Halbleiterbauelement mit asymmetrischem Randabschluss

Beschreibung

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Halbleiterbauelemente und betrifft nach ihrer Gattung ein Halbleiterbauelement mit einem Randabschluss.

Aus Siliziumcarbid (SiC) hergestellte Halbleiterbauelemente zeichnen sich durch niedrige Durchlassverluste und eine hohe Spannungsfestigkeit im Sperrfall aus. Um bei Anwendungen in der Leistungselektronik zu vermeiden, dass im Sperrfall auftretende elektrische Felder das umgebende Medium durchschlagen, sind die Halbleiterbauelemente üblicherweise mit einem sogenannten Randabschluss ausgestattet. So besitzt die in der internationalen Patentanmeldung WO96/03774 beschriebene Halbleiterdiode einen den aktiven Bereich der Diode rahmenförmig umfassenden Randabschluss. Da die laterale Ausdehnung des Randabschlusses größer bemessen ist als die maximale vertikale Ausdehnung einer sich durch Anlegen einer Sperrspannung ausbildenden Verarmungszone, erfolgt der Avalanchedurchbruch erst bei vergleichsweise hohen Werten der Sperrspannung.

Mit einem Randabschluss versehene Halbleiterdioden auf Basis von Siliziumcarbid des Polytyps 4H (4H-SiC) zeigen allerdings ein räumlich inhomogenes Durchbruchsverhalten. So wurde bei Messungen zur Untersuchung der Sperreigenschaften von Schottky-Dioden beobachtet, dass diese im Falle eines Avalan- chedurchbruchs bevorzugt auf nur einer Seite des Bauelements leuchten, der Lawinendurchbruch also nur auf der Licht emmi- tierenden Seite stattfindet. Ursächlich für dieses Verhalten sind die räumlich anisotropen Eigenschaften des 4H-SiC Halbleitermaterials, dessen physikalische Parameter (z.B. Ladungsträgerbeweglichkeit, Avalanche-Koeffizienten usw.) in Richtung der verschiedenen Achsen des Kristallgitters unterschiedliche Werte besitzen.

In der Kristallographie werden die orthogonalen Richtungen des Kristallgitters gewöhnlich als A-, B- und C-Achse bezeichnet, wobei die C-Achse senkrecht auf den von der A- und der B-Achse aufgespannten Gitterebenen des Kristalls steht. Bei industriell gefertigten 4H-SiC- Wafern ist die C-Achse in der Regel nicht senkrecht zur Waferoberfläche, also parallel zu deren Flächennormalen orientiert, sondern gegenüber der Vertikalen bzw. Flächennormalen um einen bestimmten Winkel geneigt, wobei der im Folgenden mit α bezeichnete Neigungsoder Kippwinkel bei 3"-Wafern α ~ 4°, bei 2"-Wafern hingegen α ~ 8° beträgt. Dies hat zur Folge, dass bei einer Diode mit Randabschluss ein Avalanchedurchbruch auf der Seite, zu der sich die C-Achse hinneigt, früher auftritt, also schon bei niedrigeren Sperrspannungen stattfindet als auf der gegenüberliegenden Seite des Randabschlusses.

Bislang wurde das inhomogene Durchbruchsverhalten der Dioden nur dadurch berücksichtigt, dass der Randabschluss zum Erzie- len einer hinreichenden Durchbruchsfestigkeit entsprechend groß dimensioniert wurde. Hieraus resultiert jedoch ein relativ kleines Verhältnis von aktiver Fläche der Diode zur Fläche des Randabschlusses. Hinzu kommt, dass im Avanlanche- Betrieb nur der in Neigungsrichtung der C-Achse liegende Ab- schnitt des Randabschlusses aktiv ist, sich die Stromlast also nicht, wie gewünscht, gleichmäßig über den Randabschluss verteilt. Im Falle eines Avalanchedurchbruchs besteht somit eine erhebliche Gefahr, dass das Bauelement beschädigt oder zerstört wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein mit einem Randabschluss ausgestattetes Halbleiterbauelement zu schaffen, das trotz räumlich anisotroper Eigenschaften des verwendeten Halbleitermaterials ein annähernd homogenes bzw. symmetrisches Durchbruchsverhalten zeigt.

Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung jeweils durch gattungsgemäße Halbleiterbauelemente mit den in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Die Erfindung betrifft ihrer Gattung nach ein Halbleiterbauelement (beispielsweise einen Transistor, eine Halbleiterdiode, insbesondere eine pn-Diode oder eine Schottky-Diode) , das wenigstens ein Halbleitergebiet (Driftzone) eines ersten Leitungstyps (n-leitend oder p-leitend) mit einem (aktive Strukturen wie einen pn-übergang, einen Schottky-übergang oder einen steuerbaren Kanal aufweisenden) aktiven Bereich umfasst. Es besitzt weiterhin einen Randabschluss, der mit wenigstens einem Halbleiter vom entgegen gesetzten Leitungstyp wie das Halbleitergebiet gebildet ist und der unmittelbar an den aktiven Bereich des Halbleitergebiets angrenzt und dieses beispielsweise rahmen- oder ringförmig umschließt.

Als Hauptoberfläche des Halbleitergebiets im Sinne der Erfindung wird eine mit aktiven Strukturen versehene Oberfläche des aktiven Bereichs des Halbleitergebiets bezeichnet.

Ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement ist in der eingangs genannten internationalen Patentanmeldung WO96/03774 beschrieben, auf deren Offenbarung hier in vollem Umfang Bezug genommen wird. Ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement kann weitere Merkmale aufweisen, wie sie in der internationalen Patentanmeldung WO96/03774 beschrieben sind. Demnach kann das Halbleitergebiet des Halbleiterbauelements in wenigstens einer zur Oberfläche des Halbleitergebiets parallelen, lateralen Richtung stärker ausgedehnt sein als in einer hierzu senkrechten, vertikalen Richtung. Der aktive Bereich kann eine Verarmungszone mit einer von einer an dem aktiven Be- reich angelegten Sperrspannung abhängigen vertikalen Ausdehnung aufnehmen. Eine laterale Ausdehnung des Randabschlusses

kann größer als die maximale vertikale Ausdehnung der vom Halbleitergebiet aufgenommenen Verarmungszone sein, wobei es besonders vorteilhaft sein kann, wenn die laterale Ausdehnung des Randabschlusses mindestens fünfmal, oder wenigstens min- destens dreimal so groß ist wie die maximale vertikale Ausdehnung der vom Halbleitergebiet aufgenommenen Verarmungszone. Weiterhin können das Halbleitergebiet und der Randab- schluss jeweils aus einem Halbleitermaterial bestehen, dessen Bandabstand wenigstens 2 Elektronenvolt beträgt.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das verwendete Halbleitermaterial eine gegenüber einer Flächennormalen des Halbleiterbauelements geneigte (kristallographische) C-Achse aufweist (d.h. die Flächennormale und die C-Achse sind nicht parallel ausgerichtet, sondern schließen einen Winkel α > 0° ein) und dass der in Neigungsrichtung bzw. Kipprichtung der C-Achse liegende Teil, Abschnitt oder Bereich des das aktive Gebiet des Halbleiterbauelements insbesondere rahmen- oder ringförmig umfassenden Randabschlusses eine größere laterale Ausdehnung (Breite) , eine größere vertikale Ausdehnung (Tiefe) und/oder eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist als der entgegen der Neigungs-/Kipprichtung gesehen gegenüberliegend angeordnete Teil, Abschnitt oder Bereich des Randabschlusses. Der Randabschluss des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements besitzt somit einen hinsichtlich zumindest eines der Parameter Breite, Tiefe oder Dotierstoffkonzentration unsymmetrischen Aufbau. In Neigungsrichtung bzw. Kipprichtung der C-Achse betrachtet, kann zumindest einer der genannten Parameter ein Maximum besitzen, der entsprechende Teil, Abschnitt oder Bereich des Randabschlusses also beispielsweise die größte Breite, Tiefe oder Dotierstoffkonzentration aufweisen.

Im Einklang mit dem gängigen technischen Verständnis dieses Begriffs, wird eine senkrecht zu den Gitterebenen des verwendeten Halbleitermaterials orientierte Richtung als kristal-

lographische C-Achse im Sinne der Erfindung bezeichnet. Als laterale Ausdehnung wird eine Abmessung parallel zur bzw. in der Ebene der Hauptoberfläche des Halbleitergebiets, als vertikale Ausdehnung (bzw. Tiefe) eine Abmessung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitergebiets bzw. des Halbleiterbauelements bezeichnet.

Durch den hinsichtlich der Breite, der Tiefe und/oder der Dotierstoffkonzentration asymmetrischen Aufbau des Randab- Schlusses wird erstmals ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement geschaffen, das trotz (räumlich) anisotroper Eigenschaften des Halbleitermaterials ein annähernd homogenes Durchbruchsverhalten zeigt. So erlaubt die Erfindung beispielsweise die Herstellung von Halbleiterdioden, insbesondere Schottky-Dioden und Feldeffekttransistoren, die eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Avanlanchefestigkeit aufweisen, da sich die Stromlast im Falle eines Durchbruchs über den gesamten Randabschluss homogen verteilt. Zudem kann das Verhältnis von aktiver Fläche zur Fläche des Randabschlusses in vorteilhafter Weise vergrößert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist die Größe der lateralen Ausdehnung, d.h. die Breite des Randabschlusses in Kipprichtung der C- Achse in Abhängigkeit des Kippwinkels der C-Achse gewählt

(also eine Funktion des Neigungswinkes α) , wobei die Differenz aus der lateralen Ausdehnung des Randabschlusses in Kipprichtung der C-Achse und der lateralen Ausdehnung in der hierzu entgegen gesetzten Richtung mit zunehmendem Kippwinkel zunimmt bzw. mit abnehmendem Kippwinkel abnimmt. Auf diese

Weise lässt sich das Durchbruchsverhalten des Randabschlusses den kristallographischen Eigenschaften des jeweils verwendeten Halbleitermaterials gezielt anpassen.

In einem Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Aspekt (ein hinsichtlich der Breite unsymmetrisch aufgebauter Randab-

Schluss) der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei einer um α ~ 4° zur Vertikalen geneigten C-Achse eine laterale Ausdehnung (Breite) des Randabschlusses in Kipprichtung um 30%-40% größer ist als die laterale Ausdehnung (Breite) des Randab- Schlusses in der zur Kipprichtung entgegen gesetzten Richtung. Falls die C-Achse einen Winkel von α ~ 8° mit der Vertikalen einschließt, sollte die laterale Ausdehnung des Randabschlusses in Kipprichtung hingegen um 70%-150% größer sein als die laterale Ausdehnung des Randabschlusses in der zur Kipprichtung entgegen gesetzten Richtung. Diese Angaben beziehen sich insbesondere auf ein Halbleiterbauelement, insbesondere eine Diode, beispielsweise eine Schottky-Diode, deren (nominale) Sperrspannung 600 Volt beträgt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist der aktive Bereich des Halbleitergebiets einen in Aufsicht zumindest annähernd rechteckförmigen, insbesondere quadratischen Außenrand mit einem (ersten) Schnitt- punkt seiner beiden (auf den quadratischen/rechteckförmigen Außenrand bezogenen) Diagonalen auf. Der aktive Bereich wird von einem Randabschluss unmittelbar umschlossen, der in Aufsicht einen zumindest annähernd rechteckförmigen, insbesondere quadratischen Außenrand mit einem (zweiten) Schnittpunkt seiner beiden Diagonalen hat. Der aktive Bereich des Halbleitergebiets und der Randabschluss sind hierbei so gestaltet, dass der erste Schnittpunkt gegenüber dem zweiten Schnittpunkt in Kipprichtung der C-Achse versetzt ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine relativ einfache tech- nische Realisierung des asymmetrischen Randabschlusses.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist der aktive Bereich des Halbleitergebiets einen in Aufsicht zumindest annähernd kreisförmigen Außenrand mit einem (ersten) Mittelpunkt auf und wird von einem Randab-

Schluss unmittelbar umgeben, der in Aufsicht einen zumindest annähernd kreisförmigen Außenrand mit einem (zweiten) Mittelpunkt hat. Der aktive Bereich des Halbleitergebiets und der Randabschluss sind hierbei so gestaltet, dass der erste Mit- telpunkt gegenüber dem zweiten Mittelpunkt in Kipprichtung der C-Achse versetzt ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht gleichermaßen eine relativ einfache technische Realisierung des asymmetrischen Randabschlusses.

Bei weiteren Ausgestaltungen des Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn es die im Folgenden dargestellten Merkmale eines Halbleiterbauelements gemäß dem zweiten Aspekt (ein hinsichtlich der Tiefe unsymmetrisch aufgebauter Randabschluss) der Erfin- düng und/oder die Merkmale eines Halbleiterbauelements gemäß dem dritten Aspekt (ein hinsichtlich der Dotierstoffkonzent- ration unsymmetrisch aufgebauter Randabschluss) der Erfindung aufweist, wodurch weitere Verbesserungen im Durchbruchsverhalten erzielt werden können.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich das gattungsgemäße Halbleiterbauelement dadurch aus, dass das Halbleitergebiet mit wenigstens einem Halbleiter gebildet ist, dessen kristallographische C-Achse einen Winkel α > 0° mit einer Vertikalen bzw. Normalen der Hauptoberfläche einschließt, wobei ein in Kipprichtung der C-Achse befindlicher Abschnitt des Randabschlusses eine größere vertikale Ausdehnung (Tiefe) aufweist als ein in entgegen gesetzter Richtung bzw. gegenüberliegend angeordneter Abschnitt des Randab- Schlusses.

Diese Gestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ermöglicht eine weitere vorteilhafte Anpassung des Randabschlusses des Halbleiterbauelements an die anisotropen Mate- rialeigenschaften des Halbleiters zur Erzielung eines zumindest annähernd homogenen Durchbruchsverhaltens.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist die vertikale Ausdehnung des in Kipprichtung der C-Achse befindlichen Abschnitts des Randabschlusses in Abhängigkeit des Kippwinkels der C-Achse gewählt, wobei die Differenz der vertikalen Ausdehnungen des Randabschlusses in Kipprichtung der C-Achse und der hierzu entgegen gesetzten Richtung mit zunehmendem Kippwinkel zunimmt bzw. mit abnehmendem Kippwin- kel abnimmt. Auf diese Weise kann das Durchbruchsverhalten des Randabschlusses gezielt auf die kristallographischen Eigenschaften des Halbleiters abgestimmt werden.

In dem Halbleiterbauelements gemäß dem zweiten Aspekt der Er- findung kann es von Vorteil sein, wenn es die im Folgenden dargestellten Merkmale eines Halbleiterbauelements gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung aufweist, wodurch weitere Verbesserungen des Durchbruchsverhaltens erzielbar sind.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung zeichnet sich das gattungsgemäße Halbleiterbauelement dadurch aus, dass das Halbleitergebiet mit wenigstens einem Halbleiter gebildet ist, dessen kristallographische C-Achse einen Winkel α > 0° mit einer Vertikalen bzw. Normalen der Hauptoberfläche ein- schließt, wobei ein in Kipprichtung der C-Achse befindlicher Abschnitt des Randabschlusses eine höhere Dotierstoffkonzent- ration (Flächenladung) aufweist als ein diesem gegenüberliegend angeordneter Abschnitt des Randabschlusses.

Diese Gestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ermöglicht eine weitere vorteilhafte Anpassung des Randabschlusses des Halbleiterbauelements an die anisotropen Materialeigenschaften des Halbleiters zum Erzielen eines zumindest annähernd homogenen Durchbruchsverhaltens.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist die Dotierstoffkonzentration des in Kipprichtung der C-Achse befindlichen Abschnitts des Randabschlusses in Abhängigkeit des Kippwinkels der C-Achse gewählt, wobei die Differenz der Dotierstoffkonzentration des Randabschlusses in Kipprichtung der C-Achse und der hierzu entgegen gesetzten Richtung mit zunehmendem Kippwinkel zunimmt bzw. mit abnehmendem Kippwinkel abnimmt. Auf diese Weise kann das Durchbruchsverhalten des Randabschlusses gezielt auf die kristallographischen Eigenschaften des Halbleiters abgestimmt werden.

In einem Halbleiterbauelement gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei einer um α ~ 4° zur Vertikalen bzw. Normalen geneigten C-Achse eine Dotierstoffkonzentration des Randabschlusses in Kipprichtung um 2%-5% größer ist als die Dotierstoffkonzentration des Randabschlusses in der zur Kipprichtung entgegen gesetzten Richtung. Bei einer um α ~ 8° zur Vertikalen geneigten C-Achse sollte die Dotierstoffkonzentration des Randabschlusses in Kipprichtung um 6%-10% größer sein als die Dotierstoffkonzentration des Randabschlusses in der zur Kipprichtung entgegen gesetzten Richtung. Diese Angaben beziehen sich insbesondere auf ein Halbleiterbauelement, insbesondere eine Diode, beispielsweise eine Schottky-Diode, deren (nominale) Sperrspannung 600 Volt beträgt .

Da der Wert der Sperrspannung für den Avalanchedurchbruch bei zu hoher Dotierstoffkonzentration wieder abnimmt, sollte die Flächenladung (Dosis) der Dotierstoffe im (insbesondere p-do- tierten) Randabschluss im Bereich von 5xlO ¹² cm ^"2 bis 2xlO ¹³ cm ^"2 liegen.

In den Halbleiterbauelementen gemäß den oben genannten Aspek- ten der Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn der das Halbleitergebiet bildende Halbleiter Siliziumcarbid, bei-

spielsweise Siliziumcarbid vom Polytyp 4H ist. Insbesondere in diesem Fall können das Halbleitergebiet und der Randab- schluss aus demselben Halbleitermaterial bestehen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die Figuren genommen wird. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Schottky-Diode mit asymmetrischem Randabschluss gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Schottky-Diode mit asymmetrischem Randabschluss gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer mit einem asymmetrischen Randabschluss ausgestatteten Schottky-Diode in Aufsicht;

Fig. 4 Ergebnisse einer Simulationsrechnung zur

Veranschaulichung des Durchbruchsverhaltens der in Fig. 3 dargestellten Schottky-Diode;

Fig. 5 schematische Schnittdarstellungen zur Veranschauli- chung eines Verfahrens zur Herstellung einer

Schottky-Diode mit asymmetrischem Randabschluss gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 Ergebnisse einer Simulationsrechnung zur

Veranschaulichung des Durchbruchsverhaltens der Schottky-Diode gemäß Fig. 5.

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung zur Illustra- tion einer Schottky-Diode mit einem herkömmlichen

Randabschluss;

Fig. 8 Ergebnisse einer Simulationsrechnung zur

Veranschaulichung des Durchbruchsverhaltens der Schottky-Diode gemäß Fig. 7.

Zunächst soll anhand der Fig. 7 der Aufbau einer mit einem herkömmlichen Randabschluss ausgestatteten Schottky-Diode 400 kurz beschrieben werden. Die Schottky-Diode 400 weist eine beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens (CVD = Chemical Vapor Deposition) auf einem SiC-Substrat 401 abgeschiedene, n-dotierte 4H-SiC-Epitaxieschicht 402 auf. Die 4H-SiC-Epita- xieschicht 402 besitzt einen eine Verarmungszone aufnehmenden aktiven Bereich (Schottky-Bereich) 403, wobei die in z-Rich- tung gemessene vertikale Ausdehnung dieser Verarmungszone von der zwischen einer den Schottky-Bereich 403 kontaktierenden, metallischen Elektrode 408 und einer das SiC-Substrat 401 kontaktierenden zweiten Elektrode 409 anliegenden Sperrspannung abhängt .

Der Schottky-Bereich 403 wird von einem p-dotierten Randabschluss 405 unmittelbar umschlossen, dessen laterale Ausdehnung sich nicht ändert (es handelt sich somit um einen hinsichtlich der lateralen Abmessungen symmetrischen Randabschluss) . Der Randabschluss 405 kann durch Implantieren von Dotierstoffionen in die Hauptoberfläche 404 der 4H-SiC-Epita- xieschicht 402 hergestellt werden.

Wie eingangs bereits erwähnt, handelt es sich bei 4H-SiC um ein anisotropes Material, dessen C-Achse 406 gegenüber einer Vertikalen 407 auf die Hauptoberfläche 404 der 4H-SiC-Epita- xieschicht 402 geneigt ist, wobei hier beispielsweise ein Kippwinkel von α - 4° zwischen der C-Achse 406 und der Vertikalen/Flächennormalen 407 vorliegt. Die zur Hauptoberfläche 404 parallele Kipprichtung der C-Achse 405 ist in Fig. 7 in negativer x-Richtung von rechts nach links gerichtet, die C- Achse gegenüber der Vertikalen bzw. Flächennormalen 407 also

um α ~ 4 ° nach links geneigt. Der in Fig. 7 gewählte Kippwinkel zwischen der C-Achse 406 und der Vertikalen 407 ist lediglich beispielhaft. So kann die C-Achse 406 auch stärker oder schwächer in dieselbe oder eine andere Richtung geneigt sein.

In Fig. 8 sind zwei Diagramme dargestellt, welche anhand von Simulationsrechnungen das Durchbruchsverhalten der in Fig. 7 gezeigten Schottky-Diode 400 mit einem symmetrischen Randab- Schluss 405 veranschaulichen. In den beiden Diagrammen ist jeweils eine an die Schottky-Diode 400 angelegte Sperrspannung U[V] als Abszisse und der bei der jeweiligen Sperrspannung durch die Schottky-Diode 400 fließende elektrische Strom I [r.E.) (r.E. = relative Einheiten) als Ordinate darge- stellt. Das rechte Diagramm zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des linken Diagramms oberhalb einer Sperrspannung von U = 810 V.

In den beiden Diagrammen sind jeweils zwei Kurven A, B darge- stellt, wobei sich Kurve A auf einen ersten Abschnitt 405a des Randabschlusses 405 bezieht, der sich in Kipprichtung der C-Achse 406 (in Fig. 7 auf der linken Seite) befindet, und Kurve B auf einen zweiten Abschnitt 405b des Randabschlusses 405 bezieht, der sich auf der gegenüberliegenden Seite (in Fig. 7 auf der rechten Seite) befindet. Ersichtlich tritt im ersten Abschnitt 405a des Randabschlusses 405 bereits bei einer niedrigeren Sperrspannung als im zweiten Abschnitt 405b ein Avalanchedurchbruch auf, was eine Folge der Verkippung der C-Achse 406 in Richtung zum ersten Abschnitt 405a des Randabschlusses 405 ist.

Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Schottky-Diode mit einem hinsichtlich der Breite asymmetrisch ausgebildeten Randab- schluss gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schottky-Diode 100 besitzt ein SiC-Substrat 101, auf dem mittels eines CVD-Verfahrens eine hier beispielsweise n-do-

tierte 4H-SiC-Epitaxieschicht 102 abgeschieden wurde. In der 4H-SiC-Epitaxieschicht 102 ist ein eine Verarmungszone aufnehmender, aktiver Bereich (Schottky-Bereich) 103 geformt. Die vertikale Ausdehnung der Verarmungszone hängt von einer Sperrspannung ab, die an eine den Schottky-Bereich 103 kontaktierende metallische erste Elektrode 111 und eine das SiC- Substrat 102 kontaktierende zweite Elektrode 112 angelegt werden kann.

Ein hier beispielsweise p-dotierter asymmetrischer Randab- schluss 105, welcher sich in lateraler Richtung an den Schottky-Bereich 103 unmittelbar anschließt und diesen rah- menförmig umfasst, wurde durch Implantation eines die gewünschte p-Leitung hervorrufenden Dotierstoffes (beispiels- weise Bor- oder Aluminiumionen) in die 4H-SiC-Epitaxieschicht 102 hergestellt.

Wie die Fig. 2 in Draufsicht zeigt, ist ein Außenrand („äußere Begrenzung") 106 des Randabschlusses 105 zumindest annä- hernd quadratisch geformt, wobei sich die beiden auf den Außenrand 106 bezogenen Diagonalen in einem (ersten) Schnittpunkt 107 (= Durchstoßpunkt der Symmetrieachse der vom Außenrand 106 eingeschlossenen Fläche in der Zeichenebene) kreuzen. Ein Innenrand („innere Begrenzung") 108 des Randab- Schlusses 105 besitzt ebenfalls eine quadratische Form, wobei sich die beiden auf den Innenrand 108 bezogenen Diagonalen in einem (zweiten) Schnittpunkt 109 (= Durchstoßpunkt der Symmetrieachse der vom Innenrand 108 eingeschlossenen, dem aktiven Bereich 103 entsprechenden Fläche in der Zeichenebene) kreuzen. Der Innenrand 108 des Randabschlusses 105 begrenzt den Schottky-Bereich 103 also nach außen hin.

Die 4H-SiC-Epitaxieschicht 102 weist bezüglich einer Vertikalen/Normalen der Hauptoberfläche 104 eine in negativer x-Richtung (also zur linken Seite hin) geneigte C-Achse auf,

wie sie in entsprechender Weise für die Schottky-Diode 400 in Fig. 1 gezeigt ist.

Der Randabschluss 105 ist bezüglich der lateralen Ausdehnung bzw. Breite asymmetrisch gestaltet. Er kann zumindest gedanklich in vier verschiedene Abschnitte oder Schenkel 105a-105d unterteilt werden. Es sind dies die beiden gegenüberliegend angeordneten, ein parallel zur y-Achse ausgerichtetes erstes Schenkelpaar bildenden Abschnitte 105a und 105b sowie die beiden ebenfalls gegenüberliegend angeordneten, ein parallel zur x-Achse ausgerichtetes zweites Schenkelpaar bildenden Abschnitte 105c und 105d. Der in Kipprichtung der C-Achse liegende Abschnitt 105a des ersten Schenkelpaares weist erfindungsgemäß eine größere, in x-Richtung gemessene Breite Wl auf als der gegenüberliegend angeordnete Abschnitt 105b, dessen ebenfalls in x-Richtung gemessene Breite W2 somit der Bedingung W2 < Wl genügt. Die jeweils in y-Richtung gemessenen Breiten W3 und W4 der beiden das zweite Schenkelpaar bildenden Abschnitte 105c und 105d unterscheiden sich demgegenüber nicht, so dass W3 = W4 gilt.

Erstreckt sich beispielsweise der quadratische Schottky-Be- reich 103 einige mm in x- und y-Richtung, so können die Breite Wl des ersten Abschnitts 105a ca. 38 μm, die Breite W2 des zweiten Abschnitts 105b ca. 28 μm, die Breite W3 des dritten Abschnitts 105c ca. 33 μm und die Breite W4 des vierten Abschnitts 105d ca. 33 μm betragen. Jeweils in x-Richtung gemessen ist der erste Abschnitt 105a somit um ca. 10 μm breiter als der zweite Abschnitt 105b.

Wie die Fig. 1 zeigt, kann der erste Abschnitt 105a in einen fixen Abschnittsteil 105a' und einen variablen Abschnittsteil 105a' ' unterteilt werden, wobei die Breite des fixen Abschnittsteils 105a' der Breite des zweiten Abschnitts 105b entspricht. Die in x-Richtung gemessene Breite des variablen Abschnittsteils 105a' ' kann in Abhängigkeit des Verkippwin-

kels der C-Achse dimensioniert werden, wobei die Größe des variablen Abschnittsteils 105a' ' größer wird, falls der Kippwinkel der C-Achse zunimmt, und umgekehrt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann durch die unterschiedlichen lateralen Abmessungen des ersten und zweiten Abschnitte des Randabschlusses ein zumindest annähernd räumlich homogenes Durchbruchsverhalten der Schottky-Diode 100 im Falle eines Avalanchedurchbruchs mit einer über alle Ab- schnitte des Randabschlusses annähernd gleich verteilten Stromlast erzielt werden.

In Fig. 3 ist in einer schematischen Aufsicht eine Schottky- Diode 200 mit einem ebenfalls hinsichtlich der Breite asym- metrischen Randabschluss 201 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zu der in Fig. 1 gezeigten Schottky-Diode 100 erläutert und ansonsten auf die dort gemachten Ausführungen verwiesen.

Die in Fig. 3 dargestellte Schottky-Diode 200 unterscheidet sich von der Schottky-Diode 100 gemäß Fig. 2 in der äußeren Form des Schottky-Bereichs 202, der hier in Kreisscheibenform ausgebildet ist. Der den Schottky-Bereich 202 unmittelbar ringförmig umschließende Randabschluss 201 weist einen kreisförmigen Außenrand 203 mit einem (ersten) Mittelpunkt 204 auf. Der Schottky-Bereich 202 weist weiterhin einen kreisförmigen Innenrand 205 mit einem (zweiten) Mittelpunkt 206 auf. Der kreisförmige Innenrand 205 entspricht dem Außenrand 207 des Schottky-Bereichs 202, so dass der Schottky-Bereich 202 kreisförmig ausgebildet ist und den zweiten Mittelpunkt 206 als Mittelpunkt hat.

Der Randabschluss 201 ist mit einer sich kontinuierlich ver- jungenden bzw. verbreiternden lateralen (radialen) Abmessung versehen, wobei sich die änderung der lateralen Abmessung des

Randabschlusses 201 zumindest gedanklich durch eine Versetzung des ersten Mittelpunkts 204 in Kipprichtung der C-Achse relativ zum fixierten zweiten Mittelpunkt 206 ergibt. Hierbei weist ein in Kipprichtung der C-Achse angeordneter erster Ab- schnitt 201a des Randabschlusses 201 eine größere laterale Ausdehnung Wl in x-Richtung auf als der gegenüberliegende zweite Abschnitt 201b, für dessen laterale Ausdehnung W2 < Wl gilt.

Falls der Durchmesser des Schottky-Bereichs 202 mehrere mm beträgt, sollte die laterale Ausdehnung Wl des ersten Abschnitts 201a ca. 38 μm und die laterale Ausdehnung W2 des zweiten Rahmenabschnitts 201b ca. 28 μm betragen, die in x- Richtung gemessene Breite des ersten Abschnitts 201a also ca. 10 μm größer sein als die entsprechende Breite des gegenüberliegenden zweiten Abschnitts 201b.

Durch die dem Verkippwinkel der C-Achse angepasste, unterschiedliche Breite des Randabschlusses 201 kann ein annähernd räumlich homogenes Durchbruchsverhalten der Schottky-Diode 200 im Falle eines Avalanchedurchbruchs mit einer über den Randabschluss 201 annähernd gleich verteilten Stromlast erzielt werden.

In Fig. 4 sind zwei auf Modellrechnungen basierende Diagramme dargestellt, welche das Verhalten der in Fig. 3 gezeigten Schottky-Diode 200 bezüglich Avalanchedurchbruch veranschaulichen. In den beiden Diagrammen ist jeweils als Abszisse eine an die Schottky-Diode 200 angelegte Sperrspannung in Volt (V) und als Ordinate der bei angelegter Spannung über die Diode fließende elektrische Strom in relativen Einheiten (r. E.) dargestellt. Das rechte Diagramm zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des linken Diagramms.

In den beiden Diagrammen entspricht die Kurve A dem Durchbruchsverhalten des ersten Abschnitts 201a und die Kurve B

dem Durchbruchsverhalten des hierzu gegenüberliegend angeordneten zweiten Abschnitts 201b. Ersichtlich tritt bei den beiden Abschnitten 201a, 201b des Randabschlusses 201 bei annähernd gleichem Wert der Sperrspannung ein Avalanchedurchbruch auf, so dass durch den asymmetrisch gestalteten Randabschluss 201 ein räumlich homogenes Durchbruchsverhalten erreicht werden kann.

Es wird nun Bezug auf Fig. 5 genommen, worin in schematischen Schnittdarstellungen die Herstellung einer Schottky-Diode mit asymmetrischem Randabschluss gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist. Es werden wieder nur die Unterschiede zu der in Fig. 1 gezeigten Schottky-Diode 100 erläutert und ansonsten auf die dort ge- machten Ausführungen verwiesen.

In Fig. 5 ist in der oberen Abbildung ein Zwischenprodukt bei der Herstellung der in der unteren Abbildung veranschaulichten Schottky-Diode 300 gezeigt. Die Schottky-Diode 300 unter- scheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Schottky-Diode 100 in der senkrecht zur Hauptoberfläche 304 der 4H-SiC-Epitaxie- schicht 302 bemessenen vertikalen Ausdehnung (Tiefe T) des Randabschlusses 305.

Die Schottky-Diode 300 umfasst ein SiC-Substrat 301, auf das eine hier beispielsweise n-dotierte 4H-SiC-Epitaxieschicht 302 zum Beispiel mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden wurde. In der 4H-SiC-Epitaxieschicht 302 ist ein eine Verarmungszone aufnehmender, aktiver Bereich (Schottky-Bereich) 303 geformt. Eine senkrecht zu einer Hauptoberfläche 304 der 4H-SiC-Epitaxieschicht 302 bemessene, vertikale Ausdehnung der Verarmungszone hängt von einer Sperrspannung ab, die an eine den Schottky-Bereich 303 kontaktierende metallische erste Elektrode 309 und eine das SiC-Substrat 301 kontaktie- rende zweite Elektrode 310 angelegt werden kann.

Der (beispielsweise) quadratische Randabschluss 305 umschließt einen (beispielsweise) quadratischen Schottky-Be- reich 303, wobei der Randabschluss 305 einen in Kipprichtung der C-Achse befindlichen ersten Abschnitt 305a und einen ent- gegen der Kipprichtung der C-Achse gesehen gegenüberliegend angeordneten zweiten Abschnitt 305b aufweist. Der erste Abschnitt 305a des Randabschlusses 305 reicht hierbei bis zu einer Tiefe Tl, der gegenüberliegend angeordnete zweite Abschnitt 305b des Randabschlusses 305 hingegen nur bis zu ei- ner Tiefe T2 < Tl in die 4H-SiC-Epitaxieschicht 302 hinein.

Der Randabschluss 305 wird durch Implantieren von Dotierstoffen (beispielsweise Bor- oder Aluminiumionen) in die 4H-SiC- Epitaxieschicht 302 mithilfe einer Implantationsmaske 306 do- tiert, wobei die Dotierstoffe in einer Implantationsanlage mit einer kinetischen Energien von bis zu einigen Hundert keV auf die Hauptoberfläche 304 geschossen werden. Die Implantationsmaske 306 ist am Ort des herzustellenden Randabschlusses 305 mit einer durch ätzen erzeugten Aussparung 308 versehen. Im Bereich des zweiten Abschnitts 305b des Randabschlusses 305 ist auf der Hauptoberfläche 304 der 4H-SiC-Epitaxie- schicht 302 eine Oxidschicht 307 („Streuoxid") abgeschieden, welche die Eindringtiefe der in ihrem Bereich auftreffenden Dotierstoffionen verringert. Alternativ hierzu wäre es eben- falls möglich, die unterschiedliche Tiefe der verschiedenen

Abschnitte des Randabschlusses 305 durch mehrmaliges selektives Implantieren zu erzeugen.

In Fig. 6 sind zwei auf Modellrechnungen basierende Diagramme dargestellt, welche das Durchbruchsverhalten im Avalanche- betrieb der in Fig. 5 gezeigten Schottky-Diode 300 veranschaulichen. In den Diagrammen ist jeweils als Abszisse eine an die Schottky-Diode 300 angelegte Sperrspannung in Volt (V) und als Ordinate der bei angelegter Spannung über die Diode fließende elektrische Strom in relativen Einheiten (r. E.)

dargestellt. Das rechte Diagramm zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des linken Diagramms.

In den beiden Diagrammen entspricht die Kurve A dem Durch- bruchsverhalten des ersten Abschnitts 305a und die Kurve B dem Durchbruchsverhalten des gegenüberliegend angeordneten zweiten Abschnitts 305b des Randabschlusses 305. Ersichtlich tritt bei den beiden Abschnitten des Randabschlusses 305 bei einem in etwa gleichen Wert für die Sperrspannung ein Avalan- chedurchbruch auf, so dass durch den asymmetrisch gestalteten Randabschluss 305 ein zumindest annähernd homogenes Durchbruchsverhalten erreicht werden kann.

In der vorliegenden Erfindung kann durch eine asymmetrische Gestaltung des Randabschlusses ein zumindest annähernd homogenes Durchbruchsverhalten erzielt werden, wodurch in vorteilhafter Weise eine höhere Avalanchefestigkeit erreicht wird, da die Stromlast im Falle eines Avalanchedurchbruchs über den gesamten Randabschluss des Bauelements annähernd gleichmäßig verteilt wird. Zudem ist es von Vorteil, dass ein größeres Verhältnis der aktiven (stromführenden) Fläche des Bauelements zur Fläche des Randabschlusses erreicht werden kann .