[發(fā)明專利]碳化硅半導(dǎo)體器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380065570.2
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104854704A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 增田健良;和田圭司
• 申請（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/12
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李蘭;孫志湧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

對于作為廣泛應(yīng)用的功率半導(dǎo)體器件的Si(硅)MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)來說，擊穿電壓的主要決定因素是作為擊穿電壓保持區(qū)的漂移層能承受的電場強度的上限。由Si制成的漂移層可在饋以約0.3MV/cm或更大的電場的部分處被擊穿。因此，需要將MOSFET的整個漂移層中的電場強度抑制為小于預(yù)定值。最簡單的方法是提供具有低雜質(zhì)濃度的漂移層。但是，這種方法不利地提供MOSFET的大導(dǎo)通電阻。換言之，在導(dǎo)通電阻和擊穿電壓之間存在折衷關(guān)系。

對于典型的Si?MOSFET來說，考慮到由Si的屬性值產(chǎn)生的理論限制，日本專利公布No.9-191109說明了一種導(dǎo)通電阻和擊穿電壓之間的折衷關(guān)系。為了取消這種折衷，其公開了將下p型嵌入層和上p型嵌入層加入提供在n型襯底上的n型基極層中，n型襯底提供漏電極上。通過下p型嵌入層和上p型嵌入層，n型基極層被分成下區(qū)段、中區(qū)段和上區(qū)段，它們每一個都具有相等的厚度。根據(jù)本公開內(nèi)容，由三個區(qū)段中每一個保持相等的電壓，由此將各個區(qū)段的最大電場保持為等于或小于臨界電場強度。

而且，上述公開內(nèi)容公開了提供具有保護環(huán)(也稱為“場限制環(huán)”)的終端結(jié)構(gòu)。具體地，在終端結(jié)構(gòu)中，在分別對應(yīng)于上述三個區(qū)段的深度位置處提供保護環(huán)。更具體地，在終端部中，嵌入的保護環(huán)分別提供在彼此不同的兩個深度位置處的n型基極層中，并且保護環(huán)也提供在n型基極層的表面處。借助這三種類型的保護環(huán)，各個區(qū)段的最大電場也保持為等于或小于終端結(jié)構(gòu)中的臨界強度。

此外，更通常地，已經(jīng)更廣泛地應(yīng)用了上述的終端結(jié)構(gòu)，其在不具有嵌入保護環(huán)的情況下僅在n型基極層的表面處具有保護環(huán)。

引證文獻列表

專利文獻

PTD?1：日本專利公布No.9-191109

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

對于相對導(dǎo)通電阻和擊穿電壓之間的折衷而提供進一步改進的方法來說，近年來，已經(jīng)積極地探討了采用SiC來替代Si。與Si不同，SiC是一種完全能承受0.4MV/cm或更大的電場強度的材料。換言之，在這種電場強度下，Si層很可能被擊穿，而SiC層不會擊穿。當(dāng)能夠施加這種高電場時，在由MOSFET結(jié)構(gòu)中特定位置處的電場濃度造成的擊穿方面會產(chǎn)生問題。例如，在溝槽型MOSFET的情況下，由柵極絕緣膜中而不是SiC層的電場濃度造成的柵極絕緣膜的擊穿現(xiàn)象是擊穿電壓的主要決定因素。因此，擊穿電壓的決定因素在Si半導(dǎo)體器件和SiC半導(dǎo)體器件之間是不同的。因此，為了提高SiC半導(dǎo)體器件的擊穿電壓，簡單地采用假設(shè)采用Si的上述公開內(nèi)容的技術(shù)不是最好的解決手段。因此，對于保持擊穿電壓的終端結(jié)構(gòu)來說，優(yōu)選采用用于SiC半導(dǎo)體器件的最佳的方案。

根據(jù)上述公開內(nèi)容中說明的技術(shù)，平面布局中的終端結(jié)構(gòu)的面積直接導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的面積的增加。但是，希望半導(dǎo)體器件具有更小的尺寸。

已經(jīng)提出本發(fā)明以解決上述問題，并且其目的是提供一種具有高擊穿電壓和小尺寸的碳化硅半導(dǎo)體器件。

問題的解決手段

本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體器件具有包括中心部和圍繞中心部并構(gòu)成外邊緣的外邊緣部的平面布局。碳化硅半導(dǎo)體器件包括碳化硅膜、第一電極以及第二電極。碳化硅膜具有第一主表面以及在厚度方向上與第一主表面相反的第二主表面。碳化硅膜具有構(gòu)成第一主表面的第一范圍以及構(gòu)成第二主表面的第二范圍，第一和第二范圍在第一和第二范圍之間具有與第一和第二主表面分離的界面IF。第一范圍包括第一擊穿電壓保持層以及外邊緣嵌入?yún)^(qū)，第一擊穿電壓保持層構(gòu)成第一主表面并具有第一導(dǎo)電類型，外邊緣嵌入?yún)^(qū)部分提供在外邊緣部中的界面處并具有第二導(dǎo)電類型。第二范圍包括構(gòu)成界面并具有第一導(dǎo)電類型的第二擊穿電壓保持層。第一和第二擊穿電壓保持層構(gòu)成嵌入有外邊緣嵌入?yún)^(qū)的擊穿電壓保持區(qū)。第二范圍提供有用于控制從第二主表面和界面中的一個流至另一個的電流的半導(dǎo)體元件。第一范圍具有中心區(qū)段和外邊緣區(qū)段，中心區(qū)段在厚度方向上面對中心部中的半導(dǎo)體元件，外邊緣區(qū)段在厚度方向上面對外邊緣部中的半導(dǎo)體元件。在界面處，外邊緣區(qū)段通過具有外邊緣嵌入?yún)^(qū)的至少一部分而包括具有與中心區(qū)段的雜質(zhì)濃度不同的雜質(zhì)濃度的部分，雜質(zhì)提供第二導(dǎo)電類型。第一電極面對中心部和外邊緣部的每一個中的第一主表面。第二電極與中心部和外邊緣部中的每一個中的第二主表面接觸。