WO2010058524A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- symbol 11 has shown the N type semiconductor substrate which consists of SiC.
- N-type semiconductor substrate 11 is made of a N + SiC layers 11a, it is on N + SiC layer 11a N - SiC layer 11b is formed.
- a PN junction region 17 a provided with a P-type region 12 PN-bonded to the N-type semiconductor substrate 11 and the N ⁇ of the N-type semiconductor substrate 11.
- a Schottky junction region 17b in which the Schottky electrode 14 is in Schottky contact with the SiC layer 11b is provided.
- the semiconductor substrate includes a first conductivity type first SiC layer and a second SiC layer formed on the first SiC layer and containing a first conductivity type impurity having a lower concentration than the first SiC layer.
- the semiconductor device of the present invention includes a PN junction region in which a second conductivity type layer is PN-bonded to the semiconductor substrate on one surface of a first conductivity type semiconductor substrate made of SiC, and a Schottky electrode on the semiconductor substrate. And a Schottky junction region formed by contact with a Schottky contact.
- the PN junction region includes a convex portion having a trapezoidal shape in a cross-sectional view including the second conductivity type layer provided on a semiconductor substrate, and the convex shape.
- the PN junction region and the Schottky junction region are provided continuously, covering the side surface of the convex portion and the contact layer, and the Schottky junction Forming the Schottky electrode that is in Schottky contact with the semiconductor substrate in the region, so that the mask formed in the etching step can be used at the time of forming the second conductivity type layer and the contact layer.
- the manufacturing process can be simplified and the manufacturing can be efficiently performed.
- the contact layer 3 is provided on the entire surface (upper surface) of the P-type layer 2 on the contact layer 3 side, and is in ohmic contact with the P-type layer 2 of the convex portion 2a. ing.
- the contact layer 3 forms an ohmic contact with the P-type layer 2 and is made of a metal such as an alloy containing Ti and Al.
- the contact layer 3 is made of an alloy containing Ti and Al, the resistance value of the contact layer 3 is sufficiently low, and a good ohmic contact with the P-type layer 2 is obtained.
- the thickness of the N ⁇ SiC layer 1b to be removed increases, there is a step between the Schottky junction surface between the semiconductor substrate 1 and the Schottky electrode 4 and the PN junction surface between the semiconductor substrate 1 and the P-type layer 2. May be formed, and electric field concentration may easily occur. Therefore, it is preferable that the thickness of the N ⁇ SiC layer 1b to be removed be as thin as possible within a range in which the PN junction layer in the Schottky junction region 7b can be completely removed. Note that, in the dry etching here, when the semiconductor substrate 1 is not removed, the convex portion 2 a is composed only of the P-type layer 2.
- the depletion layer spreads when the reverse voltage is applied in the depth direction of the semiconductor substrate 1 between the PN junction region 7a and the Schottky junction region 7b. There is almost no difference in. Therefore, the semiconductor device of this embodiment is less likely to cause electric field concentration, can suppress the occurrence of leakage current, and has high reliability.
- Example 1 The Schottky barrier diode of Example 1 shown in FIG. 1A was manufactured as follows. First, on a semiconductor substrate 1 made of N + SiC layer 1a of the impurity concentration 2E18 cm -3, N - by type epitaxial layer is grown N impurity concentration 1E16 cm -3 - forming a SiC layer 1b, N + SiC layer 1a Thus, an N-type semiconductor substrate 1 including the N ⁇ SiC layer 1b was obtained. Next, a PN junction layer (not shown) was formed on the N ⁇ SiC layer 1b of the semiconductor substrate 1 by ion implantation.
- Example 2 As shown in FIG. 3B, in Example 2 and Example 1, the reverse voltage drop is larger than in the comparative example, indicating that electric field concentration is less likely to occur and the leakage current is small. Further, in Example 2 in which the region 1d where the semiconductor substrate 1 of the Schottky junction region 7b contacts the side surface of the convex portion 2a is a curved surface, the reverse voltage drop is larger than that in Example 1, and the leakage current is larger. You can see that it is smaller.
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Abstract
Description
本願は、2008年11月19日に、日本に出願された特願2008-295826号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、SBDとして、SiC半導体基板を用いたものがある(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、SiC半導体基板を用いたSBDにおいて、N型領域とショットキーコンタクトを形成するショットキー電極は、P型領域と良好なオーミックコンタクトを形成することが困難であるという不都合がある。
その後、図4Bに示すように、N型半導体基板11のN+SiC層11a側にオーミック電極15を形成する。
以上のようにして、図4Aに示す半導体装置が得られる。
また、本発明は、電界集中が生じにくくリーク電流を抑えることができ、PN接合領域における無効領域を小さくでき、ショットキー接合領域の面積を十分に確保できる半導体装置を、効率よく容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
(1)SiCからなる第1導電型の半導体基板の一方の面に、前記半導体基板に第2導電型層がPN接合されてなるPN接合領域と、前記半導体基板にショットキー電極がショットキー接触されてなるショットキー接合領域とが設けられ、前記PN接合領域には、前記半導体基板上に設けられた前記第2導電型層を含む断面視台形状の凸状部と、前記凸状部の前記第2導電型層上にオーミック接触されたコンタクト層とが備えられ、前記ショットキー電極が、前記凸状部の側面と前記コンタクト層とを覆い、前記PN接合領域および前記ショットキー接合領域に連続して設けられていることを特徴とする半導体装置。
(2)前記ショットキー接合領域の前記半導体基板の表面の延在方向と前記凸状部の側面の延在方向とのなす角度が、100°~135°の範囲であることを特徴とする(1)に記載の半導体装置。
(3)前記ショットキー接合領域の前記半導体基板と前記凸状部の側面との接する領域が、曲面からなることを特徴とする(1)または(2)に記載の半導体装置。
(4)前記第2導電型層の上面全面に前記コンタクト層が設けられていることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の半導体装置。
(5)前記半導体基板の他方の面に、前記半導体基板にオーミック接触されたオーミック電極が設けられていることを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の半導体装置。
(6)前記半導体基板が、第1導電型の第1SiC層と、前記第1SiC層上に形成され、前記第1SiC層よりも低濃度の第1導電型の不純物を含む第2SiC層とからなることを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載の半導体装置。
(8)前記エッチング工程を行うことにより、前記ショットキー接合領域の前記半導体基板の表面の延在方向と前記凸状部の側面の延在方向とのなす角度が、100°~135°の範囲である前記凸状部を形成することを特徴とする(6)に記載の半導体装置の製造方法。
(9)前記エッチング工程を行うことにより、前記ショットキー接合領域の前記半導体基板と前記凸状部の側面との接する領域が、曲面となるようにすることを特徴とする(7)または(9)に記載の半導体装置の製造方法。
(11)前記エッチング工程が、前記PN接合層を前記半導体基板に達するまでエッチングした後、平面視で前記凸状部の頂部と重ならない領域に残存する前記オーミック接触層を、ウェットエッチングにより除去する工程を含むことを特徴とする(7)~(10)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(12)前記エッチング工程において、前記第2導電型層の上面全面に前記コンタクト層を残すことを特徴とする(7)~(11)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(14)前記PN接合層を、エピタキシャル成長法を用いて形成することを特徴とする(7)~(12)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(15)前記半導体基板の他方の面に、前記半導体基板にオーミック接触されたオーミック電極を設ける工程を備えることを特徴とする(7)~(14)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
また、本発明の半導体装置では、コンタクト層を形成するためのマスクの位置合わせマージンの寸法を考慮した面積分、コンタクト層の平面積を第2導電型層よりも小さくする必要がないので、コンタクト層および第2導電型層の微細加工が容易となり、ショットキー接合領域の面積を十分に確保することが可能となり、半導体装置の順方向電圧降下を十分に小さくできる。
「半導体装置」
図1Aは、本発明の半導体装置の一例であるショットキーバリアダイオード(SBD)を示した断面図である。また、図1B~図1Eは、図1Aに示す半導体装置の製造工程の一例を説明するための工程図である。
半導体基板1は、低抵抗のN+SiC層1a(第1SiC層)上に、N-型エピタキシャル層を成長させることにより設けられたN-SiC層1b(第2SiC層)が形成されてなるものである。N-SiC層1bは、N+SiC層1aよりも低濃度のN型不純物を含むものである。
半導体基板1のN-SiC層1b側の面(一方の面)には、半導体基板1にP型層2(第2導電型層)がPN接合されてなるPN接合領域7aと、半導体基板1にショットキー電極4がショットキー接触されてなるショットキー接合領域7bとが設けられている。
また、ショットキー電極4の半導体基板1と反対側の面(図1Aにおいては上側の面)には、Alを含む金属からなる表面パッド電極(図示略)が形成され、表面パッド電極上には、所定の形状で感光性ポリイミド膜などからなるパッシベーション膜(図示略)が形成されている。
また、オーミック電極5の半導体基板1と反対側の面(図1Aにおいては下側の面)には、Ni層とAg層などの金属からなる裏面パッド電極(図示略)が形成されている。
図1Aに示す半導体装置は、例えば、以下に示す方法により製造できる。
まず、N+SiC層1aからなる半導体基板上に、N-型エピタキシャル層を成長させてN-SiC層1bを形成し、N+SiC層1a上にN-SiC層1bを備えるN型の半導体基板1とする。
次に、半導体基板1のN-SiC層1b上に、イオン注入法を用いてPN接合層(図示略)を形成する。具体的には、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成した酸化膜をマスクとして、半導体基板1のN-SiC層1b上の所望の領域に、AlやBなどのP型不純物をイオン注入する。その後、酸化膜からなるマスクを除去する。
次いで、半導体基板1にイオン注入されたP型不純物を拡散させて活性化するために、高温で熱処理を行う。ここでの熱処理は、例えば、Arなどの不活性ガス雰囲気中または真空中で1700℃程度の温度で行う。このことにより、半導体基板1上の所望の領域に半導体基板1のN-SiC層1bにPN接合されたP型のPN接合層が形成される。
このことにより、図1Bに示すように、半導体基板1のN+SiC層1aにオーミック接触されたオーミック電極5を形成する。
次に、オーミック接触層3aとPN接合層と半導体基板1のN-SiC層1bの一部とをエッチングするエッチング工程を行う。
エッチング工程においては、まず、オーミック接触層3a上にレジスト層を形成し、リソグラフィ技術を用いてパターニングを行い、図1Bに示すように、ショットキー接合領域7bを露出させるとともにPN接合領域7aを覆うレジストパターンからなるマスク6を形成する。
次いで、PN接合層と半導体基板1のN-SiC層1bの一部とを、例えばCF4とO2との混合ガスを用いてドライエッチングする。このとき、エッチング速度などのエッチング条件を調整する方法などにより、図1Bに示すように、半導体基板1のN-SiC層1bからなる凸部1cと、PN接合層からなるP型層2とからなり、ショットキー接合領域7aの半導体基板1の表面の延在方向と凸状部2aの側面の延在方向とのなす角度θが100°~135°の範囲である断面視台形状の凸状部2aを、PN接合領域7aに形成する。
その後、図1Dに示すように、マスク6を除去する。
その後、表面パッド電極上に、感光性ポリイミド膜を塗布し、所望のパターンにより露光、現像することにより、所定の形状のパッシベーション膜(図示略)を形成する。
続いて、オーミック電極5の半導体基板1と反対側の面(図1Aにおいては下側の面)に、例えばNi層とAg層とからなる金属膜をスパッタ法などにより形成し、裏面パッド電極(図示略)を形成する。
以上のようにして、図1Aに示す半導体装置が得られる。
さらに、図1Aに示す半導体装置では、P型層2のコンタクト層3側の面の全面にコンタクト層3が設けられているので、PN接合領域7aにおける無効領域が非常に小さく、より一層、低損失で高性能な半導体装置とすることができる。
また、図1Aに示す半導体装置では、コンタクト層3を形成するためのマスクの位置合わせマージンの寸法を考慮した面積分、コンタクト層3の平面積をP型層2上よりも小さくする必要がないので、コンタクト層3およびP型層2の微細加工が容易となり、ショットキー接合領域7bの面積を十分に確保することが可能となり、半導体装置の順方向電圧降下を十分に小さくできる。
本発明の半導体装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、図2に示す半導体装置とすることができる。図2は、本発明の半導体装置の他の例であるショットキーバリアダイオード(SBD)を示した断面図である。
図2に示す半導体装置が、図1Aに示す半導体装置と異なるところは、ショットキー接合領域7bの半導体基板1と凸状部2aの側面との接する領域1dが、図1Aに示す半導体装置では略平面からなるものとされているのに対し、図2に示す半導体装置では曲面からなるものとされているところのみである。したがって、図2に示す半導体装置において、図1Aに示す半導体装置と同じ部材については、同じ符号を付し、説明を省略する。
図2に示す半導体装置は、エッチング工程において、エッチング速度などのエッチング条件を調整する方法などにより、ショットキー接合領域7bの半導体基板1と凸状部2aの側面との接する領域1dが、曲面となるようにすること以外は、図1Aに示す半導体装置と同様にして製造できる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
(実施例1)
図1Aに示す実施例1のショットキーバリアダイオードを次のようにして製造した。まず、不純物濃度2E18cm-3のN+SiC層1aからなる半導体基板1上に、N-型エピタキシャル層を成長させて不純物濃度1E16cm-3のN-SiC層1bを形成し、N+SiC層1aとN-SiC層1bとを備えるN型の半導体基板1を得た。次に、半導体基板1のN-SiC層1b上に、イオン注入法を用いてPN接合層(図示略)を形成した。具体的には、CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成した酸化膜をマスクとして、半導体基板1のN-SiC層1b上に、アルミニウムからなるP型不純物を600℃の温度で不純物濃度2E19cm-3になるようにイオン注入した。その後、酸化膜からなるマスクを除去した。
その後、半導体基板1のN-SiC層1b側の面に、スパッタ法によりTiとAlとを含む合金からなる金属膜を形成し、良好なオーミックコンタクトを得るために、Arガス雰囲気中900℃の温度で熱処理を行うことにより、PN接合層にオーミック接触されたオーミック接触層3aを形成した。
次に、オーミック接触層3a上に、ショットキー接合領域7bを露出させるとともにPN接合領域7aを覆うレジストパターンからなるマスク6を形成し、オーミック接触層3aを、Clガスを用いるRIEによりエッチングして、ショットキー接合領域7bのPN接合層を露出させた。
次いで、PN接合層と半導体基板1のN-SiC層1bの一部とを、CF4とO2との混合ガスを用いてドライエッチングし、N-SiC層1bからなる凸部1cと、PN接合層からなるP型層2とからなり、ショットキー接合領域7aの半導体基板1の表面の延在方向と凸状部2aの側面の延在方向とのなす角度が100°である断面視台形状の凸状部2aを、PN接合領域7aに形成した。なお、ショットキー接合領域7bの半導体基板1と凸状部2aの側面との接する領域は、略平面からなるものであった。また、このようにして得られたP型層2において、隣接するP型層2間の間隔は5μmであった。
続いて、オーミック電極5の半導体基板1と反対側の面に、Ni層とAg層とからなる金属膜をスパッタ法により形成し、裏面パッド電極を形成した。
以上のようにして、実施例1の半導体装置を得た。
図4Aに示す比較例のショットキーバリアダイオードを次のようにして製造した。
まず、実施例1と同様にして、N+SiC層11aとN-SiC層11bとを備えるN型の半導体基板11を得た。そして、N型半導体基板11上にマスクを形成してから、実施例1と同様に、P型不純物をイオン注入して熱処理を行うことにより、N型半導体基板11のPN接合領域17aに埋め込まれた断面視矩形状のP型領域12を形成した。なお、このようにして得られたP型領域12において、隣接するP型領域12間の間隔は5μmであった。
その後、実施例1と同様にして、オーミック電極15を形成した。
その後、実施例1と同様にして、表面パッド電極、パッシベーション膜、裏面パッド電極を形成した。
以上のようにして、比較例の半導体装置を得た。
その結果、実施例は6μmであり、比較例は11μmであった。
また、実施例1および比較例の半導体装置の順方向電流と順方向電圧降下との関係を調べた。その結果を図3Aに示す。図3Aは、実施例1および比較例の半導体装置の順方向電流と順方向電圧降下との関係を示したグラフである。
図2に示す実施例2のショットキーバリアダイオードを次のようにして製造した。
すなわち、エッチング工程において、エッチング速度などのエッチング条件を調整する方法などにより、ショットキー接合領域7bの半導体基板1と凸状部2aの側面との接する領域1dが、曲面となるようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の半導体装置を得た。
さらに、ショットキー接合領域7bの半導体基板1と凸状部2aの側面との接する領域1dが曲面である実施例2は、実施例1よりも逆方向電圧降下が大きくなっており、リーク電流がより小さいことが分かる。
11・・・N型半導体基板、
1a、11a・・・N+SiC層、
1b、11b・・・N-SiC層、
1c・・・凸部、
2・・・P型層(第2導電型層)、
2a・・・凸状部、
3・・・コンタクト層、
3a・・・オーミック接触層、
4、14・・・ショットキー電極、
5、15・・・オーミック電極、
6・・・マスク、
7a、17a・・・PN接合領域、
7b、17b・・・ショットキー接合領域、
12・・・P型領域、
13・・・コンタクト金属膜。
Claims (15)
- SiCからなる第1導電型の半導体基板の一方の面に、前記半導体基板に第2導電型層がPN接合されてなるPN接合領域と、前記半導体基板にショットキー電極がショットキー接触されてなるショットキー接合領域とが設けられ、
前記PN接合領域には、前記半導体基板上に設けられた前記第2導電型層を含む断面視台形状の凸状部と、前記凸状部の前記第2導電型層上にオーミック接触されたコンタクト層とが備えられ、
前記ショットキー電極が、前記凸状部の側面と前記コンタクト層とを覆い、前記PN接合領域および前記ショットキー接合領域に連続して設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 前記ショットキー接合領域の前記半導体基板の表面の延在方向と前記凸状部の側面の延在方向とのなす角度が、100°~135°の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ショットキー接合領域の前記半導体基板と前記凸状部の側面との接する領域が、曲面からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記第2導電型層の上面全面に前記コンタクト層が設けられていることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の他方の面に、前記半導体基板にオーミック接触されたオーミック電極が設けられていることを特徴とする請求項1~請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体基板が、第1導電型の第1SiC層と、前記第1SiC層上に形成され、前記第1SiC層よりも低濃度の第1導電型の不純物を含む第2SiC層とからなることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれかに記載の半導体装置。
- SiCからなる第1導電型の半導体基板の一方の面に、前記半導体基板に第2導電型層がPN接合されてなるPN接合領域と、前記半導体基板にショットキー電極がショットキー接触されてなるショットキー接合領域とが設けられた半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体基板上に、第2導電型のPN接合層と、前記PN接合層上にオーミック接触されたオーミック接触層とをこの順で形成する工程と、前記オーミック接触層上に、前記ショットキー接合領域を露出させるとともに前記PN接合領域を覆うマスクを形成して、少なくとも前記オーミック接触層と前記PN接合層とをエッチングすることにより、前記PN接合層からなる第2導電型層を含む断面視台形状の凸状部と、前記凸状部上の前記オーミック接触層からなるコンタクト層とを前記PN接合領域に形成し、前記マスクを除去するエッチング工程と、
前記PN接合領域および前記ショットキー接合領域に連続して設けられ、前記凸状部の側面と前記コンタクト層とを覆い、前記ショットキー接合領域において前記半導体基板にショットキー接触された前記ショットキー電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記エッチング工程を行うことにより、前記ショットキー接合領域の前記半導体基板の表面の延在方向と前記凸状部の側面の延在方向とのなす角度が、100°~135°の範囲である前記凸状部を形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エッチング工程を行うことにより、前記ショットキー接合領域の前記半導体基板と前記凸状部の側面との接する領域が、曲面となるようにすることを特徴とする請求項6または請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エッチング工程が、前記オーミック接触層をエッチングして前記PN接合層を露出させた後、前記PN接合層をCF4とO2との混合ガスを用いて前記半導体基板に達するまでドライエッチングすることにより前記凸状部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項7~請求項9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エッチング工程が、前記PN接合層を前記半導体基板に達するまでエッチングした後、平面視で前記凸状部の頂部と重ならない領域に残存する前記オーミック接触層を、ウェットエッチングにより除去する工程を含むことを特徴とする請求項7~請求項10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記エッチング工程において、前記第2導電型層の上面全面に前記コンタクト層を残すことを特徴とする請求項7~請求項11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記PN接合層を、イオン注入法を用いて形成することを特徴とする請求項7~請求項12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記PN接合層を、エピタキシャル成長法を用いて形成することを特徴とする請求項7~請求項12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板の他方の面に、前記半導体基板にオーミック接触されたオーミック電極を設ける工程を備えることを特徴とする請求項7~請求項14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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