JP2002334998A - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化硅素半導体材
料を用いた半導体装置（以下、「炭化珪素半導体装置」
という。）およびその製造方法に関するものである。The present invention relates to a semiconductor device using a silicon carbide semiconductor material (hereinafter referred to as a "silicon carbide semiconductor device").
That. ) And its manufacturing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】炭化硅素半導体装置の一例として、ショ
ットキー障壁ダイオード（Schottky barrier diode）が
ある。ショットキー障壁ダイオードとは、ショットキー
接合の整流作用を利用したダイオードである。従来のシ
ョットキー障壁ダイオードでは、ショットキー障壁電極
の外周縁部における電界集中を緩和するために、ショッ
トキー障壁電極の外周縁部領域の構造として、イオン注
入により形成したｐ型領域や、高抵抗領域が利用されて
いる。たとえば、Material Science Forum Vols.338-34
2(2000) pp.1167-1170に示されるように、従来のショッ
トキー障壁ダイオードでは、ショットキー障壁電極の周
辺にＡｌ注入領域のガードリングを備えた構造を持って
いる。この構造では、電界が最大となる位置は、ガード
リングとドリフト領域の境に形成されるｐｎ接合面にな
り、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和され
る。2. Description of the Related Art As an example of a silicon carbide semiconductor device, there is a Schottky barrier diode. A Schottky barrier diode is a diode that utilizes the rectification of a Schottky junction. In a conventional Schottky barrier diode, in order to alleviate electric field concentration at the outer peripheral edge of the Schottky barrier electrode, a p-type region formed by ion implantation or a high resistance The area is being used. For example, Material Science Forum Vols. 338-34
2 (2000) pp. 1167-1170, a conventional Schottky barrier diode has a structure including a guard ring of an Al injection region around a Schottky barrier electrode. In this structure, the position where the electric field becomes maximum is the pn junction formed at the boundary between the guard ring and the drift region, and the electric field concentration at the end of the Schottky barrier electrode is reduced.
【０００３】（従来例１） （構成）図９は、従来のショットキー障壁ダイオードの
主要部分の断面図である。ｎ型のＳｉＣ基板１の上面
に、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つＳｉＣのドリ
フト層２がエピタキシャル成長で形成されている。ドリ
フト層２の上面からドリフト層２の内部にかけて、イオ
ン注入によりｐ型導電性ガードリング領域３が形成され
ている。ドリフト層２の上側には、ショットキー障壁電
極４が形成されており、ショットキー障壁電極４の端５
は、ｐ型導電性ガードリング領域３の上面に位置する。
一方、ＳｉＣ基板１の裏側には、ｎ側電極として裏面電
極６が形成されている。ｐ型導電性ガードリング領域３
とドリフト層２との界面には、ｐｎ接合面７が形成され
ている。ショットキー障壁電極４に負電圧を印加した場
合、ショットキー障壁電極４の下面に形成される電位障
壁により、電子が遮断されることにより、ドリフト層２
に形成される空乏層に負電圧が印加され、ダイオードと
しての整流特性を示す。このとき、ショットキー障壁電
極４の端５の下側には、ガードリングとしてｐ型導電性
ガードリング領域３が形成されているため、ショットキ
ー障壁電極の端５に電界集中は生じず、電界が最大とな
る位置はガードリングとドリフト領域の境に形成される
ｐｎ接合面７になり、電界集中は緩和される。(Conventional Example 1) (Configuration) FIG. 9 is a sectional view of a main part of a conventional Schottky barrier diode. On an upper surface of an n-type SiC substrate 1, an n-type conductive SiC drift layer 2 having a low impurity concentration is formed by epitaxial growth. A p-type conductive guard ring region 3 is formed from the upper surface of the drift layer 2 to the inside of the drift layer 2 by ion implantation. The Schottky barrier electrode 4 is formed on the upper side of the drift layer 2.
Are located on the upper surface of p-type conductive guard ring region 3.
On the other hand, on the back side of the SiC substrate 1, a back surface electrode 6 is formed as an n-side electrode. p-type conductive guard ring region 3
A pn junction surface 7 is formed at the interface between the substrate and the drift layer 2. When a negative voltage is applied to Schottky barrier electrode 4, electrons are cut off by a potential barrier formed on the lower surface of Schottky barrier electrode 4, so that drift layer 2
A negative voltage is applied to a depletion layer formed in the semiconductor device, and the diode exhibits rectification characteristics as a diode. At this time, since the p-type conductive guard ring region 3 is formed as a guard ring below the end 5 of the Schottky barrier electrode 4, electric field concentration does not occur at the end 5 of the Schottky barrier electrode, and Is located at the pn junction surface 7 formed at the boundary between the guard ring and the drift region, and the electric field concentration is reduced.
【０００４】（製造方法）次に、この半導体装置の製造
方法について説明する。図９に示すような従来のショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば、次のように作製さ
れる。ＳｉＣ基板１上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Dep
osition）結晶成長法により、不純物濃度の低いｎ型の
導電性を持つドリフト層２をたとえば厚み１０μｍだけ
エピタキシャル成長させる。次に、表面に選択イオン注
入のマスクを作製し、アクセプタ不純物としてＡｌのイ
オン注入を行う。次にイオン注入による結晶損傷を修復
し、不純物をアクセプタとして活性化させるため、たと
えばＡｒ雰囲気中で１７００℃で１時間程度のアニール
を行い、ｐ型導電性ガードリング領域３を形成する。次
に裏面電極６として、ＳｉＣ基板１の裏面にニッケルを
スパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成したあ
と、オーミック電極化するため、たとえば真空中におい
て９５０℃で１分間アニールする。続いて、良好なショ
ットキー障壁形成のためにＳｉＣ表面の洗浄、処理を行
った後、たとえばチタンをショットキー障壁電極４とし
て成膜する。通常のパターニングによりショットキー障
壁電極４を形成する。(Manufacturing Method) Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described. A conventional Schottky barrier diode as shown in FIG. 9 is manufactured, for example, as follows. A CVD (Chemical Vapor Dep.)
osition) An n-type conductive drift layer 2 having a low impurity concentration is epitaxially grown to a thickness of, for example, 10 μm by a crystal growth method. Next, a mask for selective ion implantation is formed on the surface, and Al ions are implanted as acceptor impurities. Next, in order to repair crystal damage caused by ion implantation and activate impurities as acceptors, annealing is performed at, for example, about 1 hour at 1700 ° C. in an Ar atmosphere to form a p-type conductive guard ring region 3. Next, as the back surface electrode 6, nickel is formed on the back surface of the SiC substrate 1 by a thickness of 0.5 μm by a sputtering film forming method, and then annealed at 950 ° C. for 1 minute in a vacuum, for example, in order to form an ohmic electrode. Subsequently, after cleaning and treating the surface of the SiC to form a good Schottky barrier, for example, titanium is deposited as the Schottky barrier electrode 4. The Schottky barrier electrode 4 is formed by normal patterning.
【０００５】（従来例２） （構成）さらに、従来のショットキー障壁ダイオードの
他の例として、イオン注入により形成されたいわゆる高
抵抗ＳｉＣ領域をガードリング領域とするショットキー
障壁ダイオードを示す。図１０は、このショットキー障
壁ダイオードの主要部分の断面図である。ＳｉＣ基板
１、ドリフト層２、ショットキー障壁電極４、裏面電極
６については、先の従来例と同様の構造である。この例
では、ガードリングとして、ｐ型導電性ガードリング領
域３に代えて高抵抗ガードリング領域８が形成されてい
る。高抵抗ガードリング領域８とは、たとえばＡｒなど
のイオン注入により結晶に損傷を与えることにより形成
した領域である。ショットキー障壁電極４に負電圧を印
加した場合、ショットキー障壁電極４の端５の下側に
は、高抵抗ガードリング領域８が形成されているため、
電位が高抵抗ガードリング領域８の抵抗により分割され
る。このため、ショットキー障壁電極４の端５での電界
集中は緩和される。(Conventional Example 2) (Configuration) As another example of a conventional Schottky barrier diode, a Schottky barrier diode using a so-called high-resistance SiC region formed by ion implantation as a guard ring region is shown. FIG. 10 is a sectional view of a main part of the Schottky barrier diode. The structure of the SiC substrate 1, the drift layer 2, the Schottky barrier electrode 4, and the back surface electrode 6 are the same as those of the conventional example. In this example, a high-resistance guard ring region 8 is formed instead of the p-type conductive guard ring region 3 as a guard ring. The high resistance guard ring region 8 is a region formed by damaging a crystal by ion implantation of, for example, Ar. When a negative voltage is applied to the Schottky barrier electrode 4, the high resistance guard ring region 8 is formed below the end 5 of the Schottky barrier electrode 4.
The potential is divided by the resistance of the high resistance guard ring region 8. Therefore, the electric field concentration at the end 5 of the Schottky barrier electrode 4 is reduced.
【０００６】（製造方法）次に製造方法について説明す
る。図１０に示すような従来のショットキー障壁ダイオ
ードの作製工程はイオン注入のマスクの作製工程までは
図９に示すものと同様である。イオン注入により、欠陥
に損傷を与え、高抵抗な領域を形成する目的で、例えば
Ａｒイオンを３００ｋｅＶのエネルギーでイオン注入す
る。この後に続く工程も図９に示したものと同様であ
る。(Manufacturing method) Next, a manufacturing method will be described. The process of manufacturing a conventional Schottky barrier diode as shown in FIG. 10 is the same as that shown in FIG. 9 up to the process of manufacturing a mask for ion implantation. For example, Ar ions are implanted with an energy of 300 keV for the purpose of damaging defects and forming a high resistance region by ion implantation. Subsequent steps are the same as those shown in FIG.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】炭化硅素半導体材料を
用いた半導体装置において、従来のショットキー障壁電
極の端における電界集中を緩和する構造としては、イオ
ン注入により形成したガードリング領域が用いられてき
た。しかし、イオン注入には高価な装置が必要であり、
このことが半導体装置の製造原価を高くしていた。さら
に、たとえばｐ型注入によるガードリング構造では、注
入後の活性化アニールが１５００℃から１８００℃と高
温であるため、ショットキー障壁が形成されるべきドリ
フト層の表面が、変質したり、形状が凸凹になったりす
ることにより、良好なショットキー障壁を得ることが困
難になるという問題があった。また、低温のアニール条
件の場合はもちろん、高温のアニール条件の場合でも、
必ずしも、完全に注入損傷が修復されず、注入による損
傷が残留し、ｐｎ接合面にリーク電流が生じ、その結果
ショットキー障壁ダイオードの逆方向リーク電流特性を
劣化させるという問題があった。また、ｐｎ接合面を有
するガードリング領域では、ショットキー障壁電極の端
の電界集中は緩和されるが、その一方で、イオン注入に
より形成されたｐｎ接合面、特にｐｎ接合面が凸形状に
なる部分で電界集中がおこり、その結果ショットキー障
壁ダイオードの逆方向耐圧を低下させるという問題があ
った。In a semiconductor device using a silicon carbide semiconductor material, a guard ring region formed by ion implantation has been used as a conventional structure for alleviating electric field concentration at the end of a Schottky barrier electrode. Was. However, ion implantation requires expensive equipment,
This has increased the manufacturing cost of the semiconductor device. Further, for example, in a guard ring structure formed by p-type implantation, activation annealing after implantation is performed at a high temperature of 1500 ° C. to 1800 ° C., so that the surface of the drift layer on which a Schottky barrier is to be formed is altered or the shape is changed. The unevenness makes it difficult to obtain a good Schottky barrier. In addition, not only under low-temperature annealing conditions, but also under high-temperature annealing conditions,
There is a problem that the implantation damage is not always completely repaired, the damage due to the implantation remains, and a leakage current occurs on the pn junction surface, thereby deteriorating the reverse leakage current characteristics of the Schottky barrier diode. In the guard ring region having a pn junction surface, the electric field concentration at the end of the Schottky barrier electrode is reduced, but on the other hand, the pn junction surface formed by ion implantation, particularly the pn junction surface becomes convex. There is a problem that the electric field concentration occurs in the portion, and as a result, the reverse breakdown voltage of the Schottky barrier diode is reduced.
【０００８】また、たとえば、Ａｒイオン注入などによ
る、高抵抗な領域をガードリング領域として用いた構造
では、高抵抗領域は、欠陥損傷による、深い準位により
実現されており、ガードリング領域での再結合によるリ
ーク電流が大きくなりショットキー障壁ダイオードの逆
方向リーク電流特性を劣化させるという問題があった。In a structure using a high-resistance region as a guard ring region by, for example, Ar ion implantation, the high-resistance region is realized by a deep level due to defect damage. There is a problem that the leakage current due to the recombination increases and the reverse leakage current characteristic of the Schottky barrier diode deteriorates.
【０００９】本発明は、これらの問題点を解決するため
に成されたもので、逆リーク電流の低い半導体装置を安
価に提供することを目的とする。The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a low reverse leak current at a low cost.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に基づく炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半
導体材料からなる基板と、上記基板の上面に形成された
炭化珪素半導体材料からなるドリフト層と、上記ドリフ
ト層に接して上記ドリフト層の上面の一部の領域を覆う
ように配置され、上記ドリフト層と接する界面をショッ
トキー障壁として機能させるためのショットキー障壁電
極とを備え、上記ショットキー障壁電極の外周縁部領域
においては、上記ドリフト層と上記ショットキー障壁電
極との間に、ガードリングを介在し、上記ショットキー
障壁電極が上記ガードリングによって持ち上げられた形
状となっている。この構成を採用することにより、ショ
ットキー障壁電極への負電圧印加時には、ショットキー
障壁電極の端の下には、ガードリングが形成されている
ため、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和さ
れ、耐圧性が向上する。しかも、ガードリングは、ドリ
フト層と同じ層の中に設けられるのではなく、ショット
キー障壁電極をガードリングによって持ち上げるように
構成されているため、ガードリングをドリフト層の上側
に積層して形成することができ、従来問題のあったイオ
ン注入などの方法をとる必要がなくなった。In order to achieve the above object, a silicon carbide semiconductor device according to the present invention comprises a substrate made of a silicon carbide semiconductor material and a drift made of a silicon carbide semiconductor material formed on an upper surface of the substrate. A layer and a Schottky barrier electrode disposed in contact with the drift layer to cover a partial region of the upper surface of the drift layer, and having an interface in contact with the drift layer function as a Schottky barrier. In the outer peripheral region of the Schottky barrier electrode, a guard ring is interposed between the drift layer and the Schottky barrier electrode, and the Schottky barrier electrode is lifted up by the guard ring. . By adopting this configuration, when a negative voltage is applied to the Schottky barrier electrode, the electric field concentration at the end of the Schottky barrier electrode is reduced because a guard ring is formed below the end of the Schottky barrier electrode. It is relaxed and the pressure resistance is improved. In addition, since the guard ring is not provided in the same layer as the drift layer, but is configured to lift the Schottky barrier electrode by the guard ring, the guard ring is formed by laminating the guard ring above the drift layer. This eliminates the need for a conventional method such as ion implantation.
【００１１】上記発明において好ましくは、上記ガード
リングは、上記ショットキー障壁電極の外側から内側に
向かうにつれて膜厚の薄くなる形状である。この構成を
採用することにより、ショットキー障壁電極が直接ドリ
フト層に接する領域とガードリングが介在する領域との
境界において、構造が不連続に変化することがなく、徐
々にガードリングの厚みが増す構造となっている。した
がって、この境界における電界集中が生じない。このた
め、逆方向耐圧が低下するという問題が生じない。Preferably, in the above invention, the guard ring has a shape such that its thickness decreases from the outside to the inside of the Schottky barrier electrode. By adopting this configuration, at the boundary between the region where the Schottky barrier electrode directly contacts the drift layer and the region where the guard ring intervenes, the structure does not change discontinuously and the thickness of the guard ring gradually increases. It has a structure. Therefore, no electric field concentration occurs at this boundary. Therefore, there is no problem that the reverse breakdown voltage is reduced.
【００１２】上記発明において好ましくは、上記ガード
リングは、上記ドリフト層とは異なる材質であって、上
記ドリフト層の順方向電圧印加時の抵抗値より高く、上
記ドリフト層の逆方向電圧印加時の抵抗値より低い抵抗
値を有する材質を含む。この構成を採用することによ
り、電位が高抵抗ガードリング１８の抵抗により分割さ
れる。このため、ショットキー障壁電極の端での電界集
中は緩和され、耐圧性が向上する。Preferably, in the above invention, the guard ring is made of a material different from that of the drift layer, and has a higher resistance value when the forward voltage is applied to the drift layer, and has a higher resistance value when the reverse voltage is applied to the drift layer. Including materials having a resistance value lower than the resistance value. By employing this configuration, the potential is divided by the resistance of the high resistance guard ring 18. Therefore, the electric field concentration at the end of the Schottky barrier electrode is reduced, and the withstand voltage is improved.
【００１３】上記発明において好ましくは、上記ガード
リングは、上記ショットキー障壁電極の外側端部を酸化
して形成された酸化金属層である。この構成を採用する
ことにより、ガードリングが、ショットキー障壁電極の
酸化により形成された酸化金属層であるため、ショット
キー障壁電極とガードリングとの間に構造的に不連続な
変化がなく電界集中が生じない。また、ガードリングが
電極の酸化で形成されるため、ショットキー障壁電極と
高抵抗層の界面における欠陥などの問題も低減される。
また、ガードリングを別工程を用いて成膜する必要がな
い。Preferably, in the above invention, the guard ring is a metal oxide layer formed by oxidizing an outer end of the Schottky barrier electrode. By adopting this configuration, since the guard ring is a metal oxide layer formed by oxidation of the Schottky barrier electrode, there is no structural change between the Schottky barrier electrode and the guard ring, and the electric field does not change. No concentration occurs. Further, since the guard ring is formed by oxidation of the electrode, problems such as defects at the interface between the Schottky barrier electrode and the high resistance layer are reduced.
Further, it is not necessary to form the guard ring by using another process.
【００１４】上記発明において好ましくは、上記ショッ
トキー障壁電極はチタンを含み、上記酸化金属層は、酸
化チタンを含む。この構成を採用することにより、低損
失なショットキー障壁ダイオードを実現できる。チタン
は、４Ｈ−ＳｉＣに対するショットキー障壁が１ｅＶ程
度と１ｋＶ程度の整流素子として適しているからであ
る。また、酸化チタンは、高抵抗層となり、ガードリン
グとして機能する。Preferably, in the above invention, the Schottky barrier electrode contains titanium, and the metal oxide layer contains titanium oxide. By employing this configuration, a low-loss Schottky barrier diode can be realized. This is because titanium is suitable as a rectifier having a Schottky barrier of about 1 eV and about 1 kV for 4H-SiC. Further, titanium oxide becomes a high resistance layer and functions as a guard ring.
【００１５】上記発明において好ましくは、上記ガード
リングは、上記ドリフト層上に成長させた半絶縁炭化珪
素半導体層を含む。この構成を採用することにより、ガ
ードリングを成長によって得ることができ、この場合、
注入による損傷およびアニールによる表面の劣化がない
ため、良好なショットキー障壁ダイオードを実現でき
る。In the above invention, preferably, the guard ring includes a semi-insulating silicon carbide semiconductor layer grown on the drift layer. By adopting this configuration, the guard ring can be obtained by growth, and in this case,
Since there is no damage due to implantation and no deterioration of the surface due to annealing, a good Schottky barrier diode can be realized.
【００１６】上記発明において好ましくは、上記ガード
リングと、上記ドリフト層とは、互いに異なる導電形を
有し、上記ガードリングは、上記ドリフト層との界面に
ｐｎ接合面を形成する。この構成を採用することによ
り、ショットキー障壁電極はガードリングによって持ち
上げられた形状であってガードリング形成にイオン注入
が不要でありながら、ガードリングとドリフト層との間
にはｐｎ接合が形成されていることから、イオン注入で
形成したガードリングの場合に比べ、逆リーク電流が低
減できるという効果がある。In the above invention, preferably, the guard ring and the drift layer have different conductivity types, and the guard ring forms a pn junction surface at an interface with the drift layer. By employing this configuration, the Schottky barrier electrode has a shape lifted by the guard ring, and ion implantation is not required for forming the guard ring, but a pn junction is formed between the guard ring and the drift layer. Therefore, there is an effect that the reverse leak current can be reduced as compared with the case of the guard ring formed by ion implantation.
【００１７】上記発明において好ましくは、上記ドリフ
ト層は、凹状の斜面を有し、上記ガードリングは、上記
斜面を覆うように形成されている。この構成を採用する
ことにより、ｐｎ接合面が凸形状になる部分での曲率半
径を大きくすることができるため、ｐｎ接合面における
電界集中が低減される。このように、電界集中を緩和で
き、ショットキー障壁ダイオードの逆方向耐圧を向上さ
せることができる。Preferably, in the above invention, the drift layer has a concave slope, and the guard ring is formed so as to cover the slope. By adopting this configuration, the radius of curvature at the portion where the pn junction surface becomes convex can be increased, so that the electric field concentration on the pn junction surface is reduced. Thus, the electric field concentration can be reduced, and the reverse breakdown voltage of the Schottky barrier diode can be improved.
【００１８】上記目的を達成するため、本発明に基づく
炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体材料
からなる基板の上面に、炭化珪素半導体材料からなるド
リフト層を形成するドリフト層形成工程と、上記ドリフ
ト層と接する界面をショットキー障壁として機能させる
ためのショットキー障壁電極の材料からなる電極材料膜
を上記ドリフト層に接して上記ドリフト層の上面を覆う
ように形成する電極材料膜形成工程と、上記電極材料膜
から所望の部分を残して他を除去するエッチング工程
と、上記電極材料膜の一部を酸化させて酸化金属層から
なるガードリングを形成する酸化工程とを含み、上記エ
ッチング工程と、上記酸化工程とは、並行して行なわれ
る。この方法を採用することにより、エッチングによっ
てショットキー障壁電極を形成すると同時にガードリン
グも得ることができ、工程数を減らすことができる。In order to achieve the above object, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention comprises a drift layer forming step of forming a drift layer made of a silicon carbide semiconductor material on an upper surface of a substrate made of a silicon carbide semiconductor material. An electrode material film forming step of forming an electrode material film made of a material of a Schottky barrier electrode for causing an interface in contact with the drift layer to function as a Schottky barrier so as to contact the drift layer and cover an upper surface of the drift layer; And an etching step of removing a remaining part of the electrode material film while leaving a desired portion; and an oxidation step of oxidizing a part of the electrode material film to form a guard ring made of a metal oxide layer, The step and the oxidation step are performed in parallel. By employing this method, a guard ring can be obtained at the same time as the formation of the Schottky barrier electrode by etching, and the number of steps can be reduced.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】（実施の形態１） （構成）図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１
における炭化珪素半導体装置について説明する。図１
は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障
壁ダイオードの断面図である。ｎ型のＳｉＣ基板１の上
面に、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つＳｉＣのド
リフト層２がエピタキシャル成長で形成されている。ド
リフト層２の上面の一部の領域を直接覆うように、ショ
ットキー障壁電極４が形成されている。ドリフト層２の
上面のショットキー障壁電極４に直接覆われた領域を取
り囲むように、ドリフト層２の上側に高抵抗ガードリン
グ１８が形成されている。ショットキー障壁電極４は、
たとえばチタンからなる。ただし、高抵抗ガードリング
１８の「高抵抗」とは、ドリフト層２の順方向電圧印加
時の抵抗値より高く、ドリフト層２の逆方向電圧印加時
の抵抗値より低い抵抗値を有することを意味するものと
する。ここでは、高抵抗ガードリング１８は、たとえば
酸化チタンからなる。ショットキー障壁電極４の外周縁
部領域においては、ショットキー障壁電極４は高抵抗ガ
ードリング１８の上側に延在している。ショットキー障
壁電極４の端５は、高抵抗ガードリング１８の上側に位
置する。結果的に、図１に示すように、ショットキー障
壁電極４の外周縁部領域においては、ショットキー障壁
電極４の端５を含む部分が高抵抗ガードリング１８によ
って持ち上げられた形状となっている。すなわち、ドリ
フト層２とショットキー障壁電極４との間に、高抵抗ガ
ードリング１８が介在する形となっている。一方、Ｓｉ
Ｃ基板１の裏側には、ｎ側電極として裏面電極６が形成
されている。(Embodiment 1) (Configuration) Embodiment 1 based on the present invention with reference to FIG.
Will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as an example of a silicon carbide semiconductor device. On an upper surface of an n-type SiC substrate 1, an n-type conductive SiC drift layer 2 having a low impurity concentration is formed by epitaxial growth. The Schottky barrier electrode 4 is formed so as to directly cover a part of the upper surface of the drift layer 2. A high resistance guard ring 18 is formed above the drift layer 2 so as to surround a region of the upper surface of the drift layer 2 directly covered by the Schottky barrier electrode 4. The Schottky barrier electrode 4 is
For example, it is made of titanium. Here, “high resistance” of the high resistance guard ring 18 means that the drift layer 2 has a resistance higher than the resistance when the forward voltage is applied and lower than the resistance of the drift layer 2 when the reverse voltage is applied. Shall mean. Here, high resistance guard ring 18 is made of, for example, titanium oxide. In the outer peripheral region of Schottky barrier electrode 4, Schottky barrier electrode 4 extends above high resistance guard ring 18. The end 5 of the Schottky barrier electrode 4 is located above the high resistance guard ring 18. As a result, as shown in FIG. 1, in the outer peripheral region of the Schottky barrier electrode 4, the portion including the end 5 of the Schottky barrier electrode 4 has a shape raised by the high resistance guard ring 18. . That is, the high resistance guard ring 18 is interposed between the drift layer 2 and the Schottky barrier electrode 4. On the other hand, Si
On the back side of the C substrate 1, a back surface electrode 6 is formed as an n-side electrode.
【００２０】ショットキー障壁電極４に負電圧を印加し
た場合、ショットキー障壁電極４の下面に形成される電
位障壁により、電子が遮断されることにより、ドリフト
層２に形成される空乏層に負電圧が印加され、ダイオー
ドとしての整流特性を示す。When a negative voltage is applied to the Schottky barrier electrode 4, electrons are cut off by a potential barrier formed on the lower surface of the Schottky barrier electrode 4, so that a negative voltage is applied to the depletion layer formed in the drift layer 2. When a voltage is applied, the diode exhibits rectification characteristics as a diode.
【００２１】（製造方法）本実施の形態に示したショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製でき
る。ＳｉＣ基板１上に、ＣＶＤ結晶成長法により、不純
物濃度の低いｎ型の導電性を持つドリフト層２をたとえ
ば厚み１０μｍだけエピタキシャル成長させる。裏面電
極６として、ＳｉＣ基板１の裏面にニッケルをスパッタ
成膜法により厚み０．５μｍだけ形成したあと、オーミ
ック電極化するため、たとえば真空中９５０℃で１分間
アニールする。(Manufacturing Method) The Schottky barrier diode described in the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. On the SiC substrate 1, an n-type conductive drift layer 2 having a low impurity concentration is epitaxially grown to a thickness of, for example, 10 μm by a CVD crystal growth method. As the back electrode 6, nickel is formed on the back surface of the SiC substrate 1 by a thickness of 0.5 μm by a sputtering film forming method, and then annealed at 950 ° C. for 1 minute in a vacuum, for example, in order to form an ohmic electrode.
【００２２】ドリフト層２の表面に高抵抗ガードリング
１８を形成するための材料の層として、酸化チタンを、
スパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成する。通
常のパターニング法と、エッチング法により、高抵抗ガ
ードリング１８を、上方から見て環状の形状になるよう
に形成する。ショットキー障壁電極４の材料となる電極
材料膜として、チタンをスパッタ成膜法により厚み０．
５μｍだけ形成した後、通常のパターニング法と、エッ
チング法によりショットキー障壁電極４を形成する。As a material layer for forming the high resistance guard ring 18 on the surface of the drift layer 2, titanium oxide is used.
A film having a thickness of 0.5 μm is formed by a sputtering film forming method. The high-resistance guard ring 18 is formed to have an annular shape when viewed from above by a normal patterning method and an etching method. As an electrode material film to be a material of the Schottky barrier electrode 4, titanium is formed to a thickness of 0.
After the formation of only 5 μm, the Schottky barrier electrode 4 is formed by a normal patterning method and an etching method.
【００２３】（作用・効果）本実施の形態における炭化
珪素半導体装置では、ショットキー障壁電極４への負電
圧印加時には、ショットキー障壁電極の端５の下には、
高抵抗ガードリング１８が形成されているため、電位が
高抵抗ガードリング１８の抵抗により分割される。この
ため、ショットキー障壁電極４の端５での電界集中は緩
和され、耐圧性が向上する。(Operation / Effect) In the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, when a negative voltage is applied to Schottky barrier electrode 4,
Since the high resistance guard ring 18 is formed, the potential is divided by the resistance of the high resistance guard ring 18. Therefore, the electric field concentration at the end 5 of the Schottky barrier electrode 4 is reduced, and the withstand voltage is improved.
【００２４】なお、ここでは、高抵抗ガードリング１８
の材質として、酸化チタンを用いた例を挙げたが、上述
の高抵抗の定義を満たす材質であれば、他の材質であっ
てもよい。Here, the high-resistance guard ring 18 is used.
Although an example using titanium oxide has been described as a material of the above, other materials may be used as long as the material satisfies the above definition of high resistance.
【００２５】（実施の形態２） （構成）図２を参照して、本発明に基づく実施の形態２
における炭化珪素半導体装置について説明する。図２
は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障
壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト
層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴
については、実施の形態１と同様である。高抵抗ガード
リング１８の材質も実施の形態１と同様である。ただ
し、本実施の形態では、高抵抗ガードリング１８は、シ
ョットキー障壁電極４の外側から内側に向かうにつれて
膜厚が薄くなっている。ダイオードの整流機能およびガ
ードリングの機能については、実施の形態１と同様であ
る。(Embodiment 2) (Configuration) Embodiment 2 based on the present invention with reference to FIG.
Will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as an example of a silicon carbide semiconductor device. The features of SiC substrate 1, drift layer 2, Schottky barrier electrode 4, and back surface electrode 6 are the same as those in the first embodiment. The material of the high resistance guard ring 18 is the same as that of the first embodiment. However, in the present embodiment, the thickness of the high-resistance guard ring 18 decreases from the outside to the inside of the Schottky barrier electrode 4. The rectifying function of the diode and the function of the guard ring are the same as in the first embodiment.
【００２６】（製造方法）本実施の形態におけるショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製でき
る。裏面電極６の形成およびアニールまでの工程は、実
施の形態１で既に説明したものと同様である。(Manufacturing Method) The Schottky barrier diode in the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. The steps up to the formation and annealing of the back electrode 6 are the same as those already described in the first embodiment.
【００２７】次に、ドリフト層２の表面にガードリング
領域１８のための材料の層として、酸化チタンを、スパ
ッタ成膜法により０．５μｍ形成する。通常のパターニ
ング法と、エッチング法により、高抵抗ガードリング１
８を、上方から見て環状の形状になるように形成する。
この高抵抗ガードリング１８の形成の際には、エッチン
グ膜の後退を利用した緩斜面形成プロセスにより、ショ
ットキー障壁電極４の外周縁部領域において、図２に示
すように、外側から内側に向かうにつれて膜厚が薄くな
るように形成する。Next, as a layer of a material for the guard ring region 18, titanium oxide is formed to a thickness of 0.5 μm on the surface of the drift layer 2 by a sputtering film forming method. A high-resistance guard ring 1 is formed by an ordinary patterning method and an etching method.
8 is formed to have an annular shape when viewed from above.
When forming the high-resistance guard ring 18, as shown in FIG. 2, in the outer peripheral region of the Schottky barrier electrode 4, a gentle slope forming process utilizing recession of the etching film is performed. Is formed so that the film thickness becomes thinner.
【００２８】この緩斜面形成プロセスについて、図３
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。まず、図３（ａ）
に示すように、高抵抗ガードリング１８となるべき材料
膜３８の上において、レジストマスク３１を、斜面を有
する形状に形成する。このような形状の実現は、レジス
トマスク３１の露光、現像条件を操作することにより可
能である。ドライエッチングでは、レジストマスク３１
もある割合の速度で膜厚が減少するため、レジストマス
ク３１の端の薄い部分からレジストマスク３１はなくな
り、下に隠れていた材料膜３８が徐々に露出してくる。
ドライエッチングの進行していく様子を図３（ｂ），
（ｃ）に示す。最終的には、図３（ｄ）に示すように、
レジストマスク３１を完全に除去した後に、材料膜３８
の一部が斜面を有する形で残る。これが高抵抗ガードリ
ング１８となる。This gentle slope forming process is illustrated in FIG.
This will be described with reference to (a) to (d). First, FIG.
As shown in (1), a resist mask 31 is formed in a shape having a slope on a material film 38 to be the high resistance guard ring 18. Such a shape can be realized by manipulating the exposure and development conditions of the resist mask 31. In dry etching, the resist mask 31 is used.
Since the film thickness decreases at a certain rate, the resist mask 31 disappears from the thin portion at the end of the resist mask 31, and the material film 38 hidden underneath is gradually exposed.
The progress of the dry etching is shown in FIG.
It is shown in (c). Finally, as shown in FIG.
After the resist mask 31 is completely removed, the material film 38 is removed.
Are left with a slope. This becomes the high resistance guard ring 18.
【００２９】このようにして高抵抗ガードリング１８を
形成した後は、ショットキー障壁電極４を形成する。シ
ョットキー障壁電極４を形成するための工程は実施の形
態１におけるものと同様である。こうして、図２に示す
構造を得る。After the formation of the high-resistance guard ring 18 in this manner, the Schottky barrier electrode 4 is formed. The steps for forming Schottky barrier electrode 4 are the same as those in the first embodiment. Thus, the structure shown in FIG. 2 is obtained.
【００３０】（作用・効果）本実施の形態における炭化
珪素半導体装置では、ショットキー障壁電極４が直接ド
リフト層２に接する領域とガードリングが介在する領域
との境界において、構造が不連続に変化することがな
く、徐々にガードリングの厚みが増す構造となってい
る。したがって、この境界における電界集中が生じな
い。このため、逆方向耐圧が低下するという問題が生じ
ない。その結果、炭化珪素半導体の材料物性が限定する
理想的な逆方向耐圧を持つショットキー障壁ダイオード
を含む炭化珪素半導体装置を実現できる。(Function / Effect) In the silicon carbide semiconductor device in the present embodiment, the structure changes discontinuously at the boundary between the region where Schottky barrier electrode 4 directly contacts drift layer 2 and the region where guard ring intervenes. The structure is such that the thickness of the guard ring gradually increases without the need to do so. Therefore, no electric field concentration occurs at this boundary. Therefore, there is no problem that the reverse breakdown voltage is reduced. As a result, a silicon carbide semiconductor device including a Schottky barrier diode having an ideal reverse breakdown voltage, in which the material properties of the silicon carbide semiconductor are limited, can be realized.
【００３１】なお、本実施の形態における製造方法の説
明では、ガードリングの緩斜面形成プロセスとして、エ
ッチングマスクの後退を利用した例をしめしたが、緩斜
面を形成できる方法であれば、等方性エッチングによる
マスク下へのアンダーカットを利用した方法など、他の
方法を利用してもよい。In the description of the manufacturing method according to the present embodiment, an example is described in which the recess of the etching mask is used as the process for forming the gentle slope of the guard ring. Other methods may be used, such as a method using an undercut under a mask by the reactive etching.
【００３２】（実施の形態３） （構成）図４を参照して、本発明に基づく実施の形態３
における炭化珪素半導体装置について説明する。図４
は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障
壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト
層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴
については、実施の形態１と同様である。高抵抗ガード
リング１８の材質も実施の形態１と同様である。ただ
し、本実施の形態では、高抵抗ガードリング１８は、チ
タンからなるショットキー障壁電極４の外周部分の部分
的な酸化により形成された酸化金属層から構成される。
ダイオードの整流機能およびガードリングの機能につい
ては、実施の形態１および２と同様である。(Embodiment 3) (Configuration) Embodiment 3 based on the present invention with reference to FIG.
Will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as an example of a silicon carbide semiconductor device. The features of SiC substrate 1, drift layer 2, Schottky barrier electrode 4, and back surface electrode 6 are the same as those in the first embodiment. The material of the high resistance guard ring 18 is the same as that of the first embodiment. However, in the present embodiment, high-resistance guard ring 18 is formed of a metal oxide layer formed by partial oxidation of the outer peripheral portion of Schottky barrier electrode 4 made of titanium.
The rectifying function of the diode and the function of the guard ring are the same as in the first and second embodiments.
【００３３】（製造方法）本実施の形態におけるショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製でき
る。裏面電極６の形成およびアニールまでの工程は、実
施の形態１で既に説明したものと同様である。(Manufacturing Method) The Schottky barrier diode in the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. The steps up to the formation and annealing of the back electrode 6 are the same as those already described in the first embodiment.
【００３４】次に、ドリフト層２の表面にショットキー
障壁電極４の材料となる電極材料層として、チタンを、
スパッタ成膜法により厚み０．５μｍだけ形成する。次
に、通常のパタニング法により、ショットキー障壁電極
４のためのエッチングマスクを形成する。次にたとえ
ば、希釈フッ酸によるエッチングにより、ショットキー
障壁電極４を形成する。このとき同時に、ショットキー
障壁電極４の周辺の部分の一部を酸化することにより、
酸化チタンからなる高抵抗ガードリング１８を、上方か
ら見て環状の形状となるように形成する。この場合、酸
化の反応は、ＳｉＣとチタンとの界面で速く進む傾向が
あるため、図４に示すように、高抵抗ガードリング１８
の膜厚がショットキー障壁電極４の外側から内側に向か
うにつれて薄くなる形状を得ることもできる。Next, titanium is formed on the surface of the drift layer 2 as an electrode material layer serving as a material of the Schottky barrier electrode 4.
A film having a thickness of 0.5 μm is formed by a sputtering film forming method. Next, an etching mask for the Schottky barrier electrode 4 is formed by a normal patterning method. Next, for example, the Schottky barrier electrode 4 is formed by etching with diluted hydrofluoric acid. At this time, by oxidizing a part of the periphery of the Schottky barrier electrode 4 simultaneously,
The high resistance guard ring 18 made of titanium oxide is formed so as to have an annular shape when viewed from above. In this case, since the oxidation reaction tends to proceed rapidly at the interface between SiC and titanium, as shown in FIG.
Can be obtained such that the film thickness becomes smaller from the outside to the inside of the Schottky barrier electrode 4.
【００３５】（作用・効果）本実施の形態における炭化
珪素半導体装置では、高抵抗ガードリング１８が、ショ
ットキー障壁電極４の酸化により形成された酸化金属層
であるため、ショットキー障壁電極４と高抵抗ガードリ
ング１８との間に構造的に不連続な変化がなく電界集中
が生じない。また、高抵抗ガードリング１８が電極の酸
化で形成されるため、ショットキー障壁電極と高抵抗層
の界面における欠陥などの問題も低減される。また、ガ
ードリングを別工程を用いて成膜する必要がない。この
ように、逆方向耐圧に優れたショットキー障壁ダイオー
ドを含む炭化珪素半導体装置を、容易に実現できる。(Operation / Effect) In the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, since high resistance guard ring 18 is a metal oxide layer formed by oxidation of Schottky barrier electrode 4, There is no structural discontinuity between the high-resistance guard ring 18 and no electric field concentration occurs. Further, since the high resistance guard ring 18 is formed by oxidizing the electrode, problems such as defects at the interface between the Schottky barrier electrode and the high resistance layer are reduced. Further, it is not necessary to form the guard ring by using another process. Thus, a silicon carbide semiconductor device including a Schottky barrier diode having excellent reverse breakdown voltage can be easily realized.
【００３６】上記実施の形態１〜３では、ショットキー
障壁電極４として、チタンを用いる例を示したが、順方
向電圧と逆方向リーク電流の仕様に応じて、仕事関数の
異なる、金、ニッケル、白金、銅などをショットキー障
壁を形成する金属として用いることができる。また、上
記実施の形態では、高抵抗ガードリングとして、酸化チ
タンを用いる例を示したが、他の高抵抗を示す金属酸化
膜はもちろん他の窒化物など他の金属化合物や、他の高
抵抗性を示す材料を用いることもできる。In the first to third embodiments, an example in which titanium is used as the Schottky barrier electrode 4 has been described. However, depending on the specifications of the forward voltage and the reverse leakage current, gold, nickel, and the like having different work functions are used. , Platinum, copper, etc. can be used as the metal forming the Schottky barrier. Further, in the above-described embodiment, an example in which titanium oxide is used as the high-resistance guard ring has been described. However, other metal compounds such as other nitrides as well as other metal oxide films exhibiting other high resistance, and other high resistance A material having properties can also be used.
【００３７】上記実施の形態３では、ショットキー障壁
電極４の外周部分の一部を酸化するエッチング液とし
て、希釈フッ酸を用いる例をしめしたが、他のエッチン
グ液はもちろん、ドライエッチングによっても同様に製
造可能である。In the third embodiment, diluted hydrofluoric acid is used as an etching solution for oxidizing a part of the outer peripheral portion of the Schottky barrier electrode 4. However, other etching solutions and also dry etching can be used. It can be manufactured as well.
【００３８】（実施の形態４） （構成）図５を参照して、本発明に基づく実施の形態４
における炭化珪素半導体装置について説明する。図５
は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障
壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト
層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴
については、実施の形態１と同様である。このショット
キー障壁ダイオードは、ガードリングとして、これまで
の実施の形態のような高抵抗ガードリング１８の代わり
に、結晶成長により形成した半絶縁性ＳｉＣからなる半
絶縁性ガードリング２８を備える。半絶縁性ガードリン
グ２８の内側の端は、ショットキー障壁の端１５となっ
ている。(Fourth Embodiment) (Configuration) Referring to FIG. 5, a fourth embodiment of the present invention will be described.
Will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as an example of a silicon carbide semiconductor device. The features of SiC substrate 1, drift layer 2, Schottky barrier electrode 4, and back surface electrode 6 are the same as those in the first embodiment. This Schottky barrier diode includes, as a guard ring, a semi-insulating guard ring 28 made of semi-insulating SiC formed by crystal growth, instead of the high-resistance guard ring 18 as in the above embodiments. The inner end of the semi-insulating guard ring 28 is the end 15 of the Schottky barrier.
【００３９】この例では、半絶縁性ガードリング２８
は、ショットキー障壁電極４の外周縁部領域において、
図５に示すように、外側から内側に向かうにつれて膜厚
が薄くなるように形成しているが、図１、図４に示した
高抵抗ガードリング１８のような形状に形成してもよ
い。In this example, the semi-insulating guard ring 28
In the outer peripheral region of the Schottky barrier electrode 4
As shown in FIG. 5, the film is formed so that the film thickness becomes smaller from the outside to the inside, but it may be formed in a shape like the high resistance guard ring 18 shown in FIGS.
【００４０】ダイオードの整流機能およびガードリング
の機能については、実施の形態１と同様である。The rectifying function of the diode and the function of the guard ring are the same as in the first embodiment.
【００４１】（製造方法）本実施の形態に示したショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製でき
る。ＳｉＣ基板１に、ＣＶＤ結晶成長法により、不純物
濃度の低いｎ型の導電性を持つドリフト層２をたとえば
厚み１０μｍだけエピタキシャル成長させる。(Manufacturing Method) The Schottky barrier diode described in the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. An n-type conductive drift layer 2 having a low impurity concentration is epitaxially grown to a thickness of, for example, 10 μm on the SiC substrate 1 by a CVD crystal growth method.
【００４２】次に同じく、不純物として、たとえば有機
バナジウムを成長室に導入し、半絶縁性導電性を持つＳ
ｉＣからなる半絶縁性ガードリング２８の材料となる層
を成長する。次に、実施の形態１における方法と同様の
方法で裏面電極６を形成する。Next, similarly, as an impurity, for example, organic vanadium is introduced into the growth chamber, and S
A layer to be a material of the semi-insulating guard ring 28 made of iC is grown. Next, the back electrode 6 is formed in the same manner as in the first embodiment.
【００４３】次に、上面において、通常のパターニング
法と、エッチング法により、上方から見て環状の形状に
なるように、半絶縁性ガードリング２８を形成する。こ
の形成の際、実施の形態２で説明したように、エッチン
グマスクの後退を利用したドライエッチングによる緩斜
面形成プロセスを用いれば、ショットキー障壁電極４の
外周部分において、図５に示すように、半絶縁性ガード
リング２８の膜厚が外側から内側に向かうにつれて薄く
なる形状を形成することもできる。この後のショットキ
ー障壁電極４の形成工程は、実施の形態１と同様であ
る。Next, a semi-insulating guard ring 28 is formed on the upper surface by a normal patterning method and an etching method so as to have an annular shape when viewed from above. In this formation, as described in the second embodiment, if a gentle slope forming process by dry etching utilizing the recess of the etching mask is used, as shown in FIG. It is also possible to form a shape in which the film thickness of the semi-insulating guard ring 28 decreases from the outside to the inside. Subsequent steps of forming Schottky barrier electrode 4 are the same as in the first embodiment.
【００４４】（作用・効果）本実施の形態では、高抵抗
なＳｉＣ層を得るための工程として、高価な装置を必要
とし、結晶に欠陥損傷を与えるイオン注入工程に代え
て、結晶成長の工程を用いている。ドリフト層の作製に
用いる結晶成長装置を併用することにより、安価に成長
層による半絶縁性炭化硅素半導体層を得ることができ
る。成長層による半絶縁炭化硅素半導体層は、注入によ
る損傷およびアニールによる表面の劣化がないため、良
好なショットキー障壁ダイオードを実現できる。またド
リフト層とガードリングとが同一の材料であり、境界で
の不連続がないことから、電界集中や、リーク電流の増
加がないという効果がある。(Operation / Effect) In the present embodiment, an expensive apparatus is required as a process for obtaining a high-resistance SiC layer, and a crystal growth process is performed instead of the ion implantation process that causes defect damage to the crystal. Is used. By using together a crystal growth apparatus used for manufacturing the drift layer, a semi-insulating silicon carbide semiconductor layer can be obtained at a low cost. Since the semi-insulating silicon carbide semiconductor layer formed by the growth layer does not suffer damage due to implantation and surface deterioration due to annealing, a good Schottky barrier diode can be realized. In addition, since the drift layer and the guard ring are made of the same material and there is no discontinuity at the boundary, there is an effect that there is no electric field concentration and no increase in leak current.
【００４５】また、本実施の形態で例示したように、半
絶縁性ガードリング２８の膜厚が外側から内側に向かう
につれて薄くなる形状にした場合は、ショットキー障壁
の端１５となるショットキー障壁電極４と半絶縁性ガー
ドリング２８の境界において構造的に不連続がなく、こ
の点における電界集中が生じない。このため、逆方向耐
圧が低下するという問題が生じない。したがって、炭化
珪素半導体の材料物性が限定する理想的な逆方向耐圧を
持つショットキー障壁ダイオードを含む炭化珪素半導体
装置を実現できる。Further, as exemplified in the present embodiment, when the semi-insulating guard ring 28 is formed such that the film thickness becomes thinner from the outside to the inside, the Schottky barrier which becomes the end 15 of the Schottky barrier is formed. There is no structural discontinuity at the boundary between the electrode 4 and the semi-insulating guard ring 28, and no electric field concentration occurs at this point. Therefore, there is no problem that the reverse breakdown voltage is reduced. Therefore, a silicon carbide semiconductor device including a Schottky barrier diode having an ideal reverse breakdown voltage, in which the material properties of the silicon carbide semiconductor are limited, can be realized.
【００４６】（実施の形態５） （構成）図６を参照して、本発明に基づく実施の形態５
における炭化珪素半導体装置について説明する。図６
は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障
壁ダイオードの断面図である。ＳｉＣ基板１、ドリフト
層２、ショットキー障壁電極４および裏面電極６の特徴
については、実施の形態１と同様である。このショット
キー障壁ダイオードは、ガードリングとして、これまで
の実施の形態のような高抵抗ガードリング１８や半絶縁
性ガードリング２８の代わりに、結晶成長より形成した
ｐ型導電性ガードリング２３を備える。ｐ型導電性ガー
ドリング２３の内側の端は、ショットキー障壁の端１５
となっている。(Fifth Embodiment) (Structure) Referring to FIG. 6, a fifth embodiment according to the present invention will be described.
Will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as an example of a silicon carbide semiconductor device. The features of SiC substrate 1, drift layer 2, Schottky barrier electrode 4, and back surface electrode 6 are the same as those in the first embodiment. This Schottky barrier diode includes, as a guard ring, a p-type conductive guard ring 23 formed by crystal growth, instead of the high resistance guard ring 18 and the semi-insulating guard ring 28 as in the above embodiments. . The inner end of the p-type conductive guard ring 23 is connected to the end 15 of the Schottky barrier.
It has become.
【００４７】この例では、ｐ型導電性ガードリング２３
は、ショットキー障壁電極４の外周縁部領域において、
図６に示すように、外側から内側に向かうにつれて膜厚
が薄くなるように形成しているが、図１、図４に示した
高抵抗ガードリング１８のような形状に形成してもよ
い。In this example, the p-type conductive guard ring 23
In the outer peripheral region of the Schottky barrier electrode 4
As shown in FIG. 6, the film is formed so that the film thickness becomes smaller from the outside to the inside, but it may be formed in a shape like the high resistance guard ring 18 shown in FIGS.
【００４８】ダイオードの整流機能およびガードリング
の機能については、実施の形態１と同様である。The rectifying function of the diode and the function of the guard ring are the same as in the first embodiment.
【００４９】（製造方法）本実施の形態に示したショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製でき
る。ドリフト層２をエピタキシャル成長させる工程まで
は、実施の形態４で説明したものと同様である。(Manufacturing Method) The Schottky barrier diode described in the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. The steps up to the step of epitaxially growing the drift layer 2 are the same as those described in the fourth embodiment.
【００５０】次に同じく、不純物として、たとえば有機
アルミニウムを成長室に導入し、ｐ型の導電性を持つｐ
型導電性ガードリング２３の材料となる層を成長する。
次に、実施の形態１における方法と同様の方法で裏面電
極６を形成する。Next, similarly, for example, organic aluminum is introduced into the growth chamber as an impurity, and p-type conductive p-type
A layer to be a material of the mold conductive guard ring 23 is grown.
Next, the back electrode 6 is formed in the same manner as in the first embodiment.
【００５１】次に、上面において、通常のパターニング
法と、エッチング法により、上方から見て環状の形状に
なるように、ｐ型導電性ガードリング２３を形成する。
この時、実施の形態４と同様に、ショットキー障壁電極
４の外周部分において、図６に示すように、ｐ型導電性
ガードリング２３の膜厚が外側から内側に向かうにつれ
て薄くなる形状を形成することもできる。この後のショ
ットキー障壁電極４の形成工程は、実施の形態１と同様
である。Next, on the upper surface, a p-type conductive guard ring 23 is formed by an ordinary patterning method and an etching method so as to have an annular shape when viewed from above.
At this time, similarly to the fourth embodiment, at the outer peripheral portion of Schottky barrier electrode 4, as shown in FIG. You can also. Subsequent steps of forming Schottky barrier electrode 4 are the same as in the first embodiment.
【００５２】（作用・効果）本実施例では、ガードリン
グとして、成長によるＳｉＣ層を用いているので、実施
の形態４と同様な効果を有するのに加え、ｐｎ接合が結
晶成長により形成されていることから、イオン注入で形
成したガードリングの場合に比べ、逆リーク電流が低減
できるという効果がある。(Function / Effect) In this embodiment, since the grown SiC layer is used as the guard ring, the same effect as that of the fourth embodiment is obtained, and the pn junction is formed by crystal growth. Therefore, there is an effect that the reverse leak current can be reduced as compared with the case of a guard ring formed by ion implantation.
【００５３】（実施の形態６） （構成）図７を参照して、本発明に基づく実施の形態６
における炭化珪素半導体装置について説明する。図７
は、炭化珪素半導体装置の一例としてのショットキー障
壁ダイオードの断面図である。ｎ型のＳｉＣ基板１の上
面に、不純物濃度の低いｎ型の導電性を持つＳｉＣのド
リフト層２がエピタキシャル成長で形成されている。ド
リフト層２の上面には凹状のなだらかな斜面１９が設け
られており、ガードリングは、この斜面１９を覆うよう
に形成されている。このガードリングは、結晶成長によ
り形成されたｐ型導電性ガードリング２３である。ｐｎ
接合面２７は、斜面１９上に形成される。ショットキー
障壁電極４は、ショットキー障壁の端１５よりも外側で
はドリフト層２から離れてｐ型導電性ガードリング２３
の上に乗り上がるようにして延在している。ショットキ
ー障壁電極４の端５は、ｐ型導電性ガードリング２３の
上側に位置している。(Sixth Embodiment) (Configuration) Referring to FIG. 7, a sixth embodiment of the present invention will be described.
Will be described. FIG.
1 is a cross-sectional view of a Schottky barrier diode as an example of a silicon carbide semiconductor device. On an upper surface of an n-type SiC substrate 1, an n-type conductive SiC drift layer 2 having a low impurity concentration is formed by epitaxial growth. A concave gentle slope 19 is provided on the upper surface of the drift layer 2, and a guard ring is formed so as to cover the slope 19. This guard ring is a p-type conductive guard ring 23 formed by crystal growth. pn
The joining surface 27 is formed on the slope 19. The Schottky barrier electrode 4 is separated from the drift layer 2 outside the end 15 of the Schottky barrier and separated from the drift layer 2 by a p-type conductive guard ring 23.
It extends so as to ride on. End 5 of Schottky barrier electrode 4 is located above p-type conductive guard ring 23.
【００５４】ダイオードの整流機能およびガードリング
の機能については、実施の形態５と同様である。The rectifying function of the diode and the function of the guard ring are the same as in the fifth embodiment.
【００５５】（製造方法）本実施の形態に示したショッ
トキー障壁ダイオードは、たとえば次のように作製でき
る。ドリフト層２をエピタキシャル成長させる工程まで
は、実施の形態４で説明したものと同様である。(Manufacturing Method) The Schottky barrier diode described in the present embodiment can be manufactured, for example, as follows. The steps up to the step of epitaxially growing the drift layer 2 are the same as those described in the fourth embodiment.
【００５６】図８（ａ）〜（ｄ）を参照して、ｐ型導電
性ガードリング２３の形成のための工程を説明する。ま
ず、通常のパターニング法と、エッチング法により、図
８（ａ）に示すように、ＳｉＣのドリフト層２にショッ
トキー障壁電極４の形状に対応する形状の凹部を形成す
る。ただし、この凹部形成に当たっては、実施の形態２
で説明したように、エッチングマスクの後退を利用した
ドライエッチングによる緩斜面形成プロセスを用いるこ
とにより、凹部の内面がなだらかな斜面１９となるよう
にする。この凹部の深さは、たとえば０．５５μｍとす
る。以下、凹部の深さが０．５５μｍである例を前提に
説明する。Referring to FIGS. 8A to 8D, steps for forming the p-type conductive guard ring 23 will be described. First, as shown in FIG. 8A, a recess having a shape corresponding to the shape of the Schottky barrier electrode 4 is formed in the SiC drift layer 2 by a normal patterning method and an etching method. However, in forming the concave portion, the second embodiment is used.
As described above, by using a gentle slope forming process by dry etching utilizing recession of the etching mask, the inner surface of the concave portion is made to have a gentle slope 19. The depth of this recess is, for example, 0.55 μm. The following description is based on the premise that the depth of the recess is 0.55 μm.
【００５７】次に、図８（ｂ）に示すように、このドリ
フト層２の凹部を含む全面に、実施の形態５と同様に、
ｐ型導電性ガードリング２３の材料となる材料膜３３を
厚み０．５μｍだけ成長する。これは、ドリフト層２を
成長させた続きの再成長として行なうことができる。次
に、図８（ｃ）に示すようにレジストマスク３２を形成
する。図８（ｄ）に示すように、レジストマスク３２を
利用して、再度、通常のパターニング法と、エッチング
法により、深さ０．６μｍだけ掘り下げるようにＳｉＣ
層のエッチングを行い、上方から見て環状の形状になる
ように、ｐ型導電性ガードリング２３を形成する。この
ときもエッチングマスクの後退を利用したドライエッチ
ングによる緩斜面形成プロセスを用いる。残ったレジス
トマスク３２を除去する。次に実施の形態１におけるも
のと同様の方法で、裏面電極６とショットキー障壁電極
４の形成を行う。こうして、図７に示す構造を得る。Next, as shown in FIG. 8B, on the entire surface of the drift layer 2 including the concave portion, as in the fifth embodiment,
A material film 33 serving as a material for the p-type conductive guard ring 23 is grown to a thickness of 0.5 μm. This can be performed as a subsequent regrowth after growing the drift layer 2. Next, a resist mask 32 is formed as shown in FIG. As shown in FIG. 8D, using the resist mask 32, the SiC is again etched down to a depth of 0.6 μm by a normal patterning method and an etching method.
The layer is etched to form a p-type conductive guard ring 23 so as to have an annular shape when viewed from above. Also at this time, a gentle slope forming process by dry etching utilizing the recess of the etching mask is used. The remaining resist mask 32 is removed. Next, the back electrode 6 and the Schottky barrier electrode 4 are formed in the same manner as in the first embodiment. Thus, the structure shown in FIG. 7 is obtained.
【００５８】（作用・効果）本実施の形態では、実施の
形態５で説明した効果に加え、ｐｎ接合面２７が凸形状
になる部分での曲率半径が大きくなるため、ｐｎ接合面
２７における電界集中が低減される。このように、電界
集中を緩和でき、ショットキー障壁ダイオードの逆方向
耐圧を向上させることができる。(Function / Effect) In the present embodiment, in addition to the effect described in the fifth embodiment, the radius of curvature at the portion where the pn junction surface 27 is convex becomes large, so that the electric field at the pn junction surface 27 is increased. Concentration is reduced. Thus, the electric field concentration can be reduced, and the reverse breakdown voltage of the Schottky barrier diode can be improved.
【００５９】上記実施の形態５および６では、ｐ型導電
性の結晶成長のための不純物としてアルミニウムを用い
る例を示したが、ボロンなど他のアクセプタになる不純
物を用いてもよい。また、上記実施の形態４では、半絶
縁性の結晶成長のための不純物としてバナジウムを用い
る例を示したが、他の深い準位を形成する不純物を用い
ることも当然できる。In the fifth and sixth embodiments, aluminum is used as an impurity for growing a p-type conductive crystal. However, an impurity such as boron which becomes another acceptor may be used. In the fourth embodiment, an example in which vanadium is used as an impurity for growing a semi-insulating crystal has been described. However, an impurity that forms another deep level can be used.
【００６０】上記各実施の形態では、ショットキー障壁
ダイオード単体から形成される炭化珪素半導体装置の例
を示したが、本発明は、ｐｎダイオードとショットキー
障壁ダイオードとを組み合わせた半導体装置や、スイッ
チ素子とショットキー障壁ダイオードを組み合わせた炭
化珪素半導体装置にも適用可能である。In each of the above embodiments, an example of a silicon carbide semiconductor device formed from a single Schottky barrier diode has been described. However, the present invention relates to a semiconductor device combining a pn diode and a Schottky barrier diode, a switch, and the like. The present invention is also applicable to a silicon carbide semiconductor device in which an element and a Schottky barrier diode are combined.
【００６１】なお、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の
範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって
示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。The above embodiment disclosed this time is illustrative in all aspects and is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
【００６２】[0062]
【発明の効果】本発明によれば、ショットキー障壁電極
への負電圧印加時には、ショットキー障壁電極の端の下
には、高抵抗ガードリングが形成されているため、電位
が高抵抗ガードリングの抵抗により分割されることによ
り、ショットキー障壁電極の端での電界集中は緩和さ
れ、耐圧性が向上する。しかも、ガードリングは、ドリ
フト層と同じ層の中に設けられるのではなく、ショット
キー障壁電極をガードリングによって持ち上げるように
構成されているため、ガードリングをドリフト層の上側
に積層して形成することができ、従来問題のあったイオ
ン注入などの方法をとる必要がなくなった。According to the present invention, when a negative voltage is applied to the Schottky barrier electrode, a high-resistance guard ring is formed below the end of the Schottky barrier electrode, so that the potential is high. , The concentration of the electric field at the end of the Schottky barrier electrode is reduced, and the breakdown voltage is improved. In addition, since the guard ring is not provided in the same layer as the drift layer, but is configured to lift the Schottky barrier electrode by the guard ring, the guard ring is formed by laminating the guard ring above the drift layer. This eliminates the need for a conventional method such as ion implantation.
【図１】 本発明に基づく実施の形態１における炭化珪
素半導体装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明に基づく実施の形態２における炭化珪
素半導体装置の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a silicon carbide semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明に基づく実施の形
態２における緩斜面形成プロセスの説明図である。3 (a) to 3 (d) are explanatory views of a gentle slope forming process in a second embodiment according to the present invention.
【図４】 本発明に基づく実施の形態３における炭化珪
素半導体装置の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a silicon carbide semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図５】 本発明に基づく実施の形態４における炭化珪
素半導体装置の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a silicon carbide semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】 本発明に基づく実施の形態５における炭化珪
素半導体装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a silicon carbide semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】 本発明に基づく実施の形態６における炭化珪
素半導体装置の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a silicon carbide semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図８】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明に基づく実施の形
態６におけるｐ型導電性ガードリング形成工程の説明図
である。FIGS. 8A to 8D are explanatory views of a step of forming a p-type conductive guard ring according to a sixth embodiment of the present invention.
【図９】 従来技術に基づく炭化珪素半導体装置の断面
図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a silicon carbide semiconductor device based on the prior art.
【図１０】 従来技術に基づく炭化珪素半導体装置の断
面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a silicon carbide semiconductor device based on the prior art.
１ ＳｉＣ基板、２ ドリフト層、３ ｐ型導電性ガー
ドリング領域、４ ショットキー障壁電極、５ （ショ
ットキー障壁電極の）端、６ 裏面電極、７，２７ ｐ
ｎ接合面、８ 高抵抗ガードリング領域、１５ （ショ
ットキー障壁の）端、１８ 高抵抗ガードリング、１９
斜面、２３ ｐ型導電性ガードリング、２８ 半絶縁
性ガードリング、３１，３２ レジストマスク、３３
（ｐ型導電性ガードリングの）材料膜、３８ （高抵抗
ガードリングの）材料膜。Reference Signs List 1 SiC substrate, 2 drift layer, 3 p-type conductive guard ring region, 4 Schottky barrier electrode, 5 (end of Schottky barrier electrode), 6 back electrode, 7, 27 p
n-junction plane, 8 high resistance guard ring region, 15 edge (of Schottky barrier), 18 high resistance guard ring, 19
Slope, 23 p-type conductive guard ring, 28 semi-insulating guard ring, 31, 32 resist mask, 33
Material film (for p-type conductive guard ring), 38 Material film (for high resistance guard ring).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樽井 陽一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 今泉 昌之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4M104 AA03 BB04 BB05 BB06 BB09 BB14 CC03 FF34 FF35 GG03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoichiro Tarui 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Imaizumi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 3 F term in Ryo Denki Co., Ltd. (reference) 4M104 AA03 BB04 BB05 BB06 BB09 BB14 CC03 FF34 FF35 GG03
Claims (9)
るドリフト層と、 前記ドリフト層に接して前記ドリフト層の上面の一部の
領域を覆うように配置され、前記ドリフト層と接する界
面をショットキー障壁として機能させるためのショット
キー障壁電極とを備え、 前記ショットキー障壁電極の外周縁部領域においては、
前記ドリフト層と前記ショットキー障壁電極との間に、
ガードリングを介在し、前記ショットキー障壁電極が前
記ガードリングによって持ち上げられた形状となってい
る、炭化珪素半導体装置。A substrate made of a silicon carbide semiconductor material; a drift layer made of a silicon carbide semiconductor material formed on an upper surface of the substrate; and a part of an upper surface of the drift layer in contact with the drift layer. And a Schottky barrier electrode for causing an interface in contact with the drift layer to function as a Schottky barrier.In the outer peripheral region of the Schottky barrier electrode,
Between the drift layer and the Schottky barrier electrode,
A silicon carbide semiconductor device having a shape in which a guard ring is interposed and the Schottky barrier electrode is lifted by the guard ring.
障壁電極の外側から内側に向かうにつれて膜厚の薄くな
る形状である、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。2. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein said guard ring has such a shape that the film thickness decreases from inside to outside of said Schottky barrier electrode.
は異なる材質であって、前記ドリフト層の順方向電圧印
加時の抵抗値より高く、前記ドリフト層の逆方向電圧印
加時の抵抗値より低い抵抗値を有する材質を含む、請求
項１または２に記載の炭化珪素半導体装置。3. The guard ring is made of a different material from the drift layer, and has a higher resistance than the drift layer when a forward voltage is applied and a lower resistance than the drift layer when a reverse voltage is applied. 3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, comprising a material having a resistance value.
障壁電極の外側端部を酸化して形成された酸化金属層で
ある、請求項３に記載の炭化珪素半導体装置。4. The silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein said guard ring is a metal oxide layer formed by oxidizing an outer end of said Schottky barrier electrode.
み、前記酸化金属層は、酸化チタンを含む、請求項４に
記載の炭化珪素半導体装置。5. The silicon carbide semiconductor device according to claim 4, wherein said Schottky barrier electrode contains titanium, and said metal oxide layer contains titanium oxide.
に成長させた半絶縁炭化珪素半導体層を含む、請求項１
または２に記載の炭化珪素半導体装置。6. The guard ring includes a semi-insulating silicon carbide semiconductor layer grown on the drift layer.
Or the silicon carbide semiconductor device according to 2.
は、互いに異なる導電形を有し、前記ガードリングは、
前記ドリフト層との界面にｐｎ接合面を形成する、請求
項１または２に記載の炭化珪素半導体装置。7. The guard ring and the drift layer have different conductivity types from each other.
3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a pn junction surface is formed at an interface with said drift layer.
前記ガードリングは、前記斜面を覆うように形成されて
いる、請求項６または７に記載の炭化珪素半導体装置。8. The drift layer has a concave slope.
8. The silicon carbide semiconductor device according to claim 6, wherein said guard ring is formed so as to cover said slope.
に、炭化珪素半導体材料からなるドリフト層を形成する
ドリフト層形成工程と、 前記ドリフト層と接する界面をショットキー障壁として
機能させるためのショットキー障壁電極の材料からなる
電極材料膜を前記ドリフト層に接して前記ドリフト層の
上面を覆うように形成する電極材料膜形成工程と、 前記電極材料膜から所望の部分を残して他を除去するエ
ッチング工程と、 前記電極材料膜の一部を酸化させて酸化金属層からなる
ガードリングを形成する酸化工程とを含み、 前記エッチング工程と、前記酸化工程とは、並行して行
なわれる、 炭化珪素半導体装置の製造方法。9. A drift layer forming step of forming a drift layer made of a silicon carbide semiconductor material on an upper surface of a substrate made of a silicon carbide semiconductor material; and a Schottky for making an interface in contact with the drift layer function as a Schottky barrier. An electrode material film forming step of forming an electrode material film made of a material of a barrier electrode in contact with the drift layer so as to cover an upper surface of the drift layer; and etching for removing a desired portion from the electrode material film while leaving a desired portion. A silicon carbide semiconductor comprising: a step of oxidizing a part of the electrode material film to form a guard ring made of a metal oxide layer; and performing the etching step and the oxidizing step in parallel. Device manufacturing method.
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