JP2015222784A - Silicon carbide Schottky barrier diode - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SiC Schottky barrier diode having high avalanche resistance while having a desired high withstand voltage.SOLUTION: A silicon carbide Schottky barrier diode includes a Schottky electrode 3 on a surface of a silicon carbide layer 2 of a first conductivity type, and includes a guard ring layer formed so as to be partially overlapped around the Schottky electrode. The guard ring layer includes a first guard ring region 8 and a second guard ring region 9 comprising a region where impurity ions forming a second conductivity type are injected in the silicon carbide layer of a first conductivity type to be recrystallized and a part of the injected impurity ions are activated to exhibit a second conductivity type. A second guard ring layer is disposed so as to cover the lower part or the outer peripheral side surface of the first guard ring region and not to overlap around the Schottky electrode. The impurity concentration in the second guard ring region is lower than that in the first guard ring region.

Description

本発明はシリコンカーバイドショットキーバリアダイオードに関し、特に、ガードリング層を備えたシリコンカーバイドショットキーバリアダイオードに関する。   The present invention relates to a silicon carbide Schottky barrier diode, and more particularly to a silicon carbide Schottky barrier diode having a guard ring layer.

シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、絶縁破壊電界がシリコンの約１０倍、熱伝導率がシリコンの約３倍、電子の飽和速度がシリコンの約２倍と大きいことから、シリコンを用いたパワーデバイスと比較して、デバイスの高耐圧化が容易であり、更に、デバイス能動層を薄層かつ高濃度化することによって低損失パワーデバイスを実現できる材料として着目されている。特に、ＳｉＣショットキーバリアダイオードは、２０００年代初頭に、ＳｉＣデバイスの中で最も早く実用化され、スイッチング回路に搭載した場合に、同性能の耐圧を持つシリコンバイポーラ型のファーストリカバリーダイオードと比較して、逆回復時間と回復電流が小さいために、回路の低損失化が実現できるデバイスとなっている。   Silicon carbide (SiC) has a dielectric breakdown electric field about 10 times that of silicon, thermal conductivity is about 3 times that of silicon, and electron saturation rate is about 2 times that of silicon, so it is compared with power devices using silicon. Thus, it has been attracting attention as a material that can easily increase the breakdown voltage of the device and can realize a low-loss power device by thinning and increasing the concentration of the device active layer. In particular, SiC Schottky barrier diodes were first put into practical use among SiC devices in the early 2000s, and compared to silicon bipolar fast recovery diodes with the same breakdown voltage when mounted in switching circuits. Since the reverse recovery time and the recovery current are small, the device can realize a reduction in circuit loss.

一方ＳｉＣの物性を活かして、高い耐圧特性を示すショットキーバリアダイオードを実現するためには、逆方向バイアス動作時にシリコンパワーデバイスと同様にショットキー接合終端部に集中する電界を緩和する必要がある（非特許文献１参照）。   On the other hand, in order to realize a Schottky barrier diode exhibiting high withstand voltage characteristics by utilizing the physical properties of SiC, it is necessary to relax the electric field concentrated on the Schottky junction termination portion in the same way as a silicon power device during reverse bias operation. (Refer nonpatent literature 1).

図５に従来のこの種のＳｉＣショットキーバリアダイオードの構造を示す。高不純物濃度のｎ型六方晶ＳｉＣからなるｎ＋型ＳｉＣ基板１上に、ｎ＋型ＳｉＣ基板１よりも不純物濃度の低いｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２が形成されている。ｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２上には、ｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２にショットキー接触するショットキー電極３が形成され、ｎ＋型ＳｉＣ基板１の裏面側にはオーミック電極４が形成されている。そして、ショットキー電極３の外周部に、一部が重なるように、ガードリング層５が形成されている。なお、６はパッド電極、７はパッシベーション膜である。   FIG. 5 shows the structure of a conventional SiC Schottky barrier diode of this type. On an n + type SiC substrate 1 made of high impurity concentration n type hexagonal SiC, an n − type SiC epitaxial layer 2 having an impurity concentration lower than that of the n + type SiC substrate 1 is formed. A Schottky electrode 3 that is in Schottky contact with the n − type SiC epitaxial layer 2 is formed on the n − type SiC epitaxial layer 2, and an ohmic electrode 4 is formed on the back side of the n + type SiC substrate 1. A guard ring layer 5 is formed so as to partially overlap the outer peripheral portion of the Schottky electrode 3. Reference numeral 6 denotes a pad electrode, and reference numeral 7 denotes a passivation film.

一般的にＳｉＣショットキーバリアダイオードでは、ＪＴＥ（Junction Termination Extension）のようなＰ型のイオン注入層（Ｐ型ガードリング層）を用いたガードリング構造が形成されている。このようなガードリング構造は、ＳｉＣに対してＰ型の不純物となるホウ素やアルミニウムを、５００℃程度の高温でイオン注入し、その後、注入した不純物イオンを十分に活性化させるため１５００℃以上の熱処理を行うことで形成されるのが一般的である（非特許文献２参照）。   In general, a SiC Schottky barrier diode has a guard ring structure using a P-type ion implantation layer (P-type guard ring layer) such as JTE (Junction Termination Extension). In such a guard ring structure, boron or aluminum, which is a P-type impurity for SiC, is ion-implanted at a high temperature of about 500 ° C., and then the implanted impurity ions are sufficiently activated at 1500 ° C. or higher. It is generally formed by performing heat treatment (see Non-Patent Document 2).

また、ガードリング構造の別の例として、アルゴンイオンを注入することにより結晶欠陥領域（高抵抗ガードリング層）を形成して高抵抗ガードリング構造を形成する方法も知られている。アルゴンは、ＳｉＣに対してＰ型やＮ型の不純物とならないため、イオン注入によって結晶構造を崩し、ＳｉＣのバンドギャップ内で、伝導帯から深いエネルギー準位にアクセプター型トラップを形成することによって、電界が緩和される。このような高抵抗ガードリング構造は、逆方向動作におけるリーク電流が大きいという課題があることも知られている（非特許文献３参照）。   As another example of the guard ring structure, a method of forming a high resistance guard ring structure by forming a crystal defect region (high resistance guard ring layer) by implanting argon ions is also known. Since argon does not become a P-type or N-type impurity with respect to SiC, the crystal structure is destroyed by ion implantation, and an acceptor trap is formed from the conduction band to a deep energy level within the SiC band gap. The electric field is relaxed. It is also known that such a high resistance guard ring structure has a problem that a leakage current is large in reverse operation (see Non-Patent Document 3).

これに対し本願出願人は、低温の熱処理でガードリング層を形成することができ、かつ所望の特性を得ることができるＳｉＣショットキーバリアダイオードとその製造方法を提案している（特許文献１）。具体的には、ガードリング層形成領域に不純物イオンを注入して結晶欠陥を生じさせた後、このイオン注入領域を再結晶化すると共に注入したイオンの一部を活性化させるため、９００℃〜１３００℃程度の比較的低温の熱処理を行い、ガードリング層を形成するもので、従来の高抵抗ガードリング層とは異なる特性を有するガードリング構造を形成することができる。   On the other hand, the applicant of the present application has proposed a SiC Schottky barrier diode capable of forming a guard ring layer by low-temperature heat treatment and obtaining desired characteristics and a manufacturing method thereof (Patent Document 1). . Specifically, impurity ions are implanted into the guard ring layer formation region to cause crystal defects, and then the ion implantation region is recrystallized and a part of the implanted ions is activated. A guard ring layer is formed by performing heat treatment at a relatively low temperature of about 1300 ° C., and a guard ring structure having characteristics different from those of a conventional high resistance guard ring layer can be formed.

B Jayant Baliga、「Silicon Carbide Power Devices」、（米国）、World Scientific、2005年、ｐ．38−70B Jayant Baliga, “Silicon Carbide Power Devices” (USA), World Scientific, 2005, p. 38-70 松波弘之編著、「半導体ＳｉＣ技術と応用」、日刊工業新聞社、2003年、ｐ．143−185Edited by Hiroyuki Matsunami, “Semiconductor SiC Technology and Applications”, Nikkan Kogyo Shimbun, 2003, p. 143-185 Dev Alok他, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS、Vol.15、No.10、1994年、p．394−395Dev Alok et al., IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Vol.15, No.10, 1994, p. 394-395

特開２０１２−４９３４７号公報JP 2012-49347 A

本願出願人が先に提案したガードリング構造では、１５００℃程度の高温処理を必要とする従来方法より比較的低温の熱処理のみでガードリング層を形成することができた。しかしながら、本願出願人が提案したガードリング構造を備えたＳｉＣショットキーバリアダイオードであっても、急峻な電圧あるいは電流が印加されたときに、アバランシェ降伏が生じ、素子が破壊してしまうという問題が生じていた。   In the guard ring structure previously proposed by the applicant of the present application, the guard ring layer can be formed only by heat treatment at a relatively low temperature compared to the conventional method requiring high temperature treatment at about 1500 ° C. However, even a SiC Schottky barrier diode having a guard ring structure proposed by the applicant of the present application has a problem that when an abrupt voltage or current is applied, avalanche breakdown occurs and the element is destroyed. It was happening.

例えば、図６に従来のＳｉＣショットキーバリアダイオードの逆方向電流特性を示す。図６において、従来例１は本願出願人が先に提案した方法によりガードリング層を形成する際の不純物イオンの注入量を１×１０14ｃｍ-2とした場合、従来例２は不純物イオンの注入量を１×１０15ｃｍ-2とした場合で、その他の注入条件やガードリング層を形成する際の熱処理条件等は同一として形成し、それぞれの素子のブレークダウン特性を示している。両者を比較した場合、従来例１は耐圧が低く、一方従来例２は耐圧は高いことがわかる。しかし従来例２に示す素子の方がアバランシェ耐量が低く、アバランシェ降伏が生じると素子の破壊に至ってしまう。 For example, FIG. 6 shows a reverse current characteristic of a conventional SiC Schottky barrier diode. In FIG. 6, Conventional Example 1 is a case where the impurity ion implantation amount when forming the guard ring layer by the method previously proposed by the present applicant is 1 × 10 14 cm −2 . When the implantation amount is 1 × 10 15 cm −2 , the other implantation conditions and the heat treatment conditions for forming the guard ring layer are the same, and the breakdown characteristics of each element are shown. When both are compared, it can be seen that Conventional Example 1 has a low breakdown voltage, while Conventional Example 2 has a high breakdown voltage. However, the element shown in Conventional Example 2 has a lower avalanche resistance, and if an avalanche breakdown occurs, the element is destroyed.

一般的にアバランシェ耐量を高くするためには、図６の従来例１に示すような所定の電圧でブレークダウンする特性とする必要があることが知られている。しかしながら、本願出願人が先に提案したガードリング構造では、注入量の調整のみでブレークダウン電圧を所定の値に調整することは困難であった。本発明はこのような問題点を解消し、所望の高い耐圧を持ちながらアバランシェ耐量が高いＳｉＣ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。   In general, it is known that in order to increase the avalanche resistance, it is necessary to have a breakdown characteristic at a predetermined voltage as shown in Conventional Example 1 in FIG. However, in the guard ring structure previously proposed by the applicant of the present application, it is difficult to adjust the breakdown voltage to a predetermined value only by adjusting the injection amount. An object of the present invention is to solve such problems and to provide a SiC Schottky barrier diode having a high avalanche resistance while having a desired high breakdown voltage.

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、第１の導電型のシリコンカーバイド層表面にショットキー電極を備え、該ショットキー電極の周囲に一部が重畳するようにガードリング層を備えたシリコンカーバイドショットキーバリアダイオードにおいて、前記ガードリング層は、前記第１の導電型のシリコンカーバイド層に第２の導電型となる不純物イオンが注入された領域が再結晶化し、かつ注入された前記不純物イオンの一部が活性化されて第２の導電型を示す領域からなる第１のガードリング層および第２のガードリング層により構成され、前記第１のガードリング層は、前記ショットキー電極の周囲に一部が重畳するように配置され、前記第２のガードリング層は、前記第１のガードリング層の下部あるいは外周側面に接触し、前記ショットキー電極の周囲に重畳しないように配置され、前記第２のガードリング領域の不純物濃度は、前記第１のガードリング領域の不純物濃度より低いことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application is provided with a Schottky electrode on the surface of the silicon carbide layer of the first conductivity type, and a guard ring layer so as to partially overlap the periphery of the Schottky electrode. In the silicon carbide Schottky barrier diode comprising: the guard ring layer is recrystallized and implanted in a region where impurity ions of the second conductivity type are implanted into the first conductivity type silicon carbide layer. In addition, the first guard ring layer includes a first guard ring layer and a second guard ring layer, each of which includes a region exhibiting a second conductivity type in which a part of the impurity ions are activated. The second guard ring layer is disposed so as to partially overlap the key electrode, and the second guard ring layer is in contact with a lower portion or an outer peripheral side surface of the first guard ring layer. And, the shot are arranged so as not to overlap the periphery of the key electrode, the impurity concentration of the second guard ring region is characterized by lower than the impurity concentration of the first guard ring region.

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載のシリコンカーバイドショットキーバリアダイオードにおいて、前記第１のガードリング層および前記第２のガードリング層は、Ｎ型のシリコンカーバイド層にＰ型となる不純物イオンが注入された領域が再結晶化した領域からなり、かつ注入された前記Ｐ型となる不純物イオンの一部が活性化されてＰ型の導電型を示す領域であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 of the present application is the silicon carbide Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the first guard ring layer and the second guard ring layer are P-type to an N-type silicon carbide layer. The region into which impurity ions are implanted is a region that is recrystallized, and a portion of the implanted impurity ions that become P-type are activated to exhibit P-type conductivity. .

本発明のＳｉＣショットキーバリアダイオードは、本願出願人が先に提案したガードリング層に相当する第１のガードリング層の下部あるいは外周側面に不純物濃度の低い第２のガードリング層を備える構造とすることで、第１のガードリング層により所望の電圧範囲の逆方向耐圧を保ちながら、所定の電圧を超えると第２のガードリング層により所望の電圧でブレークダウンする構成とすることで、アバランシェ耐量を保つことを可能とした。ブレークダウン電圧は、第１および第２のガードリング層の不純物濃度や形成深さにより、適宜設定することが可能で、制御性良く形成することができる。   The SiC Schottky barrier diode of the present invention has a structure including a second guard ring layer having a low impurity concentration at a lower part or an outer peripheral side surface of the first guard ring layer corresponding to the guard ring layer previously proposed by the applicant of the present application. Thus, while maintaining the reverse breakdown voltage in the desired voltage range by the first guard ring layer, the avalanche is configured to break down at the desired voltage by the second guard ring layer when a predetermined voltage is exceeded. It was possible to keep the tolerance. The breakdown voltage can be appropriately set according to the impurity concentration and formation depth of the first and second guard ring layers, and can be formed with good controllability.

本発明の第１の実施例に係るＳｉＣショットキーバリアダイオードの説明図である。It is explanatory drawing of the SiC Schottky barrier diode which concerns on 1st Example of this invention. 第１の実施例のＳｉＣショットキーバリアダイオードの逆方向電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reverse direction current characteristic of the SiC Schottky barrier diode of a 1st Example. 本発明の第２の実施例に係るＳｉＣショットキーバリアダイオードの説明図である。It is explanatory drawing of the SiC Schottky barrier diode which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第３の実施例に係るＳｉＣショットキーバリアダイオードの説明図である。It is explanatory drawing of the SiC Schottky barrier diode which concerns on the 3rd Example of this invention. 従来のガードリング構造を備えたＳｉＣショットキーバリアダイオードの説明図である。It is explanatory drawing of the SiC Schottky barrier diode provided with the conventional guard ring structure. 従来のＳｉＣショットキーバリアダイオードの逆方向電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reverse direction current characteristic of the conventional SiC Schottky barrier diode.

本発明に係るＳｉＣショットキーバリアダイオードは、本願出願人が先に提案したガードリング層に相当する第１のガードリング層の下部あるいは外周側面に、それより不純物濃度の低い第２のガードリング層を備える構造となっている。本発明の第１および第２のガードリング層は、イオン注入によって生じた結晶欠陥が熱処理によって回復（再結晶化）しており、さらにイオン注入された不純物イオンの活性化率は、１％以下程度となっている。従って、本発明の第１および第２のガードリング層は、不純物イオンの注入量をそれぞれ低く設定すると共に、注入した不純物イオンの活性化率を高くして形成した不純物イオン濃度の低い領域、即ち、注入量が少ないためイオン注入によって結晶欠陥がほとんど発生しない領域に、活性化したイオン種が低濃度で存在する領域とは異なり、逆方向リーク電流を低減することができる。第１のガードリング層を形成する際の不純物イオンの注入量は、第２のガードリング層を形成する際の不純物イオンの注入量と比較して高く設定することで、第１のガードリング層の不純物イオン濃度は、第２のガードリング層の不純物イオン濃度より高くすることが可能である。   The SiC Schottky barrier diode according to the present invention includes a second guard ring layer having a lower impurity concentration on the lower or outer peripheral side surface of the first guard ring layer corresponding to the guard ring layer previously proposed by the applicant of the present application. It has a structure equipped with. In the first and second guard ring layers of the present invention, crystal defects generated by ion implantation are recovered (recrystallized) by heat treatment, and the activation rate of impurity ions implanted is 1% or less. It is about. Accordingly, in the first and second guard ring layers of the present invention, the impurity ion implantation amount is set low, and the impurity ion concentration region formed by increasing the activation rate of the implanted impurity ions, that is, Unlike a region where activated ion species exist at a low concentration in a region where crystal defects hardly occur due to ion implantation due to a small implantation amount, reverse leakage current can be reduced. The amount of impurity ions implanted when forming the first guard ring layer is set higher than the amount of impurity ions implanted when forming the second guard ring layer. The impurity ion concentration of can be higher than the impurity ion concentration of the second guard ring layer.

図１は、本発明の第１の実施例のＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面図である。高不純物濃度のｎ型六方晶ＳｉＣからなるｎ＋ＳｉＣ基板１上に、ｎ＋ＳｉＣ基板より不純物濃度の低いｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２が形成されている。ｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２にはｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層にショットキー接触するショットキー電極３が形成されている。そして、ショットキー電極３の外周部に、一部が重なるように本発明の第１のガードリング層８が形成され、さらに第１のガードリング層８の外周側面部に第２のガードリング層９が形成されている。ショットキー電極３上には、パッド電極６が形成されており、さらにｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２の露出する表面、ショットキー電極３、パッド電極６を覆うようにパッシベーション膜７が形成されている。このパッシベーション膜７は、本発明のＳｉＣショットキーバリアダイオードをパッケージに組立てる際に、パッド電極６上にワイヤーボンディングを行うため開口が形成されている。また、ｎ＋ＳｉＣ基板１の裏面側にはオーミック電極４が形成されている。   FIG. 1 is a sectional view of a SiC Schottky barrier diode according to a first embodiment of the present invention. An n− type SiC epitaxial layer 2 having an impurity concentration lower than that of the n + SiC substrate is formed on an n + SiC substrate 1 made of high impurity concentration n type hexagonal SiC. The n − type SiC epitaxial layer 2 is formed with a Schottky electrode 3 that is in Schottky contact with the n − type SiC epitaxial layer. The first guard ring layer 8 of the present invention is formed so as to partially overlap the outer peripheral portion of the Schottky electrode 3, and the second guard ring layer is further formed on the outer peripheral side surface portion of the first guard ring layer 8. 9 is formed. A pad electrode 6 is formed on the Schottky electrode 3, and a passivation film 7 is formed so as to cover the exposed surface of the n − -type SiC epitaxial layer 2, the Schottky electrode 3, and the pad electrode 6. . The passivation film 7 has an opening for wire bonding on the pad electrode 6 when the SiC Schottky barrier diode of the present invention is assembled into a package. An ohmic electrode 4 is formed on the back side of the n + SiC substrate 1.

第１のガードリング層８および第２のガードリング層９は、通常の半導体装置の製造方法に従い、例えば、ｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層２にフォトレジストやＣＶＤ酸化膜等からなるイオン注入マスクをパターニングすることにより選択イオン注入を行い、その後、イオン注入によって生じた結晶欠陥を回復するため、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気で熱処理を行って結晶欠陥が生じた部分を再結晶化すると共に、注入されたイオンの一部を活性化して形成する。   The first guard ring layer 8 and the second guard ring layer 9 are formed by patterning, for example, an ion implantation mask made of a photoresist, a CVD oxide film, or the like on the n − type SiC epitaxial layer 2 in accordance with a normal method for manufacturing a semiconductor device. In order to recover the crystal defects caused by the ion implantation, and then recrystallize the portion where the crystal defects occurred by performing a heat treatment in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, A part of the implanted ions is activated and formed.

一例として、第１のガードリング層８は、第１のガードリング層形成予定領域を開口するようにイオン注入マスクを形成し、ホウ素イオンを注入エネルギー３０ｋｅＶ、注入量１×１０15ｃｍ-2を室温でイオン注入する。また、第２のガードリング層９は、第２のガードリング層形成予定領域を開口するように別のイオン注入マスクを形成し、ホウ素イオンを注入エネルギー３０ｋｅＶ、注入量１×１０14ｃｍ-2、室温でイオン注入する。その後、１０５０℃で９０分程度の熱処理を行う。このように通常のイオン注入後の熱処理温度としては比較的低温の熱処理を行うことで、注入されたイオンの活性化率は１％程度とすることができ、ｐ型の導電型を示す不純物濃度の低い領域を形成することができる。本実施例では、第１のガードリング層８と第２のガードリング層９とを形成する際、イオン注入条件の注入量に差を設けることで、形成されるガードリング層の不純物イオン濃度に差を設けている。 As an example, the first guard ring layer 8 forms an ion implantation mask so as to open the first guard ring layer formation planned region, boron ions are implanted at an energy of 30 keV, and an implantation amount is 1 × 10 15 cm −2 . Ion implantation at room temperature. The second guard ring layer 9 is formed with another ion implantation mask so as to open the second guard ring layer formation scheduled region, boron ions are implanted at an energy of 30 keV, and an implantation amount is 1 × 10 14 cm −2. Ion implantation at room temperature. Thereafter, heat treatment is performed at 1050 ° C. for about 90 minutes. As described above, by performing heat treatment at a relatively low temperature after normal ion implantation, the activation rate of the implanted ions can be reduced to about 1%, and the impurity concentration exhibits p-type conductivity. Can be formed. In the present embodiment, when the first guard ring layer 8 and the second guard ring layer 9 are formed, the impurity ion concentration of the guard ring layer to be formed is made different by providing a difference in the implantation amount of the ion implantation conditions. Make a difference.

図２は、本発明のガードリング層を備えたＳｉＣショットキーバリアダイオードの逆方向電流特性を示す。比較のため、図５で説明した従来例の逆方向電流特性も図示している。図２に示すように、本発明の逆方向電流特性は、従来例１に比べて耐圧が高く、従来例２と７００Ｖ程度までは同等の耐圧が得られることがわかる。一方、７００Ｖを越えると、ブレークダウン特性を示している。これは、本発明の第１のガードリング層８により７００Ｖ程度まで電流が抑制され、７００Ｖ程度を越えると第２のガードリング層９でブレークダウン特性を持たせることができたことを示している。このように形成したＳｉＣショットキーバリアダイオードに対し、急峻な電圧あるいは電流を印加した結果、破壊に至ることはなく、アバランシェ耐量が向上したことが確認できた。   FIG. 2 shows reverse current characteristics of a SiC Schottky barrier diode provided with the guard ring layer of the present invention. For comparison, the reverse current characteristic of the conventional example described in FIG. 5 is also shown. As shown in FIG. 2, the reverse current characteristic of the present invention has a higher withstand voltage than that of Conventional Example 1, and it can be seen that an equivalent withstand voltage can be obtained up to about 700 V as compared with Conventional Example 2. On the other hand, when it exceeds 700V, breakdown characteristics are shown. This indicates that the current is suppressed to about 700 V by the first guard ring layer 8 of the present invention, and if the voltage exceeds about 700 V, the second guard ring layer 9 can have a breakdown characteristic. . As a result of applying a steep voltage or current to the SiC Schottky barrier diode formed as described above, it was confirmed that the avalanche resistance was improved without causing breakdown.

次に、第２の実施例について説明する。図３は本発明の第２の実施例のＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面図である。先に説明した第１の実施例とは、第２のガードリング層９の配置が相違している。即ち、第１のガードリング層８はショットキー電極３と一部が重なるように形成され、この第１のガードリング層８の下部に第２のガードリング層９を形成している。ここで、第２のガードリング層９は、ショットキー電極３には接触しない構造とすることで、高い耐圧を保持することが可能となる。   Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of a SiC Schottky barrier diode according to a second embodiment of the present invention. The arrangement of the second guard ring layer 9 is different from that of the first embodiment described above. That is, the first guard ring layer 8 is formed so as to partially overlap the Schottky electrode 3, and the second guard ring layer 9 is formed below the first guard ring layer 8. Here, the second guard ring layer 9 has a structure that does not come into contact with the Schottky electrode 3, so that a high breakdown voltage can be maintained.

第１のガードリング層８および第２のガードリング層９は、実施例１同様、選択イオン注入により形成する。その際、同一のイオン注入マスクを使用し、２回のイオン注入を行うことになる。まず第２のガードリング層９を形成するため、ホウ素イオンを注入エネルギー１００ｋｅＶ、注入量１×１０14ｃｍ-2、室温でイオン注入する。同じイオン注入マスクを使用し、第１のガードリング層８を形成するため、ホウ素イオンを注入エネルギー３０ｋｅＶ、注入量１×１０15ｃｍ-2を室温でイオン注入する。その後、１０５０℃で９０分程度の熱処理を行う。このように通常のイオン注入後の熱処理温度としては比較的低温の熱処理を行うことで、注入されイオンの活性化率は１％程度とすることができ、ｐ型の導電型を示す不純物濃度の低い領域を形成することができる。本実施例でも、第１のガードリング層８と第２のガードリング層９は、注入エネルギーおよび注入量に差を設けることで、形成されるガードリング層の形成深さと不純物イオン濃度に差を設けている。 The first guard ring layer 8 and the second guard ring layer 9 are formed by selective ion implantation as in the first embodiment. At that time, the same ion implantation mask is used, and ion implantation is performed twice. First, in order to form the second guard ring layer 9, boron ions are implanted at an implantation energy of 100 keV, an implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 , and at room temperature. In order to form the first guard ring layer 8 using the same ion implantation mask, boron ions are implanted at an implantation energy of 30 keV and an implantation amount of 1 × 10 15 cm −2 at room temperature. Thereafter, heat treatment is performed at 1050 ° C. for about 90 minutes. As described above, the heat treatment temperature after the normal ion implantation is such that the activation rate of the implanted ions can be reduced to about 1% by performing the heat treatment at a relatively low temperature. A low region can be formed. Also in this embodiment, the first guard ring layer 8 and the second guard ring layer 9 are different in the formation depth and impurity ion concentration of the formed guard ring layer by providing a difference in the implantation energy and the implantation amount. Provided.

このように形成したガードリング層を備えたＳｉＣショットキーバリアダイオードの逆方向電流特性は、前述の第１の実施例同様、従来例１に比べて耐圧が高く、従来例２に比べてアバランシェ耐量を向上させることができる。   The reverse direction current characteristics of the SiC Schottky barrier diode provided with the guard ring layer formed in this way have a higher withstand voltage compared to the conventional example 1 as in the first embodiment, and an avalanche resistance compared to the conventional example 2. Can be improved.

なお、実施例１と比較して、ショットキー電極３と第２のガードリング層９との間の寸法が短くなるため、ブレークダウン電圧は７００Ｖより低くなるが、ガードリング層を形成する際の注入条件等を適宜変更することで、形成深さ、不純物濃度を適宜設定し、所望の耐圧とブレークダウン電圧を設定することが可能となる。   In addition, since the dimension between the Schottky electrode 3 and the 2nd guard ring layer 9 becomes short compared with Example 1, although a breakdown voltage becomes lower than 700V, when forming a guard ring layer By appropriately changing the implantation conditions and the like, it is possible to set the formation depth and impurity concentration as appropriate, and set the desired breakdown voltage and breakdown voltage.

次に、第３の実施例について説明する。図４は本発明の第３の実施例のＳｉＣショットキーバリアダイオードの断面図である。先に説明した第１の実施例、第２の実施例とは、第２のガードリング層９の配置が相違している。図４に示すように第１の実施例と第２の実施例を組み合わせた構造とすることも可能である。   Next, a third embodiment will be described. FIG. 4 is a sectional view of a SiC Schottky barrier diode according to a third embodiment of the present invention. The arrangement of the second guard ring layer 9 is different from the first and second embodiments described above. As shown in FIG. 4, it is also possible to have a structure combining the first embodiment and the second embodiment.

この場合、逆方向電流特性は前述の第２の実施例同様、従来例１に比べて耐圧が高く、従来例２に比べてアバランシェ耐量を向上させることができる。また、実施例１と比較して、ショットキー電極３と第２のガードリング層９との間の寸法が短くなるため、ブレークダウン電圧は７００Ｖより低くなるが、ガードリング層を形成する際の注入条件等を適宜変更することで、形成深さ、不純物濃度を適宜設定し、所望の耐圧とブレークダウン電圧を設定することが可能となる。   In this case, the reverse current characteristic has a higher withstand voltage than the conventional example 1 and can improve the avalanche resistance as compared with the conventional example 2, as in the second embodiment. Further, since the dimension between the Schottky electrode 3 and the second guard ring layer 9 is shorter than that in the first embodiment, the breakdown voltage is lower than 700 V. However, when the guard ring layer is formed, By appropriately changing the implantation conditions and the like, it is possible to set the formation depth and impurity concentration as appropriate, and set the desired breakdown voltage and breakdown voltage.

以上本発明の実施例について説明したが、本発明のガードリング層を形成するためには、上記実施例に限定されず、ＳｉＣショットキーバリアダイオードの所望の特性が得られる範囲で、以下の条件を適宜設定すればよい。まず、注入するイオン種はホウ素あるいはアルミニウムとし、注入エネルギーは３０〜１８０ｋｅＶ、注入量は５×１０13ｃｍ-2〜５×１０15ｃｍ-2の範囲に設定する。注入エネルギーを一定として注入量を増加させると、不純物イオンが注入された領域のアモルファス化の度合いが強まり、熱処理による結晶性の回復が悪くなる傾向となる。そこで、本発明では、以下に説明する熱処理条件で所望の再結晶化が生じるように、上記の注入量に設定すればよい。注入エネルギーは、注入深さを決めるために設定している。 Although the embodiments of the present invention have been described above, in order to form the guard ring layer of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments, and the following conditions are obtained within the range where desired characteristics of the SiC Schottky barrier diode can be obtained. May be set as appropriate. First, the ion species to be implanted is boron or aluminum, the implantation energy is set to 30 to 180 keV, and the implantation amount is set to the range of 5 × 10 13 cm −2 to 5 × 10 15 cm −2 . When the implantation energy is made constant and the implantation amount is increased, the degree of amorphization of the region into which the impurity ions are implanted becomes stronger, and the crystallinity recovery by the heat treatment tends to deteriorate. Therefore, in the present invention, the above injection amount may be set so that desired recrystallization occurs under the heat treatment conditions described below. The implantation energy is set to determine the implantation depth.

次に熱処理温度範囲は、イオン注入によって結晶に欠陥を生じさせた後、再結晶化させると共に、注入した不純物イオンの活性化率の低い温度範囲に設定している。イオン注入後の熱処理温度の下限は、再結晶化するといわれている８００℃より高い温度である９００℃に設定することにより、確実に再結晶化させている。さらに、熱処理温度の上限は、注入した不純物イオンがアクセプターとして活性化する活性化率が１％程度となる１５００℃より低い１３００℃に設定することで、注入した不純物イオンのほとんどがアクセプターとして活性化しないことになる。従って本発明では、熱処理温度を９００℃〜１３００℃の温度範囲としている。   Next, the heat treatment temperature range is set to a temperature range in which defects are generated in the crystal by ion implantation and then recrystallized, and the activation rate of the implanted impurity ions is low. By setting the lower limit of the heat treatment temperature after ion implantation to 900 ° C., which is higher than 800 ° C., which is said to be recrystallized, the recrystallization is reliably performed. Furthermore, the upper limit of the heat treatment temperature is set to 1300 ° C., which is lower than 1500 ° C. at which the activation rate at which the implanted impurity ions are activated as acceptors is about 1%, so that most of the implanted impurity ions are activated as acceptors. Will not. Therefore, in this invention, the heat processing temperature is made into the temperature range of 900 degreeC-1300 degreeC.

１：ｎ＋型ＳｉＣ基板、２：ｎ−型ＳｉＣエピタキシャル層、３：ショットキー電極、４：オーミック電極、５：ガードリング層、６：パッド電極、７：パッシベーション膜、８：第１のガードリング層、９：第２のガードリング層 1: n + type SiC substrate, 2: n− type SiC epitaxial layer, 3: Schottky electrode, 4: ohmic electrode, 5: guard ring layer, 6: pad electrode, 7: passivation film, 8: first guard ring Layer 9: second guard ring layer

Claims (2)

第１の導電型のシリコンカーバイド層表面にショットキー電極を備え、該ショットキー電極の周囲に一部が重畳するようにガードリング層を備えたシリコンカーバイドショットキーバリアダイオードにおいて、
前記ガードリング層は、前記第１の導電型のシリコンカーバイド層に第２の導電型となる不純物イオンが注入された領域が再結晶化し、かつ注入された前記不純物イオンの一部が活性化されて第２の導電型を示す領域からなる第１のガードリング層および第２のガードリング層により構成され、
前記第１のガードリング層は、前記ショットキー電極の周囲に一部が重畳するように配置され、前記第２のガードリング層は、前記第１のガードリング層の下部あるいは外周側面に接触し、前記ショットキー電極の周囲に重畳しないように配置され、
前記第２のガードリング層の不純物濃度は、前記第１のガードリング層の不純物濃度より低いことを特徴とするシリコンカーバイドショットキーバリアダイオード。 In a silicon carbide Schottky barrier diode comprising a Schottky electrode on the surface of a silicon carbide layer of the first conductivity type and a guard ring layer so as to partially overlap the Schottky electrode,
The guard ring layer is recrystallized in a region where the impurity ions of the second conductivity type are implanted into the silicon carbide layer of the first conductivity type, and a part of the implanted impurity ions is activated. The first guard ring layer and the second guard ring layer made of a region exhibiting the second conductivity type.
The first guard ring layer is disposed so as to partially overlap the periphery of the Schottky electrode, and the second guard ring layer is in contact with a lower part or an outer peripheral side surface of the first guard ring layer. , Arranged so as not to overlap around the Schottky electrode,
The silicon carbide Schottky barrier diode, wherein an impurity concentration of the second guard ring layer is lower than an impurity concentration of the first guard ring layer. 請求項１記載のシリコンカーバイドショットキーバリアダイオードにおいて、
前記第１のガードリング層および前記第２のガードリング層は、Ｎ型のシリコンカーバイド層にＰ型となる不純物イオンが注入された領域が再結晶化した領域からなり、かつ注入された前記Ｐ型となる不純物イオンの一部が活性化されてＰ型の導電型を示す領域であることを特徴とするシリコンカーバイドショットキーバリアダイオード。 The silicon carbide Schottky barrier diode according to claim 1,
The first guard ring layer and the second guard ring layer are formed by recrystallizing a region in which impurity ions to be P-type are implanted into an N-type silicon carbide layer, and the implanted P A silicon carbide Schottky barrier diode, which is a region in which a part of impurity ions serving as a mold is activated to exhibit a P-type conductivity type.
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