特表 2024-531748 パワーダイオードおよびパワーダイオードを製造するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-29

(54)【発明の名称】パワーダイオードおよびパワーダイオードを製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/861 20060101AFI20240822BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20240822BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

H01L29/91 D

H01L29/06 301G

H01L29/06 301V

H01L29/91 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024516686

(86)(22)【出願日】2022-08-25

(85)【翻訳文提出日】2024-03-14

(86)【国際出願番号】 EP2022073669

(87)【国際公開番号】W WO2023041300

(87)【国際公開日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】21196866.4

(32)【優先日】2021-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523380173

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ビターレ，ボルフガング－アマデウス

(72)【発明者】

【氏名】ナイダ，セラム

(57)【要約】

カソード側（４）と、カソード側（４）の反対側のアノード側（５）とを有するウェハを備えるパワーダイオード（１）が提供され、第１の導電型のベース層（２）と、ウェハのアノード側に設けられた第１の導電型とは異なる第２の導電型のアノード領域（６）と、ウェハのカソード側（４）とアノード側（５）との間に設けられた終端領域（７）とを有し、終端領域（７）は、アノード領域（６）を横方向に囲み、終端領域（７）は、第２の導電型の第１のポケット（８）と、第２の導電型の少なくとも２つの第２のポケット（９）とを備え、第１のポケット（８）は、横方向においてアノード領域（６）と少なくとも２つの第２のポケット（９）との間に設けられ、第１のポケット（８）は、少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の第２の最大ドーピング濃度よりも小さい第１の最大ドーピング濃度を有する。さらに、パワーダイオード（１）を製造するための方法が提供される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カソード側（４）と、前記カソード側の反対側のアノード側（５）とを有するウェハを備えるパワーダイオード（１）であって、前記パワーダイオード（１）が、
第１の導電型のベース層（２）と、
前記ウェハの前記アノード側に設けられた前記第１の導電型とは異なる第２の導電型のアノード領域（６）と、
前記ウェハの前記カソード側（４）と前記アノード側（５）との間に設けられた終端領域（７）と
を有し、
前記終端領域（７）が、前記アノード領域（６）を横方向に囲み、
前記終端領域（７）が、前記第２の導電型の第１のポケット（８）と、前記第２の導電型の少なくとも２つの第２のポケット（９）とを備え、
前記第１のポケット（８）が、横方向において前記アノード領域（６）と前記少なくとも２つの第２のポケット（９）との間に設けられ、
前記第１のポケット（８）が、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の第２の最大ドーピング濃度よりも小さい第１の最大ドーピング濃度を有し、
前記第１のポケット（８）、前記２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）が、横方向に互いに離間している、
パワーダイオード（１）。

【請求項2】

前記第１のポケット（８）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）が各々、前記アノード領域（６）を横方向に完全に囲む、
請求項１に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項3】

前記アノード領域（６）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）が各々、第１のドープ領域（１５）および第２のドープ領域（１６）を備え、
前記第１のドープ領域（１５）の最大ドーピング濃度が、前記第２のドープ領域（１６）の最大ドーピング濃度よりも高い、
請求項１または２に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項4】

前記第１のドープ領域（１５）が、前記アノード側（５）から前記ウェハ内の第１の深さまで垂直方向に延在し、
前記第２のドープ領域（１６）が、前記アノード側から前記ウェハ内の第２の深さまで垂直方向に延在し、
前記第１の深さが、前記第２の深さよりも大きい、
請求項３に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項5】

前記アノード領域（６）の幅が、横方向において、前記第１のポケット（８）の幅よりも大きく、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の幅よりも大きい、
請求項１～４のいずれか１項に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項6】

前記第１のポケット（８）の幅が、横方向において、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の幅よりも大きい、
請求項１～５のいずれか１項に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項7】

前記パワーダイオード（１）が、
カソード電極（１０）と、
アノード電極（１１）と
をさらに備え、
前記カソード電極（１０）が前記カソード側（４）から前記ウェハ上に設けられ、
前記アノード電極（１１）が前記アノード領域（６）上に設けられる、
請求項１～６のいずれか１項に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項8】

前記アノード電極（１１）が、平面視で前記アノード領域（６）の前記第２のドープ領域（１６）と完全に重なる、
請求項３および７に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項9】

前記第１のポケット（８）の前記第１の最大ドーピング濃度が、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の前記第２の最大ドーピング濃度よりも少なくとも１桁小さい、
請求項１～８のいずれか１項に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項10】

カソード側（４）と、前記カソード側（４）の反対側のアノード側（５）とを有するウェハを備えるパワーダイオード（１）を製造するための方法であって、前記方法が、
第２の導電型とは異なる第１の導電型のベース層（２）を設けることと、
各ゾーンが前記ウェハ内の第１の最大ドーピング濃度を有するように、前記ウェハ内の前記アノード側（５）から前記第２の導電型の第１のドーパントを導入することによって、アノード領域ポケット（１２）と少なくとも３つのゾーンとを生成することと、
第２の最大ドーピング濃度を有するアノード領域（６）および少なくとも２つの第２のポケット（９）とが生成されるように、前記アノード領域ポケット（１２）および前記少なくとも３つのゾーンのうちの少なくとも２つに前記第２の導電型の第２のドーパントを導入することと
を含み、
第２のドーパントが導入されない前記ゾーンが、前記アノード領域（６）と、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）との間に配置され、第１のポケット（８）を形成し、
前記第１の最大ドーピング濃度が前記第２の最大ドーピング濃度よりも小さく、
前記第１のポケット（８）、前記２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）が、横方向に互いに離間している、
方法。

【請求項11】

前記第１のドーパントを導入する前に、前記アノード側（５）に少なくとも４つの開口部（１４）を有する第１のマスク（１３）を適用し、
前記第２のドーパントを導入する前に、前記第１のマスク（１３）よりも１つ少ない開口部を有する第２のマスク（１７）を、前記第１のマスク（１３）に適用し、前記第２のマスク（１７）が、前記アノード領域ポケット（１２）に最も近い前記ゾーンを覆う、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１のマスク（１３）が酸化物マスクである、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記アノード領域（６）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の前記生成後に前記第１のマスク（１３）を除去する、
請求項１１または１２のいずれかに記載の方法。

【請求項14】

前記アノード領域（６）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の前記生成後に、カソード電極（１０）およびアノード電極（１１）を製造する、
請求項１０～１３のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

米国特許出願公開第２０１５／０３０３２６８号明細書は、ダイオードおよび電力変換デバイスに関する。米国特許出願公開第２０２０／０２９５１７８号明細書は、半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法に関する。特開２０００１１４５５０号公報は、ダイオードおよび電力変換器に関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

本開示の実施形態は、改善された効率を有するパワーダイオードに関する。本開示のさらなる実施形態は、パワーダイオードを製造するための方法に関する。

【課題を解決するための手段】

【0003】

これは、独立請求項の主題によって達成される。さらなる実施形態は、以下の説明における従属請求項から明らかである。

【0004】

第１の態様は、パワーダイオードに関する。ここで、および以下では、「パワー」という用語は、例えば、１００ボルトを超える、例示的には１０００ボルトを超える電圧を処理するためのパワーダイオードを指す。

【0005】

第１の態様の実施形態によれば、パワーダイオードは、第１の導電型のベース層を有する、カソード側とカソード側とは反対のアノード側とを有するウェハを備える。例えば、ウェハ、例示的にはベース層は、半導体材料を含むか、または半導体材料からなる。半導体材料は、例示的には、シリコン、または炭化ケイ素(SiC：silicon carbide)などのワイドバンドギャップ材料をベースとする。また、第１の導電型は、例えば、n導電型である。例えば、ベース層はドーパントを含み、ドーパントはn型ドーパントである。

【0006】

ベース層の最大ドーピング濃度は、例えば、５×１０^１２cm^－３以上５×１０^１４cm^－３以下である。例示的には、ベース層は均一なドーピング濃度を有する。

【0007】

ベース層は、例えば、主延伸面を有する。例えば、横方向は主延伸面に平行に整列し、垂直方向は主延伸面に垂直に整列する。

【0008】

さらに、ベース層は、アノード側に面する第１の主面と、カソード側に面する第２の主面とを備える。

【0009】

例えば、パワーダイオードは、ベース層の第２の主面上に設けられた第１の導電型のバッファ層を備える。例えば、バッファ層は、シリコンをベースとすることができる半導体材料を含むか、または半導体材料からなる。例示的には、ベース層の半導体材料とバッファ層の半導体材料とは同じである。例えば、バッファ層はさらなるドーパントを含む。

【0010】

例えば、バッファ層の最大ドーピング濃度は、ベース層の最大ドーピング濃度よりも高い。バッファ層の最大ドーピング濃度は、例えば、ベース層の最大ドーピング濃度よりも少なくとも１桁高い。

【0011】

例えば、バッファ層は、カソード電極と電気的に接触するように構成される。例えば、カソード電極は金属を含むか、または金属からなる。この場合、カソード電極は、バッファ層に直接接触する金属層から形成される。例えば、カソード電極は、第２の主面においてバッファ層を完全に覆う。カソード電極は、例示的には、外部と接触可能に構成される。

【0012】

第１の態様の実施形態によれば、パワーダイオードは、アノード側のウェハに設けられた第１の導電型とは異なる第２の導電型のアノード領域を備える。例えば、アノード領域、すなわちアノード領域の上面は、ベース層の第２の主面と同一平面上で終端する。すなわち、例示的には、アノード領域は、垂直方向においてベース層の第２の主面を超えて突出しない。

【0013】

第２の導電型は、例示的には、p導電型である。例えば、アノード領域はドーパントを含み、ドーパントはp型ドーパントである。

【0014】

例えば、アノード領域は、アノード電極と電気的に接触するように構成される。例えば、アノード電極は金属を含むか、または金属からなる。この場合、アノード電極は、アノード領域に直接接触する金属層で形成される。例えば、アノード電極は、横方向においてアノード領域を超えて突出しない。アノード電極は、例示的には、外部と接触可能に構成される。

【0015】

第１の態様の実施形態によれば、パワーダイオードは、ウェハのカソード側とアノード側との間に設けられた終端領域を備える。例示的には、終端領域は、カソード側からアノード側に延在する。例えば、終端領域、すなわち終端領域の上面は、ベース層の第２の主面と同一平面上で終端する。

【0016】

第１の態様の実施形態によれば、終端領域は、アノード領域を横方向に囲んでいる。例えば、終端領域とアノード領域とは、横方向からの平面視において互いに重ならない。「平面視」は、例えばアノード側に面する、垂直方向の方向に対応する。

【0017】

第１の態様の実施形態によれば、終端領域は、第２の導電型の第１のポケットと、第２の導電型の少なくとも２つの第２のポケットとを備える。例えば、第１のポケットは、アノード側からカソード側に向かってウェハ内に延在する。同様に、少なくとも２つの第２のポケットは、アノード側からカソード側に向かってウェハ内に延在する。例えば、第１のポケットおよび第２のポケットは、カソード側から各々離間している。第１のポケットおよび少なくとも２つの第２のポケット、すなわちそれらの上面は、例示的には、ベース層の第２の主面と同一平面上で終端する。

【0018】

第１の態様の実施形態によれば、第１のポケットは、横方向においてアノード領域と少なくとも２つの第２のポケットとの間に設けられる。

【0019】

第１の態様の実施形態によれば、第１のポケットは、少なくとも２つの第２のポケットの各々の第２の最大ドーピング濃度よりも小さい第１の最大ドーピング濃度を有する。

【0020】

例えば、第１の最大ドーピング濃度は、５×１０^１５cm^－３以上５×１０^１８cm^－３以下である。また、第２の最大ドーピング濃度は、例えば、５×１０^１５cm^－３以上１×１０^１９cm^－３以下である。

【0021】

例えば、オフ状態では、パワーダイオードは、第１の主面と第２の主面との間に垂直に印加される印加電圧を遮断する。

【0022】

しかしながら、パワーダイオードのエッジ領域では、漂遊電界が出現し、望ましくない破壊を引き起こす可能性がある。例えば、終端領域により、漂遊電界は、パワーダイオードのアノード領域からエッジ領域にかけて横方向に減衰する。

【0023】

また、第１のポケットにより、この電界をより低減することができる。また、電力散逸を低減することができる。さらに、印加電圧を遮断したまま、第１のポケットにより終端領域の幅を小さくすることができる。

【0024】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも２つの第２のポケットは、横方向に互いに離間している。例示的には、少なくとも２つの第２のポケットは、互いに直接接触せず、横方向の平面視で互いに重ならない。

【0025】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のポケットおよび少なくとも２つの第２のポケットは、横方向に互いに離間している。すなわち、例示的には、第１のポケットおよび直接隣接する第２のポケットは、互いに直接接触せず、横方向の平面視において互いに重ならない。

【0026】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のポケットおよび少なくとも２つの第２のポケットは各々、アノード領域を横方向に完全に囲む。

【0027】

第１のポケットおよび少なくとも２つの第２のポケットは、アノード領域を枠状に囲む。ここで、および以下では、枠状とは、第１のポケットおよび少なくとも２つの第２のポケットがアノード領域を横方向に完全に囲み、独立してそれらの形状を形成することを意味する。

【0028】

アノード領域は、例えば、平面視において、長円形、円形、または矩形などの多角形を有する。多角形の場合、多角形のエッジを丸めることができる。第１のポケットおよび少なくとも２つの第２のポケットの形状は、例えば同じである。形状の直径またはエッジ長さは、例示的には、第１のポケットから第２のポケットの外側の第２のポケットまで増加する。

【0029】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、アノード領域および少なくとも２つの第２のポケットは各々、第１のドープ領域および第２のドープ領域を備える。例えば、第１のドープ領域は第１のドーパントを含み、第２のドープ領域は第２のドーパントを含む。例えば、第１のドーパントと第２のドーパントとは同じである。第１ドーパントおよび第２ドーパントは、例示的には、p型ドーパントである。

【0030】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のドープ領域の最大ドーピング濃度は、第２のドープ領域の最大ドーピング濃度よりも高い。例示的には、第１のドープ領域の最大ドーピング濃度は第１の最大ドーピング濃度に等しく、第２のドープ領域の最大ドーピング濃度は第２の最大ドーピング濃度に等しい。

【0031】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のドープ領域は、アノード側からウェハ内の第１の深さまで垂直方向に延在する。例えば、第１のドープ領域は、垂直方向においてベース層のアノード側からカソード側に向かう方向に延在し、第１のドープ領域はカソード側に離間される。

【0032】

例えば、第１の深さは、５μm以上１５μm以下である。
パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第２のドープ領域は、アノード側からウェハ内の第２の深さまで垂直方向に延在する。例えば、第２のドープ領域は、アノード側からカソード側への方向に垂直方向に延在し、第２のドープ領域はカソード側に離間される。

【0033】

例えば、第２の深さは２μm以下である。
パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１の深さは第２の深さよりも大きい。例えば、横方向において、第１のドープ領域の幅は、第２のドープ領域の幅よりも大きい。すなわち、第２のドープ領域は、例示的には、第１のドープ領域に埋め込まれる。ここで、および以下では、埋め込まれるとは、ベース層に面する第２のドープ領域の外面が、第１のドープ領域によって完全に覆われていることを意味する。

【0034】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、アノード領域の幅は、横方向において、第１のポケットの幅よりも大きく、少なくとも２つの第２のポケットの各々の幅よりも大きい。幅は各々、横方向の対応する要素の最小範囲によって定義される。

【0035】

例えば、第１のポケットの幅は、アノード領域の幅の２５％以下である。
パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のポケットの幅は、横方向において、少なくとも２つの第２のポケットの各々の幅よりも大きい。

【0036】

例えば、少なくとも２つの第２のポケットの幅は、第１のポケットの幅の２５％以下である。

【0037】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、パワーダイオードはカソード電極とアノード電極とをさらに備え、カソード電極はカソード側からウェハ上に設けられ、アノード電極はアノード領域上に設けられる。

【0038】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、アノード電極は、平面視でアノード領域の第２のドープ領域と完全に重なる。さらに、アノード電極は、アノード領域の第２のドープ領域と直接接触している。

【0039】

パワーダイオードの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のポケットの第１の最大ドーピング濃度は、少なくとも２つの第２のポケットの各々の第２の最大ドーピング濃度よりも少なくとも１桁小さい。

【0040】

第２の態様は、パワーダイオードを製造するための方法に関する。例示的には、本方法は、本明細書で上述したパワーダイオードを製造する。したがって、パワーダイオードに関連して開示されたすべての特徴は、方法に関連しても開示され、逆もまた同様である。

【0041】

方法の第２の態様の実施形態によれば、第２の導電型とは異なる第１の導電型のベース層が設けられる。

【0042】

例えば、カソード側から第１の導電型のバッファ層が生成される。
方法の第２の態様の実施形態によれば、アノード領域ポケットおよび少なくとも３つのゾーンが、各ゾーンがウェハ内に第１の最大ドーピング濃度を有するように、アノード側からウェハ内に第２の導電型の第１のドーパントを導入することによって生成される。

【0043】

第１のドーパントは、例えばイオン注入または堆積プロセスのうちの少なくとも１つによって、ウェハ、例えばベース層の上または中に組み込まれ、その後に拡散プロセスが行われてもよい。

【0044】

方法の第２の態様の実施形態によれば、第２の最大ドーピング濃度を有するアノード領域および少なくとも２つの第２のポケットが生成されるように、第２の導電型の第２のドーパントがアノード領域ポケットおよび少なくとも３つのゾーンに導入される。

【0045】

第２のドーパントは、例えばイオン注入または堆積プロセスのうちの少なくとも１つによって、ウェハ、例えばベース層の上または中に組み込まれ、その後に拡散プロセスが行われてもよい。

【0046】

本方法の第２の態様の実施形態によれば、第２のドーパントが導入されないゾーンは、アノード領域と少なくとも２つの第２のポケットとの間に配置され、第１のポケットを形成する。

【0047】

方法の第２の態様の実施形態によれば、第１の最大ドーピング濃度は、第２の最大ドーピング濃度よりも小さい。

【0048】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも４つの開口部を有する第１のマスクが、第１のドーパントを導入する前にアノード側に適用される。例えば、１つの開口部は、製造されるアノード領域に対応する形状を有し、別の１つの開口部は、製造される第１のポケットに対応する形状を有し、他の開口部は、製造される第２のポケットに対応する形状を有する。

【0049】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、第１のマスクよりも小さい１つの開口部を有する第２のマスクが、第２のドーパントを導入する前に第１のマスクに適用され、第２のマスクは、アノード領域ポケットに最も近いゾーンを覆う。すなわち、アノード領域および少なくとも２つの第２のポケットは各々、例えば、第１の最大ドーピング濃度の第１のドーパントおよび第２の最大ドーピング濃度の第２のドーパントを有する第１のドープ領域および第２のドープ領域を備える。第１のポケットは、例示的には、第１のドーパントを有する第１のドープ領域のみを備える。

【0050】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、第１のマスクは酸化物マスクである。
本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、第１のマスクは、アノード領域および少なくとも２つの第２のポケットの生成後に除去される。例えば、第１のマスクおよび第２のマスクは、アノード領域および少なくとも２つの第２のポケットの生成後に除去される。

【0051】

本方法の少なくとも１つの実施形態によれば、カソード電極およびアノード電極は、アノード領域および少なくとも２つの第２のポケットの生成後に製造される。

【0052】

以下、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して、実施形態をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】例示的な実施形態によるパワーダイオードの断面図を概略的に示す。

【図2】例示的な実施形態によるパワーダイオードの平面図を概略的に示す。

【図3】例示的なパワーダイオードのドーピング濃度、および例示的な実施形態によるパワーダイオードの終端領域を概略的に示す。

【図4】例示的なパワーダイオードおよび例示的な実施形態によるパワーダイオードのスイッチング中のピーク電流密度を概略的に示す。

【図5】例示的なパワーダイオードおよび例示的な実施形態によるパワーダイオードのスイッチング中のピーク電界を概略的に示す。

【図6】例示的なパワーダイオードおよび例示的な実施形態によるパワーダイオードの電力密度を概略的に示す図である。

【図7】例示的なパワーダイオードおよび例示的な実施形態によるパワーダイオードの動的電力散逸を概略的に示す。

【図8】例示的な実施形態によるパワーダイオードを製造するための方法の方法ステップを概略的に示す。

【図9】例示的な実施形態によるパワーダイオードを製造するための方法の方法ステップを概略的に示す。

【図10】例示的な実施形態によるパワーダイオードを製造するための方法の方法ステップを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0054】

図面で使用される参照符号およびそれらの意味は、参照符号のリストに要約形式で列挙されている。原則として、同一の部品には、図中に同じ参照符号が付されている。

【0055】

パワーダイオード１は、アノード側５と、アノード側５の反対側のカソード側４とを有する、例えば半導体本体であるウェハを備える。ウェハは、第１の導電型のベース層２を備える。さらに、ベース層２は、アノード側５に面する第１の主面と、カソード側４に面する第２の主面とを有する。例えば、半導体本体は、半導体本体のカソード側４に設けられ、かつベース層２の第２の主面に電気的に接続された、第１の導電型のバッファ層３をさらに備える。

【0056】

バッファ層３およびベース層２の両方はn型ドーパントを含み、したがって、第１の導電型はn導電型である。バッファ層３の最大ドーピング濃度は、ベース層２の最大ドーピング濃度よりも高い。

【0057】

さらに、パワーダイオード１は、カソード側４から設けられたカソード電極１０を備える。

【0058】

アノード側５には、第１の導電型とは異なる第２の導電型のアノード領域６がウェハに設けられている。アノード領域６は、アノード側５から垂直方向に第１の深さまでウェハ内に延在する第１のドープ領域１５と、アノード側５から垂直方向に第２の深さまでウェハ内に延在する第２のドープ領域１６とを備える。第１の深さは、第２の深さよりも大きい。

【0059】

また、アノード領域６の第１のドープ領域１５の幅は、アノード領域６の第２のドープ領域１６の幅よりも大きい。アノード領域６の第１のドープ領域１５のベース層２から外方に面する上面、およびアノード領域６の第２のドープ領域１６の上面は、互いに同一平面上で終端する。さらに、バッファ層３から外方に面するベース層２の上面および第２の主面は、互いに同一平面上で終端する。すなわち、上面および第２の主面は、横方向に延在する共通の平面内にある。

【0060】

第１のドープ領域１５および第２のドープ領域１６は両方ともp型ドーパントを含み、したがって第２の導電型はp導電型である。第１のドープ領域１５の第１の最大ドーピング濃度は、第２のドープ領域１６の第２の最大ドーピング濃度よりも小さい。例えば、第１のドープ領域１５の最大ドーピング濃度は、第２のドープ領域１６の第２の最大ドーピング濃度よりも少なくとも１桁小さい。

【0061】

例えば、第１の最大ドーピング濃度は５×１０^１５cm^－３～５×１０^１８cm^－３であり、第２の最大ドーピング濃度は５×１０^１６cm^－３～５×１０^１９cm^－３の間に含まれる。

【0062】

また、アノード領域６の第１の主面５側には、アノード電極１１が設けられている。アノード電極１１は、横方向においてアノード領域６を超えて突出しない。アノード電極１１は、アノード領域６の第２のドープ領域１６と直接電気的に接触しており、終端領域７の第２のドープ領域１６とは電気的に接触していない。

【0063】

また、アノード電極１１は、アノード領域６の第２のドープ領域１６と横方向に完全に重なる。ここで、第２のドープ領域１６は、横方向においてアノード電極１１を超えて突出している。

【0064】

あるいは、アノード電極１１がアノード領域６の第２のドープ領域１６の上面を完全に覆うように、アノード電極１１が横方向において第２のドープ領域１６を超えて突出することが可能である。

【0065】

さらに、パワーダイオード１は、アノード側５からウェハ内に設けられる終端領域７を備える。終端領域７は、第２の導電型の第１のポケット８と、第２の導電型の２つの第２のポケット９とを備える。第１のポケット８は、第１の最大ドーピング濃度が第１の深さまで垂直方向に延在する第１のドーピング領域１５のみを備える。２つの第２のポケット９は各々、同様に第１の深さまで垂直方向に延在する第１の最大ドーピング濃度を有する第１のドーピング領域１５と、第２の深さまで垂直方向に延在する第２の最大ドーピング濃度を有する第２のドーピング領域１６とを備える。すなわち、第１のポケット８の第１の最大ドーピング濃度は、２つの第２のポケット９の各々の第２の最大ドーピング濃度よりも小さい。

【0066】

２つの第２のポケット９の第１のドープ領域１５の各幅は、２つの第２のポケット９の第２のドープ領域１６の幅よりも大きい。さらに、第１のポケット８および２つの第２のポケット９の第１のドープ領域１５の上面、および２つの第２のポケット９の第２のドープ領域１６の上面は、互いに同一平面上で終端する。さらに、ベース層２の上面および第２の主面は、互いに同一平面上で終端する。

【0067】

横方向において、第１のポケット８は、アノード領域６と２つの第２のポケット９との間に設けられている。また、第１のポケット８、２つの第２のポケット９、およびアノード領域６は、横方向に互いに離間している。

【0068】

第１のポケット８は、第１のポケット８の領域内のピーク電界およびピーク電流密度を低減するのに役立つため、抵抗領域とも呼ばれる。

【0069】

終端領域７は、図２によれば、アノード領域６を横方向に完全に囲む。第１のポケット８および２つの第２のポケット９は、アノード領域６を枠状に完全に囲む。

【0070】

図３の上部に示されているドーピング濃度[cm^－３]は、例示的なパワーダイオードを表す。例示的なパワーダイオードは終端領域７を備え、それは第１のドープ領域１５および第２のドープ領域１６を有する第２のポケット９のみを備える。

【0071】

対照的に、図３の下部に示されている例示的な実施形態によるパワーダイオード１の終端領域７[cm^－３]は、第１のポケット８を備える。第１のポケット８は第１のドープ領域１５のみを備える。また、第１のドープポケットの幅は、横方向において、第２のポケット９の各々の各幅よりも大きい。第２のポケット９間の距離は、パワーダイオード１のエッジ方向に大きくすることができる。

【0072】

図４による図では、第２の主面のレベルで図３によるドーピング濃度を有するパワーダイオード１のオン状態からオフ状態にスイッチング中のピーク電流密度J[kA／cm^２]を示している。x軸は、図３に示す側方延在部に対応する。第１の曲線K１は、特に図３の上部に示されている、例示的なパワーダイオード１のドーピング濃度に対応する。第２の曲線K２は、特に図３の下部に示されている、例示的な実施形態によるパワーダイオードのドーピング濃度に対応する。

【0073】

図５による図では、図４のピーク電流密度Jに対応するピーク電界E[V／cm]が示されている。

【0074】

図６による図には、図４および図５の図に対応する電力密度P[kW／cm^２]が示されている。

【0075】

図７の上部に示されている電力散逸[kW／cm^２]は、図３による例示的なパワーダイオードによる例示的なパワーダイオードを表す。

【0076】

対照的に、図７の下部に示されている電力散逸は、例えば図３の下部に示されている、例示的な実施形態によるパワーダイオード１を表す。

【0077】

図７による電力散逸は、図６の図の電力散逸に対応する。
図８、図９および図１０によるパワーダイオード１を製造するための方法は、第１のマスク１３がベース層２の第２の主面に適用されることを含む。第１のマスク１３は、４つの開口部１４を有する。

【0078】

図８によれば、アノード領域ポケット１２および３つのゾーンは、第２の主面の反対側にあるベース層２の第１の主面から、ベース層２内に第１の最大ドーピング濃度を有する第２の導電型の第１のドーパントを導入することによって生成される。すなわち、第１のドーパントは、ベース層２の第１のマスク１３の開口部１４を通って、第１の深さまで導入される。これは、第１の最大ドーピング濃度を有するアノード領域ポケット１２および３つのゾーンをもたらす。

【0079】

第１のドーパントを導入するプロセスに応じて、第１のドーパントの濃度は、カソード側４の方向に連続的に減少することができる。すなわち、第１の最大ドーピング濃度は、それぞれのゾーンまたはポケットの上面の近くに位置する。

【0080】

続いて、図９によれば、第２のマスク１７が第１のマスク１３上に設けられ、第２のマスク１７は、第１のマスク１３よりも１つ少ない開口部１４を有する。すなわち、第２のマスク１７は３つの開口部１４を有し、第２のマスク１７の開口部１４は各々、第１のマスク１３の開口部１４よりも小さい幅を有する。さらに、第２のマスク１７は、アノード領域ポケット１２に最も近いゾーンを覆う。

【0081】

さらに、アノード領域ポケット１２内の第２のマスク１７の開口部１４、および３つのゾーンのうち２つを通って、第２の深さまで第２のドーパントが導入される。これにより、アノード領域６および２つの第２のポケット９は、第２の最大ドーピング濃度を有する。

【0082】

アノード領域６および２つの第２のポケット９の生成後、少なくとも１つのパッシベーション層を含むパッシベーション領域１８が、１つの開口部１４を備えるベース層２上に形成されてもよく、パッシベーション領域１８の開口部１４は、アノード領域６の第２のドープ領域１６の上方に配置される。パッシベーション領域１８の開口部１４は、対応する第２のマスク１７の開口部１４よりも小さい。

【0083】

第３のマスク１８の開口部１４を介して、アノード電極１１がアノード領域６の第２のドープ領域１６上に堆積される。さらに、カソード電極１０がカソード側４に堆積される。

【0084】

パッシベーション領域１８、例えば少なくとも１つのパッシベーション層は、アノード電極１１の形成後に、標準的なフォトリソグラフィ技術によって形成される。例示的には、アノード電極１１は、ブランケット堆積、およびその後の標準的なフォトリソグラフィ技術によるエッチングによって形成される。

【符号の説明】

【0085】

参照符号
１ パワーダイオード
２ ベース層
３ バッファ層
４ カソード側
５ アノード側
６ アノード領域
７ 終端領域
８ 第１のポケット
９ 第２のポケット
１０ カソード電極
１１ アノード電極
１２ アノード領域ポケット
１３ 第１のマスク
１４ 開口部
１５ 第１のドープ領域
１６ 第２のドープ領域
１７ 第２のマスク
１８ 第３のマスク
K１ 第１の曲線
K２ 第２の曲線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カソード側（４）と、前記カソード側の反対側のアノード側（５）とを有するウェハを備えるパワーダイオード（１）であって、前記パワーダイオード（１）が、
前記ウェハに含まれる第１の導電型のベース層（２）と、
前記ウェハの前記アノード側に設けられた前記第１の導電型とは異なる第２の導電型のアノード領域（６）と、
前記ウェハの前記カソード側（４）と前記アノード側（５）との間に設けられた終端領域（７）と
を有し、
前記終端領域（７）が、前記アノード領域（６）を横方向に囲み、
前記終端領域（７）が、前記第２の導電型の第１のポケット（８）と、前記第２の導電型の少なくとも２つの第２のポケット（９）とを備え、
前記第１のポケット（８）が、横方向において前記アノード領域（６）と前記少なくとも２つの第２のポケット（９）との間に設けられ、
前記第１のポケット（８）が、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の第２の最大ドーピング濃度よりも小さい第１の最大ドーピング濃度を有し、
前記第１のポケット（８）、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）が、横方向に互いに離間し、
前記第１のポケット（８）、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）が、前記ベース層（２）内に設けられ、
前記ベース層（２）が、横方向において前記第１のポケット（８）、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）の間に設けられる、
パワーダイオード（１）。

【請求項2】

前記第１のポケット（８）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）が各々、前記アノード領域（６）を横方向に完全に囲む、
請求項１に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項3】

前記アノード領域（６）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）が各々、第１のドープ領域（１５）および第２のドープ領域（１６）を備え、
前記第１のドープ領域（１５）の最大ドーピング濃度が、前記第２のドープ領域（１６）の最大ドーピング濃度よりも高い、
請求項１または２に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項4】

前記第１のドープ領域（１５）が、前記アノード側（５）から前記ウェハ内の第１の深さまで垂直方向に延在し、
前記第２のドープ領域（１６）が、前記アノード側から前記ウェハ内の第２の深さまで垂直方向に延在し、
前記第１の深さが、前記第２の深さよりも大きい、
請求項３に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項5】

前記アノード領域（６）の幅が、横方向において、前記第１のポケット（８）の幅よりも大きく、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の幅よりも大きい、
請求項１または２に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項6】

前記第１のポケット（８）の幅が、横方向において、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の幅よりも大きい、
請求項１または２に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項7】

前記パワーダイオード（１）が、
カソード電極（１０）と、
アノード電極（１１）と
をさらに備え、
前記カソード電極（１０）が前記カソード側（４）から前記ウェハ上に設けられ、
前記アノード電極（１１）が前記アノード領域（６）上に設けられる、
請求項３に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項8】

前記アノード電極（１１）が、平面視で前記アノード領域（６）の前記第２のドープ領域（１６）と完全に重なる、
請求項７に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項9】

前記第１のポケット（８）の前記第１の最大ドーピング濃度が、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の各々の前記第２の最大ドーピング濃度よりも少なくとも１桁小さい、
請求項１または２に記載のパワーダイオード（１）。

【請求項10】

カソード側（４）と、前記カソード側（４）の反対側のアノード側（５）とを有するウェハを備えるパワーダイオード（１）を製造するための方法であって、前記方法が、
第２の導電型とは異なる第１の導電型の前記ウェハに含まれるベース層（２）を設けることと、
各ゾーンが前記ウェハ内の第１の最大ドーピング濃度を有するように、前記ウェハ内の前記アノード側（５）から前記第２の導電型の第１のドーパントを導入することによって、アノード領域ポケット（１２）と少なくとも３つのゾーンとを生成することと、
第２の最大ドーピング濃度を有するアノード領域（６）および少なくとも２つの第２のポケット（９）とが生成されるように、前記アノード領域ポケット（１２）および前記少なくとも３つのゾーンのうちの少なくとも２つに前記第２の導電型の第２のドーパントを導入することと
を含み、
第２のドーパントが導入されない前記ゾーンが、前記アノード領域（６）と、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）との間に配置され、第１のポケット（８）を形成し、
前記第１の最大ドーピング濃度が前記第２の最大ドーピング濃度よりも小さく、
前記第１のポケット（８）、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）が、横方向に互いに離間し、
前記第１のポケット（８）、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）が、前記ベース層（２）内に設けられ、
前記ベース層（２）が、横方向において前記第１のポケット（８）、前記少なくとも２つの第２のポケット（９）、および前記アノード領域（６）の間に設けられる、
方法。

【請求項11】

前記第１のドーパントを導入する前に、前記アノード側（５）に少なくとも４つの開口部（１４）を有する第１のマスク（１３）を適用し、
前記第２のドーパントを導入する前に、前記第１のマスク（１３）よりも１つ少ない開口部を有する第２のマスク（１７）を、前記第１のマスク（１３）に適用し、前記第２のマスク（１７）が、前記アノード領域ポケット（１２）に最も近い前記ゾーンを覆う、
請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１のマスク（１３）が酸化物マスクである、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記アノード領域（６）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の前記生成後に前記第１のマスク（１３）を除去する、
請求項１１または１２に記載の方法。

【請求項14】

前記アノード領域（６）および前記少なくとも２つの第２のポケット（９）の前記生成後に、カソード電極（１０）およびアノード電極（１１）を製造する、
請求項１０～１２のいずれか１項に記載の方法。

【国際調査報告】