SE525574C2 - Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter - Google Patents

Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter

Info

Publication number
SE525574C2
SE525574C2 SE0202585A SE0202585A SE525574C2 SE 525574 C2 SE525574 C2 SE 525574C2 SE 0202585 A SE0202585 A SE 0202585A SE 0202585 A SE0202585 A SE 0202585A SE 525574 C2 SE525574 C2 SE 525574C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
crystal
operating zone
silicon carbide
component according
region
Prior art date
Application number
SE0202585A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0202585D0 (sv
SE0202585L (sv
Inventor
Alexandre Ellison
Bjoern Magnusson
Asko Vehanen
Dietrich Stephani
Heinz Mitlehner
Peter Friedrichs
Original Assignee
Okmetic Oyj
Siced Elect Dev Gmbh & Co Kg
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
Publication of SE0202585D0 publication Critical patent/SE0202585D0/sv
Priority to SE0202585A priority Critical patent/SE525574C2/sv
Application filed by Okmetic Oyj, Siced Elect Dev Gmbh & Co Kg filed Critical Okmetic Oyj
Priority to PCT/SE2003/001309 priority patent/WO2004020706A1/en
Priority to EP03791515A priority patent/EP1540050A1/en
Priority to JP2004532493A priority patent/JP5081373B2/ja
Priority to US10/526,059 priority patent/US7482068B2/en
Publication of SE0202585L publication Critical patent/SE0202585L/sv
Publication of SE525574C2 publication Critical patent/SE525574C2/sv
Priority to US12/352,793 priority patent/US8097524B2/en
Priority to JP2011274530A priority patent/JP2012099832A/ja
Priority to US13/340,192 priority patent/US8803160B2/en
Priority to JP2015006669A priority patent/JP2015099932A/ja

Links

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
    • H01L29/70—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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02378—Silicon carbide
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529—Silicon carbide
    • 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
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • 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
    • H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • 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
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/931—Silicon carbide semiconductor

Description

30 35 40 f-*l i J (fi C “i “J -à 2 Inom kiselteknologin har den höga kostnaden för epitaxiella kraftkomponentstrukturer tacklats genom användning av ett lågdopat kiselsubstrat som driftzon i stället för ett tjockt lågdopat epi-skikt odlat på ett ledande substrat. På aktuell teknisk nivå är start- substratet, för högspänningskomponenter av kisel, neutrontransmuterade skivor med 10 till 15 cm diameter framställda av flytzons-(eng. float zone)odlade Si-kristaller.
Som exempel nyttjar driftregionen på en 5 kV omkopplingskomponent en ungefärligen 500 pm tjock kiselskiva med en dopning av 2x1013 cm'3.
Denna teknologi begränsar för närvarande förmågan till hantering av spänningar för kraftkomponenter av kisel till 10 kV-området. En 25 kV kiselkomponent skulle kräva användningen av en 2 mm tjock skiva med en dopning av 1012 cm'3 eller mindre och en livslängd för laddningsbärarna om 400 ps som driftzon. En omkopplingskomponent av kiselkarbid skulle behöva en driftzon som är i storleksordningen en till två gånger högre dopning och lägre livslängd för laddningsbärarna för att åstadkomma samma blockeringsspänning, medan den ändå skulle erbjuda fördelarna med lägre resistans vid tillslaget läge och lägre omkopplingsförluster.
Denna ansats kan emellertid inte användas vid den nuvarande tekniska nivån hos kiselkarbidsubstrat beroende på bristen på lågdopade SiC-substrat med livslängd i området mikrosekunder. SiC-substrat är för närvarande tillgängliga i det lägre resi- stivitetsområdet (n-typ: ca. 0,015 Qcm och p-typ: ca. 2,5 Qcm) och i semi-isolerande form (p > 106 Qcm). För de lågresistiva skivorna ligger vanligen koncentrationerna för de grunda dopämnena (t. ex. kväve och aluminium) i området 1018 cm'3 eller högre, medan däremot semi-isolerande skivor innehåller en högre koncentration av djupa nivåer (intrinsiska eller extrinsiska) än grunda nivåer (t. ex. kväve). Varken ett låg- resistivt substrat, som inte har någon backspänningsunderstödjande förmåga, eller ett semi-isolerande substrat, där de fria laddningsbärarnas livslängd är mindre än några nanosekunder, kan sålunda användas som en driftzon för kraftkomponenter.
Vertikala SiC-halvledarkraftkomponenter som framställs på ett "|ågresistivt" p-typ substrat existerar idag endast i teorin, eftersom ett lämpligt basmaterial med tillräck- lig ledning inte är tillgängligt (approximativt 8 Qcm mot 0,02 Qcm för n-typ material).
Skälet till denna brist kan tillskrivas den aktuella teknologin för de vanligaste kristall- odlingsprocesserna. Införlivandet av aluminium är svår att kontrollera i ugnar för odling genom sublimering och särskilt i fallet med höga dopningskoncentrationer.
Dessutom är jonisationsenergin för alla kända acceptorer i kiselkarbid jämförelsevis hög. Härigenom är det inte möjligt att framställa en attraktiv IGBT-liknande struktur genom användning av p-typ substrat och en n-typ driftzon. Dessutom, också genom att anta att det finns ett lämpligt basmaterial, finns det endast begränsade möjligheter att anpassa komponentparametrar genom modulering av livslängden nära den back- riktade emittern på en tilltänkt IGBT-struktur (Fig. 1). 10 15 20 25 30 35 40 f“_| i D (fl ( "l Ä 3 Fram tills idag lider de realiserade IGBT-strukturna baserade på SiC av otillfredsstäl- lande tekniska parametrar. I samtliga fall har basmaterialet varit av p-typ med mycket låg ledningsförmåga. Ett framgångsrikt förverkligande av en klassisk IGBT-struktur som bygger på ett MOS-styre (eng. MOS Gate) tycks inte vara möjligt, eftersom påfrestningen på oxiden i detta fall blir mycket hög och tillförlitligheten blir starkt nedsatt (utom genom användning av adekvata förebyggande skyddsåtgärder).
Syfte med och sammanfattning av uppfinningen Syfte och sammanfattning avseende material.
Syftet med denna uppfinning är att tillhandahålla en metod för att framställa SiC-sub- strat från lågdopade n-typ eller p-typ kristaller som har en sådan kvalitet att dessa substrat (Fig. 2) kan användas som basskikt i högspänningskomponenter. Denna metod kan erbjuda en lösning till lägre kostnad än den konventionella CVD-odlingen av ett tjockt (>100pm) lågdopat skikt på ett lågresistivt SiC-substrat. Uppfinningen möjliggör dessutom en ny effektiv utformning av SiC omkopplingskomponenter såsom IGBT:er.
Syfte och sammanfattning avseende komponent Den viktigaste fördelen med uppfinningen är möjligheten att framställa en halvledar- struktur utan substrat, vilket i fallet med en vertikal kraftkomponent endast utgör en onödig ytterligare resistans. Hela skivan består nu av en lågdopad n-driftzon (Fig. 2) med förmåga att blockera mycket höga spänningar (större än 15 kV).
Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 illustrerar en tvärsnittsvy av en klassisk IGBT SiC-struktur, där det tjocka låg- dopade driftskiktet har en väsentlig livslängd för laddningsbärarna och är epitaxiellt odlat på ett högdopat p-typ substrat.
Figur 2 är en tvärsnittsvy av en ny högspännings-IGBT med selektivt implanterad emitter och Junction Termination Extension på baksidan, där ett n-SiC-substrat i stället utgör driftzonen som har en väsentlig livslängd för laddningsbärarna.
Figur 3 är en SIMS-profil för kvävekoncentrationen hos en lågdopad 4H SiC-skiva, visande att kvävekoncentrationen ligger under detekteringsnivån för mätningen.
Figur 4 Överst: ström-spänningsmätning genom användning av en Schottkydiodkon- takt på ett avsiktligt lågdopad SiC-substrat visande n-typ ledningsförmågan. Nederst: nettokoncentrationen av laddningsbärare uppmätt genom kapacitans-spänning lämnar ett medelvärde på 4x10" cmi3. 10 15 20 25 30 35 40 Figur 5 DLTS-spektra uppmätt på en lågdopad n-typ dopad 4H SiC skiva före och efter uppvärming i en väteomgivning.
Figur 6 DLTS-spektra uppmätt på en lågdopad 4H SiC skiva, odlad under modifierade villkor som beskrivna i uppfinningen, visande en minskning a 21/2 centrats koncen- tration efter uppvärmning i en väteomgivning.
Figur 7 'lïdsupplösta avklingningskurvor för fotoluminiscens vid rumstemperatur upp- mätt på skivan enligt figur 6 före uppvärmning, efter uppvärmning i argon och efter uppvärmning i väteomgivningar.
Figur 8 är en tvärsnittsvy av en ny högspännings-IGBT med implanterad emitter och fältstoppskikt, där ett n-SiC-substrat bildar driftregionen och har en väsentlig livslängd för laddningsbärarna.
Figur 9 är en tvärsnittsvy över en ny högspännings-IGBT med implanterad emitter, junction termination extension och anodkortslutning, där ett n-SiC-substrat bildar driftregion och har en väsentlig livslängd för laddningsbärarna Detaljerad beskrivning av uppfinningen Materialbeskrivning För att möjliggöra en ändamålsenlig drift av en bipolär komponent måste driftzon- området uppfylla åtskilliga krav. Det första är låg dopning, typiskt en nettokoncentra- tion av laddningsbärare i området 1013 till 1014 cm* och en tillräcklig tjocklek i stor- leksordningen 100-300 pm, för att uthärda höga spänningar.
Ett andra krav är att laddningsbärarna injekterade i driftregionen under framspänning har en tillräcklig livslängd, så att den resulterande moduleringen av ledningen tillåter en högre strömtäthet. Närvaron av defekta nivåer i bandgapet, verkande som rekom- binationscentra, kommer att påverka livslängden för laddningsbärarna negativt. Kon- centrationen av effektiva rekombinationscentra, såsom djupa nivåer som kan utbyta laddningsbärare med både ledningsbandet och valensbandet, måste därför hållas så lågt som krävs enligt önskad komponentprestanda. Åtskilliga defekter är kända för att ge upphov till djupa nivåer i SiC, såsom övergångsmetaller och intrinsiska defekter.
Vissa strukturella defekter, såsom staplingsfel och korngränser, måste också und- vikas, eftersom de har identifierats som livslängdsdödare (eng. life time killers).
Skivorna som framställs av kiselkarbidkristaller odlade genom den konventionella sublimerings-, eller fysisk ångtransport- (PVT) metoden, är för närvarande inte rena nog för att vara användbara som driftregion i en kraftkomponent. Även i de allra renaste skivor som sågats från PVT-odlade kristaller kvarstår kvävekoncentrationen på i storleksordningen 5x1016 cm'3. Vidare, så har det aldrig varit möjligt, såvitt som 10 15 20 25 30 35 40 m r J m (fl -J 5 uppfinnarna känner till, att detektera livslängder för några fria laddningsbärare i sådana substrat.
Ett mål med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en metod för att odla Iågdopade kiselkarbidkristaller från vilka skivor med hög renhet och långa livslängder för fria laddningsbärare kan framställas.
Som beskrivet i U. S. patenten 5 704 985 - 6 030 661 och 6 039 812, vars läror här- vid inkorporeras genom denna referens, är en föredragen metod för att odla SiC- kristaller med högre renhet den så kallade kemisk förångningsdeponering vid hög temperatur(HTCVD)-metoden. I denna ångfasteknik, tillförs det kisel- och kol-inne- hållande källmaterialet genom renade gaser, som vid konventionella CVD-metoder.
Silan (SiH4), till exempel används som en kiselkälla, medan ett kolväte såsom metan (CH4) eller etylen (C2H4) används som en kolkälla. Odlingen av en SiC-kristall, eller kropp, från vilken skivor av en önskad diameter och tjocklek därefter kan sågas och poleras, åstadkommes genom att exponera, under en önskad tidrymd, en SiC-skiva som odlingskärna uppvärmd till en temperatur över 1900°C för ett kontinuerligt flöde av källgaser. En bärgas, såsom helium, argon eller väte, används för att bidra till transporten av källmaterialen.
Några av fördelarna med HTCVD-tekniken i den föreliggande uppfinningen är använd- ningen av ultrahögt renade gaser som källmaterial, möjligheten att optimera kol - kisel förhållandet för gasblandningen och möjligheten att kontinuerligt mata med en önskad mängd källgas för dopning. Som exempel kan SiC-kristallen göras svagt n-typ genom att man introducerar en liten mängd kvävgas i källgasblandningen. Flödeshas- tigheten för kvävekällan kan regleras medels massflödesstyrningar, genom använd- ning av, till exempel, en utspädningskonfiguration. Tekniken utnyttjar odlingstempe- raturer over 1900°C, vilket gör det möjligt att odla mono-polytypa-kristaller på både så kallade med- eller från-axliga odlingskärnor. En medaxlig skiva som odlingskärna definieras här som en odlingskärna, där ytan som är exponerad för källgasblandning- arna är parallell, inom ett fåtal tiondels grader till ett kristallografiskt plan, till exempel (0001)-planet. En från-axlig skiva som odlingskärna har en exponerad yta avsiktligt mer än en halv grad från ett kristallografiskt referensplan.
Jämfört med den konventionella CVD-metoden, som använder sig av högdopade substrat frånorienterade upp till 8 grader för att erbjuda en tillräcklig täthet av atomsteg, tillåter HTCVD-metoden en odling av SiC-kristaller på odlingskärnor med väsentligen lägre stegtätheter genom användning av medaxliga eller endast lätt icke- orienterade (1 grad eller mindre) kristallodlingskärnor. Både medorienterade och lätt icke-orienterade skivor kan sågas och poleras från sådana kristaller. Användningen av sådana skivor som spänningsblockerande skikt i högspänningskomponenter har fördelen att de reducerar anisotropiska effekter på det elektriska fältet. 10 15 20 25 30 35 40 ( '1 PJ (fl 6 Fastän uppfinningen är illustrerad för odlingen av 4H polytypen eller kristallgittervari- anten av kiselkarbidkristallen, är det klart att metoden också kan användas för att odla lågdopade kristaller av andra polytyper, som till exempel 6H, 15R eller 3C. Meto- den illustreras för kristaller som odlas längs, eller nästan längs, c-axeln i kristallgittret.
Den kan också tillämpas på kristaller odlade längs andra riktningar, som till exempel a-axelriktningarna såsom [1150] eller [10ï0] eller någon annan riktning mellan c- axeln och a-axeln i SiC-kristallgittret.
Fastän en föredragen metod är beskriven för att illustrera genomförbarheten i uppfin- ningen kan fackmannen inom området modlfiera uppfinningen och ändå åstadkomma samma slags resultat. I synnerhet ska de experimentella värdena för livslängden för laddningsbärarna inses vara icke begränsade till exemplen som ges nedan, vilka kan förbättras genom modifiering av uppfinningen.
I ett första utförande avser uppfinningen en ny metod för att framställa lågdopade SiC-skivor, i vilka fria laddningsbärare, injekterade medelst antingen genom drift av en komponent framställd på dessa skivor eller genom optisk excitering, rekombinerar med en viss hastighet. Det första utförandet avser odlingen av en SiC-kristall med en bestämd låg n-typ eller p-typ dopning följd, efter odlingen, av en värmebehandling av antingen kristallen själv eller av de från kristallen sågade skivorna.
Enligt uppfinningen erhålls n-typ eller p-typ dopningen genom en noggrann styrning av bakgrundsdopningen kombinerat med införandet av en dopningsgas, såsom kväve, så att dopatomkoncentrationen i kristallen är under 5><1015 cm'3 och företrädesvis i området 1013 till 1014 cm'3. Som visas i figur 3 är kvävekoncentrationen i en 4H- kristall som odlas enligt uppfinningen lägre än detekteringsnivån för sådan analytisk mätning som SIMS. Skivor framställda av sådana kristaller uppvisar n-typ lednings- förmåga med en nettokoncentration av laddningsbärare i 10” :ma-området (Fig. 4).
Enligt uppfinningen odlas den lågdopade kristallen genom en ren gasfasmetod som HTCVD-tekniken, vid en odlingshastighet högre än 100 pm/h. Uppfinningen kan emel- lertid lika väl utföras genom odling av kristallen genom en metod som kombinerar användningen av rena gaskällor med ett Si- och C-innehållande material i fast form eller vätskeform, så som beskrivet i, till exempel, US patent nr. 6 048 398, vars läror härmed inkorporeras. Man har särskilt funnit att, för att erhålla n-typ SiC-skivor där livslängden kan mätas optiskt, det är nödvändigt att minska koncentrationen av stör- ämnen, såsom övergångsmetallerna ( t. ex. V, Ti, etc.) och kompenserande accepto- rer (t. ex. B och Al). Detta kräver ett val av material som förhindrar frigivandet av oavsiktliga störämnen in i kristallen under odlingsprocessen och använda reningstek- niker för både bärgasen och källgaserna som används under odlingsprocessen. I synnerhet väljs kolkällgasen företrädesvis att vara metan, vilken kan produceras med högre renhetsgrader än andra kolväten och dessutom kan renas på plats genom n 10 15 20 25 30 35 40 r' n f' r- rr i _ , :f ,,, :,, : 0.0.1: .u :uno oo. none °"'J V' gjgg: :: 'ut §"'..'.' '_ ' å . u' ' a' 'af .u. non' aza- ' ' 7 gasreningsanordningar. En ytterligare upptäckt vid uppfinningen är att odlingspara- metrarna och kristallens nedkylningshastighet skall justeras så att de kvarvarande aktiva intrinsiska defekterna verkande som rekombinationscentra kan värmas ut. Som exempel, genom att utnyttja kunskaperna från patentansökningen SE 0103602-9 kan odlingsvillkoren anpassas så att den odlade kristallen innehåller kiselvakanser. Särskilt har man funnit att koncentrationen av kiselvakanser kan minskas genom en värme- behandling av sådana kristaller. Alternativt kan odlingsvillkoren också väljas, så att, till exempel, kolvakanser är närvarande i den odlade kristallen.
Som ett exempel på en tidigare känd metod för att framställa en monokristall av kiselkarbid enligt HTCVD-tekniken i den nämnda kända tekniken och inkorporerad i denna beskrivning genom hänvisning nämns följande processteg: - ett flöde av kisel- och kol- atominnehållande gaser förs in i en inneslutning, - inneslutningen innehållande en odlingskärna av kiselkarbidkristall värms upp till en temperatur över 1900°C på ett sådant sätt att odlingskärnans temperatur förblir lägre än temperaturen, vid vilken den skulle sönderfalla under partialtrycken för de Si- och C- innehållande ämnena som förs in i den upphettade inneslutningen, - flödena av kiselgas och kolgas och temperaturen över 1900°C upprätthålls under en tillräckligt lång tid så att en kristallkropp växer till, - ett flöde av ett dopämne förs in i kristallen under tiden för dess odling för att göra kristallen antingen n-typ eller p-typ. - kristallen kyls ned från odlingstemperaturen till rumstemperatur med en hastighet tillräckligt låg för att minska koncentrationen av intrinsiska nivåer under koncentra- tionen av grunda störämnen verkande som dopämnen, - den kolinnehållande gasen är ett kolväte som väljs från gruppen av metan, etylen och propan och - den kiselinnehållande gasen väljs från gruppen av silan, en klorsilanförening och en metylsilanförening.
De följande exemplen illustrerar de identifierade villkoren för att möta den låga dop- ningen och kraven på livslängd för uppfinningen.
Exempel 1 En SiC monokristall av 4H-polytypen odlades I en HTCVD-ugn med en genomsnittlig odlingshastighet av 400 pm/h. Ett litet flöde av kvävgas tillsattes silangasen, etylen och bärgasflöden matades in i ugnen för tillhandahålla en låg n-typ dopning. Skivor sågades och polerades från kristallen och analyserades genom användning av tekni- kerna kapacitans-spänning (C-V), djupnivå-transient spektroskopi (DLTS), sekundär jonmasspektroskopi (SIMS) och tidsupplöst (TRPL) fotoluminiscens. Man identifierade CV- och DLTS-mätningarna som icke möjliga att utföra på dessa skivor beroende på att kvävedonatorer kompenseras av åtminstone en djup nivå. SIMS-mätningar avslö- jade en titanförorening vid en koncentration av 3><10*5 cm'3, medan andra störämnen 10 15 20 25 30 35 40 n F., Å con nu; a o A000 nu. nu .II.II “FJ “f ”f šßšsl 5:3 'LE =' -- -' 8 såsom B, Al och V hade åtminstone storleksordningen en magnitud lägre koncentra- tion. TRPL-mätningar utförda på sådana skivor, antingen efter polering eller efter upp- värmning vid 1600°C under 1 timme, visade en avklingningstid mindre än detekte- ringsnivån för den experimentella uppställningen (< 5 ns), vilket gör att sådana skivor inte är lämpliga för syftet med den här uppfinningen.
Ex m l Odlingssystemet modifierades för att undertrycka Ti-förorening in i den odlade kri- stallen genom val av komponenter som förhindrar utsläppet av oönskade störämnen, såsom övergångsmetaller, i odlingsatmosfären. En lågdopad n-typ 4H SiC-kristall odlades under förhållanden jämförbara med dem i det föregående exemplet. Titan- koncentrationen i denna kristall minskades till 5x1013 cm'3. DLTS-mätningar på pole- rade skivor från denna kristall visade emellertid närvaron av djupa nivåer lokaliserade vid omkring 0,66 eV och omkring 1,5 eV från ledningsbandet med koncentrationer på 4,5><1015 cm"3 respektive 3><1015 cm'3 (Fig. 5). Laddningsbärarlivslängden, uppmätt genom TRPL på samma substrat var mindre än 5 ns. Skivan uppvärmdes därefter i 1 timme vid en temperatur på 1600°C i en väteomgivning. Koncentrationen av djupa nivåer, identifierade genom DLTS, reducerades drastiskt efter uppvärmningen (Fig. 5).
TRPL-mätningar visade också att rekombinationen av fria laddningsbärare med en optisk livslängd på approximativt 20 ns observerades i de väteuppvärmda skivorna.
Detta resultat kan tolkas som en uppvärmning eller passivering av vätetyper av intrin- siska defekter närvarande in i skivan och verkande som effektiva rekombinations- kanaler. Intrinsiska djupa nivåer, såsom kisel- och kol-vakanserna och kisel-antiläget (eng. antisite), som kan verka som livslängdsdödare har till exempel identifierats i halvledande SiC-kristaller (patentansökan nr. SE 0103602-9).
Resultaten från de föregående exemplen togs i beaktande genom modifiering av odlingsvillkoren för att reducera koncentrationen av intrinsiska defekter inodlade i kristallen. I detta exempel ökades inmatningsförhållandet C/Si hos etyIen/silan-gas- blandningen. Figur 6 visar att skivorna sågade och polerade från en sådan kristall har en väsentligt lägre koncentration av djupa nivåer identifierade genom DLTS vid 1,5 eV, men en liknande koncentration av Z1/2-nivån. Vid uppvärmning vid 1600 °C i antingen en väte- eller en argonomgivning, minskar koncentrationen av båda djupa nivåerna, som i det föregående exemplet (Fig. 6). Laddningsbärarlivslängden hos sub- stratet uppvärmt i en väteinnehållande omgivning ökades emellertid med en faktor 3, till ca. 60 ns (Fig. 7). Livslängden för laddningsbärarna hos ett annat substrat sågat från samma kristall och uppvärmt i en ren argonomgivning förblev emellertid under detekteringsgnivån för TRPL-systemet.
Det inses att lärorna i det första utförandet av uppfinningen kan användas och för- bättras för att ytterligare öka värdet på livslängden uppmätt genom den optiska n canon! 10 15 20 25 30 35 40 r n c r. F? ü .go :nu o o oo soon on toan oo canon vi 2:: å: ån: u. :zu ' :OIO 9 avklingningen i TRPL till värden upp till åtskilliga mikrosekunder för att uppfylla strömtäthetsbehoven med blockeringsspänningar på 15 kV och däröver. Det inses också att livslängdsvärdena mätta optiskt kan skilja sig från de som extraheras från en bipolär komponent. uppfinningen visar emellertid en första metod för att öka vär- dena på livslängden i lågdopade SiC-kristaller, så som yrkas i kraven nedan.
Kgmpgnentbgskrivning I ett andra utförande föreslår uppfinningen en struktur för en bipolär högspännings- komponent som använder en lågdopad skiva, framställd enligt någon av utförandena av uppfinningen.
Uppfinningen löser problemet med ett högresistivt substrat genom användning av en driftzon, vilken samtidigt kan tjäna som substrat. En sådan skiva kan odlas genom en med-axlig process beskriven i det första utförandet. För en tjocklek som approximativt överskrider 150 pm, kommer materialet att ha en tillräcklig mekanisk stabilitet för ytterligare processteg. Härigenom kan nu emittern implementeras från baksidan genom jonimplantation in i den maskerade eller omaskerade ytan på baksidan (Fig. 8 och 9). Denna implantation kan optimeras för att åstadkomma en emittereffektivitet och livslängd för minoritetsladdningsbärare specifikt avpassad för tillämpningskraven.
Dessutom blir det möjligt att använda enkla processteg genom implanteringen av en plan kantavslutning för övergången på baksidan av substratet för att få en backspän- ningsblockerande komponent (Fig. 2). Den här framlagda upptäckten tillhandahåller ett tillfälle att tillverka enkla omkopplingskomponenter med förmåga att blockera mycket höga backspänningar, vilket i kisel kan förverkligas endast genom användning av seriekoppling av omkopplare som kräver en komplicerad styrkrets. (Exempel SiC : 250 till 280 pm tjock driftzon, ND - NA = 3 x 10” cm'3, 20kV blockeringsspänning).
Den viktigaste fördelen med den här framlagda lösningen är möjligheten att tillverka en halvledarstruktur utan ett substrat, vilket i fallet med en vertikal kraftkomponent bara representerar en onödigt tillkommande resistans. Hela skivan består nu av en lågdopad driftzon med förmåga att blockera mycket höga spänningar (större än 15 kV). Vidare kan baksidesemittern utformas omsorgsfullt genom jonimplantation med eller utan ett fältavbrottsområde. Genom implementering av en förlängning av över- gångsavslutningen vid baksidesemittern, blir backriktningsblockerande komponenter möjliga. En ytterligare fördel är möjligheten att bestråla den bakåtvända pn-över- gången lokalt för att justera livslängden för minoritetsladdningsbärarna. Anpassningen av strukturerna på skivans baksida till de styrande cellerna på framsidan kan enklast åstadkommas genom att nyttja vidvinkelobjektiv för litografi, eftersom SiC-skivan i sig själv är genomskinlig för synligt ljus. Sålunda kan anpassningen utföras med avseende på upplinjeringsmärken på framsidan. Dessutom erbjuder HTCVD möjligheten att genomföra en med-axlig odling. 10 15 20 25 30 35 40 (1 i) UI C 10 Härigenom kan negativa influenser från anisotropier hos det elekriska fältet, t. ex, minimeras eller uteslutas.
Exempel Icke-begränsande exempel Figur 9 visar ett tvärsnitt av en föreslagen ny IGBT-struktur genom användning av ett lågdopat n-substrat som det aktiva lagret.
N-substratet skall dopas enligt den önskade blockeringsspännlngen hos komponenten.
Minimitjockleken för lagret ges av förmågan hos teknologin att hantera tunna skivor.
Genom att utgå från känd processteknik kan gränsen finnas vid 150 um. Framtida utvecklingar kan emellertid flytta denna tjocklek till lägre värden. In i driftzonen implanteras, diffunderas eller skapas genom en vald epitaxiell odling basregionens 5 p-brunn (eng. p-well). Djupet på detta skikt kan sträcka sig från några nanometer till åtskilliga mikrometer, beroende på använd teknologi. Dopningen kan variera mellan 1 x 101°cm'3 upp till värden högre än 102°cm'3. Typiskt ligger den i området kring 10“cm'3 och 1019cm'3. Avståndet mellan p-brunnarna kan sträcka sig från några um upp till 100 um. Vid ytan av n-substratet och inom p-brunnen är n-typ källregionen placerad. Avståndet mellan källregionen och kanten av p-brunnen vid ytan definierar kanallängden hos komponenten och kan vara mellan lum och upp till 100um. För kraftkomponenter ligger värdena vanligen runt 2 till 4 um. Källregionen bildas av ett område med ledningsförmåga av n-typ med en dopning som är högre än den som används för p-regionen, vanligtvis över 101°cm'3. Vid komponentens periferi imple- menteras en JTE (patentet US 5712502). Över kanalområdet, med en viss överlapp- ning ut över source-regionen och fullständigt överlappande området mellan p-brun- nen, är styrets (eng. gate) oxid belägen. Som styreoxid kan alla tunnfilmsisolatorer såsom kiseldioxid, kiselnitrid eller andra nya dielektrika användas. Typiskt för kraft- komponenter är ett approximativt 80 nm tjockt kiseldioxidskikt termiskt odlat eller deponerat. Som material för styret kan ett kraftigt ledande material, som en metall- silicid eller polysilikon, användas. Detta styre är elektriskt isolerat från den vida emit- terkontakten på framsidan. Dessa kontaktskikt är vanligen bildade av tjocka metaller, som aluminium eller andra. Skikten ovanpå p-brunnen (oxid, styrelektrod) fungerar som styrningsregion. På baksidan av strukturen kan man finna kollektorkontaktregio- nerna. Denna kollektorkontakt kan placeras över hela arean motstående den aktiva regionen (p-brunnarna) eller också kan de spridas ut med små areor som har ohmsk kontakt med det lågdopade substratet. Kollektorregionen (baksidesemittern) har mot- satt ledningstyp i förhållande till det lågdopade substratet, dess dopning överskrider dopningen hos substratet. Vanliga värden är mellan 1017cm"3 och 101°cm'3. Angående djupet och utformningen av dessa skikt gäller reglerna för p-brunnen. Vidden och utrymmet kommer att väljas i området någon um eller mer för att tillförsäkra, i block- eringsfallet, en tillräckligt skyddande effekt medan injektering i framriktningen upp- rätthålls. För blockering i backriktningen kan en JTE, motsvarande JTE:n på framsidan, 11 implementeras. Skikten på baksidan kan samlinjeras med framsidans strukturer tack vare det transparenta substratet. Detta är en viktig fördel jämfört med lösningar som bygger på kisei. Dessutom kan baksidesstrukturerna utformas genom selektiv dopning direkt i ytan beroende på det faktum att heia skivan fungerar som den aktiva zonen hos komponenten.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 40 12 Patentkrav
1. En uniform monokristall av kiselkarbid med antingen en n-typ eller en p-typ led- ningsförmåga, kännetecknad av att kristallen har en nettokoncentration av laddningsbärare som är mindre än 1015 cm” och en laddningsbärarlivslängd på åtminstone 50 ns vid rumstemperatur.
2. Kiselkarbidkristallen enligt patentkrav 1, där dopämnena som ger sagda n-typ eller p-typ ledning till kristallen år antingen grunda donatorer innefattande kväve eller grunda acceptorer innefattande aluminium.
3. Kiselkarbidkristallen enligt något av patentkraven 1 eller 2, där kristallen till- handahålls i form av en skiva som är sågad från en ursprungligen framställd kristall.
4. Kiselkarbidkristallen enligt patentkrav 3, där kristallen tillhandahålls som en polerad skiva.
5. Kiselkarbidkristallen enligt patentkrav 3, där ytan hos kristallen antingen oriente- rad från en Miller-index riktning med en vinkel som är mindre än 1 grad eller parallell med ett Miller-index plan.
6. Kiselkarbidkristallen enligt något av patentkraven 3 till 5, där sagda skiva har en tjocklek som överskrider 100 pm och företrädesvis överskrider 150 um.
7. En metod för att framställa en monokristall av kiselkarbid enligt patentkrav 1, innefattande stegen: - odling av en monokristall av kiselkarbid, där: sagda kristall har en borkoncentration som är mindre än SXIO” cm'3 och företrädesvis mindre än 5x10” cm* och en koncentration av störämnen av övergångsmetaller som är mindre än SXIO” cm'3 och företrädesvis mindre än 1013 cm'3, de intrinsiska defekterna i kristallen minimeras och sagda intrinsiska defek- ter innefattande kisel-vakanser eller kol-vakanser och - värmning av, under önskad tid, sagda kristall vid en temperatur över 700 °C i en atmosfär innehållande någon av gaserna: väte, en blandning av väte och en inert gas, så att koncentrationen av intrinsiska defekter och till dessa knutna defekter minskas till en koncentration tillräckligt låg för att ge laddningsbärarna en önskad livslängd på åtminstone 50 ns vid rumstemperatur. 10 15 20 25 30 35 40 10. 11. 12. 13. 14. 15. Metoden enligt patentkrav 7, vidare innefattande steget: skivan sågas från sagda kristall och poleras före steget att värma kristallen. Metoden enligt patentkrav 7, vidare innefattande steget: en skiva sågas från sagda kristall. Metoden enligt patentkrav 9, vidare innefattande steget: sagda skiva poleras. Metoden enligt patentkrav 7 för odling av sagda monokristall av kiselkarbid, vidare innefattande stegen: ett flöde av kisel- och kol- atominnehållande gaser förs in i en inneslutning, - inneslutningen innehållande en odlingskärna av kiselkarbidkristall värms upp till en temperatur över 1900°C på ett sådant sätt att odlingskärnans tempe- ratur förblir lägre än temperaturen, vid vilken den skulle sönderfalla under partialtrycken för de Si- och C- innehållande ämnena som förs in i den upp- hettade inneslutningen, - flödena av kiselgas och kolgas och temperaturen över 1900°C upprätthålls under en tillräckligt lång tid så att en kristallkropp växer till och - ett flöde av ett dopämne förs till kristallen under tiden för dess odling för att göra kristallen antingen n-typ eller p-typ. Metoden enligt patentkrav 11, där kristallen kyls ned från odlingstemperatur till rumstemperatur med en hastighet tillräckligt låg för att minska koncentrationen av intrinsiska nivåer under koncentrationen av grunda störämnen verkande som dopämnen. Metoden enligt patentkrav 11, där den kolinnehållande gasen är ett kolväte valt från gruppen av metan, etylen och propan. Metoden enligt patentkrav 11, där den kiselinnehållande gasen väljs från gruppen av silan, en klorsilanförening och en metylsilanförening. En halvledarkomponent innefattande: en driftzon av en första ledningstyp som tjänar som ett substratskikt och har en framsida och en baksida, en första kontaktelektrod anordnad på framsidan av driftzonen, en styrregion anordnad på framsidan och styrande en injektering av laddnings- bärare av åtminstone av den första ledningstypen in i driftzonen, 10 15 20 25 30 U) U1 40 16. 17. 1
8. h: fl) 20. 525 r. f? 4 . , _ 14 en andra kontaktelektrod på baksidan av driftzonen, varigenom driftzonen är anordnad att föra ett flöde av laddningsbärare mellan den första och den andra kontaktelektroden, kännetecknad av att driftzonen består av en kiselkarbidskiva med en nettokoncentration av ladd- ningsbärare som är mindre än 1015 cm” och en laddningsbärarlivslängd på åtminstone 50 ns. En komponent enligt patentkrav 15, där styrregionen innefattar: åtminstone två basregioner av en andra ledningstyp med ett förutbestämt djup är anordnade på framsidans yta inom driftzonen och åtskilda av ett mellanrum; en source-region av den första ledningstypen lokaliserad på framsidans yta och inom basregionerna av den andra ledningstypen; en kanalregion anordnad på framsidans yta inom basregionen innefattar source- regionen och är anordnad mellan source-regionen och en kant av basregionen; en styrelektrod för att styra kanalregionen och en isolering för styret för att elektriskt åtskilja styrelektroden från kanalregionen. En komponent enligt patentkrav 16, där isoleringen för styrregionen är belägen ovanför kanalregionen med en överlappning över source-regionen och fullstän- digt överlappar mellanrummet mellan basregionerna. En komponent enligt patentkrav 16, där den första elektroden är en emitter- elektrod med en för source-regionen och basregionen gemensam ohmsk kontakt och elektriskt isolerad från styrelektroden. En komponent enligt patentkrav 15, där den första elektroden är en emitter- elektrod som sträcker sig över hela framsidan av driftzonen. En komponent enligt patentkrav 15, där den andra kontaktelektroden är en kollektorelektrod som bildar ett skikt anordnat på ytan av baksidan av drift- zonen. 10 15 20 25 30 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 2
9. 30. 31. 15 En komponent enligt patentkrav 15, där en kollektorregion är placerad på ytan av baksidan inom driftzonen. En komponent enligt patentkrav 21, där kollektorregionen bildar en ohmsk kontakt med den andra elektroden. En komponent enligt patentkrav 21, där kollektorregionen är av en andra led- ningstyp. En komponent enligt patentkrav 21, där kollektorregionen sträcker sig över hela baksidan av driftzonen och är försedd med en fältstoppregion. En komponent enligt patentkrav 21, där kollektorregionen är uppdelad i ett flertal enheter åtskilda av små areor. Den andra kontaktelektroden bildar en med varje kollektorenhet och driftzonen eller fältstoppregionen gemensam ohmsk kontakt inom driftzonen. En komponent enligt patentkrav 15, där baksidan av driftzonen är försedd med en förlängd avslutning av övergången (JTE) för blockering i backriktningen. En komponent enligt patentkrav 15, där framsidan av driftzonen är försedd med en förlängd avslutning av övergången (JTE) för blockering i framriktningen. En komponent enligt patentkrav 15, där framsidan av driftzonen är försedd med samlinjeringsmärken för att rikta in strukturer ordnade på baksidan av driftzonen med strukturerna på framsidan. En komponent enligt patentkrav 15, där komponenten är en IGBT. En komponent enligt patentkrav 15, där kiselkarbidskivan har en yta som utgör framsidan eller baksidan av driftzonen och är från-orienterad gentemot en Miller- index riktning med en från-axlig vinkel mindre än 1 grad. En komponent enligt patentkrav 30, där ytan hos kiselkarbidskivan har en med- axlig orientering.
SE0202585A 2002-08-30 2002-08-30 Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter SE525574C2 (sv)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0202585A SE525574C2 (sv) 2002-08-30 2002-08-30 Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter
PCT/SE2003/001309 WO2004020706A1 (en) 2002-08-30 2003-08-22 Lightly doped silicon carbide wafer and use thereof in high power devices
EP03791515A EP1540050A1 (en) 2002-08-30 2003-08-22 Lightly doped silicon carbide wafer and use thereof in high power devices
JP2004532493A JP5081373B2 (ja) 2002-08-30 2003-08-22 低不純物炭化ケイ素ウェーハの作製方法
US10/526,059 US7482068B2 (en) 2002-08-30 2003-08-22 Lightly doped silicon carbide wafer and use thereof in high power devices
US12/352,793 US8097524B2 (en) 2002-08-30 2009-01-13 Lightly doped silicon carbide wafer and use thereof in high power devices
JP2011274530A JP2012099832A (ja) 2002-08-30 2011-12-15 半導体装置
US13/340,192 US8803160B2 (en) 2002-08-30 2011-12-29 Lightly doped silicon carbide wafer and use thereof in high power devices
JP2015006669A JP2015099932A (ja) 2002-08-30 2015-01-16 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0202585A SE525574C2 (sv) 2002-08-30 2002-08-30 Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE0202585D0 SE0202585D0 (sv) 2002-08-30
SE0202585L SE0202585L (sv) 2004-03-01
SE525574C2 true SE525574C2 (sv) 2005-03-15

Family

ID=20288862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0202585A SE525574C2 (sv) 2002-08-30 2002-08-30 Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter

Country Status (5)

Country Link
US (3) US7482068B2 (sv)
EP (1) EP1540050A1 (sv)
JP (3) JP5081373B2 (sv)
SE (1) SE525574C2 (sv)
WO (1) WO2004020706A1 (sv)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE525574C2 (sv) * 2002-08-30 2005-03-15 Okmetic Oyj Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter
DE10330571B8 (de) * 2003-07-07 2007-03-08 Infineon Technologies Ag Vertikale Leistungshalbleiterbauelemente mit Injektionsdämpfungsmittel im Rand bereich und Herstellungsverfahren dafür
US7157785B2 (en) * 2003-08-29 2007-01-02 Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. Semiconductor device, the method of manufacturing the same, and two-way switching device using the semiconductor devices
US6974720B2 (en) 2003-10-16 2005-12-13 Cree, Inc. Methods of forming power semiconductor devices using boule-grown silicon carbide drift layers and power semiconductor devices formed thereby
DE102004047313B3 (de) * 2004-09-29 2006-03-30 Siced Electronics Development Gmbh & Co. Kg Halbleiteranordnung mit einem Tunnelkontakt und Verfahren zu deren Herstellung
US7811943B2 (en) * 2004-12-22 2010-10-12 Cree, Inc. Process for producing silicon carbide crystals having increased minority carrier lifetimes
US7414268B2 (en) * 2005-05-18 2008-08-19 Cree, Inc. High voltage silicon carbide MOS-bipolar devices having bi-directional blocking capabilities
US7615801B2 (en) * 2005-05-18 2009-11-10 Cree, Inc. High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities
DE102005053487B4 (de) * 2005-11-09 2011-06-09 Infineon Technologies Ag Leistungs-IGBT mit erhöhter Robustheit
US20090087967A1 (en) * 2005-11-14 2009-04-02 Todd Michael A Precursors and processes for low temperature selective epitaxial growth
US8432012B2 (en) 2006-08-01 2013-04-30 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes having overlapping doped regions and methods of fabricating same
US7728402B2 (en) 2006-08-01 2010-06-01 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes with controlled breakdown
EP2631951B1 (en) 2006-08-17 2017-10-11 Cree, Inc. High power insulated gate bipolar transistors
JP4946264B2 (ja) * 2006-08-23 2012-06-06 日立金属株式会社 炭化珪素半導体エピタキシャル基板の製造方法
JP5261907B2 (ja) * 2006-09-19 2013-08-14 富士電機株式会社 トレンチゲート型炭化珪素半導体装置
US8835987B2 (en) 2007-02-27 2014-09-16 Cree, Inc. Insulated gate bipolar transistors including current suppressing layers
US8866150B2 (en) 2007-05-31 2014-10-21 Cree, Inc. Silicon carbide power devices including P-type epitaxial layers and direct ohmic contacts
US8409351B2 (en) * 2007-08-08 2013-04-02 Sic Systems, Inc. Production of bulk silicon carbide with hot-filament chemical vapor deposition
DE102007052202B3 (de) * 2007-10-30 2008-11-13 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben
US7759213B2 (en) * 2008-08-11 2010-07-20 International Business Machines Corporation Pattern independent Si:C selective epitaxy
US8294507B2 (en) 2009-05-08 2012-10-23 Cree, Inc. Wide bandgap bipolar turn-off thyristor having non-negative temperature coefficient and related control circuits
US8193848B2 (en) 2009-06-02 2012-06-05 Cree, Inc. Power switching devices having controllable surge current capabilities
US8629509B2 (en) 2009-06-02 2014-01-14 Cree, Inc. High voltage insulated gate bipolar transistors with minority carrier diverter
US8541787B2 (en) 2009-07-15 2013-09-24 Cree, Inc. High breakdown voltage wide band-gap MOS-gated bipolar junction transistors with avalanche capability
US8354690B2 (en) 2009-08-31 2013-01-15 Cree, Inc. Solid-state pinch off thyristor circuits
US8574528B2 (en) * 2009-09-04 2013-11-05 University Of South Carolina Methods of growing a silicon carbide epitaxial layer on a substrate to increase and control carrier lifetime
US9117739B2 (en) 2010-03-08 2015-08-25 Cree, Inc. Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same
US8415671B2 (en) 2010-04-16 2013-04-09 Cree, Inc. Wide band-gap MOSFETs having a heterojunction under gate trenches thereof and related methods of forming such devices
CN102560671B (zh) * 2010-12-31 2015-05-27 中国科学院物理研究所 半绝缘碳化硅单晶
US9029945B2 (en) 2011-05-06 2015-05-12 Cree, Inc. Field effect transistor devices with low source resistance
US9142662B2 (en) 2011-05-06 2015-09-22 Cree, Inc. Field effect transistor devices with low source resistance
JP2013004572A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
US9640617B2 (en) 2011-09-11 2017-05-02 Cree, Inc. High performance power module
EP2754177A1 (en) 2011-09-11 2014-07-16 Cree, Inc. High current density power module comprising transistors with improved layout
US9373617B2 (en) 2011-09-11 2016-06-21 Cree, Inc. High current, low switching loss SiC power module
JP6017127B2 (ja) * 2011-09-30 2016-10-26 株式会社東芝 炭化珪素半導体装置
WO2013119548A1 (en) 2012-02-06 2013-08-15 Cree, Inc. Sic devices with high blocking voltage terminated by a negative bevel
KR101799258B1 (ko) * 2012-10-02 2017-11-20 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체장치 및 반도체장치의 제조방법
US11721547B2 (en) * 2013-03-14 2023-08-08 Infineon Technologies Ag Method for manufacturing a silicon carbide substrate for an electrical silicon carbide device, a silicon carbide substrate and an electrical silicon carbide device
JP6183080B2 (ja) * 2013-09-09 2017-08-23 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP6271309B2 (ja) * 2014-03-19 2018-01-31 株式会社東芝 半導体基板の製造方法、半導体基板および半導体装置
CN114823859A (zh) 2015-12-11 2022-07-29 罗姆股份有限公司 半导体装置
JP7018394B2 (ja) 2016-08-19 2022-02-10 ローム株式会社 半導体装置
JP6811118B2 (ja) * 2017-02-27 2021-01-13 株式会社豊田中央研究所 Ｍｏｓｆｅｔ
JP2017228790A (ja) * 2017-08-30 2017-12-28 良孝 菅原 半導体装置とその動作方法
US11094806B2 (en) * 2017-12-29 2021-08-17 Texas Instruments Incorporated Fabricating transistors with implanting dopants at first and second dosages in the collector region to form the base region
JP2020129675A (ja) 2020-04-21 2020-08-27 ローム株式会社 半導体装置
TW202200498A (zh) * 2020-06-18 2022-01-01 盛新材料科技股份有限公司 半絕緣單晶碳化矽塊材以及粉末

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043773A (en) * 1990-06-04 1991-08-27 Advanced Technology Materials, Inc. Wafer base for silicon carbide semiconductor devices, incorporating alloy substrates
CA2113336C (en) * 1993-01-25 2001-10-23 David J. Larkin Compound semi-conductors and controlled doping thereof
US5709745A (en) * 1993-01-25 1998-01-20 Ohio Aerospace Institute Compound semi-conductors and controlled doping thereof
JP3182262B2 (ja) * 1993-07-12 2001-07-03 株式会社東芝 半導体装置
DE4325804C3 (de) * 1993-07-31 2001-08-09 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Herstellen von hochohmigem Siliziumkarbid
JP3352840B2 (ja) 1994-03-14 2002-12-03 株式会社東芝 逆並列接続型双方向性半導体スイッチ
TW286435B (sv) 1994-07-27 1996-09-21 Siemens Ag
US5736430A (en) * 1995-06-07 1998-04-07 Ssi Technologies, Inc. Transducer having a silicon diaphragm and method for forming same
SE9502288D0 (sv) 1995-06-26 1995-06-26 Abb Research Ltd A device and a method for epitaxially growing objects by CVD
US6030661A (en) 1995-08-04 2000-02-29 Abb Research Ltd. Device and a method for epitaxially growing objects by CVD
US6573534B1 (en) * 1995-09-06 2003-06-03 Denso Corporation Silicon carbide semiconductor device
SE9503428D0 (sv) 1995-10-04 1995-10-04 Abb Research Ltd A method for epitaxially growing objects and a device for such a growth
US6039812A (en) 1996-10-21 2000-03-21 Abb Research Ltd. Device for epitaxially growing objects and method for such a growth
US6180958B1 (en) * 1997-02-07 2001-01-30 James Albert Cooper, Jr. Structure for increasing the maximum voltage of silicon carbide power transistors
EP0966763B1 (en) 1997-02-07 2005-01-12 James Albert Cooper, Jr. Structure for increasing the maximum voltage of silicon carbide power transistors
JPH10256529A (ja) * 1997-03-14 1998-09-25 Fuji Electric Co Ltd 絶縁ゲート型炭化ケイ素サイリスタ
JPH11162850A (ja) * 1997-08-27 1999-06-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 炭化珪素基板およびその製造方法、並びに炭化珪素基板を用いた半導体素子
JP3968860B2 (ja) * 1998-03-20 2007-08-29 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置の製造方法
US6100169A (en) * 1998-06-08 2000-08-08 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide power devices by controlled annealing
JP2000101066A (ja) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP2000216090A (ja) * 1999-01-27 2000-08-04 Toshiba Corp 多結晶半導体素子の製造方法
US6218680B1 (en) * 1999-05-18 2001-04-17 Cree, Inc. Semi-insulating silicon carbide without vanadium domination
US6329088B1 (en) 1999-06-24 2001-12-11 Advanced Technology Materials, Inc. Silicon carbide epitaxial layers grown on substrates offcut towards <1{overscore (1)}00>
JP3854508B2 (ja) * 1999-09-07 2006-12-06 株式会社シクスオン ＳｉＣウエハ、ＳｉＣ半導体デバイス、およびＳｉＣウエハの製造方法
JP4581179B2 (ja) * 2000-04-26 2010-11-17 富士電機システムズ株式会社 絶縁ゲート型半導体装置
JP3650727B2 (ja) * 2000-08-10 2005-05-25 Ｈｏｙａ株式会社 炭化珪素製造方法
JP4887559B2 (ja) * 2000-11-07 2012-02-29 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP3864696B2 (ja) * 2000-11-10 2007-01-10 株式会社デンソー 炭化珪素単結晶の製造方法及び製造装置
JP2002231944A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Sanken Electric Co Ltd 電力用半導体装置
JP3451247B2 (ja) * 2001-02-07 2003-09-29 株式会社日立製作所 半導体装置およびその製法
DE60202850T2 (de) 2001-03-23 2006-02-09 International Business Machines Corp. Gerät und methode zum speichern und lesen von daten von hoher dichte
EP1306890A2 (en) * 2001-10-25 2003-05-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor substrate and device comprising SiC and method for fabricating the same
SE520968C2 (sv) * 2001-10-29 2003-09-16 Okmetic Oyj Högresistiv monokristallin kiselkarbid och metod för dess framställning
FR2834123B1 (fr) * 2001-12-21 2005-02-04 Soitec Silicon On Insulator Procede de report de couches minces semi-conductrices et procede d'obtention d'une plaquette donneuse pour un tel procede de report
US6814801B2 (en) * 2002-06-24 2004-11-09 Cree, Inc. Method for producing semi-insulating resistivity in high purity silicon carbide crystals
SE525574C2 (sv) * 2002-08-30 2005-03-15 Okmetic Oyj Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter
US6964917B2 (en) * 2003-04-08 2005-11-15 Cree, Inc. Semi-insulating silicon carbide produced by Neutron transmutation doping

Also Published As

Publication number Publication date
EP1540050A1 (en) 2005-06-15
SE0202585D0 (sv) 2002-08-30
US7482068B2 (en) 2009-01-27
WO2004020706A1 (en) 2004-03-11
JP5081373B2 (ja) 2012-11-28
US20120091471A1 (en) 2012-04-19
US20090114924A1 (en) 2009-05-07
JP2005537657A (ja) 2005-12-08
US8097524B2 (en) 2012-01-17
JP2012099832A (ja) 2012-05-24
JP2015099932A (ja) 2015-05-28
SE0202585L (sv) 2004-03-01
US20060137600A1 (en) 2006-06-29
US8803160B2 (en) 2014-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE525574C2 (sv) Lågdopat kiselkarbidsubstrat och användning därav i högspänningskomponenter
JP3854508B2 (ja) ＳｉＣウエハ、ＳｉＣ半導体デバイス、およびＳｉＣウエハの製造方法
JP3127342B2 (ja) 合成半導体及び制御されたそのドーピング
JP4185215B2 (ja) ＳｉＣウエハ、ＳｉＣ半導体デバイス、および、ＳｉＣウエハの製造方法
CN100474612C (zh) 使用梨晶生长的碳化硅漂移层形成功率半导体器件的方法和由此形成的功率半导体器件
JP3692076B2 (ja) ＳｉＣ単結晶およびその成長方法
Foti Silicon carbide: from amorphous to crystalline material
EP1933386B1 (en) Process for producing silicon carbide semiconductor device
CN102422425A (zh) 绝缘栅双极晶体管
JP2009088223A (ja) 炭化珪素半導体基板およびそれを用いた炭化珪素半導体装置
JP4879507B2 (ja) バイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法、積層欠陥縮小方法およびバイポーラ型半導体装置
US9590047B2 (en) SiC bipolar junction transistor with reduced carrier lifetime in collector and a defect termination layer
Zhao et al. Evaluation of ohmic contacts to p-type 6H-SiC created by C and Al coimplantation
JP5742712B2 (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
US20040217457A1 (en) System and method for fabricating diodes
JP4004171B2 (ja) 半導体装置
JP2007027630A (ja) バイポーラ型半導体装置およびその製造方法
Matsunami et al. Step-controlled epitaxy of SiC: High-quality homoepitaxial growth
WO2008015764A1 (fr) Procédé de fonctionnement d&#39;un dispositif semi-conducteur bipolaire et dispositif semi-conducteur bipolaire
Kojima et al. Reducing the wafer off angle for 4H-SiC homoepitaxy
JP2006237125A (ja) バイポーラ型半導体装置の運転方法およびバイポーラ型半導体装置
SU1726571A1 (ru) Способ выращивани карбидкремниевых р-п-структур политипа 6Н
WO2008015765A1 (fr) Dispositif a semi-conducteurs bipolaire et son procédé de production
Bolotnikov Development of high temperature diffusion technology for edge termination and switching behavior improvement of silicon carbide pin diodes
Grekov Investigation of diffused silicon carbide pin diode for high power applications

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed