化硅半導(dǎo)體層Ib之間的PN結(jié)而 阻斷電流，碳化硅半導(dǎo)體裝置100形成為阻斷狀態(tài)（OFF狀態(tài)）。
[0055] 以下，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的作用、效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0056] 與本實(shí)施方式不同，在不設(shè)置場(chǎng)絕緣膜3,肖特基電極4的整個(gè)面形成于碳化硅半 導(dǎo)體層Ib上的情況下，在肖特基電極4和碳化硅半導(dǎo)體層Ib的接合面的端部周?chē)入娢?面的曲率增大，在肖特基電極4的外周端周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng)集中。因此，如本實(shí)施方式所示，形 成為使得肖特基電極4攀升至場(chǎng)絕緣膜3的結(jié)構(gòu)，由此能夠使肖特基電極4的外周端的電 場(chǎng)集中緩和。并且，在設(shè)置有場(chǎng)絕緣膜3的情況下，通過(guò)形成為使肖特基電極4攀升至場(chǎng)絕 緣膜3上，從而能夠擴(kuò)大肖特基電極4的外周端和場(chǎng)絕緣膜3的開(kāi)口端之間的定位的余量， 因此能夠使制造工藝簡(jiǎn)化。
[0057]另外，在肖特基電極4的外周端形成蝕刻殘?jiān)?a，在蝕刻殘?jiān)?a的周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng) 集中，有可能成為問(wèn)題。在對(duì)肖特基電極4或者表面電極5的任意一方進(jìn)行蝕刻的情況下 均能夠產(chǎn)生蝕刻殘?jiān)?，在干蝕刻或者濕蝕刻的任意一種情況下均能夠產(chǎn)生蝕刻殘?jiān)?據(jù)金屬膜的材料和蝕刻液的關(guān)系、金屬膜的厚度，在形成肖特基電極4時(shí)特別容易產(chǎn)生蝕 刻殘?jiān)２⑶?，根?jù)蝕刻殘?jiān)?a的形狀等，碳化硅半導(dǎo)體裝置的可靠性有可能因在肖特基 電極4的外周端部產(chǎn)生的電場(chǎng)集中而下降。
[0058] 在本實(shí)施方式中，由于以將肖特基電極4的外周端覆蓋的方式形成表面電極5,因 此，在肖特基電極4的外周端形成的蝕刻殘?jiān)?a不露出。因此，即使在肖特基電極4產(chǎn)生 蝕刻殘?jiān)?a，肖特基電極4的端部的電場(chǎng)也不可能成為問(wèn)題。另一方面，通過(guò)利用表面電極 5將肖特基電極4的端部（蝕刻殘?jiān)?a)覆蓋，從而表面電極5的外周端取代肖特基電極4 的蝕刻殘?jiān)?a部而成為電場(chǎng)集中點(diǎn)，但是，與肖特基電極4相比，表面電極5難以形成蝕刻 殘?jiān)?，即使形成蝕刻殘?jiān)?，也并未形成為肖特基電極4那樣尖銳的形狀，因此能夠使電極端 部的電場(chǎng)集中緩和。
[0059] 并且，如本實(shí)施方式所示，在利用表面電極5將肖特基電極4覆蓋的情況下，表面 電極5的外周端比以往更向外周側(cè)伸出，但需要考慮到以下觀(guān)點(diǎn)，對(duì)表面電極5的外周端的 位置進(jìn)行調(diào)整。
[0060] 在碳化娃半導(dǎo)體層Ib的終端區(qū)域形成的終端講區(qū)域2,與碳化娃半導(dǎo)體層Ib形 成PN結(jié)，在該P(yáng)N結(jié)的周?chē)纬杀环Q(chēng)為耗盡層的雙電層。耗盡層具有被稱(chēng)為耗盡層電容的 靜電電容，因此如果施加于碳化硅半導(dǎo)體層Ib和終端阱區(qū)域2之間的PN結(jié)間的電壓變動(dòng)， 則耗盡層電容被充電放電。因此，由于在碳化娃半導(dǎo)體裝置100的切換時(shí)，施加于碳化娃半 導(dǎo)體層Ib和終端阱區(qū)域2之間的PN結(jié)間的電壓變動(dòng)，所以，產(chǎn)生對(duì)耗盡層電容進(jìn)行充電放 電的位移電流。
[0061] 位移電流從表面電極5向終端阱區(qū)域2側(cè)的PN結(jié)部分流動(dòng)，或者從背面電極7向 碳化硅半導(dǎo)體層Ib側(cè)的PN結(jié)部分流動(dòng)，如果產(chǎn)生位移電流，則因位移電流流動(dòng)的電流路徑 上的固有的電阻值而產(chǎn)生電壓降。例如，在從表面電極5朝向終端阱區(qū)域2側(cè)的PN結(jié)部分， 如圖4所示，位移電流從終端阱區(qū)域2的外周端朝向肖特基電極4以及表面電極5在終端 阱區(qū)域2內(nèi)流動(dòng)，在終端阱區(qū)域2內(nèi)產(chǎn)生電壓降。其結(jié)果，終端阱區(qū)域2內(nèi)的電位相對(duì)于表 面電極5的電位上升（或者減?。?，在表面電極5和終端阱區(qū)域2之間產(chǎn)生高電場(chǎng)。
[0062] 這里，對(duì)由位移電流引起的電壓降進(jìn)行研究。由位移電流引起的電壓降由位移電 流的值和位移電流路徑的電阻值決定。并且，位移電流的值由下述式（1)確定。此外，在式 (1)中，I表示位移電流的值，Cd表示耗盡層電容，dV/dt表示施加于PN結(jié)的電壓的時(shí)間變 動(dòng)量。
[0063] [算式 1]
[0064] I=Cd*dV/dt? ? ? (I)
[0065] 如式⑴中所示，位移電流值I由PN結(jié)的耗盡層電容Cd和施加于PN結(jié)的電壓的 時(shí)間變動(dòng)量dV/dt決定。并且，PN結(jié)的耗盡層電容由P型雜質(zhì)的濃度或者N型雜質(zhì)的濃度 決定，但因?yàn)榕c硅相比，碳化硅的絕緣破壞強(qiáng)度高，因此，與硅半導(dǎo)體層相比，在碳化硅半導(dǎo) 體層中能夠注入高濃度的雜質(zhì)，從而與硅半導(dǎo)體裝置相比，碳化硅半導(dǎo)體裝置中的雜質(zhì)濃 度通常較高，其結(jié)果，PN結(jié)的耗盡層電容也升高。
[0066] 并且，如果以相同耐壓等級(jí)的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行比較，則期待將原本由硅構(gòu)成的雙 極器件替換為由碳化硅構(gòu)成的單極器件，例如，期待取代Si-PN二極管而利用本實(shí)施方式 這樣的SiC-SBD。于是，作為單極器件的SiC-SBD與作為雙極器件的Si-PN二極管相比，切 換速度高，因此，電壓變動(dòng)量dV/dt也升高。因此，如果與相同耐壓的硅半導(dǎo)體裝置相比，則 可以預(yù)想在碳化硅半導(dǎo)體裝置中位移電流的值提高幾十倍左右。
[0067] 另一方面，可知位移電流路徑的電阻值中電阻更高的P型終端阱區(qū)域2內(nèi)的電阻 值（薄層電阻）在碳化硅半導(dǎo)體的情況下比硅半導(dǎo)體的大。這是因?yàn)?，如?所示，在包括 碳化硅半導(dǎo)體在內(nèi)的所謂的寬帶隙半導(dǎo)體中，受主的能級(jí)較深，因此受主的能級(jí)和價(jià)帶的 能級(jí)的差增大，受主的離子化率較低。其結(jié)果，在碳化硅半導(dǎo)體層中，在設(shè)為等同的雜質(zhì)濃 度的情況下，與硅相比，有時(shí)薄層電阻值也提高幾十倍左右。
[0068] [表 1]
[0069]
[0070] 如上所述，在SiC-SBD中，與現(xiàn)有的硅半導(dǎo)體裝置相比，位移電流量以及位移電流 路徑上的電阻值這兩個(gè)值均增大，因此，有時(shí)因位移電流而產(chǎn)生的電場(chǎng)增大幾百倍左右。并 且，由于因位移電流而產(chǎn)生的電場(chǎng)，切換時(shí)在表面電極5的外周端產(chǎn)生電場(chǎng)集中，有可能產(chǎn) 生表面電極5的外周端周?chē)慕^緣膜（場(chǎng)絕緣膜3或者表面保護(hù)膜6)的絕緣破壞等元件 故障。因此，最新發(fā)現(xiàn)，在SiC-SBD中，不僅需要使阻斷狀態(tài)（OFF狀態(tài)）下的電場(chǎng)緩和，還 需要使因切換時(shí)產(chǎn)生的位移電流而產(chǎn)生的電場(chǎng)緩和。
[0071] 如圖4所示，切換時(shí)（截止時(shí)）流動(dòng)的位移電流從終端阱區(qū)域2的外周端朝向內(nèi) 周側(cè)流動(dòng)，向肖特基電極4以及表面電極5流動(dòng)，因此，終端阱區(qū)域2的外周端成為電位最 高的部分。并且，在表面電極5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端之間，根據(jù)由位移電流引 起的電壓降而產(chǎn)生電場(chǎng)，因此如果表面電極5的外周端接近終端阱區(qū)域2的外周端，則表面 電極5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端之間的等電位線(xiàn)的密度升高，角部即表面電極5 的外周端周?chē)碾妶?chǎng)增大。
[0072]因此，需要充分確保表面電極5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端之間的距離，但 如圖5 (a)所示，如果將表面電極5的外周端設(shè)置為比終端阱區(qū)域2的外周端靠外周側(cè)，則 在靜態(tài)的斷開(kāi)狀態(tài)下將高電壓施加于背面電極7時(shí)，有可能在表面電極5的外周端產(chǎn)生電 場(chǎng)集中。這是因?yàn)?，利用終端阱區(qū)域2和碳化硅半導(dǎo)體層Ib之間的耗盡層保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)下 的高電壓，但如果表面電極5的外周端與終端阱區(qū)域2相比向外周側(cè)伸出，則如圖5(a)中 虛線(xiàn)所示，等電位線(xiàn)繞至表面電極5的外周端，在角部即表面電極5的外周端產(chǎn)生電場(chǎng)集 中。
[0073] 另一方面，如圖5 (b)所示，如果表面電極5的外周端存在于終端阱區(qū)域2上，則利 用來(lái)自終端阱區(qū)域2以及高濃度終端阱區(qū)域2a的耗盡層保持在靜態(tài)的斷開(kāi)狀態(tài)下所施加 的高電壓，因此，如圖5(b)中虛線(xiàn)所示，能夠抑制等電位線(xiàn)繞至表面電極5的外周端。因此， 通過(guò)表面電極5的外周端位于終端阱區(qū)域2上，從而能夠抑制靜態(tài)的斷開(kāi)狀態(tài)下在表面電 極5的外周端產(chǎn)生電場(chǎng)集中。此外，圖5(a)以及圖5(b)中的虛線(xiàn)，簡(jiǎn)略地圖示出靜態(tài)的斷 開(kāi)狀態(tài)下將高電壓施加于背面電極7時(shí)的等電位線(xiàn)中的、特別是等電位線(xiàn)的分布密集的部 分的等電位線(xiàn)。
[0074] 考慮到以上情況，為了使動(dòng)態(tài)的切換時(shí)表面電極5的外周端處的電場(chǎng)集中和靜態(tài) 的斷開(kāi)狀態(tài)下表面電極5的外周端處的電場(chǎng)集中兩者緩和，需要在終端阱區(qū)域2上確保表 面電極5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端之間的距離。
[0075] 圖6及圖7是在對(duì)表面電極5的外周端與終端阱區(qū)域2的外周端或者高濃度終端 阱區(qū)域2a的外周端之間的距離進(jìn)行了變更時(shí)，對(duì)表面電極5的外周端處的切換時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng) 度進(jìn)行模擬的結(jié)果。在圖6中，縱軸表不表面電極5的外周端的電場(chǎng)強(qiáng)度，橫軸表不表面電 極5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端之間的距離E，在圖7中，縱軸表示表面電極5的外 周端的電場(chǎng)強(qiáng)度，橫軸表示表面電極5的外周端和高濃度終端阱區(qū)域2a的外周端之間的距 離D。另外，在這兩幅圖中，菱形符號(hào)是dV/dt的值為20kV/ys的情況下的模擬結(jié)果，方形 符號(hào)是dV/d