半導体装置
【課題】SiCを含む基板を用いたショットキーダイオードのショットキー界面のドリフト層に結晶欠陥が生じている場合に、逆方向漏れ電流の発生を防ぐことで、半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体基板上のドリフト層2とショットキー電極4とのショットキー接合部を含むショットキーダイオードにおいて、ドリフト層2の上面に達する結晶欠陥12の上面に、ショットキー電極4を構成する金属に応じて規定される濃度および深さで、アクセプタ不純物を導入してp型半導体領域3を形成し、逆方向漏れ電流の増大を防ぐ。
【解決手段】半導体基板上のドリフト層2とショットキー電極4とのショットキー接合部を含むショットキーダイオードにおいて、ドリフト層2の上面に達する結晶欠陥12の上面に、ショットキー電極4を構成する金属に応じて規定される濃度および深さで、アクセプタ不純物を導入してp型半導体領域3を形成し、逆方向漏れ電流の増大を防ぐ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ショットキーダイオードに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)に比べてバンドギャップが大きく、絶縁破壊電界は1桁程度大きいという特徴を持つため、パワーデバイスに用いる材料として有望視されている。特に多数キャリアのみで動作するユニポーラ型整流素子のショットキーダイオードは、デバイスの構成上スイッチング動作時の逆方向電流(リカバリ電流)が流れないため、パワーモジュールの損失を低減する技術として有効である。
【0003】
ショットキーダイオードは、金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差によって生じるショットキー障壁を利用して整流作用を得るものである。ショットキー接合部にショットキー障壁の高さが高い金属材料を用いることで逆方向漏れ電流を小さくすることができるが、この場合、順方向バイアス時の立ち上がり電圧が高くなる。また、ショットキー接合部にショットキー障壁の高さが低い金属材料を用いることで順方向バイアス時の立ち上がり電圧を低くすることができるが、この場合は逆方向漏れ電流が大きくなる。
【0004】
特許文献1(特開2007−318031号公報)には、ショットキーダイオードのショットキー界面の半導体領域に結晶欠陥がある場合に、当該結晶欠陥があるショットキー界面の半導体領域の表面を選択的にp型化することで逆方向漏れ電流の発生を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−318031号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ショットキーダイオードの逆方向特性はショットキー界面の状態に非常に影響されやすく、界面付近に結晶欠陥などが存在すると逆方向漏れ電流が急激に大きくなる問題がある。これに対し、ショットキー界面の半導体領域の結晶欠陥が存在する表面を、ショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型に変換し、逆方向漏れ電流を抑制する手法が提案されている。
【0007】
しかし、ショットキー界面の欠陥部分にショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型の不純物を導入すれば、必ずショットキー界面の状態が改善されるわけではない。つまり、逆方向漏れ電流の抑制効果を奏するためには、ある一定値以上の前記不純物の注入深さおよびアクセプタ濃度が必要となるため、それらの数値を規定し、その数値条件を超えるように前記不純物を注入しなければ、漏れ電流の発生を抑制することができず、半導体装置の信頼性が低下する。
【0008】
本発明の目的は、半導体装置の信頼性を向上させることにある。
【0009】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0011】
本願の一発明による半導体装置は、n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の(a)〜(c)
(a)前記第1電極がTiまたはAlの場合
Na(cm−3)≦5×1019cm−3の時、D(μm)≧4.7−0.10×ln(Na)
Na(cm−3)>5×1019cm−3の時、D(μm)≧0.10
(b)前記第1電極がMoまたはWの場合
Na(cm−3)≦3×1018cm−3の時、D(μm)≧5.4−0.12×ln(Na)
Na(cm−3)>3×1018cm−3の時、D(μm)≧0.10
(c)前記第1電極がNiまたはPtまたはPdの場合
Na(cm−3)≦2×1017cm−3の時、D(μm)≧10.5−0.26×ln(Na)
Na(cm−3)>2×1017cm−3の時、D(μm)≧0.10
のいずれかのNaおよびDの組み合わせの条件を満たしているものである。
【発明の効果】
【0012】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【0013】
本発明によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体装置を示す平面図である。
【図2】図1のA−A線における断面図である。
【図3】図1のB−B線における断面図である。
【図4】ショットキーダイオードの逆方向漏れ電流の電流密度と電圧との関係を示すグラフである。
【図5】半導体領域に導入したAlが注入された深さに対する濃度分布を示すグラフである。
【図6】半導体領域に導入した不純物の接合深さと最大アクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
【図7】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図8】図7に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図9】図8に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2である半導体装置を示す断面図である。
【図11】本発明の実施の形態3である半導体装置を示す平面図である。
【図12】図11のC−C線における断面図である。
【図13】本発明の実施の形態3である半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0016】
(実施の形態1)
図1に本実施の形態の半導体装置の平面図を示し、図2および図3に図1のA−A線およびB−B線における断面図をそれぞれ示す。なお、図1の平面図は当該半導体装置の主要部分の配置関係を示すものであり、平面視における構造の位置関係および寸法などを正確に示すものではない。また、図を見やすくするため、図1ではドリフト層2上の電極および層間絶縁膜などの一部の層は図示していない。つまり図1では、半導体基板上に形成されたドリフト層2と、ドリフト層2の上面に形成された半導体領域とを主に示している。
【0017】
ここでは、SiC基板を有するショットキーダイオードの構造として、半導体基板上のドリフト層2の上面の一部にp型半導体領域3が形成されている構造を示している。なお、ここではp型半導体領域3を一つだけ図示しているが、p型半導体領域3はドリフト層2の上面に複数形成されていてもよい。
【0018】
図1に示すように、エピタキシャル成長法で形成されたn型の半導体領域であるドリフト層2の上面には、p型の不純物(例えばAl)が注入されたp型半導体領域3が局所的に形成されており、p型半導体領域3が形成されたドリフト層2の上面を囲むように、環状のp型半導体領域(ガードリング領域)8が形成されている。ガードリング領域8はp型半導体領域3が形成されたアクティブ領域を規定する環状の電界集中緩和構造である。図1は、例えばショットキーダイオードを有する半導体チップの中央部を示すものとする。
【0019】
図2は、図1のA−A線における断面図である。図2は本実施の形態における半導体装置の通電時に電流が流れるアクティブ領域(活性領域)の一部の断面構造を示している。なお、ここでいうアクティブ領域とは、半導体素子の通電時に電流が流れる領域を指すものとする。
【0020】
本実施の形態による半導体装置は、高い濃度で第1導電型(n型)の不純物(例えばN(窒素))が導入されたSiC(炭化珪素)を主に含むn+型の半導体基板1と、半導体基板1上に形成されたn−型のドリフト層2とを有している。ドリフト層2は第1導電型(n型)の不純物(例えばN(窒素))が半導体基板1よりも低い濃度で導入されたSiCを主に含む半導体領域であり、その上面には第1導電型と異なる第2導電型(p型)の不純物(例えばAl(アルミニウム))が導入されたp型半導体領域3が形成されている。
【0021】
ドリフト層2内には、ドリフト層2を半導体基板1上にエピタキシャル成長させて形成した際などに発生した結晶欠陥12が形成されている。結晶欠陥12はドリフト層2の上面に形成されたp型半導体領域3の上面に露出している。ここでは、結晶欠陥12はドリフト層2の上面に形成されたp型半導体領域3の上面からドリフト層2の下面まで連続して形成されているものとする。つまり、結晶欠陥12はドリフト層2の上面に形成されたp型半導体領域3の上面からドリフト層2の下面まで達しており、ドリフト層2を貫通している。ドリフト層2の上面に露出する結晶欠陥12は平面視においてp型半導体領域3内に形成されており、p型半導体領域3の外側の領域には形成されていない。p型半導体領域3は結晶欠陥12がショットキー電極4と接する領域に所定の深さDで形成されている。図2では、結晶欠陥12を破線で示している。なお、深さDの単位はμmである。
【0022】
ドリフト層2上には、ドリフト層2の上面およびp型半導体領域3の上面に接してショットキー電極4が形成されており、半導体基板1の下部には半導体基板1の裏面に接してオーミック電極5が形成されている。本実施の形態の半導体装置は、半導体基板1、ドリフト層2、p型半導体領域3、ショットキー電極4およびオーミック電極5を有するショットキーダイオードである。ショットキー電極4はアノード電極であり、オーミック電極5はカソード電極である。ショットキー電極4はドリフト層2の上面とショットキー接続されており、オーミック電極5は半導体基板1の裏面とオーミックに接続されている。なお、p型半導体領域3の上面とショットキー電極4とは、ショットキー接続されていてもオーミック接続されていてもどちらでもよい。
【0023】
図3に、図1のB−B線における断面図を示す。図3は本実施の形態のショットキーダイオードのアクティブ領域端部近傍に形成されたガードリング領域8を含む断面図である。図3に示すように、半導体基板1上のドリフト層2の上面には、平面視においてアクティブ領域を囲むように形成されたp型の不純物(例えばAl(アルミニウム))を含むガードリング領域8が形成されている。図2に示すショットキー電極4は図3に示すガードリング領域8の直上で終端しており、ショットキー電極4の端部およびショットキー電極4から露出するガードリング領域8の上面を覆うように層間絶縁膜9が形成されている。層間絶縁膜9は平面視において前記アクティブ領域を囲むように形成され、その中央部にはドリフト層2の上面およびp型半導体領域3(図1参照)の上面を露出する開口部10が形成されている。つまり、ここでは図1に示す環状のガードリング領域8に囲まれた領域がアクティブ領域(活性領域)である。開口部10の内側に露出し、ドリフト層2上に形成されたショットキー電極4は、例えばその上面にボンディングワイヤなどが接続され、ショットキーダイオードを外部の素子などに前記ボンディングワイヤを介して電気的に接続するためのボンディングパッドとして機能する電極である。
【0024】
図1の平面図では、ドリフト層2上のアクティブ領域上に形成されたショットキー電極4(図2参照)および層間絶縁膜9(図3参照)などの図示を省略しているが、層間絶縁膜9の矩形の開口部10の位置を破線で示している。すなわち、図1の矩形の破線で示す開口部10の内側には層間絶縁膜9は形成されておらず、破線で示す開口部10の外側には層間絶縁膜9(図示しない)が形成されている。
【0025】
ここで、ショットキーダイオードの動作について図2を用いて説明する。ショットキー電極4に正の電圧を印加することで、ショットキーダイオードに順方向の電圧が印加された場合、ドリフト層2とショットキー電極4との界面のショットキー接合面におけるショットキー障壁が低くなるため、電流はアノード電極であるショットキー電極4側からn型の半導体領域であるドリフト層2を通ってカソード電極であるオーミック電極5側へ流れる。逆に、逆方向の電圧が印加された場合には、ドリフト層2とショットキー電極4との界面のショットキー接合面におけるショットキー障壁が高くなり、空乏層が拡がるためショットキーダイオード内に電流は流れない。このような特性を利用し、ショットキーダイオードは整流作用を持つ素子として使用される。
【0026】
次に、本実施の形態の半導体装置の効果について説明する。
【0027】
ショットキーダイオードの逆方向特性はショットキー界面の状態に影響されやすく、ショットキー界面付近に結晶欠陥などの欠陥が存在すると逆方向漏れ電流が大きくなる問題がある。これに対し、ショットキー界面の半導体領域の結晶欠陥が存在する表面を、ショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型に変換することで、逆方向漏れ電流が大きくなることを防ぐことが考えられる。特に、鉄道車両などに用いられ大電流が流れるショットキーダイオードでは歩留まりが非常に低くなりやすいため、個別の素子毎に欠陥の有無を確認する。この確認作業により結晶欠陥を発見した場合には、逆方向漏れ電流の増大を防ぐ目的で、前述したようにショットキーダイオードのショットキー界面の半導体領域の欠陥部分を前記半導体領域と反対の導電型に変換することが考えられる。
【0028】
しかし、ショットキー界面の欠陥部分にショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型の不純物を導入すれば必ずショットキー界面の状態が改善されるわけではなく、逆方向漏れ電流の抑制効果を奏するためには、ある一定値以上の前記不純物の注入深さおよびアクセプタ濃度が必要となることが、本発明者らの検討により分かった。つまり、図2に示すp型半導体領域3を、特に不純物濃度および注入深さなどを規定せずにイオン注入法を用いて形成したのでは、結晶欠陥12に起因する逆方向漏れ電流の増大を防ぐことができない虞がある。
【0029】
例えば、p型半導体領域3の接合深さ(注入深さ)が浅い場合は、比較的高い不純物濃度が必要となり、それよりも不純物濃度が低い場合には、比較的深い接合深さが必要となる。つまり、p型半導体領域3の不純物濃度および接合深さの組み合わせがそれぞれ一定の条件以上の値でなければ、p型半導体領域3を形成しても逆方向漏れ電流の発生を防ぐことができない。
【0030】
また、ショットキー電極がNi(ニッケル)からなる場合は、比較的低い不純物濃度および接合深さの組み合わせでも方向漏れ電流の発生を防ぐことができるが、ショットキー電極が、Ni(ニッケル)よりも仕事関数が低いTi(チタン)などからなる場合には逆方向漏れ電流が流れやすくなるため、ショットキー電極にNi(ニッケル)を用いる場合に比べて不純物濃度および接合深さを大きくする必要がでてくる。つまり、ショットキー電極の部材によって逆方向漏れ電流の発生を防ぐことができるp型半導体領域3の不純物濃度および接合深さの組み合わせの条件も変わる。
【0031】
そこで、本実施の形態の半導体装置では、逆方向漏れ電流の増大を防ぐことができる前記不純物の注入深さおよび濃度を、後述するようにショットキー電極を構成する金属部材の種類に応じて規定した。
【0032】
本実施の形態では、SiCを含む半導体層と金属電極とが接するショットキー接合を備えた半導体装置を歩留まりよく提供するため、ショットキー接合領域に結晶欠陥が存在しても、逆方向漏れ電流を抑制できるよう、ドリフト層2とは反対の導電型を有するp型半導体領域3を必要な深さおよび濃度で形成する。この際、結晶欠陥を有するショットキー接合界面の良否を判定する逆方向漏れ電流密度Jcは以下のように決定した。
【0033】
本発明者らはまず、n型の4H−SiCからなる半導体基板上に、エピタキシャル成長法により形成したn型の4H−SiCからなる膜厚30μmのドリフト層を有するショットキーダイオードを多数用意した。当該ドリフト層の単位体積当たりのドナー密度は3×1015cm−3としている。これらの多数のショットキーダイオードはいずれも、半導体基板の裏面全面にオーミック電極としてAl(アルミニウム)層が形成されており、ドリフト層上の一部に、ドリフト層とショットキー接合しているショットキー電極が形成されている。前記ショットキー電極は、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)、またはNi(ニッケル)からなり、本発明者らはこれら三つの部材のそれぞれからなるショットキー電極を有するショットキーダイオードを複数用意した。図4に示すグラフは、前記多数のショットキーダイオードにおける逆方向電流−電圧特性を示すものである。つまり、図4に示すグラフの横軸はショットキーダイオードに印加する逆バイアスの電圧を示し、縦軸はショットキー電極に流れる電流の逆方向漏れ電流の単位面積当たりの電流密度を示している。
【0034】
本発明者らの実験では、ショットキー電極サイズ、すなわちショットキー接合面の面積が異なるショットキーダイオードを多数測定した結果、異物等に起因した短絡に近い過度の不良を有するショットキーダイオードを除き、特定の値以上の電流密度において、電流−電圧特性がショットキー電極サイズによらずほぼ揃うことが分かった。このときの電流密度は、ショットキー電極がTi(チタン)からなる場合は5×10−6A/cm2以上、Mo(モリブデン)からなる場合は1×10−6A/cm2以上、Ni(ニッケル)からなる場合は3×10−7A/cm2以上において、それぞれの部材のショットキー電極を有するショットキーダイオードにおいて電流−電圧特性がショットキー電極サイズによらず揃った。
【0035】
これに対し、ショットキー電極がTi(チタン)からなり電流密度が5×10−6A/cm2未満である場合には、ショットキー電極サイズが同一の場合でさえ、逆方向電流密度が数桁に亘ってばらついた。同様に、ショットキー電極がMo(モリブデン)からなり電流密度が1×10−6A/cm2未満である場合、およびショットキー電極がNi(ニッケル)からなり電流密度が3×10−7A/cm2未満である場合には、それぞれショットキー電極サイズが同一の場合でも、逆方向電流密度が数桁に亘ってばらついた。これらの結果のうち、図4は各電極材料のショットキー電極毎に、最も逆方向電流密度の低かった結果のみを示している。図4に示すように、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)または(Ni)を材料とするショットキー電極を有する複数のショットキーダイオードのそれぞれは、ショットキー電極の部材によって異なる特定の電流密度を上限として電流−電圧特性がばらついている。本発明者らは、逆方向電流密度が高かった素子を抽出し、ショットキー電極を除去した後に電子顕微鏡を用いてドリフト層断面を観察した結果、結晶形が4H−SiCとは異なる6H−SiCを含有する結晶欠陥の存在を確認した。
【0036】
図4に示す逆方向漏れ電流密度は、ショットキー電極とドリフト層との界面の電界によって決まると推察される。つまり、前記実験ではドナー密度3×1015cm−3、膜厚30μmの条件でエピタキシャル成長させて形成したドリフト層を有する試料を用いたが、逆方向漏れ電流密度Jcの値は、エピタキシャル成長層(ドリフト層)の前記ドナー密度(濃度)および前記膜厚などに直接的には影響されないと考えられる。
【0037】
ここで、図4のグラフにおいて電流−電圧特性がショットキー電極のサイズによらず揃う下限値、つまり電流−電圧特性がショットキー電極の面積に比例する電流密度の下限値から、以下のように、ショットキーダイオードの電流−電圧特性がばらつかない最も低い値を逆方向漏れ電流密度Jbとして定めた。逆方向漏れ電流密度Jbはショットキー電極の部材によって数値が異なり、逆方向漏れ電流密度Jcが逆方向漏れ電流密度Jbを上回ると、逆方向漏れ電流密度Jcが明確に増大し、ショットキーダイオードの逆方向特性が悪化する。したがって、ショットキーダイオードの逆バイアス時の逆方向漏れ電流の増大を防ぐためには、逆方向漏れ電流密度Jcを逆方向漏れ電流密度Jb以下の値にする必要がある。以下に、ショットキー電極の材料別の逆方向漏れ電流密度Jbを示す。
【0038】
本実施の形態では、ショットキー電極がTi(チタン)または仕事関数が4.3eV程度でTi(チタン)の仕事関数とほぼ等しいAl(アルミニウム)からなる場合にはJb=5×10−6A/cm2として定義した。また同様に、ショットキー電極がMo(モリブデン)または仕事関数が4.7eV程度でMo(モリブデン)の仕事関数とほぼ等しいW(タングステン)からなる場合にはJb=1×10−6A/cm2として定義した。また同様に、ショットキー電極がNi(ニッケル)、仕事関数が5.1eV程度でNi(ニッケル)とほぼ等しいPt(プラチナ)またはPd(パラジウム)からなる場合にはJb=3×10−7A/cm2として定義した。
【0039】
SiC(炭化珪素)を用いた半導体装置におけるアクセプタ不純物としては、Al(アルミニウム)またはB(ホウ素)を用いることが考えられる。以下では、Al(アルミニウム)を用いた場合を例に説明するが、B(ホウ素)を用いた場合でも課題を解決する手段としては同じアクセプタ濃度で規定することができる。
【0040】
図5は、本発明者らが実験により計測した結果であり、ドリフト層にAl(アルミニウム)をイオン注入した際の、当該ドリフト層の上面から深さ方向にかけてのAl濃度分布を示すグラフである。図5のグラフでは、横軸はドリフト層の上面から深さ方向への距離を示しており、縦軸はイオン注入されたAl(アルミニウム)の濃度を示している。ここではAl(アルミニウム)を注入する際に注入エネルギーを多段にし、最大アクセプタ濃度Naが一定となるようにして3通りのAl濃度分布を計測している。具体的には、イオン注入を五段の多段注入とし、最大アクセプタ濃度Naの値を1×1018cm−3としている。また、Al濃度の計測の際は、結晶欠陥領域中のドリフト層の表面における20μm×20μmの面積に対してマイクロSIMS(Secondary Ion microprobe Mass Spectrometer:二次イオン質量分析)を用いて評価している。
【0041】
マイクロSIMSは通常のSIMSに比較して微小領域の分析ができる反面、分析領域が狭く二次イオン強度が弱くなるため、Al濃度が1×1016cm−3未満になるとノイズの影響でAl濃度を正確に測定できない。ただし、3×1016cm−3以上では再現性がよく、Al濃度の定量評価が可能であることが分かった。
【0042】
そこで、図6に示すように、ドリフト層の上面から、アクセプタ濃度が3×1016cm−3となる位置までの深さ(距離)をDとして定義し、逆方向漏れ電流密度Jcを下回るNaとDの組み合わせを求めた。図6に示すグラフは、横軸を最大アクセプタ濃度Naとし、縦軸をアクセプタ(Al)の深さDとしたグラフである。図6のグラフにおいて、白い四角のプロットを結んだグラフはショットキー電極の部材にTi(チタン)を用いた場合のグラフであり、白い丸のプロットを結んだグラフはショットキー電極の部材にMo(モリブデン)を用いた場合のグラフであり、白い三角のプロットを結んだグラフはショットキー電極の部材にNi(ニッケル)を用いた場合のグラフである。例えば、図5のグラフにおいて、ショットキー電極の部材にMo(モリブデン)を用いた場合のアクセプタの注入深さがD=0.32μmであるデータ点は、図6の黒い丸のプロットに相当する。
【0043】
図6の黒い三角のプロットで示すように、ショットキー電極がMo(モリブデン)からなり、Na=1×1018cm−3の場合、深さDが0.32μm以上であれば逆方向漏れ電流密度Jcを上述したJb=1×10−6A/cm2以下にできるが、図6の黒いひし形のプロットで示すように、深さDが0.32μm未満では逆方向漏れ電流密度JcがJb=1×10−6A/cm2を超えてしまうことが分かった。同様な検討を、ショットキー電極がTi(チタン)からなる場合およびNi(ニッケル)からなる場合のそれぞれに関して行った結果、以下の関係を満たせば、逆方向漏れ電流密度Jcが、ショットキー電極の部材毎に定義される逆方向漏れ電流密度Jbの値を下回ることが判明した。このことは図6のTi、Mo、Niのそれぞれの場合のグラフから読み取ることができる。
(a)ショットキー電極がTiまたはAlの場合
Na(cm−3)≦5×1019cm−3の時、D(μm)≧4.7−0.10×ln(Na)
Na(cm−3)>5×1019cm−3の時、D(μm)≧0.10
(b)ショットキー電極がMoまたはWの場合
Na(cm−3)≦3×1018cm−3の時、D(μm)≧5.4−0.12×ln(Na)
Na(cm−3)>3×1018cm−3の時、D(μm)≧0.10
(c)ショットキー電極がNiまたはPtまたはPdの場合
Na(cm−3)≦2×1017cm−3の時、D(μm)≧10.5−0.26×ln(Na)
Na(cm−3)>2×1017cm−3の時、D(μm)≧0.10
以上に述べたように、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に順に形成されたドリフト層およびショットキー電極と、半導体基板の裏面とオーミック接続するオーミック電極を備えるショットキーダイオードを含み、ドリフト層内にショットキー電極とドリフト層とのショットキー接合部の界面にまで到達する結晶欠陥が存在するものである。当該半導体装置は、前記ショットキー電極を構成する金属部材に応じて規定される濃度および深さまで前記結晶欠陥を含む領域の導電型がp型化していることを特徴としている。
【0044】
ショットキー界面の状態を改善するために結晶欠陥の形成部分にp型の半導体層を形成するというだけでは、p型半導体領域3(図2参照)をどのような条件で形成すればよいのかが不明確であるが、上記の深さDおよび最大アクセプタ濃度Naの組み合わせを定めることにより、結晶欠陥の存在に起因して逆方向漏れ電流が増大することを防ぐために必要なp型半導体領域3(図2参照)の深さおよび不純物濃度の値が明確となる。
【0045】
本実施の形態の半導体装置では、上述したように、ショットキー電極を構成する金属部材によって、最大アクセプタ濃度Naに対応する不純物の注入深さ(接合深さ)Dの値を規定し、この規定値以上の深さまたは濃度で結晶欠陥の形成箇所にp型不純物(例えばAl(アルミニウム))を打ち込んで結晶欠陥の形成部分の上面をp型化している。これにより、ショットキー界面の結晶欠陥部を介して逆方向漏れ電流が流れることを防ぐことができる。また、ショットキーダイオードの逆方向漏れ電流を低減することできるため、当該ショットキーダイオードを有する半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0046】
以下に、本実施の形態の半導体装置の製造工程を、図1〜3および図7〜9を用いて説明する。図7〜図9は、図1のA−A線における断面と同じ位置における製造工程中の半導体装置の断面図である。
【0047】
まず、図7に示すように、SiC(炭化珪素)を主に含むn+型の半導体基板1を準備し、半導体基板1上にエピタキシャル成長法を用いて低不純物濃度のn−型のドリフト層2を形成する。半導体基板1およびドリフト層2はいずれもn型の不純物(例えばN(窒素))を含んでおり、半導体基板1はドリフト層2よりも高い濃度のn型の不純物(例えばN(窒素))を含んでいる。
【0048】
半導体基板1の不純物濃度は、1×1018〜1×1019cm−3程度であり、半導体基板1の主面は(0001)面、(000−1)面、(11−20)面などを用いることが考えられるが、本実施の形態では、半導体基板1のこれらの主面のいずれを選択してもよい。
【0049】
半導体基板1上のドリフト層2の仕様は、後の工程を経て形成するショットキーダイオードについて設定する耐圧によって異なるが、ドリフト層2に含まれる不純物は半導体基板1と同一の導電型で、例えば1×1015〜4×1016cm−3程度の濃度範囲とし、ドリフト層2の厚さは3〜80μm程度の範囲とする。
【0050】
このとき、半導体基板1上にエピタキシャル成長法により形成されたドリフト層2内には、半導体基板1の上面の異物または欠陥などに起因して、ドリフト層2の上面に達する結晶欠陥12が形成されている。ドリフト層2の上面に露出する結晶欠陥は12は、後の工程でドリフト層2の上面にショットキー接合させたショットキー電極を設けることで形成するショットキー電極において、逆方向漏れ電流を増大させる原因となり得るものである。
【0051】
次に、図8に示すように、結晶欠陥12の位置を周知の光学的手法等を用いて検出し、その位置を記憶させる。その後、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いてドリフト層2上の全面に酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布する。続いて、電子ビームリソグラフィ法を用いて、前述した工程で検出して記憶した結晶欠陥12の位置の直上の領域に形成された前記フォトレジスト膜を除去する。続いて、反応性イオンエッチング法を用いて前記フォトレジスト膜から露出している前記絶縁膜を除去することで前記絶縁膜をパターニングし、ドリフト層2の上面に形成された結晶欠陥12を露出させることで、前記絶縁膜からなるマスク材料層6を形成する。このとき、ドリフト層2の上面に形成された結晶欠陥12は、その全体がマスク材料層6から露出しているものとする。
【0052】
次に、図9に示すように、マスク材料層6から露出するドリフト層2の上面にp型の不純物(例えばAl(アルミニウム))をイオン注入することにより、ドリフト層2の上面にp型半導体領域3を形成する。p型半導体領域3を形成するためのp型の不純物(例えばAl(アルミニウム))の濃度(最大アクセプタ濃度Na)および注入深さ(深さD)は、図6に黒い丸で示した条件とする。つまり、後の工程でドリフト層2上に形成するショットキー電極はMo(モリブデン)により形成し、p型半導体領域3を形成するためのp型不純物の最大アクセプタ濃度Naは1×1018cm−3程度とし、深さD(図2参照)は0.32μm程度とする。なお、Al(アルミニウム)は比較的熱処理による拡散が少ない物質であり、イオン注入をした時点でその濃度分布(プロファイル)がほぼ決定する。
【0053】
その後、図示は省略するが、マスク材料層6を除去した後、p型半導体領域3を形成した工程と同様の手順で、平面視においてp型半導体領域3が形成されたアクティブ領域の周囲を囲うように、半導体チップの外周部となる領域にp型不純物(例えばAl(アルミニウム))を注入してガードリング領域8(図3参照)を形成する。ガードリング領域8は、形成するショットキーダイオードのアクティブ領域を規定する半導体領域である。
【0054】
次に、イオン注入した不純物の活性化を目的とした熱処理(アニール)を行った後、半導体基板1の裏面にオーミックに接するオーミック電極5を、スパッタリング法などを用いて形成する。
【0055】
次に、ドリフト層2の上面およびp型半導体領域3の上面に接するように、ドリフト層2上にスパッタリング法などを用いて金属膜を形成する。その後、当該金属膜をリソグラフィ技術およびエッチング法を用いてパターニングし、当該金属膜からなるショットキー電極4を形成することで、図2に示す本実施の形態の半導体装置の主要部分が完成する。なお、ショットキー電極を構成する前記金属膜は、ここではMo(モリブデン)膜であるものとする。
【0056】
その後、半導体装置の表面保護または電極端からの放電の防止などの目的で、半導体基板1上の全面にSiO2などからなる絶縁膜を形成し、電極端子を形成するためにアクティブ領域の上部の一部の前記絶縁膜をパターニングして、ショットキー電極4の上面を露出する開口部10(図3参照)を形成し、前記絶縁膜からなる層間絶縁膜9(図3参照)を形成することで、図1〜図3に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。ここではショットキー電極4の端部を形成する方法として、図3に示すようにガードリング領域(p型半導体領域)8上で終端するようにショットキー電極4を加工する方法を用いている。
【0057】
ガードリング領域8は、ショットキー電極4の端部、またはショットキー電極4と層間絶縁膜9(図3参照)との境界部分に電界が集中しないように設けられている半導体領域である。上述した図3に示す構造では、ショットキー電極4の端部はガードリング領域8の直上に配置されている。なお、上述した製造工程の説明ではガードリング領域8とp型半導体領域3とを別工程で形成する方法について説明しているが、ガードリング領域8とp型半導体領域3とは同一工程で形成してもよい。
【0058】
また、ここではショットキーダイオードの主要部分のみについて説明したが、半導体チップの周縁部には、アクティブ領域を囲むようにFLR(Field Limiting Ring)またはJTE(Junction Termination Extension)などの電界集中緩和構造を設けてもよい。このような電界集中緩和構造(チャネルストッパ)は、図7を用いて説明したドリフト層2の形成工程の後であって、注入不純物の活性化アニールの前に、周知のリソグラフィ技術、ドライエッチング法、およびイオン注入を用いてドリフト層2の上面に形成する。
【0059】
また、本実施の形態では、マスク材料層6(図8参照)の部材にSiO2を適用したが、マスク材料層6の部材は例えば窒化シリコン膜またはフォトレジスト膜でもよく、イオン注入時のマスクとなる材料であれば、その他の材料でも適用できる。
【0060】
上述した製造工程では、p型半導体領域3における最大アクセプタ濃度Naおよび深さDとして図6にプロットした黒い丸の条件を選択したが、上述した製造工程のように、ショットキー電極をMo(モリブデン)により形成する場合は、図6の実線のグラフと同じかそれよりも高い数値条件の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの組み合わせであれば、最大アクセプタ濃度Naおよび深さDは適宜変更することができる。また、ショットキー電極の部材をMo(モリブデン)ではなくW(タングステン)とした場合も同様である。
【0061】
なお、ショットキー電極の部材にTi(チタン)またはAl(アルミニウム)を選択した場合には図6の破線と同じかそれよりも高い条件の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの組み合わせを選択すればよい。また、ショットキー電極の部材にNi(ニッケル)、Pt(プラチナ)またはPd(パラジウム)を選択した場合には、図6の一点鎖線と同じか、それよりも高い条件の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの組み合わせであればよい。
【0062】
このように、ショットキー電極を構成する金属部材によって、最大アクセプタ濃度Naに対応する不純物の注入深さ(接合深さ)D(図2参照)の値を規定し、この規定値以上の深さまたは濃度で結晶欠陥の形成箇所にp型不純物(例えばAl(アルミニウム))を打ち込んで結晶欠陥の形成部分の上面をp型化することにより、ショットキー界面の結晶欠陥部を介して逆方向漏れ電流が流れることを防ぐことができる。これにより、ショットキーダイオードの逆方向漏れ電流を低減することできるため、当該ショットキーダイオードを有する半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0063】
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、ショットキーダイオードを有する半導体チップのアクティブ領域内において、ショットキー界面の結晶欠陥が形成されている箇所にのみp型半導体領域を形成する構造について説明した。これに対し、装置全体の中に上述したようなショットキーダイオードを有する半導体チップが複数存在する場合、複数の半導体チップのうちの一部の半導体チップのみに前記p型半導体領域を形成したのでは、結晶欠陥を有する半導体チップと、結晶欠陥を有しない半導体チップとの間に、電流容量の差などの性能ばらつきが生じる。例えば、インバータを構成する回路では、ショットキーダイオードを有する半導体チップを6つペアで用いる場合があり、そのうちの一部の半導体チップにおいて結晶欠陥による逆方向特性の悪化を防ぐ目的でショットキー界面にp型半導体領域を形成すると、前記一部の半導体チップとp型半導体領域が形成されていない他の正常な半導体チップとの間で性能ばらつきが発生することを抑えるために、回路を調整する必要が生じる。
【0064】
このような性能ばらつきを回路上補正する手間を省くため、本実施の形態では、結晶欠陥を有しない半導体チップにおいても、結晶欠陥を有する半導体チップに設けるp型半導体領域と同じ面積のダミーp型半導体領域3a(図10参照)を設けている。
【0065】
図10は本実施の形態における半導体装置を構成する半導体チップに形成された、ショットキーダイオードを示す断面図である。図10には示していないが、本実施の形態の半導体装置は、図10に示すショットキーダイオードを含む半導体チップの他に、図2に示すような結晶欠陥と、前記実施の形態1で説明したような深さおよび不純物濃度でp型半導体領域3とが形成されたショットキーダイオードを含む半導体チップを有しているものとする。
【0066】
図10に示すショットキーダイオードは図2に示す前記実施の形態1のショットキーダイオードと同様の構造を有しているが、ドリフト層2には結晶欠陥が形成されていない。したがって、ショットキー界面の状態を改善する目的でドリフト層2の上面にp型半導体領域を形成する必要はないが、ここでは実施の形態1で説明したp型半導体領域3と同じ面積を有するダミーp型半導体領域3aを設けている。ダミーp型半導体領域3aの形成箇所はドリフト層2の上面の任意の箇所であり、図10のショットキーダイオードの製造方法は前記実施の形態1と同様である。
【0067】
本実施の形態の半導体装置では、前記実施の形態1に示した結晶欠陥を有する半導体チップと、結晶欠陥を有しない半導体チップ(図10参照)との間に生じる電流容量の差などの性能ばらつきを、回路上の補正を行うことなく抑制することができる。これにより、複数の半導体チップ間の性能ばらつきの発生を防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【0068】
(実施の形態3)
本実施の形態の半導体装置は、ショットキーダイオードを構成するドリフト層の上面に、所定の間隔で複数のp型半導体領域を設けたJBS(Junction Barrier Schottky)構造のダイオード(以下単にJBSダイオードという)に適用したものである。つまり、本実施の形態の半導体装置は、前記実施の形態1で説明した半導体装置とほぼ同様の構造を有しているが、図11および図12に示すように、ドリフト層2の上面に所定の間隔で複数のp型半導体領域13が形成されている点で前記実施の形態1の半導体装置と異なる。なお、図11は本実施の形態の半導体装置を示す平面図であり、図12は図11のC−C線における断面図である。
【0069】
接合障壁領域であるp型半導体領域13は、半導体基板1の主面に沿う第1方向に延在する半導体領域であって、第1方向に直交して半導体基板の主面に沿う第2方向に複数並んだ縞状(ストライプ状)のパターンを有している。第2方向において隣り合うp型半導体領域13同士の間にはドリフト層2の上面が露出し、図12に示すように、p型半導体領域13同士の間で露出するドリフト層2の上面とショットキー電極4とがショットキー接合することでショットキーダイオードが形成されている。
【0070】
このようなJBSダイオードでは、逆方向電圧の印加時に隣り合うp型半導体領域13同士の間に空乏層が形成され、ショットキー界面にかかる電界を緩和することができるため、逆方向漏れ電流を前記実施の形態1の半導体装置よりも低減することができる。しかし、結晶欠陥12がショットキー界面に存在し、ドリフト層2の上面に露出する結晶欠陥12にp型半導体領域が形成されていないと、前記実施の形態1で説明したように逆方向漏れ電流が増加する問題が発生する。
【0071】
本実施の形態では、図11および図12に示す結晶欠陥12の表面領域を、前述したように一定の値以上の深さおよび一定の値以上の濃度でp型化することにより、前記実施の形態1と同様に、逆方向漏れ電流を低減することができる。本実施の形態の半導体装置は、図11および図12に示すように、JBSダイオードのショットキー界面において、一定周期でp型半導体領域13のパターンが形成されているアクティブ領域内に、前記パターン以外のp型半導体領域3が独立して存在する構造となっている。
【0072】
上記したJBSダイオードを形成する場合は、図7を用いて説明した工程の後に、図13の断面図に示すように、マスク材料としての絶縁膜14を堆積し、フォトリソグラフィ技術および反応性イオンエッチング法を用いて、絶縁膜14を第1方向に延在する複数のパターンに加工した後、絶縁膜14から露出するドリフト層2の上面にAlイオンをイオン注入することで、ドリフト層2の上面にp型半導体領域13を複数形成する。p型半導体領域13を形成する工程は、図8を用いて説明した工程の後であってもよく、また、図9を用いて説明した工程の後であってもよい。その他の製造工程は前記実施の形態1と同様である。また、p型半導体領域3を形成する際の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの選択も、前記実施の形態1と同じ条件とする。
【0073】
これにより、ショットキー界面の電界を緩和することができるJBSダイオードにおいても、前記実施の形態1で説明した半導体装置と同様の効果を得ることができる。
【0074】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明の半導体装置は、ショットキーダイオードを有する半導体装置に幅広く利用されるものである。
【符号の説明】
【0076】
1 半導体基板
2 ドリフト層
3 p型半導体領域
3a ダミーp型半導体領域
4 ショットキー電極
5 オーミック電極
6 マスク材料層
8 ガードリング領域
9 層間絶縁膜
10 開口部
12 結晶欠陥
13 p型半導体領域
14 絶縁膜
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ショットキーダイオードに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)に比べてバンドギャップが大きく、絶縁破壊電界は1桁程度大きいという特徴を持つため、パワーデバイスに用いる材料として有望視されている。特に多数キャリアのみで動作するユニポーラ型整流素子のショットキーダイオードは、デバイスの構成上スイッチング動作時の逆方向電流(リカバリ電流)が流れないため、パワーモジュールの損失を低減する技術として有効である。
【0003】
ショットキーダイオードは、金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差によって生じるショットキー障壁を利用して整流作用を得るものである。ショットキー接合部にショットキー障壁の高さが高い金属材料を用いることで逆方向漏れ電流を小さくすることができるが、この場合、順方向バイアス時の立ち上がり電圧が高くなる。また、ショットキー接合部にショットキー障壁の高さが低い金属材料を用いることで順方向バイアス時の立ち上がり電圧を低くすることができるが、この場合は逆方向漏れ電流が大きくなる。
【0004】
特許文献1(特開2007−318031号公報)には、ショットキーダイオードのショットキー界面の半導体領域に結晶欠陥がある場合に、当該結晶欠陥があるショットキー界面の半導体領域の表面を選択的にp型化することで逆方向漏れ電流の発生を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−318031号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ショットキーダイオードの逆方向特性はショットキー界面の状態に非常に影響されやすく、界面付近に結晶欠陥などが存在すると逆方向漏れ電流が急激に大きくなる問題がある。これに対し、ショットキー界面の半導体領域の結晶欠陥が存在する表面を、ショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型に変換し、逆方向漏れ電流を抑制する手法が提案されている。
【0007】
しかし、ショットキー界面の欠陥部分にショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型の不純物を導入すれば、必ずショットキー界面の状態が改善されるわけではない。つまり、逆方向漏れ電流の抑制効果を奏するためには、ある一定値以上の前記不純物の注入深さおよびアクセプタ濃度が必要となるため、それらの数値を規定し、その数値条件を超えるように前記不純物を注入しなければ、漏れ電流の発生を抑制することができず、半導体装置の信頼性が低下する。
【0008】
本発明の目的は、半導体装置の信頼性を向上させることにある。
【0009】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0011】
本願の一発明による半導体装置は、n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の(a)〜(c)
(a)前記第1電極がTiまたはAlの場合
Na(cm−3)≦5×1019cm−3の時、D(μm)≧4.7−0.10×ln(Na)
Na(cm−3)>5×1019cm−3の時、D(μm)≧0.10
(b)前記第1電極がMoまたはWの場合
Na(cm−3)≦3×1018cm−3の時、D(μm)≧5.4−0.12×ln(Na)
Na(cm−3)>3×1018cm−3の時、D(μm)≧0.10
(c)前記第1電極がNiまたはPtまたはPdの場合
Na(cm−3)≦2×1017cm−3の時、D(μm)≧10.5−0.26×ln(Na)
Na(cm−3)>2×1017cm−3の時、D(μm)≧0.10
のいずれかのNaおよびDの組み合わせの条件を満たしているものである。
【発明の効果】
【0012】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【0013】
本発明によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体装置を示す平面図である。
【図2】図1のA−A線における断面図である。
【図3】図1のB−B線における断面図である。
【図4】ショットキーダイオードの逆方向漏れ電流の電流密度と電圧との関係を示すグラフである。
【図5】半導体領域に導入したAlが注入された深さに対する濃度分布を示すグラフである。
【図6】半導体領域に導入した不純物の接合深さと最大アクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
【図7】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図8】図7に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図9】図8に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。
【図10】本発明の実施の形態2である半導体装置を示す断面図である。
【図11】本発明の実施の形態3である半導体装置を示す平面図である。
【図12】図11のC−C線における断面図である。
【図13】本発明の実施の形態3である半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0016】
(実施の形態1)
図1に本実施の形態の半導体装置の平面図を示し、図2および図3に図1のA−A線およびB−B線における断面図をそれぞれ示す。なお、図1の平面図は当該半導体装置の主要部分の配置関係を示すものであり、平面視における構造の位置関係および寸法などを正確に示すものではない。また、図を見やすくするため、図1ではドリフト層2上の電極および層間絶縁膜などの一部の層は図示していない。つまり図1では、半導体基板上に形成されたドリフト層2と、ドリフト層2の上面に形成された半導体領域とを主に示している。
【0017】
ここでは、SiC基板を有するショットキーダイオードの構造として、半導体基板上のドリフト層2の上面の一部にp型半導体領域3が形成されている構造を示している。なお、ここではp型半導体領域3を一つだけ図示しているが、p型半導体領域3はドリフト層2の上面に複数形成されていてもよい。
【0018】
図1に示すように、エピタキシャル成長法で形成されたn型の半導体領域であるドリフト層2の上面には、p型の不純物(例えばAl)が注入されたp型半導体領域3が局所的に形成されており、p型半導体領域3が形成されたドリフト層2の上面を囲むように、環状のp型半導体領域(ガードリング領域)8が形成されている。ガードリング領域8はp型半導体領域3が形成されたアクティブ領域を規定する環状の電界集中緩和構造である。図1は、例えばショットキーダイオードを有する半導体チップの中央部を示すものとする。
【0019】
図2は、図1のA−A線における断面図である。図2は本実施の形態における半導体装置の通電時に電流が流れるアクティブ領域(活性領域)の一部の断面構造を示している。なお、ここでいうアクティブ領域とは、半導体素子の通電時に電流が流れる領域を指すものとする。
【0020】
本実施の形態による半導体装置は、高い濃度で第1導電型(n型)の不純物(例えばN(窒素))が導入されたSiC(炭化珪素)を主に含むn+型の半導体基板1と、半導体基板1上に形成されたn−型のドリフト層2とを有している。ドリフト層2は第1導電型(n型)の不純物(例えばN(窒素))が半導体基板1よりも低い濃度で導入されたSiCを主に含む半導体領域であり、その上面には第1導電型と異なる第2導電型(p型)の不純物(例えばAl(アルミニウム))が導入されたp型半導体領域3が形成されている。
【0021】
ドリフト層2内には、ドリフト層2を半導体基板1上にエピタキシャル成長させて形成した際などに発生した結晶欠陥12が形成されている。結晶欠陥12はドリフト層2の上面に形成されたp型半導体領域3の上面に露出している。ここでは、結晶欠陥12はドリフト層2の上面に形成されたp型半導体領域3の上面からドリフト層2の下面まで連続して形成されているものとする。つまり、結晶欠陥12はドリフト層2の上面に形成されたp型半導体領域3の上面からドリフト層2の下面まで達しており、ドリフト層2を貫通している。ドリフト層2の上面に露出する結晶欠陥12は平面視においてp型半導体領域3内に形成されており、p型半導体領域3の外側の領域には形成されていない。p型半導体領域3は結晶欠陥12がショットキー電極4と接する領域に所定の深さDで形成されている。図2では、結晶欠陥12を破線で示している。なお、深さDの単位はμmである。
【0022】
ドリフト層2上には、ドリフト層2の上面およびp型半導体領域3の上面に接してショットキー電極4が形成されており、半導体基板1の下部には半導体基板1の裏面に接してオーミック電極5が形成されている。本実施の形態の半導体装置は、半導体基板1、ドリフト層2、p型半導体領域3、ショットキー電極4およびオーミック電極5を有するショットキーダイオードである。ショットキー電極4はアノード電極であり、オーミック電極5はカソード電極である。ショットキー電極4はドリフト層2の上面とショットキー接続されており、オーミック電極5は半導体基板1の裏面とオーミックに接続されている。なお、p型半導体領域3の上面とショットキー電極4とは、ショットキー接続されていてもオーミック接続されていてもどちらでもよい。
【0023】
図3に、図1のB−B線における断面図を示す。図3は本実施の形態のショットキーダイオードのアクティブ領域端部近傍に形成されたガードリング領域8を含む断面図である。図3に示すように、半導体基板1上のドリフト層2の上面には、平面視においてアクティブ領域を囲むように形成されたp型の不純物(例えばAl(アルミニウム))を含むガードリング領域8が形成されている。図2に示すショットキー電極4は図3に示すガードリング領域8の直上で終端しており、ショットキー電極4の端部およびショットキー電極4から露出するガードリング領域8の上面を覆うように層間絶縁膜9が形成されている。層間絶縁膜9は平面視において前記アクティブ領域を囲むように形成され、その中央部にはドリフト層2の上面およびp型半導体領域3(図1参照)の上面を露出する開口部10が形成されている。つまり、ここでは図1に示す環状のガードリング領域8に囲まれた領域がアクティブ領域(活性領域)である。開口部10の内側に露出し、ドリフト層2上に形成されたショットキー電極4は、例えばその上面にボンディングワイヤなどが接続され、ショットキーダイオードを外部の素子などに前記ボンディングワイヤを介して電気的に接続するためのボンディングパッドとして機能する電極である。
【0024】
図1の平面図では、ドリフト層2上のアクティブ領域上に形成されたショットキー電極4(図2参照)および層間絶縁膜9(図3参照)などの図示を省略しているが、層間絶縁膜9の矩形の開口部10の位置を破線で示している。すなわち、図1の矩形の破線で示す開口部10の内側には層間絶縁膜9は形成されておらず、破線で示す開口部10の外側には層間絶縁膜9(図示しない)が形成されている。
【0025】
ここで、ショットキーダイオードの動作について図2を用いて説明する。ショットキー電極4に正の電圧を印加することで、ショットキーダイオードに順方向の電圧が印加された場合、ドリフト層2とショットキー電極4との界面のショットキー接合面におけるショットキー障壁が低くなるため、電流はアノード電極であるショットキー電極4側からn型の半導体領域であるドリフト層2を通ってカソード電極であるオーミック電極5側へ流れる。逆に、逆方向の電圧が印加された場合には、ドリフト層2とショットキー電極4との界面のショットキー接合面におけるショットキー障壁が高くなり、空乏層が拡がるためショットキーダイオード内に電流は流れない。このような特性を利用し、ショットキーダイオードは整流作用を持つ素子として使用される。
【0026】
次に、本実施の形態の半導体装置の効果について説明する。
【0027】
ショットキーダイオードの逆方向特性はショットキー界面の状態に影響されやすく、ショットキー界面付近に結晶欠陥などの欠陥が存在すると逆方向漏れ電流が大きくなる問題がある。これに対し、ショットキー界面の半導体領域の結晶欠陥が存在する表面を、ショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型に変換することで、逆方向漏れ電流が大きくなることを防ぐことが考えられる。特に、鉄道車両などに用いられ大電流が流れるショットキーダイオードでは歩留まりが非常に低くなりやすいため、個別の素子毎に欠陥の有無を確認する。この確認作業により結晶欠陥を発見した場合には、逆方向漏れ電流の増大を防ぐ目的で、前述したようにショットキーダイオードのショットキー界面の半導体領域の欠陥部分を前記半導体領域と反対の導電型に変換することが考えられる。
【0028】
しかし、ショットキー界面の欠陥部分にショットキーダイオードの半導体領域と反対の導電型の不純物を導入すれば必ずショットキー界面の状態が改善されるわけではなく、逆方向漏れ電流の抑制効果を奏するためには、ある一定値以上の前記不純物の注入深さおよびアクセプタ濃度が必要となることが、本発明者らの検討により分かった。つまり、図2に示すp型半導体領域3を、特に不純物濃度および注入深さなどを規定せずにイオン注入法を用いて形成したのでは、結晶欠陥12に起因する逆方向漏れ電流の増大を防ぐことができない虞がある。
【0029】
例えば、p型半導体領域3の接合深さ(注入深さ)が浅い場合は、比較的高い不純物濃度が必要となり、それよりも不純物濃度が低い場合には、比較的深い接合深さが必要となる。つまり、p型半導体領域3の不純物濃度および接合深さの組み合わせがそれぞれ一定の条件以上の値でなければ、p型半導体領域3を形成しても逆方向漏れ電流の発生を防ぐことができない。
【0030】
また、ショットキー電極がNi(ニッケル)からなる場合は、比較的低い不純物濃度および接合深さの組み合わせでも方向漏れ電流の発生を防ぐことができるが、ショットキー電極が、Ni(ニッケル)よりも仕事関数が低いTi(チタン)などからなる場合には逆方向漏れ電流が流れやすくなるため、ショットキー電極にNi(ニッケル)を用いる場合に比べて不純物濃度および接合深さを大きくする必要がでてくる。つまり、ショットキー電極の部材によって逆方向漏れ電流の発生を防ぐことができるp型半導体領域3の不純物濃度および接合深さの組み合わせの条件も変わる。
【0031】
そこで、本実施の形態の半導体装置では、逆方向漏れ電流の増大を防ぐことができる前記不純物の注入深さおよび濃度を、後述するようにショットキー電極を構成する金属部材の種類に応じて規定した。
【0032】
本実施の形態では、SiCを含む半導体層と金属電極とが接するショットキー接合を備えた半導体装置を歩留まりよく提供するため、ショットキー接合領域に結晶欠陥が存在しても、逆方向漏れ電流を抑制できるよう、ドリフト層2とは反対の導電型を有するp型半導体領域3を必要な深さおよび濃度で形成する。この際、結晶欠陥を有するショットキー接合界面の良否を判定する逆方向漏れ電流密度Jcは以下のように決定した。
【0033】
本発明者らはまず、n型の4H−SiCからなる半導体基板上に、エピタキシャル成長法により形成したn型の4H−SiCからなる膜厚30μmのドリフト層を有するショットキーダイオードを多数用意した。当該ドリフト層の単位体積当たりのドナー密度は3×1015cm−3としている。これらの多数のショットキーダイオードはいずれも、半導体基板の裏面全面にオーミック電極としてAl(アルミニウム)層が形成されており、ドリフト層上の一部に、ドリフト層とショットキー接合しているショットキー電極が形成されている。前記ショットキー電極は、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)、またはNi(ニッケル)からなり、本発明者らはこれら三つの部材のそれぞれからなるショットキー電極を有するショットキーダイオードを複数用意した。図4に示すグラフは、前記多数のショットキーダイオードにおける逆方向電流−電圧特性を示すものである。つまり、図4に示すグラフの横軸はショットキーダイオードに印加する逆バイアスの電圧を示し、縦軸はショットキー電極に流れる電流の逆方向漏れ電流の単位面積当たりの電流密度を示している。
【0034】
本発明者らの実験では、ショットキー電極サイズ、すなわちショットキー接合面の面積が異なるショットキーダイオードを多数測定した結果、異物等に起因した短絡に近い過度の不良を有するショットキーダイオードを除き、特定の値以上の電流密度において、電流−電圧特性がショットキー電極サイズによらずほぼ揃うことが分かった。このときの電流密度は、ショットキー電極がTi(チタン)からなる場合は5×10−6A/cm2以上、Mo(モリブデン)からなる場合は1×10−6A/cm2以上、Ni(ニッケル)からなる場合は3×10−7A/cm2以上において、それぞれの部材のショットキー電極を有するショットキーダイオードにおいて電流−電圧特性がショットキー電極サイズによらず揃った。
【0035】
これに対し、ショットキー電極がTi(チタン)からなり電流密度が5×10−6A/cm2未満である場合には、ショットキー電極サイズが同一の場合でさえ、逆方向電流密度が数桁に亘ってばらついた。同様に、ショットキー電極がMo(モリブデン)からなり電流密度が1×10−6A/cm2未満である場合、およびショットキー電極がNi(ニッケル)からなり電流密度が3×10−7A/cm2未満である場合には、それぞれショットキー電極サイズが同一の場合でも、逆方向電流密度が数桁に亘ってばらついた。これらの結果のうち、図4は各電極材料のショットキー電極毎に、最も逆方向電流密度の低かった結果のみを示している。図4に示すように、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)または(Ni)を材料とするショットキー電極を有する複数のショットキーダイオードのそれぞれは、ショットキー電極の部材によって異なる特定の電流密度を上限として電流−電圧特性がばらついている。本発明者らは、逆方向電流密度が高かった素子を抽出し、ショットキー電極を除去した後に電子顕微鏡を用いてドリフト層断面を観察した結果、結晶形が4H−SiCとは異なる6H−SiCを含有する結晶欠陥の存在を確認した。
【0036】
図4に示す逆方向漏れ電流密度は、ショットキー電極とドリフト層との界面の電界によって決まると推察される。つまり、前記実験ではドナー密度3×1015cm−3、膜厚30μmの条件でエピタキシャル成長させて形成したドリフト層を有する試料を用いたが、逆方向漏れ電流密度Jcの値は、エピタキシャル成長層(ドリフト層)の前記ドナー密度(濃度)および前記膜厚などに直接的には影響されないと考えられる。
【0037】
ここで、図4のグラフにおいて電流−電圧特性がショットキー電極のサイズによらず揃う下限値、つまり電流−電圧特性がショットキー電極の面積に比例する電流密度の下限値から、以下のように、ショットキーダイオードの電流−電圧特性がばらつかない最も低い値を逆方向漏れ電流密度Jbとして定めた。逆方向漏れ電流密度Jbはショットキー電極の部材によって数値が異なり、逆方向漏れ電流密度Jcが逆方向漏れ電流密度Jbを上回ると、逆方向漏れ電流密度Jcが明確に増大し、ショットキーダイオードの逆方向特性が悪化する。したがって、ショットキーダイオードの逆バイアス時の逆方向漏れ電流の増大を防ぐためには、逆方向漏れ電流密度Jcを逆方向漏れ電流密度Jb以下の値にする必要がある。以下に、ショットキー電極の材料別の逆方向漏れ電流密度Jbを示す。
【0038】
本実施の形態では、ショットキー電極がTi(チタン)または仕事関数が4.3eV程度でTi(チタン)の仕事関数とほぼ等しいAl(アルミニウム)からなる場合にはJb=5×10−6A/cm2として定義した。また同様に、ショットキー電極がMo(モリブデン)または仕事関数が4.7eV程度でMo(モリブデン)の仕事関数とほぼ等しいW(タングステン)からなる場合にはJb=1×10−6A/cm2として定義した。また同様に、ショットキー電極がNi(ニッケル)、仕事関数が5.1eV程度でNi(ニッケル)とほぼ等しいPt(プラチナ)またはPd(パラジウム)からなる場合にはJb=3×10−7A/cm2として定義した。
【0039】
SiC(炭化珪素)を用いた半導体装置におけるアクセプタ不純物としては、Al(アルミニウム)またはB(ホウ素)を用いることが考えられる。以下では、Al(アルミニウム)を用いた場合を例に説明するが、B(ホウ素)を用いた場合でも課題を解決する手段としては同じアクセプタ濃度で規定することができる。
【0040】
図5は、本発明者らが実験により計測した結果であり、ドリフト層にAl(アルミニウム)をイオン注入した際の、当該ドリフト層の上面から深さ方向にかけてのAl濃度分布を示すグラフである。図5のグラフでは、横軸はドリフト層の上面から深さ方向への距離を示しており、縦軸はイオン注入されたAl(アルミニウム)の濃度を示している。ここではAl(アルミニウム)を注入する際に注入エネルギーを多段にし、最大アクセプタ濃度Naが一定となるようにして3通りのAl濃度分布を計測している。具体的には、イオン注入を五段の多段注入とし、最大アクセプタ濃度Naの値を1×1018cm−3としている。また、Al濃度の計測の際は、結晶欠陥領域中のドリフト層の表面における20μm×20μmの面積に対してマイクロSIMS(Secondary Ion microprobe Mass Spectrometer:二次イオン質量分析)を用いて評価している。
【0041】
マイクロSIMSは通常のSIMSに比較して微小領域の分析ができる反面、分析領域が狭く二次イオン強度が弱くなるため、Al濃度が1×1016cm−3未満になるとノイズの影響でAl濃度を正確に測定できない。ただし、3×1016cm−3以上では再現性がよく、Al濃度の定量評価が可能であることが分かった。
【0042】
そこで、図6に示すように、ドリフト層の上面から、アクセプタ濃度が3×1016cm−3となる位置までの深さ(距離)をDとして定義し、逆方向漏れ電流密度Jcを下回るNaとDの組み合わせを求めた。図6に示すグラフは、横軸を最大アクセプタ濃度Naとし、縦軸をアクセプタ(Al)の深さDとしたグラフである。図6のグラフにおいて、白い四角のプロットを結んだグラフはショットキー電極の部材にTi(チタン)を用いた場合のグラフであり、白い丸のプロットを結んだグラフはショットキー電極の部材にMo(モリブデン)を用いた場合のグラフであり、白い三角のプロットを結んだグラフはショットキー電極の部材にNi(ニッケル)を用いた場合のグラフである。例えば、図5のグラフにおいて、ショットキー電極の部材にMo(モリブデン)を用いた場合のアクセプタの注入深さがD=0.32μmであるデータ点は、図6の黒い丸のプロットに相当する。
【0043】
図6の黒い三角のプロットで示すように、ショットキー電極がMo(モリブデン)からなり、Na=1×1018cm−3の場合、深さDが0.32μm以上であれば逆方向漏れ電流密度Jcを上述したJb=1×10−6A/cm2以下にできるが、図6の黒いひし形のプロットで示すように、深さDが0.32μm未満では逆方向漏れ電流密度JcがJb=1×10−6A/cm2を超えてしまうことが分かった。同様な検討を、ショットキー電極がTi(チタン)からなる場合およびNi(ニッケル)からなる場合のそれぞれに関して行った結果、以下の関係を満たせば、逆方向漏れ電流密度Jcが、ショットキー電極の部材毎に定義される逆方向漏れ電流密度Jbの値を下回ることが判明した。このことは図6のTi、Mo、Niのそれぞれの場合のグラフから読み取ることができる。
(a)ショットキー電極がTiまたはAlの場合
Na(cm−3)≦5×1019cm−3の時、D(μm)≧4.7−0.10×ln(Na)
Na(cm−3)>5×1019cm−3の時、D(μm)≧0.10
(b)ショットキー電極がMoまたはWの場合
Na(cm−3)≦3×1018cm−3の時、D(μm)≧5.4−0.12×ln(Na)
Na(cm−3)>3×1018cm−3の時、D(μm)≧0.10
(c)ショットキー電極がNiまたはPtまたはPdの場合
Na(cm−3)≦2×1017cm−3の時、D(μm)≧10.5−0.26×ln(Na)
Na(cm−3)>2×1017cm−3の時、D(μm)≧0.10
以上に述べたように、本実施の形態の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に順に形成されたドリフト層およびショットキー電極と、半導体基板の裏面とオーミック接続するオーミック電極を備えるショットキーダイオードを含み、ドリフト層内にショットキー電極とドリフト層とのショットキー接合部の界面にまで到達する結晶欠陥が存在するものである。当該半導体装置は、前記ショットキー電極を構成する金属部材に応じて規定される濃度および深さまで前記結晶欠陥を含む領域の導電型がp型化していることを特徴としている。
【0044】
ショットキー界面の状態を改善するために結晶欠陥の形成部分にp型の半導体層を形成するというだけでは、p型半導体領域3(図2参照)をどのような条件で形成すればよいのかが不明確であるが、上記の深さDおよび最大アクセプタ濃度Naの組み合わせを定めることにより、結晶欠陥の存在に起因して逆方向漏れ電流が増大することを防ぐために必要なp型半導体領域3(図2参照)の深さおよび不純物濃度の値が明確となる。
【0045】
本実施の形態の半導体装置では、上述したように、ショットキー電極を構成する金属部材によって、最大アクセプタ濃度Naに対応する不純物の注入深さ(接合深さ)Dの値を規定し、この規定値以上の深さまたは濃度で結晶欠陥の形成箇所にp型不純物(例えばAl(アルミニウム))を打ち込んで結晶欠陥の形成部分の上面をp型化している。これにより、ショットキー界面の結晶欠陥部を介して逆方向漏れ電流が流れることを防ぐことができる。また、ショットキーダイオードの逆方向漏れ電流を低減することできるため、当該ショットキーダイオードを有する半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0046】
以下に、本実施の形態の半導体装置の製造工程を、図1〜3および図7〜9を用いて説明する。図7〜図9は、図1のA−A線における断面と同じ位置における製造工程中の半導体装置の断面図である。
【0047】
まず、図7に示すように、SiC(炭化珪素)を主に含むn+型の半導体基板1を準備し、半導体基板1上にエピタキシャル成長法を用いて低不純物濃度のn−型のドリフト層2を形成する。半導体基板1およびドリフト層2はいずれもn型の不純物(例えばN(窒素))を含んでおり、半導体基板1はドリフト層2よりも高い濃度のn型の不純物(例えばN(窒素))を含んでいる。
【0048】
半導体基板1の不純物濃度は、1×1018〜1×1019cm−3程度であり、半導体基板1の主面は(0001)面、(000−1)面、(11−20)面などを用いることが考えられるが、本実施の形態では、半導体基板1のこれらの主面のいずれを選択してもよい。
【0049】
半導体基板1上のドリフト層2の仕様は、後の工程を経て形成するショットキーダイオードについて設定する耐圧によって異なるが、ドリフト層2に含まれる不純物は半導体基板1と同一の導電型で、例えば1×1015〜4×1016cm−3程度の濃度範囲とし、ドリフト層2の厚さは3〜80μm程度の範囲とする。
【0050】
このとき、半導体基板1上にエピタキシャル成長法により形成されたドリフト層2内には、半導体基板1の上面の異物または欠陥などに起因して、ドリフト層2の上面に達する結晶欠陥12が形成されている。ドリフト層2の上面に露出する結晶欠陥は12は、後の工程でドリフト層2の上面にショットキー接合させたショットキー電極を設けることで形成するショットキー電極において、逆方向漏れ電流を増大させる原因となり得るものである。
【0051】
次に、図8に示すように、結晶欠陥12の位置を周知の光学的手法等を用いて検出し、その位置を記憶させる。その後、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いてドリフト層2上の全面に酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布する。続いて、電子ビームリソグラフィ法を用いて、前述した工程で検出して記憶した結晶欠陥12の位置の直上の領域に形成された前記フォトレジスト膜を除去する。続いて、反応性イオンエッチング法を用いて前記フォトレジスト膜から露出している前記絶縁膜を除去することで前記絶縁膜をパターニングし、ドリフト層2の上面に形成された結晶欠陥12を露出させることで、前記絶縁膜からなるマスク材料層6を形成する。このとき、ドリフト層2の上面に形成された結晶欠陥12は、その全体がマスク材料層6から露出しているものとする。
【0052】
次に、図9に示すように、マスク材料層6から露出するドリフト層2の上面にp型の不純物(例えばAl(アルミニウム))をイオン注入することにより、ドリフト層2の上面にp型半導体領域3を形成する。p型半導体領域3を形成するためのp型の不純物(例えばAl(アルミニウム))の濃度(最大アクセプタ濃度Na)および注入深さ(深さD)は、図6に黒い丸で示した条件とする。つまり、後の工程でドリフト層2上に形成するショットキー電極はMo(モリブデン)により形成し、p型半導体領域3を形成するためのp型不純物の最大アクセプタ濃度Naは1×1018cm−3程度とし、深さD(図2参照)は0.32μm程度とする。なお、Al(アルミニウム)は比較的熱処理による拡散が少ない物質であり、イオン注入をした時点でその濃度分布(プロファイル)がほぼ決定する。
【0053】
その後、図示は省略するが、マスク材料層6を除去した後、p型半導体領域3を形成した工程と同様の手順で、平面視においてp型半導体領域3が形成されたアクティブ領域の周囲を囲うように、半導体チップの外周部となる領域にp型不純物(例えばAl(アルミニウム))を注入してガードリング領域8(図3参照)を形成する。ガードリング領域8は、形成するショットキーダイオードのアクティブ領域を規定する半導体領域である。
【0054】
次に、イオン注入した不純物の活性化を目的とした熱処理(アニール)を行った後、半導体基板1の裏面にオーミックに接するオーミック電極5を、スパッタリング法などを用いて形成する。
【0055】
次に、ドリフト層2の上面およびp型半導体領域3の上面に接するように、ドリフト層2上にスパッタリング法などを用いて金属膜を形成する。その後、当該金属膜をリソグラフィ技術およびエッチング法を用いてパターニングし、当該金属膜からなるショットキー電極4を形成することで、図2に示す本実施の形態の半導体装置の主要部分が完成する。なお、ショットキー電極を構成する前記金属膜は、ここではMo(モリブデン)膜であるものとする。
【0056】
その後、半導体装置の表面保護または電極端からの放電の防止などの目的で、半導体基板1上の全面にSiO2などからなる絶縁膜を形成し、電極端子を形成するためにアクティブ領域の上部の一部の前記絶縁膜をパターニングして、ショットキー電極4の上面を露出する開口部10(図3参照)を形成し、前記絶縁膜からなる層間絶縁膜9(図3参照)を形成することで、図1〜図3に示す本実施の形態の半導体装置が完成する。ここではショットキー電極4の端部を形成する方法として、図3に示すようにガードリング領域(p型半導体領域)8上で終端するようにショットキー電極4を加工する方法を用いている。
【0057】
ガードリング領域8は、ショットキー電極4の端部、またはショットキー電極4と層間絶縁膜9(図3参照)との境界部分に電界が集中しないように設けられている半導体領域である。上述した図3に示す構造では、ショットキー電極4の端部はガードリング領域8の直上に配置されている。なお、上述した製造工程の説明ではガードリング領域8とp型半導体領域3とを別工程で形成する方法について説明しているが、ガードリング領域8とp型半導体領域3とは同一工程で形成してもよい。
【0058】
また、ここではショットキーダイオードの主要部分のみについて説明したが、半導体チップの周縁部には、アクティブ領域を囲むようにFLR(Field Limiting Ring)またはJTE(Junction Termination Extension)などの電界集中緩和構造を設けてもよい。このような電界集中緩和構造(チャネルストッパ)は、図7を用いて説明したドリフト層2の形成工程の後であって、注入不純物の活性化アニールの前に、周知のリソグラフィ技術、ドライエッチング法、およびイオン注入を用いてドリフト層2の上面に形成する。
【0059】
また、本実施の形態では、マスク材料層6(図8参照)の部材にSiO2を適用したが、マスク材料層6の部材は例えば窒化シリコン膜またはフォトレジスト膜でもよく、イオン注入時のマスクとなる材料であれば、その他の材料でも適用できる。
【0060】
上述した製造工程では、p型半導体領域3における最大アクセプタ濃度Naおよび深さDとして図6にプロットした黒い丸の条件を選択したが、上述した製造工程のように、ショットキー電極をMo(モリブデン)により形成する場合は、図6の実線のグラフと同じかそれよりも高い数値条件の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの組み合わせであれば、最大アクセプタ濃度Naおよび深さDは適宜変更することができる。また、ショットキー電極の部材をMo(モリブデン)ではなくW(タングステン)とした場合も同様である。
【0061】
なお、ショットキー電極の部材にTi(チタン)またはAl(アルミニウム)を選択した場合には図6の破線と同じかそれよりも高い条件の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの組み合わせを選択すればよい。また、ショットキー電極の部材にNi(ニッケル)、Pt(プラチナ)またはPd(パラジウム)を選択した場合には、図6の一点鎖線と同じか、それよりも高い条件の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの組み合わせであればよい。
【0062】
このように、ショットキー電極を構成する金属部材によって、最大アクセプタ濃度Naに対応する不純物の注入深さ(接合深さ)D(図2参照)の値を規定し、この規定値以上の深さまたは濃度で結晶欠陥の形成箇所にp型不純物(例えばAl(アルミニウム))を打ち込んで結晶欠陥の形成部分の上面をp型化することにより、ショットキー界面の結晶欠陥部を介して逆方向漏れ電流が流れることを防ぐことができる。これにより、ショットキーダイオードの逆方向漏れ電流を低減することできるため、当該ショットキーダイオードを有する半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0063】
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、ショットキーダイオードを有する半導体チップのアクティブ領域内において、ショットキー界面の結晶欠陥が形成されている箇所にのみp型半導体領域を形成する構造について説明した。これに対し、装置全体の中に上述したようなショットキーダイオードを有する半導体チップが複数存在する場合、複数の半導体チップのうちの一部の半導体チップのみに前記p型半導体領域を形成したのでは、結晶欠陥を有する半導体チップと、結晶欠陥を有しない半導体チップとの間に、電流容量の差などの性能ばらつきが生じる。例えば、インバータを構成する回路では、ショットキーダイオードを有する半導体チップを6つペアで用いる場合があり、そのうちの一部の半導体チップにおいて結晶欠陥による逆方向特性の悪化を防ぐ目的でショットキー界面にp型半導体領域を形成すると、前記一部の半導体チップとp型半導体領域が形成されていない他の正常な半導体チップとの間で性能ばらつきが発生することを抑えるために、回路を調整する必要が生じる。
【0064】
このような性能ばらつきを回路上補正する手間を省くため、本実施の形態では、結晶欠陥を有しない半導体チップにおいても、結晶欠陥を有する半導体チップに設けるp型半導体領域と同じ面積のダミーp型半導体領域3a(図10参照)を設けている。
【0065】
図10は本実施の形態における半導体装置を構成する半導体チップに形成された、ショットキーダイオードを示す断面図である。図10には示していないが、本実施の形態の半導体装置は、図10に示すショットキーダイオードを含む半導体チップの他に、図2に示すような結晶欠陥と、前記実施の形態1で説明したような深さおよび不純物濃度でp型半導体領域3とが形成されたショットキーダイオードを含む半導体チップを有しているものとする。
【0066】
図10に示すショットキーダイオードは図2に示す前記実施の形態1のショットキーダイオードと同様の構造を有しているが、ドリフト層2には結晶欠陥が形成されていない。したがって、ショットキー界面の状態を改善する目的でドリフト層2の上面にp型半導体領域を形成する必要はないが、ここでは実施の形態1で説明したp型半導体領域3と同じ面積を有するダミーp型半導体領域3aを設けている。ダミーp型半導体領域3aの形成箇所はドリフト層2の上面の任意の箇所であり、図10のショットキーダイオードの製造方法は前記実施の形態1と同様である。
【0067】
本実施の形態の半導体装置では、前記実施の形態1に示した結晶欠陥を有する半導体チップと、結晶欠陥を有しない半導体チップ(図10参照)との間に生じる電流容量の差などの性能ばらつきを、回路上の補正を行うことなく抑制することができる。これにより、複数の半導体チップ間の性能ばらつきの発生を防ぐことができるため、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【0068】
(実施の形態3)
本実施の形態の半導体装置は、ショットキーダイオードを構成するドリフト層の上面に、所定の間隔で複数のp型半導体領域を設けたJBS(Junction Barrier Schottky)構造のダイオード(以下単にJBSダイオードという)に適用したものである。つまり、本実施の形態の半導体装置は、前記実施の形態1で説明した半導体装置とほぼ同様の構造を有しているが、図11および図12に示すように、ドリフト層2の上面に所定の間隔で複数のp型半導体領域13が形成されている点で前記実施の形態1の半導体装置と異なる。なお、図11は本実施の形態の半導体装置を示す平面図であり、図12は図11のC−C線における断面図である。
【0069】
接合障壁領域であるp型半導体領域13は、半導体基板1の主面に沿う第1方向に延在する半導体領域であって、第1方向に直交して半導体基板の主面に沿う第2方向に複数並んだ縞状(ストライプ状)のパターンを有している。第2方向において隣り合うp型半導体領域13同士の間にはドリフト層2の上面が露出し、図12に示すように、p型半導体領域13同士の間で露出するドリフト層2の上面とショットキー電極4とがショットキー接合することでショットキーダイオードが形成されている。
【0070】
このようなJBSダイオードでは、逆方向電圧の印加時に隣り合うp型半導体領域13同士の間に空乏層が形成され、ショットキー界面にかかる電界を緩和することができるため、逆方向漏れ電流を前記実施の形態1の半導体装置よりも低減することができる。しかし、結晶欠陥12がショットキー界面に存在し、ドリフト層2の上面に露出する結晶欠陥12にp型半導体領域が形成されていないと、前記実施の形態1で説明したように逆方向漏れ電流が増加する問題が発生する。
【0071】
本実施の形態では、図11および図12に示す結晶欠陥12の表面領域を、前述したように一定の値以上の深さおよび一定の値以上の濃度でp型化することにより、前記実施の形態1と同様に、逆方向漏れ電流を低減することができる。本実施の形態の半導体装置は、図11および図12に示すように、JBSダイオードのショットキー界面において、一定周期でp型半導体領域13のパターンが形成されているアクティブ領域内に、前記パターン以外のp型半導体領域3が独立して存在する構造となっている。
【0072】
上記したJBSダイオードを形成する場合は、図7を用いて説明した工程の後に、図13の断面図に示すように、マスク材料としての絶縁膜14を堆積し、フォトリソグラフィ技術および反応性イオンエッチング法を用いて、絶縁膜14を第1方向に延在する複数のパターンに加工した後、絶縁膜14から露出するドリフト層2の上面にAlイオンをイオン注入することで、ドリフト層2の上面にp型半導体領域13を複数形成する。p型半導体領域13を形成する工程は、図8を用いて説明した工程の後であってもよく、また、図9を用いて説明した工程の後であってもよい。その他の製造工程は前記実施の形態1と同様である。また、p型半導体領域3を形成する際の最大アクセプタ濃度Naおよび深さDの選択も、前記実施の形態1と同じ条件とする。
【0073】
これにより、ショットキー界面の電界を緩和することができるJBSダイオードにおいても、前記実施の形態1で説明した半導体装置と同様の効果を得ることができる。
【0074】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明の半導体装置は、ショットキーダイオードを有する半導体装置に幅広く利用されるものである。
【符号の説明】
【0076】
1 半導体基板
2 ドリフト層
3 p型半導体領域
3a ダミーp型半導体領域
4 ショットキー電極
5 オーミック電極
6 マスク材料層
8 ガードリング領域
9 層間絶縁膜
10 開口部
12 結晶欠陥
13 p型半導体領域
14 絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項1】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はTiまたはAlを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式1および式2
Na≦5×1019(cm−3) (1)
D≧4.7−0.10×ln(Na)(μm) (2)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項4】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はTiまたはAlを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式3および式4
Na>5×1019(cm−3) (3)
D≧0.1(μm) (4)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項5】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
【請求項7】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はMoまたはWを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式5および式6
Na≦3×1018(cm−3) (5)
D≧5.4−0.12×ln(Na)(μm) (6)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項8】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
【請求項10】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はMoまたはWを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式7および式4
Na>3×1018(cm−3) (7)
D≧0.1μm(μm) (4)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項11】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
【請求項13】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はNi、PtまたはPdを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式8および式9
Na≦2×1017(cm−3) (8)
D≧10.5−0.26×ln(Na)(μm) (9)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項14】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
【請求項15】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
【請求項16】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はNi、PtまたはPdを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式10および式4
Na>2×1017(cm−3) (10)
D≧0.1(μm) (4)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項17】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
【請求項18】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
【請求項1】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はTiまたはAlを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式1および式2
Na≦5×1019(cm−3) (1)
D≧4.7−0.10×ln(Na)(μm) (2)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項4】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はTiまたはAlを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式3および式4
Na>5×1019(cm−3) (3)
D≧0.1(μm) (4)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項5】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
【請求項7】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はMoまたはWを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式5および式6
Na≦3×1018(cm−3) (5)
D≧5.4−0.12×ln(Na)(μm) (6)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項8】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
【請求項10】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はMoまたはWを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式7および式4
Na>3×1018(cm−3) (7)
D≧0.1μm(μm) (4)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項11】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
【請求項13】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はNi、PtまたはPdを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式8および式9
Na≦2×1017(cm−3) (8)
D≧10.5−0.26×ln(Na)(μm) (9)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項14】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
【請求項15】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
【請求項16】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第1半導体基板と、
前記第1半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面とショットキー接続する第1電極と、
前記第1半導体領域に存在し、前記第1半導体領域と前記第1電極との界面に達する結晶欠陥と、
前記第1半導体基板の裏面とオーミック接続する第2電極と、
前記第1半導体領域の上面の前記結晶欠陥を含む領域に形成されたp型の導電型を有する第2半導体領域と、
を備える半導体装置において、
前記第1電極はNi、PtまたはPdを含み、
Na=前記第2半導体領域の最大アクセプタ密度、D=前記第2半導体領域の接合深さとしたときに、下記の式10および式4
Na>2×1017(cm−3) (10)
D≧0.1(μm) (4)
に示す条件を満たしていることを特徴とする半導体装置。
【請求項17】
n型の導電型を有し、炭化珪素を含む第2半導体基板と、
前記第2半導体基板上に形成された、n型の導電型を有する第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上面とショットキー接続する第3電極と、
前記第2半導体基板の裏面とオーミック接続する第4電極と、
前記第3半導体領域の上面に形成されたp型の導電型を有するダミー半導体領域と、
を有することを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
【請求項18】
前記第2半導体領域の上面に所定の間隔で形成された、p型の導電型を有する複数の第4半導体領域を有することを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2013−98226(P2013−98226A)
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−237242(P2011−237242)
【出願日】平成23年10月28日(2011.10.28)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月20日(2013.5.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年10月28日(2011.10.28)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【Fターム(参考)】
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