JP2003258271A - 炭化けい素ショットキーダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
炭化けい素ショットキーダイオードおよびその製造方法Info
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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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガードリングを有するＳｉＣショットキーダ
イオードにおいて、順サージ電流耐量を向上させるため
の電極構造と形成方法を与える． 【解決手段】 本発明によれば、ガードリング４を有す
るＳｉＣショットキーダイオードにおいて、ガードリン
グ４に電気的接続をとる第２の電極層６としてショット
キー電極層５とは別の材料を用いることによって、ガー
ドリング４に対するオーミック性を確保することによ
り、整流性能を劣化させることなく、順サージ電流に対
する耐量を向上させることができ、信頼性の高いＳｉＣ
ショットキーダイオードを得ることができる。
イオードにおいて、順サージ電流耐量を向上させるため
の電極構造と形成方法を与える． 【解決手段】 本発明によれば、ガードリング４を有す
るＳｉＣショットキーダイオードにおいて、ガードリン
グ４に電気的接続をとる第２の電極層６としてショット
キー電極層５とは別の材料を用いることによって、ガー
ドリング４に対するオーミック性を確保することによ
り、整流性能を劣化させることなく、順サージ電流に対
する耐量を向上させることができ、信頼性の高いＳｉＣ
ショットキーダイオードを得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、半導体材料として炭化
けい素（以下ＳｉＣと記す）を用いたＳｉＣショットキ
ーダイオードの構造およびその製造方法であって、特に
順方向サージ耐量を向上させることに関するものであ
る。
けい素（以下ＳｉＣと記す）を用いたＳｉＣショットキ
ーダイオードの構造およびその製造方法であって、特に
順方向サージ耐量を向上させることに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣは広いバンドギャップ、高い最大
電界強度を持つため、大電力、高耐圧の電力用デバイス
への応用が展開されている。ショットキーダイオードは
少数キャリアの注入がほとんど無いため高速スイッチン
グができる。また構造が簡単なため、製造が比較的容易
でＳｉＣデバイスの実用化の一番手となった。従来のＳ
ｉのショットキーダイオードでは、高耐圧化しようとす
ると、シリーズ抵抗分が急激に大きくなる結果、順電圧
が高くなり、実用的でなくなってくる。また、バンドギ
ャップが小さいため、特に、接合温度が上がると少数キ
ャリアの注入が多くなり、高速スイッチングができなく
なる。Ｓｉに対してＳｉＣは広いバンドギャップを持つ
ため高耐圧、高温動作においても少数キャリアの注入は
少なく、また、高い最大電界強度を持つため高耐圧の領
域においてもシリーズ抵抗分はそれほど大きくならな
い。
電界強度を持つため、大電力、高耐圧の電力用デバイス
への応用が展開されている。ショットキーダイオードは
少数キャリアの注入がほとんど無いため高速スイッチン
グができる。また構造が簡単なため、製造が比較的容易
でＳｉＣデバイスの実用化の一番手となった。従来のＳ
ｉのショットキーダイオードでは、高耐圧化しようとす
ると、シリーズ抵抗分が急激に大きくなる結果、順電圧
が高くなり、実用的でなくなってくる。また、バンドギ
ャップが小さいため、特に、接合温度が上がると少数キ
ャリアの注入が多くなり、高速スイッチングができなく
なる。Ｓｉに対してＳｉＣは広いバンドギャップを持つ
ため高耐圧、高温動作においても少数キャリアの注入は
少なく、また、高い最大電界強度を持つため高耐圧の領
域においてもシリーズ抵抗分はそれほど大きくならな
い。
【０００３】図１０は従来のＳｉＣショットキーダイオ
ードの構造の例を説明する図である。ＳｉＣショットキ
ーダイオードでは安定した耐圧と高信頼度を得るために
ショットキー電極層５周辺部にｎ型ＳｉＣエピタキシャ
ル層２とは逆の導電型のガードリング４を設けている。
ショットキー電極層５はｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２
とガードリング４の表面に形成されている。ショットキ
ー電極層５はｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の界面でシ
ョットキー接合を作り、ガードリング4とも電気的に接
続されている。ＳｉＣ基板はシリーズ抵抗を下げるため
にｎ＋型ＳｉＣ層１の表面に耐圧を確保するのに必要な
濃度と厚さを持つｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２が形成
され、ｎ＋型ＳｉＣ層１の裏面にはオーミック電極層８
を形成したときにオーミック電極特性が確保されるよう
にｎ型不純物をイオン注入したｎ＋＋型ＳｉＣ層７が形
成されている構成になっている。このｎ＋＋型ＳｉＣ層
７の表面にＮｉ等のオーミック電極層８が蒸着などの方
法により形成させている。
ードの構造の例を説明する図である。ＳｉＣショットキ
ーダイオードでは安定した耐圧と高信頼度を得るために
ショットキー電極層５周辺部にｎ型ＳｉＣエピタキシャ
ル層２とは逆の導電型のガードリング４を設けている。
ショットキー電極層５はｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２
とガードリング４の表面に形成されている。ショットキ
ー電極層５はｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の界面でシ
ョットキー接合を作り、ガードリング4とも電気的に接
続されている。ＳｉＣ基板はシリーズ抵抗を下げるため
にｎ＋型ＳｉＣ層１の表面に耐圧を確保するのに必要な
濃度と厚さを持つｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２が形成
され、ｎ＋型ＳｉＣ層１の裏面にはオーミック電極層８
を形成したときにオーミック電極特性が確保されるよう
にｎ型不純物をイオン注入したｎ＋＋型ＳｉＣ層７が形
成されている構成になっている。このｎ＋＋型ＳｉＣ層
７の表面にＮｉ等のオーミック電極層８が蒸着などの方
法により形成させている。
【０００４】ショットキー電極層５は、本発明のＳｉＣ
ショットキーダイオード使用される電源等の機器におけ
る性能を最大にするような障壁高さが選ばれ、さらに信
頼度確保の点から金属や金属間化合物あるいはシリサイ
ド等から選ばれる。Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｌ−Ｔ
ｉ合金などが用いられる例が多い。ＳｉＣの場合、不純
物の拡散係数が小さいため、ガードリング４の形成に
は、イオン注入による不純物導入法が広く用いられてい
る。しかしながらこのイオン注入法だけではガードリン
グ４のＳｉＣ表面にオーミック接触に必要な１×１０
１８個／cc望ましくは３×１０１９個／cc以上の高濃度
表面を露出させることは困難である。
ショットキーダイオード使用される電源等の機器におけ
る性能を最大にするような障壁高さが選ばれ、さらに信
頼度確保の点から金属や金属間化合物あるいはシリサイ
ド等から選ばれる。Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｌ−Ｔ
ｉ合金などが用いられる例が多い。ＳｉＣの場合、不純
物の拡散係数が小さいため、ガードリング４の形成に
は、イオン注入による不純物導入法が広く用いられてい
る。しかしながらこのイオン注入法だけではガードリン
グ４のＳｉＣ表面にオーミック接触に必要な１×１０
１８個／cc望ましくは３×１０１９個／cc以上の高濃度
表面を露出させることは困難である。
【０００５】一方、ショットキー接合を得るためのショ
ットキー電極層５はガードリング４の電極ともなってい
る。耐圧を確保するため両者は同電位になっている。し
かしながら、特にＴｉ、Ｎｉ、Ｍｏあるいはこれらの合
金などの場合、良好なショットキー接合が得られてもＰ
型のガードリング４に対しては十分なオーミック接触と
なっていない。
ットキー電極層５はガードリング４の電極ともなってい
る。耐圧を確保するため両者は同電位になっている。し
かしながら、特にＴｉ、Ｎｉ、Ｍｏあるいはこれらの合
金などの場合、良好なショットキー接合が得られてもＰ
型のガードリング４に対しては十分なオーミック接触と
なっていない。
【０００６】従来のＳｉＣショットキーダイオードの順
方向にサージ電流が入力されると素子が破壊しやすいと
いう現象を見出した。特にＴｉ、Ｎｉ、Ｍｏあるいはこ
れらの合金などのショットキー障壁高さが低い場合に顕
著である。このようなＳｉＣショットキーダイオードの
場合、実用領域の順電流をはるかに超える順サージ電流
の領域で、順方向に大電流がながれると突然少数キャリ
アの注入が始まり、急激に順電圧が下がる。負性抵抗特
性を示すため、素子構造のわずかな不均一により、Ｓｉ
Ｃショットキーダイオードのごく一部に大電流が集中す
るため順サージ電流に弱いという現象が生じると考えら
れる。ＳｉＣショットキーダイオードを試作し原因を究
明したところ、ガードリング４で十分なオーミック接触
が得られているとＳｉＣショットキーダイオードの順方
向にサージ電流が入力されても素子が破壊されにくいと
いうことがわかった。
方向にサージ電流が入力されると素子が破壊しやすいと
いう現象を見出した。特にＴｉ、Ｎｉ、Ｍｏあるいはこ
れらの合金などのショットキー障壁高さが低い場合に顕
著である。このようなＳｉＣショットキーダイオードの
場合、実用領域の順電流をはるかに超える順サージ電流
の領域で、順方向に大電流がながれると突然少数キャリ
アの注入が始まり、急激に順電圧が下がる。負性抵抗特
性を示すため、素子構造のわずかな不均一により、Ｓｉ
Ｃショットキーダイオードのごく一部に大電流が集中す
るため順サージ電流に弱いという現象が生じると考えら
れる。ＳｉＣショットキーダイオードを試作し原因を究
明したところ、ガードリング４で十分なオーミック接触
が得られているとＳｉＣショットキーダイオードの順方
向にサージ電流が入力されても素子が破壊されにくいと
いうことがわかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ガードリング４を有す
るＳｉＣショットキーダイオードにおいて、ガードリン
グ４に対するオーミック性を向上させることにより、順
サージ電流に対する耐量を向上させるための電極層構造
およびその製造方法を提供するものである。
るＳｉＣショットキーダイオードにおいて、ガードリン
グ４に対するオーミック性を向上させることにより、順
サージ電流に対する耐量を向上させるための電極層構造
およびその製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】上記課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は第一導電型の炭化けい素基
板の表面にショットキー電極層を形成し該ショットキー
電極層の周辺に第二導電型のガードリングを形成する炭
化けい素ショットキーダイオードにおいて、前記ガード
リング表面には前記ショットキー電極と異なる材質の第
二の電極層を形成することを特徴とする炭化けい素ショ
ットキーダイオードである。請求項２記載の発明は前記
第一導電型はｎ型であり、前記炭化けい素基板の結晶型
は４H、６Ｈまたは３Ｃであることを特徴とする請求項
１記載の炭化けい素ショットキーダイオードである。請
求項３記載の発明は前記ショットキー電極層はＴｉ、Ｎ
ｉ、Ｍｏまたはこれらの合金であり、前記第二の電極層
はＡｌ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金であることを特
徴とする請求項１または請求項２記載の炭化けい素ショ
ットキーダイオードである。請求項４記載の発明は炭化
けい素基板の表面に、イオン注入により第二導電型のガ
ードリングを形成し、該ガードリングの内側の前記炭化
けい素表面にショットキー電極層を形成し、該ショット
キー電極層をマスク材料として前記炭化けい素基板の表
面をエッチングし、前記ガードリングの高濃度表面を露
出させ、少なくとも該高濃度面に第二の電極層を形成す
ることを特徴とする炭化けい素ショットキーダイオード
の製造方法である。
めに、請求項１記載の発明は第一導電型の炭化けい素基
板の表面にショットキー電極層を形成し該ショットキー
電極層の周辺に第二導電型のガードリングを形成する炭
化けい素ショットキーダイオードにおいて、前記ガード
リング表面には前記ショットキー電極と異なる材質の第
二の電極層を形成することを特徴とする炭化けい素ショ
ットキーダイオードである。請求項２記載の発明は前記
第一導電型はｎ型であり、前記炭化けい素基板の結晶型
は４H、６Ｈまたは３Ｃであることを特徴とする請求項
１記載の炭化けい素ショットキーダイオードである。請
求項３記載の発明は前記ショットキー電極層はＴｉ、Ｎ
ｉ、Ｍｏまたはこれらの合金であり、前記第二の電極層
はＡｌ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金であることを特
徴とする請求項１または請求項２記載の炭化けい素ショ
ットキーダイオードである。請求項４記載の発明は炭化
けい素基板の表面に、イオン注入により第二導電型のガ
ードリングを形成し、該ガードリングの内側の前記炭化
けい素表面にショットキー電極層を形成し、該ショット
キー電極層をマスク材料として前記炭化けい素基板の表
面をエッチングし、前記ガードリングの高濃度表面を露
出させ、少なくとも該高濃度面に第二の電極層を形成す
ることを特徴とする炭化けい素ショットキーダイオード
の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面で説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣシ
ョットキーダイオードの構造を説明するための図であ
る。ＳｉＣ基板はシリーズ抵抗を下げるためにｎ＋型Ｓ
ｉＣ層１の表面に耐圧を確保するのに必要な濃度と厚さ
を持つｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２が形成され、ｎ＋
型ＳｉＣ層１の裏面にはオーミック電極層８を形成した
ときにオーミック電極特性が確保されるようにｎ型不純
物をイオン注入したｎ＋＋型ＳｉＣ層７が形成されてい
る。
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣシ
ョットキーダイオードの構造を説明するための図であ
る。ＳｉＣ基板はシリーズ抵抗を下げるためにｎ＋型Ｓ
ｉＣ層１の表面に耐圧を確保するのに必要な濃度と厚さ
を持つｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２が形成され、ｎ＋
型ＳｉＣ層１の裏面にはオーミック電極層８を形成した
ときにオーミック電極特性が確保されるようにｎ型不純
物をイオン注入したｎ＋＋型ＳｉＣ層７が形成されてい
る。
【００１０】安定した耐圧と高信頼度を得るためにショ
ットキー電極層５の周辺部にｎ型ＳｉＣエピタキシャル
層２の導電型とは逆の導電型のガードリング４を設けて
いる。ショットキー電極層５はガードリング４の内側の
ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の表面とガードリング４
の一部表面に形成されている。ショットキー電極層５は
ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面においてショッ
トキー接合を作る。ショットキー電極層５は、Ｔｉ、Ｎ
ｉ、Ｍｏまたはこれらの合金であり、ショットキー障壁
高さが低いものが望ましい。
ットキー電極層５の周辺部にｎ型ＳｉＣエピタキシャル
層２の導電型とは逆の導電型のガードリング４を設けて
いる。ショットキー電極層５はガードリング４の内側の
ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の表面とガードリング４
の一部表面に形成されている。ショットキー電極層５は
ｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面においてショッ
トキー接合を作る。ショットキー電極層５は、Ｔｉ、Ｎ
ｉ、Ｍｏまたはこれらの合金であり、ショットキー障壁
高さが低いものが望ましい。
【００１１】ｐ型のガードリング４に対する第２の電極
層６は、ガードリング４がｐ型であるのでｐ型ＳｉＣに
対してオーミック特性が得られやすいＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ
またはこれらの合金である。製造工程簡略化のため、ｐ
型のガードリング４に対する第２の電極層６はショット
キー電極層５の上にも配置されている。ｎ＋＋型ＳｉＣ
層７の表面にＮｉによるオーッミク電極層８が形成され
ている。
層６は、ガードリング４がｐ型であるのでｐ型ＳｉＣに
対してオーミック特性が得られやすいＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ
またはこれらの合金である。製造工程簡略化のため、ｐ
型のガードリング４に対する第２の電極層６はショット
キー電極層５の上にも配置されている。ｎ＋＋型ＳｉＣ
層７の表面にＮｉによるオーッミク電極層８が形成され
ている。
【００１２】第1の実施の形態に係るＳｉＣショットキ
ーダイオードにおいてショットキー電極層５に正電圧
を、オーッミク電極層８に負電圧を印加するとショット
キー電極層５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間に形
成されたショットキー接合が順バイアスされ、ショット
キー電極層５からオーッミク電極層８に向かって電流が
流れる。この時ｐ型のガードリング４に対する第２の電
極層６はショットキー電極層５と電気的に接続されてい
るのでｐ型のガードリング４とｎ型ＳｉＣエピタキシャ
ル層２との間にあるｐｎ接合も順バイアスされる。ｐｎ
接合の障壁高さはショットキー接合の障壁高さより高い
ため実用的な順電流の領域ではｐｎ接合には電流が流れ
ないか流れても僅かである。
ーダイオードにおいてショットキー電極層５に正電圧
を、オーッミク電極層８に負電圧を印加するとショット
キー電極層５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間に形
成されたショットキー接合が順バイアスされ、ショット
キー電極層５からオーッミク電極層８に向かって電流が
流れる。この時ｐ型のガードリング４に対する第２の電
極層６はショットキー電極層５と電気的に接続されてい
るのでｐ型のガードリング４とｎ型ＳｉＣエピタキシャ
ル層２との間にあるｐｎ接合も順バイアスされる。ｐｎ
接合の障壁高さはショットキー接合の障壁高さより高い
ため実用的な順電流の領域ではｐｎ接合には電流が流れ
ないか流れても僅かである。
【００１３】ｐ型のガードリング４に対する第２の電極
層６のオーミック特性が不十分の場合、実用領域の順電
流をはるかに超える順サージ電流の領域で、ＳｉＣショ
ットキーダイオードのシリーズ抵抗分は大きいままであ
るため、ＳｉＣショットキーダイオードの順電圧は大き
くなり、ある順電圧になると突然少数キャリアが注入さ
れ、負性抵抗特性を示し、順電圧が急激に下がる。負性
特性を示すため、素子構造のわずかな不均一により、Ｓ
ｉＣショットキーダイオードのショットキー接合部のご
く一部に大電流が集中するために順サージ電流に弱いと
いう現象が生じる。
層６のオーミック特性が不十分の場合、実用領域の順電
流をはるかに超える順サージ電流の領域で、ＳｉＣショ
ットキーダイオードのシリーズ抵抗分は大きいままであ
るため、ＳｉＣショットキーダイオードの順電圧は大き
くなり、ある順電圧になると突然少数キャリアが注入さ
れ、負性抵抗特性を示し、順電圧が急激に下がる。負性
特性を示すため、素子構造のわずかな不均一により、Ｓ
ｉＣショットキーダイオードのショットキー接合部のご
く一部に大電流が集中するために順サージ電流に弱いと
いう現象が生じる。
【００１４】本発明はｐ型のガードリング４の対する第
２の電極層６としてｐ型ＳｉＣに対してオーミック特性
を得やすいＡｌ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金を用い
る。従って、ｐ型のガードリングに対する第２の電極層
６のオーミック特性がよい。このため、実用領域の順電
流をはるかに超える順サージ電流の領域になり、ＳｉＣ
ショットキーダイオードの順電圧が大きくなってくる
と、ｐ型のガードリング４とｎ型ＳｉＣエピタキシャル
層２との間にあるｐｎ接合から少数キャリアが注入され
はじめる。ＳｉＣショットキーダイオード部分だけだと
負性抵抗を示し破壊しやすくなる順電流値、順電圧値に
なる前からｐｎ接合から少数キャリアの注入がが少しづ
つ行われ、ＳｉＣショットキーダイオードのショットキ
ー接合の部分まで拡散しシリーズ抵抗を下げる結果、負
性抵抗が緩やかになり、順方向のサージ電流に対して破
壊しにくくなる。
２の電極層６としてｐ型ＳｉＣに対してオーミック特性
を得やすいＡｌ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金を用い
る。従って、ｐ型のガードリングに対する第２の電極層
６のオーミック特性がよい。このため、実用領域の順電
流をはるかに超える順サージ電流の領域になり、ＳｉＣ
ショットキーダイオードの順電圧が大きくなってくる
と、ｐ型のガードリング４とｎ型ＳｉＣエピタキシャル
層２との間にあるｐｎ接合から少数キャリアが注入され
はじめる。ＳｉＣショットキーダイオード部分だけだと
負性抵抗を示し破壊しやすくなる順電流値、順電圧値に
なる前からｐｎ接合から少数キャリアの注入がが少しづ
つ行われ、ＳｉＣショットキーダイオードのショットキ
ー接合の部分まで拡散しシリーズ抵抗を下げる結果、負
性抵抗が緩やかになり、順方向のサージ電流に対して破
壊しにくくなる。
【００１５】ショットキー電極層５に負電圧を、オーミ
ック電極層８に正電圧を印加するとショットキー電極層
５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間のショットキー
接合が逆バイアスされまたｐ型のガードリング４とｎ型
ＳｉＣエピタキシャル層２との間にあるｐｎ接合も逆バ
イアスされ電流はほとんど流れなくなる。
ック電極層８に正電圧を印加するとショットキー電極層
５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間のショットキー
接合が逆バイアスされまたｐ型のガードリング４とｎ型
ＳｉＣエピタキシャル層２との間にあるｐｎ接合も逆バ
イアスされ電流はほとんど流れなくなる。
【００１６】図２は本発明の第２の実施の形態に係るＳ
ｉＣショットキーダイオードの構造を説明するための図
である。本実施例は、ｐ型のガードリング４の内側ｎ型
ＳｉＣエピタキシャル層２の表面の一部にｐ型層９をイ
オン注入で形成し、ＭＰＳ（Merged p-i-n/Schottky）
構造としたものである。
ｉＣショットキーダイオードの構造を説明するための図
である。本実施例は、ｐ型のガードリング４の内側ｎ型
ＳｉＣエピタキシャル層２の表面の一部にｐ型層９をイ
オン注入で形成し、ＭＰＳ（Merged p-i-n/Schottky）
構造としたものである。
【００１７】第２の実施の形態に係るＳｉＣショットキ
ーダイオードにおいてショットキー電極層５に正電圧
を、オーッミク電極層８に負電圧を印加するとショット
キー電極層５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間にあ
るショットキー接合が順バイアスされ、ショットキー電
極層５からオーッミク電極層８に向かって電流が流れ
る。この時ｐ型のガードリング４とｐ型のガードリング
４の内側に形成されたｐ型層９に対する共通の第２の電
極層６とはショットキー電極層５と電気的に接続されて
いるのでｐ型のガードリング４ならびにｐ型層９とｎ型
ＳｉＣエピタキシャル層２との間にあるｐｎ接合も順バ
イアスされる。ｐｎ接合の障壁高さはショットキー接合
の障壁高さより高いため実用的な順電流の領域ではｐｎ
接合には電流が流れないか流れても僅かである。但し、
実用領域の順電流をはるかに超える順サージ電流の領域
でＳｉＣショットキーダイオードの順電圧が大きくなっ
てくると、ｐ型のガードリング４とｎ型ＳｉＣエピタキ
シャル層２との間にあるｐｎ接合から少数キャリアが注
入されはじめる。ショットキー接合に対してpｎ接合の
割合が大きくなるため第１の実施例より少数キャリアの
効果が大きくなる。従って、第１の実施例に比べて大電
流における順電圧は小さくなり、順方向のサージ電流に
対してより破壊しにくくなるが順電流が大きくなると少
数キャリアの注入が多くなり高速スイッチング特性が悪
くなる可能性がある。
ーダイオードにおいてショットキー電極層５に正電圧
を、オーッミク電極層８に負電圧を印加するとショット
キー電極層５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間にあ
るショットキー接合が順バイアスされ、ショットキー電
極層５からオーッミク電極層８に向かって電流が流れ
る。この時ｐ型のガードリング４とｐ型のガードリング
４の内側に形成されたｐ型層９に対する共通の第２の電
極層６とはショットキー電極層５と電気的に接続されて
いるのでｐ型のガードリング４ならびにｐ型層９とｎ型
ＳｉＣエピタキシャル層２との間にあるｐｎ接合も順バ
イアスされる。ｐｎ接合の障壁高さはショットキー接合
の障壁高さより高いため実用的な順電流の領域ではｐｎ
接合には電流が流れないか流れても僅かである。但し、
実用領域の順電流をはるかに超える順サージ電流の領域
でＳｉＣショットキーダイオードの順電圧が大きくなっ
てくると、ｐ型のガードリング４とｎ型ＳｉＣエピタキ
シャル層２との間にあるｐｎ接合から少数キャリアが注
入されはじめる。ショットキー接合に対してpｎ接合の
割合が大きくなるため第１の実施例より少数キャリアの
効果が大きくなる。従って、第１の実施例に比べて大電
流における順電圧は小さくなり、順方向のサージ電流に
対してより破壊しにくくなるが順電流が大きくなると少
数キャリアの注入が多くなり高速スイッチング特性が悪
くなる可能性がある。
【００１８】ショットキー電極層５に負電圧を、オーッ
ミク電極層８に正電圧を印加するとショットキー電極層
５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間にあるショット
キー接合が逆バイアスされまたｐ型のガードリング４な
らびにｐ型層９とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間
にあるｐｎ接合も逆バイアスされ電流は流れなくなる。
逆バイアス時に隣接するｐ型のガードリング４とｐ型層
９が空乏層でつながるように狭く設計するとシットキー
障壁にかかる電界が緩和されされ漏れ電流が小さくな
る。
ミク電極層８に正電圧を印加するとショットキー電極層
５とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の間にあるショット
キー接合が逆バイアスされまたｐ型のガードリング４な
らびにｐ型層９とｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間
にあるｐｎ接合も逆バイアスされ電流は流れなくなる。
逆バイアス時に隣接するｐ型のガードリング４とｐ型層
９が空乏層でつながるように狭く設計するとシットキー
障壁にかかる電界が緩和されされ漏れ電流が小さくな
る。
【００１９】図３は本発明の第３の実施の形態に係るＳ
ｉＣショットキーダイオードの構造を説明するための図
である。ｐ型のガードリング４をイオン注入で形成する
と最大の不純物濃度はイオン打ち込みをしたｎ型ＳｉＣ
エピタキシャル層２の表面より、少しｎ型ＳｉＣエピタ
キシャル層２に入り込んだ内部の面となる。ガードリン
グの表面濃度を最大となるようにｎ型ＳｉＣエピタキシ
ャル層２の表面をエッチングした構造である。この製造
方法を次に示す。
ｉＣショットキーダイオードの構造を説明するための図
である。ｐ型のガードリング４をイオン注入で形成する
と最大の不純物濃度はイオン打ち込みをしたｎ型ＳｉＣ
エピタキシャル層２の表面より、少しｎ型ＳｉＣエピタ
キシャル層２に入り込んだ内部の面となる。ガードリン
グの表面濃度を最大となるようにｎ型ＳｉＣエピタキシ
ャル層２の表面をエッチングした構造である。この製造
方法を次に示す。
【００２０】図４から図９本発明の第３の実施の形態に
係るＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を説明す
るための図である。これらの図を用い製造工程を説明す
る。まず、高不純物濃度のｎ＋型のＳｉＣ層１の表面に
濃度１×１０１６個／cm３で厚さ１０μｍの低不純物濃
度のｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２をエピタキシアル
法によって成長させる。しかる後にｎ型のＳｉＣエピタ
キシャル層２の表面にＣＶＤ法によりＳｉの酸化膜３を
２．０μｍを成長させる（図４）。
係るＳｉＣショットキーダイオードの製造工程を説明す
るための図である。これらの図を用い製造工程を説明す
る。まず、高不純物濃度のｎ＋型のＳｉＣ層１の表面に
濃度１×１０１６個／cm３で厚さ１０μｍの低不純物濃
度のｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２をエピタキシアル
法によって成長させる。しかる後にｎ型のＳｉＣエピタ
キシャル層２の表面にＣＶＤ法によりＳｉの酸化膜３を
２．０μｍを成長させる（図４）。
【００２１】ｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２上の酸化
膜３を弗酸系のエッチング液を利用した写真工程により
ガードリング４を形成する部分だけ除去し、酸化膜３の
窓明部３１を形成する（図５）。
膜３を弗酸系のエッチング液を利用した写真工程により
ガードリング４を形成する部分だけ除去し、酸化膜３の
窓明部３１を形成する（図５）。
【００２２】しかる後、窓明け部３１よりｐ型不純物と
なるボロン及び（または）Alを加速電圧３０〜１５０ｋ
ｅＶで、１０１４個／cm２イオン注入する。ｎ＋型のＳ
ｉＣ層１の裏面にオーミック接触を得るためにｎ型不純
物となるP（燐）を加速電圧３０〜１３０ｋｅＶで、１
０１５個／cm２イオン注入し、ｎ＋ ＋型ＳｉＣ層７形成
する。窓明け部３１より注入されたｐ型不純物は、表面
濃度が１０１８個／cm３以上、接合深さ０．５μｍとな
るように、またｎ＋型のＳｉＣ層１の裏面のオーミック
用ｎ＋＋型ＳｉＣ層７は表面濃度１０２０個／cm３、接
合深さ０．５μｍとなるように注入される。この後、マ
スク用としてｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２表面に堆
積した酸化膜３を弗酸系のエッチング液てエッチングし
て全て取り去ってしまう（図６）。この後、不純物を活
性化するためにアルゴン雰囲気中で１５００℃以上の温
度で１０分間の熱処理を行う。
なるボロン及び（または）Alを加速電圧３０〜１５０ｋ
ｅＶで、１０１４個／cm２イオン注入する。ｎ＋型のＳ
ｉＣ層１の裏面にオーミック接触を得るためにｎ型不純
物となるP（燐）を加速電圧３０〜１３０ｋｅＶで、１
０１５個／cm２イオン注入し、ｎ＋ ＋型ＳｉＣ層７形成
する。窓明け部３１より注入されたｐ型不純物は、表面
濃度が１０１８個／cm３以上、接合深さ０．５μｍとな
るように、またｎ＋型のＳｉＣ層１の裏面のオーミック
用ｎ＋＋型ＳｉＣ層７は表面濃度１０２０個／cm３、接
合深さ０．５μｍとなるように注入される。この後、マ
スク用としてｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２表面に堆
積した酸化膜３を弗酸系のエッチング液てエッチングし
て全て取り去ってしまう（図６）。この後、不純物を活
性化するためにアルゴン雰囲気中で１５００℃以上の温
度で１０分間の熱処理を行う。
【００２３】しかる後、ショットキー電極層５としてＴ
ｉをＳｉ面にスパッタリング法にて堆積し、ガードリン
グ４の一部とガードリング４の内側のｎ型のＳｉＣエピ
タキシャル層２表面に残るよう、ＣＦ４系ドライエッチ
ングを利用した写真工程にて不必要なＴｉを除去する
（図７）。
ｉをＳｉ面にスパッタリング法にて堆積し、ガードリン
グ４の一部とガードリング４の内側のｎ型のＳｉＣエピ
タキシャル層２表面に残るよう、ＣＦ４系ドライエッチ
ングを利用した写真工程にて不必要なＴｉを除去する
（図７）。
【００２４】次いでこのショットキー電極層５のパター
ンをマスクとして、ガードリング４の表面濃度が最大に
なる領域までCF4系のガスを利用してｎ型のＳｉＣエピ
タキシャル層２の表面をエッチングする（図８）。この
ときフォトレジストが残っていても，Ｔｉ電極が露出し
ていてもどちらでもよい．
ンをマスクとして、ガードリング４の表面濃度が最大に
なる領域までCF4系のガスを利用してｎ型のＳｉＣエピ
タキシャル層２の表面をエッチングする（図８）。この
ときフォトレジストが残っていても，Ｔｉ電極が露出し
ていてもどちらでもよい．
【００２５】そして、P型のガードリング４の表面に対
してオーミック電極となるようＡｌを、ショットキー電
極層５とショットキー電極層５が形成されていないガー
ドリング４の表面を含むｎ型のＳｉＣエピタキシャル層
２の表面をに蒸着し、リン酸又はリン酸と硝酸の混酸系
エッチング液を利用した写真工程にて、図８のようにガ
ードリング４の領域上とショットキー電極上に第２の電
極層６を形成する。次に、裏面のオーミック用ｎ＋＋型
ＳｉＣ層７の表面にオーミック電極層８としてスパッタ
リング法によりＮｉ電極を形成する（図９）。
してオーミック電極となるようＡｌを、ショットキー電
極層５とショットキー電極層５が形成されていないガー
ドリング４の表面を含むｎ型のＳｉＣエピタキシャル層
２の表面をに蒸着し、リン酸又はリン酸と硝酸の混酸系
エッチング液を利用した写真工程にて、図８のようにガ
ードリング４の領域上とショットキー電極上に第２の電
極層６を形成する。次に、裏面のオーミック用ｎ＋＋型
ＳｉＣ層７の表面にオーミック電極層８としてスパッタ
リング法によりＮｉ電極を形成する（図９）。
【００２６】ｎ＋型のＳｉＣ層１、ｎ型のＳｉＣエピタ
キシャル層２、ｎ＋＋型ＳｉＣ層７で構成されるＳｉＣ
基板は耐圧、順電圧の特性の点より４H、６Ｈあるいは
３Ｃ型の結晶形であるｎ型のＳｉＣ基板が望ましいが，
他の結晶型（たとえば１５R）でも構わない。ショット
キー電極層５はＴｉのほかＮｉ、またはＭｏ及びこれら
の合金であってもよい。Ｐ型ガードリング層４への第２
の電極層６はＡｌの他、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金
を用いてもかまわない。Ｐ型ガードリング層４へのオー
ミック電極６はＡｌである例を示した。パッケージに組
みたてるためにＡｌ面にＡｌボンディングすることがで
きる。Ａｕ線ボンディングのために、Ａｌ上にさらにＡ
ｕが堆積されていてもよいし、半田接続用にＡｌ−Ｎｉ
−Ａｇのような電極システムであってもよい。裏面のオ
ーミック電極層８としてスパッタリング法によりＮｉ電
極を形成したが、その他の金属を利用してもよいし、堆
積法も電子ビームを利用した蒸着法などの他の方法であ
ってもよい。ｎ＋型のＳｉＣ層１、ｎ型のＳｉＣエピタ
キシャル層２、ｎ＋＋型ＳｉＣ層７で構成されるＳｉＣ
基板について述べたが、ｐ型であってもかまわない。
キシャル層２、ｎ＋＋型ＳｉＣ層７で構成されるＳｉＣ
基板は耐圧、順電圧の特性の点より４H、６Ｈあるいは
３Ｃ型の結晶形であるｎ型のＳｉＣ基板が望ましいが，
他の結晶型（たとえば１５R）でも構わない。ショット
キー電極層５はＴｉのほかＮｉ、またはＭｏ及びこれら
の合金であってもよい。Ｐ型ガードリング層４への第２
の電極層６はＡｌの他、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金
を用いてもかまわない。Ｐ型ガードリング層４へのオー
ミック電極６はＡｌである例を示した。パッケージに組
みたてるためにＡｌ面にＡｌボンディングすることがで
きる。Ａｕ線ボンディングのために、Ａｌ上にさらにＡ
ｕが堆積されていてもよいし、半田接続用にＡｌ−Ｎｉ
−Ａｇのような電極システムであってもよい。裏面のオ
ーミック電極層８としてスパッタリング法によりＮｉ電
極を形成したが、その他の金属を利用してもよいし、堆
積法も電子ビームを利用した蒸着法などの他の方法であ
ってもよい。ｎ＋型のＳｉＣ層１、ｎ型のＳｉＣエピタ
キシャル層２、ｎ＋＋型ＳｉＣ層７で構成されるＳｉＣ
基板について述べたが、ｐ型であってもかまわない。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、ガードリングを有する
ＳｉＣショットキーダイオードにおいて、ガードリング
に電気的接続をとるガードリング電極層としてショット
キー電極層とは別の材料を用いることによってガードリ
ングに対するオーミック性を確保することにより整流性
能を劣化させることなく、順サージ電流に対する耐量を
向上させることができ、信頼性の高いＳｉＣショットキ
ーダイオード替えられた。
ＳｉＣショットキーダイオードにおいて、ガードリング
に電気的接続をとるガードリング電極層としてショット
キー電極層とは別の材料を用いることによってガードリ
ングに対するオーミック性を確保することにより整流性
能を劣化させることなく、順サージ電流に対する耐量を
向上させることができ、信頼性の高いＳｉＣショットキ
ーダイオード替えられた。
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの構造を説明するための図である。
ットキーダイオードの構造を説明するための図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの構造を説明するための図である。
ットキーダイオードの構造を説明するための図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの構造を説明するための図である。
ットキーダイオードの構造を説明するための図である。
【図４】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（１）である。
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（１）である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（２）である。
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（２）である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（３）である。
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（３）である。
【図７】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（４）である。
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（４）である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（５）である。
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（５）である。
【図９】 本発明の第３の実施の形態に係るＳｉＣショ
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（６）である。
ットキーダイオードの製造工程を説明するための図
（６）である。
【図１０】 従来のＳｉＣショットキーダイオードの構
造の例を説明する図である。
造の例を説明する図である。
１ ｎ＋型ＳｉＣ層
２ ｎ型ＳｉＣエピタキシアル層
３ 酸化膜
４ ガードリング
５ ショットキー電極層
６ 第２の電極層
７ ｎ＋＋型ＳｉＣ層
８ オーミック電極層
９ ｐ型層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M104 AA03 BB02 BB05 BB06 BB09
BB14 BB16 CC01 CC03 FF27
FF35 GG03 HH15
Claims (4)
- 【請求項１】 第一導電型の炭化けい素基板の表面にシ
ョットキー電極層を形成し該ショットキー電極層の周辺
に第二導電型のガードリングを形成する炭化けい素ショ
ットキーダイオードにおいて、前記ガードリング表面に
は前記ショットキー電極と異なる材質の第二の電極層を
形成することを特徴とする炭化けい素ショットキーダイ
オード。 - 【請求項２】 前記第一導電型はｎ型であり、前記炭化
けい素基板の結晶型は４H、６Ｈまたは３Ｃであること
を特徴とする請求項１記載の炭化けい素ショットキーダ
イオード。 - 【請求項３】 前記ショットキー電極層はＴｉ、Ｎｉ、
Ｍｏまたはこれらの合金であり、前記第二の電極層はＡ
ｌ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらの合金であることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の炭化けい素ショット
キーダイオード。 - 【請求項４】 炭化けい素基板の表面に、イオン注入に
より第二導電型のガードリングを形成し、該ガードリン
グの内側の前記炭化けい素表面にショットキー電極層を
形成し、該ショットキー電極層をマスク材料として前記
炭化けい素基板の表面をエッチングし、前記ガードリン
グの高濃度表面を露出させ、少なくとも該高濃度面に第
二の電極層を形成することを特徴とする炭化けい素ショ
ットキーダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002055589A JP4126359B2 (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 炭化けい素ショットキーダイオードおよびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258271A true JP2003258271A (ja) | 2003-09-12 |
| JP4126359B2 JP4126359B2 (ja) | 2008-07-30 |
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ID=28666387
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP4126359B2 (ja) |
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