DE102008021430A1 - SIC-Halbleitervorrichtung mit Schottky-Sperrschichtdiode - Google Patents
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Abstract
Eine Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode weist auf: ein SiC-Substrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht (2) auf dem Substrat; einen Isolierfilm (3) auf der Driftschicht mit einer Öffnung (3a) in einem Zellbereich; eine Schottky-Sperrschichtdiode (10) mit einer Schottky-Elektrode (4), die über die Öffnung des Isolierfilms an die Driftschicht grenzt, und einer ohmschen Elektrode (5) auf dem Substrat; eine Abschlussstruktur (6, 7) mit einer den Zellbereich umgebenden RESURF-Schicht (6); und eine Mehrzahl von Schichten (8) eines zweiten Leitfähigkeitstyps an einer Innenseite der RESURF-Schicht. Die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps und die Driftschicht bilden eine p-n-Diode. Die Schottky-Elektrode weist eine erste Schottky-Elektrode (4a), die mit einem ohmschen Kontakt an die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps grenzt, und eine zweite Schottky-Elektrode (4b) auf, die mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht grenzt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode.
- Eine Schottky-Sperrschichtdiode (d. h. SBD) weist eine Schottky-Elektrode auf, die an eine Halbleiterschicht grenzt. Eine Grenzfläche zwischen der Schottky-Elektrode und der Halbleiterschicht weist eine geringe Austrittsarbeit zwischen einem die Schottky-Elektrode bildenden metallischen Material und einem die Halbleiterschicht bildenden Halbleitermaterial auf. Folglich ist ein Leckstrom in der SBD dann, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt wird, größer als in einer p-n-Diode.
- Die
JP-2000-294804 - Dies entspricht einer Schottky-Sperrschichtstruktur (JBS-Struktur), die zwei Arten von elektronischen Eigenschaften aufweist, die Eigenschaft einer Schottky-Diode und die Eigenschaft einer p-n-Diode. Die Eigenschaft der Schottky-Diode liefert eine I-V-(d. h. Strom-Spannung)-Kennlinie, bei welcher die Diode bei einer verhältnismäßig geringen Spannung durchbricht, woraufhin der Strom mit einer vorbestimmten Steigung bezüglich einer Spannungserhöhung zunimmt. Die Eigenschaft der p-n-Diode liefert eine I-V-Kennlinie, bei welcher die Diode bei einer verhältnismäßig hohen Spannung durchbricht, woraufhin der Strom schnell in Form einer Stoßentladung zunimmt.
- Bei einer herkömmlichen JBS-Struktur muss die Schottky-Elektrode mit einem Schottky-Kontakt an die n–-leitende Driftschicht grenzen. Folglich ist die Schottky-Elektrode aus einem metallischen Material aufgebaut, mit dem eine Schottkysche Sperrschicht gebildet werden kann. Deshalb ist es schwierig, einen ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Schicht zu bilden, so dass es schwierig ist, den Vorteil der JBS-Struktur effizient zu nutzen.
- Es ist folglich erforderlich, die Schottky-Elektrode und eine Störstellenschicht, welche die p-n-Diode bilden, mit dem ohmschen Kontakt zu verbinden.
- Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode bereitzustellen.
- Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode auf: ein SiC-Substrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist; eine Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, aus SiC aufgebaut ist und eine Störstellenkonzentration aufweist, die geringer als die des Substrats ist; einen Isolierfilm, der auf der Driftschicht angeordnet ist und eine Öffnung in einem Zellbereich aufweist; eine Schottky-Sperrschichtdiode mit einer Schottky-Elektrode und einer ohmschen Elektrode, wobei die Schottky-Elektrode im Zellbereich angeordnet ist und über die Öffnung des Isolierfilms mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht grenzt bzw. mit der Driftschicht in Verbindung steht und die ohmsche Elektrode auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist; eine Abschlussstruktur, die eine RESURF-Schicht aufweist und an einem Außenumfang des Zellbereichs angeordnet ist, wobei die RESURF-Schicht einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, den Zellbereich umgibt und in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps, von denen jede in einem anderen Oberflächenabschnitt der Driftschicht an einer Innenseite der RESURF-Schicht angeordnet ist und an die Schottky-Elektrode grenzt, wobei die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Die Mehrzahl von Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps und die Driftschicht bilden eine p-n-Diode. Die Schottky-Elektrode weist eine erste Schottky-Elektrode und eine zweite Schottky-Elektrode auf. Die erste Schottky-Elektrode grenzt mit einem ohmschen Kontakt an jede der Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps. Die zweite Schottky-Elektrode grenzt mit dem Schottky-Kontakt an die Driftschicht.
- Die obige Vorrichtung weist sowohl die Eigenschaft einer Schottky-Diode als auch die Eigenschaft einer p-n-Diode auf.
- Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode auf: ein SiC-Substrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist; eine Driftschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, aus SiC aufgebaut ist und eine Störstellenkonzentration aufweist, die geringer als die des Substrats ist; einen Isolierfilm, der auf der Driftschicht angeordnet ist und eine Öffnung in einem Zellbereich aufweist; eine Schottky-Sperrschichtdiode mit einer Schottky-Elektrode und einer ohmschen Elektrode, wobei die Schottky-Elektrode im Zellbereich angeordnet ist und über die Öffnung des Isolierfilms mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht grenzt bzw. mit der Driftschicht in Verbindung steht und die ohmsche Elektrode auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist; eine Abschlussstruktur, die eine RESURF-Schicht aufweist und an einem Außenumfang des Zellbereichs angeordnet ist, wobei die RESURF-Schicht einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, den Zellbereich umgibt und in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht angeordnet ist; und eine Mehrzahl von Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps, von denen jede in einem anderen Oberflächenabschnitt der Driftschicht an einer Innenseite der RESURF-Schicht angeordnet ist und an die Schottky-Elektrode grenzt, wobei die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Die Mehrzahl von Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps und die Driftschicht bilden eine p-n-Diode. Jede der Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps weist einen Oberflächenabschnitt und einen tieferen Abschnitt auf. Der Oberflächenabschnitt von jeder Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps ist auf einer Seite der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet, und der tiefere Abschnitt ist auf einer Seite der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet. Der Oberflächenabschnitt von jeder Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps weist eine Störstellenkonzentration auf, die über der des tieferen Abschnitts liegt; und die Schottky-Elektrode grenzt mit einem ohmschen Kontakt an jede der Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps (d. h. steht mit einem ohmschen Kontakt mit jeder der Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps in Verbindung).
- Die obige Vorrichtung weist sowohl die Eigenschaft einer Schottky-Diode als auch die Eigenschaft einer p-n-Diode auf.
- Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht einer SiC-Halbleitervorrichtung mit einer JBS-Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine Draufsicht eines Layouts der in der1 gezeigten SiC-Halbleitervorrichtung; -
3 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der JBS-Struktur der SiC-Halbleitervorrichtung; -
4A bis4D teilweise vergrößerte Querschnittsansichten eines Verfahrens zur Fertigung der SiC-Halbleitervorrichtung; -
5A bis5C teilweise vergrößerte Querschnittsansichten des Verfahrens zur Fertigung der SiC-Halbleitervorrichtung -
6 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht einer JBS-Struktur einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
7 eine Draufsicht eines Layouts einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; -
8 eine Draufsicht eines Layouts einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform. - (Erste Ausführungsform)
-
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer SiC-Halbleitervorrichtung mit einer JBS-Struktur entlang einer Linie I-I in der2 . - Die SiC-Halbleitervorrichtung ist aus einem n+-leitenden Substrat
1 aus SiC aufgebaut und weist beispielsweise eine Störstellenkonzentration in einem Bereich zwischen 2 × 1018 und 1 × 1021 cm–3 auf. Das Substrat1 weist eine Hauptoberfläche1a als obere Oberfläche und eine der Hauptoberfläche1a gegenüberliegende Rückseitenoberfläche1b als untere Oberfläche auf. Auf der Hauptoberfläche1a ist geschichtet eine n–-leitende Driftschicht2 angeordnet. Die Driftschicht2 ist aus SiC aufgebaut und weist eine Störstellenkonzentration von 5 × 1015 cm–3 (± 50%) auf. Eine SBD-Struktur10 ist in einem Zellbereich gebildet, der durch das Substrat1 und die Driftschicht2 gebildet wird. An einem Außenumfangsbereich der SBD-Struktur10 ist eine Abschlussstruktur gebildet. Folglich weist die Halbleitervorrichtung die SBD-Struktur10 und die Abschlussstruktur auf. - Insbesondere ist auf der Oberfläche der Driftschicht
2 ein Isolierfilm3 aus Siliciumoxid gebildet. Der Isolierfilm3 weist eine Öffnung3a auf, die teilweise im Zellbereich gebildet ist. In der Öffnung3a des Isolierfilms3 ist eine Schottky-Elektrode4 gebildet. Die Schottky-Elektrode4 grenzt mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht2 . Die Schottky-Elektrode4 ist beispielsweise aus Mo, Ti oder Ni aufgebaut. Die Öffnung3a weist, wie in2 gezeigt, eine kreisrunde Form auf. Die Schottky-Elektrode4 grenzt mit einem Schottky-Kontakt in der Öffnung3a an die Driftschicht2 . Ein Teil der Schottky-Elektrode, der an eine p-leitende Schicht8 grenzt, ist aus einem anderen Material aufgebaut. - Auf der Rückseite des Substrats
1 ist eine ohmsche Elektrode5 gebildet. Die ohmsche Elektrode5 ist beispielsweise aus Ni, Ti, Mo, W oder dergleichen aufgebaut. Folglich weist die SBD-Struktur10 im Zellbereich die ohmsche Elektrode5 , die Schottky-Elektrode4 , die Driftschicht2 und das Substrat1 auf. - Die Abschlussstruktur weist eine p-leitende RESURF-Schicht
6 und eine Mehrzahl von p-leitenden Schutzringen7 auf. Die RESURF-Schicht6 ist in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht2 angeordnet und grenzt an die Schottky-Elektrode4 . Die RESURF-Schicht6 ist auf beiden Seiten der Schottky-Elektrode4 angeordnet. Die Schutzringe7 umgeben den Außenumfang der RESURF-Schicht6 . Die RESURF-Schicht6 ist beispielsweise mit Al dotiert und weist eine Störstellenkonzentration in einem Bereich zwischen 5 × 1016 und 1 × 1018 cm–3 auf. Die RESURF-Schicht6 und die Schutzringe7 weisen eine derartige Ringform auf, dass die Ringform, wie in2 gezeigt, den Zellbereich umgibt. Durch das Bilden der RESURF-Schicht6 und der Schutzringe7 kann sich das elektrische Feld weit in Richtung des Außenumfangs der SBD-Struktur10 ausdehnen, so dass die Konzentration des elektrischen Feldes verringert wird. Folglich nimmt die Durchbruchspannung der Vorrichtung zu. - Die p-leitende Schicht
8 ist an einer Innenseite einer Innenkante der RESURF-Schicht6 gebildet. Die Innenkante der RESURF-Schicht6 in der Abschlussstruktur ist auf der Seite des Zellbereichs angeordnet. Die p-leitende Schicht8 grenzt an die Schottky-Elektrode4 . Die p-leitende Schicht8 und die n–-leitende Driftschicht2 bilden eine p-n-Diode. Auf diese Weise wird die JBS-Struktur gebildet. Die p-leitende Schicht8 weist eine Ringform auf, die entlang des Außenumfangs des Zellbereichs, d. h. entlang des Außenumfangs der Schottky-Elektrode4 , gebildet ist. Ein mittlerer Abschnitt8a der p-leitenden Schicht8 mit einer kreisrunden Form ist an bzw. in einer Mitte eines Kontaktbereichs zwischen der Schottky-Elektrode4 und der Driftschicht2 angeordnet. Insbesondere ist der mittlere Abschnitt8a in der Mitte des Zellbereichs angeordnet. Eine Mehrzahl von Ringabschnitten8b –8e ist konzentrisch um den mittleren Abschnitt8a herum angeordnet. Bei dieser Ausführungsform liegt die Anzahl der Ringabschnitte8b –8e bei vier Ringabschnitten. Ein äußerster Außenringabschnitt8e ist an einem äußersten Außenumfang der p-leitenden Schicht8 angeordnet. Der äußerste Außenringabschnitt8e grenzt an die Innenseite der RESURF-Schicht6 oder ist in die Innenseite der RESURF-Schicht6 eingebettet. Mittlere Ringabschnitte8b –8d , die zwischen dem mittleren Abschnitt8a und dem äußersten Außenringabschnitt8e angeordnet sind, sind symmetrisch entlang eines Querschnitts in radialer Richtung um den mittleren Abschnitt8a herum angeordnet. Folglich sind die mittleren Ringabschnitte8b –8d und der äußerste Außenringabschnitt8e zu vorbestimmten Intervallen W1 getrennt voneinander angeordnet. Jeder Ringabschnitt8b –8e und der mittlere Abschnitt8a weisen die gleiche Breite W2 auf. Jeder Abschnitt8a –8e weist eine Störstellenkonzentration in einem Bereich zwischen 5 × 1017 und 1 × 1020 cm–3 auf. Das Intervall W1 liegt in etwa bei 2.0 μm ± 0.5 μm, und die Breite W2 liegt in etwa bei 1.5 μm ± 0.5 μm. -
3 zeigt die JBS-Struktur in der Vorrichtung. Insbesondere weist die Schottky-Elektrode4 eine untere Elektrode4a und eine obere Elektrode4b auf. Die untere Elektrode4a grenzt an die p-leitende Schicht8 . Die untere Elektrode4a ist beispielsweise aus Al aufgebaut, das einem Material entspricht, mit dem eine Verbindung mit einem ohmschen Kontakt zur p-leitenden Schicht8 hergestellt werden kann. Die obere Elektrode4b bedeckt die untere Elektrode4a . Die obere Elektrode4b ist aus Mo, Ti oder Ni aufgebaut. Die obere Elektrode4b grenzt an die Driftschicht2 . Folglich grenzt die obere Elektrode4b mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht2 und die untere Elektrode4a mit einem ohmschen Kontakt an die p-leitende Schicht8 . Folglich weist die JBS-Struktur die Eigenschaft einer Schottky-Diode und die Eigenschaft einer p-n-Diode auf. Der Vorteil der JBS-Struktur wird in wirksamer Weise genutzt. - Bei der Vorrichtung mit der JBS-Struktur bildet die Schottky-Elektrode
4 eine Anode und die ohmsche Elektrode5 eine Kathode. Wenn eine Spannung, die über einer Schottky-Sperrschichtspannung liegt, an die Schottky-Elektrode4 gelegt wird, fließt der Strom zwischen der Schottky-Elektrode4 und der ohmschen Elektrode5 . - Im Außenumfangsbereich dehnt sich eine Sperrschicht dann, wenn die Diode sperrt, von der p-leitenden Schicht
8 zur Driftschicht2 aus, die unter der Schottky-Elektrode4 angeordnet ist. Die Sperrschicht verarmt die Driftschicht2 , die zwischen der p-leitenden Schicht8 und der Sperrschicht angeordnet ist, vollständig. Folglich wird ein Leckstrom dann, wenn in der Vorrichtung eine Überspannung erzeugt wird, d. h., wenn eine Sperrspannung an die Vorrichtung gelegt wird, verringert. - Die obere Elektrode
4b grenzt mit dem Schottky-Kontakt an die Driftschicht2 , und die untere Elektrode4a grenzt mit dem ohmschen Kontakt an die p-leitende Schicht8 . Folglich weist die JBS-Struktur die Eigenschaft einer Schottky-Diode als auch die Eigenschaft einer p-n-Diode auf, so dass beide Eigenschaften in wirksamer Weise genutzt werden können. - Nachstehend wird das Verfahren zur Fertigung der SiC-Halbleitervorrichtung beschrieben. In den
4A bis4D und5A bis5C ist die p-leitende Schutzringschicht7 nicht gezeigt. - In einem Schritt der
4A wird die Driftschicht2 durch epitaxiales Wachstum auf der Hauptoberfläche1a des Substrats1 gebildet. In einem Schritt der4B wird eine Maske11 aus einem LTO-(d. h. Low Temperature Oxid)-Film auf der Driftschicht2 gebildet. Anschließend wird ein Teil der Maske11 mit Hilfe eines fotolithografischen Ätzverfahrens geöffnet. Der Teil der Maske11 entspricht einem Bildungsbereich für eine RESURF-Schicht und einem Bildungsbereich für einen Schutzring. Unter Verwendung der Maske11 werden p-leitende Fremdstoffe, wie beispielsweise Al, in die Driftschicht2 implantiert und anschließend mit Hilfe eines Wärmebehandlungsprozesses aktiviert. Auf diese Weise werden die p-leitende RESURF-Schicht6 und die p-leitende Schutzringschicht7 gebildet. - In einem Schritt der
4C wird die Maske11 entfernt und anschließend eine weitere Maske12 aus einem LTO-Film oder dergleichen auf dem Substrat1 gebildet. Ein Teil der Maske12 wird mit Hilfe eines fotolithografischen Ätzverfahrens geöffnet. Der Teil der Maske12 entspricht einem Bildungsbereich für eine p-leitende Schicht. Unter Verwendung der Maske12 werden p-leitende Fremdstoffe, wie beispielsweise Al, in die Driftschicht2 implantiert und anschließend mit Hilfe eines Wärmebehandlungsprozesses aktiviert. Auf diese Weise wird die p-leitende Schicht8 gebildet. Während dieser Zeit ist eine Ionenimplantationsenergie bei einem Prozess zum Bilden der p-leitenden Schicht höher als die bei einem Prozess zum Bilden der gleitenden RESURF-Schicht und der p-leitenden Schutzringschicht, so dass die gleitenden Fremdstoffe tief in die Driftschicht2 implantiert werden. In der4C ist die Tiefe der p-leitenden Schicht8 nahezu gleich der Tiefe der RESURF-Schicht6 . Die p-leitende Schicht8 kann vorzugsweise tiefer als die RESURF-Schicht6 ausgebildet sein. - In einem Schritt der
4D wird die Maske12 entfernt. Anschließend wird eine metallische Schicht aus beispielsweise Ni, Ti, Mo, W oder dergleichen auf der Rückseite1b des Substrats1 gebildet. Auf diese Weise wird die ohmsche Elektrode5 gebildet. Die SiC-Oberfläche des Substrats1 wird mit Hilfe eines Opferoxidationsprozesses gereinigt. Anschließend wird ein Siliciumoxidfilm mit Hilfe eines Plasma-CVD-Verfahrens auf dem Substrat1 gebildet. Der Siliciumoxidfilm wird mit Hilfe eines Reflow-Prozesses derart verarbeitet, dass der Isolierfilm3 abgeschieden wird. Anschließend wird der Isolierfilm3 mit Hilfe eines fotolithografischen Ätzprozesses derart geätzt, dass die Öffnung3a im Isolierfilm3 gebildet wird. - In einem Schritt der
5A wird ein metallischer Film aus Al oder dergleichen auf dem Isolierfilm3 und in der Öffnung3a gebildet. In einem Schritt der5B wird der metallische Film derart gemustert, dass die untere Elektrode4a derart gebildet wird, dass sie an die p-leitende Schicht8 grenzt. - In einem Schritt der
5C wird noch ein weiterer metallischer Film aus Mo, Ti oder Ni derart auf dem Isolierfilm3 und in der Öffnung3a gebildet, dass die untere Elektrode4a bedeckt wird. Der metallische Film wird derart gemustert, dass die obere Elektrode4b gebildet wird. Auf diese Weise wird die Schottky-Elektrode4 gebildet. Folglich ist die SiC-Halbleitervorrichtung mit der SBD10 fertig gestellt. - Bei der Vorrichtung weist die Schottky-Elektrode
4 mehrere Elektrodenschichten aus einem verschiedenen Material auf. Insbesondere grenzt die obere Elektrode4b mit dem Schottky-Kontakt an die Driftschicht2 und die untere Elektrode4a mit dem ohmschen Kontakt an die p-leitende Schicht8 . Folglich wird sowohl die Eigenschaft der Schottky-Diode als auch die Eigenschaft der p-n-Diode in wirksamer Weise genutzt. - (Zweite Ausführungsform)
-
6 zeigt eine SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Schottky-Elektrode4 ist nur aus einer Schicht bestehend aus Mo, Ti oder Ni gebildet. Das Profil der Störstellenkonzentration der p-leitenden Schicht8 in der6 unterscheidet sich von dem in der1 gezeigten Profil, so dass die p- leitende Schicht8 und die Schottky-Elektrode4 mit dem ohmschen Kontakt miteinander verbunden sind. - Die Störstellenkonzentration des Oberflächeabschnitts der p-leitenden Schicht
8 ist höher als die eines tieferen Abschnitts der p-leitenden Schicht8 . Der Oberflächenabschnitt der p-leitenden Schicht8 , der an die Schottky-Elektrode4 grenzt, weist beispielsweise eine Störstellenkonzentration mit p-leitenden Störstellen von größer oder gleich 1 × 1020 cm–3 auf. Folglich sind die p-leitende Schicht8 und die Schottky-Elektrode4 über den ohmschen Kontakt miteinander verbunden. Wenn die Störstellenkonzentration eines Kontaktabschnitts der p-leitenden Schicht8 mit der Schottky-Elektrode4 erhöht wird, können die Eigenschaften von sowohl der Schottky-Diode als auch der p-n-Diode effizient genutzt werden. - Das Verfahren zur Fertigung der Vorrichtung gleicht dem in den
4A bis5C gezeigten Verfahren. Insbesondere wird in dem Schritt der4C das Ionenimplantationsprofil der p-leitenden Schicht8 von einem konstanten Profil zu einer kontrastierenden Konzentration geändert, so dass der Oberflächenabschnitt der p-leitenden Schicht8 eine höhere Störstellenkonzentration als der tiefere Abschnitt aufweist. Ferner werden die in den5A und5B gezeigten Schritte ausgelassen, so dass die Schottky-Elektrode4 mit einem Mo- oder Ti-Film gebildet wird. - (Dritte Ausführungsform)
-
7 zeigt eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer JBS-Diode gemäß einer dritten Ausführungsform. Die JBS-Struktur und die Außenumfangsstruktur der7 unterscheiden sich von denjenigen in der2 . In der7 weist die RESURF-Schicht6 eine quadratische Form mit vier abgerundeten Ecken auf. Die den mittleren Abschnitt8a und die Mehrzahl von Ringabschnitten8b –8e aufweisende p-leitende Schicht8 weist eine quadratische Form mit vier abgerundeten Ecken auf. Insbesondere weist der mittlere Abschnitt8a die quadratische Form mit den abgerundeten Ecken auf und weist jeder der den mittleren Abschnitt8a umgebenden Ringabschnitte8b –8e die quadratische Form mit den abgerundeten Ecken auf. Der mittlere Abschnitt8a kann eine kreisrunde Form aufweisen. - (Vierte Ausführungsform)
-
8 zeigt eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer JBS-Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform. Die JBS-Struktur und die Struktur des Außenumfangs in der8 unterscheiden sich von denjenigen in der2 . - Die RESURF-Schicht
6 weist eine hexagonale Form auf, und die p-leitende Schicht8 weist eine Struktur mit einer Mehrzahl von Waben auf. Jede Wabe weist eine hexagonale Form auf. Die p-leitende Schicht8 ist innerhalb der RESURF-Schicht6 angeordnet (d. h. wird von der RESURF-Schicht6 umgeben). Jede Wabe weist die gleichen Abmessungen auf, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten Waben gleich ist. Insbesondere weist ein Teil der Driftschicht2 zwischen zwei benachbarten Waben die gleiche Breite auf. Die Waben sind punktsymmetrisch um die Mitte der Schottky-Elektrode4 herum angeordnet. Obgleich die Anzahl von Waben entlang der Linie I-I in der8 bei sechs Waben liegt, kann die Anzahl von Waben einen von sechs verschiedenen Wert aufweisen. - (Ausgestaltungen)
- Die sich aus dem mittleren Abschnitt
8a und den Ringabschnitten8b –8e ergebende Anzahl kann sich von der in den1 –8 gezeigten unterscheiden. Obgleich die RESURF-Schicht6 und die p-leitende Schicht8 in der7 die quadratische Form mit den abgerundeten Ecken aufweisen, können die RESURF-Schicht6 und die p-leitende Schicht8 polygonal mit abgerundeten Ecken ausgebildet sein. Die gleitende Schicht8 kann die Form eines Streifenmusters aufweisen. Die Tiefe der gleitenden Schicht8 kann gleich der Tiefe der RESURF-Schicht6 sein. - Der erste Leitfähigkeitstyp wird als n-leitend und der zweite Leitfähigkeitstyp als p-leitend beschrieben. Alternativ kann der erste Leitfähigkeitstyp p-leitend und der zweite Leitfähigkeitstyp n-leitend sein.
- Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen offenbart wurde, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Strukturen beschränkt ist, sondern auf ver schiedene Weise ausgestaltet werden kann, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen, der verschiedene Kombinationen und Konfigurationen der einzelnen Ausführungsformen mit abdeckt.
- Vorstehend wurde eine SiC-Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode offenbart.
- Eine Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode weist auf: ein SiC-Substrat
1 eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht2 auf dem Substrat; einen Isolierfilm3 auf der Driftschicht mit einer Öffnung3a in einem Zellbereich; eine Schottky-Sperrschichtdiode10 mit einer Schottky-Elektrode4 , die über die Öffnung des Isolierfilms an die Driftschicht grenzt, und einer ohmschen Elektrode5 auf dem Substrat; eine Abschlussstruktur6 ,7 mit einer den Zellbereich umgebenden RESURF-Schicht6 ; und eine Mehrzahl von Schichten8 eines zweiten Leitfähigkeitstyps an einer Innenseite der RESURF-Schicht. Die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps und die Driftschicht bilden eine p-n-Diode. Die Schottky-Elektrode weist eine erste Schottky-Elektrode4a , die mit einem ohmschen Kontakt an die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps grenzt, und eine zweite Schottky-Elektrode4b auf, die mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht grenzt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2000-294804 [0003]
Claims (18)
- Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode, wobei die Vorrichtung aufweist: – ein SiC-Substrat (
1 ) eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist; – eine Driftschicht (2 ) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Oberfläche des Substrats (1 ) angeordnet ist, aus SiC aufgebaut ist und eine Störstellenkonzentration aufweist, die geringer als die des Substrats (1 ) ist; – einen Isolierfilm (3 ), der auf der Driftschicht (2 ) angeordnet ist und eine Öffnung in einem Zellbereich aufweist; – eine Schottky-Sperrschichtdiode (10 ) mit einer Schottky-Elektrode (4 ) und einer ohmschen Elektrode (5 ), wobei die Schottky-Elektrode (4 ) im Zellbereich angeordnet ist und über die Öffnung des Isolierfilms (3 ) mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht (2 ) grenzt und die ohmsche Elektrode (5 ) auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1 ) angeordnet ist; – eine Abschlussstruktur (6 ,7 ), die eine RESURF-Schicht (6 ) aufweist und an einem Außenumfang des Zellbereichs angeordnet ist, wobei die RESURF-Schicht (6 ) einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, den Zellbereich umgibt und in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht (2 ) angeordnet ist; und – eine Mehrzahl von Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps, von denen jede in einem anderen Oberflächenabschnitt der Driftschicht (2 ) an einer Innenseite der RESURF-Schicht (6 ) angeordnet ist und an die Schottky-Elektrode (4 ) grenzt, wobei die Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind, wobei – die Mehrzahl von Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps und die Driftschicht (2 ) eine p-n-Diode bilden; – die Schottky-Elektrode eine erste Schottky-Elektrode (4a ) und eine zweite Schottky-Elektrode (4b ) aufweist; – die erste Schottky-Elektrode (4a ) mit einem ohmschen Kontakt an jede der Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps grenzt; und – die zweite Schottky-Elektrode (4b ) mit dem Schottky-Kontakt an die Driftschicht (2 ) grenzt. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Schottky-Elektrode (
4a ) eine untere Elektrode bildet, und die zweite Schottky-Elektrode (4b ) eine obere Elektrode bildet; und – die zweite Schottky-Elektrode (4b ) die erste Schottky-Elektrode (4a ) bedeckt. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Leitfähigkeitstyp n-leitend ist, und der zweite Leitfähigkeitstyp p-leitend ist; und – die erste Schottky-Elektrode (
4a ) aus Aluminium, Ti oder Ni aufgebaut ist, das dazu geeignet ist, eine Verbindung mit dem ohmschen Kontakt zu einem p-Leiter herzustellen. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Schottky-Elektrode (
4b ) aus Ti, Mo oder Ni aufgebaut ist; und – die ohmsche Elektrode (5 ) aus Ni, Ti, Mo oder W aufgebaut ist. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abschlussstruktur (
6 ,7 ) ferner eine Mehrzahl von Schutzringen (7 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist; und – jeder Schutzring (7 ) die RESURF-Schicht (6 ) umgibt und in noch einem anderen Oberflächenabschnitt der Driftschicht (2 ) angeordnet ist. - Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mehrzahl von Schichten (
8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen mittleren Abschnitt (8a ) und eine Mehrzahl von Ringabschnitten (8b –8e ) aufweist; – der mittlere Abschnitt (8a ) an einer Mitte des Zellbereichs angeordnet ist; – jeder der Ringabschnitte (8b –8e ) den mittleren Abschnitt (8a ) umgibt und eine Punktsymmetrie um den mittleren Abschnitt (8a ) herum aufweist; – die Mehrzahl von Ringabschnitten (8b –8e ) einen äußersten Außenringabschnitt (8e ) aufweist, der an einer äußersten Außenseite der Ringabschnitte (8b –8e ) angeordnet ist; – die Mehrzahl von Ringabschnitten (8b –8e ) eine Mehrzahl von mittleren Ringabschnitten (8b –8d ) aufweist, die zwischen dem äußersten Außenringabschnitt (8e ) und dem mittleren Abschnitt (8a ) angeordnet ist; – jeder Ringabschnitt (8a –8e ) einen Querschnitt entlang einer radialen Richtung aufweist; und – die Querschnitte der mittleren Ringabschnitte (8b –8d ) eine Liniensymmetrie bezüglich der Mitte des Zellbereichs aufweisen. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringabschnitte (
8b –8e ) konzentrisch um den mittleren Abschnitt (8a ) angeordnet sind. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der mittlere Abschnitt (
8a ) eine polygonale Form mit abgerundeten Ecken aufweist; und – jeder Ringabschnitt (8b –8e ) eine polygonale Form mit abgerundeten Ecken aufweist. - Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass der äußerste Außenringabschnitt (
8e ) an eine Innenkante der RESURF-Schicht (6 ) grenzt oder in die RESURF-Schicht (6 ) eingebettet ist. - Halbleitervorrichtung mit einer Schottky-Sperrschichtdiode, wobei die Vorrichtung aufweist: – ein SiC-Substrat (
1 ) eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist; – eine Driftschicht (2 ) des ersten Leitähigkeitstyps, die auf der ersten Oberfläche des Substrats (1 ) angeordnet ist, aus SiC aufgebaut ist und eine Störstellenkonzentration aufweist, die geringer als die des Substrats (1 ) ist; – einen Isolierfilm (3 ), der auf der Driftschicht (2 ) angeordnet ist und eine Öffnung in einem Zellbereich aufweist; – eine Schottky-Sperrschichtdiode (10 ) mit einer Schottky-Elektrode (4 ) und einer ohmschen Elektrode (5 ), wobei die Schottky-Elektrode (4 ) im Zellbereich angeordnet ist und über die Öffnung des Isolierfilms (3 ) mit einem Schottky-Kontakt an die Driftschicht (2 ) grenzt und die ohmsche Elektrode (5 ) auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1 ) angeordnet ist; – eine Abschlussstruktur (6 ,7 ), die eine RESURF-Schicht (6 ) aufweist und an einem Außenumfang des Zellbereichs angeordnet ist, wobei die RESURF-Schicht (6 ) einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, den Zellbereich umgibt und in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht (2 ) angeordnet ist; und – eine Mehrzahl von Schichten (8 ) des zweiten Leitähigkeitstyps, von denen jede in einem anderen Oberflächenabschnitt der Driftschicht (2 ) an einer Innenseite der RESURF-Schicht (6 ) angeordnet ist und an die Schottky-Elektrode (4 ) grenzt, wobei die Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind, wobei – die Mehrzahl von Schichten (8 ) des zweiten Leitähigkeitstyps und die Driftschicht (2 ) eine p-n-Diode bilden; – jede der Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen Oberflächenabschnitt und einen tieferen Abschnitt aufweist; – der Oberflächenabschnitt von jeder Schicht (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf einer Seite der ersten Oberfläche des Substrats (1 ) angeordnet ist, und der tiefere Abschnitt auf einer Seite der zweiten Oberfläche des Substrats (1 ) angeordnet ist; – der Oberflächenabschnitt von jeder Schicht (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps eine Störstellenkonzentration aufweist, die über der des tieferen Abschnitts liegt; und – die Schottky-Elektrode (4 ) mit einem ohmschen Kontakt an jede der Schichten (8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps grenzt. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Störstellenkonzentration des Oberflächenabschnitts von jeder Schicht (
8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps größer oder gleich 1 × 1020 cm–3 ist. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mehrzahl von Schichten (
8 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen mittleren Abschnitt (8a ) und eine Mehrzahl von Ringabschnitten (8b –8e ) aufweist; – der mittlere Abschnitt (8a ) an einer Mitte des Zellbereichs angeordnet ist; – jeder der Ringabschnitte (8b –8e ) den mittleren Abschnitt (8a ) umgibt und eine Punktsymmetrie um den mittleren Abschnitt (8a ) herum aufweist; – die Mehrzahl von Ringabschnitten (8b –8e ) einen äußersten Außenringabschnitt (8e ) aufweist, der an einer äußersten Außenseite der Ringabschnitte (8b –8e ) angeordnet ist; – die Mehrzahl von Ringabschnitten (8b –8e ) eine Mehrzahl von mittleren Ringabschnitten (8b –8d ) aufweist, die zwischen dem äußersten Außenringabschnitt (8e ) und dem mittleren Abschnitt (8a ) angeordnet ist; – jeder Ringabschnitt (8a –8e ) einen Querschnitt entlang einer radialen Richtung aufweist; und – die Querschnitte der mittleren Ringabschnitte (8b –8d ) eine Liniensymmetrie bezüglich der Mitte des Zellbereichs aufweisen. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringabschnitte (
8b –8e ) konzentrisch um den mittleren Abschnitt (8a ) angeordnet sind. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass – der mittlere Abschnitt (
8a ) eine polygonale Form mit abgerundeten Ecken aufweist; und – jeder Ringabschnitt (8b –8e ) eine polygonale Form mit abgerundeten Ecken aufweist. - Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 12–14, dadurch gekennzeichnet, dass der äußerste Außenringabschnitt (
8e ) an eine Innenkante der RESURF-Schicht (6 ) grenzt oder in die RESURF-Schicht (6 ) eingebettet ist. - Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Leitfähigkeitstyp n-leitend ist, und der zweite Leitfähigkeitstyp p-leitend ist; und – die erste Schottky-Elektrode (
4a ) aus Aluminium aufgebaut ist, das dazu geeignet ist, eine Verbindung mit dem ohmschen Kontakt zu einem P-Leiter herzustellen. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Schottky-Elektrode (
4b ) aus Ti, Mo oder Ni aufgebaut ist; und – die ohmsche Elektrode (5 ) aus Ni, Ti, Mo oder W aufgebaut ist. - Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abschlussstruktur (
6 ,7 ) ferner eine Mehrzahl von Schutzringen (7 ) des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist; und – jeder Schutzring (7 ) die RESURF-Schicht (6 ) umgibt und in noch einem anderen Oberflächenabschnitt der Driftschicht (2 ) angeordnet ist.
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