JP5537219B2 - Schottky barrier diode - Google Patents
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Description
本発明は、ショットキーバリアダイオードに関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode.
炭化珪素を半導体材料として用いたショットキーバリアダイオードは、高耐圧、低損失、低リーク電流、高温動作可能、高速動作可能などの優れた特徴を有する。図１０は、炭化珪素を半導体材料として用いた従来のショットキーバリアダイオード９００の断面図である。従来のショットキーバリアダイオード９００は、図１０に示すように、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体９１０（第１導電型の半導体基体）と、半導体基体９１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層９１８と、バリアメタル層９１８における端部の下方に形成されたガードリング層９１６とを備える。なお、半導体基体９１０は、炭化珪素からなるｎ＋型の炭化硅素単結晶基板９１２と、当該炭化硅素単結晶基板９１２上にエピタキシャル成長により形成された炭化珪素からなるｎ−型のドリフト層９１４とを備える。図１０中、符号９２０は表面電極を示し、符号９２２はパッシベーション層を示し、符号９２６は裏面電極を示す。 A Schottky barrier diode using silicon carbide as a semiconductor material has excellent characteristics such as high breakdown voltage, low loss, low leakage current, high temperature operation, and high speed operation. FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional Schottky barrier diode 900 using silicon carbide as a semiconductor material. As shown in FIG. 10, a conventional Schottky barrier diode 900 has a first main surface and a second main surface that is opposite to the first main surface, and an n-type semiconductor substrate 910 made of silicon carbide ( A semiconductor substrate of the first conductivity type), a barrier metal layer 918 formed on the first main surface of the semiconductor substrate 910, and a guard ring layer 916 formed below the end of the barrier metal layer 918. The semiconductor substrate 910 includes an n + type silicon carbide single crystal substrate 912 made of silicon carbide, and an n − type drift layer 914 made of silicon carbide formed by epitaxial growth on the silicon carbide single crystal substrate 912. Prepare. In FIG. 10, reference numeral 920 indicates a front electrode, reference numeral 922 indicates a passivation layer, and reference numeral 926 indicates a back electrode.
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオード９００においては、珪素を半導体材料として用いたショットキーバリアダイオードの場合とは異なり、ガードリング層９１６からの正孔（少数キャリア）の注入による伝導度変調が起こり難いため、順方向サージ耐量が弱いという問題がある。 However, in the conventional Schottky barrier diode 900, unlike the Schottky barrier diode using silicon as a semiconductor material, conductivity modulation due to injection of holes ( minority carriers) from the guard ring layer 916 hardly occurs. Therefore, there is a problem that the forward surge resistance is weak.
そこで、このような問題を解決することのできるショットキーバリアダイオードが提案されている。図１１は、従来のショットキーバリアダイオード９０２の断面図である。従来のショットキーバリアダイオード９０２は、図１１に示すように、従来のショットキーバリアダイオード９００における半導体基体９１０の第１主面側表面に高濃度のｐ型不純物を含有する少数キャリア注入層９２８が部分的に形成された構造を有する。従来のショットキーバリアダイオード９０２によれば、順方向バイアス時に少数キャリア注入層９２８から正孔が注入されるようになる結果、伝導度変調によりドリフト層９１４の抵抗が下がり順方向サージ耐量を改善することができる（例えば、非特許文献１参照。）。 Therefore, Schottky barrier diodes that can solve such problems have been proposed. FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional Schottky barrier diode 902. As shown in FIG. 11, the conventional Schottky barrier diode 902 has a minority carrier injection layer 928 containing a high-concentration p-type impurity on the first main surface side surface of the semiconductor substrate 910 in the conventional Schottky barrier diode 900. It has a partially formed structure. According to the conventional Schottky barrier diode 902, holes are injected from the minority carrier injection layer 928 at the time of forward bias. As a result, the resistance of the drift layer 914 is reduced by conductivity modulation and the forward surge resistance is improved. (For example, refer nonpatent literature 1.).
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオード９０２においては、少数キャリア注入層９２８が形成された領域は順方向電流が流れる経路として使用できなくなるため、順方向降下電圧ＶＦが高くなってしまうという問題がある。すなわち、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとはトレードオフの関係にある。 However, in the conventional Schottky barrier diode 902, since the region where the minority carrier injection layer 928 is formed cannot be used as a path through which forward current flows, there is a problem that the forward voltage drop VF becomes high. That is, the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF are in a trade-off relationship.
そこで、このような問題を解決するために、従来のショットキーバリアダイオード９０２における半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンを導入してカーボン導入層９３２を形成することが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。図１２は、そのように半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンを導入してカーボン導入層９３２が形成されたショットキーバリアダイオード９０４の断面図である。このようなショットキーバリアダイオード９０４によれば、図１２に示すように、半導体基体９１０の第１主面側からライフタイム向上剤としてのカーボンが導入されているため、注入された正孔のライフタイムが長くなる結果、伝導度変調が効率的に起こるようになり、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。 Therefore, in order to solve such a problem, carbon as a lifetime improver is introduced from the first main surface side of the semiconductor substrate 910 in the conventional Schottky barrier diode 902 to form the carbon introduction layer 932. (For example, refer to Patent Document 1). FIG. 12 is a cross-sectional view of the Schottky barrier diode 904 in which carbon as a lifetime improver is introduced from the first main surface side of the semiconductor substrate 910 to form the carbon introduction layer 932 as described above. According to such a Schottky barrier diode 904, as shown in FIG. 12, since carbon as a lifetime improver is introduced from the first main surface side of the semiconductor substrate 910, the life of the injected holes is increased. As a result of the longer time, conductivity modulation occurs efficiently, and the trade-off characteristics between the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF can be improved.
しかしながら、上記のようなショットキーバリアダイオード９０４においては、カーボンを導入することに起因して、半導体基体９１０とバリアメタル層９１８との界面に欠陥が形成されてしまい、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうという新たな問題が発生する。 However, in the Schottky barrier diode 904 as described above, due to the introduction of carbon, defects are formed at the interface between the semiconductor substrate 910 and the barrier metal layer 918, and the reverse leakage current IR increases. A new problem occurs.
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能で、かつ、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうことのないショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and can improve the trade-off characteristics between the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF, and the reverse leakage current IR is reduced. An object of the present invention is to provide a Schottky barrier diode that does not increase.
［１］本発明のショットキーバリアダイオードは、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基体と、前記半導体基体における前記第１主面上に形成されたバリアメタル層と、前記半導体基体における前記第１主面側の表面に部分的に形成され、高濃度の第２導電型不純物を含有する少数キャリア注入層と、前記少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。 [1] A Schottky barrier diode of the present invention has a first main surface and a second main surface which is the opposite surface of the first main surface, a first conductivity type semiconductor substrate made of silicon carbide, and the semiconductor Minority carrier injection including a barrier metal layer formed on the first main surface of the substrate and a portion of the semiconductor substrate on the first main surface side and containing a high-concentration second conductivity type impurity. A Schottky barrier diode comprising: a layer; and a carbon introduction layer into which carbon is introduced only immediately below the minority carrier injection layer.
本発明のショットキーバリアダイオードによれば、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない少数キャリア注入層の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。 According to the Schottky barrier diode of the present invention, carbon as a lifetime improver is introduced only directly under the minority carrier injection layer that does not participate in the current flow, so that the reverse leakage current IR is not increased. The trade-off characteristic between the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF can be improved.
［２］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層は、前記少数キャリア注入層の最深部よりも深い領域に形成されていることが好ましい。 [2] In the Schottky barrier diode of the present invention, the carbon introduction layer is preferably formed in a region deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer.
少数キャリア注入層にカーボンを導入してもドリフト領域におけるライフタイム向上に寄与しないため、上記のような構成とすることにより、少数キャリア注入層にカーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減することが可能となる。 Even if carbon is introduced into the minority carrier injection layer, it does not contribute to the improvement of the lifetime in the drift region. Therefore, with the above structure, defects are generated due to the introduction of carbon into the minority carrier injection layer. Risk can be reduced.
［３］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層の最深部は、前記少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、前記少数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長の６倍の長さだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい。 [3] In the Schottky barrier diode of the present invention, the deepest portion of the carbon introduction layer is deeper than a deep position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by the same length as the minority carrier diffusion length, and It is preferable that the depth of the minority carrier injection layer is shallower than the deepest position by a depth of 6 times the minority carrier diffusion length from the deepest portion.
カーボン導入層の最深部が、少数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長の６倍の長さだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい理由は、上記の深さ位置よりも深い領域には少数キャリアがほとんど存在しないため、上記の深さ位置よりも深い領域にまでカーボン導入層を形成したとしても、少数キャリアのライフタイムをより一層長くする効果が得られないからである。また、上記の深さ位置よりも深い領域までカーボン導入層を形成した場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。 The reason why it is preferable that the deepest part of the carbon introduction layer is shallower than the deepest part of the minority carrier injection layer by a depth that is six times the minority carrier diffusion length is that the deepest part of the carbon introduction layer is in a region deeper than the above depth position. This is because there are almost no minority carriers, and even if the carbon introduction layer is formed in a region deeper than the above-described depth position, the effect of further extending the lifetime of minority carriers cannot be obtained. Further, when the carbon introduction layer is formed to a region deeper than the above-described depth position, the risk of generating defects due to the introduction of carbon increases, and the reverse leakage current IR increases. Because there is.
一方、カーボン導入層の最深部が、少数キャリア注入層の最深部から少数キャリア拡散長と同じ長さだけ深い深さ位置よりもさらに深いことが好ましい理由は、上記の深さ位置よりも浅い領域には、少数キャリア注入層から注入された少数キャリアが比較的多数存在しているため、上記の深さ位置に達しないようにカーボン導入層を形成したのでは、少数キャリアのライフタイムを長くする効果が十分に得られないからである。 On the other hand, the reason why it is preferable that the deepest part of the carbon introduction layer is deeper than the deepest part of the minority carrier injection layer by the same length as the minority carrier diffusion length is a region shallower than the above-mentioned depth position. Since a relatively large number of minority carriers injected from the minority carrier injection layer exist, if the carbon introduction layer is formed so as not to reach the above-mentioned depth position, the lifetime of minority carriers is increased. This is because a sufficient effect cannot be obtained.
［４］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることが好ましい。 [4] In the Schottky barrier diode of the present invention, the concentration of carbon in the carbon introduction layer is preferably in the range of 1 × 10 16 to 1 to 10 18 cm −3 .
カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にあることが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６よりも低い場合には、少数キャリアのライフタイムを長くする効果が得られなくなる場合があるからであり、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１８よりも高い場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。この観点から言えば、カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、３×１０１６〜３×１０１７ｃｍ−３の範囲内にあることがより好ましい。 The reason why the carbon concentration in the carbon introduction layer is preferably in the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 is that when the carbon concentration in the carbon introduction layer is lower than 1 × 10 16 , This is because the effect of extending the lifetime of minority carriers may not be obtained. When the carbon concentration in the carbon introduction layer is higher than 1 × 10 18 , defects are caused by introducing carbon. This is because the risk of occurrence increases and the reverse leakage current IR may increase. From this point of view, the carbon concentration in the carbon introduction layer is more preferably in the range of 3 × 10 16 to 3 × 10 17 cm −3 .
［５］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記カーボン導入層の最深部は、前記少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、前記少数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい。 [5] In the Schottky barrier diode of the present invention, the deepest portion of the carbon introduction layer is deeper than a depth position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 0.43 μm and the minority carrier injection layer. It is preferable that the depth is shallower than a depth position 2.6 μm deep from the deepest part of the substrate.
カーボン導入層の最深部が、少数キャリア注入層の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅いことが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合には、上記の深さ位置よりも深い領域には少数キャリアがほとんど存在しないため、上記の深さ位置よりも深い領域にまでカーボン導入層を形成したとしても、少数キャリアのライフタイムをより一層長くする効果が得られないからである。また、上記の深さ位置よりも深い領域までカーボン導入層を形成した場合には、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクが高まり、逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまう場合があるからである。 The reason why the deepest portion of the carbon introduction layer is preferably shallower than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 2.6 μm is that the carbon concentration in the carbon introduction layer is 1 × 10 16 to 1 × 10 18. When it is within the range of cm −3 , there are almost no minority carriers in the region deeper than the above depth position, so even if the carbon introduction layer is formed in a region deeper than the above depth position. This is because the effect of further extending the lifetime of minority carriers cannot be obtained. Further, when the carbon introduction layer is formed to a region deeper than the above-described depth position, the risk of generating defects due to the introduction of carbon increases, and the reverse leakage current IR increases. Because there is.
一方、カーボン導入層の最深部が、少数キャリア注入層の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深いことが好ましい理由は、カーボン導入層におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合には、上記の深さ位置よりも浅い領域には、少数キャリア注入層から注入された少数キャリアが比較的多数存在しているため、上記の深さ位置に達しないようにカーボン導入層を形成したのでは、少数キャリアのライフタイムを長くする効果が十分に得られないからである。 On the other hand, the reason why the deepest portion of the carbon introduction layer is preferably deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 0.43 μm is that the carbon concentration in the carbon introduction layer is 1 × 10 16 to 1 ×. In the case of being in the range of 10 18 cm −3, a relatively large number of minority carriers injected from the minority carrier injection layer are present in a region shallower than the depth position, and thus the depth described above. This is because if the carbon introduction layer is formed so as not to reach the position, the effect of extending the lifetime of minority carriers cannot be obtained sufficiently.
［６］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記少数キャリア注入層の表面には、前記バリアメタル層との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層が形成されていることが好ましい。 [6] In the Schottky barrier diode of the present invention, it is preferable that an ohmic metal layer for reducing contact resistance with the barrier metal layer is formed on the surface of the minority carrier injection layer.
このような構成とすることにより、少数キャリアの注入がスムーズに行われるようになるからである。なお、オーミック金属層は、少数キャリア注入層の表面に部分的に形成されていてもよい。 This is because with such a configuration, minority carriers can be injected smoothly. Note that the ohmic metal layer may be partially formed on the surface of the minority carrier injection layer.
［７］本発明のショットキーバリアダイオードにおいては、前記半導体基体における前記第１主面側の表面には、前記バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されていることが好ましい。 [7] In the Schottky barrier diode of the present invention, a guard ring layer is formed in a region corresponding to an end of the barrier metal layer on the surface of the semiconductor substrate on the first main surface side. preferable.
このように、本発明は、バリアメタル層の端部に対応する領域にガードリング層が形成されているショットキーバリアダイオードに好適に用いることができる。 Thus, the present invention can be suitably used for a Schottky barrier diode in which a guard ring layer is formed in a region corresponding to the end of the barrier metal layer.
以下、本発明のショットキーバリアダイオードについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the Schottky barrier diode of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
［実施形態１］
１．ショットキーバリアダイオード１００の構成
図１は、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を説明するために示す図である。図１（ａ）はショットキーバリアダイオード１００の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の符号Ｒ１で示す部分の拡大図である。
[Embodiment 1]
1. Configuration of Schottky Barrier Diode 100 FIG. 1 is a diagram for explaining the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view of the Schottky barrier diode 100, and FIG. 1B is an enlarged view of a portion indicated by reference numeral R1 in FIG.
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、図１に示すように、第１主面及び当該第１主面の反対面である第２主面を有し（以下、第１主面のことを表面と言い、第２主面のことを裏面と言うこともある。）、炭化珪素からなるｎ型の半導体基体（第１導電型の半導体基体）１１０と、半導体基体１１０における第１主面上に形成されたバリアメタル層１１８と、半導体基体１１０における第１主面側の表面に部分的に形成され、ｐ＋型の少数キャリア注入層（高濃度の第２導電型不純物を含有する少数キャリア注入層）１２８と、少数キャリア注入層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。 As shown in FIG. 1, the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface (hereinafter, the first main surface). Is referred to as the front surface, and the second main surface is also referred to as the back surface.), An n-type semiconductor substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 110 made of silicon carbide, and the first main surface of the semiconductor substrate 110. A barrier metal layer 118 formed thereon and a p + -type minority carrier injection layer (a minority containing a high-concentration second-conductivity type impurity) partially formed on the surface of the semiconductor substrate 110 on the first main surface side. Carrier injection layer) 128 and a carbon introduction layer 132 into which carbon is introduced only directly under the minority carrier injection layer 128.
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、半導体基体１１０における第１主面側の表面には、バリアメタル層１１８の端部に対応する領域にｐ型のガードリング層（ガードリング層）１１６が形成されている。半導体基体１１０は、炭化珪素からなるｎ＋型の炭化硅素単結晶基板１１２と、当該炭化硅素単結晶基板１１２上に形成された炭化珪素からなるｎ−型のエピタキシャル層（以下、ドリフト層ということもある。）１１４とを備える。なお、図１中、符号１２２はパッシベーション層を示す。 In the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, a p-type guard ring layer (guard ring layer) is formed in a region corresponding to the end of the barrier metal layer 118 on the surface of the semiconductor substrate 110 on the first main surface side. 116 is formed. The semiconductor substrate 110 includes an n + type silicon carbide single crystal substrate 112 made of silicon carbide and an n − type epitaxial layer (hereinafter referred to as a drift layer) made of silicon carbide formed on the silicon carbide single crystal substrate 112. 114). In FIG. 1, reference numeral 122 denotes a passivation layer.
炭化硅素単結晶基板１１２としては、ｎ型不純物濃度が例えば５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３程度、厚さが例えば３０μｍ〜４００ｎｍ程度のものを用いることができる。また、炭化硅素単結晶基板１１２の結晶多形としては例えば４Ｈのものを用いることができる。 As the silicon carbide single crystal substrate 112, an n-type impurity concentration of, for example, about 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3 and a thickness of, for example, about 30 μm to 400 nm can be used. Further, as a crystal polymorph of the silicon carbide single crystal substrate 112, for example, 4H can be used.
エピタキシャル層１１４としては、ｎ型不純物濃度が例えば５×１０１４ｃｍ−３〜５×１０１６ｃｍ−３程度、厚さが例えば３μｍ〜２０μｍ程度のものを用いることができる。 As the epitaxial layer 114, an n-type impurity concentration of, for example, about 5 × 10 14 cm −3 to 5 × 10 16 cm −3 and a thickness of, for example, about 3 μm to 20 μm can be used.
バリアメタル層１１８としては、エピタキシャル層１１４との間でショットキー接合を形成する金属（例えばチタン。）からなるバリアメタル層を用いることができる。バリアメタル層１１６上には、図１に示すように、バリアメタル層１１６とオーミック接続可能な表面電極（例えば、チタン及びアルミニウムが積層された積層膜、ニッケル膜など。膜厚２０００ｎｍ程度。）１２０を設け、これをアノード電極として用いる。バリアメタル層１１８の層厚は、例えば１００ｎｍである。 As the barrier metal layer 118, a barrier metal layer made of a metal (eg, titanium) that forms a Schottky junction with the epitaxial layer 114 can be used. On the barrier metal layer 116, as shown in FIG. 1, a surface electrode (for example, a laminated film in which titanium and aluminum are laminated, a nickel film, etc., having a thickness of about 2000 nm) 120 that can be ohmic-connected to the barrier metal layer 116. Is used as the anode electrode. The layer thickness of the barrier metal layer 118 is, for example, 100 nm.
カソード電極としての裏面電極１２６としては、例えばチタン、ニッケル及び銀が積層された積層膜からなるものを用いることができる。裏面電極１２６は、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にそのまま形成しても良いし、図１に示すように、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にシリサイド層１２４を介して形成しても良い。シリサイド層１２４としては、例えば、炭化硅素単結晶基板１１２の裏面にニッケル層（厚さ：５０ｎｍ）を形成後アニールすることによって形成されるＮｉのシリサイド層を用いることができる。 As the back electrode 126 serving as the cathode electrode, for example, one made of a laminated film in which titanium, nickel and silver are laminated can be used. The back electrode 126 may be formed on the back surface of the silicon carbide single crystal substrate 112 as it is, or may be formed on the back surface of the silicon carbide single crystal substrate 112 via a silicide layer 124 as shown in FIG. As the silicide layer 124, for example, a Ni silicide layer formed by annealing after forming a nickel layer (thickness: 50 nm) on the back surface of the silicon carbide single crystal substrate 112 can be used.
ガードリング層１１６は、深さが０．５μｍ〜１．０μｍ程度であり、ｐ型不純物濃度が例えば１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度である。ガードリング層１１６は、エピタキシャル層１１４の表面所定領域において環状に形成されている。 The guard ring layer 116 has a depth of about 0.5 μm to 1.0 μm, and a p-type impurity concentration of about 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 , for example. The guard ring layer 116 is formed in a ring shape in a predetermined region of the surface of the epitaxial layer 114.
少数キャリア注入層１２８は、深さが０．２μｍ〜０．５μｍ程度であり、ｐ型不純物濃度が例えば２×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３程度である。少数キャリア注入層１２８は、エピタキシャル層１１４の表面における能動領域（ガードリングに囲まれた領域）において部分的に形成されている（面積比率が例えば１％〜５０％。）。 The minority carrier injection layer 128 has a depth of about 0.2 μm to 0.5 μm, and a p-type impurity concentration of, for example, about 2 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 20 cm −3 . The minority carrier injection layer 128 is partially formed in the active region (region surrounded by the guard ring) on the surface of the epitaxial layer 114 (the area ratio is, for example, 1% to 50%).
少数キャリア注入層１２８の表面には、バリアメタル層１１８との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層１３０が形成されている。オーミック金属層１３０としては、例えば、チタン（例えば１０ｎｍ）及びアルミニウム（例えば５０ｎｍ）の積層膜を形成後アニールすることによって形成されるシリサイド層を用いることができる。 On the surface of the minority carrier injection layer 128, an ohmic metal layer 130 for reducing contact resistance with the barrier metal layer 118 is formed. As the ohmic metal layer 130, for example, a silicide layer formed by annealing after forming a laminated film of titanium (for example, 10 nm) and aluminum (for example, 50 nm) can be used.
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、上記したように、少数キャリア注入層１２８の直下にのみカーボンが導入されたカーボン導入層１３２とを備える。
カーボン導入層１３２は、少数キャリア注入層１２８の最深部よりも深い領域に形成されている。また、カーボン導入層１３２の最深部は、少数キャリア注入層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、少数キャリア注入層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。
As described above, the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment includes the carbon introduction layer 132 in which carbon is introduced only directly under the minority carrier injection layer 128.
The carbon introduction layer 132 is formed in a region deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer 128. Also, the deepest portion of the carbon doped layer 132 deeper than the deepest portion by the same length Lp and minority carrier diffusion length Lp deeper position of the minority carrier injection layer 128, and the deepest portion of the minority carrier injection layer 128 It is shallower than the deep position by a length of 6Lp obtained by multiplying the minority carrier diffusion length Lp by 6.
具体的には、カーボン導入層１３２の最深部は、少数キャリア注入層１２８の最深部から例えば０．４３μｍだけ深い深さ位置よりも深く、かつ、少数キャリア注入層１２８の最深部から例えば２．６μｍだけ深い深さ位置よりも浅い。 Specifically, the deepest portion of the carbon doped layer 132 deeper than the deepest e.g. 0.43μm only deeper position of the minority carrier injection layer 128, and, for example, from the deepest of the minority carrier injection layer 128 2. It is shallower than the depth position deep by 6 μm.
カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度は、１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内にある。 The concentration of carbon in the carbon introduction layer 132 is in the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 .
２．ショットキーバリアダイオード１００の製造方法
図２〜図５は、ショットキーバリアダイオード１００の製造方法を示す図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）及び図５（ａ）〜図５（ｃ）は各工程図である。
2. Manufacturing Method of Schottky Barrier Diode 100 FIGS. 2 to 5 are diagrams showing a manufacturing method of the Schottky barrier diode 100. 2A to FIG. 2C, FIG. 3A to FIG. 3C, FIG. 4A to FIG. 4C, and FIG. 5A to FIG. FIG.
実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、図２〜図５に示す工程（Ｓ１）〜（Ｓ１０）を行うことによって製造することができる。以下、工程毎に説明する。 The Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment can be manufactured by performing steps (S1) to (S10) shown in FIGS. Hereinafter, it demonstrates for every process.
（Ｓ１）半導体基体準備工程
ｎ＋型の炭化珪素単結晶基板１１２（厚さ：４００μｍ、不純物（窒素）濃度：１×１０１９ｃｍ−３）と、炭化珪素単結晶基板１１２の上面に形成された炭化硅素からなるｎ−型のエピタキシャル層（ドリフト層）１１４（厚さ：５μｍ、不純物（窒素）濃度：５×１０１５ｃｍ−３）を備える半導体基体１１０を準備する（図２（ａ）参照。）。
(S1) Semiconductor substrate preparation step An n + type silicon carbide single crystal substrate 112 (thickness: 400 μm, impurity (nitrogen) concentration: 1 × 10 19 cm −3 ) and an upper surface of the silicon carbide single crystal substrate 112 are formed. A semiconductor substrate 110 having an n − type epitaxial layer (drift layer) 114 (thickness: 5 μm, impurity (nitrogen) concentration: 5 × 10 15 cm −3 ) made of silicon carbide is prepared (FIG. 2A). reference.).
（Ｓ２）ガードリング層形成工程
半導体基体１１０の表面を清浄化した後、エピタキシャル層１１４の表面に、ガードリング層１１６に対応する部分に開口を有する酸化硅素マスクＭ１を形成する。その後、当該酸化硅素マスクＭ１を介して、エピタキシャル層１１４の所定部位にｐ型不純物としてのアルミニウムイオンを打ち込んでガードリング層（深さ：０．７μｍ、ｐ型不純物濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を形成する（図２（ｂ）参照。）。アルミニウムイオンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（３０ｋｅｖ、６０ｋｅｖ、・・・、７００ｋｅｖ。）でもってアルミニウムイオンを多段に打ち込むことにより行う。なお、ガードリング層形成工程においては、マスクＭ１の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でアルミニウムイオンの打ち込みを行ってもよい。
(S2) Guard Ring Layer Formation Step After cleaning the surface of the semiconductor substrate 110, a silicon oxide mask M1 having an opening in a portion corresponding to the guard ring layer 116 is formed on the surface of the epitaxial layer 114. Thereafter, aluminum ions as a p-type impurity are implanted into a predetermined portion of the epitaxial layer 114 through the silicon oxide mask M1 to form a guard ring layer (depth: 0.7 μm, p-type impurity concentration: 1 × 10 17 cm − 3 ) (see FIG. 2B). The implantation of aluminum ions is performed by implanting aluminum ions in multiple stages on the surface of the epitaxial layer 114 with different energies (30 kev, 60 kev,..., 700 kev). In the guard ring layer forming step, aluminum ions may be implanted under conditions where a thin silicon oxide film or the like is present in the opening of the mask M1.
（Ｓ３）少数キャリア注入層形成工程
マスクＭ１を除去した後、エピタキシャル層１１４の表面に、少数キャリア注入層１２８に対応する部分に開口を有する酸化硅素マスクＭ２を形成する。その後、当該酸化硅素マスクＭ２を介してエピタキシャル層１１４の所定部位にｐ型不純物としてのアルミニウムイオンをガードリング層形成工程においてよりも低エネルギー量でかつ多量打ち込んで少数キャリア注入層１２８（深さ：０．３μｍ、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）を形成する（図２（ｃ）参照。）。アルミニウムイオンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（３０ｋｅｖ、６０ｋｅｖ、・・・、１５０ｋｅｖ。）でもってアルミニウムイオンを多段に打ち込むことにより行う。なお、少数キャリア注入層形成工程においては、酸化硅素マスクＭ２の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でアルミニウムイオンの打ち込みを行ってもよい。
(S3) Minority Carrier Injection Layer Formation Step After removing the mask M1, a silicon oxide mask M2 having an opening in a portion corresponding to the minority carrier injection layer 128 is formed on the surface of the epitaxial layer 114. Thereafter, aluminum ions as p-type impurities are implanted into a predetermined portion of the epitaxial layer 114 through the silicon oxide mask M2 in a lower energy amount and in a larger amount than in the guard ring layer forming step, and the minority carrier injection layer 128 (depth: 0.3 μm, p-type impurity concentration: 2 × 10 19 cm −3 ) is formed (see FIG. 2C). The implantation of aluminum ions is performed by implanting aluminum ions in multiple stages on the surface of the epitaxial layer 114 with different energies (30 kev, 60 kev,..., 150 kev). In the minority carrier injection layer forming step, aluminum ions may be implanted under the condition that a thin silicon oxide film or the like exists in the opening of the silicon oxide mask M2.
（Ｓ４）カーボン導入工程
少数キャリア注入層形成工程終了後、そのまま酸化硅素マスクＭ２を除去することなく、当該酸化硅素マスクＭ２を介してエピタキシャル層１１４の所定部位にライフタイム向上剤としてのカーボンを打ち込んでカーボン導入層１３２（最浅部：０．３μｍ、最深部：２．６μｍ、カーボン濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を形成する（図３（ａ）参照。）。カーボンの打ち込みは、エピタキシャル層１１４の表面に異なるエネルギー（１８０ｋｅｖ、３６０ｋｅｖ、・・・、１６２０ｋｅｖ。）でもってカーボンを多段に打ち込むことにより行う。なお、カーボン導入工程においては、酸化硅素マスクＭ２の開口に薄い酸化硅素膜などが存在する条件下でカーボンの打ち込みを行ってもよい。
(S4) Carbon introduction step After the minority carrier injection layer forming step is completed, carbon as a lifetime improver is implanted into a predetermined portion of the epitaxial layer 114 via the silicon oxide mask M2 without removing the silicon oxide mask M2 as it is. The carbon introduction layer 132 (the shallowest part: 0.3 μm, the deepest part: 2.6 μm, the carbon concentration: 1 × 10 17 cm −3 ) is formed (see FIG. 3A). Carbon implantation is performed by implanting carbon into the surface of the epitaxial layer 114 with different energies (180 kev, 360 kev,..., 1620 kev) in multiple stages. In the carbon introduction step, carbon may be implanted under conditions where a thin silicon oxide film or the like exists in the opening of the silicon oxide mask M2.
（Ｓ５）不純物活性化焼鈍工程
マスクＭ２を除去した後、半導体基体１１０の表面及び裏面に保護レジスト層（図示せず。）を形成した後、当該保護レジスト層を炭化してグラファイトマスク（図示せず。）を形成する。その後、半導体基体１１０を１６００℃以上の温度に加熱することによりｐ型不純物及びカーボンの活性化を行い、その後、グラファイトマスクを除去する（図３（ｂ）参照。）。その後、この工程で表面の荒れた半導体基体１１０の表面及び裏面を乾燥酸素雰囲気の下１０００℃以上の温度で犠牲酸化して犠牲酸化膜１４０，１４２を形成する（図３（ｃ）参照。）。
(S5) Impurity activation annealing step After removing the mask M2, a protective resist layer (not shown) is formed on the front and back surfaces of the semiconductor substrate 110, and then the protective resist layer is carbonized to form a graphite mask (not shown). Z.) is formed. Thereafter, the p-type impurity and carbon are activated by heating the semiconductor substrate 110 to a temperature of 1600 ° C. or higher, and then the graphite mask is removed (see FIG. 3B). Thereafter, sacrificial oxidation is performed on the surface and back surface of the semiconductor substrate 110 whose surface has been roughened in this step at a temperature of 1000 ° C. or higher in a dry oxygen atmosphere to form sacrificial oxide films 140 and 142 (see FIG. 3C). .
（Ｓ６）裏面Ｎｉシリサイド層形成工程
その後、半導体基体１１０の裏面の犠牲酸化膜１４２を除去した後、半導体基体１１０の裏面にニッケル層（厚さ：５０ｎｍ）を形成し、半導体基体１１０を９５０℃の温度でアニールすることにより、半導体基体１１０の裏面にＮｉのシリサイド層を形成する（図４（ａ）参照）。
(S6) Backside Ni Silicide Layer Formation Step Thereafter, the sacrificial oxide film 142 on the backside of the semiconductor substrate 110 is removed, and then a nickel layer (thickness: 50 nm) is formed on the backside of the semiconductor substrate 110. An Ni silicide layer is formed on the back surface of the semiconductor substrate 110 by annealing at a temperature of (see FIG. 4A).
（Ｓ７）オーミック金属層形成工程
その後、半導体基体１１０の表面の犠牲酸化膜１４０における少数キャリア注入層１２８に対応する部分に開口を有するレジストＭ３を形成する。その後、当該レジストＭ３をマスクとして犠牲酸化膜１４０をエッチングした後、半導体基体１１０の上方からチタン層（例えば１０ｎｍ）及びアルミニウム層（例えば５０ｎｍ）からなる積層膜を蒸着により形成し（図４（ｂ）参照。）、その後、リフトオフ法によりレジストＭ３及びレジストＭ３上に形成された積層膜を除去し、さらには犠牲酸化膜１４０を除去した後、半導体基体１１０を８００℃の温度でアニールすることにより、少数キャリア注入層１２８の上方にオーミック金属層１３０を形成する（図４（ｃ）参照）。
(S7) Ohmic Metal Layer Formation Step Thereafter, a resist M3 having an opening in a portion corresponding to the minority carrier injection layer 128 in the sacrificial oxide film 140 on the surface of the semiconductor substrate 110 is formed. Thereafter, the sacrificial oxide film 140 is etched using the resist M3 as a mask, and then a laminated film composed of a titanium layer (for example, 10 nm) and an aluminum layer (for example, 50 nm) is formed by vapor deposition from above the semiconductor substrate 110 (FIG. 4B). Then, after removing the resist M3 and the laminated film formed on the resist M3 by the lift-off method, and further removing the sacrificial oxide film 140, the semiconductor substrate 110 is annealed at a temperature of 800 ° C. Then, an ohmic metal layer 130 is formed above the minority carrier injection layer 128 (see FIG. 4C).
（Ｓ８）バリアメタル層形成工程
その後、エピタキシャル層１１４の表面に、バリアメタルとしてのチタン層（１００ｎｍ）及び表面電極としてのアルミニウム層（２０００ｎｍ）を順次蒸着により形成した後、エッチングを行って、バリアメタル層１１８及び表面電極１２０を形成する（図５（ａ）参照）。）。
(S8) Barrier metal layer formation step After that, a titanium layer (100 nm) as a barrier metal and an aluminum layer (2000 nm) as a surface electrode are sequentially formed on the surface of the epitaxial layer 114 by vapor deposition, and then etching is performed. A metal layer 118 and a surface electrode 120 are formed (see FIG. 5A). ).
（Ｓ９）パッシベーション層形成工程
その後、半導体基体１１０の表面にポリイミドを塗布した後、バリアメタル層１１８の外周部分を覆う領域以外の領域からポリイミドを除去することにより、パッシベーション層１２２を形成する（図５（ｂ）参照。）。
(S9) Passivation Layer Formation Step Thereafter, polyimide is applied to the surface of the semiconductor substrate 110, and then the polyimide is removed from a region other than the region covering the outer peripheral portion of the barrier metal layer 118, thereby forming the passivation layer 122 (FIG. (See 5 (b).)
（Ｓ１０）裏面電極形成工程
その後、半導体基体１１０の裏面にチタン層、ニッケル層及び銀層が積層された積層膜からなる裏面電極１２６を形成する（図５（ｃ）参照。）。
(S10) Back Electrode Formation Step Thereafter, a back electrode 126 made of a laminated film in which a titanium layer, a nickel layer, and a silver layer are laminated on the back surface of the semiconductor substrate 110 is formed (see FIG. 5C).
以上の工程を行うことによって、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００を製造することができる。 By performing the above steps, the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment can be manufactured.
３．ショットキーバリアダイオード１００の効果
以上のように構成された実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない少数キャリア注入層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、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。
3. Effect of Schottky Barrier Diode 100 According to the Schottky barrier diode 100 according to Embodiment 1 configured as described above, carbon as a lifetime improver is directly below the minority carrier injection layer 128 that is not involved in the flow of current. Therefore, the trade-off characteristic between the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF can be improved without increasing the reverse leakage current IR.
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２が少数キャリア注入層１２８の最深部よりも深い領域に形成されているため、カーボンを導入してもドリフト領域１１４におけるライフタイム向上に寄与しない少数キャリア注入層１２８にカーボンを導入することがなくなり、このことに起因して欠陥が発生するリスクを低減することが可能となる。 In addition, according to the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, the carbon introduction layer 132 is formed in a region deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer 128. Carbon is not introduced into the minority carrier injection layer 128 that does not contribute to the improvement of the lifetime, and the risk of defects due to this can be reduced.
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「少数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐを６倍して得られる長さ（６Ｌｐ）だけ深い深さ位置」よりも浅いため、少数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。 Further, according to the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, the deepest part of the carbon introduction layer 132 is “a length obtained by multiplying the minority carrier diffusion length Lp by 6 from the deepest part of the minority carrier injection layer 128 (6Lp ) Is shallower than “deep depth position”, so that the lifetime of minority carriers is sufficiently long, while reducing the risk of defects due to the introduction of carbon and increasing the reverse leakage current IR. Can reduce the risk.
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「少数キャリア注入層１２８の最深部から少数キャリア拡散長Ｌｐと同じ長さＬｐだけ深い深さ位置」よりもさらに深いため、少数キャリアのライフタイムを十分に長くすることが可能となる。 Further, according to the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, the deepest portion of the carbon introduction layer 132 is “a depth position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer 128 by the same length Lp as the minority carrier diffusion length Lp”. Since it is even deeper than that, the lifetime of minority carriers can be made sufficiently long.
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にあるため、少数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。 Further, according to the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, since the concentration of carbon in the carbon-doped layers 132 in the range of 1 × 10 16 ~1~10 18 cm -3 , the life time of minority carriers While sufficiently long, it is possible to reduce the risk of the occurrence of defects due to the introduction of carbon and increase the reverse leakage current IR.
また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、カーボン導入層１３２の最深部が「少数キャリア注入層１２８の最深部から０．４３μｍだけ深い深さ位置」よりも深く、かつ、「少数キャリア注入層１２８の最深部から２．６μｍだけ深い深さ位置」よりも浅いため、カーボン導入層１３２におけるカーボンの濃度が１×１０１６〜１〜１０１８ｃｍ−３の範囲内にある場合において、少数キャリアのライフタイムを十分に長くしながら、カーボンを導入することに起因して欠陥が発生するリスクを低減して逆方向漏れ電流ＩＲが増加してしまうリスクを低減することができる。 Further, according to the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, the deepest portion of the carbon introduction layer 132 is deeper than the “depth position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer 128 by 0.43 μm”, and “ When the concentration of carbon in the carbon introduction layer 132 is in the range of 1 × 10 16 to 1 to 10 18 cm −3 because it is shallower than the “depth position deeper by 2.6 μm from the deepest part of the minority carrier injection layer 128”. However, while sufficiently extending the lifetime of minority carriers, it is possible to reduce the risk that defects will occur due to the introduction of carbon and the reverse leakage current IR will increase.
さらにまた、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００によれば、少数キャリア注入層１２８の表面にはバリアメタル層１１８との間のコンタクト抵抗を低減するためのオーミック金属層１３０が形成されているため、少数キャリアの注入がスムーズに行われるようになる。 Furthermore, according to the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, the ohmic metal layer 130 for reducing the contact resistance with the barrier metal layer 118 is formed on the surface of the minority carrier injection layer 128. Therefore, minority carriers are injected smoothly.
本発明は、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００のように、バリアメタル層１１８の端部に対応する領域にガードリング層１１６が形成されているショットキーバリアダイオードに好適に用いることができる。 The present invention can be suitably used for a Schottky barrier diode in which the guard ring layer 116 is formed in a region corresponding to the end portion of the barrier metal layer 118, like the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment. .
［試験例］
図６は、ショットキーバリアダイオード１００における少数キャリア注入領域１２８の面積（能動領域の面積に対する少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少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、少数キャリア注入層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。）。
[Test example]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the area of the minority carrier injection region 128 in the Schottky barrier diode 100 (the area of the minority carrier injection region 128 relative to the area of the active region) and the forward surge resistance. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the area of the minority carrier injection region 128 in the Schottky barrier diode 100 (the area of the minority carrier injection region 128 relative to the area of the active region) and the forward drop voltage. In these drawings, the conventional SBD 900 indicates the conventional Schottky barrier diode 900, the conventional SBD 902 indicates the conventional Schottky barrier diode 902, and the SBD 100 according to the first embodiment is the Schottky barrier according to the first embodiment. A diode 100 is shown. In FIG. 7, when the area ratio of the minority carrier injection layer 128 is 3.6%, 11.6%, or 20%, the Schottky barrier diode 100 according to Embodiment 1 and the conventional Schottky barrier diode 902 are used. Since the same forward voltage drop is obtained in FIG. 7, these are displayed with a slight shift (see data in the middle three points excluding data at both ends in the left-right direction in FIG. 7).
これらの試験例の結果、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、従来のショットキーバリアダイオード９００及び従来のショットキーバリアダイオード９０２のいずれの場合よりも高い順方向サージ耐量を得ることができる（図６参照。）。また、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００においては、従来のショットキーバリアダイオード９００及び従来のショットキーバリアダイオード９０２の場合と同等の順方向降下電圧を得ることができる（図７参照。）。従って、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００は、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能であることがわかった。 As a result of these test examples, the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment can obtain a higher forward surge withstand capability than the conventional Schottky barrier diode 900 and the conventional Schottky barrier diode 902. Yes (see FIG. 6). In addition, in the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, a forward voltage drop equivalent to that of the conventional Schottky barrier diode 900 and the conventional Schottky barrier diode 902 can be obtained (see FIG. 7). . Therefore, it was found that the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment can improve the trade-off characteristic between the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF.
［実施形態２］
図８は、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２を説明するために示す図である。
実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、基本的には実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００と同様の構成を有するが、図８に示すように、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点で実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合とは異なる。
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a diagram for explaining the Schottky barrier diode 102 according to the second embodiment.
The Schottky barrier diode 102 according to the second embodiment basically has the same configuration as that of the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment. However, as shown in FIG. 8, an ohmic metal is formed on the surface of the minority carrier injection layer. This is different from the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment in that no layer is formed.
このように、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点で実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合とは異なるが、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合と同様に、ライフタイム向上剤としてのカーボンが、電流の流れに関与しない少数キャリア注入層の直下にのみ導入されているため、逆方向漏れ電流ＩＲを増加させずに、順方向サージ耐量と順方向降下電圧ＶＦとのトレードオフ特性を改善することが可能となる。 As described above, the Schottky barrier diode 102 according to the second embodiment is different from the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment in that an ohmic metal layer is not formed on the surface of the minority carrier injection layer. As in the case of the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment, since the carbon as the lifetime improver is introduced only directly under the minority carrier injection layer not involved in the current flow, the reverse leakage current IR The trade-off characteristic between the forward surge withstand voltage and the forward drop voltage VF can be improved without increasing the.
また、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２によれば、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層を形成する必要がないため、製造工程が簡略化され、製造工程が短く、製造コストの安価なショットキーバリアダイオードとなる。 Further, according to the Schottky barrier diode 102 according to the second embodiment, since it is not necessary to form an ohmic metal layer on the surface of the minority carrier injection layer, the manufacturing process is simplified, the manufacturing process is short, and the manufacturing cost is low. It becomes a new Schottky barrier diode.
なお、実施形態２に係るショットキーバリアダイオード１０２は、少数キャリア注入層の表面にオーミック金属層が形成されていない点以外の点においては実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るショットキーバリアダイオード１００が有する効果のうち該当する効果を有する。 Note that the Schottky barrier diode 102 according to the second embodiment is the same as the Schottky barrier diode 100 according to the first embodiment except that the ohmic metal layer is not formed on the surface of the minority carrier injection layer. Since it has a structure, it has the effect applicable among the effects which the Schottky barrier diode 100 which concerns on Embodiment 1 has.
以上、本発明のショットキーバリアダイオードを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 As mentioned above, although the Schottky barrier diode of the present invention has been described based on the above embodiment, the present invention is not limited to this, and can be implemented without departing from the gist thereof. The following modifications are possible.
（１）上記した各実施形態においては、カーボン導入層１３２の幅が少数キャリア注入層１２８の幅と同一であり、また、カーボン導入層１３２の上面と少数キャリア注入層１２８の下面とが一致しているが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例１〜４に係るショットキーバリアダイオードを説明するために示す図である。図９（ａ）は変形例１に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｂ）は変形例２に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｃ）は変形例３に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図であり、図９（ｄ）は変形例４に係るショットキーバリアダイオードにおける要部拡大図である。図９に示すように、例えば、カーボン導入層１３２の幅が少数キャリア注入層１２８の幅よりも広くてもよいし（図９（ａ）参照。）、カーボン導入層１３２の幅が少数キャリア注入層１２８の幅よりも狭くてもよいし（図９（ｂ）参照。）、カーボン導入層１３２の上面が少数キャリア注入層１２８の下面よりも深い位置に位置していてもよいし（図９（ｃ）参照。）、カーボン導入層１３２の上面が少数キャリア注入層１２８の下面よりも浅い位置に位置していてもよい（図９（ｄ）参照。）。 (1) In each of the embodiments described above, the width of the carbon introduction layer 132 is the same as the width of the minority carrier injection layer 128, and the upper surface of the carbon introduction layer 132 and the lower surface of the minority carrier injection layer 128 coincide. However, the present invention is not limited to this. FIG. 9 is a diagram for explaining the Schottky barrier diode according to the first to fourth modifications. FIG. 9A is an enlarged view of a main part of a Schottky barrier diode according to Modification 1, and FIG. 9B is an enlarged view of an essential part of the Schottky barrier diode according to Modification 2. ) Is an enlarged view of a main part of a Schottky barrier diode according to Modification 3. FIG. 9D is an enlarged view of a main part of the Schottky barrier diode according to Modification 4. As shown in FIG. 9, for example, the width of the carbon introduction layer 132 may be wider than the width of the minority carrier injection layer 128 (see FIG. 9A), or the width of the carbon introduction layer 132 is minority carrier injection. The width of the layer 128 may be narrower (see FIG. 9B), or the upper surface of the carbon introduction layer 132 may be located deeper than the lower surface of the minority carrier injection layer 128 (FIG. 9). (See (c).) The upper surface of the carbon introduction layer 132 may be positioned shallower than the lower surface of the minority carrier injection layer 128 (see FIG. 9D).
（２）上記各実施形態においては、少数キャリア注入層が、平面的に見てガードリング層に囲まれた領域に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、少数キャリア注入層が、平面的に見てガードリング層の内部に形成されてもよい。 (2) In each of the above embodiments, the minority carrier injection layer is formed in a region surrounded by the guard ring layer as viewed in plan, but the present invention is not limited to this. For example, the minority carrier injection layer may be formed inside the guard ring layer when seen in a plan view.
（３）上記した各実施形態においては、炭化珪素単結晶基板として結晶多形が４Ｈであるものを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、炭化珪素単結晶基板として結晶多形が６Ｈ又は３Ｃであるものを用いることもできる。 (3) In each of the above embodiments, a silicon carbide single crystal substrate having a crystal polymorph of 4H is used, but the present invention is not limited to this. For example, a silicon carbide single crystal substrate having a crystal polymorphism of 6H or 3C can be used.
（４）上記した各実施形態においては、第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型として、本発明の半導体装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型としてもよい。 (4) In each of the above embodiments, the semiconductor device of the present invention has been described with the first conductivity type as n-type and the second conductivity type as p-type. However, the present invention is not limited to this. For example, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.
１００，１０２，９００，９０２，９０４…ショットキーバリアダイオード、１１０，９１０…半導体基体、１１２，９１２…炭化珪素単結晶基板、１１４，９１４…エピタキシャル層（ドリフト層）、１１６，９１６…ガードリング層、１１８，９１８…バリアメタル層、１２０，９２０…表面電極、１２２，９２２…パッシベーション層、１２４…シリサイド層、１２６，９２６…裏面電極、１２８，９２８…少数キャリア注入層、１３０…オーミック金属層、１３２，９３２…カーボン導入層、１４０，１４２…犠牲酸化膜 100, 102, 900, 902, 904 ... Schottky barrier diode, 110, 910 ... semiconductor substrate, 112, 912 ... silicon carbide single crystal substrate, 114, 914 ... epitaxial layer (drift layer), 116, 916 ... guard ring layer 118, 918 ... barrier metal layer, 120, 920 ... surface electrode, 122, 922 ... passivation layer, 124 ... silicide layer, 126, 926 ... back electrode, 128, 928 ... minority carrier injection layer, 130 ... ohmic metal layer, 132,932 ... carbon introduction layer, 140,142 ... sacrificial oxide film
Claims (9)
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少数キャリア注入層と、
前記少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、 前記カーボン導入層の最深部は、前記少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、前記少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。 A first conductive type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide;
A barrier metal layer formed on the first main surface of the semiconductor substrate;
A minority carrier injection layer partially formed on the first main surface side surface of the semiconductor substrate and containing a high-concentration second conductivity type impurity;
A carbon introduction layer in which carbon is introduced only directly under the minority carrier injection layer, and the deepest portion of the carbon introduction layer is deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by the same length as the minority carrier diffusion length. A Schottky barrier diode characterized by being deeper than the depth position and shallower than a depth position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by a length obtained by multiplying the minority carrier diffusion length by six .
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少数キャリア注入層と、
前記少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、 前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０ １６ 〜１×１０ １８ ｃｍ −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。 A first conductive type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide;
A barrier metal layer formed on the first main surface of the semiconductor substrate;
A minority carrier injection layer partially formed on the first main surface side surface of the semiconductor substrate and containing a high-concentration second conductivity type impurity;
A carbon introduction layer into which carbon is introduced only directly under the minority carrier injection layer, and the concentration of carbon in the carbon introduction layer is in the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3. Characteristic Schottky barrier diode.
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少数キャリア注入層と、
前記少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、 前記カーボン導入層の最深部は、前記少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、前記少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。 A first conductive type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide;
A barrier metal layer formed on the first main surface of the semiconductor substrate;
A minority carrier injection layer partially formed on the first main surface side surface of the semiconductor substrate and containing a high-concentration second conductivity type impurity;
A carbon introduction layer into which carbon is introduced only directly under the minority carrier injection layer, and the deepest portion of the carbon introduction layer is deeper than a depth position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 0.43 μm. The Schottky barrier diode is shallower than a deep position by 2.6 μm from the deepest portion of the minority carrier injection layer .
前記カーボン導入層におけるカーボンの濃度は、１×１０ １６ 〜１×１０ １８ ｃｍ −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。 The Schottky barrier diode according to claim 1 ,
A concentration of carbon in the carbon introduction layer is in a range of 1 × 10 16 to 1 × 10 18 cm −3 .
、 前記カーボン導入層の最深部は、前記少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、前記少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。 The Schottky barrier diode according to claim 1 ,
The deepest portion of the carbon introduction layer is deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 0.43 μm and deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 2.6 μm. Schottky barrier diode characterized by being shallower .
前記カーボン導入層の最深部は、前記少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、前記少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。 The Schottky barrier diode according to claim 2 ,
The deepest portion of the carbon introduction layer is deeper than a depth position deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 0.43 μm, and deeper than the deepest portion of the minority carrier injection layer by 2.6 μm. Schottky barrier diode characterized by its shallow depth .
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。 In the Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 6 ,
The Schottky barrier diode, wherein the carbon introduction layer is formed in a region deeper than a deepest portion of the minority carrier injection layer.
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。 In the Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 7 ,
An ohmic metal layer for reducing contact resistance with the barrier metal layer is formed on the surface of the minority carrier injection layer.
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。 In the Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 8 ,
A Schottky barrier diode, wherein a guard ring layer is formed in a region corresponding to an end of the barrier metal layer on the surface of the semiconductor substrate on the first main surface side.
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