高電圧炭化ケイ素半導体デバイスのための環境的に堅固なパッシベーション構造
炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造を開示する。該終端構造は、高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、該デバイスにおける活性領域と、該活性領域のためのエッジ終端パッシベーションとを含み、該エッジ終端パッシベーションは、表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための該デバイスの炭化ケイ素部分の少なくとも一部分上の酸化物層と、水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための該酸化物層上の窒化ケイ素の非化学量論的層と、該非化学量論的層および該酸化物層を封入するための該非化学量論的層上の窒化ケイ素の化学量論的層と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、高電圧で動作し、したがって高電場が存在する場合の、あるいは高電界を生成または受ける炭化ケイ素（ＳｉＣ）ベースの半導体デバイスに関する。通常、かかるデバイスは、ショットキー（整流）ダイオード、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、ＰＴＮダイオード、バイポーラ接合トランジスタ（ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＢＪＴ）を含むが、それらに限定される必要はない。例えば（限定としてではなく）、ＳｉＣベースのパワーデバイスは、（切り替え）電力供給、モーター制御、電力調節、ハイブリッド車技術、安全装置および電力貯蔵に有利である。
【０００２】
炭化ケイ素は、電子パワーデバイスに多くの物理的、化学的および電子的利点を提供する。物理的には、該材料は非常に強固で極めて高い融点を有するため、堅固な物理的特性を与える。化学的には、炭化ケイ素は化学攻撃に対して高い耐性があるため、化学安定性および熱安定性を提供する。しかし、おそらく最も重要なことは、炭化ケイ素は、高破壊電界、比較的大きなバンドギャップ（６Ｈポリタイプに対し室温で約２．９ｅＶ）、高飽和電子ドリフト速度などの優れた電子特性を有するため、高出力動作、高温動作、耐放射性、およびスペクトルの青、紫および紫外領域における高エネルギー光子の吸収および放射に関して著しい利点を与えることである。
【０００３】
パワー応用において、炭化ケイ素の大きなバンドギャップは、高い衝撃イオン化エネルギーをもたらす。言い換えると、これはイオン化担体のなだれ増倍を生じることなくＳｉＣが比較的高い電界を受けられるようにする。比較として、炭化ケイ素の電界容量はシリコンよりも１０倍大きい。
【０００４】
これらのデバイスの活性領域はかかる高電界を受けるまたは生成するため、デバイスは、通常、デバイスのエッジにおける電界の効果（「電界集中」）を減少させるために何らかの終端構造を含まなければならない。一般的な例において、終端構造は、活性領域に隣接する炭化ケイ素における埋め込み領域を含む。また、デバイスの表面は、終端されなければならないため、通常、何らかのパッシベーション構造がこの表面に加えられる。多くの場合において、表面パッシベーション構造は、非化学量論的酸化物および非化学量論的窒化物（つまり、ＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４以外）を含む、酸化ケイ素、窒化ケイ素などの重合体（大概、ポリイミド）もしくは誘電性のパッシベーションまたはそれらのいくつかの組み合わせを含むことができる。
【０００５】
より高い電圧、したがってより高い電界に対応できるＳｉＣベースのデバイスが開発し続けられているため、通常約１５００℃より低い温度での衝撃に化学的に耐性のある炭化ケイ素は、パワー電子デバイスのこれらの種類に関連する高い電界が存在する場合に、前述にかかわらず非常に低い温度で酸化することが予期せず発見されている。具体的には、この酸化は、切り替えパワーデバイス内などの著しい過渡電流がデバイスを通過するデバイス内で存在する。最も良く理解されているように、これはより高い電界および比較的高い周波数で適用された電子の存在が酸化の発生を促す他の従来の酸化還元反応であるように考えられる。
【０００６】
この予期されず、望ましくない炭化ケイ素の酸化は、比較的中程度の動作温度、つまり炭化ケイ素が化学反応に加わる前に要求される通常のより高い温度ではなく、１２５℃の低い温度で発生し得る。
【０００７】
結果とし生じる望ましくない酸化物が成長するにつれ、デバイスから離れてパッシベーション層を拡張および持ち上げる傾向があり、最終的に性能特性を低下または排除する。
【０００８】
また、従来の酸化物パッシベーション技術は、高電界でドリフトを示す傾向もある。このドリフトの少なくとも一部は、負極の方向へドリフトする傾向のある水素（水素イオンとして現れる）の存在に起因し、デバイスの遮断能力およびデバイスの全体的な能力を低下させる電荷蓄積をもたらす。プラズマ化学気相成長法（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）で使用される酸化物前駆体の多くが水素を含むため、水素の存在は、通常、パッシベーション構造を形成するためのＰＥＣＶＤの使用に起因する。
【０００９】
これに関連して発見された問題は、センチメートルにつき２５０キロボルト（ｋＶ／ｃｍ）もの低い電界強度で見られており、５００ｋＶ／ｃｍ以上では確実に明白である。ＳｉＣベースのパワーデバイスの多くは、センチメートルにつき約１．５メガボルト（ＭＶ／ｃｍ）もの高い電界を受ける。
【００１０】
したがって、炭化ケイ素の電界強度特性を十分に活用するデバイスは、ドリフトなどの望ましくない電子挙動なく、および炭化ケイ素のいくらかの化学量論的または非化学量論的酸化ケイ素への酸化などの腐食酸化還元反応なく、かかる電界強度に耐えることができるパッシベーション構造を必要とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の開示）
本発明は、炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造である。構造は、高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、該デバイスにおける活性領域と、該活性領域のためのエッジ終端パッシベーションとを含み、該エッジ終端パッシベーションは、表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための該デバイスの炭化ケイ素部分の少なくとも一部分上の酸化物層と、水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための該酸化物層上の窒化ケイ素の非化学量論的層と、該非化学量論的層および該酸化物層を封入するための該非化学量論的層上の窒化ケイ素の化学量論的層と、を含む。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、該デバイスにおける活性領域と、該活性領域のためのエッジ終端パッシベーションと、を含み、該エッジ終端パッシベーションは、炭化ケイ素部分と酸化膜との界面密度を低下させるための該活性領域に隣接する該炭化ケイ素部分上の該酸化膜と、寄生容量を減少させ、デバイス捕捉を最小化するための該酸化膜上の第１のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、該構造を封入せずに、さらに該基板からその後のパッシベーション層を位置付けるための該第１の層状の第２のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、該構造を封入し、該パッシベーション層の水素遮断性を向上させるための該第２のスパッタ層上のスパッタ化学量論的窒化ケイ素層と、該封入層上の段差被覆および亀裂防止のための化学量論的窒化ケイ素の化学気相蒸着した環境障壁層と、を含む、炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造である。
【００１３】
本発明の前述およびその他の目的および利点ならびにそれらが達成される方法は、添付の図面とともに説明される以下の詳述に基づいて明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（発明の詳細な説明）
図１は、概して１０で示されたショットキーダイオードの断面概略図であり、本発明が対応する最近発見された問題を例証する。ショットキーダイオードは比較的単純（より少ない要素）な電子デバイスであるため、例証目的としては便利であるが、本発明は、種々のデバイスにうまく組み込むことができ、本明細書において記述されるものに制限されないことを理解されたい。
【００１５】
ダイオード１０は、炭化ケイ素エピタキシャル層１２を保有する炭化ケイ素基板１１上に形成される。整流金属接触部１３は、基本的なショットキー構造を完成させる。図１において、基板１１およびエピ層１２は、ｎ型として示される。
【００１６】
用語「エッジ」は、ある程度任意の様式で使用されるが、ショットキーダイオードに対して、デバイスのエッジは、整流接触部１３の周囲長または境界により機能的に決定される。したがって、図１に示されるダイオードにおいて、通常埋め込みにより形成される反対導電型領１４（つまり、ショットキー接合点を形成する半導体の導電型と反対）は、エピタキシャル層１２で表面の接触部１３に隣接する。図１は、ｐ型としての部分１４を示す。従来のパッシベーション層を１５で示し、発明の背景で記述される問題、すなわち酸化物の望ましくない成長を網掛け領域１６で示す。図１において概略的に示すように、酸化物部分１６の継続的成長は、物理的、化学的および電子的にデバイスの構造および性能を低下させる傾向がある。
【００１７】
図２は、本発明による終端構造を組み込む概して１７で示されたショットキーダイオードの概略断面図である。ダイオード１７は、炭化ケイ素基板２０および炭化ケイ素エピタキシャル層２１をともなう炭化ケイ素ベースのデバイスである。概して、しかし限定されず、炭化ケイ素におけるｎ型ショットキーダイオードにおいて、基板２０は、プラスおよびマイナス記号によって示されるように、エピタキシャル層２１よりも僅かに多くドープされる。適切なショットキー金属から形成される金属接触部２２は、エピタキシャル層２１との整流接触部を形成する。本明細書の概略図は、多くの状況における単一金属層を示すが、金属の組み合わせがこれらの接触部に使用できることを理解されたい。例えば、接触部２２は、炭化ケイ素との整流接触部においてニッケル、クロム、チタンまたは白金などのショットキー金属であり得るが、環境保護または回路へのより便利な接続などの他の目的のために、さらなる金属被覆も保有し得る。
【００１８】
また、ダイオード１７は、炭化ケイ素エピ層２１においてｐ型終端領域２３も含み、かかる終端領域は、通常、当業者によって十分に理解される方法でイオン注入により形成される。
【００１９】
ダイオード１７は、デバイスの活性領域のためのエッジ終端パッシベーション部分２４を含む。エッジ終端２４は、ショットキー接触部２２に隣接して位置付けられ、表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための、ダイオード１７の少なくとも一部使用可能な炭化ケイ素部分上の酸化物層２５を含む。非化学量論的窒化ケイ素層２６は、水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための酸化物層上にある。窒化ケイ素２７（Ｓｉ３Ｎ４）の化学量論的層は、環境攻撃に対して非化学量論的層２６および酸化物層を封入するための非化学量論的層２６上にある。
【００２０】
エピタキシャル層を有するウエハを含む炭化ケイ素ウエハは市販されており、特に、本発明の譲受人であるＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．，Ｄｕｒｈａｍ ＮＣから入手可能である。したがって、必要以上の実験を経ることなく、当業者は基板およびエピタキシャル層を入手および使用することができる。例示的な実施形態において、基板２０およびエピタキシャル層２１は単結晶であり、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する。
【００２１】
例示的な実施形態において、また多くの適切な理由により、終端パッシベーション構造２４内の酸化物層２５は、通常、熱成長酸化物である。また、かかる層は、用語、酸化が形容詞および動詞として使用される「熱酸化」層または「酸化」層としても称される。かかる用途は当技術分野において一般的であり、当業者は文脈において理解する。例示的な実施形態において、熱酸化層２５は、通常、約１００から５００オングストロームの厚さを有する化学両論（ＳｉＯ２）の二酸化ケイ素である。
【００２２】
発明の背景において記載されるように、窒化ケイ素パッシベーション層に関連する問題のうちの１つは、それらの水素の取り込みである。特定の半導体大きなバンドギャップデバイス（‘３７８親出願において説明されるＩＩＩ族窒化物など）に関して、水素の存在は、半導体のドーピング特性に影響し得る。また、炭化ケイ素ベースのデバイスにおいて、パッシベーション構造中の水素の存在はドリフトを不利に発生し得る。したがって、非化学量論的窒化ケイ素２６は、実質的に水素を含まず、水素の取り込みを回避するために蒸着されたスパッタである。比較として、化学気相蒸着窒化ケイ素は、通常、 ＣＶＤ前駆体ガスにおける水素の存在のために水素を含む。例示的な実施形態において、非化学量論的層２６は、約１０００から２０００オングストロームの厚さである。
【００２３】
親出願においてさらに記載されるように、非化学量論的（つまり、Ｓｉ３Ｎ４以外）窒化ケイ素の原子比率は、化学量論的窒化ケイ素の屈折率（６３２８Åの標準波長で測定された２．０２）とは異なる屈折率で表される。したがって、非化学量論的窒化ケイ素層は、窒素に富んだ組成物を表す（化学量論的と比較した場合）、約１．８５から１．９５の屈折率を有す。
【００２４】
図３は、本発明によるパッシベーションを組み込む概して３０で示された金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の断面概略図である。ＭＯＳＦＥＴ３０は、第１の導電型および反対導電型の炭化ケイ素のエピタキシャル層３２を有する炭化ケイ素基板３１を含む。図３は、平面のメサ型配向におけるＭＯＳＦＥＴを示すが、これは例証目的のための例示的なものであり、本発明が組み込まれ得るＭＯＳＦＥＴの方法または種類を制限するものではないことを理解されたい。
【００２５】
ソース領域３３およびドレイン領域３４は、第１の導電型炭化ケイ素、つまり基板と同一の導電型で形成される。ゲート接触部３５およびゲート酸化物３６は、トランジスタ３０とソース接触部３８のゲート領域を画定し、ドレイン接触部３７は、適切なオーム金属で形成される。
【００２６】
本発明によるパッシベーション構造は、ＭＯＳＦＥＴ３０内または隣接する多くの位置に組み込むことができ、図３において、パッシベーションは、４０で、つまり隣接する１つ以上のソース３８、ゲート３５、またはドレイン３７接触部で示される。より詳細には、図３の左側部分の４１で酸化物層を、４２で非化学量論的窒化物層を、および４３で化学量論的酸化物層を示す。他の部分は、図３の左側部分に示されるもとの同一の３部構成の構造を有することを理解されたい。
【００２７】
３２のエピタキシャル層がｐ型の場合、ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型ソースならびにドレイン部分３３および３４を有するｐチャネルＭＯＳＦＥＴと称される。当技術分野において十分に理解されるように、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、ｎ型エピタキシャル層３２を組み込み、ソースならびにドレイン部分３３および３４はｐ型となる。
【００２８】
図４は、本発明によるパッシベーションを組み込む裏面コレクタを有する、概して４５で示されるバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）の概略半セル説明図である。ＢＪＴ４５は、炭化ケイ素基板（ウエハを含む可能性がある）４６上および基板４６に隣接する炭化ケイ素ドリフト領域４７上で形成される。基板４６およびドリフト領域４７は同一の導電型を有し、ドリフト領域４７よりも僅かに多くドープされる基板４６を有するｎ型として図４で示される。基部領域５０は、基部領域５０の残部よりも僅かに多くドープされる基部コレクタ金属５２に隣接する部分５１を有する反対導電型（図４においてｐ型）で形成される。コントローラ接触部（裏面上）５５とともに、エミッタ部分５３および対応する接触部５４は、半セル構造を完成させる。
【００２９】
パッシベーションは、１つ以上のエミッタ５４、基部５２またはコレクタ５２接触部に隣接する。図４に示すデバイス配向において、パッシベーション５６は、エミッタ接触部５４に隣接して示される。先の実施形態のように、パッシベーション終端構造は、酸化物層５７、非化学量論的窒化ケイ素層６０、および化学量論的窒化ケイ素層６１で形成される。図４は、ｎ−ｐ−ｎバイポーラ接合トランジスタを示すが、また、本発明は、構造の関連部分で逆転した導電型を有するｐ−ｎ−ｐバイポーラ接合トランジスタとともに使用することもできる。
【００３０】
図５は、本発明による終端パッシベーションを組み込む、概して６３で示される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面概略半セル表現である。トランジスタ６３は、エミッタ接触部６５およびゲート接触部６６の反対側の、デバイスの裏面上のコントローラ接触部６４とともに配向されている。図５に示すように、ＩＧＢＴ６３は、ＭＯＳＦＥＴゲート駆動を有するｐ−ｎ−ｐバイポーラトランジスタと同等の回路を形成する。６７でゲート酸化物を、７０および７１（ドリフト領域）で各ｎ型部分を、ならびに７２および７４（ｐ型基板）でｐ型領域を示す。
【００３１】
エッジ終端パッシベーション７０は、エミッタ６５、ゲート６６またはコレクタ６４接触部のうちの少なくとも１つに（および、配向次第ではそれぞれに）隣接する。図５は、エミッタ接触部６５に隣接する終端パッシベーション７０を示す。図５に示すトランジスタはｎ型ドリフト領域７１を含むが、トランジスタはｐ型ドリフト領域で構成されることができ、当業者により理解され得る。
【００３２】
図６は、本発明による概して７４で示されるサイリスタの断面概略図（半セル）である。図６の配向において、各４つの領域（２つのｐ型および２つのｎ型）は、ｎ型基板（またはウエハ７５）、ｐ型ドリフト領域７６、ｎ型エピ層７７、およびｐ型層８０として示される。アノード接触部８１は、ｐエピタキシャル層８０に対して作製され、カソード接触部８２は、ｎ型基板７５に対して作製される。金属ゲート接触部８３は、図６に示すように、ｎ型エピタキシャル層７７の残部よりも、一領域８４に僅かに多くドープすることができるゲート部分を画定する。
【００３３】
本発明によるサイリスタにおいて、エッジ終端パッシベーション８５は、アノード８１、カソード８２、またはゲート８３接触部のうちの少なくとも１つ、および可能であればそれぞれで隣接し、酸化物層８６、非化学量論的窒化ケイ素層８７、および化学量論的封入窒化ケイ素層９０を含む。
【００３４】
図７は、本発明によるパッシベーション構造のより詳細な実施形態９３を示す。このより詳細な構造は、前述の任意の１つ以上のデバイス内に組み込むことができる。
【００３５】
図７において、第１のスパッタ非化学量論的層９４は、寄生容量を減少させ、デバイス捕捉を最小化するための熱酸化層９５上にある。第２のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層９６は、構造９３を完全に封入せずに、さらに基板９７からその後のパッシベーション層を位置付けるための第１の層９４上にある。スパッタ化学量論的窒化ケイ素層１００は、最初に構造９３を封入およびパッシベーション層の水素遮断性を向上させるための第２のスパッタ非化学量論的層９６上にある。化学気相蒸着環境障壁層１０１は、段差被覆および亀裂防止を提供するようにデバイスを被覆する。
【００３６】
これまでよりもやや詳細に、熱酸化層９５は、例示的な実施形態において約１００から５００オングストローム（Å）の厚さを有する化学量論的二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。これは、（窒化物のみのパッシベーションとは対照的に）酸化物の電子的利点を提供するのに十分な厚さであるが、付加的な製造問題をもたらす厚さには満たない。
【００３７】
本明細書の他の部分で記載されるように、スパッタリングの目的は、実質的に水素を含まない窒化ケイ素層を提供できるようにすることである。故に、層９４、９６および１００は、実質的に有利に水素を含まない。
【００３８】
最初の２つのスパッタ層９４および９６は、優先的に窒素に富んでいる。前述のように、（非化学量論的組成物における）ケイ素または窒素の割合は、形成された窒化ケイ素膜の組成物の指標としての屈折率により判断できる。
【００３９】
したがって、例示的な実施形態において、非化学量論的スパッタ窒化ケイ素層９４および９６のそれぞれは、約１．８５から１．９５の屈折率を有する。
【００４０】
炭化ケイ素基板は単結晶であることが多く、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する。
【００４１】
スパッタリングの一目的は、本明細書の他の部分に記載されるような水素の存在を回避すること、したがって、水素の存在に付随する電子的問題を回避することである。したがって、図７に関連して記述されたスパッタ層は、水素を含まない層としても理解することができる。言い換えれば、スパッタリングは、水素を含まないパッシベーション層を生成するための一技術である。しかし、本発明はまた、その製造方法にかかわらず、水素を含まないパッシベーション層としても理解することができる。
【００４２】
図面および本明細書において、本発明の好適な実施形態が記述され、特定の用語が用いられているが、これらは一般的および説明的な意向のみにおいて使用されるものであり、制限目的のためではなく、本発明の範囲は請求項において定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、ショットキーダイオードの断面概略図である。
【図２】図２は、本発明による終端構造を組み込むショットキーダイオードの概略断面図である。
【図３】図３は、本発明のパッシベーションを組み込む金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の断面概略図である。
【図４】図４は、本発明によるパッシベーションを組み込むバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）の概略半セル説明図である。
【図５】図５は、本発明による終端パッシベーションを組み込む絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面概略半セルの説明である。
【図６】図６は、本発明によるサイリスタの断面概略図である。
【図７】図７は、本発明によるパッシベーション構造のより詳細な実施形態を示す。
【背景技術】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、高電圧で動作し、したがって高電場が存在する場合の、あるいは高電界を生成または受ける炭化ケイ素（ＳｉＣ）ベースの半導体デバイスに関する。通常、かかるデバイスは、ショットキー（整流）ダイオード、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、ＰＴＮダイオード、バイポーラ接合トランジスタ（ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＢＪＴ）を含むが、それらに限定される必要はない。例えば（限定としてではなく）、ＳｉＣベースのパワーデバイスは、（切り替え）電力供給、モーター制御、電力調節、ハイブリッド車技術、安全装置および電力貯蔵に有利である。
【０００２】
炭化ケイ素は、電子パワーデバイスに多くの物理的、化学的および電子的利点を提供する。物理的には、該材料は非常に強固で極めて高い融点を有するため、堅固な物理的特性を与える。化学的には、炭化ケイ素は化学攻撃に対して高い耐性があるため、化学安定性および熱安定性を提供する。しかし、おそらく最も重要なことは、炭化ケイ素は、高破壊電界、比較的大きなバンドギャップ（６Ｈポリタイプに対し室温で約２．９ｅＶ）、高飽和電子ドリフト速度などの優れた電子特性を有するため、高出力動作、高温動作、耐放射性、およびスペクトルの青、紫および紫外領域における高エネルギー光子の吸収および放射に関して著しい利点を与えることである。
【０００３】
パワー応用において、炭化ケイ素の大きなバンドギャップは、高い衝撃イオン化エネルギーをもたらす。言い換えると、これはイオン化担体のなだれ増倍を生じることなくＳｉＣが比較的高い電界を受けられるようにする。比較として、炭化ケイ素の電界容量はシリコンよりも１０倍大きい。
【０００４】
これらのデバイスの活性領域はかかる高電界を受けるまたは生成するため、デバイスは、通常、デバイスのエッジにおける電界の効果（「電界集中」）を減少させるために何らかの終端構造を含まなければならない。一般的な例において、終端構造は、活性領域に隣接する炭化ケイ素における埋め込み領域を含む。また、デバイスの表面は、終端されなければならないため、通常、何らかのパッシベーション構造がこの表面に加えられる。多くの場合において、表面パッシベーション構造は、非化学量論的酸化物および非化学量論的窒化物（つまり、ＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４以外）を含む、酸化ケイ素、窒化ケイ素などの重合体（大概、ポリイミド）もしくは誘電性のパッシベーションまたはそれらのいくつかの組み合わせを含むことができる。
【０００５】
より高い電圧、したがってより高い電界に対応できるＳｉＣベースのデバイスが開発し続けられているため、通常約１５００℃より低い温度での衝撃に化学的に耐性のある炭化ケイ素は、パワー電子デバイスのこれらの種類に関連する高い電界が存在する場合に、前述にかかわらず非常に低い温度で酸化することが予期せず発見されている。具体的には、この酸化は、切り替えパワーデバイス内などの著しい過渡電流がデバイスを通過するデバイス内で存在する。最も良く理解されているように、これはより高い電界および比較的高い周波数で適用された電子の存在が酸化の発生を促す他の従来の酸化還元反応であるように考えられる。
【０００６】
この予期されず、望ましくない炭化ケイ素の酸化は、比較的中程度の動作温度、つまり炭化ケイ素が化学反応に加わる前に要求される通常のより高い温度ではなく、１２５℃の低い温度で発生し得る。
【０００７】
結果とし生じる望ましくない酸化物が成長するにつれ、デバイスから離れてパッシベーション層を拡張および持ち上げる傾向があり、最終的に性能特性を低下または排除する。
【０００８】
また、従来の酸化物パッシベーション技術は、高電界でドリフトを示す傾向もある。このドリフトの少なくとも一部は、負極の方向へドリフトする傾向のある水素（水素イオンとして現れる）の存在に起因し、デバイスの遮断能力およびデバイスの全体的な能力を低下させる電荷蓄積をもたらす。プラズマ化学気相成長法（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）で使用される酸化物前駆体の多くが水素を含むため、水素の存在は、通常、パッシベーション構造を形成するためのＰＥＣＶＤの使用に起因する。
【０００９】
これに関連して発見された問題は、センチメートルにつき２５０キロボルト（ｋＶ／ｃｍ）もの低い電界強度で見られており、５００ｋＶ／ｃｍ以上では確実に明白である。ＳｉＣベースのパワーデバイスの多くは、センチメートルにつき約１．５メガボルト（ＭＶ／ｃｍ）もの高い電界を受ける。
【００１０】
したがって、炭化ケイ素の電界強度特性を十分に活用するデバイスは、ドリフトなどの望ましくない電子挙動なく、および炭化ケイ素のいくらかの化学量論的または非化学量論的酸化ケイ素への酸化などの腐食酸化還元反応なく、かかる電界強度に耐えることができるパッシベーション構造を必要とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（発明の開示）
本発明は、炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造である。構造は、高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、該デバイスにおける活性領域と、該活性領域のためのエッジ終端パッシベーションとを含み、該エッジ終端パッシベーションは、表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための該デバイスの炭化ケイ素部分の少なくとも一部分上の酸化物層と、水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための該酸化物層上の窒化ケイ素の非化学量論的層と、該非化学量論的層および該酸化物層を封入するための該非化学量論的層上の窒化ケイ素の化学量論的層と、を含む。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、該デバイスにおける活性領域と、該活性領域のためのエッジ終端パッシベーションと、を含み、該エッジ終端パッシベーションは、炭化ケイ素部分と酸化膜との界面密度を低下させるための該活性領域に隣接する該炭化ケイ素部分上の該酸化膜と、寄生容量を減少させ、デバイス捕捉を最小化するための該酸化膜上の第１のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、該構造を封入せずに、さらに該基板からその後のパッシベーション層を位置付けるための該第１の層状の第２のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、該構造を封入し、該パッシベーション層の水素遮断性を向上させるための該第２のスパッタ層上のスパッタ化学量論的窒化ケイ素層と、該封入層上の段差被覆および亀裂防止のための化学量論的窒化ケイ素の化学気相蒸着した環境障壁層と、を含む、炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造である。
【００１３】
本発明の前述およびその他の目的および利点ならびにそれらが達成される方法は、添付の図面とともに説明される以下の詳述に基づいて明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（発明の詳細な説明）
図１は、概して１０で示されたショットキーダイオードの断面概略図であり、本発明が対応する最近発見された問題を例証する。ショットキーダイオードは比較的単純（より少ない要素）な電子デバイスであるため、例証目的としては便利であるが、本発明は、種々のデバイスにうまく組み込むことができ、本明細書において記述されるものに制限されないことを理解されたい。
【００１５】
ダイオード１０は、炭化ケイ素エピタキシャル層１２を保有する炭化ケイ素基板１１上に形成される。整流金属接触部１３は、基本的なショットキー構造を完成させる。図１において、基板１１およびエピ層１２は、ｎ型として示される。
【００１６】
用語「エッジ」は、ある程度任意の様式で使用されるが、ショットキーダイオードに対して、デバイスのエッジは、整流接触部１３の周囲長または境界により機能的に決定される。したがって、図１に示されるダイオードにおいて、通常埋め込みにより形成される反対導電型領１４（つまり、ショットキー接合点を形成する半導体の導電型と反対）は、エピタキシャル層１２で表面の接触部１３に隣接する。図１は、ｐ型としての部分１４を示す。従来のパッシベーション層を１５で示し、発明の背景で記述される問題、すなわち酸化物の望ましくない成長を網掛け領域１６で示す。図１において概略的に示すように、酸化物部分１６の継続的成長は、物理的、化学的および電子的にデバイスの構造および性能を低下させる傾向がある。
【００１７】
図２は、本発明による終端構造を組み込む概して１７で示されたショットキーダイオードの概略断面図である。ダイオード１７は、炭化ケイ素基板２０および炭化ケイ素エピタキシャル層２１をともなう炭化ケイ素ベースのデバイスである。概して、しかし限定されず、炭化ケイ素におけるｎ型ショットキーダイオードにおいて、基板２０は、プラスおよびマイナス記号によって示されるように、エピタキシャル層２１よりも僅かに多くドープされる。適切なショットキー金属から形成される金属接触部２２は、エピタキシャル層２１との整流接触部を形成する。本明細書の概略図は、多くの状況における単一金属層を示すが、金属の組み合わせがこれらの接触部に使用できることを理解されたい。例えば、接触部２２は、炭化ケイ素との整流接触部においてニッケル、クロム、チタンまたは白金などのショットキー金属であり得るが、環境保護または回路へのより便利な接続などの他の目的のために、さらなる金属被覆も保有し得る。
【００１８】
また、ダイオード１７は、炭化ケイ素エピ層２１においてｐ型終端領域２３も含み、かかる終端領域は、通常、当業者によって十分に理解される方法でイオン注入により形成される。
【００１９】
ダイオード１７は、デバイスの活性領域のためのエッジ終端パッシベーション部分２４を含む。エッジ終端２４は、ショットキー接触部２２に隣接して位置付けられ、表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための、ダイオード１７の少なくとも一部使用可能な炭化ケイ素部分上の酸化物層２５を含む。非化学量論的窒化ケイ素層２６は、水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための酸化物層上にある。窒化ケイ素２７（Ｓｉ３Ｎ４）の化学量論的層は、環境攻撃に対して非化学量論的層２６および酸化物層を封入するための非化学量論的層２６上にある。
【００２０】
エピタキシャル層を有するウエハを含む炭化ケイ素ウエハは市販されており、特に、本発明の譲受人であるＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．，Ｄｕｒｈａｍ ＮＣから入手可能である。したがって、必要以上の実験を経ることなく、当業者は基板およびエピタキシャル層を入手および使用することができる。例示的な実施形態において、基板２０およびエピタキシャル層２１は単結晶であり、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する。
【００２１】
例示的な実施形態において、また多くの適切な理由により、終端パッシベーション構造２４内の酸化物層２５は、通常、熱成長酸化物である。また、かかる層は、用語、酸化が形容詞および動詞として使用される「熱酸化」層または「酸化」層としても称される。かかる用途は当技術分野において一般的であり、当業者は文脈において理解する。例示的な実施形態において、熱酸化層２５は、通常、約１００から５００オングストロームの厚さを有する化学両論（ＳｉＯ２）の二酸化ケイ素である。
【００２２】
発明の背景において記載されるように、窒化ケイ素パッシベーション層に関連する問題のうちの１つは、それらの水素の取り込みである。特定の半導体大きなバンドギャップデバイス（‘３７８親出願において説明されるＩＩＩ族窒化物など）に関して、水素の存在は、半導体のドーピング特性に影響し得る。また、炭化ケイ素ベースのデバイスにおいて、パッシベーション構造中の水素の存在はドリフトを不利に発生し得る。したがって、非化学量論的窒化ケイ素２６は、実質的に水素を含まず、水素の取り込みを回避するために蒸着されたスパッタである。比較として、化学気相蒸着窒化ケイ素は、通常、 ＣＶＤ前駆体ガスにおける水素の存在のために水素を含む。例示的な実施形態において、非化学量論的層２６は、約１０００から２０００オングストロームの厚さである。
【００２３】
親出願においてさらに記載されるように、非化学量論的（つまり、Ｓｉ３Ｎ４以外）窒化ケイ素の原子比率は、化学量論的窒化ケイ素の屈折率（６３２８Åの標準波長で測定された２．０２）とは異なる屈折率で表される。したがって、非化学量論的窒化ケイ素層は、窒素に富んだ組成物を表す（化学量論的と比較した場合）、約１．８５から１．９５の屈折率を有す。
【００２４】
図３は、本発明によるパッシベーションを組み込む概して３０で示された金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の断面概略図である。ＭＯＳＦＥＴ３０は、第１の導電型および反対導電型の炭化ケイ素のエピタキシャル層３２を有する炭化ケイ素基板３１を含む。図３は、平面のメサ型配向におけるＭＯＳＦＥＴを示すが、これは例証目的のための例示的なものであり、本発明が組み込まれ得るＭＯＳＦＥＴの方法または種類を制限するものではないことを理解されたい。
【００２５】
ソース領域３３およびドレイン領域３４は、第１の導電型炭化ケイ素、つまり基板と同一の導電型で形成される。ゲート接触部３５およびゲート酸化物３６は、トランジスタ３０とソース接触部３８のゲート領域を画定し、ドレイン接触部３７は、適切なオーム金属で形成される。
【００２６】
本発明によるパッシベーション構造は、ＭＯＳＦＥＴ３０内または隣接する多くの位置に組み込むことができ、図３において、パッシベーションは、４０で、つまり隣接する１つ以上のソース３８、ゲート３５、またはドレイン３７接触部で示される。より詳細には、図３の左側部分の４１で酸化物層を、４２で非化学量論的窒化物層を、および４３で化学量論的酸化物層を示す。他の部分は、図３の左側部分に示されるもとの同一の３部構成の構造を有することを理解されたい。
【００２７】
３２のエピタキシャル層がｐ型の場合、ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型ソースならびにドレイン部分３３および３４を有するｐチャネルＭＯＳＦＥＴと称される。当技術分野において十分に理解されるように、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、ｎ型エピタキシャル層３２を組み込み、ソースならびにドレイン部分３３および３４はｐ型となる。
【００２８】
図４は、本発明によるパッシベーションを組み込む裏面コレクタを有する、概して４５で示されるバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）の概略半セル説明図である。ＢＪＴ４５は、炭化ケイ素基板（ウエハを含む可能性がある）４６上および基板４６に隣接する炭化ケイ素ドリフト領域４７上で形成される。基板４６およびドリフト領域４７は同一の導電型を有し、ドリフト領域４７よりも僅かに多くドープされる基板４６を有するｎ型として図４で示される。基部領域５０は、基部領域５０の残部よりも僅かに多くドープされる基部コレクタ金属５２に隣接する部分５１を有する反対導電型（図４においてｐ型）で形成される。コントローラ接触部（裏面上）５５とともに、エミッタ部分５３および対応する接触部５４は、半セル構造を完成させる。
【００２９】
パッシベーションは、１つ以上のエミッタ５４、基部５２またはコレクタ５２接触部に隣接する。図４に示すデバイス配向において、パッシベーション５６は、エミッタ接触部５４に隣接して示される。先の実施形態のように、パッシベーション終端構造は、酸化物層５７、非化学量論的窒化ケイ素層６０、および化学量論的窒化ケイ素層６１で形成される。図４は、ｎ−ｐ−ｎバイポーラ接合トランジスタを示すが、また、本発明は、構造の関連部分で逆転した導電型を有するｐ−ｎ−ｐバイポーラ接合トランジスタとともに使用することもできる。
【００３０】
図５は、本発明による終端パッシベーションを組み込む、概して６３で示される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面概略半セル表現である。トランジスタ６３は、エミッタ接触部６５およびゲート接触部６６の反対側の、デバイスの裏面上のコントローラ接触部６４とともに配向されている。図５に示すように、ＩＧＢＴ６３は、ＭＯＳＦＥＴゲート駆動を有するｐ−ｎ−ｐバイポーラトランジスタと同等の回路を形成する。６７でゲート酸化物を、７０および７１（ドリフト領域）で各ｎ型部分を、ならびに７２および７４（ｐ型基板）でｐ型領域を示す。
【００３１】
エッジ終端パッシベーション７０は、エミッタ６５、ゲート６６またはコレクタ６４接触部のうちの少なくとも１つに（および、配向次第ではそれぞれに）隣接する。図５は、エミッタ接触部６５に隣接する終端パッシベーション７０を示す。図５に示すトランジスタはｎ型ドリフト領域７１を含むが、トランジスタはｐ型ドリフト領域で構成されることができ、当業者により理解され得る。
【００３２】
図６は、本発明による概して７４で示されるサイリスタの断面概略図（半セル）である。図６の配向において、各４つの領域（２つのｐ型および２つのｎ型）は、ｎ型基板（またはウエハ７５）、ｐ型ドリフト領域７６、ｎ型エピ層７７、およびｐ型層８０として示される。アノード接触部８１は、ｐエピタキシャル層８０に対して作製され、カソード接触部８２は、ｎ型基板７５に対して作製される。金属ゲート接触部８３は、図６に示すように、ｎ型エピタキシャル層７７の残部よりも、一領域８４に僅かに多くドープすることができるゲート部分を画定する。
【００３３】
本発明によるサイリスタにおいて、エッジ終端パッシベーション８５は、アノード８１、カソード８２、またはゲート８３接触部のうちの少なくとも１つ、および可能であればそれぞれで隣接し、酸化物層８６、非化学量論的窒化ケイ素層８７、および化学量論的封入窒化ケイ素層９０を含む。
【００３４】
図７は、本発明によるパッシベーション構造のより詳細な実施形態９３を示す。このより詳細な構造は、前述の任意の１つ以上のデバイス内に組み込むことができる。
【００３５】
図７において、第１のスパッタ非化学量論的層９４は、寄生容量を減少させ、デバイス捕捉を最小化するための熱酸化層９５上にある。第２のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層９６は、構造９３を完全に封入せずに、さらに基板９７からその後のパッシベーション層を位置付けるための第１の層９４上にある。スパッタ化学量論的窒化ケイ素層１００は、最初に構造９３を封入およびパッシベーション層の水素遮断性を向上させるための第２のスパッタ非化学量論的層９６上にある。化学気相蒸着環境障壁層１０１は、段差被覆および亀裂防止を提供するようにデバイスを被覆する。
【００３６】
これまでよりもやや詳細に、熱酸化層９５は、例示的な実施形態において約１００から５００オングストローム（Å）の厚さを有する化学量論的二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。これは、（窒化物のみのパッシベーションとは対照的に）酸化物の電子的利点を提供するのに十分な厚さであるが、付加的な製造問題をもたらす厚さには満たない。
【００３７】
本明細書の他の部分で記載されるように、スパッタリングの目的は、実質的に水素を含まない窒化ケイ素層を提供できるようにすることである。故に、層９４、９６および１００は、実質的に有利に水素を含まない。
【００３８】
最初の２つのスパッタ層９４および９６は、優先的に窒素に富んでいる。前述のように、（非化学量論的組成物における）ケイ素または窒素の割合は、形成された窒化ケイ素膜の組成物の指標としての屈折率により判断できる。
【００３９】
したがって、例示的な実施形態において、非化学量論的スパッタ窒化ケイ素層９４および９６のそれぞれは、約１．８５から１．９５の屈折率を有する。
【００４０】
炭化ケイ素基板は単結晶であることが多く、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する。
【００４１】
スパッタリングの一目的は、本明細書の他の部分に記載されるような水素の存在を回避すること、したがって、水素の存在に付随する電子的問題を回避することである。したがって、図７に関連して記述されたスパッタ層は、水素を含まない層としても理解することができる。言い換えれば、スパッタリングは、水素を含まないパッシベーション層を生成するための一技術である。しかし、本発明はまた、その製造方法にかかわらず、水素を含まないパッシベーション層としても理解することができる。
【００４２】
図面および本明細書において、本発明の好適な実施形態が記述され、特定の用語が用いられているが、これらは一般的および説明的な意向のみにおいて使用されるものであり、制限目的のためではなく、本発明の範囲は請求項において定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、ショットキーダイオードの断面概略図である。
【図２】図２は、本発明による終端構造を組み込むショットキーダイオードの概略断面図である。
【図３】図３は、本発明のパッシベーションを組み込む金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の断面概略図である。
【図４】図４は、本発明によるパッシベーションを組み込むバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）の概略半セル説明図である。
【図５】図５は、本発明による終端パッシベーションを組み込む絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面概略半セルの説明である。
【図６】図６は、本発明によるサイリスタの断面概略図である。
【図７】図７は、本発明によるパッシベーション構造のより詳細な実施形態を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造であって、
高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、
前記デバイスにおける活性領域と、
前記活性領域のためのエッジ終端パッシベーションと、
を含み、前記エッジ終端パッシベーションは、
表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための前記デバイスの炭化ケイ素部分の少なくとも一部分上の酸化物層と、
水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための前記酸化物層上の窒化ケイ素の非化学量論的層と、
前記非化学量論的層および前記酸化物層を封入するための前記非化学量論的層上の窒化ケイ素の化学量論的層と、
を含む、改良された終端構造。
【請求項２】
単結晶であり、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する炭化ケイ素を含む、請求項１に記載の終端構造。
【請求項３】
ショットキーダイオード、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＰＩＮダイオード、バイポーラ接合トランジスタ、およびサイリスタから成る群から選択される、請求項１に記載の終端構造を取り込む、半導体デバイス。
【請求項４】
前記活性領域は、
炭化ケイ素エピタキシャル層上のショットキー金属と、
前記エピタキシャル層を支持する炭化ケイ素基板と、
を含む、請求項３に記載のショットキーダイオード。
【請求項５】
前記炭化ケイ素エピタキシャルおよび前記炭化ケイ素基板は、どちらもｎ型であり、
前記ショットキー金属は、ニッケル、クロム、チタン、および白金から成る群から選択される、請求項４に記載のショットキーダイオード。
【請求項６】
各ソース、ゲート、およびドレイン接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のＭＯＳＦＥＴ。
【請求項７】
請求項６に記載のｐチャネルＭＯＳＦＥＴ。
【請求項８】
請求項６に記載のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ。
【請求項９】
各基部、エミッタ、およびコントローラ接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１０】
請求項９に記載のｎ−ｐ−ｎバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１１】
請求項９に記載のｐ−ｎ−ｐバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１２】
各基部、エミッタ、およびコントローラ接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項１３】
ｎ型ドリフト領域を含む、請求項１２に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項１４】
ｐ型ドリフト領域を含む、請求項１２に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項１５】
各アノード、カソード、およびゲート接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のサイリスタ。
【請求項１６】
各アノードおよびカソード接触部を含み、前記エッジ終端パッシベーションは前記アノードおよびカソード接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のｐ−ｉ−ｎダイオード。
【請求項１７】
前記酸化物層は、熱酸化層である、請求項１に記載の終端構造。
【請求項１８】
前記熱酸化層は、約１００から５００オングストロームの厚さを有する二酸化ケイ素である、請求項１７に記載の終端構造。
【請求項１９】
前記非化学量論的窒化ケイ素層は、実質的に水素を含まない、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２０】
前記非化学量論的窒化ケイ素層は、約１０００から２０００オングストロームの厚さである、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２１】
前記非化学量論的窒化ケイ素層は、約１．８５から１．９５の屈折率を有する、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２２】
前記化学量論的窒化ケイ素層は、実質的に酸素を含まない、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２３】
炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造であって、
高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、
前記デバイスにおける活性領域と、
前記活性領域のためのエッジ終端パッシベーションと、
を含み、前記エッジ終端パッシベーションは、
炭化ケイ素部分と酸化膜との界面密度を低下させるための前記活性領域に隣接する前記炭化ケイ素部分上の前記酸化膜と、
寄生容量を減少させ、デバイス捕捉を最小化するための前記酸化膜上の第１のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、
前記構造を封入せずに、さらに前記基板からその後のパッシベーション層を位置付けるための前記第１の層上の第２のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、
前記構造を封入し、前記パッシベーション層の水素遮断性を向上させるための前記第２のスパッタ層上のスパッタ化学量論的窒化ケイ素層と、
前記封入層上の段差被覆および亀裂防止のための化学量論的窒化ケイ素の化学気相蒸着した環境障壁層と、
を含む、改良された終端構造。
【請求項２４】
前記酸化膜は熱酸化層である、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２５】
前記熱酸化層は、約１００から５００オングストロームの厚さを有する二酸化ケイ素である、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２６】
前記第１の窒化ケイ素層は、実質的に水素を含まない、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２７】
前記第１の窒化ケイ素層は、約１０００から２０００オングストロームの厚さである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２８】
前記第１の窒化ケイ素層は、約１．８５から１．９５の屈折率を有する、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２９】
前記第２の窒化ケイ素層は、実質的に水素を含まない、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３０】
前記第２の窒化ケイ素層は、約１０００から３０００オングストロームの厚さである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３１】
前記第２の窒化ケイ素層は、約１．８５から１．９５の屈折率を有する、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３２】
前記化学量論的封入層は、約１０００から３０００オングストロームの厚さである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３３】
前記封入層は実質的に水素を含まない、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３４】
前記環境障壁層は約２０００から５０００オングストロームである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３５】
前記環境障壁層はおよび前記封入層はどちらもＳｉ３Ｎ４を含む、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３６】
前記炭化ケイ素基板は、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する単結晶である、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項１】
炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造であって、
高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、
前記デバイスにおける活性領域と、
前記活性領域のためのエッジ終端パッシベーションと、
を含み、前記エッジ終端パッシベーションは、
表面状態を満足させ、界面密度を低下させるための前記デバイスの炭化ケイ素部分の少なくとも一部分上の酸化物層と、
水素の取り込みを回避するため、および寄生容量を減少させ、捕捉を最小化するための前記酸化物層上の窒化ケイ素の非化学量論的層と、
前記非化学量論的層および前記酸化物層を封入するための前記非化学量論的層上の窒化ケイ素の化学量論的層と、
を含む、改良された終端構造。
【請求項２】
単結晶であり、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する炭化ケイ素を含む、請求項１に記載の終端構造。
【請求項３】
ショットキーダイオード、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＰＩＮダイオード、バイポーラ接合トランジスタ、およびサイリスタから成る群から選択される、請求項１に記載の終端構造を取り込む、半導体デバイス。
【請求項４】
前記活性領域は、
炭化ケイ素エピタキシャル層上のショットキー金属と、
前記エピタキシャル層を支持する炭化ケイ素基板と、
を含む、請求項３に記載のショットキーダイオード。
【請求項５】
前記炭化ケイ素エピタキシャルおよび前記炭化ケイ素基板は、どちらもｎ型であり、
前記ショットキー金属は、ニッケル、クロム、チタン、および白金から成る群から選択される、請求項４に記載のショットキーダイオード。
【請求項６】
各ソース、ゲート、およびドレイン接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のＭＯＳＦＥＴ。
【請求項７】
請求項６に記載のｐチャネルＭＯＳＦＥＴ。
【請求項８】
請求項６に記載のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ。
【請求項９】
各基部、エミッタ、およびコントローラ接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１０】
請求項９に記載のｎ−ｐ−ｎバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１１】
請求項９に記載のｐ−ｎ−ｐバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１２】
各基部、エミッタ、およびコントローラ接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項１３】
ｎ型ドリフト領域を含む、請求項１２に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項１４】
ｐ型ドリフト領域を含む、請求項１２に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項１５】
各アノード、カソード、およびゲート接触部を含み、
前記エッジ終端パッシベーションは、前記接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のサイリスタ。
【請求項１６】
各アノードおよびカソード接触部を含み、前記エッジ終端パッシベーションは前記アノードおよびカソード接触部の少なくとも１つに隣接する、請求項３に記載のｐ−ｉ−ｎダイオード。
【請求項１７】
前記酸化物層は、熱酸化層である、請求項１に記載の終端構造。
【請求項１８】
前記熱酸化層は、約１００から５００オングストロームの厚さを有する二酸化ケイ素である、請求項１７に記載の終端構造。
【請求項１９】
前記非化学量論的窒化ケイ素層は、実質的に水素を含まない、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２０】
前記非化学量論的窒化ケイ素層は、約１０００から２０００オングストロームの厚さである、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２１】
前記非化学量論的窒化ケイ素層は、約１．８５から１．９５の屈折率を有する、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２２】
前記化学量論的窒化ケイ素層は、実質的に酸素を含まない、請求項１に記載の終端構造。
【請求項２３】
炭化ケイ素における高電界半導体デバイスのための改良された終端構造であって、
高電界動作のための炭化ケイ素ベースのデバイスと、
前記デバイスにおける活性領域と、
前記活性領域のためのエッジ終端パッシベーションと、
を含み、前記エッジ終端パッシベーションは、
炭化ケイ素部分と酸化膜との界面密度を低下させるための前記活性領域に隣接する前記炭化ケイ素部分上の前記酸化膜と、
寄生容量を減少させ、デバイス捕捉を最小化するための前記酸化膜上の第１のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、
前記構造を封入せずに、さらに前記基板からその後のパッシベーション層を位置付けるための前記第１の層上の第２のスパッタ非化学量論的窒化ケイ素層と、
前記構造を封入し、前記パッシベーション層の水素遮断性を向上させるための前記第２のスパッタ層上のスパッタ化学量論的窒化ケイ素層と、
前記封入層上の段差被覆および亀裂防止のための化学量論的窒化ケイ素の化学気相蒸着した環境障壁層と、
を含む、改良された終端構造。
【請求項２４】
前記酸化膜は熱酸化層である、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２５】
前記熱酸化層は、約１００から５００オングストロームの厚さを有する二酸化ケイ素である、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２６】
前記第１の窒化ケイ素層は、実質的に水素を含まない、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２７】
前記第１の窒化ケイ素層は、約１０００から２０００オングストロームの厚さである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２８】
前記第１の窒化ケイ素層は、約１．８５から１．９５の屈折率を有する、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項２９】
前記第２の窒化ケイ素層は、実質的に水素を含まない、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３０】
前記第２の窒化ケイ素層は、約１０００から３０００オングストロームの厚さである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３１】
前記第２の窒化ケイ素層は、約１．８５から１．９５の屈折率を有する、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３２】
前記化学量論的封入層は、約１０００から３０００オングストロームの厚さである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３３】
前記封入層は実質的に水素を含まない、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３４】
前記環境障壁層は約２０００から５０００オングストロームである、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３５】
前記環境障壁層はおよび前記封入層はどちらもＳｉ３Ｎ４を含む、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【請求項３６】
前記炭化ケイ素基板は、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプの炭化ケイ素から成る群から選択されるポリタイプを有する単結晶である、請求項２３に記載のパッシベーションされた半導体構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００９−５２２８２３（Ｐ２００９−５２２８２３Ａ）
【公表日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５０３２１（Ｐ２００８−５５０３２１）
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８８１７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８１５２８
【国際公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（５０６０７８３７８）クリー， インコーポレイティッド (26)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４８８１７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８１５２８
【国際公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【出願人】（５０６０７８３７８）クリー， インコーポレイティッド (26)
【Ｆターム（参考）】
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