JP5541842B2 - Silicon carbide Schottky diode - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素ショットキダイオードに関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide Schottky diode.
炭化珪素ショットキダイオードが、特許文献１に半導体装置として開示されている。この炭化珪素ショットキダイオードは、特許文献１の図１に示すようにn型の炭化珪素半導体基板の裏面上および裏面上に電極を備えており、表面上の電極は従来から知られたショットキ電極である。 A silicon carbide Schottky diode is disclosed in Patent Document 1 as a semiconductor device. This silicon carbide Schottky diode is provided with electrodes on the back surface and the back surface of an n-type silicon carbide semiconductor substrate as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, and the electrodes on the surface are conventionally known Schottky electrodes. is there.
ショットキ電極が形成される炭化珪素半導体基板には、当該ショットキ電極の周囲を取囲むように不純物が導入されており、この不純物の導入によってガードリング（Ｐ型不純物領域３）が形成されている。 An impurity is introduced into the silicon carbide semiconductor substrate on which the Schottky electrode is formed so as to surround the Schottky electrode, and a guard ring (P-type impurity region 3) is formed by the introduction of the impurity.
前記ショットキ電極は、端部が炭化珪素半導体基板の表面上においてガードリングに接するように形成され、耐圧向上が図られている。 The Schottky electrode is formed so that the end thereof is in contact with the guard ring on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate, and the breakdown voltage is improved.
また炭化珪素半導体基板の表面上には、ショットキ電極の周囲に絶縁膜として酸化膜が形成されている。この酸化膜は、いわゆるパッシベーションであり、このパッシベーションによって空乏層の広がりを制御できるとともにｐｎ接合面を保護することができ、もって外部から汚染物質の進入を防止して特性の劣化防止を図ることができる。 An oxide film is formed as an insulating film around the Schottky electrode on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate. This oxide film is a so-called passivation. By this passivation, the spread of the depletion layer can be controlled and the pn junction surface can be protected, thereby preventing the entry of contaminants from the outside and preventing the deterioration of characteristics. it can.
ところでパッシベーションとショットキ電極との位置関係は、特許文献１に示す以外に例えば特許文献２に示す配置構造も考えられる（本願の図３参照）。 By the way, the positional relationship between the passivation and the Schottky electrode is not limited to that shown in Patent Document 1, and for example, an arrangement structure shown in Patent Document 2 can be considered (see FIG. 3 of the present application).
特許文献２の炭化珪素ショットキダイオードは、図３に示すように特許文献１の炭化珪素ショットキダイオードと異なり、ショットキ電極の端が絶縁膜上にかかるように配置されており、換言すれば絶縁膜の端がショットキ電極およびガードリング間に挟持されている。 Unlike the silicon carbide Schottky diode of Patent Document 1, the silicon carbide Schottky diode of Patent Document 2 is arranged so that the end of the Schottky electrode is placed on the insulating film, in other words, the insulating film of the insulating film. The end is sandwiched between the Schottky electrode and the guard ring.
このように、絶縁膜がガードリングとショットキ電極との間で挟持されるように配置することで、耐圧の向上が確認されている。
ところで、前記した図３に示す炭化珪素ショットキダイオードは、時に耐圧変動を招くことがある。しかし、この耐圧変動を引起こす原因は解明されていない。
そこで発明者は、耐圧変動を招き難い炭化珪素ショットキダイオードの条件を求めるべく、実験を繰り返した。
By the way, the silicon carbide Schottky diode shown in FIG. 3 sometimes causes a change in breakdown voltage. However, the cause of this pressure fluctuation variation has not been elucidated.
Therefore, the inventor repeated experiments in order to obtain conditions for a silicon carbide Schottky diode that is less likely to cause fluctuations in breakdown voltage.
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、耐圧変動が抑制し得る炭化珪素ショットキダイオードを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide Schottky diode capable of suppressing withstand voltage fluctuation.
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、炭化珪素半導体基板の表面に形成されるショットキ電極と、該ショットキ電極の周囲を取囲むべく、炭化珪素半導体基板の表面に不純物が導入されて成るガードリングと、該ガードリング上に延在すると共に当該ガードリングの周囲を取囲むように前記炭化珪素半導体基板の表面上に延在する絶縁膜と、を備え、前記ショットキ電極は前記炭化珪素半導体基板の表面上において前記ガードリングに接し、かつ前記絶縁膜上にも延在する炭化珪素ショットキダイオードにおいて、前記ガードリングの幅寸法比を１０、前記ショットキ電極が前記ガードリングに接する幅寸法比を１、前記絶縁膜上に延在する前記ショットキ電極の先端から前記ガードリングの外周端までの離間距離比をＸとするとき、前記離間距離比Ｘは、３〜９内に設定されていることを特徴とする。 The present invention was devised to achieve the above object, and a Schottky electrode formed on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate and an impurity on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate so as to surround the periphery of the Schottky electrode. And an insulating film extending on the guard ring and extending on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate so as to surround the guard ring, and the Schottky electrode Is a silicon carbide Schottky diode that is in contact with the guard ring on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate and also extends on the insulating film, wherein the width dimension ratio of the guard ring is 10, and the Schottky electrode is connected to the guard ring. The width dimension ratio in contact is 1, and the separation distance ratio from the tip of the Schottky electrode extending on the insulating film to the outer peripheral end of the guard ring When the X, the distance ratio X is characterized by being set in the 3-9.
本発明の本発明の炭化珪素ショットキダイオードは、ガードリングの幅寸法比を１０とし、ショットキ電極がガードリングに接する幅寸法比を１とし、絶縁膜上に延在するショットキ電極の先端からガードリングの外周端までの離間距離比をＸとし、該離間距離比Ｘを３〜９内に設定する。これにより、絶縁膜の膜厚の違いによる耐圧変動を抑制することができる。 The silicon carbide Schottky diode according to the present invention has a guard ring width dimension ratio of 10, a width dimension ratio of contact of the Schottky electrode with the guard ring of 1, and a guard ring extending from the tip of the Schottky electrode extending on the insulating film. Let X be the separation distance ratio to the outer peripheral edge, and set the separation distance ratio X within 3-9. As a result, it is possible to suppress withstand voltage fluctuation due to the difference in the thickness of the insulating film.
以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明するが、以下の説明では、実施の形態に用いる図面について同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals in the drawings used in the embodiments, and overlapping descriptions are possible. Omitted as much as possible.
本発明の炭化珪素ショットキダイオード１０は、図２に示すようにn型の炭化珪素半導体基板１の表面に形成されるアノードのためのショットキ電極２と、該ショットキ電極２の周囲を取囲むべく、炭化珪素半導体基板１の表面にｐ型のガードリング３と、該ガードリング３上に延在すると共に当該ガードリング３の周囲を取囲むように炭化珪素半導体基板１の表面上に延在する絶縁膜４と、炭化珪素半導体基板１の裏面に形成されるカソードのための裏面電極５と、ショットキ電極２上に形成される半田とを備えており、ショットキ電極２は炭化珪素半導体基板１の表面上においてガードリング３に接し、かつ絶縁膜４上にも延在するように形成されている。 As shown in FIG. 2, the silicon carbide Schottky diode 10 of the present invention surrounds the Schottky electrode 2 for the anode formed on the surface of the n-type silicon carbide semiconductor substrate 1 and the periphery of the Schottky electrode 2. A p-type guard ring 3 on the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1 and insulation extending on the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1 so as to surround the guard ring 3 and to surround the guard ring 3. A film 4, a back electrode 5 for a cathode formed on the back surface of silicon carbide semiconductor substrate 1, and solder formed on Schottky electrode 2 are provided. Schottky electrode 2 is a surface of silicon carbide semiconductor substrate 1. It is formed so as to be in contact with the guard ring 3 and to extend also on the insulating film 4.
炭化珪素半導体基板１は、窒素濃度５Ｅ１８ｃｍ−３で示される濃度のバルク基板１１と、該バルク基板上に１Ｅ１６ｃｍ−３で示される濃度でエピタキシャル成長させて成るエピタキシャル層１２とを有しており、バルク基板１１は例えば３５０μｍの厚さ寸法を有し、エピタキシャル層１２は例えば１０μｍの厚さ寸法を有している。 Silicon carbide semiconductor substrate 1 includes a bulk substrate 11 having a nitrogen concentration of 5E18 cm −3 and an epitaxial layer 12 formed by epitaxial growth on the bulk substrate at a concentration of 1E16 cm −3. The substrate 11 has a thickness dimension of 350 μm, for example, and the epitaxial layer 12 has a thickness dimension of 10 μm, for example.
炭化珪素半導体基板１のエピタキシャル層１２の表面近傍には、ガードリング３が形成されている。このガードリング３は、エピタキシャル層１２の表面に所定形状のマスクを施した後、ｐ型の不純物として例えばＡｌを３０−４００keＶの条件で多段にイオン注入することで、平面から見て矩形を基調とするリング状に形成される。尚、前記した注入条件により、ガードリング３は、２Ｅ１７ｃｍ−３〜５Ｅ１７ｃｍ−３の不純物濃度に設定される。 A guard ring 3 is formed in the vicinity of the surface of epitaxial layer 12 of silicon carbide semiconductor substrate 1. The guard ring 3 is formed in a rectangular shape as viewed from above by applying a mask having a predetermined shape on the surface of the epitaxial layer 12 and then implanting, for example, Al as a p-type impurity in multiple stages under a condition of 30 to 400 keV. It is formed in a ring shape. Note that the guard ring 3 is set to an impurity concentration of 2E17 cm-3 to 5E17 cm-3 according to the implantation conditions described above.
ガードリング３は、そのリング内径が３００μｍを有するように形成されており、リングを成す線を断面で見ると、その形状は矩形状であり、例えば横幅寸法が１００μｍおよび表面からの深さ寸法が０．５μｍとなるように形成されている。 The guard ring 3 is formed so that the inner diameter of the ring is 300 μm. When the line forming the ring is viewed in cross section, the shape thereof is rectangular, for example, the width dimension is 100 μm and the depth dimension from the surface is It is formed to be 0.5 μm.
炭化珪素半導体基板１のエピタキシャル層１２の表面には、ショットキ電極２が形成されている。詳細にはショットキ電極２はガードリング３によって規定されるリング形状の内側全面に亘って延在しており、その端部はガードリング３の内側において該ガードリング３の一部に接して更に絶縁膜４上に延在する。 A Schottky electrode 2 is formed on the surface of epitaxial layer 12 of silicon carbide semiconductor substrate 1. Specifically, the Schottky electrode 2 extends over the entire inner surface of the ring shape defined by the guard ring 3, and its end is in contact with a part of the guard ring 3 inside the guard ring 3 for further insulation. It extends over the membrane 4.
ところで、ショットキ電極２は、複数種類の金属を用いた積層構造であり、例えばチタンを０．５μｍの厚さ寸法で蒸着させた後、その上に順にアルミを３μｍの厚さ寸法で蒸着させて形成される。 By the way, the Schottky electrode 2 has a laminated structure using a plurality of kinds of metals. For example, after titanium is vapor-deposited with a thickness of 0.5 μm, aluminum is vapor-deposited sequentially with a thickness of 3 μm thereon. It is formed.
炭化珪素半導体基板１のエピタキシャル層１２の表面上に形成される絶縁膜４は、積層構造であり、例えば下から順に熱酸化膜を０．０６μｍの厚さ寸法およびＰＳＧを１μｍの厚さ寸法で形成後、更にその上に窒化膜を０．１μｍの厚さ寸法で形成する。 Insulating film 4 formed on the surface of epitaxial layer 12 of silicon carbide semiconductor substrate 1 has a laminated structure, for example, a thermal oxide film having a thickness of 0.06 μm and a thickness of PSG of 1 μm in order from the bottom. After the formation, a nitride film is further formed thereon with a thickness of 0.1 μm.
熱酸化膜は、ドライ酸化膜（乾燥酸化膜）であり、当該乾燥酸化膜の形成後にＮＯ又はＮ２Ｏを用いてアニールを施してもよい。 The thermal oxide film is a dry oxide film (dry oxide film), and annealing may be performed using NO or N 2 O after the dry oxide film is formed.
また、熱酸化膜上に形成される窒化膜は、熱酸化膜の端から約４μｍ内側で終端するように形成されている（図４参照）。 The nitride film formed on the thermal oxide film is formed so as to terminate about 4 μm inside from the end of the thermal oxide film (see FIG. 4).
前記した構造の絶縁膜４は、図２に示すようにガードリング３の周囲を取囲むように延在しており、またガードリング３の外周側、すなわちガードリング３外側の当該ガードリング３が形成されないエピタキシャル層１２の表面上にも延在するように形成されている。その延在する長さ寸法は、ガードリング３の外周から例えば５０μｍに設定されている。 As shown in FIG. 2, the insulating film 4 having the above-described structure extends so as to surround the guard ring 3, and the guard ring 3 on the outer peripheral side of the guard ring 3, that is, outside the guard ring 3 is It is formed so as to extend on the surface of the epitaxial layer 12 which is not formed. The extending length dimension is set to, for example, 50 μm from the outer periphery of the guard ring 3.
また、ガードリング３の内側表面の例えば１０μｍには絶縁膜４が延在しておらず、この部位にはショットキ電極２の端部が延在している。ガードリング３の内側表面に延在するショットキ電極２により、ガードリング３およびショットキ電極２が電気的に接続される。 Further, the insulating film 4 does not extend on the inner surface of the guard ring 3, for example, 10 μm, and the end of the Schottky electrode 2 extends at this portion. The guard ring 3 and the Schottky electrode 2 are electrically connected by the Schottky electrode 2 extending on the inner surface of the guard ring 3.
ショットキ電極２は、ガードリング３の内側表面から該ガードリング３の表面上に形成された絶縁膜４上にも延在しており、絶縁膜４上に延在するショットキ電極２の先端からガードリングの外周端までの離間距離比をＸ、ショットキ電極２がガードリング３の内側表面において接する幅寸法比を１、ガードリングの横幅寸法比（リングを成す線の横幅寸法比）を１０とするとき、離間距離比は３〜９となるように設定されている。 The Schottky electrode 2 also extends from the inner surface of the guard ring 3 onto the insulating film 4 formed on the surface of the guard ring 3. The Schottky electrode 2 guards from the tip of the Schottky electrode 2 extending on the insulating film 4. The separation distance ratio to the outer peripheral edge of the ring is X, the width dimension ratio at which the Schottky electrode 2 contacts the inner surface of the guard ring 3 is 1, and the lateral dimension ratio of the guard ring (the lateral dimension ratio of the lines forming the ring) is 10. The separation distance ratio is set to be 3-9.
ここで前記した構成の炭化珪素ショットキダイオード１０の動作を説明する。
先ず、裏面電極５を接地し、ショットキ電極２に正電圧を印加すると、順バイアスとなり、ショットキ電極２から裏面電極５方向へ電流が流れる。
Here, the operation of silicon carbide Schottky diode 10 having the above-described configuration will be described.
First, when the back electrode 5 is grounded and a positive voltage is applied to the Schottky electrode 2, a forward bias occurs, and a current flows from the Schottky electrode 2 toward the back electrode 5.
一方、ショットキ電極２を接地し、裏面電極５に正電圧を印加した場合、ショットキ電極２から印加される電圧により、ガードリング３電圧を印加すると、逆バイアスとなり遮断特性を示す。この遮断特性が当該炭化珪素ショットキダイオード１０の耐圧であり、炭化珪素ショットキダイオード１０の性能指標の一つとして用いられている。 On the other hand, when the Schottky electrode 2 is grounded and a positive voltage is applied to the back electrode 5, when the guard ring 3 voltage is applied by the voltage applied from the Schottky electrode 2, a reverse bias is obtained and a cutoff characteristic is exhibited. This cutoff characteristic is the breakdown voltage of the silicon carbide Schottky diode 10 and is used as one of the performance indicators of the silicon carbide Schottky diode 10.
ところで、前記した耐圧の変動幅は一定であることが指標として好ましい。つまり、炭化珪素ショットキダイオード１０を複数作成すると、炭化珪素および絶縁膜の界面の固定電荷に差を招き易く、このような場合であっても炭化珪素ショットキダイオード１０の耐圧の乖離幅（乖離値）が狭いことが一定の品質を確保する上で重要となる。そこで発明者は実験を重ね各炭化珪素ショットキダイオード１０における耐圧の乖離幅が小さくなる好適条件を見出した。 By the way, it is preferable as an index that the fluctuation range of the breakdown voltage is constant. That is, when a plurality of silicon carbide Schottky diodes 10 are formed, a difference is easily caused in the fixed charge at the interface between the silicon carbide and the insulating film. Even in such a case, the divergence width (deviation value) of the breakdown voltage of the silicon carbide Schottky diode 10 is easily obtained. Narrowness is important for ensuring a certain quality. Therefore, the inventor conducted experiments and found suitable conditions for reducing the deviation width of the breakdown voltage in each silicon carbide Schottky diode 10.
次に、好適条件について図を用いて説明する。
図１（ａ）には、条件の異なる複数の半導体装置の耐圧特性がグラフに纏められており、図１（ｂ）には、好適条件を説明するためのガードリング３周辺の拡大図が示されている。
Next, suitable conditions will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 (a) summarizes the breakdown voltage characteristics of a plurality of semiconductor devices under different conditions, and FIG. 1 (b) shows an enlarged view around the guard ring 3 for explaining suitable conditions. Has been.
先ず、条件内容を説明する。
図１（ｂ）に示すように、ガードリング３の幅寸法比を１０とし、ショットキ電極２がガードリング３に接する幅寸法比を１とし、絶縁膜４上に延在するショットキ電極２の先端からガードリング３の外周端までの離間距離比をＸとするとき、離間距離比Ｘが３〜９内に設定されている。この設定は、図１（ａ）に示す耐圧特性がグラフに基づいている。
First, the condition contents will be described.
As shown in FIG. 1B, the width dimension ratio of the guard ring 3 is 10, the width dimension ratio at which the Schottky electrode 2 is in contact with the guard ring 3 is 1, and the tip of the Schottky electrode 2 extending on the insulating film 4 is formed. When the separation distance ratio from the outer periphery of the guard ring 3 to X is X, the separation distance ratio X is set within 3-9. This setting is based on the pressure resistance characteristics shown in FIG.
図１（ａ）に示すグラフは、絶縁膜４上に延在するショットキ電極２の先端からガードリングの外周端までの離間距離比と耐圧との関係を示すグラフであり、離間距離比を−４〜９まで１ずつ遷移させたときの耐圧の変動状態を纏めたものである。 The graph shown in FIG. 1A is a graph showing the relationship between the separation distance ratio from the tip of the Schottky electrode 2 extending on the insulating film 4 to the outer peripheral end of the guard ring and the breakdown voltage. This is a summary of the fluctuation state of the withstand voltage when transitioning from 4 to 9 one by one.
このグラフには、各離間距離比における複数の炭化珪素ショットキダイオード１０の耐圧が示されており、各離間距離比における耐圧の最大値および最小値が棒グラフ（バー）によって示されており、各離間距離比における平均値が丸印で示されている。 In this graph, the breakdown voltage of the plurality of silicon carbide Schottky diodes 10 at each separation distance ratio is shown, and the maximum value and the minimum value of the breakdown voltage at each separation distance ratio are shown by a bar graph (bar). The average value in the distance ratio is indicated by a circle.
ところでグラフにおける離間距離比のマイナス表記は、ショットキ電極２がガードリング３の外周端よりも、外側に延在していることを示している。 By the way, the minus notation of the separation distance ratio in the graph indicates that the Schottky electrode 2 extends outward from the outer peripheral end of the guard ring 3.
例えば本実施例においては、離間距離比が−１ときとき、ショットキ電極２がガードリング３の外周端より１０μｍ外側まで延在しており、離間距離比が−４のとき、ショットキ電極２がガードリング３の外周端より４０μｍ外側まで延在していることを示している。 For example, in this embodiment, when the separation distance ratio is -1, the Schottky electrode 2 extends 10 μm outside from the outer peripheral end of the guard ring 3, and when the separation distance ratio is -4, the Schottky electrode 2 is guarded. It shows that the ring 3 extends to the outside of 40 μm from the outer peripheral end of the ring 3.
尚、図１（ａ）に示すグラフにおいて、いずれの炭化珪素ショットキダイオード１０も絶縁膜４がガードリング３の外周端より５０μｍ外側まで延在している。 In the graph shown in FIG. 1A, in any silicon carbide Schottky diode 10, the insulating film 4 extends 50 μm outside from the outer peripheral end of the guard ring 3.
図１（ａ）のグラフで明らかなように、離間距離比を３〜９に設定すると、耐圧変動の乖離幅が小さく、それ以下に離間距離比を設定すると耐圧変動の乖離幅が大きくなる。 As is clear from the graph of FIG. 1A, when the separation distance ratio is set to 3 to 9, the deviation width of the withstand voltage fluctuation is small, and when the separation distance ratio is set to be smaller than that, the deviation width of the withstand voltage fluctuation is large.
尚、図１（ａ）のグラフに示されていないが、離間距離比が１０のとき、すなわちショットキ電極２の端部がガードリング３上に延在しないとき、耐圧は３００Ｖ程度しか得ることができず、これについては別途行った実験で確認されている。 Although not shown in the graph of FIG. 1A, when the separation ratio is 10, that is, when the end of the Schottky electrode 2 does not extend on the guard ring 3, the withstand voltage can be obtained only about 300V. This is not possible, and this has been confirmed in a separate experiment.
ところで発明者は、離間距離比を３〜９に設定すると、耐圧変動の乖離幅が小さくなることについて、以下のように考えている。 By the way, the inventor considers that when the separation distance ratio is set to 3 to 9, the divergence width of the withstand voltage fluctuation becomes small as follows.
ショットキ電極２端部が外側になるにつれて絶縁膜４に加わる電界が強くなるが、絶縁膜４自体の耐圧に起因しているのではないかと考えた。これは、別途行った絶縁膜４自体の耐圧を求めた実験に基づいている。 The electric field applied to the insulating film 4 becomes stronger as the end of the Schottky electrode 2 becomes the outer side, but it was thought that this might be due to the breakdown voltage of the insulating film 4 itself. This is based on a separate experiment conducted to determine the breakdown voltage of the insulating film 4 itself.
この実験結果は図５に示すグラフに纏められており、当該グラフから明らかなように絶縁膜４自体に４５０Ｖ〜６５０Ｖと耐圧にバラツキがある。 The results of this experiment are summarized in the graph shown in FIG. 5. As is apparent from the graph, the insulating film 4 itself has a variation in breakdown voltage of 450 V to 650 V.
そこで、ショットキ電極２端部が外側になるにつれ、すなわち離間距離比が３未満になるに従い、ショットキ電極２が絶縁膜４の影響を受け易く、もって耐圧がバラツキ易いのではないかと発明者は考えている。 Therefore, the inventor thinks that the Schottky electrode 2 tends to be affected by the insulating film 4 as the end portion of the Schottky electrode 2 becomes outside, that is, as the separation ratio becomes less than 3, and the breakdown voltage is likely to vary. ing.
以上述べたように、本発明の炭化珪素ショットキダイオード１０は、ガードリング３の幅寸法比を１０とし、ショットキ電極２がガードリング３に接する幅寸法比を１とし、絶縁膜４上に延在するショットキ電極２の先端からガードリングの外周端までの離間距離比をＸとし、該離間距離比Ｘを３〜９内に設定することにより、耐圧変動を抑制することができ、もって耐圧特性の安定した炭化珪素ショットキダイオードを提供することができる。 As described above, the silicon carbide Schottky diode 10 of the present invention has a width dimension ratio of 10 for the guard ring 3 and a width dimension ratio at which the Schottky electrode 2 is in contact with the guard ring 3 and extends on the insulating film 4. By setting the separation distance ratio from the tip of the Schottky electrode 2 to the outer peripheral end of the guard ring to X and setting the separation distance ratio X within 3 to 9, the fluctuation in breakdown voltage can be suppressed, and the breakdown voltage characteristic can be reduced. A stable silicon carbide Schottky diode can be provided.
次に、前記した実施例１の条件下において、絶縁膜４を構成するＰＳＧの膜厚によって耐圧変動があるのではないかと考え、ＰＳＧの膜厚を遷移させたときの耐圧を求め、これを図６に示すグラフに纏めた。 Next, under the conditions of Example 1 described above, it is considered that there is a fluctuation in the breakdown voltage depending on the thickness of the PSG constituting the insulating film 4, and the breakdown voltage when the PSG film thickness is changed is obtained. The results are summarized in the graph shown in FIG.
図６のグラフには、絶縁膜４を構成するＰＳＧの膜厚を１μｍのときの耐圧（白丸印の折れ線グラフ）と、2μｍのときの耐圧（黒丸印の折れ線グラフ）とが示されており、それぞれの膜厚において前記した実施例１と同様に絶縁膜４上に延在するショットキ電極２の先端からガードリングの外周端までの離間距離比と耐圧との関係を示すグラフであり、離間距離比を−４〜９まで１ずつ遷移させたときの耐圧の変動状態を纏めたものである。 The graph of FIG. 6 shows the breakdown voltage when the film thickness of the PSG constituting the insulating film 4 is 1 μm (white circle line graph) and the breakdown voltage when the film thickness is 2 μm (black circle line graph). 5 is a graph showing the relationship between the withstand voltage ratio and the separation distance ratio from the tip of the Schottky electrode 2 extending on the insulating film 4 to the outer peripheral end of the guard ring, in the same manner as in the first embodiment. It summarizes the fluctuation state of the breakdown voltage when the distance ratio is shifted from -4 to 9 one by one.
当該グラフから明らかなように、ＰＳＧが1μｍのときより２μｍのとき乖離幅が狭く、更に離間距離比Ｘが４〜９において特に乖離幅が狭く耐圧が高いことが確認されている。尚、この乖離幅と耐圧との傾向について、発明者はＰＳＧの膜厚が薄いと、当該ＰＳＧを含む絶縁膜４において耐圧バラツキを誘引し易いのではないかと考えている。また、発明者は、少なくともＰＳＧの膜厚が1μｍより厚く、２μｍ以下の厚さ寸法までの範囲において同様な特性を得ることを確認している。 As is apparent from the graph, it is confirmed that the deviation width is narrower when the PSG is 2 μm than when the PSG is 1 μm, and that the deviation width is particularly narrow and the breakdown voltage is high when the separation distance ratio X is 4 to 9. In addition, regarding the tendency between the deviation width and the breakdown voltage, the inventor thinks that if the thickness of the PSG is thin, the insulating film 4 including the PSG easily induces a breakdown voltage. The inventor has confirmed that similar characteristics are obtained at least in the range where the thickness of the PSG is greater than 1 μm and the thickness is 2 μm or less.
以上述べたいように、ＰＳＧの膜厚を1μｍより厚く２μｍ以下にすると共に、離間距離比Ｘを４〜９に設定することで、耐圧の乖離幅が狭く耐圧が高い炭化珪素ショットキダイオードを得ることができる。 As described above, by making the thickness of PSG thicker than 1 μm and 2 μm or less and setting the separation distance ratio X to 4-9, a silicon carbide Schottky diode with a narrow withstand voltage separation width and high withstand voltage can be obtained. it can.
１ 炭化珪素半導体基板
２ ショットキ電極
３ ガードリング
４ 絶縁膜
５ 裏面電極
６ 半田
１０ 炭化珪素ショットキダイオード
１１ バルク基板
１２ エピタキシャル層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon carbide semiconductor substrate 2 Schottky electrode 3 Guard ring 4 Insulating film 5 Back surface electrode 6 Solder 10 Silicon carbide Schottky diode 11 Bulk substrate 12 Epitaxial layer
Claims (2)
前記ショットキ電極は、前記炭化珪素半導体基板の表面上において前記ガードリングに接し、かつ、前記絶縁膜上にも延在し、
前記ガードリング、前記絶縁膜及び前記ショットキ電極のみにより構成される周辺耐圧構造を有し、
前記絶縁膜は、下から熱酸化膜、ＰＳＧ及び窒化膜の順に積層された構造を有し、前記ＰＳＧの膜厚が１μｍより厚く２μｍ以下の炭化珪素ショットキダイオードにおいて、
前記ガードリングの幅寸法比を１０とし、前記ショットキ電極が前記ガードリングに接する幅寸法比を１とし、前記絶縁膜上に延在する前記ショットキ電極の先端から前記ガードリングの外周端までの離間距離比をＸとするとき、
前記離間距離比Ｘは４以上９未満に設定されていることを特徴とする炭化珪素ショットキダイオード。 A Schottky electrode formed on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate, a guard ring formed by introducing impurities into the surface of the silicon carbide semiconductor substrate so as to surround the periphery of the Schottky electrode, and extending on the guard ring An insulating film extending on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate so as to surround the periphery of the guard ring,
The Schottky electrode is in contact with the guard ring on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate, and extends also on the insulating film,
The guard ring, have a peripheral breakdown voltage structure constituted only by the insulating film and the Schottky electrode,
In the silicon carbide Schottky diode, the insulating film has a structure in which a thermal oxide film, a PSG, and a nitride film are stacked in this order from the bottom, and the thickness of the PSG is greater than 1 μm and less than or equal to 2 μm .
The width dimension ratio of the guard ring is 10, the width dimension ratio at which the Schottky electrode is in contact with the guard ring is 1, and the distance from the tip of the Schottky electrode extending on the insulating film to the outer peripheral edge of the guard ring When the distance ratio is X,
The silicon carbide Schottky diode, wherein the separation distance ratio X is set to 4 or more and less than 9 .
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