JP2911605B2 - Ｍｏｓトレンチを有するショットキー障壁整流装置 - Google Patents

Ｍｏｓトレンチを有するショットキー障壁整流装置

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JP2911605B2
JP2911605B2 JP7504063A JP50406395A JP2911605B2 JP 2911605 B2 JP2911605 B2 JP 2911605B2 JP 7504063 A JP7504063 A JP 7504063A JP 50406395 A JP50406395 A JP 50406395A JP 2911605 B2 JP2911605 B2 JP 2911605B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、整流装置、特に金属・半導体整流装置
と、これらの装置の製造方法とに関する。
発明の背景 ショットキー障壁整流装置はスイッチングモード電源
機構の出力整流装置として、またモータドライブ等の他
の高速電力スイッチング用途での出力整流装置として、
大きな順方向電流を運び、かつ高逆方向ブロッキング電
圧を維持するために、広範囲にわたって使用される。当
業者によく知られされているように、二端子整流装置は
順方向への電流の流れに対する抵抗がたいへん低く、一
方逆方向への電流の流れに対する抵抗がたいへん高い。
また当業者によく知られているように、ショットキー障
壁整流装置は金属・半導体接合を横断する非線形電流輸
送の結果として単極性整流を生じる。
主として金属/N−型半導体接合を横切る単極性電荷担
体の輸送に関して基本的に４通りの方法がある。すなわ
ち、これら４通りの方法とは、（１）半導体から金属／
半導体ポテンシャル障壁を越えて金属内に電子を運ぶ方
法（熱電子放出）、（２）障壁を介した電子の量子力学
的トンネリング（電界放射）、（３）空間電荷領域の再
結合、および（４）金属から半導体への正孔注入であ
る。さらに、金属・半導体インタフェースでのトラップ
の存在によって生ずるインタフェース電流と同様に、金
属接合周囲での高電場によって生じた端部漏れ電流が存
在する。
熱電子放出（１）による電流の流れは、適当な温度
（例えば、300K）で操作され、かつ適当にドープされた
半導体領域（例えば、ドーピング濃度≦１×1016cm-3と
したSi）を有するショットキー電力整流装置とって最も
有力なプロセスである。半導体領域への適当なドーピン
グによって、金属と半導体領域との間に相対的に幅の広
いポテンシャル障壁も生じる。それによって、トンネリ
ング（２）によって生ずる電流の割合が限定される。空
間電荷再結合電流（３）はＰ−Ｎ接合ダイオードで観察
されるものと同様であり、順方向電流密度がたいへん低
い場合のみ顕著となる。最後に、少数キャリア注入
（４）による電流輸送は、順方向電流密度が大きい場合
のみ顕著となる。
最新の電源機構の電圧は電力消費量の低下およびエネ
ルギー効率増大の必要性に応じて減少し続けるので、順
方向バイアス電荷密度が高く維持されたままで電力整流
装置を横切るオン電圧降下の減少にとってより一層有利
となる。当業者が熟知しているように、オン電圧降下は
金属／半導体接合を横切る順方向電圧降下と半導体領域
およびカソード接合の直列抵抗とに依存する。
電力消費量減少の必要性は、逆方向バイアス漏れ電流
を最小限にすることも要求する。この逆方向バイアス電
流は、操作の逆方向バイアスブロッキングモード中にけ
る整流装置内の電流である。逆方向バイアスブロッキン
グ電圧を高く接続させ、かつ逆方向漏れ電流を少なくす
るために、整流装置の半導体部分は、金属／半導体イン
ターフェースにおける逆方向バイアス電界が過剰となら
ないように、通常軽くドープされ、かつ相対的に厚く作
られている。与えられた逆方向バイアス電圧の逆方向バ
イアス漏れ電流の大きさもまた、金属領域と半導体領域
との間のショットキー障壁の高さ（ポテンシャル障壁）
に逆に依存する。したがって、電力消費を低くするため
に、順方向バイアス電圧降下および逆方向バイアス漏れ
電流の両方が極小化されなければならず、また逆方向ブ
ロッキング電圧は極大化されなければならない。
不運にも、ショットキー障壁において順方向バイアス
電圧降下と逆方向漏れ電流との間でトレードオフが存在
する。したがって、これら二つの特性を同時に極小化さ
せることは困難である。特に、ショットキー障壁の高さ
が減少されると、順方向電圧降下が減少する一方で逆方
向バイアス漏れ電流が増加する。それとは逆に、上記障
壁の高さが高くなると、順方向電圧降下が増加する一方
で上記漏れ電流が減少する。半導体領域におけるドーピ
ング濃度も重要な役割を演じる。ドーピング濃度が高け
れば順方向バイアス電圧降下が低下するけれども、逆方
向バイアス破壊が衝撃イオン化によって減少する。
したがって、ショットキー障壁整流装置の設計におい
て、障壁の高さや半導体ドーピング濃度等の設計パラメ
ータは特定用途上の必要に応じて選択される。なぜな
ら、すべての装置寄生を同時に極小化することはできな
い。順方向導電が優勢である間は電力が消失する大きな
デューティサイクルによる高電流使用を意図したショッ
トキー整流装置では、一般に障壁の高さを低くする。障
壁の高さを高くすることは、周囲温度が高いあるいは高
逆方向ブロッキングケイパビリティを必要とする用途に
向けられたショットキー整流装置で通常使用される。
金属／半導体接合によって形成されたショットキー障
壁の高さは、金属接合と半導体基板との間の仕事関係電
位差に関係している。金属関数とショットキー障壁の高
さとの関係については、エス・エム・スゼ（S.M.Sze）
の教科書「半導体、物理および技術（Semiconductor De
vices,Physics and Technology）」ジョンウィリ＆サン
ズ（John Wiley ＆ Sons）、1985、163頁の第５章、図
３に図式的に説明されている。また、ショットキー障壁
電力整流装置の設計に関する詳細かつ包括的な議論は、
ジョンウィリ＆サンズ（John Wiley ＆ Sons）が出版し
た共同発明者であるバリガ（Baliga）の教科書「近代的
電力装置（Modern Power Devices）」1987のセクション
8.2に見いだされよう。本願ではこのような開示内容を
援用する。
特に、バリガの教科書のセクション8.2.1および8.2.2
は、バリガの教科書の図8.13の構造を有する、平行平面
ショットキー整流装置における順方向導電および逆方向
ブロッキングの両方に関連した半導体物理学を開示して
いる。後の式8.14に示されるように、ショットキー障壁
の高さ（ΦBn）の関数である飽和電流（JS）と同様に、
順方向電圧降下はドリフト領域、基板、および接合の抵
抗（RD、RS、RC）と順方向電流密度（JF）とに依存して
いる。バリガの教科書の図3.3の構造を有するショット
キー整流装置（BVpp）の最大逆方向ブロッキング電圧
（すなわち、破壊電圧）もまた、片側階段形Ｐ−Ｎ接合
整流装置（例えば、P+−ＮまたはN+−Ｐ）のものと申し
分なく等しい開示されている。破壊電圧（BVpp）は、以
下の式（１）に記載されているように、ドリフト領域
（ND）のドーピング濃度に依存している。
ND＝２×1018(BVpp)-4/3 （１） 式（１）は前述のバリガの教科書から式8.18を転載し
たものである。階段形破壊時の破壊電圧および空乏層幅
とＰ−Ｎ接合整流装置ドリフト領域ドーピング（ND）と
の図式的表現を図１に示す。図１は、上記バリガの教科
書から図3.4を転載したものである。
しかし、実際のところ、ショットキー整流装置の正味
破壊電圧は、式（１）によて記載され、かつ図１に示さ
れた階段形平行平面Ｐ−Ｎ接合に関して約３分の１（1/
3）である。等業者に理解されるように、逆方向バイア
ス状態で起こる映像引力による金属領域および半導体領
域の間のポテンシャルバリアの低下によって部分的に破
壊電圧が平行平面の値よりも低くなる。
ショットキー障壁整流装置に関連したオン電圧降下／
逆方向ブロッキング電圧トレードオフを最適化する試み
として、接合障壁制御ショットキー（Junction Barrier
Controlled Schottky（JBS））制御ショットキー整流
装置がある。このJSB整流装置は、半導体基板の面にシ
ョットキー接合からなるアレイを有するショットキー整
流装置であり、該接合は該基板の下に対応する半導体チ
ャンネル領域を有する。また、JBS整流装置は、ショッ
トキー接合の間に散在したＰ−Ｎ接合グリッドを含む。
Ｐ−Ｎ接合グリッドの働きにもとづいて、この装置は
「ピンチ（pinch）」整流装置ともいう。このＰ−Ｎ接
合グリッドはグリッドから基板へ拡がる空乏層が順方向
バイアス電流に対してチャンネル領域がピンチオフ（pi
nch−off）しない一方で逆方向バイアス漏れ電流に対し
てピンチオフするように設計される。
当業者が理解できるように、Ｐ−Ｎ接合に形成された
空乏層は、ショットキー障壁接合の下のチャンネル領域
に拡がる。グリッドの寸法とＰ型領域のドーピング濃度
は、逆方向バイアスが数ボルト越えた場合に、ショット
キー接合のアレイの下へ空乏層が横切るように、またピ
ンチオフを引き起こすように設定されている。空乏層に
よるチャンネルのピンチオフは基板内にポテンシャル障
壁を形成し、また逆バイアス電圧のさらなる上昇は空乏
層によって維持され、ショットキー障壁接合から離れて
基板内に広がる。したがって、逆方向バイアスしきい電
圧が一度達成されると、空乏層は逆方向バイアス電流の
さらなる増加からショットキー障壁接合をシールドす
る。このシールド効果は金属接合と半導体基板との間の
インターフェイスにおけるショットキー障壁電圧の低下
を防ぎ、かつ大きい逆方向漏れ電流の形成を阻止する。
上記JBS整流装置の設計および働きは、既に引用した
教科書のセクション8.4および共同発明者の米国特許第
4,641,174号にピンチ整流装置（Pinch Rectifier）と題
されて記載されており、本願で援用する。例えば、本願
で図２として転載された上記の′174特許の図６に示さ
れるように、ピンチ整流接合20の実施態様は、金属層23
0と基板204とによって形成された複数のショットキー整
流接合232と、領域234と基板204とによって形成された
Ｐ−Ｎ接合グリッドとを有する。残念なことに、上記JB
S整流装置は順方向導電に関与するショットキー接合領
域全体の縮小によって引き起こされる相対的に大きな順
方向電圧降下と相対的に大きな直列抵抗とを一般に持
つ。この領域における減少は基板の面でのＰ−Ｎ接合グ
リットの存在によって必然的に起こる。また、大きい順
方向電流によって大きい順方向電圧降下を引き起こすこ
とができ、少数キャリア導電（すなわち、バイポーラ）
の開始につながる。これは高スイッチング速度でのJBS
のパフォーマンスを制限する。最後に、JBSの逆方向ブ
ロッキング電圧は等価ドリフト領域ドーピング（ND）を
有するショットキー整流装置の逆方向ブロッキング電圧
よりもいくぶん高いけれども、図１に示したように、平
行平面Ｐ−Ｎ接合で得ることが可能な逆方向ブロッキン
グ能のレベルに達しない。
順方向電圧降下／逆方向ブロッキング電圧トレードオ
フを最適化する他の試みが、「トレンチを有する電力整
流装置（Power Rectifier with Trenches）」と題され
たチャング（Chang）およびトング（Tong）の米国特許
第4,982,260号に開示されている。この開示内容を本願
では援用する。例えば、図３および４として本願にそれ
ぞれ転載された図10Bおよび14Bに示されているように、
従来のＰ−ｉ−Ｎ接合整流装置（P+−N-−N+）はＮ型半
導体基板の一面上にあるショットキー接合の散在配列を
含むように修飾される。図３によって示されるように、
ショットキー接合領域550A−ＣはMOSトレンチ領域522A
−522FによってP+部分510A−Ｄ（Ｐ−ｉ−Ｎ整流装置
の）から分離される。図４によって示される他の実施態
様では、ショットキー接合領域718A−Ｅはトレンチ710A
−Ｆの底部に形成されたP+部分720A−Ｆ付近に散在す
る。当業者に理解されるように、これらの修復Ｐ−ｉ−
Ｎ整流装置もまた一般に不必要な大きな直列抵抗をドリ
フト領域（N-領域506、706）に持つ。さらに、相対的に
僅かの順方向導電領域がショットキー接合に与えられ
る。これは、平行接続P+−Ｎ接合よりも低い順方向電圧
でターンオンすることによって順方向バイアス特性を支
配する。最後に、これらのＰ−ｉ−Ｎ型整流装置の順方
向漏れ電圧は対応するショットキー制御装置の順方向漏
れ電流よりも実質的に低いけれども、JBSのように、階
段平行平面Ｐ−Ｎ接合に関連した逆方向ブロッキング能
のレベルに達することはできない。
MOS障壁ショットキー（MBS）整流装置もまた、0.5ボ
ルトよりも大きい順方向電圧降下での、および上記した
JBS整流装置を用いて得ることが可能なものよりもより
一層大きい順方向単一電流密度での単極導電を可能とす
るために提案されている。特に、このMBS整流装置は共
同発明者であるバリガ（Baliga）による「整流装置の新
たなコンセプト（New Concepts in Rectifier）」と題
された論文、半導体物理の第３回国際ワークショップ
（the Third International Warkshop on the Physics
of Semiconductor Devices）、11月27日〜12月２日、ワ
ールド・サイエンティフック・パプリケーションズ、マ
ドラス、インド（World Scientific Publications,Madr
as,India）、1985に記載されている。この論文の図５に
あるパフォーマンスシミレーション曲線によって示され
るように、150〜1200ボルトのオーダーにある理想的な
逆転ブロッキング電圧は、約0.5ボルトよりも大きい相
対的に高い順方向電圧降下を有するMBSに対する理論的
な制限を表す。図５のシミレーション曲線は、既に述べ
たバリガの教科書の等式8.14および8.18をもとにしてい
る。したがって、図５の曲線は理想的なショットキー整
流装置動作を仮定しており、そして上記したように、影
像引力によって誘導された金属とドリフト領域との間の
ポテンシャル障壁の低下のような降下を考慮しない。
したがって、これらの発展にもかかわらず、低順方向
電圧降下および高逆方向ブロッキング能を有するショッ
トキー整流装置、好ましくは理想的な、あるいは理想に
近い平行平面ブロッキング電圧を有するショットキー整
流装置の必要性は続く。
本発明の要約 したがって、本発明の目的は低電圧用途のショットキ
ー整流装置を提供することでである。
また、本発明の目的は、低順方向電圧降下を持つ高順
方向バイアス電流を維持ことが可能なショットキー整流
装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、高逆方向ブロッキング
電圧を維持することが可能なショットキー整流装置を提
供することである。
本発明のさらに別の目的は、理想の、あるいは理想の
平行平面逆方向ブロッキング電圧よりも高く維持するこ
とが可能なショットキー整流装置を提供することであ
る。
本発明にもとづくこれらの目的および他の目的は、ケ
イ素のような半導体基板中にカソード領域と該領域上に
設けられたドリフト領域とを有するショットキー整流装
置によって提供される。ドリフト領域は、高順方向バイ
アス電流密度で順方向電圧降下を減少するために相対的
に高濃度にドープされている。しかし、高ブロッキング
電圧も有する整流装置を提供するために、本発明は理想
の平行平面階段Ｐ−Ｎ接合整流装置（ideal parallel−
plane abrupt P−N junction rectifier）の逆方向ブロ
ッキング電圧よりも高くショットキー整流装置の逆方向
ブロッキング電圧を増大させるための手段をドリフト領
域内に含む。特に、本発明はドリフト領域内に離間した
複数のトレンチを有するショットキー整流装置を提供す
る。これらのトレンチは、所定のメサ幅と所定のメサド
ーピング濃度とを持つ少なくとも一つのメサを限定す
る。本発明によれば、ドーピング濃度が１×1016cm-3よ
りも高いメサによって高逆方向ブロッキング電圧が達成
できる。この場合、メサドーピング濃度とメサ幅との積
が５×1012cm-2以下である。思いがけずにも、ドーピン
グ濃度と組み合わて整流装置の形状（geometry）は、従
来の装置よりも優れたパフォーマンスを発揮するように
操作することができる。したがって、一般に相対的に低
逆方向ブロッキング電圧を引き起こす相対的に高ドリフ
ト領域ドーピング濃度を有するショットキー整流装置を
提供する一方で、本発明は逆方向ブロッキング電圧を例
えドーピング濃度が１×1016cm-3よりも高くても理想の
値あるいは理想の値よりも高くするための手段を含む。
本発明の一実施態様は、第一および第二の面を有する
半導体基板を含む。この基板は、第一の面に延伸した第
一導電型のカソード領域と、該カソード領域上に第一の
導電型のドリフト領域とを有する。ドリフト領域は第二
の面に延伸し、該第二面でドリフト領域内に第二のトレ
ンチが形成される。トレンチは、一般に違いに平行に伸
びた側壁部を有するもので、ドリフト領域内にメサを限
定する。このメサは好ましくは縞（ストライプ）状、矩
形状、または円形状のものである。また、第一および第
二絶縁領域もトレンチの側壁部に形成される。
さらに、第二面上と第一および第二絶縁領域上とにア
ノード電極が形成される。このアノード電極は、第二面
でメサとともにショットキー整流接合を形成する。アノ
ード電極も絶縁領域上に形成され、かつ隣接トレンチに
延伸するため、アノード電極へのポテンシャルバイアス
の用途は、第二面上のアノード電極／メサインターフェ
イスでの導電に影響するだけでなく、インターフェイス
下のメサにおける電界のプロファイルにも影響を与え
る。いかなる理論によっても結合しないことの望まない
一方で、メサにおける電界分布の思いもよらない形状が
逆方向バイアス破壊に対して整流装置の感度を低くして
しまい、また実際に、ブロッキング電圧を対応する理想
の平行平面逆方向ブロッキング電圧よりも高くする。例
えば、本発明にもとづき、かつドリフト領域ドーピング
濃度が１×1017cm-3であるショットキー整流装置が製造
され、試験され、15ボルトよりも高い逆方向ブロッキン
グ電圧を示した。
最後に、メサを限定するためにドリフト領域内にトレ
ンチを形成する代わりに、メ従来の方法、例えば選択的
エピタキシャル成長（SEG）を用いてドリフト領域の延
長としてメサを形成してもよい。この実施態様では、Si
O2のような絶縁領域を従来の成長また蒸着方法を用いて
メサの側面に形成することができる。
図面の詳細な説明 図１は、平行平面階段Ｐ−Ｎ接合のドーピング濃度に
対する破壊電圧および空乏層幅を説明するための図であ
る。
図２は、米国特許第4,641,174号の図６にもとづく先
行技術のピンチ整流装置の断面を示す図である。
図３は、米国特許第4,982,260号の図10Bにもとづく先
行技術のＰ−ｉ−Ｎ整流装置の断面を示す図である。
図４は、米国特許第4,982,260号の図14Bにもとづく先
行技術のＰ−ｉ−Ｎ整流装置の断面を示す図である。
図５は、本発明にもとづくトレンチMOSショットキー
障壁整流装置（TMBR）の第一実施態様の断面を示す図で
ある。
図6A〜図6Fは、中間の製造工程における図５の構造の
断面図である。
図７は、平行平面ショットキー整流装置と本発明にも
とづくMOSショットキー障壁整流装置に関して逆方向漏
れ電流と逆方向バイアスとを比較した実験結果を示す図
である。
図８は、平行平面ショットキー整流装置と本発明にも
とづくMOSショットキー障壁整流装置に関して逆方向漏
れ電流と逆方向バイアスとを比較した実験結果を示す図
である。
図９は、本発明にもとづくトレンチMOSショットキー
整流装置に関して逆方向破断電圧とトレンチ深さとを示
すシミュレーション結果を示す図である。
好ましい実施態様の詳細な説明 以下、添付した図面を参照しながら本発明をより完全
に記載する。以下の記載では本発明の好ましい実施態様
を示す。しかし、本発明は多くの異なる形態に具体化さ
れるものであり、また本発明が以下の実施態様に限定さ
れるものではないと解釈すべきである。むしろ、この実
施態様はこの開示を徹底的かつ完全にするものであり、
また当業者に本発明の範囲を完璧に伝えるものである。
終始、同一番号は同一要素を表す。
図５をここで参照する。この図は本発明にもとづくト
レンチMOSショットキー障壁整流装置（TMBR）の断面図
である。整流装置10は、第一面12aおよび対向する第二
面12bを有する第一導電型、概してＮ−型導電の半導体
基板12を含む。この基板12は、第一面12aに隣接し、か
つ相対的に高濃度にドープされたカソード領域12c（N+
として示す）を好ましくは含む。第一導電型のドリフト
領域12d（Ｎとして示す）は、好ましくはカソード領域1
2cから第二面12bへ拡がる。したがって、カソード領域
のドーピング濃度は好ましくはドリフト領域よりも大き
い。対向面14aおよび14bによって限定される断面幅
“Wm”を有するメサは、好ましくはドリフト領域12dに
形成される。上記メサは、帯状、矩形状、円筒あるいは
円柱状、あるいは同様な他の形状をなす。絶縁領域16a
および16b（SiO2として示す）もメサ面に設けられる。
整流装置は絶縁領域16a,16b上にアノード電極18も有す
る。アノード電極18はメサ14とのショットキー整流接合
を形成する。アノード電極／メサインターフェイスに形
成されたショットキー障壁の高さは、電極金属および半
導体（例えば、Si,Ge,GaAs,およびSiC）の種類のみなら
ず、メサ14のドーピング濃度にも依存する。最後に、カ
ソード電極20は第一面12aでカソード領域12cに隣接して
設けられる。このカソード電極20はカソード領域12cと
オーミンクに接触（ohmically contact）する。
当業者に理解されるように、アノード電極18はメサ面
14a,14bに隣接した絶縁領域16a,16b上に形成されるの
で、アノード電極へポテンシャルバイアスを用いること
は、第二面12b上のアノード電極／メサインターフェイ
スにおける導電に影響を与えるのみならず、逆方向バイ
アス破壊に対して感受性が低い整流装置10を与え、さら
に階段Ｐ−Ｎ接合に関して本発明の逆方向ブロッキング
電圧が、対応する理想的な平行面ブロッキング電圧を越
えるために示された。実験にもとづいて図７に示される
ように、１×1017cm-7のドリフト領域ドーピング濃度を
有するトレンチMOSショットキー障壁整流装置は、対応
する平行平面階段Ｐ−Ｎ接合の9,5ボルトと比較して、1
5ボルトよりも大きい逆方向ブロッキング電圧を示し
た。
１×1016cm-3を越えるドリフト領域ドーピング濃度を
有する場合でも相対的に高い逆方向ブロッキング電圧が
達成される。さらに、ドリフト領域ドーピング濃度とメ
サ幅との積（product）が５×1012cm-2以下となるよう
にメサ幅“Wm”を選択することによって、１×1016cm-3
を越えるドリフト領域ドーピング濃度によって本発明に
もとづく整流装置について理想を越える逆方向ブロッキ
ング電圧が得られる。
ここで図6A〜図6Fを参照し、図５に示した整流装置10
の製造方法を説明する。まず、図6Aを参照すると、第一
および第二対向面12aおよび12bを有する基板は、面12a
に相対的に高濃度でドープされたカソード領域12cと、
該カソード領域上にドリフト領域12dとを有し、該ドリ
フト領域は第二面12bに拡がる。当業者に理解されるよ
うに、厚さが“Td”のドリフト領域12dは従来の方法に
よるエポタキシャル成長によって設けられる。複数の隣
接メサ13は、最初に酸化物（SiO2）、窒化物（Si
3N4）、およびフォトレジスト（それぞれ領域13,15、お
よび17）からなる多層積層対を第二面12bに設けること
によって形成される。しかし、酸化物領域13の形成は必
要なものではなく、また酸化物領域13は半導体12と窒化
物領域15との間の層間ストレスをやわらげるために相対
的に約100程度に薄く形成される。そして、従来のシロ
グラフィーによるパターン形成およびエッチングの工程
を実施し、図6bに示すように、熱酸化抵抗窒化物領域15
を有する分離したメサ14を形成する。領域15もSiO2をエ
ッチングしないエッチングによって除去可能となるよう
に選択される。
当業者に理解されるように、エッチング工程によって
ドリフト領域12d内に複数の第一、第二、第三、および
第四隣接トレンチ22が定まる。これらのトレンチはそれ
ぞれトレンチ幅“Wt”とトレンチ深さｄとを有する。も
し、ストライプ形状のメサ14が形成される場合、第一、
第二、第三、および第四トレンチ側壁部22aの各々は、
断面に対して直交する第三の方向（図示せず）に沿って
互いに平行に延びる。あるいは、パターン形成およびエ
ッチングの工程は矩形状、円筒あるいは円柱状、あるい
は同様な他の形状を定めるに実施される。しかし、矩形
状、円筒あるいは円柱状のメサは同一幅のメサストライ
プよりも与えられた寸法の基板に関して順方向導電領域
全体に示す割合が相対的に小さいので、矩形状、円筒あ
るいは円柱状のメサを有する整流装置の順方向電圧降下
は与えら得た順方向電流に関してより一層大きい。
図6cを参照する。従来の熱酸化成長によってそれぞれ
の第一、第二、第三、および第四絶縁領域16（例えば、
SiO2、約1000Å）をトレンチ側壁部22aおよびトレンチ
底部22b上に形成することができる。しかし、面12bには
形成することができない。なぜなら、窒化物領域15が存
在するからである。つぎに、窒化物領域15およびストレ
ス軽減酸化物領域13（もし存在する場合）を除去し、頂
部メタライゼーション23およびパターニングの工程を実
施して図6D〜図6Eに示すようなアノード電極18を設け
る。最後に、背面メタライゼーション工程を実施してカ
ソード電極20を図6Fに示すように第一面12aに設ける。
したがって、高電流用途において、本発明にもとづくト
レンチMOSショットキー障壁整流装置が形成できる。単
一アノード電極メタライゼーション層18およびカソード
メタライゼーション層20に平行となるようにして結合す
る。
当業者に理解されるように、既に述べたようにストラ
イプ状のメサを複数形成するプロセスが好ましいけれど
も、他のプロセスも使用できる。例えば、メサ14を定め
るためにトレンチ22を形成するかわりに、メサを選択的
エピタキシャル成長方法（SEG）を用いたドリフト領域
の拡張部分とすることもできる。また、メッサのドーピ
ングプロファイルは特定の整流装置用途のために、順方
向電圧降下と逆方向ブロッキング電圧との間のトレード
オフを最適化するためにその部位（in−situ）で制御さ
れる。
したがって、順方向電圧降下が低くかつ逆方向ブロッ
キング電圧が高い半導体整流装置は第一よおび第二対向
面12a,12bを有する半導体基板12と、第一導電型のカソ
ード領域12cと、該領域上の第一導電型のドリフト領域1
2dとを有する。また、上記整流装置は、対応する典型的
な平行平面階段形Ｐ−Ｎ接合整流装置の逆方向ブロッキ
ング電圧よりも高く上記逆方向ブロッキング電圧を増加
させるための手段をドリフト領域内に有する。図５およ
び図6A〜図6Fを参照して説明したように、逆方向ブロッ
キング電圧を増加させるための手段は、好ましくは、ド
リフト領域12d内の複数のトレンチ22と、トレンチ側壁
部22a上の絶縁領域16と、隣接する側壁部間を限定する
メサ14を覆うアノード電極18とを有する。メサドーピン
グ濃度を約１×1016cm-3以上に設定することによって、
メサ幅“Wm”とメサドーピング濃度との積を５×1012cm
-2以下に設定することによって、期待するものよりも高
いブロッキング電圧が得られた。
つぎに図７は、本発明にもとづくトレンチMOS整流装
置（TMBR）および平行平面ショットキー整流装置の逆方
向バイアスと逆方向漏れ電流との関係を示す実験結果を
説明するためのものである。両整流装置のドリフト領域
ドーピング濃度（Ndrift）は１×1017cm-3である。TMBR
に関して、上記手段はストライプ形状のものであり、か
つメサ幅“Wm”が0.5μｍ、トレンチ幅“Wt”が0.5μ
ｍ、そしてトレンチ深さｄが2.0μｍである。したがっ
て、隣接トレンチ間の距離は1.0μｍまたはメサ幅の２
倍であり、かつメサのドーピング濃度とメサ幅との積は
５×1012cm-2と等しくなった。図７に示されるように、
TMBRは15ボルトよりも高い破壊電圧を達成する。これは
平行平面ショットキー整流装置（５ボルト未満）および
対応する平行平面階段形Ｐ−Ｎ接合整流装置（9.5ボル
ト）よりも実質的に高い。図８は、図７のトレンチMOS
整流装置（TMBR）および平行平面ショットキー整流装置
の順方向バイアスの順方向漏れ電流との関係を説明する
ためのものである。各TMBR曲線は所定の値に設定された
メサ幅とドーピング濃度とを有する整流装置に対応する
ので、産物のメサ幅およびドーピング濃度は５×1012cm
-2よりも低い。
図９は、シミュレーションした破壊電圧とトレンチ深
さ“d"との関係を示すものであり、破壊電圧はトレンチ
深さが0.5μｍを越えるTMBR装置では破壊電圧が20ボル
トを越える。本発明にもとづくTMBRの模擬曲線は、メサ
幅“Wm”が0.5μｍ、トレンチ幅Wt＝0.5μｍ、絶縁領域
厚さが500Å、ドリフト領域厚さがTd＝3.0μm,ドリフト
領域ドーピングが１×1017cm-3、およびアノード電極仕
事関数ポテンシャルが4.77eVである装置に基づいた。
図面および明細書では、本発明の典型的な好ましい実
施態様を開示し、かつ特定の用語を用いたけれども、そ
れらは一般的かつ記述的な意味のみで用いたものであ
り、またそれらは限定を目的としたものではない。本発
明の範囲は以下の請求の範囲によって定まる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バリガ，バンドヴァル，ジャヤント アメリカ合衆国 27613 ノース カロ ライナ州 ラーレイ ベンブリッジ ド ライブ 2612 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/872

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第一の面および第二の面を有し、また該第
    一の面側に設けられた第一導電型のカソード領域と該カ
    ソード領域上に設けられた第一導電型のドリフト領域と
    を備える半導体基板と、 前記カソード領域に接するカソード電極と、 前記第二の面側にあり、かつ前記ドリフト領域に第一の
    側壁を持つ第一のトレンチと、 前記第二の面側にあり、かつ前記ドリフト領域に第二の
    側壁を持つ第二のトレンチと、 前記第一の側壁と前記第二の側壁との間にあり、所定の
    メサ幅と１×1016cm-3を上回るメサドーピング濃度とを
    有するメサ領域と、 前記第一の側壁に沿って設けられた第一の絶縁領域と、 前記第二の側壁に沿って設けられた第二の絶縁領域と、 前記第一の絶縁領域、前記第二の絶縁領域、および前記
    メサ領域上に設けられ、かつ前記第二の面で前記メサ領
    域とともにショットキー整流接合を形成するアノード電
    極とを備え、さらに、 前記メサドーピング濃度と前記所定のメサ幅との積が５
    ×1012cm-2以下であることを特徴とする整流装置。
  2. 【請求項２】前記メサは、均一にドープされていること
    を特徴とする請求項１に記載の整流装置。
  3. 【請求項３】前記ドリフト領域は、均一にドープされて
    いることを特徴とする請求項１または２に記載の整流装
    置。
  4. 【請求項４】前記第一のトレンチの幅および前記第二の
    トレンチの幅は、それぞれ前記所定のメサ幅と等しいこ
    とを特徴とする請求項１ないし３に記載の整流装置。
  5. 【請求項５】前記第一の側壁と前記第二の側壁とは互い
    に平行に延伸しており、かつ前記第一のトレンチの中心
    と前記第二のトレンチの中心との距離は、前記所定のメ
    サ幅の二倍に等しいことを特徴とする請求項１ないし４
    に記載の整流装置。
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