JP2002314099A - ショットキーダイオード及びその製造方法 - Google Patents
ショットキーダイオード及びその製造方法Info
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 逆方向の電界緩和効果を低下させることな
く、低オン抵抗化を図り、順方向のオン電圧を低減する
ことで損失を低減する。 【解決手段】 ｎ-型エピ層２の表層部に複数のｐ型拡
散層３を形成する。ｐ型拡散層３の上部領域３ａよりも
下部領域３ｂの方が幅が広くなるようにし、下部領域３
ｂにおいて隣り合うｐ型拡散層３同士の距離が短くなる
ように構成する。このようなショットキーダイオードに
おいては、各ｐ型拡散層３の下部領域３ｂから伸びる空
乏層によって各ｐ型拡散層３の間がピンチオフされるこ
とで、逆方向における電界緩和が成されるようになって
いる。また、ｐ型拡散層３の上部領域３ａの幅を狭くし
てあるため、ｎ-型エピ層２のうちショットキー電極５
との接触部位を広くとれ、ｎ-型エピ層２とショットキ
ー電極５との接触抵抗を低減および電流経路の増大を図
ることができ、低オン抵抗化を図ることができる。
く、低オン抵抗化を図り、順方向のオン電圧を低減する
ことで損失を低減する。 【解決手段】 ｎ-型エピ層２の表層部に複数のｐ型拡
散層３を形成する。ｐ型拡散層３の上部領域３ａよりも
下部領域３ｂの方が幅が広くなるようにし、下部領域３
ｂにおいて隣り合うｐ型拡散層３同士の距離が短くなる
ように構成する。このようなショットキーダイオードに
おいては、各ｐ型拡散層３の下部領域３ｂから伸びる空
乏層によって各ｐ型拡散層３の間がピンチオフされるこ
とで、逆方向における電界緩和が成されるようになって
いる。また、ｐ型拡散層３の上部領域３ａの幅を狭くし
てあるため、ｎ-型エピ層２のうちショットキー電極５
との接触部位を広くとれ、ｎ-型エピ層２とショットキ
ー電極５との接触抵抗を低減および電流経路の増大を図
ることができ、低オン抵抗化を図ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素によるシ
ョットキー構造によるショットキーダイオード及びその
製造方法に関するものである。
ョットキー構造によるショットキーダイオード及びその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】イン
バータなどの電力変換機器には、スイッチング素子と共
に整流用、転流用、あるいは還流路形成用などのために
高耐圧ダイオードが使用される。このダイオードでは、
低損失化のため、低オン電圧が望まれていると共に、逆
回復電流の低減が望まれている。
バータなどの電力変換機器には、スイッチング素子と共
に整流用、転流用、あるいは還流路形成用などのために
高耐圧ダイオードが使用される。このダイオードでは、
低損失化のため、低オン電圧が望まれていると共に、逆
回復電流の低減が望まれている。
【０００３】また、逆回復特性の改善が望まれる場合の
ダイオードとしては、ショットキーダイオードが知られ
ている。このショットキーダイオードは、多数キャリア
が整流特性を支配しているため、少数キャリアの蓄積効
果がなくなり、逆回復電流が低減されてスイッチング損
失が低減する。しかしながら、シリコンを半導体材料と
して用いた場合には、物性値の限界から、耐圧１００Ｖ
を超えるショットキーダイオードを実現することができ
ない。
ダイオードとしては、ショットキーダイオードが知られ
ている。このショットキーダイオードは、多数キャリア
が整流特性を支配しているため、少数キャリアの蓄積効
果がなくなり、逆回復電流が低減されてスイッチング損
失が低減する。しかしながら、シリコンを半導体材料と
して用いた場合には、物性値の限界から、耐圧１００Ｖ
を超えるショットキーダイオードを実現することができ
ない。
【０００４】このため、半導体材料に炭化珪素を用いた
ショットキーダイオードが考えられている。このような
炭化珪素を用いた場合、炭化珪素がワイドバンドギャッ
プ半導体であることから、ショットキー電極のバリアハ
イトを高く設定することができ、高耐圧化に有利であ
る。また、アバランシェ降伏による臨界電界が高いの
で、炭化珪素内の不純物濃度を高くでき、シリコンと比
べて、同じ耐圧で導通時の損失を２桁低減できる。
ショットキーダイオードが考えられている。このような
炭化珪素を用いた場合、炭化珪素がワイドバンドギャッ
プ半導体であることから、ショットキー電極のバリアハ
イトを高く設定することができ、高耐圧化に有利であ
る。また、アバランシェ降伏による臨界電界が高いの
で、炭化珪素内の不純物濃度を高くでき、シリコンと比
べて、同じ耐圧で導通時の損失を２桁低減できる。
【０００５】一方、ショットキーダイオードは、ショッ
トキー電極に用いる金属材のバリアハイトによって逆方
向の漏れ電流と順方向のオン電圧が決まる。バリアハイ
トの高い金属を使用すると、逆方向の漏れ電流を低減で
きるが、順方向のオン電圧が増加し、順方向の損失が増
加してしまう。また、半導体とメタル界面の電界強度が
増加すると、ショットキーバリアハイトが低下するとい
うショットキー効果があり、ショットキーダイオードを
高耐圧化した場合、漏れ電流が増加するという本質的な
問題がある。
トキー電極に用いる金属材のバリアハイトによって逆方
向の漏れ電流と順方向のオン電圧が決まる。バリアハイ
トの高い金属を使用すると、逆方向の漏れ電流を低減で
きるが、順方向のオン電圧が増加し、順方向の損失が増
加してしまう。また、半導体とメタル界面の電界強度が
増加すると、ショットキーバリアハイトが低下するとい
うショットキー効果があり、ショットキーダイオードを
高耐圧化した場合、漏れ電流が増加するという本質的な
問題がある。
【０００６】従って、ショットキーダイオードの特性を
向上させるためには、バリアハイトの小さいバリアメタ
ルを使用し、逆方向漏れ電流が増加しないようにショッ
トキー接合界面の電界強度を緩和させる必要がある。こ
のように界面の電界を緩和する従来技術が特開昭５２−
２４４６５号公報で提案されているが、この従来技術で
は順方向電圧の増加について配慮されておらず、損失が
多くなってしまうという問題がある。
向上させるためには、バリアハイトの小さいバリアメタ
ルを使用し、逆方向漏れ電流が増加しないようにショッ
トキー接合界面の電界強度を緩和させる必要がある。こ
のように界面の電界を緩和する従来技術が特開昭５２−
２４４６５号公報で提案されているが、この従来技術で
は順方向電圧の増加について配慮されておらず、損失が
多くなってしまうという問題がある。
【０００７】本発明は上記点に鑑みて、逆方向の電界緩
和効果を低下させることなく、低オン抵抗化を図り、順
方向のオン電圧を低減することで損失の低減を図ること
を目的とする。
和効果を低下させることなく、低オン抵抗化を図り、順
方向のオン電圧を低減することで損失の低減を図ること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、炭化珪素からなる第１
導電型の半導体基板（１）と、半導体基板の表面上に形
成され、半導体基板よりも低濃度の炭化珪素からなる第
１導電型の半導体層（２、２ａ）と、半導体層の表層部
に複数個形成された第２導電型の拡散層（３）と、拡散
層の表面及び半導体層の表面に形成され、拡散層及び半
導体層とに電気的に接続されたショットキー電極（５）
と、半導体基板の裏面側に形成されたオーミック電極
（６）とを備え、複数個の拡散層は、半導体基板から遠
い側に相当する上部領域（３ａ）と近い側に相当する下
部領域（３ｂ）とを有して構成され、下部領域において
隣り合う複数個の拡散層同士の距離が短くなるように構
成されていることを特徴としている。
め、請求項１に記載の発明では、炭化珪素からなる第１
導電型の半導体基板（１）と、半導体基板の表面上に形
成され、半導体基板よりも低濃度の炭化珪素からなる第
１導電型の半導体層（２、２ａ）と、半導体層の表層部
に複数個形成された第２導電型の拡散層（３）と、拡散
層の表面及び半導体層の表面に形成され、拡散層及び半
導体層とに電気的に接続されたショットキー電極（５）
と、半導体基板の裏面側に形成されたオーミック電極
（６）とを備え、複数個の拡散層は、半導体基板から遠
い側に相当する上部領域（３ａ）と近い側に相当する下
部領域（３ｂ）とを有して構成され、下部領域において
隣り合う複数個の拡散層同士の距離が短くなるように構
成されていることを特徴としている。
【０００９】このような構成とすれば、各拡散層の下部
領域から伸びる空乏層によって各拡散層の間がピンチオ
フされることで、逆方向における電界緩和が成される。
また、拡散層の上部領域の幅を狭くしてあるため、半導
体層のうちショットキー電極との接触部位を広くとれ、
半導体層とショットキー電極との接触抵抗を低減および
電流経路の増大を図ることができ、低オン抵抗化を図る
ことができる。
領域から伸びる空乏層によって各拡散層の間がピンチオ
フされることで、逆方向における電界緩和が成される。
また、拡散層の上部領域の幅を狭くしてあるため、半導
体層のうちショットキー電極との接触部位を広くとれ、
半導体層とショットキー電極との接触抵抗を低減および
電流経路の増大を図ることができ、低オン抵抗化を図る
ことができる。
【００１０】請求項３に記載の発明では、半導体層は、
下部領域が形成された第１半導体層と上部領域が形成さ
れた第２半導体層とから構成され、第２半導体層が第１
半導体層よりも高濃度で構成されていることを特徴とす
る。このように、第２半導体層を第１半導体層よりも高
濃度とすれば、より低抵抗化を図ることができる。
下部領域が形成された第１半導体層と上部領域が形成さ
れた第２半導体層とから構成され、第２半導体層が第１
半導体層よりも高濃度で構成されていることを特徴とす
る。このように、第２半導体層を第１半導体層よりも高
濃度とすれば、より低抵抗化を図ることができる。
【００１１】請求項６に記載の発明では、複数個の拡散
層を形成する工程では、半導体基板から遠い側に相当す
る上部領域（３ａ）を形成する工程と、半導体基板から
近い側に相当する下部領域（３ｂ）を形成する工程とを
行い、下部領域を形成する工程では、上部領域よりも下
部領域の幅を広くすることで、下部領域において隣り合
う複数個の拡散層同士の距離が短くなるようにすること
を特徴とする。このような製造方法により、請求項１に
記載のショットキーダイオードを製造できる。
層を形成する工程では、半導体基板から遠い側に相当す
る上部領域（３ａ）を形成する工程と、半導体基板から
近い側に相当する下部領域（３ｂ）を形成する工程とを
行い、下部領域を形成する工程では、上部領域よりも下
部領域の幅を広くすることで、下部領域において隣り合
う複数個の拡散層同士の距離が短くなるようにすること
を特徴とする。このような製造方法により、請求項１に
記載のショットキーダイオードを製造できる。
【００１２】請求項８に記載の発明では、第１半導体層
を形成する工程を行った後に、下部領域を形成する工程
を行うことで第１半導体層に下部領域を形成し、その
後、第２半導体層を形成する工程を行った後に、上部領
域を形成する工程を行うことで第２半導体層に上部領域
を形成することを特徴とする。このような製造方法によ
り、拡散層の注入深さを得ることができ、逆方向リーク
を低減することができる。さらに、第２半導体層を第１
半導体層よりも高濃度とすれば、請求項３に記載のショ
ットキーダイオードとすることができる。
を形成する工程を行った後に、下部領域を形成する工程
を行うことで第１半導体層に下部領域を形成し、その
後、第２半導体層を形成する工程を行った後に、上部領
域を形成する工程を行うことで第２半導体層に上部領域
を形成することを特徴とする。このような製造方法によ
り、拡散層の注入深さを得ることができ、逆方向リーク
を低減することができる。さらに、第２半導体層を第１
半導体層よりも高濃度とすれば、請求項３に記載のショ
ットキーダイオードとすることができる。
【００１３】請求項１０に記載の発明では、上部領域を
形成する工程および下部領域を形成する工程では、上部
領域を形成する際に用いるイオン注入用マスクと下部領
域を形成する際に用いるイオン注入用マスクを同一マス
クとすることを特徴としている。これにより、製造工程
の簡略化を図ることができる。
形成する工程および下部領域を形成する工程では、上部
領域を形成する際に用いるイオン注入用マスクと下部領
域を形成する際に用いるイオン注入用マスクを同一マス
クとすることを特徴としている。これにより、製造工程
の簡略化を図ることができる。
【００１４】請求項１１に記載の発明では、第２導電型
不純物としてＡｌを用いて上部領域を形成することを特
徴とする。これにより、ショットキー電極と上部領域と
がオーミック接触とすることができ、スイッチング時の
局所的な電界集中による素子破壊を防止することができ
る。
不純物としてＡｌを用いて上部領域を形成することを特
徴とする。これにより、ショットキー電極と上部領域と
がオーミック接触とすることができ、スイッチング時の
局所的な電界集中による素子破壊を防止することができ
る。
【００１５】具体的には、請求項１２に示すように、上
部領域を形成する工程では、第２導電型不純物としてＡ
ｌをイオン注入し、下部領域を形成する工程では、第２
導電型不純物としてＢもしくはＢ及びＣをイオン注入
し、Ｂを熱拡散させることで、下部領域が上部領域より
も幅が広くなるようにすることができる。
部領域を形成する工程では、第２導電型不純物としてＡ
ｌをイオン注入し、下部領域を形成する工程では、第２
導電型不純物としてＢもしくはＢ及びＣをイオン注入
し、Ｂを熱拡散させることで、下部領域が上部領域より
も幅が広くなるようにすることができる。
【００１６】請求項１３に記載の発明では、上部領域を
形成する工程及び下部領域を形成する工程では、第２導
電型不純物としてＢもしくはＢ及びＣをイオン注入し、
さらに、上部領域を形成する工程では、第２導電型不純
物としてＡｌもイオン注入することを特徴とする。この
ようにＢ等と共にＡｌを注入することで上部領域がアモ
ルファス化され、この領域でのＢの拡散が抑制され、請
求項１に記載のショットキーダイオードを形成すること
ができる。
形成する工程及び下部領域を形成する工程では、第２導
電型不純物としてＢもしくはＢ及びＣをイオン注入し、
さらに、上部領域を形成する工程では、第２導電型不純
物としてＡｌもイオン注入することを特徴とする。この
ようにＢ等と共にＡｌを注入することで上部領域がアモ
ルファス化され、この領域でのＢの拡散が抑制され、請
求項１に記載のショットキーダイオードを形成すること
ができる。
【００１７】請求項１４に記載の発明では、ショットキ
ー電極を形成する工程では、複数個の拡散層の表面に電
極材料を配置したのち、７００℃以上の熱処理を施すこ
とで、電極材料と複数個の拡散層とをオーミック接触さ
せたのち、該電極材料の上にショットキー電極を形成す
ることを特徴とする。このようにしても、請求項１１と
同様の効果を得ることができる。
ー電極を形成する工程では、複数個の拡散層の表面に電
極材料を配置したのち、７００℃以上の熱処理を施すこ
とで、電極材料と複数個の拡散層とをオーミック接触さ
せたのち、該電極材料の上にショットキー電極を形成す
ることを特徴とする。このようにしても、請求項１１と
同様の効果を得ることができる。
【００１８】請求項１５に記載の発明では、ショットキ
ー電極を形成する工程では、ショットキー電極を形成し
たのち熱処理を行うことを特徴とする。このようにする
ことで、ショットキー電極と複数個の拡散層とをオーミ
ック接触させることができ、コンタクト抵抗の低減を図
ることができる。この場合、請求項１６に示すように、
熱処理温度を７００℃以下とすることで、ショットキー
特性の悪化を防止することが可能となる。
ー電極を形成する工程では、ショットキー電極を形成し
たのち熱処理を行うことを特徴とする。このようにする
ことで、ショットキー電極と複数個の拡散層とをオーミ
ック接触させることができ、コンタクト抵抗の低減を図
ることができる。この場合、請求項１６に示すように、
熱処理温度を７００℃以下とすることで、ショットキー
特性の悪化を防止することが可能となる。
【００１９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【００２０】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に、本発明
の一実施形態を適用したショットキーダイオードの断面
構成を示す。以下、この図に基づいて本実施形態におけ
るショットキーダイオードの構成についての説明を行
う。
の一実施形態を適用したショットキーダイオードの断面
構成を示す。以下、この図に基づいて本実施形態におけ
るショットキーダイオードの構成についての説明を行
う。
【００２１】図１に示すように、高濃度にｎ型不純物が
ドーピングされた炭化珪素からなるｎ+型基板１の上
に、ｎ+型基板１よりも低濃度にｎ型不純物がドーピン
グされたｎ-型エピ層２が形成され、このｎ-型エピ層２
の表層部には複数のｐ型拡散層３が形成されている。複
数のｐ型拡散層３は、ｎ+型基板１から遠い側に相当す
る上部領域３ａよりもｎ+型基板１に近い側に相当する
下部領域３ｂの方が幅広で構成され、下部領域３ｂにお
いて隣り合うｐ型拡散層３同士の距離が短くなるように
構成されている。上部領域３ａにはｐ型不純物としてＡ
ｌが用いられており、下部領域３ｂにはｐ型不純物とし
てＢが用いられている。そして、上部領域３ａの方が下
部領域３ｂよりも高濃度で構成されている。なお、図１
においては表されないが、ｐ型拡散層３の平面形状はス
トライプ形状、ドット形状、六角形状、同心円状のいず
れであっても良い。
ドーピングされた炭化珪素からなるｎ+型基板１の上
に、ｎ+型基板１よりも低濃度にｎ型不純物がドーピン
グされたｎ-型エピ層２が形成され、このｎ-型エピ層２
の表層部には複数のｐ型拡散層３が形成されている。複
数のｐ型拡散層３は、ｎ+型基板１から遠い側に相当す
る上部領域３ａよりもｎ+型基板１に近い側に相当する
下部領域３ｂの方が幅広で構成され、下部領域３ｂにお
いて隣り合うｐ型拡散層３同士の距離が短くなるように
構成されている。上部領域３ａにはｐ型不純物としてＡ
ｌが用いられており、下部領域３ｂにはｐ型不純物とし
てＢが用いられている。そして、上部領域３ａの方が下
部領域３ｂよりも高濃度で構成されている。なお、図１
においては表されないが、ｐ型拡散層３の平面形状はス
トライプ形状、ドット形状、六角形状、同心円状のいず
れであっても良い。
【００２２】また、ｎ-型エピ層２の表面には酸化膜４
が備えられていると共に、この酸化膜４に形成されたコ
ンタクトホールを介して各ｐ型拡散層３及びｎ-型エピ
層２と電気的に接続されたショットキー電極５が備えら
れている。そして、ｎ+型基板１の裏面側に、ｎ+型基板
１とオーミック接触されたオーミック電極６が備えら
れ、図１に示すショットキーダイオードが構成されてい
る。
が備えられていると共に、この酸化膜４に形成されたコ
ンタクトホールを介して各ｐ型拡散層３及びｎ-型エピ
層２と電気的に接続されたショットキー電極５が備えら
れている。そして、ｎ+型基板１の裏面側に、ｎ+型基板
１とオーミック接触されたオーミック電極６が備えら
れ、図１に示すショットキーダイオードが構成されてい
る。
【００２３】このように構成されたショットキーダイオ
ードにおいては、各ｐ型拡散層３の下部領域３ｂから伸
びる空乏層によって各ｐ型拡散層３の間がピンチオフさ
れることで、逆方向における電界緩和が成されるように
なっている。また、ｐ型拡散層３の上部領域３ａの幅を
狭くしてあるため、ｎ-型エピ層２のうちショットキー
電極５との接触部位を広くとれ、ｎ-型エピ層２とショ
ットキー電極５との接触抵抗を低減および電流経路の増
大を図ることができ、低オン抵抗化を図ることができ
る。
ードにおいては、各ｐ型拡散層３の下部領域３ｂから伸
びる空乏層によって各ｐ型拡散層３の間がピンチオフさ
れることで、逆方向における電界緩和が成されるように
なっている。また、ｐ型拡散層３の上部領域３ａの幅を
狭くしてあるため、ｎ-型エピ層２のうちショットキー
電極５との接触部位を広くとれ、ｎ-型エピ層２とショ
ットキー電極５との接触抵抗を低減および電流経路の増
大を図ることができ、低オン抵抗化を図ることができ
る。
【００２４】このように、本実施形態の構成とすること
で、逆方向の電界緩和効果を低下させることなく、順方
向電圧の増加を図り、低オン抵抗化を図ることで損失を
低減することができる。
で、逆方向の電界緩和効果を低下させることなく、順方
向電圧の増加を図り、低オン抵抗化を図ることで損失を
低減することができる。
【００２５】続いて、図２、図３に、上記構成のショッ
トキーダイオードの製造工程を示し、これらの図に従っ
て本実施形態におけるショットキーダイオードの製造方
法を説明する。
トキーダイオードの製造工程を示し、これらの図に従っ
て本実施形態におけるショットキーダイオードの製造方
法を説明する。
【００２６】〔図２（ａ）に示す工程〕まず、｛０００
１｝Ｓｉ面を有するｎ+型基板１の表面に、ｎ+型基板１
と同様の結晶形のｎ-型エピ層２が形成されたものを用
意する。そして、ｎ-型エピ層２の表面にＬＴＯ膜１０
を配置したのち、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（リア
クティブイオンエッチング）によってＬＴＯ膜１０をパ
ターニングし、開口部を形成する。このとき、開口部の
形状と、上述したｐ型拡散層３のうちの上部領域３ａと
を一致させるようにする。
１｝Ｓｉ面を有するｎ+型基板１の表面に、ｎ+型基板１
と同様の結晶形のｎ-型エピ層２が形成されたものを用
意する。そして、ｎ-型エピ層２の表面にＬＴＯ膜１０
を配置したのち、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（リア
クティブイオンエッチング）によってＬＴＯ膜１０をパ
ターニングし、開口部を形成する。このとき、開口部の
形状と、上述したｐ型拡散層３のうちの上部領域３ａと
を一致させるようにする。
【００２７】その後、ＬＴＯ膜１０をマスクとして、ｐ
型不純物であるＢ（ボロン）を高エネルギーでイオン注
入することで、ｐ型拡散層３のうちの下部領域３ｂを１
×１０19ｃｍ-3の不純物濃度で形成する。例えば、Ｂの
注入エネルギーを多段階に変えたボックスプロファイル
とすることで、所望の位置に下部領域３ｂが形成され
る。
型不純物であるＢ（ボロン）を高エネルギーでイオン注
入することで、ｐ型拡散層３のうちの下部領域３ｂを１
×１０19ｃｍ-3の不純物濃度で形成する。例えば、Ｂの
注入エネルギーを多段階に変えたボックスプロファイル
とすることで、所望の位置に下部領域３ｂが形成され
る。
【００２８】このとき、ｐ型不純物としてＢを用いるこ
とにより、後工程で行われる熱処理によって注入された
イオンが拡散されるようにできる。また、Ｂと共にＣ
（炭素）をイオン注入するようにすれば、ＢとＣとの注
入割合に応じてＢの拡散量を適宜調整することが可能で
ある。例えば、Ｂの不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3とな
るようにし、Ｃの不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3となる
ようにすれば、Ｂを単独で用いた場合よりもＢの拡散量
を抑制することができ、下部領域３ｂの間に位置するｎ
-型エピ層２の幅が狭まり過ぎないようにできる。
とにより、後工程で行われる熱処理によって注入された
イオンが拡散されるようにできる。また、Ｂと共にＣ
（炭素）をイオン注入するようにすれば、ＢとＣとの注
入割合に応じてＢの拡散量を適宜調整することが可能で
ある。例えば、Ｂの不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3とな
るようにし、Ｃの不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3となる
ようにすれば、Ｂを単独で用いた場合よりもＢの拡散量
を抑制することができ、下部領域３ｂの間に位置するｎ
-型エピ層２の幅が狭まり過ぎないようにできる。
【００２９】〔図２（ｂ）に示す工程〕再び、ＬＴＯ膜
１０をマスクとしてｐ型不純物であるＡｌ（アルミニウ
ム）を低エネルギーかつ高ドーズ量でイオン注入するこ
とで、ｐ型拡散層３のうちの上部領域３ａを１×１０20
ｃｍ-3の不純物濃度で形成する。例えば、Ａｌの注入エ
ネルギーを多段階に変えたボックスプロファイルとする
ことで、所望の位置に上部領域３ａが形成される。この
とき、ｐ型不純物としてＡｌを用いることにより、後工
程で熱処理が行われても注入されたイオンがほとんど拡
散しないようにできる。また、このように上部領域３
ａ、下部領域３ｂを形成するためのマスクをＬＴＯ膜１
０によって兼用しているため、製造工程の簡略化を図る
ことも可能である。
１０をマスクとしてｐ型不純物であるＡｌ（アルミニウ
ム）を低エネルギーかつ高ドーズ量でイオン注入するこ
とで、ｐ型拡散層３のうちの上部領域３ａを１×１０20
ｃｍ-3の不純物濃度で形成する。例えば、Ａｌの注入エ
ネルギーを多段階に変えたボックスプロファイルとする
ことで、所望の位置に上部領域３ａが形成される。この
とき、ｐ型不純物としてＡｌを用いることにより、後工
程で熱処理が行われても注入されたイオンがほとんど拡
散しないようにできる。また、このように上部領域３
ａ、下部領域３ｂを形成するためのマスクをＬＴＯ膜１
０によって兼用しているため、製造工程の簡略化を図る
ことも可能である。
【００３０】〔図２（ｃ）に示す工程〕ＬＴＯ膜１０を
ＨＦによって除去したのち、活性化熱処理を１６００
℃、３０分行う。これにより、注入された不純物が活性
化される。このとき、Ｂに関しては熱拡散され、ｐ型拡
散層３のうち下部領域３ｂが上部領域３ａよりも幅が広
く構成される。
ＨＦによって除去したのち、活性化熱処理を１６００
℃、３０分行う。これにより、注入された不純物が活性
化される。このとき、Ｂに関しては熱拡散され、ｐ型拡
散層３のうち下部領域３ｂが上部領域３ａよりも幅が広
く構成される。
【００３１】〔図３（ａ）に示す工程〕ｐ型拡散層３の
表面を含み、ｎ-型エピ層２の表面に層間絶縁膜となる
酸化膜４を成膜する。その後、ｎ+型基板１の裏面にＮ
ｉ（ニッケル）を蒸着したのち、１０００℃、１０分の
アニールを行うことで、オーミック電極６を形成する。
表面を含み、ｎ-型エピ層２の表面に層間絶縁膜となる
酸化膜４を成膜する。その後、ｎ+型基板１の裏面にＮ
ｉ（ニッケル）を蒸着したのち、１０００℃、１０分の
アニールを行うことで、オーミック電極６を形成する。
【００３２】〔図３（ｂ）、（ｃ）に示す工程〕まず、
図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィによって
酸化膜４に対し、コンタクトホールを形成する。その
後、ｎ-型エピ層２及びｐ型拡散層３の表面にＮｉを成
膜したのちＮｉをパターニングすることで、図３（ｃ）
に示すように、ショットキー電極５を形成する。このと
き、ｐ型拡散層３の上部領域３ａをＡｌで構成している
ため、ショットキー電極５とｐ型拡散層３とがオーミッ
ク接合となるようにできる。そして、Ａｒガス中におい
て４５０℃、１０分、ショットキー電極５をシンター処
理（熱処理）する。これにより、ショットキー電極５と
ｐ型拡散層３との間のオーミック特性が向上する。ただ
し、このときのシンター処理（熱処理）温度が７００℃
を超えるとショットキー電極５とｎ-型エピ層２との間
のショットキー特性が悪化するため、７００℃以下とす
るのが好ましい。このようにして、図１に示すショット
キーダイオードが完成する。
図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィによって
酸化膜４に対し、コンタクトホールを形成する。その
後、ｎ-型エピ層２及びｐ型拡散層３の表面にＮｉを成
膜したのちＮｉをパターニングすることで、図３（ｃ）
に示すように、ショットキー電極５を形成する。このと
き、ｐ型拡散層３の上部領域３ａをＡｌで構成している
ため、ショットキー電極５とｐ型拡散層３とがオーミッ
ク接合となるようにできる。そして、Ａｒガス中におい
て４５０℃、１０分、ショットキー電極５をシンター処
理（熱処理）する。これにより、ショットキー電極５と
ｐ型拡散層３との間のオーミック特性が向上する。ただ
し、このときのシンター処理（熱処理）温度が７００℃
を超えるとショットキー電極５とｎ-型エピ層２との間
のショットキー特性が悪化するため、７００℃以下とす
るのが好ましい。このようにして、図１に示すショット
キーダイオードが完成する。
【００３３】このような製造方法によれば、Ａｌを不純
物として上部領域３ａを形成しているおり、Ａｌの固溶
限が高くＡｌを高濃度に注入できるため、ショットキー
電極５とｐ型拡散層３とがオーミック接合となるように
できる。このため、スイッチング時の局所的な電界集中
が起こらないようにすることも可能である。参考とし
て、図４に、Ｂ単独でｐ型拡散層３を形成した場合と表
面側をＡｌとした場合それぞれにおけるＴＬＭの電圧−
電流特性を調べた結果を示す。この図に示されるよう
に、表面側をＡｌとすることによりショットキー電極５
とｐ型拡散層３とがオーミック接触となるようにできる
ことが分かる。
物として上部領域３ａを形成しているおり、Ａｌの固溶
限が高くＡｌを高濃度に注入できるため、ショットキー
電極５とｐ型拡散層３とがオーミック接合となるように
できる。このため、スイッチング時の局所的な電界集中
が起こらないようにすることも可能である。参考とし
て、図４に、Ｂ単独でｐ型拡散層３を形成した場合と表
面側をＡｌとした場合それぞれにおけるＴＬＭの電圧−
電流特性を調べた結果を示す。この図に示されるよう
に、表面側をＡｌとすることによりショットキー電極５
とｐ型拡散層３とがオーミック接触となるようにできる
ことが分かる。
【００３４】また、Ａｌを高ドーズ量で注入すること
で、Ａｌが注入された領域がアモルファス化され、その
領域においてＢの拡散が抑制されるため、正確に図１に
示す構成のショットキーダイオードを得ることができ
る。
で、Ａｌが注入された領域がアモルファス化され、その
領域においてＢの拡散が抑制されるため、正確に図１に
示す構成のショットキーダイオードを得ることができ
る。
【００３５】また、ｐ型拡散層３をＡｌ単独で形成しよ
うとすると、ｐ型拡散層３の接合深さが得られないが、
Ａｌと共にＢを用いることにより接合深さを得られるよ
うにすることができる。また、Ａｌは熱拡散し難いた
め、ｐ型拡散層３のコーナー部での電界集中が発生し易
くなり、耐圧低下が生じるが、この耐圧低下も防止する
ことができる。さらに、Ａｌだとイオン注入時の欠陥に
よる逆方向漏れ電流の増加が懸念されるが、Ｂによって
下部領域３ｂを形成しているため、漏れ電流の増加を抑
制することができる。
うとすると、ｐ型拡散層３の接合深さが得られないが、
Ａｌと共にＢを用いることにより接合深さを得られるよ
うにすることができる。また、Ａｌは熱拡散し難いた
め、ｐ型拡散層３のコーナー部での電界集中が発生し易
くなり、耐圧低下が生じるが、この耐圧低下も防止する
ことができる。さらに、Ａｌだとイオン注入時の欠陥に
よる逆方向漏れ電流の増加が懸念されるが、Ｂによって
下部領域３ｂを形成しているため、漏れ電流の増加を抑
制することができる。
【００３６】（第２実施形態）図５、図６に、本発明の
第２実施形態を適用したショットキーダイオードの製造
工程を示す。第１実施形態では１つのマスクによって上
部領域３ａ、下部領域３ｂを形成しているが、本実施形
態では２つのマスクを用いる場合について説明する。
第２実施形態を適用したショットキーダイオードの製造
工程を示す。第１実施形態では１つのマスクによって上
部領域３ａ、下部領域３ｂを形成しているが、本実施形
態では２つのマスクを用いる場合について説明する。
【００３７】まず、図５（ａ）に示す工程では、図２
（ａ）と同様の工程を行い、下部領域３ｂを形成する。
この後、図５（ｂ）に示す工程において、下部領域３ｂ
の形成用マスクとして用いたＬＴＯ膜１０を除去し、再
びＬＴＯ膜１１を成膜したのち、ＲＩＥによってＬＴＯ
膜１１をパターニングすることで、ＬＴＯ膜１１により
上部領域３ａを形成するためのマスクを構成する。そし
て、ＬＴＯ膜１１をマスクとして図２（ｂ）と同様の工
程を行い、上部領域３ａを形成する。この後は、図５
（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）に示す工程において、図２
（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）と同様の工程を行うこと
で、ショットキーダイオードが完成する。
（ａ）と同様の工程を行い、下部領域３ｂを形成する。
この後、図５（ｂ）に示す工程において、下部領域３ｂ
の形成用マスクとして用いたＬＴＯ膜１０を除去し、再
びＬＴＯ膜１１を成膜したのち、ＲＩＥによってＬＴＯ
膜１１をパターニングすることで、ＬＴＯ膜１１により
上部領域３ａを形成するためのマスクを構成する。そし
て、ＬＴＯ膜１１をマスクとして図２（ｂ）と同様の工
程を行い、上部領域３ａを形成する。この後は、図５
（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）に示す工程において、図２
（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）と同様の工程を行うこと
で、ショットキーダイオードが完成する。
【００３８】このように、上部領域３ａと下部領域３ｂ
の形成用マスクを別々としても、第１実施形態に示した
ショットキーダイオードを形成することができ、第１実
施形態と同様の効果を得ることができる。
の形成用マスクを別々としても、第１実施形態に示した
ショットキーダイオードを形成することができ、第１実
施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】また、本実施形態のように上部領域３ａと
下部領域３ｂの形成用マスクを別々とした場合、上部領
域３ａの形成用マスク（ＬＴＯ膜１１）の開口部のサイ
ズを下部領域３ｂの幅と無関係に決定できるため、開口
部のサイズを小さくすることで上部領域３ａの幅を小さ
くすることができる。これにより、ｎ-型エピ層２とシ
ョットキー電極５との接触抵抗を低減および電流経路の
増大を図ることができ、より低オン抵抗化を図ることが
できる。
下部領域３ｂの形成用マスクを別々とした場合、上部領
域３ａの形成用マスク（ＬＴＯ膜１１）の開口部のサイ
ズを下部領域３ｂの幅と無関係に決定できるため、開口
部のサイズを小さくすることで上部領域３ａの幅を小さ
くすることができる。これにより、ｎ-型エピ層２とシ
ョットキー電極５との接触抵抗を低減および電流経路の
増大を図ることができ、より低オン抵抗化を図ることが
できる。
【００４０】（第３実施形態）図７、図８に、本発明の
第３実施形態を適用したショットキーダイオードの製造
工程を示す。第１、第２実施形態では一層のｎ-型エピ
層２に上部領域３ａと下部領域３ｂを形成しているが、
本実施形態では２層のｎ-型エピ層（第１半導体層）
２、ｎ型エピ層（第２半導体層）２ａに上部領域３ａと
下部領域３ｂを形成する場合について説明する。
第３実施形態を適用したショットキーダイオードの製造
工程を示す。第１、第２実施形態では一層のｎ-型エピ
層２に上部領域３ａと下部領域３ｂを形成しているが、
本実施形態では２層のｎ-型エピ層（第１半導体層）
２、ｎ型エピ層（第２半導体層）２ａに上部領域３ａと
下部領域３ｂを形成する場合について説明する。
【００４１】まず、図７（ａ）に示す工程では、図２
（ａ）と同様の工程を行い、下部領域３ｂを形成する。
このとき、下部領域３ｂを形成するためのイオン注入エ
ネルギーを調整することで、ｎ-型エピ層２の表面に下
部領域３ｂが形成されるようにする。続いて、図７
（ｂ）に示すように、ＨＦによってＬＴＯ膜１０を除去
したのち、１６００℃、３０分の熱処理により注入され
たイオンを活性化させ、１０８０℃、３００分の犠牲酸
化処理を施したのち、下部領域３ｂの表面上を含むｎ -
型エピ層２の表面上にｎ型エピ層２ａを成膜する。この
とき、ｎ型エピ層２ａをｎ-型エピ層２よりも不純物濃
度が高濃度となるようにする。そして、図７（ｃ）に示
すように、図５（ｂ）と同様の工程によりｎ型エピ層２
ａにイオン注入を行うことで上部領域３ａを形成する。
（ａ）と同様の工程を行い、下部領域３ｂを形成する。
このとき、下部領域３ｂを形成するためのイオン注入エ
ネルギーを調整することで、ｎ-型エピ層２の表面に下
部領域３ｂが形成されるようにする。続いて、図７
（ｂ）に示すように、ＨＦによってＬＴＯ膜１０を除去
したのち、１６００℃、３０分の熱処理により注入され
たイオンを活性化させ、１０８０℃、３００分の犠牲酸
化処理を施したのち、下部領域３ｂの表面上を含むｎ -
型エピ層２の表面上にｎ型エピ層２ａを成膜する。この
とき、ｎ型エピ層２ａをｎ-型エピ層２よりも不純物濃
度が高濃度となるようにする。そして、図７（ｃ）に示
すように、図５（ｂ）と同様の工程によりｎ型エピ層２
ａにイオン注入を行うことで上部領域３ａを形成する。
【００４２】このように、ｎ-型エピ層２とｎ型エピ層
２ａという２層のエピ層に上部領域３ａと下部領域３ｂ
を形成するようにしてもよい。また、このように２層の
エピ層とする場合、上部領域３ａが形成されるｎ型エピ
層２ａ側を高濃度とすることができるため、より低抵抗
化を図ることが可能となる。
２ａという２層のエピ層に上部領域３ａと下部領域３ｂ
を形成するようにしてもよい。また、このように２層の
エピ層とする場合、上部領域３ａが形成されるｎ型エピ
層２ａ側を高濃度とすることができるため、より低抵抗
化を図ることが可能となる。
【００４３】また、下部領域３ｂを形成するためのイオ
ン注入を行うに際し、表面から深い位置までイオン注入
が行えるため、下部領域３ｂを深い位置に形成すること
が可能となる。このため、逆方向リークの低減、ショッ
トキー界面の電界強度の緩和を図ることができる。
ン注入を行うに際し、表面から深い位置までイオン注入
が行えるため、下部領域３ｂを深い位置に形成すること
が可能となる。このため、逆方向リークの低減、ショッ
トキー界面の電界強度の緩和を図ることができる。
【００４４】（他の実施形態）上記各実施形態では、シ
ョットキー電極５を１層のＮｉで構成するようにしてい
るが、ｐ型拡散層３に対してオーミック特性が得られる
電極材料をｐ型拡散層３の上に配置したのち、７００℃
以下での熱処理によってオーミック電極を形成してお
き、そのオーミック電極の上にショットキー電極５を形
成するようにした２層電極構造としてもよい。また、上
記実施形態において導電型を逆としたショットキーダイ
オードとしても良い。
ョットキー電極５を１層のＮｉで構成するようにしてい
るが、ｐ型拡散層３に対してオーミック特性が得られる
電極材料をｐ型拡散層３の上に配置したのち、７００℃
以下での熱処理によってオーミック電極を形成してお
き、そのオーミック電極の上にショットキー電極５を形
成するようにした２層電極構造としてもよい。また、上
記実施形態において導電型を逆としたショットキーダイ
オードとしても良い。
【００４５】なお、方位を示す場合、本来ならば所望の
数字の上にバー（−）を付すべきであるが、表現の制約
上、本明細書では所望の数字の後ろにバーを付して表す
こととする。
数字の上にバー（−）を付すべきであるが、表現の制約
上、本明細書では所望の数字の後ろにバーを付して表す
こととする。
【図１】本発明の第１実施形態におけるショットキーダ
イオードの断面構成を示す図である。
イオードの断面構成を示す図である。
【図２】図１に示すショットキーダイオードの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図３】図２に続くショットキーダイオードの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図４】ｐ型拡散層３をＢ単独で形成した場合と表面に
Ａｌを用いた場合とにおける電圧−電流特性を調べた結
果を示す図である。
Ａｌを用いた場合とにおける電圧−電流特性を調べた結
果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態におけるショットキーダ
イオードの製造工程を示す図である。
イオードの製造工程を示す図である。
【図６】図５に続くショットキーダイオードの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態におけるショットキーダ
イオードの製造工程を示す図である。
イオードの製造工程を示す図である。
【図８】図７に続くショットキーダイオードの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
１…ｎ+型基板、２…ｎ-型エピ層、２ａ…ｎ型エピ層、
３…ｐ型拡散層、３ａ…上部領域、３ｂ…下部領域、４
…層間絶縁膜、５…ショットキー電極、６…オーミック
電極、１０、１１…ＬＴＯ膜。
３…ｐ型拡散層、３ａ…上部領域、３ｂ…下部領域、４
…層間絶縁膜、５…ショットキー電極、６…オーミック
電極、１０、１１…ＬＴＯ膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA03 BB05 CC01 CC03 DD26 DD34 DD78 FF31 FF35 GG03 HH20
Claims (16)
- 【請求項１】 炭化珪素からなる第１導電型の半導体基
板（１）と、 前記半導体基板の表面上に形成され、前記半導体基板よ
りも低濃度の炭化珪素からなる第１導電型の半導体層
（２、２ａ）と、 前記半導体層の表層部に複数個形成された第２導電型の
拡散層（３）と、 前記拡散層の表面及び前記半導体層の表面に形成され、
前記拡散層及び前記半導体層とに電気的に接続されたシ
ョットキー電極（５）と、 前記半導体基板の裏面側に形成されたオーミック電極
（６）とを備え、 前記複数個の拡散層は、前記半導体基板から遠い側に相
当する上部領域（３ａ）と近い側に相当する下部領域
（３ｂ）とを有して構成され、前記下部領域において隣
り合う前記複数個の拡散層同士の距離が短くなるように
構成されていることを特徴とするショットキーダイオー
ド。 - 【請求項２】 前記上部領域の方が前記下部領域よりも
高濃度となっていることを特徴とする請求項１に記載の
ショットキーダイオード。 - 【請求項３】 前記半導体層は、前記下部領域が形成さ
れた第１半導体層と前記上部領域が形成された第２半導
体層とから構成され、前記第２半導体層が前記第１半導
体層よりも高濃度で構成されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載のショットキーダイオード。 - 【請求項４】 前記上部領域には第１導電型不純物とし
てＡｌが用いられ、前記下部領域には第１導電型不純物
としてＢ又はＢ及びＣが用いられていることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１つに記載のショットキー
ダイオード。 - 【請求項５】 前記複数個の拡散層に電気的に接続され
たオーミック用の電極を有し、前記ショットキー電極
は、前記オーミック用の電極の上に形成されていること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のシ
ョットキーダイオード。 - 【請求項６】 炭化珪素からなる第１導電型の半導体基
板（１）を用意し、該半導体基板の表面上に、該半導体
基板よりも低濃度の炭化珪素からなる第１導電型の半導
体層（２、２ａ）を形成する工程と、 前記半導体層の表層部に、複数個の第２導電型の拡散層
を形成する工程と、 前記拡散層の表面及び前記半導体層の表面に、前記拡散
層及び前記半導体層とに電気的に接続されるショットキ
ー電極（５）を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面側にオーミック電極（６）を形成
する工程とを有し、 前記複数個の拡散層を形成する工程では、前記半導体基
板から遠い側に相当する上部領域（３ａ）を形成する工
程と、前記半導体基板から近い側に相当する下部領域
（３ｂ）を形成する工程とを行い、 前記下部領域を形成する工程では、前記上部領域よりも
前記下部領域の幅を広くすることで、前記下部領域にお
いて隣り合う前記複数個の拡散層同士の距離が短くなる
ようにすることを特徴とするショットキーダイオードの
製造方法。 - 【請求項７】 前記上部領域を形成する工程および前記
下部領域を形成する工程では、前記半導体層に第２導電
型不純物をイオン注入することで前記上部領域および前
記下部領域を形成することを特徴とする請求項６に記載
のショットキーダイオードの製造方法。 - 【請求項８】 前記半導体層を形成する工程では、前記
下部領域が形成される第１半導体層を形成する工程と、
前記上部領域が形成される第２半導体層を形成する工程
とを行い、 前記第１半導体層を形成する工程を行った後に、前記下
部領域を形成する工程を行うことで前記第１半導体層に
前記下部領域を形成し、その後、前記第２半導体層を形
成する工程を行った後に、前記上部領域を形成する工程
を行うことで前記第２半導体層に前記上部領域を形成す
ることを特徴とする請求項６又は７に記載のショットキ
ーダイオードの製造方法。 - 【請求項９】 前記上部領域を形成する工程および前記
下部領域を形成する工程では、前記上部領域を形成する
際に用いるイオン注入用マスク（１１）と前記下部領域
を形成する際に用いるイオン注入用マスク（１０）を別
々とすることを特徴とする請求項７に記載のショットキ
ーダイオードの製造方法。 - 【請求項１０】 前記上部領域を形成する工程および前
記下部領域を形成する工程では、前記上部領域を形成す
る際に用いるイオン注入用マスクと前記下部領域を形成
する際に用いるイオン注入用マスクを同一マスクとする
ことを特徴とする請求項７に記載のショットキーダイオ
ードの製造方法。 - 【請求項１１】 前記上部領域を形成する工程では、第
２導電型不純物としてＡｌを用いて前記上部領域を形成
することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１つ
に記載のショットキーダイオードの製造方法。 - 【請求項１２】 前記上部領域を形成する工程では、前
記第２導電型不純物としてＡｌをイオン注入し、前記下
部領域を形成する工程では、前記第２導電型不純物とし
てＢもしくはＢ及びＣをイオン注入し、Ｂを熱拡散させ
ることで、前記下部領域が前記上部領域よりも幅が広く
なるようにすることを特徴とする請求項７乃至１１のい
ずれか１つに記載のショットキーダイオードの製造方
法。 - 【請求項１３】 前記上部領域を形成する工程及び前記
下部領域を形成する工程では、前記第２導電型不純物と
してＢもしくはＢ及びＣをイオン注入し、さらに、前記
上部領域を形成する工程では、前記第２導電型不純物と
してＡｌもイオン注入することを特徴とする請求項９乃
至１１のいずれか１つに記載のショットキーダイオード
の製造方法。 - 【請求項１４】 前記ショットキー電極を形成する工程
では、前記複数個の拡散層の表面に電極材料を配置した
のち、７００℃以上の熱処理を施すことで、前記電極材
料と前記複数個の拡散層とをオーミック接触させたの
ち、該電極材料の上に前記ショットキー電極を形成する
ことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれか１つに記
載のショットキーダイオードの製造方法。 - 【請求項１５】前記ショットキー電極を形成する工程で
は、前記ショットキー電極を形成したのち熱処理を行う
ことを特徴とする請求項６乃至１４のいずれか１つに記
載のショットキーダイオードの製造方法。 - 【請求項１６】 前記熱処理温度を７００℃以下とする
ことを特徴とする請求項１５に記載のショットキーダイ
オードの製造方法。
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