CN114830353A - 肖特基势垒二极管 - Google Patents
肖特基势垒二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114830353A CN114830353A CN202080087212.1A CN202080087212A CN114830353A CN 114830353 A CN114830353 A CN 114830353A CN 202080087212 A CN202080087212 A CN 202080087212A CN 114830353 A CN114830353 A CN 114830353A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- protective film
- schottky barrier
- barrier diode
- anode electrode
- drift layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 75
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 76
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 55
- 239000010408 film Substances 0.000 description 91
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 27
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 25
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- -1 fluororesin Polymers 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
- H01L29/8725—Schottky diodes of the trench MOS barrier type [TMBS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
- H01L23/291—Oxides or nitrides or carbides, e.g. ceramics, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
- H01L23/3171—Partial encapsulation or coating the coating being directly applied to the semiconductor body, e.g. passivation layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
- H01L23/3178—Coating or filling in grooves made in the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/402—Field plates
- H01L29/407—Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明的课题在于在使用了氧化镓的肖特基势垒二极管中，防止阳极电极与保护膜的界面的剥离。肖特基势垒二极管(11)具备：由氧化镓构成的半导体基板(20)；设置于半导体基板(20)上的由氧化镓构成的漂移层(30)；与漂移层(30)肖特基接触的阳极电极(40)；与半导体基板(20)欧姆接触的阴极电极(50)；覆盖设置于漂移层(30)的沟槽(61)的内壁的绝缘膜(63)；和覆盖阳极电极(40)的保护膜(70)，保护膜(70)的一部分(72)嵌入沟槽(61)内。这样保护膜(70)的一部分(72)嵌入沟槽(61)内，因此，阳极电极(40)与保护膜(70)的密合性提高。由此，能够防止阳极电极(40)与保护膜(70)的界面的剥离。
Description
技术领域
本发明涉及一种肖特基势垒二极管，特别涉及一种使用了氧化镓的肖特基势垒二极管。
背景技术
肖特基势垒二极管是利用通过金属与半导体的接合而产生的肖特基势垒的整流元件，与具有PN结的通常的二极管相比具有正向电压低且开关速度快的特征。因此，肖特基势垒二极管有时用作功率器件用的开关元件。
在将肖特基势垒二极管作为功率器件用的开关元件使用的情况下，因为需要确保充分的反向耐压，所以有时代替硅(Si)而使用带隙更大的碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)等。其中，氧化镓的带隙非常大，为4.8～4.9eV，绝缘破坏电场也大至约8MV/cm，因此，使用了氧化镓的肖特基势垒二极管作为功率器件用的开关元件非常有前途。使用了氧化镓的肖特基势垒二极管的例子在专利文献1和2中有记载。
专利文献1和2所记载的肖特基势垒二极管中，在氧化镓层设置有多个沟槽。如果这样在氧化镓层设置多个沟槽，则在施加反向电压时位于沟槽间的台面区域成为耗尽层，因此，漂移层的沟道区域被夹断。由此，能够大幅抑制施加反向电压的情况下的漏电流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-199869号公报
专利文献2：日本特开2019-79984号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在实际的器件中在阳极电极上设置保护膜，由此确保与外部电路的绝缘性。但是，由金属构成的阳极电极与由SiN等构成的保护膜的密合性低，存在容易在两者的界面发生剥离的问题。
因此，本发明的目的在于在使用了氧化镓的肖特基势垒二极管中，防止阳极电极与保护膜的界面的剥离。
用于解决技术问题的手段
本发明的肖特基势垒二极管其特征在于，具备：由氧化镓构成的半导体基板；设置在半导体基板上的由氧化镓构成的漂移层；与漂移层肖特基接触的阳极电极；与半导体基板欧姆接触的阴极电极；覆盖设置在漂移层的沟槽的内壁的绝缘膜；以及覆盖阳极电极的保护膜，保护膜的一部分嵌入沟槽内。
根据本发明，保护膜的一部分嵌入沟槽内，因此，阳极电极与保护膜的密合性提高。由此，能够防止阳极电极与保护膜的界面的剥离。
在本发明中，也可以是，沟槽呈环状形成并且嵌入有保护膜的一部分和与阳极电极电连接的金属部件。由此，能够通过环状的沟槽缓和施加于漂移层的电场。
在这种情况下，也可以是，沟槽具有平坦的侧壁部，保护膜与金属部件的边界位于侧壁部；也可以是，沟槽具有平坦的底面部，保护膜与金属部件的边界位于底面部。由此，能够在金属部件的端部附近缓和施加于漂移层的电场。
发明的效果
这样，根据本发明，能够在使用了氧化镓的肖特基势垒二极管中，防止阳极电极与保护膜的界面的剥离。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的肖特基势垒二极管11的结构的示意性俯视图。
图2是沿着图1所示的A-A线的概略截面图。
图3是用于说明肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图。
图4是用于说明肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图。
图5是用于说明肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图。
图6是用于说明肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图。
图7是用于说明肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图。
图8是用于说明肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图。
图9是表示本发明的第二实施方式的肖特基势垒二极管12的结构的示意性俯视图。
图10是沿着图9所示的B-B线的概略截面图。
图11是表示本发明的第三实施方式的肖特基势垒二极管13的结构的概略截面图。
图12是表示本发明的第四实施方式的肖特基势垒二极管14的结构的概略截面图。
图13是表示本发明的第五实施方式的肖特基势垒二极管15的结构的概略截面图。
图14是表示第五实施方式的变形例的肖特基势垒二极管15A的结构的概略截面图。
图15是表示本发明的第六实施方式的肖特基势垒二极管16的结构的概略截面图。
图16是表示本发明的第七实施方式的肖特基势垒二极管17的结构的概略截面图。
图17是表示实施例1的模拟结果的图表。
图18是表示实施例2的模拟结果的图表。
图19是表示实施例3的模拟结果的图表。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明的优选实施方式进行详细地说明。
＜第一实施方式＞
图1是表示本发明的第一实施方式的肖特基势垒二极管11的结构的示意性俯视图。此外，图2是沿着图1所示的A-A线的概略截面图。
如图1和图2所示，本实施方式的肖特基势垒二极管11具备均由氧化镓(β-Ga2O3)构成的半导体基板20和漂移层30。在半导体基板20和漂移层30，作为n型掺杂物导入有硅(Si)或锡(Sn)。对于掺杂物的浓度，半导体基板20比漂移层30高，由此，半导体基板20作为n+层发挥作用、漂移层30作为n-层发挥作用。
半导体基板20是对使用熔体生长法等形成的块状晶体进行切断加工而得到的基板，其厚度为250μm左右。对半导体基板20的平面尺寸没有特别限定，一般根据元件中流动的电流量来选择，如果正向的最大电流量为20A左右，则俯视时为2.4mm×2.4mm左右即可。
半导体基板20具有安装时位于上表面侧的上表面21和作为上表面21的相反侧安装时位于下表面侧的背面22。在上表面21的整个面形成有漂移层30。漂移层30是在半导体基板20的上表面21使用反应性溅射、PLD法、MBE法、MOCVD法、HVPE法等使氧化镓外延生长而得到的薄膜。对漂移层30的膜厚没有特别限定，一般根据元件的反向耐压来选择，为了确保600V左右的耐压，例如可以设定为7μm左右。
在漂移层30的上表面31，形成有与漂移层30肖特基接触的阳极电极40。阳极电极40例如由铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜(Cu)等金属构成。阳极电极40也可以是层叠有不同的金属膜的多层结构，例如Pt/Au、Pt/Al、Pd/Au、Pd/Al、Pt/Ti/Au或Pd/Ti/Au。另一方面，在半导体基板20的背面22，设置有与半导体基板20欧姆接触的阴极电极50。阴极电极50例如由钛(Ti)等金属构成。阴极电极50也可以是层叠有不同的金属膜的多层结构，例如Ti/Au或Ti/Al。
在本实施方式中，呈环状形成的外周沟槽61设置在漂移层30。外周沟槽61的内壁具有位于外侧的侧壁部S1、位于内侧的侧壁部S2以及底面部B。在本实施方式中，侧壁部S1、S2和底面部B都平坦，位于侧壁部S1、S2与底面部B的边界的角部C具有弯曲形状。外周沟槽61的内壁被由HfO2等构成的绝缘膜63覆盖。作为绝缘膜63的材料，除了HfO2以外，还可以使用Al2O3等绝缘材料。外周沟槽61的大部分嵌入有金属部件41。金属部件41也可以是阳极电极40的一部分，即由与阳极电极40相同的金属材料构成，也可以由与阳极电极40不同的金属材料构成。
进一步，阳极电极40的外周部被保护膜70覆盖。保护膜70由环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、氟树脂、聚烯烃等树脂材料，或者氧化硅、氧化铝、氮化硅等无机氧化膜或无机氮化膜等无机绝缘材料构成，具有使阳极电极40中连接接合线等的中心部露出的开口部71。保护膜70发挥保护阳极电极40，并且确保与外部电路的绝缘性的作用。
如图2所示，在本实施方式的肖特基势垒二极管11中，保护膜70的一部分72嵌入外周沟槽61。虽然由金属构成的阳极电极40与由SiN等构成的保护膜70的密合性低，容易在两者的界面发生剥离，但是在本实施方式中，保护膜70的一部分72嵌入外周沟槽61，因此，与阳极电极40与保护膜70平面相接的情况相比，密合性提高。由此，能够防止阳极电极40与保护膜70的界面的剥离。
此外，在本实施方式中，嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72与金属部件41的边界与绝缘膜63相接的位置位于外侧的侧壁部S1。如上所述，侧壁部S1为平坦面，因此，保护膜70与金属部件41的边界，即金属部件41的端部终止于平坦的表面。由此，与金属部件41终止于角部C等具有弯曲形状的表面的情况相比，能够在金属部件41的端部附近缓和施加于漂移层30的电场。
接着，说明本实施方式的肖特基势垒二极管11的制造方法。
图3～图8是用于说明本实施方式的肖特基势垒二极管11的制造方法的工序图，它们均与图2所示的截面对应。
首先，如图3所示那样，准备由氧化镓构成的半导体基板20，在其上表面21形成由氧化镓构成的漂移层30。如上所述，漂移层30能够通过在半导体基板20的上表面21使用反应性溅射、PLD法、MBE法、MOCVD法、HVPE法等使氧化镓外延生长而形成。
接着，如图4所示那样，通过使用了BCl3等的干蚀刻，在漂移层30形成环状的外周沟槽61。此时，以至少侧壁部S1、S2成为大致垂直的平坦面的方式设定蚀刻条件。优选以还使得底面部B成为大致水平的平坦面的方式设定蚀刻条件。
接着，如图5所示那样，在漂移层30的表面形成绝缘膜63。绝缘膜63利用ALD法等通常的成膜方法成膜。之后，利用湿蚀刻、干蚀刻、CMP等通常的加工方法，将在漂移层30的上表面31形成的绝缘膜63除去。由此，成为漂移层30的上表面31露出，并且外周沟槽61的内壁被绝缘膜63覆盖的状态。此时，也可以除去漂移层30的上表面31的一部分。
接着，如图6所示那样，在整个面形成阳极电极40。另外，填充于外周沟槽61的内部的金属部件41也可以与阳极电极40的材料不同。在这种情况下，也可以先形成阳极电极40，然后将其它金属部件41填充至外周沟槽61的内部，只要不在漂移层30的上表面31残留与阳极电极40不同的金属部件41，也可以先在外周沟槽61的内部填充与阳极电极40不同的金属部件41。由此，嵌入外周沟槽61的内部的金属部件41与阳极电极40电连接，成为相同电位。
然后，如图7所示那样，形成覆盖阳极电极40的中央部并且使外周部露出的抗蚀剂R。抗蚀剂R的图案化能够利用光刻法进行。此处，以抗蚀剂R的外侧边缘E0位于外周沟槽61的外侧边缘E1与外周沟槽61的内侧边缘E2之间的方式进行设计。即，以抗蚀剂R的外侧边缘E0位于外周沟槽61的内部的方式，将抗蚀剂R的外径设计得比外周沟槽61的外径小且比外周沟槽61的内径大。
接着，如图8所示那样，以抗蚀剂R为掩模对阳极电极40进行蚀刻。在蚀刻阳极电极40时，通过在漂移层30的上表面31露出后，进一步进行过蚀刻，将嵌入外周沟槽61内的金属部件41的一部分除去，由此形成空洞42。之后，除去抗蚀剂R。
然后，只要在半导体基板20的背面22形成阴极电极50后，形成覆盖阳极电极40的保护膜70，则保护膜70的一部分72嵌入空洞42。在使用树脂材料作为保护膜70的情况下，能够使用在涂敷树脂溶液后使其干燥形成树脂膜的方法、在涂敷或蒸镀树脂单体后进行聚合的方法、在成膜后进行交联处理的方法。此外，在使用无机绝缘材料作为保护膜70的情况下，能够使用溅射法、蒸镀法等利用真空工艺的形成方法或溶胶凝胶法等利用溶液工艺的形成方法等。由此，完成本实施方式的肖特基势垒二极管11。
如以上所说明的那样，在本实施方式的肖特基势垒二极管11中，因为保护膜70的一部分72嵌入外周沟槽61，所以阳极电极40与保护膜70的密合性提高。由此，能够防止阳极电极40与保护膜70的界面的剥离。
＜第二实施方式＞
图9是表示本发明的第二实施方式的肖特基势垒二极管12的结构的示意性俯视图。此外，图10是沿着图9所示的B-B线的概略截面图。
如图9和图10所示，第二实施方式的肖特基势垒二极管12在漂移层30设置有多个中心沟槽62的方面与第一实施方式的肖特基势垒二极管11不同。其它基本结构与第一实施方式的肖特基势垒二极管11相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
中心沟槽62形成于被外周沟槽61包围的区域，均设置在俯视时与阳极电极40重叠的位置。外周沟槽61与中心沟槽62不需要完全分离，也可以如图9所示那样，外周沟槽61与中心沟槽62相连。
漂移层30中由沟槽61、62区划的部分构成台面区域M。台面区域M在向阳极电极40与阴极电极50之间施加反向电压时成为耗尽层，因此，漂移层30的沟道区域被夹断。由此，大幅抑制施加反向电压的情况下的漏电流。
虽然没有特别限定，但是在将外周沟槽61的宽度设定为W1，中心沟槽62的宽度设定为W2的情况下，在本实施方式中，设定为W1＞W2。这是为了防止电场特别集中的外周沟槽61的底部的绝缘破坏。即，这是因为当将外周沟槽61的宽度W1扩大时，在以截面观察外周沟槽61的情况下2个角部C间的距离变大。其结果，不易发生外周沟槽61的底部附近的绝缘破坏。另一方面，外周沟槽61的深度与中心沟槽62的深度相互不同。
在本实施方式中，保护膜70的一部分72也嵌入外周沟槽61的内部，由此阳极电极40与保护膜70的密合性提高。如本实施方式例示的那样，在漂移层30形成有外周沟槽61和中心沟槽62的情况下，能够通过将保护膜70的一部分72嵌入外周沟槽61的内部，防止保护膜70的剥离。
＜第三实施方式＞
图11是表示本发明的第三实施方式的肖特基势垒二极管13的结构的概略截面图。
如图11所示，第三实施方式的肖特基势垒二极管13在嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于底面部B的方面与第二实施方式的肖特基势垒二极管12不同。其它基本结构与第二实施方式的肖特基势垒二极管12相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
在本实施方式中，保护膜70的一部分72更深地嵌入外周沟槽61，并且保护膜70的一部分72的底部与覆盖底面部B的绝缘膜63相接，因此，能够更有效地防止保护膜70的剥离。此外，如上所述，底面部B为平坦面，因此，保护膜70与金属部件41的边界，即金属部件41的端部会终止于平坦的表面。由此，与金属部件41终止于角部C等具有弯曲形状的表面的情况相比，能够在金属部件41的端部附近缓和施加于漂移层30的电场。
＜第四实施方式＞
图12是表示本发明的第四实施方式的肖特基势垒二极管14的结构的概略截面图。
如图12所示，第四实施方式的肖特基势垒二极管14在嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于内侧的侧壁部S2的方面与第二实施方式的肖特基势垒二极管12不同。其它基本结构与第二实施方式的肖特基势垒二极管12相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
在本实施方式中，保护膜70的一部分72更深地嵌入外周沟槽61，并且保护膜70的一部分72的底部与覆盖侧壁部S2的绝缘膜63相接，因此，能够更有效地防止保护膜70的剥离。进一步，保护膜70的一部分72具有在外周沟槽61的底部直径大、在入口部分直径小的形状，因此，还能够期待所谓的锚固效果。此外，如上所述，侧壁部S2为平坦面，因此，保护膜70与金属部件41的边界，即金属部件41的端部会终止于平坦的表面。由此，与金属部件41终止于角部C等具有弯曲形状的表面的情况相比，能够在金属部件41的端部附近缓和施加于漂移层30的电场。
＜第五实施方式＞
图13是表示本发明的第五实施方式的肖特基势垒二极管15的结构的概略截面图。
如图13所示，第五实施方式的肖特基势垒二极管15在嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72不与绝缘膜63相接的方面与第二实施方式的肖特基势垒二极管12不同。其它基本结构与第二实施方式的肖特基势垒二极管12相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
如本实施方式例示的那样，在本发明中，嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72不一定需要与绝缘膜63相接。
图14是表示第五实施方式的变形例的肖特基势垒二极管15A的结构的概略截面图。
如图14所示，第五实施方式的变形例的肖特基势垒二极管15A在阳极电极40的外周部位于漂移层30上，场绝缘膜80介于两者间的方面与第五实施方式的肖特基势垒二极管15不同。其它基本结构与第五实施方式的肖特基势垒二极管15相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
如本变形例例示的那样，在阳极电极40的外周部与漂移层30重叠的情况下，通过使场绝缘膜80介于两者间，能够缓和电场的集中。作为场绝缘膜80的材料，能够使用SiO2等。
＜第六实施方式＞
图15是表示本发明的第六实施方式的肖特基势垒二极管16的结构的概略截面图。
如图15所示，第六实施方式的肖特基势垒二极管16在外周沟槽61的底面部B不平坦，而整体上弯曲的方面与第一实施方式的肖特基势垒二极管11不同。其它基本结构与第一实施方式的肖特基势垒二极管11相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
即使在外周沟槽61的底面部B整体上弯曲的情况下，只要嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于平坦的侧壁部S1，也与第一实施方式的肖特基势垒二极管11同样地，能够在金属部件41的端部附近缓和施加于漂移层30的电场。
＜第七实施方式＞
图16是表示本发明的第七实施方式的肖特基势垒二极管17的结构的概略截面图。
如图16所示，第七实施方式的肖特基势垒二极管17在嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于内侧的侧壁部S2的方面与第六实施方式的肖特基势垒二极管16不同。其它基本结构与第六实施方式的肖特基势垒二极管16相同，因此，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。
即使在外周沟槽61的底面部B整体上弯曲的情况下，只要嵌入外周沟槽61的保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于平坦的侧壁部S2，也与第一实施方式的肖特基势垒二极管11同样地，能够在金属部件41的端部附近缓和施加于漂移层30的电场。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围进行各种变更，这些变更当然也包含在本发明的范围内。
实施例
＜实施例1＞
设想具有与图10所示的肖特基势垒二极管12相同结构的实施例1的模拟模型，模拟向阳极电极40与阴极电极50之间施加800V的反向电压的情况下的电场强度。半导体基板20的掺杂物浓度为1×1018cm-3，作为漂移层30的掺杂物浓度为2×1016cm-3。漂移层30的厚度为7μm。此外，外周沟槽61的宽度W1为10μm，中心沟槽62的宽度为2μm，深度均为3μm。此外，与阳极电极40相接的部分的漂移层30的宽度，即台面区域M的宽度为2μm。绝缘膜63为厚度50nm的HfO2膜。此外，保护膜70的材料使用SiN。
然后，模拟使保护膜70的一部分72与金属部件41的边界的深度位置x在0～3μm变化的情况下，施加于角部C的电场强度。如图10所示，深度位置x表示在以外周沟槽61的底部为基准时，保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位置。将模拟的结果示于图17中。
如图17所示，如果深度位置x为0.9μm以上，则施加于角部C的电场强度大幅低于作为氧化镓的绝缘破坏电场强度的8MV/cm。但是，在深度位置x为3.0μm时，即，保护膜70未完全嵌入外周沟槽61时，得不到密合性提高的效果，容易发生剥离。另一方面，在深度位置x为0.6μm以下时，施加于角部C的电场强度成为8MV/cm以上。认为这是因为，在深度位置x过小的情况下，保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于构成角部C的弯曲面。
＜实施例2＞
设想具有与图11所示的肖特基势垒二极管13相同结构的实施例2的模拟模型，模拟向阳极电极40与阴极电极50之间施加800V的反向电压的情况下的电场强度。实施例2的模拟模型除了保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于底面部B以外，具有与实施例1相同的参数。
然后，模拟使保护膜70的一部分72与金属部件41的边界的平面位置x在0～10μm变化的情况下，施加于角部C的电场强度。如图11所示，平面位置x表示在以外周沟槽61的侧壁部S2为基准时，保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位置。将模拟的结果示于图18中。
如图18所示，如果平面位置x为0.5～9.5μm的范围，则施加于角部C的电场强度大幅低于作为氧化镓的绝缘破坏电场强度的8MV/cm。另一方面，当平面位置x接近0μm或者10μm时，施加于角部C的电场强度成为8MV/cm以上。认为这是因为，在平面位置x过小的情况下或者过大的情况下，保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于构成角部C的弯曲面。
＜实施例3＞
设想具有与图12所示的肖特基势垒二极管14相同结构的实施例3的模拟模型，模拟向阳极电极40与阴极电极50之间施加800V的反向电压的情况下的电场强度。实施例3的模拟模型除了保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于内侧的侧壁部S2以外，具有与实施例1相同的参数。
然后，模拟使保护膜70的一部分72与金属部件41的边界的深度位置x在0～3μm变化的情况下，施加于角部C的电场强度。如图12所示，深度位置x表示以外周沟槽61的底部为基准时，保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位置。将模拟的结果示于图19中。
如图19所示，如果深度位置x为0.2μm以上，则施加于角部C的电场强度大幅低于作为氧化镓的绝缘破坏电场强度的8MV/cm。另一方面，当深度位置x接近0μm时，施加于角部C的电场强度成为8MV/cm以上。认为这是因为，在深度位置x过小的情况下，保护膜70的一部分72与金属部件41的边界位于构成角部C的弯曲面。
符号的说明
11～17、15A 肖特基势垒二极管
20 半导体基板
21 半导体基板的上表面
22 半导体基板的背面
30 漂移层
31 漂移层的上表面
40 阳极电极
41 金属部件
42 空洞
50 阴极电极
61 外周沟槽
62 中心沟槽
63 绝缘膜
70 保护膜
71 开口部
72 保护膜的一部分
80 场绝缘膜
B 底面部
C 角部
E0～E2 边缘
M 台面区域
R 抗蚀剂
S1、S2 侧壁部
Claims (4)
1.一种肖特基势垒二极管，其特征在于，
具备：
由氧化镓构成的半导体基板；
设置在所述半导体基板上的由氧化镓构成的漂移层；
与所述漂移层肖特基接触的阳极电极；
与所述半导体基板欧姆接触的阴极电极；
覆盖设置在所述漂移层的沟槽的内壁的绝缘膜；以及
覆盖所述阳极电极的保护膜，
所述保护膜的一部分嵌入所述沟槽内。
2.如权利要求1所述的肖特基势垒二极管，其特征在于，
所述沟槽呈环状形成，并且嵌入有所述保护膜的一部分和与所述阳极电极电连接的金属部件。
3.如权利要求2所述的肖特基势垒二极管，其特征在于，
所述沟槽具有平坦的侧壁部，所述保护膜与所述金属部件的边界位于所述侧壁部。
4.如权利要求2所述的肖特基势垒二极管，其特征在于，
所述沟槽具有平坦的底面部，所述保护膜与所述金属部件的边界位于所述底面部。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019228556A JP7371484B2 (ja) | 2019-12-18 | 2019-12-18 | ショットキーバリアダイオード |
| JP2019-228556 | 2019-12-18 | ||
| PCT/JP2020/037723 WO2021124650A1 (ja) | 2019-12-18 | 2020-10-05 | ショットキーバリアダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114830353A true CN114830353A (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=76432238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080087212.1A Pending CN114830353A (zh) | 2019-12-18 | 2020-10-05 | 肖特基势垒二极管 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230039171A1 (zh) |
| EP (1) | EP4080580A4 (zh) |
| JP (1) | JP7371484B2 (zh) |
| CN (1) | CN114830353A (zh) |
| TW (1) | TWI797493B (zh) |
| WO (1) | WO2021124650A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023079551A (ja) * | 2021-11-29 | 2023-06-08 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
| JP2024033852A (ja) * | 2022-08-31 | 2024-03-13 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5671966B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-02-18 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP2012146832A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| US8680587B2 (en) * | 2011-09-11 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Schottky diode |
| US20130168765A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-04 | Vishay General Semiconductor Llc | Trench dmos device with improved termination structure for high voltage applications |
| JP6112600B2 (ja) * | 2012-12-10 | 2017-04-12 | ローム株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP6296445B2 (ja) * | 2014-02-10 | 2018-03-20 | ローム株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
| JP5669119B1 (ja) * | 2014-04-18 | 2015-02-12 | 株式会社パウデック | 半導体素子、電気機器、双方向電界効果トランジスタおよび実装構造体 |
| US9245754B2 (en) * | 2014-05-28 | 2016-01-26 | Mark E. Granahan | Simplified charge balance in a semiconductor device |
| JP6363541B2 (ja) * | 2015-03-16 | 2018-07-25 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP6185504B2 (ja) * | 2015-03-24 | 2017-08-23 | 京セラ株式会社 | 半導体装置 |
| JP6845397B2 (ja) | 2016-04-28 | 2021-03-17 | 株式会社タムラ製作所 | トレンチｍｏｓ型ショットキーダイオード |
| US10756189B2 (en) * | 2017-02-10 | 2020-08-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
| JP7045008B2 (ja) * | 2017-10-26 | 2022-03-31 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
| JP7165322B2 (ja) * | 2018-03-30 | 2022-11-04 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
-
2019
- 2019-12-18 JP JP2019228556A patent/JP7371484B2/ja active Active
-
2020
- 2020-10-05 WO PCT/JP2020/037723 patent/WO2021124650A1/ja unknown
- 2020-10-05 EP EP20903205.1A patent/EP4080580A4/en active Pending
- 2020-10-05 CN CN202080087212.1A patent/CN114830353A/zh active Pending
- 2020-10-05 US US17/784,880 patent/US20230039171A1/en active Pending
- 2020-10-30 TW TW109137753A patent/TWI797493B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021097169A (ja) | 2021-06-24 |
| EP4080580A4 (en) | 2024-01-03 |
| EP4080580A1 (en) | 2022-10-26 |
| JP7371484B2 (ja) | 2023-10-31 |
| WO2021124650A1 (ja) | 2021-06-24 |
| US20230039171A1 (en) | 2023-02-09 |
| TW202125841A (zh) | 2021-07-01 |
| TWI797493B (zh) | 2023-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10333006B2 (en) | Termination structure for gallium nitride Schottky diode including junction barriar diodes | |
| US8927402B2 (en) | Method for forming termination structure for gallium nitride Schottky diode | |
| CN112005384B (zh) | 肖特基势垒二极管 | |
| US11699766B2 (en) | Schottky barrier diode | |
| TWI797493B (zh) | 肖特基能障二極體 | |
| US20230352601A1 (en) | Schottky barrier diode | |
| JP2005005486A (ja) | 炭化けい素半導体装置 | |
| TWI803189B (zh) | 肖特基能障二極體 | |
| WO2022181202A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2024047965A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| WO2023095396A1 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード | |
| WO2023095395A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| US20230113129A1 (en) | Schottky barrier diode | |
| CN118318310A (zh) | 结势垒肖特基二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |