JP4644828B2 - 大型炭化ケイ素デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は超小型電子デバイスおよびその製造方法に関し、より詳細には光作動炭化ケイ素サイリスタなどの二電気端子炭化ケイ素デバイスおよびその製造方法に関する。

炭化ケイ素サイリスタについては、例えば、参照によりすべてを示したものとしてその開示が本明細書に組み込まれている特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されているサイリスタは三端子デバイスであり、ゲートおよびデバイスの一方の側にアノードを、また、デバイスのもう一方の側にカソードを有している。このような炭化ケイ素サイリスタは、類似のシリコンサイリスタに勝る電力処理能力を示している。

また、特許文献２には、集積化光源および炭化ケイ素活性層を有する光作動サイリスタが記載されている。このようなデバイスには四端子デバイスが含まれており、独自のアノード端子およびカソード端子を有するサイリスタをトリガするべく作用する発光ダイオードのためのアノード端子およびカソード端子を備えている。

光によって制御されるシリコンサイリスタは、高出力アプリケーションに利用されており、例えば特許文献３に光トリガ並列ラテラルサイリスタが記載されている。

米国特許第５，５３９，２１７号明細書 米国特許第５，６６３，５８０号明細書 米国特許第４，７７９，１２６号明細書 米国特許出願第０９／７２３，７１０号

炭化ケイ素サイリスタは、匹敵するサイズのシリコンデバイスに勝る改良型電力処理能力を備えているが、炭化ケイ素中に大規模サイリスタを生成することは困難である。ケイ素の場合、例えば、サイリスタのサイズが実質的にウェハのサイズと同じサイズになるように、ウェハの上に単一サイリスタが構築されるが、欠陥のない炭化ケイ素ウェハを製造することは、不可能ではないにしても困難である。したがって、ウェハ全体を占有しているデバイスには、デバイスの性能を制限する欠陥がデバイス中に併合されている。

本発明による実施形態により、光作動炭化ケイ素サイリスタおよび光作動炭化ケイ素サイリスタの製造方法が提供される。本発明による特定の実施形態では、第２の導電型の第１の炭化ケイ素層が、第１の導電型の炭化ケイ素基板の上に設けられている。第１の導電型の第１の炭化ケイ素領域が、基板と向かい合った第１の炭化ケイ素層の上に設けられている。炭化ケイ素サイリスタの外部光源からの光で第１の炭化ケイ素領域の一部を露光して光作動ゲート領域を備えるように構成された、第２の導電型の第２の炭化ケイ素領域が、第１の炭化ケイ素層と向かい合った第１の炭化ケイ素領域の上に設けられている。第１の電極が第２の炭化ケイ素領域の上に設けられ、第２の電極が炭化ケイ素基板の上に設けられている。

本発明による他の実施形態では、炭化ケイ素基板と第１の炭化ケイ素層の間に、第１の導電型の第２の炭化ケイ素層が設けられている。

本発明による追加実施形態では、第２の炭化ケイ素層が炭化ケイ素基板と第１の炭化ケイ素層の間に配置されている。第２の炭化ケイ素層は、第２の導電型の炭化ケイ素層であり、第１の炭化ケイ素層のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有している。

本発明による特定の実施形態では、第１の炭化ケイ素領域がメサを形成している。このような実施形態では、第１の炭化ケイ素領域によって形成されたメサの外側の第１の炭化ケイ素層中に、第１の導電型の第３の炭化ケイ素領域を備えて接合終端拡張部を構成することができる。

本発明によるさらに他の実施形態では、第１の炭化ケイ素領域の露光部分に、第１の導電型の第３の炭化ケイ素領域が設けられている。このような第３の炭化ケイ素領域のキャリア濃度は、第１の炭化ケイ素領域のキャリア濃度より高くすることができる。

また、第２の炭化ケイ素領域は、炭化ケイ素サイリスタの外部光源からの光で第１の炭化ケイ素領域のピンホイール形部分を露光して、ピンホイール構造を有する光作動ゲート領域を備えるように構成することができる。別法としては、第２の炭化ケイ素領域を、炭化ケイ素サイリスタの外部光源からの光で、第１の炭化ケイ素領域の対応する複数のフィンガ部分を露光して第２の炭化ケイ素領域にインターディジット形式の光作動ゲート領域を備えるように構成された複数のフィンガとすることもできる。

本発明による他の実施形態では、第１の導電型の炭化ケイ素基板と、該炭化ケイ素基板の上に第２の導電型の第１の炭化ケイ素層とを有する炭化ケイ素サイリスタが提供される。第１の導電型の第１の炭化ケイ素領域が、基板と向かい合った第１の炭化ケイ素層の上に設けられている。また、第２の導電型の第２の炭化ケイ素領域が、第１の炭化ケイ素層と向かい合った第１の炭化ケイ素領域の上に設けられている。第１および第２の炭化ケイ素領域は、炭化ケイ素サイリスタの外部光源からの光で第１の炭化ケイ素層の一部を露光して光作動ゲート領域を備えるように構成されている。第１の電極が第２の炭化ケイ素領域の上に設けられ、また、第２の電極が炭化ケイ素基板の上に設けられている。

本発明による追加実施形態では、第１の導電型の第２の炭化ケイ素層が炭化ケイ素基板と第１の炭化ケイ素層の間に配置されている。また、第１の炭化ケイ素層の露光部分に、第２の導電型の、第１の炭化ケイ素層のキャリア濃度より高いキャリア濃度を持たせることができる第３の炭化ケイ素領域を提供することができる。

本発明によるさらに他の実施形態では、第１および第２の炭化ケイ素領域は、炭化ケイ素サイリスタの外部光源からの光で第１の炭化ケイ素層のピンホイール形部分を露光して、ピンホイール構造を有する光作動ゲート領域を備えるように構成されている。別法としては、第１および第２の炭化ケイ素領域を、炭化ケイ素サイリスタの外部光源からの光で第１の炭化ケイ素層の対応する複数のフィンガ部分を露光して、第１および第２の炭化ケイ素領域にインターディジット形式の光作動ゲート領域を備えるように構成された複数のフィンガとすることもできる。

本発明による特定の実施形態では、第１の導電型がｎ型導電炭化ケイ素であり、第２の導電型はｐ型導電炭化ケイ素である。本発明による他の実施形態では、第１の導電型がｐ型導電炭化ケイ素であり、第２の導電型はｎ型導電炭化ケイ素である。

本発明による追加実施形態では、炭化ケイ素ウェハの少なくとも一部に設けられた複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルによって光作動炭化ケイ素サイリスタが提供される。この光作動炭化ケイ素サイリスタセルは、サイリスタセルの外部光源からの光で露光するように構成された対応するゲート領域を炭化ケイ素ウェハの第１の面に有し、かつ、第１のコンタクトを炭化ケイ素ウェハの該第１の面に有し、第２のコンタクトを炭化ケイ素ウェハの第１の面と向かい合った第２の面に有している。接続プレートが複数の炭化ケイ素サイリスタセルのうちのいくつかのセルの第１のコンタクトを電気接続している。

本発明による特定の実施形態では、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルのみが接続プレートによって電気接続される。このような実施形態では、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されるセルは、阻止電圧が定義済み電圧値より大きい炭化ケイ素サイリスタセルである。また、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトのみが接続プレートと接触するよう、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されるセルに、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されない他のセルの第１のコンタクトより長い距離を対応するゲート領域から拡張した第１のコンタクトを持たせることができる。別法としては、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルのみが接続プレートと電気接触するよう、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されるセルに第１のコンタクトを持たせ、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されない他のセルには第１のコンタクトを持たせないようにすることもできる。

また、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルは、上で説明した任意の実施形態を備えることができる。例えば、第１の導電型の炭化ケイ素基板と、該炭化ケイ素基板上で第２の導電型を有する第１の炭化ケイ素層とによって光作動炭化ケイ素サイリスタセルを提供することができる。第１の導電型の複数の第１の炭化ケイ素領域が第２の炭化ケイ素層の上に設けられ、第２の導電型の複数の第２の炭化ケイ素領域は、炭化ケイ素サイリスタセルの外部光源からの光で複数の第１の炭化ケイ素領域のうちの対応する領域の一部を露光して、複数の光作動ゲート領域を備えるように構成されている。複数の電極が第２の炭化ケイ素領域のうちの対応する領域の上に設けられ、１つの電極が第１の炭化ケイ素層と向かい合った炭化ケイ素基板の上に設けられている。上で説明した他の実施形態もサイリスタセルとして利用することができる。

本発明による追加実施形態では、炭化ケイ素ウェハの少なくとも一部に複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルを形成することによって炭化ケイ素サイリスタが製造される。この光作動炭化ケイ素サイリスタセルは、サイリスタセルの外部光源からの光で露光するように構成された対応するゲート領域と、対応するゲート領域を有する複数の炭化ケイ素サイリスタセルの第１の側の第１のコンタクトと、第２のコンタクトとを有している。複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルに電気試験が実施され、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの電気試験に合格したセルが選択される。次に、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトが選択的に相互接続される。

本発明による他の実施形態では、このような選択的相互接続は、コンタクト材を選択的に蒸着させて、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルに第１のコンタクトを設けて、かつ、蒸着したコンタクト材を電気接続することによって提供される。このような実施形態では、複数の光作動サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトの対応する第１の表面が実質的に共面をなし、かつ、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されないセルのコンタクトの対応する表面を超えて拡張するよう、蒸着したコンタクト材が複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルに第１のコンタクトを提供している。電気接続は、導電性接続プレートを複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトの第１の表面に接触させることによって実施される。コンタクト材の選択的蒸着は、例えば、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されないセルのコンタクト領域をマスキングし、かつ、コンタクト材を蒸着させて、マスキングが施されていない、複数の光作動サイリスタセルのうちの選択されたセルのコンタクト領域の上に第１のコンタクトを設けることによって提供される。

本発明によるさらに他の実施形態では、コンタクト材を蒸着させて、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの対応するセルに第１のコンタクトを設けることによって第１のコンタクトが選択的に相互接続される。複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されないセルからコンタクト材が除去され、蒸着したコンタクト材によって、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルが相互接続される。コンタクト材の除去は、複数の光作動サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトの対応する第１の表面が実質的に共面をなし、かつ、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されないセルの第１のコンタクトの対応する表面を超えて拡張するようにコンタクト材を除去することによって提供される。複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトの第１の表面と接触する導電性接続プレートによって、複数の光作動サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトが電気接続される。

コンタクト材の除去は、例えば、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちの選択されたセルの第１のコンタクトをマスキングし、かつ、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタセルのうちのマスキングが施されていないセルの第１のコンタクトにエッチングを施すことによって達成される。

以下、本発明について、本発明による好ましい実施形態を示した添付の図面を参照してより詳細に説明するが、本発明は、多くの様々な形態で具体化することが可能であり、本発明を本明細書において説明する実施形態に限定するものとして捕えてはならない。そうではなく、以下で説明する実施形態は、本明細書における開示を完全に理解し、かつ、本発明の範囲を当業者に正しく伝えるためのものである。添付の図面においては、層および領域の厚さは、分かり易くするために誇張されている。また、同一番号は、すべての図面を通して同じエレメントを示している。層、領域あるいは基板などのエレメントが、他のエレメントの「上に」存在しているものとして示され、あるいは他のエレメントの「上へ」拡張しているものとして示されている場合、それは、他のエレメントの上に直接存在し、あるいは他のエレメントの上へ直接拡張していることを表しており、あるいは他のエレメントとの間に別の介在エレメントが存在していることを表していることは理解されよう。それに対して、他のエレメントの「直ぐ上に」存在し、あるいは他のエレメントへ「直接」拡張しているものとしてエレメントが示されている場合は、介在するエレメントは存在していない。また、本明細書において実例を挙げて説明する実施形態の各々には、その実施形態の導電型と相補をなす導電型の実施形態が含まれている。

図面を参照すると、本発明による光作動（light-activated）二端子ＳｉＣサイリスタの様々な実施形態の略部分平面図および略部分横断面図が図１から図８に示されている。本発明の実施形態による炭化ケイ素サイリスタは、３Ｃ、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒのポリタイプを有する炭化ケイ素で形成されている。実例実施形態では、ｎ^＋およびｎ⁻領域およびｐ^＋およびｐ⁻は、同じ材料に対するそれぞれ異なるドーピングレベルを当業者に良く理解される方法で記号化するため「＋」および「−」が指定されている。ｐ型炭化ケイ素には、アルミニウムまたはホウ素がドーピングされていることが好ましく、また、ｎ型炭化ケイ素には、窒素またはリンがドーピングされていることが好ましい。

図１は、本発明の実施形態による光作動二端子炭化ケイ素サイリスタの平面図である。図２は、本発明の実施形態による光作動炭化ケイ素サイリスタの横断面図である。図１および図２に示すように、ｎ^＋導電などの第１の導電型の炭化ケイ素基板１０の上に、同じ第１の導電型の第１の層１２が設けられている。図にはこのような第１の導電型の層１２が示されているが、このような層はオプションであり、基板に追加することにより、ドーピングレベルが若干高い領域を得ることができる。一般的には、エピタキシャル層中へのこのようなより高いドーピングレベルの生成は、バルク結晶から得られる基板中にこのようなより高いドーピングレベルを生成するより容易である。しかしながら、十分にドーピングされる場合、このような複数の層を単一の層に置き換えることができることは理解されよう。この単一の層を基板として使用することができることは当然である。したがって層１２はオプションであると見なすことができる。いずれにせよ、本発明の特定の実施形態では、基板１０は、ドーピングによって、約１０^１８ｃｍ^−３から約１０^２０ｃｍ^−３までのキャリア濃度（carrier concentration）とすることができる。また、第１の層１２も、ドーピングによって、約１０^１８ｃｍ^−３から約１０^２０ｃｍ^−３までのキャリア濃度とすることができる。第１の層１２の厚さは、通常、約０．５μｍから約５μｍまでであり、基板１０の厚さは、通常、約８ミルから約１８ミルまでである。

図２にさらに示すように、第１の層１２の上に、ｐ導電などの第２の導電型の第２のオプションの炭化ケイ素層１４を設けて、非対称サイリスタを得ることができる。このオプションの第２の層１４は、ドーピングによって、約１０^１６ｃｍ^−３から約１０^１８ｃｍ^−３までのキャリア濃度とすることができる。オプションの第２の層１４の厚さは、通常、約０．１μｍから約５μｍまでである。第２の層１４の上にｐ⁻導電などの第２の導電型の第３の層１６を設けて、光作動二端子サイリスタにドリフト層を構成することができる。第３の層１６は、ドーピングによって、第２の層１４のキャリア濃度より低いキャリア濃度とされることが好ましい。第３の層１６は、ドーピングによって、例えば、最大約５×１０^１６ｃｍ^−３のキャリア濃度とることができる。第３の層１６の厚さは、通常、約１０μｍから約３００μｍまでである。

第３の層１６の上にｎ導電などの第１の導電型の第４の層１８を設けて、ゲート層を構成することができる。第４の層１８は、ドーピングによって、約１０^１６ｃｍ^−３から約１０^１８ｃｍ^−３までのキャリア濃度とすることができる。第４の層１８の厚さは、通常、約０．１μｍから約５μｍまでである。第４の層は、周囲を接合終端拡張（ＪＴＥ）領域２８で取り囲まれたメサとして形成して、デバイスにエッジ終端（edge termination）を設けることができる。別法としては、ガードリングによって、あるいは参照により本明細書に組み込まれている特許文献１に記載されているように、基板１０まで拡張したサイドウォールを有するメサとして形成された第１、第２、第３および第４の層によってデバイスのエッジ終端を設けることもできる。

ｐ^＋導電などの第２の導電型の炭化ケイ素領域２０が、第４の層１８の上に設けられている。第２の導電型の炭化ケイ素領域２０は第４の層１８の一部を露光させるための開口２５を有しており、炭化ケイ素の禁制帯より高いエネルギーを有する光２９が入射するとサイリスタを作動させるゲート領域を構成する。第２の導電型の炭化ケイ素領域２０は、ドーピングによって、約１０^１８ｃｍ^−３から約１０^２０ｃｍ^−３までのキャリア濃度とすることができる。領域２０の厚さは、通常、約０．５μｍから約５μｍまでである。図２に示すように、ドリフト層１８のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有するｎ^＋導電などの第１の導電型のオプションの炭化ケイ素領域２６をゲート領域に持たせることもできる。また、コンタクト２２を領域２０上に設け、コンタクト２４を基板１０上に設けて、光作動サイリスタにアノードコンタクトおよびカソードコンタクトを提供することができる。ゲート層の露光部分は、図１に示すピンホイール構成を始めとする様々な形状を採ることができる。

図２に示すように、第１の導電型の炭化ケイ素をｎ型炭化ケイ素にし、また、第２の導電型の炭化ケイ素をｐ型炭化ケイ素にすることができる。このような実施形態では、コンタクト２２によってアノードコンタクトが提供され、また、コンタクト２４によってカソードコンタクトが提供される。また、コンタクト２２およびコンタクト２４は、アノードコンタクトまたはカソードコンタクトのみが基板１０の片側に設けられるよう、それぞれ基板１０の反対側に設けられている。上で説明したように、本発明による実施形態には、図２に示すデバイスと相補をなすデバイスが含まれている。

次に、光作動サイリスタの動作について説明する。コンタクト２４に対するバイアスより大きい正のバイアスがコンタクト２２に印加されると、ドリフト層とゲート層の間の接合が逆方向にバイアスされ、ｐ⁻ドリフト層における印加電圧をサポートする。この段階ではサイリスタは非導通であり、サイリスタには漏れ電流はほとんど流れない。サイリスタは、約３．２５ｅＶを超えるエネルギーを有する紫外（ＵＶ）光（例えば、波長が約０．３８２μｍ以上の光）などの光をゲート領域に照射することによってターンオンする。ＵＶ光によって逆方向バイアス接合中に光子が生成され、それにより電子−正孔対が生成される。光子誘起電子はコンタクト２２に向かって流れ、正孔はコンタクト２４に向かって流れる。この過程において、層１８と層１６の間のｐｎ接合およびエピタキシャル層１４と層１２の間のｐｎ接合の両方が順方向にバイアスされ、より多くの正孔および電子がｐ⁻ドリフト層に注入される。ｐ⁻ドリフト層に注入された正孔はコンタクト２４に向かって流れ、また、ｐ⁻ドリフト層に注入された電子はコンタクト２２に向かって流れ、それによりｐｎ接合がさらに順方向にバイアスされる。光の強度が十分である場合、正帰還プロセスが開始され、最終的にサイリスタがこの「オン」状態にラッチされる。ラッチ状態では、密度の高い電流が、サイリスタの両端間における比較的小さい順方向降下電圧でアノードからカソードへ流れる。したがって紫外光がサイリスタをターンオンさせ、電流を流している。ターンオンしたサイリスタは、コンタクト２４に印加される電圧の極性を、印加電圧をゼロに減少させることによって、かつ／または他の従来技法を使用して反転させることによってターンオフさせることができる。

図３は、本発明による他の実施形態を示したもので、対称光作動二端子炭化ケイ素サイリスタが示されている。図３に示すように、この構造には第２の層１４は存在していない。それ以外は、図３に示す構造は、図２に示す構造と同じである。また、図２に示す構造の場合と同様、本発明による実施形態には、図３に示すデバイスと相補をなすデバイスが含まれている。

図４は、本発明による、第１の導電型のドリフト層を使用することができる他の実施形態を示したものである。図４に示すように、基板１０の導電型は、ｎ^＋導電などの第１の導電型であり、図２を参照して上で説明したように、基板１０の上には第１の導電型のオプションの炭化ケイ素層１２が設けられている。ｐ型導電などの第２の導電型の第２の炭化ケイ素層３４が第１の層の上に設けられ、ゲート層を構成する。ｎ⁻導電などの第１の導電型の第１の炭化ケイ素領域３２が第２の層３４の上に設けられ、ｐ^＋導電などの第２の導電型の第２の炭化ケイ素領域２０が第１の領域３２の上に設けられている。第１の領域３２および第２の領域２０は、第２の層３４のゲート領域を露光させるように形成されている。コンタクト２２が第２の領域２０の上に設けられ、コンタクト２４が基板１０の上に設けられており、アノードコンタクトおよびカソードコンタクトが提供される。よりキャリア濃度の高い第２の導電型のオプションの炭化ケイ素領域（図示せず）を、第２の層３４のゲート領域中に設けることもできる。図２および図３に示す構造の場合と同様、本発明による実施形態には、図４に示すデバイスと相補をなすデバイスが含まれている。図２および図３に示す構造に対応する部分の物理寸法およびドーピングレベルは、上で説明した物理寸法およびドーピングレベルと同様にすることができる。

図５および図６は、本発明による他の実施形態を示したもので、インターディジット形式の構造（interdigited structure）が示されている。図５および図６に示すように、複数の開口５５によって第２の導電型の層の複数のフィンガ６２を構成している。複数のフィンガ６２の上には、複数のコンタクトフィンガ６４が形成されている。同様に、第１の導電型の複数の炭化物領域６６を第４の層６０中に設けることができる。この第４の層６０は、エッジ終端領域６８を周囲に有するメサとして形成することもできる。図５に点線で示すように、コンタクトフィンガ６４は、オプションで、コンタクトフィンガ６４のコンタクト材によって一体に接続することができる。別法としては、フィンガをストライプとして形成し、以下で説明するように、接触プレートを使用して一体接触させることもできる。

図５および図６に示すインターディジット実施形態は、図２に示すデバイスに対応しているが、本開示に照らして理解されるように、図３および４に示す実施形態の各々およびそれらの相補デバイスも、インターディジット構造を利用して具体化することができる。

本発明による特定の実施形態では、光作動炭化ケイ素サイリスタは、所望のデバイス歩留りに基づくデバイスサイズすなわちデバイスのエッジ終端によって取り囲まれる面積として定義される断面積を有している。したがって、例えばＪＴＥを利用した実施形態の場合、ＪＴＥ領域２８によって取り囲まれる面積に基づいて、また、メサエッジ終端実施形態の場合であればメサの面積に基づいて、あるいはガードリングエッジ終端デバイスの場合であれば、ガードリングによって取り囲まれる面積に基づいて断面積が決定される。このようなデバイスサイズは、例えば、個々に分離された所与のサイズのデバイスを炭化ケイ素ウェハ部分に設けることができる数、およびこのようなデバイスに関連する歩留りの割合を決定することによって決定することができる。それにより、並列に相互接続されて所望の動作特性（例えば電流処理能力）を提供する所望の数のデバイスを設けるだけの十分な品質のデバイスを炭化ケイ素ウェハ部分に期待することができるかどうかを決定することができる。例えば、最大約２０ｃｍ^２またはそれ以上の断面積を光作動炭化ケイ素サイリスタに持たせることができる。

上で言及したように、本発明の実施形態による光作動炭化ケイ素サイリスタは、炭化ケイ素サイリスタの面積より広い断面積を有するウェハの上に設けることができ、それにより複数の光作動炭化ケイ素サイリスタを単一のウェハの上またはウェハ部分に設けることができる。図７および図８は、本発明の実施形態によるこのような複数の光作動炭化ケイ素サイリスタを示したものである。図７および図８に示すように、光作動サイリスタがデバイスの任意の所与の面に有しているのは単一の終端のみであるため、複雑な相互接続システムを必要とすることなく、容易に光作動サイリスタを並列接続することができる。したがって、本発明による実施形態は、本明細書においては光作動炭化ケイ素サイリスタを参照して説明されているが、本明細書において説明されている、炭化ケイ素デバイスを選択的に相互接続するための技法は、デバイスの任意の所与の面に単一の終端を有する任意の炭化ケイ素デバイスと共に利用することができる。したがって、本発明による実施形態は、炭化ケイ素ダイオード等に適用することができる。

図７および図８は、本発明による実施形態を示したもので、１枚のウェハの上、あるいは１枚もしくは複数のウェハの一部に複数の光作動炭化ケイ素サイリスタが設けられている。光作動炭化ケイ素サイリスタの各々は、例えばメサエッジ終端、接合終端拡張部等によってエッジ終端することができる。例えば、本発明の譲受人に譲渡された、参照によりそのすべてを本明細書に示したものとしてその開示が本明細書に組み込まれている、２０００年１１月２８日出願の「EPITAXIAL EDGE TERMINATION FOR SILICON CARBIDE SCHOTTKY DEVICES AND METHODS OF FABRICATING SILICON CARBIDE DEVICES INCORPORATING SAME」という名称の特許文献４に記載されているエッジ終端を光作動炭化ケイ素サイリスタに持たせることができる。デバイスのエッジ終端によってデバイスが互いに分離され、それにより、電気特性に悪影響を及ぼす恐れのある欠陥が組み込まれている可能性のあるデバイスと、このような欠陥が組み込まれていないデバイスが分離される。

図７および図８に示すように、極めて多数のより小型の光作動サイリスタセルを並列に接続することができる。複数のサイリスタセルを備え、かつ、電気試験することができるため、「良好」なセルを電気試験に合格したセル、例えば規定の順方向（アノードからカソードに向かう方向）電圧を阻止するセルとして画定することができる。不良セルは、材料中に存在する欠陥、処理の問題および／または他の欠陥のために電気試験に合格することができず、例えば規定の電圧を阻止することができない。当業者に知られている１つまたは複数の電気試験によって良好なセルを選択することができる。

良好なセルは、良好なセルのコンタクトが不良セルのコンタクトを超えて拡張するよう、良好なセルのコンタクト材の厚さを選択的に変化させることによって選択的に接続される。コンタクトの厚さのこのような調整は、コンタクトを形成する前に、例えばコンタクト材を選択的に蒸着させることによって実施することができ、あるいは、コンタクトの形成後に、例えばコンタクト材を選択的に除去することによって実施することができる。

詳細には、フォトリソグラフィを利用して、良好なセルのコンタクト領域の上のマスクが除去され、不良セルのコンタクト領域の上にマスクが残るよう、良好なセルのみを露光することにより、良好なセルのみを接続することができる。次に、分厚い（例えば約６μｍから約２５μｍ）金属が良好なセルの露光コンタクト領域の上、例えば良好なセルのアノード端子の上に蒸着される。別法としては、すべてのセルの例えばアノード端子の上に分厚い金属を施し、試験をして良好なセルと不良セルを選択することもできる。次に、当業者に知られている様々な技法を使用して、例えば良好なセルのコンタクトをマスキングし、不良セルのコンタクトを選択的にエッチングすることにより、不良セルからこの分厚い金属が選択的に除去される。同様に、第１の金属を不良セルの上に蒸着させ、次に、コンタクト材のブランケットデポジットが提供されるリフトオフ技法を利用することもできる。次に、不良セルからコンタクト材が剥離除去され、良好なセルの上にコンタクト材が残される。また、電気試験に合格しない場合に、不良セルのコンタクトがサイリスタセルから電気的に分離され、あるいは、例えばサイリスタセルのコンタクトを融解させることによって良好なセルに対する厚さが変更される自動技法を利用することもできる。いずれの場合においても、フラットプレートを使用した圧力コンタクトのみが、分厚い金属を備えた良好なセルと接触することになる。ＵＶ光は、アセンブリ内のファイバによって送られる。

図８は、複数のサイリスタのうちの選択されたセルのこのような相互接続を示したもので、図７の線Ｃ−Ｃ’に沿った断面図である。図８に示すように、電気試験に合格したセルの上には分厚い金属８０が設けられ、電気試験に不合格のセルの上にはより薄い金属８２が設けられている。電気試験に不合格のセルには全く金属が設けられていない場合もある。分厚い金属８０は、より薄い金属８２の対応する表面を超えて拡張したコンタクトの実質的に共面（coplanar）をなす第１の表面を備えており、したがって、次に、接続プレート８４によって、電気試験に合格したセルを相互接続することができる。

当業者に知られているように、接続プレート８４は、例えばスプリングクリップまたは他のこのようなデバイスによって印加される圧力によって取り付けることができ、さらには、例えば永久はんだ接続によって取り付けることもできる。接続プレート８４には、良好なセルの金属コンタクト８０間のギャップに架橋するだけの十分な強度を有するどのような導電材料でも使用することができ、また、アルミニウム、銅などの単一導電材料あるいは複合材、例えば導電被覆が施されたスチールプレートを使用することができる。

サイリスタセルの外部ＵＶ光源は、例えば光ファイバ、ライトパイプ、反射表面、自由空間および／または当業者に知られている他のこのような光分布機構を使用して、開口８６中にＵＶ光を提供している。また、接続プレート８４は、開口８６中におけるＵＶ光の分布を容易にするために反射型にすることができる。

以上、本発明について、特定の炭化ケイ素層を参照して説明した。当業者には本開示に照らして理解されるように、このような層は、エピタキシャル成長、イオン注入あるいは炭化ケイ素層を生成するための他のこのような技法によって設けることができる。したがって本発明による実施形態には、製造されてはいるが、本明細書において説明した炭化ケイ素層を有する構造を包含することが意図されている。

本発明について、図１から図８に示す特定の構造を参照して説明したが、当業者には本開示に照らして理解されるように、本発明の教示からなおかつ利益を受けつつ、様々な改変をこのような構造に加えることができる。例えば、酸化物層すなわち保護絶縁層を、ＵＶ光をゲート領域に到達させることができる図１から図８に示す全体構造の上に設けることができる。同様に、円などの他のパターンをゲート領域に利用することもできる。したがって、本発明は、上で説明した特定の構造に何ら限定されることはない。

同様に、本発明について、光作動炭化ケイ素デバイスを参照して説明したが、当業者には本開示に照らして理解されるように、本発明による実施形態は、デバイスの一方の面に単一コンタクトを有する任意の二端子デバイスと共に利用することができる。したがって、接続プレートを利用して他の形態の炭化ケイ素デバイスセルを選択的に相互接続することができ、それにより複数の炭化ケイ素デバイスセルから構築された大型炭化ケイ素デバイスを提供することができる。したがって、本発明は、光作動サイリスタに何ら限定されることはない。

図面および明細書には、本発明による好ましい典型的な実施形態が開示されており、また、特定の用語が使用されているが、それらは単に説明の意味合いで包括的に使用されたものに過ぎず、特許請求の範囲の各請求項に示されている本発明の範囲を制限することを目的としたものではない。

本発明の実施形態による光作動サイリスタの平面図である。 図１の線Ａ−Ａ’に沿った、本発明の実施形態によるサイリスタの横断面図である。 図１の線Ａ−Ａ’に沿った、本発明の代替実施形態によるサイリスタの横断面図である。 本発明の他の代替実施形態による光作動サイリスタの横断面図である。 本発明の他の実施形態による光作動サイリスタの平面図である。 図５の線Ｂ−Ｂ’に沿った、本発明の実施形態によるサイリスタの横断面図である。 本発明の実施形態による多重サイリスタデバイスを提供するための、複数の光作動炭化ケイ素サイリスタを有するウェハの一部の平面図である。 図７の線Ｃ−Ｃ’に沿った、複数の光作動サイリスタのうちのいくつかを選択的に相互接続するための導電性プレートを備えた本発明の実施形態による多重サイリスタデバイスの横断面図である。

Claims (6)

1. 第１の導電型の炭化ケイ素基板と、
   前記炭化ケイ素基板上で第２の導電型を有する第１の炭化ケイ素エピタキシャル層と、
   前記第１の導電型で、かつ第２の炭化ケイ素エピタキシャル層を有する、前記基板と向かい合った前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層上の第１の炭化ケイ素領域と、
   前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層と向かい合った前記第１の炭化ケイ素領域上で、前記第１の炭化ケイ素領域から突出している、前記第２の導電型で、かつ第３の炭化ケイ素エピタキシャル層を有する第２の炭化ケイ素領域と、
   前記炭化ケイ素基板と前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層の間に配置された前記第１の導電型の炭化ケイ素層と、
   前記第２の炭化ケイ素領域の上の第１の電極と、前記炭化ケイ素基板上の第２の電極と
   を備えており、
   前記第１および第２の炭化ケイ素領域は、前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層の一部が外部光源からの光で露光されるように構成されて光作動ゲート領域を備えるようにし、かつ、前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層が前記光作動ゲート領域内の光で、間にある炭化ケイ素層を該光が通過することなく露光される
   ことを特徴とする炭化ケイ素サイリスタ。
2. 前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層の露光部分に、前記第２の導電型で、かつ前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層のキャリア濃度より高いキャリア濃度の第３の領域をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素サイリスタ。
3. 前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素サイリスタ。
4. 前記第１の導電型はｐ型であり、前記第２の導電型はｎ型であることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素サイリスタ。
5. 前記第１および第２の炭化ケイ素領域が、中央の領域および該領域から延びているアーク形状の複数の領域を含む形状を有する構造を有する光作動ゲート領域を備えるために、前記中央の領域および該領域から延びている前記アーク形状の複数の領域を有する形状の前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層の一部分を外部光源からの光で露光するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素サイリスタ。
6. 前記第１および第２の炭化ケイ素領域が前記第１の炭化ケイ素エピタキシャル層の第２のフィンガ部を外部光源からの光で露光するように構成された複数の第１のフィンガ）を備えることで、前記第１および第２の領域に対応する前記第１のフィンガと交互に配列される第２のフィンガ部を有する光作動ゲート領域を構成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素サイリスタ。

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