektrode 3, der sich in dem Abschlussbereich 6 befindet, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Feldisolierschicht 19 bedeckt. Die Oberflächenschutzschicht 4 bedeckt außerdem einen Bereich des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6.
Hierbei handelt es sich bei der Position einer Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine Position, die irgendeinem von den innersten Rändern der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ und dem innersten Rand des Abschlussmuldenbereichs 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration entspricht, der sich näher bei dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs 5 befindet (der sich weiter nach innen befindet).
Indessen ist eine rückseitige Elektrode 20 auf der unteren Oberfläche (der rückseitigen Oberfläche) des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 angeordnet. Die rückseitige Elektrode 20 weist rückseitige Elektrodenschichten 20a und 20b sowie einen ohmschen Kontaktbereich 21 auf. Die rückseitige Elektrodenschicht 20a ist auf einem Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet. Der ohmsche Kontaktbereich 21 ist in dem Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet, auf dem die rückseitige Elektrodenschicht 20a nicht ausgebildet ist. Die rückseitige Elektrodenschicht 20b ist über die unteren Oberflächen der rückseitigen Elektrodenschicht 20a und den ohmschen Kontaktbereich 21 hinweg ausgebildet.
Wie in 2 beispielhaft dargestellt, ist der ohmsche Kontaktbereich 21 so ausgebildet, dass er sandwichartig zwischen der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und der oberen Oberfläche der rückseitigen Elektrodenschicht 20b angeordnet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem ohmschen Kontaktbereich 21 um einen Silicid-Bereich des Metalls, das für die rückseitige Elektrodenschicht 20a verwendet wird.
Die Bildung des ohmschen Kontaktbereichs 21 ermöglicht, dass die rückseitige Elektrode 20 und das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 einen ohmschen Kontakt in dem Bereich aufweisen, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 ausgebildet ist, und dadurch resultiert ein Durchfluss eines Stroms bei einem geringen Widerstand zwischen der rückseitigen Elektrode 20 und dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31.
Im Gegensatz dazu wird in dem Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 nicht ausgebildet ist (d.h. in dem Bereich, in dem die rückseitige Elektrodenschicht 20a ausgebildet ist), der Kontaktwiderstand zwischen der rückseitigen Elektrode 20 und dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 hoch, und dementsprechend nimmt der spezifische elektrische Widerstand zu. Dadurch wird das Fließen eines Stroms zwischen der rückseitigen Elektrode 20 und dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat begrenzt.
Daher wird der Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 in einer Draufsicht ausgebildet ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein niederohmiger Bereich 7 angenommen, der einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand (spezifischen Kontaktwiderstand) zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 aufweist, und der Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 in einer Draufsicht nicht ausgebildet ist, wird als ein hochohmiger Bereich 8 angenommen, der einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand (spezifischen Kontaktwiderstand) zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 aufweist.
Wenn ein Strom durch den SiC-MOSFET 100 hindurchfließt, weist die rückseitige Elektrode 20 in Bezug auf den niederohmigen Bereich 7 und den hochohmigen Bereich 8 unterschiedliche Stromdichten auf. Insbesondere fließt in dem hochohmigen Bereich 8 nahezu kein Strom, während in dem niederohmigen Bereich 7 ein Strom mit einer hohen Stromdichte fließt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der hochohmige Bereich 8 den aktiven Bereich 5 und den Abschlussbereich 6 überspannend (oder übergreifend) und über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg angeordnet.
Um die vorstehend beschriebene Konfiguration zu erläutern, wird zunächst ein Beispiel für eine Konfiguration einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit beschrieben, die den Erfindern bekannt ist. 14 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines SiC-MOSFET 400, der den Erfindern bekannt ist, schematisch zeigt.
Wie in 14 beispielhaft dargestellt, ist der SiC-MOSFET 400 unter Verwendung eines epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst ein monokristallines Siliciumcarbid-Substrat 31 und eine epitaxial aufgewachsene Schicht 34. Die epitaxial aufgewachsene Schicht 34 weist eine Pufferschicht 32 und eine Drift-Schicht 33 auf. Wie in 14 beispielhaft dargestellt, wird dem SiC-MOSFET 400 ein aktiver Bereich 5, in dem eine Struktur einer Einheit ausgebildet ist, und ein Abschlussbereich 6 zugerechnet, der den aktiven Bereich 5 umgibt.
In einer Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 sind in dem aktiven Bereich 5 selektiv p-Muldenbereiche 10 ausgebildet. In einer Oberflächenschicht von jedem p-Muldenbereich 10 sind jeweils selektiv ein Source-Bereich 11 vom n-Typ und ein Kontaktbereich 12 vom p-Typ ausgebildet.
Auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ist in dem aktiven Bereich 5 eine Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet. Darüber hinaus ist eine Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
In dem aktiven Bereich 5 ist die Gate-Elektrode 14 mit einer Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Darüber hinaus ist eine Source-Elektrode 3 auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet.
In der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 sind in dem Abschlussbereich 6 selektiv Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben. In der Oberflächenschicht jedes Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ist ein Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration ausgebildet. Darüber hinaus ist ein erweiterter Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ auf dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ausgebildet.
Ferner sind auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 eine Feldisolierschicht 19, eine Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie eine Oberflächenschutzschicht 4 ausgebildet.
Hierbei handelt es sich bei der Position einer Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 in 14 um eine Position, die irgendeinem von den innersten Rändern der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ und dem innersten Rand des Abschlussmuldenbereichs 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration entspricht, der sich näher bei dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs 5 befindet (der sich weiter nach innen befindet).
Indessen ist ein ohmscher Kontaktbereich 221 auf der unteren Oberfläche (der rückseitigen Oberfläche) des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Darüber hinaus ist eine rückseitige Elektrode 220 auf der unteren Oberfläche des ohmschen Kontaktbereichs 221 ausgebildet.
Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass in dem Fall, in dem ein Strom durch eine Körper-Diode des SiC-MOSFET 400 hindurchfließt, der die Struktur aufweist, wie in 14 dargestellt, die epitaxial aufgewachsene Schicht 34 in der Umgebung der Grenze A zwischen dem Abschlussmuldenbereich 6 und dem aktiven Bereich 5 Bereiche aufweist, in denen die Stromdichte für Löcher zunimmt, wenn ein hoher Strom an dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs 5 anliegt. Insbesondere gibt es einen Bereich, dessen Stromdichte für Löcher gleich dem Doppelten der Stromdichte für Löcher in dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs 5 oder höher ist.
Es wurde außerdem festgestellt, dass dieses Phänomen ausgeprägter wird, wenn die Stromdichte des an dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs 5 anliegenden Stroms zunimmt, und dass sich ein vergleichsweise höherer Strom in der Umgebung der Grenze A zwischen dem Abschlussbereich 6 und dem aktiven Bereich 5 als in dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs 5 konzentriert. Dies hat zu der Beobachtung geführt, dass Stapelfehler bevorzugt in Bereichen in der Umgebung der Grenze A zwischen dem Abschlussbereich 6 und dem aktiven Bereich 5 auftreten und Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit verursachen (eine sogenannte Verschlechterung einer Einheit).
In einem Fall zum Beispiel, in dem ein Strom mit einer Stromdichte von 500 A/cm² durch die Körper-Diode in dem mittleren Bereich des aktiven Bereichs hindurchfließt, fließt ein Löcherstrom mit einer Stromdichte, die höher als oder gleich 1000 A/cm² ist, in der Umgebung der Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 durch die epitaxial aufgewachsene Schicht 34 hindurch.
In einem Fall, in dem ein hoher Strom in einer Draufsicht auch in einem Bereich der Umgebung der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 fließt, muss die Pufferschicht 32 so ausgelegt werden, dass sie für den maximalen Strom geeignet wird. Auch in einem Fall, in dem durchschnittlich ein Strom mit einer Stromdichte von 500 A/cm² durch die Körper-Diode hindurchfließt, ergibt sich somit die Notwendigkeit, die Pufferschicht 32 einzusetzen, die für einen Strom mit einer Stromdichte von 1000 A/cm² geeignet ist, um eine Verschlechterung von Eigenschaften einer Einheit zu unterbinden.
Wenn die Stromdichte des Stroms zunimmt, der durch die Körper-Diode hindurchfließt, muss üblicherweise auch die Dicke der Pufferschicht 32 vergrößert werden, die notwendig ist, um eine Verschlechterung von Eigenschaften zu verhindern. Dies ist unter dem Gesichtspunkt der Produktivität unerwünscht.
Um die Ursache für die vorstehend beschriebene Konzentration des Stroms zu identifizieren, haben die Erfinder eine Analyse und Evaluierungen unter Verwendung einer Stromsimulation durchgeführt. Als ein Ergebnis haben sie festgestellt, dass eine der Ursachen für die vorstehend beschriebene Konzentration des Stroms darin besteht, dass der Strom aufgrund einer geometrischen Relation zwischen der Source-Elektrode 3 und der rückseitigen Elektrodenschicht 220 von dem Abschlussbereich 6 bis zu dem Rand des aktiven Bereichs 5 herumläuft.
Bei dem SiC-MOSFET 400 sind die rückseitige Elektrodenschicht 220 und die Source-Elektrode 3 in dem Abschlussbereich 6 in der Umgebung der Grenze A durch den Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ und den Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration verbunden. Diese Struktur wird verwendet, um die Durchschlagfestigkeit des SiC-MOSFET 400 zu verbessern, und sie ist dafür ausgelegt, zu bewirken, dass der spezifische Kontaktwiderstand pro Einheitsfläche in diesem Bereich geringer ist als der spezifische Kontaktwiderstand pro Einheitsfläche in dem aktiven Bereich 5.
Dadurch wird bewirkt, dass der spezifische elektrische Widerstand eines Pfads, der durch den aktiven Bereich 5 hindurch verläuft, höher als der spezifische elektrische Widerstand eines Pfads ist, der durch den Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ und den Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration hindurch verläuft, und es wird ein Phänomen hervorgerufen, bei dem der Strom auch von der rückseitigen Elektrodenschicht 220, die dem aktiven Bereich 5 gegenüberliegt, in den Abschlussbereich 6 fließt.
Dementsprechend fließt ein hoher Strom lokal in der Umgebung der Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6. Die Erfinder haben außerdem herausgefunden, dass dieser hohe Strom außerdem eine zusätzliche Konzentration des Stroms verursacht.
Um das Auftreten eines derartigen Phänomens zu reduzieren, kann der spezifische Kontaktwiderstand in dem Abschlussbereich 6 erhöht werden, diese Erhöhung verringert jedoch die Durchschlagfestigkeit. Somit ist es notwendig, sowohl eine Verbesserung der Durchschlagfestigkeit als auch eine Reduktion der Konzentration des Stroms zu erzielen und dadurch eine Verschlechterung von Eigenschaften einer Einheit zu unterbinden.
Bei PN-Dioden, die zum Beispiel in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 9- 36 388 A beschrieben sind, ist eine Abschlussstruktur zur Verbesserung der Durchschlagfestigkeit nicht ausgebildet, und ferner ist eine Schicht mit Störstellen vom p-Typ in der gesamten Oberflächenschicht einer Drift-Schicht in dem aktiven Bereich ausgebildet. Somit wird der spezifische Widerstand pro Einheitsfläche in dem Abschlussbereich nicht geringer als der spezifische Widerstand pro Einheitsfläche in dem aktiven Bereich. Das heißt, die Konzentration des Stroms, die durch eine Reduzierung des spezifischen Kontaktwiderstands in dem Abschlussbereich verursacht wird, kann in den PN-Dioden nicht auftreten, wie sie zum Beispiel in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 9- 36 388 A beschrieben sind.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass es sich bei der Struktur des Abschlussbereichs 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um die für MOSFETs spezifische Struktur handelt und dass es sich bei der Konzentration des Stroms, die durch die Struktur des Abschlussbereichs 6, wie bei der vorliegenden Ausführungsform dargestellt, während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode verursacht wird, um das für MOSFETs spezifische Problem handelt.
Um einen SiC-MOSFET mit einer hohen Zuverlässigkeit, bei dem eine Verschlechterung der Einheit unterbunden wird, effizient herzustellen, ist es wichtig, die Konzentration des Stroms zu vermeiden, die in der Umgebung der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich während des Durchflusses eines Stroms durch die Körperdiode auftritt, ohne die Durchschlagfestigkeit des SiC-MOSFET zu verringern.
Bei dem SiC-MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, ist der hochohmige Bereich 8 den aktiven Bereich 5 und den Abschlussbereich 6 überspannend (oder übergreifend) und über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg angeordnet. Durch diese Konfiguration wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass der Strom von dem Abschlussbereich 6 zu dem Rand des aktiven Bereichs 5 herumläuft, und dadurch wird die Konzentration der Stromdichte für Löcher in der Umgebung der Grenze A zwischen dem Abschlussbereich 6 und dem aktiven Bereich 5 unterbunden.
Dadurch wird die Ausdehnung von Stapelfehlern in der Umgebung der Grenze A zwischen dem Abschlussbereich 6 und dem aktiven Bereich 5 effektiv unterbunden, ohne die Dicke der Pufferschicht 32 zu vergrößern. Das heißt, es ist möglich, einen SiC-MOSFET mit hoher Zuverlässigkeit herzustellen, ohne die Produktivität zu beeinträchtigen.
Ein Abstand Di in einer Draufsicht zwischen der Grenze A und einer inneren Grenze Bi des hochohmigen Bereichs 8, die der Grenze zwischen dem ohmschen Kontaktbereich 21 und der rückseitigen Elektrodenschicht 20a entspricht (der Grenze des hochohmigen Bereichs 8 in dem aktiven Bereich 5) wird in Abhängigkeit von der Dicke des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 vorgegeben. Wenn das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 zum Beispiel eine Dicke (d.h. eine Gesamtdicke des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34) von T [µm] aufweist, ist der Abstand Di so vorgegeben, dass er größer als oder gleich T × 1,0 [µm] und kleiner als oder gleich T × 10,0 [µm] ist.
Dies liegt daran, dass es schwierig ist, den Effekt der vorliegenden Ausführungsform ausreichend zu erzielen, wenn der Abstand Di kleiner als oder gleich T × 1,0 [µm] ist. Wenn darüber hinaus der Abstand Di größer als oder gleich T × 10,0 [µm] ist, wird die Fläche des niederohmigen Bereichs 7 in Bezug auf die Fläche der Einheit des SiC-MOSFET 100 zu klein. Dadurch wird der elektrische Widerstand während des Durchflusses eines Stroms erhöht. Wenn das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 zum Beispiel eine Dicke von 100 µm aufweist, ist der Abstand Di so vorgegeben, dass er größer als oder gleich 100 µm und kleiner als oder gleich 1000 µm ist.
In einer Draufsicht ist ein Abstand Do zwischen der Grenze A und einer äußeren Grenze Bo des hochohmigen Bereichs 8 (der Grenze des hochohmigen Bereichs 8 in dem Abschlussbereich 6) indessen ebenfalls gemäß der Dicke des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 vorgegeben. Wenn das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 eine Dicke von T [µm] aufweist, ist der Abstand Do so vorgegeben, dass er größer als oder gleich T × 1,0 [µm] ist.
Dies liegt daran, dass es schwierig ist, den Effekt der vorliegenden Ausführungsform ausreichend zu erzielen, wenn der Abstand Do kleiner als oder gleich T × 1,0 [µm] ist. Der Abstand Do kann größer als oder gleich T × 1,0 [µm] sein, und die Grenze Bo kann sich an der äußersten Peripherie des SiC-MOSFET 100 befinden. Mit anderen Worten, es kann es sich bei dem gesamten Bereich von der Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 nach außen um den hochohmigen Bereich 8 handeln.
Das Bilden eines ohmschen Kontaktbereichs, d.h. eines Silicids, kann die Haftung des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und der rückseitigen Elektrode 20 verbessern. In diesem Fall kann ein Abblättern der rückseitigen Elektrode 20 von dem Endbereich der Einheit unterbunden werden, indem der niederohmige Bereich 7 an dem äußeren peripheren Rand des Abschlussbereichs 6 gebildet wird, wie in 2 beispielhaft dargestellt.
Das Bilden eines ohmschen Kontaktbereichs, d.h. eines Silicids, kann hingegen die Haftung des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und der rückseitigen Elektrode 20 auch verschlechtern. In diesem Fall kann das Abblättern der rückseitigen Elektrode 20 von dem Endbereich der Einheit unterbunden werden, wenn der niederohmige Bereich 7 an dem äußeren peripheren Rand des Abschlussbereichs 6 nicht gebildet wird (d.h. indem der hochohmige Bereich 8 über den gesamten Abschlussbereich 6 hinweg gebildet wird).
Es ist anzumerken, dass der Grund, warum der untere Grenzwert für die Abstände Di und Do mit T × 1,0 [µm] vorgegeben ist, darin liegt, dass der Strom beginnt, mit einem Winkel von ungefähr 45° herumzulaufen.
Die Struktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterbindet eine Zunahme der Stromdichte, die in der Umgebung der Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 verursacht werden kann, und ermöglicht ein gleichmäßiges Fließen des Stroms in dem aktiven Bereich 5. Dementsprechend ist es möglich, einen SiC-MOSFET 100 mit einer hohen Zuverlässigkeit herzustellen, wobei die Verschlechterung der Einheit unterbunden wird, während die Wahrscheinlichkeit für eine Beeinträchtigung der Produktivität aufgrund einer Vergrößerung der Dicke der Pufferschicht 32 reduziert wird.
Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des SiC-MOSFET 100, bei dem es sich um die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
Zunächst wird ein niederohmiges monokristallines Siliciumcarbid-Substrat 31 bereitgestellt, das eine relativ hohe Konzentration (n⁺) von Störstellen des n-Typs enthält. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass es sich bei dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 um ein SiC-Substrat vom 4H-Polytyp handelt, das einen Versatzwinkel aufweist, der größer als oder gleich 2° und kleiner als oder gleich 8° ist.
Als Nächstes wird mittels chemischer Gasphasenabscheidung (d.h. CVD) die Pufferschicht 32, die zum Beispiel eine Konzentration von Störstellen des n-Typs aufweist, die höher als oder gleich 1 × 10¹⁸ cm^-3 und geringer als oder gleich 2 × 10¹⁹ cm^-3 ist, durch epitaxiales Aufwachsen auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 gebildet. Die Pufferschicht 32 kann zum Beispiel eine Dicke aufweisen, die größer als oder gleich 0,5 µm und geringer als odergleich 10 µm ist.
Als Nächstes wird die Drift-Schicht 33, die zum Beispiel eine Konzentration von Störstellen des n-Typs aufweist, die höher als oder gleich 1 × 10¹⁴ cm^-3 und geringer als oder gleich 1 × 10¹⁷ cm^-3 ist, durch epitaxiales Aufwachsen auf der oberen Oberfläche der Pufferschicht 32 gebildet. Die Drift-Schicht 33 kann zum Beispiel eine Dicke aufweisen, die größer als oder gleich 5 µm und geringer als oder gleich mehrere hundert Mikrometer ist. Auf diese Weise wird das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 erhalten.
Als Nächstes wird ein Störstellenbereich in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33 gebildet, indem ein Photolithographie-Prozess für das Bilden einer Resistmaske und ein Ionenimplantationsprozess unter Verwendung der Resistmaske als einer Implantationsmaske wiederholt werden. Insbesondere werden der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ, der p-Muldenbereich 10, der Kontaktbereich 12 vom p-Typ und der Source-Bereich 11 vom n-Typ in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33 gebildet.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ionenimplantationsprozess wird Stickstoff (N) für Störstellen vom n-Typ verwendet, und Al oder B wird für Störstellen vom p-Typ verwendet.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ionenimplantationsprozess können der p-Muldenbereich 10 und der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ mittels eines Ionenimplantationsprozesses gemeinsam gebildet werden. Außerdem können der Kontaktbereich 12 vom p-Typ und der Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration mittels eines Ionenimplantationsprozesses gemeinsam gebildet werden.
Der p-Muldenbereich 10 und der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ können zum Beispiel Störstellenkonzentrationen aufweisen, die höher als oder gleich 1,0 × 10¹⁸/cm³ und geringer als oder gleich 1,0 × 10²⁰/cm³ sind. Die Störstellenkonzentration des Source-Bereichs 11 vom n-Typ liegt in Bereichen, die höher als die Störstellenkonzentration des p-Muldenbereichs 10 sind, und kann zum Beispiel höher als oder gleich 1,0 × 10¹⁹/cm³ und geringer als oder gleich 1,0 × 10²¹/cm³ sein. Dosen für den Kontaktbereich 12 vom p-Typ und den erweiterten Abschlussmuldenbereich 18 können bevorzugt höher als oder gleich 0,5 × 10¹³/cm² und geringer als oder gleich 5 × 10¹³/cm² sein und können zum Beispiel gleich 1,0 × 10¹³/cm² sein.
Eine Implantationsenergie während der Ionenimplantation im Fall einer Verwendung von Al für Störstellen kann zum Beispiel höher als oder gleich 100 keV und geringer als oder gleich 700 keV sein. In diesem Fall ist die aus der Dosis [cm^-2] umgerechnete Störstellenkonzentration des erweiterten Abschlussmuldenbereichs 18 vom p-Typ höher als oder gleich 1 × 10¹⁷/cm³ und geringer als oder gleich 1 × 10¹⁹/cm³. Die Implantationsenergie während einer Ionenimplantation im Fall einer Verwendung von N für Störstellen kann zum Beispiel höher als oder gleich 20 keV und geringer als oder gleich 300 keV sein.
Danach wird unter Verwendung einer Wärmebehandlungsvorrichtung ein Tempervorgang bei einer Temperatur durchgeführt, die höher als oder gleich 1500 °C ist. Dadurch werden die durch die Ionenimplantation dotierten Störstellen aktiviert.
Als Nächstes wird mittels CVD zum Beispiel eine SiO₂-Schicht mit zum Beispiel einer Dicke, die größer als oder gleich 0,5 µm und geringer als oder gleich 2 µm ist, auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet. Die SiO₂-Schicht wird mittels eines Photolithographie-Prozesses und eines Ätzprozesses strukturiert, um die Feldisolierschicht 19 zu bilden.
Dabei wird die Feldisolierschicht 19 so strukturiert, dass sie einen Teil des Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ und einen Teil des Abschlussmuldenbereichs 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration bedeckt und sich über den Rand des Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ hinweg in Richtung zu der Seite der äußeren Peripherie des Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ erstreckt.
Danach wird die obere Oberfläche der Drift-Schicht 33, die nicht mit der Feldisolierschicht 19 bedeckt ist, thermisch oxidiert, um eine SiO₂-Schicht zu bilden, die als Gate-Isolierschicht 13 dient. Anschließend wird mittels CVD bei geringem Druck eine polykristalline Silicium-Schicht, die eine Leitfähigkeit aufweist, auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 gebildet und wird mittels eines Photolithographie-Prozesses und eines Ätzprozesses strukturiert, um die Gate-Elektrode 14 zu bilden. Dabei kann die Gate-Elektrode 14 so gebildet werden, dass sie über die obere Oberfläche der Feldisolierschicht 19 hinweg verläuft.
Danach wird mittels CVD eine als Zwischenisolierschicht 15 dienende SiO₂-Schicht so gebildet, dass sie die Gate-Elektrode 14 bedeckt. Dann werden mittels eines Photolithographie-Prozesses und eines Ätzprozesses Kontaktlöcher so gebildet, dass sie die Gate-Isolierschicht 13 und die Zwischenisolierschicht 15 durchdringen und jeweils bis zu den Kontaktbereichen 12 vom p-Typ, den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und dem Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration reichen. Durch diesen Schritt werden die Kontaktlöcher, welche die Zwischenisolierschicht 15 durchdringen und bis zu der Gate-Elektrode 14 reichen, in dem Abschlussbereich 6 gebildet, und die Zwischenisolierschicht 15, die auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 19 ausgebildet ist, und die Zwischenisolierschicht 15, die auf dem Randbereich der Drift-Schicht 33 ausgebildet ist, werden jeweils entfernt.
Als Nächstes wird durch ein Verfahren wie beispielsweise Sputtern oder Gasphasenabscheidung eine Schicht aus dem Material für die Source-Elektrode 3 oder die Gate-Leitungs-Elektrode 2 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet. Beispiele für das Material dieser Oberflächenelektroden (der Source-Elektrode 3 und der Gate-Leitungs-Elektrode 2) umfassen ein Metall, das irgendeines oder mehrere von Ti, Ni, Al, Cu und Au enthält, sowie eine Al-Legierung, wie beispielsweise Al-Si. Es ist anzumerken, dass der Bereich des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30, der sich in Kontakt mit der Oberflächenelektrode befindet, eine durch eine Wärmebehandlung im Voraus gebildete Silicid-Schicht aufweisen kann.
Als Nächstes wird die Oberflächenelektrode mittels eines Photolithographie-Prozesses und eines Ätzprozesses in die Source-Elektrode 3 und die Gate-Leitungs-Elektrode 2 separiert. Dabei wird die Oberflächenelektrode unter Verwendung der Position des äußeren peripheren Rands des Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ als einer Referenz derart strukturiert, dass sich der äußere periphere Rand der Oberflächenelektrode in Eckbereichen des Abschlussbereichs 6 in einer Draufsicht von dem äußeren peripheren Rand der Oberflächenelektrode nach innen befindet, der sich in einer Draufsicht in linearen Bereichen des Abschlussbereichs befindet (derart, dass sich der äußere periphere Rand der Oberflächenelektrode in den Eckbereichen nicht von dem äußeren peripheren Rand der Oberflächenelektrode in den linearen Bereichen nach außen befindet).
Als Nächstes wird die Oberflächenschutzschicht 4 so gebildet, dass sie den äußeren peripheren Rand der Oberflächenelektrode und zumindest einen Bereich der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 bedeckt. Die Oberflächenschutzschicht 4 kann zum Beispiel durch Belichten oder Beschichten mit einem lichtempfindlichen Polyimid zu einer gewünschten Form bearbeitet werden.
Als Nächstes wird eine Schicht aus dem Material für die rückseitige Elektrodenschicht 20a durch ein Verfahren wie beispielsweise Sputtern oder Gasphasenabscheidung auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet. Beispiele für das Material der rückseitigen Elektrodenschicht 20a umfassen ein Metall, das irgendeines oder mehrere von Ti, Ni, Al, Cu und Au enthält.
Es ist anzumerken, dass die Dicke des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 vor der Bildung der rückseitigen Elektrodenschicht 20a reduziert werden kann, um den spezifischen elektrischen Widerstand während des Betriebs des SiC-MOSFET 100 zu verringern. Die Reduzierung der Dicke wird durch Entfernen der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 durch Schleifen oder Polieren oder sowohl durch Schleifen als auch Polieren realisiert, bis das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 eine gewünschte Dicke aufweist. Nach der Reduzierung der Dicke kann das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 eine Dicke von ungefähr 100 µm aufweisen und kann eine Dicke aufweisen, die größer als oder gleich 50 µm und geringer als oder gleich 200 µm ist.
Als Nächstes wird veranlasst, dass die rückseitige Elektrodenschicht 20a und das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 miteinander reagieren, um eine Silicid-Schicht zu bilden. Durch die Erzeugung der Silicid-Schicht wird ein ohmscher Kontakt zwischen der rückseitigen Elektrodenschicht 20a und dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 gebildet. Das heißt, der Bereich, in dem die Silicid-Schicht erzeugt wird, wird zu dem ohmschen Kontaktbereich 21 in 2.
Das Verfahren zur Erzeugung des ohmschen Kontaktbereichs 21, d.h. der Silicid-Schicht, wird nachstehend beschrieben.
Die Erzeugung der Silicid-Schicht wird realisiert, indem Laserlicht von der unteren Oberfläche der rückseitigen Elektrodenschicht 20a aus aufgebracht wird. Es ist anzumerken, dass ein Temperprozess während der Aufstrahlung des Laserlichts durchgeführt werden kann, während ein inertes Gas, wie z. B. Stickstoff, auf die Oberfläche gesprüht wird, auf die das Laserlicht aufgebracht wird.
Dann wird der ohmsche Kontaktbereich 21 gebildet, indem das Aufbringen des Laserlichts wiederholt wird, während die Position für das Aufbringen von gesammelten Laserstrahlen etwas verschoben wird. Durch Einstellen des Bereichs für das Aufbringen des Laserstrahls werden der Bereich, in dem die Silicid-Schicht gebildet wird, und der Bereich, in dem die Silicid-Schicht nicht gebildet wird, in geeigneter Weise gesteuert. Dementsprechend wird der ohmsche Kontaktbereich 21 unter Verwendung eines Bereichs der rückseitigen Elektrodenschicht 20a gebildet, wie bei der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft dargestellt.
3 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für den Bereich zeigt, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet wird. Der Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 gebildet wird, ist ein schraffierter Bereich und ist der gleiche wie der Bereich, in dem der niederohmige Bereich 7 gebildet wird. Andererseits ist der Bereich, der nicht schraffiert ist, der Bereich, in dem der ohmschen Kontaktbereich 21 nicht gebildet wird, und entspricht dem hochohmigen Bereich 8.
Die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet. In 3 handelt es sich bei einem Bereich, der sich von der gestrichelten Linie, welche die Grenze A kennzeichnet, nach innen befindet, um den aktiven Bereich 5, und bei einem Bereich, der sich von der gestrichelten Linie, welche die Grenze A kennzeichnet, nach außen befindet, handelt es sich um den Abschlussbereich 6.
Bezugnehmend auf 2 wird der hochohmige Bereich 8, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 nicht gebildet wird, in dem Bereich über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg gebildet. In 3 ist der ohmsche Kontaktbereich 21 außerdem auf dem äußeren peripheren Rand des Abschlussbereichs 5 ausgebildet, d.h. auf dem Randbereich der Einheit, der ohmsche Kontaktbereich 21, der auf diesem Bereich ausgebildet ist, ist jedoch nicht eine absolute Notwendigkeit und muss, wie vorstehend beschrieben, nicht zwangsläufig auf diesem Bereich ausgebildet sein, und es ist auch ein Fall möglich, in dem der ohmschen Kontaktbereich 21 nicht in dem gesamten Abschlussbereich 6 ausgebildet ist (d.h. der Abschlussbereich 6 als Ganzes als der hochohmige Bereich 8 dient).
Nach der Bildung des ohmschen Kontaktbereichs 21 durch einen Laser-Tempervorgang wird die Oberflächenoxidschicht entfernt, und ferner wird die rückseitige Elektrodenschicht 20b gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, den SiC-MOSFET 100 herzustellen, bei dem es sich um die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit handelt, die beispielhaft in 2 dargestellt ist.
Es ist anzumerken, dass die rückseitige Elektrodenschicht 20a, die nicht silicidiert ist, vor der Bildung der rückseitigen Elektrodenschicht 20b durch Ätzen oder irgendein anderes Verfahren entfernt werden kann. In diesem Fall sind das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 und die rückseitige Elektrodenschicht 20b in dem hochohmigen Bereich 8 direkt miteinander verbunden.
In dem niederohmigen Bereich 7 wird durch einen Laser-Tempervorgang ein Silicid gebildet, um den ohmschen Kontaktbereich 21 zu bilden. Der durch den Laser-Tempervorgang silicidierte Bereich tendiert dazu, große Oberflächenunebenheiten oder eine Oberflächenrauigkeit aufzuweisen. Bezugnehmend auf die Oberflächenunebenheiten auf der rückseitigen Elektrode 20 ist die Oberflächenrauigkeit des niederohmigen Bereichs 7 größer als die Oberflächenrauigkeit des hochohmigen Bereichs 8.
Variation
Wenngleich in 2 beispielhaft ein Transistor vom planaren Typ gezeigt ist, kann es sich bei dem Transistor, der als Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient, auch um einen Transistor vom Graben-Typ handeln.
Wenngleich der SiC-MOSFET, der in 1 beispielhaft dargestellt ist, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 aufweist, die als eine Kontaktstelle dient, die in einer Draufsicht in dem oberen mittleren Bereich angeordnet ist, können die Position und die Form der als eine Kontaktstelle dienenden Gate-Leitungs-Elektrode 2 beliebig geändert werden. Wie in 4 beispielhaft dargestellt, kann zum Beispiel eine als Kontaktstelle dienende Gate-Leitungs-Elektrode 2A in einem Eckbereich eines SiC-MOSFET 110 angeordnet sein, oder es kann, wie beispielhaft in 5 dargestellt, eine als eine Kontaktstelle dienende Gate-Leitungs-Elektrode 2B so angeordnet sein, dass sie den mittleren Bereich eines SiC-MOSFET 120 kreuzt. Es ist anzumerken, dass es sich bei den 4 und 5 um Draufsichten handelt, die Variationen der Konfiguration des SiC-MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellen.
6 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für einen Bereich zeigt, in dem ein ohmscher Kontaktbereich 21A in einem Fall ausgebildet ist, in dem die als eine Gate-Leitungs-Kontaktstelle dienende Gate-Leitungs-Elektrode 2A verwendet wird, die beispielhaft in 4 dargestellt ist. Der Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21A ausgebildet ist, ist ein schraffierter Bereich, und es ist der gleiche wie der Bereich, in dem der niederohmige Bereich 7 ausgebildet ist. Andererseits ist der Bereich, der nicht schraffiert ist, ein Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21A nicht ausgebildet ist, und er entspricht dem hochohmigen Bereich 8.
Die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet. In 6 handelt es sich bei dem Bereich, der sich von der gestrichelten Linie, welche die Grenze A kennzeichnet, nach innen befindet, um den aktiven Bereich 5, und bei dem Bereich, der sich von der gestrichelten Linie, welche die Grenze A kennzeichnet, nach außen befindet, handelt es sich um den Abschlussbereich 6.
7 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für einen Bereich zeigt, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21B in einem Fall ausgebildet ist, in dem die als eine Gate-Leitungs-Kontaktstelle dienende Gate-Leitungs-Elektrode 2B verwendet wird, die beispielhaft in 5 dargestellt ist. Der Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21B ausgebildet ist, ist ein schraffierter Bereich, und er ist der gleiche wie der Bereich, in dem der niederohmige Bereich 7 ausgebildet ist. Andererseits ist ein Bereich, der nicht schraffiert ist, der Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21B nicht ausgebildet ist, und er entspricht dem hochohmigen Bereich 8.
Die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 ist durch die gestrichelte Linie gekennzeichnet. In 7 handelt es sich bei dem Bereich, der sich von der gestrichelten Linie, welche die Grenze A kennzeichnet, nach innen befindet, um den aktiven Bereich 5, und bei dem Bereich, der sich von der gestrichelten Linie, welche die Grenze A kennzeichnet, nach außen befindet, um den Abschlussbereich 6.
Es ist anzumerken, dass, wenngleich der ohmsche Kontaktbereich 21A oder der ohmsche Kontaktbereich 21B auch auf dem äußeren peripheren Rand des Abschlussbereichs 6 ausgebildet sind, d.h. dem Endbereich der Einheit, der ohmsche Kontaktbereich 21A oder der ohmsche Kontaktbereich 21B, die auf diesem Bereich ausgebildet sind, in den 6 und 7 keine absolute Notwendigkeit ist, wie vorstehend beschrieben, und es ist auch ein Fall möglich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21A oder der ohmsche Kontaktbereich 21B nicht in dem gesamten Abschlussbereich 6 ausgebildet ist (d.h. der Abschlussbereich 6 als Ganzes als der hochohmige Bereich 8 dient).
Diese Strukturen vereinfachen die Form des Bereichs, in dem der ohmsche Kontaktbereich ausgebildet ist, im Vergleich zu der beispielhaft in 3 dargestellten Struktur und erleichtern die Herstellung von Einheiten mit einer hohen Zuverlässigkeit.
Variation 2
Bei den in den 1 bis 7 dargestellten Beispielen ist der ohmsche Kontaktbereich in dem gesamten niederohmigen Bereich 7 angeordnet. Der ohmsche Kontaktbereich muss jedoch nicht zwangsläufig in dem gesamten niederohmigen Bereich 7 ausgebildet sein, da der wichtige Aspekt darin besteht, dass der mittlere spezifische elektrische Widerstand in dem Bereich des hochohmigen Bereichs 8 von dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 bis zu der rückseitigen Elektrode 20 höher als der mittlere spezifische elektrische Widerstand in dem niederohmigen Bereich 7 ist.
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Konfiguration des peripheren Bereichs des SiC-MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in 8 beispielhaft dargestellt, ist ein SiC-MOSFET 101 unter Verwendung des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 und die epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist.
Die p-Muldenbereiche 10 sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 33 in dem aktiven Bereich 5 ausgebildet. In der Oberflächenschicht des jeweiligen p-Muldenbereichs 10 sind selektiv jeweils der Source-Bereich 11 vom n-Typ und der Kontaktbereich 12 vom p-Typ ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der p-Muldenbereich 10 aufweist.
Auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ist die Gate-Isolierschicht 13 in dem aktiven Bereich 5 so ausgebildet, dass sie die Bereiche der p-Muldenbereiche 10 bedeckt, die sandwichartig zwischen den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind. Außerdem ist die Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
Die Gate-Elektrode 14 in dem aktiven Bereich 5 ist mit der Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Außerdem ist die Source-Elektrode 3 auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet.
In einer Draufsicht umgibt der Abschlussbereich 6 den aktiven Bereich 5. In der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34, d.h. der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33, sind in dem Abschlussbereich 6 selektiv die Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben.
In der Oberflächenschicht des jeweiligen Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ist der Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ aufweist. Auf dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ist der erweiterte Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ ausgebildet, um die Durchschlagspannung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit zu halten.
Darüber hinaus sind die Feldisolierschicht 19, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Oberflächenschutzschicht 4 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 angeordnet.
Indessen ist eine rückseitige Elektrode 520 auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Die rückseitige Elektrode 520 umfasst die rückseitigen Elektrodenschichten 20a und 20b, einen ohmschen Kontaktbereich 21C sowie einen nicht-ohmschen Kontaktbereich 22. Die rückseitige Elektrodenschicht 20a ist auf einem Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet. Der ohmsche Kontaktbereich 21C und der nicht-ohmsche Kontaktbereich 22 sind auf dem Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet, in dem die rückseitige Elektrodenschicht 20a nicht ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die rückseitige Elektrodenschicht 20b auf der unteren Oberfläche der rückseitigen Elektrodenschicht 20a, der unteren Oberfläche des ohmschen Kontaktbereichs 21C und der unteren Oberfläche des nicht-ohmschen Kontaktbereichs 22 ausgebildet.
In der beispielhaft in 8 dargestellten Struktur sind der ohmsche Kontaktbereich 21C und der nicht-ohmsche Kontaktbereich 22 in dem niederohmigen Bereich 7 angeordnet. Diese Struktur verkürzt die Prozesszeit des Laser-Tempervorgangs und erzielt dementsprechend Effekte wie beispielsweise eine Verbesserung der Produktivität.
Alternativ kann der spezifische elektrische Widerstand an der Grenze zwischen dem niederohmigen Bereich 7 und dem hochohmigen Bereich 8 von dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 zu der rückseitigen Elektrode 520 (oder der rückseitigen Elektrode 20) hin kontinuierlich geändert werden In diesem Fall kann der spezifische Widerstand pro Einheitsfläche durch kontinuierliches Ändern des Intervalls der Anwendung eines Lasers geändert werden. Dadurch wird ein präziseres Steuern der Gleichmäßigkeit der Stromdichte in der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 ermöglicht.
Wie vorstehend beschrieben, können durch die SiC-MOSFETs gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch in einem Fall, in dem ein Durchlassstrom mit einer hohen Stromdichte durch die Körper-Dioden der Feldeffekttransistoren hindurchfließt, Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit unterbunden werden, ohne die Dicke der Pufferschicht 32 beträchtlich zu erhöhen.
Zweite Ausführungsform
Es wird eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten oder Bestandteile, die ähnlich wie jene sind, die in der vorstehend angegebenen Ausführungsform beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird weggelassen, soweit zweckdienlich.
Konfiguration der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit
Bei der ersten Ausführungsform werden der niederohmige Bereich 7 und der hochohmige Bereich 8 unterschiedlich ausgebildet, indem der spezifische elektrische Widerstand dementsprechend geändert wird, ob der ohmsche Kontaktbereich in dem Bereich gebildet wird oder nicht. Alternativ ist es auch möglich, den niederohmigen Bereich 7 und den hochohmigen Bereich 8 unterschiedlich zu bilden, indem die Störstellenkonzentration in der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 geändert wird, um den spezifischen elektrischen Widerstand zu ändern.
9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines peripheren Bereichs eines SiC-MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. 9 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie a-a' in 1. Es ist anzumerken, dass die Draufsicht auf den SiC-MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie jene in 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist, und daher wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
Wie in 9 beispielhaft dargestellt, ist der SiC-MOSFET 200 unter Verwendung des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 und die epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist.
Die p-Muldenbereiche 10 sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 33 in dem aktiven Bereich 5 ausgebildet. Der Source-Bereich 11 vom n-Typ und der Kontaktbereich 12 vom p-Typ, der eine höhere Störstellenkonzentration als der p-Muldenbereich 10 aufweist, sind jeweils selektiv in der Oberflächenschicht des jeweiligen p-Muldenbereichs 10 ausgebildet.
Auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ist in dem aktiven Bereich 5 die Gate-Isolierschicht 13 so ausgebildet, dass sie Bereiche der p-Muldenbereiche 10 bedeckt, die sandwichartig zwischen den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
Die Gate-Elektrode 14 in dem aktiven Bereich 5 ist mit der Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Darüber hinaus ist die Source-Elektrode 3 auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet.
Der Abschlussbereich 6 umgibt den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht. Die Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 in dem Abschlussbereich 6, d.h. in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33, so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben.
In der Oberflächenschicht des jeweiligen Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ist der Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ aufweist. Auf den äußeren peripheren Bereichen der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ ist der erweiterte Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ ausgebildet, um die Durchschlagspannung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit zu halten.
Darüber hinaus sind die Feldisolierschicht 19, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Oberflächenschutzschicht 4 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 angeordnet.
Indessen ist ein ionenimplantierter Bereich 40 in einem Bereich der Oberflächenschicht auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Darüber hinaus ist eine rückseitige Elektrode 320 auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 angeordnet. Die rückseitige Elektrode 320 umfasst einen ohmschen Kontaktbereich 21, bei dem es sich um einen Silicid-Bereich handelt und der auf der gesamten unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist, sowie eine rückseitige Elektrodenschicht 20b, die auf der gesamten unteren Oberfläche des ohmschen Kontaktbereichs 21 ausgebildet ist.
In dem Bereich, in dem der ionenimplantierte Bereich 40 angeordnet ist, nimmt der spezifische elektrische Widerstand von dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 zu der rückseitigen Elektrode 320 hin zu. Somit fungiert dieser Bereich als der hochohmige Bereich 8. Dementsprechend fungiert ein Bereich, in dem der ionenimplantierte Bereich 40 nicht angeordnet ist, als der niederohmige Bereich 7, der einen relativ geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, und dadurch wird ein Unterschied in Bezug auf die Stromdichte zwischen dem niederohmigen Bereich 7 und dem hochohmigen Bereich 8 verursacht, in dem der ionenimplantierte Bereich 40 angeordnet ist.
Das heißt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der ionenimplantierte Bereich 40, der als der hochohmige Bereich 8 fungiert, den aktiven Bereich 5 und den Abschlussbereich 6 überspannend (oder übergreifend) und über die Grenze A hinweg in der Oberflächenschicht auf der Seite der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 angeordnet. Der Bereich, in dem der ionenimplantierte Bereich 40 ausgebildet ist, kann zum Beispiel der gleiche wie der Bereich des hochohmigen Bereichs 8 in 2 sein. Es ist anzumerken, dass der ionenimplantierte Bereich 40 eine Störstellenkonzentration aufweist, die sich von der Störstellenkonzentration in der Umgebung der Mitte des aktiven Bereichs 5 in einer Draufsicht unterscheidet.
Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des SiC-MOSFET 200, bei dem es sich um die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Zunächst werden, wie im Fall der ersten Ausführungsform, verschiedene Komponenten bis zu der Oberflächenschutzschicht 4 in und auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet.
Als Nächstes wird die Herstellung der Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 nach einer Reduzierung der Dicke des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 bis zu einer gewünschten Dicke hergestellt werden kann. Der zeitliche Ablauf der Herstellung der Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 kann während des Herstellungsprozesses in einer geeigneten Weise gewählt werden.
Das heißt, die Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 kann nach Beendigung der Herstellung der Struktur auf der Seite der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 hergestellt werden oder kann in der Mitte des Ablaufs der Herstellung der Struktur auf der Seite der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 hergestellt werden.
Bei der Herstellung der Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 wird der ionenimplantierte Bereich 40 mittels eines Photolithographie-Prozesses zur Bildung einer Resistmaske auf der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und eines Ionenimplantationsprozesses zum Implantieren von Ionen unter Verwendung der Resistmaske als Implantationsmaske in einem Bereich der Oberflächenschicht auf der Seite der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 gebildet.
Dabei sind Elemente, die bei der Ionenimplantation verwendet werden, nicht speziell eingeschränkt, und ein Beispiel für die Elemente sind Störstellen vom p-Typ, wie beispielsweise Aluminium (Al), Bor (B), Gallium (Ga) oder Indium (In). In einem Fall, in dem Al-Störstellen verwendet werden, kann die Implantationsenergie während der Ionenimplantation zum Beispiel gleich mehrere hundert Kiloelektronenvolt sein, und ein maximaler Wert für die aus der Dosis [cm^-2] umgerechnete Störstellenkonzentration kann zum Beispiel größer als oder gleich 1 × 10¹⁸/cm³ sein.
Danach wird unter Verwendung einer Wärmebehandlungsvorrichtung ein Tempervorgang bei einer Temperatur durchgeführt, die höher als oder gleich 1500 °C ist. Dadurch werden die mittels der Ionenimplantation dotierten Störstellen aktiviert. Dieser Tempervorgang zum Aktivieren der Störstellen kann gleichzeitig mit oder separat von dem Aktivierungs-Tempervorgang durchgeführt werden, der für die Struktur auf der Seite der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 durchgeführt wird.
Die Ausführung des vorstehend beschriebenen Aktivierungs-Tempervorgangs reduziert die Ladungsträgerdichte und erhöht den spezifischen elektrischen Widerstand in dem ionenimplantierten Bereich signifikant. Somit fungiert dieser Bereich als der hochohmige Bereich.
Bei dem Aktivierungs-Tempervorgang für den ionenimplantierten Bereich 40 in der Oberflächenschicht auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 handelt es sich nicht um einen absolut notwendigen Prozess. Somit kann dieser Prozess weggelassen werden. Umgekehrt sollte der Aktivierungs-Tempervorgang in einem Fall nicht durchgeführt werden, in dem Störstellen vom n-Typ verwendet werden, wie beispielsweise Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb).
Der Grund, warum der Aktivierungs-Tempervorgang möglicherweise unnötig wird, liegt darin, dass eine Ionenimplantation mit einer hohen Dichte eine große Anzahl von Implantationsdefekten in Einkristallen erzeugen kann und bewirken kann, dass der ionenimplantierte Bereich unter Verwendung der Implantationsdefekte als Widerstandskomponenten als der hochohmige Bereich 8 fungiert. Das Gleiche lässt sich im Fall einer Implantation von entweder Störstellen vom p-Typ oder Störstellen vom n-Typ sagen.
Der Grund, warum der Aktivierungs-Tempervorgang im Fall einer Ionenimplantation von Störstellen des n-Typs nicht durchgeführt werden sollte, liegt drain, dass das Durchführen des Aktivierungs-Tempervorgangs bei Störstellen des n-Typs die Ladungsträgerdichte erhöht und den Widerstandswert verringert ebenso wie er eine Behebung von Implantationsdefekten unterstützt.
Alternativ können Elemente, die tiefe Niveaus bilden, wie beispielsweise Vanadium (V) oder Titan (Ti), als Störstellenelemente verwendet werden. Das Verwenden derartiger Störstellenelemente erhöht den spezifischen elektrischen Widerstand in einem Bereich, der mit diesen Elementen dotiert ist, und unterstützt die Bildung des hochohmigen Bereichs 8.
Danach wird zum Beispiel durch Sputtern oder Gasphasenabscheidung eine Schicht aus dem Material für die rückseitige Elektrodenschicht 20a auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet. Beispiele für das Material der rückseitigen Elektrodenschicht 20a umfassen Metalle, die eines oder mehrere von Ti, Ni, Al, Cu und Au enthalten.
Dann wird veranlasst, dass die rückseitige Elektrodenschicht 20a und das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 miteinander reagieren, um eine Silicid-Schicht zu bilden. Durch Bilden der Silicid-Schicht wird der ohmsche Kontaktbereich 21 gebildet, in dem die rückseitige Elektrodenschicht 20a und das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 einen ohmschen Kontakt bilden.
Bei dem Verfahren für das Bilden eines Silicids kann es sich um eine Wärmebehandlung, die mittels eines Laser-Tempervorgangs durchgeführt wird, der bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, oder um einen thermischen Temperprozess unter Verwendung einer Wärmebehandlungsvorrichtung handeln. Die Details des Laser-Tempervorgangs wurden bei der ersten Ausführungsform beschrieben, und daher wird eine Beschreibung derselben hier weggelassen. Bei dem thermischen Tempervorgang kann es sich um eine Wärmebehandlung handeln, die im Fall einer Verwendung von zum Beispiel Ni bei 1000 °C durchgeführt wird.
Danach wird die Oberflächenoxidschicht entfernt, und die rückseitige Elektrodenschicht 20b wird gebildet. Auf diese Weise wird der SiC-MOSFET 200 hergestellt, bei dem es sich um die beispielhaft in 9 dargestellte Siliciumcarbid-Halbleitereinheit handelt.
Bei dem auf diese Weise hergestellten SiC-MOSFET 200 kann eine Erhöhung der Stromdichte unterbunden werden, die in der Umgebung der Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 verursacht werden kann, und kann der Durchfluss eines gleichmäßigen Stroms durch den aktiven Bereich ermöglicht werden. Dadurch wird die Notwendigkeit eliminiert, die Dicke der Pufferschicht 32 zu vergrößern, und dementsprechend eine Beeinträchtigung der Produktivität unterbunden. Überdies ist die Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitereinheit mit einer hohen Zuverlässigkeit möglich.
Es ist anzumerken, dass es sich, wenngleich der niederohmige Bereich 7 in 9 auf dem äußeren peripheren Rand des Abschlussbereichs 6 ausgebildet ist, d.h. auf dem Endbereich der Einheit, bei dem niederohmigen Bereich 7, der auf diesem Bereich ausgebildet ist, nicht um eine absolute Notwendigkeit handelt, und es ist auch ein Fall möglich, in dem der niederohmige Bereich 7 nicht in dem gesamten Abschlussbereich 6 ausgebildet ist (d.h. der Abschlussbereich 6 als Ganzes dient als hochohmiger Bereich 8 dient).
Variation 1
Die Störstellenkonzentration des in 9 dargestellten ionenimplantierten Bereichs 40 muss nicht zwangsläufig konstant sein und kann sich kontinuierlich oder in Stufen ändern. 10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Konfiguration des peripheren Bereichs des SiC-MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
Wie in 10 beispielhaft dargestellt, ist ein SiC-MOSFET 201 unter Verwendung des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 und die epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist.
Die p-Muldenbereiche 10 sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 33 in dem aktiven Bereich 5 ausgebildet. In der Oberflächenschicht jedes p-Muldenbereichs 10 sind jeweils selektiv der Source-Bereich 11 vom n-Typ und der Kontaktbereich 12 vom p-Typ ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der p-Muldenbereich 10 aufweist.
Die Gate-Isolierschicht 13 ist auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem aktiven Bereich 5 so ausgebildet, dass sie die Bereiche der p-Muldenbereiche 10 bedeckt, die sandwichartig zwischen den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
Die Gate-Elektrode 14 in dem aktiven Bereich 5 ist mit der Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Darüber hinaus ist die Source-Elektrode 3 auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet.
Der Abschlussbereich 6 umgibt den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht. In der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 sind die Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ in dem Abschlussbereich 6, d.h. in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33, selektiv so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben.
Der Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ aufweist, ist in der Oberflächenschicht jedes Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ausgebildet. Auf den äußeren peripheren Bereichen der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ ist der erweiterte Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ ausgebildet, um die Durchschlagspannung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit zu halten.
Darüber hinaus sind die Feldisolierschicht 19, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Oberflächenschutzschicht 4 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 angeordnet.
Indessen ist ein ionenimplantierter Bereich 340 in einem Bereich der Oberflächenschicht auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Darüber hinaus ist die rückseitige Elektrode 320 auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 angeordnet. Die rückseitige Elektrode 210 weist den ohmschen Kontaktbereich 21, bei dem es sich um einen Silicid-Bereich handelt und der auf der gesamten unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist, sowie die rückseitige Elektrodenschicht 20b auf, die auf der gesamten unteren Oberfläche des ohmschen Kontaktbereichs 21 ausgebildet ist.
In einem Bereich, in dem der ionenimplantierte Bereich 340 angeordnet ist, nimmt der spezifische elektrische Widerstand von dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 zu der rückseitigen Elektrode 320 hin zu. Somit fungiert dieser Bereich als der hochohmige Bereich 8. Dementsprechend fungiert ein Bereich, in der der ionenimplantierte Bereich 340 nicht angeordnet ist, als der niederohmige Bereich 7, der einen relativ geringen spezifischen Widerstand aufweist, und dadurch wird ein Unterschied in Bezug auf die Stromdichte zwischen dem niederohmigen Bereich 7 und dem hochohmigen Bereich 8 verursacht, in dem der ionenimplantierte Bereich 340 angeordnet ist.
Der ionenimplantierte Bereich 340 besitzt ionenimplantierte Schichten 40a, 40b, 40c und 40d, die jeweils eine andere Störstellenkonzentration aufweisen. In 10 sind die ionenimplantierten Schichten 40a, 40b, 40c und 40d in dieser Reihenfolge, von der Seite näher bei dem aktiven Bereich 5, her angeordnet.
Die ionenimplantierten Schichten 40a, 40b, 40c und 40d können dazu dienen, die Störstellenkonzentration kontinuierlich von der Seite näher bei dem aktiven Bereich 5 aus zu ändern, oder können dazu dienen, die Störstellenkonzentration in Stufen von der Seite näher bei dem aktiven Bereich aus zu ändern. Es ist auch ein Modus möglich, in dem die Störstellenkonzentration in der Umgebung der Grenze A am höchsten wird und mit zunehmendem Abstand von der Grenze A abnimmt.
Als eine weitere Alternative kann die Störstellenkonzentration derart gesteuert werden, dass sich der spezifische elektrische Widerstand an der Grenze Bo oder der Grenze Bi zwischen dem niederohmigen Bereich 7 und dem hochohmigen Bereich 8 kontinuierlich ändert.
Es ist anzumerken, dass, wenngleich der ionenimplantierte Bereich 340 bei dem in 10 dargestellten Beispiel mit den vier ionenimplantierten Schichten konfiguriert ist, die Anzahl von ionenimplantierten Schichten, die in dem ionenimplantierten Bereich 340 enthalten sind, nicht auf vier beschränkt ist und gleich zwei oder größer sein kann.
Die in 10 beispielhaft dargestellte Konfiguration ermöglicht eine präzisere Steuerung der Stromdichte in der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34.
Es ist anzumerken, dass es sich, wenngleich der ohmsche Kontaktbereich 21 bei den Strukturen, die in den 9 und 10 beispielhaft dargestellt sind, auf der gesamten unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist, bei dem Bereich, in dem der ohmsche Kontaktbereich 21 ausgebildet ist, um einen Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 handeln kann.
Dritte Ausführungsform
Es wird eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten oder Bestandteile, die ähnlich wie jene sind, die in den vorstehend angegebenen Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und gezeigt, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird weggelassen, soweit zweckdienlich.
Konfiguration der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit
Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform sind der niederohmige Bereich 7 und der hochohmige Bereich 8 gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen eines ohmschen Kontaktbereichs und dem Vorhandensein oder Fehlen eines ionenimplantierten Bereichs unterschiedlich ausgebildet. Im Gegensatz dazu können der niederohmige Bereich 7 und der hochohmige Bereich 8 auch gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen einer rückseitigen Elektrode unterschiedlich ausgebildet sein.
11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration des peripheren Bereichs eines SiC-MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. 11 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie a-a' in 1. Es ist anzumerken, dass die Draufsicht auf den SiC-MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie jene in 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist, und daher wird eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
Wie in 11 beispielhaft dargestellt, ist der SiC-MOSFET 300 unter Verwendung des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 und die epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist.
Die p-Muldenbereiche 10 sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 33 in dem aktiven Bereich 5 ausgebildet. Der Source-Bereich 11 vom n-Typ und der Kontaktbereich 12 vom p-Typ, der eine höhere Störstellenkonzentration als der p-Muldenbereich 10 aufweist, sind jeweils selektiv in der Oberflächenschicht jedes p-Muldenbereichs 10 ausgebildet.
Die Gate-Isolierschicht 13 ist auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem aktiven Bereich 5 so ausgebildet, dass sie die Bereiche der p-Muldenbereiche 10 bedeckt, die sandwichartig zwischen den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
Die Gate-Elektrode 14 in dem aktiven Bereich 5 ist mit der Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Darüber hinaus ist die Source-Elektrode 3 auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet.
Der Abschlussbereich 6 umgibt den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht. Die Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 in dem Abschlussbereich 6, d.h. in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33, so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben.
In der Oberflächenschicht jedes Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ist der Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ aufweist. Auf den äußeren peripheren Bereichen der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ ist der erweiterte Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ ausgebildet, um die Durchschlagspannung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit zu halten.
Darüber hinaus sind die Feldisolierschicht 19, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Oberflächenschutzschicht 4 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 angeordnet.
Indessen ist eine rückseitige Elektrode 620 auf einem Bereich der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Die rückseitige Elektrode 620 weist den ohmschen Kontaktbereich 21 sowie eine rückseitige Elektrodenschicht 420 auf. Der ohmsche Kontaktbereich 21, bei dem es sich um einen Silicid-Bereich der rückseitigen Elektrodenschicht 20a handelt, ist auf einem Bereich der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Die rückseitige Elektrodenschicht 420 ist auf der unteren Oberfläche des ohmschen Kontaktbereichs 21 ausgebildet.
Wie in 11 beispielhaft dargestellt, weist die untere Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 bei der vorliegenden Ausführungsform einen Bereich, in dem sowohl der ohmsche Kontaktbereich 21 als auch die rückseitige Elektrodenschicht 420 ausgebildet sind, d.h. die rückseitige Elektrode 620 ausgebildet ist, sowie einen Bereich auf, in dem sowohl der ohmsche Kontaktbereich 21 als auch die rückseitige Elektrodenschicht 420 nicht ausgebildet sind.
In diesem Fall fungiert der Bereich, in dem sowohl der ohmsche Kontaktbereich 21 als auch die rückseitige Elektrodenschicht 420 nicht ausgebildet sind, als der hochohmige Bereich 8. Dadurch wird ein Unterschied in Bezug auf den spezifischen elektrischen Widerstand von dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 zu der rückseitigen Elektrode 620 hin zwischen dem niederohmigen Bereich 7, in dem sowohl der ohmsche Kontaktbereich 21 als auch die rückseitige Elektrodenschicht 420 ausgebildet sind, und dem hochohmigen Bereich 8 verursacht, in dem sowohl der ohmsche Kontaktbereich 21 als auch die rückseitige Elektrodenschicht 420 nicht ausgebildet sind. Da insbesondere der hochohmige Bereich 8 das Fließen eines Stroms einschränkt, nimmt die Stromdichte in dem hochohmigen Bereich 8 ab.
Das heißt, in der bei der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Struktur ist der hochohmige Bereich 8 den aktiven Bereich 5 und den Abschlussbereich 6 überspannend (oder übergreifend) und über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg angeordnet. Es ist anzumerken, dass der Bereich des hochohmigen Bereichs 8 zum Beispiel der gleiche wie der Bereich des hochohmigen Bereichs 8 in 2 sein kann.
Da der Bereich, in dem sowohl der ohmsche Kontaktbereich 21 als auch die rückseitige Elektrodenschicht 420 nicht ausgebildet sind, als der hochohmige Bereich 8 fungiert, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, den Strompfad in dem hochohmigen Bereich 8 vollständig abzuschneiden. Dementsprechend wird der Effekt einer Reduzierung der Stromdichte in dem hochohmigen Bereich 8 ausgeprägter.
Es ist anzumerken, dass der niederohmige Bereich 7 in der in 11 dargestellten Struktur nicht zwangsläufig auf dem äußeren peripheren Rand des Abschlussbereichs 6 ausgebildet sein muss (d.h. der hochohmige Bereich 8 in dem gesamten Abschlussbereich 6 ausgebildet sein kann).
Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des SiC-MOSFET 300, bei dem es sich um die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Zunächst werden wie im Fall der ersten Ausführungsform verschiedene Komponenten bis zu der Oberflächenschutzschicht 4 in und auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet.
Als Nächstes wird die Herstellung der Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 nach einer Reduzierung der Dicke des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 bis zu einer gewünschten Dicke hergestellt werden kann. Der zeitliche Ablauf der Herstellung der Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 kann während des Herstellungsprozesses in einer geeigneten Weise gewählt werden.
Das heißt, die Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 kann nach Beendigung der Herstellung der Struktur auf der Seite der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 hergestellt werden oder kann in der Mitte des Ablaufs der Herstellung der Struktur auf der Seite der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 hergestellt werden.
Bei der Herstellung der Struktur auf der Seite der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 wird zunächst zum Beispiel durch Sputtern oder Gasphasenabscheidung eine Schicht aus dem Material für die rückseitige Elektrodenschicht 20a auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 gebildet. Beispiele für das Material der rückseitigen Elektrodenschicht 20a umfassen Metalle, die irgendeines oder mehrere von Ti, Ni, Al, Cu und Au enthalten.
Dann wird veranlasst, dass die rückseitige Elektrodenschicht 20a und das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 miteinander reagieren, um eine Silicid-Schicht zu bilden. Durch Erzeugen der Silicid-Schicht wird der ohmsche Kontaktbereich 21 gebildet, in dem die rückseitige Elektrodenschicht 20a und das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 einen ohmschen Kontakt bilden.
Bei dem Verfahren für das Erzeugen eines Silicids kann es sich um eine Wärmebehandlung, die mittels eines Laser-Tempervorgangs durchgeführt wird, der bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, oder um einen thermischen Temperprozess unter Verwendung einer Wärmebehandlungsvorrichtung handeln. Die Details des Laser-Tempervorgangs sind bei der ersten Ausführungsform beschrieben, und daher wird eine Beschreibung desselben hier weggelassen. Bei dem thermischen Tempervorgang kann es sich um eine Wärmebehandlung handeln, die im Fall einer Verwendung von zum Beispiel Ni bei 1000 °C durchgeführt wird.
Danach wird die Oberflächenoxidschicht entfernt, und die rückseitige Elektrodenschicht 420 wird gebildet. Dann wird zum Beispiel mittels eines photolithographischen Prozesses eine Maske auf der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 gebildet, und die Maske wird dazu verwendet, die rückseitige Elektrodenschicht 420 und den ohmschen Kontaktbereich 21 selektiv zu ätzen. Auf diese Weise wird der SiC-MOSFET 300 hergestellt, bei dem es sich um die in 11 beispielhaft dargestellte Siliciumcarbid-Halbleitereinheit handelt.
Es ist anzumerken, dass, wenngleich der niederohmige Bereich 7 und der hochohmige Bereich 8 gemäß dem Vorhandensein oder Fehlen der rückseitigen Elektrodenschicht 420 und des ohmschen Kontaktbereichs 21 bei der vorliegenden Ausführungsform unterschiedlich ausgebildet sind, der niederohmige Bereich 7 und der hochohmige Bereich 8 durch Bilden einer Elektrodenschicht unter Verwendung einer unterschiedlichen Art von Metall in jedem von dem niederohmigen Bereich 7 und dem hochohmigen Bereich 8 unterschiedlich gebildet werden können.
12 ist eine Querschnittsansicht, die eine Variation der Konfiguration des peripheren Bereichs des SiC-MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in 12 dargestellt, ist ein SiC-MOSFET 301 unter Verwendung des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 konfiguriert. Das epitaxiale Siliciumcarbid-Substrat 30 umfasst das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31 und die epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist.
Die p-Muldenbereiche 10 sind selektiv in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 33 in dem aktiven Bereich 5 ausgebildet. In der Oberflächenschicht jedes p-Muldenbereichs 10 sind jeweils selektiv der Source-Bereich 11 vom n-Typ und der Kontaktbereich 12 vom p-Typ ausgebildet, der eine höhere Störstellenkonzentration als der p-Muldenbereich 10 aufweist.
Die Gate-Isolierschicht 13 ist auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrat 30 in dem aktiven Bereich 5 so ausgebildet, dass sie die Bereiche der p-Muldenbereiche 10 bedeckt, die sandwichartig zwischen den Source-Bereichen 11 vom n-Typ und der Drift-Schicht 33 angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Gate-Elektrode 14 auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 13 ausgebildet.
Die Gate-Elektrode 14 in dem aktiven Bereich 5 ist mit der Zwischenisolierschicht 15 bedeckt. Darüber hinaus ist die Source-Elektrode 3 auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 15 ausgebildet.
Der Abschlussbereich 6 umgibt den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht. Die Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ sind in der Oberflächenschicht auf der Seite der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 in dem Abschlussbereich 6, d.h. in der Oberflächenschicht der Drift-Schicht 33, selektiv so ausgebildet, dass sie den aktiven Bereich 5 umgeben.
Der Abschlussmuldenbereich 17 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration, der eine höhere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 16 vom p-Typ aufweist, ist in der Oberflächenschicht jedes Abschlussmuldenbereichs 16 vom p-Typ ausgebildet. Auf den äußeren peripheren Bereichen der Abschlussmuldenbereiche 16 vom p-Typ ist der erweiterte Abschlussmuldenbereich 18 vom p-Typ ausgebildet, um die Durchschlagspannung der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit zu halten.
Darüber hinaus sind die Feldisolierschicht 19, die Gate-Leitungs-Elektrode 2 sowie die Oberflächenschutzschicht 4 auf der oberen Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 in dem Abschlussbereich 6 angeordnet.
Indessen ist eine rückseitige Elektrode 720 auf der unteren Oberfläche des epitaxialen Siliciumcarbid-Substrats 30 ausgebildet. Die rückseitige Elektrode 720 umfasst eine rückseitige Elektrodenschicht 721, bei der es sich um eine Metallschicht handelt, sowie eine rückseitige Elektrodenschicht 722, bei der es sich um eine Metallschicht handelt, die eine Art von Metall enthält, das sich von dem Metall der rückseitigen Elektrodenschicht 721 unterscheidet. Die rückseitige Elektrodenschicht 721 ist auf einem Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet. Die rückseitige Elektrodenschicht 722 ist auf dem Bereich des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet, auf dem die rückseitige Elektrodenschicht 721 nicht ausgebildet ist.
Bei der in 12 beispielhaft dargestellten Struktur ist die rückseitige Elektrodenschicht 721 in dem niederohmigen Bereich 7 angeordnet. Die rückseitige Elektrodenschicht 722, die einen höheren spezifischen Kontaktwiderstand gegenüber dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 als die rückseitige Elektrodenschicht 721 aufweist, ist dagegen in dem hochohmigen Bereich 8 ausgebildet.
Wie vorstehend beschrieben, können bei dem SiC-MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch in einem Fall, in dem ein Durchlassstrom mit einer hohen Stromdichte durch die Körper-Diode des Feldeffekttransistors hindurchfließt, Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit unterbunden werden, ohne die Dicke der Pufferschicht 32 beträchtlich zu erhöhen.
Vierte Ausführungsform
Es werden ein Leistungswandler sowie ein Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten oder Bestandteile, die ähnlich wie jene sind, die bei den vorstehend angegebenen Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und gezeigt, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird weggelassen, soweit zweckdienlich.
Konfiguration des Leistungswandlers
Die vorliegende Ausführungsform wird realisiert, indem die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bei einem Leistungswandler eingesetzt wird. Der Leistungswandler, bei dem die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit eingesetzt wird, ist nicht auf einen Leistungswandler für einen speziellen Verwendungszweck beschränkt, die folgende Beschreibung ist jedoch als ein Beispiel angegeben, bei dem die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit bei einem Dreiphasen-Wechselrichter eingesetzt wird.
13 ist ein Schaubild, das konzeptionell ein Beispiel für eine Konfiguration eines Leistungswandlungssystems zeigt, das den Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist.
Wie in 13 beispielhaft dargestellt, weist das Leistungswandlungssystem eine Stromquelle 2100, einen Leistungswandler 2200 sowie eine Last 2300 auf. Bei der Stromquelle 2100 handelt es sich um eine DC-Stromversorgung, und sie führt dem Leistungswandler 2200 eine DC-Energie zu. Die Stromquelle 2100 kann durch verschiedene Komponenten konfiguriert sein und kann zum Beispiel als ein DC-System, eine Solarzelle oder eine elektrische Speicherbatterie konfiguriert sein. Die Stromquelle 2100 kann auch als eine Gleichrichterschaltung oder als ein AC/DC-Wandler konfiguriert sein, der mit einem AC-System verbunden ist. Als eine weitere Alternative kann die Stromquelle 2100 als ein DC/DC-Wandler konfiguriert sein, der eine von einem DC-System abgegebene DC-Energie in eine vorgegebene elektrische Energie umwandelt.
Bei dem Leistungswandler 2200 handelt es sich um einen Dreiphasen-Wechselrichter, der zwischen die Stromquelle 2100 und die Last 2300 geschaltet ist. Der Leistungswandler 2200 wandelt die von der Stromquelle 2100 zugeführte DC-Energie in eine AC-Energie um und führt die AC-Energie der Last 2300 zu.
Wie in 13 beispielhaft dargestellt, weist der Leistungswandler 2200 Folgendes auf: eine Wandlerschaltung 2201, die eine DC-Energie in eine AC-Energie umwandelt und die AC-Energie abgibt, eine Treiberschaltung 2202, die ein Treibersignal zum Treiben von Schaltelementen der Wandlerschaltung 2201 ausgibt, sowie eine Steuerschaltung 2203, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 2202 an die Treiberschaltung 2202 ausgibt.
Bei der Last 2300 handelt es sich um einen Dreiphasen-Elektromotor, der durch die von dem Leistungswandler 2200 zugeführte AC-Energie angetrieben wird. Es ist anzumerken, dass die Last 2300 nicht auf die eine für einen speziellen Verwendungszweck beschränkt ist und als Elektromotor dient, der in verschiedenen Arten von elektrischen Geräten angebracht sein kann, und zum Beispiel als ein Elektromotor für ein Hybrid-Fahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlage verwendet werden kann.
Im Folgenden werden Details des Leistungswandlers 2200 beschrieben. Die Wandlerschaltung 2201 weist Schaltelemente und Freilaufdioden (nicht gezeigt) auf. Wenn die Schaltelemente Schaltvorgänge ausführen, wandelt die Wandlerschaltung 2201 die von der Stromquelle 2100 zugeführte DC-Energie in eine AC-Energie um und führt der Last 2300 die AC-Energie zu.
Wenngleich die Wandlerschaltung 2201 irgendeine von verschiedenen speziellen Schaltungskonfigurationen aufweisen kann, handelt es sich bei der Wandlerschaltung 2201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine 2-stufige Dreiphasen-Vollbrückenschaltung, die sechs Schaltelemente und sechs Freilaufdioden aufweist, die jeweils antiparallel mit den sechs Schaltelementen geschaltet sind.
Die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird zumindest entweder bei den Schaltelementen oder bei den Freilaufdioden der Wandlerschaltung 2201 eingesetzt. Jeweils zwei der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet und bilden obere und untere Zweige, und jedes Paar von oberen und unteren Zweigen bildet jeweils eine Phase (d.h. U-Phase, V-Phase und W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Die Ausgangsanschlüsse für jedes Paar von oberen und unteren Zweigen (d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Wandlerschaltung 2201) sind mit der Last 2300 verbunden.
Die Treiberschaltung 2202 erzeugt ein Treibersignal zum Treiben des jeweiligen Schaltelements der Wandlerschaltung 2201 und führt der Steuerelektrode des jeweiligen Schaltelements der Wandlerschaltung 2201 das Treibersignal zu. Insbesondere gibt die Treiberschaltung 2202 auf der Basis des Steuersignals, das von der später beschriebenen Steuerschaltung 2203 ausgegeben wird, entweder ein Treibersignal zum Einschalten eines Schaltelements oder ein Treibersignal zum Ausschalten eines Schaltelements an die Steuerelektrode des jeweiligen Schaltelements aus.
In dem Fall, in dem ein Schaltelement im EIN-Zustand gehalten wird, handelt es sich bei dem Treibersignal um ein Spannungssignal, das höher als eine Schwellenspannung des Schaltelements oder gleich dieser ist (d.h. ein EIN-Zustand-Signal), und in dem Fall, in dem ein Schaltelement im AUS-Zustand gehalten wird, handelt es sich bei dem Treibersignal um ein Spannungssignal, das niedriger als die Schwellenspannung des Schaltelements oder gleich dieser ist (d.h. ein AUS-Zustand-Signal).
Die Steuerschaltung 2203 steuert die Schaltelemente der Wandlerschaltung 2201 derart, dass der Last 2300 eine gewünschte elektrische Energie zugeführt wird. Insbesondere berechnet die Steuerschaltung 2203 auf der Basis der elektrischen Energie, die der Last 2300 zuzuführen ist, den Zeitpunkt, an dem das jeweilige Schaltelement der Wandlerschaltung 2201 einzuschalten ist (d.h. den Einschaltzeitpunkt). Die Wandlerschaltung 2201 kann zum Beispiel unter PWM-Steuerung gesteuert werden, bei welcher der Einschaltzeitpunkt des jeweiligen Schaltelements gemäß der auszugebenden Spannung moduliert wird.
Dann gibt die Steuerschaltung 2203 einen Steuerbefehl (d.h. ein Steuersignal) an die Treiberschaltung 2202 aus, so dass jeweils zu einem Zeitpunkt ein EIN-Zustand-Signal an ein Schaltelement ausgegeben wird, das einzuschalten ist, und ein AUS-Zustand-Signal an ein Schaltelement ausgegeben wird, das auszuschalten ist. Die Treiberschaltung 2202 gibt auf der Basis des Steuersignals entweder ein EIN-Zustand-Signal oder ein AUS-Zustand-Signal als ein Treibersignal an die Steuerelektrode des jeweiligen Schaltelements aus.
Der Leistungswandler 2200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann den EIN-Zustand-Widerstand nach einem stromführenden Zyklus stabilisieren, da die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für das jeweilige Schaltelement der Wandlerschaltung 2201 eingesetzt wird.
Es ist anzumerken, dass, wenngleich die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel beschreibt, bei dem die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bei einem 2-stufigen Dreiphasen-Wechselrichter eingesetzt wird, das Beispiel für die Einsatzmöglichkeit nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist und die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bei irgendeinem beliebigen von verschiedenen Leistungswandlern eingesetzt werden kann.
Wenngleich die vorliegende Ausführungsform einen 2-stufigen Leistungswandler beschreibt, kann die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bei einem 3-stufigen oder mehrstufigen Leistungswandler eingesetzt werden. Als eine weitere Alternative kann die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in einem Fall, in dem einer Einphasen-Last eine elektrische Energie zugeführt wird, bei einem Einphasen-Wechselrichter eingesetzt werden.
In einem Fall, in dem eine elektrische Energie einer DC-Last oder dergleichen zugeführt wird, kann die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bei einem DC/DC-Wandler oder einem AC/DC-Wandler eingesetzt werden.
Der Leistungswandler, bei dem die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt wird, ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem es sich bei der zuvor erwähnten Last um einen Elektromotor handelt, und kann zum Beispiel als Energieversorgungseinheit einer elektrischen Entladungsmaschine, einer Laserbearbeitungsmaschine, eines Induktionskochfelds oder als ein kontaktloses Energieversorgungssystem verwendet werden. Der Leistungswandler, bei dem die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit gemäß irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt wird, kann außerdem als eine Energiekonditionierer zum Beispiel für ein photovoltaisches Energieerzeugungssystem oder ein elektrisches Kondensatorsystem verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit mittels irgendeines der Herstellungsverfahren hergestellt, die bei den vorstehend angegebenen Ausführungsformen beschrieben sind. Dann wird die Wandlerschaltung 2201, welche die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit aufweist, als eine Komponente des Leistungswandlers angeordnet. Bei der Wandlerschaltung 2201 handelt es sich um eine Schaltung, um eine eingegebene Energie umzuwandeln und abzugeben.
Dann wird die Treiberschaltung 2202 als eine Komponente des Leistungswandlers angeordnet. Bei der Treiberschaltung 2202 handelt es sich um eine Schaltung, um Treibersignale zum Treiben der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit an die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit auszugeben. Danach wird die Steuerschaltung 2203 als eine Komponente des Leistungswandlers angeordnet. Bei der Steuerschaltung 2203 handelt es sich um eine Schaltung, um ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 2202 an die Treiberschaltung 2202 auszugeben.
Das bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendete Halbleiterschaltelement ist nicht auf ein Schaltelement aus einem Silicium(Si)-Halbleiter beschränkt, und es kann sich zum Beispiel um ein Nicht-Si-Halbleitermaterial handeln, das eine größere Bandlücke als der Si-Halbleiter aufweist.
Beispiele für einen Halbleiter mit großer Bandlücke, der als Nicht-Si-Halbleitermaterial verwendet wird, umfassen Siliciumcarbid, Galliumnitrid-Materialien sowie Diamant.
Schaltelemente aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke können auch in Bereichen mit hoher Spannung genutzt werden, in denen ein Si-Halbleiter Schwierigkeiten bei einem unipolaren Betrieb hat, und können Schaltverluste signifikant reduzieren, die während Schaltvorgängen auftreten können. Dadurch wird eine signifikante Reduzierung von Leistungsverlusten ermöglicht.
Schaltelemente aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke weisen außerdem geringe Leistungsverluste und eine hohe Wärmebeständigkeit auf. In dem Fall der Konfiguration eines Leistungsmoduls, das eine Kühlvorrichtung aufweist, ist es somit möglich, die Abmessung einer Kühlrippe eines Kühlkörpers (einer Wärmesenke) zu reduzieren. Dadurch wird eine Reduzierung der Abmessung des Halbleitermoduls ermöglicht.
Schaltelemente aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke sind außerdem für Schaltvorgänge mit hohen Frequenzen geeignet. In dem Fall, in dem die Schaltelemente bei einer Wandlerschaltung eingesetzt werden, bei der eine höhere Frequenz gefordert wird, ist es somit möglich, die Abmessung zum Beispiel einer Drosselspule oder eines Kondensators zu reduzieren, die oder der mit dem Wandler verbunden ist, indem Schaltfrequenzen erhöht werden.
Dementsprechend erzielen die Halbleiterschaltelemente gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ähnliche Effekte, auch wenn sie als Schaltelemente aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke gebildet werden, wie beispielsweise aus Siliciumcarbid.
Effekte,die durch vorstehend beschriebene Ausführungsformen erzielt werden
Als Nächstes wird ein Beispiel für Effekte beschrieben, die durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden. Es ist anzumerken, dass, wenngleich bei in der folgenden Beschreibung die Effekte basierend auf speziellen Konfigurationen beschrieben sind, die beispielhaft in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dargestellt sind, die speziellen Konfigurationen durch andere spezielle Konfigurationen, die beispielhaft in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, innerhalb des Bereichs ersetzt werden können, in dem ähnliche Effekte erzielt werden können.
Dieses Ersetzen kann in einer Mehrzahl von Ausführungsformen erfolgen. Das heißt, durch irgendeine Kombination der Konfigurationen, die in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft beschrieben sind, können ähnliche Effekte erzielt werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit Folgendes auf: das Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die Halbleiterschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp sowie die rückseitige Elektrode. Das Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat, wie hier verwendet, kann zum Beispiel dem monokristallinen Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat 31 entsprechen. Die Halbleiterschicht kann zum Beispiel der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 entsprechen. Die rückseitige Elektrode kann zum Beispiel irgendeiner der rückseitigen Elektroden 20, 320, 520 und 720 entsprechen (der Einfachheit halber kann irgendeine von diesen in der folgenden Beschreibung verwendet werden).
Die epitaxial aufgewachsene Schicht 34 ist auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet. Die rückseitige Elektrode 20 ist auf der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet. Hierbei wird auf den Bereich, in dem Feldeffekttransistoren in der Oberflächenschicht der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 und auf der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 ausgebildet sind, als aktiven Bereich 5 Bezug genommen. Auf den Bereich, der den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht umgibt, wird als Abschlussbereich 6 Bezug genommen. Auf den Bereich, in dem der der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 einen ersten Wert annimmt, wird als ersten Widerstandsbereich Bezug genommen.
Der erste Widerstandsbereich, wie hier verwendet, kann zum Beispiel dem niederohmigen Bereich 7 entsprechen. Auf den Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 einen zweiten Wert annimmt, der höher als der erste Wert ist, wird als zweiten Widerstandsbereich Bezug genommen. Der zweite Widerstandsbereich, wie hier verwendet, kann zum Beispiel dem hochohmigen Bereich 8 entsprechen. Bei dem hochohmigen Bereich 8 handelt es sich um einen Bereich, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, d.h. die Grenze zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6. Die Bereichsgrenze, wie hier verwendet, kann zum Beispiel der Grenze A entsprechen.
Gemäß dieser Konfiguration ist der hochohmige Bereich 8 in dem Bereich angeordnet, der sich in einer Draufsicht über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg erstreckt. Somit ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden. Dementsprechend ist es möglich, Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit des SiC-MOSFET zu unterbinden, ohne die Produktivität in Bezug auf den SiC-MOSFET zu beeinträchtigen.
Es ist anzumerken, dass außerdem ähnliche Effekte auch in dem Fall erzielt werden können, in dem irgendeine andere Konfiguration, die beispielhaft in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, in einer geeigneten Weise zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration hinzugefügt wird, d.h. in dem Fall, in dem irgendeine andere Konfiguration, die in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, auf die jedoch bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration nicht Bezug genommen wird, in einer geeigneten Weise hinzugefügt wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfüllt der Abstand Di in einer Draufsicht zwischen der Grenze A und dem Rand des hochohmigen Bereichs 8, der in einer Draufsicht in dem aktiven Bereich 5 enthalten ist, die Relation T ≤ Di ≤ T × 10, und der Abstand Do in einer Draufsicht zwischen der Grenze A und dem Rand des hochohmigen Bereichs 8, der in einer Draufsicht in dem Abschlussbereich 6 enthalten ist, erfülltdie Relation T ≤ Do, wobei T die Gesamtdicke des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET effektiv zu unterbinden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich der hochohmige Bereich 8 über dem gesamten Abschlussbereich 6. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der spezifische Kontaktwiderstand zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 in dem hochohmigen Bereich 8 höher als der spezifische Kontaktwiderstand zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 in dem niederohmigen Bereich 7. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist kein ohmscher Kontakt in dem hochohmigen Bereich 8 zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 (oder der rückseitigen Elektrode 520 oder 720) ausgebildet. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden, indem der spezifische Kontaktwiderstand in dem hochohmigen Bereich 8 vergleichsweise erhöht wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der ohmsche Kontakt in dem niederohmigen Bereich 7 durch das Silicid gebildet, das zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 (oder der rückseitigen Elektrode 320 oder 520) ausgebildet ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden, indem der spezifische Kontaktwiderstand in dem niederohmigen Bereich 7 vergleichsweise verringert wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit den Störstellenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, der in der Oberflächenschicht auf der Seite der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist und in einer Draufsicht mit dem hochohmigen Bereich 8 überlappt.
Der Störstellenbereich, wie hier verwendet, kann zum Beispiel irgendeinem der ionenimplantierten Bereiche 40 und 340 entsprechen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden, indem der spezifische Kontaktwiderstand in dem hochohmigen Bereich 8 vergleichsweise erhöht wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist der ionenimplantierte Bereich 340 eine erste Störstellenschicht und eine zweite Störstellenschicht auf, die eine Störstellenkonzentration aufweist, die sich von der Störstellenkonzentration der ersten Störstellenschicht unterscheidet. Die erste Störstellenschicht und die zweite Störstellenschicht, wie hier verwendet, können zum Beispiel irgendwelchen zwei der ionenimplantierten Schichten 40a, 40b, 40c und 40d entsprechen.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden, indem der spezifische Kontaktwiderstand in dem hochohmigen Bereich 8 vergleichsweise erhöht wird. Überdies ist es außerdem möglich, die Stromdichte in der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 präziser zu steuern, indem die Störstellenschicht in dem ionenimplantierten Bereich 340 in mehrere Abschnitte unterteilt wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist die rückseitige Elektrode 720 eine erste Metallschicht, die so angeordnet ist, dass sie mit dem niederohmigen Bereich 7 überlappt, und eine zweite Metallschicht auf, die so angeordnet ist, dass sie mit dem hochohmigen Bereich 8 überlappt, und eine Art von Metall enthält, das sich von dem Metall der ersten Metallschicht unterscheidet. Die erste Metallschicht, wie hier verwendet, kann zum Beispiel der rückseitigen Elektrodenschicht 721 entsprechen. Die zweite Metallschicht, wie hier verwendet, kann zum Beispiel der rückseitigen Elektrodenschicht 722 entsprechen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET effektiv zu unterbinden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ändert sich der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem monokristallinen Siliciumcarbid-Substrat 31 und der rückseitigen Elektrode 20 kontinuierlich von dem niederohmigen Bereich 7 zu dem hochohmigen Bereich 8 hin. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET effektiv zu unterbinden. Überdies ist es außerdem möglich, die Gleichmäßigkeit der Stromdichte in der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 präzise zu steuern.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit Folgendes auf: das monokristalline Siliciumcarbid-Substrat 31, die epitaxial aufgewachsene Schicht 34, die auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist, sowie die rückseitige Elektrode 620, die auf einem Bereich der unteren Oberfläche des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 ausgebildet ist. Hierbei wird auf den Bereich, in dem Feldeffekttransistoren in der Oberflächenschicht der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 und auf der oberen Oberfläche der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 ausgebildet sind, als der aktive Bereich 5 Bezug genommen.
Auf den Bereich, der den aktiven Bereich 5 in einer Draufsicht umgibt, wird als Abschlussbereich 6 Bezug genommen. Auf den Bereich, in dem in einer Draufsicht die rückseitige Elektrode 620 ausgebildet ist, wird als ersten Bereich Bezug genommen. Der erste Bereich, wie hier verwendet, kann zum Beispiel dem niederohmigen Bereich 7 entsprechen. Auf den Bereich, in dem die rückseitige Elektrode in einer Draufsicht nicht ausgebildet ist, wird als zweiten Bereich Bezug genommen. Der zweite Bereich, wie hier verwendet, kann zum Beispiel dem hochohmigen Bereich 8 entsprechen. Der hochohmige Bereich 8 erstreckt sich in einer Draufsicht über die Grenze A hinweg, d.h. die Grenze zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden, da der hochohmige Bereich 8, in dem die rückseitige Elektrode 620 nicht ausgebildet ist, in einer Draufsicht in dem Bereich über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg angeordnet ist. Dementsprechend ist es möglich, Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit des SiC-MOSFET zu unterbinden, ohne die Produktivität in Bezug auf den SiC-MOSFET zu beeinträchtigen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfüllt der Abstand Di in einer Draufsicht zwischen der Grenze A und dem Rand des hochohmigen Bereichs 8, der in einer Draufsicht in dem aktiven Bereich 5 enthalten ist,die Relation T ≤ Di ≤ T × 10, und der Abstand Do in einer Draufsicht zwischen der Grenze A und dem Rand des hochohmigen Bereichs 8, der in einer Draufsicht in dem Abschlussbereich 6 enthalten ist, erfüllt die Relation T ≤ Do, wobei T die Gesamtdicke des monokristallinen Siliciumcarbid-Substrats 31 und der epitaxial aufgewachsenen Schicht 34 ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET effektiv zu unterbinden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich der hochohmige Bereich 8 über dem gesamten Abschlussbereich 6. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weist der Leistungswandler Folgendes auf: die Wandlerschaltung 2201, welche die vorstehend beschriebene Siliciumcarbid-Halbleitereinheit aufweist und eine eingegebene elektrische Energie umwandelt und abgibt, die Treiberschaltung 2202, die ein Treibersignal zum Treiben der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit an die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgibt, sowie die Steuerschaltung 2203, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 2202 an die Treiberschaltung 2202 ausgibt.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das lokale Auftreten eines hohen Stroms in der Umgebung der Grenze A während des Durchflusses eines Stroms durch die Körper-Diode des SiC-MOSFET zu unterbinden, da der hochohmige Bereich 8 in einer Draufsicht in dem Bereich über die Grenze A zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Abschlussbereich 6 hinweg angeordnet ist. Dementsprechend ist es möglich, Schwankungen von Eigenschaften einer Einheit in dem SiC-MOSFET zu unterbinden, ohne die Produktivität in Bezug auf den SiC-MOSFET zu beeinträchtigen.
Variationen von vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können in einigen Fällen Merkmale beschrieben sein, wie beispielsweise Qualität, Material, Abmessung und Form jeder Komponente oder jedes Bestandteils, die Relation von relativen Positionen von Komponenten oder Bestandteilen sowie Bedingungen zur Realisierung der vorliegenden Erfindung. Bei sämtlichen dieser Merkmale handelt es sich jedoch unter jedem Gesichtspunkt um ein Beispiel, und sie sollen durch diese Beispiele nicht beschränkt sein.
Dementsprechend wird angenommen, dass zahlreiche Variationen und Äquivalente, die nicht beispielhaft dargelegt sind, in den Umfang der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik fallen. Es wird angenommen, dass der Umfang der Technik zum Beispiel Fälle umfasst, in denen zumindest eine Komponente oder ein Bestandteil modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen wird, und Fälle, in denen zumindest eine Komponente oder ein Bestandteil in zumindest einer Ausführungsform entnommen und mit Komponenten oder Bestandteilen in anderen Ausführungsformen kombiniert wird.
Wenn Merkmale, wie beispielsweise eine Materialbezeichnung, ohne spezielle Angabe in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, wird angenommen, dass diese Materialien weitere Additive aufweisen können, wie beispielsweise eine Legierung, solange sich kein Widerspruch ergibt.
Komponenten oder Bestandteile, deren Anzahl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit „eins“ beschrieben ist, können jene umfassen, deren Anzahl „zwei oder mehr“ ist, solange sich kein Widerspruch ergibt.
Jede Komponente oder jeder Bestandteil in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird als eine konzeptionelle Einheit betrachtet, und der Umfang der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik umfasst Fälle, wie beispielsweise Fälle, in denen eine Komponente oder ein Bestandteil durch eine Mehrzahl von strukturellen Elementen konfiguriert ist, in denen eine Komponente oder ein Bestandteil einem Teil eines angegebenen strukturellen Elements entspricht und in denen eine Mehrzahl von Komponenten oder Bestandteilen in einem einzigen strukturellen Element enthalten ist.
Es wird angenommen, dass jede Komponente oder jeder Bestandteil in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen strukturelle Elemente enthält, die unterschiedliche Strukturen oder Formen aufweisen, solange die Komponente oder der Bestandteil die gleiche Funktion ausführt.
Auf die Darstellung in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll für sämtliche Zwecke in Bezug auf die Technik der vorliegenden Erfindung Bezug genommen werden, und nichts in der Beschreibung soll als herkömmliche Technologie betrachtet werden.
Wenngleich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen MOSFETs vom planaren Typ beschrieben wurden, ist auch ein Fall denkbar, in dem die vorliegende Erfindung auf einen MOSFET vom Graben-Typ mit Gräben angewendet wird, die in der oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet sind. In dem Fall, in dem die vorliegende Erfindung auf einen MOSFET vom Graben-Typ angewendet wird, sind in der oberen Oberfläche der Drift-Schicht Nuten oder Gräben ausgebildet, und die Gate-Elektrode ist in diesen Nuten eingebettet. Die Gate-Elektrode ist über die Gate-Isolierschicht zwischen dem Boden und seitlichen Oberflächen des Grabens eingebettet.
Bezugszeichenliste

2, 2A, 2B: Gate-Leitungs-Elektrode
3: Source-Elektrode
4: Oberflächenschutzschicht
5: aktiver Bereich
6: Abschlussbereich
7: niederohmiger Bereich
8: hochohmiger Bereich
10: p-Muldenbereich
11: Source-Bereich
12: Kontaktbereich
13: Gate-Isolierschicht
14: Gate-Elektrode
15: Zwischenisolierschicht
16: Abschlussmuldenbereich
17: Abschlussmuldenbereich mit einer hohen Konzentration
18: erweiterter Abschlussmuldenbereich
19: Feldisolierschicht
20, 320, 520, 620, 720: rückseitige Elektrode
20a, 20b, 220, 420, 721, 722: rückseitige Elektrodenschicht
21, 21A, 21B, 21C, 221: ohmscher Kontaktbereich
22: nicht-ohmscher Kontaktbereich
30: epitaxiales Siliciumcarbid-Substrat
31: monokristallines Siliciumcarbid-Substrat
32: Pufferschicht
33: Drift-Schicht
34: epitaxial aufgewachsene Schicht
40, 340: ionenimplantierter Bereich
40a, 40b, 40c, 40d: ionenimplantierte Schicht
100, 101, 110, 120, 200, 201, 300, 301, 400: SiC-MOSFET
2100: Stromquelle
2200: Leistungswandler
2201: Wandlerschaltung
2202: Treiberschaltung
2203: Steuerschaltung
2300: Last

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 936388 A [0092]

Claims

Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; - eine Halbleiterschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, die auf einer oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist; und - eine rückseitige Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, - wobei ein Bereich, in dem ein Feldeffekttransistor in einer Oberflächenschicht der Halbleiterschicht und auf einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, als ein aktiver Bereich betrachtet wird, - wobei ein Bereich, der den aktiven Bereich in einer Draufsicht umgibt, als ein Abschlussbereich betrachtet wird, - wobei ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode einen ersten Wert annimmt, als ein erster Widerstandsbereich betrachtet wird, - wobei ein Bereich, in dem der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode einen zweiten Wert annimmt, der größer als der erste Wert ist, als ein zweiter Widerstandsbereich betrachtet wird und - wobei der zweite Widerstandsbereich ein Bereich ist, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, wobei die Bereichsgrenze eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 1, - wobei ein Abstand Di in einer Draufsicht zwischen der Bereichsgrenze und einem Rand des zweiten Widerstandsbereichs, der in einer Draufsicht in dem aktiven Bereich enthalten ist,die Relation T ≤ Di ≤ T × 10 erfüllt und - wobei ein Abstand Do zwischen der Bereichsgrenze und einem Rand des zweiten Widerstandsbereichs, der in einer Draufsicht indem Abschlussbereich enthalten ist,die Relation T ≤ Do erfüllt, - wobei T eine Gesamtdicke des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats und der Halbleiterschicht ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Widerstandsbereich ein Bereich ist, der sich über dem gesamten Abschlussbereich erstreckt.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein spezifischer Kontaktwiderstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode in dem zweiten Widerstandsbereich höher als ein spezifischer Kontaktwiderstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode in dem ersten Widerstandsbereich ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem zweiten Widerstandsbereich zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode kein ohmscher Kontakt ausgebildet ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem ersten Widerstandsbereich durch ein zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode ausgebildetes Silicid ein ohmscher Kontakt ausgebildet ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner Folgendes aufweist: - einen Störstellenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht auf der Seite einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist und in einer Draufsicht mit dem zweiten Widerstandsbereich überlappt.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 7, wobei der Störstellenbereich Folgendes aufweist: - eine erste Störstellenschicht; und - eine zweite Störstellenschicht, die eine Störstellenkonzentration aufweist, die sich von einer Störstellenkonzentration der ersten Störstellenschicht unterscheidet.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die rückseitige Elektrode Folgendes aufweist: - eine erste Metallschicht, die so angeordnet ist, dass sie mit dem ersten Widerstandsbereich überlappt; und - eine zweite Metallschicht, die so angeordnet ist, dass sie mit dem zweiten Widerstandsbereich überlappt, und die eine Art von Metall enthält, das sich von einem Metall der ersten Metallschicht unterscheidet.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat und der rückseitigen Elektrode von dem ersten Widerstandsbereich zu dem zweiten Widerstandsbereich hin kontinuierlich ändert.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist; - ein Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat; - eine Halbleiterschicht, die auf einer oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist; und - eine rückseitige Elektrode, die auf einem Bereich einer unteren Oberfläche des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats ausgebildet ist, - wobei ein Bereich, in dem ein Feldeffekttransistor in einer Oberflächenschicht der Halbleiterschicht und auf einer oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet ist, als ein aktiver Bereich betrachtet wird, - wobei ein Bereich, der den aktiven Bereich in einer Draufsicht umgibt, als ein Abschlussbereich betrachtet wird, - wobei ein Bereich, in dem die rückseitige Elektrode in einer Draufsicht ausgebildet ist, als ein erster Bereich betrachtet wird, - wobei ein Bereich, in dem die rückseitige Elektrode in einer Draufsicht nicht ausgebildet ist, als ein zweiter Bereich betrachtet wird und - wobei der zweite Bereich ein Bereich ist, der sich in einer Draufsicht über eine Bereichsgrenze hinweg erstreckt, wobei die Bereichsgrenze eine Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Abschlussbereich ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 11, - wobei ein Abstand Di in einer Draufsicht zwischen der Bereichsgrenze und einem Rand des zweiten Widerstandsbereichs, der in einer Draufsicht in dem aktiven Bereich enthalten ist,die Relation T ≤ Di ≤ T × 10 erfüllt und - wobei ein Abstand Do zwischen der Bereichsgrenze und einem Rand des zweiten Widerstandsbereichs, der in einer Draufsicht indem Abschlussbereich enthalten ist,die Relation T ≤ Do erfüllt, - wenn T eine Gesamtdicke des Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats und der Halbleiterschicht ist.
Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei der zweite Bereich ein Bereich ist, der sich über den gesamten Abschlussbereich erstreckt.
Leistungswandler, der Folgendes aufweist: - eine Wandlerschaltung, welche eine Siliciumcarbid-Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist und eine eingegebene elektrische Energie umwandelt und abgibt; - eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit an die Siliciumcarbid-Halbleitereinheit ausgibt; und - eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung ausgibt.