JP2021097169A - ショットキーバリアダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードにおいて、アノード電極と保護膜の界面における剥離を防止する。【解決手段】ショットキーバリアダイオード１１は、酸化ガリウムからなる半導体基板２０と、半導体基板２０上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層３０と、ドリフト層３０とショットキー接触するアノード電極４０と、半導体基板２０とオーミック接触するカソード電極５０と、ドリフト層３０に設けられたトレンチ６１の内壁を覆う絶縁膜６３と、アノード電極４０を覆う保護膜７０とを備え、保護膜７０の一部７２がトレンチ６１内に埋め込まれている。このように、保護膜７０の一部７２がトレンチ６１内に埋め込まれていることから、アノード電極４０と保護膜７０の密着性が向上する。これにより、アノード電極４０と保護膜７０の界面における剥離を防止することが可能となる。【選択図】図２
Description
本発明はショットキーバリアダイオードに関し、特に、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードに関する。
ショットキーバリアダイオードは、金属と半導体の接合によって生じるショットキー障壁を利用した整流素子であり、ＰＮ接合を有する通常のダイオードに比べて順方向電圧が低く、且つ、スイッチング速度が速いという特徴を有している。このため、ショットキーバリアダイオードはパワーデバイス用のスイッチング素子として利用されることがある。
ショットキーバリアダイオードをパワーデバイス用のスイッチング素子として用いる場合、十分な逆方向耐圧を確保する必要があることから、シリコン（Ｓｉ）の代わりに、よりバンドギャップの大きい炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などが用いられることがある。中でも、酸化ガリウムは、バンドギャップが４．８〜４．９ｅＶと非常に大きく、絶縁破壊電界も約８ＭＶ／ｃｍと大きいことから、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードは、パワーデバイス用のスイッチング素子として非常に有望である。酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードの例は、特許文献１及び２に記載されている。
特許文献１及び２に記載されたショットキーバリアダイオードにおいては、酸化ガリウム層に複数のトレンチが設けられている。このように、酸化ガリウム層に複数のトレンチを設ければ、逆方向電圧が印加されるとトレンチ間に位置するメサ領域が空乏層となるため、ドリフト層のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流を大幅に抑制することができる。
実際のデバイスにおいてはアノード電極上に保護膜が設けられ、これによって外部回路との絶縁性が確保される。しかしながら、金属からなるアノード電極とＳｉＮなどからなる保護膜は密着性が低く、両者の界面において剥離が生じやすいという問題があった。
したがって、本発明は、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードにおいて、アノード電極と保護膜の界面における剥離を防止することを目的とする。
本発明によるショットキーバリアダイオードは、酸化ガリウムからなる半導体基板と、半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、ドリフト層に設けられたトレンチの内壁を覆う絶縁膜と、アノード電極を覆う保護膜とを備え、保護膜の一部がトレンチ内に埋め込まれていることを特徴とする。
本発明によれば、保護膜の一部がトレンチ内に埋め込まれていることから、アノード電極と保護膜の密着性が向上する。これにより、アノード電極と保護膜の界面における剥離を防止することが可能となる。
本発明において、トレンチは、リング状に形成されているとともに、保護膜の一部と、アノード電極と電気的に接続された金属部材によって埋め込まれていても構わない。これによれば、リング状のトレンチによってドリフト層に印加される電界を緩和することが可能となる。
この場合、トレンチは平坦な側壁部を有し、保護膜と金属部材の境界は側壁部に位置していても構わないし、トレンチは平坦な底面部を有し、保護膜と金属部材の境界は、底面部に位置していても構わない。これによれば、金属部材の端部近傍においてドリフト層に印加される電界を緩和することが可能となる。
このように、本発明によれば、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードにおいて、アノード電極と保護膜の界面における剥離を防止することが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す模式的な平面図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。
図１は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す模式的な平面図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１は、いずれも酸化ガリウム（β−Ｇａ２Ｏ３）からなる半導体基板２０及びドリフト層３０を備える。半導体基板２０及びドリフト層３０には、ｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）又はスズ（Ｓｎ）が導入されている。ドーパントの濃度は、ドリフト層３０よりも半導体基板２０の方が高く、これにより半導体基板２０はｎ＋層、ドリフト層３０はｎ−層として機能する。
半導体基板２０は、融液成長法などを用いて形成されたバルク結晶を切断加工したものであり、その厚みは２５０μｍ程度である。半導体基板２０の平面サイズについては特に限定されないが、一般的に素子に流す電流量に応じて選択することになり、順方向の最大電流量が２０Ａ程度であれば、平面視で２．４ｍｍ×２．４ｍｍ程度とすればよい。
半導体基板２０は、実装時において上面側に位置する上面２１と、上面２１の反対側であって、実装時において下面側に位置する裏面２２を有する。上面２１の全面にはドリフト層３０が形成されている。ドリフト層３０は、半導体基板２０の上面２１に反応性スパッタリング、ＰＬＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法などを用いて酸化ガリウムをエピタキシャル成長させた薄膜である。ドリフト層３０の膜厚については特に限定されないが、一般的に素子の逆方向耐電圧に応じて選択することになり、６００Ｖ程度の耐圧を確保するためには、例えば７μｍ程度とすればよい。
ドリフト層３０の上面３１には、ドリフト層３０とショットキー接触するアノード電極４０が形成されている。アノード電極４０は、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等の金属からなる。アノード電極４０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｌ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｌ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｔｉ／Ａｕであっても構わない。一方、半導体基板２０の裏面２２には、半導体基板２０とオーミック接触するカソード電極５０が設けられる。カソード電極５０は、例えばチタン（Ｔｉ）等の金属からなる。カソード電極５０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌであっても構わない。
本実施形態においては、リング状に形成された外周トレンチ６１がドリフト層３０に設けられている。外周トレンチ６１の内壁は、外側に位置する側壁部Ｓ１、内側に位置する側壁部Ｓ２及び底面部Ｂを有している。本実施形態においては、側壁部Ｓ１，Ｓ２及び底面部Ｂがいずれも平坦であり、側壁部Ｓ１，Ｓ２と底面部Ｂの境界に位置する角部Ｃが湾曲形状を有している。外周トレンチ６１の内壁はＨｆＯ２などからなる絶縁膜６３で覆われている。絶縁膜６３の材料としては、ＨｆＯ２以外にＡｌ２Ｏ３などの絶縁材料を用いても構わない。外周トレンチ６１の大部分は金属部材４１で埋め込まれている。金属部材４１は、アノード電極４０の一部、つまり、アノード電極４０と同じ金属材料からなるものであっても構わないし、アノード電極４０とは異なる金属材料からなるものであっても構わない。
さらに、アノード電極４０の外周部は、保護膜７０で覆われている。保護膜７０はエポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の樹脂材料、或いは、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等、無機酸化膜や無機窒化膜等の無機絶縁材料からなり、アノード電極４０のうちボンディングワイヤなどが接続される中心部を露出させる開口部７１を有している。保護膜７０は、アノード電極４０を保護するとともに、外部回路との絶縁性を確保する役割を果たす。
図２に示すように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１においては、保護膜７０の一部７２が外周トレンチ６１に埋め込まれている。金属からなるアノード電極４０とＳｉＮなどからなる保護膜７０は密着性が低く、両者の界面において剥離が生じやすいものの、本実施形態においては、保護膜７０の一部７２が外周トレンチ６１に埋め込まれていることから、アノード電極４０と保護膜７０が平面的に接している場合と比べ、密着性が高められる。これにより、アノード電極４０と保護膜７０の界面における剥離を防止することが可能となる。
また、本実施形態においては、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が絶縁膜６３と接する位置は、外側の側壁部Ｓ１に位置している。上述の通り、側壁部Ｓ１は平坦面であることから、保護膜７０と金属部材４１の境界、つまり、金属部材４１の端部は、平坦な表面にて終端することになる。これにより、角部Ｃなど湾曲形状を有している表面にて金属部材４１が終端する場合と比べ、金属部材４１の端部近傍においてドリフト層３０に印加される電界を緩和することが可能となる。
次に、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の製造方法について説明する。
図３〜図８は、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の製造方法を説明するための工程図であり、いずれも図２に示す断面に対応している。
まず、図３に示すように、酸化ガリウムからなる半導体基板２０を用意し、その上面２１に酸化ガリウムからなるドリフト層３０を形成する。上述の通り、ドリフト層３０は、半導体基板２０の上面２１に反応性スパッタリング，ＰＬＤ法，ＭＢＥ法，ＭＯＣＶＤ法，ＨＶＰＥ法などを用いて酸化ガリウムをエピタキシャル成長させることにより形成することができる。
次に、図４に示すように、ＢＣｌ３などを用いたドライエッチングにより、ドリフト層３０にリング状の外周トレンチ６１を形成する。この時、少なくとも側壁部Ｓ１，Ｓ２についてはほぼ垂直な平坦面となるよう、エッチング条件を設定する。底面部Ｂについてもほぼ水平な平坦面となるよう、エッチング条件を設定することが好ましい。
次に、図５に示すように、ドリフト層３０の表面に絶縁膜６３を形成する。絶縁膜６３は、ＡＬＤ法など一般的な成膜方法により成膜することが可能である。その後、ウェットエッチング、ドライエッチング、ＣＭＰなど一般的な加工方法によって、ドリフト層３０の上面３１に形成された絶縁膜６３を除去する。これにより、ドリフト層３０の上面３１が露出するとともに、外周トレンチ６１の内壁が絶縁膜６３によって覆われた状態となる。この時、ドリフト層３０の上面３１の一部が除去されても構わない。
次に、図６に示すように、全面にアノード電極４０を形成する。尚、外周トレンチ６１の内部に充填する金属部材４１はアノード電極４０の材料と異なっていても構わない。この場合、アノード電極４０を先に形成した後、別の金属部材４１を外周トレンチ６１の内部に充填しても構わないし、ドリフト層３０の上面３１にアノード電極４０とは異なる金属部材４１が残らない限り、先に外周トレンチ６１の内部にアノード電極４０とは異なる金属部材４１を充填しても構わない。これにより、外周トレンチ６１の内部に埋め込まれていた金属部材４１は、アノード電極４０と電気的に接続され、同電位となる。
次に、図７に示すように、アノード電極４０の中央部を覆い、外周部を露出させるレジストＲを形成する。レジストＲのパターニングは、フォトリソグラフィ法により行うことができる。ここで、レジストＲの外側エッジＥ０は、外周トレンチ６１の外側エッジＥ１と外周トレンチ６１の内側エッジＥ２の間に位置するよう設計する。つまり、レジストＲの外側エッジＥ０が外周トレンチ６１の内部に位置するよう、レジストＲの外径を外周トレンチ６１の外径よりも小さく、且つ、外周トレンチ６１の内径よりも大きく設計する。
次に、図８に示すように、レジストＲをマスクとしてアノード電極４０をエッチングする。アノード電極４０をエッチングにおいては、ドリフト層３０の上面３１が露出した後、さらにオーバーエッチングすることにより、外周トレンチ６１内に埋め込まれた金属部材４１の一部を除去し、これによって空洞４２を形成する。その後、レジストＲを除去する。
そして、半導体基板２０の裏面２２にカソード電極５０を形成した後、アノード電極４０を覆う保護膜７０を形成すれば、空洞４２に保護膜７０の一部７２が埋め込まれる。保護膜７０として樹脂材料を用いる場合、樹脂溶液を塗布後、乾燥させて樹脂膜とする方法、樹脂モノマーを塗布あるいは蒸着したのち重合する方法、成膜後に架橋処理する方法を用いることができる。また、保護膜７０として無機絶縁材料を用いる場合、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法等の溶液プロセスでの形成方法などを用いることができる。これにより、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１が完成する。
以上説明したように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１１においては、外周トレンチ６１に保護膜７０の一部７２が埋め込まれていることから、アノード電極４０と保護膜７０の密着性が高められる。これにより、アノード電極４０と保護膜７０の界面における剥離を防止することが可能となる。
＜第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す模式的な平面図である。また、図１０は、図９に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。
図９は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す模式的な平面図である。また、図１０は、図９に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。
図９及び図１０に示すように、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２は、ドリフト層３０に複数の中心トレンチ６２が設けられている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
中心トレンチ６２は、外周トレンチ６１に囲まれた領域に形成されており、いずれも平面視でアノード電極４０と重なる位置に設けられている。外周トレンチ６１と中心トレンチ６２が完全に分離されている必要はなく、図９に示すように、外周トレンチ６１と中心トレンチ６２がつながっていても構わない。
ドリフト層３０のうちトレンチ６１，６２によって区画される部分はメサ領域Ｍを構成する。メサ領域Ｍは、アノード電極４０とカソード電極５０との間に逆方向電圧が印加されると空乏層となるため、ドリフト層３０のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流が大幅に抑制される。
特に限定されるものではないが、外周トレンチ６１の幅をＷ１とし、中心トレンチ６２の幅をＷ２とした場合、本実施形態においては、
Ｗ１＞Ｗ２
に設定されている。これは、電界が特に集中する外周トレンチ６１の底部における絶縁破壊を防止するためである。つまり、外周トレンチ６１の幅Ｗ１を拡大すると、外周トレンチ６１を断面で見た場合に２つの角部Ｃ間の距離が大きくなるからである。その結果、外周トレンチ６１の底部近傍における絶縁破壊が生じにくくなる。一方、外周トレンチ６１の深さと中心トレンチ６２の深さにおいては、互いに同じである。
Ｗ１＞Ｗ２
に設定されている。これは、電界が特に集中する外周トレンチ６１の底部における絶縁破壊を防止するためである。つまり、外周トレンチ６１の幅Ｗ１を拡大すると、外周トレンチ６１を断面で見た場合に２つの角部Ｃ間の距離が大きくなるからである。その結果、外周トレンチ６１の底部近傍における絶縁破壊が生じにくくなる。一方、外周トレンチ６１の深さと中心トレンチ６２の深さにおいては、互いに同じである。
本実施形態においても、外周トレンチ６１の内部に保護膜７０の一部７２が埋め込まれており、これによってアノード電極４０と保護膜７０の密着性が高められている。本実施形態が例示するように、ドリフト層３０に外周トレンチ６１と中心トレンチ６２が形成されている場合、外周トレンチ６１の内部に保護膜７０の一部７２を埋め込むことによって、保護膜７０の剥離を防止することが可能となる。
＜第３の実施形態＞
図１１は、本発明の第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３の構成を示す略断面図である。
図１１は、本発明の第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３の構成を示す略断面図である。
図１１に示すように、第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３は、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が底面部Ｂに位置している点において、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と相違している。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態においては、保護膜７０の一部７２がより深く外周トレンチ６１に埋め込まれているとともに、保護膜７０の一部７２の底部が底面部Ｂを覆う絶縁膜６３と接していることから、保護膜７０の剥離をより効果的に防止することが可能となる。また、上述の通り、底面部Ｂは平坦面であることから、保護膜７０と金属部材４１の境界、つまり、金属部材４１の端部は、平坦な表面にて終端することになる。これにより、角部Ｃなど湾曲形状を有している表面にて金属部材４１が終端する場合と比べ、金属部材４１の端部近傍においてドリフト層３０に印加される電界を緩和することが可能となる。
＜第４の実施形態＞
図１２は、本発明の第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４の構成を示す略断面図である。
図１２は、本発明の第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４の構成を示す略断面図である。
図１２に示すように、第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４は、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が内側の側壁部Ｓ２に位置している点において、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と相違している。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態においては、保護膜７０の一部７２がより深く外周トレンチ６１に埋め込まれているとともに、保護膜７０の一部７２の底部が側壁部Ｓ２を覆う絶縁膜６３と接していることから、保護膜７０の剥離をより効果的に防止することが可能となる。さらに、保護膜７０の一部７２は、外周トレンチ６１の底部において径が大きく、入り口部分において径が小さい形状を有していることから、いわゆるアンカー効果も期待される。また、上述の通り、側壁部Ｓ２は平坦面であることから、保護膜７０と金属部材４１の境界、つまり、金属部材４１の端部は、平坦な表面にて終端することになる。これにより、角部Ｃなど湾曲形状を有している表面にて金属部材４１が終端する場合と比べ、金属部材４１の端部近傍においてドリフト層３０に印加される電界を緩和することが可能となる。
＜第５の実施形態＞
図１３は、本発明の第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す略断面図である。
図１３は、本発明の第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す略断面図である。
図１３に示すように、第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５は、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２が絶縁膜６３と接していない点において、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と相違している。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態が例示するように、本発明において、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２が必ずしも絶縁膜６３と接する必要はない。
図１４は、第５の実施形態の変形例によるショットキーバリアダイオード１５Aの構成を示す略断面図である。
図１４に示すように、第５の実施形態の変形例によるショットキーバリアダイオード１５Aは、アノード電極４０の外周部がドリフト層３０上に位置しており、両者間にフィールド絶縁膜８０が介在している点において、第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５と相違している。その他の基本的な構成は第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本変形例が例示するように、アノード電極４０の外周部とドリフト層３０が重なる場合には、両者間にフィールド絶縁膜８０を介在させることにより、電界の集中を緩和することができる。フィールド絶縁膜８０の材料としては、ＳｉＯ２などを用いることができる。
＜第６の実施形態＞
図１５は、本発明の第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６の構成を示す略断面図である。
図１５は、本発明の第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６の構成を示す略断面図である。
図１５に示すように、第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６は、外周トレンチ６１の底面部Ｂが平坦ではなく、全体的に湾曲している点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
外周トレンチ６１の底面部Ｂが全体的に湾曲している場合であっても、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が平坦な側壁部Ｓ１に位置していれば、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同様、金属部材４１の端部近傍においてドリフト層３０に印加される電界が緩和される。
＜第７の実施形態＞
図１６は、本発明の第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７の構成を示す略断面図である。
図１６は、本発明の第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７の構成を示す略断面図である。
図１６に示すように、第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード１７は、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が内側の側壁部Ｓ２に位置している点において、第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６と相違している。その他の基本的な構成は第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
外周トレンチ６１の底面部Ｂが全体的に湾曲している場合であっても、外周トレンチ６１に埋め込まれた保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が平坦な側壁部Ｓ２に位置していれば、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１と同様、金属部材４１の端部近傍においてドリフト層３０に印加される電界が緩和される。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
＜実施例１＞
図１０に示したショットキーバリアダイオード１２と同じ構造を有する実施例１のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に８００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。半導体基板２０のドーパント濃度については１×１０１８ｃｍ−３とし、ドリフト層３０のドーパント濃度としては２×１０１６ｃｍ−３とした。ドリフト層３０の厚みは７μｍとした。また、外周トレンチ６１の幅Ｗ１は１０μｍ、中心トレンチ６２の幅は２μｍとし、深さはいずれも３μｍとした。また、アノード電極４０と接する部分におけるドリフト層３０の幅、つまりメサ領域Ｍの幅は２μｍとした。絶縁膜６３は厚さ５０ｎｍのＨｆＯ２膜とした。また、保護膜７０の材料についてはＳｉＮを用いた。
図１０に示したショットキーバリアダイオード１２と同じ構造を有する実施例１のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に８００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。半導体基板２０のドーパント濃度については１×１０１８ｃｍ−３とし、ドリフト層３０のドーパント濃度としては２×１０１６ｃｍ−３とした。ドリフト層３０の厚みは７μｍとした。また、外周トレンチ６１の幅Ｗ１は１０μｍ、中心トレンチ６２の幅は２μｍとし、深さはいずれも３μｍとした。また、アノード電極４０と接する部分におけるドリフト層３０の幅、つまりメサ領域Ｍの幅は２μｍとした。絶縁膜６３は厚さ５０ｎｍのＨｆＯ２膜とした。また、保護膜７０の材料についてはＳｉＮを用いた。
そして、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界の深さ位置ｘを０〜３μｍに変化させた場合において、角部Ｃに加わる電界強度をシミュレーションした。深さ位置ｘとは、図１０に示すように、外周トレンチ６１の底部を基準とした場合に、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界位置を示している。シミュレーションの結果を図１７に示す。
図１７に示すように、深さ位置ｘが０．９μｍ以上であれば、角部Ｃに加わる電界強度は、酸化ガリウムの絶縁破壊電界強度である８ＭＶ／ｃｍを十分に下回っている。但し、深さ位置ｘが３．０μｍである場合、つまり、保護膜７０が外周トレンチ６１に全く埋め込まれていない場合には、密着性の向上効果が得られず、剥離が生じやすくなる。一方、深さ位置ｘが０．６μｍ以下である場合には、角部Ｃに加わる電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上となった。これは、深さ位置ｘが小さすぎる場合には、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が角部Ｃを構成する湾曲面に位置しているためであると考えられる。
＜実施例２＞
図１１に示したショットキーバリアダイオード１３と同じ構造を有する実施例２のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に８００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。実施例２のシミュレーションモデルは、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が底面部Ｂに位置している以外、実施例１と同じパラメータを有している。
図１１に示したショットキーバリアダイオード１３と同じ構造を有する実施例２のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に８００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。実施例２のシミュレーションモデルは、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が底面部Ｂに位置している以外、実施例１と同じパラメータを有している。
そして、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界の平面位置ｘを０〜１０μｍに変化させた場合において、角部Ｃに加わる電界強度をシミュレーションした。平面位置ｘとは、図１１に示すように、外周トレンチ６１の側壁部Ｓ２を基準とした場合に、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界位置を示している。シミュレーションの結果を図１８に示す。
図１８に示すように、平面位置ｘが０．５〜９．５μｍの範囲であれば、角部Ｃに加わる電界強度は、酸化ガリウムの絶縁破壊電界強度である８ＭＶ／ｃｍを十分に下回っている。一方、平面位置ｘが０μｍ又は１０μｍに近くなると、角部Ｃに加わる電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上となった。これは、平面位置ｘが小さすぎる場合又は大きすぎる場合には、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が角部Ｃを構成する湾曲面に位置しているためであると考えられる。
＜実施例３＞
図１２に示したショットキーバリアダイオード１４と同じ構造を有する実施例３のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に８００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。実施例３のシミュレーションモデルは、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が内側の側壁部Ｓ２に位置している以外、実施例１と同じパラメータを有している。
図１２に示したショットキーバリアダイオード１４と同じ構造を有する実施例３のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に８００Ｖの逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。実施例３のシミュレーションモデルは、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が内側の側壁部Ｓ２に位置している以外、実施例１と同じパラメータを有している。
そして、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界の深さ位置ｘを０〜３μｍに変化させた場合において、角部Ｃに加わる電界強度をシミュレーションした。深さ位置ｘとは、図１２に示すように、外周トレンチ６１の底部を基準とした場合に、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界位置を示している。シミュレーションの結果を図１９に示す。
図１９に示すように、深さ位置ｘが０．２μｍ以上であれば、角部Ｃに加わる電界強度は、酸化ガリウムの絶縁破壊電界強度である８ＭＶ／ｃｍを十分に下回っている。一方、深さ位置ｘが０μｍに近くなると、角部Ｃに加わる電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上となった。これは、深さ位置ｘが小さすぎる場合には、保護膜７０の一部７２と金属部材４１の境界が角部Ｃを構成する湾曲面に位置しているためであると考えられる。
１１〜１７，１５Ａ ショットキーバリアダイオード
２０ 半導体基板
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
４０ アノード電極
４１ 金属部材
４２ 空洞
５０ カソード電極
６１ 外周トレンチ
６２ 中心トレンチ
６３ 絶縁膜
７０ 保護膜
７１ 開口部
７２ 保護膜の一部
８０ フィールド絶縁膜
Ｂ 底面部
Ｃ 角部
Ｅ０〜Ｅ２ エッジ
Ｍ メサ領域
Ｒ レジスト
Ｓ１，Ｓ２ 側壁部
２０ 半導体基板
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
４０ アノード電極
４１ 金属部材
４２ 空洞
５０ カソード電極
６１ 外周トレンチ
６２ 中心トレンチ
６３ 絶縁膜
７０ 保護膜
７１ 開口部
７２ 保護膜の一部
８０ フィールド絶縁膜
Ｂ 底面部
Ｃ 角部
Ｅ０〜Ｅ２ エッジ
Ｍ メサ領域
Ｒ レジスト
Ｓ１，Ｓ２ 側壁部
Claims (4)
- 酸化ガリウムからなる半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、
前記ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、
前記半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、
前記ドリフト層に設けられたトレンチの内壁を覆う絶縁膜と、
前記アノード電極を覆う保護膜と、を備え、
前記保護膜の一部が前記トレンチ内に埋め込まれていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。 - 前記トレンチは、リング状に形成されているとともに、前記保護膜の一部と、前記アノード電極と電気的に接続された金属部材によって埋め込まれ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バリアダイオード。
- 前記トレンチは平坦な側壁部を有し、前記保護膜と前記金属部材の境界は、前記側壁部に位置していることを特徴とする請求項２に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記トレンチは平坦な底面部を有し、前記保護膜と前記金属部材の境界は、前記底面部に位置していることを特徴とする請求項２に記載のショットキーバリアダイオード。
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