JP2000516767A - 電圧吸収エッジを有するpn接合を含むSiC半導体装置 - Google Patents

電圧吸収エッジを有するpn接合を含むSiC半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 pn接合を含み、このpn接合のp導体層3とn導体層2の両方がドープした炭化珪素層を構成し、このpn接合の高濃度にドープした導体層のエッジは、総電荷または有効表面電荷密度がこの主pn接合での初期値からこの接合の最外エッジでのゼロまたはほぼゼロまで、この接合の中心部から最外エッジの方へ半径方向に従って階段状にまたは均一に減少する電荷プロフィールを示す半導体素子およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】 電圧吸収エッジを有するpn接合を含むSiC半導体装置 技術分野 この発明は、基板材料が炭化珪素である半導体素子で、少なくとも一つのpn 接合を含み、このpn接合がこの素子の対称軸から離れる方向に電荷量を減少し 、好ましくは、このpn接合の高濃度にドープした側に位置してエッジ終端を含 ませるようにして、この接合のエッジでの強い電界による電圧破壊の危険を軽減 する素子に関する。 背景技術 基板材料としての炭化珪素に基づく半導体素子は、より高出力でより高温およ び高放射線条件下で使用できるようにするための開発がされている。このような 環境下で、従来の半導体は満足に作動できない。パワーMOSFET型のSiC 半導体およびSiCに基づくダイオード整流器が高電圧および例えば、650〜 800℃までの温度間隔で作動でき、低損失および高作動サイクル数のようなス イッチング特性が良いにも拘らず、体積が相当するシリコン素子の1/20と小 さくできるとの評価が与えられている。これらの可能な改善は、炭化珪素がシリ コンに対して持つ、例えば、高い破壊電界(シリコンより10倍まで高い)、高 い熱伝導度(シリコンより3倍以上高い)および高いエネルギー禁止帯幅(Si Cの結晶構造の一つである6H−SiCに対して2.9eV高い)のを有する有 利な材料特性があるからである。 SiC半導体技術は比較的若く、多くの面で未熟であるので、SiC半導体装 置を実験的に実現し、多数の製造が現実になるまでには、解決すべき多くの重大 な製造問題がある。これは、特に、素子を高出力および高電圧用途に使おうとし た場合に直面する問題である。 高電圧ダイオードまたは電圧吸収pn接合を含むその他の形式の半導体素子を 製造するときに克服すべき難点の一つは、接合のエッジに適切な接合終端を作る ことである。接合の周辺での電界は、通常、接合の大部分での電界に比べて強く なる。この接合周辺での電界の強度は、表面電荷が存在すると更に増大するかも 知れない。 pn接合のエッジでの高電界は、電圧ドリフトとして知られる阻止電圧の不安 定性をもたらすことは勿論、接合のエッジでの電圧破壊またはフラッシオーバの 危険が大きいことを意味する。 上記欠点を避けるためには、接合が表面に達するところで、電界集中を減らす ことが非常に重要になる。この素子の表面を不活性化する努力と組合わせて、例 えば、pn接合の表面への現出を操作することによって、表面での電界を平らに するための対策をとるようにする。一例として、シリコンパワー素子からエッジ の表面をpn接合に対してある角度にラッピング(研削、サンドブラスト、エッ チング)し、それによって電界を平らにならすことが知られている。もう一つの 既知の技術は、接合の高濃度にドープした側の電荷量を次第に減らして、高濃度 にドープした層の電荷量が接合の最外エッジの方へ減るようにすること(所謂、 接合終端延長、JTE)である。この方法は、シリコン技術で知られ、Si素子 のJTEを実現するために使われるが、この方法を炭化珪素に基づく素子に適用 することは、材料が非常に硬く、適切なSiCドーパントの拡散率が極端に低い ために、非常に困難である。一例として、SiCのための拡散によるドーピング は、2270°以下で拡散係数が無視できる程に僅かであるので、不可能である 。また、Si素子を製造するときに共通の技術である、ドーピング元素のイオン 注入は、SiC用にはマスターするのが困難で、まだ完全に開発されていない。 すなわちSiCで半導体素子を開発際に解決しなければならない、相当するシリ コン素子の開発の初期に一般的であった問題の多くが、SiCのpn接合に対し てまだ未解決となっている。 6H−SiCからエピタキシャル成長で作ったpnおよびショットキー接合を 備える高圧ダイオードが実験的に作られている(例えば、M.バートナガーおよ びB.J.バリガ,IEEE会報、電子装置、1993,3 40巻3号pp6 45〜655、またはJ.A.パウエル,L.G.メタスおよびC.S.サルポ 、アプライド・フィジックス・レターズ、64巻11号、1994,3、pp1 386〜1388参照)。この様に、SiC装置に関係する問題の幾つかは解決 さ れているが、接合のエッジでの電界集中に関する問題の信頼できる解決策はまだ 存在しない。 SiC素子の接合のエッジに半隔離層を付けることによって、pn接合のエッ ジでの電界が減少するかも知れない。そのような解決策は、明細書PCT/SE 94/00482に記載されている。 Siから成るpn接合での接合終端延長の原理に相当する半導体素子を作る方 法または装置は、SiCが接合の基板材料を構成する素子に対しては公知となっ ていない。JTEを備えるpn接合を含むSiC素子に到達するための解決策は 、未公開の米国特許出願08/520689に開示されているが、この開示内容 を参考までに本説明に援用する。この開示の解決策は、表面ドーピングおよび表 面電界を制御するために、エッチング技術、エピタキシャル再成長またはイオン 注入を利用してJTEの電荷をJTEのエッジの方へ階段状に減らしている。本 発明は、pn接合が平面構造を有するSiC素子のJTE構造を備えるpn接合 に電圧吸収エッジを描くことを目的とする。 SiCという用語は、以下の本文で、6H、4H、2H、3C、および15R として知られるこの材料の主結晶ポリタイプの何れかを指すために使用する。 発明の説明 この発明の一つの側面は、pn接合を含み、このpn接合のp導体層とn導体 層の両方によりドープした炭化珪素層が構成され、このpn接合の高濃度にドー プした導体層のエッジは、総電荷または有効表面電荷密度が主pn接合区域の周 辺での初期値から接合延長部の最外エッジでのゼロまたはほぼゼロまで、この主 接合の中心部から上記最外エッジの方へ半径方向に階段状にまたは一様に減少す る電荷プロフィールを示す、平面構造の半導体素子が提供される。 この発明の他の側面は、更に、上記の減少する電荷プロフィールを有する上記 SiC半導体素子を生産するための方法を含む。 上記の特徴を有するSiC半導体素子を作ることによって、電界が延長したエ ッジ終端に沿って平らになるので、pn接合に高逆電圧を掛けたときの電界の集 中を除去する。横方向の低電界が達成する。よって、主接合の大部分の内部の何 処かで生じる破壊前の主接合のエッジでの電圧破壊の危険性を軽減する。この発 明に従って説明するように、従来技術のシリコン装置の接合終端延長部(JTE )に類似する構造の、SiC材料のpn接合のエッジを作ることによって、この 接合に掛る逆電圧が破壊が起る前にかなり増し(3倍以上)、それによって4. 5kV以上の逆電圧に耐えるJTEを備えるSiCpn接合を作ることを可能に する。 その上、信頼性および長期安定性が改善される。これは、接合の周辺でSiC 材料の電界が減少することによる。Si技術から知られる不活性化策を使う限り 、最大表面電界を少なくとも1桁だけ減少しなければならない。対策をとること が接合の不活性化および隔離に与えるストレスを解放する。 このSiC半導体素子は、この発明によれば、接合の総電荷および/または有 効シート電荷密度が外エッジの方へ減少することが共通な、以下に説明する複数 の代替方法のいずれか一つによって製造される。 必要な特性を有するJTEに到達する一つの方法は、リソグラフィーおよびマ スキング技術による不連続工程で、主pn接合のエッジを囲む表面のイオン注入 を使い、ここで互いを囲み且つ形成した主pn接合区域を囲む領域を、イオン注 入によって総電荷および/または有効シート電荷密度がそのように作ったJTE (図1)のエッジの方向に減少するようにすることであろう。もし、これを不連 続の工程で行い、各領域をその必要な電荷内容まで完全に注入すれば、マスクの 整列に問題が生ずるだろう。JTEには達するだろうが、この手順の工程間のマ スクの整列不良が、図2による例に示すように、ピークのある電界分布を生じる 。図2は、各々上記方法によって開発した平面SiCpn接合のJTEに対して 2μmの電界ピークが幅100μmの領域に重なることが図示されている。同様 な電界ピークが、マスク整列不良のために領域間の隙間が注入されない場合に現 れるだろう。 JTEの表面の不活性化層との界面で側方電界が低いことは、JTEが適正に 機能するために必要不可欠である。不必要な電界ピークは、この素子の短期およ び長期安定性に有害かも知れない。それで、この発明の一つの目的は、JTEの 注入した領域間の電界ピークを最小に減らした、SiCのpn接合を有する素子 を作ることである。 この発明による素子を実現する第1の方法1°は、第1導体形式のドープした 層を含む平面構造の炭化珪素ウェーハを準備することから始まる。このウェーハ の平板表面上に、第2導体形式のドープした層を、例えば、イオン注入によって 作る。これらの二つの層がpn接合の、ここでは主接合と呼ぶ、所定の作動範囲 を構成する。ウェーハの表面でその第1導体形式部分に主接合を囲んで、第2導 体形式のイオン注入による多数のドープした領域を形成する。最初に、予定の注 入領域を含むこの素子の全装置面積に、所定の量を注入する。この工程後、予定 の最外JTE領域をマスクし、そこでこの装置の残りのマスクしない面積にイオ ン注入して、エッジから第2のJTE領域がその適正な量を受けるようにする。 次に、このマスキングおよび注入プロセスを、最後に第2導体形式のpn接合層 を構成する領域をその最終量が注入されるまで、必要な工程数続ける。この方法 によって、主pn接合およびJTE領域は、それぞれの領域の最終量が注入の連 続する工程中に加えられた量によって達成する手順のために、それらそれぞれの 量を受ける。その結果、各JTE領域は、総電荷および/または有効シート電荷 密度が、表面電解に所望の効果を得るために必要な割合で、この接合のエッジの 方向に減少する。勿論、JTEを作る注入工程中、主接合を常にマスクすること も同様に可能である。これが好ましいかも知れない。 説明した方法は、方法2°で、逆方向に実施することもできる。予定のJTE 領域に対応する区域を覆う、マスクの内側部分を、順次、除去して、注入マスク の開口を延ばすことによって、注入するごとに露出する面積を階段状に増加し、 すなわち全ての注入工程時に最内領域を露出させるが、一方、最外領域は1度の 注入工程だけ露出させる。それで、注入した総電荷は、この例でも終端のエッジ の方へ減少する。 必要なコストとプロセスの複雑さのために、もし、多数の処理工程を使うと、 JTEを実現するためにこれまで開示した方法は、電荷量および/または有効シ ート電荷密度が異なる、不連続領域の数が制限される。ドーパントの拡散がなけ れば、開示した方法は、電荷分布の非均質性を欠点として持ち、その結果、電界 分布にピークが生ずる。とにかく、上記方法は、SiC用のpn接合のJTEを 達成する仕方を示す。ピークの高さを更に減らさなければ、不連続領域の数を増 さなければならない。しかし、電界減少および電界均一性への領域数の影響は、 領域数が増加すると飽和する。説明した方法1°および2°は、注入工程間のマ スクの線形化として自己整合方法の一例である。この例は各JTE領域の最終総 電荷および/または有効シート電荷密度を工程毎に作り、上記方法を使えば、こ れらのJTE領域をJTE領域当り単一工程の注入手順で一つずつ注入する場合 のように、あまり重要ではなくなる。 この発明の第3の側面3°によれば、総電荷および/または有効シート電荷密 度がエッジの方へ準均質に減少する領域を作るための方法が提供される。これは 、この装置の単一工程または多工程のイオン注入によって達成し、ここで予定す るJTE領域をマスクで覆い、総電荷が減少する不連続領域を、適切な方法で注 入すべきJTE区域を形成するパターンでこのマスクを孔、線または曲線状に開 口することによって作る。次に、これを、JTEのエッジでの状態に比べてJT Eの最内部で開口の面積を大きく、または開口の密度を遥かに高くすることによ って達成してもよい。これら二つの限界の間で、このマスクパターンは、注入中 に露出する面積が均等に減少するようになっている。この様にして、有効ドーピ ング並びにその結果の体積および表面電界の滑らかな変化を達成する。これらの 小さい注入領域の境界での電界ピークは、もう低い値である。 この発明によるSiC素子によって到達する利点は、4.5kV以上の阻止電 圧に耐える、信頼性のあるJTEの実現で、この素子が、低表面電界および表面 電荷に対して高い免疫性があることと特徴がある。 上に説明し、請求項で定義するJTEは、電荷密度2・1012cm-2までの両 極性の表面電荷を扱うことができる。正の表面電荷の更に高い密度さえ(n形表 面層に対して)許容できるが、JTE領域の電荷密度の再設計を要するだろう。 そこで基本的にJTE領域のドーピングレベルを増さねばならないだろうが、そ れが、最高濃度にドープしたJTE領域の有効シート電荷密度である、固有シー ト電荷密度Q0を増加させ、ここで上記電荷密度Q0は、この接合を設計した電 圧に依って選定しなければならない。 図面の簡単な説明 図1は、SiC材料のウェーハ上の平面半導体装置のpn接合を通る断面を概 略的に示し、ここで四領域が減少する電荷量を有し、且つpドープドアノードを 囲んで上記接合の接合終端延長部(JTE)を形成する。 図2は、自己整合マスキング手順を使わずに作った、図1の四領域JTEに対 するこのJTEの全体にわたる側方の電界集中を示す。 図3は、四領域JTEを作るために自己整合方法1°または2°の一つを使っ た、図2と同じ電界を示す。 図4a〜図4dは、方法2°を使って、この発明の特徴によるJTEを作る、 マスキングおよび注入工程の例を示す。 図5aは、図1のJTEのそれぞれの領域の総電荷量間の関係を示し、一方、 図5bおよび図5cは、それぞれ、二領域JTEおよび一領域JTEに対する同 じ関係を示す。 図6aは、この終端のエッジの方へ半径方向に数えて、この接合のJTE単位 面積当りの注入領域の面積の割合が減少させるようにマスクを設計した、マスキ ングおよび注入手順(方法3°)を使って作ったJTEの例の放射状断面を示す 。 図6bは、図6aによる装置で到達したJTEの全体にわたる横方向の電界集 中を示す。 実施例の説明 図面を参照してこの発明を多くの実施例で説明する。 図1は、この発明によるJTEを有するSiC半導体装置の例を示す。この半 導体は、SiCに作ったダイオードで例示する。図1の素子は、このダイオード のカソードをなす、高濃度にドープした(n+)、n導体の層1から成るSiC の基板上に作る。このn+導体層1の上部に、第1の低濃度にドープした(n-) 、n導体の、層2を設ける。これら二つのn導体層1、2がSiC半導体材料の 第1導体形式のウェーハを構成する。この低濃度にドープしたn導体層2の上部 に、第2の高濃度にドープした、(p+)p導体層3が作るアノードをこのウェ ーハの表面に向けて配置し、それによってこのウェーハ表面の平面を確立する。 接点6および7が、それぞれ、このダイオードのカソードおよびアノードに接触 する。この第1層(n導体)と第2層(p導体)がpn接合を構成し、この第1 のn導体の層2と第2のp導体の層3の間の界面を、ここで主接合と呼ぶ、この pn接 合の作動範囲を形成し、それは、今まで説明した限りでは、接合終端延長部(J TE)を何も含まない。図1に、横方向に主接合の延長部を形成する、四領域J TEを備え、各領域4a〜4dが第2導体層3を囲み、この第2導体層3と同じ 導体形式である、pn接合を示す。最外領域4dは、その端がこの接合の外側で 終り、それでJTEの最外エッジ5を形成する。それぞれの領域4a〜4dの電 荷量および/または有効シート電荷密度は、JTEエッジ5の方へ階段状に減少 する。 図1の半導体pn接合は、一例として、高濃度にドープした(n+)、n導体 層1と上記層の上部にある低濃度にドープした第1の、n導体の層2から成るS iCの基板上に形成する。これら二つのn導体層1、2が第1導体形式、この例 によれば、n導体の平面ウェーハを構成し、その上にこの発明による一つ以上の pn接合を作ることができる。第2段階で、p導体の高濃度にドープした第2層 3をイオン注入技術によってこのウェーハ上に作る。ここで、例えば、アルミニ ウム、硼素またはガリウムを注入剤として使用しうる。次の段階で、層3の延長 部をマスキングおよびイオン注入によって形成する。図4dは、JTEを作る第 1工程を示し、ここで予定するJTEを含むこの接合の全範囲に、最外領域の電 荷量および/または有効シート電荷密度、この例では、領域4dの上記電荷を確 立するために必要な量まで提案の形式のイオンを注入する。この注入工程中、ウ ェーハの表面の終端エッジ5の外側をマスク10によってマスクする。次の段階 で、マスク10を延ばしてJTEの最外領域4dも覆い、そこでアノードおよび 全ての被覆のないJTE領域を含む、露出した範囲の注入を、最外JTE領域に 隣接する領域、この場合領域4cが上記領域の電荷量および/または有効シート 電荷密度に達するために必要な量で実施する。この工程を図4cに示す。注入手 順をこの様にして全てのJTE領域4a〜4dを注入するまで繰返し、この手順 の工程を図4a〜図4dに示す。 図1のJTEは、別の方法で作ることができ、それは、このJTEを作る領域 の自己整合注入を概説したものと逆の手順で行う。この場合、マスク10がアノ ードの外側の範囲を覆い、そこを第1工程として注入することができる。第2工 程として、第1JTE領域4aを作るべき範囲からマスクを除き、そこで必要な 注入剤の注入を再び実施する。この様にして、この装置の表面の範囲を階段状に 増し、アノードから外側方に、電荷密度が階段状に減る領域4a〜4dを作るよ うに露出して注入する。マスク10は、徐々にエッチングで取去ってもよいし、 その代りに、各プロセス工程毎にマスクを除去し、この装置に再マスクしてもよ い。このプロセスを図4a〜図4dによって連続的に示す。 上に説明した両方法では、アノード3をマスクし、JTE領域の処理中に注入 しないのが好ましい。 好適実施例では、各JTE領域4a〜4dの有効シート電荷密度を次の関係に よって表す。 Q1:Q2:Q3:Q4=100:75:50:25〜30 但し、Q1は、このJTEの最内領域の有効シート電荷密度を示し、Q2は、最 内領域の次の領域の有効シート電荷密度を示す、以下同様とする。値100は、 四領域実施例のJTEで最高のドーピング領域の電荷密度を示す。この値100 は、この電荷密度を有する領域が全設計電圧で完全に消耗するようなドーピング にも対応する。この電荷密度は、固有電荷密度Q0と称し、C/cm2で表す。 二領域JTEに対しては、この関係をQ1:Q2=100:50で表し、一方 、一領域JTEの有効シート電荷密度は、固有シート電荷密度Q0の50〜60 %である。 JTE異なる領域のシート電荷密度に対して挙げた値は、好適値である。一般 的に、四領域JTEに対して、電荷密度は、Q1:Q2:Q3:Q4=100: (60〜85):(40〜60):(15〜40)の関係の間隔に従って変るか も知れない。 他の代替領域数に対しては次の通り: 三領域:Q1:Q2:Q3=100:(50〜85):(25〜60) 二領域:Q1:Q2=100:(40〜60) 一領域:Q1=(40〜70) この発明によるJTEを有する半導体のもう一つの実施例を図6aに示す。S iC半導体のpn接合を通り、上記接合のJTEの輪郭を示す放射状断面を図示 する。このpn接合の構造は、図1に関して上に議論したのと同じ形式である。 しかし、この場合は、JTEが異なる構造を有する。低濃度にドープしたn導体 層2の上部に、第2の、高濃度にドープした、(p+)p導体層3によって作っ たアノードを、このウェーハの表面に向けて配置し、それによってこのウェーハ の平らな表面を作る。第1のn導体層2と第2の、p導体の、層3がpn接合を 構成し、ここでこの第1のn導体の層2と第2のp導体の層3との間の界面がこ のpn接合の作動範囲を形成する。このpn接合を囲むのが、このpn接合の層 3と同じ導体形式である多数のスポット11を含むJTEである。これらのスポ ット11がもたらす、cm2当りの電荷で表す有効表面電荷密度は、pn接合か らJTEのエッジ5まで外方に減少する。これは、異なる方法で達成することが できる。これらのスポットの面積は、エッジの方へ次第に小さくなっていてもよ く、またはもう一つの例のように、スポット間の距離がエッジ5の方へ次第に大 きくなってもよく、スポット間の距離がエッジ5の方へ次第に大きくなってもよ く、これらスポットの電荷量を変えることができ、またはこれらの異なる対策の 組合せを適用することもできる。延ばした終端に沿って所望の平坦な電界分布を 生ずる有効表面電荷プロフィールを近似する目的でとられた全ての対策が包含さ れる。図6bは、このJTEプロフィール全体にわたる電界分布の例を示す。 図6aに示す実施例のJTEの加工は、先に開示した方法1°および2°に類 似する方法で達成する。例として、高濃度にドープした(n+)、n導体の層1 と、上記層の上部にある低濃度にドープした第1のn導体の層2から成るSiC の基板上に半導体を加工する。これら二つのn導体層1、2が第1導体形式、こ の例によればn導体の平面ウェーハを構成し、その上にこの発明による一つ以上 のpn接合を作ることができる。第2段階で、p導体の高濃度にドープした第2 層3をイオン注入技術によってこのウェーハ上に作り、ここで、例えば、アルミ ニウム、硼素またはガリウムを注入剤として使うことができる。次の段階で、孔 12によってスポット11の面積および位置を決める設計のマスク13をこのウ ェーハ上に配置し、このマスク13がこれらのスポット間の予定するJTEの面 積を覆うようにする。次に、このウェーハに提案する形式のイオンを、放射線に 曝されるスポットの電荷量を確立するために必要な量まで注入する。この注入工 程中、終端エッジ5の外側のウェーハの表面をマスクする。この注入は、1工程 で行うのが好ましいが、勿論、数工程の注入も可能である。意図する領域に注入 後にアンニーリング工程を施すと、注入したスポット間の電荷の分布を更に良く さえする。例えば、小さく起る拡散の利益を利用するために、注入剤として硼素 を使うことは、このプロセスを更に改善するための方法である。 この方法によって、比較的滑らかに変る表面電荷プロフィールを得ることがで き、そこで図6bに示すように、表面で電界の分布が平らな電荷プロフィルを達 成する。 種々の工程でこの発明の目的を達成するために行う注入は、SiC結晶構造へ の損傷を避けるためである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年7月10日(1998.7.10) 【補正内容】 請求の範囲 1. 低濃度にドープした第1導体形式の層およびこの第1層の一部にある、 高濃度にドープした第2導体形式の層を含み、上記層がpn接合を含み、この第 2導体形式の層のエッジがエッジ終端部分を備える、平面構造の炭化珪素素子に 於いて、このエッジ終端部分が第2導体形式の領域を現し、このエッジ終端部分 が、このエッジ終端部分の外部境界の方へ階段状にまたは連続的に、減少する総 電荷および/または減少する有効シート電荷密度を現し、ここで最外領域のドー ピングが、全設計電圧でそれを完全に消耗するようになっていることを特徴とす る素子。 2. 請求項1による半導体素子に於いて、上記半導体が一つ以上のJTE領 域(4a〜4d)を含み、これらの領域が互いに接触することを特徴とする半導 体素子。 3. 請求項1による半導体素子に於いて、上記半導体が上記JTE領域に上 記第2導体形式の別々の領域(11)を含み、そこで上記領域の面積がこのJT Eのエッジ(5)の方へ次第に小さくなっていることを特徴とする半導体素子。 4. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が上記JTE領域に上 記第2導体形式の別々の領域(11)を含み、そこで上記領域間の距離がこのJ TEのエッジ(5)の方へ次第に長くなっていることを特徴とする半導体素子。 5. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が上記JTE領域に上 記第2導体形式の別々の領域(11)を含み、そこで上記領域の総電荷および/ または有効シート電荷密度がこのJTEのエッジ(5)の方へ減少することを特 徴とする半導体素子。 6. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が一つ以上のJTE領 域(4a〜4d)を含み、上記領域の有効シート電荷密度関係が − 一領域の実施例に対し、Q1=(40〜70) − 二領域の実施例に対し、Q1:Q2=100:(40〜60) − 三領域の実施例に対し、Q1:Q2:Q3=100:(50〜85):(2 5〜60) − 四領域の実施例に対し、Q1:Q2:Q3:Q4=100:(60〜85) :(40〜60):(15〜40) であり、但し、値100がこの固有シート電荷密度Q0に相当することを特徴と する半導体素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロットナー,クルト スウェーデン国 エス―164 43 キスタ, ランゲランドスガタン 12 (72)発明者 サバジ,スーザン スウェーデン国 エス―176 74 ヤルフ ァルラ,バルモベーゲン 9

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. pn接合を含み、このpn接合の第1導体形式(n)の層および第2導 体形式(p)の層の両方が炭化珪素(SiC)のドープした層を構成し、上記層 の少なくとも一つがエッジ終端(JTE)を備える半導体素子に於いて、このエ ッジ終端(JTE)がこの終端の外部境界の方へ階段状にまたは連続的に減少す る総電荷を包含することを特徴とする半導体素子。 2. pn接合を含み、このpn接合の第1導体形式(n)の層および第2導 体形式(p)の層が炭化珪素(SiC)のドープした層を構成する、平面構造の 半導体素子に於いて、高濃度にドープした上記層のエッジがエッジ終端(JTE )を備え、そこでこのエッジ終端が、この終端の外部境界の方へ階段状にまたは 連続的に、減少する総電荷および/または減少する上記高濃度にドープした層と 同じ導体形式の有効シート電荷密度を現すことを特徴とする半導体素子。 3. 請求項2による半導体素子に於いて、上記半導体が、第1導体形式のウ ェーハ(1,2)を含み、その表面に低濃度にドープした層(2)およびこのウ ェーハの限られた面積に注入した、第2導体形式の高濃度にドープした層(3) を有し、上記低濃度にドープした層(2)および上記高濃度にドープした層(3 )が上記pn接合を形成し、上記pn接合が第2導体形式の領域(4a〜4d, 11)を有する上記終端延長部(JTE)によって横方向に囲まれ、上記領域の 総電荷または上記領域の面積は、この接合終端延長部(JTE)の電荷量が上記 終端(JTE)のエッジ(5)の方へ減少するような値または面積であることを 特徴とする半導体素子。 4. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が一つ以上のJTE領 域(4a〜4d)を含み、これらの領域が互いに接触することを特徴とする半導 体素子。 5. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が上記JTE領域に上 記第2導体形式の別々の領域(11)を含み、そこで上記領域の面積がこのJT Eのエッジ(5)の方へ次第に小さくなっていることを特徴とする半導体素子。 6. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が上記JTE領域に上 記第2導体形式の別々の領域(11)を含み、そこで上記領域間の距離がこのJ TEのエッジ(5)の方へ次第に長くなっていることを特徴とする半導体素子。 7. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が上記JTE領域に上 記第2導体形式の別々の領域(11)を含み、そこで上記領域の総電荷および/ または有効シート電荷密度がこのJTEのエッジ(5)の方へ減少することを特 徴とする半導体素子。 8. 請求項3による半導体素子に於いて、上記半導体が一つ以上のJTE領 域(4a〜4d)を含み、上記領域の有効シート電荷密度関係が − 一領域の実施例に対し、Q1=(40〜70) − 二領域の実施例に対し、Q1:Q2=100:(40〜60) − 三領域の実施例に対し、Q1:Q2:Q3=100:(50〜85):(2 5〜60) − 四領域の実施例に対し、Q1:Q2:Q3:Q4=100:(60〜85) :(40〜60):(15〜40) であり、但し、値100がこの固有シート電荷密度Q0に相当することを特徴と する半導体素子。 9. 平面構造のpn接合を含み、このpn接合を形成する低濃度にドープし た第1導体形式の層(2)および高濃度にドープした第2導体形式の層(3)の 両方が炭化珪素(SiC)のドープした層を構成し、この高濃度にドープした層 のエッジがエッジ終端(JTE)を備えるべき半導体素子の製造方法に於いて、 珪素炭素ウェーハ(1,2)上に、ウェーハ表面にある第1導体形式の低濃度に ドープした層(2)を含み、ウェーハ表面から没入する第2導体形式のアノード (3)層を有し、上記低濃度にドープした層(2)および上記アノード(3)が 平面構造のpn接合を形成している半導体素子を、製造する方法が、注入すべき でない予定の第1領域(4a)に隣接するウェーハの区域をマスキングし、ウェ ーハの露出した区域に注入剤を注入し、それによって第2導体形式の第1接合終 端延長部(JTE)領域(4a)を作ることによって、このアノード(3)を囲 むJTEを作る工程を含むことを特徴とする方法。 10. 請求項9による方法に於いて、上記第1領域(4a)に隣接する区域 のマスクを除去し、そこで露出した区域に上記注入剤を注入して第2JTE領域 (4b)を作ることを特徴とする方法。 11. 請求項9による方法に於いて、上記第1領域(4a)に隣接する連続 区域のマスクを工程毎に除去し、そこで各マスク除去工程後に露出した区域に注 入して、総電荷量が減少する連続JTE領域(4a〜4d)を作ることを特徴と する方法。 12. 請求項9、請求項10または請求項11による方法に於いて、p導体 形式のJTE領域(4a〜4d)を作るために使用する注入剤がアルミニウム、 硼素またはガリウムであり、一方、n導体形式のJTE領域(4a〜4d)を作 るために使用する注入剤が窒素であることを特徴とする方法。 13. 平面構造のpn接合を含み、このpn接合を形成する低濃度にドープ した第1導体形式の層(2)および高濃度にドープした第2導体形式の層(3) の両方が炭化珪素(SiC)のドープした層を構成し、この高濃度にドープした 層のエッジがエッジ終端(JTE)を備えるべき半導体素子の製造方法に於いて 、珪素炭素ウェーハ(1,2)上に、ウェーハ表面にある第1導体形式の低濃度 にドープした層(2)を含み、表面から没入する第2導体形式のアノード(3) 層を有し、上記低濃度にドープした層(2)および上記アノード(3)が平面構 造のpn接合を形成する半導体を製造する方法が、このアノード(3)の外側の ウェーハの区域を孔(12)パターンのあるマスク(13)でマスキングし、こ のマスク(13)の孔(12)が露出したウェーハの区域に注入剤を注入し、そ れによってこのウェーハの表面に第2導体形式のスポット(11)を形成して、 電荷量がアノード(3)から半径方向に減少する接合終端延長部(JTE)を作 ることによって、このアノード(3)を囲むJTEを作る工程を含むことを特徴 とする方法。 14. 請求項13による方法に於いて、上記注入を、孔(12)の面積がア ノード(3)から半径方向に外方に減少する設計のマスク(13)で実行するこ とを特徴とする方法。 15. 請求項13による方法に於いて、上記注入を孔(12)のある設計の マスク(13)で実行し、ここで上記孔(12)の間の距離がアノード(3)か ら半径方向に外方に増加することを特徴とする方法。 16. 請求項13による方法に於いて、上記注入を孔(12)のある設計の マスク(13)で実行し、ここでこの注入の量をこの終端のエッジ(5)の方に 減少することを特徴とする方法。
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