JP2019096878A - エッジ終端構造を有するシリコンカーバイド半導体部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エッジ終端構造を有するシリコンカーバイド半導体部品を提供する。【解決手段】 半導体部品(500)が、アクティブ領域(610)とアクティブ領域(610)を少なくとも部分的に取り囲むエッジ終端構造(190)とを有するSiC半導体ボディ(100)を含む。SiC半導体ボディ(100)内に第1の導電型のドリフトゾーン(131)が形成されている。エッジ終端構造(190)は、第2の導電型の第1のドープ領域(191)を、SiC半導体ボディ(100)の第1の表面(101)とドリフトゾーン(131)との間に含む。第1のドープ領域(191)は、アクティブ領域(610)を少なくとも部分的に取り囲み、第1の表面(101)から間隔を空けて配置されている。エッジ終端構造(190)は更に、第1の表面(101)と第1のドープ領域(191)との間にある第2の導電型の第2のドープ領域(192)と、第2のドープ領域(192)同士の間にある第1の導電型の第3のドープ領域(193)と、を含む。【選択図】 図3

Description

本出願は、改良されたエッジ終端を有するシリコンカーバイド半導体部品に関する。
縦型電力半導体部品では、半導体部品のフロント側の第1の負荷電極とリア側の第2の負荷電極との間を負荷電流が流れる。オフ状態では、逆電圧は、縦方向には、第1の負荷電極と第2の負荷電極との間で降下し、横方向には、半導体部品の中央のアクティブ領域と、第2の負荷電極の電位を有する、半導体ボディの側面表面に沿って形成された構造との間のエッジ終端領域の両端で降下する。横方向電界の低減に関しては、電力半導体部品は、例えば、JTE(接合終端拡張)領域を含み、そのドーパント濃度は、互いに切り離されている、側面表面、又は表面近くの、浮遊していて互いに反対にドープされている領域(いわゆるガードリング)からの距離が小さくなるほど、小さくなってよい。ドーパントの拡散係数が小さい半導体材料からなる半導体部品では、従来のシリコン技術において既知であるようなエッジ終端構造は、pn接合が急峻な為に、あまり効果的ではなく、或いは製造が複雑になる。
本開示は、アクティブ領域とアクティブ領域を少なくとも部分的に取り囲むエッジ終端構造とを有するSiC半導体ボディを含む半導体部品に関する。SiC半導体ボディ内に第1の導電型のドリフトゾーンが形成されている。エッジ終端構造は、第2の導電型の第1のドープ領域を、SiC半導体ボディの第1の表面とドリフトゾーンとの間に含む。第1のドープ領域は、アクティブ領域を少なくとも部分的に取り囲み、第1の表面から間隔を空けて配置されている。エッジ終端構造は更に、第1の表面と第1のドープ領域との間にある第2の導電型の第2のドープ領域と、第2のドープ領域同士の間にある第1の導電型の第3のドープ領域と、を複数含む。
本開示は更に、アクティブ領域とアクティブ領域を少なくとも部分的に取り囲むエッジ終端構造とを有するSiC半導体ボディを含む半導体部品であって、SiC半導体ボディ内に第1の導電型のドリフトゾーンが形成されている半導体部品に関する。エッジ終端構造は、第2の導電型の第1のドープ領域を、SiC半導体ボディの第1の表面とドリフトゾーンとの間に含む。第1のドープ領域は、アクティブ領域を少なくとも部分的に取り囲み、第1の表面から間隔を空けて配置されている。エッジ終端構造は更に、第1の表面と第1のドープ領域との間にある第2の導電型の第2のドープ領域と、第2のドープ領域同士の間にある第3のドープ領域と、を複数含む。
当業者であれば、以下の詳細説明を読み、図面を検討することにより、本開示対象の更なる特徴及び利点が明らかになるであろう。
添付図面は、本発明のより深い理解をもたらすものであり、本開示に含まれ、本開示の一部を成す。図面は、本発明の実施形態を示し、本明細書とともに本発明の原理を説明する。以下の詳細説明を理解することにより、本発明の更なる実施形態、並びに意図された利点が明らかになる。
逆導電型の第3の領域が第2のドープ領域同士の間にリング状に形成されている一実施形態による、半導体部品のSiC半導体ボディの概略平面図を示し、半導体部品は、埋め込まれた第1のドープ領域と、第1の表面と第1のドープ領域との間に互いに間隔を空けて配置された複数の第2のドープ領域とを有するエッジ終端構造を含む。 図1Aの半導体部品の線B−Bにおける概略断面図を示す。 図1A及び1Bによる半導体部品のブレークダウン電圧の、エッジ終端構造のドーパント量の関数としての依存性を示す概略図を示す。 第2のドープ領域が柱状に形成されており、これらが互いに、逆導電型の第3の領域で隔てられている一実施形態による、半導体部品のSiC半導体ボディの概略平面図を示し、半導体部品は、埋め込まれた第1のドープ領域と、第1の表面と第1のドープ領域との間に互いに間隔を空けて配置された複数の第2のドープ領域とを有するエッジ終端構造を含む。 同じ導電型の第3の領域(第2の領域と区別可能)が第2のドープ領域同士の間に形成されている一実施形態による、半導体部品のSiC半導体ボディの概略平面図を示し、半導体部品は埋め込まれた第1のドープ領域と、第1の表面と第1のドープ領域との間に互いに間隔を空けて配置された複数の第2のドープ領域とを有するエッジ終端構造を含む。 図2Aの半導体部品の線B−Bにおける概略断面図を示す。 プレーナゲート構造を有するトランジスタセルを含む半導体部品に関する一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 浅いトレンチゲート構造及びトランジスタチャネルを両側に有するトランジスタセルを含む半導体部品に関する一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 深いトレンチゲート構造及びトランジスタチャネルをトレンチゲート構造の両側に有するトランジスタセルを含む半導体部品に関する一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 深いトレンチゲート構造及びトランジスタチャネルを一方の側に有するトランジスタセルを含む半導体部品に関する一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 pnダイオードに関する一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 MPS(マージドピンショットキー(merged pin Schottky))ダイオードに関する一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 第2のドープ領域と第3のドープ領域との間に浅い横方向pn接合を有するエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 図9Aのエッジ終端構造の、第2のドープ領域と第3のドープ領域の導電型が逆の場合の、線B−Bにおける第2及び第3のドープ領域の横方向ドーパント分布を示す概略図を示す。 図9Aのエッジ終端構造の、第2のドープ領域と第3のドープ領域の導電型が同じ場合の、線B−Bにおける第2及び第3のドープ領域の横方向ドーパント分布を示す概略図を示す。 更なる実施形態による、第1のドープ領域と、第1の表面と第1のドープ領域との間の第2のドープ領域とを含むエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の概略垂直断面図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造の様々なドーパント量を有する、図10のエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の垂直断面図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造の様々なドーパント量を有する、図10のエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の垂直断面図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造の様々なドーパント量を有する、図10のエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の垂直断面図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造の様々なドーパント量を有する、図10のエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の垂直断面図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造の様々なドーパント量を有する、図10のエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の垂直断面図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造の様々なドーパント量を有する、図10のエッジ終端構造を有する半導体部品の一部の垂直断面図を示す。 図11Aによる半導体部品におけるアバランシェ事象の分布を示す。 図11Bによる半導体部品におけるアバランシェ事象の分布を示す。 図11Cによる半導体部品におけるアバランシェ事象の分布を示す。 図11Dによる半導体部品におけるアバランシェ事象の分布を示す。 図11Eによる半導体部品におけるアバランシェ事象の分布を示す。 図11Fによる半導体部品におけるアバランシェ事象の分布を示す。 図11Aによる半導体部品における電界分布を示す。 図11Bによる半導体部品における電界分布を示す。 図11Cによる半導体部品における電界分布を示す。 図11Dによる半導体部品における電界分布を示す。 図11Eによる半導体部品における電界分布を示す。 図11Fによる半導体部品における電界分布を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造を含む半導体部品の製造方法の簡略化されたフロー図を示す。 一実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の製造方法を示す、SiC半導体基板の一部の概略垂直断面図であって、エッジ終端構造の第1のドープ領域を形成するステップを実施中の図を示す。 図15AによるSiC半導体基板の一部の概略垂直断面図であって、エッジ終端構造の第2のドープ領域を形成するステップを実施中の図を示す。 更なる実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の製造方法を示す、SiC半導体基板の一部の概略垂直断面図であって、エッジ終端構造の第1のドープ領域を形成するステップを実施中の図を示す。 図16AによるSiC半導体基板の一部の概略垂直断面図であって、エッジ終端構造の第2のドープ領域を形成するステップを実施中の図を示す。 次の実施形態によるエッジ終端構造を有する半導体部品の製造方法を示す、SiC半導体基板の一部の概略垂直断面図であって、エッジ終端構造の第1のドープ領域を形成するステップを実施中の図を示す。 図17AによるSiC半導体基板の一部の概略垂直断面図であって、エッジ終端構造の第3のドープ領域を形成するステップを実施中の図を示す。 更なる実施形態による、浅い横方向pnドーパント濃度接合を有するエッジ終端構造の第2のドープ領域を形成する方法を示す、SiC半導体基板の一部の概略断面図を示す。
以下の詳細説明では添付図面を参照する。添付図面は、本開示の一部を成し、説明を目的として特定の例示的実施形態を示す。言うまでもなく、更なる例示的実施形態が存在し、本特許請求項によって定義されるものから逸脱しない限り、例示的実施形態に対する構造的又は論理的な変更が行われてよい。この点において、例示的実施形態の説明は非限定的である。具体的には、文脈上明らかに逆の意味であるものがない限り、以下に述べる例示的実施形態の要素を、以下に述べる別の例示的実施形態の要素と組み合わせてよい。
以下における「有する(have)」、「含む(contain)」、「包含する(encompass)」、「含む(comprise)」などの語句は、述べられた要素又は特徴の存在を示すとともに、別の要素又は特徴の存在を排除しないオープンタームである。不定冠詞及び定冠詞は、文脈上明らかに逆の意味であるものがない限り、複数形及び単数形の両方を包含する。
幾つかの図面では、ドープ型の横に「−」又は「+」を表示することにより、相対的なドーパント濃度を表す。例えば、「n−」は、「n」ドープ領域のドーパント濃度より低いドーパント濃度を表し、「n+」ドープ領域は、「n」ドープ領域より高いドーパント濃度を有する。相対ドーパント濃度の表示は、特に断らない限り、同じ相対ドーパント濃度が表示されているドープ領域の絶対ドーパント濃度が同じであることを必ずしも意味しない。例えば、異なる2つの「n」ドープ領域は、絶対ドーパント濃度が同じであっても異なってもよい。
「電気的に接続されている」という語句は、その電気的に接続されている要素間の低インピーダンス接続を表し、例えば、当該要素間の直接接続、或いは、金属及び/又は高ドープ半導体を介する接続を表す。「電気的に結合されている」という表現は、その「電気的に結合されている」要素間に、信号伝達に適する1つ以上の介在要素が存在してよいという事実を包含し、そのような介在要素は、例えば、第1の状態では低インピーダンスの接続を生成し、第2の状態では高インピーダンスの減結合を生成することが可能であるように制御可能な要素である。
図1A〜1Cは半導体部品500を示しており、これは、中央アクティブ領域610を含み、アクティブ領域610の全ての側を囲むエッジ終端領域690を含む。半導体部品500の機能性を決定する要素構造601がアクティブ領域610に形成される。要素構造601は、例えば、多様なトランジスタセルTC、pnダイオードのpn接合、又はMPS構造を含んでよい。半導体部品500は、pnダイオード、MPSダイオード、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、又はIGFET(絶縁ゲート電界効果トランジスタ)、例えば、MOSFET(酸化金属半導体FET)であってよく、略語のMOSFETは、金属ゲート電極を有するFETだけでなく、半導体材料からなるゲート電極を有するFETも包含する。半導体部品500は、MGD(MOSゲーテッドダイオード)であってもよく、或いは、トランジスタセルTCに加えて更なる電子要素も含む半導体部品であってもよい。
半導体部品500は、単結晶シリコンカーバイド(SiC)、例えば、2H SiC(2HポリタイプのSiC)、6H SiC、又は15R SiCからなるSiC半導体ボディ100をベースとしてよい。一実施形態によれば、SiC半導体ボディ100の材料は4H SiCである。SiC半導体ボディ100のフロント側の第1の表面101が、平坦又はリブ付きである。平坦な第1の表面101、又はリブ付きの第1の表面101の中央平面に対する垂線104が垂直方向を定義する。平坦な第1の表面101、又はリブ付きの第1の表面101の中央平面に平行な方向が水平方向又は横方向である。
SiC半導体ボディ100は、リア側では、第1の表面101に平行な第2の表面102を有する。SiC半導体ボディ100の、第1の表面101と第2の表面102との間の全厚は、数百ナノメートルから数百マイクロメートルの範囲であってよい。側面103が、SiC半導体ボディ100の横方向外側表面を形成し、第1の表面101と第2の表面102とをつなぐ。側面103は、第1の表面101に垂直な方向を向いてよい。
SiC半導体ボディ100にはドリフト構造130が形成され、このドリフト構造は、第2の表面102に沿って少なくとも1つの高ドープ接点区画139を含み、第1の表面101と高ドープ接点区画139との間に第1の導電型の低ドープドリフトゾーン131を含む。ドリフト構造130は、ドリフトゾーン131及び接点区画139に加えて、ドリフトゾーン131の導電型、又はその反対の導電型の、より更なるドープ領域を含んでよい。
エッジ終端領域690は、SiC半導体ボディ100の側面103に隣接し、この半導体部品の機能性を決定する半導体要素(例えば、トランジスタセル)を全く含まない。代わりに、エッジ終端領域690には、横方向電界を低減する為のエッジ終端構造190が形成される。エッジ終端領域690は、横方向電界低減の為のエッジ終端構造190に加えて、ドープ領域を有する更なるエッジ構造を含んでよく、例えば、ドリフトゾーン131の導電型のチャネルストッパ領域を含んでよく、これは、ドリフトゾーン131より高ドープであり、エッジ終端構造190と側面103との間を、第1の表面101からSiC半導体ボディ100内へと延びてよい。
エッジ終端構造190は、第2の導電型の第1のドープ領域191を含み、これは、ドリフトゾーン131の第1の導電型に対して相補的である。第1のドープ領域191は、第1の表面101とドリフトゾーン131との間に、ドリフト構造130、例えば、ドリフトゾーン131と一緒に形成され、大部分又は全体が第1の表面101に対して平行に延びるpn接合を形成する。第1のドープ領域191の縦方向の広がりは、500nm〜2.5μmの範囲であってよく、例えば、0.8μmから1.2μmの範囲であってよい。第1のドープ領域191と第1の表面101との間の距離は、100nmから1μmであってよい。アクティブ領域610の外側エッジに平行な横方向においては、ドーパント濃度は、少なくともまっすぐな区画では、ほぼ一定である。アクティブ領域610の外側エッジに垂直な横方向においては、第2のドープ領域192のドーパント濃度は、広い領域にわたってほぼ一定であってよく、例えば、第2のドープ領域192の横方向の幅w1の少なくとも90%にわたってほぼ一定であってよい。
第1のドープ領域191は、半導体部品500のデータシートにおいて、オフ状態動作時の最大制限データにおける動作条件及び周囲条件の範囲内で指定されている条件の下で移動電荷キャリアを完全に枯渇させることが可能である。例えば、第1のドープ領域191のドーパント量は、2×1012cm−2から2×1013cm−2の範囲であり、例えば、6×1012cm−2から1013cm−2の範囲である。
エッジ終端構造190は更に、第2のドープ領域192を含み、これらは、互いに対して横方向に間隔を空けて配置され、いずれの場合にもアクティブ領域610を少なくとも部分的に取り囲む。一実施形態によれば、第2のドープ領域192のうちの少なくとも1つが、アクティブ領域610を完全に取り囲む閉鎖構造を形成する。他の第2のドープ領域192が、アクティブ領域610を横方向に枠で囲む線に沿って形成されてよく、これらの第2のドープ領域192は、それらの線に沿って、互いに対して間隔を空けて配置される。図1Aの実施形態によれば、全ての第2のドープ領域192が、いずれの場合にもアクティブ領域610を完全に取り囲む閉鎖構造を形成する。
第2のドープ領域192は、第1の表面101と第1のドープ領域191との間に形成され、例えば、第1の表面101、第1のドープ領域191、又はこの両方に隣接してよい。一実施形態によれば、第2のドープ領域192は、第1の表面101から第1のドープ領域191の範囲まで延びる。第2のドープ領域192のドーパント量は、第1のドープ領域191のドーパント量より高く、例えば、少なくとも4倍高い。一実施形態によれば、第2のドープ領域192のドーパント濃度は、少なくとも1×1017cm−3である。
第1のドープ領域191及び第2のドープ領域192を含むエッジ終端構造190の全ドーパント量は、2×1013cm−2から6×1013cm−2の範囲であり、例えば、3×1015cm−2から5×1013cm−2の範囲であってよい。
第1の導電型の第3のドープ領域193が、隣り合う第2のドープ領域192同士を、互いに対して横方向に隔てる。
アクティブ領域610と向き合う第1のドープ領域191及び最も内側の第2のドープ領域192は、アクティブ領域610内に形成された、同じ導電型のドープ領域に直接隣接してよい。エッジ終端構造190の縦方向の広がりは、第1の表面101と、アクティブ領域610内の第2の導電型の最も深いドープ領域の下端との間の距離の少なくとも80%でありうる。
オフ状態の場合には、第2のドープ領域192は、横方向の電界の低減に寄与する。比較的低ドープの第1のドープ領域191は、第2のドープ領域192と第3のドープ領域193との間のシリコンカーバイド中のやはり比較的急峻な横方向のpn接合を底部に対してシールドし、このようにして、エッジ終端構造190内の横方向pn接合において発生する最大電界強度を低減する。従って、埋め込まれている第1のドープ領域191は、とりわけ、第2のドープ領域192のドーパント量が高くなることを可能にし、これによって、SiC半導体ボディ100と、第1の表面101に載っているパッシベーション構造との間の界面に沿って表面状態を占有しうる電荷キャリアの影響が低減される。従って、エッジ終端構造190の誘電強度は、動作期間が長くなっても動作環境に無関係に一定であり続ける。
この場合には、パッシベーション構造は、誘電材料からなる層で構成されてよく、或いは、様々な誘電材料からなる複数の層を含んでよく、そのような誘電材料として、例えば、シリコンカーバイドの酸化によって生成されたシリコン酸化物、堆積されたシリコン酸化物、窒素を含むシリコン酸化物、ガラス(例えば、USG(非ドープケイ酸塩ガラス)、BSG(ボロケイ酸塩ガラス)、PSG(ホスホケイ酸塩ガラス)、又はBPSG(ボロホスホケイ酸塩ガラス))、又はポリイミドがある。
リソグラフィマスクプレーンを1つだけ使用して製造される、第2の導電型の低ドープリング構造を含むだけのエッジ終端構造と比較すると、エッジ終端構造190は、リソグラフィ変動、即ち、第2のドープ領域192同士の間の距離の変動に対して著しく鈍感である。更に、第1のドープ領域191のシールド効果により、横方向のpn接合における電界強度が著しく低くなり、これは、半導体部品の安定性及び信頼性に対して有利な効果があり、より高い電圧クラスに対する半導体部品のスケーラビリティを向上させる。
第2の導電型の、連続的な、表面近くのエッジ終端領域によるマルチゾーンインプランテーションに基づくエッジ終端構造であって、ゾーンとアクティブ領域との間の距離が長くなるにつれてゾーン内のドーパント濃度が減少するエッジ終端構造と比較すると、エッジ終端構造190は、より少ないマスクプレーンにより製造可能であり、例えば、第1及び第2のドープ領域191、192の製造を、アクティブ領域610内での同じ導電型のドープ領域の形成とリンクさせることが可能であれば、より少ないマスクプレーンにより製造可能である。
図1Cは、逆電圧650Vに対して定義される、エッジ終端領域610を含む半導体部品の第1のドープ領域191の場合の、エッジ終端構造190のブレークダウン電圧VBDの、ドーパント量Dosへの依存性を示す。
線401は、ブレークダウン電圧VBDの、第1のドープ領域のドーパント量Dosへの依存性を表す。線402は、アクティブ領域610内でのブレークダウン電圧を示す。横軸のスケーリングは、一定基準量4×1012cm−2に対する、第1のドープ領域191におけるドーパント量のパーセント比に関連する。
この図が示すところによれば、エッジ終端構造190は、第2のドープ領域192のドーパント量に対する非常に広いプロセスウィンドウを可能にしており、従って、エッジ終端構造190のブレークダウン電圧は、エッジ終端構造190に対するプロセス変動にほぼ無関係である。従って、半導体部品500のアバランシェブレークダウンはアクティブ領域610に確実にバインドされ、これによって、半導体部品500の安定性及びアバランシェロバスト性が著しく向上する。そして、アクティブ領域610では、アバランシェブレークダウンは、例えば、そこに形成される、第2の導電型のドープ領域の曲率にピン留めされてよい。
図1Dは、柱状に形成され、アクティブ領域610を枠で囲むまっすぐな枠線に沿って形成された第2のドープ領域192を示す。同じ枠線上にある第2のドープ領域192同士は、別の第3のドープ領域193によって互いに対して隔てられている。
図2A及び2Bの実施形態によれば、エッジ終端構造190の第3のドープ領域193は、第2のドープ領域192及び第1のドープ領域191と同じ導電型であり、第2のドープ領域192のドーパント量は、第3のドープ領域193のドーパント量より多い。一実施形態によれば、第2のドープ領域192のドーパント量は、第1のドープ領域191のドーパント量の少なくとも4倍である。別の一実施形態によれば、第3のドープ領域193のドーパント濃度は、第1のドープ領域191のドーパント濃度にほぼ一致してよく、即ち、第1のドープ領域191のドーパント濃度からのずれが、そのドーパント濃度の値の最大で10%であってよい。
高ドープリングと低ドープリングとを交互に含むJTE構造であって、アクティブ領域610から遠ざかるにつれて高ドープリングの幅が減少し、これと同程度、低ドープリングの幅が増加するJTE構造と比較すると、図2A〜2Bによるエッジ終端構造190は、リソグラフィ変動に対して、よりロバストであることが分かっており、例えば、(例えば、650V又は1200Vの)比較的低い電圧クラスの場合にはそうであることが分かっている。
図3は、トランジスタセルTCを有する中央アクティブ領域610を取り囲むエッジ終端領域690を有するSiC半導体ボディ100を含む半導体部品500を示す。SiC半導体ボディ100のフロント側にトランジスタセルTCのプレーナゲート構造150が形成され、アクティブ領域610の少なくとも内部では、いずれの場合にも、個々のゲート構造150に関して対称に形成された2つのトランジスタセルTCに、そのゲート構造150が割り当てられる。
ゲート構造150は、導電性ゲート電極155及びゲート誘電体151を含み、ゲート誘電体151は第1の表面101上に直接形成されて、ゲート電極155をSiC半導体ボディ100から隔てる。第1の表面101からSiC半導体ボディ100内へ延びるボディ領域120が、いずれの場合にも、隣り合う2つのトランジスタセルTCに割り当てられ、トランジスタセルTCは、それらの一部が、隣り合う2つのゲート構造150に割り当てられる。その隣り合う2つのトランジスタセルTCのソース領域110が、第1の表面101とボディ領域120との間に形成される。ボディ領域120は接点領域149を含んでよく、接点領域149内のドーパント濃度は、ボディ領域120のうちの、接点領域149の外側のメイン領域121より高い。接点領域149は、2つのソース領域110の間で第1の表面101に隣接する。
ドリフトゾーン131及び接点区画139を有するドリフト構造130が、トランジスタセルTCをSiC半導体ボディ100の第2の表面102から隔てており、ドリフト構造130、例えば、ドリフトゾーン131、又は導電型がドリフトゾーン131と同じであるがドーパント濃度がドリフトゾーン131より高い電流拡散ゾーンが、隣り合うボディ領域120の間、並びにゲート電極155の下を通って第1の表面101まで延びてよい。
スイッチオン状態では、トランジスタセルTCは、ボディ領域120のうちの、ゲート誘電体151に沿うチャネル領域に横方向の反転チャネルを形成し、この反転チャネルは、ソース領域110を、ドリフト構造130のうちの、第1の表面101に隣接する区画、例えば、ドリフトゾーン131又は電流拡散ゾーンに接続している。
層間誘電体210が、ゲート電極155を、SiC半導体ボディ100のフロント側の第1の負荷電極310から隔てる。層間誘電体210の開口を通り抜けて延びる接点構造315が、第1の負荷電極310を、接点領域149及びソース領域110に電気的に接続する。第2の負荷電極320が、ドリフト構造130の高ドープ接点区画139に隣接してよい。ゲート電極155は、半導体部品のゲート端子に電気的に接続又は結合されている。
図示された例示的実施形態では、半導体部品500は、nチャネルSiC MOSFETである。第1の導電型はn型であり、第2の導電型はp型である。第1の負荷電極310は、ソース端子Sを形成してよく、或いは、ソース端子Sに電気的に接続されてよい。第2の負荷電極320は、ドレイン端子Dを形成してよく、或いは、そのような端子に電気的に接続されてよい。別の実施形態によれば、第1の導電型はp型であり、第2の導電型はn型である。
エッジ終端領域690に、上述のエッジ終端構造190が形成される。第1のドープ領域191が、最も外側のゲート構造150の下方に延びてよく、或いは、ゲート構造150から横方向に間隔を空けて配置されてよい。第2のドープ領域192の横幅は、アクティブ領域610から遠ざかるにつれて減少しうる。これに対する追加又は代替として、第3のドープ領域193の横幅は、アクティブ領域610から遠ざかるにつれて増加しうる。
誘電体パッシベーション構造、例えば、ポリイミド構造400が、エッジ終端領域690の第1の表面101の少なくとも1つの区画に直接載ってよく、この構造は、第1の負荷電極310又は最も外側のゲート構造150の外側エッジを覆ってよい。別の実施形態によれば、エッジ終端領域690のうちの、アクティブ領域610に隣接する少なくとも1つの内側部分領域において、層間誘電体210は、ポリイミド構造400を、SiC半導体ボディ100から隔てることが可能である。少なくとも1つの別の誘電体層、例えば、シリコン酸化物層、及び/又はシリケートガラスからなる層が、少なくとも、ポリイミド構造400とSiC半導体ボディ100との間の区画に形成されてよい。
SiC半導体ボディ100とパッシベーション構造(例えば、ポリイミド構造400)との間の界面における表面状態、並びにSiC半導体ボディ100と層間誘電体210との間の界面における表面状態は、半導体部品500の動作中に様々な程度まで電荷キャリアによって占有される可能性があり、電荷キャリアは、エッジ終端領域610における電界分布、並びにエッジ終端構造190のブレークダウン電圧に影響しうる。一実施形態によれば、第2のドープ領域192のドーパント濃度は少なくとも1×1017cm−3、例えば、少なくとも2×1017cm−3であり、これによって、ポリイミド構造400とSiC半導体ボディ100との間の境界層における表面状態を少なくとも一時的に占有する電荷キャリアの、エッジ終端領域690の誘電強度への影響はごくわずかである。
一実施形態によれば、第2のドープ領域192のドーパント量は、接点領域149のドーパント量にほぼ等しいか、接点領域149のドーパント濃度とボディ領域120のドーパント濃度との差にほぼ等しく、これによって、第2のドープ領域192及び接点領域149は、同じインプランテーションステップで同じマスクプレーンに画定されることが可能である。
第1のドープ領域191のドープは、半導体部品500の動作中に第1のドープ領域191を完全に枯渇させることが可能であるように選択される。ボディ領域120のドープはボディ領域120が枯渇しないように選択される為、ボディ領域120の形成は、通常、第1のドープ領域191の形成と無関係な方法ステップを少なくとも1つ含む。
エッジ終端領域690の第1のドープ領域191の縦方向の広がりv1は、ボディ領域120の下端と第1の表面101との間の距離v3に一致してよく、或いは、距離v3の少なくとも80%、例えば、少なくとも85%であってよく、これは、この例示的実施形態では、接点領域149を含むボディ領域120の縦方向の広がりに一致し、その結果として、ボディ領域120とエッジ終端構造190との接合部における阻止能力の局所的低下を防ぐことが可能である。
図4の半導体部品500はSiC TMOSFET(SiCトレンチMOSFET)であり、これは、ほぼv字形の縦方向断面領域を有する浅いトレンチに形成されたゲート構造150を含む。ゲート構造155は、ゲート構造150の側壁及び底部に沿ってほぼ均一な層厚で延びてよい。SiC半導体ボディ100の、隣り合うゲート構造150の間のメサ部分180は、第1の表面101に沿って形成されたソース領域110と、ソース領域110をドリフト構造130から隔てるボディ領域120とを含む。ボディ領域120は、高ドープ接点領域149を含んでよく、そこでのドーパント濃度は、接点領域149の外側のボディ領域120のメイン領域121のドーパント濃度より高い。メサ部分180の側壁は、例えば、(0−33−8)格子プレーンであってよい。
SiC TMOSFETは、上述のように、ドリフト構造130及びエッジ終端構造190を含む。エッジ終端構造190の縦方向の広がりv1は、ボディ領域120の下端と第1の表面101との間の距離v3の少なくとも80%であってよく、或いは、例えば、距離v3にほぼ等しくてよく、図4の例示的実施形態では、距離v3は、接点領域149を含むボディ領域120の縦方向の広がりに一致する。
図5の半導体部品500はSiC TMOSFETであり、これは、第1の表面101からSiC半導体ボディ100内へ延びるゲート構造150を含み、ゲート構造150の側壁は縦方向に第1の表面101へと延びる。ボディ領域120は、SiC半導体ボディ100の、隣り合うゲート構造150の間のメサ部分180に形成され、このボディ領域は、メサ部分180において、ドリフト構造130とともに第1のpn接合pn1を形成し、第1の表面101に沿って形成されたソース領域110とともに第2のpn接合pn2を形成する。メサ部分180の側面は、シリコンカーバイド結晶のメイン格子プレーンである。
隣り合うゲート構造150の間を、トレンチ接点316が、第1の負荷電極310から層間誘電体210を通り抜けてメサ部分180内へと延びる。トレンチ接点316は、横方向にはソース領域110に隣接して、ソース領域110を第1の負荷電極310につなぐ。
トランジスタセルTCは更に、ボディ領域120の導電型のシールド領域160を含み、シールド領域160の下端と第1の表面101との間の距離v4が、ゲート構造150の縦方向のv2より大きい。シールド領域160は、ドーパント濃度がボディ領域120より高くてよく、ゲート構造150から横方向に間隔を空けて配置される。ゲート構造150は、いずれの場合にも隣り合う2つのシールド領域160によってドレイン電位に対してシールドされ、シールド領域160は、ゲート構造150よりも第2の表面102にかなり近い。アクティブ領域610内では、シールド領域160のうちの、例えば、シールド領域160の下端に沿う領域にアバランシェブレークダウンをピン留めすることが可能である。シールド領域160は、トレンチ接点316の直下に形成された高ドープ接点領域149を含んでよい。
半導体部品500のエッジ終端領域690が、上述のように、エッジ終端構造190を含む。この場合には、エッジ終端構造190の縦方向の広がりv1が、シールド領域160の下端と第1の表面101との間の距離v4にほぼ一致してよく、例えば、距離v4の少なくとも80%であってよい。接点領域149が、トレンチ接点316の形成前に接点トレンチの底部を通り抜けて導入される場合には、高ドープ接点領域149と同じインプランテーションから、高ドープ接点領域149と同じマスクプレーンで、第2のドープ領域192が形成されてよく、第2のドープ領域192における第2の導電型の絶対ドーパント濃度が、接点領域149のドーパント濃度とシールド領域160のドーパント濃度との差にほぼ一致してよい。
図6では、半導体部品500は、ストリップ状トランジスタセルTCと、一方の側にトランジスタチャネルを有する深いトレンチゲート構造150と、を有するSiC半導体ボディ100をベースとするnチャネルSiC TMOSFETである。以下で説明されないエッジ終端構造190の詳細については、図1A及び1Bに関する説明を参照されたい。
SiC半導体ボディ100は、フロント側に第1の表面101を有し、これは同じ平面にある表面部分を含んでよい。第1の表面101は、メイン格子プレーンと一致してよく、或いは、メイン格子プレーンに対して、例えば、(0001)格子プレーンに対して角度偏差αで斜めに延びてよく、この角度偏差は、多くとも12°でありえ、例えば、ほぼ4°でありうる。
図示した実施形態では、<0001>結晶方向は、垂線104に対して角度偏差αだけ傾いている。<11−20>結晶方向は、水平プレーンに対して同じ角度偏差αだけ傾いており、そうでなければ断面プレーン内を延びている。<1−100>結晶方向は、断面プレーンに直交している。
SiC半導体ボディ100は、リア側には、第1の表面101と平行な第2の表面102を有する。第1の表面101と第2の表面102との間のSiC半導体ボディ100の総厚は、数百ナノメートルから数百マイクロメートルであってよい。
SiC半導体ボディ100内に形成されたドリフト構造130が、第2の表面102に隣接する少なくとも1つの高ドープ接点区画139を含み、第1の表面101と高ドープ接点区画139との間に第1の導電型の低ドープドリフトゾーン131を含む。
高ドープ接点区画139は、ドリフトゾーン131と同じ導電型であり、結晶からのこぎりで切り出されたか、結晶からスライスされた基板部分であってよいか、そのような基板部分を含んでよく、或いは、完全にエピタキシ法によって作られたものであってよい。接点区画139は、第2の負荷電極320との間にオーム接触を形成し、第2の負荷電極320は第2の表面102に直接隣接してよい。第2の表面102に沿って、接点区画139のドーパント濃度は、第2の負荷電極320との間で低インピーダンス接触を形成する為の十分な高さを有する。
ドリフトゾーン131は、エピタキシによって接点区画139上に成長した層に形成されてよい。ドリフトゾーン131の平均ドーパント濃度は、例えば、5×1014cm−3から5×1016cm−3の範囲である。ドリフト構造130は、ドリフトゾーン131及び接点区画139に加えて、更なるドープ領域を含んでよく、例えば、ドリフトゾーン131の導電型のフィールドストップゾーン、阻止又は障壁ゾーン、及び/又は電流拡散ゾーン、及び/又は、相補導電型の島状領域を含んでよい。
SiC半導体ボディ100のフロント側のトランジスタセルTCは、第1の表面101からSiC半導体ボディ100内に延びるゲート構造150に沿って形成され、SiC半導体ボディ100のメサ部分180が、隣り合うゲート構造150同士を引き離す。
ゲート構造150の、第1の水平方向に沿う長手方向の広がりは、第1の水平方向に直交する第2の水平方向に沿い、上記長手方向の広がりを横切るゲート構造150の幅より大きい。ゲート構造150は、トランジスタセルTCを有するアクティブ領域610の一方の側から反対側まで延びる長いトレンチであってよく、ゲート構造150の長さは、最大数百マイクロメートル又は最大数ミリメートルであってよい。
別の実施形態によれば、ゲート構造150は、いずれの場合にもセルアレイ領域の一方の側から反対側に延びる平行線に沿って形成されてよく、いずれの場合にも、互いに引き離された多数のゲート構造150が同じ線に沿って形成される。ゲート構造150は、格子のメッシュ内にメサ部分180を有する格子を形成してもよい。
ゲート構造150は、互いに一定の間隔を空けて配置されてよく、同じ幅を有してよく、規則的なパターンを形成してよく、ゲート構造150同士の中心間距離は、1μmから10μmの範囲であってよく、例えば、2μmから5μmの範囲であってよい。ゲート構造150の縦方向の広がりは、300nmから5μmであってよく、例えば、500nmから2μmの範囲であってよい。
ゲート構造150の側壁は、垂直方向に対してわずかに傾いており、対向する側壁同士が互いに平行に延びてよく、或いは、互いに向かって延びてよい。一実施形態によれば、ゲート構造150の幅は、第1の表面101から遠ざかるにつれて減少する。例えば、一方の側壁が垂直方向から角度偏差αだけそれ、他方の側壁が垂直方向から−αだけそれる。
メサ部分180には、対向する2つの長手方向メサ側面181、182があり、これらは、隣り合う2つのゲート構造150に直接隣接する。第1のメサ側面181は、電荷キャリア移動度が高い(11−20)格子プレーン内に位置する。第1のメサ側面181に対向して位置する第2のメサ側面182は、当該格子プレーンに対して角度偏差αの倍だけ傾いてよく、例えば、約8度傾いてよい。
ゲート構造150は導電性ゲート電極155を含み、これは、高ドープ多結晶シリコン層、一体型又は分節型の金属構造、又はこの両方を含んでよい。ゲート電極155は、部品のフロント側のゲートメタライゼーションに電気的に接続され、これは、ゲート端子を形成するか、そのような端子に電気的に接続又は結合される。
ゲート構造150の少なくとも一方の側に沿って、ゲート誘電体151がゲート電極155をSiC半導体ボディ100から隔てる。ゲート誘電体151は、半導体誘電体(例えば、熱的に成長又は堆積した半導体酸化物(例えば、シリコン酸化物))、半導体窒化物(例えば、堆積又は熱的に成長したシリコン窒化物)、半導体オキシ窒化物、例えば、シリコンオキシ窒化物、他の何らかの堆積した誘電体材料、又はこれらの材料の任意の組み合わせを含んでよい。ゲート誘電体151の層厚は、数十ナノメートルであってよく、トランジスタセルTCの閾値電圧が1Vから8Vの範囲であるように選択されてよい。
ゲート構造150は、ゲート電極155及びゲート誘電体151だけを含んでよく、或いは、ゲート電極155及びゲート誘電体151に加えて別の導電性及び/又は誘電性の構造(例えば、絶縁誘電体)を含んでよい。
メサ部分180では、SiC半導体ボディ100のフロント側に向かってソース領域110が形成され、ソース領域は、それぞれのメサ部分180の第1の表面101及び第1のメサ側面181に直接隣接してよい。この場合には、各メサ部分180に含まれうるソース領域110は、SiC半導体ボディ100内で互いに接続された複数の部分を有するか、SiC半導体ボディ100内で互いに離れていて、メサ部分180に隣接する接点又はトレンチ接点によって低インピーダンスで互いに接続されている少なくとも2つの部分を有する。
メサ部分180は更に、ソース領域110をドリフト構造130から切り離し、第1のメサ側面181に隣接するボディ領域120を含む。ボディ領域120は、ドリフト構造130とともに第1のpn接合pn1を形成し、ソース領域110とともに第2のpn接合pn2を形成する。トランジスタセルTCのスイッチオン状態では、ソース領域110とドリフト構造130とをつなぐ反転チャネルが、ゲート構造150に沿ってボディ領域120内に形成される。第1のメサ側面181に沿うボディ領域120の広がりは、トランジスタセルTCのチャネル長さと一致し、200nmから1500nmであってよい。
メサ部分180は更に、ボディ領域120の導電型のシールド領域160の少なくとも部分領域を含み、シールド領域160は、第2のメサ側面182に隣接して、第1の負荷電極310とのオーム接点を形成してよい。シールド領域160、又はシールド領域160の少なくとも部分領域は、ボディ領域120より高ドープであってよい。例えば、第2のメサ側面182に沿うシールド領域160のドーパント濃度p2は、第1のメサ側面181に沿うボディ領域120のドーパント濃度p1の少なくとも5倍の高さであってよい。
シールド領域160は、ボディ領域120と第2のメサ側面182との間に形成され、ボディ領域120に直接隣接してよい。シールド領域160の縦方向の広がりは、ボディ領域120の縦方向の広がりより大きくてよく、例えば、ゲート構造150の縦方向の広がりより大きくてよい。シールド領域160には高ドープ接点領域149が形成されてよく、この接点領域は、接点構造315を第1の負荷電極310につなぐことが可能である。シールド領域160の部分領域が、ゲート構造150の底部と第2の表面102との間に直接形成されてよく、第2の負荷電極320の電位に対してゲート構造150をシールドすることが可能である。
半導体部品500のスイッチオン状態においてSiC半導体ボディ100を通って第1の負荷電極310と第2の負荷電極320との間を流れる負荷電流は、ゲート誘電体151に沿って誘起された反転チャネルに少数電荷キャリアが流れる際に、ボディ領域120を通過する。シールド領域160のドーパント濃度は、ボディ領域120のドーパント濃度より高く、このことにより、最大制限データの範囲での動作時に、第2のメサ側面182に沿う反転チャネルの形成が抑えられる。
図6は更に、ドリフト構造130の一部である電流拡散ゾーン137を示し、電流拡散ゾーン137は、ボディ領域120とともに第1のpn接合pn1を形成し、ドリフトゾーン131に直接隣接し、電流拡散ゾーン137のドーパント濃度は、ドリフトゾーン131のドーパント濃度より高く、例えば、ドリフトゾーン131のドーパント濃度の少なくとも2倍である。
エッジ終端領域190の縦方向の広がりv1は、接点領域149を含むシールド領域160の縦方向の広がりv4の少なくとも80%であってよく、例えば、少なくとも85%であってよく、或いは同じ大きさであってよい。
図7の半導体部品500はpnダイオードであり、そのアクティブ領域610には、pドープアノード領域125が連続層として形成されてよい。エッジ終端構造190は、アノード領域125に横方向に直接隣接してよい。エッジ終端構造190の縦方向の広がりv1は、アノード領域125の縦方向の広がりv7の少なくとも80%である。一実施形態によれば、エッジ終端構造190の縦方向の広がりv1は、アノード領域125の縦方向v7に等しく、これによって、エッジ終端構造190とアノード領域125との接合部における阻止能力の局所的低下を防ぐことが可能である。
図8の半導体部品500はMPSダイオードであり、そのアクティブ領域610では、ドリフト構造130のチャネル部分136が第1の表面101まで延びて、第1の負荷電極310に対するショットキー接点SCを形成する。チャネル部分136のドーパント濃度は、ドリフトゾーン131のドーパント濃度以上であってよい。第1の表面101からSiC半導体ボディ100内へと延びる第2の導電型のアノード領域125も同様に、第1の負荷電流310に隣接する。低負荷範囲では、MPSダイオードは、ショットキー接点SCのより低い順方向電圧を用い、pn接合を介するバイポーラ電流は、より高い負荷電流への寄与が次第に大きくなる可能性がある。オフ状態の場合には、アノード領域125から横方向にチャネル部分136内へと延びる空間電荷ゾーンが、チャネル部分136を通る漏れ電流経路をピンチオフする。
図9A〜9Bは、これまでの図面で説明されたエッジ終端構造190の第2及び第3のドープ領域192、193の横方向のドーパント分布に関し、第3のドープ領域193の第1の導電型のドーパントのドーパント濃度が、ドリフトゾーン131の同じドーパントのドーパント濃度ND0に一致する。
第2のドープ領域192及び第3のドープ領域193は、ドリフトゾーン131のドーパント濃度ND0による、ドリフトゾーン131の導電型の一定のバックグラウンドドーピング761を有する。第2のドープ領域192の少なくともエッジ部分において、ドリフトゾーン131の導電型と逆の導電型のドーパントの濃度762は連続的に低下し、これにより、同じ方向に沿って、正味ドーパント濃度763は、少なくとも200nm(例えば、少なくとも500nm)の横方向距離Δx以内に、最大値Nmaxから値Nmax/eまで低下する(eはオイラー数を表す)。1/eまで低下することは、100%から37%まで低下することにほぼ相当する。第2のドープ領域192の中央部分では、正味ドーパント濃度763はほぼ一定でありうる。
図9Cは、第3のドープ領域193が完全に逆にドープされている場合の、線B−Bに沿う正味ドーパント濃度763の横方向分布を表す。
図9A〜9Cに示された横方向ドーパント分布は、イオンインプランテーションによる第2のドープ領域192の形成に使用されるイオンビームがそのように横方向変調された場合に結果として生じる。例えば、イオンビームは、イオンビームのビーム経路に配置されたエネルギフィルタを利用して、又は適切な中性段階的マスクを利用して横方向変調されてよく、これは、例えば、段階的マスクを一時的に加熱することによって形成され、このマスクの材料は、加熱の結果として少し垂れる。イオンビームが、段階的マスクにある十分な高さの開口を通って様々な角度に誘導される場合にも、結果としてイオンビームの横方向変調が行われる。
図10は、半導体部品500のSiC半導体ボディ100のアクティブ領域610と側面103との間のエッジ終端領域690を通る縦方向断面を示す。エッジ終端構造190の第1のドープ領域191及び最も内側の第2のドープ領域192は、アクティブ領域610内の同じ導電型のドープ領域、例えば、ボディ領域、又はアノード領域125に直接隣接する。第2のドープ領域192のドーパント量は、例えば、第1のドープ領域191のドーパント量の4倍である。
第2のドープ領域192は、インプランテーションマスクの開口を通しての、エネルギが変動する1つ以上(例えば、3つ)のインプランテーションによって導入される。いずれの場合にも、第2のドープ領域192と、第2のドープ領域192の、アクティブ領域610と離れて向き合う側に隣接する第3のドープ領域193と、から形成されるサブ構造195の幅wsは、一定のままであり、第2のドープ領域192の横幅w2は、アクティブ領域610から遠ざかるにつれて減少し、第3のドープ領域193の横幅w3は、アクティブ領域610から遠ざかるにつれて相応に増加する。横幅w2の減少、並びに横幅w3の増加は、直線的に、即ち、均一なステップで与えられてよい。
以下の図11A〜13Fは、図10による構造のドーパント分布、アバランシェレート、及び電界分布を示しており、エッジ終端構造190のドーパント量は、いずれの場合にも変化する。
基準ドーパント量1×1013cm−2に対し、図11A、12A、及び13Aは40%のドーパント量に関し、図11B、12B、及び13Bは120%のドーパント量に関し、図11C、12C、及び13Cは200%のドーパント量に関し、図11D、12D、及び13Dは400%のドーパント量に関し、図11E、12E、及び13Eは680%のドーパント量に関し、最後に図11F、12F、及び13Fは800%のドーパント量に関する。
図11A〜11Fでは、線403は、いずれの場合にも、アバランシェブレークダウンの瞬間における空間電荷ゾーンの境界を表す。インプランテーション量が120%以上の場合、ブレークダウン箇所は、アクティブ領域610内のインプランテーション量とは無関係にピン留めされる。
図12A〜12Fは、いずれの場合にも衝撃イオン化密度Kの分布を示しており、インプランテーション量が120%から800%の場合には衝撃イオン化密度が最大である場所が不変のままであることを示している。
図13A〜13Fは、いずれの場合にも電界強度Eの分布を示しており、120%から800%という、インプランテーション量の広い範囲にわたって、内側領域から外側に向かってインプランテーション量とともに均質な電位分布が増加することを示している。
図14によれば、部品の製造方法が、SiC半導体基板の初期層に逆ドープゾーンを形成するステップ(902)を含み、初期層は第1の導電型であり、逆ドープゾーンは部品領域のアクティブ領域を部分的に、又は完全に取り囲む。の方法は更に、第2の導電型の第2のドープ領域を形成するステップ(904)を含み、第2のドープ領域は、SiC半導体基板の第1のメイン表面から第1のドープ領域まで延び、互いに横方向に間隔を置いて配置され、いずれの場合にもアクティブ領域を少なくとも部分的に、又は完全に取り囲む。第1のドープ領域は、逆ドープゾーンの少なくとも1つの部分から形成される。第1のドープ領域と、第2のドープ領域と、第2のドープ領域同士の間の第3のドープ領域とが、エッジ終端構造を形成する。
第2のドープ領域は、第1のドープ領域より多いドーパント量で形成されてよい。逆ドープゾーンは、第1のメイン表面から距離を置いて形成されてよく、第2のドープ領域は、第1のメイン表面から逆ドープゾーンまで延び、第1のドープ領域は逆ドープゾーンによって形成される。これに対する代替として、逆ドープゾーンは、第1のメイン表面から延びるように形成されてよく、第2のドープ領域の縦方向の広がりは、逆ドープゾーンの縦方向の広がりより小さく、第1のドープ領域は、逆ドープゾーンのうちの、第2のドープ領域に縦方向に隣接する部分によって形成される。第2のドープ領域を形成するステップは、初期層のうちの、互いに横方向に間隔を空けて配置されているサブ領域に第2の導電型のドーパントを導入するステップを含んでよい。第2のドープ領域を形成するステップは、第1のメイン表面から初期層内へと延びる、第2の導電型の第2のドープゾーンを形成するステップと、第2のドープゾーンの一部を、第1の導電型のドーパントにより少なくとも部分的に逆ドープするステップと、を含んでよい。第2又は第3のドープ領域を形成するステップは、イオンビームが横方向変調されるイオンインプランテーションを含んでよく、これによって、第2又は第3のドープ領域では、横方向の正味ドーパント分布が、少なくとも200nm(例えば、少なくとも500nm)以内に、最大正味ドーパント濃度Nmaxから濃度Nmax/eまで連続的に低下する(eはオイラーである)。
図15A及び15Bは、第1のドープ領域191が第2のドープ領域192と無関係に形成される方法に関する。
SiC半導体基板700が与えられ、これは、高ドープ基板部分790と、基板部分790上に(例えば、エピタキシ法によって)成長した初期層730とを含む。
図示された例示的実施形態では、基板部分790及び初期層730の両方がnドープされている。初期層730は均一にドープされてよく、平均ドーパント濃度は5×1014cm−3から5×1016cm−3の範囲である。第1のメイン表面701から距離を置いて、逆ドープゾーン791が形成される。
図15Aは、第1のインプランテーションマスク480の開口485を介して第1のドーパント481のインプランテーションを行うことによって逆ドープゾーン791が形成される様子を示す。逆ドープゾーン791を形成するインプランテーションは、単一のインプランテーション、又は様々なインプランテーションエネルギでの複数のインプランテーションを含んでよい。インプラントを縦方向に拡散する為のエネルギフィルタが、イオンビームのビーム経路に配置されてよい。
逆ドープ層791と第1のメイン表面701との間の距離は、数百ナノメートルであってよく、例えば、少なくとも500nm、最大2μmであってよい。ボディ領域又はアノード領域のシールド領域の少なくとも1つの部分層725が、部品領域のアクティブ領域610の更なるマスク開口485を介して形成されてよい。
図15Bは、第2のインプランテーションマスク490の開口495を介して第2のドーパント491のイオンインプランテーションを行うことによって第2のドープ領域192が形成される様子を示す。第2のインプランテーションマスク490の代わりに、相応に構造化されたエネルギフィルタが、イオンビームのビーム経路に配置されてよい。第2のドープ領域192は、第1のメイン表面701から図15Aの逆ドープゾーン791まで延びるように形成されてよい。
逆ドープゾーン791は、エッジ終端構造190の第1のドープ領域191を形成する。初期層730の初期ドープは、第2のドープ領域192同士の間の、第2のインプランテーションマスク490のマスク部分で覆われた領域において維持される。当該領域は、エッジ終端構造190の第3のドープ領域193を形成する。例えば、アクティブ領域610の第2のインプランテーションマスク490の更なる開口495を介して、ボディ領域の接点領域、シールド領域の接点領域、又はアノード領域125の接点領域149が形成されてよい。
図16A〜16Bに示した実施形態によれば、第1のインプランテーションマスク480を使用して生成される逆ドープゾーン791は、第1のメイン表面701から初期層730内へと延びる。
図16Aは、逆ドープゾーン791が形成されている様子を示しており、これは、様々なインプランテーションエネルギでの複数のインプランテーションを含んでよい。逆ドープゾーン791と同時に、第1のメイン表面701に隣接するボディ領域、シールド領域、又はアノード領域125が、アクティブ領域610の更なるマスク開口を介して形成されてよい。
図16Bは、第2のドープ領域192が形成されている様子を示しており、これは、例えば、図15Bに示したような第2のインプランテーションマスク490を利用して画定されてよい。逆ドープゾーン791の最初のドープは、逆ドープゾーン791のうちの、第2のインプランテーションマスク490で覆われた領域において維持される。当該領域は、エッジ終端構造190の第3のドープ領域193を形成し、この場合には、第3のドープ領域193は、第2のドープ領域192と同じ導電型を有し、ドーパント濃度がより低いことによってのみ、第2のドープ領域192と区別可能である。例えば、第3のドープ領域193のドーパント濃度は、第2のドープ領域192のドーパント濃度のわずか25%である。例えば、第3のドープ領域193のドーパント濃度は、第1のドープ領域191の場合と同量である。
図17Aは、第1のメイン表面701からSiC半導体基板700内へと延びる逆ドープゾーン791が形成されている様子を示しており、第1のメイン表面701と逆ドープゾーン791の下部部分との間の、逆ドープゾーン791の上部部分が、下部部分より高いドーパント濃度で形成されている。
図17Bは、マスク開口475を有する第3のインプランテーションマスク470を示しており、マスク開口475は、第3のドープ領域193が形成されている領域を露出させており、第3のインプランテーションマスク470が覆う領域では、逆ドープゾーン791の上部部分のサブ部分から第2のドープ領域192が形成されている。初期層730の導電型のドーパント471によるインプランテーションによって、第3のドープ領域193が、逆ドープゾーン791の上部部分のサブ領域の逆ドープの更新によって形成される。
図18は、図15Bの第2のドーパント491の為のイオンビームのビーム経路にあるイオンビーム変調装置450を示す。イオンビーム変調装置450は、イオンビームを横方向変調し、これによって、第2のドープ領域192では、横方向の正味ドーパント分布が、少なくとも200nm(例えば、少なくとも500nm)以内に、最大正味ドーパント濃度Nmaxから濃度Nmax/eまで連続的に低下する(eはオイラー数である)。
イオンビーム変調装置450は、例えば、ほぼ非透過型の第1の部分451と透過型の第2の部分452とを有する、横方向に構造化されたエネルギフィルタを含んでよい。第2の部分452では、イオンのエネルギ及び発生角度は、イオンビームが、エネルギフィルタとSiC半導体基板700との間に広がる部分ビームに分割されるように、衝突場所に応じて変調され、各部分ビームのイオン密度は外側に向かって連続的に減少する。
別の実施形態によれば、イオンビーム変調装置450は中性段階的マスクを含み、これは、例えば、段階的マスクを一時的に加熱することによって形成され、このマスクの材料は、加熱の結果として少し垂れる。イオンビームが、段階的マスクにある十分な高さの開口を通って様々な角度に誘導される場合にも、結果としてイオンビームの横方向変調が行われる。
以下では、半導体部品の更なる実施形態について詳細に説明する。当然のことながら、上述の特徴、並びに以下で説明する特徴は、示されたそれぞれの組み合わせで使用されてよいだけでなく、本発明の範囲から逸脱しない限り、別の組み合わせで使用されてもよく、単独で使用されてもよい。
幾つかの実施形態では、第3のドープ領域は、第1のドープ領域及び第2のドープ領域のそれぞれによって完全に囲まれてよく、例えば、第1のドープ領域及び第2のドープ領域のそれぞれによって完全に囲まれてよい。追加又は代替として、第1の及び第2のドープ領域のそれぞれは、アクティブ領域を完全に囲んでもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、第2のドープ領域のドーパント量は、第1のドープ領域のドーパント量より多い。例えば、第2のドープ領域のドーパント量は、第1のドープ領域のドーパント量の少なくとも2倍の量である。
幾つかの実施形態では、エッジ終端構造の縦方向の広がりは、アクティブ領域内の第2の導電型の最も深いドープ領域の下端との間の距離の少なくとも80%であり、多くとも100%である。
幾つかの実施形態では、アクティブ領域は、第2の導電型の更なるドープ領域を含み、エッジ終端構造の縦方向の広がりは、アクティブ領域内のその別のドープ領域の最も深い下端と表面との間の距離の少なくとも80%である。アクティブ領域は更に、第1の表面上に形成された第2の導電型のゲート電極のトランジスタセルのうちの少なくとも1つを含んでよい。
幾つかの実施形態では、エッジ終端構造の縦方向の広がりは、第1の表面とボディ領域の下端との間の距離の少なくとも80%である。
少なくとも1つの実施形態によれば、半導体部品は、ゲート電極を含んで第1の表面からSiC半導体ボディ内へと延びるゲート構造を含む。それぞれのボディ領域が、隣り合う2つのゲート構造の間を延びることが可能な場合がある。
追加又は代替として、トランジスタセルは、第2の導電型のシールド領域を含んでよい。シールド領域の下端と第1の表面との間の距離は、ゲート構造の縦方向の広がりより大きくてよい。エッジ終端構造の縦方向の広がりは、第1の表面とシールド領域の下端との間の距離の少なくとも80%であってよい。
幾つかの実施形態では、シールド領域は、ゲート構造と縦方向に部分的に重なり合う。代替実施形態では、シールド領域は、ゲート構造と横方向に間隔を空けて配置されてよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、アクティブ領域は、第1の表面に隣接する、第2の導電型の連続的なアノード領域を含む。代替として、アクティブ領域は、アノード領域、及びドリフト領域のチャネル部分を多数含み、これらのチャネル部分はアノード領域同士の間に位置する。チャネル部分は、第1の表面に隣接して、第1の負荷電極に対するショットキー接点を形成してよい。
幾つかの実施形態では、第3のドープ領域のドーパント濃度は、ドリフトゾーンのドーパント濃度に等しい。これとは別に、又はこれとの組み合わせで、第3のドープ領域は第2の導電型のドーパントを含み、第2の導電型のドーパント濃度は、第1のドープ領域のドーパント濃度に等しい。これとは別に、又はこれとの組み合わせで、第1のドープ領域のドーパント量は、2×1012cm−2から2×1013cm−2の範囲である。
幾つかの実施形態では、第2のドープ領域のドーパント濃度は、横方向に一定である。これとは別に、又はこれとの組み合わせで、第2のドープ領域のドーパント濃度は、少なくとも1×1017cm−3である。
半導体部品の少なくとも1つの実施形態によれば、更なるドープ領域及び/又はアノード領域が高ドープサブ領域を含む。高ドープサブ領域のドーパント濃度は、第2のドープ領域のドーパント濃度に等しくてよい。
半導体部品の少なくとも1つの実施形態によれば、第2のドープ領域の横幅は、アクティブ領域から遠ざかるにつれて減少する。
幾つかの実施形態では、半導体部品はサブ構造を含んでよい。サブ構造のそれぞれは、第2のドープ領域と、第2のドープ領域に隣接する第3の領域とから形成されてよい。第3の領域は、第2の領域の、アクティブ領域と離れて向き合う側に隣接してよい。各サブ構造の幅は一定であってよい。
これとは別に、又はこれとの組み合わせで、第2のドープ領域の横方向の正味ドーパント濃度は、少なくとも200nm(例えば、少なくとも200nmの横方向距離)以内に、最大正味ドーパント濃度Nmaxから濃度Nmax/eまで低下する(eはオイラー数である)。例えば、横方向の正味ドーパント濃度は、200nmの横方向距離以内でNmaxからNmax/eまで連続的且つ/又は単調に減少する。
第3のドープ領域は、第1の導電型であってよい。或いは、第3のドープ領域は、第2の導電型であってよい。後者の場合には、第3のドープ領域のドーパント濃度は、第2のドープ領域のドーパント濃度の多くとも50%であってよく、且つ/又は、第3のドープ領域のドーパント濃度は、第1のドープ領域のドーパント濃度に等しくてよい。
100 SiC半導体ボディ
101 第1の表面
102 第2の表面
103 側面
104 垂線
110 ソース領域
120 ボディ領域
121 メイン領域
125 アノード領域
130 ドリフト構造
131 ドリフトゾーン
136 チャネル部分
137 電流拡散ゾーン
139 接点区画
149 接点領域
150 プレーナゲート構造
151 ゲート誘電体
155 導電性ゲート電極
160 シールド領域
180 メサ部分
181 第1のメサ側面
182 第2のメサ側面
190 エッジ終端構造
191 第1のドープ領域
192 第2のドープ領域
193 第3のドープ領域
195 サブ構造
210 層間誘電体
310 第1の負荷電極
316 トレンチ接点
320 第2の負荷電極
400 ポリイミド構造
401 線
402 線
450 イオンビーム変調装置
451 第1の部分
452 第2の部分
480 第1のインプランテーションマスク
481 第1のドーパント
485 開口
490 第2のインプランテーションマスク
491 第2のドーパント
495 開口
500 半導体部品
601 要素構造
610 中央アクティブ領域
690 エッジ終端領域
701 第1のメイン表面
725 部分層
730 初期層
761 バックグラウンドドーピング
762 ドーパント濃度
763 正味ドーパント濃度
791 逆ドープゾーン
902 SiC半導体基板の初期層に逆にドープされたゾーンを形成するステップ
904 第2の導電型の第2のドープ領域を形成するステップ

Claims (20)

  1. 半導体部品であって、
    アクティブ領域(610)と前記アクティブ領域(610)を少なくとも部分的に取り囲むエッジ終端構造(190)とを有するSiC半導体ボディ(100)を含み、前記SiC半導体ボディ(100)内に第1の導電型のドリフトゾーン(131)が形成され、前記エッジ終端構造(190)は、
    前記SiC半導体ボディ(100)の第1の表面(101)と前記ドリフトゾーン(131)との間にある第2の導電型の第1のドープ領域(191)であって、前記アクティブ領域(610)を少なくとも部分的に取り囲み、前記第1の表面(101)から間隔を空けて配置されている第1のドープ領域(191)と、
    前記第1の表面(101)と前記第1のドープ領域(191)との間にある前記第2の導電型の複数の第2のドープ領域(192)と、
    前記第2のドープ領域(192)同士の間にある前記第1の導電型の第3のドープ領域(193)と、
    を含む、
    半導体部品。
  2. 前記第3のドープ領域(193)のそれぞれは、前記第1のドープ領域(191)及び前記第2のドープ領域(192)によって完全に取り囲まれている、
    請求項1に記載の半導体部品。
  3. 前記エッジ終端構造(190)の縦方向の広がり(v1)が、前記アクティブ領域(610)内の前記第2の導電型の最も深いドープ領域の下端との間の距離の少なくとも80%であり、多くとも100%である、
    請求項1又は2に記載の半導体部品。
  4. 前記第2のドープ領域(192)のドーパント量が前記第1のドープ領域(191)のドーパント量より多い、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体部品。
  5. 前記アクティブ領域(610)は前記第2の導電型の更なるドープ領域(120、160)を更に含み、前記エッジ終端構造(190)の縦方向の広がり(v1)は、前記アクティブ領域(610)の前記更なるドープ領域(120、160)の最も深い下端と前記表面(101)との間の距離の少なくとも80%である、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体部品。
  6. 前記アクティブ領域(610)は、前記第2の導電型のボディ領域(120)を含むトランジスタセル(TC)を含み、
    前記エッジ終端構造(190)の前記縦方向の広がり(v1)は、前記第1の表面(101)と前記ボディ領域(120)の下端との間の距離(v3)の少なくとも80%である、
    請求項5に記載の半導体部品。
  7. 前記アクティブ領域(610)は、前記第2の導電型のボディ領域(120)を含むトランジスタセル(TC)を含み、
    前記トランジスタセル(TC)は前記第2の導電型のシールド領域(160)を含み、前記シールド領域(160)の下端と前記第1の表面(101)との間の距離(v4)がゲート構造(150)の縦方向の広がり(v2)より大きい、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体部品。
  8. 前記エッジ終端構造(190)の前記縦方向の広がり(v1)は、前記第1の表面(101)と前記シールド領域(160)の下端との間の距離(v4)の少なくとも80%である、
    請求項7に記載の半導体部品。
  9. 前記アクティブ領域(610)は、アノード領域(125)と、前記アノード領域(125)同士の間にあるドリフト構造(130)のチャネル部分(136)とを多数含み、
    前記チャネル部分(136)は、前記第1の表面(101)に隣接して、第1の負荷電極(310)に対するショットキー接点(SC)を形成する、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体部品。
  10. 前記第3のドープ領域(193)のドーパント濃度が前記ドリフトゾーン(131)のドーパント濃度に等しい、
    請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体部品。
  11. 前記第3のドープ領域(193)は前記第2の導電型のドーパントを含み、前記第2の導電型のドーパント濃度が前記第1のドープ領域(191)のドーパント濃度に等しい、
    請求項1から10のいずれか一項に記載の半導体部品。
  12. 前記第1のドープ領域(191)のドーパント量が2×1012cm−2から2×1013cm−2の範囲であり、且つ/又は、前記第2のドープ領域(192)のドーパント濃度が少なくとも1×1017cm−3である、
    請求項1から11のいずれか一項に記載の半導体部品。
  13. 前記第2のドープ領域(192)内ではドーパント濃度が横方向に一定である、
    請求項1から12のいずれか一項に記載の半導体部品。
  14. 前記更なるドープ領域(120、160)又は前記アノード領域(170)は高ドープサブ領域(149)を含み、前記高ドープサブ領域(149)のドーパント濃度は前記第2のドープ領域(192)のドーパント濃度に等しい、
    請求項1から13のいずれか一項に記載の半導体部品。
  15. 前記第2のドープ領域(192)の横幅(w2)が、前記アクティブ領域(610)からの距離が増加するにつれて減少する、
    請求項1から14のいずれか一項に記載の半導体部品。
  16. 半導体部品であって、
    複数のサブ構造を含み、前記サブ構造のそれぞれは、第2のドープ領域(192)及び第3の領域(193)から形成され、前記第3の領域(193)は、前記アクティブ領域(610)と離れて向き合う側で前記第2のドープ領域(192)に隣接し、
    前記サブ構造の幅(ws)が一定である、
    請求項1から15のいずれか一項に記載の半導体部品。
  17. アクティブ領域(610)と、前記アクティブ領域(610)を少なくとも部分的に取り囲むエッジ終端構造(190)とを有するSiC半導体ボディ(100)を含み、前記SiC半導体ボディ(100)内で第1の導電型のドリフトゾーン(131)が形成され、前記エッジ終端構造(190)は、
    前記SiC半導体ボディ(100)の第1の表面(101)と前記ドリフトゾーン(131)との間にある第2の導電型の第1のドープ領域(191)であって、前記アクティブ領域(610)を少なくとも部分的に取り囲み、前記第1の表面(101)から間隔を空けて配置されている第1のドープ領域(191)と、
    前記第1の表面(101)と前記第1のドープ領域(191)との間にある前記第2の導電型の複数の第2のドープ領域(192)と、
    前記第2のドープ領域(192)同士の間にある第3のドープ領域(193)と、
    を含む、
    半導体部品。
  18. 前記第2のドープ領域の横方向の正味ドーパント濃度が、少なくとも200nmの横方向距離以内に、最大正味ドーパント濃度Nmaxから濃度Nmax/eまで連続的に減少し、eはオイラー数である、
    請求項17に記載の半導体部品。
  19. 前記第3のドープ領域(193)は前記第2の導電型であり、前記第3のドープ領域(193)のドーパント濃度が、前記第2のドープ領域(192)のドーパント濃度の多くとも50%である、
    請求項17又は18に記載の半導体部品。
  20. 前記第3のドープ領域(193)は前記第2の導電型であり、前記第3のドープ領域(193)のドーパント濃度が、前記第1のドープ領域(191)のドーパント濃度に等しい、
    請求項17又は18に記載の半導体部品。
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