DE112021003165T5 - Halbleitereinheit und leistungswandlereinheit - Google Patents

Halbleitereinheit und leistungswandlereinheit Download PDF

Info

Publication number
DE112021003165T5
DE112021003165T5 DE112021003165.1T DE112021003165T DE112021003165T5 DE 112021003165 T5 DE112021003165 T5 DE 112021003165T5 DE 112021003165 T DE112021003165 T DE 112021003165T DE 112021003165 T5 DE112021003165 T5 DE 112021003165T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gate
region
well region
interconnection line
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112021003165.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Kohei Ebihara
Shiro Hino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112021003165T5 publication Critical patent/DE112021003165T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7811—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with an edge termination structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41775—Source or drain electrodes for field effect devices characterised by the proximity or the relative position of the source or drain electrode and the gate electrode, e.g. the source or drain electrode separated from the gate electrode by side-walls or spreading around or above the gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/048—Making electrodes
    • H01L21/049—Conductor-insulator-semiconductor electrodes, e.g. MIS contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

Abstract

Zur Abschwächung nachteiliger Effekte in Bezug auf eine Oberflächenelektrode einer Halbleitereinheit. Die Halbleitereinheit weist Folgendes auf: einen ersten Muldenbereich, der in einer Oberflächenschicht einer oberen Oberfläche einer Drift-Schicht ausgebildet ist; eine Gate-Elektrode; einen zweiten Muldenbereich, der den ersten Muldenbereich umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich; sowie einen Gate-Bereich, der eine Zwischenisolierschicht und die Gate-Elektrode bedeckt, die in Bezug auf die Zwischenisolierschicht freiliegt. Ein äußerer Randbereich der Gate-Elektrode befindet sich weiter entfernt von dem ersten Muldenbereich als ein äußerer Randbereich des Gate-Bereichs und näher bei dem ersten Muldenbereich als ein äußerer Randbereich des zweiten Muldenbereichs.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die in der vorliegenden Erfindung offenbarte Technik bezieht sich auf eine Halbleitereinheit sowie auf eine Leistungswandlereinheit.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei vertikalen Halbleitereinheiten, die für Leistungseinheiten und dergleichen verwendet werden, ist bisher eine Technik bekannt, bei der ein Schutzringbereich vom p-Typ (ein Abschlussmuldenbereich) in einem sogenannten Abschlussbereich eines äußeren peripheren Bereichs einer Halbleiterschicht vom n-Typ angeordnet wird, um ein Durchschlagsspannungs-Leistungsvermögen sicherzustellen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
  • Bei einer Halbleitereinheit, die einen Schutzringbereich aufweist, wird ein elektrisches Feld, das erzeugt wird, wenn eine Sperrspannung an eine Hauptelektrode der Halbleitereinheit angelegt wird, durch eine Verarmungsschicht abgeschwächt, die durch einen pn-Übergang zwischen der Halbleiterschicht vom n-Typ und dem Schutzringbereich vom p-Typ gebildet wird. Dadurch wird ein Lawinendurchbruch unterhalb einer Nennspannung oder eine Zerstörung und dergleichen in Elektrodenrandbereichen vermieden.
  • Bei einem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), der im Patentdokument 1 offenbart ist, ist ein Störstellenbereich vom p+-Typ so ausgebildet, dass er von einer Gate-Anschlusselektrode und einer Gate-Zwischenverbindungselektrode, die sich an der äußersten Peripherie einer Oberflächenelektrode befinden, nach außen hervorsteht. Bei einer Halbleitereinheit, wie beispielsweise einem MOSFET, ist die Oberflächenelektrode mit Ausnahme eines Bereichs, in dem ein Draht-Bonding durchgeführt wird, üblicherweise mit einer Oberflächenschutzschicht bedeckt, die aus einem Polyimid oder dergleichen besteht. Die Oberflächenelektrode ist in einigen Fällen unter Verwendung eines Verkapselungsmaterials verkapselt, wie beispielsweise eines Gels.
  • DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2008- 85 188 A
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Eine Oberflächenschutzschicht, die aus einem Polyimid oder dergleichen besteht, und das Verkapselungsmaterial, wie beispielsweise ein Gel, wie vorstehend beschrieben, neigen dazu, bei hoher Umgebungsfeuchtigkeit Feuchtigkeit zu enthalten. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die in der Oberflächenschutzschicht und dem Verkapselungsmaterial enthaltene Feuchtigkeit die Oberflächenelektrode nachteilig beeinflusst. Insbesondere gibt es Fälle, in denen sich die Oberflächenelektrode in der Feuchtigkeit auflöst oder aufgrund einer Reaktion zwischen der Feuchtigkeit und der Oberflächenelektrode eine Ausfällungsreaktion auftritt.
  • In derartigen Fällen tritt mitunter ein Reißen der Oberflächenelektrode und der Oberflächenschutzschicht oder eine Abtrennung der Oberflächenschutzschicht an einer Grenzfläche zwischen der Oberflächenelektrode und der Oberflächenschutzschicht auf. Wenn ein Hohlraum, der durch das Reißen der Oberflächenelektrode und der Oberflächenschutzschicht oder die Abtrennung der Oberflächenschutzschicht gebildet wird, als ein Leckpfad wirkt, kann die Isolierungszuverlässigkeit der Halbleitereinheit beeinträchtigt werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung offenbarte Technik wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme konzipiert, und es handelt sich um eine Technik, um nachteilige Effekte auf eine Oberflächenelektrode einer Halbleitereinheit abzuschwächen.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Ein erster Aspekt der in der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf eine Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: eine Drift-Schicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht einer oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist; einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; eine in Kontakt mit dem ersten Muldenbereich ausgebildete Gate-Isolierschicht, die sandwichartig zwischen dem Source-Bereich und der Drift-Schicht angeordnet ist; eine Gate-Elektrode, die in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht ausgebildet ist; eine Zwischenisolierschicht, welche die Gate-Elektrode bedeckt; eine Source-Elektrode, die den an der oberen Oberfläche der Drift-Schicht freiliegenden Source-Bereich und die Zwischenisolierschicht bedeckt; eine rückwärtige Oberflächenelektrode, die auf der Seite einer unteren Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist; einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist und den ersten Muldenbereich umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich; sowie eine Feldisolierschicht, die den zweiten Muldenbereich teilweise bedeckt, wobei die Gate-Elektrode so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu einer oberen Oberfläche der Feldisolierschicht erstreckt, wobei die Zwischenisolierschicht die Gate-Elektrode auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht teilweise bedeckt, wobei die Halbleitereinheit ferner einen Gate-Bereich aufweist, der mit der Feldisolierschicht überlappt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und von der Source-Elektrode beabstandet ist, wobei der Gate-Bereich die Zwischenisolierschicht und die in Bezug auf die Zwischen-isolierschicht freiliegende Gate-Elektrode bedeckt, wobei ein Randbereich in einer Richtung weg von dem ersten Muldenbereich als ein äußerer Randbereich definiert ist, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und wobei sich der äußere Randbereich der Gate-Elektrode weiter entfernt von dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des Gate-Bereichs und sich näher bei dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des zweiten Muldenbereichs.
  • Ein zweiter Aspekt der in der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf eine Leistungswandlereinheit, die Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung, welche die zuvor erwähnte Halbleitereinheit aufweist und der Umwandlung einer eingegebenen Leistung dient, um die umgewandelte Leistung abzugeben; eine Treiberschaltung, um ein Treibersignal zum Treiben der Halbleitereinheit an die Halbleitereinheit auszugeben; sowie eine Steuerschaltung, um ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung auszugeben.
  • Effekte der Erfindung
  • Der erste Aspekt der in der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf eine Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: eine Drift-Schicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht einer oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist; einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; eine in Kontakt mit dem ersten Muldenbereich ausgebildete Gate-Isolierschicht, die sandwichartig zwischen dem Source-Bereich und der Drift-Schicht angeordnet ist; eine Gate-Elektrode, die in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht ausgebildet ist; eine Zwischenisolierschicht, welche die Gate-Elektrode bedeckt; eine Source-Elektrode, die den an der oberen Oberfläche der Drift-Schicht freiliegenden Source-Bereich und die Zwischenisolierschicht bedeckt; eine rückwärtige Oberflächenelektrode, die auf der Seite einer unteren Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist; einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist und den ersten Muldenbereich bedeckt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich; sowie eine Feldisolierschicht, die den zweiten Muldenbereich teilweise bedeckt, wobei die Gate-Elektrode so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu einer oberen Oberfläche der Feldisolierschicht erstreckt, wobei die Zwischenisolierschicht die Gate-Elektrode auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht teilweise bedeckt, wobei die Halbleitereinheit ferner einen Gate-Bereich aufweist, der mit der Feldisolierschicht überlappt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und von der Source-Elektrode beabstandet ist, wobei der Gate-Bereich die Zwischenisolierschicht und die in Bezug auf die Zwischenisolierschicht freiliegende Gate-Elektrode bedeckt, wobei ein Randbereich in einer Richtung weg von dem ersten Muldenbereich als ein äußerer Randbereich definiert ist, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und wobei sich der äußere Randbereich der Gate-Elektrode weiter entfernt von dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des Gate-Bereichs und sich näher bei dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des zweiten Muldenbereichs.
  • Eine derartige Konfiguration unterbindet die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs in dem Abschlussbereich. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs unterbunden. Dadurch wird eine Erhöhung eines Leckstroms sowie eine Gasentladung unterbunden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung des Gate-Bereichs resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert wird.
  • Der zweite Aspekt der in der vorliegenden Erfindung offenbarten Technik bezieht sich auf eine Leistungswandlereinheit, die Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung, welche die zuvor erwähnte Halbleitereinheit aufweist und der Umwandlung einer eingegebenen Leistung dient, um die umgewandelte Leistung abzugeben; eine Treiberschaltung, um ein Treibersignal zum Treiben der Halbleitereinheit an die Halbleitereinheit auszugeben; sowie eine Steuerschaltung, um ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung auszugeben.
  • Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs der Halbleitereinheit, die in der Leistungswandlereinheit enthalten ist, so dass eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden werden, die aus einem Reißen oder einer Abtrennung des Gate-Bereichs resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit der Leistungswandlereinheit verbessert wird.
  • Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der in 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 Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET zeigt, bei dem es sich um eine Halbleitereinheit gemäß einer Ausführungsform handelt;
    • 2 eine Draufsicht auf den MOSFET;
    • 3 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration einer Einheitszelle zeigt, bei der es sich um die kleinste Einheitsstruktur des MOSFET handelt, die in einem innenliegenden Bereich ausgebildet ist, bei dem es sich um einen in 1 gezeigten aktiven Bereich handelt;
    • 4 eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Konfiguration des MOSFET gemäß der Ausführungsform zeigt;
    • 5 eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Konfiguration des MOSFET gemäß der Ausführungsform zeigt;
    • 6 eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Konfiguration des MOSFET gemäß der Ausführungsform zeigt;
    • 7 eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET zeigt, bei dem es sich um einen Halbleiter gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt;
    • 8 eine Querschnittsansicht des MOSFET;
    • 9 eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET zeigt, bei dem es sich um einen Halbleiter einer weiteren Ausführungsform handelt;
    • 10 eine Querschnittsansicht des MOSFET;
    • 11 eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET zeigt, bei dem es sich um eine Halbleitereinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt;
    • 12 eine Querschnittsansicht des MOSFET;
    • 13 ein Schaubild, das konzeptionell ein Beispiel für die Konfiguration eines Leistungswandlungssystems zeigt, das eine Leistungswandlereinheit einer weiteren Ausführungsform aufweist.
  • BESCHREIBUNG EINER VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen sind detaillierte Merkmale und dergleichen zum Zweck einer Darstellung der Technik gezeigt, sie sind jedoch illustrativ. Nicht alle der detaillierten Merkmale sind zwangsläufig essentiell für eine Realisierung der Ausführungsform.
  • In der folgenden Beschreibung ist ein „aktiver Bereich“ einer Halbleitereinheit als ein Bereich definiert, in dem ein Hauptstrom fließt, wenn sich die Halbleitereinheit in einem EIN-Zustand befindet, und ein „Abschlussbereich“ der Halbleitereinheit ist als ein Bereich definiert, der den aktiven Bereich umgibt. Mit dem Begriff „außenliegend“ in Bezug auf die Halbleitereinheit ist eine Richtung von einem mittleren Bereich der Halbleitereinheit zu einem äußeren peripheren Bereich derselben hin gemeint, und mit dem Begriff „innenliegend“ in Bezug auf die Halbleitereinheit ist eine zu „außenliegend“ entgegengesetzte Richtung gemeint. Die Leitfähigkeitstypen von Störstellen werden unter der Annahme beschrieben, dass es sich bei einem „ersten Leitfähigkeitstyp“ um einen n-Typ handelt und es sich bei einem „zweiten Leitfähigkeitstyp“ um einen p-Typ handelt. Bei dem „ersten Leitfähigkeitstyp“ und dem „zweiten Leitfähigkeitstyp“ kann es sich jedoch umgekehrt um den p-Typ beziehungsweise den n-Typ handeln.
  • Der Begriff „MOS“ wurde in der Vergangenheit dazu verwendet, eine mehrschichtige Metall-Oxid-Halbleiter-Struktur zu beschreiben, und gilt als eine Abkürzung für Metal-Oxide-Semiconductor (Metall-Oxid-Halbleiter). Insbesondere bei Feldeffekttransistoren mit einer MOS-Struktur (im Folgenden einfach als „MOS-Transistoren“ bezeichnet) wurden jedoch Materialien einer Gate-Isolierschicht oder einer Gate-Elektrode unter dem Gesichtspunkt einer kürzlichen Verbesserung der Integration oder des Herstellungsprozesses verbessert.
  • Bei den MOS-Transistoren wurde hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt der Bildung von Source-Drain in einer selbstausgerichteten Weise zum Beispiel anstelle von Metall polykristallines Silicium als Material für die Gate-Elektrode verwendet. Unter dem Gesichtspunkt einer Verbesserung von elektrischen Eigenschaften wird ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante für die Gate-Isolierschicht verwendet, das Material ist jedoch nicht zwangsläufig auf Oxide beschränkt.
  • Aus diesem Grund wird der Begriff „MOS“ nicht zwangsläufig ausschließlich für eine mehrschichtige Metall-Oxid-Halbleiter-Struktur verwendet, und das Gleiche gilt hier. Mit anderen Worten, es ist „MOS“ im Hinblick auf ein übliches allgemeines technisches Wissen nicht nur als eine Abkürzung für Metal-Oxide-Semiconductor definiert, sondern umfasst allgemein eine mehrschichtige Leiter-Isolator-Halbleiter-Struktur.
  • In der folgenden Beschreibung schließen die Formulierungen „auf (obere Oberfläche)“ sowie „bedeckend“ das Vorhandensein eines dazwischenliegenden Objekts zwischen Komponenten nicht aus. Auch im Fall der Formulierung „B auf (auf einer oberen Oberfläche von) A“, „B bedeckt A“ oder dergleichen kann es zum Beispiel Fälle geben, in denen weitere Komponenten zwischen A und B angeordnet sind.
  • Außerdem werden in einigen Fällen in der folgenden Beschreibung Begriffe verwendet, mit denen spezielle Positionen oder Richtungen gemeint sind, wie beispielsweise „oberer/obere/oberes“, „unterer/untere/unteres“, „links“, „rechts“, „seitlich“, „unten“, „vorn“ und „hinten“. Diese Begriffe werden jedoch der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet und stehen nicht im Zusammenhang mit Richtungen bei einer tatsächlichen Verwendung.
  • In den Zeichnungen zeigen Figuren schematische Darstellungen, und Komponenten sind der Einfachheit der Darstellung halber nicht gezeigt oder in einer vereinfachten Form gezeigt, soweit zweckdienlich. Die Abmessungen und Positionen von Komponenten, die in verschiedenen Figuren gezeigt sind, liegen nicht zwangsläufig in einer korrekten Korrelation vor, sondern können verändert sein, soweit zweckdienlich. In Figuren, bei denen es sich um Draufsichten oder dergleichen anstatt Querschnittsansichten handelt, sind Komponenten in einigen Fällen zum Zweck einer Erleichterung des Verständnisses der Details der Ausführungsformen schraffiert oder schattiert gezeigt.
  • In der folgenden Beschreibung sind gleichartige Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet und unter Verwendung derselben gezeigt und sollen gleichartige Bezeichnungen und Funktionen aufweisen. Somit werden diese Komponenten in einigen Fällen zum Zweck der Vermeidung einer Wiederholung in der Beschreibung nicht im Detail dargelegt.
  • In der folgenden Beschreibung handelt es sich bei der Formulierung eine Komponente „umfassend“, „enthaltend“ oder „aufweisend“ nicht um eine ausschließende Formulierung, die das Vorhandensein weiterer Komponenten ausschließt, solange nicht etwas Anderes spezifiziert ist.
  • In einem Fall, in dem in der folgenden Beschreibung Ordnungszahlen verwendet werden, wie beispielsweise „erster/erste/erstes“, „zweiter/zweite/zweites“ oder dergleichen, werden diese Begriffe der Einfachheit halber und zum Zweck einer Erleichterung des Verständnisses der Details der Ausführungsformen verwendet und sind nicht auf die Reihenfolge beschränkt, die durch die Ordnungszahlen vorgegeben wird.
  • In der folgenden Beschreibung umfassen Formulierungen, die einen gleichen Zustand anzeigen, wie beispielsweise „identisch“, „gleich“, „gleichmäßig“ oder „homogen“, Fälle, in denen die Formulierungen einen streng gleichen Zustand anzeigen, sowie Fälle, in denen in Bezug auf das Ausmaß, in dem Toleranzen oder ähnliche Funktionen erhalten werden, Unterschiede auftreten, wenn nicht etwas Anderes spezifiziert ist.
  • Erste Ausführungsform
  • Es werden eine Halbleitereinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Konfiguration der Halbleitereinheit
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET 100 zeigt, bei dem es sich um eine Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt. 2 ist eine Draufsicht auf den MOSFET 100. Ein Querschnitt entlang einer Linie A-A' in 2 entspricht 1. 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration einer Einheitszelle UC zeigt, bei der es sich um die kleinste Einheitsstruktur des MOSFET 100 handelt, die in einem innenliegenden Bereich RI ausgebildet ist, bei dem es sich um einen in 1 gezeigten aktiven Bereich handelt. In dem innenliegenden Bereich RI des MOSFET 100 sind mehrere Einheitszellen UC angeordnet, von denen eine in 3 gezeigt ist. Bei einer Struktur, die am linken Ende von 1 gezeigt ist, handelt es sich um eine äußerste Einheitszelle UC in dem innenliegenden Bereich RI.
  • Als ein Beispiel ist in 1 gezeigt, dass der MOSFET 100 unter Verwendung eines epitaxialen Substrats 30 gebildet ist, das aus einem monokristallinen Substrat 31 und einer epitaxialen Schicht 32 besteht, die auf einer oberen Oberfläche des monokristallinen Substrats 31 ausgebildet ist. Bei dem monokristallinen Substrat 31 handelt es sich um ein Halbleitersubstrat, das aus Siliciumcarbid (SiC) mit einem n-Typ (mit einem ersten Leitfähigkeitstyp) besteht. Bei der epitaxialen Schicht 32 handelt es sich um eine Halbleiterschicht vom n-Typ aus SiC, die epitaxial auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Substrats 31 aufgewachsen wurde. Mit anderen Worten, es handelt sich bei dem MOSFET 100 um einen SiC-MOSFET. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein epitaxiales Substrat 30 verwendet, das einen 4H Polytyp aufweist.
  • In dem aktiven Bereich (d.h. dem innenliegenden Bereich RI) ist ein Muldenbereich 9 einer Einheit mit einem p-Typ (einem zweiten Leitfähigkeitstyp) selektiv in einem Oberflächenschichtbereich einer oberen Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet. Ein Source-Bereich 11 vom n-Typ und ein Kontaktbereich 19 vom p-Typ mit einer Störstellenkonzentration, die höher als jene des Muldenbereichs 9 der Einheit ist, sind selektiv in einem Oberflächenschichtbereich des Muldenbereichs 9 der Einheit ausgebildet.
  • In dem Abschlussbereich (d.h. einem außenliegenden Bereich RO, der den innenliegenden Bereich RI umgibt) ist ein Abschlussmuldenbereich 2 vom p-Typ selektiv in einem Oberflächenschichtbereich der oberen Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 so ausgebildet, dass er den aktiven Bereich umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich (d.h. so, dass er den Muldenbereich 9 der Einheit umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich). In einem Oberflächenschichtbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 ist ein Bereich 20 vom p-Typ mit einer hohen Konzentration ausgebildet, der eine relativ hohe Störstellenkonzentration aufweist. Der Leitfähigkeitstyp des Bereichs 20 mit einer hohen Konzentration ist nicht auf den p-Typ beschränkt, sondern kann auch den n-Typ aufweisen.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Konfiguration des MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Als Beispiel ist in 4 gezeigt, dass ein Muldenbereich 3 vom p-Typ mit einer geringen Konzentration um die äußere Peripherie des Abschlussmuldenbereichs 2 herum angeordnet sein kann. Der Muldenbereich 3 mit einer geringen Konzentration ist in einer Oberflächenschicht einer oberen Oberfläche einer Drift-Schicht 1 ausgebildet und umgibt den Abschlussmuldenbereich 2, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Die Störstellenkonzentration des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration ist nicht höher als jene des Abschlussmuldenbereichs 2. Alternativ können mehrere Muldenbereiche 3 mit einer geringen Konzentration in einer in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Relation angeordnet sein.
  • Als Beispiel ist in den 1 und 4 gezeigt, dass es sich bei einem Bereich vom n-Typ der epitaxialen Schicht 32 mit Ausnahme der zuvor erwähnten Störstellenbereiche (des Muldenbereichs 9 der Einheit, des Source-Bereichs 11, des Kontaktbereichs 19, des Abschlussmuldenbereichs 2 und des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration) um die Drift-Schicht 1 handelt, in der aufgrund einer Drift ein Strom fließt. Die Störstellenkonzentration der Drift-Schicht 1 ist geringer als jene des monokristallinen Substrats 31.
  • Aus diesem Grund weist das monokristalline Substrat 31 einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der geringer als jener der Drift-Schicht 1 ist. Die Störstellenkonzentration der Drift-Schicht 1 liegt bei der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel in einem Bereich von 1 × 1014/cm3 bis 1 × 1017/cm3.
  • Bei dem Abschlussmuldenbereich 2 handelt es sich um einen rahmenförmigen (ringförmigen) Bereich, der den aktiven Bereich umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und der als ein sogenannter Schutzring fungiert. Als Beispiel ist in den 1 und 4 gezeigt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform ein innenliegender (ein innerer peripherer) Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 als eine Grenze zwischen dem innenliegenden Bereich RI oder dem aktiven Bereich, der sich in Bezug auf die Grenze innenliegend befindet, und dem außenliegenden Bereich RO oder dem Abschlussbereich definiert ist, der sich in Bezug auf die Grenze außenliegend befindet.
  • Als Beispiel ist in den 1 und 4 gezeigt, dass eine Gate-Isolierschicht 12 auf einer oberen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 in dem aktiven Bereich so ausgebildet ist, dass sie den Muldenbereich 9 der Einheit überbrückt, der sandwichartig zwischen dem Source-Bereich 11 und der Drift-Schicht 1 angeordnet ist, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Auf einer oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 12 ist eine Gate-Elektrode 13 ausgebildet. Bei einem Oberflächenschichtbereich des Muldenbereichs 9 der Einheit, der mit der Gate-Isolierschicht 12 und der Gate-Elektrode 13 bedeckt ist, d.h. bei einem Bereich des Muldenbereichs 9 der Einheit, der sandwichartig zwischen dem Source-Bereich 11 und der Drift-Schicht 1 angeordnet ist, handelt es sich um einen Kanalbereich, in dem sich ein Inversionskanal ausbildet, wenn sich der MOSFET 100 im EIN-Zustand befindet.
  • In dem aktiven Bereich ist die Gate-Elektrode 13 mit einer Zwischenisolierschicht 14 bedeckt, und auf einer oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 14 ist eine Source-Elektrode 51 ausgebildet. Die Zwischenisolierschicht 14 weist eine Elementzusammensetzung zum Beispiel aus Bor oder Phosphor auf. Somit sind die Gate-Elektrode 13 und die Source-Elektrode 51 durch die Zwischenisolierschicht 14 elektrisch isoliert voneinander.
  • Die Source-Elektrode 51 ist mit dem Source-Bereich 11 und dem Kontaktbereich 19 durch ein Kontaktloch hindurch verbunden, das in der Zwischenisolierschicht 14 und der Gate-Isolierschicht 12 ausgebildet ist. Die Source-Elektrode 51 und der Kontaktbereich 19 bilden einen ohmschen Kontakt. Eine Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche ist so ausgebildet, dass sie die Source-Elektrode 51, eine Gate-Kontaktstelle 52p und die Zwischenisolierschicht 14 bedeckt, die nicht mit der Source-Elektrode 51 und der Gate-Kontaktstelle 52p bedeckt ist, sondern freiliegt. Auf einer unteren Oberfläche S1 des epitaxialen Substrats 30 ist eine rückwärtige Oberflächenelektrode 8 ausgebildet, die als eine Drain-Elektrode fungiert.
  • Als Beispiel ist in den 1 und 4 gezeigt, dass sich Bereiche der Gate-Isolierschicht 12, der Gate-Elektrode 13, der Zwischenisolierschicht 14 und der Source-Elektrode 51 in dem innenliegenden Bereich RI über die Grenze zwischen dem innenliegenden Bereich RI und dem außenliegenden Bereich RO hinaus bis in den außenliegenden Bereich RO erstrecken. Die Source-Elektrode 51, die sich bis in den außenliegenden Bereich RO erstreckt, ist durch ein Kontaktloch hindurch, das in der Zwischenisolierschicht 14 ausgebildet ist, so verbunden, dass sie einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt mit dem Bereich 20 mit einer hohen Konzentration in dem Abschlussmuldenbereich 2 bildet.
  • Eine Feldisolierschicht 4 mit einer Dicke, die größer als jene der Gate-Isolierschicht 12 ist, ist auf der oberen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 in dem Abschlussbereich angeordnet. Die Gate-Elektrode 13, die sich bis in den außenliegenden Bereich RO erstreckt, ist mit einem Bereich derselben ausgebildet, der oben auf einer oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 liegt, und ist über dem Abschlussmuldenbereich 2 angeordnet, wobei sich die Gate-Isolierschicht 12 oder die Feldisolierschicht 4 dazwischen befindet.
  • Die Feldisolierschicht 4 bedeckt einen Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 und erstreckt sich über einen äußeren peripheren Rand des Abschlussmuldenbereichs 2 hinaus bis in den Außenbereich des Abschlussmuldenbereichs 2. Die Feldisolierschicht 4 ist in dem innenliegenden Bereich RI nicht angeordnet. Mit anderen Worten, es weist die Feldisolierschicht 4 eine Öffnung auf, die den innenliegenden Bereich RI aufweist, wie aus einer Draufsicht ersichtlich.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Zwischenisolierschicht 14, welche die Gate-Elektrode 13 bedeckt, bis in den Außenbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 und ist auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 ausgebildet.
  • Ferner ist die Gate-Kontaktstelle 52p in dem Abschlussbereich an einer Position entlang einer Linie A-A' von 2 ausgebildet. Die Gate-Kontaktstelle 52p ist auf der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 14 ausgebildet, welche die Gate-Elektrode 13 bedeckt, die sich bis in den außenliegenden Bereich RO erstreckt, und ist durch ein in der Zwischenisolierschicht 14 ausgebildetes Kontaktloch hindurch mit der Gate-Elektrode 13 verbunden.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Konfiguration des MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Es können mehrere Kontaktlöcher ausgebildet sein, von denen eines vorstehend beschrieben ist. Als ein Beispiel ist in 5 gezeigt, dass ein Kontaktloch in einer Zwischenisolierschicht 114 an der Position der äußersten Peripherie einer Gate-Kontaktstelle 152p ausgebildet sein kann und dass die Gate-Kontaktstelle 152p und die Gate-Elektrode 13 an der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 152p miteinander verbunden sein können.
  • Als ein Beispiel ist in 2 gezeigt, dass sich eine Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w, die mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden ist, bis zu einem mittleren Bereich des MOSFET 100 erstreckt. Die Gate-Kontaktstelle 52p ist so angeordnet, dass sie teilweise von der Source-Elektrode 51 umgeben ist (so dass sie in einen Bereich reicht, der von einem Bereich umgeben ist, in dem die Source-Elektrode 51 ausgebildet ist), wie aus der Draufsicht ersichtlich.
  • Ein Gate-Bereich 52 (d.h. die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w) fungiert als eine Elektrode, die ein Gate-Steuersignal zum Steuern eines elektrischen Pfads zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 empfängt. Der Gate-Bereich 52 (d.h. die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w) ist von der Source-Elektrode 51 beabstandet und ist von der Source-Elektrode 51 elektrisch isoliert.
  • In den 1, 4 und 5 ist die Feldisolierschicht 4 im Außenbereich eines Verbindungsbereichs zwischen dem Bereich 20 mit einer hohen Konzentration in dem Abschlussmuldenbereich 2 und der Source-Elektrode 51 ausgebildet. Die Feldisolierschicht 4 kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass sie sich bis in den Innenbereich des Verbindungsbereichs zwischen dem Bereich 20 mit einer hohen Konzentration und der Source-Elektrode 51 erstreckt. In diesem Fall ist die Source-Elektrode 51 durch ein Kontaktloch hindurch, das sich sowohl durch die Zwischenisolierschicht 14 als auch durch die Feldisolierschicht 4 hindurch erstreckt, mit dem Bereich 20 mit einer hohen Konzentration in dem Abschlussmuldenbereich 2 verbunden.
  • Bei dem MOSFET 100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein äußerer peripherer Randbereich der Gate-Elektrode 13 zwischen einem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) und einem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 an einer Position entlang der Linie A-A' von 2 positioniert. Der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 kann zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie A-A' von 2, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) positioniert sein.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation der Konfiguration des MOSFET gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Als ein Beispiel ist in 6 gezeigt, dass eine Gate-Elektrode 113 nicht zwangsläufig in dem gesamten Bereich ausgebildet sein muss, der unter der Gate-Kontaktstelle 52p liegt. Die Gate-Elektrode 113 ist an einer Position ausgebildet, die dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p entspricht, ist jedoch nicht an Positionen ausgebildet, die anderen Bereichen der Gate-Kontaktstelle 52p entsprechen (mit anderen Worten, es ist eine Öffnung ausgebildet, wie aus einer Draufsicht ersichtlich). In diesem Bereich ist eine Zwischenisolierschicht 214 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 113 ist an einer in 6 nicht gezeigten Position mit der Gate-Kontaktstelle 52p oder der Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w verbunden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird SiC als das Material des epitaxialen Substrats 30 angenommen, das Material des epitaxialen Substrats 30 ist jedoch nicht auf SiC beschränkt, sondern es kann sich auch um andere Halbleiter mit großer Bandlücke handeln, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN).
  • Bei der Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann es sich um einen anderen Transistor als den MOSFET handeln, wie beispielsweise um einen JFET (einen Junction-FET), einen IGBT (einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate) oder dergleichen. Wenngleich ferner bei der vorliegenden Ausführungsform ein Transistor vom planaren Typ dargestellt ist, kann der Transistor auch vom Graben-Typ sein.
  • Betrieb der Halbleitereinheit
  • Nachstehend wird ein Betrieb des MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die in den 1 und 2 als ein Beispiel gezeigt ist, in zwei Zuständen beschrieben.
  • Bei einem ersten Zustand handelt es sich um einen Zustand, in dem eine positive Spannung, die nicht geringer als ein Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 13 anliegt, und auf diesen Zustand wird im Folgenden als einen „EIN-Zustand“ Bezug genommen. Wenn sich der MOSFET 100 im EIN-Zustand befindet, ist ein Inversionskanal in dem Kanalbereich ausgebildet. Der Inversionskanal wird zu einem Pfad für Elektronen als Ladungsträger, so dass diese zwischen dem Source-Bereich 11 und der Drift-Schicht 1 fließen. Wenn im EIN-Zustand eine hohe Spannung in Bezug auf das Potential der Source-Elektrode 51 als Referenz an der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 anliegt, fließt ein Strom, der durch das monokristalline Substrat 31 und die Drift-Schicht 1 hindurchgeht.
  • Hierbei wird auf eine Spannung zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 als eine „Spannung im EIN-Zustand“ Bezug genommen, und auf einen Strom, der zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 fließt, wird als einen „Strom im EIN-Zustand“ Bezug genommen. Der Strom im EIN-Zustand fließt nur in dem aktiven Bereich, in dem ein Kanal vorhanden ist, und fließt nicht in dem Abschlussbereich.
  • Bei einem zweiten Zustand handelt es sich um einen Zustand, in dem eine Spannung, die geringer als der Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 13 anliegt, und auf diesen Zustand wird im Folgenden als einen „AUS-Zustand“ Bezug genommen. Wenn sich der MOSFET 100 im AUS-Zustand befindet, ist der Inversionskanal in dem Kanalbereich nicht ausgebildet. Dementsprechend fließt der Strom im EIN-Zustand nicht.
  • Aus diesem Grund wird, wenn eine hohe Spannung zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 anliegt, diese hohe Spannung aufrechterhalten. Hierbei liegt eine hohe Spannung auch zwischen der Gate-Elektrode 13 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 an, da eine Spannung zwischen der Gate-Elektrode 13 und der Source-Elektrode 51 in Bezug auf die Spannung zwischen der Source-Elektrode 51 und der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 sehr gering ist.
  • Im AUS-Zustand liegt eine hohe Spannung zwischen der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 und jeder von der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w und der Gate-Elektrode 13 in dem Abschlussbereich an. Zwischen dem Abschlussmuldenbereich 2 und der Source-Elektrode 51 in dem Abschlussbereich ist ein elektrischer Kontakt in der gleichen Weise ausgebildet, wie ein elektrischer Kontakt zwischen dem Muldenbereich 9 der Einheit und der Source-Elektrode 51 in dem aktiven Bereich ausgebildet ist. Dadurch wird verhindert, dass ein hohes elektrisches Feld an der Gate-Isolierschicht 12, der Feldisolierschicht 4 und der Zwischenisolierschicht 14 anliegt.
  • Wenn sich der MOSFET 100 im AUS-Zustand befindet, liegt ein hohes elektrisches Feld in der Nähe von Grenzschichten von pn-Übergängen zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Muldenbereich 9 der Einheit und zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Abschlussmuldenbereich 2 an. Eine Spannung, die an der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 anliegt, ist als die maximale Spannung (Lawinendurchbruchspannung) des MOSFET definiert, wenn dieses elektrische Feld ein kritisches elektrisches Feld erreicht, so dass ein Lawinendurchbruch resultiert. Im Allgemeinen ist eine Nennspannung so bestimmt, dass der MOSFET 100 in einem Spannungsbereich verwendet wird, in dem der Lawinendurchbruch nicht auftritt.
  • Im AUS-Zustand des MOSFET 100 erstreckt sich eine Verarmungsschicht von den Grenzschichten der pn-Übergänge zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Muldenbereich 9 der Einheit und zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Abschlussmuldenbereich 2 in Richtung zu dem monokristallinen Substrat 31 hin (in einer Richtung nach unten, wie aus 1 ersichtlich) und in Richtung zu der äußeren Peripherie der Drift-Schicht 1 hin (in einer Richtung von dem innenliegenden Bereich RI zu dem außenliegenden Bereich RO hin, wie aus 1 ersichtlich).
  • Die Verarmungsschicht erstreckt sich außerdem von der Grenzschicht des pn-Übergangs zwischen der Drift-Schicht 1 und dem Abschlussmuldenbereich 2 in den Abschlussmuldenbereich 2 hinein, und das Ausmaß dieser Ausdehnung ist in hohem Maße abhängig von der Störstellenkonzentration in dem Abschlussmuldenbereich 2. Insbesondere dann, wenn die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 erhöht wird, wird die Ausdehnung der Verarmungsschicht in dem Abschlussmuldenbereich 2 unterbunden, und das vordere Ende der Verarmungsschicht befindet sich in der Nähe einer Grenze zwischen dem Abschlussmuldenbereich 2 und der Drift-Schicht 1.
  • Die vordere Endposition der Verarmungsschicht kann mit Hilfe von TCAD(Technology CAD)-Simulationen und dergleichen untersucht werden. In dem außenliegenden Bereich RO tritt von einer äußeren peripheren Seite der epitaxialen Schicht 32 in Richtung zu der Mitte derselben eine Potentialdifferenz in der Verarmungsschicht (in dem verarmten Bereich) innerhalb der epitaxialen Schicht 32 auf. Ein nicht verarmter Bereich innerhalb des Abschlussmuldenbereichs 2 kann als auf im Wesentlichen dem gleichen Potential wie die Source-Elektrode 51 liegend betrachtet werden.
  • In einer Halbleitereinheit, bei der ein Material, wie beispielsweise SiC, verwendet wird, in dem eine elektrische Feldstärke im AUS-Zustand besonders hoch ist, liegt ein hohes elektrisches Feld an einem Randbereich eines Elektrodenmaterials an, so dass in einigen Fällen eine Zerstörung des Elektrodenmaterials resultiert, wenn der Randbereich des Elektrodenmaterials an einer Stelle positioniert ist, an der die obere Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 verarmt ist. Bei dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 demzufolge im Allgemeinen mit einer Störstellenkonzentration vorgegeben, bei der das Innere des Abschlussmuldenbereichs 2 unter der Gate-Elektrode 13 und der Gate-Kontaktstelle 52p nicht verarmt wird.
  • Nachstehend wird ein Fall betrachtet, in dem sich der MOSFET 100 unter Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit im AUS-Zustand befindet. Ein Verkapselungsharz, das so angeordnet ist, dass es einen Halbleiterchip bedeckt, kann Feuchtigkeit enthalten. Wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche (eine Schicht an der oberen Oberfläche) zum Beispiel aus einem Harzmaterial mit einem hohen Wasserabsorptionsvermögen besteht, wie beispielsweise aus einem Polyimid, enthält die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unter den Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit viel Feuchtigkeit, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die Feuchtigkeit die oberen Oberflächen der epitaxialen Schicht 32 und der Gate-Kontaktstelle 52p erreicht.
  • Auch wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche aus einem in hohem Maße feuchtigkeitsbeständigen Material besteht, wie beispielsweise aus SiN, besteht die Tendenz, dass aufgrund von Spannungen, die während des Prozesses hervorgerufen werden, Risse in der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche erscheinen, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die epitaxiale Schicht 32 und die Gate-Kontaktstelle 52p durch die Risse hindurch Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
  • In einem derartigen Zustand bewirkt eine Spannung, die an dem MOSFET 100 anliegt, der sich im AUS-Zustand befindet, dass ein Randbereich der epitaxialen Schicht 32 als eine Anode wirkt, und bewirkt, dass die Gate-Kontaktstelle 52p als eine Kathode in dem Abschlussbereich wirkt. Wenn ferner eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an der Gate-Kontaktstelle 52p anliegt, wirkt die Gate-Kontaktstelle 52p als eine Kathode für die Source-Elektrode 51 und den Abschlussmuldenbereich 2, der mit der Source-Elektrode 51 verbunden ist. In der Umgebung der Gate-Kontaktstelle 52p, die als Kathode wirkt, verursacht Feuchtigkeit eine Sauerstoff-Reduktionsreaktion, die durch die nachstehende Gleichung (1) wiedergegeben wird, sowie eine Wasserstoff-Erzeugungsreaktion, die durch die nachstehende Gleichung (2) wiedergegeben wird.
    [Math. 1] O 2 + 2 H 2 O + 4 e − → 4 OH −
    Figure DE112021003165T5_0001
    [Math. 2] H 2 O + e − → OH − + 1 / 2 H 2
    Figure DE112021003165T5_0002
  • Dadurch wird die Konzentration von Hydroxidionen in der Umgebung der Gate-Kontaktstelle 52p entsprechend erhöht. Die Hydroxidionen reagieren chemisch mit der Gate-Kontaktstelle 52p. Wenn die Gate-Kontaktstelle 52p zum Beispiel aus Aluminium besteht, gibt es Fälle, in denen die zuvor erwähnten chemischen Reaktionen bewirken, dass Aluminium zu Aluminiumhydroxid wird.
  • Die Reaktion zwischen Aluminium und Hydroxidionen wird gemäß der elektrischen Feldstärke in der Umgebung beschleunigt. In einem verarmten Bereich innerhalb einer Halbleiterschicht wird ein Potentialgradient erzeugt. Aus diesem Grund wird in einem Bereich, in dem eine Verarmungsschicht die obere Oberfläche des epitaxialen Substrats 30 in dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht, ein Potentialgradient entlang der oberen Oberfläche S2 erzeugt.
  • Um einen Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p herum wird ein elektrisches Feld erzeugt, da dieser Potentialgradient auf die Feldisolierschicht 4 und die Zwischenisolierschicht 14 übertragen wird, die auf der oberen Oberfläche S2 der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet sind. Wenn die elektrische Feldstärke in dem Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p demzufolge ein bestimmtes Niveau oder ein höheres erreicht, tritt eine Erzeugungsreaktion für Aluminiumhydroxid auf, und die Reaktion wird mit einem Erhöhen der elektrischen Feldstärke beschleunigt.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an der Gate-Kontaktstelle 52p anliegt, nimmt die elektrische Feldstärke unter der Gate-Kontaktstelle 52p aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 zu. Insbesondere besteht die Tendenz, dass eine Konzentration des elektrischen Felds in einem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p auftritt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid beschleunigt wird.
  • Wenn die Zwischenisolierschicht 14 Bor (B) oder Phosphor (P) enthält, tendiert die Zwischenisolierschicht 14 dazu, Feuchtigkeit zu absorbieren, wenn die Konzentration derselben zunimmt. Wenn zum Beispiel die Konzentration von Bor über 2 % hinausgeht und die Konzentration von Phosphor über 5 % hinausgeht, wird diese Tendenz ausgeprägter, und die Erzeugung von Aluminiumhydroxid wird beschleunigt.
  • Wenn an der vorderen Oberfläche der Gate-Kontaktstelle 52p Aluminiumhydroxid erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben, verursacht eine Volumenausdehnung ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche, so dass Hohlräume an der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 14 erzeugt werden. In die Hohlräume gelangt Feuchtigkeit, so dass ein übermäßiger Leckstromfluss oder eine Gasentladung in den Hohlräumen verursacht wird, so dass dadurch Befürchtungen in Bezug auf einen Durchbruch einer Einheit des MOSFET 100 resultieren.
  • Bei dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p dagegen auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs des Abschlussmuldenbereichs 2 an einer Position entlang der Linie A-A' von 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um die Gate-Kontaktstelle 52p herum abgeschwächt.
  • Wenn die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht geringer als ein vorgegebenes Niveau ist, erstreckt sich die Verarmungsschicht kaum bis ins Innere des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um die Gate-Kontaktstelle 52p herum effektiv abgeschwächt, so dass dadurch die Erzeugung von Aluminiumhydroxid effektiv unterbunden wird.
  • Ferner ist als ein Beispiel in 4 gezeigt, dass die Anordnung des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 die elektrische Feldstärke um die Gate-Kontaktstelle 52p herum effektiv abschwächt und außerdem die elektrische Feldstärke der epitaxialen Schicht 32 um den äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 herum abschwächt. Dadurch wird die Lawinendurchbruchspannung des MOSFET 100 erhöht.
  • Bei dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 auf der äußeren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p an einer Position entlang der Linie A-A' von 2. Wenn somit eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an der Gate-Kontaktstelle 52p anliegt, wird die Potentialdifferenz zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 nur innerhalb der Feldisolierschicht 4 unter der Gate-Elektrode 13 in einem Bereich erzeugt, in dem die Gate-Elektrode 13 zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 angeordnet ist. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um die Gate-Kontaktstelle 52p herum abgeschwächt.
  • Somit ist die Gate-Elektrode 13 bei dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p vorhanden, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wenn die Gate-Elektrode 13 dagegen nicht zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 angeordnet ist, wird die Potentialdifferenz zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 von der Feldisolierschicht 4 und der Zwischenisolierschicht 14 gemeinsam genutzt. Somit wird die elektrische Feldstärke innerhalb der Feldisolierschicht 4 abgeschwächt. Dadurch wird eine Reduktion der Ausbeute aufgrund eines Eindringens von Staub oder dergleichen während der Herstellung des MOSFET 100 unterbunden.
  • Als ein Beispiel ist in 6 gezeigt, dass die Gate-Elektrode 113 unter der Gate-Kontaktstelle 52p teilweise offen ist, mit Ausnahme eines Bereichs, in dem die Gate-Elektrode 113 an einer Position ausgebildet ist, an welcher der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p überbrückt wird. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p abgeschwächt, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt, so dass eine Reduktion der Ausbeute unterbunden wird.
  • Wenn der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie A-A' von 2, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p positioniert ist, wird eine Konzentration des elektrischen Felds in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs unter der Gate-Kontaktstelle 52p abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Als ein Beispiel ist in 5 gezeigt, dass das Kontaktloch in der Zwischenisolierschicht 114 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 152p ausgebildet ist, so dass die Gate-Kontaktstelle 152p und die Gate-Elektrode 13 durch das Kontaktloch an der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 152p hindurch miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 152p ausreichend unterbunden, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) bei dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterbunden. Im Ergebnis wird dadurch eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus einem Reißen oder einer Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren.
  • Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET 100 als einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird das niederohmige monokristalline Substrat 31 bereitgestellt, das eine relativ hohe Konzentration von Störstellen des n-Typs (des n+-Typs) enthält. Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem monokristallinen Substrat 31 um ein SiC-Substrat, das einen 4H Polytyp und einen Versatzwinkel von 4 Grad bis 8 Grad aufweist.
  • Als Nächstes wird ein epitaxiales Aufwachsen von SiC auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Substrats 31 durchgeführt, um die epitaxiale Schicht 32 vom n-Typ mit einer Störstellenkonzentration in einem Bereich von 1 × 1014/cm3 bis 1 × 1017/cm3 auf der oberen Oberfläche des monokristallinen Substrats 31 zu bilden. Dadurch ergibt sich das epitaxiale Substrat 30, das aus dem monokristallinen Substrat 31 und der epitaxialen Schicht 32 besteht.
  • Als Nächstes werden Störstellenbereiche in einem Oberflächenschichtbereich der epitaxialen Schicht 32 gebildet, indem ein Photolithographie-Schritt, bei dem eine Resistmaske gebildet wird, und ein Ionenimplantations-Schritt wiederholt werden, bei dem eine Ionenimplantation unter Verwendung der Resistmaske als einer Implantationsmaske durchgeführt wird. Somit werden der Abschlussmuldenbereich 2, der Muldenbereich 9 der Einheit, der Kontaktbereich 19, der Bereich 20 mit einer hohen Konzentration sowie der Source-Bereich 11 in einem Oberflächenschichtbereich der epitaxialen Schicht 32 gebildet. In einer ähnlichen Weise kann der Muldenbereich 3 mit einer geringen Konzentration gebildet werden.
  • Bei dem Ionenimplantations-Schritt wird N (Stickstoff) oder dergleichen für Störstellen vom n-Typ verwendet, und Al, B oder dergleichen wird für Störstellen vom p-Typ verwendet. Der Abschlussmuldenbereich 2 und der Muldenbereich 9 der Einheit können in demselben Ionenimplantations-Schritt zusammen gebildet werden. Außerdem können der Kontaktbereich 19 und der Bereich 20 mit einer hohen Konzentration in dem Abschlussmuldenbereich 2 in demselben Ionenimplantations-Schritt zusammen gebildet werden.
  • Der Muldenbereich 9 der Einheit weist eine Störstellenkonzentration zum Beispiel in einem Bereich von 1,0 × 1018/cm3 bis 1,0 × 1020/cm3 auf.
  • Die Störstellenkonzentration des Source-Bereichs 11 und die Störstellenkonzentration des Kontaktbereichs 19 sind höher als jene des Muldenbereichs 9 der Einheit und liegen zum Beispiel in einem Bereich von 1,0 × 1019/cm3 bis 1,0 × 1022/cm3.
  • Es ist erforderlich, dass der Abschlussmuldenbereich 2 ausreichende Mengen an Störstellen sicherstellt, die eine Ausbreitung der Verarmungsschicht in den Abschlussmuldenbereich 2 hinein im AUS-Zustand erschweren. Somit ist die Dosis für den Abschlussmuldenbereich 2 bevorzugt nicht geringer als 2,0 × 1013/cm2 und ist zum Beispiel gleich 5,0 × 1013/cm2.
  • Die Dosis für den Muldenbereich 3 mit einer geringen Konzentration liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,5 × 1013/cm2 bis 5 × 1013/cm2 und ist zum Beispiel gleich 1,0 × 1013/cm2.
  • Die Implantationsenergie für eine Ionenimplantation liegt zum Beispiel in einem Bereich von 100 keV bis 700 keV, wenn es sich bei den Störstellen um Al handelt. In diesem Fall liegt die Störstellenkonzentration des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration, die aus der zuvor erwähnten Dosis [cm-2] umgerechnet wird, in einem Bereich von 1 × 1017/cm3 bis 1 × 1019/cm3. Die Implantationsenergie für eine Ionenimplantation liegt zum Beispiel in einem Bereich von 20 keV bis 300 keV, wenn es sich bei den Störstellen um N handelt.
  • Anschließend wird eine Wärmebehandlungs-Vorrichtung verwendet, um einen Temperprozess bei einer Temperatur von 1500 °C oder einer höheren Temperatur durchzuführen. Dadurch werden die durch die Ionenimplantation dotierten Störstellen aktiviert.
  • Als Nächstes wird eine SiO2-Schicht mit einer Dicke in einem Bereich von 0,5 µm bis 2 µm zum Beispiel unter Verwendung eines chemischen Gasphasenabscheidungs(CVD)-Prozesses auf der oberen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 gebildet. Danach wird die Feldisolierschicht 4 durch Strukturieren der SiO2-Schicht unter Verwendung eines Photolithographie-Schritts und eines Ätzschritts gebildet. Bei diesem Prozess wird die Feldisolierschicht 4 zu einer Konfiguration strukturiert, die einen Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 bedeckt und sich über einen Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 hinaus bis zur äußeren Seite des Abschlussmuldenbereichs 2 hin erstreckt.
  • Als Nächstes wird die obere Oberfläche der epitaxialen Schicht 32, die nicht mit der Feldisolierschicht 4 bedeckt ist, thermisch oxidiert, so dass dadurch eine SiO2-Schicht als Gate-Isolierschicht 12 gebildet wird. Dann wird eine leitfähige polykristalline Silicium-Schicht mittels eines CVD-Prozesses bei einem niedrigen Druck auf der oberen Oberfläche der Gate-Isolierschicht 12 gebildet und wird unter Verwendung eines Photolithographie-Schritts und eines Ätzschritts strukturiert, so dass dadurch die Gate-Elektrode 13 gebildet wird.
  • Bei diesem Prozess wird die Gate-Elektrode 13 in dem Abschlussbereich so gebildet, dass sie oben auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 liegt und einen äußeren peripheren Randbereich aufweist, der auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs des Abschlussmuldenbereichs 2 positioniert ist.
  • Anschließend wird eine SiO2-Schicht mittels eines CVD-Prozesses als Zwischenisolierschicht 14 gebildet. Danach werden unter Verwendung eines Photolithographie-Schritts und eines Ätzschritts Kontaktlöcher gebildet, die sich durch die Gate-Isolierschicht 12 und die Zwischenisolierschicht 14 hindurch so erstrecken, dass sie bis zu dem Kontaktbereich 19, dem Source-Bereich 11 und dem Bereich 20 mit einer hohen Konzentration in dem Abschlussbereich reichen. Bei diesem Schritt wird ein Kontaktloch, das sich so durch die Zwischenisolierschicht 14 hindurch erstreckt, dass es bis zu der Gate-Elektrode 13 reicht, in dem Abschlussbereich gebildet.
  • Bei der Zwischenisolierschicht 14 kann es sich um BPSG (Borphosphor-Silicatglas), das durch Dotieren von SiO2 mit B und P erhalten wird, oder eine mehrlagige Schicht, die SiO2, SiN, BPSG enthält, und dergleichen handeln. Das BPSG wird durch einen Temperprozess bei 1000 °C so gebildet, dass es eine gleichmäßig gestufte Form aufweist. Dadurch wird die Einbettbarkeit von Elektroden in Kontaktlöcher verbessert, so dass die Bildung von Mikrostrukturen ermöglicht wird.
  • Als Nächstes wird eine Materialschicht für eine vordere Oberflächenelektrode 50, welche die Source-Elektrode 51 und den Gate-Bereich 52 (d.h. die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w) aufweist, mittels eines Sputter-Prozesses oder eines Gasphasenabscheidungs-Prozesses auf der oberen Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 gebildet. Ein ähnliches Verfahren wird dazu verwendet, eine Materialschicht für die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 auf der unteren Oberfläche S1 des epitaxialen Substrats 30 zu bilden.
  • Die vordere Oberflächenelektrode 50 wird durch eine Basisschicht, die ein oder mehrere Elemente enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die zum Beispiel aus Ti, Ni, W, Mo und Au besteht, und der Anordnung eines elektrischen Kontakts zu dem epitaxialen Substrats 30 dient, sowie eine dicke Schicht gebildet, die aus einem Metall besteht, darunter eines oder mehrere, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Al und Cu oder einer Al-Legierung besteht, wie beispielsweise Al-Si.
  • Ein Metall, darunter eines oder mehrere, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die zum Beispiel aus Ti, Ni, Al, Cu und Au besteht, wird als Material für die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 verwendet. Durch eine Wärmebehandlung im Voraus in einem Bereich des epitaxialen Substrats 30, der sich in Kontakt mit der vorderen Oberflächenelektrode 50 oder der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 befindet, kann eine Silicid-Schicht gebildet werden. Die Bildung der rückwärtigen Oberflächenelektrode 8 kann am Ende sämtlicher Schritte durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird die vordere Oberflächenelektrode 50 unter Verwendung eines Photolithographie-Schritts und eines Ätzschritts strukturiert. Danach wird die vordere Oberflächenelektrode 50 in die Source-Elektrode 51 und den Gate-Bereich 52 (d.h. die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w) separiert.
  • Bei diesem Prozess wird der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p so gebildet, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 13 an einer Position entlang der Linie A-A' von 2 positioniert ist. Der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p kann so gebildet werden, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 13 nicht nur an einer Position entlang der Linie A-A' von 2, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p positioniert ist.
  • Schließlich wird ein Bereich an der vorderen Oberflächenelektrode 50 geöffnet, und die Schutzschicht 6 auf der vorderen Oberfläche wird so gebildet, dass sie einen Randbereich der vorderen Oberflächenelektrode 50 und zumindest einen Bereich des epitaxialen Substrats 30 in dem außenliegendem Bereich RO bedeckt. Dadurch ergibt sich der MOSFET 100, der als ein Beispiel in 1 gezeigt ist.
  • Die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche wird zum Beispiel durch einen Polyimid-Beschichtungsschritt, einen Photolithographie-Schritt und einen Ätzschritt zu einer gewünschten Form bearbeitet. Alternativ kann die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche durch Abscheiden einer SiN-Schicht mittels eines CVD-Prozesses und Durchführen eines Photolithographie-Schritts und eines Ätzschritts gebildet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem MOSFET 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p in dem Abschlussbereich unterbunden werden. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unterbunden. Dadurch wird eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit des MOSFET 100 verbessert wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Es werden eine Halbleitereinheit und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten, die ähnlich wie jene sind, die bei der zuvor erwähnten Ausführungsform beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet und unter Verwendung derselben gezeigt und werden nicht im Detail beschrieben, soweit zweckdienlich.
  • Konfiguration der Halbleitereinheit
  • 7 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET 200 zeigt, bei dem es sich um eine Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt. 8 ist eine Querschnittsansicht des MOSFET 200. 8 entspricht einem Querschnitt entlang einer Linie B-B' in 7.
  • Bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbundene Gate-Zwischenverbindungslinie 252w so angeordnet, dass sie die Source-Elektrode 51 in dem Abschlussbereich (d.h. dem außenliegenden Bereich RO) umgibt, wie aus der Draufsicht ersichtlich.
  • Die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w ist durch ein in einer Zwischenisolierschicht 314 ausgebildetes Kontaktloch hindurch mit der Gate-Elektrode 13 verbunden. Die Gate-Kontaktstelle 52p kann in einem Eckbereich (d.h. einem abgewinkelten Bereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252W, wie aus der Draufsicht ersichtlich) des Abschlussbereichs angeordnet sein.
  • Der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 ist bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem MOSFET 100 der ersten Ausführungsform zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 in einem Bereich positioniert, der die Gate-Kontaktstelle 52p aufweist. Ferner ist der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 zwischen einem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 an einer Position entlang der Linie B-B' in 7 positioniert.
  • Der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 kann zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie B-B' in 7, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w positioniert sein.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Muldenbereich 3 vom p-Typ mit einer geringen Konzentration, der eine geringere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 2 aufweist, der als ein Beispiel in 4 gezeigt ist, auch in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 angeordnet sein.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein Kontaktloch wie die Gate-Kontaktstelle 152p, die in 5 als ein Beispiel gezeigt ist, auch in der Zwischenisolierschicht 314 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w ausgebildet sein, und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und die Gate-Elektrode 13 können an der äußersten Peripherie der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w miteinander verbunden sein.
  • Sonstige Konfigurationen sind ähnlich wie jene des MOSFET 100 der ersten Ausführungsform.
  • Betrieb der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Betrieb des MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform wird der MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in den zwei folgenden Zuständen betrieben: dem EIN-Zustand, in dem eine positive Spannung, die nicht geringer als ein Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 13 anliegt; und dem AUS-Zustand, in dem eine Spannung, die geringer als der Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 13 anliegt.
  • Bei einer Halbleitereinheit, bei der ein Material wie beispielsweise SiC verwendet wird, bei dem eine elektrische Feldstärke im AUS-Zustand besonders hoch ist, wird ein hohes elektrisches Feld in einem Randbereich eines Elektrodenmaterials erzeugt, so dass in einigen Fällen eine Zerstörung des Elektrodenmaterials resultiert, wenn der Randbereich des Elektrodenmaterials an einer Stelle positioniert ist, an der die obere Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 verarmt ist.
  • Bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 demzufolge im Allgemeinen mit einer Störstellenkonzentration vorgegeben, bei der das Innere des Abschlussmuldenbereichs 2 unter der Gate-Elektrode 13, der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w nicht verarmt wird.
  • Nachstehend wird ein Fall betrachtet, in dem sich der MOSFET 200 unter Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit im AUS-Zustand befindet. Ein Verkapselungsharz, das so angeordnet ist, dass es einen Halbleiterchip bedeckt, kann Feuchtigkeit enthalten. Wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche zum Beispiel aus einem Harzmaterial mit einem hohen Wasserabsorptionsvermögen besteht, wie beispielsweise aus einem Polyimid, enthält die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unter den Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit viel Feuchtigkeit, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die Feuchtigkeit die Oberflächen der epitaxialen Schicht 32, der Gate-Kontaktstelle 52p und der Zwischenverbindungsleitung 252w erreicht.
  • Auch wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche aus einem in hohem Maße feuchtigkeitsbeständigen Material besteht, wie beispielsweise aus SiN, besteht die Tendenz, dass aufgrund von Spannungen, die während des Prozesses hervorgerufen werden, Risse in der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche erscheinen, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die epitaxiale Schicht 32, die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w durch die Risse hindurch Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
  • In einem derartigen Zustand verursacht die Spannung, die an dem MOSFET 200 anliegt, der sich im AUS-Zustand befindet, dass ein Randbereich der epitaxialen Schicht 32 als eine Anode wirkt, und verursacht, dass ein Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) als eine Kathode in dem Abschlussbereich wirkt. Wenn ferner eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) anliegt, wirkt der Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) als eine Kathode für die Source-Elektrode 51 und den Abschlussmuldenbereich 2, der mit der Source-Elektrode 51 verbunden ist.
  • Die Konzentration von Hydroxidionen nimmt in der Umgebung des Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) zu, der wie bei der ersten Ausführungsform als Kathode wirkt. Die Hydroxidionen reagieren chemisch mit dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w). Wenn der Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) zum Beispiel aus Aluminium besteht, gibt es Fälle, in denen die zuvor erwähnten chemischen Reaktionen bewirken, dass Aluminium zu Aluminiumhydroxid wird.
  • Die Reaktion zwischen Aluminium und Hydroxidionen wird gemäß der elektrischen Feldstärke in der Umgebung beschleunigt. In einem verarmten Bereich innerhalb einer Halbleiterschicht wird ein Potentialgradient erzeugt. Aus diesem Grund wird in einem Bereich, in dem eine Verarmungsschicht die obere Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 in dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht, ein Potentialgradient entlang der oberen Oberfläche S2 erzeugt. Um einen Randbereich des Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) herum wird ein elektrisches Feld erzeugt, da dieser Potentialgradient auf die Feldisolierschicht 4 und die Zwischenisolierschicht 314 übertragen wird, die auf der oberen Oberfläche S2 der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet sind.
  • Wenn die elektrische Feldstärke in dem Randbereich des Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) demzufolge ein bestimmtes Niveau oder ein höheres erreicht, tritt eine Erzeugungsreaktion für Aluminiumhydroxid auf, und die Reaktion wird mit einem Erhöhen der elektrischen Feldstärke beschleunigt.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) anliegt, nimmt die elektrische Feldstärke unter dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) und dem Abschlussmuldenbereich 2 zu. Insbesondere besteht die Tendenz, dass eine Konzentration des elektrischen Felds in einem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p auftritt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid beschleunigt wird.
  • Wenn an der vorderen Oberfläche des Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) Aluminiumhydroxid erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben, verursacht eine Volumenausdehnung ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche, so dass Hohlräume an der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 314 erzeugt werden. In die Hohlräume gelangt Feuchtigkeit, so dass ein übermäßiger Leckstromfluss oder eine Gasentladung in den Hohlräumen verursacht wird, so dass dadurch Befürchtungen in Bezug auf einen Durchbruch einer Einheit des MOSFET 200 resultieren.
  • Bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich des Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) dagegen wie bei dem MOSFET 100 der ersten Ausführungsform auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) herum abgeschwächt.
  • Wenn die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht geringer als ein vorgegebenes Niveau ist, erstreckt sich die Verarmungsschicht kaum bis ins Innere des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) herum effektiv abgeschwächt, so dass dadurch die Erzeugung von Aluminiumhydroxid effektiv unterbunden wird.
  • Ferner ist als ein Beispiel in 4 gezeigt, dass die Anordnung des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) herum effektiv abschwächt und außerdem die elektrische Feldstärke der epitaxialen Schicht 32 um den äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 herum abschwächt. Dadurch wird die Lawinendurchbruchspannung des MOSFET 200 erhöht.
  • Bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 wie bei dem MOSFET 100 der ersten Ausführungsform auf der äußeren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p. Darüber hinaus befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 auf der äußeren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w an einer Position entlang der Linie B-B' von 7.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) anliegt, wird die Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) und dem Abschlussmuldenbereich 2 nur innerhalb der Feldisolierschicht 4 unter der Gate-Elektrode 13 in einem Bereich erzeugt, in dem die Gate-Elektrode 13 zwischen dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) und dem Abschlussmuldenbereich 2 angeordnet ist. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) herum abgeschwächt.
  • Somit ist die Gate-Elektrode 13 bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) vorhanden, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter dem Gate-Bereich 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wenn der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 13 zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie B-B' von 7, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w positioniert ist, wird eine Konzentration des elektrischen Felds in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Als ein Beispiel ist in 5 gezeigt, dass das Kontaktloch in der Zwischenisolierschicht 314 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w ausgebildet ist, so dass die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w durch das Kontaktloch an der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w hindurch mit der Gate-Elektrode 13 verbunden sind. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w ausreichend unterbunden, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich der Gate-Bereichs 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterbunden. Im Ergebnis wird dadurch eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus einem Reißen oder einer Abtrennung des Gate-Bereichs 252 und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren.
  • Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET 200 als einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie der MOSFET 100 der ersten Ausführungsform wird der MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls durch Wiederholen eines Photolithographie-Schritts, bei dem eine Resistmaske gebildet wird, eines Ionenimplantations-Schritts, bei dem eine Ionenimplantation unter Verwendung der Resistmaske als einer Implantationsmaske durchgeführt wird, eines Abscheidungsschritts und eines Ätzschritts hergestellt.
  • Bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die vordere Oberflächenelektrode 50 strukturiert, um diese in die Source-Elektrode 51 und den Gate-Bereich 252 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) so zu separieren, dass der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode positioniert ist. Ferner wird der äußere periphere Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w so gebildet, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 13 an einer Position entlang der Linie B-B' von 7 positioniert ist. Der äußere periphere Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w kann so gebildet werden, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 13 nicht nur an einer Position entlang der Linie B-B' von 7, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w positioniert ist.
  • Sonstige Schritte sind ähnlich wie jene für den MOSFET 100 der ersten Ausführungsform.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem MOSFET 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich des Gate-Bereiches 252 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) in dem Abschlussbereich unterbunden werden. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unterbunden. Dadurch wird eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit des MOSFET 200 verbessert wird.
  • Dritte Ausführungsform
  • Es werden eine Halbleitereinheit und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten, die ähnlich wie jene sind, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet und unter Verwendung derselben gezeigt und werden nicht im Detail beschrieben, soweit zweckdienlich.
  • Konfiguration der Halbleitereinheit
  • 9 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET 300 zeigt, bei dem es sich um eine Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt. 10 ist eine Querschnittsansicht des MOSFET 300. 10 entspricht einem Querschnitt entlang einer Linie C-C' in 9.
  • Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w in einer zu der Gate-Kontaktstelle 52p beabstandeten Relation in dem Abschlussbereich (d.h. dem außenliegenden Bereich RO) so angeordnet, dass sie teilweise von der Source-Elektrode 51 umgeben ist (so dass sie in einen Bereich reicht, der von einem Bereich umgeben ist, in dem die Source-Elektrode 51 in der gleichen Weise wie die Gate-Kontaktstelle 52p ausgebildet ist), wie aus der Draufsicht ersichtlich.
  • Die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w ist durch ein in der Zwischenisolierschicht 314 ausgebildetes Kontaktloch hindurch mit einer Gate-Elektrode 313 verbunden. Die Gate-Elektrode 313 ist in einem Bereich teilweise offen, der zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w liegt.
  • Die Gate-Elektrode 313 ist an einer Position entlang der Linie C-C' in 9 in dem Abschlussbereich nicht mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden. Die Gate-Elektrode 313 verbindet die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w durch ein Kontaktloch hindurch elektrisch miteinander, das in der Zwischenisolierschicht 314 in einem Bereich des Abschlussbereichs mit Ausnahme einer Position entlang der Linie C-C' in 9 ausgebildet ist. Die Gate-Kontaktstelle 52p kann in einem Eckbereich (d.h. einem abgewinkelten Bereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w, wie aus der Draufsicht ersichtlich) des Abschlussbereichs angeordnet sein.
  • In dem Abschlussbereich kann ein Bereich der Gate-Elektrode 313 separiert sein und durch ein in der Zwischenisolierschicht 314 ausgebildetes Kontaktloch hindurch mit der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w verbunden sein. In diesem Fall erstreckt sich die Gate-Elektrode 313 in der Einheitszelle UC bis zu dem Abschlussbereich, ist jedoch nur mit der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w verbunden, ohne mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden zu sein.
  • Ein äußerer peripherer Randbereich der Gate-Elektrode 313 ist bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem MOSFET 100 der ersten Ausführungsform zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 an einer Position entlang der Linie C-C' in 9 positioniert. Ferner ist der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 wie bei dem MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform zwischen einem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 in einem Bereich positioniert, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist.
  • Der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 kann zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie C-C' in 9, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p positioniert sein. In dem Bereich, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist, kann der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 auch zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w positioniert sein.
  • Die Gate-Elektrode 313, die unter dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p positioniert ist, kann sich von einem Bereich, der mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden ist, oder von einem Bereich aus erstrecken, der mit der Gate-Verbindungsleitung 352w verbunden ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Muldenbereich 3 vom p-Typ mit einer geringen Konzentration, der eine geringere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 2 aufweist, der als ein Beispiel in 4 gezeigt, auch in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 angeordnet sein.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein Kontaktloch wie die Gate-Kontaktstelle 152p, die in 5 als ein Beispiel gezeigt ist, auch in der Zwischenisolierschicht 314 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w ausgebildet sein, und die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w können mit der Gate-Elektrode 313 an der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w verbunden sein.
  • Wie die Gate-Elektrode 113, die als ein Beispiel in 6 gezeigt ist, muss die Gate-Elektrode 313 nicht zwangsläufig in dem gesamten Bereich angeordnet sein, der unter der Gate-Kontaktstelle 52p liegt.
  • Sonstige Konfigurationen sind ähnlich wie jene des MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform.
  • Betrieb der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Betrieb des MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird der MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in den folgenden zwei Zuständen betrieben: dem EIN-Zustand, in dem eine positive Spannung, die nicht geringer als ein Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 313 anliegt; und dem AUS-Zustand, in dem eine Spannung, die geringer als der Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 313 anliegt.
  • Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 313 in einem Bereich, der zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w liegt, teilweise offen. Somit ist die Gate-Elektrode 313, welche die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w durch ein Kontaktloch hindurch elektrisch verbindet, nur in einem Bereich um die Gate-Kontaktstelle 52p herum vorhanden.
  • Mit anderen Worten, es enthält der MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen durch die Gate-Elektrode 313 erzeugten parasitären Gate-Widerstand, der wiederum eine Eigenschwingung während des Umschaltens zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand unterbindet. Der Widerstand eines derartigen parasitären Gate-Widerstands ist durch Ändern der Form der Gate-Elektrode 313 steuerbar, welche die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w durch das Kontaktloch hindurch elektrisch verbindet.
  • Bei einer Halbleitereinheit, bei der ein Material wie beispielsweise SiC verwendet wird, bei dem eine elektrische Feldstärke im AUS-Zustand besonders hoch ist, wird ein hohes elektrisches Feld in einem Randbereich eines Elektrodenmaterials erzeugt, so dass in einigen Fällen eine Zerstörung des Elektrodenmaterials resultiert, wenn der Randbereich des Elektrodenmaterials an einer Stelle positioniert ist, an der die obere Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 verarmt ist. Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 demzufolge im Allgemeinen mit einer Störstellenkonzentration vorgegeben, bei der das Innere des Abschlussmuldenbereichs 2 unter der Gate-Elektrode 313, der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w nicht verarmt wird.
  • Nachstehend wird ein Fall betrachtet, in dem sich der MOSFET 300 unter Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit im AUS-Zustand befindet. Ein Verkapselungsharz, das so angeordnet ist, dass es einen Halbleiterchip bedeckt, kann Feuchtigkeit enthalten. Wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche zum Beispiel aus einem Harzmaterial mit einem hohen Wasserabsorptionsvermögen besteht, wie beispielsweise aus einem Polyimid, enthält die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unter den Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit viel Feuchtigkeit, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die Feuchtigkeit die oberen Oberflächen der epitaxialen Schicht 32, der Gate-Kontaktstelle 52p und der Zwischenverbindungsleitung 352w erreicht.
  • Auch wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche aus einem in hohem Maße feuchtigkeitsbeständigen Material besteht, wie beispielsweise aus SiN, besteht die Tendenz, dass aufgrund von Spannungen, die während des Prozesses hervorgerufen werden, Risse in der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche erscheinen, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die epitaxiale Schicht 32, die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w durch die Risse hindurch Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
  • In einem derartigen Zustand verursacht die Spannung, die an dem MOSFET 300 anliegt, der sich im AUS-Zustand befindet, dass ein Randbereich der epitaxialen Schicht 32 als eine Anode wirkt, und verursacht, dass ein Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) als eine Kathode in dem Abschlussbereich wirkt. Wenn ferner eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) anliegt, wirkt der Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) als eine Kathode für die Source-Elektrode 51 und den Abschlussmuldenbereich 2, der mit der Source-Elektrode 51 verbunden ist.
  • Die Konzentration von Hydroxidionen nimmt in der Umgebung des Gate-Bereichs 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) zu, der wie bei der ersten Ausführungsform als Kathode wirkt. Die Hydroxidionen reagieren chemisch mit dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w). Wenn der Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) zum Beispiel aus Aluminium besteht, gibt es Fälle, in denen die zuvor erwähnten chemischen Reaktionen bewirken, dass Aluminium zu Aluminiumhydroxid wird.
  • Die Reaktion zwischen Aluminium und Hydroxidionen wird gemäß der elektrischen Feldstärke in der Umgebung beschleunigt. In einem verarmten Bereich innerhalb einer Halbleiterschicht wird ein Potentialgradient erzeugt. Aus diesem Grund wird in einem Bereich, in dem eine Verarmungsschicht die obere Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 in dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht, ein Potentialgradient entlang der oberen Oberfläche S2 erzeugt.
  • Um einen Randbereich des Gate-Bereichs 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) herum wird ein elektrisches Feld erzeugt, da dieser Potentialgradient auf die Feldisolierschicht 4 und die Zwischenisolierschicht 314 übertragen wird, die auf der oberen Oberfläche S2 der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet sind. Wenn die elektrische Feldstärke in dem Randbereich des Gate-Bereichs 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) demzufolge ein bestimmtes Niveau oder ein höheres erreicht, tritt eine Erzeugungsreaktion für Aluminiumhydroxid auf, und die Reaktion wird mit einem Erhöhen der elektrischen Feldstärke beschleunigt.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) anliegt, nimmt die elektrische Feldstärke unter dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) und dem Abschlussmuldenbereich 2 zu.
  • Wenn aufgrund der Eigenschwingung während des Umschaltens Schwankungen der Gate-Spannung oder eine plötzliche Änderung der Drain-Spannung auftreten, nimmt die elektrische Feldstärke unter dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) zu. Insbesondere besteht die Tendenz, dass eine Konzentration des elektrischen Felds in einem äußeren peripheren Randbereich unter dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) auftritt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid beschleunigt wird.
  • Wenn an der vorderen Oberfläche des Gate-Bereichs 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) Aluminiumhydroxid erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben, verursacht eine Volumenausdehnung ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche, so dass Hohlräume an der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 314 erzeugt werden. In die Hohlräume gelangt Feuchtigkeit, so dass ein übermäßiger Leckstromfluss oder eine Gasentladung in den Hohlräumen verursacht wird, so dass dadurch Befürchtungen in Bezug auf einen Durchbruch einer Einheit des MOSFET 300 resultieren.
  • Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich des Gate-Bereichs 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) dagegen wie bei dem MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) herum abgeschwächt.
  • Wenn die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht geringer als ein vorgegebenes Niveau ist, erstreckt sich die Verarmungsschicht kaum bis ins Innere des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) herum effektiv abgeschwächt, so dass dadurch die Erzeugung von Aluminiumhydroxid effektiv unterbunden wird.
  • Der MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält einen parasitären Gate-Widerstand. Somit wird durch den parasitären Gate-Widerstand eine Eigenschwingung während des Umschaltens zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand unterbunden, so dass eine Konzentration des elektrischen Felds um den Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) herum unterbunden wird, die aus den Schwankungen der Gate-Spannung oder der plötzlichen Änderung der Drain-Spannung resultiert, so dass dadurch die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Ferner ist als ein Beispiel in 4 gezeigt, dass die Anordnung des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) herum effektiv abschwächt und außerdem die elektrische Feldstärke der epitaxialen Schicht 32 um den äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 herum abschwächt. Dadurch wird die Lawinendurchbruchspannung des MOSFET 300 erhöht.
  • Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 wie bei dem MOSFET 100 der ersten Ausführungsform auf der äußeren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p an einer Position entlang der Linie C-C' in 9. Darüber hinaus befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 auf der äußeren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w in dem Bereich, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) anliegt, wird die Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) und dem Abschlussmuldenbereich 2 nur innerhalb der Feldisolierschicht 4 unter der Gate-Elektrode 313 in einem Bereich erzeugt, in dem die Gate-Elektrode 313 zwischen dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) und dem Abschlussmuldenbereich 2 angeordnet ist. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um den Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) herum abgeschwächt.
  • Somit ist die Gate-Elektrode 313 bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) vorhanden, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter dem Gate-Bereich 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wenn die Gate-Elektrode 313 dagegen zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 nicht angeordnet ist, wird die Potentialdifferenz zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 von der Feldisolierschicht 4 und der Zwischenisolierschicht 314 gemeinsam genutzt. Somit wird die elektrische Feldstärke innerhalb der Feldisolierschicht 4 abgeschwächt. Dadurch wird eine Reduktion der Ausbeute aufgrund eines Eindringens von Staub oder dergleichen während der Herstellung des MOSFET 300 unterbunden.
  • Die Gate-Elektrode 313 ist unter der Gate-Kontaktstelle 52p teilweise geöffnet, mit Ausnahme eines Bereichs, in dem die Gate-Elektrode 313 an einer Position ausgebildet ist, an welcher der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p überbrückt wird, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p abgeschwächt, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt, so dass eine Reduktion der Ausbeute unterbunden wird.
  • Wenn der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie C-C' von 9, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p positioniert ist, wird eine Konzentration des elektrischen Felds in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs unter der Gate-Kontaktstelle 52p abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wenn der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 313 in einer ähnlichen Weise zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w in dem Bereich positioniert ist, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist, wird eine Konzentration des elektrischen Felds in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Als ein Beispiel ist in 5 gezeigt, dass das Kontaktloch in der Zwischenisolierschicht 314 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w ausgebildet ist, so dass die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w durch das Kontaktloch an der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w hindurch mit der Gate-Elektrode 313 verbunden sind. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w ausreichend unterbunden, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Bereich unterbunden, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist. Im Ergebnis werden dadurch eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus einem Reißen oder einer Abtrennung des Gate-Bereichs 352 und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren.
  • Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET 300 als einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie die MOSFETs 100 und 200 der ersten und der zweiten Ausführungsform wird der MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls durch Wiederholen eines Photolithographie-Schritts, bei dem eine Resistmaske gebildet wird, eines Ionenimplantations-Schritts, bei dem eine Ionenimplantation unter Verwendung der Resistmaske als einer Implantationsmaske durchgeführt wird, eines Abscheidungsschritts und eines Ätzschritts hergestellt.
  • Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 313 teilweise offen, so dass sie in dem Bereich, der zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w liegt, nicht ausgebildet ist. Somit ist die Gate-Elektrode 313 strukturiert. Ein Bereich der Gate-Elektrode 313 kann in dem Abschlussbereich separiert sein, und die Gate-Elektrode 313 in der Einheitszelle kann sich bis zu dem Abschlussbereich erstrecken und nur mit der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w verbunden sein, ohne mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden zu sein.
  • Wenn die Öffnung der Gate-Elektrode 313 so gebildet wird, dass sie zumindest mit einer von der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w überlappt, ist es lediglich notwendig, dass ein parasitärer Gate-Widerstand gebildet wird, indem die Gate-Elektrode 313 dünn hergestellt wird.
  • Bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die vordere Oberflächenelektrode 50 strukturiert, um diese in die Source-Elektrode 51 und den Gate-Bereich 352 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) so zu separieren, dass der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 313 an einer Position entlang der Linie C-C' in 9 positioniert ist. Ferner wird der äußere periphere Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w so gebildet, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 313 in dem Bereich positioniert ist, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist.
  • Der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w kann so gebildet werden, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 313 nicht nur an einer Position entlang der Linie C-C' in 9, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Kontaktstelle 52p sowie in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w in dem Bereich positioniert ist, in dem die Gate-Kontaktstelle 52p nicht ausgebildet ist.
  • Sonstige Schritte sind ähnlich wie jene für den MOSFET 100 der ersten Ausführungsform.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich des Gate-Bereiches 352 (der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w) in dem Abschlussbereich unterbunden werden. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unterbunden. Dadurch wird eine Erhöhung eines Leckstroms sowie eine Gasentladung unterbunden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung der Gate-Kontaktstelle 52p, der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit des MOSFET 300 verbessert wird.
  • Vierte Ausführungsform
  • Es werden eine Halbleitereinheit und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten, die ähnlich wie jene sind, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet und unter Verwendung derselben gezeigt und werden nicht im Detail beschrieben, soweit zweckdienlich.
  • Konfiguration der Halbleitereinheit
  • 11 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines MOSFET 400 zeigt, bei dem es sich um eine Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt. 12 ist eine Querschnittsansicht des MOSFET 400. 12 entspricht einem Querschnitt entlang einer Linie D-D' in 11.
  • Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w in einer zu der Gate-Kontaktstelle 52p beabstandeten Relation in dem Abschlussbereich (d.h. dem außenliegenden Bereich RO) so angeordnet, dass sie von der Source-Elektrode 51 und der Gate-Kontaktstelle 52p umgeben ist, wie aus der Draufsicht ersichtlich.
  • Die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w ist durch ein in einer Zwischenisolierschicht 414 ausgebildetes Kontaktloch hindurch mit einer Gate-Elektrode 413 verbunden. Die Gate-Elektrode 413 ist in einem Bereich teilweise offen, der zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w liegt.
  • Die Gate-Elektrode 413 ist an einer Position entlang der Linie D-D' in 11 in dem Abschlussbereich nicht mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden. Die Gate-Elektrode 413 verbindet die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w durch ein Kontaktloch hindurch elektrisch miteinander, das in der Zwischenisolierschicht 414 in einem Bereich des Abschlussbereichs mit Ausnahme einer Position entlang der Linie D-D' in 11 ausgebildet ist. Die Gate-Kontaktstelle 52p kann in einem Eckbereich (d.h. einem abgewinkelten Bereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w, wie aus der Draufsicht ersichtlich) des Abschlussbereichs angeordnet sein.
  • In dem Abschlussbereich kann ein Bereich der Gate-Elektrode 413 separiert sein und durch ein in der Zwischenisolierschicht 414 ausgebildetes Kontaktloch hindurch mit der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w verbunden sein. In diesem Fall erstreckt sich die Gate-Elektrode 413 in der Einheitszelle UC bis zu dem Abschlussbereich, ist jedoch nur mit der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w verbunden, ohne mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden zu sein.
  • Ein äußerer peripherer Randbereich der Gate-Elektrode 413 ist bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform zwischen einem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 an einer Position entlang der Linie D-D' in 11 positioniert.
  • Der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 413 kann zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie D-D' in 11, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w positioniert sein.
  • Die Gate-Elektrode 413, die unter dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w positioniert ist, kann sich von einem Bereich, der mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden ist, oder von einem Bereich aus erstrecken, der mit der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w verbunden ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Muldenbereich 3 vom p-Typ mit einer geringen Konzentration, der eine geringere Störstellenkonzentration als der Abschlussmuldenbereich 2 aufweist, der als ein Beispiel in 4 gezeigt ist, auch in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 angeordnet sein.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein Kontaktloch wie die Gate-Kontaktstelle 52p, die als ein Beispiel in 5 gezeigt ist, auch in der Zwischenisolierschicht 414 an einer Position der äußersten Peripherie der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w ausgebildet sein, und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und die Gate-Elektrode 413 können an der äußersten Peripherie der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w miteinander verbunden sein.
  • Wie die Gate-Elektrode 113, die als ein Beispiel in 6 gezeigt ist, muss die Gate-Elektrode 413 nicht zwangsläufig in dem gesamten Bereich angeordnet sein, der unter der Gate-Kontaktstelle 52p liegt.
  • Sonstige Konfigurationen sind ähnlich wie jene des MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform.
  • Betrieb der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Betrieb des MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie bei der ersten, der zweiten und der dritten Ausführungsform wird der MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in den folgenden zwei Zuständen betrieben: dem EIN-Zustand, in dem eine positive Spannung, die nicht geringer als ein Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 413 anliegt; und dem AUS-Zustand, in dem eine Spannung, die geringer als der Schwellenwert ist, an der Gate-Elektrode 413 anliegt.
  • Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 413 in einem Bereich, der zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w liegt, wie bei dem MOSFET 300 teilweise offen. Somit ist die Gate-Elektrode 413, welche die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w durch ein Kontaktloch hindurch elektrisch verbindet, nur in einem Bereich um die Gate-Kontaktstelle 52p herum vorhanden.
  • Mit anderen Worten, es enthält der MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen durch die Gate-Elektrode 413 erzeugten parasitären Gate-Widerstand, der wiederum eine Eigenschwingung während des Umschaltens zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand unterbindet. Der Widerstand eines derartigen parasitären Gate-Widerstands ist durch Ändern der Form der Gate-Elektrode 413 steuerbar, welche die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w durch das Kontaktloch hindurch elektrisch verbindet.
  • Bei einer Halbleitereinheit, bei der ein Material wie beispielsweise SiC verwendet wird, bei dem eine elektrische Feldstärke im AUS-Zustand besonders hoch ist, wird ein hohes elektrisches Feld in einem Randbereich eines Elektrodenmaterials erzeugt, so dass in einigen Fällen eine Zerstörung des Elektrodenmaterials resultiert, wenn der Randbereich des Elektrodenmaterials an einer Stelle positioniert ist, an der die obere Oberfläche der epitaxialen Schicht 32 verarmt ist. Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 demzufolge im Allgemeinen mit einer Störstellenkonzentration vorgegeben, bei der das Innere des Abschlussmuldenbereichs 2 unter der Gate-Elektrode 413, der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w nicht verarmt wird.
  • Nachstehend wird ein Fall betrachtet, in dem sich der MOSFET 400 unter Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit im AUS-Zustand befindet. Ein Verkapselungsharz, das so angeordnet ist, dass es einen Halbleiterchip bedeckt, kann Feuchtigkeit enthalten. Wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche zum Beispiel aus einem Harzmaterial mit einem hohen Wasserabsorptionsvermögen besteht, wie beispielsweise aus einem Polyimid, enthält die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unter den Bedingungen mit einer hohen Feuchtigkeit viel Feuchtigkeit, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die Feuchtigkeit die oberen Oberflächen der epitaxialen Schicht 32 und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w erreicht.
  • Auch wenn die Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche aus einem in hohem Maße feuchtigkeitsbeständigen Material besteht, wie beispielsweise aus SiN, besteht die Tendenz, dass aufgrund von Spannungen, die während des Prozesses hervorgerufen werden, Risse in der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche erscheinen, so dass Befürchtungen dahingehend bestehen, dass die epitaxiale Schicht 32 und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w durch die Risse hindurch Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
  • In einem derartigen Zustand verursacht die Spannung, die an dem MOSFET 400 anliegt, der sich im AUS-Zustand befindet, dass ein Randbereich der epitaxialen Schicht 32 als eine Anode wirkt, und verursacht, dass die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w als eine Kathode in dem Abschlussbereich wirkt. Wenn ferner eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w anliegt, wirkt die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w als eine Kathode für die Source-Elektrode 51 und den Abschlussmuldenbereich 2, der mit der Source-Elektrode 51 verbunden ist.
  • Die Konzentration von Hydroxidionen nimmt in der Umgebung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w zu, die wie bei der ersten Ausführungsform als Kathode wirkt. Die Hydroxidionen reagieren chemisch mit der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w. Wenn die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w zum Beispiel aus Aluminium besteht, gibt es Fälle, in denen die zuvor erwähnten chemischen Reaktionen bewirken, dass Aluminium zu Aluminiumhydroxid wird.
  • Die Reaktion zwischen Aluminium und Hydroxidionen wird gemäß der elektrischen Feldstärke in der Umgebung beschleunigt. In einem verarmten Bereich innerhalb einer Halbleiterschicht wird ein Potentialgradient erzeugt. Aus diesem Grund wird in einem Bereich, in dem eine Verarmungsschicht die obere Oberfläche S2 des epitaxialen Substrats 30 in dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht, ein Potentialgradient entlang der oberen Oberfläche S2 erzeugt. Um einen Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w herum wird ein elektrisches Feld erzeugt, da dieser Potentialgradient auf die Feldisolierschicht 4 und die Zwischenisolierschicht 414 übertragen wird, die auf der oberen Oberfläche S2 der epitaxialen Schicht 32 ausgebildet sind. Wenn die elektrische Feldstärke in dem Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w demzufolge ein bestimmtes Niveau oder ein höheres erreicht, tritt eine Erzeugungsreaktion für Aluminiumhydroxid auf, und die Reaktion wird mit einem Erhöhen der elektrischen Feldstärke beschleunigt.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w anliegt, nimmt die elektrische Feldstärke unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und dem Abschlussmuldenbereich 2 zu. Wenn aufgrund der Eigenschwingung während des Umschaltens Schwankungen der Gate-Spannung oder eine plötzliche Änderung der Drain-Spannung auftreten, nimmt die elektrische Feldstärke unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w zu. Insbesondere besteht die Tendenz, dass eine Konzentration des elektrischen Felds in einem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w auftritt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid beschleunigt wird.
  • Wenn an der vorderen Oberfläche der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w Aluminiumhydroxid erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben, verursacht eine Volumenausdehnung ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche, so dass Hohlräume an der oberen Oberfläche der Zwischenisolierschicht 414 erzeugt werden. In die Hohlräume gelangt Feuchtigkeit, so dass ein übermäßiger Leckstromfluss oder eine Gasentladung in den Hohlräumen verursacht wird, so dass dadurch Befürchtungen in Bezug auf einen Durchbruch einer Einheit des MOSFET 400 resultieren.
  • Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w dagegen wie bei dem MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w herum abgeschwächt.
  • Wenn die Störstellenkonzentration des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht geringer als ein vorgegebenes Niveau ist, erstreckt sich die Verarmungsschicht kaum bis ins Innere des Abschlussmuldenbereichs 2. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w herum effektiv abgeschwächt, so dass dadurch die Erzeugung von Aluminiumhydroxid effektiv unterbunden wird.
  • Der MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält einen parasitären Gate-Widerstand. Somit wird durch den parasitären Gate-Widerstand eine Eigenschwingung während des Umschaltens zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand unterbunden, so dass eine Konzentration des elektrischen Felds um die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w herum unterbunden wird, die aus den Schwankungen der Gate-Spannung oder der plötzlichen Änderung der Drain-Spannung resultiert, so dass dadurch die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Ferner ist als ein Beispiel in 4 gezeigt, dass die Anordnung des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration in dem äußeren peripheren Bereich des Abschlussmuldenbereichs 2 die elektrische Feldstärke um die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w herum effektiv abschwächt und außerdem die elektrische Feldstärke der epitaxialen Schicht 32 um den äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 herum abschwächt. Dadurch wird die Lawinendurchbruchspannung des MOSFET 400 erhöht.
  • Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 413 wie bei dem MOSFET 200 der zweiten Ausführungsform auf der äußeren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w an einer Position entlang der Linie D-D' in 11.
  • Wenn eine negative Spannung in Bezug auf die Source-Elektrode 51 an der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w anliegt, wird die Potentialdifferenz zwischen der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und dem Abschlussmuldenbereich 2 nur innerhalb der Feldisolierschicht 4 unter der Gate-Elektrode 413 in einem Bereich erzeugt, in dem die Gate-Elektrode 413 zwischen der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und dem Abschlussmuldenbereich 2 angeordnet ist. Dadurch wird die elektrische Feldstärke um die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w herum abgeschwächt.
  • Somit ist die Gate-Elektrode 413 bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w vorhanden, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wenn die Gate-Elektrode 413 dagegen zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 nicht angeordnet ist, wird die Potentialdifferenz zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 von der Feldisolierschicht 4 und der Zwischenisolierschicht 414 gemeinsam genutzt. Somit wird die elektrische Feldstärke innerhalb der Feldisolierschicht 4 abgeschwächt. Dadurch wird eine Reduktion der Ausbeute aufgrund eines Eindringens von Staub oder dergleichen während der Herstellung des MOSFET 400 unterbunden.
  • Die Gate-Elektrode 413 ist unter der Gate-Kontaktstelle 52p teilweise offen, mit Ausnahme eines Bereichs, in dem die Gate-Elektrode 413 an einer Position ausgebildet ist, an welcher der äußere periphere Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p überbrückt wird, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p abgeschwächt, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt, so dass eine Reduktion der Ausbeute unterbunden wird.
  • Wenn der äußere periphere Randbereich der Gate-Elektrode 413 zwischen dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und dem äußeren peripheren Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht nur an einer Position entlang der Linie D-D' von 11, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w positioniert ist, wird eine Konzentration des elektrischen Felds in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w abgeschwächt, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Als ein Beispiel ist in 5 gezeigt, dass das Kontaktloch in der Zwischenisolierschicht 414 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w ausgebildet ist, so dass die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und die Gate-Elektrode 413 an der äußersten Peripherie der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w ausreichend unterbunden, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterbunden. Im Ergebnis werden dadurch eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus einem Reißen oder einer Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren.
  • Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinheit
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET 400 als einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie die MOSFETs 100, 200 und 300 der ersten, der zweiten und der dritten Ausführungsform wird der MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls durch Wiederholen eines Photolithographie-Schritts, bei dem eine Resistmaske gebildet wird, eines Ionenimplantations-Schritts, bei dem eine Ionenimplantation unter Verwendung der Resistmaske als einer Implantationsmaske durchgeführt wird, eines Abscheidungsschritts und eines Ätzschritts hergestellt.
  • Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 413 teilweise offen, so dass sie in dem Bereich, der zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w liegt, nicht ausgebildet ist. Somit ist die Gate-Elektrode 413 strukturiert. Ein Bereich der Gate-Elektrode 413 kann in dem Abschlussbereich separiert sein, und die Gate-Elektrode 413 in der Einheitszelle UC kann sich bis zu dem Abschlussbereich erstrecken und nur mit der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w verbunden sein, ohne mit der Gate-Kontaktstelle 52p verbunden zu sein.
  • Wenn die Öffnung der Gate-Elektrode 413 so gebildet wird, dass sie mit zumindest einer von der Gate-Kontaktstelle 52p und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w überlappt, ist es lediglich notwendig, dass ein parasitärer Gate-Widerstand gebildet wird, indem die Gate-Elektrode 413 dünn hergestellt wird.
  • Bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die vordere Oberflächenelektrode 50 strukturiert, um diese in die Source-Elektrode 51 und den Gate-Bereich 452 (die Gate-Kontaktstelle 52p und die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w) so zu separieren, dass der äußere periphere Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 413 an einer Position entlang der Linie D-D' in 11 positioniert ist. Der äußere periphere Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w kann so gebildet werden, dass er auf der inneren Seite des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Elektrode 413 nicht nur an einer Position entlang der Linie D-D' in 11, sondern auch in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w positioniert ist.
  • Sonstige Schritte sind ähnlich wie jene für den MOSFET 100 der ersten Ausführungsform.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem MOSFET 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung von Aluminiumhydroxid in dem Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w in dem Abschlussbereich unterbunden werden. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche unterbunden. Dadurch werden eine Erhöhung eines Leckstroms sowie eine Gasentladung unterbunden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w und der Schutzschicht 6 an der vorderen Oberfläche resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit des MOSFET 400 verbessert wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Es werden eine Leistungswandlereinheit und ein Verfahren zur Herstellung der Leistungswandlereinheit gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten, die ähnlich wie jene sind, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet und unter Verwendung derselben gezeigt und werden nicht im Detail beschrieben, soweit zweckdienlich.
  • Konfiguration der Leistungswandlereinheit
  • Die vorliegende Ausführungsform setzt die Halbleitereinheiten in Bezug auf die zuvor erwähnten Ausführungsformen bei einer Leistungswandlereinheit ein. Wenngleich die Leistungswandlereinheit, bei der die Halbleitereinheiten eingesetzt werden, nicht auf ein spezielles Einsatzgebiet beschränkt ist, wird nachstehend ein Fall beschrieben, in dem die Halbleitereinheiten bei einem Dreiphasen-Wechselrichter eingesetzt werden.
  • 13 ist ein Schaubild, das konzeptionell ein Beispiel für die Konfiguration eines Leistungswandlungssystems zeigt, das die Leistungswandlereinheit der vorliegenden Ausführungsform aufweist.
  • Als ein Beispiel ist in 13 gezeigt, dass das Leistungswandlungssystem eine Stromversorgung 2100, eine Leistungswandlereinheit 2200 sowie eine Last 2300 aufweist. Bei der Stromversorgung 2100 handelt es sich um eine DC-Stromversorgung, und sie führt der Leistungswandlereinheit 2200 eine DC-Energie zu. Die Stromversorgung 2100 kann aus verschiedenen Einrichtungen bestehen, z.B. aus einem DC-System, einer Solarzelle oder einer Speicherbatterie. Die Stromversorgung 2100 kann auch aus einer Gleichrichterschaltung, die mit einem AC-System verbunden ist, einem AC-DC-Wandler oder dergleichen bestehen. Die Stromversorgung 2100 kann auch aus einem DC-DC-Wandler bestehen, der eine von einem DC-System abgegebene DC-Energie in eine vorgegebene elektrische Energie umwandelt.
  • Bei der Leistungswandlereinheit 2200 handelt es sich um einen Dreiphasen-Wechselrichter, der zwischen die Stromversorgung 2100 und die Last 2300 geschaltet ist. Die Leistungswandlereinheit 2200 wandelt die von der Stromversorgung 2100 zugeführte DC-Energie in eine AC-Energie um und führt ferner der Last 2300 die AC-Energie zu.
  • Als ein Beispiel ist in 13 gezeigt, dass die Leistungswandlereinheit 2200 Folgendes aufweist: eine Wandlerschaltung 2201, die eine DC-Energie in eine AC-Energie umwandelt, um die AC-Energie abzugeben; eine Treiberschaltung 2202, die Treibersignale 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 der Leistungswandlereinheit 2200 zugeführte AC-Energie angetrieben wird. Die Last 2300 ist nicht auf ein spezielles Einsatzgebiet beschränkt, sondern es handelt sich um einen Elektromotor zur Verwendung in verschiedenen Arten von elektrischen Geräten, zum Beispiel zur Verwendung als Elektromotor für Hybrid-Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Fahrstühle oder Klimaanlagengeräte.
  • Nachstehend werden Details in Bezug auf die Leistungswandlereinheit 2200 beschrieben. Die Wandlerschaltung 2201 weist ein Schaltelement und eine Freilaufdiode (nicht gezeigt) auf. Das Schaltelement führt einen Schaltvorgang durch, um die von der Stromversorgung 2100 zugeführte DC-Energie in eine AC-Energie umzuwandeln, und führt ferner der Last 2300 die AC-Energie zu.
  • Wenngleich es verschiedene spezielle Schaltungskonfigurationen für die Wandlerschaltung 2201 gibt, handelt es sich bei der Wandlerschaltung 2201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine zweistufige Dreiphasen-Vollbrückenschaltung, und sie umfasst sechs Schaltelemente und sechs Freilaufdioden, die antiparallel mit den jeweiligen Schaltelementen geschaltet sind.
  • Die Halbleitereinheit von irgendeiner der zuvor erwähnten Ausführungsformen wird zumindest bei entweder den Schaltelementen oder den Freilaufdioden in der Wandlerschaltung 2201 eingesetzt. Jeweils zwei der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um obere und untere Zweige zu bilden, die wiederum jeweils eine Phase (d.h. U-, V- und W-Phase) der Vollbrückenschaltung bilden. Die oberen und unteren Zweige weisen einen mit der Last 2300 verbundenen Ausgangsanschluss (d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Wandlerschaltung 2201) auf.
  • Die Treiberschaltung 2202 erzeugt Treibersignale zum Treiben der Schaltelemente der Wandlerschaltung 2201 und führt die Treibersignale Steuerelektroden der Schaltelemente der Wandlerschaltung 2201 zu. Insbesondere gibt die Treiberschaltung 2202, basierend auf dem von der später zu beschreibenden Steuerschaltung 2203 ausgegebenen Steuersignal, Treibersignale, um die Schaltelemente auf EIN zu schalten, und Treibersignale, um die Schaltelemente auf AUS zu schalten, an die Steuerelektroden der Schaltelemente aus.
  • Um die Schaltelemente im EIN-Zustand zu halten, handelt es sich bei den Treibersignalen um Spannungssignale (d.h. EIN-Signale), die nicht niedriger als eine Schwellenspannung der Schaltelemente sind. Um die Schaltelemente im AUS-Zustand zu halten, handelt es sich bei den Treibersignalen um Spannungssignale (d.h. AUS-Signale), die niedriger als die Schwellenspannung der Schaltelemente sind.
  • Die Steuerschaltung 2203 steuert die Schaltelemente der Wandlerschaltung 2201 so, dass der Last 2300 eine gewünschte Energie zugeführt wird. Insbesondere berechnet die Steuerschaltung 2203 die Zeit, zu der sich das jeweilige der Schaltelemente der Wandlerschaltung 2201 im EIN-Zustand befinden sollte (d.h. die EIN-Zeit), basierend auf der Energie, die der Last 2300 zuzuführen ist. Die Steuerschaltung 2203 kann die Wandlerschaltung 2201 zum Beispiel mittels einer Pulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung steuern, welche die EIN-Zeit der Schaltelemente gemäß einer abzugebenden Spannung moduliert.
  • Die Steuerschaltung 2203 gibt jeweils zu einem Zeitpunkt einen Steuerbefehl (d.h. ein Steuersignal) an die Treiberschaltung 2202 aus, so dass das EIN-Signal an ein Schaltelement ausgegeben wird, das sich im EIN-Zustand befinden sollte, und das AUS-Signal an ein Schaltelement ausgegeben wird, das sich im AUS-Zustand befinden sollte. Basierend auf den Steuersignalen gibt die Treiberschaltung 2202 die EIN-Signale oder die AUS-Signale als Treibersignale an die Steuerelektroden der Schaltelemente aus.
  • Die Leistungswandlereinheit 2200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in der Lage, einen Widerstand im EIN-Zustand nach einem Energieversorgungs-Zyklus zu stabilisieren, da die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen bei den Schaltelementen der Wandlerschaltung 2201 eingesetzt wird.
  • Bei der Leistungswandlereinheit 2200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Halbleitereinheiten der zuvor erwähnten Ausführungsformen als Freilaufdioden der Wandlerschaltung 2201 eingesetzt werden.
  • In einem Fall, in dem die Halbleitereinheiten gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen somit bei der Leistungswandlereinheit 2200 eingesetzt werden, werden die Halbleitereinheiten bei Verwendung üblicherweise in einem Gel oder einem Harz eingebettet. Diese Verkapselungsmaterialien können jedoch Feuchtigkeit nicht vollständig blockieren. Demzufolge ist es wichtig, dass der Isolierungsschutz der Halbleitereinheiten durch die Konfigurationen aufrechterhalten wird, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen gezeigt sind. Es werden die Halbleitereinheiten mit den Konfigurationen eingesetzt, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen gezeigt sind, so dass dadurch die Zuverlässigkeit der Leistungswandlereinheit 2200 verbessert wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen bei dem zweistufigen Dreiphasen-Wechselrichter eingesetzt wird, Beispiele für Einsatzmöglichkeiten sind jedoch nicht auf diesen beschränkt. Die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen kann bei einer Vielzahl von Leistungswandlereinheiten eingesetzt werden.
  • Wenngleich bei der vorliegenden Ausführungsform eine zweistufige Leistungswandlereinheit beschrieben ist, kann die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen bei einer dreistufigen oder mehrstufigen Leistungswandlereinheit eingesetzt werden. Wenn einer Einphasen-Last eine Energie zugeführt wird, kann die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen bei einem Einphasen-Wechselrichter eingesetzt werden.
  • Wenn einer DC-Last oder dergleichen eine Energie zugeführt wird, kann die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen auch bei einem DC-DC-Wandler oder einem AC-DC-Wandler eingesetzt werden.
  • Die Leistungswandlereinheit, bei der die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen eingesetzt wird, ist nicht auf einen Fall beschränkt, in dem es sich bei der zuvor erwähnten Last um einen Elektromotor handelt, sondern sie kann zum Beispiel auch als eine Stromversorgungseinheit für eine elektrische Entladungsmaschine, eine Laserstrahlmaschine, ein Induktionskochfeld oder ein kontaktloses Energiezuführungssystem verwendet werden. Die Leistungswandlereinheit, bei der die Halbleitereinheit von irgendeiner beliebigen der zuvor erwähnten Ausführungsformen eingesetzt wird, kann auch als eine Energiekonditionierungsanlage in einem photovoltaischen Energieerzeugungssystem oder als ein Energiespeichersystem verwendet werden.
  • Verfahren zur Herstellung der Leistungswandlereinheit
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungswandlereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird eine Halbleitereinheit unter Verwendung des Herstellungsverfahrens hergestellt, das bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben wurde. Danach wird die Wandlerschaltung 2201, welche die Halbleitereinheit aufweist, als eine Komponente der Leistungswandlereinheit angeordnet. Bei der Wandlerschaltung 2201 handelt es sich um eine Schaltung, um eine in diese eingegebene Energie umzuwandeln und die umgewandelte Energie abzugeben.
  • Danach wird die Treiberschaltung 2202 als eine Komponente der Leistungswandlereinheit angeordnet. Bei der Treiberschaltung 2202 handelt es sich um eine Schaltung, um ein Treibersignal zum Treiben der Halbleitereinheit an die Halbleitereinheit auszugeben. Dann wird die Steuerschaltung 2203 als eine Komponente der Leistungswandlereinheit angeordnet. Bei der Steuerschaltung 2203 handelt es sich um eine Schaltung, um ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 2202 an die Treiberschaltung 2202 auszugeben.
  • Die Halbleiterschaltelemente, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen verwendet werden, sind nicht auf Schaltelemente beschränkt, die aus Silicium(Si)-Halbleitern bestehen. Die Halbleiterschaltelemente können zum Beispiel aus Nicht-Si-Halbleitermaterialien bestehen, die eine größere Bandlücke als Si-Halbleiter aufweisen.
  • Beispiele für Halbleiter mit großer Bandlücke, bei denen es sich um Nicht-Si-Halbleitermaterialien handelt, umfassen Siliciumcarbid-, Galliumnitrid-Materialien und Diamant.
  • Die Schaltelemente, die aus Halbleitern mit großer Bandlücke bestehen, können in einem Bereich mit hoher Spannung verwendet werden, in dem ein unipolarer Betrieb für Si-Halbleiter schwierig ist, und sind in der Lage, während Schaltvorgängen erzeugte Schaltverluste signifikant zu reduzieren. Dadurch wird eine signifikante Reduktion von Leistungsverlusten ermöglicht.
  • Darüber hinaus weisen die Schaltelemente, die aus Halbleitern mit großer Bandlücke bestehen, geringe Leistungsverluste und eine hohe Wärmebeständigkeit auf. Wenn somit ein Leistungsmodul gebildet wird, das einen Kühlabschnitt aufweist, werden durch die Schaltelemente, die aus Halbleitern mit großer Bandlücke bestehen, die Abmessungen von Wärmeabführungs-Rippen eines Kühlkörpers (einer Wärmesenke) reduziert, so dass eine weitere Reduktion der Abmessungen eines Halbleitermoduls ermöglicht wird.
  • Die Schaltelemente, die aus Halbleitern mit großer Bandlücke bestehen, sind auch für Schaltvorgänge mit hoher Frequenz geeignet. Wenn sie somit bei einer Wandlerschaltung eingesetzt werden, die für höhere Frequenzen dringend erforderlich ist, ermöglichen die Schaltelemente, die aus Halbleitern mit großer Bandlücke bestehen, aufgrund der höheren Schaltfrequenzen eine Reduktion der Abmessung einer Drosselspule oder eines Kondensators, die oder der mit der Wandlerschaltung verbunden ist.
  • Daher rufen die Halbleiterschaltelemente bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen ähnliche Effekte hervor, wenn die Schaltelemente aus Halbleitern mit großer Bandlücke bestehen, wie beispielsweise aus Siliciumcarbid.
  • Effekte, die durch zuvor erwähnte Ausführungsformen hervorgerufen werden
  • Bei dem Folgenden handelt es sich um Beispiele für die Effekte, die durch die zuvor erwähnten Ausführungsformen hervorgerufen werden. In der folgenden Beschreibung werden die Effekte basierend auf speziellen Konfigurationen beschrieben, die bei den zuvor erwähnten Ausführungsformen beispielhaft aufgezeigt wurden, sie können jedoch in dem Maße, in dem ähnliche Effekte hervorgerufen werden, durch andere spezielle Konfigurationen ersetzt werden, die in der vorliegenden Beschreibung beispielhaft aufgezeigt werden.
  • Eine derartige Ersetzung kann mit mehreren Ausführungsformen durchgeführt werden. Das heißt, die bei verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft aufgezeigten Konfigurationen können kombiniert werden, so dass ähnliche Effekte hervorgerufen werden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen weist die Halbleitereinheit Folgendes auf: die Drift-Schicht 1 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp (n-Typ); einen ersten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (p-Typ); den Source-Bereich 11 vom n-Typ; eine Gate-Elektrode; eine Zwischenisolierschicht; die Source-Elektrode 51; die rückwärtige Oberflächenelektrode 8; einen zweiten Muldenbereich vom p-Typ; die Feldisolierschicht 4; sowie einen Gate-Bereich. Der erste Muldenbereich entspricht zum Beispiel dem Muldenbereich 9 der Einheit und dergleichen. Die Gate-Elektrode entspricht zum Beispiel irgendeiner von der Gate-Elektrode 13, der Gate-Elektrode 113, der Gate-Elektrode 313, der Gate-Elektrode 413 und dergleichen (der Einfachheit halber wird in einigen Fällen irgendeine von diesen in einer entsprechenden Relation beschrieben).
  • Die Zwischenisolierschicht entspricht zum Beispiel irgendeiner von der Zwischenisolierschicht 14, der Zwischenisolierschicht 114, der Zwischenisolierschicht 214, der Zwischenisolierschicht 414 und dergleichen (der Einfachheit halber wird in einigen Fällen irgendeine von diesen in einer entsprechenden Relation beschrieben). Der zweite Muldenbereich entspricht zum Beispiel dem Abschlussmuldenbereich 2 und dergleichen.
  • Der Gate-Bereich entspricht zum Beispiel irgendeinem von dem Gate-Bereich 52, dem Gate-Bereich 252, dem Gate-Bereich 352, dem Gate-Bereich 452 und dergleichen (der Einfachheit halber wird in einigen Fällen irgendeiner von diesen in einer entsprechenden Relation beschrieben). Der Muldenbereich 9 der Einheit ist in einer Oberflächenschicht der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 1 ausgebildet. Der Source-Bereich 11 ist in einer Oberflächenschicht des Muldenbereichs 9 der Einheit ausgebildet.
  • Die Gate-Isolierschicht 12 ist in Kontakt mit dem Muldenbereich 9 der Einheit ausgebildet, der sandwichartig zwischen dem Source-Bereich 11 und der Drift-Schicht 1 angeordnet ist. Die Gate-Elektrode 13 ist in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 12 ausgebildet. Die Zwischenisolierschicht 14 bedeckt die Gate-Elektrode 13. Die Source-Elektrode 51 bedeckt den Source-Bereich 11, der an der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 1 freiliegt, sowie die Zwischenisolierschicht 14. Die rückwärtige Oberflächenelektrode 8 ist auf der Seite der unteren Oberfläche der Drift-Schicht 1 ausgebildet.
  • Der Abschlussmuldenbereich 2 ist in einer Oberflächenschicht der oberen Oberfläche der Drift-Schicht 1 ausgebildet und umgibt den Muldenbereich 9 der Einheit, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Die Feldisolierschicht 4 bedeckt teilweise den Abschlussmuldenbereich 2. Die Gate-Elektrode 13 ist so ausgebildet, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 erstreckt. Die Zwischenisolierschicht 14 bedeckt teilweise die Gate-Elektrode 13 auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4. Die Halbleitereinheit weist den Gate-Bereich 52 auf. Der Gate-Bereich 52 überlappt mit der Feldisolierschicht 4, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und ist von der Source-Elektrode 51 beabstandet.
  • Der Gate-Bereich 52 bedeckt die Zwischenisolierschicht 14 und die Gate-Elektrode 13, die in Bezug auf die Zwischenisolierschicht 14 freiliegt. Wenn ein Randbereich in einer Richtung weg von dem Muldenbereich 9 der Einheit, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, als ein äußerer Randbereich definiert ist, befindet sich der äußere Randbereich der Gate-Elektrode 13 weiter entfernt von dem Muldenbereich 9 der Einheit als der äußere Randbereich des Gate-Bereichs 52 und näher bei dem Muldenbereich 9 der Einheit als der äußere Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2.
  • Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 52, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs 52 in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs 52 unterbunden. Dadurch wird eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung des Gate-Bereichs 52 resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit des MOSFET 100 verbessert wird.
  • Ähnliche Effekte werden hervorgerufen, auch wenn andere Konfigurationen, die in der vorliegenden Beschreibung beispielhaft aufgezeigt werden, zu der zuvor erwähnten Konfiguration hinzugefügt werden, soweit zweckdienlich, d.h., auch wenn andere Konfigurationen in der vorliegenden Beschreibung, die nicht als die zuvor erwähnte Konfiguration erwähnt sind, hinzugefügt werden, soweit zweckdienlich.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen befindet sich der äußere Randbereich der Gate-Elektrode 13, die so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 erstreckt, um den gesamten Umfang herum, der den Muldenbereich 9 der Einheit umgibt, weiter entfernt von dem Muldenbereich 9 der Einheit als der äußere Randbereich des Gate-Bereichs 52 und näher bei dem Muldenbereich 9 der Einheit als der äußere Randbereich des Abschlussmuldenbereichs 2. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in sämtlichen Bereichen des äußeren peripheren Randbereichs unter dem Gate-Bereich 52, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten unterbunden wird, wie beispielsweise von Aluminiumhydroxid.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen weist die Gate-Elektrode 113, die so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 erstreckt, eine in dieser ausgebildete Öffnung auf. Bei einer derartigen Konfiguration schwächt das Vorhandensein der Gate-Elektrode 113 unter dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Kontaktstelle 52p, in dem besonders die Tendenz besteht, dass eine Konzentration des elektrischen Felds auftritt, eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 52p ab, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Dagegen ist die Gate-Elektrode 13 zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 nicht angeordnet, so dass dadurch die Potentialdifferenz zwischen der Gate-Kontaktstelle 52p und dem Abschlussmuldenbereich 2 von der Feldisolierschicht 4 und der Zwischenisolierschicht 14 gemeinsam genutzt wird. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds innerhalb der Feldisolierschicht 4 abgeschwächt, so dass eine Reduktion der Ausbeute aufgrund eines Eindringens von Staub oder dergleichen während der Herstellung des MOSFET 100 unterbunden wird.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen bedeckt die Zwischenisolierschicht 114 teilweise die Gate-Elektrode 13, während zumindest ein Teil des äußeren Randbereichs der Gate-Elektrode 13 auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 freiliegt. Der Gate-Bereich bedeckt zumindest einen Teil des äußeren Randbereichs der Gate-Elektrode 13, der in Bezug auf die Zwischenisolierschicht 114 freiliegt. Bei einer derartigen Konfiguration ist das Kontaktloch in der Zwischenisolierschicht 114 an der Position der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 152p ausgebildet, so dass die Gate-Kontaktstelle 152p und die Gate-Elektrode 13 durch das Kontaktloch an der äußersten Peripherie der Gate-Kontaktstelle 152p hindurch miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich unter der Gate-Kontaktstelle 152p ausreichend unterbunden, so dass die Erzeugung von Aluminiumhydroxid unterbunden wird.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen enthält die Drift-Schicht 1 Siliciumcarbid. Eine derartige Konfiguration unterbindet eine Erhöhung eines Leckstroms sowie eine Gasentladung, die aus dem Reißen oder der Abtrennung des Gate-Bereichs 52 resultieren, auch in der Siliciumcarbid-Halbleitereinheit, bei der durch die Verwendung von Siliciumcarbid die Tendenz besteht, dass eine hohe elektrische Feldstärke an dem Abschlussbereich anliegt, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit des MOSFET 100 verbessert wird. Dadurch wird die Notwendigkeit für Maßnahmen zum Zweck einer Abschwächung der elektrischen Feldstärke eliminiert, wie beispielsweise eine Erhöhung der Breite des Abschlussbereichs oder eine Vergrößerung der Dicke der Isolierschicht um die Oberflächenelektrode herum. Im Ergebnis wird eine Erhöhung der Herstellungskosten für Halbleiterchips unterbunden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen ist die Dicke der Feldisolierschicht 4 größer als jene der Gate-Isolierschicht 12. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 52, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs 52 in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs 52 unterbunden.
  • Gemäß den erwähnten Ausführungsformen bestehen die Source-Elektrode 51 und der Gate-Bereich 52 aus einem Metall, das zumindest eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Cu, Mo, Ni und Ti oder einer Al-Legierung besteht. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 52, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs 52 in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs 52 unterbunden.
  • Gemäß den erwähnten Ausführungsformen weist die Zwischenisolierschicht 14 eine Elementzusammensetzung aus Bor oder Phosphor auf. Auch wenn die Zwischenisolierschicht 14 eine gleichmäßig gestufte Form aufweist, verbessert eine derartige Konfiguration die Isolierungszuverlässigkeit der Halbleitereinheit, während die Erzeugung von Ausfällungsprodukten unterbunden wird.
  • Gemäß den erwähnten Ausführungsformen ist die Störstellenkonzentration pro Einheitsfläche des Abschlussmuldenbereichs 2 nicht geringer als 2 × 1013 cm-2. Eine derartige Konfiguration erschwert eine Ausbreitung der Verarmungsschicht in den Abschlussmuldenbereich 2 im AUS-Zustand.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen weist die Halbleitereinheit einen dritten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp auf (p-Typ). Der dritte Muldenbereich entspricht zum Beispiel dem Muldenbereich 3 mit einer geringen Konzentration und dergleichen. Der Muldenbereich 3 mit einer geringen Konzentration ist in einer Oberflächenschicht der Drift-Schicht 1 ausgebildet und umgibt den Abschlussmuldenbereich 2, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Die Störstellenkonzentration des Muldenbereichs 3 mit einer geringen Konzentration ist nicht höher als jene des Abschlussmuldenbereichs 2.
  • Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 52, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs 52 in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs 52 unterbunden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen weist der Gate-Bereich 52 (oder der Gate-Bereich 252) die Gate-Kontaktstelle 52p (oder die Gate-Kontaktstelle 152p) sowie die Gate-Zwischenverbindungsleitung 52w (oder die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w) auf, die mit der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) verbunden ist. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 52, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs 52 in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs 52 unterbunden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen ist die Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w so angeordnet, dass sie die Source-Elektrode 51 umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w, welche die Source-Elektrode 51 umgibt, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 252w unterbunden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen weist der Gate-Bereich 352 (oder der Gate-Bereich 452) die Gate-Kontaktstelle 52p (oder die Gate-Kontaktstelle 152p) sowie die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w (oder die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w) in einer beabstandeten Relation zu der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) auf. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Bereich des Gate-Bereichs 352, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich des Gate-Bereichs 352 in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung des Gate-Bereichs 352 unterbunden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen ist die Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w (oder die Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w) so angeordnet, dass sie die Source-Elektrode 51 umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich. Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w, welche die Source-Elektrode 51 umgibt, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w unterbunden.
  • Gemäß den zuvor erwähnten Ausführungsformen weist die Gate-Elektrode 313 (oder die Gate-Elektrode 413), die so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht 4 erstreckt, eine Öffnung auf, die in dieser in einem Teil eines Bereichs ausgebildet ist, der nicht mit der Gate-Kontaktstelle 52p (oder der Gate-Kontaktstelle 152p) und der Gate-Zwischenverbindungsleitung 352w (oder der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w) überlappt.
  • Auch wenn ein parasitärer Gate-Widerstand vorliegt, ermöglicht eine derartige Konfiguration die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w, welche die Source-Elektrode 51 umgibt, so dass die Erzeugung von Ausfällungsprodukten in dem Randbereich der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w in dem Abschlussbereich unterbunden wird. Somit wird ein Reißen oder eine Abtrennung der Gate-Zwischenverbindungsleitung 452w unterbunden.
  • Gemäß den erwähnten Ausführungsformen weist die Leistungswandlereinheit Folgendes auf: die Wandlerschaltung 2201, welche die zuvor erwähnte Halbleitereinheit aufweist und der Umwandlung einer eingegebenen Leistung dient, um die umgewandelte Leistung abzugeben; die Treiberschaltung 2202, um ein Treibersignal zum Treiben der Halbleitereinheit an die Halbleitereinheit auszugeben; sowie die Steuerschaltung 2203, um ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung 2202 an die Treiberschaltung 2202 auszugeben.
  • Eine derartige Konfiguration ermöglicht die Abschwächung einer Konzentration des elektrischen Felds in dem äußeren peripheren Randbereich des Gate-Bereichs 52, so dass eine Erhöhung eines Leckstroms und eine Gasentladung unterbunden werden, die aus dem Reißen oder der Abtrennung des Gate-Bereichs 52 resultieren, so dass dadurch die Isolierungszuverlässigkeit der Leistungswandlereinheit verbessert wird.
  • Modifikation von zuvor erwähnten Ausführungsformen
  • Die Materialeigenschaften, Materialien, Abmessungen, Formen und die relative positionelle Relation der Komponenten oder die Bedingungen für eine Realisierung sind in einigen Fällen in den zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben. Bei diesen handelt es sich jedoch in sämtlichen Aspekten lediglich um Beispiele, und sie sollen nicht restriktiv sein.
  • Somit können innerhalb des technischen Umfangs, der in der vorliegenden Erfindung offenbart ist, zahlreiche nicht dargestellte Modifikationen und Äquivalente erwartet werden. Beispiele für diese sollen einen Fall, in dem zumindest eine Komponente modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen wird, sowie einen Fall umfassen, in dem zumindest eine Komponente in zumindest einer Ausführungsform entnommen und mit einer Komponente in einer anderen Ausführungsform kombiniert wird.
  • Wenn auf ein Material Bezug genommen wird, ohne dass dieses in den zuvor erwähnten Ausführungsformen ausdrücklich spezifiziert ist, soll das Material ein weiteres Additiv enthalten könnn, z.B. eine Legierung, solange sich keine Widersprüche ergeben.
  • Solange sich keine Widersprüche ergeben, kann „eine“ Komponente, die in den zuvor erwähnten Ausführungsformen beschrieben ist, „nicht weniger als eine“ Komponente umfassen.
  • Ferner handelt es sich bei jeder der Komponenten in den zuvor erwähnten Ausführungsformen um eine konzeptionelle Einheit. Ein Fall, in dem eine Komponente eine Mehrzahl von Strukturen aufweist, ein Fall, in dem eine Komponente einem Teil einer Struktur entspricht, und ein Fall, in dem Komponenten in einer einzigen Struktur angeordnet sind, sollen in dem technischen Umfang enthalten sein, der mit der vorliegenden Erfindung offenbart ist.
  • Außerdem soll jede der Komponenten in den zuvor erwähnten Ausführungsformen Strukturen mit anderen Konfigurationen oder Formen aufweisen, solange die gleiche Funktion ausgeführt wird.
  • Auf die in der vorliegenden Erfindung angegebene Beschreibung wird für sämtliche Zwecke Bezug genommen, die mit der vorliegenden Technik verknüpft sind, und sie wird nicht als Stand der Technik verstanden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drift-Schicht
    2
    Abschlussmuldenbereich
    3
    Muldenbereich mit einer geringen Konzentration
    4
    Feldisolierschicht
    6
    Schutzschicht an der vorderen Oberfläche
    8
    rückwärtige Oberflächenelektrode
    9
    Muldenbereich einer Einheit
    11
    Source-Bereich
    12
    Gate-Isolierschicht
    13, 113, 313, 413
    Gate-Elektroden
    14, 114, 214, 314, 414
    Zwischenisolierschichten
    19
    Kontaktbereich
    20
    Bereich mit einer hohen Konzentration
    30
    epitaxiales Substrat
    31
    monokristallines Substrat
    32
    epitaxiale Schicht
    50
    vordere Oberflächenelektrode
    51
    Source-Elektrode
    52, 252, 352, 452
    Gate-Bereiche
    52p, 152p
    Gate-Kontaktstellen
    52w, 252w, 352w, 452w
    Gate-Zwischenverbindungsleitungen
    100, 200, 300, 400
    MOSFETs
    2100
    Stromversorgung
    2200
    Leistungswandlereinheit
    2201
    Wandlerschaltung
    2202
    Treiberschaltung
    2203
    Steuerschaltung
    2300
    Last
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 200885188 A [0005]

Claims (16)

  1. Halbleitereinheit, die Folgendes aufweist: - eine Drift-Schicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; - einen ersten Muldenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht einer oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist; - einen Source-Bereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht des ersten Muldenbereichs ausgebildet ist; - eine Gate-Isolierschicht, die in Kontakt mit dem ersten Muldenbereich ausgebildet ist, der sandwichartig zwischen dem Source-Bereich und der Drift-Schicht angeordnet ist; - eine Gate-Elektrode, die in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht ausgebildet ist; - eine Zwischenisolierschicht, welche die Gate-Elektrode bedeckt; - eine Source-Elektrode, die den Source-Bereich, der an der oberen Oberfläche der Drift-Schicht freiliegt, sowie die Zwischenisolierschicht bedeckt; - eine rückwärtige Oberflächenelektrode, die auf der Seite der unteren Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist; - einen zweiten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist und den ersten Muldenbereich umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich; und - eine Feldisolierschicht, die den zweiten Muldenbereich teilweise bedeckt, - wobei die Gate-Elektrode so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu einer oberen Oberfläche der Feldisolierschicht erstreckt, - wobei die Zwischenisolierschicht die Gate-Elektrode auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht teilweise bedeckt, - wobei die Halbleitereinheit ferner Folgendes aufweist: - einen Gate-Bereich, der mit der Feldisolierschicht überlappt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, und von der Source-Elektrode beabstandet ist, wobei der Gate-Bereich die Zwischenisolierschicht und die Gate-Elektrode bedeckt, die in Bezug auf die Zwischenisolierschicht freiliegt, - wobei ein Randbereich in einer Richtung weg von dem ersten Muldenbereich, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, als ein äußerer Randbereich definiert ist und - wobei sich der äußere Randbereich der Gate-Elektrode weiter entfernt von dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des Gate-Bereichs und näher bei dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des zweiten Muldenbereichs.
  2. Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei sich der äußere Randbereich der Gate-Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht erstreckt, um den gesamten Umfang herum, der den ersten Muldenbereich umgibt, weiter entfernt von dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des Gate-Bereichs und näher bei dem ersten Muldenbereich befindet als der äußere Randbereich des zweiten Muldenbereichs.
  3. Halbleitereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gate-Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht erstreckt, eine in dieser ausgebildete Öffnung aufweist.
  4. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - wobei die Zwischenisolierschicht die Gate-Elektrode teilweise bedeckt, während zumindest ein Teil des äußeren Randbereichs der Gate-Elektrode auf der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht freiliegt, und - wobei der Gate-Bereich zumindest einen Teil des äußeren Randbereichs der Gate-Elektrode bedeckt, der in Bezug auf die Zwischenisolierschicht freiliegt.
  5. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Drift-Schicht Siliciumcarbid enthält.
  6. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Feldisolierschicht eine Dicke aufweist, die größer als jene der Gate-Isolierschicht ist.
  7. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Source-Elektrode und der Gate-Bereich aus einem Metall bestehen, das zumindest eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Cu, Mo, Ni und Ti oder einer Al-Legierung besteht.
  8. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zwischenisolierschicht eine Elementzusammensetzung aus Bor oder Phosphor aufweist.
  9. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite Muldenbereich eine Störstellenkonzentration pro Einheitsfläche von nicht weniger als 2 × 1013 cm-2 aufweist.
  10. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner Folgendes aufweist: - einen dritten Muldenbereich mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, der in einer Oberflächenschicht der oberen Oberfläche der Drift-Schicht ausgebildet ist und den zweiten Muldenbereich umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich, - wobei der dritte Muldenbereich eine Störstellenkonzentration aufweist, die nicht höher als jene des zweiten Muldenbereichs ist.
  11. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Gate-Bereich Folgendes aufweist: - eine Gate-Kontaktstelle und - eine Gate-Zwischenverbindungsleitung, die mit der Gate-Kontaktstelle verbunden ist.
  12. Halbleitereinheit nach Anspruch 11, wobei die Gate-Zwischenverbindungsleitung so angeordnet ist, dass sie die Source-Elektrode umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich.
  13. Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Gate-Bereich Folgendes aufweist: - eine Gate-Kontaktstelle und - eine Gate-Zwischenverbindungsleitung in einer zu der Gate-Kontaktstelle beabstandeten Relation.
  14. Halbleitereinheit nach Anspruch 13, wobei die Gate-Zwischenverbindungsleitung so angeordnet ist, dass sie die Source-Elektrode umgibt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich.
  15. Halbleitereinheit nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Gate-Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie sich bis zu der oberen Oberfläche der Feldisolierschicht erstreckt, eine Öffnung aufweist, die in dieser in einem Teil eines Bereichs ausgebildet ist, der nicht mit der Gate-Kontaktstelle und der Gate-Zwischenverbindungsleitung überlappt, wie aus einer Draufsicht ersichtlich.
  16. Leistungswandlereinheit, die Folgendes aufweist: - eine Wandlerschaltung, die eine Halbleitereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist und der Umwandlung einer eingegebenen Energie dient, um die umgewandelte Energie abzugeben; - eine Treiberschaltung, um ein Treibersignal zum Treiben der Halbleitereinheit an die Halbleitereinheit auszugeben; und - eine Steuerschaltung, um ein Steuersignal zum Steuern der Treiberschaltung an die Treiberschaltung auszugeben.
DE112021003165.1T 2020-06-04 2021-02-17 Halbleitereinheit und leistungswandlereinheit Pending DE112021003165T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-097541 2020-06-04
JP2020097541 2020-06-04
PCT/JP2021/005821 WO2021245992A1 (ja) 2020-06-04 2021-02-17 半導体装置および電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112021003165T5 true DE112021003165T5 (de) 2023-04-13

Family

ID=78830780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112021003165.1T Pending DE112021003165T5 (de) 2020-06-04 2021-02-17 Halbleitereinheit und leistungswandlereinheit

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230253492A1 (de)
JP (1) JP7262672B2 (de)
CN (1) CN115699329A (de)
DE (1) DE112021003165T5 (de)
WO (1) WO2021245992A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008085188A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003017698A (ja) * 2001-07-04 2003-01-17 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP4140232B2 (ja) * 2001-12-07 2008-08-27 株式会社デンソー 半導体装置
DE112009005320B4 (de) 2009-10-14 2024-02-22 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleiterbauteil und zugehöriges Verfahren
JP5677222B2 (ja) 2011-07-25 2015-02-25 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置
JP5742668B2 (ja) 2011-10-31 2015-07-01 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置
JP6351547B2 (ja) * 2015-06-18 2018-07-04 三菱電機株式会社 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法
JP6873273B2 (ja) * 2017-12-19 2021-05-19 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置および電力変換装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008085188A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021245992A1 (de) 2021-12-09
WO2021245992A1 (ja) 2021-12-09
CN115699329A (zh) 2023-02-03
US20230253492A1 (en) 2023-08-10
JP7262672B2 (ja) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112017001788B4 (de) Halbleitereinheit, Verfahren zur Herstellung derselben und Leistungswandler
DE102013022598B3 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112017005529B4 (de) Siliciumcarbid-halbleitereinheit und leistungswandlereinheit
DE112015004751B4 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zu deren herstellung, leistungsumsetzervorrichtung, dreiphasenmotorsystem, kraftfahrzeug und eisenbahnwagen
DE112017002221T5 (de) Halbleiterbauelement und Leistungswandlervorrichtung
DE112019007188T5 (de) Halbleitereinheit und leistungswandlereinheit
DE112013002538T5 (de) Halbleiterbauelement
DE112018000992T5 (de) Siliciumcarbid-Halbleitereinheit und Leistungswandler
DE102018132111B4 (de) Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112018002471B4 (de) Halbleitereinheit und leistungswandlungsvorrichtung
DE112017004153T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE112019006894T5 (de) Halbleitereinheit und leistungswandler
DE112018006450T5 (de) Siliciumcarbid-halbleiteranordnung und leistungswandler
DE112018006456T5 (de) Siliciumcarbid-Halbleitereinheit und Leistungswandler
DE112018007915T5 (de) Halbleitereinheit und leistungswandler
DE112019000291T5 (de) Halbleiterbauteil und Leistungsmodul
DE112016007385T5 (de) Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102022124033A1 (de) Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungseinrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Halbleitervorrichtung
DE112019006756T5 (de) Halbleiterelement und leistungswandlereinheit
DE102018117717B4 (de) Siliciumcarbid-halbleiterbauelement, leistungsmodul und leistungsumwandlungsbauelement
DE102018115728B4 (de) Halbleitervorrichtung, die einen Siliziumcarbidkörper und Transistorzellen enthält
DE112019007043T5 (de) Siliciumcarbid-halbleitereinheit, leistungswandlereinheit und herstellungsverfahren für eine siliciumcarbid-halbleitereinheit
DE112018001989B4 (de) Siliciumcarbid-halbleitereinheit, elektrische leistungswandlungseinheit, verfahren zur herstellung einer siliciumcarbid-halbleitereinheit sowie verfahren zur herstellung einer elektrischen leistungswandlungseinheit
DE112018006467T5 (de) Siliciumcarbid-halbleiteranordnung und leistungswandler
DE112020007553T5 (de) Halbleitereinheit, Leistungswandlervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinheit

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed