JP2011210935A - ショットキーバリアダイオード - Google Patents
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Abstract
【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。
【選択図】図1
Description
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。
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。
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。
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。)。
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。
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。
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。
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。)。
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)。
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)。
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)。)。
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。)。
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。)。
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。
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。)。
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。
Claims (7)
- 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。
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