ショットキーバリアダイオード
【課題】順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能で、かつ、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうことのないショットキーバリアダイオードを提供する。
【解決手段】第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体１１０と、半導体基体１１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層１１８と、半導体基体１１０における第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度のｐ型不純物を含有する小数キャリア注入層１２８と、小数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備えるショットキーバリアダイオード１００。
【解決手段】第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体１１０と、半導体基体１１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層１１８と、半導体基体１１０における第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度のｐ型不純物を含有する小数キャリア注入層１２８と、小数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備えるショットキーバリアダイオード１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーバリアダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素を半導体材料として用いたショットキーバリアダイオードは、高耐圧、低損失、低リーク電流、高温動作可能、高速動作可能などの優れた特徴を有する。図１０は、炭化珪素を半導体材料として用いた従来のショットキーバリアダイオード９００の断面図である。従来のショットキーバリアダイオード９００は、図１０に示すように、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体９１０（第１導電型の半導体基体）と、半導体基体９１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層９１８と、バリアメタル層９１８における端部の下方に形成されたガードリング層９１６とを備える。なお、半導体基体９１０は、炭化珪素からなるｎ＋型の炭化硅素単結晶基板９１２と、当該炭化硅素単結晶基板９１２上にエピタキシャル成長により形成された炭化珪素からなるｎ−型のドリフト層９１４とを備える。図１０中、符号９２０は表面電極を示し、符号９２２はパッシベーション層を示し、符号９２６は裏面電極を示す。
【０００３】
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオード９００においては、珪素を半導体材料として用いたショットキーバリアダイオードの場合とは異なり、ガードリング層９１６からの正孔（小数キャリア）の注入による伝導度変調が起こり難いため、順方向サージ耐量が弱いという問題がある。
【０００４】
そこで、このような問題を解決することのできるショットキーバリアダイオードが提案されている。図１１は、従来のショットキーバリアダイオード９０２の断面図である。従来のショットキーバリアダイオード９０２は、図１１に示すように、従来のショットキーバリアダイオード９００における半導体基体９１０の第１主面側表面に高濃度のｐ型不純物を含有する少数キャリア注入層９２８が部分的に形成された構造を有する。従来のショットキーバリアダイオード９０２によれば、順方向バイアス時に少数キャリア注入層９２８から正孔が注入されるようになる結果、伝導度変調によりドリフト層９１４の抵抗が下がり順方向サージ耐量を改善することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオード９０２においては、少数キャリア注入層９２８が形成された領域は順方向電流が流れる経路として使用できなくなるため、順方向降下電圧ＶＦが高くなってしまうという問題がある。すなわち、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとはトレードオフの関係にある。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、従来のショットキーバリアダイオード９０２における半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンを導入してカーボン導入層９３２を形成することが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。図１２は、そのように半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンを導入してカーボン導入層９３２が形成されたショットキーバリアダイオード９０４の断面図である。このようなショットキーバリアダイオード９０４によれば、図１２に示すように、半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンが導入されているため、注入された正孔のライフタイムが長くなる結果、伝導度変調が効率的に起こるようになり、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０５３６６７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Material Science Forum Vols. 527-529(2006) pp 1155-1158
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようなショットキーバリアダイオード９０４においては、カーボンを導入することに起因して、半導体基体９１０とバリアメタル層９１８との界面に欠陥が形成されてしまい、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうという新たな問題が発生する。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能で、かつ、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうことのないショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
［１］本発明のショットキーバリアダイオードは、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基体と、前記半導体基体における前記第１主面上に形成されたバリアメタル層と、前記半導体基体における前記第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度の第２導電型不純物を含有する小数キャリア注入層と、前記小数キャリア注入層の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層とを備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【００１２】
本発明のショットキーバリアダイオードによれば、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない小数キャリア注入層の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【００１３】
［２］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層は、前記少数キャリア注入層の最深部よりも深い領域に形成されていることが好ましい。
【００１４】
小数キャリア注入層にカーボンを導入してもドリフト領域におけるライフタイム向上に寄与しないため、上記のような構成とすることにより、小数キャリア注入層にカーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減することが可能となる。
【００１５】
［３］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長の６倍の長さだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい。
【００１６】
カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長の６倍の長さだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい理由は、上記の深さ位置よりも深い領域には少数キャリアがほとんど存在しないため、上記の深さ位置よりも深い領域にまでカーボン導入層を形成したとしても、小数キャリアのライフタイムをより一層長くする効果が得られないからである。また、上記の深さ位置よりも深い領域までカーボン導入層を形成した場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。
【００１７】
一方、カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりもさらに深いことが好ましい理由は、上記の深さ位置よりも浅い領域には、少数キャリア注入層から注入された少数キャリアが比較的多数存在しているため、上記の深さ位置に達しないようにカーボン導入層を形成したのでは、小数キャリアのライフタイムを長くする効果が十分に得られないからである。
【００１８】
［４］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６よりも低い場合には、小数キャリアのライフタイムを長くする効果が得られなくなる場合があるからであり、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１８よりも高い場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。この観点から言えば、カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、３×１０１６〜３×１０１７ｃｍ−３の範囲内にあることがより好ましい。
【００２０】
［５］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい。
【００２１】
カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合には、上記の深さ位置よりも深い領域には少数キャリアがほとんど存在しないため、上記の深さ位置よりも深い領域にまでカーボン導入層を形成したとしても、小数キャリアのライフタイムをより一層長くする効果が得られないからである。また、上記の深さ位置よりも深い領域までカーボン導入層を形成した場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。
【００２２】
一方、カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深いことが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合には、上記の深さ位置よりも浅い領域には、少数キャリア注入層から注入された少数キャリアが比較的多数存在しているため、上記の深さ位置に達しないようにカーボン導入層を形成したのでは、小数キャリアのライフタイムを長くする効果が十分に得られないからである。
【００２３】
［６］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記少数キャリア注入層の表面には、前記バリアメタル層との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層が形成されていることが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることにより、少数キャリアの注入がスムーズに行われるようになるからである。なお、オーミック金属層は、少数キャリア注入層の表面に部分的に形成されていてもよい。
【００２５】
［７］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記半導体基体における前記第１主面側の表面には、前記バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されていることが好ましい。
【００２６】
このように、本発明は、バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されているショットキーバリアダイオードに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を説明するために示す図である。
【図２】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図３】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図４】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図５】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図６】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の電気的特性を示す図である。
【図７】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の電気的特性を示す図である。
【図８】実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２を説明するために示す図である。
【図９】変形例１〜４に係るショットキーバリアダイオードを説明するために示す図である。
【図１０】従来のショットキーバリアダイオード９００の断面図である。
【図１１】従来のショットキーバリアダイオード９０２の断面図である。
【図１２】ショットキーバリアダイオード９０４の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明のショットキーバリアダイオードについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００２９】
［実施形態１］
１．ショットキーバリアダイオード１００の構成
図１は、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を説明するために示す図である。図１（ａ）はショットキーバリアダイオード１００の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の符号Ｒ１で示す部分の拡大図である。
【００３０】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、図１に示すように、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し（以下、第１主面のことを表面と言い、第２主面のことを裏面と言うこともある。）、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体（第１導電型の半導体基体）１１０と、半導体基体１１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層１１８と、半導体基体１１０における第１主面側の表面に部分的に形成され、ｐ＋型の小数キャリア注入層（高濃度の第２導電型不純物を含有する小数キャリア注入層）１２８と、小数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備える。
【００３１】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、半導体基体１１０における第１主面側の表面には、バリアメタル層１１８の端部に対応する領域にｐ型のガードリング層（ガードリング層）１１６が形成されている。半導体基体１１０は、炭化珪素からなるｎ＋型の炭化硅素単結晶基板１１２と、当該炭化硅素単結晶基板１１２上に形成された炭化珪素からなるｎ−型のエピタキシャル層（以下、ドリフト層ということもある。）１１４とを備える。なお、図１中、符号１２２はパッシベーション層を示す。
【００３２】
炭化硅素単結晶基板１１２としては、ｎ型不純物濃度が例えば５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが例えば３０μｍ〜４００ｎｍ程度のものを用いることができる。また、炭化硅素単結晶基板１１２の結晶多形としては例えば４Ｈのものを用いることができる。
【００３３】
エピタキシャル層１１４としては、ｎ型不純物濃度が例えば５×１０１４ｃｍ−３〜５×１０１６ｃｍ−３程度、厚さが例えば３μｍ〜２０μｍ程度のものを用いることができる。
【００３４】
バリアメタル層１１８としては、エピタキシャル層１１４との間でショットキー接合を形成する金属（例えばチタン。）からなるバリアメタル層を用いることができる。バリアメタル層１１６上には、図１に示すように、バリアメタル層１１６とオーミック接続可能な表面電極（例えば、チタン及びアルミニウムが積層された積層膜、ニッケル膜など。膜厚２０００ｎｍ程度。）１２０を設け、これをアノード電極として用いる。バリアメタル層１１８の層厚は、例えば１００ｎｍである。
【００３５】
カソード電極としての裏面電極１２６としては、例えばチタン、ニッケル及び銀が積層された積層膜からなるものを用いることができる。裏面電極１２６は、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にそのまま形成しても良いし、図１に示すように、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にシリサイド層１２４を介して形成しても良い。シリサイド層１２４としては、例えば、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にニッケル層（厚さ：５０ｎｍ）を形成後アニールすることによって形成されるＮｉのシリサイド層を用いることができる。
【００３６】
ガードリング層１１６は、深さが０．５μｍ〜１．０μｍ程度であり、ｐ型不純物濃度が例えば１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度である。ガードリング層１１６は、エピタキシャル層１１４の表面所定領域において環状に形成されている。
【００３７】
小数キャリア注入層１２８は、深さが０．２μｍ〜０．５μｍ程度であり、ｐ型不純物濃度が例えば２×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３程度である。小数キャリア注入層１２８は、エピタキシャル層１１４の表面における能動領域（ガードリングに囲まれた領域）において部分的に形成されている（面積比率が例えば１％〜５０％。）。
【００３８】
少数キャリア注入層１２８の表面には、バリアメタル層１１８との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層１３０が形成されている。オーミック金属層１３０としては、例えば、チタン（例えば１０ｎｍ）及びアルミニウム（例えば５０ｎｍ）の積層膜を形成後アニールすることによって形成されるシリサイド層を用いることができる。
【００３９】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、上記したように、小数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備える。
カーボン導入層１３２は、少数キャリア注入層１２８の最深部よりも深い領域に形成されている。また、カーボン導入層１３２の最深部は、小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐと同じ長さＬｐだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐを６倍して得られる長さ６Ｌｐだけ深い深さ位置よりも浅い。
【００４０】
具体的には、カーボン導入層１３２の最深部は、小数キャリア注入層１２８の最深部から例えば０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、小数キャリア注入層１２８の最深部から例えば２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅い。
【００４１】
カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある。
【００４２】
２．ショットキーバリアダイオード１００の製造方法
図２〜図５は、ショットキーバリアダイオード１００の製造方法を示す図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）及び図５（ａ）〜図５（ｃ）は各工程図である。
【００４３】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、図２〜図５に示す工程（Ｓ１）〜（Ｓ１０）を行うことによって製造することができる。以下、工程毎に説明する。
【００４４】
（Ｓ１）半導体基体準備工程
ｎ＋型の炭化珪素単結晶基板１１２（厚さ：４００μｍ、不純物（窒素）濃度：１×１０１９ｃｍ−３）と、炭化珪素単結晶基板１１２の上面に形成された炭化硅素からなるｎ−型のエピタキシャル層（ドリフト層）１１４（厚さ：５μｍ、不純物（窒素）濃度：５×１０１５ｃｍ−３）を備える半導体基体１１０を準備する（図２（ａ）参照。）。
【００４５】
（Ｓ２）ガードリング層形成工程
半導体基体１１０の表面を清浄化した後、エピタキシャル層１１４の表面に、ガードリング層１１６に対応する部分に開口を有する酸化硅素マスクＭ１を形成する。その後、当該酸化硅素マスクＭ１を介して、エピタキシャル層１１４の所定部位にｐ型不純物としてのアルミニウムイオンを打ち込んでガードリング層（深さ：０．７μｍ、ｐ型不純物濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を形成する（図２（ｂ）参照。）。アルミニウムイオンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（３０ｋｅｖ、６０ｋｅｖ、・・・、７００ｋｅｖ。）でもってアルミニウムイオンを多段に打ち込むことにより行う。なお、ガードリング層形成工程においては、マスクＭ１の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でアルミニウムイオンの打ち込みを行ってもよい。
【００４６】
（Ｓ３）少数キャリア注入層形成工程
マスクＭ１を除去した後、エピタキシャル層１１４の表面に、少数キャリア注入層１２８に対応する部分に開口を有する酸化硅素マスクＭ２を形成する。その後、当該酸化硅素マスクＭ２を介してエピタキシャル層１１４の所定部位にｐ型不純物としてのアルミニウムイオンをガードリング層形成工程においてよりも低エネルギー量でかつ多量打ち込んで少数キャリア注入層１２８（深さ：０．３μｍ、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）を形成する（図２（ｃ）参照。）。アルミニウムイオンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（３０ｋｅｖ、６０ｋｅｖ、・・・、１５０ｋｅｖ。）でもってアルミニウムイオンを多段に打ち込むことにより行う。なお、少数キャリア注入層形成工程においては、酸化硅素マスクＭ２の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でアルミニウムイオンの打ち込みを行ってもよい。
【００４７】
（Ｓ４）カーボン導入工程
少数キャリア注入層形成工程終了後、そのまま酸化硅素マスクＭ２を除去することなく、当該酸化硅素マスクＭ２を介してエピタキシャル層１１４の所定部位にライフタイム向上剤としてのカーボンを打ち込んでカーボン導入層１３２（最浅部：０．３μｍ、最深部：２．６μｍ、カーボン濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を形成する（図３（ａ）参照。）。カーボンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（１８０ｋｅｖ、３６０ｋｅｖ、・・・、１６２０ｋｅｖ。）でもってカーボンを多段に打ち込むことにより行う。なお、カーボン導入工程においては、酸化硅素マスクＭ２の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でカーボンの打ち込みを行ってもよい。
【００４８】
（Ｓ５）不純物活性化焼鈍工程
マスクＭ２を除去した後、半導体基体１１０の表面及び裏面に保護レジスト層（図示せず。）を形成した後、当該保護レジスト層を炭化してグラファイトマスク（図示せず。）を形成する。その後、半導体基体１１０を１６００℃以上の温度に加熱することによりｐ型不純物及びカーボンの活性化を行い、その後、グラファイトマスクを除去する（図３（ｂ）参照。）。その後、この工程で表面の荒れた半導体基体１１０の表面及び裏面を乾燥酸素雰囲気の下１０００℃以上の温度で犠牲酸化して犠牲酸化膜１４０，１４２を形成する（図３（ｃ）参照。）。
【００４９】
（Ｓ６）裏面Ｎｉシリサイド層形成工程
その後、半導体基体１１０の裏面の犠牲酸化膜１４２を除去した後、半導体基体１１０の裏面にニッケル層（厚さ：５０ｎｍ）を形成し、半導体基体１１０を９５０℃の温度でアニールすることにより、半導体基体１１０の裏面にＮｉのシリサイド層を形成する（図４（ａ）参照）。
【００５０】
（Ｓ７）オーミック金属層形成工程
その後、半導体基体１１０の表面の犠牲酸化膜１４０における少数キャリア注入層１２８に対応する部分に開口を有するレジストＭ３を形成する。その後、当該レジストＭ３をマスクとして犠牲酸化膜１４０をエッチングした後、半導体基体１１０の上方からチタン層（例えば１０ｎｍ）及びアルミニウム層（例えば５０ｎｍ）からなる積層膜を蒸着により形成し（図４（ｂ）参照。）、その後、リフトオフ法によりレジストＭ３及びレジストＭ３上に形成された積層膜を除去し、さらには犠牲酸化膜１４０を除去した後、半導体基体１１０を８００℃の温度でアニールすることにより、少数キャリア注入層１２８の上方にオーミック金属層１３０を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００５１】
（Ｓ８）バリアメタル層形成工程
その後、エピタキシャル層１１４の表面に、バリアメタルとしてのチタン層（１００ｎｍ）及び表面電極としてのアルミニウム層（２０００ｎｍ）を順次蒸着により形成した後、エッチングを行って、バリアメタル層１１８及び表面電極１２０を形成する（図５（ａ）参照）。）。
【００５２】
（Ｓ９）パッシベーション層形成工程
その後、半導体基体１１０の表面にポリイミドを塗布した後、バリアメタル層１１８の外周部分を覆う領域以外の領域からポリイミドを除去することにより、パッシベーション層１２２を形成する（図５（ｂ）参照。）。
【００５３】
（Ｓ１０）裏面電極形成工程
その後、半導体基体１１０の裏面にチタン層、ニッケル層及び銀層が積層された積層膜からなる裏面電極１２６を形成する（図５（ｃ）参照。）。
【００５４】
以上の工程を行うことによって、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造することができる。
【００５５】
３．ショットキーバリアダイオード１００の効果
以上のように構成された実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない小数キャリア注入層１２８の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【００５６】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２が少数キャリア注入層１２８の最深部よりも深い領域に形成されているため、カーボンを導入してもドリフト領域１１４におけるライフタイム向上に寄与しない小数キャリア注入層１２８にカーボンを導入することがなくなり、このことに起因して欠陥が発生するリスクを低減することが可能となる。
【００５７】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐを６倍して得られる長さ（６Ｌｐ）だけ深い深さ位置」よりも浅いため、小数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。
【００５８】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐと同じ長さＬｐだけ深い深さ位置」よりもさらに深いため、小数キャリアのライフタイムを十分に長くすることが可能となる。
【００５９】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にあるため、小数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。
【００６０】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「小数キャリア注入層１２８の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置」よりも深く、かつ、「小数キャリア注入層１２８の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置」よりも浅いため、カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合において、小数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。
【００６１】
さらにまた、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、少数キャリア注入層１２８の表面にはバリアメタル層１１８との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層１３０が形成されているため、少数キャリアの注入がスムーズに行われるようになる。
【００６２】
本発明は、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００のように、バリアメタル層１１８の端部に対応する領域にガードリング層１１６が形成されているショットキーバリアダイオードに好適に用いることができる。
【００６３】
［試験例］
図６は、ショットキーバリアダイオード１００における少数キャリア注入領域１２８の面積（能動領域の面積に対する小数キャリア注入領域１２８の面積）と順方向サージ耐量との関係を示す図である。図７は、ショットキーバリアダイオード１００における少数キャリア注入領域１２８の面積（能動領域の面積に対する小数キャリア注入領域１２８の面積）と順方向降下電圧との関係を示す図である。なお、これらの図において、従来のＳＢＤ９００は従来のショットキーバリアダイオード９００を示し、従来のＳＢＤ９０２は従来のショットキーバリアダイオード９０２を示し、実施形態１に係るＳＢＤ１００は実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を示す。また、図７中、小数キャリア注入層１２８の面積割合が３．６％、１１．６％又は２０％の場合においては、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００と従来のショットキーバリアダイオード９０２とで同一の順方向降下電圧が得られたため、図７においてはこれらを少しだけずらして表示している（図７中、左右方向両端のデータを除く真ん中の３点のデータ参照。）。
【００６４】
これらの試験例の結果、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、従来のショットキーバリアダイオード９００及び従来のショットキーバリアダイオード９０２のいずれの場合よりも高い順方向サージ耐量を得ることができる（図６参照。）。また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、従来のショットキーバリアダイオード９００及び従来のショットキーバリアダイオード９０２の場合と同等の順方向降下電圧を得ることができる（図７参照。）。従って、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能であることがわかった。
【００６５】
［実施形態２］
図８は、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２を説明するために示す図である。
実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、基本的には実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００と同様の構成を有するが、図８に示すように、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点で実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合とは異なる。
【００６６】
このように、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点で実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合とは異なるが、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合と同様に、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない小数キャリア注入層の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【００６７】
また、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２によれば、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層を形成する必要がないため、製造工程が簡略化され、製造工程が短く、製造コストの安価なショットキーバリアダイオードとなる。
【００６８】
なお、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点以外の点においては実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００が有する効果のうち該当する効果を有する。
【００６９】
以上、本発明のショットキーバリアダイオードを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００７０】
（１）上記した各実施形態においては、カーボン導入層１３２の幅が小数キャリア注入層１２８の幅と同一であり、また、カーボン導入層１３２の上面と小数キャリア注入層１２８の下面とが一致しているが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例１〜４に係るショットキーバリアダイオードを説明するために示す図である。図９（ａ）は変形例１に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｂ）は変形例２に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｃ）は変形例３に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｄ）は変形例４に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図である。図９に示すように、例えば、カーボン導入層１３２の幅が小数キャリア注入層１２８の幅よりも広くてもよいし（図９（ａ）参照。）、カーボン導入層１３２の幅が小数キャリア注入層１２８の幅よりも狭くてもよいし（図９（ｂ）参照。）、カーボン導入層１３２の上面が小数キャリア注入層１２８の下面よりも深い位置に位置していてもよいし（図９（ｃ）参照。）、カーボン導入層１３２の上面が小数キャリア注入層１２８の下面よりも浅い位置に位置していてもよい（図９（ｄ）参照。）。
【００７１】
（２）上記各実施形態においては、少数キャリア注入層が、平面的に見てガードリング層に囲まれた領域に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、少数キャリア注入層が、平面的に見てガードリング層の内部に形成されてもよい。
【００７２】
（３）上記した各実施形態においては、炭化珪素単結晶基板として結晶多形が４Ｈであるものを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、炭化珪素単結晶基板として結晶多形が６Ｈ又は３Ｃであるものを用いることもできる。
【００７３】
（４）上記した各実施形態においては、第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型として、本発明の半導体装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１００，１０２，９００，９０２，９０４…ショットキーバリアダイオード、１１０，９１０…半導体基体、１１２，９１２…炭化珪素単結晶基板、１１４，９１４…エピタキシャル層（ドリフト層）、１１６，９１６…ガードリング層、１１８，９１８…バリアメタル層、１２０，９２０…表面電極、１２２，９２２…パッシベーション層、１２４…シリサイド層、１２６，９２６…裏面電極、１２８，９２８…少数キャリア注入層、１３０…オーミック金属層、１３２，９３２…カーボン導入層、１４０，１４２…犠牲酸化膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーバリアダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素を半導体材料として用いたショットキーバリアダイオードは、高耐圧、低損失、低リーク電流、高温動作可能、高速動作可能などの優れた特徴を有する。図１０は、炭化珪素を半導体材料として用いた従来のショットキーバリアダイオード９００の断面図である。従来のショットキーバリアダイオード９００は、図１０に示すように、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体９１０（第１導電型の半導体基体）と、半導体基体９１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層９１８と、バリアメタル層９１８における端部の下方に形成されたガードリング層９１６とを備える。なお、半導体基体９１０は、炭化珪素からなるｎ＋型の炭化硅素単結晶基板９１２と、当該炭化硅素単結晶基板９１２上にエピタキシャル成長により形成された炭化珪素からなるｎ−型のドリフト層９１４とを備える。図１０中、符号９２０は表面電極を示し、符号９２２はパッシベーション層を示し、符号９２６は裏面電極を示す。
【０００３】
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオード９００においては、珪素を半導体材料として用いたショットキーバリアダイオードの場合とは異なり、ガードリング層９１６からの正孔（小数キャリア）の注入による伝導度変調が起こり難いため、順方向サージ耐量が弱いという問題がある。
【０００４】
そこで、このような問題を解決することのできるショットキーバリアダイオードが提案されている。図１１は、従来のショットキーバリアダイオード９０２の断面図である。従来のショットキーバリアダイオード９０２は、図１１に示すように、従来のショットキーバリアダイオード９００における半導体基体９１０の第１主面側表面に高濃度のｐ型不純物を含有する少数キャリア注入層９２８が部分的に形成された構造を有する。従来のショットキーバリアダイオード９０２によれば、順方向バイアス時に少数キャリア注入層９２８から正孔が注入されるようになる結果、伝導度変調によりドリフト層９１４の抵抗が下がり順方向サージ耐量を改善することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオード９０２においては、少数キャリア注入層９２８が形成された領域は順方向電流が流れる経路として使用できなくなるため、順方向降下電圧ＶＦが高くなってしまうという問題がある。すなわち、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとはトレードオフの関係にある。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、従来のショットキーバリアダイオード９０２における半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンを導入してカーボン導入層９３２を形成することが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。図１２は、そのように半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンを導入してカーボン導入層９３２が形成されたショットキーバリアダイオード９０４の断面図である。このようなショットキーバリアダイオード９０４によれば、図１２に示すように、半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンが導入されているため、注入された正孔のライフタイムが長くなる結果、伝導度変調が効率的に起こるようになり、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０５３６６７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Material Science Forum Vols. 527-529(2006) pp 1155-1158
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようなショットキーバリアダイオード９０４においては、カーボンを導入することに起因して、半導体基体９１０とバリアメタル層９１８との界面に欠陥が形成されてしまい、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうという新たな問題が発生する。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能で、かつ、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうことのないショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
［１］本発明のショットキーバリアダイオードは、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基体と、前記半導体基体における前記第１主面上に形成されたバリアメタル層と、前記半導体基体における前記第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度の第２導電型不純物を含有する小数キャリア注入層と、前記小数キャリア注入層の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層とを備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【００１２】
本発明のショットキーバリアダイオードによれば、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない小数キャリア注入層の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【００１３】
［２］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層は、前記少数キャリア注入層の最深部よりも深い領域に形成されていることが好ましい。
【００１４】
小数キャリア注入層にカーボンを導入してもドリフト領域におけるライフタイム向上に寄与しないため、上記のような構成とすることにより、小数キャリア注入層にカーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減することが可能となる。
【００１５】
［３］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長の６倍の長さだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい。
【００１６】
カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長の６倍の長さだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい理由は、上記の深さ位置よりも深い領域には少数キャリアがほとんど存在しないため、上記の深さ位置よりも深い領域にまでカーボン導入層を形成したとしても、小数キャリアのライフタイムをより一層長くする効果が得られないからである。また、上記の深さ位置よりも深い領域までカーボン導入層を形成した場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。
【００１７】
一方、カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりもさらに深いことが好ましい理由は、上記の深さ位置よりも浅い領域には、少数キャリア注入層から注入された少数キャリアが比較的多数存在しているため、上記の深さ位置に達しないようにカーボン導入層を形成したのでは、小数キャリアのライフタイムを長くする効果が十分に得られないからである。
【００１８】
［４］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることが好ましい。
【００１９】
カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６よりも低い場合には、小数キャリアのライフタイムを長くする効果が得られなくなる場合があるからであり、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１８よりも高い場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。この観点から言えば、カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、３×１０１６〜３×１０１７ｃｍ−３の範囲内にあることがより好ましい。
【００２０】
［５］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい。
【００２１】
カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合には、上記の深さ位置よりも深い領域には少数キャリアがほとんど存在しないため、上記の深さ位置よりも深い領域にまでカーボン導入層を形成したとしても、小数キャリアのライフタイムをより一層長くする効果が得られないからである。また、上記の深さ位置よりも深い領域までカーボン導入層を形成した場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。
【００２２】
一方、カーボン導入層の最深部が、小数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深いことが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合には、上記の深さ位置よりも浅い領域には、少数キャリア注入層から注入された少数キャリアが比較的多数存在しているため、上記の深さ位置に達しないようにカーボン導入層を形成したのでは、小数キャリアのライフタイムを長くする効果が十分に得られないからである。
【００２３】
［６］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記少数キャリア注入層の表面には、前記バリアメタル層との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層が形成されていることが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることにより、少数キャリアの注入がスムーズに行われるようになるからである。なお、オーミック金属層は、少数キャリア注入層の表面に部分的に形成されていてもよい。
【００２５】
［７］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記半導体基体における前記第１主面側の表面には、前記バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されていることが好ましい。
【００２６】
このように、本発明は、バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されているショットキーバリアダイオードに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を説明するために示す図である。
【図２】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図３】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図４】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図５】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造する際の製造工程を示す図である。
【図６】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の電気的特性を示す図である。
【図７】実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の電気的特性を示す図である。
【図８】実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２を説明するために示す図である。
【図９】変形例１〜４に係るショットキーバリアダイオードを説明するために示す図である。
【図１０】従来のショットキーバリアダイオード９００の断面図である。
【図１１】従来のショットキーバリアダイオード９０２の断面図である。
【図１２】ショットキーバリアダイオード９０４の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明のショットキーバリアダイオードについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００２９】
［実施形態１］
１．ショットキーバリアダイオード１００の構成
図１は、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を説明するために示す図である。図１（ａ）はショットキーバリアダイオード１００の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の符号Ｒ１で示す部分の拡大図である。
【００３０】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、図１に示すように、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し（以下、第１主面のことを表面と言い、第２主面のことを裏面と言うこともある。）、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体（第１導電型の半導体基体）１１０と、半導体基体１１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層１１８と、半導体基体１１０における第１主面側の表面に部分的に形成され、ｐ＋型の小数キャリア注入層（高濃度の第２導電型不純物を含有する小数キャリア注入層）１２８と、小数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備える。
【００３１】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、半導体基体１１０における第１主面側の表面には、バリアメタル層１１８の端部に対応する領域にｐ型のガードリング層（ガードリング層）１１６が形成されている。半導体基体１１０は、炭化珪素からなるｎ＋型の炭化硅素単結晶基板１１２と、当該炭化硅素単結晶基板１１２上に形成された炭化珪素からなるｎ−型のエピタキシャル層（以下、ドリフト層ということもある。）１１４とを備える。なお、図１中、符号１２２はパッシベーション層を示す。
【００３２】
炭化硅素単結晶基板１１２としては、ｎ型不純物濃度が例えば５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが例えば３０μｍ〜４００ｎｍ程度のものを用いることができる。また、炭化硅素単結晶基板１１２の結晶多形としては例えば４Ｈのものを用いることができる。
【００３３】
エピタキシャル層１１４としては、ｎ型不純物濃度が例えば５×１０１４ｃｍ−３〜５×１０１６ｃｍ−３程度、厚さが例えば３μｍ〜２０μｍ程度のものを用いることができる。
【００３４】
バリアメタル層１１８としては、エピタキシャル層１１４との間でショットキー接合を形成する金属（例えばチタン。）からなるバリアメタル層を用いることができる。バリアメタル層１１６上には、図１に示すように、バリアメタル層１１６とオーミック接続可能な表面電極（例えば、チタン及びアルミニウムが積層された積層膜、ニッケル膜など。膜厚２０００ｎｍ程度。）１２０を設け、これをアノード電極として用いる。バリアメタル層１１８の層厚は、例えば１００ｎｍである。
【００３５】
カソード電極としての裏面電極１２６としては、例えばチタン、ニッケル及び銀が積層された積層膜からなるものを用いることができる。裏面電極１２６は、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にそのまま形成しても良いし、図１に示すように、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にシリサイド層１２４を介して形成しても良い。シリサイド層１２４としては、例えば、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にニッケル層（厚さ：５０ｎｍ）を形成後アニールすることによって形成されるＮｉのシリサイド層を用いることができる。
【００３６】
ガードリング層１１６は、深さが０．５μｍ〜１．０μｍ程度であり、ｐ型不純物濃度が例えば１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度である。ガードリング層１１６は、エピタキシャル層１１４の表面所定領域において環状に形成されている。
【００３７】
小数キャリア注入層１２８は、深さが０．２μｍ〜０．５μｍ程度であり、ｐ型不純物濃度が例えば２×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３程度である。小数キャリア注入層１２８は、エピタキシャル層１１４の表面における能動領域（ガードリングに囲まれた領域）において部分的に形成されている（面積比率が例えば１％〜５０％。）。
【００３８】
少数キャリア注入層１２８の表面には、バリアメタル層１１８との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層１３０が形成されている。オーミック金属層１３０としては、例えば、チタン（例えば１０ｎｍ）及びアルミニウム（例えば５０ｎｍ）の積層膜を形成後アニールすることによって形成されるシリサイド層を用いることができる。
【００３９】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、上記したように、小数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備える。
カーボン導入層１３２は、少数キャリア注入層１２８の最深部よりも深い領域に形成されている。また、カーボン導入層１３２の最深部は、小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐと同じ長さＬｐだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐを６倍して得られる長さ６Ｌｐだけ深い深さ位置よりも浅い。
【００４０】
具体的には、カーボン導入層１３２の最深部は、小数キャリア注入層１２８の最深部から例えば０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、小数キャリア注入層１２８の最深部から例えば２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅い。
【００４１】
カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある。
【００４２】
２．ショットキーバリアダイオード１００の製造方法
図２〜図５は、ショットキーバリアダイオード１００の製造方法を示す図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）及び図５（ａ）〜図５（ｃ）は各工程図である。
【００４３】
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、図２〜図５に示す工程（Ｓ１）〜（Ｓ１０）を行うことによって製造することができる。以下、工程毎に説明する。
【００４４】
（Ｓ１）半導体基体準備工程
ｎ＋型の炭化珪素単結晶基板１１２（厚さ：４００μｍ、不純物（窒素）濃度：１×１０１９ｃｍ−３）と、炭化珪素単結晶基板１１２の上面に形成された炭化硅素からなるｎ−型のエピタキシャル層（ドリフト層）１１４（厚さ：５μｍ、不純物（窒素）濃度：５×１０１５ｃｍ−３）を備える半導体基体１１０を準備する（図２（ａ）参照。）。
【００４５】
（Ｓ２）ガードリング層形成工程
半導体基体１１０の表面を清浄化した後、エピタキシャル層１１４の表面に、ガードリング層１１６に対応する部分に開口を有する酸化硅素マスクＭ１を形成する。その後、当該酸化硅素マスクＭ１を介して、エピタキシャル層１１４の所定部位にｐ型不純物としてのアルミニウムイオンを打ち込んでガードリング層（深さ：０．７μｍ、ｐ型不純物濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を形成する（図２（ｂ）参照。）。アルミニウムイオンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（３０ｋｅｖ、６０ｋｅｖ、・・・、７００ｋｅｖ。）でもってアルミニウムイオンを多段に打ち込むことにより行う。なお、ガードリング層形成工程においては、マスクＭ１の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でアルミニウムイオンの打ち込みを行ってもよい。
【００４６】
（Ｓ３）少数キャリア注入層形成工程
マスクＭ１を除去した後、エピタキシャル層１１４の表面に、少数キャリア注入層１２８に対応する部分に開口を有する酸化硅素マスクＭ２を形成する。その後、当該酸化硅素マスクＭ２を介してエピタキシャル層１１４の所定部位にｐ型不純物としてのアルミニウムイオンをガードリング層形成工程においてよりも低エネルギー量でかつ多量打ち込んで少数キャリア注入層１２８（深さ：０．３μｍ、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）を形成する（図２（ｃ）参照。）。アルミニウムイオンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（３０ｋｅｖ、６０ｋｅｖ、・・・、１５０ｋｅｖ。）でもってアルミニウムイオンを多段に打ち込むことにより行う。なお、少数キャリア注入層形成工程においては、酸化硅素マスクＭ２の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でアルミニウムイオンの打ち込みを行ってもよい。
【００４７】
（Ｓ４）カーボン導入工程
少数キャリア注入層形成工程終了後、そのまま酸化硅素マスクＭ２を除去することなく、当該酸化硅素マスクＭ２を介してエピタキシャル層１１４の所定部位にライフタイム向上剤としてのカーボンを打ち込んでカーボン導入層１３２（最浅部：０．３μｍ、最深部：２．６μｍ、カーボン濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を形成する（図３（ａ）参照。）。カーボンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（１８０ｋｅｖ、３６０ｋｅｖ、・・・、１６２０ｋｅｖ。）でもってカーボンを多段に打ち込むことにより行う。なお、カーボン導入工程においては、酸化硅素マスクＭ２の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でカーボンの打ち込みを行ってもよい。
【００４８】
（Ｓ５）不純物活性化焼鈍工程
マスクＭ２を除去した後、半導体基体１１０の表面及び裏面に保護レジスト層（図示せず。）を形成した後、当該保護レジスト層を炭化してグラファイトマスク（図示せず。）を形成する。その後、半導体基体１１０を１６００℃以上の温度に加熱することによりｐ型不純物及びカーボンの活性化を行い、その後、グラファイトマスクを除去する（図３（ｂ）参照。）。その後、この工程で表面の荒れた半導体基体１１０の表面及び裏面を乾燥酸素雰囲気の下１０００℃以上の温度で犠牲酸化して犠牲酸化膜１４０，１４２を形成する（図３（ｃ）参照。）。
【００４９】
（Ｓ６）裏面Ｎｉシリサイド層形成工程
その後、半導体基体１１０の裏面の犠牲酸化膜１４２を除去した後、半導体基体１１０の裏面にニッケル層（厚さ：５０ｎｍ）を形成し、半導体基体１１０を９５０℃の温度でアニールすることにより、半導体基体１１０の裏面にＮｉのシリサイド層を形成する（図４（ａ）参照）。
【００５０】
（Ｓ７）オーミック金属層形成工程
その後、半導体基体１１０の表面の犠牲酸化膜１４０における少数キャリア注入層１２８に対応する部分に開口を有するレジストＭ３を形成する。その後、当該レジストＭ３をマスクとして犠牲酸化膜１４０をエッチングした後、半導体基体１１０の上方からチタン層（例えば１０ｎｍ）及びアルミニウム層（例えば５０ｎｍ）からなる積層膜を蒸着により形成し（図４（ｂ）参照。）、その後、リフトオフ法によりレジストＭ３及びレジストＭ３上に形成された積層膜を除去し、さらには犠牲酸化膜１４０を除去した後、半導体基体１１０を８００℃の温度でアニールすることにより、少数キャリア注入層１２８の上方にオーミック金属層１３０を形成する（図４（ｃ）参照）。
【００５１】
（Ｓ８）バリアメタル層形成工程
その後、エピタキシャル層１１４の表面に、バリアメタルとしてのチタン層（１００ｎｍ）及び表面電極としてのアルミニウム層（２０００ｎｍ）を順次蒸着により形成した後、エッチングを行って、バリアメタル層１１８及び表面電極１２０を形成する（図５（ａ）参照）。）。
【００５２】
（Ｓ９）パッシベーション層形成工程
その後、半導体基体１１０の表面にポリイミドを塗布した後、バリアメタル層１１８の外周部分を覆う領域以外の領域からポリイミドを除去することにより、パッシベーション層１２２を形成する（図５（ｂ）参照。）。
【００５３】
（Ｓ１０）裏面電極形成工程
その後、半導体基体１１０の裏面にチタン層、ニッケル層及び銀層が積層された積層膜からなる裏面電極１２６を形成する（図５（ｃ）参照。）。
【００５４】
以上の工程を行うことによって、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造することができる。
【００５５】
３．ショットキーバリアダイオード１００の効果
以上のように構成された実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない小数キャリア注入層１２８の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【００５６】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２が少数キャリア注入層１２８の最深部よりも深い領域に形成されているため、カーボンを導入してもドリフト領域１１４におけるライフタイム向上に寄与しない小数キャリア注入層１２８にカーボンを導入することがなくなり、このことに起因して欠陥が発生するリスクを低減することが可能となる。
【００５７】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐを６倍して得られる長さ（６Ｌｐ）だけ深い深さ位置」よりも浅いため、小数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。
【００５８】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「小数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐと同じ長さＬｐだけ深い深さ位置」よりもさらに深いため、小数キャリアのライフタイムを十分に長くすることが可能となる。
【００５９】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にあるため、小数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。
【００６０】
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「小数キャリア注入層１２８の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置」よりも深く、かつ、「小数キャリア注入層１２８の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置」よりも浅いため、カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合において、小数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。
【００６１】
さらにまた、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、少数キャリア注入層１２８の表面にはバリアメタル層１１８との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層１３０が形成されているため、少数キャリアの注入がスムーズに行われるようになる。
【００６２】
本発明は、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００のように、バリアメタル層１１８の端部に対応する領域にガードリング層１１６が形成されているショットキーバリアダイオードに好適に用いることができる。
【００６３】
［試験例］
図６は、ショットキーバリアダイオード１００における少数キャリア注入領域１２８の面積（能動領域の面積に対する小数キャリア注入領域１２８の面積）と順方向サージ耐量との関係を示す図である。図７は、ショットキーバリアダイオード１００における少数キャリア注入領域１２８の面積（能動領域の面積に対する小数キャリア注入領域１２８の面積）と順方向降下電圧との関係を示す図である。なお、これらの図において、従来のＳＢＤ９００は従来のショットキーバリアダイオード９００を示し、従来のＳＢＤ９０２は従来のショットキーバリアダイオード９０２を示し、実施形態１に係るＳＢＤ１００は実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を示す。また、図７中、小数キャリア注入層１２８の面積割合が３．６％、１１．６％又は２０％の場合においては、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００と従来のショットキーバリアダイオード９０２とで同一の順方向降下電圧が得られたため、図７においてはこれらを少しだけずらして表示している（図７中、左右方向両端のデータを除く真ん中の３点のデータ参照。）。
【００６４】
これらの試験例の結果、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、従来のショットキーバリアダイオード９００及び従来のショットキーバリアダイオード９０２のいずれの場合よりも高い順方向サージ耐量を得ることができる（図６参照。）。また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、従来のショットキーバリアダイオード９００及び従来のショットキーバリアダイオード９０２の場合と同等の順方向降下電圧を得ることができる（図７参照。）。従って、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能であることがわかった。
【００６５】
［実施形態２］
図８は、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２を説明するために示す図である。
実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、基本的には実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００と同様の構成を有するが、図８に示すように、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点で実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合とは異なる。
【００６６】
このように、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点で実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合とは異なるが、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合と同様に、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない小数キャリア注入層の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐圧と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
【００６７】
また、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２によれば、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層を形成する必要がないため、製造工程が簡略化され、製造工程が短く、製造コストの安価なショットキーバリアダイオードとなる。
【００６８】
なお、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点以外の点においては実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００が有する効果のうち該当する効果を有する。
【００６９】
以上、本発明のショットキーバリアダイオードを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００７０】
（１）上記した各実施形態においては、カーボン導入層１３２の幅が小数キャリア注入層１２８の幅と同一であり、また、カーボン導入層１３２の上面と小数キャリア注入層１２８の下面とが一致しているが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例１〜４に係るショットキーバリアダイオードを説明するために示す図である。図９（ａ）は変形例１に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｂ）は変形例２に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｃ）は変形例３に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｄ）は変形例４に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図である。図９に示すように、例えば、カーボン導入層１３２の幅が小数キャリア注入層１２８の幅よりも広くてもよいし（図９（ａ）参照。）、カーボン導入層１３２の幅が小数キャリア注入層１２８の幅よりも狭くてもよいし（図９（ｂ）参照。）、カーボン導入層１３２の上面が小数キャリア注入層１２８の下面よりも深い位置に位置していてもよいし（図９（ｃ）参照。）、カーボン導入層１３２の上面が小数キャリア注入層１２８の下面よりも浅い位置に位置していてもよい（図９（ｄ）参照。）。
【００７１】
（２）上記各実施形態においては、少数キャリア注入層が、平面的に見てガードリング層に囲まれた領域に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、少数キャリア注入層が、平面的に見てガードリング層の内部に形成されてもよい。
【００７２】
（３）上記した各実施形態においては、炭化珪素単結晶基板として結晶多形が４Ｈであるものを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、炭化珪素単結晶基板として結晶多形が６Ｈ又は３Ｃであるものを用いることもできる。
【００７３】
（４）上記した各実施形態においては、第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型として、本発明の半導体装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１００，１０２，９００，９０２，９０４…ショットキーバリアダイオード、１１０，９１０…半導体基体、１１２，９１２…炭化珪素単結晶基板、１１４，９１４…エピタキシャル層（ドリフト層）、１１６，９１６…ガードリング層、１１８，９１８…バリアメタル層、１２０，９２０…表面電極、１２２，９２２…パッシベーション層、１２４…シリサイド層、１２６，９２６…裏面電極、１２８，９２８…少数キャリア注入層、１３０…オーミック金属層、１３２，９３２…カーボン導入層、１４０，１４２…犠牲酸化膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基体と、
前記半導体基体における前記第１主面上に形成されたバリアメタル層と、
前記半導体基体における前記第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度の第２導電型不純物を含有する小数キャリア注入層と、
前記小数キャリア注入層の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層とを備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層は、前記少数キャリア注入層の最深部よりも深い領域に形成されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長を６倍して得られる長さだけ深い深さ位置よりも浅いことを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記少数キャリア注入層の表面には、前記バリアメタル層との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層が形成されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記半導体基体における前記第１主面側の表面には、前記バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項１】
第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基体と、
前記半導体基体における前記第１主面上に形成されたバリアメタル層と、
前記半導体基体における前記第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度の第２導電型不純物を含有する小数キャリア注入層と、
前記小数キャリア注入層の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層とを備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層は、前記少数キャリア注入層の最深部よりも深い領域に形成されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長を６倍して得られる長さだけ深い深さ位置よりも浅いことを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記カーボン導入層の最深部は、前記小数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、前記小数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記少数キャリア注入層の表面には、前記バリアメタル層との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層が形成されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のショットキーバリアダイオードにおいて、
前記半導体基体における前記第１主面側の表面には、前記バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２１０９３５（Ｐ２０１１−２１０９３５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６９４８（Ｐ２０１０−７６９４８）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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