[发明专利]碳化硅半导体装置以及电力变换装置

说明书

碳化硅层(SL)在面内方向上具有活性区域(100)和配置于活性区域(100)的外周的外周区域(200)。多个第1阱区域(30)配置于活性区域(100)。第2阱区域(31)配置于外周区域(200)。多个欧姆电极(70)设置于碳化硅层(SL)的第2面上，与源极电极(80)连接，与多个第1阱区域(30)电欧姆连接，具有与碳化硅层(SL)的第2面中的具有第2导电类型的部分欧姆接触的多个面区域。活性区域(100)包括标准区域部(102)和标准区域部(102)与外周区域(200)之间的稀疏区域部(101)。稀疏区域部(101)相比于标准区域部(102)，俯视时的多个面区域的面密度更低。

技术领域

本公开涉及碳化硅半导体装置以及电力变换装置，特别是涉及具有欧姆电极的碳化硅半导体装置和具有该碳化硅半导体装置的电力变换装置。

背景技术

近年来，使用碳化硅(SiC)的半导体装置作为电力用半导体装置得到广泛使用。典型地，SiC半导体装置具有单结晶SiC基板和形成于其上的作为外延层的SiC层。在该装置包括pn二极管的结构的情况下，在pn二极管中持续流过正向电流即双极性电流时，有时在SiC层的结晶中发生层叠缺陷。认为其原因为，由于经由pn二极管的pn结注入的少数载流子与多数载流子再结合时的再结合能量，以在SiC基板中存在的基底面位错(BPD：Basal PlaneDislocation)等为起点，作为面缺陷的层叠缺陷在SiC层中扩展。层叠缺陷的扩展引起由于阻碍电流的流动而正向电压(导通电压)增加以及耐压降低等这样的特性劣化。

关于如上述的特性劣化，不仅在半导体装置是单纯的pn二极管的情况下，而且在纵型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)的情况下也可能发生。其原因为，纵型MOSFET在源极-漏极之间内置有体二极管(寄生二极管)，这是一种pn二极管。具体而言，在功率电子系统中体二极管作为MOSFET的续流二极管发挥功能时，由于在该体二极管中流过正向电流而发生如上述的特性劣化。

例如如国际公开第2018/155553号(专利文献1)公开那样，SiC-MOSFET以及SiC-肖特基势垒二极管(SBD：Schottky Barrier Diode)将在SiC基板上生长的外延层用作耐压保持层。在SiC基板通常存在大量的缺陷，在这些缺陷中，还包含成为外延层中的层叠缺陷的扩展的起点的缺陷。因此，为了使在SiC基板上生长的外延层高品质化，长年进行使各种各样的缺陷无害化的尝试。

作为抑制由于在体二极管中流过正向电流而发生的上述特性劣化的方法，此前主要研究接下来的3个方法。作为第1方法，研究在SiC基板上使外延层生长时，通过将从SiC基板到达外延层的基底面位错在生长的初始阶段中从基底面位错转换为贯通刃状位错，防止层叠缺陷从基底面位错扩展的方法(例如参照非专利文献1)。作为第2方法，研究通过利用形成于SiC基板上的高杂质浓度的缓冲层促进空穴和电子的再结合，防止从SiC基板的基底面位错发生层叠缺陷的方法(例如参照非专利文献2)。作为第3方法，研究通过将再结合中心导入到设置有寄生pn二极管的区域，减少注入的空穴，由此防止SiC基板的基底面位错的附近处的空穴和电子的再结合的方法(例如参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/155553号

专利文献2：国际公开第2015/189929号

非专利文献

非专利文献1：“Influence of growth conditions on basal planedislocation in 4H-SiC epitaxial layer”，Journal of Crystal Growth 271(2004)1-7